KR100347350B1 - Electrochemical cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단위 셀 들이 복수개 적층된 캐패시터 셀로 구성된 전기화학 셀을 제공한다. 상기 단위 셀은 제1 전극이 입혀진 제1 콜렉터와, 상기 제1 전극 상에 형성된 다공성 분리기와, 상기 다공성 분리기 상에 대응되게 제2 전극이 입혀진 제2 콜렉터와, 상기 제1 콜렉터 및 제2 콜렉터 사이에 위치하여 상기 제1 콜렉터와 제2 콜렉터를 실링할 수 있는 가스킷과, 상기 제1 콜렉터와 제2 콜렉터 사이에 주입되거나 상기 제1 전극 및 제2 전극에 함침된 전해질을 포함하여 이루어진다. 상기 가스킷은 아크릴레이트계의 양면 접착 필름으로 구성할 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 금속 산화물, 탄소계 물질 또는 그 복합체, 또는 금속 질화물로 구성할 수 있다. 본 발명의 전기화학 셀은 가스킷으로 양면 접착 필름을 사용함으로써 다수개의 단위 셀을 적층할 수 있고, 적층하여도 단위 셀간의 간격 편차를 줄일 수 있다.The present invention provides an electrochemical cell composed of a capacitor cell in which a plurality of unit cells are stacked. The unit cell includes a first collector coated with a first electrode, a porous separator formed on the first electrode, a second collector coated with a second electrode to correspond to the porous separator, and the first collector and the second collector. And a gasket disposed between the first collector and the second collector to seal the first collector and the second collector, and an electrolyte injected between the first collector and the second collector or impregnated in the first electrode and the second electrode. The gasket may be composed of an acrylate-based double-sided adhesive film. The first electrode and the second electrode may be composed of a metal oxide, a carbon-based material or a composite thereof, or a metal nitride. In the electrochemical cell of the present invention, a plurality of unit cells can be stacked by using a double-sided adhesive film as a gasket, and even if stacked, the gap variation between unit cells can be reduced.
Description
본 발명은 전기화학 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 셀간의 간격이 일정한 전기화학 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an electrochemical cell having a constant interval between unit cells and a method for producing the same.
일반적으로, 전기화학 셀은 전지, 캐패시터, 연료전지 등에 이용된다. 상기 전기화학 셀은 제1 전극(양극), 제2 전극(음극), 상기 제1 전극과 제2 전극 사이를 절연하는 분리기(separator) 및 전해질로 구성된 단위 셀(unit cell)을 복수개 적층하여 형성된다.In general, electrochemical cells are used in batteries, capacitors, fuel cells, and the like. The electrochemical cell is formed by stacking a plurality of unit cells composed of a first electrode (anode), a second electrode (cathode), a separator insulated between the first electrode and the second electrode, and an electrolyte. do.
전기화학 셀을 제조하기 위하여는 분리기를 포함하는 전극들에 전해질을 함침시키거나 전해질을 주입한 후 실링 공정을 진행해야 한다. 실링 공정은 먼저 전해질을 포함하는 단위 셀을 유기 폴리머로 구성된 진공팩에 넣는다. 이어서, 전해질의 누수가 없도록 가열 압착법에 의하여 유기 폴리머를 가열시켜 녹이고 이를 압착시킴으로써 실링 공정을 완료한다. 상기 진공팩은 알루미늄과 같은 금속 박막 위에 절연용 유기 박막 및 저융점 유기 폴리머가 순차적으로 코팅되어 구조이다.In order to manufacture the electrochemical cell, the electrodes including the separator should be impregnated with the electrolyte or injected with the electrolyte, followed by the sealing process. The sealing process first puts a unit cell containing an electrolyte into a vacuum pack composed of an organic polymer. Subsequently, the sealing process is completed by heating and melting the organic polymer by thermal compression so as to prevent leakage of the electrolyte. The vacuum pack has a structure in which an insulating organic thin film and a low melting organic polymer are sequentially coated on a metal thin film such as aluminum.
그런데, 종래의 진공팩을 이용한 전기화학 셀의 실링법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the sealing method of the electrochemical cell using the conventional vacuum pack has the following problems.
첫째로, 종래의 실링법은 가열 및 가압 공정시 적층되는 위치에 따라 바깥쪽 부분과 안쪽 부분에서 유기 폴리머 재료가 받는 열이 다르기 때문에 단위 셀의 간격을 일정하게 유지하기 어렵다.First, in the conventional sealing method, since the heat received by the organic polymer material in the outer part and the inner part differs depending on the position of the lamination during the heating and pressing process, it is difficult to keep the unit cell spacing constant.
둘째로, 종래의 실링법은 실링시 유기 폴리머를 이용하기 때문에 가열 공정이 필요하고 이에 따라 열에 민감한 전극 물질은 사용하기 어려운 문제가 있다.Secondly, since the conventional sealing method uses an organic polymer during sealing, a heating process is required, and thus heat sensitive electrode materials are difficult to use.
따라서, 본 발명의 일 목적은 상술한 문제를 해결하여 단위 셀간 간격이 일정한 전기화학 셀을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical cell having a constant interval between unit cells by solving the above problem.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전기화학 셀을 제조하는데 적합한 전기화학 셀의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing an electrochemical cell suitable for producing the electrochemical cell.
도 1은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 구조를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating the structure of an electrochemical cell according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.2 is a schematic view illustrating a method of manufacturing an electrochemical cell according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrochemical cell according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
a : 단위 셀 3 : 제1 전극a: unit cell 3: first electrode
5 : 다공성 분리기 7 : 제2 전극5: porous separator 7: second electrode
9 : 제2 콜렉터 11 : 가스킷9: second collector 11: gasket
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단위 셀들이 복수개 적층된 캐패시터 셀로 구성된 전기화학 셀을 제공한다. 상기 단위 셀은 제1 전극이 입혀진 제1 콜렉터와, 상기 제1 전극 상에 형성된 다공성 분리기와, 상기 다공성 분리기 상에 대응되게 제2 전극이 입혀진 제2 콜렉터와, 상기 제1 콜렉터 및 제2 콜렉터 사이에 위치하여 상기 제1 콜렉터와 제2 콜렉터를 실링할 수 있는 가스킷과, 상기 제1 콜렉터와 제2 콜렉터 사이에 주입되거나 상기 제1 전극 및 제2 전극에 함침된 전해질을 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention provides an electrochemical cell composed of a capacitor cell in which a plurality of unit cells are stacked. The unit cell includes a first collector coated with a first electrode, a porous separator formed on the first electrode, a second collector coated with a second electrode to correspond to the porous separator, and the first collector and the second collector. And a gasket disposed between the first collector and the second collector to seal the first collector and the second collector, and an electrolyte injected between the first collector and the second collector or impregnated in the first electrode and the second electrode.
상기 가스킷은 아크릴레이트계의 양면 접착 필름으로 구성할 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 금속 산화물, 탄소계 물질 또는 그 복합체, 또는 금속 질화물로 구성할 수 있다. 상기 전해질은 수용액 전해질 또는 유기계 전해질로 구성할 수 있다.The gasket may be composed of an acrylate-based double-sided adhesive film. The first electrode and the second electrode may be composed of a metal oxide, a carbon-based material or a composite thereof, or a metal nitride. The electrolyte may be composed of an aqueous solution electrolyte or an organic electrolyte.
또한, 상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단위 셀들이 복수개 적층된 캐패시터 셀로 구성된 전기화학 셀의 제조방법을 제공한다. 상기 전기화학 셀의 제조방법은 제1 콜렉터 상에 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 콜렉터의 중앙부분을 노출시키면서 둘레 부분에 가스킷을 부착하는 단계와, 상기 가스킷의 내측으로 다공성 분리기를 설치하는 단계와, 제2 전극이 형성된 제2 콜렉터를 준비하는 단계와, 상기 다공성 분리기 상에 제2 전극을 적층시켜 상기 제1 콜렉터와 제2 콜렉터를 가스킷을 이용하여 부착하는 단계와, 상기 제1 콜렉터와 제2 콜렉터 사이에 전해질을 주입하거나 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전해질을 함침하는 단계를 포함한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing an electrochemical cell consisting of a capacitor cell in which a plurality of unit cells are stacked in order to achieve the above object of the present invention. The method of manufacturing an electrochemical cell includes forming a first electrode on a first collector, attaching a gasket to a circumferential portion while exposing a central portion of the first collector, and forming a porous separator inside the gasket. And installing a second collector having a second electrode formed thereon, stacking a second electrode on the porous separator, and attaching the first collector and the second collector using a gasket; Injecting an electrolyte between the first collector and the second collector or impregnating the electrolyte in the first electrode and the second electrode.
상기 가스킷은 아크릴레이트계의 양면 접착 필름을 이용할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극은 금속 산화물, 탄소계 물질 또는 그 복합체, 또는 금속 질화물을 이용할 수 있다. 상기 전해질은 수용액 전해질 또는 유기계 전해질을 이용할 수 있다.The gasket may use an acrylate-based double-sided adhesive film. The first and second electrodes may use metal oxides, carbon-based materials or composites thereof, or metal nitrides. The electrolyte may be an aqueous solution electrolyte or an organic electrolyte.
본 발명의 전기화학 셀은 가스킷으로 양면 접착 필름을 사용함으로써 다수개의 단위 셀을 적층할 수 있고, 적층하여도 단위 셀간의 간격 편차를 줄일 수 있다.In the electrochemical cell of the present invention, a plurality of unit cells can be stacked by using a double-sided adhesive film as a gasket, and even if stacked, the gap variation between unit cells can be reduced.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 구조를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating the structure of an electrochemical cell according to the present invention.
구체적으로, 본 발명에 의한 전기 화학 셀은 단위 셀(a)이 복수개 적층된 캐패시터 셀로 구성된다. 상기 단위 셀(a)은 제1 전극(3)이 일부 코팅된 제1 콜렉터(1)와 상기 제1 전극(3) 상에 다공성 분리기(5)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 다공성 분리기(5) 상에 상기 제1 전극(3)과 대응되는 제2 전극(7)이 일부 코팅된 제2 콜렉터(9)가 형성되어 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 금속 산화물, 탄소계 물질 또는 그 복합체, 또는 금속 질화물로 구성한다.Specifically, the electrochemical cell according to the present invention is composed of a capacitor cell in which a plurality of unit cells (a) are stacked. In the unit cell (a), a porous separator 5 is formed on the first collector 1 partially coated with the first electrode 3 and the first electrode 3. In addition, a second collector 9 having a portion coated with the second electrode 7 corresponding to the first electrode 3 is formed on the porous separator 5. The first electrode and the second electrode are composed of a metal oxide, a carbon-based material or a composite thereof, or a metal nitride.
그리고, 상기 제1 콜렉터(1) 및 제2 콜렉터(9)의 양단부에 위치하고 상기 제1 콜렉터(1) 및 제2 콜렉터(9) 사이에 위치하여 상기 제1 콜렉터(1)와 제2 콜렉터(9)를 밀봉(실링)할 수 있는 가스킷(11)이 형성되어 있다. 상기 가스킷(11)은 아크릴레이트계의 양면 접착 필름으로 구성하거나, 가운데에 두께를 유지하여 주는 아크릴 폼이 위치하고 위아래에는 접착력이 뛰어난 아크릴레이트계의 접착제가 입혀져 있는 삼중 구조로 구성한다. 이렇게 양면 접착 필름으로 실링을 하면 종래와 같이 조립시 가열 공정을 하지 않아도 되므로 다수개의 단위 셀을 적층하여도 단위 셀간의 두께의 편차를 줄일 수 있다.The first collector 1 and the second collector 9 are positioned at both ends of the first collector 1 and the second collector 9, and are located between the first collector 1 and the second collector 9. A gasket 11 capable of sealing (sealing) 9 is formed. The gasket 11 is composed of an acrylate-based double-sided adhesive film, or a triple structure in which an acrylic foam for maintaining thickness is placed in the center and an acrylate-based adhesive having excellent adhesive strength is coated on the top and bottom. When sealing with a double-sided adhesive film in this way, it is not necessary to perform a heating process during assembly as in the prior art, it is possible to reduce the variation in the thickness between the unit cells even when a plurality of unit cells are stacked.
그리고, 상기 가스킷(11)의 한쪽 면에 제작된 주입구(도시 안됨)를 통하거나 전극들에 미리 함침시켜 상기 제1 콜렉터(1)와 제2 콜렉터(9) 사이에 전해질(도시 안됨)을 주입한다. 상기 전해질은 수용액 전해질 또는 유기계 전해질로 구성할 수 있다.Then, an electrolyte (not shown) is injected between the first collector 1 and the second collector 9 through an injection hole (not shown) formed on one side of the gasket 11 or impregnated in the electrodes. do. The electrolyte may be composed of an aqueous solution electrolyte or an organic electrolyte.
도 2는 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.2 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing an electrochemical cell according to the present invention, and FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an electrochemical cell according to the present invention.
구체적으로, 전기화학 셀에 이용되는 제1 콜렉터(1)를 준비한다(스텝 100). 상기 제1 콜렉터(1)는 전기 전도성이 높은 박막, 예컨대 얇은 금속판으로 준비하며 두께는 20∼500㎛ 정도로 준비한다. 본 실시예에서 상기 제1 콜렉터(1)는 염산으로 표면 처리한 티타늄 박판을 이용한다.Specifically, the first collector 1 used for the electrochemical cell is prepared (step 100). The first collector 1 is prepared from a thin film having high electrical conductivity, such as a thin metal plate, and has a thickness of about 20 to 500 µm. In the present embodiment, the first collector 1 uses a titanium thin plate surface treated with hydrochloric acid.
이어서, 상기 제1 콜렉터(1)의 일부분에 양극이나 음극이 되는 제1 전극(3)을 딥 코팅(dip coating), 롤 캐스팅(roll casting) 또는 스크린 프린팅( screen printing)법을 이용하여 코팅한다(스텝 102). 바람직하게는 상기 제1 콜렉터(1)의일부분에 제1 전극(3)을 스크린 프린팅법을 이용하여 코팅한다. 상기와 같이 스크린 프린팅 법을 사용하여 상기 제1 전극(3)을 코팅하게 되면, 상기 제1 콜렉터(1)의 일부분만을 특정하게 코팅할 수 있다. 상기 제1 전극(3)은 금속 산화물, 질화물, 탄소계 물질 또는 그 복합체로 형성한다. 본 실시예에서 상기 제1 전극(3)은 망간 산화물을 도전체, 바인더 등과 혼합한 후 페이스트를 만든 후 스크린 프린팅법을 이용하여 형성한다. 이후에 상기 제1 전극(3)에 포함된 솔벤트를 120℃에서 휘발시킨다.Subsequently, a part of the first collector 1 is coated with a first electrode 3 serving as an anode or a cathode by dip coating, roll casting, or screen printing. (Step 102). Preferably, the first electrode 3 is coated on a portion of the first collector 1 by screen printing. When the first electrode 3 is coated using the screen printing method as described above, only a part of the first collector 1 may be specifically coated. The first electrode 3 is formed of a metal oxide, a nitride, a carbon-based material, or a composite thereof. In the present exemplary embodiment, the first electrode 3 is formed by mixing manganese oxide with a conductor, a binder, and the like, using a screen printing method after making a paste. Thereafter, the solvent contained in the first electrode 3 is volatilized at 120 ° C.
다음에, 제1 전극(3)이 코팅된 제1 콜렉터(1)의 일부분에 전해질의 누설을 방지할 수 있도록 수밀성과 기밀성을 갖고 절연 역할을 하는 가스킷(11)을 부착한다(스텝 104). 상기 가스킷(11)은 제1 콜렉터의 중앙부분을 노출시키면서 둘레 부분에 부착한다.Next, a gasket 11 that is watertight and airtight and has an insulating role is attached to a part of the first collector 1 coated with the first electrode 3 so as to prevent leakage of the electrolyte (step 104). The gasket 11 is attached to the circumferential portion while exposing the central portion of the first collector.
본 실시예에서 상기 가스킷(11)은 50∼1.1㎜의 두께의 양면 접착 필름을 이용한다. 상기 가스킷(11)은 가운데에 두께를 유지하여 주는 아크릴 폼이 위치하고 위아래에는 접착력이 뛰어난 아크릴레이트계의 접착제가 입혀져 있는 삼중 구조로 구성하거나, 또는 상기 아크릴 폼 없이 아크릴레이트계의 접착제로만 구성한다. 그리고, 상기 가스킷(11)의 한쪽부분에는 전해질을 주입할 수 있는 전해질 주입구(도시 안함)를 형성할 수 있다.In this embodiment, the gasket 11 uses a double-sided adhesive film having a thickness of 50 to 1.1 mm. The gasket 11 is composed of a triple structure in which an acrylic foam that maintains a thickness in the center and an acrylate adhesive having excellent adhesive strength is coated on the upper and lower sides, or only an acrylate adhesive without the acrylic foam. In addition, an electrolyte injection hole (not shown) may be formed in one portion of the gasket 11 to inject the electrolyte.
다음에, 가스킷(11)의 내측으로 상기 제1 전극(3)을 덮을 수 있는 크기의 다공성 분리기(5)를 설치한다(스텝 106). 상기 다공성 분리기(5)는 후에 설치되는 제2 전극과 절연된다.Next, a porous separator 5 of a size that can cover the first electrode 3 is provided inside the gasket 11 (step 106). The porous separator 5 is insulated from the second electrode which is installed later.
다음에, 제2 전극(7)이 일부 코팅된 제2 콜렉터(9)를 준비한다(스텝 108). 상기 제2 전극(7)이 일부 코팅된 제2 콜렉터(9)는 제1 전극(3)이 형성된 제1 콜렉터(1)와 동일하게 준비한다.Next, the second collector 9 partially coated with the second electrode 7 is prepared (step 108). The second collector 9 partially coated with the second electrode 7 is prepared in the same manner as the first collector 1 in which the first electrode 3 is formed.
이어서, 상기 다공성 분리기(5) 상에 제2 전극(7)을 적층하면서 제2 콜렉터(9)를 상기 가스킷(11)에 부착하여 단위 셀을 형성한다(스텝 110). 즉, 제1 콜렉터(1) 상에 제1 전극(3), 다공성 분리기(5), 제2 전극(7) 및 제2 콜렉터(9)가 순차적으로 형성되고 가스킷(11)으로 제1 콜렉터(1) 및 제2 콜렉터(9)가 실링된 단위 셀이 형성된다. 계속하여, 상기 단위 셀을 복수개 적층하면 도 1에 도시한 바와 같은 캐패시터 셀이 완성된다(스텝 112).Subsequently, the second collector 9 is attached to the gasket 11 while the second electrode 7 is stacked on the porous separator 5 to form a unit cell (step 110). That is, the first electrode 3, the porous separator 5, the second electrode 7, and the second collector 9 are sequentially formed on the first collector 1, and the first collector 3 is formed by the gasket 11. The unit cell in which 1) and the second collector 9 are sealed is formed. Subsequently, when a plurality of unit cells are stacked, a capacitor cell as shown in Fig. 1 is completed (step 112).
다음에, 상기 복수개 적층된 캐패시터 셀에 전해질을 주입하여 전기화학 셀의 조립을 완료한다(스텝 114). 상기 전해질은 수용액계나 유기계 모두 사용할 수 있다. 그리고, 상기 전해질은 가스킷(11)의 한쪽 면에 미리 제작된 전해질 주입구를 통하여 주입하거나, 전해질을 전극에 미리 함침시킨다. 전해질 주입구는 주입 후에 에폭시 수지로 밀봉시킨다.Next, an electrolyte is injected into the plurality of stacked capacitor cells to complete the assembly of the electrochemical cell (step 114). The electrolyte may be used either in aqueous solution or organic. Then, the electrolyte is injected through a pre-fabricated electrolyte injection hole on one side of the gasket 11, or the electrolyte is impregnated in the electrode in advance. The electrolyte inlet is sealed with epoxy resin after injection.
본 발명에 따른 전기화학 셀 및 그 제조방법에 의하면, 본 발명의 전기화학 셀은 가스킷으로 양면 접착 필름을 사용함으로써 다수개의 단위 셀을 적층할 수 있고, 적층하여도 단위 셀간의 간격 편차를 줄일 수 있다.According to the electrochemical cell according to the present invention and a method for manufacturing the same, the electrochemical cell of the present invention can stack a plurality of unit cells by using a double-sided adhesive film as a gasket, and even if stacked, it is possible to reduce the deviation between the unit cells have.
또한, 본 발명의 전기화학 셀은 종래의 폴리머를 녹이는 실링 공정과 비교하여 조립 공정에서 가열과정이 필요 없기 때문에 열에 민감한 전극 물질도 사용할수 있다.In addition, the electrochemical cell of the present invention can also use a heat-sensitive electrode material because it does not require a heating step in the assembly process compared to the sealing process for melting a conventional polymer.
또한, 본 발명의 전기화학 셀은 양면 접착 필름을 사용하여 적층하므로 전해질의 주입이 용이하다.In addition, since the electrochemical cell of the present invention is laminated using a double-sided adhesive film, it is easy to inject the electrolyte.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
Claims (7)
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| JPH0696783A (en) * | 1992-09-16 | 1994-04-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell |
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