KR100646534B1 - 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지 - Google Patents

리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지 Download PDF

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본 발명은 매쉬 타입의 전해액 수용 부재를 구비하여 경량화가 가능하며, 리튬 이차 전지의 전지 수명을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판과 이의 제조 방법 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 본 발명의 리튬 이차 전지용 전극판은 전극 집전체와, 상기 전극 집전체의 어느 일면에만 형성된 활물질층을 포함하는 두 개의 단위 전극판과, 상기 두 개의 단위 전극판의 사이에 개재되는 전해액 수용 부재를 구비하는 구조로 이루어진다.
리튬 이차 전지, 전극판, 전해액 수용 부재

Description

리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지{Electrode Plate of Li Secondary Battery and Li Secondary Battery with the same}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 설명하기 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 구비하는 전극 조립체를 설명하기 위한 사시도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
110, 120; 단위 전극판 111, 121; 전극 집전체
112, 122; 활물질층 113, 123; 무지부
130; 전해액 수용 부재 200; 전극 조립체
210; 제 1 전극판 215; 제 1 전극 탭
220; 제 2 전극판 225; 제 2 전극 탭
230, 240; 세퍼레이터 250; 절연 테이프
본 발명은 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매쉬 타입의 전해액 수용 부재를 구비하여 경량화가 가능하며, 리튬 이차 전지의 전지 수명을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 상기 리튬 이차 전지는 전극 집전체 상에 활물질이 코팅된 양극 전극판 및 음극 전극판과, 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 하기한 바와 같이 제조된다.
우선, 상기 전극 집전체 상에 활물질이 코팅된 양극 전극판 및 음극 전극판과, 상기 양극 전극판 및 음극 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다. 이때, 상기 전극 집전체로는 일반적으로 약 10㎛ 내지 15㎛의 두께를 갖는 도전성 금속판이 사용된다.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 리튬 이차 전지를 완성한다.
한편, 상기한 바와 같은 리튬 이차 전지의 수명은 상기 전해액과 관련이 있다. 다시 말하면, 상기 전해액의 함량에 따라 상기 리튬 이차 전지의 수명이 좌우된다.
종래의 리튬 이차 전지는 수명 향상을 위하여 상기 전해액의 함량을 증가시키기 위하여 상기 리튬 이차 전지용 케이스의 내부 공간을 향상시키는 방향으로 개발되어 왔다. 그러나, 리튬 이차 전지의 내부 공간을 향상시키는 데에는 그 한계가 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 매쉬 타입의 전해액 수용 부재를 구비하여 경량화가 가능하며, 리튬 이차 전지의 전지 수명을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판과 이의 제조 방법 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이차 전지용 전극판은 전극 집전체와, 상기 전극 집전체의 어느 일면에만 형성된 활물질층을 포함하는 두 개의 단위 전극판과, 상기 두 개의 단위 전극판의 사이에 개재되는 전해액 수용 부재를 구비하여 이루어진다.
상기 두 개의 단위 전극판은 상기 활물질층이 형성된 면의 반대면이 서로 대향(對向)하는 것이 바람직하다.
상기 전극 집전체의 두께는 4㎛ 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
상기 전해액 수용 부재는 매쉬 타입 박막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전해액 수용 부재는 전도도가 우수한 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 전해액 수용 부재는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈 (Ni) 및 SUS(steel use stainless) 중 어느 하나의 금속 물질로 이루어지거나, 또는 상기 전해액 수용 부재는 전도성 고분자로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전해액 수용 부재의 두께는 4㎛ 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지는 전극 집전체와, 상기 전극 집전체의 어느 일면에만 형성된 활물질층을 포함하는 두 개의 단위 전극판을 구비하는 제 1 전극판 및 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 포함하며, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판은 상기 두 개의 단위 전극판의 사이에 개재되는 전해액 수용 부재를 구비하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 리튬 이차 전지의 제조 방법은 전극 집전체의 어느 일면 상에 활물질층을 형성하여 단위 전극판을 형성하는 단계와; 두 개의 상기 단위 전극판 전극 집전체의 활물질층이 형성된 면의 반대면을 서로 대향(對向)하도록 하며, 두 개의 상기 단위 전극판 사이에 전해액 수용 부재를 개재하여 접.합하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 설명하기 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판은 전극 집전체(111, 121)의 어느 일면에만 활물질층(112, 122)이 형성되며 상기 전극 집전체(111, 121)의 상기 활물질층(112, 122)이 형성된 면의 반대면이 서로 대향(對向)하도록 배치된 두 개의 단위 전극판(110, 120)과, 상기 두 개의 단 위 전극판(110, 120)의 사이에 개재되어 전해액을 수용할 수 있는 전해액 수용 부재(130)를 구비하는 구조로 이루어진다.
이때, 상기 단위 전극판(110, 120)의 전극 집전체(111, 121)는 어느 일면에만 활물질층(112, 122)이 형성되므로 그 두께를 종래의 전극 집전체보다 얇게 형성하는 것이 가능하며, 바람직하게는 상기 단위 전극판(110, 120)의 전극 집전체(111, 121)의 두께는 4㎛ 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 활물질층(112, 122)은 상기 전극 집전체(111, 121)의 양 끝단의 일부분을 제외하고 형성되어, 상기 전극 집전체(111, 121)의 양 끝단은 무지부(113, 123)로 작용한다.
또한, 상기 전해액 수용 부재(130)는 일종의 그물코와 같은 형태의 매쉬 타입 박막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전해액 수용 부재(130)는 전도도가 우수한 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 전해액 수용 부재(130)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 SUS(steel use stainless) 중 어느 하나의 금속 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 또는 상기 전해액 수용 부재(130)는 전도성 고분자로 이루어질 수도 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 전해액 수용 부재(130)의 두께는 4㎛ 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 리튬 이차 전지용 전극판은 하기한 바와 같이 형성된다.
도 1a에서 도시된 바와 같이, 우선 전극 집전체(111)를 준비한다. 이때, 상기 전극 집전체(111)가 양극 집전체인 경우에는 일반적으로 알루미늄(Al) 및 이의 등가물로 이루어지며, 음극 집전체인 경우에는 일반적으로 구리(Cu) 및 이의 등가물로 이루어지나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
그런 다음, 상기 전극 집전체(111)의 어느 일면 상에 상기 전극 집전체(111)의 길이 방향 양 끝단의 일부분을 제외하고 활물질층(112)을 형성하여, 단위 전극판(110)을 형성한다. 상기 전극 집전체(111) 양 끝단은 활물질층(112)이 형성되지 않은 무지부(113)로 작용한다.
상기 활물질층(112)은 상기 전극 집전체(111)가 양극 집전체인 경우에는 리튬 이차 전지의 양극 화학 반응에 참여하여 전자를 발생시키는 양극 활물질과, 상기 양극 활물질에서 발생한 전자를 상기 전극 집전체(111)로 전달하는 도전제와, 상기 양극 활물질 및 도전제를 결착시키며 양극 전극판의 기계적 강도를 유지하는 양극 결합제가 용매를 통하여 혼합된 양극 슬러리를 상기 전극 집전체(111) 상에 코팅하고 건조하여 형성된다. 또는, 상기 활물질층(112)은 상기 전극 집전체(111)가 음극 집전체인 경우에는 리튬 이차 전지의 음극 화학 반응에 참여하여 전자가 유입되는 음극 활물질과, 상기 음극 활물질을 상기 전극 집전체(111) 상으로 결착시키며 음극 전극판의 기계적 강도를 유지하는 음극 결합제가 용매를 통하여 혼합된 음극 슬러리를 상기 전극 집전체(111)에 코팅하고 건조하여 형성된다.
상기 단위 전극판(110)을 형성한 다음, 도 1b에서와 같이, 두 개의 단위 전극판(110, 120)을 전극 집전체(111, 121)의 활물질층(112, 122)이 형성된 면의 반대면, 즉, 상기 활물질층(112, 122)이 형성되지 않은 면을 서로 마주보도록 배치한다.
그런 다음, 상기 두 개의 단위 전극판(110, 120) 사이에 상기 전해액 수용 부재(130)를 위치시킨다.
그런 다음, 상기 두 개의 단위 전극판(110, 120)과 상기 전해액 수용 부재(130)를 접합하여, 두 개의 단위 전극판(110, 120) 및 상기 두 개의 단위 전극판(110, 120) 사이에 개재된 전해액 수용 부재(130)를 구비하는 리튬 이차 전지용 전극판을 형성한다.
따라서, 상기한 바와 같은 리튬 이차 전지용 전극판은 전극 조립체의 권취 후, 전해액 주입시 상기 각 단위 전극판(110, 120) 사이에 개재된 상기 전해액 수용 부재에 전해액이 수용되어 리튬 이차 전지의 전해액 함량을 향상시킨다.
또한, 상기 활물질층(112, 122)을 상기 전극 집전체(111, 121)의 어느 일면 상에만 형성하므로, 리튬 이차 전지용 전극판의 성형성이 향상되고 강도가 증가하게 된다.
또한, 상기 리튬 이차 전지용 전극판의 전극 집전체(111, 121)의 전체 두께가 종래의 전극판의 전극 집전체보다 얇아지므로, 리튬 이차 전지용 전극판의 경량화가 가능하며, 이에 따라 상기 리튬 이차 전지용 전극판을 구비하는 리튬 이차 전지의 경량화가 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차 전지용 전극판을 구비하는 전극 조립체를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같은 전극 조립체(200)는 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면, 양극 활물질이 코팅된 제 1 전극판(210)과, 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 활물질이 코팅된 제 2 전극판(220)과, 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220) 사이에 위치하여 상기 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(220)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(230, 240)가 권취된 형태로 이루어진다. 이때, 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 리튬 이차 전지용 전극판으로 이루어짐으로써, 상기 리튬 이차 전지의 전지 수명의 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극판(210)에는 상부로 일정 길이 돌출된 제 1 전극 탭(215)이 접합되어 있으며, 상기 제 2 전극판(220)에는 하부로 일정 길이 돌출되어 음극 탭으로 작용하는 제 2 전극 탭(225)이 접합되어 있으나, 본 발명에서 상기 제 1 전극(215) 탭 및 제 2 전극 탭(225)의 돌출 방향을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 전극 탭(215) 및 제 2 전극 탭(225)이 상기 전극 조립체(200)로부터 인출되는 경계부에는 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220) 간의 단락을 방지하기 위하여 절연 테이프(250)로 각각 절연되어 있다.
즉, 상기한 바와 같은 전극 조립체(200)를 구비하는 리튬 이차 전지는 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(220)으로 전해액 수용 부재를 구비하는 리튬 이차 전지용 전극판을 이용하여 전극 조립체(200)를 형성하고, 이러한 전극 조립체(200)를 구비함으로써, 리튬 이차 전지의 전해액의 함량을 증가시킬 수 있으며, 따라서, 리튬 이차 전지의 전지 수명이 향상된다. 또한, 전해액 함량의 증가는 리튬 이온의 이동을 보다 원활히 할 수 있도록 하므로, 리튬 이차 전지의 전지 효율이 향상된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 매쉬 타입의 전해액 수용 부재를 구비하여 경량화가 가능하며, 리튬 이차 전지의 전지 수명을 향상시킬 수 있는 리튬 이차 전지용 전극판과 이의 제조 방법 및 이를 구비하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 전극 집전체와, 상기 전극 집전체의 어느 일면에만 형성된 활물질층을 포함하는 두 개의 단위 전극판과,
    상기 두 개의 단위 전극판의 사이에 매쉬 타입의 박막으로 형성된 전해액 수용 부재를 개재하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 두 개의 단위 전극판은 상기 활물질층이 형성된 면의 반대면이 서로 대향(對向)하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 집전체의 두께는 4㎛ 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 수용 부재는 전도성을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전해액 수용 부재는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 SUS(steel use stainless) 중 어느 하나의 금속 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전해액 수용 부재는 전도성 고분자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전해액 수용 부재의 두께는 4㎛ 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지용 전극판.
  9. 전극 집전체와, 상기 전극 집전체의 어느 일면에만 형성된 활물질층을 포함하는 두 개의 단위 전극판을 구비하는 제 1 전극판 및 제 2 전극판과, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 포함하며,
    상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판은 상기 두 개의 단위 전극판의 사이에 매쉬 타입의 박막으로 형성되는 전해액 수용 부재를 개재하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 두 개의 단위 전극판은 상기 활물질층이 형성된 면의 반대면이 서로 대향(對向)하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  11. 삭제
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 전해액 수용 부재는 전도성을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 전해액 수용 부재의 두께는 4㎛ 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
  14. 삭제
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