KR102267393B1 - 양극 전극용 집전체 - Google Patents

양극 전극용 집전체 Download PDF

Info

Publication number
KR102267393B1
KR102267393B1 KR1020190117356A KR20190117356A KR102267393B1 KR 102267393 B1 KR102267393 B1 KR 102267393B1 KR 1020190117356 A KR1020190117356 A KR 1020190117356A KR 20190117356 A KR20190117356 A KR 20190117356A KR 102267393 B1 KR102267393 B1 KR 102267393B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base film
conductive material
current collector
lead tab
metal piece
Prior art date
Application number
KR1020190117356A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210035503A (ko
Inventor
김경준
최승호
진영훈
Original Assignee
주식회사 유앤에스에너지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 유앤에스에너지 filed Critical 주식회사 유앤에스에너지
Priority to KR1020190117356A priority Critical patent/KR102267393B1/ko
Priority to CN202080064871.3A priority patent/CN114424371B/zh
Priority to US17/641,999 priority patent/US20230402616A1/en
Priority to EP20870243.1A priority patent/EP4037037A1/en
Priority to PCT/KR2020/012021 priority patent/WO2021060742A1/ko
Priority to JP2022518657A priority patent/JP2022549438A/ja
Publication of KR20210035503A publication Critical patent/KR20210035503A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102267393B1 publication Critical patent/KR102267393B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/26—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/668—Composites of electroconductive material and synthetic resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/669—Steels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/564—Terminals characterised by their manufacturing process
    • H01M50/566—Terminals characterised by their manufacturing process by welding, soldering or brazing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/583—Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/586—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries inside the batteries, e.g. incorrect connections of electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/593—Spacers; Insulating plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 양극 전극용 집전체는, 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 일면에 마련되는 도전재; 상기 도전재와 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 쪽에 마련되는 금속편; 및 상기 금속편, 상기 도전재 또는 상기 베이스 필름 중 어느 하나와 접합되도록 마련되어 상기 도전재와 전기적으로 연결되는 리드탭;을 포함하며, 상기 도전재는 상기 금속편과 상기 베이스 필름 사이에 위치하거나 상기 리드탭과 상기 베이스 필름 사이에 위치하고, 상기 리드탭은 상기 베이스 필름의 상면 및 하면 쪽에 마련된 상기 금속편과 용접되거나 상기 리드탭과 마주 보는 상기 베이스 필름의 일면 쪽에 마련된 상기 금속편과 용접될 수 있다.

Description

양극 전극용 집전체{CURRENT COLLECTOR FOR CATHODE ELECTRODES}
본 발명은 양극 전극용 집전체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 포일 (foil)을 사용하지 않고 전극의 무게를 줄일 수 있으며 전극조립체의 두께를 줄일 수 있으며 리드탭을 견고하고 안정적으로 연결할 수 있고 전지의 안전성을 확보할 수 있는 전극용 집전체에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동전위를 나타내고, 자가방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 있다.
리튬금속 이차전지는 최초로 상용화된 이차전지로서, 리튬 금속을 음극으로 사용한다. 그러나, 리튬 금속 이차전지는 리튬금속 음극의 표면에 형성되는 리튬 수지상에 의해 셀의 부피팽창, 용량 및 에너지 밀도의 점진적인 감소, 수지상 지속 성장에 따른 단락발생, 사이클 수명 감소와 셀 안정성 문제(폭발 및 발화)가 있어 상용화된지 불과 몇 년만에 생산이 중단되었다. 이에, 리튬 금속 대신에 보다 안정하고 격자나 빈 공간 내에 리튬을 이온상태로 안정하게 저장할 수 있는 탄소계 음극이 사용되었으며, 상기 탄소계 음극 사용으로 인해 본격적인 리튬 이차전지의 상용화 및 보급이 진행되었다.
현재까지 리튬 이차전지는 탄소계 또는 비탄소계 음극 소재들이 주류를 이루고 있으며, 대부분의 음극재 개발은 탄소계(흑연, 하드카본, 소프트 카본 등)와 비탄소계(실리콘, 주석, 티타늄 산화물 등) 소재에 집중되어 있다.
한편, 최근에는 휴대용 전자기기 및 정보 통신 기기가 소형화됨에 따라 이들을 구동하기 위한 초소형 전원 시스템으로서 리튬 이차전지의 이용이 크게 기대되고 있다.
더욱이, 최근에는 유연성(Flexibility), 저가격, 제작 용이성 등의 장점을 이용한 고분자계 전자기기 및 소자의 개발 및 연구가 활발하게 진행되고 있다. 따라서 소형화된 기기에 사용하기 위해서는 리튬 이차전지의 에너지 밀도 또는 성능은 유지하면서도 전지의 두께 또는 무게를 줄일 필요가 있다.
또한, 리튬 이차전지의 두께 또는 무게를 줄이더라도 내부 단락 발생시 전류 패스를 차단 또는 파괴함으로써 리튬 이차전지의 안전성을 높일 수 있어야 한다.
뿐만 아니라, 리튬 이차전지의 두께 또는 무게가 줄어들더라도 전지로서 기능하기 위해서는 외부기기와의 연결을 위한 리드탭이 전극용 집전체에 안정적으로 연결될 수 있어야 하고 충분한 인장강도를 가질 수 있어야 한다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.
한국공개특허공보 제10-2018-0037898호(2018.04.13.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 금속 포일로 된 집전체와 비교하여 두께를 줄일 수 있는 양극 전극용 집전체를 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 포일로 된 집전체 보다 무게를 줄일 수 있는 양극 전극용 집전체를 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 포일로 된 집전체의 저항 보다 큰 저항값을 가지기 때문에 내부 단락 발생시 단락 전류를 저하시킬 수 있는 양극 전극용 집전체를 제공한다.
또한, 본 발명은 필름 형태의 집전체에 리드탭을 견고하고 안정적으로 연결할 수 있는 양극 전극용 집전체를 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체는, 베이스 필름; 상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 일면에 마련되는 도전재; 상기 도전재와 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 쪽에 마련되는 금속편; 및 상기 금속편, 상기 도전재 또는 상기 베이스 필름 중 어느 하나와 접합되도록 마련되어 상기 도전재와 전기적으로 연결되는 리드탭;을 포함하며, 상기 도전재는 상기 금속편과 상기 베이스 필름 사이에 위치하거나 상기 리드탭과 상기 베이스 필름 사이에 위치하고, 상기 리드탭은 상기 베이스 필름의 상면 및 하면 쪽에 마련된 상기 금속편과 용접되거나 상기 리드탭과 마주 보는 상기 베이스 필름의 일면 쪽에 마련된 상기 금속편과 용접될 수 있다.
상기 금속편은 상기 베이스 필름의 상면 및 하면 쪽에 각각 마련되거나, 상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 중 어느 한 쪽에는 상기 금속편이 마련되고 다른 한 쪽에는 상기 리드탭이 마련될 수 있다.
상기 도전재와 상기 금속편 사이 또는 상기 도전재와 상기 리드탭 사이에는 절연성 고분자층이 마련될 수 있다.
상기 절연성 고분자층은 접착성 또는 점착성을 가질 수 있다.
상기 절연성 고분자층은 상기 베이스 필름과 같은 온도에서 녹거나 상기 베이스 필름 보다 낮은 온도에서 녹을 수 있다.
상기 전류 패스는 상기 리드탭의 용접 부위 또는 용접 포인트만으로 형성될 수 있다.
상기 도전재와 상기 금속편 사이에 위치하는 상기 절연성 고분자층 또는 상기 도전재와 상기 리드탭 사이에 위치하는 상기 절연성 고분자층은 상기 리드탭의 용접 부위를 제외하고 상기 도전재와 상기 금속편 사이 또는 상기 도전재와 상기 리드탭 사이를 절연시켜서 단락 전류를 차단하거나 절연할 수 있다.
상기 도전재는 최대 단면 기준 2 μm의 두께 이하의 알루미늄 금속으로 마련될 수 있다.
상기 금속편은 알루미늄 포일 또는 SUS 316L 포일로 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 양극 전극용 집전체는 금속 포일 대신 부도체로 된 베이스 필름을 이용하기 때문에 전극조립체 및 전지의 무게를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체는 금속 포일을 사용하는 대신 베이스 필름의 표면에 도전재를 코팅 또는 도금층을 형성하기 때문에 금속 포일로 된 집전체 보다 두께를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체는 금속 포일로 된 집전체의 저항 보다 큰 저항값을 가지며 또한 베이스 필름의 손상 또는 도전재 층의 손상에 의해 전류 흐름이 방해를 받을 수 있기 때문에 단락 발생시 단락 전류를 저하시킬 수 있고 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체는 베이스 필름의 상하 양면에 금속 재질의 금속편을 위치시킨 상태에서 어느 하나의 금속편에 리드탭을 용접하거나, 베이스 필름의 상하 양면 중 어느 일면에는 금속편을 위치시키고 다른 일면에는 리드탭을 위치시킨 상태에서 리드탭을 금속편에 용접하기 때문에 리드탭이 베이스 필름에 견고하고 안정적으로 부착될 수 있고 리드탭이 부착된 부위의 인장강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체는 도전재와 금속편 사이 또는 도전재와 리드탭 사이에 절연성 고분자층이 마련되기 때문에 단락 발생시 전지의 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체를 포함하는 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 조립체를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도이다.
도 8은 도 4에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 평면도이다.
도 9는 도 4에 따른 양극 전극용 집전체 및 도 6에 따른 양극 전극용 집전체를 구비한 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 리드탭 연결부위에 대한 외부 단락 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10은 절연성 고분자층이 없는 양극 전극용 집전체를 사용한 전지에 대한 외부 단락 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체를 포함하는 전극 조립체를 도시한 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 전극 조립체를 도시한 분해 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 사시도, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도, 도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 단면도, 도 8은 도 4에 따른 양극 전극용 집전체를 도시한 평면도, 도 9는 도 4에 따른 양극 전극용 집전체 및 도 6에 따른 양극 전극용 집전체를 구비한 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 리드탭 연결부위에 대한 외부 단락 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 1 및 도 2에는 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100)를 포함하는 전극조립체(10)가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2의 경우, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100)는 양극 집전체이다. 전극조립체(10)에 사용되기 위해서 양극 전극용 집전체(100)의 표면에 양극 활물질(103)이 도포되어야 한다.
한편, 음극 전극용 집전체(200)는 음극 금속포일(201)에 음극 활물질(203)이 도포되며, 길이방향의 일단측에 음극 리드탭(290)이 연결될 수 있다.
음극 전극용 집전체(200)와 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100) 사이에 분리막(300)이 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같은 상태로 분리막(300)을 사이에 두고 상하에 각각 음극 전극용 집전체(200)와 양극 전극용 집전체(100)를 순서대로 쌓으면 도 1과 같은 전극조립체(10)가 된다.
도 3에는 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100)가 도시되어 있다. 양극 전극용 집전체(100)는 앞서 언급한 음극 전극용 집전체(200)와는 달리 금속 포일을 사용하지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(CURRENT COLLECTOR FOR CATHODE ELECTRODES, 100)는, 금속 포일로 된 집전체의 저항 보다 큰 저항값을 가지기 때문에, 집전체를 흐르는 전류의 한계 전류값을 조정할 수 있고 베이스 필름의 손상에 의해 전류 흐름이 방해를 받을 수 있기 때문에 이차전지의 내부 단락 발생시 단락 전류를 저하시키거나 발열을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100)를 구비한 리튬이차전지(Lithium Secondary Battery)는 Max Current Limited Battery (MCLB)의 성격 또는 개념을 가질 수 있다. 이하에서는, MCLB의 구현을 가능하게 하는 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100)는, 기존 전지의 금속 포일(metal foil)로 형성된 양극 집전체의 저항 보다 높은 저항값을 가지기 때문에 한계 전류를 조정할 수 있을 뿐만 아니라 내부 단락시 전류 패스를 붕괴시킴으로써 단락 전류를 저하시키거나 단락시 발생하는 발열 현상을 줄여서 전지의 안전성을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100)는 금속 포일을 사용하지 않고 고분자 재질로 형성된 베이스 필름(101)을 기본 소재로 하고, 베이스 필름(101) 위에 얇은 두께의 금속이 도포되거나 코팅될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100)의 다양한 형태에 대해서 설명한다.
우선, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는, 베이스 필름(101, Base film); 상기 베이스 필름(101)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 일면에 마련되는 도전재(102, Conductive material); 상기 도전재(102)와 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 필름(101)의 상면 또는 하면 쪽에 마련되는 금속편(120, Metal element); 및 상기 금속편(120), 상기 도전재(102) 또는 상기 베이스 필름(101) 중 어느 하나와 접합되도록 마련되어 상기 도전재(102)와 전기적으로 연결되는 리드탭(190, Lead tab);을 포함하며, 상기 도전재(102)는 상기 금속편(120)과 상기 베이스 필름(101) 사이에 위치하거나 상기 리드탭(190)과 상기 베이스 필름(101) 사이에 위치하고, 상기 리드탭(190)은 상기 베이스 필름(101)의 상면 및 하면 쪽에 마련된 상기 금속편(120)과 용접되거나 상기 리드탭(190)과 마주 보는 상기 베이스 필름(101)의 일면 쪽에 마련된 상기 금속편(120)과 용접될 수 있다.
이때, 상기 도전재(102)는 상기 금속편(120)과 상기 베이스 필름(101) 사이에 위치하거나 상기 베이스 필름(101)과 상기 리드탭(190) 사이에 위치할 수 있다.
여기서, 상기 도전재(102)는 단락시 전해액과의 반응을 통해 전기화학적 퓨즈(electrochemical fuse)의 기능을 할 수 있기 때문에 단락 방지 기능을 가질 수 있다. 이러한 도전재(102)의 전기 화학적 특성에 대해서는 후술하도록 한다.
베이스 필름(101)은 일정한 길이는 가지도록 띠 모양으로 마련될 수 있다. 여기서, 베이스 필름(101)은 그 길이방향(즉, 상대적으로 긴 길이를 가지는 방향)을 따라 롤투롤(Roll to roll) 방식으로 공급 또는 이송됨으로써 후술하는 전극조립체(10)를 형성할 수 있다.
베이스 필름(101)은 폴리에틸렌(PE: polyethylene), 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT: Polybutylene terephthalate), 폴리이미드(PI: Polyimide) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 등의 고분자 부도체 재질로 마련되는 것이 바람직하다.
베이스 필름(101)은 50 μm 이하의 두께를 가지되, 1.4 μm 이상, 50 μm 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(100)는 기존의 금속 포일 집전체를 사용하는 경우 보다 전지의 두께 또는 무게를 줄일 수 있는데, 두께가 1.4 μm 이상, 50 μm 이하인 부도체 재질의 고분자 필름을 베이스 필름(101)으로 사용함으로써 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)를 구비한 리튬이차전지의 전체적인 두께 또는 무게를 줄일 수 있다.
한편, 베이스 필름(101)은 300℃ 보다 낮은 온도에서 녹는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 리드탭(190)을 용접하여 베이스 필름(101)에 고정하게 되는데, 베이스 필름(101)이 리드탭(190)의 용접 온도 보다 낮은 온도에서 녹지 않으면 리드탭(190)이 베이스 필름(101)에 결합될 수 없다. 따라서, 베이스 필름(101)은 리드탭(190)을 용접하는 과정에서 녹을 수 있는 정도의 녹는점을 가져야 하며 300℃ 보다 낮은 녹는점을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는, 베이스 필름(101)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 표면에 마련되는 도전재(102, conductive material)를 포함할 수 있다.
도전재(102)는 알루미늄(Al)으로 마련되는 것이 바람직하며, 베이스 필름(101)의 표면에 도금 또는 코팅된 상태로 형성될 수 있다. 따라서 도전재(102)는 양극 전극용 집전체(100)의 가장 외면을 형성하는 도전층(conductive layer)이라고 할 수도 있다.
도전재(102)는 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)의 한계 전류 또는 최대 전류를 조절하거나 낮추도록 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도전재(102)는 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)의 전도성(conductivity)을 제어하기 위해 베이스 필름(101)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 표면에 도금되거나 코팅되는 알루미늄이며, 베이스 필름(101)의 표면에 도금 또는 코팅된 상태에 중점을 둘 경우에는 도전재(102)는 도전층이라고 할 수도 있다. 이하에서 도전재(102)는 도전층을 포함하는 개념임을 밝혀둔다.
베이스 필름(101)의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 표면에 도금되거나 코팅되는 도전재(102)의 코팅량 또는 코팅 두께를 조절함으로써 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)를 흐르는 전류의 최대량을 제어 또는 낮출 수 있고, 이로 인해 리튬이차전지의 안전성을 높일 수 있고 단락시 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
다시 말하면, 베이스 필름(101)의 표면에 형성된 도전재(102)의 두께 또는 양에 의해서 양극 전극용 집전체(100)를 흐르는 한계 전류 또는 최대 전류가 조절될 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 전극용 집전체(100,400,500,600)의 도전재(102)에 의해서 리튬이차전지(Lithium Secondary Battery)의 Max Current Limited Battery (MCLB)의 성격 또는 개념이 구현될 수 있다.
또한, 물리적인 내부 단락 또는 외부 단락 발생시 베이스 필름(101)이 녹을 수 있어서 급격한 전류의 발생을 방해할 수 있기 때문에 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. 더불어, 도전재(102)의 두께가 얇은 경우에는 내부 단락 또는 외부 단락 발생시 도전재(102)를 형성하는 알루미늄 층의 전위가 낮아져서 알루미늄 층과 전해액의 전기화학적 반응을 유도하기 때문에 전도성을 낮추거나 전류를 차단함으로써 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 도전재(102)는 다양한 방식에 의해 베이스 필름(101)의 표면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전재(102)가 금속인 경우에는 스퍼터링(sputtering) 또는 증발코팅(evaporation coating)에 의해서 베이스 필름(101)의 표면에 형성될 수 있다.
도전재(102)가 도금 또는 코팅되는 양(무게) 또는 두께에 의해서 양극 전극용 집전체(100)의 전도성을 제어하거나 전지의 안전성을 확보할 수 있기 때문에, 도금 또는 코팅할 때 도전재(102)의 두께 또는 무게를 제어 내지 조절할 수 있는 방식을 사용할 필요가 있다.
베이스 필름(101)의 표면에 도금되거나 코팅되는 도전재(102)의 두께는 리드탭(190)과 전극(집전체)의 길이에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 전극(집전체)의 길이가 길어지면 도전재(102)의 도금 두께도 증가하는 것이 바람직하다.
도전재(102)는 베이스 필름(101)의 어느 일면에만 형성되거나 양면에 모두 형성될 수도 있다. 이때, 도전재(102)는 최대 단면 기준 2 μm의 두께 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는 도전재(102)에 의해서 전류 흐름이 가능하기 때문에 베이스 필름(101)의 표면에 도전재(102)가 도금 또는 코팅된 상태가 잘 유지되어야 한다. 이를 위해서, 베이스 필름(101)의 표면 처리를 하여 도전재(102)와 베이스 필름(101)의 결착력을 높이는 것이 바람직하다.
도전재(102)와 베이스 필름(101) 간의 결착력이 좋지 않으면, 전해액이 주입된 상태에서 도전재(102)가 베이스 필름(101)의 표면에서 분리 또는 이탈될 수 있기 때문에 도전재(102)와 베이스 필름(101) 간의 결착력을 높이는 것이 중요하다.
베이스 필름(101)의 표면에는 도전재(102)와의 접착력 또는 결착력을 높이기 위한 표면 처리가 형성될 수 있다.
도전재(102)와 베이스 필름(101)의 결착력을 높이기 위해서 베이스 필름(101)의 표면에 코로나 처리를 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는 외부 기기와의 연결을 위한 리드탭(190)을 구비할 수 있다.
금속 포일로 된 기존의 전극 집전체는 금속 포일에 직접 리드탭을 용접할 수 있지만, 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는 기존의 금속 포일에 대응하는 구성이 얇은 베이스 필름(101)이기 때문에 베이스 필름(101)에 직접 리드탭을 용접하는 것이 불가능하다. 즉, 베이스 필름(101)의 상면 또는 하면에 형성된 도전재(102)에 리드탭(190)을 용접해야 하는데, 베이스 필름(101)이 얇기 때문에 용접 부위에 충분한 인장 강도를 확보할 수 없어서 리드탭(190)이 베이스 필름(101)에 부착하는 것이 어렵다. 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는 베이스 필름(101)의 상면 및 하면에 금속 재질의 금속편(120)을 부착한 상태에서 금속편(120)에 리드탭(190)을 용접하거나, 어느 일면에 금속편(120)을 부착하고 타면에 리드탭(190)을 부착한 상태에서 리드탭(190)을 금속편(120)에 용접함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)에 있어서, 리드탭(190)은 초음파 용접(ultrasonic welding), 레이저 용접(laser welding) 또는 스폿 용접(spot welding)에 의해서 금속편(120), 도전재(102) 또는 베이스 필름(101)에 용접될 수 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는, 베이스 필름(101)의 상면 및 하면에 모두 금속으로 된 금속편(120), 리드탭(190)이 위치하고 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
우선, 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(100)는, 베이스 필름(101)의 상면과 하면에 도전재(102)가 마련되어 있다. 상하의 도전재(102)와 접합 또는 연결되도록 베이스 필름(101)의 상면 및 하면에는 각각 금속편(120)이 마련되어 있다. 즉, 금속편(120)은 베이스 필름(101)의 상면쪽과 하면쪽에서 도전재(102)와 접합 또는 연결되도록 마련될 수 있다. 리드탭(190)은 베이스 필름(101)의 상하에 마련된 금속편(120) 중 어느 하나에 용접됨으로써 리드탭(190)은 금속편(120) 및 도전재(102)와 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서, 금속편(120)은 베이스 필름(101) 상에서 리드탭(190)을 용접하는 위치를 확보하는 역할을 할 수 있다. 즉, 금속편(120)은 리드탭(190)의 연결부와 같은 역할을 할 수 있다.
금속편(120)은 5 μm 이상의 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 금속편(120)은 베이스 필름(101)의 일부분에만 마련되는 것으로 충분하다. 베이스 필름(101) 상에 마련되는 금속편(120)의 개수 또는 위치 등에는 제한이 없다. 다만, 금속편(120)에 리드탭(190)이 용접되는 경우라면, 전극조립체의 형태를 고려하여 리드탭(190)이 용접되는 금속편(120)의 위치를 결정하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 금속편(120)은 5 μm 이상의 두께를 가지는 금속 박막 또는 금속 포일의 형태를 가지는 것이 바람직하지만, 반드시 이러한 형태에 국한되는 것은 아니다. 즉, 금속편(120)은 박막, 포일 또는 메쉬(mesh)의 형태로 마련될 수 있다.
금속편(120)은 알루미늄 포일(foil) 또는 SUS 316L 포일로 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(100)의 금속편(120)은 리드탭(190)의 용접 위치를 확보할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 도전재(102)가 형성될 수 있고, 상하의 도전재(102)와 접촉하도록 금속편(120)이 베이스 필름(101)의 상하 양면 쪽에 마련될 수 있다. 리드탭(190)은 상하의 금속편(120) 중 어느 하나에 용접될 수 있다. 용접을 하게 되면 베이스 필름(101)이 녹으면서 도전재(102), 금속편(120) 및 리드탭(190)이 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(100)를 참조하면, 도전재(102)와 마주보는 금속편(120)의 일면과 도전재(102) 사이에는 절연성 고분자층(130)이 형성될 수 있다. 절연성 고분자층(130)은 베이스 필름(101)의 표면 또는 도전재(102)의 표면에 금속편(120)을 부착하거나 도전재(102)와 금속편(120)을 절연하기 위한 것이다. 도 4의 경우에는 도전재(102)와 금속편(120) 사이에 절연성 고분자층(130)이 마련될 수 있다.
절연성 고분자층(130)은 접착성 또는 점착성을 가지는 물질로 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 절연성 고분자층(130)은 고분자(Polymer) 재질로 마련되거나 고분자 필름 형태로 마련될 수 있다.
절연성 고분자층(130)이 고분자 필름의 형태로 마련될 경우에는 두께가 50 μm 미만인 것이 바람직하다. 절연성 고분자층(130)의 두께가 50 μm를 넘으면 용접이 잘 되지 않고 저항이 커지는 단점이 있다([표 1] 및 [표 2] 참조).
구조: Al foil/KMG + Al/Pet/Al +
KMG/Al foil		 실험 결과
No. Al coated PET Al foil 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
1-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
KMG 5μm		 OK 0.12 0.068 0.060
1-2 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
KMG 10μm		 OK 0.17 0.096 0.069
1-3 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
KMG 20μm		 OK 0.21 0.103 0.097
1-4 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
KMG 30μm		 OK 0.32 0.070 0.080
1-5 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
KMG 50μm		 NG - - -
1-6 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
KMG 100μm		 NG - - -
구조: Al foil/EVA + Al/Pet/Al +
EVA/Al foil		 실험 결과
No. Al coated PET Al foil 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
2-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
EVA 5μm		 OK 0.15 0.068 0.060
2-2 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
EVA 10μm		 OK 0.16 0.096 0.095
2-3 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
EVA 20μm		 OK 0.2 0.123 0.110
2-4 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
EVA 30μm		 OK 0.21 0.050 0.050
2-5 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
EVA 50μm		 NG - - -
2-6 1μm Al+7μm PET+1μm Al 12μm Al/
EVA 100μm		 NG - - -
절연성 고분자층(130)은 베이스 필름(101)과 같은 온도에서 녹거나 베이스 필름(101)의 낮은 온도에서 녹을 수 있다. 즉, 절연성 고분자층(130)은 베이스 필름(101)과 같은 녹는점을 가지거나, 베이스 필름(101)의 녹는점 보다 낮은 온도의 녹는점을 가지는 것이 바람직하다.
절연성 고분자층(130)은 폴리에틸렌(PE: Polyethylene), 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), 폴리비닐리덴디플루오라이드(PVDF: Polyvinylidene Difluoride), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), 폴리이미드(PI: Polyimide) 등의 고분자 재질로 형성될 뿐만 아니라 에틸렌아세트산비닐(EVA: Ethylene Vinyl Acetate) 또는 아크릴레이트(Acrylate)계 화합물 등과 같이 접착 성분을 가지는 고분자 재질로 형성될 수 있다.
절연성 고분자층(130)은 베이스 필름(101) 또는 도전재(102)의 표면에 금속편(120)을 부착하는 기능 뿐만 아니라 절연층의 기능도 할 수 있다. 리드탭(190)이 용접될 때 절연성 고분자층(130)은 녹으면서 도전재(102)와 전기적으로 연결되는데 용접된 부분을 제외한 부분은 절연성 고분자층(130)에 의하여 절연된 상태가 된다. 외부 단락시 전기적으로 연결된 부분이 용접된 부분으로 제한된 경우 용접된 부분의 도전재(102)가 반응하여 전류를 줄이거나 차단할 수 있다. 전기적으로 연결된 부분이 넓은 경우에는 반응이 많이 필요하기 때문에 전류 차단이 어려울 수 있다. 따라서, 도전재(102)에 금속편(120)이 부착되는 경우에 도전재(102)와 금속편(120) 사이에 절연성을 가지는 절연성 고분자층(130)이 마련되는 것이 바람직하다.
여기서, 베이스 필름(101)의 양면에 각각 마련된 도전재(102)에 부착되는 절연성 고분자층(130) 및 금속편(120)은 베이스 필름(101)을 기준으로 서로 동일한 위치에 마련될 수 있다.
도 4에 도시된 전극용 집전체(100)에 대해서 리드탭(190)을 용접할 때 베이스 필름(101)의 인장강도, 전기전도도 등에 대한 실험 결과는 다음 [표 3]과 같다.
구조: Al foil(12μm) + KMG(10μm) + (Al/PET/Al) + Al foil(12μm) +
KMG(10μm) + Al tab		 실험 결과
No. Al coated PET Al tab 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
3-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al 80 μm OK 0.5 0.135 0.124
3-2 1μm Al+7μm PET+1μm Al 100 μm OK 0.49 0.166 0.150
[표 3]에서, "구조: Al foil(12μm)+KMG(10μm)+(Al/PET/Al)+Al foil(12μm)+KMG(10μm)+Al tab"은 도 4에 도시된 바와 같은 단면 구조를 가지는 양극 전극용 집전체(100)를 의미한다. 여기서, Al foil은 두께 12 μm의 알루미늄 금속편(120)을 의미하고, KMG는 KMG사의 접착제로서 두께 10μm로 마련되는 접착성을 가지는 아크릴레이트계 화합물인 절연성 고분자층(130)을 의미하고, Al/PET/Al은 상하 양면에 알루미늄 도전재(102)가 코팅된 고분자 PET로 된 베이스 필름(101)을 의미하고, Al tab은 알루미늄으로 된 리드탭(190)을 의미한다. 또한, "저항(Ω)(앞면)"은 Al tab과 Al tab이 부착된 면의 도전재 층과의 저항값을 의미하고, "저항(Ω)(뒷면)"은 Al tab과 Al tab이 부착되지 않은 면의 도전재 층과의 저항값을 의미한다. 저항은 Hioki 3555 기종을 사용하여 측정하였다. 이는 다른 실험에서도 동일하게 적용하였다.
[표 3]은 두께 7μm인 PET로 된 베이스 필름(101)의 상하 양면에 알루미늄 도전재(102)가 1μm 두께로 도포되고, 리드탭(190)은 두께가 80 μm인 것(1-1)과 100 μm인 것(1-2)을 어느 하나의 금속편(120)에 용접한 상태에서 용접 가능성, 인장강도, 저항을 측정한 결과를 보여주고 있다.
한편, 실험에서 용접은 초음파 용접기를 사용하여 진행하였다.
[표 3]의 결과를 참조하면, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 금속재질의 금속편(120)이 위치하기 때문에 어느 하나의 금속편(120)에 리드탭(190)을 용접하는 것에 문제가 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 금속편(120)이 마련된 상태에서 리드탭(190)이 부착되기 때문에 리드탭(190)이 용접된 부위의 인장강도가 확보됨을 확인할 수 있었다.
절연성 고분자층(130)으로 KMG 대신 접착성을 가지는 두께 10μm의 EVA를 사용한 경우에도 [표 3]과 유사한 실험 결과를 확인할 수 있었다. 또한, 서로 다른 도전재 층이 용접 부위를 통해서 통전됨을 알 수 있었다.
[표 4]는 도 4에 도시된 집전체(100)에서 절연성 고분자층(130)을 제거한 양극 전극용 집전체에 대한 실험 결과이다. 즉, 상하의 도전재(102)에 금속편(120)을 각각 부착하고 금속편(120) 중 어느 하나에 리드탭(190)을 용접한 구조의 양극 전극용 집전체에 대한 실험 결과이다.
구조: Al foil(12 μm) + (Al/PET/Al) +
Al foil(12 μm) + Al tab		 실험 결과
No. Al coated PET Al tab 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
4-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al 80 μm OK 0.6 0.098 0.065
4-2 1μm Al+7μm PET+1μm Al 100 μm OK 0.61 0.12 0.095
[표 4]에서, "구조: Al foil(12 μm)+(Al/PET/Al)+Al foil(12 μm)+Al tab"는 전극용 집전체(100)의 단면 형태를 의미한다. 여기서, Al foil은 두께 12 μm의 알루미늄 금속편(120)을 의미하고, Al/PET/Al은 양면에 알루미늄 도전재(102)가 코팅된 고분자 PET로 된 베이스 필름(101)을 의미하고, Al tab은 알루미늄으로 된 리드탭(190)을 의미한다.
[표 4]는 두께 7μm인 PET로 된 베이스 필름(101)의 상하 양면에 알루미늄 도전재(102)가 1μm 두께로 도포되고, 리드탭(190)은 두께가 80 μm인 것(2-1)과 100 μm인 것(2-2)을 어느 하나의 금속편(120)에 용접한 상태에서 용접 가능성, 인장강도, 저항을 측정한 결과를 보여주고 있다.
[표 4]의 결과를 참조하면, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 금속재질의 금속편(120)이 위치하기 때문에 어느 하나의 금속편(120)에 리드탭(190)을 용접하는 것에 문제가 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 금속편(120) 또는 리드탭(190)이 부착되기 때문에 리드탭(190)이 용접된 부위의 인장강도가 확보됨을 확인할 수 있었다.
여기서, 베이스 필름(101)의 양면에 각각 마련된 금속편(120)은 서로 동일한 위치에 마련될 수 있다.
한편, 베이스 필름(101)의 상하 양면 중 어느 한 면에만 금속편(120) 또는 리드탭(190)이 부착되는 경우에는 용접 부위의 인장 강도를 확보하기 어렵다. [표 5]는 베이스 필름(101)의 한 면에 금속편(120)과 리드탭(190)이 모두 위치하는 경우에 대한 실험 결과를 보여준다.
구조: Al tab + Al foil(12 μm) + (Al/PET/Al) 실험 결과
No. Al coated PET Al tab 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
5-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al 80 μm OK 0.03 0.103 0.053
5-2 1μm Al+7μm PET+1μm Al 100 μm OK 0.02 0.131 0.058
[표 5]의 경우에는 베이스 필름(101)의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에만 Al foil로 된 금속편(120)이 위치하고, 이 금속편(120)에 리드탭(190)이 용접되는 양극 전극용 집전체에 대한 실험결과이다. 즉, 베이스 필름(101)의 한 쪽 면에만 금속이 몰려 있는 양극 전극용 집전체에 대한 실험결과이다. [표 3] 및 [표 4]와 비교해 보면, 인장강도가 매우 작음을 알 수 있다. 인장강도가 작으면 리드탭을 베이스 필름에 용접하는 것이 불가능하다.
도 5에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(400)가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 양극 전극용 집전체(400)는, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 도포된 도전재(102), 어느 한 쪽의 도전재(102)의 표면에 마련되는 금속편(120), 다른 한 쪽의 도전재(102)의 표면에 마련되는 리드탭(190), 도전재(102)와 금속편(120) 사이에 마련되는 절연성 고분자층(130), 도전재(102)와 리드탭(190) 사이에 마련되는 절연성 고분자층(130)을 포함할 수 있다.
도 4의 양극 전극용 집전체(100)와 비교하면, 금속편(120)이 베이스 필름(101)의 한 쪽에 마련되고 반대편에는 리드탭(190)만 마련되는 점, 금속편(120)과 도전재(102) 사이에는 절연성 고분자층(130)이 있지만 절연성 고분자층(130)과 리드탭(190) 사이에는 금속편(120)이 없는 점에서 차이가 있다. 하지만, 도 5에 도시된 양극 전극용 집전체(400)도 베이스 필름(101)의 상면과 하면에 모두 금속으로 된 부재 즉, 금속편(120)과 리드탭(190)이 위치하는 점에서는 도 4에 도시된 양극 전극용 집전체(100)와 유사하다.
베이스 필름(101)의 상하 양면에 각각 마련되는 금속편(120)과 리드탭(190)은 동일한 위치에 마련될 수 있다.
도 5에 도시된 양극 전극용 집전체(400)에 대해서 리드탭(190)을 용접할 때 베이스 필름(101)의 인장강도, 전기전도도 등에 대한 실험 결과는 다음 [표 6]과 같다.
구조: Al foil(12μm) + KMG(10μm) + (Al/PET/Al) + KMG(10μm) + Al tab 실험 결과
No. Al coated PET Al tab 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
6-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al 80 μm OK 0.43 0.112 0.115
6-2 1μm Al+7μm PET+1μm Al 100 μm OK 0.45 0.12 0.13
[표 6]에서, "구조: Al foil(12μm)+KMG(10μm)+(Al/PET/Al)+KMG(10μm)+Al tab"은 도 5에 도시된 바와 같은 단면 구조를 가지는 전극용 집전체(400)를 의미한다. 여기서, Al foil은 두께 12 μm의 알루미늄 금속편(120)을 의미하고, KMG는 KMG사의 접착제로서 두께 10μm로 마련되는 접착성을 가지는 아크릴레이트계 화합물인 절연성 고분자층(130)을 의미하고, Al/PET/Al은 상하 양면에 알루미늄 도전재(102)가 코팅된 고분자 PET로 된 베이스 필름(101)을 의미하고, Al tab은 알루미늄으로 된 리드탭(190)을 의미한다.
[표 6]은 두께 7μm인 PET로 된 베이스 필름(101)의 상하 양면에 알루미늄 도전재(102)가 1μm 두께로 도포되고, 리드탭(190)은 두께가 80 μm인 것(4-1)과 100 μm인 것(4-2)을 도전재(102)에 직접 용접한 상태에서 용접 가능성, 인장강도, 저항을 측정한 결과를 보여주고 있다.
[표 6]의 결과를 참조하면, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 각각 금속재질의 금속편(120)과 리드탭(190)이 위치하기 때문에 리드탭(190)을 용접하는 것에 문제가 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 각각 금속편(120)과 리드탭(190)이 마련된 상태에서 리드탭(190)이 용접되기 때문에 리드탭(190)이 용접된 부위의 인장강도가 확보됨을 확인할 수 있었다.
도전재(102)와 금속편(120) 사이에 마련되는 절연성 고분자층(130)으로 KMG 대신 접착성을 가지는 두께 10μm의 EVA를 사용한 경우에도 [표 6]과 유사한 실험 결과를 확인할 수 있었다.
도 6에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(500)가 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 양극 전극용 집전체(500)는, 베이스 필름(101)의 상하 양면 중 어느 일면에만 도포된 도전재(102), 도전재(102)의 표면에 마련되는 금속편(120), 도전재(102)가 없는 베이스 필름(101)의 표면에 마련되는 리드탭(190), 도전재(102)와 금속편(120) 사이에 마련되는 절연성 고분자층(130)을 포함할 수 있다.
도 5의 양극 전극용 집전체(400)와 비교하면, 도전재(102)와 금속편(120)이 베이스 필름(101)의 일면에만 마련되고 베이스 필름(101)의 반대면에는 리드탭(190)만 마련되는 점, 금속편(120)과 도전재(102) 사이에는 절연성 고분자층(130)이 있지만 베이스 필름(101)과 리드탭(190) 사이에는 절연성 고분자층(130)이 없는 점에서 차이가 있다. 하지만, 도 6에 도시된 양극 전극용 집전체(500)도 베이스 필름(101)의 상면과 하면에 모두 금속으로 된 부재 즉, 금속편(120)과 리드탭(190)이 위치하는 점에서는 도 4에 도시된 집전체(100), 도 5에 도시된 양극 전극용 집전체(400)와 유사하다.
베이스 필름(101)의 상하 양면에 각각 마련되는 금속편(120)과 리드탭(190)은 동일한 위치에 마련될 수 있다.
도 6에 도시된 양극 전극용 집전체(500)에 대해서 리드탭(190)을 용접할 때 베이스 필름(101)의 인장강도, 전기전도도 등에 대한 실험 결과는 다음 [표 7]과 같다.
구조: Al foil(12μm) + KMG(10μm) + (Al/PET) + Al tab(80μm) 실험 결과
No. Al coated PET 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항1
(Ω)		 저항2
(Ω)		 저항3
(Ω)
7-1 1μm Al+7μm PET OK 0.36 0.087 0.050 0.047
[표 7]에서, "구조: Al foil(12μm)+KMG(10μm)+(Al/PET)+Al tab(80μm)"은 도 6에 도시된 바와 같은 단면 구조를 가지는 전극용 집전체(500)를 의미한다. 여기서, Al foil은 두께 12 μm의 알루미늄 금속편(120)을 의미하고, KMG는 KMG사의 접착제로서 두께 10μm로 마련되는 접착성을 가지는 아크릴레이트계 화합물인 절연성 고분자층(130)을 의미하고, Al/PET는 상면에 알루미늄 도전재(102)가 코팅된 고분자 PET로 된 베이스 필름(101)을 의미하고, Al tab은 두께 80μm의 알루미늄으로 된 리드탭(190)을 의미한다. 또한, 저항 1은 금속편(120)과 도전재(102)에서 측정한 저항, 저항 2는 금속편(120)과 리드탭(190)에서 측정한 저항, 저항 3은 도전재(102)와 리드탭(190)에서 측정한 저항을 의미한다.
[표 7]은 두께 7μm인 PET로 된 베이스 필름(101)의 상면에 알루미늄 도전재(102)가 1μm 두께로 도포되고, 두께가 80 μm인 리드탭(190)을 베이스 필름(101)의 하면에 용접한 상태에서 용접 가능성, 인장강도, 저항을 측정한 결과를 보여주고 있다.
[표 7]의 결과를 참조하면, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 각각 금속재질의 금속편(120)과 리드탭(190)이 위치하기 때문에 리드탭(190)을 용접하는 것에 문제가 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 베이스 필름(101)의 상하 양면에 각각 금속편(120)과 리드탭(190)이 마련된 상태에서 리드탭(190)이 용접되기 때문에 리드탭(190)이 용접된 부위의 인장강도가 확보됨을 확인할 수 있었다. 또한, 저항 1 내지 3의 측정값을 분석해 보면 전기전도도도 양호함을 확인할 수 있었다.
도 6에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(500)는, 알루미늄 도전재(102)가 도포되어 있지 않은 베이스 필름(101)의 일면에 리드탭(190)이 부착되기 때문에 도전재(102)가 없는 면을 안쪽으로 하여 접어서 전극조립체를 형성할 때 리드탭(190)이 분리막 및 음극과 만나지 않게 된다. 따라서, 리드탭(190)의 단락을 방지하기 위한 별도의 보호 필름이 필요하지 않다는 장점이 있다.
도 7에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(600)가 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 양극 전극용 집전체(600)는, 베이스 필름(101)의 상하 양면 중 어느 일면에만 도포된 도전재(102), 도전재(102)의 표면에 마련되는 리드탭(190), 도전재(102)가 없는 베이스 필름(101)의 표면에 마련되는 금속편(120), 도전재(102)와 리드탭(190) 사이에 마련되는 절연성 고분자층(130)을 포함할 수 있다.
베이스 필름(101)의 상하 양면에 각각 마련되는 금속편(120)과 리드탭(190)은 동일한 위치에 마련될 수 있다.
도 7에 도시된 양극 전극용 집전체(600)는 금속편(120)와 리드탭(190)의 위치가 반대인 점에서 도 6에 도시된 양극 전극용 집전체(400)와 차이가 있다. 하지만, 도 7에 도시된 양극 전극용 집전체(600)도 베이스 필름(101)의 상면과 하면에 모두 금속으로 된 부재 즉, 금속편(120)과 리드탭(190)이 위치하는 점에서는 도 4에 도시된 양극 전극용 집전체(100), 도 5에 도시된 양극 전극용 집전체(400) 및 도 6에 도시된 양극 전극용 집전체(500)와 유사하다. 따라서, 도 7에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(600)도 리드탭(190)의 용접 부위에 충분한 인장강도를 확보할 수 있고 양호한 전기전도도를 가진다고 볼 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는, 베이스 필름(101)의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 고분자로 된 절연성 고분자층(130)을 마련하는 경우에도 베이스 필름(101)의 양면에 금속으로 된 부재 즉, 금속편(120) 또는 리드탭(190)이 모두 있기 때문에 베이스 필름(101) 또는 리드탭(190)이 용접된 부위의 인장강도가 양호하다.
리드탭(190)을 용접하게 되면 용접 부위에서 절연성 고분자층(130) 및 베이스 필름(101)이 녹으면서 리드탭(190)이 접합되어 도전재(102)와 전기적으로 연결될 수 있다.
구조: Al foil(12μm) + PE(16μm) + (Al/PET) + PE(16μm) +
Al foil(12μm)		 실험 결과
No. Al coated PET
 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
8-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al
 OK 0.40 0.155 0.125
구조: Al foil(12μm) + PI(12μm) + (Al/PET) + PI(12μm) +
Al foil(12μm)		 실험 결과
No. Al coated PET
 용접
가능성		 인장강도
(Kgf/mm2)		 저항(Ω)
(앞면)		 저항(Ω)
(뒷면)
9-1 1μm Al+7μm PET+1μm Al
 NG - - -
[표 8]과 [표 9]는 KMG 또는 EVA 보다 녹는점이 높은 PE 또는 PI를 절연성 고분자층으로 적용한 경우에 있어서 용접 가능성에 대한 실험 결과를 보여준다. PET 보다 낮은 녹는점을 가지는 PE의 경우에는 용접이 가능하고, 인장강도 및 저항은 KMG 또는 EVA를 절연성 고분자층으로 적용한 경우와 유사한 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 녹는점이 높은 PI는 용접이 잘 되지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(100)를 도시한 평면도이다. 도 8을 참조하면, 도전재(102) 위에 금속편(120)이 위치하고, 금속편(120) 위에 리드탭(190)이 위치하고 있다. 이때, 금속편(120)과 도전재(102) 사이에는 절연성 고분자층(130)이 존재한다. 리드탭(190)이 용접되는 과정에서 절연성 고분자층(130)과 베이스 필름(101)이 녹으면서 용접 포인트를 형성하게 된다. 즉, 도 8의 경우, 금속편(120)과 도전재(102) 사이에 위치하는 절연성 고분자층(130)이 녹으면서 리드탭(190)이 용접되는데, 전기적 연결은 절연성 고분자층(130)이 녹으면서 연결된 용접 포인트만으로 이루어지게 된다. 이와 같이, 절연성 고분자층(130)이 있는 경우에는 리드탭(190)의 용접시에 전기적 연결이 용접 포인트에서만 매우 작은 부위에 전류 패스(pass)가 형성되기 때문에 리드탭(190) 또는 금속편(120)과 도전재(102) 사이를 절연시킬 수 있다. 또한, 용접 포인트를 제외한 나머지 부분은 전해액에 노출되거나 전해액이 침투하기 쉬운 상태가 된다.
만약, 리드탭 또는 금속편과 도전재 사이에 절연성 고분자층이 없으면, 리드탭 또는 금속편과 도전재가 직접 접촉하게 되는데 이때 양자는 리드탭 또는 금속편의 크기에 해당하는 면적으로 도전재와 물리적 접촉을 하게 된다. 이와 같이, 리드탭의 용접 부위에서 리드탭 또는 금속편과 도전재가 물리적 접촉하는 양극 전극용 집전체의 경우, 금속편과 도전재 사이에 절연성 고분자층이 없기 때문에 금속편의 넓이 만큼 면접촉을 가지게 되고 이에 따라 반응해야 하는 면적도 넓을 수밖에 없다. 이렇기 때문에, 베이스 필름의 표면에 도포된 도전재를 모두 반응시키기 어렵다. 이러한 양극 전극용 집전체를 사용하는 전지에 외부 단락이 발생하면 전류 패스(pass)가 유지되기 때문에 전류를 차단시키지 못하고 전지의 온도가 상승할 수 있다(도 10(a) 참조).
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(100) 및 본 발명의 제3 실시예에 따른 양극 전극용 집전체(500)를 구비한 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 리드탭 연결부위에 대한 외부 단락 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9의 (a)는 양극 전극용 집전체(100)를 포함하는 전지의 용량이 400mAh인 경우에 대한 시험 결과로서, 양극 전극용 집전체(500)는 양면에 알루미늄 도전재(102)가 형성된 PET 재질의 베이스 필름(101), 베이스 필름(101)의 양면에서 도전재(102)와 접촉하도록 마련된 알루미늄의 금속편(120), 도전재(102)와 금속편(120) 사이에 마련된 KMG 재질의 절연성 고분자층(130), 어느 하나의 금속편(120)에 용접된 리드탭(190)을 포함할 수 있다.
도 9의 (b)는 양극 전극용 집전체(500)를 포함하는 전지의 용량이 1000mAh인 경우에 대한 시험 결과로서, 양극 전극용 집전체(300)는, 단면에 알루미늄 도전재(102)가 형성된 PET 재질의 베이스 필름(101), 베이스 필름(101)의 도전재(102)와 접촉하도록 마련된 알루미늄의 금속편(120), 도전재(102)와 금속편(120) 사이에 마련된 도전성 절연성 고분자층(130), 도전재(102)가 없는 베이스 필름(101)의 일면에 접합된 리드탭(190)을 포함할 수 있다.
시험에 사용된 양극 전극용 집전체(100,500)에 있어서 양극 전극은 리튬코발트옥사이드(LCO, 유미코어)95%, 도전재(super-P, timcal) 2.5%, 바인더(5130, solef) 2.5%로 구성된 조성을 사용하였으며, 음극 전극은 흑연(BGF-L, BTR) 97.1%, 도전재(super-P, Timcal) 0.3%, 바인더 SBR (BM-400B, Zeon) 1.3%, CMC (BSH12, 일본 제지) 1.3%로 구성된 조성을 사용하였다. 또한, 분리막은 PE 분리막(SETELA F07BC, Toray tonen)을 사용하였으며, 전해액은 EC/EMC=1/2, 1M LiPF6(파낙스이텍)을 사용하였다. 파우치는 DNP사 88um 제품을 사용하였으며, 리드탭은 Al(두께 0.1mm, 폭 3mm), Cu(두께 0.1mm, 폭 3mm)로 된 신화아이텍 제품을 사용하였다.
4.35 V까지 충전한 후 외부 단락 시험을 하였다. 여기서, 절연성 고분자층(130)으로는 아크릴레이트계 화합물인 KMG사 제품을 이용하였다.
도 9의 (a)의 경우에는, 전류가 작게 형성되어 전지의 온도 상승이 낮은 것을 알 수 있다. 또한, 도 9의 (b)의 경우에는, 전류 차단이 잘 되어 전지의 온도 상승이 없다는 것을 알 수 있다. 도 9의 (a) 및 (b)의 실험 대상인 양극 전극용 집전체(500)는, 베이스 필름(101)의 단면에만 도전재(102)가 형성되고 도전재(102)와 금속편(120) 사이에는 절연성 고분자층(130)이 위치하기 때문에 용접시 녹은 절연성 고분자층(130)에 의해서 전류 패스가 좁은 부위에만 형성되고 절연성 고분자층(130)이 없는 베이스 필름(101)의 일면으로 전해액에 쉽게 침투하거나 함침할 수 있기 때문에 전지의 온도가 높아지는 것을 효과적으로 차단할 수 있었고, 외부 단락에 대해서 매우 안전함을 알 수 있었다.
도 10은 절연성 고분자층이 없는 양극 전극용 집전체를 사용한 전지에 대한 외부 단락 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10의 실험 대상인 양극 전극용 집전체는, 베이스 필름의 양면에는 알루미늄 도전재가 도포되고 베이스 필름의 상하 양면에 금속편이 위치하고 어느 하나의 금속편에 리드탭을 초음파 용접한 형태이다. 전지의 용량은 400mAh(도 10(a) 참조), 1000 mAh(도 10(b) 참조)이고 만충전한 후에 단락 시험을 하였다.
도 10(b)의 실험 결과는, 단락이 발생함에 따라 전류가 많이 흐르면서 전지의 온도가 높아지고 전지가 발화되었음을 보여준다. 도 9의 실험에서 사용된 양극 전극용 집전체(500)와 달리 도 10(b)의 실험에서 사용된 양극 전극용 집전체는 절연성 고분자층 없이 금속편이 도전재에 직접 접촉하고 있기 때문에 전류 패스가 면접촉하는 경우가 되어 단락시 전류 패스를 완전하게 차단하지 못하여 전지가 발화되고 만 것이다.
도 9 및 도 10의 외부 단락 실험 결과로부터, 도전재(102)와 금속편(120), 리드탭(190)의 경계에는 절연성 물질로 된 절연성 고분자층(130)이 있는 경우에는, 리드탭(190)의 전기적 연결은 절연성 고분자층(130)이 녹으면서 연결된 용접 포인트(부위)로만 되기 때문에 단락시 전류 패스의 차단에 유리하고 전지의 안전성을 높인다는 것을 알 수 있었다.
또한, 베이스 필름(101)의 상하 양면 중 적어도 한 면은 전해액이 침투(또는 함침)하기 용이하도록 절연성 고분자층(130)이 접착되지 않는 부분이 존재하는 구조인 것이 바람직하다. 즉, 다공질(porous) 구조를 가져서 전해액 함침에 유리한 구조를 가지거나 절연성 고분자층(130)이 베이스 필름(101)의 한 면에서만 금속편(120) 또는 도전재(102) 중 어느 하나에 마련되어 절연성 고분자층이 없는 쪽을 통해서 전해액이 침투할 수 있는 구조를 가지는 것이 유리하다. 또한, 전해액이 겔(Gel)화 되는 특성이 있으면 침투에 유리할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 양극 전극용 집전체(100,400,500,600)는 도전재(102)가 도포된 베이스 필름(101)의 상하 양면에 통전이 되면서 금속편(120)과 리드탭(190)을 부착시키기 위해서는 베이스 필름(101)의 상하 양면에 금속편(120) 또는 리드탭(190)이 있어야 한다. 예를 들면, 베이스 필름의 상하 양면에 금속편이 있거나, 베이스 필름의 한 면에는 금속편이 있고 다른 한 면에는 리드탭이 있어야 한다. 만약, 베이스 필름의 한 면에만 금속편 또는 리드탭이 있는 경우에는 리드탭 용접 부위의 접착강도 또는 인장강도가 낮아서 사용하기 어렵다.
또한, 외부 단락 발생시 전류 패스 차단 성능을 확보하고 전지의 안전성을 높이기 위해서는, 절연을 시키면서 녹을 수 있는 고분자로 된 절연성 고분자층(130)이 금속편(120) 또는 리드탭(190)과 도전재(102) 사이에 있어야 한다. 이때, 절연성 고분자층(130)으로 인해서 전기적 연결은 리드탭(190)의 용접 포인트(용접 부위)로만 이루어지게 된다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 전극조립체 100,400,500,600: 양극 전극용 집전체
101: 베이스 필름 102: 도전재
103: 양극 활물질 120: 금속편
130: 절연성 고분자층 190: 리드탭
200: 음극 전극용 집전체 201: 음극 금속포일
203: 음극 활물질 290: 음극 리드탭
300: 분리막

Claims (9)

  1. 베이스 필름;
    상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 중 적어도 하나의 일면에 마련되는 도전재;
    상기 도전재와 전기적으로 연결되도록 상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 쪽에 마련되는 금속편;
    상기 금속편, 상기 도전재 또는 상기 베이스 필름 중 어느 하나와 접합되도록 마련되어 상기 도전재와 전기적으로 연결되는 리드탭; 및
    상기 도전재와 상기 금속편 사이에 마련되거나 상기 도전재와 상기 리드탭 사이에 마련되는 절연성 고분자층;
    을 포함하며,
    상기 도전재는 상기 금속편과 상기 베이스 필름 사이에 위치하거나 상기 리드탭과 상기 베이스 필름 사이에 위치하고,
    상기 리드탭은 상기 베이스 필름의 상면 및 하면 쪽에 마련된 상기 금속편과 용접되거나 상기 리드탭과 마주 보는 상기 베이스 필름의 일면 쪽에 마련된 상기 금속편과 용접되며,
    상기 리드탭이 용접될 때 상기 도전재와 상기 금속편 사이 또는 상기 도전재와 상기 리드탭 사이에 위치하는 상기 절연성 고분자층이 상기 베이스 필름과 함께 녹으면서 상기 리드탭이 용접되고,
    상기 절연성 고분자층이 녹으면서 형성된 용접 포인트에서만 상기 리드탭과 상기 도전재의 전기적 연결이 이루어지고 좁은 상기 용접 포인트에서만 전류 패스가 형성되며, 상기 절연성 고분자층 중에서 상기 용접 포인트를 제외한 나머지 부분에 의해 상기 리드탭과 상기 도전재 또는 상기 금속편과 상기 도전재 사이가 절연되는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속편은 상기 베이스 필름의 상면 및 하면 쪽에 각각 마련되거나,
    상기 베이스 필름의 상면 또는 하면 중 어느 한 쪽에는 상기 금속편이 마련되고 다른 한 쪽에는 상기 리드탭이 마련되는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리드탭의 용접성능을 확보하기 위해 상기 절연성 고분자층은 50 μm 미만의 두께를 가지도록 마련되는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연성 고분자층은 접착성 또는 점착성을 가지는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연성 고분자층은 상기 베이스 필름과 같은 온도에서 녹거나 상기 베이스 필름 보다 낮은 온도에서 녹는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스 필름의 상하 양면 중 적어도 한 면은 전해액이 침투 또는 함침하기 용이하도록 상기 절연성 고분자층이 마련되지 않는 부분이 존재하는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전재와 상기 금속편 사이에 위치하는 상기 절연성 고분자층 또는 상기 도전재와 상기 리드탭 사이에 위치하는 상기 절연성 고분자층은 단락 전류를 차단하거나 절연하는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 도전재는 최대 단면 기준 2 μm의 두께 이하의 알루미늄 금속으로 마련되는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속편은 알루미늄 포일 또는 SUS 316L 포일로 마련되는 것을 특징으로 하는 양극 전극용 집전체.
KR1020190117356A 2019-09-24 2019-09-24 양극 전극용 집전체 KR102267393B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190117356A KR102267393B1 (ko) 2019-09-24 2019-09-24 양극 전극용 집전체
CN202080064871.3A CN114424371B (zh) 2019-09-24 2020-09-07 正极电极用集电体
US17/641,999 US20230402616A1 (en) 2019-09-24 2020-09-07 Current collector for positive electrode
EP20870243.1A EP4037037A1 (en) 2019-09-24 2020-09-07 Cathode current collector
PCT/KR2020/012021 WO2021060742A1 (ko) 2019-09-24 2020-09-07 양극 전극용 집전체
JP2022518657A JP2022549438A (ja) 2019-09-24 2020-09-07 正極電極用集電体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190117356A KR102267393B1 (ko) 2019-09-24 2019-09-24 양극 전극용 집전체

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210035503A KR20210035503A (ko) 2021-04-01
KR102267393B1 true KR102267393B1 (ko) 2021-06-21

Family

ID=75165123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190117356A KR102267393B1 (ko) 2019-09-24 2019-09-24 양극 전극용 집전체

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230402616A1 (ko)
EP (1) EP4037037A1 (ko)
JP (1) JP2022549438A (ko)
KR (1) KR102267393B1 (ko)
CN (1) CN114424371B (ko)
WO (1) WO2021060742A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021115292B3 (de) * 2021-06-14 2022-09-22 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Kontaktvorrichtung, Verfahren zur Herstellung einer Kontaktvorrichtung, elektrochemische Zelle sowie elektrochemischer Zellenstapel
CN114204036A (zh) * 2021-11-17 2022-03-18 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种复合集流体的制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10302753A (ja) * 1997-02-28 1998-11-13 Japan Storage Battery Co Ltd 電池用極板の集電体とリードとの接続構造
JPH11283608A (ja) * 1998-03-26 1999-10-15 Tdk Corp 電池用電極、その製造方法及び電池
JP4644899B2 (ja) * 2000-02-23 2011-03-09 ソニー株式会社 電極及び電池、並びにそれらの製造方法
KR100868256B1 (ko) * 2004-12-16 2008-11-11 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 스택형 발전소자의 파우치형 이차전지
JP2008027771A (ja) * 2006-07-21 2008-02-07 Kyoritsu Kagaku Sangyo Kk 非水電解質電池用タブリード材、その製造方法、およびこれを用いた非水電解質電池
JP2009187675A (ja) * 2008-02-01 2009-08-20 Sharp Corp 積層型二次電池およびその製造方法
CN102376927B (zh) * 2010-08-27 2013-07-03 清华大学 锂离子电池保护膜，应用该保护膜的锂离子电池集流体及锂离子电池
JP5937969B2 (ja) * 2011-01-07 2016-06-22 シャープ株式会社 非水系二次電池
CN103650084B (zh) * 2011-06-28 2016-08-17 株式会社村田制作所 蓄电设备用元件及蓄电设备
JP5838322B2 (ja) * 2011-08-29 2016-01-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 薄型電池
KR101489037B1 (ko) * 2012-05-10 2015-02-04 주식회사 엘지화학 리드 부재를 포함하는 이차전지
CN102832052A (zh) * 2012-08-17 2012-12-19 常州华威电子有限公司 一种卷绕式超级电容器的生产流水线装置及其制造方法
KR101516225B1 (ko) * 2013-05-03 2015-05-04 주식회사 제낙스 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템
KR102142552B1 (ko) 2016-10-05 2020-08-10 주식회사 엘지화학 리튬금속 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬금속 이차전지
CN208433466U (zh) * 2018-02-09 2019-01-25 深圳前海优容科技有限公司 电池、电池电芯及集流体

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021060742A1 (ko) 2021-04-01
EP4037037A1 (en) 2022-08-03
KR20210035503A (ko) 2021-04-01
US20230402616A1 (en) 2023-12-14
CN114424371A (zh) 2022-04-29
CN114424371B (zh) 2024-03-01
JP2022549438A (ja) 2022-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11777102B2 (en) Current collector for electrode
KR102112227B1 (ko) 전극용 집전체
US20220085382A1 (en) Current collector for electrode
KR102267393B1 (ko) 양극 전극용 집전체
EP4250405A1 (en) Current collector for electrode
WO1999067837A1 (en) Electrode, method of producing electrode, and cell comprising the electrode
KR102295034B1 (ko) 외력특성을 갖는 리드날개를 포함하는 파우치형 이차전지
KR102424631B1 (ko) 양극 전극용 집전체
JP2001052681A (ja) ポリマー電解質電池
KR102602260B1 (ko) 전극용 집전체
KR102135851B1 (ko) 전극용 집전체 및 그 제조방법
JP2014060074A (ja) 電池
JP5550838B2 (ja) ポリマー電池
KR20240073603A (ko) 이차전지 및 이의 제조방법
CN111261832A (zh) 二次电池及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant