KR100353841B1 - Method of manufacturing micron-sized thin-film secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 이용되는 복잡한 장비를 이용하지 않고 제조 공정을 보다 간략화시킬 수 있는 박막형 미세 전지 제조 방법에 관한 것으로, 고분자전해질을 사용하는 박막형 전지를 풀칠하는 방법과 프린팅 기법을 이용하여 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명은 접착식 공정, 잉크젯 프린팅 공정 및 스크린 프린팅 공정을 이용하여 리튬 2차전지 등을 박형 미세 구조로 제조하는 방법을 제시한다.The present invention relates to a method for manufacturing a thin film type micro cell which can simplify the manufacturing process without using complicated equipment used in a semiconductor device manufacturing process. The method of printing a thin film cell using a polymer electrolyte and using a printing technique It provides a method that can be easily produced. The present invention provides a method of manufacturing a lithium secondary battery and the like with a thin microstructure using an adhesive process, an inkjet printing process, and a screen printing process.

Description

박막형 2차전지 제조 방법{Method of manufacturing micron-sized thin-film secondary battery}Method of manufacturing thin film secondary battery {Method of manufacturing micron-sized thin-film secondary battery}

본 발명은 리튬 2차 전지 제조 분야에 관한 것으로, 특히 리튬 2차 전지중 박형 전지 또는 미세전지 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of manufacturing lithium secondary batteries, and more particularly, to a method for manufacturing thin batteries or fine batteries in lithium secondary batteries.

박형의 전지 또는 미세전지를 제조하기 위하여 여러 가지 방법이 제시되고 있다. 그러나 이 방법들은 대부분 반도체 제조 장비 내에서 원하는 재료 성분들을 복잡한 과정을 거쳐서 비활성 청결 표면에 증착하고 식각하는 반도체 공정법을 이용하는 경우가 대부분이다.Various methods have been proposed to manufacture thin batteries or micro batteries. However, most of these methods use a semiconductor process that deposits and etches desired material components on an inert clean surface in a complex process in semiconductor manufacturing equipment.

리튬이온전지는 원통형과 각형이 시판되면서 리튬 2차전지 시장을 지배하고있다. 그러나 전자제품의 소형화와 경량화의 요구 때문에 보다 작으면서 큰 용량의 출력을 낼 수 있는 전지에 관심이 집중되었다. 한편 겔형 고분자전해질을 사용하는 리튬이온고분자전지는 리튬이온전지보다 훨씬 얇게 전지를 만들 수 있을 뿐만 아니라 모양도 다양하고 자유롭게 만들 수 있는 장점 때문에 최근에 많은 연구결과와 제품들이 발표되고 있다. 또한 고분자전해질을 사용하는 리튬고분자전지와 고분자 전극을 사용한 고분자전극 전지 등에 대한 많은 연구들도 이루어지고 있다. 그러나 마이크로미터 단위의 두께나 크기를 가진 박막형 전지는 아직 초보적인 연구 단계에 있는 실정이며 물질에 대한 연구도 진행중에 있다.Lithium-ion batteries dominate the lithium secondary battery market with cylindrical and rectangular shapes on the market. However, due to the demand for miniaturization and light weight of electronic products, attention has been focused on batteries that can produce smaller and larger capacities. On the other hand, lithium ion polymer batteries using gel polymer electrolytes have been published in recent years due to the advantages of being able to make batteries much thinner than lithium ion batteries as well as various shapes and freedom. In addition, many studies have been made on lithium polymer batteries using polymer electrolytes and polymer electrode batteries using polymer electrodes. However, thin-film batteries with a thickness or size in micrometers are still in the early stages of research, and research into materials is underway.

종래의 리튬 2차전지의 전극판 제조 공정은, 도전체와 접착제 등을 혼합하여 만든 슬러리(slurry)의 점도를 적당히 조절하여 일정한 두께로 바탕지지체 위에 코팅하고, 원하는 크기로 절단하여 전극판을 형성한 다음, 이온전도성을 가지는 고분자 용액을 만든 후 이것을 일정한 두께로 코팅하여 고분자전해질 막을 형성한다. 이러한 과정에 따라 형성된 양극판, 고분자전해질, 음극판을 순서대로 적층하여 전지를 제조한다. 이와 같이 제조된 전지는 사용하는 전해질과 제조방법에 따라 리튬이온전지, 리튬이온고분자 전지, 리튬고분자 전지로 구분을 할 수 있다. 이들 대부분은 전술한 바와 같이 전극과 고분자전해질 막을 별도로 형성하는 복잡한 공정을 거치기 때문에 제조 비용과 생산성에 문제가 많을 뿐만 아니라 박막화 하는데에도 한계가 있는 실정이다.In the conventional electrode plate manufacturing process of a lithium secondary battery, by appropriately adjusting the viscosity of the slurry (slurry) made by mixing a conductor and an adhesive, coated on a base support to a constant thickness, cut to a desired size to form an electrode plate Next, a polymer solution having ion conductivity is prepared and then coated with a predetermined thickness to form a polymer electrolyte membrane. A battery is manufactured by stacking a positive electrode plate, a polymer electrolyte, and a negative electrode plate formed in this manner in this order. The battery prepared as described above may be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery according to an electrolyte and a manufacturing method used. As described above, most of them have a complicated process of separately forming an electrode and a polymer electrolyte film, and thus, there are many problems in manufacturing cost and productivity as well as a limitation in thinning.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 이용되는 복잡한 장비를 이용하지 않고 제조 공정을 보다 간략화시킬 수 있는 박막형 미세 전지 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention for solving the above problems is to provide a thin film type fine battery manufacturing method that can simplify the manufacturing process without using a complex equipment used in the semiconductor device manufacturing process.

도1a 내지 도1f는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 풀칠하듯하는 접착 방식에 의한 박막형 2차전지 제조 공정도,1A to 1F are a manufacturing process diagram of a thin film type secondary battery using an adhesive method as if glued according to the first embodiment of the present invention;

도2a 내지 도2c는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 잉크젯 프린팅 방식을 이용한 박막형 2차전지 제조 공정도,2a to 2c is a process chart of manufacturing a thin film type secondary battery using an inkjet printing method according to a second embodiment of the present invention,

도3a 내지 도3f는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 스크린 프린팅 방식을 이용한 박막형 2차전지 제조 공정도.3A to 3F are flowcharts of a thin-film secondary battery manufacturing process using a screen printing method according to a third embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명 *Explanation of reference numerals for the main parts of the drawing

1A, 1B: 음극 물질 용기 2: 고분자전해질 물질 용기1A, 1B: Cathode material container 2: Polyelectrolyte material container

3A, 3B: 양극 물질 용기 4: 포장용 고분자 물질 용기3A, 3B: Anode Material Container 4: Packaging Polymer Container

6: 음극막 7: 음극 탭6: cathode membrane 7: cathode tab

8: 고분자전해질 막 9: 양극막8: Polymer electrolyte membrane 9: Anode membrane

10: 양극 탭 11: 포장용 고분자막10: Anode Tab 11: Packaging Polymer Membrane

12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F: 유량 조절이 가능한 판12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F: Plate with adjustable flow

13: 음극물질 용기통 14: 고분자전해질 용기통13: cathode material container 14: polymer electrolyte container

15: 양극물질 용기통 16: 포장용 고분자물질 용기통15: anode material container 16: polymer container for packaging

17: 프린팅용 바탕체 19: 스크린 프린트용 롤러17: substrate for printing 19: roller for screen printing

20: 포장지 21: 스크린 틀20: wrapping paper 21: screen frame

22: 스크린 프린팅기 23: 박형 전지22: screen printing machine 23: thin battery

24: 음극 스크린틀 25: 고분자전해질 스크린틀24: cathode screen frame 25: polymer electrolyte screen frame

26: 양극 스크린틀 27: 포장용 고분자 스크린틀26: anode screen frame 27: packaging polymer screen frame

30: 프린팅 재료 100: 바탕지지체30: printing material 100: substrate support

P: 잉크젯 프린터P: inkjet printer

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배출구에 유량조절이 가능한 판이 구비된 각각의 용기에 음극 물질, 고분자 전해질 물질, 양극물질을 담는 제1 단계; 바탕지지체를 준비하는 제2 단계; 상기 바탕지지체 상에 상기 음극물질을 칠하여 음극막을 형성하고, 상기 음극막의 일단부에 상기 음극물질을 칠하여 제1 전지 연결부를 형성하는 제3 단계; 열처리를 실시하여 경화시키는 제4 단계; 상기 음극막 상에 상기 고분자전해질을 칠하여 고분자전해질막을 형성하는 제5 단계; 상기 고분자전해질막을 경화시키는 제6 단계; 및 고분자 막 상에 양극 물질을 칠하여 양극막을 형성하고, 상기 양극막의 일단부에 상기 양극물질을 칠하여 제2 전지연결부를 형성하는 제7 단계를 포함하는 박막형 전지 제조 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object, the first step of containing a negative electrode material, a polymer electrolyte material, a positive electrode material in each container provided with a plate capable of adjusting the flow rate in the outlet; Preparing a base support; A third step of forming a negative electrode film by coating the negative electrode material on the base support, and forming a first battery connection part by coating the negative electrode material on one end of the negative electrode film; A fourth step of performing heat treatment to cure; A fifth step of forming a polymer electrolyte membrane by coating the polymer electrolyte on the cathode membrane; A sixth step of curing the polymer electrolyte membrane; And coating a positive electrode material on a polymer film to form a positive electrode film, and coating the positive electrode material on one end of the positive electrode film to form a second battery connection part.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 음극물질 용기통에 음극물질이 채워진 잉크젯 프린터를 이용하여, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 프린팅용 바탕체 상에 상기 음극물질을 프린팅하여 음극막을 형성하는 단계; 고분자전해질 용기통에 고분자전해질이 채워진 잉크젯 프린터에 상기 음극막 형성이 완료된 상기 프린팅용 바탕체를 넣고, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 상기 음극막 상에 상기 고분자전해질을 프린팅하여 고분자전해질막을 형성하는 단계; 양극물질 용기통에 양극 물질이 채워진 잉크젯 프린터에 상기 고분자전해질막 형성이 완료된 상기 프린팅용 바탕체를 넣고, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 상기 고분자전해질막 상에 상기 양극 물질을 프린팅하여 양극막을 형성하는 단계; 및 포장용 고분자물질 용기통에 포장용 고분자 물질이 채워진 잉크젯 프린터에 상기 양극막 형성이 완료된 상기 프린팅용 바탕체를 넣고, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 상기 양극막 상에 상기 포장용 물질을 프린팅하여 포장막을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 전지 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention for achieving the above object, by using an inkjet printer filled with a negative electrode material in the negative electrode material container, the negative electrode material is printed on the substrate for printing in a size and shape defined on a computer to form a negative electrode film Doing; Forming the polymer electrolyte membrane by printing the polymer electrolyte on the cathode membrane in the size and shape defined on a computer by placing the printing substrate on which the cathode membrane is formed in an inkjet printer filled with a polymer electrolyte in a polymer electrolyte container. ; In the inkjet printer filled with a cathode material in the cathode material container, the printing substrate on which the polymer electrolyte membrane is formed is placed, and the anode material is formed on the polymer electrolyte membrane by printing on the polymer electrolyte membrane in a size and shape defined on a computer. step; And placing the printing substrate on which the anode film is formed in an inkjet printer filled with the packaging polymer material in a packaging polymer container, and printing the packaging material on the anode film in a size and shape defined on a computer to form a packaging film. It provides a thin film battery manufacturing method comprising the step of.

본 발명은 고분자전해질을 사용하는 박막형 전지를 프린팅 기법을 이용하여 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명은 접착식 공정, 잉크젯 프린팅 공정 및 스크린 프린팅 공정을 이용하여 리튬 2차전지 등을 박형 미세 구조로 제조하는 방법을 제시한다.The present invention provides a method for easily manufacturing a thin film battery using a polymer electrolyte by using a printing technique. The present invention provides a method of manufacturing a lithium secondary battery and the like with a thin microstructure using an adhesive process, an inkjet printing process, and a screen printing process.

접착식 공정 과정은, 음극 물질, 고분자전해질 재료, 양극 물질, 포장용 고분자 재료 등을 고점도 슬러리 상태로 각각 준비하고, 이들을 유량조절이 가능한 판이 배출구에 구비된 용기에 각각 넣고 음극 물질, 고분자전해질 재료, 양극 물질, 포장용 고분자 재료 등을 차례대로 풀칠하듯이 적층하여 바른다. 고분자전해질 물질에 전해액을 첨가해야 하는 경우는 접착식 포장지로 덮어 포장하는 공정을 추가해야 한다.In the adhesive process, the negative electrode material, the polymer electrolyte material, the positive electrode material, and the packing polymer material are prepared in the form of high viscosity slurry, respectively, and these are placed in a container having a flow rate control plate at the outlet, respectively. Apply materials and packaging polymer materials by laminating them in order as if they were pasted. If the electrolyte solution should be added to the polyelectrolyte material, it is necessary to add a process of covering it with adhesive wrapping paper.

잉크젯 프린팅 기법을 이용한 박막형전지 제조공정은 음극 물질, 고분자전해질 재료, 양극 물질, 포장용 고분자 물질 각각을 프린터의 용기에 넣고, 이들을 이용해 컴퓨터상에서 도안한 크기의 전지를 직접 프린팅하는 과정으로 이루어진다.The thin-film battery manufacturing process using the inkjet printing technique includes a process in which a negative electrode material, a polymer electrolyte material, a positive electrode material, and a packaging polymer material are put in a container of a printer and directly print a battery of a size drawn on a computer using them.

그리고 스크린 프린팅 기법을 이용한 박막형 전지 제조 공정은 음극막, 고분자전해질막, 양극막, 포장용 고분자막 각각의 모양이 형성된 스크린 틀을 제조하고, 스크린 틀을 스크린 프린터기에 놓고 전극물질과 고분자 물질을 롤러에 발라 스크린 프린팅하는 과정으로 이루어진다.In the thin-film battery manufacturing process using the screen printing technique, a screen frame having a shape of a negative electrode film, a polymer electrolyte film, a positive electrode film, and a packaging polymer film is manufactured. Screen printing is done.

전술한 바와 같은 접착식, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 방법은 수 마이크 미터로 두께의 전지 제조 뿐만 아니라 그보다 작은 크기 전지도 쉽게 만들 수 있는 장점을 가진 공정으로서 실제 전지 제조에 응용할 수 있다.Adhesive, inkjet printing, and screen printing methods as described above can be applied to actual battery manufacturing as a process having the advantage of making not only a battery of a few micrometers thick but also a smaller size battery.

이하, 접착식, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 각각의 방법을 이용한 박막형 전지 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the thin film type battery manufacturing method using each method of adhesive type, inkjet printing, and screen printing is demonstrated in detail.

첨부된 도면 도1a 내지 도1f를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따라 풀칠하듯하는 접착식 방법을 이용한 박막형 전지 제조 방법을 설명한다.1A to 1F, a method of manufacturing a thin film battery using an adhesive method as if to be glued according to a first embodiment of the present invention will be described.

먼저 도1a에 도시한 바와 같이, 바탕지지체(100)를 준비한다. 바탕지지체(100)는 평평한 상태의 어떠한 것도 가능하다. 따라서, 전기를 통하는 물질이나 전기를 통하지 않는 물질 모두 가능하며, 본 발명의 실시예에서는 금속, 고분자, 유리 및 고분자가 코팅되어 있는 종이를 제시한다. 음극 물질은 농도가 조절된 슬러리나 유체형태로 준비하여 제1 음극물질 용기(1A) 및 제2 음극물질 용기(1B)에 담는다. 제1 음극물질 용기(1A)의 입구에는 막 형성을 위한 제1 유량조절이 가능한 판(12A)이 고정되어 있으며 통을 뒤집어 그대로 풀칠하듯이 발라 바탕지지체(100) 상에 음극막(6)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a backing support 100 is prepared. The backing support 100 can be anything in a flat state. Thus, both electrically and non-electrically conductive materials are possible, and embodiments of the present invention provide a paper coated with metal, polymer, glass and polymer. The negative electrode material is prepared in the form of a slurry or fluid having a controlled concentration and is contained in the first negative electrode material container 1A and the second negative electrode material container 1B. The first flow rate control plate 12A for forming the film is fixed to the inlet of the first cathode material container 1A, and the cathode film 6 is placed on the substrate support 100 by turning the container upside down. Form.

이어서 전지를 연결하기 위한 음극 탭을 형성하기 위해 도1b에 도시한 바와 같이 상기 제1 유량조절이 가능한 판(12A) 보다 폭이 작은 탭 형성용 제2 유량조절이 가능한 판(12B)이 구비된 제2 음극물질 용기(1B)를 이용하여 음극막(6)의 단부에 음극물질을 풀칠하듯이 발라서 전지를 연결하기 위한 음극 탭(7)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a second flow rate control plate 12B for forming a tab having a smaller width than that of the first flow rate control plate 12A is provided to form a negative electrode tab for connecting a battery. The negative electrode tab 7 for connecting the battery is formed by applying the negative electrode material to the end of the negative electrode film 6 using the second negative electrode material container 1B.

음극형성을 위한 슬러리는 휘발성이 강한 용매에 혼합되어야 하며 풀칠하듯이 바를 수 있게 적정한 점도로 조절되어야 한다. 전술한 바와 같이 음극물질을 풀칠하듯이 발라 음극막(6) 및 음극탭(7)을 형성한 후에는 열처리를 실시하여 굳힌다.The slurry for cathodic formation must be mixed in a highly volatile solvent and adjusted to the appropriate viscosity to apply as a paste. As described above, after the cathode material 6 and the cathode tab 7 are formed by applying the cathode material, they are hardened by heat treatment.

이어서 상기 제1 유량조절이 가능한 판(12A) 보다 폭이 큰 제3 유량조절이 가능한 판(12C)이 구비된 고분자전해질 물질 용기(2)를 이용하여 도1c에 도시한 바와 같이 고분자전해질 물질을 발라서 음극막(6) 상에 고분자전해질 막(8)을 형성한다. 고분자전해질막(8)은 음극막(6) 보다 크게 형성하여 음극막(6) 전체가 고분자전해질막(8)으로 덮이도록 한다.Subsequently, using the polyelectrolyte material container 2 provided with the third flow rate control plate 12C having a width larger than that of the first flow rate control plate 12A, the polymer electrolyte material as shown in FIG. The polyelectrolyte film 8 is formed on the cathode film 6 by application. The polymer electrolyte membrane 8 is formed larger than the cathode membrane 6 so that the entire cathode membrane 6 is covered with the polymer electrolyte membrane 8.

이때 사용되는 고분자전해질 물질은 휘발성이 강한 용매를 이용하여 용액을 만들어야 하며 거의 고체 상태가 되어도 이온전도성을 가지며 전지의 전해질 역할을 해 줄 수 있어야 한다. 만약 고분자전해질 물질이 고체화되었을 때 이온전도성을 가질 수 없다면 전해액을 첨가하고 포장지를 붙이는 방법을 이용해야 한다.At this time, the polymer electrolyte material to be used should be made of a solution using a highly volatile solvent, and should be able to act as an electrolyte of a battery even though it is almost solid. If the polymer electrolyte material does not have ion conductivity when solidified, it is necessary to add an electrolyte solution and attach a wrapping paper.

고분자전해질막(8)이 완전히 굳은 다음에는 도1d에 도시한 바와 같이 제1 유량조절이 가능한 판(12A) 정도 크기의 제4 유량조절이 가능한 판(12D)이 배출구에 구비된 제1 양극물질 용기(3A)를 이용하여 고분자전해질막(8) 상에 양극 물질을 발라서 양극막(9)을 형성한다.After the polymer electrolyte membrane 8 is completely hardened, as illustrated in FIG. 1D, the first anode material having the fourth flow rate control plate 12D having a size of about 12 A of the first flow rate control plate is provided at the outlet. An anode film 9 is formed by applying an anode material onto the polymer electrolyte film 8 using the container 3A.

다음으로 도1e에 도시한 바와 같이 제2 유량조절이 가능한 판(12B) 정도 크기의 제5 유량조절이 가능한 판(12E)이 구비된 제2 양극물질 용기(3B)를 이용하여 양극막(9) 일단부에 전지연결을 위한 양극탭(10)을 음극탭(7)과 나란하게 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 1E, the anode film 9 is formed by using the second cathode material container 3B having the fifth flow rate control plate 12E having the size of the second flow rate control plate 12B. At one end, a positive electrode tab 10 for battery connection is formed in parallel with the negative electrode tab 7.

다음으로 도1f의 (A)에 도시한 바와 같이 고분자전해질막(8)을 충분히 덮을 수 있는 크기의 제6 유량조절이 가능한 판(12F)이 구비된 포장용 고분자 물질 용기(4)를 이용하여 전체 구조를 덮는 포장용 고분자막(11)을 형성한다. 도1f의 (A)는 포장용 고분자막(11) 형성이 완료된 단면 구조를 함께 보이고 있다.Next, as shown in (A) of FIG. 1F, the entire polymeric material container 4 is provided using a sixth flow rate adjustable plate 12F having a size capable of sufficiently covering the polymer electrolyte membrane 8. A packaging polymer film 11 covering the structure is formed. FIG. 1F shows a cross-sectional structure in which the packaging polymer film 11 is formed.

포장용 고분자막(11)은 전지를 포장하는 역할뿐만 아니라 대기중의 수분과 산소 등과의 접촉을 방지해주는 역할을 할 수 있어야 한다. 이 같은 방식을 사용할때는 고분자전해질 물질이 거의 고체 상태가 되어도 이온전도성을 가지며 전지의 전해질 역할을 해주는 경우에 사용하게 된다.The packaging polymer film 11 should not only serve to pack a battery but also to prevent contact with moisture and oxygen in the air. When using this method, even if the polymer electrolyte material becomes almost solid, it is used in the case of ionic conductivity and acting as an electrolyte of a battery.

한편, 고분자전해질 물질이 고체화되었을 때 이온전도성을 가질 수 없다면 도1f의 (B)에 도시한 바와 같이 보듯이 포장지(20)를 사용해야 한다. 즉, 전해액을 몇 방울 떨어뜨려 적셔준 다음 접착력을 가진 포장지(20)로 덮어 접착시켜 포장을 한다. 도1f의 (B)는 포장지(20)가 덮여진 전지의 단면 구조를 함께 보이고 있다.On the other hand, if the polymer electrolyte material can not have the ion conductivity when solidified, as shown in Figure 1f (B) it is necessary to use the wrapping paper (20). That is, a few drops of the electrolyte is wetted and then covered with a wrapping paper (20) having the adhesive force and the packaging. Figure 1f (B) shows a cross-sectional structure of a battery covered with a wrapping paper 20.

전술한 바와 같은 방법으로 바탕지지체(100) 위에 그대로 붙어 있으며 수 마이크로 미터 두께를 갖는 박막형 전지를 제조할 수 있다.In the same manner as described above, the thin film type battery having the thickness of several micrometers as it is stuck on the base support 100 can be manufactured.

본 발명의 제2 실시예는 잉크방울 분사방식을 이용하는 잉크젯 프린터(ink jet print)를 사용하여 간편하면서 초저가로 박막형 전지를 제조 할 수 있는 방법에 관한 것이다.A second embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing a thin film battery at a simple and very low cost by using an ink jet printer using an ink drop ejection method.

이하 도2a 내지 도2c를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 기법을 이용한 박막형 전지 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film battery using an inkjet printing technique according to a second embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2A to 2C.

먼저 도2a에 도시한 바와 같이 음극 물질, 고분자전해질 용액, 양극 물질 및 포장용 고분자 용액을 잉크젯 프린터(P)에 구비된 음극물질 용기통(13), 고분자전해질 용기통(14), 양극물질 용기통(15), 포장용 고분자물질 용기통(16)에 각각 넣는다. 이때, 음극 물질, 고분자전해질 용액, 양극 물질 및 포장용 고분자 용액 각각은 프린팅하기에 충분할 정도로 점도가 낮아야 하며 입자의 크기도 잉크젯 프린팅이 가능하도록 충분히 작아야 한다. 또한 사용되는 용매도 단시간에 마를 수 있어야 한다.First, as shown in FIG. 2A, a cathode material container 13, a polymer electrolyte container 14, and a cathode material container provided with an anode material, a polymer electrolyte solution, a cathode material, and a packaging polymer solution in an inkjet printer P. (15), and put into a packaging polymer container (16), respectively. At this time, each of the negative electrode material, the polyelectrolyte solution, the positive electrode material and the packaging polymer solution should be low enough to print and the size of the particles should be small enough to enable inkjet printing. In addition, the solvent used should be able to dry in a short time.

이어서 도2b에 도시한 바와 같이, 구부릴 수 있는 비닐계통이나 종이류 등으로 이루어지는 프린팅용 바탕체(17) 상에 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 음극물질을 프린팅하여 음극막을 형성한다.Then, as shown in FIG. 2B, a negative electrode material is formed by printing a negative electrode material on a printing substrate 17 made of a bendable vinyl system, paper, or the like in a size and shape defined on a computer.

다음으로, 음극막 형성이 완료된 프린팅용 바탕체(17)를 다시 프린터기(P)에 넣고 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 고분자전해질 물질을 프린팅하여 고분자전해질막을 형성한다.Next, the negative electrode film is completed, the substrate for printing 17 is put back into the printer (P) to print a polymer electrolyte material in a size and shape defined on a computer to form a polymer electrolyte membrane.

그리고, 고분자전해질막 형성이 완료된 프린팅용 바탕체(17)를 다시 프린터기(P)에 넣고 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 양극 물질을 프린팅하여 양극막을 형성한다.Then, the substrate for printing 17 on which the polymer electrolyte membrane formation is completed is placed in the printer P again, and the anode material is formed by printing the cathode material in a size and shape defined on a computer.

전술한 과정에서 음극막 형성, 고분자전해질막 형성, 양극막 형성 과정은 동일한 프린터를 사용하지 않고 별도의 프린터를 이용할 수도 있다. 한편, 상기 과정에서 프린팅되는 곳의 위치가 매우 중요하다. 음극판이 프린팅된 곳 위에 정확히 고분자전해질 물질과 양극물질이 프린팅되어야 한다.In the above-described process, the cathode film formation, the polymer electrolyte film formation, and the anode film formation process may use a separate printer without using the same printer. On the other hand, the position of the place to be printed in the process is very important. The polymer electrolyte material and the cathode material should be printed exactly on the place where the anode plate is printed.

다음으로 양극막 형성이 완료된 프린팅용 바탕체를 프린터에 넣고 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 포장용 고분자 물질을 프린팅하면 4회의 프린팅에 의해 적층된 전지가 제조된다.Subsequently, the printing substrate having completed the formation of the anode film is placed in a printer, and the packaging polymer material is printed in a size and shape defined on a computer, whereby a laminated battery is manufactured by four times of printing.

이와 같이 잉크젯 프린터를 이용하는 경우는 프린터의 해상도에 따라 전지의 크기가 달라지지만 현재의 기술로도 수 마이크로 미터 두께의 전지를 충분히 제조할 수 있다. 한편, 전술한 방법에 따라 제조된 전지는 크기가 매우 작기 때문에 전원을 연결하기가 쉽지 않다. 따라서, 전지의 배열 및 배선을 컴퓨터 상에서 정의하고 배선 가능한 물질로 다시 프린팅하면 전지의 연결 및 배열을 효과적으로 얻을 수 있다.In the case of using an inkjet printer as described above, the size of the battery varies depending on the resolution of the printer. However, even with the current technology, a battery having a thickness of several micrometers can be sufficiently manufactured. On the other hand, since the battery manufactured according to the above-described method is very small in size, it is not easy to connect a power source. Therefore, defining the arrangement and wiring of the battery on a computer and reprinting with a wireable material can effectively obtain the connection and arrangement of the battery.

잉크젯 프린터를 이용하기 위해서는 고분자전해질 물질이 거의 마른 상태에서도 이온전도도를 가질 수 있는 물질의 개발이 선행되어야 한다. 즉, 잉크젯 프린터를 이용하는 본 발명의 제2 실시예에서는 마지막에 전해액을 가하는 과정을 사용할 수 없고, 고분자전해질 물질이 프린팅되어 있는 곳 위에 다시 양극막을 바로 프린팅하고, 양극막 위에 포장용 고분자를 바로 프린팅하게 된다.In order to use an inkjet printer, development of a material capable of having ion conductivity even when the polymer electrolyte material is almost dry must be preceded. That is, in the second embodiment of the present invention using an inkjet printer, the process of adding an electrolyte solution cannot be used at the end, and the anode film is directly printed on the place where the polymer electrolyte material is printed, and the packaging polymer is directly printed on the anode film. do.

이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 스크린 프린팅 기법을 이용한 박막형 전지 제조 방법을 도3a 내지 도3d를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film battery using a screen printing technique according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.

먼저 도3a에 도시한 바와 같이 형성하고자 하는 크기의 전지모양을 스크린 판에 형성하고, 스크린 판을 스크린 프린트 할 수 있는 스크린 틀(21)에 놓고 위치를 정확히 잡은 다음 고정한 다음, 스크린 틀(21)을 스크린 프린팅기(22)에 고정시켜 프린팅용 바탕체(17)와 정합되도록 한다. 이때 스크린으로 이용되는 판은 구멍크기와 전극물질 입자의 크기를 고려하여 적당한 것을 선택해야 한다. 전극물질의 입자 크기는 일정할수록 전지 제조에 도움이 된다.First, as shown in FIG. 3A, a battery shape having a size to be formed is formed on the screen plate, and the screen plate is placed on the screen frame 21 for screen printing, accurately positioned and then fixed, and then the screen frame 21 is formed. Is fixed to the screen printer 22 to be matched with the printing substrate 17. At this time, the plate used as the screen should be selected in consideration of the hole size and the size of the electrode material particles. The more consistent the particle size of the electrode material, the more helpful the battery manufacturing.

이어서, 도3b에 도시한 바와 같이 전극 물질, 고분자 용액 등의 프린팅 재료(30)를 용기 틀(200)에 붓는다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, printing material 30, such as an electrode material or a polymer solution, is poured into the container mold 200. As shown in FIG.

이어서, 도3c에 도시한 바와 같이 스크린 프린트용 롤러(19)에 프린팅재료(20)를 묻힌 다음 도3d와 같이 프린팅하면 된다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, the printing material 20 is buried in the screen printing roller 19, and then printing may be performed as shown in FIG. 3D.

프린팅후 열을 가해 말린다. 이때 용매들은 쉽게 휘발할 수 있는 용매를 사용해야 한다After printing, heat and dry. Solvents should be solvents that can be volatilized easily.

박막형 전지 제조를 위한 프린팅의 순서로는, 도3e에 도시한 바와 같이 음극 스크린틀(24), 고분자전해질 스크린틀(25), 양극 스크린틀(26) 및 포장용 고분자 스크린틀(27)을 차례대로 이용하여 음극물질, 고분자전해질 물질, 양극물질, 포장용 고분자 물질을 순서대로 프린팅한다.In order to print for thin film battery manufacturing, as shown in FIG. 3E, the negative screen frame 24, the polymer electrolyte screen frame 25, the positive screen frame 26, and the packing polymer screen frame 27 are sequentially turned on. The negative electrode material, the polymer electrolyte material, the positive electrode material, and the packaging polymer material are printed in this order.

이와 같은 과정에 따라 도3f와 같이 프린팅용 바탕체(17) 상에 다수의 박형 전지(23)가 제조된다. 필요시 전지의 배선을 위해 배선 프린팅을 한번 더하게 되면 박막형구조의 전지를 기판이나 종이 위에 바로 제조할 수도 있다.According to this process, a plurality of thin batteries 23 are manufactured on the printing substrate 17 as shown in FIG. 3F. If necessary, the wiring printing for the wiring of the battery is added once, the battery of the thin film structure can be manufactured directly on the substrate or paper.

스크린 프린팅 기법을 이용하는 방법은 전술한 잉크젯 프린터를 이용한 것보다 미세하며 정교한 전지를 제조할 수 있으며 전지의 연결 배선을 같이 쉽게 할 수 있기 때문에 많은 장점이 있다.The method using the screen printing technique has many advantages because it can produce a finer and more sophisticated battery than the inkjet printer described above, and can easily connect the batteries together.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 리튬 2차 전지 등과 같은 박막형 전지를접착식 방법, 잉크젯 프린팅 방법 또는 스크린 프린팅 기법을 이용하여 형성함으로써 수 마이크미터 두께의 전지와 그 보다 작은 크기 전지도 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 실제 전지 제조에 응용하기가 쉬우며 다양한 장점이 있어 미래의 마이크로 전지 제조 분야에 응용이 가능하다.According to the present invention, a thin film-type battery such as a lithium secondary battery is formed by using an adhesive method, an inkjet printing method, or a screen printing technique, and thus a battery having a thickness of several micrometers and a smaller battery can be easily manufactured. . Therefore, it is easy to apply to the actual battery manufacturing and there are various advantages that can be applied to the future micro battery manufacturing field.

Claims (6)

박막형 전지 제조 방법에 있어서,In the thin film battery manufacturing method, 배출구에 유량조절이 가능한 판이 구비된 각각의 용기에 음극 물질, 고분자전해질 물질, 양극물질을 담는 제1 단계;A first step of containing a negative electrode material, a polyelectrolyte material, and a positive electrode material in each container provided with a flow rate control plate at an outlet; 바탕지지체를 준비하는 제2 단계;Preparing a base support; 상기 바탕지지체 상에 상기 음극물질을 칠하여 음극막을 형성하고, 상기 음극막의 일단부에 상기 음극물질의 칠하여 제1 전지연결부를 형성하는 제3 단계;A third step of forming a negative electrode film by coating the negative electrode material on the base support, and forming a first battery connection part by coating the negative electrode material on one end of the negative electrode film; 열처리를 실시하여 경화시키는 제4 단계;A fourth step of performing heat treatment to cure; 상기 음극막 상에 상기 고분자전해질 물질을 칠하여 고분자전해질막을 형성하는 제5 단계;A fifth step of forming a polymer electrolyte membrane by coating the polymer electrolyte material on the cathode membrane; 상기 고분자전해질막을 경화시키는 제6 단계; 및A sixth step of curing the polymer electrolyte membrane; And 고분자 막 상에 양극 물질을 칠하여 양극막을 형성하고, 상기 양극막의 일단부에 상기 양극물질을 칠하여 제2 전지연결부를 형성하는 제7 단계A seventh step of forming a second battery connection part by coating an anode material on a polymer film to form an anode film, and coating the cathode material on one end of the cathode film 를 포함하는 박막형 전지 제조 방법.Thin-film battery manufacturing method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제7 단계 후,After the seventh step, 배출구에 유량조절판이 용기에 고분자 포장물질을 넣고 상기 양극막 상에 고분자 포장물질을 칠하여 상기 양극막을 덮는 고분자 포장막을 형성하는 제8 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지 제조 방법.And an eighth step of forming a polymer packaging film covering the anode film by putting a polymer packaging material in a container and putting a polymer packaging material in a container at a discharge port. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제7 단계 후,After the seventh step, 상기 양극막을 전해액으로 적시는 제9 단계; 및A ninth step of wetting the positive electrode film with an electrolyte solution; And 접착력을 갖는 포장지로 상기 양극막을 덮어 포장하는 제10 단계를 더 포함하는 박막형 전지 제조 방법.The method of manufacturing a thin film battery further comprising the tenth step of wrapping the cathode film with an adhesive wrapping paper. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 바탕지지체는 금속, 고분자, 유리 또는 고분자가 코팅되어 있는 종이인 것을 특징으로 하는 박막형 전지 제조 방법.The backing support is a thin film battery manufacturing method, characterized in that the metal, polymer, glass or paper coated with a polymer. 박막형 전지 제조 방법에 있어서,In the thin film battery manufacturing method, 음극물질 용기통에 음극물질이 채워진 잉크젯 프린터를 이용하여, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 프린팅용 바탕체 상에 상기 음극물질을 프린팅하여 음극막을 형성하는 단계;Forming a negative electrode film by printing the negative electrode material on a substrate for printing in a size and shape defined on a computer using an inkjet printer filled with a negative electrode material in a negative electrode material container; 고분자 전해질 용기통에 고분자전해질 물질이 채워진 잉크젯 프린터에 상기 음극막 형성이 완료된 상기 프린팅용 바탕체를 넣고, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 상기 음극막 상에 상기 고분자전해질 물질을 프린팅하여 고분자전해질막을 형성하는 단계;Into the inkjet printer filled with a polymer electrolyte material in a polymer electrolyte container, the printing substrate on which the negative electrode film is formed is placed, and the polymer electrolyte material is printed on the negative electrode film in a size and shape defined on a computer to form a polymer electrolyte film. Doing; 양극물질 용기통에 양극 물질이 채워진 잉크젯 프린터에 상기 고분자전해질막 형성이 완료된 상기 프린팅용 바탕체를 넣고, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 상기 고분자전해질막 상에 상기 양극 물질을 프린팅하여 양극막을 형성하는 단계; 및In the inkjet printer filled with a cathode material in the cathode material container, the printing substrate on which the polymer electrolyte membrane is formed is placed, and the anode material is formed on the polymer electrolyte membrane by printing on the polymer electrolyte membrane in a size and shape defined on a computer. step; And 포장용 고분자물질 용기통에 포장용 고분자 물질이 채워진 잉크젯 프린터에 상기 양극막 형성이 완료된 상기 프린팅용 바탕체를 넣고, 컴퓨터 상에서 정의된 크기와 모양으로 상기 양극막 상에 상기 포장용 물질을 프린팅하여 포장막을 형성하는 단계Forming the packaging film by printing the packaging material on the anode film in the size and shape defined on the computer by placing the printing substrate on which the anode film is completed in an inkjet printer filled with the packaging polymer material in a packaging polymer material container. step 를 포함하는 박막형 전지 제조 방법.Thin-film battery manufacturing method comprising a. 삭제delete
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