전지셀용 도전성 접속부재 document_id A220623036461

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 중대형 전지팩의 사용이 요구된다. 중대형 전지팩은 다수의 단위전지들을 직렬 및/또는 병렬로 전기적 연결을 이룬 전지 구조물로서, 단위전지로서 각형 또는 파우치형 전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속부재에 의해 연결하여 용이하게 제조할 수 있다. 반면에, 원통형 전지는 일반적으로 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지나, 원통형 전지의 외형적 특성상 적층 구조로의 배열이 용이하지 않다. 따라서, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD, 소형 PC 등의 경우에는 다수의 원통형 전지들을 병렬 및/또는 직렬방식으로 연결한 전지팩을 많이 사용하고 있다. 그러한 전지팩으로는, 예를 들어, 2P(병렬)-3S(직렬)의 선형 구조, 2P-3S의 판상형 구조, 2P-4S의 선형 구조, 2P-4S의 판상형 구조 등이 사용되고 있다. 병렬방식의 연결 구조는, 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 배향한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 그것의 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다. 이러한 병렬방식의 원통형 전지들을 "뱅크(bank)"로 칭하기도 한다. 직렬방식의 연결구조는, 서로 반대 극성의 전극단자들을 연속되도록 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 길게 배열하거나, 또는 전극단자들이 서로 반대 방향을 향하도록 배열한 상태에서 둘 또는 그 이상의 원통형 전지들을 측면방향으로 인접하게 배열하여, 접속부재로 용접함으로써 달성된다. 한편, 이러한 구조의 전지팩을 제조하기 위한 접속부재로서 단위전지의 전극간 전기적 연결을 위해 와이어, 플레이트, FPCB 등이 사용되고 있다. 와이어는 도체로 이루어진 선상(線狀) 부재로서, 일반적으로 선상 도체의 외면에 절연성 수지가 피복되어 있으므로, 변형이 용이하고 가격이 저렴한 장점을 가지고 있지만, 전지의 전극에 스팟 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접에 의해 전기적 연결을 이루기 어렵고, 납땜에 의한 용접 과정에서는 전지로 다량의 열이 전달되어 전지의 손상을 유발하는 단점을 가지고 있다. 플레이트는 판상의 도체 부재로서 전지 전극에 대해 상기와 같은 용접을 실행하기 용이한 장점을 가지고 있지만, 조립 과정에서 약간의 오차로도 결합을 달성하기 어려운 단점을 가지고 있다. 또한, 최근 많이 사용되고 있는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board: 연성인쇄회로기판)은 상기 플레이트와 마찬가지로 전지 전극과의 용접이 용이하고 복잡한 구조의 전기적 연결에 적합하다는 장점을 가지고 있지만, 고가이고 정형성이 떨어지며 조립작업이 용이하지 않다는 단점을 가지고 있다. 이와 관련하여, 도 1 및 도 2에는 접속부재로서 니켈 플레이트를 사용하여 2P-3S 선형 구조의 전지팩을 제조하는 과정의 도면들이 모식적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 우선 지그(10)에 전지들(20, 21)을 고정하고 전지(20)의 단자상에 니켈 플레이트(30)를 위치시킨 뒤 용접 팁(40)으로 저항용접을 행한다. 이들 전지들(20, 21)은 병렬방식으로 연결된다. 그런 다음, 도 2에서와 같이, 다른 쌍의 병렬 전지들(22, 23)을 저항용접 하는데, 제 1 병렬 전지 쌍(20, 21)과 제 2 병렬 전지 쌍(22, 23)을 직렬로 연결하기 위해서는, 이들을 90 도로 위치시킨 다음, 니켈 플레이트(30)도 90 도로 꺾어 용접하여야 한다. 이러한 작업은 제 3 병렬 전지 쌍(24, 25)에 대해서도 마찬가지다. 따라서, 매우 숙련된 기술과 특수한 구조의 지그를 필요로 하며 작업 시간 또한 많이 소요된다. 이러한 용접 작업이 완료된 상태에서 상기 전지 쌍들(20, 21, 22, 23, 24, 25)을 일렬로 펼치면, 도 3 에서와 같은 구조가 만들어진다. 도 3에는 도 1 및 도 2에서의 전기적 연결작업을 완료한 상태에서 3 개의 전지들이 2P-3S 구조의 전지팩을 구성한 상태에서의 모식도가 도시되어 있다. 도 3에서와 같이, 각각 병렬로 연결된 전지들(20, 21)의 3 개의 전지 쌍들은 니켈 플레이트(30)를 통해 직렬로 연결된다. 이처럼 니켈 플레이트를 사용하는 종래기술에 따른 전지팩의 제조방법은 ''니켈''을 전기적 접속을 위한 접속부재의 주재료로 사용하고 있으나, ''니켈''은 가격 경쟁력이 취약할 뿐 아니라 높은 내부 저항과 열악한 변형능 및 낮은 접합성 등의 많은 문제점을 가지고 있으며, 상기의 문제점들을 보완하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 예를 들어, 니켈을 대신하여 전기전도성 및 가공성이 뛰어나면서도 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 구리 재질의 부재를 상정할 수 있으나, 상기 구리 재질은 부식의 우려가 있고, 높은 전기전도성으로 인해 오히려 저항 용접시 충분한 발열을 수반하지 못하므로 용접공정을 어렵게 한다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 일본 특허출원공개 제2006-179228호에는 니켈 단층 또는 니켈-구리 적층에 주석, 금, 은, 구리 중 어느 하나를 도금함으로써 니켈의 열 변형능을 개선시키기 위한 배선 및 접속용 리드(lead)에 관한 기술이 개시되어 있다. 그러나, 니켈 소재를 주재료로 사용하고 있다는 점에서 다른 소재에 비해 떨어지는 니켈의 가격 경쟁력 문제 등을 해결하기 어렵다는 문제가 있으며, 니켈에 비해 전기전도성이 매우 높고, 니켈의 전기전도도와 차이가 큰 금, 은 또는 구리 금속 등으로 도금된 리드를 이차전지의 전극단자 등에 용접하는 경우, 용접에 소모되는 전류가 금, 은 또는 구리 금속으로 편중됨으로써 용접에 필요한 열의 공급이 원활하게 이루어지지 못하게 되는 바, 상기 기술에 의하는 경우에도 역시 용접 불량이 발생할 우려가 크다. 따라서, 니켈의 사용량을 줄이면서도 최대의 용접 효율을 달성함으로써, 경제적이고 효율적인 이차전지의 전지팩 생산을 위한 접속부재 확보에 대한 기술 개발이 절실한 실정이다.