KR20160143979A - 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법 - Google Patents

이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160143979A
KR20160143979A KR1020150079962A KR20150079962A KR20160143979A KR 20160143979 A KR20160143979 A KR 20160143979A KR 1020150079962 A KR1020150079962 A KR 1020150079962A KR 20150079962 A KR20150079962 A KR 20150079962A KR 20160143979 A KR20160143979 A KR 20160143979A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
tab
lead
tab lead
surface treatment
Prior art date
Application number
KR1020150079962A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101770730B1 (ko
Inventor
성용석
김종원
Original Assignee
(주)클라비스
충북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)클라비스, 충북대학교 산학협력단 filed Critical (주)클라비스
Priority to KR1020150079962A priority Critical patent/KR101770730B1/ko
Publication of KR20160143979A publication Critical patent/KR20160143979A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101770730B1 publication Critical patent/KR101770730B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H01M2/26—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M2/30—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/122—

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법에 관한 것으로, 상세하게는 금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계를 포함하는 탭 리드의 표면처리방법을 제공한다. 본 발명에 따른 표면처리방법은 표면처리 전의 금속 탭과 비교하여 고분자 필름과의 접착강도가 향상되는 효과가 있으며, 상기 접착강도가 향상됨에 따라 탭 리드의 수명을 현저히 향상시키는 효과가 있다. 특히, 크롬을 사용하지 않음에 따라 인체 친화적, 환경 친화적인 방법으로 탭 리드의 표면을 처리할 수 있어 크롬 사용에 대한 규제 정책에도 대응이 가능하다.

Description

이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법{Method for nonchromic surface treatment of the tab lead for secondary batteries}
본 발명은 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법에 관한 것으로서, 상세하게는 리튬 폴리머 2차 전지의 부품 중 하나로써, 말단전극 및 전극과 패키징(Packaging) 소재 간 절연 기능을 수행하는 탭 리드(Tab Lead)의 금속 탭 부분을 친환경적으로 표면처리하는 방법에 관한 것이다.
리튬 이온전지 및 리튬 폴리머 이차전지는 셀룰러폰, 노트북 컴퓨터 등 전자기기 분야에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 대용량 전지가 사용되는 전기자전거, 하이브리드 자동차(HEV), 전기자동차(EV), 플러그인 하이브리드자동차(PHEV), 및 에너지 저장장치(ESS) 등의 용도로써 그 사용이 증가되고 있다.
일반적으로 파우치(pouch)형 이차 전지는 양극(anode), 세퍼레이터(separator) 및 음극(cathode)이 적층된 전극군과, 상기 전극군으로부터 인출되어 외부 단자와 접속되는 탭 리드(tab lead)와, 상기 전극군을 포장하는 외장재를 포함한다.
이 중 탭 리드(tab lead)는 전지 내의 양극, 음극 및 말단 전극(terminal electrode)과 포장용 소재 간에 절연 기능을 수행하는 부품이다. 상기 탭 리드는 리튬 폴리머 이차 전지 내부의 음극 물질과 외부를 이어주는 음극용 리드 및 양극과 연결되어 있는 양극용 리드로 구성되어 있으며, 전지의 출력 및 안정성에 영향을 미치는 중요 부품이다. 상기 탭 리드는 주로 판상 또는 봉 형상을 가지며, 금속재질의 탭(Tab)과 고분자 필름의 복합체로 구성된다. 또한, 상기 금속은 전도성에서 유리한 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 이들의 합금 등으로부터 선택된 전도성의 금속으로 구성된다.
상기 탭 리드는 금속 탭과 고분자 필름의 접착을 용이하게 하고, 접착 후에 실제 사용 환경에서 전지 내외부의 자극에 의한 부식이나 박리 등의 결함이 생기지 않도록 하기 위하여, 금속 탭의 표면 처리가 필요하다. 상기 표면처리 기술은, 금속 탭의 표면처리 층의 물리적 화학적 내성에 따라 필름과의 접착강도, 내전해액성 등의 성능에 영향을 미치기 때문에 매우 중요한 기술이다.
한편, 종래의 표면처리 기술로 사용한 소재로는, 금속 탭과 필름의 접착강도를 높이기 위한 6가 크롬이 사용되었다. 그러나, 6가 크롬을 사용하여 피막이 형성된 표면은 우수한 접착강도 및 내전해액성을 보여주는 반면, 크롬을 이용한 표면 처리 방법은, 크롬이 가지고 있는 인체유해성 및 환경 문제 때문에 전 세계적으로 그 사용이 규제되고 있거나 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.
또한, 6가 크롬을 대체하여 3가 크롬이 사용된 예가 있으나, 3가 크롬은 산화되어 6가 크롬으로 될 수 있는 리스크가 상존하고 있어 유럽을 포함한 업계 선두의 리튬 폴리머 이차전지 제조사에서는 무크롬 코팅을 선호하고 있는 추세이다. 따라서 크롬을 사용하지 않은 친환경 표면처리 기술개발은 시장의 요구에 따른 필수 불가결한 과제로서 신속한 해결이 필요한 실정이다.
이에 크롬을 대체하는 표면처리 기술이 다양하게 연구되고 있으며, 일본특허 2002-216741호에서는 절연체로 밀봉되는 리드선 금속(탭)의 표면부분을 화성처리층으로 피복하는 방법 및 인산염을 함유하는 크롬산수용액으로 화학적으로 피막을 생성시키는 일반적인 인산크롬산염처리가 개시되어 있다. 또, 페놀수지를 함유하는 수지로 이루어지며 티탄, 지르콘 등의 금속염을 함유하는 화성처리액에 담궈서 화성피막을 형성하는 것도 기재되어 있다. 이와 같이, 내불화수소산에 대한 화성처리로서는, 크롬계의 화성처리가 유용하며, 많은 분야에서 사용되어 왔다. 그러나, 환경오염의 문제에서, 각 분야에서 크롬을 함유하지 않는 화성처리기술이 개발되게 되고, 장래적으로는 전면적으로 무크롬에서의 화성처리가 요구될 것으로 예상된다.
그러나 무크롬계를 사용한 경우는, 크롬을 사용한 경우에 비하여 성능이 많이 부족한 실정이다. 그러나 크롬계 소재를 배제한 표면처리 방법은 지속적으로 요구되고 있으며 향후, 크롬 소재에 대한 전면적인 규제에 대비하여 크롬이 완전히 배제되면서도 우수한 표면 처리 방법의 개발이 필요하다.
이에, 본 발명에서는 크롬을 사용하지 않은 친환경적인 방법으로 탭 리드를 표면처리하는 방법에 관해 연구하던 중, 탭 리드 표면에 금속산화물을 형성시키는 경우 금속 탭과 고분자 필름의 접착강도를 향상시킬 수 있는 표면처리방법을 개발하고, 본 발명의 무크롬 표면처리방법을 완성하였다.
본 발명의 목적은 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계를 포함하는 탭 리드의 표면처리방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
금속 탭 표면을 연마하는 단계(단계 1); 및
금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 단계 1에서 표면이 연마된 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계(단계 2)를 포함하는 탭 리드의 표면처리방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기의 표면처리방법으로 표면처리되어 금속산화물이 코팅된 탭 리드를 제공하고,
상기 탭 리드를 포함하는 리튬 폴리머 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 표면처리방법은 표면처리 전의 금속 탭과 비교하여 고분자 필름과의 접착강도가 향상되는 효과가 있으며, 상기 접착강도가 향상됨에 따라 탭 리드의 수명을 현저히 향상시키는 효과가 있다. 특히, 크롬을 사용하지 않음에 따라 인체 친화적, 환경 친화적인 방법으로 탭 리드의 표면을 처리할 수 있어 크롬 사용에 대한 규제 정책에도 대응이 가능하다.
도 1은 실험예 1에서 탭 리드의 접착강도 분석 결과를 나타낸 그래프이고,
도 2는 실험예 2에서 탭 리드의 표면 접촉각 분석 결과를 나타낸 그래프이고,
도 3은 대조군의 알루미늄 금속 탭을 광학현미경 및 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이고,
도 4는 전해연마만을 수행한 알루미늄 금속 탭을 광학현미경 및 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이고,
도 5는 전해연마와 양극산화를 모두 수행한 알루미늄 금속 탭을 광학현미경 및 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이고,
도 6은 양극산화만을 수행한 알루미늄 금속 탭을 광학현미경 및 주사전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은,
금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계를 포함하는 탭 리드의 표면처리방법을 제공한다.
탭 리드는 리튬 폴리머 2차 전지 내부의 음극(anode) 물질과 외부를 이어주는 마이너스 리드(MINUS LEAD) 및 양극(cathode)과 연결되어 있는 플러스 리드(PLUS LEAD) 로 구성되어 있으며, 출력 및 안정성에 지대한 영향을 미치는 중요 부품이다.
이때, 이러한 탭 리드는, 금속 탭과 필름(폴리올레핀 등의 고분자 계열)의 복합체로 이루어질 수 있으며, 필름과 금속 탭의 접착강도는 이차전지의 안전성에 영향을 미치기 때문에 금속 탭을 표면처리 하여 접착강도를 향상시키는 것은 이차전지의 안정성을 고려하였을때 매우 중요한 부분이다.
그러나, 종래기술에서는 금속 탭을 표면처리함에 있어서, 6가 크롬과 같이 환경에 부정적인 재료들이 사용되었는바, 크롬을 사용하지 않고도 금속 탭과 필름의 접착강도를 향상시킬 수 있는 수단이 요구되고 있다.
이에, 본 발명의 표면처리방법에서는 크롬을 사용하지 않고도 금속 탭과 필름의 접착강도를 향상시킬 수 있도록, 금속 탭의 표면으로 금속 산화물 층을 형성시키며, 특히 양극산화공정을 통해 금속 탭의 표면으로 금속 산화물 층을 형성시킨다.
상기 양극산화공정은 산화시키고자 하는 대상을 양극으로 하고 전류를 인가하고, 양극에서 발생하는 산소에 의하여 양극 표면에 고착된 산화막을 형성시키는 공정이다. 본 발명의 표면처리방법에서는 탭 리드를 구성하는 금속 탭을 양극산화공정의 양극으로 적용할 수 있을 것이라는 점에서 착안하여, 금속 탭의 표면에 금속 산화물을 형성시킨다.
이때, 상기 금속 탭은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등의 금속을 1종 이상 포함할 수 있으며,
상기 단계 1에서 형성되는 금속 산화물은 금속 탭을 구성하는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등의 금속이 산화된 산화물일 수 있다.
일례로써 상기 금속 탭이 이차전지의 양극용도로 사용될 시에는 알루미늄이 사용될 수 있고, 음극용도로 사용될 시에는 구리, 니켈, 니켈이 표면에 도금된 금속이 사용될 수 있으나, 상기 금속 탭의 재질이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 양극산화공정은 30 내지 50V의 전압조건 하에서, 30 내지 90초 동안 수행될 수 있다.
만약 상기 양극산화공정이 상기 전압 및 시간 조건을 벗어나서 수행되는 경우에는 금속 탭과 필름의 접착강도가 오히려 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 금속산화물 막은 10 내지 500 nm의 두께로 형성될 수 있다. 만약, 10 nm 미만의 두께일 경우 금속 산화물의 내전해액성이 취약해지는 문제가 있을 수 있고, 두께가 500 nm를 초과할 경우에는 금속산화물 막의 균열 등에 의하여 물리적인 충격에 취약할 수 있으며 균열 틈을 통하여 전해액이 스며드는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명은,
금속 탭 표면을 연마하는 단계(단계 1); 및
금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 단계 1에서 표면이 연마된 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계(단계 2)를 포함하는 탭 리드의 표면처리방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 탭 리드의 표면처리방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 탭 리드의 표면처리방법에 있어서, 상기 단계 1은 금속 탭 표면을 연마하는 단계이다.
본 발명에서 표면처리하고자 하는 탭 리드는 금속 탭과 필름의 복합체로 이루어질 수 있으며, 필름과 금속 탭의 접착강도는 이차전지의 안전성 면에서 매우 중요한 부분이다. 본 발명의 표면처리방법은 이러한 금속 탭과 필름의 접착강도를 향상시키기 위한 것으로써, 특히 규제가 심한 크롬을 사용하지 않고도 금속 탭과 필름의 접착강도를 향상시킬 수 있는 표면 처리하기 위한 것이다.
이에, 본 발명에 따른 상기 단계 1에서는, 탭 리드의 표면을 연마하여 표면을 거칠게 하며, 탭 리드의 표면이 거칠어짐에 따라 추후 형성시키는 금속산화물과 탭 리드의 접착정도가 더욱 향상될 수 있으며, 탭 리드에 존재할 수 있는 유기 및 무기 오염 물질을 제거하는 탈지 효과 또한 기대할 수 있다.
이때, 상기 단계 1의 연마는 탭 리드의 표면을 거칠게 할 수 있는 수단 또는 방법을 적절히 선택하여 수행될 수 있으나, 일례로써 전해연마공정을 통해 상기 탭 리드의 표면을 연마할 수 있다.
상기 전해연마는, 전기분해시 양극의 금속 표면에 미세하게 볼록한 부분이 다른 표면 부분에 비해 선택적으로 용해되는 것을 이용한 금속연마법으로써, 본 발명의 표면처리방법은 금속 재질의 탭을 연마하는 것이기 때문에 상기 전해연마로 용이하게 적용할 수 있다.
이때, 상기 전해연마는 5 내지 10V의 전압조건 하에서, 20 내지 30초 동안 수행될 수 있다. 만약 상기 전해연마가 상기 전압 및 시간 조건을 벗어나서 수행되는 경우에는 금속 탭과 필름의 접착강도가 오히려 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 상기 금속 탭은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등의 금속을 1종 이상 포함할 수 있으며, 일례로써 상기 금속 탭이 이차전지의 양극용도로 사용될 시에는 알루미늄이 사용될 수 있고, 음극용도로 사용될 시에는 구리, 니켈, 니켈이 표면에 도금된 금속이 사용될 수 있으나, 상기 금속 탭의 재질이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 탭 리드의 표면처리방법에 있어서, 상기 단계 2는 금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계이다.
상기 단계 2에서는 크롬을 사용하지 않으면서 금속 탭과 필름의 접착강도를 향상시킬 수 있도록, 상기 단계 1에서 표면이 연마된 금속 탭의 표면으로 금속 산화물 층을 형성시키며, 특히 양극산화공정을 통해 금속 탭의 표면으로 금속 산화물 층을 형성시킨다.
상기 양극산화공정은 산화시키고자 하는 대상을 양극으로 하고 전류를 인가하고, 양극에서 발생하는 산소에 의하여 양극 표면에 고착된 산화막을 형성시키는 공정이다. 본 발명의 상기 단계 2에서는 탭 리드를 구성하는 금속 탭을 양극산화공정의 양극으로 적용할 수 있을 것이라는 점에서 착안하여, 금속 탭의 표면에 금속 산화물을 형성시킨다.
상기 단계 2에 있어서, 양극산화공정은 30 내지 50V의 전압조건 하에서, 30 내지 90초 동안 수행될 수 있다.
만약 상기 양극산화공정이 상기 전압 및 시간 조건을 벗어나서 수행되는 경우에는 금속 탭과 필름의 접착강도가 오히려 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 단계 2에서 형성되는 금속산화물 막은 10 내지 500 nm의 두께로 형성될 수 있다. 만약, 10 nm 미만의 두께일 경우 금속 산화물의 내전해액성이 취약해지는 문제가 있을 수 있고, 두께가 500 nm를 초과할 경우에는 금속산화물 막의 균열 등에 의하여 물리적인 충격에 취약할 수 있으며 균열 틈을 통하여 전해액이 스며드는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 2에서 형성되는 금속 산화물은 금속 탭을 구성하는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등의 금속이 산화된 산화물일 수 있다. 통상적으로 알루미늄 재질의 금속 탭이 이차전지의 양극으로 사용되고, 구리, 니켈, 니켈이 표면에 도금된 금속이 이차전지의 음극으로 사용된다. 이와 같이 금속 탭이 적용되는 음극 또는 양극으로의 용도를 고려하여 금속 탭의 재질이 선택될 수 있는바, 상기 단계 2에서 형성되는 금속 산화물 역시 이러한 금속 탭의 재질에 따라 적절히 변경될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 리튬 고분자 2차 전지에 사용하는 탭 리드의 표면을 처리함에 있어서, 크롬을 전혀 사용하지 않으면서 알루미늄, 니켈 등의 금속 탭 표면에 금속 산화물을 형성하며, 이를 통해 금속 탭이 전해액에 의하여 부식되는 것을 막을 수 있을 뿐 아니라, 이후 공정에서 금속과 접착하는 고분자 필름과 접착력을 향상시킬 수 있다. 즉, 기존의 크롬계 표면 처리 방법을 대체하는 친환경적인 공정으로 탭 리드를 표면처리할 수 있다.
또한, 본 발명은,
상기 방법으로 표면처리된 탭 리드를 제공한다.
본 발명에 따른 상기 탭 리드는 양극산화공정을 통해, 상기 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성된 것으로써, 탭 리드를 구성하는 알루미늄, 니켈 등의 금속 표면이 전해액에 의하여 부식되는 것을 막고, 고분자 필름과의 접착강도 또한 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명은,
상기 탭 리드를 포함하는 리튬 폴리머 이차 전지를 제공한다.
상기 이차전지는 양극, 음극 및 전해액을 봉합하는 파우치형 리튬 폴리머 이차 전지로서, 상기 탭 리드는 리튬 폴리머 2차 전지 내부의 음극 물질과 외부를 이어주는 음극용 리드 및 양극과 연결되어 있는 양극용 리드로 구성되어 있다.
또한 상기 탭 리드는 전지의 출력 및 안정성에 영향을 미치는데, 종래의 크롬와 비교하여 친환경적일 뿐만 아니라, 접착필름과의 높은 접착강도 및 내전해액성을 나타낼 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단 하기 실시예들은 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 탭 리드의 표면처리 1
단계 1 : 폭 40 mm의 알루미늄 금속 탭을 준비하였으며, 준비된 알루미늄 금속 탭을 아세톤으로 60 초 동안 세척하였다.
단계 2: 세척된 알루미늄 금속 탭을 테플론 셀에 고정시켜 작동전극으로써 준비하였다.
또한, 그라파이트 로드(Graphite rod)를 기준전극(reference & counter electrode)으로 준비하였다.
준비된 작동전극 및 기준전극을 0.3M의 옥살산 용액에 침지시킨 후 40 V의 전압을 인가하며 90초 동안 반응시키는 양극산화공정을 수행하였다.
<실시예 2> 탭 리드의 표면처리 2
단계 1 : 폭 40 mm의 알루미늄 금속 탭을 준비하였으며, 준비된 알루미늄 금속 탭을 아세톤으로 60 초 동안 세척하였다.
단계 2: 세척된 알루미늄 금속 탭을 테플론 셀에 고정시켜 작동전극으로써 준비하였다.
또한, 그라파이트 로드(Graphite rod)를 기준전극(reference & counter electrode)으로 준비하였다.
과염소산 및 에탄올을 1:4의 부피비율로 혼합한 혼합용액에 준비된 작동전극 및 기준전극을 침지시킨 후, 5V의 전압을 인가하며 0(sweep), 10초, 20초 및 30초 동안 반응시키는 전해연마공정을 수행하였다.
단계 3 : 상기 단계 2의 전해연마공정이 수행된 후, 알루미늄 금속탭(작동전극) 및 그라파이트 로드(기준전극)을 0.3M의 옥살산 용액에 침지시킨 후 40 V의 전압을 인가하며 90초 동안 반응시키는 양극산화공정을 수행하였다.
대조군
상기 실시예 1 및 2에서 사용된 알루미늄 금속 탭에 어떠한 표면처리도 수행하지 않았다.
<실험예 1> 접착강도 분석
표면처리에 따른 접착강도 정도를 분석하기 위하여, 상기 실시예 1 및 2에서 표면처리된 알루미늄 금속 탭과, 대조군의 알루미늄 금속 탭으로 폴리프로필렌 필름을 접착한 후, 박리테스트를 수행하였다.
이때, 상기 폴리프로필렌 필름의 폭은 9 mm였으며, 140 ℃ 에서 30초 동안 0.3 MPa의 압력을 가하여 접착시켰고, 상기 박리 테스트의 결과는 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.
전해연마 양극산화 접착강도
(N)		 접착강도
증가비율
(%)
전압
(V)		 시간
(초)		 전압
(V)		 시간
(초)
- - - - 5.2

5

 0(sweep) - - 4.2 -19.2
10 - - 5.3 1.9
20 - - 6.5 25.0
30 - - 6.6 26.9

5

 0(sweep)
40
90
 5.9 13.5
10 7.5 44.2
20 9.3 78.8
30 8.1 55.8
- - 40 90 6.8 30.8
상기 표 1 및 도 1을 통해 나타낸 바와 같이, 전해연마 및 양극산화가 전혀 수행되지 않은 대조군의 알루미늄 탭 리드와 비교하여, 상기 실시예 1(양극산화 수행)의 탭 리드는 접착강도가 30.8% 향상된 것을 알 수 있다.
또한, 전해연마 및 양극산화가 모두 수행된 실시예 2의 탭 리드는 전해연마가 수행된 시간에 따라 다소 상이하긴 하나 약 13~78%까지 접착강도가 향상된 것을 알 수 있다.
한편, 전해연마만이 수행된 경우에 대해서는 접착강도 값을 비교한 결과, 전해연마가 10초 동안 수행된 경우에는 접착강도의 차이가 그리 크지 않았으나,
전해연마가 20 내지 30초 동안 수행된 경우, 대조군과 비교하여 약 25~26%까지 접착강도가 향상된 것을 알 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 표면처리방법을 통해 크롬을 사용하지 않고도 탭 리드와 고분자 필름의 접착강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있음을 알 수 있으며, 전해연마공정이 20~30초 동안 수행되었을 시에도 접착강도가 향상되는 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
<실험예 2> 탭 리드 표면의 접촉각 분석
표면처리에 따른 접촉각 변화를 분석하기 위하여, 상기 실시예 1 및 2에서 표면처리된 알루미늄 금속 탭과, 대조군의 알루미늄 금속 탭의 표면으로 증류수 5μL를 떨어뜨린 후, 접촉각 측정기기를 이용하여 접촉각을 측정하였다. 상기 측정 결과는 하기 표 2 및 도 2를 통해 나타내었다.
전해연마 양극산화 접촉각
(°)		 접촉각 감소율
(%)
전압
(V)		 시간
(초)		 전압
(V)		 시간
(초)
- - - - 65.8 0

5

 0(sweep) - - 40.6 38.3
10 - - 35.8 45.6
20 - - 34.8 47.1
30 - - 43.0 34.7

5		 0(sweep)
40
90		 31.1 52.7
10 16.2 75.4
20 17.3 73.7
30 19.6 70.2
- - 40 90 23.2 64.7
상기 표 2 및 도 2를 통해 나타낸 바와 같이, 전해연마 및 양극산화가 전혀 수행되지 않은 대조군의 알루미늄 탭 리드와 비교하여, 상기 실시예 1(양극산화 수행)의 탭 리드는 접촉각이 23.2 °로 약 60% 이상 감소된 것을 알 수 있다.
또한, 전해연마 및 양극산화가 모두 수행된 실시예 2의 탭 리드는 전해연마가 수행된 시간에 따라 다소 상이하긴 하나 접촉각이 약 16 내지 31°로 대조군보다 접촉각이 현저히 감소된 것을 알 수 있다.
상기 접촉각이 줄어든 것은, 전해연마 및 양극산화에 의한 탈지효과때문으로써, 상기 전해연마 및 양극산화를 통해 탭 리드 표면의 유기 및 무기 오염 물질이 제거된 것을 의미하여, 이러한 오염물질의 제거로부터 탭 리드와 고분자 필름의 접착강도가 향상될 수 있을 것임을 예측할 수 있다.
<실험예 3> 탭 리드의 표면 미세구조 분석
표면처리에 따른 탭 리드 표면의 미세구조 변화를 분석하기 위하여, 20배율의 광학현미경 및 주사전자현미경을 통해 상기 실시예 1 및 2에서 표면처리된 알루미늄 금속 탭과, 대조군의 알루미늄 금속 탭의 표면 거칠기를 관찰하였으며, 그 결과는 도 3 내지 6에 나타내었다.
도 3은 대조군의 알루미늄 금속 탭을 관찰한 것으로써, 도 3의 그림(A)는 표면의 광학현미경 이미지이고, 그림 (B) 및 (C)는 표면의 주사전자현미경 이미지이고, 그림 (D)는 단면의 주사전자현미경 이미지이다.
이때, 상기 도 3의 이미지를 통해 대조군의 알루미늄 금속 탭 표면에 가로줄 무늬가 존재하는 것을 알 수 있다.
도 4는 전해연마만을 수행한 알루미늄 금속 탭을 관찰한 결과로써, 도 4의 그림 (A)는 표면의 광학현미경 이미지이고, 그림 (B)는 표면의 주사전자현미경 이미지이고, 그림 (C)는 단면의 주사전자현미경 이미지이다.
상기 도 4의 이미지를 통해 전해연마 시간이 증가할수록 알루미늄 금속 탭 표면이 깍이는 경향이 있음을 확인할 수 있다. 특히 전해연마가 10초 동안 수행되었을 시에는 표면이 불규칙하게 깎임으로써 작은 기공(pore)이 관찰되었으며, 20초 수행될시에는 표면이 거칠고 균일하게 깎여나가는 것을 알 수 있다. 아울러, 30초 수행될 시에는 표면이 더욱 깎여나가 뾰족한 부분이 오히려 완만해지는 것을 알 수 있다.
도 5는 전해연마와 양극산화를 모두 수행한 알루미늄 금속 탭을 관찰한 결과로써, 도 5의 그림 (A)는 표면의 광학현미경 이미지이고, 그림 (B)는 표면의 주사전자현미경 이미지이고, 그림 (C)는 단면의 주사전자현미경 이미지이다.
상기 도 5의 이미지를 통해, 전해연마 후 양극산화공정 진행했을시에는 전해연마 반응시간 20 초까지는 표면의 가로줄 무늬를 따라 기공이 규칙적으로 형성된 것을 알 수 있다. 또한, 전해연마 조건에 관계없이 양극산화로 형성된 금속산화물(AlOx) 두께는 약 200~300nm, 기공 크기는 약 20~80nm로 유사한 것으로 관찰되었다.
도 6은 양극산화만을 수행한 알루미늄 금속 탭을 관찰한 결과로써, 도 6의 그림(A)는 표면의 광학현미경 이미지이고, 그림 (B)는 표면의 주사전자현미경 이미지이고, 그림 (C) 및 (D)는 단면의 주사전자현미경 이미지이다.
상기 도 6의 이미지를 통해, 알루미늄 금속 탭 표면의 가로줄 무늬를 따라 일직선으로 규칙적으로 약 20~80nm 크기의 기공들이 형성된 것을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계를 포함하는 탭 리드의 표면처리방법.
  2. 금속 탭 표면을 연마하는 단계(단계 1); 및
    금속 탭을 양극으로 사용하는 양극산화공정을 통해, 상기 단계 1에서 표면이 연마된 금속 탭 표면에 금속 산화물 층을 형성시키는 단계(단계 2)를 포함하는 탭 리드의 표면처리방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 탭은 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 탭 리드의 표면처리방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 산화물은 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 및 구리(Cu)로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속의 산화물인 것을 특징으로 하는 탭 리드의 표면처리방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 단계 1의 연마는 전해연마인 것을 특징으로 하는 탭 리드의 표면처리방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전해연마는 5 내지 10V의 전압조건 하에서, 20 내지 30초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 탭 리드의 표면처리방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양극산화공정은 30 내지 50V의 전압조건 하에서, 30 내지 90초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 탭 리드의 표면처리방법.
  8. 제1항 또는 제2항의 방법으로 표면처리되어 금속산화물이 코팅된 탭 리드.
  9. 제8항의 탭 리드를 포함하는 리튬 이차전지.
KR1020150079962A 2015-06-05 2015-06-05 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법 KR101770730B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150079962A KR101770730B1 (ko) 2015-06-05 2015-06-05 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150079962A KR101770730B1 (ko) 2015-06-05 2015-06-05 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160143979A true KR20160143979A (ko) 2016-12-15
KR101770730B1 KR101770730B1 (ko) 2017-08-25

Family

ID=57572184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150079962A KR101770730B1 (ko) 2015-06-05 2015-06-05 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101770730B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113474915A (zh) * 2018-12-20 2021-10-01 皮梅姆斯公司 Mems阳极电池

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102468835B1 (ko) 2022-08-01 2022-11-18 (주)풍산디에이케이 금속 표면처리 조성물과 이를 이용한 금속 표면처리 방법 및 표면처리된 리드탭용 금속

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4617704B2 (ja) 2004-04-16 2011-01-26 日産自動車株式会社 バイポーラ電池、組電池、および、これらを搭載した車両
JP2007095423A (ja) 2005-09-28 2007-04-12 Dainippon Printing Co Ltd リチウムイオン電池タブ及びその製造方法並びにそれを用いたリチウムイオン電池
JP5941003B2 (ja) * 2013-03-14 2016-06-29 富士フイルム株式会社 タブリード用アルミニウム基材およびタブリード
JP2015032377A (ja) * 2013-07-31 2015-02-16 日本軽金属株式会社 タブリード材用基材、タブリード材用基材の製造方法およびタブリード材の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113474915A (zh) * 2018-12-20 2021-10-01 皮梅姆斯公司 Mems阳极电池

Also Published As

Publication number Publication date
KR101770730B1 (ko) 2017-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4993258B2 (ja) リチウムイオン電池の集電体用アルミニウム箔及びそれを用いたリチウムイオン電池
CN103668380B (zh) 一种电化学加工用电极的双膜侧壁绝缘方法
KR101331344B1 (ko) 양극체와 그 제조 방법, 및 고체 전해 콘덴서
KR102366582B1 (ko) 축전 디바이스 용기용 강박, 축전 디바이스용 용기 및 축전 디바이스, 및 축전 디바이스 용기용 강박의 제조 방법
US20030031926A1 (en) Tab surface treatments for polymer-metal laminate electrochemical cell packages
CN106884191B (zh) 一种用于微弧氧化的电解液、微弧氧化方法及应用
JP2016184494A (ja) フィルム外装電池用タブリード材料及びその製造方法
JP6232302B2 (ja) リチウムイオン電池用電極タブの製造方法
CN110983415A (zh) 一种镁锂合金表面复合氧化处理方法
KR101770730B1 (ko) 이차전지용 탭 리드의 무크롬 표면처리방법
CN103680978A (zh) 一种高比容低压铝电解电容器及其制备方法
JP2004139951A (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JPWO2014203919A1 (ja) マグネシウム合金製品の製造方法
JP5142254B2 (ja) リチウムイオン電池の正極板及びその製造方法、ならびに、それを用いたリチウムイオン電池
CN111619171B (zh) 金属制品及其制备方法和金属复合体及其制备方法
KR102002801B1 (ko) 내식성 향상을 위한 리드 탭의 무크롬 표면처리방법
TWI677131B (zh) 鋰離子電池集電體用壓延銅箔及鋰離子電池
CN103320799A (zh) 一种抑制微波部件镀银层表面二次电子发射系数的方法
JP5760138B1 (ja) 電気化学エネルギーデバイスの接続部材の製造方法、当該製造方法により製造された接続部材および当該接続部材を備える電気化学エネルギーデバイス
CN112406006B (zh) 树脂-金属复合体和制备方法，以及壳体
CN102965708A (zh) 一种电化学电极的侧壁绝缘方法
KR101579781B1 (ko) 리튬 이온 폴리머 전지용 전극단자의 표면처리방법
CN110923781A (zh) 一种用于降低钛及钛合金电偶电流的表面处理方法
JP2005063764A (ja) リチウムイオン二次電池用銅箔及びその製造方法
KR20070097895A (ko) 마그네슘을 주성분으로 하는 금속체의 표면 처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant