KR100629938B1 - A lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고율방전특성이 향상된 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 알루미늄 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극판, 구리 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 다수장 적층된 전지부; 상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스; 및 상기 음극판과 양극판의 일 가장자리로부터 각각 인출된 양극 탭 및 음극 탭으로 이루어진 탭부;를 구비하되, 상기 양극 활물질 및 음극 활물질은 각각 3.0 ~ 35.0㎎/㎠ 및 2.0 ~ 20.0㎎/㎠의 양으로 각각 도포되고, 전지용량 대비 양극 및 음극의 단위면적당 기준용량은 0.4×10-3 ~ 4.7×10-3Ah/㎠와 0.27×10-3 ~ 2.7×10-3Ah/㎠로 되도록 조절된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 고율방전특성이 우수하면서도 고율방전 시 저항열이 작아 전지의 열적 안정성이 우수하므로, 특히 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등 휴대용 전자 기기의 배터리로 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a lithium secondary battery having improved high rate discharge characteristics. A battery unit in which a plurality of separators interposed therebetween are electrically stacked; A case providing a space in which the battery unit is accommodated; And a tab part including a positive electrode tab and a negative electrode tab drawn from one edge of the negative electrode plate and the positive electrode plate, respectively, wherein the positive electrode active material and the negative electrode active material are respectively in an amount of 3.0 to 35.0 mg / cm 2 and 2.0 to 20.0 mg / cm 2, respectively. It is applied, the reference capacity per unit area of the positive electrode and the negative electrode relative to the battery capacity is adjusted to be 0.4 × 10 -3 ~ 4.7 × 10 -3 Ah / ㎠ and 0.27 × 10 -3 ~ 2.7 × 10 -3 Ah / ㎠ It is done. Since the lithium secondary battery according to the present invention has excellent high-rate discharge characteristics and low heat resistance during high-rate discharge, the thermal stability of the battery is excellent, and thus, the lithium secondary battery may be particularly useful as a battery of a portable electronic device such as a cellular phone, a notebook computer, a camcorder, and the like.
Description
명세서 내에 통합되어 있고 명세서의 일부를 구성하는 첨부도면은 발명의 현재의 바람직한 실시예를 예시하며, 다음의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 할 것이다.The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate the presently preferred embodiments of the invention and, together with the description of the following preferred embodiments, serve to explain the principles of the invention.
도 1은 본 발명의 리튬 이차전지를 개략적으로 도시한 개략도이고,1 is a schematic view schematically showing a lithium secondary battery of the present invention,
도 2는 도 1의 전지부에 대한 확대 단면도이다.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the battery unit of FIG. 1.
본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고율방전특성이 우수하면서도 고율방전시 저항열이 작아 전지의 열적 안정성이 우수한 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery having excellent high-rate discharge characteristics and low heat resistance during high-rate discharge, and excellent thermal stability of the battery.
통상적으로 충방전이 가능한 이차전지는 셀루러 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 휴대용 전자 기기의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이러한 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다. 이중에서 리튬 이차전지는 전자기기의 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동전압특성과 단 위 중량당 에너지 밀도 특성이 뛰어나서 가장 각광받고 있으며 장래성도 매우 높은 것으로 평가받고 있다.In general, rechargeable batteries capable of charging and discharging are being actively researched by developing portable electronic devices such as cellular phones, notebook computers, and camcorders. Examples of such secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are the most popular among the nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries, which are widely used as power sources for electronic devices. have.
리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머전지는 유연성을 지닌 소재로 제조되어 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한, 안전성도 우수하고 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 수 있다.The lithium secondary battery may be manufactured in various forms, and typical shapes include cylindrical and rectangular shapes mainly used in lithium ion batteries. Lithium polymer batteries, which are in the spotlight in recent years, are made of flexible materials and their shapes are relatively free. In addition, since the safety and light weight is excellent, it can be said that it is advantageous to slim and lighten portable electronic devices.
리튬 이차전지는 통상적으로 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극판과, 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극판과, 상기 양극판과 음극판의 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 다수장 적층된 전지부를 구비한다. 최근의 마이크로 일렉트로닉스 산업의 발전과 전자소자의 소형화, 고성능화 경향에 따라, 집전체에 도포되는 활물질의 도포량을 줄이므로서 고율방전 특성을 갖는 리튬 이차전지를 개발하려는 노력이 계속되고 있다. 그러나, 집전체에 도포되는 활물질의 도포량을 줄일 경우 전지의 발열량이 증가하여 전지의 열적 안정성이 문제가 된다.A lithium secondary battery typically includes a positive electrode plate formed by coating a positive electrode active material on both sides of a positive electrode current collector, a negative electrode plate formed by applying a negative electrode active material on both sides of a negative electrode current collector, and interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to electrically insulate them. The separator includes a battery unit in which a plurality of separators are stacked. With recent developments in the microelectronics industry, miniaturization and high performance of electronic devices, efforts have been made to develop lithium secondary batteries having high rate discharge characteristics while reducing the amount of active materials applied to current collectors. However, when the application amount of the active material applied to the current collector is reduced, the heat generation amount of the battery increases, which causes a problem of thermal stability of the battery.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고율방전특성이 우수하면서도 고율방전시 저항열이 작아 전지의 열적 안정성이 우수한 리튬 이차전지를 제공하는데 있다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the conventional problems as described above, to provide a lithium secondary battery excellent in thermal stability of the battery is excellent in high-rate discharge characteristics and low resistance heat during high-rate discharge.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 알루미늄 양극 집전체의 양면에 양극 활물질이 도포되어 형성된 양극판, 구리 음극 집전체의 양면에 음극 활물질이 도포되어 형성된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터가 다수장 적층된 전지부; 상기 전지부가 수용되는 공간을 제공하는 케이스; 및 상기 음극판과 양극판의 일 가장자리로부터 각각 인출된 양극 탭 및 음극 탭으로 이루어진 탭부;를 구비하되, 상기 양극 활물질 및 음극 활물질은 각각 3.0 ~ 35.0㎎/㎠ 및 2.0 ~ 20.0㎎/㎠의 양으로 각각 도포되고, 전지용량 대비 양극 및 음극의 단위면적당 기준용량은 0.4×10-3 ~ 4.7×10-3Ah/㎠와 0.27×10-3 ~ 2.7×10-3Ah/㎠로 되도록 조절된 리튬 이차전지를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a positive electrode plate formed by coating a positive electrode active material on both sides of an aluminum positive electrode current collector, a negative electrode plate formed by coating a negative electrode active material on both sides of a copper negative electrode current collector, and interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to electrically connect them. A battery unit in which a plurality of separators insulated with each other are stacked; A case providing a space in which the battery unit is accommodated; And a tab part including a positive electrode tab and a negative electrode tab drawn from one edge of the negative electrode plate and the positive electrode plate, respectively, wherein the positive electrode active material and the negative electrode active material are respectively in an amount of 3.0 to 35.0 mg / cm 2 and 2.0 to 20.0 mg / cm 2, respectively. Lithium secondary coated and adjusted to be 0.4 × 10 -3 to 4.7 × 10 -3 Ah / ㎠ and 0.27 × 10 -3 to 2.7 × 10 -3 Ah / ㎠ Provide a battery.
본 발명에 따른 리튬 이차전지에 있어서, 양극 집전체 및 음극 집전체의 단위면적당 기준용량은 각각 0.1 ~ 1.0Ah/㎠와 0.15 ~ 1.4Ah/㎠로 조절하는 것이 바람직하다.In the lithium secondary battery according to the present invention, the reference capacity per unit area of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is preferably adjusted to 0.1 to 1.0 Ah / cm 2 and 0.15 to 1.4 Ah / cm 2, respectively.
전술한 리튬 이차전지는 집전체에 도포되는 활물질의 도포량이 적어 고율방전 특성을 나타내며, 고율방전 시 저항열이 작아 전지의 열적 안정성이 우수하다.The lithium secondary battery described above exhibits high rate discharge characteristics due to a small coating amount of the active material applied to the current collector, and has low thermal resistance during high rate discharge, thereby providing excellent thermal stability.
이하 첨부된 도면을 참조로 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 1에 본 발명의 리튬 이차전지(10)를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a lithium
도면을 참조하면, 리튬 이차전지(10)는 전지부(11)와 이를 수용하는 공간을 제공하는 케이스(12)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전지부(11)는 알루미늄으로 된 양극 집전체(21)의 양면에 양극 활물질(22)이 도포되어 형성된 양극판(23)과, 구리로 된 음극 집전체(24)의 양면에 음극 활물질(25)이 도포되어 형성된 음극판(26)과, 상기 양극판(23)과 음극판(26)의 사이에 개재되어 이들을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터(27)를 구비한다. 이러한 전지부(11)는 양극판(23), 세퍼레이터(27), 음극판(26) 순으로 다수개 적층되어 이루어져 있다.Referring to the drawings, the lithium
전지부(11)의 양극판과 음극판의 일 가장자리로부터는 양극 탭과 음극 탭이 각각 인출되어 탭부(13)를 구성하고, 이것들은 극판별로 집합된 상태에서 상호 통전가능하도록 되어 있다. 상기 탭부(13)는 외부 단자와 접속가능한 전극 단자와 각각 용접되어 있다.A positive electrode tab and a negative electrode tab are drawn out from the edges of the positive electrode plate and the negative electrode plate of the
전지(10)에는 상기 언급된 전지부(11)가 실장되는 케이스(12)가 마련된다. 상기 케이스(12)에는 전지부(11)가 수용될 수 있는 공간부가 형성되어 있으며, 상부 및 하부 케이스가 상호 분리 가능하도록 접합되어 있다.The
상기와 같은 구조의 전지(10)는 전지부(11)를 공간부가 형성된 케이스(12) 내에 실장한 다음, 전해액을 주입한다. 그리고, 상기 케이스(12)에 열과 압력을 가하여 견고하게 밀봉시켜 전지(10)를 완성하게 된다.In the
본 발명의 특징은 리튬 이차전지에 있어서, 양극 집전체(21) 및 음극 집전체(24)에 각각 도포되는 양극 활물질(22)과 음극 활물질(25)의 도포량을 각각 3.0 ~ 35.0㎎/㎠ 및 2.0 ~ 20.0㎎/㎠의 범위로 설계하여 고율방전 특성을 향상시키고, 고율방전 시 증가하는 전지의 발열량을 제어하여 열적 안정성을 유지할 수 있도록 전지용량 대비 양극 및 음극의 단위면적당 기준용량을 각각 0.4×10-3 ~ 4.7×10-3Ah/㎠와 0.27×10-3 ~ 2.7×10-3Ah/㎠로 설계하는데 있다.In the lithium secondary battery, the coating amount of the positive electrode active material 22 and the negative electrode active material 25 applied to the positive electrode
집전체에 도포되는 활물질의 도포량을 상기 범위로 한정하는 이유는 다음과 같다. 즉, 집전체에 도포되는 활물질의 도포량이 상기 범위와 같이 작을수록 이온간의 이동 거리가 줄어들게 되어 이온의 이동이 보다 용이해지고 빨라지기 때문에, 고율방전 특성이 좋아지게 된다. 또한, 이와 같이 제조된 전지는 두께가 얇아 특별한 목적에 부합되도록 임의의 모양과 크기로 제작하기가 용이하므로 초소형 전자 소자, 초소형 센서, 초소형 셀룰러폰 등을 구동시키는 주전원으로서 매우 유망하다. 활물질로는 리튬 2차전지에서 통상적으로 사용되는 활물질을 사용하는데, 구체적으로 양극 활물질(22)로는, 리튬 이온의 탈, 삽입이 가능한 전이금속 화합물로서, 리튬망간 산화물(LiMn2O4), 리튬니켈 산화물(LiNiO2), 리튬코발트 산화물(LiCoO2) 등을 사용할 수 있으며, 음극 활물질(25)로는 리튬 금속, 리튬 합금, 카 본, 그래파이트 등을 사용할 수 있다. 양극 활물질(22)의 도포량이 3.0㎎/㎠ 미만이면 균일한 코팅을 형성하기 어렵고, 그 도포량이 35.0㎎/㎠를 초과하면 고율방전특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 또한, 음극 활물질(25)의 도포량이 2.0㎎/㎠ 미만이면 역시 균일한 코팅을 형성하기 어렵고, 그 도포량이 20.0㎎/㎠를 초과하면 고율방전특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 이와 같은 활물질 도포량에 의하여 1 ~ 100CmA의 고율방전 특성이 나타난다.The reason for limiting the application amount of the active material applied to the current collector in the above range is as follows. That is, the smaller the coating amount of the active material applied to the current collector as in the above range, the shorter the moving distance between the ions, the easier and faster the movement of the ions, the higher the rate-discharging characteristics. In addition, the battery manufactured as described above is very promising as a main power source for driving ultra-small electronic devices, micro-sensors, micro-cellular phones, etc., because the battery is thin and easy to manufacture in any shape and size to meet a special purpose. As the active material, an active material commonly used in a lithium secondary battery is used. Specifically, as the positive electrode active material 22, a transition metal compound capable of removing and inserting lithium ions, lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium Nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), or the like may be used, and as the negative electrode active material 25, lithium metal, lithium alloy, carbon, graphite, or the like may be used. If the coating amount of the positive electrode active material 22 is less than 3.0 mg / cm 2, it is difficult to form a uniform coating. If the coating amount is more than 35.0 mg / cm 2, high rate discharge characteristics are deteriorated. In addition, when the coating amount of the negative electrode active material 25 is less than 2.0 mg / cm 2, it is difficult to form a uniform coating, and when the coating amount exceeds 20.0 mg / cm 2, high rate discharge characteristics are deteriorated. The high rate discharge characteristic of 1 to 100 mA is shown by the amount of the active material applied.
또한, 양극 및 음극 집전체의 단위면적당 기준용량을 각각0.1 ~ 1.0Ah/㎠와 0.15 ~ 1.4Ah/㎠ 범위로 한정하는 이유는 다음과 같다. 즉, 활물질의 도포량을 전술한 범위로 한정하여 고율방전이 이루어질 경우 집전체의 허용전류량이 작으면 전지의 발열량이 증가하게 되는데, 양극 및 음극의 단위면적당 기준용량을 전술한 범위로 제작 및 적용하면 허용전류가 높아 저항열을 줄일 수 있으므로 전지의 열적 안정성을 유지할 수 있다. 이와 같은 단위면적당 기준용량을 달성하기 위하여 알루미늄으로 된 양극 집전체의 두께는 약 15 ~ 50㎛으로, 구리로 된 음극 집전체는 약 8 ~ 30㎛의 두께로 제조하는 것이 바람직하다.In addition, the reason for limiting the reference capacitance per unit area of the positive electrode and the negative electrode current collector in the range of 0.1 to 1.0 Ah / cm 2 and 0.15 to 1.4 Ah / cm 2, respectively, is as follows. That is, when the high rate discharge is made by limiting the coating amount of the active material to the above-mentioned range, if the current allowance of the current collector is small, the calorific value of the battery increases, and if the reference capacity per unit area of the positive electrode and the negative electrode is manufactured and applied in the above-described range The high allowable current can reduce the heat of resistance, thereby maintaining the thermal stability of the battery. In order to achieve such a reference capacity per unit area, the thickness of the positive electrode current collector made of aluminum is about 15 to 50 μm, and the negative electrode current collector made of copper is preferably manufactured to have a thickness of about 8 to 30 μm.
또한, 고율방전시 허용 전류량을 높이고 고전류에 의한 발열을 억제하기 위하여 양극 탭 및 음극 탭의 단위면적당 허용전류량을 각각 10 ~ 30.0 A/㎟ 및 12 ~ 50.0 A/㎟로 설계하는 것이 바람직하다. 양극 탭 및 음극 탭의 단면두께는 50 ~ 300㎛으로 설계하는데, 음극 탭의 허용전류량을 증가시키기 위하여 음극탭은 니켈이 0.1 ~ 3㎛의 두께로 피복된 구리로 형성하는 것이 바람직하다. 구리 표면에 피복된 니켈은 대기 중에서의 구리의 산화를 방지함과 동시에 음극탭을 감싸고 있는 고분자 실링필름과의 융착성을 향상시켜 전지 내부에 수분과 산소의 유입을 차단할 수 있도록 한다. 만약 구리표면에 피복된 니켈의 두께가 3㎛이상이 되면 탭의 유연성이 저하되어 팩작업 및 전지 연결시 작업성이 떨어지며, 전기전도도가 저하되어 충분한 발열억제가 힘들다. 또한, 구리표면에 피복된 니켈의 두께가 0.1㎛ 이하가 되면 피복강도의 저하로 작업공정 중 긁힘 등에 의해 피복이 쉽게 벗겨져 내산화성이 취약해지는 문제가 발생된다.In addition, in order to increase the allowable current amount during high rate discharge and to suppress heat generation by the high current, it is preferable to design allowable current amounts per unit area of the positive electrode tab and the negative electrode tab to 10 to 30.0 A /
이하, 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조방법을 예시한다.Hereinafter, a method of manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention.
먼저, 전극 활물질과 도전제를 혼합한다. 이 혼합물에 결합제, 용매를 부가한 다음, 이를 충분히 혼합하여 전극 활물질 조성물을 준비한다.First, an electrode active material and a conductive agent are mixed. A binder and a solvent are added to this mixture, and then sufficiently mixed to prepare an electrode active material composition.
이어서, 상기 전극 활물질 조성물을 전극 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 전극판을 제조한다. 또는 상기 전극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상부에 캐스팅 및 건조하고, 지지체로부터 박리하여 전극 활물질 필름을 얻는 다음, 이를 전극 집전체 상에 라미네이션하여 제조하기도 한다. 여기에서 지지체는 전극 활물질 필름을 지지할 수 있는 형태라면 모두 사용이 가능하다. 구체적인 예로서 폴리에틸렌테레프탈레이트, 마일라 필름, 유리기판 등이 있다.Subsequently, the electrode active material composition is directly coated and dried on an electrode current collector to prepare an electrode plate. Alternatively, the electrode active material composition may be cast and dried on a separate support, peeled from the support to obtain an electrode active material film, and then laminated on an electrode current collector. Herein, the support may be used as long as it can support the electrode active material film. Specific examples include polyethylene terephthalate, mylar film, glass substrate, and the like.
한편, 세퍼레이터로는 리튬 이차전지에서 통상적으로 사용되는 것이라면 모두 다 사용이 가능하다. 즉, 리튬 이온전지의 경우에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 권취가능한 세퍼레이터를 사용하며, 리튬 폴리머 전지의 경우에는 유기전해액 함침 능력이 우수한 세퍼레이터를 이용하는데, 이러한 세퍼레이터는 하기 방법에 따라 제조가능하다.On the other hand, as the separator, any one that is commonly used in lithium secondary batteries can be used. That is, in the case of a lithium ion battery, a coilable separator such as polyethylene or polypropylene is used, and in the case of a lithium polymer battery, a separator having excellent organic electrolyte solution impregnation ability is used. Such a separator may be manufactured according to the following method.
즉, 고분자 수지, 충진제, 가소제 및 용매를 혼합하여 세퍼레이터 조성물을 준비한다. 이 세퍼레이터 조성물을 전극 상에 직접적으로 코팅 및 건조하여 세퍼레이터 필름을 형성하거나 또는 상기 세퍼레이터 조성물을 지지체상에 캐스팅 및 건조한 다음, 상기 지지체로부터 박리시킨 세퍼레이터 필름을 전극 상부에 라미네이션하여 형성할 수 있다.That is, a separator composition is prepared by mixing a polymer resin, a filler, a plasticizer, and a solvent. The separator composition may be directly coated and dried on an electrode to form a separator film, or the separator composition may be cast and dried on a support, followed by lamination of the separator film on the electrode to form the separator.
상기 고분자 수지는 특별히 한정되지는 않으나, 전극판의 결합제에 사용되는 물질들이 모두 사용가능하다. 여기에는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 및 그 혼합물을 사용할 수 있다. 그중에서도 특히 헥사플루오로프로필렌 함량이 8 내지 25중량%인 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.The polymer resin is not particularly limited, but any material used for the binder of the electrode plate may be used. Vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate and mixtures thereof can be used here. Among them, it is particularly preferable to use vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers having a hexafluoropropylene content of 8 to 25% by weight.
전술한 방법으로 제조한 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 배치하여 전지 구조체를 형성한다. 이러한 전지 구조체를 와인딩하거나 접어서 원통형 전지 케이스나 또는 각형 전지 케이스에 넣은 다음, 전해액을 주입하면 리튬 이온전지가 완성된다. 또는 상기 전지 구조체를 바이셀 구조로 적층한 다음, 이를 유기 전해액에 함침시키고, 얻어진 결과물을 파우치에 넣어 밀봉하면 리튬 폴리머 전지가 완성된다.The separator is disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate produced by the above-described method to form a battery structure. The battery structure is wound or folded, placed in a cylindrical battery case or a square battery case, and then injected with an electrolyte to complete a lithium ion battery. Alternatively, the battery structure is laminated in a bi-cell structure, and then impregnated in the organic electrolyte, and the resultant is placed in a pouch and sealed to complete a lithium polymer battery.
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 해석되어져서는 안 된다. 본 발 명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to help understand the present invention. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.
실시예 1Example 1
시판되는 탄산리튬과 탄산코발트를 리튬 원자와 코발트 원자가 1:1의 조성비가 되도록 혼합하여 공기중에서 900℃로 5시간 소성하여 얻은 리튬 코발트 산화물 91중량부, 그래파이트 6중량부 및 폴리불화비닐리덴 3중량부를 혼합하여 N-메틸 2-피롤리돈에 분산시켜 페이스트를 형성하였다. 이를 두께 30㎛인 띠모양 알루미늄 양극 집전체 양면에 10.00㎎/㎠로 각각 도포하고 건조하였다.91 parts by weight of lithium cobalt oxide, 6 parts by weight of graphite, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride obtained by mixing commercially available lithium carbonate and cobalt carbonate in a composition ratio of 1 to 1 for lithium and cobalt atoms The portions were mixed and dispersed in N-methyl 2-pyrrolidone to form a paste. This was applied to both surfaces of a strip-shaped aluminum positive electrode current collector having a thickness of 30 μm at 10.00 mg / cm 2, respectively, and dried.
다음으로, 분쇄한 피치 코크스 90중량부, 폴리불화비닐리덴 10중량부를 혼합하여 N-메틸 2-피롤리돈에 분산시켜 페이스트를 형성하였다. 이를 두께 18㎛인 띠모양 구리 양극 집전체 양면에 5.10㎎/㎠로 각각 도포하고 건조하였다.Next, 90 parts by weight of the pulverized pitch coke and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride were mixed and dispersed in N-methyl 2-pyrrolidone to form a paste. This was applied to both sides of a strip-shaped copper positive electrode current collector having a thickness of 18 μm at 5.10 mg / cm 2, respectively, and dried.
다음으로, 전술한 방법으로 제조한 양극판과 음극판을 일정한 크기로 펀칭하여 그 사이에 두께 25㎛의 다공성 폴리프로필렌 필름을 개재시켜 서로 교호되게 적층한 다음 케이스에 실장하였다. 이 때, 양극판과 음극판의 가장자리로부터 각각 인출한 양극 탭 및 음극 탭은 각각 알루미늄과 3㎛의 두께로 니켈을 피복한 구리를 사용하여 제조하였고, 양극 탭 및 음극 탭의 두께와 단면적은 각각 200㎛ 및 0.03㎠이었다. 양극 및 음극 집전체의 단위면적당 기준용량은 각각 0.449 및 0.750Ah/㎠이었고, 양극 탭 및 음극 탭의 허용전류량은 각각 15A/㎟이었다.Next, the positive electrode plate and the negative electrode plate prepared by the above-described method was punched to a predetermined size, and then laminated alternately with each other via a porous polypropylene film having a thickness of 25 μm therebetween, and then mounted in a case. At this time, the positive electrode tab and the negative electrode tab respectively drawn out from the edges of the positive electrode plate and the negative electrode plate were manufactured using copper coated with nickel with a thickness of aluminum and 3 μm, respectively, and the thickness and the cross-sectional area of the positive electrode tab and the negative electrode tab were 200 μm, respectively. And 0.03 cm 2. The reference capacities per unit area of the positive electrode and negative electrode current collector were 0.449 and 0.750 Ah / cm 2, respectively, and the allowable current amounts of the positive electrode tab and negative electrode tab were 15 A / mm 2, respectively.
이와 같이 형성된 리튬 이차전지는 전지용량이 2.1Ah급으로 정전류, 정전압 충전으로 충전상한전압이 4.2V까지 만충전 후 전지용량대비로 20CmA로 방전하였으 며, 이때의 방전용량 측정 및 양극탭 부위에 열전대를 장착하여 전지의 표면온도를 측정하였다.The lithium secondary battery formed as described above discharged at 20 CmA relative to the battery capacity after fully charged up to 4.2 V with constant current and constant voltage charging with a 2.1 Ah battery capacity. Was mounted to measure the surface temperature of the battery.
실시예 2 ~ 10Examples 2-10
양극 활물질 및 음극 활물질의 도포량, 양극 및 음극의 단위면적당 기준용량, 양극 탭의 단위면적당 기준용량, 탭을 이루는 니켈 피복층의 두께를 하기 표 1에 기재된 바에 따라 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.Example 1 except that the coating amount of the positive electrode active material and the negative electrode active material, the standard capacity per unit area of the positive electrode and the negative electrode, the standard capacity per unit area of the positive electrode tab, and the thickness of the nickel coating layer forming the tab were changed as shown in Table 1 below. It carried out in the same way.
비교예 1 ~ 4Comparative Examples 1 to 4
양극 활물질 및 음극 활물질의 도포량, 양극 및 음극의 단위면적당 기준용량, 양극 탭의 단위면적당 기준용량, 탭을 이루는 니켈 피복층의 두께를 하기 표 1에 기재된 바에 따라 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.Example 1 except that the coating amount of the positive electrode active material and the negative electrode active material, the standard capacity per unit area of the positive electrode and the negative electrode, the standard capacity per unit area of the positive electrode tab, and the thickness of the nickel coating layer forming the tab were changed as shown in Table 1 below. It carried out in the same way.
하기 표 1에 실시예 1 ~ 10 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 리튬 이차전지의 양극 활물질 및 음극 활물질의 도포량, 양극 및 음극의 단위면적당 기준용량, 양극 탭의 단위면적당 기준용량, 탭을 이루는 니켈 피복층의 두께와, 측정된 방전용량 및 전지표면온도를 나타냈다.In Table 1 below, the coating amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material of the lithium secondary batteries manufactured according to Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4, reference capacities per unit area of the positive and negative electrodes, reference capacities per unit area of the positive electrode tab, and tab The thickness of the nickel coating layer formed, measured discharge capacity and battery surface temperature were shown.
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 10의 리튬 이차전지는 종래의 리튬 이차전지보다 고율방전 특성이 우수할 뿐만 아니라 저항열에 의한 용량손실 및 전지 표면온도도 크지 않아 전지의 고출력 특성 및 열적 안정성이 유지되고 있음을 알 수 있다.Referring to Table 1, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 10 according to the present invention are not only excellent in high rate discharge characteristics than conventional lithium secondary batteries, but also have high capacity characteristics due to resistance loss due to resistance heat and battery surface temperature. And it can be seen that the thermal stability is maintained.
상기한 바와 같이, 본 발명은 집전체에 도포되는 활물질의 도포량과 양극 및 음극의 단위체적당 기준용량을 적절한 범위로 설계하므로서 고율방전특성이 우수하면서도 고율방전시 저항열이 작아 전지의 열적 안정성이 우수한 리튬 이차전지를 제조하였다. 이러한 본 발명의 리튬 이차전지는 두께가 얇아 특별한 목적에 부합되도록 임의의 모양과 크기로 제작하기가 용이하므로 초소형 전자 소자, 초소형 센서, 초소형 셀룰러폰 등을 구동시키는 주전원으로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.As described above, the present invention is excellent in high-rate discharge characteristics and low heat resistance during high-rate discharges by designing the coating amount of the active material to be applied to the current collector and the reference capacity per unit volume of the positive electrode and the negative electrode, so that the thermal stability of the battery is excellent. A lithium secondary battery was prepared. Since the lithium secondary battery of the present invention is thin and easy to manufacture in any shape and size to meet a special purpose, it can be very useful as a main power source for driving a microelectronic device, a micro sensor, a micro cellular phone, and the like.
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.Configurations shown in the embodiments and drawings described herein are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.
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