KR20240008472A - 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법 및 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극의 무지부 위에 리드선의 끝단 부분인 리드탭을 올려 놓고 펀칭 후 프레싱하여 점철 구조를 만들고, 점철 구조 부분을 상면이 코팅제로 코팅된 앤빌 위에 놓고, 바닥면이 사선격자 무늬를 가진 혼으로 누르면서 초음파를 발생시켜, 점철 구조 부분을 초음파로 용착하여 점철-초음파 용착 구조로 만든다. 이로 인해, 전극에 리드선이 견고하게 결합되어, 후공정에서 리드선이 전극으로부터 떨어져 나가는 것을 막아, 슈퍼커패서티의 불량률을 현저하게 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법 및 구조에 관한 것이다.
슈퍼커패시티는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하여, 충전/방전 동작을 반복하는 소자다. 슈퍼커패시티는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 울트라커패시터(Ultra-capacitor)라고도 불린다.
도 1에 도시한 바와 같이, 슈퍼커패시티는, 전극 소자(10), 케이스(20), 전해액(미도시), 개스킷(30), 음극리드선(40), 양극리드선(50)으로 구성된다.
전극 소자(10)는 균일한 폭과 길이를 갖는 음극(11)과, 그 음극(11) 보다 길이가 긴 양극(12)과, 음극(11)의 크기보다 크게 형성되며 음극(11)과 양극(12) 사이에 위치하는 제1 분리막(13)과, 양극(12)과 케이스(20) 내주면 사이에 위치된 제2 분리막(14)으로 구성된다. 전극 소자(10)는 환봉체 형상으로 말려 케이스(20)에 담긴다.
음극(11)은 집전체인 구리박막(1a)과, 그 구리박막(1a)의 양측면에 코팅된 음극물질층(2a)으로 구성된다. 양극(12)은 집전체인 알루미늄박막(1b)과, 그 알루미늄박막(1b)의 양측면에 코팅된 양극물질층(2b)으로 구성된다.
음극리드선(40)은 구리박막(1a)과 동일한 재질인 구리로 만들어진다. 도 2(a)를 참조하면, 음극(11)에 음극리드선(40)을 결합하기 위해, 음극리드선(40)의 끝단 부분인 리드탭(41)을 음극(11)의 무지부(11a) 위에 올려놓고, 펀칭하고 프레싱한다. 펀칭시 무지부(11a)에 펀칭구멍(H)이 뚫리고, 리드탭(41)에도 펀칭구멍(H)이 뚫리면서 버(burr)가 발생하고 버(burr)는 펀칭구멍(H)을 통과하여, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 프레싱에 의해 눌려 펀칭구멍(H) 주위를 감싼다. 그러면 음극리드선(40)이 음극(11)에 결합된다.
양극리드선(50)은 알루미늄박막(1b)과 동일한 재질인 알루미늄으로 만들어진다. 도 2(b)를 참조하면, 양극(12)에 양극리드선(50)을 결합하기 위해, 양극리드선(50)의 끝단 부분인 리드탭(51)을 양극(12)의 무지부(12a) 위에 올려놓고 펀칭하고 프레싱한다. 펀칭시 무지부(12a)에 펀칭구멍(H)이 뚫리고, 리드탭(51)에도 펀칭구멍(H)이 뚫리면서 버(B, burr)가 발생하고 버(B)는 펀칭구멍(H)을 통과하여, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 프레싱에 의해 눌러 펀칭구멍(H) 주위를 감싼다. 그러면, 양극리드선(50)이 양극(12)에 결합된다.
상술한 바와 같이, 펀칭과 프레싱 방식에 의해, 음극리드선(40)이 음극(11)이 결합된 구조 또는 양극리드선(50)이 양극(12)에 결합된 구조를 “점철 구조”라 통칭한다.
이러한 점철 구조는, 전극 소자(10)를 환봉체 형상으로 말아 케이스(20)에 담는 과정, 케이스(20)에 전해액을 주입하는 과정, 케이스(20)에 개스킷(30)을 씌우는 과정, 슈퍼커패서티 세정과정 등 많은 공정(이하, “후공정”이라 칭함)에서 진동 및 힘이 가해져 쉽게 손상될 수 있다. 점철 구조가 손상되면 슈퍼커패서티의 불량률이 현저하게 높아진다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법 및 구조를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법은,
전극의 무지부 위에 리드선의 끝단 부분인 리드탭을 올려 놓고 펀칭 후 프레싱하여 점철 구조를 만드는 제1단계; 및
상기 점철 구조 부분을 상면이 코팅제로 코팅된 앤빌 위에 놓고, 바닥면이 사선격자 무늬를 가진 혼으로 누르면서 초음파를 발생시켜, 상기 점철 구조 부분을 초음파로 용착하여 점철-초음파 용착 구조로 만드는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은,
리드선의 끝단 부분인 리드탭이 전극의 무지부 위에 놓여진 상태에서, 펀칭으로 상기 리드탭에 펀칭구멍이 뚫리면서 발생한 버가 상기 펀칭구멍을 통과된 후 프레싱되어, 상기 펀칭구멍의 주위를 감싼 점철 구조; 및
상기 점철 구조 부위가 초음파 용착되고, 상기 점철 구조 부위에 사선격자무늬가 형성된 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조에 의해 달성된다.
본 발명은 전극의 무지부 위에 리드선의 끝단 부분인 리드탭을 올려 놓고 펀칭 후 프레싱하여 점철 구조를 만들고, 점철 구조 부분을 상면이 코팅제로 코팅된 앤빌 위에 놓고, 바닥면이 사선격자 무늬를 가진 혼으로 누르면서 초음파를 발생시켜, 점철 구조 부분을 초음파로 용착하여 점철-초음파 용착 구조로 만든다. 이로 인해, 전극에 리드선이 견고하게 결합되어, 후공정에서 리드선이 전극으로부터 떨어져 나가는 것을 막아, 슈퍼커패서티의 불량률을 현저하게 줄일 수 있다.
본 발명은 점철-초음파 용착 구조에 사선격자무늬가 형성되어 있어, 리드선의 어느 방향으로 힘이 가해져도, 사선 격자가 힘을 사선 방향으로 분산시켜, 전극에 리드선이 견고하게 결합된 상태를 유지할 수 있다.
본 발명은 코팅제로 상면이 코팅된 앤빌(Anvil) 위에 점철 구조 부분을 올려 놓고 초음파 용착을 진행한다. 코팅제로 인해, 초음파 용착이 끝난 후에, 전극이 앤빌로부터 쉽게 떨어질 수 있어, 초음파 용착후 전극이 앤빌의 상면에 달라붙어, 전극을 떼어낼 때 전극이 찢어지는 것을 막을 수 있다. 또한, 앤빌의 수명을 늘릴 수 있다.
여기에 더하여, 앤빌의 상면에 미세한 돌기를 형성하여 전극이 앤빌의 상면에 달라붙는 것을 보다 효과적으로 막을 수 있다. 더하여, 앤빌의 내부에 냉각통로를 두어 앤빌을 신속하게 냉각시켜, 초음파 용착 후 전극이 앤빌의 상면에 들러붙는 것을 보다 효과적으로 막을 수 있다. 더하여, 냉각통로에 바람을 강제로 불어넣어 앤빌을 더 빨리 냉각시켜, 전극이 앤빌의 상면에 들러붙는 것을 보다 효과적으로 막을 수 있다.
본 발명은 앤빌의 상면에 두 줄의 점철슬롯을 만들어, 펀칭 후 프레싱에 의해 돌출된 한 쌍의 펀칭구멍 버 부위를 점철슬롯안에 넣은 상태로, 앤빌의 상면에 점철 구조 부분을 올려놓는다. 돌출된 한 쌍의 펀칭구멍 버 부위가 점철슬롯 안으로 들어감으로 인해, 전극이 앤빌의 상면에서 들뜨지 않고 평평하게 놓여, 초음파 용착이 점철 구조 부위 전체에 균일하게 진행될 수 있다.
도 1은 일반적인 슈퍼커패서티를 분해한 사시도다.
도 2는 종래 전극과 리드선의 결합구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 2(a)는 음극리드의 끝단 부분인 리드탭이 음극의 무지부에 펀칭 후 프레싱에 의해 결합된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 양극리드의 끝단 부분인 리드탭이 양극의 무지부에 펀칭 후 프레싱에 의해 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법을 나타낸 순서도다.
도 4는 초음파 용착기로 점철 구조 부위를 초음파 용착하는 상태를 찍은 사진이다.
도 5는 초음파 용착기의 혼 바닥면을 찍은 사진이다.
도 6은 초음파 용착기의 앤빌의 내부에 형성된 냉각통로를, 앤빌 사진에 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4 사진에서, 초음파 용착기의 헤드에 가려 보이지 않는 점철 구조 부위와, 전극에 가려 보이지 않는 앤빌의 점철슬롯을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조를 찍은 사진이다.
도 2는 종래 전극과 리드선의 결합구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 2(a)는 음극리드의 끝단 부분인 리드탭이 음극의 무지부에 펀칭 후 프레싱에 의해 결합된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2(b)는 양극리드의 끝단 부분인 리드탭이 양극의 무지부에 펀칭 후 프레싱에 의해 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법을 나타낸 순서도다.
도 4는 초음파 용착기로 점철 구조 부위를 초음파 용착하는 상태를 찍은 사진이다.
도 5는 초음파 용착기의 혼 바닥면을 찍은 사진이다.
도 6은 초음파 용착기의 앤빌의 내부에 형성된 냉각통로를, 앤빌 사진에 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4 사진에서, 초음파 용착기의 헤드에 가려 보이지 않는 점철 구조 부위와, 전극에 가려 보이지 않는 앤빌의 점철슬롯을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조를 찍은 사진이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법을 자세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법은,
전극의 무지부 위에 리드선의 끝단 부분인 리드탭을 올려 놓고 펀칭 후 프레싱하여 점철 구조를 만드는 제1단계(S11); 및
상기 점철 구조 부분을 상면이 코팅제로 코팅된 앤빌 위에 놓고, 바닥면이 사선격자 무늬를 가진 혼으로 누르면서 초음파를 발생시켜, 상기 점철 구조 부분을 초음파로 용착하여 점철-초음파 용착 구조로 만드는 제2단계(S12)로 구성된다.
이하, 제1단계(S11)를 설명한다.
슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법 및 구조는 양극이나 음극에서나 동일하기 때문에, 양극과 음극 결합 방법 및 구조를 따로 구분하지 않고 통합해서 설명한다. 이에 도 8 및 도 9에서 도면부호 100은 음극 또는 양극 리드선을 나타내고, 도면부호 110은 음극 또는 양극 리드선의 리드탭을 나타내고, 도면부호 200은 음극 또는 양극을 나타내고, 도면부호 210은 음극 또는 양극의 무지부를 나타낸다.
전극(200)의 무지부(210) 위에 리드선(100)의 끝단 부분인 리드탭(110)을 올려 놓고 펀칭 후 프레싱하여 점철 구조를 만든다. 점철 구조는 종래 점철 구조와 동일하다. 점철 구조를 만들기 위한 펀칭장비나 프레싱장비는 공지된 장비이므로 자세한 설명을 생략한다.
이하, 제2단계(S12)를 설명한다.
도 4를 참조하면, 초음파 용착기는 혼(300)과 앤빌(400)을 포함해서 구성된다. 초음파 용착기는 공지된 장비므로 자세한 설명은 생략한다. 혼(300)과 앤빌(400)의 재질이 다를 경우, 점철 구조 부위가 초음파 용착 후, 혼(300)과 앤빌(400) 중 어느 하나에 달라붙는 현상이 자주 발생하므로, 혼(300)과 앤빌(400)은 동일한 재질인 스틸합금강으로 만들어진다.
도 5를 참조하면, 혼(300)의 바닥면(310)에는 사선격자무늬(C)가 형성된다. 사선격자무늬(C)로 인해, 초음파 용착 후에 형성된 점철-초음파 용착 구조에도 사선격자무늬(C)가 형성된다. 사선격자무늬(C)로 인해, 리드선이 어느 방향으로 힘을 받아도, 사선 방향으로 힘이 분산되어, 리드선이 전극으로부터 쉽게 떨어져 나가지 못한다.
앤빌(400)의 상면은 코팅제로 코팅된다. 코팅제로 알크로나(Al+Cr+N) 코팅제가 사용된다. 코팅제로 인해, 초음파 용착이 끝난 후에 전극(200)이 앤빌로부터 쉽게 떨어질 수 있다. 이로 인해, 전극(200)이 앤빌(400)의 상면에 달라붙어 전극(200)을 떼어낼 때 전극(200)이 찢어지는 것을 막을 수 있고, 앤빌(400)의 사용 수명을 늘릴 수 있다. 더하여, 앤빌(400)의 상면에 미세한 돌기를 형성하면 전극(200)이 앤빌의 상면에 달라붙는 것을 보다 효과적으로 막을 수 있다. 더 나아가, 혼(300)의 바닥면(310)도 코팅제로 코팅을 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 앤빌(400)의 상면에는 가이드(420)가 설치된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 가이드(420)는 전극(200)의 상측 테두리를 아래로 밀어주어, 초음파 용착 작업시 전극(200)이 위아래로 흔들리지 않게 잡아준다.
앤빌(400)의 내부에는 냉각통로(430)가 형성된다. 냉각통로(430)를 흐르는 공기는 앤빌(400)을 신속하게 냉각시켜, 초음파 용착 후 전극(200)이 앤빌(400)의 상면에 들러붙는 것을 방지한다. 이때, 냉각통로(430)에 바람을 강제로 불어넣어 앤빌(400)을 더 빨리 냉각시킬 수도 있다.
앤빌(400)의 상면에 두 줄의 점철슬롯(410)을 만들어, 펀칭 후 프레싱에 의해 돌출된 한 쌍의 펀칭구멍(H) 버(B) 부위를 점철슬롯(410) 안에 넣은 상태로, 앤빌(400)의 상면에 점철 구조 부분을 올려놓는다. 돌출된 한 쌍의 펀칭구멍(H) 버(B) 부위가 점철슬롯(410) 안으로 들어감으로 인해, 전극(200)이 앤빌(400)의 상면에서 들뜨지 않고 평평하게 놓여, 초음파 용착이 점철 구조 부위 전체에 균일하게 진행될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 앤빌(400)의 상면에 점철 구조 부분을 올려 놓고, 혼(300)으로 누르면서 초음파를 발생시켜, 점철 구조 부분을 초음파로 용착시킨다. 그러면, 도 8 및 도 9에 도시된 점철-초음파 용착 구조가 만들어진다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조를 자세히 설명한다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조는 점철-초음파 용착 구조로 이루어진다.
점철-초음파 용착 구조는, 리드선(100)의 끝단 부분인 리드탭(110)이 전극(200)의 무지부(210) 위에 놓여진 상태에서, 펀칭으로 리드탭(110)에 펀칭구멍(H)이 뚫리면서 발생한 버(B, burr)가 펀칭구멍(H)을 통과된 후 프레싱되어, 펀칭구멍(H)의 주위를 감싼 점철 구조; 및
상기 점철 구조 부위가 초음파 용착되고, 사선격자무늬(C)가 형성된 구조로 구성된다.
이러한 점철-초음파 용착 구조로 인해, 전극(200)에 리드선(100)이 견고하게 결합되어, 후공정에서 리드선(100)이 전극(200)으로부터 떨어져 나가는 것을 막아, 슈퍼커패서티의 불량률을 현저하게 줄일 수 있다.
시험 결과, 표 1에서 볼 수 있듯이, 점철 구조만 가진 슈퍼커패서티의 불량률(0.81%) 보다, 점철-초음파 용착 구조를 가진 슈퍼커패서티의 불량률(0.22%)이 거의 1/4로 줄어드는 것을 알 수 있다.
구 분 | 투입수 | 불량수 | 불량률 |
점철 구조 | 2,152,186 | 17,528 | 0.81% |
점철-초음파
융착 구조 |
606,118 | 1,360 | 0.22% |
10: 전극 소자
20: 케이스
30: 개스킷 40: 음극리드선
50: 양극리드선
100: 리드선 110: 리드탭
200: 전극 210: 무지부
300: 혼 310: 혼바닥면
400: 앤빌 410: 점철슬롯
420: 가이드 430: 냉각통로
B: 버 C: 사선격자무늬
H: 펀칭구멍
30: 개스킷 40: 음극리드선
50: 양극리드선
100: 리드선 110: 리드탭
200: 전극 210: 무지부
300: 혼 310: 혼바닥면
400: 앤빌 410: 점철슬롯
420: 가이드 430: 냉각통로
B: 버 C: 사선격자무늬
H: 펀칭구멍
Claims (3)
- 전극의 무지부 위에 리드선의 끝단 부분인 리드탭을 올려 놓고 펀칭 후 프레싱하여 점철 구조를 만드는 제1단계; 및
상기 점철 구조 부분을 상면이 코팅제로 코팅된 앤빌 위에 놓고, 바닥면이 사선격자 무늬를 가진 혼으로 누르면서 초음파를 발생시켜, 상기 점철 구조 부분을 초음파로 용착하여 점철-초음파 용착 구조로 만드는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법. - 제1항에 있어서, 상기 앤빌의 내부에는 냉각통로가 형성된 것을 징으로 하는 슈퍼커패시티 전극-리드선 결합 방법.
- 리드선의 끝단 부분인 리드탭이 전극의 무지부 위에 놓여진 상태에서, 펀칭으로 상기 리드탭에 펀칭구멍이 뚫리면서 발생한 버(Burr)가 상기 펀칭구멍을 통과된 후 프레싱되어, 상기 펀칭구멍의 주위를 감싼 점철 구조; 및
상기 점철 구조 부위가 초음파 용착되고, 상기 점철 구조 부위에 사선격자무늬가 형성된 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시티 전극과 리드선 결합 구조.
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KR20130122998A (ko) | 2012-05-02 | 2013-11-12 | 주식회사 엘지화학 | 신규한 전극 탭-리드 결합부 구조를 가진 이차전지 |
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