KR100948849B1 - 리튬 이온 폴리머 전지의 시일 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 양극 집전체 및, 음극 집전체상에 활물질을 각각 도포함으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 젤리 롤의 형태로 감겨서 형성되는 극판 조립체; 열압착 이후의 두께가 열압착 이전의 접촉 상태에서의 두께에 비하여 10 내지 20 % 로써 감소된 외피 재료로 제작된 것으로, 상기 극판 조립체를 내부에 수용하는 케이스 및, 상기 케이스를 덮는 커버; 상기 양극 집전체 및, 상기 음극 집전체의 일측에 각각 용접된 양극 리이드 및, 음극 리이드;를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지가 제공된다.

Description

리튬 이온 폴리머 전지의 시일 방법{Lithium ion polymer cell and sealing methode thereof}

도 1은 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 개략적인 구조를 도시한 사시도,

도 2 에 도시된 것은 외피 재료에 대한 개략적인 단면도이다.

도 3 에 도시된 것은 도 2 에 도시된 외피 재료들을 접합시키기 직전의 상태로 도시한 것이다.

도 4 에 도시된 것은 열압착이 이루어진 후의 외피 재료들의 접합 상태에 대한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 극판 조립체 12. 양극 리이드

13. 음극 리이드 14. 테이프

16. 케이스 18. 코팅

19. 테이프 21. 알루미늄 층

22. 나일론 층

본 발명은 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 시일 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 이온 폴리머 전지의 시일링시에 절연성 케이스의 열융착을 최적화시킨 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 시일 방법에 관한 것이다.

통상적으로 리튬 2차 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와, 리튬 이온 전지 및, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지(Lithium Ion Polymer Battery)로 구별된다. 또한 상기 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지와 유기 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머전지로 나눌 수 있다.

도 1은 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.

도면을 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 집전체에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 상기 극판들 사이에 개재된 것으로 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 젤리 롤의 형태로 감겨 있는 극판 조립체(11)를 구비한다. 또한 젤리롤의 형태로 감겨 있는 양극판의 일측에는 양극 리이드(12)가 용접되고, 음극판의 일 측에는 음극 리이드(13)가 용접된다. 상기 양극 리이드 및, 음극 리이드(12,13)는 젤리 롤 형태의 극판 조립체가 형성되었을때 서로에 대하여 소정 간격을 가지고 평행하게 돌출될 수 있도록 양극판과 음극판에 부착된다. 양극 리이드 및, 음극 리이드(12,13)는 극판 조립체(11)를 절연성 케이스(16)내에 수용하였을때 외부로 인출됨으로써 외부 회로와 연결되는 역할을 한다.

상술한 극판 조립체(11), 양극 리이드(12)와 음극 리이드(13)는 절연성 케이스(16) 및, 그와 일체로 형성된 커버(16a)에 의해 밀봉된다. 상기 절연성 케이스(16)와 커버(16a)는 통상적으로 알루미늄 박판의 상, 하면위에 열접착성 물질이 도포됨으로써 형성된 것으로서, 열접착성 물질이 상호 접착됨으로써 극판 조립체(11)가 수용된 공간을 밀봉할 수 있다. 도면 부호 A 로 표시된 것은 절연성 케이스(16)의 단면을 확대 도시한 것으로서, 절연성 케이스(16) 및, 커버(16a)는 알루미늄 층(15)의 양측 표면상에 나일론 층(18)과 CPP 층(19)을 각각 적층시킨 것이며, CPP 층상에는 접착층이 적층된다.

한편, 전지 셀(11)과 외부와의 전기적인 연결을 위하여 양극 리이드(12)와 음극 리이드(13)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 절연성 케이스(16)에 의해 시일링된다. 이때, 양극 리이드(12)와 음극 리이드(13)가 케이스(16)와 커버(16a)에 접촉하여 단락되는 것을 방지하고 기밀을 유지하기 위하여, 양극 리이드(12)와 음극 리이드(13)의 표면을 테이프(14)로 감싸게 된다. 도면 번호 19 로 표시된 것은 젤리 롤이 형성된 이후에 젤리 롤의 형상을 유지시키도록 극판 조립체(11)의 외부를 감싸는 테이프이다.

상기와 같은 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 케이스(16)와 커버(16a)는 열융착에 의해서 상호 접합된다. 위에서 언급된 바와 같이, 케이스(16)와 커버(16a)의 재료는 통상적으로 알루미늄의 양 표면에 나일론 층(18)과 CPP(casted polypropylene) 층(19)을 EL(Extrusion Laminate)방식으로 접착하여 이루어진다. 이와 같이 구성된 케이스 재료는 압력과 열을 받음으로써 두께가 감소함과 동시에 접착층의 접착에 의해서 접합이 이루어지는 것이다.

그런데 케이스(16)와 커버(16a)를 상호 열압착에 의해 접합시킬때 압력이나 열이 과도하여, 또는 과소하여 불량이 발생되는 경우가 있다. 압력이나 열이 과도하게 되면 절연 역할을 하는 CPP 층이 알루미늄 층을 노출시키게 되며, 따라서 전기적인 쇼트 현상의 직접적인 원인이 된다. 반대로 압력이나 열이 과소하게 되면 접착제 층이 용융 접착 작용이 적절하게 이루어지지 않으로 시일 불량이 발생하게 된다. 이러한 불량 요인은 전지의 성능에 부정적인 영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시일링 방식이 개선된 리튬 이온 폴리머 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 리튬 이온 폴리머 전지의 개선된 시일링 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 양극 집전체 및, 음극 집전체상에 활물질을 각각 도포함으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 젤리 롤의 형태로 감겨서 형성되는 극판 조립체; 열압착 이후의 두께가 열압착 이전의 접촉 상태에서의 두께에 비하여 10 내지 20 % 로써 감소된 외피 재료로 제작된 것으로, 상기 극판 조립체를 내부에 수용하는 케이스 및, 상기 케이스를 덮는 커버; 상기 양극 집전체 및, 상기 음극 집전체의 일측에 각각 용접된 양극 리이드 및, 음극 리이드;를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 양극 집전체 및, 음극 집전체상에 활물질을 각각 도포함으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 젤리 롤의 형태로 감겨서 형성되는 극판 조립체; 알루미늄 재료의 제 1 표면에 적층된 나일론 및, 제 2 표면에 차례로 적층된 CPP 층과 접착층을 구비하며, 열압착 이후의 상기 CPP 층의 두께가 열압착 이전의 상기 CPP 층의 두께에 비하여 30 내지 50 % 로써 감소된 외피 재료로 만들어지는 것으로, 상기 극판 조립체를 그 내부에 수용하는 케이스 및, 상기 케이스를 덮는 커버; 및, 상기 양극 집전체 및, 상기 음극 집전체의 일측에 각각 용접된 양극 리이드 및, 음극 리이드;를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지가 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 양극 집전체 및, 음극 집전체상에 활물질을 각각 도포함으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 젤리 롤의 형태로 감겨서 형성되는 극판 조립체를 그 내부에 수용하는 케이스 및, 상기 케이스를 덮는 커버를 시일하는 방법으로서, 상기 케이스 및, 커버를 구성하는 외피 재료의 열압착 이후의 두께가 열압착 이전의 접촉 상태에서의 두께에 비하여 10 내지 20 % 로써 감소되는 리튬 이온 폴리머 전지의 시일 방법이 제공된다.

또한 본 발명에 따르면, 양극 집전체 및, 음극 집전체상에 활물질을 각각 도포함으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 젤리 롤의 형태로 감겨서 형성되는 극판 조립체를 그 내부에 수용하는 케이스 및, 상기 케이스를 덮는 커버를 시일하는 방법으로서, 상기 케이스 및, 상기 커버를 구성하는 외피 재료는 알루미늄 재료의 제 1 표면에 적층된 나일론 및, 제 2 표면에 차례로 적층된 CPP 층과 접착층을 구비하며, 열압착 이후의 상기 CPP 층의 두께가 열압착 이전의 상기 CPP 층의 두께에 비하여 30 내지 50 % 로써 감소되는 리튬 이온 폴리머 전지의 시일 방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지는 도 1 을 참조하여 설명된 바와 같은 통상적인 구조를 가진다. 즉, 도 1 에 도시된 바와 같이, 집전체에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 세퍼레이터(Seperator)가 젤리 롤의 형태로 감겨 있는 극판 조립체(11)와, 상기 젤리 롤의 극판 조립체로부터 인출된 양극 리이드(12) 및, 음극 리이드(13)와, 상기 극판 조립체(11)를 내부에 수용하는 절연성 케이스(16) 및, 그와 일체로 형성된 커버(16a)를 구비한다. 또한 양극 리이드(12)와 음극 리이드(13)가 케이스(16)와 커버(16a)에 접촉하여 단락되는 것을 방지하고 기밀을 유지하기 위하여, 양극 리이드(12)와 음극 리이드(13)의 표면을 테이프로 감싸게 된다.

도 2 에 도시된 것은 외피 재료에 대한 개략적인 단면도이다. 상기 외피 재료는 도 1 에서 케이스(16) 또는 커버(16a)일 수 있는 것들이다.

도면을 참조하면, 도면 번호 28 및, 29 로 표시된 것은 예를 들면 상호 접합되어야할 케이스(16)와 커버(16a)의 외피 재료 일부를 단면으로 나타낸 것이다. 예 를 들면 커버 재료(28)는 알루미늄 층(21)의 외표면에 나일론 층(22)이 적층되고, 알루미늄 층(21)의 내표면에는 CPP 층(23)과 접착층(24)이 차례로 적층된다. 케이스 재료(29)도 커버 재료(28)와 마찬가지의 단면을 가지며, 알루미늄 층(21')의 외표면에는 나일론 층(22')이 적층되고, 알루미늄 층(21')의 내표면에는 CPP 층(23')과 접착층(24')이 적층된다.

도 3 에 도시된 것은 도 2 에 도시된 외피 재료들을 접합시키기 직전의 상태로 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 커버 재료(28)와 케이스 재료(29)는 상호 접촉 상태로 도시되어 있으며, 열과 압력이 가해지지 않은 상태이다. 즉, 가압력 F 는 제로의 상태이다. 이때 접촉된 커버 재료(28)와 케이스 재료(29)의 두께의 합은 T 이다. 또한 열압착이 이루어지기 전에 CPP 층의 두께는 각각 t1 및, t1' 이며, t1=t1' 이다.

도 4 에 도시된 것은 열압착이 이루어진 후의 외피 재료들의 접합 상태에 대한 단면도이다.

도면을 참조하면, 커버 재료(28)와 케이스 재료(29)는 열과 함께 F 의 힘으로 가압된다. 열압착이 이루어지면 도 3 에 도시된 접착층(24,24')들은 하나로 융합되어 접착층(25)을 형성하게 된다. 접착층의 융합과 더불어, 가압력에 의해 각 층의 두께 감소가 초래되며, 따라서 접합된 외피 재료의 전체적인 두께도 열압착되기 이전보다 감소하게 된다.

본 발명의 특징에 따르면, 상호 접합된 외피 재료의 두께(T2)는 열압착 되기 이전의 접촉 상태인 외피 재료의 두께(T1) 보다 10 내지 20 % 의 감소가 이루어지도록 열압착된다. 즉, 외피 재료의 두께 감소를 정량화함으로써 최적의 열압착 조건을 설정할 수 있는 것이다. 통상적으로 시일 작업에서 가해지는 열의 온도는 180 ±5 ℃, 가압력은 0.1 ~ 0.3 MPa 를 가함으로 외피 재료중 내층 용융에 따른 외피 재료의 두께에서 10 내지 20 % 의 감소가 발생하도록 한다.

이와는 달리, 각각의 CPP 층의 두께 감소를 정량적으로 설정함으로써 최적의 열압착 조건을 구할 수 있다. 예를 들면, 접합이 이루어지기 전의 각각의 CPP 층(23 또는 23')의 두께가 t1 또는 t1' 이라고 하면, 접합이 이루어진 이후의 각각의 CPP 층(23 또는 23')의 두께인 t2 또는 t2'는 상기 t1 또는 t1' 에 비해서 30 내지 50 % 의 두께 감소가 발생하도록 열압착을 수행한다.

위에 설명된 바와 같이, 외피 재료의 열압착시에 소정 범위 이내에서 두께의 감소가 발생하도록 열압착 조건을 조정함으로써 최적의 열압착 조건을 마련할 수 있다. 외피 재료의 열압착 작업 수행자는 실험을 통해 해당 두께 감소를 발생시키는 온도 및, 압력을 설정할 수 있으며, 열압착 작업이 수행된 후에 감소된 두께를 측정함으로써 작업의 성패 여부를 알 수 있다.

본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지 및, 그것의 제조 방법은 열압착 작업 이후에 감소되는 두께로부터 최적의 작업 조건을 설정할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지는 불량품 발생이 최소화되며, 제조 공정에서의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 양극 집전체 및, 음극 집전체상에 활물질을 각각 도포함으로써 형성된 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터가 젤리 롤의 형태로 감겨서 형성되는 극판 조립체를 그 내부에 수용하는 케이스 및, 상기 케이스를 덮는 커버를 시일하는 방법으로서,

   상기 케이스 및, 상기 커버를 구성하는 외피 재료는 알루미늄 재료의 제 1 표면에 적층된 나일론 및, 제 2 표면에 차례로 적층된 CPP 층과 접착층을 구비하고,

   시일되는 외피 재료는 접착층이 마주한 상태에서 열압착되며,

   상기 케이스 및, 커버를 구성하는 외피 재료의 열압착 이후의 두께가 열압착 이전의 접촉 상태에서의 두께에 비하여 10 내지 20 % 로 감소될 때까지 열압착시키는 단계를 구비하는, 리튬 이온 폴리머 전지의 시일 방법.
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