KR100731417B1 - 리튬 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 두 전극과, 상기 두 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터가 적층 또는 적층되어 권취되는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전극 중 음극 집전체를 니켈(Ni)로 형성하고, 그 두께는 3 내지 7.9μm 사이의 범위에서 형성하여 초박막화된 음극 집전체의 기재 두께로 인하여 동일 부피 내에서 전극 활물질의 용량을 증대시켜 결과적으로 전지의 용량을 증대시키는 효과가 있다.

Description

리튬 이차전지 {Lithium secondary battery}

도 1은 일반적인 이차전지의 전극판의 구성을 개략적으로 도시한 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 ; 양극 집전체 12 ; 양극 활물질 극판

13 ; 고분자 전해질층 14 ; 음극 활물질 극판

15 ; 음극 집전체

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음극 집전체를 박막화하여 전극 활물질의 용량을 증대시켜 전지의 용량을 극대화시키도록 한 리튬 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로 이차 전지는 니켈-카드늄 전지, 니켈-수소전지, 리튬 이차전지 등이 있으며, 특히 리튬 이차전지는 다른 이차전지에 비하여 용량이 크다는 장점이 있기 때문에 활발한 연구가 진행되고 있는 실정이다.

도 1은 일반적인 리튬 이차전지의 적층구조를 개략적으로 도시한 사시도로서, 리튬 이차전지는 양극 집전체(11), 양극 활물질 극판(12), 고분자 전 해질층(13), 음극 활물질 극판(14) 및 음극 집전체(15)가 순차적으로 적층되는 구조를 갖는다. 양극 활물질로는 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬망간산화물 등이 이용되고 있고, 음극 활물질은 리튬 금속이나 그 합금, 탄소재료 및 그라파이트 등이 이용된다. 그리고 전해질로는 유기 액체 전해질이나 고체 전해질이 사용된다. 또한, 양극 집전체(11)로는 알루미늄 박막(foil) 또는 그리드(grid)를 주로 사용하고, 음극 집전체(12)로는 구리 박막 또는 그리드를 주로 사용하고 있다. 이러한 전극 집전체는 전지에 사용된 전극 활물질의 지지 매트릭스로서의 역할을 수행할 뿐 아니라, 활물질과 전지 단자 사이에 전자의 흐름을 만드는 역할을 한다.

상술한 바와 같이 종래 주로 구리를 재질로 하여 형성되는 음극 집전체(12)는 8μm 두께 이하로는 박막을 형성할 수 없어 음극 집전체의 두께 감소에 의해 전극 활물질의 용량을 증대시키는데 한계가 있다.

이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 니켈 또는 니켈 합금 재질의 음극 집전체를 제공하는 기술이 공지되어 있다.

일예로, 국제공개번호 WO 2004/025758은 전해석출법에 의해 형성된 니켈박막으로서, 두께가 8∼40μm인 이차전지 집전체용 금속박이 제공되고 있고, 또한, 대한민국 특허등록 제0416097호는 구리(Cu) 10 내지 90 중량와 니켈(Ni) 10 내지 90중량％를 포함하고 두께가 10 내지 30μm 인 리튬 전지용 음극 집전체가 제안되어 있다.

이러한 상기 종래 기술에 의한 음극 집전체는 두께가 8μm 이상으로서, 구리를 재질로 하는 경우와 동일한 수준에서 박막화되지 못하고 있는 실정이다.

한편, 구리를 재질로 하는 음극 집전체는 구리의 재질적 특성상 강도가 니켈에 비하여 떨어지는 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전극 집전체중 음극 집전체에 수용되는 전극 활물질의 용량을 증대시켜 전지의 용량을 극대화하도록 한 리튬 이차전지를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 전극 집전체중 음극 집전체의 강도를 향상시키도록 한 리튬 이차전지를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 리튬 이차전지는 두 전극과, 상기 두 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터가 적층 또는 적층되어 권취되는 리튬 이차전지에 있어서, 상기 전극 중 음극 집전체를 니켈(Ni)로 형성하고, 그 두께는 3 내지 7.9μm 사이의 범위에서 형성하는 것을 특징으로 한다.

이때 가장 바람직하기로는 상기 음극 집전체의 두께가 5μm 로 형성되는 것으로서, 이러한 음극 집전체의 물성값은 밀도(Density): 7.8, 인장강도(Tensile strength): 1,450 MPa, 항복강도(Yield strength): 1,030 MPa, 연신율(Elongation): 2 %인 것이 바람직하다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예는 양극 집전체(11), 양극 활물질 극판(12), 고분자 전해질층(13), 음극 활물질 극판(14) 및 음극 집전체(15)가 순차적으로 적층되는 리튬 이차전지에 적층구조에서 상기 음극 집전체(15)가 재질이 니켈(Ni)로 제조되고, 음극 집전체(15)의 두께는 3 내지 7.9μm 의 범위 내에서 형성된다.

이러한 음극 집전체(15)의 바람직한 실시예는 니켈을 재질로 형성되며, 음극 집전체의 두께가 5μm로 형성되는 것이다.

이때, 상기 음극 집전체의 물성값은 아래와 같다.

밀도(Density): 7.8

인장강도(Tensile strength): 1,450 MPa

항복강도(Yield strength): 1,030 MPa

연신율(Elongation): 2 %

전기전도도(Electric conductivity): 8.1×106 Ω/m

이와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 바람직하게 니켈 재질의 음극 집전체(15)의 두께를 5μm 로 형성하는 바, 음극 집전체의 두께를 최대 7.9μm 에서 최소 3μm 까지 박막화시켜 구리 재질의 음극 집전체와 비교하여 현저하게 두께가 얇아지게 형성된다.

통상적으로 전지의 설계시 일정한 부피에서 전지의 용량을 증대시키기 위해서는 캔의 두께를 줄여서 캔 내부의 공간을 확보하거나, 무게당 용량이 큰 활물질을 사용하거나, 또는 얇은 기재를 사용하게 된다.

본 발명에서는 이러한 통상의 방법에 따르지 않고 전극판의 두께를 줄여서 전극판에 탑재되는 활물질이 용량을 증대시키는 방법에 의하여 전지의 용량을 증대시키게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 리튬 이차전지는 음극 집전체를 니켈을 재질로 제조하여 최대 3μm 까지 두께를 줄이고, 최소 8μm 미만인 7.9μm 의 두께로 줄일 수 있게 된다. 현재 상용화가 가능한 니켈 재질의 음극 집전체는 5μm로서, 향후 3μm 두께의 음극 집전체의 제조가 진행될 수 있다.

이는 구리를 재질로 하는 음극 집전체가 최대 8 의 두께로 박막화할 수 있는 것과 비교하여 박막화되는 두께에 대한 체적량만큼 전극 활물질의 용량 증대 효과를 발휘하게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 주로 음극 집전체의 두께가 5μm인 것에 대한 물성치를 제시하였으나, 향후 3μm까지 박형화가 상용화되는 것에 대한 기술적 사상을 내포하는 것에 다름 아니다.

아울러 본 발명은 구리 재질에 의한 음극 집전체와 비교하여 강도가 현저하게 향상되므로 전지의 수명 개선 효과를 거둘 수 있게 된다.

상기한 바의 실시예에서는 두 전극이 적층된 상태에서의 음극집전체에 관하여 설명하고 있으나, 두 전극이 적층되어 권취되는 젤리롤 타입의 전극 조립체를 갖는 리튬 이차전지의 경우에도 동일한 효과를 거둘 수 있음은 물론이다.

따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하고 있는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다향한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리튬 이차전지는 초박막화된 음극 집전체의 기재 두께의 감소로 인하여 동일 부피 내에서 전극 활물질의 용량을 증대시켜 결과적으로 전지의 용량을 증대시키는 효과가 있다.

아울러 니켈 재질로 형성된 음극 집전체는 종래 구리 재질에 의한 음극 집전체와 비교하여 강도가 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 두 전극과, 상기 두 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터가 적층 또는 적층되어 권취되는 리튬 이차전지에 있어서,

   상기 전극 중 음극 집전체를 니켈(Ni)로 형성하고, 그 두께는 3 내지 7.9μm 의 범위 내로 형성하되, 상기 음극 집전체의 물성값은 다음의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.

   밀도(Density): 7.8

   인장강도(Tensile strength): 1,450 MPa

   항복강도(Yield strength): 1,030 MPa

   연신율(Elongation): 2 %

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