KR100714128B1 - 비금속 집전체를 구비하는 리튬 이차전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

비금속 집전체를 구비하는 리튬 이차전지 및 그 제조 방법 Download PDF

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김광만
장순호
류광선
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한국전자통신연구원
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Abstract

비금속 전도층을 포함하는 비금속 집전체를 구비하는 리튬 이차전지 및 그 제조 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 제1 고분자 필름 및 제1 비금속 전도층으로 구성되는 제1 비금속 집전체와, 상기 제1 비금속 전도층 위에 형성된 제1 전극층을 포함한다. 또한, 제2 고분자 필름 및 제2 비금속 전도층으로 구성되는 제2 비금속 집전체와, 상기 제2 비금속 전도층 위에 형성된 제2 전극층을 포함한다. 상기 제1 전극층과 제2 전극층과의 사이에는 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층이 형성되어 있다. 얇은 고분자 필름 위에 비금속 전도층을 박막 형태로 증착 또는 라미네이션시켜 제조한 비금속 집전체를 사용함으로써 금속의 사용량이 최소화된 초박형 최경량의 리튬 이차전지가 구현된다.
비금속 전도층, 비금속 집전체, 고분자 전해질, 유기 전해액

Description

비금속 집전체를 구비하는 리튬 이차전지 및 그 제조 방법 {Rechargeable battery having non-metallic current collector and method of manufacturing the same}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차전지의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차전지의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 리튬 이차전지 단전지의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 리튬 이차전지 단전지의 싸이클 안정성을 평가한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 리튬 이차전지의 중량 및 체적당 에너지 밀도값를 표시한 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 제1 비금속 집전체, 12: 제1 고분자 필름, 14: 제1 비금속 전도층, 16: 양극층, 20: 제2 비금속 집전체, 22: 제2 고분자 필름, 24: 제2 비금속 전도층, 26: 음극층, 30: 고분자 전해질층, 100: 리튬 이차전지.
본 발명은 리튬 이차전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 고분자 집전체를 구비하는 리튬 이차전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 기술 및 차세대 PC 기술의 급격한 발전에 힘입어 모바일 DMB폰이 상용화되었고, 손목시계형 또는 입는(wearable) PC 시제품들이 속속 출시되고 있다. 그 외에 기존의 휴대형 전자기기들도 점차 다기능화되고 융합화되어 단말기 하나로 휴대전화기, 화상통화, MP3 플레이어, PDA (personal digital assistant), 디지털 카메라, 보이스 펜, 전자수첩, HDD (hard disk drive) 등의 모든 기능을 갖출 수 있게 되었다. 그러나, 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화가 급속도로 진전되고 있는데 반해, 이들의 구동을 위한 전원소자는 이들의 요구를 충족시키지 못하고 있다. 이는 단말기의 소형화 및 고성능화 속도에 비해, 전원시스템에 있어서 소재 및 공정 조건의 한계로 인해 전원소자의 에너지밀도를 높이는 데 있어서 이미 한계에 이르렀기 때문이다. 따라서, 이러한 한계를 뛰어 넘을 수 있는 새로운 소재의 개발, 새로운 개념의 공정 시스템 적용을 통한 고에너지밀도화 및 고출력화에 대한 요구가 매우 절실하다.
현재까지 DMB와 차세대 PC에 적용되어 가능성을 인정받은 전원소자들 중에서 대표적인 것으로 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지가 있다. 이들 리튬 이차전지는 리튬 이온의 삽입과 탈리가 가능한 물질을 활물질로 사용하여 제조된 양극 또는 음극을 포함하며, 양극과 음극 사이에는 리튬 이온이 이동할 수 있는 유기 전해액 또는 고분자 전해질이 삽입되어 있다. 여기서, 양극의 경우에는 알루미늄 집전체 위에, 음극의 경우에는 구리 집전체 위에 활물질이 코팅된 구조를 가진다 이렇게 제조된 음극, 전해질, 양극 각각은 라미네이션되어 최종적으로 스테인레스스틸 캔이나 알루미늄 파우치로 밀폐되어 제조된다. 현재까지 꾸준한 공정개선을 통해 매년 10% 이상씩 에너지 밀도를 증가시켜 왔다.
그러나, 활물질 및 구성 소재의 큰 변화없이 충진밀도의 향상에 집중한 결과, 중량당 에너지밀도 증가가 한계에 이르렀고, 셀내 에너지가 증가할수록 안정성은 점점 감소하는 결과를 나타내게 되었다. 따라서, 추가적으로 소재의 경량화 및 안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 구성 소재 및 제조 공정의 개발이 절실한 실정이다.
또한, 전해액을 제외한 활물질, 결착제, 분리막, 집전체, 포장재 등 리튬 이차전지 소재들이 대부분 수입에 의존하고 있어 경쟁에 따른 전지의 단가가 하락하면 직접적으로 수익성 악화를 초래하는 근본적인 원인이 되고 있다. 특히, 구리 및 알루미늄 집전체를 사용하는 경우, 금속 특성상 권취시 얻을 수 있는 최대 곡률 반경에 한계가 있어 결과적으로 부피 축소에 한계가 있으며, 전지 내에서 차지하는 중량 및 가격 비중이 높기 때문에, 기존의 금속 집전체를 대체하여 저가 경량의 비금속성 집전체, 또는 금속 사용이 최대한 자제된 집전체의 개발이 시급하다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 리튬 이차전지의 무게를 경량화할 수 있으며, 권취시 충진 밀도를 향상시킬 수 있도록 향상된 유연성을 가지며 중량 및 체적당 에너지 밀도를 높이고 싸이클 안정성을 향상시킬 수 있는 리튬 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 공정이 간단하고 용이하며 비교적 완화된 공정 조건을 적용함으로써 완전 연속공정 및 대량 생산이 용이하고 제조 단가를 낮출 수 있는 리튬 이차전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 제1 고분자 필름 및 제1 비금속 전도층으로 구성되는 제1 비금속 집전체와, 상기 제1 비금속 전도층 위에 형성된 제1 전극층과, 제2 고분자 필름 및 제2 비금속 전도층으로 구성되는 제2 비금속 집전체와, 상기 제2 비금속 전도층 위에 형성된 제2 전극층과, 상기 제1 전극층과 제2 전극층과의 사이에 형성되어 있고 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층을 포함한다.
상기 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름은 각각 폴리에스테르계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 나일론, 폴리이미드, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름은 각각 단일 종류의 고분자 물질로 이루어지는 단층 또는 다층 구조, 또는 서로 다른 적어도 2 종류의 고분자 물질을 포함하는 다층 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제1 비금속 전도층 및 제2 비금속 전도층은 각각 카본 나노튜브 페이스트 코팅층, 나노입자 전도성 카본 페이스트 코팅층, 나노입자 금속 페이스트 코팅 층, 전도성 고분자 코팅층, 또는 ITO 페이스트 코팅층으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 비금속 전도층 및 제2 비금속 전도층은 각각 10 Å ∼ 50 μm의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 리튬 이차전지에서, 상기 제1 전극층은 제1 도전제, 제1 고분자 결착제 및 양극 활물질의 혼합물로 이루어지고, 상기 제2 전극층은 제2 도전제, 제2 고분자 결착제 및 음극 활물질의 혼합물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 리튬 이차전지에서, 상기 제1 전극층은 제1 도전제, 제1 고분자 결착제 및 양극 활물질의 혼합물로 이루어지고, 상기 제2 전극층은 리튬 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 고분자 전해질층은 리튬염을 함유하는 유기 전해액이 포함되어 있는 고분자 필름으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 고분자 전해질층은 고분자 매트릭스, 무기 첨가제, 및 리튬염을 함유하는 유기 전해액을 포함할 수 있다.
상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌옥사이드, 및 폴리프로필렌옥사이드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 고분자, 또는 이들의 블랜드로 이루어질 수 있다.
상기 무기 첨가제는 실리카, 탈크, 알루미나(Al2O3), TiO2, 클레이(Clay), 및 제올라이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 유기 전해액은 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 및 감마-부티로락톤으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 리튬염은 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬아이오다이드(LiI), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조 방법에서는 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 준비한다. 상기 제1 고분자 필름 위에 제1 비금속 전도층을 형성하여 제1 비금속 집전체를 형성한다. 상기 제2 고분자 필름 위에 제2 비금속 전도층을 형성하여 제2 비금속 집전체를 형성한다. 상기 제1 비금속 집전체 위에 제1 전극층을 형성한다. 상기 제2 비금속 집전체 위 에 제2 전극층을 형성한다. 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층과의 사이에 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층을 형성한다.
상기 제1 비금속 집전체를 형성하는 단계는 상기 제1 고분자 필름 위에 카본 나노튜브 페이스트, 나노입자 전도성 카본 페이스트, 나노입자 금속 페이스트, 전도성 고분자, 또는 ITO 페이스트를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 비금속 집전체를 형성하는 단계는 상기 제2 고분자 필름 위에 카본 나노튜브 페이스트, 나노입자 전도성 카본 페이스트, 나노입자 금속 페이스트, 전도성 고분자, 또는 ITO 페이스트를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 두루마리처럼 말거나 구부림이 가능한 전지의 구현이 가능하여 착복형 PC 등에 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 적층 및 권취에 의한 전지 구현시 반경 및 부피를 최소화함으로써 우수한 충진밀도 특성을 나타내며, 중량당 에너지 밀도에 있어서 향상된 결과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조 방법에 따르면, 연속 생산시 장력 등의 공정조건도 기존의 금속 집전체를 사용할 때에 비해 상당히 완화되어 셀의 대량화가 용이하다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차전지(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전고체형 리튬 이차전지(100)는 제1 비금속 집전체(10) 및 제2 비금속 집전체(20)를 포함한다.
상기 제1 비금속 집전체(10)는 제1 고분자 필름(12) 및 제1 비금속 전도층(14)으로 구성된다. 그리고, 상기 제2 비금속 집전체(20)은 제2 고분자 필름(22) 및 제2 비금속 전도층(24)으로 구성된다.
상기 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)은 각각 전지 내부로의 수분 및 산소 투과를 방지하는 역할을 하는 것이다. 상기 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)은 각각 기계적 강도, 수분, 산소 투과도 등의 특성에 따라 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등과 같은 폴리에스테르계 고분자; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 고분자; 셀룰로오스계 고분자; 나일론; 폴리이미드; 또는 이들의 조합으로 이루어지는 고분자 필름을 단층 또는 다층으로 라미네이션하여 형성될 수 있다. 또는, 상기 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)은 각각 폴리에스테르계 고분자 필름 및 폴리올레핀계 고분자 필름을 조합하여 다층막으로 라미네이션하여 형성될 수도 있다. 상기 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)은 각각 약 5 ∼ 100 ㎛ 의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1 비금속 전도층(14) 및 제2 비금속 전도층(24)은 각각 상기 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)의 일측에 카본 나노튜브 페이스트, 나노입자 전도성 카본 페이스트, 나노입자 금속 페이스트, 전도성 고분자, 또는 ITO (indium tin oxide) 페이스트를 코팅하여 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "나노입자"는 수 내지 수 십 나노미터의 입경(粒徑) 크기를 가지는 입자를 의미한다.
상기 제1 비금속 전도층(14) 및 제2 비금속 전도층(24)은 각각 약 10 Å ∼ 50 ㎛, 바람직하게는 약 5 ∼ 150 ㎛ 의 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1 비금속 집전체(10) 및 제2 비금속 집전체(20)는 금속을 거의 포함하지 않으므로, 종래 기술에 따른 금속 집전체의 경우와 비교할 때 그 제조 공정에 있어서는 기존의 공정 조건을 거의 변화시키지 않고도 집전체 두께를 더욱 얇게 할 수 있으며 무게를 대폭 경량화할 수 있다. 또한, 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)을 사용함으로써 구부림 특성이 매우 우수하고 접힘 현상이 없으며 밀폐형 전지를 제조하기에도 용이하다.
상기 제1 비금속 집전체(10) 위에는 양극층(16)이 코팅되어 있고, 상기 제2 비금속 집전체(20) 위에는 음극층(26)이 코팅되어 있다.
상기 양극층(16)은 상기 제1 비금속 집전체(10)의 제1 비금속 전도층(14) 위에 도전제, 고분자 결착제 및 양극 활물질의 혼합물로 이루어지는 슬러리를 코팅함으로써 형성될 수 있다.
상기 양극층(16)은 약 5 ∼ 200 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 비금속 집전체(10) 및 양극층(16)의 총 두께는 약 10 ∼ 350 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 양극층(16)을 구성하는 데 적합한 도전제로서 그라파이트, 카본블랙, 덴카블랙, 론자 카본, 슈퍼-P, MSC30 등과 같은 도전성 카본을 사용할 수 있다.
또한, 상기 양극층(16)을 구성하는 데 적합한 고분자 결착제로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로 프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리염화비닐, 폴리부타디엔, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 전분, 폴리아크릴산, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 나일론, 나피온 등의 고분자 또는 이들의 공중합체, 또는 이들의 블랜드들이 사용될 수 있다.
또한, 상기 양극층(16)을 구성하는 데 적합한 양극 활물질로는 리튬전이금속산화물, 전도성 고분자, 설퍼 등을 사용할 수 있다.
상기 음극층(26)은 상기 제2 비금속 집전체(20)의 제2 비금속 전도층(24) 위에 도전제, 고분자 결착제 및 음극 활물질의 혼합물로 이루어지는 슬러리를 코팅함으로써 형성될 수 있다.
상기 음극층(26)은 약 5 ∼ 200 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제2 비금속 집전체(20) 및 음극층(26)의 총 두께는 약 10 ∼ 350 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 음극층(26)을 구성하는 데 적합한 도전제로서 그라파이트, 카본블랙, 덴카블랙, 론자 카본, 슈퍼-P, 활성탄 MSC30 등과 같은 도전성 카본을 사용할 수 있다.
또한, 상기 음극층(26)을 구성하는 데 적합한 고분자 결착제로는 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리염화비닐, 폴리부타디엔, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 전분, 폴리아크릴산, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 나일론, 나피온 등의 고분자 또는 이들의 공중합체, 또는 이들의 블랜드들이 사용될 수 있다.
또한, 상기 음극층(26)을 구성하는 데 적합한 음극 활물질로는 MCMB (mesocarbon microbead), 그라파이트, 하드카본 등을 사용할 수 있다.
다른 방법으로서, 상기 음극층(26)을 리튬 금속으로 형성하고자 하는 경우에는, 제2 비금속 집전체(20)의 제2 비금속 전도층(24) 위에 리튬 금속을 증착하거나 리튬 금속 필름을 라미네이션하여 형성할 수도 있다.
상기 양극층(16)과 음극층(26)과의 사이에는 이들을 상호 접착시키고 이들 사이에서 이온의 이동 경로를 제공하는 고분자 전해질층(30)이 형성되어 있다.
상기 고분자 전해질층(30)은 유기 전해액을 포함한다. 상기 양극층(16)과 음극층(26)과의 사이에 상기 고분자 전해질층(30)이 위치됨으로써 이들 두 전극 사이에서의 접착력을 강화하여 필름 전지를 일체화시켜주는 작용을 한다.
상기 고분자 전해질층(30)은 약 5 ∼ 200 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기 고분자 전해질층(30)은 고분자 매트릭스, 무기 첨가제, 및 유기 전해액을 포함할 수 있다.
상기 고분자 전해질층(30)을 구성하는 데 적합한 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 또는 이들의 공중합체, 또는 이들의 블랜드로 이루어질 수 있다.
상기 고분자 전해질층(30)을 구성하는 데 적합한 무기 첨가제는 실리카, 탈크, 알루미나(Al2O3), TiO2, 클레이(Clay), 제올라이트, 또는 이들의 블랜드로부터 선택될 수 있다. 상기 고분자 전해질층(30) 내에서 상기 무기 첨가제는 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 고분자의 총 중량을 기준으로 약 1 ∼ 100 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
상기 고분자 전해질층(30)을 구성하는 데 적합한 유기 전해액은 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보 네이트, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 감마-부티로락톤 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 고분자 전해질층(30) 내에서 상기 유기 전해액은 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 고분자의 총 중량을 기준으로 약 1 ∼ 500 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
그리고, 상기 전해액속의 리튬염은 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬아이오다이드(LiI), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 또는 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나로 구성될 수 있다. 상기 고분자 전해질층(30) 내에서 리튬염은 상기 고분자 매트릭스를 구성하는 고분자의 총 중량을 기준으로 약 1 ∼ 100 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬 이차전지(100)의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 예시적인 리튬 이차전지(100)의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 단계 210에서, 상기 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)을 각각 준비한다.
단계 220에서, 상기 제1 고분자 필름(12) 위에는 제1 비금속 전도층(14)을 형성하고, 상기 제2 고분자 필름(22) 위에는 제2 비금속 전도층(24)을 형성하여 제1 비금속 집전체(10) 및 제2 비금속 집전체(20)를 각각 형성한다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제1 비금속 전도층(14) 및 제2 비금속 전도층(24)은 각각 상기 제1 고분자 필름(12) 및 제2 고분자 필름(22)의 일측에 카본 나노튜브 페이스트, 나노입자 전도성 카본 페이스트, 나노입자 금속 페이스트, 전도성 고분자, 또는 ITO 페이스트를 코팅하여 형성될 수 있다.
단계 230에서, 상기 제1 비금속 집전체(10)의 제1 비금속 전도층(14) 위에 양극 활물질 슬러리를 코팅하여 양극층(16)을 형성한다. 그리고, 상기 제2 비금속 집전체(20)의 제2 비금속 전도층(24) 위에 음극층(26)을 형성한다. 상기 음극층(26)은 상기 제2 비금속 전도층(24) 위에 음극 활물질 슬러리를 코팅하는 방법, 리튬 금속을 증착하는 방법, 또는 리튬 금속 필름을 라미네이션하는 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 양극 활물질 슬러리는 도전제, 고분자 결착제 및 양극 활물질의 혼합물로 이루어질 수 있으며, 이들에 대한 예시적인 구체적 물질들은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.
상기 음극 활물질 슬러리는 도전제, 고분자 결착제 및 음극 활물질의 혼합물로 이루어질 수 있으며, 이들에 대한 예시적인 구체적 물질들은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같다.
단계 240에서, 상기 양극층(16)과 음극층(26)과의 사이에 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층(30)을 형성함으로써 도 1에 예시된 바와 같은 구조물을 완성한다. 이를 위하여 유기 전해액이 포함되어 있는 고분자 필름을 상기 양극층(16) 및 음극층(26) 각각의 상면에 코팅하거나 라미네이션하는 방법을 이용할 수 있다.
단계 250에서, 단계 210 내지 단계 240을 거쳐 얻어진 도 1에서와 같은 구조물을 통상의 방법으로 밀폐하여 본 발명에 따른 초경량 박형 리튬 이차전지를 완성한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 리튬 이차전지(100)는 향상된 충진밀도 및 중량당 에너지밀도를 제공할 수 있다. 또한, 종래 기술에서와 같은 분리막/액체 전해질 시스템 대신 고분자 전해질을 사용함으로써 셀 내의 안정성을 강화할 수 있으며, 장수명성 및 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지(100)는 초박형 및 밀폐형 단전지의 구현이 가능하며 권취 및 적층시 제조 공정을 단순화할 수 있고 그 제조 공정이 용이하다.
이하에서는 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조 방법을 구체적인 제조예들을 들어 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 제조예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시된 것으로, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안되며, 본 발명의 사상을 일탈하지 않고 하기의 제조예들로부터 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
제조예 1
25 ㎛ 두께의 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 50 ㎛ 두께의 불투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 라미네이션하여 이층막의 폴리에스테르계 필름을 구성하였다. 이 때, 상기 라미네이션 전에, 상기 두 필름의 양측 표면을 각각 코로나 방전법으로 표면처리하여 사용하였다. 상기와 같이 제조된 이층막 필름의 한쪽에 6 ㎛ 두께의 전도성 카본 페이스트를 코팅하여 양극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 2
3 ㎛ 두께의 전도성 카본 페이스트를 이층막 필름 한쪽에 코팅한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 양극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 3
2 ㎛ 두께의 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 10 ㎛ 두께의 불투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하고, 3 ㎛ 두께의 전도성 카본 페이스트를 코팅한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 양극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 4
이층막 필름 표면에 1 ㎛ 두께의 ITO 페이스트를 코팅한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 양극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 5
2 ㎛ 두께의 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 10 ㎛ 두께의 불투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하고, 이층막 필름 표면에 1 ㎛ 두께의 ITO 페이스트를 코팅한 것을 제외하고, 제조예 1에서와 동일한 방법으로 양극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 6
25 ㎛ 두께의 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 50 ㎛ 두께의 불투명 한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 라미네이션하여 이층막의 폴리에스테르계 필름을 구성하였다. 이 때, 상기 두 필름들은 라미네이션 전에 각각 코로나 방전법으로 그 양면을 표면처리하였다. 상기와 같이 제조된 이층막 필름의 한쪽에 두께 6 ㎛의 전도성 카본 페이스트를 코팅하여 최종적으로 음극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 7
이층막 필름 한쪽에 3 ㎛ 두께의 전도성 카본 페이스트를 코팅한 것을 제외하고, 제조예 6에서와 동일한 방법으로 음극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 8
2 ㎛ 두께의 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 10 ㎛ 두께의 불투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하고, 3 ㎛ 두께의 전도성 카본 페이스트를 코팅한 것을 제외하고, 제조예 6에서와 동일한 방법으로 음극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 9
이층막 필름 표면에 1 ㎛ 두께의 ITO 페이스트를 코팅한 것을 제외하고, 제조예 6에서와 동일한 방법으로 음극용 비금속 집전체를 제조하였다.
제조예 10
2 ㎛ 두께의 투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 10 ㎛ 두께의 불투명한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하고, 이층막 필름 표면에 1 ㎛ 두께의 ITO 페이스트를 코팅한 것을 제외하고, 실시예 6에서와 동일한 방법으로 음극용 비 금속 집전체를 제조하였다.
제조예 11
제조예 3에 의해 제조된 15 ㎛ 두께의 양극용 비금속 집전체 위에 양극 활물질 슬러리를 60 ㎛의 두께로 코팅하고, 제조예 8에 의해 제조된 15 ㎛ 두께의 음극용 비금속 집전체의 비금속 전도층 표면 위에 음극 활물질 슬러리를 60 ㎛ 두께로 코팅하여 전극 필름들을 제조하였다. 이 때, 양극 활물질 슬러리로서 리튬-망간-니켈 산화물 분말 80 중량%, 슈퍼-P 12 중량%, 및 폴리비닐리덴플루오라이드 8 중량%를 혼합하여 제조한 것을 사용하였다. 그리고, 음극 활물질 슬러리로서 MCMB 카본 분말 85 중량, 슈퍼-P 8 중량%, 및 폴리비닐리덴플루오라이드 7 중량%를 혼합하여 제조한 것을 사용하였다. 양극의 평면 크기는 2 cm × 2 cm 의 면적으로 재단하였다. 이 때, 양극의 면적을 기준으로 음극 및 전해질 필름의 크기를 정하였다. 제조된 전극 필름 사이에 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체를 기초로 하고 에틸렌카보네이트와 디메틸카보네이드 혼합 유기용매 내에 1몰의 리튬헥사플루오로포스페이트가 녹아있는 전해액을 150 중량% 첨가한 두께 25 ㎛의 가소화된 고분자 전해질 필름을 삽입하여 라미네이션 후 파우치에 넣어 리튬 이차전지를 제조하였다.
제조예 12
제조예 8에 의해 제조된 15 ㎛ 두께의 음극용 비금속 집전체상에 리튬 금속 입자를 25 ㎛ 두께로 증착하여 음극 필름을 제조한 것을 제외하고, 제조예 11과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
제조예 13
분리막/전해액을 전해질 시스템으로 사용한 것을 제외하고, 제조예 11과 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
제조예 14
제조예 5에 의해 제조된 양극용 비금속 집전체와, 제조예 10에 의해 제조된 음극용 비금속 집전체를 사용하고, 음극용 비금속 집전체상에 리튬 금속 입자를 25 ㎛의 두께로 증착하여 음극 필름을 제조한 것을 제외하고, 제조예 11에서와 동일한 방법으로 리튬 이차전지를 제조하였다.
비교예
제조예 11, 12, 13 및 14에서 얻어진 리튬 이차전지와의 특성 비교를 위해 15 ㎛ 두께의 알루미늄 집전체와, 15 ㎛ 두께의 구리 집전체 표면에 각각 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리를 각각 60 ㎛의 두께로 코팅하여 전극 필름들을 제조하였다. 이 때, 대응하는 제조예들에서와 동일한 조성의 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리를 사용하였다. 제조된 전극 필름들 사이에 25 ㎛ 두께의 분리막을 넣어 라미네이션한 후 전해액을 주입하여 리튬 이온 전지 단전지 (single cell)를 구성하였다.
평가예 1
제조예 11, 12, 13 및 14에서 제조된 리튬 이차전지와, 상기 비교예에서 제조된 리튬 이온 전지 셀 각각을 전류밀도 2.5 mA (C/2 rate)로 4.7 V까지 충전시킨 후 3.0 V까지 방전시키면서 충방전 특성 및 싸이클 안정성을 측정하였다.
도 3은 본 발명에 따른 제조예 11, 12, 13 및 14의 리튬 이차전지 단전지의 충방전 특성을 나타낸 그래프이다. 도 3의 충방전 특성 평가는 싸이클 특성을 평가하기에 앞서 리튬 이차전지의 설계 용량을 결정하는 데 필요한 것이다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지들이 비교예의 경우에 비해 우수한 방전용량 특성을 나타냄을 알 수 있다.
평가예 2
도 4는 본 발명에 따른 제조예 11, 12, 13 및 14의 리튬 이차전지 단전지의 싸이클 안정성을 평가한 그래프이다. 도 4에서, 본 발명에 따른 리튬 이차전지들의 경우에 전극/전해질간의 계면 접착력 강화로 인해 우수한 방전용량의 유지특성을 나타냄을 알 수 있다.
평가예 3
도 5 는 본 발명에 따른 제조예 11, 12, 13 및 14의 리튬 이차전지의 중량 및 체적당 에너지 밀도값를 표시한 그래프이다. 본 평가를 위하여 리튬 이차전지를 단전지 형태가 아닌 젤리롤 타입으로 파우치내에 넣어 제조하였다. 도 5에서, 본 발명에 따른 제조예들의 경우에는 비교예의 경우와 비교할 때 우수한 에너지 밀도 값을 나타냄을 알 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 얇은 고분자 필름 위에 구리 또는 알루미늄을 박막 형태로 증착시키거나 라미네이션시켜 제조한 고분자 집전체를 사용하여 형성된다. 따라서, 기존의 금속 집전체에 비해 금속의 사용량을 최소화하여 그 무게 가 대폭 경량화될 수 있다. 또한, 고분자 필름의 특성상, 구부림 특성이 매우 우수하며, 필름의 접힘 현상을 해소할 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지는 두루마리처럼 말거나 구부림이 가능한 전지의 구현이 가능하여 착복형 PC 등에 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 적층 및 권취에 의한 전지 구현시 반경 및 부피를 최소화함으로써 우수한 충진밀도 특성을 나타날 수 있으며, 중량당 에너지밀도에 있어서 향상된 결과를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 제조 방법에 따르면, 연속 생산시 장력 등의 공정조건도 기존의 금속 집전체를 사용할 때에 비해 상당히 완화되어 셀의 대량화가 용이하다. 또한, 안정성 측면에 있어서 고분자 전해질을 사용함으로써 기존의 액체전해질/분리막 시스템에 비해 누액의 염려가 없고, 셀 내에 금속 성분의 채용이 최소화되어 셀 발화시 전소 시간을 대폭 단축할 수 있으며, 발화 온도도 고분자 물질의 연소 온도 이상 급격히 상승하지 않도록 조절이 가능하다. 전 필름영역에서 고분자 필름의 이완 능력에 의해 셀내 응력이나 부피 팽창, 내부 압력 증가에 유연하게 대처할 수 있으므로 전지의 충방전 과정시 발생하는 부피 팽창에 따른 전지내 내압 상승 및 팽윤 현상을 완화할 수 있다. 따라서, 싸이클 안정성을 향상시킬 수 있고 소재가 경량화됨으로써 중량당 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 초소형으로 권취가 가능하여 동일한 용량을 기준으로 할 때 기존의 원통형 셀에 비해 그 반경 및 부피를 대폭 감소시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (20)

  1. 제1 고분자 필름 및 제1 비금속 전도층으로 구성되는 제1 비금속 집전체와,
    상기 제1 비금속 전도층 위에 형성된 제1 전극층과,
    제2 고분자 필름 및 제2 비금속 전도층으로 구성되는 제2 비금속 집전체와,
    상기 제2 비금속 전도층 위에 형성된 제2 전극층과,
    상기 제1 전극층과 제2 전극층과의 사이에 형성되어 있고 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층을 포함하고,
    상기 제1 비금속 전도층 및 제2 비금속 전도층은 각각 나노입자 금속 페이스트 코팅층, 전도성 고분자 코팅층, 또는 ITO 페이스트 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름은 각각 폴리에스테르계 고분자, 폴리올레핀계 고분자, 셀룰로오스계 고분자, 나일론, 폴리이미드, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름은 각각 단일 종류의 고분자 물질로 이루어지는 단층 또는 다층 구조, 또는 서로 다른 적어도 2 종류의 고분자 물질을 포함하는 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비금속 전도층 및 제2 비금속 전도층은 각각 10 Å ∼ 50 μm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 제1 도전제, 제1 고분자 결착제 및 양극 활물질의 혼합물로 이루어지고,
    상기 제2 전극층은 제2 도전제, 제2 고분자 결착제 및 음극 활물질의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 도전제 및 제2 도전제는 각각 그라파이트, 카본블랙, 덴카블랙, 론자 카본, 슈퍼-P, 및 활성탄 MSC30로 이루어지는 군에서 선택되는 하나의 도전성 카본으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 고분자 결착제 및 제2 고분자 결착제는 각각 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리염화비닐, 폴리부타디엔, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로나이트릴, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 전분, 폴리아크릴산, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 나일론, 및 나피온으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 고분자, 또는 이들의 블랜드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 리튬전이금속산화물, 전도성 고분자, 또는 설퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 MCMB (mesocarbon microbead), 그라파이트, 또는 하드카본으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 제1 도전제, 제1 고분자 결착제 및 양극 활물질의 혼합물로 이루어지고,
    상기 제2 전극층은 리튬 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 전해질층은 리튬염을 함유하는 유기 전해액이 포함되어 있는 고분자 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 전해질층은 고분자 매트릭스, 무기 첨가제, 및 리튬염을 함유하는 유기 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이 드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌옥사이드, 및 폴리프로필렌옥사이드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 고분자, 또는 이들의 블랜드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 무기 첨가제는 실리카, 탈크, 알루미나(Al2O3), TiO2, 클레이(Clay), 및 제올라이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 유기 전해액은 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 및 감마-부티로락톤으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 리튬염은 리튬퍼클로레이트(LiClO4), 리튬트리플레이트(LiCF3SO3), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬아이오다이드(LiI), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 및 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO2)2)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지.
  18. 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 준비하는 단계와,
    상기 제1 고분자 필름 위에 나노입자 금속 페이스트 코팅층, 전도성 고분자 코팅층, 또는 ITO 페이스트 코팅층으로 이루어지는 제1 비금속 전도층을 형성하여 제1 비금속 집전체를 형성하는 단계와,
    상기 제2 고분자 필름 위에 나노입자 금속 페이스트 코팅층, 전도성 고분자 코팅층, 또는 ITO 페이스트 코팅층으로 이루어지는 제2 비금속 전도층을 형성하여 제2 비금속 집전체를 형성하는 단계와,
    상기 제1 비금속 집전체 위에 제1 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제2 비금속 집전체 위에 제2 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층과의 사이에 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조 방법.
  19. 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 준비하는 단계와,
    상기 제1 고분자 필름 위에 카본 나노튜브 페이스트, 나노입자 전도성 카본 페이스트, 나노입자 금속 페이스트, 전도성 고분자, 또는 ITO 페이스트를 코팅하여 제1 비금속 전도층을 형성하여 제1 비금속 집전체를 형성하는 단계와,
    상기 제2 고분자 필름 위에 제2 비금속 전도층을 형성하여 제2 비금속 집전체를 형성하는 단계와,
    상기 제1 비금속 집전체 위에 제1 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제2 비금속 집전체 위에 제2 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층과의 사이에 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조 방법.
  20. 제1 고분자 필름 및 제2 고분자 필름을 준비하는 단계와,
    상기 제1 고분자 필름 위에 제1 비금속 전도층을 형성하여 제1 비금속 집전체를 형성하는 단계와,
    상기 제2 고분자 필름 위에 카본 나노튜브 페이스트, 나노입자 전도성 카본 페이스트, 나노입자 금속 페이스트, 전도성 고분자, 또는 ITO 페이스트를 코팅하여 제2 비금속 전도층을 형성하여 제2 비금속 집전체를 형성하는 단계와,
    상기 제1 비금속 집전체 위에 제1 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제2 비금속 집전체 위에 제2 전극층을 형성하는 단계와,
    상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층과의 사이에 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 제조 방법.
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