(57)【要約】  本発明は、高い出力及び容量を具現するために積層される電極層の数が増加する場合に溶接安全性を維持するために、同じ極性を有する複数の積層された電極に一つ以上の無地部電極タブが形成された電極タブの溶接特性を改善した電極及びこれを含む二次電池に関するもので、複数の電極タブが溶接時に断線される排除することができる効果、同じ極性を有する複数の積層された電極の無地部電極タブに溶接される電極リードの下端部を前記無地部電極タブに対応するように前記下端部を打抜きして二次電池電極に形成された段差の柔軟性を高めることができる効果がある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ極性を有する複数の積層された電極に無地部電極タブが一つ以上形成された、二次電池電極。
【請求項２】
一つ以上の重なった無地部電極タブは一定の距離で離隔して電極リードに結合される、請求項１に記載の二次電池電極。
【請求項３】
一つ以上の前記無地部電極タブは前記電極リードの幅を外れないで結合される、請求項２に記載の二次電池電極。
【請求項４】
同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブの厚さＴｔは重なった無地部電極タブの分割数に反比例して減少する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池電極。
【請求項５】
一つ以上の重なった無地部電極タブは互いに交互に重なるように形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池電極。
【請求項６】
前記無地部電極タブに溶接される電極リードの下端部は前記一定の距離で打抜きされてなる、請求項２に記載の二次電池電極。
【請求項７】
前記下端部から打抜き長さは絶縁テープ領域まで延びることができる、請求項６に記載の二次電池電極。
【請求項８】
同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンにおいて、
振動印加プレートと、
前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されたホーンパターン領域とを含み、
前記ホーンパターン領域の外側部は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンの側面がラウンド処理され、この状態で溶接が実施できる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池電極。
【請求項９】
同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンにおいて、
振動印加プレートと、
前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されたホーンパターン領域とを含み、
前記ホーンパターン領域の外側部は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンのチップ鋭さ（Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）が減少し、この状態で溶接が実施できる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の二次電池電極。
【請求項１０】
前記突出型単位ピッチパターンが溶接のために前記無地部電極タブ及び／又は電極リードと接触する場合、
前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンが前記無地部電極タブ及び／又は電極リードとともに形成する前記突出型単位ピッチパターンの内接半径ｒｈは増加するように形成されることができる、請求項８又は９に記載の二次電池電極。
【請求項１１】
前記突出型単位ピッチパターンは側壁面が曲率を有する半球形突出パターンである、請求項８又は９に記載の二次電池電極。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の二次電池電極を含む二次電池がゼリーロール型又は積層型である、二次電池。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の二次電池電極を含む二次電池を含む、デバイス。
【請求項１４】
前記デバイスは、電子機器、電気自動車、ハイブリッド自動車及び電力貯蔵装置からなる群から選択される、請求項１３に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１７年９月８日付の韓国特許出願第２０１７−０１１５２０１号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は電極タブの溶接特性を改善した電極及びこれを含む二次電池に係り、より詳しくは、本発明は高い出力及び容量を具現するために積層電極層の数が増加する場合に溶接安全性を維持するために同じ極性を有する複数の積層された電極に一つ以上の無地部電極タブ（無地部の電極タブ）を備える、電極タブの溶接特性を改善した電極及びこれを含む二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
一般に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池及びリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ−ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機（Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｇａｍｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）、動力工具（Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌ）及び電動アシスト自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）などの小型製品だけではなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が要求される大型製品と余剰発電電力や新再生エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置とバックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて使われている。
【０００４】
二次電池は陽極／分離膜／陰極構造の電極組立体がどの構造になっているかによって分類されることもある。代表的には、長いシート状の陽極と陰極を分離膜を介装した状態で巻いた構造のゼリーロール（巻き型）電極組立体、所定大きさの単位で切り取った多数の陽極と陰極を分離膜を介装した状態で順次積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定単位の陽極と陰極を分離膜を介装した状態で積層したバイセル（Ｂｉｃｅｌｌ）又はフルセル（Ｆｕｌｌ  ｃｅｌｌ）を巻いた構造のスタック／フォルディング型電極組立体などを挙げることができる。
【０００５】
近年には、スタック型又はスタック／フォルディング型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造費、低い重量、容易な形態変形などの理由で、多くの関心を集めており、よってその使用量が次第に増加している。このような二次電池は、通常分離膜が介装された状態で陽極板と陰極板が順次積層されている電極組立体と、電極組立体を収容する外装材である電池ケースとを含んでなる。ここで、電極組立体には、複数の陽極板から延びている複数の陽極タブと、複数の陰極板から延びている複数の陰極タブとが形成されており、このような複数の陽極タブ及び複数の陰極タブはそれぞれ陽極リード及び陰極リードと超音波溶接機で溶接結合される。ここで、複数の陽極タブと複数の陰極タブが電極タブを構成し、陽極リードと陰極リードが電極リードを構成することになる。
【０００６】
二次電池で、ワインディングタイプではなくて積層型の電極構成においては数層〜数十層の無地部電極タブを溶接して相互通電経路を構築するときに電気的に作動することができる。特に、自動車用電池の場合には、もっと高い出力及び容量を具現するために、積層電極層の数が陽極及び陰極それぞれ２０〜３０枚又はそれ以上に多くなっているから、未溶接の不良が多発している。
【０００７】
また、超音波溶接又はレーザー溶接の場合にも、厚くなった溶接層に対する高いエネルギーでの溶接が必要であるから、溶接部の損傷が発生して、溶接不良が増加している状況である。なお、電池セル段階で溶接が完了したと言っても、電池パック工程で大きな厚さのバスバーの溶接などのために更なる高いエネルギーを用いた溶接が従う。ここで、電池セル内で弱く溶接された電極タブ部位が取れる溶接不良も多発している
【０００８】
このように、超音波溶接機を用いて電極タブ及び電極リードを溶接するとき、複数の電極タブの溶接不良が発生し、電極タブと電極リードの溶接を強く行う場合には電極タブが断線される問題点があった。
【０００９】
従来には溶接方法及び溶接面を制御して電極リード及び電極タブを安定的に連結しようとする試みはあったが、前記電極タブの無地部の形状を改善して安定的な溶接を行おうとする試みはなかった。
【００１０】
一方、韓国特許公開第２０１７−００２２３１４号公報は複数の位置で連結された電極タブを有する電池セルに係る技術であって、無地部に形成された第１電極タブと第２電極タブがリード結合部をそれぞれ形成して電極リードと超音波溶接される点が、請求項１及び２と一部対応するが、同じ極性の無地部タブが交互に重なるように形成された技術ではないから違いがある。
【００１１】
韓国特許公開第２０１７−００３２０３１号公報は多重タブ構造を有する電極積層構造体及び電池に係る技術であって、無地部に形成された第１及び第２タブがリード部と溶接されて互いに電気的に連結されることができる点が一部対応するが、同じ極性の無地部タブが交互に重なるように形成された技術ではないから違いがある。
【００１２】
韓国特許公開第２０１６−００２０２８４号公報はバッテリーパックに係る技術であって、無地部に形成された第１及び第２電極タブが回路基板に形成された端子ホールに直接連結される点が一部対応するが、同じ極性の無地部タブが交互に重なるように形成された技術ではないから違いがある。
【００１３】
日本国特許登録第５８７７０４７号公報はラミネート型エネルギーデバイス及びその製造方法に係る技術であって、無地部に形成された引出電極とタブ電極が溶接されて連結された点が一部対応するが、同じ極性の無地部タブが交互に重なるように形成された技術ではないから違いがある。
【００１４】
このように、二次電池、特にパウチ型二次電池の電極タブと電極リードの超音波溶接などの場合、ホーン側に無地部の電極タブの薄ホイルが複数枚重なっているから、溶接が完了しなかったか電池パック工程でホイルが断線される現象が発生して電池の性能に問題を引き起こすが、これに対する根本的な解決のために無地部の電極タブの形状を改善して溶接後に断線される現象を排除した二次電池電極及びこれを含む二次電池技術は提示されたことがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】韓国特許公開第２０１７−００２２３１４号公報
【特許文献２】韓国特許公開第２０１７−００３２０３１号公報
【特許文献３】韓国特許公開第２０１６−００２０２８４号公報
【特許文献４】日本国特許登録第５８７７０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は前記のような問題点を解決するためのもので、高い出力及び容量を具現するために積層される電極層の数が増加する場合に溶接安全性を維持するために、同じ極性を有する複数の積層された電極の無地部電極タブ（無地部の電極タブ）が一つ以上形成された、電極タブの溶接特性を改善した電極及びこれを含む二次電池を提供することを目的とする。
【００１７】
また、複数の電極タブ及び／又は電極リードの溶接による溶接不良及び溶接による電極タブの断線を防止することができる同じ極性を有する複数の積層された電極の無地部電極タブが一つ以上形成された、電極タブの溶接特性を改善した電極及びこれを含む二次電池を提供することを目的とする。
【００１８】
また、電極タブ及び／又は電極リードの超音波溶接時、同じ極性を有する複数の積層された電極の無地部電極タブが一つ以上形成された電極タブを適用して溶接部の溶接強度分布を均一化した二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような目的を達成するための本発明は、同じ極性を有する複数の積層された電極に備えられた一つ以上の無地部電極タブを含む二次電池電極を提供する。
【００２０】
また、一つ以上の重なった無地部電極タブは一定の距離で離隔して電極リードに結合されることができる。
【００２１】
また、一つ以上の前記無地部電極タブは前記電極リードの幅を外れないで結合されることができる。
【００２２】
また、同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブの厚さＴｔは重なった無地部電極タブの分割数に反比例して減少することができる。
【００２３】
また、一つ以上の重なった無地部電極タブは互いに交互に重なるように形成されることができる。
【００２４】
また、前記無地部電極タブに溶接される電極リードの下端部は前記一定の距離で打抜きされてなることができる。
【００２５】
また、前記下端部から打抜き長さは絶縁テープ領域まで延びることができる。
【００２６】
また、同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンにおいて、振動印加プレートと、前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されたホーンパターン領域とを含み、前記ホーンパターン領域の外側部に配置された前記突出型単位ピッチパターンの側面は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれてラウンド処理され、この状態で溶接が実施できる。
【００２７】
また、同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンにおいて、振動印加プレートと、前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されたホーンパターン領域とを含み、前記ホーンパターン領域の外側部に配置された前記突出型単位ピッチパターンのチップ鋭さ（Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて減少し、この状態で溶接が実施できる。
【００２８】
また、前記突出型単位ピッチパターンが溶接のために前記無地部電極タブ及び／又は電極リードと接触する場合、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記無地部電極タブ及び／又は電極リードとともに形成される前記突出型単位ピッチパターンの内接半径ｒｈは増加することができる。
【００２９】
また、前記突出型単位ピッチパターンは側壁面が曲率を有する半球形突出パターンであってもよい。
【００３０】
また、前記二次電池電極を含む二次電池がゼリーロール型又は積層型であることを特徴とする二次電池であってもよい。
【００３１】
また、前記二次電池電極を含む二次電池を含むことを特徴とするデバイスであってもよい。
【００３２】
また、前記デバイスは、電子機器、電気自動車、ハイブリッド自動車及び電力貯蔵装置からなる群から選択されるデバイスであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のパウチ型二次電池の電極タブと電極リードの溶接部を示した図である。
【図２】従来のパウチ型二次電池の電極タブと電極リードの溶接構成を示した概念図である。
【図３】従来のパウチ型二次電池の単位ピッチパターンが構成されたホーンパターン領域を示す図である。
【図４】本発明の一実施例によるパウチ型二次電池において一つ以上の重なった無地部電極タブと電極リードの溶接構成を示した概念図である。
【図５】本発明の一実施例による単方向パウチ型二次電池において同じ極性の電極に一つ以上の重なった無地部電極タブが適用される前（ａ）及び後（ｂ）の構成を示した概念図である。
【図６】本発明の一実施例による両方向パウチ型二次電池において陽極に一つ以上の重なった無地部電極タブが適用される前（ａ）及び後（ｂ）の構成を示した概念図である。
【図７】本発明の一実施例による両方向パウチ型二次電池において陰極に一つ以上の重なった無地部電極タブが適用される前（ａ）及び後（ｂ）の構成を示した概念図である。
【図８】パウチ型二次電池の電極タブ溶接時の単位ピッチパターンの断面形状の概念図である。
【図９】本発明の一実施例によるパウチ型二次電池の電極に一つ以上の重なった無地部電極タブが溶接されるときの単位ピッチパターンの断面形状の概念図である。
【図１０】本発明の一実施例によるパウチ型二次電池の電極に一つ以上の重なった無地部電極タブと電極リードが溶接されるための構成の概念図である。
【図１１】本発明の一実施例によるパウチ型二次電池の一つ以上の重なった無地部電極タブと電極リードの溶接時の溶接不良率及び溶接引張強度の実験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、添付図面に基づいて本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を易しく実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するに当たり、関連の公知機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
【００３５】
また、図面の全般にかけて類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を付ける。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むとは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００３６】
本発明を図面に基づいて詳細な実施例とともに説明する。
【００３７】
図１は従来のパウチ型二次電池の電極タブと電極リードの溶接部を示した図である。
【００３８】
本発明の薄板を用いたリード断線を改善するパウチ型二次電池は、パウチによって電極体が密閉され、前記パウチの上側外部に陽極タブと陰極タブが引き出されるように形成され、並んで積層される一対のパウチ型セルと、前記パウチ型セルのパウチが密閉されるように結合されるセルケースを含み、並んで積層配列される複数のパウチ型セルモジュールとを含んでなる。
【００３９】
前記パウチ型セルモジュールは、前記パウチ型セルの電極体が前記パウチによって密閉されるように前記パウチが前記電極体の外面を取り囲む形態に形成される。そして、前記電極体の一側に延設される前記陽極タブと陰極タブが前記パウチの外部に引き出されるように形成される。すなわち、前記パウチ型セルは、前記電極体に、その一側に陽極タブ及び陰極タブが延設されてなり、前記パウチが前記陽極タブ及び陰極タブを除いた前記電極体のみを密閉するように取り囲む形態になる。そして、このように形成される前記パウチ型セルは一対からなって並んで積層され、前記パウチ型セルは、パウチを密閉するようにセルケースが外側面に結合される。
【００４０】
すなわち、前記パウチ型セルの陽極タブ及び陰極タブを除いた、前記パウチで取り囲まれている部分がさらに前記セルケースによって取り囲まれることにより、前記セルケースによって密閉される。ここで、前記セルケースは内部に一定の空間を確保することができるように、前記パウチに密着しないように形成されることが好ましい。
【００４１】
前記パウチ型セルモジュールは、一側に前記陽極タブ及び陰極タブが前記セルケースの外部に引き出されるように形成され、前記電極体は前記パウチによって密閉され、前記パウチの外側のセルケースの結合によってさらに密閉されて二重に密閉される構造を成す。
【００４２】
ここで、前記パウチ型セルの電極体は陽極、陰極、電解質及び前記陽極と陰極を分離する隔離板からなり、電気が充電及び放電される部分であり、前記陽極タブ及び陰極タブは前記電極体で放電するときに発生するか外部から充電するときに流入する電流を伝達する部分である。
【００４３】
前記のように形成されるパウチ型セルモジュールは複数が並んで積層されるように構成され、前記セルケースの外部に引き出される陽極タブ又は陰極タブは単一パウチ型セルモジュールの一対の陽極タブが結合され、陰極タブは互いに隣り合うパウチ型セルモジュールの陰極タブと結合されることにより、直列又は並列で連結されることができる。
【００４４】
ここで、前記陽極タブ及び陰極タブはコネクター又は連結板などを介して結合されるかあるいはレーザー溶接又は超音波溶接によって結合されることができる。本発明は前記陽極タブ及び陰極タブと陽極リード及び陰極リードが溶接される溶接部で発生する断線現象を解決するために案出されたものである。
【００４５】
図２は従来のパウチ型二次電池の電極タブと電極リードの溶接構成を示した概念図である。
【００４６】
超音波溶接機は、図２に示したように、電極組立体の複数の電極タブと電極リードを溶接するためのもので、大きくホーン（ｈｏｒｎ）と、アンビル（ａｎｖｉｌ）と、ホーンと連結されてホーンを振動させる超音波アクチュエータとを含んでなる。
【００４７】
ここで、電極タブは、電極組立体の複数の陽極板から延びている複数の陽極タブと、複数の陰極板から延びている複数の陰極タブとからなる。ホーンは超音波アクチュエータと電気的に連結され、超音波アクチュエータによる振動をアンビルに伝達する。
【００４８】
アンビルはホーンに隣接して備えられ、溶接物（複数の陽極タブ及び陽極リード又は複数の陰極タブ及び陰極リード）が溶接できるように溶接物を支持する役割をする。
【００４９】
本発明による超音波溶接ホーンはアンビル（ａｎｖｉｌ）によって支持される溶接対象物に超音波振動を加える超音波溶接ホーン（ｓｏｎｏｔｒｏｄｅ  ｈｏｒｎ）であり、前記超音波溶接ホーンは、振動印加プレートと、前記振動印加プレート上に少なくとも一つ以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されるホーンパターン領域とを備え、前記ホーンパターン領域の外側部に配置され、外部に露出される前記単位ピッチパターンの側面がラウンド処理されることを特徴とする。
【００５０】
超音波溶接ホーンの構造において、振動を印加する突出パターンが形成される表面領域を本発明では‘ホーンパターン領域’と定義して記述する。
【００５１】
図３は本発明によるホーンパターン領域の構造を示す平面図である。
【００５２】
前記ホーンパターン領域は多数の単位ピッチパターンが配置される構造に形成されており、前記単位ピッチパターンは基本的に尖部を有する突出パターン形状を備えている。また、前記ホーンパターン領域は、外部領域に隣接したヶ所に配置される単位ピッチパターンと、外部に隣接していないヶ所に配置される単位ピッチパターンとに区分することができる。
【００５３】
本発明では、前記単位ピッチパターンのエッジ部分が非常に鋭い形状に具現されるから、二次電池のリード部とタブを超音波溶接する場合、このエッジ部分の鋭さによって溶接対象物にクラックが発生する問題を解消するために、前記単位ピッチパターンのエッジ部分をラウンド処理することを特徴とする。ここで、‘ラウンド処理’とは、単位ピッチパターンのエッジ部分を一定の曲率を有する形状に具現する全ての方法を包括する概念である。
【００５４】
図４は本発明の一実施例によるパウチ型二次電池において一つ以上の重なった無地部電極タブと電極リードの溶接構成を示した概念図である。
【００５５】
本発明は、陽極又は陰極の積層時、電極に対する無地部電極タブの領域を１／２に両分して設計した、それぞれ同じ極性の電極に一つ以上の重なった無地部電極タブの電極を順次積層した構成である。これにより、各電極層の間に溶接すべき無地部電極タブの数を１／２に節減して、溶接の効率性を大きく改善した電極形状及びその欠点を改善した新規のマルチ電極タブ端末を開発した。
【００５６】
同じ極性を有する複数の電極に無地部電極タブが一つ以上形成されることができる。一つ以上の重なった無地部電極タブは一定の距離で離隔して電極リードに結合されることができる。
【００５７】
前記無地部電極タブは（＋）極と（−）極が電極組立体の同一方向に形成される単方向電極タブに形成されることができ、（＋）極と（−）極が電極組立体の対向方向にそれぞれ形成される両方向電極タブに形成されることができる。したがって、無地部電極タブが結合される電極リードもこれに限定されることは自明である。すなわち、無地部電極タブが複数形成されても前記同じ極性の電極の複数の無地部電極タブは同じ極性の単一電極リードと結合する。さらに、無地部電極タブの一定距離の離隔範囲は溶接すべき単一電極リードの幅を外れることができないことも自明である。
【００５８】
前記電極タブは積層型電池の４方向のいずれにも可能であることは自明である。
【００５９】
前記無地部電極タブの数を１／２に限定するものではなく、目的とする電池の出力及び容量を確保することができれば、同じ極性の電極の一つ以上の重なった無地部電極タブの分割数を調節することができることは自明である。
【００６０】
図２と比較すると、同一の出力及び容量を具現するための無地部電極タブの厚さＴｔが本発明の一実施例である図４の場合、交互に積層された電極の構成によって電極タブの溶接厚さを１／２に減らすことができるので、溶接時に無地部電極タブに加わる損傷を減らすことができる。
【００６１】
既存の積層型フォルディング電池セルの場合、積層数が陽極２９枚、陰極２８枚と多いため、電極タブの溶接時、電極タブの損傷及び断線などの問題が発生した。
【００６２】
特に、図２の超音波溶接を受ける上端部電極タブはホーンのチップ深さが深くなって損傷がひどいことがある。このような上端溶接部の損傷による脱離可能性が増大し、下端部電極タブの溶接の場合にも溶接厚さの増加による未溶接不良の発生可能性が増加する。
【００６３】
また、電池パック工程の電極リードバスバーの溶接時にも厚い溶接部に対する高いエネルギーの溶接が必要である。ここで、電池セルの内側で弱く溶接された電極タブ溶接上端部及び下端部では溶接損傷による追加の脱離問題が発生することがある。
【００６４】
二次電池において、単方向形態の電極端子は、前記電極組立体の陽極及び陰極タブが同一方向に形成された後、前記電極タブに電極リードが連結されることによって電極端子が形成されるものである。単方向セルの場合、電極リード側の発熱及び充電及び放電時のセルの活物質の使用不均一によって寿命に良くない欠点がある。
【００６５】
両方向形態の電極端子は、前記電極組立体の陽極及び陰極タブが前記電極組立体の対向面に形成された後、前記電極タブに電極リードが連結されることによって電極端子が形成されるものである。両方向セルの場合、電池パックを構成すると、単方向セルより空間を多く占めるため、エネルギー密度が低下する欠点がある。
【００６６】
単方向に電極リードが形成された電池セルの場合、電極リード側の発熱及び充電又は放電時の電極セルの活物質使用の不均一性によって寿命に良くない影響を受け、両方向に電極リードが形成された電池セルの場合、単方向電池セルよりパッキングに空間を多く占めるため、エネルギー密度が低下する問題がある。
【００６７】
図５は本発明の一実施例による単方向パウチ型二次電池において同じ極性の電極に一つ以上の重なった無地部電極タブが適用される前（ａ）及び後（ｂ）の構成を示した概念図である。
【００６８】
図６は本発明の一実施例による両方向パウチ型二次電池において陽極に一つ以上の重なった無地部電極タブが適用される前（ａ）及び後（ｂ）の構成を示した概念図である。
【００６９】
図５及び図６で確認することができるように、電極の無地部電極タブの適用面積を既存の電極の対応電極タブの幅Ｔｗの範囲内で維持しながら電極の無地部電極タブの面積を１／２に両分化した。
【００７０】
図５及び図６のように、同じ極性の無地部電極タブの形態を、第１陰極タブ及び第１陽極のみを備えた既存の電極タブとは違い、第１陰極タブ及び第２陰極タブと第１陽極タブ及び第２陽極タブにデザインされた電極を製造した。
【００７１】
二つの電極を順次積層して、溶接しようとする電極タブの数と溶接層の厚さを１／２に減少させることにより、溶接性能を改善し、溶接収率を向上させることができる。
【００７２】
図７は本発明の一実施例による両方向パウチ型二次電池において陰極に一つ以上の重なった無地部電極タブが適用される前（ａ）及び後（ｂ）の構成を示した概念図である。図示された各電極の間には陰極から陽極を絶縁するために分離膜が位置しているが、陰極の無地部電極タブが交互に積層される概念図の理解のために省略された。追加的に、電極の積層構造において、陽極及び陰極間の直接的なショートを防止するために、陽極の大きさは陰極より小さく、陽極及び陰極の間にそれぞれ配置された分離膜の大きさは陰極より大きいことは自明である。したがって、実際の電極構成において、交互に配置される無地部電極タブの左右側段差の発生に関連した溶接特性を考慮しなければならない。したがって、これを溶接するためには、図１０のように、陰極の形態を変形することにより、段差を柔軟になし、溶接収率を改善させることができる。他の方法では、超音波溶接装置のホーン（ｈｏｒｎ）とアンビル（ａｎｖｉｌ）に対して、無地部電極タブの左右側段差を考慮した段差設計を適用し、左右側電極タブを同時に又は個別的に溶接して溶接収率を改善させることができる。
【００７３】
図８はパウチ型二次電池の電極タブの溶接時、単位ピッチパターンの断面形状の概念図である。
【００７４】
図９は本発明の一実施例によるパウチ型二次電池の電極に一つ以上の重なった無地部電極タブを溶接するとき、単位ピッチパターンの断面形状の概念図である。
【００７５】
新規の陰極積層の場合、無地部電極タブの重畳による厚さの増加を防止するために、積層時に電極タブの位置散布を考慮して無地部電極タブを一定の距離だけ離隔させることができる。このような場合、同じ極性を有する電極の積層により、電極タブ部の接触によるショート発生の可能性がない。
【００７６】
また、溶接すべき無地部電極タブの積層数の減少によって単位ピッチパターンのチップ鋭さ（Ｔｉｐ  ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）を制御して溶接条件を緩和させることができる。
【００７７】
同じ極性を有する複数の電極に無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンにおいて、振動印加プレートと、前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されるホーンパターン領域とを含み、前記ホーンパターン領域の外側部は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンの側面がラウンド処理され、この状態で溶接が実施されることができる。
【００７８】
同じ極性を有する複数の電極に無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンにおいて、振動印加プレートと、前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されるホーンパターン領域とを含み、前記ホーンパターン領域の外側部は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンのチップ鋭さ（Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）が減少し、この状態で溶接が実施されることができる。
【００７９】
図３のホーンのチップ部の形態は、既存の菱形のホーンが、電極タブの分割数が増加するにつれて、より大きな菱形に変化してチップの鋭さが減少することを意味する。
【００８０】
前記突出型単位ピッチパターンが溶接のために前記無地部電極タブ及び／又は電極リードと接触する場合、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンが前記無地部電極タブ及び／又は電極リードとともに形成する前記突出型単位ピッチパターンの内接半径ｒｈが増加することができる。
【００８１】
図１０は本発明の一実施例によるパウチ型二次電池の電極の一つ以上の重なった無地部電極タブと電極リード間の溶接のための構成の概念図である。
【００８２】
陰極の場合には、通常に電極リードがニッケル系素材からなるため、機械的強度が高いから溶接がもっと難しい。この場合、図１０の（ｃ）〜（ｄ）のように、無地部陰極タブを両分してから交互に積層して電極の厚さを１／２に減らす。このときに発生する段差を考慮した新規形態の陰極タブを適用すれば、柔軟性を付与して溶接不良を大きく減らすことができる。
【００８３】
陽極場合には、電極リードがアルミニウム系素材からなるから、溶接が易しく、よって図１０の（ａ）のように既存の陽極タブの形態をそのまま適用することもできる。そして、陽極の場合にも、上述した陰極の場合と同様に、新規の電極形態を適用することができることは自明である。
【実施例】
【００８４】
本発明で提案する新規の電極の場合、互いに異なる電極タブを順次積層するので、電極間に電極の厚さの分だけの段差が発生する。しかし、その厚さは数十〜数百μｍ程度であり、溶接すべき電極の厚さが１／２に減少したから、既存の溶接工程で大きな問題が発生しない程度であるが、このような厚さ段差のため溶接不良が発生することがある。
【００８５】
本発明では、溶接される電極タブターミナルの下部電極リードの形態を新しくデザインして、溶接される電極間の段差に対する柔軟性（Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）を電極リードの溶接部に与えて、溶接不良率をさらに改善した。
【００８６】
図１１は本発明の一実施例によるパウチ型二次電池の一つ以上の重なった無地部電極タブと電極リードの溶接時の溶接不良率及び溶接引張強度の実験結果を示す表である。
【００８７】
図１１の実施例２は、図１０（ｃ）のように、既存の電極リードの下端部を深さＬｄ１に打抜きして、無地部電極タブ間の溶接部の段差を補正した。実際の自動車用電池の場合には、電極リードの厚さが厚いため、下端部を打抜きしても柔軟性が落ちるから、図１１の実施例３は図１０（ｄ）のように下端部を深さＬに打抜きした後、保護フィルムであるＰＰフィルムの適用領域を変更し、追加的な柔軟性を提供して段差部の溶接性能を改善した。
【００８８】
前記電極リードの打抜きの深さＬｄが深くなるほど柔軟性は増加するが、パウチ密閉のためのシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）特性が低下することがあるので、適切な深さに打抜きしなければならない。
【００８９】
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上で説明したように、本発明による同じ極性を有する複数の積層された電極に無地部電極タブが一つ以上形成されたことを特徴とする二次電池電極及びこれを含む二次電池によれば、複数の構成された電極タブの溶接時に発生する断線を排除することができる効果がある。
【００９１】
また、本発明は加圧状態の溶接が可能であるので、溶接時間及び振幅を一定にする効果がある。
【００９２】
また、本発明は同じ極性を有する複数の積層された電極の無地部電極タブに溶接される電極リードの下端部を前記無地部電極タブに対応するように前記下端部を打抜きして二次電池の電極に形成される段差の柔軟性を高めることができる効果がある。
【００９３】
また、本発明の同じ極性を有する複数の積層されたに無地部電極タブが形成されるので、前記無地部電極タブの厚さが減少することにより、超音波溶接ホーンのチップ鋭さが減少し、溶接不良率を減らすことができる効果がある。
【符号の説明】
【００９４】
１００    電池セル
１１０    上部パウチ
１２０    電極組立体
１２１    第１陽極タブ
１２２    第１陰極タブ
１２３    保護フィルム
１２４    陽極リード
１２５    陰極リード
１２６    溶接部
１２７    第２陽極タブ
１２８    第２陰極タブ
１２９    打抜部
１３０    下部パウチ
２００    超音波溶接機
２１０    超音波アクチュエータ
２２０    ホーン
２２１    振動印加プレート
２２２    単位ピッチパターン
２２３    チップ
２３０    アンビル
【図１】
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【図２】
2020513148.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月7日(2019.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じ極性を有する複数の積層された電極に無地部電極タブが一つ以上形成された、二次電池電極。
【請求項２】
一つ以上の重なった無地部電極タブは一定の距離で離隔して電極リードに結合される、請求項１に記載の二次電池電極。
【請求項３】
一つ以上の前記無地部電極タブは前記電極リードの幅を外れないで結合される、請求項２に記載の二次電池電極。
【請求項４】
同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブの厚さＴｔは重なった無地部電極タブの分割数に反比例して減少する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の二次電池電極。
【請求項５】
一つ以上の重なった無地部電極タブは互いに交互に重なるように形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の二次電池電極。
【請求項６】
前記無地部電極タブに溶接される電極リードの下端部は前記一定の距離で打抜きされてなる、請求項２に記載の二次電池電極。
【請求項７】
前記下端部から打抜き長さは絶縁テープ領域まで延びることができる、請求項６に記載の二次電池電極。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池電極における、同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンであって、
振動印加プレートと、
前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されたホーンパターン領域とを含み、
前記ホーンパターン領域の外側部は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンの側面がラウンド処理され、この状態で溶接が実施できる、超音波溶接ホーン。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池電極における、同じ極性を有する複数の積層された電極の前記無地部電極タブを溶接するための超音波溶接ホーンであって、
振動印加プレートと、
前記振動印加プレート上に少なくとも１以上配置される突出型単位ピッチパターンが形成されたホーンパターン領域とを含み、
前記ホーンパターン領域の外側部は、前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンのチップ鋭さ（Ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）が減少し、この状態で溶接が実施できる、超音波溶接ホーン。
【請求項１０】
前記突出型単位ピッチパターンが溶接のために前記無地部電極タブ及び／又は電極リードと接触する場合、
前記無地部電極タブの分割数が増加するにつれて、前記突出型単位ピッチパターンが前記無地部電極タブ及び／又は電極リードとともに形成する前記突出型単位ピッチパターンの内接半径ｒｈは増加するように形成されることができる、請求項８又は９に記載の超音波溶接ホーン。
【請求項１１】
前記突出型単位ピッチパターンは側壁面が曲率を有する半球形突出パターンである、請求項８又は９に記載の超音波溶接ホーン。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池電極を含む二次電池がゼリーロール型又は積層型である、二次電池。
【請求項１３】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の二次電池電極を含む二次電池を含む、デバイス。
【請求項１４】
前記デバイスは、電子機器、電気自動車、ハイブリッド自動車及び電力貯蔵装置からなる群から選択される、請求項１３に記載のデバイス。
【国際調査報告】
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