KR100525828B1 - 버튼형 리튬전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 버튼형 전지의 제조방법에 관한 것으로, 근래 전지의 소형화 추세에 부응하여 보다 최적화된 버튼형 전지를 제공할 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양극물질이 도포되고 각각이 연결부에 의해 연결된 다수개의 양극용 집전판과; 음극물질이 도포되고 각각이 연결부에 의해 연결된 다수개의 음극용 집전판; 및 상기 양극용 집전판과 음극용 집전판 사이에 형성된 세퍼레이터로 구성된 젤리롤을 케이스 내부에 삽입한 후, 상기 케이스 상단으로 커버를 부착하여 통상적인 방법으로 실링하는 버튼형 리튬전지의 제조방법에 있어서, 상기 젤리롤이 양극용 집전판 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판을 적층하고, 그 상부에 상기 음극용 집전판의 연결부를 일측방향으로 말아 다시 음극용 집전판을 적층하고, 상기 음극용 집전판 상부에 그와 대응하는 양극용 집전판을 적층하고, 그 상부에 상기 양극용 집전판의 연결부를 반대방향으로 말아 다시 양극용 집전판을 적층하고, 상기 양극용 집전판 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판을 적층하는 과정을 수회 반복하여 형성된 것임을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법을 제공함으로서 달성할 수 있다.

Description

버튼형 리튬전지 및 그의 제조방법{A button cell type lithium battery and its manufacturing method}
본 발명은 버튼형 전지의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 근래 전지의 소형화 추세에 부응하여 보다 최적화된 버튼형 전지를 제공할 수 있도록 한 버튼형 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래로 부터 리튬전지는 음극의 충전반응이 비교적 빠르게 이루어지는 리튬이온의 유입 반응으로 인하여 급속충전이 가능하고, 장기간 반복사용이 가능할 뿐만 아니라 고전압전지로서 안정성이 확보되어 있어 가장 주목받고 있는 전지중의 하나이다.
일반적으로 상기 리튬전지는 양극 활물질로는 리튬코발트 산화물(LiCoO2), 리튬니켈 산화물(LiNiO2), 리튬망간 산화물(LiMn2O4) 등을 사용하고 있으며, 음극 활물질로는 리튬금속이나 그 합금, 탄소재료 등을 사용하여 제조되고 있다. 이렇게 제조된 리튬전지는 휴대폰이나 컴퓨터를 포함한 각종 전자기기의 전원을 공급하기 위한 전지로 사용되고 있다.
상기 리튬전지는 일반적으로 젤리롤과 상기 젤리롤을 수납하는 케이스 및 커버로 구성되어 있으며, 젤리롤은 금속박막에 양극물질이나 음극물질을 도포하여 양극전극 또는 음극전극을 형성한 후 이를 롤형태로 말아서 된 것이다. 이때 리튬전지는 상기 젤리롤을 케이스 내부에 삽입한 후 각각의 양극전극 및 음극전극에서 단자를 케이스 외부로 인출하고, 커버를 부착한 다음 실링함으로서 제조하여 왔다.
최근들어 전자기기의 급속한 발달과 함께 휴대폰, 컴퓨터를 포함한 각종 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화가 이루어지고 있으며, 그에 따라 상기 전자기기에 전력을 공급하기 위한 리튬전지에 대해서도 고성능화, 박형화 및 소형화가 요구되고 있는 추세이다.
그에 따라 전지의 소용화에 부응하여 최근에는 동전형 또는 버튼형의 리튬 전지가 개발되었다.
도 1에 종래의 버튼형 리튬 전지의 단면도를 나타내었다. 도시된 바와 같이 종래 버튼형 리튬 전지는 양극으로 작용하는 케이스(110)와; 음극으로 작용하는 커버(120)와; 상기 케이스(110)와 커버(120)의 절연을 위해 형성된 절연체(140)와; 상기 케이스(110) 내부에 젤리롤(130)이 형성된다. 이때 미설명부호 140'은 절연체를 나타낸다.
이때 상기 젤리롤(130)은 양극용 금속박판에 활물질이 도포된 양극물질함유판(131)과; 음극용 금속박판에 활물질이 도포된 음극물질함유판(132)과; 상기 양극물질함유판(131)과 음극물질함유판(132)을 분리해 주는 세퍼레이터(133)와; 상기 양극물질함유판(131)에서 인출되어 케이스(110)와 접착되는 양극단자(134); 및 상기 음극물질함유판(132)에서 인출되어 커버(120)와 접착되는 음극단자(135)로 구성되어 있다.
상기 젤리롤의 형성과정을 도 2에 나타내었다. 도시된 바와 같이 양극물질함유판(131)과, 음극물질함유판(132) 및 그 사이에 형성된 세퍼레이터(133)를 포개놓은 상태에서 일정한 방향으로 말아서 형성된다.
그러나 상기한 젤리롤(130)의 형성과정에서 접히는 부분 즉, 굴곡부(136,136')에서 배부름 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 이로 인하여 젤리롤(130)이 차지하는 체적이 증가하게 되며, 따라서 이러한 방법으로 제조된 젤리롤(130)을 케이스 내부에 삽입한 후 커버를 부착하여 실링하는 과정에서 케이스 외부의 배부름현상을 유발시킬 뿐만 아니라 실링이 용이하지 않은 등의 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 결과적으로는 버튼형 전지의 체적을 증가시키게 됨에 따라 버튼형 전지의 소형화에 한계를 들어내는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 젤리롤을 형성하는 과정에서 배부름 현상을 최소화하여 보다 용이하게 전지를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 최적화된 버튼형 리튬전지를 제공할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
양극물질이 도포되고 각각이 연결부에 의해 연결된 다수개의 양극용 집전판과; 음극물질이 도포되고 각각이 연결부에 의해 연결된 다수개의 음극용 집전판; 및 상기 양극용 집전판과 음극용 집전판 사이에 형성된 세퍼레이터로 구성된 젤리롤을 케이스 내부에 삽입한 후, 상기 케이스 상단으로 커버를 부착하여 통상적인 방법으로 실링하는 버튼형 리튬전지의 제조방법에 있어서,
상기 젤리롤이 양극용 집전판 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판을 적층하고, 그 상부에 상기 음극용 집전판의 연결부를 일측방향으로 말아 다시 음극용 집전판을 적층하고, 상기 음극용 집전판 상부에 그와 대응하는 양극용 집전판을 적층하고, 그 상부에 상기 양극용 집전판의 연결부를 반대방향으로 말아 다시 양극용 집전판을 적층하고, 상기 양극용 집전판 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판을 적층하는 과정을 수회 반복하여 형성된 것임을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법을 제공함으로서 달성할 수 있다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 버튼형 리튬전지의 단면도로서, 상기 도 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 버튼형 리튬전지는 양극으로 작용하는 케이스(10)와; 음극으로 작용하는 커버(20)와; 상기 케이스(10)와 커버(20)의 절연을 위해 형성된 절연체(40)와; 상기 케이스(10) 내부로 양극용 금속박판에 활물질이 도포되고 연결부(36)에 의해 연결된 다수개의 양극용 집전판(31)과, 음극용 금속박판에 활물질이 도포되고 연결부(37)에 의해 연결된 다수개의 음극용 집전판(32)과, 상기 양극용 집전판(31)과 음극용 집전판(32)을 분리해 주는 세퍼레이터(33)와, 상기 양극용 집전판(31)에서 인출되어 케이스(10)와 접착되는 양극단자(34) 및 상기 음극용 집전판(32)에서 인출되어 커버(20)와 접착되는 음극단자(35)로 구성된 젤리롤(30)이 삽입된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 젤리롤의 형성상태를 나타내는 도면으로서, 상기 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 젤리롤(30)은 양극용 집전판(31) 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판(32)을 적층하고, 그 상부에 상기 음극용 집전판(32)의 연결부(37)를 일측방향으로 말아 다시 음극용 집전판(32')을 적층하고, 상기 음극용 집전판(32') 상부에 그와 대응하는 양극용 집전판(31')을 적층하고, 그 상부에 상기 양극용 집전판(31')의 연결부(36)를 반대방향으로 말아 다시 양극용 집전판(31")을 적층하고, 상기 양극용 집전판(31") 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판(32")을 적층하는 과정을 수회 반복하여 형성된다.
이때 상기 양극용 집전판(31,31',31")과 음극용 집전판(32,32',32") 사이에는 서로의 접촉을 회피할 목적으로 세퍼레이터(도 1에 도시함)가 재치된다. 이는 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 용이하게 적용할 수 있으므로 그 설명은 생략한다.
상기와 같이 젤리롤(30)을 형성하게 되면 종래 음극물질함유판과 양극물질함유판을 일정한 방향으로 말아서 젤리롤을 형성하는 경우 굴곡부의 크기가 점차 증가하여 배부름 현상이 심화되었으나, 본 발명에 의한 젤리롤(30)의 경우 양극용 집전판(31) 상부에 음극용 집전판(32)이 형성되고, 그 상부에 다시 상기 음극용 집전판(32)의 연결부(37)가 한번 말린 상태에서 음극용 집전판(32') 및 그와 대응하는 양극용 집전판(31')이 형성되고, 그 위에 다시 상기 양극용 집전판(31')의 연결부(36)가 한번 말린 상태에서 양극용 집전판(31") 및 그와 대응하는 음극용 집전판(32")이 연속적으로 적층된 구조를 가짐에 따라 굴곡부(38,38')의 크기가 증가하지 않게 되고, 그에 따라 젤리롤(30) 형성시 배부름 현상을 최소화 시킬 수 있게 되는 것이다.
이때 젤리롤(30)을 구성하는 주요소이며, 연결부(36 또는 37)에 의해 연결되는 양극용 집전판(31,31',31") 및 음극용 집전판(32,32',32")은 다양한 형태로 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 젤리롤을 구성하는 양극 또는 음극용 집전판의 일실시예를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 양극물질 또는 음극물질이 도포된 다수개의 양극용 또는 음극용 집전판(31,31',31"... 또는 32,32',32"...)이 연결부(36 또는 37)에 의해 연결된 형상을 갖는다. 이때 상기 연결부(36 또는 37)는 사각의 형태를 갖도록 할 수 있다.
도 6는 본 발명에 따른 젤리롤을 구성하는 양극 또는 음극용 집전판의 다른 실시예를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 양극물질 또는 음극물질이 도포된 다수개의 양극 또는 음극용 집전판(31,31',31"... 또는 32,32',32"...)은 연결부(36 또는 37)에 의해 연결된 형상을 가지며, 이때 연결부(36 또는 37) 외주변이 타원형의 형태를 갖는다. 이와 같이 연결부(36 또는 37)의 외주변을 타원형으로 형성할 경우 상기 연결부(36 또는 37)에 의해 생기는 체적을 최소화 할 수 있다는 이점이 있다.
이때 상기 도 5 및 도 6에 나타낸 양극용 또는 음극용 집전판(31,31',31"... 또는 32,32',32"...)의 연결부(36 또는 37)에는 각각에 해당하는 양극물질 또는 음극물질을 도포하여 사용할 수도 있으며, 도포하지 않은 미코팅 상태로 사용할 수도 있다.
또한 상기 도 5 및 도 6에 나타낸 양극용 또는 음극용 집전판(31,31',31"... 또는 32,32',32"...)의 연결부(36 또는 37)의 중앙 부분에 하나 이상의 홀을 형성하여 사용할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 양극 또는 음극물질함유판을 구성하는 집전판의 연결부 중앙에 홀가공 한 상태를 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 양극 또는 음극용 집전판(31,31',31"... 또는 32,32',32"...)은 연결부(36 또는 37)에 의해 연결되어 형성되며, 이때 상기 연결부(36 또는 37)의 중앙에 홀(39)이 형성된다. 상기 홀(39)의 형태는 도시한 원형을 비롯하여 다양한 형상으로 형성할 수 있으며, 이와 같이 홀(39)을 형성할 경우 상기 홀(39)이 센터링(centering) 역할을 하여 젤리롤을 형성하는 과정에서 보다 용이하게 젤리롤을 형성할 수 있게 된다.
상술한 다양한 형태를 갖는 양극 또는 음극용 집전판을 이용하여 전술한 도 4의 젤리롤의 형성과정을 통해 젤리롤을 제조한 다음, 이를 이용하여 전지를 제조할 경우 보다 최적화된 버튼형 리튬전지를 제조할 수 있게 된다. 이때 상기 도 4에서 양극용 집전판과 음극용 집전판은 적층형태를 다양하게 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 젤리롤의 평면도로서, 상기 도 8에서 보는 바와 같이 전술한 도 4의 과정을 통해 젤리롤(30)을 형성하게 되면, 음극용 집전판의 연결부(36)와 양극용 집전판의 연결부(37)가 일치된 상태로 형성된다.
그러나 보다 최적화된 리튬전지를 얻기 위하여 다른 방법을 적용할 수도 있다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 젤리롤의 평면도로서, 상기 도 9에서 보는 바와 같이, 전술한 도 4와 동일한 적층형태를 갖되 음극용 집전판의 연결부(37)와 양극용 집전판의 연결부(36)가 엇갈린 상태로 형성되도록 젤리롤(30)을 형성할 수 있다. 이와 같이 집전판의 연결부(36,37)가 엇갈린 상태로 형성될 경우 연결부(36,37)에 의해 생성된 굴곡부의 위치가 각각 다른 곳에서 형성되어 배부름 현상이 최소화 될 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 배부름 현상을 방지한 젤리롤을 사용하여 통상적인 방법으로 버튼형 리튬전지를 형성할 경우 보다 용이하게 전지를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 최적화된 버튼형 리튬전지를 제공할 수 있게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 젤리롤의 형성과정에서 접히는 부분의 배부름현상을 방지함으로서 최적화된 버튼형 리튬전지를 제공할 수 있도록 한 유용한 발명이다.
본 발명은 첨부된 도면의 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 버튼형 리튬전지의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 젤리롤의 형성과정을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 형성된 버튼형 리튬전지의 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 젤리롤의 형성상태를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 젤리롤을 구성하는 양극 또는 음극용 집전판의 일실시예를 나타낸 도면.
도 6는 본 발명에 따른 젤리롤을 구성하는 양극 또는 음극용 집전판의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 양극 또는 음극물질함유판을 구성하는 집전판의 연결부 중앙에 홀가공 한 상태를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 젤리롤의 평면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 젤리롤의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 케이스
20 : 커버
30 : 젤리롤
31,31',31" : 양극용 집전판 32,32',32" : 음극용 집전판
33 : 세퍼레이터 34 : 양극단자
35 : 음극단자 36 : 양극용 집전판의 연결부
37 : 음극용 집전판의 연결부 38,38' : 굴곡부
39 : 홀
40 : 절연체

Claims (18)

  1. 양극물질이 도포되고 각각이 연결부에 의해 연결된 다수개의 양극용 집전판과; 음극물질이 도포되고, 각각이 연결부에 의해 연결된 다수개의 음극용 집전판 및 상기 양극용 집전판과 음극용 집전판 사이에 형성된 세퍼레이터로 구성된 젤리롤을 케이스 내부에 삽입한 후, 상기 케이스 상단으로 커버를 부착하여 통상적인 방법으로 실링하는 버튼형 리튬전지의 제조방법에 있어서,
    상기 젤리롤(30)이 양극용 집전판(31) 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판(32)을 적층하고, 그 상부에 상기 음극용 집전판(32)의 연결부(37)를 일측방향으로 말아 다시 음극용 집전판(32')을 적층하고, 상기 음극용 집전판(32') 상부에 그와 대응하는 양극용 집전판(31')을 적층하고, 그 상부에 상기 양극용 집전판(31')의 연결부(36)를 반대방향으로 말아 다시 양극용 집전판(31")을 적층하고, 상기 양극용 집전판(31") 상부에 그와 대응하는 음극용 집전판(32")을 적층하는 과정을 수회 반복하여 형성된 것임을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 사각의 형태를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37) 외주변이 타원형의 형태를 갖도록 한 것을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)에 각각에 해당하는 양극물질 또는 음극물질이 도포된 것을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  5. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 각각에 해당하는 양극물질 또는 음극물질을 도포하지 않은 미코팅 상태임을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)의 중앙 부분에 하나 이상의 홀(39)이 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)의 중앙 부분에 하나 이상의 홀(39)이 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  8. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36)와 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 엇갈린 상태가 되도록 적층함을 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36)와 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 엇갈린 상태가 되도록 적층함을 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36)와 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 엇갈린 상태가 되도록 적층함을 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지의 제조방법.
  11. 상기 청구항 1항 내지 3항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
  12. 제 11항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)에 각각에 해당하는 양극물질 또는 음극물질이 도포된 것을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
  13. 제 11항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 각각에 해당하는 양극물질 또는 음극물질을 도포하지 않은 미코팅 상태임을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
  14. 제 12항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)의 중앙 부분에 하나 이상의 홀(39)이 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
  15. 제 13항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36) 또는 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)의 중앙 부분에 하나 이상의 홀(39)이 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
  16. 제 11항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36)와 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 엇갈린 상태가 되도록 적층함을 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
  17. 제 16항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36)와 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 엇갈린 상태가 되도록 적층함을 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
  18. 제 17항에 있어서, 양극용 집전판(31,31',31")의 연결부(36)와 음극용 집전판(32,32',32")의 연결부(37)가 엇갈린 상태가 되도록 적층함을 형성됨을 특징으로 하는 버튼형 리튬전지.
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