KR102235282B1 - 곡면을 갖는 이차 전지 제조 방법 - Google Patents

곡면을 갖는 이차 전지 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굽어진 전극 조립체 내부에서 발생하는 응력 불균일일 감소 시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법은 측단들을 연결하는 제1 전면과 제2 전면을 갖는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 전면은 상기 제2 전면보다 더 큰 길이를 갖도록 전극들을 세퍼레이터와 함께 감아서 전극 조립체를 형성하는 권취 단계와, 상기 전극 조립체를 가압하여 굴곡시키는 만곡 단계, 및 상기 전극 조립체와 단자들을 전기적으로 연결하고, 상기 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 조립 단계를 포함한다.

Description

곡면을 갖는 이차 전지 제조 방법{FABLICATING METHOD OF RECHARGEABLE BATTERY HAVING A CURVED SURFACE}
본 발명은 이차 전지의 제조 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 IT 기술의 발달로 스마트폰, 테블릿 PC 등 다양한 모바일 기기들이 빠른 속도로 출시되고 있다. 이런 기기들은 디자인 및 편의성을 개선하기 위해서 두께가 점점 얇아지는 추세이다. 또한 다양한 형상의 전자 기기에 적용될 수 있도록 굽어진 형상의 이차 전지가 제안되고 있다.
이차 전지를 호형으로 만곡시키면 오목한 면에 비하여 볼록한 면에 더 큰 응력이 작용하는 문제가 발생한다. 이에 따라 볼록한 외면과 인접한 부분에서 열화가 발생하여 이차 전지의 수명이 감소될 수 있다.
본 발명은 굽어진 전극 조립체 내부에서 발생하는 응력 불균일일 감소 시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법은 측단들을 연결하는 제1 전면과 제2 전면을 갖는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 전면은 상기 제2 전면보다 더 큰 길이를 갖도록 전극들을 세퍼레이터와 함께 감아서 전극 조립체를 형성하는 권취 단계와, 상기 전극 조립체를 가압하여 굴곡시키는 만곡 단계, 및 상기 전극 조립체와 단자들을 전기적으로 연결하고, 상기 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 조립 단계를 포함한다.
여기서 상기 권취 단계는 제1 전면의 길이가 상기 제2 전면의 길이의 1.05배 내지 1.2배가 되도록 권취할 수 있으며, 상기 권취 단계는 제1 판재와 상기 제1 판재 보다 더 작은 두께를 갖는 제2 판재를 포함하는 맨드렐을 이용하여 권취할 수 있다.
또한, 상기 권취 단계는 상기 제1 판재의 두께가 상기 제2 판재의 두께의 1.01배 내지 1.2배로 이루어진 맨드렐을 이용하여 권취할 수 있으며, 상기 권취 단계는 종단면이 다각형상인 제1 판재와 제2 판재 사이에 양극과 음극 및 세퍼레이터를 끼운 상태에서 권취할 수 있다.
또한, 상기 권취 단계는 종단면이 사다리꼴 형상인 제1 판재와 제2 판재 사이에 양극과 음극 및 세퍼레이터를 끼운 상태에서 권취할 수 있으며, 상기 만곡 단계는 상기 제1 전면이 볼록하고 상기 제2 전면이 오목하도록 만곡시킬 수 있다.
또한, 상기 만곡 단계는 곡면을 갖는 다이에 상기 제2 전면을 맞댄 상태에서 상기 측단들을 상기 다이를 향하여 가압할 수 있으며, 상기 조립 단계는 파우치 형태의 케이스에 상기 전극 조립체를 삽입하고 상기 단자가 상기 케이스의 외측으로 노출되도록 설치한 상태에서 상기 케이스를 밀봉할 수 있다.
또한, 상기 조립 단계는 제1 홈과 제2 홈 및 상기 제1 홈과 제2 홈의 둘레에 형성된 플랜지부를 포함하며 상기 제1 홈의 바닥과 상기 제2 홈의 바닥은 호형으로 만곡된 케이스에 상기 전극 조립체를 삽입할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨드렐을 이용하여 전극을 권취하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 권취된 전극 조립체를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 만곡하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 조립하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 이차 전지의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 맨드렐을 이용하여 전극을 권취하는 과정을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법은 전극들을 세퍼레이터(13)와 함께 감아서 전극 조립체(10)를 형성하는 권취 단계(S101)와, 전극 조립체(10)를 가압하여 굴곡시키는 만곡 단계(S102), 및 전극 조립체(10)와 단자들(51, 52)을 전기적으로 연결하고, 전극 조립체(10)를 케이스(40)에 삽입하는 조립 단계(S103)를 포함한다.
권취 단계(S101)는 제1 판재(21)와 제2 판재(23)를 포함하는 맨드렐(20)을 이용하여 전극과 세퍼레이터(13)를 권취한다. 전극은 양극(11)과 음극(12)을 포함하며, 전극 조립체(10)는 양극(11)과 음극(12) 및 양극(11)과 음극(12) 사이에 개재된 세퍼레이터(13)를 포함한다. 양극(11), 음극(12), 및 세퍼레이터(13)는 길게 이어진 띠 형상으로 이루어지는데, 이들을 맨드렐(20)의 외주면에 감아서 젤리-롤(jelly-roll) 형태의 전극 조립체()를 형성한다.
맨드렐(20)은 제1 판재(21)와 제2 판재(23)를 포함하는데, 제1 판재(21)는 제2 판재(23) 보다 더 두껍게 형성된다. 제1 판재(21)의 두께는 제2 판재(23)의 두께의 1.01배 내지 1.2배로 이루어질 수 있다. 제1 판재(21) 및 제2 판재(23)는 다각형상의 종단면을 갖는데, 제1 판재(21) 및 제2 판재(23)는 사다리꼴 형상의 종단면을 갖도록 형성될 수 있다.
제1 판재(21)와 제2 판재(23)는 제일 넓은 면이 서로 마주하도록 배치되며, 제1 판재(21)와 제2 판재(23)는 간격을 두고 이격된다. 권취 단계(S101)는 제1 판재(21)와 제2 판재(23) 사이에 양극(11) 음극(12) 및 세퍼레이터(13)를 끼운 상태에서 맨드렐(20)을 회전시켜서 전극 조립체(10)를 권취한다.
도 3에 도시된 바와 같이 권취 단계에 의하여 젤리-롤(jelly-roll) 형태의 전극 조립체가 권취된다. 전극 조립체(10)는 2개의 측단(10a, 10b)과 측단들(10a, 10b)을 연결하는 제1 전면(10c)과 제2 전면(10d)을 포함한다. 여기서 측단(10a, 10b)이라 함은 감겨진 전극 조립체(10)에서 측방향으로 제일 외측에 위치하는 부분을 의미한다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 두께가 서로 상이한 판재(21, 23)들을 갖는 맨드렐(20)을 이용하여 권취하므로 권취 단계(S101)에서 제1 전면(10c)은 제2 전면(10d)보다 더 큰 길이를 갖도록 권취된다. 권취 단계(S101)는 제1 전면(10c)의 길이가 제2 전면(10d)의 길이의 1.02배 내지 1.2배로 이루어질 수 있도록 권취할 수 있다.
제1 전면(10c)의 길이와 제2 전면(10d)의 길이의 비율은 전극 조립체(10)가 휘어지는 정도에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 본 제1 실시예와 같이 제1 전면(10c)의 길이가 제2 전면(10d)의 길이보다 더 크게 형성하면 전극 조립체(10)를 만곡시키더라도 제1 전면(10c)과 제2 전면(10d)에 같거나 유사한 크기의 응력이 작용하도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 만곡하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 만곡 단계(S102)는 곡면(31)을 갖는 다이(30)에 제2 전면(10d)을 맞댄 상태에서 측단들(10a, 10b)을 다이()를 향하여 가압하여 전극 조립체(10)를 호형으로 만곡시킨다. 이에 따라 만곡 단계(S102)는 제1 전면(10c)이 볼록하고 제2 전면(10d)이 오목하도록 만곡시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 조립하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 조립 단계(S103)는 전극 조립체(10)와 단자들(51, 52)을 전기적으로 연결하고, 케이스(40) 내에 전극 조립체(10)를 삽입하고 케이스(40)를 밀봉한다. 케이스(40)는 파우치 형태로 이루어지며, 2개의 홈(41)과 홈들(42)의 외측에 형성된 테두리부(43)를 갖는다.
본 실시예에서는 케이스(40)가 파우치 형태로 이루어진 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 케이스(40)는 금속으로 이루어질 수도 있다. 케이스가 금속으로 이루어질 경우에는 케이스에 전극 조립체를 삽입하고, 단자가 설치된 캡 플레이트를 케이스에 용접한다.
조립 단계(S103)는 단자(51, 52)가 케이스(40)의 외측으로 노출되도록 설치한 상태에서 테두리부(43)를 열융착하여 케이스(40)를 밀봉한다. 단자(51)는 양극(11)과 용접되고, 단자(52)는 음극과 용접될 수 있다. 단자(51, 52)에는 케이스(40)와의 절연을 위한 실링부재(53, 54)가 감겨진다.
제1 홈(41)의 바닥(41a)과 제2 홈(42)의 바닥(42a)은 호형으로 만곡 형성되며 이에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 이차 전지(100)는 호형으로 만곡된 형상을 갖는다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.
100: 이차 전지 10: 전극 조립체
10a, 10b: 측단 10c: 제1 전면
10d: 제2 전면 11: 양극
12: 음극 13: 세퍼레이터
20: 맨드렐 21: 제1 판재
23: 제2 판재 30: 다이
31: 곡면 40: 케이스
41: 제1 홈 42: 제2 홈
41a, 42a: 바닥 43: 테두리부
51, 52: 단자 53, 54: 실링부재

Claims (10)

  1. 측단들을 연결하는 제1 전면과 제2 전면을 갖는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지의 제조 방법에 있어서,
    상기 제1 전면은 상기 제2 전면보다 더 큰 길이를 갖도록 전극들을 세퍼레이터와 함께 감아서 전극 조립체를 형성하는 권취 단계;
    상기 전극 조립체를 가압하여 굴곡시키는 만곡 단계; 및
    상기 전극 조립체와 단자들을 전기적으로 연결하고, 상기 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 조립 단계;
    를 포함하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 권취 단계는 제1 전면의 길이가 상기 제2 전면의 길이의 1.05배 내지 1.2배가 되도록 권취하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 권취 단계는 제1 판재와 상기 제1 판재 보다 더 작은 두께를 갖는 제2 판재를 포함하는 맨드렐을 이용하여 권취하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 권취 단계는 상기 제1 판재의 두께가 상기 제2 판재의 두께의 1.01배 내지 1.2배로 이루어진 맨드렐을 이용하여 권취하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 권취 단계는 종단면이 다각형상인 제1 판재와 제2 판재 사이에 양극과 음극 및 세퍼레이터를 끼운 상태에서 권취하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 권취 단계는 종단면이 사다리꼴 형상인 제1 판재와 제2 판재 사이에 양극과 음극 및 세퍼레이터를 끼운 상태에서 권취하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 만곡 단계는 상기 제1 전면이 볼록하고 상기 제2 전면이 오목하도록 만곡시키는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 만곡 단계는 곡면을 갖는 다이에 상기 제2 전면을 맞댄 상태에서 상기 측단들을 상기 다이를 향하여 가압하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 조립 단계는 파우치 형태의 케이스에 상기 전극 조립체를 삽입하고 상기 단자가 상기 케이스의 외측으로 노출되도록 설치한 상태에서 상기 케이스를 밀봉하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 조립 단계는 제1 홈과 제2 홈 및 상기 제1 홈과 제2 홈의 둘레에 형성된 플랜지부를 포함하며 상기 제1 홈의 바닥과 상기 제2 홈의 바닥은 호형으로 만곡된 케이스에 상기 전극 조립체를 삽입하는 곡면을 갖는 이차 전지의 제조 방법.
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