KR101100033B1

KR101100033B1 - 전극탭 필름 융착블럭

Info

Publication number: KR101100033B1
Application number: KR1020110006230A
Authority: KR
Inventors: 박세두; 신상기; 최경재
Original assignee: 주식회사 아이엠글로벌
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-12-29

Abstract

본 발명은 금속전극재료 상에 필름을 열융착시켜 접합 처리함에 의해 전극탭을 생산해내기 위한 전극탭 필름 융착블럭에 관한 것으로, 히터가 내장되어 히팅열을 제공하게 되는 상측 융착블럭과 하측 융착블럭으로 이루어지되; 상기 상측 융착블럭과 하측 융착블럭 각각에는 필름과 접촉하게 되는 접촉면에 형성된 실리콘층; 상기 실리콘층을 커버하도록 배치되며 융착블럭 상에 고정 배치되는 테프론시트; 을 배치 구성함으로써 금속전극재료 상에 필름을 열융착 처리시 금속전극재료의 중심부는 물론 가장자리부위에 이르기까지 필름에 고른 가압력을 부여할 수 있어 필름의 접합력을 향상시킬 수 있고, 우수한 이형특성의 발휘로 금속전극재료 상에 융착 접합되는 필름이 융착블럭의 접촉면에 달라붙는 현상을 없앨 수 있어 생산성을 증대시킬 수 있는 전극탭 필름 융착블럭에 관한 것이다.

Description

전극탭 필름 융착블럭{HEAT FUSION BLOCK FOR HEAT FUSION FILM OF ELECTRODE TAB}

본 발명은 리튬계 2차 전지에 활용되는 전극탭의 생산을 위해 금속전극재료 상에 필름을 열융착 처리하는 전극탭 필름 융착블럭에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속전극재료 상에 열융착 접합되는 필름이 융착블럭의 접촉면에 달라붙는 현상을 없앨 수 있도록 하고, 금속전극재료의 중심부위는 물론 가장자리부위에 이르기까지 고른 가압력 및 접합력을 부여할 수 있도록 함으로써 필름의 접합효율을 높일 수 있도록 한 전극탭 필름 융착블럭에 관한 것이다.

일반적으로 핸드폰, 노트북, 휴대용 개인정보 단말기(PDA) 등의 휴대용 모바일기기는 충방전이 가능한 2차 전지인 축전지가 포함된 배터리팩을 단말기의 일측면에 결합하여 사용하며, 이 배터리팩은 단말기측에 탈부착 가능하도록 구비되므로 휴대용 단말기의 휴대성과 더불어 이동성을 보장하여준다.

이와 같이, 휴대성과 이동성을 제공할 뿐만 아니라 재충전이 가능한 배터리인 2차 전지는 화학에너지와 전기에너지의 가역적인 상호변환을 통해 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지로서, 최근에는 에너지밀도가 높은 리튬계 2차 전지가 가장 많이 활용되고 있다.

이 리튬계 2차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질이 사용되는 리튬이온 전지와 고분자 전해질이 사용되는 리튬폴리머 전지로 나눌 수 있다.

도 1은 종래 일반적으로 사용되는 리튬계 2차 전지를 나타낸 개략 사시도이고, 도 2는 도 1에서 전극탭의 구성요소를 발췌해 낸 사시도로서, 리튬계 2차 전지의 구성을 개략적으로 살펴보면, 전지부(10)와, 상기 전지부(10)가 수용되는 수용공간을 갖는 파우치(20)로 이루어진다.

상기 전지부(10)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 배열된 단위 셀(unit cell) 또는 양극판, 세퍼레이터, 음극판, 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 배열된 바이 셀(bi-cell)을 전지 용량에 맞게 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 와인딩하거나 적층형(stack type)으로 다 수개를 라미네이팅하여 구성된다.

이때, 전지부(10)의 각 극판에는 전극단자인 양극 단자(11)와 음극 단자(12)의 일단이 전기적으로 접속되어 인출되어 있고, 이 양극 단자(11)와 음극 단자(12)에는 금속재질인 양극 탭(13)과 음극 탭(14)이 대응 매칭되어 그 일단이 용접 등의 방법으로 각각 연결되어 있으며, 이 양극 탭(13)과 음극 탭(14)의 타단은 외부와 통전이 가능하도록 파우치(20)의 가장자리측에 형성된 실링부(21)의 외측에 노출되도록 구비된다.

또한, 상기 양극 탭(13)과 음극 탭(14)의 각각에는 그 양면으로 필름(15)을 부착함으로써 전극탭("단자탭 또는 리드탭"으로 명칭되기도 함.)을 구성하게 되는데, 여기서 필름(15)은 파우치(20) 내에 충진되는 전해액이 누설되지 않도록 기능함과 더불어 절연기능을 발휘하게 된다.

상기 전극탭은 띠와 같은 형태로 구비된 양극 탭(13)의 금속재료(예를 들면, Al) 및 음극 탭(14)의 금속재료(예를 들면, Ni)에 그 양면으로 필름(15)을 위치시킨 다음 열원을 이용하여 융착 고정시킴에 의해 구비되는데, 이후 필요 길이로 절단하고 이를 양극 단자(11)측과 음극 단자(12)측에 용접 등의 방법으로 연결하게 된다.

덧붙여, 상기와 같이 전극탭을 양극 단자(11)측과 음극 단자(12)측에 연결한 다음에는 전지부(10)를 파우치(20)의 수용공간 내에 수납한 상태에 전해액을 충진한 후, 파우치(20)를 실링 처리하면 실링부(21)에서의 열융착에 의해 밀폐된다.

이때, 필름(15)이 부착된 양극 탭(13) 및 음극 탭(14)의 전극탭은 필름(15)이 파우치(20)의 실링부(21)측 접점부위에 개재되어 함께 열융착 실링처리에 사용됨에 의해 파우치(20) 내에 충진된 전해액이 양극 탭(13) 및 음극 탭(14)이 위치된 지점을 통하여 외부로 누출되는 현상을 방지할 수 있고, 외부의 습기가 파우치(20) 내부로 유입되는 현상을 차단할 수 있으며, 전극탭 부위에서 발생될 수 있는 단락(short)을 미연에 방지하는 기능을 발휘하게 된다.

한편, 도 3은 전극탭 구성을 위해 금속전극재료 상에 필름을 열융착 처리하는 종래 이차전지용 전극탭 필름 융착블럭을 나타낸 도면으로서, 종래 전극탭 필름 융착블럭(1)은 상측과 하측의 대응위치에 이격 배치되며 각각에 히터(미 도시됨)가 내장된 상측 융착블럭(10)과 하측 융착블럭(20)으로 이루어진다.

이때, 상기 상측 융착블럭(10)과 하측 융착블럭(20) 각각은 상하측 방향으로 직선 구동되는 실린더(미 도시됨)에 의해 승강이 제어되도록 구성된다.

상기 상하측 융착블럭(10)(20)은 금속재로 구성되며, 대부분 열전도성이 우수한 알루미늄재질로 구성된다.

부연하면, 전극탭의 기재가 되는 금속전극재료(M)가 상측 융착블럭(10)과 하측 융착블럭(20)의 사이에 위치되고 이 금속전극재료(M)의 위아래로 필름(F)이 공급되어 위치되면, 하측 융착블럭(20)이 상승하고 상측 융착블럭(10)이 하강하여 필름(F)을 금속전극재료(M)에 가압하면서 히팅열을 제공하게 된다.

이에 따라, 상하측 융착블럭(10)(20)에서 제공하는 히팅열에 의해 필름(F)이 금속전극재료(M) 상에 융착(融着) 결합되어 일체화된다.

상기 금속전극재료(M)는 알루미늄(Al) 또는 니켈(Ni)이 될 수 있으며, 필름(F)은 폴리프로필렌(PP)이 주로 사용된다.

그런데, 이와 같은 종래 전극탭 필름 융착블럭(1)을 통해 금속전극재료(M) 상에 필름(F)을 융착 처리함에 있어서는, 융착블럭(10)(20)에 의한 히팅열로 인해 필름(F)이 살짝 녹게 되는데, 이때 필름(F)이 녹으면서 필름(F)을 가압하고 있는 상하측 융착블럭(10)(20) 접촉면에 달라붙는 문제점이 있었다.

이로 인해, 필름(F)측에 미치는 가압력 해제를 위해 한쌍의 융착블럭(10)(20)을 승강시켜 원상태로 복귀 처리시 필름(F)이 융착블럭(10)(20)측에 묻어나거나 훼손되는 문제점이 유발되며, 이러한 문제점들로 융착블럭(10)(20)을 자주 교체하여야 하는 번거로움 및 비경제성이 도출됨은 물론 제품불량이 초래되고 필름이 융착된 전극탭을 리튬계 2차 전지의 제조에 활용시 상술된 필름의 기능성을 제대로 발휘하지 못하게 된다.

덧붙여, 상하측 융착블럭(10)(20)은 딱딱한 금속재로 구성됨에 의해 금속전극재료(M) 상에 미치는 가압력이 고르지 못함에 따라 금속전극재료(M)의 가장자리측에 위치된 필름(F)의 접합력이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점 등을 감안하여 안출된 것으로서, 금속전극재료 상에 열융착에 의해 접합되는 필름이 융착블럭의 접촉면에 달라붙는 현상을 없앨 수 있도록 하고, 금속전극재료의 중심부위는 물론 가장자리부위에 이르기까지 고른 가압력 및 접합력을 부여할 수 있도록 한 전극탭 필름 융착블럭을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 필름의 열융착 처리시 접합효율을 높일 수 있도록 하면서 제품불량을 극히 최소화할 수 있도록 하며 제품 신뢰성을 제고할 수 있도록 한 전극탭 필름 융착블럭을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전극탭 필름 융착블럭은, 금속전극재료 상에 필름을 열융착 처리하여 전극탭을 생산하는데 사용되는 전극탭 필름 융착블럭에 있어서,

히터가 내장되어 히팅열을 제공하게 되는 상측 융착블럭과 하측 융착블럭으로 이루어지되;

상기 상측 융착블럭과 하측 융착블럭 각각에는 필름과 접촉하게 되는 접촉면에 형성된 실리콘층; 상기 실리콘층을 커버하도록 배치되며 융착블럭 상에 고정 배치되는 테프론시트; 가 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 실리콘층은 실리콘부재를 부착하거나 또는 액상 실리콘을 코팅 처리함에 의해 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 테프론시트는 체결수단에 의해 조립하여 융착블럭 상에 고정 배치되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 필름을 열융착시켜 금속전극재료 상에 접합 처리하기 위한 융착블럭에 실리콘층과 테프론시트를 배치 구성함에 따라 금속전극재료의 중심부는 물론 가장자리부위에 이르기까지 필름에 고른 가압력을 부여할 수 있어 필름의 접합력을 향상시킬 수 있고, 우수한 이형특성의 발휘로 금속전극재료 상에 융착 접합되는 필름이 융착블럭의 접촉면에 달라붙는 현상을 없앨 수 있어 융착블럭과 필름이 훼손되는 것을 방지할 수 있으며, 필름의 열융착 처리시 접합효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 제품불량요인을 제거 및 제품불량을 극히 최소화할 수 있고 제품 신뢰성 제고는 물론 생산성을 증대시킬 수 있다.

도 1은 종래 일반적으로 사용되는 리튬계 2차 전지를 나타낸 개략 사시도.
도 2는 도 1에서 전극탭의 구성요소를 발췌해 낸 사시도.
도 3은 종래 전극탭 필름 융착블럭을 설명하기 위해 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전극탭 필름 융착블럭을 나타낸 작동 전 상태도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전극탭 필름 융착블럭을 나타낸 작동상태도.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 전극탭 필름 융착블럭(100)은 일정 폭을 갖는 띠 유형의 금속전극재료('메탈'이라 명칭하기도 함.) 상에 상하 위치된 필름을 열융착시켜 접합 처리함으로써 리튬계 2차 전지에 사용하기 위한 양극 또는 음극의 전극탭을 생산하는데 사용되는 것으로서, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 상하 대응위치에 위치하여 이격 배치되어지되 대응면이 서로 마주보도록 배치되며, 각각에 히터(미 도시됨)가 내장되어 블럭몸체의 표면을 통해 히팅열을 제공할 수 있도록 구비된 상측 융착블럭(B1)과 하측 융착블럭(B2)으로 이루어진다.

상기 상측 융착블럭(B1)과 하측 융착블럭(B2) 각각에는 융착블럭(B1)(B2) 사이에 위치되고 금속전극재료(M)의 상하에 위치되는 필름(F)과 접촉하게 되는 접촉면으로 실리콘층(110)이 형성된다.

상기 실리콘층(110)은 각 융착블럭(B1)(B2) 상에 실리콘재질로 이루어진 고상(solid state) 실리콘부재를 부착하거나 또는 액상(liquid state) 실리콘을 코팅 및 경화시킴에 의해 형성시킬 수 있다.

이와 같은 상기 실리콘층(110)은 각 융착블럭(B1)(B2)에 대해 쿠션(cushion)에 의한 완충작용으로 필름(F)을 가압시 필름이 훼손되는 것을 방지함은 물론 융착블럭(B1)(B2)과 필름(F)과의 접촉시 유연(柔軟)한 재질로 필름(F)을 가압할 수 있도록 한 것이다.

이러한 실리콘층(110)은 유연특성의 발휘로 금속전극재료(M)의 전체 면적에 걸쳐 필름(F)이 고르게 밀착되도록 가압하여주는 특성을 발휘하게 되며, 가압과 동시에 함께 제공되는 히팅열에 의해 필름(F)이 융착되면서 금속전극재료(M)에 접합 처리되는데, 이때 금속전극재료(M) 상의 중심부위는 물론 가장자리부위까지 가압력을 제공하여 필름(F)의 고른 접합을 가능하게 하며, 이를 통해 필름(F)의 접합력을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 실리콘층(110) 위에는 이 실리콘층(110)을 커버하여 보호하면서 금속전극재료(M)측에 융착 접합되는 필름(F)과의 이형 분리가 용이하게 수행되도록 테프론시트(120)가 위치되며, 각각의 융착블럭(B1)(B2) 상에 고정 배치되도록 구비된다.

이때, 상기 테프론시트(120)는 각각의 융착블럭(B1)(B2)에 부착하여 사용할 수도 있다 할 것이나, 볼트와 같은 체결수단(101)을 이용한 조립을 통해 융착블럭(B1)(B2) 상에 고정 배치함이 바람직하다.

이와 같이, 상기 실리콘층(110) 위에 고정 배치되는 테프론시트(120)는 테프론재질에 의한 구성으로 아주 뛰어난 이형성을 갖는 것으로서 이러한 물리적 특성을 통해 필름(F)과 실리콘층(110) 사이에서 뛰어난 이형성을 발휘하게 되며, 실리콘층(110)만의 구비시 융착되는 필름(F)이 실리콘층(110)에 달라붙어 접합력 불량 및 제품 불량이 발생되는 것을 사전 차단 및 예방하는 것이며, 즉 상술한 작용력을 발휘하는 실리콘층(110)을 보호하면서 융착블럭(B1)(B2)의 가압력 해제시에도 융착블럭과 필름(F)과의 이형 분리를 용이하게 지원하고 금속전극재료(M)측에 융착된 필름(F)의 접합력을 훼손함 없이 그대로 보존할 수 있게 된다.

덧붙여, 체결수단(101)을 이용하여 테프론시트(120)를 융착블럭(B1)(B2)측에 체결 조립함에 따라 교체 사용에 따른 용이성 및 경제성을 구비할 수 있을 뿐만 아니라 약간의 유동성을 발휘할 수 있어 융착되는 필름(F)과의 이형 분리에 따른 용이함을 제공할 수 있다.

부연하여, 혹시라도 히팅열을 제공하는 구조에 따라 금속전극재료(M) 상에 융착 접합되는 필름(F)이 융착블럭(B1)(B2)측에 달라붙는 등의 문제가 발생되는 경우, 종래에는 융착블럭(B1)(B2) 몸통을 통째로 교체하여 사용하거나 또는 달라붙은 필름을 제거하는 작업을 수행한 후 다시 사용하였는데, 본 발명을 통해서는 테프론시트(120)만을 교체하여 사용하면 되므로 경제성은 물론 생산성의 증대를 기대할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 치환이 이루어질 수 있다 할 것인데, 이는 본 발명의 기술적 범위에 귀속된다 할 것이다.

100: 전극탭 필름 융착블럭 110: 실리콘층
120: 테프론시트
B1: 상측 융착블럭 B2: 하측 융착블럭
M: 금속전극재료 F: 필름

Claims

금속전극재료 상에 필름을 열융착 처리하여 전극탭을 생산하는데 사용되는 전극탭 필름 융착블럭에 있어서,
히터가 내장되어 히팅열을 제공하게 되는 상측 융착블럭과 하측 융착블럭으로 이루어지되;
상기 상측 융착블럭과 하측 융착블럭 각각에는 필름과 접촉하게 되는 접촉면에 형성된 실리콘층;
상기 실리콘층을 커버하도록 배치되며 융착블럭 상에 고정 배치되는 테프론시트; 가 구비되는 것을 특징으로 하는 전극탭 필름 융착블럭.
제 1항에 있어서,
상기 실리콘층은 실리콘부재를 부착하거나 또는 액상 실리콘을 코팅 처리함에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전극탭 필름 융착블럭.
제 1항에 있어서,
상기 테프론시트는 체결수단에 의해 조립하여 융착블럭 상에 고정 배치되는 것을 특징으로 하는 전극탭 필름 융착블럭.