KR100529067B1 - 리튬 이차전지와 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

활물질의 극판 탈락에 의한 미세 쇼트를 방지하여 전지의 안정성과 수명 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 리튬이온 전지는 양극판과 음극판과 세퍼레이터를 포함하는 극판군과, 상기 극판군을 수납하는 캔과, 상기 캔의 개구부에 밀봉되는 캡 어셈블리를 포함하며, 상기 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나가 세퍼레이터에 의해 밀봉되어 이루어진다. 상기 양극판 또는 음극판의 밀봉은 양극판 또는 음극판의 양면에 한쌍의 세퍼레이터를 위치시키고, 상기 세퍼레이터의 둘레부를 접합시키는 것으로 이루어지며, 또한 세변부가 접합된 세퍼레이터의 내부로 양극판 또는 음극판을 삽입시킨 후 세퍼레이터의 개봉된 나머지 한 변부를 접합시키는 것으로 이루어질 수 있다.

Description

리튬 이차전지와 그의 제조방법

본 발명은 리튬 이차전지와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 활물질의 극판 탈락에 의한 미세 쇼트를 방지하여 전지의 안정성과 수명 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지와 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 리튬 이차전지는 충방전 공정동안 리튬 이온을 삽입(intercalation) 또는 탈삽입(deintercalation)할 수 있는 탄소물질을 음극 활물질로 사용하는 전지이며, 단위 질량당 전기 용량이 크며, 높은 전압을 발생시키고, 충방전 효율이 높은 장점을 갖는다.

상기 리튬 이차전지는 사용되는 양극 활물질과 음극 활물질 및 전해질의 종류에 따라 다양한 기종이 선보이고 있으나, 그 구성과 제조방법은 거의 유사하게 이루어진다.

도 7은 종래 기술에 의한 원통형 리튬 이차전지의 단면도로서, 도시하는 바와 같이 리튬 이차전지는 크게 양극판(1)과 음극판(3) 및 세퍼레이터(5)로 이루어지는 극판군(7)과, 상기 극판군(7)을 담는 캔(9)과, 상기 캔(9)의 개구부에 캔(9)과 절연된 상태로 밀봉되는 캡 어셈블리(11)로 이루어지며, 상기 극판군(7)의 상층부와 하층부로 상절연판(13)과 하절연판(15)을 위치시키고 있다.

상기 양극판(1)과 음극판(3)은 각각의 지지체에 양극 활물질과 음극 활물질을 일정 두께로 도포한 다음 롤 프레스(Roll Press)로 가압하고, 건조시키는 것으로 소정의 두께를 갖는 필름 형상의 양극판(1)과 음극판(3)으로 제조된다.

그리고 필름 형상의 양극판(1)과 음극판(3)을 일정 크기로 절단한 다음 세퍼레이터(5)를 사이에 두고 밀착시키고, 젤리 롤 형상으로 권취한 다음 이를 캔(9)에 담는다. 그리고 상기 극판군(7)이 담겨진 캔(9)의 내부에 전해액을 주입하고, 캔(9)의 개구부에 캡 어셈블리(11)를 위치시킨 다음 이를 밀봉하는 것으로 리튬 이차전지의 제조가 완료된다.

이와 같이 양극판(1)과 세퍼레이터(5) 및 음극판(3)을 밀착시키고, 이를 권취 또는 적층(각형 리튬 이차전지의 경우)하여 극판군(7)을 제조하는 경우, 양극판(1)과 음극판(3)을 구성하는 각각의 지지체에서 활물질이 탈락하는 경우가 발생하게 된다.

이러한 활물질의 탈락은 양극판(1)과 음극판(3) 사이에 미세한 쇼트를 발생시켜 전지의 안정성과 수명 특성을 저하시키므로, 이를 방지하기 위하여 극판군(7)의 상층부와 하층부로 상절연판(13)과 하절연판(15)을 삽입하고 있다.

그러나 상기 상, 하절연판(13, 15)으로는 활물질의 탈락에 의한 미세 쇼트를 원천적으로 방지할 수 없으므로, 미세 쇼트에 의한 공정상의 양품율을 저하시키는 문제점을 나타낸다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 활물질의 극판 탈락에 의한 미세 쇼트를 원천적으로 방지하여 전지의 안정성과 수명 특성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지와 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

양극 활물질이 도포된 양극판과, 음극 활물질이 도포된 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 배치되어 양극판과 음극판을 격리시키며 전해질을 보유하는 세퍼레이터와, 상기 음극판과 전기적으로 연결되며 극판군을 수납하는 캔과, 상기 캔의 개구부에서 캔과 절연된 상태로 밀봉되며 상기 양극판과 전기적으로 연결되는 캡 어셈블리를 포함하며,

상기 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나가 세퍼레이터에 의해 밀봉됨을 특징으로 하는 리튬 이차전지를 제공한다.

또한 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

각각의 지지체에 양극 활물질과 음극 활물질을 일정 두께로 도포하고, 롤 프레스한 다음 건조시켜 양극판과 음극판을 제조하는 극판 제조 단계와, 제조된 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나를 세퍼레이터에 의해 밀봉시키는 극판 밀봉 단계와, 상기 양극판과 음극판을 권취 또는 적층시키고, 캔에 수납하여 전해액을 함침하는 극판군 제조 단계와, 절연 가스킷을 사이에 두고 상기 캔의 개구부에 캡 어셈블리를 장착하고 밀봉시키는 캡 어셈블리 밀봉 단계를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법을 제공한다.

이와 같이 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나를 세퍼레이터에 의해 완전히 밀봉시킴에 따라 활물질의 극판 탈락에 의한 미세 쇼트를 방지할 수 있게 된다. 따라서 전지의 안정성과 수명 특성을 향상시키고, 종래 전지에서 사용되는 절연판을 제거할 수 있어 전지의 구성 및 공정수를 단순화시킬 수 있는 장점을 갖는다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 리튬 이차전지의 부분 단면도이다. 도시하는 바와 같이 리튬 이차전지는 크게 양극판(2)과 음극판(4) 및 세퍼레이터(6)로 구성되는 극판군(10)과, 상기 극판군(10)을 수납하는 캔(20)과, 상기 캔(20)의 개구부에서 캔(20)과 절연된 상태로 밀봉되는 캡 어셈블리(30)로 이루어진다.

상기 극판군(10)은 양극 활물질이 도포된 양극판(2)과 음극 활물질이 도포된 음극판(4)이 세퍼레이터(6)를 사이에 두고 권취되는 형태를 취하고 있으며, 상기 세퍼레이터(6)는 양극 활물질과 음극 활물질 사이의 화학반응을 매개하는 전해액을 함습하는 동시에 양극판(2)과 음극판(4)을 절연시켜 단락을 방지하고 있다.

그리고 상기 캔(20)은 권취된 극판군(10)을 수납하고, 극판군(10)의 음극판(4)과 전기적으로 연결되어 음극 단자 역할을 하며, 상기 캡 어셈블리(30)는 절연 가스킷(32)을 매개로 캔(20)의 개구부에 밀봉되며 극판군(10)의 양극판(2)과 전기적으로 연결되어 양극 단자 역할을 한다.

이 때, 본 실시예에 의한 극판군(10)은 활물질 탈락에 의한 미세 쇼트를 방지하기 위하여 상기 양극판(2)을 세퍼레이터(6)에 의해 밀봉시키는 구조를 이루게 된다.

즉, 도 2에서 도시하는 바와 같이 양극판(2)은 내부로 양극 활물질이 도포된 활물질 도포부(2a)와, 상기 활물질 도포부(2a)에 부착된 일정 길이의 양극탭(2b)을 포함하며, 둘레부가 밀봉되어 일체화된 한쌍의 세퍼레이터(6)의 내부로 배치되어 양극탭(2b)을 제외한 양극판(2) 전체가 상기 한쌍의 세퍼레이터(6)에 의해 완전히 밀봉되는 구조를 이룬다.

이와 같이 세퍼레이터(6)에 의해 밀봉된 양극판(2)은 이후 음극판(4)과 젤리 롤 형태로 권취된 다음, 캔(20)의 내부에 삽입된다. 이 때, 일례로 양극판(2)과 함께 권취된 음극판(4)은 캔(20)의 내부와 접촉하여 캔(20)과 전기적으로 접속되고, 양극판(2)에 부착된 양극탭(2b)은 반대편 일단부가 캡 어셈블리(30)에 부착되어 캡 어셈블리(30)와 전기적으로 접속되는 구성을 이룰 수 있다.

상술한 바와 같이 양극판(2)이 세퍼레이터(6)에 의해 완전 밀봉됨에 따라 활물질 탈락에 의한 미세 쇼트를 원천적으로 방지할 수 있는 것이다.

다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 리튬 이차전지는 극판군(10)의 음극판(4)을 세퍼레이터(6)로 밀봉시킨 구성으로서, 이는 도 3에서 도시하는 바와 같다. 도시하는 바와 같이 본 실시예에 의한 리튬 이차전지는 극판군(10)의 음극판(4)을 둘레부가 밀봉되어 일체화된 한쌍의 세퍼레이터(6)의 내부에 위치시키는 것으로 음극판(4)을 밀봉시키는 구성을 이룬다.

이 때, 일례로 음극판(4)과 캔(10) 사이에 음극탭(미도시)을 부착하고, 양극판(2)과 캡 어셈블리(30) 사이에 양극탭(2b)을 부착하여 서로 전기적으로 접속되는 구성을 이룰 수 있다.

다음으로, 본 발명에 의해 새롭게 구현되는 리튬 이차전지의 제조방법을 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명에 의한 리튬 이차전지의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다. 도시하는 바와 같이 리튬 이차전지의 제조방법은 양극판과 음극판을 제조하는 극판 제조 단계(110)와, 제조된 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나를 세퍼레이터에 의해 밀봉시키는 극판 밀봉 단계(120)와, 상기 양극판과 음극판을 권취시키고 캔에 수납한 다음 전해액을 함침시키는 극판군 제조 단계(130)와, 상기 캔과 절연된 상태로 캡 어셈블리를 캔의 개구부에 밀봉시키는 캡 어셈블리 밀봉 단계(140)를 포함하여 이루어진다.

상기 극판 제조 단계(110)는 양극판(2)과 음극판(4)에 각각 페이스트상의 양극 활물질과 음극 활물질을 일정 두께로 도포하고, 이를 롤 프레스한 다음, 건조시키는 것으로 이루어진다. 이로서 소정의 두께를 갖는 필름 형상의 양극판(2)과 음극판(4)이 제조된다.

다음으로 상기 극판 밀봉 단계(120)는 상기 양극판(2)과 음극판(4)을 일정 크기로 절단한 다음, 절단된 양극판(2)을 세퍼레이터(6)에 의해 밀봉시키는 것으로 이루어진다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 상기 극판 밀봉 단계(120)는 도 5에서 도시하는 바와 같이 양극판(2)의 양면에 한쌍의 세퍼레이터(6)를 위치시키고, 양극탭(2b) 부착 부위를 제외한 세퍼레이터(6)의 둘레부(쇄선으로 도시)를 열융착 등의 방법을 이용하여 접합시키는 것으로 이루어진다.

또한 상기 극판 밀봉 단계는 다른 실시예로서, 도 6에서 도시하는 바와 같이 세변부가 접합되어 봉지 형상을 이루는 세퍼레이터(6)의 내부로 양극판(2)을 삽입시키고, 양극탭(2b) 부착 부위를 제외한 상기 세퍼레이터(6)의 개봉된 나머지 한 변부(쇄선으로 도시)를 열융착 등의 방법을 이용하여 접합시키는 것으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 양극판(2)을 세퍼레이터(6)에 밀봉시킨 다음 수행되는 극판군 제조 단계(130)는 양극판(2)을 내부로 수납한 세퍼레이터(6)와 음극판(4)을 권취시키고, 이를 캔(20)의 내부에 넣은 다음, 권취 중심부에 소정의 지지체를 조립하고, 캔(20)의 내부에 전해액을 주입하는 것으로 이루어진다.

마지막으로 상기 캡 어셈블리 밀봉 단계(140)는 극판군(10)을 수납한 캔(20)의 개구부에 절연 가스킷(32)을 장착시키고, 상기 양극탭(2b)과 용접된 캡 플레이트(34) 및 안전변(36)을 보유한 캡 어셈블리(30)를 상기 절연 가스킷(32)의 안쪽으로 장착하고 이를 밀봉시키는 것으로 이루어진다.

여기에서, 상기 극판 밀봉 단계(120)는 다른 실시예로서 양극판(2)이 아닌 음극판(4)을 세퍼레이터(6)에 밀봉시키는 것으로 이루어질 수 있으며, 상기 음극판(4)을 세퍼레이터(6)에 밀봉시키는 방법은 앞선 실시예에서 양극판(2)을 세퍼레이터(6)에 밀봉시킨 방법과 동일하게 이루어진다.

이와 같이 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나를 세퍼레이터에 의해 밀봉시키는 본 실시예에 의한 리튬 이차전지는 활물질의 탈락에 의한 미세 쇼트를 효과적으로 방지할 수 있으며, 이로서 기존 구성에 의한 리튬 이차전지에서 미세 쇼트 방지를 위해 사용되던 상, 하 절연판을 제거할 수 있는 장점을 갖는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명에 의한 리튬 이차전지는 활물질의 극판 탈락에 의한 미세 쇼트를 방지하여 전지의 안정성과 수명 특성을 향상시키며, 전지 제조공정상의 양품율을 증가시킬 수 있다. 또한 종래 이차전지에서 사용되는 상, 하 절연판을 제거할 수 있으므로 전지의 구성을 단순화시키며, 제조공정을 간소화할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 리튬 이차전지의 부분 단면도.

도 2는 도 1의 양극판과 세퍼레이터를 전개하여 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 리튬 이차전지의 부분 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 리튬 이차전지의 제조방법을 도시한 공정 순서도.

도 5는 도 4의 극판 밀봉 단계의 제 1 실시예를 도시한 극판군의 개략도.

도 6은 도 4의 극판 밀봉 단계의 제 2 실시예를 도시한 극판군의 개략도.

도 7은 종래 기술에 의한 원통형 리튬 이차전지의 부분 단면도.

Claims (8)

1. 양극 활물질이 도포된 양극판과;

   음극 활물질이 도포된 음극판과;

   상기 양극판과 음극판 사이에 배치되어 양극판과 음극판을 격리시키며 전해질을 보유하는 세퍼레이터와;

   상기 음극판과 전기적으로 연결되며 극판군을 수납하는 캔과;

   상기 캔의 개구부에서 캔과 절연된 상태로 밀봉되며 상기 양극판과 전기적으로 연결되는 캡 어셈블리를 포함하며,

   상기 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나가 세퍼레이터에 의해 밀봉됨을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 양극판은 둘레부가 밀봉되어 일체화된 한쌍의 세퍼레이터의 내부로 배치되는 리튬 이차전지.
3. 제 1항에 있어서, 상기 음극판은 둘레부가 밀봉되어 일체화된 한쌍의 세퍼레이터의 내부로 배치되는 리튬 이차전지.
4. 각각의 지지체에 양극 활물질과 음극 활물질을 일정 두께로 도포하고, 롤 프레스한 다음 건조시켜 양극판과 음극판을 제조하는 극판 제조 단계와;

   제조된 양극판과 음극판 가운데 적어도 하나를 세퍼레이터에 의해 밀봉시키는 극판 밀봉 단계와;

   상기 양극판과 음극판을 권취 또는 적층시키고, 캔에 수납하여 전해액을 함침하는 극판군 제조 단계와;

   절연 가스킷을 사이에 두고 상기 캔의 개구부에 캡 어셈블리를 장착하고 밀봉시키는 캡 어셈블리 밀봉 단계를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 극판 밀봉 단계는 양극판의 양면에 한쌍의 세퍼레이터를 위치시키고, 상기 세퍼레이터의 둘레부를 접합시키는 것으로 이루어지는 리튬 이차전지의 제조방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 극판 밀봉 단계는 음극판의 양면에 한쌍의 세퍼레이터를 위치시키고, 상기 세퍼레이터의 둘레부를 접합시키는 것으로 이루어지는 리튬 이차전지의 제조방법.
7. 제 4항에 있어서, 상기 극판 밀봉 단계는 세변부가 접합된 세퍼레이터의 내부로 양극판을 삽입시키고, 상기 세퍼레이터의 개봉된 나머지 한변부를 접합시키는 것으로 이루어지는 리튬 이차전지의 제조방법.
8. 제 4항에 있어서, 상기 극판 밀봉 단계는 세변부가 접합된 세퍼레이터의 내부로 음극판을 삽입시키고, 상기 세퍼레이터의 개봉된 나머지 한변부를 접합시키는 것으로 이루어지는 리튬 이차전지의 제조방법.