KR101996543B1 - 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

전지의 출력 특성과 밀접한 관계를 갖는 전극의 구조를 개선하여 반응 면적을 넓히는 것에 의해, 전지의 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지는 상측이 개방되며, 내부에 전해액이 함침되는 케이스; 상기 케이스의 내벽에 부착된 리튬 음극; 상기 케이스의 내부 중심부에 배치되며, 적어도 2회 이상 권취된 권취 양극; 상기 리튬 음극 및 권취 양극 사이에 배치된 세퍼레이터; 및 상기 케이스의 상측을 덮어 밀봉하는 헤더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법{LITHIUM PRIMARY BATTERY WITH IMPROVED OUTPUT PROPERTY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지의 출력 특성과 밀접한 관계를 갖는 전극의 구조를 개선하여 반응 면적을 넓히는 것에 의해, 전지의 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전지는 화학물질의 산화/환원 반응을 유발하여 전기를 발생시키는 구동원으로서, 휴대가 용이하고 소형으로 제작이 가능하여 다양한 종류 및 목적의 장비에 전기를 공급하는 용도로 사용되고 있다.
리튬일차전지인 리튬 염화티오닐 전지(Li/SOCl2)는 우수한 에너지 밀도 및 3 V 이상의 높은 작동 전압 특성을 지니고 있어 고용량 및 장기 신뢰성이 높은 전원으로 널리 이용되고 있다.
또한, 작동 전압 구간이 다른 전지들에 비하여 월등히 평탄하다는 장점을 지니고 있다.
이러한 리튬 염화티오닐 전지는 내부 구조에 따라 바빈(Bobbin)형 및 와운드(Wound)형으로 분류된다.
특히, 리튬 염화티오닐 전지의 종류 중, 낮은 전류에서 장기간 사용이 가능하며 자가 방전률이 낮은 바빈형 전지(Bobbin type cell)는 메모리 백업 및 스마트 계량기 통신용 전원으로 적용되고 있으며, 그 수요는 지속적으로 증가하고 있는 추세이다.
도 1은 종래의 리튬일차전지를 나타낸 단면도이고, 도 2는 종래의 리튬일차전지를 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 리튬일차전지(100)는 케이스(110), 리튬 음극(120), 양극(130), 세퍼레이터(140) 및 헤더(150)를 포함하는 바빈 구조를 가질 수 있다.
케이스(110)의 내부에는 전해액이 함침된다. 리튬 음극(120)은 케이스(110)의 내벽에 부착된다.
양극(130)은 케이스(110)의 내부 중심부에 삽입된다. 이때, 양극(130)은 그래뉼 성형 방식에 의해 원기둥 형상으로 성형된 것이 이용될 수 있다.
세퍼레이터(140)는 리튬 음극(120) 및 양극(130) 사이에 배치된다. 이러한 세퍼레이터(140)는 리튬 음극(120) 및 양극(130) 사이에 배치되어, 리튬 음극(120)과 양극(130) 간을 전기적으로 분리시킨다.
헤더(150)는 케이스(110)의 상측을 덮어 밀봉한다. 이러한 헤더(150)는 케이스(110)와 점 용접, 레이저 용접 등에 의해 접합될 수 있다. 이때, 헤더(150)는 유리(170)와 결합되어 있을 수 있으며, 헤더(150)의 중앙 부분에는 헤더 핀(160)이 체결되어 있을 수 있다.
또한, 도면으로 상세히 나타내지는 않았지만, 헤더(150)에는 전해액을 함침시키기 위한 전해액 주입구(미도시)가 구비될 수 있다.
이때, 헤더(150)의 하면에는 상부 절연판(145)이 더 배치되어 있을 수 있다.
전술한 종래의 바빈형 리튬일차전지(100)는 케이스(110)의 내부에 리튬 음극(120)이 부착되고, 바빈형 양극(130)을 세퍼레이터(140)로 감싸 케이스(110)의 내부에 삽입한 후에 양극(130)을 헤더 핀(160)과 연결하여 전해액을 주입하는 방식으로 제조되고 있다.
최근에는 새로운 통신 방식의 등장으로 일부 스마트 계량기 통신용 전원은 기존보다 높고 오래 지속되는 전류량, 즉 장주기 펄스를 요구하고 있다.
그러나, 종래의 바빈형 리튬일차전지는 그 구조적 특성상 장주기 펄스를 만족시킬 수 없는 구조적인 한계가 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0873166호(2008.12.10. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 리튬/염화티오닐 전지가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 권취 양극을 사용하는 것에 의해, 바빈형 리튬일차전지의 안정성을 유지하면서도 종래의 바빈형 리튬일차전지 보다 전기적 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지는 상측이 개방되며, 내부에 전해액이 함침되는 케이스; 상기 케이스의 내벽에 부착된 리튬 음극; 상기 케이스의 내부 중심부에 배치되며, 적어도 2회 이상 권취된 권취 양극; 상기 리튬 음극 및 권취 양극 사이에 배치된 세퍼레이터; 및 상기 케이스의 상측을 덮어 밀봉하는 헤더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 권취 양극은 적어도 2회 이상 권취되어, 내부 중심부에 중공을 갖는 양극 집전체; 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층;을 포함한다.
이때, 상기 양극 집전체는 니켈 메쉬로 형성되고, 상기 양극 활물질층은 탄소 분말로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 권취 양극은 0.1 ~ 3mm의 두께를 갖는다.
또한, 상기 권취 양극은 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 부착되며, 상기 헤더에 체결되는 헤더 핀에 연결된 커런트 컬렉터; 및 상기 양극 집전체의 중공 부분에 배치되어, 적어도 2회 이상 권취되는 양극 집전체 상호 간을 고정시키는 탄성 부재;를 더 포함한다.
상기 탄성 부재는 상기 양극 집전체의 중공 부분에 끼움 결합 형태로 결합되어, 상기 양극 집전체를 고정시킨다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 제조 방법은 (a) 상측이 개방되는 케이스의 내벽에 리튬 음극 및 세퍼레이터를 부착하는 단계; (b) 상기 리튬 음극 및 세퍼레이터가 부착된 케이스의 내부 중심부에 적어도 2회 이상 권취된 권취 양극을 삽입하는 단계; 및 (c) 상기 케이스의 상측을 헤더로 용접한 후, 상기 헤더의 전해액 주입구를 통하여 상기 케이스의 내부에 전해액을 주입하고 밀봉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 권취 양극은 니켈 메쉬로 이루어진 양극 집전체에 탄소 분말을 코팅시킨 양극 활물질층으로 이루어진다
상기 권취 양극은 0.1 ~ 3mm의 두께로 형성한다.
상기 (b) 단계에서, 상기 권취 양극은 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 부착되며, 상기 헤더에 체결되는 헤더 핀에 연결된 커런트 컬렉터; 및 상기 양극 집전체의 중공 부분에 배치되어, 적어도 2회 이상 권취되는 양극 집전체 상호 간을 고정시키는 탄성 부재;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법은 니켈 메쉬에 탄소 분말을 코팅시킨 양극 집전체를 권취시킨 권취 양극을 케이스의 내부 중심부에 배치시킨 탄성 부재로 고정시키는 것에 의해, 종래의 바빈형 리튬일차전지에 비하여 전기적 출력 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법은 리튬 음극, 세퍼레이터 및 양극을 모두 권취하는 것이 아니라, 양극만을 권취시킨 권취 양극을 적용하는 것에 의해, 리튬 음극 및 세퍼레이터에는 형상 변경이 없으므로, 종래의 바빈형 리튬일차전지 보다 전기적으로 출력 특성을 향상시킬 수 있으면서도 전기화학적 용량에는 변화가 없게 된다.
이 결과, 본 발명에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법은 케이스의 내부 중심부에 적어도 2회 이상 권취되는 권취 양극의 삽입으로, 전극 면적이 극대화되어 전기적 출력 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래의 리튬일차전지를 나타낸 단면도.
도 2는 종래의 리튬일차전지를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지를 나타낸 평면도.
도 5는 도 3의 권취 양극의 제조 과정을 설명하기 위한 모식도.
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.
도 7은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬일차전지에 대한 방전 경과에 따른 폐회로전압 값을 측정하여 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지를 나타낸 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지(200)는 케이스(210), 리튬 음극(220), 권취 양극(230), 세퍼레이터(240) 및 헤더(250)를 포함한다.
케이스(210)는 상측이 개방되며, 내부에 전해액이 함침된다. 이러한 케이스(210)는 상측이 개방되는 원통 형상을 갖거나, 직육면체, 육각기둥 등의 각형 형상으로 설계될 수 있다. 이러한 케이스(210)의 재질로는 스테인리스 강(SUS)이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 전해액은 용질과, 용질을 용해시키기 위한 용매를 포함할 수 있다.
전해액의 용질로는 LiAlCl4, LiGaCl4 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 전해액의 용질로는 0.1 ~ 3.0M의 농도를 갖는 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 그리고, 전해액의 용매로는 SOCl2, SO2Cl2 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
리튬 음극(220)은 케이스(210)의 내벽에 부착된다. 이러한 리튬 음극(220)은 세퍼레이터(240)에 의해 권취 양극(230)과 전기적으로 분리된다.
권취 양극(230)은 케이스(210)의 내부 중심부에 배치되며, 적어도 2회 이상 권취된다. 이때, 권취 양극(230)은 0.1 ~ 3mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 권취 양극(230)의 두께가 0.1mm 미만일 경우에는 양극 활물질층의 두께가 너무 얇아, 메쉬가 노출되어 내부 단락의 위험이 있다. 반대로, 권취 양극(230)의 두께가 3mm를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 인하여 권취가 어렵고, 양극 활물질층의 저항이 커져서 전기적 출력 특성이 저하된다.
이러한 권취 양극(230)은 양극 집전체(232), 커런트 컬렉터(236) 및 탄성 부재(238)를 포함한다.
양극 집전체(232)는 적어도 2회 이상 권취되어, 내부 중심부에 중공을 갖는다.
커런트 컬렉터(236)는 양극 집전체(232)의 적어도 일면에 부착되며, 헤더(250)에 체결되는 헤더 핀(260)에 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 커런트 컬렉터(236)는 알루미늄, 니켈, 스테인리스 스틸, 티타늄, 탄탈륨 및 니오븀 중 선택된 1종 이상의 금속 재질로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
탄성 부재(238)는 양극 집전체(232)의 중공 부분에 배치되어, 적어도 2회 이상 권취되는 양극 집전체(232) 상호 간을 고정시킨다. 이러한 탄성 부재(238)는 양극 집전체(232)의 중공 부분에 끼움 결합 형태로 결합되어, 양극 집전체(232)를 물리적으로 고정시키게 된다. 즉, 탄성 부재(238)는 양극 집전체(232)의 중공 부분에 끼움 결합되어, 외측으로 작용하는 복원력에 의해 물리적으로 양극 집전체(232)에 외력을 가하여 양극 집전체(232)를 안정적으로 고정시키게 된다. 이러한 탄성 부재(238)로는 탄성을 갖는 금속 재질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 일 예로 판 스프링이 이용될 수 있다.
세퍼레이터(240)는 리튬 음극(220) 및 권취 양극(230) 사이에 배치된다. 이러한 세퍼레이터(240)는 리튬 음극(220) 및 권취 양극(230) 사이에 배치되어, 리튬 음극(220)과 권취 양극(230) 간을 전기적으로 분리시킨다. 이때, 세퍼레이터(240)의 재질로는 유리섬유(glass fiber), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF), 폴리비닐리덴클로라이드(PVDC), 폴리 아크릴로니트릴(PAN), 폴리아크릴아미드(PAAm), 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리설폰, 폴리에테르술폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 셀룰로오스계 고분자 및 폴리아크릴계 고분자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 고분자를 이용하여 제조된 미세 다공성 필름이 이용될 수 있다. 또한, 세퍼레이터(240)는 다공성 필름을 중합시킨 다층 필름이 이용될 수도 있다.
헤더(250)는 케이스(210)의 상측을 덮어 밀봉한다. 이러한 헤더(250)는 케이스(210)와 점 용접, 레이저 용접 등에 의해 접합될 수 있다. 이때, 헤더(250)는 유리(270)와 결합되어 있을 수 있으며, 헤더(250)의 중앙 부분에는 헤더 핀(260)이 체결되어 있을 수 있다.
또한, 도면으로 상세히 나타내지는 않았지만, 헤더(250)에는 전해액을 함침시키기 위한 전해액 주입구(미도시)가 구비될 수 있다.
이때, 본 발명에서는 상측이 개방되는 케이스(210)의 내벽에 리튬 음극(210) 및 세퍼레이터(240)를 부착한 후, 리튬 음극(210) 및 세퍼레이터(240)가 부착된 케이스(210)의 내부 중심부에 적어도 2회 이상 권취된 권취 양극(230)을 삽입하게 된다. 이후, 케이스(210)의 상측을 헤더(250)로 용접한 후, 헤더(250)의 전해액 주입구를 통하여 케이스(210)의 내부에 전해액을 함침시킨 후, 최종적으로 마감재인 서브볼(미도시)로 용접하여 밀봉하게 된다.
이때, 헤더(250)의 하면에는 상부 절연판(245)이 더 배치되어 있을 수 있다. 이러한 상부 절연판(245)은 케이스(210) 내부의 전해액이 새는 것을 방지함과 더불어 권취 양극(230)의 커런트 컬렉터(236)와 리튬 음극(220) 간이 전기적으로 단락되는 것을 방지하는 역할을 한다.
한편, 도 5는 도 3의 권취 양극의 제조 과정을 설명하기 위한 모식도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 권취 양극(230)은 양극 집전체(232)와, 양극 집전체(232)의 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층(234)과, 양극 집전체(232)의 적어도 일면에 부착된 커런트 컬렉터(236)를 포함한다.
이때, 양극 집전체(232)로는 금속박, 익스팬디드 메탈, 펀칭 메탈, 니켈 메쉬 등이 이용될 수 있으며, 이중 니켈 메쉬로 형성된 것을 이용하는 것이 바람직하다.
그리고, 양극 활물질층(234)은 활성탄, 도전재 및 바인더를 용제와 함께 각각 혼합기에서 혼합하여 슬러리화한 후, 이 슬러리를 양극 집전체(232)에 콤마 코터(comma coater) 등을 이용한 코팅 방법에 의해 얇게 도포한 후, 대류건조하여 용제를 증발시켜 양극 집전체(232)에 부착시키는 것에 의해 형성될 수 있다.
여기서, 활성탄은 목분계(hard wood), 야자수계, 코코넛계, 석유피치계 및 페놀계 중 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다. 그리고, 도전재는 슈퍼-P(Super-P), 케첸 블랙, 탄소 분말, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 그라파이트 등의 도전성 분말을 포함할 수 있으며, 이 중 탄소 분말을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 바인더는 이종의 바인더를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 바인더는 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE), 고무계 수지 및 아크릴계 수지가 함께 첨가된 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 바인더의 부 바인더로 셀룰로오즈계 수지, 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF)를 포함하는 불소계 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에딜렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)를 포함하는 열가소성 수지와, 카복시메틸셀룰로우즈(CMC) 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 상측이 개방되는 케이스의 내벽에 리튬 음극 및 세퍼레이터를 부착한다.
다음으로, 리튬 음극 및 세퍼레이터가 부착된 케이스의 내부 중심부에 적어도 2회 이상 권취된 권취 양극을 삽입한다.
이때, 권취 양극은 니켈 메쉬로 이루어진 양극 집전체에 탄소 분말을 코팅시킨 양극 활물질층으로 이루어진 것을 이용하는 것이 바람직하다.
본 단계에서, 권취 양극은 양극 집전체의 적어도 일면에 부착되어, 헤더 핀에 연결된 커런트 컬렉터와, 양극 집전체의 중공 부분에 배치되어, 적어도 2회 이상 권취되는 양극 집전체 상호 간을 고정시키는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
이때, 권취 양극은 0.1 ~ 3mm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 탄성 부재는 양극 집전체의 중공 부분에 끼움 결합 형태로 결합되어, 양극 집전체를 물리적으로 고정시키게 된다. 즉, 탄성 부재는 양극 집전체의 중공 부분에 끼움 결합되어, 외측으로 작용하는 복원력에 의해 물리적으로 양극 집전체에 외력을 가하여 양극 집전체를 안정적으로 고정시키게 된다. 이러한 탄성 부재로는 탄성을 갖는 금속 재질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 일 예로 판 스프링이 이용될 수 있다.
다음으로, 케이스의 상측을 헤더로 덮은 후, 전해액을 주입하고 밀봉한다. 즉, 케이스의 상측을 헤더로 용접한 후, 헤더의 전해액 주입구를 통하여 케이스의 내부에 전해액을 함침시킨 후, 최종적으로 마감재인 서브볼(미도시)로 용접하여 밀봉하게 된다.
상기의 과정에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지가 제조될 수 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법은 니켈 메쉬에 탄소 분말을 코팅시킨 양극 집전체를 권취시킨 권취 양극을 케이스의 내부 중심부에 배치시킨 탄성 부재로 고정시키는 것에 의해, 종래의 바빈형 리튬일차전지에 비하여 전기적 출력 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법은 리튬 음극, 세퍼레이터 및 양극을 모두 권취하는 것이 아니라, 양극만을 권취시킨 권취 양극을 적용하는 것에 의해, 리튬 음극 및 세퍼레이터에는 형상 변경이 없으므로, 종래의 바빈형 리튬일차전지 보다 전기적으로 출력 특성을 향상시킬 수 있으면서도 전기화학적 용량에는 변화가 없게 된다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 및 그 제조 방법은 케이스의 내부 중심부에 적어도 2회 이상 권취되는 권취 양극의 삽입으로, 전극 면적이 극대화되어 전기적 출력 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 리튬일차전지 제조
실시예 1
상측이 개방되는 케이스의 내벽에 리튬 음극 및 세퍼레이터를 부착한 후, 리튬 음극 및 세퍼레이터가 부착된 케이스의 내부 중심부에 5회 권취된 0.3mm의 두께를 갖는 권취 양극을 삽입하였다.
이때, 권취 양극으로는 니켈 메쉬로 이루어진 양극 집전체에 탄소 분말을 코팅시킨 양극 활물질층으로 이루어진 것을 이용하였다. 또한, 권취 양극은 양극 집전체의 일면에 부착된 커런트 컬렉터와, 양극 집전체의 중공 부분에 배치되어, 적어도 2회 이상 권취되는 양극 집전체 상호 간을 고정시키는 탄성 부재를 포함하는 것을 이용하였다.
다음으로, 케이스의 상측을 헤더로 용접한 후, 헤더의 전해액 주입구를 통하여 케이스의 내부에 전해액을 주입하고 밀봉하여 리튬일차전지를 제조하였다.
실시예 2
1.0mm의 두께를 갖는 권취 양극을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬일차전지를 제조하였다.
실시예 3
3.0mm의 두께를 갖는 권취 양극을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬일차전지를 제조하였다.
비교예 1
상측이 개방되는 케이스의 내벽에 리튬 음극 및 세퍼레이터를 부착한 후, 리튬 음극 및 세퍼레이터가 부착된 케이스의 내부 중심부에 그래뉼 성형 방식에 의해 원기둥 형상으로 성형된 양극을 삽입하였다.
다음으로, 케이스의 상측을 헤더로 용접한 후, 헤더의 전해액 주입구를 통하여 케이스의 내부에 전해액을 주입하고 밀봉하여 리튬일차전지를 제조하였다.
2. 물성 평가
도 7은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬일차전지에 대한 방전 경과에 따른 폐회로전압 값을 측정하여 나타낸 그래프이다. 이때, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 리튬일차전지는 항온항습기 제품을 이용하여 25℃의 온도에서 방전 전압을 측정하였다. 방전 전압은 Maccor사(社)의 4000series 방전기를 이용하여 200mA의 전류 조건으로 평가하였다.
도 7에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따라 제조된 리튬일차전지는 200mA의 정전류 방전 실시 후, 50sec 경과 후의 폐회로 전압이 대략 3.1V에 불과하였다.
이와 달리, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 리튬일차전지는 200mA의 정전류 방전 실시 후, 50sec 경과 후의 폐회로 전압이 대략 3.37V, 3.40V, 3.43V으로 각각 측정된 것을 확인할 수 있다.
위의 실험 결과로부터 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 리튬일차전지는 비교예 1에 따라 제조된 리튬일차전지에 비하여 전기적 출력 특성이 확연하게 개선된 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
200 : 리튬일차전지 210 : 케이스
220 : 리튬 음극 230 : 권취 양극
232 : 양극 집전체 234 : 양극 활물질층
236 : 커런트 컬렉터 238 : 탄성 부재
240 : 세퍼레이터 250 : 헤더
260 : 헤더 핀

Claims (10)

  1. 상측이 개방되며, 내부에 전해액이 함침되는 케이스;
    상기 케이스의 내벽에 부착된 리튬 음극;
    상기 케이스의 내부 중심부에 배치되며, 적어도 2회 이상 권취된 권취 양극;
    상기 리튬 음극 및 권취 양극 사이에 배치된 세퍼레이터; 및
    상기 케이스의 상측을 덮어 밀봉하는 헤더;를 포함하며,
    상기 권취 양극만이 상기 케이스의 내부 중심부에 권취되어 삽입되고, 상기 리튬 음극 및 세퍼레이터는 미권취된 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 권취 양극은
    적어도 2회 이상 권취되어, 내부 중심부에 중공을 갖는 양극 집전체; 및
    상기 양극 집전체의 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양극 집전체는 니켈 메쉬로 형성되고,
    상기 양극 활물질층은 탄소 분말로 형성된 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 권취 양극은
    0.1 ~ 3mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 권취 양극은
    상기 양극 집전체의 적어도 일면에 부착되며, 상기 헤더에 체결되는 헤더 핀에 연결된 커런트 컬렉터; 및
    상기 양극 집전체의 중공 부분에 배치되어, 적어도 2회 이상 권취되는 양극 집전체 상호 간을 고정시키는 탄성 부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성 부재는
    상기 양극 집전체의 중공 부분에 끼움 결합 형태로 결합되어, 상기 양극 집전체를 고정시키는 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지.
  7. (a) 상측이 개방되는 케이스의 내벽에 리튬 음극 및 세퍼레이터를 부착하는 단계;
    (b) 상기 리튬 음극 및 세퍼레이터가 부착된 케이스의 내부 중심부에 적어도 2회 이상 권취된 권취 양극을 삽입하는 단계; 및
    (c) 상기 케이스의 상측을 헤더로 용접한 후, 상기 헤더의 전해액 주입구를 통하여 상기 케이스의 내부에 전해액을 주입하고 밀봉하는 단계;를 포함하며,
    상기 권취 양극만이 상기 케이스의 내부 중심부에 권취되어 삽입되고, 상기 리튬 음극 및 세퍼레이터는 미권취된 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 권취 양극은
    니켈 메쉬로 이루어진 양극 집전체에 탄소 분말을 코팅시킨 양극 활물질층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 권취 양극은
    0.1 ~ 3mm의 두께로 형성한 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 권취 양극은
    상기 양극 집전체의 적어도 일면에 부착되며, 상기 헤더에 체결되는 헤더 핀에 연결된 커런트 컬렉터; 및
    상기 양극 집전체의 중공 부분에 배치되어, 적어도 2회 이상 권취되는 양극 집전체 상호 간을 고정시키는 탄성 부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 출력 특성을 향상시킨 리튬일차전지 제조 방법.
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