KR20060030599A - Method of lithium ion polymer battery - Google Patents

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박재철
김성묵
이현우
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주식회사 디지털텍
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Abstract

본 발명은 전지 케이스로서 파우치를 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a lithium ion polymer battery using a pouch as a battery case.

본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법에 의하면, 케이스 실링 시 상부 및 하부 실링바로 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면을 융착할 때, 상기 양극 및 음극 단자가 상기 하부 및 상부 실링바와 면접촉하는 부분에서, 상기 상부 및 하부 실링바에 상기 양극 및 음극 단자와 동일한 폭과 두께의 저부를 형성하여 융착함으로써, 케이스의 실링하고자 하는 면에 동일한 압력이 작용하게 되어 단차에 의한 불완전 접착의 단점이 해소될 수 있다.According to the method of manufacturing a lithium ion polymer battery according to the present invention, when the case sealing the surface when the positive and negative terminals protrude from the upper and lower sealing bars, the positive and negative terminals are in surface contact with the lower and upper sealing bar In the part, the bottom and the same width and thickness of the positive and negative terminals are formed on the upper and lower sealing bars and fused, so that the same pressure acts on the surface to be sealed of the case, eliminating the disadvantage of incomplete adhesion due to the step. Can be.

리튬 전지, 폴리머Lithium battery, polymer

Description

리튬 이온 폴리머 전지의 제조방법{METHOD OF LITHIUM ION POLYMER BATTERY}Manufacturing method of lithium ion polymer battery {METHOD OF LITHIUM ION POLYMER BATTERY}

도 1 은 일반적인 파우치형 리튬 이온 폴리머 전지의 분리사시도.1 is an exploded perspective view of a typical pouch-type lithium ion polymer battery.

도 2 는 일반적인 파우치형 리튬 이온 폴리머 전지의 조립도.2 is an assembly view of a typical pouch type lithium ion polymer battery.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 리튬 이온 폴리머 전지 11 : 양극판10 lithium ion polymer battery 11 positive electrode plate

12 : 음극판 13 : 세퍼레이터12 negative electrode plate 13 separator

14 : 양극 단자 15 : 음극 단자14 positive terminal 15 negative terminal

16a : 상부 케이스 16b : 하부 케이스16a: upper case 16b: lower case

17 : 전극 조립체 18 : 접속부17 electrode assembly 18 connection part

본 발명은 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지 케이스로서 파우치를 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a lithium ion polymer battery, and more particularly, to a method for producing a lithium ion polymer battery using a pouch as a battery case.

일반적으로 비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행 됨에 따라, 그 구동용 전원으로 사용되는 2차 전지 에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 2차 전지는 예를 들어, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 2차 전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 2차 전지는 수명이 길고 용량이 크다는 장점을 가지고 있다.In general, as the weight reduction and high functionality of portable wireless devices such as video cameras, portable telephones, portable PCs, and the like have progressed, many studies have been conducted on secondary batteries used as driving power sources. Such secondary batteries include, for example, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, lithium secondary batteries, and the like. Among them, lithium secondary batteries have an advantage of long life and large capacity.

이와 같은 리튬 2차 전지는 사용되는 전해질의 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬 금속전지 및 리튬 이온 전지와 고분자 전해질을 이용하는 리튬 폴리머 전지로 나눌 수 있다.Such a lithium secondary battery may be classified into a lithium metal battery using an organic solvent electrolyte, a lithium ion battery, and a lithium polymer battery using a polymer electrolyte according to the type of electrolyte used.

이중 리튬 금속전지는 낮은 사이클 수명과 심각한 안정성의 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있으며, 이를 극복하기 위한 수단으로 리튬 금속 대신 음극으로 카본을 사용하는 리튬 이온 전지가 개발되어 상용화되었다.The dual lithium metal battery is having difficulty in commercialization due to low cycle life and serious stability problems. As a means of overcoming this, a lithium ion battery using carbon as a negative electrode instead of lithium metal has been developed and commercialized.

리튬 폴리머 전지는 액체 전해질형 리튬 이온 전지의 단점인 안정성 문제, 제조비용의 고가, 대형화의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있는 전지이지만 전기화학적 안정성, 높은 전도도 등의 기술적 해결 과제들을 가지고 있다.The lithium polymer battery is a battery that can solve problems such as stability problems, high manufacturing costs, and difficulty in enlargement, which are disadvantages of a liquid electrolyte type lithium ion battery, but have technical problems such as electrochemical stability and high conductivity.

상기 리튬 2차 전지들의 단점을 극복하기 위해 개발된 파우치형 리튬 이온 전지는 리튬 이온 전지와 리튬 폴리머 전지의 장점을 조합한 형태의 전지로서, 양극과 음극의 세퍼레이터(Separator)로 격리한 형태로 권취한 상태의 전지 셀(Cell)을 철제(Steel) 캔 및 알루미늄(Al) 캔과 같은 금속 캔 대신에 리튬 폴리머 전지의 케이스로 쓰이는 파우치(Pouch)에 수납하여 제조함으로써, 안정성을 높임과 동시에 경량화에 유리하다는 장점을 가지고 있다.The pouch type lithium ion battery developed to overcome the disadvantages of the lithium secondary batteries is a type of battery that combines the advantages of a lithium ion battery and a lithium polymer battery, and is wound in a form separated by a separator of a positive electrode and a negative electrode. The battery cell in a state is manufactured in a pouch used as a case of a lithium polymer battery instead of metal cans such as steel cans and aluminum cans, thereby increasing stability and reducing weight. It has the advantage of being advantageous.

도 1 은 이러한 일반적인 파우치형 리튬 이온 폴리머 전지의 분리 사시도이고, 도 2 는 일반적인 파우치형 리튬 이온 폴리머 전지의 조립도이다.1 is an exploded perspective view of such a general pouch type lithium ion polymer battery, and FIG. 2 is an assembly view of a general pouch type lithium ion polymer battery.

도 1 및 도 2를 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지(10)는 상부 및 하부 케이스(16a, 16b)와, 상기 상부 및 하부 케이스(16a, 16b)의 내부에 마련된 공간부에 삽입되는 양극판(11), 음극판(12) 및 세퍼레이터(13)로 된 전극 조립체와, 상기 양극판(11) 및 음극판(12)의 단부로부터 인출되는 접속부(18)와, 상기 접속부(18)와 접속되는 양극 단자(14)와 음극 단자(15)를 포함한다.1 and 2, the lithium ion polymer battery 10 includes upper and lower cases 16a and 16b and a positive electrode plate 11 inserted into a space provided inside the upper and lower cases 16a and 16b. ), An electrode assembly composed of a negative electrode plate 12 and a separator 13, a connecting portion 18 drawn out from ends of the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 12, and a positive electrode terminal 14 connected to the connecting portion 18. ) And a negative electrode terminal 15.

상기와 같은 구조를 가지는 리튬 이온 폴리머 전지(10)는 복수개의 양극판(11)과 음극판(12)의 단부로부터 인출되는 접속부(18)가 전극별로 분리되어 상기 양극 단자(14)와 음극 단자(15)에 용접된다. 그리고, 상기 양극 및 음극 단자(14, 15)는 추후 열융착되어 실링되는 상기 상부 케이스(16a)와 하부 케이스(16b)의 접촉면으로부터 상기 리튬 이온 폴리머 전지(10) 외부로 소정 길이 돌출된다.In the lithium ion polymer battery 10 having the structure as described above, the connection portions 18 drawn out from the ends of the plurality of positive electrode plates 11 and the negative electrode plates 12 are separated for each electrode, so that the positive electrode terminal 14 and the negative electrode terminal 15 are separated. Weld on). The positive and negative terminals 14 and 15 protrude a predetermined length out of the lithium ion polymer battery 10 from the contact surfaces of the upper case 16a and the lower case 16b which are subsequently heat-sealed and sealed.

그런데, 이러한 폴리머 리튬 전지(10)는 상기 접속부(16)의 단부와 용접되는 양극 단자(14)와 음극 단자(15)가 상기 상, 하부 케이스(16a, 16b)에 면접촉하는 부위에서 양극 및 음극단자(14, 15)의 높이로 인하여 단차가 생기게 된다.However, the polymer lithium battery 10 may include a positive electrode and a positive electrode at a portion where the positive electrode terminal 14 and the negative electrode terminal 15 welded to the ends of the connecting portion 16 are in surface contact with the upper and lower cases 16a and 16b. Due to the height of the negative electrode terminals 14 and 15, a step is generated.

이러한 단차의 발생으로 인하여 상기 양극 및 음극단자(14, 15)의 단부가 폴리머 리튬 전지(10) 외부로 인촐된 상태에서 다층막으로 이루어진 상, 하부 케이스(16a, 16b)를 열융착으로 접착시킬 때, 접착성이 완전하지 못한 관계로 리튬 이온 폴리머 전지(10) 내부의 전해액이 유출되거나 외부의 공기가 리튬 이온 폴리머 전지(10) 내부로 유입되는 문제점이 발생된다. 이러한 문제점으로 인하여 리튬 이온 폴리머 전지(10)의 성능을 저하시키는 단점이 있다.Due to the occurrence of the step, when the ends of the positive and negative electrode terminals 14 and 15 are led out of the polymer lithium battery 10, the upper and lower cases 16a and 16b made of a multilayer film are bonded by heat fusion. Due to the incomplete adhesion, the electrolyte may leak out of the lithium ion polymer battery 10 or the outside air may flow into the lithium ion polymer battery 10. Due to such a problem, there is a disadvantage in degrading the performance of the lithium ion polymer battery 10.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 한 것으로, 이러한 전지의 완전한 밀폐성을 유지시켜 주기 위하여 제조 공정이 개선된 리튬 이온 폴리머 전지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a lithium ion polymer battery in which a manufacturing process is improved in order to maintain a complete sealing of the battery.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지 제조 방법은, (a)양극판과 음극판사이에 세퍼레이터가 개재되어 순서대로 번갈아 적층되는 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면만 남기고 상기 케이스의 각 면을 실링하는 단계; (b) 상기 전극 조립체에 전해액을 주입한 후 상기 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면을 상부 및 하부 실링바로 융착하여 실링하는 단계;를 포함하고, 상기 상부 및 하부 실링바로 상기 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면을 융착할 때, 상기 양극 및 음극 단자가 상기 하부 및 상부 실링바와 면접촉하는 부분에서, 상기 상부 및 하부 실링바에 상기 양극 및 음극 단자와 동일한 폭과 두께의 저부를 형성하여 융착하는 것을 특징으로 한다.In the lithium ion polymer battery manufacturing method of the present invention for achieving the above object, (a) a positive electrode terminal and a negative electrode terminal is inserted into the case after inserting the electrode assembly which is alternately stacked between the positive electrode plate and the negative electrode plate in order Sealing each side of the case leaving only the protruding side; (b) after injecting the electrolyte into the electrode assembly, sealing the protruding surfaces of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal with upper and lower sealing bars; and including the positive and negative terminal terminals with the upper and lower sealing bars. Is fused to form a bottom having the same width and thickness as the positive and negative terminals on the upper and lower sealing bars at a portion where the positive and negative terminals are in surface contact with the lower and upper sealing bars. It is characterized by.

이하, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a lithium ion polymer battery according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 양극판(11), 음극판(12) 및 세퍼레이터(13)가 적층된 구조로 되어 있는 전극 조립체(17)를 제조하여, 상부 및 하부 케이스(16a, 16b)의 내부에 마련된 공간부에 삽입한다.Referring to FIGS. 1 and 2, an electrode assembly 17 having a structure in which a positive electrode plate 11, a negative electrode plate 12, and a separator 13 are stacked is manufactured, and upper and lower cases 16a and 16b are manufactured. Insert into the space provided in the interior.

여기서, 전극 조립체(17)의 제조에 대해서 설명하면 다음과 같다.Here, the manufacturing of the electrode assembly 17 will be described.

먼저, 전극 활물질, 결합제, 도전제 및 용매를 포함하는 전극 활물질 조성물을 이용하며 집전체 상에 전극 활물질층을 형성한다. 이때, 전극 활물질층을 형성하는 방법은 전극 활물질 조성물을 집전체상에 직접 코팅하는 방법이나 또는 전극 활물질 조성물을 별도의 지지체 상부에 코팅 및 건조한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻어진 필름을 집전체 상에 라이네이션하는 방법이 있다.First, an electrode active material layer is formed on a current collector using an electrode active material composition including an electrode active material, a binder, a conductive agent, and a solvent. At this time, the method for forming the electrode active material layer is a method of directly coating the electrode active material composition on the current collector, or by coating and drying the electrode active material composition on a separate support, and then peeling from the support to the film obtained on the current collector There is a way to do it.

상술한 방법에 따라 제조된 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터를 삽입하고, 이를 젤리롤(Jelly Roll) 방식으로 권취하여 된 전극 조립체를 만들거나 또는 바이셀 구조의 전극 조립체를 만든다. 젤리롤 방식으로 권취하여 전극 조립체를 만드는 것이 리튬 2차 전지를 고용량화 할 수 있어서 바람직하다.The separator is inserted between the negative electrode plate and the positive electrode plate prepared according to the above-described method, and wound up in a jelly roll to make an electrode assembly or a bi-cell electrode assembly. It is preferable to make the lithium secondary battery high in capacity by winding in a jelly roll manner to make the electrode assembly.

이와 같이 제조된 전극 조립체(17)는 절연성 하부 케이스(16b)의 내부에 마련된 공간부에 삽입되며 그와 일체로 형성된 상부 케이스(16a)로 덮는다. 리튬 이온 폴리머 전지는 케이스로서 통상 알루미늄 다층막 파우치(pouch)를 사용한다.The electrode assembly 17 manufactured as described above is inserted into a space provided inside the insulating lower case 16b and covered with the upper case 16a integrally formed therewith. Lithium ion polymer batteries usually use an aluminum multilayer film pouch as the case.

전극 조립체(17)가 삽입된 케이스는 양극 및 음극 단자(14, 15)가 케이스 밖으로 돌출된 면만을 제외하고 나머지 면들을 모두 융착 실링한다.The case into which the electrode assembly 17 is inserted seals all the other surfaces except the surface where the positive and negative terminals 14 and 15 protrude out of the case.

이와 같이 단자들이 돌출된 면만을 제외하고 케이스를 실링한 후 전극 조립체(17)에 전해액을 주입한 후 양극 및 음극 단자(14, 15)가 케이스 밖으로 돌출된 면을 실링바(seal bar)로 실링한다.After sealing the case except the surface where the terminals protrude, the electrolyte is injected into the electrode assembly 17, and then the surface where the positive and negative terminals 14 and 15 protrude out of the case is sealed with a sealing bar. do.

실링바는 상부 및 하부 실링바로 구성되어, 케이스의 실링하고자 하는 면(양극 및 음극 단자가 케이스 밖으로 돌출된 면)을 하부 실링바 상에 배치시킨 후, 하부 실링바에 상부 실링바를 접촉시킨다. 이때, 양극 및 음극 단자(14, 15)가 하부 및 상부 실링바와 면접촉하는 부분에서 양극 및 음극 단자의 폭과 두께와 동일하게 하부 및 상부 실링바에 홈을 파서 저부를 형성시킨다. The sealing bar is composed of upper and lower sealing bars, and the surface to be sealed (the positive and negative terminals protruding out of the case) is disposed on the lower sealing bar, and then the upper sealing bar is brought into contact with the lower sealing bar. At this time, at the portion where the positive and negative terminals 14 and 15 are in surface contact with the lower and upper sealing bars, grooves are formed in the lower and upper sealing bars in the same manner as the width and thickness of the positive and negative terminal to form a bottom portion.

이와 같은 저부를 형성하게 되면 상기의 융착과정에서 하부의 실링바를 상부의 실링바로 누를 때, 양극 및 음극 단자의 폭과 두께만큼 저부를 둠으로써 케이스의 실링하고자 하는 면에 동일한 압력이 작용하게 되어 단차에 의한 불완전 접착의 단점이 해소될 수 있다.When the bottom is formed, the same pressure acts on the surface to be sealed by placing the bottom by the width and thickness of the positive and negative terminals when the lower sealing bar is pressed by the upper sealing bar in the fusion process. The disadvantages of incomplete adhesion due to can be eliminated.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법에 의하면, 케이스 실링 시 상부 및 하부 실링바로 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면을 융착할 때, 상기 양극 및 음극 단자가 상기 하부 및 상부 실링바와 면접촉하는 부분에서, 상기 상부 및 하부 실링바에 상기 양극 및 음극 단자와 동일한 폭과 두께의 저부를 형성하여 융착함으로써, 케이스의 실링하고자 하는 면에 동일한 압력이 작용하게 되어 단차에 의한 불완전 접착의 단점이 해소될 수 있다.As described above, according to the manufacturing method of the lithium ion polymer battery according to the present invention, when the case sealing the upper and lower sealing bars to the surface protruding the positive and negative terminals protruding, the positive and negative terminals are the lower And forming a bottom portion having the same width and thickness as the positive and negative terminals on the upper and lower sealing bars at the surface contacting portion with the upper sealing bar, such that the same pressure acts on the surface to be sealed of the case. The disadvantages of incomplete adhesion can be eliminated.

따라서, 상, 하부 케이스를 열융착으로 접착시킬 때, 접착성이 완전하지 못한 관계로 리튬 이온 폴리머 전지 내부의 전해액이 유출되거나 외부의 공기가 리튬 이온 폴리머 전지 내부로 유입되는 문제점이 해소되어, 리튬 이온 폴리머 전지(10)의 성능을 개선시킬 수 있다.Therefore, when the upper and lower cases are bonded by heat fusion, the problem that the electrolyte solution flows out inside the lithium ion polymer battery or the outside air flows into the lithium ion polymer battery because the adhesiveness is not perfect is solved. The performance of the ion polymer battery 10 can be improved.

본 발명의 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형예 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해해야 할 것이다. Although described with reference to one embodiment shown in the drawings of the present invention, this is merely exemplary, those skilled in the art should understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. something to do.                     

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (1)

양극판과 음극판사이에 세퍼레이터가 개재되어 순서대로 번갈아 적층되는 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면만 남기고 상기 케이스의 각 면을 실링하는 단계; 및Inserting an electrode assembly in which the separators are alternately stacked between the positive electrode plates and the negative electrode plates and sequentially stacked in the case, and sealing each side of the case leaving only the protruding surfaces of the positive and negative terminals; And 상기 전극 조립체에 전해액을 주입한 후 상기 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면을 상부 및 하부 실링바로 융착하여 실링하는 단계를 포함하고,Injecting electrolyte into the electrode assembly and sealing the protruding surfaces of the positive and negative terminals with upper and lower sealing bars; 상기 상부 및 하부 실링바로 상기 양극 단자 및 음극 단자가 돌출된 면을 융착할 때, 상기 양극 및 음극 단자가 상기 하부 및 상부 실링바와 면접촉하는 부분에서, 상기 상부 및 하부 실링바에 상기 양극 및 음극 단자와 동일한 폭과 두께의 저부를 형성하여 융착하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법.When the positive and negative terminals are welded to the upper and lower sealing bars, the positive and negative terminals are connected to the upper and lower sealing bars at portions where the positive and negative terminals are in surface contact with the lower and upper sealing bars. A method of manufacturing a lithium ion polymer battery, characterized in that the bottom portion having the same width and thickness is formed and fused.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9093671B2 (en) 2011-04-05 2015-07-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly and secondary battery using the same
JP2017126558A (en) * 2016-01-12 2017-07-20 セイコーインスツル株式会社 Electrochemical cell and manufacturing method of electrochemical cell

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