KR100513636B1 - 리튬이온 폴리머 전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 고율 특성 및 싸이클 특성이 우수한 리튬 전지 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지는 양면에 고분자 전해질이 라미네이트된 캐소드가 애노드 상에 순차적으로 반복하여 적층되어 있는 전극 구조체를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 상기 고분자 전해질은 매트릭스 형성용 고분자 수지, 무기충진제, 가소제 및 용매를 포함한다. 이와 같이 얻어진 리튬 전지는 고율 특성 및 싸이클 특성이 향상된다는 특징을 갖는다.

Description

리튬이온 폴리머 전지 및 그의 제조방법{Lithium ion polymer battery and process for preparing the same}
본 발명은 리튬 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 고율 특성 및 싸이클 특성이 우수한 리튬 전지 및 그의 제조방법을 제공한다.
최근 첨단 전자기기의 발달로 전자 장비가 소형화 및 경량화됨에 따라 휴대용 전자 기기의 사용이 점차 증대되고 있다. 따라서, 이러한 전자기기의 전원으로 사용되는 고에너지 밀도 특성을 갖는 전지의 필요성이 높아지게 되어 리튬 2차전지에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.
리튬 2차전지는 캐소드, 애노드 및 캐소드와 애노드 사이에 리튬 이온의 이동 경로를 제공하는 전해액과 세퍼레이타를 구성하여 제조한 전지로서, 리튬 이온이 상기 캐소드 및 애노드에서 삽입/탈삽입될 때의 산화, 환원 반응에 의해 전기에너지를 생성한다. 이와 같은 리튬 2차전지는 세퍼레이타의 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고체형 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다. 리튬 이온 전지의 경우에는 세퍼레이타로서 전해액을 거의 흡수할 수 없는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 라미네이티드 구조를 사용하는 반면, 리튬 이온 폴리머 전지는 세퍼레이타로서 전해액을 함습할 수 있는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌옥사이드 등과 같은 고분자로 이루어진 전해질을 사용한다.
이들 중에서도 리튬 이온 폴리머 전지는 고체형 전해질을 사용하므로 전해액이 누출될 염려가 적고, 가공성이 우수하여 배터리팩으로 만들 수 있다. 그리고 무게가 가볍고 부피가 적으며 자체 방전율도 아주 작다. 이와 같은 특성으로 말미암아, 리튬 이온 폴리머 전지는 리튬 이온 전지에 비하여 안전할 뿐만 아니라 각형 및 대형 전지로 제작하기가 용이하다.
이와 같은 리튬 이온 폴리머 전지의 예로서는, 일본 특허공개공보 제2000-138076호에는 캐소드와 애노드의 표면에 겔상 고분자 전해질을 도포하고 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 코어재를 이용하여 권취한 후 폴리머 전지를 제조하는 방법 및 장비가 개시되어 있다. 그러나 이와 같은 방법에 있어서는 고분자 전해질을 전극에 코팅하기 때문에 드라이 룸(무수 분위기)를 유지하므로 전지제조 공정상 고 비용과 제조 공정시 수분의 양에 따른 전지의 성능 편차 등이 나타나므로 균일한 전지성능을 얻기가 어렵다.
또한 일본 특허공개공보 평11-283672호 및 평11-283673호에는 캐소드, 애노드 및 세파레이터를 권취하여 젤리롤을 만들고, 이를 포장한 상태에서 중합제와 전해액을 충진한 후 외장재를 가열, 중합경화하여 폴리머 전지를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이와 같은 방법으로 전지를 제조하는 경우 전지 크기가 증가하면 전해액의 함습이 불가능하므로 전지의 다량한 크기에 대한 대응성이 저하되고 별도의 세파레이너를 사용해야 하므로 전지의 단가가 증가한다.
또한 미국특허 제5,456,000호, 제5,429,891호 및 제5,418,091호에는 애노드의 양면에 고분자 전해질을 라미네이션하고, 이어서 애노드의 양면에 캐소드를 라미네이션하여 바이셀을 만든 후, 상기 바이셀들을 적층하고 메탄올을 이용하여 가소제인 DBP를 추출, 건조시킨 다음 전지를 포장하고 전해액을 주입하여 폴리머 전지를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에서는 가소제의 추출공정에 의한 전지 제조 비용 및 전지의 단가가 높으며 바이셀 당 집전체가 추가로 요구되므로 전지 단가가 증가하고, 부피 및 중량 에너지 밀도가 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 구조가 간단하고 두께가 얇아서 에너지 밀도 및 부피 밀도가 높고, 고분자 전해질과 전극간의 접착력이 우수하여 고율 특성 및 싸이클 특성이 개선된 리튬이온 폴리머 전지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 리튬 이온 폴리머전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지는,
양면에 고분자 전해질이 라미네이트된 캐소드가 애노드 상에 순차적으로 반복하여 적층되어 있는 전극 구조체를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 전해질은 매트릭스 형성용 고분자 수지, 무기충진제, 가소제 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 전해질을 형성하기 위하여 사용되는 매트릭스 형성용 고분자 수지는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 전해질을 형성하기 위하여 사용되는 무기충진제는 실리카, 카올린 또는 알루미나인 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 전해질을 형성하기 위하여 사용되는 가소제는 에틸렌 글리콜 유도체, 이들의 올리고머 또는 유기 카보네이트계 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 고분자 전해질을 형성하기 위하여 사용되는 용매는 아세톤, 디메틸포름아미드 또는 사이클로헥사논인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지의 제조방법은,
a) PET 필름 상에 고분자 전해질 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 고분자 전해질을 형성하는 단계;
b) 캐소드와 애노드를 소정의 크기로 절단한 후, 상기 a) 단계에서 얻어진 고분자 전해질을 캐소드의 양면에 라미네이션하는 단계;
c) 애노드/라미네이션된 캐소드/애노드/라미네이션된 캐소드/......애노드/라미네이션된 캐소드/애노드의 순서로 반복하여 적층하는 단계;
d) 적층된 전극 구조체를 태핑하는 단계;
e) 상기 전극 구조체를 60 내지 120℃의 온도 범위 및 10 내지 10-3 torr의 진공하에 건조하는 단계;
f) 상기 전극 구조체 내의 탭을 접합시킨 후 전지 케이스 내에 수납하는 단계;
g) 상기 f) 단계에서 얻어진 결과물 내에 전해액을 주입하는 단계; 및
h) 포장된 전지를 25 내지 120℃의 온도범위 및 100 내지 700PSI의 압력조건하에 가압하는 단계를 포함한다.
상기 제조방법 중 e)단계에서의 건조시간은 12 내지 72시간이 바람직하다.
상기 제조방법 중 h)단계에서의 가압시간은 5 내지 20초가 바람직하다.
상기 제조방법 중 g)단계에서의 전해액은 유기 용매 및 리튬염을 포함한다.
상기 g)단계의 전해액에 사용되는 유기용매로서는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈중에서 선택된 적어도 1종의 용매를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 g)단계의 전해액에 사용되는 리튬염은 과염소산 리튬(LiClO4), 사불화붕산 리튬(LiBF4), 육불화인산 리튬(LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO 3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온성 리튬염인 것이 바람직하다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지는 양면에 고분자 전해질이 라미네이트된 캐소드가 애노드 상에 순차적으로 반복하여 적층되어 있는 전극 구조체를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명의 전극 구조체는 도 1에 기재한 바와 같이 애노드/라미네이션된 캐소드/애노드/라미네이션된 캐소드/....../애노드/라미네이션된 캐소드/애노드와 같이 애노드와 캐소드가 순차적으로 반복하여 적층되어 있는 구조를 갖는다. 이와 달리 종래 바이셀들을 적층하여 얻어지는 전극 구조체의 경우에는 바이셀 간에 동일한 종류의 전극판이 중복하여 적층되어 있는 구조를 갖게 되며, 이로 인해 바이셀당 애노드 집전체(또는 캐소드 집전체)가 추가로 필요하므로 비효율적이고 부피 밀도 및 에너지 밀도가 낮아진다는 문제점을 갖게 된다.
반면, 본 발명의 리튬이온 폴리머전지는 고분자 전해질이 양면에 라미네이션된 캐소드를 애노드 상에 순차적으로 반복하여 적층하고, 최종적으로 애노드를 적층하게 되는 구조를 갖게 되므로 효율적이고, 가압하에 각 전극판과 고분자 전해질을 결합시키므로 전체적인 부피가 감소되고 부피 및 중량 에너지 밀도가 개선되는 효과를 가지고, 전극과 폴리머 전해질이 서로 결합되어 고율 특성 및 싸이클 특성이 향상된다.
본 발명의 리튬이온 폴리머전지를 제조하기 위해서는 통상적인 방법을 통해 얻어진 캐소드의 양면에 미리 제조한 고분자 전해질을 라미네이션하고, 이를 애노드 상에 순차적으로 반복하여 적층함으로써 얻어진 전극 구조체를 가압하여 얻어지게 된다.
상기 본 발명의 고분자 전해질 형성용 조성물은 매트릭스 형성용 고분자 수지, 무기충진제, 가소제 및 용매를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 고분자 전해질을 형성하기 위한 매트릭스 형성용 고분자 수지는 특별히 한정되지는 않으나, 전극판의 결합제에 사용되는 물질들이 모두 사용가능하다. 여기에는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 및 그 혼합물을 사용할 수 있다. 그 중에서도 특히 헥사플루오로프로필렌 함량이 2 이상에서 25중량%인 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 계면특성과 불량률(예를들면 쑈트)면에서 유리하기 때문이다.
상기 고분자 전해질을 형성하기 위한 무기 충진제는 고분자 전해질의 기계적 강도를 향상시켜 주는 역할을 하는 물질로서, 실리카, 카올린, 알루미나 등이 사용되며, 그 함량은 고분자 수지 100 중량부를 기준으로 하여 10 내지 200중량부인 것이 바람직하다. 여기에서 고분자 수지에 대한 충진제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 이온전도도와 기계적 물성이 좋지 않고, 충진제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 필름 형성이 잘 안되어 바람직하지 못하다.
상기 고분자 전해질을 형성하기 위한 가소제로서는, 비점이 250℃ 이하인 에틸렌 글리콜 유도체, 이들의 올리고머, 유기 카보네이트계 물질을 사용하며, 이러한 물질들은 120℃ 이내의 온도에서 완전 제거 가능한 물질이므로 별도의 제거과정이 불필요하다. 이러한 특성을 만족시키는 에틸렌 글리콜 유도체의 구체적인 예로는 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 에틸렌 글리콜 디부틸에테르, 에틸렌글리콜 디부티레이트, 에틸렌글리콜 디프로피오네이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트 및 이들의 혼합물이 있고, 유기 카보네이트계 물질의 구체적인 예로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 감마 부티로락톤 및 이들의 혼합물이 있다. 이들 가소제의 함량은 고분자 수지 100중량부를 기준으로 하여 100 내지 400중량부가 바람직하며, 400 중량부를 초과하는 경우에는 폴리머 전해질 막을 형성하기가 어렵고 100 중량부 미만인 경우에는 기공 형성이 충분하지 못하여 전지 성능이 저하되므로 바람직하지 못하다.
상기 고분자 전해질을 형성하기 위한 용매로서는 아세톤, 디메틸포름아미드, 사이클로헥사논 등을 사용한다. 용매의 함량은 고분자 전해질 형성용 조성물의 총중량 100 중량부를 기준으로 하여 150 내지 500 중량부를 사용한다. 용매의 함량이 150 중량부 미만, 500 중량부를 초과하면 조성물의 점성이 너무 높거나 낮아져 코팅성이 불량해지므로 바람직하지 못하다.
이하 본 발명의 리튬이온 폴리머전지를 제조하기 위한 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 캐소드 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 캐소드 활물질 조성물을 준비한다. 이 캐소드 활물질 조성물을 알루미늄 집전체상에 직접 코팅 및 건조하여 캐소드 극판을 준비한다. 또는 상기 캐소드 활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 알루미늄 집전체상에 라미네이션하여 캐소드 극판을 제조하는 것도 가능하다.
상기 캐소드 활물질로는 리튬 함유 금속 산화물로서, 특히 LiNi1-xCoxMyO2,(X=0~0.2, M=Mg, Ca, Sr, Ba, La, Y=0.001~0.02), LiCoO 2, LiMnxO2x, LiNi1-xMnxO2x(x=1, 2)등을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 도전제로는 카본 블랙을 사용하며, 결합제로는 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 혼합물을 사용하며, 용매로는 N-메틸피롤리돈, 아세톤 등을 사용한다. 이 때 캐소드 활물질, 도전제, 결합제 및 용매의 함량은 리튬이온 폴리머전지에서 통상적으로 사용하는 수준이다.
상술한 캐소드 극판 제조시와 마찬가지로, 애노드 활물질, 도전제, 결합제 및 용매를 혼합하여 애노드 활물질 조성물을 제조하며, 이를 구리 집전체에 직접 코팅하거나 별도의 지지체상에 캐스팅하고 이 지지체로부터 박리시킨 애노드 활물질 필름을 구리 집전체에 라미네이션하여 애노드 극판을 얻는다. 애노드 활물질로는 리튬 금속, 리튬 합금 또는 탄소재를 사용하는 것이 바람직한다. 그리고 애노드 활물질 조성물에서 도전제, 결합제 및 용매는 캐소드의 경우와 동일하게 사용된다. 그리고 경우에 따라서는 상기 캐소드 전극 활물질 조성물 및 애노드 전극 활물질 조성물에 가소제를 더 부가하여 전극판 내부에 기공을 형성하기도 한다.
다음으로는 매트릭스 형성용 고분자 수지, 무기충진제, 가소제 및 용매를 포함하는 고분자 전해질 형성용 조성물을 이용하여 PET 필름 상에 도포하고 더운 바람을 가하면서 건조시킨다. 보관을 위해서는 롤 상태로 권취하는 것도 가능하다.
이어서 소정의 크기로 미리 절단한 캐소드의 양면에 상기 고분자 전해질을 캐소드의 양면에 라미네이션하여 얻어진 캐소드를 소정의 크기로 절단한 애노드 상에 순차적으로 반복하여 적층하여 애노드/라미네이션된 캐소드/애노드/라미네이션된 캐소드.......애노드/라미네이션된 캐소드/애노드의 전극 구조체를 만든다.
상기 전극 구조체를 테핑한 후, 60 내지 120℃의 온도범위, 100 내지 10-3torr의 진공하에 건조시킨다. 이와 같은 열풍 건조 시간은 12 내지 72시간이 바람직하며, 이 건조단계에서 가소제가 제거된다. 메탄올 등의 유기 용매를 사용하여 가소제를 추출하는 방법도 가능하나 상기와 같이 열풍건조 방식을 채택하는 경우 공정도 간단하며 별도의 유기용매도 필요치 않아 경제적으로 유리하다는 장점을 갖게 된다.
상기와 같이 건조시킨 전극 구조체 내의 탭을 접합시킨 후 전지 케이스 내에 수납한 후, 얻어진 결과물 내에 전해액을 주입한다.
상기 전지 케이스 내에 주입되는 전해액으로는 유기용매에 분산된 리튬염을 사용한다. 상기 유기용매로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈중에서 선택된 적어도 1종의 용매를 사용한다. 그리고 용매의 함량은 리튬이온 폴리머전지에서 사용하는 통상적인 수준이다.
리튬염으로는 유기용매중에서 해리되어 리튬 이온을 내는 리튬 화합물이라면 특별히 제한되지는 않으며, 그 구체적인 예로서 과염소산 리튬(LiClO4), 사불화붕산 리튬(LiBF4), 육불화인산 리튬(LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO 3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 이온성 리튬염을 사용하고 그 함량은 리튬이온 폴리머전지에서 사용하는 통상적인 수준이다. 이러한 무기염을 함유하는 유기전해액이 투입되면 전류의 방향에 따라 리튬 이온을 이동시키는 경로로서 작용하게 된다.
다음으로, 포장된 전지를 25 내지 120℃의 온도범위 및 100 내지 700PSI의 압력조건하에 가압하여 목적하는 리튬 이온 폴리머 전지를 얻을 수 있다. 이와 같은 가압 공정에서 온도가 25℃ 미만인 경우에는 전극과 폴리머 전해질의 결합이 이루어 지지 않는 문제가 있으며, 120℃를 초과하면 불량전지의 발생 빈도가 높은 문제가 있다. 또한 압력 조건이 100PSI 미만이면 전극과 폴리머 전해질의 결합이 이루어 지지 않는 문제가 있으며, 700 PSI를 초과하면 불량전지의 발생 빈도가 높은 문제가 있다. 상기 가압시간은 5 내지 20초가 바람직하며 이 범위를 벗어나면 전극과 폴리머 전해질의 결합 불량 및 전지 불량과 같은 문제가 있다. 이와 같은 공정을 통해 제작된 전지는 두께도 얇아지게 되어 에너지 밀도 및 부피 밀도가 높아지므로 우수한 전지 특성을 나타내는 것이 가능해진다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리비닐리덴플루오라이드(Solvay 1012) 6.24g을 NMP 37.5g에 용해한 다음, 여기에 애노드 활물질로서 MCMB 25-28(Osaka사) 93.76g을 부가하여 분산시켜 애노드 활물질 슬러리를 만들었다. 상기 애노드 활물질 슬러리를 구리 박막위에 양면 코팅한 뒤 건조하고 이를 압착하여 애노드를 만들었다.
이와 별도로, PVdF(Solvay 1012) 5.2g을 NMP 32.5g에 용해한 다음, 여기에 카본 블랙 6.8g과 LiCoO2 88g을 부가하여 분산시켜 캐소드 활물질 슬러리를 만들었다. 상기 캐소드 활물질 슬러리를 알루미늄 박막의 양 면에 코팅한 뒤 건조하고 이를 압착하여 캐소드를 만들었다.
94:6 VdF-HFP 코폴리머(Solvay 20615) 15g, 실리카(Aldrich) 10g, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트(Pacific Pac International, Inc, BP: 146.1℃, FP: 45.6℃) 25g, 디에틸카보네이트(Mitsubishi Chem. Co., BP: 127℃, FP: 31℃) 50g 을 아세톤(Aldrich) 69g에 용해하여 슬러리를 만들었다. 이 슬러리를 PET 필름 상에 50㎛ 두께로 도포하고, 50℃에서 열풍으로 약 1분간 건조한 후 롤 상태로 권취하였다.
상기 고분자 전해질을 롤 상태에서 풀면서 캐소드의 양면에 라미네이션하였다. 라미네이션된 캐소드를 도 1에 기재한 바와 같이 애노드/라미네이션된 캐소드/애노드/라미네이션된 캐소드/.......애노드/라미네이셔된 캐소드/애노드로 적층하였다(애노드 9장, 라미네이션된 캐소드 8장).
적층된 전극 구조체를 테핑한 후 100℃, 10-1torr의 진공에서 24시간 동안 건조하였다. 탭을 용접한 후 전지 케이스에 수납하고 전해액(Merck사제, 1M LiPF6 in EC:DMC:DEC=1:1:1)을 주입하고 2일 동안 활성화시켰다. 케이스에 수납된 전지를 100℃, 150PSI로 11초 동안 가압하여 목적하는 리튬이온 폴리머전지를 얻었다.
실시예 2
가압조건을 150PSI에서 300PSI로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 제조방법을 사용하여 목적하는 리튬이온 폴리머전지를 얻었다.
실시예 3
가압조건을 150PSI에서 500PSI로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 제조방법을 사용하여 목적하는 리튬이온 폴리머전지를 얻었다.
비교예
미국 특허 제5,456,000호, 미국 특허 제5,429,891호 및 미국특허 제5,418,091호에 따라 리튬 이온 폴리머 전지를 제작하였다.
구체적으로는, 88:22 VdF:HFP 코폴리머(Kynar 2801)(Elf-atochem사) 2.0g을 아세톤 12g과 디부틸프탈레이트 3.12g에 혼합하였다. 여기에 아세틸렌 블랙(Chevron사) 0.37g과 MCMB 25-28(Osaka사) 7.0g을 부가하고 나서 이를 충분히 혼합하여 애노드 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 애노드 활물질 슬러리를 다이 코터를 이용하여 구리 박막위에 양면 코팅하고 건조 한 다음, 압착하여 두께 190㎛의 애노드를 제조하였다.
88:22 VdF:HFP 코폴리머(Kynar 2801)(Elf-atochem사) 2.8g을 아세톤 20g과 디부틸 프탈레이트 43g에 혼합하였다. 여기에 아세틸렌 블랙(Chevron사) 1.125g과 LiCoO2(Seimi사) 10.5g를 부가하고 나서 이를 충분히 혼합하여 캐소드 활물질 슬러리를 제조하였다. 상기 캐소드 활물질 슬러리를 다이 코터를 이용하여 알루미늄 익스팬디드 메탈위에 양면 코팅하고 건조한 다음, 압착하여 두께 150㎛의 캐소드를 제조하였다. 88:12 VdF:HFP 코폴리머(Kynar 2801)(Elf-atochem사) 2.0g와 실리카(Aldrich사) 1.5g와 디부틸프탈레이트 2.0g와 아세톤 (Aldrich사) 10g을 혼합하여 폴리머 전해질 형성용 조성물을 준비하였다. 상기 폴리머 전해질 형성용 조성물을 PET 필름 상부에 코팅한 다음, 상온에서 약 40분간 방치하여 건조하여 폴리머 전해질 필름을 만들었다. 이어서, PET 필름으로부터 폴리머 전해질 필름을 떼어낸 다음, 이를 애노드의 양 면에 프리라미네이션을 실시하였다. 이어서, 폴리머 전해질이 프리라미네이션된 애노드의 양 면에 캐소드를 놓고 라미네이션을 실시하여 전지 구조체를 형성하였다. 상기 전지 구조체를 메탄올에 함침하여 디부틸프탈레이트를 추출, 제거하여 셀을 제조하였다. 그 후, 얻어진 셀을 열에 의하여 실링될 수 있는 플라스틱 백에 넣고 아르곤 가스 분위기하에서 상기 결과물에 전해액(Merck사, 1M LiPF6 in EC:DMC:DEC=1:1:1)을 주입한 후 실링함으로써 리튬 이온 폴리머 2차 전지를 제조하였다.
상기 실시예 1, 2, 3 및 비교예에 따라 제조된 리튬이온 폴리머전지의 율별 방전용량 특성을 조사하였고 그 결과를 도 2에 나타내었다(충전조건 : 4.2V, 5mA, 1C, 방전조건 : 2.75V, C-rate). 도 2를 참조하면 실시예 1, 2, 3의 리튬이온 폴리머전지가 비교예에 대하여 2C에서의 용량이 향상된 값을 보였으며, 이러한 경향에 비추어 볼 때 실시예 1, 2 및 3의 리튬이온 폴리머전지가 비교예와 비교하여 고율 특성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
한편 상기 실시예 1, 2, 3 및 비교예에 따라 제조된 리튬이온 폴리머전지의 싸이클 특성을 평가하였고(충전조건 : 4.2V, 30mA, 1C, 방전조건 : 2.75V, 1C), 그 평가결과는 도 3에 나타낸 바와 같다. 도 3을 참조하면 실시예 1 내지 3의 리튬이온 폴리머전지가 충전 및 반복 싸이클이 반복되는 경우에 있어서의 수명특성이 비교예와 비교하여 더 우수하다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 리튬이온 폴리머전지는 양면에 고분자 전해질이 도포된 캐소드를 애노드 상에 순차적으로 적층하여 얻어진 전극 구조체를 가압하에 결합시켜 얻어지므로 종래 사용되어 온 리튬이온 폴리머전지와 비교하여 부피 밀도 및 에너지 밀도가 높아져 향상된 고율 특성 및 싸이클 특성을 갖게 된다.
도 1은 본 발명의 전극 구조체를 나타내는 개략도이며,
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 폴리머 전지의 고율특성이고,
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 폴리머 전지의 사이클 수명이다.

Claims (17)

  1. 양면에 고분자 전해질이 라미네이트된 캐소드가 애노드 상에 순차적으로 반복하여 적층되어 있는 전극 구조체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 전해질이 매트릭스 형성용 고분자 수지, 무기충진제, 가소제 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 매트릭스 형성용 고분자 수지가 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머전지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 무기충진제는 실리카, 카올린 또는 알루미나인 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머전지.
  5. 제2항에 있어서, 상기 가소제가 에틸렌 글리콜 유도체, 이들의 올리고머 또는 유기 카보네이트계 물질인 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머전지.
  6. 제2항에 있어서, 상기 용매가 아세톤, 디메틸포름아미드 또는 사이클로헥사논인 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머전지.
  7. a) PET 필름 상에 고분자 전해질 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 고분자 전해질을 형성하는 단계;
    b) 캐소드와 애노드를 소정의 크기로 절단한 후, 상기 a) 단계에서 얻어진 고분자 전해질을 캐소드의 양면에 라미네이션하는 단계;
    c) 애노드/라미네이션된 캐소드/애노드/라미네이션된 캐소드/......애노드/라미네이션된 캐소드/애노드의 순서로 반복하여 적층하는 단계;
    d) 적층된 전극 구조체를 태핑하는 단계;
    e) 상기 전극 구조체를 60 내지 120℃의 온도 범위 및 10 내지 10-3 torr의 진공하에 건조하는 단계;
    f) 상기 전극 구조체 내의 탭을 접합시킨 후 전지 케이스 내에 수납하는 단계;
    g) 상기 f) 단계에서 얻어진 결과물 내에 전해액을 주입하는 단계; 및
    h) 포장된 전지를 25 내지 120℃의 온도범위 및 100 내지 700PSI의 압력조건하에 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 폴리머전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 e)단계에서의 건조시간이 12 내지 72시간인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 h)단계에서의 가압시간이 5 내지 20초인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 g)단계에서의 전해액은 유기 용매 및 리튬염을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유기용매가 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸술폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈중에서 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 리튬염이 과염소산 리튬(LiClO4), 사불화붕산 리튬(LiBF4), 육불화인산 리튬(LiPF6), 삼불화메탄술폰산 리튬(LiCF3SO 3) 및 리튬 비스트리플루오로메탄술포닐아미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 고분자 전해질 형성용 조성물이 매트릭스 형성용 고분자 수지, 무기충진제, 가소제 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 매트릭스 형성용 고분자 수지가 비닐리덴플루오라이드/헥사플루오로프로필렌 코폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 그 혼합물인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 무기충진제는 실리카, 카올린 또는 알루미나인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 가소제가 에틸렌 글리콜 유도체, 이들의 올리고머 또는 유기 카보네이트계 물질인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 용매가 아세톤, 디메틸포름아미드 또는 사이클로헥사논인 것을 특징으로 하는 제조방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103326062A (zh) * 2012-03-20 2013-09-25 珠海银通新能源有限公司 锂离子电池电解液及锂离子电池
CN112216874B (zh) * 2020-10-13 2022-03-04 深圳中科瑞能实业有限公司 一种全固态电池的制备工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08167415A (ja) * 1994-12-14 1996-06-25 Sanyo Electric Co Ltd 薄型高分子固体電解質電池及びその製造方法
JP2000231914A (ja) * 1999-02-10 2000-08-22 Hitachi Maxell Ltd 積層形ポリマー電解質電池
JP2000260470A (ja) * 1999-03-09 2000-09-22 Hitachi Maxell Ltd ポリマー電解質電池
KR20010095643A (ko) * 2000-04-11 2001-11-07 성재갑 리튬 전지 및 그의 제조방법
KR20010095827A (ko) * 2000-04-12 2001-11-07 김순택 도전성 폴리머가 코팅된 캐소드 집전체를 이용한 리튬이온 폴리머 전지

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0992337A (ja) * 1995-09-27 1997-04-04 Sony Corp リチウムイオン二次電池
US5728489A (en) * 1996-12-12 1998-03-17 Valence Technology, Inc. Polymer electrolytes containing lithiated zeolite
KR100515571B1 (ko) * 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기 화학 셀

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08167415A (ja) * 1994-12-14 1996-06-25 Sanyo Electric Co Ltd 薄型高分子固体電解質電池及びその製造方法
JP2000231914A (ja) * 1999-02-10 2000-08-22 Hitachi Maxell Ltd 積層形ポリマー電解質電池
JP2000260470A (ja) * 1999-03-09 2000-09-22 Hitachi Maxell Ltd ポリマー電解質電池
KR20010095643A (ko) * 2000-04-11 2001-11-07 성재갑 리튬 전지 및 그의 제조방법
KR20010095827A (ko) * 2000-04-12 2001-11-07 김순택 도전성 폴리머가 코팅된 캐소드 집전체를 이용한 리튬이온 폴리머 전지

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