WO2020022699A1 - 전극용 집전체 - Google Patents

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WO2020022699A1
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conductive material
metal piece
current collector
electrode
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김경준
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주식회사 유앤에스에너지
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a current collector for an electrode, and more particularly, to a current collector for an electrode capable of reducing the weight of an electrode without using a metal foil and reducing the thickness of the electrode assembly.
  • lithium secondary batteries that exhibit high energy density and operating potential and have low self-discharge rates have been commercialized.
  • the lithium metal secondary battery is the first commercially available secondary battery, and uses lithium metal as a negative electrode.
  • the lithium metal secondary battery is a lithium resin phase formed on the surface of the lithium metal negative electrode, the volume expansion of the cell, the gradual decrease in capacity and energy density, short circuit caused by the continuous growth of the dendrite, cycle life and cell stability problems (explosion and Ignition) and production stopped just a few years after commercialization.
  • a carbon-based negative electrode which is more stable and stably stores lithium in a lattice or vacant space was used instead of lithium metal, and commercialization and dissemination of a full-scale lithium secondary battery proceeded due to the use of the carbon-based negative electrode.
  • lithium secondary batteries are mainly made of carbon-based or non-carbon-based anode materials, and most of the development of anode materials is made of carbon-based (graphite, hard carbon, soft carbon, etc.) and non-carbon-based (silicon, tin, titanium oxide, etc.) materials. Focused on.
  • the present applicant has proposed the present invention to solve the above problems.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and provides a current collector for electrodes that can reduce the thickness as compared with the current collector made of metal foil.
  • the present invention provides a current collector for the electrode that can reduce the weight than the current collector made of a metal foil.
  • the present invention provides an electrode current collector for reducing the short-circuit current when an internal short circuit occurs because it has a resistance value larger than that of a current collector made of metal foil.
  • An electrode current collector for achieving the above object is a polymer film; At least one metal piece provided on at least one surface of the polymer film; A conductive material provided on surfaces of the polymer film and the metal piece; And lead tabs joined or connected to the metal piece.
  • the metal piece may be provided in the form of a thin film, foil, mesh, wire or fiber.
  • the metal piece may be formed to serve as an electric path that secures a welding position of the lead tab or secures conductivity when the polymer film has a long length.
  • a surface treatment including chromate treatment may be formed on one surface of the metal piece facing the polymer film.
  • An adhesive layer may be formed on one surface of the metal piece facing the polymer film.
  • the surface of the polymer film may be a surface treatment for increasing the adhesion or binding force with the conductive material.
  • the conductive material may be formed of a metal or a conductive material and may be formed in a plated or coated state on the surface of the polymer film.
  • the conductive material may be formed to adjust or lower the limit current or the maximum current of the current collector for the electrode.
  • the lead tab may be welded to the metal piece to be electrically connected to the metal piece and the conductive material.
  • the metal piece and the conductive material may be provided on both sides of the polymer film, and the metal pieces provided on both sides of the polymer film may be formed at the same position.
  • the metal film provided on both sides of the polymer film is connected to each other by recording the polymer film so that the lead tabs are connected to both sides of the polymer film. It may be electrically connected to the conductive material provided at the same time.
  • the polymer film may include a tab cover member covering the lead tab, and the tab cover member may be formed to contact the conductive material, the metal piece, and the lead tab.
  • the tab cover member may include a conductive material to electrically connect the metal piece and the conductive material or to enhance conductivity between the metal piece and the conductive material.
  • the tab cover member includes a first layer formed of the conductive material and a second layer formed on an upper surface of the first layer, and formed of a non-conductive material, wherein the first layer includes the conductive material, the metal piece, and the It may be provided to contact the lead tab.
  • the tab cover member is provided to cover the metal piece and the conductive material provided on one surface of the polymer film facing the lead tab, and electrically connects the metal piece and the conductive material or provides conductivity between the metal piece and the conductive material. It can be formed to reinforce.
  • the electrode current collector according to the present invention can use a non-conductive polymer film instead of a metal foil, thereby reducing the weight of the current collector and the battery.
  • the current collector for the electrode according to the present invention can reduce the thickness of the current collector made of metal foil because it forms a coating or plating layer on the surface of the polymer film instead of using a metal foil.
  • the current collector for the electrode according to the present invention has a resistance value larger than that of the current collector made of metal foil, and the current flow may be disturbed by damage of the polymer film, thereby reducing the short circuit current when an internal short circuit occurs. And improve the safety of the battery.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a current collector for an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a polymer film and a metal piece of an electrode current collector according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 7 are cross-sectional views illustrating a process of forming a current collector for an electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 and 9 are views for explaining the surface treatment of the current collector for the electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a current collector for an electrode according to another embodiment of the present invention.
  • 11 and 12 are cross-sectional views illustrating lead tabs and tab cover members of an electrode current collector according to FIG. 10.
  • FIG. 13 is an exploded perspective view illustrating an electrode assembly including an electrode current collector according to FIG. 10.
  • FIG. 14 is a perspective perspective view showing an electrode assembly including the current collector for the electrode according to FIG. 10.
  • FIG. 15 is a perspective view illustrating a form in which an electrode assembly according to FIG. 14 is rolled up.
  • 16 to 22 are graphs of the performance of the lithium secondary battery including the current collector for the electrode according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a current collector for an electrode according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing a polymer film and a metal piece of the current collector for an electrode according to an embodiment of the present invention
  • Figures 3 to 7 Is a cross-sectional view for explaining a process of forming an electrode current collector according to an embodiment of the present invention
  • Figures 8 and 9 are views for explaining the surface treatment of the electrode current collector according to an embodiment of the present invention
  • 10 is a perspective view showing an electrode current collector according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 11 and 12 are cross-sectional views showing a lead tab and a tab cover member of the electrode current collector according to FIG. 10
  • FIG. 13 is FIG. 10.
  • FIGS. 16 to 22 is a test the performance of the lithium secondary battery comprising a current collector for an electrode in accordance with the present invention graph.
  • the current collector for an electrode according to an embodiment of the present invention (CURRENT COLLECTOR FOR ELECTRODES, 100) has a resistance value larger than that of a current collector made of metal foil, and thus flows through the current collector. Since the limit current value of the current can be adjusted and the current blur can be disturbed by the damage of the polymer film, the short circuit current can be reduced when an internal short circuit occurs in the secondary battery.
  • the lithium secondary battery including the current collector 100 for an electrode according to the present invention may have a nature or concept of a Max Current Limited Battery (MCLB).
  • MCLB Max Current Limited Battery
  • the current collector 100 for an electrode according to the present invention has a higher resistance value than the resistance of a current collector of a conventional battery, that is, a current collector formed of a metal foil, the limit current may be adjusted as well as the current during an internal short circuit. By breaking the path, the short circuit current can be lowered.
  • the electrode current collector 100 according to the present invention is characterized in that a polymer film 101 is used as a base material without using a metal foil, and a metal having a thin thickness is coated or coated on the polymer film 101. .
  • an electrode current collector 100 includes a polymer film 101; At least one metal piece (120, metal element) provided on at least one surface of the polymer film (101); A conductive material 102 provided on surfaces of the polymer film 101 and the metal piece 120; And a lead tab 190 joined or connected to the metal piece 120.
  • the polymer film 101 may be provided in a band shape to have a predetermined length.
  • the polymer film 101 may form an electrode assembly 10 to be described later by rolling (winding) along the longitudinal direction (that is, the direction having a relatively long length).
  • the polymer film 101 is preferably made of a non-conductive material such as polyethylene (PE: polyethylene), polypropylene (PP: polypropylene), or polyethylene terephthalate (PET).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • the polymer film 101 has a thickness of 50 ⁇ m or less, but preferably has a thickness of 1.4 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • Electrode current collector 100 according to an embodiment of the present invention can reduce the thickness or weight of the battery than when using a conventional metal foil current collector, the thickness of the non-conductor polymer film of 1.4 ⁇ m or more, 50 ⁇ m or less.
  • the 101 as the basic configuration of the current collector 100, the overall thickness or weight of the lithium secondary battery having the current collector 100 for electrodes according to an embodiment of the present invention can be reduced.
  • the polymer film 101 is preferably formed of a material that melts at a temperature lower than 300 °C.
  • the lead tab 190 is fixed by welding. If the polymer film 101 does not melt at a temperature lower than the welding temperature of the lead tab 190, the lead tab 190 may not be coupled. Therefore, the polymer film 101 should have a melting point that can be melted in the process of welding the lead tab 190 and preferably has a melting point lower than 300 ° C.
  • a metal piece 120 may be provided on a surface of the polymer film 101.
  • the metal piece 120 is provided at a position biased at one end along the width direction (that is, a relatively short length direction) of the polymer film 101.
  • the metal piece 120 may be provided on only one surface of both surfaces of the polymer film 101 or both surfaces.
  • the metal piece 120 may serve to secure a position for welding the lead tab 190 on the polymer film 101. That is, the metal piece 120 may serve as a connection part of the lead tab 190.
  • the metal piece 120 may serve to secure conductivity of the current collector 100. If the length of the polymer film 101 is long, current must flow along the polymer film 101, but if the length of the polymer film 101 is long, a separate current path may be required. In this case, that is, when the polymer film 101 is formed long, the metal piece 120 may increase conductivity or serve as a current path.
  • the metal piece 120 is preferably formed to have a thickness of 5 ⁇ m or more. Here, it is sufficient that the metal piece 120 is provided only in a part of the polymer film 101. For example, as shown in FIG. 2, a substantially square metal piece 120a is provided at a corner of the polymer film 101, or a narrow strip-shaped metal piece 120b and 120c is disposed at one end in the width direction of the polymer film 101. ) May be provided long.
  • three metal pieces 120a, 120b, and 120c are provided in the polymer film 101, but the number or position of the metal pieces 120 formed in the polymer film 101 is not limited.
  • the lead tab 190 is welded to the metal piece 120, it is preferable to determine the position of the metal piece 120 to which the lead tab 190 is welded in consideration of the shape of the electrode assembly.
  • the metal piece 120 preferably has the form of a metal thin film or metal foil having a thickness of 5 ⁇ m or more, but is not necessarily limited to this form.
  • the metal piece 120 may be provided in the form of a thin film, a foil, a mesh, a woven metal wire, or a fiber.
  • the metal piece 120c provided at the lower end in the width direction of the polymer film 101 is formed of a plurality of short wires.
  • the metal piece 120 of the electrode current collector 100 secures a welding position of the lead tab 190 or secures conductivity when the polymer film 101 has a long length. Can act as a pass.
  • an adhesive layer 130 may be formed on one surface of the metal piece 120 facing or facing the polymer film 101. Can be.
  • the adhesive layer 130 may be bonded such as poly vinyl acetate (PVA), poly vinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl acetate (EVA), acrylate (Acrylate), acid modified PP, or the like. It is formed of a material having a component, and preferably has a thickness of less than 50 ⁇ m.
  • the adhesive layer 130 may be formed of a combination of two or more polymers together with the above-described polymer.
  • the adhesive layer 130 may be a polymer layer formed of a polymer material.
  • the adhesive layer 130 or the polymer layer may be provided over the entire surface of the metal piece 120 or may be provided only on a part of the surface of the metal piece 120 to be bonded to the polymer film 101.
  • a surface treatment including chromate may be formed on one surface of the metal piece 120 facing or facing the polymer film 101.
  • Surface treatment of the surface of the metal piece 120 should be essential.
  • the surface of the metal piece 120 may be coated with chromium or non-Cr treatment. Chromate treatment or binder treatment) or simultaneous treatment.
  • the adhesion state of the metal piece 120 and the adhesive layer 130 formed of EVA was tested. After the metal piece 120 with the EVA adhesive layer 130 adhered to the electrolyte at 85 ° C. for 24 hours, the adhesion state between the metal piece 120 and the adhesive layer 130 was checked.
  • the composition of the used electrolyte is LiPF6 1.1M, EC / EMC: 1/2 (v / v%) + Additive.
  • the thickness of the portion where the metal piece 120 is provided in the polymer film 101 is 120 ⁇ m or less including the metal piece 120, and the thickness of the portion except the metal piece 120 or the portion without the metal piece 120 is 100 ⁇ m or less. It is preferable.
  • the electrode current collector 100 may include a conductive material 102 provided on the surface of the polymer film 101 and / or the metal piece 120.
  • the conductive material 102 is made of a metal such as copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), or is made of a conductive material such as carbon nanotube (CNT) or graphene. , May be formed on the surface of the polymer film 101 in a plated or coated state. Accordingly, the conductive material 102 may be referred to as a conductive layer forming the outermost surface of the current collector 100.
  • the conductive material 102 may be formed to adjust or lower the limit current or the maximum current of the electrode current collector 100.
  • the conductive material 102 means a metal or conductive material that is plated or coated on the surfaces of the polymer film 101 and the metal piece 120 to control the conductivity of the current collector 100.
  • the conductive material 102 may be referred to as a conductive layer.
  • the conductive material 102 is found to be a concept including a conductive layer.
  • the coating amount or coating thickness of the conductive material 102 plated or coated on the surface of the polymer film 101 and / or the metal piece 120 can control or lower the maximum amount of the current flowing through the current collector 100, This can increase the safety of the lithium secondary battery and ensure the safety of the battery in the event of a short circuit.
  • the limit current or the maximum current flowing through the current collector 100 may be controlled by the thickness or the amount of the conductive material 102 formed on the surface of the polymer film 101 and / or the metal piece 120.
  • the nature or concept of Max Current Limited Battery (MCLB) of a lithium secondary battery may be implemented by the conductive material 102 of the electrode current collector 100 according to an embodiment of the present invention. have.
  • the polymer film 101 may melt when a physical internal short circuit occurs, the generation of a sudden current may be prevented, thereby improving battery safety.
  • the conductive material 102 may be formed on the surface of the polymer film 101 and / or the metal piece 120 by various methods.
  • the conductive material 102 when it is a metal, it may be formed on the surface of the polymer film 101 and / or the metal piece 120 by sputtering, evaporation coating, or electroless plating. have.
  • the conductive material 102 may be plated or coated by two or more of sputtering, evaporation coating, electroless plating, or electroplating.
  • the conductivity of the current collector 100 can be controlled or the safety of the battery can be secured by the amount (weight) or thickness of the conductive material 102 to be plated or coated, the thickness of the conductive material 102 when plating or coating is performed. Or it is necessary to use a method that can control or adjust the weight.
  • the conductive material 102 is a metal
  • the plating thickness or weight of the conductive material 102 can be easily controlled or adjusted.
  • the conductive material 102 is plated thinly using sputtering, and then the conductive material 102 is plated using the electroplating method.
  • the use of sputtering and electroplating together is advantageous in terms of economics, and there is an advantage in that the thickness or weight of the conductive material 102 can be easily adjusted.
  • the thickness of the conductive material 102 plated or coated on the surface of the polymer film 101 and / or the metal piece 120 may be determined by the length of the lead tab 190 and the electrode (current collector). For example, when the length of an electrode (current collector) becomes long, it is preferable that the plating thickness of the electrically conductive material 102 also increases.
  • the conductive material 102 may be formed on only one surface of the polymer film 101 or both surfaces thereof. At this time, the conductive material 102 is preferably formed with a thickness of 0.5 ⁇ m minimum cross-sectional, 2 ⁇ m maximum cross-sectional.
  • the conductive material 102 formed on the surface of the polymer film 101 is plated or coated on the surface of the polymer film 101, or the conductive material 102 formed on the surface of the polymer film 101 is a polymer film 101 It may also pass through or pass through the inside.
  • the polymer film 101 is formed of a porous material
  • the conductive material 102 plated or coated on one surface of the polymer film 101 reaches another surface through the pores of the polymer film 101. can do.
  • the conductive material 102 In the case of plating or coating the conductive material 102 using an electroless plating method, even if the conductive material 102 is plated or coated on only one surface of the porous polymer film 101, the conductive material is internal to the polymer film 101. Since the conductive material 102 reaches the other side due to the penetration of the 102, the conductive material 102 may be plated or coated on only one surface of the polymer film 101 to ensure conductivity on both sides of the polymer film 101. have.
  • the conductive material 102 is plated or coated after the metal piece 120 is attached to the polymer film 101, the conductive material 102 is also plated or coated on the surface of the metal piece 120.
  • the metal piece 120 is a thin metal foil or metal mesh type and the polymer film 101 is a porous material, the conductive material 102 formed on the surface of the metal piece 120 passes through the inside of the metal piece 120. The other surface of the polymer film 101 may be reached.
  • the polymer film 101 which is a porous material.
  • the pore is removed by pressing or applying heat.
  • the current collector for the electrode 100 is capable of flowing current by the conductive material 102
  • the conductive material 102 is well plated or coated on the surface of the polymer film 101. It must be maintained.
  • the surface treatment of the polymer film 101 is preferably performed to increase the binding force between the conductive material 102 and the polymer film 101.
  • the conductive material 102 and the conductive material 102 may be separated or separated from the surface of the polymer film 101 while the electrolyte is injected. It is important to increase the binding force between the polymer film (101).
  • the surface treatment of the polymer film 101 may be formed to increase the adhesion or binding force with the conductive material 102.
  • the surface of the polymer film 101 is subjected to corona treatment or Ni / Cr treatment.
  • Ni or Cr or Ni / Cr alloy is preferably coated on the polymer film 101 at 10 nm or less.
  • the conductive material 102 plated on the surface of the polymer film 101 is copper (Cu)
  • Ni or Cr or Ni / Cr alloy may be used to improve the binding force between the copper and the polymer film 101.
  • the binding force between the copper, which is the conductive material 102, and the polymer film 101 can be increased. That is, by first coating Ni / Cr on the polymer film 101 and then coating copper thereon, the binding force between the copper, which is the conductive material 102, and the polymer film 101 may be increased.
  • Non-Cr treatment (L2) is to coat a compound layer containing zirconium (Zr) or a compound layer containing silicon (Si).
  • the thickness of the chromate treatment (L1) and the non-Cr treatment (L2) is preferably several nm to several tens of nm.
  • a non-Cr coating of polymer type may be applied to the surface of nickel.
  • the non-cr coating layer is in a state in which metal is dispersed in a polymer.
  • the thickness of the Non-Cr treatment is preferably several nm.
  • the electrode current collector 100 includes a lead tab 190 for connection with an external device.
  • the current collector for the electrode 100 is a polymer film 101 is the configuration corresponding to the existing metal foil Therefore, it is impossible to weld the lead tab directly to the polymer film 101.
  • the electrode current collector 100 according to the embodiment of the present invention can solve this problem by attaching the metal piece 120 to the surface of the polymer film 101 and welding the lead tab 190 to the metal piece 120. have.
  • the lead tab 190 is a metal piece 120 by ultrasonic welding, laser welding or spot welding. Can be welded to.
  • the lead tab 190 When the lead tab 190 is welded to the metal piece 120, the polymer film 101 under the metal piece 120 is melted by the welding heat. Since the polymer film 101 is melted, the lead tab 190 may be electrically connected to the conductive material 102. That is, the lead tab 190 may be welded to the metal piece 120, but the polymer film 101 may be melted to be electrically connected to the metal piece 120 and the conductive material 102.
  • the metal piece 120 and the conductive material 102 are provided on both sides of the polymer film 101, and the metal pieces 120 provided on both sides of the polymer film 101 are located at the same position. Can be formed.
  • the metal pieces 120 are positioned on both upper and lower surfaces of the polymer film 101, and the metal pieces 120 are provided at positions identical to symmetric.
  • the conductive material 102 is plated or coated on the surfaces of the polymer film 101 and the metal pieces 120.
  • the conductive material 102 is plated or coated on both the upper and lower surfaces of the polymer film 101, the conductive material 102 is also plated or coated on the surface of the metal piece 120 provided on the upper and lower surfaces of the polymer film 101. .
  • the lead tab 190 is connected to any one of the metal pieces 120 provided on the upper and lower surfaces of the polymer film 101.
  • the lead tab 190 is connected to the metal piece 120 in a state in which the conductive material 102 is coated or coated on the surface of the metal piece 120.
  • the polymer film 101 records the polymer film.
  • the metal pieces 120 provided on both sides of the 101 may be connected to each other, and as a result, the lead tab 190 may be electrically connected to the conductive material 102 provided on both sides of the polymer film 101 at the same time.
  • the lead tab 190 is formed on the metal piece 120 provided on the upper surface of the polymer film 101 while the metal pieces 120 and the conductive material 102 are provided on the upper and lower surfaces of the polymer film 101.
  • Ultrasonic welding, laser welding, or spot welding causes a portion of the polymer film 101 (see FIG. 7) to melt as shown in FIG. 7.
  • the polymer film 101 preferably has a melting point lower than 300 ° C. Since the welding heat generated when the lead tab 190 is welded is higher than 300 ° C., the polymer film 101 may melt during the welding process.
  • the upper and lower metal pieces 120 may directly contact each other. At this time, since the metal pieces 120 are also melted by the welding heat, the upper and lower metal pieces 120 are joined to each other. Therefore, since the upper and lower metal pieces 120 are directly melt-bonded at the portion where the polymer film 101 is not melted, the lead tab 190 welded to any one of the metal pieces 120 is not only the upper and lower metal pieces 120 but also the polymer film 101. It may be electrically connected to the conductive material 102 formed on the upper and lower surfaces of the.
  • the lead tab 190 may be maintained because the metal piece 120 is connected to the polymer film 101. It is possible to connect).
  • the lead tab 190 may be welded to the metal piece 120 even when the polymer film 101 is not melted.
  • the polymer film 101 is not melted because the conductive material 102 is electrically connected to both surfaces of the polymer film 101 through the pores.
  • the lead tab 190 connected to the metal piece 120 may be electrically connected to the conductive material 102 of the polymer film 101.
  • the electrical connection between the metal piece 120 and the conductive material 102 may be weakened at the site where the lead tab 190 is welded.
  • the conductive material 102 formed on the surface of the metal piece 120 is melted by welding heat, electrical connection between the metal piece 120 and the conductive material 102 may be deteriorated.
  • the present invention prevents the electrical connection between the metal piece 120 and the conductive material 102 from weakening at the site where the lead tab 190 is welded, or to strengthen the electrical connection between the metal piece 120 and the conductive material 102.
  • the cover member 180 is used.
  • the polymer film 101, the tab cover member 180 covering the lead tab 190 may be formed to contact the conductive material 102, the metal piece 120, and the lead tab 190.
  • the tab cover member 180 may be in the form of a conductive tape covering a portion where the lead tab 190, the metal piece 120, and the conductive material 102 are electrically connected to each other.
  • the inner surface of the tab cover member 180 which contacts the lead tab 190, the metal piece 120, and the conductive material 102 among the inner and outer surfaces of the tab cover member 180 may be formed of a conductive material to enhance conductivity of the lead tab 190. have. That is, since the inner surface of the tab cover member 180 having conductivity contacts the lead tab 190, the metal piece 120, and the conductive material 102 simultaneously, the metal piece 120 and the metal piece 120 are formed through the inner surface of the tab cover member 180.
  • the conductive material 102 may maintain or strengthen the electrical connection, and as a result, the conductivity between the lead tab 190, the metal piece 120, and the conductive material 120 may be enhanced.
  • the outer surface that does not contact the lead tab 190, the metal piece 120 and the conductive material 102 is preferably formed of a non-conductive material.
  • the tab cover member 180 may include a conductive material to electrically connect the metal piece 120 and the conductive material 102 or to enhance conductivity between the metal piece 120 and the conductive material 102.
  • the tab cover member 180 includes a first layer 180a formed of a conductive material and a second layer 180b formed on a top surface of the first layer 180a and formed of a non-conductive material.
  • the first layer 180a may be provided to contact the conductive material 102, the metal piece 120, and the lead tab 190.
  • the first layer 180a formed of a conductive material may include metal or carbon particles or plated metal.
  • a conductive adhesive may be applied to the surface of the first layer 180a in contact with the lead tab 190, the metal piece 120, and the conductive material 102, or the first layer 180a itself may be formed as a conductive adhesive layer. .
  • connection portion of the lead tab 190 is covered by the conductive tab cover member 180, not only the conductivity between the lead tab 190, the metal piece 120, and the conductive material 120 is strengthened, but also the lead tab ( 190 may also protect the linking site.
  • the tab cover member 180 one side of the polymer film 101 facing the lead tab 190, that is, the polymer film without the lead tab 190 of both sides of the polymer film 101 It is provided to cover the metal piece 120 and the conductive material 102 provided on one surface of the 101 to electrically connect the metal piece 120 and the conductive material 102 or to conduct conductivity between the metal piece 120 and the conductive material 102. It can be formed to reinforce. That is, when the metal piece 120 and the conductive material 102 are provided on both sides of the polymer film 101, the tab cover member 180 is formed of the polymer film to strengthen the electrical connection between the metal piece 120 and the conductive material 102. 101 may be provided on both sides.
  • 13 to 15 illustrate an electrode assembly 10 including an electrode current collector 100 according to the present invention.
  • the electrode current collector 100 according to the present invention is a negative electrode current collector.
  • the negative electrode active material 103 In order to be used in the electrode assembly 10, the negative electrode active material 103 must be coated on the surface of the current collector 100 for electrodes.
  • the positive electrode active material 203 is coated on the positive electrode metal foil 201, and the positive lead tab 290 is connected to one end in the longitudinal direction.
  • the separator 300 is disposed between the positive electrode current collector 200 and the negative electrode current collector 100.
  • the separator 300, the positive electrode current collector 200, the separator 300, and the negative electrode current collector 100 are stacked in this order, the same state as shown in FIG. 13 is obtained.
  • the electrode assembly 10 of the jelly-roll type is illustrated as shown in FIG. 15.
  • the electrode assembly 10 of the jelly roll type is placed in an exterior material (not shown) and an electrolyte is injected, the lithium secondary battery is completed.
  • the surface resistance ( ⁇ s, Surface Resistance) of the portion where the conductive material 102 is plated or coated on the polymer film 101 is 0.5 ohm / sq or less, 0.005 ohm / sq or more It is preferable to become.
  • 16 to 19 and 20 to 22 are graphs of the performance of the lithium secondary battery including the current collector for the electrode according to the present invention.
  • FIG. 16 is a C-rate (charge and discharge rate) test result of a battery using a conventional metal foil current collector
  • FIGS. 17 and 18 are C-rate test results of a battery using an electrode current collector according to the present invention.
  • FIG. 16 is a battery using a negative electrode current collector including a copper foil having a width of 2 centimeters and a length of 15 centimeters
  • FIG. 17 is a battery using a negative electrode current collector including a PET polymer film having a width of 2 centimeters and a length of 10 centimeters
  • FIG. 18 shows C-rate test results for a battery using a negative electrode current collector containing a PET polymer film having a width of 2 centimeters and a length of 15 centimeters.
  • 19 is an experimental result showing the cycle characteristics.
  • FIG. 20 is a C-rate (charge and discharge rate) test results of a battery using a conventional metal foil current collector
  • Figure 21 is a C-rate test results of a battery using a current collector for the electrode according to the present invention.
  • FIG. 21 is a C-rate test result for a battery using a current collector obtained by plating copper (Cu) on a PP polymer film by electroless plating as a negative electrode current collector, and using a positive electrode current collector of aluminum foil.
  • 22 is an experimental result showing the cycle characteristics.
  • the battery using the current collector for the electrode according to the present invention compared with the conventional battery, the battery using the current collector for the electrode according to the present invention, although the rate characteristics are lower than the conventional battery at high C-rate, 1C It can be seen that the rate characteristic at is not a problem. Therefore, it can be seen that the lithium secondary battery (FIGS. 16, 18, and 21) using the electrode current collector according to the present invention functions as a battery similar to the existing lithium secondary battery (FIGS. 16 and 20). 19 and 22 also show that the life of the battery using the current collector according to the present invention is not shorter than that of the conventional battery.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체는, 고분자 필름; 상기 고분자 필름의 적어도 하나의 표면에 마련되는 적어도 하나의 금속편; 상기 고분자 필름 및 상기 금속편의 표면에 마련되는 도전재; 및 상기 금속편에 접합 또는 연결되는 리드탭;을 포함할 수 있다.

Description

전극용 집전체
본 발명은 전극용 집전체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 포일(foil)을 사용하지 않고 전극의 무게를 줄일 수 있으며 전극조립체의 두께를 줄일 수 있는 전극용 집전체에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동전위를 나타내고, 자가방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 있다.
리튬금속 이차전지는 최초로 상용화된 이차전지로서, 리튬 금속을 음극으로 사용한다. 그러나, 리튬 금속 이차전지는 리튬금속 음극의 표면에 형성되는 리튬 수지상에 의해 셀의 부피팽창, 용량 및 에너지 밀도의 점진적인 감소, 수지상 지속 성장에 따른 단락발생, 사이클 수명 감소와 셀 안정성 문제(폭발 및 발화)가 있어 상용화된지 불과 몇 년만에 생산이 중단되었다. 이에, 리튬 금속 대신에 보다 안정하고 격자나 빈 공간 내에 리튬을 이온상태로 안정하게 저장할 수 있는 탄소계 음극이 사용되었으며, 상기 탄소계 음극 사용으로 인해 본격적인 리튬 이차전지의 상용화 및 보급이 진행되었다.
현재까지 리튬 이차전지는 탄소계 또는 비탄소계 음극 소재들이 주류를 이루고 있으며, 대부분의 음극재 개발은 탄소계(흑연, 하드카본, 소프트 카본 등)와 비탄소계(실리콘, 주석, 티타늄 산화물 등) 소재에 집중되어 있다.
한편, 최근에는 휴대용 전자기기 및 정보 통신 기기가 소형화됨에 따라 이들을 구동하기 위한 초소형 전원 시스템으로서 리튬 이차전지의 이용이 크게 기대되고 있다.
더욱이, 최근에는 유연성(Flexibility), 저가격, 제작 용이성 등의 장점을 이용한 고분자계 전자기기 및 소자의 개발 및 연구가 활발하게 진행되고 있다. 따라서 소형화된 기기에 사용하기 위해서는 리튬 이차전지의 에너지 밀도 또는 성능은 유지하면서도 전지의 두께 또는 무게를 줄일 필요가 있다.
또한, 리튬 이차전지의 두께 또는 무게를 줄이더라도 내부 단락 발생시 전류 패스를 차단 또는 파괴함으로써 리튬 이차전지의 안전성을 높일 수 있어야 한다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.
관련된 선행기술문헌에는 한국공개특허공보 제10-2018-0037898호(2018.04.13.)가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 금속 포일로 된 집전체와 비교하여 두께를 줄일 수 있는 전극용 집전체를 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 포일로 된 집전체 보다 무게를 줄일 수 있는 전극용 집전체를 제공한다.
또한, 본 발명은 금속 포일로 된 집전체의 저항 보다 큰 저항값을 가지기 때문에 내부 단락 발생시 단락 전류를 저하시킬 수 있는 전극용 집전체를 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체는, 고분자 필름; 상기 고분자 필름의 적어도 하나의 표면에 마련되는 적어도 하나의 금속편; 상기 고분자 필름 및 상기 금속편의 표면에 마련되는 도전재; 및 상기 금속편에 접합 또는 연결되는 리드탭;을 포함할 수 있다.
상기 금속편은 박막, 포일, 메쉬, 와이어 또는 파이버의 형태로 마련될 수 있다.
상기 금속편은 상기 리드탭의 용접 위치를 확보하거나 상기 고분자 필름의 길이가 긴 경우 전도성을 확보하는 전기 패스의 역할을 하도록 형성될 수 있다.
상기 고분자 필름과 마주하는 상기 금속편의 일면에는 크로메이트 처리를 포함한 표면 처리가 형성될 수 있다.
상기 고분자 필름과 마주하는 상기 금속편의 일면에는 접착층이 형성될 수 있다.
상기 고분자 필름의 표면에는 상기 도전재와의 접착력 또는 결착력을 높이기 위한 표면 처리가 형성될 수 있다.
상기 도전재는 금속 또는 도전성 물질로 마련되며 상기 고분자 필름의 표면에 도금 또는 코팅된 상태로 형성될 수 있다.
상기 도전재는 전극용 집전체의 한계 전류 또는 최대 전류를 조절하거나 낮추도록 형성될 수 있다.
상기 리드탭은 상기 금속편에 용접되어 상기 금속편 및 상기 도전재와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 금속편 및 상기 도전재는 상기 고분자 필름의 양면에 마련되며, 상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 금속편은 동일한 위치에 형성될 수 있다.
상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 금속편 중 어느 하나에 상기 리드탭을 용접할 때, 상기 고분자 필름이 녹음으로써 상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 금속편이 서로 연결되어 상기 리드탭이 상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 도전재와 동시에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 고분자 필름에는 상기 리드탭을 덮는 탭 커버부재가 마련되고, 상기 탭 커버부재는 상기 도전재, 상기 금속편 및 상기 리드탭과 접촉하도록 형성될 수 있다.
상기 탭 커버부재는 전도성 재질을 포함하여 상기 금속편과 상기 도전재를 전기적으로 연결하거나 상기 금속편과 상기 도전재 사이의 전도성을 강화하도록 형성될 수 있다.
상기 탭 커버부재는 상기 전도성 재질로 형성되는 제1 레이어 및 상기 제1 레이어의 상면에 마련되며 비전도성 재질로 형성되는 제2 레이어를 포함하며, 상기 제1 레이어는 상기 도전재, 상기 금속편 및 상기 리드탭과 접촉하도록 마련될 수 있다.
상기 탭 커버부재는, 상기 리드탭과 마주보는 상기 고분자 필름의 일면에 마련된 상기 금속편 및 상기 도전재를 덮도록 마련되어 상기 금속편과 상기 도전재를 전기적으로 연결하거나 상기 금속편과 상기 도전재 사이의 전도성을 강화하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전극용 집전체는 금속 포일 대신 부도체로 된 고분자 필름을 이용하기 때문에 집전체 및 전지의 무게를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극용 집전체는 금속 포일을 사용하는 대신 고분자 필름의 표면에 도전재를 코팅 또는 도금층을 형성하기 때문에 금속 포일로 된 집전체 보다 두께를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극용 집전체는 금속 포일로 된 집전체의 저항 보다 큰 저항값을 가지며 또한 고분자 필름의 손상에 의해 전류 흐름이 방해를 받을 수 있기 때문에 내부 단락 발생시 단락 전류를 저하시킬 수 있고 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체의 고분자 필름 및 금속편을 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체의 형성 과정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체의 표면 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극용 집전체를 도시한 사시도이다.
도 11 및 도 12는 도 10에 따른 전극용 집전체의 리드탭 및 탭 커버부재를 보여주는 단면도이다.
도 13은 도 10에 따른 전극용 집전체를 포함하는 전극 조립체를 보여주는 분해 사시도이다.
도 14는 도 10에 따른 전극용 집전체를 포함하는 전극 조립체를 보여주는 투시 사시도이다.
도 15는 도 14에 따른 전극 조립체를 말아서 감은 형태를 보여주는 사시도이다.
도 16 내지 도 22는 본 발명에 따른 전극용 집전체를 포함하는 리튬 이차전지의 성능을 실험한 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체를 도시한 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체의 고분자 필름 및 금속편을 도시한 사시도, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체의 형성 과정을 설명하기 위한 단면도, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체의 표면 처리를 설명하기 위한 도면, 도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극용 집전체를 도시한 사시도, 도 11 및 도 12는 도 10에 따른 전극용 집전체의 리드탭 및 탭 커버부재를 보여주는 단면도, 도 13은 도 10에 따른 전극용 집전체를 포함하는 전극 조립체를 보여주는 분해 사시도, 도 14는 도 10에 따른 전극용 집전체를 포함하는 전극 조립체를 보여주는 투시 사시도, 도 15는 도 14에 따른 전극 조립체를 말아서 감은 형태를 보여주는 사시도, 도 16 내지 도 22는 본 발명에 따른 전극용 집전체를 포함하는 리튬 이차전지의 성능을 실험한 그래프이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(CURRENT COLLECTOR FOR ELECTRODES, 100)는, 금속 포일로 된 집전체의 저항 보다 큰 저항값을 가지기 때문에 집전체를 흐르는 전류의 한계 전류값을 조정할 수 있고, 또한 고분자 필름의 손상에 의해 전류 흐림이 방해를 받을 수 있기 때문에 이차전지의 내부 단락 발생시 단락 전류를 저하시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전극용 집전체(100)를 구비한 리튬이차전지(Lithium Secondary Battery)는 Max Current Limited Battery (MCLB)의 성격 또는 개념을 가질 수 있다. 이하에서는, MCLB의 구현을 가능하게 하는 본 발명에 따른 전극용 집전체에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 전극용 집전체(100)는 기존 전지의 집전체 즉, 금속 포일(metal foil)로 형성된 집전체의 저항 보다 높은 저항값을 가지기 때문에 한계 전류를 조정할 수 있을 뿐만 아니라 내부 단락시 전류 패스를 붕괴시킴으로써 단락 전류를 저하시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전극용 집전체(100)는 금속 포일을 사용하지 않고 고분자 필름(101)을 기본 소재로 하고, 고분자 필름(101) 위에 얇은 두께의 금속을 도포하거나 코팅하는 것을 하나의 특징으로 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100, current collector)는, 고분자 필름(101, polymer film); 상기 고분자 필름(101)의 적어도 하나의 표면에 마련되는 적어도 하나의 금속편(120, metal element); 상기 고분자 필름(101) 및 상기 금속편(120)의 표면에 마련되는 도전재(102); 및 상기 금속편(120)에 접합 또는 연결되는 리드탭(190, lead tab);을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고분자 필름(101)은 일정한 길이는 가지도록 띠 모양으로 마련될 수 있다. 여기서, 고분자 필름(101)은 그 길이방향(즉, 상대적으로 긴 길이를 가지는 방향)을 따라 감김(rolling/winding)으로써 후술하는 전극조립체(10)를 형성할 수 있다.
고분자 필름(101)은 폴리에틸렌(PE: polyethylene), 폴리프로필렌(PP: polypropylene), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 등의 부도체 재질로 마련되는 것이 바람직하다.
고분자 필름(101)은 50 μm 이하의 두께를 가지되, 1.4 μm 이상, 50 μm 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)는 기존의 금속 포일 집전체를 사용하는 경우 보다 전지의 두께 또는 무게를 줄일 수 있는데, 두께가 1.4 μm 이상, 50 μm 이하인 부도체의 고분자 필름(101)을 집전체(100)의 기본 구성으로 사용함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)를 구비한 리튬이차전지의 전체적인 두께 또는 무게를 줄일 수 있다.
한편, 고분자 필름(101)은 300℃ 보다 낮은 온도에서 녹는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 리드탭(190)을 용접으로 고정하게 되는데, 고분자 필름(101)이 리드탭(190)의 용접 온도 보다 낮은 온도에서 녹지 않으면 리드탭(190)이 결합될 수 없다. 따라서, 고분자 필름(101)은 리드탭(190)을 용접하는 과정에서 녹을 수 있는 정도의 녹는점을 가져야 하며 300℃ 보다 낮은 녹는점을 가지는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 고분자 필름(101)의 표면에는 금속편(120)이 마련될 수 있다. 도 1에는 금속편(120)이 고분자 필름(101)의 폭 방향 (즉, 상대적으로 길이가 짧은 방향)을 따라 일단에 치우친 위치에 마련되어 있다.
금속편(120)은 고분자 필름(101)의 양 표면 중 어느 일면에만 마련되거나 양면에 모두 마련될 수 있다.
금속편(120)은 고분자 필름(101) 상에 리드탭(190)을 용접하는 위치를 확보하는 역할을 할 수 있다. 즉, 금속편(120)은 리드탭(190)의 연결부와 같은 역할을 할 수 있다.
또한, 금속편(120)은 집전체(100)의 전도성을 확보하는 역할을 할 수 있다. 만약, 고분자 필름(101)의 길이가 긴 경우에 전류가 고분자 필름(101)을 따라 흘러가야 하는데 고분자 필름(101)의 길이가 긴 경우에는 별도의 전류 패스(path)가 필요할 수도 있다. 이런 경우 즉, 고분자 필름(101)이 길게 형성된 경우에 금속편(120)은 전도성을 높이거나 전류 패스의 역할을 할 수 있다.
금속편(120)은 5 μm 이상의 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 금속편(120)은 고분자 필름(101)의 일부분에만 마련되는 것으로 충분하다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 고분자 필름(101)의 모서리 쪽에 대략 정사각형 모양의 금속편(120a)이 마련되거나, 고분자 필름(101)의 폭 방향 일단 쪽에 좁은 띠 모양의 금속편(120b,120c)이 길게 마련될 수도 있다.
도 2에는 3개의 금속편(120a,120b,120c)이 고분자 필름(101)에 마련된 것이 도시되어 있는데, 고분자 필름(101)에 형성되는 금속편(120)의 개수 또는 위치 등에는 제한이 없다. 다만, 금속편(120)에 리드탭(190)이 용접되는 경우라면, 전극조립체의 형태를 고려하여 리드탭(190)이 용접되는 금속편(120)의 위치를 결정하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 금속편(120)은 5 μm 이상의 두께를 가지는 금속 박막 또는 금속 포일의 형태를 가지는 것이 바람직하지만, 반드시 이러한 형태에 국한되는 것은 아니다.
금속편(120)은 박막, 포일, 메쉬(mesh), 직조된 금속 와이어(wire) 또는 파이버(fiber)의 형태로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 고분자 필름(101)의 폭 방향 하단에 마련된 금속편(120c)은 길이가 짧은 다수개의 와이어로 형성된 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)의 금속편(120)은 리드탭(190)의 용접 위치를 확보하거나 고분자 필름(101)의 길이가 긴 경우 전도성을 확보하는 전기 패스의 역할을 할 수 있다.
한편, 금속편(120)을 고분자 필름(101)의 표면에 부착하기 위해서, 고분자 필름(101)과 마주하거나 마주보는 금속편(120)의 일면에는 접착층(130, 도 3 및 도 4 참조)이 형성될 수 있다.
접착층(130)은 폴리아세트산비닐(PVA: Poly Vinyl Acetate), 폴리비닐알코올(PVA: Poly Vinyl Alcohol), 에틸렌아세트산비닐(EVA: Ethylene Vinyl Acetate), 아크릴레이트(Acrylate), Acid modified PP 등과 같이 접착 성분을 가지는 재질로 형성되며, 50 μm 보다 작은 두께를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 접착층(130)은 상기한 고분자와 더불어 2층 이상의 고분자 조합으로 형성될 수도 있다.
또한, 접착층(130)은 고분자(polymer) 재질로 형성된 고분자 층이 될 수도 있다. 여기서, 접착층(130) 또는 고분자 층은 금속편(120)의 전체 표면에 걸쳐 마련되거나 금속편(120)의 표면 중 일부에만 마련되어 고분자 필름(101)에 접합될 수 있다.
한편, 고분자 필름(101)과 마주하거나 마주보는 금속편(120)의 일면에는 크로메이트(chromate) 처리를 포함한 표면 처리가 형성될 수 있다. 금속편(120)의 표면에 표면처리를 필수적으로 해야 하는데, 금속편(120)을 고분자 필름(101)에 부착하기 전에 금속편(120)의 표면에 크롬 코팅(chromate 처리)을 하거나 Non-Cr 처리(Non 크로메이트 처리 또는 바인더 처리) 또는 동시 처리할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)에 있어서, 금속편(120)과 EVA로 형성된 접착층(130)의 부착 상태를 시험하였다. EVA 접착층(130)이 부착된 금속편(120)을 85℃의 전해액에 넣고 24시간 경과한 후, 금속편(120)과 접착층(130)의 접착 상태를 확인해 보았다. 사용한 전해액의 조성은 LiPF6 1.1M, EC / EMC : 1 / 2 (v/v%) + Additive 이다.
전해액을 85℃에서 보관하더라도 금속편(120)과 EVA로 형성된 접착층(130)의 접착 상태가 유지됨을 알 수 있었다. 구리(Cu) 금속편이 표면 처리된 경우에는 접착층(130)과의 접착 상태가 유지됨을 알 수 있었다. 표면 처리되지 않은 구리 금속편의 경우에는 접착층(130)이 박리됨을 알 수 있었다.
고분자 필름(101)에 금속편(120)이 마련된 부분의 두께는 금속편(120)을 포함해서 120 μm 이하가 되고, 금속편(120)을 제외한 부분 또는 금속편(120)이 없는 부분의 두께는 100 μm 이하인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)는, 고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 마련되는 도전재(102, conductive material)를 포함할 수 있다.
도전재(102)는 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 등의 금속으로 마련되거나 또는 탄소나노튜브(CNT: Carbon Nano Tube), 그래핀(graphene) 등의 도전성 물질로 마련되며, 고분자 필름(101)의 표면에 도금 또는 코팅된 상태로 형성될 수 있다. 따라서 도전재(102)는 집전체(100)의 가장 외면을 형성하는 도전층(conductive layer)이라고 할 수도 있다.
상기 도전재(102)는 전극용 집전체(100)의 한계 전류 또는 최대 전류를 조절하거나 낮추도록 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도전재(102)는 집전체(100)의 전도성(conductivity)을 제어하기 위해 고분자 필름(101)과 금속편(120)의 표면에 도금되거나 코팅되는 금속 또는 도전성 물질을 의미하며, 고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 도금 또는 코팅된 상태에 중점을 둘 경우에는 도전재(102)는 도전층이라고 할 수도 있다. 이하에서 도전재(102)는 도전층을 포함하는 개념임을 밝혀둔다.
고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 도금되거나 코팅되는 도전재(102)의 코팅량 또는 코팅 두께를 조절함으로써 집전체(100)를 흐르는 전류의 최대량을 제어 또는 낮출 수 있고, 이로 인해 리튬이차전지의 안전성을 높일 수 있고 단락시 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
다시 말하면, 고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 형성된 도전재(102)의 두께 또는 양에 의해서 집전체(100)를 흐르는 한계 전류 또는 최대 전류가 조절될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)의 도전재(102)에 의해서 리튬이차전지(Lithium Secondary Battery)의 Max Current Limited Battery (MCLB)의 성격 또는 개념이 구현될 수 있다. 또한, 물리적인 내부 단락 발생시 고분자 필름(101)이 녹을 수 있어서 급격한 전류의 발생을 방해할 수 있기 때문에 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 도전재(102)는 다양한 방식에 의해 고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전재(102)가 금속인 경우에는 스퍼터링(sputtering), 증발코팅(evaporation coating), 또는 무전해도금에 의해서 고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 형성될 수 있다. 또한, 스퍼터링(sputtering), 증발코팅(evaporation coating), 무전해도금 또는 전해도금 중 2 이상에 의해서 도전재(102)가 도금 또는 코팅될 수도 있다.
도전재(102)가 도금 또는 코팅되는 양(무게) 또는 두께에 의해서 집전체(100)의 전도성을 제어하거나 전지의 안전성을 확보할 수 있기 때문에, 도금 또는 코팅할 때 도전재(102)의 두께 또는 무게를 제어 내지 조절할 수 있는 방식을 사용할 필요가 있다.
도전재(102)가 금속인 경우에, 도전재(102)의 도금 또는 코팅 두께 또는 무게 조절을 위해서 스퍼터링과 전해도금을 모두 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 스퍼터링을 이용해서 고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 도전재(102)를 얇게 도금 또는 코팅한 후에, 전해도금을 이용해서 그 위에 다시 도전재(102)를 형성하면서 도전재(102)의 도금 두께 또는 무게를 용이하게 제어하거나 조절하게 된다.
전해도금 방식에 비해서 스퍼터링 방식은 비용이 고가이기 때문에, 스퍼터링을 이용해서 얇게 도전재(102)를 도금한 후에 전해도금을 이용해서 도전재(102)를 도금하게 된다. 이와 같이 스퍼터링과 전해도금을 함께 이용하는 것이 경제성 측면에서도 유리하고 도전재(102)의 두께 또는 무게를 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다.
고분자 필름(101) 및/또는 금속편(120)의 표면에 도금되거나 코팅되는 도전재(102)의 두께는 리드탭(190)과 전극(집전체)의 길이에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 전극(집전체)의 길이가 길어지면 도전재(102)의 도금 두께도 증가하는 것이 바람직하다.
도전재(102)는 고분자 필름(101)의 어느 일면에만 형성되거나 양면에 모두 형성될 수도 있다. 이때, 도전재(102)는 최소 단면 기준 0.5 μm, 최대 단면 기준 2 μm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 고분자 필름(101)의 표면에 형성되는 도전재(102)는 고분자 필름(101)의 표면에 도금 또는 코팅되거나, 고분자 필름(101)의 표면에 형성된 도전재(102)가 고분자 필름(101)의 내부를 투과 또는 통과할 수도 있다. 예를 들어, 고분자 필름(101)이 다공성 재질로 형성된 경우, 고분자 필름(101)의 표면 중 어느 일면에 도금되거나 코팅된 도전재(102)는 고분자 필름(101)의 기공을 통해서 다른 표면까지 도달할 수 있다.
무전해 도금 방식을 이용하여 도전재(102)를 도금하거나 코팅하는 경우에 다공성인 고분자 필름(101)의 한 면에만 도전재(102)를 도금 또는 코팅해도 고분자 필름(101)의 내부로 도전재(102)가 스며들어 다른 면까지 도전재(102)가 도달하기 때문에 고분자 필름(101)의 어느 일면에만 도전재(102)를 도금 또는 코팅해도 고분자 필름(101)의 양면에서 전도성을 확보할 수 있다.
또한, 도전재(102)는 고분자 필름(101)에 금속편(120)이 부착된 후에 도금 또는 코팅되기 때문에 금속편(120)의 표면에도 도전재(102)가 도금 또는 코팅된다. 이때, 금속편(120)이 박막 금속 포일이거나 금속 메쉬 타입이고 고분자 필름(101)이 다공성 재질인 경우에는, 금속편(120)의 표면에 형성된 도전재(102)가 금속편(120)의 내부를 통과하여 고분자 필름(101)의 타면까지 도달할 수도 있다.
다만, 다공성 재질인 고분자 필름(101)의 기공을 없애야 하는 경우도 있는데, 이 경우에는 도전재(102)를 도금 또는 코팅하기 위해서 무전해 도금을 할 때 무전해 도금을 한 후에 고분자 필름(101)을 프레싱(pressing)하거나 열을 가하여 기공을 제거하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)는 도전재(102)에 의해서 전류 흐름이 가능하기 때문에 고분자 필름(101)의 표면에 도전재(102)가 도금 또는 코팅된 상태가 잘 유지되어야 한다. 이를 위해서, 고분자 필름(101)의 표면 처리를 하여 도전재(102)와 고분자 필름(101)의 결착력을 높이는 것이 바람직하다.
도전재(102)와 고분자 필름(101) 간의 결착력이 좋지 않으면, 전해액이 주입된 상태에서 도전재(102)가 고분자 필름(101)의 표면에서 분리 또는 이탈될 수 있기 때문에 도전재(102)와 고분자 필름(101) 간의 결착력을 높이는 것이 중요하다.
고분자 필름(101)의 표면에는 도전재(102)와의 접착력 또는 결착력을 높이기 위한 표면 처리가 형성될 수 있다.
도전재(102)와 고분자 필름(101)의 결착력을 높이기 위해서 고분자 필름(101)의 표면에 코로나 처리를 하거나 Ni/Cr 처리를 하게 된다. 여기서, Ni/Cr 처리를 하는 경우, Ni 또는 Cr 또는 Ni/Cr 합금이 10 nm 이하로 고분자 필름(101)에 코팅되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 고분자 필름(101)의 표면에 도금되는 도전재(102)가 구리(Cu)인 경우에, 구리와 고분자 필름(101) 간의 결착력을 향상시키기 위해 Ni 또는 Cr 또는 Ni/Cr 합금을 고분자 필름(101)의 표면에 10 nm 이하의 두께로 코팅하고, Ni/Cr 처리된 표면 위에 구리를 도금함으로써, 도전재(102)인 구리와 고분자 필름(101) 간의 결착력을 높일 수 있다. 즉, 고분자 필름(101) 위에 Ni/Cr을 먼저 코팅한 후에 그 위에 구리를 코팅함으로써 도전재(102)인 구리와 고분자 필름(101) 간의 결착력을 높일 수 있다.
또한, 고분자 필름(101)의 표면에 도금된 도전재(102)인 구리의 표면에 크롬(Cr)을 10 nm 이하의 두께로 코팅함으로써 바인더의 결착력을 향상시킬 수도 있다.
도 8은 도전재(102)가 알루미늄(Al)인 경우에 알루미늄의 표면 처리를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도전재(102)인 알루미늄의 내식성을 강화하기 위해서 알루미늄 위에 크롬(Cr)을 코팅하는 크로메이트 처리(L1)를 하고, 접착력을 향상시키기 위해 에폭시 타입의 Non-Cr을 코팅하는 처리(L2)를 크로메이트 처리(L1) 위에 할 수 있다. 여기서, Non-Cr 처리(L2)는 지르코늄(Zr)을 포함하는 화합물 층 또는 실리콘(Si)을 포함하는 화합물 층을 코팅하는 것이다. 크로메이트 처리(L1)와 Non-Cr 처리(L2)의 두께는 수 nm에서 수십 nm인 것이 바람직하다.
도 9는 도전재(102)가 니켈(Ni)인 경우에 니켈의 표면 처리를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도전재의 접착력을 향상하기 위해서 니켈의 표면에 폴리머 타입의 Non-Cr을 코팅하는 처리를 할 수 있다. 여기서, Non-Cr 코팅층은 폴리머(polymer)에 메탈(Metal)이 분산되어 있는 상태이다. Non-Cr 처리의 두께는 수 nm인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)는 외부 기기와의 연결을 위한 리드탭(190)을 구비한다.
기존의 금속 포일 집전체는 금속 포일에 직접 리드탭을 용접할 수 있지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)는 기존의 금속 포일에 대응하는 구성이 고분자 필름(101)이기 때문에 고분자 필름(101)에 직접 리드탭을 용접하는 것이 불가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)는 금속편(120)을 고분자 필름(101)의 표면에 부착하고, 금속편(120)에 리드탭(190)을 용접함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)에 있어서, 리드탭(190)은 초음파 용접(ultrasonic welding), 레이저 용접(laser welding) 또는 스폿 용접(spot welding)에 의해서 금속편(120)에 용접될 수 있다.
리드탭(190)을 금속편(120)에 용접할 때, 용접열에 의해서 금속편(120)의 아래에 있는 고분자 필름(101)은 녹게 된다. 고분자 필름(101)이 녹기 때문에 리드탭(190)이 도전재(102)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 리드탭(190)은 금속편(120)에 용접되되 고분자 필름(101)이 녹아서 금속편(120) 및 도전재(102)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 금속편(120) 및 도전재(102)는 고분자 필름(101)의 양면에 마련되며, 고분자 필름(101)의 양면에 마련된 금속편(120)은 동일한 위치에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 고분자 필름(101)의 상하 양면에 금속편(120)이 위치하는데, 동일 위치 내지 대칭이 되는 위치에 금속편(120)이 마련됨을 알 수 있다. 접착층(130)에 의해서 고분자 필름(101)의 상하 양면 동일 위치에 금속편(120)이 부착된 후에 고분자 필름(101)과 금속편(120)의 표면에 도전재(102)가 도금 또는 코팅된다. 이때, 도전재(102)는 고분자 필름(101)의 상하 양면에 모두 도금 또는 코팅되며, 고분자 필름(101)의 상하 양면에 마련된 금속편(120)의 표면에도 도전재(102)가 도금 또는 코팅된다.
도 4를 참조하면, 고분자 필름(101)의 상하 양면에 마련된 금속편(120) 중 어느 하나의 금속편에 리드탭(190)이 연결된다. 리드탭(190)은 금속편(120)의 표면에 도전재(102)가 도포 또는 코팅된 상태에 금속편(120)에 연결된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고분자 필름(101)의 양면에 마련된 금속편(120) 중 어느 하나의 금속편(120)에 리드탭(190)을 용접할 때, 고분자 필름(101)이 녹음으로써 고분자 필름(101)의 양면에 마련된 금속편(120)이 서로 연결되고, 그 결과 리드탭(190)이 고분자 필름(101)의 양면에 마련된 도전재(102)와 동시에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5 및 도 6의 과정을 거쳐 고분자 필름(101)의 상하 양면에 금속편(120)와 도전재(102)가 마련된 상태에서 고분자 필름(101)의 상면에 마련된 금속편(120)에 리드탭(190)을 초음파 용접, 레이저 용접 또는 스폿 용접하게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이 고분자 필름(101)의 일부(도 7의 W 참조)가 녹게 된다. 앞에서 고분자 필름(101)은 300℃ 보다 낮은 온도의 녹는점을 가지는 것이 바람직하다고 언급한 바 있다. 리드탭(190)을 용접할 때 발생하는 용접열이 300℃ 보다 높기 때문에 용접 과정에서 고분자 필름(101)은 녹을 수 있다.
이처럼 고분자 필름(101)이 녹은 부분에서는 고분자 필름(101)이 존재하지 않기 때문에 상하의 금속편(120)끼리 직접 접촉할 수 있다. 이때, 금속편(120)도 용접열에 의해서 용융된 상태이기 때문에 상하의 금속편(120)끼리 접합하게 된다. 따라서, 고분자 필름(101)이 녹아서 없는 부분에서 상하의 금속편(120)끼리 직접 용융 결합되기 때문에 어느 하나의 금속편(120)에 용접되는 리드탭(190)이 상하의 금속편(120) 뿐만 아니라 고분자 필름(101)의 상하면에 형성된 도전재(102)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)는 용접열에 의해서 고분자 필름(101)의 일부가 녹더라도 금속편(120)이 고분자 필름(101)과 연결된 상태를 유지하기 때문에 리드탭(190)을 연결하는 것이 가능하다.
다만, 경우에 따라서는 고분자 필름(101)이 녹지 않은 상태에서도 리드탭(190)을 금속편(120)에 용접할 수 있다. 고분자 필름(101)이 다공성 재질인 경우에는 기공을 통해 도전재(102)가 고분자 필름(101)을 투과하여 고분자 필름(101)의 양면과 전기적으로 연결되기 때문에 고분자 필름(101)이 녹지 않은 상태에서 금속편(120)에 연결된 리드탭(190)이 고분자 필름(101)의 도전재(102)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 리드탭(190)이 용접된 부위에서 금속편(120)과 도전재(102)의 전기적 연결이 약해질 수 있다. 예를 들면, 용접열에 의해서 금속편(120)의 표면에 형성된 도전재(102)가 녹게 되면, 금속편(120)과 도전재(102)의 전기적 연결이 나빠질 수 있다. 본 발명은 리드탭(190)이 용접된 부위에서 금속편(120)과 도전재(102)의 전기적 연결이 약해지는 것을 방지하거나 금속편(120)과 도전재(102)의 전기적 연결을 강화하기 위해서 탭 커버부재(180)를 이용한다.
도 10, 도 11 및 도 12에 도시된 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극용 집전체(100)를 참조하면, 고분자 필름(101)에는 리드탭(190)을 덮는 탭 커버부재(180)가 마련되고, 탭 커버부재(180)는 도전재(102), 금속편(120) 및 리드탭(190)과 접촉하도록 형성될 수 있다.
여기서, 탭 커버부재(180)는 리드탭(190), 금속편(120) 및 도전재(102)가 서로 전기적으로 연결된 부위를 덮는 전도성 테이프(conductive tape) 형태인 것이 바람직하다.
탭 커버부재(180)의 내면 및 외면 중 리드탭(190), 금속편(120) 및 도전재(102)와 접촉하는 내면은 전도성을 띠는 재질로 형성되어 리드탭(190)의 전도성을 강화할 수 있다. 즉, 전도성을 가지는 탭 커버부재(180)의 내면이 리드탭(190), 금속편(120) 및 도전재(102)와 동시에 접촉하기 때문에 탭 커버부재(180)의 내면을 통해서 금속편(120)과 도전재(102)가 전기적 연결을 유지하거나 강화할 수 있고 그 결과 리드탭(190), 금속편(120) 및 도전재(120) 사이의 전도성이 강화될 수 있다.
반면, 탭 커버부재(180)의 내면 및 외면 중 리드탭(190), 금속편(120) 및 도전재(102)와 접촉하지 않는 외면은 비전도성을 띠는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 탭 커버부재(180)는 전도성 재질을 포함하여 금속편(120)과 도전재(102)를 전기적으로 연결하거나 금속편(120)과 도전재(102) 사이의 전도성을 강화할 수 있다.
도 11을 참조하면, 탭 커버부재(180)는 전도성 재질로 형성되는 제1 레이어(180a) 및 제1 레이어(180a)의 상면에 마련되며 비전도성 재질로 형성되는 제2 레이어(180b)를 포함하며, 제1 레이어(180a)는 도전재(102), 금속편(120) 및 리드탭(190)과 접촉하도록 마련될 수 있다.
여기서, 전도성 재질로 형성되는 제1 레이어(180a)는 금속 또는 카본(Carbon) 입자를 포함하거나 금속이 도금될 수도 있다. 또한, 리드탭(190), 금속편(120) 및 도전재(102)와 접촉하는 제1 레이어(180a)의 표면에 도전성 접착제가 도포되거나 제1 레이어(180a) 자체가 도전성 접착층으로 형성될 수도 있다.
이와 같이, 도전성을 가지는 탭 커버부재(180)로 리드탭(190)의 연결 부위를 덮기 때문에 리드탭(190), 금속편(120) 및 도전재(120) 사이의 전도성을 강화할 뿐만 아니라 리드탭(190)의 연결 부위를 보호할 수도 있다.
한편, 도 12를 참조하면, 탭 커버부재(180)는, 리드탭(190)과 마주보는 고분자 필름(101)의 일면 즉, 고분자 필름(101)의 양면 중 리드탭(190)이 없는 고분자 필름(101)의 일면에 마련된 금속편(120) 및 도전재(102)를 덮도록 마련되어 금속편(120)과 도전재(102)를 전기적으로 연결하거나 금속편(120)과 도전재(102) 사이의 전도성을 강화하도록 형성될 수 있다. 즉, 금속편(120)과 도전재(102)가 고분자 필름(101)의 양면에 마련되는 경우 금속편(120)과 도전재(102)의 전기적 연결을 강화하도록 탭 커버부재(180)가 고분자 필름(101)의 양면에 마련될 수 있다.
도 13 내지 도 15에는 본 발명에 따른 전극용 집전체(100)를 포함하는 전극조립체(10)가 도시되어 있다. 도 13 내지 도 15의 경우, 본 발명에 따른 전극용 집전체(100)는 음극 집전체이다. 전극조립체(10)에 사용되기 위해서 전극용 집전체(100)의 표면에 음극 활물질(103)이 도포되어야 한다.
양극 집전체(200)는 양극 금속포일(201)에 양극 활물질(203)이 도포되며, 길이방향의 일단측에 양극 리드탭(290)이 연결된다.
양극 집전체(200)와 음극 집전체(100) 사이에 분리막(300)이 배치된다. 도 13에 도시된 바와 같은 상태로 분리막(300), 양극 집전체(200), 분리막(300), 음극 집전체(100)를 순서대로 쌓으면 도 9와 같은 상태가 된다.
도 14와 같은 상태에서 양극 리드탭(290)과 음극 리드탭(190)을 기준으로 감으면, 도 15에 도시된 바와 같이 젤리롤(Jelly-Roll) 타입의 전극조립체(10)가 된다. 이러한 젤리롤 타입의 전극조립체(10)를 외장재(미도시)에 넣고 전해액을 주입하면 리튬이차전지가 완성되는 것이다.
본 발명에 따른 전극용 조립체(100)는, 고분자 필름(101)에 도전재(102)가 도금 또는 코팅된 부분의 표면 저항(ρs, Surface Resistance)이 0.5 ohm/sq 이하, 0.005 ohm/sq 이상이 되는 것이 바람직하다.
도 16 내지 도 19 및 도 20 내지 도 22는 본 발명에 따른 전극용 집전체를 포함하는 리튬 이차전지의 성능을 실험한 그래프이다.
도 16은 기존의 금속 포일 집전체를 사용한 전지의 C-rate(충방전율) 시험 결과이고, 도 17과 도 18은 본 발명에 따른 전극용 집전체를 사용한 전지의 C-rate 시험 결과이다. 여기서, 도 16은 폭 2 센티미터, 길이 15 센티미터의 구리 포일을 포함하는 음극 집전체를 사용한 전지, 도 17은 폭 2 센티미터, 길이 10 센티미터의 PET 고분자 필름을 포함하는 음극 집전체를 사용한 전지, 도 18은 폭 2 센티미터, 길이 15 센티미터의 PET 고분자 필름을 포함하는 음극 집전체를 사용한 전지에 대한 C-rate 시험 결과이다. 또한, 도 19는 수명(Cycle) 특성을 보여주는 실험 결과이다.
실험 결과는 다음 [표 1]과 같다.
구분 0.5C 1.0C 1.5C 2.0C
(a) mAh 153.2 148.8 143.3 133.0
% 100% 97% 93% 87%
(b) mAh 99.702 95.191 87.128 74.675
% 100% 95% 87% 75%
(c) mAh 153.496 147.148 135.983 114.690
% 100% 96% 89% 75%
도 20은 기존의 금속 포일 집전체를 사용한 전지의 C-rate(충방전율) 시험 결과이고, 도 21은 본 발명에 따른 전극용 집전체를 사용한 전지의 C-rate 시험 결과이다. 여기서, 도 21은 무전해 도금에 의해 구리(Cu)를 PP 고분자 필름에 도금한 집전체를 음극 집전체로 사용하고, 알루미늄 포일의 양극 집전체를 사용한 전지에 대한 C-rate 시험 결과이다. 또한, 도 22는 수명(Cycle) 특성을 보여주는 실험 결과이다.
실험 결과는 다음 [표 2]와 같다.
구분 0.2C 0.5C 1.0C 1.5C 2.0C
(a) mAh 156.644 153.187 148.754 143.282 133.026
% 100% 98% 95% 91% 85%
(b) mAh 73.354 71.223 68.002 64.168 57.572
% 100% 97% 93% 87% 78%
도 16 내지 도 19 및 도 20 내지 도 22의 결과로부터, 기존의 전지와 비교해 보면, 본 발명에 따른 전극용 집전체를 사용한 전지의 경우 high C-rate에서 기존 전지 보다 rate 특성이 저하되지만, 1C에서의 rate 특성은 문제가 없음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전극용 집전체를 사용한 리튬이차전지(도 16 및 도 18, 도 21)는 기존 리튬이차전지(도 16, 도 20)와 유사하게 전지로서 기능함을 알 수 있다. 또한, 도 19와 도 22를 보면 기존 전지와 비교해서도 본 발명에 따른 집전체를 사용한 전지의 수명이 짧지 않음을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 고분자 필름;
    상기 고분자 필름의 적어도 하나의 표면에 마련되는 적어도 하나의 금속편;
    상기 고분자 필름 및 상기 금속편의 표면에 마련되는 도전재; 및
    상기 금속편에 접합 또는 연결되는 리드탭;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속편은 박막, 포일, 메쉬, 와이어 또는 파이버의 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속편은 상기 리드탭의 용접 위치를 확보하거나 상기 고분자 필름의 길이가 긴 경우 전도성을 확보하는 전기 패스의 역할을 하도록 형성된 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고분자 필름과 마주하는 상기 금속편의 일면에는 크로메이트 처리를 포함한 표면 처리가 형성된 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 고분자 필름과 마주하는 상기 금속편의 일면에는 접착층이 형성된 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고분자 필름의 표면에는 상기 도전재와의 접착력 또는 결착력을 높이기 위한 표면 처리가 형성된 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전재는 금속 또는 도전성 물질로 마련되며 상기 고분자 필름의 표면에 도금 또는 코팅된 상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전재는 전극용 집전체의 한계 전류 또는 최대 전류를 조절하거나 낮추도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리드탭은 상기 금속편에 용접되어 상기 금속편 및 상기 도전재와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 금속편 및 상기 도전재는 상기 고분자 필름의 양면에 마련되며, 상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 금속편은 동일한 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 금속편 중 어느 하나에 상기 리드탭을 용접할 때, 상기 고분자 필름이 녹음으로써 상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 금속편이 서로 연결되어 상기 리드탭이 상기 고분자 필름의 양면에 마련된 상기 도전재와 동시에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 필름에는 상기 리드탭을 덮는 탭 커버부재가 마련되고,
    상기 탭 커버부재는 상기 도전재, 상기 금속편 및 상기 리드탭과 접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 탭 커버부재는 전도성 재질을 포함하여 상기 금속편과 상기 도전재를 전기적으로 연결하거나 상기 금속편과 상기 도전재 사이의 전도성을 강화하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탭 커버부재는 상기 전도성 재질로 형성되는 제1 레이어 및 상기 제1 레이어의 상면에 마련되며 비전도성 재질로 형성되는 제2 레이어를 포함하며,
    상기 제1 레이어는 상기 도전재, 상기 금속편 및 상기 리드탭과 접촉하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 탭 커버부재는, 상기 리드탭과 마주보는 상기 고분자 필름의 일면에 마련된 상기 금속편 및 상기 도전재를 덮도록 마련되어 상기 금속편과 상기 도전재를 전기적으로 연결하거나 상기 금속편과 상기 도전재 사이의 전도성을 강화하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극용 집전체.
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