KR100804522B1 - 이차전지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 본 발명의 이차전지의 제조방법은 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 와인딩하여 젤리롤타입의 전극조립체를 제조하는 제1단계와, 상기 전극조립체에 최초 충전을 행하여 가스를 발생시키는 제2단계와, 상기 최초 충전된 전극조립체의 상하부에서 가열된 가압판을 이용하여 상기 최초 충전된 전극조립체를 가압함으로써 상기 전극조립체 내부의 공기를 배출시키고 양전극과 음전극의 밀착력을 높이는 제3단계와, 상기 가압된 전극조립체가 케이스에 의해 밀봉되도록 하는 제4단계와, 상기 밀봉된 전극조립체를 만충전시키는 제5단계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이차전지, 충전, 실링, 전극조립체.

Description

이차전지의 제조방법{Method for manufacturing secondary battery}

도 1은 통상적인 이차전지를 도시한 사시도,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법을 단계적으로 나타내 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20; 전극조립체

30; 케이스

31; 케이스 본체

33: 커버

본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 이차전지의 케이스 내에서 가스배출을 억제시킬 수 있도록 개선된 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.

전자기기, 예컨대 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 그 구동전원으로서 에너지밀도가 높은 이차 전 지가 활발히 개발되고 있다. 상기 이차 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와, 리튬 이온 전지 및, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지(Lithium Ion Polymer Battery)로 구별된다. 또한 상기 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지와 유기 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머전지로 나눌 수 있다.

리튬 전지는 전해질로서 액체 전해질이나 고체 전해질 특히, 고분자 고체 전해질이 사용된다. 그 중에서도 고분자 전해질을 채용하는 리튬 이차 전지는 전해액 누출에 의하여 기기가 손상될 우려가 없고 전해질 자체가 세퍼레이터 역할을 다하기 때문에 전지의 소형화를 도모할 수 있고 고에너지 밀도로 종래에는 없는 편리성이 높은 전지로 사용 가능하다. 이러한 장점으로 인하여 휴대용 전자기기의 구동 전원이나 메모리 백업 전원으로서 주목받고 있다.

도 1에는 이러한 이차전지의 일예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 이차전지는 양극판과 음극판의 사이에 세퍼레이터가 개재된 상태에서 감기며 양 단자가 인출된 전극조립체(11)와, 상기 전극조립체(11)를 감싸는 것으로, 전극조립체(11)가 안착되는 수용부(12c)를 가지는 절연성 케이스 본체와(12a) 및 그와 일체로 형성된 커버(12b)를 가지는 케이스(12 : case 또는 pouch)에 의해 밀봉된다.

상술한 바와 같이 구성된 이차전지(10)를 제조하기 위해서는 각각의 제조공정을 거쳐 양극판과 음극판을 제조하는 제1단계와, 상기 양극판과 음극판의 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 와인딩(winding)하여 전극조립체(11)를 제조하는 제2단계와, 상기 전극조립체(11)를 가압하여 형상이 플레이트화 될 수 있도록 가압하는 제3단계를 포함한다. 그리고 상기 전극조립체가 삽입되는 수용부 및 이와 연통되는 가스방을 가지는 케이스 본체(12a)와 커버(12b)를 가지는 케이스(12)를 준비하는 4단계와, 상기 케이스(12)의 수용부(12c)에 전극조립체(11)를 삽입하고, 커버(12b)를 이용하여 수용부(12c)와 가스방이 연통되는 상태로 실링하는 제5단계를 수행한다. 상기 세퍼레이터 전극판의 밀착력을 향상시키고 전해질의 함습율을 높이기 위하여 케이스에 실링된 전극조립체를 열압착하는 제6단계를 실시한다.

이와 같이 열압착하는 단계가 완료되면, 전극조립체를 최초 충전하는 제7단계와, 상기 전지의 최초 충전으로 발생된 가스를 가스방으로 배출시킨 후 연결통로를 실링하고 가스방을 절단하는 제8단계와, 이차전지를 만충전 하는 제9단계를 포함한다.

상술한 바와 같은 이차전지의 제조방법은 제7단계의 초기 충전시에 발생되는가스를 배출 및 포집하기 위하여 별도의 가스방을 설치하여야 하므로 케이스의 손실양이 많고, 가스 배출을 위한 공정의 수행에 따른 많은 비용과 작업공수가 소요되고 생산성의 향상을 도모할 수 없는 문제점이 내재되어 있다. 또한 충전시에 발생한 가스가 가스방으로 유출시 저항이 상대적으로 커져 수용부(12a)에 잔류하는 경향이 있다. 따라서 수용부(12a)에 가스가 잔류한 상태로 가열 융착시켜 버리면, 전지의 성능 및 수명에 부정적인 영향을 미치게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스방을 이용한 디가스 공정이 필요치 않도록 함으로써 공정을 단순화 하고 가스배출의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차전지의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 이차전지의 제조방법은 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 와인딩하여 젤리롤타입의 전극조립체를 제조하는 제1단계와, 상기 전극조립체에 최초 충전을 행하여 가스를 발생시키는 제2단계와, 상기 최초 충전된 전극조립체의 상하부에서 가열된 가압판을 이용하여 상기 최초 충전된 전극조립체를 가압함으로써 상기 전극조립체 내부의 공기를 배출시키고 양전극과 음전극의 밀착력을 높이는 제3단계와, 상기 가압된 전극조립체가 케이스에 의해 밀봉되도록 하는 제4단계와, 상기 밀봉된 전극조립체를 만충전시키는 제5단계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

삭제

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삭제

삭제

본 발명에 있어서, 상기 제2단계에 있어 최초 충전이 용량의 30% 미만에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 와인딩하여 젤리롤타입의 전극조립체를 제조하는 제1단계와, 상기 전극조립체를 케이스에 수납시키는 제2단계와, 상기 케이스의 일측이 개봉된 상태에서 상기 전극조립체에 최초 충전을 행하여 충전시 발생되는 가스를 배출시키는 제3단계와, 상기 전극조립체의 단자가 외부로 노출되도록 상기 전극조립체를 상기 케이스에 밀봉한 후 상기 전극조립체를 만충전시키는 제4단계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제3단계에 있어 최초 충전이 용량의 30% 미만에서 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 2f에는 젤리롤 타입의 전극조립체가 내부에 밀봉되고 그 단자가 외부로 돌출되는 이차전지의 제조방법을 단계적으로 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 먼저 별도의 공정으로 양극판(21)과 음극판(22)이 제조된 상태에서 이들의 사이에 세퍼레이터(23)에 의해 절연되도록 한 상태에서 와인딩(winding)하여 전극조립체(20)를 만드는 제1단계(도 2a 참조)와, 와인딩 된 전극조립체(20)을 가압하여 젤리롤 상태로 성형하는 제2단계(도 2b 참조)를 포함한다. 상기 제1단계에 제조된 전극조립체(20)는 양극판과 음극판에 설치되는 전극단자를 부착하는 단계를 더 구비하며, 상기 전극조립체의 성형은 후술하는 케이스에 밀봉시 잔여 공간을 최소화 시킬 수 있도록 판상으로 성형함이 바람직하다.

상술한 바와 같이 젤리 롤 타입의 전극조립체(20)의 성형이 완료되면 상기 전극단자를 이용하여 전극조립체(20)을 초기 충전함으로서 가스를 제거함과 동시에 활물질을 활성화 시키는 제3단계(도 2c 참조)를 수행한다. 이때에 충전시 발생되는 가스가 충분히 방출되도록 한다. 본 발명인의 실험에 의하면, 가스의 발생은 초기 충전시 3.8v 이하에서 발생되므로 용량의 30% 미만을 충전시킨 후 실링하였을 때 후술하는 만충전시 부풀어 오르는 현상(swelling)을 없애 두께변화를 줄일 수 있었다.

상기와 같이 초기 충전으로 인한 가스의 방출이 완료되면 이를 케이스 본체(31)에 마련된 수용부(32)에 넣고 커버(33)를 이용하여 실링하는 제4단계(도 2e 참조)를 수행한다. 이때에 상기 전극조립체(20)의 단자는 실링부의 외부로 돌출 되어야 함은 당연하다. 상기 초기 충전은 전극조립체를 케이스에 장착하고 케이스의 일측이 개봉된 상태에서 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 제4단계를 수행하기 전에 와인딩된 전극조립체의 전극간의 밀착력을 향상시켜 전극조립체 내의 불필요한 공기를 배출하기 위한 열압착 단계(도 2d참조)를 실시한다. 이 열압착 공정은 전극조립체의 상하부에서 가열된 가압판(40) 을 이용하여 가압함으로써 이루어진다.

상술한 바와 같이 실링이 완료되면 케이스에 밀봉된 전극조립체(20)에 만충전한다.

본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째; 케이스에 가스방을 형성하지 않아도 되므로 케이스의 소모량을 대폭 줄일 수 있다.

둘째; 별도의 가스 배출을 위한 가스배출공정을 줄일 수 있으므로 전지의 제조공정을 단순화 할 수 있으며, 나아가서는 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

셋째; 초기 충전시 발생되는 가스의 배출불량으로 인한 전지의 성능 저하를 방지할 수 있으며, 나아가서는 가스에 의한 스웰링 현상을 줄일 수 있다.

넷째; 상기와 같은 제조공정을 이용하여 제조한 전지의 경우 만충전시 용량의 산포를 줄일 수 있었다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 와인딩하여 젤리롤타입의 전극조립체를 제조하는 제1단계와,

   상기 전극조립체에 최초 충전을 행하여 가스를 발생시키는 제2단계와,

   상기 최초 충전된 전극조립체의 상하부에서 가열된 가압판을 이용하여 상기 최초 충전된 전극조립체를 가압함으로써 상기 전극조립체 내부의 공기를 배출시키고 양전극과 음전극의 밀착력을 높이는 제3단계와,

   상기 가압된 전극조립체가 케이스에 의해 밀봉되도록 하는 제4단계와,

   상기 밀봉된 전극조립체를 만충전시키는 제5단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제2단계에 있어 최초 충전이 용량의 30% 미만에서 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
4. 삭제
5. 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 와인딩하여 젤리롤타입의 전극조립체를 제조하는 제1단계와,

   상기 전극조립체를 케이스에 수납시키는 제2단계와,

   상기 케이스의 일측이 개봉된 상태에서 상기 전극조립체에 최초 충전을 행하여 충전시 발생되는 가스를 배출시키는 제3단계와,

   상기 전극조립체의 단자가 외부로 노출되도록 상기 전극조립체를 상기 케이스에 밀봉한 후 상기 전극조립체를 만충전시키는 제4단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제3단계에 있어 최초 충전이 용량의 30% 미만에서 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.

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