KR20020066599A - The Interface Structure of A Secondary Battery - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a stable interfacial structure of secondary battery, which is formed by applying an ion-conductive polymer material on a cathode or anode or separator and adhering them with each other. CONSTITUTION: The secondary battery consists of a cathode(5), an anode(6), a separator(7), and a sheath. In the secondary battery, ion-conductive polymer(8) is applied to the part of cathode, anode, or separator to form a partial adhesion. Also, a part on which adhesion is not formed, provides a space which enables liquid electrolyte to uniformly penetrate. The separator consists of a single film or a composite film of polyethylene, polypropylene, or polyvinylidene fluoride. The separator has porosity of 40-80%, and thickness of 5-50 micrometer.

Description

이차전지의 계면 구조{The Interface Structure of A Secondary Battery}The Interface Structure of A Secondary Battery

본 발명은 2차 전지의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a secondary battery and a manufacturing method thereof.

이동전화, 노트북 컴퓨터 등 정보통신을 위한 휴대용 전자제품의 보급이 급속히 성장함에 따라서 이들 제품의 전원으로 사용되는 전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 충전과 방전을 거듭하여 반복적으로 사용할 수 있는 2차 전지는 정보 통신용 전자 제품의 핵심부품이다. 전자제품의 기능이 다양화되고, 경박단소화되는 추세에 따라 에너지 밀도가 높은 고성능 전지에 대한 수요가 점차 증가되고 있다. 또한, 에너지 고갈과 환경문제로 전기자동차의 상용화가 일부 진행되고 있는 단계이며 이의 동력원으로 2차 전지의 중요성이 부각되고 있다.With the rapid growth of portable electronic products for information and communication such as mobile phones and notebook computers, the demand for batteries used as power sources for these products is increasing. In particular, a rechargeable battery that can be repeatedly used for charging and discharging is a key component of an electronic product for information communication. As the functions of electronic products are diversified and light and short, the demand for high-performance batteries having high energy density is increasing. In addition, due to energy depletion and environmental problems, commercialization of electric vehicles is in progress, and the importance of secondary batteries is emerging as a power source thereof.

1990년대 초에 상품화 된 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도를 갖고 있는 이차 전지로 대부분의 첨단 휴대용 전자 제품의 전원으로 사용되고 있는 추세이며, 또한 전기 자동차의 동력원으로 사용하기 위해 활발하게 개발이 진행되고 있다. 리튬이온 전지는 양극, 음극, 비수계 액체 전해액, 세퍼레이터, 외장재등으로 구성된다. 양극 활물질로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2등의 리튬전이금속산화물을 사용한다. 이들 물질은 결정구조 내로 리튬이온이 삽입/탈리가 되면서 진행되는 전기화학적 반응 전위가 높다. 음극 활물질은 전위가 낮은 탄소나 흑연등을 사용한다. 전해질은 주로 카보네이트기를 갖는 극성 유기용매 즉, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate), 비닐리덴 카보네이트(vinylidene carbonate), 감마부티로 락톤(γ-butylo lactone) 등의 몇가지 혼합물에, 리튬염으로 LiPF6, LiBF4, LiClO4등을 용해하여 사용한다. 세퍼레이터는 양극과 음극을 전기적으로 절연시키며 이온의 통로를 제공해 주는 역할을 하며, 다공성 폴리에틸렌등 폴리올레핀계 폴리머를 주로 사용하며, 전지의 내용물을 보호하며 전지외부로 전기적 통로를 제공하는 외장재로는 금속캔을 사용한다.Li-ion batteries commercialized in the early 1990s are secondary batteries with high energy density and are being used as a power source for most advanced portable electronic products, and are being actively developed for use as a power source for electric vehicles. The lithium ion battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous liquid electrolyte, a separator, and an exterior material. Lithium transition metal oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiNiO 2 are used as the positive electrode active material. These materials have a high electrochemical reaction potential that proceeds as lithium ions are inserted / desorbed into the crystal structure. As the negative electrode active material, carbon or graphite having a low potential is used. The electrolyte is mainly a polar organic solvent having a carbonate group, that is, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate, vinylidene LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , and the like are used by dissolving a mixture of carbonate (vinylidene carbonate) and gamma-butyrolactone (γ-butylo lactone). The separator electrically insulates the positive electrode and the negative electrode and provides a passage of ions. The separator mainly uses polyolefin-based polymers such as porous polyethylene, and protects the contents of the battery and provides an electrical passage to the outside of the battery. Use

액체 전해액을 사용하는 리튬이온전지보다 더욱 안전하고, 얇은 형태로 전지를 제조하기 위해 폴리머 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지의 개발이 꾸준히 진행되어 왔다. 고체 상태의 이온전도성 고분자만을 전해질로 사용하는 경우는 상온에서 이온전도도가 낮아 전자제품에 사용되기 부적합하다. 폴리머와 액체 전해액이 균일하게 혼합된 젤(gel)상태 또는, 폴리머 메트릭스에 다공을 형성하여 액체 전해액을 함침시킨 형태의 폴리머 전해질이 상온에서 10-3∼10-4S/㎝ 의 이온전도를 갖게 되어 실용화 되고 있다. 폴리머 전해질은 양극과 음극을 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터 역할과 이온을 전달하는 전해질의 역할을 동시에 하게 된다. 이때 사용되는 폴리머는 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로 나이트릴(polyacrylo nitrile), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)등 리튬이온전지의 충/방전 전압 영역에서 화학적, 전기 화학적으로 안정한 고분자 물질들이다. 리튬이온 폴리머 전지는 리튬이온전지에 비해 전해질중의액체성분이 폴리머 메트릭스에 갇혀 있는 상태이므로 누액의 위험이 적어 금속캔 대신 알루미늄박과 폴리머층들로 구성된 포장재를 사용할 수 있어 얇고, 가벼우며, 형태를 자유롭게 하여 전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.Development of a lithium polymer battery using a polymer electrolyte has been steadily progressed to produce a battery that is safer and thinner than a lithium ion battery using a liquid electrolyte. When only a solid ion conductive polymer is used as an electrolyte, the ion conductivity is low at room temperature, which is not suitable for use in electronic products. A gel electrolyte in which a polymer and a liquid electrolyte are uniformly mixed, or a polymer electrolyte in which a liquid electrolyte is impregnated by forming pores in a polymer matrix has an ion conductivity of 10 -3 to 10 -4 S / cm at room temperature. It is becoming practical. The polymer electrolyte plays a role of a separator that electrically insulates the positive electrode and the negative electrode and an electrolyte that transfers ions. The polymer used here is a polymer material that is chemically and electrochemically stable in the charge / discharge voltage range of a lithium ion battery such as polyethylene oxide, polyacrylo nitrile, and polyvinylidene fluoride. admit. Lithium-ion polymer batteries have a lower risk of leakage because the liquid components in the electrolyte are trapped in the polymer matrix than lithium-ion batteries, and thus packaging materials consisting of aluminum foil and polymer layers can be used instead of metal cans. There is an advantage that the battery can be produced freely.

종래의 폴리머 전지는 폴리머 전해질 필름을 별도로 제조하여 양극과 음극에 결착시키거나, 기계적 강도가 강한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 다공성 폴리올레핀계 필름에 폴리머 전해질을 전면적으로 도포하여 다층 필름 형태로 구성되었다. 폴리머 전해질필름을 별도로 제조할 경우 기계적 강도가 약하고, 연속적인 대량 생산에 어려움이 많으며, 또한 전극에 결착시킬 때 전면적으로 균일하게 결착시키기가 용이하지 않아서 전지간의 성능이 균일하지 못한 문제점이 있다. 다층 필름을 사용할 경우는 대량 생산이 용이한 점이 있으나, 양극, 음극, 전해질간에 이온의 이동이 원활하지 못하여 계면저항이 상승하는 문제점이 있다. 최근에는 폴리머를 액체 전해액에 용해시킨 형태의 폴리머 전해질을 전극에 도포하는 방법이 시도되고 있으나 수분제어나 공정제어가 곤란하여 많은 문제점을 안고 있다.In the conventional polymer battery, a polymer electrolyte film is separately prepared and bound to the positive electrode and the negative electrode, or the polymer electrolyte is entirely coated on a porous polyolefin-based film such as polyethylene and polypropylene having high mechanical strength, thereby forming a multilayer film. When the polymer electrolyte film is prepared separately, the mechanical strength is weak, there is a lot of difficulty in continuous mass production, and when the electrode is bound to the electrode, it is not easy to uniformly bind the entire surface. In the case of using a multilayer film, there is a point that mass production is easy, but there is a problem in that the interface resistance increases because the movement of ions between the anode, the cathode, and the electrolyte is not smooth. Recently, a method of applying a polymer electrolyte in a form in which a polymer is dissolved in a liquid electrolyte solution has been attempted, but there are many problems due to difficulty in controlling moisture or controlling a process.

미국특허 제 5,460,904호는 음, 양극의 집전체를 그리드(grid) 형태로 하고, 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride)와 헥사프로필렌 플루오라이드 (hexapropylene fluoride) 의 공중합체에 가소제를 첨가하여 필름을 제조한 후, 열과 압력을 가하여 전극과 결착시켜 일체형 단위 전지를 구성한다. 이후, 유기용제로 가소제를 추출함으로써 전해액이 함침할 수 있는 다공성을 제공한다. 그러나, 이 기술은 집전체를 그리드로 사용함으로써 가격이 비싸고 추출공정을 도입함으로써 제조 공정이 복잡해지고 비싼 단점이 있다. 또한, 열과 압력을 도입하는 라미네이션(lamination) 공정에서 음, 양극이 접합되는 단락현상이 빈번하여 대량 생산의 어려움이 있다.U.S. Patent No. 5,460,904 describes a film in which a positive electrode current collector is formed in a grid, and a plasticizer is added to a copolymer of vinylidene fluoride and hexapropylene fluoride. Thereafter, heat and pressure are applied to bind the electrode to form an integrated unit cell. Then, by extracting the plasticizer with the organic solvent to provide a porosity that the electrolyte solution can be impregnated. However, this technique is expensive because the current collector is used as a grid, and the manufacturing process is complicated and expensive by introducing an extraction process. In addition, in the lamination process of introducing heat and pressure, a short circuit phenomenon in which negative and positive electrodes are bonded frequently causes mass production difficulties.

미국특허 제 5,837,017호는 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 전해액과의 비천화성 세퍼레이터 필름의 양면에 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)과 같은 전해액 친화성 폴리머 물질로 코팅된 다층폴리머를 폴리머 전해질로 사용하는 기술이다. 이 형태는 기존의 리튬이온 전지의 세퍼레이터를 다층폴리머층으로 변형시킨 형태이며, 전해액 주입과 포장공정이 끝난 후 열과 압력으로 전극과 폴리머전해질을 일체화 시킬 수 있다. 이 기술은 추출공정이 없고 기존의 리튬이온 기술을 적용할 수 있어 생산성이 향상된 기술이라고 볼 수 있다. 그러나 전해액과의 친화성이 있는 물질과 친화성이 없는 폴리머 물질의 다층폴리머층에서 이온의 이동이 원활하지 못하여 계면저항이 큰 문제점이 있다.U.S. Patent No. 5,837,017 uses a multi-layered polymer coated with an electrolyte affinity polymer material such as polyvinylidene fluoride on both sides of an unsaturated separator film with an electrolyte such as polyethylene, as a polymer electrolyte. to be. This form transforms the separator of a conventional lithium ion battery into a multilayer polymer layer, and after the electrolyte injection and packaging process is completed, the electrode and the polymer electrolyte can be integrated with heat and pressure. This technology has no extraction process and can be applied to existing Li-ion technology. However, in the multilayer polymer layer of the polymer material having no affinity with the electrolyte solution, there is a problem in that the ionic movement is not smooth and the interface resistance is large.

미국특허 제 6,124,061 는 다공성 격리막의 양면에 전면적으로 접착성이 있는 수지층을 도포하고 전극과 격리막간에 강한 결착을 이루게 하는 구조를 제시하였다. 이 형태는 나중에 투입되는 액체 전해액이 전극과 격리막사이에 균일하게 침투하기가 어려우므로 안정한 계면 구조를 이루기가 어렵고, 따라서 이온의 이동이 원활하지 못한 단점이 있다. 또한, 격리막에 도포된 접착성 수지 용액으로 인해 생산 공정이 까다롭고 잔류된 용매가 부착된 전극으로 침투하여 전지의 성능을 열화시키는 단점이 있다.U.S. Patent No. 6,124,061 proposes a structure in which a resin layer having an overall adhesive is applied to both surfaces of a porous separator and a strong bond is formed between the electrode and the separator. This form has a disadvantage in that it is difficult to form a stable interfacial structure because it is difficult for the liquid electrolyte to be introduced later to uniformly penetrate between the electrode and the separator, and thus the ion movement is not smooth. In addition, the adhesive resin solution applied to the separator has a disadvantage that the production process is difficult and penetrates into the electrode with the remaining solvent to deteriorate the performance of the battery.

본 발명은 이와 같은 기존 리튬 폴리머 전지의 문제점을 극복하기 위하여 고안되었다. 본 발명에 의한 전지구조와 제조방법을 이용하면, 기존의 폴리머 전지 제조방법에 비해 제조공정이 간단하여 생산성이 높고, 전극과 격리막 사이에 안정한 계면을 형성함으로써 성능이 우수하면서도 두께가 얇고, 면적이 넓은 리튬 폴리머 전지를 생산할 수 있다.The present invention has been devised to overcome the problems of such a conventional lithium polymer battery. By using the battery structure and manufacturing method according to the present invention, the manufacturing process is simpler than the conventional polymer battery manufacturing method, the productivity is high, and by forming a stable interface between the electrode and the separator, the performance is excellent and the thickness is thin, and the area is large. A wide range of lithium polymer batteries can be produced.

기존의 제조방법은 폴리머 전해질 필름을 별도로 제조하여, 양극과 음극에 결착시키는 방법을 사용하여 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있으며, 결착성 물질을 격리막의 전면에 도포하여 전극과 격리막간에 강한 결착을 이루도록 하는 방법은 전해액의 균일한 침투가 곤란하여 계면에서의 저항이 상승하는 문제점을 갖고 있다.The conventional manufacturing method has a disadvantage in that the manufacturing process is complicated by manufacturing a polymer electrolyte film separately and binding the positive electrode and the negative electrode, and applying a binding material to the front surface of the separator to achieve a strong binding between the electrode and the separator. This method has a problem in that uniform penetration of the electrolyte solution is difficult and the resistance at the interface is increased.

이러한 단점을 해결하기 위해 본 발명에서는 양극/격리막/음극을 기본단위로 구성되는 전지의 내부 구조에서, 양극 또는 음극 또는 격리막의 표면의 일부분에 이온 전도성 폴리머 물질을 도포한 후 접착을 형성함과 동시에 이온 전도성 물질이 도포되지 않은 부위는 전극과 격리막 사이에 좁은 틈을 제공한다. 나중에 액체 전해액이 투입될 때, 이 좁은 틈을 통해서 모세관 현상으로 인해, 액체 전해액이 전극과 격리막사이에 빠르게 침투하여 전면적으로 고르게 분포된다. 이러한 작용에 의해 인해 안정한 계면이 형성되어 이온의 이동이 활발하고, 전지의 내부저항이 낮으며, 충전 및 방전을 거듭하여 전극이 수축과 팽창을 반복하더라도 계면이 일정하게 유지되어 전지의 성능 및 수명이 향상되고, 두께가 얇은 형태나 면적이 넓은 형태의 전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.In order to solve this disadvantage, in the present invention, in an internal structure of a battery composed of a cathode / isolation membrane / cathode as a basic unit, an ion conductive polymer material is applied to a part of the surface of the cathode or the anode or the separator, and then adhesive is formed. The site where the ion conductive material is not applied provides a narrow gap between the electrode and the separator. Later when the liquid electrolyte is introduced, due to the capillary phenomenon through this narrow gap, the liquid electrolyte quickly penetrates between the electrode and the separator and is evenly distributed throughout. Due to this action, a stable interface is formed, the ions move actively, the internal resistance of the battery is low, and the charge and discharge are repeated so that the interface remains constant even if the electrode is repeatedly contracted and expanded. This improves, and there is an advantage that a battery having a thin shape or a wide area can be manufactured.

도 1은 리튬 폴리머 전지의 양극의 단면도.1 is a cross-sectional view of a positive electrode of a lithium polymer battery.

도 2는 리튬 폴리머 전지의 음극의 단면도.2 is a cross-sectional view of a negative electrode of a lithium polymer battery.

도 3은 양극과 음극을 격리막에 이온전도성 폴리머층을 매개로 적층하여 접합함으로써 단위전지를 구성한 형태의 단면도.3 is a cross-sectional view of a configuration in which a unit cell is formed by laminating a positive electrode and a negative electrode through an ion conductive polymer layer on a separator;

도 4는 다수의 음극을 연속된 격리막의 한면에 배열하고, 다수의 양극을 반대면에 배열한 구조의 단면도.4 is a cross-sectional view of a structure in which a plurality of cathodes are arranged on one side of a continuous separator and a plurality of anodes are arranged on the opposite side.

도 5는 도 4의 배열 구조를 접는 방법을 나타낸 단면도.5 is a cross-sectional view showing a folding method of the arrangement of FIG.

도 6은 다수의 양극과 음극을 연속된 격리막의 한면에 배열한 구조의 단면도.6 is a cross-sectional view of a structure in which a plurality of anodes and cathodes are arranged on one side of a continuous separator;

도 7은 도 6의 배열 구조를 접는 방법을 나타낸 단면도.7 is a cross-sectional view showing a method of folding the arrangement of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

1 : 양극 전류 집전체(알루미늄박) 2 : 양극 구성 물질1: anode current collector (aluminum foil) 2: anode composition material

3 : 음극 전류 집전체(구리박) 4 : 음극 구성 물질3: cathode current collector (copper foil) 4: cathode composition material

5 : 양극 6 : 음극5: anode 6: cathode

7 : 격리막 8 : 이온 전도성 폴리머7: Separation membrane 8: Ion conductive polymer

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings as follows.

도 1과 도2 는 각각 본 발명에 사용되는 양극과 음극의 단면을 예시한 것이다. 양극은 리튬금속의 산화/환원 전위를 기준으로 2.0∼5.0 볼트의 산화/환원 전위를 가진 분말상의 활물질과 전자를 전달할 수 있는 도전제를 결착성 폴리머 물질이 용해된 용매중에서 균일하게 혼합하여 전류 집전체인 금속박에 양면으로 도포한 후 용매를 건조하고 롤프레서로 압착하여 평탄한 표면을 구성한다. 음극은 리튬금속의 산화/환원 전위를 기준으로 0.0∼2.0 볼트의 산화/환원 전위를 가진 분말상의 활물질과 전자를 전달할 수 있는 도전제를 결착성 폴리머 물질이 용해된 용매중에서 균일하게 혼합하여 금속박에 양면으로 도포한 후 용매를 건조하고 롤프레서로 압착하여 평탄한 표면을 구성하거나 또는 금속 리튬박을 사용할 수 있다.1 and 2 illustrate cross sections of the positive electrode and the negative electrode used in the present invention, respectively. The anode is a current collector by uniformly mixing a powdered active material having an oxidation / reduction potential of lithium metal with a oxidation / reduction potential of 2.0 to 5.0 volts and a conductive agent capable of transferring electrons in a solvent in which a binding polymer material is dissolved. After coating on both sides of the metal foil as a whole, the solvent is dried and compressed with a roll press to form a flat surface. The negative electrode is uniformly mixed with a powdered active material having an oxidation / reduction potential of 0.0-2.0 volts based on the oxidation / reduction potential of lithium metal and a conductive agent capable of transferring electrons in a solvent in which the binding polymer material is dissolved. After coating on both sides, the solvent may be dried and compressed with a roll press to form a flat surface, or metal lithium foil may be used.

이렇게 구성된 양극 및 음극을 일정한 크기로 절단하여 도 3과 같이 순차적으로 적층한다. 이때, 양극 또는 음극 또는 격리막의 일부분에 이온전도성 폴리머 물질을 도포하여 필름들간에 결착이 이루어지게 하고, 리튬이온을 함유한 액체 전해액이 폴리머층과 격리막과 전극의 모든 면에 균일하게 침투할 수 있는 공간을 제공한다. 이때 사용되는 이온전도성 폴리머는 폴리시아노 아크릴레이트(polycyano acrylate), 폴리에틸렌 아크릴릭엑시드(poethylene acrylicacid), 폴리메타메틸 아크릴레이트(polymethamethyl acrylate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리프로필렌옥사이드(polyproplylene oxide) 폴리아크릴로 나이트릴(polyacrylo nitrile), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리헥사프로필렌 플루오라이드(polyhexapropylene fluoride) 중의 하나 또는 이들의 혼합물 또는공중합체로 구성되는 것이 바람직하며, 도포되는 두께는 0.1∼10㎛ 가 적당하다.The positive and negative electrodes thus constructed are cut to a predetermined size and sequentially stacked as shown in FIG. 3. At this time, by applying an ion conductive polymer material to a portion of the anode or cathode or separator to make the binding between the films, the liquid electrolyte containing lithium ions can penetrate uniformly on all sides of the polymer layer, the separator and the electrode. Provide space. The ion conductive polymer used here is polycyano acrylate, polyethylene acrylic acid, polymethamethyl acrylate, polyethylene oxide, polyproplylene oxide polyacrylic. It is preferably composed of one or a mixture or copolymer of polyacrylo nitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexapropylene fluoride, and the thickness applied is 0.1 to 10 탆. Is suitable.

이하, 실시예에서 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지에 대해 상세히 기술한다. 그러나 실시예들이 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the lithium polymer battery according to the present invention will be described in detail in Examples. However, the embodiments do not limit the scope of the present invention.

실시예 1Example 1

양극 제조 : 양극 활물질인 LiCoO2 100g, 도전제로 carbon black 5g, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 10g을 균일하게 혼합하고, 용매인 엔메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP) 50g을 첨가하여 균일한 상태의 슬러리(slurry)를 제조한다. 이 슬러리를 20㎛ 두께의 알루미늄박에 양면으로 균일하게 도포하고 100 ℃에서 건조하여 NMP는 증발시킨다. 건조후의 필름의 두께가 250㎛ 되게 하고, 롤프레스로 압착하여 200㎛ 두께가 되게 하여 양극제조를 완성한다.Positive electrode production: 100 g of LiCoO2, a positive electrode active material, 5 g of carbon black as a conductive agent, and 10 g of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed uniformly, and 50 g of N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent was added thereto. To prepare a slurry in a uniform state. The slurry is uniformly applied on both sides to a 20 μm thick aluminum foil and dried at 100 ° C. to evaporate NMP. The thickness of the film after drying is set to 250 탆, and the film is pressed with a roll press to have a thickness of 200 탆 to complete anode production.

음극 제조 : 음극 활물질인 흑연분말 100g, 도전제로 carbon black 1g, 바인더로 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 10g을 균일하게 혼합하고, 용매인 엔메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone) 50g을 첨가하여 균일한 상태의 슬러리를 제조한다. 이 슬러리를 15㎛ 두께의 구리박에 양면으로 균일하게 도포하고 100℃에서 건조하여 NMP는 증발시킨다. 건조후의 필름의 두께가 200㎛ 되게 하고, 롤프레스로 압착하여 160㎛ 두께가 되게 하여 음극 제조를 완성한다.Negative electrode manufacturing: uniformly mix 100 g of graphite powder as a negative electrode active material, carbon black 1 g as a conductive agent, and 10 g polyvinylidene fluoride as a binder, and add 50 g of N-methylpyrrolidone as a solvent. A slurry in a homogeneous state is prepared. The slurry is uniformly applied on both sides to a 15 μm thick copper foil and dried at 100 ° C. to evaporate NMP. The thickness of the film after drying is set to 200 µm, and the film is pressed with a roll press to have a thickness of 160 µm to complete the preparation of the negative electrode.

전지 조립 : 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide, Mv=1000,000) 1g을 아세토나이트릴(acetonitrile) 100g에 녹인 용액을 준비한다. 제조된 양극 및 음극을 40 X 60 mm 크기로 자른다. 이때, 전기의 연결통로인 단자를 제공하기 위해 알루미늄박과 구리박의 일정부분에 물질이 도포되지 않은 부위를 돌출시킨다.Battery Assembly: A solution of 1 g of polyethylene oxide (Mv = 1000,000) dissolved in 100 g of acetonitrile is prepared. The prepared positive and negative electrodes are cut to a size of 40 X 60 mm. At this time, in order to provide a terminal, which is an electrical connection passage, a portion of the aluminum foil and the copper foil is protruded, in which the material is not applied.

잘라진 양극 및 음극의 한 면에 준비한 폴리에틸렌 옥사이드 용액을 1㎛ 두께로 부분적으로 도포한 후 다공성 폴리에틸렌 격리막(상품명:Celgard, 두께:25㎛)에 도. 6과 같은 모양으로 부착하여 아코디언 모양으로 접어서 양극, 음극 및 격리막의 적층체를 만들고 양극과 음극의 단자들은 각각 병렬로 초음파 융착한다.The polyethylene oxide solution prepared on one side of the cut anode and cathode was partially coated with a thickness of 1 μm, and then applied to a porous polyethylene separator (trade name: Celgard, thickness: 25 μm). Attached as shown in Figure 6, folded into an accordion shape to form a laminate of anode, cathode and separator, and the terminals of anode and cathode are ultrasonically fused in parallel.

최내각층이 폴리프로필렌(polyproplyene), 중간층이 알루미늄박, 최외곽층이 나이론(nylon)으로 구성된 외장재에 전극을 넣고, 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 와 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate) 부피비로 1:1인 용매에 LiPF61몰 농도로 녹아 있는 액체 전해액을 투입하고, 단자는 외부로 돌출시킨 형태로 외장재를 진공 포장하여 전지를 완성한다.The electrode is placed in an outer material consisting of polyproplyene in the innermost layer, aluminum foil in the middle layer, and nylon in the outermost layer, and 1: 1 in volume ratio of ethylene carbonate and diethyl carbonate. Into the phosphorus solvent, a liquid electrolyte dissolved at a concentration of 1 mole of LiPF 6 is introduced, and the terminal is vacuum-packed with an exterior member in a form of protruding to the outside to complete a battery.

실시예 2Example 2

실시예 1과 다른 구성 요소의 제조는 동일하고 전극을 격리막에 도. 7과 같은 모양으로 부착한 후 이웃한 전극 사이 부분을 접으면서 연속적으로 감아 양극, 음극 및 격리막의 적층체를 만든다.Fabrication of the other components as in Example 1 is the same and the electrode is shown in the separator. After attaching in the shape as shown in Fig. 7, the parts between neighboring electrodes are folded and continuously wound to form a laminate of anode, cathode and separator.

실시예 3Example 3

실시예 1과 다른 구성 요소의 제조는 동일하고 폴리에틸렌 옥사이드 용액을 전극이 부착되는 격리막에 도포하여 전지를 구성한다.The manufacture of the different components from Example 1 is identical and the polyethylene oxide solution is applied to the separator to which the electrode is attached to construct the cell.

본 발명과 같은 전지구조와 제조방법을 사용할 경우 기존의 방법보다 단순한공정으로 전지를 제조할 수 있으며, 전해액이 전극과 격리막사이에 빠르게 침투하여 전면적으로 고르게 분포함으로써 안정한 계면을 형성할 수 있다. 이로 인해 전지의 내부저항이 낮으며, 충전 및 방전을 거듭하여 전극이 수축과 팽창을 반복하더라도 계면이 일정하게 유지되어 전지의 성능 및 수명이 향상되고, 두께가 얇은 형태나 면적이 넓은 형태의 전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.In the case of using the battery structure and the manufacturing method of the present invention, the battery can be manufactured by a simpler process than the conventional method, and the electrolyte can quickly penetrate between the electrode and the separator and evenly distribute the entire surface to form a stable interface. As a result, the internal resistance of the battery is low, and even though the electrode is repeatedly contracted and expanded due to repeated charging and discharging, the interface is kept constant, thereby improving the performance and life of the battery, and having a thin or wide area. There is an effect that can be prepared.

Claims (13)

양극, 음극, 격리막, 전해질 및 외장재 등으로 구성되는 2차 전지에서,In a secondary battery composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, an electrolyte, and a packaging material, 이온전도성 폴리머가 양극, 음극 또는 격리막의 일부분에 도포되어 전극과 격리막간에 부분적인 접착이 형성되고, 접착이 이루어지지 않은 부분은 액체 전해질이 균일하게 침투할 수 있는 공간을 제공하는 구조.A structure in which an ion conductive polymer is applied to a part of an anode, a cathode, or a separator to form a partial bond between an electrode and the separator, and a part to which the non-bonding part provides a space where the liquid electrolyte can uniformly penetrate. 1 항의 격리막은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)의 단일 또는 복합 필름으로 구성되고, 공극률이 40%에서 80%의 범위를 가지며, 두께가 5㎛에서 50㎛의 범위를 가지는 경우.The separator of claim 1 consists of a single or a composite film of polyethylene, polypropylene, or polyvinylidene fluoride, having a porosity ranging from 40% to 80%, and having a thickness of 5 μm. In the range of 50 μm. 1 항의 이온전도성 폴리머가 폴리에틸렌 아크릴릭엑시드(polyethylene acrylic acid), 폴리메타메틸 아크릴레이트(polymethamethyl acrylate), 폴리에틸렌 옥사이드(polyethylene oxide), 폴리프로필렌 옥사이드(polypropylene oxide), 폴리아크릴로 나이트릴(polyacrylo nitrile), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리헥사프로필렌 플루오라이드(polyhexapropylene fluoride), 폴리스타이렌(polystyrene) 중의 하나 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체 또는 이오노머(ionomer)인 경우.The ion conductive polymer of claim 1 is polyethylene acrylic acid, polymethamethyl acrylate, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, When one or a mixture or copolymer or ionomer of polyvinylidene fluoride, polyhexapropylene fluoride, polystyrene. 1 항의 양극의 전류 집전체는 알루미늄박이며 그 위에 도포된 양극 활물질은 LiMO2또는 LiM2O4, 의 화학식을 갖는 분말상이며 여기서 M은 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 주석(Sn), 바나듐(V), 스트론듐(Sr) 등의 전이금속중의 하나 또는 둘이상의 혼합물로 구성된 경우.The current collector of the positive electrode of claim 1 is aluminum foil, and the positive electrode active material coated thereon is a powder having a chemical formula of LiMO 2 or LiM 2 O 4 , wherein M is cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), When composed of one or more than two of transition metals such as tin (Sn), vanadium (V), strontium (Sr). 4항의 양극 활물질에 주기율 표의 2족(Be 족) 연소 또는 3족(B 족) 원소가 산화물 상태나 또는 화합물 형태로 포함된 경우.When the positive electrode active material of claim 4 contains a Group 2 (Be) combustion or a Group 3 (Group B) element of the periodic table in an oxide state or in a compound form. 1 항에서 음극의 집전체는 구리박이며 그 위에 도포된 음극 활물질은 리튬, 탄소 또는 흑연중의 하나로 구성된 경우.In case 1, the negative electrode current collector is copper foil, and the negative electrode active material coated thereon is composed of one of lithium, carbon or graphite. 1 항의 전해질은 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 에틸메틸 카보네이트(ethylmethyl carbonate), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate), 비닐리덴 카보네이트(vinylidene carbonate), 감마부티로 락톤(γ-butylo lactone) 중에서 둘 이상의 혼합용액으로 구성되고, 리튬염으로 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiN(SO2C2F5)2중의 하나 이상이 혼합용액에 용해되어 있는 경우.The electrolyte of paragraph 1 is ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, diethyl carbonate, vinylidene carbonate, gamma It is composed of two or more mixed solutions in γ-butylo lactone, and at least one of LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 is dissolved in the mixed solution with lithium salt. Occation. 1 항의 외장재는 알루미늄박과 다층폴리머로 구성된 경우.The case 1 is made of aluminum foil and multilayer polymer. 3 항의 다공성 폴리머층의 두께는 0.1에서 10㎛범위의 두께를 가지는 경우.When the thickness of the porous polymer layer of 3 has a thickness in the range of 0.1 to 10㎛. 8 항의 외장재가 전지와 인접하는 최내각층이 폴리프로필렌(polypropylene), 중간층이 알루미늄 호일, 최외곽층이 폴리에스테르(polyester) 또는 나이론(nylon)으로 구성된 경우.The outer shell of item 8 is adjacent to the battery, and the innermost layer is made of polypropylene, the middle layer is made of aluminum foil, and the outermost layer is made of polyester or nylon. 1항의 전지 내부구조에서 다수의 전극과 연속된 격리막에 도 4 또는 도 6과 같은 배열구조로 부착되어 도 5 또는 도7과 같은 구조로 겹쳐진 적층 구조를 형성한 경우.When the internal structure of the battery of claim 1 is attached to the separator continuous with a plurality of electrodes in an arrangement such as FIG. 4 or 6 to form a stacked structure overlapping the structure as shown in FIG. 1항의 전지 내부구조에서 연속된 양극, 음극 과 격리막이 연속적으로 감겨진 (winding) 구조로 형성된 경우.When the positive electrode, the negative electrode and the separator are formed in a continuous winding structure in the battery internal structure of paragraph 1. 1항의 전지 내부구조가 청구항 11항과 12항의 형태로 구성되어 있고, 그 바깥을 열 수축형 필름으로 고정하였으며, 열 수축 필름의 재질은 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르등으로 구성된 경우.The internal structure of the battery of claim 1 is configured in the form of claims 11 and 12, the outside is fixed with a heat shrinkable film, the material of the heat shrinkable film is composed of polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, polyester, etc. .
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