KR20010005879A - 리튬이온 전지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 정극 및 부극과 이온전도층(세퍼레이터)를 접착성 수지로 밀착시켜 정극 및 부극과 세퍼레이터간의 이온전도성을 확보하면서 전극과 세퍼레이터간의 충분한 접합강도가 얻어지는 리튬이온 전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이고, 수지와 용제의 혼합물로 실온이하에서는 상기 수지가 완전하게 용해하지 않고 있는 접착액(4)을 가온해서 상기 세퍼레이터(3)또는 전극(1,2)의 접착면에 도포하는 공정 상기 세퍼레이터와 전극을 각각의 접착면을 대향시켜서 겹쳐주는 공정 및 상기 접착액을 건조시키는 공정을 순서대로 실시함으로써, 접착액 도포시에는 수지의 용해성을 높여서 균일도포를 가능하게 하고, 도포후는 접착액의 유동성이 저하에서 접착액의 유동성이 저하해서 접착액이 유출하거나 침투하는 것을 방지해서 양호한 접착이 실시된다.

Description

리튬이온 전지의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LITHIUM ION BATTERY}

휴대전자기기의 소형.경량화에의 요망은 대단히 크다.

그 실현은 전지의 성능향상에 크게 의존한다.

이에 대응하도록 다양한 전지의 개발, 개량이 진행되어 있다.

전지에 요구되고 있는 특성은, 고전압-고에너지밀도, 안전성, 형상의 임의성등이 있다.

리튬이온 전지는, 지금까지의 전지중에서도 가장 고전압 또 고에너지밀도가 실현되는 것이 기대되는 2차전지이고, 현재에도 그 개량이 왕성하게 진행되고 있다.

이 리튬이온 전지는 그 주요한 구성요소로서 정극판, 부극판과 이들에게 끼워지는 이온전도층을 갖는다.

현재 실용에 제공되고 있는 리튬이온 전지에서는, 정극에는 활물질로서의 리튬코발트산화물등의 분말을 집전체에 도포해서 판상으로 한것, 부극에는 마찬가지로 활물질로서 탄소계재료의 분말을 집전체에 도포해서 판상으로 한것이 사용되고 있다.

이온전도층에 관해서는 폴리프로필렌 등의 다공질 필름인 세퍼레이터를 끼고 비수계의 전해액으로 충만되어 있는 것이 사용되고 있다.

현재의 리튬이온 전지에서는 금속등으로 광체를 사용해, 가압함으로써, 정극-이온전도층-부극간의 전기적 접합을 유지하는 방법이 행하여지고 있다.

그러나, 이 광체는 리튬이온 전지의 중량을 크게해서, 소형경량화를 곤란하게 하는 동시에, 광체의 강직성 때문에 임의 형상화도 곤란하게 하고 있다.

리튬이온 전지의 소형,경량화 및 임의형상화를 위해서는 정극과 이온전도층 및 부극과 이온전도층을 접합하고, 외부로부터 가압하지 않고 그 상태를 유지하는 것이 필요하게 된다.

이에 관한 방법으로서, 전극과 세퍼레이터를 액체 접착혼합물로 접합한 구조, 또는, 전자전도성의 폴리머로 활물질을 접착해서 전극을 형성하고, 고분자 전해질로 전극간을 접합한 구조가 미국특허 제 5437692 호에 개시되어 있다.

그러나, 상기 고분자 전해질로 전극간을 접합하는 방법으로는, 안전성확보, 즉 전극간의 단락을 방지할 필요가 있기 때문에 전해질층이 두꺼워지고, 전지로서 충분히 얇게 할 수 없는 것, 또 고체 전해질을 사용한 경우는 전해질층과 전극활물질간의 접합이 곤란하고 충방전효율등의 전지특성의 향상이 곤란한것, 제조공정이 복잡하고 코스트가 높아진다는 등의 문제점이 있었다.

또 전극과 세퍼레이터를 액체 접착혼합물로 접합하는 방법에서는, 전극간에 세퍼레이터가 개재하기 때문에 안전성의 확보가 용이하나, 충분한 접착력을 얻기 위해 접착혼합물의 량을 많게하면 접착면에서의 이온 도전성이 충분히 확보되지 않고 전지특성이 떨어지고 접착력과 전지특성의 양립이 곤란하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 된것으로, 안전성과 전지로서의 강도를 쉽게 확보할 수 있고, 충방전 특성등이 양호한 전지를 얻는 것을 목적으로 하고, 정극 및 부극과 이온전도층(세퍼레이터)을 접착성 수지로 밀착시켜, 정극 및 부극과 세퍼레이터간의 이온전도성을 확보하면서 전극과 세퍼레이터간의 충분한 접합강도가 얻어지는 리튬이온 전지의 제조방법을 제공하는 것이다.

[발명의 개시]

본 발명에 관한 제1의 리튬이온 전지의 제조방법은 세퍼레이터와 전극이 접착된 구조를 갖고, 상기 세퍼레이터에 리튬이온을 함유하는 전해액을 보유하는 리튬이온 전지의 제조방법에서, 수지와 용제의 혼합물로서, 실온이하에서는 상기 수지가 완전하게는 용해되지 않은 접착액을 가온해서 상기 세퍼레이터 또는 전극의 접착면에 도포하는 공정, 상기 세퍼레이터와 전극을 각각의 접착면을 대향시켜서 겹쳐주는 공정 및 상기 접착액을 건조시키는 공정을 순서대로 실시하는 것이다.

이와같이 실온이하에서는 수지가 완전하게는 용해해 있지 않은 접착액을 가온해 용제에의 수지의 용해량을 증가시킨다.

도포후, 온도가 내려가므로, 상기 접착액의 용해도가 내려가 겔화하고, 세퍼레이터와 전극을 겹쳐서, 접착하는데 접착액이 유출하거나 침투하거나 하는 것을 방지해서 양호한 접착이 가능하다.

본 발명의 제2의 리튬이온 전지의 제조방법은 상기 제1의 방법에서, 수지가 불화비닐리딘, 비닐알코올, 메타크릴산, 또는 아크릴산의 단독 중합체 또는 공중합체, 한천, 또는 제라틴인것이다.

불화비닐리덴, 비닐알콜, 메타크릴산, 또는 아크릴산의 단독중합체 또는 공중합체, 한천, 또는 제라틴은 전해액에 용해하기 힘들고 안정하기 때문에 수지로서 사용하는데 바람직하다.

본 발명의 제3의 리튬이온 전지의 제조방법은 용제가 전해액으로서 사용되는 것이다.

이와같이 전해액으로서 사용되는 것을 접착액의 용제로 함으로써, 접착액의 건조공정에서 용제를 완전히 건조시키지 않어도 문제가 일어나지 않으므로, 건조시간을 대폭적으로 저감시킬수 있다.

본 발명의 제4의 리튬이온 전지의 제조방법은 상기 제3의 방법에서, 수지가 불화비닐리덴의 단독중합체인 것이다.

불화비닐리덴의 단독중합체 또는 공중합체는 전해액에 용해하기 힘들고 안정하기 때문에 수지로서 사용하는데 바람직하다.

본 발명의 제5의 리튬이온 전지의 제조방법은, 용제가 수지를 용해하는 용제와 수지를 용해하지 않은 용제와의 혼합물인것이다.

이와같이, 수지를 용해하는 용제와 수지를 용해하지 않는 용제를 혼합함으로써, 수지의 용해도를 넓은 범위에서 쉽게 조절이 된다.

본 발명의 제6의 리튬이온 전지의 제조방법은, 상기 제5의 방법에서, 수지가 불화비닐리덴, 비닐알콜, 메타크릴산, 또는 아크릴산의 단독중합체 또는 공중합체,한천, 또는 제러틴인 것이다.

불화비닐리덴,비닐알콜, 메타크릴산, 또는 아크릴산의 단독중합체 또는 공중합체, 한천 또는 제러틴은 전해액에 용해하기 힘들고, 안정하기 때문에 수지로서 사용하는데 바람직하다.

본 발명의 제7의 리튬이온 전지의 제조방법은, 상기 제5의 방법에서, 수지를 용해하지 않는 용제가 알콜 또는 물인것이다.

알콜은 높은 안전성을 갖고, 또 비점도 낮기때문에 건조공정에 유리하고, 물은 높은 안전성을 갖고 또 값이 싸기 때문에 바람직하다.

본 발명의 제8의 리튬이온 전지의 제조방법은 상기 제7의 방법에서 수지가 불화비닐리덴의 단독중합체 또는 공중합체인것이다.

불화비닐리덴의 단독중합체 또는 공중합체는 전해액에 용해하기 힘들고 안정하기 때문에 수지로서 사용하는데 바람직하다.

본 발명은, 전해질을 보유하는 세퍼레이터를 끼고 정극 및 부극이 대향해서 되는 리튬이온 2차전지에 관한 것으로 상세하게는 정극 및 부극과 세퍼레이터를 이온 전도성을 확보하면서 접착시키는 제조방법에 관한 것이다.

도 1 , 도 2 및 도 3 은 본 발명의 한 실시의 형태에 의해 제조된 리튬이온 전지를 표시하는 주요부단면모식도이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

아래에 도면에 따라 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.

도 1 , 도 2 및 도 3 은 본 발명의 한 실시의 형태에 의해 제조된 리튬이온 전지를 표시하는 주요부단면모식도이다.

도 1 내지 도 3 에서, 1 은 정극, 2 는 부극 3 은 세퍼레이터 4 는 접착층이다.

본 발명은 세퍼레이터(3)과 전극(1),(2)가 접속된 구조를 하고 있고, 세퍼레이터(3)에 리튬이온을 함유하는 전해액을 보유하는 리튬이온 전지의 제조방법이다.

수지와 용제의 혼합물로서, 실온이하에서는 상기 수지가 완전하게 용해하지 않은 접착액을 가온하면서 교반한다.

가온에 의해 수지의 용제에의 용해도는 높아지고, 용해량은 실온에서의 것보다 많아져서 점도가 증가한다.

이 상태의 접착액을 세퍼레이터 또는 전극에 균일하게 도포한다.

도포에 의해, 도포액이 실온정도로 냉각되고, 수지의 용해성이 다시 저하함으로써, 용해해 있던 수지가 석출하기 시작한다.

이때 수지분자쇄끼리의 물질적인 엄킴 수소결합등에 의해, 도포액이 겔상태가 된다.

그후 세퍼레이터의 접착면과 전극의 접착면을 대향시켜 부쳐준다.

그후 건조시킴으로써 접착을 완료한다.

또 여기서 사용되는 수지는 실온에서, 리튬이온 전지의 전해액에 불용인것이면 된다.

특히 한정하는 것은 아니라, 불화비닐리덴,비닐알콜,메타크릴산,또는 아크릴산의 단독중합체 또는 공중합체, 한천,또는 제라틴등이 사용가능하다.

특히 불화비닐리덴의 단독중합체 또는 공중합체는 전해액과 반응하기 힘들고 안정하기 때문에 바람직하게 사용된다.

특히 불화비닐리덴의 단독중합체 또는 공중합체는 전해액과 반응하기 힘들고 안정하기때문에 바람직하게 사용된다.

불화비닐리덴의 공중합체로는 불화비닐리덴과 예를 들면 헥사플루오로프로필렌, 테트나플루오로에틸렌 등의 불소계의 모노머와 공중합시킨것이 있으나 한정된 것은 아니다.

용제는, 상기 수지를 적어도 일부용해하는 것이면 되고, 예를들면 시크로헥사논, N-메틸피롤리돈(이하, NMP 라고 약기한다)테트라, 히드라프랑, 디메틸 포름아미드(이하, DMF 라고 약기한다), 디메틸아세트아미드, 디메틸설포옥시드,물, 알콜등을 단독 또는 혼합해서 사용한다.

또, 용재로는, 전해액으로 사용되는 것을 사용하면 아래와 같은 이점이 있다.

즉 일반의 용제인 경우에는 접착시의 건조는 용제잔류가 없어질때까지 실시할 필요가 있으나, 용제로는 전해액을 사용함으로써, 건조후에 용제가 잔류되도 문제가 일어나지 않으므로, 건조시간을 대폭적으로 저감할수가 있다.

대면적의 전극 및 세퍼레이터를 사용한 전지제조시등의 건조가 곤란한 경우에 특히 유효하다.

또 여기서의 전해액은 디메톡시에탄, 디에틸에텔등의 에텔계용제,에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트등의 에스텔계 용제의 단독, 혼합이 사용되고, 이 공정에서는 전해질은 혼입해 있어도, 혼일되어 있지 않어도 좋으나, LiPF₆, LiClO₄, LiBF₄등이 사용가능하다.

수지와 용제는 실온이하에서 수지가 완전하게는 용해해있지 않고, 가온함으로써 용해성이 증가하는 조성으로 조정한다.

단 가온시에 수지가 완전하게 용해해있을 필요는 없고, 가온에 의해, 용해성이 향상되고, 실온에서 용해하지 않는 부분의 일부분이 용해하는 상태라도 좋다.

가온시의 온도는 실온보다 10℃ 높은 온도이상 또 100℃이하가 바람직하다 실온과 10℃이상의 온도차가 없으면 온도변화에 의한 용해도에 변화가 너무적어 본 발명의 효과가 충분히 얻을수가 없다.

또 100℃이상으로 가온한 경우에는 용제의 증발등에 의해 작업성이 극히 나뻐지므로 바람직하지 않다.

또, 용제로서 수지를 용해하는 용제와 수지를 용해하지 않는 용제와의 혼합물을 사용함으로써, 수지의 용해도를 넓은 범위에서 쉽게 조정할 수 있다.

이 경우의 수지를 용해하는 용제, 또 수지를 용해하지 않는 용제에 대해서는 동시에 사용하는 용제가 상호용해할 필요가 있다.

기타에는 특히 한정은 없으나, 비점이 50℃이상 250℃이하의 것, 바람직하게는 비점이 60℃이상, 210℃이하가 바람직하다.

비점이 너무 낮으면 도포후의 작업이 곤란해진다.

비점이 너무 높으면 건조가 장시간이 걸려 실용화에 불리하다.

수지를 용해하지 않는 용제로는 예를들면 헥산, 펜탄, 시크로헥산 등의 탄화수소류나 물이나 메탄올, 에탄올 등의 알콜을 들수 있다.

특히 에탄올은 높안 안정성을 갖고, 비점도 낮으므로 이를 사용하는 것은 건조공정에 유리하다.

또 물은 높은 안전성을 갖고, 값이 싸므로 바람직하다.

도포는, 스프레이, 바코터,롤러코터,스크린인쇄법등이 이용가능하나, 균일하게 할수 있는 것이면 어느것이나 좋다.

도포후, 액온이 내려감으로써 용해하고 있던 수지는 석출한다.

이로써 액의 유동성은 도포중에 비해 저하한다.

이 상태에서 세퍼레이터와 전극을 맞부침으로써, 용액이 유출하거나 침투하거나 하는 일이 없이 양호한 접착이 실시된다.

전극은 예를들면 활물질을 집전체상에 도착한 것이 사용된다.

활물질은, 정극에서는 예를들면 코발트, 망강, 니켈등의 천이금속의 산화물, 칼코겐의 화합물, 또는 이들의 복합화합물, 각종의 첨가원소를 갖는것이 한정되지 않고 사용가능하다.

부극에서는 탄소질재료가 바람직하게 사용되나, 본 발명에서는 탄소질재료이면 화학적특성에 관계치 않고 어느것이나 사용할수가 있다.

입경은 0.3㎛내지 20㎛의 것이 사용가능하다.

특히 바람직하게는 1㎛ 내지 5㎛의 것이다.

입경이 너무 작을때는 접착시의 접착제에 의한 활물질표면의 피복면적이 너무 커져 충방전시의 리튬이온의 도프, 탈도프가 효율좋게 되지 않고, 전지특성이 저하해버린다.

입경이 너무 클때는 박막화가 쉽지 않고, 또 충전밀도가 저하할뿐아니라, 형성된 전극판 표면의 요철이 커지고 세퍼레이터와의 접착력이 양호하게 되지 않으므로 바람직하지 않다.

집전체는 전지내에서 안정된 금속이면 사용가능하나, 정극에서는 알루미늄,부극에서는 동이 바람직하게 사용된다.

집전체의 형상은, 박,망상,엑스팬드메탈등 어느것이나 사용이 가능하나 망상, 엑스팬드메탈등의 표면적이 큰 것이 접착강도를 얻기 위해 또 접착후의 전해액 함침을 쉽게 하는 점에서 바람직하다.

세퍼레이터는, 절연성의 다공막 망.부직포등으로 충분한 강도가 있으면 어느것이나 사용가능하다.

불소수지계의 것을 사용하는 경우등 플라즈마등으로 표면을 처리함으로써 접착강도를 확보할 필요가 있는 경우가 있다.

특히 한정하는 것은 아니라, 폴리프로필렌,폴리에틸렌 등 열가소성 수지로 된 다공질막의 사용이 접착성,안전성의 관점에서 바람직하다.

전지의 구조는 세퍼레이터를 통해서 정극과 부극이 대향하고 있는 구조이면 되고, 평판상의 것을 겹친 구조 권형구조, 접는 구조 또는 이들의 복합구조로 해도 된다.

아래에 본 발명의 리튬이온 전지의 실시예에 대해 상세히 설명하나, 물론 이들에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

(정극의 제작)

LiCoO₂를 87중량%, 흑연분(론저(주)제, 상품명 : KS-6)를 8중량%, 바인더수지로서 폴리불화비닐리덴 (구레하카가꾸코교(주)제 상품명 : KF 1100)을 5중량%로 조정한 정극활물질페이스트를 집전체가 되는 두께 20㎛의 알루미박상에 닥터브레이드법으로 두께 약 100㎛으로 도포하고 정극을 형성하였다.

(부극의 제작)

메소페이즈마이크로비즈카본(오사카 가스(주)제)를 95중량% 바인더로서 폴리불화 비닐리덴(구레하카가꾸코교(주)제, 상품명 : KF 1100)을 5중량% 로 조정한 부극활물질 페이스트를 집전체가 되는 두께 12㎛의 동박상에 닥터브레이드법으로 두께 약 100㎛으로 도포해서, 부극을 형성하였다.

(전지의 제작)

슈지로서 폴리불화비닐리덴(일본솔베이(주)제, 상품명 (Solib 215-08)20중량 %와, 용제로서 시크로헥사논 80중량% 를 혼합하였다.

실온에서는 수지는 용제에 완전하게는 용해되지 않았었다.

이 접착액을 80℃로 가온한바, 폴리불화비닐리덴은 완전히 용해하였다.

이를 실온에 있는 세퍼레이터(훽스트세라니즈(주)제, 상품명 . 셀가드 #2400)의 편면에 균일하게 도포하였다.

접착액은 도포에 의해 온도가 내려가 겔화함으로써 유동성을 않는다.

이 상태에서 실온에서, 도포면에 정극을 부쳤다.

그후 세퍼레이터의 또 다른 쪽면에도 마찬가지로 가온한 접착액을 도포해서 거기에 부극을 부쳤다.

그후 진공건조를 해서 접착을 완료하였다.

충분한 건조후 여기에 에틸렌 카보네이트(간 또 카가(주)제)와 1,2-디메톡시에탄(와코준야쿠코교(주)제)의 혼합용매(몰비로 1:1)에 6불화린산리튬(도쿄카세이코교(주)제)를 1.0mol/dm³의 농도로 용해시킨 전해액을 주입후, 알루미라미네이트 필름으로 팩해서 전지를 완성시켰다.

제작한 전지의 전지특성은 중량에너지밀도로 120wh/kg가 얻어졌다.

전류치 C/2 로 200회의 충방전을 한후라도 충전용량은 초기의 75% 로 높은 값이 유지되었다.

실시예 2

수지로서 폴리불화비닐리덴(구레하 카가꾸코교(주)제 상품명 : KF 1100)10중량%, 용제로서 전지의 전해액의 성분인 에틸렌 카보네이트(간토카가꾸(주)45 중량% 디에틸카보네이트(와꼬준야꾸(주)제)45중량% 를 혼합하였다.

실온에서는 백탁된 혼합물이 된다.

이 접착액을 80℃로 가온한바, 폴리불화비닐리덴이 용해해 점도상승이 인정되나 불용분이 잔류해 있는 상태가 되었다.

이 80℃로 가온한 접착액을 실시예 1 과 같은 세퍼레이터에 도포해서 실시예 1 과 같이 제작한 정극 및 부극을 맞부치고, 상기 실시예 1 과 같이 해서 전지를 제작한바, 제작한 전지의 전지특성은 중량에너지밀도로 114wh/kg가 얻어졌다.

전류치 C/2로 250회의 충방전을 한후에도 충전용량은 초기의 67%로 높은 값이 유지되었다.

실시예 3

수지로서 폴리불화비닐리덴(구레하카가쿠쿄(주)제, 상품명 KF 1100)7중량%와, 용제로서 NMP 50중량% 및 테트라 히드로프란 43중량% 를 혼합하였다.

실온에서는 백탁해 있는 혼합물이 된다.

이 접착액을 70℃로 가온한바 폴리불화비닐리덴은 완전히 용해해서 투명한 액이 되었다.

이 70℃로 가온한 접착액을 실시예 1 과 같이 제작한 세퍼레이터에 도포해서 실시에 1 과 같이 제작한 정극 및 부극을 부쳐서, 실시예 1 과 같이해서 전지를 제작한바, 제작한 전지의 전지특성은 중량에너지 밀도로 105Wh/kg 가 얻어졌다.

전류치 C/2로 100회의 충방전을 한후라도, 충전용량은 초기의 70% 로 높은 값이 유지되었다.

실시예 4

수지로서 폴리불화비닐리덴(구레하 카가꾸코교(주)제 상품명 : KF 1100)15중량% 와, 용제로서 DMF 50중량% 및 시크로헥사논 35중량% 을 혼합하였다.

실온에서는 백탁상태였다.

이 접착액을 80℃로 가온한바, 폴리불화비닐리덴이 용해해서 점도상승이 인정되므로, 불용분이 잔류해 불용분이 있는 상태가 되었다.

이 80℃로 가온한 접착액을 실시예 1 과 같이 제작한 세퍼레이터에 도포해서 실시예 1 과 같이 제작한 정극 및 부극을 부쳐, 실시예 1 과 같이해서 전지를 제작한바, 제작한 전지의 전지특성은, 중량에너지 밀도로 100Wh/kg 가 얻어졌다.

전류치 C/2 로 200회의 충방전을 한후에도, 충전용량을 초기의 65% 로 높은 값이 유지되었다.

실시예 5

수지로서 폴리불화비닐리덴(구레하 카가꾸코교(주)제 상품명 : KF 1100)15중량% 와, 수지를 용해하는 용제로서 NMP 50중량% 와, 수지를 용해하지 않은 용제로서 에탄올 35중량% 를 혼합하였다.

실온에서는 거의 용해되지 않고 백탁된 상태였다.

이 접착액을 70℃로 가온한바, 폴리불화 비닐리덴이 용해서 점도상승이 인정되나, 불용분이 잔류해 있는 상태가 되었다.

이 70℃로 가온한 접착액을 실시예 1과 같이 제작한 세퍼레이터에 도포해서 실시예 1 과 같이 제작한 정극 및 부극을 맞부쳐주어, 실시예 1 과 같이해서 전지를 제작한바, 제작한 전지의 전지특성은 중량에너지 밀도로 100Wh/kg 가 얻어졌다.

전류치 C/2 로 200회의 충방전을 한 후에도 충전용량은 초기의 60^로 높은값이 유지되었다.

실시예 6

수지로서 폴리불화비닐리덴(일본 솔베이(주)제, 상품명 : Solef 21508)15중량% 와, 수지를 용해하는 용제로서 NMP 70중량% 와, 수지를 용해하지 않은 용제로 물 15중랴% 을 혼합하였다.

실온에서는 거의 용해하지 않고 벡탁된 상태였다.

이 접착액을 70℃로 가온한바, 폴리불화비닐리덴이 용해해 점도상승이 인정되나,불용분이 잔류되어 있는 상태가 되었다.

이 70℃로 가온한 접착액을 실시예 1 과 같이 제작한 세퍼레이터에 도포해서 실시예 1 과 같이 제작한 정극 및 부극을 맞부쳐서 실시예 1 과 같이해서 전지를 제작한바 제작한 전지의 전지특성은 중량에너지 밀도로 120Wh/kg가 얻어졌다.

전류치 C/2 로 200회의 충방전을 한 후에도 충전용량은 초기의 63% 로 매우 높은 값이 유지되었다.

실시예 7

또, 상기 각 실시예에서는 정극과 부극이 세퍼레이터를 통해서 대향배치된 전극적층체의 한층을 갖는 단층 형의 리튬이온 전지의 제조에 대해 설명하였으나, 상기 전극적층체의 복수층을 갖는 다충형의 리튬이온 전지도 마찬가지로 제조할수가 있다.

아래에, 도 1 에 표시하는바와같은, 정극(1)과 부극(2)를 분리된 복수의 세퍼레이터간(3)에 교호로 배치한 평판상 적층구조를 갖는 다층형의 리튬이온 전지의 제조방법에 대해 설명한다.

(정극의 제작)

LiCoO₂를 87중량% , 흑연분(론저(주)제, 상품명 : KS-6)를 8중량% , 폴리불화비닐리덴(구레하 카가꾸코교(주)제 상품명 : KF 1100)를 5중량% 로 조정한 정극활물질 페이스트를 닥터 브레이드법으로 두께 300㎛으로 조정하면서 도포해서 띠 모양의 활물질 박막을 형성하였다.

그 상부에 정극집전체가 되는 두께 30㎛의 띠모양의 알루미늄 망을 놓고 또 그 위에 닥터 브레이드법으로 두께 300㎛으로 조정해서 정극활물질 페이스트를 도포하였다.

이것을 60℃의 건조기중에 60분간 방치해서 반건조상태로 해서 적층체를 형성하였다.

이 적층체를 400㎛이 되도록 압연함으로써 정극집전체에 정극활물질층을 적층한 띠모양의 정극(1)을 제작하였다.

(부극의 제작)

메소페이즈마이크로비즈카본(오사카 가스(주)제)를 95중량% 폴리불화비닐리덴(구레하카가꾸코교(주)상품명 : KF 1100)을 5중량% 로 조정한 부극활물질 페이스트를 닥터 브레이드법으로 두께 300㎛으로 조정하면서 도포해서 띠모양의 활물질박막을 형성하였다.

그 상부에 부극 집전체가 되는 두께 20㎛의 띠모양의 동망을 올려놓고 그 위에 또 닥터브레이드법으로 두께 300㎛으로 조정해서 부극활물질 페이스트를 도포하였다.

이것을 60℃의 건조기중에 60분간 방치해서 반건조상태로 해서 적층체를 형성하였다.

이 적층체를 400㎛이 되도록 압연함으로써, 부극집전체에 부극활물질층을 적층한 띠모양의 부극(2)를 제작하였다.

(전지의 제작)

롤상으로 묶여진 다공성의 폴리프로필렌시트(훽스트 세라니즈(주)제, 상품명 : 셀가드 #2400)으로 된 띠모양의 2매의 세퍼레이터(3)의 각각의 한쪽면에 상기 실시예 1 과 같은 접착액(4)을 80℃로 가열해서 도포하고, 띠모양의 부극(2)(또는 정극)을 세퍼레이터의 도포면의 사이에 끼고, 밀착시켜서 부친후 진공건조하였다.

다음, 부극(2)(또는 정극)을 사이에 접합한 세퍼레이터를 소정의 크기로 자르고 이 자른 세퍼레이터의 한쪽의 면에 실시예 1 과 같은 접착액(4)을 80℃로 가열해서 도포하고 소정의 크기에 자른 정극(1)(또는 부극)을 맞부쳐주고, 다시 소정의 크기로 자른 다른 세퍼레이터의 한쪽면에 같은 접착액을 도포하고, 이 다른 세퍼레이터의 도포면을 먼저 맞부친 정극(1)(또는 부극)면에 맞부쳤다.

이 공정을 반독해서 여러층의 전기적층체를 갖는 전지체를 형성하고, 이 전지체를 형상을 보존하기 위해 누르면서 진공건조하고, 도 1 에 표시하는바와같은 정극(1)과 부극(2)를 분리시킨 다수의 세퍼레이터간(3)에 교호로 배치함으로써 형성된 평판상 적층구조를 갖는 전지구조물을 제작하였다.

이 평판상 적층구조 전지체의 정극 및 부극집전체 각각의 단부에 접속한 집전탑을 정극끼리, 부극끼리 스포트용접함으로써, 상기 평판상 적층구조 전지체를 병렬로 접속하였다.

이 평판상 적층구조전지를 에틸렌 카보네이트와 다메틸카보네이트의 혼합용매(몰비로 1:1)에 6불화린산리튬을 1.0mol/dm³의 농도로 용해시킨 전해액중에 침지시킨후, 알루미라미네이트 필림으로 제작한 주머니에 열융착으로 봉입하고 평판상 적층 구조전지체를 갖는 리튬이온 2차전지로 하였다.

실시예 8

실시예 7과 같은 전극을 사용해서 도 2 에 표시하는바와같이 정극(1)과 부극(2)를 감아올려진 세퍼레이터간(3)에 교호로 배치한 평판상 권형적층구조를 갖는 다층형의 리튬이온 전지의 제조방법에 대해 설명한다.

(전지의 제작)

롤상으로 묶여진 다공성의 폴리프로필렌시트(훽스트 세라니즈(주)제, 상품명 : 셀가드 #2400)로 된 띠모양의 2매의 세퍼레이터(3)의 각각의 한쪽면에 상기 실시예 1 과 같은 접착액(4)을 80℃로 가열해서 도포하고 이 도포한 면의 사이에 띠모양의 정극(1)(또는 부극)을 끼고, 밀착시켜서 맞부친후, 진공건조하였다.

다음 정극(1)(또는 정극)을 사이에 접합한 띠모양의 세퍼레이터의 한쪽면에 상기 실시예 1 과 같은 접착액(4)을 80℃로 가열해서 도포하고, 이 세퍼레이터의 일단을 일정량 구부려, 꺾인곳에 부극2(또는 정극)을 끼고 겹쳐서 라미네이트에 통했다.

계속해서 띠모양의 세퍼레이터의 다른면에 같은 접착액(4)을 도포하고, 먼저 꺾어진 곳에 끼운 부극 2(또는 정극)과 대향하는 위치에 다른 부극(2)(또는 정극)을 맞부쳐, 세퍼레이터를 장원상태로 감아올려 또 다른 부극(2)(또는 정극)을 맞부치면서 세퍼레이터를 감아올리는 공정을 반복해 복수층의 전극적층체를 갖는 전지체를 형성하고, 이 전지체를 압압하면서 진공건조하고 도 2 에 표시한바와같은 정극과 부극을 감아올려진 세퍼레이터간에 교호로 배치함으로써 형성된 평판상 권형적층구조를 갖는 전지구조물을 제작하였다.

실시예 9

본 실시예에서는 실시예 7 과 같은 전극을 사용하고, 실시예 1 에 표시한 접착액을 사용해서, 도 3 에 표시한바와같은 평판상 권형적층 구조를 갖는 전지를 제작하였다.

실시예 8 과는, 정극,부극 및 세퍼레이터를 동시에 감아올리도록 한 점이 다르다.

(전지의 제작)

롤상태로 묶여진 다공성의 폴리프로필렌시트(훽스트 세라니즈(주)제, 상품명 : 셀가드 # 2400)으로 된 띠모양의 2매의 세퍼레이터(3)를 인출하고 띠모양의 정극(1)(또는 부극)을, 이 2매의 세퍼레이터(3)간에 배치하고 띠모양의 부극(2)(또는 정극)을 한쪽의 세퍼레이터(3)의 외측에 일정량 돌출시켜서 배치하였다.

다음, 각 세퍼레이터(3)의 내측의 면 및 부극(2)(또는 정극)을 배치한 세퍼레이터의 외측면에 실시예 1 과 같은 접착액(4)을 80℃로 가열해서 도포하고, 부극(2)또는 정극)과 2매의 세퍼레이터(3)과 정극(1)(또는 부극)을 겹쳐서 라미네이터에 통해 계속해 다른쪽의 세퍼레이터(3)의 외측면에 마찬가지로 접착액(4)을 도포하고 돌출한 부극(2)(또는 정극)을 이 도포면에 구부려서 맞부쳐, 이 구부린 부극(2)(또는 정극)을 내측에 싸주듯이 라미네이트한 세퍼레이터를 장원상으로 감아올려, 전극적층체의 복수층을 갖는 전지체를 형성하고, 이 전지체를 누르면서 진공건조해서 도 3 에 표시한바와같은 평판상 권형적층구조를 갖는 전지구조물을 제작하였다.

실시예 10

상기 실시예 8 및 9 에서는 띠모양의 세퍼레이터(3)를 감아올린 구성의 전지에 대해 표시하였으나 띠모양의 세퍼레이터(3)간에 띠모양의 정극(1)(또는 부극)을 접합한 것을 접으면서, 부극(2)(또는 정극)을 부려줌으로써, 정극(1)과 부극(2)를 접어놓은 세퍼레이터(3)간에 교호로 배치함으로써 형성된 평판상 권형적층구조를 갖는 전지구조물로 해도 된다.

또 상기 실시예 7~10에서는 어느것이나 실시예 1 에서 표시한 접착액을 사용한 경우에 대해 설명하였으나 이에 한하는 것이 아니고, 예를들어 실시예 2~6 에서 표시한것을 사용해도 된다.

휴대퍼스컴, 휴대전화등, 휴대용전자기기의 2차전지로서 사용되고 전지의 성능 향상과 함께 소형,경량화 임의 형상화가 가능해진다.

Claims (8)

1. 세퍼레이터와 전극이 접착된 구조를 갖고, 상기 세퍼레이터에 리튬이온을 함유하는 전해액을 보존하는 리튬이온 전지의 제조방법에서, 수지와 용제의 혼합물로서, 실온이하에서는 상기 수지가 완전하게는 용해해 있지 않은 접착액을 가온해서 상기 세퍼레이터 또는 전극의 접착면에 도포하는 공정, 상기 세퍼레이터와 전극을 각각의 접착면을 대향시켜서 겹쳐주는 공정 및 상기 접착액을 건조시키는 공정을 순서대로 실시하는것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   수지가 불화비닐리덴, 비닐알콜, 메타크릴산 또는 아크릴산의 단독중합체 또는 공중합체, 한천, 또는 제라틴인것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   용제가 전해액으로 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   수지가 불화비닐리덴의 단독중합체 또는 공중합체 인것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   용제가 수지를 용해하는 용제와 수지를 용해하지 않는 용제와의 혼합물인것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   수지가 불화비닐리덴, 비닐알콜, 메타크릴산, 또는 아크릴산의 단독중합체 또는 공중합체 , 한천 또는 제라틴인것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   수지를 용해하지 않는 용제가 알콜 또는 물인것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   수지가 불화비닐리덴의 단독중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 리튬이온 전지의 제조방법.