JP2022554115A

JP2022554115A - 電極リードの製造方法及び加圧機

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Publication number: JP2022554115A
Application number: JP2022523499A
Authority: JP
Inventors: ミン・ヒョン・カン; ソン・ホン・チョン; ヨン・ス・チェ; サン・フン・キム; ヒョン・キョン・ユ; ヒョン・テ・キム; イル・ギュ・ビェン; チュン・キ・チョ
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2022-12-28
Anticipated expiration: 2040-10-27
Also published as: US20220416289A1; EP4044357A1; EP4044357A4; JP7399543B2; WO2021085977A1; KR20210053399A; CN114502364A

Abstract

前記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、二次電池に含まれる電極リードを製造する方法において、金属板を切断して、第１電極リード及び第２電極リードをそれぞれ製造するステップと、前記第１電極リードの一端及び前記第２電極リードの他端のうち少なくとも一方に接着剤を塗布するステップと、前記第１電極リードの一端と前記第２電極リードの他端を互いに接着させてリード積層体を形成するステップと、前記リード積層体をダイに載置するステップと、前記リード積層体において前記第１電極リード及び前記第２電極リードが互いに連結された連結部に、加圧機を用いて熱及び圧力を印加するステップと、を含む。

Description

本出願は、２０１９年１１月０１日付けの韓国特許出願第１０－２０１９－０１３８８０６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、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及び加圧機に関し、より詳細には、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、このような２段の電極リードを迅速かつ容易に製造することができる電極リードの製造方法及び前記２段の電極リードの製造工程に使用される加圧機に関する。

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、ＰｏｒｔａｂｌｅＧａｍｅＤｅｖｉｃｅ、ＰｏｗｅｒＴｏｏｌ、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要求さ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蓄える電力貯蔵装置とバックアップ用の電力貯蔵装置にも適用され、使用されている。

電極組立体を製造するために、正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）及び負極（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て正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）と負極（Ａｎｏｄｅ）を製造する。そして、前記製造された正極及び負極の間に分離膜（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により、電極組立体が形成される。そして、このような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。

このような二次電池は、電極組立体を収容する電池ケースの材質によって、パウチ型（ＰｏｕｃｈＴｙｐｅ）及び缶型（ＣａｎＴｙｐｅ）などに分類される。パウチ型（ＰｏｕｃｈＴｙｐｅ）は、形態が一定でない柔軟なポリマー材質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、形態が一定である金属やプラスチックなどの材質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絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形を施して、カップ部を形成することにより製造される。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、電池ケースを折り畳んだ後、シーリング部をシーリング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、過放電などによって内部でガスが発生する可能性がある。このようなガスは、二次電池の内部の圧力を上昇させ、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）の二次電池の場合には、ＣＩＤフィルタ及び安全ベントのような保護部材が設けられて、ケースの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）の二次電池の場合には、このような保護部材が十分に設けられていない。

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、このような２段の電極リードを迅速かつ容易に製造することができる電極リードの製造方法及び前記２段の電極リードの製造工程に使用される加圧機を提供することである。本発明の課題は、上述した課題に制限されず、言及されていない更なる他の課題は、以下の記載から当業者に明確に理解されることができる。

前記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、二次電池に含まれる電極リードを製造する方法において、金属板を切断して、第１電極リード及び第２電極リードをそれぞれ製造するステップと、前記第１電極リードの一端及び前記第２電極リードの他端のうち少なくとも一方に接着剤を塗布するステップと、前記第１電極リードの一端と前記第２電極リードの他端を互いに接着させてリード積層体を形成するステップと、前記リード積層体をダイに載置するステップと、前記リード積層体において第１電極リード及び前記第２電極リードが互いに連結された連結部に、加圧機を用いて熱及び圧力を印加するステップと、を含む。

また、前記加圧機は、前記リード積層体を上方から加圧する上部加圧機と、前記リード積層体を下方から加圧する下部加圧機とを含むことができる。また、前記上部加圧機は、上下に移動して前記リード積層体を加圧することができる。また、前記下部加圧機は、上下に移動して前記リード積層体を加圧することができる。また、前記下部加圧機は、前記ダイに固定することができる。また、前記加圧機は、内部にヒーティングコイルを含むことができる。また、前記熱及び圧力を印加するステップにおいて、前記加圧機は、前記連結部に３０秒～３分間熱及び圧力を印加することができる。また、前記金属板を切断するステップの前に、前記金属板に表面処理を行う工程をさらに含むことができる。また、前記接着剤は、導電材及びポリマーが混合されて形成されることができる。また、前記導電材は、黒鉛、カーボンブラック、導電性繊維、金属粉末、導電性ウイスカー、導電性金属酸化物及び導電性素材のうち少なくとも一つを含むことができる。また、前記導電材は、銀を含むことができる。

また、前記ポリマーは、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、ウレア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、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）及びポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）のうち少なくとも一つを含むことができる。また、前記ポリマーは、エポキシ樹脂を含むことができる。また、前記接着剤は、前記導電材を７０～８０ｗｔ％含み、前記ポリマーを２０～３０ｗｔ％含むことができる。

前記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る加圧機は、第１電極リードの一端と第２電極リードの他端を互いに接着させて形成したリード積層体を上方から加圧する上部加圧機と、前記リード積層体を下方から加圧する下部加圧機と、を含み、前記リード積層体において前記第１電極リード及び前記第２電極リードが互いに連結された連結部に、熱及び圧力を印加する。

また、前記上部加圧機は、上下に移動して前記リード積層体を加圧することができる。また、前記下部加圧機は、上下に移動して前記リード積層体を加圧することができる。また、前記下部加圧機は、前記ダイに固定することができる。また、前記加圧機は、内部にヒーティングコイルを含むことができる。また、前記連結部に３０秒～３分間熱及び圧力を印加することができる。本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明の実施形態によれば、少なくとも次のような効果がある。電極リードを複数で設けて２段の電極リードを形成することにより、電池ケースの内部にガスが発生して内部の圧力が増加しても、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、治具及びオーブンを使用せずに別途の加圧機を使用することにより、２段の電極リードを迅速かつ容易に製造することができる。本発明による効果は、前記で例示された内容により制限されず、さらに様々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パウチ型二次電池の組立図である。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す斜視図である。本発明の一実施形態に係る電極リードを製造する方法を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る第１電極リードの一端と第２電極リードの他端が互いに接着された様子を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る加圧機が、第１電極リードと第２電極リードの連結部を加圧する様子を示す概略図である。本発明の一実施形態に係る電極リードに絶縁部が取り付けられた様子を示す概略図である。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’線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’線に沿って切断した断面図の一部である。

本発明の利点及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明らかになる。しかし、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、互いに異なる様々な形態で具現することができ、単に本実施形態は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇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、特許請求の範囲によって定義されるだけである。明細書全体にわたって、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。

他の定義がなければ、本明細書で使用されるすべての用語（技術及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に共通して理解され得る意味で使用されることができる。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、特に明確に定義されていない限り、理想的または過度に解釈されない。

本明細書で使用される用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を制限することを意図するものではない。本明細書において、単数形は文章中で特に断りのない限り、複数形も含む。本明細書で使用される「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素のほかに一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１の組立図であり、図２は、本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池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、負極等の電極及び分離膜が積層されて形成される電極組立体１０及び前記電極組立体１０を内部に収容するパウチ型の電池ケース１３を含む。

パウチ型二次電池１を製造するために、まず、電極活物質とバインダー及び可塑剤を混合したスラリーを正極集電体及び負極集電体に塗布して正極及び負極等の電極を製造する。これを分離膜（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで所定の形状の電極組立体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リングする。

具体的に、電極組立体（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、正極及び負極の２種類の電極と、電極を相互に絶縁させるために電極の間に介在されるか、いずれか一つの電極の左側または右側に配置される分離膜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、所定の規格の正極と負極が分離膜を挟んで積層されてもよく、ゼリーロール（ＪｅｌｌｙＲｏｌｌ）の形で巻き取られてもよいなど制限されず、様々な形態であってもよい。２種類の電極、すなわち正極と負極は、それぞれアルミニウムと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、通常的に粒状の活物質、補助導体、バインダー及び可塑剤などが、溶媒が添加された状態で攪拌されて形成されてもよい。溶媒は後続工程で除去される。

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の正極及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、電極組立体１０の内部と外部との間に電子が移動できる経路となる。電極組立体１０の電極集電体は、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、すなわち無地部で構成される。そして、電極タブ１１は、無地部を裁断して形成されてもよく、無地部に別途の導電部材を超音波溶接等で連結して形成されてもよい。このような電極タブ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、電極リード（ＥｌｅｃｔｒｏｄｅＬｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接等で連結される。本発明の一実施形態に係る電極リード１２は複数で設けられ、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１２０１（図４に示される）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１２０２（図４に示される）は、電池ケース（ＢａｔｔｅｒｙＣａｓｅ）１３の外側に突出する。２段の電極リード１２に対する詳細な説明は後述する。

電極リード１２の一部は絶縁部１４で周囲が包囲される。絶縁部１４は、電池ケース１３の上部ケース１３１と下部ケース１３２とが熱融着するシーリング部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に流れることを防止し、電池ケース１３のシーリングを保持する。したがって、このような絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導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に取り付けやすく、厚さが比較的に薄い絶縁テープをよく使用するが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁することができるものであれば、様々な部材を使用することができる。

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及び負極タブ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を含む。一方、正極リード１２１及び負極リード１２２は、図１に示されたように、いずれも他端が電池ケース１３の外部に突出する。これにより、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及び負極タブ１１２がそれぞれ様々な方向に向かって突出形成されるため、正極リード１２１及び負極リード１２２もそれぞれ様々な方向に向かって延びることができる。

正極リード１２１及び負極リード１２２は、互いにその材質が異なってもよい。すなわち、正極リード１２１は正極集電体と同じアルミニウム（Ａｌ）材質であり、負極リード１２２は負極集電体と同じ銅（Ｃｕ）材質またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材質であってもよい。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、延性の材質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して説明する。パンチ等を用いて柔軟性を有するパウチフィルム１３５を絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸されてポケット状の収容空間１３３１を含むカップ部１３３が形成されることにより、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を収容してシーリングされる。このような電池ケース１３は、図１に示されたように、上部ケース１３１と下部ケース１３２とを含む。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を収容することができる収容空間１３３１が設けられ、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を上部でカバーする。そして、シーリング部１３４がシーリングされることにより、前記収容空間１３３１を密閉する。この際、上部ケース１３１にも収容空間１３３１が設けられたカップ部１３３が形成され、電極組立体１０を上部で収容することもできる。上部ケース１３１と下部ケース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、互いに分離して別途に製造されるなど、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に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、上部ケース１３１が前記空間を上部でカバーする。そして、内部に電解液を注入し、上部ケース１３１と下部ケース１３２の縁に形成されたシーリング部１３４をシーリングする。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って、リチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水質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むことができる。このような方法により、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す斜視図である。
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、これによる電解質分解、熱暴走現象などにより、異常的に大量のガスが発生する可能性がある。または、高温で保管または貯蔵する場合、高い温度が電解質及び電極活物質の電気化学的反応を急速に促進し、ガスが発生する可能性がある。

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を絞り（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して、下部ケース１３２にカップ部１３３を陥没形成する。このような絞り成形は、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に圧力を印加して、パウチフィルム１３５を延伸させることにより行われる。このようにパウチフィルム１３５を延伸させてカップ部１３３を形成することにより、電池ケース１３が製造される。このようなパウチフィルム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）及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。

もし電池ケース１３の内部で気体が発生して圧力が増加すると、図３に示されたように電池ケース１３は柔軟性を有するため、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。

したがって、本発明の一実施形態によれば、電極リード１２が複数で設けられ、２段の電極リード１２を形成する。そして、二次電池１の体積が膨張すると、２段の電極リード１２間の連結が遮断され、電気的連結を物理的に遮断する。このような２段の電極リード１２を製造するために、まず、第１電極リード１２０１の一端及び第２電極リード１２０２の他端のうち少なくとも一方に接着剤１５１を塗布する。そして、第１電極リード１２０１の一端と第２電極リード１２０２の他端を互いに接着させてリード積層体１２０を形成した後、熱を印加する。これにより、接着剤１５１が硬化して接着部１５（図８に示される）を形成し、２段の電極リード１２の製造が完了する。

ところで、従来は、第１電極リード１２０１と第２電極リード１２０２を接着させたリード積層体１２０を治具に挿入して固定した後、オーブンに投入した。したがって、熱のみが印加され、別途に圧力が印加されず、接着剤１５１を硬化するのに２時間以上のかなり長い時間がかかった。

そして、リード積層体１２０を一つずつ治具に挿入し、複数の治具をプレートに並べた後、オーブンに投入するため、その過程が煩わしいという問題があった。図４は、本発明の一実施形態に係る電極リード１２を製造する方法を示すフローチャートである。

本発明の一実施形態によれば、電極リード１２を複数で設けて２段の電極リード１２を形成することにより、電池ケース１３の内部にガスが発生して内部の圧力が増加しても、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、治具及びオーブンを使用せずに別途の加圧機２（図６に示される）を使用することにより、２段の電極リード１２を迅速かつ容易に製造することができる。

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、二次電池１に含まれる電極リード１２を製造する方法において、金属板を切断して、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２をそれぞれ製造するステップと、前記第１電極リード１２０１の一端及び前記第２電極リード１２０２の他端のうち少なくとも一方に接着剤１５１を塗布するステップと、前記第１電極リード１２０１の一端と前記第２電極リード１２０２の他端を互いに接着させてリード積層体１２０を形成するステップと、前記リード積層体１２０をダイに載置するステップと、加圧機２を用いて、前記リード積層体１２０において前記第１電極リード１２０１及び前記第２電極リード１２０２が互いに連結された連結部１６に、熱及び圧力を印加するステップと、を含む。

以下、図４のフローチャートに示された各ステップについて、図５～図７を参照して具体的に説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る第１電極リード１２０１の一端と第２電極リード１２０２の他端が互いに接着された様子を示す概略図である。

まず、金属板にめっき及び酸化、被膜処理などの表面処理を行う（Ｓ４０１）。もし電極リード１２が正極リード１２１であれば、上述のように金属板は正極集電体と同じアルミニウム（Ａｌ）材質であってもよい。そして、もし電極リード１２が負極リード１２２であれば、金属板は負極集電体と同じ銅（Ｃｕ）材質であってもよい。このような金属板にニッケル（Ｎｉ）等の金属でめっき工程を行う。めっき工程は、電解めっき、無電解めっきなど制限されず、様々な方式で行うことができる。

めっき工程が完了すると、金属板の酸化を防止し、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であって、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ものである。このために、前記金属板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して金属板の外面に不溶性のクロム酸化物が生成されることにより、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、様々な種類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、塩化クロムなど制限されず、様々な物質が使用されることができる。

一方、前記表面処理は、クロムで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、クロムでない物質としては、例えば、ジルコニウムであってもよい。もしジルコニウムを用いたジルコニア処理を行う場合、前記金属板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して金属板の外面にジルコニウム酸化物が生成されることにより、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、金属板の表面処理は制限されず、様々な方法を使用することができる。

金属板の表面処理が完了した後、前記金属板を切断して、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２をそれぞれ製造する（Ｓ４０２）。第１電極リード１２０１と第２電極リード１２０２は、いずれも四角形の形状を有することが好ましい。そして、後で互いに容易に接着されるために、幅が互いに等しいことが好ましい。

金属板を切断する際には、プレス装置を用いてもよく、レーザーを用いてもよい。すなわち、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２を製造するためには、制限されず、様々な方法で金属板を切断することができる。

前記製造された第１電極リード１２０１の一端及び第２電極リード１２０２の他端のうち少なくとも一方の一端に接着剤１５１を塗布する（Ｓ４０３）。そして、第１電極リード１２０１の一端と第２電極リード１２０２の他端を互いに接着させてリード積層体１２０を形成する（Ｓ４０４）。

接着剤１５１は伝導性を有する物質を含む。これにより、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、導電材及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と、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と、炭素繊維または金属繊維などの導電性繊維と、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と、１種の金属の上に異種の金属でコーティングされたＣｏｒｅ／Ｓｈｅｌｌ構造を有する粉末と、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウイスカーと、酸化チタンなどの導電性金属酸化物と、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一つを含み、特に銀を含むことが最も好ましい。このような接着剤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、ウレア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂及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）及びポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）のうち少なくとも一つを含み、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。このような接着剤１５１に含まれるポリマーは２０～３０ｗｔ％であることが好ましい。

図６は、本発明の一実施形態に係る加圧機２が、第１電極リード１２０１と第２電極リード１２０２の連結部１６を加圧する様子を示す概略図である。前記形成されたリード積層体１２０をダイ（図示せず）に載置させる（Ｓ４０５）。そして、加圧機２を用いて、前記リード積層体１２０において第１電極リード１２０１及び前記第２電極リード１２０２が互いに連結された連結部１６に、熱及び圧力を印加する（Ｓ４０６）。これにより、接着剤１５１が硬化して２段の電極リード１２を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る加圧機２は、図６に示されたように、リード積層体１２０を上方から加圧する上部加圧機２１及びリード積層体１２０を下方から加圧する下部加圧機２２を含む。そして、上部加圧機２１及び下部加圧機２２はそれぞれ上下に移動することができる。したがって、リード積層体１２０がダイに載置されると、リード積層体１２０の上方に上部加圧機２１が、下方に下部加圧機２２がそれぞれ配置される。そして、上部加圧機２１は下方に移動し、下部加圧機２２は上方に移動する。これにより、上部加圧機２１と下部加圧機２２が、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２に上方及び下方からそれぞれ圧力を印加することができる。

一方、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２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接着されて連結されることが好ましい。これにより、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２間の接着力が向上することができる。したがって、２段の電極リード１２の製造が完了すると、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２が連結された連結部１６では、段差が形成されることができる。

したがって、ダイは、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２の連結部１６に形成された段差に対応する形状を有することが好ましい。すなわち、ダイにも段差が形成されることが好ましい。これにより、リード積層体１２０がダイに載置されると、小さな外力に揺れることなく安定して載置されることができる。

また、リード積層体１２０はダイの上面に載置される。したがって、下部加圧機２２が上下に移動してリード積層体１２０を下方から容易に加圧するために、ダイには下部加圧機２２の移動通路（図示せず）が打ち抜き形成されてもよい。

加圧機２の前記連結部１６に印加する圧力は調節されることができる。もし加圧機２の圧力を増加させると、接着剤１５１が硬化する時間が減少して工程時間が減少するが、リード積層体１２０が損傷し、または接着剤１５１が外部に飛散して電極リード１２の品質が低下する可能性がある。逆に、加圧機２の圧力を減少させると、接着剤１５１が硬化する時間が増加して工程時間が増加する可能性がある。したがって、加圧機２の圧力を調節することにより、工程時間及び電極リード１２の品質を調節することができる。

加圧機２には、内部にヒーティングコイル（図示せず）が含まれてもよい。すなわち、上部加圧機２１と下部加圧機２２のうち少なくとも一つは、内部にヒーティングコイル（図示せず）が含まれてもよい。したがって、前記上部加圧機２１と下部加圧機２２が第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２に圧力を印加するとき、ヒーティングコイルに電気が流れ、熱も共に印加することもできる。そして、使用者が前記ヒーティングコイルに流れる電気の電流を調節することにより、ヒーティングコイルの温度を容易に変更することもできる。前記加圧機２が熱を印加するときの温度は１５０℃～２２０℃、好ましくは１８０℃～２００℃であってもよい。

本発明の他の実施形態によれば、加圧機２において上部加圧機２１のみが上下に移動し、下部加圧機２２はダイに固定されてもよい。そして、リード積層体１２０がダイに載置されるとき、下部加圧機２２はダイの一部となり、リード積層体１２０を下方から支持することができる。そして、上部加圧機２１のみが下方に移動してリード積層体１２０の上方から圧力を印加することができる。この際、下部加圧機２２がダイに固定されるため、ダイには下部加圧機２２の移動通路が形成されなくてもよい。

このように、リード積層体１２０を治具に挿入せず、単にダイに載置させる。そして、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２をオーブンに投入して加熱せずに別途の加圧機２を使用して熱及び圧力を共に印加する。したがって、過程が煩わしくない。

また、熱のみを印加していた従来は、接着剤１５１を硬化するのに２時間以上のかなり長い時間がかかったのに対し、本発明の一実施形態によれば、熱だけでなく圧力を共に印加するため、たった数分の短時間の所要だけで接着剤１５１が硬化することができる。例えば、前記加圧機２は、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２が互いに連結された連結部１６に３０秒～３分間熱及び圧力を印加することができ、特に好ましくは、１分～２分間熱及び圧力を印加することができる。これにより、接着剤１５１が硬化し、２段の電極リード１２の製造が完了することができる。

さらに、加圧機２の長さを調節して、一つの加圧機２で複数のリード積層体１２０に熱及び圧力を印加することもできる。これにより、電極リード１２の製造工程時間をさらに短縮して生産量を増大することができる。

図７は、本発明の一実施形態に係る電極リード１２に絶縁部が取り付けられた様子を示す概略図である。上部ケース１３１と下部ケース１３２がシーリングされる過程で、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のシーラント層が破損する可能性が高い。このようなシーラント層は、上述したように、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と、電極リード１２を介して電池ケース１３に電気が流れる可能性がある。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と、電極リード１２と接触して電気が容易に流れることができる。

したがって、上述したように、電極リード１２の一部は、絶縁部１４で周囲が包囲される。絶縁部１４は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体から製造される。また、絶縁部１４は高い機械的強度と耐熱性を有する。したがって、上部ケース１３１と下部ケース１３２が熱融着されるとき、絶縁部１４は形態を保持し、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とガスバリア層との接触を遮断する。これにより、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に流れることを防止する。

したがって、絶縁部１４は、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リング部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。このような絶縁部１４は、高分子樹脂であって、電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、および光硬化型樹脂のうち少なくとも一つからなることができる。一般的に絶縁部１４としては、電極リード１２に取り付けやすく、厚さが比較的に薄い絶縁テープを主に使用するが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁することができるものであれば、様々な部材を使用することができる。

図７に示されたように、絶縁部１４は、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２が互いに連結された連結部１６を包囲する。もし、絶縁部が連結部１６を包囲しない場合であれば、それは、電池ケース１３が膨張してもシーリング部１３４が第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２にチャック力を印加することができないからである。チャック力に対する詳細な説明は後述する。

図８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’線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１は、図８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１２０１及び電池ケース１３の外部に突出する第２電極リード１２０２を含む。そして、第１電極リード１２０１と第２電極リード１２０２は、それぞれ一面が接着部１５を介して接着されることにより、互いに連結される。このような接着部１５は、接着剤１５１を硬化することにより形成される。

第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２を互いに接着させる接着部１５は、厚さが１～５００μｍと非常に薄いことが好ましい。したがって、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２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。

図９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’線に沿って切断した断面図の一部である。上述したように、パウチ型電池ケース１３の内部で圧力が増加すると、パウチ型二次電池１の体積が膨張する。したがって、図９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の外壁のうち上壁及び下壁は面積が広くシーリングされておらず、延性がさらに大きい。したがって、電池ケース１３の上壁は上方に、下壁は下方に移動する。

二次電池１の体積が膨張すると、図９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しながら絶縁部１４を介して連結された第１電極リード１２０１と第２電極リード１２０２にチャック力を印加する。したがって、電池ケース１３の内部の圧力が次第に増加すると、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１２０１と第２電極リード１２０２に印加されるチャック力の大きさも更に増加する。

第１電極リード１２０１と第２電極リード１２０２との間の接着力より前記チャック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１２０１と第２電極リード１２０２は結局脱着（分離）される。したがって、電気的連結が遮断され、もはや電気が流れることはできない。ただし、この際、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２と接着部１５との間の接着力は、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２と絶縁部１４との間の接着力より弱い。したがって、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２にチャック力が印加されると、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２と絶縁部１４との間の接着力は保持されて電池ケース１３のシーリングが保持され、第１電極リード１２０１及び第２電極リード１２０２が互いに脱着される。

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は、本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。よって、上述した実施形態は、すべての面で例示的なものであり、限定的なものではないことを理解すべきである。本発明の範囲は、前記の詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導出される様々な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１二次電池
２加圧機
１２電極リード
１６連結部
２１上部加圧機
２２下部加圧機
１２０リード積層体
１５１接着剤
１２０１第１電極リード
１２０２第２電極リード

Claims

二次電池に含まれる電極リードを製造する方法であって、
金属板を切断して、第１電極リード及び第２電極リードをそれぞれ製造するステップと、
前記第１電極リードの一端及び前記第２電極リードの他端のうち少なくとも一方に接着剤を塗布するステップと、
前記第１電極リードの一端と前記第２電極リードの他端を互いに接着させてリード積層体を形成するステップと、
前記リード積層体をダイに載置するステップと、
前記リード積層体において前記第１電極リード及び前記第２電極リードが互いに連結された連結部に、加圧機を用いて熱及び圧力を印加するステップと、を含む、電極リードの製造方法。
前記加圧機は、
前記リード積層体を上方から加圧する上部加圧機と、
前記リード積層体を下方から加圧する下部加圧機と、を含む、請求項１に記載の電極リードの製造方法。
前記上部加圧機は、
上下に移動して前記リード積層体を加圧する、請求項２に記載の電極リードの製造方法。
前記下部加圧機は、
上下に移動して前記リード積層体を加圧する、請求項３に記載の電極リードの製造方法。
前記下部加圧機は、
前記ダイに固定される、請求項３または４に記載の電極リードの製造方法。
前記加圧機は、
内部にヒーティングコイルを含む、請求項１～５の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
前記熱及び圧力を印加するステップにおいて、
前記加圧機は、
前記連結部に３０秒～３分間熱及び圧力を印加する、請求項１～６の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
前記金属板を切断するステップの前に、
前記金属板に表面処理を行うステップをさらに含む、請求項１～７の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
前記接着剤は、
導電材及びポリマーが混合されて形成される、請求項１～８の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
前記導電材は、
黒鉛、カーボンブラック、導電性繊維、金属粉末、導電性ウイスカー、導電性金属酸化物及び導電性素材のうち少なくとも一つを含む、請求項９に記載の電極リードの製造方法。
前記導電材は、
銀を含む、請求項１０に記載の電極リードの製造方法。
前記ポリマーは、
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、ウレア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、不飽和エステル樹脂、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅn）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）及びポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄ）のうち少なくとも一つを含む、請求項９～１１の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
前記ポリマーは、
エポキシ樹脂を含む、請求項１２に記載の電極リードの製造方法。
前記接着剤は、
前記導電材を７０～８０ｗｔ％含み、
前記ポリマーを２０～３０ｗｔ％含む、請求項９～１３の何れか一項に記載の電極リードの製造方法。
第１電極リードの一端と第２電極リードの他端を互いに接着させて形成したリード積層体を上方から加圧する上部加圧機と、
前記リード積層体を下方から加圧する下部加圧機と、を含み、
前記リード積層体において前記第１電極リード及び前記第２電極リードが互いに連結された連結部に、熱及び圧力を印加する加圧機。
前記上部加圧機は、
上下に移動して前記リード積層体を加圧する、請求項１５に記載の加圧機。
前記下部加圧機は、
上下に移動して前記リード積層体を加圧する、請求項１６に記載の加圧機。
前記下部加圧機は、
前記ダイに固定される、請求項１６または１７に記載の加圧機。
前記加圧機は、
内部にヒーティングコイルを含む、請求項１５～１８の何れか一項に記載の加圧機。
前記連結部に３０秒～３分間熱及び圧力を印加する、請求項１５～１９の何れか一項に記載の加圧機。