KR19990030556A - 리튬전지셀의 고체전해질 계면형성방법 - Google Patents

리튬전지셀의 고체전해질 계면형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬전지셀의 고체전해질계면 형성방법에 관한 것으로, Li2CO3/K2CO3가 2:1비로 혼합된 공융혼합물을 전해질에 졸화시켜 리튬극판위에 고르게 도포시킨 후, CO2가스를 대략 10cc/min 속도로 24시간정도 불어넣어 LiCO 와 Li2CO2의 계면을 생성하게 되므로써, 리튬전지의 안정적인 수명을 보장하고, 전지내부에서 급작스런 단락이나 부가반응이 적게 발생하는 한편, 전압영역이 평탄화되는 등의 전지성능이 개선되는 효과가 있다.

Description

리튬전지셀의 고체전해질 계면형성방법(Method of making a solid surface interface in a lithum battery cell)
본 발명은 리튬폴리머 2차전지셀의 적층방법에 관한 것으로 특히, 전극과 격리막 역할을 하는 고체 폴리머 사이의 계면저항을 최화하므로써 전지성능을 향상시키게 해주는 리튬폴리머 2차전지셀의 적층방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬폴리머 2차전지는 양극과 음극 사이에 폴리머 전해질을 끼워넣고 그 외부를 집전체, 외장재 순으로 씌운 구조로 되어 있다.
이때 상기 폴리머전해질은 통상 모노마, 유기용제, 전해질염 등 3종류의 물질을 혼합해 사용하고, 양극에는 LiCoO2를 사용하고, 음극에는 탄소재료를 주로 사용하게 된다.
리튬폴리머 2차전지의 장점은 우선 고체나 겔상태의 폴리머를 사용하기 때문에 두께를 1mm이하로 줄일 수 있는 등 제작할 수 있는 두께에서 리튬이온2차전지보다 크게 앞서고, 또한 안정성면에서도 전해질을 점성이 높은 겔상태의 고체폴리머를 사용하기 때문에 전지에 구멍이 나도 용액이 흘러나오지 않아 리튬이온 2차전지와 같은 발화위험이 거의 없는 것이다.
이러한 리튬폴리머 전지셀의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이 구리포일(11)과, 이 구리포일(11)의 상부에 음극활물질막(13)이 적층된다.
또한, 상기 음극활물질막(13)위에 전해질격리막(15)을 적층한 후, 양극활물질막(17)이 적층되며, 이 양극활물질막(17)위에 알루미늄포일(19)이 적층되어져 있다.
이러한 리튬폴리머전지셀의 종래의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 전지셀을 구성하는 구리포일(11), 음극활물질(13), 전해질격리막(15), 양극활물질막(17) 및 알루미늄포일(19)을 소정온도로 가열되는 오븐(20)내에서 두 개의 압축롤(21, 22) 사이로 동시에 주입하여 통과시키면서 압축하여 제조하고 있었다.
또 다른 종래의 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 1단계로 구리포일(11)과 음극활물질(13)을 2개의 롤(23, 24)로 압축 합판하여 음극판을 제조하고, 알루미늄포일(19)과 양극활물질(17)을 2개의 롤(25, 26)으로 압축합판하여 양극판을 제조한다.
그리고 이어서 상기 음극판과 양극판을 전해질격리막(15)을 사이에 두고 120℃의 온도로 가열하면서 다시 2개의 롤(27, 28)로 압축합판하여 제조하고 있었다.
그러나 이러한 종래의 제조방법에 의하면 전지셀의 각 층을 모두 고체 상태에서 서로 압축합판시키기 때문에 각 층간의 긴밀한 결합이 이루어지지 않아 계면저항이 존재하기 때문에 전지성능이 열화되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 전극과 격리막사이의 계면저항을 최소화시켜주도록 직접 리튬극판위에 고체전해질계면을 형성하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬전지셀의 고체전해질계면형성방법은, Li2CO3/K2CO3가 2:1비로 혼합된 공융혼합물을 전해질에 졸화시켜 리튬극판위에 고르게 도포시킨 후, CO2가스를 대략 10cc/min 속도로 24시간정도 불어넣어 LiCO 와 Li2CO2의 계면을 생성하게 된 것을 특징으로 한다.
이같은 방법에 의해 형성된 리튬전지는 안정적인 전지수명을 유지할 수 있고, 내부에서 급작스런 단락이나 부가반응이 적게 발생하는 한편, 전압영역이 평탄화되는 효과가 있다.
도 1 은 일반적인 리튬폴리머 2차전지셀의 층상구조를 도시한 사시도,
도 2 는 종래의 2차전지셀의 적층방법을 도시한 도면,
도 3은 또다른 종래의 2차전지셀의 적층방법을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
리튬극판을 음이온으로 하는 전지에서는 리튬극판과 고체 전해질 사이에 일정한 계면을 형성하게 되고, 이 계면은 전해질의 종류에 따라 생성되는 신가, 두께가 각기 다르게 된다.
따라서, 본 발명에서는 이 리튬극판에 고체전해질계면을 형성하기 위해 Li2CO3/K2CO3가 혼합된 공융혼합물을 사용하는 데, 그 혼합비는 Li2CO3/K2CO3가 대략 2:1비로 되는 것이 바람직하다.
그리고, 이 공융혼합물을 전해질 예컨대 탄산에틸렌(EC) 또는 탄산프로필렌(PC)에 용해시켜 졸상태로 만든다.
이어서, 상기 졸상태로 존재하는 Li2CO3/K2CO3의 공융혼합물을 리튬극판의 표면에 소정의 두께로 졸코팅한다.
그리고, 이 졸코팅된 리튬극판을 이산화탄소 공급원이 부착된 밀폐된 챔버에 넣고, CO2가스를 대략 10cc/min 속도로 24시간정도 불어넣게 된다.
이렇게 되면, 리튬극판위에 LiCO 와 Li2CO2중 어느하나로 된 고체전해질계면을 생성하게 된다.
이같은 방법에 의해 형성된 리튬극판을 사용하는 리튬전지는 안정적인 전지수명을 유지할 수 있고, 내부에서 급작스런 단락이나 부가반응이 적게 발생하는 한편, 전압영역이 평탄화되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. Li2CO3/K2CO3가 2:1비로 혼합된 공융혼합물을 전해질에 졸화시켜 리튬극판위에 고르게 도포시킨 후, CO2가스를 대략 10cc/min 속도로 24시간정도 불어넣어 LiCO 와 Li2CO2의 계면을 생성하게 된 것을 특징으로 하는 리튬전지셀의 고체전해질계면형성방법.
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