KR101222865B1 - 접합성 향상 음극 리드 탭 및 이를 이용한 이차전지 - Google Patents
접합성 향상 음극 리드 탭 및 이를 이용한 이차전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 접합성 향상 음극 리드 탭에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단전지 집전체와 음극 리드 탭의 접합시에 접합성과 공정성을 향상시킨 음극 리드 탭 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 음극 리드 탭 조립체는, 이차전지용 음극 리드 탭에 있어서, 음극 리드 탭의 하부의 구리가 노출되어 있는 것이고, 본 발명의 음극 리드 탭 조립체 제조방법은 부식 방지를 위하여 구리 (동박)에 니켈이 도금된 음극 리드 탭 재료를 준비하는 단계 및 상기 음극 리드 탭 재료의 하부의 도금을 제거하여 구리를 노출시키는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 접합성 향상 음극 리드 탭에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단전지 집전체와 음극 리드 탭의 접합시에 접합성과 공정성을 향상시킨 음극 리드 탭 및 그 제조방법에 관한 것이다.
리튬 이온 및 폴리머 이차전지의 용도는 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등 전자기기 분야에 널리 사용되고 있으며, 최근에 대용량 전지가 사용되는 전기 자전거, HEV, EV, PHEV 전기자동차 및 에너지 저장용으로 그 사용이 증가하고 있다.
대용량 전지로 용량이 증가되면서, 결합되는 단전지의 수가 늘어나고 그에 맞춰 전류의 양도 증가하게 되어 리드 탭의 두께와 길이가 커지므로 단전지의 음극과 음극 리드 탭 간의 더욱 큰 결합력이 요구된다.
현재 사용되고 있는 음극 리드 탭은 구리 재질의 부식을 방지하기 위하여 구리 성분의 동박에 니켈을 도금하여 사용한다.
이와 같은 니켈 도금된 동박을 단전지의 음극과 초음파 용접, 저항 용접 또는 레이져 용접으로 결합하여 단자부를 구성한다.
이 단자부에 가해지는 전류량은 대용량 전지의 경우 더욱 커지고, 최근에 이슈가 되는 전기자동차 및 에너지 저장장치의 전지는 더 큰 전류량을 필요로 하기 때문에, 단전지와 리드탭 간의 결합력은 더욱 향상되어야 한다.
부식 방지를 위하여 니켈 도금된 구리로 이루어진 음극 리드 탭을 사용하여 이차 전지를 구성하는 경우, 구리로 이루어진 단전지 집전체와 음극 리드 탭 간의 접합성에 문제가 있다. 이종 금속의 물성 차이로 접합이 곤란하고, 이차 전지 형성 후에도 결합력 저하에 따른 단락 발생의 문제점이 있다.
본 발명의 음극 리드 탭 조립체는, 이차전지용 음극 리드 탭에 있어서, 음극 리드 탭의 하부의 구리가 노출되어 있는 것이다.
본 발명의 음극 리드 탭 조립체 제조방법은 부식 방지를 위하여 구리 (동박)에 니켈이 도금된 음극 리드 탭 재료를 준비하는 단계 및 상기 음극 리드 탭 재료의 하부의 도금을 제거하여 구리를 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 음극 리드 탭을 사용하여 전지를 구성하면, 음극 리드 탭과 단전지 집전체 간의 접합성이 향상되고, 이차 전지의 사용에 있어서 단락을 방지하여 내구성 및 성능이 향상된다. 또한, 이차 전지의 제조 공정에 있어서, 단전지 집전체와 음극 리드 탭 간의 접합이 용이하여 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 음극 리드 탭의 하부의 구리가 노출되기 전후의 비교 개념도이다.
도 2는 본 발명의 음극 리드 탭을 포함하는 이차전지의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 음극 리드 탭을 포함하는 이차전지의 구성도이다.
본 발명의 음극 리드 탭은, 이차전지용 음극 리드 탭에 있어서, 음극 리드 탭의 하부의 구리가 노출되어 있는 것이다. 상기 구리가 노출된 음극 리드 탭의 하부 (2)는, 나머지 부분과 실런트 필름 (3)으로 구분되는 것일 수 있고, 상기 구리가 노출된 음극 리드 탭의 하부는 전지 조립시 전지 외장 케이스 (40) 내부에 위치하는 것일 수 있으며, 상기 음극 리드 탭의 구리가 노출된 부분 이외의 부분 (1)은 니켈 도금되어 있는 것 수 있다 (도 1).
본 발명의 이차 전지는 상기의 음극 리드 탭을 포함하는 음극 단자 (10), 양극 단자 (20), 분리막 및 전해액을 포함하는 것이다.
본 발명의 음극 리드 탭 제조방법은 부식 방지를 위하여 구리 (동박)에 니켈이 도금된 음극 리드 탭 재료를 준비하는 단계 및 상기 음극 리드 탭 재료의 하부의 도금을 제거하여 구리를 노출시키는 단계를 포함한다. 상기 음극 리드 탭 재료의 하부의 도금을 제거하여 구리를 노출시키는 단계는, 황산, 과산화수소 및 불산을 포함하는 수용액에 상기 구리에 니켈이 도금된 음극 탭 재료의 하부를 담그어 접촉시키는 것일 수 있고, 상기 수용액은 황산 5~15 wt%, 과산화수소 2~10 wt% 및 불산 2~10 wt% 혼합용액인 것일 수 있다.
리튬 이온 및 폴리머 이차전지에서 단전지 집전체와 음극 리드 탭을 접합함에 있어서, 부식방지를 위하여 동박에 니켈을 도금하여 음극 리드 탭으로 사용한다. 초음파 용접 또는 저항 용접, 레이져 용접으로 동박으로 이루어진 단전지 집전체 (4)와 니켈이 도금된 동박 음극 리드 탭을 접합하는 데 있어서, 상이한 금속 간의 접합이므로 접합성이 떨어지고 이차 전지 구성 후에도 과도한 전류의 흐름 때문에 단락의 원인이 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 니켈이 도금된 동박 음극 리드 탭 하부의 니켈 도금을 제거하여 동박을 노출시킴으로써, 단전지 집전체의 동박과 노출된 음극 리드 탭의 동박 간 접합이 일어나도록 하여, 접합력을 향상시키는 것이다. 동일한 물질 간의 접합이므로 접합 조건이 완화되고 접합성이 향상되어 이차 전지의 성능 및 품질 안정화를 추구할 수 있다.
이하 실시예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 이는 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
음극 리드 탭 재료의 하부의 도금을 제거하여 구리를 노출시키기 위하여 황산, 과산화수소 및 불산을 포함하는 수용액에 상기 구리에 니켈이 도금된 음극 탭 재료의 하부를 담그어 접촉시켰다. 본 실시예에 사용된 수용액으로는 황산 10 wt%, 과산화수소 8 wt% 및 불산 8 wt% 혼합 수용액을 사용하였다. 이를 사용하여 니켈층을 제거하고 구리를 노출하였다. 노출된 동박 리드탭에 동박 집전체를 초음파 용접으로 접합하였다. 리드탭과 집전체로 구성된 단전지를 외장재를 사용하고 전해액 주입 후 전지를 구성하였다 (도 2).
이하 상기 실시예를 통하여 제조된 본 발명의 음극 리드 탭의 성능을 평가하였다.
성능 평가 1
| 10 매 | 20 매 | 30 매 | 40 매 | 50 매 | |
| 니켈 도금 리드 탭 | ○ | △ | X | X | X |
| 하부 동박 노출 리드 탭 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
리튬 이온 및 폴리머 이차전지에 사용되는 음극 리드 탭 45 mm (width) * 0.2 mm (thickness)와 동박 단전지 집전체 50 mm (width) * 0.01 mm (thickness)를 매수에 따라 초음파 용접 (20 kHz)하였다. 접합 상태를 확인한 결과 (표 1 참조), 본 발명에 따른 동박 노출 리드 탭은 50 매까지 단전지 집전체의 동박에 붙어있는 걸 확인하였고, 종래와 같이 니켈 도금된 음극 리드 탭을 사용하였을 때는 단전지 동박이 16 매 정도까지만 붙어있는 것을 확인하였다.
성능 평가 2
단전지 동박 15매를 기준으로 리드 탭과 초음파 용접 (20 kHz)을 하여 전해액내에 온도 (80 ℃)와 기간에 따른 용접강도를 확인하였다.
| 5일 | 10일 | 15일 | 20일 | |
| 니켈 도금 리드 탭 | 7 | 7 | 6 | 6 |
| 하부 동박 노출 리드 탭 | 7 | 7 | 7 | 7 |
상기 표 2에서 보는 것과 같이 본 발명의 하부의 동박이 노출된 음극 리드 탭이 강도 면에서도 우수한 것을 확인할 수 있었다.
1 : 니켈 도금된 음극 리드 탭 상부
2 : 구리 (동박)가 노출된 음극 리드 탭 하부
3 : 실런트 필름
4 : 단전지 집전체
10 : 음극
20 : 양극
30 : 단전지
40 : 외장 케이스
2 : 구리 (동박)가 노출된 음극 리드 탭 하부
3 : 실런트 필름
4 : 단전지 집전체
10 : 음극
20 : 양극
30 : 단전지
40 : 외장 케이스
Claims (8)
- 전지 외장 케이스,
음극 리드 탭을 포함하는 음극단자,
양극단자, 그리고
동박 단전지 집전체를 포함하고,
상기 음극 리드 탭은 구리에 니켈이 도금된 것으로, 실런트 필름으로 구분되는 상기 음극 리드 탭의 하부는 니켈이 제거되어 구리가 노출되어 있는 것이고,
상기 음극 리드 탭의 하부는 상기 전지 외장 케이스의 내부에 위치하는 것이며,
상기 음극 리트 탭의 구리가 노출된 부분 이외의 부분은 니켈 도금되어 있는 것인 이차전지. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 부식 방지를 위하여 구리 (동박)에 니켈이 도금된 음극 리드 탭을 준비하는 단계; 및
상기 음극 리드 탭의 하부의 도금을 제거하여 구리를 노출시키는 단계
를 포함하고,
상기 음극 리드 탭의 하부의 도금을 제거하여 구리를 노출시키는 단계는, 황산, 과산화수소 및 불산을 포함하는 수용액에 상기 구리에 니켈이 도금된 음극 탭 의 하부를 담그어 접촉시키는 것인 음극 리드 탭 제조방법. - 삭제
- 제6항에 있어서, 상기 수용액은 황산 5~15 wt%, 과산화수소 2~10 wt% 및 불산 2~10 wt% 혼합용액인 것인 음극 리드 탭 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20060033146A (ko) * | 2004-10-14 | 2006-04-19 | 주식회사 엘지화학 | 단자특성이 개선된 이차전지 |
| JP2006252855A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Hitachi Vehicle Energy Ltd | 大電流放電用薄形二次電池及び電池モジュール |
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