KR100362286B1 - 리튬 2차 전지의 극판 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 양극 또는 음극 활물질, 도전제 및, 바인더를 분말 상태로 준비하여 균일하게 혼합시킴으로써 혼합물을 제조하는 단계 및, 상기 혼합물과 집전체를 몰드에 투입하여 가열 상태로 압착함으로써 상기 혼합물이 집전체의 표면상에서 응집체를 형성함으로써 극판을 형성하는 단계를 구비하는 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법이 제공된다.

Description

리튬 2차 전지의 극판 제조 방법{Method for Manufacturing pole plate of Lithium Secondry Battery}

본 발명은 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극판 성형에 필요한 재료들을 건식 혼합함으로써 성능이 향상된 극판을 제조할 수 있는 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법에 관한 것이다.

휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 그 구동 전원으로서 에너지 밀도가 높은 리튬 2차 전지가 활발히 개발되고 있다. 상기 리튬 2차 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와, 리튬 이온 전지 및, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지(Lithium Ion Polymer Battery)로 구별된다. 또한 상기 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지와 유기 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머전지로 나눌 수 있다.

도 1은 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

첨부된 도면을 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 그리드(Grid)에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 것으로 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 적층된 구조로 되어 있는 극판 조립체(11)를 구비한다. 또한 상기 양극판의 일측에는 양극 탭(12a)이 형성되고, 상기 음극판의 일 측에는 음극 탭(13a)이 형성된다. 상기 탭(12a, 13a)들은 리이드(14, 15)에 연결됨으로써 외부 회로와 접속될 수 있다.

상술한 극판 조립체(11), 양극 탭(12a), 음극 탭(13a) 및, 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)는 절연성 케이스(16) 및 그와 일체로 형성된 커버(16a)에 의해 밀봉된다. 상기 절연성 케이스(16)와 커버(16a)는 통상적으로 알루미늄 박막의 상, 하면위에 열접착성 물질이 적층된 형태를 가지며, 열접착성 물질이 상호 접착됨으로써 극판 조립체(11)가 수용된 공간을 밀봉할 수 있다. 또한 전지 셀(11)과 외부와의 전기적인 연결을 위하여 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 절연성 케이스(16)에 의해 밀봉된다.

위와 같은 구조를 가지는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 극판 조립체를 구성하는 양극판 및, 음극판은 통상적으로 활물질과 도전재와 바인더를 습식 방법에 의해서 혼합함으로써 제조되었다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 리튬 복합 산화물과 같은 양극 활물질 또는, 카본과 같은 음극 활물질을 카본블랙과 같은 도전제 및 폴리비닐리덴플루오라이드와 같은 바인더와 함께 N-메틸피롤리돈과 같은 유기 용매에 용해시켜서 활물질 슬러리 조성물을 만든다. 다음에 슬러리 조성물을 알루미늄 또는 구리 호일과 같은 집전체상에 도포하고 고온에서 소성한 다음 적당한 크기로 절단하여 양극 및 음극판을 제조할 수 있다. 이어서, 이렇게 만들어진 양극 및 음극판을 유기 전해액을 함유한 겔형 고분자 전해질과 같은 적당한 종류의 전해질과 함께 조립함으로써 극판 조립체가 이루어진다.

위와 같은 극판의 제조 방법에서는 활물질, 도전제 및, 바인더가 유기 용매내에서 용해된 상태로 슬러리 조성물이 제작되므로, 완성된 극판이 전해액과 충분히 접촉하지 않을 수 있다는 문제점이 있다. 즉, 바인더는 유기 용매내에서 용해되었을때 활물질과 도전제 입자의 외표면을 감싸게 되며, 따라서 완성된 극판에서 전해액을 극판에 함침시키더라도 극판의 활물질 및, 도전제가 전해액과 충분하게 접촉하지 못하는 것이다. 또한 제조 과정에 있어서 유기 용매를 사용하는 것은 공정을 복잡하게 하므로 생산성이 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 리튬 2 차 전지의 개선된 극판 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생산성이 향상된 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 통상적인 리튬 2 차 전지의 개략적인 분해 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법을 설명하는 설명도.

도 3 은 도 에 도시된 몰드를 단면 상태로 나타낸 것으로서, 집전체와 혼합물이 몰드내에서 가열 압착되는 상태를 나타내는 설명도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

11. 극판 조립체 12a.13a. 탭

14.15. 리이드 16. 케이스

21. 활물질 22. 도전제

23. 바인더 24. 혼합물

25. 믹서 26. 가압 플레이트

28. 몰드 31. 집전체

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 양극 또는 음극 활물질, 도전제 및, 바인더를 분말 상태로 준비하여 균일하게 혼합시킴으로써 혼합물을 제조하는 단계 및, 상기 혼합물과 집전체를 몰드에 투입하여 가열 상태로 압착함으로써 상기 혼합물이 집전체의 표면상에서 응집체를 형성함으로써 극판을 형성하는 단계를 구비하는 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 바인더의 분말 입자의 크기는 상기 양극 또는 음극 활물질의 분말 입자의 크기보다 5 내지 50 % 로 작다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 2 에 도시된 것은 본 발명에 따른 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법을 개략적으로 도시하는 설명도이다.

본 발명의 특징에 따르면, 리튬 2 차 전지의 극판 제조에 있어서 활물질, 도전제 및, 바인더를 혼합할때 유기 용매의 사용이 배제되며, 상기 재료들은 건조한 분말 상태에서 상호 혼합되어 가열 압착됨으로써 판상의 형상을 유지한다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 2 에 도시된 바와 같이, 활물질(21), 도전제(22) 및, 바인더(23)는 각각 건조한 분말 상태로 마련되며, 상기 재료들은 믹서(25)에 투입되어 균일하게 혼합된다. 활물질로 사용되는 재료는 위에서 설명한 바와 같이 양극활물질로서 리튬 복합 산화물을, 음극 활물질로서 카본을 사용할 수 있다. 또한 도전제로서 카본 블랙을 사용할 수 있으며, 바인더로서 폴리비닐리덴플루오라이드를 사용할 수 있다. 믹서(25)는 상기 재료들을 균일한 상태로서 혼합할 수 있는 것은 어느 것이나 사용할 수 있으며, 혼합된 상태에서 바인더는 입자 상태로 존재하여 활물질과 도전제 사이를 점접촉 상태로 유지할 수 있다. 이때, 바인더의 입자 크기는 활물질의 입자 크기보다 5 내지 50 % 작은 것을 사용함으로써 점접촉의 효과를 증대시킬 수 있다. 활물질, 도전제 및, 바인더는 통상적인 혼합 비율로 혼합된다.

다음에 믹서(25)에서 혼합된 혼합물(24)은 몰드(28)에 투입된다. 몰드(28)에는 극판의 형상에 대응하는 얇은 두께의 내부 공간이 형성되어 있으며, 그러한 내부 공간에 혼합물(24)이 투입된다. 혼합물(24)이 투입될때, 몰드(28)에는 집전체도 같이 투입된다. 즉, 혼합물(24) 사이에 집전체가 배치되도록 함으로써, 이후의 가열 압착시에 혼합물(24)이 집전체의 상부 및, 하부면에 응집될 수 있도록 하는 것이다. 이는 이후에 보다 상세하게 설명될 것이다.

한편, 몰드(28)에는 자체적인 가열 장치가 구비되거나 또는 몰드(28)를 가열할 수 있는 별도의 가열 장치가 제공됨으로써 차후의 가열 압착시에 혼합물(24)을 소정 온도로 가열할 수 있다.

몰드(28)에 투입된 혼합물(24)은 가압 플레이트(26)의 작용에 의해 집전체에 대하여 압착될 수 있다. 즉, 혼합물(24)이 몰드(28)에 투입된 상태에서 가열됨과 동시에 가압 플레이트(26)를 사용하여 혼합물(24)에 대하여 소정의 압력을 가하게 되면, 혼합물(24)은 서로에 대하여 응집됨과 동시에 집전체에 대하여 응집되므로 소정 두께를 가지는 판상의 형상을 유지할 수 있다. 도면에 도시되어 있지 않으나, 가압 플레이트(26)는 소정 압력을 가할 수 있는 프레스 장치에 의해서 승강됨으로써 혼합물(24)에 압력을 부가할 수 있다.

도 3 에 도시된 것은 극판을 조립하는 상태를 나타내는 설명도이다.

도면을 참조하면, 활물질, 도전제 및, 바인더의 혼합물(24)은 몰드(28)안에 투입되며, 몰드(28)안에는 메쉬 형태의 집전체(31)가 상기 혼합물(24)들의 사이에 배치된다. 집전체(31)는 예를 들면 익스팬디드 메탈과 같은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 혼합물(24)은 집전체(31)의 상하부 표면에 대하여 가압 플레이트(26)에 의해서 가열 압착되므로 집전체(31)를 사이에 두고 혼합물(24)이 압착되어 극판으로서 형성될 수 있다. 즉, 혼합물(24)이 집전체의 표면에 응집되어 소정의 형태를 유지할 수 있는 것이다. 이후에 통상적인 방식으로 극판 조립체를 형성할 수 있다. 전해액이 극판 조립체에 함침될 경우에, 극판과 전해액이 접촉하는 면적은 이전에 비해서 상대적으로 더 넓어지게 되고, 그에 따라서 효율이 향상된 전지의 제조가 가능해지는 것이다. 극판 조립체는 도 1 에 도시된 바와 같이 케이스(16)내에 수용된다.

본 발명에 따른 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법은 극판을 형성하는 활물질, 도전제 및, 바인더를 건조한 상태로 혼합하여 집전체에 대하여 가열 압착하여 극판을 형성하므로, 전해액이 극판과 접촉하는 면적이 상대적으로 확대된다. 따라서 효율이 극대화된 전지를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 용량이 증가된 전지의 제조도 가능해진다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및, 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 양극 또는 음극 활물질, 도전제 및, 바인더를 분말 상태로 준비하여 균일하게 혼합시킴으로써 혼합물을 제조하는 단계,

   상기 혼합물과 집전체를 몰드에 투입하여 가열 상태로 압착함으로써 상기 혼합물이 집전체의 표면상에서 응집체를 형성함으로써 극판을 형성하는 단계를 구비하는 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더의 분말 입자의 크기는 상기 양극 또는 음극활물질의 분말 입자의 크기보다 5 내지 50 % 로 작은 것을 특징으로 하는 리튬 2 차 전지의 극판 제조 방법.