WO2021101028A1 - 전극 리드 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 - Google Patents

전극 리드 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지 Download PDF

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electrode
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pouch
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강민형
최용수
김상훈
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an electrode lead and a pouch-type secondary battery, and more particularly, by forming a two-stage electrode lead to discharge gas generated inside a battery case to the outside, safety can be secured.
  • the present invention relates to a method of manufacturing an electrode lead for reducing the amount of heat generated by reducing the resistance between the electrode leads, and a pouch type secondary battery including the same.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries.
  • These secondary batteries are not only small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and E-bikes, but also large products requiring high output such as electric vehicles and hybrid vehicles, and surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices for storing electric power or renewable energy and power storage devices for backup.
  • a cathode, a separator, and an anode are manufactured, and these are stacked. Specifically, a positive electrode active material slurry is applied to a positive electrode current collector, and a negative electrode active material slurry is applied to a negative electrode current collector to prepare a cathode and a negative electrode.
  • a separator is interposed between the prepared anode and the cathode and stacked, unit cells are formed, and the unit cells are stacked on top of each other, thereby forming an electrode assembly.
  • a secondary battery is manufactured.
  • the secondary batteries are classified into a pouch type and a can type, depending on the material of the battery case accommodating the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of a flexible polymer material having a non-uniform shape.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic having a uniform shape.
  • the pouch-type battery case is manufactured by forming a cup portion by drawing molding on a flexible pouch film. And when the cup part is formed, the electrode assembly is accommodated in the receiving space of the cup part, the battery case is folded, and the sealing part is sealed to manufacture a secondary battery.
  • gas may be generated inside due to an internal short circuit, overcharge, overdischarge, or the like.
  • gases increase the internal pressure of the secondary battery, causing problems such as weakening of the bonding force between parts, damage to the case of the secondary battery, premature operation of the protection circuit, deformation of the electrode, internal short circuit, and explosion.
  • protective members such as a CID filter and a safety vent are provided, and when the pressure inside the case increases, the electrical connection is physically cut off.
  • a protective member is not sufficiently provided.
  • the problem to be solved by the present invention is to secure safety by discharging gas generated inside the battery case to the outside by forming a two-stage electrode lead, and reducing the resistance between these two-stage electrode leads to reduce the amount of heat generated. It is to provide a method of manufacturing a lower electrode lead and a pouch-type secondary battery including the same.
  • An electrode lead manufacturing method for solving the above problem includes the steps of manufacturing a first electrode lead and a second electrode lead, respectively; And forming a connection part by bonding the first electrode lead and the second electrode lead to each other, wherein the manufacturing of the first electrode lead includes unwinding the first metal plate from the first metal reel.
  • the manufacturing of the second electrode lead includes: unwinding a second metal plate from a second metal reel; Masking by attaching a second tape to a second connection area in which the connection part is to be formed on the second metal plate; Performing a plating and surface treatment process on the second metal plate; And removing the second tape.
  • the first electrode lead may have one end connected to the electrode tab, and the first connection region may be formed on the other end of the first electrode lead.
  • the second connection region may be formed at one end of the second electrode lead.
  • the step of manufacturing the first electrode lead after the step of removing the first tape, further includes cutting the first metal plate at regular intervals
  • the step of manufacturing the second electrode lead May further include cutting the second metal plate at regular intervals after removing the second tape.
  • the step of manufacturing the first electrode lead further includes cutting the first metal plate at regular intervals before the step of masking by attaching the first tape
  • manufacturing the second electrode lead The step may further include cutting the second metal plate at regular intervals before the step of attaching and masking the second tape.
  • a first film may be formed on an outer surface of the first metal plate, and a second film may be formed on an outer surface of the second metal plate.
  • the surface treatment may include at least one of chromate treatment, zirconia treatment, and titanium treatment.
  • first film or the second film may be at least one of a chromate film, a zirconia film, and a titanium film.
  • an insulating portion may be further included that surrounds a part of the first and second electrode leads and bonds the first and second electrode leads to the battery case.
  • an adhesive force between the first and second electrode leads and the connection portion may be weaker than an adhesive force between the first and second electrode leads and the insulating portion.
  • the insulating portion may surround a portion in which the first and second electrode leads are connected through the connection portion.
  • the insulating part may be formed of at least one of thermoplastic, thermosetting, and photocurable resin having electrical insulation.
  • connection part may include a conductive material and a conductive polymer.
  • connection portion may have a thickness of 1 to 500 ⁇ m.
  • FIG. 1 is an assembly diagram of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an expanded volume of a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a part of a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 2 of a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a part of a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 2 showing an expanded volume of a pouch-type secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing a first electrode lead or a second electrode lead according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of attaching a tape to a metal plate unwound from a metal reel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which a tape is peeled off a metal plate unwound from a metal reel according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which a first electrode lead and a second electrode lead are adhered according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a state in which manufacturing of a second electrode lead is completed by bonding a first electrode lead and a second electrode lead according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing a first electrode lead or a second electrode lead according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an assembly view of a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 1 includes an electrode assembly 10 formed by stacking electrodes such as a positive electrode and a negative electrode and a separator, and the electrode assembly 10, as shown in FIG. 1. It includes a pouch-type battery case 13 accommodated therein.
  • the pouch-type secondary battery 1 In order to manufacture the pouch-type secondary battery 1, first, a slurry obtained by mixing an electrode active material, a binder, and a plasticizer is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to manufacture electrodes such as a positive electrode and a negative electrode.
  • the electrode assembly 10 of a predetermined shape is formed by stacking this on both sides of a separator, and then the electrode assembly 10 is inserted into the battery case 13, and the electrolyte is injected and then sealed.
  • the electrode assembly (Electrode Assembly, 10) is a laminated structure having two types of electrodes, an anode and a cathode, and a separator interposed between the electrodes to insulate the electrodes from each other, or disposed on the left or right side of any one electrode.
  • the stacked structure may be in various forms without limitation, such as a positive electrode and a negative electrode of a predetermined standard may be stacked with a separator interposed therebetween, or may be wound in a jelly roll form.
  • Two types of electrodes that is, a positive electrode and a negative electrode, have a structure in which an active material slurry is coated on an electrode current collector in the form of a metal foil or metal mesh containing aluminum and copper, respectively.
  • the slurry may be formed by stirring a particulate active material, an auxiliary conductor, a binder, a plasticizer, and the like in a state in which a solvent is added. The solvent is removed in a subsequent process.
  • the electrode assembly 10 includes an electrode tab 11 as shown in FIG. 1.
  • the electrode tabs 11 are respectively connected to the anode and the cathode of the electrode assembly 10, protrude to the outside of the electrode assembly 10, and become a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10. .
  • the electrode current collector of the electrode assembly 10 includes a portion coated with an electrode active material and a terminal portion to which the electrode active material is not applied, that is, a non-coated portion.
  • the electrode tab 11 may be formed by cutting the uncoated portion or by connecting a separate conductive member to the uncoated portion by ultrasonic welding or the like. As shown in FIG. 1, the electrode tabs 11 may protrude from one side of the electrode assembly 10 in the same direction, but are not limited thereto and may protrude in different directions.
  • An electrode lead 12 that supplies electricity to the outside of the secondary battery 1 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 by spot welding or the like.
  • a plurality of electrode leads 12 according to an exemplary embodiment of the present invention are provided to form two electrode leads 12.
  • the first electrode lead 123 (shown in FIG. 4) is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10, and the second electrode lead 124 (FIG. 4 ). Shown in) protrudes to the outside of the battery case (13).
  • a detailed description of the two-stage electrode leads 12 will be described later.
  • a portion of the electrode lead 12 is surrounded by an insulating portion 14.
  • the insulating part 14 is located limited to the sealing part 134 in which the upper case 131 and the lower case 132 of the battery case 13 are thermally fused, so that the electrode lead 12 is attached to the battery case 13. Bond.
  • electricity generated from the electrode assembly 10 is prevented from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12 and the sealing of the battery case 13 is maintained. Therefore, the insulating portion 14 is made of a non-conductive non-conductor that does not conduct electricity well.
  • an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead 12 and has a relatively thin thickness is often used, but is not limited thereto, and various members can be used as long as the electrode lead 12 can be insulated. have.
  • the electrode lead 12 has one end connected to the positive electrode tab 111, and one end connected to the positive electrode lead 121 and the negative electrode tab 112 extending in a direction in which the positive electrode tab 111 protrudes, and the negative electrode tab 112 ) Includes a negative electrode lead 122 extending in the protruding direction. Meanwhile, the other ends of the positive lead 121 and the negative lead 122 protrude to the outside of the battery case 13 as shown in FIG. 1. As a result, electricity generated inside the electrode assembly 10 can be supplied to the outside.
  • the positive electrode lead 121 and the negative electrode lead 122 may also extend in various directions, respectively.
  • the anode lead 121 and the cathode lead 122 may have different materials from each other. That is, the positive lead 121 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive current collector, and the negative lead 122 may be made of the same copper (Cu) material as the negative current collector or a copper material coated with nickel (Ni). In addition, a portion of the electrode lead 12 protruding to the outside of the battery case 13 becomes a terminal portion and is electrically connected to the external terminal.
  • the battery case 13 is a pouch made of a flexible material that accommodates the electrode assembly 10 therein.
  • the battery case 13 will be described as being a pouch.
  • a portion of the pouch film 135 is stretched to form a cup portion 133 including a pocket-shaped accommodation space 1331, thereby forming the battery case 13 Is manufactured.
  • the battery case 13 accommodates and seals the electrode assembly 10 so that a part of the electrode lead 12, that is, the terminal portion is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper case 131 and a lower case 132 as shown in FIG. 1.
  • a cup portion 133 is formed to provide an accommodation space 1331 capable of accommodating the electrode assembly 10, and in the upper case 131, the electrode assembly 10 is a battery case 13
  • the receiving space 1331 is covered from the top so as not to be separated from the outside.
  • the receiving space 1331 is sealed by sealing the sealing part 134.
  • the cup portion 133 in which the accommodation space 1331 is provided is also formed in the upper case 131, so that the electrode assembly 10 may be accommodated from the top.
  • the upper case 131 and the lower case 132 may be manufactured by connecting one side to each other, but are not limited thereto and may be manufactured in various ways, such as being separated from each other and manufactured separately.
  • the cup portion 133 of the lower case 132 When the electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and the insulating portion 14 is formed on a part of the electrode lead 12, the cup portion 133 of the lower case 132 The electrode assembly 10 is accommodated in the accommodation space 1331, and the upper case 131 covers the space from the top. Then, an electrolyte is injected into the inside, and the sealing portion 134 extending outwardly from the edges of the upper case 131 and the lower case 132 is sealed.
  • the electrolyte is for moving lithium ions generated by the electrochemical reaction of the electrode during charging and discharging of the secondary battery 1, and is a non-aqueous organic electrolyte or a polymer using a polymer electrolyte, which is a mixture of a lithium salt and a high-purity organic solvent. It may include. Through this method, as shown in FIG. 2, the pouch-type secondary battery 1 may be manufactured.
  • FIG 3 is a perspective view showing an expanded volume of the pouch-type secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 1 may generate abnormally many gases due to heat generated by an internal short circuit, overcharge, overdischarge, etc. due to an external impact of the electrode assembly 10, and electrolyte decomposition and thermal runaway.
  • gas when stored or stored at a high temperature, gas may be generated by rapidly accelerating the electrochemical reaction of the electrolyte and the electrode active material.
  • a flexible pouch film 135 is formed by drawing using a punch or the like, and the cup portion 133 is recessed in the lower case 132.
  • drawing molding is performed by inserting the pouch film 135 into a press and applying pressure to the pouch film 135 with a punch to stretch the pouch film 135.
  • the pouch film 135 is a surface protection layer mainly made of a polymer such as nylon resin or polyethylene terephthalate (PET), and a gas barrier layer mainly made of aluminum thin film (Al Foil). Barrier Layer) and a sealant layer mainly made of a polymer such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) are laminated to form.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • FIG. 4 is a part of a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 2 of the pouch-type secondary battery 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 1 has two electrode leads 12 as shown in FIG. 4. That is, the electrode lead 12 includes a first electrode lead 123 connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and a second electrode lead 124 protruding to the outside of the battery case 13. . In addition, the other end of the first electrode lead 1230 and one end of the second electrode lead 1240 are connected to each other by being bonded to each other through the connection portion 15.
  • the first and second electrode leads 123 and 124 should be stably connected to each other, and when the battery case 13 expands, the first and second electrode leads 123 and 124 It should be easily detached. Therefore, it is preferable that the first and second electrode leads 123 and 124 are located on different planes and have upper and lower surfaces connected to each other, rather than being located on the same plane and connected to the side surfaces.
  • connection portion 15 for bonding the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 to each other has a thickness of 1 to 500 ⁇ m and is very thin. Therefore, even if the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 form a step, the size of the step may not be excessively large.
  • the electrode lead 12 is surrounded by an insulating portion 14. Then, through the insulating portion 14, the electrode lead is adhered to the battery case.
  • the sealant layer of the battery case 13 is damaged. As described above, this sealant layer directly contacts the electrode assembly 10 and thus has insulating properties. However, if the sealant layer is damaged, electricity may flow to the battery case 13 through the electrode lead 12.
  • the gas barrier layer of the battery case 13 is made of a metal such as aluminum, if the sealant layer is even slightly damaged and the gas barrier layer is exposed, electricity can easily flow in contact with the electrode lead 12.
  • the insulating portion 14 is made of a non-conductive non-conductor that does not conduct electricity well.
  • the insulating portion 14 has high mechanical strength and heat resistance.
  • the insulating part 14 may include, for example, a polyolefin-based resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • polypropylene (PP) is excellent in mechanical properties such as tensile strength, stiffness, surface hardness, abrasion resistance, heat resistance, and chemical properties such as corrosion resistance, and is mainly used to manufacture the insulating part 14.
  • it may include acid-treated polypropylene.
  • acid-treated polypropylene and normal polypropylene may be mixed, polyethylene may be further mixed, and only acid-treated polypropylene may be included.
  • the acid-treated polypropylene may be MAH PP (maleic anhydride polypropylene).
  • the insulating part 14 maintains its shape, so that even if the sealant layer is partially damaged and the gas barrier layer is exposed, the electrode lead 12 and the gas barrier layer are Cut off contact. This prevents electricity generated from the electrode assembly 10 from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12.
  • the insulating portion 14 has high adhesiveness. Accordingly, the upper case 131 and the lower case 132 of the battery case 13 are located limited to the sealing portion to be thermally fused, and the electrode lead 12 is adhered to the battery case 13.
  • the insulating part 14 is a polymer resin, and may be made of at least one of thermoplastic, thermosetting, and photocurable resin having electrical insulation. In general, as the insulating portion 14, an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead 12 and has a relatively thin thickness is often used, but is not limited thereto, and various members can be used as long as the electrode lead 12 can be insulated. have.
  • the insulating portion 14 surrounds all of the first electrode lead 123, the connection portion 15, and the second electrode lead 124. If the first electrode lead 123 or the connection part 15 is not surrounded, the repulsive force cannot be applied to the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 even if the battery case 13 expands. to be. A detailed description of the repulsive force will be described later.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a pouch-type secondary battery 1 according to an exemplary embodiment in which the volume of the pouch-type secondary battery 1 is expanded, taken along line AA′ of FIG. 2.
  • the outer wall of the battery case 13 moves toward the outside.
  • the upper and lower walls have a large area and are not sealed, and thus have greater ductility. Accordingly, the upper wall of the battery case 13 moves upward and the lower wall moves downward.
  • a repulsive force is applied to the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 connected through the insulating portion 14. Therefore, as the internal pressure of the battery case 13 gradually increases, the force to move the outer wall of the battery case 13 increases, and the magnitude of the repulsive force applied to the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 Also increases further.
  • the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 are as shown in FIG. 9. Is eventually detached. Therefore, the electrical connection is physically cut off, so that no more electricity can flow. Desorption here means that what is adsorbed or attached to it falls. However, at this time, the adhesive force between the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 and the connection portion 15 is between the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 and the insulating portion 14. Weaker than adhesion.
  • plating and surface treatment are performed on a metal plate to form a film on the outer surface.
  • plating and surface treatment are performed before bonding the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 to each other, after bonding to each other, the coatings formed on the outer surface are adhered to each other, so the resistance increases on the bonding surface. Can occur.
  • plating and surface treatment are performed after bonding the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 to each other, the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 are separated from each other. There may be a problem that the connecting portion 15 to be connected is damaged.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing the first electrode lead 123 or the second electrode lead 124 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the first and second connection regions are connected to each other through the connection part 15 Since a film is not formed on the 1231 and 1241, the resistance can be reduced.
  • a method of manufacturing the electrode lead 12 includes manufacturing the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124, respectively; And forming a connection part by bonding the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 to each other, wherein the manufacturing of the first electrode lead 123 comprises: a first metal reel ( 21) unwinding the first metal plate 211; Masking by attaching a first tape 31 to a first connection area 1231 in which the connection part is to be formed on the first metal plate 211; Performing a plating and surface treatment process on the first metal plate 211; And removing the first tape 31, wherein the manufacturing of the second electrode lead 124 includes unwinding the second metal plate 221 from the second metal reel 22 ; Masking by attaching a second tape 32 to a second connection area 1241 in which the connection part is to be formed on the second metal plate 221; Performing a plating and surface treatment process on the second metal plate 221; And removing the second tape 32.
  • the pouch-type secondary battery 1 including the electrode lead 12 manufactured by this method includes an electrode assembly 10 in which an electrode including a positive electrode and a negative electrode, and a separator are stacked; A pouch-shaped battery case accommodating the electrode assembly 10; An electrode tab 11 connected to the electrode and protruding from one side of the electrode assembly 10; A first electrode lead 123 having one end connected to the electrode tab 11; A second electrode lead 124 having one end connected to the other end of the first electrode lead 123 and the other end protruding to the outside of the battery case; And a connection portion for bonding and connecting the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 to each other, wherein the first electrode lead 123 has a first film 1232 formed on an outer surface thereof.
  • the first film 1232 is not formed in the first connection region 1231 in which the connection part is formed, and the second electrode lead 124 has a second film 1242 formed on the outer surface thereof, and the connection part The second film 1242 is not formed in the second connection area 1241 where is formed.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a state of attaching the tapes 31 and 32 to the metal plates 211 and 221 unwound from the metal reels 21 and 22 according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 are separately manufactured. Further, the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 are bonded to each other to form a connection part.
  • the first metal plate 211 is unwound from the first metal reel 21 (S601).
  • the first metal reel 21 is a reel on which the first metal plate 211 is wound, and the first metal plate is unwound from the first metal reel 21 at a constant speed.
  • the first metal plate 211 becomes a raw material for the first electrode lead 123.
  • the first metal plate 211 When the first metal plate 211 is unwound, masking is performed by attaching the first tape 31 to the first connection area 1231 (S602). As described above, one end of the first electrode lead 123 is connected to the electrode tab 11 and the other end is connected to one end of the second electrode lead 124. Accordingly, the first connection region 1231 is formed on the other end of the first electrode lead 123 to be connected to the second electrode lead 124 in the future. In addition, as shown in FIG. 7, in the first metal plate 211, the first connection region 1231 is preferably formed to be elongated in the longitudinal direction along one edge of the first metal plate 211. Thereby, one first tape 31 can be attached to the first connection area 1231 at a time without the need to cut the first tape 31 into several pieces and attach it several times.
  • the metal plates 211 and 221 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive electrode current collector.
  • the metal plates 211 and 221 may be made of the same copper (Cu) material as the negative electrode current collector.
  • a plating process is performed on the metal plates 211 and 221 with a metal such as nickel (Ni).
  • the plating process is not limited, such as electroplating or electroless plating, and may be performed in various ways.
  • the surface treatment is performed to prevent oxidation of the metal plates 211 and 221 and improve adhesion to the insulating portion 14.
  • the surface treatment may be a chromate treatment using chromium.
  • the chromate treatment is a type of chemical conversion coating treatment, in which an insoluble chromate (chromate) film containing a chromium component is formed thinly on the surface of a metal.
  • the metal plates 211 and 221 are immersed in an aqueous solution containing chromium ions.
  • chromium ions undergo an oxidation reaction to generate insoluble chromium oxide on the outer surfaces of the metal plates 211 and 221, thereby forming a chromate film.
  • the chromium ion is not limited, such as a hexavalent ion or a trivalent ion, and may be various types of ions.
  • various materials such as chromic anhydride, chromium nitrate, chromium sulfate, chromium acetate and chromium chloride may be used without limitation.
  • the surface treatment may be a non-chromate treatment using a material other than chromium.
  • the material other than chromium may be, for example, zirconium. If zirconia treatment using zirconium is performed, the metal plates 211 and 221 are immersed in an aqueous solution containing zirconium ions. Then, zirconium ions undergo an oxidation reaction to generate zirconium oxide on the outer surfaces of the metal plates 211 and 221, thereby forming a zirconia film.
  • the non-chromate treatment is not limited thereto, and may include titanium treatment using titanium. That is, the surface treatment of the metal plates 211 and 221 is not limited and various methods can be used.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which the tapes 31 and 32 are peeled from the metal plates 211 and 221 unwound from the metal reels 21 and 22 according to an embodiment of the present invention.
  • the masked first tape 31 is peeled off and removed as shown in FIG. 8 (S604).
  • the first film 1232 is formed on the outer surface of the first metal plate 211, 1
  • the first film 1232 is not formed on the outer surface only in the connection area 1231.
  • the first tape 31 should not be corroded or deformed during surface treatment. Therefore, it is preferable to be made of a material having excellent corrosion resistance and abrasion resistance.
  • the first metal plate 211 is cut at regular intervals (S605). As a result, manufacturing of the first electrode lead 123 may be completed.
  • the second electrode lead 124 in order to manufacture the second electrode lead 124, the same procedure as the method of manufacturing the first electrode lead 123 is performed.
  • content overlapping with the above-described content will be omitted, but this is for convenience of description and is not intended to limit the scope of the rights.
  • the second metal plate 221 is unwound from the second metal reel 22 (S601).
  • a second tape 32 is attached to the second connection area 1241 to perform masking (S602).
  • one end of the second electrode lead 124 is connected to the other end of the first electrode lead 123, and the other end of the second electrode lead 124 protrudes to the outside of the battery case.
  • the second connection region 1241 is formed at one end of the second electrode lead 124 to be connected to the first electrode lead 123 in the future.
  • the second connection region 1241 is preferably formed to be elongated in the length direction along one edge of the second metal plate 221.
  • the second metal plate 221 is cut at regular intervals (S605).
  • the manufacture of the second electrode lead 124 may be completed.
  • both the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 have a rectangular shape. And, in order to be easily bonded to each other in the future, it is preferable that the widths are the same. Accordingly, a predetermined interval for cutting the first metal plate 211 and a predetermined interval for cutting the second metal plate 221 may be the same.
  • a press device may be used or a laser may be used. That is, in order to manufacture the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124, the metal plates 211 and 221 may be cut in various ways without limitation.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state of bonding the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a first electrode lead according to an embodiment of the present invention It is a schematic diagram showing a state in which manufacturing of the second electrode lead 12 is completed by bonding 123 and the second electrode lead 124 to each other.
  • first connection region 1231 at one end of the manufactured first electrode lead 123 and the second connection region 1241 at the other end of the second electrode lead 124 as shown in FIG.
  • the adhesive 151 is applied.
  • a lead stack is formed by bonding the first connection region 1231 and the second connection region 1241 to each other.
  • the adhesive 151 includes a material having conductivity. Thereby, electricity generated from the electrode assembly 10 can be easily discharged to the outside. To this end, the adhesive 151 is preferably formed by mixing a conductive material and a polymer.
  • the conductive material is graphite such as natural or artificial; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers or metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, nickel, gold, silver, and copper powder; Powder having a Core/Shell structure coated with a different metal on one metal; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; And at least one of a conductive material such as a polyphenylene derivative, and most preferably includes silver.
  • the conductive material included in the adhesive 151 is preferably 70 to 80 wt%.
  • Polymers are thermosetting polymer resins such as epoxy resin, acrylic resin, EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) resin, CPE (Chlorinated Polyethylene) resin, silicone, polyurethane, urea resin, melamine resin, phenol resin and unsaturated ester resin, polypropylene resin. ), polyethylene (Polyethylene), polyimide (Polyimide), and at least one of polyamide (Polyamide) is included, in particular, it is most preferable to include an epoxy or acrylic resin.
  • the polymer contained in the adhesive 151 is preferably 20 to 30 wt%.
  • connection part 15 includes a conductive material and a conductive polymer.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing the first electrode lead 123 or the second electrode lead 124 according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the step of cutting the first metal plate 211 or the second metal plate 221 This was carried out after the first tape 31 or the second tape 32 was peeled off and removed.
  • the metal plates 211 and 221 are not cut into several pieces but are continuously formed as one, there is no need to cut the tapes 31 and 32 into several pieces and attach them several times. ) May be attached to the first and second connection regions 1231 and 1241 at once.
  • the step of cutting the first metal plate 211 or the second metal plate 221 It is performed before the step of attaching and masking the first tape 31 or the second tape 32. That is, when the first metal plate 211 or the second metal plate 221 is unwound from the first metal reel 21 or the second metal reel 22, the first metal plate 211 or the second metal plate ( 221) is cut into several pieces. Specifically, first, the metal plates 211 and 221 are unwound from the metal reels 21 and 22 (S1101). When the metal plates 211 and 221 are unwound, the metal plates 211 and 221 are cut at regular intervals (S1102).
  • masking is performed by attaching the first or second tapes 31 and 32 to the first or second connection areas 1231 and 1241 (S1103).
  • surface treatments such as plating, oxidation, and film treatment are performed on the metal plates 211 and 221 (S1104).
  • the surface treatment of the metal plates 211 and 221 is completed, the masked tapes 31 and 32 are peeled off and removed (S1105). As a result, manufacturing of the first electrode lead 123 or the second electrode lead 124 may be completed.
  • the process sequence can be flexibly changed.

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 리드 제조 방법은 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 각각 제조하는 단계; 및 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 접착시켜 연결부를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 전극 리드를 제조하는 단계는, 제1 금속 릴에서 제1 금속 판을 권출하는 단계; 상기 제1 금속 판에서, 상기 연결부가 형성될 제1 연결 영역에 제1 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계; 상기 제1 금속 판에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제1 테이프를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제2 전극 리드를 제조하는 단계는, 제2 금속 릴에서 제2 금속 판을 권출하는 단계; 상기 제2 금속 판에서, 상기 연결부가 형성될 제2 연결 영역에 제2 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계; 상기 제2 금속 판에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제2 테이프를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

전극 리드 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 11월 20일자 한국특허출원 제10-2019-0149920호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 리드 제조 방법 및 파우치 형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2단의 전극 리드를 형성하여 전지 케이스의 내부에 발생한 가스를 외부로 배출하여 안전성을 확보할 수 있고, 이러한 2단의 전극 리드 사이의 저항을 감소시켜 발열량을 저하시키는 전극 리드 제조 방법 및 이를 포함하는 파우치 형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
전극 조립체를 제조하기 위해, 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)을 제조하고, 이들을 적층한다. 구체적으로, 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체에 도포하고, 음극 활물질 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 양극(Cathode)과 음극(Anode)을 제조한다. 그리고 상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 분리막(Separator)이 개재되어 적층되면 단위 셀(Unit Cell)들이 형성되고, 단위 셀들이 서로 적층됨으로써, 전극 조립체가 형성된다. 그리고 이러한 전극 조립체가 특정 케이스에 수용되고 전해액을 주입하면 이차 전지가 제조된다.
이러한 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
파우치 형 전지 케이스는, 유연성을 가지는 파우치 필름에 드로잉(Drawing) 성형을 하여, 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고 컵부가 형성되면, 상기 컵부의 수용 공간에 전극 조립체를 수납하고 전지 케이스를 폴딩한 후 실링부를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
한편, 이차 전지는 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의해 내부에서 가스가 발생할 수 있다. 이러한 가스는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 캔 형(Can Type)의 이차 전지의 경우에는, CID 필터 및 안전 벤트와 같은 보호 부재가 마련되어, 케이스의 내부의 압력이 증가하면 전기적 연결을 물리적으로 차단하였다. 그러나, 종래의 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지의 경우에는, 이러한 보호 부재가 충분히 마련되지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 2단의 전극 리드를 형성하여 전지 케이스의 내부에 발생한 가스를 외부로 배출하여 안전성을 확보할 수 있고, 이러한 2단의 전극 리드 사이의 저항을 감소시켜 발열량을 저하시키는 전극 리드 제조 방법 및 이를 포함하는 파우치 형 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 리드 제조 방법은 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 각각 제조하는 단계; 및 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 접착시켜 연결부를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 전극 리드를 제조하는 단계는, 제1 금속 릴에서 제1 금속 판을 권출하는 단계; 상기 제1 금속 판에서, 상기 연결부가 형성될 제1 연결 영역에 제1 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계; 상기 제1 금속 판에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제1 테이프를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제2 전극 리드를 제조하는 단계는, 제2 금속 릴에서 제2 금속 판을 권출하는 단계; 상기 제2 금속 판에서, 상기 연결부가 형성될 제2 연결 영역에 제2 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계; 상기 제2 금속 판에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제2 테이프를 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1 전극 리드는, 일단이 전극 탭과 연결되고, 상기 제1 연결 영역은, 상기 제1 전극 리드의 타단에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 연결 영역은, 상기 제2 전극 리드의 일단에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 리드를 제조하는 단계는, 상기 제1 테이프를 제거하는 단계 이후에, 상기 제1 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 전극 리드를 제조하는 단계는, 상기 제2 테이프를 제거하는 단계 이후에, 상기 제2 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 리드를 제조하는 단계는, 상기 제1 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계 이전에, 상기 제1 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 전극 리드를 제조하는 단계는, 상기 제2 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계 이전에, 상기 제2 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계를 수행하면, 상기 제1 금속 판의 외면에는 제1 피막이 형성되고, 상기 제2 금속 판의 외면에는 제2 피막이 형성될 수 있다.
상기 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계에 있어서, 상기 표면처리는, 크로메이트 처리, 지르코니아 처리 및 티타늄 처리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지는 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 적층되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 형태의 전지 케이스; 상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭; 일단이 상기 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드; 일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 및 상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 접착시켜 연결하는 연결부를 포함하되, 상기 제1 전극 리드는, 외면에 제1 피막이 형성되며, 상기 연결부가 형성되는 제1 연결 영역에는 상기 제1 피막이 형성되지 않고, 상기 제2 전극 리드는, 외면에 제2 피막이 형성되며, 상기 연결부가 형성되는 제2 연결 영역에는 상기 제2 피막이 형성되지 않는다.
또한, 상기 제1 피막 또는 상기 제2 피막은, 크로메이트 피막, 지르코니아 피막 및 티타늄 피막 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부를 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 연결부 간의 접착력은, 상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 절연부 간의 접착력보다 약할 수 있다.
또한, 상기 절연부는, 상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위할 수 있다.
또한, 상기 절연부는, 전기 절연성을 가지는 열가소성, 열경화성, 광경화형 수지 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 연결부는, 도전재 및 전도성 폴리머를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결부는, 두께가 1 내지 500 μm일 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
전극 리드를 복수로 마련하여 2단의 전극 리드를 형성함으로써, 전지 케이스의 내부에 가스가 발생하여 내부 압력이 증가하더라도, 가스를 외부로 배출하여 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 제1 전극 리드와 제2 전극 리드에 도금 및 표면처리를 수행하더라도, 서로가 연결부를 통해 연결되는 제1 및 제2 연결 영역에는 피막이 형성되지 않아, 저항을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창한 모습을 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드 또는 제2 전극 리드를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 릴에서 권출된 금속 판에 테이프를 부착하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 릴에서 권출된 금속 판에 테이프를 박리하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 접착하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드가 접착되어 2단의 전극 리드의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극 리드 또는 제2 전극 리드를 제조하는 방법의 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극, 음극 등의 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 파우치 형의 전지 케이스(13)를 포함한다.
파우치 형 이차 전지(1)를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극을 제조한다. 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
구체적으로, 전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 두 종류의 전극과, 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극의 좌측 또는 우측에 배치되는 분리막을 구비한 적층 구조체일 수 있다. 상기 적층 구조체는 소정 규격의 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층될 수도 있고, 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 권취될 수 있는 등 제한되지 않고 다양한 형태일 수 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 전극 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(12)는 복수로 마련되어, 2단의 전극 리드(12)를 형성한다. 그리고, 2단의 전극 리드(12) 중에서, 제1 전극 리드(123, 도 4에 도시됨)는 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)과 연결되고, 제2 전극 리드(124, 도 4에 도시됨)는 전지 케이스(Battery Case, 13)의 외부로 돌출된다. 2단의 전극 리드(12)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는, 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 펀치 등을 이용하여 유연성을 가지는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1331)을 포함하는 컵부(133)가 형성됨으로써, 전지 케이스(13)가 제조된다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 그리고 실링부(134)가 실링됨으로써 상기 수용 공간(1331)을 밀폐한다. 이 때, 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리로부터 외측으로 연장 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한 모습을 나타낸 사시도이다.
일반적으로 파우치 형 이차 전지(1)는 전극 조립체(10)의 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열과 이로 인한 전해질 분해, 열폭주 현상 등에 의해 비정상적으로 많은 가스가 발생할 수 있다. 또는 고온에서 보관하거나 저장하는 경우, 높은 온도가 전해질 및 전극 활물질의 전기화학적 반응을 빠르게 촉진하여 가스가 발생할 수 있다.
한편, 파우치 형 전지 케이스(13)를 제조하기 위해, 펀치 등을 이용하여 유연성을 가지는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하여, 하부 케이스(132)에 컵부(133)를 함몰 형성한다. 이러한 드로잉 성형은 프레스에 파우치 필름(135)을 삽입하고 펀치로 파우치 필름(135)에 압력을 인가하여, 파우치 필름(135)을 연신시킴으로써 수행된다. 이와 같이 파우치 필름(135)을 연신시켜 컵부(133)를 형성함으로써, 전지 케이스(13)가 제조된다. 이러한 파우치 필름(135)은 주로 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머로 제조되는 표면 보호층(Surface Protection Layer), 주로 알루미늄 박막(Al Foil)으로 제조되는 가스 배리어층(Gas Barrier Layer) 및 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리머로 제조되는 실란트층(Sealant Layer)을 적층하여 형성한다.
만약 전지 케이스(13) 내부에서 기체가 발생한다면, 전지 케이스(13)는 각 층들이 모두 유연성을 가지므로, 상기 발생한 기체가 이차 전지(1)의 내부 압력을 상승시켜, 도 3에 도시된 바와 같이 이차 전지(1)의 부피가 팽창한다. 그리고, 부품간의 결합력 약화, 이차 전지(1)의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
전지 케이스(13)의 내부에서 기체가 발생하면 이차 전지(1)의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지(1)의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 리드(12)가 2단으로 형성된다. 즉, 전극 리드(12)는 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)과 연결되는 제1 전극 리드(123) 및 전지 케이스(13)의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(124)를 포함한다. 그리고, 제1 전극 리드(1230)의 타단과 제2 전극 리드(1240)의 일단은 각각 일면이 연결부(15)를 통해 접착됨으로써, 서로 연결된다.
전지 케이스(13)가 정상일 때에는 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 서로 안정적으로 연결되어야 하고, 전지 케이스(13)가 팽창하면 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)는 서로 용이하게 탈착되어야 한다. 따라서 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)는, 동일 평면상에 위치하여 측면이 연결되는 것보다는, 서로 다른 평면상에 위치하여 상하면이 서로 연결되는 것이 바람직하다.
제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)를 서로 접착시키는 연결부(15)는, 두께가 1 내지 500 μm로 매우 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)가 단차를 형성하더라도, 단차의 크기가 과도하게 크지 않을 수 있다.
한편 상기 기술한 바와 같이, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 그리고 절연부(14)를 통해, 전극 리드가 전지 케이스에 접착된다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 실링되는 과정에서, 전극 리드(12)와 접촉하는 부분은 상대적으로 압력이 높으므로, 전지 케이스(13)의 실란트층이 파손될 가능성이 높다. 이러한 실란트층은 상기 기술한 바와 같이, 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가진다. 그러나, 실란트층이 파손된다면, 전극 리드(12)를 통해서 전지 케이스(13)로 전기가 흐를 수 있다. 특히, 전지 케이스(13)의 가스 배리어층은 알루미늄과 같은 금속으로 제조되므로, 실란트층이 조금이라도 파손되어 가스 배리어층이 노출된다면, 전극 리드(12)와 접촉하여 전기가 용이하게 흐를 수 있다.
따라서, 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 또한, 절연부(14)는 높은 기계적 강도와 내열성을 가진다. 이에 절연부(14)에는 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 포함될 수 있다. 특히, 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 절연부(14)를 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 절연부(14)의 접착력을 향상시키기 위해, 산처리된 폴리프로필렌을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산처리된 폴리프로필렌과 노멀 폴리프로필렌을 혼합할 수도 있고, 폴리 에틸렌을 더 혼합할 수도 있으며, 단순히 산처리된 폴리프로필렌만을 포함할 수도 있다. 여기서 산처리된 폴리프로필렌은 MAH PP(말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌)일 수 있다.
따라서 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착될 때 절연부(14)는 형태를 유지하여, 실란트 층이 일부 파손되어 가스 배리어층이 노출되더라도 전극 리드(12)와 가스 배리어층의 접촉을 차단한다. 그럼으로써 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지한다. 그리고 절연부(14)는 높은 접착성을 가진다. 따라서, 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 이러한 절연부(14)는 고분자 수지로서, 전기 절연성을 지니는 열가소성, 열경화성, 광경화형 수지 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 절연부(14)는 제1 전극 리드(123), 연결부(15) 및 제2 전극 리드(124)를 모두 포위한다. 만약, 제1 전극 리드(123) 또는 연결부(15)를 포위하지 않는다면, 전지 케이스(13)가 팽창하더라도 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력을 인가할 수 없기 때문이다. 척력에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한 모습을 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
상기 기술한 바, 파우치 형 전지 케이스(13)의 내부에서 압력이 증가한다면, 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 외벽이 외측을 향해 이동한다. 이 때, 전지 케이스(13)의 외벽 중에 상벽 및 하벽은 면적이 넓고 실링이 되어 있지 않아, 연성이 더욱 크다. 따라서, 전지 케이스(13)의 상벽은 상방으로, 하벽은 하방으로 이동한다. 한편, 전지 케이스(13)의 외벽이 외측을 향해 이동하면서, 절연부(14)를 통해 연결된 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력을 인가한다. 따라서, 전지 케이스(13)의 내부 압력이 점점 증가하면 전지 케이스(13)의 외벽이 이동하려는 힘이 더욱 커지고, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 인가되는 척력의 크기도 더욱 증가한다.
제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)간의 접착력보다 상기 척력의 크기가 더 커지게 되면, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)는 결국 탈착된다. 따라서, 전기적 연결이 물리적으로 차단되어, 전기가 더 이상 흐를 수가 없다. 여기서 탈착이란 흡착 또는 부착된 것이 떨어진다는 것을 의미한다. 다만, 이 때 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)와 연결부(15) 간의 접착력은, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 간의 접착력보다 약하다. 따라서, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력이 인가되면, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 사이의 접착력은 유지되어 전지 케이스(13)의 실링이 유지되고, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)가 서로 탈착된다.
한편, 이러한 전극 리드(12)를 제조할 때, 추후에 절연부(14)가 전극 리드(12)에 용이하게 접착되기 위해, 금속 판에 도금 및 표면처리를 수행하여, 외면에 피막을 형성한다. 그런데, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)를 서로 접착하기 전에 도금 및 표면처리를 수행한다면, 서로 접착한 후에는 외면에 형성된 피막끼리 접착되므로 접착면에서 저항이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 이와 반대로, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)를 서로 접착한 후에 도금 및 표면처리를 수행한다면, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124) 사이에서 서로를 연결하는 연결부(15)가 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드(123) 또는 제2 전극 리드(124)를 제조하는 방법의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 도금 및 표면처리를 수행하더라도, 서로가 연결부(15)를 통해 연결되는 제1 및 제2 연결 영역(1231, 1241)에는 피막이 형성되지 않아, 저항을 감소시킬 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(12) 제조 방법은 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)를 각각 제조하는 단계; 및 상기 제1 전극 리드(123) 및 상기 제2 전극 리드(124)를 서로 접착시켜 연결부를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제1 전극 리드(123)를 제조하는 단계는, 제1 금속 릴(21)에서 제1 금속 판(211)을 권출하는 단계; 상기 제1 금속 판(211)에서, 상기 연결부가 형성될 제1 연결 영역(1231)에 제1 테이프(31)를 부착하여 마스킹하는 단계; 상기 제1 금속 판(211)에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제1 테이프(31)를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 제2 전극 리드(124)를 제조하는 단계는, 제2 금속 릴(22)에서 제2 금속 판(221)을 권출하는 단계; 상기 제2 금속 판(221)에서, 상기 연결부가 형성될 제2 연결 영역(1241)에 제2 테이프(32)를 부착하여 마스킹하는 단계; 상기 제2 금속 판(221)에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제2 테이프(32)를 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 이러한 방법으로 제조된 전극 리드(12)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 적층되는 전극 조립체(10); 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 파우치 형태의 전지 케이스; 상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체(10)의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭(11); 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되는 제1 전극 리드(123); 일단이 상기 제1 전극 리드(123)의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(124); 및 상기 제1 전극 리드(123) 및 상기 제2 전극 리드(124)를 서로 접착시켜 연결하는 연결부를 포함하되, 상기 제1 전극 리드(123)는, 외면에 제1 피막(1232)이 형성되며, 상기 연결부가 형성되는 제1 연결 영역(1231)에는 상기 제1 피막(1232)이 형성되지 않고, 상기 제2 전극 리드(124)는, 외면에 제2 피막(1242)이 형성되며, 상기 연결부가 형성되는 제2 연결 영역(1241)에는 상기 제2 피막(1242)이 형성되지 않는다.
이하, 도 6의 흐름도에 도시된 각 단계를 도 7 내지 도 10을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 릴(21, 22)에서 권출된 금속 판(211, 221)에 테이프(31, 32)를 부착하는 모습을 나타낸 개략도이다.
2단의 전극 리드(12)를 제조하기 위해, 먼저 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)를 각각 별도로 제조한다. 그리고, 이러한 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)를 서로 접착시켜 연결부를 형성한다.
제1 전극 리드(123)를 제조하기 위해서는 먼저, 제1 금속 릴(21)에서 제1 금속 판(211)을 권출한다(S601). 제1 금속 릴(21)은 제1 금속 판(211)이 권취된 릴이며, 제1 금속 릴(21)로부터 제1 금속판이 일정한 속도로 권출된다. 그리고 이러한 제1 금속 판(211)은 제1 전극 리드(123)의 원재료가 된다.
제1 금속 판(211)이 권출되면, 제1 연결 영역(1231)에 제1 테이프(31)를 부착하여 마스킹을 한다(S602). 상기 기술한 바와 같이, 제1 전극 리드(123)는 일단이 전극 탭(11)과 연결되고, 타단은 제2 전극 리드(124)의 일단과 연결된다. 따라서, 제1 연결 영역(1231)은 추후에 제2 전극 리드(124)와 연결될, 제1 전극 리드(123)의 타단에 형성된다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 제1 금속 판(211)에서는, 제1 연결 영역(1231)은 제1 금속 판(211)의 일측 모서리를 따라 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 제1 테이프(31)를 여러 조각으로 절단하여 여러 번 부착할 필요가 없이, 하나의 제1 테이프(31)를 제1 연결 영역(1231)에 한 번에 부착할 수 있다.
제1 테이프(31)의 마스킹 공정이 완료되면, 제1 금속 판(211)에 도금 및 산화, 피막처리 등의 표면처리를 수행한다(S603). 만약 전극 리드(12)가 양극 리드(121)라면, 상기 기술한 바와 같이 금속 판(211, 221)은 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질일 수 있다. 그리고 만약 전극 리드(12)가 음극 리드(122)라면, 금속 판(211, 221)은 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질일 수 있다. 이러한 금속 판(211, 221)에 니켈(Ni) 등의 금속으로 도금 공정을 수행한다. 도금 공정은 전해도금, 무전해도금 등 제한되지 않고 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
도금 공정이 완료되면, 금속 판(211, 221)의 산화를 방지하고, 절연부(14)와의 접착력을 향상시키기 위해 표면처리를 수행한다. 상기 표면처리는 크롬을 이용한 크로메이트(Chromate) 처리일 수 있다. 크로메이트 처리란 화성피막처리의 일종으로서, 금속의 표면에 크롬 성분을 포함하는 불용성의 크로메이트(크롬산염) 피막이 얇게 형성되는 것이다. 이를 위해 상기 금속 판(211, 221)을 크롬 이온이 포함된 수용액에 침지한다. 그러면, 크롬 이온이 산화반응을 하여 금속 판(211, 221)의 외면에 불용성의 크롬 산화물이 생성됨으로써 크로메이트 피막이 형성된다. 여기서 크롬 이온은 6가 이온 또는 3가 이온 등 제한되지 않고 다양한 종류의 이온일 수 있다. 그리고 크롬 이온이 포함된 수용액으로는, 무수크롬산, 질산크롬, 황산크롬, 초산크롬 및 염화크롬 등 제한되지 않고 다양한 물질이 사용될 수 있다.
한편, 상기 표면처리는 크롬이 아닌 물질을 이용한 비크로메이트(Non-Chromate) 처리일 수 있다. 여기서 크롬이 아닌 물질로는, 예를 들어 지르코늄일 수 있다. 만약 지르코늄을 이용하는 지르코니아 처리를 한다면, 상기 금속 판(211, 221)을 지르코늄 이온이 포함된 수용액에 침지한다. 그러면, 지르코늄 이온이 산화반응을 하여 금속 판(211, 221)의 외면에 지르코늄 산화물이 생성됨으로써 지르코니아 피막이 형성된다. 비크로메이트 처리는 이에 제한되지 않고, 티타늄을 이용한 티타늄 처리 등을 포함할 수도 있다. 즉, 금속 판(211, 221)의 표면처리는 제한되지 않고 다양한 방법을 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 릴(21, 22)에서 권출된 금속 판(211, 221)에 테이프(31, 32)를 박리하는 모습을 나타낸 개략도이다.
제1 금속 판(211)의 표면처리가 완료되면 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 마스킹된 제1 테이프(31)를 박리하여 제거한다(S604). 상기 기술한 바와 같이, 제1 금속 판(211)의 표면처리가 완료되면 상기 제1 금속 판(211)의 외면에는 제1 피막(1232)이 형성되나, 제1 테이프(31)로 마스킹되었던 제1 연결 영역(1231)에만 외면에 제1 피막(1232)이 형성되지 않는다. 한편, 제1 테이프(31)는 표면 처리를 수행하는 동안, 부식되거나 변형되지 않아야 한다. 따라서, 내식성 및 내마모성이 우수한 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
그 후, 상기 제1 금속 판(211)을 일정 간격으로 절단한다(S605). 그럼으로써, 제1 전극 리드(123)의 제조가 완료될 수 있다.
한편, 제2 전극 리드(124)를 제조하기 위해서는 상기 제1 전극 리드(123)를 제조하는 방법과 동일하게 수행한다. 이하, 상기 기술한 내용과 중복되는 내용은 생략하나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 권리범위를 제한하기 위함이 아니다.
구체적으로 먼저, 제2 금속 릴(22)에서 제2 금속 판(221)을 권출한다(S601). 그리고 제2 금속 판(221)이 권출되면, 제2 연결 영역(1241)에 제2 테이프(32)를 부착하여 마스킹을 한다(S602). 상기 기술한 바와 같이, 제2 전극 리드(124)는 일단이 제1 전극 리드(123)의 타단과 연결되고, 타단이 전지 케이스의 외부로 돌출된다. 따라서, 제2 연결 영역(1241)은 추후에 제1 전극 리드(123)와 연결될, 제2 전극 리드(124)의 일단에 형성된다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 제2 금속 판(221)에서는, 제2 연결 영역(1241)은 제2 금속 판(221)의 일측 모서리를 따라 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.
제2 테이프(32)의 마스킹 공정이 완료되면, 제2 금속 판(221)에 도금 및 산화, 피막처리 등의 표면처리를 수행한다(S603). 제2 금속 판(221)의 표면처리가 완료되면 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 마스킹된 제2 테이프(32)를 박리하여 제거한다(S604). 상기 기술한 바와 같이, 제2 금속 판(221)의 표면처리가 완료되면 상기 제2 금속 판(221)의 외면에는 제2 피막(1242)이 형성되나, 제2 테이프(32)로 마스킹되었던 제2 연결 영역(1241)에만 외면에 제2 피막(1242)이 형성되지 않는다. 한편, 제2 테이프(32)는 표면 처리를 수행하는 동안, 부식되거나 변형되지 않아야 한다. 따라서, 내식성 및 내마모성이 우수한 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
그 후, 상기 제2 금속 판(221)을 일정 간격으로 절단한다(S605). 그럼으로써, 제2 전극 리드(124)의 제조가 완료될 수 있다.
제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)는 모두 사각형의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 그리고 추후에 서로 용이하게 접착되기 위해, 폭이 서로 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 제1 금속 판(211)을 절단하는 일정 간격과, 제2 금속 판(221)을 절단하는 일정 간격은 동일할 수 있다.
금속 판(211, 221)을 절단할 때에는 프레스 장치를 이용할 수도 있고, 레이저를 이용할 수도 있다. 즉, 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)를 제조하기 위해서는, 제한되지 않고 다양한 방법으로 금속 판(211, 221)을 절단할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)를 접착하는 모습을 나타낸 개략도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)가 접착되어 2단의 전극 리드(12)의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
상기 제조된 제1 전극 리드(123)의 일단의 제1 연결 영역(1231) 및 제2 전극 리드(124)의 타단의 제2 연결 영역(1241) 중 적어도 하나에, 도 9에 도시된 바와 같이 접착제(151)를 도포한다. 그리고, 제1 연결 영역(1231)과 제2 연결 영역(1241)을 서로 접착시켜 리드 적층체를 형성한다.
접착제(151)는 전도성을 가지는 물질을 포함한다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)로부터 생성된 전기를 용이하게 외부로 방출할 수 있다. 이를 위해, 접착제(151)는 도전재 및 폴리머가 혼합되어 형성되는 것이 바람직하다.
도전재는 천연 또는 인조 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유 또는 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화카본, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 구리 분말 등의 금속 분말; 1종의 금속 위에 이종의 금속으로 코팅된 Core/Shell 구조를 가지는 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 및 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 중 적어도 하나를 포함하며, 특히 은을 포함하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 접착제(151)에 포함되는 도전재는 70 내지 80 wt%인 것이 바람직하다.
폴리머는 열경화성 고분자 수지로 에폭시 수지, 아크릴 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, CPE(Chlorinated Polyethylene) 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀수지 및 불포화에스테르 수지, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리이미드(Polyimide) 및 폴리아미드(Polyamide) 중 적어도 하나를 포함하며, 특히 에폭시 또는 아크릴 수지를 포함하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 접착제(151)에 포함되는 폴리머는 20 내지 30 wt%인 것이 바람직하다.
접착제(151)가 도포된 후, 상기 리드 적층체에 열을 인가하면, 접착제(151)가 건조하여 경화됨으로써 연결부(15)가 형성되고, 이러한 연결부(15)는 도전재 및 전도성 폴리머를 포함한다. 따라서 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)가 서로 연결된 2단의 전극 리드(12)의 제조가 완료된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극 리드(123) 또는 제2 전극 리드(124)를 제조하는 방법의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극 리드(123) 또는 제2 전극 리드(124)를 제조하기 위해, 제1 금속 판(211) 또는 제2 금속 판(221)을 절단하는 단계는, 제1 테이프(31) 또는 제2 테이프(32)를 박리하여 제거한 이후에 수행하였다. 그럼으로써, 금속 판(211, 221)이 여러 조각으로 절단되지 않고 하나로 연속되어 형성되므로, 테이프(31, 32)를 여러 조각으로 절단하여 여러 번 부착할 필요가 없이, 하나의 테이프(31, 32)를 제1 및 제2 연결 영역(1231, 1241)에 한 번에 부착할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 전극 리드(123) 또는 제2 전극 리드(124)를 제조하기 위해, 제1 금속 판(211) 또는 제2 금속 판(221)을 절단하는 단계는, 제1 테이프(31) 또는 제2 테이프(32)를 부착하여 마스킹하는 단계 이전에 수행한다. 즉, 제1 금속 릴(21) 또는 제2 금속 릴(22)에서 제1 금속 판(211) 또는 제2 금속 판(221)이 권출되면, 제1 금속 판(211) 또는 제2 금속 판(221)을 여러 조각으로 절단한다. 구체적으로 먼저, 금속 릴(21, 22)에서 금속 판(211, 221)을 권출한다(S1101). 금속 판(211, 221)이 권출되면, 상기 금속 판(211, 221)을 일정 간격으로 절단한다(S1102). 그 후, 제1 또는 제2 연결 영역(1231, 1241)에 제1 또는 제2 테이프(31, 32)를 부착하여 마스킹을 한다(S1103). 테이프(31, 32)의 마스킹 공정이 완료되면, 금속 판(211, 221)에 도금 및 산화, 피막처리 등의 표면처리를 수행한다(S1104). 금속 판(211, 221)의 표면처리가 완료되면 상기 마스킹된 테이프(31, 32)를 박리하여 제거한다(S1105). 그럼으로써, 제1 전극 리드(123) 또는 제2 전극 리드(124)의 제조가 완료될 수 있다.
상기의 방법을 수행하면, 제1 테이프(31) 또는 제2 테이프(32)를 여러 조각으로 절단하므로, 제1 테이프(31) 또는 제2 테이프(32)의 크기가 감소한다. 따라서, 부착하고자 하는 제1 연결 영역(1231) 또는 제2 연결 영역(1241)에 정확하게 부착할 수 있다. 또한, 이미 금속 판(211, 221)을 절단한 이후에도, 마스킹 공정을 수행할 수 있으므로, 공정 순서를 유연하게 변경할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 제1 전극 리드 및 제2 전극 리드를 각각 제조하는 단계; 및
    상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 접착시켜 연결부를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 전극 리드를 제조하는 단계는,
    제1 금속 릴에서 제1 금속 판을 권출하는 단계;
    상기 제1 금속 판에서, 상기 연결부가 형성될 제1 연결 영역에 제1 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계;
    상기 제1 금속 판에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 제1 테이프를 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 전극 리드를 제조하는 단계는,
    제2 금속 릴에서 제2 금속 판을 권출하는 단계;
    상기 제2 금속 판에서, 상기 연결부가 형성될 제2 연결 영역에 제2 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계;
    상기 제2 금속 판에 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 제2 테이프를 제거하는 단계를 포함하는 전극 리드 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드는,
    일단이 전극 탭과 연결되고,
    상기 제1 연결 영역은,
    상기 제1 전극 리드의 타단에 형성되는 전극 리드 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 연결 영역은,
    상기 제2 전극 리드의 일단에 형성되는 전극 리드 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드를 제조하는 단계는,
    상기 제1 테이프를 제거하는 단계 이후에,
    상기 제1 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 전극 리드를 제조하는 단계는,
    상기 제2 테이프를 제거하는 단계 이후에,
    상기 제2 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함하는 전극 리드 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드를 제조하는 단계는,
    상기 제1 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계 이전에,
    상기 제1 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제2 전극 리드를 제조하는 단계는,
    상기 제2 테이프를 부착하여 마스킹하는 단계 이전에,
    상기 제2 금속 판을 일정 간격으로 절단하는 단계를 더 포함하는 전극 리드 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계를 수행하면,
    상기 제1 금속 판의 외면에는 제1 피막이 형성되고,
    상기 제2 금속 판의 외면에는 제2 피막이 형성되는 전극 리드 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도금 및 표면처리 공정을 수행하는 단계에 있어서,
    상기 표면처리는,
    크로메이트 처리, 지르코니아 처리 및 티타늄 처리 중 적어도 하나를 포함하는 전극 리드 제조 방법.
  8. 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 적층되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 형태의 전지 케이스;
    상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭;
    일단이 상기 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드;
    일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 및
    상기 제1 전극 리드 및 상기 제2 전극 리드를 서로 접착시켜 연결하는 연결부를 포함하되,
    상기 제1 전극 리드는,
    외면에 제1 피막이 형성되며, 상기 연결부가 형성되는 제1 연결 영역에는 상기 제1 피막이 형성되지 않고,
    상기 제2 전극 리드는,
    외면에 제2 피막이 형성되며, 상기 연결부가 형성되는 제2 연결 영역에는 상기 제2 피막이 형성되지 않는 파우치 형 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 피막 또는 상기 제2 피막은,
    크로메이트 피막, 지르코니아 피막 및 티타늄 피막 중 적어도 하나인 파우치 형 이차 전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부를 포위하여, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부를 더 포함하는 파우치 형 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 연결부 간의 접착력은,
    상기 제1 및 제2 전극 리드와 상기 절연부 간의 접착력보다 약한, 파우치 형 이차 전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 절연부는,
    상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위하는, 파우치 형 이차 전지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 절연부는,
    전기 절연성을 가지는 열가소성, 열경화성, 광경화형 수지 중 적어도 하나로 형성되는, 파우치 형 이차 전지.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 연결부는,
    도전재 및 전도성 폴리머를 포함하는, 파우치 형 이차 전지.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 연결부는,
    두께가 1 내지 500 μm인, 파우치 형 이차 전지.
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