KR20070122370A - 전지셀 제조용 전극판 및 그것의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 양극과 음극이 서로 다른 소재(a, b)의 전류 집전체로 이루어져 있고, 상기 각각의 전류 집전체에는 전극 탭이 형성되어 있으며, 상기 전극 탭을 제외한 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 한 쌍의 전극판들로서, 그 중 소재(a)로 이루어진 전류 집전체의 단부에 소재(b)로 이루어진 금속편을 용접하여 전극 탭을 형성하며, 상기 전류 집전체에 대한 금속편의 용접 후 전극 활물질을 전류 집전체 상에 도포하는 것을 특징으로 하는 전극판 및, 그러한 전극판의 제조방법을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 전극판은 그것을 포함하는 것으로 구성된 두 전지셀들을 직렬구조로 연결하여 전지모듈을 제조하는 과정에서 양극단자와 음극단자의 용접성을 향상시킬 수 있고, 염분 함유 분위기에서의 내부식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전지셀 제조용 전극판 및 그것의 제조방법 {Electrode Plate for Battery Cell and Process of Preparing the Same}
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극판들을 포함하는 것으로 구성된 전지셀의 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지셀을 조립한 상태의 정면 투시도이다;
도 3 내지 5는 본 발명에 따른 하나의 예시적인 방법으로 양극 판을 제조하는 일련의 과정에 대한 정면도들이다;
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 방법으로 양극 판을 제조하는 일련의 과정에 대한 정면도들이다;
도 9는 도 1의 전지셀 두 개를 연결하는 것으로 제조되는 전지모듈의 사시도이다.
본 발명은 전지셀 제조용 전극판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극과 음극이 서로 다른 소재(a, b)의 전류 집전체로 이루어져 있고, 상기 각각의 전류 집전체에는 전극 탭이 형성되어 있으며, 상기 전극 탭을 제외한 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 한 쌍의 전극판들로서, 그 중 소재(a)로 이루어진 전류 집전체의 단부에 소재(b)로 이루어진 금속편을 용접하여 전극 탭을 형성하며, 상기 전류 집전체에 대한 금속편의 용접 후 전극 활물질을 전류 집전체 상에 도포하는 것을 특징으로 하는 전극판 및, 그러한 전극판의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들이 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들을 사용함에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.
중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮다는 등의 장점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
파우치형 전지는 다수의 양극 및 음극이 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층되어 있는 구조의 전극조립체를 포함하며, 상기 양극 및 음극으로부터 돌출 되어 있는 다수의 양극 탭들 및 음극 탭들을 각각 양극리드 및 음극리드에 용접하는 것으로 외부 입출력 단자를 형성한다. 일반적으로 이러한 파우치형 전지에서는 양극으로 알루미늄을 사용하고, 음극으로 구리를 사용한다. 즉, 양극을 이루는 양극 집전체와 양극 탭 및 양극리드는 모두 알루미늄 소재로 이루어져 있고, 음극을 이루는 음극 집전체와 음극 탭 및 음극리드는 모두 구리 소재로 이루어져 있다. 따라서, 이들을 각각 용접으로 연결하더라도 많은 열은 발생되지 않는다.
한편, 중대형 전지모듈에서 고출력을 제공하기 위하여 전지셀들은 상호 직렬구조로서 연결된다. 상기와 같은 파우치형 전지셀들의 경우, 알루미늄의 양극리드와 구리의 음극리드가 용접되어 상호 결합되는 것으로 전지셀들이 연결된다. 그러나, 서로 다른 소재로 이루어져 있는 두 전극리드를 용접할 경우에는 많은 열이 발생하게 되므로, 그러한 열은 전류 집전체에 도포되어 있는 전극 활물질로 전달되어 활물질의 열화를 초래한다. 또한, 상기 전지셀들이 염분 등 부식을 유발하는 물질을 포함하고 있는 환경에 노출되었을 경우, 상대적으로 부식성이 높은 알루미늄에 의하여 상기 전지셀들 간의 연결부위에서 부식의 발생 가능성이 높아진다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일본 특허출원공개 제2004-247244호에서는 구리 및 알루미늄으로 이루어진 양극리드와 구리로 이루어진 음극리드를 사용하여 전지셀을 구성하는 기술을 개시하고 있다. 즉, 상기 기술에서는 양극리드의 알루미늄 단부에 구리를 접합하고 접합부위를 전기적 절연체로 감쌈으로써, 양극리드와 음극리드가 전기적 연결을 위한 부위에서 동일한 소재로 이루어지도록 구성하여, 용접을 용이하게 수행할 수 있도록 하였다. 그러나, 상기 양극리드에서 구리/ 알루미늄의 접합부위는 용접에 의하지 않고, 단순히 구리와 알루미늄을 접한 상태에서 수지 등으로 도포하는 수준으로 이루어져 있기 때문에, 접합부위에서 구리와 알루미늄의 결합력이 약할 뿐만 아니라 통전시 접속 저항이 증가한다는 문제점을 가지고 있다. 더욱이, 구리/알루미늄 접합부위가 전극리드 상에 위치함으로써 전지케이스 실링부위에 근접할 수 있고, 그로 인해 큰 크기의 실링부가 요구되거나, 또는 전극조립체와 실링부 사이의 공간, 즉, 전극 탭들과 전극리드가 결합되는 부위의 공간이 증가하여 전지의 안전성이 훼손되고 전지의 크기 증가가 유발되는 문제점을 가지고 있다.
또한, 일본 특허출원공개 제2005-339931호에서는 알루미늄으로 이루어진 양극리드와 구리로 이루어진 음극리드로 구성된 전지셀에서, 상기 음극리드의 셀 외측에 돌출되어 있는 부분을 알루미늄으로 피복하고, 상기 양극리드와 음극리드에 관통구를 형성함으로써, 전지셀들간의 결합을 용접에 의하여 행하지 않으면서 결합부위의 부식을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 음극리드를 알루미늄으로 피복하는 과정에서 도금 등의 방법이 행해져야 하므로 제조공정이 복잡해지고, 그에 따른 제조비용의 증가라는 단점을 가지고 있다.
따라서, 전지셀들을 직렬구조로 연결하는 과정에서 양극리드와 음극리드의 용접성을 향상시킬 수 있고, 염분 함유 분위기에서의 내부식성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 인접한 두 전지셀들을 직렬구조로 연결하여 전지모듈을 제조하는 과정에서 양극리드와 음극리드의 용접성을 향상시킬 수 있는 전극판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 염분 함유 분위기에서의 내부식성을 향상시킬 수 있는 전극판을 제공하는 것이다.
본 발명의 기타 목적은 이러한 전극판의 제조방법을 제공하고, 그러한 방법으로 제조된 전극판을 포함하는 것으로 구성된 전지셀 및, 그러한 전지셀을 단위전지로서 다수 개 포함하고 있는 중대형 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극판은, 양극과 음극이 서로 다른 소재(a, b)의 전류 집전체로 이루어져 있고, 상기 각각의 전류 집전체에는 전극 탭이 형성되어 있으며, 상기 전극 탭을 제외한 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 한 쌍의 전극판들로서, 그 중 소재(a)로 이루어진 전류 집전체의 단부에 소재(b)로 이루어진 금속편을 용접하여 전극 탭을 형성하며, 상기 전류 집전체에 대한 금속편의 용접 후 전극 활물질을 전류 집전체 상에 도포하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전극판은 양극 집전체와 음극 집전체가 각각 서로 다른 소재들(a, b)로 이루어져 있지만, 그로부터 도출되어 있는 전극 탭들은 동일한 소재(b)로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극판을 이용하여 전지셀을 제조할 경우, 상기 전지셀은 그로부터 돌출되어 있는 양극 탭들과 음극 탭들이 동일한 소재로 이루어져 있어서 동일한 소재의 전극리드를 결합시킬 수 있고, 그로 인해 상기 전지셀 다수 개를 전기적으로 연결할 경우에도 동일한 소재의 전극리드를 상호 결합시킬 수 있으므로, 전극 탭들과 전극리드간 및 전극리드 상호간의 용접성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이종 소재간의 결합 부위가 전극 탭 상에 위치함으로써 전지셀의 크기 증가를 유발하지 않고, 종래와 동일한 크기의 전지케이스 실링부에서 밀봉성의 저하가 초래되지 않는다. 또한, 상기 소재(a)가 상대적으로 부식성이 강한 소재인 경우에, 이를 전지셀 내측에 위치시킴으로써 염분 함유 분위기에서의 내부식성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 전류 집전체에 대한 금속편의 용접은 바람직하게는 레이저 용접(Laser Seam Welding) 또는 저항 용접으로 행해질 수 있다. 일반적으로, 레이저 용접 또는 저항 용접은 높은 결합력을 제공하지만, 결합부위에서 많은 열이 발생하는 단점을 가지고 있다. 따라서, 전극 활물질이 도포되어 있는 전류 집전체로부터 돌출되어 있는 전극 탭에 레이저 용접 또는 저항 용접을 행하는 경우, 용접 열이 집전체로 전달되어 전극 활물질의 열화를 초래하게 되므로, 결합력이 떨어지지만 상대적으로 용접 열의 발생량이 적은 초음파 용접을 행하는 것이 일반적이다.
반면에, 본 발명에서는 금속편을 전류 집전체에 용접하여 전극 탭을 형성한 후에 전극 활물질을 도포하므로, 결합력이 우수한 레이저 용접 또는 저항 용접을 사용할 수 있다.
상기 소재(b)의 금속편은 소재(a)의 전류 집전체 상에 직접 용접될 수 있지만, 바람직하게는 전류 집전체로부터 작은 크기로 돌출되어 있는 용접부 상에 용접될 수도 있다. 전류 집전체의 이러한 용접부는 금속편의 용접 작업을 더욱 용이하게 한다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 한 쌍의 전극판들 중, 소재(a)로 이루어진 전극판은 알루미늄 소재의 전류 집전체로 이루어질 수 있고, 소재(b)로 이루어진 전극판은 구리 소재의 전류 집전체로 이루어질 수 있다. 예시적으로, 양극 판에 알루미늄 소재의 전류 집전체를 사용할 경우, 음극 판은 구리 소재의 전류 집전체를 사용할 수 있다.
이 경우, 알루미늄 소재의 전류 집전체에는 구리 소재의 금속편을 용접하여 전극 탭(제 1 전극 탭)을 형성하고, 구리 소재의 전류 집전체에는 그로부터 동일한 구리 소재의 전극 탭(제 2 전극 탭)이 연장되어 있는 구조일 수 있다. 상기 제 1 전극 탭과 제 2 전극 탭은 동일한 길이인 것이 바람직하다. 앞서의 설명과 같이, 하나의 바람직한 예에서, 알루미늄 소재의 전류 집전체 상에는 제 2 전극 탭의 길이를 기준으로 그것의 1/4 ~ 2/3 길이에 대응하는 용접부가 돌출되어 있고, 상기 돌출 용접부 상에 구리 소재의 금속편을 용접하여, 제 2 전극 탭과 대략 동일한 크기의 제 1 전극 탭을 형성할 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 전극판의 제조방법을 제공한다. 즉, 본 발명의 전극판 제조방법은,
(i) 소재(a)로 이루어진 긴 시트형의 전류 집전체(A) 상에, 소재(b)의 금속편 다수 개를 각각 용접하여, 전극 탭(제 1 전극 탭)들을 형성하는 단계;
(ii) 상기 전류 집전체(A) 중 제 1 전극 탭 부위를 제외하고 그것의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 도포하는 단계; 및
(iii) 소재(b)로 이루어진 긴 시트형의 전류 집전체(B) 상에, 그로부터 연장된 동일 소재(b)의 전극 탭(제 2 전극 탭)이 형성될 부위를 제외하고, 그것의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 도포하는 단계;
(iv) 적어도 하나의 전극 탭들을 포함하도록 상기 활물질이 도포된 두 전류 집전체들(A, B)을 소정의 크기로 재단하는 단계;
를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 단계(i)는, 소재(a)로 이루어진 긴 시트형의 전류 집전체(A) 상에, 소재(b)의 긴 금속 스트립을 용접하여, 전극 탭(제 1 전극 탭)의 대응 부위를 형성하는 단계로 대체될 수 있다. 이 경우, 제 1 전극 탭은 상기 단계(iv)의 재단 과정에서 상기 금속 스트립을 전극 탭의 형태로 재단할 수 있다.
본 발명은 또한 상기의 전극판을 포함하는 것으로 구성된 전지셀을 제공한다. 구체적으로, 상기 전지셀은 다수의 전극판들이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 전극조립체를 포함하고, 상기 전극판들로부터 돌출되어 있는 다수의 전극 탭들의 단부에 그와 동일한 소재로 이루어져 있는 전극리드가 연결되어 있는 것으로 구성되어 있다.
상기 전극리드는 다양한 방법으로 전극 탭들에 연결될 수 있지만, 바람직하게는 초음파 용접에 의하여 연결될 수 있다. 이는 동일한 소재로 이루어진 전극 탭 및 전극리드의 연결에서 초음파 용접만으로도 충분히 소망하는 결합력을 얻을 수 있기 때문이다. 즉, 전류 집전체 상에 도포되어 있는 전극 활물질로의 도전열을 최소화하면서 전극 탭과 전극리드의 전기적 연결을 달성할 수 있다.
반면에, 전극리드를 전극 탭에 미리 연결한 후 전극 활물질을 도포하는 경우에는, 앞서 설명한 바와 같은 레이저 용접 또는 저항 용접에 의해 상호 연결을 행할 수도 있다.
상기 전극리드는 그것이 연결되는 전극 탭들의 부위와 동일한 소재라면 특별히 제한되지 않고 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 즉, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀에서는 양극 탭들 및 음극 탭들의 셀 외측 방향으로의 단부가 동일한 소재로 이루어져 있으므로, 상기 양극 탭들 및 음극 탭들에 연결되는 양극리드 및 음극리드 역시 동일한 소재로 이루어질 수도 있다.
이러한 구조에서 상기 전극리드는 구리 소재인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전지셀은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 바람직하게는 알루미늄 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지에서 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 전지케이스에 대해 전극리드가 절연상태로 유지할 수 있도록 전지케이스에 접하는 전극리드의 상면 및 하면에 절연성 필름이 부착되어 있는 것이 바람직 하다.
또한, 상기 전지셀은 단위전지로서 다수 개 포함되어 있는 고출력 대용량의 중대형 전지모듈에서 바람직하게 적용될 수 있다.
고출력을 제공하기 위해 다수의 전지셀들을 직렬로 연결할 때, 바람직하게는, 그것들 중 적어도 일부는 전지셀의 양극과 음극을 직접 결합시킨 직렬구조로서 연결할 수 있다. 본 발명에 따른 전지모듈은 양극 리드와 음극 리드가 동일한 소재로 이루어져 있으므로, 별도의 버스 바 등을 사용하지 않고도 소망하는 수준의 전기적 연결을 이룰 수 있기 때문이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극판들을 포함하는 것으로 구성된 전지셀의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여 도면에서 일부 전극 탭들은 생략하였다.
도 1을 참조하면, 전지셀(600)은 다수의 양극 판들(100, 101, 102 ...)과 다수의 음극 판들(200, 201, 202 ...)이 분리막(300)을 사이에 개재한 상태에서 순차적으로 적층되어 있는 구조의 전극조립체(400)을 전지케이스(500)에 장착한 구조로 이루어진다.
양극 판(100)은 양극 집전체(110)상에 양극 활물질(120)이 도포되어 있고, 그것의 양측에 양극 탭(130)이 돌출되어 있다. 양극 탭(130)은 알루미늄 소재의 집전체(110)로부터 돌출된 작은 크기의 용접부(140)에 구리 소재의 금속편(이하 구리편: 150)이 용접되어 있는 구조로 이루어져 있다.
반면에, 음극 판(200)은 음극 집전체(210)상에 음극 활물질(220)이 도포되어 있고, 그것의 양측으로부터 음극 탭(230)이 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
양극 판들(100, 101, 102 ...)과 음극 판들(200, 201, 202 ...)이 적층되어 있는 구조에서 그것들로부터 각각 돌출된 다수의 양극 탭들(130)과 음극 탭들(230)은 별도의 전극리드(410, 420)에 연결된다. 이러한 구조는 도 1의 전지셀을 조립한 상태의 정면 투시도가 모식적으로 도시되어 있는 도 2에서 용이하게 확인할 수 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(600)은 양극리드(410)와 음극리드(420)가 양측에서 전지케이스(500)의 외측으로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다.
양극리드(410)와 음극리드(420)는 각각 구리 소재로서, 양극 탭(130)의 구리편(150)과 음극 탭(230)에 각각 연결되어 있으며, 전지케이스(200)의 밀봉부위(210)에 별도의 절연성 필름(430)에 의해 도포되어 있다.
도 3 내지 도 5에는 본 발명에 따른 하나의 예시적인 방법으로 양극 판을 제조하는 일련의 과정에 대한 정면도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면들을 참조하면, 긴 시트형의 알루미늄 집전체(110a)의 해당 부위에 다수의 구리편들(150, 151, 152 ...)을 용접으로 부착하고, 집전체(110a)상에 양극 활물질(120)을 도포한 후, 집전체(110a)를 도 5에서와 같이 재단하여 양극 판(110) 을 제조할 수 있다. 양극 판(100)은 집전체(110a)에서 구리편들(150, 151, 152 ...)이 부착된 해당부위의 양측을 모따기 구조(A)로 재단함으로써, 구리편(150)과 알루미늄 집전체(110a)의 용접부(140)로 이루어진 양극 탭(130)을 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 8에는 본 발명에 따른 또 다른 예시적인 방법으로 양극 판을 제조하는 일련의 과정에 대한 정면도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면의 제조방법은, 긴 구리 스트립(160)을 알루미늄 집전체(110a)에 용접한 후 재단한다는 점을 제외하고는, 도 3 내지 4의 제조방법과 동일하다.
도 9에는 도 1의 전지셀 두 개를 연결하는 것으로 제조되는 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전지모듈(700)은 모두 구리 소재로 이루어진 양극리드(410, 412)와 음극리드(420, 422)가 양측에서 각각 돌출되어 있는 두 개의 전지셀(제 1 전지셀, 제 2 전지셀: 100, 101)로 이루어져 있다. 두 전지셀(100, 101)은 제 1 전지셀(100)의 양극리드(410)와 제 2 전지셀(101)의 음극리드(422)가 결합되어 직렬구조로 연결된다. 이때, 양극리드(410)와 음극리드(422)는 모두 구리 소재로 이루어져 있으므로, 용접에 의해 쉽게 결합될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
길이 5 cm, 폭 1 cm 및 두께 500 ㎛인 직사각형 모양의 구리 시트 2 장을 각각 길이방향에서, 그것의 단부가 1 cm 정도 겹칠 수 있게 초음파 용접기 상에 위치시킨 후, 겹쳐진 부위에 용접헤드를 접촉시켜 약 40 KHz 주파수의 초음파 에너지를 10 초 동안 인가함으로써, 초음파 용접을 수행하였다.
[비교예 1]
길이 5 cm, 폭 1 cm 및 두께 500 ㎛인 직사각형 모양의 구리 시트 1 장과 같은 크기의 알루미늄 시트 1 장을 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 금속 시트들을 초음파 용접하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1과 비교예 2에서 각각 용접된 금속 시트들에 대해 ASTM 시험법에 의해 용접 강도(welding strength)를 측정하였다. 그 결과, 실시예 1에서 용접된 금속 시트들은 11.1 kg/cmㅂ의 용접 강도를 나타냈다. 반면에, 비교예 1에서 용접된 금속 시트들은 7.8 kg/cmㅂ의 용접 강도를 나타냈다. 이는, 동일한 금속소재인 구리 상호간의 용접성이 이종 금속간, 즉 구리와 알루미늄 간의 용접성 보다 우수하기 때문이다.
[실시예 2]
2-1. 양극 판의 제조
도 6에서와 같이, 긴 시트형의 알루미늄 호일의 해당 부위에 긴 구리 스트립을 레이저 용접으로 연결하고, 상기 알루미늄 호일의 양면에 LiCoO2 95 중량%, Super-P(도전재) 2.5 중량% 및 PVdF(바인더) 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가한 양극 혼합물 슬러리를 도포한 뒤, 도 8에서와 같이 재단하여, 일측에 양극 탭이 형성되어 있는 양극 판을 제조하였다.
2-2. 음극 판의 제조
긴 시트형의 구리 호일의 양면에 인조흑연 95 중량%, Super-P(도전재) 2.5 중량% 및 PVdF(바인더) 2.5 중량%를 용제인 NMP에 첨가한 음극 혼합물 슬러리를 도포한 뒤, 일측에 음극 탭이 형성되도록 도 8의 모따기 구조와 같이, 상기 구리 호일을 재단하는 것으로 음극 판을 제조하였다.
2-3. 전지셀의 제조
도 1에서와 같이, 상기 2-1 및 2-2와 같은 방법으로 제조된 양극 판과 음극 판을 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층한 뒤, 양측에서 돌출된 형태의 양극 탭들과 음극 탭들을 각각 구리 소재의 양극리드와 음극리드에 연결하고, 전지케이스에 장착한 후 전해액을 주입하여 전지를 완성하였다.
2-4. 전지모듈의 제조
상기 제조된 전지셀 3 개를 상호 직렬로 연결하여 전지모듈을 제작하였다. 전지셀들의 전극리드간 연결은 초음파 용접으로 달성하였다.
[비교예 2]
일측에 알루미늄으로 이루어진 양극 탭이 형성된 양극 판을 제조하였고 알루미늄 소재의 양극리드를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 전지모듈을 제작하였다.
[실험예 2]
상기 실시예 2 및 비교예 2에서 각각 제조된 전지모듈들의 전극리드간 결합력의 차이를 확인하기 위하여, 전극리드 연결부위를 잡아 당겨 결합 부위의 파단시까지의 인장력을 측정하였다. 그 결과, 실시예 1의 전지들로 구성된 전지모듈은 비교예 1의 전지들로 구성된 전지모듈에 비해, 약 1.5 배의 전극리드간 결합력을 갖는 것으로 확인되었다. 이는, 동일한 구리 소재의 양극리드와 음극리드를 결합한 실시예 2의 전지모듈이 초음파 용접에서 비교예 2의 전지모듈에 비해 상대적으로 우수한 결합력을 제공하기 때문이다.
[비교예 3]
양극 집전체의 양면에 전극 활물질을 도포한 후, 그것의 미도포 부위에 구리 탭을 레이저 용접에 의해 연결하고 재단하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2의 2-1 내지 2-3의 방법으로 전지셀을 제조하였다.
[비교예 4]
전지셀들 간의 상호 직렬시 전극리드에 대해 레이저 용접을 행하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 방법으로 전지모듈을 제작하였다.
[실험예 2]
우선, 상기 실시예 2과 비교예 3에서 각각 제조된 전지셀들을 분리하여 10C-rate pulse cycle 조건으로 사이클 특성을 테스트 하였다. 그 결과, 비교예 3의 전지셀은 실시예 2의 전지셀과 비교하여 충방전 사이클 과정에서 빠른 용량 감소를 보여 주었다. 즉, 비교예 3의 전지셀은 실시예 2의 전지셀과 비교하여 100 사이클에서 약 20% 감소 및 200 사이클에서 약 28% 감소를 나타내었다. 이는, 활물질이 도포된 양극 집전체에서 레이저 용접을 행함으로 인해, 레이저 용접시의 전도열에 의해 활물질의 일부가 열화되었기 때문이다.
또한, 상기 실시예 2와 비교예 4에서 각각 제작된 전지모듈들에 대해 10C-rate pulse cycle 조건으로 사이클 특성을 테스트 하였다. 그 결과, 비교예 4의 전지모듈은 실시예 2의 전지모듈과 비교하여 200 사이클에서 약 34%의 출력 감소와 약 26%의 용량 감소를 나타내었다. 이는, 앞서 설명한 바와 유사한 이유로, 비교예 3의 전지모듈의 경우, 전극리드 간의 연결을 위한 레이저 용접시 발생한 고열이 활물질의 일부를 열화시켜 고출력의 조건에서 현저한 용량 및 출력 감소가 초래되었기 때문이다. 반면에, 실시예 2의 전지모듈은 발열량이 상대적으로 적은 초음파 용접에 의해 전극리드 간 연결이 달성되었으므로, 고출력의 충방전 조건에서도 높은 출력 및 용량 유지율을 발휘함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극판은 그것을 포함하는 것으로 구성된 두 전지셀들을 직렬구조로 연결하여 전지모듈을 제조하는 과정에서 양극단자와 음극단자의 용접성을 향상시킬 수 있고, 염분 함유 분위기에서의 내부식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 양극과 음극이 서로 다른 소재(a, b)의 전류 집전체로 이루어져 있고, 상기 각각의 전류 집전체에는 전극 탭이 형성되어 있으며, 상기 전극 탭을 제외한 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 한 쌍의 전극판들로서, 그 중 소재(a)로 이루어진 전류 집전체의 단부에 소재(b)로 이루어진 금속편을 용접하여 전극 탭을 형성하며, 상기 전류 집전체에 대한 금속편의 용접 후 전극 활물질을 전류 집전체 상에 도포하는 것을 특징으로 하는 전극판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 집전체에 대한 금속편의 용접은 레이저 용접(Laser Seam Welding) 또는 저항 용접으로 행하는 것을 특징으로 하는 전극판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 소재(b)의 금속편은 소재(a)의 전류 집전체 상에 직접 용접하거나, 또는 전류 집전체로부터 작은 크기로 돌출되어 있는 용접부 상에 용접하는 것을 특징으로 하는 전극판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극판들 중, 소재(a)로 이루어진 전극판은 알루미늄 소재의 전류 집전체로 이루어져 있고, 소재(b)로 이루어진 전극판은 구리 소재의 전류 집전체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극판.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 알루미늄 소재의 전류 집전체에는 구리 소재의 금속편을 용접하여 전극 탭(제 1 전극 탭)을 형성하고, 구리 소재의 전류 집전체에는 그로부터 동일한 구리 소재의 전극 탭(제 2 전극 탭)이 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전극판.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 탭과 제 2 전극 탭은 동일한 길이인 것을 특징으로 하는 전극판.
  7. 제 6 항에 있어서, 알루미늄 소재의 전류 집전체 상에는 제 2 전극 탭의 길이를 기준으로 그것의 1/4 ~ 2/3 길이에 대응하는 용접부가 돌출되어 있고, 상기 돌출 용접부 상에 구리 소재의 금속편을 용접하여, 제 2 전극 탭과 대략 동일한 크기의 제 1 전극 탭을 형성하는 것을 특징으로 하는 전극판.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 전극판을 제조하는 방법으로서,
    (i) 소재(a)로 이루어진 긴 시트형의 전류 집전체(A) 상에, 소재(b)의 금속편 다수 개를 각각 용접하여, 전극 탭(제 1 전극 탭)들을 형성하는 단계;
    (ii) 상기 전류 집전체(A) 중 제 1 전극 탭 부위를 제외하고 그것의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 도포하는 단계; 및
    (iii) 소재(b)로 이루어진 긴 시트형의 전류 집전체(B) 상에, 그로부터 연장된 동일 소재(b)의 전극 탭(제 2 전극 탭)이 형성될 부위를 제외하고, 그것의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 도포하는 단계;
    (iv) 적어도 하나의 전극 탭들을 포함하도록 상기 활물질이 도포된 두 전류 집전체들(A, B)을 소정의 크기로 재단하는 단계;
    를 포함하는 것으로 구성되어 있는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계(i) 대신에, 소재(a)로 이루어진 긴 시트형의 전류 집전체(A) 상에, 소재(b)의 긴 금속 스트립을 용접하여, 전극 탭(제 1 전극 탭)의 대응 부위를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 다수의 전극판들이 순차적으로 적층되어 있는 구조의 전극조립체를 포함하고, 상기 전극판들로부터 돌출되어 있는 다수의 전극 탭들의 단부에 그와 동일한 소재로 이루어져 있는 전극리드가 연결되어 있는 전지셀.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전극리드는 초음파 용접에 의해 전극 탭들에 연결하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 전극리드는 구리 소재인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 전극조립체는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전지케이스에 대해 전극리드가 절연상태로 유지할 수 있도록 전지케이스에 접하는 전극리드의 상면 및 하면에 절연성 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 10 항에 따른 상기 전지셀을 단위전지로서 다수 개 포함되어 있는 고출력 대용량의 중대형 전지모듈.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 중대형 전지모듈의 고출력을 제공하기 위하여, 그것들 중 적어도 일부는 전지셀의 양극과 음극을 직접 결합시킨 직렬구조로서 연결되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
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