WO2011078455A1 - 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법 및 다층 금속 클래드재 및 전지 내 리드재 - Google Patents

다층 금속 클래드재를 제조하는 방법 및 다층 금속 클래드재 및 전지 내 리드재 Download PDF

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양승호
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Definitions

  • the present invention relates to a lead material that can be produced by using a battery lead material manufacturing method, in particular, a clad material formed by performing a plasma surface activation treatment.
  • a lithium ion secondary battery or a nickel hydride battery is composed of a metal case forming an outside and an electrolyte solution, a current collector, a positive electrode terminal, and a negative electrode terminal inside the case.
  • the current collector is configured by stacking a positive electrode, a separator, and a negative electrode in order, and the current collector is wound and positioned inside the metal case.
  • the positive electrode and the positive electrode terminal, the negative electrode and the negative electrode terminal are electrically connected by the positive lead and the negative lead, respectively.
  • miniaturization and high energy density of batteries have been demanded as high performance of electrical appliances and expansion of battery applications have been demanded. Therefore, miniaturization and thinning of each component constituting the battery are required, but when the miniaturization or thinning of the components is made, there is a problem in that electrical resistance is increased to generate electrical energy loss.
  • the anode lead and the cathode lead are made of a material having excellent electrical characteristics.
  • miniaturization and thinning of the current collector, the positive electrode lead, and the negative electrode lead act as a factor that hinders electrical characteristics.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a lithium secondary battery lead material having corrosion resistance to an electrolyte, excellent electrical characteristics, and no burr generated during processing.
  • the present invention has a corrosion resistance to the electrolyte by using a process for producing a precision layered composite material by low rolling after plasma activation surface treatment to solve the above problems, excellent electrical properties, and generates a burr during processing
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a lithium secondary battery lead material that is not available.
  • the present invention relates to a method for producing a multilayer metal clad material that clads a metal overlay material metal foil on both sides of a base metal foil by using a clad material manufacturing process by continuous mass production vacuum plasma treatment.
  • a method for producing a multilayer metal clad material that clads a metal overlay material metal foil on both sides of a base metal foil by using a clad material manufacturing process by continuous mass production vacuum plasma treatment.
  • -0087755 and the surface of the third metal foil to the plasma activation and low pressure rolling plasma power 1.0 ⁇ 1.5kw, gas flow rate 500 ⁇ 600sccm, roll speed 250 ⁇ 300m / min, pressure 1 ⁇ 1.5kgf / cm conditions It is characterized by manufacturing a multi-layer clad material through.
  • the base metal Since the clad material manufactured by the present invention is used for the anode lead and the cathode lead, the base metal has excellent electrical conductivity, and uses inexpensive copper, and the overlay material metal is made of multilayer clad material using nickel having excellent corrosion resistance. , The purity of the base metal is 99% or more copper, the purity of the overlay material metal is preferably 99% nickel or more.
  • the thickness of the multi-layer cladding is 100 microns or less for the function as the anode lead and the cathode lead, and the burr height is 50 microns or less in order to prevent damage to battery internal materials and deterioration of battery characteristics due to burr generation.
  • the method of manufacturing a multilayer metal clad material using a cladding material manufacturing process by a continuous mass production vacuum plasma treatment is shortened and expensive because the multilayer metal cladding material is manufactured without additional cold rolling and heat treatment processes.
  • the cost reduction of metal use can be expected.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a method of manufacturing a multilayer clad material by continuous mass production vacuum plasma treatment for printed circuit board applications.
  • the metal-metal-metal clad material manufacturing process includes a primary clad metal foil (KK2003-0087755) and 3 Multi-layered metal clad material through plasma irradiation on the surface of metal foil and plasma activation 1.0 ⁇ 1.5kw, gas flow 500 ⁇ 600sccm, roll speed 250 ⁇ 300m / min, pressure 1 ⁇ 1.5kgf / cm As a method of manufacturing, conventional cold rolling and heat treatment is unnecessary.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining a metal-metal-metal clad material manufacturing process method by a continuous vacuum plasma treatment for applying a lithium ion secondary battery lead material.
  • the cladding method of the metal-metal-metal cladding material according to an embodiment of the present invention, the first and second portions (1) and the second portion (2) by the plasma treatment continuously rolling part 3
  • the clad metal-metal cladding material (4) is passed through the low pressure rolling roll (3).
  • the cladding material which passed the low pressure rolling roll 3 is wound up.
  • the wound two-layer cladding material is added again to prepare a multilayer cladding material through the third metal foil, plasma surface treatment, and low pressure rolling.
  • the present invention provides a method wherein nickel is used as the first metal foil and the third metal foil, and copper is used as the second metal foil.
  • the clad material is used as a cathode lead and an anode lead in a lithium ion secondary battery, and is used in a battery capable of conducting a high current without corrosion to the electrolyte.
  • a multilayer clad material is manufactured through plasma surface treatment and low rolling, and properties and shapes are measured. Measurement of burr generation according to the thickness of nickel in the production of positive electrode lead and negative electrode lead, fabrication of lithium ion secondary battery, test of excess current after connection to low resistance circuit, and data on electrical and heating characteristics Collect it.
  • Example 1 From the results shown in Table 1, it can be seen that in the case of Example 1, the burr height is reduced than the burr height of the comparative example. In the case of Example 2, the burr height was controlled more effectively than the comparative example using pure nickel with an average height of 17 microns. For Example 3, the average burr height was measured at 23 microns, similar to that of Example 1. In the case of Example 4, the burr height was most effectively suppressed, and it was found to have a burr prevention effect.
  • the cladding material composed of copper and nickel is used as the positive electrode lead and the negative electrode lead, it is possible to reduce the electric resistance value compared with the positive electrode lead and the negative electrode lead made of conventional pure nickel.
  • the method of manufacturing a multilayer metal clad material using a cladding material manufacturing process by a continuous mass production vacuum plasma treatment is shortened and expensive because the multilayer metal cladding material is manufactured without additional cold rolling and heat treatment processes.
  • the cost reduction of metal use can be expected.

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Abstract

본 발명은 리튬 이온 2차 전지 리드재 사용되는 다층 금속 클래드재의 제조방법에 관한 것으로, 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 클래드재 제조공정을 이용하여 모재 금속박 양면에 오버레이재 금속박을 클래딩하는 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법에 있어서, 1차 클래딩된 금속박 (공지기술 특 2003-0087755)과 제3 금속박 표면에 플라즈마를 조사하여 표면 활성화처리 및 저압 압연 시 Plasma Power 1.0~1.5kw, Gas flow rate 500~600sccm, Roll Speed 5m/min, Tension 1~1.5kgf/cm 조건을 통해 다층 클래드재를 제조하여 대전류 통전이 가능한 우수한 전기적 특성을 가지고, Burr가 발생되지 않고 에너지 로스 및 발열에 의한 손상을 방지할 수 있는 전지용 리드재 제조를 특징으로 한다. 아울러, 본 발명은 클래드재의 재료는 구리(Cu), 니켈(Ni)인 것을 특징으로 하는 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법임을 특징으로 한다.

Description

다층 금속 클래드재를 제조하는 방법 및 다층 금속 클래드재 및 전지 내 리드재
본 발명은, 전지용 리드재 제조방법, 특히 플라즈마 표면 활성화처리를 함으로써 형성된 클래드재를 이용함으로써, 제조할 수 있는 리드재에 관한 것이다.
리튬 이온 2차 전지나 니켈 수소 전지는 외부를 형성하는 금속 케이스와 케이스 내부에 전해액, 집전체, 양극단자 및 음극단자로 구성된다. 상기 집전체는 양극과 세퍼레이터와 음극을 차례대로 적층하여 구성되어 있고, 집전체가 권취되어 금속 케이스 내부에 위치한다. 상기 양극과 양극단자, 음극과 음극단자는 각각 양극리드 및 음극리드에 의해 전기적으로 연결된다.
최근에, 전기제품의 고성능화나 전지 용도의 확대에 따라 전지의 소형화 및 고에너지 밀도화가 요구되고 있다. 따라서, 전지를 구성하는 각 부품의 소형화 및 박형화가 필요하나, 부품의 소형화나 박형화가 이루어질 경우 전기저항이 증대하여 전기적 에너지 로스가 발생되는 문제가 있다. 또한, 제품의 고기능성 및 고출력화를 만족하기 위해 양극리드 및 음극리드는 전기적 특성이 우수한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 그러나 상기 집전체, 양극리드 및 음극리드를 소형화 및 박형화하는 것은 전기적 특성을 저해하는 요소로 작용한다. 따라서, 양극리드 및 음극리드의 소형화, 박형화가 가능한, 전기적 특성 및 내식성이 우수한 재료의 개발이 요구되고 있다. 이러한 이유로 양극리드 및 음극리드 재료로 순니켈이 사용되고 있다. 그러나 순니켈은 가격이 비싸고, 가공 시 버(Burr) 발생을 만들어 내기 쉬운 난점이 있다. 버(Burr)가 발생할 경우 전지 내부재를 손상하기 쉽고, 전지 특성을 저하하며, 전지 제조 시 불량의 원인으로 작용한다. 그러므로 양극리드 및 음극리드의 재료로 소형화 및 박형화가 가능하고, 전기저항이 작으며, 내식성이 우수하고, 가공 시 버(Burr)가 발생되지 않는 재료의 개발이 바람직하다.
본 발명은 상기 과제 해결을 위해서 전해질에 대한 내식성을 가지고, 전기적 특성이 우수하며, 가공 시 버(Burr)가 발생되지 않는 리튬 2차 전지 리드재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제 해결을 위해서 플라즈마 활성화 표면처리를 거친 후 저압압연으로 정밀층상복합 소재를 제조하는 공정을 이용하여 전해질에 대한 내식성을 가지고, 전기적 특성이 우수하며, 가공 시 버(Burr)가 발생되지 않는 리튬 2차 전지 리드재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 클래드재 제조공정을 이용하여 모재 금속박 양면에 금속 오버레이재 금속박을 클래딩하는 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법에 있어서, 1차 클래딩된 금속박 (공지기술 특 2003-0087755)과 제3 금속박 표면에 플라즈마를 조사하여 표면 활성화처리 및 저압 압연 시 플라즈마 전력 1.0~1.5kw, 가스 유량 500~600sccm, 롤 속도 250~300m/min, 압력 1~1.5kgf/cm 조건을 통해 다층 클래드재를 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 제조된 클래드재는 양극리드 및 음극리드에 사용되므로 모재 금속은 전기 전도성이 우수하며, 가격이 저렴한 동을 이용하고, 오버레이재 금속은 내식성이 우수한 니켈을 사용하여 다층 클래드재를 구성하였다, 모재 금속의 순도는 동 99% 이상, 오버레이재 금속의 순도는 니켈 99%이상 인 것이 바람직하다.
또한, 양극리드 및 음극리드로써의 기능 발휘를 위하여 다층 클래드의 두께는 100미크론 이하이며, 버(Burr) 발생으로 인한 전지 내부재의 손상 및 전지 특성 저하를 방지하기 위하여 버(Burr) 높이는 50미크론 이하로 제한한다.
본 발명에 따른, 연속양산 진공 플라즈마 처리에 의한 클래드재 제조 공정을 이용한 다층 금속 클래드재 제조방법은, 별도의 냉간 압연 및 열처리 공정의 추가 없이 다층 금속 클래드재를 제작하기 때문에 공정을 단축하고 고가의 금속 사용에 따른 비용 감소 효과를 기대할 수 있다. 또한 양극리드 및 음극리드의 버(Burr) 발생을 방지하여 전지 특성의 열화를 방지하고, 소형화 및 박형화가 가능한 전지 내 리드재의 제공이 가능하다.
도 1은 인쇄 회로기판 적용을 위한 연속 양산 진공 플라즈마 처리에 의한 다층 클래드재를 제조하는 방법의 개략도이다.
도 2는 FESEM을 통해 관찰한 다층 클래드재의 형상이다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 리튬 이온 2차 전지 리드재에 적용된 금속 클래드재의 연속 양산공정에서 금속-금속-금속 클래드재 제조 공정은, 1차 클래딩된 금속박 (공지기술 특 2003-0087755)과 제3 금속박 표면에 플라즈마를 조사하여 표면 활성화처리 및 저압 압연 시 플라즈마 전력 1.0~1.5kw, 가스 유량 500~600sccm, 롤 속도 250~300m/min, 압력 1~1.5kgf/cm 조건을 통하여 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법으로, 기존의 냉간 압연 및 열처리가 불필요한 방법이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 리튬 이온 2차 전지 리드재 적용을 위한 연속진공 플라즈마 처리에 의한 금속-금속-금속 클래드재 제조 공정 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 금속-금속-금속 클래드 재료의 클래드 방법은, 제 1부분(1)과 제 2부분(2)에서 연속적으로 플라즈마 처리되어 압연롤(3) 부분에서 클래드된 금속-금속 클래드재(4)를 저압 압연롤(3)을 통과시킨다. 저압 압연롤(3)을 통과한 클래드재는 권취된다. 권취된 2층 클래드재를 다시 투입하여 제 3 금속박과 플라즈마 표면 처리 및 저압 압연을 통해 다층 클래드재를 제조한다.
본 발명은, 제 1금속박과 제 3금속박으로 니켈을 사용하고, 제 2금속박으로 구리가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. 상기 클래드재는 리튬 이온 2차 전지 내 양극리드 및 음극리드로 사용되며, 전해질에 부식되지 않고 고전류의 통전이 가능한 전지에 사용된다. 또한 가공 시 버(Burr) 발생이 감소하여 전지 제조 시 불량율의 감소가 가능하다.
[실시예]
순도 99.9% 이상인 무산소동과 순도 99% 이상인 니켈을 사용하여, 플라즈마 표면 처리 및 저압압연을 통해 다층 클래드재를 제조하고 특성, 형상을 측정한다. 양극 리드 및 음극리드 제조 시 니켈의 두께에 따른 버(Burr) 발생을 측정하고, 리튬 이온 2차 전지를 제작하여 저저항 회로에 접속 후 과대전류를 흘리는 시험을 행하고 전기특성 및 발열 특성에 관한 데이터를 수집한다.
시험 결과를 이하의 표 1에 나타낸다.
표 1
실시예 최종두께 (㎛) 니켈 두께 (㎛) Burr 높이(㎛) 전기 저항치(nΩ/m)
실시예 1 80 25 29 39
실시예 2 80 20 17 22
실시예 3 80 15 23 27
실시예 4 80 10 4 25
비교예 순니켈 42 75
표 1에 나타나는 결과로부터 실시예 1의 경우 버(Burr) 높이가 비교예의 버(Burr) 높이보다 감소함을 알 수 있었다. 실시예 2의 경우 버(Burr) 높이가 평균 17 미크론으로 순니켈을 사용한 비교예보다 버(Burr) 발생이 효과적으로 제어되었다. 실시예 3의 경우 실시예 1과 유사한 수준의 평균 버(Burr) 높이가 23 미크론으로 측정되었다. 실시예 4의 경우 버(Burr) 높이가 가장 효과적으로 억제되었고, 버(Burr) 방지 효과를 가지는 것으로 판명되었다.
다음으로 과대전류 통전 시험에서는 순니켈로 제작된 비교예의 양극리드 및 음극리드 사용 시 발열이 크고, 전지 특성의 열화가 관찰되었다. 실시예 1~4의 경우 리드재로부터의 발열이 효과적으로 억제되었고, 전지 특성의 열화는 관찰되지 않았다.
따라서, 동과 니켈로 구성된 클래드재를 양극리드 및 음극리드로 이용할 경우 종래의 순니켈로 제조된 양극리드 및 음극리드에 비해 전기 저항치를 감소하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른, 연속양산 진공 플라즈마 처리에 의한 클래드재 제조 공정을 이용한 다층 금속 클래드재 제조방법은, 별도의 냉간 압연 및 열처리 공정의 추가 없이 다층 금속 클래드재를 제작하기 때문에 공정을 단축하고 고가의 금속 사용에 따른 비용 감소 효과를 기대할 수 있다. 또한 양극리드 및 음극리드의 버(Burr) 발생을 방지하여 전지 특성의 열화를 방지하고, 소형화 및 박형화가 가능한 전지 내 리드재의 제공이 가능하다.

Claims (6)

  1. 동 금속박과 니켈 금속박의 표면에 플라즈마를 조사하여 표면 활성화처리를 수행하는 단계와,
    상기 표면 활성화처리된 동 금속박과 니켈 금속박을 저압 압연하여 클래딩하는 단계와,
    상기 1차 클래딩된 금속박과 니켈 금속박의 표면에 플라즈마를 조사하여 표면 활성화처리를 수행하는 단계와,
    상기 표면 활성화처리된 1차 클래딩된 금속박과 니켈 금속박을 저압 압연하여 클래딩하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 연속 양산 진공플라즈마 처리를 이용한 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 동 금속박은 순도가 99.9% 이상인 것을 특징으로 하는 연속 양산 진공플라즈마 처리를 이용한 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 니켈 금속박은 순도가 99% 이상인 것을 특징으로 하는 연속 양산 진공플라즈마 처리를 이용한 다층 금속 클래드재를 제조하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 다층 금속 클래드재.
  5. 제 4항의 상기 다층 금속 클래드재를 포함하는 전지 내 리드재.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전지 내 리드재에 발생되는 버(Burr)의 높이가 4 내지 30미크론 이하인 것을 특징으로 하는 전지 내 리드재.
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