KR101067755B1

KR101067755B1 - 사출성형에 의한 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법

Info

Publication number: KR101067755B1
Application number: KR1020090062728A
Authority: KR
Inventors: 성 진 권; 재 호 신; 성 섭 송
Original assignee: 주식회사 엘티케이
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-09-28
Also published as: KR20110005164A

Abstract

본 발명에 따른 파우치형 이차전지 전극단자 제조방법은, 전극단자 수납홈을 가지며 상기 전극단자 수납홈의 둘레를 감싸도록 사출수지 수납홈이 형성되어 있는 사출금형을 마련하는 단계; 상기 사출금형의 전극단자 수납홈에 전극단자를 삽입하는 단계; 상기 사출수지 수납홈에 액상의 사출수지를 채우는 단계; 상기 액상의 사출수지를 응고시켜 고분자 필름을 형성시키는 단계; 및 상기 사출금형을 상기 전극단자에서 분리시켜 상기 고분자 필름이 둘러싸여있는 전극단자를 얻는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서와 같이 사출성형법으로 고분자 필름을 형성하면 전극단자가 두껍더라도 고분자 필름과 전극단자의 가장자리 사이에 틈이 존재하지 않고, 전극단자의 모서리 부위에도 고분자 필름이 두껍게 형성될 수 있어 고분자 필름이 모서리 부위에서 절단되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한 본 발명의 경우는 절편형태의 전극단자 복수개를 사출금형에 끼워 넣은 후에 액상의 사출수지를 주입함으로써 고분자 필름이 둘러진 전극단자를 단 한 번의 공정으로 복수개 얻을 수 있기 때문에 대량생산에도 유리하다.

파우치형 이차전지, 전극단자, 사출금형, 사출수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트

Description

사출성형에 의한 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법{Fabrication method for electrode of pouch type secondary battery by injection molding method}

본 발명은 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법에 관한 것으로서, 특히 사출성형에 의한 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법에 관한 것이다.

이차 전지는 화학에너지를 전기 에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전 과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬-금속 전지(LB), 리튬-이온 전지(LIB) 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 'LIPB'라 함) 등이 있다. 이러한 이차전지는 디지털 가전기기, 휴대 단말기, HEV(Hybrid Electric Vehicle) 등의 시장이 급성장함에 따라 그 수요가 급증하고 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 파우치형 이차전지의 베어셀(bare cell)을 설명하기 위한 도면들이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 전극 조립체(30)는 양극막(31), 음극 막(35), 및 세퍼레이터(33)로 이루어지는 다층막이 와형으로 권취되어 젤리 롤(Jelly Roll) 형태를 한다. 세퍼레이터(33)는 양극막(31)과 음극막(35)의 단락(short)을 방지하기 위하여 양극막(31)과 음극막(35)의 사이에 개재된다.

파우치(15)는 수납통(20)과 덮개(10)로 구분되는데, 수납통(20)에는 프레스(press) 가공을 통하여 홈(21)이 형성되며, 홈(21)에는 전극 조립체(30)가 수용된다. 수납통(20)의 테두리는 플랜지(23)가 형성되며, 덮개(10)의 가장자리와 플랜지(23)가 접합되어 파우치(15)의 밀봉이 이루어진다.

양극단자(37)와 음극단자(38)는 전극 조립체(30)의 양극막(31)과 음극막(35)에 각각 연결되어 파우치(15)의 외부로 인출되도록 설치된다. 전극단자(37, 38)와 파우치(15) 사이의 밀봉과 절연을 위하여 전극단자(37, 38)에는 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 또는 폴리에틸렌(polyethylene, PE)으로 이루어지는 접착필름(39)이 둘러진다.

이렇게 파우치(15)에 전극 조립체(30)를 넣어 밀봉하고 내부에 있는 전극막(31, 35)과 외부를 있는 전기 통로로서 전극단자(37, 38)가 형성되어 있는 것을 베어 셀(bare cell)이라 한다.

외부 단락, 기계적인 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 또는 과방전 등에 의해 전압이 급상승하여 이차 전지가 파열되는 위험에 노출될 수 있기 때문에, 이러한 위험을 해소하기 위하여 베어 셀(bare cell)은 양성온도소자(PTC:positive temperature coefficient), 서멀 퓨즈(thermal fuse) 및 보호회로기판(protective circuit board, PCB) 등과 같은 안전장치와 전기적으로 연결된 채 전지 팩에 수납 된다. 이런 상태의 이차 전지를 코어 팩(core pack)이라 한다. 이 때 전극단자(37, 38)와 보호회로기판(PCB)의 접합을 위해서 접합보조층이 사용된다. 이러한 코어 팩을 하드 케이스에 내장하여 결합시키거나, 핫 멜트 수지를 이용하여 외장을 형성하면 완성된 하드 팩 전지가 되는 것이다.

양극단자(37) 또는 음극단자(38)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 접착필름(39)이 일정한 간격으로 이격되어 둘러져 있는 알루미늄 스트립(137)을 일정한 크기의 절편으로 절단함으로써 얻어진다.

도 5 및 도 6은 종래의 전극단자(37, 38)의 문제점을 설명하기 위한 도면들이다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 접착필름(39)은 전극단자(37, 38)의 윗면과 아랫면을 덮도록 두장(39a, 39b)을 맞대어 열융착시킴으로써 얻어진다. 이 때 이차전지가 중대형화되어 전극단자(37, 38)의 크기가 증가하여 그 두꺼워지는 경우에는 참조부호 A로 표시한 바와 같이 접착필름(39a, 39b)이 전극단자(37, 38)의 측부위를 완전히 덮지 못하여 틈이 생기게 된다. 따라서 알루미늄 파우치(15) 내에 있는 전해액의 누액, 발화, 폭발의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 참조부호 B로 표시한 바와 같이 전극단자(37, 38)의 측모서리 부위에서 접착필름(39a, 39b)이 파단 되는 문제가 발생할 수 있다.

전극단자(39a, 39b)의 두께를 증가시키면 전극자체 강도의 증가, 전류인가에 따른 저항감소, 및 발열억제 효과의 증대 등을 기대할 수 있다. 그러나 상술한 바와 같이 전극단자(37, 38)를 두껍게 하면 그 양면에 부착되는 폴리프로필렌(polypropylene, PP)재질의 접착필름(39a, 39b)이 전극단자(37, 38)의 양측 가장 자리(A)에 미융착되어 이 부분에서 틈이 생겨서 알루미늄 파우치(15) 내에 있는 전해질(electrolyte)이 밖으로 새어 나오는 문제가 생길 수 있고, 또한 전극단자(37, 38)의 양측 모서리(B)에서 접착필름(39a, 39b)이 파단되는 문제가 생길 수 있다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극단자가 두껍더라도 접착필름이 전극단자 둘레를 밀착되어 감싸도록 함으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법은, 전극단자 수납홈을 가지며 상기 전극단자 수납홈의 둘레를 감싸도록 사출수지 수납홈이 형성되어 있는 사출금형을 마련하는 단계; 상기 사출금형의 전극단자 수납홈에 전극단자를 삽입하는 단계; 상기 사출수지 수납홈에 액상의 사출수지를 채우는 단계; 상기 액상의 사출수지를 응고시켜 고분자 필름을 형성시키는 단계; 및 상기 사출금형을 상기 전극단자에서 분리시켜 상기 고분자 필름이 둘러싸여있는 전극단자를 얻는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 사출금형은 몸체와 상기 몸체를 위에서 덮는 덮개로 구분되고, 상기 전극단자가 상기 몸체에 대해 수직하게 세워지도록 상기 덮개에는 상기 전극 단자 수납홈의 상부가 형성되고 상기 몸체에는 상기 전극단자 수납홈의 하부가 형성되며, 상기 사출수지 수납홈은 상기 몸체의 윗면 또는 상기 덮개의 아랫면에 소정의 깊이로 형성되며, 상기 사출수지 수납홈은 상기 몸체 또는 덮개에 형성되는 접착필름액 공급관을 통하여 상기 사출금형의 외부와 연통되는 것을 특징으로 한다.

상기 접착필름으로는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(polyethlyene, PE), 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 사출수지 수납홈은 그 양쪽단이 경사지는 것이 바람직하다.

본 발명에서와 같이 사출성형법으로 접착필름을 형성하면 전극단자가 두껍더라도 고분자 필름과 전극단자의 가장자리 사이에 틈이 존재하지 않고, 전극단자의 모서리 부위에도 고분자 필름이 두껍게 형성될 수 있어 고분자 필름이 모서리 부위에서 절단되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한 종래의 경우에는 접착필름을 스트립에 감싼 후에 상기 스트립을 절단함으로써 전극단자를 형성하였지만, 본 발명의 경우는 절편형태의 전극단자 복수 개를 사출금형에 끼워 넣은 후에 접착 사출수지를 주입함으로써 마치 붕어빵을 찍어내듯이 사출수지가 둘러진 절편형태의 전극단자를 단 한번의 공정으로 복수개 얻을 수 있기 때문에 대량생산에도 유리하다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 본 발명은 사출성형을 통하여 전극단자(37, 38)를 제조하는 것을 특징으로 한다. 사출금형은 도 7에 도시된 바와 같이 몸체(120)와 몸체(120)를 위에서 덮는 덮개(110)로 구분된다. 덮개(110)에는 전극단자(37, 38)가 몸체(110)에 대해 수직하게 세워지도록 전극단자 수납홈의 상부(111)가 형성된다. 몸체(120)에는 전극단자 수납홈의 하부(121)가 형성된다. 사출수지 수납홈(125)은 전극단자 수납홈(111, 121)보다 더 큰 폭을 가져서 전극단자 수납홈(111, 121)을 둘러싸도록 몸체(120)의 윗면에 소정의 깊이로 형성되며 덮개(110)를 덮었을 때 그 윗면은 전극탭 수납홈의 상부(111)와 연통되고 그 아랫면은 전극탭 수납홈의 하부(121)와 연통되도록 설치된다. 사출수지 수납홈(125)은 사출수지 공급관(126)을 통하여 사출금형의 외부와 연통된다. 사출수지 수납홈(125)은 몸체(120)에만 전적으로 형성되어야 하는 것이 아니라 덮개(110)에 전부 또는 일부가 형성될 수도 있다.

이러한 사출금형에 도 8에서와 같이 전극단자(37, 38)를 수직으로 삽입한다. 그리고 도 9에서와 같이 덮개(110)를 덮어서 사출금형의 내부가 밀봉되도록 하고, 사출수지 공급관(126)을 통하여 액상의 사출수지를 사출수지 수납홈(125)에 공급하여 사출수지 수납홈(125)에 액상의 사출수지를 채운 후 응고시켜 고분자 필름(139)을 얻는다. 다음에 도 10에서와 같이 사출금형의 몸체(120)와 덮개(110)를 분리하여 고분자 필름(139)이 둘러진 전극단자(37, 38)를 얻는다.

본 발명에서의 사출수지는 흐름성, 내환경 응력균열성(ESCR)이 좋아야 하고, 수축이나 뒤틀림이 적어야 바람직한 바, 고분자 필름(139)의 재질로서 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)를 선택하는 것이 바람직하다. 파우치(15)에 밀봉될 때 파우치(15)와 고분자 필름(139)이 치밀하게 닿도록 고분자 필름(139)의 좌우측단은 직각이 아니라 참조부호 C와 같이 새부리(bird's beak) 형상을 하여 완만하게 경사지는 것이 바람직하다.

이렇게 사출성형법으로 고분자 필름(139)을 형성하면 전극단자(37, 38)가 두껍더라도 고분자 필름(139)과 전극단자(37, 38)의 가장자리(A) 사이에 틈이 존재하지 않고 전극단자(37, 38)의 모서리 부위에도 고분자 필름(139)이 두껍게 형성될 수 있어 고분자 필름(139)이 모서리 부위(B)에서 절단되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한 종래의 경우에는 접착필름을 스트립에 감싼 후에 상기 스트립을 절단함으로써 전극단자를 형성하였지만, 본 발명의 경우는 절편형태의 전극단자용 금속 복수개를 사출금형에 끼워 넣은 후에 사출수지를 주입함으로써 마치 붕어빵을 찍어 내듯이 고분자 필름이 둘러진 전극단자를 단 한번의 공정으로 복수개 얻을 수 있기 때문에 대량생산에도 유리하다. 특히 종래와 같이 스트립을 이용하는 경우에는 이러한 스트립을 롤(roll)에 권취시켜 두어야 하는데 전극단자가 두꺼운 경우에는 당연히 스트립도 두꺼워질 것이므로 이러한 권취가 사실상 불가능하여 전극단자의 제조가 사실상 불가능하다.

도 1 및 도 2는 종래의 파우치형 이차전지의 베어셀(bare cell)을 설명하기 위한 도면들;

도 3 및 도 4는 종래의 전극단자 제조방법을 설명하기 위한 도면들;

도 5 및 도 6은 종래의 전극단자(37, 38)의 문제점을 설명하기 위한 도면들;

도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

<도면의 주요부분에 대한 참조번호의 설명>

10: 덮개 15: 파우치

20: 수납통 21: 수납홈

23: 플랜지 30: 전극 조립체

31: 양극막 33: 세퍼레이터

35: 음극막 37: 양극단자

38: 음극단자 39: 접착필름

110: 금형 덮개 111: 전극단자 수납홈 상부

120: 금형 몸체 121: 전극단자 수납홈 하부

125: 사출수지 수납홈 126: 사출수지 공급관

139: 고분자 필름

Claims

사출성형에 의한 파우치형 이차전지의 전극단자 제조방법에 있어서,

전극단자 수납홈을 가지며 상기 전극단자 수납홈의 둘레를 감싸도록 사출수지 수납홈이 형성되어 있는 사출금형을 마련하는 단계;

상기 사출금형의 전극단자 수납홈에 전극단자를 삽입하는 단계;

상기 사출수지 수납홈에 액상의 사출수지를 채우는 단계;

상기 액상의 사출수지를 응고시켜 고분자 필름을 형성시키는 단계; 및

상기 사출금형을 상기 전극단자에서 분리시켜 상기 고분자 필름이 둘러싸여있는 전극단자를 얻는 단계; 를 포함하되,

상기 사출금형은 몸체와 상기 몸체를 위에서 덮는 덮개로 구분되고, 상기 전극단자가 상기 몸체에 대해 수직하게 세워지도록 상기 덮개에는 상기 전극단자 수납홈의 상부가 형성되고 상기 몸체에는 상기 전극단자 수납홈의 하부가 형성되며, 상기 사출수지 수납홈은 상기 몸체의 윗면 또는 상기 덮개의 아랫면에 소정의 깊이로 형성되며, 상기 사출수지 수납홈은 상기 몸체 또는 덮개에 형성되는 사출수지 공급관을 통하여 상기 사출금형의 외부와 연통되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 전극단자 제조방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 사출수지는 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리에틸렌(polyethylene, PEN), 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 전극단자 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 사출수지 수납홈은 그 양쪽단이 경사지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 전극단자 제조방법.