KR101084220B1

KR101084220B1 - 이차전지의 단자유닛 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101084220B1
Application number: KR1020090104306A
Authority: KR
Inventors: 변상원; 김성배
Original assignee: 에스비리모티브 주식회사
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-11-17
Also published as: US9287548B2; US20110104566A1; KR20110047609A

Abstract

이종금속 간의 접합강도가 개선된 이차전지의 단자유닛이 개시된다. 개시된 이차전지의 단자유닛은, 전극조립체와 연결된 전극리벳과, 그 전극리벳과 이종금속인 리벳터미널 및, 전극리벳과 동종금속으로서 리벳터미널과 마찰교반용접을 이용한 겹치기 용접이 가능하도록 전극리벳과 리벳터미널 사이에 개재되는 중간플레이트를 포함한다. 이러한 구조에 의하면 전극리벳과 리벳터미널 간의 결합이 중간플레이트를 개재한 마찰교반용접으로 수행하기 때문에, 용접되는 두 금속의 종류가 다르더라도 견고한 접합강도를 확보할 수 있다.

Description

이차전지의 단자유닛 및 그 제조방법{Terminal unit for secondary battery and manufacturing method thereof}

본 발명의 실시예는 이차전지의 단자유닛 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이차전지는 충전 사용이 가능한 전지를 말하는 것으로, 휴대폰, 노트북컴퓨터, 캠코더 등의 휴대형 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

이러한 이차전지는 양극과 음극 및 세퍼레이터가 젤리롤(jelly roll) 형태로 말린 전극조립체를 케이스의 개방부를 통해 안에 장입하고 캡조립체로 그 개방부를 덮은 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 전극조립체의 단부에는 집전판이 설치되어 있고, 이 집전판은 다시 캡조립체에 마련된 단자유닛과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 캡조립체의 단자에 외부 단자를 연결하면 상기 전극조립체에서 발생된 전류가 상기 집전판과 상기 캡조립체의 단자유닛을 경유하여 외부 단자로 공급된다.

여기서 상기 단자유닛은 집전판과 연결된 양극리벳 및 음극리벳, 그리고 버스바를 연결하기 위해 상기 양극리벳 및 음극리벳에 결합시키는 리벳터미널 등을 구비하고 있으며, 이 양극리벳 또는 음극리벳과 리벳터미널 간의 결합 및 리벳터미 널과 버스바의 결합은 레이저 용접에 의해 이루어진다. 그런데, 양극리벳과 음극리벳은 통상 서로 다른 금속재질로 만들어지기 때문에 둘 중 어느 한 금속의 재질로 리벳터미널을 만들면 서로 다른 이종 금속 간 용접을 하게 되는 쪽은 용접성이 떨어져서 접합강도가 상대적으로 약해진다. 이를 해결하기 위해 리벳터미널도 양극리벳과 음극리벳 각각의 재질과 같은 금속으로 만들어서 용접할 경우, 각 리벳들과 해당 리벳터미널 간의 용접성은 개선될 수 있으나, 이 리벳터미널들 간을 연결하는 버스바를 용접할 때에는 똑같이 이종 금속간 용접성 저하의 문제가 적어도 한 쪽에서는 또 생기게 된다. 따라서, 이러한 단자유닛의 이종 금속간 용접 시 발생되는 용접성 저하의 문제를 해결할 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명의 실시예는 상기의 필요성을 감안하여 이종 금속간의 용접 시에도 견고한 접합 강도를 확보할 수 있도록 개선된 이차전지의 단자유닛 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 단자유닛은, 전극조립체와 연결된 전극리벳; 상기 전극리벳과 이종금속인 리벳터미널; 상기 전극리벳과 동종금속으로서, 상기 리벳터미널과 겹치기 용접이 가능하도록 상기 전극리벳과 상기 리벳터미널 사이에 개재되는 중간플레이트;를 포함한다.

여기서, 상기 리벳터미널과 상기 중간플레이트는 마찰교반용접으로 겹치기 용접될 수 있다.

또한, 상기 전극리벳의 단부는 상기 중간플레이트에 밀착되도록 리벳가공될 수 있으며, 상기 전극리벳과 상기 중간플레이트가 레이저 용접으로 접합될 수 있다.

그리고, 상기 전극리벳과 상기 중간플레이트는 구리 재질이고, 상기 리벳터미널은 알루미늄 재질일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지의 단자유닛 제조방법은, 전극조립체와 연결되는 전극리벳과, 상기 전극리벳과 이종금속인 리벳터미 및, 상기 전극리벳과 동종금속인 중간플레이트를 준비하는 단계; 상기 중간플레이트를 상기 리벳터미널과 겹치기 용접이 가능하도록 상기 전극리벳과 상기 리벳터미널 사이에 개재시키는 단계; 및, 상기 중간플레이트와 상기 리벳터미널의 겹쳐진 부위를 마찰교반용접으로 접합시키는 단계;를 포함한다.

상기 전극리벳의 단부를 상기 중간플레이트에 밀착되도록 리벳가공하는 단계와, 상기 전극리벳과 상기 중간플레이트를 레이저 용접으로 상호 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전극리벳과 리벳터미널 간의 결합이 중간플레이트를 개재한 마찰교반용접으로 수행하기 때문에, 용접되는 두 금속의 종류가 다르 더라도 견고한 접합강도를 확보할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 실시예의 이차전지는 양극과 음극 및 세퍼레이터가 젤리롤 형태로 권취된 전극조립체(60)와, 전극조립체(60)의 양단부에 결합된 집전판(70), 이 전극조립체(60) 및 집전판(70)을 수용하는 케이스(50) 및, 이 케이스(50)의 개방부에 결합되는 캡조립체(40) 등을 구비하고 있다. 따라서, 케이스(50)의 개방부를 통해 집전판(70)이 부착된 전극조립체(60)를 장입하고 상기 캡조립체(40)를 덮으면, 전극조립체(60)를 안전하게 수용한 전지셀이 준비된다.

참조부호 80은 케이스(50) 안에 전해액을 주입한 후 주입구를 밀봉하는 실링부재를 나타내며, 참조부호 90은 케이스(50) 안의 압력이 과다해질 경우 파손되어 가스가 배출되게 해주는 안전벤트를 나타낸다.

그리고, 상기 전극조립체(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 양극(61)과 세퍼레이터(63) 및 음극(62)이 교대로 적층되어 젤리롤 형태로 말린 것으로, 양극(61)에는 양극활물질(61a)이 도포되어 있고, 음극(62)에는 음극활물질(62a)이 도포되어 있다. 그리고, 양극(61)과 음극(62)의 단부에는 활물질이 도포되지 않은 무지부(61b)(62b)가 각각 마련되어 있는데, 양극 무지부(61b)는 전극조립체(60)의 일측단부로, 음극 무지부(62b)는 타측단부로 위치되도록 엇갈리게 배열돼서 감겨진다. 그러니까, 도 2를 예로 보면 좌측에는 양극 무지부(61b)가, 우측에는 음극 무지부(62b)가 배치되는 것이다. 따라서, 도 1의 좌측에 부착된 집전판(70)은 전극조립체(60)의 양극(61)들에 전기적으로 연결되고, 우측에 부착된 집전판(70)은 음극(62)들에 전기적으로 연결된 셈이 된다. 그리고 각 집전판(70)은 다시 각각 단자유닛의 양극리벳(11)과 음극리벳(12)에 연결된다.

상기 단자유닛으로는 전극리벳인 양극리벳(11)과 음극리벳(12), 이들 리벳(11,12)에 각각 용접되는 리벳터미널(21,22), 그리고 리벳터미널(21,22)에 용접되어 인접한 이차전지와 직렬 또는 병렬 연결 구조를 만드는 버스바(31,32)가 구비되어 있다.

본 실시예에서는, 상기 음극리벳(12)과 양극리벳(11)이 서로 다른 재질인 구리와 알루미늄으로 각각 이루어져 있으며, 상기 리벳터미널(21,22) 및 버스바(31,32)는 상기 양극리벳(11)과 같은 알루미늄 재질인 경우를 예시한다. 이 경우는 음극리벳(12)과 리벳터미널(22) 간의 용접이 이종 금속간의 용접이 되고, 나머지 양극리벳(11)과 리벳터미널(21) 간의 용접이나 리벳터미널(21,22)과 버스바(31,32) 간의 용접은 동종 금속간의 용접이 된다. 따라서, 동종 금속간의 용접은 일반적인 레이저용접으로도 충분한 용접강도를 얻을 수 있으므로 기존의 방식대로 용접하면 된다. 대신, 이종 금속간의 용접을 해야 하는 음극리벳(12)과 리벳터미널(22) 간의 결합은 단순한 레이저용접으로는 접합이 약하기 때문에, 음극리벳(12)과 같은 재질의 중간플레이트(10)를 이용한 마찰교반용접(friction stir welding)으로 수행한다.

이 마찰교반용접은 용접툴이 용접부에 마찰열을 주며 용접을 수행하는 방식으로서, 레이저용접에 비해 상대적으로 저온에서 결합되기 때문에 열영향부가 좁고, 두 부재의 용접 부위가 용접툴의 마찰 교반에 의해 혼합이 고르게 돼서 균일하고 견고한 용접강도를 얻을 수 있다. 다만, 마찰교반용접을 하려면 용접하려는 두 부재가 겹치기 상태로 배치되어야 하므로, 기존에 맞대기 배치 상태였던 음극리벳(12)과 리벳터미널(22) 사이에 중간플레이트(10)를 개재하여 이종 금속간에 겹치기 용접을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

도 3a가 마찰교반용접 방식으로 중간플레이트(10)와 리벳터미널(22)을 겹치기 용접하는 과정을 간략히 보인 것인데, 도면과 같이 용접툴(100)이 중간플레이트(10)와 리벳터미널(22)의 겹쳐진 영역에 접촉하여 회전하면서 마찰열을 발생시키게 되고, 이에 따라 두 부재(12,22)의 겹쳐진 부위가 국부적으로 녹아 뒤섞이면서 견고한 용접이 이루어지는 것이다. 즉, 알루미늄 재질의 리벳터미널(22)과 구리 재질의 중간플레이트(10)가 마찰교반용접에 의해 기존의 레이저 용접을 사용할 때보다 훨씬 강한 결합력으로 접합된다.

이와 같이 중간플레이트(10)와 리벳터미널(22)의 용접이 끝나면, 도 3b와 같이 음극리벳(12)의 선단부를 리벳가공하여 중간플레이트(10)에 밀착시킨다. 물론, 양극리벳(11)의 경우는 선단부를 리벳가공해서 리벳터미널(21)에 밀착시킨 후 레이저용접하게 되는데, 본 실시예에서는 음극리벳(12) 쪽에 새로운 구조를 도입한 것이므로 음극리벳(12) 쪽의 결합과정을 계속 설명하기로 한다. 이렇게 리벳가공이 되면 중간플레이트(10)가 리벳가공된 음극리벳(12)의 선단부에 걸리게 되어 이탈하 지 못하게 된다.

이 상태에서 도 3c와 같이 음극리벳(12)과 중간플레이트(10)의 경계부를 레이저 용접으로 접합시킨다. 이때에는 음극리벳(12)과 중간플레이트(10)가 둘다 동종 금속인 구리 재질이므로, 레이저 용접으로도 충분한 접합 강도가 얻어지게 된다.

이후의 리벳터미널(21,22)과 버스바(31,32) 간의 결합은 동종 금속인 알루미늄 재질끼리의 용접이므로 일반적인 레이저 용접으로 접합시키면 된다.

따라서, 이상에서 설명한 바와 같은 방식에 의하면, 이차전지의 단자유닛을 조립할 때 이종 금속간의 용접도 견고하게 만들 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 전극리벳 중 음극리벳 쪽이 이종 금속간 용접이 수행되는 경우를 예시하였는데, 경우에 따라서는 양극리벳 쪽에서 이종 금속간 용접이 수행될 수도 있다. 따라서, 어느 쪽이든지 전극리벳과 리벳플레이트 간의 이종 금속간 용접을 해야 할 경우, 전극리벳과 같은 재질의 중간플레이트를 리벳플레이트와 겹치기 상태로 대고 마찰교반용접으로 접합시키면 견고한 접합 구조가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 구조를 도시한 도면,

도 2는 도 1에 도시된 전극조립체의 구조를 도시한 도면,

도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 이차전지에서 음극리벳과 리벳터미널의 결합 과정을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...중간플레이트 11,12...전극리벳

21,22...리벳플레이트 31,32...버스바

40...캡조립체 50...케이스

60...전극조립체 70...집전판

Claims

전극조립체와 연결된 전극리벳;

상기 전극리벳과 전기적으로 연결되며, 상기 전극리벳과 이종금속인 리벳터미널;

상기 전극리벳과 동종금속으로서, 상기 리벳터미널과 겹치기 용접이 가능하도록 상기 전극리벳과 상기 리벳터미널 사이에 개재되는 중간플레이트;를 포함하는 이차전지의 단자유닛.
제1항에 있어서,

상기 리벳터미널과 상기 중간플레이트는 마찰교반용접으로 겹치기 용접되는 이차전지의 단자유닛.
제2항에 있어서,

상기 전극리벳의 단부는 상기 중간플레이트에 밀착되도록 리벳가공되는 이차전지의 단자유닛.
제3항에 있어서,

상기 전극리벳과 상기 중간플레이트는 레이저 용접으로 상호 접합되는 이차전지의 단자유닛.
제1항에 있어서,

상기 전극리벳과 상기 중간플레이트는 구리 재질이고, 상기 리벳터미널은 알루미늄 재질인 이차전지의 단자유닛.
전극조립체와 연결되는 전극리벳과, 상기 전극리벳과 전기적으로 연결되며 상기 전극리벳과 이종금속인 리벳터미널 및, 상기 전극리벳과 동종금속인 중간플레이트를 준비하는 단계;

상기 중간플레이트를 상기 리벳터미널과 겹치기 용접이 가능하도록 상기 전극리벳과 상기 리벳터미널 사이에 개재시키는 단계;

상기 중간플레이트와 상기 리벳터미널의 겹쳐진 부위를 마찰교반용접으로 접합시키는 단계;를 포함하는 이차전지의 단자유닛 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 전극리벳의 단부를 상기 중간플레이트에 밀착되도록 리벳가공하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 단자유닛 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 전극리벳과 상기 중간플레이트를 레이저 용접으로 상호 접합하는 단계를 더 포함하는 이차전지의 단자유닛 제조방법.
제6항에 있어서,

상기 전극리벳과 상기 중간플레이트는 구리 재질이고, 상기 리벳터미널은 알루미늄 재질인 이차전지의 단자유닛 제조방법.