KR20010047031A - 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 다수 적층되어 구비된 전극조립체; 상기 전극조립체가 안착되어 수납되도록 일측이 개방된 인입부가 형성되고, 상기 인입부의 가장자리에 상기 인입부가 밀폐되도록 하는 제1실링부가 마련된 하부 케이스; 상기 인입부가 밀폐되도록 상기 제1실링부와 맞대어 접합되는 제2실링부가 마련된 상부 케이스; 상기 제1실링부와 상기 제2실링부가 접합된 외부면에 형성된 접합부에 부착된 접착부재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 전지의 안정성을 확보할 수 있는 이점이 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 안정성을 확보하기 위해 그 구조 및 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.

그리고 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.

이러한 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) 바인더와 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 인입부(32)가 형성된 하부 케이스(31)와, 상기 하부 케이스(31)의 일측 가장자리와 연결되어 상기 전극조립체(20)가 삽입되는 하부 케이스(31)의 인입부(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 인입부(32)에 삽입시 양극탭군(26)과 음극탭군(24)은 V자 형으로 절곡되어 상기 인입부(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 실링부(빗금부분)(31a, 33a)에 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 인입부(32)에 삽입하고 상부 및 하부 케이스(33, 31)의 실링부(31a, 33a)에 열융착을 가해 접합함으로써 제조가 이루어진다.

이와 같이 제조되는 리튬 폴리머 전지의 상부 및 하부 케이스(33, 31)가 Al 박판에 합성수지 예컨대 비닐을 적층한 것으로 고온 및 고습에 장시간 방치할 경우 전지 내부의 가스 발생으로 도 2에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부케이스(33, 31)의 실링부(31a, 33a)가 오픈(open)되어 틈(A)이 발생되고, 상기의 틈(A)으로 공기가 유입되어 전지가 급격한 온도 상승을 초래하고, 이에 따라 상부 및 하부 케이스(33, 31)의 비닐층들이 녹아서 전지에 쇼트(short)가 발생하는 등의 전지의 신뢰성 및 안전성에 문제가 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 케이스의 실링부가 오픈되지 않도록 상기 실링부를 실링하여 전지의 신뢰성은 물론 안정성이 확보되는 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 도 1의 조립된 상태를 나타낸 보인 전지의 외관 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 부분 분해 사시도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지를 개략적으로 나타낸 외관 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조방법의 순서를 설명하기 위한 플로우 챠트.

도 6은 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조방법을 나타내기 위한 전지의 분해 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110. 상부 케이스 111. 제1실링부

120. 하부 케이스 121. 인입부

122. 제2실링부 130. 전극조립체

131. 양극판 132. 음극판

133. 세퍼레이터 136. 양극탭군

136a. 양극탭 137. 양극탭

137a. 음극탭 138. 양극단자

139. 음극단자 200. 접착제

300. 고체접착제 400. 액체접착제

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 폴리머 전지는, 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 다수 적층되어 구비된 전극조립체; 상기 전극조립체가 안착되어 수납되도록 일측이 개방된 인입부가 형성되고, 상기 인입부의 가장자리에 상기 인입부가 밀폐되도록 하는 제1실링부가 마련된 하부 케이스; 상기 인입부가 밀폐되도록 상기 제1실링부와 맞대어 접합되는 제2실링부가 마련된 상부 케이스; 상기 제1실링부와 상기 제2실링부가 접합된 외부면에 형성된 접합부에 부착된 접착부재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 접착부재는 고온 및 고체의 접착제로 이루어진 실리콘 러버를 포함하여 된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬 폴리머 전지의 제조방법은, (a) 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 적층되어 구비된 전극조립체를 제조하는 단계; (b) 상기 전극조립체를 하부 케이스의 일측에 마련된 인입부에 안착시켜 수납시키는 단계; (c) 상기 인입부의 가장자리에 형성된 제1실링부나, 상기 인입부를 밀폐하는 상부케이스의 가장자리에 형성된 제2실링부중 적어도 어느 한쪽에 고온의 액체접착제를 도포하는 단계; (d) 상기 제1실링부와 상기 제2실링부를 맞대어 실링하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 단계 (c)에서, 상기 액체접착제는 고온 접착제로 이루어진 실리콘 러버를 포함하여 된다.

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 깊이로 인입부(121)가 형성된 하부 케이스(120)와, 상기 하부 케이스(120)의 가장자리 일측에 연장 또는 연결되어 상기 인입부(121)를 밀폐하는 상부 케이스(110)와, 상기 하부 케이스(120)의 인입부(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 음극판(132)에는 그 일측이 대향되게 돌출되어 양극탭(136a)과 음극탭(137a)이 각각 형성되며, 상기 양극탭(136a)과 음극탭(137a)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)의 가장자리에는 하부 케이스(120)의 인입부(121)가 그 외부로부터 차단되도록 인입부를 밀폐하기 위한 제1, 2실링부(빗금친 부분)(111, 122)가 마련된다. 그리고 상기 제1, 2실링부(111, 122)사이에는 접착제(200)가 개재된다. 상기 접착제(200)는 상기 제1, 2실링부(111, 122)중 적어도 어느 한 곳에는 접착제(200)가 도포되어 형성된 것이다. 상기 접착제(200)는 실리콘 러버(silicon rubber)로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 상기 제1, 2실링부(111, 122)가 실링되어 상기 인입부(121)가 밀폐된 상태를 나타내 보인 사시도가 도 4에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2실링부(111, 122)의 외부면인 접합부에는 고체접착제(300)가 부착된다. 마찬가지로, 상기 고체접착제(300)는 액체의 실리콘 러버를 성형하여 된 것이다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조방법에 따른 공정을 순차적으로 나타낸 플로우 챠트가 도 5에 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 우선, 도 3에 도시된 바와 같이 플랙시블(flexible)한 소재로 된 외장재로 이루어진 상부 케이스(110) 및 하부 케이스(120)를 제조하고, 상기 하부 케이스(120)의 인입부(121)에 수납되는 전극조립체(130)를 제조한다.(단계 501) 상기 상부 및 하부 케이스(110, 120)와 전극조립체(130)의 제조 순서에 따른 구분 실익은 없다. 따라서 어느 것이 먼저 제조되어도 상관없다. 상기 상부 및 하부 케이스(110, 120)의 외장재는 일반적으로 Al 다층 필름으로 이루어지며, 나일론(Nylon), PE, Al, EAA, PET, PP 등의 다양한 소재의 판재형태로 이루어진다. 그리고 제조된 상기 전극조립체(130)를 인입부(121)에 수납한다.(단계 502)

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하부 케이스(120)의 인입부(121)의 가장자리에 형성된 제2실링부(122)나, 상기 인입부(121)를 밀폐하는 상부 케이스(110)의 가장자리에 형성된 제1실링부(111)중 적어도 어느 한쪽에 고온의 액체접착제(400)를 도포한다.(단계 503) 상기 액체접착제(400)는 고온 및 액체 상태의 접착제인 실리콘 러버를 포함하여 된다. 그리고 상기 제1실링부(111)와 제2실링부(122)를 맞대어 실링하여 상기 전극조립체(130)가 수납된 인입부(121)를 밀폐한다.(단계 504) 이러한 공정 단계들을 수행함으로써 전지가 완성된다.(단계 505)

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

도 3을 다시 참조하면, 상부 케이스(110)의 제1실링부(111) 또는 하부 케이스(120)의 제2실링부(122) 사이에 개재된 접착제(200)는, 상기 제1, 2실링부(111, 122)중 적어도 어느 한 곳에 고온 및 액체로 된 접착제(200)를 도포한 후 이들 제1, 2실링부(111, 122)를 열융착을 가해 접합시키므로써 이루어진 것이다.

이와 같이 상기 제1, 2실링부(111, 122)에 접착제(200)가 개재된 것은 도 6을 참조로 설명된 바와 같이, 상기 제1, 2실링부(111, 122)중 적어도 어느 한 곳에 고온 및 액체로 된 실리콘 러버의 액체접착제(400)를 도포한 후, 열융착을 가해 경화시키므로써 이루어진 것이다. 이는 1차적으로 액체접착제(400)를 이용하여 상기 제1, 2실링부(111, 122)를 실링한 후, 열융착을 가해 이들 제1, 2실링부(111, 122)를 더욱 더 견고하게 실링되게 한 것이다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다른 실시예는 상기 제1, 2실링부(111, 122)가 접합되는 접합부의 외부면에 고체접착제(300)를 부착한다. 이 고체접착제(300)는 상기 고온 및 액체로 이루어진 접착제를 성형하여 만든 것이다. 한편, 상기 제1, 2실링부(111, 122)에 액체접착제(400)를 도포하는 것과, 제1, 2실링부(111, 122)의 접합부에 고체접착제(300)를 부착시키는 공정은 하나의 전지에 대하여 각각 하나의 실시예만을 적용할 수도 있고, 필요에 따라 동시에 두 실시예들을 적용할 수 도 있다.

이와 같이 상기 제1, 2실링부(111, 122)와 이 제1, 2실링부(111, 122)의 접합부에 액체접착제(400) 및 고체접착제(400)를 도포 내지 부착함으로써, 박막의 Al에 비닐을 다층으로 적층되어 이루어진 상부 및 하부 케이스(110, 120)가 고온 고습에 장기간 방치될 경우 상기 제1, 2 실링부(111, 122) 사이에 틈(도 2의 A)이 생기게 되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

전지의 실링부 사이 또는 상기 실링부 외부면에 실리콘 러버로 이루어진 고온의 접착제를 도포 내지 부착하여 실링부를 실링하므로써, 전지가 고온 및 고습에 장기간 방치될 경우 전지 내부에서 가스가 발생되며 상기 실링부가 오픈되어 틈이 생기는 것을 방지한다. 따라서 실링부에 틈이 발생하지 않으므로 전지의 급격한 온도상승과, 전지 케이스가 녹아서 발생될 수 있는 전지의 쇼트 등을 방지하게 되므로 전지의 신뢰성 및 안전성이 확보될 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 (6)

1. 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 다수 적층되어 구비된 전극조립체;

   상기 전극조립체가 안착되어 수납되도록 일측이 개방된 인입부가 형성되고, 상기 인입부의 가장자리에 상기 인입부가 밀폐되도록 하는 제1실링부가 마련된 하부 케이스;

   상기 인입부가 밀폐되도록 상기 제1실링부와 맞대어 접합되는 제2실링부가 마련된 상부 케이스;

   상기 제1실링부와 상기 제2실링부가 접합된 외부면에 형성된 접합부에 부착된 접착부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접착부재는 고온 및 고체의 접착제로 이루어진 실리콘 러버를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
3. 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 다수 적층되어 구비된 전극조립체;

   상기 전극조립체가 안착되도록 일측이 개방된 인입부가 형성되고, 상기 인입부의 가장자리에 상기 인입부가 밀폐되도록 하는 제1실링부가 형성된 하부 케이스;

   상기 인입부가 밀폐되도록 상기 제1실링부와 맞대어 접합되는 제2실링부가 형성된 상부 케이스;

   상기 제1실링부와 상기 제2실링부 사이에 개재된 접착제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
4. 제3항에 있어서,

   상기 접착제는 실리콘 러버를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
5. (a) 양극판들과 세퍼레이터들 및 음극판들이 순차적으로 적층되어 구비된 전극조립체를 제조하는 단계;

   (b) 상기 전극조립체를 하부 케이스의 일측에 마련된 인입부에 안착시켜 수납시키는 단계;

   (c) 상기 인입부의 가장자리에 형성된 제1실링부나, 상기 인입부를 밀폐하는 상부케이스의 가장자리에 형성된 제2실링부중 적어도 어느 한쪽에 고온의 액체접착제를 도포하는 단계;

   (d) 상기 제1실링부와 상기 제2실링부를 맞대어 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 단계 (c)에서, 상기 액체접착제는 고온 접착제로 이루어진 실리콘 러버를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법.