JP2022552731A

JP2022552731A - 電極リードの製造方法およびパウチ型二次電池

Info

Publication number: JP2022552731A
Application number: JP2022523338A
Authority: JP
Inventors: ミン・ヒョン・カン; ヨン・ス・チェ; サン・フン・キム
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-12-19
Also published as: EP4043614A1; CN114556686A; EP4043614A4; KR20210062139A; US20220393316A1; WO2021101028A1

Abstract

上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る電極リードの製造方法は、第１電極リードおよび第２電極リードをそれぞれ製造するステップと、前記第１電極リードおよび前記第２電極リードを互いに接着させて連結部を形成するステップとを含み、前記第１電極リードを製造するステップは、第１金属リールから第１金属板を巻き出すステップと、前記第１金属板において、前記連結部が形成される第１連結領域に第１テープを付着してマスキングするステップと、前記第１金属板にメッキ処理工程および表面処理工程を行うステップと、前記第１テープを除去するステップとを含み、前記第２電極リードを製造するステップは、第２金属リールから第２金属板を巻き出すステップと、前記第２金属板において、前記連結部が形成される第２連結領域に第２テープを付着してマスキングするステップと、前記第２金属板にメッキ処理工程および表面処理工程を行うステップと、前記第２テープを除去するステップとを含む。

Description

本出願は、２０１９年１１月２０日付けの韓国特許出願第１０－２０１９－０１４９９２０号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、電極リードの製造方法およびパウチ型二次電池に関し、より詳しくは、２段の電極リードを形成して電池ケースの内部に発生したガスを外部に排出して安全性を確保することができ、かかる２段の電極リード間の抵抗を減少させて発熱量を低下させる電極リードの製造方法およびそれを含むパウチ型二次電池に関する。

一般的に、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、およびリチウムイオンポリマー電池などが挙げられる。かかる二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機（ＰｏｒｔａｂｌｅＧａｍｅＤｅｖｉｃｅ）、パワーツール（ＰｏｗｅｒＴｏｏｌ）、およびＥ－バイク（Ｅ－ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が求められる大型製品と、余剰の発電電力や再生可能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用いられている。

電極組立体を製造するために、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、セパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、および負極（Ａｎｏｄｅ）を製造し、これらを積層する。具体的に、正極活物質スラリーを正極集電体に塗布し、負極活物質スラリーを負極集電体に塗布し、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）および負極（Ａｎｏｄｅ）を製造する。そして、前記製造された正極と負極との間にセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）が介在されて積層されると、単位セル（ＵｎｉｔＣｅｌｌ）が形成され、単位セルが互いに積層されることで、電極組立体が形成される。そして、かかる電極組立体が特定のケースに収容され、電解液を注入すると、二次電池が製造される。

かかる二次電池は、電極組立体を収容する電池ケースの材料に応じて、パウチ型（ＰｏｕｃｈＴｙｐｅ）および缶型（ＣａｎＴｙｐｅ）などに分類される。パウチ型（ＰｏｕｃｈＴｙｐｅ）は、形態が一定ではない柔軟なポリマーから製造されたパウチに電極組立体を収容する。そして、缶型（ＣａｎＴｙｐｅ）は、形態が一定な金属またはプラスチックなどの材料から製造されたケースに電極組立体を収容する。

パウチ型電池ケースは、柔軟性を有するパウチフィルムに圧伸（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形をしてカップ部を形成することで製造される。そして、カップ部が形成されると、前記カップ部の収容空間に電極組立体を収納し、電池ケースをフォールディングした後、シール部をシールして二次電池を製造する。

一方、二次電池は、内部短絡、過充電、過放電などにより、内部でガスが発生し得る。かかるガスは、二次電池の内部圧力を上昇させ、部品間の結合力の弱化、二次電池のケースの破損、保護回路の早期作動、電極の変形、内部短絡、爆発などの問題を発生させる。缶型（ＣａｎＴｙｐｅ）の二次電池の場合は、ＣＩＤフィルタおよび安全ベントのような保護部材が備えられており、ケース内部の圧力が増加すると、電気的連結を物理的に遮断した。しかし、従来のパウチ型（ＰｏｕｃｈＴｙｐｅ）の二次電池の場合は、かかる保護部材が十分に備えられていない。

本発明が解決しようとする課題は、２段の電極リードを形成して電池ケースの内部に発生したガスを外部に排出して安全性を確保することができ、かかる２段の電極リード間の抵抗を減少させて発熱量を低下させる電極リードの製造方法およびそれを含むパウチ型二次電池を提供することにある。

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及していないまた他の課題は、下記の記載から当業者に明らかに理解できるものである。

また、前記第１電極リードは、一端が電極タブと連結され、前記第１連結領域は、前記第１電極リードの他端に形成されてもよい。また、前記第２連結領域は、前記第２電極リードの一端に形成されてもよい。

また、前記第１電極リードを製造するステップは、前記第１テープを除去するステップ以後に、前記第１金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含み、前記第２電極リードを製造するステップは、前記第２テープを除去するステップ以後に、前記第２金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含んでもよい。

また、前記第１電極リードを製造するステップは、前記第１テープを付着してマスキングするステップ以前に、前記第１金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含み、前記第２電極リードを製造するステップは、前記第２テープを付着してマスキングするステップ以前に、前記第２金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含んでもよい。

また、前記メッキ処理工程および表面処理工程を行うステップにおいて、前記第１金属板の外面には第１被膜が形成され、前記第２金属板の外面には第２被膜が形成されてもよい。
前記メッキ処理工程および表面処理工程を行うステップにおいて、前記表面処理は、クロメート処理、ジルコニア処理、およびチタン処理のうち少なくとも１つを含んでもよい。

上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係るパウチ型二次電池は、正極および負極を含む電極とセパレータが積層される電極組立体と、前記電極組立体を収容するパウチ型電池ケースと、前記電極と連結され、前記電極組立体の一側から突出する電極タブと、一端が前記電極タブと連結される第１電極リードと、一端が前記第１電極リードの他端と連結され、他端が前記電池ケースの外部に突出する第２電極リードと、前記第１電極リードおよび前記第２電極リードを互いに接着させて連結する連結部とを含み、前記第１電極リードは、外面に第１被膜が形成され、前記連結部が形成される第１連結領域には前記第１被膜が形成されず、前記第２電極リードは、外面に第２被膜が形成され、前記連結部が形成される第２連結領域には前記第２被膜が形成されない。

また、前記第１被膜または前記第２被膜は、クロメート被膜、ジルコニア被膜、およびチタン被膜のうち少なくとも１つであってもよい。また、前記第１および第２電極リードの一部を取り囲み、前記第１および第２電極リードを前記電池ケースに接着させる絶縁部をさらに含んでもよい。

また、前記第１および第２電極リードと前記連結部との間の接着力は、前記第１および第２電極リードと前記絶縁部との間の接着力より弱くてもよい。また、前記絶縁部は、前記第１および第２電極リードが前記連結部を介して連結された部分を取り囲んでもよい。

また、前記絶縁部は、電気絶縁性を有する熱可塑性、熱硬化性、光硬化性の樹脂のうち少なくとも１つからなってもよい。また、前記連結部は、導電材および導電性ポリマーを含んでもよい。また、前記連結部は、厚さが１～５００μｍであってもよい。本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。

本発明の実施形態によると、少なくとも次のような効果がある。電極リードを複数備えて２段の電極リードを形成することで、電池ケースの内部にガスが発生して内部圧力が増加しても、ガスを外部に排出して安全性を確保することができる。

また、第１電極リードおよび第２電極リードにメッキ処理および表面処理を行っても、互いが連結部を介して連結される第１および第２連結領域には被膜が形成されないため、抵抗を減少させることができる。

本発明に係る効果は以上で例示された内容により制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。

本発明の一実施形態に係る二次電池の組立図である。本発明の一実施形態に係る二次電池の斜視図である。本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池の体積が膨張した様子を示した斜視図である。本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池を図２のＡ－Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池の体積が膨張した様子を図２のＡ－Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。本発明の一実施形態に係る第１電極リードまたは第２電極リードを製造する方法のフローチャートである。本発明の一実施形態に係る金属リールから巻き出された金属板にテープを付着する様子を示した概略図である。本発明の一実施形態に係る金属リールから巻き出された金属板からテープを剥離する様子を示した概略図である。本発明の一実施形態に係る第１電極リードおよび第２電極リードを接着する様子を示した概略図である。本発明の一実施形態に係る第１電極リードおよび第２電極リードが接着されて２段の電極リードの製造が完了した様子を示した概略図である。本発明の他の実施形態に係る第１電極リードまたは第２電極リードを製造する方法のフローチャートである。

本発明の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付図面とともに詳細に後述している実施形態を参照すれば明らかになるであろう。但し、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現できるものであり、本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範囲によって定義されるのみである。明細書の全体にわたって、同一の参照符号は、同一の構成要素を指し示す。

他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に共通に理解できる意味として用いられてもよい。また、一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義していない限り、理想的にまたは過度に解釈されない。

本明細書で用いられた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、語句において特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素の他に、１つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除するものではない。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明することにする。図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池１の組立図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池１の斜視図である。

本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１は、図１に示されたように、正極、負極などの電極およびセパレータが積層されて形成される電極組立体１０と、前記電極組立体１０を内部に収容するパウチ型電池ケース１３とを含む。

パウチ型二次電池１を製造するために、先ず、電極活物質とバインダーおよび可塑剤を混合したスラリーを正極集電体および負極集電体に塗布し、正極および負極などの電極を製造する。それをセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで所定形状の電極組立体１０を形成した後、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入し電解液の注入後にシールする。

具体的に、電極組立体（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、正極および負極の２種類の電極と、電極を互いに絶縁させるために電極の間に介在されるかまたは何れか１つの電極の左側または右側に配置されるセパレータとを備えた積層構造体であってもよい。前記積層構造体は、所定規格の正極および負極がセパレータを間に置いて積層されてもよく、ゼリーロール（ＪｅｌｌｙＲｏｌｌ）状に巻き取りできるなど、制限されずに多様な形態であってもよい。２種類の電極、すなわち、正極および負極は、それぞれアルミニウムおよび銅を含む金属箔または金属メッシュ状の電極集電体に活物質スラリーが塗布された構造である。スラリーは、通常、粒状の活物質、補助導体、バインダー、および可塑剤などが、溶媒が添加された状態で撹拌されて形成されてもよい。溶媒は、後続工程において除去される。

電極組立体１０は、図１に示されたように、電極タブ（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＴａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極および負極とそれぞれ連結され、電極組立体１０の外部に突出しており、電極組立体１０の内部と外部との間に電子が移動可能な経路となる。電極組立体１０の集電体は、電極活物質が塗布された部分と、電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち、無地部とから構成される。そして、電極タブ１１は、無地部を裁断して形成されるか、または無地部に別の導電部材を超音波溶接などにより連結して形成されてもよい。かかる電極タブ１１は、図１に示されたように、電極組立体１０の一側から同じ方向に並んで突出してもよいが、これに制限されず、それぞれ異なる方向に突出してもよい。

電極組立体１０の電極タブ１１には、二次電池１の外部に電気を供給する電極リード（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＬｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接などにより連結される。本発明の一実施形態に係る電極リード１２は、複数備えられ、２段の電極リード１２を形成する。そして、２段の電極リード１２のうち、第１電極リード１２３（図４に図示）は、電極組立体１０の電極タブ１１と連結され、第２電極リード１２４（図４に図示）は、電池ケース（ＢａｔｔｅｒｙＣａｓｅ）１３の外部に突出する。２段の電極リード１２に関する詳しい説明は後述する。

電極リード１２の一部は、絶縁部１４により周りが取り囲まれる。絶縁部１４は、電池ケース１３の上部ケース１３１および下部ケース１３２が熱融着されるシール部１３４に限定されて位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。そして、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れるのを防止し、電池ケース１３のシールを維持する。よって、かかる絶縁部１４は、電気がよく通じない非導電性を有する不導体から製造される。一般的に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的に薄い絶縁テープを多く用いるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁可能であれば、多様な部材を用いてもよい。

電極リード１２は、正極タブ１１１に一端が連結され、正極タブ１１１が突出した方向に延びる正極リード１２１と、負極タブ１１２に一端が連結され、負極タブ１１２が突出した方向に延びる負極リード１２２とを含む。一方、正極リード１２１および負極リード１２２は、図１に示されたように、何れも他端が電池ケース１３の外部に突出する。それにより、電極組立体１０の内部で生成された電気を外部に供給することができる。また、正極タブ１１１および負極タブ１１２がそれぞれ多様な方向に向かって突出形成されるため、正極リード１２１および負極リード１２２もそれぞれ多様な方向に向かって延びることができる。

正極リード１２１および負極リード１２２は、その材料が互いに異なってもよい。すなわち、正極リード１２１は、正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）であり、負極リード１２２は、負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅であってもよい。そして、電池ケース１３の外部に突出した電極リード１２の一部分は、端子部となり、外部端子と電気的に連結される。

電池ケース１３は、電極組立体１０を内部に収納する、軟性の材料から製造されたパウチである。以下、電池ケース１３は、パウチであるものと説明する。パンチなどを用いて柔軟性を有するパウチフィルム１３５を圧伸（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸されて袋状の収容空間１３３１を含むカップ部１３３が形成されることで、電池ケース１３が製造される。電池ケース１３は、電極リード１２の一部、すなわち、端子部が露出されるように電極組立体１０を収容しシールされる。かかる電池ケース１３は、図１に示されたように、上部ケース１３１および下部ケース１３２を含む。下部ケース１３２には、カップ部１３３が形成されて電極組立体１０を収容可能な収容空間１３３１が備えられ、上部ケース１３１は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱しないように前記収容空間１３３１を上部からカバーする。そして、リール部１３４がシールされることで、収容空間１３３１を密閉する。この際、上部ケース１３１にも収容空間１３３１が備えられたカップ部１３３が形成され、電極組立体１０を上部から収容してもよい。上部ケース１３１および下部ケース１３２は、図１に示されたように一側が互いに連結されて製造されてもよいが、これに制限されず、互いに分離されて別に製造されるなど、多様に製造されてもよい。

電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されると、下部ケース１３２のカップ部１３３に備えられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、上部ケース１３１が前記空間を上部からカバーする。そして、内部に電解液を注入し、上部ケース１３１および下部ケース１３２の縁から外側に延長形成されたシール部１３４をシールする。電解液は、二次電池１の充放電時、電極の電気化学的反応により生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであり、リチウム塩と高純度の有機溶媒類との混合物である非水系有機電解液、または高分子電解質を用いたポリマーを含んでもよい。かかる方法により、図２に示されたように、パウチ型二次電池１を製造することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１の体積が膨張した様子を示した斜視図である。一般的に、パウチ型二次電池１は、電極組立体１０の外部衝撃による内部短絡、過充電、過放電などによる発熱と、それによる電解質の分解、熱暴走現象などにより、多くのガスが異常に発生し得る。または、高温で保管または貯蔵する場合、高い温度が電解質および電極活物質の電気化学的反応を速く促進してガスが発生し得る。

一方、パウチ型電池ケース１３を製造するために、パンチなどを用いて、柔軟性を有するパウチフィルム１３５を圧伸（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形し、下部ケース１３２にカップ部１３３を陥没形成する。かかる圧伸成形は、プレスにパウチフィルム１３５を挿入し、パンチでパウチフィルム１３５に圧力を印加し、パウチフィルム１３５を延伸させることで行われる。このようにパウチフィルム１３５を延伸させてカップ部１３３を形成することで、電池ケース１３が製造される。かかるパウチフィルム１３５は、主にナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマーから製造される表面保護層（ＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ）、主にアルミニウム薄膜（ＡｌＦｏｉｌ）から製造されるガスバリア層（ＧａｓＢａｒｒｉｅｒＬａｙｅｒ）、および主にポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などのポリマーから製造されるシーラント層（ＳｅａｌａｎｔＬａｙｅｒ）を積層して形成する。

仮に電池ケース１３の内部で気体が発生するのであれば、電池ケース１３は、各層が何れも柔軟性を有するため、前記発生した気体が二次電池１の内部圧力を上昇させ、図３に示されたように二次電池１の体積が膨張する。そして、部品間の結合力の弱化、二次電池１のケースの破損、保護回路の早期作動、電極の変形、内部短絡、爆発などの問題を発生させる。

図４は、本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１を図２のＡ－Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。電池ケース１３の内部で気体が発生すると、二次電池１の内部圧力を上昇させ、部品間の結合力の弱化、二次電池１のケースの破損、保護回路の早期作動、電極の変形、内部短絡、爆発などの問題を発生させる。

これを解決するために、本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１は、図４に示されたように、電極リード１２が２段に形成される。すなわち、電極リード１２は、電極組立体１０の電極タブ１１と連結される第１電極リード１２３と、電池ケース１３の外部に突出する第２電極リード１２４とを含む。そして、第１電極リード１２３の他端と第２電極リード１２４の一端は、それぞれ一面が連結部１５を介して接着されることで、互いに連結される。

電池ケース１３が正常の際には、第１および第２電極リード１２３、１２４が互いに安定的に連結されなければならず、電池ケース１３が膨張すると、第１および第２電極リード１２３、１２４は互いに容易に脱着されなければならない。よって、第１および第２電極リード１２３、１２４は、同一平面上に位置して側面が連結されるよりは、互いに異なる平面上に位置して上下面が互いに連結されることが好ましい。

第１電極リード１２３および第２電極リード１２４を互いに接着させる連結部１５は、厚さが１～５００μｍとして非常に薄いことが好ましい。よって、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４が段差を形成しても、段差の大きさが過度に大きくならない。

一方、上記で記述したように、電極リード１２の一部は、絶縁部１４により周りが取り囲まれる。そして、絶縁部１４を介して、電極リードが電池ケースに接着される。上部ケース１３１と下部ケース１３２がシールされる過程で、電極リード１２と接触する部分は相対的に圧力が高いため、電池ケース１３のシールラント層が破損する可能性が高い。かかるシーラント層は、上記で記述したように、電極組立体１０と直接的に接触するため、絶縁性を有する。しかし、シーラント層が破損するのであれば、電極リード１２を介して電池ケース１３に電気が流れ得る。特に、電池ケース１３のガスバリア層はアルミニウムのような金属から製造されるため、シーラント層が少しでも破損してガスバリア層が露出されるのであれば、電極リード１２と接触して電気が容易に流れ得る。

したがって、絶縁部１４は、電気がよく通じない非導電性を有する不導体から製造される。また、絶縁部１４は、高い機械的強度および耐熱性を有する。そこで、絶縁部１４には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂が含まれてもよい。特に、ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面粗さ、耐摩耗性、耐熱性などの機械的物性と、耐食性などの化学的物性に優れるため、絶縁部１４を製造するのに主に用いられる。さらに、絶縁部１４の接着力を向上させるために、酸処理されたポリプロピレンを含んでもよい。例えば、酸処理されたポリプロピレンとノーマルポリプロピレンを混合してもよく、ポリエチレンをさらに混合してもよく、単に酸処理されたポリプロピレンのみを含んでもよい。ここで、酸処理されたポリプロピレンは、ＭＡＨＰＰ（無水マレイン酸ポリプロピレン）であってもよい。

したがって、上部ケース１３１と下部ケース１３２が熱融着される際、絶縁部１４は形態を維持し、シーラント層が一部破損して、ガスバリア層が露出されても、電極リード１２とガスバリア層の接触を遮断する。それにより、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れるのを防止する。そして、絶縁部１４は、高い接着性を有する。よって、電池ケース１３の上部ケース１３１と下部ケース１３２が熱融着されるシール部に限定されて位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。かかる絶縁部１４は、高分子樹脂として、電気絶縁性を有する熱可塑性、熱硬化性、光硬化性の樹脂のうち少なくとも１つからなってもよい。一般的に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的に薄い絶縁テープを多く用いるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁可能であれば、多様な部材を用いてもよい。

図４に示されたように、絶縁部１４は、第１電極リード１２３、連結部１５、および第２電極リード１２４を全て取り囲む。仮に第１電極リード１２３または連結部１５を取り囲まないのであれば、電池ケース１３が膨張しても、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に斥力を印加することができないためである。斥力に関する詳しい説明は後述する。

図５は、本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１の体積が膨張した様子を図２のＡ－Ａ’に沿って切断した断面図の一部である。上記で記述したように、パウチ型電池ケース１３の内部で圧力が増加するのであれば、パウチ型二次電池１の体積が膨張する。よって、図５に示されたように、電池ケース１３の外壁が外側に向かって移動する。この際、電池ケース１３の外壁のうち上壁および下壁は、面積が広く、シールされていないため、軟性がさらに大きい。よって、電池ケース１３の上壁は上方に、下壁は下方に移動する。一方、電池ケース１３の外壁が外側に向かって移動しつつ、絶縁部１４を介して連結された第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に斥力を印加する。よって、電池ケース１３の内部圧力が益々増加すると、電池ケース１３の外壁が移動しようとする力がさらに大きくなり、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に印加される斥力の大きさもさらに増加する。

第１電極リード１２３と第２電極リード１２４との間の接着力よりも前記斥力の大きさがさらに大きくなると、図９に示されたように、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４は結局脱着される。よって、電気的連結が物理的に遮断され、電気がこれ以上流れることができない。ここで、脱着とは、吸着または付着されたものが離れることを意味する。但し、この際、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４と連結部１５との間の接着力は、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４と絶縁部１４との間の接着力よりも弱い。よって、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４に斥力が印加されると、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４と絶縁部１４との間の接着力は維持されて電池ケース１３のシールが維持され、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４が互いに脱着される。

一方、かかる電極リード１２を製造する際、その後に絶縁部１４が電極リード１２に容易に接着されるために、金属板にメッキおよび表面処理を行い、外面に被膜を形成する。ところで、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４を互いに接着する前にメッキおよび表面処理を行うのであれば、互いに接着した後には外面に形成された被膜同士で接着されるため、接着面での抵抗が増加する問題が発生し得る。これとは逆に、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４を互いに接着した後にメッキおよび表面処理を行うのであれば、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４との間で互いを連結する連結部１５が損傷する問題が発生し得る。

図６は、本発明の一実施形態に係る第１電極リード１２３または第２電極リード１２４を製造する方法のフローチャートである。本発明の一実施形態によると、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４にメッキおよび表面処理を行うとしても、互いが連結部１５を介して連結される第１および第２連結領域１２３１、１２４１には被膜が形成されないため、抵抗を減少させることができる。

このために、本発明の一実施形態に係る電極リード１２の製造方法は、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４をそれぞれ製造するステップと、前記第１電極リード１２３および前記第２電極リード１２４を互いに接着させて連結部を形成するステップとを含み、前記第１電極リード１２３を製造するステップは、第１金属リール２１から第１金属板２１１を巻き出すステップと、前記第１金属板２１１において、前記連結部が形成される第１連結領域１２３１に第１テープ３１を付着してマスキングするステップと、前記第１金属板２１１にメッキおよび表面処理工程を行うステップと、前記第１テープ３１を除去するステップとを含み、前記第２電極リード１２４を製造するステップは、第２金属リール２２から第２金属板２２１を巻き出すステップと、前記第２金属板２２１において、前記連結部が形成される第２連結領域１２４１に第２テープ３２を付着してマスキングするステップと、前記第２金属板２２１にメッキおよび表面処理工程を行うステップと、前記第２テープ３２を除去するステップとを含む。

また、かかる方法により製造された電極リード１２を含む本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１は、正極および負極を含む電極とセパレータが積層される電極組立体１０と、前記電極組立体１０を収容するパウチ型電池ケースと、前記電極と連結され、前記電極組立体１０の一側から突出する電極タブ１１と、一端が前記電極タブ１１と連結される第１電極リード１２３と、一端が前記第１電極リード１２３の他端と連結され、他端が前記電池ケースの外部に突出する第２電極リード１２４と、前記第１電極リード１２３および前記第２電極リード１２４を互いに接着させて連結する連結部とを含み、前記第１電極リード１２３は、外面に第１被膜１２３２が形成され、前記連結部が形成される第１連結領域１２３１には前記第１被膜１２３２が形成されず、前記第２電極リード１２４は、外面に第２被膜１２４２が形成され、前記連結部が形成される第２連結領域１２４１には前記第２被膜１２４２が形成されない。

以下、図６のフローチャートに示された各ステップを図７～図１０を参照して具体的に説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る金属リール２１、２２から巻き出された金属板２１１、２２１にテープ３１、３２を付着する様子を示した概略図である。

２段の電極リード１２を製造するために、先ず、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４をそれぞれ別に製造する。そして、かかる第１電極リード１２３と第２電極リード１２４を互いに接着させて連結部を形成する。

第１電極リード１２３を製造するためには、先ず、第１金属リール２１から第１金属板２１１を巻き出す（Ｓ６０１）。第１金属リール２１は第１金属板２１１が巻き取られたリールであり、第１金属リール２１から第１金属板が一定の速度で巻き出される。そして、かかる第１金属板２１１は、第１電極リード１２３の原材料となる。

第１金属板２１１が巻き出されると、第１連結領域１２３１に第１テープ３１を付着してマスキングをする（Ｓ６０２）。上記で記述したように、第１電極リード１２３は、一端が電極タブ１１と連結され、他端は、第２電極リード１２４の一端と連結される。よって、第１連結領域１２３１は、その後に第２電極リード１２４と連結される、第１電極リード１２３の他端に形成される。そして、図７に示されたように、第１金属板２１１において、第１連結領域１２３１は、第１金属板２１１の一側エッジに沿って長手方向に長く形成されることが好ましい。それにより、第１テープ３１を複数の片に切断して何度も付着する必要なく、１つの第１テープ３１を第１連結領域１２３１に一度に付着することができる。

第１テープ３１のマスキング工程が完了すると、第１金属板２１１にメッキおよび酸化、被膜処理などの表面処理を行う（Ｓ６０３）。仮に電極リード１２が正極リード１２１であれば、上記で記述したように、金属板２１１、２２１は、正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）であってもよい。そして、仮に電極リード１２が負極リード１２２であれば、金属板２１１、２２１は、負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）であってもよい。かかる金属板２１１、２２１にニッケル（Ｎｉ）などの金属でメッキ工程を行う。メッキ工程は、電解メッキ、無電解メッキなど、制限されずに多様な方式で行われてもよい。

メッキ工程が完了すると、金属板２１１、２２１の酸化を防止し、絶縁部１４との接着力を向上させるために、表面処理を行う。前記表面処理は、クロムを用いたクロメート（Ｃｈｒｏｍａｔｅ）処理であってもよい。クロメート処理とは、化成被膜処理の一種として、金属の表面にクロム成分を含む不溶性のクロメート（クロム酸塩）被膜が薄く形成されることである。このために、前記金属板２１１、２２１をクロムイオンが含まれた水溶液に浸漬する。すると、クロムイオンが酸化反応をし、金属板２１１、２２１の外面に不溶性のクロム酸化物が生成されることで、クロメート被膜が形成される。ここで、クロムイオンは、６価イオンまたは３価イオンなど、制限されずに種々のイオンであってもよい。そして、クロムイオンが含まれた水溶液としては、無水クロム酸、硝酸クロム、硫酸クロム、酢酸クロム、および塩化クロムなど、制限されずに多様な物質が用いられてもよい。

一方、前記表面処理は、クロムではない物質を用いた非クロメート（Ｎｏｎ－Ｃｈｒｏｍａｔｅ）処理であってもよい。ここで、クロムではない物質としては、例えば、ジルコニウムであってもよい。仮にジルコニウムを用いるジルコニア処理をするのであれば、前記金属板２１１、２２１をジルコニウムイオンが含まれた水溶液に浸漬する。すると、ジルコニウムイオンが酸化反応をし、金属板２１１、２２１の外面にジルコニウム酸化物が生成されることで、ジルコニア被膜が形成される。非クロメート処理は、これに制限されず、チタンを用いたチタン処理などを含んでもよい。すなわち、金属板２１１、２２１の表面処理は、制限されずに多様な方法を用いてもよい。

図８は、本発明の一実施形態に係る金属リール２１、２２から巻き出された金属板２１１、２２１からテープ３１、３２を剥離する様子を示した概略図である。第１金属板２１１の表面処理が完了すると、図８に示されたように、前記マスキングされた第１テープ３１を剥離して除去する（Ｓ６０４）。上記で記述したように、第１金属板２１１の表面処理が完了すると、前記第１金属板２１１の外面には第１被膜１２３２が形成されるが、第１テープ３１でマスキングされていた第１連結領域１２３１にだけ外面に第１被膜１２３２が形成されない。一方、第１テープ３１は、表面処理を行う間、腐食または変形してはいけない。よって、耐食性および耐摩耗性に優れた材料から製造されることが好ましい。
その後、前記第１金属板２１１を一定間隔で切断する（Ｓ６０５）。それにより、第１電極リード１２３の製造が完了することができる。

一方、第２電極リード１２４を製造するためには、前記第１電極リード１２３を製造する方法と同様に行う。以下、上記で記述した内容と重複する内容は省略するが、これは、説明の便宜のためのものであって、権利範囲を制限するためのものではない。

具体的に、先ず、第２金属リール２２から第２金属板２２１を巻き出す（Ｓ６０１）。そして、第２金属板２２１が巻き出されると、第２連結領域１２４１に第２テープ３２を付着してマスキングをする（Ｓ６０２）。上記で記述したように、第２電極リード１２４は、一端が第１電極リード１２３の他端と連結され、他端が電池ケースの外部に突出する。よって、第２連結領域１２４１は、その後に第１電極リード１２３と連結される、第２電極リード１２４の一端に形成される。そして、図７に示されたように、第２金属板２２１において、第２連結領域１２４１は、第２金属板２２１の一側エッジに沿って長手方向に長く形成されることが好ましい。

第２テープ３２のマスキング工程が完了すると、第２金属板２２１にメッキおよび酸化、被膜処理などの表面処理を行う（Ｓ６０３）。第２金属板２２１の表面処理が完了すると、図８に示されたように、前記マスキングされた第２テープ３２を剥離して除去する（Ｓ６０４）。上記で記述したように、第２金属板２２１の表面処理が完了すると、前記第２金属板２２１の外面には第２被膜１２４２が形成されるが、第２テープ３２でマスキングされていた第２連結領域１２４１にだけ外面に第２被膜１２４２が形成されない。一方、第２テープ３２は、表面処理を行う間、腐食または変形してはいけない。よって、耐食性および耐摩耗性に優れた材料から製造されることが好ましい。その後、前記第２金属板２２１を一定間隔で切断する（Ｓ６０５）。それにより、第２電極リード１２４の製造が完了することができる。

第１電極リード１２３および第２電極リード１２４は、何れも四角形状を有することが好ましい。そして、その後に互いに容易に接着されるために、幅が互いに同一であることが好ましい。よって、第１金属板２１１を切断する一定間隔と、第２金属板２２１を切断する一定間隔とは同一であってもよい。

金属板２１１、２２１を切断する際には、プレス装置を用いてもよく、レーザを用いてもよい。すなわち、第１電極リード１２３および第２電極リード１２４を製造するためには、制限されずに多様な方法により金属板２１１、２２１を切断してもよい。

図９は、本発明の一実施形態に係る第１電極リード１２３および第２電極リード１２４を接着する様子を示した概略図であり、図１０は、本発明の一実施形態に係る第１電極リード１２３および第２電極リード１２４が接着されて２段の電極リード１２の製造が完了した様子を示した概略図である。

前記製造された第１電極リード１２３の一端の第１連結領域１２３１および第２電極リード１２４の他端の第２連結領域１２４１のうち少なくとも１つに、図９に示されたように接着剤１５１を塗布する。そして、第１連結領域１２３１と第２連結領域１２４１を互いに接着させてリード積層体を形成する。

接着剤１５１は、導電性を有する物質を含む。それにより、電極組立体１０から生成された電気を容易に外部に放出することができる。このために、接着剤１５１は、導電材およびポリマーが混合されて形成されることが好ましい。

導電材は、天然または人造などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維または金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル、金、銀、銅粉末などの金属粉末；１種の金属上に異種の金属でコーティングされたコア／シェル構造を有する粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；およびポリフェニレン誘導体などの導電性素材のうち少なくとも１つを含み、特に銀を含むことが最も好ましい。かかる接着剤１５１に含まれる導電材は、７０～８０ｗｔ％であることが好ましい。

ポリマーは、熱硬化性高分子樹脂としてエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＥＰＤＭ（ＥｔｈｙｌｅｎｅＰｒｏｐｙｌｅｎｅＤｉｅｎｅＭｏｎｏｍｅｒ）樹脂、ＣＰＥ（ＣｈｌｏｒｉｎａｔｅｄＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）樹脂、シリコーン、ポリウレタン、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、および不飽和エステル樹脂、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、およびポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）のうち少なくとも１つを含み、特にエポキシまたはアクリル樹脂を含むことが最も好ましい。かかる接着剤１５１に含まれるポリマーは、２０～３０ｗｔ％であることが好ましい。

接着剤１５１の塗布後、前記リード積層体に熱を印加すると、接着剤１５１が乾燥し硬化することで連結部１５が形成され、かかる連結部１５は、導電材および導電性ポリマーを含む。よって、図１０に示されたように、第１電極リード１２３と第２電極リード１２４が互いに連結された２段の電極リード１２の製造が完了する。

図１１は、本発明の他の実施形態に係る第１電極リード１２３または第２電極リード１２４を製造する方法のフローチャートである。本発明の一実施形態によると、第１電極リード１２３または第２電極リード１２４を製造するために、第１金属板２１１または第２金属板２２１を切断するステップは、第１テープ３１または第２テープ３２を剥離して除去した以後に行った。それにより、金属板２１１、２２１が複数の片に切断されることなく１つに連続して形成されるため、テープ３１、３２を複数の片に切断して何度も付着する必要なく、１つのテープ３１、３２を第１および第２連結領域１２３１、１２４１に一度に付着することができる。

本発明の他の実施形態によると、第１電極リード１２３または第２電極リード１２４を製造するために、第１金属板２１１または第２金属板２２１を切断するステップは、第１テープ３１または第２テープ３２を付着してマスキングするステップ以前に行う。すなわち、第１金属リール２１または第２金属リール２２から第１金属板２１１または第２金属板２２１が巻き出されると、第１金属板２１１または第２金属板２２１を複数の片に切断する。具体的に、先ず、金属リール２１、２２から金属板２１１、２２１を巻き出す（Ｓ１１０１）。金属板２１１、２２１が巻き出されると、前記金属板２１１、２２１を一定間隔で切断する（Ｓ１１０２）。その後、第１または第２連結領域１２３１、１２４１に第１または第２テープ３１、３２を付着してマスキングをする（Ｓ１１０３）。テープ３１、３２のマスキング工程が完了すると、金属板２１１、２２１にメッキおよび酸化、被膜処理などの表面処理を行う（Ｓ１１０４）。金属板２１１、２２１の表面処理が完了すると、前記マスキングされたテープ３１、３２を剥離して除去する（Ｓ１１０５）。それにより、第１電極リード１２３または第２電極リード１２４の製造が完了することができる。

上記の方法を行うと、第１テープ３１または第２テープ３２を複数の片に切断するため、第１テープ３１または第２テープ３２の大きさが減少する。よって、付着しようとする第１連結領域１２３１または第２連結領域１２４１に正確に付着することができる。また、既に金属板２１１、２２１を切断した以後にも、マスキング工程を行うことができるため、工程順を柔軟に変更することができる。

本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができるであろう。よって、以上で記述された実施形態は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。本発明の範囲は上記の詳細な説明よりは後述の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導き出される多様な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

１パウチ型二次電池
１０電極組立体
１１電極タブ
１２電極リード
１３電池ケース
１４絶縁部
１５連結部
２１第１金属リール
２２第２金属リール
３１第１テープ
３２第２テープ
１２３第１電極リード
１２４第２電極リード
１３１上部ケース
１３２下部ケース
１３３カップ部
１３４シール部
１５１接着剤
２１１第１金属板
２２１第２金属板
１２３１第１連結領域
１２３２第１被膜
１２４１第２連結領域
１２４２第２被膜１３３１収容空間

Claims

第１電極リードおよび第２電極リードをそれぞれ製造するステップと、
前記第１電極リードおよび前記第２電極リードを互いに接着させて連結部を形成するステップとを含み、
前記第１電極リードを製造するステップは、
第１金属リールから第１金属板を巻き出すステップと、
前記第１金属板において、前記連結部が形成される第１連結領域に第１テープを付着してマスキングするステップと、
前記第１金属板にメッキ処理工程および表面処理工程を行うステップと、
前記第１テープを除去するステップとを含み、
前記第２電極リードを製造するステップは、
第２金属リールから第２金属板を巻き出すステップと、
前記第２金属板において、前記連結部が形成される第２連結領域に第２テープを付着してマスキングするステップと、
前記第２金属板にメッキ処理工程および表面処理工程を行うステップと、
前記第２テープを除去するステップとを含む、電極リードの製造方法。
前記第１電極リードは、一端が電極タブと連結され、
前記第１連結領域は、前記第１電極リードの他端に形成される、請求項１に記載の電極リードの製造方法。
前記第２連結領域は、前記第２電極リードの一端に形成される、請求項２に記載の電極リードの製造方法。
前記第１電極リードを製造するステップは、
前記第１テープを除去するステップ以後に、
前記第１金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含み、
前記第２電極リードを製造するステップは、
前記第２テープを除去するステップ以後に、
前記第２金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含む、請求項１～３の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
前記第１電極リードを製造するステップは、
前記第１テープを付着してマスキングするステップ以前に、
前記第１金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含み、
前記第２電極リードを製造するステップは、
前記第２テープを付着してマスキングするステップ以前に、
前記第２金属板を一定間隔で切断するステップをさらに含む、請求項１～３の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
前記メッキ処理工程および表面処理工程を行うステップにおいて、
前記第１金属板の外面には第１被膜が形成され、
前記第２金属板の外面には第２被膜が形成される、請求項１に記載の電極リードの製造方法。
前記メッキ処理工程および表面処理工程を行うステップにおいて、
前記表面処理は、クロメート処理、ジルコニア処理、およびチタン処理のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電極リードの製造方法。
正極および負極を含む電極とセパレータが積層される電極組立体と、
前記電極組立体を収容するパウチ型電池ケースと、
前記電極と連結され、前記電極組立体の一側から突出する電極タブと、
一端が前記電極タブと連結される第１電極リードと、
一端が前記第１電極リードの他端と連結され、他端が前記電池ケースの外部に突出する第２電極リードと、
前記第１電極リードおよび前記第２電極リードを互いに接着させて連結する連結部とを含み、
前記第１電極リードは、
外面に第１被膜が形成され、前記連結部が形成される第１連結領域には前記第１被膜が形成されず、
前記第２電極リードは、
外面に第２被膜が形成され、前記連結部が形成される第２連結領域には前記第２被膜が形成されない、パウチ型二次電池。
前記第１被膜または前記第２被膜は、クロメート被膜、ジルコニア被膜、およびチタン被膜のうち少なくとも１つである、請求項８に記載のパウチ型二次電池。
前記第１および第２電極リードの一部を取り囲み、前記第１および第２電極リードを前記電池ケースに接着させる絶縁部をさらに含む、請求項８に記載のパウチ型二次電池。
前記第１および第２電極リードと前記連結部との間の接着力は、前記第１および第２電極リードと前記絶縁部との間の接着力より弱い、請求項１０に記載のパウチ型二次電池。
前記絶縁部は、前記第１および第２電極リードが前記連結部を介して連結された部分を取り囲む、請求項１０に記載のパウチ型二次電池。
前記絶縁部は、電気絶縁性を有する熱可塑性、熱硬化性、光硬化性の樹脂のうち少なくとも１つからなる、請求項１０に記載のパウチ型二次電池。
前記連結部は、導電材および導電性ポリマーを含む、請求項８～１３の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
前記連結部は、厚さが１～５００μｍである、請求項８に記載のパウチ型二次電池。