KR20140070032A

KR20140070032A - 전극 접속구조가 개선된 이차전지 어셈블리 및 이를 위한 이차전지와 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140070032A
Application number: KR1020120138015A
Authority: KR
Inventors: 강정수; 장성균
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-10
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: KR101549171B1

Abstract

본 발명은 복수개의 단위 셀로 이루어진 이차전지 어셈블리에 있어서, 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체가 내장된 셀 본체와, 상기 셀 본체의 일면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 셀 커버와, 상기 셀 본체의 타면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제2 전극에 전기적으로 접속된 제2 셀 커버를 구비한 단위 셀;를 포함하고, 상기 단위 셀이 복수개 적층되고, 적층 방향을 따라 제1 셀 커버와 제2 셀 커버가 교호적으로 배치된 것을 특징으로 하는 이차전지 어셈블리를 개시한다.

Description

전극 접속구조가 개선된 이차전지 어셈블리 및 이를 위한 이차전지와 그 제조방법{IMPROVED SECONDARY BATTERY ASSEMBLY FOR CONNECTION STRUCTURE OF ELECTRODE, SECONDARY BATTERY FOR THE SAME AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 이차전지의 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단위 셀들 간의 전극 접속구조가 개선된 이차전지 어셈블리 및 이를 위한 이차전지와 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 충방전이 가능한 전력저장장치나 전기자동차용 전원으로는 적정 동작전압 및 충전 용량이 확보되도록 다수의 단위 셀들이 집합된 배터리 팩이 사용된다.

배터리 팩은 복수개의 단위 셀들이 적층되고, 소정의 접속부재에 의해 서로 다른 단위 셀 간에 전기적 접속이 이루어진 이차전지 어셈블리에 의해 제공된다. 이차전지 어셈블리를 이루는 각각의 단위 셀에는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층된 전극조립체가 전해질과 함께 내장된다.

이차전지 어셈블리의 구조 개선과 관련된 공개문헌으로는 대한민국 공개특허 제2007-0057345호, 대한민국 공개특허 제2011-0112716호가 있다.

대한민국 공개특허 제2007-0057345호는 단위전지가 내장된 카트리지들이 접속부재에 의해 상호 전기적으로 연결되면서 적층된 중대형 전지팩용 카트리지를 개시하고 있다.

대한민국 공개특허 제2011-0112716호는 순차적으로 적층되는 개개의 단위전지가 방열부재를 포함함으로써 단위전지의 부피 팽창, 파손 및 균열을 방지하고, 냉각효율이 향상된 이차전지 모듈을 개시하고 있다.

하지만, 종래의 이차전지 어셈블리는 서로 다른 단위 셀들 간의 전기적 접속을 위해 별도의 접속부재가 사용되어야 하므로 구성이 복잡할 뿐만 아니라 조립작업이 번거로운 문제가 있어 이에 대한 개선이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 단위 셀을 커버링하는 커버를 이용하여 서로 다른 단위 셀들을 전기적으로 접속하는 구조를 가진 이차전지 어셈블리 및 이를 위한 이차전지와 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체가 내장된 셀 본체; 상기 셀 본체의 일면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 셀 커버; 및 상기 셀 본체의 타면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제2 전극에 전기적으로 접속된 제2 셀 커버;를 포함하는 이차전지를 제공한다.

상기 셀 본체의 한쪽 가장자리에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결된 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 구비되고, 상기 제1 셀 커버의 한쪽 가장자리단과 상기 제2 셀 커버의 한쪽 가장자리단에는 각각 제1 접합부와 제2 접합부가 돌출 형성되고, 상기 제1 접합부와 제2 접합부가 상기 제1 전극단자와 제2 전극단자에 각각 용접되어 접속될 수 있다.

상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버는 금속성 소재로 이루어지고, 상기 제1 접합부와 제2 접합부가 각각 상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버에 일체화되는 것이 바람직하다.

상기 셀 본체는 판상체 형태로 이루어지고, 상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버는 상기 셀 본체의 두께 방향 양면에 적층되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체가 내장되고, 한쪽 가장자리에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결된 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 구비된 셀 본체를 준비하는 단계; (b) 상기 셀 본체의 양면에 각각 제1 셀 커버와 제2 셀 커버를 적층하는 단계; (c) 상기 제1 셀 커버의 한쪽 가장자리단에 돌출된 제1 접합부와 상기 제2 셀 커버의 한쪽 가장자리단에 돌출된 제2 접합부를 각각 상기 제1 전극단자와 상기 제2 전극단자에 용접하여 단위 셀을 형성하는 단계; 및 (d) 용접이 완료된 서로 다른 단위 셀들을 적층하되, 적층 방향을 따라 제1 셀 커버와 제2 셀 커버가 교호적으로 배치되도록 상기 단위 셀들을 적층하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법이 제공된다.

상기 단계 (c)에서는, 상기 용접을 완료한 후 용접 부위에 형성된 돌출부를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복수개의 단위 셀로 이루어진 이차전지 어셈블리에 있어서, 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체가 내장된 셀 본체와, 상기 셀 본체의 일면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 셀 커버와, 상기 셀 본체의 타면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제2 전극에 전기적으로 접속된 제2 셀 커버를 구비한 단위 셀;를 포함하고, 상기 단위 셀이 복수개 적층되고, 적층 방향을 따라 제1 셀 커버와 제2 셀 커버가 교호적으로 배치된 것을 특징으로 하는 이차전지 어셈블리가 제공된다.

본 발명에 따르면 별도의 접속부재 없이 셀 커버에 의해 단위 셀들 간에 직렬 연결이 이루어지므로 이차전지 어셈블리의 구조를 간소화할 수 있고 조립 작업성을 향상시킬 수 있다.

또한, 전극이 셀 커버에 연결된 구조에 의해 방열 특성이 개선될 수 있으므로 셀에 대한 온도관리가 편리한 장점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분해 사시도,
도 2는 도 1의 결합 사시도,
도 3은 도 2의 X-X'선에 따른 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 어셈블리의 제조방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 어셈블리의 제조방법에 따라 제공되는 단위 셀을 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 어셈블리를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지를 도시한 분해 사시도, 도 2는 도 1의 결합 사시도, 도 3은 도 2의 X-X'선에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체가 내장된 셀 본체(100)와, 셀 본체(100)의 일면에 적층되는 제1 커버(110)와, 셀 본체(100)의 타면에 적층되는 제2 커버(120)를 포함한다.

셀 본체(100)는 그 내부에 제1 전극과 제2 전극이 교대로 적층되어 내장되고, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 절연을 위한 세퍼레이터가 개재된 구조를 가진다. 상기 제1 전극과 제2 전극 중 어느 하나는 양극으로 사용되고, 다른 하나는 제2 전극으로 사용된다. 바람직하게, 셀 본체(100)는 판상체 형태의 장방형 몸체부(101)를 구비한다.

제1 커버(110)와 제2 커버(120)는 금속성 소재로 이루어지고 셀 본체(100)에 대응하는 판상체 형태의 장방형 몸체부(111,121)를 구비한다. 제1 커버(110)는 셀 본체(100)의 일면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제1 전극에 전기적으로 접속된다. 또한, 제2 커버(120)는 셀 본체(100)의 타면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제2 전극에 전기적으로 접속된다.

구체적으로, 셀 본체(100)의 장방형 몸체부(101)의 한쪽 가장자리에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결된 제1 전극단자(102) 및 제2 전극단자(103)가 구비된다. 또한, 제1 커버(110)의 장방형 몸체부(111)의 한쪽 가장자리단과 제2 커버(120)의 장방형 몸체부(121)의 한쪽 가장자리단에는 각각 제1 접합부(112)와 제2 접합부(122)가 몸체부(111,121)와 일체로 돌출 형성된다. 바람직하게, 제1 접합부(112)와 제2 접합부(122)는 제1 전극단자(102)와 제2 전극단자(103)에 각각 용접됨으로써 접속된다.

제1 커버(110)에 있어, 제1 접합부(112)는 제1 전극단자(102)와 정대향할 수 있는 위치에 형성된다. 또한, 제2 커버(120)에 있어, 제2 접합부(122)는 제2 전극단자(103)와 정대향할 수 있는 위치에 형성된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 어셈블리의 제조방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다. 도면에 나타난 바와 같이 이차전지 어셈블리의 제조방법은 셀 본체(100)의 양면에 커버를 적층하는 공정(단계 S100)과, 커버의 일부를 전극단자에 용접하는 공정(단계 S110)과, 용접 부위에 형성되는 돌출부를 최소화하는 처리를 수행하는 공정(단계 S120)을 포함한다.

먼저, 전극 조립체가 내장되고 외부에 제1 전극단자(102)와 제2 전극단자(103)가 인출된 셀 본체(100)를 준비한다. 여기서, 셀 본체(100)는 전체적으로 판상체의 구조를 갖는 것이 바람직하다.

커버의 적층공정(단계 S100)에서는 셀 본체(100)의 양면에 각각 제1 커버(110)와 제2 커버(120)를 적층한다. 제1 커버(110)와 제2 커버(120)는 금속 소재로 이루어진 판상체의 구조를 가지며, 가장자리단에 접합부(112,122)가 돌출 형성된 구조를 갖는 것이 바람직하다.

용접 공정(단계 S110)에서는 커버의 접합부(112,122)를 전극단자(102,103)에 용접하여 전기적으로 접속한다. 구체적으로, 용접 공정에서는 제1 커버(110)의 한쪽 가장자리단에 돌출된 제1 접합부(112)와 제2 커버(120)의 한쪽 가장자리단에 돌출된 제2 접합부(122)를 각각 셀 본체(100)의 제1 전극단자(102)와 제2 전극단자(103)에 용접하여 단위 셀(200)을 형성한다.

용접을 완료한 후에는 용접 부위에 존재하는 불필요한 부위를 제거하여 돌출부를 최소화하는 공정(단계 S120)을 수행한다.

도 5에는 상기 과정을 통해 제조된 단위 셀(200)의 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 단위 셀(200)은 셀 본체(100)의 양면에 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 적층되고, 제1 접합부(112)와 제2 접합부(122)에 의해 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 셀 본체(100)에 연결된 구조를 가진다.

도 6에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 어셈블리의 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 이차전지 어셈블리는 소정의 고정 프레임(300)에 의해 지지되도록 복수개의 단위 셀(200)이 적층되고, 적층 방향을 따라 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 교호적으로 배치된 구조를 갖는다.

전술한 바와 같이 단위 셀(200)은 셀 본체(100)의 양면에 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 적층되고, 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 셀 본체(100)의 해당 전극에 접속된 구조를 가진다.

서로 다른 단위 셀(200)들 간에 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 접촉됨으로써 복수개의 단위 셀(200)은 적층과 동시에 직렬 연결이 이루어진다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 이차전지 어셈블리는 제1 커버(110)와 제2 커버(120)를 매개로 단위 셀(200)들 간에 직렬 연결이 이루어지므로 단위 셀(200)들의 적층 공정만으로 직렬 연결이 이루어질 수 있다. 또한, 제1 커버(110)와 제2 커버(120)가 셀 본체(100)의 전극에 연결된 구조에 의해 셀의 온도특성을 개선할 수 있는 현저한 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 셀 본체 102: 제1 전극단자
103: 제2 전극단자 110: 제1 커버
112: 제1 접합부 120: 제2 커버
122: 제2 접합부 200: 단위 셀
300: 고정 프레임

Claims

제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체가 내장된 셀 본체;
상기 셀 본체의 일면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 셀 커버; 및
상기 셀 본체의 타면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제2 전극에 전기적으로 접속된 제2 셀 커버;를 포함하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 셀 본체의 한쪽 가장자리에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결된 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 구비되고,
상기 제1 셀 커버의 한쪽 가장자리단과 상기 제2 셀 커버의 한쪽 가장자리단에는 각각 제1 접합부와 제2 접합부가 돌출 형성되고,
상기 제1 접합부와 제2 접합부가 상기 제1 전극단자와 제2 전극단자에 각각 용접되어 접속된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제2항에 있어서,
상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버는 금속성 소재로 이루어지고,
상기 제1 접합부와 제2 접합부가 각각 상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버에 일체화된 것을 특징으로 하는 이차전지.
제1항에 있어서,
상기 셀 본체는 판상체 형태로 이루어지고,
상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버는 상기 셀 본체의 두께 방향 양면에 적층된 것을 특징으로 하는 이차전지.
(a) 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체가 내장되고, 한쪽 가장자리에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결된 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 구비된 셀 본체를 준비하는 단계;
(b) 상기 셀 본체의 양면에 각각 제1 셀 커버와 제2 셀 커버를 적층하는 단계;
(c) 상기 제1 셀 커버의 한쪽 가장자리단에 돌출된 제1 접합부와 상기 제2 셀 커버의 한쪽 가장자리단에 돌출된 제2 접합부를 각각 상기 제1 전극단자와 상기 제2 전극단자에 용접하여 단위 셀을 형성하는 단계; 및
(d) 용접이 완료된 서로 다른 단위 셀들을 적층하되, 적층 방향을 따라 제1 셀 커버와 제2 셀 커버가 교호적으로 배치되도록 상기 단위 셀들을 적층하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 단계 (c)에서,
상기 용접을 완료한 후 용접 부위에 형성된 돌출부를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
복수개의 단위 셀로 이루어진 이차전지 어셈블리에 있어서,
제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극이 교대로 적층된 전극 조립체가 내장된 셀 본체와, 상기 셀 본체의 일면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제1 전극에 전기적으로 연결된 제1 셀 커버와, 상기 셀 본체의 타면에 적층되고 적어도 일부가 상기 제2 전극에 전기적으로 접속된 제2 셀 커버를 구비한 단위 셀;를 포함하고,
상기 단위 셀이 복수개 적층되고, 적층 방향을 따라 제1 셀 커버와 제2 셀 커버가 교호적으로 배치된 것을 특징으로 하는 이차전지 어셈블리.
제7항에 있어서,
상기 셀 본체의 한쪽 가장자리에는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결된 제1 전극단자 및 제2 전극단자가 구비되고,
상기 제1 셀 커버의 한쪽 가장자리단과 상기 제2 셀 커버의 한쪽 가장자리단에는 각각 제1 접합부와 제2 접합부가 돌출 형성되고,
상기 제1 접합부와 제2 접합부가 상기 제1 전극단자와 제2 전극단자에 각각 용접되어 접속된 것을 특징으로 하는 이차전지 어셈블리.
제7항에 있어서,
상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버는 금속성 소재로 이루어지고,
상기 제1 접합부와 제2 접합부가 각각 상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버에 일체화된 것을 특징으로 하는 이차전지 어셈블리.
제7항에 있어서,
상기 셀 본체는 판상체 형태로 이루어지고,
상기 제1 셀 커버와 상기 제2 셀 커버는 상기 셀 본체의 두께 방향 양면에 적층된 것을 특징으로 하는 이차전지 어셈블리.