JP2014530456A - 二次電池用部品及びその製造方法、並びに該部品を使用して製造された二次電池及び組立二次電池装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、二次電池用部品及びその製造方法、並びに該部品を使用して製造された二次電池に関する。本発明による二次電池用部品は、少なくとも１つ以上の凹線部（ｒｅｃｅｓｓ ｌｉｎｅ）が形成された金属プレート、及び前記凹線部内に接合された半田パターンを含むことを特徴とする。本発明によれば、前記二次電池用部品を通じて過電流が流れる場合、凹線部に半田パターンが接合された部位が破断されることで、過電流の流れが非可逆的に遮断される。

Description

本発明は、二次電池技術に関し、二次電池の安全性を向上できる二次電池用部品及びその製造方法、並びに該部品を使用して製造された二次電池などに関する。

本出願は、２０１１年９月１６日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−００９３６０４号、及び２０１２年８月２３日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００９２２１７号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコンなどの携帯用電気製品の使用が活性化するにつれて、その駆動電源として主に使用される二次電池に対する重要性が増加している。

通常充電が不可能な一次電池とは違って、充電及び放電が可能な二次電池はデジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、パワーツール、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車、大容量電力貯蔵装置など先端分野の開発とともに活発な研究が行われている。

特に、リチウム二次電池は、従来の鉛蓄電池、ニッケル‐カドミウム電池、ニッケル‐水素電池、ニッケル‐亜鉛電池など他の二次電池と比べ、単位重量当エネルギー密度が高く、急速充電が可能であるため、その使用が急速に増加している。

リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であり、携帯用電子機器の電源として使用されるか、または、多数の電池を直列または並列で連結して高出力を要する電気自動車、ハイブリッド自動車、パワーツール、電気自転車、電力貯蔵装置、ＵＰＳなどに使用される。

また、リチウム二次電池は、ニッケル‐カドミウム電池やニッケル‐水素電池に比べて作動電圧が３倍も高く、単位重量当エネルギー密度の特性も優れるため、その使用が急速に伸びている。

リチウム二次電池は、電解質の種類によって液体電解質を使用するリチウムイオン電池と、高分子固体電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。また、リチウムイオンポリマー電池は、高分子固体電解質の種類によって、電解液を全く含まない完全固体型リチウムイオンポリマー電池と、電解液を含んでいるゲル型高分子電解質を使用するリチウムイオンポリマー電池とに分けられる。

液体電解質を使用するリチウムイオン電池の場合、殆ど円筒型や角形の金属缶を容器にし、溶接封止した形態で使用される。このように金属缶を容器として使用する缶型二次電池は、その形態が固定されるため、それを電源として使用する電気製品のデザインを制約する短所があり、体積を減らし難い。そこで、電極組立体と電解質をフィルムからなるパウチ包装材に入れて封止して使用するパウチ型二次電池が開発され使用されている。

ところが、リチウム二次電池は、過熱すれば爆発する危険があるため、安全性の確保が重要な課題の一つである。リチウム二次電池の過熱には、様々な原因があるが、その一つとしてリチウム二次電池を通じて限界以上の過電流が流れる場合を挙げられる。過電流が流れると、リチウム二次電池がジュール熱によって発熱し、電池の内部温度が急速に上昇する。また、温度の急速な上昇は電解液の分解反応を引き起こし、熱暴走現象（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎｎｉｎｇ）を生じさせ、結局は電池の爆発にまでつながる。過電流は、尖った金属物体がリチウム二次電池を貫通するか、正極と負極との間に介在した分離膜の収縮によって正極と負極との間の絶縁が破壊されるか、または、外部に連結された充電回路や負荷の異常によって突入電流（ｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）が電池に印加される場合などに発生する。

したがって、リチウム二次電池は、過電流の発生のような異常状況から電池を保護するため、保護回路と結合されて使用される。一般に、前記保護回路には、過電流が発生したとき、充電または放電電流が流れる線路を非可逆的に断線させるヒューズ素子が含まれている。

図１は、リチウム二次電池と結合される保護回路の構成のうち、ヒューズ素子の配置構造と動作メカニズムを説明するための回路図である。

図示されたように、保護回路は、過電流が発生したとき二次電池を保護するため、ヒューズ素子１０、過電流センシングのためのセンシング抵抗２０、過電流発生をモニタリングして過電流が発生したときにヒューズ素子１０を動作させるマイクロコントローラ３０、及び前記ヒューズ素子１０への動作電流の流入をスイッチングするスイッチ４０を含む。

ヒューズ素子１０は、セルアセンブリ２０の最外側端子に連結された主線路に設けられる。主線路とは、充電電流または放電電流が流れる配線を言う。図面では、ヒューズ素子１０が高電位線路Ｐａｃｋ＋に設けられている。

ヒューズ素子１０は３端子素子部品であり、２つの端子は充電または放電電流が流れる主線路と、１つの端子はスイッチ４０と接続される。また、内部には、主線路と直列連結されて特定温度で溶断するヒューズ１１、及び前記ヒューズ１１に熱を伝導する抵抗１２が含まれている。

前記マイクロコントローラ３０は、センシング抵抗２０の両端の電圧を周期的に検出して過電流の発生如何をモニタリングし、過電流が発生したと判断すれば、スイッチ４０をターンオンさせる。すると、主線路に流れる電流がヒューズ素子１０側にバイパスされ、抵抗１２に印加される。これにより、抵抗１２で発生したジュール熱がヒューズ１１に伝導されてヒューズ１１の温度が上昇し、ヒューズ１１の温度が溶断温度まで上昇すれば、ヒューズ１１が溶断することで主線路が非可逆的に断線される。主線路が断線されれば、過電流がそれ以上流れなくなるので、過電流により生じる問題を解消することができる。

ところが、上記のような従来技術は様々な問題点を抱えている。すなわち、マイクロコントローラ３０で故障が生じれば、過電流が発生した状況でもスイッチ４０がターンオンしない。すると、ヒューズ素子１０の抵抗１２に電流が流れなくなり、ヒューズ素子１０が動作しない。また、保護回路内にヒューズ素子１０を配置するための空間が別に必要となり、ヒューズ素子１０の動作制御のためのプログラムアルゴリズムがマイクロコントローラ３０に必ず搭載されなければならない。したがって、保護回路の空間効率性が低下し、マイクロコントローラ３０の負担を増加させるという短所がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、保護回路の能動的な過電流遮断機能とは別に、二次電池自体で受動方式の過電流遮断機能を具現するために必要な新たな形態の二次電池用部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、従来の部品の全体的な形態は実質的に同様に維持しながら、最小限の構造変更だけで受動方式による過電流遮断機能を具現できる二次電池用部品及びその製造方法を提供することを他の目的とする。

また、本発明は、前記二次電池用部品を使用して製造された二次電池及び組立二次電池装置を提供することをさらに他の目的とする。

本発明が達成しようとする技術的課題は上記の課題に制限されず、上述されていない他の課題は以下の記載から当業者であれば明確に理解できるであろう。

本発明者らは、リチウム二次電池の安全性を向上させる方案を鋭意研究したところ、プレート状の金属材質の電極リードに凹線部（ｒｅｃｅｓｓ ｌｉｎｅ）を設けた後、凹線部内に１００〜２５０℃の融点を有する無鉛半田物質を接合したとき、過電流によって引き起こされる安全性問題が改善でき、さらに、このような構造の電極リードをあらゆる種類の二次電池に適用できることは勿論、電流の経路に位置する二次電池の各種部品に代替する汎用的な部品としても使用できることを確認し、本発明の完成に至った。

上記の課題を達成するため、本発明による二次電池用部品は、少なくとも一つ以上の凹線部が設けられた金属プレート、及び前記凹線部内に接合された半田パターンを含む。

本発明によれば、前記凹線部の内側に位置する底部の幅を前記金属プレートの幅より狭く形成することができる。

本発明によれば、前記底部を前記金属プレートの幅方向に沿って不連続的に形成することができる。本発明によれば、前記凹線部は、直線形、ジグザグ形、鋸歯形、及び波形のいずれか１つまたはこれらを組み合わせたパターンを有する。また、前記凹線部は、連続線または不連続線パターンであり得る。さらに、前記凹線部は、前記金属プレートの上部表面及び下部表面の１つ以上に形成される。

望ましくは、前記半田パターンは、１００〜２５０度の融点を有し、スズ（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を主成分として含み、鉛（Ｐｂ）を含まない無鉛半田物質からなる。前記スズの含量は６５〜９９．９重量％であり、銅の含量は０．０１〜３５重量％である。

選択的に、前記半田パターンは、ニッケル、亜鉛、及び銀から選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含む半田物質からなる。前記追加金属の含量は０．０１〜２０重量％である。

望ましくは、前記半田パターンの断面は、四角形、三角形、台形、半楕円、及び半円のいずれか１つまたはこれらを組み合わせた形状を有する。

選択的に、本発明による二次電池用部品は、前記半田パターンを被覆する絶縁テープをさらに含むことができる。

本発明の技術的課題は、本発明による二次電池用部品を使用して製造された二次電池及び組立二次電池装置によっても達成することができる。

本発明の一態様による二次電池は、正極リード及び負極リードが電気的に接続された電極組立体；前記正極リード及び前記負極リードの一部を外部に露出して前記電極組立体を封止する包装材；を含み、前記正極リード及び前記負極リードの少なくとも１つ以上に上述した二次電池用部品が適用されたことを特徴とする。

本発明の他の態様による組立二次電池装置は、複数の二次電池が電気的に連結された組立二次電池装置であって、隣接する二次電池を電気的に連結するコネクタを含み、前記コネクタに上述した二次電池用部品が適用されたことを特徴とする。

本発明のさらに他の態様による組立二次電池装置は、複数の二次電池で構成された２つ以上の二次電池モジュールに備えられた外部端子をコネクタで連結して構成した組立二次電池装置であって、前記コネクタ及び前記外部端子の少なくとも１つに上述した二次電池用部品が適用されたことを特徴とする。

本発明のさらに他の態様による組立二次電池装置は、複数の二次電池モジュールで構成された２つ以上の二次電池パックに備えられた外部端子をコネクタで連結して構成した組立二次電池装置であって、前記コネクタまたは前記外部端子の少なくとも１つに上述した二次電池用部品が適用されたことを特徴とする。

また、上記の課題を達成するため、本発明による二次電池用部品の製造方法は、金属プレートの表面に少なくとも１つ以上の凹線部を形成する第１段階；及び前記凹線部内に半田パターンを形成する第２段階；を含む。

本発明において、前記凹線部は、エッチング技術、切削技術、スクラッチング技術、電磁気的ビームを用いたエッチング技術、及びスカイビング（ｓｋｉｖｉｎｇ）技術のいずれか１つによって形成する。また、前記凹線部は、前記金属プレートの上部表面及び下部表面の１つ以上に形成する。

本発明による方法は、前記半田パターン上に絶縁テープを被覆する段階をさらに含むことができる。

本発明による方法において、前記第２段階は、前記凹線部に形成された領域に半田物質を配置する段階；及び前記半田物質に熱エネルギーを印加しながら加圧する段階；を含む。前記半田物質は、前記凹線部の形状に対応する断面構造を有する半田ワイヤ、または、半田パウダーが分散した半田ペーストであり得る。前記熱エネルギーは、熱伝導方式、超音波振動方式、電磁気的ビームの照射方式、及び電磁気的誘導方式のいずれか１つ又はこれらを組み合わせた方式によって印加される。

本発明の一態様によれば、二次電池用部品を通じて過電流が流れる場合、半田パターンが接合されている凹線部が破断されることで、過電流の流れが非可逆的に遮断される。また、金属プレートで凹線部が占める領域が小さいため、半田パターンの存在による抵抗の増加が無視できる程度に制限され、部品の全体的なサイズと形状の実質的変化が生じない。

本発明の他の態様によれば、前記二次電池用部品を二次電池の電極リードとして使用する場合、保護回路と独立して二次電池自体で過電流を非可逆的に遮断できるため、二次電池の安全性を向上させることができる。また、前記二次電池用部品を電極リードとして使用する場合、電極リードのサイズと形状に実質的な変化が生じないため、二次電池の構造の設計を変更しなくても過電流遮断機能を二次電池に組み入れることができる。

本発明のさらに他の態様によれば、前記二次電池用部品は、プレート状の電極リードを採用した二次電池であれば、その種類に関係なく適用することができる。

また、本発明のさらに他の態様によれば、多数の二次電池を含む組立二次電池装置で使用される外部端子やコネクタ部品を前記二次電池用部品に代替する場合、外部端子やコネクタ自体に過電流遮断機能を具現することができる。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

リチウム二次電池と結合される保護回路の構成のうち、ヒューズ素子の配置構造と動作メカニズムを説明するための回路図である。 本発明の一実施例による二次電池用部品の平面図及び部分断面図である。 図２に示された二次電池用部品に設けられた凹線部の内側底部が変形された形態を示した斜視図である。 図３に示された二次電池用部品の底面図である。 図４に示された二次電池用部品の底部が変形された形態を示した底面図である。 本発明の他の実施例による二次電池用部品の平面図及び部分断面図である。 本発明のさらに他の実施例による二次電池用部品の平面図及び部分断面図である。 本発明による二次電池用部品に形成される凹線部の様々なパターンを示した平面図である。 本発明による二次電池用部品に形成される凹線部の様々なパターンを示した平面図である。 本発明による二次電池用部品に形成される凹線部の様々なパターンを示した平面図である。 本発明による二次電池用部品に含まれた半田パターンの多様な断面構造を示した部分断面図である。 本発明による二次電池用部品に形成される不連続的なパターンの凹線部を示した平面図である。 本発明による二次電池用部品の凹線部の上部に絶縁テープが被覆された状態を示した部分断面図である。 本発明による二次電池用部品が多様な形状に折り曲げられ得ることを示した断面図である。 本発明の実施例による二次電池用部品の製造方法を示した工程フロー図である。 本発明による二次電池用部品を電極リードとして採用している二次電池の断面図である。 本発明による二次電池用部品を外部端子部品として採用している二次電池モジュールの正面図である。 本発明による二次電池用部品をコネクタ部品として採用している二次電池パックの上部平面図である。 本発明による二次電池用部品をコネクタ部品として採用している二次電池パックの正面図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図２は、本発明の一実施例による二次電池用部品の平面図及び部分断面図である。

図２を参照すれば、本発明による二次電池用部品２０は、少なくとも１つ以上の凹線部（ｒｅｃｅｓｓ ｌｉｎｅ）２１が形成されている金属プレート２２、及び前記凹線部２１内に接合された半田パターン２３を含む。

前記二次電池用部品２０は、金属プレート２２を通じて過電流が流れたとき、半田パターン２３が接合されている凹線部２１が破断される特性を有する。

すなわち、過電流が前記二次電池用部品２０を通過すれば、金属プレートにおいて半田パターン２３の下部にある領域Ａ（以下、局所発熱領域とする）で抵抗発熱によって多量の熱が発生する。

前記局所発熱領域Ａの場合、金属プレート２２の厚さが急に減少しながら抵抗増加が局所的に引き起こされるだけでなく、半田パターン２３を構成する物質との相対的な抵抗差によって過電流の相当部分が局所発熱領域Ａを通じて急速に流れ、抵抗発熱量が特に多いためである。その結果、過電流が流れ始めた直後、局所発熱領域Ａの温度が金属プレート２２の融点以上に上昇する。

また、半田パターン２３が接合されている領域でも過電流によって抵抗発熱が起きるため、半田パターン２３の温度も半田パターン２３を構成する物質の融点以上に上昇する。

このとき、局所発熱領域Ａの温度上昇速度が半田パターン２３の温度上昇速度より速いため、局所発熱領域Ａで発生した熱は半田パターン２３に伝導され、半田パターン２３の温度が融点温度まで非常に速く上昇する。

このように過電流によって局所発熱領域Ａと半田パターン２３の温度がそれぞれの融点温度まで上昇すれば、結局、半田パターン２３が接合された領域を中心に金属プレート２２が２つに破断し、過電流が流れる経路が非可逆的に断線される。

前記金属プレート２２は、電気的抵抗が０．１ｍΩ以下であって、電気伝導度が良好な単一金属や異種金属の合金からなる。一例として、前記金属プレート２２は、銅板、アルミニウム板、ニッケルがコーティングされた銅板などからなり得る。代案として、前記金属プレート２２は、２つ以上の薄い金属プレートをクラッド技術（ｃｌａｄｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を用いて接合した構造を有し得る。一例として、前記金属プレート２２は、銅プレートの両面にニッケルプレートがクラッドされた構造を有し得る。

前記凹線部２１は、一定の幅、深さ、及び断面積を有する。前記凹線部２１の幅は、数ｍｍ以内、望ましくは５ｍｍ以内、より望ましくは３ｍｍ以内、さらに望ましくは１ｍｍ以内である。また、前記凹線部２１の深さは、金属プレート２２の厚さＴを基準に、望ましくは２５〜７５％Ｔの深さ、より望ましくは５０〜８５％Ｔ、さらに望ましくは６０〜９５％Ｔである。

前記凹線部２１の幅、深さ、及び断面積は、局所発熱領域Ａの抵抗を変化させる。したがって、前記凹線部２１の幅、深さ、及び断面積は、前記二次電池用部品２０が耐えるべき最大電圧及び最大電流の条件、前記二次電池用部品２０を使用して遮断しようとする過電流のレベル、前記二次電池用部品２０に求められる電気的物性（抵抗）及び／または機械的物性（引張強度）を考慮して上記の範囲内で適切に選択することができる。

前記凹線部２１は、物理的または化学的エッチング技術、鋸刃などを用いた機械的切削技術、ダイヤモンドなどの高硬度ナイフを用いた局所スクラッチング技術、電磁気的ビームを用いたエッチング技術、及びスカイビング技術のいずれか１つによって形成することができる。

前記半田パターン２３は、１００〜２５０℃の融点を有し、スズ（Ｓｎ）及び銅（Ｃｕ）を主成分として含み、環境と人体に有害な鉛（Ｐｂ）を含まない無鉛半田物質からなる。

前記半田パターン２３の融点範囲は、二次電池用部品２０が耐えるべき最大電圧及び最大電流の条件、前記二次電池用部品２０を使用して遮断しようとする過電流のレベル、前記二次電池用部品２０に求められる電気的物性（抵抗）及び／または機械的物性（引張強度）を考慮して決定する。

前記半田パターン２３の融点が１００℃より低ければ、正常な電流が流れても前記二次電池用部品２０が破断することがある。一例として、二次電池用部品２０が電気自動車用二次電池に使用される場合、融点が１００℃より低ければ、急速充放電電流によって二次電池用部品２０が破断することがある。また、前記半田パターン２３の融点が２５０℃より高ければ、過電流が効果的に遮断されないため、二次電池用部品２０を使用する効果が事実上ない。

前記半田パターン２３に含まれたスズと銅との含量は、半田パターン２３の融点、半田パターン２３や二次電池用部品２０に与えようとする電気的物性及び／または物理的物性に合わせて適切に調節することができる。

前記半田パターン２３の構成成分のうちスズは、半田パターン２３の融点と引張強度特性に影響を及ぼす。前記半田パターン２３が１００〜２５０℃の融点を有するとともに良好な引張強度特性を有するように、スズの含量は６５重量％以上、望ましくは６５〜９９．９重量％の範囲で調節する。ここで、重量％は半田パターン２３を構成する物質の総重量を基準にした単位であり、以下同様である。

前記半田パターン２３の構成成分のうち銅は、二次電池用部品２０の電気伝導度、融点、引張強度などに影響を及ぼし、このような銅の機能を勘案して銅の含量は０．０１〜３５重量％の範囲で調節することが望ましい。

上記のようにスズと銅の含量を調節すれば、半田パターン２３の引張強度が良好であるだけでなく、半田パターン２３による抵抗の増加を数％以内で低く抑制でき、半田パターン２３の融点を１００〜２５０℃の範囲で調節することができる。

選択的に、前記半田パターン２３は、電気的物性及び／または機械的物性を向上させるため、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び銀（Ａｇ）のうち選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含むことができる。

前記追加金属の含量は、半田パターン２３に与えようとする電気的物性及び／または機械的物性に応じて調節することができる。前記追加金属の含量は０．０１〜２０重量％の範囲で調節することが望ましい。

図３は図２に示された二次電池用部品に設けられる凹線部の内側底部が変形された形態を示した斜視図であり、図４は図３に示された二次電池用部品の底面図である。

図３及び図４を参照すれば、本発明の一実施例による二次電池用部品２０は、凹線部２１の内側底部２１ａの幅（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３）が金属プレート２２の幅Ｄより狭い構造を有する。すなわち、図３及び図４に示された二次電池用部品２０は、凹線部２１の内側底部２１ａの一部が貫通した構造である。

このような構造は、電流経路上の断面積を減少させ、過電流が局所発熱領域Ａ、すなわち底部２１ａを通過するときに多量の熱が発生するようになるため、二次電池用部品２０の破断がより容易になる。

なお、図３及び図４には３つの底部２１ａが金属プレート２２の幅方向に不連続的に形成された場合が示されているが、本発明がこれに限定されることはない。すなわち、本発明の一実施例による二次電池用部品２０は、図５に示されたように１つの底部２１ａが金属プレート２２の幅方向の中心部に設けられることもでき、外にも電流経路上における金属プレート２２の断面積を減らせる構造であれば制限なく適用し得る。

図６は、本発明の他の実施例による二次電池用部品の上部平面図及び部分断面図である。

図６を参照すれば、金属プレート２２に２つ以上の凹線部２１が形成され、それぞれの凹線部２１内に半田パターン２３が個別的に接合されている。勿論、凹線部２１の数を３つ以上に増加させることもできる。

図７は、本発明のさらに他の実施例による二次電池用部品の上部平面図及び部分断面図である。

図７を参照すれば、金属プレート２２の上部と下部に凹線部２１が形成され、それぞれの凹線部２１内に半田パターン２３が個別的に接合されている。勿論、金属プレート２２の上部と下部に形成される凹線部２１の数を２つ以上に増加させることもできる。

図８ないし図１０には、金属プレートに形成される凹線部を直線形の外に様々な模様に変形できることが示されている。

図示されたように、凹線部２１は鋸歯形（図８）、波形（図９）、またはジグザグ形（図１０）の模様を有し得る。また、このような模様を２つ以上組み合わせて凹線部２１を形成することもできる。

図１１には、凹線部２１内に接合される半田パターン２３の断面を四角形の外に多様な構造に変形できることが示されている。

図示されたように、半田パターン２３は、三角形、台形、半円、半楕円などの模様を有し得、これらを組み合わせた模様を有することもできる。

図１２には、金属プレート２２に形成された不連続的なパターンの凹線部２１が示されている。このような不連続的なパターンは、図６ないし図１１に示された多様な形態の凹線部２１にも適用可能である。

図１３では、凹線部２１に接合された半田パターン２３の上部が絶縁テープ２４で被覆されている。前記絶縁テープ２４の付着は、本発明が開示する全ての形態の二次電池用部品に適用可能である。前記絶縁テープ２４は、ポリオレフィンフィルム、ポリプロピレンフィルム、及び酸変性ポリプロピレン（Ａｃｉｄ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）からなる群より選択されたいずれか１つまたはこれらの組合せでなり得るが、本発明がこれらに限定されることはない。図示していないが、前記絶縁テープ２４は、半田パターン２３の下部にある金属プレート２２の底面に付着することもできる。

図１４には、本発明による二次電池用部品２０が必要に応じて折り曲げられ、その形状を自在に変形できることが示されている。折り曲げることで形成できる形状は、図示された「コ」字状の外にも様々であり得る。

図１５は、本発明による二次電池用部品の製造方法を順に示した工程フロー図である。

図１５を参照すれば、まず金属プレートを用意した後、金属プレートの上部及び／または下部に少なくとも１つ以上の凹線部を形成する（Ｓ１０）。

前記凹線部は、物理的または化学的エッチング技術、鋸刃などを用いた機械的切削技術、ダイヤモンドなどの高硬度ナイフを用いた局所スクラッチング技術、電磁気的ビームを用いたエッチング技術、及びスカイビング技術のいずれか１つによって形成することができる。

前記凹線部が有するパターンと断面構造は、様々な形態になり得るが、それについては上述した。

前記凹線部の下部に位置する局所発熱領域や二次電池用部品の電気的物性及び／または機械的物性は、前記凹線部の幅、深さ、及び断面積の影響を受ける。したがって、二次電池用部品が耐えるべき最大電圧及び最大電流の条件、二次電池用部品を使用して遮断しようとする過電流のレベル、二次電池用部品に与えようとする電気的物性及び／または機械的物性をまず設計した後、前記凹線部の幅、深さ、及び断面積を決定する。

前記凹線部を形成すれば、前記凹線部が形成された地点に半田物質を配置する（Ｓ２０）。半田物質としては、半田パターンの断面構造と同じであるかまたは類似する断面構造を有する半田ワイヤを使用することができる。代案的には、半田物質として微細な半田パウダーが分散した半田ペーストが使用され得る。

前記半田物質に含まれたスズ、銅、その他の追加金属の含量は、前記凹線部内に形成される半田パターンに与えようとする融点温度の範囲、二次電池用部品を使用して遮断しようとする過電流のレベル、二次電池用部品に与えようとする電気的物性及び／または機械的物性を考慮して決定する。

前記半田物質を配置すれば、少なくとも前記半田物質が配置された地点に治具やローラーなどを使用して加圧しながら圧延工程を行う（Ｓ３０）。

このとき、前記半田物質が凹線部の内部面と接触する地点に半田物質の局所的な溶融を誘発する程度の熱エネルギーを印加する。すると、前記接触界面に沿って金属プレートを成す金属成分と半田物質を成す金属成分とが合金を形成する。このように異種金属成分の間で合金が形成されれば、半田パターンと金属プレートとの間の界面に形成される面抵抗（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を最小化することができる。

前記熱エネルギーの印加には、熱伝導方式、超音波振動方式、電磁気的エネルギービーム照射方式、電磁気的誘導方式など様々な方式が適用され得る。

しかし、本発明は、熱エネルギーを印加する具体的な方式によって限定されず、圧延工程を行いながら加圧部位に熱エネルギーを印加できると知られた多様な方式を適用し得る。

前記圧延工程が完了した後、加圧部位に残留する半田物質の残留物を除去すれば、二次電池用部品の製造が完了する（Ｓ４０）。

本発明による二次電池用部品２０は、多様な方式で二次電池や組立二次電池装置を製造するときに使用することができる。

図１６は、上述した二次電池用部品を使用して製造された本発明の実施例によるパウチ型リチウム二次電池の断面図である。

図１６を参照すれば、本発明による二次電池３０は、正極リード３１及び負極リード３２が電気的に接続された電極組立体３３を含む。

前記正極リード３１及び前記負極リード３２は、本発明による二次電池用部品２０と実質的に同じ構造を有する。すなわち、前記正極リード３１及び負極リード３２は、凹線部２１内に半田パターン２３が接合された金属プレート２２からなる。前記凹線部２１及び半田パターン２３は、図示された構造の外にも上述した多様な実施例に開示された構造を有し得る。

一方、本発明による二次電池用部品２０の構造は、正極リード３１または負極リード３２の一方のみに適用することもできる。また、正極リード３１及び負極リード３２に適用される二次電池用部品を異なる構造にすることもできる。

前記電極組立体３３は、正極と負極との間に分離膜が介在した構造の単位セルが少なくとも１つ以上積層された構造を有する。前記正極及び負極の少なくとも一面には、二次電池の作動に必要な活物質がコーティングされ、隣接する単位セルの間には単位セル同士の間の電気的連結を遮断する絶縁膜が介在していることもある。

一例として、前記正極及び負極には、それぞれリチウム系列の正極活物質及び炭素系列の活物質がコーティングされ得る。また、前記分離膜及び絶縁膜は、ポリオレフィン系列の多孔性高分子フィルムからなり得る。

上記のような二次電池の構造は、本発明が属した技術分野で周知のことであるため、これ以上の詳しい説明は省略する。また、本発明が電極組立体３３の具体的な構造や物質構成などによって限定されないことは自明である。

前記電極組立体３３は、それぞれの正極及び負極から延びた多数の正極タブ３４及び負極タブ３５を含む。多数の正極タブ３４及び負極タブ３５は、１次溶接を通じて１つに結集された後、２次溶接を通じてそれぞれ正極リード３１及び負極リード３２に接合される。

前記電極組立体３３は、正極リード３１及び負極リード３２の終端が外部に露出するように包装材３６内に密封される。前記包装材３６は、前記電極組立体３３と対向する内面に熱接着層が形成されたアルミニウムパウチフィルムからなる。したがって、前記電極組立体３３は包装材３６の縁に沿って加熱して包装材３６内に密封される。前記包装材３６内には、二次電池の種類によって液体電解質、固体電解質、ゲル型電解質などが含まれ得る。

本発明による二次電池３０は、電極リードを通じて過電流が流れる場合、半田パターン２３が形成された領域を中心に電極リードが破断されることで過電流の流れが非可逆的に遮断される。電極リードとして使用された二次電池用部品が破断される原理は上述した。したがって、本発明による二次電池用部品が二次電池の電極リードとして使用される場合、保護回路とは独立的に過電流から二次電池３０を保護することができる。

本発明による二次電池用部品２０は、二次電池の電極リードの外にも多様な用途の部品として使用することができる。

すなわち、本発明による二次電池用部品２０は、多数の二次電池を電気的に連結した二次電池モジュール；多数の二次電池モジュールを電気的に連結した二次電池パック；複数の二次電池パックを電気的に連結したパックアセンブリーなどのような組立二次電池装置を構成するとき、モジュールやパックなどに備えられる外部端子、隣接するモジュール又はパックを相互連結するコネクタ部品として使用することができる。ここで、前記電気的連結は、直列連結、並列連結、またはこれらの混合連結を含む。

図１７は多数の二次電池が直列で連結された状態でハウジングに収納された構造の二次電池モジュールの正面図であり、図１８は２つの二次電池モジュールを直列で連結した二次電池パックの上部平面図であり、図１９は図１８に示された二次電池パックの正面図である。

図１７を参照すれば、本発明による二次電池用部品の構造は、二次電池モジュール４１の外部端子部品４２として使用することができる。

図示された２つの外部端子部品４２のうち１つは正極端子部品、他の１つは負極端子部品に該当する。前記外部端子部品４２は、二次電池モジュール４１内に含まれた多数の二次電池のうち最外郭に位置した二次電池の電極と電気的に結合される。

例えば、左側にある外部端子部品４２は最左側に配置された二次電池の正極と連結され、右側にある外部端子部品４２は最右側に配置された二次電池の負極と連結される。

前記外部端子部品４２には、本発明による二次電池部品の構造が適用されているため、前記外部端子部品４２の少なくとも一部分は金属プレートに形成された凹線部内に半田パターンが接合された構造を有する（Ｂ参照）。

したがって、前記外部端子部品４２に過電流が流れる場合、前記金属プレート部分が、半田パターンが接合されている領域を中心に２つに破断されることで、過電流の流れが非可逆的に遮断される。

前記外部端子部品４２に含まれた半田パターンの幅、深さ、断面積、合金組成などは外部端子部品４２が耐えるべき最大電圧及び最大電流の条件、及び遮断しようとする過電流のレベルなどを考慮して適切に決定する。

前記外部端子部品４２は、多数の二次電池に対する充電または放電電流が流れる通路に該当する。したがって、前記外部端子部品４２に含まれている半田パターンの融点は、二次電池の電極リードに含まれている半田パターンの融点より高いことが良い。したがって、前記外部端子部品４２に含まれている半田パターンは、二次電池の電極リードに含まれる半田パターンより銅の含量が多いことが望ましい。

図１８及び図１９を参照すれば、本発明による二次電池用部品の構造は、隣接する二次電池モジュール４１の外部端子部品４２を電気的に連結するコネクタ部品４３として使用することができる。ここで、前記電気的連結は、直列連結、並列連結、またはこれらの混合連結を含む。

前記コネクタ部品４３には、本発明による二次電池部品の構造が適用されているため、前記コネクタ部品４３の少なくとも一部分は金属プレートに形成された凹線部内に半田パターンが接合された構造を有する（Ｃ参照）。

したがって、前記コネクタ部品４３に過電流が流れる場合、前記金属プレート部分が、半田パターンが接合されている領域を中心に２つに破断されることで、過電流の流れが非可逆的に遮断される。

前記コネクタ部品４３に含まれた半田パターンの幅、深さ、断面積、合金組成などはコネクタ部品４３が耐えるべき最大電圧及び最大電流の条件、及び遮断しようとする過電流のレベルを考慮して適切に決定する。

前記コネクタ部品４３は、多数の二次電池モジュール４１に対する充電または放電電流が流れる通路に該当する。したがって、前記コネクタ部品４３に含まれている半田パターンの融点は、二次電池モジュール４１の外部端子部品４２に含まれている半田パターンの融点より高いことが良い。したがって、前記コネクタ部品４３に含まれている半田パターンは、二次電池モジュール４１の外部端子部品４２に含まれる半田パターンより銅の含量が多いことが望ましい。

図示されていないが、本発明による二次電池用部品の構造は、多数の二次電池パックを使用して組立二次電池装置を構成するとき、二次電池パック同士を電気的に連結するコネクタ部品としても使用でき、二次電池パックよりさらに大きい単位の大容量パックアセンブリーを相互連結するコネクタ部品としても使用可能であることは自明である。

前記組立二次電池装置は、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、及びプラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）を含む電気自動車；電気トラック；または電力貯蔵装置に使用される大容量の二次電池システムとして使用することができる。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (24)

1. 少なくとも１つ以上の凹線部が形成された金属プレートと、
   前記凹線部内に接合された半田パターンと、を含むことを特徴とする二次電池用部品。
2. 前記凹線部の内側に位置する底部の幅が前記金属プレートの幅より狭く形成されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
3. 前記底部が、前記金属プレートの幅方向に沿って不連続的に形成されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池用部品。
4. 前記凹線部が、直線形、ジグザグ形、鋸歯形、及び波形のいずれか１つまたはこれらを組み合わせたパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
5. 前記凹線部が、連続線または不連続線パターンであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
6. 前記凹線部が、前記金属プレートの上部表面及び下部表面の１つ以上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
7. 前記半田パターンが、スズ及び銅を主成分として含み、鉛を含まない無鉛半田物質からなることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
8. 前記スズの含量は６５〜９９．９重量％であり、銅の含量は０．０１〜３５重量％であることを特徴とする請求項７に記載の二次電池用部品。
9. 前記半田パターンが、ニッケル、亜鉛、及び銀から選択された少なくとも１つ以上の追加金属をさらに含む半田物質からなることを特徴とする請求項７に記載の二次電池用部品。
10. 前記追加金属の含量が０．０１〜２０重量％であることを特徴とする請求項９に記載の二次電池用部品。
11. 前記半田パターンが、１００〜２５０℃の融点を有する半田物質からなることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
12. 前記半田パターンの断面が、四角形、三角形、台形、半楕円、及び半円のいずれか１つまたはこれらを組み合わせた形状を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
13. 前記半田パターンを被覆する絶縁テープをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用部品。
14. 正極リード及び負極リードが電気的に結合された電極組立体と、
    前記正極リード及び前記負極リードの一部が外部に露出するように前記電極組立体を密封する包装材と、を含み、
    前記正極リード及び前記負極リードの少なくとも１つに請求項１ないし請求項１３のうちいずれか１項に記載の二次電池用部品が適用されたことを特徴とする二次電池。
15. 複数の二次電池が電気的に連結された組立二次電池装置において、
    隣接する二次電池を電気的に連結するコネクタを含み、
    前記コネクタに請求項１ないし請求項１３のうちいずれか１項に記載の二次電池用部品が適用されたことを特徴とする組立二次電池装置。
16. 複数の二次電池で構成された２つ以上の二次電池モジュールに備えられた外部端子をコネクタで連結して構成した組立二次電池装置において、
    前記コネクタ及び前記外部端子の少なくとも１つに請求項１ないし請求項１３のうちいずれか１項に記載の二次電池用部品が適用されたことを特徴とする組立二次電池装置。
17. 複数の二次電池モジュールで構成された２つ以上の二次電池パックに備えられた外部端子をコネクタで連結して構成した組立二次電池装置において、
    前記コネクタ及び前記外部端子の少なくとも１つに請求項１ないし請求項１３のうちいずれか１項に記載の二次電池用部品が適用されたことを特徴とする組立二次電池装置。
18. 金属プレートの表面に少なくとも１つ以上の凹線部を形成する第１段階と、
    前記凹線部内に半田パターンを形成する第２段階と、を含むことを特徴とする二次電池用部品の製造方法。
19. 前記第１段階において、前記凹線部がエッチング技術、切削技術、スクラッチング技術、電磁気的ビームを用いたエッチング技術、及びスカイビング技術のいずれか１つによって形成することを特徴とする請求項１８に記載の二次電池用部品の製造方法。
20. 前記第１段階において、前記凹線部が前記金属プレートの上部表面及び下部表面の１つ以上に形成することを特徴とする請求項１８に記載の二次電池用部品の製造方法。
21. 前記半田パターン上に絶縁テープを被覆する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の二次電池用部品の製造方法。
22. 前記第２段階が、前記凹線部に形成された領域に半田物質を配置する段階と、
    前記半田物質に熱エネルギーを印加しながら加圧する段階と、を含むことを特徴とする請求項１８に記載の二次電池用部品の製造方法。
23. 前記半田物質が、前記凹線部の形状に対応する断面構造を有する半田ワイヤ、又は、半田パウダーが分散した半田ペーストであることを特徴とする請求項２２に記載の二次電池用部品の製造方法。
24. 前記熱エネルギーが、熱伝導方式、超音波振動方式、電磁気的ビームの照射方式、及び電磁気的誘導方式のいずれか１つ、又は、これらを組み合わせた方式で印加されることを特徴とする請求項２２に記載の二次電池用部品の製造方法。

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