WO2023075168A1 - 전기화학소자용 전극 리드 및 이를 구비한 전기화학소자 - Google Patents

전기화학소자용 전극 리드 및 이를 구비한 전기화학소자 Download PDF

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최용수
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode lead for an electrochemical device and an electrochemical device having the same.
  • the secondary battery is an eco-friendly battery technology that can be used repeatedly through charge and discharge and does not use harmful substances such as lead, nickel, and cadmium. With its advantages, it forms the core of the future new growth engine industry.
  • lithium secondary batteries are most widely used as a power source for mobile IT, which is closely related to human life, and recently, their utilization continues to expand as a power source for electric vehicles and a power storage device for renewable energy.
  • an electrochemical device consists of a positive electrode, a negative electrode, a separator separating them, an electrolyte that delivers lithium ions through the separator, a battery case accommodating them, and an electrode lead that allows current to flow out of the battery case. It consists of In addition, a lead film may be further included. The lead film serves to seal the electrode lead and the battery case while preventing a short circuit between the electrode lead and the battery case by being bound to the electrode lead.
  • the sealing strength between the electrode lead and the battery case is influenced by the sealing strength between the electrode lead and the lead film and between the lead film and the battery case.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an electrode lead for an electrochemical device having improved adhesion between the electrode lead and the lead film, and an electrochemical device having the same.
  • an electrode lead for an electrochemical device of the following embodiments is provided.
  • a coating layer located on the nickel plating layer and containing a polar group includes,
  • the coating layer relates to an electrode lead for an electrochemical device, characterized in that it has a concavo-convex structure.
  • the polar group may be -OH group or -O group.
  • the coating layer including the polar group may include an anhydride.
  • the anhydrous oxide may include chromium-based anhydrous oxide, zirconium-based anhydrous oxide, titanium-based anhydrous oxide, manganese-based anhydrous oxide, molybdenum-based anhydrous oxide, cerium-based anhydrous oxide, or two or more of these.
  • the coating layer including the polar group may further include a binder polymer.
  • the binder polymer may include polyvinyl alcohol, an acrylic polymer, an epoxy polymer, an olefin polymer, a phenol resin, or two or more of these.
  • the concavo-convex structure may be formed by rolling, sandblasting, grinding with SiC paper, mechanical surface treatment by applying laser irradiation or ultrasonic waves, chemical surface treatment by partial erosion by chemical substances, or a combination thereof.
  • an electrochemical device of the following embodiments is provided.
  • a lead film covering a part of the outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the battery case;
  • the electrode lead relates to an electrochemical device comprising the electrode lead for an electrochemical device according to any one of the first to seventh embodiments.
  • the lead film may include a non-polar polymer resin, a polar polymer resin, or a combination thereof.
  • the non-polar polymer resin is stretched polypropylene (OPP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), polybutylene naphthalate (PBN), polyimide (PI), or Two or more of these may be included.
  • OPP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PBN polybutylene naphthalate
  • PI polyimide
  • the polar polymer resin may include acid modified PP (PPa).
  • the polar polymer resin may be maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, maleimide, maleimide, itaconic acid, itaconic anhydride, derivatives thereof, or two or more polar groups introduced therein.
  • the electrode lead may be a cathode lead
  • the cathode lead may include a metal terminal plated with nickel of the nickel plating layer.
  • An electrochemical device includes a coating layer including a concave-convex structure and a polar group on the surface of a metal terminal, so that adhesion between an electrode lead and a lead film can be improved.
  • the surface of the metal terminal has a concave-convex structure
  • the surface of the electrode lead is not damaged, so that the adhesion between the electrode lead and the lead film can be improved without impairing corrosion resistance.
  • FIG. 1 is a diagram showing an electrode lead for an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an enlarged view showing an interface between an electrode lead and a lead film in an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is an enlarged view showing an interface between an electrode lead and a lead film in an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • Example 5 is a SEM image of the surface portion of the electrode lead in contact with the lead film in the electrode lead manufactured in Example 1.
  • Example 6 is a view showing Survey Scan Spectrum of a cross section of a portion in contact with the lead film and a portion not in contact with the lead film in the electrode lead manufactured in Example 1.
  • An electrode lead for an electrochemical device is characterized in that it has a concave-convex structure on the surface of a metal terminal and includes a coating layer containing a polar group on the surface of the metal terminal having the concave-convex structure.
  • FIG. 1 is a diagram showing an electrode lead for an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • an electrode lead 10 for an electrochemical device has a concavo-convex structure on the surface of a metal terminal. Specifically, the concave-convex structure is formed on the surface of the electrode lead at a portion in contact with the lead film.
  • the electrode lead 10 for an electrochemical device provides a high surface area to the electrode lead by having a concavo-convex structure on the surface of a metal terminal and provides a high surface area between the electrode lead and the lead film through the anchor effect. Adhesion can be improved. In addition, when moisture penetrates into the joint between the lead film and the electrode lead or the electrolyte solution leaks, the movement path of the electrolyte solution can be significantly extended to suppress the movement of moisture or electrolyte solution as much as possible.
  • the concavo-convex structure may be formed over the entire contact surface between the electrode lead and the lead film or may be formed on a part thereof.
  • the concavo-convex structure may be formed in various ways. For example, it may be formed by mechanical surface treatment such as rolling, sandblasting, SiC paper grinding, laser irradiation, or application of ultrasonic waves, or chemical surface treatment such as partial erosion by chemical substances. Alternatively, mechanical surface treatment and chemical surface treatment may be performed in parallel.
  • the temper rolling method means light cold rolling of about 0.3 to 3.0% of the electrode leads in order to improve the mechanical properties of the annealed electrode leads and to adjust the surface condition.
  • Partial erosion by chemicals for example, by applying phosphoric acid, hydrochloric acid, nitric acid, etc. to the electrode lead and washing it with distilled water after a period of time sufficient to form desired fine irregularities has elapsed, thereby creating a concavo-convex structure on the surface of the electrode lead.
  • the formation of the concave-convex structure and its orientation are not particularly limited, but a plurality of grooves inclined at 0° (horizontal) to 49° with respect to the surface of the electrode lead not in contact with the lead film may be formed. there is. Such a groove may more easily increase the contact area with the lead film, and may more easily extend the movement length of moisture and electrolyte.
  • the size of the concavo-convex (ie, depth of the valley) may be 1% to 50% based on the thickness of the electrode lead.
  • adhesion between the electrode lead and the lead film may be further improved, and it may be more advantageous to extend the movement path of moisture or the like.
  • it may be easy to prevent mechanical properties of the electrode lead 10 from being damaged.
  • an electrode lead 10 for an electrochemical device includes a coating layer 11 including a polar group on the surface of the metal terminal having the concavo-convex structure.
  • the polar group may improve adhesion between the electrode lead and the lead film by allowing the lead film and the electrode lead to form a van der Waals bond, which is an electrostatic attraction. Also, the corrosion resistance of the electrode lead surface can be increased.
  • the polar group may be -OH group or -O group.
  • the coating layer 11 including the polar group may include an anhydride.
  • the anhydride may include an -OH group or -O group to form a van der Waals bond between the lead film and the electrode lead 10, so that it may be easier to improve adhesion between the electrode lead 10 and the lead film.
  • the anhydride may be a chromium-based anhydride or a chromium-free anhydride.
  • the chromium-based anhydride may include, for example, zirconium-based anhydride, titanium-based anhydride, manganese-based anhydride, molybdenum-based anhydride, cerium-based anhydride, or two or more of these.
  • the coating layer 11 containing a polar group may be formed on the surface of the electrode lead 10 through chromate treatment.
  • Chromate treatment is performed by immersing an electrode lead in a treatment solution containing chromic acid (usually a mixture of chromic acid and sulfuric acid) to form a chromate film on the surface of the electrode lead to improve corrosion resistance and to form gloss on the surface. .
  • the treatment solution for the chromate treatment includes 1 to 4% by weight of red blood salt, 3 to 8% by weight of trivalent chromium or hexavalent chromium, 8 to 15% by weight of fluoric acid, and 5 to 10% by weight of zircofluoric acid, based on the total weight of the treatment solution. and 63 to 83% by weight of an aqueous solution of sulfuric acid.
  • the deposition time may be 30 to 50 seconds, and the process temperature may be 15 to 50 °C.
  • a metal oxide film may be formed using a metal salt or a metal precursor.
  • a zirconium oxide film can be formed from hexafluoro zirconic acid (H 2 ZrF 6 ), and hexafluoro titanic acid (H 2 TiF 6 ) is widely used when forming a titanium oxide film.
  • H 2 ZrF 6 hexafluoro zirconic acid
  • H 2 TiF 6 hexafluoro titanic acid
  • the coating layer 11 including the polar group may further include a binder polymer.
  • the coating layer 11 including the polar group further includes a binder polymer, adhesion between the electrode lead and the lead film may be further increased.
  • the binder polymer may include polyvinyl alcohol, an acrylic polymer, an epoxy polymer, an olefin polymer, a phenol resin, or two or more of these.
  • An electrode lead for an electrochemical device is provided with a coating layer including a concave-convex structure and a polar group on the surface of the electrode lead, so that it can have effects of mechanical bonding and chemical bonding between the electrode lead and the lead film at the same time. .
  • An electrochemical device includes an electrode assembly to which an electrode lead is attached; a battery case accommodating the electrode assembly; and a lead film covering a part of the outer surface of the electrode lead and interposed between the electrode lead and the battery case, and comprising the electrode lead described above.
  • FIG. 2 is an enlarged view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • an electrochemical device 100 includes an electrode assembly 20 to which electrode leads 10 are attached and a battery case 30 .
  • the electrode assembly 20 includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • a positive electrode plate and a negative electrode plate may be sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • the positive electrode plate may include a positive electrode current collector made of a thin metal plate having excellent conductivity, for example, aluminum (Al) foil, and a positive electrode active material layer coated on at least one surface thereof.
  • the positive electrode plate may include a positive electrode tab made of a metal material, for example, an aluminum (Al) material, at one end. The positive electrode tab may extend and protrude from one end of the positive electrode plate, or may be welded to one end of the positive electrode plate or bonded using a conductive adhesive.
  • the negative electrode plate may include a negative electrode current collector made of a conductive metal thin plate, for example, copper (Cu) foil, and a negative electrode active material layer coated on at least one surface thereof.
  • the negative electrode plate may include a negative electrode tab formed of a metal material, such as copper (Cu) or nickel (Ni), at one end. The negative electrode tab may extend and protrude from one end of the negative electrode plate, or may be welded to one end of the positive electrode plate or bonded using a conductive adhesive.
  • the separator may be interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to electrically insulate the positive electrode plate and the negative electrode plate from each other, and may be formed in a porous film form so that lithium ions or the like may pass between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • a separator may include, for example, a porous membrane using polyethylene (PE), polypropylene (PP), or a composite film thereof.
  • An inorganic coating layer may be provided on the surface of the separator.
  • the inorganic coating layer may have a structure in which inorganic particles are bonded to each other by a binder to form an interstitial volume between the particles.
  • the electrode assembly 20 includes a jelly-roll (wound type) electrode assembly having a structure in which long sheet-shaped positive electrodes and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween, and a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size through a separator.
  • a stacked (stacked) electrode assembly sequentially stacked in one state, a bi-cell in which positive and negative electrodes in a predetermined unit are stacked with a separator interposed therebetween, or a stack structure in which full cells are wound /folding type electrode assemblies; and the like.
  • the battery case 30 serves to accommodate the electrode assembly 20 .
  • the battery case 30 may include an accommodating portion 30a accommodating the electrode assembly 20 and a sealing portion 30b formed to seal the electrode assembly 20.
  • the sealing portion 30b may include a sealant resin, and the sealant resin may be fused along an outer circumferential surface of the accommodating portion 30a to seal the electrode assembly 20 .
  • the fusion may be thermal fusion or ultrasonic fusion, but is not particularly limited as long as the sealing portion 30b can be fused.
  • the battery case 30 will be provided in the form of a film having a multilayer structure of an outer layer for external impact protection, a metal barrier layer for blocking moisture, and a sealant layer for sealing the battery case 30.
  • the outer layer is other polyester-based films such as poly(ethylene terephthalate) (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, co-polyester, polycarbonate, nylon, etc. It may include, and may be composed of a single layer or multiple layers.
  • PET poly(ethylene terephthalate)
  • PET polybutylene terephthalate
  • polyethylene naphthalate polybutylene naphthalate
  • co-polyester polycarbonate
  • nylon nylon
  • the metal barrier layer may include aluminum, copper, or the like.
  • the sealant layer may include a sealant resin and may be composed of a single layer or multiple layers.
  • the sealant resin includes polypropylene (PP), acid modified polypropylene (PPa), random polypropylene, ethylene propylene copolymer, or two or more of these can do.
  • the ethylene propylene copolymer may include ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene block copolymer, etc., but is not limited thereto.
  • the battery case 30 may be in the form of a pouch.
  • the battery case 30 when the battery case 30 is in the form of a pouch, it may include an upper pouch and a lower pouch.
  • the battery case 30 when the battery case 30 includes an upper pouch and a lower pouch, the outer circumferential surfaces of the upper pouch and the lower pouch are fused to each other by heat and pressure, thereby sealing the battery.
  • the sealing part 30b may be sealed on four sides or three sides at the edge of the battery case.
  • the boundary surface of the upper pouch and the lower pouch is bent so that the electrode assembly accommodating portions 30a formed in the upper pouch and the lower pouch overlap each other. It means a structure in which the edges of the remaining three sides are sealed except for the bent part in
  • the electrode lead 10 may be accommodated in the battery case 30 such that a portion thereof is exposed to the outside of the battery case 30 .
  • an electrochemical device 100 includes a lead film 40 .
  • the lead film 40 covers a part of the outer surface of the electrode lead 10 and is interposed between the electrode lead 10 and the battery case 30 .
  • the lead film 40 is interposed between the electrode lead 10 and the battery case 30 and helps binding of the electrode lead 10 and the battery case 30 .
  • the sealing of the battery occurs on the surface where the lead film 40 comes into contact with the battery case 30 .
  • the lead film 40 may be positioned on at least one surface of the electrode lead 10 .
  • the lead film 40 is placed on the upper and lower surfaces of the electrode lead 10 to face each other and thermally fused between the electrode lead 10 and the lead film 40 or between the lead film 40 and the battery case 30. can be joined by
  • the lead film 40 may include a non-polar polymer resin, a polar polymer resin, or a combination thereof.
  • the non-polar polymer resin is stretched polypropylene (OPP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene terephthalate (PBT), polybutylene naphthalate (PBN) , polyimide (PI), or two or more of these.
  • OPP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PBN polybutylene naphthalate
  • PI polyimide
  • 3 and 4 are diagrams showing an enlarged interface between an electrode lead and a lead film in an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • the lead film 40 when the lead film 40 includes a polar polymer resin, van der Waals bonding strength between the polar group of the lead film 40 and the polar group of the electrode lead 10 may be increased. Accordingly, the adhesive force between the electrode lead 10 and the lead film 40 may be further improved.
  • the polar polymer resin may include acid modified PP (PPa).
  • PPa acid modified PP
  • the polar group of the acid-modified polypropylene and the polar group of the electrode lead 10 are van der Waals bonded to further increase the adhesive force between the electrode lead 10 and the lead film 40. It can be.
  • the polypropylene resin may include a propylene polymer (homo-polypropylene), a propylene copolymer (PP co-polymer), a propylene ter-polymer (PP ter-polymer), and the like.
  • the propylene copolymer (PP co-polymer) may include a propylene-ethylene block copolymer, etc.
  • the propylene terpolymer (PP ter-polymer) may include a propylene-ethylene-butylene block copolymer, etc.
  • the polar polymer resin may be maleic acid, maleic anhydride, fumaric acid, maleimide, maleimide, itaconic acid, itaconic anhydride, derivatives thereof, or two or more polar groups introduced therein. .
  • the electrode lead 10 may be an anode lead or a cathode lead.
  • a metal terminal constituting the electrode lead 10 may include aluminum metal, which is advantageous in conductivity.
  • a metal terminal constituting the electrode lead 10 may be a metal terminal plated with nickel.
  • the metal terminal constituting the electrode lead 10 is plated with nickel, corrosion of the electrode lead 10 can be prevented from a long-term perspective while being advantageous in terms of conductivity. That is, when the electrode lead 10 includes a metal terminal plated with nickel and includes a coating layer 11 including a concave-convex structure and a polar group on the surface of the metal terminal plated with nickel, corrosion resistance is not impaired. Adhesion between the electrode lead 10 and the lead film 40 may be improved.
  • the metal terminal constituting the electrode lead 10 may be a metal terminal plated with nickel.
  • the electrode lead 10 may include the metal terminal, a nickel plating layer positioned on a surface of the metal terminal, and a coating layer 11 positioned on the nickel plating layer and including a polar group.
  • the electrode lead in the electrochemical device according to an embodiment of the present invention may not damage the nickel plating due to the uneven structure on the surface of the electrode lead. there is.
  • the size of the concavo-convex structure is set thin by limiting the thickness of the coating layer 11, the nickel plating on the surface of the metal terminal may remain intact. Accordingly, the surface of the nickel-plated metal terminal is not physically or chemically damaged, and contact force between the electrode lead 10 and the lead film 40 can be improved without impairing corrosion resistance.
  • Ni Strike process for improving the adhesion of nickel plating by forming a weak nickel plating film or a Ni Plating process for forming a Ni plating film with a desired thickness may be used.
  • a nickel plating film was formed on the surface of a copper foil with a thickness of 200 ⁇ m by an electrochemical method (electrolytic plating method) using a plating solution in which 600 ml/L of nickel sulfamate, 6 g/L of nickel chloride, and 30 g/L of boric acid were mixed. .
  • An electrode lead was immersed in a treatment solution containing 800 ppm to 1000 ppm of chromium on the surface of the copper foil on which the nickel plating film was formed to form a chromate film containing polar groups on the surface of the electrode lead.
  • the surface-treated copper foil was attached to the electrode tab of the electrode assembly by welding, and a polypropylene film having a maleic acid polar group was attached to the top and bottom surfaces of the copper foil, respectively, to prepare an electrode lead.
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy

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Abstract

본 발명은 금속 단자의 표면에 니켈 도금층이 위치하고, 상기 니켈 도금층 상에 요철 구조를 가지고, 극성기를 포함하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것으로, 전극 리드의 표면을 손상시키지 않으면서 전극 리드와 리드 필름 간의 접촉면적이 증가할 수 있어 전극 리드와 리드 필름 간의 결합력이 증가할 수 있다.

Description

전기화학소자용 전극 리드 및 이를 구비한 전기화학소자
본 발명은 전기화학소자용 전극 리드 및 이를 구비한 전기화학소자에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 10월 28일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0146111호에 대한 우선권 주장출원으로서, 해당 출원의 명세서에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
휴대폰, 노트북, 태블릿 PC등의 모바일 IT 기기는 현대 생활에 밀접한 관계를 맺고 있으며, IT 산업 시장의 성장과 함께 핵심 부품인 전기화학소자에 대한 수요도 급증하고 있다. 이러한 전기화학소자 중 이차전지는 충방전을 통해 반복사용이 가능하며 납, 니켈, 카드뮴 등의 유해물질을 사용하지 않는 친환경 전지 기술로서, 가벼우면서도 작은 체적으로 많은 에너지를 저장할 수 있는 높은 에너지 밀도를 가지는 장점으로 미래 신(新)성장 동력 산업의 핵심을 이루고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 인류의 생활과 밀접한 모바일 IT의 전력원으로 가장 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 최근에는 전기자동차의 동력원 및 신재생 에너지의 전력 저장 장치로서 활용도를 계속적으로 넓히고 있다.
일반적으로 전기화학소자는 양극, 음극 및 이를 분리하는 분리막(Separator), 상기 분리막을 통해서 리튬 이온을 전달하는 전해액(Electrolyte), 이들을 수납하는 전지 케이스 및 전지 케이스 밖으로 전류의 통로가 되도록 하는 전극 리드로 구성된다. 또한, 리드 필름을 더 포함할 수 있는데, 리드 필름은 전극 리드에 결착되어 전극 리드와 전지 케이스 간의 쇼트가 발생하는 것을 방지하면서, 전극 리드와 전지 케이스를 밀봉하는 역할을 한다.
그러나, 전극 리드와 전지 케이스 간의 계면은 밀봉 강도가 취약하여 전극 리드와 전지 케이스 간 계면에서 전해액의 누액과 가스의 출입이 발생되는 문제가 빈번히 발생되고 있다. 때문에 이를 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
전극 리드와 전지 케이스 간의 밀봉 강도는 전극 리드와 리드 필름 간의 밀봉 강도와 리드 필름과 전지 케이스 간의 밀봉 강도에 의해 영향을 받는다.
리드 필름과 전지 케이스 간의 밀봉 강도의 향상을 위하여는 리드 필름의 두께를 증가시키고, 전지 케이스의 융착 부분과 유사한 물성을 갖는 소재를 리드 필름으로 사용하는 방향으로 개발이 활발히 이루어지고 있으나, 전극 리드와 리드 필름 간의 밀봉 강도의 향상은 기술적인 한계에 봉착한 상황이다.
따라서, 전극 리드와 리드 필름 간의 밀봉 강도의 향상을 위한 기술 개발의 필요성이 여전히 매우 높은 실정이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 리드와 리드 필름 간의 접착력이 향상된 전기화학소자용 전극 리드 및 이를 구비한 전기화학소자를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 전기화학소자용 전극 리드가 제공된다.
제1 구현예는,
금속 단자;
상기 금속 단자의 표면에 위치하는 니켈 도금층; 및
상기 니켈 도금층 상에 위치하고, 극성기를 포함하는 코팅층;을 포함하고,
상기 코팅층은 요철 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 극성기가 -OH기 또는 -O기일 수 있다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 극성기를 포함하는 코팅층이 무수산화물을 포함할 수 있다.
제4 구현예는, 제3 구현예에 있어서,
상기 무수산화물이 크롬계 무수산화물, 지르코늄계 무수산화물, 티타늄계 무수산화물, 망간계 무수산화물, 몰리브덴계 무수산화물, 세륨계 무수산화물, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
제5 구현예는, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 극성기를 포함하는 코팅층이 바인더 고분자를 더 포함할 수 있다.
제6 구현예는, 제5 구현예에 있어서,
상기 바인더 고분자가 폴리비닐알콜, 아크릴계 고분자, 에폭시계 고분자, 올레핀계 고분자, 페놀 수지 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
제7 구현예는, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 요철 구조가 압연, 샌드블라스팅, SiC 페이퍼에 의한 그라인딩, 레이저 조사 또는 초음파 인가의 기계적 표면처리, 화학물질에 의한 부분 침식의 화학적 표면처리, 또는 이들을 병행하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 전기화학소자가 제공된다.
제8 구현예는,
전극 리드가 부착된 전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및
상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 전지 케이스 사이에 개재된 리드 필름;을 구비하고,
상기 전극 리드는 제1 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 따른 전기화학소자용 전극 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자에 관한 것이다.
제9 구현예는, 제8 구현예에 있어서,
상기 리드 필름이 무극성 고분자 수지, 극성 고분자 수지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제10 구현예는, 제9 구현예에 있어서,
상기 무극성 고분자 수지가 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN), 폴리이미드(PI), 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
제11 구현예는, 제9 구현예에 있어서,
상기 극성 고분자 수지가 산변성 폴리프로필렌(Acid modified PP, PPa)을 포함할 수 있다.
제12 구현예는, 제9 구현예 또는 제11 구현예에 있어서,
상기 극성 고분자 수지가 말레인산, 무수말레인산, 푸마르산, 말레이미드, 무수말레이미드, 이타콘산, 무수이타콘산, 이들의 유도체, 또는 이들 중 2 이상의 극성기가 도입된 것일 수 있다.
제13 구현예는, 제8 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 전극 리드가 음극 리드일 수 있고,
상기 음극 리드가 상기 니켈 도금층의 니켈로 도금된 금속 단자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자는 금속 단자의 표면에 요철 구조 및 극성기를 포함하는 코팅층을 포함하여 전극 리드와 리드 필름 사이의 접착력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자는 금속 단자의 표면에 요철 구조가 형성됨에도 전극 리드 표면이 손상되지 않아 내부식성을 해치지 않으면서 전극 리드와 리드 필름 사이의 접착력이 향상될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자용 전극 리드를 나타낸 도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자를 나타낸 도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자에서 전극 리드와 리드 필름의 사이의 계면을 확대하여 나타낸 도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자에서 전극 리드와 리드 필름의 사이의 계면을 확대하여 나타낸 도이다.
도 5는 실시예 1에서 제조한 전극 리드에서 리드 필름과 접하는 전극 리드의 표면 부분의 SEM 이미지이다.
도 6은, 실시예 1에서 제조한 전극 리드에서 리드 필름과 접하는 부분과 리드 필름과 접하지 않는 부분의 단면의 Survey Scan Spectrum을 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자용 전극 리드는, 금속 단자의 표면에 요철 구조를 가지고, 상기 요철 구조를 가지는 금속 단자의 표면에 극성기를 포함하는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자용 전극 리드를 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자용 전극 리드(10)는 금속 단자의 표면에 요철 구조를 가진다. 구체적으로, 상기 요철 구조는 리드 필름과 접하는 부분의 전극 리드의 표면에 형성된다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자용 전극 리드(10)는 금속 단자의 표면에 요철 구조를 구비함으로써 전극 리드에 높은 표면적을 제공하고 앵커 효과(Anchor effect)를 통해 전극 리드와 리드 필름 간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 리드 필름과 전극 리드의 결합 부위로 수분이 침투하거나 또는 전해액이 누출되는 경우, 이들의 이동 경로를 현저히 연장시켜 수분이나 전해액의 이동을 최대한 억제시킬 수 있다.
상기 요철 구조는 전극 리드와 리드 필름과의 접촉면 전체에 걸쳐 형성될 수도 있고 일부에 형성될 수도 있다.
상기 요철 구조는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예컨대, 압연, 샌드블라스팅, SiC 페이퍼 그라인딩(grinding), 레이저 조사, 초음파 인가 등의 기계적 표면처리, 또는 화학물질에 의한 부분 침식 등의 화학적 표면처리에 의해 형성될 수 있다. 또는, 기계적 표면처리와 화학적 표면처리를 병행하여 형성될 수 있다.
상기 압연에 의한 방법으로는 조질압연법(Temper Rolling Process)이 사용될 수 있다. 조질압연법은 어닐링을 마친 전극 리드의 기계적 성질을 개선하고 표면 상태를 조절하기 위하여 전극 리드에 0.3 내지 3.0% 정도의 가벼운 냉간 압연을 하는 것을 의미한다.
화학물질에 의한 부분 침식은, 예를 들어, 인산, 염산, 질산 등을 전극 리드에 바르고 소망하는 미세 요철들이 형성될 정도의 시간이 경과한 후에 증류수 등으로 세척함으로써 전극 리드의 표면에 요철 구조를 형성할 수 있다.
상기 요철 구조의 형성과 이의 방향성(orientation)은 특별히 제한되는 것은 아니나, 리드 필름과 접하지 않는 전극 리드의 표면에 대해 0°(수평) 내지 49°로 기울어진 다수의 그루브들이 만들어지도록 형성될 수 있다. 이러한 그루브는 리드 필름과의 접촉 면적을 높이기 더욱 용이할 수 있고, 수분 및 전해액의 이동 길이를 연장시키기 더욱 용이할 수 있다.
요철 구조에서 요철의 크기(즉, 골의 깊이)는 전극 리드의 두께를 기준으로 1% 내지 50%일 수 있다. 요철의 크기가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전극 리드와 리드 필름과의 접착력이 더욱 향상될 수 있고, 수분 등의 이동 경로 연장에 더욱 유리할 수 있다. 또한, 전극 리드(10)의 기계적 물성이 손상되는 것을 방지하기 용이할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자용 전극 리드(10)는 상기 요철 구조를 가지는 금속 단자의 표면에 극성기를 포함하는 코팅층(11)을 포함한다. 상기 극성기는 리드 필름과 전극 리드가 정전기적 인력인 반데르발스 결합을 형성하도록 하여 전극 리드와 리드 필름 간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 전극 리드 표면의 내부식성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 극성기가 -OH기 또는 -O기일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 극성기를 포함하는 코팅층(11)이 무수산화물을 포함할 수 있다. 상기 무수산화물은 -OH기 또는 -O기를 포함하여 리드 필름과 전극 리드(10)가 반데르발스 결합을 형성하도록 하여 전극 리드(10)와 리드 필름 간의 접착력을 향상시키기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 무수산화물이 크롬계 무수산화물, 또는 무크롬계 무수산화물일 수 있다.
상기 무크롬계 무수산화물은 예컨대, 지르코늄계 무수산화물, 티타늄계 무수산화물, 망간계 무수산화물, 몰리브덴계 무수산화물, 세륨계 무수산화물, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
상기 무수산화물이 크롬(Cr)계 무수산화물인 경우, 극성기를 포함하는 코팅층(11)은 크로메이트 처리를 통해 전극 리드(10)의 표면에 형성될 수 있다. 크로메이트 처리는 크롬산을 함유하는 처리액(통상 크롬산과 황산의 혼합액)에 전극 리드를 침지하여 처리함으로써, 전극 리드의 표면 상에 크롬산염 피막을 형성시켜 내식성을 개선하고, 표면에 광택을 형성하게 된다.
상기 크로메이트 처리를 위한 처리액은 처리액 전체 중량 대비 적혈염 1 내지 4 중량%, 3가 크롬 또는 6가 크롬 3 내지 8 중량%, 봉불산 8 내지 15 중량%, 지르코불화산 5 내지 10 중량% 및 황산 수용액 63 내지 83 중량%을 포함할 수 있다.
상기 크로메이트 처리는, 침적 시간이 30 내지 50초일 수 있고, 공정 온도가 15 내지 50℃일 수 있다.
상기 무수산화물이 무크롬(Cr)계 무수산화물인 경우, 금속염 또는 금속 전구체를 사용하여 금속산화물 막을 형성할 수 있다.
일례로, 헥사플루오로 지르콘산(H2ZrF6)으로부터 지르코늄 산화물 막을 형성할 수 있으며, 티타늄 산화물 막을 형성하는 경우 헥사플루오로 티탄산(H2TiF6)이 많이 사용되고 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 극성기를 포함하는 코팅층(11)이 바인더 고분자를 더 포함할 수 있다. 상기 극성기를 포함하는 코팅층(11)이 바인더 고분자를 더 포함하는 경우, 전극 리드와 리드 필름 간의 접착력이 더욱 증대될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 바인더 고분자가 폴리비닐알콜, 아크릴계 고분자, 에폭시계 고분자, 올레핀계 고분자, 페놀 수지, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자용 전극 리드는 전극 리드의 표면에 요철 구조 및 극성기를 포함하는 코팅층을 구비함으로써, 전극 리드와 리드 필름 간의 기계적 결합 및 화학적 결합의 효과를 동시에 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전기화학소자는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및 상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 전지 케이스 사이에 개재된 리드 필름;을 구비하고, 전술한 전극 리드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자를 확대하여 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자(100)는 전극 리드(10)가 부착된 전극 조립체(20) 및 전지 케이스(30)를 구비한다.
상기 전극 조립체(20)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함한다. 전극 조립체(20)는 분리막이 개재된 상태에서 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 양극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 양극탭을 포함할 수 있다. 양극탭은 양극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
음극판은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 적어도 일면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 음극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭을 포함할 수 있다. 음극탭은 음극판의 일측단으로부터 연장되어 돌출되거나 양극판의 일측단에 용접되거나 도전성 접착제를 이용하여 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 개재되어, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과될 수 있도록 다공성 막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리프로필렌(PP), 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성 막을 포함할 수 있다.
분리막의 표면에는 무기물 코팅층이 구비될 수 있다. 무기물 코팅층은 무기물 입자들이 바인더에 의해 서로 결합되어 입자들 사이에 기공 구조(interstitial volume)을 형성한 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(20)로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀 셀(Full dell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
상기 전지 케이스(30)는 전극 조립체(20)를 수납하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전지 케이스(30)는 전극 조립체(20)를 수납하는 수납부(30a) 및 전극 조립체(20)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(30b)를 구비할 수 있다.
상기 실링부(30b)는 실란트 수지를 포함할 수 있고, 상기 실란트 수지가 상기 수납부(30a)의 외주면을 따라 융착하여 전극 조립체(20)를 밀봉할 수 있다.
상기 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부(30b)를 융착시킬 수 있다면 크게 제한되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전지 케이스(30)는 외부 충격 보호를 위한 외층, 수분을 차단하는 금속 배리어층, 및 전지 케이스(30)를 실링하는 실란트층의 다층 구조의 필름 형태로 구비될 수 있다.
상기 외층은, 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(Poly(ethylene terephthalate); PET), 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론 등 기타 폴리에스터계 필름을 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
상기 금속 배리어층은, 알루미늄, 구리 등을 포함할 수 있다.
상기 실란트층은 실란트 수지를 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지는 폴리프로필렌(PP), 산 변성 폴리프로필렌(Acid modified polypropylene; PPa), 랜덤 폴리프로필렌(random polypropylene), 에틸렌 프로필렌 공중합체, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 공중합체는 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전지 케이스(30)는 파우치 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전지 케이스(30)가 파우치 형태인 경우, 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 상기 전지 케이스(30)가 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 경우, 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면이 열과 압력에 의해 상호 융착됨으로써 전지를 밀봉할 수 있다.
상기 전지 케이스(30)가 파우치 형태인 경우, 상기 실링부(30b)는 전지 케이스의 테두리에서 4면 실링 또는 3면 실링될 수 있다. 3면 실링 구조는, 상부 파우치와 하부 파우치가 하나의 파우치 시트에 포밍된 후 상부 파우치 및 하부 파우치의 경계면을 절곡시켜 상부 파우치 및 하부 파우치에 형성된 상기 전극 조립체 수납부(30a)들이 포개지도록 한 상태에서 절곡부를 제외한 나머지 3면의 테두리를 실링한 구조를 의미한다.
도 2를 참조하면, 상기 전극 리드(10)는 일부가 상기 전지 케이스(30)의 외부로 노출되도록 전지 케이스(30) 내에 수납될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자(100)는 리드 필름(40)을 구비한다.
상기 리드 필름(40)은 상기 전극 리드(10)의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드(10)와 전지 케이스(30) 사이에 개재된다. 상기 리드 필름(40)은 상기 전극 리드(10)와 전지 케이스(30) 사이에 개재되어 전극 리드(10)와 상기 전지 케이스(30)의 결착을 돕는다. 상기 리드 필름(40)이 전지 케이스(30)와 맞닿는 면에서 전지의 실링이 일어나게 된다.
상기 리드 필름(40)은 전극 리드(10)의 적어도 일면에 위치할 수 있다. 또는, 상기 리드 필름(40)은 전극 리드(10)의 상하면에 서로 마주하도록 배치하고 전극 리드(10)와 리드 필름(40) 간, 또는 리드 필름(40)과 전지 케이스(30) 간이 열 융착에 의해 접합될 수 있다.
상기 리드 필름(40)은 무극성 고분자 수지, 극성 고분자 수지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 무극성 고분자 수지가 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN), 폴리이미드(PI), 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자에서 전극 리드와 리드 필름의 사이의 계면을 확대하여 나타낸 도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 리드 필름(40)이 극성 고분자 수지를 포함하는 경우, 리드 필름(40)의 극성기와 전극 리드(10)의 극성기의 반데르발스 결합력이 높아질 수 있다. 이에 따라, 전극 리드(10)와 리드 필름(40) 간의 접착력이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 극성 고분자 수지가 산변성 폴리프로필렌(Acid modified PP, PPa)을 포함할 수 있다. 상기 극성 고분자 수지가 산변성 폴리프로필렌을 포함하는 경우, 산변성 폴리프로필렌의 극성기와 전극 리드(10)의 극성기가 반데르발스 결합하여 전극 리드(10)와 리드 필름(40) 간의 접착력이 더욱 증대될 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지는 프로필렌 중합체(호모 폴리프로필렌), 프로필렌 코폴리머(PP co-polymer), 프로필렌 터폴리머(PP ter-polymer) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 프로필렌 코폴리머(PP co-polymer)는 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체 등을 포함할 수 있고, 상기 프로필렌 터폴리머(PP ter-polymer)는 프로필렌-에틸렌-부틸렌 블록 공중합체 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 극성 고분자 수지는 말레인산, 무수말레인산, 푸마르산, 말레이미드, 무수말레이미드, 이타콘산, 무수이타콘산, 이들의 유도체, 또는 이들 중 2 이상의 극성기가 도입된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전극 리드(10)는 양극 리드 또는 음극 리드일 수 있다.
상기 전극 리드(10)가 양극 리드인 경우, 상기 전극 리드(10)를 구성하는 금속 단자는 전도성에 유리한 알루미늄 금속을 포함할 수 있다.
상기 전극 리드(10)가 음극 리드인 경우, 상기 전극 리드(10)를 구성하는 금속 단자는 니켈로 도금된 금속 단자일 수 있다. 상기 전극 리드(10)를 구성하는 금속 단자가 니켈로 도금된 경우, 전도성 측면에서 유리하면서도 장기적인 관점에서 전극 리드(10)의 부식을 방지할 수 있다. 즉, 상기 전극 리드(10)가 니켈로 도금된 금속 단자를 포함하고, 니켈로 도금된 금속 단자의 표면에 요철 구조 및 극성기를 포함하는 코팅층(11)을 포함하는 경우, 내부식성을 해치지 않으면서 전극 리드(10)와 리드 필름(40) 간의 접착력을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 전극 리드(10)를 구성하는 금속 단자는 니켈로 도금된 금속 단자일 수 있다. 다시 말하면, 전극 리드(10)는 상기 금속 단자, 상기 금속 단자의 표면에 위치하는 니켈 도금층, 및 상기 니켈 도금층 상에 위치하고 극성기를 포함하는 코팅층(11)을 포함할 수 있다. 전극 리드(10)를 구성하는 금속 단자가 니켈로 도금된 경우에도, 본 발명의 일 실시양태에 따른 전기화학소자에서의 전극 리드는 전극 리드의 표면에 요철 구조로 인하여 니켈 도금이 손상되지 않을 수 있다. 다시 말하면, 상기 요철 구조의 크기를 코팅층(11)의 두께로 한정하여 얇게 설정함에 따라, 금속 단자의 표면에 도금된 니켈 도금이 손상되지 않고 잔존할 수 있다. 그에 따라, 니켈이 도금된 금속 단자의 표면이 물리적, 화학적으로 손상되지 않아, 내부식성을 해치지 않으면서 전극 리드(10)와 리드 필름(40) 간의 접챡력을 향상시킬 수 있다.
상기 금속 단자를 니켈로 도금하는 방법은, 니켈 도금 막을 약하게 형성시켜 니켈 도금의 밀착력을 향상시키기 위한 Ni Strike 공정, 또는 원하는 두께로 Ni 도금막을 형성하는 Ni Plating 공정 등을 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
200 ㎛의 두께를 가진 구리 호일의 표면에 설파민산니켈 600 ml/L, 염화니켈 6g/L, 붕산 30g/L가 혼합된 도금액을 이용하여 전기화학적인 방법(전해도금법)으로 니켈 도금막을 형성하였다.
니켈 도금막이 형성된 구리 호일의 표면에 800 ppm 내지 1000 ppm의 크롬을 포함하는 처리액에 전극 리드를 침지하여 전극 리드의 표면에 극성기를 포함하는 크롬산염 피막을 형성하였다.
상기 극성기를 포함하는 코팅층이 형성된 구리 호일의 표면에 레이저 패터닝 하였다. 이렇게 표면 처리한 구리 호일을 전극 조립체의 전극 탭에 용접하여 부착하고, 이의 상단면과 하단면에 각각 말레인산 극성기를 가지는 폴리프로필렌 필름을 부착하여 전극 리드를 제조하였다.
그 다음, 알루미늄 라미네이스 시트의 파우치형 케이스에 상기 전극조립체를 장착한 후, 1M LiPF6를 함유하는 카보네이트계 리튬 전해액을 주입한 후, 시트를 열융착하여 전기화학소자를 제조하였다.
평가예 1: 전극 리드 표면 분석
실시예 1에서 제조한 전극 리드에서 리드 필름과 접하는 부분과 리드 필름과 접하지 않는 부분의 단면을 SEM 이미지로 관찰하여 도 5에 나타내었다.
상기 실시예 1에서 제조한 전극 리드는 표면에 요철 구조가 형성되었음에도 불구하고 리드 필름과 접하는 전극 리드의 표면의 니켈 도금층이 손상되지 않았음을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서 제조한 전극 리드에서 리드 필름과 접하는 부분과 리드 필름과 접하지 않는 부분의 단면의 Survey Scan Spectrum을 도 6에, 전극 리드 표면의 정량 분석 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 전극 리드 표면의 정량 분석은 Thermo Fisher Scientific Inc.의 K-Alpha 장비를 이용하여 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)로 측정하였으며, 구체적인 조건은 다음과 같다:
X-ray source: monochromatic Al Kα (1486.6 eV)
X-ray spot size: 400 ㎛
Survey scan: pass energy 200 eV, energy step 1 eV, dwell time 10 ms
리드 필름과 접하는 부분 리드 필름과 접하지 않는 부분
평균(at.%, 3 points) 편차(at.%, 3 points) 평균(at.%, 3 points) 편차(at.%, 3 points)
C 45.9 3.1 70.4 0.6
Ca 0.8 0.05 1.3 0.02
Cr 1.4 0.1 1.0 0.04
N 1.4 0.1 1.2 0.1
Ni 1.9 0.4 1.1 0.1
O 37.6 1.8 20.0 0.7
P 7.6 0.7 2.4 0.1
Si 3.1 0.2 2.3 0.1
Ti 0.3 0.04 0.3 0.01
도 6 및 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1에서 제조한 전극 리드는 표면에 요철 구조가 형성되었음에도 불구하고 리드 필름과 접하는 전극 리드의 표면의 니켈 도금층이 손상되지 않았음을 확인할 수 있었다. 다시 말하면, 실시예 1에서 제조한 전극 리드에 대하여, 레이저 패터닝이 적용된 부위에서도 니켈이 제거되지 않고 여전히 잔존하는 것을 확인할 수 있었다.
[부호의 설명]
10: 전극 리드
11: 극성기를 포함하는 코팅층
20: 전극 조립체
30: 전지 케이스
30a: 수납부, 30b: 실링부
40: 리드 필름
100: 전기화학소자

Claims (13)

  1. 금속 단자;
    상기 금속 단자의 표면에 위치하는 니켈 도금층; 및
    상기 니켈 도금층 상에 위치하고, 극성기를 포함하는 코팅층;을 포함하고,
    상기 코팅층은 요철 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 극성기가 -OH기 또는 -O기인 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 극성기를 포함하는 코팅층이 무수산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무수산화물이 크롬계 무수산화물, 지르코늄계 무수산화물, 티타늄계 무수산화물, 망간계 무수산화물, 몰리브덴계 무수산화물, 세륨계 무수산화물, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 극성기를 포함하는 코팅층이 바인더 고분자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바인더 고분자가 폴리비닐알콜, 아크릴계 고분자, 에폭시계 고분자, 올레핀계 고분자, 페놀 수지, 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 요철 구조가 압연, 샌드블라스팅, SiC 페이퍼에 의한 그라인딩, 레이저 조사 또는 초음파 인가의 기계적 표면처리, 화학물질에 의한 부분 침식의 화학적 표면처리, 또는 이들을 병행하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기화학소자용 전극 리드.
  8. 전극 리드가 부착된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 전지 케이스; 및
    상기 전극 리드의 외면의 일부를 감싸고, 상기 전극 리드와 전지 케이스 사이에 개재된 리드 필름;을 구비하고,
    상기 전극 리드는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전기화학소자용 전극 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리드 필름이 무극성 고분자 수지, 극성 고분자 수지, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무극성 고분자 수지가 연신 폴리프로필렌(OPP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN), 폴리이미드(PI), 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 극성 고분자 수지가 산변성 폴리프로필렌(Acid modified PP, PPa)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 극성 고분자 수지가 산말레인산, 무수말레인산, 푸마르산, 말레이미드, 무수말레이미드, 이타콘산, 무수이타콘산, 이들의 유도체, 또는 이들 중 2 이상의 극성기가 도입된 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전극 리드가 음극 리드이고,
    상기 음극 리드가 상기 니켈 도금층의 니켈로 도금된 금속 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
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