KR20230048927A - Lithium secondary battery and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일실시예는 리튬 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a lithium secondary battery and a manufacturing method thereof.
일반적으로 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다. In general, a secondary battery is a battery that can be used repeatedly through a process of discharging and charging in the reverse direction of converting chemical energy into electrical energy. Batteries, lithium-metal batteries, lithium-ion (Ni-Ion) batteries and lithium-ion polymer batteries (Li-Ion Polymer Battery, hereinafter referred to as "LIPB") and the like.
이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른 양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 이차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.A secondary battery is composed of an anode, a cathode, an electrolyte, and a separator, and stores and generates electricity using a voltage difference between different anode and cathode materials. Here, discharging is to move electrons from a cathode with a higher voltage to an anode with a lower voltage (electricity is generated as much as the voltage difference between the anodes), and charging is to move electrons from the anode to the cathode again. At this time, the anode material receives electrons and lithium ions. to return to the original metal oxide. That is, when the secondary battery is charged, a charging current flows as metal atoms move from the positive electrode to the negative electrode through the separator, and conversely, when the secondary battery is discharged, the metal atoms move from the negative electrode to the positive electrode, and a discharge current flows.
최근 이차전지는 IT제품, 자동차분야 및 에너지 저장분야 등에서 널리 사용됨으로써 각광받는 에너지원으로 주목받고 있다. IT제품 분야에서 이차전지는 장시간 연속사용이 가능하며, 소형화, 경량화가 요구되고 있으며, 자동차 분야에서는 고출력, 내구성 및 폭발위험을 해소하기 위한 안정성 등을 요구하고 있다. 에너지 저장분야는 풍력, 태양광 발전 등으로 생산한 잉여전력을 저장하는 것으로, 고정형으로 사용됨에 따라 보다 완화된 조건의 이차전지를 적용할 수 있다.Recently, secondary batteries have been widely used in IT products, automobile fields, energy storage fields, etc., and are attracting attention as an energy source in the spotlight. In the field of IT products, secondary batteries can be used continuously for a long time, and miniaturization and light weight are required. In the field of automobiles, high power, durability, and stability to eliminate the risk of explosion are required. The energy storage field is to store surplus power produced by wind power, solar power, etc., and as it is used in a fixed type, secondary batteries under more relaxed conditions can be applied.
이러한 리튬 이차전지는 일반적으로 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머전지라 한다. 또한, 리튬 이차전지의 외장재는 여러가지 종류로 형성될 수 있고, 대표적인 외장재의 종류는 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치(Pouch) 등이 있다. 상기 리튬 이차전지의 외장재 내부에는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재되는 분리막(세퍼레이터, Separator)가 적층되거나 권취된 전극조립체가 구비된다.These lithium secondary batteries are generally classified into a liquid electrolyte battery and a polymer electrolyte battery according to the type of electrolyte. A battery using a liquid electrolyte is referred to as a lithium ion battery, and a battery using a polymer electrolyte is referred to as a lithium polymer battery. In addition, the exterior material of the lithium secondary battery may be formed in various types, and typical types of exterior materials include a cylindrical shape, a prismatic shape, and a pouch. An electrode assembly in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator (separator) interposed therebetween are stacked or wound is provided inside the exterior material of the lithium secondary battery.
전극조립체의 전극인 양극과 음극에 전극탭을 접합하는 경우에 실질적으로 전기적인 연결 역할을 하는 전극탭 영역의 불필요한 손실 등은 이차전지의 에너지 밀도에도 큰 영향을 주는 바, 이러한 에너지의 손실을 최소화 하면서 이차전지의 에너지 밀도를 극대화 할 수 있는 이차전지의 구조 및 제조방법의 필요성이 대두된다. When electrode tabs are bonded to the anode and cathode, which are the electrodes of the electrode assembly, unnecessary loss of the electrode tab area, which actually serves as an electrical connection, greatly affects the energy density of the secondary battery, minimizing such energy loss. The need for a structure and manufacturing method of a secondary battery capable of maximizing the energy density of a secondary battery while doing so has emerged.
본 발명의 일실시예는 에너지 밀도가 향상된 리튬 이차전지 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a lithium secondary battery with improved energy density and a manufacturing method thereof.
또한, 전극판과 전극탭의 탭접합부와 파우치 외장재에 포함된 금속층간의 전기적 절연을 효과적으로 확보하여 이차전지의 성능의 향상 및 전기적 안정성을 확보하기 위한 것이다.In addition, it is to effectively secure electrical insulation between the tab joint of the electrode plate and the electrode tab and the metal layer included in the pouch exterior to improve the performance and electrical stability of the secondary battery.
본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지는, 제1 전극판 및 제2 전극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전극조립체, 상기 제1 전극판 일단과 제1 전극탭이 결합된 제1 탭접합부, 상기 제2 전극판 일단과 제2 전극탭이 결합된 제2 탭접합부, 상기 제1 탭접합부 또는 상기 제2 탭접합부에 감싸도록 배치된 보호필름 및 상기 전극조립체를 수용하고, 상기 보호필름상에 접합되어 실링되는 파우치 외장재를 포함한다. A lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly in which a separator is interposed between a first electrode plate and a second electrode plate, a first tab joint portion in which one end of the first electrode plate and a first electrode tab are coupled, A second tab joint where one end of the second electrode plate and the second electrode tab are coupled, a protective film disposed to surround the first tab joint or the second tab joint, and the electrode assembly are accommodated, and on the protective film It includes a pouch exterior material that is bonded and sealed.
여기서, 상기 파우치 외장재가 실링되는 일단부가 상기 보호필름 일단에 대응되도록 상기 파우치 외장재가 실링될 수 있다. Here, the pouch exterior material may be sealed such that one end portion of the pouch exterior material being sealed corresponds to one end of the protective film.
또한, 상기 파우치 외장재는 상기 보호필름을 감싸며 실링되도록 접합되는 내측절연층, 상기 내측절연층상에 형성되는 금속층 및 상기 금속층 상에 형성된 적어도 하나 이상의 외측보호층을 포함할 수 있다. In addition, the pouch case may include an inner insulating layer bonded to enclose and seal the protective film, a metal layer formed on the inner insulating layer, and at least one outer protective layer formed on the metal layer.
또한, 상기 보호필름의 두께와 상기 보호필름상에 적층되어 결합되는 상기 파우치 외장재의 내측절연층의 두께의 합은 150㎛ 이상일 수 있다.In addition, the sum of the thickness of the protective film and the thickness of the inner insulating layer of the pouch exterior material laminated and bonded on the protective film may be 150 μm or more.
또한, 상기 보호필름의 두께는 상기 보호필름상에 적층되어 결합되는 상기 파우치 외장재의 내측절연층의 두께 이상으로 형성될 수 있다. In addition, the thickness of the protective film may be formed to be greater than or equal to the thickness of the inner insulating layer of the pouch case that is laminated and bonded on the protective film.
또한, 상기 보호필름의 두께는 상기 보호필름상에 적층되어 결합되는 상기 파우치 외장재 전체 두께의 1/2 이상일 수 있다.In addition, the thickness of the protective film may be 1/2 or more of the total thickness of the pouch case that is laminated and bonded on the protective film.
또한, 상기 보호필름은 코어층, 상기 코어층 일면상에 상기 내측절연층과 직접 접합되는 제1 층 및 상기 코어층 타면상에 상기 제1 탭접합부 또는 상기 제2 탭접합부에 직접 접합되는 제2 층을 포함하고, 상기 코어층은 폴리프로필렌(PP)계열 고분자 또는 Ca(칼슘), Si(규소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), Mg(마그네슘) 중 어느 하나와 조합되어 형성된 고분자 층을 포함하고, 상기 제2 층은 상기 제1 탭접합부 또는 상기 제2 탭접합부와의 결합면에 산(Acid) 또는 실란(Silane)처리가 형성될 수 있다. In addition, the protective film includes a core layer, a first layer directly bonded to the inner insulating layer on one surface of the core layer, and a second layer directly bonded to the first tap joint or the second tap joint on the other surface of the core layer. The core layer includes a polypropylene (PP)-based polymer or a polymer layer formed by combining any one of Ca (calcium), Si (silicon), Ti (titanium), Al (aluminum), and Mg (magnesium). Including, the second layer may be acid (Acid) or silane (Silane) treatment is formed on the bonding surface with the first tap joint or the second tap joint.
본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법은, 전극 조립체 제공단계, 상기 전극판의 일단에 전극탭을 접합하여 탭접합부가 형성되는 탭 웰딩 단계, 상기 탭접합부상에 보호필름을 부착하는 탭 테이핑 단계, 상기 탭접합부상에 형성된 상기 보호필름 상에 파우치 외장재 일단이 실링되도록 상기 전극조립체가 상기 파우치 외장재에 수용되어 실링되는 탭실링 단계를 포함한다. A method for manufacturing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention includes providing an electrode assembly, bonding an electrode tab to one end of the electrode plate to form a tab joint, and attaching a protective film on the tab joint. and a tab sealing step of receiving and sealing the electrode assembly in the pouch exterior material so that one end of the pouch exterior material is sealed on the protective film formed on the tab joint.
여기서, 상기 탭 테이핑 단계는 상기 보호필름의 두께는 상기 파우치 외장재 일단이 접촉되는 내측절연층의 두께의 합이 150㎛ 이상일 수 있다.Here, in the tab taping step, the thickness of the protective film may be 150 μm or more in sum of the thicknesses of the inner insulating layer to which one end of the pouch case is in contact.
또한, 상기 보호필름의 두께는 상기 파우치 외장재 일단의 내측절연층의 두께 이상으로 형성될 수 있다.In addition, the thickness of the protective film may be formed to be greater than or equal to the thickness of the inner insulating layer of one end of the pouch exterior material.
또한, 상기 보호필름의 두께는 상기 파우치 외장재 일단 전체 두께의 1/2 이상으로 형성될 수 있다. In addition, the thickness of the protective film may be formed to be more than 1/2 of the total thickness of the pouch exterior material.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.Features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is.
본 발명의 일실시예에 따르면, 리튬 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. According to one embodiment of the present invention, there is an effect of improving the energy density of the lithium secondary battery.
또한, 이차전지의 전기적 신뢰성을 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect of effectively securing the electrical reliability of the secondary battery.
또한, 전극판과 전극탭의 접합부의 돌출부에 따른 접합의 물리적인 결합력을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 이러한 접합부에 보호필름을 형성함으로써 전기적 절연 및 파우치 외장재의 실링부를 효과적으로 확보할 수 있는 효과가 있다. In addition, it is possible to effectively improve the physical bonding strength of the junction according to the protrusion of the junction of the electrode plate and the electrode tab, and by forming a protective film on this junction, there is an effect of effectively securing electrical insulation and sealing of the pouch exterior material.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 파우치 외장재와의 결합을 일부 분해 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극판과 전극탭의 접합부인 탭접합부가 형성된 부분 확대도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 탭접합부 상에 순차적으로 적층 결합되는 보호필름과 파우치 외장재의 단면에 따른 층 구조의 개략도;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 보호필름의 실시예에 따른 보호필름과 파우치 외장재의 단면에 따른 층 구조의 개략도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법의 플로우 차트
도 6 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지 제조방법의 공정을 순차적으로 나타낸 도면.1 is a partially exploded perspective view of the combination of a lithium secondary battery with a pouch exterior material according to an embodiment of the present invention;
2 is an enlarged view of a portion of a tab junction, which is a junction between an electrode plate and an electrode tab, according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram of a layer structure according to a cross-section of a protective film and a pouch exterior material sequentially stacked and bonded on a tab joint of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic view of a layer structure according to a cross-section of a protective film and a pouch casing according to an embodiment of a protective film for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention
5 is a flow chart of a method for manufacturing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
6 to 12 are views sequentially showing the steps of a method for manufacturing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing in this specification, it should be noted that the same components have the same numbers as much as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, terms such as "one side", "other side", "first", and "second" are used to distinguish one component from another, and the components are not limited by the above terms. no. Hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 파우치 외장재와의 결합을 일부 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극판과 전극탭의 접합부인 탭접합부가 형성된 부분 확대도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 탭접합부 상에 순차적으로 적층 결합되는 보호필름과 파우치 외장재의 단면에 따른 층 구조의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 보호필름의 실시예에 따른 보호필름과 파우치 외장재의 단면에 따른 층 구조의 개략도이다.1 is a partially exploded perspective view of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention coupled to a pouch exterior, and FIG. 2 is an enlarged portion of a tab joint, which is a junction between an electrode plate and an electrode tab according to an embodiment of the present invention. 3 is a schematic diagram of a layer structure according to a cross-section of a protective film and a pouch exterior material sequentially stacked and bonded on a tab joint of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention It is a schematic diagram of the layer structure according to the cross section of the protective film and the pouch exterior material according to the embodiment of the protective film for a lithium secondary battery according to.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는, 전극조립체(21), 상기 전극조립체(21) 일단 또는 타단에 형성된 서로 다른 극성의 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b), 상기 제1 전극판(21a) 일단과 제1 전극탭(22)이 결합된 제1 탭접합부(24), 상기 제2 전극판(21b) 일단과 제2 전극탭(23)이 결합된 제2 탭접합부(24), 상기 제1 탭접합부(24) 또는 상기 제2 탭접합부(24)를 커버하도록 결합되는 보호필름(30) 및 상기 전극조립체(21)를 수용하고, 상기 제1 탭접합부(24) 또는 상기 제2 탭접합부(24)를 감싸는 상기 보호필름(30)상에 접합되어 실링되는 파우치 외장재(10)를 포함한다. A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an
도 1에 도시된 바와 같이, 전극조립체(21)의 일단 또는 양단으로 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)이 형성되고, 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)은 각각 제1 전극탭(22)과 제2 전극탭(23)이 결합되는 탭접합부(24)가 형성될 수 있다. As shown in FIG. 1, the
제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)은 상호 다른 극성으로 각각 양극 또는 음극의 전극을 형성하기 위한 전극조립체(21)로부터 돌출되고, 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)상에 제1 전극탭(22)과 제2 전극탭(23)을 접합함으로써 이차전지의 전극을 형성할 수 있다. The
도 2에 도시된 바와 같이, 탭접합부(24)는 초음파 용접을 통해 제1 전극판(21a)과 제1 전극탭(22), 제2 전극판(21b)과 제2 전극탭(23)의 각 단부를 접합하게 된다. 초음파 용접에 의해 두 부재가 결합되면 결합과정에서 발생되는 진동 등에 의해 최종 탭접합부(24)의 표면에는 불규칙적으로 돌출되는 버(burr)또는 불규칙한 요철형상 등이 발생될 수 있다. 이러한 표면 형상에 의해 이후 공정의 타 부재와의 접합과정에서의 들뜸이나, 금속성분과 돌출부들에 의한 전기적인 단락 등의 문제가 발생될 수 있다. As shown in FIG. 2, the
보호필름(30)은 탭접합부(24)의 이러한 표면을 효과적으로 절연 및 커버할 수 있도록 탭접합부(24)의 외측면을 감싸도록 결합된다. 보호필름(30)은 절연소재를 적용하는 것이 적절하며, 구체적으로 폴리프로필렌(PP)과 같은 절연성의 필름소재를 사용할 수 있으며, 강도와 내열성 등의 조건이 만족되는 것이라면 동등의 절연필름을 사용할 수 있음은 물론이다. The
종전에는 이러한 탭접합부(24)를 커버하기 위한 필름과 별도로 파우치 외장재(10)의 실링을 위한 필름부재를 필연적으로 사용할 수밖에 없었다. 그러나, 이런 경우 전극탭의 전기적인 활성영역이 현저히 줄어들게 되어 이차전지의 전기적 에너지 밀도에도 큰 영향을 주었다. 그러나, 본 발명의 일실시예에서는 보호필름(30) 단일의 필름부재를 통해 탭접합부(24)를 커버함과 동시에 파우치 외장재(10)의 실링부를 형성하면서도, 전기적인 신뢰성과 안정성을 효과적으로 구현할 수 있도록 하였다. In the past, a film member for sealing the
도 3에 도시된 바와 같이, 보호필름(30)상에 실링부를 형성하는 파우치 외장재(10)는 복수의 층을 형성할 수 있다. 보호필름(30)과 접촉하여 실링되는 내측절연층(11), 내측절연층(11)상에 금속층(12)과 금속층(12)상에는 적어도 하나 이상의 외측보호층(13)이 형성될 수 있다. 도시된 도면에는 외측보호층(13)으로 제1 외측보호층(13a)과 제2 외측보호층(13b)으로 도시하였지만, 이러한 절연층의 개수나 두께는 특별히 한정되는 것은 아니다. As shown in FIG. 3 , the
파우치 외장재(10)의 금속층(12)과 탭접합부(24)의 접합과정에서 발생되는 물리, 화학적인 영향으로 표면의 불규칙한 버(burr)나 돌출된 부분이 서로 접촉되는 경우에는 전기적인 단락이나 화재 또는 이차전지의 폭발 등의 위험이 발생될 수 있다. 그러므로, 탭접합부(24)를 커버하는 보호필름(30)과 파우치 외장재(10)의 최내측에 있는 내측절연층(11)이 이를 안정적으로 커버함과 동시에, 다수의 층의 접합력을 유지하기 위한 최소한의 두께를 만족해야 하는 것이다. When irregular burrs or protruding parts on the surface come into contact with each other due to physical and chemical influences generated during the bonding process between the
여기서, 탭접합부(24)상에 보호필름(30)이 감싸도록 결합되고, 보호필름(30)상에 파우치 외장재(10)가 대응되는 위치에 실링부를 형성하면서 감싸도록 결합된다. Here, the
그러므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 탭접합부(24)의 적층방향으로 보면, 상부로 복수의 층이 형성되고, 하부로도 상부와 대칭적으로 복수의 층이 이루어짐을 알 수 있다. 여기서, 본 명세서에서의 각 층의 두께 한정은, 각 부재를 감싸는 부분 중 적층방향의 단일 부재의 두께를 의미하는 것으로, 상부 또는 하부의 어느 한 부분에 형성되 복수의 층 두께의 한정 및 조건으로 볼 수 있으며, 본 발명의 취지상 탭접합부(24)의 상부와 하부는 동일부재가 감싸도록 형성되어 대칭적으로 복수의 층이 적층되는 것이므로 본 명세서의 한정은 상부 또는 하부의 어느 하나의 단일층의 두께를 의미하는 것으로 정의 한다. 이러한 두께 한정의 정의는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법에서도 동일한 취지로 적용될 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 3, when viewed in the stacking direction of the tap joint 24, it can be seen that a plurality of layers are formed on the upper part and a plurality of layers are formed on the lower part symmetrically with the upper part. Here, the thickness limitation of each layer in the present specification means the thickness of a single member in the stacking direction among the parts surrounding each member, and can be seen as the limitation and condition of the thickness of a plurality of layers formed in any one part of the upper or lower part. For the purpose of the present invention, since the upper and lower portions of the tap joint 24 are formed to surround the same member and a plurality of layers are symmetrically stacked, the limitation of the present specification is that of either the upper or lower single layer. It is defined as meaning thickness. The definition of the thickness limitation may be applied to the same meaning in the method for manufacturing a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
구체적으로는, 보호필름(30)의 두께와 파우치 외장재(10)의 내측절연층(11)의 두께의 합이 최소 150㎛ 이상으로 형성됨으로써, 적층된 두 절연층을 통해 탭접합부(24)와 파우치 외장재(10)의 금속층(12)의 전기적 단락을 안정적으로 차단하면서도, 전체적인 실링에 의한 상호간의 접착력을 유지할 수 있다. Specifically, the sum of the thickness of the
또한, 보호필름(30)의 두께는 파우치 외장재(10)의 접착되는 파우치 외장재(10)의 내측절연층(11)의 두께 이상의 두께로 형성하는 것이 적절하며, 이렇게 함으로써 탭접합부(24)에 직접적으로 접착되는 과정에서 탭접합부(24)의 돌출된 불규칙한 표면을 효과적으로 커버할 수 있다. In addition, it is appropriate for the thickness of the
또한, 보호필름(30)의 두께는 이러한 탭접합부(24)의 절연성을 효과적으로 확보하고, 파우치 외장재(10)와의 실링에 의한 접합력을 효과적으로 유지하기 위해, 파우치 외장재(10)의 전체 두께의 1/2이상의 두께로 형성되는 것이 적절할 것이다. In addition, the thickness of the
이렇게 보호필름(30)과 보호필름(30)에 파우치 외장재(10) 일단부를 실링함으로써 전극탭의 전기적 활성영역을 효과적으로 확보할 수 있다. 동시에, 보호필름(30)과 파우치 외장재(10)의 각 층간의 두께관계의 구조적인 설계를 통해 탭접합부(24)의 절연성을 확보함과 동시에, 탭접합부(24)의 위치에 파우치 외장재(10)의 실링접합도 보다 효과적으로 구현할 수 있는 것이다. In this way, by sealing the
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 보호필름은 가운데의 코어층(30b)과 파우치 외장재(10)의 내측절연층(11)과 결합되는 제1 층(30a)와 탭접합부(24)와 결합되는 부분의 제2 층(30c)을 형성될 수 있다. 여기서 제1 층(30a) 및 제2 층(30c)은 단순히 물리적으로 형성된 별도의 층이거나 코어층(30b) 표면상에 별도의 다양한 화학적 처리 등을 통해 형성된 새로은 물성을 갖는 층이 될 수 있음은 물론이다.In addition, as shown in FIG. 4, the protective film according to an embodiment of the present invention includes a
구체적으로, 코어층(30b)은 열가소성인 보호필름(30)이 실링공정에서 전부 녹아 형태를 잃는 것을 방지하기 위한 층으로, 녹는점이 높은 폴리프로필렌(PP)계열 고분자 혹은 Ca(칼슘), Si(규소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), Mg(마그네슘) 등의 버퍼성분과 섞은 고분자 층으로 형성될 수 있다. Specifically, the
제1 층(30a)은 파우치 외장재(10)의 내측절연층(11)과 결합되는 층으로 내측절연층과 동일하거나 유사한 재질을 사용할 수 있고, 실링공정으로 열가소성 폴리머인 폴리프로필렌(PP)와 함께 녹은 후 서로 얽혀(Entanglement) 결합력을 생성하는 층이다.The
제2 층(30c)은 탭접합부(24)와 접합되는 층으로, 탭접합부(24)의 금속성분과 접착력을 증대시키기 위해 산(Acid) 혹은 실란(Silane)으로 처리하여 고분자와 금속층의 접착력을 효과적으로 높일 수 있는 층이다.The
다만, 본 발명의 일실시예에 따른 보호필름(30)의 두께의 한정이나 조건에서는 코어층(30b), 제1 층(30a) 및 제2 층(30c)를 포함한 전체 보호필름(30)의 두께를 의미하는 것으로 정의한다.However, in the limitation or condition of the thickness of the
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법의 플로우 차트, 도 6 내지 도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지 제조방법의 공정을 순차적으로 나타낸 도면이다. 5 is a flow chart of a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 6 to 12 are views sequentially showing steps of a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극조립체(21) 제공단계, 상기 전극조립체(21)의 일단의 전극판을 가접합하는 프리웰딩 단계, 상기 전극조립체(21)의 일단의 상기 전극판의 일단부를 커팅하는 포일커팅단계, 상기 커팅된 상기 전극판의 일단에 전극탭을 접합하여 탭접합부(24)가 형성되는 탭 웰딩 단계, 상기 탭접합부(24)상에 보호필름(30)을 부착하는 탭 테이핑 단계, 상기 탭접합부(24)상에 형성된 상기 보호필름(30) 상에 파우치 외장재(10) 일단이 실링되도록 상기 전극조립체(21)가 상기 파우치 외장재(10)에 수용되어 실링되는 탭실링 단계를 포함한다. As shown in FIG. 5, the method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes providing an
도 6는 전극조립체(21)를 제공하는 단계이다(S10). 전극조립체(21)는 통상적인 젤리-롤 타입이 적용될 수 있지만, 다양한 전극조립체(21)에 대해서도 전극탭의 활성영역을 높이기 위한 구조적인 특징을 위해 적용될 수 있음은 물론이다. 6 is a step of providing the electrode assembly 21 (S10). Although a typical jelly-roll type may be applied to the
도 7은 상기 전극조립체(21)의 일단의 전극판을 가접합하는 프리웰딩 단계이다(S20). 전극조립체(21)에 포함된 양극판, 음극판 및 세퍼레이터에서 양극판과 음극판이 일단 또는 타단으로 돌출된다. 도면에서는 일단에 제1 전극판(21a)이 타단에 제2 전극판(21b)이 돌출된 형태를 도시하였으나, 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)은 같은 일단부에 나란이 형성될 수도 있으며, 이러한 배치관계에 한정되는 것은 아니다. 7 is a pre-welding step of temporarily joining one end of the electrode plate of the electrode assembly 21 (S20). In the positive electrode plate, negative electrode plate, and separator included in the
본 단계에서는 전극탭을 접합하기 위해 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)을 고정하기 위해 전극조립체(21)의 일단 또는 타단을 임시적인 가접합을 하는 단계이다. 전극조립체(21) 상에 돌출되는 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)의 위치가 고정되기 않는 다면, 이후에 제1 전극탭(22)과 제2 전극탭(23)의 접합공정의 신뢰성을 확보하기 어렵기 때문이다. In this step, one end or the other end of the
도 8은 상기 전극조립체(21)의 일단의 상기 전극판의 일단부를 커팅하는 포일 커팅단계이다(S30). 8 is a foil cutting step of cutting one end of the electrode plate at one end of the electrode assembly 21 (S30).
도 7에 도시된 바와 같이, 가접합을 하는 경우에도, 돌출된 제1 전극판(21a) 또는 제2 전극판(21b)의 단부가 벌어지거나 흐늘거리는 현상 등이 발생될 수 있어, 제1 전극탭(22)과 제2 전극탭(23)의 안정적인 결합을 위해 끝단부 일부를 커팅하는 단계이다. As shown in FIG. 7 , even in the case of temporary bonding, a phenomenon in which the protruding ends of the
도 9은 상기 커팅된 상기 전극판의 일단에 전극탭을 접합하여 탭접합부(24)가 형성되는 탭 웰딩 단계이다(S40). 9 is a tab welding step in which a tab joint 24 is formed by bonding an electrode tab to one end of the cut electrode plate (S40).
도 8에서 단부를 커팅한 제1 전극판(21a)과 제2 전극판(21b)의 일단에 제1 전극탭(22)과 제2 전극탭(23)을 용접하여 결합함으로써 탭접합부(24)가 형성된다. 이러한 용접은 초음파 용접을 적용할 수 있으며, 이러한 경우에는 탭접합부(24)의 표면에 불규칙하게 돌출되거나 삐져나오게 되는 버(burr)가 발생할 수 있다. 또는 기타의 방법에 의한 접합을 하는 경우라도, 물리적 화학적 작용에 의히 필연적으로 탭접합부(24) 표면상에는 다양한 형태의 요철이나 돌출 등의 거친표면이 형성될 수 있다. 8, the
도 10는 상기 탭접합부(24)상에 보호필름(30)을 부착하는 탭 테이핑 단계이다(S50). 10 is a tap taping step of attaching a
상술한 바와 같이 탭접합부(24)는 통상적인 금속으로 전기적인 스파크나 기타 인접한 금속층(12)에 의한 전기적 단락 등의 문제를 일으킬 수 있다. 탭 테이핑 단계는 탭접합부(24) 상에 보호필름(30)을 부착 및 접합하는 단계이다. 보호필름(30)은 통상 절연층의 필름을 사용할 수 있으며, 내구성과 내열성의 조건이 만족되는 경우라면 폴리프로필렌 등 다양한 소재의 필름이 적용될 수 있음은 물론이다. As described above, the tap joint 24 is a common metal and may cause problems such as electrical sparks or other electrical shorts caused by adjacent metal layers 12 . The tab taping step is a step of attaching and bonding the
도 11 및 도 12은 상기 탭접합부(24)상에 형성된 상기 보호필름(30) 상에 파우치 외장재(10) 일단이 실링되도록 상기 전극조립체(21)가 상기 파우치 외장재(10)에 수용되어 실링되는 탭실링 단계이다(S60). 11 and 12 show that the
탭접합부(24)상에 보호필름(30)이 형성되고, 이러한 커버피름상에 파우치 외장재(10) 일단부를 실링함으로써, 돌출된 제1 전극탭(22) 또는 제2 전극탭(23)의 전기적 활성영역을 효과적으로 확보할 수 있다. 탭접합부(24)의 전기적인 절연성을 확보하면서도, 파우치 외장재(10)와의 실링의 접합력을 유지해야 한다. 또한, 파우치 외장재(10) 자체의 구조에서 내층에 형성되 금속층(12)과의 전기적인 단락이나 접촉도 회피해야 하므로 탭접합부(24)상에 파우치 외장재(10)의 실링부를 함께 형성할 수 있다. A
이러한 파우치 외장재(10)의 실링의 안정성과 신뢰성을 확보하기 위해서, 보호필름(30)의 두께와 파우치 외장재(10)의 내측절연층(11)의 두께의 합이 최소 150㎛ 이상으로 형성됨으로써, 적층된 두 절연층으로 통해 탭접합부(24)와 파우치 외장재(10)의 금속층(12)간의 전기적 단락을 안정적으로 차단하면서도, 전체적인 실링에 의한 상호간의 접착력을 유지할 수 있다. In order to secure the stability and reliability of the sealing of the
또한, 보호필름(30)의 두께는 파우치 외장재(10)의 접착되는 파우치 외장재(10)의 내측절연층(11)의 두께 이상의 두께로 형성하는 것이 적절하며, 이렇게 함으로써 탭접합부(24)에 직접적으로 접착되는 과정에서 탭접합부(24)의 돌출된 불규칙한 표면을 효과적으로 커버할 수 있다. In addition, it is appropriate for the thickness of the
또한, 보호필름(30)의 두께는 이러한 탭접합부(24)의 절연성을 효과적으로 확보하고, 파우치 외장재(10)와의 실링에 의한 접합력을 효과적으로 유지하기 위해, 파우치 외장재(10)의 전체 두께의 1/2이상의 두께로 형성되는 것이 적절할 것이다. In addition, the thickness of the
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is for explaining the present invention in detail, the present invention is not limited thereto, and within the technical spirit of the present invention, by those skilled in the art It is clear that modifications and improvements are possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific protection scope of the present invention will be clarified by the appended claims.
1: 이차전지
10: 파우치 외장재
11: 내측절연층
12: 금속층
13: 외측보호층
13a: 제1 외측보호층
13b: 제2 외측보호층
21: 전극조립체
21a: 제1 전극판
21b: 제2 전극판
22: 제1 전극탭
23: 제2 전극탭
24: 탭접합부, 제1 탭접합부, 제2 탭접합부
30: 보호필름
30a: 제1 층
30b: 코어층
30ㅊ: 제2 층1: secondary battery 10: pouch exterior material
11: inner insulating layer 12: metal layer
13: outer
13b: second outer protective layer 21: electrode assembly
21a:
22: first electrode tab 23: second electrode tab
24: tap joint, first tap joint, second tap joint
30:
30b: core layer 30ch: second layer
Claims (11)
상기 제1 전극판 일단과 제1 전극탭이 결합된 제1 탭접합부;
상기 제2 전극판 일단과 제2 전극탭이 결합된 제2 탭접합부;
상기 제1 탭접합부 또는 상기 제2 탭접합부에 감싸도록 배치된 보호필름 및
상기 전극조립체를 수용하고, 상기 보호필름상에 접합되어 실링되는 파우치 외장재를 포함하는 리튬 이차전지.an electrode assembly in which a separator is interposed between the first electrode plate and the second electrode plate;
a first tab joint where one end of the first electrode plate and a first electrode tab are coupled;
a second tab joint where one end of the second electrode plate and a second electrode tab are coupled;
A protective film disposed to surround the first tab joint or the second tab joint, and
A lithium secondary battery comprising a pouch exterior that accommodates the electrode assembly and is bonded and sealed on the protective film.
상기 파우치 외장재가 실링되는 일단부가 상기 보호필름 일단에 대응되도록 상기 파우치 외장재가 실링되는 리튬 이차전지.The method of claim 1,
The lithium secondary battery wherein the pouch exterior material is sealed such that one end of the pouch exterior material is sealed so as to correspond to one end of the protective film.
상기 파우치 외장재는 상기 보호필름을 감싸며 실링되도록 접합되는 내측절연층;
상기 내측절연층상에 형성되는 금속층 및
상기 금속층 상에 형성된 적어도 하나 이상의 외측보호층을 포함하는 리튬 이차전지.The method of claim 1,
The pouch exterior material includes an inner insulating layer bonded to seal the protective film;
A metal layer formed on the inner insulating layer and
A lithium secondary battery comprising at least one outer protective layer formed on the metal layer.
상기 보호필름의 두께와 상기 보호필름상에 적층되어 결합되는 상기 파우치 외장재의 내측절연층의 두께의 합은 150㎛ 이상인 리튬 이차전지.The method of claim 3,
The lithium secondary battery wherein the sum of the thickness of the protective film and the thickness of the inner insulating layer of the pouch exterior material laminated and bonded on the protective film is 150 μm or more.
상기 보호필름의 두께는 상기 보호필름상에 적층되어 결합되는 상기 파우치 외장재의 내측절연층의 두께 이상으로 형성된 리튬 이차전지.The method of claim 3,
The thickness of the protective film is a lithium secondary battery formed to be greater than or equal to the thickness of the inner insulating layer of the pouch exterior material to be laminated and bonded on the protective film.
상기 보호필름의 두께는 상기 보호필름상에 적층되어 결합되는 상기 파우치 외장재 전체 두께의 1/2 이상인 리튬 이차전지.The method of claim 3,
The thickness of the protective film is a lithium secondary battery that is 1/2 or more of the total thickness of the pouch exterior material to be laminated and bonded on the protective film.
상기 보호필름은 코어층;
상기 코어층 일면상에 상기 내측절연층과 직접 접합되는 제1 층 및
상기 코어층 타면상에 상기 제1 탭접합부 또는 상기 제2 탭접합부에 직접 접합되는 제2 층을 포함하고,
상기 코어층은 폴리프로필렌(PP)계열 고분자 또는 Ca(칼슘), Si(규소), Ti(티타늄), Al(알루미늄), Mg(마그네슘) 중 어느 하나와 조합되어 형성된 고분자 층을 포함하고,
상기 제2 층은 상기 제1 탭접합부 또는 상기 제2 탭접합부와의 결합면에 산(Acid) 또는 실란(Silane)처리가 형성된 리튬 이차전지.The method of claim 1,
The protective film may include a core layer;
A first layer directly bonded to the inner insulating layer on one surface of the core layer, and
A second layer directly bonded to the first tap joint or the second tap joint on the other surface of the core layer,
The core layer includes a polypropylene (PP)-based polymer or a polymer layer formed by combining any one of Ca (calcium), Si (silicon), Ti (titanium), Al (aluminum), and Mg (magnesium),
The second layer is a lithium secondary battery in which an acid or silane treatment is formed on a bonding surface with the first tab joint or the second tab joint.
상기 전극판의 일단에 전극탭을 접합하여 탭접합부가 형성되는 탭 웰딩 단계;
상기 탭접합부상에 보호필름을 부착하는 탭 테이핑 단계;
상기 탭접합부상에 형성된 상기 보호필름 상에 파우치 외장재 일단이 실링되도록 상기 전극조립체가 상기 파우치 외장재에 수용되어 실링되는 탭실링 단계를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법.providing an electrode assembly;
a tab welding step of bonding an electrode tab to one end of the electrode plate to form a tab joint;
a tab taping step of attaching a protective film on the tab joint;
A method of manufacturing a lithium secondary battery comprising a tab sealing step of receiving and sealing the electrode assembly in the pouch exterior material so that one end of the pouch exterior material is sealed on the protective film formed on the tab joint.
상기 탭 테이핑 단계는 상기 보호필름의 두께는 상기 파우치 외장재 일단이 접촉되는 내측절연층의 두께의 합이 150㎛ 이상인 리튬 이차전지의 제조방법.The method of claim 8,
In the tab taping step, the thickness of the protective film is a method of manufacturing a lithium secondary battery in which the sum of the thicknesses of the inner insulating layers to which one end of the pouch exterior material is in contact is 150 μm or more.
상기 보호필름의 두께는 상기 파우치 외장재 일단의 내측절연층의 두께 이상으로 형성되는 리튬 이차전지의 제조방법.The method of claim 8,
The thickness of the protective film is a method of manufacturing a lithium secondary battery formed more than the thickness of the inner insulating layer of one end of the pouch exterior material.
상기 보호필름의 두께는 상기 파우치 외장재 일단 전체 두께의 1/2 이상으로 형성되는 리튬 이차전지의 제조방법.The method of claim 8,
The thickness of the protective film is a method of manufacturing a lithium secondary battery formed at least 1/2 of the total thickness of the pouch exterior material.
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| KR1020210131910A KR20230048927A (en) | 2021-10-05 | 2021-10-05 | Lithium secondary battery and method of manufacturing the same |
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|---|---|---|---|---|
| JP2003331798A (en) | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Toyota Motor Corp | Cladding film for sealing electrode body and sealing method of cladding film |
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