(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の負極板１００と、複数の分離膜３００と、複数の正極板２００とからなるリチウム電池の製造時、複数の負極板１００と、複数の分離膜３００と、複数の正極板２００とを積層する方法において、
ａ）前記分離膜３００に付着した負極板１００を製造する段階と、
ｂ）前記分離膜３００に付着した正極板２００を製造する段階と、
ｃ）前記分離膜３００に付着した負極板１００を第１カートリッジに保管する段階と、
ｄ）前記分離膜３００に付着した正極板２００を第２カートリッジに保管する段階と、
ｅ）負極板１００及び正極板２００をそれぞれ第１カートリッジ及び第２カートリッジから取り出して、前記分離膜３００に付着した正極板２００と、前記分離膜３００に付着した負極板１００とを交互に積層して、スタックセル(Stack cell)を形成する段階と、
を含み、
前記ａ）段階は、
ａ−１）所定の規格で切断されて、両側面の一部に第１活物質１１０がコーティングされた第１金属膜１２０からなる前記負極板１００において、前記負極板１００の一側面の、前記第１活物質１１０がコーティングされていない部分に接着物質を付着させる段階と、
ａ−２）接着物質が付着した複数の前記負極板１００を前記分離膜３００上に所定の間隔で配置して付着させる段階と、
ａ−３）前記複数の負極板１００が付着した分離膜３００を各負極板１００が分離されるように切断する段階と、
を含み、
前記ｂ）段階は、
ｂ−１）所定の規格で切断されて、両側面の一部に第２活物質２１０がコーティングされた第２金属膜２２０からなる前記正極板２００において、前記正極板２００の一側面の、前記第２活物質２１０がコーティングされていない部分に接着物質を付着させる段階と、
ｂ−２）接着物質が付着した複数の前記正極板２００を前記分離膜３００上に所定の間隔で配置して付着させる段階と、
ｂ−３）前記複数の正極板２００が付着した分離膜３００を各正極板２００が分離されるように切断する段階と、
を含んでなることを特徴とする、高出力リチウム電池の積層方法。
【請求項２】
前記第１金属膜１２０は、銅であることを特徴とする、請求項１に記載の高出力リチウム電池の積層方法。
【請求項３】
前記第２金属膜２２０は、アルミニウムであることを特徴とする、請求項１に記載の高出力リチウム電池の積層方法。
【請求項４】
ｆ）分離膜３００に付着していない負極板１００を製造する段階と、
ｇ）前記ｆ）段階で製造された、分離膜３００に付着していない負極板１００を第３カートリッジに保管する段階と、を含み、
前記ｆ）段階では、
所定の規格で切断されて、両側面の一部に第１活物質１１０がコーティングされた第１金属膜１２０からなる前記負極板１００を製造し、
前記ｅ）段階は、
ｅ−１）前記第３カートリッジから取り出した前記負極板１００の一側面の第１活物質がコーティングされていない部分と、前記分離膜３００に付着した負極板１００の第１活物質１１０がコーティングされていない部分と、前記分離膜３００に付着した正極板２００の第２活物質がコーティングされていない部分に接着物質を付着させる段階と、
ｅ−２）最下層に、前記第３カートリッジから取り出した前記負極板１００が置かれて、その上に、前記分離膜３００に付着した正極板２００と前記分離膜３００に付着した負極板１００とを交互に多数積層する段階と、
を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の高出力リチウム電池の積層方法。
【請求項５】
前記接着物質は、接着剤またはテープを含む接着手段であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の高出力リチウム電池の積層方法。
【請求項６】
前記ａ−３）段階及びｂ−３）段階の切断工程において、ヒートカッティング(heat cutting)を使用することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の高出力リチウム電池の積層方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不良率を低めて、開路電圧(Open Circuit Voltage, OCV)の降下問題を最小化する高出力リチウム電池の積層方法に関する。
【０００２】
通常的に、１次電池とは異なって、充電及び放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、セルラーフォン、ノートブックコンピューター、ハイブリッドカーなど、先端分野の開発で活発な研究が進行中である。二次電池には、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−メタルハイドライド電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池が挙げられる。この中で、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上で、携帯電子機器の電源に使用されるか、または数個を直列連結して高出力のハイブリッドカーに使用されるが、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−メタルハイドライド電池に比べて、作動電圧が３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性も優れており、使用が急速に増加している趨勢である。
【背景技術】
【０００３】
図１は、一般のリチウム電池の作動原理モデルである。正極(cathode)には、主にコバルト酸リチウムを、負極(anode)は、炭素材料を利用することが一般的であり、両方とも層状構造の物質であって、充放電反応は、負極と正極間のリチウムイオンの移動により行われる。反応式は、下記の反応式のようである。
正極反応：Ｌｉ１−ｘＣｏＯ２＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ−⇔ＬｉＣｏＯ２
負極反応：ＬｉｘＣ⇔Ｃ＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ−
電池反応：Ｌｉ１−ｘＣｏＯ２＋ＬｉｘＣ⇔ＬｉＣｏＯ２＋Ｃ
【０００４】
分離膜としては、ポリエチレン(polyethylene)またはポリプロピレン(polypropylene)の微多孔質膜が主に使用されている。電解質溶液とは、有機溶媒にイオン源の溶質を溶解させたものであるが、リチウム電池用電解質溶液は、図１に示したように、リチウムイオンを円滑に且つ幅広くさせなければならないという点で、他の電池の電解質溶液とはその意味が少し違う。リチウム電池用有機溶媒としては、一般にプロピレンカーボネート(propylene carbonate)、エチレンカーボネート(etylene carbonate)などが利用されており、溶質としてはリン酸リチウムなどが使用されている。
【０００５】
リチウム電池は、基本的に上述のような材質からなる正極板、分離膜、負極板が順に積層される形態からなる。この際、一定な規格で作られる正極板、分離膜、負極板が積層される時、ほんの少しでも整列(alignment)が乱れると、電池製造が完了した後、検収段階で不良が発生する可能性があり、または検収後に充放電をする過程で開路電圧の降下が発生するという問題点がある。
【０００６】
リチウム電池を製造する過程で上記のような整列問題を解決しようとする開発及び研究が絶えずなされてきた。大韓民国登録特許第０３６５８２４号(‘リチウムイオン二次電池’、以下‘先行技術１’という)には、分離膜を電極板にポケッティング方式で一体化して、これを積層して製造する技術が開示されており、日本特開２００２−５２０８０３号(‘リチウム二次電池’以下、‘先行技術２’という)には、負電極材料と正電極材料に孔パターンが形成されて、これを通過する高分子材料で固定されることにより電極を整列する方法が開示されている。
【０００７】
ところが、先行技術１によると、ポケット形式で形成された分離膜の中に電極板がずれて位置する可能性があって、電極の整列誤差問題を解決することが難しい。また、先行技術２は、電極板に孔が形成され、整列誤差を解決することはできるが、このような孔により、化学反応が起こる面積が消失され、電池の性能が低下するという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、電池製造時、正極板、分離膜、負極板の整列が正確になされるようにすることにより、電池の不良率を低めて、開路電圧の降下を最小化する高出力リチウム電池の積層方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための本発明の高出力リチウム電池の積層方法は、負極板１００と、分離膜３００と、正極板２００とからなるリチウム電池の製造時、前記負極板１００と分離膜３００と正極板２００とを積層する方法において、ａ）前記分離膜３００に付着した負極板１００を製造する段階と、ｂ）前記分離膜３００に付着した正極板２００を製造する段階と、ｃ）前記分離膜３００に付着した負極板１００を第１カートリッジに保管する段階と、ｄ）前記分離膜３００に付着した正極板２００を第２カートリッジに保管する段階と、ｅ）負極板１００及び正極板２００をそれぞれ第１カートリッジ及び第２カートリッジから取り出して、前記分離膜３００に付着した正極板２００と、前記分離膜３００に付着した負極板１００とを交互に積層して、スタックセル(Stack cell)を形成する段階と、を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
また、前記ａ）段階は、ａ−１）所定の規格（dimension：大きさ）で切断されて、両側面の一部に第１活物質１１０がコーティングされた第１金属膜１２０からなる前記負極板１００において、前記負極板１００の一側面の、前記第１活物質１１０がコーティングされていない部分に接着物質を付着させる段階と、ａ−２）接着物質が付着した複数の前記負極板１００を前記分離膜３００上に所定の間隔で配置して付着させる段階と、ａ−３）前記複数の負極板１００が付着した分離膜３００を各負極板１００が分離されるように切断する段階と、を含んでなることを特徴とする。ここで、前記第１金属膜１２０は、銅であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ｂ）段階は、ｂ−１）所定の規格で切断されて、両側面の一部に第２活物質２１０がコーティングされた第２金属膜２２０からなる前記正極板２００において、前記正極板２００の一側面の、前記第２活物質２１０がコーティングされていない部分に接着物質を付着させる段階と、ｂ−２）接着物質が付着した複数の前記正極板２００を前記分離膜３００上に所定の間隔で配置して付着させる段階と、ｂ−３）前記複数の正極板２００が付着した分離膜３００を各正極板２００が分離されるように切断する段階と、を含んでなることを特徴とする。ここで、前記第２金属膜２２０は、アルミニウムであることを特徴とする。
【００１２】
また、ｆ）分離膜３００に付着していない負極板１００を製造する段階と、ｇ）前記ｆ）段階で製造された、分離膜３００に付着していない負極板１００を第３カートリッジに保管する段階と、を含み、前記ｆ）段階では、所定の規格で切断されて、両側面の一部に第１活物質１１０がコーティングされた第１金属膜１２０からなる前記負極板１００を製造し、前記ｅ）段階は、ｅ−１）前記第３カートリッジから取り出した前記負極板１００の一側面の第１活物質がコーティングされていない部分と、前記分離膜３００に付着した負極板１００の第１活物質１１０がコーティングされていない部分と、前記分離膜３００に付着した正極板２００の第２活物質がコーティングされていない部分に接着物質を付着させる段階と、ｅ−２）最下層に、前記第３カートリッジから取り出した前記負極板１００が置かれて、その上に、前記分離膜３００に付着した正極板２００と前記分離膜３００に付着した負極板１００とを交互に多数積層する段階と、を含んでなることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記接着物質は、接着剤またはテープを含む接着手段であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記ａ−３）段階及びｂ−３）段階の切断工程は、ヒートカッティング(heat cutting)を使用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、電池製造時、正極板、分離膜、負極板の整列が正確になされる効果があり、したがって、リチウム電池の不良率が最小化される効果がある。また、このように電池の構成品が正確に整列されて積層されることにより、開路電圧の降下が最小化される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なリチウム電池の作動原理モデルである。
【図２】本発明による負極板の製造段階である。
【図３】本発明による正極板の製造段階である。
【図４】本発明によるリチウム電池の積層段階である。
【図５】本発明により製造されたリチウム電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、上記のような構成を有する本発明による高出力リチウム電池の積層方法を、添付の図面を参考して詳細に説明する。
【００１８】
図２は、本発明による負極板の製造段階である。負極板１００は、所定の規格で切断された第１金属膜１２０の両側面に第１活物質１１０がコーティングされてなされる。この際、前記第１活物質１１０は、前記第１金属膜１２０の全体にコーティングされるのではなく、図２(Ａ)に示されたように、縁の一部を残してコーティングされる。また、前記第１金属膜１２０は、銅からなることが好ましい。
【００１９】
前記負極板１００の一側面の、前記第１活物質１１０がコーティングされていない縁部分は、図２(Ａ)で斜線の領域で表示されている。この領域には、図２(Ａ)に示されたように接着物質を付着させるが、前記接着物質を付着する段階では、膠、のりのような接着剤を塗布してもよく、テープなどのような接着手段を付着してもよい。
【００２０】
このように一側面の縁に接着物質が付着した前記負極板１００を、図２(Ｂ)に示されたように、所定の間隔をおいて前記分離膜３００上に配置して付着させる。その後、前記負極板１００が付着した前記分離膜３００は、カッター４００により所定の間隔で切断される。この際、前記カッター４００は、ヒートカッティング(heat cutting)を使用するカッティング手段であることが好ましい。
【００２１】
本発明では、上述のような段階を経て、前記分離膜３００に付着した負極板１００を予め製造しておく。
【００２２】
図３は、本発明による正極板の製造段階であって、負極板の製造段階とほぼ同様である。正極板２００は、所定の規格で切断された第２金属膜２２０の両側面に第２活物質２１０がコーティングされてなされる。この際、前記第２活物質２１０は同様に、前記第２金属膜２２０の全体にコーティングされるのではなく、図３(Ａ)に示されたように、縁の一部を残してコーティングされる。また、前記第２金属膜２２０は、アルミニウムからなることが好ましい。
【００２３】
前記正極板２００の一側面の、前記第２活物質２１０がコーティングされていない縁部分は、図３(Ａ)で斜線の領域で表示されている。この領域には、図３(Ａ)に示されたように接着物質を付着させるが、前記接着物質を付着する段階では、負極板の製造段階と同様に、膠、のりのような接着剤を塗布してもよく、テープなどのような接着手段を付着してもよい。
【００２４】
このように一側面の縁に接着物質が付着した前記正極板２００を、図３(Ｂ)に示されたように、所定の間隔をおいて前記分離膜３００上に配置して付着させる。その後、前記正極板２００が付着した前記分離膜３００は、カッター４００により所定の間隔で切断される。この際、前記カッター４００は、ヒートカッティング(heat cutting)を使用するカッティング手段であることが好ましい。
【００２５】
本発明では、上述のような段階を経て、前記分離膜３００に付着した正極板２００を予め製造しておく。
【００２６】
図４は、本発明によるリチウム電池の積層段階である。図２で説明したような段階を経て製造された負極板１００が付着した分離膜３００と、図３で説明したような段階を経て製造された正極板２００が付着した分離膜３００は、それぞれ図４(Ａ)に示されたように積層されてカートリッジ５００に保管される。また、分離膜３００に付着されなかった負極板１００もカートリッジ５００に入れられて別に保管される。
【００２７】
その後、前記負極板１００、前記分離膜３００に付着した正極板２００及び前記分離膜３００に付着した負極板１００において、それぞれ活物質１１０、２１０がコーティングされていない領域に接着物質を付着させる。接着物質を付着させる部分は、図４(Ｂ)で斜線の領域で表示されている。
【００２８】
最後に、図４(Ｃ)に示されたように、接着物質が付着した前記負極板１００を最下層に配置した後、その上に、接着物質が付着した前記分離膜３００に付着した正極板２００と、接着物質が付着した前記分離膜３００に付着した負極板１００とを交互に多数個積層する。このように積層することにより、図４(Ｄ)のようにリチウム電池のスタックセル(stack cell)の製造が完成される。
【００２９】
図５は、このように製造したリチウム電池のスタックセルの断面図である。本発明によると、負極板１００及び正極板２００が同一な規格で製作された後、同様に同一な規格の分離膜３００の同一な位置に接着されて、このように分離膜に付着した極板１００、２００を交互に積層することによりスタックセルを製造する。したがって、分離膜３００を整列するだけで極板１００、２００は自動に整列されて、これにより、整列に誤差が生じて発生する様々な問題点を根本的に排除することができる。
【００３０】
本発明は、上述の実施例に限らず、適用範囲が多様であり、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、 本発明の属する分野で通常の知識を有する者なら誰でも多様な変形実施が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３１】
１００ 負極板
２００ 正極板
１１０ 第１活物質
２１０ 第２活物質
１２０ 第１金属膜
２２０ 第２金属膜
３００ 分離膜
【図１】
0005613048.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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