KR20210053114A - 전도성 접착제 조성물, 이로부터 형성된 전도성 접착제, 이를 포함하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지 - Google Patents
전도성 접착제 조성물, 이로부터 형성된 전도성 접착제, 이를 포함하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전도성 접착제 조성물, 이로부터 형성된 전도성 접착제, 이를 포함하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 작업성 및 전해액 내에서의 안전성이 우수하면서도 동시에 접촉 저항이 크게 높지 않아 효율적이면서도 안전하게 이차전지에 사용될 수 있는 전도성 접착제 조성물, 이로부터 형성된 전도성 접착제, 이를 포함하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재와, 이것의 제조방법, 그리고 이를 적용한 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전도성 접착제 조성물, 이로부터 형성된 전도성 접착제, 이를 포함하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 작업성 및 전해액 내에서의 안전성이 우수하면서도 동시에 접촉 저항이 크게 높지 않아 효율적이면서도 안전하게 이차전지에 사용될 수 이싸는 전도성 접착제 조성물, 이로부터 형성된 전도성 접착제, 이를 포함하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재와, 이것의 제조방법, 그리고 이를 적용한 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
환경 오염에 대한 우려가 확산됨에 따라서 기존의 내연기관 자동차를 대체하는 전기 구동 자동차에 대한 관심이 점점 커지고 있다. 이러한 전기 구동 자동차는 수소 탱크로부터 수소를 공급받아 연료전지를 통하여 물을 배출하며 전기를 생산하여 모터를 구동하는 수소 전기 자동차와 충전기로 충전된 이차 전지로부터 직접 전기 모터를 돌려 작동하는 좁은 의미의 전기 자동차, 기존의 내연기관과 동시에 동작할 수 있는 하이브리드 자동차로 나누어진다. 이 중, 차세대 전기 자동차 시장을 선도해 나가는 차종은 좁은 의미의 전기 자동차이다.
이러한 전기 자동차는 에너지원으로 이차전지를 사용하는 것이 필수인데, 이차전지는 다른 전자 기기의 기술 발전과 다르게 에너지 밀도를 향상시키는 기술의 발전이 더뎌 왔다. 따라서 전기자동차의 1회 충전에 의한 항속 거리가 내연기관 자동차에 비하여 고질적인 약점으로 항상 지적되어 왔다.
이에, 이차전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위한 기술 개발이 항상 요구되어 왔으며, 최근에는 전지의 발전 부위뿐만 아니라 이차전지의 구조 개선에 의하여 에너지 밀도를 향상시키려는 방향의 연구 또한 시도되고 있다. 기존의 건전지와 같은 원통형 형태로부터 탈피하여 각형 이차 전지와 파우치형 이차 전지 등이 등장하여 공간상의 제약으로부터 좀 더 자유롭게 이차전지를 적재하여 에너지 밀도를 물리적으로 향상시키려는 것이다.
이 중에서 파우치형 이차전지는 전극조립체(cell stack), 상기 전극조립체로부터 연장되는 전극탭, 상기 전극탭에 용접되어 있는 전극 리드 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치 외장재 등으로 구성되어 있으며, 그 형태가 딱딱(rigid)한 케이스에 고정되어 있지 않아 공간활용에 있어서 가장 우수한 것으로 평가받는다.
그러나 파우치형 이차전지는 허용된 전류나 전압을 초과하는 과충전, 내부 단락 등에 의하여 전지 내부의 온도가 올라가게 되면 전해액 기화 등의 원인으로 내압이 증가하게 되며, 그 결과 파우치 외장재가 부풀어 오르는 이른바 스웰링(swelling) 현상이 발생하게 된다. 스웰링 현상이 발생할 경우, 전지가 변형됨에 따라 국부적으로 단락이 발생할 수 있고, 극한 상황이 되면 전지가 발화 또는 폭발할 수도 있는 문제점이 있다.
따라서, 파우치형 이차 전지의 형태적 이점을 취하면서도 사용상의 안전성을 추구할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있는 상황이다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 목적으로 안출된 것으로서, 본 발명의 첫번째 해결하고자 하는 과제는 작업성 및 접속 저항이 우수하면서도 내전해성이 뛰어난 전도성 접착제 조성물, 그로부터 제조된 전도성 접착제를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 두번째 해결하고자 하는 과제는 낮은 접속 저항을 가지면서 전해액에 대한 신뢰성이 우수한 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 세번째 해결하고자 하는 과제는 효율이 우수하고 안전성이 뛰어난 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.
상술한 첫번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 점도를 낮추기 위하여 첨가되는 분자량 100 g/mol 내지 500 g/mol의 점도 조절제를 3wt% 내지 20 wt%의 함량으로 포함하는 페이스트(paste); 및 상기 페이스트 내에 분산되어 있으며, 모든 방향으로 동일한 전기 저항을 갖도록 구형(spherical shape)의 전도성 입자를 포함하며, 상기 전도성 입자는 평균 입경이 상이한 두 그룹을 포함하되, 상기 두 그룹은 하기의 조건식 1을 만족하는 전도성 접착제 조성물을 제공한다.
[조건식 1]
D1×1.5 ≤ D2 ≤ D1×5
상기 조건식 1에서, D1은 상기 전도성 입자의 제1 그룹의 평균 입경(D50)이고, D2는 상기 전도성 입자의 제2 그룹의 평균 입경(D50)을 나타내되, 상기 제2 그룹의 전도성 입자 중 가장 작은 것은 상기 제1 그룹의 전도성 입자 중 가장 큰 것보다 큰 입경을 갖는다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 점도 조절제는 글리시딜(glycidyl)기를 하나 이상 포함하는 에스테르 구조의 액상 에폭시 모노머일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 입자는 은(Ag, Silver), 구리(Cu, Copper) 및 은 도금된 구리(Ag coated Cu) 입자 중 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 입자는 10μm 이하의 입경을 가지며, 서로 다른 평균 입경을 갖는 그룹이 두 그룹 이상 혼합되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 접착제 조성물은 상기 전도성 입자를 조성물 전체 대비 75wt% 내지 82wt%의 중량비로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 접착제 조성물은 도포 작업의 용이성을 위하여 10 Pa·s 내지 100 Pa·s의 점도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 접착제 조성물이 경화되어 형성된 전도성 접착제를 제공한다.
상술한 두번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 파우치형 이차전지에서 전극조립체에 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극 리드; 상기 제1 전극 리드의 상기 전극조립체에 결합되지 않은 부분의 일면 상의 일부에 형성되고, 본 발명에 따른 전도성 접착제를 포함하는 접착제층; 및 상기 전도성 접착제에 의하여 상기 제1 전극 리드에 부착되어 있고, 상기 파우치형 이차전지의 외부로 연장되는 제2 전극 리드;를 포함하며, 상기 파우치형 이차전지가 과충전되어 팽창하거나 60℃ 이상의 고온에 노출되는 경우 상기 접착제층이 분리되어 상기 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 전기적으로 분리되는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드는 모두 니켈(nickel) 또는 크로메이트(Chromate) 도금된 구리판(Cu plate)으로, 일부 영역에 구리가 노출되어 있으며, 상기 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재는 상기 제1 전극 리드와 제2 전극 리드를 상기 구리가 노출된 영역 상에 상기 접착제층을 형성하여 부착시킨 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서, 상기 접착층은 10μm 내지 100μm의 두께로 형성된 것일 수 있다.
본 발명은 또한 (1) 파우치형 이차전지의 제1 전극 리드의 일면 상의 일부 영역에 본 발명에 따른 전도성 접착제 조성물을 도포하고 제2 전극 리드 또는 제1 전극 리드를 부착시키거나 상기 제2 전극 리드의 일면 상의 일부 영역에 상기 전도성 접착제 조성물을 도포하고 제1 전극 리드를 부착시키는 단계; 및 (2) 상기 전도성 접착제 조성물을 경화시켜 접착제층을 형성하는 단계;를 포함하는 전류 차단 부재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 (1) 단계에서는 부착된 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드를 단단히 부착되도록 압착할 수 있다.
상술한 세번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 전류 차단 부재를 포함하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 전도성 접착제 조성물 및 그로부터 제조된 전도성 접착제를 사용하면 작업성이 우수하여 부재 간 결합이 용이하고 낮은 접속 저항으로 인하여 우수한 이차전지 효율을 가지는 전극 리드를 제조할 수 있으며, 전해액에 대한 안전성이 뚜렷이 개선되어 파우치형 이차전지의 상용화에 기여할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전류 차단 부재는 전해액 내에서 전해액의 침투나 고온에 의한 박리로부터 안전하여 전류 차단 부재로서의 기능을 원활하게 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지는 내전해 성능이 우수한 전극 리드를 전류 차단 부재로 포함함으로써 충방전 및 고온 사용에서의 안전성이 매우 우수하며, 파우치의 스웰링 현상으로부터도 안전한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 리드를 포함하는 파우치형 이차전지의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도와 상기 파우치형 이차전지가 과충전에 의하여 부풀어 올라 전류 차단 리드가 끊어진 모습을 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 전류 차단 리드가 전해액에 침적되어 있을 때 전도성 접착제가 손상되어 제1 금속 리드와 제2 금속 리드가 박리되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 접착제형 전류 차단 부재를 전해액 내에 침적시켜 두었을 때, 침적시켜 둔 지 1초, 10,000초, 25,000초 및 32,400초 후에 각각 분석한 전해액의 IR 스펙트럼이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 부재의 내전해액 시험을 위하여 전류 차단 부재를 전해액에 침적시키는 모습을 촬영한 것이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 부재의 접속 저항치를 측정하는 모습을 촬영한 사진이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 전류 차단 리드가 전해액에 침적되어 있을 때 전도성 접착제가 손상되어 제1 금속 리드와 제2 금속 리드가 박리되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 접착제형 전류 차단 부재를 전해액 내에 침적시켜 두었을 때, 침적시켜 둔 지 1초, 10,000초, 25,000초 및 32,400초 후에 각각 분석한 전해액의 IR 스펙트럼이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 부재의 내전해액 시험을 위하여 전류 차단 부재를 전해액에 침적시키는 모습을 촬영한 것이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 부재의 접속 저항치를 측정하는 모습을 촬영한 사진이다.
먼저, 본 발명에서 사용된 용어의 의미에 대하여 분명히 정의하기로 한다.
“그룹”이란 본 발명에 포함되는 전도성 입자가 서로 다른 크기의 입경을 갖는 입자들로 구분되어 관찰될 수 있으며, 평균 입경을 중심으로 입경의 편차가 10% 이하로 근사(近似)한 크기의 입자들끼리 하나의 군(群)을 형성한 것을 의미한다.
“구형”이란 동일한 체적에 대하여 최소의 표면적을 갖는 형상을 의미하며, 본 발명에서는 동일 체적의 구형의 표면적의 1.5배 이하의 표면적을 갖는 형상을 포함하여 가리키는 것으로 정의한다.
“모든 방향으로 동일한 전기 저항”이라는 의미는 임의의 두 방향에 대하여 동일한 조건으로 전기 저항을 측정하였을 때 저항값의 차이가 5% 이하인 것을 의미한다.
“미반응 점도 조절제”란 전도성 접착제 조성물의 경화 반응 후 경화되지 않고 접착제 내에 잔류해 있는 (미경화) 점도 조절제를 의미한다.
“전극조립체”란 파우치형 이차전지에서 전력 발생부인 양극, 음극 및 분리막이 이차전지의 출력을 극대화하기 위하여 일정한 형태로 감기거나 적층되어 있는 구조체를 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이 종래의 파우치형 이차전지는 스웰링(swelling) 현상으로 인한 위험성이 있어 이에 따른 안전장치가 필요하여 전류 차단 부재로 테이프형, 잉크형, 페이스트형(접착제형) 등의 전류 차단 리드(Currenty Inturrupt Lead)가 제시되었으나, 특히 접착제형의 경우 상기 접착제가 이차전지의 전해액 내에 침적된 상태로 사용될 수밖에 없는 사용환경상, 내전해성과 온도에 따른 안전성 등이 크게 문제가 되었고, 종래 기술에서는 전해액에 따른 접착제의 침식 등이 문제가 되었다.
이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 점도를 낮추기 위하여 첨가되는 분자량 100g/mol 내지 500 g/mol의 점도 조절제를 3wt% 내지 20 wt%의 함량으로 포함하는 페이스트(paste); 및
상기 페이스트 내에 분산되어 있으며, 모든 방향으로 동일한 전기 저항을 갖도록 구형(spherical shape)의 전도성 입자를 포함하며,
상기 전도성 입자는 평균입경이 상이한 두 그룹을 포함하되, 상기 두 그룹은 하기 조건식 1을 만족하는 전도성 접착제 조성물을 제공함으로써, 이러한 문제점의 해결을 모색하였다.
[조건식 1]
D1×1.5 ≤ D2 ≤ D1×5
상기 조건식 1에서, D1은 상기 전도성 입자의 제1 그룹의 평균 입경(D50)이고, D2는 상기 전도성 입자의 제2 그룹의 평균 입경(D50)을 나타내되, 상기 제2 그룹의 전도성 입자 중 가장 작은 것은 상기 제1 그룹의 전도성 입자 중 가장 큰 것보다 큰 입경을 갖는다.
상기와 같은 전도성 접착제 조성물을 도입함으로써, 파우치형 이차전지의 전류 차단 부재에 사용되는 접착제의 전해액 및 충방전 시의 고온 하에서 전해액에 의하여 접착제가 탈락되어 단락이 일어나는 등의 문제를 억제할 수 있어, 파우치형 이차전지의 사용 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
먼저, 본 발명에 따른 전도성 접착제 조성물은 수지 성분으로 이루어진 액상의 페이스트(paste)와 상기 페이스트 내에 분산되어 있는 전도성 입자를 포함하고 있다.
상기 액상의 페이스트는 접착성이 있는 수지에 점도 조절제를 포함하며, 추가적으로 용매를 포함하고 있을 수 있다.
상기 접착성이 있는 수지는 두 개의 금속 리드를 접착시키기에 적합한 접착 성능을 갖고 있는 수지라면 당업계에서 알려진 것을 어느 것이나 사용할 수 있으며, 그 범위에 제한이 없다.
바람직하게는 예를 들어, 상기 접착성 있는 수지는 아크릴레이트계 수지일 수 있다.
상기 점도 조절제는 분자량이 100g/mol 내지 500 g/mol인 수지로서, 이와 같은 저분자량으로 인하여 자체적으로 낮은 점도를 갖고 있다. 따라서, 점도 조절제를 상기 액상 페이스트에 첨가하여 액상 페이스트의 점도를 낮출 수 있다. 만일 액상 페이스트의 점도가 지나치게 높은 경우에는 상기 전도성 접착제 조성물을 금속 리드에 도포하는 등의 작업이 용이하지 않을 수 있으므로 점도 조절제의 함량을 조절하여 접착제 조성물의 점도를 조절할 수 있다.
이러한 점도 조절제는 전도성 접착제 조성물을 경화하여 접착제를 형성하는 경우에 일부가 경화된 접착제 내에 잔류하고 있을 수 있으며, 이러한 접착제를 사용한 전극 리드 등을 파우치형 이차전지에 적용했을 때 전해액에 상기 잔류 점도 조절제 내의 관능기 등이 반응하여 차츰 용해되어 나올 수 있으며, 이로 인하여 접착제가 탈락하는 등의 사고가 발생할 수 있고, 이는 화재 등을 유발할 위험이 있다.
도 2는 전극 리드의 접착제가 전해액 내에서 탈락되는 과정을 개략적인 도면으로 설명한 것이다.
도 2를 참조하면, 두 개의 전극 리드(110, 120)와 그 사이를 접착시키고 있는 전도성 접착제(130)를 포함하는 전류 차단 부재(100)를 고온(약 80℃)의 전해액에 침적시켰을 때, 시간에 따라 접착제의 표면부터 전해액의 침투가 일어난다. 그리고 접착제(130)의 경화 반응 후 잔류하는 점도 조절제 성분이 전해액에 용해되어 점차 접착제(130) 외부로 배출되는 것을 알 수 있다. 이와 같이 점도 조절제가 외부로 배출되면 남은 자리에는 기공이나 균열이 형성되며, 기공 및 균열 등의 형성은 접착제(130)와 전극 리드(110, 120) 사이의 밀착성을 떨어뜨림과 동시에 접착제(130) 자체의 강도를 감소시키게 된다. 결국 시간이 지남에 따라 접착제(130)이 파괴되는 등으로 인하여 두 개의 전극 리드(110, 120)이 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
도 3은 전해액 내에 두 개의 전극 리드를 전도성 접착제로 부착한 전류 차단 부재를 장시간 침적하였을 때, 시간에 따른 전해액의 IR 스펙트럼의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 시간이 지날수록 전해액 내에서 C-O-C 비대칭성 진동으로부터 유래하는 피크의 신호가 강해지는 것으로 보아, 미반응 점도 조절제가 점차 전해액으로 용해되어 나온다는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명은 이와 같은 점도 조절제를 상기 페이스트 내에 3wt% 내지 20wt%의 저함량으로 포함하는 페이스트를 사용한다. 점도 조절제의 함량이 3wt% 미만인 경우, 상기 접착제 조성물의 점도가 지나치게 낮아 도포 작업이 용이하지 않고 생산성 및 완성된 전류 차단 부재의 저항 특성이 불량하여 전극 탭으로 사용하기 적합하지 않을 수 있다. 구체적으로, 점도 조절제의 함량이 3wt% 미만인 경우 도포 중에 전도성 입자가 균일하게 분산되지 않고 편재하게 되는 경우가 발생하며, 이는 작업성을 현저하게 떨어뜨릴 우려가 있어, 파우치형 이차전지에 사용하기 적합하지 않다.
또한, 함량이 20wt%를 넘는 경우, 접착제 조성물을 경화하여 접착제를 형성한 후에, 경화 반응에 참여하지 않고 잔류하는 점도 조절제의 양이 증가하여 전해액 내에서 용출되고 기공, 균열이 발생할 가능성이 더 커진다.
좀 더 바람직하게는 상기 점도 조절제의 함량은 상기 페이스트 내에 3wt% 내지 12wt%일 수 있다.
또한, 상기 점도 조절제는 바람직하게는 분자량이 200 g/mol 내지 450 g/mol인 것을 사용할 수 있다.
상기 점도 조절제는 바람직하게는 글리시딜(glycidyl)기를 하나 이상 포함하는 에스테르 구조의 액상 에폭시 모노머일 수 있다.
상기 점도 조절제는 에폭시 모노머로서 경화에 의하여 에테르 결합을 형성할 수 있으며, 경화 반응 후 접착제 내에 잔류하는 경우, 이러한 글리시딜 관능기가 전해액과 반응하여 용출될 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 접착제 조성물은 상술한 액상의 페이스트 내에 분산된 전도성 입자를 포함한다. 전도성 입자를 포함하여 상기 접착제에 의하여 부착된 양 전극 리드 사이에 전류를 통하게 할 수 있다. 또한, 상기 전도성 금속 입자는 바람직하게는 구형(spherical shape)을 띠고 있으며, 여기서 구형이란 상기 정의한 바와 같이, 동일 체적 구형의 표면적의 1.5배 이하로 구형에 가까운 형상을 포함하는 것을 의미한다. 구형은 방향에 따른 형태의 차이가 없어 접착제를 두 개의 금속 리드 사이에 도포하고 압착시킬 때, 전도성 입자가 특별한 방향성을 가지고 배향되지 않는다. 따라서, 이를 포함하는 전도성 접착제 조성물 및 이를 경화한 전도성 접착제는 모든 방향에 대하여 동일한 전기 저항을 가질 수 있다.
종래의 전도성 접착제의 경우, 전도성 입자가 박형(flake) 형태를 가지는 경우가 있었는데, 이 경우, 접착제 조성물의 도포 및 압착의 과정에서 박형의 입자가 금속 리드와 평행한 방향(가로 방향)으로 누운 채 배향되는 문제가 있었다. 이 경우, 전도성 접착제를 통하여 가로 방향의 전류 도통은 용이하지만, 금속 리드 간에 전류 도통(세로 방향)하는 것은 저항이 높아서 유리하지 않은 문제가 있었다.
구형의 입자를 사용하는 경우, 방향성이 부재하여 박형의 입자를 사용하는 것에 비하여 낮은 접속 저항을 구현하여 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전도성 입자는 동일 크기의 입자로만 이루어진 것보다는 서로 다른 크기의 입경을 갖는 두 그룹의 전도성 입자가 혼합된 형태를 사용할 수 있다. 바람직하게는 서로 다른 평균 입경을 갖는 세 그룹 이상 전도성 입자가 혼합된 것을 사용할 수 있다. 즉, 큰 구형 입자와 작은 구형 입자가 섞여 있는 형태의 전도성 입자를 사용할 수 있다.
이것을 조건식으로 표현하면 하기와 같다.
[조건식 1]
D1×1.5 ≤ D2 ≤ D1×5
상기 조건식 1에서, D1은 상기 전도성 입자의 제1 그룹의 평균 입경(D50)이고, D2는 상기 전도성 입자의 제2 그룹의 평균 입경(D50)을 나타내되, 상기 제1 그룹의 전도성 입자 중 가장 작은 것은 상기 제2 그룹의 전도성 입자 중 가장 큰 것보다 큰 입경을 갖는다.
즉, 본 발명에 따른 전도성 입자는 D1의 평균 입경(D50)을 갖는 제1 그룹의 전도성 입자, D2의 평균 입경을 갖는 제2 그룹의 전도성 입자가 혼합되어 있고, 제1 그룹의 입자는 모두 제2 그룹에 속한 입자보다 크기가 작은 것이다.
이렇게 크기가 상이한 입자를 혼합한 경우, 모두 동일한 크기의 입자를 분산시킨 경우보다, 공간의 활용도가 높아지게 된다. 크기가 큰 제2 그룹의 입자들의 배열 사이로 형성된 공간에 크기가 작은 제1 그룹의 입자들이 침투할 수 있으며, 이에 따라서 저항을 더 낮출 수 있는 장점이 있다.
상기 전도성 입자는 은(Ag, Silver), 구리(Cu, Copper) 및 은 도금된 구리(Ag coated Cu) 입자 중 선택된 하나 이상일 수- 있으며, 바람직하게는 은 입자일 수 있다. 은은 모든 금속 가운데 가장 전기 전도도가 높아 수지로 이루어진 페이스트 내 분말 형태로 분산된 접착제로서 우수한 전기 전도도를 발휘할 수 있다.
바람직하게는 상기 제1 그룹의 전도성 금속 입자는 10μm 이하의 입경을 가질 수 있다. 상기 범위에서 안정적인 작업성과 우수한 전기전도성을 나타낼 수 있다. 만일 전도성 금속 입자의 크기가 더 커지는 경우 도포 작업 중 입자가 편재되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 전도성 입자는 바람직하게는 조성물 전체 대비 75wt% 내지 82wt%의 중량비로 포함될 수 있다. 전도성 입자의 함량이 많아질수록 저장, 손실 탄성률이 모두 증가하여 조성물이 딱딱한 감촉의 페이스트가 될 수 있다. 전도성 입자의 함량이 만일 82wt%를 초과하는 경우, 이는 접착제 조성물의 도포 작업 중에 전도성 입자가 편재하여 존재하게 될 가능성이 있다. 따라서 파우치형 이차전지에 적용하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 전도성 입자의 함량이 75wt%를 하회하는 경우에는 반대로 저항치가 높아져 전극으로 사용하기 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따른 전도성 접착제 조성물은 10 Pa·s 내지 100 Pa·s의 점도를 가질 수 있다. 점도가 지나치게 낮은 경우 작업 중 전도성 입자의 편재에 의하여 원하는 물성을 달성하기 어려울 수 있고, 점도가 지나치게 높은 경우에는 도포 작업 자체가 어려워질 수 있다. 따라서 상기 범위 내로 점도를 조절하는 것이 적절한 물성을 얻을 수 있는 방법이다.
본 발명의 전도성 접착제는 상술한 전도성 접착제 조성물을 경화시켜 제조할 수 있다. 경화는 열경화일 수 있으며, 바람직하게는 120℃ 내지 200℃의 온도로 열경화할 수 있다.
또 더욱 바람직하게는, 160℃ 내지 200℃의 온도에서 1~5분간, 이어서 120℃ 내지 160℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 경화할 수 있다.
경화된 접착제 내에는 상술한 바와 같이 점도 조절제가 모두 반응하지 않고 남아 있는 것이 있을 수 있다. 상기 전도성 접착제는 경화 반응 후 잔류하는 미반응한 상기 점도 조절제의 함량이 상기 전도성 접착제 조성물 내 페이스트 질량 대비 0.1 wt% 이하일 수 있다. 미반응 점도 조절제의 함량이 이보다 높은 경우, 전해액 내에서 전해액에 미반응 점도 조절제가 용출되어 접착제의 강도가 약해져 파괴되고, 접착제가 탈락하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명은 상기 전도성 접착제를 사용하여 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재를 제공한다.
구체적으로, 파우치형 이차전지의 전극조립체에 전기적으로 결합되어 있는 제1 전극 리드; 상기 제1 전극 리드의 상기 전극조립체에 결합되지 않은 부분의 일면 상의 일부에 형성되고, 본 발명에 따른 전도성 접착제를 포함하는 접착제층; 및 상기 전도성 접착제에 의하여 상기 제1 전극 리드에 부착되어 있어 상기 파우치형 이차전지의 외부로 연장되는 제2 전극 리드;를 포함하며, 상기 파우치형 이차전지가 과충전되어 팽창하거나 60℃ 이상의 고온에 노출되는 경우 상기 전도성 접착제가 탈락되어 상기 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 전기적으로 분리되는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 차단 부재를 포함하는 파우치형 이차 전지의 단면의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(1000) 내에는 전극조립체(200)와 상기 전극 조립체에 연결된 전류 차단 부재(100)가 포함되어 있다. 상기 전류 차단 부재는 평소에는 전극 리드 또는 전극 탭(100)으로서 작동하며, 상기 전극 리드는 다시 제1 전극 리드(110)와 제2 전극 리드(120), 상기 두 전극 리드 사이에 개재되어 두 전극 리드를 접착시키는 전도성 접착제(130)를 포함하고 있다. 이와 같이 두 전극 리드(110, 120) 사이에 개재된 전도성 접착제(130)는 적당한 접착력을 가져 이차전지의 파우치가 팽창하는 비상 상황에서 분리되어 제1 전극 리드(110)와 제2 전극 리드(120)를 전기적으로 끊어 단락이 일어나는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 상기 전도성 접착제(130)은 상시 이차전지(1000)의 전해액(400) 내에 침적된 상태로 사용되는데, 본 발명에 따른 전도성 접착제를 적용함으로써 전해액에 의하여 침식, 파괴되어 저절로 제1 전극 리드(110)와 제2 전극 리드(120)가 분리되는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드는 모두 니켈(Nickel) 또는 크로메이트(Chromate) 도금된 구리판(Cu plate)일 수 있다. 크로메이트 도금으로 전류 누설을 방지할 수 있으며, 일부 영역은 구리가 노출되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 전류 차단 부재는 상기 구리가 노출된 영역 상에 상기 접착제층을 형성하여 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드를 부착시킨 것일 수 있다. 구리가 노출된 영역끼리 부착하여 저항을 최소화할 수 있으며, 이 부분의 접착제가 파우치 팽창에 의하여 떨어지는 경우 전류 공급이 끊어지게 된다.
본 발명에 따른 전류 차단 부재는 상기 접착제층을 10μm 내지 100μm의 두께로 형성한 것일 수 있다. 상기 접착제층의 두께가 10μm 이하인 경우 접착제의 양이 적어 접착력이 충분하지 않을 수 있고 쉽게 전해액이 접착제층 내로 쉽게 침투할 수 있어 내구성이 떨어질 수 있다. 반대로 접착제층의 두께가 100μm보다 두꺼운 경우 접착력이 지나치게 강하여 필요한 때 전류가 끊어지지 않는 문제가 있을 수 있다. 또한 저항이 지나치게 커지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 전류 차단 부재는 하기와 같은 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
(1) 파우치형 이차전지의 제1 전극 리드의 일면 상의 일부 영역에 본 발명에 따른 전도성 접착제 조성물을 도포하고 제2 전극 리드를 부착시키는 단계; 및
(2) 상기 전도성 접착제 조성물을 경화시켜 접착제층을 형성하는 단계.
여기서 상기 (1) 단계는 제1 전극 리드에 접착제 조성물을 도포하고 제2 전극 리드를 부착시키는 것으로 설명하였으나, 반대로 제2 전극 리드에 먼저 상기 접착제 조성물을 도포하고 제1 전극 리드를 부착시키는 것도 동일한 효과를 갖는다.
상기 (1) 단계에서는 부착된 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드를 열압착할 수 있다. 접착제와 전극 리드가 단단히 밀착될수록 저항을 낮출 수 있으며, 전해액이 접착제 내로 침투할 가능성을 줄일 수 있어 안전성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
열압착하는 방식은 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 방식을 차용할 수 있다.
이러한 방법으로 제조된 전류 차단 부재를 포함하여 파우치형 이차전지를 제조할 수 있으며, 상기 파우치형 이차전지는 고온에서 구동하더라도 접착제의 파괴에 의한 전류 단락 등의 문제가 잘 일어나지 않으며, 리드의 접속 저항이 낮아 전지의 효율도 크게 떨어지지 않는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 구성 및 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명할 것이나, 하기 실시예는 본 발명의 예시로 이용될 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 이해되어서는 안 될 것이다.
실시예 1
전체 조성물 대비 28wt% 함량의 액상 페이스트는 에폭시기를 갖는 열경화성 액상 수지를 주제수지로 하고, 에스테르계 에폭시 모노머 점도 조절제를 상기 액상 페이스트 중량 대비 3wt%의 함량로 혼합시키고 교반하여 액상 페이스트를 제조하였다.
상기 액상 페이스트에 다음과 같은 은가루를 전체 조성물 대비 72wt%의 함량으로 상기 액상 페이스트 내에 분산시켰다.
평균 입경(D50) 약 1μm, 구형 은 입자
평균 입경(D50) 약 4μm, 구형 은 입자
실시예 2 내지 16 및 비교예 1 내지 15
상기 페이스트 내 점도 조절제의 함량, 은가루의 형상, 은가루의 평균 입경 및 은가루의 전체 조성물 내 함량을 하기 표 1과 같이 달리 한 점을 제외하고는 각각 실시예 1과 동일하게 실시하여 전도성 접착제 조성물을 제조하였다. 비교예 2에서 박형의 은 입자는 박형(flake type)의 형상을 가진 것을 의미한다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 제조하되, 상기 페이스트 내 점도 조절제를 전혀 포함하지 않은 것을 다르게 하여 전도성 접착제 조성물을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일하게 제조하되, 상기 은가루를 약 7μm의 평균 입경을 갖는 박형(flake type)의 은가루를 사용한 것을 달리 하였다.
제조예
니켈(Nickel) 도금(일부 영역은 구리가 노출되어 있음)된 35×45mm, 5×45mm 크기의 구리판을 작은 쪽을 제1 전극 리드로, 큰 쪽을 제2 전극 리드로 하여 준비하였다.
상기 실시예 및 비교예의 전도성 접착제 조성물을 상기 제1 전극 리드를 기재로 하여 구리가 노출된 영역에 약 50μm의 두께로 스텐실 인쇄(약 5mg 분량의 접착제)하였다. 이 때 제2 전극 리드를 기재로 할 수도 있다.
전도성 접착제 조성물이 인쇄된 부분에 제2 전극 리드의 구리가 노출된 영역을 부착시키고, 더블클립으로 집어서 압착하였다. 앞에서 제2 전극 리드를 기재로 한 경우에는 제1 전극 리드를 부착시키고 압착해야 한다.
더블클립으로 압착된 상태의 전극 리드를 180℃에서 2분 가열하고 이어서 150℃에서 1시간 동안 가열하여 접착제 조성물을 열경화시켜 각각의 전류 차단 기능을 갖는 리드, 즉 전류 차단 부재를 제조하였다.
실험예 1: 물성의 비교
실시예 및 비교예에서 제조한 전도성 접착제 조성물을 E형 점도계로 5 rpm 점도를 측정한 것과, 제조예에서 제조한 전류 차단 부재의 접속 저항치를 4단자법의 측정 장치(HIOKI 3540)이용하여 측정하였다. 측정 시의 모습은 도 4b와 같으며, 단자 간의 거리는 약 4cm로 일정하게 하였다. 측정된 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 점도조절제 함량 (페이스트 대비 /조성물대비) (wt%/wt%) |
은 형상 | 평균 입경 (μm/μm) |
은 함유량 (조성물대비) (wt%) |
점도 (Pa·s) |
접속 저항치 (mΩ) |
| 실시예 1 | 3/0.84 | 구형 | 1/4 | 72 | 75 | 0.10 |
| 실시예 2 | 3/0.66 | 구형 | 2/8 | 78 | 85 | 0.10 |
| 실시예 3 | 3/0.66 | 구형 | 3/5 | 78 | 85 | 0.10 |
| 실시예 4 | 3/0.42 | 구형 | 1/4 | 86 | 105 | 0.10 |
| 실시예 5 | 7/1.54 | 구형 | 1/4 | 78 | 49 | 0.10 |
| 실시예 6 | 7/1.4 | 구형 | 2/8 | 80 | 48 | 0.10 |
| 실시예 7 | 7/1.75 | 구형 | 2/8 | 75 | 50 | 0.10 |
| 실시예 8 | 7/1.4 | 구형 | 3/5 | 80 | 48 | 0.10 |
| 실시예 9 | 12/2.64 | 구형 | 1/4 | 78 | 28 | 0.10 |
| 실시예 10 | 12/2.64 | 구형 | 2/8 | 78 | 28 | 0.10 |
| 실시예 11 | 12/2.64 | 구형 | 3/5 | 78 | 28 | 0.10 |
| 실시예 12 | 16/3.52 | 구형 | 1/4 | 78 | 24 | 0.10 |
| 실시예 13 | 16/3.2 | 구형 | 2/8 | 80 | 23 | 0.10 |
| 실시예 14 | 16/4 | 구형 | 3/5 | 75 | 20 | 0.10 |
| 실시예 15 | 20/3.6 | 구형 | 1/4 | 82 | 21 | 0.10 |
| 실시예 16 | 20/4 | 구형 | 2/8 | 80 | 20 | 0.10 |
| 실시예 17 | 20/4 | 구형 | 3/5 | 80 | 20 | 0.10 |
| 비교예 1 | 0 | 구형 | 3/5 | 80 | 150 | 0.10 |
| 비교예 2 | 12/2.4 | 박형 | 15 | 80 | 30 | 0.15 |
| 비교예 3 | 2/0.36 | 구형 | 3/5 | 82 | 120 | 0.10 |
| 비교예 4 | 2/0.36 | 구형 | 2/8 | 82 | 120 | 0.10 |
| 비교예 5 | 2/0.5 | 구형 | 2/8 | 75 | 100 | 0.10 |
| 비교예 6 | 3/0.66 | 구형 | 4 | 78 | 85 | 0.12 |
| 비교예 7 | 12/2.4 | 구형 | 8 | 80 | 30 | 0.12 |
| 비교예 8 | 16/3.52 | 구형 | 5 | 78 | 24 | 0.12 |
| 비교예 9 | 25/5.5 | 구형 | 1/4 | 78 | 16 | 0.10 |
| 비교예 10 | 25/5 | 구형 | 2/8 | 80 | 18 | 0.10 |
| 비교예 11 | 25/7.5 | 구형 | 3/5 | 70 | 11 | 0.10 |
| 비교예 12 | 30/7.5 | 구형 | 1/4 | 75 | 11 | 0.10 |
| 비교예 13 | 30/6 | 구형 | 2/8 | 80 | 15 | 0.10 |
| 비교예 14 | 30/6 | 구형 | 3/5 | 80 | 15 | 0.10 |
상기 표 1을 참조하면, 박형(flake type)의 은 입자를 포함하는 비교예 2의 전도성 접착제를 사용한 전극 리드는 접속 저항치가 매우 크게 얻어졌다. 그로 인하여 파우치형 이차전지에 사용하기에는 접속저항이 지나치게 높은 것으로 판단된다.
그에 비하여 구형의 은 입자를 사용한 전도성 접착제는 종래와 같은 박형의 은 입자를 사용한 전도성 접착제에 비하여 현저히 낮은 저항치를 가져, 전극 리드로 사용하기에 적합한 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2와 비교예 6을, 실시예 12와 비교예 8을 비교하면, 동일한 평균 입경을 가진 한 종류의 은 입자만을 분산시킨 비교예 6 및 8에 따른 전도성 접착제에 비하여, 서로 다른 평균 입경을 갖는 두 그룹의 은 입자의 혼합 입자를 분산시킨 실시예 2 및 12의 전도성 접착제는 접속 저항치가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다. 작은 입자가 큰 입자들 사이의 공극을 차지하여 전도성 입자 간의 접촉에 의한 저항 특성 개선이 나타난 것을 알 수 있다.
실험예 2: 도포 작업성 시험
실시예 및 비교예에 따라 제조된 전도성 접착제 조성물을 상기 제조예와 같이 제1 전극 리드에 도포하였으며, 도포된 형태를 육안으로 관찰하여 균일하게 잘 도포가 된 경우 양호, 뭉침 등이 발생하여 균일하게 도포되지 않은 경우 불량으로 평가하였다.
시험 결과, 실시예 4, 비교예 1 및 비교예 3 내지 5에 따른 전도성 접착제 조성물은 도포 작업성이 불량으로 평가되었으며, 나머지 전도성 접착제의 경우 양호한 도포 작업성을 나타내었다. 따라서, 전도성 입자의 함량이 82wt%보다 많거나 점도 조절제의 함량이 페이스트 대비 3wt%에 미치지 못하는 경우, 접착제 조성물의 저장 또는 손실 탄성률(G' 또는 G'')가 상승하거나 점도가 높아져서 도포 작업이 용이하지 않다는 것을 알 수 있다. 이는 전류 차단 부재의 전극으로서의 물성이 불량하다는 것을 의미한다.
실험예 3: 내전해액 시험
니켈(Nickel) 도금(일부 영역은 구리가 노출되어 있음)된 40×45mm, 5×45mm 크기의 구리판을 작은 쪽을 제1 전극 리드로, 큰 쪽을 제2 전극 리드로 하여 준비하였다.
상기 제1 전극 리드를 기재로 하여 상기 구리가 노출된 영역에 상기 실시예 및 비교예에 따른 전도성 접착제를 2.0~3.0mg 분량으로 도포하였다. 이 때 제2 전극 리드를 기재로 할 수도 있다.
전도성 접착제 조성물이 인쇄된 부분에 제2 전극 리드의 구리가 노출된 영역을 부착시키고, 180℃에서 2분정도 열압착 진행하여 접착제 조성물을 열경화시켜 각각의 전류 차단 기능을 갖는 리드, 즉 전류 차단 부재를 제조하였다.
이와 같이 제조한 전극 리드(전류 차단 부재)를 각각 PE(폴리에틸렌)제 용기에 담긴 전해액에 접착부위가 잠기도록 침적시켰다.
이 때 전해액은 EC(에틸렌 카보네이트), EMC(에틸메틸 카보네이트) 및 DMC(디메틸 카보네이트)를 3:3:4의 부피비로 혼합한 유기용매에 LiPF6를 1 mol/L의 농도로 용해시킨 용액을 사용하였다.
각 시험편이 담긴 전해액 용기를 밀봉하고 80℃의 오븐에 넣어 두었다. 각 시험편에 대하여 오븐 내에서 24h, 48h, 100h, 1주, 2주 간격으로 하기의 시험을 실시하였다.
실험예 3-1) 내전해액 박리 시험
각 실시예 또는 비교예 별로 동일한 시험편을 5개씩 제조하여 시험을 실시하였다. 상기한 시간대 별로 각 시험편을 오븐에서 꺼내어 5개 중 몇 개의 시험편이 박리되지 않고 접착되어 있는지 그 개수를 세어 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 구분 | 박리된 시험편의 수 (5개 중에서) | |||||
| 초기 | 24시간 | 48시간 | 100시간 | 1주 | 2주 | |
| 실시예 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 9 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 11 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 12 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 13 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 14 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 16 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 실시예 17 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예 9 | 0 | 2 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 비교예 10 | 0 | 2 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 비교예 11 | 0 | 2 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 비교예 12 | 0 | 2 | 2 | 3 | 5 | 5 |
| 비교예 13 | 0 | 2 | 3 | 4 | 4 | 4 |
| 비교예 14 | 0 | 2 | 4 | 5 | 5 | 5 |
상기 표 3을 참조하면, 점도 조절제의 함량이 페이스트 내 20wt%를 넘는 비교예 9 내지 14에 따른 전도성 접착제를 포함하는 시험편의 경우, 높은 점도 조절제 함량에 의하여 고온 전해액 내에서의 저항성이 좋지 않아 2주 간의 시험 후에 대부분의 시험편이 박리된 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 파우치형 이차전지에 실사용하기는 어려울 것이다.
실험예 3-2) 내전해액 저항치 변화 시험
위 실험예 3-1) 도중 각 시간대 별로 시험편을 전해액으로부터 꺼내어 초순수로 수세하고, 실온에서 1시간 건조한 후 상기한 4단자 측정법과 동일한 방법(단자 간 거리 약 4cm)으로 저항치를 측정한 후 다시 침적 시험을 재개하는 방식으로 전해액 내에서의 저항치 변화 시험을 수행하였다. 5개의 시험편에 대한 측정치의 평균값을 각각 표 4에 표시하였다. 초기값은 전해액에 침전 전의 저항값을 의미한다.
| 구분 | 평균 전기 저항값(mΩ): 평균 | |||||
| 초기 | 24시간 | 48시간 | 100시간 | 1주 | 2주 | |
| 실시예 1 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 0.14 | 0.15 | 0.14 |
| 실시예 2 | 0.13 | 0.13 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.13 |
| 실시예 3 | 0.13 | 0.15 | 0.13 | 0.13 | 0.14 | 0.14 |
| 실시예 4 | 0.14 | 0.15 | 0.13 | 0.14 | 0.16 | 0.14 |
| 실시예 5 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 0.13 | 0.14 |
| 실시예 6 | 0.13 | 0.13 | 0.13 | 0.14 | 0.14 | 0.14 |
| 실시예 7 | 0.13 | 0.15 | 0.13 | 0.14 | 0.13 | 0.14 |
| 실시예 8 | 0.13 | 0.13 | 0.14 | 0.13 | 0.14 | 0.13 |
| 실시예 9 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 0.12 |
| 실시예 10 | 0.14 | 0.13 | 0.15 | 0.13 | 0.13 | 0.14 |
| 실시예 11 | 0.13 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 0.14 |
| 실시예 12 | 0.14 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 0.15 | 0.15 |
| 실시예 13 | 0.14 | 0.13 | 0.13 | 0.15 | 0.14 | 0.14 |
| 실시예 14 | 0.13 | 0.15 | 0.13 | 0.14 | 0.14 | 0.15 |
| 실시예 15 | 0.13 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 0.13 | 0.13 |
| 실시예 16 | 0.13 | 0.13 | 0.15 | 0.16 | 0.15 | 0.14 |
| 실시예 17 | 0.13 | 0.14 | 0.16 | 0.15 | 0.14 | 0.15 |
| 비교예 1 | 0.14 | 0.14 | 0.13 | 0.14 | 0.14 | 0.14 |
| 비교예 2 | 0.21 | 0.36 | 0.34 | 0.45 | 0.52 | 0.58 |
| 비교예 3 | 0.13 | 0.15 | 0.15 | 0.14 | 0.14 | 0.15 |
| 비교예 4 | 0.13 | 0.14 | 0.15 | 0.14 | 0.14 | 0.14 |
| 비교예 5 | 0.13 | 0.14 | 0.13 | 0.15 | 0.16 | 0.15 |
| 비교예 6 | 0.16 | 0.23 | 0.22 | 0.23 | 0.23 | 0.24 |
| 비교예 7 | 0.18 | 0.26 | 0.26 | 0.27 | 0.27 | 0.26 |
| 비교예 8 | 0.17 | 0.25 | 0.26 | 0.26 | 0.27 | 0.28 |
| 비교예 9 | 0.14 | 0.31 | - | - | - | - |
| 비교예 10 | 0.13 | 0.19 | - | - | - | - |
| 비교예 11 | 0.14 | 0.47 | - | - | - | - |
| 비교예 12 | 0.13 | 0.24 | 0.36 | 0.52 | - | - |
| 비교예 13 | 0.14 | 0.29 | 0.37 | 0.46 | 0.58 | 측정불가 |
| 비교예 14 | 0.14 | 0.41 | 0.50 | - | - | - |
| * 여기서, “-“는 5개의 시험편이 모두 박리되어 데이터가 없는 것을 의미한다. | ||||||
상기 표 4를 참조하면, 침적 시간이 흐름에 따라서 비교예에 따른 시험편은 박리되는 시험편이 많아 저항값을 측정할 수 없는 경우가 생기거나 박리되지 않았더라도 저항이 크게 상승하는 것을 관찰할 수 있었다.
전반적인 경향은 점도 조절제의 함량이 낮은 시험편일수록 낮은 저항 상승을 나타내었으며, 은 함량이 많은 시험편일수록 초기 저항값이 낮고 다른 변수가 같다면 계속하여 낮은 저항을 갖는 경향성을 보이는 것으로 나타났다.
1000: 파우치형 이차전지
100: 전극 리드
110: 제1 전극 리드
120: 제2 전극 리드
130: 전도성 접착제
200: 전극조립체
100: 전극 리드
110: 제1 전극 리드
120: 제2 전극 리드
130: 전도성 접착제
200: 전극조립체
Claims (13)
- 점도를 낮추기 위하여 첨가되는 분자량 100g/mol 내지 500 g/mol의 점도 조절제를 3wt% 내지 20 wt%의 함량으로 포함하는 페이스트(paste); 및
상기 페이스트 내에 분산되어 있으며, 모든 방향으로 동일한 전기 저항을 갖도록 구형(spherical shape)인 전도성 입자를 포함하며,
상기 전도성 입자는 평균 입경이 상이한 두 그룹을 포함하되, 상기 두 그룹은 하기 조건식 1을 만족하는 전도성 접착제 조성물:
[조건식 1]
D1×1.5 ≤ D2 ≤ D1×5
상기 조건식 1에서, D1은 상기 전도성 입자의 임의의 제1 그룹의 평균 입경(D50)이고, D2는 상기 전도성 입자의 제2 그룹의 평균 입경(D50)을 나타내되, 상기 제2 그룹의 전도성 입자 중 가장 작은 것은 상기 제1 그룹의 전도성 입자 중 가장 큰 것보다 큰 입경을 갖는다. - 제1항에 있어서,
상기 점도 조절제는 글리시딜(glycidyl)기를 하나 이상 포함하는 에스테르 구조의 액상 에폭시 모노머인 것을 특징으로 하는 전도성 접착제 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자는 은(Ag, Silver), 구리(Cu, Copper) 및 은 도금된 구리(Ag coated Cu) 입자 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전도성 접착제 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자는 10μm 이하의 입경을 가지며, 서로 다른 평균 입경을 갖는 그룹이 두 그룹 이상 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 접착제 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자를 조성물 전체 대비 75wt% 내지 82wt%의 중량비로 포함하는 전도성 접착제 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전도성 접착제 조성물은 도포 작업의 용이성을 위하여 10 Pa·s 내지 100 Pa·s의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 전도성 접착제 조성물. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전도성 접착제 조성물이 경화되어 형성된 전도성 접착제.
- 파우치형 이차전지의 전극조립체에 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극 리드;
상기 제1 전극 리드의 상기 전극조립체에 결합되지 않은 부분의 일면 상의 일부에 형성되고, 제7항에 따른 전도성 접착제를 포함하는 접착제층; 및
상기 전도성 접착제에 의하여 상기 제1 전극 리드에 부착되어 상기 파우치형 이차전지의 외부로 연장되는 제2 전극 리드;를 포함하며,
상기 파우치형 이차전지가 과충전되어 팽창하거나 60℃ 이상의 고온에 노출되는 경우 상기 전도성 접착제가 탈락되어 상기 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 전기적으로 분리되는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재. - 제8항에 있어서,
상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드는 모두 니켈(nickel) 또는 크로메이트(Chromate) 도금된 구리판(Cu plate)으로, 일부 영역에 구리가 노출되어 있으며,
상기 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재는 상기 제1 전극 리드와 제2 전극 리드를 상기 구리가 노출된 영역 상에 상기 접착제층을 형성하여 부착시킨 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재. - 제8항에 있어서,
상기 접착제층은 10μm 내지 100μm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재. - (1) 파우치형 이차전지의 제1 전극 리드의 일면 상의 일부 영역에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전도성 접착제 조성물을 도포하고 제2 전극 리드를 부착시키거나 상기 제2 전극 리드의 일면 상의 일부 영역에 상기 전도성 접착제 조성물을 도포하고 제1 전극 리드를 부착시키는 단계; 및
(2) 상기 전도성 접착제 조성물을 경화시켜 접착제층을 형성하는 단계;를 포함하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 (1) 단계에서 부착된 상기 제1 전극 리드와 상기 제2 전극 리드를 상기 (2) 단계 전에 열압착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지용 전류 차단 부재의 제조방법. - 제8항에 따른 전류 차단 부재를 포함하는 파우치형 이차전지.
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| KR20150071144A (ko) | 2013-12-18 | 2015-06-26 | 한화첨단소재 주식회사 | 전도성 접착제 필름 제조방법 |
| KR101601123B1 (ko) * | 2013-05-28 | 2016-03-08 | 주식회사 엘지화학 | 서로 탈착 가능한 2개의 전극리드를 포함하는 이차전지 |
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