WO2023018203A1 - 다층 전도성 테이프, 이를 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

다층 전도성 테이프, 이를 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a multilayer conductive tape and a secondary battery including the same. Specifically, the present invention relates to a multi-layer conductive tape that prevents deterioration in performance of a secondary battery due to disconnection occurring at a contact area between an electrode tab and an electrode lead through the multi-layer insulating tape, a secondary battery including the same, and a manufacturing method thereof. .
  • a pouch-type secondary battery includes an electrode assembly, electrode tabs extending from the electrode assembly, electrode leads welded to the electrode tabs, and a pouch-type exterior material made of a laminated sheet of polymer resin and aluminum and accommodating the electrode assembly, and the above It is configured to include an insulating tape adhered to a portion where the electrode tab and the electrode lead are welded.
  • the insulating tape may serve to improve the insulation of the positive electrode or the negative electrode, but the adhesive area of the insulating tape is narrow and there is no electrical conductivity, so if the electrode tab and the electrode lead are cut off, the secondary battery does not operate anymore and the secondary battery cannot be used. There is one problem.
  • the present invention is a multi-layer conductive tape that conducts electricity to the outside even when a wire is disconnected in an electrode tab or an electrode lead by placing an electrically conductive layer at a contact area between an electrode tab and an electrode lead. , To provide a secondary battery and a secondary battery manufacturing method including the same.
  • An exemplary embodiment of the present invention is an adhesive layer; an electrically conductive layer positioned on one side of the adhesive layer; an insulating layer positioned on one side of the electrically conductive layer; and a protective layer for protecting the outer surface of the insulating layer.
  • an electrode assembly in which one or more electrodes and separators are alternately stacked; a battery case in which the electrode assembly is accommodated; electrode tabs protruding and extending from the electrodes, stacked and welded by polarity;
  • a secondary battery including an electrode lead and the multi-layered conductive tape that are connected to the electrode tab in a stacked manner and a portion of the electrode lead protrudes out of the battery case.
  • the width (W) of the multilayer conductive tape is the overlapping portion of the overlapping portion where the electrode tab and the electrode lead are connected at the ends of one side and the other side of the electrode assembly facing the battery case.
  • a secondary battery extended to at least a part is provided.
  • manufacturing an electrode assembly by alternately stacking a plurality of electrodes and separators; a pre-welding step of collecting and welding electrode tabs provided at ends of the plurality of electrodes; a main welding step of overlapping and welding an electrode lead to an end portion of the electrode tab; attaching a multi-layered conductive tape to at least one of upper and lower sides of the overlapping position of the electrode tab and the electrode lead; and thermally compressing the adhesive surface of the multilayer conductive tape by heat.
  • an electrically conductive layer is placed at a portion where an electrode tab and an electrode lead are in contact to prevent current from flowing due to disconnection or folding of an electrode tab included in a secondary battery. there is.
  • the multilayer conductive tape is bonded to a larger area than the area where the electrode tab and the electrode lead are welded, so that problems such as disconnection and folding of the electrode tab can be prevented.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional insulating tape.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a multi-layer conductive tape according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the secondary battery according to one embodiment of the present invention taken along the line AA' of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of a secondary battery including a multilayer conductive tape according to another embodiment of the present invention taken along line AA′ of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a flowchart of a secondary battery manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a multilayer conductive tape 10 according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view showing a secondary battery 100 according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view of the present invention.
  • FIG. 5 is a secondary battery including a multi-layer conductive tape 10' according to another exemplary embodiment of the present invention. This is a part of a cross-sectional view taken along line AA' of (100) in FIG.
  • the secondary battery 100 includes a multilayer conductive tape 10 , an electrode assembly 20 , an electrode tab 30 and an electrode lead 40 .
  • the multi-layer conductive tape 10 includes an adhesive layer 11, an electrical conductive layer 12, an insulating layer 13, and a protective layer 14.
  • the adhesive layer 11 adheres the multilayer conductive tape 10 by directly contacting the adhered material, and imparts adhesiveness to the multilayer conductive tape 10 .
  • the adhering material may be, for example, the electrode tab 30 and the electrode lead 40 of the secondary battery 100 to be described later.
  • the adhesive layer 11 may be made of a resin having adhesive properties at room temperature.
  • the resin included in the adhesive layer 11 is not particularly limited as long as it can be attached without damaging the skin complex, but may include, for example, at least one selected from the group consisting of acrylic, synthetic rubber, and ethyl acetate.
  • the adhesive layer 11 may include a material with high electrical conductivity in order to allow current to flow through the electrically conductive layer 12 to be described later.
  • a material having high electrical conductivity may be mixed with an adhesive resin.
  • the material with high electrical conductivity may include a metal or a carbon-based material, and may include, for example, at least one of copper, aluminum, titanium, silicon, magnesium, nickel, and stainless steel.
  • a resin having adhesiveness may be applied to a substrate having a plurality of holes penetrating the multilayer conductive tape 10 in the stacking direction.
  • the substrate may be provided in a mesh shape or a dot shape.
  • the adhesive layer 11 may include a conductive material in at least one of a substrate and a resin.
  • the base material may include a metal fiber or metal foil made of one selected from the group consisting of nickel, copper, stainless steel, silver, and gold, plated fiber, plated nonwoven fabric, and the like.
  • the adhesive layer 11 may be formed to a thickness of 1 ⁇ m to 20 ⁇ m, preferably may be formed to a thickness of 3 ⁇ m to 15 ⁇ m, and more preferably may be formed to a thickness of 6 ⁇ m to 12 ⁇ m. . If the thickness of the adhesive layer 11 is less than 1 ⁇ m, the adhesive force is reduced and a problem of peeling from the skin complex occurs, and if the thickness of the adhesive layer 11 exceeds 20 ⁇ m, the volume occupied by the skin complex is too large. do.
  • the electrically conductive layer 12 is positioned on one side of the adhesive layer 11 and can allow current to flow through the multilayer insulating tape 10 .
  • the multilayer conductive tape 10 according to the present invention when attached to the welded portion of the electrode tab 30 and the electrode lead 40, the passage other than the electrode tab 30 and the electrode lead 40 through which current flows It has the effect of increasing the electrical conductivity by widening it.
  • the electrically conductive layer 12 may be formed of metal.
  • the electrically conductive layer 12 is made of iron, copper, lead, tin, zinc, gold, platinum, mercury, nickel, aluminum, magnesium, cadmium, uranium, thorium, plutonium, beryllium, titanium, zirconium, niobium, vanadium, hafnium, indium , tantalum, molybdenum, tungsten, silicon, germanium, sodium, potassium, and may include a metal or alloy containing one or more metal elements selected from gallium.
  • the electrical conductive layer 12 may be formed of a layer made of one of the above metals or an alloy in which two or more of the above metals are mixed.
  • the electrically conductive layer 12 may be formed of an aluminum and copper alloy.
  • the weight ratio of aluminum to copper in the alloy may be 1:2 to 1:5, preferably 1:2 to 1:4, and more preferably 1:3.
  • the electrical conductive layer 12 becomes heavy and difficult to process. And, if the weight ratio of aluminum to copper is less than 1:5, the strength of the electrically conductive layer 12 may be reduced.
  • the electrically conductive layer 12 preferably has a thickness of 20 ⁇ m to 60 ⁇ m. More preferably, it may be 30 ⁇ m to 50 ⁇ m. If the thickness of the electrical conductive layer 12 is less than 20 ⁇ m, the electrical conductivity of the multilayer conductive tape 10 is reduced, and if the thickness exceeds 60 ⁇ m, the increase in electrical conductivity is insignificant, resulting in a problem that is not economically efficient. .
  • the insulating layer 13 is located on one side of the electrical conductive layer 12 and may be located on the side of the electrical conductive layer 12 opposite to the adhesive layer 11 based on the electrical conductive layer 12 .
  • the insulating layer 13 increases insulation between the electrical conductive layer 12 and the outside. That is, the insulating layer 13 can primarily prevent current from flowing out of the electrode assembly 20 .
  • the insulating layer 13 may have a thickness of 20 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the insulating layer 13 may have a thickness of 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the insulating layer 13 may be formed of an organic material, and the organic material may be selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polypropylene, polystyrene, polybutylene, polyethylene, and combinations thereof.
  • the protective layer 14 is positioned in a direction opposite to the electrical conductive layer 12 based on the insulating layer 13 to prevent damage to the insulating layer 13 .
  • the protective layer 14 may include at least one of an organic material and an inorganic material. That is, the protective layer 14 may be provided as a single layer made of organic or inorganic materials, or may be provided as multiple layers made of organic and inorganic materials.
  • the protective layer 14 when the protective layer 14 is provided in multiple layers, the protective layer 14 may be formed by sequentially stacking an organic material layer, an inorganic material layer, and an organic material layer, or wrapping an organic material layer with an inorganic material layer. may be provided.
  • the inorganic material layer covers the organic material layer like a bag, the inorganic material layer can protect the organic material layer sensitive to oxygen and moisture.
  • the protective layer 14 may be provided as a composite material layer in which an organic material and an inorganic material are mixed.
  • the weight ratio of the organic material to the inorganic material in the protective layer 14 may be 1:7 to 1:12, preferably 1:8 to 1:10, and more preferably 1:9. there is.
  • the weight ratio of the organic material to the inorganic material included in the protective layer 14 is less than 1:7, heat resistance and strength may be reduced due to the low content of the inorganic material.
  • the weight ratio of the organic material to the inorganic material exceeds 1:12, the moisture permeation rate of the multilayer conductive tape 100 increases, causing a problem in that moisture penetrates the electrode tab 30 and the electrode lead 40. .
  • the protective layer 14 can improve heat resistance and mechanical strength of the multilayer conductive tape.
  • the protective layer 14 may have a thickness of 20 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the protective layer 14 may be provided with a thickness of 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the multilayer conductive tape 10 according to the present invention may further include a second insulating layer 15 .
  • the second insulating layer 15 is located on the surface opposite to the surface on which the insulating layer 13 is located with respect to the protective layer 14 .
  • the second insulating layer 15 may increase insulation between battery cases in which the secondary battery 100 is mounted, so that current does not flow from the electrode assembly 20 to the battery case.
  • the second insulating layer 15 may be formed of an organic material, and the organic material may be selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyimide, polypropylene, polystyrene, polybutylene, polyethylene, and combinations thereof.
  • the second insulating layer 15 may have a thickness of 20 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the second insulating layer 15 may have a thickness of 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, more preferably 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the thickness of the second insulating layer 15 satisfies the above range, sealing force and insulation efficiency between the battery case, the electrode tab 30 and the lead 40 may be increased. In addition, it is possible to prevent moisture permeation into the electrode assembly 20 due to damage to the insulating layer 13 and the second insulating layer 15 .
  • the second insulating layer 15 protects the welding area where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are welded, and minimizes the gap between the electrode lead 40 and the welding area and the battery case to prevent the electrode lead 40 and Sealing interference of the multi-layer conductive tape 10 between a welding portion where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are welded and the battery case can be minimized.
  • the positive and negative electrodes included in the electrode assembly 20 may be stacked in a pre-welded state between positive electrode cells and negative electrode cells.
  • the electrode assembly 20 is a pre-welded negative electrode/separator/positive electrode/separator/negative electrode... can be stacked in sequence.
  • the electrode assembly 20 may be received in a battery case and main-welded.
  • the electrode tab 30 extends from one side of the electrode assembly 20 and may include a positive electrode tab and a negative electrode tab.
  • the electrode assembly 20 may include a positive electrode tab and a negative electrode tab extending from one side of each of the positive electrode and the negative electrode by pre-welding the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive and negative tabs may be spaced apart from each other by a predetermined distance in the same direction with respect to the electrode assembly 20 .
  • the electrode lead 40 extends the electrode tab 30 for connection to an external object, and may be connected to the electrode tab 30 by welding.
  • the multilayer conductive tape 10 may be attached to a portion where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are connected to electrically connect the electrode tab 30 and the electrode lead 40 .
  • the adhesive layer included in the multilayer conductive tape 10 ( 11) and the conductive layer 12 allow current to be transmitted to an external object.
  • the multi-layered conductive tape 10 may be adhered to at least one of the upper and lower sides of the junction between the electrode tab 30 and the electrode lead 40 .
  • the multi-layered conductive tape 10 may be attached to upper and lower sides of the junction between the electrode tab 30 and the electrode lead 40, respectively.
  • the multi-layer conductive tape 10 may be sealed by fusing both end edges of the multi-layer conductive tape 10 by thermal compression. Therefore, the multi-layered conductive tape 10 can protect the junction between the electrode tab 30 and the electrode lead 40 from external air and oxygen.
  • Both ends of the multilayer conductive tape 10 are portions where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are not positioned in a direction perpendicular to the direction in which the electrode lead 40 extends from the electrode tab 30.
  • the multilayer conductive tape 10 may be bonded in a direction perpendicular to the direction in which the electrode lead 40 extends from the electrode tab 30, and the upper and lower portions of the overlapping portion of the electrode tab 30 and the electrode lead 40 A portion that does not include the electrode tab 30 and the electrode lead 40 may occur between the multilayer conductive tapes 10 positioned on each lower side.
  • the upper side and the lower side may mean one side and the other side in the stacking direction of the electrode tab 30 and the electrode lead 40 .
  • the multilayer conductive tape 10 may cover at least a portion of an overlapping portion where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are connected. That is, the width W of the multilayer conductive tape 10 may be wider than the width of the overlapped portion where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are connected.
  • the width of the portion R where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are connected and overlapped may mean a length in the same direction as the width of the multilayer conductive tape 10 .
  • the width of the multilayer conductive tape 10 is 1.5 to 5 times, preferably 2 to 4 times the width of the connection between the electrode tab 30 and the electrode lead 40, More preferably, it may be 2.5 times to 3.5 times.
  • the width of the multi-layer conductive tape 10' is such that the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are formed at the ends of one side and the other side of the electrode assembly 20 facing the battery case. It may extend in the width direction of the multilayer conductive tape 10 to at least a part of the connected and overlapping portion R.
  • An end of the electrode assembly 20 to which the multilayer conductive tape 10' is attached may include an end in a direction in which the electrode tab extends.
  • the width (W) of the multilayer conductive tape 10 is the direction perpendicular to the direction in which the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are stacked, or the direction in which the electrode lead 40 extends from the electrode tab 30. means distance.
  • connection portion is a position where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 are stacked and connected, and means a portion where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 overlap. That is, the connection portion between the electrode tab 30 and the electrode lead 40 may have the same meaning as the portion where the electrode tab 30 and the electrode lead 40 overlap or overlap.
  • the multilayer conductive tape 10 is bonded to the connecting portion of the electrode tab 30 and the electrode lead 40 and then thermally compressed so that the contact surface between the electrode tab 30 and the electrode lead 40 and the multilayer conductive tape 10 is formed. can be sealed.
  • a certain temperature is applied to the multi-layer conductive tape 10 to melt the protective layer 14 or the second insulating layer 15, and pressure is applied to the multi-layer conductive tape 10 from the outside to form an electrode tab 30. ) and the contact surface of the electrode lead 40 and the multilayer conductive tape 10 may be fused.
  • FIG. 6 is a flowchart of a secondary battery manufacturing method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the secondary battery manufacturing method includes a step of manufacturing an electrode assembly (S100), a pre-welding step (S200), a main-welding step (S300), bonding a multi-layer conductive tape (S400), A step of thermal compression bonding (S500) and a step of manufacturing a secondary battery by assembling an electrode assembly and a battery case (S600) are included.
  • the step of manufacturing an electrode assembly is to manufacture an electrode assembly by alternately stacking a plurality of electrodes and a separator, a positive electrode, a separator, a negative electrode, a separator, a positive electrode... can be stacked in sequence.
  • the electrode assembly may include a positive electrode in which a plurality of positive electrodes are stacked and a negative electrode in which a plurality of negative electrodes are stacked, and a separator between the positive electrode and the negative electrode.
  • electrode tabs according to polarities may be connected to the positive and negative electrodes.
  • the electrode tabs included in the electrode assembly are assembled and welded in the step of manufacturing the electrode assembly (S100), and each of the positive electrode tab and the negative electrode tab may be welded according to polarity.
  • the electrode assembly includes a plurality of positive electrodes
  • a plurality of positive electrode tabs may also be included.
  • a plurality of positive electrode tabs may be stacked to form a positive electrode tab laminated portion, and then the positive electrode tabs may be pre-welded by welding.
  • the pre-welding may be applied to all surfaces where the electrode tabs are stacked and contacted.
  • electrode leads are laminated and welded to the ends of the electrode tabs, and the electrode leads may be welded to the top or bottom of the electrode tabs.
  • the electrode lead may be overlapped and welded to the position where the electrode tab is pre-welded.
  • the electrode lead may be positioned under a pre-welding surface on which positive electrode tabs are stacked and welded, and all surfaces in contact with the electrode tab may be welded.
  • the electrode lead may be positioned to overlap the entire pre-welded surface of the electrode tab or may be positioned to overlap a portion of the pre-welded surface of the electrode tab.
  • Adhering the multi-layer conductive tape is to adhere the multi-layer conductive tape to at least one of the upper and lower sides of the stacked portion where the electrode tab and the electrode lead are stacked, and the thermal compression bonding (S500) is the bonding of the multi-layer conductive tape. Heat and pressure are applied to the bonded surfaces to bond them together.
  • the adhesive side means a surface where the multi-layer conductive tape and the electrode tab or electrode lead come into contact as the multi-layer conductive tape is adhered.
  • An adhesive surface between the electrode tab and the multilayer conductive tape may be formed, and an adhesive surface between the electrode lead and the multilayer conductive tape may be formed in the opposite direction.
  • the adhesive surface may be sealed by thermal compression.
  • heat and pressure are applied to the multilayer conductive tape by a heat and pressure means, and a layer located at the top of the multilayer conductive tape and in contact with the heat and pressure means is melted and fused with an electrode tab or an electrode lead by the heat and pressure.
  • the multi-layer conductive tape may be thermally compressed at a pressure of 0.2 mpa to 1.0 mpa at a temperature of 50 ° C to 300 ° C, preferably at a pressure of 0.2 mpa to 0.7 mpa at a temperature of 100 ° C to 250 ° C, and more Preferably, it may be thermally compressed at a temperature of 160 ° C to 200 ° C and a pressure of 0.2 mpa to 0.4 mpa.
  • the multi-layer conductive tape does not seal the electrode tab and the electrode lead, so the multi-layer conductive tape and the electrode tab or the multi-layer conductive tape and the electrode lead are not sealed. is formed, which may cause a problem of reducing the adhesive force between the multilayer conductive tape, the electrode tab, and the electrode lead.
  • the multi-layer conductive tape is adhered to the upper and lower sides of the laminated portion where the electrode tabs and electrode leads are laminated and welded, the multi-layer conductive tape located on the upper and lower sides of the laminated body is placed on the portion where the electrode tab and the electrode lead are not located. will adhere to each other.
  • the adhesive portions of the multilayer conductive tapes may also be sealed by thermal compression, and the multilayer conductive tape may be sealed in the form of a bag.
  • Manufacturing a secondary battery by assembling the electrode assembly and the battery case (S600) includes preparing the battery case (S610), assembling the battery case and the electrode assembly (S620), and sealing the battery case (S630). may further include.
  • a battery case precursor of a soft material for example, a laminated sheet may be pressed with a punch to form a lower case including a housing portion in which an electrode assembly may be accommodated.
  • the upper case covering the electrode assembly from the upper portion may contact and seal the lower case so that the electrode assembly does not escape from the battery case.
  • the battery case may be sealed so that the electrode tab and the electrode lead are exposed.
  • the secondary battery according to the embodiment was manufactured by attaching a multi-layered conductive tape after disconnecting the welding area.
  • the adhesive layer was prepared by coating an acrylic resin on both sides of copper foil and had a thickness of 10 ⁇ m.
  • the electrically conductive layer is an aluminum plate with a thickness of 40 ⁇ m and is attached to one side of the adhesive layer.
  • the insulating layer is attached to one side of the electrically conductive layer in the form of a 40 ⁇ m thick plate made of polypropylene (PP), that is, to the opposite side of both sides of the electrically conductive layer that is in contact with the adhesive layer.
  • PP polypropylene
  • the protective layer is a form in which polypropylene is located inside the encapsulated alumina layer, and the protective layer is attached to one side of the insulating layer in the form of a layer of 40 ⁇ m thick by combining alumina and polypropylene, and the second insulating layer is polypropylene ( It is attached to one side of the protective layer in the form of a 30 ⁇ m thick plate containing PP).
  • a secondary battery configured in the same manner as in Example 1 except that the electrically conductive layer was attached to one side of the adhesive layer with a copper plate having a thickness of 40 ⁇ m.
  • the adhesive layer and the insulating layer are configured the same as in Example 1.
  • the capacity of the secondary battery was charged at 1 C to 4.2 V under constant current/constant voltage (CC/CV) conditions at 25 ° C, then discharged at 1 C to 2.5 V under constant current (CC) conditions, and the discharge capacity was measured. .
  • CC/CV constant current/constant voltage
  • Insulation resistance and insulation voltage are determined by applying a voltage of 50 V between the negative electrode and the pouch and between the positive electrode and the pouch of the secondary battery, measuring the resistance after 1 second to check whether leakage current flows, and evaluating the resistance level to Insulation between the negative electrode and the pouch was evaluated.
  • AC impedance AC-imp was measured using EIS equipment (Biologic potentiostat).
  • Tensile strength was measured using an INSTRON 4465 device according to the ASTM D638 standard.
  • Example 1 Physical properties such as capacity, insulation resistance, insulation voltage, and AC impedance of Example 1 including a disconnection at the welding portion where the electrode tab and the electrode lead are welded are similar to those of the secondary battery of a good product as a comparative example. there is.
  • Example 1 since the secondary battery according to Example 1 was not affected by the disconnection of the welding portion and current passed through the multilayer conductive tape, the AC impedance value of Example 1 showed similar characteristics to the AC impedance value of Comparative Example. .
  • the tensile strength of Examples 1 and 2 was increased by 21% to 26% compared to Comparative Example.
  • the tensile strength is a measure of strength in a state in which current does not flow when at least one of the welded portion and the multi-layer conductive tape (or multi-layer tape) is cut.

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Abstract

본 발명은 접착층; 상기 접착층 일측에 위치되는 전기 전도층; 상기 전기 전도층의 일측에 위치되는 절연층; 및 상기 절연층의 외면을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 다층 전도성 테이프에 관한 것이다.

Description

다층 전도성 테이프, 이를 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법
본 출원은 2021년 08월 11일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0105969호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 다층 전도성 테이프 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 다층의 절연 테이프를 통해 전극탭과 전극리드 접촉 부위에 단선이 발생되어 이차 전지의 성능이 저하되는 것을 방지하는 다층 전도성 테이프, 이를 포함하는 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
이차전지는 형상 면에서 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 얇은 두께의 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있고, 재료 면에서 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성을 갖는 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등에 대한 수요가 증가하고 있다.
통상 파우치형 이차 전지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체로부터 연장되는 전극 탭들과, 상기 전극 탭들에 용접되어 있는 전극리드, 상기 전극 조립체를 수용하며, 고분자 수지와 알루미늄의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 외장재 및 상기 전극 탭과 상기 전극리드이 용접된 부분에 접착되는 절연 테이프를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
상기 절연 테이프는 양극 혹은 음극의 절연성을 향상시키는 역할을 할 수 있으나, 절연 테이프의 접착 면적이 좁고 전기 전도성이 없어 전극 탭과 전극리드가 끊어지면 더 이상 이차 전지가 작동되지 않아 이차 전지 사용이 불가한 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결하여, 공정적인 측면의 안정성을 확보하고, 전극탭과 전극리드의 끊어짐과 같은 불량률 발생의 문제를 획기적으로 개선할 수 있는 이차전지 구조에 대한 필요성이 대두되고 있다.
전술한 종래기술의 문제점에 착안하여, 본 발명은 전극탭과 전극리드가 접촉되는 부위에 전기 전도성이 있는 층을 위치시켜 전극탭 또는 전극리드에 단선이 발생되어도 외부로 전기를 전도하는 다층 전도성 테이프, 이를 포함하는 이차 전지 및 이차 전지 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 접착층; 상기 접착층 일측에 위치되는 전기 전도층; 상기 전기 전도층의 일측에 위치되는 절연층; 및 상기 절연층의 외면을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 다층 전도성 테이프를 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 있어서, 하나 이상의 전극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스; 상기 전극으로부터 돌출 연장되고, 극성별로 적층하여 용접한 전극탭; 상기 전극탭과 적층되어 연결되고 일부가 상기 전지 케이스 외부로 돌출된 전극리드 및 상기 다층 전도성 테이프를 포함하는 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프의 폭(W)은 상기 전지 케이스와 대면하는 상기 전극 조립체의 일면 및 타면의 단부에서 상기 전극탭과 상기 전극리드가 연결되어 겹쳐진 부분의 적어도 일부까지 연장된 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 있어서, 다수의 전극 및 분리막이 교대로 적층하여 전극 조립체를 제조하는 단계; 상기 다수의 전극의 단부에 구비된 전극탭을 모아 용접하는 프리 웰딩 단계; 상기 전극탭 단부에 전극리드를 겹쳐 용접하는 메인 웰딩 단계; 상기 전극탭 및 상기 전극리드가 겹쳐지는 위치의 상측 및 하측 중 적어도 어느 하나 이상에 다층 전도성 테이프를 접착시키는 단계; 및 상기 다층 전도성 테이프의 접착면을 열에 의해 열압착하는 단계를 포함하는 이차 전지 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시상태에 따른 다층 전도성 테이프는 전극탭과 전극리드가 접촉되는 부위에 전기 전도성이 있는 층을 위치시켜 이차 전지에 포함된 전극탭의 단선, 접힘 등에 의해 전류가 흐르지 못하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 다층 전도성 테이프는 전극탭과 전극리드가 용접된 부위의 면적보다 넓은 면적으로 접합되어 전극탭의 단선, 접힘 등의 문제를 예방할 수 있다.
도 1은 종래 절연 테이프를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 다층 전도성 테이프를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지를 도 3의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 다층 전도성 테이프를 포함하는 이차 전지를 도 3의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지 제조 방법의 순서도이다.
[부호의 설명]
100: 이차 전지
10, 10': 다층 전도성 테이프
11: 접착층
12: 전기 전도층
13: 절연층
14: 보호층
15: 제2 절연층
20: 전지조립체
30: 전극탭
40: 전극리드
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 다층 전도성 테이프(10)를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지(100)을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지(100)를 도 3의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시상태에 따른 다층 전도성 테이프(10')를 포함하는 이차 전지(100)를 도 3의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
이차 전지(100)는 다층 전도성 테이프(10), 전극 조립체(20), 전극탭(30) 및 전극리드(40)를 포함한다.
도 2를 참고하면, 다층 전도성 테이프(10)는 접착층(11), 전기 전도층(12), 절연층(13) 및 보호층(14)을 포함한다.
접착층(11)은 피부착물에 직접적으로 접촉하여 다층 전도성 테이프(10)를 접착시키는 것으로, 다층 전도성 테이프(10)에 접착성을 부여한다. 여기서, 피부착물은 예를 들어, 후술되는 이차 전지(100)의 전극탭(30) 및 전극리드(40)일 수 있다.
접착층(11)은 실온에서 접착성을 가지는 수지로 구성될 수 있다. 접착층(11)에 포함된 수지는 피부착물에 손상을 주지 않고 부착될 수 있다면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 아크릴계, 합성고무계 및 에틸아세테이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
아울러, 접착층(11)은 후술되는 전기 전도층(12)에 전류가 통하게 하기 위해 전기 전도성이 높은 물질을 포함할 수 있다. 접착층(11)은 접착성을 가지는 수지에 전기 전도성이 높은 물질이 혼합될 수 있다. 전기 전도성이 높은 물질은 금속류 또는 카본계열 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 티타늄, 실리콘, 마그네슘, 니켈 및 스테인리스 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또는, 접착층(11)은 다층 전도성 테이프(10)의 적층 방향으로 관통된 복수개의 구멍이 형성된 기재에 접착성을 가지는 수지가 도포될 수 있다. 예를 들어, 기재는 메쉬 형태, 도트(dot) 형태 등으로 구비될 수 있다. 접착층(11)은 기재 및 수지 중 어느 하나 이상에 전도성 물질이 포함될 수 있다.
예를 들어, 기재는 니켈, 구리, 스테인리스, 은 및 금으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나로 이루어진 금속섬유 또는 금속호일, 도금섬유, 도금 부직포 등을 포함할 수 있다.
접착층(11)은 1㎛ 내지 20㎛의 두께로 형성될 수 있고, 바람직하게는 3㎛ 내지 15㎛의 두께로 형성될 수 있고, 더 바람직하게는 6㎛ 내지 12㎛의 두께로 형성될 수 있다. 접착층(11)의 두께가 1㎛ 미만이면, 접착력이 감소되어 피부착물에서 박리되는 문제가 발생되고, 접착층(11)의 두께가 20㎛를 초과하면, 피부착물에서 차지하는 체적이 너무 커지는 문제가 발생한다.
전기 전도층(12)은 접착층(11) 일측에 위치되는 것으로, 다층 절연 테이프(10)에 전류를 흘려줄 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 다층 전도성 테이프(10)가 전극탭(30)과 전극리드(40)가 용접된 부분에 부착될 경우, 전극탭(30) 및 전극리드(40) 이외에 전류가 흐르는 통로를 넓혀 전기 전도도를 증가시키는 효과가 있다.
그리고, 전극탭(30)이 끊어지거나 접히는 등의 손상을 입어 단선이 되는 경우, 전기 전도층(12)을 통해 전류가 전극탭(30)에서 전극리드(40)로 흐를 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 다층 전도성 테이프(10)가 부착된 이차 전지(100)는 전극탭(30)의 단선에 의한 성능 저하가 발생하지 않는다.
전기 전도층(12)은 금속으로 형성될 수 있다. 전기 전도층(12)은 철, 구리, 납, 주석, 아연, 금, 백금, 수은, 니켈, 알루미늄, 마그네슘, 카드뮴, 우라늄, 토륨, 플루토늄, 베릴륨, 티탄, 지르코늄, 니오븀, 바나듐, 하프늄, 인듐, 탄탈, 몰리브덴, 텅스텐, 규소, 게르마늄, 나트륨, 칼륨 및 갈륨 중에서 선택된 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 금속 또는 합금을 포함할 수 있다.
즉, 전기 전도층(12)은 상기 금속 중 하나의 금속으로 이뤄진 층이거나, 상기 금속 중 2개 이상이 혼합된 합금으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 전기 전도층(12)은 알루미늄과 구리 합금으로 형성될 수 있다. 이때, 합금은 알루미늄과 구리의 중량비가 1:2 내지 1:5일 수 있고, 바람직하게는 1:2 내지 1:4, 더 바람직하게는 1:3일 수 있다.
알루미늄과 구리의 중량비가 1:2 미만이면, 전기 전도층(12)의 무게가 무거워지고 가공이 어려워지는 문제가 발생한다. 그리고, 알루미늄과 구리의 중량비가 1:5 미만이면, 전기 전도층(12)의 강도가 감소될 수 있다.
전기 전도층(12)은 두께가 20㎛ 내지 60㎛인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 30㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 전기 전도층(12)의 두께가 20㎛ 미만이면, 다층 전도성 테이프(10)의 전기 전도도가 감소되고, 두께가 60㎛를 초과하면, 전기 전도도의 증가 폭은 미미하여 경제적으로 효율적이지 못한 문제가 있다.
절연층(13)은 전기 전도층(12) 일측에 위치되는 것으로, 전기 전도층(12)을 기준으로 접착층(11)과 대향되는 전기 전도층(12)의 측면에 위치될 수 있다.
절연층(13)은 전기 전도층(12)과 외부와의 절연성을 증가시킨다. 즉, 절연층(13)은 전극 조립체(20)에서 외부로 전류가 흐르는 것을 1차적으로 방지할 수 있다.
절연층(13)은 20㎛ 내지 60㎛의 두께로 구비될 수 있다. 바람직하게는, 절연층(13)은 20㎛ 내지 50㎛, 더 바람직하게는 20㎛ 내지 40㎛의 두께로 구비될 수 있다.
절연층(13)의 두께가 상기 범위를 만족할 경우, 전기 전도층(12)과 전지 케이스 사이 절연 효율을 극대화 할 수 있다.
절연층(13)은 유기 재료로 형성될 수 있는데, 유기 재료는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
보호층(14)은 절연층(13)을 기준으로 전기 전도층(12)과 대향되는 방향에 위치되어, 절연층(13)의 손상을 방지하는 것이다.
보호층(14)은 유기 재료 및 무기 재료 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 즉, 보호층(14)은 유기 재료 또는 무기 재료로 이루어진 단층으로 구비되거나, 유기 재료와 무기 재료로 구성되는 다층으로 구비될 수 있다.
예를 들어, 보호층(14)이 다층으로 구비될 경우, 보호층(14)은 유기 재료층, 무기 재료층, 유기 재료층이 순서대로 적층되거나, 유기 재료층을 무기 재료층이 감싸는 형태로 구비될 수 있다. 무기 재료층이 봉지처럼 유기 재료층을 감쌀 경우, 무기 재료층이 산소 및 수분에 민감한 유기 재료층을 보호할 수 있다.
또는, 보호층(14)은 유기 재료 및 무기 재료가 혼합된 복합 재료층으로 구비될 수 있다. 이때, 보호층(14)은 유기 재료와 무기 재료의 중량비가 1:7 내지 1:12일 수 있고, 바람직하게는 1:8 내지 1:10일 수 있고, 더 바람직하게는 1:9일 수 있다.
보호층(14)에 포함된 유기 재료와 무기 재료의 중량비가 1:7 미만이면, 무기 재료의 함유량이 적어 내열성 및 강도가 감소될 수 있다. 그리고, 유기 재료와 무기 재료의 중량비가 1:12를 초과하면, 다층 전도성 테이프(100)의 수분 침투율이 증가하여 전극탭(30) 및 전극리드(40)에 수분이 침투되는 문제가 발생하게 된다.
즉, 보호층(14)은 다층 전도성 테이프의 내열성과 기계 강도를 향상시킬 수 있다.
보호층(14)은 20㎛ 내지 60㎛의 두께로 구비될 수 있다. 바람직하게는, 보호층(14)은 20㎛ 내지 50㎛, 더 바람직하게는 20㎛ 내지 40㎛의 두께로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 다층 전도성 테이프(10)는 제2 절연층(15)을 더 포함할 수 있다. 제2 절연층(15)은 보호층(14)을 기준으로 절연층(13)이 위치된 면의 반대면에 위치된다.
제2 절연층(15)은 이차 전지(100)가 장착되는 전지 케이스 사이 절연성을 증가시켜, 전극 조립체(20)에서 전지 케이스로 전류가 흐르지 않게 할 수 있다.
제2 절연층(15)은 유기 재료로 형성될 수 있는데, 유기 재료는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
제2 절연층(15)의 두께는 20㎛ 내지 60㎛일 수 있다. 바람직하게는 제2 절연층(15)은 20㎛ 내지 50㎛, 더 바람직하게는 20㎛ 내지 40㎛의 두께로 구비될 수 있다.
제2 절연층(15)의 두께가 상기 범위를 만족함으로써, 전지케이스와 전극 탭(30) 및 리드(40) 사이 밀봉력 및 절연 효율을 증가시킬 수 있다. 그리고, 절연층(13) 및 제2 절연층(15)의 손상에 의해 전극 조립체(20)로 수분이 투습되는 문제를 방지할 수 있다.
제2 절연층(15)은 전극탭(30)과 전극리드(40)가 용접된 용접 부위를 보호하고, 전극리드(40) 및 용접 부위와 전지 케이스 사이 간격을 최소화하여 전극리드(40) 및 전극탭(30)과 전극리드(40)가 용접된 용접 부위와 전지 케이스 간 다층 전도성 테이프(10)의 실링 간섭을 최소화 할 수 있다.
전극 조립체(20)에 포함된 양극 및 음극은 양극 전지는 양극 전지끼리 음극 전지는 음극 전지끼리 프리웰딩(pre-welding)된 상태로 적층될 수 있다. 전극 조립체(20)는 프리웰딩된 음극/분리막/양극/분리막/음극…순서로 적층될 수 있다. 그리고, 전극 조립체(20)는 전지 케이스에 수용되어 메인웰딩(main-welding)될 수 있다.
전극탭(30)은 전극 조립체(20)의 일측으로부터 연장되는 것으로, 양극탭 및 음극탭을 포함할 수 있다. 전극 조립체(20)는 양극 및 음극이 각각 프리웰딩되어 양극 및 음극 각각의 일측으로부터 연장되는 양극탭 및 음극탭을 포함할 수 있다. 양극탭과 음극탭은 전극 조립체(20)를 기준으로 동일한 방향에 일정거리 이격되어 위치될 수 있다.
전극리드(40)는 외부 대상체와의 연결을 위해 전극탭(30)을 연장하는 것으로, 용접에 의해 전극탭(30)과 연결될 수 있다.
다층 전도성 테이프(10)는 전극탭(30)과 전극리드(40)가 연결된 부분에 접착되어, 전극탭(30)과 전극리드(40)를 전기적으로 연결할 수 있다.
다층 전도성 테이프(10)는 전극탭(30)과 전극리드(40)의 연결부위가 손상되어 전극탭(30)과 전극리드(40)가 단선되면, 다층 전도성 테이프(10)에 포함된 접착층(11) 및 전도층(12)에 의해 전류를 외부 대상물로 전달되게 할 수 있다.
다층 전도성 테이프(10)는 전극탭(30)과 전극리드(40)의 접합 부위 상측 및 하측 중 어느 하나 이상에 접착될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 다층 전도성 테이프(10)는 전극탭(30)과 전극리드(40)의 접합 부위의 상측 및 하측에 각각 접착될 수 있다. 다층 전도성 테이프(10)는 열압착에 의해 다층 전도성 테이프(10) 양 끝 가장자리가 융착되어 밀봉될 수 있다. 따라서, 다층 전도성 테이프(10)는 외부 공기 및 산소로부터 전극탭(30)과 전극리드(40)의 접합 부위를 보호할 수 있다.
일 실시예에 따른 다층 전도성 테이프(10) 양 끝 가장자리는 전극리드(40)가 전극탭(30)에서 연장되는 방향의 수직 방향으로 전극탭(30)과 전극리드(40)가 위치되지 않는 부분을 의미할 수 있다. 즉, 다층 전도성 테이프(10)는 전극리드(40)가 전극탭(30)에서 연장되는 방향의 수직 방향으로 접착될 수 있고, 전극탭(30)과 전극리드(40)가 겹쳐진 부분의 상측 및 하측 각각에 위치된 다층 전도성 테이프(10) 사이에 전극탭(30)과 전극리드(40)가 포함되지 않는 부분이 발생할 수 있다.
여기서, 상측 및 하측은 전극탭(30)과 전극리드(40)의 적층 방향으로 일측과 타측을 의미할 수 있다.
그리고, 다층 전도성 테이프(10)는 전극탭(30)과 전극리드(40)가 연결되어 겹쳐진 부분을 적어도 일부를 덮을 수 있다. 즉, 다층 전도성 테이프(10)의 폭(W)은 전극탭(30)과 전극리드(40)가 연결되어 겹쳐진 부분의 폭 보다 넓게 접착될 수 있다. 여기서, 전극탭(30)과 전극리드(40)가 연결되어 겹쳐진 부분(R)의 폭은 다층 전도성 테이프(10)의 폭과 동일한 방향으로의 길이를 의미할 수 있다.
도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 다층 전도성 테이프(10)의 폭은 전극탭(30)과 전극리드(40)가 연결된 폭의 1.5배 내지 5배, 바람직하게는 2배 내지 4배, 더 바람직하게는 2.5배 내지 3.5배일 수 있다.
도 5를 참고하면, 다른 실시예에 따른 다층 전도성 테이프(10')의 폭은 전지 케이스와 대면하는 전극 조립체(20)의 일면 및 타면의 단부에서 전극탭(30)과 전극리드(40)가 연결되어 겹쳐진 부분(R)의 적어도 일부까지 다층 전도성 테이프(10)의 폭 방향으로 연장될 수 있다. 다층 전도성 테이프(10')가 접착되는 전극 조립체(20)의 단부는 전극탭이 연장되는 방향의 단부를 포함할 수 있다.
상기 다층 전도성 테이프(10)의 폭(W)은 전극탭(30)과 전극리드(40)가 적층되는 방향의 수직되는 방향, 혹은 전극탭(30)에서 전극리드(40)가 연장되는 방향의 거리를 의미한다.
다층 전도성 테이프(10)가 전극탭(30)과 전극리드(40)의 연결 부분 전체를 감쌈으로써, 전극탭(30)과 전극리드(40)의 손상을 보호하고 전류가 흐르는 유로를 확장하는 효과가 있다. 여기서, 연결 부분는 전극탭(30)과 전극리드(40)가 적층되어 연결된 위치로, 전극탭(30)과 전극리드(40)가 겹쳐지는 부분을 의미한다. 즉, 전극탭(30)과 전극리드(40)의 연결 부분은 전극탭(30)과 전극리드(40)가 겹쳐지는, 혹은 겹치는 부분과 같은 의미일 수 있다.
다층 전도성 테이프(10)는 전극탭(30)과 전극리드(40)의 연결 부분에 접착된 후, 열압착하여 전극탭(30) 및 전극리드(40)와 다층 전도성 테이프(10)의 접촉면이 실링될 수 있다.
예를 들어, 열압착은 다층 전도성 테이프(10)에 일정한 온도를 가해 보호층(14) 또는 제2 절연층(15)을 녹이고, 외부에서 다층 전도성 테이프(10)에 압력을 가해 전극탭(30) 및 전극리드(40)와 다층 전도성 테이프(10)의 접촉면을 융착시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 이차 전지 제조 방법의 순서도이다.
이차 전지 제조 방법은 전극 조립체를 제조하는 단계(S100), 프리 웰딩(pre-welding) 단계(S200), 메인 웰딩(main-welding) 단계(S300), 다층 전도성 테이프를 접착하는 단계(S400), 열압착을 하는 단계(S500) 및 전극 조립체와 전지 케이스를 조립하여 이차 전지를 제조하는 단계(S600)를 포함한다.
전극 조립체를 제조하는 단계(S100)는 다수의 전극 및 분리막이 교대로 적층하여 전극 조립체를 제조하는 것으로, 양극 전극, 분리막, 음극 전극, 분리막, 양극 전극… 순서로 적층될 수 있다.
좀 더 상세하게는, 전극 조립체는 다수의 양극이 적층된 양극 전극과 다수의 음극이 적층된 음극 전극이 적층되고 양극 전극과 음극 전극 사이 분리막이 포함될 수 있다. 그리고, 양극 및 음극 전극에는 극성에 따른 전극탭이 연결될 수 있다.
프리 웰딩 단계(S200)는 전극 조립체를 제조하는 단계(S100)에서 전극 조립체에 포함된 전극탭을 모아 용접하는 것으로, 극성에 따라 양극 탭과 음극 탭 각각을 용접할 수 있다.
예를 들어, 전극 조립체는 다수의 양극 전극을 포함함으로, 양극탭 또한 다수개 포함될 수 있다. 전극 조립체는 다수개의 양극탭을 적층하여 양극탭 적층부를 형성한 후, 용접하여 양극탭을 프리 웰딩할 수 있다.
그리고, 프리 웰딩은 전극탭이 적층되어 접촉되는 모든 면에 적용될 수 있다.
메인 웰딩 단계(S300)는 전극탭 단부에 전극리드를 적층하여 용접하는 것으로, 전극리드는 전극탭의 상부 혹은 하부에 용접될 수 있다.
전극리드는 전극탭이 프리 웰딩된 위치에 겹쳐져 용접될 수 있다. 예를 들어, 전극리드는 양극탭이 적층되어 용접된 프리 웰딩 면의 하부에 위치되어, 전극탭과 접촉되는 모든 면이 용접될 수 있다.
전극리드는 전극탭이 프리 웰딩된 면 전체와 겹쳐지게 위치되거나, 전극탭이 프리 웰딩된 면의 일부와 겹쳐지게 위치될 수 있다.
다층 전도성 테이프를 접착시키는 단계(S400)는 전극탭 및 전극리드가 적층된 적층부 상측 및 하측 중 적어도 어느 하나 이상에 다층 전도성 테이프가 접착되는 것이고, 열압착하는 단계(S500)는 다층 전도성 테이프의 접착면에 열과 압력을 가해 열압착하는 것이다.
여기서, 접착면은 다층 전도성 테이프가 접착됨에 따라 다층 전도성 테이프와 전극탭 혹은 전극리드가 접촉되는 면을 의미하는 것으로, 다층 전도성 테이프가 적층부 상측에만 접착될 경우, 다층 전도성 테이프의 전극 조립체 방향에는 전극탭과 다층 전도성 테이프 간의 접착면이 형성되고, 그 반대 방향에는 전극리드와 다층 전도성 테이프 간의 접착면이 형성될 수 있다.
그리고, 접착면은 열압착에 의해 실링될 수 있다. 예를 들어, 다층 전도성 테이프는 가열압착수단에 의해 열과 압력이 가해지게 되고, 열과 압력에 의해 다층 전도성 테이프의 가장 상부에 위치되어 가열압착수단과 접촉하는 층이 녹아 전극탭 혹은 전극리드와 융착될 수 있다.
다층 전도성 테이프는 50℃ 내지 300℃ 온도에서 0.2mpa 내지 1.0mpa의 압력에서 열압착될 수 있고, 바람직하게는 100℃ 내지 250℃ 온도에서 0.2mpa 내지 0.7mpa의 압력에서 열압착될 수 있고, 더욱 바람직하게는 160℃ 내지 200℃온도에서 0.2mpa 내지 0.4mpa의 압력에서 열압착될 수 있다.
열압착 조건이 50℃ 미만의 온도 및 0.2mpa 미만의 압력일 경우, 다층 전도성 테이프는 전극탭 및 전극리드와 실링되지 않아 다층 전도성 테이프와 전극탭 혹은 다층 전도성 테이프와 전극리드가 접착되는 부분에 경계가 형성되어 다층 전도성 테이프와 전극탭 및 전극리드 사이 접착력을 감소시키는 문제가 발생될 수 있다.
그리고, 열압착 조건이 300℃를 초과하고 1.0mpa의 압력을 초과하면, 에너지 사용량이 증가하는 것 대비 다층 전도성 테이프의 접착 및 실링의 상승 효과가 미미하다.
예를 들어, 다층 전도성 테이프가 전극탭과 전극리드가 적층 및 용접되는 적층부 상측 및 하측에 접착되면, 적층체 상측 및 하측에 위치된 다층 전도성 테이프는 전극탭과 전극리드가 위치되지 않는 부분에서 서로 접착하게 된다.
이때, 다층 전도성 테이프의 접착면에 열압착을 가하게 되면, 다층 전도성 테이프끼리 접착된 부분 또한 열압착에 의해 실링될 수 있고, 다층 전도성 테이프는 봉지 형태로 밀봉될 수 있다.
전극 조립체와 전지 케이스를 조립하여 이차 전지를 제조하는 단계(S600)는 전지 케이스를 준비하는 단계(S610), 전지 케이스와 전극 조립체를 조립하는 단계(S620), 전지 케이스를 실링하는 단계(S630)를 더 포함할 수 있다.
전지 케이스를 준비하는 단계(S610)는 연성 재질의 전지 케이스 전구체, 예를 들어, 라미네이트형 시트를 펀치로 프레싱하여 전극 조립체가 수납될 수 있는 수납부를 포함하는 하부 케이스를 형성할 수 있다.
하부 케이스의 수납부에 전극 조립체를 수용시킨 후, 전극 조립체가 전지 케이스 외부로 이탈되지 않도록 전극 조립체를 상부에서 커버하는 상부 케이스를 하부 케이스와 접촉 및 실링할 수 있다. 이때, 전극탭 및 전극리드가 노출되도록 전지 케이스를 실링할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
<실시예 1>
도 4에 도시된 본 발명에 따른 이차 전지로써, 접착층, 전기 전도층, 절연층, 보호층 및 제2 절연층을 포함하는 다층 전도성 테이프를 전극 탭과 전극 리드가 용접된 용접 부위에 부착한 이차 전지이다. 이때, 실시예에 따른 이차 전지는 용접 부위를 단선시킨 후 다층 전도성 테이프를 부착하여 제조되었다.
접착층은 구리 호일 양면에 아크릴계 수지를 코팅하여 제조하였고, 10㎛의 두께로 구비된다.
전기 전도층은 40㎛의 두께의 알루미늄 판으로 접착층 일면에 부착된다.
절연층은 폴리프로필렌(PP)를 포함하는 40㎛ 두께의 판 형태로 전기 전도층의 일면, 즉, 전기 전도층 양면 중 접착층과 접촉된 면의 반대면에 부착된다.
보호층은 봉지형태의 알루미나 층 내부에 폴리프로필렌이 위치된 형태로, 보호층은 알루미나와 폴리프로필렌을 합쳐 40㎛ 두께의 층 형태로 절연층의 일면에 부착되고, 제2 절연층은 폴리프로필렌(PP)를 포함하는 30㎛ 두께의 판 형태로 보호층 일면에 부착된다.
<실시예 2>
전기 전도층이 40㎛의 두께의 구리 판으로 접착층 일면에 부착되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 구성된 이차 전지이다.
<비교예>
접착층 및 절연층을 포함하는 다층 테이프를 전극 탭과 전극 리드가 용접된 용접 영역에 부착한 이차 전지이다. 이때, 비교예에 따른 이차 전지 용접 부위에 단선이 발생하지 않은 양품의 전극 조립체에 다층 테이프를 부착하여 제조되었다.
접착층 및 절연층은 실시예 1과 동일하게 구성된다.
내용 결과 비교예 실시예 1
용량(≥131.84Ah) OK 133.7 133
절연저항(>100㏁) OK 908 1000
절연전압(≤0.5V) OK 0.001 0.002
무게(1640±15g) OK 1652.1 1651.3
출하 전압(3.586V≤X≤3.622V) OK 3.59 3.59
AC-imp(0.4≤X≤0.8) OK 0.35 0.38
구분 인장 강도
(kgf)		 평균
(kgf)
비교예 양극 39 41
45
37
음극 38 41
38
45
실시예 실시예 1 49 52
53
54
실시예 2 54 50
49
48
이차 전지의 용량은 각각 25℃에서 정전류/정전압(CC/CV) 조건으로 4.2V까지 1 C으로 충전한 다음, 정전류(CC) 조건으로 2.5V까지 1 C으로 방전하고, 그 방전 용량을 측정하였다.
절연저항 및 절연전압은 이차 전지의 음극과 파우치 및 양극과 파우치 사이에 50 V의 전압을 인가하여 1초 경과 후 저항을 측정하여 누설 전류가 흐르는지 확인하고, 이에 대한 저항 수준을 평가하여 양/음극과 파우치 간에 절연이 되었는지 평가하였다.
교류 임피던스(AC-imp)는 EIS 장비(Biologic potentiostat)를 이용해 측정하였다.
인장 강도는 INSTRON 4465 장치를 이용하고, ASTM D638 기준에 따라 인장강도를 측정하였다.
표 1을 참고하면, 전극 탭과 전극 리드가 용접된 용접 부위에 단선을 포함하는 실시예 1의 용량, 절연저항, 절연전압, 교류 임피던스 등의 물성이 비교예인 양품의 이차 전지와 유사한 것을 확인할 수 있다.
좀 더 상세하게, 실시예 1에 따른 이차 전지가 용접 부위의 단선에 영향을 받지 않고 다층 전도성 테이프를 통해 전류가 통전됨으로, 실시예 1의 교류 임피던스 값은 비교예의 교류 임피던스 값과 유사한 특성을 보였다.
그리고, 실시예 1에 따른 이차 전지는 용접 부위와 전지 케이스 사이, 좀 더 상세하게는 다층 전도성 테이프 중 전기 전도층과 전지 케이스 사이 절연층, 보호층 및 제2 절연층에 의해 전류가 흐르지 않아 절연 저항 및 절연 전압 값이 양품인 비교예와 유사한 특성을 보였다.
표 2를 참고하면, 실시예 1 및 2는 비교예 보다 인장 강도가 21% 내지 26% 증가한 것을 알 수 있다. 여기서, 인장 강도는 용접 부위 및 다층 전도성 테이프(또는 다층 테이프) 중 어느 하나 이상이 절단되어 전류가 흐르지 않는 상태의 강도를 측정한 것이다.
비교예에 따른 이차 전지는 다층 테이프가 접착된 용접 부위를 인장할 경우, 용접 부위가 절단되면 전류가 흐르지 않으므로 인장 강도는 용접 부위가 절단된 그 시점의 강도값으로 실시예 1 및 2 보다 상대적으로 작은 것을 알 수 있다.
반면, 실시예 1 및 2에 따른 이차 전지는 용접 부위가 절단되어도 다층 전도성 테이프를 통해 전류가 흐르게된다. 따라서, 실시예 1 및 2에 따른 이차 전지는 용접 부위와 다층 전도성 테이프 모두가 절단되어야 전류가 차단됨으로, 실시예 1 및 2의 인장 강도는 용접 부위와 다층 전도성 테이프 모두가 절단될때까지의 인장 강도와 대응될 수 있다. 따라서, 실시예 1 및 2의 인장강도는 비교예에 비해 높은 특성을 보였다.

Claims (16)

  1. 접착층;
    상기 접착층 일측에 위치되는 전기 전도층;
    상기 전기 전도층의 일측에 위치되는 절연층 및
    상기 절연층의 외면을 보호하기 위한 보호층
    을 포함하는 다층 전도성 테이프.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전기 전도층은 금속을 포함하고, 상기 금속은 구리, 알루미늄, 티타늄, 실리콘, 마그네슘 및 스테인리스 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 다층 전도성 테이프.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 절연층은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 이루어진 것인 다층 전도성 테이프.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 보호층 일측에 위치되는 제2 절연층을 더 포함하는 다층 전도성 테이프.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 접착층은 메쉬 형태의 기재 및 접착성을 가지는 수지를 포함하는 다층 전도성 테이프.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 기재 및 수지 중 어느 하나 이상은 전기 전도성 물질을 포함하는 다층 전도성 테이프.
  7. 하나 이상의 전극 및 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 전지 케이스;
    상기 전극으로부터 돌출 연장되고, 극성별로 적층하여 용접한 전극탭;
    상기 전극탭과 적층되어 연결되고 일부가 상기 전지 케이스 외부로 돌출된 전극리드 및
    청구항 1 내지 6 중 어느 하나에 따른 다층 전도성 테이프를 포함하는 이차 전지.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프는 상기 전극탭과 상기 전극리드가 적층되어 연결된 위치에 적층방향으로 상측 및 하측 중 어느 하나 이상에 접착되는 것인 이차 전지.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프는 상기 전극탭과 상기 전극리드가 연결되어 겹쳐진 부분의 적어도 일부를 덮는 이차 전지.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프는 상기 전극탭에 상기 전극리드가 연장되는 방향의 폭(W)이 상기 전극탭과 상기 전극리드가 연결되어 겹쳐지는 부분의 폭 보다 큰 이차 전지.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프의 폭(W)은 상기 전지 케이스와 대면하는 상기 전극 조립체의 일면 및 타면의 단부에서 상기 전극탭과 상기 전극리드가 연결되어 겹쳐진 부분의 적어도 일부까지 폭 방향으로 연장된 이차 전지.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프는 상기 전극탭 및 상기 전극리드의 접촉면과 상기 전지 케이스를 실링하는 것인 이차 전지.
  13. 청구항 8에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프가 상기 전극탭과 상기 전극리드가 연결되어 겹쳐진 위치의 상측 및 하측에 상기 전극리드가 연장되는 방향의 수직 방향으로 접착되고,
    상기 전극리드가 연장되는 방향의 수직 방향으로 상기 전극탭과 상기 전극리드가 위치되지 않는 부분에 위치된 상측 및 하측의 상기 다층 전도성 테이프는 서로 접착되어 실링되는 이차 전지.
  14. 다수의 전극 및 분리막이 교대로 적층하여 전극 조립체를 제조하는 단계;
    상기 다수의 전극의 단부에 구비된 전극탭을 모아 용접하는 프리 웰딩 단계;
    상기 전극탭 단부에 전극리드를 겹쳐 용접하는 메인 웰딩 단계;
    상기 전극탭 및 상기 전극리드가 겹쳐지는 위치의 상측 및 하측 중 적어도 어느 하나 이상에 다층 전도성 테이프를 접착시키는 단계 및
    상기 다층 전도성 테이프의 접착면을 열에 의해 열압착하는 단계
    를 포함하는 이차 전지 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 열압착하는 단계는 50℃ 내지 300℃ 온도에서 0.2mpa 내지 1.0mpa의 압력으로 상기 다층 전도성 테이프의 접착면을 열압착하는 이차 전지 제조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 다층 전도성 테이프는 상기 전극탭과 상기 전극리드가 겹쳐지는 위치의 상측 및 하측에 접착되고, 상측 및 하측에 접착된 상기 다층 전도성 테이프가 서로 접촉하는 부분이 상기 열압착을 통해 실링되는 이차 전지 제조 방법.
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