KR20130110781A - 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법, 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지 - Google Patents

리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법, 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 사용되는 전극조립체의 제조방법, 이를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지를 개시한다. 본 발명에 따르면, 전극조립체를 구성하는 양극판의 제조 시, 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계 이후에 양극 집전체를 건조하는 단계를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 양극의 경화도를 제어하여, 전극조립체의 권취 시에 곡률에 의한 스트레스 등에 의해 양극 활물질의 크랙이 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 양극단선을 방지할 수 있다.

Description

리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법, 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지{Method for manufacturing a electrode assembly for lithium secondary battery, method for manufacturing a lithium secondary battery and secondary battery applying the same}
본 발명은 리튬 이차전지에 사용되는 전극조립체의 제조방법, 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전극조립체를 구성하는 양극판의 제조 시, 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계 이후에 양극 집전체를 건조하는 단계를 포함하지 않음으로써, 양극의 경화도를 제어하여, 전극조립체의 권취 시에 곡률에 의한 스트레스 등에 의해 형성될 수 있는 양극 활물질의 크랙(crack)으로 인한 양극단선이 발생하지 않도록 하는 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법, 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다. 최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 그러나 이러한 리튬 이온 전지는 유기 전해액을 사용하는 데 따르는 발화 및 폭발 등의 안전 문제가 존재하고, 제조가 까다로운 단점이 있다. 최근의 리튬 이온 고분자 전지는 이러한 리튬 이온 전지의 약점을 개선하여 차세대 전지의 하나로 꼽히고 있으나 아직까지 전지의 용량이 리튬 이온 전지와 비교하여 상대적으로 낮은 문제점이 있다.
한편, 이러한 리튬 이차전지의 주요부분을 차지하는 전극조립체는, 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시키고 권취하여 젤리롤을 형성한 다음, 이를 건조함으로써 제조된다. 여기서 사용되는 각 전극판은, 전극 집전체에 전극 활물질을 도포하고, 전극 활물질이 도포된 전극 집전체를 압연한 후, 압연된 전극 집전체를 건조하는 단계를 수행하여 제조한다.
여기서 수행되는 압연공정은 전지의 고용량화 개발추세에 따라, 한계수준의 열과 압력이 가해지고 있는 실정이다. 그러나, 압연공정이 진행되면서 손상을 입은 양극판은, 이후 건조공정 진행 시 열에 의한 경화 현상 및 전극조립체의 권취 시 곡률에 의한 스트레스로 인해 양극 활물질에 크랙이 발생할 수 있고, 그로 인해 양극단선이 발생하기도 하며, 이는 제조된 리튬 이차전지의 치명적인 불량요인이 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 리튬 이차전지의 양극단선이 발생하지 않도록 함으로써 리튬 이차전지의 불량요인을 감소시킬 수 있는, 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법, 그를 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법 및 이를 이용한 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 마련하는 단계; 상기 양극판, 상기 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 상기 세퍼레이터를 개재시키고 권취하여 젤리롤을 형성하는 단계; 및 상기 젤리롤을 건조하는 단계;를 포함하되, 상기 음극판 마련 단계는, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하는 단계; 상기 음극 활물질이 도포된 음극 집전체를 압연하는 단계; 및 상기 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계;를 포함하고, 상기 양극판 마련 단계는, 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하는 단계; 및 상기 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계;를 포함하되, 상기 양극 집전체의 압연 단계 이후 상기 양극 집전체를 건조하는 단계는 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 젤리롤을 건조하는 단계는, 상기 젤리롤을 70℃ 내지 120℃의 온도에서, 30분 내지 5시간 동안 건조할 수 있다.
또한, 상기 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계는, 상기 압연된 음극 집전체를, 150℃ 내지 300℃의 온도에서, 1시간 내지 15시간 동안 건조할 수 있다.
여기서, 상기 음극 활물질은, 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질은, 리튬 함유 산화물을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 마련하는 단계; 상기 양극판, 상기 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 상기 세퍼레이터를 개재시키고 권취하여 젤리롤을 형성하는 단계; 상기 젤리롤을 건조하는 단계; 상기 건조된 젤리롤을 전지 케이스에 수납하는 단계; 및 비수 전해액을 상기 전지 케이스에 주입하는 단계;를 포함하되, 상기 음극판 마련 단계는, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하는 단계; 상기 음극 활물질이 도포된 음극 집전체를 압연하는 단계; 및 상기 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계;를 포함하고, 상기 양극판 마련 단계는, 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하는 단계; 및 상기 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계;를 포함하되, 상기 양극 집전체의 압연 단계 이후 상기 양극 집전체를 건조하는 단계는 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 전지 케이스는 원통형일 수 있다.
그리고, 본 발명은 이러한 리튬 이차전지의 제조방법에 의해 제조된 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 리튬 이차전지의 양극단선이 발생하지 않도록 양극 경화를 제어함으로써, 리튬 이차전지의 불량요인을 감소시킬 수 있다.
그리고, 전극조립체의 권취 이후, 곡률이 형성된 젤리롤을 건조하여, 양극을 경화시킴으로써, 기존의 충방전 스트레스에 의한 양극단선을 방지할 수 있다.
한편, 양극 집전체의 건조단계를 생략함으로써, 기존 리튬 이차전지의 제조공정을 단순하게 하고, 종래 한계수준의 열과 압력 이상의 조건으로 압연이 가능해져, 양극 집전체의 두께감소로 인해 종래 기술 대비 고용량의 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극판의 마련 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극판의 마련 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 그러나, 하기 제조방법은 예시에 불과하므로, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음극판의 마련 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양극판의 마련 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 전극조립체 제조방법은, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 마련하는 단계(S100), 전극조립체의 권취를 통해 젤리롤을 형성하는 단계(S200) 및 젤리롤을 건조하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 S100 단계의 음극판 마련 단계는, 도 2에 도시된 바와 같은 단계를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면, 먼저 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되도록 한다(S101). 여기서, 음극 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 음극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 음극 집전체의 비제한적인 예로는, 구리, 금, 니켈 또는 구리합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 상기 음극 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.
그리고 본 발명에서 사용되는 음극 활물질은, 통상적으로 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
구체적으로는 상기 탄소재로는 저결정성 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소(hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체(meso-carbon microbeads), 액정피치(Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
여기서 상기 금속 화합물로는 Si, Ge, Sn, Pb, P, Sb, Bi, Al, Ga, In, Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Mg, Sr, 및 Ba 등의 금속 원소를 1종 이상 함유하는 화합물을 들 수 있다. 이들 금속 화합물은 단체, 합금, 산화물(TiO2, SnO2 등), 질화물, 황화물, 붕화물, 리튬과의 합금 등, 어떤 형태로도 사용할 수 있지만, 단체, 합금, 산화물, 리튬과의 합금은 고용량화될 수 있다. 그 중에서도, Si, Ge 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유할 수 있고, Si 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 전지를 더 고용량화할 수 있다.
상기 음극 활물질에는 도전재, 바인더 및 고비점 용제가 더 포함될 수 있으며, 이를 혼련하여, 전극 합제로 한 후, 이 합제를 음극 집전체의 동박 등에 도포하게 된다.
상기 도전재로서는 전기화학소자에서 화학변화를 일으키지 않는 전자 전도성 물질이면 특별한 제한이 없다. 일반적으로 카본블랙(carbon black), 흑연, 탄소섬유, 카본 나노튜브, 금속분말, 도전성 금속산화물, 유기 도전재 등을 사용할 수 있고, 현재 도전재로 시판되고 있는 상품으로는 아세틸렌 블랙계열 (쉐브론 케미컬 컴퍼니(Chevron Chemical Company) 또는 걸프 오일 컴퍼니 (Gulf Oil Company) 제품 등), 케트젠 블랙 (Ketjen Black) EC 계열(아르막 컴퍼니 (Armak Company) 제품), 불칸 (Vulcan) XC-72(캐보트 컴퍼니(Cabot Company) 제품) 및 수퍼 P (엠엠엠(MMM)사 제품)등이 있다. 예를 들면 아세틸렌블랙, 카본블랙, 흑연 등을 들 수 있다.
그리고 상기 음극 활물질에 포함될 수 있는 상기 바인더는 음극 활물질을 음극 집전체에 유지시키고, 또 활물질들 사이를 이어주는 기능을 갖는 것으로서, 통상적으로 사용되는 바인더가 제한 없이 사용될 수 있다.
예를 들면, 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR, styrene butadiene rubber), 카르복시메틸 셀룰로스(CMC, carboxymethyl cellulose) 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.
이와 같이 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되면, 다음으로, 음극 활물질이 도포된 음극 집전체를 압연한다(S102).
여기서, 상기 S102 단계에서는 회전하는 두 개 이상의 롤 사이로 음극 활물질이 도포된 음극 집전체를 통과시킴으로써, 음극 활물질이 음극 집전체에 접착하게 할 수 있다. 이때, 상기 회전하는 롤은 고온의 상태일 수 있으며, 이로써 음극 활물질과 음극 집전체의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 나서, 상기 압연된 음극 집전체는 건조될 수 있다(S103). 바람직하게는, 상기 S103 단계에서, 음극 집전체는 150℃ 내지 300℃ 정도의 온도로 1시간 내지 15시간 정도 진공 하에서 가열 처리됨으로써 건조될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 건조 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 단계에 의해 제조된 음극판은, 두께가 1㎛ 내지 180㎛, 또는 30㎛ 내지 150㎛인 음극 활물질이 도포된 것일 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다. 상기 음극 활물질이 이러한 두께 범위를 만족하는 경우, 음극 활물질층에서의 활물질량이 충분히 확보되어, 전지 용량이 작아지는 것을 방지할 수 있고, 사이클 특성이나 레이트 특성이 개선될 수 있다.
한편, 상기 S100 단계의 양극판 마련 단계는, 도 3에 도시된 바와 같은 단계를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 양극판을 마련하기 위해서는 먼저 양극 집전체에 양극 활물질을 도포한다(S111). 이때, 본 발명에서 사용되는 양극 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극 집전체의 비제한적인 예로는, 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 호일 등이 있고, 상기 양극 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.
그리고 본 발명에서 사용되는 양극 활물질은, 리튬 함유 산화물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 리튬 함유 전이금속 산화물일 수 있다.
구체적으로 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1 -yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1 -yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2 -zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2 -zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 그리고 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물(oxide) 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등도 사용될 수 있다.
바람직하게는, LixCoO2 (0.5<x<1.3)와 Lix(NiaCobMnc)O2 (0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1)의 혼합물이나 알루미늄이 코팅된 LixCoO2 (0.5<x<1.3)이 양극 활물질로 사용될 수 있다. 특히, Lix(NiaCobMnc)O2 (0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1)은 고전압 조건에서 높은 출력 특성을 발휘할 수 있는 점에서 바람직하다.
그리고 상기 양극 활물질에는 도전재, 바인더 등이 더 포함될 수 있으며, 구체적인 적용 가능물질은 음극 활물질에 포함될 수 있는 것과 동일하다.
이와 같이 양극 집전체에 양극 활물질이 도포되면, 다음으로, 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연한다(S112).
여기서, 상기 양극 집전체의 압연단계는, 전술한 음극 집전체의 압연단계와 마찬가지로 회전하는 두 개 이상의 롤 사이로 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 통과시킴으로써, 양극 활물질이 양극 집전체에 접착되도록 할 수 있다. 그리고 상기 회전하는 롤은 고온의 상태일 수 있으며, 이로써 양극 활물질과 양극 집전체의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, S100 단계의 양극판 마련 단계는, 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계 이후, 압연된 양극 집전체의 건조 단계를 포함하지 않는다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 음극판의 마련단계에서는, 음극 집전체의 압연 후 젤리롤 형성 전에 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계(S103)를 포함하나, 도 3에 도시된 바와 같이 양극판의 마련단계에서는, 양극 집전체의 압연 후 젤리롤 형성 전에 압연된 양극 집전체를 건조하는 단계를 포함하지 않는다.
따라서 본 발명에 의하면, 전극조립체의 권취 전 양극 경화를 미리 제어하여, 전극조립체의 권취 시 생길 수 있는 곡률 및 압력에 의한 스트레스 등에 의해 양극 활물질의 크랙(crack)이 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 양극단선이 발생하지 않도록 할 수 있다.
상기와 같이 제조된 양극판은, 두께가 30㎛ 내지 180㎛, 또는 50㎛ 내지 150㎛인 양극 활물질이 도포된 것일 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다. 상기 양극 활물질이 이러한 두께 범위를 만족하는 경우, 양극 활물질층에서의 활물질량이 충분히 확보되어, 전지 용량이 작아지는 것을 방지할 수 있고, 사이클 특성이나 레이트 특성이 개선될 수 있다.
상기와 같이 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 마련되면, 다음으로 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시키고, 이들을 권취함으로써 젤리롤을 형성한다(S200). 여기서, 젤리롤이란 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 권취된 상태의 전극 조립체를 지칭한다. 한편, 상기 S200 단계에서 세퍼레이터는 양극판과 음극판이 권취되지 않은 상태에서, 양극판과 음극판 사이 뿐 아니라, 양극판이나 음극판의 외부에도 개재될 수 있다. 따라서, 양극판과 음극판이 세퍼레이터와 함께 권취될 때, 외부에 위치하는 양극판 또는 음극판이 내부에 위치하는 음극판 또는 양극판과 접촉하는 것을 방지한다.
여기서 상기 세퍼레이터는, 당해 분야에서 통상적으로 세퍼레이터로 사용되는 고분자 다공성 기재가 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리올레핀계 다공성 기재; 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트, 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 다공성 기재인 것이 바람직하다. 상기 폴리올레핀계 다공성 기재는 통상적으로 사용되는 폴리올레핀계 다공성 기재라면 모두 사용 가능하다. 보다 구체적으로는 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성한 막(membrane)이나 부직포를 들 수 있다.
이처럼, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 권취하여 젤리롤이 형성되면, 이러한 젤리롤을 건조시킨다(S300).
바람직하게는, 상기 S300 단계에서, 상기 젤리롤은, 70℃ 내지 120℃의 온도에서, 30분 내지 5시간 동안 건조될 수 있다.
또한, 상기 젤리롤의 건조는 진공의 상태에서 이루어질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 젤리롤이 투입된 진공건조기(Vacuum Dryer, VD)의 내부 온도가 70℃ 정도가 될 수 있도록 40여분간 승온시키고, 그 후 70℃ 정도의 온도에서 1시간 정도 유지시킨 후, 진공상태에서 2시간 정도 방치시킨 다음, N2 퍼지(purge)를 수행하면서 진공상태에서 50여분간 방치함으로써 상기 젤리롤의 건조단계를 수행할 수 있으나, 이에만 한정하는 것은 아니다.
이와 같은 본 발명의 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법에 따르면, 음극판의 경우 실질적으로 두 번의 건조단계를 수행하게 됨으로써, 음극판이 함유할 수 있는 대기 중의 수분량을 감소시킬 수 있다.
이하에서는, 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 그러나, 하기 제조방법은 예시에 불과하므로, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조방법은, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 마련하는 단계(S100), 전극조립체의 권취를 통해 젤리롤을 형성하는 단계(S200), 젤리롤을 건조하는 단계(S300), 젤리롤을 전지 케이스에 수납하는 단계(S400) 및 비수 전해액을 주입하는 단계(S500)를 포함한다.
여기서, 상기 S100 단계 내지 S300 단계는 상기 도 1의 리튬 이차전지용 전극조립체 제조방법의 S100 단계 내지 S300 단계와 유사하게 수행될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
특히, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지 제조방법에서, 상기 S100 단계의 음극판 마련 단계는, 음극 집전체에 음극 활물질이 도포되는 단계, 음극 활물질이 도포된 음극 집전체를 압연하는 단계 및 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계를 포함하여 마련될 수 있다.
또한, 상기 S100 단계의 양극판 마련 단계는, 양극 집전체에 양극 활물질이 도포되는 단계 및 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계를 포함하여 마련될 수 있다. 이때, 압연된 양극 집전체를 건조하는 단계는 포함하지 않는다.
이와 같이 젤리롤이 건조되면, 다음으로 건조된 젤리롤을 전지 케이스에 수납한다(S400).
여기서 전지 케이스의 종류로는 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(pouch)형 또는 코인(coin)형 등이 될 수 있고, 바람직하게는 원통형이 사용될 수 있다.
그리고 나서, 젤리롤이 수납된 전지 케이스에 비수 전해액을 주입한다(S500).
여기서, 상기 비수 전해액은, 유기용매 및 전해질 염을 포함할 수 있으며, 상기 유기용매로는 리튬 이차전지용 전해액에 통상적으로 사용되는 것들이 제한 없이 사용될 수 있다. 대표적으로 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), 비닐렌 카보네이트(VC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸 포르메이트(MF), 감마-부티로락톤(γ-BL;butyrolactone), 설포레인(sulfolane) 및 메틸 아세테이트(MA; methyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다. 특히, 상기 카보네이트계 유기용매 중 고리형 카보네이트인 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트는 고점도의 유기용매로서 유전율이 높아 전해액 내의 리튬염을 잘 해리시키므로 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 고리형 카보네이트에 디메틸 카보네이트 및 디에틸 카보네이트와 같은 저점도, 저유전율 선형 카보네이트를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 높은 전기 전도율을 갖는 비수 전해액을 만들 수 있다.
또한, 본 발명의 비수 전해액에 포함되는 상기 전해질 염은, 음이온으로서, F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- , CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서 상기 전해질 염의 비제한적인 예로는, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족 카르본산리튬 및 4페닐붕산리튬 등을 사용할 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법에 있어서,
    양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 마련하는 단계;
    상기 양극판, 상기 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 상기 세퍼레이터를 개재시키고 권취하여 젤리롤을 형성하는 단계; 및
    상기 젤리롤을 건조하는 단계;를 포함하되,
    상기 음극판 마련 단계는, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하는 단계; 상기 음극 활물질이 도포된 음극 집전체를 압연하는 단계; 및 상기 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계;를 포함하고,
    상기 양극판 마련 단계는, 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하는 단계; 및 상기 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계;를 포함하되, 상기 양극 집전체의 압연 단계 이후 상기 양극 집전체를 건조하는 단계는 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 젤리롤을 건조하는 단계는, 상기 젤리롤을 70℃ 내지 120℃의 온도에서, 30분 내지 5시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계는, 상기 압연된 음극 집전체를, 150℃ 내지 300℃의 온도에서, 1시간 내지 15시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극 활물질은, 리튬 금속, 탄소재, 금속 화합물 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질은, 리튬 함유 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 전극조립체의 제조방법.
  6. 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 마련하는 단계;
    상기 양극판, 상기 음극판 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 상기 세퍼레이터를 개재시키고 권취하여 젤리롤을 형성하는 단계;
    상기 젤리롤을 건조하는 단계;
    상기 건조된 젤리롤을 전지 케이스에 수납하는 단계; 및
    비수 전해액을 상기 전지 케이스에 주입하는 단계;를 포함하되,
    상기 음극판 마련 단계는, 음극 집전체에 음극 활물질을 도포하는 단계; 상기 음극 활물질이 도포된 음극 집전체를 압연하는 단계; 및 상기 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계;를 포함하고,
    상기 양극판 마련 단계는, 양극 집전체에 양극 활물질을 도포하는 단계; 및 상기 양극 활물질이 도포된 양극 집전체를 압연하는 단계;를 포함하되, 상기 양극 집전체의 압연 단계 이후 상기 양극 집전체를 건조하는 단계는 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 젤리롤을 건조하는 단계는, 상기 젤리롤을 70℃ 내지 120℃의 온도에서, 30분 내지 5시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 압연된 음극 집전체를 건조하는 단계는, 상기 압연된 음극 집전체를 150℃ 내지 300℃의 온도에서, 1시간 내지 15시간 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 전지 케이스는 원통형인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조방법.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이차전지의 제조방법에 의해 제조된 이차전지.
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