KR100336494B1 - 전지용 극판 제작방법과, 리튬 고분자 바이-셀 제작방법 - Google Patents
전지용 극판 제작방법과, 리튬 고분자 바이-셀 제작방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 극판 집전체의 양면에 양/음극물질을 접합시켜 전지용 양/음극판을 제작하고, 제조된 양/음극판을 절개한 후 열간 압착하여 리튬 고분자 바이-셀(Bi-cell)을 제작하는 방법에 관한 것이다.
이러한 리튬 고분자 바이-셀 제작방법은, 음극판과 제1전해질막을 접합하여 하나의 롤로 제작한 후 제1전해질막/음극판 접합물을 공급하는 제1단계와; 상기 제1전해질막/음극판 접합물에 제1양극판을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판의 순서로 적층시키는 제2단계; 상기 제1양극판/제1전해질막/음극판 적층물 위에 제2전해질막을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 순서로 적층시키는 제3단계; 상기 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 위에 제2양극판을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 순서로 적층시키는 제4단계; 및 상기 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 적층물을 열간 압착하여 접합하는 제5단계를 포함한다.
Description
본 발명은 리튬 고분자 2차전지의 제작공정에 관한 것으로서, 특히 극판 집전체의 양면에 양/음극물질을 접합시켜 전지용 양/음극판을 제작하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 제조된 양/음극판을 절개한 후 열간 압착하여 리튬 고분자 바이-셀(Bi-cell)을 제작하는 방법에 관한 것이기도 하다.
일반적인 리튬 이온전지 셀은 양극판/분리막/음극판의 접합으로 구성되며, 리튬 고분자 셀은 양극판/전해질막/음극판의 접합으로 구성된다. 이러한 리튬 고분자 셀을 제조하기 위하여, 종래에는 양극판, 전해질막, 음극판을 각각 제조하여 적층함으로써 세 층으로 이루어진 단위셀 전지를 제작하였다.
또한, 종래의 전지용 양/음극판은, 금속 호일이나 기공이 50% 이상인 그리드형 확장금속 집전체 위에 양극 또는 음극물질 슬러리를 직접 도포하고 건조함으로써 제작하였다. 그러나, 이 그리드형 확장금속의 표면에 슬러리를 직접 도포할 경우, 슬러리가 확장금속 위를 밀려가면서 확장금속의 기공에 압력이 형성되어 기공 속으로 슬러리가 충분히 함침되지 못하고, 이러한 상태로 건조시키면 극판의 표면에 요철이 형성된다. 또한, 충분히 함침된 부분과 함침되지 않은 부분에 슬러리양이 일정하지 않고 따라서 극판의 두께를 일정하게 제작할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 양극판, 전해질막, 음극판 각각을 제작하여야 하는데, 이들 각 층을 재현성있고 항상 용량이 일정하도록 제작하는 공정상의 어려움이 있으며, 상기의 양극판, 전해질막, 음극판을 동시에 접합시켜야 하기 때문에 전지의 제작 공정이 복잡하고 번거로운 단점이 있었다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 양극물질 또는 음극물질 슬러리를 이동막 위에 도포하고 박리시켜 전극막을 제작하고, 이 전극막을 집전체인 확장금속호일의 양면에 접속시켜 전지용 극판을 제작하는 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 방법으로 제작한 전지용 극판을 적절하게 절개한 후, 양극판/전해질막/음극판/전해질막/양극판의 순서로 적층되게 배열하여 열간 압착을 통해 접합시킴으로써 리튬 고분자 바이-셀 전지를 제작하는 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 의해 제작된 리튬 고분자 바이-셀을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전지용 극판 제작공정을 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 리튬 고분자 바이-셀 제작공정을 도시한 모식도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
31 : 제1전해질막/음극판 접합물 32 : 공급롤
33 : 제1양극판 34 : 제1양극판의 공급롤
35 : 몰드
36 : 제1양극판/제1전해질막/음극판 적층물
37 : 공급롤 38 : 제2전해질막
39 : 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 적층물
40 : 제2양극판 41 : 제2양극판의 공급롤
42 : 몰드
43 : 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 적층물
44 : 열간압착 프레스 45 : 감기롤
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 전지용 극판 제작방법은, 운송막(carrier film)에 극물질(양극 또는 음극) 슬러리를 도포하고 박리시켜 자유지지막을 제조하는 제1단계와; 상기 자유지지막을 집전체의 양면에 공급하는 제2단계; 및 상기 양면의 자유지지막과 집전체를 접합시키는 제3단계를 포함한다.
여기서, 상기 집전체는 확장금속호일이면 양호하다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판이 적층된 리튬 고분자 바이-셀 전지를 제작하는 방법이 제공된다.
이 리튬 고분자 바이-셀 제작방법은, 음극판과 제1전해질막을 접합하여 하나의 롤로 제작한 후 제1전해질막/음극판 접합물을 공급하는 제1단계와; 상기 제1전해질막/음극판 접합물에 제1양극판을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판의 순서로 적층시키는 제2단계; 상기 제1양극판/제1전해질막/음극판 적층물 위에 제2전해질막을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 순서로 적층시키는 제3단계; 상기 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 위에 제2양극판을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 순서로 적층시키는 제4단계; 및 상기 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 적층물을 열간 압착하여 접합하는 제5단계를 포함한다.
양호하게는, 상기 제1양극판과, 제1전해질막/음극판 접합물, 제2전해질막, 및 제2양극판은 각각의 공급롤에 의해 공급되며, 상기 각각의 공급롤은 열간압착을 위해 필요한 시간을 확보하기 위해 정지와 회전을 주기적으로 반복한다.
보다 양호하게는, 상기 극판은 운송막(carrier film)에 극물질(양극 또는 음극) 슬러리를 도포하고 박리시켜 자유지지막을 제조하는 제1소단계와; 상기 자유지지막을 집전체의 양면에 공급하는 제2소단계; 및 상기 양면의 자유지지막과 집전체를 접합시키는 제3소단계를 통해 제조되며, 상기 양극판과 음극판은 필요한 크기만큼 절개된 후 공급된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따라 제작된 리튬 고분자 단위셀 전지와 바이-셀 전지를 각각 도시한 도면이다. (a)는 리튬 고분자 단위셀 전지를 도시한 단면도로서, 집전체(11)의 양면에 극물질(12)이 도포되어 제작된다. (b)는 리튬 고분자 바이-셀 전지를 도시한 단면도로서, 양극판(13)/전해질막(14)/음극판(15)/전해질막(14)/양극판(13)이 순차적으로 적층되어 제작된다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전지용 극판 제작공정을 도시한 도면이다. 운송막(23)은 공급롤(24)을 통해 공급되어 감기롤(25)에 감긴다. 이 운송막(23)에는 극판 제작을 위한 극물질 슬러리(slurry)가 도포되며, 이 슬러리가 박리되면서 생성된 자유지지막(22)이 접합롤(27)에 제공된다. 이 자유지지막(22)은 집전체(21)의 양면으로 제공된다.
한편, 집전체(21)는 공급롤(26)을 통해 공급되어 접합롤(27)에 제공된다. 접합롤(27)은 자유지지막/집전체/자유지지막을 접합시켜서 극판(29)을 만든다. 이 극판(29)는 감기롤(28)에 감긴다. 이때, 집전체로는 확장금속호일을 사용하며, 극물질 슬러리의 종류에 따라 극판이 양극판 혹은 음극판으로 제작된다.
이와 같이 극물질 슬러리를 도포 박리시킴으로 자유지지막을 생성하고, 이 자유지지막을 집전체의 양면에 접합하면 막의 두께가 항상 일정하고 용량이 균일한 극판을 제작할 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 리튬 고분자 바이-셀 제작공정을 도시한 도면이다. 리튬 고분자 바이-셀은 양극판/전해질막/음극판/전해질막/양극판이 적층되어 제작되며, 본 발명에서는 편의상 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판으로 명명한다.
먼저, 음극판은 적절한 크기만큼 절개하여 제1전해질막과 접합한 후 하나의 롤로 제작한다. 즉, 제1전해질막/음극판 접합물(31)이 공급롤(32)을 통해 화살표방향(a1)으로 공급된다. 한편, 제1양극판(33)은 공급롤(34)을 통해 공급되는데, 몰드(35)가 제1양극판(33)을 연속적으로 절개하면 적절한 크기의 제1양극판(33)이 화살표방향(a2)으로 공급된다. 제1전해질막/음극판 접합물(31)과 제1양극판(33)이 각각 공급되면, 제1전해질막/음극판 접합물(31)이 제1양극판(33) 위에 적층되면서 제1양극판/제1전해질막/음극판 적층물(36)이 생성된다.
다음, 제2전해질막(38)은 공급롤(37)을 통해 제1양극판/제1전해질막/음극판 적층물(36) 위에 공급되어, 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 적층물(39)이 생성된다.
다음, 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 적층물(39) 위에 제2양극판(40)이 공급된다. 이 제2양극판(40)은 공급롤(41)를 통해 공급되며, 몰드(42)에 의해 적절한 크기로 절개된 후 화살표방향(a3)으로 이동한다. 이 제2양극판(40)이 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 적층물(39) 위로 적층되면, 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 적층물(43)이 생성되며, 이는 열간압착 프레스(44)에서 열간압착되어 접합된다. 이렇게제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판이 순서로 적층되어 접합된 리튬 고분자 바이-셀 전지는 감기롤(45)에 감겨진다.
열간압착 프레스(44)가 열간압착 접합하는 데 필요한 시간을 확보하기 위하여, 모든 공급롤(32, 34, 37, 41)들은 주기적으로 정지와 회전을 반복 수행한다. 이와 같이 제작된 바이-셀은 단위셀 전지보다 용량밀도가 증가되며, 극판제작공정에 이어서 연속적으로 셀 제작공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이상과 같이 본 발명에 의해 제작된 리튬 고분자 바이-셀 전지는 종래 단위셀 전지보다 용량밀도가 2배 정도 증가되고, 전지의 무게와 부피를 줄일 수 있으며, 제작공정면에서도 극판 제작공정 후에 바로 수행할 수 있기 때문에 양산에 적용할 때 전지 제작원가를 절감할 수 있는 경제적 효과가 크다.
Claims (7)
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- 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판을 적층하여 리튬 고분자 바이-셀 전지를 제작하는 방법에 있어서,음극판과 제1전해질막을 접합하여 하나의 롤로 제작한 후 제1전해질막/음극판 접합물을 공급하는 제1단계와;상기 제1전해질막/음극판 접합물에 제1양극판을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판의 순서로 적층시키는 제2단계;상기 제1양극판/제1전해질막/음극판 적층물 위에 제2전해질막을 공급하여제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 순서로 적층시키는 제3단계;상기 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막 위에 제2양극판을 공급하여 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 순서로 적층시키는 제4단계; 및상기 제1양극판/제1전해질막/음극판/제2전해질막/제2양극판 적층물을 열간 압착하여 접합하는 제5단계를 포함한 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 바이-셀 제작방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제1양극판과, 제1전해질막/음극판 접합물, 제2전해질막, 및 제2양극판은 각각의 공급롤에 의해 공급되며, 상기 각각의 공급롤은 열간압착을 위해 필요한 시간을 확보하기 위해 정지와 회전을 주기적으로 반복하는 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 바이-셀 제작방법.
- 제3항에 있어서, 상기 극판은, 운송막(carrier film)에 극물질(양극 또는 음극) 슬러리를 도포하고 박리시켜 자유지지막을 제조하는 제1소단계와;상기 자유지지막을 집전체의 양면에 공급하는 제2소단계; 및상기 양면의 자유지지막과 집전체를 접합시키는 제3소단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 바이-셀 제작방법.
- 제3항에 있어서, 상기 양극판과 음극판은 필요한 크기만큼 절개된 후 공급되는 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 바이-셀 제작방법.
- 제3항에 있어서, 상기 제5단계는, 열간압착 프레스를 이용하는 것을 특징으로 하는 리튬 고분자 바이-셀 제작방법.
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