KR20010111682A - 리튬 이차 전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (1) 전극을 절연하는 격리막을 로울러에 의해 권출하는 단계; (2) 상기 격리막 양면의 음극판 및 양극판이 부착되는 위치에 에어 인젝터 (air injector)를 이용하여 접착제를 도포하는 단계; (3) 상기 격리막의 양면에 각각 음극판 및 양극판을 일정간격으로 접착하는 단계; (4) 상기 접착된 음극판 및 양극판을 라미네이션(lamination)시키는 단계; 및 (5) 상기 음극판 및 양극판이 부착된 격리막을 음극판과 양극판이 서로 교호되도록 적층하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지의 제조방법에 관한 것으로 본 발명의 방법에 의하여 보다 빠르고 효율좋게 리튬 이차전지를 생산할 수 있다.

Description

리튬 이차 전지의 제조방법 {Method for Producing Lithium Secondary Battery}
본 발명은 리튬 2차 전지의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 (1) 전극을 절연하는 격리막을 로울러에 의해 권출하는 단계; (2) 상기 격리막 양면의 음극판 및 양극판이 부착되는 위치에 에어 인젝터 (air injector)를 이용하여 접착제를 도포하는 단계; (3) 상기 격리막의 양면에 각각 음극판 및 양극판을 일정간격으로 접착하는 단계; (4) 상기 접착된 음극판 및 양극판을 라미네이션(lamination)시키는 단계; 및 (5) 상기 음극판 및 양극판이 부착된 격리막을 음극판과 양극판이 서로 교호되도록 적층하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 일정한 규격으로 절단된 음극판 및 양극판을 격리막의 양면에 접착시킨 후 이 전지판을 다수회 접어 교호되게 구성함으로써 제품의 제조공정을 단순화 함과 동시에 고전류 및 과전압충전시 전압에 따라 제품이 발화되는 것을 방지하여 제품의 성능 및 특히 안전성을 더욱 향상시키고, 다양한 모양, 크기 및 원하는 용량을 얻을 수 있도록 한 도 1과 같은 형태의 리튬 이차 전지의 제조방법에 관한 것이다.
이러한 형태의 리튬 이차 전지는 격리막 한쪽면에 다수의 음극판을 일정 간격으로 접착하고 상기 격리막의 다른쪽 면에 다수의 양극판을 상기 음극판과 대응되는 위치에 접착하여 도 2와 같은 방법으로 다수회 접어 교호되게 구성하도록 하여 제조된다.
그러나 이러한 종래의 방법은 수직공정을 기본으로 하여 음극판과 양극판의 부착 및 라미네이션(lamination) 공정이 각각 분리됨으로 인해 접착제의 도포공정, 음극판 또는 양극판의 부착공정 및 라미네이션 공정을 두번씩 거쳐야 하는 공정효율의 낭비가 있었다. 또한 접착제의 분사에 솔레노이드 밸브(Solenoid valve) 방식의 노즐을 사용함으로 인해 접착제의 분사량 제어가 어렵고, 접착제의 점도에 따라 퍼짐정도가 다르며, 스트링(string)현상이 발생함으로 인해 전지 생산시 불량률을 높이고 전지의 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여 수직방식으로 상기의 리튬 이차 전지를 생산함에 의해 전지의 생산효율을 높임과 동시에 전지의 불량률을 낮추는 새로운 리튬 이차 전지의 생산 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 의해 생산되는 리튬 이차 전지의 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 의해 생산되는 리튬 이차 전지의 적층방법에 대한 설명도,
도 3은 본 발명에 의한 리튬 이차 전지의 개략적인 제조 공정도
도 4는 에어인젝터에 의한 접착제의 도포상태를 나타내는 측면도이다.
* 도면의 주요한 부분의 기호에 대한 설명
10: 격리막 20: 음극판
30: 양극판 40: 전극탭
100: 격리막 130: 접착제 도포부
131: 에어 인젝터 140: 접착제
241: 음극판 242: 양극판
310: 라미네이터 420: 스택커
즉 본 발명은
(1) 전극을 절연하는 격리막을 로울러에 의해 권출하는 단계;
(2) 상기 격리막 양면의 음극판 및 양극판이 접착되는 위치에 에어인젝터 (air injector)를 이용하여 접착제를 도포하는 단계;
(3) 상기 격리막의 양면에 각각 음극판 및 양극판을 일정간격으로 접착하는 단계;
(4) 상기 접착된 음극판 및 양극판을 라미네이션시키는 단계;
(5) 상기 음극판 및 양극판이 부착된 격리막을 음극판과 양극판이 서로 교호되도록 적층하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 사용되는 양극판은 알루미늄과 같은 금속(foil 형태)위에 양극활 물질을 도포, 건조하여 이를 일정한 크기로 절단하여 준비한다. 양극활 물질로는스피넬 혹은 층상구조를 이루고 있는 LiCO2, LiMn2O4와 같은 물질이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 음극판 역시 구리와 같은 금속(foil 형태)위에 음극활 물질을 도포, 건조하여 이를 일정한 크기로 절단하여 준비한다. 음극활물질로는 요구되는 전기화학적 특성을 가지도록 처리된 흑연계나 탄소계열의 재료를 사용할 수 있으며, 대표적인 물질로는 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbeads, MCMB)와 메조-페이스 피치 카본필름(meso-phase pitch carbon film)계열의 탄소재가 있으나 이에 한정되지는 않는다.
격리막으로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 단층 또는 다층의 폴리머다공질막이 사용될 수 있다. 격리막 표면에서 음극판 또는 양극판을 접착시키기 위해 접착제가 에어 인젝터를 통하여 도포된다. 에어 인젝터는 잉크젯 마킹(Inkjet Marking)의 인쇄원리를 응용한 것으로 압축공기를 이용하여 접착액을 노즐을 통해서 분사하도록 하여 수직공정에서 격리막의 양면으로 접착액의 도포가 가능하도록 하였다. 기존에 사용하던 방식인 솔레노이드 밸브를 이용한 노즐에 비해 본 발명에서 사용하는 에어 인젝터의 노즐을 이용한 경우 분사된 접착제가 가운데 부분이 비어있는 원의 형상을 이루어 접착층과 극판간의 접촉면적과 접착층의 두께를 감소시키고 쓸모없는 접착제의 도포를 막음으로 인해 스트링현상을 감소시키고 전극판의 전자 전도도를 향상시킬 수 있다. 이때 에어 인젝터 노즐의 내경은 50∼300㎛로 함이 바람직하다.
이하 도 3에서 나타난 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 하기의 실시예에 의해 본 발명의 권리범위를 제한하고자 하는것은 아니다.
먼저 롤러(110)에서 격리막(100)이 권출된다. 권출된 격리막을 가이드 롤러(guide roller)(121)과 댄서롤러(dancer roller)(122)를 통과하여 접착제 도포부(130)로 이송된다. 이때 가이드롤러를 통과한 격리막은 수직으로 이송되는 상태가 된다.
접착제 도포부(130)에서는 음극판, 양극판의 접착부위에 에어 인젝터(131)를 이용하여 접찹제(140)를 도 4에 도시된 형태로 자동분사한다. 이때 격리막(100)이 수직으로 이송됨에 의해 그 양쪽면에 접착제가 한꺼번에 분사될 수 있어 공정효율을 높일 수 있다.
접착제가 도포된 격리(100)막은 인덱스헤드(Index head)(200)와 가열기(210)을 지나 음극판과 양극판의 접착부로 이송된다. 음극판(241)과 양극판(242)은 로봇과 같은 자동접착수단(220)을 이용하여 극판이 축적된 매거진(Magazine) (230)으로부터 극판을 취하여 격리막(100)에 접착시킨다. 이 과정 역시, 격리막(100)의 양쪽에 한꺼번에 극판을 부착시킬 수 있음으로 인해 공정효율을 증가시킨다.
상기 단계에서 전극판이 부착된 격리막(100)은 인덱스헤드(200)를 지나 라미네이터(Laminator)(310)에서 열압착하여 고정한다.
상기 전극판이 부착된 격리막(100)은 다시 인덱스헤드(200) 가이드롤러(121) 및 콘베이어(conveyor)(410)를 지나 스택커(stacker)(420)에서 음극판과(241) 양극판(242)이 교호되도록 적층하고 이를 압축기(430)에 의해 압착한다.
이렇게 제조된 초기셀을 원하는 크기로 절단하여 자동포장, 전해액주입에 의해 완전한 셀 형태를 이루고 난 후 진공포장하여 리튬 이차 전지를 완성할 수 있다
상기와 같이 접착제의 도포, 전극판의 부착 및 라미네이션 공정을 수직인 상태에서 진행하였기 때문에 기존의 수평방식에서 발생하는 격리막의 휨으로 인한 극판의 정위치 이탈 및 적층시 극판의 비틀어짐에 대한 문제점을 해결할 수 있어 생산성과 품질을 향상시킬 수 있었다.
상기와 같이 본 발명은 리튬 이차 전지 생산 방법에 의해 수직공정을 도입하여 생산공정의 수를 줄임으로 인해 생산효율을 높였다. 또한 접착제의 도포공정에 에어 인젝터를 도입함으로 인해 접착제의 도포상태를 안정화 시켜 극판의 전도도를 향상시키고, 격리막의 이탈을 방지하여 전지의 불량률을 낮추고 성능을 개선시켰다.

Claims (3)

  1. (1) 전극을 절연하는 격리막을 로울러에 의해 권출하는 단계;
    (2) 상기 격리막 양면의 음극판 및 양극판이 부착되는 위치에 에어 인젝터(air injector)를 이용하여 접착제를 도포하는 단계;
    (3) 상기 격리막의 양면에 각각 음극판 및 양극판을 일정간격으로 접착하는 단계;
    (4) 상기 접착된 음극판 및 양극판을 라미네이션(lamination)시키는 단계;
    (5) 상기 음극판 및 양극판이 부착된 격리막을 음극판과 양극판이 서로 교호되도록 적층하는 단계를 포함하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 에어 인젝터는 노즐의 내경이 50∼300㎛인 것을 사용함을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 (2) 내지 (4) 단계는 격리막이 수직인 상태에서 이루어 짐을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
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