KR100833808B1 - 폴리머 전해질 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되는 전지 소자를 구비한 폴리머 전해질 전지로서, 상기 전지 소자의 권회축에 수직한 단면을 만곡형상으로 함으로써, 평판형의 전지 소자를 만곡시킨 폴리머 전해질 전지와 비교하면, 전극 단부 단락의 가능성이 대단히 낮아서, 양호한 전지 특성을 갖는다.
폴리머 전해질 전지, 양극, 음극, 전지 소자, 진지 특성, 만곡형상

Description

폴리머 전해질 전지 및 그 제조 방법{Polymer electrolyte battery and method of producing same}
본 발명은 양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되는 전지 소자를 구비하는 폴리머 전해질 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전지 소자의 형상의 개량에 관한 것이다.
최근, 휴대형 전자 기기의 소형화, 경량화에 따라서, 이들 전자 기기에 전력을 공급하는 전지에 대해서도, 구동용이나 백업용 등과 같은 사용 용도에 의하지 않고, 소형화나 박형화, 경량화 등의 요구가 높아지고 있다.
이러한 요구를 만족하는 전지로서, 리튬 이온을 가역적으로 탈삽입 가능한 활성 물질을 갖는 양극 및 음극과 비수전해질을 구비하고, 고출력, 고에너지 밀도 등의 이점을 갖고 있는 비수전해질 전지, 소위 리튬계 전지가 개발되어 실용화되고 있다.
특히, 비수전해질로서 폴리머 전해질을 함유하는 리튬계 전지는 내누액성이 우수하고, 안전성이 높다고 하는 특징을 갖고 있다. 또한, 폴리머 전해질을 함유하는 리튬계 전지는 경량이고, 박형화가 가능하므로, 각종 전자 기기의 형상이나 사이즈에 맞추어서 그 전지 형상을 설계할 수 있다고 하는 종래의 전지에는 없는 특징을 갖고 있다.
예를 들면, 박형이고 평판형의 폴리머 전해질 전지를 제조하는 경우, 얇은 시트형상의 양극과 얇은 시트형상의 음극 사이에 폴리머 전해질을 개재시켜서 전지 소자를 형성하여, 상기 전지 소자를 알루미늄 박막을 코어재로 하는 라미네이트 필름으로 외장하면 된다.
최근, 각종 전자 기기의 소형화를 보다 도모하기 위해서, 전자 기기의 내부 공간을 효율적으로 사용할 필요가 있으며, 특히, 전자 기기의 전원으로 되는 전지의 수납공간으로서, 곡면을 갖는 내부 공간을 이용하는 것이 요구되고 있다.
그러나, 예를 들면 도 1에 도시하는 바와 같이, 휴대 전화나 PDA 등의 휴대형 전자 기기(101)에 있어서, 곡면을 갖는 내부 공간에 평판형의 폴리머 전해질 전지(102)를 내장하는 경우, 전자 기기(101)의 케이스체와 평판형의 폴리머 전해질 전지(102) 사이에 쓸데없는 간극(103)이 생기게 되어, 전자 기기(101)의 내부 간극을 효율적으로 사용할 수 없다.
그래서, 이들 간극(103)을 효율적으로 사용하는 수법으로서, 전자 기기(101)가 갖는 내부 공간의 형상에 맞추어, 평판형의 폴리머 전해질 전지(102)를 만곡시키는 것이 고려된다.
그러나, 평판형의 폴리머 전해질 전지(102)는 얇은 시트형상의 양극과 얇은 시트형상의 음극 사이에 폴리머 전해질을 개재시킨 평판형의 전지 소자를 갖고 있기 때문에, 평판형의 폴리머 전해질 전지(102)를 만곡시키더라도, 소망의 만곡형상을 장시간 유지할 수 없다. 또한, 평판형의 전지 소자를 만곡시킬 때의 외력에 의 해, 전극 활성 물질층이 금이 가거나, 또한, 집전체로부터 박리하는 일이 있다. 이 때문에, 평판형의 폴리머 전해질 전지(102)를 만곡시킨 경우, 전지 특성이 현저하게 저하한다고 하는 문제점이 있다.
그래서, 예를 들면 일본특개평 제11-307130호 공보에서는 양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 적층되는 전지 소자(이하, 단지 평판형의 전지 소자라고 함)를 2개의 다른 직경 롤로 열압착시킴으로써, 평판형의 전지 소자를 만곡시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에 의하면, 전지 소자의 만곡형상이 유지되지만, 다른 직경 롤에 의한 전단 응력이 활성 물질층과 집전체와의 사이에 걸리기 때문에, 셀 저항 등이 증대하여 스택 전극 단부에서의 단락이 일어나기 쉽고, 안정한 전지 성능을 얻을 수 없다고 하는 문제점이 있다. 또한, 목적으로 하는 만곡형상의 곡율을 얻는 것이 상당히 곤란할 뿐만 아니라, 셀 두께 규제도 크다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 이러한 종래의 실정을 감안하여 제안된 것으로, 각종 전자 기기가 갖는 내부 공간의 형상에 적응하도록, 예를 들면 만곡형상 또는 대략 반원형과 같은 곡면을 갖는 전지로 되어 있더라도, 전극 단부 단락의 가능성이 낮아서, 전지 특성이 양호한 폴리머 전해질 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상술의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 폴리머 전해질 전지는 양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되는 전지 소자를 구비하고, 상기 전지 소자의 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 폴리머 전해질 전지는 양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되고, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상인 전지 소자를 갖기 때문에, 평판형의 전지 소자를 만곡시킨 폴리머 전해질 전지와 비교하면, 전극 단부 단락의 가능성이 대단히 낮아서, 양호한 전지 특성을 갖는다. 또한, 본 발명의 폴리머 전해질 전지에서, 상기 만곡형상을 적어도 일부에 평탄부를 갖는 형상으로 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 폴리머 전해질 전지는 양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되는 전지 소자를 구비하고, 상기 전지 소자의 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형을 갖는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 폴리머 전해질 전지는 양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되고, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형인 전지 소자를 갖기 때문에, 평판형의 전지 소자를 만곡시킨 폴리머 전해질 전지와 비교하면, 전극 단부 단락의 가능성이 대단히 낮아서, 양호한 전지 특성을 갖는다. 또한, 본 발명의 폴리머 전해질 전지에 있어서, 상기 대략 반원형의 대략 원호형상 부분을 적어도 일부에 평탄부를 갖는 형상으로 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 폴리머 전해질 전지의 제조 방법은 양극과 음극을 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되는 전지 소자를 형성하는 전지 소자 형성 공정과, 만곡한 오목면을 갖는 오목형 히터 블록과 만곡한 볼록면을 갖는 볼록형 히터 블록과의 사이에서 전지 소자를 열압착하고, 상기 전지 소자의 권회축에 수직한 단면이 만곡형상으로 되도록 성형하는 열압착 성형 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 폴리머 전해질 전지의 제조 방법에서는 양극과 음극을 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되는 전지 소자를 오목형 히터 블록과 볼록형 히터 블록과의 사이에서 열압착하여 만곡형상으로 성형한다. 따라서, 본 발명에 따른 폴리머 전해질 전지의 제조 방법에 의하면, 제조 프로세스가 간략하면서도, 전극 계면 접합성이 양호하게 됨과 동시에 장기간에 걸쳐 만곡형상을 유지할 수 있고, 전극 단부 단락의 가능성이 저감되어, 전지 특성이 양호하게 유지되는 폴리머 전해질 전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리머 전해질 전지의 제조 방법에서는 상기 만곡부 내의 적어도 일부에 평면부를 갖는 오목형 히터 블록과, 상기 만곡부 내의 적어도 일부에 평면부를 갖는 볼록형 히터 블록과의 사이에서 상기 전지 소자를 열압착하고, 상기 전지 소자의 권회축에 수직한 단면이 적어도 일부에 평탄부를 갖는 만곡형상으로 되도록 성형하여도 된다.
또한, 본 발명의 폴리머 전해질 전지의 제조 방법은 양극과 음극을 폴리머 전해질을 거쳐서 권회하게 되는 전지 소자를 형성하는 전지 소자 형성 공정과, 만곡한 오목면을 갖는 오목형 히터 블록과 평면을 갖는 평면형 히터 블록과의 사이에서 전지 소자를 열압착하고, 상기 전지 소자의 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형으로 되도록 성형하는 열압착 성형 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 폴리머 전해질 전지의 제조 방법에서는 양극과 음극을 폴리머 전해질을 거쳐서 권회하게 되는 전지 소자를 오목형 히터 블록과 평면형 히터 블록과의 사이에서 열압착하여 대략 반원형으로 성형한다. 따 라서, 본 발명에 따른 폴리머 전해질 전지의 제조 방법에 의하면, 제조 프로세스가 간략하면서도, 전극 계면 접합성이 양호하게 됨과 함께 장기간에 걸쳐 대략 반원형을 유지할 수 있고, 전극 단부 단락의 가능성이 저감되어, 전지 특성이 양호하게 유지되는 폴리머 전해질 전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리머 전해질 전지의 제조 방법에서는 상기 만곡부 내의 적어도 일부에 평면부를 갖는 오목형 히터 블록과, 평면을 갖는 평면형 히터 블록과의 사이에서 상기 전지 소자를 열압착하고, 상기 전지 소자의 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형이고, 대략 원호형상 부분의 적어도 일부에 평탄부를 갖는 형상으로 되도록 성형하여도 된다.
본 발명의 또다른 목적, 특징이나 장점은 후술하는 본 발명의 실시예나 첨부하는 도면을 참조하여 보다 상세한 설명에 의해 분명해질 것이다.
도 1은 평판형의 폴리머 전해질 전지가 내장된 전자 기기를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 전지 소자를 구비하는 폴리머 전해질 전지를 도시하는 사시도.
도 3은 편평형의 전지 소자를 도시하는 모식도.
도 4는 편평형의 전지 소자를 도시하는 요부 단면도.
도 5는 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 전지 소자를 구비하는 폴리머 전해질 전지가 내장된 전자 기기를 도시하는 개략 단면도.
도 6은 권회축에 수직한 단면이 적어도 일부에 평탄부를 갖는 만곡형상을 갖는 전지 소자를 도시하는 사시도.
도 7은 오목형 히터 블록과 볼록형 히터 블록과의 사이에 편평형의 전지 소자를 삽입하고 있는 상태를 도시하는 모식도.
도 8은 오목형 히터 블록과 볼록형 히터 블록을 형 체결하고 있는 상태를 도시하는 모식도.
도 9는 오목형 히터 블록과 볼록형 히터 블록을 편면만 개방하고 있는 상태를 도시하는 모식도.
도 10은 곡면부 내의 중앙에 플랫인 평면부를 갖는 오목형 히터 블록과 곡면부내의 중앙에 플랫인 평면부를 갖는 볼록형 히터 블록과의 사이에 편평형의 전지 소자를 삽입하고 있는 상태를 도시하는 모식도.
도 11은 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형을 갖는 전지 소자를 구비하는 폴리머 전해질 전지를 도시하는 사시도.
도 12는 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형을 갖는 전지 소자를 구비하는 폴리머 전해질 전지가 내장된 전자 기기를 도시하는 개략 단면도.
도 13은 권회축에 수직한 단면이 대략 원호형상 부분의 적어도 일부에 평탄부를 갖는 전지 소자를 도시하는 사시도.
도 14는 오목형 히터 블록과 평면형 히터 블록과의 사이에 편평형의 전지 소자를 삽입하고 있는 상태를 도시하는 모식도.
도 15는 오목형 히터 블록과 편평형 히터 블록을 형 체결하고 있는 형태를 도시하는 모식도.
도 16은 오목형 히터 블록과 평면형 히터 블록을 편면만 개방하고 있는 형태를 도시하는 모식도.
도 17은 곡면부 내의 중앙에 플랫인 평면부를 갖는 오목형 히터 블록과 평면형 히터 블록과의 사이에, 편평형의 전지 소자를 삽입하고 있는 상태를 도시하는 모식도.
이하, 본 발명에 따른 폴리머 전해질 전지의 실시예에 관해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명을 적용한 폴리머 전해질 전지(1)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 전지 소자(2a)가 절연재료 등으로 이루어지는 라미네이트 필름(3)으로 외장되어 감압 밀봉되어 있다.
전지 소자(2a)는 양극과 음극이 폴리머 전해질 층을 거쳐서 길이 방향으로 권회되어지는 도 3에 도시하는 편평형의 전지 소자(2b)를 후술하는 성형 방법에 따라서 권회축에 수직한 단면이 만곡형상으로 되도록 성형한 것이다.
전지 소자(2b)는 구체적으로는 도 4에 도시하는 바와 같이, 양극 집전체(4)의 양쪽 주면상에 양극 활성 물질층(5)이 각각 형성된 양극(6)과, 음극 집전체(7)의 양쪽 주면상에 음극 활성 물질층(8)이 각각 형성된 음극(9)을 구비하고, 또한, 양극 활성 물질층(5)상에 형성되는 폴리머 전해질 층(10), 및 음극 활성 물질층(8)상에 형성되는 폴리머 전해질 층(11)을 구비한다. 그리고, 폴리머 전해질 층(10)을 구비하는 양극(6)과, 폴리머 전해질 층(11)을 구비하는 음극(9)이 세퍼레이터(12)를 거쳐서 적층된 후, 길이 방향으로 권회됨으로써, 전지 소자(2b)가 형성된다. 또한, 전지 소자(2b)에는 도 3에 도시하는 바와 같이, 양극 집전체(4)의 일단에 알루미늄 등을 사용한 양극 단자(13)와 음극 단자(7)의 일단에 구리나 니켈 등을 사용한 음극 단자(14)가 각각 형성되어 있다.
전지 소자(2b)는 도 2에 도시하는 바와 같이 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 전지 소자(2a)로 된 후, 양극 단자(13) 및 음극 단자(14)를 외부로 도출하면서, 상술한 라미네이트 필름(3)의 내부에 수납된다.
양극 집전체(4)로서는 알루미늄이나 티탄, 또는 이들의 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 양극 집전체(4)의 형상으로서는 박형이나 라스형, 펀칭 메탈형, 망형 등으로 하는 것이 가능하다. 또한, 양극 집전체(4)의 두께는 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
양극 활성 물질층(5)은 양극 활성 물질, 도전재 및 결착제를 함유하는 양극접합제를 용제 중에 분산시킨 양극합제 슬러리를 양극 집전체(4)의 양쪽 주면상에 도포 하여 형성된 것이다.
양극 활성 물질로서는 이러한 종류의 폴리머 전해질 전지에서 종래 공지의 양극 활성 물질 재료를 어느 것이나 사용 가능하고, 예를 들면, 리튬과 전이금속과의 복합 산화물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는 전이 금속 원소를 1종류만 함유하는 LiCoO2나 LiNiO2, LiMn2O4, LiAlO2 등이나, 전이 금속 원소를 2종류 이상 함유 하는 LiNi0.5Co0.5O2, LiNi0.8Co0.2O2 등을 사용할 수 있다.
도전 재로서는 예를 들면 탄소재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 결착제로서는 예를 들면 폴리플루오로화비닐리덴 등을 사용할 수 있다. 또한, 용제로서는 예를 들면 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있다.
음극 집전체(7)로서는 예를 들면 구리 등을 사용할 수 있다. 또한, 음극 집전체(7)의 형상으로서는 박형이나 라스형, 펀칭 메탈형, 망형 등으로 하는 것이 가능하다.
음극 활성 물질층(8)은 음극 활성 물질 및 결착제를 함유하는 음극합제를 용제 중에 분산시킨 음극합제 슬러리를 음극 집전체(7)의 양쪽 주면상에 도포하여 형성된 것이다.
음극 활성 물질로서는 이러한 종류의 폴리머 전해질 전지에서 종래 공지의 음극 활성 물질 재료를 어느 것이나 사용 가능하고, 예를 들면, 리튬 금속이나 리튬 합금, 리튬을 도프/탈도프 가능한 재료 등을 사용할 수 있다.
리튬을 도프/탈도프 가능한 재료로서는 예를 들면 그래파이트나 난흑연화탄소, 역흑연화탄소 등의 탄소재료를 사용할 수 있고, 구체적으로는 열분해 탄소류나 코크스류(피치코크스, 니톨코크스, 석유 코크스), 흑연류, 글래스형 탄소류, 유기 고분자 화합물 소성체(페놀 수지나 푸란 수지 등을 적당한 온도로 소성하여, 탄소화한 것), 탄소섬유, 활성탄소 등을 사용할 수 있다. 또한, 리튬을 도프/탈도프 가능한 재료로서는 폴리아세틸렌이나 폴리피롤 등의 고분자, SnO2 등의 산화물 등을 사용할 수 있다.
상기 음극합제 중에는 필요에 따라서 도전재를 첨가하여도 좋다. 도전재로서는 예를 들면 탄소재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 결착제로서는 예를 들면 폴리플루오로화비닐리덴 등을 사용할 수 있다. 또한, 용제로서는 예를 들면 N-메틸피롤리돈등을 사용할 수 있다.
폴리머 전해질층(10, 11)을 구성하는 폴리머 전해질로서는 이러한 종류의 비수전해질 전지에서 사용되는 폴리머 전해질이면 어느 것이나 사용 가능하지만, 열 융착성 또는 열경화성을 갖고, 전기 화학적 안정성이 높은 고분자 고체 전해질, 또는 상기 고분자 고체 전해질에 가소제를 첨가한 겔형 전해질을 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 겔형 전해질은 비수용매, 전해질염 및 매트릭스 폴리머를 함유하게 되는 것이다.
비수용매로서는 에틸렌카보네이트나 프로필렌카보네이트, γ-부틸로락톤, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 디프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 탄산에스테르류, 또는 이들 탄산에스테르류의 수소를 할로겐으로 치환한 용매 등을 사용할 수 있다. 이들의 비수용매는 단독으로 사용하여도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 사용하여도 좋다.
전해질 염으로서는 예를 들면, LiPF6이나 LiClO4, LiCF3SO3, LiAsF6, LiBF4, LiN(CF3SO3)2, C4F9SO3Li 등을 사용할 수 있다. 이들의 전해질 염은 1종류를 단독으 로 사용하여도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
매트릭스 폴리머로서는 비수용매에 전해질 염을 용해하게 되는 비수전해액을 적절히 유지하여 겔화할 수 있는 것을 사용한다. 구체적인 매트릭스 폴리머로서는 폴리플루오로화비닐리덴이나 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴로니트릴 등을 반복하여 단위로 포함하는 고분자 중합체를 사용할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이러한 열가소성의 매트릭스 폴리머로서는 1종류를 단독으로 사용하여도 좋고, 2종류 이상을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
또한, 매트릭스 폴리머로서, 분자내에 1개 이상의 반응성 불포화기를 갖는 단량체를 비수전해액 중에서 가교시킨 것을 사용할 수도 있다. 반응성 불포화기를 갖는 단량체로서는 예를 들면, 아크릴산이나 아크릴산메틸, 에톡시에틸아크릴레이트, 메톡시에틸아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜모노아크릴레이트, 에톡시에틸메타크릴레이트, 메톡시에틸메타크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트, 아크릴아크릴레이트, 아크릴로니트릴, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트 등을 사용할 수 있고, 반응성이나 극성 등으로부터 바람직한 것을 단독 또는 조합하여 사용할 수 있지만, 이들에 한정되는 것이 아니다. 이들의 단량체를 중합하는 방법으로서, 예를 들면, 열이나 자외선, 전자선 등에 의한 수법을 채용할 수 있지만, 전극층/겔 전해질층을 일체로 형성하는 것이 용이한 열에 의한 중합이 가장 유효하다.
세퍼레이터(12)로서는 다공질폴리올레핀이나 부직포 등을 사용할 수 있다. 특히, 폴리머 전해질(10, 11)의 격막성이 낮은 경우, 세퍼레이터(12)를 적절히 삽입하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성되는 폴리머 전해질 전지(1)는 양극(6)과 음극(9)이 폴리머 전해질층(10, 11)을 거쳐서 권회되어지고, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상인 전지 소자(2a)를 구비하므로, 평판형의 전지 소자를 만곡시키게 되는 종래의 폴리머 전해질 전지와 비교하면, 전극 단부 단락의 가능성이 대단히 낮아서, 양호한 전지 특성을 갖는다.
따라서, 본 발명을 적용한 폴리머 전해질 전지(1)에 의하면, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전자 기기(20)의 곡면을 갖는 내부 공간의 형상에 폴리머 전해질 전지(1)의 형상을 적응시키는 것을 상당히 용이하게 할 수 있기 때문에, 폴리머 전해질 전지(1)의 수납 공간 효율을 높일 수 있다. 그 결과, 종래, 전자 기기의 케이스체와 평판형 폴리머 전해질 전지와의 사이에서 생기고 있던 쓸데없는 간극도 발전 요소로 채우는 것이 가능하게 되어, 전자 기기(20)의 외형의 다양화나 소형화에 공헌할 수 있다.
또한, 상술한 폴리머 전해질 전지(1)는 전지 소자(2b)의 권회축에 수직한 단면이 만곡형상인 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 6에 도시하는 바와 같이, 전지 소자(2c)의 권회축에 수직한 단면이 적어도 일부에 평탄부(50)를 갖는 만곡형상으로 할 수도 있다.
다음에, 상술한 폴리머 전해질 전지(1)를 제조하는 제조 방법에 관해서 설명 한다. 상기 폴리머 전해질 전지(1)를 제조할 때에는 우선, 편평형의 전지 소자(2b)를 형성하는 전지 소자 형성 공정을 행한다. 다음에, 전지 소자(2b)를 열압착하여 성형하고, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 전지 소자(2a)로 하는 열압착 성형 공정을 행한다. 다음에, 전지 소자(2a)를 라미네이트 필름(3)으로 외장하여, 감압 밀봉하는 밀봉 공정을 행한다.
전지 소자 형성 공정에서는 양극(6)과 음극(9)을 폴리머 전해질층(10, 11)을 거쳐서 권회하고, 편평형의 전지 소자(2b)를 형성한다.
양극(6)을 제작하기 위해서는 우선, 양극 활성 물질, 도전재 및 결착제를 균일하게 혼합하여 이루어지는 양극합제를 용제 중에 분산시켜서 양극합제 슬러리를 조제한다. 이어서, 상기 양극합제 슬러리를 예를 들면 닥터 블레이드법 등에 의해 양극 집전체(4)의 양면상에 균일하게 도포한다. 이어서, 습윤 상태의 도포막을 고온으로 건조하여 용제를 비산하여 양극 활성 물질층(5)을 형성한다.
이어서, 양극 집전체(4)의 일단에, 스폿 용접 또는 초음파 용접 등에 의해, 양극 단자(13)를 접속한다. 양극 단자(13)는 음극 단자(14)와 동일 방향으로 되어 있는 것이 바람직하지만, 단락 등이 일어나지 않고, 전지 성능에도 문제가 생기지 않으면 어느 방향으로 하여도 된다. 또한, 양극 단자(13)의 접속 개소는 전기적 접촉을 가질 수 있는 것이면, 장착하는 장소, 장착하는 방법은 한정되지 않는다.
음극(9)을 제작하기 위해서는 우선, 음극 활성 물질 및 결착제를 균일하게 혼합하여 이루어지는 음극합제를 용제 중에 분산시켜서, 음극합제 슬러리를 조제한다. 상기 음극합제 중에는 필요에 따라서 도전재료를 첨가하여도 된다. 이어서, 상기 음극 합제 슬러리를, 예를 들면 닥터 블레이드법 등에 의해 음극 집전체(7)의 양면상에 균일하게 도포한다. 이어서 습윤 상태의 도포막을 고온에서 건조하여 용제를 날리고, 음극 활성 물질층(8)을 형성한다.
이어서, 음극 집전체(7)의 일단에, 스폿 용접 또는 초음파 용접에 의해, 음극 단자(14)를 접속한다. 음극 단자(14)는 양극 단자(13)와 동일 방향으로 되어 있는 것이 바람직하지만, 단락 등이 일어나지 않고, 전지 성능에도 문제가 생기지 않으면 어느 방향으로 하여도 좋다. 또한, 음극 단자(14)의 접속 개소는 전기적 접촉을 가질 수 있는 것이면, 장착하는 장소, 장착하는 방법은 한정되지 않는다.
이어서, 예를 들면 탄산디메틸 등의 용매, 가소제 및 매트릭스 폴리머를 함유하는 폴리머 전해질 용액을 양극 활성 물질층(5)상 및 음극 활성 물질층(8)상에 도포한 후, 탄산디메틸을 기화시켜서 제거함으로써, 겔형의 폴리머 전해질층(10, 11)을 형성한다.
그리고, 폴리머 전해질층(10)이 형성된 띠형상의 양극(6)과, 폴리머 전해질층(11)이 형성된 띠형상의 음극(9)을 세퍼레이터(12)를 거쳐서 길이 방향으로 권회함으로써, 편평형의 전지 소자(2b)를 얻는다.
열압착 성형 공정에서는 만곡한 오목면을 갖는 오목형 히터 블록과 만곡한 볼록면을 갖는 볼록형 히터 블록과의 사이에서 전지 소자(2b)를 열압착하고, 상기 전지 소자(2b)의 권회축에 수직한 단면이 만곡형상으로 되도록 성형한다.
전지 소자(2b)를 열압착할 때에는 우선, 도 7에 도시하는 바와 같이, 오목형 히터 블록(21)과 볼록형 히터 블록(22)과의 사이에 편평형의 전지 소자(2b)를 삽입 한다.
이어서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 오목형 히터 블록(21)과 볼록형 히터 블록(22)을 형 체결하고, 이들 히터 블록(21, 22)의 온도 및 압력을 적절히 조절하여 열압착한다.
이어서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 오목형 히터 블록(21)과 볼록형 히터 블록(22)을 형 개방하고, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상으로 되도록 성형된 전지 소자(2a)를 형 분리한다.
이와 같이, 오목형 히터 블록(21) 및 볼록형 히터 블록(22)을 사용하여 편평형의 전지 소자(2b)를 열압착하여 성형함으로써, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상인 전지 소자(2a)를 얻는다.
상기 열압착 성형 공정에서는 오목형 히터 블록(21) 및 볼록형 히터 블록(22)을 사용하여 전지 소자(2b)의 전체를 열압착하고, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상으로 되도록 성형하고 있기 때문에, 우수한 전극 계면 접합성을 갖고, 폴리머 전해질 전지(1)에서 양호한 전극/전해질 계면이 형성되어, 장기간에 걸쳐 만곡형상을 유지할 수 있는 전지 소자(2a)를 얻을 수 있다.
밀봉 공정에서는 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 전지 소자(2a)를 라미네이트 필름(3)으로 삽입하여, 상기 라미네이트 필름(3)의 외측 가장자리부를 감압하에서 열 융착한다.
이에 의해, 라미네이트 필름(3) 중에, 전지 소자(2a)가 밀봉된 폴리머 전해질 전지(1)를 얻는다.
이상의 공정을 구비하는 폴리머 전해질 전지(1)의 제조 방법에 의하면, 양극(6)과 음극(9)을 폴리머 전해질층(10, 11)을 거쳐서 권회되는 편평형의 전지 소자(2b)를, 오목형 히터 블록(21)과 볼록형 히터 블록(22)을 사용하여 열압착하고, 상기 전지 소자(2b)의 권회축에 수직한 단면이 만곡형상으로 되도록 성형하고 있다.
따라서, 폴리머 전해질 전지(1)의 제조 방법에 의하면, 평판형의 전지 소자를 만곡시키게 되는 종래의 폴리머 전해질 전지를 제조하는 경우와 비교하여, 제조프로세스가 간략하면서도, 전극 계면 접합성이 양호하게 됨과 동시에, 권회축에 수직한 단면에서 만곡형상을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있고, 전극 단부 단락의 가능성이 저감되어, 전지 특성이 양호하게 유지되는 폴리머 전해질 전지(1)를 제조할 수 있다.
또한, 상술한 폴리머 전해질 전지(1)의 제조 방법에서는 권회축에 수직한 단면이 만곡형상으로 되도록 성형된 전지 소자(2a)를 라미네이트 필름(3)으로 외장하는 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 편평형의 전지 소자(2b)를 라미네이트 필름(3)으로 외장 밀봉한 후에, 오목형 히터 블록(21)과 볼록형 히터 블록(22)과의 사이에 삽입하여, 상술한 방법과 마찬가지로 하여 열압착하여 성형하여도 좋다.
또한, 상술한 폴리머 전해질 전지(1)의 제조 방법에서는 만곡한 오목면을 갖는 오목형 히터 블록과 만곡한 볼록면을 갖는 볼록형 히터 블록과의 사이에서 전지 소자(2b)를 열압착하여, 상기 전지 소자(2b)의 권회시에 수직한 단면이 만곡형상으 로 되도록 성형하는 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 10에 도시하는 바와 같이, 만곡부내의 적어도 일부에 평면부(51)를 갖는 오목형 히터 블록(52)과, 만곡부내의 적어도 일부에 평면부(53)를 갖는 볼록형 히터 블록(54)과의 사이에서 상기 전지 소자를 열압착하여도 좋다. 이렇게하여 얻어지는 전지 소자(2c)는 도 6에 도시하는 바와 같이, 전지 소자(2c)의 권회축에 수직한 단면이 적어도 일부에 평탄부(50)를 갖는 만곡형상으로 된다.
또한, 오목형 히터 블록(52)과 볼록형 히터 블록(54)의 적어도 한쪽(여기서는 오목형 히터 블록(52))에서 전지 소자(2c)와 대향하는 면에 실리콘 러버 시트(55)를 배치하는 것이 바람직하다. 실리콘 러버 시트(55)를 배치함으로써, 전지 소자(2c)에 균일하게 열과 압력을 가할 수 있다.
이어서, 본 발명을 적용한 다른 폴리머 전지에 관해서 설명한다.
본 발명을 적용한 다른 실시예의 폴리머 전해질 전지(31)는 도 11에 도시하는 바와 같이, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형을 갖는 전지 소자(32a)가 절연재료 등으로 이루어지는 라미네이트 필름(3)으로 외장되어 감압 밀봉되어 있다.
또한, 폴리머 전해질 전지(31)는 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형을 갖는 전지 소자(32a)를 갖는 것 이외에는 상술한 폴리머 전해질 전지(1)와 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 따라서, 상술한 폴리머 전해질 전지(1)와 동일의 부재에 관해서는 동일한 부호를 부여함으로써 설명을 생략한다.
이상과 같이 구성되는 폴리머 전해질 전지(31)는 양극(6)과 음극(9)이 폴리머 전해질층(10, 11)을 거쳐서 권회되고, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형인 전지 소자(32a)를 구비하기 때문에, 평판형의 전지 소자를 만곡시키게 되는 종래의 폴리머 전해질 전지와 비교하면, 전극 단부 단락의 가능성이 대단히 낮아서, 양호한 전지 특성을 갖는다.
따라서, 본 발명을 적용한 폴리머 전해질 전지(31)에 의하면, 도 12에 도시하는 바와 같이, 전자 기기(40)의 곡면을 갖는 내부 공간의 형상에, 폴리머 전해질 전지(31)의 형상을 적응시키는 것이 상당히 용이할 수 있기 때문에, 폴리머 전해질 전지(31)의 수납 공간 효율을 높일 수 있다. 그 결과, 종래, 전자 기기의 케이스체와 평판형 폴리머 전해질 전지와의 사이에 생겨 있던 쓸데없는 간극도 발전 요소로 채우는 것이 가능하게 되어, 전자 기기(40)의 외형의 다양화나 소형화에 공헌할 수 있다.
또한, 상술한 폴리머 전해질 전지(31)는 전지 소자(32a)의 권회축에 수직한 단면이 반원형상인 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 13에 도시하는 바와 같이, 전지 소자(32c)의 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형이고, 대략 원호형상 부분의 적어도 일부에 평탄부(60)를 갖는 형상으로 할 수도 있다.
다음에, 상술한 폴리머 전해질 전지(31)를 제조하는 제조 방법에 관해서 설명한다. 상기 폴리머 전해질 전지(31)를 제조할 때에는 우선, 편평형의 전지 소자(32b)를 형성하는 전지 소자 형성 공정을 행한다. 다음에, 전지 소자(32b)를 열압착하여 성형하고, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형을 갖는 전지 소자(32a)로 하는 열압착 성형 공정을 행한다. 다음에, 전지 소자(32a)를 라미네이트 필름(3)으로 외장하여 감압 밀봉하는 밀봉 공정을 행한다.
또한, 폴리머 전해질 전지(31)의 제조 방법에서의 전지 소자 형성 공정에 관해서는 상술한 폴리머 전지(1)의 제조 방법에서의 전지 소자 형성 공정과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
열압착 형성 공정에서는 만곡한 오목면을 갖는 오목형 히터 블록과 평면을 갖는 평면형 히터 블록과의 사이에서 전지 소자(32b)를 열압착하여, 상기 전지 소자(32b)의 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형으로 되도록 성형한다.
전지 소자(32b)를 열압착할 때에는 우선, 도 14에 도시하는 바와 같이, 오목형 히터 블록(41)과 평면형 히터 블록(42)과의 사이에 편평형의 전지 소자(32b)를 삽입한다.
이어서, 도 15에 도시하는 바와 같이, 오목형 히터 블록(41)과 평면형 히터 블록(42)을 형 체결하고, 이들 히터 블록(41, 42)의 온도 및 압력을 적절히 조절하여 열압착한다.
이어서, 도 16에 도시하는 바와 같이, 오목형 히터 블록(41)과 평면형 히터 블록(42)을 형 개방하고, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형으로 되도록 성형된 전지 소자(32a)를 형 분리한다.
이와 같이, 오목형 히터 블록(41) 및 평면형 히터 블록(42)을 사용하여 편평형의 전지 소자(32b)를 열압착하여 성형함으로써, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형인 전지 소자(32a)를 얻는다.
상기 열압착 성형 공정에서는 오목형 히터 블록(41) 및 평면형 히터 블록(42)을 사용하여 전지 소자(32b)의 전체를 열압착하여, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형으로 되도록 형성하고 있으므로, 우수한 전극 계면 접합성을 갖고, 폴리머 전해질 전지(31)에 의해 양호한 전극/전해질 계면이 형성되어, 장기간에 걸쳐 대략 반원형을 유지할 수 있는 전지 소자(32a)를 얻을 수 있다.
밀봉 공정에서는 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형을 갖는 전지 소자(2a)를 라미네이트 필름(3)으로 삽입하여, 상기 라미네이트 필름(3)의 외측 가장자리부를 감압하에서 열 융착한다.
이로써, 라미네이트 필름(3) 중에, 전지 소자(2a)가 밀봉된 폴리머 전해질 전지(1)가 얻어진다.
이상의 공정을 구비하는 폴리머 전해질 전지(31)의 제조 방법에 의하면, 양극(6)과 음극(9)을 폴리머 전해질층(10, 11)을 거쳐서 권회하게 되는 전지 소자(32b)를, 오목형 히터 블록(41)과 평면형 히터 블록(42)을 사용하여 열압착하여, 상기 전지 소자(32b)의 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형으로 되도록 성형하고 있다.
따라서, 폴리머 전해질 전지(31)의 제조 방법에 의하면, 평판형의 전지 소자를 만곡시키게 되는 종래의 폴리머 전해질 전지를 제조하는 경우와 비교하여, 제조프로세스가 간략하면서도, 전극 계면 접합성이 양호하게 됨과 동시에, 권회축에 수직한 단면에서 대략 반원형을 장기간에 걸쳐 유지할 수 있고, 전극 단부 단락의 가능성이 저감되어, 전지 특성이 양호하게 유지되는 폴리머 전해질 전지(31)를 제조할 수 있다.
또한, 상술한 폴리머 전해질 전지(31)의 제조 방법에서는 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형으로 되도록 성형된 전지 소자(32a)를 라미네이트 필름(3)으로 외장하는 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 편평형의 전지 소자(32b)를 라미네이트 필름(3)으로 외장 밀봉한 후에, 오목형 히터 블록(41)과 평면형 히터 블록(42)과의 사이에 삽입하여, 상술의 방법과 마찬가지로 열압착하여 성형하여도 좋다.
또한, 상술한 폴리머 전해질 전지(31)의 제조 방법에서는 만곡한 오목면을 갖는 오목형 히터 블록과 평면형 히터 블록과의 사이에서 전지 소자(32a)를 열압착하고, 상기 전지 소자(32a)의 권회축에 수직한 단면이 반원형상으로 되도록 성형하는 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 도 17에 도시하는 바와 같이, 만곡부내의 적어도 일부에 평면부(61)를 갖는 오목형 히터 블록(62)과, 평면형 히터 블록(63)과의 사이에서 상기 전지 소자를 열압착하여도 된다.
이렇게 하여 얻어지는 전지 소자(32c)는 도 13에 도시하는 바와 같이, 전지 소자(32c)의 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형이고, 대략 원호형상 부분의 적어도 일부에 평탄부(60)를 갖는 형상으로 된다.
또한, 오목형 히터 블록(62)과 평면형 히터 블록(63) 중 어느 한쪽(여기서는 오목형 히터 블록(62))에서 전지 소자(32c)와 대향하는 면에 실리콘 러버 시트(55)를 배치하는 것이 바람직하다. 실리콘 러버 시트(64)를 배치함으로써, 전지 소자(32c)에 균일하게 열과 압력을 가할 수 있다.
(실시예 )
이하, 본 발명을 적용한 폴리머 전해질 전지를 실제로 제작한 실시예, 및 이들 실시예와 비교하기 위해서 제작한 비교예에 관해서, 구체적인 실험 결과에 근거하여 설명한다.
(실시예 1)
〔양극의 제작〕
우선, 양극합제의 각 성분으로서, 양극 활성 물질로서 LiCoO2를 92중량부와, 도전재로서 분말상 흑연을 5중량부와, 결착제로서 분말상 폴리플루오로화비닐리덴을 3중량부를 채취하였다. 이어서, 이들 각 성분을 N-메틸피롤리돈 중에 분산시켜서 슬러리형의 양극합제를 조제하였다.
이렇게하여 조제한 양극합제를 (두께 20㎛의) 알루미늄 박막으로 이루어지는 양극 집전체의 양면에 균일하게 도포한 후, 100℃의 온도하에서 24시간 감압 건조함으로써, 양극 활성 물질층을 형성하였다. 이어서, 롤 프레스기를 사용하여, 양극 활성 물질층을 압력 성형함으로써 양극 시트로 하였다. 이어서, 상기 양극 시트를 잘라내어, 세로: 50mm, 가로: 300mm인 띠형상의 양극을 제작하였다. 또한, 양극 리드로서 알루미늄 리본을 양극 집전체에서의 양극 활성 물질의 미도포 부분에 용접하였다.
〔음극의 제작〕
우선, 음극 결합제의 각 성분으로서, 음극 활성 물질로서 인조 흑연을 91중 량부와, 결착제로서 분말상 폴리플루오로화비닐리덴을 9중량부를 채취하였다. 이어서, 이들 각 성분을 N-메틸피롤리돈 중에 분산시켜 슬러리형의 음극 결합제를 조제하였다.
이와 같이 하여 조제한 음극 결합제를 (두께 15㎛의) 구리 박막으로 이루어지는 음극 집전체의 양면에 균일하게 도포한 후, 120℃의 온도하에서 24시간의 감압 건조함으로써, 음극 활성 물질층을 형성하였다. 이어서, 로울 프레스기를 사용하여, 음극 활성 물질층을 압력 성형함으로써 음극 시트로 하였다. 이어서, 상기 음극 시트을 잘라내어, 세로: 52mm, 가로: 320mm인 띠형상의 음극을 제작하였다. 또한, 음극 리드로서 니켈 리본을 음극 집전체에서의 음극 활성 물질의 미도포부분에 용접하였다.
〔폴리머 전해질의 제작〕
우선, 가소제의 각 성분으로서, 비수용매로서 탄산에틸렌을 42.5중량부 및 탄산프로필렌을 42.5중량부와, 전해질 염으로서 LiPF6을 15중량부를 채취하였다. 그리고, 이들 각 성분을 혼합하여 가소제를 조제하였다.
이어서, 폴리머 용액의 각 성분으로서, 가소제를 30중량부와, 폴리(비닐리덴플루오로라이드-co-헥사플루오로프로필렌)를 10중량부와, 탄산디메틸을 60중량부를 채취하였다. 이어서, 이들 각 성분을 혼합 용해하여, 폴리머 전해질 용액을 조제하였다.
〔폴리머 전해질 전지의 제작〕
이렇게 하여 조제한 폴리머 전해질 용액을 상기 양극의 양면의 양극 활성 물질상 및 상기 음극의 양면의 음극 활성 물질상에 도포한 후, 상온 환경하에서 8시간 방치하여, 탄산디메틸을 기화시켜 제거함으로써, (두께 1OO㎛)의 겔형 전해질 층을 형성하였다.
이어서, 겔형 전해질 층이 형성된 띠형상의 양극과, 겔형 전해질 층이 형성된 띠형상의 음극을 다공질 폴리올레핀으로 이루어지는 세퍼레이터를 거쳐서 적층한 후, 길이 방향으로 선회함으로써, 편평형의 전지 소자를 얻었다.
이어서, 상기 편평형의 전지 소자를 외장 필름으로 삽입하고, 상기 외장 필름의 외측 가장자리부를 감압하에서 열 융착하였다. 이로써, 편평형의 전지 소자를 외장 필름 중에 밀봉하였다. 또한, 외장 필름으로서는 알루미늄 박막이 한 쌍의 폴리올레핀 수지 필름에 삽입되는 것을 사용하였다.
그리고, 외장 필름 중에 밀봉된 편평형의 전지 소자를 오목형 히터 블록과 볼록형 히터 블록을 구비하는 히트 프레스기를 사용하여 85℃의 온도 환경하에서, 1Okgf/cm2에서 5분 동안의 열압착하여 성형함으로써, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상을 갖는 폴리머 전해질 전지를 얻었다.
(실시예 2)
외장 필름 중에 밀봉된 편평형의 전지 소자를 오목형 히터 블록과 평면형 히터 블록을 구비하는 히트 프레스기를 사용하여 열압착하고, 권회축에 수직한 단면이 대략 반원형으로 되도록 성형하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 폴 리머 전해질 전지를 제작하였다.
(실시예 3)
외장 필름 중에 밀봉된 편평형의 전지 소자를 곡면부내의 중앙에 플랫인 평면부를 갖고, 두께 1mm의 실리콘 러버 시트를 장착한 오목형 히터 블록과, 곡면부내의 중앙에 플랫인 평면부를 갖는 볼록형 히터 블록을 구비하는 히트 프레스기를 사용하여 열압착하고, 권회축에 수직한 단면이 적어도 일부에 평탄부를 갖는 만곡형상으로 되도록 성형하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 폴리머 전해질 전지를 제작하였다.
(실시예 4)
외장 필름 중에 밀봉된 편평형의 전지 소자를 곡면부내의 중앙에 플랫인 평면부를 갖고, 두께 1mm의 실리콘 러버 시트를 장착한 오목형 히터 블록과, 전면 플랫인 평판형 히터 블록을 구비하는 히트 프레스기를 사용하여 열압착하고, 권회축에 수직한 단면이 대략 원호형상 부분의 적어도 일부에 평탄부를 갖는 대략 반원형으로 되도록 성형하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 폴리머 전해질 전지를 제작하였다.
(비교예 1)
외장 필름 중에 밀봉된 편평형의 전지 소자를 한 쌍의 평면형 히터 블록을 구비하는 히트 프레스기를 사용하여 열압착하고, 권회축에 수직한 단면이 대략 직사각형으로 되도록 성형하는 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 폴리머 전해질 전지를 제작하였다.
이상과 같이 하여 제작한 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 각각의 폴리머 전해질 전지에 대하여 충방전 시험을 행하고, 전지 특성을 평가하였다. 또한, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 폴리머 전해질 전지의 이론 용량은 어느 것이나 600mAh이다.
<충방전 시험>
우선, 1C(600mA), 4.2V의 정전류 정전압 충전을 행한 후, 1C의 3V 컷 오프 정전류 방전을 행하고, 첫회 방전 용량을 측정하였다.
이어서, 상기 충방전 사이클을 500회 반복하여, 500사이클 후의 방전 용량을 측정하였다. 그리고, 첫회 방전 용량에 대한 500사이클 후의 방전 용량의 비율을 구하여, 이것을 방전 용량 유지율로 하였다.
이상의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
첫회 방전 용량 (mAh) 용량 유지율 (%)
실시예 1 592 83
실시예 2 590 81
실시예 3 593 83
실시예 4 591 82
비교예 1 591 82
표 1로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 4의 폴리머 전해질 전지는 비교예 1의 폴리머 전해질 전지와 동등의 높은 방전 용량 및 우수한 사이클 특성을 갖고 있다.
따라서, 폴리머 전해질 전지에 있어서는 양극 및 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되는 편평형의 전지 소자가, 상술한 바와 같은 프레스기에 의해 열압착되 어, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상 또는 대략 반원형과 같은 획기적인 형상을 갖는 전지 소자로 성형되어 있어도, 전지 특성이 양호하게 유지됨을 알았다.
본 발명의 폴리머 전해질 전지는 양극과 음극이 폴리머 전해질을 거쳐서 권회되고, 권회축에 수직한 단면이 만곡형상인 전지 소자를 갖기 때문에, 평판형의 전지 소자를 만곡시킨 폴리머 전해질 전지와 비교하면, 전극 단부 단락의 가능성이 대단히 낮아서, 양호한 전지 특성을 갖는 것으로 된다.

Claims (18)

  1. 양극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 양극 집전체를 갖는 양극과, 음극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 음극 집전체를 갖는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되며 또한 대향하는 세로 측부들과 대향하는 둥근 가로 측부들 사이로 연장하는 폴리머 전해질을 포함하는 권회 전지 소자를 구비하며,
    권회축과 수직인 상기 전지 소자의 세로 측부들의 단면은 상기 대향하는 둥근 가로 측부들 사이에서 만곡 형상을 가지며, 각각의 세로 측부의 곡면들은 서로 평행하며,
    상기 전지 소자는 라미네이트 필름으로 밀봉되며,
    상기 라미네이트 필름은 만곡 형상을 가지며, 상기 만곡 형상의 일부분은 평탄하며,
    상기 라미네이트 필름은 한 쌍의 폴리올레핀 수지 필름 사이에 삽입된 알루미늄 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 전해질은 겔형 전해질인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질 전지.
  3. 양극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 양극 집전체를 갖는 양극과, 음극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 음극 집전체를 갖는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되는 폴리머 전해질을 포함하는 권회 전지 소자를 구비하며, 상기 전지 소자는 제 1 세로면과 대향하는 제 2 세로면을 추가로 포함하며,
    상기 제 1 세로면은 권회축과 수직이며, 반원 형상을 가지며,
    상기 제 2 세로면은 상기 권회축과 평행하며, 직선 형상을 가지며,
    라미네이트 필름이 상기 전지 소자를 밀봉하며, 상기 라미네이트 필름은 한 쌍의 폴리올레핀 수지 필름 사이에 삽입된 알루미늄 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질 전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 폴리머 전해질은 겔형 전해질인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질 전지.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 세로면은 상기 권회축과 수직 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질 전지.
  6. 대향하는 세로 측부들과 대향하는 둥근 가로 측부들을 포함하는 권회 전지 소자를 구비하는 폴리머 전해질 전지로서, 상기 권회 전지 소자는,
    양극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 양극 집전체를 갖는 양극과,
    음극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 음극 집전체를 갖는 음극, 및
    폴리머 전해질을 포함하며,
    권회축과 수직인 상기 전지 소자의 단면에서의 하나의 세로 측부의 단면은 상기 대향하는 둥근 가로 측부들 사이에서 원주 방향으로 돌출하는 형태의 만곡 형상을 가지며, 또한, 다른 세로 측부의 단부는 상기 대향하는 둥근 가로 측부들 사이에서 직선 형상을 가지며,
    상기 전지 소자는 라미네이트 필름으로 밀봉되며,
    상기 라미네이트 필름은 만곡 형상을 가지며, 상기 만곡 형상의 일부분은 평탄하며,
    상기 라미네이트 필름은 한 쌍의 폴리올레핀 수지 필름 사이에 삽입된 알루미늄 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질 전지.
  7. 양극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 양극 집전체를 갖는 양극과, 음극 활성 물질층이 형성되는 2개의 측부를 갖는 긴 음극 집전체를 갖는 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 형성되며 또한 대향하는 세로 측부들과 대향하는 둥근 가로 측부들 사이로 연장하는 폴리머 전해질을 포함하는 권회 전지 소자를 구비하며,
    권회축과 수직인 상기 전지 소자의 단면은 상기 대향하는 둥근 가로 측부들 사이에서 만곡 형상을 가지며, 각각의 세로 측부의 곡면들은 서로 평행하며,
    상기 전지 소자는 라미네이트 필름으로 밀봉되며,
    상기 라미네이트 필름은 한 쌍의 폴리올레핀 수지 필름 사이에 삽입된 알루미늄 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질 전지.
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