KR20000075255A - 리튬 폴리머 전지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

리튬 폴리머 전지(Lithium Polymer battery) 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 리튬 폴리머 전지는, 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 적층되어 구비된 전극조립체; 소정 깊이로 인입되게 형성되어 상기 전극조립체가 안착되고, 인입된 가장자리 내측벽면이 소정 각도의 구배로 형성된 공간부를 갖는 하부 케이스; 및 상기 공간부를 밀폐하며 상기 하부케이스와 실링되는 상부 케이스;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전지가 콤팩트해질 수 있으며, 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

리튬 폴리머 전지 및 그 제조방법{Lithium Polymer battery and method for manufacturing the same}

본 발명은 리튬 폴리머 전지(Lithium Polymer battery)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지의 성능을 향상시키기 위하여 구조 및 그 제조방법이 개선된 리튬 폴리머 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 충방전이 가능한 2차전지(secondary battery)중 리튬 2차전지는, 전자기기의 전원으로서 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄(Ni-Cd) 전지나, 니켈-수소(Ni-Mh) 전지보다 작동전압이 3배에 해당되고, 단위 중량당 에너지밀도가 우수하다는 점과, 셀룰라 폰(cellular phone), 노트북 컴퓨터, 및 캠코더 등 휴대용 전자기기에 효과적으로 이용될 수 있도록 많은 연구개발이 진행되고 있다. 특히, 2차전지는 니켈- 카드늄전지(nickel cadium battery), 연축전지, 니켈 수소전지(nickel metal hydride battery), 리튬 이온전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지( lithium polymer battery), 금속 리튬 전지, 공기 아연축전지 등의 다양한 종류가 있다.

상기 전지들중 리튬 전지는 작동전압이 3.6 V로서 전자기기의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드늄(Ni-Cd) 전지나, 니켈-수소(Ni-MH) 전지에 비해 수명이 3배이며, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 점에서 급속도로 신장되고 있다. 그리고 리튬 2차전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 부른다.

그리고 리튬 2차전지는 여러 가지 형상으로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬-이온 전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 리튬-폴리머 전지는 안정성과 형상의 자유도가 뛰어나고, 중량이 가벼워 휴대용 전자기기의 슬림화 및 경량화를 이루는 데 있어서 다른 어떠한 전지보다도 유리하다.

또한 리튬 폴리머 전지는 양극과 음극에 폴리머(polymer)와 가소제(plasticizer)를 넣어 전극판을 제조한 후, 상기 가소제를 추출하여 형성된 빈 공간에 액체 전해질을 주입한다. 그리고 상기 전극판들은 종이처럼 얇아, 이들을 적층하므로서 박형 전지의 제조가 가능하고, 무게도 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 전지의 크기와 외관 디자인을 다양하게 실시할 수 있다.

도 1에는 리튬 폴리머 전지의 일 실시예를 나타낸 부분 분해 사시도가 개략적으로 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 리튬 폴리머 전지는, 전극조립체(20)와, 이 전극조립체(20)가 삽입되는 공간부(32)가 형성된 하부 케이스(31)와, 상기 하부 케이스(31)의 일측 가장자리와 연결되어 상기 전극조립체(20)가 삽입되는 하부 케이스(31)의 공간부(32)를 밀폐하는 상부 케이스(33)를 포함한다.

상기 전극조립체(20)는, 양극판(21)과 음극판(22)이 세퍼레이터(23)를 사이에 두고 적층되며, 상기 각 양극판(21)의 일측에는 이로부터 연장되는 양극탭(26a)이 형성되고, 상기 각 음극판(22)에는 상기 양극탭(26a)과 대응되는 측에 음극탭(24a)이 형성된다. 상기 각 양극판(21)에 형성된 양극탭(26a)들은 상호 접합되는 양극탭군(26)을 이루고 상기 음극판(21)으로부터 동일 방향으로 인출된 음극탭(24a)들은 상호 접합되어 음극탭군(24)을 이룬다. 그리고 상기 양극탭군(26)과 음극탭군(24)에는 각각 소정 길이를 가지는 양극단자(25)와 음극단자(27)가 각각 용접된다.

상술한 바와 같이 구성된 전극조립체는 하부 케이스(31)의 공간부(32)에 삽입시 양극탭군(26)과 음극탭군(24)은 V자 형으로 절곡되어 상기 공간부(32)의 일측 내벽에 밀착된다. 그리고 상기 양극탭군(26) 및 음극탭군(24)과 접합된 양극단자(25)와 음극단자(27)는 하부 케이스(31)와 상부 케이스(33)의 접합부에 개재되어 상부 및 하부 케이스(33, 31)의 외부로 인출된다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 리튬 폴리머 전지는, 상기 전극조립체(20)를 알루미늄으로 이루어진 하부 케이스(31)의 공간부(32)에 삽입하고 상부 및 하부 케이스(33, 31)에 열융착을 가해 접합함으로써 제조가 이루어진다. 이러한 상부 및 하부 케이스(33, 31)는 상기 공간부(32)가 넓은 면적을 차지하고, 이 공간부(32)에 전극조립체(20)를 정확한 위치에 놓기 힘들다. 다시 말해, 상기 공간부(32)의 데드 스페이스(dead space)가 많이 발생한다. 그리고 상기 공간부(32)를 밀폐한 후 그 내부에서 가스가 발생하게 되고 이에 따라 전지가 팽창하게 된다. 또한 상기 하부 케이스(31) 성형시 공간부(32)의 벽면과 모서리 부분에 성형불량 예컨대 찢김이나 구김 등이 발생되는데 이는 전지 조립후 전해액의 누액 발생의 원인이 된다. 이러한 요인들에 의해 결국 전지의 성능을 저하시키는 원인을 제공하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 케이스의 찢김이나 구김 등의 성형불량과 데드 스페이스 등이 발생되지 않도록 하여 성능이 향상될 수 있도록 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법과 이 제조방법에 의해 제조된 리튬 폴리머 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 리튬 폴리머 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 부분 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 부분 분해 사시도.

도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조방법의 순서를 설명하기 위한 플로우 챠트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101. 외장재 110. 상부 케이스

120. 하부 케이스 121. 공간부

121a. 내측벽면 121b. 모서리부

122. 가스저장부 123. 연결통로

130. 전극조립체 131. 양극판

132. 음극판 133. 세퍼레이터

134. 양극탭 135. 음극탭

136. 양극탭군 137. 양극탭

138. 양극단자 139. 음극단자

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 폴리머 전지는, 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 적층되어 구비된 전극조립체; 소정 깊이로 인입되게 형성되어 상기 전극조립체가 안착되고, 인입된 가장자리 내측벽면이 소정 각도의 구배로 형성된 공간부를 갖는 하부 케이스; 및 상기 공간부를 밀폐하며 상기 하부케이스와 실링되는 상부 케이스;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 폴리머 전지의 제조방법은, (a) 플랙시블한 소재로 이루어진 전지의 외장재를 준비하는 단계; (b) 상기 외장재의 일측에 소정 깊이로 인입되게 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 적층되어 이루어진 전극조립체가 안착될 수 있도록 하는 공간부와, 상기 공간부의 일측에 상기 공간부로부터 소정 가스가 유출되어 저장되도록 하는 가스저장부와, 상기 공간부와 상기 가스저장부를 연결하는 연결통로를 각각 형성하는 단계; (c) 상기 전극조립체를 상기 공간부에 넣고 상기 외장재의 타측을 접어 상기 공간부, 상기 연결통로, 및 상기 가스저장부가 밀폐되도록 실링하는 단계; (d) 상기 공간부로부터 발생된 가스를 상기 가스저장부로 빼낸 후, 상기 연결통로가 밀폐되도록 재실링는 단계; (e) 상기 연결통로의 일측을 절단하여 상기 공간부로부터 상기 가스저장부가 분리되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 단계 (b)에서, 상기 공간부의 가장자리 내측벽면은 소정 각도의 구배가 형성되도록 성형하고, 상기 구배는 1.5。∼85。로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 단계 (b)에서, 상기 공간부의 각 모서리부는 상기 공간부의 인입되는 깊이의 50％ 이내 크기의 라운드가 형성되도록 성형된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지를 나타내 보인 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지는, 소정 크기의 공간부(121)가 형성된 하부 케이스(120)와, 상기 하부 케이스(120)의 가장자리 일측에 연장 또는 연결되어 상기 공간부(121)를 밀폐하는 상부 케이스(110)와, 상기 하부 케이스(120)의 공간부(121)에 삽입되어 안착되는 전극조립체(130)를 포함하여 구성된다.

상기 전극조립체(130)는 양극판(131)과 음극판(132)이 세퍼레이터(133)를 사이에 두고 적층되고, 상기 각 양극판(131)과 음극탭에는 그 일측이 대향되게 돌출되어 양극탭(134)과 음극탭(135)이 형성되며, 상기 양극탭(134)과 음극탭(135)들은 상호 접합되어 각각 양극탭군(136)과 음극탭군(137)을 이루고, 상기 양극탭군(136)과 음극탭군(137)에는 각각 양극단자(138)와 음극단자(139)가 각각 용접된다.

그리고 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 하나의 부재에 의해 이루어지고, 즉 상기 상부 케이스(110)와 하부 케이스(120)는 일체로 형성된다. 그리고 상기 공간부(131)의 각 내측벽면(121a)은 소정 각도로 구배가 형성되어 있고, 각 모서리부(131b)는 소정 크기의 라운드로 형성되어 있다. 상기 내측벽면(121a)의 구배는 상기 공간부(131)의 바닥면으로부터 점점 커져 공간부(131)의 입구에서 가장 큰 개구를 형성토록 형성된다. 상기 구배는 1.5。∼85。로 이루어지고, 상기 모서리부(131b)의 라운드는 상기 공간부(131)의 성형되는 깊이의 50％내로 성형되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 하부 케이스(120)의 공간부(131)에 상기 전극조립체(130)가 삽입된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조방법에 따른 공정도가 도 3 내지 도 7에 개략적인 사시도로 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조방법의 공정을 순차적으로 나타낸 플로우 챠트가 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 플랙시블(flexible)한 소재로 된 외장재(101)를 준비한다.(단계 71) 상기 외장재(101)는 Al 다층 필름으로 이루어지며, 나일론(Nylon), PE, Al, EAA, PET, PP 등의 다양한 소재의 판재형태로 이루어진다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 외장재(101)의 도 2 및 후술하는 도 5에 도시된 전극조립체(130)가 삽입되어 안착될 수 있도록 소정 크기로 형성되는 공간부(131)와, 상기 공간부(131)의 일측에는 이 공간부(131)에 안착된 전극조립체(130)로부터 발생되는 소정의 가스가 유출되어 저장되도록 하는 가스저장부(122)와, 상기 공간부(131)와 가스저장부(122)를 연결하여 상기 가스의 출입이 가능하도록 하는 연결통로(123)를 각각 형성한다.(단계 72)

상기 외장재(101)의 일측에는 공간부(131), 가스저장부(122), 및 연결통로(123)를 형성함으로써 하부 케이스(120)가 형성되고, 상기 외장재(101)의 타측 부분(점선부분)은 하부 케이스(120)의 공간부(131)를 밀폐하는 상부 케이스(110)가 된다. 특히 상기 하부 케이스(120)의 공간부(131)는 상기 외장재(101)의 일면으로부터 소정 깊이로 인입되어 형성되고, 이렇게 형성된 각 내측벽면(121a)은 소정 각도로 구배가 형성되도록 한다. 상기 구배는 공간부(131)의 바닥면으로부터 점점 커져 공간부(131)의 입구에서 가장 큰 개구를 형성토록 형성되고 그 구배는 1.5。∼85。로 이루어진다. 그리고 상기 공간부(131)의 각 모서리부(131b)는 라운드로 형성되고, 이 라운드는 공간부(131)의 성형깊이의 50％ 이내로 성형된다.

이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 양극판(131)들과 세퍼레이터(133)들 및 음극판(132)들이 순차적으로 적층되며 상기 양극판(131)들과 연결된 양극탭(134) 및 음극판(132)들과 연결된 음극탭(135)을 갖는 전극조립체(130)를 상기 공간부(131)에 밀착하여 넣는다. 특히, 상기 양극탭군(136)과 음극탭군(137)은 V자 형으로 절곡되어 공간부(131)의 내측벽면(131a)에 밀착되도록 하고 상기 양극탭군(136) 및 음극탭군(137)과 접합된 양극단자(138)와 음극단자(139)는 하부 케이스(120)와 상부 케이스(110)의 실링부에 개재되어 공간부(131)의 외부로 인출되도록 한다.

그리고 상기 외장재(101)의 일측을 접어 즉, 상기 하부 케이스(120)를 상부 케이스(110)의 상면으로 접어 상기 공간부(131), 상기 연결통로(123), 및 상기 가스저장부(122)가 밀폐되도록 상부 및 하부 케이스(110, 120)(120)의 가장자리를 실링한다.(단계 73) 그리고 전지에 전기에너지가 저장되도록 하는 충전을 실시한다.(단계 74) 이어서 상기 가스저장부(122)로 연결통로(123)를 통하여 공간부(131) 내의 가스를 빼낸다. 그리고 상기 연결통로(123)가 완전히 밀폐되도록 연결통로(123)를 재실링한다.(단계 75) 이와 같이 실링 및 충전이 완료된 상기 하부 케이스(120)의 배면이 나타나 보이도록 도시한 사시도인 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가스저장부(122)의 길이방향으로 연결통로(123)의 일측 즉 선 A-A를 따라 절단하여 상기 공간부(131)로부터 가스저장부(122)가 분리되도록 한다.(단계 76) 이러한 공정 단계들을 수행함으로써 도 7에 도시된 바와 같은, 하나의 전지가 완성된다.(단계 77)

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 이온 전지 및 그 제조방법의 작용을 설명하기로 한다. 여기서는, 일반적인 리튬 이온 전지 및 그 제조방법의 작용의 설명은 생략하고 본 발명에 따른 특징적인 작용만을 설명하기로 한다.

도 2를 다시 참조하면, 전극조립체(130)가 삽입되어 안착되는 하부 케이스(120)의 공간부(131)의 각 모서리에 공간부(131)의 성형되는 깊이의 50％내로 성형하고, 상기 공간부(131)의 내측벽면(131a)을 1.5。∼85。 정도의 구배로 성형함으로써 상기 공간부(131) 성형시 찢김이나 구김 등의 성형시 발생하는 문제점들을 방지할 수 있고, 상기 전극조립체(130)가 공간부(131)에 데드 페이스가 없이 잘 안착될 수 있다. 또한 공간부(131)의 내측벽면(131a)이 구배가 이루어져 전극조립체(130)의 삽입하는데 있어서 자유롭다.

그리고 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 외장재(101)를 준비하고 이 외장재(101)의 일측에 전극조립체(130)가 삽입되어 안착될 수 있도록 한 공간부(131), 이 공간부(131)로부터 배출되는 가스가 저장되는 가스저장부(122), 상기 공간부(131)와 가스저장부(122) 사이에서 이들을 연결하는 연결통로(123)가 각각 성형되어 이루어지는 하부 케이스(120)와, 이 하부 케이스(120)의 공간부(131)가 밀폐되도록 실링되는 상부 케이스(110)가 외장재(101)에 성형되도록 한다. 이때 상기 공간부(131)의 모서리 및 내측벽면(131a)은 전술한 바와 같은 치수로 성형한다. 그런 후 상기 공간부(131)에 전극조립체(130)를 삽입하여 안착시킨 후, 상기 상부 케이스(110)를 하부 케이스(120)쪽으로 접어 상기 공간부(131), 연결통로(123), 및 가스저장부(122)가 밀폐되도록 상부 및 하부 케이스(110, 120)를 실링한다.

실링을 실시한 후, 전지를 충전시키고, 상기 공간부(131) 내에서 발생되는 가스가 가스저장부(122)로 저장되면 가스저장부(122)를 통하여 가스를 뺀 후, 상기 연결통로(123)를 재실링한다. 이어서 선 A-A를 따라 절단한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 전극조립체가 삽입되어 안착되는 공간부의 내측벽면에 구배를 주고, 상기 공간부의 각 모서리부에 라운드를 주러 성형함으로써 성형이 용이하게 이루어질 뿐만 아니라, 성형에 따른 성형불량 예컨대, 찢김이나 구김 등을 방지할 수 있다. 이러한 성형불량의 방지로 전해질로부터 누액되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 상기 공간부의 각 내측벽면의 구배 및 각 모서리부의 라운드의 형성으로 데드 스페이스 없이 용이하게 전극조립체를 안착시킬 수 있다.

셋째, 상기 공간부의 일측에 연결통로 및 가스저장부를 만들어 상기 공간부로부터 가스를 빼낼 수 있어서 가스에 의한 팽창을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 공간부에 전극조립체가 빈틈없이 안착될 수 있다.

이러한 효과로써 본 발명에 따른 리튬 이온 전지는 콤팩트한 전지의 제조가 가능하고, 성능이 향상된 전지를 제조할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 적층되어 구비된 전극조립체;

   소정 깊이로 인입되게 형성되어 상기 전극조립체가 안착되고, 인입된 가장자리 내측벽면이 소정 각도의 구배로 형성된 공간부를 갖는 하부 케이스; 및

   상기 공간부를 밀폐하며 상기 하부케이스와 실링되는 상부 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구배는 1.5。∼85。로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 공간부의 상기 각 내측벽면이 접하는 각 모서리부는 상기 공간부 성형되는 깊이의 50％ 이내 크기의 라운드로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
4. (a) 플랙시블한 소재로 이루어진 전지의 외장재를 준비하는 단계;

   (b) 상기 외장재의 일측에 소정 깊이로 인입되게 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 적층되어 이루어진 전극조립체가 안착될 수 있도록 하는 공간부와, 상기 공간부의 일측에 상기 공간부로부터 소정 가스가 유출되어 저장되도록 하는 가스저장부와, 상기 공간부와 상기 가스저장부를 연결하는 연결통로를 각각 형성하는 단계;

   (c) 상기 전극조립체를 상기 공간부에 넣고 상기 외장재의 타측을 접어 상기 공간부, 상기 연결통로, 및 상기 가스저장부가 밀폐되도록 실링하는 단계;

   (d) 상기 공간부로부터 발생된 가스를 상기 가스저장부로 빼낸 후, 상기 연결통로가 밀폐되도록 재실링는 단계;

   (e) 상기 연결통로의 일측을 절단하여 상기 공간부로부터 상기 가스저장부가 분리되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,

   상기 공간부의 가장자리 내측벽면은 소정 각도의 구배가 형성되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 구배는 1.5。∼85。로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법.
7. 제4항에 있어서,

   상기 단계 (b)에서, 상기 공간부의 각 모서리부는 상기 공간부의 인입되는 깊이의 50％ 이내 크기의 라운드가 형성되도록 성형되는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법.