KR20120006730A - Process for preparing lithium polymer secondary batteries employing gel polymerelectrolyte - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A producing method of a secondary battery using a polyelectrolyte is provided to prevent the performance degradation of the battery by the expansion of an electrode, and to easily insert the polyelectrolyte in a gel state into the electrode. CONSTITUTION: A producing method of a secondary battery using a polyelectrolyte comprises the following steps: forming positive and negative electrode active material layers(120,140) on first and second base substrates(110,130), respectively; drying and heat-compressing the positive and negative electrode active material layers; forming polyelectrolyte layers(150) on unit current collectors(P1,P2) including the positive and negative electrode active material layers; attaching the polyelectrolyte layers to obtain a secondary battery laminate; and processing the secondary battery laminate to obtain a secondary battery unit.

Description

고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법{Process for Preparing Lithium Polymer Secondary Batteries Employing Gel PolymerElectrolyte}Process for Preparing Lithium Polymer Secondary Batteries Employing Gel PolymerElectrolyte

본 발명은 고분자 전해질을 이용한 필름형 이차전지의 제조공정에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing process of a film type secondary battery using a polymer electrolyte.

특정 디바이스에 에너지를 저장하는 장치, 특히 전지는 다양한 전기, 전자제품의 개발과 더불어 고출력화, 경량화, 소형화 및 신뢰성 향상을 꾀하는 방향으로 발전하고 있다.Devices that store energy in particular devices, especially batteries, are developing in the direction of high output, light weight, small size, and improved reliability with the development of various electric and electronic products.

특히 화학전지로 구별되는 에너지 저장장치의 기본 원리는 화학반응에 수반된 전자의 흐름을 이용하는 것이다. 즉, 이온화 경향이 상이한 두 금속 간 산화-환원 반응 및 이 과정에서 물질 간 이동하는 전자의 흐름을 이용하여 기전력을 형성할 수 있도록 하는 것이다. 이 경우 산화-환원반응은 이온화 경향이 큰 금속은 이온화 경향이 작은 금속 이온에 전자를 주고 자신은 산화된다. 반대로 이온화 경향이 작은 금속이온은 금속으로 환원된다. 이러한 화학반응에 수반된 전자의 이동이 전지의 기전력이 된다.In particular, the basic principle of energy storage devices, which are classified as chemical cells, is to use the flow of electrons involved in chemical reactions. That is, the electromotive force can be formed by using a redox reaction between two metals having different ionization tendencies and a flow of electrons moving between materials in the process. In this case, the oxidation-reduction reaction causes metals with a high ionization tendency to give electrons to metal ions having a low tendency to ionize and oxidize themselves. On the contrary, metal ions having a small tendency to ionize are reduced to metals. The movement of electrons accompanying this chemical reaction becomes the electromotive force of the battery.

따라서, 전지의 기본적인 구성은 서로 다른 이온화 경향을 가진 두 가지 물질이 전극이 되며 이온 이동을 도와주는 전해질로 구성되어 있다. 두 물질 간의 산화 환원 반응이 충분히 이루어지거나 전해액이 이온 수송을 할 수 없는 상태가 되면 더 이상의 반응이 발생하지 않게 되고 기전력 발생이 중단되게 된다.Therefore, the basic configuration of the battery is composed of an electrolyte that helps the ion movement and the two materials having different ionization tendency as the electrode. When the redox reaction between the two materials is sufficient or the electrolyte is in a state where ion transport is not possible, no further reaction occurs and generation of electromotive force is stopped.

이러한 에너지 저장장치로서의 화학전지의 일례를 도 1을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.An example of a chemical cell as such an energy storage device will be described with reference to FIG. 1.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 화학전지(1)는 고분자필름 등으로 형성되는 베이스 기재(12, 22)상에 집전체 역할을 하는 전도층(14, 24)이 배치되며, 상기 전도층의 일면에 양극층(16)과 음극층(24)으로 구별되는 이온화경향이 다른 전극이 형성된다. 그리고 각 양극층(16)과 음극층(24)의 사이에는 이온의 이동경로를 제공하는 고분자전해질층(30)이 배치되게 된다. 아울러 도시되지는 않았지만, 상기 화학전지의 테두리에는 열융착 또는 접착제로 밀폐되게 된다. 아울러, 고분자전해질층의 사용시에는 밀폐를 위한 실링 공정 시 전극 간의 접촉으로 인한 문제를 우려하여 분리막(미도시)이 사용되기도 한다.As shown in FIG. 1, in the conventional chemical cell 1, conductive layers 14 and 24 serving as current collectors are disposed on base substrates 12 and 22 formed of a polymer film or the like. Electrodes having different ionization tendencies, which are distinguished from the anode layer 16 and the cathode layer 24, are formed on one surface of the substrate. A polymer electrolyte layer 30 is provided between each of the anode layer 16 and the cathode layer 24 to provide a movement path of ions. In addition, although not shown, the edge of the chemical cell is sealed by heat fusion or adhesive. In addition, when the polymer electrolyte layer is used, a separator (not shown) may be used because of a concern caused by contact between electrodes in a sealing process for sealing.

이러한 종래의 에너지 저장장치로서의 화학전지의 용량 등의 특성은 각각의 적층구조를 형성하는 재료나 조성, 접착성 등의 특성에만 크게 의존하는 경향이 있어왔다.Such characteristics, such as the capacity of a chemical cell as a conventional energy storage device, tend to depend largely on the characteristics of the material, composition, adhesiveness, etc., which form each layered structure.

따라서, 기본적으로 형성되는 2개의 전극과 집전체층, 전해질층의 적층구조를 변경하기는 매우 어려우며, 이는 전체적인 전지의 두께를 두껍게 하며, 전기 용량을 늘리기 위해서는 이러한 전체 두께는 더욱 커질 수밖에 없어 박형화를 지향하는 최근의 전자제품의 발전방향에 역행하는 문제를 초래하게 되었다. Therefore, it is very difficult to change the stacked structure of the two electrodes, the current collector layer, and the electrolyte layer, which are basically formed, which increases the thickness of the overall battery, and in order to increase the electric capacity, the overall thickness is inevitably larger. It has led to a problem that is contrary to the recent development direction of electronic products.

특히, 이러한 이차전지의 제조시, 고분자전해질을 적용하는 경우, 전극과 전해질의 계면에서의 젖음성이 낮아 장시간 침지를 통해 젖음성을 확보하게 되는바, 제조공정의 지연을 초래하게 된다. 아울러 제조공정에서 전극을 원하는 형상으로 가공한 후에 한쪽 전극면에 고분자 전해질을 형성하고, 다른 한쪽 전극면을 겹치고 압착하여 제작을 하게 되는바, 접촉저항이 떨어지는 문제가 발생하게 되었다. 아울러 외부로의 노출로 인한 안정성 문제로 필름형태의 이차전지의 제조공정에 제약성이 많은 문제도 발생하게 된다.In particular, when the secondary battery is manufactured, when the polymer electrolyte is applied, the wettability at the interface between the electrode and the electrolyte is low, so that wettability is secured through prolonged immersion, resulting in a delay in the manufacturing process. In addition, after the electrode is processed to a desired shape in the manufacturing process, a polymer electrolyte is formed on one electrode surface, and the other electrode surface is overlapped and pressed to produce a bar, resulting in a problem of poor contact resistance. In addition, due to stability problems due to exposure to the outside, a lot of problems occur in the manufacturing process of the film-type secondary battery.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 겔 또는 고체상태의 고분자 전해질을 이용하여 이차전지를 제조하여, 전극의 팽창에 따른 성능저하를 방지하고, 전극 내부로의 겔상태의 전해질 침투를 용이하게 하여 전극과 전해질 간의 접촉저항을 낮출 수 있으며, 고분자 전해질의 접착성을 극대화해 일체화된 전극 및 전해질의 적층 모듈을 단 한 번의 공정으로 원하는 형상으로 가공하여 가공공정을 줄여 제조공정의 효율성을 극대화하는 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to prepare a secondary battery using a polymer electrolyte in a gel or solid state, to prevent performance degradation due to the expansion of the electrode, and to the inside of the electrode It facilitates the penetration of the electrolyte in the gel state to lower the contact resistance between the electrode and the electrolyte, maximizes the adhesiveness of the polymer electrolyte, and processes the integrated electrode and electrolyte lamination module into a desired shape in a single step to process the process. It is to provide a manufacturing method that maximizes the efficiency of the manufacturing process.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 양극 또는 음극 활물질층을 포함하는 단위전류집전체 상에 고분자전해질층을 형성하는 1단계; 상기 고분자전해질층을 접착하여 이차전지적층체를 형성하는 2단계; 상기 이차전지적층체를 일괄 가공하여 이차전지유닛을 형성하는 3단계;를 포함하는 고분자전해질을 이용한 이차전지 제조방법을 제공할 수 있도록 한다.The present invention as a means for solving the above problems, one step of forming a polymer electrolyte layer on a unit current collector comprising a positive electrode or a negative electrode active material layer; Bonding the polymer electrolyte layer to form a secondary battery laminate; It is possible to provide a secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte comprising; three steps of forming a secondary battery unit by collectively processing the secondary battery laminate.

특히, 상기 1단계는, a1) 제1 및 제2베이스기재 상에 양극 및 음극 활물질층을 각각 형성하는 단계; a2) 상기 양극 및 음극활물질층을 건조 후 가열압착 하는 단계; a3) 상기 양극 및 음극활물질층 상에 고체 고분자전해질층을 형성하는 단계; 를 포함하여 구성될 수 있다.In particular, the first step, a1) forming a positive electrode and a negative electrode active material layer on the first and second base substrate, respectively; a2) heating and compressing the cathode and anode active material layers after drying; a3) forming a solid polymer electrolyte layer on the cathode and anode active material layers; As shown in FIG.

아울러 상술한 상기 a1) 단계는, 상기 베시스기재상에 플라즈마표면처리 또는 산처리를 수행하여 상기 베이스 기재와 양극 및 음극 활물질 간의 접착력을 향상시키는 단계가 더 수행되도록 구성할 수 있다.In addition, the step a1) may be configured to further perform the step of improving the adhesion between the base substrate, the positive electrode and the negative electrode active material by performing a plasma surface treatment or an acid treatment on the base substrate.

또한, 상기 a1) 단계는, 상기 베이스기재는 금속박막 또는 비전도성 플라스틱 기재에 도전성물질을 코팅하여 플렉서블(flexible)한 특성을 보유한 기재를 이용할 수 있다.In addition, in the step a1), the base substrate may use a substrate having flexible characteristics by coating a conductive material on a metal thin film or a non-conductive plastic substrate.

아울러, 상기 a1) 단계의 상기 제1베이스기재에 형성되는 양극활물질은, 리튬 금속산화물과 도전제 및 바인더로 공중합체를 포함하는 기재를 이용하며, 상기 제2베이스기재에 형성되는 음극활물질은, 흑연계 탄소나 리튬, 리튬 합금과 도전제 및 바인더로 공중합체를 이용할 수 있다.In addition, the positive electrode active material formed on the first base substrate of step a1) uses a base material comprising a copolymer as a lithium metal oxide, a conductive agent and a binder, the negative electrode active material formed on the second base substrate, Copolymers may be used for graphite carbon, lithium, lithium alloys, conductive agents and binders.

또한, 이 경우 상기 리튬 금속산화물은 Co, Ni, Mn, Fe, Cr, Zn 중 어느 하나의 물질을 포함하며, 상기 도전제는 카본블랙, 상기 바인더로 공중합체는 PVdF, CMC, PVA 중 어느 하나를 이용할 수 있다.In this case, the lithium metal oxide may include any one of Co, Ni, Mn, Fe, Cr, and Zn, and the conductive agent is carbon black, and the binder is copolymer of PVdF, CMC, or PVA. Can be used.

본 제조공정에 이용되는 상기 제1베이스기재는 전류집전체로 니켈, 카본, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 상기 제2베이스기재에는 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 이들 중 2 이상의 합금으로 이루어진 것을 이용할 수 있다.The first base material used in the manufacturing process is a current collector may be nickel, carbon, stainless steel, aluminum, and the second base material may be made of copper, nickel, stainless steel, aluminum, or an alloy of two or more thereof. have.

또한, 본 제조공정에서의 상기 1단계의 상기 고분자전해질은, 겔형의 고체 고분자 전해질로서, Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), Polymethylmethacrylate, Polyvinyl chloride 등을 1종 또는 2종 이상 혼합한 물질을 포함한다.In addition, the polyelectrolyte of the first step in the manufacturing process is a gel-like solid polymer electrolyte, Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly (vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), Polymethylmethacrylate, Polyvinyl chloride, etc. One or a mixture of two or more kinds.

아울러, 상기 1단계의 고분자전해질은, 겔형 고체 고분자 전해질에 사용되는 유기용매로서 Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 겔형 고체 고분자 전해질에 사용되는 리튬염으로서 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3 등을 1종 이상 사용할 수 있다.In addition, the polyelectrolyte of the first step may be used as an organic solvent used in a gel-type solid polymer electrolyte, mixed with one or two or more of Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane, LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , or the like may be used as the lithium salt used in the gel solid polymer electrolyte.

상기 본 발명에 따른 제조단계 중 상기 2단계는, b1) 상기 고체 고분자 전해질을 진공 가온하여 젖음성을 향상시키는 단계; b2) 상기 고체 고분자 전해질 면을 접착하고 가열압착하는 단계; 를 포함하여 구성될 수 있다.In the manufacturing step according to the present invention, the second step may include: b1) improving wettability by vacuum heating the solid polymer electrolyte; b2) adhering and heat-pressing the solid polymer electrolyte surface; As shown in FIG.

이 경우 상기의 b2) 단계 이후에, 상기 고체 고분자 전해질을 급속 냉각하여 고화시키는 b3)단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.In this case, after the step b2), it may further comprise a step b3) to rapidly solidify the solid polymer electrolyte.

또한, 상기 본 발명에 따른 제조단계 중 상기 3단계는, 상기 이차전지적층체를 펀칭기구(punching tool)를 이용하여 일괄 절단하는 공정으로 수행될 수 있으며, 이후 제조되는 이차전지유닛은 제1전류집전체 및 제2전류집전체에 단자를 형성하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다. 나아가 상기 이차전지유닛의 외부면을 에폭시 레진을 이용하여 보호케이스부를 형성하는 단계를 더 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, the three steps of the manufacturing step according to the present invention, the secondary battery laminated body may be carried out by a process of cutting a batch using a punching tool (punching tool), the secondary battery unit to be manufactured after the first current The method may further include forming terminals on the current collector and the second current collector. Furthermore, the method may further include forming a protective case part on the outer surface of the secondary battery unit by using an epoxy resin.

본 발명에 따르면, 겔 또는 고체상태의 고분자 전해질을 이용하여 이차전지를 제조하여, 전극의 팽창에 따른 성능저하를 방지하고, 전극 내부로의 겔상태의 전해질 침투를 용이하게 하여 전극과 전해질 간의 접촉저항을 낮출 수 있으며, 고분자 전해질의 접착성을 극대화해 일체화된 전극 및 전해질의 적층 모듈을 단 한 번의 공정으로 원하는 형상으로 가공하여 가공공정을 줄여 제조공정의 효율성을 극대화하는 효과가 있다.According to the present invention, a secondary battery is manufactured using a polymer electrolyte in a gel or solid state to prevent performance degradation due to the expansion of the electrode, and facilitates penetration of the gel electrolyte into the electrode, thereby making contact between the electrode and the electrolyte. The resistance can be lowered, and the laminated module of the integrated electrode and electrolyte is processed into a desired shape by maximizing the adhesiveness of the polymer electrolyte to reduce the processing process to maximize the efficiency of the manufacturing process.

특히, 고체 전해질을 이용하여 접착특성 및 이온전도성이 향상시키며 가열압착공정을 통해 계면간 접촉저항을 줄여 전체 저항값을 줄일 수 있으며, 급속냉각 공정, 일괄 펀칭공정, 진공 가온 공정을 통해 공정시간을 단축시키는 한편 플렉서블한 기재를 이용하여 유연성(Flexibility)를 확보할 수 있는 장점도 있다.In particular, it improves adhesion characteristics and ionic conductivity by using solid electrolyte, and can reduce overall resistance value by reducing contact resistance between interfaces through heating and pressing process, and improves process time through rapid cooling process, batch punching process, and vacuum heating process. In addition, it is possible to secure flexibility by using a flexible substrate.

도 1은 종래의 이차전지의 기본 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지의 제조공정을 도시한 순서도이다.
도 3, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 이차전지의 제조공정도를 도시한 공정도이다.
1 is a conceptual diagram showing the basic configuration of a conventional secondary battery.
2 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a secondary battery according to the present invention.
3, 4a and 4b is a process chart showing a manufacturing process of the secondary battery according to the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation according to the present invention. In the description with reference to the accompanying drawings, the same components are given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and duplicate description thereof will be omitted. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

도 2는 본 발명에 따른 제조공정을 도시한 공정 순서도를 도시한 것이다. 또한, 도 3, 도 4a 도 4b는 본 발명에 따른 공정도를 도시한 것이다.Figure 2 shows a process flow diagram illustrating a manufacturing process according to the present invention. 3, 4a and 4b show a process diagram according to the present invention.

도 2를 참조하면, 우선 본 발명에 따른 제조공정은 크게 양극 또는 음극 활물질층을 포함하는 단위전류집전체 상에 고분자전해질층을 형성하는 1단계와 상기 고분자전해질층을 접착하여 단위전류집전체를 형성하는 2단계, 그리고 상기 단위전류집전체를 일괄 가공하여 이차전지유닛을 형성하는 3단계를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, first, a manufacturing process according to the present invention may be performed by forming a polymer electrolyte layer on a unit current collector including a cathode or an anode active material layer and adhering the polymer electrolyte layer to a unit current collector. And forming two steps of forming a secondary battery unit by collectively processing the unit current collector.

도 2에 제시된 제조순서에 따른 세부공정을 도 3 및 도 4a, 도 4b를 구체적으로 설명하기로 한다.Detailed processes according to the manufacturing procedure shown in FIG. 2 will be described in detail with reference to FIGS. 3, 4A, and 4B.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 2차전지의 제조공정은 양극과 음극을 별개로 제조하여 형성된 단위전류집전체상에 고분자전해질층을 각각 형성하고, 이를 접착하여 일괄가공하는 공정으로 진행된다.2 and 3, in the manufacturing process of the secondary battery according to the present invention to form a polymer electrolyte layer on a unit current collector formed by separately manufacturing a positive electrode and a negative electrode, and then bonded to the batch processing The process proceeds.

우선, S 1단계로서, 양극전류집전체(110)(이하 '제1베이스기재'라 한다.)상에 양극재료인 양극활물질(120)을 도포하고, 음극전류집전체(130)(이하, '제2베이스기재'라한다.)상에 음극재료인 음극활물질(140)을 도포한다. 이 경우 상기 제1베이스기재(110) 및 제2베이스기재(130)와 양극 및 음극활물질과의 접착력을 확보하기 위하여 플라즈마처리 또는 산처리등의 표면처리가 수행됨이 더욱 바람직하다. 상기 제1베이스기재(110) 및 제2베이스기재(130)는 상기 베이스기재는 금속박막 또는 비전도성 플라스틱 기재에 도전성물질을 코팅하여 플렉서블(flexible)한 특성을 보유한 기재를 이용할 수 있다. 상기 비전도성 플라스틱 기재는 일례로서 폴리에스테르계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 나일론, 폴리이미드로 형성되거나, 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 상술한 단일 또는 둘이상의 조합으로 단층 또는 다층 구조를 이용할 수 있다. 특히, 상기 제1베이스기재로 금속박막 또는 도전성물질을 이용하는 경우, 금속 및 도전성물질은 전류집전체로 니켈, 카본, 스테인리스 스틸, 알루미늄 중 어느 하나 또는 이들 중 2 이상의 합금을 이용할 수 있다. 또한 상기 제2베이스기재를 구성하는 금속박막 또는 도전성물질은 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 이들 중 2 이상의 합금을 이용할 수 있다.First, in step S1, a cathode active material 120, which is a cathode material, is coated on a cathode current collector 110 (hereinafter referred to as a 'first base substrate'), and a cathode current collector 130 (hereinafter, The negative electrode active material 140, which is a negative electrode material, is coated on the 'second base substrate'. In this case, in order to secure the adhesive force between the first base substrate 110 and the second base substrate 130 and the positive electrode and the negative electrode active material, it is more preferable that the surface treatment such as plasma treatment or acid treatment is performed. The first base 110 and the second base 130 may be a base material having a flexible (flexible) characteristics by coating a conductive material on a metal thin film or non-conductive plastic substrate. The nonconductive plastic substrate may be formed of, for example, a polyester polymer, a polyolefin polymer, a cellulose polymer, nylon, or polyimide, or a combination thereof. In addition, a single layer or a multilayer structure may be used in a single or a combination of two or more of the above. In particular, when the metal thin film or the conductive material is used as the first base, the metal and the conductive material may use any one of nickel, carbon, stainless steel, aluminum, or an alloy of two or more thereof as the current collector. In addition, the metal thin film or conductive material constituting the second base substrate may use copper, nickel, stainless steel, aluminum, or an alloy of two or more thereof.

아울러 상기 양극 및 음극활물질층을 도포한 후 이를 건조 및 가열압착(Hot pressing)하여 단위전류집전체(P1, P2)를 형성한다. 상기 제1베이스기재에 형성되는 양극활물질은, 리튬 금속산화물과 도전제 및 바인더로 공중합체를 포함하는 기재를 이용하며, 상기 제2베이스기재에 형성되는 음극활물질은, 흑연계 탄소나 리튬, 리튬 합금과 도전제 및 바인더로 공중합체를 이용할 수 있다. 이 경우 상기 리튬 금속산화물은 Co, Ni, Mn, Fe, Cr, Zn 중 어느 하나의 물질을 포함하며, 상기 도전제는 카본블랙, 상기 바인더로 공중합체는 PVdF, CMC, PVA 중 어느 하나를 이용하여 구성될 수 있다.In addition, after coating the positive and negative electrode active material layer, and drying and hot pressing (hot pressing) to form a unit current collector (P1, P2). The positive electrode active material formed on the first base substrate is a substrate including a lithium metal oxide, a conductive agent and a copolymer as a binder. The negative electrode active material formed on the second base substrate is graphite carbon, lithium, or lithium. Copolymers may be used as the alloy, the conductive agent and the binder. In this case, the lithium metal oxide may include any one of Co, Ni, Mn, Fe, Cr, and Zn, and the conductive agent is carbon black and the binder is copolymerized using PVdF, CMC, or PVA. Can be configured.

이후, S 2단계로서 상기 단위전류집전체(P1, P2)의 표면에 고분자전해질을 도포하여 고분자전해질층(150)을 형성한다. 이 경우 상기 고분자전해질은, 겔형의 고체 고분자 전해질로서, Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), Polymethylmethacrylate, Polyvinyl chloride 등을 1종 또는 2종 이상 혼합한 물질을 이용할 수 있다.Thereafter, as a step S 2, a polymer electrolyte is coated on the surfaces of the unit current collectors P1 and P2 to form the polymer electrolyte layer 150. In this case, the polyelectrolyte is a gel-type solid polymer electrolyte, and includes one or more of Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly (vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), Polymethylmethacrylate, Polyvinyl chloride, etc. The substance mixed with 2 or more types can be used.

특히, 상기 고분자전해질을 형성하는 경우 유기용매와 리튬염을 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 겔형 고체 고분자 전해질에 사용되는 유기용매로서 Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 형성되는 유기용매를 사용할 수 있다. 또한, 리튬염의 경우 겔형 고체 고분자 전해질에 사용되는 리튬염으로서 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3 등을 1종 이상 사용할 수 있다.In particular, when forming the polymer electrolyte may include an organic solvent and a lithium salt, in this case, as the organic solvent used in the gel-type solid polymer electrolyte, Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, The organic solvent formed by mixing 1 type (s) or 2 or more types of Sulfolane etc. can be used. In the case of lithium salts, at least one of LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and the like may be used as the lithium salt used in the gel solid polymer electrolyte.

이후, S 3단계에서 상기 고분자전해질층이 각각 형성된 단위전류집전체층(P1, P2)을 접합하여 이차전지적층체를 형성한다.Thereafter, in step S 3, the unit current collector layers P1 and P2 having the polymer electrolyte layers formed thereon are joined to form a secondary battery laminate.

특히, 단위전류집전체층(P1, P2)을 접합공정은 고분자전해질층을 맞닿도록 하여 접합하여 이차전지적층체(X)를 형성하게 된다. 이 공정은 접착특성이 좋고 이온전도성이 우수한 고체 전해질을 이용하여 가열압착하게 되는바, 계면간 접촉저항을 줄일 수 있게 되어 전체 저항값을 줄일 수 있게 되며 두께를 얇게 형성시킬 수 있게 된다. 특히 이 접합공정에서는 진공가온 및 열융착공정을 도입하여, 진공가온을 통해 젖음성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 접합 이후 급속냉각공정을 도입하여 겔상의 고분자전해질층을 고화시키게 되어 공정시간을 현저하게 단축시킬 수도 있다.In particular, in the bonding process, the unit current collector layers P1 and P2 are brought into contact with the polymer electrolyte layer to form a secondary battery laminate X. This process is heat-compressed by using a solid electrolyte having good adhesion properties and excellent ion conductivity, so that the contact resistance between interfaces can be reduced, thereby reducing the overall resistance value and making the thickness thinner. In particular, in this bonding process, by introducing a vacuum heating and heat fusion process, there is an advantage that can improve the wettability through vacuum heating. After bonding, a rapid cooling process may be introduced to solidify the gel polymer electrolyte layer, thereby significantly shortening the process time.

도 4a 및 도 4b는 상술한 이차전지적층체(X)의 형성 이후, 이차전지유닛으로 가공하는 가공공정을 도시한 것이다.4A and 4B illustrate a processing step of processing the secondary battery unit after the formation of the secondary battery laminate X described above.

S 3단계에서 가공된 이차전지적층체(X)를 S 41단계에서 펀칭 장비(T)를 이용하여 펀칭가공을 하게 되며, 이는 한번의 공정으로 원하는 형상의 이차전지를 구현할 수 있게 되어 매우 간소한 공정으로 형성하게 된다.The secondary battery laminate (X) processed in step S 3 is punched using a punching equipment (T) in step S 41, which is very simple to realize a secondary battery having a desired shape in one step. It is formed by the process.

이를 테면, S 42단계와 같이 코인형의 이차전지유닛(C)을 구현한 후, S 43단계에서 단자(160)를 형성한다. 상기 단자(160)은 양극전류집전체(제1베이스기재)와 음극전류집전체(제2베이스기재) 부분에 SUS 재질의 단자를 용접(welding)을 통해 구현할 수 있으며, 이후, S 44단계에서 외부로 노출된 이차전지유닛을 에폭시 레진을 이용하여 외부와 차단시키는 보호케이스부(170)를 형성할 수도 있다.For example, after implementing the coin-type secondary battery unit (C) as in step S42, the terminal 160 is formed in step S43. The terminal 160 may be implemented by welding a terminal made of SUS to the positive electrode current collector (first base substrate) and the negative electrode current collector (second base substrate), and then, in step S44. A protective case unit 170 may be formed to block the secondary battery unit exposed to the outside from the outside by using an epoxy resin.

물론, 상술한 공정과는 달리, 별도의 가공없이 이차전지적층체(X)자체에 단자를 용접하고, 이후 외부로 노출된 이차전지유닛을 에폭시 레진을 이용하여 외부와 차단시키는 보호케이스부(170)를 형성하는 공정으로 구현할 수 있음은 물론이다.(S 51~S 53단계)Of course, unlike the above-described process, the protective case portion 170 to weld the terminal to the secondary battery laminated body (X) itself without any additional processing, and then to block the external battery unit exposed to the outside using epoxy resin. Of course, it can be implemented as a process of forming (S 51 ~ S 53 steps).

이하에서는 상술한 제조공정의 일 실시예로서의 제조예를 통해 다시 한번 본 제조공정을 설명하기로 한다.Hereinafter, the present manufacturing process will be described once again through a manufacturing example as an embodiment of the above-described manufacturing process.

{제조예}{Production example}

1) 양극 활물질로서 LiCoO2, 도전제로서 카본블랙, Binder로서 PVdF(Poly Vinylidenefluoride)를 교반법에 의해 잘 분산시켜 슬러리를 얻고 알루미늄 집전체 위에 코팅/건조한 후 가열압착(Hot Pressing) 하였다.1) LiCoO 2 as the positive electrode active material, carbon black as the conductive agent and PVdF (Poly Vinylidenefluoride) as the binder were well dispersed by agitation to obtain a slurry, which was coated / dried on an aluminum current collector and hot pressed.

2) 음극 활물질로서 Graphite , 도전제로서 카본블랙, Binder로서 PVdF(Poly Vinylidenefluoride)를 교반법에 의해 잘 분산시켜 슬러리를 얻고 구리 집전체 위에 코팅/건조한 후 가열압착(Hot Pressing) 하였다. 2) Graphite as a negative electrode active material, carbon black as a conductive agent, and PVdF (Poly Vinylidenefluoride) as a binder were well dispersed by agitation to obtain a slurry, which was coated / dried on a copper current collector and hot pressed.

3) 고체 고분자 전해질로서 1M LiPF6 in EC/EMC에 PAN(Polyacrylonitrile)을 첨가하여 120℃로 가온하여 혼합(Mixing) 하였다.3) PAN (Polyacrylonitrile) was added to 1M LiPF6 in EC / EMC as a solid polymer electrolyte, and the mixture was heated to 120 ° C. and mixed.

4) 양극/음극 상에 제조된 고분자 전해질을 도포하여 코팅한 후 진공 가온 하였다. (3min./120℃)4) The polymer electrolyte prepared on the cathode / cathode was coated and coated, followed by vacuum heating. (3min./120℃)

5) 고체 고분자 전해질이 도포된 면을 접착시킨 양 전극을 1ton, 90℃, 1min. 간 가열압착(Hot Pressing) 시킨다. 5) 1ton, 90 ° C, 1min. Hot pressing is carried out.

6) -10℃, 1min.간 냉각한 후 일체화된 양극/전해질/음극을 코인(Coin) 형태로 한번에 펀칭(Punching)한다..6) After cooling at -10 ℃ for 1min, punch the integrated anode / electrolyte / cathode at once in the form of coin.

7) 양극 집전체 부분과 음극 집전체 부분에 SUS 재질의 단자를 형성(Welding) 하였다.7) SUS terminals were formed on the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.

8) 외부로 노출된 면을 에폭시레진(Epoxy Resin)을 이용하여 외부와 차단시켜 Cell을 제작 완료하였다.8) The cell was manufactured by blocking the surface exposed to the outside with epoxy resin.

이상과 같은 제조예를 구현하는 제조공정은 겔(Gel) 상태의 전해질의 점도를 낮추어 전극 기공 사이로 전해질 침투를 용이하게 해 전극/전해질 간 접촉저항을 낮출 수 있으며, 특히 접착력이 있는 고체전해질을 통해 양극과 전해질 및 음극을 모두 일체화하여 한번에 절단 등의 가공하게 되는바, 공정의 편의성이 구현됨과 동시에, 기본적으로 액 누출에 대한 우려가 없어 안전한 잇점이 있다. 또한, 플렉서블(Flexible)한 기재와 겔 형태의 고체고분자 전해질 사용으로 유연한 필름형태의 리튬 이차전지의 제조가 가능하게 됨은 물론이다.The manufacturing process for implementing the above production example can lower the viscosity of the electrolyte in the gel (Gel) to facilitate the penetration of the electrolyte between the electrode pores to lower the contact resistance between the electrode / electrolyte, in particular through a solid electrolyte with adhesion Since both the positive electrode, the electrolyte and the negative electrode are integrated to process the cutting and the like at one time, the convenience of the process is realized, and there is basically a safety benefit because there is no concern about liquid leakage. In addition, it is possible to manufacture a flexible film-type lithium secondary battery using a flexible substrate and a solid polymer electrolyte in a gel form.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical idea of the present invention should not be limited to the embodiments of the present invention but should be determined by the equivalents of the claims and the claims.

110: 제1베이스기재
120: 양극활물질
130: 제2베이스기재
140: 음극활물질
150: 고분자전해질층
160: 단자
170: 보호케이스부
C: 코인형 이차전지유닛
P1, P2: 단위전류집전체
X: 이차전지적층체
110: first base material
120: positive electrode active material
130: second base
140: negative electrode active material
150: polymer electrolyte layer
160: terminal
170: protective case
C: coin type secondary battery unit
P1, P2: unit current collector
X: secondary battery laminate

Claims (15)

양극 또는 음극 활물질층을 포함하는 단위전류집전체 상에 고분자전해질층을 형성하는 1단계;
상기 고분자전해질층을 접착하여 이차전지적층체를 형성하는 2단계;
상기 이차전지적층체를 일괄 가공하여 이차전지유닛을 형성하는 3단계;
를 포함하는 고분자전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
Forming a polymer electrolyte layer on a unit current collector including a positive electrode or a negative electrode active material layer;
Bonding the polymer electrolyte layer to form a secondary battery laminate;
Three steps of collectively processing the secondary battery laminate to form a secondary battery unit;
Secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 1단계는,
a1) 제1 및 제2베이스기재 상에 양극 및 음극 활물질층을 각각 형성하는 단계;
a2) 상기 양극 및 음극활물질층을 건조 후 가열압착 하는 단계;
a3) 상기 양극 및 음극활물질층 상에 고체 고분자전해질층을 형성하는 단계;
를 포함하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The first step,
a1) forming a positive electrode and a negative electrode active material layer on the first and second base substrates, respectively;
a2) heating and compressing the cathode and anode active material layers after drying;
a3) forming a solid polymer electrolyte layer on the cathode and anode active material layers;
Secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte comprising a.
청구항 2에 있어서,
상기 a1) 단계는,
상기 베시스기재상에 플라즈마표면처리 또는 산처리를 수행하여 상기 베이스 기재와 양극 및 음극 활물질 간의 접착력을 향상시키는 단계가 더 수행되는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 2,
Step a1),
A method of manufacturing a secondary battery using a polymer electrolyte in which a step of improving adhesion between the base substrate, the positive electrode, and the negative electrode active material is performed by performing a plasma surface treatment or an acid treatment on the base substrate.
청구항 3에 있어서,
상기 a1) 단계는,
상기 베이스기재는 금속박막 또는 비전도성 플라스틱 기재에 도전성물질을 코팅하여 플렉서블(flexible)한 특성을 보유한 기재인 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 3,
Step a1),
The base substrate is a secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte which is a substrate having a flexible (flexible) characteristics by coating a conductive material on a metal thin film or non-conductive plastic substrate.
청구항 2에 있어서,
상기 a1) 단계는,
상기 제1베이스기재에 형성되는 양극활물질은, 리튬 금속산화물과 도전제 및 바인더로 공중합체를 포함하는 기재를 이용하며,
상기 제2베이스기재에 형성되는 음극활물질은, 흑연계 탄소나 리튬, 리튬 합금과 도전제 및 바인더로 공중합체를 이용하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 2,
Step a1),
The positive electrode active material formed on the first base substrate, using a base material comprising a copolymer as a lithium metal oxide, a conductive agent and a binder,
The negative electrode active material formed on the second base substrate is a secondary battery manufacturing method using a graphite-based carbon, lithium, lithium alloy, a polymer electrolyte using a copolymer as a conductive agent and a binder.
청구항 5에 있어서,
상기 리튬 금속산화물은 Co, Ni, Mn, Fe, Cr, Zn 중 어느 하나의 물질을 포함하며, 상기 도전제는 카본블랙, 상기 바인더로 공중합체는 PVdF, CMC, PVA 중 어느 하나를 이용하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 5,
The lithium metal oxide may include any one of Co, Ni, Mn, Fe, Cr, and Zn, and the conductive agent is carbon black, and the binder is a polymer electrolyte using any one of PVdF, CMC, and PVA. Secondary battery manufacturing method using.
청구항 5에 있어서,
상기 제1베이스기재는 전류집전체로 니켈, 카본, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 상기 제2베이스기재에는 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 알루미늄 또는 이들 중 2 이상의 합금으로 이루어진 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 5,
The first base material is a current collector, nickel, carbon, stainless steel, aluminum, the second base material is a secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte made of copper, nickel, stainless steel, aluminum or two or more of these alloys.
청구항 1에 있어서,
상기 1단계의 상기 고분자전해질은,
겔형의 고체 고분자 전해질로서, Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), Polymethylmethacrylate, Polyvinyl chloride 등을 1종 또는 2종 이상 혼합한 물질을 포함하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 1,
The polymer electrolyte of the first step,
As a gel solid polymer electrolyte, polyethylene oxide, polyethylene glycol, poly acrylonitrile, polytetrafluoroethylene, poly (vinylidene fluoride), poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, etc. Secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte comprising.
청구항 8에 있어서,
상기 1단계의 고분자전해질은,
겔형 고체 고분자 전해질에 사용되는 유기용매로서 Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 8,
The polymer electrolyte of the first step,
An organic solvent used in a gel-type solid polymer electrolyte, a method of manufacturing a secondary battery using a polymer electrolyte in which one or two or more of Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, and Sulfolane are used.
청구항 9에 있어서,
상기 1단계의 고분자 전해질은,
겔형 고체 고분자 전해질에 사용되는 리튬염으로서 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiCF3SO3 등을 1종 이상 사용하는 고분자 전해질을 사용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 9,
The polymer electrolyte of the first step,
A method for manufacturing a secondary battery using a polymer electrolyte using at least one of LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and the like as a lithium salt used in a gel solid polymer electrolyte.
청구항 1에 있어서,
상기 2단계는,
b1) 상기 고체 고분자 전해질을 진공 가온하여 젖음성을 향상시키는 단계;
b2) 상기 고체 고분자 전해질 면을 접착하고 가열압착하는 단계;
를 포함하여 구성되는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 1,
In the second step,
b1) vacuum-heating the solid polymer electrolyte to improve wettability;
b2) adhering and heat-pressing the solid polymer electrolyte surface;
Secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte comprising a.
청구항 11에 있어서,
상기 b2) 단계 이후에,
상기 고체 고분자 전해질을 급속 냉각하여 고화시키는 b3)단계를 더 포함하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method of claim 11,
After step b2),
A secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte further comprising the step b3) of solidifying the solid polymer electrolyte by rapid cooling.
청구항 1 또는 11에 있어서,
상기 3단계는,
상기 이차전지적층체를 펀칭기구(punching tool)를 이용하여 일괄 절단하는 공정으로 수행되는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 1 or 11,
The third step,
A method of manufacturing a secondary battery using a polymer electrolyte, which is performed by a process of collectively cutting the secondary battery laminate using a punching tool.
청구항 13에 있어서,
상기 일괄 절단하는 공정에 의해 제조되는 이차전지유닛은 제1전류집전체 및 제2전류집전체에 단자를 형성하는 단계를 더 포함하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.
The method according to claim 13,
The secondary battery unit manufactured by the batch cutting process further comprises the step of forming a terminal on the first current collector and the second current collector secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte.
청구항 14에 있어서,
상기 이차전지유닛의 외부면을 에폭시 레진을 이용하여 보호케이스부를 형성하는 단계를 더 포함하는 고분자 전해질을 이용한 이차전지 제조방법.



The method according to claim 14,
The secondary battery manufacturing method using a polymer electrolyte further comprising the step of forming a protective case portion on the outer surface of the secondary battery unit using an epoxy resin.



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