KR19990066306A - 충전용 리튬 2차전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근래들어 새로운 전지로 각광을 받고 있는 충전용 리튬 2차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 기존의 방법에 의해 제조된 리튬 2차전지 보다 수명이나 성능을 향상시키기 위해 안출된 것이다.
본 발명은 구체적으로 양극활물질(1)과 집전체(2)로 구성된 양극판과 음극활물질(3)과 집전체(2)로 구성된 음극판에 고분자 전해질(4)을 코팅한 후 코팅된 양극판과 음극판 사이에 플라스틱 재질의 세퍼레이터(5)를 넣고 적층시켜 제조한 단위 셀을 와인딩하여 제조하는 것을 특징으로 하는 충전용 리튬 2차전지의 제조법에 관한 것으로서, 이와 같이 제조함에 의해 수명이 크게 향상되는 등의 성능 향상을 도모할 수 있다.

Description

충전용 리튬 2차전지의 제조방법
본 발명은 충전용 리튬 2차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 넣고 적층시켜 제조함에 의해 전지의 성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
리튬 고분자 전지는 양극과 음극, 그리고 고분자 전해질의 열을 가한 롤을 통과하면서 적층하는 것으로 알려져 있다. 또한, 리튬 고분자 전지는 이온 전지보다 안전성면에서 월등한 우위를 가지고 있는 것으로서, 이러한 고분자 전지를 제조하는 방법에 대한 여러 제안들이 알려져 있다.
예를 들어, 각각의 전극(양극과 음극) 제조시에 리튬염을 함유한 상태에서 슬러리를 만들어 코팅 건조한 후, 역시 필름 형태로 제조된 리튬염을 함유하는 고체 전해질을 사이에 두고 열을 가한 롤을 통과시키면서 적층하는 방법이 있으며, 또한 리튬염을 함유하지 않은 상태로 각각 전극의 슬러리를 만들어 코팅 건조한 후, 마찬가지로 리튬염을 함유하지 않은 고체 전해질을 사이에 두고 적층한 후, 적층된 셀은 추출액에 의해 가소제 부분을 추출하고 액체액에 담근 후 건조시키는 제조공정이 알려져 있는데, 이러한 공정들은 미국특허 5,456,000과 5,470,357에 상세히 설명되어 있다.
이외에도 전극과 고체전해질과의 계면저항을 줄이면서, 전지 성능을 향상시킬 수 있는 여러 가지의 방법들이 연구되고 있다. 그러나, 상기 방법들은 성능이나 수명등에서 그리 만족할 만한 수준에는 이르지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 공정상의 효율을 높이고 전극과 전해질 사이에서의 계면저항을 줄임에 의해 성능이나 수명등이 우수한 리튬 2차전지의 제조법을 제공하는 것을 그 목적으로 한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 2차전지의 제조공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 양극판 2 : 집전체
3 : 음극판 4 : 고분자 전해질
5 : 세퍼레이터
본 발명은 양극판과 음극판에 고분자 전해질을 코팅하는 공정과 상기 코팅된 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 라미네이팅하는 공정을 거쳐 만들어지는 양극판/세퍼레이터/음극판의 적층된 단위셀을 와인딩하여 제조하는 것을 특징으로 하는 충전용 리튬 2차전지에 관한 것이다.
이하에서 첨부된 도면에 의거 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 리튬 2차전지의 양극판은 양극활물질(1)과 집전체(2)로 구성되고, 음극판은 음극활물질(3)과 집전체(2)로 구성되는데, 양극활물질로는 LiMO2(여기서 M은 Co, Ni, Mn 등의 금속), LiMn2O4, Li(Ni0.5Co0.5)O2등이 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있으며, 음극활물질로는 흑연 등의 탄소질 재료가 사용된다.
그리고, 상기 활물질들의 코팅용 슬러리는 1몰 이하의 농도를 지닌 액체상태로 제공되고, 이들의 바인더로 사용가능한 고분자로는 PVdF 호모폴리머, PVdF 코폴리머, PVA, PVS, 우레탄아크릴레이트, PAN 등이 있으며, 용매로는 N-메틸피롤리돈(NMP), m-크레졸, 프로필렌카보네이트(PC) 등이 단독 또는 혼합되어 사용된다.
본 발명에서는 상기와 같이 집전체(2)에 활물질 등의 코팅용 슬러리를 코팅하여 제조된 양극판(1)과 음극판(3)을 적층된 양극판과 음극판 사이에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 플라스틱 물질로 만든 세퍼레이터(5)를 넣고 적층시켜 단위셀을 제조한다. 이때 극판의 코팅을 위해 사용되는 고분자 전해질(4)은 바인더로 활물질들의 코팅에 사용된 고분자 물질들을 사용하고, 용매로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 감마부티로락톤, 테트라-하이드로퓨란(THF), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세토니트릴, 디메톡시에탄 등이 사용되며, 전해 물질로 LiClO4, LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3등의 리튬염을 1몰 이하의 농도로 조절한 것으로서, 이온전도도가 10-2∼10-4Sm 범위에 있도록 제조하여 사용한다.
이하에서 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 좀더 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
LiCoO2를 양극 활물질로 이용하고, 흑연을 음극 활물질로 사용하면서 바인더로는 PVdF 코폴리머, LiPF6리튬염과 용매로 NMP를 이용하여 코팅 슬러리를 만들었다. 이렇게 만들어진 슬러리를 각각 알루미늄과 구리 박판위에 코팅하고(코팅두께 : 80㎛) 프레싱 하였다. 이후 200℃ 이상에서 건조된 극판은 0.5M의 농도를 가지는 고분자 전해질로 코팅하여 적층하였다. 이렇게 코팅된 전극판은 적어도 4시간 이상을 100℃ 이상의 대류오븐에서 건조하였다. 이어서, PE(폴리에틸렌)로 만들어진 세퍼레이터를 두 코팅된 극판 사이에 두고 라미네이션하여 400㎛ 두께의 단위셀을 제조하였다. 이 단위셀을 액체 전해질하에서 충방전 시험을 실시한 결과, 3.76V 정도의 초기방전전위를 나타냈으며, 수명은 50회 이상을 나타내었다.
[비교예 1]
실시예 1에서 PE로 만들어진 세퍼레이터를 라미네이션 하는 공정을 실시하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 제조된 단위셀을 충반전 시험을 실시한 결과 초기방전전위는 3.76V 정도 이었고 수명은 28회 이었다.
상기 실시예 및 비교예에서도 확인되듯이 본 발명에 의해 세퍼레이터를 양극판과 음극판 사이에 넣고 적층시켜 제조된 단위셀을 기존의 단위셀에 비해 수명이 현저히 증대되는 장점을 지니기 때문에 충전용 리튬 2차전지로서 유용하다.

Claims (2)

  1. LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, Li(Ni0.5Co0.5)O2중에서 선택된 단독 또는 혼합의 양극활물질(1)과 집전체(2)로 구성되는 양극판과 흑연 또는 기타 탄소질 재료로 된 음극활물질(3)과 집전체(2)로 구성되는 음극판에 LiClO4, LiPF6, LiAsF6, LiCF3SO3등의 리튬염을 1몰 이하의 농도로 함유하고 이온전도도가 10-2∼10-4Sm 범위에 있는 고분자 전해질(4)을 코팅한 후 상기 코팅된 양극판과 음극판 사이에 플라스틱 재질의 세퍼레이터(5)를 넣고 적층시켜 제조된 단위셀을 와인딩하는 것을 특징으로 하는 충전용 리튬 2차전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 세퍼레이터는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 재질로 하여 제조된 것임을 특징으로 하는 충전용 리튬 2차전지의 제조방법.
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