KR102261720B1 - Battery Cell Comprising Surface-treated Current Collector by Laser Irradiation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수의 양극 집전체들과 음극 집전체들이 분리막에 의해 전기적 절연 상태로 적층되어 형성된 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 수납되어 있고, 상기 양극 집전체들은, 집전체의 일측 외주변으로부터 돌출되어 있는 양극 탭이 상호 결합된 상태에서, 최외측 양극 집전체들 중의 적어도 하나의 외면에 양극 리드가 결합되어 전기적 연결을 이루고 있으며, 각각의 양극 탭은, 인접한 양극 탭 또는 양극 리드에 결합되는 부위를 제외하고, 표면에 금속 산화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 대한 것이다.According to the present invention, an electrode assembly formed by stacking a plurality of positive electrode current collectors and negative electrode current collectors in an electrically insulating state by a separator is accommodated in a battery case together with an electrolyte, and the positive electrode current collectors are disposed from the outer periphery of one side of the current collector. In a state in which the protruding positive electrode tabs are coupled to each other, a positive electrode lead is coupled to an outer surface of at least one of the outermost positive electrode current collectors to form an electrical connection, and each positive electrode tab is coupled to an adjacent positive electrode tab or positive electrode lead. Except for the part, it relates to a battery cell, characterized in that a metal oxide layer is formed on the surface.
Description
본 발명은 레이저 조사로 표면처리 된 전극집전체를 포함하는 전지셀에 대한 것이다.The present invention relates to a battery cell including an electrode current collector surface-treated by laser irradiation.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, a lot of research on secondary batteries capable of meeting various needs is being conducted.
이와 같은 이차전지는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell) 등의 단위셀들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.Such secondary batteries are also classified according to the structure of the positive electrode, the negative electrode, and the electrode assembly having a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode. A jelly-roll (winding type) electrode assembly with a structure wound in an interposed state, a stacked (stacked type) electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a predetermined A stack/folding type electrode assembly having a structure in which unit cells such as a bi-cell or a full cell are stacked in a state in which anodes and cathodes of a unit are stacked with a separator interposed therebetween.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.1 is an exploded perspective view schematically showing the general structure of a typical conventional pouch-type secondary battery.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1 , the pouch-type
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.The
상기 전극 탭들(40, 50)은 알루미늄, 구리, 알루미늄 합금 등으로 이루어지며, 전극조립체(30)의 전극 집전체로부터 연장되어 돌출되어 있는 다수의 전극 탭들(40, 50)은, 예를 들어, 용접에 의해 일체로 결합된 용착부의 형태로 전극리드(60, 70)에 연결된다.The
그런데, 전극 탭이 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어진 경우, 도 2의 사진에서 보는 바와 같이 전극 탭의 표면에 다공성의 Al2O3층이 형성된다.However, when the electrode tab is made of aluminum or an aluminum alloy, a porous Al 2 O 3 layer is formed on the surface of the electrode tab as shown in the photo of FIG. 2 .
일반적인 알루미늄은 공기중에서 표면에 약 4 nm 내지 10 nm의 두께로 Al2O3층이 형성되며, 중대형용 이차전지의 알루미늄 전극 탭은 상대적으로 매우 두꺼운 3층 구조의 Al2O3층이 형성된다. Typical aluminum is the Al 2 O 3 layer to a thickness of about 4 nm to 10 nm formed on the surface in the air, the aluminum electrode tab of the middle- or large-sized secondary batteries is the Al 2 O 3 layer of relatively very thick three-layer structure to be formed .
상기 산화물은 높은 경도의 절연성 물질이므로, 통전시 스파크를 유발하며, 전극 탭들 간 및 전극 탭과 전극 리드 간의 전기적 연결을 위한 초음파 용접시, 용접성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.Since the oxide is an insulating material of high hardness, it causes sparks when energized, and there is a problem in that weldability is remarkably deteriorated during ultrasonic welding for electrical connection between electrode tabs and between electrode tabs and electrode leads.
따라서, 알루미늄 소재의 전극 탭, 및 전극 리드의 용접성을 향상시켜 용접 인장력을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a technology capable of improving welding tensile force by improving the weldability of an electrode tab made of an aluminum material and an electrode lead.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 양극 탭들 간, 및 양극 탭과 양극 리드의 연결을 위한 용접부 표면의 금속 산화층을 제거하는 경우에 용접력을 향상시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After in-depth research and various experiments, the inventors of the present application have improved the welding power when removing the metal oxide layer on the surface of the welded part between the positive electrode tabs and for the connection between the positive electrode tab and the positive electrode lead, as will be described later. It has been found that this can be done and led to the completion of the present invention.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 복수의 양극 집전체들과 음극 집전체들이 분리막에 의해 전기적 절연 상태로 적층되어 형성된 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 수납되어 있고, 상기 양극 집전체들은, 집전체의 일측 외주변으로부터 돌출되어 있는 양극 탭이 상호 결합된 상태에서, 최외측 양극 집전체들 중의 적어도 하나의 외면에 양극 리드가 결합되어 전기적 연결을 이루고 있으며, 각각의 양극 탭은, 인접한 양극 탭 또는 양극 리드에 결합되는 부위를 제외하고, 표면에 금속 산화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the battery cell according to the present invention for achieving this object, an electrode assembly formed by stacking a plurality of positive electrode current collectors and negative electrode current collectors in an electrically insulating state by a separator is accommodated in a battery case together with an electrolyte, and the positive electrode In the current collectors, in a state in which the positive electrode tab protruding from the outer periphery of one side of the current collector is coupled to each other, a positive electrode lead is coupled to the outer surface of at least one of the outermost positive electrode current collectors to form an electrical connection, and each positive electrode tab Silver is characterized in that a metal oxide layer is formed on the surface except for a portion coupled to an adjacent positive electrode tab or positive electrode lead.
이와 같이, 양극 집전체의 일측에서 외주변으로 돌출된 양극 탭의 표면에는 금속 산화층이 형성되어 있는 바, 상기 금속 산화층은 적층된 양극 탭들 간의 용접 내지 양극 탭과 양극 리드 간의 용접 강도를 저하하는 원인이 된다. 그러나, 상기 금속 산화층은 전지셀의 기밀성을 향상시키는 역할을 하기 때문에 금속 산화층 전체를 제거하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 인접한 양극 탭 또는 양극 리드와 결합되는 부위에 형성된 금속 산화층만을 제거함으로써 용접 강도를 향상시킬 수 있으면서, 전지셀의 기밀성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.As such, a metal oxide layer is formed on the surface of the positive electrode tab protruding from one side of the positive electrode current collector to the outer periphery, and the metal oxide layer is a cause of lowering the welding strength between the stacked positive electrode tabs or the welding strength between the positive electrode tab and the positive electrode lead becomes this However, since the metal oxide layer serves to improve the airtightness of the battery cell, it is not preferable to remove the entire metal oxide layer. Therefore, by removing only the metal oxide layer formed in the portion coupled to the adjacent positive electrode tab or positive electrode lead, welding strength can be improved, and airtightness of the battery cell can be prevented from being lowered.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전극조립체는, 판상형의 전극 집전체가 적층되어 형성된 구조일 수 있는 바, 예를 들어, 스택형 전극조립체, 또는 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 라미네이션/스택형 전극조립체일 수 있으며, 상기 금속 산화층은 Al2O3일 수 있다.In one preferred example, the electrode assembly may have a structure formed by stacking plate-shaped electrode current collectors, for example, a stack-type electrode assembly, or a stack/folding-type electrode assembly, or a lamination/stack-type electrode assembly may be, and the metal oxide layer may be Al 2 O 3 .
상기 양극 탭은, 금속 산화층이 표면에 형성된 상태에서, 용접이 필요한 부분, 즉, 인접한 양극 탭 또는 양극 리드의 결합 예정 부위에서 금속 산화층을 제거한 탭 노출부를 포함하는 구조일 수 있다.The positive electrode tab may have a structure including a tab exposed portion in which the metal oxide layer is removed from a portion requiring welding, that is, an adjacent positive electrode tab or a portion to be coupled to the positive electrode lead in a state in which the metal oxide layer is formed on the surface thereof.
구체적으로, 상기 탭 노출부는 결합 예정 부위에 레이저를 조사하여 금속 산화층을 제거함으로써 형성될 수 있다. 이와 같이, 금속 산화층의 제거를 위해 사용되는 방법으로는, 레이저를 조사하는 레이저 에칭 방식으로 수행되는 바, 화학적 에칭과 비교하여 그 공정이 매우 간소하여 궁극적으로 전지의 제조비용을 크게 절감할 수 있으며, 정밀한 부분 에칭이 가능하고, 에칭의 깊이를 조절하는 것이 용이한 장점이 있다.Specifically, the tab exposed portion may be formed by removing the metal oxide layer by irradiating a laser to the bonding site. As such, as a method used for removing the metal oxide layer, the laser etching method is performed by irradiating a laser, and the process is very simple compared to chemical etching, and ultimately the manufacturing cost of the battery can be greatly reduced. , precise partial etching is possible, and it is easy to control the depth of etching.
상기 탭 노출부는 양극 집전체들의 적층 방향을 기준으로 상하 방향으로 동일한 위치에 형성되는 것이 바람직한 바, 양극 탭의 상면에만 또는 하면에만 형성될 수 있다. 또한, 서로 대면하는 모든 부분에 형성된 금속 산화층이 제거되는 경우에 용접성 향상의 효과를 얻을 수 있는 점을 고려할 때, 상기 탭 노출부는 양극 탭의 상면과 하면에 각각 형성될 수 있다.The tab exposed portion is preferably formed at the same position in the vertical direction based on the stacking direction of the positive electrode current collectors, and may be formed only on the upper surface or the lower surface of the positive electrode tab. In addition, considering that the effect of improving weldability can be obtained when the metal oxide layer formed on all portions facing each other is removed, the tab exposed portion may be formed on the upper and lower surfaces of the positive electrode tab, respectively.
이와 같이, 전극 집전체들이 적층된 상태에서, 상호 인접한 양극 탭들은 각각의 탭 노출부들이 서로 접한 상태에서 결합되어 있는 구조일 수 있는 바, 금속 산화층이 제거된 탭 노출부들이 접촉된 상태에서 용접이 이루어질 수 있으므로, 금속 산화막에 의해 용접 강도가 저하되었던 문제점을 해결할 수 있다.In this way, in a state in which the electrode current collectors are stacked, the positive electrode tabs adjacent to each other may have a structure in which the respective tab exposed portions are in contact with each other and are coupled to each other. Since this can be done, it is possible to solve the problem that the welding strength is lowered by the metal oxide film.
예를 들어, 상기 양극 탭들의 결합 방법은 양극 탭들 간에 안정적인 결합이 이루어지는 것이라면 특별히 그 방법을 한정할 필요가 없으나, 용접부가 손상되는 것을 방지하기 위해서 초음파 용접에 의해 이루어질 수 있다.For example, the method of bonding the positive electrode tabs does not need to be particularly limited as long as a stable coupling is formed between the positive electrode tabs, but may be performed by ultrasonic welding in order to prevent damage to the welding part.
한편, 용접에 의해 결합된 양극 탭들은 양극리드와 전기적인 연결이 이루어지는 바, 상기 양극 리드는, 양극 탭에 결합되는 부위를 제외하고, 표면에 금속 산화층이 형성되어 있다. 상기 양극 리드는 적층된 양극 탭들 가운데 최외측 양극의 외측면과 결합이 이루어질 수 있으며, 또는, 양극 탭들 사이에 전극 리드가 개제된 상태로 용접이 이루어질 수도 있다.Meanwhile, the positive electrode tabs joined by welding are electrically connected to the positive electrode lead, and the positive electrode lead has a metal oxide layer formed on its surface except for a portion coupled to the positive electrode tab. The positive electrode lead may be coupled to the outer surface of the outermost positive electrode among the stacked positive electrode tabs, or welding may be performed with the electrode lead interposed between the positive electrode tabs.
상기 양극 리드는, 금속 산화층이 표면에 형성된 상태에서, 최외측 양극 탭의 결합 예정 부위에서 금속 산화층을 제거한 리드 노출부를 포함하고 있는 구조일 수 있는 바, 양극 탭과의 결합 방법에 따라 양극 리드의 일면 또는 양면의 금속 산화층이 제거될 수 있다.The positive electrode lead may have a structure including a lead exposed portion in which the metal oxide layer is removed from the bonding scheduled portion of the outermost positive electrode tab in a state in which the metal oxide layer is formed on the surface, and the positive electrode lead according to the bonding method with the positive electrode tab. The metal oxide layer on one or both sides may be removed.
한편, 상기 금속 산화층은 외면을 기준으로 제 1 산화층, 제 2 산화층 및 제 3 산화층이 순차적으로 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 제 1 산화층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위로 형성될 수 있고, 제 2 산화층의 두께는 120 nm 내지 150 nm의 범위로 형성될 수 있으며, 제 3 산화층의 두께는 280 nm 내지 330 nm의 범위로 형성될 수 있다. 상기 제 2 산화층과 제 3 산화층을 비교하면, 제 2 산화층은 상대적으로 높은 밀도로 이루어질 수 있으며, 상기 제 3 산화층은 상대적으로 밀도가 낮은 다공성 구조로 이루어질 수 있다.On the other hand, the metal oxide layer may have a structure in which a first oxide layer, a second oxide layer, and a third oxide layer are sequentially formed based on the outer surface, and the thickness of the first oxide layer may be formed in a range of 5 nm to 10 nm, and , the thickness of the second oxide layer may be formed in the range of 120 nm to 150 nm, and the thickness of the third oxide layer may be formed in the range of 280 nm to 330 nm. Comparing the second oxide layer and the third oxide layer, the second oxide layer may have a relatively high density, and the third oxide layer may have a porous structure with a relatively low density.
상기 양극 탭 및 양극 리드에서 금속 산화층이 제거된 노출부를 형성하기 위하여, 상기 제 1 금속 산화층 내지 제 3 금속 산화층을 제거하거나 또는 제 1 금속 산화층 및 제 2 금속 산화층을 제거하여 탭 노출부 또는 리드 노출부가 형성될 수 있으며, 용접성을 향상시키기 위한 목적을 달성하기 위해서라면, 제 1 금속 산화층 내지 제 3 금속 산화층이 제거되는 것이 바람직하다.In order to form an exposed portion from which the metal oxide layer is removed from the anode tab and the anode lead, the first metal oxide layer to the third metal oxide layer are removed or the first metal oxide layer and the second metal oxide layer are removed to expose the tab exposed portion or the lead. An addition may be formed, and in order to achieve the purpose of improving weldability, it is preferable that the first to third metal oxide layers are removed.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 제조하는 방법을 제공하는 바, 구체적인 전지셀의 제조 방법은,The present invention also provides a method for manufacturing the battery cell, the specific method for manufacturing the battery cell,
(a) 외주변 일측으로부터 돌출되어 있고 표면에 금속 산화층이 형성되어 있는 양극 탭을 포함하는 양극 집전체를 준비하는 과정;(a) the process of preparing a positive electrode current collector including a positive electrode tab protruding from one side of the outer periphery and having a metal oxide layer formed on the surface;
(b) 양극 탭의 외면에 국부적으로 레이저를 조사하여 금속 산화층의 일부를 제거함으로써 탭 노출부를 형성하는 과정; (b) forming a tab exposed portion by removing a portion of the metal oxide layer by locally irradiating a laser to the outer surface of the anode tab;
(c) 분리막이 개재된 상태에서 탭 노출부들이 상호 접하도록 양극 집전체들과 음극 집전체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 과정; 및(c) forming an electrode assembly by stacking positive electrode current collectors and negative electrode current collectors so that the exposed tab portions are in contact with each other in a state in which the separator is interposed; and
(d) 양극 탭들의 탭 노출부를 통해 인접한 양극 탭들을 결합시키는 과정;(d) bonding adjacent positive electrode tabs through the tab exposed portions of the positive electrode tabs;
을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.It may be configured to include
이와 같이, 양극 탭의 외면 일부에 국부적으로 레이저를 조사하여 금속 산화층의 일부를 제거하고, 양극 탭들의 탭 노출부를 통해 인접한 양극 탭들이 결합하는 과정으로 구성된 전지셀의 제조 방법을 통해, 양극 탭 외면에 형성된 금속 산화층에 의해 양극 탭들의 용접성이 약해졌던 종래의 문제점을 해결할 수 있다.As described above, through the method of manufacturing a battery cell comprising the process of locally irradiating a laser to a portion of the outer surface of the positive electrode tab to remove a portion of the metal oxide layer, and bonding adjacent positive electrode tabs through the tab exposed portion of the positive electrode tab, the outer surface of the positive electrode tab It is possible to solve the conventional problem in which the weldability of the positive electrode tabs was weakened by the metal oxide layer formed thereon.
이 때, 상기 과정(b)에서 레이저 조사는 각각의 양극 탭의 양측 외면에 대해 수행될 수 있으며, 또는, 양극 탭들의 동일한 일측 외면에 대해 수행될 수도 있다.At this time, the laser irradiation in the process (b) may be performed on both outer surfaces of each positive electrode tab, or may be performed on the same outer surface of one side of the positive electrode tabs.
한편, 상기 과정(d) 이후에, 전극조립체의 최외측 양극 집전체들 중의 적어도 하나의 양극 탭의 외측면에 전극 리드를 결합시키는 과정을 더 포함할 수 있으며, 이 때, 상기 양극 탭과 결합하는 전극 리드의 결합 예정 부위에서 표면의 금속 산화층을 제거하기 위해 레이저를 조사할 수 있다. 이와 같이, 양극 탭 및 양극 리드의 결합 예정 부위에 금속 산화층을 제거함에 따라 양극 탭들과 양극 리드의 용접성도 향상될 수 있다.Meanwhile, after the step (d), the method may further include a step of coupling an electrode lead to the outer surface of at least one positive electrode tab among the outermost positive electrode current collectors of the electrode assembly, and in this case, combining the positive electrode tab with the electrode assembly. A laser may be irradiated to remove the metal oxide layer on the surface of the electrode lead to be bonded. As described above, as the metal oxide layer is removed from the portion to be coupled to the positive electrode tab and the positive electrode lead, the weldability of the positive electrode tab and the positive electrode lead may be improved.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기와 같은 전지팩 및 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.The present invention also provides a battery pack including the battery cell and a device including the battery pack, and since such a battery pack and device are known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein. do.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.The device is, for example, a notebook computer, a netbook, a tablet PC, a mobile phone, an MP3, a wearable electronic device, a power tool, an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) , a Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV), an electric bicycle (E-bike), an electric scooter (E-scooter), an electric golf cart, or a system for power storage. However, it is needless to say that the present invention is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극 탭의 표면 상에 레이저를 조사하여 에칭 방식으로 금속 산화막을 제거함으로써, 전기적 연결을 위한 용접시 접착력을 향상시킬 수 있고, 용접 강도가 낮아 발생할 수 있는 불량률을 줄일 수 있다. 또한, 통전시 스파크를 유발할 수 있는 산화막이 제거되므로 안전성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.As described above, the battery cell according to the present invention can improve adhesion during welding for electrical connection by irradiating a laser on the surface of the electrode tab and removing the metal oxide film by etching, and the welding strength is low. It can reduce the failure rate that can occur. In addition, since an oxide film that may cause sparks is removed during energization, it is possible to provide a secondary battery with improved safety.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 산화막이 형성된 전극 탭 표면의 SEM 사진이다;
도 3은 3층 구조의 산화막이 측정된 TEM 사진이다;
도 4는 양극 탭의 일부에 형성된 탭 노출부를 모식적으로 도시한 양극 집전체의 일부 모식도이다;
도 5는 양극 탭 노출부의 확대 사진이다;
도 6은 양극 탭들의 일면에 탭 노출부가 형성된 양극 탭들이 탭 노출부를 통해 연결된 상태의 측면도이다;
도 7은 양극 탭들의 양면에 탭 노출부가 형성된 양극 탭들이 탭 노출부를 통해 연결된 상태의 측면도이다; 및
도 8은 도 7의 양극 탭들에 리드 노출부가 형성된 양극 리드가 연결된 상태의 측면도이다.1 is an exploded perspective view of a general structure of a conventional pouch-type secondary battery;
2 is an SEM photograph of the surface of an electrode tab on which an oxide film is formed;
3 is a TEM photograph of an oxide film having a three-layer structure;
4 is a partial schematic view of a positive electrode current collector schematically illustrating a tab exposed portion formed on a portion of the positive electrode tab;
5 is an enlarged photograph of a positive electrode tab exposed portion;
6 is a side view illustrating a state in which positive electrode tabs having tab exposed portions formed on one surface of the positive electrode tabs are connected through the tab exposed portion;
7 is a side view illustrating a state in which positive electrode tabs having tab exposed portions formed on both surfaces of the positive electrode tabs are connected through the tab exposed portion; and
FIG. 8 is a side view of a state in which a positive electrode lead having a lead exposed portion formed thereon is connected to the positive electrode tabs of FIG. 7 .
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to the embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
도 3은 양극 탭의 표면에 형성된 산화막의 구조를 분석하기 위한 TEM 사진이다.3 is a TEM photograph for analyzing the structure of the oxide film formed on the surface of the positive electrode tab.
도 3을 참조하면, 금속 산화층은 외면을 기준으로 제 1 산화층(101), 제 2 산화층(102) 및 제 3 산화층(103)이 순차적으로 형성되어 있는 바, 제1 산화층(101)은 약 7 nm의 두께로 최외측에 형성되고, 제 2 산화층은(102) 제 1 산화층(101)의 내측에 약 135 nm의 두께로 형성되며, 제 3 산화층(103)은 제 2 산화층(102)의 내측으로 양극 탭 표면 상에서 약 295 nm의 두께로 형성되어 있다.Referring to FIG. 3 , the
제 2 산화층(102)은 상대적으로 높은 밀도로 이루어져 있으며, 제 3 산화층(103)은 상대적으로 밀도가 낮은 다공성 구조로 이루어진 것을 알 수 있다.It can be seen that the
도 4는 양극 집전체의 양극 탭 형성부를 모식적으로 나타낸 사시도이며, 도 5는 양극 탭 노출부의 확대 사진이다4 is a perspective view schematically showing a positive electrode tab forming portion of a positive electrode current collector, and FIG. 5 is an enlarged photograph of a positive electrode tab exposed portion.
도 4 및 도 5를 참조하면, 양극 집전체(210)의 일측에 돌출되어 형성된 양극 탭(220)의 중심부에는 금속 산화층이 제거된 탭 노출부(221)가 형성되어 있으며, 상기 탭 노출부(221)는 레이저 조사를 이용한 레이저 에칭법에 의해 형성된다. 탭 노출부는 양극 탭의 상면 또는 하면에 형성될 수 있으며, 양극 탭의 상면과 하면 모두에 형성될 수 있다.4 and 5 , a tab exposed
레이저 조사를 통한 탭 노출부에는 에칭 자국이 연속적인 도트 형상 또는 다수의 선형 형상으로 형성될 수 있는 바, 도 5의 레이저 에칭 형상은 연속적인 도트 형상으로 이루어져 있다.Etching marks may be formed in a continuous dot shape or a plurality of linear shapes on the tab exposed portion through laser irradiation, and the laser etching shape of FIG. 5 has a continuous dot shape.
도 6은 양극 탭들의 일면에 탭 노출부가 형성된 양극 탭들이 탭 노출부를 통해 연결된 상태의 측면도를 모식적으로 도시하고 있다.6 schematically illustrates a side view of the positive electrode tabs having the tab exposed portions formed on one surface of the positive electrode tabs connected through the tab exposed portions.
도 6을 참조하면, 양극 탭들(310, 320, 330, 340, 350)은 수직 방향으로 완전히 겹쳐지도록 적층되어 있으며, 각각의 양극 탭들(310, 320, 330, 340, 350)의 하면 일부에는 표면의 금속 산화막이 제거된 탭 노출부(311, 321, 331, 341, 351)가 형성되어 있고, 양극 탭들은 탭 노출부를 통해 서로 연결되어 있다.Referring to FIG. 6 , the
도 7은 양극 탭들의 양면에 탭 노출부가 형성된 양극 탭들이 탭 노출부를 통해 연결된 상태의 측면도를 모식적으로 도시하고 있다.7 schematically illustrates a side view of a state in which positive electrode tabs having tab exposed portions formed on both surfaces of the positive electrode tabs are connected through the tab exposed portion.
도 7을 참조하면, 양극 탭들(410, 420, 430, 440, 450)은 수직 방향으로 완전히 겹쳐지도록 적층되어 있으며, 각각의 양극 탭들(410, 420, 430, 440, 450)의 상면 및 하면의 일부에는 표면의 금속 산화막이 제거된 탭 노출부(401, 411, 421, 431, 441, 451)가 형성되어 있고, 양극 탭들은 탭 노출부를 통해 서로 연결되어 있다.Referring to FIG. 7 , the
도 8은 도 7의 양극 탭들에 리드 노출부가 형성된 양극 리드가 연결된 상태의 측면도를 모식적으로 도시하고 있다.FIG. 8 schematically illustrates a side view of a state in which a positive electrode lead having a lead exposed portion formed thereon is connected to the positive electrode tabs of FIG. 7 .
도 8을 참조하면, 적층된 양극 탭들의 최외측 양극 탭(410의 외측면에는 양극 리드(460)가 부착되어 있으며, 양극 리드(460)의 양극 탭과의 접촉부에는 리드 노출부(461)가 형성되어 있는 바, 양극 리드(460)와 양극 최외측 양극 탭(410)은 양극 리드 노출부(461) 및 탭 노출부(401)에서 용접을 통한 결합이 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 8 , a
한편, 도시하지 않았으나, 양극 리드(460)는 도 6에 도시한 바와 같이 양극 탭의 일측면에만 노출부가 형성된 양극 탭과도 용접을 통한 결합이 이루어질 수 있으며, 이 때 양극 리드는 탭 노출부가 형성되지 않은 양극 탭(310)의 상면과 결합할 수 있으나, 탭 노출부(351)가 형성된 양극 탭(350)의 하면과 결합하는 경우에 더욱 안정적인 결합이 이루어질 수 있다.Meanwhile, although not shown, as shown in FIG. 6 , the
이하에서는, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, which are provided for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1><Example 1>
알루미늄 소재의 양극 탭 각각의 일면에 1,064 nm의 레이저를 조사하여 레이저 에칭으로 양극 탭 표면의 산화층이 제거된 양극 탭을 제조하였다. 동일한 과정을 반복하여 양극 탭 일면의 산화층이 제거된 양극 탭을 3개 제조하였다.A 1,064 nm laser was irradiated to one surface of each anode tab made of aluminum, and the oxide layer on the surface of the anode tab was removed by laser etching to prepare a cathode tab. The same process was repeated to prepare three positive electrode tabs from which the oxide layer on one surface of the positive electrode tab was removed.
상기 양극 탭들의 에칭된 면이 서로 대면하지 않도록 일정한 방향으로 적층한 후, 일측 끝단의 양극 탭의 에칭면 상에 알루미늄 소재의 전극 리드를 위치시킨 상태에서 초음파 용접을 이용하여 양극 탭들과 전극 리드를 결합시켰다.After stacking the positive electrode tabs in a predetermined direction so that the etched surfaces of the positive electrode tabs do not face each other, an electrode lead made of aluminum is placed on the etching surface of the positive electrode tab at one end, and the positive electrode tabs and the electrode lead are welded together by ultrasonic welding. combined.
<실시예 2><Example 2>
양극 탭 각각의 양면에 레이저 에칭을 실시한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 양극 탭들과 전극 리드를 결합시켰다.The positive electrode tabs and the electrode lead were combined in the same manner as in Example 1, except that laser etching was performed on both sides of each positive electrode tab.
<비교예 1><Comparative Example 1>
양극 탭 각각의 양면에 레이저 에칭을 실시하지 않고, 양극 탭 3개를 적층하고 일측 끝단면에 전극 리드를 위치시킨 상태에서 초음파 용접을 이용하여 양극 탭들과 전극 리드를 결합시켰다.Without laser etching on both sides of each positive electrode tab, three positive electrode tabs were stacked and an electrode lead was placed on one end surface, and then the positive electrode tabs and the electrode lead were combined using ultrasonic welding.
<실험예 1><Experimental Example 1>
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예에서 제조된 양극 탭과 결합된 전극 리드의 인장강도를 측정하기 위하여, 양극 탭 부분을 인장강도 측정기에 고정시키고, 전극 리드에 일정한 힘을 인가하며 전극 리드가 분리되는 시점의 인장강도를 5회씩 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.In order to measure the tensile strength of the electrode lead combined with the positive electrode tab prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example, the positive electrode tab part is fixed to a tensile strength measuring device, a constant force is applied to the electrode lead, and the electrode lead is separated. Tensile strength was measured 5 times at the time point, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1을 참조하면, 양극 탭 일측면의 금속 산화막을 제거한 실시예 1의 경우에는 금속 산화막을 제거하지 않은 비교예 1과 비교할 때, 인장강도가 15.8% 증가되었고, 양극 탭의 양측면의 금속 산화막을 제거한 실시예 2의 경우에는 비교예 1과 비교할 때 인장강도가 44.7% 증가되었음을 알 수 있다.Referring to Table 1, in the case of Example 1 in which the metal oxide film on one side of the positive electrode tab was removed, compared with Comparative Example 1 in which the metal oxide film was not removed, the tensile strength was increased by 15.8%, and the metal oxide film on both sides of the positive electrode tab In the case of Example 2 in which the was removed, it can be seen that the tensile strength was increased by 44.7% compared to Comparative Example 1.
따라서, 본 발명과 같이 양극 탭의 금속 산화막을 제거한 상태에서 용접을 통한 결합이 이루어지는 경우, 이들의 결합력이 현저히 향상되는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that, when bonding through welding is performed in a state in which the metal oxide film of the positive electrode tab is removed as in the present invention, their bonding strength is remarkably improved.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.
Claims (18)
상기 양극 집전체들은, 집전체의 일측 외주변으로부터 돌출되어 있는 양극 탭이 상호 결합된 상태에서, 최외측 양극 집전체들 중의 적어도 하나의 외면에 양극 리드가 결합되어 전기적 연결을 이루고 있으며;
각각의 양극 탭은, 인접한 양극 탭 또는 양극 리드에 결합되는 부위를 제외하고, 표면에 금속 산화층이 형성되어 있으며;
상기 양극 탭은, 금속 산화층이 표면에 형성된 상태에서, 인접한 양극 탭 또는 양극 리드의 결합 예정 부위에서 금속 산화층을 제거한 탭 노출부를 포함하고 있으며;
상기 탭 노출부는 상기 양극 탭의 중심부에 형성되어 있고,
상기 탭 노출부는 집전체들의 적층 방향을 기준으로 양극 탭의 상면과 하면에 각각 형성되어 있으며,
상호 인접한 양극 탭들은 각각의 탭 노출부들이 서로 접한 상태에서 결합되어 있으며,
상기 양극 탭들은 3개 이상 수직방향으로 완전히 겹치도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.an electrode assembly formed by stacking a plurality of positive electrode current collectors and negative electrode current collectors in an electrically insulating state by a separator is accommodated in a battery case together with an electrolyte;
The positive electrode current collectors, in a state in which the positive electrode tabs protruding from the outer periphery of one side of the current collector are coupled to each other, a positive electrode lead is coupled to the outer surface of at least one of the outermost positive electrode current collectors to form an electrical connection;
Each positive electrode tab has a metal oxide layer formed on its surface except for a portion coupled to an adjacent positive electrode tab or positive electrode lead;
the positive electrode tab includes a tab exposed portion in which the metal oxide layer is removed from an adjacent positive electrode tab or a portion to be bonded to the positive electrode lead while the metal oxide layer is formed on a surface thereof;
The tab exposed portion is formed in the center of the positive electrode tab,
The tab exposed portion is formed on the upper and lower surfaces of the positive electrode tab based on the stacking direction of the current collectors, respectively,
The anode tabs adjacent to each other are coupled with the exposed tab portions in contact with each other,
The battery cell, characterized in that three or more of the positive electrode tabs are stacked to completely overlap in the vertical direction.
(a) 외주변 일측으로부터 돌출되어 있고 표면에 금속 산화층이 형성되어 있는 양극 탭을 포함하는 양극 집전체를 준비하는 과정;
(b) 양극 탭의 외면에 국부적으로 레이저를 조사하여 금속 산화층의 일부를 제거함으로써 양극탭의 중심부에 탭 노출부를 형성하는 과정;
(c) 분리막이 개재된 상태에서 탭 노출부들이 상호 접하도록 양극 집전체들과 음극 집전체들을 3개 이상 수직방향으로 완전히 겹치도록 적층하여 전극조립체를 형성하는 과정; 및
(d) 양극 탭들의 탭 노출부를 통해 인접한 양극 탭들을 결합시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀의 제조 방법.As a method for manufacturing a battery cell according to any one of claims 1 to 3, 5 and 8 to 12,
(a) protruding from one side of the outer periphery and preparing a positive electrode current collector including a positive electrode tab having a metal oxide layer formed on the surface;
(b) forming a tab exposed portion in the central portion of the positive electrode tab by removing a portion of the metal oxide layer by irradiating a laser locally on the outer surface of the positive electrode tab;
(c) forming an electrode assembly by stacking three or more positive electrode current collectors and negative electrode current collectors to completely overlap in the vertical direction so that the exposed tab portions are in contact with each other in a state in which the separator is interposed; and
(d) bonding adjacent positive electrode tabs through the tab exposed portions of the positive electrode tabs;
A method of manufacturing a battery cell comprising a.
A device comprising the battery pack according to claim 17 .
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