KR102285978B1 - 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실링 특성을 향상시킨 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 개구부가 형성되는 캔부재; 상기 개구부를 밀봉하는 탑캡 조립체; 상기 개구부와 상기 탑캡 조립체의 사이를 절연하는 가스켓 및 상기 가스켓의 표면에 도포되는 핫 멜트;를 포함하고, 상기 핫 멜트는 소정의 온도 이상에서는 유동성 및 점성이 발생하고 상기 소정의 온도 미만에서는 굳는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 개구부가 형성되는 캔부재; 상기 개구부를 밀봉하는 탑캡 조립체; 상기 개구부와 상기 탑캡 조립체의 사이를 절연하는 가스켓 및 상기 가스켓의 표면에 도포되는 핫 멜트;를 포함하고, 상기 핫 멜트는 소정의 온도 이상에서는 유동성 및 점성이 발생하고 상기 소정의 온도 미만에서는 굳는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 실링 특성이 향상된 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0036316호에는 종래의 비수성 전기화학 전지용 내투습성 밀봉 부재가 개시되어 있다.
종래의 이차 전지에서 가스켓(gasket)부의 실링(sealing)은 가스켓을 캔부재의 상단과 함께 물리적인 힘으로 압축하여 실링하는 방식으로 부품의 치수 또는 조립 공정 편차에 의해 누액이 발생하거나 수분침투로 인해 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 실링 특성이 향상된 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 개구부가 형성되는 캔부재; 상기 개구부를 밀봉하는 탑캡 조립체; 상기 개구부와 상기 탑캡 조립체의 사이를 절연하는 가스켓 및 상기 가스켓의 표면에 도포되는 핫 멜트;를 포함하고, 상기 핫 멜트는 소정의 온도 이상에서는 유동성 및 점성이 발생하고 상기 소정의 온도 미만에서는 굳는 것을 특징으로 한다.
상기 소정의 온도는 유리전이온도(Tg)일 수 있다.
상기 소정의 온도는 60℃일 수 있다.
상기 핫 멜트는 상기 소정의 온도 이상에서 점착성을 가질 수 있다.
상기 핫 멜트는 온도의 승강에 따라서 상기 소정의 온도 이상에서 점성이 발생하고 상기 소정의 온도 미만에서 굳는 상태를 반복적으로 가질 수 있는 물질일 수 있다.
상기 핫 멜트는 열가소성 수지 및 점착부여제(tackifier)의 조합으로 이루어질 수 있다.
상기 핫 멜트는 커플링 에이전트(coupling agent)를 더 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리에스터계 수지일 수 있다.
상기 점착부여제는 페놀계 수지, 카본계 수지 및 로진계 수지 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 커플링 에이전트는 실리콘계인 아미노실란, 비닐실란 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은 캔부재, 탑캡 조립체, 가스켓을 준비하는 준비단계; 상기 가스켓 표면에 유기 용매에 녹인 핫멜트를 도포하는 도포단계; 상기 도포단계 이후에 상기 가스켓을 건조시킴에 따라 상기 유기 용매를 증발시키는 건조 단계; 상기 건조 단계 이후 상기 캔부재와 상기 탑캡 조립체와 상기 가스켓을 서로 조립하여 이차전지를 조립하는 조립단계; 및 상기 이차전지를 활성화하는 활성화 단계; 를 포함하고, 상기 활성화 단계에서 상기 핫멜트는 온도 변화에 따라서 상태 변화를 거치고 상태 변화하는 상기 핫멜트에 의해 상기 가스켓이 상기 캔부재 및 탑캡 조립체에 기밀하게 접착되는 것을 특징으로 한다.
상기 활성화 단계는, 상기 이차전지를 상온에서 에이징 하는 상온 에이징(aging) 공정, 상기 상온 에이징보다 높은 온도인 60℃ 이상의 온도 환경에서 에이징 하는 고온 에이징 공정 및 상기 고온 에이징 공정 이후, 상기 고온 에이징 공정보다 온도가 낮은 60℃ 미만의 온도 환경에서 상기 이차전지를 충방전하는 충방전 공정을 포함할 수 있다.
상기 핫멜트는 상기 상온 에이징 공정 시는 굳어 있다가, 상기 고온 에이징 공정 시 유동성 및 점성 가지는 물질로 상태 변화하고, 상온에서 다시 굳을 수 있다.
상기 유기 용매는 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 메틸에틸케톤(methyl ethyle ketone) 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 물질일 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스켓이 캔부재와 탑캡 조립체에 접착되어 실링 특성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 가스켓에 도포되는 핫 멜트에 커플링 이이전트를 포함하여 접착성 향상 및 방수 특성을 강화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 가스켓에 핫 멜트를 도포하여 내화학성을 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1을 A-A 선을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 가스켓이 탑캡 조립체와 캔부재에 접착하는 중요부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 도 1을 A-A 선을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 가스켓이 탑캡 조립체와 캔부재에 접착하는 중요부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1을 A-A 선을 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 개구부(11)가 형성되는 캔부재(10), 상기 개구부(11)를 밀봉하는 탑캡 조립체(20), 상기 개구부(11)와 상기 탑캡 조립체(20)의 사이를 절연하는 가스켓(30) 및 상기 가스켓(30)의 표면에 도포되는 핫 멜트(40)를 포함한다.
캔부재(10)는 원형 또는 각형 리튬이온 2차 전지에서 대략 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄(Al) 또는 스틸(steel)에 니켈(Ni)을 도금한 소재일 수 있다.
그리고 캔부재(10)는 전극조립체와 전해액의 용기가 되고, 전극조립체가 캔부재(10)의 개방된 상단, 즉 상단의 개구부(11)를 통해 캔부재(10)에 삽입된 뒤 캔부재(10) 상단의 개구부(11)는 탑캡 조립체(20)에 의해 봉해진다.
가스켓(30)은 절연성 소재로 형성되고, 캔부재(10)와 탑캡 조립체(20)의 사이를 절연하기 위해 내측 둘레가 탑캡 조립체(20)와 밀착되고 외측 둘레는 캔부재(10)의 개구부와 밀착될 수 있다.
그리고 캔부재(10)는 캔부재(10)의 개구부를 봉하는 탑캡 조립체(20)를 고정하기 위해 캔부재(10)의 상단인 개구부 측 둘레를 벤딩(bending)하는 크림핑부(10a)를 더 포함할 수 있다.
이때, 가스켓(30)은 캔부재(10)의 개구부(11)와 탑캡 조립체(20)의 사이에 설치되어 크림핑부(10a)에 의해 탑캡 조립체(20)와 함께 캔부재(10)에 압축 고정될 수 있다.
핫 멜트(40)는 가스켓(30)의 표면에 도포되는데, 가스켓(30)의 표면 전체 또는 표면 일부에 선택적으로 도포될 수 있다.
핫 멜트(40)는 열가소성 수지 및 점착부여제(tackifier)의 조합으로 형성되는데, 접착성 향상 및 방수 특성 강화를 위해서 커플링 에이전트(coupling agent)를 더 포함할 수 있다.
열가소성 수지는 폴리에스터계 수지 등으로 형성될 수 있다.
점착부여제는 페놀계 수지, 카본계 수지 및 로진계 수지 등 중 어느 하나 이상일 수 있으며 점착성 또는 접착성을 갖는 특성이 있다.
커플링 에이전트는 실리콘계인 아미노실란, 비닐실란 등 중 어느 하나 이상일 수 있으며 금속 표면의 옥사이드(oxide)와 결합할 수 있는 물질이다. 금속 캔부재(10) 내부 표면에서의 옥사이드 결합은 접착성과 기밀성을 현저히 향상시킬 수 있다.
핫 멜트(40)는 유리전이온도(Tg)인 60℃이상에서 녹으면서 유동성과 점성을 갖는 특성이 있다.
핫 멜트(40)는 상온에서 굳은 상태를 유지하고 소정의 온도인 상기 유리전이온도에서 녹으면서 점착성을 갖게 될 수 있다.
또, 핫 멜트(40)는 온도의 승상에 따라서 상기 유리전이 온도 이상에서 점성이 발생하고 상기 유리전이온도 미만에서 굳는 상태를 반복적으로 가질 수 있는 물질 특성을 가질 수 있다.
도 3은 도 2에서 가스켓이 탑캡 조립체와 캔부재에 접착하는 중요부를 일부 확대하여 도시한 일부 확대도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 핫 멜트(40)가 점착성을 갖게되면 가스켓(30)의 내측 둘레는 탑캡 조립체(20)와 접착되고 가스켓(30)의 외측 둘레는 캔부재(10)와 접착될 수 있다.
핫 멜트(40)에 의해서 가스켓(30)이 접착되는 원리를 설명하면 다음과 같을 수 있다.
상온에서 핫 멜트(40)는 가스켓(30) 표면에 코팅되어 있을 수 있다. 상온에서 핫멜트(40)가 유동성과 점착성이 없으므로 단지 가스켓(30) 표면에 코팅되어 있을 뿐이어서 가스켓(30) 접착력에 큰 영향을 주지 않을 수 있다. 굳은 핫 멜트(40)가 코팅된 채로 가스켓(30)은 캔부재(10)와 탑캡 조립체(20) 사이에 조립 설치될 수 있다. 조립 후 가스켓(30)이 압축된 상태로 활성화 공정에 투입될 수 있다.
활성화 공정에 투입된 후에 온도가 유리전이온도(Tg)인 60℃이상으로 올라갔다가 다시 상온으로 내려오는 과정을 거치게 되는데, 이러한 과정상에서 가스켓과 캔부재 등의 접착은 완성될 수 있다.
구체적으로, 가스켓(30)이 압축된 상태에서 유리전이온도(Tg)인 60℃ 이상의 온도가 되면 핫 멜트(40)에 소정의 온도와 압력이 동시에 가해져서 유동성을 가지고 결합면의 미세한 틈새 사이사이에 스며들어 채워질 수 있다. 틈새는 결합부위의 미세한 틈이나 캔부재 개구부(10) 결합 표면상에 형성되어 있는 미세한 틈(10b), 홈, 스크래치, 요철 등일 수 있다. 이 경우 핫 멜트(40)는, 점착성을 가지므로, 가스켓(30)과 탑캡 조립체(20) 또는 가스켓(30)과 캔부재(10) 사이를 끈끈하게 매개해 줄 수 있다.
이후 유리전이온도(Tg)인 60℃미만으로 온도가 내려가면 핫 멜트(40)는 다시 굳어지게 된다. 핫 멜트(40)가 결합면의 틈새 사이사이에 스며들어간 이후에 굳어진 상태가 될 수 있다. 따라서 이 경우 핫 멜트(40)의 존재로 인해서 가스켓(30)과 탑캡 조립체(20) 사이 또는 가스켓(30)과 캔부재(10) 사이는 매우 기밀하고 강한 결합이 형성될 수 있다.
만약, 핫 멜트(40)에 커플링 에이전트가 더 포함된 경우였다면, 옥사이드 결합을 추가로 얻을 수 있으므로, 접착성 향상 및 방수 특성 강화라는 부가적인 효과까지 얻을 수 있다
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 4는 볼 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은 준비단계(S1), 도포단계(S2), 건조단계(S3), 조립단계(S4) 및 활성화단계(S5)를 포함할 수 있다.
준비단계(S1)는 캔부재(10), 탑캡 조립체(20), 가스켓(30)을 준비하는 단계일 수 있다.
도포단계(S2)는 가스켓(30)의 표면에 핫멜트(40)를 도포하는 단계인데, 굳어있는 핫멜트(40)를 상온에서 가스켓(30)의 표면에 도포하기 위해 핫멧트(40)를 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 메틸에틸케톤(methyl ethyle ketone) 등 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 유기 용매로 녹일 수 있다. 녹인 상태의 용액을 가스켓 표면에 도포할 수 있다.
건조단계(S3)는 상기 도포단계(S2) 이후에 가스켓(30)을 건조시켜 상기 유기 용매를 증발시키기 위한 단계이다. 상기 유기 용매를 증발시키고 나면 가스켓(30)의 표면에는 핫 멜트(40)만이 남게 되어, 핫 멜트(40) 코팅층이 가스켓 표면에 형성되는 것이다.
조립단계(S4)는 건조단계(S3) 이후 내부에 전극조립체와 전해액이 수용된 캔부재(10)에 탑캡 조립체(20)와 가스켓(30)을 서로 조립하여 이차전지를 조립하는 단계이다.
활성화 단계(S5)는 상기 조립된 이차전지를 활성화하는 단계이다.
여기서, 활성화 단계(S5)는 이차전지를 상온에서 에이징(aging) 하는 상온 에이징 공정과 상온 에이징보다 높은 온도인 60℃ 이상의 온도 환경에서 이차전지를 에이징 하는 고온 에이징 공정과 고온 에이징 공정 이후 고온 에이징 공정보다 온도가 낮은 60℃ 미만의 온도 환경에서 이차전지를 충방전하는 충방전 공정을 포함할 수 있다.
핫멜트(40)는 상기 상온 에이징 공정 시 굳어 있다가 상기 고온 에이징 공정 시 유동성 및 점성을 가지는 물질로 상태 변화하고, 상기 충방전 공정 및 상온에서 다시 굳을 수 있다.
이러한 과정상에서 가스켓과 캔부재 등의 접착은 완성될 수 있다. 온도 변화에 따라서 접착이 완성되는 과정은 앞에서 설명한 바와 같으므로, 여기서는 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 조립방법은 별도의 추가 공정 없이 이차전지의 활성화 단계(S5)를 거치면서 가스켓(30)에 도포된 핫 멜트(40)가 캔부재(10)와 탑캡 조립체(20)에 강하게 접착되어 실링 특성이 향상된다는 점에서 큰 장점을 가질 수 있다. 활성화 단계는 기존에 이미 있는 공정이므로 가스켓 접착을 위한 가열공정을 따로 수행하지 않아도 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가스켓이 캔부재와 탑캡 조립체에 접착되어 실링 특성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 가스켓에 도포되는 핫 멜트에 커플링 이이전트를 포함하여 접착성 향상 및 방수 특성을 강화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 가스켓에 핫 멜트를 도포하여 수분 침투 등을 완전 차단할 수 있고, 부식을 현저히 방지할 수 있으므로, 내화학성을 증가시키는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
10: 캔부재
10a: 크림핑부
10b: 미세한 틈
11: 개구부
20: 탑캡 조립체
30: 가스켓
40: 핫 멜트
10a: 크림핑부
10b: 미세한 틈
11: 개구부
20: 탑캡 조립체
30: 가스켓
40: 핫 멜트
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- 캔부재(10), 탑캡 조립체(20), 가스켓(30)을 준비하는 준비단계(S1);
상기 가스켓(30) 표면에 유기 용매에 녹인 핫멜트(40)를 도포하는 도포단계(S2);
상기 도포단계(S2) 이후에 상기 가스켓(30)을 건조시킴에 따라 상기 유기 용매를 증발시키는 건조단계(S3);
상기 건조 단계(S3) 이후 상기 캔부재(10)와 상기 탑캡 조립체(20)와 상기 가스켓(30)을 서로 조립하여 이차전지를 조립하는 조립단계(S4); 및
상기 이차전지를 활성화하는 활성화단계(S5); 를 포함하고,
상기 활성화 단계(S5)에서 상기 핫멜트(40)는 온도 변화에 따라서 상태 변화를 거치고 상태 변화하는 상기 핫멜트(40)에 의해 상기 가스켓(30)이 상기 캔부재(10) 및 탑캡 조립체(20)에 기밀하게 접착되고,
상기 도포단계에서, 상기 핫멜트는,
상기 가스켓의 상기 캔부재에 결합하는 전체 면 및 상기 탑캡 조립체에 결합하는 전체 면에 도포되며,
상기 활성화 단계(S5)는,
상기 이차전지를 상온에서 에이징 하는 상온 에이징(aging) 공정,
상기 상온 에이징보다 높은 온도인 60℃이상의 온도 환경에서 에이징 하는 고온 에이징 공정 및
상기 고온 에이징 공정 이후, 상기 고온 에이징 공정보다 온도가 낮은 60℃미만의 온도 환경에서 상기 이차전지를 충방전하는 충방전 공정을 포함하고,
캔부재 개구부(11)의 내면에는 복수의 홈이 형성되어 있고,
상기 핫 멜트(40)는 상기 복수의 홈 내에 채워지며,
핫 멜트(40)는 열가소성 수지, 점착부여제, 및 커플링 에이전트를 포함하고, 상기 커플링 에이전트는 금속 캔부재 내부 표면에서의 옥사이드 결합을 통해서 캔부재의 산소에 결합되고,
상기 커플링 에이전트는 실리콘계인 아미노실란, 비닐실란 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 삭제
- 청구항 11에 있어서,
상기 핫멜트(40)는 상기 상온 에이징 공정 시는 굳어 있다가,
상기 고온 에이징 공정 시 유동성 및 점성 가지는 물질로 상태 변화하고,
상온에서 다시 굳는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 유기 용매는 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 메틸에틸케톤(methyl ethyle ketone) 중 적어도 어느 하나 이상으로 이루어진 물질인 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
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| GRNT | Written decision to grant |