KR19980075156A - Manufacturing method of lithium ion polymer battery coated directly on metal foil - Google Patents
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Abstract
리튬 이온 폴리머 전지에 사용되는 두꺼운 금속망을 금속 호일로 교체하여 전지의 성능을 향상시키고 동시에 기계적인 안정성을 부여할 수 있는 새로운 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a new lithium ion polymer battery, which can replace a thick metal mesh used in a lithium ion polymer battery with a metal foil to improve battery performance and impart mechanical stability.
Description
본 발명은 금속 호일위에 직접 코팅하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a lithium ion polymer battery which is directly coated on a metal foil.
높은 에너지 밀도, 긴 충전 및 방전 수명 등과 같은 뛰어난 특성을 가지고 있는 리튬 이온 전지가 노트북, 비데오카메라, 휴대폰 등과 같은 휴대용 전자 기기의 구동 전지로서 주목을 받고 있다. 그러나 액체 전해질을 사용하는 액체 전지이므로 안정성이 떨어지는 문제점을 가지고 있었다. 이러한 리튬 이온 전지의 안정성을 향상시키위해 리튬 이온 폴리머 전지가 개발되었다(미국특허 제 5296318 호, 제 5422203 호, 제 5429890 호, 제 5456000 호, 제 5470357 호, 제 540904 호 및 제 5478668 호). 종래의 리튬 이온 폴리머 전지는 음극 필름, 전해질 필름, 양극 필름을 제조하고, 이를 두꺼운 금속망(예컨대 알루미늄, 동)과 적층(라미네이션)시킨 후 전해질을 함침시키는 공정에 의해 제조되고 있었다. 이 경우, 각 필름간의 내부 응력의 제어를 위해 금속망이 사용되는 데, 금속망의 두께가 얇아지면 각 필름간의 내부 응력 때문에 전지가 휘어지는 현상이 발생한다. 반대로 두꺼운 금속망을 사용하게되면 리튬 이온 전지에 비해 에너지 밀도가 감소하는 단점을 가지게 된다.Lithium ion batteries, which have excellent characteristics such as high energy density, long charge and discharge life, have attracted attention as driving batteries of portable electronic devices such as laptops, video cameras, and mobile phones. However, the liquid battery using the liquid electrolyte had a problem of poor stability. Lithium ion polymer batteries have been developed to improve the stability of such lithium ion batteries (US Patent Nos. 5296318, 5422203, 5429890, 5456000, 5470357, 540904, and 5478668). Conventional lithium ion polymer batteries have been prepared by a process of preparing a negative electrode film, an electrolyte film, a positive electrode film, laminating it with a thick metal mesh (for example, aluminum, copper), and then impregnating an electrolyte. In this case, a metal mesh is used to control the internal stress between the films. When the thickness of the metal mesh becomes thin, a phenomenon in which the battery is bent due to the internal stress between the films occurs. On the contrary, the use of a thick metal mesh has the disadvantage of decreasing energy density compared to lithium ion batteries.
본 발명자들이 상기 문제점을 해결하기위해 다각도로 연구를 진행한 결과, 리튬 이온 폴리머 전지에 사용되는 두꺼운 금속망(두께 50㎛)을 금속 호일로 교체하여 전지의 성능을 향상시키고 동시에 기계적인 안정성을 부여할 수 있는 새로운 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법을 알아내고 본 발명을 완성하게되었다.In order to solve the above problems, the inventors of the present invention conducted a multi-angle study, replacing the thick metal mesh (thickness 50 μm) used in lithium ion polymer batteries with metal foil to improve the performance of the battery and at the same time providing mechanical stability. The present invention was completed by finding a new lithium ion polymer battery manufacturing method.
도 1 은 기존 방법과 본 발명에 의해 제조된 리튬 이온 폴리머 전지의 방전 용량을 나타낸다(①: 금속망을 사용하여 제조된 리튬이온 폴리머 전지 ②:금속 호일을 사용하여 제조된 리튬이온 폴리머 전지)Figure 1 shows the discharge capacity of the lithium ion polymer battery prepared by the conventional method and the present invention (①: lithium ion polymer battery produced using a metal mesh ②: lithium ion polymer battery manufactured using a metal foil)
본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법은 리튬 이온 전지에 사용되는 금속 호일과 동일한 두께의 호일, 즉 20㎛의 알루미늄 호일과 동호일을 집전판으로 사용하여, 그위에 에틸렌 카보네이트(EC), 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메톡시 에탄(DME), 및 디에톡시에탄(DEE)로 구성된 군으로 부터 선택된 가소제 및 리튬 염이 함유된 음극과 양극의 코팅액을 각각 코팅 한후, 전해질 필름과 적층시켜 리튬 이온 폴리머 전지를 얻는 것이다.In the method for producing a lithium ion polymer battery of the present invention, a foil having the same thickness as a metal foil used in a lithium ion battery, that is, a 20 μm aluminum foil and a copper foil, is used as a current collector plate, on which ethylene carbonate (EC) and dimethyl are deposited. After coating the coating solution of the negative electrode and the positive electrode containing a plasticizer and lithium salt selected from the group consisting of carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dimethoxy ethane (DME), and diethoxyethane (DEE), and then It laminates with a film and obtains a lithium ion polymer battery.
이를 구체적으로 살펴보면 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 음극 집전판으로는 20㎛ 두께의 동 호일이 사용되며, 양극 집전판으로는 알루미늄 호일이 사용된다.In detail, in the lithium ion polymer battery of the present invention, a copper foil having a thickness of 20 μm is used as the negative electrode current collector plate, and an aluminum foil is used as the positive electrode current collector plate.
이하 본 발명은 하기 실시예에 의해 더욱 상세하게 기술된다.The invention is described in more detail by the following examples.
실시예 1Example 1
1) 리튬 이온 폴리머 전지의 제조1) Fabrication of Lithium Ion Polymer Battery
전해질 필름의 코팅액 및 양극, 음극의 네트워크(Network)를 형성하는 고분자 전해질액을 제조한다. 이온 전도성 폴리머인 폴리에틸렌 옥사이드(PEO, Aldrich사 제품 Mw=4000,000), 가소제인 에틸렌 카보네이트(EC), N-메틸피롤리돈(NMP) 및 리튬 염(LiClO4)를 아세토니트릴(ACN)을 용매로 하여 녹여 균일한 고분자 전해질액을 제조한다. 이때 각 전해질의 구성 성분은 동일하나, 비율은 양극, 음극, 전해질에 따라 약간의 차이가 있다.A polymer electrolyte solution is formed to form a coating liquid of an electrolyte film and a network of a positive electrode and a negative electrode. Polyethylene oxide (PEO, Mw = 4000,000 from Aldrich), a plasticizer, ethylene carbonate (EC), N-methylpyrrolidone (NMP) and lithium salt (LiClO 4 ) It melt | dissolves as a solvent and manufactures a uniform polymer electrolyte solution. At this time, the composition of each electrolyte is the same, but the ratio is slightly different depending on the positive electrode, the negative electrode, the electrolyte.
음극에 사용되는 전해액과 흑연 분말(Lonza carbon KS6)을 혼합하여 균일한 코팅액을 제조한다.A uniform coating solution is prepared by mixing the electrolyte and graphite powder (Lonza carbon KS6) used for the cathode.
양극의 활 물질인 리튬니켈산화물(LiNiO2)(Cyprus Foote Mineral사), 전자 전도성 물질인 카본(Ketjenblack EC600J: Akzo Chemical Ltd.)을 섞어 볼 밀링한다. 볼밀은 지름이 3cm인 볼 4개와 지름이 1.5cm인 볼 16개를 플라스틱통에 함께 넣어 2시간동안 실시한다. 볼 밀링이 완료된 활 물질을 양극용 전해질과 섞어 균일한 코팅액을 제조한다.Lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) (Cyprus Foote Mineral), an active material of the positive electrode, and carbon (Ketjenblack EC600J: Akzo Chemical Ltd.), an electron conductive material, are mixed and ball milled. The ball mill is carried out for 2 hours by putting four balls of 3 cm in diameter and 16 balls of 1.5 cm in diameter together in a plastic container. The active material after ball milling is mixed with an electrolyte for a positive electrode to prepare a uniform coating solution.
상기에서 제조된 전해질 필름, 음극 필름, 및 양극 필름에 사용할 코팅액을 온도 및 속도 제어가 가능한 코터기(Hirano)에서 코팅한다. 물과 반응하는 리튬염이 코팅액속에 포함되어 있으므로, 코팅 작업은 건조실(dry room)에서 실시한다. 음극 필름은 압연 동 호일위에서 코팅하며, 양극 필름은 압연 알루미늄 호일위에서 코팅한다. 전해질 필름은 실리콘이 코팅된 종이(release paper)위에서 코팅한다. 상기 세종류의 코팅액의 점도와 호환성이 있는 닥터 블레이드를 코팅 헤드로 사용한다. 브레이드 간격을 음극은 0.6 내지 1.2 mm, 양극은 0.7 내지 1.1 mm, 전해질은 0.55 mm로 조정하여 필름의 두께를 조절하여 제조하였다.The coating solution for the electrolyte film, the negative electrode film, and the positive electrode film prepared above is coated in a coater (Hirano) capable of temperature and speed control. Since the lithium salt reacting with water is included in the coating liquid, the coating operation is carried out in a dry room. The negative electrode film is coated on rolled copper foil, and the positive electrode film is coated on rolled aluminum foil. The electrolyte film is coated on silicon coated paper. Doctor blades compatible with the viscosity of the three coating liquids are used as coating heads. The braid spacing was prepared by adjusting the thickness of the film by adjusting the thickness of the negative electrode to 0.6 to 1.2 mm, the positive electrode to 0.7 to 1.1 mm, the electrolyte 0.55 mm.
양극 필름을 7cm×8cm로 절단한후, 전해질 필름을 적층시킨다. 적층시 롤러를 사용하며, 적층후 이형지를 떼어낸다. 양극과 음극사이에 내부 합선을 방지하기위해 가장자리에 폴리이미드 절연 테이프를 부착한다. 음극 필름을 7cm×8cm로 절단한후, 전해질 필름을 적층시킨다. 전해질 필름이 적층된 양극과 음극 필름을 서로 적층시켜 전지를 제조한다. 알루미늄, 동 호일위에 단자를 붙인 후, 수분이 통과하지 않는 알루미늄 밀봉지로 진공 포장을 한다. 제조시에는 방전 상태이므로, 전압을 측정하면 영 볼트에 가까운 값이 나오게된다.The positive electrode film was cut into 7 cm x 8 cm, and then the electrolyte film was laminated. Use the roller when laminating, and remove the release paper after lamination. A polyimide insulating tape is attached to the edges to prevent internal short circuits between the positive and negative electrodes. The negative electrode film was cut into 7 cm x 8 cm, and then the electrolyte films were laminated. A battery is manufactured by stacking a positive electrode and a negative electrode film on which an electrolyte film is stacked. After attaching the terminal on aluminum and copper foil, vacuum packing is done with aluminum sealing paper which does not pass moisture. Since the discharge state at the time of manufacture, a value close to zero volts is measured by measuring the voltage.
2) 전지의 충전 및 방전 특성 시험2) Charge and discharge characteristics test of battery
양극, 음극 두께 및 활 물질의 이론 용량을 근거로 계산된 전지의 용량을 기준으로 전지를 활성화시킨다. 활성화된 전지를 충전 및 방전 시험기에서 충전 및 방전 시험을 수행하여 그 회수를 측정하였다. 충전 조건은 4.0 볼트까지 C/5의 속도로 일정 전류를 충전시키고, 전압이 4.0 볼트에 도달하면 2 시간동안 유지시키는 복합 충전 방법을 선정하였다. 방전 조건은 C/5의 속도로 전류를 방전시켰다. 도 1에 본 발명에 의해 제조된 리튬 이온 폴리머 전지의 방전 용량을 나타내었다.The cell is activated based on the cell capacity calculated based on the theoretical capacity of the positive electrode, negative electrode thickness and the active material. The activated cell was subjected to a charge and discharge test in a charge and discharge tester to measure the number of times. The charging condition was selected as a composite charging method that charges a constant current at a rate of C / 5 up to 4.0 volts and maintains for 2 hours when the voltage reaches 4.0 volts. The discharge conditions discharged the current at a rate of C / 5. 1 shows the discharge capacity of the lithium ion polymer battery produced by the present invention.
비교예 1Comparative Example 1
음극 및 양극액을 이형지나 유리위에 코팅하여 필름을 제조한다. 종래의 방법대로 이렇게 제조된 음극 필름은 동 금속망에, 양극 필름은 알루미늄 금속망에 열에 의해 접합시켜 전극을 제조한다. 음극전극, 전해질 필름, 양극 전극의 순으로 적층하여 다시 열로 적층시킨다. 이것을 전해질액에 함침시켜 리튬 폴리머 이온 전지를 완성시킨다. 도 1에 상기와 같은 종래 방법에 의해 제조된 본 발명과 동일크기의 리튬 이온 폴리머 전지의 방전 용량을 나타내었다.The negative electrode and the anolyte are coated on a release paper or glass to prepare a film. The cathode film thus produced according to the conventional method is bonded to a copper metal mesh, and the anode film is bonded to an aluminum metal mesh by heat to produce an electrode. The cathode electrode, the electrolyte film, and the anode electrode are stacked in this order and stacked in a row again. This is impregnated into the electrolyte solution to complete the lithium polymer ion battery. Figure 1 shows the discharge capacity of a lithium ion polymer battery of the same size as the present invention manufactured by the conventional method as described above.
그 결과 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 금속망을 사용한 종래의 리튬 이온 폴리머 전지에 비교하여 금속 호일을 이용하여 수득된 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지의 에너지 밀도가 더 큼을 알 수 있었다.As a result, as can be seen in FIG. 1, the energy density of the lithium ion polymer battery of the present invention obtained using the metal foil was higher than that of the conventional lithium ion polymer battery using the metal mesh.
금속 호일 사용한 새로운 제조 방법에 의해 수득한 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지는 금속망을 사용하여 제조된 종래의 리튬 이온 폴리머 전지에 비교하여 에너지 밀도가 높고 기계적으로 안정한 특성을 가지고 있다.The lithium ion polymer battery of the present invention obtained by a novel production method using metal foil has a high energy density and mechanically stable characteristics as compared with a conventional lithium ion polymer battery produced using a metal net.
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| KR1019970011284A KR19980075156A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Manufacturing method of lithium ion polymer battery coated directly on metal foil |
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| KR1019970011284A KR19980075156A (en) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | Manufacturing method of lithium ion polymer battery coated directly on metal foil |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100428971B1 (en) * | 1999-04-21 | 2004-04-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | Lithium polymer secondary battery and method for manufacturing the same |
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1997
- 1997-03-28 KR KR1019970011284A patent/KR19980075156A/en not_active Application Discontinuation
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