KR20000032030A - 리튬폴리머 전지 제조방법 - Google Patents

리튬폴리머 전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극과 음극의 전극을 일정 크기와 일정 간격으로 집전체인 알루미늄 메시와 구리 메시위에 열융착시킨 후 전극이 없는 부분을 여러번 접어서 전지를 연속적으로 제조하는 것을 특징으로 하는 리튬폴리머 전지 제조방법에 관한 것이다.
기존의 리튬폴리머 전지를 제작할 때는 양극과 음극을 일정크기로 가공해서 여러겹 적층시키는 방법으로 연속공정이 어려웠지만 본 발명에 의하면 양극과 음극이 융착된 전극을 접어서 적층시킬 수 있어 연속공정이 가능하다.

Description

리튬폴리머 전지 제조방법
본 발명은 리튬폴리머 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PVdF(폴리비닐리덴 플로라이드) 고분자 필름을 사용하여 리튬폴리머 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
휴대용 소형 전자기기의 발전과 급속한 전력원의 보급으로 전력원의 대용량화 및 경량화가 가속화되고 있다. 소형전자기기 대부분이 Ni-Cd, Ni-MH, Li-이차전지 등을 사용하고 있는데, Ni-Cd, Ni-MH 전지는 부피당 에너지 밀도는 높지만 전지 자체가 무겁기 때문에 면도기, 전화기 등의 가정용 전자 기기에 많이 사용한다. 반면, 리튬이차전지는 부피나 중량 에너지 밀도가 높고, 다른 이차전지에 비해서 에너지 밀도가 높기 때문에 휴대용 전원으로 매우 유용하며 현재 대부분의 휴대용 전화에 사용되고 있다.
리튬이차전지는 전지 구성에 의해 리튬이온 전지와 리튬폴리머 전지로 구분된다. 리튬이온 전지는 양극 전극과 음극 전극 사이에 미세다공이 있는 고분자 필름을 삽입하여 롤케익 처럼 감아서 캔에 넣고, 전해액을 넣어 전지를 구성한다. 상기 고분자 필름속에 리튬염이 포함된 유기전해액을 넣어 전지를 제조하며, 상기 전해액은 리튬 이온을 전달하는 매개체 역할을 한다. 전지 내부에서는 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하며, 외부에서는 전류가 흐른다. 이때 리튬 이온이 양극/ 음극 사이의 이온전도 역할을 하기 때문에 리튬이온 전지라 한다.
리튬이온 전지의 전극체는 롤케익처럼 감아서 원통형의 캔에 넣어 원통형 전지로 만들거나 감겨진 전극체를 눌러서 각형캔에 넣어 각형전지를 만든다. 전지 모양에 따라 리튬이온 전지는 각형전지와 원통형전지로 구별된다.
리튬이온 전지는 전해질로 미세다공막에 유기전해액을 함침시켜 사용하는 반면, 리튬폴리머 전지는 고분자필름이 전해질 역할을 하여 고분자 전해질 내의 이온의 매개체인 리튬염이 용해되어 이온 전도 역할을 하는 것이 차이점이다. 액체 전해액을 사용하는 리튬이온 전지는 유기전해액의 발화 위험성과 폭발성이 있고, 누액 가능성이 있어 안전성에 문제가 있지만, 고분자 전해질을 사용하는 리튬폴리머전지는 고분자내의 소량의 액체 전해질을 사용하거나 고분자 자체가 전해질 역할을 하기 때문에 안전성이 우수하고, 형상을 자유자재로 제작하는 것이 가능하다. 전지내에 사용하는 유기전해액이 적기 때문에 고분자 포장제를 사용해서 전지를 제조하는 것이 가능하다.
리튬폴리머 전지에 있어서, 양극/전해질/음극으로 구성된 전극체를 리튬이온전지처럼 롤케익 형태로 감아서 제조하는 것이 불가능하다. 즉, 리튬폴리머 전지는 고분자 전해질이 양극과 음극에 열융착되거나 캐스팅되어 붙어있기 때문에 양극/전해질/음극으로 된 것을 감기가 곤란하고, 조밀하게 감기가 어려우며, 감은 후에 양극과 음극이 서로 닿아서 단락되는 경우도 많다.
통상적으로 리튬폴리머 전지는 도 7및 도 8과 같이 제조한다.
도 7은 양극/전해질/음극으로 적층(stacking)되어 있는 전극체를 구부려서 여러겹 겹쳐 적층해서 리튬폴리머 전지를 제조하는 방법을 도시한 것이며, 도 8은 양극(1)/전해질(3)/음극(5)으로 구성된 전극체를 일정한 크기로 펀칭하여 여러겹 겹치는 형태로 제조된 것을 도시한 것이다.
도 7의 전지는 양극 전극(2)을 집전체인 알루미늄 메쉬(mesh)(1)에 열융착시키고, 음극전극(4)은 집전체인 구리 메쉬(5)에 열융착시켜 전극을 준비한 다음 양극과 음극 사이에 PVdF 전해질(3)에 일정한 압력과 열을 가하여 붙인다. 양극(1)/전해질(2)/음극(3)의 3개층으로 된 전극을 접어서 전지를 구성한다. 도 7처럼 전극체를 접어서 여러번 겹치게 제작한 전지는 접힌 부분에서는 양극과 음극 사이에 전해질이 파열되어 단락이 발생할 가능성이 매우 높다. 또한 양극과 음극의 두께가 250 내지 300㎛정도이고, 전해질이 50 내지 70㎛ 사이이다. 열융착된 전극체의 두께는 550 내지 670㎛ 정도로 두껍기 때문에 전극을 접기가 매우 곤란하며 접힌부분의 전극에서 균열이 발생하고, 균열된 부분에서 여러 가지 전지 성능에 악영향을 미칠 부반응이 발생할 소지가 많다. 또한 양극과 음극이 접히면서 전해질을 파괴하거나 단락시킬 가능성이 다분하다.
도 8의 전지 구성은 일정한 크기로 펀칭된 전극체를 여러겹 적층해서 제조하는 방식이다. 도 7처럼 양극과 음극을 제조한 다음 PVdF 전해질을 삽입하여 열융착시켜 전극체를 제조한다. 그러나 도 7은 도 8에 비해 생산성은 높지만 위에서 언급한 단점이 있어 도 7 및 도 8의 제작 방법에는 문제가 있다.
본 발명은 도 7처럼 연속 공정을 할 수 있는 장점을 그대로 유지하면서 접힌 부분에서 단락을 방지시킬 수 있는 리튬폴리머 전지의 제조방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1. 일정한 크기로 절단된 전극을 일정 간격으로 열융착시킨 전극이다.
상(上)은 양극전극, 하(下)는 음극전극이다.
도 2. 열융착된 양극과 음극전극의 전극이 열융착되지 않은 부분을 일정 크기로 가공하고, 양극과 음극 사이에 PVdF 고분자 전해질을 삽입한 도면이다.
상(上)은 양극전극, 중(中)은 전해질, 하(下)는 음극전극을 각각 나타낸다.
양극과 음극의 위치는 바뀌어도 무방하다.
도 3. 양극/전해질/음극 전극이 융착된 셀의 평면도이다.
도 4. 양극/전해질/음극의 열융착 전의 단면도이다.
도 5. 본 발명에 의해서 접혀서 제작된 전지로, 구부리기 전이다.
도 6. 본 발명에 의해 접혀서 제작된 전지로, 구부린 후를 나타낸다.
도 7. 전극체를 접어서 리튬폴리머 이차전지를 제조하는 통상의 방법이다.
도 8. 일정한 크기로 절단된 전극체를 여러겹 적층하여 제조한 전지이다.
1 -------- 양극집전체(알루미늄 메시) 2 --------- 양극전극
3 -------- 전해질/분리기 4 --------- 음극전극
5 -------- 음극집전체(구리 메시)
전극은 도 1에서와 같이 집전체인 알루미늄 메시(1)와 구리 메시(5)위에 전극을 열융착시켜 구성한다. 전극은 띄엄띄엄 일정 간격과 크기로 열융착시키거나 전극활물질을 집전체위에 일정 크기와 간격으로 코팅하여 준비한다.
융착되거나 코팅된 전극은 전극과 전극 사이에 집전체를 일정한 크기로 펀칭해서 잘라낸다. 도 2의 상(上)은 일정한 간격으로 열융착시킨 양극전극이고, 도 2의 중(中)은 양극과 음극 사이에 들어가는 PVdF전해질(3)이다. 도 2의 하(下)는 도 2의 상(上)과 동일하게 펀칭하여 준비한다. 그러나 양극과 음극을 적층하기 때문에 전극이 없는 부분(1 및 5)에서 단락 방지를 위해서 양극과 음극 집전체를 반대로 가공해서 잘라낸 후 서로 엇갈리게 적층한다. 고분자 전해질(3)은 양극과 음극의 크기보다 약간 크게하여 양극과 음극 사이의 끝부분의 단락을 방지한다. 양극 전극(2)과 음극 전극(4)의 적층은 전극이 붙어 있지 않은 부분을 일정 크기로 잘라내지 않고 바로 적층해서 전지를 제조해도 되며 양극과 음극 전극 사이에는 전해질(3)이 있기 때문에 단락 가능성이 없다. 도 3은 양극(1), 전해액(3), 음극(5)이 열융착된 전지셀의 평면도이며, 도 4는 열융착된 전지를 전극과 전해질을 구분해서 표현한 단면도이다. 양극 과 음극은 같은 위치에 포개지도록 놓는다. 도 5는 양극과 음극이 접힌 전극체를 보이고 있다. 적층된 전극의 굽힌 부분은 전극(2 및 4)이 없으며 양극집전체(1)와 음극집전체(5)가 서로 다른 위치로 연결되어 있다. 적층되어 있는 전지의 구성은 양극/음극:음극/양극:양극/음극 순서로 적층되어 있다. 즉 동일한 전극이 서로 닿아 있기 때문에 단락 가능성이 없다.
본 발명에 의하면 리튬폴리머 이차 전지의 제작시 어려웠던 연속공정 부분을 쉽게 해결할 수 있다. 도 7처럼 전극이 접혔던 부분에는 균열이나 단락의 발생 소지가 많지만 본 발명에 의한 도 1 내지 도 6의 전지에서는 접힌 부분에는 전극이 붙어 있지 않기 때문에 쉽게 전극을 접을 수 있다. 따라서 전극의 단락과 균열을 방지할 수 있다. 또한 도 8처럼 여러개의 전극을 적층해서 제조했던 것처럼 시간이 많이 소요되지 않으며 연속 공정이 가능하다. 따라서 본 발명에 의하면 리튬폴리머 이차전지의 연속 공정이 리튬이온 전지처럼 가능하게 되었다. 일정 크기와 일정 위치에서 전극의 열융착은 자동화 공정을 통해서 간단히 해결할 수 있다.

Claims (1)

  1. 리튬폴리머 전지 제조방법에 있어서, 양극과 음극의 전극을 일정 크기와 일정 간격으로 집전체인 알루미늄 메시와 구리 메시위에 열융착시킨 후 전극이 융착되지 않은 부분을 접어서 전지체를 여러번 겹쳐서 제조하는 것을 특징으로 하는 리튬폴리머 전지 제조방법.
KR1019980048351A 1998-11-12 1998-11-12 리튬폴리머 전지 제조방법 KR20000032030A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020029487A (ko) * 2000-10-13 2002-04-19 김순택 리튬 2차 전지 및, 그것의 극판 조립체
US9269984B2 (en) 2009-11-16 2016-02-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly and rechargeable battery using the same

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