KR101581424B1 - 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 이차전지 및 그 제조방법이 개시된다. 상기 이차전지는, 전극 조립체와, 전극 조립체를 밀봉하도록 실링부가 형성된 전지 케이스와, 전극 조립체와 전기적으로 연결되며 실링부를 통하여 전지 케이스의 외부로 인출되는 리드 단자와, 리드 단자의 플라즈마 처리된 표면상에 부착된 리드 단자 필름을 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극 조립체로부터 외부로 인출되는 리드 단자와, 리드 단자 상에 부착되어 리드 단자와 전지 케이스 간의 밀봉을 담당하는 리드 단자 필름 간의 결합 강도가 향상되는 이차전지 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 전극 조립체로부터 외부로 인출되는 리드 단자와, 리드 단자 상에 부착되어 리드 단자와 전지 케이스 간의 밀봉을 담당하는 리드 단자 필름 간의 결합 강도가 향상되는 이차전지 및 그 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급증하고 있다. 최근에는 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지원으로 전기 자동차, 하이 브리드 자동차의 용도로도 활발한 연구개발이 진행되고 있다.
이러한 이차전지는, 발전소자로서의 전극 조립체로부터 인출되어 충, 방전 전력의 전류 패스를 형성하는 리드 단자를 포함한다. 상기 리드 단자는 인산염 처리, 크로메이트 처리를 하고 있으나, 인산염 처리는 철강소재에 주로 사용되는 방법이며, 비철 금속의 리드 단자에 적용할 경우, 리드 단자와 절연 필름 간의 접착력이 내전해질 시험 후에 약화되는 단점이 있고, 크로메이트 처리는 내전해질 시험 후에도 어느 정도의 접착력을 유지하지만, 크롬의 총량 규제(6가 크롬은 환경규제인 RoHS의 규제를 받음)로 인하여 산업적인 제약이 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 전극 조립체로부터 외부로 인출되는 리드 단자와, 리드 단자 상에 부착되어 리드 단자와 전지 케이스 간의 밀봉을 담당하는 리드 단자 필름 간의 결합 강도가 향상되는 이차전지 및 그 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이차전지는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 밀봉하도록 실링부가 형성된 전지 케이스;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 실링부를 통하여 전지 케이스의 외부로 인출되는 리드 단자; 및
상기 리드 단자의 플라즈마 처리된 표면상에 부착된 리드 단자 필름;을 포함한다.
예를 들어, 상기 리드 단자의 표면은 O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상, 또는 O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상과 불활성 기체의 혼합 가스를, 플라즈마화되는 원료가스로 사용하는 진공 플라즈마 처리될 수 있다.
예를 들어, 상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리 압력은 1torr 이하로 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리시간은 60초 이하로 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자 필름은 폴리올레핀, 폴리올레핀 공중합체 및 변성 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자는 알루미늄, 구리, 또는 니켈을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 전지 케이스는, 금속 박의 내측과 외측에 각각 제1, 제2 절연층이 형성된 라미네이트 시트를 포함하고,
상기 라미네이트 시트의 최 내측에는 상기 실링부를 형성하는 열 융착층이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자 필름은 상기 열 융착층과 접합을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지의 제조방법은,
플라즈마 처리를 통하여 리드 단자의 표면을 개질하는 단계;
상기 개질된 리드 단자의 표면에 리드 단자 필름을 부착하는 단계; 및
상기 리드 단자 필름이 부착된 리드 단자를 사이에 개재하고, 전극 조립체를 수용한 제1, 제2 케이스를 서로 마주하는 방향으로 접합시키는 단계;를 포함한다.
예를 들어, 상기 플라즈마 처리에서는, O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상, 또는 O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상과 불활성 기체의 혼합 가스를, 플라즈마화되는 원료가스로 사용하는 진공 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리 압력은 1torr 이하로 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리시간은 60초 이하로 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자 필름의 부착 단계에서는, 제1 온도로 가열되는 가접 및 제2 온도로 가열되는 진접이 수행되며,
제1 온도 보다 제2 온도가 더 높게 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 가접에서는 리드 단자 필름을 직접 가열하고,
상기 진접에서는 상기 리드 단자를 직접 가열할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자는 알루미늄, 구리, 또는 니켈을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 리드 단자 필름은 폴리올레핀, 폴리올레핀 공중합체 및 변성 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 처리를 통하여 표면 개질된 리드 단자 상에 리드 단자 필름을 부착함으로써, 리드 단자와 리드 단자 필름 간의 접착 강도를 높일 수 있다. 이에 따라, 리드 단자와 리드 단자 필름 간의 박리로 인한 전해질이나 휘발성 가스의 누출 및 외부 이물질의 침투에 의한 전해질의 변질을 막을 수 있다.
본 발명에서는 크로메이트 처리나 인산염 처리와 같은 오염물질의 배출이 없는 플라즈마 공정을 적용함으로써, 환경 규제에 구애됨이 없이 산업 전반에 광범위하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 일부에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV 부분에 대한 확대 도면이다.
도 5는 리드 단자의 표면처리를 위한 플라즈마 처리장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리드 단자 처리장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 일부에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV 부분에 대한 확대 도면이다.
도 5는 리드 단자의 표면처리를 위한 플라즈마 처리장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리드 단자 처리장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 이차전지에 대해 설명하기로 한다. 도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차전지의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 일부에 대한 분해 사시도가 도시되어 있다. 그리고, 도 3에는 도 1의 III-III 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 IV 부분에 대한 확대 도면이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상기 이차전지는 전극 조립체(180), 전극 조립체(180)로부터 연장되는 전극탭(170)들과, 상기 전극탭(170)들과 전기적으로 연결되어 있는 리드 단자(190) 및 상기 전극 조립체(180)를 수용하는 전지 케이스(110)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 전극 조립체(180)는 세퍼레이터(160)가 개재된 상태에서, 제1 전극판(151)과 제2 전극판(152)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있으며, 예를 들어, 소정 크기로 절취한 제1 전극판(151), 세퍼레이터(160), 제2 전극판(152)이 차례대로 적층된 스택형 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 스택형 전극 조립체(180)에서는 제1 전극판(151), 제2 전극판(152) 등의 전극판(150)의 적층 수를 늘리는 것에 의해 용이하게 전지 용량을 증대시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(180)는 방전용량을 증대시키기 위해, 여러 장의 제1 전극판(151) 및 여러 장의 제2 전극판(152)을 이용하여 적층하거나 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152)의 면적을 확대시킬 수 있다.
다만, 상기 전극 조립체(180)는, 예시된 바와 같은 적층형 구조에 한정되지 않으며, 예를 들어, 시트 형상의 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152) 사이에 세퍼레이터(160)를 개재하여 롤 형태로 권취한 권취형 구조로 형성될 수도 있음은 물론이다.
상기 전극판(150)은 전극 집전체(150a)의 표면에 활물질을 도포하여 형성될 수 있으며, 전극 집전체(150a)와, 전극 집전체(1150a)의 적어도 일면에 형성된 활물질층(150c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 전극판(151,152)은 각각 양극판 및 음극판으로 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 제1 전극판(151)은 양극 집전체와 양극 집전체의 적어도 일면에 형성된 양극 활물질층을 포함하고, 상기 제2 전극판(152)은 음극 집전체와, 음극 집전체의 적어도 일면에 형성된 음극 활물질층을 포함한다.
상기 전극판(150)의 가장자리에는 활물질층(150c)이 형성되지 않은 무지부(150b)가 형성될 수 있다. 상기 무지부(150b)에는 전극탭(170)이 전기적으로 연결될 수 있으며, 무지부(150b)를 통하여 제1 전극판(151) 및 제2 전극판(152)에는 각각 제1 전극탭(171) 및 제2 전극탭(172)이 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 무지부(150b)에 대한 전극탭(170)의 결합은 저항용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등에 의해 이루어질 수 있다.
상기 전극탭(170)은 전도성이 우수한 금속소재로 형성될 수 있고, 예를 들어, 제1, 제2 전극탭(171,172)은 각각 양극탭 및 음극탭으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 전극탭(171)은 알루미늄이나 니켈 등의 금속소재로 형성되며, 제2 전극탭(172)은 구리나 니켈 등의 금속소재로 형성될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 서로에 대한 적층된 각 전극판(150)들로부터 인출되는 전극탭(170)들은 서로에 대해 중첩되고, 밀집된 형태의 전극탭(170)들은 리드 단자(190)와 전기적으로 연결된다. 전극탭(170)과 결합부를 형성하며 일체적으로 연장된 리드 단자(190)는 전지 케이스(110)의 외부로 인출될 수 있다. 예를 들어, 전극탭(170)과 리드 단자(190)는 초음파 용접 등의 방법으로 결속될 수 있다.
상기 리드 단자(190)는 일군의 제1 전극탭(171)들과 결합부를 형성하며 제1 전극탭(171)으로부터 연장되는 제1 리드 단자(191)와, 일군의 제2 전극탭(172)과 결합부를 형성하며 제2 전극탭(172)으로부터 연장되는 제2 리드 단자(192)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 리드 단자(191,192)는, 제1, 제2 전극탭(171,172)과 같은 동종의 금속소재로 형성될 수 있으며, 알루미늄, 구리, 니켈 등의 금속소재로 형성될 수 있다. 이하에서, 리드 단자(190)란, 상기 제1, 제2 리드 단자(191,192)를 포괄적으로 통칭하거나, 또는 제1, 제2 리드 단자(191,192) 중의 어느 한 리드 단자를 지칭할 수도 있다. 상기 리드 단자(190)는 전극 조립체(180)와 전기적으로 연결되며 전지 케이스(110)의 외부로 인출될 수 있다.
상기 전지 케이스(110)는 전극 조립체(180)를 수용하는 수용공간(S)을 제공하며, 전극 조립체(110)를 외부환경으로부터 절연시키고 보호하는 기능을 한다. 상기 전지 케이스(110)는 전극 조립체(180)를 수용하는 수용공간(S)을 형성하는 제1, 제2 케이스(111,112)를 포함할 수 있으며, 전극 조립체(180)를 개재하여 제1, 제2 케이스(111,112)를 서로 마주하게 접합시킴으로써 전극 조립체(180)가 밀봉될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1, 제2 케이스(111,112)의 서로 마주하는 실링부(111a,112a)의 열 융착을 통하여 내부의 전극 조립체(180) 및 전해질(미도시)이 밀봉될 수 있다. 상기 전지 케이스(110)는 리드 단자(190)의 적어도 일부가 노출되도록 전극 조립체(180) 및 전해질(미도시)을 밀봉할 수 있다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 상기 전지 케이스(110)는 금속 박(115)의 양면에 수지시트(116,117)를 적층시킨 외장재를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄 적층시트를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전지 케이스(110)는, 금속 박(115)을 포함하고, 금속 박(115)의 내외측으로 절연층(116,117)이 형성된 적층체 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 박(115)은 성형성이 우수한 알루미늄이나 구리 등의 금속 소재로 형성될 수 있다. 이러한 금속 소재들은 가스에 대한 베리어 특성을 제공할 수 있다.
상기 금속 박(115)의 내측과 외측에는 각각 제1, 제2 절연층(116,117)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 절연층(116,117)은 고온의 작동 환경과 외부의 습기와 충격에도 불구하고 금속 박(115)이 외부로 노출되지 않도록 금속 박(115)을 견고하게 감싸 보호해줄 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 절연층(116,117)으로는, 흡습성이 낮고 내열성이 우수하며 충분한 강도와 접어 구부림이 유연한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름이나 나일론 필름 등으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 절연층(116)으로는 접착의 안전성이나 관통 강도에서 우수한 나일론 필름을 사용하고, 제2 절연층(117)으로는 흡습성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하는 등, 상기 제1, 제2 절연층(116,117)은 요구되는 특성에 따라 서로 다른 이종 소재로 형성될 수도 있다. 상기 금속 박(115)과 제1, 제2 절연층(116,117) 사이에는 이들 간의 결합을 매개하는 접착층(119)이 형성될 수 있다.
상기 전지 케이스(110)의 최 내측에는, 열 융착층(118)이 형성될 수 있다. 상기 열 융착층(118)은, 제1, 제2 케이스(111,112) 간에 겹쳐지도록 배치되어 서로에 대해 열 융착됨으로써, 전지 케이스(110)의 실링부(111a,112a)를 형성할 수 있다. 상기 열 융착층(118)은, 제1, 제2 케이스(111,112) 간의 상호 결합을 위해 서로 간에 높은 접착 강도를 갖는 것이 바람직하다.
상기 전지 케이스(110)의 내부에 수용된 전극 조립체(180)로부터 인출되는 리드 단자(190)는, 실링부(111a,112a)를 관통하여 외부로 인출될 수 있다. 이때, 전지 케이스(110)의 최 내측에 형성된 열 융착층(118)은, 리드 단자(190) 상에 형성된 리드 단자 필름(193)과 높은 접착 강도를 갖는 것이 바람직하다.
상기 열 융착층(118)은 제1, 제2 케이스(111,112) 간의 상호 결합을 위해 서로 간에 높은 접착 강도를 갖고, 특히 리드 단자 필름(193)과도 높은 접착 강도를 갖는 것이 바람직하다. 이는 제1, 제2 케이스(111,112) 간의 박리, 그리고, 제1 케이스(111)와 리드 단자 필름(193) 간의 박리, 또는 제2 케이스(112)와 리드 단자 필름(193) 간의 박리를 방지하고, 전해질의 누출과 외부 이물질의 침투를 차단하기 위한 것이다. 예를 들어, 상기 열 융착층(118)은 리드 단자 필름(193)과 친화력이 우수한 동종 소재로 형성될 수 있다. 동종 재질 간의 접착은 서로에 대한 친화도가 우수하므로, 접착 강도 면에서 유리하기 때문이다. 예를 들어, 상기 열 융착층(118)은, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀으로 형성될 수 있다.
상기 리드 단자(190)는 전극 조립체(180)로부터 연장되며, 전지 케이스(110)를 가로질러 전지 케이스(110)의 외부로 인출된다. 이때, 상기 리드 단자(190)는 전지 케이스(110)와 절연된 상태로, 전지 케이스(110)와 교차하며 외부로 인출될 수 있다. 전지 케이스(110)와 리드 단자(190) 사이에는 이들 간의 밀봉을 위한 리드 단자 필름(193)이 개재될 수 있다.
상기 리드 단자 필름(193)은 리드 단자(190) 상에 형성될 수 있으며, 리드 단자(190)의 연장방향을 따라 전지 케이스(110)와의 교차 부분에 형성될 수 있다. 리드 단자(190)와 전지 케이스(110) 간의 교차 부분에서는, 리드 단자(190)와 전지 케이스(110)가 리드 단자 필름(193)을 개재하여 서로 접하게 된다.
상기 리드 단자 필름(193)은 리드 단자(190)와 전지 케이스(110)가 서로 긴밀하게 접하게 함으로써 전지 케이스(110)를 밀봉하는 기능을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 단자 필름(193)은 열 융착에 의해 리드 단자(190)와 전지 케이스(110) 사이를 밀봉할 수 있고, 이에 따라 전지 케이스(110) 내부에 수용된 전해질의 누출을 막고, 외부 이물질의 침투를 차단하는 밀봉 기능을 수행할 수 있다.
상기 리드 단자 필름(193)은, 리드 단자(190) 상에 형성되어 리드 단자(190)와 전지 케이스(110) 사이를 밀봉한다. 상기 리드 단자 필름(193)은 고온의 작동 환경에서도 내부의 전해질이 누출되지 않도록 높은 접착 강도로 리드 단자(190) 상에 부착될 것이 요구된다. 예를 들어, 리드 단자 필름(193)이 리드 단자(190)로부터 박리되면, 전해질이나 휘발성 가스가 외부로 누출되고, 외부 이물질의 침투로 인한 전해질의 변질 문제가 야기된다. 따라서, 상기 리드 단자 필름(193)은 고온의 작동 환경과 전해질 접촉으로 인한 부식 환경에서도 적정의 베리어 특성을 유지하는 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 상기 리드 단자(190)의 표면은 리드 단자 필름(193)과의 접착 강도를 높이기 위해 플라즈마 처리로 표면 개질된다.
후술하는 바와 같이, 도 4에 도시된 리드 단자 필름(193)은 플라즈마 처리를 통하여 표면 개질된 전극 리드(190)와 강한 결합을 이루게 되는데, 전극 리드(190)의 표면이 친수성으로 개질되어, 리드 단자 필름(193)의 친수성 관능기와 강한 결합을 이루게 된다.
전극 조립체(180)로부터 인출되는 리드 단자(190)는 전지 케이스(110)의 실링부(111a,112a)에 단차를 형성하며, 상기 리드 단자 필름(193)은 리드 단자(190)의 단차 형상을 기밀하게 밀봉할 수 있는 스텝 커버리지(step coverage)를 가질 수 있다.
상기 리드 단자 필름(193)은 리드 단자(190) 상에 접착될 수 있고, 리드 단자(190)의 둘레를 둘러싸도록 접착되거나, 또는 리드 단자(190)의 상면 및 하면으로부터 양 방향으로 부착되어 리드 단자(190)의 측면까지 감싸도록 접착될 수 있다. 리드 단자 필름(193)이 부착된 리드 단자(190)를 개재하고 제1, 제2 케이스(111,112)를 서로 마주하게 접합시킴으로써, 그러니까, 제1, 제2 케이스(111,112)의 서로 마주하는 실링부(111a,112a)의 열 융착을 통하여 내부의 전극 조립체(180)가 밀봉될 수 있다. 이때, 상기 리드 단자 필름(193)은 전지 케이스(110)의 최 내측 열 융착층(118)과 용융 접합을 형성할 수 있고, 이로써, 리드 단자 필름(193)과 전기 케이스(110) 간의 밀봉이 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 리드 단자(190)의 플라즈마 처리를 포함한다. 여기서, 플라즈마 처리는, 리드 단자(190)와 리드 단자 필름(193) 간의 접착 강도가 증대되도록 리드 단자(190)의 표면을 개질하는 표면처리공정으로, 리드 단자(190)의 표면에 접착력을 부여하기 위한 것이다. 플라즈마는, 전기 전도성을 가진 이온화된 기체 에너지 상태를 의미할 수 있고, 일반적으로 이온화 상태의 이온과 전자 그리고 중성 입자와 활성 입자들이 공존함으로써 다양한 반응을 만들어낼 수 있다.
본 발명에서는 리드 단자 필름(193)의 부착에 앞서서, 리드 단자(193)의 표면을 진공 플라즈마 처리를 통하여 표면 개질함으로써, 표면 결합력을 높이고 있다. 여기서, 진공 플라즈마 처리는 수십 Pa 이하의 진공 상태를 유지하는 반응용기 내에서 플라즈마 처리한 것이다. 보다 구체적으로, 상기 플라즈마 처리는 O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상, 또는 O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상과 불활성 기체의 혼합 가스를, 플라즈마화되는 원료가스로 사용하는 진공 플라즈마 처리로 수행될 수 있다.
도 5는 리드 단자(190)의 표면처리를 위한 플라즈마 처리장치를 모식적으로 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 플라즈마 처리장치는, 진공 상태를 유지하는 반응용기(301) 안에 플라즈마화되는 원료가스를 도입하기 위한 가스 도입 장치(330)와, 고주파 전원(350)에 의해 고주파 전압이 인가되면 고주파 전계를 발생하여, 원료가스를 플라즈마화하는 플라즈마 헤드(310)를 포함할 수 있다. 그리고, 플라즈마 헤드(310) 하방으로는, 리드 단자(190)가 놓인 지지대(320)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 접지를 제공하는 지지대(320)와 플라즈마 헤드(310) 간의 고주파 전계에 의해 플라즈마가 생성되면, 생성된 플라즈마는 지지대(320) 상의 전극 리드(190) 표면에 소정의 반응을 일으키게 된다.
이와 같이 구성된 플라즈마 처리장치에서는, 반응용기(301) 외부의 고주파 전원(350)으로부터 고주파 전압이 인가되면, 플라즈마 헤드(310)를 통하여 고주파 전계가 발생되며 고주파 전계에 의해 반응용기(301) 안으로 도입되는 O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상 또는 이들과 불활성 기체의 혼합 가스인 원료가스가 플라즈마화되며, 생성된 플라즈마는 지지대(320) 상에 놓인 리드 단자(190)의 표면상으로 분출된다.
본 발명의 플라즈마 처리에서는, 전극 리드(190)를 플라즈마 처리장치의 지지대(320) 상에 위치시킨 후, 진공펌프(348)를 가동하고 반응용기(301)와 연결된 배기관(341)을 통하여 수십 Pa 수준의 진공 상태로 감압한다.
그리고, 반응용기(301) 내부로 원료가스를 주입하는데, 예를 들어, 원료가스 도입관(331) 상에 설치된 가스 조절 밸브(335)를 열어 가스용기(338)에 수용된 원료가스를 반응용기(301) 내부, 예를 들어, 플라즈마 헤드(310) 주변으로 도입한다. 그리고 고주파 전압을 인가함으로써, 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 처리를 수행한다.
마지막으로 플라즈마 처리가 완료되면, 진공펌프(348)의 가동을 중지하고 리크 밸브(345)를 열어 반응용기(301) 내로 공기를 주입하여 대기압이 되면, 반응용기(301)를 열어 플라즈마 처리된 리드 단자(190)를 밖으로 끄집어내게 된다.
예를 들어, 알루미늄 소재의 리드 단자(190) 표면에는 Al2O3의 산화 피막이 존재하게 된다. 그리고, O2, H2O, Ar, NH3 및 N2O 중 1종 이상 또는 이들과 불활성 기체의 혼합 가스를 원료가스로 하는 플라즈마 방전을 일으키면 플라즈마 에너지에 의해 리드 단자 표면의 Al2O3의 결합이 끊어지며 O-라디칼이 생성되고, 반응성이 강한 O-라디칼과 대기 중의 수분이 반응하거나, 또는 반응성이 강한 O-라디칼과 H2O 원료가스(또는 플라즈마)와 반응함으로써, 리드 단자(190)의 표면에 하이드록시기(-OH)와 같은 친수성의 관능기가 형성되며, 이렇게 형성된 친수성 관능기는 리드 단자 필름(193)의 친수성 관능기와 반응하며 강한 결합을 형성하게 된다.
예를 들어, 원료가스로 O2 가스를 사용하는 플라즈마 처리에서는 플라즈마 에너지에 의해 리드 단자(190) 표면의 Al2O3의 결합이 끊어지고, 리드 단자(190)의 표면에 O-라디칼이 존재하게 된다. 그리고, 반응용기(301) 내로 공기가 주입되면, 반응성이 강한 O-라디칼과 수분이 반응하여 리드 단자(190)의 표면에 하이드록시기(-OH)와 같은 친수성의 관능기가 형성되며, 이렇게 형성된 친수성 관능기는 리드 단자 필름(193)의 친수성 관능기와 반응하며 강한 결합을 형성하게 된다.
예를 들어, 원료가스로 H2O 가스를 사용하는 플라즈마 처리에서는 진공 플라즈마 처리 중에, 리드 단자(190)의 표면에 하이드록시기(-OH)와 같은 친수성의 관능기가 형성되며, 이렇게 형성된 친수성 관능기는 리드 단자 필름(193)의 친수성 관능기와 반응하며 강한 결합을 형성하게 된다.
플라즈마 처리에 의해 리드 단자(190)의 표면에 형성된 하이드록시기(-OH)와 같은 친수성의 관능기는 리드 단자 필름 표면의 친수성 관능기와 반응하고 리드 단자(190)와 리드 단자 필름(193)은 강한 결합을 형성하게 된다.
상술한 바와 같이, 플라즈마 처리된 리드 단자(190) 상에 리드 단자 필름(193)이 형성되면, 리드 단자 필름(193)은 잘 벗겨지지 않는다. 이렇게 리드 단자(190)로부터 리드 단자 필름(193)이 벗겨지지 않는 힘을 박리 강도(peel strength, N/mm)로 나타낼 수 있다.
아래의 표 1은, 플라즈마 처리 조건에 따른 내전해질 박리 시험 결과를 나타낸다.
| 인가전압/처리시간 | 5초 | 10초 | 30초 | 60초 |
| 65W/mm2 | 박리 | 박리 | 박리 | 박리 |
| 130W/mm2 | 박리 | 10.8~20.2N/15mm | 15.4~29.1N/15mm | 10.2~31.5N/15mm |
| 195W/mm2 | 20.8~29.5N/15mm | 29.4~39.7N/15mm | 36.8~55.9N/15mm | 22.1~51.5N/15mm |
| 260W/mm2 | 24.6~33.8N/15mm | 32.9~44.2N/15mm | 23.9~40.1N/15mm | 14.3~42.0N/15mm |
| 325W/mm2 | 30.1~41.8N/15mm | 38.2~52.9N/15mm | 박리 | 박리 |
| 455W/mm2 | 37.1~47.8N/15mm | 33.5~45.5N/15mm | 박리 | 박리 |
박리 시험을 위하여, 플라즈마 처리된 리드 단자(190) 위에 리드 단자 필름(193)을 부착하고, 85도 고온의 전해질 속에 24시간 침지시킨 후에, 인장시험기를 이용하여 박리 테스트(peel test)를 수행하였다.
이때, 플라즈마 처리된 리드 단자(190) 위에 리드 단자 필름(193)을 열 융착시키는데, 150도 고온에서 3초간 0.4MPa의 압력을 가하는 가접을 수행한 다음에, 200도 고온에서 3초간 0.4MPa의 압력을 가하는 진접을 수행함으로써, 리드 단자(190) 위에 리드 단자 필름(193)을 열 융착시켰다.
그리고, 리드 단자 필름(193)이 형성된 리드 단자(190)의 양단을 인장시험기에 물리고, 양단 간의 인장력을 증가시키면서 리드 단자 필름(193)이 박리될 때의 인장 강도, 즉, 박리 강도를 측정하였다. 참고로, 박리 강도의 표시에서, "/15mm" 는 리드 단자(190)의 폭이 15mm 임을 표시하는 것이다.
리드 단자(190)는 진공 플라즈마 처리하였고, 플라즈마화되는 원료가스로는 O2 가스를 사용하였다. 각 처리 조건에서 진공 플라즈마의 인가전압은 단위 면적 당의 파워(W/mm2)로 나타내었다. 그리고, 각 인가전압에 대해, 각각 서로 다른 플라즈마 처리시간을 적용하였으며, 처리 압력은 50mtorr를 사용하였다.
진공 플라즈마의 인가전압이 65W/mm2에서는, 5초~60초로 처리시간을 변화시키더라도, 충분한 박리 강도를 얻을 수 없으며 실질적으로 인장력의 인가 없이도, 리드 단자 필름(193)이 바로 박리됨을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 진공 플라즈마의 인가전압은 적어도 65W/mm2 보다는 큰 것이 바람직하다.
진공 플라즈마의 인가전압이 130W/mm2에서는, 5초의 처리시간에서는 리드 단자 필름이 바로 박리되지만, 10초 이상의 처리시간에서는 어느 정도의 인장력까지는 견딜 수 있음을 알 수 있다. 진공 플라즈마의 인가전압이 195W/mm2에서는, 5초의 처리시간에서도 어느 정도까지의 인장력을 견딜 수 있음을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 진공 플라즈마의 인가전압은 적어도 130W/mm2 이상, 더욱 바람직하게 195W/mm2 이상인 것이 선호될 수 있다.
진공 플라즈마의 인가전압이 260W/mm2에서는, 5초~60초의 다양한 처리시간에서 어느 정도의 인장력을 견딜 수 있으며, 인장력의 인가 없이 리드 단자 필름(193)이 바로 박리되지 않는다. 그러나, 진공 플라즈마의 인가전압이 325W/mm2에서는, 30초 이상의 처리시간에서 실질적으로 인장력의 인가 없이도, 리드 단자 필름(193)이 바로 박리됨을 알 수 있다. 유사하게, 진공 플라즈마의 인가전압이 455W/mm2에서도 30초 이상의 처리시간에서 실질적으로 인장력의 인가 없이도, 리드 단자 필름(193)이 바로 박리됨을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 진공 플라즈마의 인가전압은 적어도 325W/mm2 미만, 보다 바람직하게는 260W/mm2 이하인 것이 선호된다. 처리시간을 고려하지 않더라도(처리시간과 무관하게), 인장력의 인가 없이 리드 단자 필름(193)이 바로 박리되는 것을 피하기 위해서는, 진공 플라즈마의 인가전압은 195W/mm2 이상이고 260W/mm2 이하로 설정되는 것이 바람직하다(195W/mm2~260W/mm2).
플라즈마 처리시간이 상대적으로 짧을 때, 예를 들어, 5초나 10초의 처리시간에서는, 대체로 인가전압이 증가할수록 박리 강도가 높아지는 경향을 보이지만, 플라즈마 처리시간이 상대적으로 길 때, 예를 들어, 30초나 60초의 처리시간에서는, 대체로 인가전압이 증가할수록 박리 강도가 높아지다가, 적정 인가전압보다 커지면, 인가전압이 증가함에 따라 박리 강도가 오히려 떨어짐을 알 수 있다. 예를 들어, 30초 이상의 처리시간에서는, 195W/mm2에서 최대의 박리 강도가 관찰된다는 것이다.
결론적으로, 진공 플라즈마의 인가전압 및 처리시간을 통괄하여 이들을 플라즈마 처리 강도로 볼 때, 플라즈마 처리 강도가 높다고 하여 박리 강도가 높은 것은 아니며, 플라즈마 처리 강도를 적정 수준으로 유지하는 것이 바람직하다는 것이다.
전극 리드(190)와 리드 단자 필름(193) 간의 접착 강도는, 전극 리드(193)의 표면 결합력이 관건이며, 단순히 플라즈마 처리 강도를 높임으로써 전극 리드(190)의 표면에 플라즈마 반응층을 두껍게 형성한다고 하여 접착 강도가 증가되지는 않는다. 예를 들어, O2를 원료가스로 하는 플라즈마 처리에서 인가전압과 처리시간을 적정 수준 보다 과대하게 설정하면, 전극 리드(190)의 표면에 산화 피막이 두껍게 형성됨으로써, 표면 활성도, 그러니까 표면 결합력이 오히려 떨어지게 된다는 것이다. 이러한 이유로 단순히 플라즈마 처리 강도에 비례하여 박리 강도가 증가하지 않으며, 플라즈마 처리 강도를 적정 수준으로 유지하는 것이 리드 단자(190)의 표면 결합력을 높일 수 있고, 처리비용 및 공정시간을 고려할 때 바람직하다.
한편, 플라즈마 처리시간이 30초 이상에서는 인가전압이 작거나 크거나 어느 한편으로 치우칠 때, 리드 단자 필름이 바로 박리됨을 알 수 있다. 즉, 플라즈마 처리시간이 30초 이상에서, 인가전압이 65W/mm2으로 작을 때와, 325W/mm2으로 클 때에도 실질적으로 인장력 없이도 리드 단자 필름이 박리된다. 플라즈마 처리시간을 높이기 위해서는 그만큼 원가 상승의 부담이 되고 공정시간이 지연된다는 점에서, 플라즈마 처리시간은 30초 미만, 보다 바람직하게, 10초 이하로 제한되는 것이 선호된다.
예를 들어, 광범위한 인가전압에서 어느 정도의 인장력을 견딜 수 있기 위해서는, 플라즈마 처리시간은 5초 초과이면서 30초 미만인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게, 5초 초과이면서 10초 이하인 것이 선호된다. 예를 들어, 플라즈마 처리시간이 10초일 때, 인가전압이 65W/mm2 보다 크기만 하면, 리드 단자 필름(193)이 바로 박리되는 것을 피할 수 있고, 다른 처리시간에서보다 광범위한 인가전압에서 리드 단자 필름(193)의 무부하 박리를 피할 수 있다.
플라즈마 처리의 인가전압과 처리시간을 함께 고려할 때, 인가전압 455W/mm2에서는 처리시간 5초에서 최대의 박리 강도가 얻어지며, 인가전압 260W/mm2~325W/mm2에서는 처리시간 10초에서 최대의 박리 강도가 얻어진다. 인가전압 130W/mm2~195W/mm2에서는 30초에서 최대의 박리 강도가 얻어진다. 이렇게 인가전압이 증가함에 따라 상대적으로 짧은 처리시간에서 최대의 박리 강도가 얻어지는 것은, 앞서 설명된 바와 같이, 인가전압과 처리시간을 통괄하여 플라즈마 처리 강도로 볼 때, 플라즈마 처리 강도에 비례하여 박리 강도가 증가하는 것이 아니며, 플라즈마 처리 강도를 적정 수준으로 유지하는 것이 바람직하기 때문이다.
앞에서 상술한 상기 플라즈마 처리 조건에 따른 내전해액 박리 실험 결과는 동일한 구조의 플라즈마 처리장치에서 동일한 고주파 전원과 동일한 원료가스를 사용한 경우에 해당되는 결과이며, 구조, 전원 및 가스의 종류가 다르면 처리 조건을 달리해야 한다.
표 2는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 내전해질 박리 시험 결과를 나타낸다.
| 침지시간 | 60초 | 120초 | 180초 | 240초 |
| 박리 강도 | 26~43N/15mm 37~47N/15mm |
34~51N/15mm 41~50N/15mm 37~51N/15mm |
34~49N/15mm 26~44N/15mm |
31~40N/15mm 31~41N/15mm 37~46N/15mm |
| 균일성 | 중앙부분 미융착 발견 | 모서리 부분 미융착 발견 | N/A | 중앙부분, 모서리 부분 미융착 발견 |
상기 비교예에서는 크로메이트 처리 용액을 이용하여 리드 단자의 표면에 크로메이트 피막을 형성한다. 보다 구체적으로, 크로메이트 처리 용액에 리드 단자를 침지하여 일정시간 경과시킨 후 180도 고온에서 2분간 건조시킨다. 그런 다음, 리드 단자 위에 리드 단자 필름을 부착하고, 85도 고온의 전해액 속에 24시간 동안 침지시킨 다음에, 인장시험기를 이용하여 박리 테스트를 수행하였다.
이때, 크로메이트 처리된 리드 단자 위에 리드 단자 필름을 열 융착시키는데, 150도 고온에서 3초간 0.4MPa의 압력을 가하는 가접을 수행한 다음에, 200도 고온에서 3초간 0.4MPa의 압력을 가하는 진접을 수행함으로써, 리드 단자 위에 리드 단자 필름을 열 융착시켰다.
그리고, 리드 단자 필름이 형성된 리드 단자의 양단을 인장시험기에 물리고, 양단 간의 인장력을 증가시키면서 리드 단자 필름이 박리될 때의 인장 강도, 즉, 박리 강도를 측정하였다. 참고로, 박리 강도의 표시에서, "/15mm" 는 금속박의 폭이 15mm 임을 표시하는 것이다.
표 2에서 볼 수 있듯이, 크로메이트 용액의 침지 시간이 증가함에 따라 대체로 박리 강도가 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 크로메이트 처리된 리드 단자의 박리 강도는 표 1에 나타난 플라즈마 처리된 리드 단자의 박리 강도와 유사한 값을 나타낸다.
그러나, 상기 크로메이트 처리에서는 6가 크롬과 같은 유해물질의 생성에 따라 환경오염을 야기하게 되므로, 엄격한 환경 규제(RoHS)를 받게 되며, 크롬의 총량 규제와 같은 산업적인 제한이 있고, 폐수 처리 등의 후처리 문제가 발생된다.
본 발명에서는 플라즈마 처리를 적용함으로써 오염 가스나 폐수 등이 발생되지 않는 친환경적인 처리 기술을 제공할 수 있다. 환언하면, 상기 리드 단자의 표면처리공정으로 열과 화학약품을 사용하는 인산염이나 크로메이트 처리를 고려할 수 있으나, 이러한 화학적 방식에서는 작업시 악취 및 부유물의 수질오염 등과 같은 환경문제, 물과의 반응에 의한 폭발 위험성 등의 문제가 있으므로, 본 발명에서는 물리적인 방식, 즉, 건식 방식인 플라즈마 처리 방법을 적용한 것이다.
한편, 표 1 및 표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 플라즈마 처리시간이 비교예의 크로메이트 처리시간에 비해 획기적으로 짧은 시간이 소요됨을 알 수 있다. 그만큼 공정시간의 단축과 높은 생산성을 기대할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 리드 단자 처리장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
상기 리드 단자 처리장치는, 롤-투-롤 방식으로 공급되는 리드 단자의 모재(m)를 수용하여 플라즈마 표면 처리와, 리드 단자 필름(f)의 부착을 연속적으로 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 리드 단자 처리장치는, 리드 단자의 모재(m)가 권취된 언와인더(451)와, 상기 언와인더(451)로부터 인출되어 가공처리가 완료된 리드 단자의 모재(m)를 다시 롤 형태로 되감는 리와인더(452)의 쌍을 양쪽 끝단으로 하고, 상기 언와인더(451)와 리와인더(452) 사이에는 연속적으로 공급되는 리드 단자의 모재(m)를 수용하여 플라즈마 처리 및 리드 단자 필름(f)의 부착을 수행하기 위한 장치들이 개재되어 있다. 상기 언와인더(451)와 리와인더(452) 사이에는 진행방향으로 리드 단자의 모재(m)를 가이드하는 이송 롤러(455, 또는 접지 롤러 412)들이 배치될 수 있다.
플라즈마 처리장치(410)는, 고주파 전원(415)에 의해 고주파 전압이 인가되면 고주파 전계를 발생하여, 원료가스를 플라즈마화하는 플라즈마 헤드(411)를 포함하고, 플라즈마 헤드(411)와 리드 단자의 모재(m)를 이송시키는 접지 롤러(412) 사이에서 발생되는 플라즈마에 의해 리드 단자의 모재(m)를 표면 처리할 수 있다.
리드 단자 필름 공급장치(420)는 리드 단자 필름(f)이 임시로 부착되어 있는 이송필름을 롤-투-롤 방식으로 공급하기 위한 한 쌍의 필름 언와인더(421)와 필름 리와인더(422)를 포함하고, 연속적으로 공급되는 이송필름으로부터 낱장 형태의 리드 단자 필름(f)을 분리해내기 위한 분리기(425)를 포함하고, 이송필름으로부터 분리된 리드 단자 필름(f)을 부착 및 픽업하여 리드 단자의 모재(m) 상에 안착시키기 위한 흡착노즐(428)을 포함할 수 있다. 상기 흡착노즐(428)은 픽업 위치에서 낱장의 리드 단자 필름(f)을 픽업하여 리드 단자의 모재(m) 상에 안착시킨다. 후술하는 바와 같이, 리드 단자의 모재(m) 상에 안착된 리드 단자 필름(f)은 후술하는 가접 및 진접 장치(430,440)를 통하여 리드 단자의 모재(m) 상에 열 융착될 수 있다.
상기 가접 장치(430)는 내부에 발열수단(435)이 내장되어 있는 가압 프레스(431)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 리드 단자의 모재(m) 상으로 리드 단자 필름(f)을 가압하는 가압 프레스(431) 내에 발열수단(435)이 설치됨으로써, 가압과 가열이 동시에 이루어질 수 있으며, 프레스 압력과 함께 소정의 열을 함께 적용함으로써, 리드 단자 필름(f)이 리드 단자의 모재(m) 상에 열 융착되도록 한다. 예를 들어, 상기 리드 단자 필름(f)은 용융된 상태 또는 반용융된 상태로 리드 단자의 모재(m) 상에 부착될 수 있다.
상기 가접 장치(430)는 리드 단자의 모재(m)가 운반되는 이송경로를 사이에 두고 서로 마주하게 배치되어 있는 가압 프레스(431)와 지지대(432)를 포함하며, 리드 단자 필름(f)이 가압 프레스(431)와 지지대(432) 사이로 진입하기를 기다렸다가 간헐적으로 가접을 수행할 수 있다. 이때, 상기 가압 프레스(431)는 리드 단자 필름(f)에 대면 접촉하여 소정의 열을 가하면서 동시에, 리드 단자 필름(f)을 모재(m)에 대해 가압한다. 예를 들어, 상기 가접에서는, 140~160도의 온도로 0.1~1.0MPa의 압력을 가하는데, 후술하는 바와 같이, 진접(180~240도) 보다는 상대적으로 낮은 온도로 가열되므로, 저 융점의 리드 단자 필름(f)에 대해 곧바로 대면 접촉하여 가열하더라도 리드 단자 필름(f)이 완전히 용융되어 흘러내리는 등의 문제가 야기되지 않는다.
유사하게, 상기 진접 장치(440)는 내부에 발열수단(445)이 내장되어 있는 가압 프레스(441)를 포함할 수 있으며, 프레스 압력과 함께 소정의 열을 함께 적용함으로써, 리드 단자 필름(f)이 전극 단자의 모재(m) 상에 열 융착되도록 할 수 있다.
상기 진접 장치(440)는 리드 단자의 모재(m)가 운반되는 이송경로를 사이에 두고 서로 마주하게 배치되어 있는 가압 프레스(441)와 지지대(442)를 포함하며, 리드 단자 필름(f)이 가압 프레스(441)와 지지대(442) 사이로 진입하기를 기다렸다가 간헐적으로 진접을 수행할 수 있다. 이때, 상기 가압 프레스(441)는 리드 단자의 모재(m)에 대면 접촉하여 소정의 열을 가하면서 동시에, 리드 단자의 모재(m)를 리드 단자 필름(f)에 대해 가압한다. 예를 들어, 상기 진접에서는, 180~240도의 온도로 0.1~1.0MPa의 압력을 가하는데, 가접(140~160도) 보다는 상대적으로 높은 온도로 가열되므로, 저 융점의 리드 단자 필름(f)이 아닌 리드 단자의 모재(m)에 대해 대면 접촉되도록 한다.
예를 들어, 상기 가접 장치(430)와 진접 장치(440)는, 구체적인 가열 온도, 압력 및 공정시간에서 차등을 보일 수 있다. 예를 들어, 상기 가접 장치(430)는, 140~160도의 가열온도, 0.1~1.0MPa의 압력으로 1~10초간 접합을 수행할 수 있으며, 상기 진접 장치(440)는, 180~240도의 가열온도, 0.1~1.0MPa의 압력으로 1~10초간 접합을 수행할 수 있다.
필요에 따라 가접과 진접은 2회 이상 다수 회에 걸쳐서 수행될 수 있다. 예를 들어, 가접과 진접을 하나의 사이클로 하여, 다수의 사이클이 반복적으로 수행될 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에서는, 예를 들어, 가접 1회 - 진접 1회 - 가접 2회 - 진접 2회 - 가접 3회 - 진접 3회 - 가접 4회와 같이, 전체적으로, 가접은 4회, 진접은 3회 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 가접 장치(430)와 진접 장치(440)는 간헐적인 유격을 두고 접합을 수행할 수 있다. 이렇게 간헐적인 유격을 두고 다수 회 접합을 반복하는 것은, 연속적인 장시간의 1회 접합이 수행되면, 저 융점의 리드 단자 필름(f)이 완전히 용융됨으로써 필름 형태를 잃고 흘러내리는 등의 문제가 야기될 수 있기 때문이다. 유사한 이유로 상대적으로 낮은 가열온도의 가접은 상대적으로 많은 4회 수행될 수 있고, 상대적으로 높은 가열온도의 진접은 상대적으로 적은 3회 수행될 수 있다.
한편, 한 쌍의 언와인더(451) 및 리와인더(452)와, 이들 사이에 개재된 플라즈마 처리장치(410)와, 리드 단자 필름 공급장치(420)와, 가접 장치(430) 및 진접 장치(440)들은, 모두 반응용기(401) 내에 함께 수용될 수 있다. 상기 반응용기(401)는, 플라즈마 표면처리를 위한 진공 상태를 유지하고, 플라즈마 헤드(411)와 리드 단자의 모재(m) 사이에 걸리는 고압 전계에 의해 플라즈마화되는 원료가스를 수용하는 기능을 한다. 보다 구체적으로, 상기 반응용기(401)의 일 측에는 배기관(461)과 연결된 진공펌프(468)가 연결되어 있다. 상기 진공펌프(468)는 반응용기(401)의 내부 가스를 배기하고 반응용기(401) 내부를 수십 Pa 수준의 진공상태로 유지할 수 있다.
그리고, 상기 반응용기(401)에는 플라즈마 처리장치에 의해 플라즈마화되는 원료가스의 도입관(481)이 연결되어 있다. 예를 들어, 상기 도입관(481)을 통하여 원료가스가 반응용기(401) 내부로 도입될 수 있다. 상기 도입관(451)은 원료가스가 수용된 가스용기(488)와 연결될 수 있으며, 가스용기(488) 내의 원료가스는 MFC(485, mass flow controller)에 의해 제어된 유량으로 반응용기(401) 내로 도입될 수 있다.
한편, 미설명된 도면 부호 465는 리크 밸브를 나타내며, 리드 단자의 모재(m)에 대한 일련의 처리가 완료되면, 리크 밸브(465)를 열어 반응용기(401) 내부를 대기압으로 맞추고 처리 완료된 리드 단자의 모재(m)를 외부로 반출할 수 있다.
도 6에 도시된 리드 단자 처리장치에서는, 플라즈마 표면처리를 위한 진공상태를 유지하고 플라즈마화되는 원료가스의 수용을 위한 반응용기(401) 내부에, 리드 단자의 모재(m)를 롤-투-롤 방식으로 가공을 위한 일련의 장치들이 모두 수용되어 있다. 이에 따라, 각 단계별로 챔버를 개폐하고 내부 가스나 내부 압력을 조절하는 단계가 필요하지 않다. 또한, 전체 공정이 진공상태에서 이루어지므로, 불순물의 유입으로 인한 제품의 불량 발생을 원천적으로 제거할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 전지 케이스 111: 제1 케이스
111a: 제1 케이스의 실링부 112: 제2 케이스
112a: 제2 케이스의 실링부 115: 금속 박
116: 제1 절연층 117: 제2 절연층
118: 열 융착층 119: 접착층
150: 전극판 150a: 전극 집전체
150b: 무지부 150c: 활물질층
151: 제1 전극판 152: 제2 전극판
160: 세퍼레이터 170: 전극탭
171: 제1 전극탭 172: 제2 전극탭
180: 전극 조립체 190: 리드 단자
193: 리드 단자 필름
301,401: 반응용기 310,411: 플라즈마 헤드
320,431,441: 지지대 330: 가스 도입 장치
331,481: 원료가스의 도입관 335: 가스 조절 밸브
338,488: 가스용기 341,461: 배기관
345,465: 리크 밸브 348,468: 진공펌프
350,415: 고주파 전원 410: 플라즈마 처리장치
412: 접지 롤러 420: 리드 단자 필름 공급장치
421: 필름 언와인더 422: 필름 리와인더
425: 분리기 428: 흡착노즐
430: 가접 장치 431,441: 가압 프레스
432,442: 지지대 435,445: 발열수단
440: 진접 장치 451: 언와인더
452: 리와인더 455: 이송 롤러
485: MFC
S: 수용공간 m: 리드 단자의 모재
f: 리드 단자 필름
111a: 제1 케이스의 실링부 112: 제2 케이스
112a: 제2 케이스의 실링부 115: 금속 박
116: 제1 절연층 117: 제2 절연층
118: 열 융착층 119: 접착층
150: 전극판 150a: 전극 집전체
150b: 무지부 150c: 활물질층
151: 제1 전극판 152: 제2 전극판
160: 세퍼레이터 170: 전극탭
171: 제1 전극탭 172: 제2 전극탭
180: 전극 조립체 190: 리드 단자
193: 리드 단자 필름
301,401: 반응용기 310,411: 플라즈마 헤드
320,431,441: 지지대 330: 가스 도입 장치
331,481: 원료가스의 도입관 335: 가스 조절 밸브
338,488: 가스용기 341,461: 배기관
345,465: 리크 밸브 348,468: 진공펌프
350,415: 고주파 전원 410: 플라즈마 처리장치
412: 접지 롤러 420: 리드 단자 필름 공급장치
421: 필름 언와인더 422: 필름 리와인더
425: 분리기 428: 흡착노즐
430: 가접 장치 431,441: 가압 프레스
432,442: 지지대 435,445: 발열수단
440: 진접 장치 451: 언와인더
452: 리와인더 455: 이송 롤러
485: MFC
S: 수용공간 m: 리드 단자의 모재
f: 리드 단자 필름
Claims (16)
- 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 밀봉하도록 실링부가 형성된 전지 케이스;
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 실링부를 통하여 전지 케이스의 외부로 인출되는 리드 단자; 및
상기 리드 단자의 플라즈마 처리된 표면상에 부착된 리드 단자 필름;을 포함하고,
상기 플라즈마 처리에서는, 진공 플라즈마 처리가 수행되며, 플라즈마화되는 원료가스로는 O2 가스를 사용하며, 진공 플라즈마의 인가전압은 단위 면적 당의 파워(W/mm2)로, 195W/mm2 이상이고 260W/mm2 이하로 설정되는 이차전지. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리 압력은 1torr 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리시간은 60초 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 리드 단자 필름은 폴리올레핀, 폴리올레핀 공중합체 및 변성 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 리드 단자는 알루미늄, 구리, 또는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 전지 케이스는, 금속 박의 내측과 외측에 각각 제1, 제2 절연층이 형성된 라미네이트 시트를 포함하고,
상기 라미네이트 시트의 최 내측에는 상기 실링부를 형성하는 열 융착층이 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지. - 제7항에 있어서,
상기 리드 단자 필름은 상기 열 융착층과 접합을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 플라즈마 처리를 통하여 리드 단자의 표면을 개질하는 단계;
상기 개질된 리드 단자의 표면에 리드 단자 필름을 부착하는 단계; 및
상기 리드 단자 필름이 부착된 리드 단자를 사이에 개재하고, 전극 조립체를 수용한 제1, 제2 케이스를 서로 마주하는 방향으로 접합시키는 단계;를 포함하고,
상기 리드 단자의 표면을 개질하는 단계에서는 진공 플라즈마 처리가 수행되며, 플라즈마화되는 원료가스로는 O2 가스를 사용하며, 진공 플라즈마의 인가전압은 단위 면적 당의 파워(W/mm2)로, 195W/mm2 이상이고 260W/mm2 이하로 설정되는 이차전지의 제조방법. - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리 압력은 1torr 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 진공 플라즈마 처리에서, 처리시간은 60초 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 리드 단자 필름의 부착 단계에서는, 제1 온도로 가열되는 가접 및 제2 온도로 가열되는 진접이 수행되며,
제1 온도 보다 제2 온도가 더 높은 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 가접에서는 리드 단자 필름을 직접 가열하고,
상기 진접에서는 상기 리드 단자를 직접 가열하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 리드 단자는 알루미늄, 구리, 또는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 리드 단자 필름은 폴리올레핀, 폴리올레핀 공중합체 및 변성 폴리올레핀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
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| KR1020140041420A KR101581424B1 (ko) | 2014-04-07 | 2014-04-07 | 이차전지 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020140041420A KR101581424B1 (ko) | 2014-04-07 | 2014-04-07 | 이차전지 및 그 제조방법 |
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2014
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