KR20020039097A - 리튬 2차전지의 제조방법 및 이를 위한 전극 탭 - Google Patents

리튬 2차전지의 제조방법 및 이를 위한 전극 탭 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 리튬 2차전지 제조를 위해 전지 셀(Cell)과 파우치(Pouch)를 융착할 때, 전극 탭(tap)이 파우치와 직접 접촉함으로써 발생할 수 있는 전지의 단락(short) 및 그에 따른 누액을 방지할 수 있는 리튬 2차전지의 제조방법 및 이를 위한 전극 탭(tap)에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 전극 탭이 파우치와 직접 접촉할 경우 파우치의 알루미늄(Al) 재질에 의해 단락 및 그에 따른 누액이 발생할 여지가 많던 문제점을 극복할 수 있는, 전극 탭의 선단 방향으로 밀봉재의 아래에 어느 정도 중첩되도록 절연 테이프가 권취된 전극 탭 및 이를 이용한 파우치형 리튬 2차전지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

리튬 2차전지의 제조방법 및 이를 위한 전극 탭{Production Method of Lithium Rechargeable Battery and Electrode Tap for Producing the Lithium Rechargeable Battery}
전지는 원래 내부에 들어 있는 화학물질의 전기화학적 산화-환원 반응시 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 말하는 것으로서, 그 사용상 특성에 따라 전지 속의 에너지가 고갈되면 폐기해야 하는 1차(primary)전지와 계속 충전하면서 여러번 재사용이 가능한 2차(rechargeable)전지로 구분할 수 있다.
최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등의 급속한 발전에 힘입어 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자제품의 사용이 일반화됨으로써, 가볍고 오래 사용할 수 있으며 신뢰성이 높은 고성능의 소형 2차전지 개발이 절실히 요청되고 있는데, 이러한 수요에 상응하여 많은 관심과 각광을 받고 있으며, 현재 일부 상용화되어 있는 것이 바로 리튬 2차전지이다.
리튬은 지구상에 존재하는 금속중 가장 가볍기 때문에 단위 질량당 전기용량이 가장 크며, 전기음성도가 가장 커서 전압이 높은 전지를 만들 수 있다. 따라서, 제한된 양의 화학물질로 최대한의 에너지를 낼 수 있도록 해야하는 전지에서는 가장 잠재력이 큰 음극 물질로 오래 전부터 연구되어 오고 있었다.
이와 같은 리튬을 이용한 2차전지는 사용되는 전해질의 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬 금속전지 및 리튬 이온전지와 고분자 전해질을 이용하는 리튬 폴리머전지로 나눌 수 있다.
이중 리튬 금속전지는 낮은 사이클 수명과 심각한 안정성의 문제로 상용화에어려움을 겪고 있으며, 이를 극복하기 위한 수단으로 리튬금속 대신 음극으로 카본을 사용하는 리튬 이온전지가 개발되어 상용화되었다.
리튬 폴리머전지는 액체전해질형 리튬 이온전지의 단점인 안정성 문제, 제조비용의 고가, 대형화의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있는 전지로 판단되지만 상용화되기 위해서는 전기화학적 안정성, 높은 전도도 등 기술적 문제를 해결해야만 가능하다.
상기 리튬 2차전지들의 단점을 극복하기 위해 개발된 파우치형 리튬 이온전지는 리튬 이온전지와 리튬 폴리머전지의 장점을 조합한 형태의 전지로서, 양극과 음극을 격리막으로 격리한 형태로 권취한 상태의 전지 셀(Cell)을 철제(Steel) 캔 및 알루미늄(Al) 캔과 같은 금속 캔 대신에 리튬 폴리머전지의 외장재로 쓰이는 파우치(Pouch)에 수납하여 제조함으로써, 안정성을 한층 높임과 동시에 경량화에 유리하다는 장점을 가지고 있다.
이와 같은 파우치형 리튬 2차전지 제조를 위해 일반적으로 사용되는 파우치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전지 셀 수용홈(8)이 구비된 수용판(6)과 덮개(7)가 일체형으로 구성되어 중앙에서 접을 수 있는 형태를 하고 있으며, 파우치형 리튬 2차전지는 양극, 음극 및 격리막(Separator)이 롤(Roll) 형태로 감긴, 젤리 롤(Jelly Roll)이라 불리우는 전지 셀(2)을 상기 파우치(1) 수용판(6)에 구비된 전지 수용홈(8)에 수납하고 덮개(7)를 덮은 후 열융착 함으로써 제조되는 것이다.
그런데, 파우치 타입의 리튬전지에서는 캔을 사용하는 것과는 달리 양극과음극의 전극 탭(3)이 직접 전지 외부로 돌출되며, 이에 따라 융착시 전극 탭(3)이 파우치(1)를 관통하게 되고, 이곳이 확실하게 밀봉되지 못할 경우, 이로 인하여 파우치(1)와 탭(3) 사이에서 누액이 발생할 소지가 있었다.
또한, 상기와 같이 전극 탭(3)이 파우치(1)를 관통함으로써 파우치(1)와 전극 탭(3) 사이의 직접적인 접촉이 생기는 부분에서는 파우치(1) 구성 성분중 하나인 알루미늄에 의해 전지의 단락이 발생할 가능성이 있기 때문에 상기와 같은 밀봉과 함께 파우치(1)로부터 전극 탭(3)을 확실히 절연시켜 주어야 할 필요성도 생긴다.
이는 파우치 타입의 리튬 2차전지 개발에서 해결해야 할 중요한 과제중 하나로서, 이러한 단점을 극복하기 위하여, 종래에는 일반적으로 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE) 재질의 밀봉 테이프(sealing tape) 또는 폴리프로필렌이나 PET 수지를 사출 융착한 사출 융착물과 같이 열 성형성이 있는 밀봉재가 교착된 전극 탭을 사용함으로써, 융착시 열에 의한 밀봉효과와 함께 전극 탭을 파우치로부터 절연시키는 효과를 동시에 얻고자 하였다.
그러나, 이와 같이 밀봉 테이프 또는 밀봉용 사출 융착물로 이루어지는 밀봉재가 교착되어 있는 전극 탭을 사용하게 되면, 융착시 전극 탭이 관통하게 되는 파우치 부분을 밀봉재가 모두 커버하지 못하고 파우치와 전극 탭이 직접 접촉하는 부분이 발생할 경우, 융착시의 열에 의해 단락(short)이 발생할 가능성이 여전히 존재하게 된다.
즉, 기존에는 전지 셀의 양 전극 탭에 밀봉재를 부착하여 파우치에 수납한후 밀봉하는 방법이 적용되어 왔으며, 이와 같은 조립절차를 거칠 경우, 전극 탭이 관통함으로써 전극 탭과 파우치가 접촉할 가능성이 생기는 파우치 상의 부위를 밀봉재가 완전히 커버하지 못하게 되면 파우치와 전극 탭이 직접 접촉하는 부위가 발생하게 되고, 이에 따라 파우치 자재의 Al 재질에 의해 단락이 발생할 수 있는데, 도 2를 참고로 하여 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
파우치 자재는 일반적으로 [외부]-폴리프로필렌(PP)/나일론(NY)/알루미늄(AL)/폴리프로필렌(PP)-[접합부] 층으로 되어 있어서 그 속에 AL 성분을 포함하고 있는데, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기존의 방법에 따라 전극 탭(3)에 밀봉재(4)를 부착하여 파우치(1)에 열융착하게 되는 경우, 전극 탭(3)이 관통하게 되는 파우치(1) 상의 부위를 밀봉재가 전부 커버하여 전극 탭을 파우치 자재로부터 완전히 격리시키지 못하게 되면, 전극 탭(3)이 파우치의 재질과 직접 접촉하는 부분이 발생하게 됨으로써, PP 층이 녹아 전도체인 Al을 매개로 양극 탭과 음극 탭이 연결되어 단락이 발생할 소지가 많게 되는 것이다.
이렇게 전지의 단락 및 그에 따른 누액이 발생하게 되면, 전지 제조시 불량률이 높아지고 이에 따른 제조 비용이 상승하게 되며, 생산된 전지의 수명이 줄어드는 문제점을 가지게 된다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 그목적은 전지 셀과 파우치의 융착시 전극 탭과 파우치 자재가 접촉됨으로써 전지의 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있는 리튬 2차전지의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
이를 위한 본 발명은 전극 탭의 바깥쪽 방향으로 밀봉재의 아래에 어느 정도 중첩되도록 절연 테이프가 권취된 전극 탭 및 이를 이용하여 리튬 2차전지를 제조하는 방법을 제공하는 것으로 이루어진다.
도 1은 일반적인 파우치형 리튬 2차전지의 분리사시도.
도 2는 일반적인 파우치형 리튬 2차전지에서, 전극 탭이 파우치와 융착된 모습을 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명에 따라 전극 탭에 절연 테이프가 권취된 전지 셀의 사시도.
도 4는 본 발명에 따라 전극 탭에 절연 테이프가 권취된 전지 셀과 파우치가 융착된 부위의 모습을 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 파우치 2: 전지 셀
3: 전극 탭 4: 밀봉재
5: 절연테이프 6: 수용판
7: 덮개 8: 전지 셀 수용홈
본 발명은, 파우치형 리튬 2차전지 제조를 위한 전지 셀과 파우치의 융착시, 전극 탭에 구비된 밀봉재가 파우치와 전극 탭의 직접적인 접촉을 완전히 방지하지 못할 경우 발생하는 파우치 Al 재질에 의한 단락(short) 및 그에 따른 누액을 방지할 수 있는, 리튬 2차전지의 제조방법 및 이를 위한 전지 탭에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 위와 같은 전극 탭과 파우치 사이의 접촉을 방지하기 위하여, 전극 탭에 절연 테이프를 권취하고 이렇게 절연테이프가 권취된 전극 탭을 이용하여 파우치형 리튬 2차전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 리튬 2차전지용 전극 탭에 종래 밀봉을 위해 사용되어 오던 밀봉재와 함께 절연 테이프가 더 구비되는데, 본 발명에서는 폴리이미드(Polyimide) 재질의 절연테이프를 사용한다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전극 탭(3)에 절연 테이프(5)와 밀봉재(4)를 구비하는데, 우선 전극 탭(3)의 주위를 1회전 이상 회전하도록 절연테이프(5)를 권취하고 그 위에 전극 탭(3)의 주위를 완전히 감싸는 형태로 밀봉재(4)를 권취, 열융착 또는 사출융착 등의 방법으로 교착시킨다.
이때, 절연 테이프(5)는 전극 탭(3)의 선단 부분에 소정 폭으로 권취되고 밀봉재(4)는 전극 탭(3)의 후단부, 즉, 전극 탭(3) 상의 전지 셀측 부분에 소정 폭으로 교착되는데, 이들은 서로 1∼2mm 정도 중첩되도록 구비된다.
결과적으로, 절연 테이프(5)는 전극 탭(3)의 선단 방향으로 밀봉재(4)의 아래에 소정 폭 중첩되도록 권취됨으로써, 밀봉재(4)와 함께 융착시 전극 탭(3)이 파우치 자재와 접촉할 가능성이 있는 파우치(1) 상의 부위를 모두 커버하고도 남을 정도의 면적으로 구비되는 것이다.
다음에, 이렇게 하여 전극 탭(3)에 절연테이프(5)를 권취하고 밀봉재(4)를 교착시킨 전지 셀(2)을 파우치 수용판(6)에 구비된 전지 수용홈(8)에 수납하고 덮개(7)를 덮은 후 열융착 함으로써 파우치형 리튬 2차전지를 제조한다.
이상과 같이, 절연 테이프(5) 및 밀봉재(4)가 구비된 전극 탭(3)을 사용하여 열융착을 수행함으로써 파우치형 리튬 2차전지를 제조하는 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 전극 탭(3)에 구비된 밀봉재(4)의 위치가 파우치(1) 상의 전극 탭(3) 관통 부위에 정확히 일치하지 않아서 전극 탭(3)과 파우치(1)가 직접 접촉할 가능성이 있는 부위가 발생한다 하더라도 절연 테이프(5)가 전극 탭(3)과 파우치(1) 사이에 위치하여 격리해주게 됨으로써 직접적인 접촉을 방지할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 이와 같이 절연 테이프(5)가 부착된 전극 탭(3)을 사용하여 전지 셀(2)과 파우치(1)의 열융착을 수행하는 경우 전지 제조시 불량률을 줄이고 이에 따라 전지의 제조 비용을 절감할 수 있게 되며, 생산된 전지의 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 전지 제조를 위한 전지 셀과 파우치의 융착시 전극과 파우치 자재의 직접적인 접촉을 방지할 수 있게 되었다. 또한, 이와 같이 전극과 파우치 자재 사이의 접촉을 방지할 수 있게 됨으로써, 전지의 단락과 그에 따른 누액을 방지할 수 있게 되었으며, 이에 따라 파우치형 리튬 2차전지 제조시 전지의 불량률을 줄이고 수명을 향상시킬 수 있게 되었다.

Claims (6)

  1. 파우치형 리튬 2차전지의 제조방법에 있어서,
    전극 탭의 선단에 절연테이프를 소정 폭으로 권취하는 절연테이프 권취단계;
    권취된 절연테이프의 후단과 중첩되도록 전극 탭의 후단에 밀봉재를 소정 폭으로 교착시키는 밀봉재 교착단계; 및
    전극 탭에 절연테이프(9) 및 밀봉재(5)가 구비된 전지 셀을 파우치 수용판(6)에 구비된 전지 수용홈(8)에 수납하고 덮개(7)를 덮은 후 열융착하는 열융착단계로 이루어지며,
    상기 권취된 절연테이프와 교착된 밀봉재는 1∼2mm의 폭으로 중첩되며, 절연테이프의 위로 밀봉재가 중첩됨을 특징으로 하는,
    리튬 2차전지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절연테이프의 재질은 폴리이미드 임을 특징으로 하는,
    리튬 2차전지의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연테이프 권취단계에서, 절연테이프는 1회전 이상 회전하도록 권취됨을 특징으로 하는,
    리튬 2차전지의 제조방법.
  4. 파우치형 리튬 2차전지의 전극 탭에 있어서,
    탭의 선단에 절연테이프가 소정 폭으로 권취되고,
    권취된 절연테이프의 후단과 중첩되도록 탭의 후단에 밀봉재가 소정 폭으로 교착되며,
    상기 권취된 절연테이프와 교착된 밀봉재는 1∼2mm의 폭으로 중첩되며, 절연테이프의 위로 밀봉재가 중첩되었음을 특징으로 하는,
    리튬 2차전지의 전극 탭.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 절연테이프의 재질은 폴리이미드 임을 특징으로 하는,
    리튬 2차전지의 전극 탭.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 절연테이프는 1회전 이상 회전하도록 권취되었음을 특징으로 하는,
    리튬 2차전지의 전극 탭.
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