KR20030016122A - Ｌｉ 분말을 이용한 Ｌｉ 전지용 음극의 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무산소 분위기 하에서 제조한 Li 분말을 분말의 특성을 잃지 않으면서 전성 및 연성 등의 기계적 성질을 상승시킴과 동시에 보다 다양한 성형능을 갖는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 제조방법에 관한 것이다.

상기 본 발명은 규격 및 비규격 전지캔의 형상에 대응하여 Li 음극을 형성하기 위한 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법에 있어서,

하부다이 및 내/외부몰드에 의해 외측면이 지지된 상기 전지캔에 음극재료인 Li 분말을 충진시킨 뒤, 상부다이의 가압로드에 의해 상기 Li 분말을 전지캔 내주면에 압착 성형시켜, 전지캔의 형상에 대응하는 Li 음극을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｌｉ 분말을 이용한 Ｌｉ 전지용 음극의 성형방법{Forming Method of Anode for Ｌｉ Battery using Ｌｉ Powder}

본 발명은 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법에 관한 것으로, 특히 무산소 분위기 하에서 제조한 Li 분말을 분말의 특성을 잃지 않으면서 전성 및 연성 등의 기계적 성질을 상승시킴과 동시에 보다 다양한 성형능을 갖는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 Li계 1차 전지는 음극을 Li 잉곳으로부터 압출된 Li 포일을 다수회 권취한 "와운드형(wound type)"과, 1회 권취한 "보빈형(bobbin type)" 등으로 음극을 형성하고 있다.

한편 Li 2차 전지의 경우에는 Li 이온 2차 전지와 Li 고분자 2차 전지로 나누어지는데, Li 고분자 2차 전지는 음극재료로 리튬금속 대신 카본계 물질을 사용하여 음극, 양극 및 분리막을 압착한 젤리롤 형태를 가진다.

이와 같은 Li계 전지는 장기 저장능이 우수하고 고전압이 가능하여 화재발생, 응급환자 등의 비상연락용 발신기의 전원으로 그 사용처가 확대되고 있으나, 고온 저장능이나, 순간 방전시 전압강하 등의 현상으로 인해 품질에 많은 문제가 발생하고 있다.

한편 최근 들어 이동성 전자 및 통신기기의 발달과 환경 및 에너지 문제 등으로 인하여 고용량의 Li 전지에 관한 필요성이 크게 대두되고 있으며, 특히 다양한 전지형태를 요구함에 따라 전지 소재의 성형능이 중요한 과제로 여겨지고 있다.

그런데 종래의 Li 전지는 Li 음극이 Li 포일의 와운드형 또는 보빈 형상으로 이루어져 있으므로 이와 같이 다양한 전지형태에 대응할 수 있는 음극을 형성하는 것이 불가능하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 무산소 분위기 하에서 제조한 Li 분말을 분말의 특성을 잃지 않으면서 전성 및 연성 등의 기계적 성질을 상승시킴과 동시에 다양한 규격 및 비규격 전지의 형상에 구애받지 않고 이에 대응하는 음극을 형성할 수 있는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 제2 목적으로는 전지캔 내측에 음극을 연장 형성하여 전해액과의 접촉면을 넓혀 제반 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있으며 동시에 상기 음극을 형성함과 동시에 전지캔 내측에 결합시켜 공정을 단순화시킬 수 있는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 Li 전지용 음극을 제조할 때 이용될 수 있는 프레스장치를 나타내는 개략 사시도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 Li 전지용 음극을 성형하기 전과 후의 프레스장치에 결합된 상태를 각각 나타내는 개략 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 Li 전지용 음극에 접촉면 확대부가 성형된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

10: 상부다이10a: 가압로드

11: 요철부13: 스토퍼

13a: 가이드 구멍15a,15b: 내부몰드

17: 외부몰드17a: 삽입구멍

19: 하부다이19a: 고정홈

20: Li 분말21,21a: 음극

23 접촉면 확대부30: 전지캔

30a: 중공부

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 규격 및 비규격 전지캔의 형상에 대응하여 Li 음극을 형성하기 위한 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법에 있어서, 하부다이 및 내/외부몰드에 의해 외측면이 지지된 상기 전지캔에 음극재료인 Li 분말을 충진시킨 뒤, 상부다이의 가압로드에 의해 상기 Li 분말을 전지캔 내주면에 압착 성형시켜, 전지캔의 형상에 대응하는 Li 음극을 형성하는 것을 특징으로 하는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 제공한다.

이 경우 상기 가압로드는 전지캔의 수평 단면형상에 대응하여 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 가압로드에 의해 전지캔 내측에 충진된 Li 분말이 전지캔 외부로 넘치는 것을 방지하고 아울러 Li 음극의 높이를 미리 설정된 높이로 성형시키기 위해 상기 가압로드를 프레싱하기 전에 상기 전지캔 상부에 삽입되는 가이드 돌기를 하부에 구비하고 상기 내/외부몰드에 상면에 스토퍼를 배치한다.

또한 상기 전지캔 상부에 배치되는 스토퍼를 구비하여 가압로드에 의해 전지캔 내측에 충진된 Li 분말이 전지캔 외부로 넘치는 것을 방지하고 아울러 Li 음극의 높이를 미리 설정된 높이로 성형시킨다.

따라서 다양한 기기 및 장치에 부합되는 형상으로 이루어진 Li 전지캔의 형상에 구애받지 않고 용이하게 Li 전지용 음극을 성형할 수 있다.

(실시예)

이하에 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법을 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 Li 전지용 음극을 제조할 때 이용될 수 있는 프레스장치를 나타내는 개략 사시도, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 나타낸 프레스장치에 의해 Li 분말이 성형되는 상태를 나타내는 개략 단면도이다.

먼저 도 1과 같이 하부다이(19)에 외부몰드(17)를 안착시킨 후, 예를 들어 내측에 중공부(30a)를 갖고 상부가 개방된 원통형 전지캔(30)을 상호 대응 형성된 한 쌍의 내부몰드(15a,15b)의 안착홈(16a,16b)에 지지된 상태로 내부몰드(15a,15b)와 함께 상기 외부몰드(17)의 삽입구멍(17a)에 삽입시킨다.

이때 상기 전지캔(30)은 상기 하부다이(19)의 고정홈(19a)에 하단을 삽입하여 고정시킨다.

그 후, 상기 전지캔(30)의 상부에는 하기에 설명하는 가압공정 시 전지캔(30)의 중공부(30a)에 충진되는 Li 분말(20)이 외부로 넘치는 것을 방지하여 고른 압력으로 성형된 Li 음극(21)을 제조하기 위해 상기 전지캔(30)의 상부에 삽입되는 가이드 돌기(13b)를 구비한 스토퍼(13)가 위치 설정된다.

이 경우 상기 가이드 돌기(13b)의 길이는 성형되는 Li 음극(21)의 높이에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

이어서 도 2a와 같이 미리 설정된 Li 분말(20) 일정량, 예를 들면 AA 크기의 Li/SOCl₂1차 전지의 경우 0.75g의 Li 분말을 전지캔의 중공부(30a)에 충진시킨 후, 가압로드(10a)가 약 50kgf/cm²정도의 압력으로 가이드 구멍(13a)을 따라 전지캔의 중공부(30a)로 삽입되도록 상부다이(10)를 하방향으로 구동하여 시킨다.

이에 따라 도 2b와 같이 상기 Li 분말(20)은 전지캔(30)의 내주부에 Li 음극(21)으로 압착 성형된다.

이때 Li 음극(21)의 최종 두께는 전지 형상 및 그 종류에 따라 내부몰드(15a,15b)의 형상을 변경함에 따라 제어될 수 있으며, 이에 따라 상기 전지캔(30)에 충진되는 Li 분말의 양과 프레싱 압력도 변경 설정하는 것이 바람직하다.

특히 유압프레스의 압력은 압착 성형된 Li 분말음극의 최종밀도에 영향을 주어 궁극적으로 전지 특성에 영향을 주게되며, 일반적인 경우, 작은 압력 값이 분말의 특성을 더 잘 표현할 수 있으나 이 경우 소결된 Li의 기계적 성질이 떨어지므로 이를 적절히 조화시켜야 한다.

또한 도 3과 같이 상부다이의 가압로드(10a)에 다양한 형상 예를 들면 요철부(11) 등을 형성하여 상기 Li 분말(20)을 가압시킬 경우 도 3과 같이 Li 음극(21a) 저면에 접촉면 확대부(23)가 돌설됨에 따라 전해액과의 접촉면을 넓힐 수 있으며 반응성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 Li 전지의 장기저장능과 순간 고율방전, 방전시의 전압강하 등 제반 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 이제까지의 Li 전지는 전지캔(30) 내주부의 옆면에만 Li 음극을 부착하였으나 본 발명의 경우 전지캔(30)의 밑바닥까지의 Li 음극을 연장하여 부착함으로서 전체 반응 표면적이 증대됨에 따라 Li 전지의 효율성을 증대시킬 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명은 Li 음극과 전해액과의 접촉면적을 확대함에 따라 반응성을 향상시킴으로써 장기 저장능과 순간 고율방전 및 방전시의 전압강하 등 제반 전기화학적 특성을 향상시킬 수 있으며, 아울러 분말로 이루어지는 Li 금속을 가압공정에 의해 전지캔의 내주면을 따라 압착 결합된 상태로 성형됨에 따라 다양한 기기 및 장치에 부합되는 형상으로 이루어지는 Li 전지캔의 형상에 구애받지 않고 용이하게 Li 전지용 음극을 성형할 수 있은 이점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 규격 및 비규격 전지캔의 형상에 대응하여 Li 음극을 형성하기 위한 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법에 있어서,

   하부다이 및 내/외부몰드에 의해 외측면이 지지된 상기 전지캔에 음극재료인 Li 분말을 충진시킨 뒤, 상부다이의 가압로드에 의해 상기 Li 분말을 전지캔 내주면에 압착 성형시켜, 전지캔의 형상에 대응하는 Li 음극을 형성하는 것을 특징으로 하는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가압로드는 전지캔의 수평 단면형상에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가압로드의 선단에 요철부를 구비하여 상기 Li 분말을 가압시킴에 따라 성형되는 음극의 저면 내측에 상기 요철부에 대응하는 형상의 접촉면 확대부가 형성되는 것을 특징으로 하는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 있어서, 상기 가압로드에 의해 전지캔 내측에 충진된 Li 분말이 전지캔 외부로 넘치는 것을 방지하고 아울러 Li 음극의 높이를 미리 설정된 높이로 성형시키기 위해 상기 가압로드를 프레싱하기 전에 상기내/외부몰드의 상면에 안착되고 상기 전지캔 상부에 삽입되는 가이드 돌기를 하부에 구비한 스토퍼를 배치하는 것을 특징으로 하는 Li 분말을 이용한 Li 전지용 음극의 성형방법.