KR20190024707A - Electrode assembly with improved connection between current collector and tap, adhesive tap used here, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 이차전지의 구성요소로서, 탭과 집전체 사이의 연결 구조가 개선된 전극조립체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 전극조립체 제조에 이용되는 탭, 그리고 그러한 탭의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to an electrode assembly having improved connection structure between a tab and a current collector as a component of a secondary battery, and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to taps used in the manufacture of such electrode assemblies, and to methods of making such taps.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 상용화된 이차전지 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, and portable telephones has rapidly increased, and electric vehicles, storage batteries for energy storage, robots, and satellites have been developed in earnest. Are being studied actively. Among the currently commercialized rechargeable batteries, lithium secondary batteries are less likely to generate a memory effect than nickel-based rechargeable batteries, so that they are free from charge and discharge, have very low self-discharge rate, and have high energy density.
리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 집전체에 각각 도포된 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 배치된 전극조립체와, 이 전극조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재(케이스)를 구비한다.The lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively. The lithium secondary battery includes an electrode assembly in which an anode and a cathode coated with such a cathode active material and a cathode active material respectively are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing (case) sealingly accommodates the electrode assembly together with the electrolyte solution .
도 1은 종래 젤리롤형 전극조립체의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view of a conventional jelly-roll type electrode assembly, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the electrode assembly shown in FIG. 1 before being wound.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 젤리롤형 전극조립체(100)는 양극(110), 음극(120)과 분리막(130)을 포함하고, 분리막(130)은 양극(110)과 음극(120)의 사이에 개재된다. 양극(110), 분리막(130), 음극(120)은 시트 형상으로 형성되어 차례로 적층된 후 한쪽에서부터 권취되어 젤리롤형 전극조립체(100)가 된다. 1 and 2, a conventional jelly-roll
양극(110)은 시트 형상의 양극 집전체(111) 및 양극 집전체(111) 상에 양극 활물질층이 형성된 양극 코팅부(113)를 포함한다. 양극 코팅부(113)는 도 2에 도시한 바와 같이 양극 집전체(111)의 일부에 코팅되며, 양극 집전체(111)에서 양극 활물질층이 형성되지 않은 부분인 양극 무지부(115)는 양극 집전체(111)의 양면에 위치한다. 여기에 양극 탭(140)이 용접으로 부착되어 양극 집전체(111)와 양극 탭(140)이 연결된다. The
음극(120)은 시트 형상의 음극 집전체(121) 및 음극 집전체(121) 상에 음극 활물질층이 형성된 음극 코팅부(123)를 포함한다. 음극 코팅부(123) 역시 도 2에 도시한 바와 같이 음극 집전체(121)의 일부에 코팅되며, 음극 집전체(121)에서 음극 활물질층이 형성되지 않은 부분인 음극 무지부(125)는 음극 집전체(121)의 양면에 위치한다. 여기에 음극 탭(160)이 용접으로 부착되어 음극 집전체(121)와 음극 탭(160)이 연결된다. The
도 3은 종래 양극 집전체에 양극 탭을 용접하는 경우와 음극 집전체에 음극 탭을 용접하는 경우의 개략적인 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view of a case where a positive electrode tab is welded to a conventional positive electrode collector and a negative electrode tab is welded to a negative electrode collector.
도 3을 참조하면, (a)와 같이 용접장치(180) 사이에 양극 집전체(111)와 양극 탭(140)을 위치시키고, (b)와 같이 용접장치(180) 사이에 음극 집전체(121)와 음극 탭(160)을 위치시켜 초음파 용접 또는 저항 용접을 실시한다. 용접장치(180)는 활물질 코팅부에 손상을 입히므로, 도 2에서도 설명한 바와 같이, 양극 무지부(115)를 양극 집전체(111) 양면에 마련하여 양극 탭(140)이 부착되도록 하고, 음극 무지부(125)를 음극 집전체(121) 양면에 마련하여 음극 탭(160)이 부착되도록 하는 것이다.3, the
양극 무지부(115)와 음극 무지부(125)는 전극조립체(100) 용량 감소의 원인이 된다. 고출력 모델에서는 양극 탭(140) 및 음극 탭(160)의 수가 증가하므로, 이로 인해 양극 무지부(115)와 음극 무지부(125)가 더 증가하게 되어 한계로 작용한다.The positive electrode uncoated
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 탭과 집전체 사이의 연결 구조를 개선하여 무지부를 줄인 전극조립체를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an electrode assembly in which a connection structure between a tab and a current collector is improved,
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 전극조립체 제조에 적합하도록 변경된 탭을 제공하는 것이다. Another object to be solved by the present invention is to provide a modified tap suitable for manufacturing such an electrode assembly.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 이러한 탭을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Another object to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing such a tab.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제들에 국한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the above-described problems, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는, 양극 활물질층이 형성된 양극 코팅부를 양극 집전체의 양면에 갖고 상기 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 무지부를 상기 양극 집전체의 일면에 갖는 양극; 음극 활물질층이 형성된 음극 코팅부를 음극 집전체의 양면에 갖고 상기 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부를 상기 음극 집전체의 일면에 갖는 음극; 상기 양극 무지부에 제1 전도성 접착층을 통해 상기 양극 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결된 양극 탭; 상기 음극 무지부에 제2 전도성 접착층을 통해 상기 음극 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결된 음극 탭; 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 분리막을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode assembly including a positive electrode coating portion having a positive electrode active material layer formed on both surfaces of a positive electrode collector and a positive electrode uncoated portion having no positive electrode active material layer formed on one surface of the positive electrode collector anode; A negative electrode having a negative electrode coating portion on both surfaces of the negative electrode collector on which the negative electrode active material layer is formed and a negative electrode uncoated portion on which the negative electrode active material layer is not formed on one surface of the negative electrode collector; A positive electrode tab electrically connected to the positive electrode uncoated portion by being overlapped with the positive electrode collector through a first conductive adhesive layer; A negative electrode tab electrically connected to the negative electrode uncoated portion by being overlapped with the negative electrode collector through a second conductive adhesive layer; And a separator disposed between the anode and the cathode.
바람직하기로, 상기 양극, 분리막, 음극은 적층된 상태에서 권취된 구조로 이루어진다.Preferably, the anode, the separator, and the cathode are wound in a laminated state.
일 실시예에서, 상기 양극 탭과 음극 탭은 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재이고, 상기 양극 탭은 상기 양극 집전체에 적층되는 양극 탭 중첩부 및 상기 양극 탭 중첩부에서 상기 양극 집전체의 외부로 연장되는 양극 탭 연장부를 포함하고, 상기 음극 탭은 상기 음극 집전체에 적층되는 음극 탭 중첩부 및 상기 음극 탭 중첩부에서 상기 음극 집전체의 외부로 연장되는 음극 탭 연장부를 포함하며, 상기 제1 전도성 접착층은 상기 양극 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 형성되어 있고, 상기 제2 전도성 접착층은 상기 음극 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 형성되어 있다.In one embodiment, the positive electrode tab and the negative electrode tab are metal strip-shaped members having a width and a length, and the positive electrode tab has a positive electrode tab overlapping portion stacked on the positive electrode current collector and a negative electrode tab overlap portion Wherein the negative electrode tab includes a negative electrode tab overlap portion laminated on the negative electrode collector and a negative electrode tab extension portion extending from the negative electrode tab overlap portion to the outside of the negative electrode collector, 1 conductive adhesive layer is formed in the same shape and size as the positive electrode tab overlap portion and the second conductive adhesive layer is formed in the same shape and size as the negative electrode tab overlap portion.
상기 제1 및 제2 전도성 접착층은 수지와 전도성 필러를 포함할 수 있다. The first and second conductive adhesive layers may include a resin and a conductive filler.
상기 수지는 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate)/4-하이드록시부틸 아크릴레이트(4-Hydroxybutyl acrylate)=98:2이거나 에틸 헥실 아크릴레이트(Ethyl hexyl acrylate)/아크릴산(acrylic acid)=98:2임이 바람직하다. The resin preferably has a ratio of butyl acrylate / 4-hydroxybutyl acrylate = 98: 2 or ethyl hexyl acrylate / acrylic acid = 98: 2 Do.
상기 전도성 필러는 알루미늄 입자, CNT(Carbon nanotube), 카본블랙, 구리 입자 및 은 입자 중 어느 하나일 수 있다. The conductive filler may be any one of aluminum particles, carbon nanotubes (CNTs), carbon black, copper particles, and silver particles.
상기 제1 및 제2 전도성 접착층에서 상기 수지는 각 전도성 접착층 무게 기준으로 80 내지 85% 사용할 수 있다. 상기 전도성 필러의 함량은 상기 수지 대비 10 내지 75 중량%로 할 수 있다. In the first and second conductive adhesive layers, the resin may be used in an amount of 80 to 85% based on the weight of each conductive adhesive layer. The content of the conductive filler may be 10 to 75% by weight relative to the resin.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 탭은, 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결되며, 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재인 탭에 있어서, 상기 탭은 상기 집전체에 적층되는 탭 중첩부 및 상기 탭 중첩부에서 상기 집전체의 외부로 연장되는 탭 연장부를 포함하고, 상기 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 상기 탭 중첩부에 전도성 접착층 및 이형필름이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 탭은 점착 탭이라고 부를 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a tab, which is a metal strap member having a width and a length, the tab being overlapped with the current collector and electrically connected to the current collector, And a tab extension extending from the tab overlapping portion to the outside of the current collector, wherein the conductive adhesive layer and the release film are laminated on the tab overlap portion in the same shape and size as the tab overlap portion. Such a tab may be referred to as an adhesive tab.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 탭 제조 방법은, 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결되며, 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재인 탭 제조 방법에 있어서, 상기 탭은 상기 집전체에 적층되는 탭 중첩부 및 상기 탭 중첩부에서 상기 집전체의 외부로 연장되는 탭 연장부를 포함하고, 탭용 금속 판재 상에 전도성 접착액을 코팅하되, 상기 전도성 접착액이 세로 방향으로 코팅된 코팅영역과 코팅되지 않은 미코팅영역이 가로 방향을 따라 번갈아 위치하도록 하고, 상기 코팅영역의 가로 길이가 상기 탭 중첩부의 길이에 해당하고 상기 미코팅영역의 가로 길이가 상기 탭 연장부의 길이에 해당하도록 하는 단계; 상기 탭용 금속 판재 상에 상기 코팅영역과 미코팅영역을 덮는 이형필름을 적층하는 단계; 상기 코팅영역의 전도성 접착액을 경화시켜 전도성 접착층으로 변화시키는 단계; 상기 탭의 폭에 맞게 상기 탭용 금속 판재를 상기 가로 방향을 따라 여러 개의 스트립으로 슬릿팅하고 각 스트립은 릴 형태로 보관하는 단계; 및 어느 하나의 스트립에서 상기 코팅영역과 미코팅영역이 하나씩 포함되도록 상기 스트립을 절단해, 상기 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 상기 탭 중첩부에 상기 전도성 접착층 및 이형필름이 적층되어 있는 개별 탭으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a tab, which is a metal strap member having a width and a length, the tab being electrically connected to the current collector so as to overlap with the current collector, And a tab extension extending outwardly of the current collector in the tab overlap portion, wherein the conductive adhesive liquid is coated on the tap metal plate, wherein the conductive adhesive liquid is coated in the longitudinal direction, Allowing the uncoated uncoated areas to alternate along the transverse direction such that the transverse length of the coated area corresponds to the length of the tab overlap and the transverse length of the uncoated area corresponds to the length of the tab extension; Laminating a release film covering the coating region and the uncoated region on the metal tab sheet; Curing the conductive adhesive liquid in the coating area to change it to a conductive adhesive layer; Slitting the tap metal sheet into a plurality of strips along the width direction in accordance with the width of the tabs and storing each strip in a reel form; And cutting the strip so that one of the coated region and the uncoated region is included in one of the strips, thereby forming a tab and an adhesive layer on the tab overlapping portion, wherein the conductive adhesive layer and the release film are laminated on the tab overlap portion, In the presence of a catalyst.
본 발명의 전극조립체에 따르면, 무지부를 집전체 일면에만 형성하고 용접이 아닌 전도성 접착층을 통해 탭을 부착하므로, 활물질 코팅부에 손상을 입히지 않은 채 탭과 집전체 연결이 가능하다. 따라서, 활물질 코팅부의 면적을 증가시킬 수 있어 활물질 양을 늘려줄 수 있게 되므로, 이차전지의 용량을 증가시키는 효과를 가져온다. According to the electrode assembly of the present invention, since the non-coated portion is formed only on one surface of the current collector and the tab is attached through the conductive adhesive layer, not the welding, connection between the tab and the current collector is possible without damaging the active material coating portion. Therefore, the area of the active material coating portion can be increased, and the amount of the active material can be increased, thereby increasing the capacity of the secondary battery.
본 발명에 따른 탭은 이러한 전극조립체의 제조에 용이하게 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 탭에 포함되는 전도성 접착층은 종래 용접 방법으로 부착되는 탭과 비교시 더 큰 접착력을 보인다. 본 발명에 따른 탭은 이형필름을 벗겨낸 후 집전체에 탭을 접착시키는 간단한 조작을 통해, 종래의 번잡한 용접 공정을 생략하여 이차전지를 제조할 수 있도록 한다. The tab according to the present invention can be readily used for manufacturing such an electrode assembly. The conductive adhesive layer included in the tab according to the present invention exhibits a greater adhesive force as compared with a tap which is adhered by a conventional welding method. The tab according to the present invention allows the secondary battery to be manufactured by omitting the conventional complicated welding process by peeling off the release film and then bonding the tab to the current collector.
본 발명에서 제안하는 탭 제조 방법은 이러한 탭 및 이차전지를 대량으로 생산하기에 매우 적합한 방법이다. The tap manufacturing method proposed by the present invention is a method suitable for mass production of such a tap and a secondary battery.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 탭과 집전체 사이의 연결 구조가 개선됨으로써 용량이 큰 이차전지를 제조할 수 있게 된다. 특히 고출력 모델에서 탭의 수가 증가하더라도 종래에 비해 무지부의 면적 증가가 적으므로 고출력 모델에서 종래 대비 용량 개선 효과가 뛰어나다. As described above, according to the present invention, the connection structure between the tab and the current collector is improved, thereby making it possible to manufacture a secondary battery having a large capacity. In particular, even if the number of taps is increased in the high output model, since the increase in the area of the plain region is smaller than that in the prior art, the capacity improvement effect is superior to the conventional model in the high output model.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 젤리롤형 전극조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다.
도 3은 종래 양극 집전체에 양극 탭을 용접하는 경우와 음극 집전체에 음극 탭을 용접하는 경우의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 젤리롤형 전극조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 전극조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 A 부분 확대 평면도이다.
도 7은 도 6의 V-V' 방향 단면도이다.
도 8은 도 7의 C 부분 확대 단면도이다.
도 9는 도 5의 B 부분 확대 평면도이다.
도 10은 도 9의 X-X' 방향 단면도이다.
도 11은 도 10의 D 부분 확대 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 탭의 사시도이다.
도 13은 탭을 제조하는 첫번째 방법에 관하여 설명하는 단계별 개략 단면도이다.
도 14는 탭을 제조하는 두번째 방법에 관하여 설명하는 단계별 개략 단면도이다.
도 15는 탭을 제조하는 세번째 방법에 관하여 설명하는 단계별 개략 단면도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 탭 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 18은 실험에 사용한 초음파 용접 탭 샘플과 점착 탭 샘플의 모식도이다.
도 19a는 비교예 및 실시예 샘플에서 전류 인가 시간에 따른 저항 측정 결과를 도시한다.
도 19b는 실시예 샘플을 이용해 제조한 이차전지에서 활성화 이후 풀 셀 저항을 측정한 결과이다.
도 20은 비교예 및 실시예 샘플의 접착력을 도시한 그래프이다.
도 21은 고정력 검증 실험 조건 중 전해액 함침 조건의 모식도이다.
도 22는 본 발명에 따른 전극조립체 샘플에 대한 고정력 실험 전후를 보여주는 사진이다.
도 23은 본 발명에 따른 전극조립체 샘플에 대한 고정력 실험 후 전극조립체를 풀어서 탭 이탈 여부를 확인한 사진이다.
도 24는 종래 및 본 발명 샘플의 전단력 테스트 결과 그래프이다.
도 25는 종래 및 본 발명 샘플의 보관일 수에 따른 D.C 저항 그래프이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, And should not be construed as limiting.
1 is a perspective view of a conventional jelly-roll type electrode assembly.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the electrode assembly of FIG. 1 before being wound.
3 is a schematic cross-sectional view of a case where a positive electrode tab is welded to a conventional positive electrode collector and a negative electrode tab is welded to a negative electrode collector.
4 is a perspective view of a jelly roll type electrode assembly according to the present invention.
FIG. 5 is an exploded perspective view of the electrode assembly of FIG. 4 before being wound.
6 is an enlarged plan view of a portion A of Fig.
7 is a cross-sectional view taken along line VV 'in Fig.
8 is an enlarged cross-sectional view of part C of Fig.
Fig. 9 is an enlarged plan view of part B of Fig. 5;
10 is a sectional view in the XX 'direction of FIG.
11 is an enlarged sectional view of part D of Fig.
12 is a perspective view of a tab according to the present invention.
13 is a step-by-step schematic cross-sectional view illustrating the first method of manufacturing the tab.
14 is a step-by-step schematic cross-sectional view illustrating a second method of manufacturing the tab.
Figure 15 is a step-by-step schematic cross-sectional view illustrating a third method of making the tab.
16 and 17 are views for explaining a method of manufacturing a tab according to the present invention.
18 is a schematic view of an ultrasonic welding tap sample and an adhesive tap sample used in the experiment.
19A shows resistance measurement results according to current application time in the comparative example and the example sample.
FIG. 19B shows the result of measuring the full cell resistance after activation in the secondary battery manufactured using the sample of the embodiment.
20 is a graph showing the adhesive strength of the comparative example and the example sample.
FIG. 21 is a schematic diagram of conditions for impregnating the electrolyte in the fixing force test conditions.
22 is a photograph showing an electrode assembly sample according to the present invention before and after the clamping test.
FIG. 23 is a photograph showing whether or not the tab assembly is released by loosening the electrode assembly after the fixing force test on the electrode assembly sample according to the present invention. FIG.
24 is a graph of shear force test results of the conventional and inventive samples.
25 is a graph of DC resistance according to the number of days of storage of the conventional and inventive samples.
본 발명의 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objects and advantages of the present invention will be understood by the following description and will be more clearly understood by means of the embodiments of the present invention. It will also be readily apparent that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations particularly pointed out in the appended claims.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
접착은 고화현상을 수반하며 상온에서 굳어지고, 점착은 상온에서 끈적거림을 계속 유지하는 차이가 있지만, 접착과 점착은 두 물체의 표면을 서로 잡아준다는 점에서 광의적 접착 개념에 속한다. Adhesion is accompanied by solidification and hardening at room temperature. Adhesion is a persistent stickiness at room temperature, but adherence and adhesion belong to the concept of optical adhesiveness in that the surfaces of two objects are held together.
접착제는 일반적으로 처음은 점도가 낮은 액체로 접합한 후에 어떠한 수단(화학반응, 용매휘발확산, 온도 변화 등)에 의해서 고체화 해, 계면에 있어 접착 힘을 발현한다. 접착제는 액체상태에서 고체상태로 변하면서 강한 접착력을 가진다. 고체상태로 변한 이후에는 접착력이 사라지기 때문에 다시 붙일 수가 없다. 점착제는 처음부터 고점도 반고체이며, 접합 형성 후에도 그 상태가 변하지 않는 것, 즉 고체화의 과정이 필요하지 않은 것이다. 점착제의 특징은 지속적으로 붙였다 뗄 수 있는 것으로 볼 수 있다. 그러나, 점착제도 접착제의 한 종류로서, 일반적으로 점착제를 넓은 의미로는 접착제라고 부르기도 한다.Adhesives are generally first solidified by any means (chemical reaction, solvent volatilization diffusion, temperature change, etc.) after bonding to a liquid of low viscosity and develop adhesion forces at the interface. The adhesive changes from a liquid state to a solid state and has a strong adhesive force. After changing to a solid state, the adhesive force disappears and it can not be reattached. The pressure-sensitive adhesive is a semi-solid having a high viscosity from the beginning and does not change its state even after the formation of the joint, that is, the solidification process is not required. The characteristics of the adhesive can be seen as being permanently attached and detached. However, the pressure-sensitive adhesive is also a type of adhesive, and in general, the pressure-sensitive adhesive is also broadly referred to as an adhesive.
이하에서 접착은 점착을 포함하는 의미로 사용되었다. Hereinafter, the adhesion was used to mean adhesion.
도 4는 본 발명에 따른 젤리롤형 전극조립체의 사시도이다. 도 5는 도 4의 전극조립체가 권취되기 전의 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 A 부분 확대 평면도이다. 도 7은 도 6의 V-V' 방향 단면도이다. 도 8은 도 7의 C 부분 확대 단면도이다. 도 9는 도 5의 B 부분 확대 평면도이다. 도 10은 도 9의 X-X' 방향 단면도이다. 도 11은 도 10의 D 부분 확대 단면도이다.4 is a perspective view of a jelly roll type electrode assembly according to the present invention. FIG. 5 is an exploded perspective view of the electrode assembly of FIG. 4 before being wound. 6 is an enlarged plan view of a portion A of Fig. 7 is a cross-sectional view taken along the line V-V 'of FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of part C of Fig. Fig. 9 is an enlarged plan view of part B of Fig. 5; 10 is a sectional view taken along the line X-X 'in FIG. 11 is an enlarged sectional view of part D of Fig.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전극조립체(200)는 한 쌍의 전극, 예를 들어 양극(210), 음극(220)과, 그 사이에 배치된 분리막(230)을 포함한다. 설명의 편의를 위해 도 5에 전극조립체(200)가 권취되기 전의 상태를 도시하였다. 도 5를 참조하면, 양극(210), 분리막(230) 및 음극(220)은 시트 형상으로 형성되어 차례로 적층된다. 도 5에서 도시는 생략하였으나, 양극(210) 위 또는 음극(220) 아래에 추가의 분리막이 더 형성되어 권취시 양극(210)과 음극(220) 사이를 절연하도록 한다. 이러한 전극조립체(200)는, 외장재(케이스) 안에 전해액과 함께 밀봉 수납되어 이차전지로 제조된다. 특히 각형이나 원통형 캔의 외장재를 이용한 이차전지로 제조된다. 4 and 5, an
양극(210)은 시트 형상의 양극 집전체(211) 및 양극 집전체(211)상에 양극 활물질층이 형성된 양극 코팅부(213)를 포함한다. 양극 코팅부(213)는 도시한 바와 같이, 양극 집전체(211)의 양면에 형성되는 것이 용량 확보 측면에서 바람직하다. 양극 코팅부(213)는 양극 집전체(211)의 전체 면에 형성되는 것이 아니라 양극 집전체(211)의 일부에 코팅되며, 도 5에 도시된 바와 같이 양극 집전체(211)의 길이방향 일단부에서 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 코팅될 수 있다. 양극 활물질층이 형성되지 않아 양극 코팅부(213)가 형성되지 않은 부분은 양극 무지부(215)라고 한다. 본 발명에 따른 전극조립체(200)에서 이러한 양극 무지부(215)는 종래와 달리 양극 집전체(211)의 일면에만 형성된다. 양극 무지부(215)에는 양극 탭(240)이 구비되고 전기적 연결된다. The
다만, 양극 무지부(215)의 위치나 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 변형 가능하다. 예를 들어 양극 코팅부(213)는 양극 집전체(211)의 너비방향 일단부에서 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 나머지 부분에 코팅될 수도 있다. 또는 양극 코팅부(213)는 길이방향으로 양극 집전체(211)의 중앙부에 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 양쪽으로 코팅될 수도 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에서 양극 무지부(215)는 양극 집전체(211)의 일측에서 타측까지 연장된 형태로 형성되어 있는 것을 예로 들었으나, 양극 무지부(215)는 양극 탭(240)과 중첩되는 영역에만 최소로 형성될 수도 있다. However, the position and shape of the anode
음극(220)은 시트 형상의 음극 집전체(221) 및 음극 집전체(221)상에 음극 활물질층이 형성된 음극 코팅부(223)를 포함한다. 음극 코팅부(223)는 도시한 바와 같이, 음극 집전체(221)의 양면에 형성되는 것이 용량 확보 측면에서 바람직하다. 음극 집전체(221)는 양극 집전체(211)와 동일한 형상이다. 음극 코팅부(223)는 음극 집전체(221)의 전체 면에 형성되는 것이 아니라 음극 집전체(221)의 일부에 코팅되며, 도 5에 도시된 바와 같이 음극 집전체(221)의 길이방향 일단부에 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 코팅될 수 있다. 음극 활물질층이 형성되지 않아 음극 코팅부(223)가 형성되지 않은 부분은 음극 무지부(225)라고 한다. 본 발명에 따른 전극조립체(200)에서 이러한 음극 무지부(225)는 종래와 달리 음극 집전체(221)의 일면에만 형성된다. 음극 무지부(225)에는 음극 탭(260)이 구비되고 전기적 연결된다. The
도 5를 참조하면, 양극 무지부(215)는 양극 집전체(211)의 길이방향 일단에 위치하고, 음극 무지부(225)는 음극 집전체(221)의 길이방향 일단에 위치하되 양극 무지부(215)가 위치한 단부의 반대편에 위치한다. 다만, 양극 무지부(215) 및 음극 무지부(225)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니고 서로 동일하거나 중첩될 수도 있다.5, the positive electrode
또한 음극 무지부(225)의 위치나 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 변형 가능하다. 예를 들어, 음극 코팅부(223)는 음극 집전체(221)의 너비방향 일단부에서 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 나머지 부분에 코팅될 수도 있다. 또는 음극 코팅부(223)는 길이방향으로 음극 집전체(221)의 중앙부에 직사각형의 기결정된 면적을 남겨두고 그 양쪽으로 코팅될 수도 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에서 음극 무지부(225)는 음극 집전체(221)의 일측에서 타측까지 연장된 형태로 형성되어 있는 것을 예로 들었으나, 음극 무지부(225)는 음극 탭(260)과 중첩되는 영역에만 최소로 형성될 수도 있다. Further, the position and shape of the cathode
양극 집전체(211)의 재질은 알루미늄이 주로 이용된다. 대안적으로, 양극 집전체(211)는 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있다. 나아가, 이차전지의 화학적 변화를 야기시키지 않고 높은 도전성을 갖는 재질이라면 양극 집전체(211)로 사용하는 데 제한이 없다. As the material of the
양극 집전체(211)에 대응되는 음극 집전체(221)는 주로 구리 재질이 이용된다. 대안적으로, 음극 집전체(221)는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있고, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다.The anode
양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이고, 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, LiFePO4 또는 Li1 + zNi1 -x- yCoxMyO2 (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, 0≤z≤1, M은 Al, Sr, Mg, La, Mn 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 음극 활물질은 탄소 계열의 활물질이고, 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다. 양극 활물질과 음극 활물질의 종류와 화학적 조성은 이차전지의 종류에 따라 얼마든지 달라질 수 있으므로 상기에서 열거한 구체적인 예는 하나의 예시에 불과하다는 것을 이해하여야 한다.The cathode active material is a lithium-based active material, and typical examples thereof include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4, or Li 1 + z Ni 1 -x- y Co x M y O 2 1, 0? Y? 1, 0? X + y? 1, 0? Z? 1, and M is a metal such as Al, Sr, Mg, La, or Mn). The negative electrode active material is a carbon-based active material, and examples of the negative electrode active material include a carbon material such as crystalline carbon, amorphous carbon, carbon composite, and carbon fiber, lithium metal, lithium alloy, and the like. It should be understood that the specific examples given above are merely illustrative, since the types and chemical compositions of the cathode active material and the anode active material may vary depending on the type of the secondary battery.
양극 코팅부(213)와 음극 코팅부(223)는 활물질 이외에 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다. 바인더는 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 활물질을 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The
분리막(230)은 다공성 재질을 가진 것이라면 특별히 제한이 없다. 분리막(230)은 다공성이 있는 고분자막, 예컨대 다공성 폴리올레핀막, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-헥사풀루오로 프로필렌, 폴리비닐리덴 풀루오라이드-트리클로로에틸렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 아크리로니트릴스티렌부타디엔 공중합체 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 부직포막, 다공성 웹(web) 구조를 가진 막 또는 이들의 혼합체 등으로 이루어질 수 있다. The
분리막(230)의 단면 또는 양면에는 무기 입자가 결착되어 있을 수 있다. 상기 무기 입자는 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자가 바람직하며, 10 이상의 유전율 상수를 가지며 밀도가 낮은 무기물 입자가 더욱 바람직하다. 이는 전지내에서 이동하는 리튬 이온을 용이하게 전달할 수 있기 때문이다. 5 이상의 고유전율 상수를 갖는 무기 입자의 비제한적인 예로는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1 - xLaxZr 1- yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, HfO2, SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO, Y2O3 또는 이들의 혼합체 등이 있다. At the end face or both faces of the
도 6을 참조하면, 양극 탭(240)은 기결정된 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재이다. 양극 탭(240)은 양극(210), 특히 양극 무지부(215)의 양극 집전체(211)와 중첩되어 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 양극 탭(240)은 양극 집전체(211)에 적층되는 양극 탭 중첩부(241) 및 양극 탭 중첩부(241)에서 양극 집전체(211)의 외부로 연장되는 양극 탭 연장부(242)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the
양극 탭 중첩부(241)는 양극 집전체(211)의 양극 무지부(215), 즉 양극 코팅부(213)가 형성되지 않은 부분에 고정된다. 양극 탭(240)이 고정된 양극(210)은 분리막(230) 및 음극(220)과 차례로 적층되어 권취되므로 양극 탭 중첩부(241)는 양극(210) 및 분리막(230)과 중첩된다.The positive electrode
도 7에 도시한 바와 같이, 양극 탭(240)은 양극 집전체(211)에 용접이 아닌, 제1 전도성 접착층(250)을 통해 양극 집전체(211)와 중첩되어 전기적으로 연결된다. 제1 전도성 접착층(250)은 접착성을 가져 양극 탭(240)을 양극 집전체(211)에 고정한다. 7, the
구체적으로, 제1 전도성 접착층(250)은 양극 탭 중첩부(241)와 동일한 형상 및 크기로 형성되어 있다. 저항 측면에서 양극 집전체(211) 측면에서 돌출되는 부분 즉, 양극 탭 연장부(242)의 길이(미접합부의 길이)에 따라 저항이 변화하는 점을 고려하도록 한다. 양극 탭 중첩부(241)의 길이(접합부 또는 제1 전도성 접착층(250) 길이)에 따라서는 저항이 변하지 않으므로, 최소 요구되는 접착력을 만족하는 제1 전도성 접착층(250)의 길이 또는 면적을 도출할 필요가 있다. 하지만, 고출력 모델의 경우 양극 탭 중첩부(241) 면적이 좁을 때 전류 집중으로 인하여 온도가 국부적으로 상승할 수 있으므로, 양극 집전체(211)에 닿는 양극 탭 중첩부(241) 전체 면적을 접합부로 하는 것이 이상적이다. 따라서, 제1 전도성 접착층(250)은 양극 탭 중첩부(241)와 동일한 형상 및 크기로 형성하는 것이 바람직하다. Specifically, the first conductive
도 8을 더 참조하면, 제1 전도성 접착층(250)은 수지(251)와 전도성 필러(252)를 포함한다. 수지(251)는 전해액과 반응하지 않는 것이어야 하며, 예를 들어 아크릴레이트 계열이 바람직하다. 수지(251)는 부틸 아크릴레이트(Butyl acrylate)/4-하이드록시부틸 아크릴레이트(4-Hydroxybutyl acrylate)=98:2이거나 에틸 헥실 아크릴레이트(Ethyl hexyl acrylate)/아크릴산(acrylic acid)=98:2인 것이 접착력면에서 특히 바람직하다. 양극 탭(240)은 양극 집전체(211)와 동일한 종류의 금속 재질일 수 있다. 예를 들어 알루미늄일 수 있다. 그러한 경우, 제1 전도성 접착층(250) 안에 포함되는 전도성 필러(252)는 알루미늄 입자, CNT(Carbon nanotube), 카본블랙, 구리 입자 및 은 입자 중 어느 하나임이 바람직하다. 특히 알루미늄 입자인 것이 바람직하다. 그러면 양극 탭(240) - 제1 전도성 접착층(250) - 양극 집전체(211) 사이에 알루미늄 재질을 기조로 하는 전류의 경로가 접촉 저항 증가없이 마련될 수 있다. 알루미늄 입자는 구형 입자일 수 있다. 다른 측면으로, 재질간의 연속성보다 저항을 더 중시하는 경우, 전도성 필러(252)는 구리 입자 또는 은 입자인 것이 바람직하다. 8, the first conductive
수지(251)는 제1 전도성 접착층(250) 무게 기준으로 80 내지 85% 사용한다. 전도성 필러(252)의 함량은 수지(251) 대비 10 내지 75 중량%로 한다. 제1 전도성 접착층(250) 무게 잔량은 애스테르 고무, 기타 수지 등의 접착 보조제, 그리고 폴리이소부틸렌이나 프탈산 에스테르와 같은 가소제 등, 공정성 개선을 위한 기타 첨가물일 수 있다. 수지(251)를 80% 미만으로 사용시 수지(251)의 양이 적어 균일한 접착면적을 확보하기 어려울 수 있다. 85% 초과 사용시 수지(251)를 포함하는 전도성 접착액의 점도가 너무 높아 공정성이 나빠질 염려가 있다. 전도성 필러(252)를 10 중량% 미만으로 사용시 저항 증가가 염려되고 75 중량% 초과 사용시 수지(251)의 양이 적어 균일한 접착면적을 확보하기 어려울 수 있다. 양극 탭(240)의 두께가 100㎛ 수준인 경우, 제1 전도성 접착층(250) 두께는 10㎛ 수준으로 한다. 앞에서와 같은 수지(251) 양 및 전도성 필러(252) 양을 만족하는 경우 이 정도 수준의 두께에서 충분히 균일한 연결 구조를 얻을 수 있다. The
음극 탭(260)도 양극 탭(240)에 관련된 위의 설명과 동일한 설명이 적용될 수 있다. 즉, 도 9 내지 도 11을 더 참조하면, 음극 탭(260)은 기결정된 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재이다. 음극 탭(260)은 음극(220), 특히 음극 무지부(225)의 음극 집전체(221)와 중첩되어 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 음극 탭(260)은 음극 집전체(221)에 적층되는 음극 탭 중첩부(261) 및 음극 탭 중첩부(261)에서 음극 집전체(221)의 외부로 연장되는 음극 탭 연장부(262)를 포함한다. The
음극 탭 중첩부(261)는 음극 집전체(221)의 음극 무지부(225), 즉 음극 코팅부(223)가 형성되지 않은 부분에 고정된다. 음극 탭(260)이 고정된 음극(220)은 분리막(230) 및 양극(210)과 차례로 적층되어 권취되므로 음극 탭 중첩부(261)는 음극(220) 및 분리막(230)과 중첩된다.The negative electrode
음극 탭(260)은 음극 집전체(221)에 용접이 아닌, 제2 전도성 접착층(270)을 통해 음극 집전체(221)와 중첩되어 전기적으로 연결된다. 제2 전도성 접착층(270)은 접착성을 가져 음극 탭(260)을 음극 집전체(221)에 고정한다. The
구체적으로, 제2 전도성 접착층(270)은 음극 탭 중첩부(261)와 동일한 형상 및 크기로 형성되어 있다. 저항 측면에서 음극 집전체(221) 측면에서 돌출되는 부분 즉, 음극 탭 연장부(262)의 길이(미접합부의 길이)에 따라 저항이 변화하는 점을 고려하도록 한다. 음극 탭 중첩부(261)의 길이(접합부 또는 제2 전도성 접착층(270) 길이)에 따라서는 저항이 변하지 않으므로, 최소 요구되는 접착력을 만족하는 제2 전도성 접착층(270)의 길이 또는 면적을 도출할 필요가 있다. 하지만, 고출력 모델의 경우 음극 탭 중첩부(261) 면적이 좁을 때 전류 집중으로 인하여 온도가 국부적으로 상승할 수 있으므로, 음극 집전체(221)에 닿는 음극 탭 중첩부(261) 전체 면적을 접합부로 하는 것이 이상적이다. 따라서, 제2 전도성 접착층(270)은 음극 탭 중첩부(261)와 동일한 형상 및 크기로 형성하는 것이 바람직하다. Specifically, the second conductive
도 11에서와 같이, 제2 전도성 접착층(270)은 수지(271)와 전도성 필러(272)를 포함한다. 수지(271)는 제1 전도성 접착층(250)에서의 수지(251)와 동일한 종류의 것을 사용할 수 있다. 다만, 음극 탭(260)은 음극 집전체(221)와 동일한 종류의 금속 재질일 수 있다. 예를 들어 구리일 수 있다. 그러한 경우, 제2 전도성 접착층(270) 안에 포함되는 전도성 필러(272)는 알루미늄 입자, CNT, 카본블랙, 구리 입자 및 은 입자 중 어느 하나임이 바람직하다. 특히 구리 입자인 것이 바람직하다. 그러면 음극 탭(260) - 제2 전도성 접착층(270) - 음극 집전체(221) 사이에 구리 재질을 기조로 하는 전류의 경로가 접촉 저항 증가없이 마련될 수 있다. 즉, 구리 입자는 음극 탭(260)을 구성하는 물질과 동일하므로 양호한 전도성 경로를 형성할 수 있다. 구리 입자는 구형 입자일 수 있다. 다른 측면으로, 재질간의 연속성보다 저항을 더 중시하는 경우, 전도성 필러(272)는 은 입자인 것이 바람직하다. As shown in FIG. 11, the second conductive
수지(271)는 제2 전도성 접착층(270) 무게 기준으로 80 내지 85% 사용한다. 전도성 필러(272)의 함량은 수지(271) 대비 10 내지 75 중량%로 한다. 제2 전도성 접착층(270) 무게 잔량은 애스테르 고무, 기타 수지 등의 접착 보조제, 그리고 폴리이소부틸렌이나 프탈산 에스테르와 같은 가소제 등, 공정성 개선을 위한 기타 첨가물일 수 있다. The
수지(271)를 80% 미만으로 사용시 수지(271)의 양이 적어 균일한 접착면적을 확보하기 어려울 수 있다. 85% 초과 사용시 수지(271)를 포함하는 전도성 접착액의 점도가 너무 높아 공정성이 나빠질 염려가 있다. 전도성 필러(272)를 10 중량% 미만으로 사용시 저항 증가가 염려되고 75 중량% 초과 사용시 수지(271)의 양이 적어 균일한 접착면적을 확보하기 어려울 수 있다. 음극 탭(260)의 두께가 100㎛ 수준인 경우, 제2 전도성 접착층(270) 두께는 10㎛ 수준으로 한다. 앞에서와 같은 수지(271) 양 및 전도성 필러(272) 양을 만족하는 경우 이 정도 수준의 두께에서 충분히 균일한 연결 구조를 얻을 수 있다. 그리고, 전도성 필러(272)가 구형 구리 입자인 경우 그 직경은 2 내지 3㎛로 한다. 직경 2㎛ 미만의 구리 입자는 응집이 강하여 조대한 응집체를 구성할 수 있어 10㎛ 수준의 제2 전도성 접착층(270)을 형성하는 데에 바람직하지 못하다. 직경 3㎛ 초과의 구리 입자는 구리 입자간에 적절한 전류의 경로를 구성하기에는 너무 크다. When the resin (271) is used in an amount of less than 80%, the amount of the resin (271) is small and it may be difficult to secure a uniform bonding area. When the amount exceeds 85%, the viscosity of the conductive adhesive liquid containing the resin (271) is too high, which may result in poor processability. When the
음극 탭(260)과 양극 탭(240)은 동일한 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니고 음극 탭(260)이 양극 탭(240)보다 길이가 더 길 수 있으며, 음극 탭(260)이 양극 탭(240)보다 폭이 더 클 수 있다. 음극 탭(260)의 면적이 양극 탭(240)의 면적보다 클 수 있다. 이렇게 하는 경우, 양극 탭(240)보다 열이 더 잘 발생하는 음극 탭(260)에서 열을 재빨리 방출하기가 유리하다. The
도 3 등을 참조하여 본 바와 같이, 종래에는 활물질층이 코팅되지 않은 무지부를 집전체 양면에 마련하여 무지부에 탭을 용접 접합하지만, 본 발명에서는 용접이 아닌, 제1 및 제2 전도성 접착층(250, 270)을 통한 접착을 하므로, 도 5에 도시한 바와 같이 활물질층이 집전체 일면에 완전히 코팅된 상태에서도 다른 면에 무지부를 형성하여 탭 중첩과 고정이 가능하다. 이와 같이 용접이 아닌 접착 방법을 이용하면, 탭이 접착되는 면의 반대면에까지 무지부를 형성하지 않아도 되기 때문에 충분한 용량 확보가 가능한 효과가 있다. As shown in FIG. 3 and the like, a conventional non-coated uncoated portion is welded on both sides of the current collector to weld the tab to the non-coated portion. However, in the present invention, the first and second conductive
한편, 이러한 본 발명에 따른 전극조립체(200)를 제조함에 있어, 양극 집전체(211)와 양극 탭(240) 사이에 제1 전도성 접착층(250)이 놓이게 하는 방법과 음극 집전체(221)와 음극 탭(260) 사이에 제2 전도성 접착층(270)이 놓이게 하는 방법은 여러 가지가 가능하다. A method of placing the first conductive
첫번째 가능한 방법은, 양극 집전체(211) 양극 무지부(215)에 제1 전도성 접착층(250)을 적층하고 그 위에 양극 탭(240)을 중첩시켜 적층하는 것이다. 마찬가지로, 음극 집전체(221) 음극 무지부(225)에는 제2 전도성 접착층(270)을 적층하고 그 위에 음극 탭(260)을 중첩시켜 적층한다. The first possible method is to stack the first conductive
제1 전도성 접착층(250)과 제2 전도성 접착층(270)은 양극 집전체(211)와 음극 집전체(221) 위에 직접 전도성 접착액 도포 후 경화하는 과정을 통해 형성할 수 있다. 이러한 방법에서는 양극 집전체(211)와 음극 집전체(221) 위 적절한 위치에 제1 전도성 접착층(250)과 제2 전도성 접착층(270) 위치 결정을 해야 하고, 제1 전도성 접착층(250)과 제2 전도성 접착층(270) 위에 양극 탭(240)과 음극 탭(260)을 정렬하는 과정이 필요하다. 그리고 전극조립체(200) 제조를 위한 공정 중에 전도성 접착액 도포 및 경화라는 공정이 추가되어야 한다. The first conductive
두번째 가능한 방법은, 제1 전도성 접착층(250)과 제2 전도성 접착층(270)을 양면 테이프 형태로 미리 제조한 후 양극 집전체(211)와 음극 집전체(221) 위에 한쪽면을 붙이고 다른면에 양극 탭(240)과 음극 탭(260)을 붙이는 것이다. 이러한 방법에서도 양극 집전체(211)와 음극 집전체(221) 위 적절한 위치에 제1 전도성 접착층(250)과 제2 전도성 접착층(270) 위치 결정을 해야 하고, 제1 전도성 접착층(250)과 제2 전도성 접착층(270) 위에 양극 탭(240)과 음극 탭(260)을 정렬하는 과정이 필요하다. A second possible method is to pre-fabricate the first conductive
세번째 가능한 방법은, 본 발명에서 제안하는 것과 같은, 전용 탭을 미리 제조하여 이용하는 것이다. 이 탭은 점착 탭이라고 부를 수 있다. A third possible method is to pre-fabricate and use dedicated tabs as proposed in the present invention. This tab may be referred to as an adhesive tab.
도 12는 본 발명에 따른 탭의 사시도이다. 도 12의 탭(360)은 앞서 설명한 양극 탭(240) 또는 음극 탭(260)으로서 전극조립체(200) 제조에 이용될 수 있다.12 is a perspective view of a tab according to the present invention. The
도 12를 참조하면, 탭(360)은 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결되며, 폭과 길이를 갖는 금속 띠형 부재이다. 탭(360)은 집전체에 적층되는 탭 중첩부(361) 및 탭 중첩부(361)에서 집전체의 외부로 연장되는 탭 연장부(362)를 포함한다. 탭 중첩부(361)와 동일한 형상 및 크기로, 탭 중첩부(361)에 전도성 접착층(370) 및 이형필름(380)이 적층되어 있다.Referring to FIG. 12, the
전도성 접착층(370)은 앞서 설명한 제1 및 제2 전도성 접착층(250, 270)과 동일하다. The conductive
이러한 탭(360)은 양극 탭(240) 또는 음극 탭(260)으로서의 용도에 맞게 금속 재질, 전도성 접착층(370) 안의 전도성 필러 등이 결정될 수 있다.The
이러한 탭(360)은 완성된 하나의 부품으로서 전극조립체(200) 제조 공정에 투입될 수 있다. 탭(360)의 이형필름(380)을 벗겨내 전도성 접착층(370) 한쪽면이 노출되도록 한 후, 그 노출된 면을 양극 집전체(211) 양극 무지부(215) 또는 음극 집전체(221) 음극 무지부(225)에 내려 놓으면, 단 한번의 정렬을 통해 양극 집전체(211) 또는 음극 집전체(221)와 탭(360)간의 중첩 및 전기적 연결이 가능해지므로 보다 간단한 과정을 통하여 전극조립체(200)를 제조할 수 있게 된다.The
이하에서는 탭(360)을 제조할 수 있는 방법에 대하여 설명한다. 탭(360)을 제조하는 방법으로는 다음과 같이 세 가지 방법이 가능하다.Hereinafter, a method of manufacturing the
도 13은 탭을 제조하는 첫번째 방법에 관하여 설명하는 단계별 개략 단면도이다.13 is a step-by-step schematic cross-sectional view illustrating the first method of manufacturing the tab.
먼저 이형필름(380) 위에 전도성 접착액(369)을 도포(단계 (a))한 후, 전도성 접착액(369)을 경화시켜(단계 (b)) 전도성 접착층(370)으로 만든다. 그 위에 다른 이형필름(382)을 덮음으로써 양면 테이프처럼 만든다. 이후, 어느 한쪽의 이형필름(382)을 떼어내어 전도성 접착층(370)을 노출시키고, 그것을 탭 중첩부(361)에 붙이면 집전체에 접착할 수 있는 탭(360)이 마련된다(단계 (c)). First, the conductive
도 14는 탭을 제조하는 두번째 방법에 관하여 설명하는 단계별 개략 단면도이다.14 is a step-by-step schematic cross-sectional view illustrating a second method of manufacturing the tab.
이형필름(380) 위에 전도성 접착액(369)을 도포(단계 (A))한 후, 탭 중첩부(361)에 전도성 접착액(369)이 오도록 올려 놓고(단계 (B)) 경화시킨다(단계 (C)). 전도성 접착액(369)이 경화되어 전도성 접착층(370)이 되고, 본 발명에 따른 점착 탭(360)으로 제조된다. After the conductive
도 15는 탭을 제조하는 세번째 방법에 관하여 설명하는 단계별 개략 단면도이다. Figure 15 is a step-by-step schematic cross-sectional view illustrating a third method of making the tab.
탭 중첩부(361) 위에 전도성 접착액(369)을 도포(단계 (i))한 후, 그 위에 이형필름(380)을 놓는다(단계 (ii)). 전도성 접착액(369)을 경화시켜 전도성 접착층(370)으로 만들면(단계 (iii)), 본 발명에 따른 탭(360)이 제조된다. After the conductive
실험을 통하여 두번째와 세번째 방법이 첫번째 방법에 비하여 구리 재질 음극 탭/구리 입자를 전도성 필러로 포함하는 전도성 접착층간 접착력이 우수하며, 균일한 접착특성을 가지고 있음을 확인하였다. 이에 따라 전도성 역시 증가할 것이고 양산에 가능하므로, 두번째와 세번째 방법이 더욱 바람직하다. As a result of the experiment, it was confirmed that the second and third methods have excellent adhesion between the conductive adhesive layers including copper anode tab / copper particles as a conductive filler, and have uniform adhesive properties, compared to the first method. As a result, the conductivity will also increase and it is possible to mass-produce, so the second and third methods are more preferable.
특히, 탭(360)의 대량 생산 그리고 이를 통한 이차전지의 대량 생산을 위해서는 이 세번째 방법이 유리하다. 이와 관련된 본 발명에 따른 바람직한 탭 제조 방법은 다음과 같다. Particularly, this third method is advantageous for the mass production of the
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 탭 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.16 and 17 are views for explaining a method of manufacturing a tab according to the present invention.
도 16을 참조하면, 탭용 금속 판재(359) 상에 전도성 접착액을 코팅한다. 이것은 도 15의 (i) 단계에 대응된다. 이 때, 도 16처럼 전도성 접착액이 세로 방향으로 코팅된 코팅영역(374)과 코팅되지 않은 미코팅영역(376)이 가로 방향을 따라 번갈아 위치하도록 한다. 코팅영역(374)의 가로 길이(a)가 탭 중첩부(361) 길이에 해당하고 미코팅영역(376)의 가로 길이(b)가 탭 연장부(362) 길이에 해당하도록 한다. 코팅영역(374)은 이와 같이 탭용 금속 판재(359)상의 전면에 형성하는 것이 아니라 스트라이프 패턴 형상으로 형성한다. 이렇게 형성하는 방법은 전극 활물질층을 도포할 때에 사용하는 것과 유사한 슬롯 다이(slot die) 코팅, 혹은 미코팅영역(376) 위에 바(bar)와 같은 차단막을 놓고 위에서 전도성 접착액을 뿌리는 방법 등이 이용될 수 있다. 16, a conductive adhesive liquid is coated on the
그 후, 탭용 금속 판재(359) 상에 코팅영역(374)과 미코팅영역(376)을 덮는 이형필름(380, 도 16에서는 도시 생략)을 적층한다. 이것은 도 15의 (ii) 단계에 대응된다. Thereafter, a release film 380 (not shown in Fig. 16) covering the
다음으로, 코팅영역(374)의 전도성 접착액을 경화시켜 전도성 접착층(370)으로 변화시킨다. 이것은 도 15의 (iii) 단계에 대응된다. Next, the conductive adhesive liquid in the
이후, 도 17에서처럼, 탭(360)의 폭(W)에 맞게 탭용 금속 판재(359)를 가로 방향을 따라 여러 개의 스트립(359')으로 슬릿팅하고 각 스트립(359')은 릴 형태로 보관한다. 17, a
이후, 어느 하나의 스트립(359')에서 코팅영역(374)과 미코팅영역(376)이 하나씩 포함되도록 상기 스트립(359')을 절단하면, 탭 중첩부(361)와 동일한 형상 및 크기로 탭 중첩부(361)에 전도성 접착층(370) 및 이형필름(380)이 적층되어 있는 개별 탭(360)을 얻을 수 있다. When the strip 359 'is cut so that one of the strips 359' includes one
실제 전극조립체(200) 제조 과정에서는 릴 형태의 스트립(359')이 투입되고, 와인더(winder)에서 코팅영역(374)과 미코팅영역(376)이 하나씩 포함되도록 상기 스트립(359')을 절단해 탭(360)을 얻은 후, 이형필름(380)을 제거해 양극 무지부(215) 및/또는 음극 무지부(225)에 전도성 접착층(370)이 놓이도록 하는 일련의 과정을 통해 번거로운 용접없이 탭(360)을 집전체에 접착시킬 수 있다. The reel-shaped strip 359 'is inserted in the process of manufacturing the
다음으로 종래 초음파 용접 탭과 본 발명에 따른 점착 탭에 관련된 실험 결과에 대하여 설명하기로 한다.Next, experimental results related to the conventional ultrasonic welding tap and the adhesive tap according to the present invention will be described.
도 18은 실험에 사용한 초음파 용접 탭 샘플과 점착 탭 샘플의 모식도이다. 18 is a schematic view of an ultrasonic welding tap sample and an adhesive tap sample used in the experiment.
도 18의 (a)는 종래와 같은 초음파 용접으로 집전체 조각(121')에 용접한 탭(160)의 도면이다. 참조부호 170은 세 군데의 초음파 용접 부위를 가리킨다. 도 18의 (a)와 같이 용접을 이용한 샘플을 비교예 1이라고 한다. 도 18의 (b)는 본 발명에 따른 탭(260)을 집전체 조각(221')에 전도성 접착층을 매개로 하여 접착한 것이다. 실시예 1과 실시예 2에서는 전도성 접착층의 수지로 에틸 헥실 아크릴레이트/아크릴산=98:2를 사용하고, 실시예 3 내지 실시예 5에서는 전도성 접착층의 수지로 부틸 아크릴레이트/4-하이드록시부틸 아크릴레이트=98:2를 사용하였다. 실시예 1 내지 4는 직경 3um의 구리 입자를 포함하도록 하였다. 실시예 5는 은 입자를 포함하도록 하였다. 수지는 전도성 접착층 무게 기준으로 82% 사용하였다. 실시예 1과 3에서 구리 입자는 수지 대비 10 중량%, 실시예 2와 실시예 4에서 구리 입자는 수지 대비 75 중량%, 실시예 5에서 은 입자는 수지 대비 75 중량%로 하였다. 전도성 접착층 두께는 10um로 하였다. 구리 입자의 함량이 과도한 경우의 특성을 보기 위하여, 실시예 3이나 실시예 4와 같은 조건이지만 구리 입자 함량만 수지 대비 90 중량%인 경우를 비교예 2라고 한다. 아래에 각 샘플 조건을 표로 정리하였다.18 (a) is a view of a
각 샘플에 있어서, 집전체(121', 221') 조각은 구리 호일이며, 가로 길이는 10mm, 세로 길이는 58mm이었다. 본 발명 실시예 1 내지 5 샘플 및 비교예 2 샘플에서 탭 중첩부(261)의 길이는 34mm, 탭 연장부(262)의 길이는 6mm로 하였다. 즉, 탭(260)의 길이는 40mm이었다. 탭(260)의 폭은 4mm이었다. 탭(260)은 100um 두께의 구리 시트로부터 제조하였다. 이러한 크기 및 두께 조건은 종래 초음파 용접 샘플인 비교예 1 샘플의 탭(160)에도 동일하게 적용하였다. In each sample, the pieces of current collectors 121 'and 221' were copper foil, and had a width of 10 mm and a length of 58 mm. In the samples of Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 of the present invention, the length of the
먼저, 도 18의 샘플들에서'측정 JIG'라고 표시한 부분에 단자를 두어 저항을 측정하였다. 저항 측정 방법은 Hioki사의 BT3562 배터리 하이테스터(hitester)를 이용하여 단자 사이에 전압을 인가하고 이 때 단자 사이의 전류를 측정하여 V(전압)=I(전류)R(저항)의 관계식으로부터 계산하는 방법에 의하였다. 인가 전압은 6V이었다.First, the resistance was measured by placing a terminal at a portion labeled "measurement JIG" in the samples of FIG. The resistance is measured by applying a voltage between the terminals using Hioki's BT3562 battery hysteresis hysteresis and measuring the current between the terminals to calculate V (voltage) = I (current) R (resistance) Method. The applied voltage was 6V.
도 19a는 비교예 및 실시예 샘플에서 전류 인가 시간에 따른 저항 측정 결과를 도시한다. 비교예 1과 실시예 3 샘플에 대하여 저항을 나타내었다.19A shows resistance measurement results according to current application time in the comparative example and the example sample. Resistances were shown for the Comparative Examples 1 and 3 samples.
도 19a에서 보는 바와 같이, 비교예와 실시예 샘플에서 탭의 단품 저항은 6.5 내지 7mΩ이고 서로 동등한 수준이다. 시간 경과에 따라 저항 변동은 거의 없다. As shown in Fig. 19A, in the comparative example and the example sample, the single piece resistance of the tab is 6.5 to 7 m? And equal to each other. There is little resistance variation with time.
도 19b는 실시예 샘플을 이용해 제조한 이차전지에서 활성화 이후 풀 셀 저항을 측정한 결과이다. 풀 셀 저항도 Hioki사의 BT3562 배터리 하이테스터를 이용하여 인가 전압은 6V 조건에서 측정하였다.FIG. 19B shows the result of measuring the full cell resistance after activation in the secondary battery manufactured using the sample of the embodiment. The full cell resistance was measured using a HiTi BT3562 battery high tester at an applied voltage of 6V.
실시예 1과 실시예 2의 각 풀 셀 저항을 비교하고, 실시예 3과 실시예 4의 각 풀 셀 저항을 비교해 보면, 전도성 필러의 함량 증가시 풀 셀 저항이 감소하는 것을 알 수 있다. 실시예 2, 4와 실시예 5의 각 풀 셀 저항을 비교해 보면 전도성 필러의 함량이 75 중량%로 동일해도 구리 입자보다 은 입자를 포함하도록 한 경우가 풀 셀 저항이 작다는 점을 알 수 있다. 구리 입자 대신 은 입자 사용시, 접착력을 유지하면서도 저항은 감소시킬 수 있다.Comparing the full cell resistances of Example 1 and Example 2 and comparing the full cell resistances of Example 3 and Example 4, it can be seen that the full cell resistance is decreased when the content of the conductive filler is increased. Comparing the full cell resistances of Examples 2 and 4 and Example 5, it can be seen that even when the content of the conductive filler is equal to 75% by weight, the full cell resistance is smaller when silver particles are included than copper particles . When silver particles are used instead of copper particles, the resistance can be reduced while maintaining the adhesive force.
다음으로, 도 18의 샘플들에서 집전체 조각(121', 221')을 다이 위에 고정하여 놓고, 탭 연장부 쪽을 90도로 들어 올리면서 탭(160, 260)이 집전체 조각(121', 221')으로부터 분리되는 양상을 관찰해 접착력 테스트를 실시하였다. 접착력 테스트는 보통 이용하는 90도 필(peep) 테스트에 의하였으며, LLOYD사의 LS-5 계측기를 이용하여 인장 속도 5mm/s 조건에서 수행하였다.Next, the current collector pieces 121 'and 221' are fixed on the die in the samples of FIG. 18, and the
도 20은 비교예 및 실시예 샘플의 접착력을 도시한 그래프이다. 20 is a graph showing the adhesive strength of the comparative example and the example sample.
도 20에서 x축에 나타낸 거리는 탭 연장부 쪽 일단에서부터 탭 중첩부 쪽 타단까지, 즉 탭의 길이를 따라가는 방향으로의 위치를 나타낸다. 먼저 비교예 1의 경우, 약 20mm 위치에서 접착력이 0이 되므로 탭(160)이 완전히 분리된 것을 볼 수 있다. 분리되기 전 세 군데 위치에서 접착력 피크가 관찰되는데 각각 초음파 용접 부위(170)에 대응되는 위치임을 알 수 있다.In Fig. 20, the distance along the x-axis represents the position from one end of the tab extension to the other end of the tab overlap, that is, in the direction along the length of the tab. First, in the case of Comparative Example 1, since the adhesive force is 0 at a position of about 20 mm, it can be seen that the
이에 반해, 본 발명의 실시예 1, 3 및 4 탭(260)은 탭(260)의 길이에 해당하는 40mm 위치까지도 접착력이 0이 되지 않고 있으므로 탭(260)이 분리되지 않고 있음을 확인할 수 있으며, 접착력의 세기도 비교예 1의 종래 용접 탭에 비하여 높은 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 본 발명과 같은 점착 탭이 종래의 초음파 용접과 같은 탭에 비해 접착력 면에서는 훨씬 우위에 있음을 확인할 수 있다. In contrast, the first, third, and
실시예 1과 실시예 3의 비교를 통해, 수지가 에틸 헥실 아크릴레이트/아크릴산=98:2일 때에 부틸 아크릴레이트/4-하이드록시부틸 아크릴레이트=98:2일 때보다 접착력이 더 향상될 수 있음을 알 수 있다.Comparison of Example 1 and Example 3 shows that the adhesion can be further improved when the resin is ethylhexyl acrylate / acrylic acid = 98: 2 and butyl acrylate / 4-hydroxybutyl acrylate = 98: 2 .
한편 비교예 2는 구리 입자가 과도하게 함유된 결과, 접착력이 비교예 1보다도 작은 것을 알 수 있다. 도 19b의 결과에서는 전도성 필러의 함량이 증가할수록 풀 셀 저항 감소의 효과는 볼 수 있었지만, 도 20의 접착력 결과를 고려하면 전도성 필러의 함량을 마냥 늘릴 수 없다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 바와 같이, 전도성 필러의 함량은 10 내지 75 중량%의 범위를 만족하여야, 저항 및 접착력 측면에서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.On the other hand, in Comparative Example 2, the copper particles were contained excessively, and as a result, the adhesive force was smaller than that of Comparative Example 1. [ In the result of FIG. 19B, the effect of decreasing the full cell resistance can be seen as the content of the conductive filler is increased. However, it can be understood that the content of the conductive filler can not be increased in consideration of the adhesive force result of FIG. Therefore, as suggested in the present invention, the conductive filler should have a content in the range of 10 to 75% by weight to obtain desirable results in terms of resistance and adhesion.
탭을 잡아당기는 인장시험을 통해 젤리롤형 전극조립체 샘플 내 고정력도 검증하였다. 인장시험은 Instron사의 5940 만능재료시험기(universal testing machine : UTM)을 이용하여 인장 속도 5mm/s 조건에서 수행하였다.The clamping force in the sample of the jelly roll type electrode assembly was also verified by a pulling pull test. The tensile test was carried out at a tensile speed of 5 mm / s using an Instron universal testing machine (UTM).
도 18의 (a)와 같은 탭, 즉 비교예 1의 탭을 포함하는 전극조립체 및 도 18의 (b)와 같은 탭, 특히 실시예 3의 탭을 포함하는 전극조립체(J/R) 샘플을 3개씩 만들어, 건조 조건, 상온 전해액에서 1일 함침 후, 60℃ 전해액에서 1일 함침 후 탭 쪽에 인장력을 가하여 잡아당기는 실험을 하였다. The electrode assembly including the tab of Comparative Example 1 and the tab as shown in FIG. 18 (b), particularly the electrode assembly (J / R) sample including the tab of Example 3, After impregnation for 1 day in an electrolytic solution of 60 ° C for one day in a drying condition and a room temperature electrolytic solution, tensile force was applied to the tapped side and pulled out.
도 21은 고정력 검증 실험 조건 중 전해액 함침 조건의 모식도이다. FIG. 21 is a schematic diagram of conditions for impregnating the electrolyte in the fixing force test conditions.
실험 용기(400) 안에 전해액(410)을 채우고 도 18의 (a)와 같은 탭을 포함하는 전극조립체 및 도 18의 (b)와 같은 탭을 포함하는 전극조립체(J/R) 샘플 각 3개씩을 완전히 담근다. 이러한 양의 전해액(410)은 실제 이차전지 제조 과정 중에 전극조립체에 함침시키는 양보다 매우 많은 양이다. 즉, 보다 가혹한 환경을 일부러 조성한 것이다. The
도 22의 (a)는 건조 조건, 즉 전해액을 함침하지 않은 (dry) 상태의 본 발명에 따른 전극조립체 샘플에 대한 고정력 실험 전후를 보여준다. 도 22의 (b)는 상온 전해액에서 1일 함침한 (wet) 상태의 본 발명에 따른 전극조립체 샘플에 대한 고정력 실험 전후를 보여준다. 탭을 위로 잡아당기는 테스트 결과, 탭의 종류에 상관없이, 탭이 분리되어 뽑혀나오지는 않고 탭에서 파단이 일어난 것을 확인할 수 있었다. 즉, 고정력은 종래나 본 발명이나 만족할만한 수준인 것을 알 수 있었다. FIG. 22 (a) shows the test results before and after the fixing test for the electrode assembly sample according to the present invention in a dry condition, that is, in a state in which the electrolyte is not impregnated (dry). FIG. 22 (b) shows before and after the fixing test for the electrode assembly sample according to the present invention in a wet state for one day at room temperature electrolytic solution. As a result of the test pulling up the tab, regardless of the type of the tab, it was confirmed that the tab was not pulled apart, but the tab was broken. That is, it was found that the fixing force is at a satisfactory level with the conventional or the present invention.
도 23의 (a)는 건조 조건, 즉 전해액을 함침하지 않은 (dry) 상태의 본 발명에 따른 전극조립체 샘플에 대한 고정력 실험 후 전극조립체를 풀어서 탭 이탈 여부를 확인한 사진이다. 도 23의 (b)는 상온 전해액에서 1일 함침한 (wet) 상태의 본 발명에 따른 전극조립체 샘플에 대한 고정력 실험 후 전극조립체를 풀어서 탭 이탈 여부를 확인한 사진이다. 본 발명과 같은 점착 탭을 사용하는 경우, 건조 조건이나 함침 조건 모두 인장 시험 후 탭 이탈 없음으로 확인되었다. FIG. 23 (a) is a photograph showing a state in which the electrode assembly is unloaded after unloading the electrode assembly after the experiment of fixing the electrode assembly according to the present invention in a dry condition, that is, in a state in which the electrolyte is not impregnated (dry). FIG. 23 (b) is a photograph showing whether the tab assembly is loosened after fixing the electrode assembly according to the present invention in a wet state for one day at room temperature electrolytic solution. FIG. In the case of using the adhesive tap according to the present invention, both the drying condition and the impregnation condition were confirmed as the absence of the tab after the tensile test.
도 24는 종래 및 본 발명 샘플의 전단력 테스트 결과 그래프이다. 건조 조건(Dry), 상온 전해액에서 1일 함침 후(1day Wet), 60℃ 전해액에서 1일 함침 후(고온 1Day Wet)에서도 인장 하중은 종래와 본 발명에서 동등 수준으로 나타났다. 24 is a graph of shear force test results of the conventional and inventive samples. The tensile load was found to be equivalent to that of the present invention in the dry condition (Dry), 1 day wet in a room temperature electrolytic solution, 1 day wet in a 60 ° C electrolytic solution, and 1 day wet in a high temperature.
장기 보관 간이 셀 D.C 저항도 측정하였다. D.C 저항 측정도 Hioki사의 BT3562 배터리 하이테스터를 이용하여 인가 전압은 6V 조건에서 측정하였다.Long-term storage, simple cell D.C resistance was also measured. D. C Resistance Measurement The applied voltage was measured at 6 V using Hioki's BT3562 battery high tester.
도 25는 종래 및 본 발명 샘플의 보관일 수에 따른 D.C 저항 그래프이다. 도 21과 같은 상태로 전극조립체 샘플을 보관하면서 보관일 수에 따라 D.C 저항에 변화가 있는지 추적 관찰하였다. 도 25에 도시한 바와 같이, 종래 및 본 발명 샘플에서 탭 종류에 상관없이 보관일 수에 따른 D.C 저항 변화는 나타나지 않으며, 저항값은 동등 수준임을 확인하였다. 25 is a graph of D.C resistance according to the number of days of storage of the conventional and inventive samples. The electrode assembly samples were stored in the state as shown in Fig. 21, and the change in the D.C resistance was monitored according to the number of days of storage. As shown in Fig. 25, in the conventional and inventive samples, no change in the D.C resistance according to the number of days of storage was observed, regardless of the type of tap, and the resistance values were found to be equivalent.
이와 같이, 본 발명에 따른 탭은 종래 용접 방법으로 부착되는 탭과 비교시 더 큰 접착력을 보인다. 저항, 고정력, 장기 보관 성능면에서 종래와 동등한 수준이다. 따라서, 본 발명에 따른 탭은 종래 용접 방법의 탭을 대체하여 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지 제조에 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 탭은 점착 탭으로 제조하여 이형필름을 벗겨낸 후 집전체에 탭을 접착시키는 간단한 조작을 통해, 종래의 번잡한 용접 공정을 생략하여 이차전지를 제조할 수 있도록 한다. 종래 전극조립체 제조시 탭을 집전체에 부착하기 위해서는 별도의 초음파 용접을 진행하게 되므로 용접과 관련된 설비비용 및 유지보수 비용이 발생할 수밖에 없어 효율성이 저하되는 문제점이 있다. 본 발명에서는 점착 탭을 이용해 이러한 문제점을 해결한다.Thus, the tab according to the present invention exhibits greater adhesion when compared to the tabs that are attached by conventional welding methods. Resistance, fixing force, and long-term storage performance. Accordingly, the tab according to the present invention can be used for manufacturing an electrode assembly and a secondary battery including the electrode assembly by replacing the tab of the conventional welding method. The tab according to the present invention can be manufactured as a tacky tab, peeled off the release film, and then bonded to the current collector with a simple operation to omit the conventional complicated welding process to manufacture the secondary battery. Conventionally, in order to attach the tab to the current collecting body during the manufacturing of the conventional electrode assembly, the ultrasonic welding is performed separately, so that the equipment cost and the maintenance cost associated with the welding are incurred and the efficiency is lowered. In the present invention, this problem is solved by using an adhesive tap.
이러한 방법을 통해 제조될 수 있는 본 발명의 전극조립체는, 활물질 코팅부에 손상을 입히지 않은 채 탭과 집전체 연결이 가능하다. 무지부를 집전체 일면에만 형성하여도 되므로 이차전지의 용량을 증가시키는 효과를 가져온다. The electrode assembly of the present invention, which can be manufactured by such a method, can connect the tab and the current collector without damaging the active material coating portion. The uncoated portion may be formed only on one surface of the current collector, thereby increasing the capacity of the secondary battery.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 탭과 집전체 사이의 연결 구조가 개선됨으로써 용량이 큰 이차전지를 제조할 수 있게 된다. 특히 고출력 모델에서 탭의 수가 증가하더라도 종래에 비해 무지부의 면적 증가가 적으므로 고출력 모델에서 종래 대비 용량 개선 효과가 뛰어나다. As described above, according to the present invention, the connection structure between the tab and the current collector is improved, thereby making it possible to manufacture a secondary battery having a large capacity. In particular, even if the number of taps is increased in the high output model, since the increase in the area of the plain region is smaller than that in the prior art, the capacity improvement effect is superior to the conventional model in the high output model.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments and drawings, it is to be understood that the invention is not limited thereto and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.
200 : 전극조립체
210 : 양극
211 : 양극 집전체
213 : 양극 코팅부
215 : 양극 무지부
220 : 음극
221 : 음극 집전체
223 : 음극 코팅부
225 : 음극 무지부
230 : 분리막
240 : 양극 탭
241 : 양극 탭 중첩부
242 : 양극 탭 연장부
250 : 제1 전도성 접착층
251 : 수지
252 : 전도성 필러
260 : 음극 탭
261 : 음극 탭 중첩부
262 : 음극 탭 연장부
270 : 제2 전도성 접착층
271 : 수지
272 : 전도성 필러
359 : 탭용 금속 판재
359': 스트립
360 : 탭
361 : 탭 중첩부
362 : 탭 연장부
370 : 전도성 접착층
374 : 코팅영역
376 : 미코팅영역
380 : 이형필름200: electrode assembly 210: positive electrode 211: positive electrode collector
213: anode coating part 215: anode uncoated part 220: cathode
221: negative electrode current collector 223: negative electrode coating portion 225: negative electrode non-
230: separator 240: positive electrode tab 241: positive electrode tab overlapping part
242: positive electrode tab extension part 250: first conductive adhesive layer 251: resin
252: conductive filler 260: negative electrode tab 261: negative electrode tab overlap portion
262: negative electrode tab extension part 270: second conductive adhesive layer 271: resin
272: conductive filler 359: metal plate material for tapping 359 ': strip
360: tab 361: tab overlap portion 362: tab extension portion
370: conductive adhesive layer 374: coating area 376: uncoated area
380: release film
Claims (14)
음극 활물질층이 형성된 음극 코팅부를 음극 집전체의 양면에 갖고 상기 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부를 상기 음극 집전체의 일면에 갖는 음극;
상기 양극 무지부에 제1 전도성 접착층을 통해 상기 양극 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결된 양극 탭;
상기 음극 무지부에 제2 전도성 접착층을 통해 상기 음극 집전체와 중첩되어 전기적으로 연결된 음극 탭; 및
상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 분리막을 포함하는 전극조립체. A positive electrode having a positive electrode coating portion on which a positive electrode active material layer is formed on both surfaces of a positive electrode collector and a positive electrode uncoated portion on which the positive electrode active material layer is not formed on one surface of the positive electrode collector;
A negative electrode having a negative electrode coating portion on both surfaces of the negative electrode collector on which the negative electrode active material layer is formed and a negative electrode uncoated portion on which the negative electrode active material layer is not formed on one surface of the negative electrode collector;
A positive electrode tab electrically connected to the positive electrode uncoated portion by being overlapped with the positive electrode collector through a first conductive adhesive layer;
A negative electrode tab electrically connected to the negative electrode uncoated portion by being overlapped with the negative electrode collector through a second conductive adhesive layer; And
And a separator disposed between the anode and the cathode.
상기 양극 탭은 상기 양극 집전체에 적층되는 양극 탭 중첩부 및 상기 양극 탭 중첩부에서 상기 양극 집전체의 외부로 연장되는 양극 탭 연장부를 포함하고,
상기 음극 탭은 상기 음극 집전체에 적층되는 음극 탭 중첩부 및 상기 음극 탭 중첩부에서 상기 음극 집전체의 외부로 연장되는 음극 탭 연장부를 포함하며,
상기 제1 전도성 접착층은 상기 양극 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 형성되어 있고, 상기 제2 전도성 접착층은 상기 음극 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.The battery pack according to claim 1, wherein the positive electrode tab and the negative electrode tab are metal strap members each having a width and a length,
Wherein the positive electrode tab includes a positive electrode tab overlap portion laminated on the positive electrode collector and a positive electrode tab extension portion extending to the outside of the positive electrode collector in the positive electrode tab overlap portion,
Wherein the negative electrode tab includes a negative electrode tab overlap portion laminated on the negative electrode collector and a negative electrode tab extension portion extending to the outside of the negative electrode collector in the negative electrode tab overlap portion,
Wherein the first conductive adhesive layer is formed in the same shape and size as the positive electrode tab overlap portion, and the second conductive adhesive layer is formed in the same shape and size as the negative electrode tab overlap portion.
상기 탭은 상기 집전체에 적층되는 탭 중첩부 및 상기 탭 중첩부에서 상기 집전체의 외부로 연장되는 탭 연장부를 포함하고,
상기 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 상기 탭 중첩부에 전도성 접착층 및 이형필름이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 탭.A tab, which is a metal strip-shaped member which is overlapped with and electrically connected to a current collector and has a width and a length,
Wherein the tabs include a tab overlap portion that is stacked on the current collector and a tab extension portion that extends to the outside of the current collector in the tab overlap portion,
Wherein the conductive adhesive layer and the release film are laminated on the tab overlap portion with the same shape and size as those of the tab overlap portion.
상기 탭은 상기 집전체에 적층되는 탭 중첩부 및 상기 탭 중첩부에서 상기 집전체의 외부로 연장되는 탭 연장부를 포함하고,
탭용 금속 판재 상에 전도성 접착액을 코팅하되, 상기 전도성 접착액이 세로 방향으로 코팅된 코팅영역과 코팅되지 않은 미코팅영역이 가로 방향을 따라 번갈아 위치하도록 하고, 상기 코팅영역의 가로 길이가 상기 탭 중첩부의 길이에 해당하고 상기 미코팅영역의 가로 길이가 상기 탭 연장부의 길이에 해당하도록 하는 단계;
상기 탭용 금속 판재 상에 상기 코팅영역과 미코팅영역을 덮는 이형필름을 적층하는 단계;
상기 코팅영역의 전도성 접착액을 경화시켜 전도성 접착층으로 변화시키는 단계;
상기 탭의 폭에 맞게 상기 탭용 금속 판재를 상기 가로 방향을 따라 여러 개의 스트립으로 슬릿팅하고 각 스트립은 릴 형태로 보관하는 단계; 및
어느 하나의 스트립에서 상기 코팅영역과 미코팅영역이 하나씩 포함되도록 상기 스트립을 절단해, 상기 탭 중첩부와 동일한 형상 및 크기로 상기 탭 중첩부에 상기 전도성 접착층 및 이형필름이 적층되어 있는 개별 탭으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탭 제조 방법. A method of manufacturing a tab, which is a metal strip-shaped member which is overlapped and electrically connected to a current collector and has a width and a length,
Wherein the tabs include a tab overlap portion that is stacked on the current collector and a tab extension portion that extends to the outside of the current collector in the tab overlap portion,
Wherein a conductive adhesive liquid is coated on a metal plate material for tapping so that a coated region in which the conductive adhesive liquid is coated in the longitudinal direction and an uncoated region that is not coated alternately are positioned alternately along the transverse direction, Making the width of the uncoated region correspond to the length of the overlapping portion and the width of the uncoated region to the length of the tab extension;
Laminating a release film covering the coating region and the uncoated region on the metal tab sheet;
Curing the conductive adhesive liquid in the coating area to change it to a conductive adhesive layer;
Slitting the tap metal sheet into a plurality of strips along the width direction in accordance with the width of the tabs and storing each strip in a reel form; And
The strip is cut so that one of the coating region and the uncoated region is included in one of the strips and an individual tab having the conductive adhesive layer and the release film laminated on the tab overlap portion in the same shape and size as the tab overlap portion ≪ / RTI >
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