KR20240037317A - 전극 탭용 접착 테이프, 이의 용도, 부착 방법, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기재층 및 접착층을 포함하는 전극 탭용 접착 테이프로서, 상기 접착층에는 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되어 두꺼운 영역과 얇은 영역이 존재하고, 상기 두꺼운 영역은 접착 테이프의 일측 가장자리를 따라 분포되되, 상기 두꺼운 영역의 접착층 두께는 상기 얇은 영역의 접착층 두께보다 두꺼우며; 얇은 영역의 면적 대 두꺼운 영역의 면적 비율은 1:0.02~0.25, 선택적으로 1:0.025~0.18, 더욱 선택적으로 1:0.0275~0.125인 것을 특징으로 하는 접착 테이프에 관한 것이다. 상기 접착 테이프는 탭 가장자리를 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
Description
본 발명은 리튬 전지 기술분야에 관한 것으로, 특히 전극 탭용 접착 테이프, 이의 용도, 부착 방법, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치에 관한 것이다.
최근 이차 전지의 적용 범위가 갈수록 확대됨에 따라 리튬 이온 전지는 수력, 화력, 풍력, 태양광 발전소 등 에너지 저장 전원 시스템 및 전동 공구, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차, 군사 장비, 항공 우주 등 다양한 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 이차 전지의 엄청난 발전으로 인해 에너지 밀도, 사이클 성능 및 안전 성능 등에 대한 요구도 높아지고 있다. 이차 전지는 양극과 음극을 포함하고, 탭은 셀에서 양극과 음극을 리드하는 금속 도체로 통속적으로는 전지의 양극과 음극의 귀를 의미하며, 충방전 시 양극과 음극의 접점이다.
그러나 전지의 충방전 과정에서 탭이 셀 몸체에 접촉되어 셀이 단락되는 안전 위험이 존재한다. 종래 기술에서는 일반적으로 극판의 탭 영역에 하나의 절연층을 도포하여 탭이 구부러진 후 상기 절연층이 탭 본체를 셀 본체로부터 차단하여 탭과 셀 몸체 사이의 직접적인 접촉을 방지함으로써 셀 내부가 쉽게 단락되지 않도록 할 수 있으나, 탭 단면은 절연층에 의해 보호되지 않으므로 탭이 구부러진 후 탭 단면이 셀 몸체에 접촉하여 셀 단락이 발생한다. 따라서, 종래 기술의 탭 절연 방법은 여전히 개선되어야 한다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 안출된 것으로, 특정 접착층 구조를 가지며, 상기 접착 테이프가 탭 가장자리를 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능이 향상되는 전극 탭용 접착 테이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 양태는 기재층 및 접착층을 포함하는 전극 탭용 접착 테이프로서, 상기 접착층에는 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되어 두꺼운 영역과 얇은 영역이 존재하고, 상기 두꺼운 영역은 접착 테이프의 일측 가장자리를 따라 분포되되, 상기 두꺼운 영역의 접착층 두께는 상기 얇은 영역의 접착층 두께보다 두꺼우며; 얇은 영역의 면적 대 두꺼운 영역의 면적 비율은 1:0.02~0.25, 선택적으로 1:0.025~0.18, 더욱 선택적으로 1:0.0275~0.125인 것을 특징으로 하는 접착 테이프를 제공한다.
어떠한 이론에도 얽매이지 않고, 출원인은 연구를 통해 상기 면적 비율의 두꺼운 영역 접착층을 구비한 접착 테이프는 접착 능력이 강하고, 전극 탭을 단단히 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하며, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킴을 발견하였다.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 접착층의 폭 방향에서, 상기 접착 테이프의 폭을 기준으로, 상기 두꺼운 영역의 폭은 1~20%이고; 접착 테이프의 표면적을 기준으로, 상기 두꺼운 영역의 면적 점유율은 1~20%, 선택적으로 2~15%, 더욱 선택적으로 2.5~12%이며; 상기 얇은 영역의 면적 점유율은 80~99%, 선택적으로 85~98%, 더욱 선택적으로 88~97.5%이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프가 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 두꺼운 영역의 접착층 두께는 7~15μm이고; 상기 얇은 영역의 접착층 두께는 두꺼운 영역의 접착층 두께의 15~40%이며; 상기 접착 테이프의 폭은 2~14mm이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프는 관통홀을 구비하고, 상기 관통홀은 접착 테이프의 중심선을 따라 행으로 분포되며, 행 간격은 5~15mm이고, 홀 직경은 100μm~1000μm이다. 이에 따라, 상기 관통홀은 접착 테이프의 인장 강도를 감소시킬 수 있고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프의 접착 강도는 ≥2N/m이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
임의의 실시형태에 있어서, 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되는 상기 두꺼운 영역의 두께의 평균 편차는 10% 이하, 선택적으로 8% 이하, 더욱 선택적으로 5% 이하이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
임의의 실시형태에 있어서, 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되는 상기 두꺼운 영역의 두께의 평균 편차는 10% 이하, 선택적으로 8% 이하, 더욱 선택적으로 5% 이하이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
임의의 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프의 색상은 황색, 갈색, 녹색, 청색 및 흰색을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 양극 탭과 음극 탭을 식별하므로 후속 작업에 편리하다.
본 발명의 제2 양태는 또한 이차 전지의 극판의 탭을 부착하기 위한 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프의 용도를 제공한다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 탭 가장자리를 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제3 양태는 또한 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프를 사용하여 이차 전지의 극판의 탭을 접착하는 방법으로서,
(1) 탭이 구비된 극판을 제공하는 단계; 및
(2) 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프를 사용하여 탭의 양측에서 접촉을 수행함으로써, 접착 테이프의 두꺼운 영역이 극판에 부착되는 동시에 얇은 영역이 탭의 단면을 피복하며, 탭 양측의 접착 테이프가 서로 합착되도록 하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
이에 따라, 상기 접착 테이프와 탭이 밀착 결합되어 탭과 셀 몸체의 접촉을 방지할 수 있으며, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제4 양태는 또한 이차 전지로서, 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프가 부착된 양극판 또는 음극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 제3 양태는 이차 전지로서, 본 발명의 제1 양태에 따른 양극 활물질 또는 본 발명의 제2 양태에 따른 방법에 의해 제조된 양극 활물질을 포함하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 제4 양태는 전지 모듈로서, 본 발명의 제3 양태에 따른 이차 전지를 포함하는 전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 제5 양태는 전지 팩으로서, 본 발명의 제4 양태에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지 팩을 제공한다.
본 발명의 제6 양태는 전기 장치로서, 본 발명의 제3 양태에 따른 이차 전지, 본 발명의 제4 양태에 따른 전지 모듈 또는 본 발명의 제5 양태에 따른 전지 팩으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기 장치를 제공한다.
본 발명의 접착 테이프는 특정 접착층 구조를 가지며, 상기 접착 테이프가 탭 가장자리를 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시키며; 또한 상기 접착 테이프가 특정 관통홀을 구비하여 접착 테이프의 인장 강도를 감소시킬 수 있고, 나아가 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지의 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 모듈의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 모식도이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지가 전원으로 사용되는 전기 장치의 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 모듈의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 모식도이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따른 전지 팩의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이차 전지가 전원으로 사용되는 전기 장치의 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 적절히 참조하여 본 발명의 음극판, 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치의 실시형태를 상세히 설명하고 구체적으로 개시한다. 그러나, 경우에 따라 불필요한 상세한 설명을 생략한다. 예를 들어, 공지 사항에 대한 상세한 설명 및 실제로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략되는 경우가 있다. 이는 하기 설명이 불필요하게 중복되는 것을 방지하고 당업자가 용이하게 이해하도록 하기 위한 것이다. 또한, 첨부된 도면 및 하기 설명은 당업자가 본 발명을 충분히 이해하도록 제공되는 것이며, 특허청구범위에 기재된 주제를 한정하기 위한 것이 아니다.
본 발명에 개시된 "범위”는 하한 및 상한의 형태로 한정되고, 주어진 범위는 하나의 하한 및 하나의 상한의 선택에 의해 한정되며, 선택된 하한 및 상한은 특정 범위의 경계를 한정한다. 이러한 방식으로 한정된 범위는 끝점 값을 포함하거나 포함하지 않을 수 있으며 임의로 조합될 수 있다. 즉, 임의의 하한과 임의의 상한이 조합되어 하나의 범위를 형성할 수 있다. 예를 들어, 60~120 및 80~110의 범위가 특정 매개변수에 대해 나열되는 경우, 60~110 및 80~120의 범위도 고려되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 최소 범위 값 1과 2가 나열되고 최대 범위 값 3, 4, 5가 나열되면 1~3, 1~4, 1~5, 2~3, 2~4 및 2~5의 모든 범위가 예상된다. 본 발명에서, 달리 명시되지 않는 한, 수치 범위 "a~b"는 a와 b 사이의 실수 조합의 축약된 표현을 나타내며, 여기서 a와 b는 모두 실수이다. 예를 들어, 수치 범위 "0~5"는 "0~5" 사이의 모든 실수가 본 명세서에 나열되었음을 의미하고 "0~5"는 이러한 수치 값의 조합을 축약한 표현일 뿐이다. 또한, 특정 매개변수가 ≥2인 정수로 표현되는 경우, 해당 매개변수가 예를 들어 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 등 정수임을 개시한 것과 같다.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 실시형태 및 선택적인 실시형태는 서로 조합하여 새로운 기술적 해결수단을 형성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 기술특징 및 선택적인 기술특징은 서로 조합하여 새로운 기술적 해결수단을 형성할 수 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명의 모든 단계는 순차적으로 수행될 수 있고 랜덤으로 수행될 수 있으며, 순차적으로 수행되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a) 및 (b)를 포함하고, 이는 상기 방법이 순차적으로 수행되는 단계 (a) 및 (b)를 포함할 수 있으며 순차적으로 수행되는 단계 (b) 및 (a)를 포함할 수도 있음을 나타낸다. 예를 들어, 언급된 상기 방법은 단계 (c)를 더 포함할 수 있고, 이는 단계 (c)가 상기 방법에 임의의 순서로 추가될 수 있음을 나타내는 바, 예를 들어, 상기 방법은 단계 (a), (b) 및 (c)를 포함할 수 있고, 단계 (a), (c) 및 (b)를 포함할 수도 있으며, 단계 (c), (a) 및 (b) 등을 포함할 수도 있다.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 언급된 "포괄” 및 "포함”은 개방형 및 폐쇄형을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 "포괄” 및 "포함”은 나열되지 않은 다른 성분을 더 포괄하거나 포함할 수 있고, 나열된 성분만 포괄하거나 포함하는 것을 나타낸다.
특별한 설명이 없는 한, 본 발명에서 용어 "또는”은 포괄적인 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 "A, B, 또는 A 및 B 양자”를 나타낸다. 보다 구체적으로, A는 참(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 부재)이며; A는 거짓(또는 부재)이고 B는 참(또는 존재)이며; 또는 A 및 B는 모두 참(또는 존재)인 조건 중 어느 하나는 조건 "A 또는 B"를 모두 만족한다.
이차 전지는 양극과 음극을 포함하고, 탭은 셀에서 양극과 음극을 리드하는 금속 도체로 통속적으로는 전지의 양극과 음극의 귀를 의미하며, 충방전 시 양극과 음극의 접점이다. 그러나 전지의 충방전 과정에서 탭이 셀 몸체에 접촉되어 셀이 단락되는 안전 위험이 존재한다. 종래 기술에서는 일반적으로 극판의 탭 영역에 하나의 절연층을 도포하여 탭이 구부러진 후 상기 절연층이 탭 본체를 셀 본체로부터 차단하여 탭과 셀 몸체 사이의 직접적인 접촉을 방지함으로써 셀 내부가 쉽게 단락되지 않도록 할 수 있으나, 탭 단면은 절연층에 의해 보호되지 않으므로 탭이 구부러진 후 탭 단면이 셀 몸체에 접촉하여 셀 단락이 발생한다. 따라서, 종래 기술의 탭 절연 방법은 여전히 개선되어야 한다. 본 발명은 상기 과제를 감안하여 안출된 것으로, 특정 접착층 구조를 가지며, 상기 접착 테이프가 탭 가장자리를 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능이 향상되는 전극 탭용 접착 테이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전지 탭용 접착 테이프
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명은 기재층 및 접착층을 포함하는 전극 탭용 접착 테이프로서, 상기 접착층에는 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되어 두꺼운 영역과 얇은 영역이 존재하고, 상기 두꺼운 영역은 접착 테이프의 일측 가장자리를 따라 분포되되, 상기 두꺼운 영역의 접착층 두께는 상기 얇은 영역의 접착층 두께보다 두꺼우며; 얇은 영역의 면적 대 두꺼운 영역의 면적 비율은 1:0.02~0.25, 선택적으로 1:0.025~0.18, 더욱 선택적으로 1:0.0275~0.125인 것을 특징으로 하는 접착 테이프를 제공한다.
메커니즘은 아직 명확하지 않으나, 본 발명자들은 본 발명의 접착 테이프를 통해 상기 접착 테이프에 특정 비율의 두꺼운 영역을 포함하는 접착층을 설정하고 상기 접착 테이프를 사용하여 탭 가장자리를 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능이 향상됨을 예기치 않게 발견하였다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착층의 폭 방향에서, 상기 접착 테이프의 폭을 기준으로, 상기 두꺼운 영역의 폭은 1~20%이고; 접착 테이프의 표면적을 기준으로, 상기 두꺼운 영역의 면적 점유율은 1~20%, 선택적으로 2~15%, 더욱 선택적으로 2.5~12%이며; 상기 얇은 영역의 면적 점유율은 80~99%, 선택적으로 85~98%, 더욱 선택적으로 88~97.5%이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프가 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 두꺼운 영역의 접착층 두께는 7~15μm이고; 상기 얇은 영역의 접착층 두께는 두꺼운 영역의 접착층 두께의 15~40%이며; 상기 접착 테이프의 폭은 2~14mm이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 얻어진 접착 테이프의 폭은 2~14mm이고; 두꺼운 영역의 폭은 1~2mm이며, 두께는 7~15um이고, 상기 접착 테이프의 표면적을 기준으로, 두꺼운 영역의 면적 점유율은 1%~20%이며; 얇은 영역의 폭은 0~13mm이고, 두께는 1~5um이다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프는 관통홀을 구비하고, 상기 관통홀은 접착 테이프의 중심선을 따라 행으로 분포되며, 행 간격은 5~15mm이고, 홀 직경은 100μm~1000μm이다. 이에 따라, 상기 관통홀은 접착 테이프의 인장 강도를 감소시킬 수 있고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프의 접착 강도는 ≥2N/m이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프의 접착 강도는 2N/m~100N/m이고, 인장 강도는 1Mpa~150Mpa이다.
일부 실시형태에 있어서, 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되는 상기 두꺼운 영역의 두께의 평균 편차는 10% 이하, 선택적으로 8% 이하, 더욱 선택적으로 5% 이하이다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되는 상기 두꺼운 영역은 점 형상으로 분포된 불연속적인 돌기를 구비한다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 보다 견고하게 탭에 접착되어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프의 접착층으로 사용되는 재료는 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 상기 접착 테이프의 접착층으로 사용되는 재료는 아크릴산-메타크릴산 공중합체, 아크릴산-크로톤산 공중합체, 아크릴산-이타콘산 공중합체, 아크릴산-말레산 공중합체, 아크릴산-메타크릴산메틸 공중합체, 아크릴산-메타크릴산에틸 공중합체, 아크릴산-n-부틸메타크릴레이트 공중합체, 아크릴산-이소부틸메타크릴레이트 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 아세테이트 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 말레산 무수물 개질된 폴리올레핀, 폴리(부타디엔-아크릴로니트릴), 스티렌-말레산 무수물 공중합체 등 중 하나 이상의 혼합물로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌-프로필렌 공중합체이다. 일반적으로 상기 재료와 톨루엔을 혼합하여 접착제를 제조하여 사용한다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프의 기재층으로 사용되는 재료는 일반적으로 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들어, 상기 접착 테이프의 기재층으로 사용되는 재료는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), PI(폴리이미드), BOPP(이축 배향 폴리프로필렌 필름)로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 PET이다.
일부 실시형태에 있어서, 기재층의 일측에 접착층을 코팅한 후, 타측에 이형제를 코팅하여 접착 테이프를 감거나 펼 때 서로 달라붙지 않도록 할 수 있다. 상기 이형제는 유기 실리콘 이형제, 불소 함유 이형제, 비실리콘 이형제 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 접착 테이프의 이형제는 비실리콘 이형제로부터 선택된다.
일부 실시형태에 있어서, 기재층의 표면에 이형제를 코팅하여 이형 필름을 형성한 후, 기재층의 다른 표면에 접착층을 코팅한다. 상기 이형 필름은 일반적으로 PET 이형 필름, PP 이형 필름, PE 이형 필름 등이며, 선택적으로 PET 이형 필름이다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프의 색상은 황색, 갈색, 녹색, 청색 및 흰색을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 양극 탭과 음극 탭을 식별하므로 후속 작업에 편리하다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 접착 테이프는 당업자에게 공지된 방법에 의해 제조된다. 일반적으로, 접착층 재료로 제조된 접착제를 이형 필름에 코팅하고 오븐에서 건조시킨 후, 이형 필름과 함께 말아 상기 접착 테이프를 얻는다. 상기 코팅은 딤플, 콤마, 슬릿 중 어느 하나의 방식으로 수행할 수 있다. 펌프 속도와 같은 코팅 매개변수를 제어하여 두꺼운 영역과 얇은 영역이 구비된 접착층을 코팅할 수 있다. 선택적으로, 먼저 기재층의 일측에 접착층을 코팅한 후, 기재의 타면에 이형제를 코팅하고, 오븐에 넣어 건조시킨 후 감는다. 여기서 이형제의 코팅 방식은 접착층의 코팅 방식과 동일하다.
일부 실시형태에 있어서, 감는 동안 이형 필름은 동시에 떼어지고 최종적으로 서로 다른 폭의 접착 테이프로 절단된다. 이를 통해 상기 이형 필름을 재활용하여 자원을 절약하고 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 또한 이차 전지의 극판의 탭을 부착하기 위한 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프의 용도를 제공한다. 이에 따라, 상기 접착 테이프는 탭 가장자리를 피복하여 탭과 셀 몸체의 접촉을 원천적으로 방지하고, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제3 양태는 또한 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프를 사용하여 이차 전지의 극판의 탭을 접착하는 방법으로서,
(1) 탭이 구비된 극판을 제공하는 단계; 및
(2) 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프를 사용하여 탭의 양측에서 접촉을 수행함으로써, 접착 테이프의 두꺼운 영역이 극판에 부착되는 동시에 얇은 영역이 탭의 단면을 피복하며, 탭 양측의 접착 테이프가 서로 합착되도록 하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
이에 따라, 상기 접착 테이프와 탭이 밀착 결합되어 탭과 셀 몸체의 접촉을 방지할 수 있으며, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버가 간섭하지 않도록 할 수 있어 이차 전지의 안전 성능을 향상시킨다.
본 발명의 제4 양태는 또한 이차 전지로서, 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프가 부착된 양극판 또는 음극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
이하에서는 도면을 적절히 참조하여 본 발명의 이차 전지, 전지 모듈, 전지 팩 및 전기 장치를 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에서는 이차 전지를 제공한다.
일반적으로, 이차 전지는 양극판, 음극판, 전해질 및 분리막을 포함한다. 전지의 충방전 과정에서, 활성 이온은 양극판과 음극판 사이에서 인터칼레이션 및 디인터칼레이션을 반복한다. 전해질은 양극판과 음극판 사이에서 이온을 전달하는 역할을 한다. 분리막은 양극판과 음극판 사이에 설치되어 주로 양극과 음극의 단락을 방지하는 역할을 하는 동시에 이온을 통과시킬 수 있다.
[양극판]
양극판은 양극 집전체 및 양극 집전체의 적어도 일면에 설치된 양극 필름층을 포함하고, 상기 양극 필름층은 본 발명의 제1 양태에 따른 양극 활물질을 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 양극판의 탭에는 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프가 부착된다.
예시로서, 양극 집전체는 자체의 두께 방향으로 대향하는 2개의 표면을 구비하고, 양극 필름층은 양극 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치된다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 양극 집전체는 금속 호일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일은 알루미늄 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 기재층 및 고분자 재료 기재층의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료(알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)에 의해 고분자 재료 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등의 기재)에 형성될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 양극 활물질은 본 기술분야에 공지된 전지용 양극 활물질을 사용할 수 있다. 예시로서, 양극 활물질은 올리빈(olivine) 구조의 리튬 함유 인산염, 리튬 전이 금속 산화물 및 이들 각각의 변성 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명은 이들 재료에 한정되지 않으며, 전지용 양극 활물질로서 사용될 수 있는 다른 통상적인 재료도 사용될 수 있다. 이러한 양극 활물질은 단독으로 사용되거나 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 여기서, 리튬 전이 금속 산화물의 예는 리튬 코발트 산화물(예: LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(예: LiNiO2), 리튬 망간 산화물(예: LiMnO2, LiMn2O4), 리튬 니켈 코발트 산화물, 리튬 망간 코발트 산화물, 리튬 니켈 망간 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 산화물(예: LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM333으로 약칭할 수도 있음), LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523으로 약칭할 수도 있음), LiNiO. 5Co0.25Mn0.25O2(NCM211로 약칭할 수도 있음), LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622로 약칭할 수도 있음), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811으로 약칭할 수도 있음), 리튬 니켈 코발트 알루미늄 산화물(예: LiNi0.85Co0.15Al0.05O2) 및 이의 변성 화합물 등 중 적어도 하나를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 올리빈 구조의 리튬 함유 인산염의 예는 리튬 인산철(LiFePO4(LFP로 약칭할 수도 있음)), 리튬 인산철과 탄소의 복합 재료, 인산망간리튬(LiMnPO4), 인산망간리튬 탄소와 복합 재료, 인산철망간리튬, 인산철망간리튬과 탄소의 복합 재료 중 적어도 하나를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
일부 실시형태에 있어서, 양극 필름층은 선택적으로 바인더를 더 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-프로필렌 삼원공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로 프로필렌-테트라플루오로에틸렌 삼원공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로 프로필렌 공중합체 및 불소 함유 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 양극 필름층은 선택적으로 도전제를 더 포함할 수 있다. 예시로서, 상기 도전제는 초전도성 탄소, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 탄소나노섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 양극판은 양극 활물질, 도전제, 바인더 및 임의의 다른 성분과 같은 양극판 제조를 위한 성분을 용매(예: N-메틸피롤리돈)에 분산시켜 양극 슬러리를 형성하고, 양극 슬러리를 양극 집전체에 코팅한 후, 건조, 냉간 압착 등의 공정을 거쳐 양극판을 얻는 방식을 통해 제조될 수 있다.
[음극판]
음극판은 음극 집전체 및 음극 집전체의 적어도 일면에 설치된 음극 필름층을 포함하고, 상기 음극 필름층은 음극 활물질을 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 양극판의 탭에 본 발명의 제1 양태에 따른 접착 테이프를 부착한다.
예시로서, 음극 집전체는 자체의 두께 방향으로 대향하는 2개의 표면을 구비하고, 음극 필름층은 음극 집전체의 대향하는 2개의 표면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 설치된다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 음극 집전체는 금속 호일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속 호일은 구리 호일을 사용할 수 있다. 복합 집전체는 고분자 재료 기재층 및 고분자 재료 기재의 적어도 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다. 복합 집전체는 금속 재료(구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금, 티타늄, 티타늄 합금, 은 및 은 합금 등)에 의해 고분자 재료 기재(예: 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 등 기재)에 형성될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 음극 활물질은 본 기술분야에 공지된 전지용 음극 활물질을 사용할 수 있다. 예시로서, 음극 활물질은 인조흑연, 천연흑연, 소프트카본, 하드카본, 실리콘계 재료, 주석계 재료 및 티탄산리튬 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 재료는 홑원소 실리콘, 실리콘 산화물(산화실리콘, 일산화실리콘 등), 실리콘 탄소 복합물, 실리콘 질소 복합물 및 실리콘 합금 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 주석계 재료는 원소 주석, 주석 산화물(산화주석) 및 주석 합금 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 그러나 본 발명은 이러한 재료에 한정되지 않으며, 전지의 음극 활물질로 사용 가능한 다른 통상적인 재료도 사용할 수 있다. 이러한 음극 활물질은 단독으로 사용하거나 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 음극 필름층은 선택적으로 바인더를 더 포함할 수 있다. 상기 바인더는 스티렌부타디엔고무(SBR), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(PAAS), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리비닐 알코올(PVA), 알긴산나트륨(SA), 폴리메타크릴산(PMAA), 아크릴레이트 및 카르복시메틸 키토산(CMCS) 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 음극 필름층은 선택적으로 도전제를 더 포함할 수 있다. 도전제는 초전도성 탄소, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 도트, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 탄소나노섬유 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 음극 필름층은 선택적으로 증점제(예: 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨(CMC-Na)) 등과 같은 기타 보조제를 더 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 음극판은 음극 활물질, 도전제, 바인더 및 임의의 다른 성분과 같은 음극판 제조를 위한 성분을 용매(예: 탈이온수)에 분산시켜 음극 슬러리를 형성하고; 음극 슬러리를 음극 집전체에 코팅하며, 건조, 냉간 압착 등 공정을 거쳐 제조될 수 있다.
[전해질]
전해질은 양극판과 음극판 사이에서 이온을 전달하는 역할을 한다. 본 발명은 전해질의 종류에 대해 구체적으로 한정하지 않는 바, 필요에 따라 선택할 수 있다. 예를 들어, 전해질은 액체, 젤 또는 모두 고체일 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 전해질은 전해액을 사용한다. 상기 전해액은 전해질 염 및 용매를 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 전해질 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 퍼클로레이트(LiClO4), 리튬 헥사플루오로비산염(LiAsF6), 리튬 비스플루오로술포닐이미드(LiFSI), 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐이미드(LiTFSI), 리튬 트리플루오로메탄술포네이트(LiTFS), 리튬 디플루오로포스페이트(LiDFOB), 리튬 디플루오로옥살레이트 보레이트(LiBOB), 리튬 디옥살레이트 보레이트(LiPO2F2), 리튬디플루오로디옥살레이트 포스페이트(LiDFOP) 및 리튬 테트라플루오로옥살레이트 포스페이트(LiTFOP) 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 용매는 플루오로 에틸렌 카보네이트(FEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸 프로필 카보네이트(MPC), 에틸 프로필 카보네이트(EPC), 부틸렌 카보네이트(BC), 메틸 포르메이트(MF), 메틸 아세테이트(MA), 에틸 아세테이트(EA), 프로필 아세테이트(PA), 메틸 프로피오네이트(MP), 에틸 프로피오네이트(EP), 프로필 프로피오네이트(PP), 메틸 부티레이트(MB), 에틸 부티레이트(EB), 1,4-부티로락톤(GBL), 술포란(SF), 디메틸 술폰(MSM), 메틸 에틸 술폰(EMS) 및 디에틸 술폰(ESE) 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 전해액은 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 첨가제는 음극 성막 첨가제, 양극 성막 첨가제를 포함할 수 있고, 전지의 과충전 성능을 개선하기 위한 첨가제, 전지의 고온 또는 저온 성능을 개선하기 위한 첨가제와 같은 전지의 특정 성능을 개선할 수 있는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
[분리막]
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 분리막을 더 포함한다. 본 발명은 분리막의 종류에 특별한 제한은 없으며, 화학적 안정성 및 기계적 안정성이 우수한 공지된 다공성 구조의 분리막을 선택할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 분리막의 재질은 유리 섬유, 부직포, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 분리막은 단층 필름 또는 다층 복합 필름일 수 있으나 이에 특별히 한정되지 않는다. 분리막이 다층 복합 필름인 경우, 각 층의 재질은 동일하거나 상이할 수 있으나 이에 특별히 한정되지 않는다.
일부 실시형태에 있어서, 양극판, 음극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 어셈블리로 제조될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 외부 포장을 포함할 수 있다. 상기 외부 포장은 상기 전극 어셈블리 및 전해질의 패키징을 위한 것이다.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지의 외부 포장은 경질 플라스틱 케이스, 알루미늄 케이스, 스틸 케이스 등과 같은 경질 케이스일 수 있다. 리튬 이온 전지의 외부 포장은 가방형 소프트 패키지와 같은 소프트 패키지일 수도 있다. 소프트 패키지의 재질은 플라스틱일 수 있으며, 플라스틱의 예로는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 숙시네이트 등이 있다.
본 발명은 이차 전지의 형상에 대해 특별히 한정하지 않는 바, 원기둥형, 직사각형 또는 다른 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 1은 하나의 예시적인 직사각형 구조의 이차 전지(5)를 도시한다.
일부 실시형태에 있어서, 도 2를 참조하면, 외부 포장은 케이스(51) 및 커버판(53)을 포함할 수 있다. 여기서, 케이스(51)는 바닥판과 바닥판에 연결된 측판을 포함할 수 있고, 바닥판과 측판은 둘러싸여 수용 캐비티를 형성한다. 케이스(51)는 수용 캐비티와 연통하는 개구를 갖고, 커버판(53)은 상기 개구에 씌움 설치되어 상기 수용 캐비티를 밀폐시킬 수 있다. 양극판, 음극판 및 분리막은 권취 공정 또는 적층 공정을 통해 전극 어셈블리(52)로 형성될 수 있다. 전극 어셈블리(52)는 상기 수용 캐비티 내에 패키징된다. 전해액은 전극 어셈블리(52)에 침윤된다. 이차 전지(5)에 포함되는 전극 어셈블리(52)의 개수는 하나 이상일 수 있고, 이는 당업자가 구체적인 필요에 따라 선택할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 이차 전지는 전지 모듈로 조립될 수 있고, 전지 모듈에 포함된 이온 전지의 개수는 하나 이상일 수 있으며, 이는 당업자가 전지 모듈의 응용 및 용량에 따라 선택할 수 있다.
도 3은 하나의 예시적인 전지 모듈(4)을 도시한다. 도 3을 참조하면, 전지 모듈(4)에서, 복수의 이차 전지(5)는 전지 모듈(4)의 길이 방향에 따라 순차적으로 배열 설치될 수 있다. 물론, 다른 임의의 방식에 따라 배열될 수도 있다. 또한, 체결구를 통해 상기 복수의 이차 전지(5)를 고정할 수 있다.
선택적으로, 전지 모듈(4)은 수용 공간을 갖는 케이스를 더 포함할 수 있고, 복수의 이차 전지(5)는 상기 수용 공간에 수용된다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 전지 모듈은 또한 전지 팩으로 조립될 수 있고, 전지 팩에 포함된 전지 모듈의 개수는 하나 이상일 수 있으며, 이는 당업자가 전지 팩의 응용 및 용량에 따라 선택할 수 있다.
도 4 및 도 5는 하나의 예시적인 전지 팩(1)을 도시한다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 전지 팩(1)은 전지 박스 및 전지 박스에 설치된 복수의 전지 모듈(4)을 포함할 수 있다. 전지 박스는 상부 박스체(2) 및 하부 박스체(3)를 포함하며, 상부 박스체(2)는 하부 박스체(3)에 씌움 설치될 수 있고, 전지 모듈(4)을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 복수의 전지 모듈(4)은 임의의 방식에 따라 전지 박스에 배열될 수 있다.
이 밖에, 본 발명은 또한 전기 장치를 제공한다. 상기 전기 장치는 본 발명에서 제공되는 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩 중 하나 이상을 포함한다. 상기 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩은 상기 장치의 전원으로 사용될 수 있거나, 상기 전기 장치의 에너지 저장 유닛으로 사용될 수 있다. 상기 전기 장치는 이동 기기(예: 핸드폰, 노트북 컴퓨터 등), 전기 자동차(예: 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 플러그인 하이브리드 전기 자동차, 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 골프 카트, 전기 트럭 등), 전기 기차, 선박 및 위성, 에너지 저장 시스템 등일 수 있지만 이에 한정되지 않는다.
상기 전기 장치는 사용 필요에 따라 이차 전지, 전지 모듈 또는 전지 팩을 선택할 수 있다.
도 6은 하나의 예시적인 전기 장치를 도시한다. 상기 전기 장치는 순수 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 플러그인 하이브리드 전기 자동차 등이다. 이차 전지의 고전력 및 고에너지 밀도에 대한 상기 전기 장치의 요구를 만족시키기 위해, 전지 팩 또는 전지 모듈을 사용할 수 있다.
다른 예시로서, 장치는 핸드폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 등일 수 있다. 상기 장치는 통상적으로 가볍고 얇아야 하므로, 이차 전지를 전원으로 사용할 수 있다.
실시예
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제, 기술적 해결수단 및 유익한 효과가 보다 명확해지도록, 본 발명을 실시예 및 첨부된 도면과 함께 아래에서 더 상세히 설명한다. 실시예는 본 발명의 실시예들 중 일부일 뿐 전부가 아님은 자명하다. 적어도 하나의 예시적인 실시예에 대한 하기 설명은 실질적으로 단지 예시적인 것일 뿐 본 발명 및 이의 응용에 대한 어떠한 한정도 아니다. 본 발명의 실시예를 기반으로 창의적인 노력 없이 당업자에 의해 획득된 다른 모든 실시예는 모두 본 발명의 범위 내에 속한다.
실시예에 특정 기술이나 조건이 명시되지 않은 경우 본 기술분야의 문헌에 설명된 기술이나 조건, 또는 제품 설명서에 따라 수행한다. 제조업체가 명시되지 않은 시약이나 기기는 시중에서 구할 수 있는 통상적인 제품이다.
테스트 방법
A) 접착 테이프의 접착 강도
국가 표준 GB/T 2792-2014를 참조하여 측정하였다.
구체적으로, 알루미늄 호일을 강판에 부착한 후, 접착 테이프를 알루미늄 호일에 부착하고, 180°에서 박리력을 테스트하되, 해당 박리력 값을 접착 테이프의 접착 강도로 정의할 수 있다. (비고: 알루미늄 호일은 접착 테이프 폭보다 넓음)
B) 접착 테이프의 인장 강도
국가 표준 GB/T 30776-2014를 참조하여 측정하였다.
구체적으로, 길이 60mm의 접착 테이프를 취하여 인장기에 놓고 클램프를 사용하여 상하로 각각 10mm 클램핑하고, 인장을 위해 중간에 40mm 보류하였다. 얻어진 인장 응력은 접착 테이프의 인장 강도이다.
가, 접착 테이프의 제조
실시예 1.7: 두꺼운 영역의 폭이 2mm인 접착 테이프의 제조
먼저 스테인리스 스틸 반응기에서 GB/T 36214.2-2018에 따라 측정된 중량 평균 분자량이 8W인 에틸렌-프로필렌 공중합체 10kg을 10L 톨루엔과 혼합하고, 40℃에서 3시간 동안 교반하여 접착제를 얻었다. 그 후, 얻어진 접착제를 슬릿 코터를 사용하여 폭 14mm의 PET 이형 필름에 코팅하되, 슬릿 코터의 일측 펌프 속도를 14턴/min으로 설정하여 폭 2mm, 두께가 6±1.5um으로 제어된 두꺼운 영역을 얻고, 슬릿 코터의 타측 펌프 속도를 20턴/min으로 설정하여 폭 12mm, 두께가 1.5±1um으로 제어된 얇은 영역을 얻었다. 그 후 상기 접착 테이프를 오븐에서 15min 동안 건조시킨 후 감아 상기 접착 테이프를 얻었다.
두꺼운 영역의 폭이 2mm이고, 두께가 6μm인 접착 테이프를 얻되, 두꺼운 영역의 면적 점유율은 상기 접착 테이프의 표면적을 기준으로 14.2%이고; 얇은 영역의 폭은 12mm, 두께는 1.5um이다. 접착층의 접착 강도는 9N/m이고, 인장 강도는 10Mpa이다.
실시예 1.2~1.4의 접착 테이프 및 비교예 1.1의 접착 테이프의 제조 방법은 실시예 1의 접착 테이프의 제조 방법과 유사하나, 접착 테이프의 두꺼운 영역의 매개변수 및 접착 테이프의 홀 매개변수가 조정되었으며, 상이한 제품 매개변수를 표 1에 자세히 나타내었다.
각 실시예와 비교예의 접착 테이프의 관련 매개변수 및 성능
| 실시예 번호 | 두꺼운 영역 | 얇은 영역 | 접착 테이프 폭 | 홀 | 두꺼운 영역의 면적 점유율/% | 접착 강도 N/m |
인장 강도 Mpa |
||
| 폭mm | 두께um | 두께um | mm | 크기 um | 행 간격mm | ||||
| 비교예 1.1 | 14 | 8 | 0 | 14 | 없음 | 100 | 8 | 10 | |
| 비교예 1.2 | 5 | 14 | 0 | 5 | 없음 | 100 | 22 | 21 | |
| 실시예 1.1 | 14 | 14 | 0 | 14 | 없음 | 없음 | 100 | 12 | 13 |
| 실시예 1.2 | 14 | 13 | 0 | 14 | 없음 | 없음 | 100 | 15 | 16 |
| 실시예 1.3 | 14 | 8 | 0 | 14 | 없음 | 없음 | 100 | 20 | 20 |
| 실시예 1.4 | 10 | 8 | 0 | 10 | 없음 | 없음 | 100 | 13 | 11 |
| 실시예 1.5 | 6 | 8 | 0 | 6 | 없음 | 없음 | 100 | 11 | 9 |
| 실시예 1.6 | 4 | 8 | 0 | 4 | 없음 | 없음 | 100 | 10 | 8 |
| 실시예 1.7 | 2 | 6 | 1.5 | 14 | 없음 | 없음 | 14.2 | 9 | 10 |
| 실시예 1.8 | 2 | 6 | 2.5 | 14 | 없음 | 없음 | 14.2 | 10 | 11 |
| 실시예 1.9 | 2 | 6 | 3.5 | 14 | 없음 | 없음 | 14.2 | 11 | 12 |
| 실시예 1.10 | 2 | 6 | 2.5 | 14 | 200 | 5 | 14.2 | 6 | 10 |
| 실시예 1.11 | 2 | 6 | 2.5 | 14 | 200 | 15 | 14.2 | 8 | 13 |
| 실시예 1.12 | 2 | 6 | 2.5 | 14 | 800 | 5 | 14.2 | 5 | 6 |
| 실시예 1.13 | 2 | 6 | 2.5 | 14 | 800 | 15 | 14.2 | 9 | 8 |
나, 이차 전지의 제조실시예 1
1) 양극판의 제조(제조 실시예 1.1의 접착 테이프로 탭 부착)
양극 활물질인 리튬 인산철, 도전제인 아세틸렌 블랙, 바인더인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 96.5:1.5:2의 중량비로 용매인 N-메틸피롤리돈(NMP)에 용해시키고, 충분히 교반하고 균일하게 혼합하여 양극 슬러리를 얻었으며; 이후 양극 슬러리를 양극 집전체에 균일하게 코팅한 후, 건조, 냉간 압착, 슬리팅을 거쳐 양극판을 얻었다.
다이커팅기를 사용하여 극판을 절단하여 높이 25mm, 폭 45mm의 양극 탭을 얻고; 그 후 제조 실시예 1.1의 접착 테이프로 탭을 부착하되, 접착 테이프의 두꺼운 영역이 양극판의 활물질 영역에 부착되도록 하였다.
2) 음극판의 제조(제조 실시예 1.1의 접착 테이프로 탭 부착)
활물질인 인조 흑연, 도전제인 아세틸렌 블랙, 바인더인 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 증점제인 소디움 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 95:2:2:1의 중량비에 따라 용매인 탈이온수에 용해시키고, 용매인 탈이온수와 균일하게 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였으며; 그 후 음극 슬러리를 음극 집전체의 구리 호일에 균일하게 코팅하고, 건조하여 음극 다이어프램을 얻은 후 냉간 압착, 슬리팅을 거쳐 음극판을 얻었다.
다이커팅기를 사용하여 극판을 절단하여 높이 25mm, 폭 45mm의 음극 탭을 얻고; 그 후 제조 실시예 1.1의 접착 테이프로 탭을 부착하되, 접착 테이프의 두꺼운 영역이 음극판의 활물질 영역에 부착되도록 하였다.
1) 분리막
폴리에틸렌 필름을 분리막으로 사용하였다.
2) 전해액의 제조
1M LiPF6을 EC:EMC:DMC=1:1:1로 구성된 용액에 용해시켰다.
3) 전지의 제조
양극판, 분리막 및 음극판을 순차적으로 적층하고 분리막이 양극과 음극의 중간에 위치하여 분리 역할을 하도록 한 후, 권취하여 전극 어셈블리를 얻고; 전극 어셈블리를 전지 케이스에 넣어 건조한 후 전해액을 주입하고, 그 후 포메이션, 방치 등 공정을 거쳐 리튬 이온 전지를 제조하였다.
실시예 2~14의 이차 전지와 비교예 1.1~1.2의 이차 전지의 제조 방법은 실시예 1의 이차 전지의 제조 방법과 유사하나, 실시예 1.2~14의 접착 테이프와 비교예 1.1~1.2의 접착 테이프를 사용하고, 상이한 제품 매개변수를 표 1에 자세히 나타내었다.
비교예 2
이차 전지의 제조 방법은 실시예 1의 이차 전지의 제조 방법과 유사하나, 양극 탭과 음극 탭 모두에 본 발명의 접착 테이프를 부착하지 않았다.
다, 전지 성능 테스트
1. 셀 단락 불량률 테스트:
NS200형 절연 저항 시험기(Telster에서 구입)를 사용하여 절연 저항 값을 측정하였다. 측정된 오믹 임피던스 값이 ＜10Ω인 경우 셀이 단락된 것으로 판단하고, 단락된 셀의 수를 계수하여 단락된 셀의 수를 총 셀 수(N=50000)로 나누어 얻은 값을 불량률로 하였다.
2. 간섭율 테스트:
조립된 베어셀을 케이스에 삽입 장착하여 케이스에 정상적으로 삽입되지 않고 탑 커버가 알루미늄 케이스와 용접되지 않을 경우 간섭으로 판단하였다. 여기서,
간섭율(%) n = A/B
A: 케이스에 삽입될 수 없는 셀 수
B: 제조된 총 셀 수
라, 각 실시예, 비교예의 테스트 결과
상기 방법에 따라 각 실시예와 비교예의 전지를 각각 제조하고, 각 성능 매개변수를 측정하여 결과를 표 2에 나타내었다.
| 번호 | 탑 커버의 원활한 장착 여부 | 간섭율 발생 % | 안전 성능 불량률 % |
| 비교예 1.1 | 아니오 | 68% | 0.01% |
| 비교예 1.2 | 아니오 | 70% | 0.01% |
| 비교예 2 | 아니오 | 0% | 2% |
| 실시예 1 | 아니오 | 72% | 0.01% |
| 실시예 2 | 아니오 | 75% | 0.01% |
| 실시예 3 | 아니오 | 78% | 0.01% |
| 실시예 4 | 아니오 | 70% | 0.01% |
| 실시예 5 | 아니오 | 65% | 0.01% |
| 실시예 6 | 아니오 | 61% | 0.01% |
| 실시예 7 | 아니오 | 10% | 0.001% |
| 실시예 8 | 예 | 14% | 0.001% |
| 실시예 9 | 예 | 16% | 0.001% |
| 실시예 10 | 예 | 0.2% | 0% |
| 실시예 11 | 예 | 0.5% | 0% |
| 실시예 12 | 예 | 0% | 0% |
| 실시예 13 | 예 | 0.2% | 0% |
실시예 1~6과 비교예 1의 비교를 통해, 접착 테이프에 모두 두꺼운 접착층이 코팅된 경우, 극판 가장자리에 접착한 후, 셀이 탑 커버에 삽입될 때 간섭율이 높아 가공 및 제조에 불리하며, 접착층 두께가 두꺼울 수록 간섭율이 커짐을 알 수 있다. 실시예 7~9와 비교예 1의 비교를 통해, 접착 테이프에 얇은 접착층이 코팅된 경우, 극판 가장자리에 접착한 후, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버의 간섭율이 낮으며, 접착층이 얇을 수록 간섭율이 작아짐을 알 수 있다.
실시예 10~13과 실시예 7~9의 비교를 통해, 접착 테이프를 펀칭하고, 극판 가장자리에 접착한 후, 셀이 케이스에 삽입될 때 탑 커버의 간섭율이 매우 낮으며, 펀칭 홀 직경이 800um이고, 행 간격이 5mm일 때 비율이 0이 되어 효과가 최적임을 알 수 있다.
비교예 및 실시예로부터, 극판에 접착한 후, 셀 불량률이 0으로 감소됨을 알 수 있다. 접착은 셀의 안전 성능 향상에 매우 우수한 보호 역할을 한다.
이 밖에, 표 1의 데이터로부터 접착층이 모두 두꺼운 접착층인 경우, 접착력이 넓을 수록 인장 강도도 커지고, 얇은 접착층이 코팅된 경우, 인장 강도는 감소하며, 접착 테이프를 펀칭한 후, 접착력과 인장 강도는 모두 감소하나 모두 공정 및 사용 요구를 만족할 수 있음을 보아낼 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다는 점에 유의해야 한다. 본 발명의 기술적 해결수단의 범위 내에서 기술적 사상과 동일한 구성을 갖고 동일한 작용 및 효과를 발휘하는 실시형태는 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자가 생각해낼 수 있는 다양한 변형을 실시형태에 가할 수 있고, 실시형태 중의 일부 구성 요소를 조합하여 구성된 다른 형태도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
1: 전지 팩; 2: 상부 박스체; 3: 하부 박스체; 4: 전지 모듈; 5: 이차 전지; 51: 케이스; 52: 전극 어셈블리; 53: 탑 커버 어셈블리.
Claims (14)
- 기재층 및 접착층을 포함하는 전극 탭용 접착 테이프로서,
상기 접착층에는 접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되어 두꺼운 영역과 얇은 영역이 존재하고, 상기 두꺼운 영역은 접착 테이프의 일측 가장자리를 따라 분포되되, 상기 두꺼운 영역의 접착층 두께는 상기 얇은 영역의 접착층 두께보다 두꺼우며; 얇은 영역의 면적 대 두꺼운 영역의 면적 비율은 1:0.02~0.25, 선택적으로 1:0.025~0.18, 더욱 선택적으로 1:0.0275~0.125인 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 제1항에 있어서,
상기 접착층의 폭 방향에서, 상기 접착 테이프의 폭을 기준으로, 상기 두꺼운 영역의 폭은 1~20%이고; 접착 테이프의 표면적을 기준으로, 상기 두꺼운 영역의 면적 점유율은 1~20%, 선택적으로 2~15%, 더욱 선택적으로 2.5~12%이며; 상기 얇은 영역의 면적 점유율은 80~99%, 선택적으로 85~98%, 더욱 선택적으로 88~97.5%인 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 두꺼운 영역의 접착층 두께는 7~15μm이고; 상기 얇은 영역의 접착층 두께는 두꺼운 영역의 접착층 두께의 15~40%이며; 상기 접착 테이프의 폭은 2~14mm인 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접착 테이프는 관통홀을 구비하고, 상기 관통홀은 접착 테이프의 중심선을 따라 행으로 분포되며, 행 간격은 5~15mm이고, 홀 직경은 100μm~1000μm인 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접착 테이프의 접착 강도는 ≥2N/m인 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되는 상기 두꺼운 영역의 두께의 평균 편차는 10% 이하, 선택적으로 8% 이하, 더욱 선택적으로 5% 이하인 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
접착 테이프의 일측 가장자리로부터 폭 방향으로 연장되는 상기 두꺼운 영역은 점 형상으로 분포된 불연속적인 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접착 테이프의 색상은 황색, 갈색, 녹색, 청색 및 흰색을 포함하나 이에 한정되지 않는 것을 특징으로 하는 접착 테이프. - 이차 전지의 극판의 탭을 부착하기 위한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 접착 테이프의 용도.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 접착 테이프를 사용하여 이차 전지의 극판의 탭을 접착하는 방법으로서,
(1) 탭이 구비된 극판을 제공하는 단계; 및
(2) 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 접착 테이프를 사용하여 탭의 양측에서 접촉을 수행함으로써, 접착 테이프의 두꺼운 영역이 극판에 부착되는 동시에 얇은 영역이 탭의 단면을 피복하며, 탭 양측의 접착 테이프가 서로 합착되도록 하는 단계를 포함하는 방법. - 이차 전지로서,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 접착 테이프가 부착된 양극판 또는 음극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 전지 모듈로서,
제11항에 따른 이차 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 모듈. - 전지 팩으로서,
제12항에 따른 전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩. - 전기 장치로서,
제11항에 따른 이차 전지, 제12항에 따른 전지 모듈 또는 제13항에 따른 전지 팩으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
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