KR101793412B1 - 이차전지용 양극탭의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중량%로, 0.25% 이하의 Si, 0.4% 이하의 Fe, 0.05% 이하의 Cu, 0.05% 이하의 Mg, 0.05% 이하의 Zn, 0.03% 이하의 Ti, 99.5% 이상의 Al과 그 밖의 잔부로 이루어지고, 두께가 0.2mm 내지 0.6mm인 알루미늄 기재를 준비하는 단계; 및 상기 알루미늄 기재를 10mm 내지 100mm의 폭으로 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계;를 포함하고 측면 버 (burr)가 10㎛ 이하인 이차전지용 양극탭의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이차전지용 양극탭의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산성 및 안전성이 향상된 이차전지용 양극탭의 제조방법에 관한 것이다.
통상, 이차전지는 복수회의 충방전이 가능한 전지로, 최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 등의 산업이 발달함에 따라 휴대용 기기의 전원으로 채용이 용이한 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 이차전지는 그 사용형태 및 사용량이 증가할수록 성능 및 안전성을 향상시키기 위하여 다양한 방면으로 연구가 진행되고 있다.
이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과 각형과 파우치형을 들 수 있다. 여기서 이차전지는 원통형, 각형 또는 파우치 형태로 형성된 케이스 내에 전극조립체와 전해액을 함께 케이스 내에 넣고 밀봉하여 형성된다.
상기 전극조립체는 전기용량을 높이기 위해 각각 양극탭 및 음극탭이 구비된 양극판 및 음극판과, 이들 양극판 및 음극판 사이에 이들을 절연시키는 세퍼레이터를 개재하여 적층한 후, 와인딩 (winding)하여 젤리 롤 (jelly roll) 형태로 제조될 수 있다. 이때, 상기 양극판과 음극판은 이차전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만 통상적으로 금속 기재에 활성물질을 도포 및 충전하고 이를 건조, 롤 프레싱 및 절단하여 형성하고 있다. 리튬 이차전지의 경우, 양극판은 활물질로 리튬천이금속 산화물이 사용 되고 집전체로는 알루미늄이 사용된다. 또한 음극판은 활물질로 탄소 및 탄소 복합체가 사용되고 집전체로는 구리가 사용된다. 또한, 상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판이 직접 접촉하여 단락이 발생하지 않도록 양극판과 음극판을 분리하는 기능을 수행하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리오레핀계 수지의 미세다공막이 사용된다.
한편, 상기 전극조립체는 상기 캡조립체와 전기적으로 연결되기 위해 상부에 양극탭 및 음극탭이 돌출되어 형성된다. 상기 양극탭 및 상기 음극탭은 알루미늄(Al) 또는 니켈(Ni)로 형성될 수 있는데, 통상적으로 양극탭은 알 루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있고, 음극탭은 니켈(Ni) 또는 니켈 합금으로 형성될 수 있다.
최근, 고용량 이차전지에 대한 수요가 증가하면서, 이와 함께 이차전지의 안전성에 대한 문제가 발생하고 있다. 이를 방지하기 위해서, 상기 이차전지에서 전하의 안정적인 흐름을 제공할 수 있는 양극탭에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 신규한 제조방법을 이용하여 측면 버 (burr) 발생이 방지된 이차전지용 양극탭의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 절연필름의 부착성이 향상된 이차전지용 양극탭의 제조방법을 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 표면품질과 함께 연신율 및 벤딩성이 우수하고 전지케이스인 파우치와의 압착시 단락발생이 억제된 이차전지용 양극탭의 제조방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 이차전지용 양극탭을 제조하는 방법으로, 중량%로, 0.25% 이하의 Si, 0.4% 이하의 Fe, 0.05% 이하의 Cu, 0.05% 이하의 Mg, 0.05% 이하의 Zn, 0.03% 이하의 Ti, 99.5% 이상의 Al과 그 밖의 잔부로 이루어지고, 두께가 0.2mm 내지 0.6mm인 알루미늄 기재를 준비하는 단계; 및 상기 알루미늄 기재를 10mm 내지 100mm의 폭으로 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계;를 포함하고 측면 버 (burr)가 10㎛ 이하인 이차전지용 양극탭의 제조방법을 포함한다.
상기 슬리팅하기 전 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%일 수 있다.
상기 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계 이후에 상기 양극탭을 열처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 양극탭을 열처리하는 단계는, (1) 상기 양극탭이 구비된 열처리로 내로 질소를 투입하면서 3시간 동안 상온에서 제1 온도범위까지 온도를 상승시키는 단계; (2) 상기 열처리로 내로 질소를 투입하면서 240℃ 내지 370℃의 온도범위로 12시간 내지 16시간으로 유지하는 단계; (3) 상기 열처리로 내에서 질소를 투입하면서 40℃ 내지 80℃의 온도로 냉각시키는 단계; (4) 상기 양극탭을 열처리로 외부로 배출시킨 후 2시간 내지 4시간 동안 상온으로 자연냉각시키는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 (2) 단계에서 시간은 14시간으로 유지하고, 상기 (3) 단계에서 60℃의 온도로 냉각시키며, 상기 (4) 단계에서 상온에서 3시간 동안 유지시킬 수 있다.
상기 슬리팅하기 전 상기 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이고, 상기 슬리팅한 후 상기 양극탭의 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이며, 상기 제1 온도범위를 240℃ 내지 270℃로 하여 열처리한 후 상기 양극탭의 인장강도는 95N/㎣ 내지 125N/㎣이며, 연신율은 7% 내지 30%일 수 있다.
상기 슬리팅하기 전 상기 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이고, 상기 슬리팅한 후 상기 양극탭의 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이며, 상기 제1 온도범위를 300℃ 내지 370℃으로 하여 열처리한 후 상기 양극탭의 인장강도는 65N/㎣ 내지 100N/㎣이며, 연신율은 20% 내지 50%일 수 있다.
상기 양극탭을 열처리하는 단계이후 상기 양극탭의 표면에 절연코팅부를 구비시키는 단계를 더 포함하고, 상기 절연코팅부를 구비시키는 단계는, 상기 양극탭을 전처리하는 단계; 전처리된 상기 양극탭의 일면 및 타면의 일부에 프라이머 도장공정으로 형성되는 프라이머층을 구비시키는 단계; 상기 프라이머층 상부면을 사포를 이용하여 샌딩하여 샌딩층을 구비시키는 단계; 및 상기 샌딩층의 상부면에 광중합성 모노머를 포함하는 무용제 타입의 자외선 경화 수지 조성물을 도포하고, 이어서 자외선을 조사하여 상기 경화 수지 조성물을 경화시켜 상기 양극탭에서 상기 절연코팅부 및 주변부의 표면과 일체화되도록 보호층을 형성시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 보호층은 상기 양극탭과 이차전지용 케이스인 파우치를 서로 압착시킬 때 단락이 발생하는 것을 방지하기 위한 절연물질로 이루어지고, 아크릴 우레탄, 아크릴 변성 폴리우레탄, 아크릴 수지와 지방족계 이소시아네이트를 주성분으로 하는 2액형 우레탄, 아크릴 폴리올 수지와 비황변성 이소시아네이트를 주성 분으로 하는 2액형 우레탄, 폴리에스테르계 우레탄 수지를 주성분으로 하는 2액형 우레탄 및 이들의 혼합 물로 이루어진 군으로부터 선택하여 형성될 수 있다.
상기 프라이머층은 에폭시 변성 폴리올레핀계 프라이머층, 아크릴변성 폴리올레핀계 프라이머층, 아크릴변성 폴리우레탄 에멀젼 프라이머층 및 아크릴변성 폴리우레탄계 프라이머층으로 이루어진 군으로부터 선택된 프라이머층을 더 포함하여 상기 보호층이 상기 양극탭의 표면에 안정적으로 밀착시킬 수 있다.
상기 전처리는 상기 양극탭의 표면에 잔류하는 유분을 탈지하고, 파장이 184.9nm 및 253.7nm 중 어느 하나의 자외선을 이용하여 상기 양극탭의 표면에 2초 내지 3초 동안 자외선을 조사하되 각도를 변경시키면서 조사할 수 있다.
상기 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계에서, 30℃ 내지 35℃의 온도범위의 질소를 상기 알루미늄 기재로 분사할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 양극판 및 음극판에 각각 전기적으로 연결되는 양극탭 및 음극탭; 및 상기 전극조립체를 수납하는 전지케이스;를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 양극탭은 전술한 양극탭 제조방법에 따라 제조된 양극탭을 이용하는 이차전지를 포함한다.
상기 전지케이스는 알루미늄 파우치 케이스일 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 측면 버 (burr) 발생이 방지된 이차전지용 양극탭의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 절연필름의 부착성이 향상된 이차전지용 양극탭의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 표면품질과 함께 연신율 및 벤딩성이 우수하고 전지케이스인 파우치와의 압착시 단락발생이 억제된 이차전지용 양극탭의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극탭의 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처치단계를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극탭을 구비한 이차전지의 분해사시도이다.
도 4는 도 3의 A부분의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극탭을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6a는 도 5의 제1 가이드부를 나타낸 도면이다.
도 6b는 도 5의 제2 가이드부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 비교예 1에 따른 단면 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처치단계를 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극탭을 구비한 이차전지의 분해사시도이다.
도 4는 도 3의 A부분의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극탭을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6a는 도 5의 제1 가이드부를 나타낸 도면이다.
도 6b는 도 5의 제2 가이드부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 비교예 1에 따른 단면 사진이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
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 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극탭의 제조방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처치단계를 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예들은 이차전지용 양극탭을 제조하는 방법으로, 중량%로, 0.25% 이하의 Si, 0.4% 이하의 Fe, 0.05% 이하의 Cu, 0.05% 이하의 Mg, 0.05% 이하의 Zn, 0.03% 이하의 Ti, 99.5% 이상의 Al과 그 밖의 잔부로 이루어지고, 두께가 0.2mm 내지 0.6mm인 알루미늄 기재를 준비하는 단계; 및 상기 알루미늄 기재를 10mm 내지 100mm의 폭으로 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계;를 포함하고 측면 버 (burr)가 10㎛ 이하인 이차전지용 양극탭의 제조방법을 포함한다.
상기 양극탭은 케이스가 파우치인 이차전지에 사용될 수 있는데, 상기 양극탭은 상기 슬리팅하기 전 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%의 A1050 H18일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양극탭 제조방법은 상기 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계 이후에 상기 양극탭을 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양극탭을 열처리하는 단계는, (1) 상기 양극탭이 구비된 열처리로 내로 질소를 투입하면서 3시간 동안 상온에서 제1 온도범위까지 온도를 상승시키는 단계; (2) 상기 열처리로 내로 질소를 투입하면서 240℃ 내지 370℃의 온도범위로 12시간 내지 16시간으로 유지하는 단계; (3) 상기 열처리로 내에서 질소를 투입하면서 3시간 동안 40℃ 내지 80℃의 온도로 냉각시키는 단계; (4) 상기 양극탭을 열처리로 외부로 배출시킨 후 2시간 내지 4시간 동안 상온으로 자연냉각시키는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상가 열처리하는 단계에서, 상기 (2) 단계에서 시간은 14시간으로 유지하고, 상기 (3) 단계에서 60℃의 온도로 냉각시키며, 상기 (4) 단계에서 상온에서 3시간 동안 유지시킬 수 있다.
이와 같이, 열처리하는 단계를 더 포함하는 양극탭 제조방법에서는 A1050 H18을 이용할 수 있다
이때, 상기 슬리팅하기 전 상기 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%의 A1050 H18이고, 상기 슬리팅한 후 상기 양극탭의 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이며, 상기 제1 온도범위를 240℃ 내지 270℃로 하여 열처리한 후 상기 양극탭의 인장강도는 95N/㎣ 내지 125N/㎣이며, 연신율은 7% 내지 30%일 수 있다.
또한, 상기 슬리팅하기 전 상기 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%의 A1050 H18이고, 상기 슬리팅한 후 상기 양극탭의 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이며, 상기 제1 온도범위를 300℃ 내지 370℃으로 하여 열처리한 후 상기 양극탭의 인장강도는 65N/㎣ 내지 100N/㎣이며, 연신율은 20% 내지 50%일 수 있다.
이차전지용 양극탭으로는 알루미늄 기재가 사용될 수 있는데, 상기 알루미늄 기재는 얇은 박막으로 구비되어 롤에 권취되어 각 공정이 수행될 수 있다. 이때, 슬리팅과 같은 공정이 수행되는 과정에서 상기 알루미늄 기재에 장력이 가해지고 이에 의하여 상기 알루미늄 표면불량, 측면 버 (burr) 발생 등과 같은 불량이 빈번하게 발생한다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양극탭 제조방법에서는, 신규한 열처리방법을 더 포함함으로써 종래 버 발생, 표면불량, 양극탭에 부착되는 절연필름 등과의 부착력이 향상되고, 서로 트레이드 오프 관계인 연신율 및 벤딩값이 모두 우수한 수준으로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 양극탭은 전지케이스가 파우치인 이차전지에 사용될 수 있는데, 상기 양극탭은 상기 파우치의 외면으로 돌출되고 상기 파우치와 함께 열융착될 수 있다. 이때, 상기 양극탭에서 상기 파우치와 함께 열융착되는 부분에는 절연테이프로, 예컨대 폴리올레핀계의 실란트 필름층을 상기 양극탭의 상부면에 융착함으로써 제조된다.
상기 양극탭에서 절연역할을 하는 폴리올레핀계의 실란트 필름은 두께가 80㎛ 내지 300㎛로 한정되어 있으며, 제조공정상 상기 실란트 필름층의 두께를 조절하는 데에는 한계가 있다.
이와 같이, 이차전지를 패키징(packaging)시 파우치와 양극탭 사이의 열융착공정에 의해 서로 접합됨으로써 이차전지의 제조가 마무리된다. 이때, 파우치는 상하면에는 각각 폴리머 수지가 코팅되어 절연을 유지하되, 중심부에서 전극조립체를 수납하기 위한 수납부의 형태를 유지하도록 알루미늄 등과 같은 금속으로 이루어진 적층체로 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 파우치는 고분자수지, 알루미늄, 고분자수지가 순차적으로 라미네이트된 구조로 구비될 수 있다.
상기 파우치를 열융착하는 과정에서 상기 파우치의 외측으로 돌출되어 전기적인 연결통로의 역할을 하는 양극탭은 상기 파우치와 열융착으로 함께 밀봉되고, 이때 접합부분의 두께가 상당 부분 감소하게 되는데, 이는 전극조립체의 양극탭과 파우치간의 절연저항의 감소를 초래할 수도 있다.
이는 상기 양극탭과 파우치 내측에 구비된 알루미늄 사이의 단락의 원인이 될 수 있는데, 상기 양극탭에 형성된 버 등과 표면불량에 의하여 이는 보다 촉진될 수 있다. 반면, 본 실시예에 따른 양극탭은 측면 버가 10㎛ 이하로 구비됨으로써 파우치와의 열융착시 발생하는 단락을 방지할 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 양극탭은 측면 버가 5㎛ 이하일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극탭을 구비한 이차전지의 분해사시도이고, 도 4는 도 3의 A부분의 단면도이다.
별법으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 양극탭 (32)은 전술한 절연테이프와 같은 구성을 생략할 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 따른 양극탭 (32)은 상기 절연테이프 대신 절연코팅부 (130)가 일체형으로 형성될 수 있으며, 이에 상기 절연테이프를 부착시키는 공정을 생략할 수 있고 상기 파우치와의 열융착시 발생할 수 있는 상기 절연테이프의 멜팅 등에 의하여 발생하는 단락을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 양극탭 (32) 제조방법은, 상기 양극탭 (30)을 열처리하는 단계이후 상기 양극탭 (32)의 표면에 절연코팅부 (130)를 구비시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절연코팅부 (130)를 구비시키는 단계는, 상기 양극탭 (32)을 전처리하는 단계; 전처리된 상기 양극탭의 일면 및 타면의 일부에 프라이머 도장공정으로 형성되는 프라이머층을 구비시키는 단계; 상기 프라이머층 상부면을 사포를 이용하여 샌딩하여 샌딩층을 구비시키는 단계; 및 상기 샌딩층의 상부면에 광중합성 모노머를 포함하는 무용제 타입의 자외선 경화 수지 조성물을 도포하고, 이어서 자외선을 조사하여 상기 경화 수지 조성물을 경화시켜 상기 양극탭에서 상기 절연코팅부 및 주변부의 표면과 일체화되도록 보호층을 형성시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 양극탭 (32)를 구비한 이차전지 (10)는 전극조립체 (30)와 상기 전극조립체 (30) 및 전해액 (도면에 도시되어 있지 않음)를 수납하는 파우치 (20)로 구성된다.
상기 전극조립체 (30)는 양극판 및 음극판과 상기 극판들 사이에 개재되는 세퍼레이트를 와형(渦形)으로 권취하여 형성된다. 이때, 상기 양극판 및 음극판에는 각각 양극탭 (32) 및 음극탭 (31)이 부착되어 있고, 상기 양극탭 (32) 및 음극탭 (31)은 상기 전극조립체 (30)의 권취 방향에 대하여 수직으로 인출된다. 따라서, 상기 양극탭 (32) 및 음극탭 (31)에 의하여 상기 전극조립체 (30)는 외부와 전기적으로 연결된다. 상기 양극판에 부착되는 양극탭 (32)은 양극 단자로 작용하고, 음극판에 부착되는 음극탭 (31)은 음극 단자로 작용할 수 있다. 상기 전극조립체 (30)와 전해액과의 전기 화학 반응에 의하여 생성되는 에너지는 외부와 전기적으로 연결되는 것을 가능하게 한다.
상기 전극조립체 (30)를 수납하는 파우치 (20)는 본체 (21)와 커버 (23)로 구성될 수 있다. 상기 본체 (21)에는 전극조립체 (30)를 수납하는 공간인 수납부 (21a)와, 상기 수납부 (21a)의 입구측에 바깥쪽으로 확장되어 형성된 융착부 (22)가 있다. 또한 상기 커버 (23)는 융착부 (22)의 일측변과 일체로 연결되어 형성된다. 상기 전극조립체 (30)는 본체 (21)의 수납부 (21a)에 배치되고, 본체 (21)와 커버 (23)를 밀착시킨 상태에서 융착부 (22)를 열융착하여 제작된다.
상기 파우치 (20)는 통상 복수의 층으로 구성될 수 있다. 구체적으로는, 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층일 수 있으며, 예컨대 금속층은 알루미늄 등으로, 상기 알루미늄 박막의 상면인 외부 수지층은 나일론 등으로, 하면인 외부 수지층은 CPP (Casted Polypropylene) 등으로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 양극탭 (32)에는 상기 파우치 (20)의 융착부 (22)와 함께 열융착되는 부분에 상기 양극탭 (32)의 상부면 및 하부면에 순차적으로 구비되는 프라이머층 (131), 샌딩층 (132) 및 보호층 (133)으로 이루어지는 절연코팅부 (130)를 포함할 수 있다. 상기 절연코팅부 (130)는 상기 양극탭 (32)의 상부면에 일체형으로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 보호층 (133)은 상기 샌딩층 (132)보다 넓은 면적으로 구비되어 상기 절연코팅부 (130)와 상기 절연코팅부 (130)가 형성되지 않은 주변부까지를 일체로 형성되도록 할 수 있다.
상기 전처리는 상기 양극탭 (32)의 표면에 잔류하는 유분을 탈지하고, 파장이 184.9nm 및 253.7nm 중 어느 하나의 자외선을 이용하여 상기 양극탭 (32)의 표면에 2초 내지 3초 동안 자외선을 조사하되 각도를 변경시키면서 조사할 수 있다.
상기 자외선은 상기 양극탭 (32) 표면을 개질할 수 있다. 알루미늄으로 이루어진 양극탭 (32)의 표면에 자외선을 조사하면, 상기 양극탭 (32)의 표면의 불순물이 공기중의 산소와 결합하여 표면에 카르보닐기(-CO), 카르복실기(-COOH), 히드록실기(-OH) 등의 라디칼이 생성되기 때문에, 표면의 극성이 높아지게 되어 극성이 높은 도료, 착색제, 코팅제 등이 부착되기 쉬워지게 된다.
상기 자외선의 각도는 상기 양극탭 (32)의 표면에 대해서 초당 5도 내지 10도의 경사각을 갖도록 변경시키면서 조사할 수 있다. 상기 자외선의 각도를 변경시키면서 조사함으로써 구형의 표면을 갖는 양극탭 (32)에 조사되는 자외선을 보다 균일하게 할 수 있다. 또한, 상기 자외선의 각도의 변형속도가 초당 5도 미만인 경우 상기 자외선이 표면에 미전달되는 부분이 형성되어 표면에 균일하게 자외선이 조사되기 어렵고, 10도를 초과하는 경우에는 일부 중첩되어 자외선이 조사되는 영역이 형성되어 표면 특성이 불균일하게 구비될 수 있다.
상기 전처리는 상기 자외선을 조사하기 전 상기 양극탭 (32)의 표면의 이형제, 먼지, 손때 및 기계오일 등을 제거하기 위하여 배선기구 고분자소재의 용해도 파리미터 (solubility parameter)와 차이가 많이 나는 용제를 세정제로서 사용하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 세정용 용제로는 저급 알코올인 메탄올, 에탄올 및 이소 프로필 알코올 (isopropyl alcohol)로 이루어진 군으로부터 적어도 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 프라이머층 (131)은 상기 양극탭 (32)의 표면에 전처리함으로써 상기 절연코팅부 (130)와 상기 절연코팅부 (130)가 형성되지 않은 주변부와의 표면 성질 차이점을 상쇄시킬 수 있고, 또한 상기 보호층 (132)이 안정적으로 부착되도록 할 수 있다.
상기 프라이머층 (131)은 에폭시 변성 폴리올레핀계 프라이머층, 아크릴변성 폴리올레핀계 프라이머층, 아크릴변성 폴리우레탄 에멀젼 프라이머층 및 아크릴변성 폴리우레탄계 프라이머층으로 이루어진 군으로부터 선택된 프라이머층 (131)을 더 포함하여 상기 보호층이 상기 양극탭의 표면에 안정적으로 밀착시킬 수 있다.
상기 샌딩층 (132)는 상기 프라이머층 (131)을 건조시킨 후 사포로 상기 프라이머층 (131)의 상부면을 샌딩하여 형성시킬 수 있다. 상기 샌딩층 (132)은 상기 프라이머층 (131)의 전체 높이에 대해서 상부면의 10% 내지 15%의 높이만을 사포로 샌딩하여 형성시킬 수 있다.
상기 샌딩층 (132)은 상기 프라이머층 (131)의 표면을 보다 균일하게 하여 보호층 (133)이 보다 안정적으로 구비되고, 추후 파우치와의 열융착되는 과정에서 절연이 파괴되는 등의 문제를 방지할 수 있다.
상기 보호층 (133)은 상기 양극탭 (32)과 이차전지용 케이스인 파우치 (20)를 서로 압착시킬 때 단락이 발생하는 것을 방지하기 위한 절연물질로 이루어지고, 아크릴 우레탄, 아크릴 변성 폴리우레탄, 아크릴 수지와 지방족계 이소시아네이트를 주성분으로 하는 2액형 우레탄, 아크릴 폴리올 수지와 비황변성 이소시아네이트를 주성 분으로 하는 2액형 우레탄, 폴리에스테르계 우레탄 수지를 주성분으로 하는 2액형 우레탄 및 이들의 혼합 물로 이루어진 군으로부터 선택하여 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양극탭을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6a는 도 5의 제1 가이드부를 나타낸 도면이고, 도 6b는 도 5의 제2 가이드부의 단면도이다.
도 5 내지 도 6b를 참조하면, 본 실시예에 따른 상기 양극탭을 열처리하는 단계이후에 상기 양극탭의 일단 및 중심부에 각각 제1 및 제2 가이드부를 구비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양극탭 (320)은 알루미늄 기재로 이루어지되 일단에는 양극판과 초음파 용접으로 연결되는 부분인 제1 가이드부 (321)와, 중심부에는 파우치와 열융착되는 부분인 제2 가이드부 (322)를 포함할 수 있다.
상기 제1 가이드부 (321)는 상기 양극탭 (320)의 좁은 폭 방향으로 나란하도록 일정한 간격 (321a)으로 4개의 주름진 형태 (321b)로 구비될 수 있다. 상기 제1 가이드부 (321)은 상기 양극탭 (320)과 초음파에 의하여 용접되는 과정에서 상기 양극탭 (320)을 통하여 고주파의 진동에너지가 양극판으로 전달될 수 있는데, 상기 제1 가이드부 (321)가 일정한 간격으로 구비된 4개의 주름진 형태의 구조 (321b)로 구비됨으로써 상기 진동에너지의 전달을 방지하여 양극판의 구조를 보다 안정적으로 유지하도록 할 수 있다.
상기 제2 가이드부 (322)는 상기 제2 가이드부 (322)의 주변부보다 얇은 두께로 구비되되 표면에는 높이가 2㎛인 복수개의 돌출부 (322a)가 구비될 수 있다. 상기 돌출부 (322a)는 정삼각형의 형태로 구비되되 서로 이격되는 간격이 정삼각형의 밑변의 길이와 동일하게 이격되도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2 가이드부 (322)에서 일면에 구비되는 돌출부 (322a)와 타면에 구비되는 돌출부 (322a)는 각각의 밑변이 서로 어긋나도록 정렬되어 구비될 수 있다.
상기 제2 가이드부 (322)에 구비되는 돌출부 (322a)가 2㎛의 높이로 구비됨으로써 파우치와 열융착하는 과정에서 상기 파우치의 고분자표면에 스크레치를 형성하지 않아 파우치 내측의 알루미늄과의 단락을 방지할 수 있다. 또한, 상기 돌출부 (322a)가 서로 이격되되 밑변의 길이와 동일하게 이격되고 일면 및 타면에 구비되는 돌출부 (322a)는 서로 어긋나도록 정렬되므로 상기 제2 가이드부 (322)의 상부 및 하부에 각각 열융착되는 파우치와의 접착력을 향상시키며 열융착되는 과정에서 파우치와의 단락 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 양극판 및 음극판에 각각 전기적으로 연결되는 양극탭 및 음극탭; 및 상기 전극조립체를 수납하는 전지케이스;를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 양극탭은 전술한 양극탭 제조방법에 따라 제조된 양극탭을 이용하는 이차전지를 포함한다.
또한, 상기 전지케이스는 알루미늄 파우치 케이스일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
하기 표 1과 같은 성분으로 이루어지고, 표 2와 같은 물성을 갖는 Al1050 H18를 알루미늄 기재를 두께가 두께를 0.2mm, 0.3mm 및 0.4mm를 이용하여 10mm의 폭으로 슬리팅을 수행하였다. 이때, 슬리팅속도는 30m/분으로 수행하여 양극탭을 제조하였다. 슬리팅된 양극탭을 열처리로 내에 넣고 열처리로 내에 질소를 투입하면서 상온에서 3시간 동안 가열하여 250℃로 가열한 후 14시간 동안 유지하였다. 이어서 상기 열처리로 내에 질소를 투입하면서 3시간 동안 60℃로 양극탭을 1차 냉각시킨 후, 양극탭을 외부로 꺼내고 3시간 동안 상온에서 유지시켜 자연냉각시켰다. 그 후 양극탭의 측면에 발생한 버를 측정하여 표 2에 나타내었다.
또한, 실시예 1에 따라 제조된 양극탭에 대해서 표 3 및 표 4와 같이 연신율 (EL, Elogation), 밴딩 테스트 및 인장강도 (TS, Tensile strength)를 통상의 양극탭에 대해서 평가하는 방식에 따라 수행하였다.
실시예 2
슬리팅된 양극탭을 열처리로 내에 넣고 상온에서 3시간 동안 가열하여 300℃로 가열한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 양극탭을 제조하였다. 실시예 1과 같이 3개의 샘플로 선택하여 이에 대한 결과를 표 2에 나타내었다.
비교예 1
열처리로 내에 열처리하는 단계를 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 표 1에 기재된 Al1050 H18를 알루미늄 기재로 이용하여 슬리팅하였다. 실시예 1과 같은 방식으로 3개의 샘플을 선택하여 측정하고, 그 결과는 표 2 및 도 7에 도시하였다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
도 7은 본 발명의 비교예 1에 따른 단면 사진이다.
표 3과 함께 도 7을 참조하면, 슬리팅 후 열처리 한 실시예 1 및 실시예 2의 경우에는 버가 모두 스펙의 절반 수준으로 우수함을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1과 같은 경우에는 표면 강도가 약하고 연신율이 높은 알루미늄 기재를 슬리팅하는 과정에서 제품 표면이 닿는 부분에 스크래치 및 찍힘 불량이 다량 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
[표 4]
표 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 질소를 이용한 열처리한 실시예 1 및 실시예 2는 인장강도 (TS) 및 연신율 (EL)이 모두 우수함을 확인할 수 있었다. 반면, 열처리를 하지 않은 비교예 1은 인장강도는 높은 데 반하여, 연신율은 낮음을 확인할 수 있었다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 이차전지
20 : 파우치
30 : 전극조립체
31 : 음극탭
32 : 양극탭
20 : 파우치
30 : 전극조립체
31 : 음극탭
32 : 양극탭
Claims (13)
- 이차전지용 양극탭을 제조하는 방법으로,
중량%로, 0.25% 이하의 Si, 0.4% 이하의 Fe, 0.05% 이하의 Cu, 0.05% 이하의 Mg, 0.05% 이하의 Zn, 0.03% 이하의 Ti, 99.5% 이상의 Al과 그 밖의 잔부로 이루어지고, 두께가 0.2mm 내지 0.6mm인 알루미늄 기재를 준비하는 단계; 및
상기 알루미늄 기재를 10mm 내지 100mm의 폭으로 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계;를 포함하고 측면 버 (burr)가 10㎛ 이하이고,
상기 슬리팅하여 양극탭으로 제조하는 단계 이후에 상기 양극탭을 열처리하는 단계를 더 포함하고,
상기 양극탭을 열처리하는 단계는,
(1) 상기 양극탭이 구비된 열처리로 내로 질소를 투입하면서 3시간 동안 상온에서 제1 온도범위까지 온도를 상승시키는 단계;
(2) 상기 열처리로 내로 질소를 투입하면서 240℃ 내지 370℃의 온도범위로 12시간 내지 16시간으로 유지하는 단계;
(3) 상기 열처리로 내에서 질소를 투입하면서 3시간 동안 40℃ 내지 80℃의 온도로 냉각시키는 단계;
(4) 상기 양극탭을 열처리로 외부로 배출시킨 후 2시간 내지 4시간 동안 상온으로 자연냉각시키는 단계;를 포함하며,
상기 양극탭을 열처리하는 단계이후 상기 양극탭의 표면에 절연코팅부를 구비시키는 단계를 더 포함하고,
상기 절연코팅부를 구비시키는 단계는,
상기 양극탭을 전처리하는 단계;
전처리된 상기 양극탭의 일면 및 타면의 일부에 프라이머 도장공정으로 형성되는 프라이머층을 구비시키는 단계;
상기 프라이머층 상부면을 사포를 이용하여 샌딩하여 샌딩층을 구비시키는 단계; 및
상기 샌딩층의 상부면에 광중합성 모노머를 포함하는 무용제 타입의 자외선 경화 수지 조성물을 도포하고, 이어서 자외선을 조사하여 상기 경화 수지 조성물을 경화시켜 상기 양극탭에서 상기 절연코팅부 및 주변부의 표면과 일체화되도록 보호층을 형성시키는 단계;를 포함하는 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 슬리팅하기 전 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%인 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (2) 단계에서 시간은 14시간으로 유지하고,
상기 (3) 단계에서 60℃의 온도로 냉각시키며,
상기 (4) 단계에서 상온에서 3시간 동안 유지시키는, 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 슬리팅하기 전 상기 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이고,
상기 슬리팅한 후 상기 양극탭의 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이며,
상기 제1 온도범위를 240℃ 내지 270℃으로 하여 열처리한 후 상기 양극탭의 인장강도는 95N/㎣ 내지 125N/㎣이며, 연신율은 7% 내지 30%인 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 슬리팅하기 전 상기 알루미늄 기재의 비중은 2.71g/㎠이고, 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이고
상기 슬리팅한 후 상기 양극탭의 인장강도는 150N/㎣ 내지 200N/㎣이며, 연신율은 3% 내지 4%이며,
상기 제1 온도범위를 300℃ 내지 370℃으로 하여 열처리한 후 상기 양극탭의 인장강도는 65N/㎣ 내지 100N/㎣이며, 연신율은 20% 내지 50%인 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 보호층은 상기 양극탭과 이차전지용 케이스인 파우치를 서로 압착시킬 때 단락이 발생하는 것을 방지하기 위한 절연물질로 이루어지고, 아크릴 우레탄, 아크릴 변성 폴리우레탄, 아크릴 수지와 지방족계 이소시아네이트를 포함하는 2액형 우레탄, 아크릴 폴리올 수지와 비황변성 이소시아네이트를 포함하는 2액형 우레탄, 폴리에스테르계 우레탄 수지를 포함하는 2액형 우레탄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택하여 형성되는 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 프라이머층은 에폭시 변성 폴리올레핀계 프라이머층, 아크릴변성 폴리올레핀계 프라이머층, 아크릴변성 폴리우레탄 에멀젼 프라이머층 및 아크릴변성 폴리우레탄계 프라이머층으로 이루어진 군으로부터 선택된 프라이머층을 더 포함하여 상기 보호층이 상기 양극탭의 표면에 안정적으로 밀착시키는 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 전처리는 상기 양극탭의 표면에 잔류하는 유분을 탈지하고, 파장이 184.9nm 및 253.7nm 중 어느 하나의 자외선을 이용하여 상기 양극탭의 표면에 2초 내지 3초 동안 자외선을 조사하되 각도를 변경시키면서 조사하는 이차전지용 양극탭의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 양극탭을 열처리하는 단계이후에 상기 양극탭의 일단 및 중심부에 각각 제1 및 제2 가이드부를 구비하는 단계를 더 포함하고,
상기 양극탭은 알루미늄 기재로 이루어지되 일단에는 양극판과 초음파 용접으로 연결되는 부분인 제1 가이드부와, 중심부에는 파우치와 열융착되는 부분인 제2 가이드부를 포함하고,
상기 제1 가이드부는 상기 양극탭의 좁은 폭 방향으로 나란하도록 일정한 간격으로 4개의 주름진 형태로 구비되며,
상기 제2 가이드부는 상기 제2 가이드부의 주변부보다 얇은 두께로 구비되되 표면에는 높이가 2㎛인 복수개의 돌출부가 구비되고, 상기 돌출부는 정삼각형의 형태로 구비되되 서로 이격되는 간격이 정삼각형의 밑변의 길이와 동일하게 이격되도록 구비되며, 상기 제2 가이드부에서 일면에 구비되는 돌출부와 타면에 구비되는 돌출부는 각각의 밑변이 서로 어긋나도록 정렬되어 구비되는 양극탭의 제조방법. - 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 상기 양극판 및 음극판에 각각 전기적으로 연결되는 양극탭 및 음극탭; 및 상기 전극조립체를 수납하는 전지케이스;를 포함하는 이차전지에 있어서,
상기 양극탭은 제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 제조된 양극탭을 이용하는 이차전지. - 제12항에 있어서,
상기 전지케이스는 알루미늄 파우치 케이스인 이차전지.
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