▶ ユーアンドエス エナジー インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-03-13
(54)【発明の名称】電極用集電体
(51)【国際特許分類】
H01M 4/66 20060101AFI20240306BHJP
H01M 50/534 20210101ALI20240306BHJP
H01M 50/586 20210101ALI20240306BHJP
H01M 50/593 20210101ALI20240306BHJP
H01M 50/574 20210101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
H01M4/66 A
H01M50/534
H01M50/586
H01M50/593
H01M50/574
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555381
(86)(22)【出願日】2022-03-07
(85)【翻訳文提出日】2023-09-22
(86)【国際出願番号】 KR2022003208
(87)【国際公開番号】W WO2022203243
(87)【国際公開日】2022-09-29
(31)【優先権主張番号】10-2021-0036979
(32)【優先日】2021-03-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521018683
【氏名又は名称】ユーアンドエス エナジー インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100091683
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄
(74)【代理人】
【識別番号】100179316
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 寛奈
(72)【発明者】
【氏名】キム，キョン ジュン
(72)【発明者】
【氏名】チェ，スン ホ
(72)【発明者】
【氏名】ジン，ヨン フン
【テーマコード（参考）】
5H017
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H017AA03
5H017CC03
5H017DD01
5H017DD06
5H017EE01
5H017EE05
5H017EE07
5H043AA04
5H043AA05
5H043BA19
5H043EA13
5H043GA09
5H043GA22
5H043GA26
5H043JA01E
5H043JA03E
5H043KA09E
5H043KA24E
5H043KA25E
5H043KA26E
5H043KA28E
5H043KA30E
5H043LA02E
(57)【要約】
本発明の一実施例に係る電極用集電体は、ベースフィルム；および前記ベースフィルムの上面または下面のうち少なくとも一つの表面に設けられる導電材；を含み、前記導電材は、前記ベースフィルムの長手方向または短手方向に沿って２以上の部分に分割形成され得る。
【選択図】図５
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベースフィルムの上面または下面のうち少なくとも一つの表面に設けられる導電材；を含み、前記導電材は、前記ベースフィルムの長手方向または短手方向に沿って２以上の部分に分割形成されることを特徴とする、電極用集電体。
【請求項2】
前記導電材は、前記ベースフィルムの長手方向または短手方向に沿って前記導電材全体にわたって形成された凹溝部を含み、前記凹溝部には前記導電材が形成されないことを特徴とする、請求項１に記載の電極用集電体。
【請求項3】
前記導電材は、前記ベースフィルムの長手方向または短手方向に沿って前記凹溝部と交互に形成された導電部を含み、前記導電部には前記導電材が存在することを特徴とする、請求項２に記載の電極用集電体。
【請求項4】
前記導電部および前記凹溝部は、前記ベースフィルムの上面および下面に対称となるように形成されるか、非対称となるように形成されることを特徴とする、請求項３に記載の電極用集電体。
【請求項5】
前記ベースフィルムは、透明な材質で設けられることを特徴とする、請求項４に記載の電極用集電体。
【請求項6】
前記導電部および前記凹溝部と交差する方向に設けられるが、前記導電部全体と接触するように設けられる金属片またはリードタブを含むことを特徴とする、請求項４に記載の電極用集電体。
【請求項7】
前記金属片または前記リードタブと前記導電部との間に設けられる絶縁性高分子層を含むことを特徴とする、請求項６に記載の電極用集電体。
【請求項8】
前記絶縁性高分子層は、熱によって溶融されて前記導電部に前記金属片または前記リードタブを貼り付け、溶融部位を除いた部分は、前記導電部と前記金属片または前記リードタブとの間を絶縁することを特徴とする、請求項７に記載の電極用集電体。
【請求項9】
前記絶縁性高分子層が溶融されて形成された溶融ポイントのみで前記リードタブまたは前記金属片と前記導電部の電気的連結が形成され、前記絶縁性高分子層が溶融されない部分は、前記リードタブまたは前記金属片と前記導電部との間を絶縁し、
前記溶融ポイントは、前記絶縁性高分子層が溶けない部分より小さく形成され、前記溶融ポイントを通じて電流パスが形成されることを特徴とする、請求項８に記載の電極用集電体。
【請求項10】
前記凹溝部によって分割された複数個の前記導電部のいずれか一つに短絡が発生すると、短絡が発生した前記導電部に接触する前記絶縁性高分子層が溶融されて形成された前記溶融ポイントを通じる電流パスが遮断され、短絡が発生した前記導電部を除いた他の導電部には短絡の影響が及ばないことを特徴とする、請求項９に記載の電極用集電体。
【請求項11】
前記導電部のいずれか一つに短絡が発生すると、短絡が発生した前記導電部は、該当導電部の両側に形成された前記凹溝部によって他の導電部と電気的に分離されることを特徴とする、請求項９に記載の電極用集電体。
【請求項12】
短絡が発生した前記導電部の両側に形成された前記凹溝部が他の導電部に短絡の影響が伝達されることを遮断するように前記凹溝部に区分される複数個の前記導電部は、前記金属片または前記リードタブに並列に連結されることを特徴とする、請求項６に記載の電極用集電体。
【請求項13】
前記金属片または前記リードタブ一側の前記導電部には、前記導電材の厚さが前記導電部より薄い段差部が形成されることを特徴とする、請求項６に記載の電極用集電体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電極用集電体に関し、さらに詳細には、ベースフィルムに設けられた導電材金属の一部分を除去することで、短絡時に電池の一部分のみ短絡を誘導し、残りの部分は短絡電流パスを遮断するなどの電気化学的ヒューズまたは物理的なヒューズ機能を発揮して電池の過熱現象を防止することで、電池の安全性を高めることができる電極用集電体に関する。
【背景技術】
【0002】
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しており、そのような二次電池のうち高いエネルギー密度と作動電位を示し、自己放電率の低いリチウム二次電池が商用化されている。
【0003】
リチウム金属二次電池は、最初に商用化された二次電池であって、リチウム金属を負極として使用する。しかし、リチウム金属二次電池は、リチウム金属負極の表面に形成されるリチウム樹枝状によりセルの体積膨張、容量およびエネルギー密度の漸進的な減少、樹枝状の持続成長による短絡発生、サイクル寿命減少とセル安定性の問題（爆発および発火）があり、商用化されてわずか数年ぶりに生産が中断された。そこで、リチウム金属の代わりにより安定で格子や空いた空間内にリチウムをイオン状態で安定して貯蔵できる炭素系負極が使用され、前記炭素系負極の使用により本格的なリチウム二次電池の商用化および普及が進められた。
【0004】
現在まで、リチウム二次電池は、炭素系または非炭素系負極素材が主流となっており、ほとんどの負極材の開発は、炭素系（黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボンなど）と非炭素系（シリコン、スズ、チタン酸化物など）素材に集中されている。
【0005】
一方、近年は、携帯用電子機器および情報通信機器が小型化されるにつれ、これらを駆動するための超小型電源システムとしてリチウム二次電池の利用が大きく期待されている。
【0006】
さらに、最近は、柔軟性（Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）、低価格、作製容易性などの長所を利用した高分子系電子機器および素子の開発および研究が盛んに進められている。従って、小型化した機器に使用するためには、リチウム二次電池のエネルギー密度または性能は維持しながらも電池の厚さまたは重さを減らす必要がある。
【0007】
また、リチウム二次電池の厚さまたは重さを減らしても、短絡の発生時、電流パスを遮断するか破壊することでリチウム二次電池の安全性を高めることができなければならない。
【0008】
特に、２Ａｈ以上のエネルギーを貯蔵することができる大容量リチウム二次電池の場合、短絡が発生する場合に短絡電流を減らすか遮断することができる電池安全化技術がより一層必要な実情である。
【0009】
本出願人は、前記のような問題点を解決するために、本発明を提案することとなった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、前記のような問題点を解決するために提案されたものであり、金属フォイルからなる集電体と比較して厚さまたは重さを減らすことができると同時に内部短絡または外部短絡の発生時にヒューズのような機能を果たすことで温度上昇を防止し、電池の安定性を高めることができる電極用集電体を提供する。
【0011】
また、本発明は、大型リチウム二次電池において、短絡発生時に短絡が発生した部分を他の部分と隔離または分離することで電極用集電体の全体が短絡に反応することを防止し、短絡が発生した部分を除いた電極用集電体の他の部分は正常に作動できる電極用集電体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
前記のような課題を達成するための本発明の一実施例に係る電極用集電体は、ベースフィルム；および前記ベースフィルムの上面または下面のうち少なくとも一つの表面に設けられる導電材；を含み、前記導電材は、前記ベースフィルムの長手方向または短手方向に沿って２以上の部分に分割形成され得る。
【0013】
前記導電材は、前記ベースフィルムの長手方向または短手方向に沿って前記導電材全体にわたって形成された凹溝部を含み、前記凹溝部には前記導電材が形成されない。
【0014】
前記導電材は、前記ベースフィルムの長手方向または短手方向に沿って前記凹溝部と交互に形成された導電部を含み、前記導電部には前記導電材が存在する。
【0015】
前記導電部および前記凹溝部は、前記ベースフィルムの上面および下面に対称となるように形成されるか、非対称となるように形成され得る。
【0016】
前記ベースフィルムは、透明な材質で設けられ得る。
【0017】
前記導電部および前記凹溝部と交差する方向に設けられるが、前記導電部全体と接触するように設けられる金属片またはリードタブを含むことができる。
【0018】
前記金属片または前記リードタブと前記導電部との間に設けられる絶縁性高分子層を含むことができる。
【0019】
前記絶縁性高分子層は、熱によって溶融されて前記導電部に前記金属片または前記リードタブを貼り付け、溶融部位を除いた部分は、前記導電部と前記金属片または前記リードタブとの間を絶縁することができる。
【0020】
前記絶縁性高分子層が溶融されて形成された溶融ポイントのみで前記リードタブまたは前記金属片と前記導電部の電気的連結が形成され、前記絶縁性高分子層が溶融されない部分は、前記リードタブまたは前記金属片と前記導電部との間を絶縁し、前記溶融ポイントは、前記絶縁性高分子層が溶けない部分より小さく形成され、前記溶融ポイントを通じて電流パスが形成され得る。
【0021】
前記凹溝部によって分割された複数個の前記導電部のいずれか一つに短絡が発生すると、短絡が発生した前記導電部に接触する前記絶縁性高分子層が溶融されて形成された前記溶融ポイントを通じる電流パスが遮断され、短絡が発生した前記導電部を除いた他の導電部には短絡の影響が及ばない。
【0022】
前記導電部のいずれか一つに短絡が発生すると、短絡が発生した前記導電部は、該当導電部の両側に形成された前記凹溝部によって他の導電部と電気的に分離され得る。
【0023】
短絡が発生した前記導電部の両側に形成された前記凹溝部が他の導電部に短絡の影響が伝達されることを遮断するように前記凹溝部に区分される複数個の前記導電部は、前記金属片または前記リードタブに並列に連結され得る。
【0024】
前記金属片または前記リードタブ一側の前記導電部には、前記導電材の厚さが前記導電部より薄い段差部が形成され得る。
【発明の効果】
【0025】
本発明に係る電極用集電体は、金属フォイルの代わり不導体からなるベースフィルムを利用し、ベースフィルムの表面に導電材をコーティングまたはめっき層を形成するため、金属フォイルからなる集電体より厚さを減らすことができる。
【0026】
本発明に係る電極用集電体は、短絡発生時に短絡が発生した部分の電極用集電体を他の部分と隔離して短絡が発生した部分の電流を遮断することで電極用集電体のうち短絡に関与する部分を減らすことができる。
【0027】
本発明に係る電極用集電体は、分割形成された多数の電極用集電体がリードタブと電気的並列に連結された形態と等価的な構造を有するため、短絡が発生した該当分割電極用集電体のみ分離して電流を遮断することで、電極用集電体の他の部分は継続して使用できるようになって、安全性を改善して使用寿命を伸ばすことができる。
【0028】
本発明に係る電極用集電体は、分割形成された多数の電極用集電体のうち短絡が発生した部分のみ短絡を誘導し、短絡が発生しない他の部分は、短絡電流パスを遮断するなど、電気化学的ヒューズまたは物理的なヒューズ機能を遂行することで、電池の過熱現象を防止することができ、電池の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の一実施例に係る電極用集電体を含む電極組立体を示した斜視図である。
【図2】本発明の一実施例に係る電極組立体を示した分解斜視図である。
【図3】本発明の一実施例に係る電極用集電体に金属片およびリードタブが貼り付けられた様子を示した平面図である。
【図9】本発明の他の一実施例に係る電極用集電体を示した斜視図である。
【図10】本発明のまた他の実施例に係る電極用集電体を示した平面図である。
【図12】本発明に係る電極用集電体にリードタブを繋ぐ方法に従って、二次電池の外部短絡時、短絡電流を減らすか、遮断することができる結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下において、添付の図面を参照して本発明に係る実施例を詳細に説明する。しかし、本発明が実施例により制限または限定されるものではない。各図面に提示された同じ参照符号は、同じ部材を示す。
【0031】
図１は、本発明の一実施例に係る電極用集電体を含む電極組立体を示した斜視図、図２は、本発明の一実施例に係る電極組立体を示した分解斜視図、図３は、本発明の一実施例に係る電極用集電体に金属片およびリードタブが貼り付けられた様子を示した平面図、図４は、図３に係る電極用集電体を示した平面図および断面図、図５は、図３に係る金属片およびリードタブが貼り付けられた電極用集電体の機能を説明するための平面図および断面図、図６は、図５に係る電極用集電体において金属片およびリードタブが溶接された状態を説明するための図、図７は、図６に係る金属片およびリードタブが貼り付けられた電極用集電体に短絡が発生した場合を説明するための図、図８は、図３に示された電極用集電体の変形例を見せる平面図、図９は、本発明の他の一実施例に係る電極用集電体を示した斜視図、図１０は、本発明のまた他の実施例に係る電極用集電体を示した平面図、図１１は、図１０の切断線Ｃ－Ｃに沿った断面図である。
【0032】
図１および図２には、本発明に係る電極用集電体１００を含む電極組立体１０が示されている。図１および図２の場合、本発明に係る電極用集電体１００は、正極電極用集電体である。電極組立体１０に使用されるために電極用集電体１００の表面に正極活物質１０３が塗布されなければならない。
【0033】
一方、負極電極用集電体２００は、負極金属フォイル２０１に負極活物質２０３が塗布され、長手方向の一端側に負極リードタブ２９０が連結され得る。
【0034】
負極電極用集電体２００と本発明に係る電極用（正極）集電体１００との間に分離膜３００が配置され得る。図２に示されたような状態で分離膜３００を挟んで上下にそれぞれ負極電極用集電体２００と正極電極用集電体１００を順に積むと図１のような電極組立体１０となる。
【0035】
以下においては、説明の便宜のために、正極電極用集電体１００を電極用集電体と言及する。
【0036】
【0037】
本発明の一実施例に係る電極用集電体（ＣＵＲＲＥＮＴ ＣＯＬＬＥＣＴＯＲ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥＳ、１００）は、金属フォイルとなった集電体の抵抗より大きい抵抗値を有するため、集電体を流れる電流の限界電流値を調整でき、ベースフィルムの損傷により電流の流れが妨害を受け得るため、二次電池の内部短絡の発生時、短絡電流を低下させるか発熱を防止できる。
【0038】
本発明に係る電極用集電体１００を備えたリチウム二次電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｂａｔｔｅｒｙ）は、Ｍａｘ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ（ＭＣＬＢ）の性格または概念を有し得る。以下においては、ＭＣＬＢの具現を可能とする本発明に係る電極用集電体について説明する。
【0039】
本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、正極集電体であって、既存の電池の正極集電体、すなわち、金属フォイル（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ）で形成された正極集電体の抵抗より高い抵抗値を有するため、限界電流を調整できるだけでなく、内部短絡時に電流パスを遮断するか崩壊させることで短絡電流を低下させるか短絡時に発生する発熱現象を減らして電池の安全性を高めることができる。
【0040】
本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、金属フォイルを使用せず、ベースフィルム１０１を基本素材とし、ベースフィルム１０１上に薄い厚さの金属を塗布するかコーティングすることを一つの特徴とする。
【0041】
図３および図４を参照すると、本発明の一実施例に係る電極用集電体（ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）１００は、ベースフィルム（ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍ）１０１；および前記ベースフィルム１０１の上面または下面のうち少なくとも一つの表面に設けられる導電材１０２；を含むことができる。
【0042】
ここで、前記導電材１０２は、電気化学的ヒューズ（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｆｕｓｅ）の機能を果たすことができるため、短絡防止機能を有することができる。このような導電材１０２の電気化学的特性については後述する。
【0043】
ベースフィルム１０１は、一定の長さは有するように帯状に設けられ得る。ここで、ベースフィルム１０１は、ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ：ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリブチレンテレフタルレート（ＰＢＴ：Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリイミド（ＰＩ：Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）またはポリエチレンテレフタルレート（ＰＥＴ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの不導体材質で設けられることが好ましい。
【0044】
ベースフィルム１０１は、５０μｍ以下の厚さを有し、１．４μｍ以上、５０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、既存の金属フォイル集電体を使用する場合より電池の厚さまたは重さを減らすことができるが、厚さが１．４μｍ以上、５０μｍ以下の不導体のベースフィルム１０１を集電体１００の基本構成として使用することで、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００を備えたリチウム二次電池の全体的な厚さまたは重さを減らすことができる。
【0045】
図３および図４を参照すると、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、ベースフィルム１０１およびベースフィルム１０１の表面に設けられる導電材（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）１０２を含むことができる。
【0046】
電極用集電体１００が正極電極用集電体である場合に、導電材１０２は、アルミニウム（Ａｌ）金属で設けられ得る。導電材１０２は、電極用集電体１００の最も外面を形成する導電層（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）ともいえる。
【0047】
前記導電材１０２は、電極用集電体１００の限界電流または最大電流を調節するか下げるように形成され得る。言い換えれば、導電材１０２は、電極集電体１００の導電性（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を制御するためにベースフィルム１０１の陰刻で凹まれた表面または陽刻で突出された表面にめっきまたはコーティングされるアルミニウム金属であり、ベースフィルム１０１の表面に蒸着またはコーティング（塗布）された状態に重点を置く場合は、導電材１０２は導電層ともいえる。以下において、導電材１０２は、導電層を含む概念であることを明らかにしておく。
【0048】
ベースフィルム１０１の表面にめっき（コーティング）または蒸着される導電材１０２のコーティング量またはコーティング厚さを調節することで電極用集電体１００を流れる電流の最大量を制御または下げることができ、これによって、リチウム二次電池の安全性を高めることができ、短絡時に電池の安全性を確保することができる。
【0049】
言い換えれば、ベースフィルム１０１の表面に形成された導電材１０２の厚さまたは量によって電極用集電体１００を流れる限界電流または最大電流が調節され得る。このように、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００の導電材１０２によってリチウム二次電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｂａｔｔｅｒｙ）のＭａｘ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ（ＭＣＬＢ）の性格または概念が具現され得る。
【0050】
また、物理的な内部短絡または外部短絡の発生時、ベースフィルム１０１が溶けることがあり、急激な電流の発生を妨害し得るため、電池の安全性を向上させることができる。
【0051】
前記導電材１０２は、多様な方式によりベースフィルム１０１の表面に形成され得る。例えば、導電材１０２であるアルミニウム金属は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）または蒸発コーティング（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ）によってベースフィルム１０１の表面に形成され得る。アルミニウムは、よく酸化するため、電解めっきによってベースフィルム１０１の表面に導電材１０２を形成することは容易でない。
【0052】
導電材１０２がコーティングされる量（重さ）または厚さによって電極用集電体１００の導電性を制御するか電池の安全性を確保することができるため、めっきまたはコーティングするとき、導電材１０２の厚さまたは重さを制御乃至調節できる方式を使用する必要がある。
【0053】
導電材１０２は、ベースフィルム１０１のいずれか一面にのみ形成されるか両面のいずれにも形成されてもよい。このとき、導電材１０２は、最小断面基準０．３μｍ、最大断面基準２．５μｍの厚さに形成されることが好ましい。
【0054】
本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、導電材１０２によって電流流れが可能であるため、ベースフィルム１０１の表面に導電材１０２がコーティングされた状態がよく維持されなければならない。このために、ベースフィルム１０１の表面処理をして導電材１０２とベースフィルム１０１の結着力を高めることが好ましい。
【0055】
導電材１０２とベースフィルム１０１間の結着力がよくなければ、電解液が注入された状態で導電材１０２がベースフィルム１０１の表面から分離または離脱され得るため、導電材１０２とベースフィルム１０１間の結着力を高めることが重要である。
【0056】
ベースフィルム１０１の表面には、導電材１０２との接着力または結着力を高めるための表面処理が形成され得る。
【0057】
導電材１０２とベースフィルム１０１の結着力を高めるために、ベースフィルム１０１の表面にコロナ処理をすることが好ましい。
【0058】
一方、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、二次電池の正極として使用される集電体であって、既存の金属フォイルからなる集電体とは異なり、二次電池の安全性を高めることができる。なぜなら、ベースフィルム１０１に塗布またはコーティングされた導電材１０２があたかもヒューズのように短絡電流遮断の機能を果たすためである。
【0059】
一般的に、二次電池に内部短絡または外部短絡が発生すると、短絡電流によって二次電池の温度が上がる発熱現象が生じ、また発熱のため電池が爆発するなどの危険性がある。これに対して、正極として本発明の一実施例に係る電極用集電体１００を使用する二次電池の場合、内部短絡または外部短絡が発生しても、二次電池の温度が上がることを防止し、短絡電流を遮断することで電池の安全性を確保することができる。
【0060】
ベースフィルム１０１に塗布またはコーティングされた導電材１０２が電流パス（ｐａｔｈ）の機能を果たすようになるが、短絡の発生時、導電材１０２が電解液と反応しながら腐食されたように細かく割れると、電流パスが遮断されるため、短絡電流がそれ以上流れなくなる。
【0061】
一方、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、導電材１０２がベースフィルム１０１の長手方向または短手方向に沿って２以上の部分に分割形成され得る。図４において、矢印Ｓは、ベースフィルム１０１の送り方向または長手方向を示す。ベースフィルム１０１の短手方向は、横長方向および縦長方向のうち相対的に長さが短い方向を意味する。
【0062】
図４を参照すると、導電材１０２は、ベースフィルム１０１の長手方向または短手方向に沿って導電材１０２の全体にわたって形成された凹溝部１０２ｂおよび凹溝部１０２ｂと交互に形成された導電部１０２ａを含むことができる。図４には、導電材１０２の導電部１０２ａおよび凹溝部１０２ｂがベースフィルム１０１の長手方向または送り方向Ｓに沿って形成された場合が示されている。
【0063】
ここで、凹溝部１０２ｂには導電材１０２が形成されず、導電部１０２ａには導電材１０２が存在する。
【0064】
【0065】
導電材１０２に形成された凹溝部１０２ｂは、ベースフィルム１０１の上面または下面全体にわたって導電材１０２をコーティング（塗布）または蒸着した後にレーザーを利用して導電材１０２をカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）するか導電材１０２にパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）をすることで形成され得る。すなわち、ベースフィルム１０１に導電材１０２を形成した後に凹溝部１０２ｂを形成しようとする部分をレーザーを利用して除去することで凹溝部１０２ｂを形成することができる。
【0066】
一方、場合によっては、レーザーを利用せずに、導電材１０２であるアルミニウム金属と反応する化学的素材または化学物質を利用して凹溝部１０２ｂを形成することもできる。
【0067】
もし、ベースフィルム１０１が透明な材質である場合は、凹溝部１０２ｂを形成したレーザーはベースフィルム１０１を透過することができる。図６に示されたように、ベースフィルム１０１の上面および下面、すなわち、両面に導電材１０２が形成された状態でベースフィルム１０１の上面に形成された導電材１０２に向けてレーザーを照射して、レーザーが照射された部位の導電材１０２が除去されるとともに凹溝部１０２ｂが形成され得る。このとき、凹溝部１０２ｂが形成された部分には、導電材１０２が存在しないため、凹溝部１０２ｂの底にはベースフィルム１０１があるようになる。凹溝部１０２ｂの底に照射されたレーザーは、透明な材質のベースフィルム１０１を透過してベースフィルム１０１の下面に形成されている導電材１０２に到達するようになり、ベースフィルム１０１の下面に形成された導電材１０２にも凹溝部１０２ｂを形成するようになる。このとき、ベースフィルム１０１を基準に上側と下側に形成された凹溝部１０２ｂは対称となり、形状および位置が互いに一致するようになる。また、上下の導電部１０２ａも同様に対称となり、形状および位置が互いに一致するようになる（図６（ａ）参照）。
【0068】
もし、ベースフィルム１０１が透明な材質ではない場合は、レーザーがベースフィルム１０１を透過することができないため、ベースフィルム１０１の上面および下面に形成された導電材１０２に別途にレーザーを照射しなければならない。この場合、上側および下側に形成された導電部１０２ａおよび凹溝部１０２ｂは非対称となり、形状および位置が互いに一致しないこともある（図６（ｂ）参照）。
【0069】
このように、導電材１０２は、ベースフィルム１０１の長手方向または短手方向に沿って導電材１０２の全体にわたって導電材が存在しないように形成された凹溝部１０２ｂおよびベースフィルム１０１の長手方向または短手方向に沿って凹溝部１０２ｂと交互に形成された導電部１０２ａを含むことができる。凹溝部１０２ｂとは異なり、導電部１０２ａには導電材１０２が存在する。
【0070】
また、導電部１０２ａおよび凹溝部１０２ｂは、ベースフィルム１０１の上面および下面に対称となるように形成されるか、非対称となるように形成され得るが、ベースフィルム１０１がレーザーが透過できる透明な材質である場合に対称となり得る。
【0071】
図５に示されたように、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、導電部１０２ａおよび凹溝部１０２ｂと交差する方向に設けられるが、導電部１０２ａ全体と接触するように設けられる金属片（ｍｅｔａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）１２０またはリードタブ（ｌｅａｄｔａｂ）１９０を含むことができる。
【0072】
図５を参照すると、導電部１０２ａおよび凹溝部１０２ｂは、ベースフィルム１０１の長手方向または送り方向に沿って形成されるのに対し、金属片１２０はベースフィルム１０１の短手方向に沿って配置されることが好ましい。これに対して、リードタブ１９０は金属片１２０と同じ方向に設けられてもよく、凹溝部１０２ｂまたは導電部１０２ａが形成された方向に沿って設けられてもよい。
【0073】
ベースフィルム１０１と金属片１２０との間に導電材１０２の導電部１０２ａが位置し得る。
【0074】
導電材１０２の導電部０１２ａは、凹溝部１０２ｂによって分離されているため、導電部１０２ａを全て電気的に連結する手段が必要である。金属片１２０が全ての導電部１０２ａを連結する役割を果たすことができる。よって、金属片１２０は凹溝部１０２ｂで分離された全ての導電部１０２ａと接触することができる位置または形態で設けられなければならない。
【0075】
金属片１２０が全ての導電部１０２ａと接触するためには、ベースフィルム１０１の短手方向に配置されることが好ましい。図５に示されたように、導電部１０２ａおよび凹溝部１０２ｂが水平方向に形成される場合、金属片１２０が垂直方向に形成されることが好ましいが、必ずしも垂直方向に金属片１２０が配置されなければならないものではなく、斜めに配置されても全ての導電部１０２ａと接触するように配置されることで十分である。
【0076】
一方、リードタブ１９０が貼り付けられる側の反対面またはベースフィルム１０１の両面に金属片１２０を位置させ、金属片１２０にリードタブ１９０を溶接してリードタブ１９０を連結することができるが、ベースフィルム１０１がリードタブ１９０の溶接温度より低い温度で溶けなければリードタブ１９０が結合され得ない。よって、ベースフィルム１０１は、リードタブ１９０を溶接する過程で溶けることができる程度の融点を有することが好ましい。
【0077】
【0078】
金属片１２０は、ベースフィルム１０１上でリードタブ１９０を溶接する位置を確保する役割を果たすことができる。すなわち、金属片１２０は、リードタブ１９０の連結部のような役割を果たすことができる。
【0079】
金属片１２０は、５μｍ以上の厚さを有するように形成されることが好ましい。
【0080】
前記のように、金属片１２０は、５μｍ以上の厚さを有する金属薄膜または金属フォイルの形態を有することが好ましいが、必ずしもこのような形態に限定されるものではない。すなわち、金属片１２０は、薄膜、フォイルまたはメッシュ（ｍｅｓｈ）の形態で設けられ得る。
【0081】
金属片１２０は、アルミニウムフォイル（ｆｏｉｌ）またはＳＵＳ ３１６Ｌフォイルで設けられることが好ましい。
【0082】
【0083】
既存の金属フォイル集電体は、金属フォイルに直接リードタブを溶接できるが、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、既存の金属フォイルに対応する構成がベースフィルム１０１であるため、ベースフィルム１０１に直接リードタブを溶接することが不可能である。本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、ベースフィルム１０１の両面またはリードタブ１９０が連結される面の反対側面に金属片１２０をさらに位置させ、金属片１２０にリードタブ１９０を溶接することで、このような問題を解決することができる。
【0084】
本発明の一実施例に係る電極用集電体１００において、リードタブ１９０は、超音波溶接（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）、レーザー溶接（ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ）またはスポット溶接（ｓｐｏｔ ｗｅｌｄｉｎｇ）によって金属片１２０に溶接され得る。
【0085】
図６に示されたように、ベースフィルム１０１の上下両面に設けられた金属片１２０のいずれか一つの金属片１２０にリードタブ１９０が連結され得る。図示してはいないが、ベースフィルム１０１の一面にリードタブ１９０に連結され、リードタブ１９０と向かい合うベースフィルム１０１の他面には金属片１２０が設けられてもよい。このとき、ベースフィルム１０１と金属片１２０との間またはベースフィルム１０１とリードタブ１９０との間に導電材１０２が位置するようになる。すなわち、ベースフィルム１０１の上面および下面に導電材１０２を先に塗布またはコーティングした後に導電材１０２と電気的に連結されるように金属片１２０が導電材１０２上に位置するか金属片１２０が導電材１０２と接触するように設けられ得る。
【0086】
ベースフィルム１０１の両面に設けられた金属片１２０のいずれか一つの金属片１２０にリードタブ１９０を溶接するとき、ベースフィルム１０１が溶けることでベースフィルム１０１の両面に設けられた金属片１２０が互いに連結され、その結果、リードタブ１９０がベースフィルム１０１の両面に設けられた導電材１０２と同時に電気的に連結され得る。
【0087】
ベースフィルム１０１の上下両面に金属片１２０と導電材１０２が設けられた状態でベースフィルム１０１の上面に設けられた金属片１２０にリードタブ１９０を超音波溶接、レーザー溶接またはスポット溶接するようになると、ベースフィルム１０１の一部が溶け得る。リードタブ１９０を溶接する時に発生する溶接熱がベースフィルム１０１の融点より高ければ、溶接過程でベースフィルム１０１は溶け得る。
【0088】
このようにベースフィルム１０１が溶けた部分ではベースフィルム１０１が存在しないため、上下の金属片１２０同士で直接接触し得る。このとき、金属片１２０も溶接熱によって溶融した状態であるため、上下の金属片１２０同士で接合するようになる。従って、ベースフィルム１０１が溶けてない部分で上下の金属片１２０同士で直接溶融結合されるため、いずれか一つの金属片１２０に溶接されるリードタブ１９０が上下の金属片１２０だけではなく、ベースフィルム１０１の上下面に形成された導電材１０２と電気的に連結され得る。
【0089】
本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、溶接熱によってベースフィルム１０１の一部が溶けても金属片１２０がベースフィルム１０１と連結された状態を維持するため、リードタブ１９０を連結することが可能である。
【0090】
ただし、場合によっては、ベースフィルム１０１が溶けていない状態でもリードタブ１９０を金属片１２０に溶接できる。
【0091】
一方、図５および図６を参照すると、導電材１０２と向かい合う金属片１２０の一面と導電材１０２との間には、絶縁性高分子層１３０が形成され得る。絶縁性高分子層１３０は、ベースフィルム１０１の表面または導電材１０２の表面に金属片１２０を貼り付けるか、導電材１０２と金属片１２０を絶縁するためのものである。
【0092】
もし、金属片１２０なしにリードタブ１９０が導電材１０２に直接接触する場合には、リードタブ１９０と導電材１０２との間に絶縁性高分子層１３０が設けられることもある。
【0093】
より正確に言うと、金属片１２０またはリードタブ１２０と導電部１０２ａとの間に絶縁性高分子層１３０が形成され得る。
【0094】
絶縁性高分子層１３０は、接着性または粘着性を有する物質で設けられることが好ましい。また、絶縁性高分子層１３０は、高分子（Ｐｏｌｙｍｅｒ）材質で設けられるか高分子フィルム形態で設けられ得る。
【0095】
絶縁性高分子層１３０が高分子フィルムの形態で設けられる場合は、厚さが５０μｍ未満であることが好ましい。絶縁性高分子層１３０の厚さが５０μｍを超えると、溶接が円滑にできず抵抗が大きくなり得る。
【0096】
絶縁性高分子層１３０は、ベースフィルム１０１と同じ温度で溶けるか、ベースフィルム１０１の低い温度で溶けることができる。すなわち、絶縁性高分子層１３０は、ベースフィルム１０１と同じ融点を有するか、ベースフィルム１０１の融点より低い温度の融点を有することが好ましい。
【0097】
絶縁性高分子層１３０は、ポリエチレン（ＰＥ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ：Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリビニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ Ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリエチレンテレフタルレート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリイミド（ＰＩ：Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの高分子材質で形成されるだけでなく、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ：Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）またはアクリレート（Ａｃｒｙｌａｔｅ）系化合物などのように接着成分を有する高分子材質で形成され得る。
【0098】
絶縁性高分子層１３０は、導電材１０２ないし導電部１０２ａの表面に金属片１２０またはリードタブ１９０を貼り付ける機能だけでなく、絶縁層の機能も果たすことができる。リードタブ１９０が溶接されるとき、絶縁性高分子層１３０は溶接熱によって溶けるか、溶融されて導電材１０２乃至導電部１０２ａと電気的に連結されるが、溶融された部分を除いた部分は、絶縁性高分子層１３０によって絶縁された状態となる。
【0099】
外部短絡時、リードタブ１９０と導電材１０２が電気的に連結された部分が溶融部位に制限された場合、溶融された部分の導電材１０２が反応して電流を減らすか遮断できる。電気的に連結された部分が広い場合は、反応が多く必要であるため、電流遮断が難しいことがある。従って、導電材１０２と金属片１２０との間または導電材１０２とリードタブ１９０との間に絶縁性を有する絶縁性高分子層１３０が設けられることが好ましい。
【0100】
図６を参照すると、ベースフィルム１０１の両面にそれぞれ設けられた導電材１０２乃至導電部１０２ａに貼り付けられる絶縁性高分子層１３０および金属片１２０は、ベースフィルム１０１を基準に互いに同じ位置に設けられ得る。
【0101】
リードタブ１９０が溶接される過程で絶縁性高分子層１３０とベースフィルム１０１が溶けながら溶融ポイントＷを形成することができる。すなわち、図６（ａ）の場合、金属片１２０と導電部１０２ａとの間に位置する絶縁性高分子層１３０が溶けながらリードタブ１９０が溶接されるが、リードタブ１９０または金属片１２０と導電部１０２ａの電気的連結は、絶縁性高分子層１３０が溶けながら連結された溶融ポイントＷだけでなされるようになる。
【0102】
絶縁性高分子層１３０とベースフィルム１０１が溶接時に発生した熱によって溶融されて形成された溶融ポイントＷは、高分子絶縁層１３０のサイズと比較して小さく形成される。図６（ａ）を参照すると、溶融ポイントＷのサイズＧ１は、導電部１０２ａの幅と比較しても小さいことが分かる。
【0103】
このように、絶縁性高分子層１３０がある場合は、リードタブ１９０の溶接時にリードタブ１９０または金属片１２０と導電部１０２ａの電気的連結が溶融ポイントのみで形成され、非常に小さい溶融ポイントに電流パス（ｐａｔｈ）が形成されるため、溶融ポイントを除いた部分、すなわち、絶縁性高分子層１３０の中から溶けない部分は、リードタブ１９０または金属片１２０と導電部１０２ａとの間を絶縁させることができる。また、溶融ポイントを除いた残りの部分は、電解液に露出するか電解液が浸透しやすい状態となり得る。
【0104】
絶縁性物質で形成された絶縁性高分子層１３０がある場合は、リードタブ１９０の電気的連結は、絶縁性高分子層１３０が溶けながら連結された小さな溶融ポイント（部位）のみでなされるため、短絡時に電流パスの遮断に有利であり電池の安全性を高めることができる。
【0105】
また、ベースフィルム１０１の上下両面のうち少なくとも一面は電解液が浸透（または含浸）し易いように絶縁性高分子層１３０が接着されない部分が存在する構造であることが好ましい。すなわち、多孔質（ｐｏｒｏｕｓ）構造を有し電解液含浸に有利な構造を有するか、絶縁性高分子層１３０がベースフィルム１０１の一面のみで金属片１２０または導電材１０２のいずれか一つに設けられて絶縁性高分子層のない方を通じて電解液が浸透可能な構造を有することが有利である。また、電解液がゲル（Ｇｅｌ）化される特性があれば浸透に有利であることができる。
【0106】
上記で説明した本発明に係る正極電極用集電体１００は、導電材１０２が塗布されたベースフィルム１０１の上下両面に通電されながら金属片１２０とリードタブ１９０を貼り付けるためには、ベースフィルム１０１の上下両面に金属片１２０またはリードタブ１９０が必要である。例えば、ベースフィルムの上下両面に金属片があるか、ベースフィルムの一面には金属片があり、他の一面にはリードタブが必要である。もし、ベースフィルムの一面にのみ金属片またはリードタブがある場合は、リードタブ溶接部位の接着強度または引張強度が低く、使用し難い。
【0107】
また、外部短絡が発生した時に電流パス遮断性能を確保し、電池の安全性を高めるためには、絶縁させてながら溶けられる高分子からなる絶縁性高分子層１３０が金属片１２０またはリードタブ１９０と導電部１０２ａとの間に必要である。このとき、絶縁性高分子層１３０により電気的連結はリードタブ１９０の溶接時に形成された溶融ポイントのみでなされる。
【0108】
一方、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００を含む二次電池において、凹溝部１０２ｂで分離される導電部１０２ａのいずれか一つの導電部１０２ａに外部短絡が発生すると、短絡の影響が他の導電部１０２ａには及ばない。なぜなら、短絡が発生した該当導電部１０２ａの溶融ポイントで電流パスが遮断されるためである。図面を参照して以下において詳細に説明する。
【0109】
まず、図５および図６に示されたように、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、それぞれの導電部１０２ａが個別的なユニットセル（ＵＣ）の機能を発揮することができる。それぞれの導電部１０２ａは、凹溝部１０２ｂによって完全に分離されており、全ての導電部１０２ａは、一つの金属片１２０に連結されるため、凹溝部１０２ｂに区分される複数個の導電部１０２ａは、金属片１２０またはリードタブ１９０に並列に連結されたものと同一の形態または等価的な形態を有するものと見られる。
【0110】
よって、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、個別的な集電体の電気的機能を発揮することができるそれぞれの導電部１０２ａがユニットセル（ＵＣ）として金属片１２０またはリードタブ１９０に並列に連結された形態を有するようになる。
【0111】
図６（ａ）を参照すると、それぞれのユニットセル（ＵＣ）は、凹溝部１０２ｂによって区分され、ユニットセル（ＵＣ）は、金属片１２０、絶縁性高分子層１３０、導電部１０２ａおよびベースフィルム１０１を含むことができる。ここで、各ユニットセル（ＵＣ）は、少なくとも一つの溶融ポイントＷを含むことができる。
【0112】
図６（ａ）に示された電極用集電体１００は、導電部１０２ａおよび凹溝部１０２ｂがベースフィルム１０１の上下で対称となる同一の形態で設けられるのに対し、図６（ｂ）に示された電極用集電体１００は、非対称となる形態で設けられる点で差がある。
【0113】
図６（ｂ）の場合は、ベースフィルム１０１の上面に形成された凹溝部１０２ｂとベースフィルム１０１の下面に形成された凹溝部１０２ｂの位置が垂直線上に位置するものではない。図６（ｂ）の場合、ユニットセル（ＵＣ）は、溶融ポイントＷを基準に区分され得る。すなわち、それぞれのユニットセル（ＵＣ）は少なくとも一つの溶融ポイントＷを含み、ベースフィルム１０１の上面に位置する凹溝部１０２ｂと下面に位置する凹溝部１０２ｂをそれぞれ一つずつ含むように区分され得る。
【0114】
図７（ａ）は、導電材１０２のうち最も下側に位置する導電部１０２ａに外部短絡Ｃが発生した場合を説明する図である。外部短絡（Ｃ１参照）が発生した該当導電部１０２ａを含むユニットセル（ＵＣ）は、該当導電部１０２ａの両側に形成された凹溝部１０２ｂによって他の導電部と電気的に分離されるため、他の導電部１０２ａには短絡の影響が及ばない。
【0115】
導電部１０２ａのいずれか一つに短絡が発生すると、短絡が発生した該当導電部１０２ａを含むユニットセル（ＵＣ）に位置する絶縁性高分子層１３０の溶融ポイントＷに形成された電流パスが遮断され、短絡が発生した該当導電部１０２ａの外に他の導電部には短絡の影響が及ばない。
図７（ａ）に示されたように、凹溝部１０２ｂによって分割された導電部１０２ａのうち最も下に位置する導電部１０２ａに短絡が発生すると、残りの導電部１０２ａの電流がほとんど全て短絡が発生した導電部１０２ａに流れるようになる。残りの導電部１０２ａを流れる電流が短絡が発生した導電部１０２ａに流れるようになると、短絡が発生した導電部１０２ａで短絡電流パスが遮断され、短絡が発生した導電部１０２ａが残りの導電部１０２ａから隔離される効果を得ることができる。
図７（ａ）に示されたように、凹溝部１０２ｂによって分割された導電部１０２ａのうち最も下に位置する導電部１０２ａに短絡が発生すると、残りの導電部１０２ａの電流がほとんど全て短絡が発生した導電部１０２ａに流れるようになる。残りの導電部１０２ａを流れる電流が短絡が発生した導電部１０２ａに流れるようになると、短絡が発生した導電部１０２ａで短絡電流パスが遮断され、短絡が発生した導電部１０２ａが残りの導電部１０２ａから隔離される効果を得ることができる。
【0116】
図７（ｂ）を参照してさらに説明すると、導電部１０２ａに短絡（Ｃ、Ｃ２参照）が発生すると、絶縁性高分子層１３０が導電部１０２ａと接触する部位の抵抗が大きいため、瞬間的に増加する電流によって該当接触部位が溶けるかまたは接触部位の電位が離れて負極電位近く（すなわち、＜０．３ｖｏｌｔ、負極Ｌｉ金属）に低くなり、導電材１０２が電解液と反応するようになると、導電材１０２があたかも腐食されたように割れながら短絡電流を下げるか（減らすか）遮断することができる。このとき、電流パスが形成された溶融ポイントＷは非常に小さいため、電流パスに関与する導電材１０２の厚さまたは量も少ないしかなく、薄いか小さく形成された導電材１０２が電解液と反応して腐食されたように細かく割れると、電流パスが遮断されるため、短絡電流が低くなるか（減らすか）、それ以上流れなくなる。
【0117】
このように、本発明の一実施例に係る電極用集電体１００は、凹溝部１０２ｂに区分される複数個の導電部１０２ａは、金属片１２０またはリードタブ１９０に並列に連結されるため、短絡が発生した導電部１０２ａは該当導電部１０２ａの両側に形成された凹溝部１０２ｂによって他の導電部に影響を与えない。すなわち、他の導電部１０２ａに短絡電流が流れることを凹溝部１０２ｂが遮断するため、短絡が発生した該当導電部１０２ａのみで副反応が発生し、残りの導電部１０２ａでは副反応が発生しない。よって、短絡が発生しない残りのユニットセル（ＵＣ）は正常な機能を発揮することができ、これによって本発明の一実施例に係る電極用集電体１００を使用する二次電池の使用寿命を伸ばすことができる。
【0118】
それだけでなく、短絡が発生した該当導電部１０２ａを含むユニットセル（ＵＣ）も絶縁性高分子層１３０が導電材１０２と接触する部分に副反応が集中しながら短絡電流が遮断されるため、温度上昇で電池が爆発するか火災が発生するなどの安全事故を防止することができ、二次電池の安全性を確保することができる。
【0119】
このように、本発明の他の一実施例に係る電極用集電体１００の導電材１０２は、相対的に厚さが薄い部分１０２ｃで電気化学的ヒューズ機能または短絡電流遮断機能を発揮するため、短絡発生時に電池の温度が高くなることを防止し、短絡電流を遮断することで電池の安全性を確保することができる。
【0120】
図８には、本発明の一実施例に係る電極用集電体の変形例が示されている。図７に示された電極用集電体とは異なり、凹溝部１０２ｂが直線ではなく曲線などの形態に形成されることもできる。ベースフィルム１０１の表面に導電材１０２を完全にコーティングした後にレーザーを利用して凹溝部１０２ｂを形成するため、凹溝部１０２ｂは多様な形態で設けられ得る。ただし、ベースフィルム１０１に形成された全ての導電部１０２ａが一つの金属片１２０またはリードタブ１９０と連結できるように、凹溝部１０２ｂは一定の方向性を有する形態に形成されることが好ましい。
【0121】
図９には、本発明の他の一実施例に係る電極用集電体１００が示されている。図９を参照すると、凹溝部が導電材１０２だけでなく導電材１０２の表面に塗布される正極活物質１０３にも形成される点で差がある。ベースフィルム１０１に導電材１０２を先に塗布した後、導電材１０２に正極活物質１０３を塗布した状態でレーザーまたは化学的素材を利用してパターニングをするようになると、パターニングされる部分では導電材１０２だけでなく正極活物質１０３までも除去されるとともに正極活物質には除去部１０３ｂが形成され得る。正極活物質１０３ｂに形成された除去部１０３ｂは、導電材１０２の凹溝部１０２ｂと繋がれる形態になる。図９において、図面符号１０３ａは、正極活物質の残存部である。
【0122】
【0123】
まず、図１０を参照すると、金属片１２０またはリードタブ１９０の一側に隣接した導電材１０２乃至導電部１０２ａには、相対的に導電材１０２の厚さが薄い段差部１０２ｃが形成され得る。すなわち、段差部１０２ｃは、凹溝部１０２ｂのように導電材１０２が完全に存在しない部分ではなく、導電部１０２ａより導電材１０２が薄い厚さで形成された部分である。
【0124】
ここで、段差部１０２ｃは、図１１（ａ）に示したように断面形状が四角形状に形成されるか、図１１（ｂ）に示したように断面形状が逆三角形状に形成されてもよい。段差部１０２ｃは、図１１に示された形状の外に他の形状に形成されてもよい。
【0125】
段差部１０２ｃは、金属片１２０またはリードタブ１９０の一側に形成されるが、相対的に導電部１０２ａの面積が大きい部分に形成されることが好ましい。図１０を参照すると、金属片１２０またはリードタブ１９０の右側より左側に存在する導電部１０２ａの面積が大きいため、段差部１０２ｃは金属片１２０またはリードタブ１９０の左側に形成され得る。このとき、段差部１０２ｃは、金属片１２０またはリードタブ１９０に最大限近く形成されることが好ましい。
【0126】
凹溝部１０２ｂによって分離される導電部１０２ａのいずれか一つに短絡が発生するようになると、短絡が発生した導電部１０２ａに残りの導電部１０２ａの電流が流れるようになるが、短絡が発生した導電部１０２ａに流れる電流が大きくなると、短絡が発生した導電部１０２ａに存在する段差部１０２ｃで電気化学的反応が発生して抵抗が増加するため、短絡電流のパスが遮断されることがある。すなわち、段差部１０２ｃに存在する導電材１０２の厚さが相対的に薄いため、段差部１０２ｃが電気化学的ヒューズの機能または短絡電流遮断機能を遂行することができる。
【0127】
本発明のまた他の一実施例に係る電極用集電体１００を含むリチウム二次電池に短絡が発生すると、導電材１０２が電解液と反応して導電材１０２の全体厚さにわたって厚さ方向に沿って腐食されるか割れるため、短絡電流を下げるか（減らすか）短絡電流のパスを遮断することができる。
【0128】
ところで、本発明のまた他の一実施例に係る電極用集電体１００の場合は、導電材１０２のうち相対的に厚さが薄い段差部１０２ｃが存在し、短絡発生時に導電材１０２の厚さが薄い段差部１０２ｃは、その全体厚さにわたって厚さ方向に沿って完全に腐食されるか割れやすく、その結果、段差部１０２ｃで抵抗が増加するため、短絡電流のパスを遮断することができる。
【0129】
このように、本発明のまた他の一実施例に係る電極用集電体１００の導電材１０２は、相対的に厚さが薄い段差部１０２ｃで電気化学的ヒューズ機能または短絡電流遮断機能を発揮するため、短絡発生時に電池の温度が高くなることを防止し、短絡電流を遮断することで、電池の安全性を確保することができる。
【0130】
一方、図１２は、本発明に係る電極用集電体にリードタブを連結する方法によって二次電池の外部短絡時に短絡電流を減らすか遮断することができる結果を見せるグラフである。
【0131】
図１２（ａ）は、図１０および図１１に示されたように、導電部１０２ａに段差部１０２ｃがある電極用集電体１００を使用した二次電池の外部短絡の試験結果である。ベースフィルム１０１として厚さ７μｍのＰＥＴを使用し、高分子絶縁層１３０として厚さ６μｍのＥＶＡをベースフィルム１０１の上下面に設け、スパッタリングを通じて厚さ０．５μｍのアルミニウム導電材１０２がコーティングされた電極用集電体１００を使用した。このとき、段差部１０２ｃの厚さはアルミニウム導電材１０２厚さの５０％未満に形成した。負極集電体としては、厚さ８μｍの銅フォイル（Ｃｕ ｆｏｉｌ）を使用し、電解液としては、ＥＣ／ＥＭＣ＝１／２（ｖ／ｖ）１．１Ｍ ＬｉＰＦ６（ｓｏｍｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ添加）が使用されたアルミニウムパウチ二次電池に対して外部短絡の試験をした。二次電池を先に４．２Ｖで満充電した後、常温で６０ｍＯｈｍの抵抗を連結して外部短絡の試験を進行した。
【0132】
図１２（ａ）を参照すると、外部短絡が発生しても電池の温度（Ｃｅｌｌ Ｔｅｍｐ）はほとんど変化がなく、過熱現象が発生しないことが分かる。
【0133】
図１２（ｂ）は、図３ないし図８に示されたように、導電部１０２ａに凹溝部１０２ｂがある本発明の一実施例に係る電極用集電体１００を使用した二次電池の外部短絡の試験結果である。ベースフィルム１０１として厚さ７μｍのＰＥＴを使用し、スパッタリングを通じて厚さ０．５μｍのアルミニウム導電材１０２がコーティングされた電極用集電体１００を使用した。負極集電体としては、厚さ８μｍの銅フォイル（Ｃｕ ｆｏｉｌ）を使用し、電解液としては、ＥＣ／ＥＭＣ＝１／２（ｖ／ｖ）１．１Ｍ ＬｉＰＦ６（ｓｏｍｅ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ添加）が使用されたアルミニウムパウチ二次電池に対して外部短絡の試験をした。電極用集電体１００とリードタブ１９０の連結は、厚さ５μｍのポリエチレン（ＰＥ）とされた高分子絶縁層１３０をベースフィルム１０１の上下両面に置き、一方の高分子絶縁層１３０には１２μｍのアルミニウム金属片１２０を置き、他方の高分子絶縁層１３０にはリードタブ１９０を置き、超音波溶接によってリードタブ１９０を連結した。このように形成された容量５５０ｍＡｈの二次電池を先に４．３５Ｖで満充電した後、常温で６０ｍＯｈｍの貯蔵を連結して外部短絡の試験を進行した。
【0134】
図１２（ｂ）を参照すると、外部短絡が発生しても電池の温度（Ｃｅｌｌ Ｔｅｍｐ）はほとんど変化がなく、過熱現象が発生しないことが分かった。
【0135】
以上のように本発明の一実施例においては、具体的な構成要素などのような特定の事項と限定された実施例および図面により説明されたが、これは、本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものであるだけで、本発明は、前記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正および変形が可能である。従って、本発明の思想は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する請求の範囲だけではなく、この請求の範囲と均等であるか等価的変形のある全てのものは、本発明思想の範疇に属するといえる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】