KR20140011962A - 탭 리드 및 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충격에 의해 파단이 생기지 않는 알루미늄박으로 이루어지는 비수 전해질 축전 디바이스용의 탭 리드와 이를 이용한 전지의 제공을 목적으로 한다.
내전해액성을 부여하는 표면 처리가 실시된 알루미늄박으로 이루어지는 직사각형상의 평형 도체(4)의 양면으로부터, 상기 평형 도체의 세로 방향의 양단측(4a, 4b)이 노출되고 폭 방향의 양단의 일부를 덮고서 바깥쪽으로 튀어나오도록 절연 수지 필름(5)이 접합된 탭 리드(3)로서, 절연 수지 필름을 붙인 후의 상기 알루미늄박의 항장력을 85N/rnm2 이상으로 한다. 또한, 절연 수지 필름을 붙인 후의 상기 알루미늄박은 파단 신도가 15% 이상이고, 철이 종래보다 많은 1.2∼1.7중량% 포함되어 있다. 한편, 알루미늄박의 두께는 0.05mm∼0.5mm로 한다.

Description

탭 리드 및 전지{TAB LEAD AND BATTERY}
본 발명은, 전지로부터 전기를 취출하는 단자로서 이용되는 알루미늄박으로 이루어지는 탭 리드 및 이 탭 리드를 이용한 전지에 관한 것이다.
알루미늄박으로 이루어지는 탭 리드는, 예컨대 리튬 이온 전지나 리튬 이온 캐패시터 등의 전지의 양극측 리드 부재로서 사용되고 있다. 이 탭 리드는, 예컨대 특허문헌 1, 2에 개시된 바와 같이, 알루미늄박으로 이루어지는 직사각형상의 평형 도체의 중앙 부분의 양면을 절연 수지 필름으로 덮고, 이 절연 수지 필름 부분을 전지의 봉입체로 밀봉 봉지하여, 전기를 외부로 취출하도록 하고 있다.
일본 특허공개 2001-102016호 공보 일본 특허공개 2011-181300호 공보
상기의 전지에 알루미늄박으로 이루어지는 탭 리드를 장착한 상태에서 충격(낙하 등)이 가해지면, 탭 리드의 전지 내의 부분에서 알루미늄박이 파단되는 경우가 있다.
본 발명은 상기의 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 상기와 같은 충격에 의해 파단이 생기지 않는 알루미늄박으로 이루어지는 탭 리드와 이를 이용한 전지의 제공을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 탭 리드는, 내전해액성을 부여하는 표면 처리가 실시된 알루미늄박으로 이루어지는 직사각형상의 평형 도체의 양면으로부터, 상기 평형 도체의 세로 방향의 양단측이 노출되고 폭 방향의 양단의 일부를 덮고서 바깥쪽으로 튀어나오도록 절연 수지 필름이 접합된 탭 리드로서, 상기 절연 수지 필름을 붙인 후의 상기 알루미늄박의 항장력이 85N/mm2 이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 절연 수지 필름을 붙인 후의 상기 알루미늄박은 파단 신도가 15% 이상이고, 철이 종래보다 많은 1.2∼1.7중량% 포함되어 있다. 한편, 알루미늄박의 두께가 0.05mm∼0.5mm이다.
또한, 본 발명에 의한 전지는, 양극판과 음극판을 세퍼레이터를 개재시켜 적층한 적층 전극군과 전해액을, 금속박을 포함하는 다층 필름으로 이루어지는 봉입체에 수납한 전지로서, 상기 탭 리드를 양극판 또는 음극판에 접속하여 봉입체로부터 취출하고, 상기 탭 리드가 봉입체와 접하는 개소가 밀폐되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 5000회의 낙하 시험(1m의 높이로부터 낙하)에서도 탭 리드에 파단이 생기지 않고, 탭 리드의 파단 강도를 향상시킬 수 있었다.
도 1은 본 발명에 의한 탭 리드의 사용 형태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 탭 리드의 구조의 개략을 설명하는 도면이다.
도 1, 2에 의해, 본 발명에 의한 탭 리드의 개략과 그의 사용 형태를 설명한다. 도 1의 (A)는 비수 전해질 전지의 외관을 나타내는 도면, 도 1의 (B)는 탭 리드의 봉착 상태를 나타내는 도면, 도 2는 탭 리드의 일례를 나타내는 도면이다. 도면 중, 1은 비수 전해질 전지, 2는 봉입체, 2a는 최내층 필름, 2b는 금속박층, 2c는 최외층 필름, 3은 양극측의 탭 리드, 3'는 음극측의 탭 리드, 4는 평형 도체, 5는 절연 수지 필름, 6은 시일부, 7은 전극판 리드를 나타낸다.
비수 전해질 전지(1)는, 양극판과 음극판을 세퍼레이터를 개재시켜 적층한 적층 전극군(도시 생략)과 전해액을, 금속박을 포함하는 다층 필름으로 이루어지는 봉입체(2)에 수납하고, 도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 양극판에 접속한 탭 리드(3), 음극판에 접속한 탭 리드(3')를, 절연 수지 필름(5)을 개재시켜 봉입체(2)의 시일부(6)로부터 밀봉 봉지한 상태에서 취출하여 구성된다. 봉입체(2)에 이용하는 다층 필름은, 후술하는 바와 같이, 적어도 금속박의 양면에 수지 필름을 접합하여 형성된다.
봉입체(2)는, 비수 전해질 전지(1)의 외장 케이스가 되는 것이며, 예컨대 직사각형상의 2장의 다층 필름 주변의 시일부(6)를 열 용착에 의해 시일하는 것에 의해 밀봉된다. 탭 리드(3, 3')에는, 절연 수지 필름(5)이 미리 열 용착에 의해 접합되어 있다. 이 절연 수지 필름(5)과 봉입체(2)의 다층 필름이 열 융착되어 탭 리드(3, 3')와 다층 필름이 밀봉된다.
탭 리드(3, 3')는, 얇은 도체박을 직사각형상으로 절단하여 평형 도체(4)로 하고, 이 평형 도체의 봉입체(2)로부터의 취출 부분에 절연 수지 필름(5)을 부착하여 구성된다. 절연 수지 필름(5)은, 평형 도체(4)의 양면에 위치를 맞춰 접합된다. 이 절연 수지 필름(5)은, 직사각형상의 평형 도체(4)의 길이(세로 방향)보다 짧고, 평형 도체(4)의 폭(가로 방향)보다 넓은 것이 이용된다.
한편, 비수 전해질 전지(1)로서, 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 휴대 음악 플레이어 등의 기기에 탑재되는 소형의 것과, 전기자동차용 배터리 등의 대형의 것이 있다. 탭 리드의 평형 도체(4)는, 상기 전지의 형상이나 용량에 따라 다르지만, 두께가 0.05mm∼0.5mm, 바람직하게는 0.08mm∼0.5mm, 길이(세로 방향)가 20mm∼80mm, 폭(가로 방향)이 2mm∼90mm이고, 세로 방향의 길이보다 가로 폭 쪽이 큰 경우도 있다. 절연 수지 필름(5)은, 길이(세로 방향)가 3mm∼10mm, 가로 폭은 평형 도체(4)의 폭보다 수 mm 큰 것이 이용된다.
절연 수지 필름(5)은, 도 1의 (B) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 탭 리드(3, 3')의 평형 도체(4)의 양면에, 접착 또는 용착되는 내측층(5a) 및 봉입체(2)와 융착되는 외측층(5b)의 2층으로 형성할 수 있다. 내측층(5a)은 미리 가열 용융에 의해 평형 도체(4)에 밀착시켜, 도체 계면에서의 양호한 밀봉 봉지를 형성해 둔다. 외측층(5b)은 내측층(5a)의 융점보다 높은 융점의 것이 이용되고, 평형 도체(4)와의 밀봉 봉지 시에는 용융이 생기지 않도록 하여 형상을 유지한다. 그리고, 봉입체(2)와의 시일 시에, 외측층(5b)과 봉입체(2)를 융착시킴으로써, 봉입체(2) 내의 금속박(2b)과 평형 도체(4)가 전기적으로 단락되지 않도록 할 수 있다.
탭 리드(3, 3')는, 평형 도체(4)의 세로 방향의 양단을 제외한 부분(중간 부분)에, 절연 수지 필름(5)을 그의 폭 방향의 양단으로부터 바깥쪽으로 다소 튀어나오도록 해서 접합하여 덮고, 평형 도체(4)의 상단부(4a)와 하단부(4b)를 노출시켜 구성된다. 그리고, 상단부(4a)는 봉입체(2)로부터 외측으로 노출되어 외부 장치 등에의 접속 단자라고 여겨지고, 하단부(4b)는 봉입체(2) 내에서 전지의 전극판 리드(7)와의 접속부라고 여겨진다.
봉입체(2)를 형성하는 다층 필름은, 적어도 3층의 적층체로 이루어지며, 그의 최내층 필름(2a)은, 전해액에서 용해되지 않고 시일부(6)로부터 전해액이 누출되는 것을 방지하는 데 적합한 것으로서 폴리올레핀 수지(예: 무수 말레산 변성 저밀도 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)가 이용된다. 금속박층(2b)은 알루미늄, 구리, 스테인레스 등의 금속박이 이용되고, 전해액에 대한 밀봉성을 높이고 있다. 최외층 필름(2c)은 얇은 금속박층(2b)을 보호하기 위한 것이며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등으로 형성되어 있다.
양극측의 탭 리드(3)의 평형 도체(4)는, 높은 전위가 걸리기 때문에 고전위에서 전해액에 용해되지 않는 금속재이며, 알루미늄으로 형성된다. 한편, 음극측의 탭 리드(3')의 평형 도체(4)에는 통상 구리 또는 니켈, 또는 이들의 합금 또는 알루미늄이 이용된다.
알루미늄박으로 이루어지는 탭 리드(3)는, 절연 수지 필름(5)으로 봉입체(2)에 봉지 고정되고, 하단부(4b)가 봉입체(2) 내의 전극판 리드(7)에 용접 등으로 접속 고정되어 전지 내에 조립될 수 있다. 이 상태에서, 전지가 낙하 등에 의해 충격을 받으면, 봉입체(2)에 의한 봉지 고정 부분과 전극판 리드(7)와의 접속 고정 부분 사이에서, 평형 도체(4)에 인장 응력이 생겨 하단부(4b)에서 파단되는 경우가 있다.
본 발명은, 특히, 상기의 알루미늄박 도체를 이용한 탭 리드(3)는 종래의 것보다 항장력을 높이고, 또한 파단 신도를 크게 한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 탭 리드에 사용되는 알루미늄박은 그 자체의 항장력이 90N/mm2 이상이다. 항장력이 클수록 좋지만 현실적으로는 110N/mm2 있으면 충분하다. 알루미늄박 자체의 파단 신도는 30% 이상이다. 파단 신도는 클수록 좋지만 현실적으로는 50% 있으면 충분하다.
알루미늄박에 절연 필름을 붙일 때에 알루미늄박에 열이 가해지기 때문에, 절연 필름을 붙인 후의 알루미늄박의 항장력과 파단 신도는 알루미늄박 자체의 항장력과 파단 신도보다도 작아진다. 절연 필름을 붙인 후의 알루미늄박의 항장력은 85N/mm2 이상이다. 현실적으로는 110N/mm2 있으면 충분하다. 파단 신도는 15% 이상이다. 현실적으로는 40% 있으면 충분하다.
본 발명에 있어서는, 알루미늄박에 포함되는 철의 함유량을 종래의 0.7중량% 이하보다 많은 1.2∼1.7중량%로 했다. 두께 0.1mm의 알루미늄박의 항장력, 파단 신도를 표 1에 나타낸다. 알루미늄박의 항장력을 종래(비교예 1)의 75N/mm2로부터 90N/mm2∼100N/mm2로 높일 수 있었다. 또한, 파단 신도는 종래(비교예 1)의 25%로부터 30%∼40%로 높일 수 있었다. 이 알루미늄박에 절연 필름을 부착한 탭 리드를 전지에 삽입하여 낙하 시험(5000회; 시험 방법: 낙하 높이는 1m, 마루의 재질은 견목(堅木))을 행하면, 실시예 1, 2의 탭 리드는 파단되지 않지만, 종래예(비교예 1)에서는 파단된다.
두께 0.05mm의 알루미늄박을 평형 도체(4)로 하고 절연 수지 필름(5)을 부착한 탭 리드(3)로 한 상태에서 평형 도체(4)의 항장력, 파단 신도를 측정했다. 표 2에 그 값을 나타낸다. 항장력은 종래의 70N/mm2로부터 85∼90N/mm2로 높일 수 있었다. 파단 신도는 종래의 10%로부터 15∼20%로 높일 수 있었다. 상기와 마찬가지로 낙하 시험을 하면, 실시예 3, 4의 탭 리드는 파단되지 않지만, 종래예(비교예 2)에서는 피단된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
1: 비수 전해질 전지 2: 봉입체
2a: 최내층 필름 2b: 금속박층
2c: 최외층 필름 3: 양극측의 탭 리드
3': 음극측의 탭 리드 4: 평형 도체
5: 절연 수지 필름 6: 시일부
7: 전극판 리드

Claims (7)

  1. 내전해액성을 부여하는 표면처리가 실시된 알루미늄박으로 이루어지는 직사각형상의 평형 도체의 양면으로부터, 상기 평형 도체의 세로 방향의 양단측이 노출되고 폭 방향의 양단의 일부를 덮고서 바깥쪽으로 튀어나오도록 절연 수지 필름이 접합된 탭 리드로서,
    상기 절연 수지 필름을 붙인 후의 상기 알루미늄박의 항장력이 85N/mm2 이상인 것을 특징으로 하는 탭 리드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 수지 필름을 붙인 후의 상기 알루미늄박의 파단 신도가 15% 이상인 것을 특징으로 하는 탭 리드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄박의 항장력이 90N/mm2 이상인 것을 특징으로 하는 탭 리드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 알루미늄박의 파단 신도가 30% 이상인 것을 특징으로 하는 탭 리드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄박은 철이 1.2∼1.7중량% 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 탭 리드.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알루미늄박의 두께가 0.05mm∼0.5mm인 것을 특징으로 하는 탭 리드.
  7. 양극판과 음극판을 세퍼레이터를 개재시켜 적층한 적층 전극군과 전해액을, 금속박을 포함하는 다층 필름으로 이루어지는 봉입체에 수납한 전지로서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 탭 리드를 상기 양극판 또는 상기 음극판에 접속하여 상기 봉입체로부터 취출하고, 상기 탭 리드가 상기 봉입체와 접하는 개소가 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
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