KR100571256B1 - Lithium Ion Polymer Battery and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

리튬 이온 폴리머 전지 및 그 제조 방법이 개시된다.Disclosed are a lithium ion polymer battery and a method of manufacturing the same.

본 발명 전지는 공통적으로 폴리머 성분을 가지는 양극, 전해질 겸용 세퍼레이터 및 음극이 라미네이팅 가공에 의해 일체형 전극 조립체를 이루는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 음극, 세퍼레이터, 양극 각각은 폴리올(Polyol)계 가소제를 포함하는 것을 특징하며, 폴리올계 가소제는 질량기준으로 2 내지 20% 포함되는 것이 바람직하다. The battery of the present invention is a lithium ion polymer battery in which a positive electrode having a polymer component, a separator for both electrolytes, and a negative electrode form an integrated electrode assembly by laminating, wherein each of the negative electrode, the separator, and the positive electrode includes a polyol-based plasticizer. Characterized in that the polyol-based plasticizer is preferably contained 2 to 20% by mass.

따라서, 종래에 비해 일체형으로 형성된 전극조립체에서 전극과 세퍼레이터 사이의 밀착성을 높게 유지하면서도, 공정이 단순화되어 공정의 효율을 높일 수 있고, 전지 재료 비용을 줄일 수 있고 전기 용량 증가시킬 수 있다. Therefore, compared to the prior art, while maintaining a high adhesion between the electrode and the separator in the electrode assembly formed integrally, the process can be simplified to increase the efficiency of the process, the battery material cost can be reduced and the electrical capacity can be increased.

Description

리튬 이온 폴리머 전지 및 그 제조 방법 {Lithium ion polymer battery and fabrication method thereof}Lithium ion polymer battery and manufacturing method thereof

도1은 벨코어 방식으로 전극 및 세퍼레이터를 일체형 전극 조립체로 형성하는 방법을 개략적으로 나타내는 부분적 공정 설명도, 1 is a partial process explanatory diagram schematically showing a method of forming an electrode and a separator into an integrated electrode assembly in a belcore manner;

도2는 본 발명 방법의 일 실시예에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 공정의 특징부를 개념적으로 나타내는 설명도이며, 2 is an explanatory diagram conceptually illustrating features of a manufacturing process of a lithium ion polymer battery according to an embodiment of the present invention;

도3은 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지에 따른 각 전극 및 세퍼레이터의 세부 구조를 개략적으로 나타내는 구조도이다.3 is a structural diagram schematically showing the detailed structure of each electrode and separator according to the lithium ion polymer battery of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10,100: 음극 11,31,110,310: 전극판10,100: cathode 11,31,110,310: electrode plate

13,33,130,330: 전극 집전체 20,200: 세퍼레이터13,33,130,330: electrode current collector 20,200: separator

30,300: 양극 40,400: 전극 조립체 30,300 anode 40,400 electrode assembly

50: 추출 용매 60,600: 전해액50: extraction solvent 60, 600: electrolyte

113: 바인더 115: 가소제113: binder 115: plasticizer

본 발명은 리튬 이온 폴리머 전지(PLI 전지:Plastic Lithium Ion Battery, Lithium Ion Polymer Battery) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 전극 구성에 특징으로 가지는 리튬 이온 폴리머 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion polymer battery (PLI battery: Plastic Lithium Ion Battery, Lithium Ion Polymer Battery) and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a lithium ion polymer battery and its manufacturing method characterized by the configuration of each electrode will be.

리튬은 원소 자체의 원자량이 작아 단위 질량당 전기 용량이 큰 전지를 제조하기에 적합한 재료이다. 따라서, 리튬 금속이나 리튬 인터칼레이션(intercalation)이 가능한 탄소 등의 물질을 음극으로 사용하고, 역시 리튬 이온의 출입이 가능한 코발트산 리튬이나 망간산 리튬 등의 리튬복합산화물을 양극으로 하는 리튬 이차 전지에 관한 연구, 개발이 계속되고 있다. Lithium is a suitable material for manufacturing a battery having a small atomic weight of the element itself and a large electric capacity per unit mass. Therefore, a lithium secondary battery using a lithium metal, a material such as carbon capable of lithium intercalation, as a cathode, and a lithium composite oxide such as lithium cobalt or lithium manganate, which can also pass in and out of lithium ions, as a cathode. The research and development of is continued.

한편, 리튬은 수분과 격렬하게 반응하므로 리튬계 전지에서는 비수성 전해질을 사용하게 된다. 이 경우, 물의 전기분해 전압에 영향을 받지 않으므로 리튬계 전지에서는 3 내지 4 볼트(V) 정도의 기전력을 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.On the other hand, since lithium reacts violently with moisture, a non-aqueous electrolyte is used in a lithium battery. In this case, since it is not affected by the electrolysis voltage of water, the lithium-based battery has an advantage of generating an electromotive force of about 3 to 4 volts.

리튬 이차 전지에서 사용되는 비수성 전해질은 크게 액상 전해질과 고상 전해질이 있다. 액상 전해질은 대개 리튬 이온 전지에 사용되며, 리튬염을 유기 용매에 해리시킨 것이다. 유기 용매로는 대개 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 또는 다른 알킬기 함유 카보네이트나 유사한 유기 화합물이 사용될 수 있다. 고상 전해질로 상온에서 실용성이 있는 것은 대개 폴리머로 이루어지며 리튬 이온 폴리머 전지, 리튬 금속 폴리머 전지에 사용될 수 있다. 이때, 리튬 이온 폴리머 전지는 대개 세퍼레이터를 겸하는 전해질에 폴리머를 이용하거나 전극 특히 양극 형성에 폴리머를 이용하는 전지를 지칭하는 것이다.The non-aqueous electrolyte used in the lithium secondary battery is largely a liquid electrolyte and a solid electrolyte. Liquid electrolytes are usually used in lithium ion batteries and dissociate lithium salts into organic solvents. As the organic solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate or other alkyl group-containing carbonates or similar organic compounds can be used. Practical at room temperature as a solid electrolyte is usually made of a polymer and can be used in lithium ion polymer batteries and lithium metal polymer batteries. In this case, a lithium ion polymer battery generally refers to a battery using a polymer in an electrolyte serving as a separator or a polymer in forming an electrode, particularly an anode.

한편, 폴리머 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 폴리머 전지는 유기 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 진성 리튬 이온 폴리머 전지와, 유기 전해액을 함유하고 있는 겔(Gel)형 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다. 완전 고체형 이튬 이온 폴리머 전지는 액상 전해질에 비해 이온 전도도가 매우 떨어지는 문제가 있고, 겔형 리튬 이온 폴리머 전지는 다양한 형태로 구현될 수 있는데 이온 전도도를 높이기 위해 많은 가소제를 쓸 경우 기계적 강도 저하와 막두께 제어의 곤란성 등이 문제된다. On the other hand, depending on the type of the polymer electrolyte, the lithium ion polymer battery may be divided into a fully solid intrinsic lithium ion polymer battery containing no organic electrolyte at all and a gel type lithium ion polymer battery containing the organic electrolyte. . A fully solid lithium ion polymer battery has a problem of very low ionic conductivity compared to a liquid electrolyte, and a gel type lithium ion polymer battery can be implemented in various forms. When many plasticizers are used to increase the ionic conductivity, the mechanical strength and the film thickness are reduced. Difficulty of control is a problem.

또한, 양극 및 음극은 충방전시 팽창과 수축을 되풀이하는데 이런 과정에서 양극, 음극과 전해질 겸 세퍼레이터의 층간 접착력이 떨어질 수 있다. 층간 접착력이 떨어지면 리튬 이온의 이동에 문제를 발생시키고 내부 저항을 증가시켜 전지의 특성 저하와 기능 이상을 초래할 수 있다.In addition, the positive and negative electrodes repeat expansion and contraction during charging and discharging. In this process, the adhesion between the layers of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte and separator may decrease. Degradation of the interlayer adhesion may cause a problem in the movement of lithium ions and increase the internal resistance may lead to deterioration of battery characteristics and malfunction.

종래의 리튬 이온 폴리머 전지의 전형적 방식의 하나로 벨 통신 연구회사(Bell comunication research Inc.)에 의해 제안된 벨코어(Bellcore) 방식이 있다. 이 방식에 따른 예가 미국특허등록번호 5456000 등에 기재되어 있다. 이 방식에 의하면, 전지의 양극과 음극의 바인더 및 세퍼레이터가 비닐리덴플로라이드(VDF)와 헥사플로로프로필렌(HFP)의 공중합체(P(VDF-HFP))로 이루어져 전극조립체의 각 층간 접착력을 향상시킨 것을 볼 수 있다. One typical method of the conventional lithium ion polymer battery is the Bellcore method proposed by Bell comunication research Inc. An example of this approach is described in US Pat. No. 5456000 and the like. According to this method, the binder and separator of the positive and negative electrodes of the battery are composed of a copolymer of vinylidene fluoride (VDF) and hexafluoropropylene (HFP) (P (VDF-HFP)) to improve the adhesion between the layers of the electrode assembly. You can see the improvement.

도1은 벨코어 방식으로 전극 및 세퍼레이터를 일체형 전극 조립체로 형성하는 방법을 개략적으로 나타내는 공정 설명도이다. 1 is a process explanatory diagram schematically showing a method of forming an electrode and a separator as an integrated electrode assembly in a belcore manner.

도1을 참조하여 벨코어 방식의 리튬 이온 폴리머 전지를 좀 더 살펴보면, 먼 저, 세퍼레이터(20) 형성을 위해서는 이 공중합체와 가소제인 DBP(Dibutyl Phthalate), 실리카 입자와 용제로써 아세톤을 혼합하고 온도를 높여 공중합체를 용해한다. 이 것을 유리판에 캐스트(cast) 방식으로 성형한 뒤 건조시켜 용제를 제거하면 세퍼레이터(20) 막을 얻는다. Referring to FIG. 1, a more detailed description of a bel-core lithium ion polymer battery is described below. First, in order to form the separator 20, this copolymer is mixed with plasticizer DBP (Dibutyl Phthalate), silica particles, and acetone with a solvent, and then the temperature is increased. To dissolve the copolymer. This is cast to a glass plate in a cast manner and dried to remove the solvent to obtain a separator 20 film.

전극(10,30)의 형성을 위해서는 먼저 세퍼레이터(20) 형성과 유사하게 공중합체(P(VDF-HFP))와 가소제인 DBP, 도전조제, 리튬염으로 코발트산 리튬(LiCoO2), 용제로 아세톤을 혼합하여 도포방식으로 성형한 뒤 건조하여 전극막(11,31)을 얻는다. 전극(10,30)은 가운데 전극 집전체(13,33)를 두고 전극 집진체 양면에 전극막(11,31)을 샌드위치 상으로 겹쳐 롤러를 통해 가열 융착하는 방법으로 형성된다. 전극 집전체(13,33)는 극성에 따라 메시(mesh)형의 알미늄 혹은 구리 그리드를 사용한다. In order to form the electrodes 10 and 30, the copolymer (P (VDF-HFP)), the plasticizer DBP, the conductive aid, the lithium cobalt acid (LiCoO 2 ), and the solvent, similarly to the separator 20 are formed. Acetone is mixed, molded by coating, and dried to obtain electrode films 11 and 31. The electrodes 10 and 30 are formed by stacking the electrode films 11 and 31 on sandwiched surfaces of the electrode dust collectors with the center electrode current collectors 13 and 33 onto a sandwich and heating and welding them through a roller. The electrode current collectors 13 and 33 use a mesh-type aluminum or copper grid depending on the polarity.

각 전극(10,30)을 형성하듯이, 세퍼레이터(20)를 가운데 두고 양쪽에 음극(10)과 양극(30)을 샌드위치 상으로 겹쳐 롤러로 가열 융착하는 라미네이션(Lamination)을 통해 일체형 전극조립체(40)가 형성된다. DBP를 함유하는 음극(10), 양극(30), 세퍼레이터(20)로 이루어진 전극 조립체(40)를 디에틸에테르, 메탄올 등 가소제를 용출시킬 수 있는 추출 용매(50)에 담그는 방식으로 DBP를 추출(extraction)한다. 따라서, 양극, 음극, 세퍼레이터는 각각 미다공성 막이 된다. 미다공성 막으로 이루어진 전극조립체에 별도의 전해액(60)을 함침시켜 파우치로 봉한다. 혹은 일단 파우치막에 넣은 후 전해액을 주입하여 전극 및 세퍼레이터 가 전해액을 흡수하도록 한 뒤 파우치를 밀봉한다. As each electrode (10,30) is formed, the electrode assembly (10) through the lamination (lamination) by laminating the negative electrode 10 and the positive electrode 30 on both sides of the sandwich 20 in the center of the sandwich (rolling) to form a integrated electrode assembly ( 40) is formed. DBP is extracted by dipping the electrode assembly 40 consisting of the negative electrode 10, the positive electrode 30, and the separator 20 containing DBP in an extraction solvent 50 which can elute plasticizers such as diethyl ether and methanol. (extraction) Thus, the positive electrode, the negative electrode, and the separator each become a microporous membrane. The electrode assembly made of a microporous membrane is impregnated with a separate electrolyte 60 and sealed with a pouch. Alternatively, once the pouch film is placed, the electrolyte is injected to allow the electrode and the separator to absorb the electrolyte, and then the pouch is sealed.

그런데, 이상과 같은 벨코아 방식의 리튬 이온 폴리머 전지에서는 전극 및 겔형 전해질 겸용 세퍼레이터를 형성하기 위해 일단 DBP가 함유된 전극막과 세퍼레이터막을 형성하고, 이들 막에서 다시 DBP 추출 공정을 한 후 전해액을 함침시키는 몇 단계의 과정을 거쳐야 한다. 또한, 통상적으로 가열 롤링을 통해 음극, 세퍼레이터, 양극이 일체로 라미네이팅된 전극 조립체를 형성하는 공정과 그 속에서 가소제인 DBP를 제거하는 공정은 일관작업으로 이루어질 수 없어 공정의 능률이 떨어지고, 공정중 불량 가능성도 높아지는 문제가 있었다. However, in the above Belcoa type lithium ion polymer battery, an electrode film and a separator film containing DBP are formed once to form an electrode and a gel electrolyte separator, and then the DBP extraction process is performed on these films to impregnate the electrolyte solution. There are a few steps to getting it done. In addition, the process of forming an electrode assembly in which the negative electrode, the separator, and the positive electrode are integrally laminated through heat rolling, and the process of removing the plasticizer DBP therein cannot be performed in a consistent manner, thus reducing the efficiency of the process. There was a problem that the probability of defects also increased.

특히, 일정 두께 이상에서는 DBP를 제거하기 위해 양극 집전체로는 가공이 어려운 메시형 알미늄 그리드를 사용하므로 전지의 제조 원가를 높이는 문제가 있었고, DBP 첨가에 따른 양극막 형성의 두께조절이 용이하지 않았다. In particular, the use of a mesh-type aluminum grid, which is difficult to process with a positive electrode current collector, is used to remove the DBP above a certain thickness, thereby increasing the manufacturing cost of the battery. .

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 제거하기 위한 것으로, DBP를 사용하는 종래의 벨코어 방식에 비해, 라미네이션 공정을 통해 일체형으로 형성된 전극조립체에서 전극과 세퍼레이터 사이의 밀착성을 높게 유지하면서도, 공정이 단순화되어 공정의 효율을 높일 수 있는 리튬 이온 폴리머 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to eliminate the above-mentioned problems, the process is simplified while maintaining a high adhesion between the electrode and the separator in the electrode assembly formed integrally through the lamination process, compared to the conventional belcore method using DBP It is an object of the present invention to provide a lithium ion polymer battery and a method for producing the same, which can increase the efficiency of the process.

본 발명은 또한, DBP를 사용하는 종래의 벨코어 방식에 비해 전지 재료 비용을 줄일 수 있고 전기 용량 증가시킬 수 있는 리튬 이온 폴리머 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a lithium ion polymer battery and a method of manufacturing the same, which can reduce battery material cost and increase electric capacity, compared to the conventional Belcore method using DBP.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지는, The lithium ion polymer battery of the present invention for achieving the above object,

공통적으로 폴리머 성분을 가지는 양극, 전해질 겸용 세퍼레이터 및 음극이 라미네이팅 가공에 의해 일체형 전극 조립체를 이루는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 음극, 세퍼레이터, 양극 각각은 폴리올(Polyol)계 가소제를 포함하는 것을 특징으로 한다. In a lithium ion polymer battery in which a positive electrode having a polymer component, a separator having both an electrolyte, and a negative electrode form an integrated electrode assembly by laminating, the negative electrode, the separator, and the positive electrode each include a polyol-based plasticizer. .

이때, 폴리올계 가소제는 질량기준으로 2 내지 20% 포함되는 것이 바람직하다. At this time, the polyol-based plasticizer is preferably contained 2 to 20% by mass.

본 발명에서 주된 폴리머 성분으로는 전극의 바인더 및 세퍼레이터의 폴리머 메트릭스(그물구조)를 형성하는 폴리비닐덴플로라이드 등을 들 수 있으며, 폴리올의 종류로는 폴리에칠렌그리콜(polyethylene glycol:CH3-(CH2)n-OH), 폴리에칠렌그리콜디메칠에테르(polyethylene glycol dimethyl ether:CH3-O(CH2CH2O)n -CH3), 폴리에칠렌그리콜모노메칠에테르(polyethylene glycol monomethyl ether:CH3-O(CH2CH2 O)n-H) 등을 들 수 있다. 이때, 폴리올은 분자량 200 내지 1000 정도의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, the main polymer component may include polyvinyl defluoride, which forms a polymer matrix (net structure) of the binder of the electrode and the separator, and the polyol may be a polyethylene glycol (CH 3 − ( CH 2 ) n -OH), polyethylene glycol dimethyl ether (CH 3 -O (CH 2 CH 2 O) n -CH 3 ), polyethylene glycol monomethyl ether: CH 3 -O (CH 2 CH 2 O) n -H) and the like. At this time, it is preferable to use a polyol having a molecular weight of about 200 to 1000.

본 발명에서 전극 집전체는 양극, 음극 공히 금속 포일 형태를 가지는 것을 특징으로 한다. 즉, 메시형 가공형태를 사용하지 않는다.In the present invention, the electrode current collector is characterized in that the positive electrode, the negative electrode both have a metal foil form. That is, it does not use a mesh form.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지 제조 방법은,The lithium ion polymer battery manufacturing method of the present invention for achieving the above object,

바인더용 폴리머, 폴리올계 가소제, 전극 활물질을 구비하는 양극 및 음극을 형성하는 단계, Forming a positive electrode and a negative electrode having a binder polymer, a polyol plasticizer, and an electrode active material,

폴리머와 폴리올계 가소제를 구비하는 세퍼레이터막을 형성하는 단계,Forming a separator film comprising a polymer and a polyol plasticizer,

세퍼레이터막을 중심으로 양쪽 면에 양극 및 음극을 겹쳐 일체형 전극조립체를 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And forming an integrated electrode assembly by superposing an anode and a cathode on both sides of the separator film.

본 발명에서 양극 및 음극을 형성하는 단계는 바인더용 폴리머, 폴리올계 가소제, 전극 활물질을 구비하는 전극판을 먼저 형성하고, 이 전극판을 포일형 집전체에 라미네이션 가공하는 방법으로 형성할 수 있다.In the present invention, the forming of the positive electrode and the negative electrode may be performed by first forming an electrode plate including a binder polymer, a polyol plasticizer, and an electrode active material, and then laminating the electrode plate on a foil current collector.

본 발명은 통상 일체형 전극조립체를 형성한 뒤 전극조립체에 리튬염이 포함된 별도의 전해액을 함침시키는 단계를 더 구비하게 된다. 이때, 전해액을 함침시키는 단계는 전극조립체를 형성하는 단계와 일관된 작업으로 이루어지는 것이 바람직하다.The present invention is usually further provided with a step of impregnating a separate electrolyte solution containing a lithium salt in the electrode assembly after forming the integral electrode assembly. At this time, the step of impregnating the electrolyte is preferably made of a work consistent with the step of forming the electrode assembly.

본 발명에서 전극 및 세퍼레이터는 상기 폴리머로 폴리비닐리덴플로라이드를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. In the present invention, the electrode and the separator is preferably formed using polyvinylidene fluoride as the polymer.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명 방법의 일 실시예에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 공정의 특징부를 개념적으로 나타내는 설명도이며, 도3은 본 발명의 리튬 이온 폴리머 전지에 따른 각 전극 및 세퍼레이터의 세부 구조를 개략적으로 나타내는 설명도이다.FIG. 2 is an explanatory diagram conceptually showing features of a manufacturing process of a lithium ion polymer battery according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically shows a detailed structure of each electrode and separator according to the lithium ion polymer battery of the present invention. It is explanatory drawing shown by.

도2 및 도3을 참조하여 설명하면, 먼저, 도3과 같은 구조를 가지는 전지의 양극(300)과 음극(100)과 세퍼레이터(200)가 각각 형성된다. 도시되지 않으나, 각 전극은 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)와 폴리올계 가소제인 폴리에칠렌그리콜디메칠에테르, 각 전극의 활물질, 도전조제와 용매를 혼합하여 페이스트 상태로 한 뒤 유리판 등에 도포하여 용매를 건조시켜 성막한 전극판(110,310)을 전극 집전체(130,330)에 라미네이션을 통해 씌우거나, 각 전극(100,300)의 전극 집전체(130,330)인 금속 포일에 직접 도포, 건조하여 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, first, the positive electrode 300, the negative electrode 100, and the separator 200 of the battery having the structure as shown in FIG. 3 are formed. Although not shown, each electrode is a polyvinylidene fluoride (PVDF) and a polyol plasticizer polyethylene glycol dimethyl ether, the active material of each electrode, a conductive aid and a solvent are mixed to form a paste and then applied to a glass plate to apply a solvent The electrode plates 110 and 310 formed by drying may be coated on the electrode current collectors 130 and 330 through lamination, or may be directly applied and dried on metal foils that are electrode current collectors 130 and 330 of the respective electrodes 100 and 300.

양극의 형성을 위한 경우, 전극 활물질로 통상 코발트산리튬이 사용되고, 용매로는 폴리비닐리덴플로라이드를 용해시킬 수 있는 아세톤 같은 유기용매가 사용될 수 있다. 폴리머의 용해를 위해 공정중 가열이 이루어질 수 있다. 또한, 활물질에 더하여 전도성을 높이기 위한 도전조제가 더 포함될 수 있다. 음극의 경우, 전극 활물질로 통상 탄소가 사용되고, 별도의 도전조제는 이용되지 않을 수 있다. In the case of forming the positive electrode, lithium cobaltate is usually used as an electrode active material, and an organic solvent such as acetone capable of dissolving polyvinylidene fluoride may be used as a solvent. In-process heating can be done to dissolve the polymer. In addition to the active material, a conductive aid may be further included to increase conductivity. In the case of the negative electrode, carbon is usually used as the electrode active material, and a separate conductive aid may not be used.

세퍼레이터(200)는 폴리비닐리덴플로라이드 같은 폴리머와 아세톤 같은 유기 용매, 폴리올계 가소제를 섞어 유리판에 도포하고 용매를 제거 건조시키는 방법으로 성막할 수 있다. 이때 폴리머와 가소제의 종류나 혼합비 전극과의 라미네이션 공정을 위해 전극 형성에 사용된 것과 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 세퍼레이터의 구성 성분으로 실리카 입자 등을 더 첨가할 수 있다. 실리카는 전해질의 보존 유지성을 향상시키고, 이온 전도도를 높이는 역할을 할 수 있다.The separator 200 may be formed by mixing a polymer such as polyvinylidene fluoride, an organic solvent such as acetone, or a polyol-based plasticizer, and applying the composition to a glass plate to remove the solvent and drying the solvent. In this case, it is preferable to use the same polymer used for forming the electrode for the lamination process between the kind of the plasticizer and the mixing ratio electrode. As the constituent components of the separator, silica particles and the like can be further added. Silica may play a role of improving electrolyte retention and increasing ionic conductivity.

각 전극과 세퍼레이터 형성을 위해 공히 폴리올계 가소제는 완성된 전극과 세퍼레이터 물질의 중량대비 2 내지 20% 정도가 되도록 공급되며, 폴리올의 종류로는 폴리에칠렌그리콜디메칠에테르 대신 폴리에칠렌그리콜, 폴리에칠렌그리콜모노메칠에테르 등을 사용할 수 있다.Polyol-based plasticizers are supplied to form about 2 to 20% by weight of the finished electrode and the separator material to form each electrode and the separator. The polyol type is polyethylene glycol and polyethylene glycol instead of polyethylene glycol dimethyl ether. Monomethyl ether and the like can be used.

각 막에 대한 폴리올계 가소제의 조성비는 본 발명과 같이 전극과 세퍼레이터에 폴리올계 가소제가 포함될 때 전극과 세퍼레이터 사이의 접착력이 충분히 유지되어 내부 저항의 이상을 가져오지 않도록 고려된 것이다. 또한, 본 발명에서의 폴리올계 가소제의 조성비는 가소제의 구체적 종류, 고온에서의 스웰링 억제력, 폴리비닐리덴플로라이드 같은 폴리머와의 성막시 기능에 충분한 이온전도도 확보, 각 막의 자체 지지를 위한 기계적 강도, 성막의 용이성 등을 고려하여 결정된다. The composition ratio of the polyol-based plasticizer for each film is considered such that when the polyol-based plasticizer is included in the electrode and the separator as in the present invention, the adhesive force between the electrode and the separator is sufficiently maintained so as not to cause an abnormality in internal resistance. In addition, the composition ratio of the polyol-based plasticizer in the present invention is a specific kind of plasticizer, the swelling inhibitory force at high temperatures, to ensure sufficient ionic conductivity for function when forming a film with a polymer such as polyvinylidene fluoride, mechanical strength for self-support of each film And the ease of film formation are determined.

본 발명에서 사용되는 폴리올계 가소제는 가소제로 통상 사용되는 DBP에 비해 녹는점이 낮고, 비등점이 높고, 전기화학적 안정성도 높아 공정상 사용상 안정된 상태를 유지할 수 있으며, 유전율도 높아 세퍼레이터 및 전해질로 장점이 있다. The polyol-based plasticizer used in the present invention has a low melting point, high boiling point, high electrochemical stability and high stability in process use, and high dielectric constant as a separator and electrolyte, compared to DBPs commonly used as plasticizers. .

본 발명에서는 전극 조립체(400)를 형성하는 과정에 이어 종래와 같은 DBP 제거 공정이 존재하지 않고, 전해액(600) 함침 단계로 바로 진행된다. 따라서, 전극(100,300)을 형성할 때 전극 집전체(130,330)는 DBP 제거를 용이하게 하는 메시상태의 금속 그리드를 사용할 필요가 없고, 가공 생산이 용이하고, 비용이 저렴한 금속 포일을 사용하게 된다. 금속은 전지의 극성에 따라 양극의 경우 알미늄, 음극의 경우 구리를 주로 사용한다.In the present invention, after the process of forming the electrode assembly 400, there is no DBP removal process as in the prior art, and proceeds directly to the electrolyte 600 impregnation step. Accordingly, when forming the electrodes 100 and 300, the electrode current collectors 130 and 330 do not need to use a metal grid in a mesh state that facilitates DBP removal, and are easy to manufacture and use, and use low-cost metal foils. Depending on the polarity of the battery, aluminum is usually used for the positive electrode and copper for the negative electrode.

도3과 같은 구조는 바인더(113)인 폴리비닐리덴플로라이드가 폴리머 메트릭스를 형성하고, 그 사이사이에 폴리올계 가소제(115)가 분포하는 형태를 나타내며, 양극 및 음극에서의 활물질은 이들 속에 분포된다. 후 공정에서 고농도의 리튬염이 포함된 전해액을 함침시킬 경우, 전해액은 고분자인 폴리비닐리덴플로라이드 부분보다는 상대적으로 작은 분자량을 가지는 폴리올계 가소제 부분을 통해 더 빠르게 확산되고, 충방전시에도 폴리올계 가소제 부분을 통해 리튬 이온이 더 빠르게 이동하여 전체 전해질의 이온 전도도를 높게 한다. 폴리올계 가소제의 이런 작용을 위해 본 발명의 폴리올계 가소제는 분자량 200 내지 1000 정도의 것을 사용하는 것이 바람직하다.3 shows a form in which the polyvinylidene fluoride as the binder 113 forms a polymer matrix and a polyol plasticizer 115 is distributed therebetween, and active materials in the positive electrode and the negative electrode are distributed therein. do. When impregnated with an electrolyte solution containing a high concentration of lithium salt in the post-process, the electrolyte is more rapidly diffused through the polyol-based plasticizer portion having a relatively small molecular weight than the polyvinylidene fluoride portion of the polymer, even during charge and discharge Lithium ions move faster through the plasticizer section, increasing the ionic conductivity of the entire electrolyte. For this action of the polyol plasticizer, the polyol plasticizer of the present invention preferably uses a molecular weight of about 200 to 1000.

각 전극과 세퍼레이터가 형성된 뒤에는 세퍼레이터막을 가운데 두고 양쪽에 음극과 양극을 라미네이션 가공을 통해 부착시키는 전극조립체 형성 공정이 이루어진다. 이때, 세퍼레이터를 가운데 두고, 양쪽에서 음극과 양극을 공급하면서 롤러를 통과시키면 샌드위치 상으로 겹쳐진 상태에서 가열이 이루어져 전극과 세퍼레이터의 폴리머 성분이 융착된면서 일체형 전극조립체가 형성된다. After each electrode and the separator are formed, an electrode assembly forming step of attaching the cathode and the anode to both sides with the separator film in the center through lamination processing is performed. At this time, when passing the roller while feeding the cathode and the anode from both sides with the separator in the center, the heating is performed in the state of overlapping the sandwich to form an integrated electrode assembly while the electrode and the polymer component of the separator are fused.

이후 일관 공정을 통해 바람직하게는 1.1% 이상의 고농도 리튬염을 포함하는 별도의 전해액을 더 함침시켜 파우치로 봉하거나 일단 일부가 개방된 파우치막에 넣은 후 전해액을 주입하여 전극 및 세퍼레이터가 전해액을 흡수하도록 한 뒤 파우치를 밀봉한다. 함침 전후에 일체형 전극 조립체는 파우치에 놓기 위해 일정 크기로 절단된다. 필요에 따라 절단된 전극 조립체의 형태를 변화시키는 공정이 부가될 수 있다.Then, through an integrated process, preferably, an additional electrolyte containing 1.1% or more of a high concentration of lithium salt is further impregnated and sealed with a pouch, or once put into an open pouch film, and then injected with electrolyte to induce the electrode and separator to absorb the electrolyte. Then seal the pouch. Before and after impregnation, the integrated electrode assembly is cut to size to place in the pouch. If necessary, a process of changing the shape of the cut electrode assembly may be added.

본 발명에 따르면, 전극 및 세퍼레이터가 폴리올계 가소제를 포함하며, 전극 및 세퍼레이터를 형성할 때 종래와 같이 DBP를 제거하여 미다공성 막을 형성하는 과정을 가지지 않는다. According to the present invention, the electrode and the separator include a polyol-based plasticizer, and when forming the electrode and the separator does not have a process of forming a microporous membrane by removing the DBP as conventionally.

따라서, DBP 제거 공정에 메탄올 등의 추출액을 사용함에 따른 비용과, 양극 형성시 DBP 제거율을 높이기 위해 집전체로 알미늄 포일 대신 메시형 알미늄 그리드를 사용하는 비용을 없앨 수 있다.Therefore, the cost of using an extract such as methanol in the DBP removal process, and the cost of using a mesh type aluminum grid instead of aluminum foil as the current collector to increase the DBP removal rate when forming the anode can be eliminated.

또한, DBP 제거 공정이 없어짐에 따라 일체형으로 형성된 전극 조립체에 전해액을 함침시키는 공정을 일관적으로 하는 것이 용이하여 공정비용을 줄이고, 불량률을 낮출 수 있다.In addition, as the DBP removal process is eliminated, the process of impregnating the electrolyte solution in the integrated electrode assembly may be easily performed, thereby reducing the process cost and lowering the defective rate.

그리고, DBP에 비해 폴리올계 가소제의 질량기준 조성비를 낮출 수 있으므로 종래와 동일한 질량의 전지를 형성한다면 전극 활물질의 양을 늘려 전기용량을 높일 수 있다. 가령, 음극의 경우, 전극 활물질의 함량이 9% 정도, 양극의 경우, 전극 활물질의 함량이 3% 정도까지 늘어나는 효과를 가질 수 있다.In addition, since the mass-based composition ratio of the polyol-based plasticizer can be lowered compared to that of DBP, if a battery having the same mass as in the prior art is formed, the amount of the electrode active material can be increased to increase the electric capacity. For example, in the case of the negative electrode, the content of the electrode active material may be about 9%, and in the case of the positive electrode, the content of the electrode active material may be increased to about 3%.

또한, 미다공성 막구조가 없어지므로 전극의 면적을 늘려 전지의 전류 공급능력을 높이기 위한 압연 공정에서 종래의 미다공성 구조에 비해 막의 압연률이 늘어나는 이점이 있다. In addition, since the microporous membrane structure is eliminated, there is an advantage in that the rolling ratio of the membrane is increased in comparison with the conventional microporous structure in the rolling process for increasing the area of the electrode to increase the current supply capability of the battery.

Claims (7)

폴리머 성분을 가지는, 양극, 전해질 겸용 세퍼레이터 및 음극이 라미네이팅 가공에 의해 일체형 전극 조립체를 이루는 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, In a lithium ion polymer battery having a positive electrode, an electrolytic separator, and a negative electrode having a polymer component forming an integrated electrode assembly by laminating, 상기 음극, 상기 세퍼레이터, 상기 양극 각각이 폴리올(Polyol)계 가소제를 질량기준으로 2 내지 20% 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.And each of the negative electrode, the separator, and the positive electrode contains 2 to 20% of a polyol-based plasticizer on a mass basis. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 폴리머 성분은 폴리비닐덴플로라이드를 포함하고, The polymer component comprises a polyvinyl defluoride, 상기 폴리올계 가소제는 폴리에칠렌그리콜(polyethylene glycol:CH3-(CH2)n-OH), 폴리에칠렌그리콜디메칠에테르(polyethylene glycol dimethyl ether:CH3-O(CH2CH2O)n-CH3), 폴리에칠렌그리콜모노메칠에테르(polyethylene glycol monomethyl ether:CH3-O(CH2CH2O)n-H) 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.The polyol-based plasticizer is polyethylene glycol (CH 3- (CH 2 ) n -OH), polyethylene glycol dimethyl ether (CH 3 -O (CH 2 CH 2 O) n -CH 3 ), a lithium ion polymer battery, characterized in that one of polyethylene glycol monomethyl ether (CH 3 -O (CH 2 CH 2 O) n -H). 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 폴리올계 가소제는 분자량 200 내지 1000인 물질임을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.The polyol-based plasticizer is a lithium ion polymer battery, characterized in that the material having a molecular weight of 200 to 1000. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 양극의 전극 집전체는 알미늄 포일로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.Lithium ion polymer battery, characterized in that the electrode current collector of the positive electrode made of aluminum foil. 바인더용 폴리머, 폴리올계 가소제, 전극 활물질을 구비하는 양극 및 음극을 형성하는 단계, Forming a positive electrode and a negative electrode having a binder polymer, a polyol plasticizer, and an electrode active material, 상기 폴리머와 상기 폴리올계 가소제를 구비하는 세퍼레이터막을 형성하는 단계,Forming a separator film including the polymer and the polyol plasticizer, 상기 세퍼레이터막을 중심으로 양쪽 면에 상기 양극 및 음극을 겹쳐 일체형 전극조립체를 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법.And forming an integrated electrode assembly by overlapping the positive electrode and the negative electrode on both surfaces of the separator film, wherein the integrated electrode assembly is formed. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 양극 및 음극을 형성하는 단계는,Forming the positive electrode and the negative electrode, 상기 바인더용 폴리머, 상기 폴리올계 가소제, 상기 전극 활물질을 구비하는 전극판을 형성하는 단계와 Forming an electrode plate including the binder polymer, the polyol plasticizer, and the electrode active material; 포일형 집전체에 상기 전극판을 라미네이션 가공하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법.And laminating the electrode plate to a foil-type current collector. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 일체형 전극 조립체를 형성하는 단계에 이어 상기 전극 조립체에 리튬염이 포함된 전해액을 함침시키는 단계가 일관적으로 더 구비되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법.And subsequently impregnating the electrode assembly with the electrolyte containing lithium salt in the electrode assembly.
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