KR100300406B1 - 리튬이온이차전지의양극제조방법 - Google Patents

Abstract

목적 : 기재와 활물질의 결합력을 향상시키고 전지의 용량를 좌우하는 활물질의 양을 증대시킨 양극 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.

구성 : 교류 전해법을 이용하여 양극 기재(12)에 다수의 미세 홀(20)을 형성한 다음, 상기 양극 기재(12)의 표면에 페이스트 상의 활물질(22)을 도포함에 이어 압연하여 상기 미세 홀(20)로 활물질(22)이 충진될 수 있도록 하여 양극(24)을 제조하게 된다.

효과 : 양극 기재에 형성되는 다수의 미세 홀로 활물질이 충진된 상태로 압착이 됨으로써 양극이 보다 많은 양의 활물질을 보유할 수 있게 되어 전지 용량의 증대를 꾀할 수 있고, 기재와 활물질의 결합력도 향상시킬 수 있다.

Description

리튬이온 이차전지의 양극 제조방법{Method of manufacturing positive electrode used in lithium-ion secondary battery}

본 발명은 리튬이온 이차전지에 관한 것으로써, 더 상세하게는 기재를 가공하여 양극 활물질을 보다 많이 충진시킴으로써 전지의 용량을 향상시킬 수 있는 리튬이온 이차전지의 양극 제조방법에 관한 것이다.

리튬이온 이차전지는 양극 활물질로 리튬-천이 금속산화물이 사용되고, 음극활물질로 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되며, 그 사이에 유기 용매에 리튬염을 녹인 액체 전해질이 주입되어서, 상기 양극과 음극간에 리튬 이온이 이동되고 기전력이 발생되게 함으로써 충·방전이 이루어지도록 한다.

여기서, 상기 양극을 형성하는 과정은 기재(substrate)에 페이스트상으로 된 활물질 슬러리(slurry)를 일정두께로 도포한 후 건조하고 롤 프레싱(Roll Pressing)하여 전극을 형성하는 바,

도 3에서는 종래 양극 활물질이 도포된 양극을 나타내고 있다.

양극 기재(2)는 Al 박막을 사용하고, 이러한 기재(2)에 리튬천이 금속산화물과 같은 활물질(4)이 도포되어 양극(6)을 형성하는데, 활물질이 도포되기 전 그 결합력과 전기전도성을 높이기 위한 바인더와 도전제를 활물질(4)과 함께 교반하여 슬러리를 제조하고, 이를 양극 기재(2)에 도포하게 되는 것이다.

이러한 양극(6)은 전지의 용량을 향상시키기 위해서 양극 활물질(4)의 양을 극대화하는 것이 바람직한 것으로 알려졌으나, 기재(2)에 도포되는 활물질(4)의 양을 두껍게 하게 되면 결합력이 약화되어 활물질(4)의 탈락 현상이 발생하게 되고, 이는 전지 불량의 한 원인이 되고 있다.

또한, 기재(2)로 사용되는 알루미늄은 표면이 매끄럽기 때문에 슬러리를 도포하는 과정에서 외부의 미세한 외력에도 쉽게 벗겨지는 현상이 발생하고, 아울러 2차 전지의 충방전시 또는 외부에서의 작은 스트레스에도 기재(2)에서 활물질(4)이 탈락하여 용량과 전지의 수명이 적어지는 주요인이 되며, 이런 활물질(4)의 탈락은 리튬 금속의 석출 원인이 될 수 있어 안전사고의 위험성마저 내포하고 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 기재와 활물질의 결합력을 향상시키고 전지의 용량를 좌우하는 활물질의 양을 증대시킨 양극 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.

이를 위하여, 교류 전해법을 이용하여 양극 기재에 다수의 미세 홀을 형성한 다음, 상기 양극 기재의 표면에 페이스트 상의 활물질을 도포함에 이어 압연하여 상기 미세 홀로 활물질이 충진될 수 있도록 하여 양극을 제조하게 된다.

여기서, 상기 양극 기재는 알루미늄 박막을 사용할 수 있다.

이에 따라, 양극 기재에 형성되는 다수의 미세 홀로 활물질이 충진된 상태로 압착이 됨으로써 양극이 보다 많은 양의 활물질을 보유할 수 있게 되어 전지 용량의 증대를 꾀할 수 있고, 기재와 활물질의 결합력도 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 관련된 양극의 구조를 나타낸 측단면도.

도 2는 양극 기재에 미세공을 형성하는 장치를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 종래 양극을 도시한 측단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 트레이12 : 양극 기재

14, 16 : 롤18 : 교류

20 : 미세홀22 : 활물질

24 : 양극

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

리튬이온 이차 전지의 제조과정은, Al, Ni, 동박으로 이루어진 양음극 기재에 페이스트상으로 된 양음극 활물질 슬러리를 각각 일정두께로 도포한 후 건조로에서 건조시키고 롤 프레싱하면, 일정두께의 양음극 활물질이 도포된 양음극 기재가 형성된다.

이러한 양음극 기재를 원하는 크기로 절단한 다음 세퍼레이터와 함께 밀착시켜 극판군을 형성하고, 밀착된 극판군의 선단부에 맨드렐(mandrel)을 끼워 스파이럴 모양으로 권취한 후 양극 기재에는 양극탭을, 음극기재에는 음극리드를 접속한다.

그리고 극판군의 양단부에 절연링을 대면시킨 후 캔에 넣고, 음극리드를 캔의 내부 하단면에 용접한 다음, 캔의 내부에 전해액을 주입하고 캔의 개구에 절연가스킷을 덧대고 그 내쪽에 상기 양극탭과 접속되는 안전변이 내장된 캡어셈블리를 위치시킨 후 캔을 크림핑하여 밀봉한다.

이와 같은 리튬이온 이차전지에서 양극에 도포되는 활물질의 양은 전지의 용량을 좌우함으로 본 발명의 특징에 따라, 다음과 같이 양극을 제조하게 된다.

도 1은 본 발명에 관련된 양극(24)의 구조를 나타낸 측단면도이고, 도 2는 양극 기재(12)에 미세 홀(20)을 형성하는 장치를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 전해액이 충전된 트레이(10) 내에 알루미늄 박막으로 이루어진 시트 상의 기재(12)가 롤(14) 상태로 위치하고, 기재(12)를 테이크 업하여 구동측 롤(16)로 감아가며 이들 양 롤(14)(16)에 교류 전류(18)를 인가하여 통전시킴으로써, 상기 기재(12)에 산화·환원반응에 의한 미세 홀(20)이 형성되는 것이다.

이러한 기재(12)에 도전제, 바인더가 함유된 양극 활물질 슬러리를 도포한 후 압연하여 미세 홀(20)로 양극 활물질(22)이 충진되도록 하고, 이어서 건조로에서 건조과정을 거쳐 재차 압연함으로써 소망하는 형태의 양극의 두께가 되도록 한다.

이에 따라, 양극 기재(12)의 미세홀(20)로 양극 활물질(22)이 치밀하게 충진된 형태로 양극(24) 제조가 가능하게 되어 종래와 동일한 두께의 양극(24)이지만좀 더 증대된 활물질을 보유한 양극(24)을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 교류 전해법으로 미세 홀을 형성한 양극 기재에 양극 활물질를 도포하고 압연함으로써 미세 홀로 활물질이 충진되도록 하여 종래의 양극과 동일한 두께로 제작되더라도 더 많은 활물질을 보유한 양극을 얻을 수 있어 전지의 용량을 증대시킬 수 있다.

또한, 기재에 도포된 활물질의 접착력이 증대하여 활물질 탈락을 감소시킴으로써 전지의 불량율을 줄일 수 있게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 리튬이온 이차전지에 사용되는 양극의 제조방법에 있어서,

   교류 전해법을 이용하여 양극 기재(12)에 다수의 미세 홀(20)을 형성한 다음, 상기 양극 기재(12)의 표면에 페이스트 상의 활물질(22)을 도포함에 이어 압연하여 상기 미세 홀(20)로 활물질(22)이 충진될 수 있도록 하는 리튬이온 이차전지의 양극 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 기재는 알루미늄 박막인 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지의 양극 제조방법.