KR200302559Y1 - 리튬 이온 폴리머 전지 - Google Patents

Abstract

리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 고율의 전류에 의한 충,방전 효율을 높여 전지의 특성 중, 특히 고율방전 특성을 향상시키면서도 에너지밀도의 감소를 최소화하기 위하여, 일측에 양극탭이 제공되고, 리튬금속산화물을 활물질로 하는 양극판들과; 코폴리머로 형성된 세퍼레이터를 개재하여 위에 기재한 양극판들의 사이에 적층되고, 일측에 음극탭에 제공되며, 리튬이온의 삽입,탈삽입이 가능한 물질을 활물질로 하는 음극판과; 위에 기재한 양극판들과 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 음극판들 모두를 일측에 제공된 개구로 삽입하여 밀폐하되, 양극탭과 음극탭을 제작기 연결하여 외부로 노출시킨 하우징을 포함하며, 위에 기재한 양극판들과 음극판들 중에서, 다른 극판들과 양면으로 접촉하는 극판이 적어도 2개 이상 제공되는 리튬 이온 폴리머 전지를 제안한다.

Description

리튬 이온 폴리머 전지

본 고안은 리튬 이온 폴리머 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고율의 전류로 충,방전을 할 경우, 이온의 확산속도 및 거리의 감소와 극판의 전기화학적 반응면적이 축소되어 충,방전 용량과 고율방전 특성이 저하되는 단점을 개선한 리튬 이온 폴리머 전지에 관한 것이다.

일반적으로 전지는 양극과 음극으로 전기화학적 반응이 가능한 물질을 사용하여 전기에너지를 발생시키는 것으로, 이 중 리튬전지는 금속리튬 또는 리튬 이온의 삽입,탈삽입이 가능한 물질을 음극활물질로 사용하여 제조한 전지로서, 높은 전압과 단위 중량당 에너지밀도가 우수하여 니켈-수소 전지를 대체할 차세대 전지로 주목받고 있다.

그러나 위와 같이 우수한 장점을 갖는 리튬전지도 안전성에 치명적인 결함을 갖고 있어, 이를 해결하고자 다각도로 연구가 계속되고 있는데, 이 연구의 결과로서, 음극활물질에 카본(Carbon)을 사용하고, 세퍼레이터에 코폴리머(Copolymer)를 사용하여 문제시되던 안전성의 결함을 해결한 리튬 이온 폴리머 전지가 최근에 제안된 바 있다.

이 리튬 이온 폴리머 전지는 초기에 각각 1개의 양극판과 음극판을 갖추고 있었지만, 고율의 전류로 충,방전을 할 때의 충,방전 용량과 고율방전 특성이 저하되는 단점이 있어, 이를 개선하기 위하여 극판군을 듀플렉스(Dulpex)구조로 배치하고 있다.

도 2는 위에 언급한 듀플렉스구조를 갖는 리튬 이온 폴리머 전지의 극판군을 도시하고 있다.

도시한 바와 같이 듀플렉스구조를 갖는 리튬 이온 폴리머 전지의 극판군(g)은 양측면에 세퍼레이터(9)를 개재한 음극판(11)사이에 2개의 양극판(7)이 배치된 구조로 이루어진다.

그러나 고율의 전류로 충,방전을 할 때 충,방전 용량과 고율방전 특성이 저하되는 단점을 개선하기 위한 위에 기재한 시도는 어느 정도 개선효과를 갖고는 있지만, 고율의 전류로 충전을 할 경우, 양극판은 세퍼레이터와 접하는 안쪽부분의 리튬이온만 제대로 음극판으로 확산되고, 양극판의 바깥 부분, 즉 하우징과 접하는 부분의 리튬이온은 안쪽부분에 비하여 거리가 멀어 양호한 확산이 이루어지지 않기 때문에, 완전한 충전 용량을 기대하기에는 부족하다고 할 수 있다.

마찬가지로 고율의 전류로 방전을 할 경우, 음극판에서 양극판으로 확산하는 리튬이온은 근접한 양극판의 안쪽부분에만 몰리게 되어 양극의 화학반응이 양극판 전부분에 걸쳐 일어나지 않고 안쪽부분에만 한정되므로 방전용량의 향상은 충분치 못하며, 더욱이 고율방전 특성의 개선은 기대하기 힘들다.

게다가 위에 기재한 충,방전 용량이 저하되는 현상을 핵소하기 위하여 극판을 얇게 제조하는 것은, 위에 기재한 현상을 간단히 해소할 수는 있겠지만, 에너지밀도가 저하되는 문제점을 낳게 된다.

따라서 본 고안은 종래의 리튬 이온 폴리머 전지가 해결하지 못한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 고율의 전류에 의한 전지의 충,방전 효율을 높여 전지의 특성 중, 특히 고율 방전특성을 향상시키면서도 에너지밀도의 감소를 최소화한 리튬 이온 폴리머 전지를 제공하는데 있다.

위에 기재한 바와 같이 본 고안의 목적을 실현하기 위하여, 일측에 양극탭이 제공되고, 리튬금속산화물을 활물질로 하는 양극판들과; 코폴리머로 형성된 세퍼레이터를 개재하여 위에 기재한 양극판들의 사이에 적층되고, 일측에 음극탭에 제공되며, 리튬이온의 삽입,탈삽입이 가능한 물질을 활물질로 하는 음극판과; 위에 기재한 양극판들과 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 음극판들 모두를 일측에 제공된 개구로 삽입하여 밀폐하되, 양극탭과 음극탭을 제작기 연결하여 외부로 노출시킨 하우징을 포함하며, 위에 기재한 양극판들과 음극판들 중에서, 다른 극판들과 양면으로 접촉하는 극판이 적어도 2개 이상 제공되는 리튬 이온 폴리머 전지를 제안한다.

위에 기재한 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 양극판들과 음극판들의 적층구조는 3개의 양극판과, 양측면에 세퍼레이터가 배치된 2개의 음극판을 위에 기재한 양극판들 사이로 적층한 3중구조로 이루어진다.

도 1은 본 고안에 따른 다층구조로 적층된 리튬 이온 폴리머 전지의 극판군의 측단면도.

도 2는 종래에 사용되는 리튬 이온 폴리머 전지의 극판군의 측단면도.

이하 본 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 의한 리튬 이온 폴리머 전지에서 새롭게 구현되는 극판군의 측단면도를 나타낸 것이다.

본 고안에 의해 새롭게 구현되는 리튬 이온 폴리머 전지는 양극판(1)과 세퍼레이터(3) 그리고 음극판(5)으로 구성된 극판군(G)과, 이 극판군(G)을 삽입하여 밀폐하는 하우징(도시생략)을 포함한다.

위에 기재한 양극판(1)과 음극판(5)은 전기화학적 반응이 가능한 물질을 사용하여 전력을 발생시키는 것으로, 이러한 양극판(1)은 높은 전위를 갖는 리튬금속산화물을 활물질로 하여 집전체인 알루미늄 그리드에 적층시킨 것이다.

또한 음극판(5)은 양극판(1)에 제공된 리튬금속산화물에 비해 상대적으로 낮은 전위를 갖는 카본을 음극활물질로 하여 집전체인 구리 그리드에 적층시킨 것이다.

위에 언급된 카본은 위에 기재한 바와 같이 리튬금속산화물에 비해 낮은 전위를 갖는 동시에 리튬이온을 삽입, 탈삽입이 가능하여 전지의 용량에 큰 영향을 미치는 리튬금속산화물로부터 최대한의 에너지를 유도해 내는 역할을 한다.

위와 같은 양극판(1)과 음극판(5)에 적층된 각각의 활물질은 미세한 구멍이 전반에 걸쳐 형성되어 전해액을 함침하고 있으며, 각각의 일측으로 단자의 역할을 하는 양극탭(도시생략) 및 음극탭(도시생략)을 갖추고 있다.

한편 세퍼레이터(3)에는 양극판(1)과 음극판(5)의 직접적인 접촉을 차단하는 고유의 기능 외에 양극활물질과 음극활물질의 전기화학적 반응의 매개체가 되는 전해질의 역할을 겸하는 코폴리머가 제공된다.

또한 위에 기재한 세퍼레이터(3)는 양극판(1)과 음극판(5)의 접촉면에서 저항을 최소화하고자 위에 기재한 양극판(1) 또는 음극판(5)과 마찬가지로 미세한 구멍이 전반에 걸쳐 형성되고 이 구멍안으로 전해액이 함침된다.

위에 기재한 바와 같이 이루어지는 양극판(1)과 음극판(5) 그리고 세퍼레이터(3)는 다층구조로 적층되는 데, 보다 자세하게는 양극판(1)들과 음극판(5)들 중에서, 다른 극판들과 양면으로 접촉하는 극판이 적어도 2개 이상 제공되는 구조를 갖는다.

위와 같이 다른 극판과 양면으로 접촉하는 극판이 적어도 2개이상 제공되는 이유는 고율의 전류로 충,방전을 할 때, 리튬이온의 확산속도가 저하되고 확산거리가 단축되어 전기화학적 반응이 일어나는 범위가 세퍼레이터(3)와 접촉하는 양극판(1)과 음극판(5)의 일면에 한정되고, 또한 세퍼레이터(3)에 함침되는 전해액양의 한계로 인하여, 충,방전 용량과 고율방전 특성이 저하되는 것을 최소화하기 위한 것이다.

따라서 위에 기재한 구조로 하면, 종래에 비해 극판군(G)의 두께는 얇게 되지만, 종래의 극판군(G)과 같은 량의 활물질을 갖출 수 있고, 세퍼레이터(3)에 접하는 양극판(1)과 음극판(5)의 접촉면의 수가 증가하므로 고율의 전류로 충,방전을 할 때에 리튬이온의 확산속도와 확산거리가 감소함에도 전기화학적 반응면 수가 늘어나고, 다수의 세퍼레이터(3)에 충분한 전해액을 제공할 수 있어 충,방전 효율은 향상되며, 특히 고율방전특성이 개선된다.

본 실시예에서는 위에 기재한 구조로 극판군(G)을 3개의 양극판(1)과, 양 측면에 세퍼레이터(3)가 배치된 2개의 음극판(5)을 위에 기재한 양극판(1)들 사이로 배치한 3중구조로 한다.

위와 같이 3중구조로 적층된 극판군(G)은 함침된 전해액의 누액과 극판의 손상 및 오염을 방지하고자 일측에 개구를 갖는 하우징에 삽입되어 밀폐된다.

이때, 양극판(1) 및 음극판(5)에 제공된 양극탭 및 음극탭은 제각기 연결되어 위에 기재된 하우징의 개구부로 노출되어 양극 및 음극의 단자역할을 하게 된다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 실용신안등록 청구의 범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 고안의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기와 같이 본 고안에 의하여 새롭게 구현되는 리튬 이온 폴리머 전지에 의하면, 양극판들과 음극판들이 3중구조로 적층되어 고율의 전류에 의한 충,방전시에도 그 용량이 저하되는 것을 최소화시킬 수 있으며, 특히 고율방전 특성이 향상되는 것을 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 일측에 양극탭이 제공되고, 리튬금속산화물을 활물질로 하는 양극판들과; 코폴리머로 형성된 세퍼레이터를 개재하여 위에 기재한 양극판들의 사이에 적층되고, 일측에 음극탭에 제공되며, 리튬이온의 삽입,탈삽입이 가능한 물질을 활물질로 하는 음극판과; 위에 기재한 양극판들과 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 음극판들 모두를 일측에 제공된 개구로 삽입하여 밀폐하되, 양극탭과 음극탭을 제작기 연결하여 외부로 노출시킨 하우징을 포함하며, 위에 기재한 양극판들과 음극판들 중에서, 다른 극판들과 양면으로 접촉하는 극판이 적어도 2개 이상 제공되는 리튬 이온 폴리머 전지.
2. 제1항에 있어서, 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 양극판들과 음극판들의 적층구조는 3개의 양극판과, 양측면에 세퍼레이터가 배치된 2개의 음극판을 위에 기재한 양극판들 사이로 적층한 3중구조로 이루어짐을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.