KR100470594B1 - 리튬 폴리머 2차 전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대기 중에서 절단 및 패키징 공정이 이루어질 수 있도록 글로브 박스 내에서의 기본 조립공정이 배치 프로세스 방식으로 진행되어 생산성이 높고, 음극의 단면적을 2배로 형성하여 충방전 속도를 2배로 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 리튬 폴리머 2차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 2차 전지는 중앙부에 고온 소결시에 산화되지 않는 매쉬 형태의 양극 집전체에 리튬 전이금속 산화물을 양극재료로 사용하여 후막으로 형성된 양극과, 도전성 포일을 음극 집전체로 이용하여 양극의 상/하부를 둘러싸도록 일정한 거리를 두고 리튬금속으로 형성된 제1 및 제2 음극과, 상기 양극과 제1 및 제2 음극 사이를 분리함과 동시에 충/방전시에 리튬이온의 이동을 가능하게 고분자 전해용액이 분리막에 함침/건조된 폴리머 전해질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 전지는 글로브 박스 내에서 기본 조립공정이 배치 프로세스 방식으로 진행되고, 대기 중에서 절단 및 패키징 공정이 이루어지므로 생산성이 높게 된다.

Description

리튬 폴리머 2차 전지 및 그의 제조방법{Rechargeable Lithium Polymer Battery and Method for Making the Same}
본 발명은 리튬 폴리머 2차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 양산 적용시 대기 중에서 절단 및 패키징 공정이 이루어질 수 있도록 글로브 박스 내에서의 기본 조립공정이 배치 프로세스(batch process) 방식으로 간단하게 이루어질 수 있어 생산성이 높고, 음극의 단면적을 2배로 형성하여 충방전 속도를 2배로 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 리튬 폴리머 2차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
2차 전지는 재충전이 가능하고 경량, 박형으로 제조될 수 있어 최근 들어 이동통신단말기 등의 포터블 전자기기에 널리 사용되고 있다. 그 중에서 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지의 단점을 개선한 리튬이온 전지(LIB)는 니켈카드뮴 전지에 비하여 에너지 밀도가 체적당 2배, 중량당 3배 정도로 높아 휴대폰 등의 대중화에 한몫을 하고 있다.
이러한 리튬이온 전지는 양극에 코발트산 리튬 또는 리튬망간 복합 산화물, 음극에 흑연, 전해액에 유지 전해액을 사용하고 있는데 충방전시 안전성을 고려하여 음극에 금속리튬을 사용하지 않은 구조이다.
이에 반하여, 음극에 리튬 알루미늄(LiAl) 합금 또는 리튬티탄 복합 산화물을 사용한 리튬금속 전지(LMB)는 리튬이온 전지보다도 더욱 안전성을 위한 특별한 구조를 요구하고 있다.
즉, 상기한 리튬 2차 전지는 리튬을 양극 및/또는 음극에 사용하고 있는 데 리튬이 금속 중에서 가장 가볍고 전자 보유 능력이 뛰어나며 납축전지보다 5배 이상, 알카라인 전지보다 3배 이상의 에너지 밀도를 가지고 있으며 하나의 셀이 3.0V의 구동 전력을 낼 수 있어 소형화와 안정성에 장점을 가지고 있다.
그러나, 리튬이온은 공격적 특성 때문에 내부물질 또는 케이스를 파괴시키거나 공기중의 산소 또는 물과 격렬하게 반응하여 수소를 생성하여 수소가 폭발하거나 내부압력을 높여 전지를 파괴시키게 된다. 또는 리튬은 용융온도가 179℃로서 상대적으로 낮은 온도에서 녹게 되어 화재 발생시 리튬이 녹아 내려 음극과 직접 접촉할 경우 폭발할 수 있다.
더욱이, 리튬금속을 2차전지의 음극으로 사용하는 경우는 에너지 밀도가 높고 자가방전율이 낮다는 장점이 있으나, 리튬금속은 충전시에 바늘 또는 댄드라이트(dendrite) 결정으로 석출되어 분리막을 관통시키는 문제, 고온의 낮은 안정성, 고부하 방전시 에너지 밀도의 저하 등의 문제가 있어 상용화가 이루어지지 못하고,탄소(흑연)를 음극재료로 사용한 리튬이온 전지가 상용화되고 있다.
그런데 상용화된 리튬이온 전지도 3중 안전조치로서 음극으로 탄소전극을 사용하는 것 이외에 과충전, 과방전을 막기 위한 전자제어장치와, 위험온도 이상으로 온도상승시 절연체로 변하는 분리막을 채용하고 있고, 기타 온도상승을 대비한 PTC와 과충전방지용 안전변(safety vent) 등을 구비하고 있다.
이와 같은 리튬이온 전지의 문제점은 대부분 액체 전해질을 사용하는 것에 기인하므로 액체 전해질 대신에 고체 고분자 재료로 이루어진 고체전해질로 대체한 리튬이온 폴리머 전지(LIPB)가 최근들어 제안되었다.
리튬이온 폴리머 전지는 전해액의 누액 위험성이 없고 고분자 특유의 가소성(plasticity)을 이용하여 전지의 박형화와 슬림화가 가능하고, 제조공정의 단순화와 함께 덴드라이트 현상도 없어 안전성을 확보할 수 있어 차세대 2차 전지로서 기대되고 있다.
이러한 리튬이온 폴리머 전지는 미국의 Bell Communication & Research Co.(Bellcore)에서 제안한 기술로서 양극 및 음극을 각각 필름으로 제조하고 양극 및 음극 집전체와 라미네이션한 후 단위 셀 크기로 재단하고, 단위 셀 크기로 재단된 전해질과 함께 셀 라미네이션 과정을 거쳐 단위 셀을 얻는다. 그후 가소제 추출과 전해액 함침 과정을 거친 후 포장과 터미널 조립과정을 거쳐 완성한다.
상기 벨코아사 및 다른 회사들이 제안한 리튬이온 폴리머 전지 구조는 음극에 리튬을 사용하지 않고 하드 카본(hard carbon) 또는 흑연을 사용하며, 음극 집전체로서 Cu 포일 또는 Cu-Exmet를 사용하고 양극 집전체로서 Al 포일 또는 Al-Exmet를 사용하고 있다.
이러한 종래의 리튬이온 폴리머 전지를 제조하는 공정은 전체 공정이 무수 분위기(moisture-free)의 글로브 박스 내부에서 이루어져야 하기 때문에 글로브 박스의 크기가 전체의 제품생산량을 좌우하며 글로브 박스 내에서 모든 처리가 이루어지기 때문에 각 공정의 처리시에 각종 제약이 따라 생산수율이 낮은 문제가 있다.
더욱이, 최근들어 음극으로서 리튬금속을 채용하면서 고체 고분자 전해질로 리튬이온의 이동을 가능하게 하는 리튬폴리머 전지(LPB) 구조가 제안되어 양산을 시도하고 있으나, 리튬금속을 사용하는데 따른 제조의 곤란성과 적합한 고체 폴리머 전해질의 개발 등의 어려움이 있어 극박형을 유지하면서 양산 생산시에 경쟁력을 갖출 수 있는 이의 제조방법은 아직 제안되고 있지 못하였다.
또한 리튬 폴리머 전지는 리튬 전이금속 산화물을 채용하여 양극을 제조할 때 양극 집전체로서 Al 포일 또는 Al-Exmet를 사용하였기 때문에 리튬 전이금속 산화물이 충격에 의해 쉽게 깨지는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 양산 적용시 대기 중에서 절단 및 패키징 공정이 이루어질 수 있도록 글로브 박스 내에서의 기본 조립공정이 배치 프로세스 방식으로 간단하게 이루어질 수 있어 생산성이 높고, 음극의 단면적을 2배로 형성하여 충방전 속도를 2배로 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 리튬 폴리머 2차 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지를 배치 프로세스 방식으로 제조하는데 필요한 음극판 시트의 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지를 배치 프로세스 방식으로 제조하는데 필요한 양극판 시트의 평면도,
도 3은 글로브 박스내에서 기본 조립된 다수의 단위 셀을 포함한 셀 전지시트의 평면도,
도 4는 글로브 박스 외부에서 진행되는 셀 절단/패키지 공정을 설명하기 위한 설명도,
도 5는 본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 리튬 폴리머 2차 전지에 대한 개략 평면도,
도 6은 도 3의 X-X선 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
1 ; 리튬 폴리머 2차 전지 1a-1n ; 단위 셀
2 ; 음극 집전체 2a,2b ; 음극
4 ; 폴리머 전해질 6 ; 양극 집전체
6a ; 양극 10 ; 셀 전지시트
10a-10n ; 셀 영역 11 ; 외곽 압착부
12a,12b ; 압착부 13 ; 절단선
13a-13n ; 절단영역 20 ; 음극판 시트
20a,60a ; 기재 21a-21n,22a-22n ; 음극
60 ; 양극판 시트 60b ; 돌출영역
61a-61n ; 양극
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중앙부에 고온 소결시에 산화되지 않는 매쉬 형태의 양극 집전체에 리튬 전이금속 산화물을 양극재료로 사용하여 후막으로 형성된 양극과, 도전성 포일을 음극 집전체로 이용하여 양극의 상/하부를 둘러싸도록 일정한 거리를 두고 리튬금속으로 형성된 제1 및 제2 음극과, 상기 양극과 제1 및 제2 음극 사이를 분리함과 동시에 충/방전시에 리튬이온의 이동을 가능하게 고분자 전해용액이 분리막에 함침/건조된 폴리머 전해질로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지를 제공한다.
상기 리튬 전이금속 산화물은 리튬망간산화물(LiMn2O4)과 리튬코발트산화물(LiCoO2) 중 어느 하나로 이루어지고, 양극 집전체는 스텐레스 스틸 또는 백금(Pt)으로 이루어지며, 음극 집전체는 알루미늄 또는 구리로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기한 리튬 폴리머 2차 전지를 제조하기 위한 제조방법은 무산소 분위기의 글로브 박스내에서 상하 대칭구조를 이루며 각각 도전성 포일을 음극 집전체용 기재로 이용하여 인접한 좌우 및 상하부 사이에 일정한 거리를 두고 리튬금속으로 형성된 다수의 제1 및 제2 음극을 증착하여 음극판 시트를 준비하는 단계와, 고분자 전해용액을 분리막에 함침/건조시켜 폴리머 전해질을 준비하는 단계와, 리튬 전이금속 산화물을 주성분으로 함유한 양극재료 슬러리를 매쉬형태의 양극 집전체용 기재에 상기 음극과 동일한 면적을 가지며 음극과 음극 사이의 간격과 동일한 간격으로 스크린 프린팅 방법으로 막을 형성한 후 소결하여 다수의 양극이 형성된 양극판 시트를 준비하는 단계와, 글로브 박스내에서 음극판 시트의 상하 절첩선을 중심으로 반으로 접고 그 내부에 폴리머 전해질과 양극판 시트를 끼워서 다수의 셀 영역을 포함하는 셀 전지시트를 가 조립하는 단계와, 상기 가 조립된 셀 전지시트를 밀착시킨 후 셀 전지시트의 개방부를 압착하여 밀봉하는 단계와, 상기 밀봉된 셀 전지시트를 글로브 박스 외부로 꺼내어 대기중에서 다수의 셀 영역을 단위 셀로 분리하여 패키징하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 양극 집전체용 기재는 양극판 시트와 조립시에 음극판 시트의 외부로 자기 정합방식으로 돌출되는 다수의 돌출영역이 각각의 셀 영역별로 연장 형성되며, 상기 다수의 돌출영역에는 단위셀로 분할된 후 각각 양극단자가 접속된다.
이 경우, 상기 양극재료 슬러리의 소결은 500℃ 내지 700℃ 사이의 산소 분위기에서 열처리되며, 상기 리튬 전이금속 산화물은 리튬망간산화물(LiMn2O4)와 리튬코발트산화물(LiCoO2) 중 어느 하나로 이루어지고, 양극 집전체는 스텐레스 스틸과 백금(Pt) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다수의 셀 영역을 단위 셀로 분리하여 패키징하는 단계는 상기 다수의 셀 영역을 포함하고 있는 셀 전지시트를 인접된 셀 영역을 구획함과 동시에 셀을 밀봉하는데 필요한 제1 및 제2 압착부를 인접된 셀 영역 사이에 소정의 간격을 두고 형성함과 동시에 제1 및 제2 압착부 사이의 절단영역을 절단하여 선단부에 위치한 단위 셀을 분리하는 방식으로 순차적으로 분할하는 단계와, 상기 분할된 단위 셀의 음극 집전체와 양극 집전체에 각각 음극단자와 양극단자를 연결한 후 외장재로 패키징하는 단계로 구성된다.
상기한 바와같이 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지(LPB)는 한쌍의 제1 및 제2 음극과 양극의 상부면과 하부면이 각각 반응하게 되어 음극의 반응 표면적이 종래의 구조에 비하여 2배로 증가함에 따라 전지 전체의 두께를 2배로 늘이지 않으면서 충/방전 속도를 2배 이상 빠르게 할 수 있다.
또한 상기 전지 구조는 글로브 박스 내에서 기본 조립공정이 배치 프로세스 방식으로 간단하게 이루어지고, 대기 중에서 절단 및 패키징 공정이 이루어질 수 있어 생산성이 높게 된다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부된 도 5는 본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 리튬 폴리머 2차 전지에 대한 개략 평면도, 도 6은 도 3의 X-X선 단면도이다.
도 5 및 도 6과 같이 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지(LPB)(1)는 중앙부에 예를들어, 스텐레스 스틸, 백금(Pt) 또는 알루미늄(Al)으로 이루어진 매쉬를 양극 집전체(6)로 이용하여 성형된 양극(6a)과, 예를들어 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 포일을 음극 집전체(2)로 이용하여 양극(6a)의 상/하부를 둘러싸도록 일정한 거리를 두고 형성된 제1 및 제2 음극(2a,2b)과, 상기 양극(6a)과 제1 및 제2음극(2a,2b) 사이를 분리함과 동시에 충/방전시에 리튬이온의 이동을 가능하게 고체 고분자 전해질이 분리막(separator)에 함침된 폴리머 전해질(4)로 구성되어 있다.
상기한 리튬 폴리머 2차 전지(1)에서 양극(6a)은 예를들어, 리튬망간산화물(LiMn2O4), 리튬코발트산화물(LiCoO2)과 같은 리튬 전이금속 산화물을 양극재료로 사용하여 이루어지고, 음극(2a,2b)은 예를들어, 리튬(Li) 금속으로 이루어지며, 폴리머 전해질(4)은 종이 등과 같이 리튬전지의 특성을 저하시키지 않으면서 흡수력이 있는 재료를 기재로 사용하여 주지된 전해용액을 함침/건조시킨 것이다.
이 경우 전해질(4)은 제1 및 제2 음극(2a,2b)과 양극(6a)의 상부면과 하부면 사이에 서로 분리된 한쌍의 전해질 시트를 사용하거나 일체로 형성된 것 중 어느 것을 사용하여도 된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지(LPB)(1)는 한쌍의 제1 및 제2 음극(2a,2b)과 양극(6a)의 상부면과 하부면이 각각 반응하게 되어 음극의 반응 표면적이 종래의 구조에 비하여 2배로 증가함에 따라 전지 전체의 두께를 2배로 늘이지 않으면서 충/방전 속도를 2배 이상 빠르게 할 수 있다.
이하에 상기한 구조를 갖는 리튬 폴리머 2차 전지의 제조방법을 도 1 내지 도 4를 참고하여 상세하게 설명한다.
먼저 도 1은 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지를 배치 프로세스 방식으로 제조하는데 필요한 음극판 시트의 평면도로서, 음극판 시트(20)는 진공 분위기 또는 불활성 분위기를 조성함에 의해 달성되는 무산소 분위기의 글로브 박스 내부에 설치된 증착기에서 스트립 형태의 알루미늄 또는 구리 포일로 이루어진 기재(20a)에 리튬금속을 일정한 간격을 두고 단위셀에 필요한 영역만큼씩 2열로 증착시켜, 다수의 음극(21a-21n,22a-22n)을 형성한다.
이때 상기 상부열의 음극(21a-22n)과 하부열의 음극(22a-22n) 사이의 연결부(2c)에 대한 간격(d1)은 도 6과 같이 상부열의 음극(21a-22n)과 하부열의 음극(22a-22n)을 절첩선(F)을 중심으로 반으로 접어서 내부에 양극판 시트(6)와 폴리머 전해질(4)을 둘러싸는데 필요한 길이로 설정되며, 좌우로 인접한 음극(21a-21n,22a-22n) 사이의 간격(d2)은 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 셀(1a-1n)을 밀봉하는데 필요한 한쌍의 압착부(12a)와 압착부(12b) 사이에 형성된 절단영역(13a-13n)을 포함한 길이로 설정된다. 음극이 증착되는 기재(20a)는 단위 셀로 분할될 경우 음극 집전체(2)로서 역할을 하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지를 배치 프로세스 방식으로 제조하는데 필요한 양극판 시트의 평면도로서, 양극판 시트(60)는 먼저 리튬망간산화물(LiMn2O4) 또는 리튬코발트산화물(LiCoO2)을 주성분으로 함유한 주지된 양극재료를 슬러리 형태로 준비한다. 그후 준비된 양극재료 슬러리를 매쉬형태의 기재(60a)에 예를들어, 스크린 프린팅 방법으로 상기한 음극(21a-21n,22a-22n)과 동일한 면적을 가지며, 음극과 음극 사이의 간격(d2)과 동일한 간격으로 박막형태로 형성한다.
이 경우 상기 기재(60a)는 조립된 후 단위 셀로 분할될 경우 양극 집전체(6)로서 역할을 하게 된다. 따라서, 바람직하게는 상기 기재(60a)의 일측변으로 돌출영역(60b)을 확장 형성하여 양극판 시트(20)와 조립시에 후술하는 도 3과 같이 돌출영역(60b)이 음극판 시트(20)의 외부로 자기 정합방식으로 돌출하도록 미리 설정된다. 상기 돌출영역(60b)에는 패키징 공정시에 양극단자가 접속된다.
그후 양극재료가 프린팅된 기재(60a)를 500℃ 내지 700℃ 사이의 산소 분위기에서 열처리하여 프린팅된 양극재료 슬러리를 소결시키면 다수의 양극(61a-61n)이 형성된 양극판 시트(60)가 얻어진다.
상기한 기재(60a)로 사용 가능한 재료는 500℃ 내지 700℃ 사이의 산소 분위기에서 양극재료 슬러리를 열처리하는 동안 전기적 특성을 잃지 않고 산화에 견딜 수 있는 재료로서, 예를들어 스텐레스 스틸 또는 백금(Pt)을 사용할 수 있다. 또한 기재(60a)로서 매쉬형태를 사용하는 것은 양극재료 산화물이 쉽게 깨어지는 것을 방지할 수 있는 구조이다.
한편, 폴리머 전해질은 일반적으로 주지된 고체 고분자 전해질을 사용하는 것이 가능하며, 예를들어 고분자 매트릭스에 유기용매와 리튬염을 혼합하여 조성한 혼성 겔형 매질을 사용한다.
상기한 혼성 겔형 고분자 전해질은 고분자 매트릭스 내의 기공부분에 리튬염이 유기용매에 녹아 있는 전해용액이 함침되어 있는 형태로서, 주로 사용되는 고분자는 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene; PEO), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylo nitrile; PAN), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluride; PVdF)이다.
상기 폴리머 전해질은 종이에 주지된 전해용액을 함침시킨 후 건조시킨 것이다.
도 3은 글로브 박스내에서 기본 조립된 다수의 단위 셀을 포함한 셀 전지시트를 나타낸 것으로, 상기와 같이 미리 제작된 음극판 시트(20), 폴리머 전해질(4) 및 양극판 시트(60)를 준비한 후, 글로브 박스내에서 도 6과 같이 먼저 상하 대칭구조의 음극판 시트(20)의 절첩선(F)을 중심으로 반으로 접고 그 내부에 폴리머 전해질(4)과 양극판 시트(60)를 낀다. 이 경우 돌출영역(60b)은 양극판 시트(60)의 외부로 자기 정합방식으로 돌출된다.
그후 가 조립된 셀 전지시트(10)를 밀착시켜서 슬림화하면서 도 3과 같이 슬림화된 셀 전지시트(10)의 양단부와 하단부를 프레스 장치를 이용하여 압착함에 의해 외각 압착부(11)를 형성하여 산소를 함유한 공기가 외부로부터 내부로 침입하지 못하도록 밀봉한다.
그후 외각이 외각 압착부(11)에 의해 밀봉된 셀 전지시트(10)를 글로브 박스 외부로 꺼내어 대기중에서 단위 셀로 분할하기 위하여 절단공정을 도 4와 같이 진행한다.
셀 절단공정은 먼저 다수의 셀 영역(10a-10n)을 포함하고 있는 셀 전지시트(10)를 프레싱/절단 장치로 순차적으로 일정한 거리씩 이동시키면 프레싱/절단 장치에서는 인접된 셀 영역(10a-10n)을 구획함과 동시에 셀(1a-1n)을 밀봉하는데 필요한 한쌍의 압착부(12a,12b)를 소정의 간격을 두고 형성하여압착부(12a,12b) 사이에 절단영역(13a-13n)을 형성함과 동시에 또는 시차를 두고 절단영역(13a-13n) 중간의 절단선(13)을 따라 절단하여 선단부에 위치한 단위 셀(1a)을 분리한다.
그후 셀 영역만큼 이동한 후 상기한 동작을 순차적으로 반복하여 나머지 단위 셀(1b-1n)을 분리한다. 물론 이 경우 소정수의 셀들을 한번에 분리하기 위해 소정수의 압착부(12a,12b)의 형성과 절단을 수행하여 처리능률을 올리는 것도 가능하다.
상기한 과정을 거쳐서 얻어진 단위 셀 전지는 도 5 및 도 6과 같이 3변이 압착부(11,12a,12b)에 의해 밀봉되고 음극 집전체(2)가 상부면과 하부면을 둘러싸며 일측단부에 양극(6a)과 연결된 양극 집전체(6)가 돌출되어 있다.
따라서, 본 발명에서는 돌출된 양극 집전체(6)에 양극단자가 접속되고 음극 집전체(2)의 임의 부분에 음극단자가 접속될 수 있어 완제품 포장시에 종래의 방식보다 쉽게 이루어질 수 있고, 양극단자와 음극단자를 인출하기 위한 별도의 공정이 필요 없게 된다.
끝으로, 분리된 단위 셀의 음극 집전체(2)와 양극 집전체(6)에 각각 음극단자와 양극단자를 연결하고 외부를 예를들어, 에폭시수지와 같은 열접착수지나 알루미늄 증착필름 등을 외장재로 사용하여 전지 셀에 대한 포장을 완료한다.
따라서, 본 발명에서는 글로브 박스 내에서 기본적인 조립공정만이 간단하게 이루어지고, 대기 중에서 절단 및 패키징 공정이 이루어질 수 있어 조립 생산성이 높게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 리튬 폴리머 2차 전지(LPB)는 한쌍의 제1 및 제2 음극과 양극의 상부면과 하부면이 각각 반응하게 되어 음극의 반응 표면적이 종래의 구조에 비하여 2배로 증가함에 따라 전지 전체의 두께를 2배로 늘이지 않으면서 충/방전 속도를 2배 이상 빠르게 할 수 있다.
또한 상기 전지 구조는 글로브 박스 내에서 기본 조립공정이 배치 프로세스 방식으로 간단하게 이루어지고, 대기 중에서 절단 및 패키징 공정이 이루어질 수 있어 생산성이 높게 된다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (12)

  1. 리튬 전이금속 산화물을 양극재료로 사용하여 형성된 양극과, 도전성 포일을 음극 집전체로 이용하여 양극의 상/하부를 둘러싸도록 일정한 거리를 두고 리튬금속으로 형성된 제1 및 제2 음극과, 상기 양극과 제1 및 제2 음극 사이를 분리함과 동시에 충/방전시에 리튬이온의 이동을 가능하게 고분자 전해용액이 분리막에 함침/건조된 폴리머 전해질로 구성된 리튬 폴리머 2차 전지에 있어서,
    상기 양극은 매쉬형태로 가공된 스텐레스 스틸과 백금(Pt) 중 어느 하나로 이루어진 양극 집전체에 리튬 전이금속 산화물을 주성분으로 함유한 양극 재료 슬러리를 스크린 프린팅 방법으로 박막 형태로 형성한 후, 500℃ 내지 800℃ 사이의 산소 분위기에서 소결된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 도전성 포일을 음극 집전체용 기재로 이용하여 인접한 좌우 및 상하부 사이에 일정한 거리를 두고 리튬금속으로 형성된 다수의 제1 및 제2 음극을 증착하여 음극판 시트를 준비하는 단계와,
    고분자 전해용액을 분리막에 함침/건조시켜 폴리머 전해질을 준비하는 단계와,
    리튬 전이금속 산화물을 주성분으로 함유한 양극재료 슬러리를 스크린 프린팅 방법으로 형성한 후 다수의 양극이 형성된 양극판 시트를 준비하는 단계와,
    글로브 박스내에서 음극판 시트의 상하 절첩선을 중심으로 반으로 접고 그 내부에 폴리머 전해질과 양극판 시트를 끼워서 다수의 셀 영역을 포함하는 셀 전지시트를 조립하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 조립된 셀 전지 시트를 밀착시킨 후 셀 전지 시트의 개방부를 압착하여 밀봉하는 단계와,
    상기 밀봉된 셀 전지시트를 글로브 박스 외부로 꺼내어 대기중에서 다수의 셀 영역을 단위 셀로 분리하여 패키징하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 양극 집전체용 기재는 양극판 시트와 조립시에 음극판 시트의 외부로 자기 정합방식으로 돌출되는 다수의 돌출영역이 각각의 셀 영역별로 연장 형성되며, 상기 다수의 돌출영역에는 단위셀로 분할된 후 각각 양극단자가 접속되는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 양극재료 슬러리의 소결은 500℃ 내지 800℃ 사이의 산소 분위기에서 열처리되는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 리튬 전이금속 산화물은 리튬망간산화물(LiMn2O4)와 리튬코발트산화물(LiCoO2) 중 어느 하나로 이루어지고, 양극 집전체는 스텐레스 스틸, 백금(Pt) 및 Al 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 다수의 셀 영역을 단위 셀로 분리하여 패키징하는 단계는
    상기 다수의 셀 영역을 포함하고 있는 셀 전지시트를 인접된 셀 영역을 구획함과 동시에 셀을 밀봉하는데 필요한 제1 및 제2 압착부를 인접된 셀 영역 사이에 소정의 간격을 두고 형성함과 동시에 제1 및 제2 압착부 사이의 절단영역을 절단하여 선단부에 위치한 단위 셀을 분리하는 방식으로 순차적으로 분할하는 단계와,
    상기 분할된 단위 셀의 음극 집전체와 양극 집전체에 각각 음극단자와 양극단자를 연결한 후 외장재로 패키징하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬폴리머 2차 전지의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 다수의 셀 영역을 단위 셀로 분리하는 단계는
    상기 다수의 셀 영역을 포함하고 있는 셀 전지시트를 인접된 셀 영역을 구획함과 동시에 각 셀을 밀봉하는데 필요한 제1 및 제2 압착부를 다수의 인접된 셀 영역 사이에 각각 소정의 간격을 두고 형성함과 동시에 제1 및 제2 압착부 사이의 절단영역을 절단하여 다수의 단위 셀을 동시에 분리하는 방식으로 분할하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지의 제조방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 양극의 형태가 음극과 같거나 비슷한 면적을 가지며 음극과 음극과의 간격과 같거나 비슷한 간격을 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 2차 전지의 제조방법.
  12. 제4항 내지 제11항 중 어느 한항에 따라 제조된 리튬 폴리머 2차 전지.
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