KR101119832B1 - 2차 전지의 전극단자, 이를 구비한 2차 전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

2차 전지의 전극단자, 이를 구비한 2차 전지 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내식성과 내전해액성이 우수하고, 열융착된 절연성 밀봉필름과의 접착강도를 개선하여 전지 내부에서 전해액이 노출된 상태에서도 전해액이 외부로 유출되거나 대기 수분이 외부에서 유입되는 것을 방지할 수 있는 2차 전지의 전극단자를 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은 2차 전지의 전극 조립체의 전극판으로부터 연장된 전극탭과 접속된 2차 전지용 전극단자에 있어서, 상기 전극단자는, 코어부와, 상기 코어부의 표면에 형성된 2원계 니켈합금 박막을 구비하는 2차 전지용 전극단자를 제공한다.
따라서, 본 발명은 니켈을 주성분으로 하는 니켈합금 박막을 이용하여 전극단자를 제조함으로써 내식성과 내전해액성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 전기전도도를 향상시켜 허용 전류량을 높이고, 이를 통해 고부하특성을 갖는 대용량의 2차 전지를 구현할 수 있다.

Description

2차 전지의 전극단자, 이를 구비한 2차 전지 및 그의 제조방법{ELECTRODE TERMINAL OF SECONDARY BATTERY, FABRICATION METHOD THEREOF AND SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}
본 발명은 전극단자, 2차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전해액이 외부로 유출되거나 외부의 수분이 전지 내부로 유입되는 것을 방지함과 동시에 허용 전류량이 높아 전지의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 파우치형 2차 전지의 전극단자, 이를 구비한 2차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 세계적인 고유가 추세에 대응하여 신에너지 자원 또는 신재생에너지 기술 개발이 활발하게 추진되고 있으며, 이에 더하여 이산화탄소 배출에 따른 지구 온난화 현상을 감소시키기 위한 규제가 심화되고 있는 실정이다. 이러한 상황에서 전 세계 자동차 회사들은 고유가 및 환경규제강화를 통한 친환경 정책 등에 대응하기 위하여 높은 에너지 효율과 저공해의 차세대 자동차 개발에 전력을 다하고 있다.
전지의 종류에는 충전된 에너지를 단순히 사용하고 버리는 1차 전지와 수회 충전하여 재사용이 가능한 2차 전지로 구별할 수 있다. 2차 전지로는 니켈전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지 등이 있다. 이중 리튬 이온 2차 전지는 에너지 밀도가 높고, 작동 전압, 출력, 수명 등에서 다른 2차 전지에 비해 많은 장점을 지니고 있는 반면, 이온상태의 액체 전해질을 사용하기 때문에 안전성이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 리튬 이온 2차 전지의 단점을 보완하고 개선한 리튬 폴리머 2차 전지의 성장세가 활발하다. 리튬 이온 2차 전지는 액체 전해질을 사용하기 때문에 전해액이 새어 나오는 것을 막고, 폭발의 위험성을 덜기 위해 알루미늄 캔을 포장 재질료 사용한다. 이에 반해, 리튬 폴리머 2차 전지는 겔(gel)형 또는 소량의 액체 전해질을 사용하기 때문에 누액의 염려가 적어 포장재로 알루미늄 파우치를 사용할 수 있다.
도 1은 일반적인 파우치형 리튬 2차 전지의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 파우치형 리튬 2차 전지(10)는 전극 조립체(20)와, 음극단자(14) 및 양극단자(15)로 이루어진 전극단자와, 전극 조립체(20)를 수납하는 전지 케이스(40)를 구비한다.
도 2의 (a)와 같이, 전극 조립체(20)는 양극판(22)/세퍼레이터(24)/음극판(26)이 순차적으로 배열된 단위 셀(28) 또는 도 2의 (b)와 같이, 양극판(21)/세퍼레이터(23)/음극판(25)과, 세퍼레이터(23)/양극판(21)/세퍼레이터(23)/음극판(25)의 순차적으로 배치된 바이 셀(27)을 전지 용량에 맞게 다수 개 적층시킨 구조를 가진다.
도 1에 도시된 바와 같이, 양극판(21, 22)은 일측부로부터 양극탭(16)이 각각 인출되어 있고, 음극판(26, 25) 또한 일측부로부터 음극탭(18)이 각각 인출되어 있다. 양극탭(16)과 음극탭(18)의 일단은 각각 양극단자(15) 및 음극단자(14)와 용접 등의 방법으로 각각 접속되어 있으며, 양극단자(15)와 음극단자(14)의 양면에는 전극단자의 단축방향으로 소정 길이로 연장된 절연성 밀봉필름(17)이 각각 부착된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 포장재(40)는 전극 조립체(20)가 수납되는 수납부(32)와 전해액 주입 후 진공 밀봉되어 수납부(32)의 기밀을 유지시켜 주는 밀봉부(34)를 구비한다. 양극단자(15) 및 음극단자(14)가 밀봉부(34)와 만나는 접점부위에는 절연성 밀봉필름(17)이 개재되어 열융착되며, 이에 따라 서로 접합되어 전해액(도시되지 않음)이 수납부(32)로부터 외부로 누출되는 것을 방지하고 외부의 수분이 내부로 유입되는 것을 차단하며, 전극탭 부위에서 발생될 수 있는 단락(short)을 방지한다.
종래기술에 따른 파우치형 리튬 2차 전지의 양극단자(15)는 알루미늄으로 제조되고, 음극단자(14)는 니켈로 제조된다. 양극단자(15)의 재료인 알루미늄은 20℃에서의 고유저항이 2.733p로 매우 낮으나, 음극단자(14)의 재료인 니켈은 고유저항이 7.500p으로 상대적으로 매우 높아, 소정량 이상의 전류를 흘려주게 되면 음극단자(14)에서 발열이 크게 일어나 전지의 열적 안정성을 해치게 된다. 따라서, 고부하특성을 갖는 대용량의 2차 전지를 제조하기 위해서는 음극단자(14)의 허용 전류량을 높여야 한다.
이러한 열적 안정성 문제를 해결하기 위하여 고유저항이 1.726p로 상대적으로 매우 우수한 전기 전도율을 가지고 있는 구리를 이용하여 음극단자를 제조하려는 시도가 있었다. 그러나, 음극단자를 구리로 제조하는 경우 부식이 일어나 전지의 수명이 단축되며, 치명적인 성능 열화를 초래할 수 있을 뿐만 아니라, 절연성 밀봉필름과 음극단자 사이의 접착 강도가 불량하여 전해액이 외부로 유출되거나 외부의 수분이 유입되어 전지의 성능이 열화되는 문제점이 있다. 이는 구리 특유의 표면특성에 기인하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 2차 전지 제조에 사용시 전기 전도도가 불량하여 전지의 대용량화에 한계가 있다는 단점에도 불구하고, 양면에 절연성 밀봉필름이 부착된 구리로 이루어진 음극단자가 계속하여 사용되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 다음과 같은 목적들이 있다.
첫째, 본 발명은 내식성과 내전해액성이 우수한 2차 전지의 전극단자를 제공하는데 그 목적이 있다.
둘째, 본 발명은 열융착된 절연성 밀봉필름과의 접착강도를 개선하여 전지 내부에서 전해액이 노출된 상태에서도 전해액이 외부로 유출되거나 대기 수분이 외부에서 유입되는 것을 방지할 수 있는 2차 전지의 전극단자를 제공하는데 다른 목적이 있다.
셋째, 본 발명은 전기전도도를 향상시켜 허용 전류량을 높이고, 이를 통해 고부하특성을 갖는 대용량의 2차 전지를 구현할 수 있는 2차 전지의 전극단자를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
넷째, 본 발명은 열융착된 절연성 밀봉필름과의 접착강도를 개선하여 전지 내부에서 전해액이 노출된 상태에서도 전해액이 외부로 유출되거나 대기 수분이 외부에서 유입되는 것을 방지할 수 있는 전극단자의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
다섯째, 본 발명은 우수한 전기전도도를 가지며, 고내식성 및 고내전해액성을 갖는 전극단자를 구비하여 신뢰성이 향상된 2차 전지를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 전극 조립체의 전극판으로부터 연장된 전극탭과 접속된 2차 전지용 전극단자에 있어서, 상기 전극단자는, 코어부와, 상기 코어부의 표면에 형성된 2원계 니켈합금 박막을 구비하는 2차 전지용 전극단자를 제공한다.
바람직하게, 상기 니켈합금 박막은 니켈-크롬(Ni-Cr)합금 박막, 니켈-인(Ni-P)합금 박막 또는 니켈-철(Ni-Fe)합금 박막 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
바람직하게, 상기 니켈합금 박막은 니켈에 첨가되는 금속의 함유량이 전체 함유량에서 15%~30%을 차지할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 전극 조립체와, 상기 전극 조립체의 음극판으로부터 연장된 음극탭과, 상기 음극탭과 접속된 음극단자와, 상기 전극 조립체의 양극판으로부터 연장된 양극탭과, 상기 양극탭과 접속된 양극단자를 구비하고, 상기 음극단자는, 코어부와, 상기 코어부의 표면에 형성된 2원계 니켈합금 박막을 구비하는 2차 전지를 제공한다.
바람직하게, 상기 니켈합금 박막은 니켈-크롬(Ni-Cr)합금 박막, 니켈-인(Ni-P)합금 박막 또는 니켈-철(Ni-Fe)합금 박막 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
바람직하게, 상기 니켈합금 박막은 니켈에 첨가되는 금속의 함유량이 전체 함유량에서 15%~30%을 차지할 수 있다.
바람직하게, 상기 음극단자 또는 양극단자는 상기 전극 조립체를 감싸는 전지 케이스와 마주하는 융착부분이 플라즈마 전해 산화법(Plasma Electrolytic Oxidation,PEO)으로 산화처리될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 또 다른 측면에 따른 본 발명은 전극 조립체의 전극판으로부터 연장된 전극탭과 접속된 2차 전지용 전극단자의 제조방법에 있어서, 코어부의 표면에 묻어 있는 이물질과 유기물을 제거하는 전해탈지공정을 실시하는 단계와, 상기 코어부의 표면의 거칠기를 주어 전착력을 높이기 위해 산세공정을 실시하는 단계와, 상기 코어부의 표면에 니켈합금 박막을 형성하는 단계를 포함하는 2차 전지용 전극단자 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 니켈합금 박막은 니켈-크롬(Ni-Cr)합금 박막, 니켈-인(Ni-P)합금 박막 또는 니켈-철(Ni-Fe)합금 박막 중 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 코어부의 표면에 니켈합금 박막을 형성하는 단계 후, 상기 니켈합금 박막의 표면을 플라즈마 처리(plasma treatment)하여 접착력을 향상시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 니켈합금 박막을 이용하여 전극단자를 제조함으로써 내식성과 내전해액성을 향상시킬 수 있다. 또한, 전기전도도를 향상시켜 허용 전류량을 높이고, 이를 통해 고부하특성을 갖는 대용량의 2차 전지를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전극단자의 표면을 플라즈마 처리함으로써 전극단자와 열융착된 절연성 밀봉필름과의 접착강도를 개선시켜 전지 내부에서 전해액이 노출된 상태에서도 전해액이 외부로 유출되거나 대기 수분이 외부에서 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전극단자의 융착부분을 플라즈마 전해 산화법(Plasma Electrolytic Oxidation,PEO)으로 산화피막처리함으로써 전극단자와 열융착된 절연성 밀봉필름과의 접착강도를 개선시켜 전지 내부에서 전해액이 노출된 상태에서도 전해액이 외부로 유출되거나 대기 수분이 외부에서 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 리튬 2차 전지의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2a는 일반적인 리튬 2차 전지의 단위셀 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2b는 일반적인 리튬 2차 전지의 바이셀 구조를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 일반적인 리튬 2차 전지의 포장재의 밀봉부와 음극단자가 접합된 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지의 음극단자를 확대하여 도시한 사시도.
도 6은 도금전류 및 시간에 따른 니켈-크롬합금 박막 두께를 설명하기 위하여 도시한 도면.
도 7은 도금전류 및 시간에 따른 니켈-크롬합금 박막의 표면성분 분석결과를 도시한 도면.
도 8은 도금전류 및 시간에 따른 니켈-크롬합금 박막의 표면 거칠기(RMS)를 도시한 도면.
도 9는 니켈-크롬합금 박막에 대한 내식성 성능을 평가하기 위한 염수분무시험 결과를 도시한 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 그리고, 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함(또는, 구비)한다' 및/또는 '포함(또한, 구비)하는'으로 언급된 구성 요소 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 여기서는 설명의 편의를 위해 일례로 파우치형 2차 전지를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지를 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 2차 전지의 전극단자를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지(110)는 전극판을 포함하는 전극 조립체(150)와, 전극판으로부터 인출된 전극탭과 접속된 전극단자(122, 124)를 구비한다.
전극단자(122, 124)는 음극단자(124)와 양극단자(122)를 포함한다. 음극단자(124)는 전극 조립체(150)의 음극판(도시되지 않음)으로부터 인출된 음극탭(124-1)과 접속되고, 양극단자(122)는 전극 조립체(150)의 양극판(도시되지 않음)으로부터 인출된 양극탭(도시되지 않음)과 접속된다. 음극단자(124)와 양극단자(122)는 서로 동일 방향으로 신장되어 이격 배치되거나 다른 방향으로 배치될 수 있으며, 각 단자의 선단부분은 전지 케이스(도시되지 않음)에 의해 밀봉되지 않고 외부로 돌출된다.
전극단자(122, 124)는 구리판으로 이루어진 코어부(124b)와, 코어부(124b)의 표면에 형성된 2원계 니켈합금 박막(124a)을 구비한다. 니켈합금 박막(124a)은 니켈을 주성분으로 하고, 니켈에 전이금속 원소들 중 어느 하나의 원소를 첨가하여 형성할 수 있다. 전이금속 원소로는 내식성과 내전해액성이 우수한 크롬(Cr), 인(P) 또는 철(Fe) 중 선택된 어느 하나의 원소를 사용한다. 더욱 바람직하게는 크롬(Cr)을 사용한다. 크롬(Cr)은 니켈(Ni)에 비해 내식성이 우수하고, 크롬과 합금되는 경우 니켈(Ni) 단일 원소로 이루어진 전극단자에 비해 납땜 특성이 우수하여 융착특성을 향상시킬 수 있다.
니켈합금 박막(124a)은 전체 함유량에서 니켈 함유량이 60% 내지 90%를 차지하도록 형성한다. 바람직하게는 75% 내지 85%를 차지하도록 형성한다. 또한, 니켈합금 박막(124a)은 니켈에 첨가되는 금속의 함유량이 전체 함유량에서 10% 내지 30%를 차지하도록 형성한다. 바람직하게는 15% 내지 25%을 차지하도록 형성한다. 또한, 니켈합금 박막(124a)의 두께는 전기전도도를 확보하고, 2차 전지 제조 공정에서 탭 벤딩시 크랙이 일어나는 것을 방지하기 위하여 비교적 얇게 형성한다. 바람직하게는 0.5㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성한다. 더욱 바람직하게는 1㎛ 내지 3㎛의 두께로 형성한다.
니켈합금 박막(124a)은 전극단자의 전면에 형성되거나 전지 케이스의 테두리와 마주하는 융착부분에만 형성될 수 있다. 니켈합금 박막(124a)은 전기도금 또는 무전해도금에 의해 구리판으로 이루어진 코어부(124b)에 직접 형성하거나 별도의 제조방법을 통해 미리 제조된 니켈합금을 코어부(124b)의 표면에 저온합판하여 제조할 수도 있다.
니켈합금 박막(124a)의 표면은 적절한 열처리 또는 표면처리를 통해 절연성 밀봉필름(132)과의 접착성을 향상시킬 수 있다. 이때, 표면처리는 플라즈마 처리일 수 있다.
전극단자에 있어서, 전지 케이스와 마주하는 융착부분은 밀착성을 높이기 위하여 산화피막 처리하는 것이 바람직하다. 이때, 산화피막 처리는 애노다이징, 황산법 또는 크롬산법 등으로 실시할 수 있으나, 바람직하게는 플라즈마 전해 산화법(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)으로 실시한다. 플라즈마 전해 산화법은 전해액 내에 코팅 피사체를 침지한 상태에서 그 표면에 제한적인 플라즈마 방전을 유도한 후, 그 에너지를 이용하여 그 표면을 산화피막으로 변이시켜 극도로 치밀하고 밀착성이 매우 우수한 산화피막을 얻을 수 있는 경제적이면서도 친환경적인 산화방법이다.
플라즈마 전해 산화법은 애노다이징과 제조 과정면에서는 유사하다. 하지만, 애노다이징과 비교하여 훨씬 더 무해한 알칼리 전해질을 사용하기 때문에 보다 친환경적이며 교류전압을 이용하여 훨씬 더 강하면서도 가벼운 코팅 표면을 얻을 수 있다는 이점이 있다. 잘알려진 바와 같이, 애노다이징과 크롬산법 등은 공정 과정에서 강한 산을 사용하거나 유독한 가스를 배출하는 등 환경문제가 심각하지만 플라즈마 전해 산화법은 무연, 무취, 무독성이기 때문에 세계 친환경 기준에 부합한다.
니켈합금 박막(124a)이 도금된 전극단자는 음극단자(124)로 사용되는 것이 바람직하며, 이때, 양극단자(122)는 알루미늄(Al) 또는 니켈(Ni)을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 양극단자(122)에서 융착부분은 니켈 또는 니켈합금 박막이 더 형성될 수도 있다.
음극단자(124)를 구성하는 코어부(124b)는 구리판으로 형성함에 따라 허용 전류량이 충분히 높게 되어 전지의 열적 안정성 문제를 해결할 수 있다. 또한, 절연성 밀봉필름(132)과 접착되는 부분, 즉 융착부분은 니켈합금 박막(124a)이 형성됨에 따라 구리만을 이용하여 음극단자를 제조함에 따른 접착강도 불량의 문제는 더 이상 발생되지 않는다.
본 발명에 따른 전극단자를 이용하여 음극단자를 구성하는 경우에는 절연성 밀봉필름(132)과 접착하는 부분이 니켈합금 박막이 형성되어 있기 때문에 구리로만 이루어진 종래기술에 따른 음극단자에 비해 접착강도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전해액이 외부로 유출되는 문제를 원천적으로 방지할 수 있다. 또한, 종래기술에 따른 음극단자에서는 구리판의 부식이 일어나지만, 본 발명에서는 구리판이 니켈합금 박막으로 덮혀지기 때문에 구리판이 부식되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
구리판은 통상적으로 음극단자의 두께에 따라 결정되며, 예를 들어 50㎛ 내지 500㎛의 두께로 형성할 수 있다. 구리판의 표면을 덮는 니켈합금 박막의 두께가 지나치게 얇으면 균일성이 저하되어 구리판의 표면이 노출될 수 있고, 전술한 바와 같이 그 두께가 지나치게 두꺼우면 2차 전지 제조 공정에서 탭 벤딩시 크랙이 일어날 수 있다.
구리판에 니켈합금 박막 대신에 니켈 박막을 형성하여 음극단자를 제조하여 음극단자의 허용 전류량을 높이고 열적 안정성을 확보할 수는 있다. 그러나, 니켈 박막을 형성하는 경우에는 내식성과 내전해액성이 미흡하여 외부의 열악한 환경에 노출이 심한 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 전지와 같은 대용량 전지에 사용할 수 없다.
절연성 밀봉필름(132)은 열융착시 음극단자(124)와 양호한 접착강도를 유지할 수 있는 것이라면 모두 사용이 가능하다. 예를 들어, 절연성 밀봉필름(132)은 변성 폴리프로필렌, 변성 폴리에틸렌과 같은 변성 폴리올레핀 등 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전극단자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 코어부(124b)의 표면에 묻어 있는 이물질과 유기물을 제거하는 전해탈지공정을 실시한다. 그런 다음, 코어부(124b)의 표면의 거칠기를 주어 전착력을 높이기 위해 산세공정을 실시한다. 그런 다음, 코어부(124b)의 표면에 니켈합금 박막을 형성한다. 코어부(124b)의 표면에 니켈합금 박막을 형성하는 단계 후, 니켈합금 박막의 표면을 플라즈마 처리(plasma treatment)하여 접착력을 향상시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
니켈합금 박막은 니켈-크롬(Ni-Cr)합금 박막, 니켈-인(Ni-P)합금 박막 또는 니켈-철(Ni-Fe)합금 박막 중 선택된 어느 하나로 형성한다. 이때, 니켈-크롭합금 박막은 니켈과 3가 크롬(Cr3)을 합금하여 형성한다. 6가 크롬(Cr6)을 사용하는 경우, 환경적으로 문제가 될 수 있음으로 3가 크롬(Cr3)을 첨가물로 사용하는 것이 바람직하다.
도 4에서 미설명된 '140'은 알루미늄 파우치를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.
실시예
8cm×5cm의 크기를 갖는 구리기판에 전기도금법을 이용하여 니켈-크롬합금 박막을 형성하였다.
니켈-크롬합금 박막 제조 조건은 다음과 같다.
1. 제이염크롬(CrCl3) : 0.4M
2. 포름산암모늄(Ammonium formate) : 0.6M
3. 아세트산나트늄(Sodium acetate) : 0.2M
4. 염화암모늄(Ammonium chloride) : 1.5M
5. 염화칼륨(Potassium chloride) : 0.5M
6. 붕산(Boric acid) : 0.7M
7. 브롬화암모늄(Ammonium bromide) : 0.1M
8. 로릴황산나트늄(Sodium dodecyl sulfate) : 0.2g/L
9. NiCl2?6H2O
10. 온도 : 30±3℃
11. Cr 농도 : Ni 농도 = 0.4M : 0.1M
12. 양극 : Ni plate
13. 도금조 크기 : 500ml
니켈-크롬합금 박막의 두께는 도금전류와 시간을 조절하여 최적의 조건을 선택하였다.
도 6은 도금전류 및 시간에 따른 니켈-크롬합금 박막 두께를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 6에서 'A'는 도금전류(암페어)를 나타내고, 'm', 's'는 도금시간(분, 초)을 나타낸다. 도 6에 도시된 바와 같이, 니켈-크롬합금 박막 두께는 도금전류와 시간의 증감에 따라 변화하였으나, 대략 1㎛ 내지 5㎛ 범위 내에서 증감하는 것을 알 수 있었다.
도 7은 도금전류 및 시간에 따른 니켈-크롬합금 박막의 표면성분 분석결과를 도시한 도면이다. 도 7에서 'A'는 도금전류(암페어)를 나타내고, 'm', 's'는 도금시간(분, 초)을 나타낸다.
도 7에서 표면성분분석은 EDS(Energy Dispersive x-ray Spectroscopy)로 분석하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 표면성분 분석결과 표면에서 크롬(Cr)의 중량비(wt%)가 가장 높은 도금조건은 '6A_2m', '6A_3m', '8A_3m'로 나타난 것을 알 수 있다.
도 6 및 도 7을 토대로 니켈-크롬합금 박막의 두께 및 표면성분분석결과를 종합적으로 고려하여 본 발명의 실시예에서는 도금조건을 '6A_2m~3m', '8A_2m~3m'으로 선택하였다.
도 8은 도금전류 및 시간에 따른 니켈-크롬합금 박막의 표면 거칠기(RMS)를 도시한 도면이다. 도금조건은 '6A_2m', '6A_3m', '8A_2m', '8A_3m'로 선택하여 실시하였으며, 각 조건에 대한 표면 거칠기를 측정하였다. 도 8에 도시된 바와 같이, 니켈-크롬합금 박막의 표면 거칠기는 도금전류와 도금시간이 높을수록 증가하는 것을 알 수 있다.
도 9는 니켈-크롬합금 박막에 대한 내식성 성능을 평가하기 위한 염수분무시험 결과를 도시한 도면이다.
염수분무시험은 KSD9502에 의거하여 24시간 단위로 72시간 침지하는 방식으로 실시하였다. 시험조건은 분사환경온도는 35℃로 하고, 염수농도는 5%로 하여 염화나트륨 스프레이(NaCl spray)를 이용하여 실시하였으며, 48시간 및 72시간 동안 측정하였다.
샘플 A(48hr) A-1(72hr) F(48hr) F-1(72hr) G(48hr) G-1(72hr) L(48hr) L-1(72hr)
전류
(A)		 6A(2.4V) 6A(2.4V)
 6A(2.4V)
 6A(2.4V)
 8A(2.8V)
 8A(2.8V)
 8A(2.8V)
 8A(2.8V)
시간
(m)		 2m 2m 3m 3m 2m 2m 3m 3m
도 9에 도시된 샘플들의 도금조건은 표 1과 같다. 도 9에 도시된 바와 같이 72시간 측정결과 모든 샘플에서 부식된 곳이 존재하지 않고 깨끗한 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 따라서, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
110 : 2차 전지
122 : 양극단자
124 : 음극단자
124a : 니켈합금 박막
124b : 코어부
124-1 : 음극탭
132 : 절연 밀봉필름

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체의 음극판으로부터 연장된 음극탭, 상기 음극탭과 접속되는 음극단자, 상기 전극 조립체의 양극판으로부터 연장된 양극탭 및 상기 양극탭과 접속된 양극단자를 구비한 2차 전지에 있어서,,
    상기 음극 단자는,
    구리판으로 구성된 코어부; 및
    상기 코어부의 표면에 형성된 2원계 니켈합금 박막을 포함하고,
    상기 음극단자 또는 양극단자는 상기 전극 조립체를 감싸는 전지 케이스와 마주하는 융착부분이 플라즈마 전해 산화법(Plasma Electrolytic Oxidation,PEO)으로 산화처리되는 2차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 니켈합금 박막은 니켈-크롬(Ni-Cr)합금 박막, 니켈-인(Ni-P)합금 박막 또는 니켈-철(Ni-Fe)합금 박막 중 선택된 어느 하나인 2차 전지.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 니켈합금 박막은 니켈에 첨가되는 금속의 함유량이 전체 함유량에서 15%~30%을 차지하는 2차 전지.
  7. 삭제
  8. 전극 조립체의 전극판으로부터 연장된 전극탭과 접속된 2차 전지용 음극단자의 제조방법에 있어서,
    구리(Cu)판으로 이뤄진 코어부의 표면에 묻어 있는 이물질과 유기물을 제거하는 전해탈지공정을 실시하는 단계;
    상기 코어부의 표면의 거칠기를 주어 전착력을 높이기 위해 산세공정을 실시하는 단계;
    상기 코어부의 표면에 니켈합금 박막을 형성하는 단계; 및
    접착력을 향상시키기 위해 상기 니켈합금 박막의 표면을 플라즈마 처리(plasma treatment)하는 단계를 포함하는 2차 전지용 음극단자 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 니켈합금 박막은 니켈-크롬(Ni-Cr)합금 박막, 니켈-인(Ni-P)합금 박막 또는 니켈-철(Ni-Fe)합금 박막 중 선택된 어느 하나로 형성하는 2차 전지용 음극단자의 제조방법.

  10. 삭제
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