JP2014510998A - 二次電池用電極端子およびこれを含むリチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明は、充放電が可能な電極組立体が外装材内に密封され、前記電極組立体と電気的に連結された電極端子（正極端子/負極端子）が外装材の外側に一部突出しているリチウム二次電池に関し、前記電極端子は、リチウム二次電池の外装材の外部に露出した部分に耐腐食性金属がメッキされていることを特徴とする。本発明によれば、コバルト、銅、ニッケル、白金などの耐腐食性金属を電極端子に直接メッキして電極端子の耐腐食性を向上させることによりリチウム二次電池の性能を向上させることができる。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本発明は、韓国特許庁に2011年6月30日に出願された、韓国出願番号第10-2011-0064783号に対し優先権を主張し、本韓国出願の全般的な内容はここに参照として併合される。
本発明は、二次電池用電極端子およびこれを含むリチウム二次電池に関する。
本発明は、二次電池用電極端子およびこれを含むリチウム二次電池に関する。
最近、エネルギー貯蔵技術に対する関心が益々高まっている。携帯電話、カムコーダおよびノートパソコン、さらには電気自動車のエネルギーに至るまで適用分野が拡大するにつれて電気化学素子の研究と開発に対する努力が益々具体化している。電気化学素子は、このような面で最も注目されている分野であり、その中でも充放電が可能な二次電池の開発は注目の的となっている。最近、このような二次電池を開発するにあたり容量密度および比エネルギーを向上させるために新しい電極と電池の設計に対する研究開発が行われている。
現在適用されている二次電池のうち1990年代初頭に開発されたリチウム二次電池は、水溶液電解液を使用するNi-MH、Ni-Cd、硫酸-鉛電池などの従来式電池に比べて作動電圧が高く、エネルギー密度が著しく大きいという利点により脚光を浴びている。
従来、リチウム二次電池の負極材料としては、黒鉛、コークス（coke）などの炭素材料、リチウム金属、リチウム合金、スズ酸化物などが挙げられており、この中で炭素材料を負極として用いたリチウム二次電池が既に実用化されている。黒鉛は、リチウム金属の電位付近で非常に低い放電電位を帯びており、高いエネルギー密度のリチウム二次電池が得られることにより、負極材料として一般的に用いられている。
一方、このような種類のリチウム二次電池の正極の出力用端子としてはアルミニウムが使用されている。これは、アルミニウムがリチウム二次電池の充放電時に正極電位で安定しているためである。また、アルミニウム以外にも電位的に安定した材料としては、チタン、ステンレス鋼などが挙げられるが、加工の容易性、導電性、材料コストを考慮してアルミニウムを最も多く使用している。
ところが、アルミニウムは、酸化被膜を形成しやすく、正極端子として使用した場合には電極リードと連結するためにリチウム二次電池の外装材の外部に露出した部位に腐食が発生する恐れがある。特に、塩気が多い地域で使用する場合にこのような問題が悪化して正極端子の接続部の接触抵抗が増加することで接触不良が発生したり、放電電圧の低下をもたらしたりするという問題がある。
本発明は、このような問題点を解決するためのものであり、本発明の課題は、二次電池用外装材の外部に露出する電極端子の全体部位に耐腐食性金属をメッキすることにより、塩気などによって電極端子が腐食することを防止して溶接部の付着力および耐疲労性能を向上させ、高剛性および高出力の端子を実現できる二次電池用電極端子およびこれを含むリチウム二次電池を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明は、二次電池用電極端子において、前記電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属が前記電極端子にメッキされていることを特徴とする二次電池用電極端子を提供する。
また、本発明は、充放電が可能な電極組立体が外装材内に密封され、前記電極組立体と電気的に連結された電極端子（正極端子/負極端子）が外装材の外側に一部突出しているリチウム二次電池において、前記電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属が前記電極端子にメッキされていることを特徴とするリチウム二次電池を提供する。
前記電極端子はアルミニウム材質の電極端子であってもよく、ここで、前記アルミニウム材質の電極端子は、その表面にアルミニウムより耐腐食性の高いコバルト、銅、ニッケル、白金、マンガン、亜鉛、鉄、スズ、銀および金からなる群から選択される何れか一つ以上の金属がメッキされていてもよい。
前記電極端子は銅材質の電極端子であってもよく、ここで、前記銅材質の電極端子は、その表面に銅より耐腐食性の高いニッケル、銀、白金および金からなる群から選択される何れか一つ以上の金属がメッキされていてもよい。
前記電極端子は銅材質の電極端子であってもよく、ここで、前記銅材質の電極端子は、その表面に銅より耐腐食性の高いニッケル、銀、白金および金からなる群から選択される何れか一つ以上の金属がメッキされていてもよい。
前記メッキは電解メッキまたは無電解メッキであってもよい。
前記電極端子は、その全体または一部に金属メッキされていてもよく、詳細には、前記電極端子は、リチウム二次電池の外装材の外部に露出した部分に金属メッキされていてもよい。
前記リチウム二次電池はパウチ型であってもよい。
また、本発明は、二つ以上のリチウム二次電池が電気的に連結されて含まれる電池モジュールまたは電池パックにおいて、内部のリチウム二次電池と外部を電気的に連結する電極端子（正極端子/負極端子）の全部または一部が、前記電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属でメッキされていることを特徴とする電池モジュールまたは電池パックを提供する。
本発明によれば、コバルト、銅、ニッケル、白金などの耐腐食性金属を電極端子に直接メッキして電極端子の耐腐食性を向上させることにより、リチウム二次電池の性能を向上させることができる。さらに、このような金属メッキと連携して前記リチウム二次電池を二つ以上含む電池パックのデザインもまた改善できるという効果がある。
以下、本発明の二次電池用電極端子およびこれを含むリチウム二次電池について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の二次電池用電極端子は、電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属が前記電極端子にメッキされていることを特徴としており、本発明のリチウム二次電池は、充放電が可能な電極組立体が外装材内に密封され、前記電極組立体と電気的に連結された電極端子（正極端子/負極端子）が外装材の外側に一部突出しているリチウム二次電池において、上述したように電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属が前記電極端子にメッキされていることを特徴とする。
本発明に適用されるリチウム二次電池は、樹脂層と金属層を含むラミネートシートからなる外装材の内部に充放電が可能な電極組立体を内蔵した状態で密封され、電極組立体と電気的に連結された電極端子（正極端子/負極端子）10が外装材の外側に一部突出して外部端子と接続する構造となっている。通常、電極端子には絶縁フィルム20が付着される。
この際、本発明は、図1に示すように、リチウム二次電池の電極から引き出された電極端子と電気的に連結され、前記リチウム二次電池の外装材の外部に露出した電極端子の全体部位（図1で一点鎖線で表された領域）30には、前記電極端子より耐腐食性の高い金属材料がメッキされていることを特徴とする。
金属の耐腐食性は、同じ種類の金属でも温度、濃度、雰囲気（酸化雰囲気または還元雰囲気）のような周辺条件および電位差によって異なるため、本発明における『電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属』とは、前記のような全ての測定条件が同一である場合、単位時間に電極端子をなす金属より腐食量が少ない金属を意味する。例えば、温度、濃度などが同一の塩水に所定時間浸漬した場合、電極端子をなす金属より腐食が進まなかった金属を本発明におけるメッキ金属として使用することができる。
特に、電極端子のうち正極端子は、加工の容易性、導電性、コストの面を鑑みて、通常アルミニウムで製造するが、このアルミニウムは塩気に反応して腐食が進む恐れがあるため、外装材の外側に露出する正極端子には必ず耐腐食性金属でメッキを施す必要がある。
この際、耐腐食性金属としては、アルミニウムより耐腐食性に優れ、メッキが可能な物質であれば何れでも可能であり、その種類は特に制限されない。例えば、電極端子の材質がアルミニウムである場合、コバルト、銅、ニッケル、白金、マンガン、亜鉛、鉄、スズ、銀および金からなる群から選択される何れか一つ以上の金属をメッキ金属として使用することができる。
一方、電極端子のうち負極端子の材質として主に用いられる銅に対して、銅より耐腐食性の高いニッケル、銀、白金および金からなる群から選択される何れか一つ以上の金属をメッキ金属として使用することができるが、必ずしもこれに限定されない。
また、前記電極端子は、電極端子をなす材質の金属より電離度が低い材質の金属でメッキされていてもよい。
本発明によって耐腐食性金属でメッキされた電極端子は、従来一般的な電極端子に比べて耐腐食性が5%〜20%以上上昇する効果がある。
一方、外装材の外部に突出している電極端子の全体部位に適用されるメッキ法としては何れのメッキ法も可能であり、詳細には、電解メッキ法または無電解メッキ法が挙げられる。
本発明において、前記電解メッキ（電気メッキ）法を用いてアルミニウム正極端子または負極端子をメッキする場合、そのメッキ部位は特に限定されず、電極端子の全体または一部に金属メッキを形成することができる。詳細には、電池外装材の外部に突出（露出）している部分にのみ部分メッキを施すことが有利である。
前記のように部分メッキを施す場合にはメッキ工程が比較的簡単で、メッキ液の寿命が長く、管理が容易で、メッキ速度が速く、基部との密着力が向上する。また、電極全体にメッキを施した場合より、電池の外部に印加される抵抗の数値を低下させることができ、材料コストの面でも有利である。
また、本発明において前記無電解メッキ法を用いて正極端子または負極端子に部分メッキを施す場合には、電解メッキ法（電気メッキ法）とは異なり、部分メッキ厚さの分布が非常に均一であり、メッキ厚さが125μmになるまではメッキ表面を仕上げるための研磨が必要ないほど非常に均一なメッキ層が形成されるため好ましい。
本発明に係るリチウム二次電池は、前記のように電極端子をなす材質より耐腐食性の高い金属を表面にメッキした正極端子および/または負極端子を含むことを特徴とする。詳細には、前記のように電池の外部に突出した電極端子部位にのみメッキが施されていてもよい。
一方、電極端子に絶縁フィルムをテーピングする場合、前記のような電極端子のメッキおよびテーピングの順序が制限されない。一具体例として、電極端子のメッキをまず行ってからテーピングを行ってもよい。
前記リチウム二次電池に含まれる電極組立体の形態は特に限定されず、スタック型、ゼリーロール型、単方向に巻き取ったスタック&折り畳み型（stack
& folding type）、ジグザグに巻き取ったZ-スタック&折り畳み型など、様々な形態の電極組立体の何れも可能であることは言うまでもない。
& folding type）、ジグザグに巻き取ったZ-スタック&折り畳み型など、様々な形態の電極組立体の何れも可能であることは言うまでもない。
また、前記電極組立体の電極端子は、正極端子と負極端子が同じ方向に突出した単方向電極組立体であってもよく、または正極端子と負極端子がそれぞれ異なる方向に突出した両方向電極組立体であってもよい。
また、本発明に係るパウチ型リチウム二次電池100において、パウチ型外装材200は、図2および図3に示すように、上部外装材210と下部外装材220が連結され、下部外装材にのみ電極組立体300の収納部が形成されていてもよく、または図4および図5に示すように、上部外装材210と下部外装材220の両方に電極組立体300の収納部が形成され、それぞれ分離した構造のパウチ型外装材200に製造されてもよい。
本発明に係る電極端子を含む電極組立体およびこれを含むパウチ型リチウム二次電池の形態や製造方法は特に限定されず、公知の方法を用いて製造することができる。
また、前記本発明に係る電極リードはリチウム二次電池に用いられることができることは言うまでもなく、二つ以上のリチウム二次電池が電気的に連結されて含まれる電池モジュールまたは電池パックの電極リードとしても適用されることができることは言うまでもない。
以上の本発明に関する詳細な説明において、上（面）および下（面）などの用語は、一つの要素を他の要素と相対的に区分するために使用しており、説明の効率性を高めるための道具的概念であって、物理的な位置、先後関係、重要性などを絶対的な基準に基づいて区分するために使用された概念に解釈してはならない。
以上、本発明について限定された図面によって説明しているが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想と後述する特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正および変形が可能であることは言うまでもない。
10 電極端子
20 絶縁フィルム
30 メッキ部分
100 リチウム二次電池
200 パウチ型外装材
210 上部外装材
220 下部外装材
300 電極組立体
310、310-1 電極端子
20 絶縁フィルム
30 メッキ部分
100 リチウム二次電池
200 パウチ型外装材
210 上部外装材
220 下部外装材
300 電極組立体
310、310-1 電極端子
Claims (11)
- 二次電池用電極端子において、
前記電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属が前記電極端子にメッキされていることを特徴とする、二次電池用電極端子。 - 充放電が可能な電極組立体が外装材内に密封され、前記電極組立体と電気的に連結された電極端子（正極端子/負極端子）が外装材の外側に一部突出しているリチウム二次電池において、
前記電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属が前記電極端子にメッキされていることを特徴とする、リチウム二次電池。 - 前記電極端子はアルミニウム材質の電極端子であることを特徴とする、請求項2に記載のリチウム二次電池。
- 前記アルミニウム材質の電極端子は、その表面にアルミニウムより耐腐食性の高いコバルト、銅、ニッケル、白金、マンガン、亜鉛、鉄、スズ、銀および金からなる群から選択される何れか一つ以上の金属がメッキされていることを特徴とする、請求項3に記載のリチウム二次電池。
- 前記電極端子は銅材質の電極端子であることを特徴とする、請求項2に記載のリチウム二次電池。
- 前記銅材質の電極端子は、その表面に銅より耐腐食性の高いニッケル、銀、白金および金からなる群から選択される何れか一つ以上の金属がメッキされていることを特徴とする、請求項5に記載のリチウム二次電池。
- 前記メッキは電解メッキまたは無電解メッキであることを特徴とする、請求項2に記載のリチウム二次電池。
- 前記電極端子は、その全体または一部に金属メッキされていることを特徴とする、請求項2に記載のリチウム二次電池。
- 前記電極端子は、リチウム二次電池の外装材の外部に露出した部分に金属メッキされていることを特徴とする、請求項2に記載のリチウム二次電池。
- 前記リチウム二次電池はパウチ型であることを特徴とする、請求項2から9の何れか一項に記載のリチウム二次電池。
- 二つ以上のリチウム二次電池が電気的に連結されて含まれる電池モジュールまたは電池パックにおいて、
内部のリチウム二次電池と外部を電気的に連結する電極端子（正極端子/負極端子）の全部または一部が、前記電極端子をなす金属より耐腐食性の高い金属でメッキされていることを特徴とする、電池モジュールまたは電池パック。
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