KR20210120381A - 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 - Google Patents
전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210120381A KR20210120381A KR1020200037025A KR20200037025A KR20210120381A KR 20210120381 A KR20210120381 A KR 20210120381A KR 1020200037025 A KR1020200037025 A KR 1020200037025A KR 20200037025 A KR20200037025 A KR 20200037025A KR 20210120381 A KR20210120381 A KR 20210120381A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- electrode lead
- insulating
- lead
- battery case
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 32
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 32
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 3
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 3
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 18
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 15
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 10
- 239000010408 film Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004709 Chlorinated polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 1
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
- H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
- H01M50/557—Plate-shaped terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 리드는 일단이 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드; 일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부; 및 상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부를 포함하되, 상기 제1 전극 리드의 상기 연결부가 형성된 일면에서, 상기 절연부가 상기 제1 전극 리드와 직접 접착되는 절연 영역의 길이는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
Description
본 발명은 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2단의 전극 리드를 형성하여 전지 케이스의 내부에 발생한 가스를 외부로 배출하여 안전성을 확보할 수 있고, 2단의 전극 리드가 확실하게 탈착되어, 전기적인 연결이 완전히 차단될 수 있는 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
전극 조립체를 제조하기 위해, 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)을 제조하고, 이들을 적층한다. 구체적으로, 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체에 도포하고, 음극 활물질 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 양극(Cathode)과 음극(Anode)을 제조한다. 그리고 상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 분리막(Separator)이 개재되어 적층되면 단위 셀(Unit Cell)들이 형성되고, 단위 셀들이 서로 적층됨으로써, 전극 조립체가 형성된다. 그리고 이러한 전극 조립체가 특정 케이스에 수용되고 전해액을 주입하면 이차 전지가 제조된다.
이러한 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
파우치 형 전지 케이스는, 유연성을 가지는 파우치 필름에 드로잉(Drawing) 성형을 하여, 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고 컵부가 형성되면, 상기 컵부의 수용 공간에 전극 조립체를 수납하고 전지 케이스를 폴딩한 후 실링부를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
한편, 이차 전지는 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의해 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 이러한 가스는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 캔 형(Can Type)의 이차 전지의 경우에는, CID 필터 및 안전 벤트와 같은 보호 부재가 마련되어, 케이스의 내부의 압력이 증가하면 전기적 연결을 물리적으로 차단하였다. 그러나, 종래의 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지의 경우에는, 이러한 보호 부재가 충분히 마련되지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 2단의 전극 리드를 형성하여 전지 케이스의 내부에 발생한 가스를 외부로 배출하여 안전성을 확보할 수 있고, 2단의 전극 리드가 확실하게 탈착되어, 전기적인 연결이 완전히 차단될 수 있는 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 리드는 일단이 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드; 일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부; 및 상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부를 포함하되, 상기 제1 전극 리드의 상기 연결부가 형성된 일면에서, 상기 절연부가 상기 제1 전극 리드와 직접 접착되는 절연 영역의 길이는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
또한, 상기 절연 영역은, 상기 연결부가 형성되는 연결 영역으로부터 상기 전지 케이스의 내측 방향에 위치할 수 있다.
또한, 상기 절연부는, 상기 절연 영역의 길이가 0 mm 초과 0.5 mm 이하일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지는 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 적층되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 형태의 전지 케이스; 상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭; 일단이 상기 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드; 일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부; 및 상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부를 포함하되, 상기 제1 전극 리드의 상기 연결부가 형성된 일면에, 상기 절연부가 직접 접착되는 절연 영역의 길이는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
또한, 상기 절연 영역의 길이는, 0 mm 초과 0.5 mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 연결부 간의 접착력은, 상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 절연부 간의 접착력보다 약할 수 있다.
또한, 상기 절연부는, 전기 절연성을 가지는 열가소성, 열경화성, 광경화형 수지 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 리드 제조 방법은 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 각각 제조하는 단계; 상기 제1 전극 리드의 타단 및 상기 제2 전극 리드의 일단 중 적어도 하나에 접착제를 도포하는 단계; 상기 제1 전극 리드의 타단과 상기 제2 전극 리드의 일단을 서로 접착시켜 리드 적층체를 형성하는 단계; 상기 리드 적층체에 열을 인가하여 상기 접착제를 경화함으로써 연결부를 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분에, 절연부를 포위하며 융착하는 단계를 포함하되, 상기 절연부를 융착하는 단계에 있어서, 상기 제1 전극 리드의 상기 연결부가 형성된 일면에, 상기 절연부가 직접 접착되는 절연 영역의 길이는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
또한, 상기 절연부를 융착하는 단계는, 상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분에, 상기 절연부를 가접하는 단계; 및 각각 온도를 달리하며, 상기 절연부에 열 및 압력을 복수 회 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연부를 가접하는 단계에 있어서, 상기 절연 영역의 길이는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만일 수 있다.
또한, 상기 절연 영역은, 상기 연결부가 형성되는 연결 영역으로부터 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 내측 방향에 위치할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
2단의 전극 리드를 형성함으로써, 전지 케이스의 내부에 가스가 발생하여 내부 압력이 증가하더라도, 가스를 외부로 배출하여 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 2단의 전극 리드가 확실하게 탈착되어, 전기적인 연결이 완전히 차단될 수 있다.
또한, 2단의 전극 리드의 탈착 시점을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창한 모습을 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지에서, 제1 전극 리드, 제2 전극 리드 및 연결부를 확대한 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창한 모습을 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지에서, 제1 전극 리드, 제2 전극 리드 및 연결부를 확대한 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극, 음극 등의 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 파우치 형의 전지 케이스(13)를 포함한다.
파우치 형 이차 전지(1)를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극을 제조한다. 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
구체적으로, 전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 두 종류의 전극과, 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극의 좌측 또는 우측에 배치되는 분리막을 구비한 적층 구조체일 수 있다. 상기 적층 구조체는 소정 규격의 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층될 수도 있고, 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 권취될 수 있는 등 제한되지 않고 다양한 형태일 수 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 전극 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(12)는 복수로 마련되어, 2단의 전극 리드(12)를 형성한다. 그리고, 2단의 전극 리드(12) 중에서, 제1 전극 리드(123, 도 5에 도시됨)는 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)과 연결되고, 제2 전극 리드(124, 도 5에 도시됨)는 전지 케이스(Battery Case, 13)의 외부로 돌출된다. 2단의 전극 리드(12)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 높은 접착성을 가지며, 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체, 특히 고분자 수지로서, 전기 절연성을 지니는 열가소성, 열경화성, 광경화형 수지 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는, 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 펀치 등을 이용하여 유연성을 가지는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1331)을 포함하는 컵부(133)가 형성됨으로써, 전지 케이스(13)가 제조된다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 그리고 실링부(134)가 실링됨으로써 상기 수용 공간(1331)을 밀폐한다. 이 때, 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리로부터 외측으로 연장 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한 모습을 나타낸 사시도이다.
일반적으로 파우치 형 이차 전지(1)는 전극 조립체(10)의 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열과 이로 인한 전해질 분해, 열폭주 현상 등에 의해 비정상적으로 많은 가스가 발생할 수 있다. 또는 고온에서 보관하거나 저장하는 경우, 높은 온도가 전해질 및 전극 활물질의 전기화학적 반응을 빠르게 촉진하여 가스가 발생할 수 있다.
한편, 파우치 형 전지 케이스(13)를 제조하기 위해, 펀치 등을 이용하여 유연성을 가지는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형한다. 이러한 드로잉 성형은 프레스에 파우치 필름(135)을 삽입하고 펀치로 파우치 필름(135)에 압력을 인가하여, 파우치 필름(135)을 연신시킴으로써 수행된다. 이와 같이 파우치 필름(135)을 연신시켜 컵부(133)를 함몰 형성함으로써, 전지 케이스(13)가 제조된다. 이러한 파우치 필름(135)은 주로 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머로 제조되는 표면 보호층(Surface Protection Layer), 주로 알루미늄 박막(Al Foil)으로 제조되는 가스 배리어층(Gas Barrier Layer) 및 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리머로 제조되는 실란트층(Sealant Layer)을 적층하여 형성한다.
만약 전지 케이스(13) 내부에서 기체가 발생한다면, 전지 케이스(13)는 각 층들이 모두 유연성을 가지므로, 상기 발생한 기체가 이차 전지(1)의 내부 압력을 상승시켜, 도 3에 도시된 바와 같이 이차 전지(1)의 부피가 팽창한다. 그리고, 부품간의 결합력 약화, 이차 전지(1)의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(12)를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 2단의 전극 리드(12)를 형성함으로써, 전지 케이스(13)의 내부에 가스가 발생하여 내부 압력이 증가하더라도, 가스를 외부로 배출하여 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 2단의 전극 리드(12)가 확실하게 탈착되어, 전기적인 연결이 완전히 차단될 수 있다. 또한, 2단의 전극 리드의 탈착 시점을 조절할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(12) 제조 방법은, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)를 각각 제조하는 단계; 상기 제1 전극 리드(123)의 타단 및 상기 제2 전극 리드(124)의 일단 중 적어도 하나에 접착제를 도포하는 단계; 상기 제1 전극 리드(123)의 타단과 상기 제2 전극 리드(124)의 일단을 서로 접착시켜 리드 적층체를 형성하는 단계; 상기 리드 적층체에 열을 인가하여 상기 접착제를 경화함으로써 연결부(15)를 형성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 상기 연결부(15)를 통해 연결된 부분에, 절연부(14)를 포위하며 융착하는 단계를 포함하되, 상기 절연부(14)를 융착하는 단계에 있어서, 상기 제1 전극 리드(123)의 상기 연결부(15)가 형성된 일면에, 상기 절연부(14)가 직접 접착되는 절연 영역(1231)의 길이(t)는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
이러한 방법으로 제조된 전극 리드(12)는, 일단이 전극 조립체(10)의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭(11)과 연결되는 제1 전극 리드(123); 일단이 상기 제1 전극 리드(123)의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 전지 케이스(13)의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(124); 및 상기 제1 전극 리드(123) 및 상기 제2 전극 리드(124)를 서로 연결하는 연결부(15); 및 상기 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 상기 연결부(15)를 통해 연결된 부분을 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)를 상기 전지 케이스(13)에 접착시키는 절연부(14)를 포함하되, 상기 제1 전극 리드(123)의 연결부(15)가 형성된 일면에, 상기 절연부(14)가 직접 접착되는 절연 영역(1231)의 길이(t)는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
그리고 이러한 전극 리드(12)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 적층되는 전극 조립체(10); 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 파우치 형태의 전지 케이스(13); 상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체(10)의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭(11); 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되는 제1 전극 리드(123); 일단이 상기 제1 전극 리드(123)의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스(13)의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(124); 및 상기 제1 전극 리드(123) 및 상기 제2 전극 리드(124)를 서로 연결하는 연결부(15); 및 상기 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 상기 연결부(15)를 통해 연결된 부분을 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)를 상기 전지 케이스(13)에 접착시키는 절연부(14)를 포함하되, 상기 제1 전극 리드(123)의 연결부(15)가 형성된 일면에, 상기 절연부(14)가 직접 접착되는 절연 영역(1231)의 길이(t)가 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
이하, 도 4의 흐름도에 도시된 각 단계를 도 5 및 도 6을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 리드(12)는 2단으로 형성된다. 즉, 전극 리드(12)는 일단이 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)과 연결되는 제1 전극 리드(123) 및 일단이 상기 제1 전극 리드(123)의 타단과 연결되고, 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(124)를 포함한다. 그리고, 제1 전극 리드(123)의 타단과 제2 전극 리드(124)의 일단은 각각 일면이 연결부(15)를 통해 접착됨으로써, 서로 연결된다.
이러한 전극 리드(12)를 제조하기 위해, 먼저 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)를 각각 별도로 제조한다(S401). 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)는 모두 사각형의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 그리고 추후에 서로 용이하게 접착되기 위해, 폭이 서로 동일한 것이 바람직하다.
상기 제조된 제1 전극 리드(123)의 타단 및 제2 전극 리드(124)의 일단 중 적어도 하나에 접착제를 도포한다(S402). 그리고, 제1 전극 리드(123)의 타단과 제2 전극 리드(124)의 일단을 서로 접착시켜 리드 적층체를 형성한다(S403).
접착제는 전도성을 가지는 물질을 포함한다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)로부터 생성된 전기를 용이하게 외부로 방출할 수 있다. 이를 위해, 접착제는 도전재 및 폴리머가 혼합되어 형성되는 것이 바람직하다.
도전재는 천연 또는 인조 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유 또는 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화카본, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 구리 분말 등의 금속 분말; 1종의 금속 위에 이종의 금속으로 코팅된 Core/Shell 구조를 가지는 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 및 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 중 적어도 하나를 포함하며, 특히 은을 포함하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 접착제에 포함되는 도전재는 70 내지 85 wt%인 것이 바람직하다.
폴리머는 열경화성 고분자 수지로 에폭시 수지, 아크릴 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, CPE(Chlorinated Polyethylene) 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀수지 및 불포화에스테르 수지, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리이미드(Polyimide) 및 폴리아미드(Polyamide) 중 적어도 하나를 포함하며, 특히 에폭시 또는 아크릴 수지를 포함하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 접착제에 포함되는 폴리머는 15 내지 30 wt%인 것이 바람직하다.
리드 적층체를 형성한 후, 오븐 등을 이용하여 상기 리드 적층체에 열을 인가한다(S404). 그러면, 접착제가 건조하여 경화됨으로써 연결부(15)가 형성되며, 이러한 연결부(15)도 도전재 및 전도성 폴리머를 포함한다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)가 서로 연결된 2단의 전극 리드(12)의 제조가 완료된다.
전지 케이스(13)가 정상일 때에는 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 서로 안정적으로 연결되어야 하고, 전지 케이스(13)가 팽창하면 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)는 서로 용이하게 탈착되어야 한다. 따라서 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)는, 동일 평면상에 위치하여 측면이 연결되는 것보다는, 서로 다른 평면상에 위치하여 상하면이 서로 연결되는 것이 바람직하다.
제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)를 서로 연결하는 연결부(15)는, 두께가 1 내지 500 μm로 매우 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)가 단차를 형성하더라도, 단차의 크기가 과도하게 크지 않을 수 있다.
한편 상기 기술한 바와 같이, 전극 리드(12)의 일부, 특히 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 상기 연결부(15)를 통해 연결된 부분은 절연부(14)로 주위가 포위된다. 그리고 절연부(14)를 통해, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 전지 케이스(13)에 접착된다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 실링되는 과정에서, 전극 리드(12)와 접촉하는 부분은 상대적으로 압력이 높으므로, 전지 케이스(13)의 실란트층이 파손될 가능성이 높다. 이러한 실란트층은 상기 기술한 바와 같이, 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가진다. 그러나, 실란트층이 파손된다면, 전극 리드(12)를 통해서 전지 케이스(13)로 전기가 흐를 수 있다. 특히, 전지 케이스(13)의 가스 배리어층은 알루미늄과 같은 금속으로 제조되므로, 실란트층이 조금이라도 파손되어 가스 배리어층이 노출된다면, 전극 리드(12)와 접촉하여 전기가 용이하게 흐를 수 있다.
따라서, 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 또한, 절연부(14)는 높은 기계적 강도와 내열성을 가진다. 이에 절연부(14)에는 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 포함될 수 있다. 특히, 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 절연부(14)를 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 절연부(14)의 접착력을 향상시키기 위해, 산처리된 폴리프로필렌을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산처리된 폴리프로필렌과 노멀 폴리프로필렌을 혼합할 수도 있고, 폴리에틸렌을 더 혼합할 수도 있으며, 단순히 산처리된 폴리프로필렌만을 포함할 수도 있다. 여기서 산처리된 폴리프로필렌은 MAH PP(말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌)일 수 있다.
따라서 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착될 때 절연부(14)는 형태를 유지하여, 실란트 층이 일부 파손되어 가스 배리어층이 노출되더라도 전극 리드(12)와 가스 배리어층의 접촉을 차단한다. 그럼으로써 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 절연부(14)는 제1 전극 리드(123), 연결부(15) 및 제2 전극 리드(124)를 모두 포위한다. 만약, 제1 전극 리드(123) 또는 연결부(15)를 포위하지 않는다면, 전지 케이스(13)가 팽창하더라도 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력을 인가할 수 없기 때문이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한 모습을 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
상기 기술한 바, 파우치 형 전지 케이스(13)의 내부에서 압력이 증가한다면, 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 외벽이 외측을 향해 이동한다. 이 때, 전지 케이스(13)의 외벽 중에 상벽 및 하벽은 면적이 넓고 실링이 되어 있지 않아, 연성이 더욱 크다. 따라서, 전지 케이스(13)의 상벽은 상방으로, 하벽은 하방으로 이동한다. 한편, 전지 케이스(13)의 외벽이 외측을 향해 이동하면서, 절연부(14)를 통해 연결된 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력을 인가한다. 따라서, 전지 케이스(13)의 내부 압력이 점점 증가하면 전지 케이스(13)의 외벽이 이동하려는 힘이 더욱 커지고, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 인가되는 척력의 크기도 더욱 증가한다.
제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)간의 접착력보다 상기 척력의 크기가 더 커지게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)는 결국 탈착된다. 따라서, 전기적 연결이 물리적으로 차단되어, 전기가 더 이상 흐를 수가 없다. 여기서 탈착이란 흡착 또는 부착된 것이 떨어진다는 것을 의미한다. 다만, 이 때 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)와 연결부(15) 간의 접착력은, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 간의 접착력보다 약하다. 따라서, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력이 인가되면, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 사이의 접착력은 유지되어 전지 케이스(13)의 실링이 유지되고, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)가 서로 탈착된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)에서, 제1 전극 리드(123), 제2 전극 리드(124) 및 연결부(15)를 확대한 확대도이다.
이차 전지(1)의 모델에 따라 크기 및 용량이 상이하므로, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)의 탈착 시점을 조절할 필요가 있다. 즉, 탈착이 너무 빨리 발생하면 접착강도를 더욱 증가시킬 필요가 있고, 탈착이 너무 늦게 발생하면 접착강도를 더욱 감소시킬 필요가 있다. 물론, 단지 접착력이 상이한 접착제(151)들을 교체하여 도포한다면 탈착 시점을 조절할 수 있으나, 제조되는 전극 리드(12)의 모델에 따라 접착제(151), 디스펜서, 노즐 등의 장비들을 모두 교체해야 하므로, 교체 작업이 번거롭고, 공정성 및 생산성이 저하되며, 비용도 과도하게 많이 소모되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 기술한 바와 같이, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 상기 연결부(15)를 통해 연결된 부분을, 절연부(14)로 포위하며 융착한다(S405). 구체적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 전극 리드(123)에서 연결부(15)가 형성되는 일면은, 절연부(14)가 직접 접착되는 절연 영역(1231) 및 연결부(15)가 형성되는 연결 영역(1232)을 포함한다. 그리고, 절연 영역(1231)은 연결 영역(1232)으로부터, 전지 케이스(13)의 내측 방향에 위치한다. 따라서, 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창하면서 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력이 인가되면, 절연 영역(1231)이 가장 먼저 상기 척력을 인가받는다. 즉, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)가 탈착되면, 절연 영역(1231)에서 가장 먼저 탈착이 시작된다.
그런데, 이러한 절연 영역(1231)의 길이(t)에 따라 절연부(14)와 제1 전극 리드(123) 사이의 접착력이 상이하므로, 절연 영역(1231)의 길이(t)를 조절함으로써 탈착 시점을 조절할 수 있다. 만약 절연 영역(1231)의 길이(t)를 증가시키면, 절연부(14)와 제1 전극 리드(123) 사이의 접착력이 증가하므로, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)를 탈착하기 위해서는 더욱 큰 척력이 필요하다. 즉, 접착강도가 더욱 증가하여 탈착 시점이 늦춰진다. 따라서, 만약 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)의 탈착이 너무 빨리 발생한다면, 절연 영역(1231)의 길이(t)가 증가하도록 절연부(14)를 융착함으로써 접착강도를 증가시킬 수 있다.
다만, 이러한 절연 영역(1231)의 길이(t)가 1.0 mm 이상이 되면, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 전혀 탈착되지 않을 수도 있다. 따라서, 절연 영역(1231)의 길이(t)는 1.0 mm 미만인 것이 바람직하다.
반면에, 절연 영역(1231)의 길이(t)를 감소시키면, 절연부(14)와 제1 전극 리드(123) 사이의 접착력이 감소하므로, 작은 척력만으로도 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)가 탈착된다. 즉, 접착강도가 더욱 감소하여 탈착 시점이 빨라진다. 따라서, 만약 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)의 탈착이 너무 늦게 발생한다면, 절연 영역(1231)의 길이(t)가 감소하도록 절연부(14)를 융착함으로써 접착강도를 감소시킬 수 있다.
다만, 절연 영역(1231)의 길이(t)가 0 mm, 즉 절연 영역(1231)이 전혀 존재하지 않는다면, 탈착 시점이 과도하게 빨라지는 문제가 있다. 따라서, 절연 영역(1231)의 길이(t)는 0 mm 초과인 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 제1 전극 리드(123)의 상기 연결부(15)가 형성된 일면에, 상기 절연부(14)가 직접 접착되는 절연 영역(1231)의 길이(t)는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이며, 더욱 바람직하게는 0 mm 초과 0.5 mm 이하이다.
한편, 절연부(14)를 융착하는 단계는, 상기 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 상기 연결부(15)를 통해 연결된 부분에, 상기 절연부(14)를 가접하는 단계; 및 각각 온도를 달리하며, 상기 절연부(14)에 열 및 압력을 복수 회 인가하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 절연부(14)를 가접하는 단계에서, 절연 영역(1231)의 길이(t)를 조절하며 절연부(14)를 부착할 수 있다. 즉, 절연부(14)를 가접하는 단계에서, 절연 영역(1231)의 길이(t)는, 0 mm 초과 1.0 mm 미만이다.
절연부(14)를 가접한 후에, 절연부(14)에 각각 온도를 달리하며 열 및 압력을 복수 회 인가할 수 있다. 이는 3회 수행하는 것이 바람직하며, 이 때의 가장 바람직한 열의 온도 및 압력의 크기는, 실험적으로 결정될 수 있다.
본 발명에 대하여 아래와 같이 실제로 실험을 진행하였다. 제조예 1에 따르면, 전극 리드에 절연부를, 절연 영역의 길이가 0.5 mm가 되도록 융착함으로써 2단의 전극 리드를 제조하였다. 그리고 이러한 2단의 전극 리드를 이용하여 이차 전지를 제조하였다. 비교예 1에 따르면, 절연 영역의 길이가 0 mm가 되도록, 즉 절연 영역이 존재하지 않도록 절연부를 융착하였고, 비교예 2에 따르면, 절연 영역의 길이가 1 mm가 되도록 절연부를 융착하였다.
그리고 제조예 1, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 이차 전지 샘플들을 각각 2개씩 계속 충전을 하여, 상기 이차 전지 샘플들을 과충전하였다.
상기 이차 전지 샘플들의 부피가 일정하게 증가하기 시작할 때부터, 상기 이차 전지 샘플에 더 이상 충전이 되지 않을 때까지의 시간을 측정하였다. 여기서, 이차 전지 샘플에 더 이상 충전이 되지 않는 것은, 2단의 전극 리드가 탈착되었기 때문이다.
물성 측정결과 - 접착강도
| 제조예 1(0.5 mm) | 비교예 1(0 mm) | 비교예 2(1.0 mm) | |
| 탈착 여부 | 전부 탈착 | 전부 탈착 | 1개 탈착/1개 미탈착 |
| 탈착 시점 | 중반 | 초반 | 미탈착/후반 |
상기 [표 1]에 기재된 바와 같이, 본 발명의 제조예 1, 비교예 1 및 비교예 2를 비교하면, 비교예 1에 따른 전극 리드 샘플은 탈착 시점이 상대적으로 과도하게 빨라, 이차 전지를 더 사용할 수 있음에도 불구하고 전극 리드가 초반에 일찍 탈착되어 사용할 수 없게 되는 문제가 있다. 실제 실험에서는 제조예 1에 따른 전극 리드 샘플이 비교예 2에 따른 전극 리드 샘플 중 탈착된 샘플에 비해 5분 전에 탈착되었으나, 비교예 1에 따른 전극 리드 샘플은, 비교예 2에 따른 전극 리드 샘플 중 탈착된 샘플에 비해 10 분 전에 탈착되었다.
반면에 비교예 2에 따른 전극 리드 샘플은 탈착 시점이 과도하게 느려, 전극 리드가 탈착되어야 할 시점에도 2개 중 1개의 샘플은 탈착되지 않음으로써, 안정성이 확보되지 않는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 제조예 1에 따른 전극 샘플들은 최적의 시점에 전극 리드가 탈착되므로 수명이 연장되고, 확실하게 탈착되어 전기적인 연결이 완전히 차단될 수 있으므로, 안정성도 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 이차 전지
10: 전극 조립체
11: 전극 탭 12: 전극 리드
13: 전지 케이스 14: 절연부
15: 연결부 111: 양극 탭
112: 음극 탭 121: 양극 리드
122: 음극 리드 123: 제1 전극 리드
124: 제2 전극 리드 131: 상부 케이스
132: 하부 케이스 133: 컵부
134: 실링부 135: 파우치 필름
1231: 절연 영역 1232: 연결 영역
1331: 수용 공간
11: 전극 탭 12: 전극 리드
13: 전지 케이스 14: 절연부
15: 연결부 111: 양극 탭
112: 음극 탭 121: 양극 리드
122: 음극 리드 123: 제1 전극 리드
124: 제2 전극 리드 131: 상부 케이스
132: 하부 케이스 133: 컵부
134: 실링부 135: 파우치 필름
1231: 절연 영역 1232: 연결 영역
1331: 수용 공간
Claims (11)
- 일단이 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드;
일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드;
상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부; 및
상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부를 포함하되,
상기 제1 전극 리드의 상기 연결부가 형성된 일면에서, 상기 절연부가 상기 제1 전극 리드와 직접 접착되는 절연 영역의 길이는,
0 mm 초과 1.0 mm 미만인 전극 리드. - 제1항에 있어서,
상기 절연 영역은,
상기 연결부가 형성되는 연결 영역으로부터 상기 전지 케이스의 내측 방향에 위치하는 전극 리드. - 제1항에 있어서,
상기 절연부는,
상기 절연 영역의 길이가 0 mm 초과 0.5 mm 이하인 전극 리드. - 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 적층되는 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 형태의 전지 케이스;
상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭;
일단이 상기 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드;
일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드;
상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부; 및
상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부를 포함하되,
상기 제1 전극 리드의 상기 연결부가 형성된 일면에, 상기 절연부가 직접 접착되는 절연 영역의 길이는,
0 mm 초과 1.0 mm 미만인 파우치 형 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 절연 영역의 길이는,
0 mm 초과 0.5 mm 이하인 파우치 형 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 연결부 간의 접착력은,
상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 절연부 간의 접착력보다 약한, 파우치 형 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 절연부는,
전기 절연성을 가지는 열가소성, 열경화성, 광경화형 수지 중 적어도 하나로 형성되는, 파우치 형 이차 전지. - 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 각각 제조하는 단계;
상기 제1 전극 리드의 타단 및 상기 제2 전극 리드의 일단 중 적어도 하나에 접착제를 도포하는 단계;
상기 제1 전극 리드의 타단과 상기 제2 전극 리드의 일단을 서로 접착시켜 리드 적층체를 형성하는 단계;
상기 리드 적층체에 열을 인가하여 상기 접착제를 경화함으로써 연결부를 형성하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분에, 절연부를 포위하며 융착하는 단계를 포함하되,
상기 절연부를 융착하는 단계에 있어서,
상기 제1 전극 리드의 상기 연결부가 형성된 일면에, 상기 절연부가 직접 접착되는 절연 영역의 길이는,
0 mm 초과 1.0 mm 미만인 전극 리드 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 절연부를 융착하는 단계는,
상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분에, 상기 절연부를 가접하는 단계; 및
각각 온도를 달리하며, 상기 절연부에 열 및 압력을 복수 회 인가하는 단계를 포함하는 전극 리드 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 절연부를 가접하는 단계에 있어서,
상기 절연 영역의 길이는,
0 mm 초과 1.0 mm 미만인 전극 리드 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 절연 영역은,
상기 연결부가 형성되는 연결 영역으로부터 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 내측 방향에 위치하는 전극 리드 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200037025A KR20210120381A (ko) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200037025A KR20210120381A (ko) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210120381A true KR20210120381A (ko) | 2021-10-07 |
Family
ID=78114798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200037025A KR20210120381A (ko) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210120381A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190059677A (ko) | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 주식회사 엘지화학 | 파우치 형 이차 전지 |
-
2020
- 2020-03-26 KR KR1020200037025A patent/KR20210120381A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190059677A (ko) | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 주식회사 엘지화학 | 파우치 형 이차 전지 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102268402B1 (ko) | 파우치 형 이차 전지 | |
| KR102264635B1 (ko) | 파우치 형 이차 전지 | |
| JP7055427B2 (ja) | パウチ型二次電池 | |
| CN110088944B (zh) | 包括使用导电聚合物的电极引线的袋形二次电池 | |
| US10340503B2 (en) | Pouch-shaped secondary battery including electrode lead having notch formed therein | |
| US20220263166A1 (en) | Battery Case For Secondary Battery And Method For Manufacturing Pouch Type Secondary Battery | |
| JP7399543B2 (ja) | 電極リードの製造方法及び加圧機 | |
| EP3989306A1 (en) | Battery case for secondary battery and method for manufacturing pouch type secondary battery | |
| US20220393299A1 (en) | Secondary Battery And Sealing Block | |
| KR20210120381A (ko) | 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 | |
| KR20220033944A (ko) | 전극 조립체 및 이차 전지 | |
| KR20210061113A (ko) | 전극 조립체 및 그의 제조 방법 | |
| US20230082574A1 (en) | Electrode Lead, Method For Manufacturing The Same And Pouch Type Secondary Battery | |
| KR20210113457A (ko) | 전극 리드, 그의 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 | |
| US20220393316A1 (en) | Method for Manufacturing Electrode Lead and Pouch Type Secondary Battery |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |