WO2018199449A1 - 재활용 가능한 파우치형 이차전지, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 모듈 재활용 방법 - Google Patents

재활용 가능한 파우치형 이차전지, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 모듈 재활용 방법 Download PDF

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electrode
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서성원
이윤구
주은아
문정오
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch type secondary battery, and more particularly, to a recyclable pouch type secondary battery and a battery module including the same.
  • the present invention also relates to a recycling method of such a battery module and a recycling method of a general battery module.
  • lithium secondary batteries are spotlighted due to their advantages such as free charge and discharge, very low self-discharge rate, and high energy density compared to nickel-based secondary batteries.
  • a battery module in which a large number of secondary batteries are connected in series and / or in parallel in order to increase capacity and output is manufactured as a battery pack.
  • the pouch type secondary battery is widely used in the medium and large devices due to the advantage of easy lamination.
  • FIG. 1 illustrates a general pouch type secondary battery.
  • the sealing assembly 30 is formed by accommodating the electrode assembly 20 in the pouch case 10, and the electrode leads 40 and 45 are formed of electrodes.
  • the anode tab and the cathode tab of the assembly 20 are respectively welded and exposed out of the pouch sheath 10.
  • the lead film 50 is interposed between the pouch packaging material 10 and the electrode leads 40 and 45.
  • the side from which the electrode leads 40, 45 are drawn out is called a terrace T.
  • the pouch-type secondary battery 1 is stacked in series and connected in series and / or parallel to each other by connecting electrode leads 40 and 45 provided in two neighboring pouch-type secondary batteries 1 to each other.
  • Reference numeral 60 is a structure that structurally supports the battery module 11 such as an injection molded product.
  • the battery module 11 When the pouch type secondary batteries 1 are connected to manufacture the battery module 11, laser welding L is applied to connect the electrode leads 40 and 45.
  • the battery module 11 may be used as a car battery, etc., and after the end of its intended life, it may be desirable to be used for a second use such as an ESS where capacity retention rate or other conditions are less stringent. To this end, it is necessary to dismantle the existing connection structure of the first battery module, connect the pouch-type secondary batteries in different ways, and manufacture and recycle the new battery module.
  • the electrode leads 40 and 45 joined by laser welding L cannot be removed in a non-destructive manner, and thus recycling is not easy.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a recyclable pouch type secondary battery.
  • Another object of the present invention is to provide a battery module that can be recycled.
  • Another object of the present invention is to provide a method for recycling a battery module.
  • the electrode lead and the electrode lead of the neighboring pouch type secondary battery is welded to each other to constitute a battery module
  • the electrode It is to include a length extension portion in the electrode lead to cut the welding portion welded between the leads and the electrode leads of the remaining length can be welded again.
  • the pouch type secondary battery is provided with a lead film between the pouch packaging material and the electrode lead, the lead film includes an excess to be formed to the length extension.
  • the lead film may include notches on both sides of the portion extending out of the pouch case to remove the excess portion.
  • the pouch type secondary battery further includes an insulating tape covering the length extension.
  • the insulating tape may be a composite film having an adhesive layer on a film made of PI or PP.
  • Battery module according to the present invention for solving the other problem is configured to include such pouch-type secondary batteries.
  • the battery module according to the present invention stacks a plurality of pouch-type secondary batteries including a length extension part in the electrode lead to cut out a welded portion welded between the electrode leads and the electrode leads of the remaining length, and pouches adjacent to each other.
  • the electrode leads of the secondary batteries are welded together.
  • the electrode lead of the pouch-type secondary battery included in the battery module is folded to the terrace of the pouch-type secondary battery.
  • Another electrode tape may be further included in the folded portion of the electrode lead.
  • the battery module recycling method according to the present invention is also a method for recycling the battery module according to the present invention.
  • One aspect of the method for recycling a battery module according to the present invention includes a plurality of pouch type secondary batteries including a length extension part in the electrode lead to cut out a welding part welded between the electrode leads and weld the electrode leads of the remaining length again.
  • CLAIMS What is claimed is: 1. A method of recycling a battery module in which electrode leads of two stacked and neighboring pouch type secondary batteries are welded to each other, the method comprising: cutting the welded portion of the battery module; And rearranging the pouch-type secondary batteries and welding the remaining electrode leads to produce another battery module.
  • the pouch type secondary battery includes a lead film between the pouch exterior material and the electrode lead, the lead film includes an excess part to be formed up to the length extension part, and the lead film may remove the excess part.
  • the method may further include removing the excess part before or after cutting the welding part of the battery module.
  • the pouch type secondary battery may further include removing the insulating tape before or after the cutting of the welding part of the battery module.
  • Another aspect of the battery module recycling method is a plurality of pouch type secondary batteries including a length extension on the electrode lead to cut out the welded electrode electrodes welded to each other and the electrode lead of the remaining length again.
  • the present invention also proposes a recycling method of a general battery module.
  • the recycling method includes a method of recycling a battery module in which a plurality of pouch-type secondary batteries are stacked and welded electrode leads of neighboring pouch-type secondary batteries to each other, the method comprising: cutting a welding part welded to the electrode leads; Welding additional leads for extending the electrode lead length to the remaining electrode leads, respectively; And rearranging the pouch-type secondary batteries and welding the additional leads to produce another battery module.
  • the step of welding each of the additional leads for extending the electrode lead length to the remaining electrode leads is preferably performed by friction stir welding.
  • the present invention it is possible to configure a battery module having a new connection structure regardless of the series / parallel connection structure by solving the problem of insufficient electrode lead length when recycling the pouch type secondary battery.
  • the battery module is recycled through a structural change to lengthen the electrode lead length of the pouch type secondary battery. Even if the bonded portion is cut by laser welding, the length of the remaining electrode leads is sufficient, so that the pouch type secondary batteries can be connected again to be applicable to the second use.
  • an additional lead is bonded to a battery module including an existing pouch type secondary battery to extend the electrode lead length, thereby recycling the battery module.
  • the electrode lead is folded so that the space can be utilized.
  • the folded electrode leads can be expanded to change the direct / parallel connection configuration of the pouch-type secondary batteries for recycling according to the secondary purpose such as the ESS.
  • the battery module including the pouch-type secondary battery can be easily recycled, thereby utilizing limited resources and maximizing cost effectiveness.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a general pouch type secondary battery.
  • FIG 2 is a side view of a conventional battery module.
  • FIG. 3 is a view showing that the pouch type secondary battery recycling in the conventional battery module is difficult.
  • FIG. 4 is a side view of a battery module including a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a top view of a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a top view of a pouch type secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view illustrating a recycling method of a battery module including the pouch type secondary battery illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 8 is a top view of the ready state before step (a) of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a side view for explaining a recycling method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of a battery module including a pouch type secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a side view illustrating a recycling method of the battery module of FIG. 10.
  • FIG. 4 is a side view of a battery module including a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of pouch-type secondary batteries 101 are stacked and connected to electrode leads 140 and 145 respectively provided in two neighboring pouch-type secondary batteries 101 and connected in series and / or in parallel with each other.
  • the battery module 111 is configured.
  • Reference numeral 160 is a structure that structurally supports the battery module 111 such as an injection molding, and reference numeral 150 is a lead film.
  • the approximate shape of the pouch type secondary battery 101 is similar to that of the pouch type secondary battery 1 of FIG. 1, and a sealing portion in which the electrode assembly is accommodated and sealed is formed in the pouch case 110, and the electrode lead 140,
  • the 145 is welded to the positive electrode tab and the negative electrode tab of the electrode assembly, respectively, and is exposed out of the pouch sheath 110.
  • the lead film 150 is interposed between the pouch packaging material 110 and the electrode leads 140 and 145.
  • the side where the electrode leads 140 and 145 are drawn out is also referred to as a terrace T here.
  • the electrode leads 140 and 145 have an increased length compared to the electrode leads 40 and 45 of the conventional pouch type secondary battery 1 described with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the electrode leads 140 and 145 include a length extension part 141 to cut out the welding portion A welded between the electrode leads 140 and 145 and to weld the electrode leads of the remaining lengths again.
  • the length extension part 141 may determine the size (d) in consideration of the length discarded while cutting the welding part, the length required for new welding, and the process margin, and the present welding device and the pouch type secondary battery structure Considering the size and the like, the length extension portion 141 may have a size of about 7 mm or more.
  • the length extension part (d) is smaller than 7 mm or less, there is a problem in that alignment of a welding device is difficult because welding is performed with a portion remaining after cutting the electrode leads 140 and 145. If the length extension 141 is too large, the spatial volume of the battery module 111 is increased due to the electrode leads 140 and 145, which is disadvantageous in consideration of energy density and the like. In view of such a situation, the size d of the length extension part 141 is preferably 8 mm or more and 15 mm or less.
  • the pouch type secondary battery 101 welds the electrode lead portion remaining even after cutting the welding portion A welded between the electrode leads 140 and 145 after using the battery module 111.
  • the length of the electrode leads 140 and 145 is increased as compared with the related art so that the pouch-type secondary batteries 101 can be connected and reused.
  • the present invention manufactures the pouch-type secondary battery 101 by increasing the length of the electrode leads 140 and 145 as compared with the related art, and after collecting and stacking the electrode leads 140 and 145, laser welding ( It is proposed to manufacture the battery module 111 by bonding to L).
  • the battery module 111 cuts the welding portion A welded between the electrode leads 140 and 145 and the electrode leads 140 and 145 so as to weld the electrode leads of the remaining lengths again.
  • a plurality of pouch type secondary batteries 101 including a length extension part 141 are stacked and welded to electrode leads 140 and 145 of neighboring pouch type secondary batteries 101.
  • the length of the insulating film 150 is also increased to cover the length extension part 141 to ensure insulation.
  • FIG. 5 is a top view of a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the length of the lead film 150 coming out of the pouch exterior material 110 of the pouch type secondary battery 101 is determined. It may increase to form the excess portion 151.
  • the excess part 151 may be formed to cover the length extension part 141. That is, the lead film 150 increases the area surrounding the electrode leads 140 and 145 to secure insulation.
  • the excess part 151 may be removed.
  • Notches N may be formed on both sides of the lead film 150 to facilitate the removal of the excess part 151. Instead of the notch N, a perforation line may be perforated or a cutout corresponding to the perforation line may be formed in advance.
  • the notch N may be formed in plural as shown, or only one may be formed.
  • the notch N shape may be semicircular, circular, U-shaped or V-shaped.
  • the notch N may be included at both sides of a portion where the lead film 150 extends out of the pouch packaging material 110.
  • the lead film 150 may not only prevent short circuits between the electrode leads 140 and 145 and the metal layer of the pouch packaging material 110, but also improve the sealing property of the pouch packaging material 110.
  • the thermal bonding of the metal electrode leads 140 and 145 and the pouch case 110 of the polymer material the contact resistance is somewhat large and the surface adhesion may be reduced.
  • the lead film 150 may be an insulating material to block the application of current from the electrode leads 140 and 145 to the pouch sheath 110.
  • the lead film 150 is made of a film having insulation and heat sealability.
  • the lead film 150 may be formed of at least one material layer (single film or multiple layers) selected from, for example, polyimide (PI), polypropylene (PP), polyethylene (PE) and polyethylene terephthalate (PET). Membrane).
  • PI polyimide
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the lengths of the electrode leads 140 and 145 and the length of the lead film 150 are cut off during recycling, and additional welding parts are required.
  • the recyclable battery module 111 includes such a pouch type secondary battery (101).
  • FIG. 6 is a top view of a pouch type secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • an additional insulating tape 155 is attached on the lead film 150 or the electrode leads 140 and 145 coming out of the pouch exterior 110 of the pouch-type secondary battery.
  • the insulation of 145 may be ensured.
  • the insulating tape 155 may cover the length extension 141.
  • the insulating tape 155 may be PI or PP. Specifically, it may be a composite film having an adhesive layer such as an epoxy adhesive on a film made of PI or PP.
  • the additional insulation tape 155 provides additional insulation to prevent the possibility of insulation problems due to the long electrode leads 140, 145.
  • the insulating tape 155 (and if there is an excess in the lead film) can be removed.
  • the insulating tape 155 may be removed from the electrode leads 140 and 145 through a simple stripping operation.
  • FIG. 7 is a side view illustrating a recycling method of a battery module including the pouch type secondary battery illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 8 is a top view of the ready state before step (a) of FIG. 7.
  • the battery module 111 may be applied to various fields, for example, a power tool; Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs); Electric trucks; Electric commercial vehicles; Or it can be used as a power source for any one or more of the system for power storage. After the end of life using the desired purpose, the battery module 111 can be recycled through the recycling method according to the present invention.
  • Electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), and plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs)
  • Electric trucks Electric commercial vehicles; Or it can be used as a power source for any one or more of the system for power storage.
  • the battery module 111 can be recycled through the recycling method according to the present invention.
  • the welding portion A in which the electrode leads 140 and 145 are welded together in the existing battery module 111, is cut along the cut surface C as shown in (a). At this time, it may start from the ready state as shown in FIG. That is, the excess portion 151 described with reference to FIG. 5 or the insulating tape 155 described with reference to FIG. 6 are first removed, and the lead film 150 'extending out of the pouch packaging material 110 by the normal length remains. Step (a) of step 7 may be performed.
  • the step of removing the excess portion 151 described in Figure 5 or the insulating tape 155 described in Figure 6 may be in any order before or after the step (a) or (b) of FIG.
  • the pouch-type secondary batteries 101 are rearranged as shown in (b), and the remaining electrode leads 140 'remain as shown in (c). 145 ') are newly welded to each other (L') to manufacture another new battery module 211. Specifically, after the remaining electrode leads 140 'and 145' are utilized and new structures 165 are disposed, the remaining electrode leads 140 'and 145' are bent and the bent portions are contacted to weld (L). '). In this way, the pouch-type secondary batteries 101 may be rearranged and reconfigured and recycled into the new battery module 211.
  • the space occupied by the electrode lead portion in the first battery module used may have a negative effect such as a decrease in volume ratio.
  • the length extension 141 may be selected in consideration of this volume ratio as much as possible, but it would be more desirable if the battery module is recycled without changing the volume ratio.
  • the next embodiment relates to a method in which the battery module can be recycled without increasing the length of the electrode lead.
  • FIG. 9 is a side view for explaining a battery module recycling method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a side view of a battery module including a conventional pouch type secondary battery, for example, a general battery module 11 as shown in FIG. 2.
  • the welding portion A is cut along the cut surface C to obtain a state as shown in (b).
  • the length of the remaining electrode leads 40 ', 45' is very short to use as it is.
  • the additional leads 41 and 46 are welded to each other (L ") for bending the additional leads 41 and 46, arranging the structure 165, and constructing a new battery module.
  • the secondary batteries 1 are rearranged and reconfigured to be recycled as a new battery module 311.
  • the battery module can be recycled without increasing the length of the electrode lead when manufacturing the first battery module.
  • the minimum length for welding the additional lead after cutting the weld portion should be secured, it is more preferable to use the electrode lead length a little longer than the conventional pouch type secondary battery.
  • Various welding methods may be used when welding the additional leads 41 and 46 for extending the electrode lead length to the remaining electrode leads 40 'and 45', respectively, if friction stir welding is performed. welding) is advantageous because it can have a welding width of less than 1 mm.
  • the friction stir welding is performed by inserting and rotating a tool in the bonding target (additional leads 41 and 46 and the remaining electrode leads 40 'and 45' in this embodiment) by stirring the heat generated by the friction and the tool.
  • a heated, softened and plastically flowable welding method in which the object to be joined is welded together in a solid phase joint, for example in the joining region, friction stir welding, with additional leads 41 and 46 and the remaining electrode leads 40 'and 45'. Since the welding is performed in the solid state without melting, the welding part has an advantage that the welding property is superior to the melting welding.
  • FIG. 10 is a side view of a battery module including a pouch type secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the length of the electrode lead is increased as in the first embodiment so that the pouch-type secondary batteries can be reused by connecting the pouch-type secondary batteries to the electrode lead portion remaining after the welding part is cut after using the battery module.
  • Pouch-type secondary battery 101 is a plurality of stacked and the electrode leads (140, 145) respectively provided in two neighboring pouch-type secondary battery 101 are connected to each other in series and / or parallel to each other to improve the capacity and output
  • the battery module 121 is configured.
  • Reference numeral 160 is a structure that structurally supports the battery module 121, such as an injection molding.
  • the electrode leads 140 and 145 are welded to the positive electrode tab and the negative electrode tab of the electrode assembly, respectively, and are exposed to the outside of the pouch sheath 110.
  • the side where the electrode leads 140 and 145 are drawn out is also referred to as a terrace T here.
  • the lengths of the electrode leads 140 and 145 are increased in the terrace T of the pouch-type secondary battery 101 to reduce the horizontal length.
  • an insulation securing structure is required to prevent a short circuit, which is indicated by reference numeral 170 in the drawing.
  • the insulation securing structure 170 is increased in length and secured by folding the electrode leads 140 and 145 step by step with the lead film 150 having the surplus portion 151 or the insulating tape 155.
  • the electrode leads 140 and 145 may be folded, and then another insulating tape may be wound to secure the same.
  • the battery module 121 having the structure as shown in FIG.
  • the 10 is a counterpart (for example, a cartridge) for fixing the pouch-type secondary batteries 101 to fix and store the electrode leads 140 and 145 which are folded and overlapped in the terrace T. Etc.) may be changed or complicated compared to the prior art, but it is preferable because the space utilization rate / insulation / secondary utilization potential can be secured.
  • FIG. 11 is a side view illustrating a recycling method of the battery module of FIG. 10.
  • the welding portion A is cut along the cut surface C as shown in (a), and the electrode leads that are folded are unfolded as shown in (b).
  • the electrode leads 140 'and 145' are bent, the structure 165 is disposed, and the electrode leads 140 'and 145' are welded to each other (L ") to form a pouch.
  • the secondary batteries 101 are rearranged and reconfigured to be recycled into the new battery module 211.
  • a battery module having a new connection structure can be configured regardless of the series / parallel connection structure by solving the problem of insufficient electrode lead length during recycling of the pouch type secondary battery.
  • the present invention proposes a battery module recycling method.
  • the first battery module is used as, for example, a car battery, and after the end of the intended life, the pouch type secondary battery can be rearranged and re-welded through a recycling method as proposed in the present invention to be manufactured as another battery module. have.
  • the newly manufactured battery module can be used for a second purpose, such as an ESS where capacity retention rates or other conditions are less stringent than for automotive batteries.
  • ESS capacity retention rates or other conditions are less stringent than for automotive batteries.

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Abstract

재활용 가능한 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 배터리 모듈, 그리고 배터리 모듈 재활용 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 파우치형 이차전지는, 이웃하는 다른 파우치형 이차전지의 전극리드와 자신의 전극리드가 서로 용접되어 배터리 모듈을 구성하는 파우치형 이차전지에 있어서, 전극리드들끼리 용접되어진 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 것이다.

Description

재활용 가능한 파우치형 이차전지, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 모듈 재활용 방법
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재활용 가능한 파우치형 이차전지와 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 배터리 모듈의 재활용 방법 및 일반적인 배터리 모듈의 재활용 방법에 관한 것이기도 하다. 본 출원은 2017년 4월 25일자로 출원된 대한민국 특허출원 번호 제10-2017-0052906호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용화된 이차전지 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 각광받고 있다.
최근에는 휴대용 전자 제품과 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치(ESS)와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차의 수요가 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 늘어나고 있는 실정이다.
이차전지가 전기 자동차용으로 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지를 직렬 및/또는 병렬로 연결한 배터리 모듈을 구성하여 배터리 팩으로 제조하게 된다. 이 때, 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다.
도 1에는 일반적인 파우치형 이차전지가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 일반적인 파우치형 이차전지(1)는 파우치 외장재(10) 안에 전극조립체(20)가 수용되어 밀봉된 실링부(30)가 형성되어 있고, 전극리드(40, 45)는 전극조립체(20)의 양극 탭 및 음극 탭에 각각 용접되어 파우치 외장재(10) 바깥으로 노출되어 있다. 파우치 외장재(10)와 전극리드(40, 45) 사이에는 리드필름(50)이 개재된다. 실링부(30) 중에서도 특히 전극리드(40, 45)가 인출된 쪽을 테라스(T)라고 한다.
이러한 파우치형 이차전지(1)는 도 2에서와 같이, 다수 개가 적층되고 이웃하는 두 파우치형 이차전지(1)에 각각 구비된 전극리드(40, 45)끼리 연결되어 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨 배터리 모듈(11)을 구성하게 된다. 참조번호 60은 사출물 등 배터리 모듈(11)을 구조적으로 지탱하는 구조물이다.
배터리 모듈(11) 제조를 위해 파우치형 이차전지(1)들을 연결할 경우 전극리드(40, 45)간 연결을 위하여 레이저 용접(L)을 적용하고 있다. 배터리 모듈(11)은 자동차 배터리 등으로서 사용이 되고, 목적한 바의 수명이 다한 후에는 용량 보유율이나 기타 조건이 덜 엄격한 ESS 등 두번째 용도로 활용이 된다면 바람직할 것이다. 이를 위해서는 첫번째 배터리 모듈의 기존 연결 구조를 해체하고 파우치형 이차전지들을 다른 방식으로 연결하여 새로운 배터리 모듈로 제조해 재활용할 필요가 있다. 그러나 기존에는 레이저 용접(L)으로 접합된 전극리드(40, 45)를 비파괴적인 방법으로 떼어낼 수가 없어 재활용이 용이하지 않다.
도 3에서와 같이, 레이저 용접(L)이 된 용접부(A)를 절단면(C)을 따라 잘라내는 경우, 남아 있는 전극리드(40', 45') 길이가 너무 짧다. 이 때문에 남아 있는 전극리드(40', 45')만을 이용해 재연결 및 용접하여 재활용하기는 불가하다.
이와 같이, 기존에는 배터리 모듈을 분해하여 파우치형 이차전지를 새로운 배터리 모듈로서 재활용하려고 해도 전극리드 길이가 불충분하다고 하는 과제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 재활용 가능한 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 재활용 가능한 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 배터리 모듈을 재활용하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구의 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 이차전지는, 이웃하는 다른 파우치형 이차전지의 전극리드와 자신의 전극리드가 서로 용접되어 배터리 모듈을 구성하는 파우치형 이차전지에 있어서, 전극리드들끼리 용접되어진 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 파우치 외장재와 상기 전극리드 사이에 리드필름을 구비하고, 상기 리드필름은 상기 길이 연장부에까지 형성될 수 있도록 잉여부를 포함한다. 이 때, 상기 리드필름은 상기 잉여부를 제거할 수 있도록 상기 파우치 외장재 바깥으로 나와 있는 부분의 양 측면에 노치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 상기 길이 연장부를 덮는 절연 테이프를 더 포함한다. 상기 절연 테이프는 PI 또는 PP 재질의 필름에 접착층이 구비된 복합 필름일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은 이러한 파우치형 이차전지들을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은 전극리드들끼리 용접되어진 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하고 이웃하는 파우치형 이차전지들의 전극리드들끼리 용접시킨 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 배터리 모듈에 포함되는 상기 파우치형 이차전지의 상기 전극리드는 상기 파우치형 이차전지의 테라스에 접어둔 것이다. 상기 전극리드가 접혀진 부분에 다른 절연 테이프를 더 포함할 수도 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 배터리 모듈 재활용 방법은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 재활용하는 방법이기도 하다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 재활용 방법의 일 태양은, 전극리드들끼리 용접되어진 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하고 이웃하는 파우치형 이차전지들의 전극리드들끼리 용접시킨 배터리 모듈의 재활용 방법으로서, 상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계; 및 상기 파우치형 이차전지들을 재배열하고 남아있는 나머지 전극리드들끼리 용접하여 다른 배터리 모듈로 제조하는 단계를 포함한다.
상기 파우치형 이차전지가 파우치 외장재와 상기 전극리드 사이에 리드필름을 구비하고, 상기 리드필름은 상기 길이 연장부에까지 형성될 수 있도록 잉여부를 포함하며, 상기 리드필름은 상기 잉여부를 제거할 수 있도록 상기 파우치 외장재 바깥으로 나와 있는 부분의 양 측면에 노치를 포함하도록 하면, 상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계 앞이나 뒤에 상기 잉여부를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 파우치형 이차전지가 상기 길이 연장부를 덮는 절연 테이프를 더 포함하도록 하면, 상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계 앞이나 뒤에 상기 절연 테이프를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 재활용 방법의 다른 태양은, 전극리드들끼리 용접된 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하여 상기 전극리드들끼리 용접시킨 것이면서 상기 전극리드를 상기 파우치형 이차전지의 테라스에 접어둔 배터리 모듈의 재활용 방법으로서, 상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계; 접어둔 상기 전극리드들을 펼치는 단계; 및 상기 파우치형 이차전지들을 재배열하고 펼친 전극리드를 용접하여 다른 배터리 모듈로 제조하는 단계를 포함한다.
나아가, 본 발명은 일반적인 배터리 모듈의 재활용 방법도 제안한다. 이러한 재활용 방법은, 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하고 이웃하는 파우치형 이차전지들의 전극리드들끼리 용접시킨 배터리 모듈의 재활용 방법으로서, 상기 전극리드들끼리 용접시킨 용접부를 잘라내는 단계; 전극리드 길이 연장을 위한 추가 리드를 남아있는 전극리드에 각각 용접하는 단계; 및 상기 파우치형 이차전지들을 재배열하고 상기 추가 리드들끼리 용접하여 다른 배터리 모듈로 제조하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 전극리드 길이 연장을 위한 추가 리드를 남아있는 전극리드에 각각 용접하는 단계는 마찰 교반 용접(friction stir welding)으로 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 파우치형 이차전지의 재활용시 전극리드 길이가 불충분한 문제를 해결하여 직렬 /병렬 연결 구조 상관 없이 새로운 연결 구조의 배터리 모듈을 구성할 수 있게 된다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 파우치형 이차전지의 전극리드 길이를 길게 하는 구조 변경을 통해 배터리 모듈을 재활용하도록 한다. 레이저 용접으로 접합된 부분을 잘라내어도, 남아있는 전극리드의 길이가 충분하므로, 파우치형 이차전지들을 다시 연결하여 제2의 용도로 적용 가능하도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 기존의 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈에 추가 리드를 접합하여 전극리드 길이를 연장함으로써 배터리 모듈을 재활용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 파우치형 이차전지의 전극리드 길이를 길게 하더라도 공간 활용을 할 수 있도록 전극리드를 접어둔다. 배터리 모듈 재활용시에는 접어둔 전극리드를 펼쳐 파우치형 이차전지들의 직/병렬 연결 구성을 변경하여 ESS 등 2차의 목적에 맞게 재활용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 재활용을 용이하게 할 수 있어 한정된 자원의 활용을 도모하고 비용효과를 극대화할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 파우치형 이차전지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래 배터리 모듈의 측면도이다.
도 3은 종래 배터리 모듈에서 파우치형 이차전지 재활용이 어려운 점을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 상면도이다.
도 7은 도 5에 도시한 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 재활용 방법을 설명하기 위한 측면도이다.
도 8은 도 7에서 (a) 단계 이전의 준비 상태 상면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재활용 방법을 설명하기 위한 측면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 측면도이다.
도 11은 도 10의 배터리 모듈의 재활용 방법을 설명하기 위한 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 측면도이다.
도 4를 참조하면, 파우치형 이차전지(101)는 다수 개가 적층되고 이웃하는 두 파우치형 이차전지(101)에 각각 구비된 전극리드(140, 145)끼리 연결되어 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결됨으로써 배터리 모듈(111)을 구성하게 된다. 참조번호 160은 사출물 등 배터리 모듈(111)을 구조적으로 지탱하는 구조물이고, 참조번호 150은 리드필름이다. 파우치형 이차전지(101)의 대략적인 형태는 도 1의 파우치형 이차전지(1)와 유사하여, 파우치 외장재(110) 안에 전극조립체가 수용되어 밀봉된 실링부가 형성되어 있고, 전극리드(140, 145)는 전극조립체의 양극 탭 및 음극 탭에 각각 용접되어 파우치 외장재(110) 바깥으로 노출되어 있다. 파우치 외장재(110)와 전극리드(140, 145) 사이에는 리드필름(150)이 개재된다. 전극리드(140, 145)가 인출된 쪽을 여기서도 테라스(T)라고 한다.
전극리드(140, 145)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 종래 파우치형 이차전지(1)의 전극리드(40, 45)에 비하여 그 길이가 증가된 것이다. 전극리드(140, 145)는 전극리드(140, 145)끼리 용접되어진 용접부(A)를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 길이 연장부(141)를 포함한다. 길이 연장부(141)는 용접부를 잘라내면서 버려지는 길이, 새로운 용접을 할 때 필요한 길이 및 공정 여유분 등을 고려하여 그 크기(d)를 결정할 수 있으며, 현재 사용하는 용접 장치 및 파우치형 이차전지 구조 등을 고려하였을 때 길이 연장부(141) 크기는 대략 7mm 이상이면 된다. 길이 연장부(d)가 7mm 이하보다 작으면 전극리드(140, 145) 절단 후 남아 있는 부분을 가지고 용접을 하기에 용접 장치 등의 정렬이 어려운 문제가 있다. 길이 연장부(141)가 너무 크면 전극리드(140, 145)로 인해 배터리 모듈(111)의 공간적 부피가 커지므로 에너지 밀도 등을 고려하였을 때 불리하다. 이러한 상황을 참작하면, 길이 연장부(141)의 크기(d)는 바람직하게는 8mm 이상 15mm 이하이다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지(101)는, 배터리 모듈(111) 사용 후 전극리드(140, 145)끼리 용접되어진 용접부(A)를 잘라내어도 남아있는 전극리드 부분을 용접해 파우치형 이차전지(101)들을 연결하여 재사용할 수 있도록, 전극리드(140, 145) 길이를 종래에 비하여 증가시킨 것이다. 이와 같이 본 발명에서는 종래에 비하여 전극리드(140, 145)의 길이를 증가시켜 파우치형 이차전지(101)를 제조하고, 이들을 모아 적층한 후 각 전극리드(140, 145)를 절곡하여 레이저 용접(L)으로 접합해 배터리 모듈(111)을 제조하는 것을 제안한다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 모듈(111)은 전극리드들(140, 145)끼리 용접되어진 용접부(A)를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드(140, 145)에 길이 연장부(141)를 포함하는 파우치형 이차전지(101)들을 다수 개 적층하고 이웃하는 파우치형 이차전지(101)들의 전극리드들(140, 145)끼리 용접시킨 것이다.
길이 연장부(141)를 포함하기 때문에 전극리드(140, 145) 길이를 종래에 비하여 증가시킨 배터리 모듈의 경우, 길이가 길어진 전극리드(140, 145)간에 원치 않는 접촉이 이루어지는 경우 단락의 문제가 있다. 본 발명에서는 절연필름(150)의 길이도 길이 연장부(141)를 덮을 수 있게 증가시켜 절연성을 확보한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 상면도이다.
길이 증가된 전극리드(140, 145)로 인한 배터리 모듈(111) 사용시의 절연문제를 해결할 수 있도록, 파우치형 이차전지(101)의 파우치 외장재(110) 외부로 나오는 리드필름(150)의 길이를 증가시켜 잉여부(151)를 형성할 수 있다. 잉여부(151)는 상기 길이 연장부(141)를 덮도록 형성될 수 있다. 즉, 리드필름(150)이 전극 리드(140, 145)를 감싸는 영역을 증가시켜 절연성을 확보한다. 배터리 모듈(111) 사용 후에는 잉여부(151)를 제거할 수도 있다. 잉여부(151) 제거를 용이하게 하기 위하여 리드필름(150)의 양 측면에 노치(N)를 형성해 둘 수 있다. 노치(N) 대신에 절취선을 타공해 둔다거나 절취선에 해당하는 절개부를 미리 형성해두는 것도 가능하다.
노치(N)는 도시한 것처럼 다수개로 형성될 수도 있고, 하나만 형성될 수도 있다. 노치(N) 형상은 반원형, 원형, U자형 또는 V자형일 수 있다. 노치(N)는 리드필름(150)이 파우치 외장재(110) 바깥으로 나와 있는 부분의 양 측면에 포함될 수 있다.
리드필름(150)은 전극 리드(140, 145)와 파우치 외장재(110)의 금속층 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 파우치 외장재(110)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 전극 리드(140, 145)와 폴리머 재질의 파우치 외장재(110)에 열융착 시 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 하지만, 상기 실시예와 같이, 리드필름(150)이 구비되면, 이러한 밀착력 저하 현상이 방지될 수 있다. 또한, 리드필름(150)은 절연성 재질로 전극 리드(140, 145) 에서 파우치 외장재(110)로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있는 것이 바람직하다. 리드필름(150)은 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어진다. 리드필름(150)은 예를 들어 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질 층(단일 막 또는 다중 막)으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 리드필름(150) 길이를 증가시켜 파우치 외장재(110) 바깥으로 노출된 전극 리드(140, 145) 부분의 단락을 방지하는 역할을 겸하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지(101)는 전극 리드(140, 145)의 길이와 리드필름(150)의 길이가, 재활용시 절단되어 없어지는 길이와 추가 용접 필요부위의 길이 등을 고려하여 종래보다 증가된 것이고, 재활용 가능한 배터리 모듈(111)은 이러한 파우치형 이차전지(101)를 포함한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 상면도이다.
도 6을 참조하면, 파우치형 이차전지의 파우치 외장재(110) 외부로 나오는 리드필름(150) 위나 전극리드(140, 145) 위에 추가적인 절연 테이프(155)를 부착하여 길이가 길어진 전극리드(140, 145)의 절연성을 확보할 수도 있다. 절연 테이프(155)는 길이 연장부(141)를 덮는 것일 수 있다. 그리고, 절연 테이프(155)는 PI 또는 PP일 수 있다. 구체적으로는 PI 또는 PP 재질의 필름에 에폭시 접착제와 같은 접착층이 구비된 복합 필름일 수 있다. 추가적인 절연 테이프(155)는 긴 전극리드(140, 145)로 인한 절연 문제 발생 가능성을 차단하기 위하여 추가의 절연부위를 제공한다. 배터리 모듈(111) 모듈 사용 후에는 절연 테이프(155)(및 리드필름에 잉여부가 있으면 잉여부까지)를 제거할 수 있다. 절연 테이프(155)는 벗겨내는 간단한 동작을 통해 전극리드(140, 145)로부터 제거될 수 있다.
도 7은 도 5에 도시한 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 재활용 방법을 설명하기 위한 측면도이다. 도 8은 도 7에서 (a) 단계 이전의 준비 상태 상면도이다.
배터리 모듈(111)은 다양한 분야에 적용될 수 있는데, 그 예로 파워 툴(Power Tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 전기 트럭; 전기 상용차; 또는 전력 저장용 시스템 중 어느 하나 이상의 중대형 디바이스 전원으로 이용될 수 있다. 원하는 목적대로 사용하여 수명을 다한 후, 배터리 모듈(111)은 본 발명에 따른 재활용 방법을 통해 재활용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 재활용을 위해서는 먼저 (a)와 같이 기존 배터리 모듈(111)에서 전극리드들(140, 145)끼리 용접되어진 용접부(A)를 절단면(C)을 따라 잘라낸다. 이 때, 도 8에서와 같은 준비 상태부터 시작할 수 있다. 즉, 도 5에서 설명한 잉여부(151)나 도 6에서 설명한 절연 테이프(155)를 먼저 제거하여, 보통의 길이만큼 파우치 외장재(110) 밖으로 나와 있는 리드필름(150')가 남아 있는 상태에서 도 7의 (a) 단계를 수행할 수 있다. 물론, 도 5에서 설명한 잉여부(151)나 도 6에서 설명한 절연 테이프(155)를 제거하는 단계는 도 7의 (a)나 (b) 단계 앞이나 뒤에 어느 순서로 오든 무방하다.
도 7의 (a)에서와 같이 접합부(A)를 잘라낸 후에는, (b)에서와 같이 파우치형 이차전지(101)들을 재배열하고 (c)에서와 같이 남아있는 나머지 전극리드들(140', 145')끼리 새로 용접(L') 하여 다른 새로운 배터리 모듈(211)로 제조한다. 구체적으로, 남아있는 나머지 전극리드(140', 145')를 그대로 활용하고 새로운 구조물(165)을 배치한 후, 나머지 전극리드(140', 145')를 절곡하고 절곡부끼리 닿게 하여 용접(L')을 실시한다. 이와 같이 하여 파우치형 이차전지(101)들을 재배열 및 재구성해 새로운 배터리 모듈(211)로 재활용할 수 있다.
한편, 도 4에서 설명한 바와 같이 전극리드의 길이를 증가시키면, 최초 사용 배터리 모듈 내 전극리드 부분이 차지하는 공간이 증가하여 용적률 감소 등 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 길이 연장부(141) 크기는 최대한 이러한 용적률을 고려하여 선택될 수 있지만 용적률을 변경시키지 않는 선에서 배터리 모듈 재활용이 된다면 더욱 바람직할 것이다. 다음 실시예는 전극리드의 길이를 증가시키지 않고도 배터리 모듈을 재활용할 수 있는 방법에 관한 것이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 재활용 방법을 설명하기 위한 측면도이다.
도 9의 (a)는 기존의 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈, 예를 들어 도 2에 도시한 것과 같은 일반적인 배터리 모듈(11)의 측면이다. 배터리 모듈(11)을 원래 목적대로 사용 후, 절단면(C)을 따라 용접부(A)를 잘라내어 (b)와 같은 상태로 만든다. 남아있는 전극리드(40', 45')의 길이는 그대로 사용하기에는 매우 짧다. 본 발명에서는, 전극리드 길이 연장을 위한 추가 리드(41, 46)를 남아있는 전극리드(40', 45')에 각각 용접(L"')할 것을 제안한다. 전극리드 길이를 이와 같이 연장한 후, (c)를 참조하여, 추가 리드(41, 46) 절곡, 구조물(165) 배치 및 새로운 배터리 모듈 구성을 위해 추가 리드들(41, 46)끼리 용접(L")을 실시하여, 파우치형 이차전지(1)들을 재배열 및 재구성해 새로운 배터리 모듈(311)로서 재활용하도록 한다.
본 실시예에 따르면, 최초 배터리 모듈 제조시 전극리드의 길이를 증가시키지 않고도 그 배터리 모듈을 재활용할 수 있다. 다만, 용접부를 잘라낸 후에 추가 리드를 용접할 수 있는 최소 길이는 확보해야 하므로 기존에 사용하는 일반적인 파우치형 이차전지보다는 전극리드 길이를 조금이라도 길게 하여 이용하는 것이 더 바람직하기는 하다. 전극리드 길이 연장을 위한 추가 리드(41, 46)를 남아있는 전극리드(40', 45')에 각각 용접(L"')할 때에는 여러가지 용접 방법이 사용될 수 있는데, 만약 마찰 교반 용접(friction stir welding)으로 수행한다면 1mm 미만의 용접 폭을 가질 수 있으므로 유리하다.
마찰 교반 용접은 접합 대상(본 실시예에서는 추가 리드(41, 46)와 남아있는 전극리드(40', 45')에 툴을 삽입해 회전시킴으로써 마찰에 의하여 발생하는 열과 툴의 교반에 의하여 접합 대상이 가열되고 연화되며 소성유동되어 접합 대상이 고체상 접합, 예를 들어 접합 영역에서 함께 용접되는 용접 방법이다. 마찰 교반 용접은 추가 리드(41, 46)와 남아있는 전극리드(40', 45')가 용융되지 않고 고체 상태에서 접합이 이루어짐으로써 용접부의 특성이 용융 용접에 비하여 우수하다는 장점을 가지고 있기도 한 방법이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈의 측면도이다.
도 10을 참조하면, 배터리 모듈 사용 후 용접부를 잘라내어도 남아있는 전극리드 부분으로 파우치형 이차전지들을 연결하여 재사용할 수 있도록 전극리드 길이를 앞의 첫번째 실시예에서와 같이 증가시킨 경우에 해당한다.
즉, 도 4를 참조하여 설명한 파우치형 이차전지(101)가 이 배터리 모듈(121)에 포함된다. 파우치형 이차전지(101)는 다수 개가 적층되고 이웃하는 두 파우치형 이차전지(101)에 각각 구비된 전극리드(140, 145)끼리 연결되어 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨 배터리 모듈(121)을 구성하게 된다. 참조번호 160은 앞에서와 마찬가지로, 사출물 등 배터리 모듈(121)을 구조적으로 지탱하는 구조물이다.
전극리드(140, 145)는 전극조립체의 양극 탭 및 음극 탭에 각각 용접되어 파우치 외장재(110) 바깥으로 노출되어 있다. 전극리드(140, 145)가 인출된 쪽을 여기서도 테라스(T)라고 한다.
이 때, 길이 증가된 전극리드(140, 145)는 파우치형 이차전지(101)의 테라스(T)에 접어두어 가로 길이를 축소시킨 점이 본 실시예의 특징이다. 테라스(T)와 접혀져 중첩되어 있는 전극리드(140, 145) 사이에는 만약의 단락의 방지하기 위해 절연확보구조가 필요하며, 도면에서 참조부호 170으로 표시하였다. 절연확보구조(170)는 앞에서 설명한 바와 같이 길이 증가되어 잉여부(151)를 갖는 리드필름(150)이나 절연 테이프(155)를 마련해 둔 상태로 전극리드(140, 145)를 차곡차곡 접음으로써 확보가 될 수도 있고, 전극리드(140, 145)를 접은 후 다른 절연 테이프를 감아 확보할 수도 있다. 도 10과 같은 구조의 배터리 모듈(121)은 테라스(T)에 접혀져 중첩되어 있는 전극리드(140, 145)를 고정 수납할 수 있도록 파우치형 이차전지(101)들을 고정하기 위한 상대물(예컨대 카트리지 등)의 형상이 변경되거나 종래에 비해 복잡해질 수는 있으나, 공간 활용률 / 절연 / 2차 활용 가능성을 확보할 수 있으므로 바람직하다.
도 11은 도 10의 배터리 모듈의 재활용 방법을 설명하기 위한 측면도이다. 배터리 모듈(121) 사용 후 (a)에 도시한 바와 같이 절단면(C)을 따라 용접부(A)를 잘라내고, 접어두었던 전극리드들을 (b)와 같이 펼친다. 그런 다음, (c)에서와 같이 전극리드(140', 145')를 절곡하고, 구조물(165) 배치 및 전극리드(140', 145')끼리를 용접(L") 등을 실시하여 파우치형 이차전지(101)들을 재배열 및 재구성해 새로운 배터리 모듈(211)로 재활용하도록 한다.
물론 앞에 설명한 실시예들을 서로 조합하거나 적용하여 재활용하는 방법도 가능하다. 이와 같이 본 발명에 따르면 파우치형 이차전지의 재활용시 전극리드 길이가 불충분한 문제를 해결하여 직렬 /병렬 연결 구조 상관 없이 새로운 연결 구조의 배터리 모듈을 구성할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명에서는 배터리 모듈 재활용 방법을 제안한다. 최초 배터리 모듈은 예컨대 자동차 배터리 등으로서 사용이 되고, 목적한 바의 수명이 다한 후에는 본 발명에서 제안하는 바와 같은 재활용 방법을 통해 파우치형 이차전지를 재배열 및 재용접하여 다른 배터리 모듈로 제조할 수 있다. 새로 제조된 배터리 모듈은 용량 보유율이나 기타 조건이 자동차 배터리보다는 덜 엄격한 ESS 등 두번째 용도로 활용할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면 배터리 모듈의 재활용을 통해 한정된 자원을 폐기함이 없이 재사용할 수 있어 친환경적이고 비용효과적인 측면이 있다.
이상과 같이, 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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 이웃하는 다른 파우치형 이차전지의 전극리드와 자신의 전극리드가 서로 용접되어 배터리 모듈을 구성하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    전극리드들끼리 용접되어진 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 파우치 외장재와 상기 전극리드 사이에 리드필름을 구비하고, 상기 리드필름은 상기 길이 연장부에까지 형성될 수 있도록 잉여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 리드필름은 상기 잉여부를 제거할 수 있도록 상기 파우치 외장재 바깥으로 나와 있는 부분의 양 측면에 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 길이 연장부를 덮는 절연 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 전극리드들끼리 용접되어진 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하고 이웃하는 파우치형 이차전지들의 전극리드들끼리 용접시킨 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전극리드는 상기 파우치형 이차전지의 테라스에 접어둔 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 파우치 외장재와 상기 전극리드 사이에 리드필름을 구비하고, 상기 리드필름은 상기 길이 연장부에까지 형성될 수 있도록 잉여부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 리드필름은 상기 잉여부를 제거할 수 있도록 상기 파우치 외장재 바깥으로 나와 있는 부분의 양 측면에 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 길이 연장부를 덮는 절연 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서, 상기 전극리드가 접혀진 부분에 다른 절연 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 전극리드들끼리 용접되어진 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하고 이웃하는 파우치형 이차전지들의 전극리드들끼리 용접시킨 배터리 모듈의 재활용 방법으로서,
    상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계; 및
    상기 파우치형 이차전지들을 재배열하고 남아있는 나머지 전극리드들끼리 용접하여 다른 배터리 모듈로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 파우치 외장재와 상기 전극리드 사이에 리드필름을 구비하고, 상기 리드필름은 상기 길이 연장부에까지 형성될 수 있도록 잉여부를 포함하며, 상기 리드필름은 상기 잉여부를 제거할 수 있도록 상기 파우치 외장재 바깥으로 나와 있는 부분의 양 측면에 노치를 포함하여,
    상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계 앞이나 뒤에 상기 잉여부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 파우치형 이차전지는 상기 길이 연장부를 덮는 절연 테이프를 더 포함하여, 상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계 앞이나 뒤에 상기 절연 테이프를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
  14. 전극리드들끼리 용접된 용접부를 잘라내고 남은 길이의 전극리드들끼리 다시 용접할 수 있도록 상기 전극리드에 길이 연장부를 포함하는 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하여 상기 전극리드들끼리 용접시킨 것이면서 상기 전극리드를 상기 파우치형 이차전지의 테라스에 접어둔 배터리 모듈의 재활용 방법으로서,
    상기 배터리 모듈의 상기 용접부를 잘라내는 단계;
    접어둔 상기 전극리드들을 펼치는 단계; 및
    상기 파우치형 이차전지들을 재배열하고 펼친 전극리드를 용접하여 다른 배터리 모듈로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
  15. 파우치형 이차전지들을 다수 개 적층하고 이웃하는 파우치형 이차전지들의 전극리드들끼리 용접시킨 배터리 모듈의 재활용 방법으로서,
    상기 전극리드들끼리 용접시킨 용접부를 잘라내는 단계;
    전극리드 길이 연장을 위한 추가 리드를 남아있는 전극리드에 각각 용접하는 단계; 및
    상기 파우치형 이차전지들을 재배열하고 상기 추가 리드들끼리 용접하여 다른 배터리 모듈로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
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