KR20000066873A - 리튬이차전지 - Google Patents

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Abstract

리튬이차전지를 개시한다. 본 발명은 알루미늄폼으로 된 양극집전체와, 상기 집전체의 적어도 일면에 형성되는 양극쉬트를 가지는 양극과, 구리폼으로 된 음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 형성되는 음극쉬트를 가지는 음극과, 상기 양극과 음극사이에 설치되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터를 포함한다.

Description

리튬이차전지{lithum secondary battery}
본 발명은 리튬이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극과 음극을 구성하는 집전체의 구조가 개선된 리튬이차전지에 관한 것이다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 가능한 전지로서, 이른바 3C제품으로 불리워지는 셀룰라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더등 첨단 전자기기분야에서 널리 통용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서 전자장비전원으로 많이 사용되는 니켈-카드늄전지나 니켈-수소전지의 3배에 해당되며, 단위중량당 에너지밀도가 우수하다는 점에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와, 고분자전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬-이온전지, 고분자전해질을 사용하는 경우는 리튬-폴리머전지라고 한다.
여기서, 리튬이차전지는 여러 가지 형상으로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 리튬-폴리머전지는 유연성을 지녀 그 형상이 비교적 자유롭다. 이에따라, 최근 들어서는 리튬-폴리머전지가 안전성과 형상의 자유도가 뛰어나고, 무게가 가볍다는 측면에서 휴대용 전자기기의 슬림화 및 경향화에 유리하다고 할 수 있다.
도 1은 종래의 리튬이차전지에서 전극조립체를 절개하여 일부를 확대도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 상기 전극조립체는 양극(11)과 음극(12)이 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 적층되어 있다. 상기 양극(11)에는 박막의 알루미늄호일로 된 양극집전체(anode collector,14)가 마련되고, 상기 양극집전체(14)의 적어도 일면에는 양극활물질을 주성분으로 하여 바인더, 도전재, 및 가소재가 함유된 양극쉬트(15)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 음극(12)에는 양극(11)의 구조와 마찬가지로 구리호일로 된 음극집전체(cathode collector,16)가 마련되고, 상기 음극집전체(16)의 적어도 일면에는 음극활물질과 첨가재로 된 음극쉬트(17)가 부착되어 있다.
상기 양극쉬트(15)와 음극쉬트(17)는 상기 양극집전체(14)와 음극집전체(16)에 라미네이팅(laminating) 공법으로 열과 압력을 가하여 융착시킨 것이다. 이와같이 구성된 양극(11)과 음극(12)으로부터 가소재(plasticizer)를 취출하고, 상기 가소재가 취출된 공간에 전해질(electrolyte)을 함침시켜 제조하게 된다.
이때, 상기 양극집전체(14)나 음극집전체(16)는 통상적으로 다수개의 구멍을 형성시킨 펀치드 메탈(punched metal)나, 박막의 금속재를 스트레치시켜서 개구공을 형성시킨 익스펜디드 메탈(expended metal)을 사용한다.
그런데, 상기 양극집전체(14)와 음극집전체(16)로서 익스펜디드 메탈을 사용하는 경우에는 전지의 연속공정시 상기 익스펜디드 메탈의 연장방향과 인장력이 가해지는 방향이 상호 일치하기 때문에 상기 양극집전체(14)와 음극집전체(16)의 연신으로 인한 영구변형이 발생하는 경향이 있다. 또한, 상기 집전체(14)(16)에 전극쉬트(15)(17)를 라미네이팅 공법으로 부착하고 소정의 크기로 절단하는 경우 절단되는 부위가 침상형으로 길게 뻗게 되어 양극(11)과 음극(12)의 단락을 발생시킨다.
한편, 펀치드 메탈을 사용할 경우에는 형성되는 구멍이 너무 작게되어 가소재의 취출이 원할하지 않게 되거나, 그 반대로 구멍이 너무 큰 경우에는 가소재의 취출성은 개선되는 반면에 전기전도도가 저하되는 단점이 있다. 이로인하여, 극판(11)(12)의 수율이 좋지않게되어 전지성능에도 악영향을 끼치게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 양극집전체와 음극집전체의 구조를 개선하여 전지의 수율을 향상시킨 리튬이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1의 종래의 리튬이차전지의 전극조립체의 일부를 확대도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 리튬이차전지의 구성을 개략적으로 도시한 부분분해사시도,
도 3은 도2의 전극조립체의 일부를 확대도시한 사시도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명＞
11,25. 양극 12,26. 음극
14,32. 양극집전체 15,33. 양극쉬트
16,34. 음극집전체 17,35. 음극쉬트
20. 이차전지 21. 케이스
24. 전극조립체
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 측면에 따른 리튬이차전지는,
제1금속재 폼으로 된 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 형성되고, 양극활물질을 주성분으로 하는 양극쉬트를 가지는 양극;
제2금속재 폼으로 된 음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 형성되고, 음극활물질을 주성분으로 하는 음극쉬트를 가지는 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 설치되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1금속재는 알루미늄 폼인 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 제2금속재는 구리 폼인 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 리튬이차전지의 일 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 리튬이차전지(20)를 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 상기 리튬이차전지(20)에는 케이스(21)가 마련된다. 상기 케이스(21)는 내부에 공간부(22a)가 마련된 하부케이스(22)와, 상기 하부케이스(22)와 일체 또는 분리형으로 마련되어 상호 밀폐가능한 상부케이스(23)를 구비한다. 그리고, 상기 공간부(22a)에 삽입되는 전극조립체(24)가 마련된다.
상기 전극조립체(24)에는 양극(25)과 음극(26)과 세퍼레이터(27)가 적층되어 있고, 상기 양극(25)과 음극(26)의 일단부로부터는 각각의 극판(25)(26)으로부터 복수개의 양극탭(28)과 음극탭(29)이 인출되고, 상기 양극탭(28)과 음극탭(29)에는 각각 소정길이를 가지고 상기 상하부케이스(22)(23)가 밀폐시 외부로 인출되는 양극단자(30)와 음극단자(31)가 형성되어 있다. 여기서, 추후 기술될 상기 양극(25)과 음극(26)에 구비되는 양극집전제와 음극집전체는 다공성의 소재로 이루어져 있다.
보다 상세하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 양극(25)은 박막의 알루미늄호일로 된 양극집전체(32)와, 상기 양극집전체(32)의 적어도 일면에 부착되는 리튬산화물로 된 양극활물질을 주성분으로 하여 바인더, 도전재 및 가소재등이 함유된 양극쉬트(33)를 구비한다.
또한, 상기 음극(26)은 박막의 구리호일로 된 음극집전체(34)와, 상기 음극집전체(34)의 적어도 일면에 코팅되는 탄소재로 된 음극활물질 및 첨가재를 함유하는 음극쉬트(35)를 포함한다.
그리고, 상기 양극(25)과 음극(26) 사이에는 세퍼레이터(27)가 개재되어 있다.
여기서, 상기 양극집전체(32)는 알루미늄폼(Al foam) 형태로 제조된다. 즉, 양극집전체(32)는 스폰지구조의 다공성으로서, 다수개의 개구공(32a)이 집전체(32)의 표면과 내부로 형성되어 있다. 이 개구공(32a)에는 압착시 양극활물질층이 충진된다. 또한, 상기 음극집전체(34)는 구리폼(Cu foam) 형태로 제조가능하는 것이 바람직하고, 다수개의 개구공(34a)이 형성되어 있다. 이 개구공(34a)에는 음극쉬트(35)의 음극활물질층등이 충진된다.
상기와 같은 구성을 가지는 리튬이차전지(20)에서 상기 전극조립체(24)를 제조하기 위해서는 양극활물질층을 주성분으로 하는 양극쉬트(33)를 개구공(32a)이 다수개 형성된 양극집전체(32)의 일면 또는 양면에 닥터블레이드(doctor blade) 방식으로 도포하고, 압입식이나 진공식으로 형성시킨다. 이때, 상기 개구공(32a)에는 양극활물질등이 충진된다.
또한, 상기 양극(25)을 제조하는 방법과 동일한 방법으로, 음극활물질이 함유된 음극쉬트(35)를 음극집전체(34)상에 부착시킬 수 있다. 이와 같이 완성된 양극(25)과 음극(26)은 세퍼레이터(27)를 사이에 두고 적층시키고, 소정 크기로 절단하여 제조할 수 있다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명의 리튬이차전지는 다공성을 가지는 스펀지구조의 알루미늄이나 구리폼 소재를 양극집전체와 음극집전체로 사용함에 따라, 양극집전체와 음극집전체상에 부착되는 양극활물질과 음극활물질의 충전율이 크게 향상된다. 또한, 버어나 집전체 선단부에 침상형의 결함이 발생하지 않게 되어서 양극과 음극의 전기적 단락을 방지할 수 있다. 이에 따라, 전지의 수명과 고율특성이 뛰어나게 되어 전지성능이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 제1금속재 폼으로 된 양극집전체와, 상기 양극집전체의 적어도 일면에 형성되고 양극활물질을 주성분으로 하는 양극쉬트를 가지는 양극;
    제2금속재 폼으로 된 음극집전체와, 상기 음극집전체의 적어도 일면에 형성되고 음극활물질을 주성분으로 하는 음극쉬트를 가지는 음극; 및
    상기 양극과 음극 사이에 설치되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속재는 알루미늄 폼인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2금속재는 구리 폼인 것을 특징으로 하는 리튬이차전지.
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