KR100237374B1 - 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀 및 그의 제조방법 - Google Patents

리튬 폴리머 2차전지 멀티셀 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 한정된 용적에서 전지의 용량을 증가시키고 편극화와 단락의 위험을 줄임으로써 종래의 전지보다 우수한 특성을 지닌 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀과, 그것의 개선된 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀은, (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)으로 구성된 복수개의 단위셀이 직렬로 적충되거나 또는 병렬로 연결되며, 상기한 양전극 및 음전극을 구성하는 집전체가 동일한 전극끼리 한 방향으로 모이도록 하여 일체로 구성된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀의 제조방법은, 음극 집전체(1,1')상에 음전극 물질(2)의 슬러리를 도포하고 건조시켜 음전극을 형성하는 단계와, 양극 집전체(4,4') 상에 양전극 물질(5)의 슬러리를 도포하고 건조시켜 양전극을 형성하는 단계와, 고분자 전해액을 박판 상에 캐스팅하고 박판으로부터 분리시켜 고분자 전해막(3)을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 얻어진 양전극, 음전극 및 고분자 전해막(3)을 (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)의 순서로 배열하고 접합하여 단위셀을 제조하는 단계와, 상기한 복수개의 단위셀을 직렬로 적층하거나 또는 병렬로 연결하고, 상기한 양전극 및 음전극을 구성하는 집전체(1,1' 또는 4,4')가 동일한 전극끼리 한 방향으로 모이도록 하여 인접한 전극을 일체로 구성하는 단계를 포함한다.

Description

리튬 폴리머 2차전지 멀티셀 및 그의 제조방법
본 발명은 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 한정된 용적에서 전지의 용량을 증가시키고 편극화와 단락의 위험을 줄임으로써 종래의 전지보다 우수한 특성을 지닌 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀과, 그것의 개선된 제조방법에 관한 것이다.
종래기술에 따른 리튬 폴리머 셀은, 양전극/전해질/음전극을 직접 접합하여 구성하였으며, 이러한 단위셀을 감아 팩에 넣음으로써, 리튬 폴리머 전지를 구성하였다. 이와 같은 종래의 리튬 폴리머 전지에서는, 부피 및 중량을 줄이면서 전지의 용량을 증가시키려면, 집전체 위에 도포되는 전극 물질의 양을 증가시켜 단위 면적당 활물질의 양을 늘려야 한다.
그러나, 이렇게 할 경우, 전극의 양단 간에 편극화가 증가하여 전지의 성능저하와 전지의 수명 감소를 유발하게 된다. 또한, 상기한 종래기술에서는, 전지의 제조과정에 있어서도 양전극/전해질/음전극의 접합으로 구성된 단위셀을 감아서 팩 속에 채워넣기 때문에, 셀이 구부려지는 부분의 유휴 공간이 존재하게 되어, 이로 인해, 전지의 용량의 감소는 물론, 반대 전극 간의 접촉에 의한 단락으로 전지의 수명이 단축된다는 문제점이 있었다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 한정된 용적에서 전지의 용량을 증가시킬 수 있고, 편극화와 단락의 위험을 줄임으로서 전지의 성능과 수명을 대폭적으로 증가시킬 수 있는, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 본 발명의 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀을 간단하면서도 경제적으로 제조할 수 있는, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀의 제조방법을 제공함에 있다.
제1(a)도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 폴리머 멀티셀의 분해상태를 나타낸 단면 구성도.
제1(b)도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 폴리머 멀티셀의 조립상태를 나타낸 단면 구성도.
제2도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 폴리머 멀티셀의 단면 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,1' : 음극 집전체 2 : 음전극 물질
3 : 고분자 전해막 4,4' : 양극 집전체
5 : 양전극 물질
상기한 목적을 달성하는, 본 발명에 따른, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀은, (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)으로 구성된 복수개의 단위셀이 직렬로 적층되거나 또는 병렬로 연결되며, 상기한 양전극 및 음전극을 구성하는 집전체가 동일한 전극끼리 한 방향으로 모이도록 하여 일체로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀의 제조방법은, 음극 집전체 상에 음전극 물질의 슬러리를 도포하고 건조시켜 음전극을 형성하는 단계와, 양극 집전체 상에 양전극 물질의 슬러리를 도포하고 건조시켜 양전극을 형성하는 단계와, 고분자 전해액을 박판 상에 캐스팅하고 박판으로부터 분리시켜 고분자 전해막을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 얻어진 양전극, 음전극 및 고분자 전해막을(음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)의 순서로 배열하고 접합하여 단위셀을 제조하는 단계와, 상기한 복수개의 단위셀을 직렬로 적층하거나 또는 병렬로 연결하고, 상기한 양전극 및 음전극을 구성하는 집전체가 동일한 전극끼리 한 방향으로 모이도록 하여 인접한 전극을 일체로 구성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기한 단위셀의 제조시, 배열이 이루어진 (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)을 라미네이터를 이용하여 동시에 접합하는 것이 바람직하며, 상기한 인접한 전극은 초음파 용접하여 일체로 구성하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀 및 그의 제조방법을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
제1(a)도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 폴리머 멀티셀의 분해상태를 나타낸 단면 구성도이고, 제1(b)도는 제1(a)도에 도시된 리튬 폴리머 멀티셀의 조립상태를 나타낸 단면 구성도이다.
제1(a)도 및 제1(b)도를 참조하여, 본 발명의 리튬 폴리머 멀티셀에 대한 제조공정을 살펴보면, 제1(a)도에 도시된 바와 같이, 그리드형 포일 형태로 형성된 음극 구리 집전체(1,1') 위에 음전극 물질(2)의 슬러리를 도포하고 건조시켜 음전극판을 제조하고, 한편으로, 그리드형 포일 형태로 형성된 양극 알루미늄 집전체(4,4') 위에 양전극 물질(5)의 슬러리를 도포하고 건조시켜 양전극판을 제조한다.
이때, 상기한 양전극 물질(5)로는 산화물을 사용하는 것이 바람직하고, 음전극 물질(2)로는 탄소(C) 또는 흑연(graphite)를 사용하는 것이 바람직하다. 다음에는, 고분자 전해액을 유리판 또는 필름과 같은 박판 위에 캐스팅한 후 박판과 분리시켜 고분자 전해막(3)을 제조한다.
그후, 상기에서 제조된 전극판들과 고분자 전해막(3)을 (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)의 순서로 배열하고, 이들을 라미네이터를 이용하여 동시에 접합하여 단위셀을 제조한다. 이렇게 접합된 단위셀을 (음전극/고분자 전해막/양전극) (양전극/고분자 전해막/음전극)/(음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)/(음전극/고분자 전해막/양전극)/(양전극/고분자 전해막/음전극)의 순서로 원하는 만큼 직렬로 적층하고, 전극판들의 집전체(1,1' 또는 4,4')가 같은 극끼리 한 방향으로 모이게 한 후, 인접한 집전체들(1,1' 또는 4,4')을 초음파 용접기를 이용하여 용접하게 되면, 제1(b)도에 도시된 바와 같이, 여러개의 전극이 하나의 전극으로 합쳐져 마치 단위셀의 전극과 같은 전극을 구비한 멀티셀이 얻어진다.
다음에, 상기한 멀티셀을 금속 위에 폴리머가 도포된 봉투에 투입하고, 진공하에서 봉합하게 되면, 리튬 폴리머 고분자 2차 전지가 완성된다.
제2도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 폴리머 멀티셀의 단면 구성도로서, 상기한 본 발명의 제조방법에 있어서, 복수개의 단위셀을 직렬로 적층하는 대신에, 병렬로 연결하여 멀티셀을 제조한 결과를 나타낸다.
상기한 본 발명에 따르면, 각 전극의 양쪽에 서로 반대전극이 위치하도록 전지를 구성함으로써, 각 전극의 양쪽에서 리튬을 공급할 수 있어, 실제적으로 리튬이 이동하는 거리가 짧아져 편극화를 줄일 수 있고, 동일한 부피에서 전지의 용량을 증대시킬 수 있으며, 전지의 부피 및 중량을 감소시킬 수 있다.
또한, 종래기술의 경우, 단위셀을 감아서 팩에 넣어 전지를 제조함으로써 발생하는 유휴공간으로 인한 전지의 용량 감소와 전극 간의 단락 등으로 인한 전지의 수명단축의 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 전지는 상기한 문제점을 개선함으로써, 전지의 용량과 수명을 향상시킬 수 있고, 셀을 구부림으로써 발생하는 유휴공간을 줄일 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 폴리머 멀티셀은, 양전극 또는 음전극의 양쪽에 반대전극을 위치시킴으로써 전극반응시 전극의 두께 증가로부터 나타나는 편극화를 현저히 줄일 수 있어 전지의 성능 및 수명을 증대시킬 수 있으며, 적은 부피에 전지의 용량을 증가시킬 수 있어 기존의 리튬 폴리머 전지의 단점인 단위부피당 에너지 밀도를 대폭적으로 증가시킬 수 있고, 공정을 연속적으로 진행할 수 있어 제조공정의 간소화를 기할 수 있음은 물론, 경제적으로 전지를 제조할 수 있다.

Claims (4)

  1. 음극 집전체 위에 음전극 물질이 도포된 음전극과, 양극 집전체 위에 양극물질이 도포된 양전극과, 고분자 전해액을 박판위에 캐스팅한 후 박판과 분리시킨 고분자 전해막을 구비하여 (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)의 순서로 배열 접합하여 단위셀을 제조하고, 복수개의 단위셀을 음전극과 음전극이, 양전극과 양전극이 서로 접하게 직렬로 적층하거나 병렬로 연결하며, 상기 적층된 복수개의 단위셀들의 양전극 및 음전극을 구성하는 집전체가 동일한 전극끼리 한 방향으로 모이도록 배열하여 같은 극끼리 하나의 전극으로 용접하여 멀티셀로 구성한 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀.
  2. 음극 집전체 상에 음전극 물질의 슬러리를 도포하고 건조시켜 음전극을 형성하는 단계와, 양극 집전체 상에 양전극 물질의 슬러리를 도포하고 건조시켜 양전극을 형성하는 단계와, 고분자 전해액을 박판 상에 캐스팅하고 박판으로부터 분리시켜 고분자 전해막을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 얻어진 양전극, 음전극 및 고분자 전해막을 (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)의 순서로 배열하고 접합하여 단위셀을 제조하는 단계와, 상기한 복수개의 단위셀을 직렬로 적층하거나 또는 병렬로 연결하고, 상기한 양전극 및 음전극을 구성하는 집전체가 동일한 전극끼리 한 방향으로 모이도록 하여 인접한 전극을 일체로 구성하는 단계를 포함하는, 리튬 폴리머 2차 전지 멀티셀의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 단위셀의 제조시, 배열이 이루어진 (음전극/고분자 전해막/양전극) 또는 (양전극/고분자 전해막/음전극)을 라미네이터를 이용하여 동시에 접합하는 것을 특징으로 하는, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기한 인접한 전극들을 초음파 용접하여 일체로 구성하는 것을 특징으로 하는, 리튬 폴리머 2차전지 멀티셀의 제조방법.
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