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KR-20260060737-A - Secondary battery and method of manufacturing the same

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Abstract

본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지는 복수의 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체; 상기 복수의 전극으로부터 각각 연장되어 일 방향으로 적층된 복수의 전극탭 및 상기 복수의 전극탭을 결합시키는 결합부를 포함하는 전극탭 집합체; 및 상기 전극탭 집합체와 통전되는 전극 리드를 포함하고, 상기 복수의 전극탭에는, 적층 방향으로 관통홀이 형성되고, 상기 결합부는, 상기 관통홀의 내주면에 구비되어 상기 적층 방향으로 이웃하는 전극탭을 서로 고정시킬 수 있다.

Inventors

  • 박민수
  • 유형균
  • 팽기훈
  • 문재원
  • 홍의진

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (20)

  1. 복수의 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체; 상기 복수의 전극으로부터 각각 연장되어 일 방향으로 적층된 복수의 전극탭 및 상기 복수의 전극탭을 결합시키는 결합부를 포함하는 전극탭 집합체; 및 상기 전극탭 집합체와 통전되는 전극 리드를 포함하고, 상기 복수의 전극탭에는, 적층 방향으로 관통홀이 형성되고, 상기 결합부는, 상기 관통홀의 내주면에 구비되어 상기 적층 방향으로 이웃하는 전극탭을 서로 고정시키는, 이차전지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 결합부는, 상기 관통홀의 길이 방향으로 연장된, 이차전지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 관통홀은, 복수개로 구비되고, 상기 결합부는, 상기 복수의 관통홀에 대응되도록 복수개로 구비되는, 이차전지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 전극탭은, 상기 적층 방향 일 측에 위치된 제1 최외곽 전극탭; 및 상기 적층 방향 타 측에 위치된 제2 최외곽 전극탭을 포함하고, 상기 관통홀은, 상기 제1 최외곽 전극탭부터 상기 제2 최외곽 전극탭까지 연장된, 이차전지.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 관통홀은, 상기 길이 방향 양 단부가 각각 개방된, 이차전지.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 전극탭은, 비금속층; 및 상기 비금속층의 외면에 구비된 금속층을 포함하는, 이차전지.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 금속층은, 한 쌍으로 구성되어 상기 비금속층의 양 면에 각각 구비된, 이차전지.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 결합부는, 상기 비금속층과 동일한 소재로 이루어진, 이차전지.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 결합부는, 상기 비금속층과 연결된, 이차전지.
  10. 제6 항에 있어서, 상기 복수의 전극탭은, 상기 적층 방향으로 이웃하는 제1 및 제2 전극탭을 포함하고, 상기 결합부는, 상기 제1 전극탭의 비금속층으로부터 연장되어 상기 제2 전극탭을 관통하는 상기 관통홀의 내주면에 접하는, 이차전지.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 결합부는, 상기 제2 전극탭의 금속층과 접하는, 이차전지.
  12. 제10 항에 있어서, 상기 결합부는, 상기 제2 전극탭의 비금속층과 접하는, 이차전지.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 결합부는, 상기 제1 전극탭의 비금속층 및 상기 제2 전극탭의 비금속층과 각각 연결된, 이차전지.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 관통홀에 관통 결합된 고정 부재를 더 포함하는, 이차전지.
  15. 복수의 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체를 제공하는 단계; 상기 복수의 전극으로부터 각각 연장된 복수의 전극탭을 결합하여 전극탭 집합체를 형성하는 단계; 및 상기 전극탭 집합체와 전극 리드를 결합하는 단계를 포함하고, 상기 전극탭 집합체를 형성하는 단계는, 상기 복수의 전극탭에 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 전극탭의 적어도 일 부분이 용융되어 상기 관통홀로 유입되도록 상기 복수의 전극탭에 열 에너지를 인가하는 단계를 포함하는, 이차전지 제조방법.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 전극탭은, 비금속층; 및 상기 비금속층의 외면에 구비된 금속층을 포함하고, 상기 열 에너지를 인가하는 단계에서는, 상기 비금속층의 용융 온도보다 높은 온도로 열 에너지를 인가하는, 이차전지 제조방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 열 에너지를 인가하는 단계에서는, 상기 금속층의 용융 온도보다 낮은 온도로 열 에너지를 인가하는, 이차전지 제조방법.
  18. 제15 항에 있어서, 상기 전극탭 집합체를 형성하는 단계는, 상기 관통홀로 유입된 상기 전극탭의 용융된 일 부분을 응고시켜서 결합부를 형성하는 단계를 포함하는, 이차전지 제조방법.
  19. 제15 항에 있어서, 상기 전극탭 집합체를 형성하는 단계는, 상기 복수의 전극탭을 일 방향으로 적층하는 단계를 포함하고, 상기 관통홀을 형성하는 단계에서는, 상기 적층 방향으로 상기 관통홀을 형성하는, 이차전지 제조방법.
  20. 제15 항에 있어서, 상기 관통홀에 고정 부재를 결합하는 단계를 더 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 제1 실시예에 따른 이차전지를 상측에서 바라본 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I에 따른 단면의 일 부분을 나타낸 수직 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지의 일 부분을 도 1의 I-I에 따라 절단한 수직 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지의 수직 단면을 결합부가 잘 보이도록 확대한 도면이다. 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 이차전지의 수직 단면을 결합부가 잘 보이도록 확대한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법의 흐름도이다. 도 8은 도 7의 S20 단계를 세분화한 흐름도이다. 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 제1 실시예에 따른 이차전지를 상측에서 바라본 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I에 따른 단면의 일 부분을 나타낸 수직 단면도이다. 도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 도면이다. 도 1 내지 도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지가 개시된다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(1)는 전기 에너지를 충방전하기 위한 이차전지일 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극 조립체(10)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)는 복수의 전극(12)과 분리막(14)이 적층된 조립체일 수 있다. 이때, 전극(12)은 음극 또는 양극일 수 있다. 본 실시예에서, 전극 조립체(10)는 사각 필름 형상의 전극(12)과 분리막(14)이 상하 방향(Z축 방향)으로 적층된 구조(즉, 스택형)로 도시되었다. 그러나, 전극 조립체(10)의 구조나 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전극 조립체(10)는 스택&폴딩형 구조 또는 젤리롤형 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극탭 집합체(20)를 포함할 수 있다. 전극탭 집합체(20)는 전극 조립체(10)의 전극(12)을 외부와 통전시키기 위한 구성일 수 있다. 본 실시예에서, 전극탭 집합체(20)는 전극(12)으로부터 연장된 전극탭(22)을 포함할 수 있다. 전극(12)이 복수개인 만큼 전극탭(22)도 복수개로 구성되어, 복수의 전극(12)으로부터 각각 연장될 수 있다. 이때, 전극탭 집합체(20)에 포함되는 전극탭(22)은 동일한 극성을 가지는 전극(12)으로부터 연장된 전극탭(22)일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 전극탭(22)들은 복수의 전극(12) 중 양극으로부터 연장된 전극탭(22)일 수 있다. 도시되지는 않았으나, 음극으로부터 연장된 전극탭으로 이루어진 다른 전극탭 집합체가 추가적로 구비될 수도 있다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 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, 본 실시예에서, 복수의 전극탭(22)은 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, 적층된 전극탭(22)들의 상대적인 위치나 구조는 외부 충격에 의하여 변형될 수 있다. 예를 들어, 전극탭(22)은 후술하는 전극리드(30)와 결합되는 과정에서 가압되며 우그러지거나 구부러질 수 있다. 이는 전극탭(22)들 사이에 틈을 형성하여, 단선을 유발할 수 있다. 이를 해소하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(1)의 전극탭 집합체(20)에는 관통홀(21)이 구비될 수 있다. 그리고, 전극탭 집합체(20)는 결합부(28)를 포함할 수 있다. 결합부(28)는 적층된 전극탭(22)들 사이의 결합력을 증대시킴으로써, 본 이차전지(1)의 구조적 안정성을 향상시키기 위한 구성일 수 있다. 본 실시예에서, 관통홀(21)은 복수의 전극탭(22)이 적층된 방향(Z축 방향)으로 형성될 수 있다. 관통홀(21)은 복수개로 구성되어, 전극탭 집합체(20)의 여려 군데에 분산 배치될 수 있다. 관통홀(21)의 개수는 특별히 제한되지 않는다. 이때, 관통홀(21)은 전극탭 집합체(20)를 전체적으로 관통할 수 있다. 달리 표현하면, 관통홀(21)은 제1 최외곽 전극탭부터 제2 최외곽 전극탭까지 연장될 수 있다. 제1 최외곽 전극탭은 복수의 전극탭(22) 중에서 최상단에 위치된 전극탭일 수 있고, 제2 최외곽 전극탭은 복수의 전극탭(22) 중에서 최하단에 위치된 전극탭일 수 있다. 본 실시예에서, 관통홀(21)의 연장 방향 양 단은 전극탭 집합체(20)의 외측으로 개방될 수 있다. 물론, 필요에 따라 관통홀(21)은 전극탭 집합체(20)를 부분적으로 관통할 수도 있다. 예를 들어, 관통홀(21)은 연장 방향 일 단은 개방되고 타 단은 복수의 전극탭(22) 중 어느 하나에 의하여 가로막힐 수 있다. 또는, 관통홀(21)의 양 단은 복수의 전극탭(22) 중 어느 하나와 다른 어느 하나에 의하여 각각 가로막혀 있을 수도 있다. 본 실시예에서, 결합부(28)는 관통홀(21)의 내주면(21a)에 구비될 수 있다. 결합부(28)는 관통홀(21)의 길이 방향(Z축 방향)을 따라 연장될 수 있다. 결합부(28)는 적층 방향(Z축 방향)으로 이웃하는 전극탭(22)과 각각 접할 수 있다. 결합부(28)는 이웃하는 전극탭(22)들을 서로 고정시킬 수 있다. 이로 인해, 전극탭 집합체(20)의 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 이때, 본 실시예에서 결합부(28)는 전극탭(22)의 비금속층(24)과 동일한 소재로 이루어질 수 있다. 이로 인해, 결합부(28)는 전극탭(22)의 비금속층(24)과 연결될 수 있다. 본 개시에서 두 구성이 연결되었다는 것은 두 구성이 이음매 없이 일체로 제공되어 물리적 및 공간적으로 구분되지 않는 것을 의미할 수 있다. 이에 따라, 결합부(28)는 이웃하는 전극탭(22)들을 보다 강하게 고정시킬 수 있다. 이와 같은 결합부(28)는 본 이차전지(1)의 제조 공정에서 비금속층(24)이 부분적으로 용융되어 관통홀(21)로 유입된 후에 응고되어 형성될 수 있다. 그러나, 결합부(28)의 형성 공정이 전술한 것으로 제한되지는 않는다. 한편, 다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극리드(30)를 포함할 수 있다. 전극리드(30)는 전극탭 집합체(20)와 통전되는 구성일 수 있다. 전극 조립체(10)는 전극리드(30)를 통하여 외부와 통전될 수 있다. 본 실시예에서, 전극리드(30)는 전도성 소재로 이루어진 필름으로 제공될 수 있다. 그러나, 전극리드(30)의 소재나 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전극리드(30)는 금속 절편으로 제공될 수도 있을 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지(1)에서는 복수의 전극탭(22)들이 결합부(28)에 의하여 서로 고정되어 있으므로, 외부 충격이 가해지더라도 전극탭(22)들 사이의 적층 구조가 유지될 수 있다. 이에 따라, 본 이차전지(1)의 구조적 안정성이 향상될 수 있다. 이하에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 설명할 때는, 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지와의 차이점을 중심으로 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지의 일 부분을 도 1의 I-I에 따라 절단한 수직 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이차전지의 수직 단면을 결합부가 잘 보이도록 확대한 도면이다. 도 6은 본 발명의 제