KR102652044B1 - 이차전지용 리드탭, 이의 제조 장치, 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 이차전지용 리드탭은, 제1 방향으로 긴 직사각형 플레이트 형상을 갖는 금속 리드, 상기 금속 리드의 하면에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되는 제1 절연 필름, 및 상기 금속 리드의 상면에서, 상기 제1 절연 필름과 대응하도록 상기 제2 방향으로 형성되는 제2 절연 필름을 포함하고, 상기 제1 절연 필름과 상기 제2 절연 필름 각각은 교류 자기장에 의해 유도 가열되는 자성부재를 포함한다.

Description

이차전지용 리드탭, 이의 제조 장치, 및 이를 포함하는 이차전지{LEAD TAP FOR SECONDARY BATTERY, MANUFACTURING APPARATUS THEREOF, AND SECONDARY BATTERY INCLUDING SAME}
본 발명은 이차전지용 리드탭에 관한 것으로서, 특히 금속 리드와 절연 필름의 접합 및 절연 필름 간의 접합 공정 시간을 단축시킬 수 있는 이차전지용 리드탭, 이의 제조 장치, 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
최근 소형 전자기기의 경량화 및 고기능화, 전기자동차나 에너지 저장 시스템(energy storage system(ESS))의 보급이 확대됨에 따라, 이러한 기기나 시스템에 사용되는 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
리드탭은 이차전지를 사용하는 기기나 시스템의 구동을 위하여 외부회로의 접속단자로서 사용된다. 이를 위해, 리드탭은 이차전지의 전극에 연결되고, 이차전지의 케이스 외부로의 밀봉과 절연을 위해, 금속리드에는 PP(polypropylene) 등의 합성수지로 구성된 절연필름이 양면에 접합될 수 있다.
특히, 최근 전기자동차나 에너지 저장 시스템의 보급 확대에 따라 이차전지의 대형화가 요구되고, 이에 맞추어 리드탭의 규격 또한 증가할 수 있다. 리드탭의 규격이 증가함에 따라, 절연필름을 금속리드에 접합하는 공정의 시간 및 난이도가 증가할 수 있다.
이와 관련된 종래기술로서, 특허문헌 1(등록특허공보 제10-1508545호, 2015.03.30. 자 등록)은 리드탭의 상하부에 저항히터를 부착하여, 히터에서 전도되는 열원으로 금속리드와 절연필름을 연속적으로 접합하는 내용을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 1에 따르면 저항히터에서 발생하는 열이 금속리드 및 절연필름에 전달될 때, 절연필름의 낮은 열전도도로 인해 금속리드 및 절연필름으로 열이 전달되는 시간이 과도하게 소요될 수 있다. 이는 리드탭 제조 시 공정 시간의 증가를 초래할 수 있다. 또한, 공정 시간을 단축시키기 위해 저항히터의 온도를 증가시키는 경우, 절연필름이 변형되어 부착력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 특허문헌 2(일본 등록특허 제4580499호, 2010.09.03. 자 등록)은 금속리드의 표면을 고주파 유도가열하여 열을 발생시킴으로써 금속리드와 절연필름을 접합하는 내용을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 2에 따르면 절연필름 간의 접합이 불가능하므로, 절연필름 간의 접합을 위한 추가적인 공정이 수행되어야 한다.
1. 등록특허공보 제10-1508545호 (2015.03.30. 자 등록) 2. 일본 등록특허 제4580499호 (2010.09.03. 자 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 금속리드와 절연필름 간의 접합, 및 절연필름들 간의 접합이 수행되는 접합 공정의 공정 시간이 단축될 수 있는 이차전지용 리드탭 및 이의 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 이차전지용 리드탭은, 제1 방향으로 긴 직사각형 플레이트 형상을 갖는 금속 리드, 상기 금속 리드의 하면에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되는 제1 절연 필름, 및 상기 금속 리드의 상면에서, 상기 제1 절연 필름과 대응하도록 상기 제2 방향으로 형성되는 제2 절연 필름을 포함하고, 상기 제1 절연 필름과 상기 제2 절연 필름 각각은 교류 자기장에 의해 유도 가열되는 자성부재를 포함한다.

상기 자성부재는, 상기 제1 절연 필름과 상기 제2 절연 필름 각각은 교류 자기장에 의해 유도 가열되는 제1, 제2 자성부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 상기 제1 자성부재가 구비되어 상기 금속 리드의 하면과 접합되고, 상기 제2 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 상기 제2 자성부재가 구비되어 상기 금속 리드의 상면과 접합될 수 있다.
상기 제1 절연 필름의 나머지 영역과 상기 제2 절연 필름의 나머지 영역은 각각 상기 제1, 제2 자성부재가 구비되어 서로 접합될 수 있다.
상기 제1 자성부재가 구비된 제1 절연 필름의 외측 표면과, 상기 제2 자성부재가 구비된 상기 제2 절연 필름의 외측 표면은 노출될 수 있다.
상기 제1 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 상기 금속 리드의 하면과 접합되고, 상기 제2 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 상기 금속 리드의 상면과 접합되고, 상기 제1 절연 필름의 나머지 영역과 상기 제2 절연 필름의 나머지 영역은 서로 접합될 수 있다.
상기 금속 리드, 상기 제1 절연 필름, 및 상기 제2 절연 필름은 열융착에 의해 서로 접합될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 자성부재는, 상기 제1 절연 필름의 양면 중 상기 금속 리드 및 상기 제2 절연 필름과 접합되는 접합면과, 상기 제2 절연 필름의 양면 중 상기 금속 리드 및 상기 제1 절연 필름과 접합되는 접합면에 각각 형성될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 자성 부재는 상기 제1 절연 필름 및 상기 제2 절연 필름에 분말 형태로 첨가될 수 있다.
상기 자성 부재는 금속계, 세라믹계, 또는 산화물계 자성 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이차전지용 리드탭의 제조 장치는, 제1 절연 필름, 금속 리드, 및 제2 절연 필름을 가압 및 접합하는 제1 유도 가열 헤드와 제2 유도 가열 헤드를 포함하고, 상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드 각각은, 교류 전력의 공급에 의해 교류 자기장을 방출하는 유도 코일을 포함한다.
상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드는, 상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드 사이에 위치한 상기 제1 절연 필름, 상기 금속 리드, 및 상기 제2 절연 필름을 가압하도록 구동하고, 상기 교류 전력의 공급에 따라, 상기 유도 코일은, 상기 제1 절연 필름의 일부 영역과 상기 금속 리드의 접합, 상기 제2 절연 필름의 일부 영역과 상기 금속 리드의 접합, 및 상기 제1 절연 필름의 나머지 영역과 상기 제2 절연 필름의 나머지 영역의 접합을 위한 상기 교류 자기장을 방출할 수 있다.
상기 유도 코일은 권선 유도 코일 또는 동관 유도 코일로 구현될 수 있다.
상기 제1 유도 가열 헤드는, 내부에 상기 유도 코일이 수용되는 제1 유도 가열 본체, 및 상기 제1 유도 가열 본체의 면들 중, 상기 제2 유도 가열 헤드를 마주보는 면에 구비되는 제1 탄성 패드를 포함할 수 있다. 상기 제2 유도 가열 헤드는, 내부에 상기 유도 코일이 수용되는 제2 유도 가열 본체, 및 상기 제2 유도 가열 본체의 면들 중, 상기 제1 유도 가열 헤드를 마주보는 면에 구비되는 제2 탄성 패드를 포함할 수 있다.
상기 제1 탄성 패드와 상기 제2 탄성 패드 각각은, 상기 금속 리드, 상기 제1 절연 필름, 또는 상기 제2 절연 필름과 접하는 면에 형성된 이형제(releasing agent)를 포함할 수 있다.
상기 제1 탄성 패드와 상기 제2 탄성 패드 각각의 내열 온도는, 상기 제1 절연 필름 및 상기 제2 절연 필름의 필름 부재의 융해 온도보다 높을 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 이차전지용 리드탭의 제조 장치는 상기 제1 절연 필름, 상기 금속 리드, 및 상기 제2 절연 필름을 가접합하는 제1 가열 헤드와 제2 가열 헤드를 더 포함하고, 상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드는, 상기 가접합된 상기 제1 절연 필름, 상기 금속 리드, 및 상기 제2 절연 필름을 가압 및 접합할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 이차전지용 리드탭의 절연 필름에는 교류 자기장에 의해 유도 가열되는 자성부재가 구비됨으로써, 접합 공정 시 유도 가열 방식을 이용하여 금속 리드와 절연 필름 간의 접합과, 절연 필름들 간의 접합을 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라, 금속 리드와 절연 필름 간의 접합과, 절연 필름들 간의 접합이 순차적으로 수행되는 것에 비해 공정 시간을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 접합 공정의 공정 시간이 감소됨으로써, 이차전지용 리드탭의 생산성이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 하나의 쌍의 유도 가열 헤드에서 상기 금속 리드와 절연 필름 간의 접합과 절연 필름들 간의 접합이 동시에 수행될 수 있으므로, 접합 공정에 필요한 헤드의 수 및 헤드가 점유하는 공간이 최소화될 수 있다. 이에 따라, 생산자는 이차전지용 리드탭의 생산 환경을 보다 효율적이고 경제적으로 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭을 포함하는 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 리드탭의 제조 시 제공되는 절연필름의 일 면을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭의 제조 공정을 개략적으로 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 리드탭의 제조 공정 중 리드탭 부재의 접합 공정과 관련된 설명을 위한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭의 일 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭을 포함하는 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭을 나타낸 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 이차전지(1)는 전지부(10)와, 전지부(10)가 수용되는 수용공간을 갖는 파우치(20)를 포함할 수 있다.
전지부(10)의 각 극판에는 전극단자인 양극 단자(11a)와 음극 단자(11b)의 일단이 전기적으로 접속되어 인출될 수 있다.
양극 단자(11a)와 음극 단자(11b) 각각에는 리드탭(30)이 연결될 수 있다. 예컨대, 양극 단자(11a)에는 양극 리드탭(30a)의 금속 리드(32)가 연결되고, 음극 단자(11b)에는 음극 리드탭(30b)의 금속 리드(32)가 연결될 수 있다. 리드탭(30)은 전극 단자(11a, 11b)에 용접 등의 방법으로 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
리드탭(30)의 금속 리드(32)는 일 단이 전극 단자(11a, 11b)와 연결되고, 타 단은 파우치(20)의 가장자리에 형성된 실링부(21)의 외측에 노출되도록 구비될 수 있다. 금속 리드(32)는 일 방향으로 긴 직사각형의 플레이트 형상을 가질 수 있다.
양극 단자(11a)와 연결되는 금속 리드(32)는 알루미늄으로 구현되고, 음극 단자(11b)와 연결되는 금속 리드(32)는 구리로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 리드탭(30)에는 금속 리드(32)의 양면으로 접합되는 절연 필름(35)이 구비될 수 있다. 절연 필름(35)은 상기 금속 리드(32)의 일 방향과 직교 교차하는 방향으로 길게 형성될 수 있다.
절연 필름(35)은 파우치(20)의 내부에 충진되는 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지함과 동시에 절연 기능을 갖는다.
금속 리드(32)와 절연 필름(35)은 열에 의해 융착됨으로써 서로 접합할 수 있다.
금속 리드(32)와 절연 필름(35)의 접합과 관련하여, 종래의 경우 저항 히터를 이용하여 금속 리드(32)와 절연 필름(35)을 접합하는 기술이 제안되었으나, 이에 따를 경우 접합 시간이 과도하게 소모되어 전체적인 공정 시간이 증가하므로 생산성이 저하될 수 있다. 또한, 접합 시간의 단축을 위해 저항 히터의 온도를 높이는 경우 절연 필름(35)의 변형에 따른 부착력 저하 문제가 발생할 수 있다.
또한, 금속 리드(32)의 표면을 유도 가열(예컨대, 고주파 유도 가열)하여 금속 리드(32)와 절연 필름(35)을 접합시키는 기술도 제안되었으나, 이에 따르면 절연 필름(35) 간의 접합을 위한 추가적인 공정이 필요하므로 마찬가지로 전체적인 공정 시간의 증가에 따른 생산성 저하 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 유도 가열을 통해 금속 리드(32)와 절연 필름(35) 간의 접합과, 절연 필름(35) 간의 접합을 한 번의 공정으로 동시에 수행할 수 있으므로, 공정 시간의 단축에 따른 생산성 증대를 가능하게 한다.
이하 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭 및 이의 제조 공정에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 리드탭의 제조 시 제공되는 절연필름의 일 면을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 절연 필름(35)은 필름 부재(36)와 자성 부재(37)를 포함할 수 있다. 예컨대, 절연 필름(35)은 약 100 내지 150마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 9 내지 17밀리미터의 폭을 가질 수 있으나, 이는 리드탭(30)의 규격에 따라 변화할 수 있다.
필름 부재(36)는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 이들의 혼합체, 또는 폴리우레탄 등의 고분자 합성 수지로 구현될 수 있다. 이러한 필름 부재(36)는 약 50℃ 내지 90℃에서 연화될 수 있고, 약 100℃ 내지 170℃에서 융해될 수 있다.
실시 예에 따라, 필름 부재(36)에는 유동 파라핀 계열, 지방산 에스테르 계열, 폴리에스테르 계열, 폴리글리세린 계열 등의 첨가제가 첨가될 수도 있다.
자성 부재(37)는 필름 부재(36) 내에 첨가 또는 도포되는 분말 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 자성 부재(37)는 절연 필름(35)의 양 면 중 일 면에 형성될 수 있으나, 실시 예에 따라서는 양 면 모두에 형성될 수도 있다. 자성 부재(37)가 상기 일 면에 형성되는 경우, 상기 일 면은 금속 리드(32) 및 다른 절연 필름과 접합되는 면에 해당할 수 있다.
자성 부재(37)는 유도 가열 시 발생하는 교류 자기장에 의해 발열될 수 있는 무기소재로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 소재는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간비스무트(MnBi), 사마륨코발트(SmCo5) 등의 금속계 자성소재, 세라믹계 자성소재, 및 산화물계 자성소재(페라이트) 등으로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라, 자성 부재(37)는 절연 필름(35) 내에 약 0.01 내지 50 질량퍼센트(wt%) 함유될 수 있다. 바람직하게, 자성 부재(37)는 절연 필름(35) 내에 약 1 내지 40 질량퍼센트 또는 약 5 내지 30 질량퍼센트 함유될 수 있다.
실시 예에 따라, 절연 필름(35) 내에 자성 부재(37)가 균일하게 분산되도록 하기 위해, 자성 부재(37)의 표면에 대해 실란계 커플링제 등의 유기물을 처리할 수도 있다.
자성 부재(37)는 상기 교류 자기장에 의해 발열하고, 자성 부재(37)의 발열에 의해 필름 부재(36)가 융해됨으로써, 금속 리드(32) 및 다른 절연 필름(35)과 접합될 수 있다.
즉, 절연 필름(35)에 자성 부재(37)가 구비됨에 따라, 유도 가열에 의해 금속 리드(32)와 절연 필름(35)이 접합되고, 절연 필름(35)들이 서로 접합할 수 있다. 즉, 리드탭(30)의 제조 시 접합 공정이 일 회의 유도 가열만을 수행할 수 있으므로 공정 시간이 효과적으로 단축되고, 생산성이 향상될 수 있다.
이하 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭(30)의 제조 공정에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭의 제조 공정을 개략적으로 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 리드탭의 제조 공정 중 리드탭 부재의 접합 공정과 관련된 설명을 위한 도면들이다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리드탭의 일 단면도이다.
도 4를 참조하면, 리드탭(30)을 구성하는 부재들(금속 리드, 절연 필름)이 제조 장치로 공급되고(S100), 유도 가열(예컨대, 고주파 유도 가열)을 이용하여 상기 부재들을 접합하는 공정이 수행될 수 있다(S110).
이를 위해, 제조 장치에는 교류 자기장을 발생하여 금속 리드(32)와 자성 부재(37)를 유도 가열시키는 유도 코일이 구비될 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 접합 공정(S110)이 수행되기 이전에, 임시로 융착하는 가접합 공정이 더 수행될 수도 있다. 가접합 공정에 의해, 금속 리드(32)와 절연 필름들(35)의 포지셔닝 및 얼라이닝이 이루어질 수 있다. 상기 가접합 공정에 의해 포지셔닝이 이루어지므로, 이후 유도 가열을 통한 접합 공정에서 절연 필름(35)과 금속 리드(32), 또는 절연 필름들(35) 사이에 기포가 발생할 가능성을 최소화할 수 있다.
이하 도 5 내지 도 8을 참조하여, 접합 공정(S110)에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 5 내지 도 6은 가접합 공정과 관련된 도면들이다. 실시 예에 따라, 리드탭 제조 공정은 상기 가접합 공정을 포함하지 않을 수 있고, 이 경우 도 5 내지 도 6의 과정은 생략될 수 있다.
도 5와 도 6을 참조하면, 제조 장치는 제1 가열 헤드(500a)와 제2 가열 헤드(500b)를 포함할 수 있다. 제1 가열 헤드(500a)와 제2 가열 헤드(500b)는 금속 리드(32), 제1 절연 필름(35a), 및 제2 절연 필름(35b)의 가접합 공정을 위한 구성으로서, 예컨대 저항 히터를 포함할 수 있다.
제1 필름 공급부(510a)는 금속 리드(32)의 하측으로 제1 절연 필름(35a)을 공급하고, 제2 필름 공급부(510b)는 금속 리드(32)의 상측으로 제2 절연 필름(35b)을 공급할 수 있다. 제1 필름 공급부(510a)와 제2 필름 공급부(510b)는 각각 제1 절연 필름(35a)과 제2 절연 필름(35b)이 감겨 있는 릴(reel) 형태로 구성될 수 있다. 제1 절연 필름(35a)과 제2 절연 필름(35b)은 도 3에서 상술한 절연 필름(35)과 동일할 수 있다.
상기 가접합 공정을 위해, 제1 필름 공급부(510a)는 제1 가열 헤드(500a)의 상부로 제1 절연 필름(35a)을 공급할 수 있다. 제1 가열 헤드(500a)로 공급된 제1 절연 필름(35a)은 제1 가열 헤드(500a)의 상면에 안착될 수 있다.
제1 절연 필름(35a)이 공급된 후, 제1 절연 필름(35a) 상에 금속 리드(32)가 안착될 수 있다. 금속 리드(32)가 안착된 후, 제2 필름 공급부(510b)는 금속 리드(32)와 제1 절연 필름(35a) 상으로 제2 절연 필름(35b)을 공급할 수 있다.
금속 리드(32) 및 절연 필름들(35a, 35b)이 제1 가열 헤드(500a) 상에 투입된 후, 제1 가열 헤드(500a)는 상측으로 구동하고, 제2 가열 헤드(500b)는 하측으로 구동할 수 있다. 가열 헤드(500a, 500b)의 구동에 따라, 제1 가열 헤드(500a)와 제2 가열 헤드(500b) 사이에 위치한 금속 리드(32) 및 절연 필름들(35a, 35b)이 가압될 수 있다.
그리고, 제1 가열 헤드(500a)와 제2 가열 헤드(500b) 각각에 구비된 저항 히터로부터 열이 발생할 수 있다. 저항 히터로부터 발생하는 열은 열전도에 의해 금속 리드(32) 및 절연 필름들(35a, 35b)로 전도됨으로써, 금속 리드(32) 및 절연 필름들(35a, 35b)이 가열될 수 있다.
금속 리드(32) 및 절연 필름들(35a, 35b)은 제1 가열 헤드(500a)와 제2 가열 헤드(500b)의 가열 및 가압에 의해 임시로 접합(융착)될 수 있다. 상술한 바와 같이, 열전도에 의한 접합의 경우 접합 시간이 긴 바, 가접합 공정은 금속 리드(32) 및 절연 필름들(35a, 35b)이 완전히 접합되는 시간보다 짧게 설정된 시간 동안 수행될 수 있다. 가접합된 금속 리드(32) 및 절연 필름들(35a, 35b)은 유도 가열 헤드(700a, 700b; 도 7 참조)로 이송될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제조 장치는 제1 유도 가열 헤드(700a)와 제2 유도 가열 헤드(700b)를 포함할 수 있다.
제1 유도 가열 헤드(700a)는 제1 헤드 본체(701a), 제1 헤드 본체(701a)의 내부에 구비되는 제1 유도 코일(702a), 제1 헤드 본체(701a)의 면들 중 제2 유도 가열 헤드(700b)를 마주보는 면에 구비되는 제1 탄성 패드(703a)를 포함할 수 있다.
제2 유도 가열 헤드(700b)는 제2 헤드 본체(701b), 제2 헤드 본체(701b)의 내부에 구비되는 제2 유도 코일(702b), 제2 헤드 본체(701b)의 면들 중 제1 유도 가열 헤드(700a)를 마주보는 면에 구비되는 제2 탄성 패드(703b)를 포함할 수 있다.
제1 유도 코일(702a) 및 제2 유도 코일(702b)은, 교류 전력이 공급됨에 따라 교류 자기장을 방출할 수 있다.
상기 교류 자기장의 방출에 따라 금속리드(32) 및 절연 필름(35)의 자성 부재(37)가 발열하기 위해서는, 유도 코일(702a, 702b)로 공급되는 교류 전력의 주파수 및 크기가 소정값 이상이어야 한다. 이에 기초하여, 일례로 상기 주파수는 10kHz 내지 30MHz로 설정될 수 있다. 바람직하게, 상기 주파수는 100kHz 내지 10MHz, 또는 100kHz 내지 2MHz로 설정될 수 있다. 또한, 상기 교류 전력의 크기는 약 100W 내지 50kW, 바람직하게는 1kW 내지 20kW 또는 1kW 내지 10kW에 해당할 수 있다.
제1 유도 코일(702a)과 제2 유도 코일(702b)은 전선 형태의 권선 유도 코일로 구현되거나, 동관 형태의 유도 코일로 구현될 수 있다. 유도 코일(702a, 702b)이 권선 유도 코일로 구현될 경우, 유도 코일의 발열에 의한 영향을 최소화하기 위해 상기 주파수는 약 10kHz 내지 200kHz로 설정될 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 유도 코일(702a)과 제2 유도 코일(702b)은 릿츠선(Litz Wire) 등으로 연결되어 전기적으로 통전될 수 있다. 이에 따라, 제1 유도 코일(702a)과 제2 유도 코일(702b)은 동시에 전류를 공급받을 수 있다. 다만, 실시 예에 따라서는 제1 유도 코일(702a)과 제2 유도 코일(702b)은 독립적으로 전류가 공급/중단될 수도 있다.
또한, 실시 예에 따라 유도 코일은 제1 유도 가열 헤드(700a)와 제2 유도 가열 헤드(700b) 중 어느 하나의 유도 가열 헤드에만 구비될 수도 있다.
제1 탄성 패드(703a)와 제2 탄성 패드(703b)는 헤드 본체(701a, 701b)와 리드탭(30)의 직접적인 접촉, 또는 유도 코일(702a, 702b)과 리드탭(30)의 직접적인 접촉을 방지하도록 위치하여, 유도 코일(702a, 702b) 또는 리드탭(30)의 손상을 방지할 수 있다.
제1 탄성 패드(703a)와 제2 탄성 패드(703b)는, 유도 가열 헤드(700a, 700b)의 상하방 구동에 의해 금속 리드(32) 및 절연 필름(35a, 35b)과 접촉되고, 상기 금속 리드(32)와 절연 필름(35a, 35b)을 기설정된 시간 동안 가압할 수 있다. 예컨대, 상기 가압 시의 압력은 약 0.1MPa 내지 1.5MPa일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 탄성 패드(703a)와 제2 탄성 패드(703b)는 탄성을 갖는 폴리머 계열의 물질로 구현되어, 가압 시 금속 리드(32)와 절연 필름(35a, 35b)의 손상을 방지할 수 있다. 예컨대, 상기 폴리머는 실리콘, 불소, 우레탄이나, 니트릴(nitrile), 클로로프렌(chloroprene), 또는 부틸(butyl) 등의 합성고무를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 탄성 패드(703a, 703b)는 약 0.1밀리미터 내지 5밀리미터, 바람직하게는 1밀리미터 내지 3밀리미터의 두께를 가질 수 있다.
실시 예에 따라, 제1 탄성 패드(703a)와 제2 탄성 패드(703b) 중 금속 리드(32) 또는 절연 필름(35a, 35b)과 접하는 면에는, 가압 후 탄성 패드(703a, 703b)와 리드탭(30)의 원활한 분리를 위한 이형제(releasing agent)가 도포되어 있을 수 있다. 예컨대, 상기 이형제는 실리콘이나 불소 계열의 물질 등을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 유도 가열 헤드(700a)와 제2 유도 가열 헤드(700b)의 구동에 의해, 제1 탄성 패드(703a)와 제2 탄성 패드(703b)는 금속 리드(32) 및 절연 필름(35; 35a와 35b)을 가압할 수 있다. 또한, 제1 유도 코일(702a)과 제2 유도 코일(702b)은 교류 전력이 공급됨에 따라 교류 자기장을 방출할 수 있다.
유도 코일들(702a, 702b)로부터 방출되는 교류 자기장에 의해, 가열 영역(HR)에 존재하는 금속 리드(32), 및 절연 필름들(35)의 자성 부재(37)가 유도 가열될 수 있다. 예컨대, 가열 영역(HR)에 존재하는 금속 리드(32) 및 절연 필름들(35)은 약 100℃ 내지 300℃로 가열될 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.
금속 리드(32) 및 절연 필름(35)이 가열됨에 따라, 필름 부재(36)는 융해되어 금속 리드(32)와 접합되거나, 대응하는 절연 필름과 접합될 수 있다.
이 때, 탄성 패드(703a, 703b)는 -70℃ 내지 400℃, 바람직하게는 25℃ 내지 300℃의 내열 온도를 가질 수 있다. 즉, 탄성 패드(703a, 703b)는 필름 부재(36)의 융해 온도보다 높은 내열 온도를 가짐으로써, 금속 리드(32) 및 절연 필름들(35)의 가열 시 변형이나 융해되지 않을 수 있다.
한편, 가열 영역(HR)이 절연 필름들(35)에 대응하도록 형성되기 위해, 제1 유도 코일(702a)과 제2 유도 코일(702b)은 절연 필름들(35)의 상방 또는 하방에 위치할 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다.
또한, 유도 코일(702a, 702b)로부터 방출되는 교류 자기장이 전달되는 거리는, 유도 코일(702a, 702b)로 공급되는 교류 전류의 주파수와 관련될 수 있다. 즉, 리드탭(30)의 제조 공정 시, 유도 코일(702a, 70b)로 공급되는 교류 전류의 주파수를 조절하여 교류 자기장이 전달되는 거리를 조절함으로써, 가열 영역(HR)의 사이즈가 절연 필름(35)과 대응하도록 조절할 수 있다.
도 9를 참조하면, 접합 공정(S110)이 수행됨에 따라, 제1 절연 필름(35a)의 일 부분은 금속 리드(32)의 저면과 접합되고, 제2 절연 필름(35b)의 일 부분은 금속 리드(32)의 상면과 접합될 수 있다. 그리고, 제1 절연 필름(35a)의 나머지 부분은 제2 절연 필름(35b)의 나머지 부분과 서로 접합될 수 있다.
즉, 리드탭(30)은 금속 리드(32)의 폭(L1)보다 절연 필름(35a, 35b)의 길이(L2)가 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 절연 필름(35a, 35b)은 파우치(20) 또는 실링부(21)와 금속 리드(32) 사이의 틈이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 4를 설명한다.
금속 리드(32)와 절연 필름들(35a, 35b)의 접합 공정(S110)이 수행된 후, 형상 복원 공정(S120) 및 품질 검사(S130)를 통해, 리드탭(30)이 최종적으로 제조될 수 있다.
형상 복원 공정(S120)은, 접합 공정(S110) 시 외력이나 열에 의해 발생하는 리드탭(30)의 물리적 변형을 완화하는 공정으로서, 특히 절연 필름(35)의 양단의 형상을 복원하는 공정에 해당할 수 있다.
형상 복원 공정(S120)이 완료된 리드탭(30)은 품질 검사(S130)를 통해 정상 제조 여부가 확인될 수 있다.
실시 예에 따라, 리드탭(30)의 불량 검출 시, 경화된 필름 부재(36)를 유도 가열을 통해 다시 융해하여 접합 공정(S110)을 재수행할 수 있다. 즉, 절연 필름(35)에 자성 부재(37)가 형성됨으로써 접합 불량이 발생한 리드탭(30)에 대한 접합을 용이하게 재수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 제1 방향으로 긴 직사각형 플레이트 형상을 갖는 금속 리드;
    상기 금속 리드의 하면에서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 형성되는 제1 절연 필름; 및
    상기 금속 리드의 상면에서, 상기 제1 절연 필름과 대응하도록 상기 제2 방향으로 형성되는 제2 절연 필름을 포함하고,
    상기 제1 절연 필름과 상기 제2 절연 필름 각각은 교류 자기장에 의해 유도 가열되는 제1, 제2 자성부재를 포함하며,
    상기 제1 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 상기 제1 자성부재가 구비되어 상기 금속 리드의 하면과 접합되고, 상기 제2 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 상기 제2 자성부재가 구비되어 상기 금속 리드의 상면과 접합되고,
    상기 제1 절연 필름의 나머지 영역과 상기 제2 절연 필름의 나머지 영역은 각각 상기 제1, 제2 자성부재가 구비되어 서로 접합되며,
    상기 제1 자성부재가 구비된 제1 절연 필름의 외측 표면과, 상기 제2 자성부재가 구비된 상기 제2 절연 필름의 외측 표면은 노출되는,
    이차전지용 리드탭.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 리드, 상기 제1 절연 필름, 및 상기 제2 절연 필름은 열융착에 의해 서로 접합되는, 이차전지용 리드탭.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자성부재는,
    상기 제1 절연 필름의 양면 중 상기 금속 리드 및 상기 제2 절연 필름과 접합되는 접합면에 형성되고,
    상기 제2 자성부재는,
    상기 제2 절연 필름의 양면 중 상기 금속 리드 및 상기 제1 절연 필름과 접합되는 접합면에 형성되는, 이차전지용 리드탭.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 자성 부재는 상기 제1 절연 필름 및 상기 제2 절연 필름에 분말 형태로 첨가되는, 이차전지용 리드탭.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 자성 부재는 금속계, 세라믹계, 또는 산화물계 자성 소재를 포함하는, 이차전지용 리드탭.
  7. 제1 절연 필름, 금속 리드, 및 제2 절연 필름을 가압 및 접합하는 제1 유도 가열 헤드와 제2 유도 가열 헤드를 포함하고,
    상기 제1 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 제1 자성부재가 구비되어 상기 금속 리드의 하면과 접합되고, 상기 제2 절연 필름의 중앙을 포함하는 일부 영역은 제2 자성부재가 구비되어 상기 금속 리드의 상면과 접합되고,
    상기 제1 절연 필름의 나머지 영역과 상기 제2 절연 필름의 나머지 영역은 각각 상기 제1, 제2 자성부재가 구비되어 서로 접합되며,
    상기 제1 자성부재가 구비된 제1 절연 필름의 외측 표면과, 상기 제2 자성부재가 구비된 상기 제2 절연 필름의 외측 표면은 노출되며,
    상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드 각각은,
    교류 전력의 공급에 의해 교류 자기장을 방출하는 유도 코일을 포함하는, 이차전지용 리드탭의 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드는,
    상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드 사이에 위치한 상기 제1 절연 필름, 상기 금속 리드, 및 상기 제2 절연 필름을 가압하도록 구동하고,
    상기 교류 전력의 공급에 따라, 상기 유도 코일은,
    상기 제1 절연 필름의 일부 영역과 상기 금속 리드의 접합, 상기 제2 절연 필름의 일부 영역과 상기 금속 리드의 접합, 및 상기 제1 절연 필름의 나머지 영역과 상기 제2 절연 필름의 나머지 영역의 접합을 위한 상기 교류 자기장을 방출하는 이차전지용 리드탭의 제조 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 유도 코일은 권선 유도 코일 또는 동관 유도 코일로 구현되는 이차전지용 리드탭의 제조 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 유도 가열 헤드는,
    내부에 상기 유도 코일이 수용되는 제1 유도 가열 본체; 및
    상기 제1 유도 가열 본체의 면들 중, 상기 제2 유도 가열 헤드를 마주보는 면에 구비되는 제1 탄성 패드를 포함하고,
    상기 제2 유도 가열 헤드는,
    내부에 상기 유도 코일이 수용되는 제2 유도 가열 본체; 및
    상기 제2 유도 가열 본체의 면들 중, 상기 제1 유도 가열 헤드를 마주보는 면에 구비되는 제2 탄성 패드를 포함하는 이차전지용 리드탭의 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 탄성 패드와 상기 제2 탄성 패드 각각은,
    상기 금속 리드, 상기 제1 절연 필름, 또는 상기 제2 절연 필름과 접하는 면에 형성된 이형제(releasing agent)를 포함하는 이차전지용 리드탭의 제조 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 탄성 패드와 상기 제2 탄성 패드 각각의 내열 온도는, 상기 제1 절연 필름 및 상기 제2 절연 필름의 필름 부재의 융해 온도보다 높은 이차전지용 리드탭의 제조 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제1 절연 필름, 상기 금속 리드, 및 상기 제2 절연 필름을 가접합하는 제1 가열 헤드와 제2 가열 헤드를 더 포함하고,
    상기 제1 유도 가열 헤드와 상기 제2 유도 가열 헤드는, 상기 가접합된 상기 제1 절연 필름, 상기 금속 리드, 및 상기 제2 절연 필름을 가압 및 접합하는 이차전지용 리드탭의 제조 장치.
  14. 제1항에 기재된 이차전지용 리드탭;
    전지부;
    상기 전지부의 극판으로부터 인출되어, 상기 이차전지용 리드탭과 연결되는 단자; 및
    상기 전지부가 수용되는 수용공간을 갖는 파우치를 포함하는 이차전지.
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