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KR100601511B1 - 리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100601511B1
KR100601511B1 KR1020040077224A KR20040077224A KR100601511B1 KR 100601511 B1 KR100601511 B1 KR 100601511B1 KR 1020040077224 A KR1020040077224 A KR 1020040077224A KR 20040077224 A KR20040077224 A KR 20040077224A KR 100601511 B1 KR100601511 B1 KR 100601511B1
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Abstract

본 발명은 리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 금속판과, 열수축 튜브 또는 용융 수지를 이용하여 강도를 확보하면서도 간단한 방법으로 외부 외장재를 형성하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 전극 조립체가 내장되고, 표면에는 상기 전극 조립체의 충방전 상태를 제어하는 보호회로기판이 부착된 파우치 형태의 내부 외장재와, 상기 내부 외장재의 대향되는 양측면에 밀착된 금속판과, 상기 내부 외장재 및 금속판을 일체로 감싸는 외부 외장재로 이루어진 리튬 폴리머 전지가 개시된다.
여기서, 상기 외부 외장재는 열수축 튜브를 이용하거나 또는 용융 수지를 이용하여 형성할 수 있다.
외장재, 파우치, 금속판, 열수축 튜브, 용융 수지

Description

리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법{Lithium polymer battery and its manufacturing method}
도 1a는 본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 폴리머 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 리튬 폴리머 전지를 부분 분해한 분해 사시도이다.
도 2a는 도 1의 2a-2a 선 단면도이고, 도 2b는 도 1의 2b-2b 선 단면도이며, 도 2c는 도 1의 2c-2c 선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 폴리머 전지의 제조 방법을 도시한 순차 설명도이다.
도 4a 내지 도 4h는 도 3에 도시된 각 제조 단계를 도시한 사시도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지
110; 내부 외장재 111a; 금속박막
111b; 제1절연층 111c; 제2절연층
112a; 제1영역 112b; 제2영역
112c; 제3영역 112d; 제4영역
113; 전극 조립체 113a; 양극판
113b; 세퍼레이터 113c; 음극판
114a; 양극탭 114b; 음극탭
115; 보호회로기판 116; 양성 온도 소자
120; 금속판 130; 외부 외장재
본 발명은 리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 금속판과, 열수축 튜브 또는 용융 수지를 이용하여 강도를 확보하면서도 간단한 방법으로 외부 외장재를 형성할 수 있는 리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 폴리머 전지는 양극판과 음극판 사이의 세퍼레이터(이하, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 전극 조립체로 칭함)가 리튬 이온 전지에서의 분리 역할 외에 이온전도의 매개체, 즉, 전해질의 역할을 하는 전지를 말한다. 이러한 세퍼레이터는 겔형 고분자 전해질로 형성되는데, 이온 전도도를 향상시키기 위해 전해액을 고분자에 함침한 상태에서 제조한다. 상기 겔형 고분자 전해질의 장점은 향상된 이온전도도 외에 우수한 전극과의 접합성, 기계적 물성, 그리고 제조의 용이성 등을 들 수 있다. 대표적인 겔형 고분자 전해질로서 벨코어(Bellcore)사의 PVDF계 전해질은 vinylidene fluoride(VDF)와 hexafluoroethylne(HFP)의 공중합체와 가소제, 그리고 무기첨가제를 혼합하여 필름 성형후 전해액을 함침시켜 겔화시키는 공정으로 제조된다.
한편, 리튬 폴리머 전지와 리튬 이온 전지의 특징을 간단히 비교하면 다음과 같다.
첫째, 리튬 폴리머 전지는 구조상 판상 구조가 가능하기 때문에, 리튬 이온 전지의 공정에서 필요로 하는 권취(winding) 공정을 반듯이 채택할 필요가 없다. 따라서, 다수의 판 형태로 전극 조립체를 적층할 수 있으며, 그 전극 조립체를 각형 구조에 매우 알맞은 형태로 제조할 수 있다. 물론, 리튬 폴리머 전지에서도 권취 형태의 전극 조립체를 채택할 수 있음은 당연하다.
둘째, 전해액이 모두 일체화된 전극 조립체 내부에 주입되어 있기 때문에 외부에 노출되는 전해액은 거의 존재하지 않는다.
셋째, 자체가 판상 구조로 될 수 있기 때문에, 각형을 만들 때 압력을 가하지 않아도 된다. 따라서, 결정적으로 전지 외장재를 두껍고 딱딱한 각형 또는 원통형 캔(can) 대신, 얇고 연성(flexible)인 파우치(pouch)로 제조할 수 있게 된다.
이와 같이 리튬 폴리머 전지의 외장재로서 연성 파우치를 이용하게 되면, 캔에 비해 두께를 대폭 줄일 수 있어, 같은 체적내에 더욱 많은 전극 조립체를 수용할 수 있게 된다. 즉, 전지의 용량을 대폭 늘릴 수 있게 된다. 또한 외장재가 연성이기 때문에, 전지를 원하는 형태로 쉽게 제조할 수 있고, 따라서 각종 외부 세트에 장착하기 쉽다.
그러나, 이러한 파우치 형태의 리튬 폴리머 전지는 전지 용량 증대 및 다양한 형태로의 가공성에도 불구하고, 그 강도가 약하여 여러 가지 부수적인 문제를 유발한다. 예를 들면, 종래의 리튬 폴리머 전지는 상술한 파우치 형태의 외장재가 날카로운 물건(바늘 또는 못)에 찔렸을 경우 구멍이 쉽게 형성되고, 애완동물 등에게 물렸을 경우 쉽게 찢어진다. 즉, 각형 캔 타입에 비해 강도가 매우 취약하다. 더욱이, 위와 같이 날카로운 물건이 외장재를 관통하여 내부의 전극 조립체에까지 접촉하게 되면, 그 내부의 양극판과 음극판이 직접 쇼트되어, 전지가 발화하거나 폭발할 수도 있다.
또한, 이러한 종래의 리튬 폴리머 전지는 열 방출 특성이 우수하지 않아 전지의 사용 가능 시간이 단축되는 문제가 있다. 즉, 파우치 형태의 외장재는 기본적으로 방열 성능을 저하시키는 절연층이 표면에 형성되어 있음으로써, 전지의 충방전중 발생하는 발열 현상에 적극적으로 대응할 수 없고, 또한 온도 증가에 따라 방전량이 증가하여 전지의 사용 가능 시간이 급격히 감소하는 문제가 있다.
더불어, 상기와 같은 전지의 발열 현상에 따라 전지의 온도가 기준 온도 이상이 되면, 전극 조립체 또는 전해액이 분해되고, 이로 인하여 다량의 가스가 발생하게 되는데, 이때 외장재가 연성이기 때문에 그 외장재가 너무 쉽게 부풀어오르는 단점이 있다. 물론, 자체적으로 발생하는 열 외에도 외부로부터 공급받는 열에 의해서도 상술한 외장재의 부풀어오르는 현상(swelling)이 심하게 발생한다.
한편, 상술한 종래의 리튬 폴리머 전지에서 전지 외장재는 코어층으로서 금속박이 이용되고 있다. 그런데, 이러한 금속박은 전지 외장재의 테두리를 따라 외측으로 노출됨으로써, 보호회로기판이나 또는 외부 세트의 도전체에 전기적으로 쇼트될 확률이 큰 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 금속판을 이용하여 강도를 향상시키고, 스웰링 현상을 억제할 수 있는 리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열수축 튜브 또는 용융 수지를 이용하여 간단한 방법으로 외부 외장재를 제조할 수 있는 리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 전극 조립체가 내장되고, 표면에는 전극 조립체의 충방전 상태를 제어하는 보호회로기판이 부착된 파우치 형태의 내부 외장재와, 내부 외장재의 대향되는 양측면에 밀착된 금속판과, 내부 외장재 및 금속판을 일체로 감싸는 외부 외장재를 포함한다.
여기서, 상기 외부 외장재는 열수축 튜브일 수 있다.
또한, 상기 외부 외장재는 금형에 의해 몰딩된 수지일 수 있다.
더불어, 상기 금속판은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지의 제조 방법은 파우치 형태의 내부 외장재를 제공하는 내부 외장재 제공 단계와, 내부 외장재의 내측에 전극 조립체를 수납하여 밀봉하는 전극 조립체 밀봉 단계와, 내부 외장재의 외측에 전극 조립체와 전기적으로 연결되도록 보호회로기판을 연결하는 보호회로기판 연결 단계와, 내부 외장재의 표면중 상대적으로 넓은 대향되는 양면에 금 속판을 각각 밀착시키는 금속판 밀착 단계와, 금속판 및 내부 외장재의 표면을 감싸 외부 외장재를 형성하는 외부 외장재 형성 단계를 포함한다.
여기서, 상기 외부 외장재 형성 단계는 열수축 튜브에 금속판이 밀착된 내부 외장재를 삽입하는 단계와, 열수축 튜브에 대략 90~130℃의 열을 제공하여 그 열수축 튜브가 수축되면서 금속판 및 내부 외장재의 표면에 밀착되도록 하는 단계로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 외부 외장재 형성 단계는 금속판이 밀착된 내부 외장재를 몰드에 안착시키는 단계와, 몰드에 고온 고압의 용융 수지를 주입하여 그 용융 수지가 금속판 및 내부 외장재의 표면을 감싸도록 하는 단계로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 내부 외장재중 비교적 큰 면적을 차지하는 양면에 금속판이 더 위치됨으로써, 리튬 폴리머 전지의 전체적인 강도가 향상된다. 물론, 이러한 강도 향상에 의해 날카로운 물건에 의해 관통되거나 또는 잘 찢어지지 않게 되고, 또한 스웰링 현상도 적절히 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 내부 외장재에 밀착된 금속판에 의해 방열 성능이 더욱 향상된다. 즉, 내부 외장재 자체는 표면에 열전도율이 좋지 않은 절연층이 형성되어 있으나, 그 표면에 열전도율이 우수한 금속판이 더 형성됨으로써, 전지의 방열 성능이 더욱 좋아진다.
또한, 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 내부 외장재가 절연성인 외부 외장재에 의해 완전히 감싸여짐으로써, 내부 외장재를 이루는 금속박막이 외부로 노 출되지 않게 된다. 따라서, 이러한 금속박막과 외부 세트 사이의 전기적 쇼트 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
더불어, 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 금속판이 밀착된 내부 외장재를 열수축 튜브에 삽입한 후 소정 온도로 가열하거나 또는 금형에 안착후 그 표면에 용융 수지를 주입함으로써, 비교적 단순하고 저렴한 비용으로 리튬 폴리머 전지를 제조할 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 폴리머 전지를 도시한 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 리튬 폴리머 전지를 도시한 부분 분해 사시도이다. 또한, 도 2a는 도 1a의 2a-2a 선 단면도이고, 도 2b는 도 1a의 2b-2b 선 단면도이며, 도 2c는 도 1a의 2c-2c 선 단면도이다. 여기서는 본 발명의 이해를 위해 상기 도 1a, 도 1b 및 도 2a 내지 도 2c를 동시에 참조하기로 한다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지(100)는 크게 내부 외장재(110)와, 상기 내부 외장재(110)에 밀착된 금속판(120)과, 상기 내부 외장재(110) 및 금속판(120)을 함께 감싸는 외부 외장재(130)로 이루어져 있다.
먼저, 상기 내부 외장재(110)는 다수의 층구조를 한다. 즉, 상기 내부 외장재(110)는 얇은 금속박막(111a)과, 상기 금속박막(111a)의 일면에 형성된 제1절연 층(111b)과, 상기 금속박막(111a)의 타면에 형성된 제2절연층(111c)으로 이루어져 있다. 상기 금속박막(111a)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 제1절연층(111b)은 상기 내부 외장재(110)의 외측 표면으로서 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
더욱이, 상기 제2절연층(111c)은 상기 내부 외장재(110)의 내측 표면으로서 변성 폴리프로필렌(CPP) 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이것도 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 내부 외장재(110)의 외형은 일정 면적을 갖는 사각 형태의 제1영역(112a)과, 상기 제1영역(112a)의 반대면으로서 그것과 일정 거리 이격된 동시에 상기 제1영역(112a)보다 큰 면적을 갖는 사각 형태의 제2영역(112b)과, 상기 제1영역(112a) 및 제2영역(112b)의 가장자리에 형성되어 상기 전극 조립체(113)가 외부로 이탈되지 않도록 하는 4개의 제3영역(112c)으로 이루어져 있다. 더욱이, 상기 4개의 제3영역(112c)중 일측의 전방에는 하기할 보호회로기판(115)이 안착될 수 있도록 외측으로 일정 길이 더 연장된 대략 평평한 제4영역(112d)이 더 형성되어 있다.
또한, 상기 내부 외장재(110)에는 양극판(113a), 세퍼레이터(113b) 및 음극판(113c)으로 이루어진 전극 조립체(113)가 수납된 채 밀봉된다. 이러한 전극 조립체(113)는 그 표면적이 최대가 되도록 젤리 롤(jelly roll) 형태로 권취된 형태를 하며, 또는 충방전을 위해 양극판(113a)에는 양극탭(114a)이, 음극판(113c)에는 음극탭(114b)이 각각 접속된 채 상기 내부 외장재(110)의 외측으로 연장되어 있다. 즉, 상기 내부 외장재(110)중 제4영역(112d)을 통해 상기 양극탭(114a) 및 음극탭(114b)이 일정 길이 외부로 돌출되어 있다.
더욱이, 상기 내부 외장재(110)의 제4영역(112d)에는 충방전을 제어하고 과충전 등을 방지하기 위한 보호회로기판(115)이 더 위치되어 있다. 물론, 이러한 보호회로기판(115)에는 상기 전극 조립체(113)와 전기적으로 연결된 양극탭(114a) 및 음극탭(114b)이 전기적으로 접속된다.
상기 금속판(120)은 상기 내부 외장재(110)의 대향되는 양측면에 각각 밀착되어 있다. 즉, 상기 금속판(120)은 상기 내부 외장재(110)에서 상대적으로 면적이 넓은 제1영역(112a) 및 제2영역(112b)에 각각 밀착되어 있다. 더욱이, 이러한 금속판(120)은 상기 내부 외장재(110)의 강도를 높이고, 스웰링 현상을 억제하며 또한 방열 성능을 향상시키기 위해 상기 제2영역(112b)과 동일한 면적으로 형성되어 있다. 물론, 이러한 구조에 의해 상기 제1영역(112a)에 밀착된 금속판(120)은 상기 보호회로기판(115)의 상부에 일정 거리 이격된 채 위치된다. 또한, 상기 금속판(120)은 상기 제2영역(112b)의 면적보다 작은 면적일 수도 있으나, 여기서 상기 금속판(120)의 면적을 한정하는 것은 아니다.
더불어, 상기 금속판(120)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나가 될 수 있으며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 이러한 금속판(120)은 내부 외장재(110)중 대부분의 표면 을 덮음으로써, 그 강도를 향상시키고, 또한 내부 외장재(110)가 바깥 방향으로 부풀어 오르려 하는 스웰링 현상을 억제하게 된다. 또한, 상기 금속판(120)은 열도전성이 우수하므로, 상기 내부 외장재(110)의 방열 성능을 향상시키게 된다.
한편, 상기 외부 외장재(130)는 상기 금속판(120)의 외측 표면과, 상기 금속판(120) 사이에 위치되는 내부 외장재(110)의 대향되는 2개의 제3영역(112c)에 밀착 형성되어 있다. 이러한 외부 외장재(130)는 열수축 튜브 또는 금형에 의해 몰딩된 수지일 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
여기서, 상기 열수축 튜브는 방사선 등이 조사가교된 고분자 합성 수지 제품으로서, 일정 온도(90~130℃)의 열을 가할 경우 대략 25~75%로 일정 비율 수축되는 것을 이용함이 좋다. 물론, 이러한 열수축 튜브는 절연성이 우수함으로, 내부 외장재(110)의 전기 절연, 방수 및 외관 보호 기능을 향상시킨다.
더불어, 상기 수지는 플라스틱(레진)에 열을 가하여 가소화된 것으로서, 이러한 용용 수지를 금형을 이용하여 상기 내부 외장재(110)에 감싸여지도록 한 것이다. 이러한 수지는 통상 160~300℃의 용융점을 가지나 되도록 이면 낮은 온도에서 용융되는 수지를 이용하여 외부 외장재(130)를 형성함이 좋다. 즉, 온도가 너무 높은 경우에는 보호회로기판(115)의 각종 전자 소자(116)에 악영향을 주기 때문이다.
더불어, 상기 외부 외장재(130)는 상기 내부 외장재(110)의 제4영역(112d) 위에 설치된 보호회로기판(115)이 외부로 노출되도록 일측이 개방된 구조일 수 있다. 더욱이, 상기 외부 외장재(130)는 상기 보호회로기판(115)이 설치된 위치의 반대 방향이 개방된 구조일 수도 있다. 즉, 상기 외부 외장재(130)로서 열수축 튜브 를 이용한 경우에는 이러한 구조가 자연스럽게 형성된다. 그러나, 상기 외부 외장재(130)로서 수지를 이용한 경우에는 보호회로기판(115)이나 그 반대 방향이 모두 감싸여져도 좋다. 물론, 열수축 튜브를 이용했을 때와 마찬가지로 상기 보호회로기판(115) 및 그 반대 방향이 개방되도록 사출 성형될 수도 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 외부 외장재(130)는 절연성이기 때문에, 내부 외장재(110)의 한 구성 요소인 금속박막(111a)이 외부로 노출되지 않게 된다. 따라서, 상기 금속박막(111a)은 외부 세트의 도전체와 전기적으로 쇼트될 확률이 현저히 줄어들게 된다. 물론, 상기 외부 외장재(130)에 의해 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지(100)는 외부 환경으로부터 더욱 적극적으로 보호된다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 의한 리튬 폴리머 전지의 제조 방법을 도시한 순차 설명도이고, 또한 도 4a 내지 도 4h는 도 3에 도시된 각 제조 단계를 도시한 사시도이다. 여기서, 이해의 편의를 위해 상기 도 3, 도 4a 내지 도 4h를 함께 참조하여 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지(100)의 제조 방법은 내부 외장재(110)의 제공 단계(S1)와, 전극 조립체(113)의 밀봉 단계(S2)와, 보호회로기판(115)의 연결 단계(S3)와, 금속판(120)의 밀착 단계(S4)와, 외부 외장재(130)의 형성 단계(S5)로 이루어져 있다.
먼저 내부 외장재(110)의 제공 단계(S1)에서는, 대략 파우치 형태의 내부 외장재(110)를 제공한다. 즉, 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 내부 외장재(110)는 내 부로 일정 깊이 드로잉된 제1영역(112a)과, 상기 제1영역(112a)을 덮는 제2영역(112b)과, 상기 제1영역(112a)과 제2영역(112b) 사이에 형성되어 차후 일정 방향으로 접히는 제3영역(112c)과, 또한 차후 보호회로기판이 안착되는 제4영역(112d)을 포함한다. 또한, 상기 내부 외장재(110)의 층 구조는 상술했지만 대략 평평한 금속박막(111a)과, 상기 금속박막(111a)의 일면에 형성된 제1절연층(111b)과, 상기 금속박막(111a)의 타면에 형성된 제2절연층(111c)으로 이루어져 있다.
여기서, 상기 금속박막(111a)은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물로 이루어질 수 있고, 상기 제1절연층(111b)은 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 그 등가물로 이루어질 수 있으며, 상기 제2절연층(111c)은 변성 폴리프로필렌(CPP) 또는 그 등가물로 이루어질 수 있다.
이어서, 상기 전극 조립체(113)의 밀봉 단계(S2)에서는, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 내부 외장재(110)의 내측 즉, 일정 깊이로 드로잉된 제1영역(112a)에 전극 조립체(113)를 수납한 후 상술한 내부 외장재(110)의 제3영역(112c) 및 제4영역(112d)을 열용착하여 상기 전극 조립체(113)가 외부로 이탈되지 않도록 한다.
여기서, 상기 전극 조립체(113)에는 양극탭(114a) 및 음극탭(114b)이 형성되어 있는데, 이러한 양극탭(114a) 및 음극탭(114b)은 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 제4영역(112d)을 통하여 외부로 일정 길이 연장되도록 한다. 물론, 이러한 단계 이후에는 상기 제3영역(112c)을 제1영역(112a)의 바깥면 방향으로 접어서 그 내부 외장재(110)의 부피가 최소화되도록 한다.
이어서, 상기 보호회로기판(115)의 연결 단계(S3)에서는, 도 4d에 도시된 바 와 같이 상기 내부 외장재(110)를 통해 외측으로 일정 길이 연장된 양극탭(114a) 및 음극탭(114b)에 보호회로기판(115)을 연결한다. 이때, 상기 음극탭(114b)과 보호회로기판(115) 사이에는 양성 온도 소자(116)를 개재하여, 전지의 온도가 일정 온도 이상이 되었을 때 전류가 차단되도록 할 수도 있다. 물론, 상기 양성 온도 소자(116)는 보호회로기판(115)의 내부에 형성될 수도 있다. 더욱이, 이러한 연결 후에는 도 4e 및 도 4f에 도시된 바와 같이 상기 양극탭(114a) 및 음극탭(114b)을 소정 각도로 절곡함으로써, 상기 보호회로기판(115)이 상기 내부 외장재(110)의 제4영역(112d) 위에 안전하게 안착되도록 한다.
이어서, 상기 금속판(120)의 밀착 단계(S4)에서는, 도 4g에 도시된 바와 같이 상기 내부 외장재(110)중 제1영역(112a) 및 제2영역(112b)에 각각 일정 두께의 금속판(120)을 밀착시킨다. 도면에서 상기 금속판(120)은 상기 제2영역(112b)과 같은 면적을 갖는 것이 이용되었으나, 이는 상기 제1영역(112a)과 같거나 또는 상기 제1영역(112a) 및 제2영역(112b)보다 작은 면적을 갖는 것이 이용될 수도 있다. 또한, 상기 금속판(120)은 통상의 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물이 가능하며 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
이어서, 상기 외부 외장재(130)의 형성 단계(S5)에서는, 도 4h에 도시된 바와 같이 상기 금속판(120) 및 내부 외장재(110)의 제3영역(112c)을 감싸도록 외부 외장재(130)를 형성한다.
여기서, 상기 외부 외장재(130)의 형성은 다시 2가지 방법으로 이루어질 수 있다.
먼저, 첫번째 방법으로는 열수축 튜브에 상술한 금속판(120)이 밀착된 내부 외장재(110)를 삽입하고, 이어서 상기 열수축 튜브에 대략 90~130℃의 열을 제공하여 상기 열수축 튜브가 수축되면서 상기 금속판(120) 및 내부 외장재(110)의 표면에 열수축 튜브가 밀착되도록 하는 방법을 이용할 수 있다. 이때, 상기 내부 외장재(110)에 부착된 보호회로기판(115) 및 그 반대 방향은 외측으로 자연스럽게 노출된다. 이와 같이하여 본 발명은 간단하면서도 저렴한 비용으로 강도가 향상된 리튬 폴리머 전지(100)의 외부 외장재(130)를 형성하게 된다.
또한, 두번째 방법으로는 상기 금속판(120)이 밀착된 내부 외장재(110)를 금형에 안착시킨 후, 상기 금형에 고온 고압의 용융 수지를 주입 및 경화하여 상기 용융 수지가 금속판(120) 및 내부 외장재(110)의 표면을 감싸도록 하는 방법을 이용할 수 있다. 물론, 이러한 방법을 이용할 경우에는 보호회로기판(115) 및 그 반대 방향도 모두 용융 수지로 감싸여지도록 할 수 있으나, 이러한 구조로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지는 내부 외장재중 비교적 큰 면적을 차지하는 양면에 금속판이 더 위치됨으로써, 리튬 폴리머 전지의 전체적인 강도가 향상된다. 물론, 이러한 강도 향상에 의해 날카로운 물건에 의해 관통되거나 또는 잘 찢어지지 않게 되고, 또한 스웰링 현상도 적절히 억제할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 내부 외장재에 밀착된 금속판에 의해 방열 성능이 더욱 향상된다. 즉, 내부 외장재 자체는 표면에 열전도율이 좋지 않은 절연층이 형성되어 있으나, 그 표면에 열전도율이 우수한 금속판이 더 형성됨으로써, 전지의 방열 성능이 더욱 좋아진다.
또한, 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 내부 외장재가 절연성인 외부 외장재에 의해 완전히 감싸여짐으로써, 내부 외장재를 이루는 금속박막이 외부로 노출되지 않게 된다. 따라서, 이러한 금속박막과 외부 세트 사이의 전기적 쇼트 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
더불어, 본 발명에 의한 리튬 폴리머 전지는 금속판이 밀착된 내부 외장재를 열수축 튜브에 삽입한 후 소정 온도로 가열하거나 또는 금형에 안착후 그 표면에 용융 수지를 주입함으로써, 비교적 단순하고 저렴한 비용으로 리튬 폴리머 전지를 제조할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 리튬 폴리머 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (19)

  1. 전극 조립체가 내장되고, 표면에는 상기 전극 조립체의 충방전 상태를 제어하는 보호회로기판이 부착된 파우치 형태의 내부 외장재;
    상기 내부 외장재의 대향되는 양측면에 밀착된 금속판; 및,
    상기 내부 외장재 및 금속판을 일체로 감싸는 외부 외장재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 외장재는 방사선이 조사 가교된 고분자 합성 수지로서, 상기 내부 외장재 및 금속판을 감싼 상태에서 90~130℃의 열을 가하면, 25~75%의 비율로 수축되며 상기 내부 외장재 및 금속판을 강하게 감싸는 열수축 튜브인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 외장재는 플라스틱으로서, 상기 내부 외장재 및 금속판을 금형에 위치시킨 상태에서 160~300℃의 열을 가하면 용융되는 상기 플라스틱으로 몰딩하여 형성된 몰딩 수지인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 외장재는 금속 박막을 중심으로 일면에 제1절연층이 형성되고, 타면에 제2절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속 박막은 스틸, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1절연층은 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제2절연층은 변성 폴리프로필렌(CPP)인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 외장재는 일정 면적을 갖는 사각 형태의 제1영역과, 상기 제1영역과 일정 거리 이격된 동시에 상기 제1영역보다 큰 면적을 갖는 사각 형태의 제2영역과, 상기 제1영역 및 제2영역의 사이에 형성되어 상기 전극 조립체가 외부로 이탈되지 않도록 하는 4개의 제3영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 금속판은 상기 내부 외장재의 대향되는 제1영역과 제2영역에 각각 밀착된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 금속판은 상기 제2영역의 면적과 같은 면적으로 형성된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 외부 외장재는 상기 금속판의 외측 표면과, 상기 금 속판 사이에 위치되는 내부 외장재의 대향되는 2개의 제3영역에 밀착된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 외부 외장재는 상기 내부 외장재에 부착된 보호회로기판이 외부로 노출되도록 일측이 개방된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 외부 외장재는 상기 보호회로기판의 반대 방향인 내부 외장재의 제3영역이 외부로 노출되도록 타측이 개방된 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 금속판은 스틸, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지.
  15. 파우치 형태의 내부 외장재를 제공하는 내부 외장재 제공 단계;
    상기 내부 외장재의 내측에 전극 조립체를 수납하여 밀봉하는 전극 조립체 밀봉 단계;
    상기 내부 외장재의 외측에 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되도록 보호회로기판을 연결하는 보호회로기판 연결 단계;
    상기 내부 외장재의 표면중 상대적으로 넓은 대향되는 양면에 금속판을 각각 밀착시키는 금속판 밀착 단계; 및,
    상기 금속판 및 내부 외장재의 표면을 감싸 외부 외장재를 형성하는 외부 외장재 형성 단계를 포함하여 이루어진 리튬 폴리머 전지의 제공 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전극 조립체 밀봉 단계는 상기 전극 조립체 외측의 내부 외장재를 열용착하여 전극 조립체가 외부로 노출되지 않도록 밀봉함을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 금속판은 스틸, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 외부 외장재 형성 단계는 열수축 튜브에 상술한 금속판이 밀착된 내부 외장재를 삽입하는 단계와, 상기 열수축 튜브에 90~130℃의 열을 제공하여 상기 열수축 튜브가 수축되면서 상기 금속판 및 내부 외장재의 표면에 밀착되도록 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 외부 외장재 형성 단계는 금속판이 밀착된 내부 외장재를 몰드에 안착시키는 단계와, 상기 몰드에 고온 고압의 용융 수지를 주입하여 상기 용융 수지가 금속판 및 내부 외장재의 표면을 감싸도록 하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 폴리머 전지의 제조 방법.
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