KR19990074885A - 리튬이온 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬이온 전지에 관한 것으로, 방전과정 중 환원반응 및 산화반응을 하는 양극 활성물질 및 음극 활성물질과, 이온의 통로가 되는 전해질 층과, 상기 양극 활성물질 및 상기 음극 활성물질에 접하여 전자의 이동통로가 되는 양극 집전체 및 음극 집전체를 포함하여 이루어진 리튬이온 전지에 있어서, 상기 양극 집전체 및 음극 집전체는 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지로 성형되어 알루미늄 및 구리 등으로 무전해 도금되는 것을 특징으로 한다. 즉, 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 전하이동의 통로가 되는 양극 집전체 및 음극 집전체를 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지를 사용함과 동시에 구리 및 알루미늄 등으로 무전해 도금하므로써, 상기 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 전하이동이 상하좌우방향의 3차원적으로 이루어질 수 있게 되어, 큰 부하 즉, 대전류의 충방전이 가능하며, 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 이용율도 크게 할 수 있으며, 국부적인 과충전 및 과방전을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 전지의 수명을 더욱 연장할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Description

리튬이온 전지
본 발명은 리튬이온 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 전하이동의 통로가 되는 양극 집전체 및 음극 집전체를 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지를 사용한 리튬이온 전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬이온 전지는 음극 활성물질로 반응성이 강한 리튬 또는 리튬합금을 사용하거나, coke, graphite 등의 carbon powder를 많이 사용하고 있다.
이와 같은 리튬이온 전지는 방전과정 중 음극에서 리튬이온과 전자로 분해되며 전자는 전선을 따라 전지에 연결된 부하에 전달되어 전지의 양극으로 유입되게 되고, 리튬이온은 전해질쪽으로 나아가게 된다. 이때 전해질에 이온상으로 존재하는 알칼리금속인 리튬이온이 양극 활성물질과 외부 전선을 통해 공급된 전자와 함께 반응하여 전지반응 생성물을 만들게 된다.
한편, 상기 양극 활성물질의 예로써 LiCoO2, LiNiO2또는 LiMnO4를 주로 하고, 전도성 카본과 이들을 결합시키는 바인더로 이루어진 것이 많이 사용되고 있다.
상기 기능을 갖는 일반적인 리튬이온 전지의 구조를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 리튬이온 전지를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 통상의 리튬이온 전지(100)는, 방전과정 중 환원반응을 하는 양극 활성물질(110)과, 방전과정 중 산화반응을 하는 음극 활성물질(120)과, 상기 양극 활성물질(110) 및 음극 활성물질(120) 사이에 위치하여 방전과정 중 전자 및 이온의 통로가 되는 전해질 층(130)과, 상기 양극 활성물질(110)의 상면에 위치된 양극 집전체(140)와, 상기 음극 활성물질(120)의 하면에 위치된 음극 집전체(150)로 이루어진다.
이때, 상기 양극 활성물질(110)은 원하는 출력에 따라 LiCoO2, LiNiO2또는 LiMn2O4계열이나 FeS2계열 등에서 선택하여 사용할 수 있는 것으로 방전과정 중에는 양극으로 들어오는 전자를 받아 양극 활성물질(110)과 전해질 층(130)의 사이 부근에서 환원반응을 수행하게 된다.
그리고, 상기 음극 활성물질(120)은 리튬이온 전지(100)에서는 주로 리튬박판이나 리튬합금박판 또는 coke나 graphite 등의 carbon powder가 사용되며, 방전과정 중 리튬이온 및 전자로 되는 산화반응을 일으켜 부하에 전자를 공급하게 된다.
또한, 상기 전해질 층(130)은 리튬이온 전지(100)에서 방전과정 중 이온의 통로역할을 수행하게 된다.
한편, 상기 양극 집전체(140) 및 음극 집전체(150)는 알루미늄이나 구리의 포일 등을 이용하여 사용하는 데, 이러한 양극 집전체(140) 및 음극 집전체(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 상하면이 막힌 형상으로 성형되어 상기 양극 활성물질(110) 및 음극 활성물질(120)의 전하이동을 가능하게 하는 기능을 수행한다.
그런데, 종래 기술에 따른 리튬이온 전지(100)는 양극 집전체(140) 및 음극 집전체(150)가 상하면이 막힌 형상으로 성형되므로 인하여 전극반응 시 양극 활성물질(110) 및 음극 활성물질(120)의 전하이동 면적이 2차원적으로 한정되는 문제점이 있었다.
또한, 양극 활성물질(110) 및 음극 활성물질(120) 자체의 전기 전도도 역시 한정된 일정한 값을 가지므로 대전류의 충방전 시 전하의 이동이 원활하지 못하고, 국부적인 과충전 및 과방전이 발생하여 전극의 성능이 크게 저하되는 커다란 단점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 그 목적으로 하는 바는 양극 집전체 및 음극 집전체를 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지를 사용하므로써, 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 전하이동이 상하좌우방향의 3차원적으로 이루어질 수 있도록 한 리튬이온 전지를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 리튬이온 전지를 나타내는 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 리튬이온 전지의 양극 집전체 또는 음극 집전체를 나타내는 개략 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 리튬이온 전지의 양극 집전체 또는 음극 집전체를 나타내는 개략 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 리튬이온 전지 110 : 양극 활성물질
120 : 음극 활성물질 130 : 전해질 층
140 : 양극 집전체 150 : 음극 집전체
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 방전과정 중 환원반응 및 산화반응을 하는 양극 활성물질 및 음극 활성물질과, 이온의 통로가 되는 전해질 층과, 상기 양극 활성물질 및 상기 음극 활성물질에 접하여 전자의 이동통로가 되는 양극 집전체 및 음극 집전체를 포함하여 이루어진 리튬이온 전지에 있어서, 상기 양극 집전체 및 음극 집전체는 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지로 성형되어 알루미늄 및 구리 등으로 무전해 도금되는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 리튬이온 전지의 바람직한 실시예를 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 리튬이온 전지의 양극 집전체 또는 음극 집전체를 나타내는 개략 단면도이고, 종래 구성과 동일 작용을 하는 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호를 병기 사용하기로 하고, 그에 대한 상세한 설명은 설명상의 번잡함을 피하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 통상의 리튬이온 전지(100)는, 방전과정 중 환원반응을 하는 양극 활성물질(110)과, 방전과정 중 산화반응을 하는 음극 활성물질(120)과, 상기 양극 활성물질(110) 및 음극 활성물질(120) 사이에 위치하여 방전과정 중 이온의 통로가 되는 전해질 층(130)과, 상기 양극 활성물질(110)의 상면에 위치된 양극 집전체(140)와, 상기 음극 활성물질(120)의 하면에 위치된 음극 집전체(150)로 이루어진다.
이때, 상기 양극 집전체(140) 및 음극 집전체(150)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지로 성형됨과 동시에 알루미늄 및 구리 등으로 무전해 도금되어 이루어진다.
여기서, 상기 구성으로 이루어진 양극 집전체(140) 및 음극 집전체(150)는 양극 활성물질(110) 및 음극 활성물질(120)의 전하이동이 상하좌우방향의 3차원적으로 이루어질 수 있게 되어, 큰 부하 즉, 대전류의 충방전이 가능하며, 양극 활성물질(110) 및 음극 활성물질(120)의 이용율도 크게 할 수 있는 작용이 있음을 알 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 리튬이온 전지에 의하면, 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 전하이동의 통로가 되는 양극 집전체 및 음극 집전체를 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지로 성형하므로써, 상기 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 전하이동이 상하좌우방향의 3차원적으로 이루어질 수 있게 되어, 큰 부하 즉, 대전류의 충방전이 가능하며, 양극 활성물질 및 음극 활성물질의 이용율도 크게 할 수 있으며, 국부적인 과충전 및 과방전을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 전지의 수명을 더욱 연장할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 방전과정 중 환원반응 및 산화반응을 하는 양극 활성물질 및 음극 활성물질과, 이온의 통로가 되는 전해질 층과, 상기 양극 활성물질 및 상기 음극 활성물질에 접하여 전자의 이동통로가 되는 양극 집전체 및 음극 집전체를 포함하여 이루어진 리튬이온 전지에 있어서,
    상기 양극 집전체 및 음극 집전체는 상하좌우방향으로 통공이 형성된 대략 수세미 형상의 다공성(多孔性)의 고분자 수지로 성형되어 알루미늄 및 구리 등으로 무전해 도금되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지.
KR1019980008778A 1998-03-16 1998-03-16 리튬이온전지 KR100304374B1 (ko)

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KR100737165B1 (ko) * 2005-02-23 2007-07-10 주식회사 엘지화학 향상된 리튬이온 이동도 및 전지용량의 이차전지

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