KR20000065814A - 각형 리튬 2차 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 제조 방법은 양극판과 음극판 사이에 격리판이 형성된 전극 조립체를 가진 각형 리튬 2차 전지의 제조 방법이다. 이 방법은 복수의 격리판들과 상기 격리판들의 폭보다 좁은 폭의 양극판과 음극판을 마련하는 단계를 포함한다. 다음에 격리판들 사이에 양극판과 음극판을 교대로 삽입하여 적층한다. 다음에 격리판들의 길이 방향의 양 측부를 가열에 의하여 밀봉함으로써 전극 조립체를 형성한다. 그리고, 형성된 전극 조립체를 전해액에 적신 후 케이스에 삽입하여 밀봉한다.

Description

각형 리튬 2차 전지의 제조 방법 {Method for manufacturing lithium secondary battery of prismatic type}
본 발명은 각형(Prismatic type) 리튬 2차 전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 양극판과 음극판 사이에 격리판(separating film)이 형성된 전극 조립체를 가진 각형 리튬 2차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
각형 리튬 2차 전지의 전극 조립체 형성 공정에 있어서, 종래에는, 격리판들 사이에 양극판과 음극판을 교대로 삽입하여 적층시킨 후, 적층된 판들을 가열된 롤 사이로 통과시킴으로써 서로 압착(lamination)시킨다. 이와 같이 압착을 수행한 이유는 다음 공정의 수행을 위하여 각 판들이 서로 분리되지 않고 일체화되게 하기 위함이다.
그러나, 상기 압착 공정이 수행됨에 따라, 그 다음 공정에서 전해액을 밀착된 전극 조립체 내에 침투시켜야 하는 문제점이 있다. 이 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 양극판과 음극판의 형성 공정에서 각 집전체의 표면에 도포되는 혼합 용액에 상대적으로 높은 조성비의 가소제가 첨가되었다. 통상적인 경우, 약 20 퍼센트(%)의 조성비를 가진다. 이와 같이 가소제를 첨가한 이유는 각 판 사이의 접착 정도를 높이고, 전극 조립체 형성 후 가소제를 추출(extraction)함으로써 얻어지는 공간에 전해액을 침투시키기 위함이다.
요약하면, 상기와 같은 종래의 제조 방법에 의하면 압착 공정이 필요함에 따라 다음과 같은 문제점들이 발생된다. 첫째, 압착에 의하여 각 판 사이의 계면 저항이 커지므로, 계면 저항에 의하여 불필요한 에너지가 소모된다. 둘째, 음극판과 양극판을 도포하는 데 사용되는 혼합 용액에 상대적으로 높은 조성비의 가소제가 첨가되므로, 활물질의 조성비가 상대적으로 낮아진다. 이에 따라, 각형 리튬 2차 전지의 출력 용량 및 수명이 저하된다. 셋째, 압착 공정 및 가소제 추출 공정이 수반되어야 하므로, 각형 리튬 2차 전지의 생산성이 낮아진다.
본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 내부적 소모 에너지가 줄어들고 출력 용량 및 수명이 향상되는 각형 리튬 2차 전지를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 그 생산성도 높일 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제조 방법에 따라 격리판들, 양극판들과 음극판이 형성되어 적층된 상태를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 적층체의 양측면이 밀봉되어 형성된 전극 조립체를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 전극 조립체의 쌍이 완성되어 케이스 안에 넣어지는 상태를 보여주는 사시도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
101, 102, 103, 104, 10...격리판, 111, 112...양극판,
12...음극판, 111a, 112a, 16...양극탭,
12a, 19...음극탭, 14...전극 조립체쌍,
15...케이스, 17...양극 단자,
18...음극 단자.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 제조 방법은, 양극판과 음극판 사이에 격리판이 형성된 전극 조립체를 가진 각형 리튬 2차 전지의 제조 방법이다. 이 방법은 복수의 격리판들과 상기 격리판들의 폭보다 좁은 폭의 양극판과 음극판을 형성하는 단계를 포함한다. 다음에 상기 격리판들 사이에 양극판과 음극판을 교대로 삽입하여 적층한다. 다음에 상기 격리판들의 길이 방향의 양 측부를 가열에 의하여 밀봉함으로써 전극 조립체를 형성한다. 그리고 형성된 전극 조립체를 전해액에 적신 후 케이스에 삽입하여 밀봉한다.
상기 본 발명의 제조 방법에 의하면, 상기 격리판들의 길이 방향의 양 측부가 가열에 의하여 밀봉되므로, 다음 공정의 수행을 위하여 각 판들이 서로 분리되지 않고 일체화될 수 있다. 따라서, 종래와 같이 압착 공정을 수행할 필요가 없다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에서는 두 개의 전극 조립체들로써 한 개의 각형 리튬 2차 전지를 제조하는 경우에 대해서 설명된다. 여기서, 단위 전극 조립체는 제1, 제2, 제3 및 제4 격리판이 순서대로 적층되고, 제1 및 제2 격리판들 사이에 제1 양극판이 삽입되며, 제2 및 제3 격리판들 사이에 음극판이 삽입되고, 제3 및 제4 격리판들 사이에 제2 양극판이 삽입되는 구조를 가진다. 따라서 이와 같은 구조의 전극 조립체를 2 개 제조하려면, 8 개의 격리판들, 4 개의 양극판들, 그리고 2 개의 음극판들을 형성하여야 한다.
도 1은 단위 전극 조립체를 제조하기 위하여 4 개의 격리판들(101, 102, 103, 104), 2 개의 양극판들(111, 112), 그리고 1 개의 음극판(12)이 형성되어 적층된 상태를 보여준다. 여기서, 제1 및 제2 격리판들(101, 102) 사이에 제1 양극판(111)이 삽입되며, 제2 및 제3 격리판들(102, 103) 사이에 음극판(12)이 삽입되고, 제3 및 제4 격리판들(103, 104) 사이에 제2 양극판(112)이 삽입된다.
제2 및 제3 격리판들(102, 103)의 원판은 이온 전도도가 높은 불화폴리비닐리덴/헥사플로로프로필렌(Polyvynylidene Fluoride/Hexa Fluoro Propylene) 및 염화폴리비닐 중에서 어느 하나로 형성한다. 이에 반하여, 제1 및 제4 격리판들(101, 104)의 원판은 강도(强度)가 높은 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 형성한다. 이와 같은 원판들의 표면에 다음과 같은 조성비를 가진 혼합 용액이 도포되어 건조됨으로써 격리판들(101, 102, 103, 104)이 완성된다. 도포된 혼합 용액의 조성비는 바인더 32 퍼센트(%), 가소제 42 퍼센트(%), 그리고 첨가제 26 퍼센트(%)이다. 여기서 바인더와 가소제는 원판의 기계적 물성을 적절히 조정하기 위한 물질이다. 한편, 첨가제는 원판의 이온 전도성을 높이기 위한 물질이다. 각 성분을 용해시키기 위한 용매로서 아세톤(Acetone)을 사용한다.
제1 및 제2 양극판들(111, 112)의 원판 즉, 집전체는 알루미늄으로 형성한다. 이 집전체의 표면에 다음과 같은 조성비를 가진 혼합 용액이 도포되어 건조된다. 도포된 혼합 용액의 조성비는 활물질 83.5 퍼센트(%), 바인더 10 퍼센트(%), 그리고 도전제 6.5 퍼센트(%)이다. 이와 같이 본 발명에 따른 양극판들(111, 112)의 도포 물질에는 가소제가 포함되지 않는다. 혼합 용액이 도포되어 건조된 후, 전단부를 펀칭하여 도려냄으로써 양극탭(111a, 112a)이 형성된다.
음극판(12)의 원판은 구리로 형성한다. 이 원판의 표면에 다음과 같은 조성비를 가진 혼합 용액이 도포되어 건조된다. 도포된 혼합 용액의 조성비는 활물질 76.75 퍼센트(%), 바인더 10 퍼센트(%), 그리고 도전제 3.25 퍼센트(%)이다. 이와 같이 본 발명에 따른 음극판(12)의 도포 물질에는 가소제가 포함되지 않는다. 혼합 용액이 도포되어 건조된 후, 전단부를 펀칭하여 도려냄으로써 음극탭(12a)이 형성된다.
상기와 같이 각 판들을 적층한 후, 격리판들(101, 102, 103, 104)의 길이 방향(도 1의 화살표 방향)의 양 측부를 가열에 의하여 밀봉함으로써 전극 조립체를 형성한다. 도 2는 도 1의 적층체의 양측면이 밀봉되어 형성된 전극 조립체를 보여준다. 도 2에서 도 1과 동일한 부호는 동일한 부재를 가리킨다. 도 2를 참조하면, 격리판들(10)의 길이 방향의 양 측부가 가열에 의하여 밀봉되므로, 다음 공정의 수행을 위하여 각 판들이 서로 분리되지 않고 일체화될 수 있다. 따라서, 종래와 같이 압착 공정을 수행할 필요가 없다. 한편, 각 판들의 일체화 정도를 보다 높이려면 격리판들(10)의 배면을 가열에 의하여 밀봉시킨다.
상기와 같은 전극 조립체는 단위 전지를 제조하기 위하여 2 개가 형성된다. 다음에, 클립을 사용하여 형성된 두 전극 조립체들을 서로 밀착시킨 후, 테이프나 고무밴드로써 묶는다. 다음에, 케이스 외부로 돌출될 양극 단자와 음극 단자를 양극 탭들과 음극 탭들에 용접시킨다.
양극 및 음극 단자들이 형성된 전극 조립체쌍은 상응하는 전해액에 3 시간 동안 담궈진다. 여기서, 전지 셀의 각 전극 조립체는 압착 공정이 수행되지 않고 형성되어 있으므로, 전해액이 충분히 침투될 수 있다. 전해액의 침투가 완료된 전극 조립체쌍의 외부를 잘 닦은 후, 케이스 안에 넣어 밀봉함으로써 각형 리튬 2차 전지의 제조가 완료된다.
도 3은 도 2의 전극 조립체의 쌍(14)이 완성되어 케이스(15) 안에 넣어지는 상태를 보여준다. 도 3을 참조하면, 테이프 또는 고무밴드에 의하여 묶여진 전극 조립체쌍(14)의 양극 탭들(16)과 음극 탭들(19)이 함께 꺾여진 상태에서 양극 단자(17)와 음극 단자(18)에 용접되어 있다. 완성된 전극 조립체쌍(14)이 케이스(15) 안에 넣어진 후 케이스(15)가 밀봉되면, 양극 단자(17)와 음극 단자(18)가 케이스(15)의 외부로 돌출된다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 각형 리튬 2차 전지의 제조 방법에 의하면, 격리판들의 길이 방향의 양 측부가 가열에 의하여 밀봉되므로, 다음 공정의 수행을 위하여 각 판들이 서로 분리되지 않고 일체화될 수 있다. 즉, 종래의 제조 방법과 같이 압착 공정을 수행할 필요가 없으므로, 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다. 첫째, 압착에 의한 각 판 사이의 계면 저항이 줄어지므로, 계면 저항에 의한 에너지 소모를 줄일 수 있다. 둘째, 음극판과 양극판을 도포하는 데 사용되는 혼합 용액에 가소제를 첨가할 필요가 없으므로, 활물질의 조성비를 상대적으로 높일 수 있다. 이에 따라, 각형 리튬 2차 전지의 출력 용량 및 수명을 증배시킬 수 있다. 셋째, 압착 공정 및 가소제 추출 공정이 수행되지 않으므로, 각형 리튬 2차 전지의 생산성이 높아진다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 변형 및 개량될 수 있다.

Claims (6)

  1. 양극판과 음극판 사이에 격리판이 형성된 전극 조립체를 가진 각형 리튬 2차 전지의 제조 방법에 있어서,
    복수의 격리판들과 상기 격리판들의 폭보다 좁은 폭의 양극판과 음극판을 형성하는 단계;
    상기 격리판들 사이에 양극판과 음극판을 교대로 삽입하여 적층하는 단계;
    상기 격리판들의 길이 방향의 양 측부를 가열에 의하여 밀봉함으로써 전극 조립체를 형성하는 단계; 및
    형성된 전극 조립체를 전해액에 적신 후 케이스에 삽입하여 밀봉하는 단계를 포함한 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극판과 음극판을 형성하는 단계에서,
    제1, 제2, 제3 및 제4 격리판이 순서대로 적층되고, 상기 제1 및 제2 격리판들 사이에 제1 양극판이 삽입되며, 상기 제2 및 제3 격리판들 사이에 음극판이 삽입되고, 상기 제3 및 제4 격리판들 사이에 제2 양극판이 삽입되는 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 양극판과 음극판을 형성하는 단계에서,
    상기 제2 및 제3 격리판들의 원판 재질이 불화폴리비닐리덴/헥사플로로프로필렌(Polyvynylidene Fluoride/Hexa Fluoro Propylene) 및 염화폴리비닐 중에서 어느 하나인 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 양극판과 음극판을 형성하는 단계에서,
    상기 제1 및 제4 격리판들의 원판 재질이 폴리에틸렌(Polyethylene)인 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체가 복수 개로 형성되고, 형성된 전극 조립체들이 적층되어 묶여진 상태에서 상기 전해액에 적셔지는 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전극 조립체들이 서로 밀착되도록 묶여지는 제조 방법.
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