KR-20260060736-A - Secondary battery and method of manufacturing the same

Abstract

본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는 복수의 전극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 복수의 전극으로부터 각각 연장되어 일 방향으로 적층된 복수의 전극탭을 포함하고, 상기 적층 방향으로 관통홀이 형성된 전극탭 집합체; 상기 관통홀에 삽입된 삽입부를 포함하는 고정 부재; 상기 관통홀의 내벽과 상기 삽입부의 외면을 연결하는 연결 부분; 및 상기 전극탭 집합체와 결합된 전극리드를 포함할 수 있다.

Inventors

• 홍의진
• 문재원
• 박민수

Assignees

• 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (20)

1. 복수의 전극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 복수의 전극으로부터 각각 연장되어 일 방향으로 적층된 복수의 전극탭을 포함하고, 상기 적층 방향으로 관통홀이 형성된 전극탭 집합체; 상기 관통홀에 삽입된 삽입부를 포함하는 고정 부재; 상기 관통홀의 내벽과 상기 삽입부의 외면을 연결하는 연결 부분; 및 상기 전극탭 집합체와 결합된 전극리드를 포함하는, 이차전지.
2. 제1 항에 있어서, 상기 연결 부분은, 상기 고정 부재와 동일한 소재로 이루어진, 이차전지.
3. 제2 항에 있어서, 상기 연결 부분은, 상기 고정 부재와 일체로 제공되는, 이차전지.
4. 제1 항에 있어서, 상기 전극탭은, 비금속층; 및 상기 비금속층의 외면에 구비된 금속층을 포함하는, 이차전지.
5. 제4 항에 있어서, 상기 복수의 전극탭은, 서로 이웃하는 제1 및 제2 전극탭을 포함하고, 상기 제1 전극탭의 금속층과 상기 제2 전극탭의 금속층은, 상기 연결 부분을 매개로 전기적으로 연결된, 이차전지.
6. 제4 항에 있어서, 상기 연결 부분을 이루는 소재 중 적어도 어느 하나는, 상기 금속층을 이루는 소재 중 적어도 어느 하나와 동일한, 이차전지.
7. 제4 항에 있어서, 상기 금속층은, 한 쌍으로 구성되어 상기 비금속층의 양 면에 각각 구비된, 이차전지.
8. 제4 항에 있어서, 상기 연결 부분은, 상기 복수의 전극탭 중 어느 하나의 금속층에서부터 다른 어느 하나의 금속층까지 연장된, 이차전지.
9. 제1 항에 있어서, 상기 삽입부는, 상기 관통홀의 길이 방향으로 연장되고, 상기 연결 부분은, 상기 삽입부의 연장 방향을 따라 구비되는, 이차전지.
10. 제1 항에 있어서, 상기 고정 부재는, 상기 삽입부로부터 상기 전극탭 집합체의 외면 상으로 연장된 연장부를 포함하는, 이차전지.
11. 제10 항에 있어서, 상기 연장부는, 상기 전극탭 집합체의 상기 외면에 접하는, 이차전지.
12. 제11 항에 있어서, 상기 연장부는, 상기 전극탭 집합체와 상기 전극리드 사이에 개재된, 이차전지.
13. 제1 항에 있어서, 상기 관통홀은, 복수개로 구성되고, 상기 삽입부는, 상기 복수의 관통홀 중 어느 하나에 삽입된 제1 삽입부; 및 상기 복수의 관통홀 중 다른 어느 하나에 삽입된 제2 삽입부를 포함하는, 이차전지.
14. 제13 항에 있어서, 상기 고정 부재는, 상기 전극탭 집합체의 외면 상에 위치되어 상기 제1 삽입부와 상기 제2 삽입부를 연결하는 연결부를 포함하는, 이차전지.
15. 제14 항에 있어서, 상기 연결부는, 상기 전극탭 집합체의 상기 외면에 접하는, 이차전지.
16. 복수의 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체를 제공하는 단계; 상기 전극 조립체를 외부와 통전시키기 위한 전극리드를 제공하는 단계; 및 상기 복수의 전극으로부터 각각 연장된 복수의 전극탭을 포함하는 전극탭 집합체와 상기 전극리드를 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 전극탭 집합체와 상기 전극리드를 결합시키는 단계는, 상기 전극탭 집합체에 관통홀을 형성하는 단계; 상기 관통홀에 고정부재의 삽입부를 끼우는 단계; 및 상기 삽입부의 적어도 일부가 용융되도록 소정의 에너지를 인가하는 단계를 포함하는, 이차전지 제조방법.
17. 제16 항에 있어서, 상기 관통홀을 형성하는 단계에서는, 상기 전극탭 집합체에 레이저를 조사하는, 이차전지 제조방법.
18. 제16 항에 있어서, 상기 소정의 에너지를 인가하는 단계에서는, 상기 관통홀로 레이저를 조사하는, 이차전지 제조방법.
19. 제16 항에 있어서, 상기 전극탭은, 비금속층; 및 상기 비금속층의 외면에 구비된 금속층을 포함하고, 상기 소정의 에너지를 인가하는 단계에서는, 상기 삽입부의 용융된 부분이 상기 복수의 전극탭 중 어느 하나의 금속층에서부터 다른 어느 하나의 금속층까지 연장되도록 상기 관통홀에서 유동하는, 이차전지 제조방법.
20. 제16 항에 있어서, 상기 전극탭 집합체와 상기 전극리드를 결합하는 단계는, 상기 삽입부의 외면과 상기 관통홀의 내벽 사이에 이들을 연결하는 연결 부분이 형성되도록 상기 삽입부의 용융된 부분을 응고하는 단계를 포함하는, 이차전지 제조방법.

Description

이차전지 및 이의 제조방법{Secondary battery and method of manufacturing the same} 본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전기 에너지를 충방전할 수 있는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 이차전지는 모바일 기기나 노트북 컴퓨터 등의 소형 분야에 적용되어 왔지만, 최근에는 그 연구방향이 중대형 분야로 확장되고 있으며, 에너지 저장 장치(Energy Storage System: ESS)나, 전기자동차(Electric Vehicle: EV) 등과 관련하여 고전압, 대용량이 요구되는 분야에 널리 사용되고 있다. 이러한 이차전지는 복수의 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체, 전극으로부터 각각 연장된 복수의 전극탭 및 전극탭과 외부를 통전시키기 위한 전극리드로 이루어질 수 있다. 이때, 이차전지의 제조 과정이나 사용 과정에서 외부 충격이나 오염에 의하여 복수의 전극탭이 서로 분리되거나 비틀리는 경우가 발생될 수 있다. 이러한 현상은 적층된 전극 사이의 전기적 연결을 단절시키거나 이차전지의 전기적 성능에 문제를 일으킬 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 상측에서 바라본 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I에 따른 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다. 도 4는 도 2의 B 부분을 확대한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 흐름도이다. 도 6은 도 5의 S30 단계를 세분화한 흐름도이다. 도 7은 도 6의 S31 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 도 6의 S32 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 6의 S33 및 S34 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 10은 도 6의 S35 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 도 6의 S35 단계에서 용융된 부분이 유동하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다. 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 안 되며, 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 상측에서 바라본 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I에 따른 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다. 도 4는 도 2의 B 부분을 확대한 도면이다. 도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지가 개시된다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 전기 에너지를 충방전하기 위한 전지일 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극 조립체(10)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)는 복수의 전극 및 분리막이 적층된 구조를 가질 수 있다. 복수의 전극 중 일부는 음극이고 나머지 일부는 양극일 수 있다. 이때, 전극 조립체(10)는 형상에 따라 스택형, 스택&폴딩형 또는 원통형일 수 있으나, 전극 조립체(10)의 종류나 구조는 특별히 제한되지 않는다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극탭 집합체(20)를 포함할 수 있다. 전극탭 집합체(20)는 전극 조립체(10)의 전극을 외부와 통전시키기 위한 구성일 수 있다. 본 실시예에서, 전극탭 집합체(20)는 전극 조립체(10)의 전극으로부터 연장된 전극탭(22)을 포함할 수 있다. 이때, 전극탭(22)은 전극마다 각각 구비될 수 있다. 달리 표현하면, 전극탭(22)은 복수의 전극에 대응되도록 복수개로 구성될 수 있다. 이때, 전극탭 집합체(20)에 포함되는 전극탭(22)은 동일한 극성을 가지는 전극으로부터 연장된 전극탭(22)일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1 내지 도 4에 도시된 전극탭(22)들은 복수의 전극 중에서 양극인 전극으로부터 연장된 전극탭(22)들일 수 있다. 도시되지는 않았으나, 음극으로부터 연장된 전극탭으로 이루어진 다른 전극탭 집합체가 추가적로 구비될 수도 있다. 한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)의 전극탭(22)은 메탈라이즈드 필름(metalized film)으로 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이, 전극탭(22)은 비금속층(24) 및 금속층(26)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 금속층(26)은 한 쌍으로 구성되어, 비금속층(24)의 양 면에 각각 구비될 수 있다. 일 예로서, 비금속층(24)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET)으로 이루어질 수 있고, 금속층(26)은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 한편, 다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)의 전극탭(22)들은 상하 방향(Z축 방향)으로 적층될 수 있다. 복수의 전극탭(22)은 적층 방향(Z축 방향)으로 서로 밀착될 수 있다. 이는 전극탭(22)들이 서로 통전되면서도, 전극탭 집합체(20)가 콤팩트한 구조를 가지기 위함일 수 있다. 이때, 본 실시예에서, 전극탭 집합체(20)에는 관통홀(21)이 형성될 수 있다. 관통홀(21)은 후술하는 고정 부재(30)가 결합되기 위한 홀일 수 있다. 관통홀(21)은 전극탭(22)의 적층 방향(Z축 방향)으로 연장될 수 있다. 전극탭(22)은 양 단이 외측으로 개방될 수 있다. 필요에 따라, 관통홀(21)은 복수개로 구성될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 고정 부재(30)를 포함할 수 있다. 고정 부재(30)는 전극탭 집합체(20)의 구조적 안정성을 향상시키면서도, 전극탭(22) 사이의 전기적 연결을 보조하기 위한 구성일 수 있다. 또한, 본 실시예에서 고정 부재(30)는 전극탭 집합체(20)와 후술하는 전극리드(50) 사이의 전기적 연결도 보조할 수 있다. 이를 위해, 고정 부재(30)는 소정의 강성을 가지는 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 고정 부재(30)는 삽입부(32)를 포함할 수 있다. 삽입부(32)는 관통홀(21)에 삽입된 구성일 수 있다. 삽입부(32)는 관통홀(21)과 나란하게 적층 방향(Z축 방향)으로 연장될 수 있다. 이때, 본 실시예에서 고정 부재(30)의 삽입부(32)는 복수개로 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 삽입부(32)는 제1 삽입부(32a) 및 제2 삽입부(32b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 삽입부(32a, 32b)는 서로 다른 관통홀(21)에 각각 삽입될 수 있다. 삽입부(32)의 개수는 필요에 따라 적절하게 설정될 수 있다. 본 실시예에서, 고정 부재(30)는 연결부(34)를 포함할 수 있다. 연결부(34)는 복수의 삽입부(32)를 서로 연결하기 위한 구성일 수 있다. 이를 위해, 연결부(34)는 전극탭(22)과 나란한 수평 방향(X축 방향)으로 연장될 수 있다. 도시된 바와 같이, 연결부(34)는 제1 삽입부(32a)의 일 단과 제2 삽입부(32b)의 일 단을 연결하는 막대 형상을 가질 수 있다. 이때, 제1 및 제2 삽입부(32a)의 일 단은 전극탭 집합체(20)의 상면과 가까운 단부일 수 있다. 연결부(34)는 전극탭 집합체(20)를 사이에 두고 전극리드(50)의 반대 측에 위치될 수 있다. 이때, 본 실시예에서 연결부(34)는 전극탭 집합체(20)의 상면에 밀착될 수 있다. 필요에 따라, 연결부(34)는 전극탭 집합체(20)의 상면을 가압하도록 구성될 수 있다. 이는, 적층된 전극탭(22)들을 밀착시키기 위함일 수 있다. 한편, 본 실시예에서 고정 부재(30)는 연장부(36)를 포함할 수 있다. 연장부(36)는 삽입부(32)의 일 단으로부터 전극탭 집합체(20)의 외면 상으로 연장될 수 있다. 이때, 전극탭 집합체(20)의 상기 외면은 하면일 수 있다. 연장부(36)는 전극탭 집합체(20)를 사이에 두고 연결부(34)의 반대 측에 위치될 수 있다. 이때, 본 실시예에서 연장부(36)는 복수개로 구성될 수 있다. 복수의 연장부(36)는 제1 연장부(36a) 및 제2 연장부(36b)를 포함할 수 있다. 제1 연장부(36a)는 제1 삽입부(32a)로부터 연장된 연장부일 수 있고, 제2 연장부(36b)는 제2 삽입부(32b)로부터 연장된 연장부일 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 연장부(36a)는 제1 삽입부(32a)의 타 단으로부터 연장될 수 있고, 제2 연장부(36b)는 제2 삽입부(32b)의 타 단으로부터 연장될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 삽입부(32a, 32b)의 타 단은 전극탭 집합체(20)의 하면과 가까운 단부일 수 있다. 이때, 본 실시예에서 연장부(36)는 전극탭 집합체(20)의 하면에 밀착될 수 있다. 연장부(36)는 전극탭 집합체(20)의 하면을 가압하도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 전극탭 집합체(20)는 적층 방향(Z축 방향)의 양 면이 연결부(34) 및 연장부(36)에 의하여 각각 가압될 수 있다. 이는 전극탭(22)들을 서로 밀착시키기 위함일 수 있다. 한편, 본 실시예에서, 연장부(36)의 개수는 삽입부(32)의 개수에 대응되는 것으로 설명되었다. 그러나, 연장부(36)의 개수는 필요에 따라 적절하게 구성될 수 있다. 또한, 한 개의 삽입부(32)에 여러 개의 연장부(36)가 연결될 수도 있을 것이다. 한편, 다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)의 고정 부재(30)는 복수개로 구성될 수 있다. 복수의 고정 부재(30)는