KR20030008512A

KR20030008512A - 리튬 폴리머 전지 제조방법

Info

Publication number: KR20030008512A
Application number: KR1020010043191A
Authority: KR
Inventors: 김주용; 주영환
Original assignee: 성남전자공업주식회사
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-29

Abstract

본 발명은 양전극판(20) 및 음전극판(30)을 각각 격리시키는 다수의 분할 분리막(42)을 하나의 세퍼레이터(40)에 다수의 구획라인(41)을 통하여 제공하여 지그재그식으로 접어 적층시킬 수 있도록 함으로써 양전극판(20) 및 음전극판(30)이 자연스럽게 분할 분리막(42)을 사이에 두고 교호로 적층될 수 있도록 하여 그 제조작업을 향상시킬 수 있는 리튬 폴리머 전지 제조방법에 관한 발명이다.

Description

리튬 폴리머 전지 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF LITHIUM POLYMER BATTERY}

본 발명은 리튬 폴리머 전지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양전극판 및 음전극판을 각각 격리시키는 다수의 분할 분리막을 하나의 세퍼레이터에 다수의 구획라인을 중심으로 하여 제공하여 지그재그식으로 접어 양전극판 및 음전극판을 분할 분리막을 사이에 두고 자연스럽게 적층시킬 수 있도록 한 리튬 폴리머 전지 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 리튬전지는 내부에 들어있는 화학물질(활물질; active material)의 화학 에너지를 전기 화학적 산화-환원반응(electrochemical oxidation-reduction reaction)을 통하여 전기 에너지(electrical energy)로 변환하는 장치이다. 리튬전지는 두 개 이상의 전기 화학적 셀(cell)의 집합체를 나타내지만, 보통 단위 리튬전지(single cell)에도 사용되고 있다. 이러한 리튬전지는 화학반응대신 전기 화학반응이 일어나 전자가 도선을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있도록 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자는 전기 에너지의 원천이 되어 전기적인 유용함을 제공한다.

도 1은 일반적인 리튬전지의 원리를 설명하기 위한 설명도이다.

구체적으로 리튬전지는 전극(10; electrode), 즉 양극(cathode or positive electrode)과 음극(anode or negative electrode)이라는 활물질 들을 가지고 있고,분리막(separator)에 의해 서로 떨어져 있으며, 또한 두 전극사이의 이온 전달을 가능하게 하는 전해질(electrolyte)에 담겨져 있다. 전등, 기계 및 기구 등을 작동하기 위해서는 리튬전지의 두 전극 사이에 충분한 전압과 전류가 생성될 수 있도록 적절한 전극물질과 전해질이 선정되어 특별한 구조로 배열되어져야 한다.

예를 들어, 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 양극과, 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 음극, 그리고 양극의 환원반응 및 음극의 산화반응이 화학적 조화를 이루도록 물질의 이동을 가능하게 하는 전해질, 더불어 양극과 음극의 물리적 접촉 방지를 위한 세퍼레이터 등이 상호 작용되어 화학적 에너지를 전기적 에너지로 제공할 수 있도록 배열되어야 하는 것이다.

이와 같이 배열된 리튬전지의 음극은 기본적으로 전자를 내어주고 자신은 산화되며, 양극은 전자를 받아(양이온과 함께) 자신은 환원되어 리튬전지가 외부 부하와 연결되어 작동할 때 두 전극은 각각 전기 화학적으로 변화를 일으켜 전기적인 일을 하게 된다.

이때, 음극의 산화반응에 의해 생성된 전자는 외부 부하를 경유하여 양극으로 이동하고 양극에 이르러 양극 물질과 환원반응을 일으켜, 전해질 내에서 음극과 양극 방향으로의 anion(negative ion)과 cation(positive ion)의 물질이동에 의한 전하의 흐름을 완성한다. 이렇게 전해질 내부에서는 외부도선에서 계속해서 전하가 흐르도록 반응을 일으키고 이에 힘입어 그 전하로의 전기적인 일을 하게 되는 것이다.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조과정을 나타내는 공정도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지(1)는 양극 집전체(예를 들면 알루미늄 호일)의 표면에 양극 슬러리를 투여하여 제조된 양전극판(2)과, 음극 집전체(예를 들면 구리 호일)의 표면에 음극 슬러리를 투여하여 제조된 음전극판(4)을 세퍼레이터(3)를 사이에 두고 교호로 적층한 후 양전극판(2)의 양극탭(2a)에 양극 리드단자(2b)를 부착하고 음전극판(4)의 음극탭(4a)에 음극 리드단자(4b)를 부착하여 알루미늄 백(5)으로 열압착하므로써 그 제조를 완성한다.

이와 같이 양전극판(2) 및 음전극판(4)을 세퍼레이터(3)를 사이에 두고 적층시키는 방법은 양전극판(2) 그리고 세퍼레이터(3) 또 음전극판(4)의 순서로 매번 쌓아올리듯 적층하여야만 하여 그 신속성 및 생산성이 크게 떨어지는 단점을 지니고 있다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 기획된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 양전극판 및 음전극판을 각각 격리시키는 다수의 분할 분리막을 하나의 세퍼레이터에 다수의 구획라인을 중심으로 하여 각각 나누어 지그재그식으로 접을 수 있도록 하여 생산성 및 조립성을 크게 향상시킨 리튬 폴리머 전지 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 리튬전지의 원리를 설명하기 위한 설명도.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조과정을 나타내는 공정도.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지의 제조과정을 나타내는 공정도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 양전극판 21 : 양극탭

21a : 양극 리드단자 30 : 음전극판

31 : 음극탭 31a : 음극 리드단자

40 : 세퍼레이터 41 : 구획라인

42 : 분할 분리막 50 : 알루미늄 백

100 : 리튬 폴리머 전지

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

양전극판 및 음전극판의 면적에 비례한 크기로 다수 개의 분할 분리막이 구획라인을 기준으로 하여 횡방향으로 형성되도록 구획하는 세퍼레이터 제조단계와,

상기 다수 개의 분할 분리막을 구획하는 짝수차의 구획라인을 기준으로 하여 양극탭이 상호 인접하는 순서로 2개 1조로 된 다수 개의 양전극판을 횡방향으로 배열하는 양전극판 배열단계와,

상기 양전극판 배열단계에 의하여 횡방향으로 배열된 다수 개의 양전극판 위에 상기 구획라인에 의하여 구획된 다수 개의 분할 분리막이 놓여지도록 상기 세퍼레이터를 위치시키는 세퍼레이터 배치단계와,

상기 다수 개의 분할 분리막을 구획하는 홀수차의 구획라인을 기준으로 하여 음극탭이 상호 인접하는 순서로 2개 1조로 된 다수 개의 음전극판을 횡방향으로 배열하는 음전극판 배열단계와,

상기 양전극판 및 음전극판이 상기 분할 분리막을 사이에 두고 적층되도록 상기 홀수차 및 짝수차의 구획라인을 지그재그식으로 접어주는 구획라인 접힘단계와,

상기 양전극판의 양극탭과 상기 음전극판의 음극탭에 양극 리드단자 및 음극 리드단자를 각각 부착하는 단자 부착단계와,

상기 분할 분리막을 사이에 두고 교호로 적층된 양전극판 및 음전극판을 알루미늄 백으로 열압착하는 리튬 폴리머 전지 완성단계를 포함하여 이루어지는 것을그 기술적 공정상의 기본 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지(100)는 양극 리드단자(21a) 및 음극 리드단자(31a)가 각각 접속되는 양극탭(21) 및 음극탭(31)을 구비한 양전극판(20) 및 음전극판(30)을 포함하고, 이들 양전극판(20) 및 음전극판(30)은 세퍼레이터(40)의 분할 분리막(42)을 사이에 두고 교호로 적층되어 알루미늄 백(50)으로 열압착됨으로써 비로소 리튬 폴리머 전지(100)를 완성하게 된다.

이때, 세퍼레이터(40)는 양전극판(20) 또는 음전극판(30)의 면적과 동일하거나 상위하는 크기로 된 다수 개의 분할 분리막(42)을 포함하는 데, 이 분할 분리막(42)은 길게 펼쳐진 세퍼레이터(40)를 다수 개로 구획시키는 구획라인(41)에 의하여 자연스럽게 일렬로 배열되어진다.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지(100)의 제조과정을 나타내는 공정도이다.

더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법은 도 3a 내지 도 3g에 도시된 바와 같이 먼저 양전극판(20) 및 음전극판(30)의 면적에 비례한 크기로 다수 개의 분할 분리막(42)을 구획라인(41)을 기준으로 하여 횡방향으로 형성시켜 세퍼레이터(40)를 제조한다(S10).

일렬로 길게 펼쳐진 단일의 세퍼레이터(40)에 구획라인(41)을 기준으로 하여다수 개의 분할 분리막(42)을 형성시킴으로써 분할 분리막(42)을 특별히 만들기 위한 절단작업이 필요 없고, 특히 분할 분리막(42)을 제공하기 위하여 절단작업을 할 경우에 미세한 절단오차에 의한 분할 분리막(42)의 손실을 미연에 방지할 수 있어 바람직하다.

이와 같은 단일의 세퍼레이터(40)에 다수 개의 분할 분리막(42)을 제공하기 위한 구획라인(41)은 편의상 그 좌측으로부터 우측으로 갈수록 홀수차 및 짝수차의 구획라인(41)으로 구분될 수 있는 데, 본 발명에서는 세퍼레이터(40) 제조단계 이후에 다수 개의 분할 분리막(42)을 구획하는 짝수차의 구획라인(41)을 기준으로 하여 양극탭(21)이 상호 인접하는 순서로 2개 1조로 된 다수 개의 양전극판(20)을 횡방향으로 배열한다(20).

이때, 홀수차에 해당되는 세퍼레이터(40)의 첫 번째 분할 분리막(42)에는 앞서 제시한 「짝수차의 구획라인(41)을 기준으로 하여 양극탭(21)이 상호 인접하는 순서」라는 의미에서 알 수 있듯이 세퍼레이터(40)의 시작단의 부분에는 단일의 양전극판(20)이 놓여지게 되는 것으로 해석할 수 있다.

그 후, 양전극판(20) 배열단계에 의하여 횡방향으로 배열된 다수 개의 양전극판(20) 위에 구획라인(41)에 의하여 구획된 다수 개의 분할 분리막(42)이 놓여지도록 세퍼레이터(40)를 위치시킨다(S30).

이때, 리튬 폴리머 전지(100)에 구성되는 양전극판(20) 및 음전극판(30)의 적층수에 따라 세퍼레이터(40)의 분할 분리막(42)의 개수 역시 희망하는 대로 미리 제조할 수 있고, 그 용량에 따라 가변할 수 있음은 물론이다.

다음으로 다수 개의 분할 분리막(42)을 구획하는 홀수차의 구획라인(41)을 기준으로 하여 음극탭(31)이 상호 인접하는 순서로 2개 1조로 된 다수 개의 음전극판(30)을 횡방향으로 배열한다(S40).

이때, 짝수차에 해당되는 세퍼레이터(40)의 마지막 번째 분할 분리막(42)에는 앞서 제시한 「홀수차의 구획라인(41)을 기준으로 하여 음극탭(31)이 상호 인접하는 순서」라는 의미에서 알 수 있듯이 세퍼레이터(40)의 마지막단의 부분에는 단일의 음전극판(30)이 놓여지게 되는 것으로 해석할 수 있다.

이와 같이 세퍼레이터(40)의 분할 분리막(42)을 사이에 두고 위치된 양전극판(20)과 음전극판(30)은 다시 세퍼레이터(40)의 홀수차 및 짝수차의 구획라인(41)을 중심으로 하여 지그재그식으로 접어주어 상호간의 적층을 이루도록 한 후(S50), 양전극판(20)의 양극탭(21)과 음전극판(30)의 음극탭(31)에 양극 리드단자(21a) 및 음극 리드단자(31a)를 각각 부착한다(S60).

세퍼레이터(40)의 홀수차 및 짝수차의 구획라인(41)을 중심으로 지그재그식으로 접어줄 경우 양전극판(20) 및 음전극판(30)은 분할 분리막(42)을 사이에 두고 자연스럽게 적층될 수 있고, 이렇게 교호로 적층된 양전극판(20) 및 음전극판(30)의 양극탭(21)과 음극탭(31)에 양극 리드단자(21a) 및 음극 리드단자(31a)를 부착하는 것은 전기용접 또는 리벳팅에 의하여 가능하다.

그리고, 양극 리드단자(21a) 및 음극 리드단자(31a)를 양극탭(21) 및 음극탭(31)에 부착한 후 분할 분리막(42)을 사이에 두고 교호로 적층된 양전극판(20) 및 음전극판(30)을 알루미늄 백(50)으로 열압착시키므로써 리튬 폴리머 전지(100)를 완성할 수 있게 된다(S70).

상술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 폴리머 전지(100)의 제조방법은 단일의 세퍼레이터(40)에 다수의 분할 분리막(42)을 제공하여 양전극판(20) 및 음전극판(30)을 구획라인(41)을 중심으로 지그재그식으로 접어 적층시킬 수 있게 되어 더욱 간단하게 양전극판(20) 및 음전극판(30)의 적층 배열을 이룰 수 있게 되어 그 제조과정이 훨씬 간소해진다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지 제조방법은 양전극판(20) 및 음전극판(30)을 각각 격리시키는 다수의 분할 분리막(42)을 하나의 세퍼레이터(40)에 다수의 구획라인(41)을 통하여 제공하여 지그재그식으로 접어 적층시킬 수 있도록 함으로써 양전극판(20) 및 음전극판(30)이 자연스럽게 분할 분리막(42)을 사이에 두고 교호로 적층될 수 있으며 그 제조작업이 한층 좋아지는 탁월한 효과가 있다.

Claims

양전극판(20) 및 음전극판(30)의 면적에 비례한 크기로 다수 개의 분할 분리막(42)이 구획라인(41)을 기준으로 하여 횡방향으로 형성되도록 구획하는 세퍼레이터(40) 제조단계(S10)와,

상기 다수 개의 분할 분리막(42)을 구획하는 짝수차의 구획라인(41)을 기준으로 하여 양극탭(21)이 상호 인접하는 순서로 2개 1조로 된 다수 개의 양전극판(20)을 횡방향으로 배열하는 양전극판(20) 배열단계(S20)와,

상기 양전극판(20) 배열단계(S20)에 의하여 횡방향으로 배열된 다수 개의 양전극판(20) 위에 상기 구획라인(41)에 의하여 구획된 다수 개의 분할 분리막(42)이 놓여지도록 상기 세퍼레이터(40)를 위치시키는 세퍼레이터(40) 배치단계(S30)와,

상기 다수 개의 분할 분리막(42)을 구획하는 홀수차의 구획라인(41)을 기준으로 하여 음극탭(31)이 상호 인접하는 순서로 2개 1조로 된 다수 개의 음전극판(30)을 횡방향으로 배열하는 음전극판(30) 배열단계(S40)와,

상기 양전극판(20) 및 음전극판(30)이 상기 분할 분리막(42)을 사이에 두고 적층되도록 상기 홀수차 및 짝수차의 구획라인(41)을 지그재그식으로 접어주는 구획라인(41) 접힘단계(S50)와,

상기 양전극판(20)의 양극탭(21)과 상기 음전극판(30)의 음극탭(31)에 양극 리드단자(21a) 및 음극 리드단자(31a)를 각각 부착하는 단자 부착단계(S60)와,

상기 분할 분리막(42)을 사이에 두고 교호로 적층된 양전극판(20) 및 음전극판(30)을 알루미늄 백(50)으로 열압착하는 리튬 폴리머 전지(100) 완성단계(S70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조방법.