KR100342422B1

KR100342422B1 - 리튬 폴리머 전지 제조방법

Info

Publication number: KR100342422B1
Application number: KR1020000033363A
Authority: KR
Inventors: 김주용; 육경창
Original assignee: 변동호; 성남전자공업주식회사
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-07-02
Also published as: KR20010113200A

Abstract

본 발명은 가느다란 음극 리드선(111)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(112)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(113)을 피복시켜 음극 실(110)을 제조하는 단계와, 가느다란 양극 리드선(121)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(122)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(123)을 피복시켜 양극 실(120)을 제조하는 단계와, 상기 음극 실(110)과 양극 실(120)을 씨실과 날실로 이용하여 메쉬(mesh)형으로 상호 교차시켜 짜는 단계와, 상호 교차된 상기 음극 실(110) 및 양극 실(120)의 틈새에 전해액(130)을 투여하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다. 따라서, 가느다란 음극 리드선(111)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(112)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(113)을 피복시켜 만들어진 음극 실(110)과, 가느다란 양극 리드선(121)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(122)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(123)을 피복시켜 만들어진 양극 실(120)을 씨실과 날실로 이용하여 메쉬(mesh)형으로 상호 교차시켜 제조하기 때문에 종래의 압축롤러(21)로 압축하여 제조하는 방법에 비하여 계면저항을 크게 억제할 수 있어 전지의 성능이 열화되지 않고 크게 개선되는 유용함이 있다.

Description

리튬 폴리머 전지 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LITHIUM POLYMER BATTERY}

본 발명은 리튬 폴리머 전지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가느다란 음극 리드선을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질을 피복시켜 제조된 음극 실과, 가느다란 양극 리드선을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질을 피복시켜 제조된 양극 실을 씨실과 날실로 이용하여 메쉬(mesh)형으로 상호 교차시키면서 짠 리튬 폴리머 전지 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 리튬 폴리머 전지는 양극과 음극 사이에 폴리머 전해질을 넣고 그 외부를 집전체와 외장재 순으로 씌운구조로 제작된다.

폴리머 전해질은 통상 모노마, 유기용제, 전해질염 등 3종류의 물질을 혼합하여 사용하고, 양극에는 LiCoO₂를 음극에는 탄소재료를 주로 사용한다.

리튬 폴리머 전지의 장점은 우선 고체나 겔상태의 폴리머를 사용하기 때문에 두께를 1mm이하로 줄일 수 있는 등 제작할 수 있는 두께에서 리튬 이온전지보다 크게 앞서고, 또한 안정성면에서도 전해질을 점성이 높은 겔상태의 고체 폴리머를 사용하기 때문에 전지에 구멍이 나도 용액이 흘러나오지 않아 리튬 이온전지와 같은 발화위험이 거의 발생하지 않는 특징이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지를 나타내는 부분 단면을 포함한 사시도이다.

종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지는 도 1에 도시된 바와 같이 구리포일(11)이 준비되고 이 구리포일(11) 위에 음극활물질막(12)이 적층된다. 그리고, 음극활물질막(12) 위에는 전해질격리막(13) 및 양극활물질막(14)이 순차 적층되고, 양극활물질막(14) 위에는 다시 알루미늄포일(15)이 적층된다.

도 2는 종래의 일 예에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 종래의 다른 예에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법을 설명하기 위한 개략도이다.

종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이 리튬 폴리머 전지의 구성을 이루는 구리포일(11), 음극활물질막(12), 전해질격리막(13), 양극활물질막(14) 및 알루미늄포일(15)을 고온의 열을 제공하는 오븐(50) 내에 세팅되어 있는 압축롤러(21) 사이로 통과시키면서 압축 제조하거나, 도 3에 도시된 바와 같이 구리포일(11)과 음극활물질막(12)을 2개의 압축롤러(21)로 압축 합판하여 음극판(30)을 제조하고, 별도로 알루미늄포일(15)과 양극활물질막(14)을 2개의 압축롤러(21)로 압축 합판하여 양극판(40)을 제조한 후, 음극판(30)과 양극판(40)을 전해질격리막(13)을 사이에 두고 120℃의 온도로 가열하면서 다시 2개의 압축롤러(21)로 압축 합판하여 제조하기도 한다.

그런데, 상술한 바와 같이 만들어진 종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지는, 적층되는 구리포일(11), 음극활물질막(12), 전해질격리막(13), 양극활물질막(14) 또는 알루미늄포일(15)의 적층 수에 따라서 그 두께 및 용량이 결정되므로 두께에 비해서 용량비가 그리 크지 않고 부피가 상대적으로 크며 압착방식에 의한 불안정성을 지니고 있었다.

따라서, 본 발명은 가느다란 음극 리드선을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질을 피복하여 만들어진 음극 실과, 가느다란 양극 리드선을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질을 피복하여 만들어진 양극 실을 씨실과 날실로 이용하여 메쉬(mesh)형으로 상호 교차하면서 제조하는 리튬 폴리머 전지 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지를 나타내는 부분 단면을 포함한 사시도.

도 2는 종래의 일 예에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법을 설명하기 위한 개략도.

도 3은 종래의 다른 예에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법을 설명하기 위한 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법에 적용된 음극 실 및 양극 실을 각각 단면하여 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지를 나타내는 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 구리포일 12 : 음극활물질막

13 : 전해질격리막 14 : 양극활물질막

15 : 알루미늄포일 21 : 압축롤러

30 : 음극판 40 : 양극판

50 : 오븐 110 : 음극 실

111 : 음극 리드선 112 : 혼합물

113 : 고체 폴리머전해질 120 : 양극 실

121 : 양극 리드선 122 : 혼합물

123 : 고체 폴리머전해질 130 : 전해액

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

가느다란 음극 리드선을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질을 피복시켜 음극 실을 제조하는 단계와,

가느다란 양극 리드선을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질을 피복시켜 양극 실을 제조하는 단계와,

상기 음극 실과 양극 실을 씨실과 날실로 이용하여 메쉬(mesh)형으로 상호 교차시켜 짜는 단계와,

상호 교차된 상기 음극 실 및 양극 실의 틈새에 전해액을 투여하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법의 바람직한 실시예를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법에 적용된 음극 실 및 양극 실을 각각 단면하여 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지를 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법은 도 4에 도시된 바와 같이 음극과 양극을 섬유를 짜듯 씨실과 날실의 개념을 도입하여 음극 실(110)과 양극 실(120)을 제조한다.

음극 실(110)은 가느다란 음극 리드선(111)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(112)에 함침시켜 일정한 온도를 제공하여 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(113)을 피복시키므로써 제조되고, 양극 실(120)은 가느다란 양극 리드선(121)을 양극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(122)에 함침시켜 소정의 온도를 제공하여 졸 상태로 코팅한 후 그 외주연에 고체 폴리머전해질(123)을 피복시키므로써 제조된다.

여기서, 음극 활물질은 리튬금속이나 그 합금 또는 탄소재료 등이 이용되고, 양극 활물질은 리튬코발트산화물(LiCoO2), 리튬니켈산화물(LiNiO2), 리튬망간산화물(LiMn2O4) 등이 이용된다.

음극 실(110) 및 양극 실(120)의 최외주연에 고체 폴리머전해질(113,123)을 사용하는 이유는 다음과 같다.

일반적으로 전해질은 유기 액체전해질이나 고체 폴리머전해질(113,123)을 대별할 수 있다. 그런데, 전해질로서 유기 액체전해질을 사용하는 경우에는 누액에 따른 위험성과 기화에 따른 전지의 파손 등과 같은 안전성에 관련된 많은 문제점을 내포하고 있기 때문에 본 발명에서는 액체 전해질 대신 고체 폴리머전해질(113,123)을 사용하는 것이고, 여기에는 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 코폴리머 매트릭스 등이 포함된다. 이러한 고체 폴리머전해질(113,123)은 유기 전해액(130) 및 리튬염을 포함하고 있는 고체 고분자막으로서의 기능을 수행한다.

그리고, 양극 실(120)과 음극 실(110)을 씨실과 날실의 개념으로 도 5에 도시된 바와 같이 메쉬(mesh)형으로 상호 교차시켜 짠 다음 상호 교차된 양극 실(120) 및 음극 실(110)의 틈새에는 전해액(130)을 투여하여 리튬 폴리머 전지를 완성한다.

이와 같이 제조된 리튬 폴리머 전지는 양극 실(120)과 음극 실(110)을 상호 교차하듯 메시형으로 짜서 만들기 때문에 종래의 압축롤러(21)로 압축하여 제조하는 방법에 비하여 계면저항을 크게 억제할 수 있기 때문에 전지의 성능이 열화되지 않고 좋아지는 이점이 있다.

그리고, 종래에는 구리포일(11), 음극활물질막(12), 전해질격리막(13), 양극활물질막(14) 및 알루미늄포일(15)의 적층 수에 따라서 그 두께 및 용량이 결정되므로 두께에 비해서 용량비가 크지 않은 한계를 지니고 있지만, 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지는 하나의 층에서 음극과 양극을 매우 조밀하게 구현할 수 있으므로 상대적으로 표면적을 넓게 할 수 있으며 보다 안정되고 더욱 얇은 리튬 폴리머 전지를 제조할 수 있다.

또한, 통상적인 리튬 폴리머 전지에서 발생할 수 있는 압축롤러(21) 사용시의 부분 압착에 의한 부식 등의 현상이 방지될 수 있기 때문에 수명이 연장된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법에 의하면, 가느다란 음극 리드선(111)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(112)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(113)을 피복시켜 만들어진 음극 실(110)과, 가느다란 양극 리드선(121)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(122)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(123)을 피복시켜 만들어진 양극 실(120)을 씨실과 날실로 이용하여 메쉬(mesh)형으로 상호 교차시켜 제조하기 때문에 종래의 압축롤러(21)로 압축하여 제조하는 방법에 비하여 계면저항을 크게 억제할 수 있어 전지의 성능이 열화되지 않고 크게 개선되는 유용함이 있다.

그리고, 하나의 층에서 음극과 양극을 매우 조밀하게 구현할 수 있으므로 상대적으로 표면적을 넓게 할 수 있으며 보다 안정되고 더욱 얇은 리튬 폴리머 전지를 제조할 수 있는 유익함이 있다.

또한, 통상적인 리튬 폴리머 전지에서 발생할 수 있는 압축롤러(21) 사용시의 부분 압착에 의한 파손 등의 현상이 방지될 수 있기 때문에 그 수명이 더욱 연장되는 효과가 있다.

Claims

가느다란 음극 리드선(111)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(112)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(113)을 피복시켜 음극 실(110)을 제조하는 단계와,

가느다란 양극 리드선(121)을 음극 활물질, 도전재 및 바인더로 된 혼합물(122)에 함침시켜 졸 상태로 코팅한 후 고체 폴리머전해질(123)을 피복시켜 양극 실(120)을 제조하는 단계와,

상기 음극 실(110)과 양극 실(120)을 씨실과 날실로 이용하여 메쉬(mesh)형으로 상호 교차시켜 짜는 단계와,

상호 교차된 상기 음극 실(110) 및 양극 실(120)의 틈새에 전해액(130)을 투여하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지 제조방법.