KR19990051073A - 리튬 2차전지의 전극판 제작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 2차전지의 전극판 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다. 일반적인 리튬 이온전지 셀은 양극판/분리막/음극판을 포개서 사용하며 리튬 고분자 셀에서는 양극판/전해질막/음극판의 접합으로 구성된다. 이들 세 층으로 이루어진 단위 셀을 감아서 팩 속에 채워 전지를 형성한다. 그러나 이 경우 양극판, 전해질막, 음극판 각각을 제조해야 하며, 또한 이들 각 층을 재현성 있고 항상 용량이 일정하도록 제작하는 공정과 세 층을 모두 접합시켜야 하는 공정상의 어려움도 있다. 리튬 2차전지의 양극판과 음극판의 집전체로는 금속 포일이나 그리드 형의 확장 금속(Expanded metal) 포일을 사용되며 전지의 무게 및 에너지 밀도는 높이기 위하여 확장금속 포일을 사용할 경우 직접 양극과 음극에 슬러리를 도포하면 확장 금속의 구멍으로부터 압력을 받기 때문에 균일한 극판을 제작하기에는 어려움이 있다. 그러나 새로이 고안된 리튬 2차전지의 양극과 음극의 제작 공정은 극 제작을 위한 slurry 만을 이동 막(carrier film)위에 직접 도포하고 확장 금속 포일의 양면에 이들을 접합(lamination)시킴으로써 항상 막의 두께가 일정하고 용량이 균일한 극판을 제작할 수 있다.

Description

리튬 2차전지의 전극판 제작방법
본 발명은 리튬 2차전지의 극판 제작 공정 개선에 관한 것으로, 특히 계면 저항을 줄이면서 극판의 두께와 용량이 일정한 재현성있는 극판을 제작하여 전지 제작 시의 수율을 증가 시키는데 그 목적이 있다.
일반적인 리튬 이온전지 셀은 양극판/분리막/음극판을 포개서 사용하며 리튬 고분자 셀에서는 양극판/전해질막/음극판의 접합으로 구성된다. 이들 세 층으로 이루어진 단위 셀을 감아서 팩 속에 채워 전지를 형성한다. 그러나 이 경우 양극판, 전해질막, 음극판 각각을 제조해야 하며, 또한 이들 각 층을 재현성 있고 항상 용량이 일정하도록 제작하는 공정과 세 층을 모두 접합시켜야 하는 공정상의 어려움도 있다. 리튬 2차전지의 양극판과 음극판의 집전체로는 금속 포일이나 그리드 형의 확장 금속(Expanded metal) 포일을 사용되며 전지의 무게 및 에너지 밀도를 높이기 위하여 확장금속 포일을 사용할 경우 직접 양극과 음극에 슬러리(slurry)를 도포하면 확장 금속의 구멍으로부터 압력을 받기 때문에 균일한 극판을 제작하기에는 어려움이 있다.
이와같이 기존의 전지 전극 제작 공정에서는 금속 포일이나 기공이 50% 이상이 되는 그리드형 확장금속 집전체 위에 양극 또는 음극 슬러리를 직접 도포하고 건조하여 양극 또는 음전극 판을 제작한다.
그러나 그리드형 확장 금속에 슬러리를 직접 도포할 경우 슬러리가 확장금속 위를 밀려가면서 확장금속의 기공으로부터 압력이 형성되어 기공 속으로 슬러리가 충분히 함침되지 못하고 건조시킬 경우 요철이 형성된다. 이는 충분히 함침된 경우와 함침되지 않은 부분에 슬러리 양이 일정하지 않고 따라서 극판의 두께를 일정하게 제작할 수 없는 원인이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 리튬 고분자 2차전지의 극판 제작 공정에 있어서, 특히 계면 저항을 줄이면서 극판의 두께와 용량이 일정한 재현성있는 극판을 제작시켜 극판 제작 시의 수율을 증가 시키기 위한 것이다.
본 발명에서 제안한 제작 공정은 기존의 극판 제작 공정 중 집전체 위에 극막을 직접 제작하여 극판 수율을 일정하게 조절할 수 없는 공정을 피하고 극막/집전체/극막을 접합함으로써 항상 두께 및 용량이 일정하고 재현성있는 극판을 제작할 수 있어 전지 제작 시 수율 향상을 도모할 수 있고 또한 전지의 용량 감소와 수명 단축의 단점을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 리튬 폴리머 2차전지 극판에 대한 모식도.
도 2는 리튬 2차전지의 극판 제작 공정을 위한 대한 모식도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
1 : 집전체 (그리드형 금속 포일) 2 : 양극 또는 음극 자유지지 막
3 : 이형막(운송 막) 4 : 풀기 롤
5 : 감기 롤 6 : 접합 롤(laminator)
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 양전극판과 음전극판을 접합하는 공정을 설명하기 위한 도면으로서, 이에 도시된 바와같이, 우선 슬러리를 제조하고 도포기를 이용하여 이형막 위에 슬러리를 일정한 두께로 도포하고 건조 시킨다. 여기서 이형막은 상기 슬러리에 의해 제조되는 자유지지막을 지지하기 위한 운송막으로서 전극막 접합시에 이형막에서 자유지지막을 분리시켜 전극막을 접합시킨다.
이 과정은 오디오나 비디오 테이프의 자성체 도포와 같은 방식이다. 이렇게 이형 막 위에 슬러리를 도포시켜 2개의 롤로 제작한 후, 가운데에 집전체(1)를 두고 그 집전체(1)의 양면에 이형 막에서 분리된 자유지지 극막(2)을 열에 의하여 접합 시키면 일정한 두께의 극판을 형성한다.
도 2는 본 발명에 의한 전극판 제조 공정을 설명하기 위한 계통도로서, 전극용 슬러리를 이형막(3) 위에 일정하게 도포시켜 자유지지막(2)을 형성하고, 이를 롤(4)로 구성하며, 아울러 집전체(1)도 롤(4)로 구성한다. 그리고, 상기 이형막(3)위에 자유지지막(2)이 형성된 롤에서 이형막(3)과 자유지지막(2)을 분리시켜 이형막(3)은 뒷쪽의 감기롤(5)로 감고, 두개의 자유지지막(2)과 집전체(1)는, 집전체(1)를 사이에 두고 상하면에 자유지지막(2)이 접합되도록 접합롤(6)에 공급된다. 접합롤(6)에서는 열에의해 집전체(1)의 상하면에 자유지지막(2)을 열압착시켜 부착하고, 그 부착된 전극판을 감기롤(5)에서 감아서 전극판을 제조하게 된다.
이때, 자유지지막을 구성하는 슬러리에는 고분자가 함유되어 있어 열에 의한 접합 시 고분자가 유연하게 되고 양쪽에 있는 극막 간의 계면이 없는 완전 단일막으로 접합된다. 도 1에는 접합전과 후의 전극 구조를 도식적으로 보여주고 있다.
상기의 제작 공정은 기존의 극판 제작 공정 중 집전체 위에 극막을 직접 제작하여 극판 수율을 일정하게 조절할 수 없는 공정을 피하고 극막/집전체/극막을 접합함으로써 항상 두께 및 용량이 일정하고 재현성있는 극판을 제작할 수 있어 전지 제작 시 수율 향상을 도모할 수 있고 또한 전지 용량의 감소와 수명의 단축의 단점을 개선시킬 수 있다.
일반적인 리튬 2차전지 셀의 구조는 양극/전해질/음극으로 구성되며 특히 고분자 2차전지의 경우는 양극/전해질/음극의 접합으로 구성된다. 본 발명에서 제작한 극판 제작 공정은 도포 공정과 접합 공정으로 구성되기 때문에 기존의 접합 공정을 그대로 이용할 수 있으며 기존의 극판 제작 공정 중 집전체 위에 극막을 직접 제작함으로써 극판 수율을 일정하게 조절할 수 없는 공정상의 문제점을 피하고 극막/집전체/극막을 접합함으로써 항상 두께 및 용량이 일정하고 재현성있는 극판을 제작할 수 있어 전지 제작 시 수율 향상을 도모할 수 있고 또한 전지 용량의 감소와 수명의 단축의 단점을 개선시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 이형 막위에 슬러리를 일정한 두께로 도포, 건조시켜 자유지지 전극막을 제작하고, 그 이형막과 자유지지막을 분리시켜 자유지지막-집천체-자유지지막 구조로 접합하여 전극판을 제작하는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지의 전극판 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 집전체를 사이에 두고 양쪽에 자유지지 전극막을 부착하는 방법은,
    직접 열에 의하여 라미네이션 (lamination)시켜 전극판을 제작하는 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지의 전극판 제작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리튬 2차전지의 전극판 제작 방법은,
    상기 이형막 위에 슬러리를 도포하여 건조시킨 후 이를 2개의 롤로 제작하고, 집전체 금속을 롤로 제작하며, 상기 2개의 롤 사이에 상기 집전체 금속 롤을 배치하며 상기 2개의 롤에서 이형막과 자유지지막을 분리시켜 2개의 자유지지막 사이에 집전체 금속이 배치되게 하여 접합롤에 공급하여 그 접합롤레서 열과 압력을 이용하여 열압착시키는 것을 특징으로 하는 리튬 2차전지의 전극판 제작 방법.
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KR101049826B1 (ko) * 2009-11-23 2011-07-15 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
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