KR100336396B1 - 대용량 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량 리튬 이차 전지와 그의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 (1) 격리막의 한쪽 면에 다수개의 양극판을 일정 간격으로 2열 접착하는 단계, (2) 상기 격리막의 다른 면에 다수개의 음극판을 일정간격으로 2열 접착하는 단계, (3) 다수개의 양극판과 다수개의 음극판이 접착된 상기 격리막을 양극판과 음극판이 교호하여 적층되도록 여러번 접는 단계, (4) 상기 (3)단계에서 형성된 2열의 적층구조를 그 중앙부를 접어서 하나의 적층구조로 만드는 단계를 포함함을 특징으로 하는 대용량 리튬 이차 전지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 대용량 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 본 발명에 의해 대용량 리튬 이차 전지의 생산효율을 높임과 동시에 성능과 안전성이 우수한 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.

Description

대용량 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법 {Lithium Secondary Battery of Large Capacity and Producing Method Thereof}

본 발명은 대용량 리튬 2차 전지에 관한 것으로 보다 상세하게는 격리막의 한쪽 면에 다수개의 양극판을 일정 간격으로 2열 접착하는 단계, 상기 격리막의 다른 면에 다수개의 음극판을 일정간격으로 2열 접착하는 단계, 다수개의 양극판과 다수개의 음극판이 접착된 상기 격리막을 양극판과 음극판이 교호하여 적층되도록 여러번 접는 단계, 상기 단계에서 형성된 2열의 적층구조를 그 중앙부를 접어서 하나의 적층구조로 만드는 단계를 포함함을 특징으로 하는 대용량 리튬 이차 전지의 제조방법 및 이에 의해 생산된 대용량 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 리튬 이차 전지는 양극/격리막/음극의 3 단층 구조 또는 양극/격리막/음극/격리막/양극의 5단층 구조로 되어 있으며 이를 이용해 적정용량의 전지를 구현하기 위한 전지의 제작방법에는 적층방법과 와인딩방법(winding)이 있다.

도 1는 양극(2)/격리막(1)/음극(3)/격리막(1)/양극(2)의 구조를 갖는 단위 셀을 적층구조로 하는 리튬 2차 전지를 나타내며, 이는 각각의 전극판(2, 3)과 격리막(1)을 열접착(라미네이션)하여 단위셀을 만들고, 이 단위 셀을 다수개 적층하여 이를 용량에 맞추어 나란하게 연결한 구성을 갖는다.

그러나, 상기 도 1의 리튬 이차 전지는 양극판(2), 격리막(1)과 음극판(3)이 열접착(라미네이션)되어 밀착되어 있으므로 사용자의 오용 또는 충전기의 제어이상에 의해 계속 과충전될 경우 전압이 계속 상승하게 되어 결국 전지가 발화됨으로써 전지의 성능 및 안정성이 저하된다. 또한 각각의 전극판과 격리막의 열접착공정 및 단위 셀을 적층하는 공정이 복잡하여 전지생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

도 2에 도시된 전지는 종래의 와인딩방법으로 형성한 리튬 이차 전지로서 용량에 맞는 길이의 양극(20)/격리막(10)/음극(30)의 구조를 가지는 단위 셀을 각형을 이루도록 와인딩 함으로써 형성된다.

이러한 와인딩타입의 각형 셀 구조의 경우, 노트북PC의 전지와 같은 대용량 리튬 이차 전지의 생산시, 양측면의 반경이 중앙부의 반경보다 급격히 작아져 극판이 손상 및 충전시 뒤틀림 (Distortion) 등의 문제가 발생할 가능성이 높으며, 과충전시의 발화 위험성을 여전히 해결하지 못하고 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여 전지의 성능 및 안전성을 개선시킴과 동시에 제조공정을 단순화하여 간편하게 생산가능한 대용량 리튬 이차 전지의 생산 방법 및 그에 의해 생산된 대용량 리튬 이차 전지를 제공한다.

도 1은 종래의 적층방법에 의한 리튬 이차 전지를 나타내는 사시도,

도 2는 종래의 와인딩방법에 의한 리튬 이차 전지를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명의 일실시예에서 사용되는 음극판과 양극판의 형태를 나타내는 평면도,

도 4는 본 발명의 일실시예에서 격리막에 양극판과 음극판이 부착되는 상태를 타나내는 투시도,

도 5는 본 발명의 일실시예에서 양극판과 음극판이 교호적층되는 방법을 나타내는 설명도,

도 6은 본 발명의 일실시예에서 양극판과 음극판이 교호적층된 후의 상태를 나타내는 사시도,

도 7은 본 발명의 일실시예에서 완성된 대용량 리튬 이차 전지 셀구조를 나타내는 사시도이다.

* 도면의 중요한 부분의 부호의 설명

1, 10, 100: 격리막 2, 20, 200: 양극판

240: 양극판 그리드 3, 30, 300: 음극판

340: 음극판 그리드

본 발명 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 격리막의 한쪽 면에 다수개의 양극판을 일정 간격으로 2열 접착하는 단계, 상기 격리막의 다른 면에 다수개의 음극판을 일정간격으로 2열 접착하는 단계, 다수개의 양극판과 다수개의 음극판이 접착된 상기 격리막을 양극판과 음극판이 교호하여 적층되도록 여러번 접는 단계, 상기 단계에서 형성된 2열의 적층구조를 그 중앙부를 접어서 하나의 적층구조로 만드는단계를 포함함을 특징으로 하는 대용량 리튬 이차 전지의 제조방법 및 이에 의해 생산된 대용량 리튬 이차 전지를 제공한다.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 하기의 실시예에 의해 본 발명의 권리범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 발명에서 사용되는 양극판은 예를 들어 알루미늄으로 이루어진 금속판 위에 양극활 물질을 도포, 건조하여 이를 일정한 크기로 절단하여 제작하며, 음극판은 예를 들어 구리로 이루어진 금속판 위에 음극활 물질을 도포, 건조하여, 이를 일정한 크기로 절단하여 제작한다. 양극활 물질로는 스피넬 혹은 층상구조를 이루고 있는 LiCO₂, LiMn₂O₄와 같은 물질이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 음극활물질로는 요구되는 전기화학적 특성을 가지도록 처리된 흑연계나 탄소계열의 재료를 사용할 수 있으며, 대표적인 물질로는 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbeads, MCMB)와 메조-페이스 피치 카본필름(meso-phase pitch carbon film)계열의 탄소재가 있으나 이에 한정되지는 않는다. 그 형태는 예시적으로 도 3과 같은 구조를 가질 수 있다. 양극판(200) 및 음극판(300)은 전체적으로 정사각형의 형태로 절단되었으며, 한쪽에 그리드(240, 340)가 형성되어 있으며, 이 그리드 부위에는 양극활 물질 또는 음극활 물질이 도포되지 않아야 한다.

격리막으로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 단층 또는 다층의 폴리머다공질막을 사용할 수 있다. 격리막 표면에서 음극판 또는 양극판을 접착시키기 위해 접착제가 도포된다.

다음으로 격리막 위에 양극판과 음극판이 도 4과 같이 배치되어 접착된다.격리막(100)의 한쪽 면에는 다수개의 양극판(200)이 일정 간격으로 2열로 접착되며, 다른 쪽 면 역시 다수개의 음극판(300)이 일정 간격으로 2열로 접착된다. 양극판(200)과 음극판(300)은 도 4와 같이 격리막(100)을 중심으로 서로 어긋나도록 배치될 수 있으며 이와 반대로 서로 대응하도록 배치될 수 있다. 이때 격리막(100)을 접어 적층시킨 후, 양극판(240)의 그리드는 양극판의 그리드대로, 음극판의 그리드(340)는 음극판의 그리드대로 각각 집합될 수 있도록 그리드의 위치를 배치시켜야 한다.

양극판(200)과 음극판(300)이 부착된 격리막(100)은 도 5에서 표시된 것과 같은 방법으로 여러번 접혀져서 양극판(200)과 음극판(300)이 서로 교호되도록 적층된다. 양극판(200)과 음극판(300)이 서로 대응하도록 배치된 경우에도 도 5에서 표시된 방법에 의해 교호 적층될 수 있다. 이 때 도 6에 도시된 바와 같이 양극판의 그리드(240)와 음극판의 그리드(340)는 각각 적층구조의 양단으로 집합된다.

적층된 전지판의 형태는 도 6과 같으며, 격리막에 형성된 2열의 적층구조를 접음선(500)을 따라 접어 하나의 적층구조로 결합하여 적층을 완료한다. 이 때, 양극판의 그리드(240)와 음극판의 그리드(340)는 각각 하나의 위치에 집합되며 이것을 초음파 융착기로 융착하면 도 7과 같은 대용량 셀의 내부가 완성된다. 융착된 그리드를 일정한 길이로 절단한 후 탭을 초음파로 융착한다. 이후 자동포장, 전해액주입에 의해 완전한 셀 형태를 이루고 난 후 진공포장하여 극판과 극판사이가 밀착되도록 하여 본 발명에 의한 대용량 리튬 이차 전지를 완성할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의해 대용량 이차 리튬 전지의 제조공정을 보다 단순화하여 생산효율을 높임과 동시에 전지의 성능 및 안정성을 향상시키고 다양한 모양, 크기 및 원하는 용량의 전지를 용이하게 제조할 수 있도록 하고 있다.

Claims (5)

1. (1) 격리막의 한쪽 면에 다수개의 양극판을 일정 간격으로 2열 접착하는 단계;

   (2) 상기 격리막의 다른 면에 다수개의 음극판을 일정간격으로 2열 접착하는 단계;

   (3) 다수개의 양극판과 다수개의 음극판이 접착된 상기 격리막을 양극판과 음극판이 교호하여 적층되도록 여러번 접는 단계;

   (4) 상기 (3)단계에서 형성된 2열의 적층구조를 그 중앙부를 접어서 하나의 적층구조로 만드는 단계를 포함함을 특징으로 하는 대용량 리튬 이차 전지의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 양극판과 음극판은 상기 격리막을 기준으로 서로 어긋나는 위치에 부착됨을 특징으로 하는 대용량 리튬 이차 전지의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 양극판과 음극판은 상기 격리막을 기준으로 서로 대응하는 위치에 부착됨을 특징으로 하는 대용량 리튬 이차 전지의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 격리막은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 이루어진 단층 또는 다층의 폴리머 다공질막으로 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 리튬 이차 전지의 제조방법.
5. 제1항의 방법에 의하여 생산된 대용량 리튬 이차 전지