KR20100022716A - 이차전지 셀의 튜빙 방법 및 그로부터 제조되는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지 셀의 표면에 비도전성 물질을 라미네이팅 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법에 관한 것이다. 이차전지 셀 표면에 외피 형성을 위해 비전도성 수지 조성물을 직접 분사 또는 도포하는 방법 등으로 빠르고 간단하게 튜빙할 수 있다. 이러한 이차전지 셀은 패키징 후에도 외부로부터의 충격등에 쉽게 파열되지 않는 안정적인 형태의 셀 외피를 포함한다.
원통형, 튜빙, 튜브, 셀, 이차전지, 팩
Description
본 발명은 이차전지 셀의 튜빙 방법 및 그로부터 제조되는 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다.
하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 그리고 전지 셀을 수십 개 연결한 대용량 전지는 하이브리드 전기 자동차 등의 모터구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지는 복수개를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.
이와 같이 이차 전지는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차전지 셀로 이루 어진다.
상기 각각의 전지 셀은 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
상기 전지 셀은 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 단위 전지의 대표적인 형상으로는 원통형이나 각형을 들 수 있다.
일반적으로 배터리 팩의 이차전지는 플레이트 상에 단위셀 복수개, 전선 및 칩(대표적으로 BMU칩)을 배치하고, 이를 soft pack으로 구성한 후 그것을 감싸는 하우징과 조립되는데, 여기서 고정을 위하여 본딩 또는 양면 테이프를 사용한다.
통상 원통형 캔 전지 셀은 절연기능, 캔의 고정기능, 캔의 보호기능, 로트 넘버의 인쇄 기능을 위해 셀 외면을 테이프나 수축 튜브와 같은 절연성 외피로 감싸게 된다(튜빙). 상기 절연성 외피 형성을 위해 일반적으로 사용되는 방법은 PET 재질의 튜브로 이차전지 셀 즉 캔을 감싸는 방식이다(도1). 그러나, Drop test 중의 지속적이거나 순간적 강한 충격으로 하우징 내부의 이차전지 튜빙은 쉽게 깨진다(도2 참조). 이는 튜빙의 고유 기능인 절연기능, 캔 고정기능, 캔 보호기능을 상실하게 된다는 의미이다.
튜빙의 깨짐 현상은 하우징 안의 Soft pack의 유동을 유발시키며 이는 납땜 또는 저항 용접부위 단락 불량, connection 단자 끊어짐 불량, BMU 칩에 damage를 야기시킬 수 있다.
종래 이차전지 튜빙의 문제점 극복하기 위한 방법으로는 연성이 강화된 튜빙 재질의 개발, 튜빙의 design 변경 또는 튜빙 이외의 이차전지 표면의 절연 방법 개발 등이 있다.
본 발명은 이차전지 단위 셀의 제조에 있어 외부의 충격에 대해 안정적인 형태의 외피를 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 빠르고 간단한 방법으로 단위 셀의 외피를 형성하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 충격에 안정적인 외피가 형성된 셀을 포함하는 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이차전지 셀의 표면에 비도전성 물질을 라미네이팅 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법을 제공한다.
상기 비전도성 물질은 비전도성 수지 조성물일 수 있다.
상기 비전도성 물질의 라미네이팅은 테프론 코팅, 세라믹 코팅, 알루미나(Al203) 코팅, 실리카(SiO2) 코팅 및 마그네시아(MgO) 코팅으로 이루어는 그룹에서 선택되는 비전도성 물질 및 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 라미네이팅은 스프레이 코팅, 용융 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅 또는 플로우 코팅의 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 이차전지 셀은 원통형일 수 있다.
상기 라미네이팅은 2번 이상 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩을 제공한다.
본 발명에서 이차전지 셀을 튜빙하는 방법은 셀 표면에 외피 수지를 직접 분사 또는 도포하는 방법에 의해 빠르고 간단하게 셀을 튜빙할 수 있다. 또한, 상기 방법으로 제조된 이차전지 셀은 패키징 후에도 외부 충격 등에 의해 쉽게 파열되지 않는 안정적인 형태의 셀 외피를 포함하게 된다.
본 발명은 이차전지 셀의 표면에 비도전성 물질을 직접 라미네이팅 시키는 것으로 외피를 형성하는 것을 특징으로 한다.
원통형 이차전지는 원통형 캔의 개구부를 통해 전극 조립체 및 다른 부속들을 캔 내부에 내장하고, 탭 용접을 거쳐 캡 플레이트를 개구부에 끼운 후, 경계부를 레이저 빔 조사 등으로 용접을 실시한다. 이후 전해액 주입구를 통해 전해액을 주입하고, 전해액 주입구를 알루미늄을 압입, 용접하여 마개를 만들어 봉하여 단위 셀을 형성한다. 상기 단위 셀에는 리드 플레이트, 보호회로 등이 연결되고, 그 결과물은 케이스에 담겨 하드 팩 상태의 이차 전지가 형성된다. 하드 팩 상태의 이차 전지는 화성공정을 거치면서 충방전을 일정 횟수 거듭하여 적정 특성을 가지는 이차 전지로 완성된다.
상기 과정에서 전지의 단위 셀 표면은 절연기능, 캔의 보호기능, 하드 팩 내에서 캔의 고정 기능 등을 위하여 비전도성 물질로 튜빙하는 것이 필요하다. 본 발명은 상기 단위 셀의 튜빙에 있어서, 비전도성 물질을 라미네이팅 함으로써 셀 표면에 외피 필름을 형성시키는 방법을 제공한다.
상기 비전도성 물질은 비전도성이라면 종류에 구애되지 않고 모두 가능하다. 비전도성 물질로 테프론 코팅, 세라믹 코팅, 알루미나(Al203) 코팅, 실리카(SiO2) 코팅, 마그네시아(MgO) 코팅 등을 사용할 수 있다.
테프론 코팅은 페인트처럼 스프레이 후 일정한 온도에서 소성을 거치면 비활성의 단단한 코팅층을 형성한다. 광범위한 주파수대에 걸쳐 높은 절연성, 낮은 손실률 및 높은 표면 저항을 가지고 있으며, 내열성, 내화학성면에서 우수한 성질을 나타낸다.
세라믹 코팅은 졸겔법(Sol-G디 process)으로 제조된 고순도 무기수지와 고온에서도 안정하며, 변색없고 반영구적인 무기안료(Inoganic Pigment)로 형성된다. 도막은 가열과정을 통해서 3차원의 강력한 망상구조를 형성하며, 특히 도막내부에 실라놀(Si-OH)이 함유된 경우, 표면저항이 1.3 × 108으로 테프론 코팅에 비하여 104～ 105배 낮아 정전기 발생이 없는 것으로 알려져 있다.
한편, 코팅 수지의 종류로는 폴리 에칠렌 수지와 불소수지를 들 수 있다.
외피 형성을 위해 비전도성 물질을 셀 표면에 직접 분사하거나(스프레이 코팅), 용융 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 플로우 코팅의 방법을 사용할 수 있다. 특 히, 원통형 셀의 내부와 edge 부위의 코팅을 위해서는 용융 코팅 방법이 바람직하게 사용된다. 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅, 플로우 코팅 등은 부분적으로 미코팅 부분이 존재할 수 있기 때문이다. 이럴 경우 재코팅으로 미코팅 부분을 없애는 방법으로 바람직한 코팅을 완성할 수 있다.
또한, 바람직한 필름 두께의 외피를 형성하기 위해 라미네이팅을 수차례 반복할 수 있다. 비전도성 물질의 필름 두께는 비전도성 물질의 종류 및 전지 셀의 용량에 따라 달라질 수 있다.
상기 방법으로 튜빙된 이차전지 셀의 외피는 튜브형의 외피보다 외부 충격에 대한 파열 가능성이 적어 안정적인 형태의 이차전지의 제작이 가능하다. 또한, 외피 형성을 위해 별도의 튜브를 제작할 필요없이, 비절연성 물질을 셀 표면에 직접 라미네이팅함으로써 튜빙할 수 있으므로 제조공정 면에서도 유리한 효과를 가져온다.
실시예
이차전지 단위 셀을 제작하고, 그 표면 전체에 걸쳐 PTFE(Polytetrafluoroethylene)을 스프레이한 후, 일정한 온도에서 소성을 거쳐 외피 필름을 형성하였다.
이렇게 제작된 복수개의 단위 셀을 플레이트 상에 회로 연결하고, 소프트 패키징 및 하드 패키징하여(하우징) 이차전지 팩을 완성하였다.
비교예
통상의 PET 튜브로 단위 셀을 감싸는 것으로 셀의 외피를 형성하고, 실시예에서와 동일한 방법으로 이차전지 팩을 완성하였다.
안정성 테스트
*Drop test
1. Test 높이: 75 Cm
2. Test 바닥(접촉면): 3 Cm 의 hard wood
3. Test 방향: 상기 그림과 같은 길이 방향의 좌우 (방향A,B)
4. Test 횟수: 각 방향 별 35 회씩 자유 낙하
테스트 결과
본 발명에 따른 튜빙 방법으로 제조된 단위 셀을 포함한 이차전지 팩에서 셀 외피는 35차례의 drop test 후에도 셀의 외피가 파열되지 않고 그대로 보존되어 있었다.
반면, 비교예 방법으로 제조된 단위 셀의 외피는 도 1에서 보여지는 바와 같이 drop test 후, 군데 군데 파열된 부분이 있어 이로부터 전지의 안정성이 크게 저하될 우려가 있었다.
도1은 종래 이차전지 단위셀의 튜빙 과정을 나타낸 것이다.
도2는 비교예의 이차전지 팩의 drop test 결과 셀의 외피 균열을 보여준다.
도3은 본 발명 이차전지 단위셀의 튜빙 과정을 나타낸 것이다.
Claims (9)
- 이차전지 셀의 표면에 비도전성 물질을 라미네이팅 하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 비전도성 물질은 비전도성 수지 조성물인 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 비전도성 물질의 라미네이팅은 테프론 코팅, 세라믹 코팅, 알루미나(Al203) 코팅, 실리카(SiO2) 코팅 및 마그네시아(MgO) 코팅으로 이루어는 그룹에서 선택되는 비전도성 물질 및 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이팅은 스프레이 코팅, 용융 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅 또는 플로우 코팅의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법.
- 제 1 항에 있어서, 이차전지 셀은 원통형인 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이팅은 2번 이상 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 튜빙 방법.
- 표면에 비도전성 물질의 라미네이팅 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀.
- 제 7 항에 있어서, 상기 이차전지 셀은 원통형인 것을 특징으로 하는 이차전지 셀.
- 2 이상의 제 7 항 또는 제 8항의 이차전지 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 팩.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |