KR100347350B1 - 전기화학 셀 및 그 제조방법 - 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.

Description

전기화학 셀 및 그 제조방법 {ELECTROCHEMICAL CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전기화학 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위 셀간의 간격이 일정한 전기화학 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.
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.
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.
그런데, 종래의 진공팩을 이용한 전기화학 셀의 실링법은 다음과 같은 문제점이 있다.
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.
둘째로, 종래의 실링법은 실링시 유기 폴리머를 이용하기 때문에 가열 공정이 필요하고 이에 따라 열에 민감한 전극 물질은 사용하기 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 상술한 문제를 해결하여 단위 셀간 간격이 일정한 전기화학 셀을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전기화학 셀을 제조하는데 적합한 전기화학 셀의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 구조를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
a : 단위 셀 3 : 제1 전극
5 : 다공성 분리기 7 : 제2 전극
9 : 제2 콜렉터 11 : 가스킷
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.
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.
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.
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.
본 발명의 전기화학 셀은 가스킷으로 양면 접착 필름을 사용함으로써 다수개의 단위 셀을 적층할 수 있고, 적층하여도 단위 셀간의 간격 편차를 줄일 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 구조를 설명하기 위하여 도시한 개략도이다.
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.
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.
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.
도 2는 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 의한 전기화학 셀의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 흐름도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
또한, 본 발명의 전기화학 셀은 종래의 폴리머를 녹이는 실링 공정과 비교하여 조립 공정에서 가열과정이 필요 없기 때문에 열에 민감한 전극 물질도 사용할수 있다.
또한, 본 발명의 전기화학 셀은 양면 접착 필름을 사용하여 적층하므로 전해질의 주입이 용이하다.
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.

Claims (7)

  1. 단위 셀들이 복수개 적층된 캐패시터 셀로 구성된 전기화학 셀에 있어서, 상기 단위 셀은 제1 전극이 형성된 제1 콜렉터;
    상기 제1 전극과 대향되게 제2 전극이 형성된 제2 콜렉터;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하여 이들을 전기적으로 절연시키기 위한 다공성 분리기;
    상기 제1 전극, 다공성 분리기, 제2 전극을 외부와 실링하기 위하여 이들의 주변부를 따라 상기 제1 및 제2 콜렉터 사이에 위치하고 상기 제1 및 제2 콜렉터와 접촉하는 양면에는 각각 접착층이 형성된 양면접착필름으로 구성된 가스킷; 및
    상기 가스킷으로 실링된 상기 다공성 분리기의 내부 공간에 주입된 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스킷은 가운데에 두께를 유지하여 주는 아크릴 폼이 위치하고 위아래에는 접착력이 뛰어난 아크릴레이트계의 접착제가 입혀져 있는 삼중 구조로 이루지는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 금속 산화물, 탄소계 물질, 금속 질화물 및 그 복합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전해질은 수용액 전해질 또는 유기계 전해질인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
  6. 단위 셀들이 복수개 적층된 캐패시터 셀로 구성된 전기화학 셀의 제조방법에 있어서, 상기 단위 셀의 제조방법은
    제1 콜렉터 상에 제1 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 콜렉터의 제1 전극 주변부를 따라 양면접착필름으로 구성된 가스킷을 부착하는 단계;
    상기 가스킷으로 둘러싸인 공간내의 상기 제1 전극 상에 다공성 분리기를 설치하는 단계;
    제2 전극이 형성된 제2 콜렉터를 준비하는 단계;
    상기 다공성 분리기 상에 제2 전극이 위치하도록 상기 제2 콜렉터를 상기 가스킷상에 부착하는 단계; 및
    상기 제1 콜렉터와 제2 콜렉터 사이에 전해질을 봉입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 콜렉터 상에 제1 전극을 형성하는 단계는 스크린 프린팅 법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전기화하 셀의 제조방법.
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