KR100684508B1 - 초박형 망간전지의 전극 및 그 제조법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초박형 망간전지의 전극 제조 시 수용성 바인더와 유기용매 용해성 바인더를 혼합 사용함으로써, 중 부하 방전특성 및 대용량화를 기하여 고 에너지 밀도를 달성한 초박형 망간전지의 전극 및 그 제조법에 관한 것이다

Description

초박형 망간전지의 전극 및 그 제조법 {The electrode of ultra thin manganese battery and manufacturing method therefor}

도 1은 본 발명 초박형 망간전지의 기본 구조를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명 초박형 망간전지의 기본 구조를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명 실시 예와 비교 예에 의해 제조된 박형 망간전지의 13㏀ 방전 용량을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 양극 2: 음극

3: 세퍼레이터 4: 양극집전체

5: 음극집전체 6: 양극탭

7: 음극탭 8: 필름

9: 양면접착제 10: 젤 전해액

본 발명은 초박형 망간전지에 관한 것으로서, 고율특성이 우수하고 고에너지 밀도를 달성한 초박형 망간전지의 전극 및 그 제조법에 관한 것이다.

최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등의 급속한 발전과 더불어, 고주파 인식기(Radio frequency identification)를 이용하는 전자태그 등과 같이 전파 기술을 이용하는 새로운 기술들의 출현으로, 기존의 규격화된 형상에서 벗어나, 보다 다양한 모양을 원하는 방향으로 전지에 대한 요구특성이 변화하고 있다.

또한, 미용, 의약 등 분야에서는 효과적으로 대상 물질을 피부 속으로 침투시키기 위한 이른 바 이온투과법(Iontophoresis) 등의 신기술들이 관심을 끌고 있으며, 이런 분야 역시 매우 유연하고 박형화 할 수 있는 고성능 박형 전지들을 절실히 요구하고 있다.

이와 같은 요구를 충족하기 위한 전지개발이 지속적으로 수행되고 있으며, 현재 이러한 수요에 상응하여 많은 관심과 각광을 받고 있는 전지가 바로 페이퍼전지 또는 시트형전지라고도 불리는 초박형 전지(Ultra thin battery)이다.

초박형 전지는 시트 모양의 얇은 전지를 말하는 것으로서, 보통 전지와 마찬가지로 전해질, 양극, 음극 및 세퍼레이터를 필수 기본요소로 하여 구성되는데, 이중 액상의 전해액 대신에 시트 모양의 고체전해질을 사용하고, 유연한 형태의 집전체와 전극, 그리고 고분자 포장재를 적용함으로써 부드러운 초박형 전지를 만들 수 있게 되는 것이다.

그러나, 이와 같이 전지를 초박형으로 제작하기 위해서는 젤상의 전해액을 사용하는 것이 거의 필연적이라고 할 수 있는데, 젤 상 전해액의 경우 누액성이나 전해액 고갈 측면에서 유리하다는 장점이 있는 반면, 낮은 전도도 때문에 고율 방전 시 용량과 출력 감소가 일어나고 작동 환경이 매우 제한적이라는 이유로 현재까지도 특정 용도에서만 상용화되어 있는 실정이다.

또한, 초박형으로 제작된다는 특성상, 이러한 전지들은 매우 얇고 유연하게 제작될 수 있어야 할 뿐만 아니라 우수한 성능보존 특성과 내누액성 등이 요구되며, 외장재로 주로 충격에 약한 고분자 시트가 사용되므로 전지 내부와 대기 사이의 밀봉성을 확보하고, 내부 가스 발생으로 인한 극판 이격을 방지해야 하는 등의 또 다른 특성들이 요구되고 있다.

초박형 전지와 관련한 구체적인 기술들은 특허 또는 실용신안 상의 선행 자료로도 많이 개시되어 있는데, 초기의 것을 예로 들면, Waki 등의 미국특허 제4623598호에 2겹의 절연 필름으로 외장된 박형 전지에 대해 개시된 바 있으며, Fuminobu 등의 일본특허 제61-55866호에는 전해질에 수용성 고분자 증점제를 첨가하여 제작한 박형 전지에 대해 개시된 바 있다.

그러나, 이 선행기술상의 전지들은 대체적으로 고율특성이 여전히 취약하고, 저장 혹은 방전 중에 발생한 수소가스 등을 효과적으로 제어하는 기술이 뒷받침되지 않고 있기 때문에, 기계적인 지지체가 없는 초박형 전지에서는, 축적된 기체에 의한 압력으로 인해 양극과 음극이 이격되는 문제가 발생할 경우 급격한 성능열화 가 발생할 개연성을 안고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 점착성의 고분자를 첨가하여 기계적 지지력을 향상시키는 방법과 수은을 첨가하여 수소 과전압을 높여 기체발생을 근본적으로 억제하는 방법이 제시된 바 있지만, 고분자 첨가 방법의 경우 그 효과 면에서 극히 제한되고, 수은 첨가의 경우 환경보전 측면에서 매우 유해하다는 또 다른 문제점을 야기시키게 된다.

이밖에, Nitzan 등의 미국 특허 제5811204호 및 대한민국 특허 제10-0412626호에는, 기체의 축적이 없도록 조습성의 물질을 전해질로 사용하여 전지를 개방형으로 제작하는 것에 관하여 개시되어 있지만, 이 경우 전지 작동 기간이 매우 짧아 현실적으로 응용기기에 적용하기가 곤란할 뿐만 아니라, 가능하다고 해도 전해액의 부식성으로 인해 기기가 손상될 염려가 있었다. 또한, 전해액 내에서 전해질의 농도는 일정한 대기 중의 상대 습도와 열역학적으로 평형을 유지하게 되는데 이는 대기의 습도 변화에 따라 전해액의 유출입이 진행되어 전지 성능을 보장하기가 어렵다는 단점의 원인이 되었다.

이렇게 볼 때, 상기한 특허/실용신안 상의 선행기술들은 실제 초박형 전지 분야에 적용되어 구현되기는 어려울 것으로 생각되므로, 이들의 실제 구현을 어렵게 하던 각종 단점들과, 취약한 고율특성 및 장기 저장 혹은 방전 중 전해액의 고갈로 인한 성능 감소라는 초박형 전지 고유의 문제점을 극복함으로써, 실제적으로 구현 가능한, 새로운 초박형 전지의 출현이 필요한 시점이라고 할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 고율특성이 우수하고 장기 저장/방전 중 전해액 고갈로 인한 성능 감소 문제가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 고상 전해액을 사용하여도 용량과 출력 감소가 일어나지 않고 작동 환경의 범위가 넓으며, 전지 내부에서 가스 발생에 의한 양극과 음극의 이격문제가 발생하지 않는 초박형 망간전지를 제공하고자 하는 것이다.

이를 위한 본 발명은 제3의 바인더로서 수용성 바인더의 일종인 카복시메틸셀룰로스를 추가하여 사용하고, 상기 유기 용매 용해성 바인더인 폴리비닐피롤리돈의 용매로는 디메틸포름아미드(Dimethylformamide; DMF)를 사용함으로써 심한 층분리 현상으로 힘들었던 유기 용매 용해성 바인더와 수용성 바인더의 조합을 가능케 하는 것으로 이루어진다.

본 발명은 고율특성이 우수하고 고에너지 밀도를 달성한 초박형 망간전지의 전극 및 그 제조법에 관한 것으로서, 초박형 망간전지의 전극 제조시 여러 종류의 바인더를 혼합 사용함으로써, 단일 바인더 사용시 발생 했던 문제점을 해결하고 전지의 방전 용량과 중 부하 특성을 현저히 향상 시킨 초박형 망간전지에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명은 종래에는 층 분리 현상 때문에 이루어지기 힘들었던 유기 용매 용해성 바인더와 수용성 바인더의 조합에 제3의 바인더를 첨가하고 이들 을 조합할 수 있는 적절한 용매를 사용함으로써, 층 분리 현상 없이 혼화되도록 한 초박형 망간 전지용 전극 및 그 제조법에 관한 것이다.

일반적으로 전지는 구성 물질과 조성 등 전극의 상태 및 제조 방법에 따라 성능에 영향을 크게 미친 것으로 알려져 있다.

전극 성분의 중의 하나인 바인더는 주로 수용성 바인더와 유기 용매 용해성 바인더로 대별 되는데, 이는 전지내의 전해액 종류와 공정성 등을 고려하여 결정하게 된다.

대표적인 일차 전지인 망간 전지나 망간 알칼리 전지에서는 주로 수용성 바인더를 사용하는 경향이 있으며, 유기용매를 전해액으로 사용하는 리튬이온전지 등 에서는 활물질과의 반응성, 전극 형상 안정성 등 여러 가지를 고려하여 폴리플루오르화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride) 같은 유기 용매 용해성 바인더를 채택하고 있다.

한편, 기계적 지지체가 없는 초박형 전지는 기존의 원통형 전지에 비해 상대적으로 많은 바인더를 필요로 하며 이로 인해 제조 공정성 등은 향상되지만 내부저항의 증가로 방전 성능에는 취약한 면을 보이게 되는데, 종래의 초박형 망간전지 전극 제조 방법은 이러한 공정성과 전지의 성능을 고려하여 단일 성분 바인더에 대해서 첨가량을 최적화시킨 방식을 채택 하고 있었다.

그러나, 이러한 초박형 전지의 전극 제조법에서 수용성 바인더를 적용할경우, 젤 전해액과의 우수한 접착력과 전지의 활성에 필요한 기간은 단축되지만 소수성인 도전제와 균일한 혼합이 어렵고 전지의 장기 방치 시 혹은 방전 도중 전극이 집전체로부터 탈리되는 현상이 나타났다. 이런 취약한 전극 내구성은 특히 기계적 지지체가 없는 박형 망간 전지에서 성능열화에 주원인 중의 하나로 간주되었다.

또한, 유기 용매 용해성 바인더를 사용하여 이러한 문제점을 해결하려는 노력들이 시도되고 있지만, 전극 코팅 후 건조 시 심한 수축 현상과 동시에 카본으로 이루어진 집전체와 전극사이에서 박리현상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 혼합시 제3의 바인더를 추가 혼합하여 사용하고 적절한 용매를 선택 사용함으로써, 상기한 바와 같이 각각의 보완적인 장점과 단점을 가지고 있으나, 심한 층 분리현상으로 인해 조합되지 못하였던 유기 용매 용해성 바인더와 수용성 바인더를 혼화 가능하게 할 수 있는 최선의 조합을 찾아내고 본 발명을 완성하였다.

이러한 조성과 바인더 종류를 실시예 및 청구항에 명시하였으며 전지의 방전특성을 분석한 결과, 우수한 출력특성과 활물질 이용율을 달성하는 것이 가능하였으며 최종적으로 적용 바인더의 장점만을 살릴 수 있는 성분과 조성이 설정되었다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명 초박형 망간전지의 기본 구조를 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명 초박형 망간전지의 기본 구조를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명 실시 예와 비교 예에 의해 제조된 박형 망간전지의 13㏀ 방전 용량을 나타낸 그래프이다.

초박형 전지의 전극 제조시 종래 바인더로 자주 사용되던 물질중 폴리비닐피롤리돈(poly vinyl pyrrolidone)과 같은 유기용매 용해성 바인더만 사용하면 전극 밀도는 높일 수 있었지만 건조 후 전극 자체가 심하게 변형되어 공정성에 대한 취약성과 집전체와 전극사이에서 박리 현상이 발생하는 단점이 있었다.

또한, 대표적 수용성 바인더인 폴리에틸렌 옥사이드(poly ethylene oxide)나 폴리 비닐알콜(poly vinyl alcohol) 만을 적용하게 되면, 수용성 전해액에 바인더가 용해됨으로써 장기간 저장 시 전극의 형상이 변형되는 등 내구성에 대한 문제점이 발생 하였다.

특히, 폴리비닐알콜의 경우 이러한 전극 내구성이 매우 취약하였으며 전극 조성 또한 균일치 못하여 커다란 전지 용량 편차를 보였다.

이의 개선을 위해 대표적인 수용성 바인더인 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide)에 유기 용매 용해성 바인더를 혼합해 보기도 하였으나 층 분리 현상으로 인해 전극 제조가 불가능 하였고, 폴리비닐피롤리돈과 폴리비닐알콜을 혼합한 경우, 층분리 현상은 없었지만 원하는 용량 증대와 출력개선 효과를 얻을 수 없었다.

본 발명의 초박형 전지에서 양극 활물질로는 이산화망간을, 음극 활물질로 아연을 사용하였으며, 유기 용매 용해성 바인더로는 폴리비닐피롤리돈을 사용하고, 수용성 바인더로는 폴리비닐알콜을 사용하였으며, 제3의 바인더로서 수용성 바인더의 일종인 카복시메틸셀룰로스를 추가하여 사용하고, 상기 유기 용매 용해성 바인더인 폴리비닐피롤리돈의 용매로는 디메틸포름아미드(Dimethylformamide; DMF)를 사용함으로써 심한 층분리 현상으로 힘들었던 유기 용매 용해성 바인더와 수용성 바인더의 조합을 가능케 하였다.

이중 유기 용매 용해성 바인더인 폴리비닐피롤리돈의 용매로 사용된 디메틸포름아미드는 극성 비프로톤성 용매의 일종으로 (CH)NCHO의 분자식을 가지는 무색의 수용성 액체로서, 원래 우레탄 섬유나 아크릴 섬유의 방사, 인공피혁 제조, 섬유 코팅가공업 등에 자주 사용될 뿐만 아니라 섬유 염색용 염료와 안료, 페인트 제거를 위한 용제, 코팅액, 인쇄액, 접착제 등에도 포함되어 있는 물질이다.

이와 같은 디메틸포름아미드는 고분자의 뛰어난 용매이기도 하면서 어느 정도 극성을 띠고 있기 때문에 유기이온 반응의 유용한 용매이기도 하므로 본 발명의 바인더 조합에서 유기 용매 용해성 바인더와 수용성 바인더를 혼화시키는 데에 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다.

이상과 같은 바인더 조합을 사용하는 본 발명 초박형 망간전지의 양극은 다음과 같은 방법으로 제조된다.

먼저, 도전제인 아세틸렌 블랙을 볼밀에 넣고 1-7일 동안 분쇄한 후 105℃로 설정된 건조로에서 12시간 이상 동안 1차 건조한 다음 다시 진공건조기에서 1시간 동안 2차 건조한다.

양극 합제 기준 60-98 중량%의 이산화망간과 미리 분쇄 건조한 아세틸렌블랙 0.1-20 중량%를 혼합한 후 고속 혼합기를 사용하여 1-24시간 동안 혼합한다.

디메틸포름아미드 용매에 합제 기준 0.2-10중량%가 되도록 폴리비닐피놀리돈를 용해시키고, 증류수에 합제 기준 0.05-10중량%가 되도록 폴리비닐알콜을 용해시키고, 증류수에 합제 기준 0.01-5중량%가 되도록 카복시메틸셀룰로스를 용해시킨다.

다음에, 혼합된 이산화망간과 아세틸렌블랙 분말에 합제 기준 0.1-20중량%의 바인더가 혼합 되도록 바인더 용액을 첨가하여 교반함으로써 양극 제조용 양극합제 슬러리(slurry)를 제조한다. 여기서, 최종 양극합제 기준 유기용매 용해성 바인더는 0.1-5 중량%, 수용성 바인더는 0.01-5중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

다음에, 혼합된 양극합제 슬러리를 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 포장재인 고분자 필름의 집전체 위에 약 50-300㎛의 두께가 되도록 코팅하고 이를 2시간 이상 동안 60℃이상으로 설정된 건조로에서 건조시켜 양극을 제조한다.

음극 제조 방법으로는 먼저, 아연분말과 도전제인 아세틸렌 블랙을 20:1 중량비로 혼합한다. 여기에 미리 제조된 바인더 용액을 혼합하여 바인더 비가 0.01-20 중량%가 되도록 하여 음극 제조용 슬러리를 준비한다.

다음에, 혼합된 음극합제 슬러리를 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 포장재인 고분자 필름의 집전체 위에 약 10-200㎛의 두께가 되도록 코팅하고 이를 2시간 이상 동안 60℃이상으로 설정된 건조로에서 건조시켜 음극을 제조한다.

이렇게 제조한 양극과 음극사이에 젤 형태의 전해액으로 함침된 세퍼레이터를 안착시킨 후 서로 밀봉하여 전지를 조립한다.

이때 양극과 음극을 강하게 밀착시키기 위하여 1-3분 동안 진공상태로 유지한 다음 밀봉하여 전지내의 압력이 음 압력 유지되도록 한다.

본 발명에서, 전해액으로는 염화아연(ZnCl₂) 10 중량%와 염화암모늄(NH₄Cl) 1 중량%를 물과 혼합하여 액상 전해액을 제조하고 여기에 폴리에틸렌 옥사이드를 전해액 기준 5 중량%가 되도록 용해하여 젤 전해액을 제조하여 사용한다.

이상과 같이 설명한 본 발명에서 유기 용매 용해성 바인더로는, 상기 폴리비닐피놀리돈(polyvinyl pyrrolidone)을 포함하여 폴리플루오르화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methylmethacrylate) 및 스티렌부틸고무(stylene butyl rubber) 중 1종 이상의 조합을 사용하여도 무방하였다.

또한, 수용성 바인더로는, 상기 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol)을 포함하여 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 가교 결합된 폴리에틸렌 옥사이드(cross linked polyethylene oxide), 카르복시 메틸셀룰로스(Carbonyl methyl cellulose) 및 2-히드록시에틸셀룰로스(2-hydroxy ethyl cellulose) 중 1종 이상의 조합을 사용하여도 무방하였다.

이하, 실시 예, 비교예 및 이들을 이용한 시험예로서 본 발명을 더 구체적으로 설명하고자 하나, 본 발명을 이에 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시 예 1]

본 발명에 따른 실시 예 1로서 하기와 같은 조성 및 방법에 의해 전극을 제조하고 이를 이용하여 초박형 망간전지를 조립하였다.

염화아연과 염화암모늄이 혼합된 전해액 98.5g에 5.26g의 폴리에틸렌옥사이드를 첨가한 후 20시간 동안 교반기로 용해시켜 젤(Gel)형 전해액을 제조한다.

카본 분말과 바인더가 혼합된 슬러리로 포장재인 고분자 필름(8)위에 20㎛ 두께로 코팅 한 후 60℃에서 2시간 건조하여 양극집전체(4)와 음극집전체((5)로 사용한다.

양극 제조용 아세틸렌블랙 10g을 볼밀에 넣고 3일 동안 파쇄공정을 거친 후 105℃로 설정된 건조기에서 12시간 동안 건조하고 다시 80℃로 설정된 진공건조기에서 1시간 이상 동안 2차 건조한 후 전극 도전제로 사용한다.

디메틸포름아미드에 양극 합제 기준 1.5 중량%가 되도록 폴리비닐피놀리돈을 용해시키고, 증류수에 양극 합제 기준 2 중량%가 되도록 폴리비닐 알콜을 용해시키고, 증류수에 양극 합제 기준 1.5 중량%가 되도록 카복시메틸셀룰로스를 혼합한다. 상기의 바인더 용액을 200ml 비이커에 붓고 30분 동안 교반하여 3성분 바인더 용액을 준비한다.

파쇄된 아세틸렌블랙 0.5g과 이산화망간 9.5g을 고속블렌더 믹서로 2시간 동안 혼합한 후 여기에 양극 합제 기준 5 중량%가 되도록 상기 제조한 바인더 용액을 혼합하여 양극 제조용 양극합제 슬러리(slurry)를 제조한다.

다음에, 고분자 필름(8)의 양극 집전체(4) 위에 직경 10mm 원형으로 구멍 뚫린 성형 필름을 놓고 여기에 상기 양극 슬러리를 부은 다음, 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 200㎛의 두께로 코팅하고, 60℃로 설정된 건조기에서 2시간 이상 건조시킴으로써 양극판(1)을 제조한다.

파쇄된 아세틸렌블랙 0.5g과 아연분말 10g을 채취하여 잘 혼합한 후 여기에 음극 합제 기준 5 중량%가 되도록 미리 제조한 바인더 용액을 첨가하여 음극 제조용 슬러리를 준비 한다.

다음에, 고분자 필름(8)의 음극 집전체(5) 위에 음극제조용 슬러리를 60㎛의두께로 코팅하여 양극 제조공정과 동일하게 음극판(2)를 제조한다. 음극(2) 가장자리에 폭 3.6mm의 양면접착제(9)를 부착하고 여기에 젤형 전해액(10)에 함침 시킨 세퍼레이터(3)을 양극(1) 위에 안착시킨 후 10^-5∼10^-1 torr 진공 조건하에서 밀봉하여 초박형 망간전지를 조립한다.

[비교 예 1]

양극 제조시 다 성분 바인더 용액 대신 단일 바인더로 양극 합제 기준 폴리비닐알콜 5 중량%가 되도록 혼합한 것 이외에는 실시 예 1과 동일한 방법으로 양극 및 전지를 제조하였다.

[비교 예 2]

양극 제조 시 다 성분 바인더 용액 대신 단일 바인더로 양극 합제 기준 폴리비닐피놀리돈 5 중량%가 되도록 혼합한 것 이외에는 실시 예 1과 동일한 방법으로 양극 및 전지를 제조하였다.

[비교 예 3]

양극 제조 시 다 성분 바인더 용액 대신 단일 바인더로 양극 합제 기준 폴리에틸렌 옥사이드 5 중량%가 되도록 혼합한 것 이외에는 실시 예 1과 동일한 방법으로 양극 및 전지를 제조하였다.

[시험예]

상기와 같이 제조한 실시 예 및 비교예의 전지를 사용하여 종지전압까지의 전지 용량을 시험하고 양극 및 음극 제조 시 합제 혼합 양을 근거로 양극 활물질의 이용률을 측정하였다.

시험은 방전기를 이용하여 상기 실시 예 및 비교 예에서 제작된 전지들을 상온에서 1일 동안 방치시킨 다음, 13㏀ 정 저항 조건으로 방전하였으며 이때 흐르는 전류는 약 0.1mA이었고, 종지전압은 0.9V로 하였다.

상기 실시 예 1, 비교 예 1, 비교 예 2 및 비교 예 3에 대하여 시험을 수행하고 그 결과를 각각 도 3 및 표 1에 나타내었다.

이산화망간 이용률

구분	실시 예1	비교 예1	비교 예2	비교 예3
이산화망간 이용률(%)	81.5	74.4	47.6	67.6

시험 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명 실시 예 1에 의해 제조된 양극을 사용하는 전지는 전기용량 3.46 mAh를 나타내었고 종지까지 약 1.3V의 작동전압이 유지됨으로써 고출력 특성을 보였으며, 이에 비해 단일성분 바인더를 사용한 비교 예 1, 비교 예 2 및 비교 예 3는 방전 용량이 현저히 저하됨을 알 수 있었다.

이를 양극 활물질 이용률 측면에서 보면, 본 발명에 의해 제조된 전지인 실시 예 1의 경우 이산화망간 이용률이 81.5%인 반면 비교 예 들에서는 75%이하로 나타났는데, 전지두께가 매우 얇은 박형 전지임을 감안하여 이와 같은 결과를 살펴 볼 때, 실시예의 방법이 비교 예에 비해 동일한 공간에 장착 시 많은 에너지를 저장하는데 유리하다는 것을 알 수 있었다.

이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 제3의 바인더로서 수용성 바인더의 일종인 카복시메틸셀룰로스를 추가하여 사용하고, 상기 유기 용매 용해성 바인더인 폴리비닐피롤리돈의 용매로는 디메틸포름아미드(Dimethylformamide; DMF)를 사용함으로써 심한 층분리 현상으로 힘들었던 유기 용매 용해성 바인더와 수용성 바인더의 조합이 가능케 되었다.

본 발명이 완성됨으로써, 고율특성이 우수하고 장기 저장/방전 중 전해액 고갈로 인한 성능 감소 문제가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 고상 전해액을 사용하여도 용량과 출력 감소가 일어나지 않고 작동 환경의 범위가 넓으며, 전지 내부에서 가스 발생에 의한 양극과 음극의 이격문제가 발생하지 않는 초박형 망간전지가 제공될 수 있게 된 것이다.

Claims (6)

1. 초박형 망간전지용 양극에 있어서,

   유기 용매 용해성 바인더와 수용성 바인더 혼합물을 함유함을 특징으로 하는,

   초박형 망간전지용 양극.
2. 제 1항에 있어서,

   유기 용매 용해성 바인더는, 폴리비닐피놀리돈 (polyvinyl pyrrolidone), 폴리플루오르화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methylmethacrylate) 및 스티렌부틸고무 ( stylene butyl rubber)의 조합임을 특징으로 하는,

   초박형 망간전지용 양극.
3. 제 1항에 있어서,

   수용성 바인더는, 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 가교 결합된 폴리에틸렌 옥사이드(cross linked polyethylene oxide), 카르복시 메틸셀룰로스(Carbonyl methyl cellulose) 및 2-히드록시에틸셀룰로스(2-hydroxy ethyl cellulose)의 조합임을 특징으로 하는,

   초박형 망간전지용 양극.
4. 초박형 망간전지용 양극의 제조방법에 있어서,

   도전제인 아세틸렌블랙을 볼밀에 붓고 1일-7일 동안 분쇄한 다음, 분쇄한 슬러리를 105℃로 설정된 건조로에 넣고 12시간 이상 1차 건조한 후 다시 진공건조기에서 1시간 동안 2차 건조하고,

   양극 제조용 양극합제 기준 60-98 중량%의 이산화망간과 미리 분쇄 건조한 아세틸렌블랙 0.1-20 중량%를 혼합한 후 고속 블렌더 믹서를 사용하여 1-24시간 동안 혼합하고,

   물 용매에 합제기준 0.01-5 중량%가 되도록 수용성 바인더를 용해시키고 여기에 유기용매 용해성 바인더를 합제기준 0.1-5중량%의 양으로 혼합함으로써 바인더 용액을 제조하고,

   혼합된 이산화망간과 아세틸렌블랙 분말에 최종 양극판 기준 유기 용매 용해성 바인더가 0.1-5 중량%, 수용성 바인더가 0.01-5 중량%가 될 수 있는 양으로 바인더 용액을 첨가하여 교반함으로써, 양극 제조용 양극합제 슬러리(slurry)를 제조하고,

   혼합된 양극합제 슬러리를 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 포장재 인 고분자 PET 필름위에 50-300㎛의 두께가 되도록 코팅한 후, 이를 60℃로 설정된 건조로에서 2시간 이상 동안 건조시킴을 특징으로 하는,

   초박형 망간전지용 양극의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   유기 용매 용해성 바인더는, 폴리비닐피놀리돈 (polyvinyl pyrrolidone), 폴리플루오르화비닐리덴(Polyvinylidenefluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methylmethacrylate) 및 스티렌부틸고무(stylene butyl rubber)의 조합임을 특징으로 하는,

   초박형 망간전지용 양극의 제조방법.
6. 제 4항에 있어서,

   수용성 바인더는, 폴리비닐알(polyvinylalcohol), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 가교 결합된 폴리에틸렌 옥사이드(cross linked polyethylene oxide), 카르복실메틸셀룰로스 (carbonyl methyl cellulose) 및 2-히드록시에틸셀룰로스(2-hydroxy ethyl cellulose)의 조합임을 특징으로 하는,

   초박형 망간전지용 양극의 제조방법.

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