KR20200087438A - 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법 및 상기 접합방법에 의한 접합 구조를 갖는 리튬 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
전극탭 간의 접합 및 전극탭과 리드탭 간의 접합 구조를 갖는 전지의 제조에 있어서, (a) 상기 전극탭 간의 접합은 각각의 전극탭에 전도성 접착제를 도포하는 단계 및 상기 전도성 접착제가 도포된 전극탭들을 접합하는 단계를 포함하여 수행되고, (b) 상기 전극탭과 리드탭 간의 접합은 전도성 양면 접착 테이프를 전극탭과 리드탭 사이에 위치시키는 단계 및 상기 전극탭, 전도성 양면 접착 테이프, 및 리드탭을 압착하는 단계를 포함하여 수행되는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법 및 상기 접합방법에 의해 형성된 전극탭 간의 접합 구조 및 전극탭과 리드탭 간의 접합 구조를 갖는 리튬 이차 전지를 제공한다.
Description
본 발명은 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법 및 상기 접합방법에 의한 접합 구조를 갖는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
기술의 발달에 따라 에너지 저장 장치의 사용은 휴대폰, 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 캠코더, 더 나아가서는 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV) 분야에 이르기까지 확대되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지의 경우, 실생활에 없어서는 안 될 만큼 사용 분야가 늘어나고 있으며, 기술개발 속도도 점차 빨라지는 추세이다. 최근에는 리튬 이차 전지의 용량 밀도를 향상시키기 위하여, 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.
이러한 리튬 이차 전지의 제조에 있어서는, 용도에 맞는 출력을 얻기 위하여 단위 전극 간에 탭을 묶어줄 수 있는 리드(lead, current collector) 용접 작업이 필요하다. 이와 관련하여, 종래 리튬 이차 전지의 경우에는, 탭 용접 시 음극탭(구리) 또는 양극탭(알루미늄)과 리드탭(구리, 니켈 등) 사이를 초음파 용접, 레이저 용접 또는 저항 용접에 의해 접합하는 방식을 채택하고 있으나, 이러한 종래의 접합 방식은 용접 시 소재들이 손상되며, 작업에 오랜 시간이 소요된다는 단점을 갖는다.
최근에는 에너지 밀도를 향상시키기 위해 전지에서 큰 비중을 차지하는 전극집전체의 무게를 저감하기 위한 시도로 carbon cloth, CNT paper 등을 이용한 standing free electrode의 사용이 다수 보고되고 있다. 그러나 standing free electrode의 경우 리드탭(lead tab) 접합이 쉽지 않아 실물 파우치 셀(pouch cell)의 구현이 매우 어려운 것으로 알려져 있다.
일반적으로 standing free electrode에 사용되는 carbon 소재와 금속으로 이루어진 리드탭 간의 이종 접합은 초음파 용접이 불가능하며, 다른 방법으로도 충분한 접착력을 확보하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다. 특히, 슬러리 타입의 접착제를 사용하여 접착하는 경우, 전극 탭사이의 접착은 유지될 수 있으나 리드탭과 전극탭은 쉽게 탈리되는 것으로 알려져 있다.
그러므로, 상기와 같은 문제의 해결이 이 분야의 당면과제로 떠오르고 있다.
본 발명자들은 상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 예의 노력한 바, 전극탭 간의 접합방법과 전극탭과 리드탭 간의 접합방법에 차이를 두어 전극탭들과 리드탭 간의 접합을 형성하는 경우, 우수한 작업 공정성과 접착력을 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 전극탭들 간의 접합과 전극탭과 리드탭 간의 접합에 있어서, 작업 공정이 간단하여 우수한 작업 공정성을 제공하며, 전극탭 사이 및 전극탭과 리드탭 사이에 우수한 접착력을 제공하며, 접합부의 전도성이 우수하여 전지의 구동특성도 향상시킬 수 있는 전극탭 및 리드탭 접합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기의 방법에 의해 제조되어 에너지 밀도가 높고, 내구성 및 구동특성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
전극탭 간의 접합 및 전극탭과 리드탭 간의 접합 구조를 갖는 전지의 제조에 있어서,
(a) 상기 전극탭 간의 접합은 각각의 전극탭에 전도성 접착제를 도포하는 단계 및 상기 전도성 접착제가 도포된 전극탭들을 접합하는 단계를 포함하여 수행되고,
(b) 상기 전극탭과 리드탭 간의 접합은 전도성 양면 접착 테이프를 전극탭과 리드탭 사이에 위치시키는 단계 및 상기 전극탭, 전도성 양면 접착 테이프, 및 리드탭을 압착하는 단계를 포함하여 수행되는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 본 발명의 접합방법에 의해 형성된 전극탭 간의 접합 구조 및 전극탭과 리드탭 간의 접합 구조를 갖는 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 전극탭 및 리드탭 접합방법은 작업 공정이 간단하여 우수한 작업 공정성을 제공하며, 전극탭 사이 및 전극탭과 리드탭 사이에 우수한 접착력을 제공하며, 접합부의의 전도성이 우수하여 전지의 구동특성도 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 상기의 방법에 의해 제조된 본 발명의 리튬 이차 전지는 우수한 에너지 밀도, 내구성 및 구동특성을 제공한다.
도 1은 본 발명의 전극탭 및 리드탭 접합방법을 모식적으로 나타낸 도면이며,
도 2는 본 발명의 전극탭 및 리드탭 접합방법을 적용하여 제조한 실시예 1의 리튬 이차 전지를 촬영한 사진이며,
도 3은 비교예 1에서 제조된 리튬 이차 전지의 접합구조의 성능을 테스트한 결과를 촬영한 사진이며,
도 4는 실시예 1에서 제조된 리튬 이차 전지의 성능을 테스트한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 전극탭 및 리드탭 접합방법을 적용하여 제조한 실시예 1의 리튬 이차 전지를 촬영한 사진이며,
도 3은 비교예 1에서 제조된 리튬 이차 전지의 접합구조의 성능을 테스트한 결과를 촬영한 사진이며,
도 4는 실시예 1에서 제조된 리튬 이차 전지의 성능을 테스트한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
아래 설명과 도면은 당업자가 설명되는 장치와 방법을 용이하게 실시할 수 있도록 특정 실시예를 예시한다. 다른 실시예는 구조적, 논리적으로 다른 변형을 포함할 수 있다. 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변할 수 있다. 몇몇 실시예의 부분과 특징은 다른 실시예에 포함되거나 다른 실시예로 대체될 수 있다.
본 발명은, 도 1에 예시된 바와 같은, 전지의 전극탭(12) 및 리드탭(32)의 접합방법에 관한 것이다. 상기 도 1은 본 발명의 전극탭(12) 및 리드탭(32)의 접합방법을 모식적으로 나타내고 있다.
본 발명은 전극탭(12) 간의 접합 및 전극탭(12)과 리드탭(32) 간의 접합 구조를 갖는 전지의 제조에 있어서,
(a) 상기 전극탭(12) 간의 접합은 각각의 전극탭(12)에 전도성 접착제(22)를 도포하는 단계 및 상기 전도성 접착제(32)가 도포된 전극탭(12)들을 접합하는 단계를 포함하여 수행되고,
(b) 상기 전극탭(12)과 리드탭(30) 간의 접합은 전도성 양면 접착 테이프(24)를 전극탭(12)과 리드탭(32) 사이에 위치시키는 단계 및 상기 전극탭(12), 전도성 양면 접착 테이프(24), 및 리드탭(32)을 압착하는 단계를 포함하여 수행되는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법에 관한 것이다.
상기 접합방법에 있어서, 전극탭(12)의 접합은 전극탭의 내부에 많은 기공이 형성되어 있으므로, 슬러리 형태와 같은 전도성 접착제를 침지나 스프레이 등의 방법으로 전극탭(12)에 도포하여 실시하는 경우, 기공 내부로 접착제가 침투되어 접착성 및 기계적 결합강도가 향상되며, 전도성 양면 접착 테이프를 사용하는 것에 비해 두께의 증가도 완화시킬 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
한편, 리드탭(32)의 접합의 경우, 전도성 양면 접착 테이프를 사용하는 경우, 밀착성 및 접착성 면에서 더 우수한 효과를 제공한다.
리드탭(32)은 다수 개의 전극탭(12)에 대하여 한 개가 접합되므로, 리드탭(32)과 전극탭(12) 간의 접합에서 발생하는 두께의 증가분은 탭 접합부 전체 두께에서 차지하는 비중이 크지 않다. 반면, 전극탭(12) 간의 접합은 다수 개의 전극탭(12) 간에 이루어지므로, 전극탭(12) 간의 접합에 의한 두께 증가는 접합부 전체의 두께에서 차지하는 비중이 크게 된다. 따라서, 전극탭(12) 간의 접착은 최종적으로 형성되는 탭의 두께에 더 큰 영향을 미치게 된다. 그러므로, 본 발명에서는 전극탭(12) 간의 접합은 슬러리 타입 같은 전도성 접착제(22)에 의해 수행하고, 전극탭(12)와 리드탭(32) 간의 접합은 전도성 양면 접착 테이프(24)를 사용하여 수행하고 있다.
특히, 상기와 같은 방법에 의해 접합을 수행할 때, 전극탭(12)과 리드탭(32) 간의 접합은 이미 전도성 접착제가 도포된 전극탭(12)의 일면과 리드탭(32)의 일면에 접착된 전도성 양면 접착 테이프(24)의 타면이 접합되는 구조를 가지므로, 전극탭(12)과 리드탭(32) 간의 결합력이 배가되는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 (a) 전극탭 간의 접합에 있어서, 전도성 접착제의 도포는 예를 들어, 전극탭을 전도성 접착제에 침지시키거나 전도성 접착제를 전극탭에 스프레이 하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 (b) 전극탭과 리드탭 간의 접합에 있어서, 전도성 양면 접착 테이프는 전극탭 또는 리드탭 중의 일방에 접착된 상태로 위치시키는 것이 편리할 수 있다. 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 리드탭(32)의 양쪽 면에 전도성 양면 접착 테이프(24)를 접착시킨 상태에서 전극탭(12)과 접합시키는 것이 편리할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접합방법에서 (a) 전극탭 간의 접합을 먼저 수행한 후, (b) 접합된 전극탭과 리드탭 간의 접합을 수행하는 방식으로 접합을 진행할 수 있다.
또한, 상기 (b) 접합된 전극탭과 리드탭 간의 접합은 리드탭을 중심에 두고, 접합된 전극탭을 리드탭의 양쪽에 위치시킨 상태로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 접합방법에서 상기 (a)의 전극탭 간의 접합과 상기 (b)의 전극탭과 리드탭 간의 압착은 전도성 접착제가 도포된 전극탭들, 전도성 양면 접착 테이프, 및 리드탭을 적층하고, 이들을 한번에 압착하는 공정에 의해 수행될 수 있다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 리드탭의 양쪽면에는 전도성 양면 접착 테이프가 적층되고 상기 양면접착 테이프의 다른면에는 하나 이상의 전극탭이 적층될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 압착은 Hot Press 같은 장비를 이용하여 가열압착에 의해 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 접합방법에서 사용되는, 상기 전도성 접착제와 전도성 양면 접착 테이프로는 바인더 폴리머와 전도성 입자를 포함하는 것이 사용될 수 있다. 전도성이 있는 접착제 및 양면 접착 테이프라면, 특별한 제한 없이, 이 분야에 공지된 접착제 및 접착 테이프가 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 바인더 폴리머로는 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지 등이 사용될 수 있으며, 상기 전도성 입자로는 금, 은, 카본 등을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 전도성 입자들은 수 마이크로에서 수십 마이크로의 직경을 가지는 비드(bead) 형태가 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전극탭(12)은 집전체에 형성된 전극탭이거나, 스탠딩 프리 전극에 형성된 전극탭(12)일 수 있다. 상기 스탠딩 프리 전극으로는 카본 직물, 카본 페이퍼 등을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니며, 이 분야에 공지된 형태의 전극이 제한없이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은
상기 본 발명의 전극탭 및 리드탭 접합방법에 의해 형성된 전극탭 간의 접합 구조 및 전극탭과 리드탭 간의 접합 구조를 갖는 리튬 이차 전지에 관한 것이다. 상기 리튬 이차 전지는 전극탭과 리드탭 간에 우수한 접합 구조를 형성하고 있기 때문에 우수한 내구성 및 구동특성을 제공할 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1: 리튬 이차 전지의 제조
도 1에 도시된 바와 같은 방법으로, 리튬 이차 전지를 제조하였다. 즉, CNT 페이퍼를 사용하여 여러 장의 양극을 제조하고, 음극으로 리튬 메탈 전극, 분리막으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 분리막을 사용하고, 상기 전극 및 분리막을 배치하여 셀을 스택하였다.
탄소 도전볼이 함유되어 있는 슬러리 형태의 전도성 접착제를 상기 셀의 각각의 전극탭 부분에 도포한 후, 접합할 전극탭들을 2 그룹으로 나누어 적층하였다.
에폭시계 필름에 금속 도전성 볼이 첨가되어 있는 전도성 양면 접착 테이프를 알루미늄리드탭의 양면에 접착시킨 후, 리드탭의 양쪽 면에 접착된 양면 테이프의 바깥면에 상기에서 제조된 전극탭 적층체를 각각 적층하였다.
상기 적층된 전극탭 및 리드탭을 Hot Press를 사용하여 100~200℃로 가열하면서 압착하였다. 압착 후에 전해액을 충전하여 파우치 셀을 제조하였다.
상기에서 제조된 전지의 전극탭 간, 전극탭-리드탭 간 접착 상태를 촬영하여 도 2의 (1)에 도시하였다. 도 2의 (2)는 전해액에 침지한 후 접착 상태를 유지하고 있는 것을 촬영한 사진이며, 도 2의 (3)은 제조완료된 셀을 모습을 촬영한 사진이다.
도 2의 (2)에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에서 제조된 전지의 전극탭 간의 접합부 및 전극탭과 리드탭 간의 접합부는 전해액 침지 상태에서도 접착 상태를 안정적으로 유지하는 것으로 확인되었다.
비교예 1: 리튬 이차 전지의 제조
실시예 1에서 전극탭과 리드탭 간의 접합에 전도성 양면 접착 테이프를 사용한 것 대신, 전극탭 간의 접합에 사용한 슬러리 형태의 전도성 접착제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬 이차 전지를 제조하였다.
시험예 1: 실시예 1에서 제조된 리튬 이차 전지의 충방전 성능 평가
상기 실시예 1의 전지에 대하여 0.33 mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 충방전 특성을 평가하였다.
상기 평가 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1의 리튬 이차 전지는 0.4 Ah의 용량이 안정적으로 발현되는 것을 알 수 있다. 또한, 충방전 시험 도중에도 전극탭 및 리드탭은 안정적인 접촉 상태를 유지하는 것으로 확인되었다.
10: 전극
12: 전극탭
22: 전극에 도포된 전도성 접착제
24: 전도성 양면 접착 테이프
30: 리드(Lead) 32: 리드탭
22: 전극에 도포된 전도성 접착제
24: 전도성 양면 접착 테이프
30: 리드(Lead) 32: 리드탭
Claims (12)
- 전극탭 간의 접합 및 전극탭과 리드탭 간의 접합 구조를 갖는 전지의 제조에 있어서,
(a) 상기 전극탭 간의 접합은 각각의 전극탭에 전도성 접착제를 도포하는 단계 및 상기 전도성 접착제가 도포된 전극탭들을 접합하는 단계를 포함하여 수행되고,
(b) 상기 전극탭과 리드탭 간의 접합은 전도성 양면 접착 테이프를 전극탭과 리드탭 사이에 위치시키는 단계 및 상기 전극탭, 전도성 양면 접착 테이프, 및 리드탭을 압착하는 단계를 포함하여 수행되는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 (a) 전극탭 간의 접합에 있어서, 전도성 접착제의 도포는 전극탭을 전도성 접착제에 침지시키거나 전도성 접착제를 전극탭에 스프레이 하는 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 (b) 전극탭과 리드탭 간의 접합에 있어서, 전도성 양면 접착 테이프는 전극탭 또는 리드탭 중의 일방에 접착된 상태로 위치되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항에 있어서,
(a) 전극탭 간의 접합을 먼저 수행한 후, (b) 접합된 전극탭과 리드탭 간의 접합을 수행하는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제4항에 있어서,
상기 (b) 접합된 전극탭과 리드탭 간의 접합은 리드탭을 중심에 두고, 상기접합된 전극탭을 리드탭의 양쪽에 위치시킨 상태로 수행되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 (a)의 전극탭 간의 접합과 상기 (b)의 전극탭과 리드탭 간의 압착은 전도성 접착제가 도포된 전극탭들, 전도성 양면 접착 테이프, 및 리드탭을 적층하고, 이들을 한번에 압착하는 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제6항에 있어서,
상기 리드탭의 양쪽면에는 전도성 양면 접착 테이프가 적층되고 상기 양면접착 테이프의 다른면에는 하나 이상의 전극탭이 적층되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 압착은 가열압착에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 접착제와 전도성 양면 접착 테이프는 바인더 폴리머와 전도성 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 전극탭은 집전체에 형성된 전극탭이거나, 스탠딩 프리 전극에 형성된 전극탭인 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제10항에 있어서,
상기 스탠딩 프리 전극은 카본 직물 또는 카본 페이퍼인 것을 특징으로 하는 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법. - 제1항의 전극탭 및 리드탭 접합방법에 의해 형성된 전극탭 간의 접합 구조 및 전극탭과 리드탭 간의 접합 구조를 갖는 리튬 이차 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190003700A KR20200087438A (ko) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | 전지의 전극탭 및 리드탭 접합방법 및 상기 접합방법에 의한 접합 구조를 갖는 리튬 이차 전지 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200087438A true KR20200087438A (ko) | 2020-07-21 |
Family
ID=71832708
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20200087438A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023018203A1 (ko) * | 2021-08-11 | 2023-02-16 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 다층 전도성 테이프, 이를 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101629261B1 (ko) | 2014-09-03 | 2016-06-10 | 주식회사 루트제이드 | 섬유형 이차전지 |
-
2019
- 2019-01-11 KR KR1020190003700A patent/KR20200087438A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023018203A1 (ko) * | 2021-08-11 | 2023-02-16 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 다층 전도성 테이프, 이를 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법 |
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