KR101735513B1 - 바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법 - Google Patents

바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101735513B1
KR101735513B1 KR1020140150486A KR20140150486A KR101735513B1 KR 101735513 B1 KR101735513 B1 KR 101735513B1 KR 1020140150486 A KR1020140150486 A KR 1020140150486A KR 20140150486 A KR20140150486 A KR 20140150486A KR 101735513 B1 KR101735513 B1 KR 101735513B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
binder
active material
electrode active
secondary battery
Prior art date
Application number
KR1020140150486A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160051074A (ko
Inventor
성동욱
성인혁
신현경
이지은
김민형
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020140150486A priority Critical patent/KR101735513B1/ko
Publication of KR20160051074A publication Critical patent/KR20160051074A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101735513B1 publication Critical patent/KR101735513B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H01M10/0409—Machines for assembling batteries for cells with wound electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 케이블형 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전극 활물질층과 분리막의 결착력이 향상된 케이블형 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 분리층의 일측면 및/또는 양측면 표면에 결착층을 구비하여 전극과 분리층의 결착력이 향상되므로 전극 활물질이 전극 활물질층으로부터 탈리되지 않고 전극 활물질층 사이의 단락이 방지되는 등 전지의 안전성 및 전지의 성능이 향상되는 효과가 있다. 또한, 상기 분리층의 표면에 형성된 결착층은 분리층의 용융온도 보다 낮아 전지 제조 공정에서 전극 조립체의 결착을 위한 가열단계가 분리층의 용융 온도보다 낮은 온도에서 수행될 수 있어 분리층의 기공 닫힘 현상을 방지하는 효과가 있다.

Description

바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법{A cable battery comprising a binder film and A method for manufacturing the same}
본 발명은 케이블형 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전극 활물질층과 분리막의 결착력이 향상된 케이블형 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전기화학소자 중 대표적으로 알려진 이차전지는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치이다. 상기 이차전지는 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지(rechargeable battery)"라고 하며, 한 번 쓰고 버리는 일차 전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다. 이러한 이차전지로는 납 축전지, 니켈 카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 알려져 있다.
한편, 무선통신 기술이 점차 발전함에 따라, 노트북 및 핸드폰과 같은 휴대용 장치 또는 자동차 부속품 등의 경량화가 요구되고 있으며, 이에 따라 이들 장치의 에너지원으로 사용하는 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다.
이차전지는 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 원통형 또는 각형 등의 금속캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착한 다음 전해질을 주입시켜 제조된다. 이와 같이, 이차전지는 대부분 원통형, 각형 또는 파우치형 구조로 형성되기 때문에, 이들을 장착하기 위한 일정한 공간을 필수적으로 요구하고 있어, 휴대용 장치의 개발에 제약을 가져온다.
최근 형태의 변형이 용이한 신규한 형태의 이차전지가 요구되고 있으며, 이러한 요구를 달성하기 위해, 단면적 직경에 대하여 길이의 비가 매우 큰 선형전지, 예컨대 케이블형 전지가 제안되고 있다(특허문헌 WO2012057426).
도 1은 종래 케이블형 이차 전지를 개략적으로 도시한 것이다. 이를 구체적으로 살펴보면, 케이블형 이차전지는 소정 형상의 수평 단면을 가지며, 길이 방향으로 연장되어 형성된 내부 전극, 상기 내부 전극 외면에 형성된 이온의 통로가 되는 전해질층; 상기 내부전극과 전해질층을 둘러싸며 형성된 외부전극; 및 상기 외부전극의 둘레에 배치되는 보호피막으로 구성된다. 이러한 케이블형 이차전지는 선형의 구조를 가지면서 동시에 가요성을 갖고 있어 변형이 자유로울 뿐만 아니라, 파이프형 외부전극 내부에 복수개의 내부전극을 구비하기 때문에 높은 전지 레이트를 갖는다. 또한, 내부전극의 개수를 조절함으로써, 내부전극과 외부전극과의 용량 밸런스의 조절이 용이하고, 내부전극에 전해질층이 형성되어 있기 때문에, 전극 간 단락(short)을 방지할 수 있는 이점이 있다.
하지만, 케이블형 이차전지는 분리막의 단부를 접합하기 위해 높은 온도에서의 가열 및/또는 높은 압력에서의 가압 공정이 요구된다. 통상적으로 케이블형 이차 전지는 분리막 단부를 접합하기 위해 약 130℃의 고온 조건에서 가열된다. 이로 인해 분리막의 기공이 폐쇄되고 내부 저항이 증가하여 전지 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.
이에, 분리막의 기공 폐쇄를 방지하고 전극과 전해질 간의 안정된 계면을 형성하여, 전지 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 구성의 전해질 주입된 케이블형 이차전지의 개발이 시급하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내부 전극층 및/또는 외부 전극층과 분리층 사이의 결착력을 확보하기 위해 분리층보다 낮은 온도에서 융착 가능한 접착층을 더 포함하는 분리층을 포함하는 케이블형 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 케이블형 이차 전지를 제공한다. 상기 케이블형 이차 전지는 전극 조립체 및 상기 전극 조립체의 외부면을 피복하는 커버 부재를 포함하며, 상기 전극 조립체는 와이어형 집전체, 상기 와이어형 집전체의 외면에 도포된 내부 전극 활물질층 및 상기 내부 전극 활물질층의 외면에 형성된 외부 전극 활물질층, 상기 내부 전극 활물질층과 외부 전극 활물질층에 개재되어 내부 전극과 외부 전극의 단락을 방지하는 분리층, 상기 외부 전극 활물질층을 외면에 형성된 외부 전극 집전체를 포함하며, 여기에서 상기 전극 조립체는 상기 내부 전극 활물질층 또는 외부 전극 활물질층과 대면하는 분리층의 일측면, 또는 양측면 표면에 결착성 바인더 수지를 포함하는 결착층이 형성되어 있는 것이다.
여기에서, 상기 결착층은 용융 온도가 분리층의 온도보다 낮은 것이다.
여기에서, 상기 결착층은 용융 온도가 100℃ 내지 250℃인 것이다.
여기에서, 상기 결착층은 두께가 1㎛ 내지 50㎛인 것이다.
여기에서, 상기 결착층은 복수의 기공이 존재하는 다공성 바인더 필름인 것이다.
여기에서, 상기 결착층은 이온전도도가 10-7S/cm2이상인 것이다.
여기에서, 상기 결착층은 복수의 천공부를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 결착층은 상기 천공부의 면적이 바인더 필름층의 총 면적 대비 20 % 내지 80%일 수 있다.
여기에서, 상기 결착층은 유전율 상수가 0.1 내지 100 (측정 주파수 = 1kHz)인 것이다.
여기에서, 상기 결착층은 PVdF(poly(vinylidene fluoride)), PVA(Polyvinyl alcohol), PTF(Polytetrafluoroethylene), SBR(Styrene Butadiene Rubber), PEO(poly(ethylene oxide), PPO(Polypropylene oxide), PAN(Polyacrylonitrile), PVC(poly(vinyl chloride)), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 분리층은 다공성 기재를 포함하는 분리막일 수 있다.
여기에서, 상기 다공성 기재는 고분자 수지를 용융 및 압출하여 성막한 다공성 필름, 또는 고분자 수지를 용융하고 필라멘트를 방사하여 집적시킨 부직포웹인 것일 수 있다.
여기에서, 상기 다공성 기재는 폴리올레핀계 고분자 수지, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 분리층은 상기 다공성 분리막 기재의 표면에 복수의 기공을 포함하는 다공성 코팅층을 포함하며, 상기 다공성 코팅층은 무기물 입자 및 바인더 수지를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 다공성 코팅층은, 무기물 입자와 바인더 수지가 무기물 입자 80중량% 내지 99중량% 및 바인더 수지 1중량% 내지 20중량%의 비율로 포함될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 다공성 코팅층의 두께는 1㎛ 내지 30㎛인 것이다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 분리층은 고체 고분자 전해질 또는 젤타입 고분자 전해질을 포함할 수 있다.
본 발명은 분리층의 일측면 및/또는 양측면 표면에 결착층을 구비하여 전극과 분리층의 결착력이 향상되므로 전극 활물질이 전극 활물질층으로부터 탈리되지 않고 전극 활물질층 사이의 단락이 방지되는 등 전지의 안전성 및 전지의 성능이 향상되는 효과가 있다. 또한, 상기 분리층의 표면에 형성된 결착층은 분리층의 용융온도 보다 낮아 전지 제조 공정에서 전극 조립체의 결착을 위한 가열단계가 분리층의 용융 온도보다 낮은 온도에서 수행될 수 있어 분리층의 기공 닫힘 현상을 방지하는 효과가 있다.
첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 케이블형 이차 전지의 모식도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 및 도 3은 본원 발명의 일 실시양태에 따른 케이블 케이블형 이차 전지의 모식도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4 내지 6은 본원 발명의 일 실시양태에 따른 케이블형 이차 전지의 제조 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 분리층의 단부에 바인더 필름이 형성되어 융착되는 케이블 이차 전지 제조 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따라 핀롤(pin roll)을 이용한 펀칭 공정을 수행하여 결착층을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
다음으로 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2b는 본원 발명의 일 실시양태에 따른 케이블형 이차 전지를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에 따른 케이블형 이차 전지(100)는, 와이어형 집전체(101), 상기 와이어형 집전체의 외면에 도포된 내부 전극 활물질층(102) 및 상기 내부 전극 활물질층의 외면에 형성된 외부 전극 활물질층(104), 상기 내부 전극 활물질층과 외부 전극 활물질층에 개재되어 내부 전극과 외부 전극의 단락을 방지하는 분리층(103), 상기 외부 전극 활물질층을 외면에 형성된 외부 전극 집전체(105)를 포함하는 전극 조립체;와 상기 전극 조립체의 외부면을 피복하는 커버 부재(106);를 포함할 수 있으며, 여기에서 상기 전극 조립체는 상기 분리층의 일측면, 또는 양측면 표면에 형성된 결착층(107a, 107b)을 더 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
케이블형 이차 전지는 가요성이 요구되는데, 구조적 특성상 이차전지가 꺾이는 경우와 같이 외부의 물리적인 충격이 빈번하게 발생하게 되어, 전극 활물질층이 집전체 상에서 떨어져 나감에 따른 용량 감소 및 성능 악화가 발생하게 되고, 전지 사용시 단선의 우려가 높다. 더욱이 음극의 경우 반복된 충방전에 의한 전극의 팽창과 수축에 의해 음극활물질이 탈리되는데, 이러한 경우에 케이블형 이차전지의 성능저하가 발생할 수 있다.
그러나, 본원 발명은 내부 전극 활물질층 및/또는 외부 전극 활물질층과 분리층 사이에 결착층이 형성되어 전극 활물질층과 분리막이 결착되어 이러한 문제점이 방지된다.
본원 발명에 있어서, 상기 결착층은 결착특성을 갖는 바인더 수지를 포함할 수 있다. 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 결착층은 결착특성을 갖는 바인더 수지를 포함하는 고분자 필름인 것이다. 본원 발명에 있어서 상기 결착층은 분리층의 용융 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는다.
도 4는 케이블형 전지 제조에 있어서, 전극 활물질층을 분리층으로 피복하는 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 상기 분리층은 쉬트(sheet) 형태이거나 테이프(tape)형상으로 준비된 후 내부 전극 활물질층 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 전극 조립체 제조 후 전극간의 단락을 방지하기 위해 전극 조립체를 가열 및/또는 가압하여 분리층의 단부를 융착시킨다. 이때, 분리막의 단부가 용융되어 서로 결착하기 위해서 상기 가열은 분리층의 용융 온도보다 고온에서 수행되고 이에 의하여 분리층에 형성된 기공의 일부는 분리층의 용융에 의해 폐쇄되는 현상이 발생된다. 이로 인해 기공도가 저하되어 내부 저항이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 전극 활물질층과 분리층 사이에 상기 결착층을 형성함으로써 분리층의 기공 폐쇄 문제를 해결하였다. 본원 발명에 있어서 상기 결착층은 용융 온도가 분리층의 용융 온도보다 낮은 것이다. 상기 결착층은 상기 전극 조립체의 가열시 용융되어 분리층의 단부를 서로 결착시키고 분리막과 전극 활물질층을 결착시킬 수 있다. 또한, 상기 가열 온도는 분리층의 용융 온도보다 낮으므로 분리층은 용융되지 않으며 기공 폐쇄 현상이 발생되지 않는다.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 결착층은 용융 온도가 100 내지 250℃, 또는 100℃ 내지 160℃ 또는 160℃ 내지 250℃일 수 있으며, 상기 용융 온도는 분리층의 용융 온도보다 낮은 것이면 특별히 용융 온도의 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 결착층은 두께가 1㎛ 내지 50㎛, 또는 1㎛ 내지 30㎛, 또는 20㎛ 내지 50㎛인 것이다. 그러나, 상기 두께는 결착층의 이온 전도도 특성에 따라 적절하게 조절될 수 있으므로 상기 범위에 특별히 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 결착층은 이온 전도도가 10-7S/cm2이상, 바람직하게는 10-5S/cm2 이상, 더욱 바람직하게는 10-3S/cm2인 것이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 결착층에 포함되는 고분자 수지는 결착특성을 갖는 결착성 고분자 수지인 것으로, 리튬 이차 전지에 사용되는 바인더 고분자라면 제한 없이 사용될 수 있으며 또한 이온 전도 능력을 갖는 고분자, 예를 들어 유전율 상수가 높은 것을 사용할 경우 전기 화학 소자의 성능을 더욱 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. 본원 발명의 일 실시양태에 있어서, 전해액에서 염의 해리도는 전해액의 유전율 상수에 의존하기 때문에 상기 고분자의 유전율 상수가 높을수록 전도성을 향상시킬 수 있다. 상기 고분자의 유전율 상수는 1 내지 50(측정주파수 = 1kHz)범위가 사용 가능하며, 특히 5 이상인 것이 가장 바람직하다.
상기 결착성 고분자 수지의 구체적인 예로 PVdF(poly(vinylidene fluoride)), PVA(Polyvinyl alcohol), PTF(Polytetrafluoroethylene), SBR(Styrene Butadiene Rubber), PEO(poly(ethylene oxide), PPO(Polypropylene oxide), PAN(Polyacrylonitrile), PVC(poly(vinyl chloride)), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan), 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose) 에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본원 발명에 있어서, 상기 결착층은 상기 결착성 고분자 수지를 포함하는 바인더 필름일 수 있으며, 바람직하게는 상기 바인더 필름은 복수의 기공이 포함된 다공성 필름일 수 있다. 또는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 바인더 필름은 쉬트(sheet) 형태일 수 있다. 상기 쉬트 형태의 바인더 필름은 바람직하게는 천공부가 형성된 것이다. 상기 천공부는 결착층의 이온 전도도 향상을 위해 마련되는 것으로서, 형성되는 천공의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니다. 도 5는 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따라 천공부가 형성된 결착층을 구비한 케이블 이차 전지를 개략적으로 도시한 것이다. 상기 천공부의 총 면적은 바인더 필름의 총 면적 100% 대비 20)% 내지 80%인 것이다.
상기 천공 바인더 필름은 예를 들어, 하기 도 8에 도시한 것과 같이 핀롤(pin roll)을 이용한 펀칭 공정을 수행하여 얻을 수 있다. 그러나 상기 방법에 한정되는 것은 아니며 상기 범위의 천공부 면적을 갖는 바인더 필름을 얻을 수 있는 방법이라면 공지된 천공 방법에서 적절하게 채택하여 사용할 수 있다.
또한 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 바인더 필름은 테이프(tape)형태일 수 있다. 테이프 형태의 바인더 필름은 내부 전극 활물질층 형성 후 이의 외면을 나선 형상으로 감싸 결착층을 형성하고 상기 결착층의 외면에 분리층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 분리층의 외면에 상기 바인더 필름을 나선상으로 감싸 결착층을 더 형성한 후 상기 결착층의 외면에 전극 활물질층을 형성할 수 있다. 도 6은 본원 발명의 구체적인 일 실시예에 있어서 테이프 형상의 결착층이 구비된 케이블 이차 전지를 도시한 것이다.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 결착층은 분리층의 모든 단부(모서리 부분)가 서로 접착되어 양 전극의 접속에 의한 단락이 발생되지 않도록 하기 위해서, 분리층의 단부를 포함한 분리층의 일측 또는 양측 표면에 형성된다. 도 7은 분리층의 단부에 형성된 결착층의 일 실시형태를 개략적으로 도시한 것이다.
한편, 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 와이어형 집전체는 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스 스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자로 제조된 것일 수 있다. 집전체는 전극활물질의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 하는 것으로, 일반적으로 구리나 알루미늄 등의 금속을 사용한다. 특히, 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자 또는 전도성 고분자로 이루어진 고분자 전도체를 사용하는 경우에는 구리나 알루미늄과 같은 금속을 사용한 경우보다 상대적으로 가요성이 우수하다. 또한, 금속 집전체를 대체하여 고분자 집전체를 사용함으로써 전지의 경량화를 달성할 수 있다.
이러한 도전재로는 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 등이 가능하며, 전도성 고분자는 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 등이 사용 가능하다. 다만, 집전체에 사용되는 비전도성 고분자는 특별히 종류를 한정하지는 않는다.
본원 발명에 있어서, 상기 내부 전극 활물질층은 음극 활물질층일 수 있다. 상기 음극 활물질층의 두께는, 10 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있다. 이러한 범위를 만족하는 경우, 전지의 용량 구현이 가능한 음극의 전기 전도성을 확보할 수 있어, 과도한 두께의 전극이 가지는 높은 저항에 따른 전지의 성능 열화를 억제할 수 있다.
여기서, 상기 음극활물질은, 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체;로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.그리고, 상기 전도성 입자는, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등을 사용할 수 있지만, 비표면적이 높은 카본을 사용할 수도 있다.
다음으로 본원 발명의 분리층에 대해서 설명한다. 상기 분리층은 내부 전극과 외부 전극을 전기적으로 절연함과 동시에 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 역할을 한다. 상기 분리층은 전해액을 포함하지 않는 이차 전지용 분리막일 수 있다. 또한, 본원 발명의 일 실시양태에 따르면 상기 분리층은 겔형(gel type) 고분자 전해질일 수 있으며, 또는 고체 고분자 전해질일 수 있다. 본원 발명에 있어서 상기 분리층이 이차 전지용 분리막인 경우에는 본원 발명의 케이블형 이차 전지는 별도로 전해액이 더 포함될 수 있다.
여기서, 상기 분리층이 고분자 전해질인 경우, 상기 전해질은, PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN 또는 PVAC를 사용한 겔형 고분자 전해질; 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethyle sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질; 등이 사용 가능하다. 고체 전해질의 매트릭스(matrix)는 고분자 또는 세라믹 글라스를 기본골격으로 할 수 있다. 일반적인 고분자 전해질의 경우에는 이온전도도가 충족되더라도 반응속도적 측면에서 이온이 매우 느리게 이동할 수 있으므로, 고체인 경우보다 이온의 이동이 용이한 겔형 고분자의 전해질을 사용하는 것이 바람직하다. 겔형 고분자 전해질은 기계적 특성이 우수하지 않으므로 이를 보완하기 위해서 기공구조 지지체 또는 가교 고분자를 포함할 수 있다. 상기 고분자 전해질은 분리막의 역할 수행이 가능하므로 별도의 분리막을 사용하지 않을 수 있다.
상기 고체 고분자 전해질은 리튬염을 더 포함할 수 있다. 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2 NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬 등을 사용할 수 있다.
본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 분리층은 통상적인 2차 전지용 분리막인 것으로서 다공성 기재를 2차 전지용 분리막을 케이블형 전지에 적합하도록 재단하여 사용할 수 있다. 상기 다공성 기재는 고분자 수지를 용융 및 압출하여 성막한 다공성 필름일 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시양태에 있어서, 상기 다공성 기재는 고분자 수지를 용융하고 필라멘트를 방사하여 집적시킨 부직포웹일 수 있다.
상기 고분자 수지는 구체적으로는, 그 종류를 한정하는 것은 아니나, 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체 등의 폴리올레핀계 고분자 수지, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 폴리에틸렌나프탈렌 등의 고분자 수지를 1종 이상 포함할 수 있다. 여기에서, 리튬이온이 전극간 쉽게 전달되기 위해서 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 폴리에틸렌나프탈렌을 포함할 수 있다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 다공성 기재는 무기물 입자를 더 포함할 수 있다.
또한, 본원 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 분리층은 상기 다공성 기재의 일측면 또는 양측면 표면에 세리믹 코팅층을 더 포함할 수 있다. 상기 세라믹 코팅층은 복수의 무기물 입자와 바인더 고분자 수지를 포함한다.
상기 무기물 입자는 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)을 형성하여 세라믹 코팅층 내에서 미세 기공을 제공하는 역할을 하며, 분리막의 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 겸하게 된다. 상기 세라믹 코팅층의 두께는 1 ㎛ 내지 30 ㎛이 바람직하다.
상기 무기물 입자의 크기는 제한이 없으나, 균일한 두께의 코팅층 형성 및 적절한 공극률을 위하여 0.001 내지 10㎛ 범위인 것이 바람직하며, 세라믹 코팅층이 형성되는 기재(다공성 필름 또는 부직포웹)의 기공도를 참조하여 적절하게 조절할 수 있다. 입자의 크기가 0.001㎛ 미만인 경우 분산성이 저하되어 무기 코팅층의 물성을 조절하기가 어려우며, 10㎛를 초과하는 경우 무기 코팅층의 두께가 증가하여 기계적 물성이 저하되며, 또한 지나치게 큰 기공 크기로 인해 전지 충방전시 내부 단락이 일어날 확률이 높아진다.
상기 무기물 입자의 함량은 세라믹 코팅층을 구성하는 무기물 입자와 바인더 고분자 수지의 혼합물 100중량% 대비 50 중량% 내지 99 중량% 범위가 바람직하며, 특히 60 증량% 내지 95 중량%가 더욱 바람직하다.
상기 세라믹 코팅층에 포함되는 바인더 고분자 수지는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 바인더 고분자 수지를 사용할 수 있다. 특히, 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg)가 가능한 낮은 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 -200 내지 200℃ 범위이다. 이는 최종 필름의 유연성 및 탄성 등과 같은 기계적 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 상기 바인더 고분자 수지는 무기물 입자들과 입자 사이를 연결 및 안정하게 고정시켜주는 바인더 역할을 충실히 수행함으로써, 최종 제조되는 세리막 코팅층의 기계적 물성 저하 방지에 기여한다.
본원 발명의 일 실시양태에 따르면 상기 세라믹 코팅층은 무기물 입자, 바인더 고분자 수지를 적절한 용매와 혼합하여 세라믹 코팅층용 슬러리를 제조한 후 이를 적용 대상인 기재 표면에 딥 코팅법이나 닥터블레이드 코팅법과 같은 공지의 방법으로 상기 슬러리를 도포하고 이를 건조하여 형성할 수 있다.
본원 발명에 있어서, 상기 슬러리에 포함되는 무기 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 상기 무기 입자는 적용되는 전기화학소자의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기 입자를 사용하는 경우 전기화학소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있다. 또한, 무기 입자로서 유전율이 높은 무기 입자를 사용하는 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기 입자는 유전율 상수가 5 이상, 또는 10 이상인 고유전율 무기 입자, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자 또는 이들의 혼합체를 포함할 수 있다. 유전율 상수가 5 이상인 무기 입자의 비제한적인 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, SiC, TiO2등을 각각 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 전술한 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT, 여기서, 0 < x < 1, 0 < y < 1임), Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT), 하프니아(HfO2)와 같은 무기 입자들은 유전율 상수 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라, 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 압전성(piezoelectricity)을 가짐으로써, 외부 충격에 의한 양(兩) 전극의 내부 단락 발생을 방지하여 전기화학소자의 안전성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전술한 고유전율 무기 입자와 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자들을 혼용할 경우 이들의 상승 효과는 배가될 수 있다.
본 발명에서 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다. 상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기 입자의 비제한적인 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트(LixAlyTiz(PO4)3, 0 < x < 2, 0 < y < 1, 0 < z < 3), 14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5 등과 같은 (LiAlTiP)xOy 계열 glass (0 < x < 4, 0 < y < 13), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0 < x < 2, 0 < y < 3), Li3.25Ge0.25P0.75S4등과 같은 리튬게르마니움티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0 < x < 4, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 0 < w < 5), Li3N 등과 같은 리튬나이트라이드(LixNy, 0 < x < 4, 0 < y < 2), Li3PO4-Li2S-SiS2 등과 같은 SiS2 계열 glass(LixSiySz, 0 < x < 3, 0 < y < 2, 0 < z < 4), LiI-Li2S-P2S5등과 같은 P2S5 계열 glass(LixPySz, 0 < x < 3, 0 < y < 3, 0 < z < 7) 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
본원 발명에 있어서, 상기 외부 전극 활물질층은 양극활물질층인 것으로서, 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 양극집전체로는 특별히 그 형태를 제한하는 것은 아니지만, 파이프형 집전체, 권선된 와이어형 집전체 또는 메쉬형 집전체인 것을 사용할 수 있다. 그리고, 이러한 양극집전체로는 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 전도성 고분자; Ni, Al, Au, Ag, Al, Pd/Ag, Cr, Ta, Cu,Ba 또는 ITO인 금속분말을 포함하는 금속 페이스트; 또는 흑연, 카본블랙 또는 탄소나노튜브인 탄소분말을 포함하는 탄소 페이스트;로 제조된 것을 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 케이블형 이차전지는 최외곽에 보호피복을 구비하는데, 보호피복은 절연체로서 공 기 중의 수분 및 외부충격에 대하여 전극을 보호하기 위해 양극집전체의 외면에 형성한다. 보호피복으로는 통상의 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 일례로 PVC, HDPE 또는 에폭시 수지가 사용 가능하다.
케이블형 이차 전지... 10, 100
커버 부재... 16, 106
와이어형 집전체... 11, 101
내부 전극 활물질층... 12, 102
외부 전극 활물질층... 14, 104
분리층... 13, 103
외부 전극 집전체... 15, 105
결착층... 107a, 107b

Claims (17)

  1. 케이블형 이차 전지의 전극 조립체 및 상기 전극 조립체의 외부면을 피복하는 커버 부재를 포함하는 케이블형 이차 전지에 있어서,
    상기 전극 조립체는 와이어형 집전체, 상기 와이어형 집전체의 외면에 도포된 내부 전극 활물질층 및 상기 내부 전극 활물질층의 외면에 형성된 외부 전극 활물질층, 상기 내부 전극 활물질층과 외부 전극 활물질층에 개재되어 내부 전극과 외부 전극의 단락을 방지하는 분리층, 상기 외부 전극 활물질층을 외면에 형성된 외부 전극 집전체를 포함하며,
    여기에서 상기 전극 조립체는 상기 내부 전극 활물질층 또는 외부 전극 활물질층과 대면하는 분리층의 일측면, 또는 양측면 표면에 결착성 바인더 수지를 포함하는 결착층이 형성되어 있으며,
    상기 결착층은 테이프 형태를 갖는 바인더 필름의 형태이며, 상기 바인더 필름은 복수의 기공이 포함되어 있고, 상기 결착층은 내부 전극 활물질층 및 분리층 중 하나 이상의 외면을 나선형으로 감싸는 방식으로 구비되고,
    상기 분리층은 다공성 기재 및 상기 다공성 기재의 일측면 또는 양측면 표면에 세라믹 코팅층을 포함하고, 상기 세라믹 코팅층은 복수의 무기물 입자와 바인더 고분자 수지를 포함하며, 상기 세라믹 코팅층에서 상기 무기물 입자의 함량은 세라믹 코팅층을 구성하는 무기물 입자와 바인더 고분자 수지의 혼합물 100중량% 대비 50중량% 내지 99중량%인 것인 케이블형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결착층은 용융 온도가 분리층의 온도보다 낮은 것인, 케이블형 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결착층은 용융 온도가 100℃ 내지 250℃이하인 것인, 케이블형 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 결착층은 두께가 1㎛ 내지 50㎛인 것인, 케이블형 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 결착층은 복수의 기공이 존재하는 다공성 바인더 필름인 것인, 케이블형 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결착층은 이온전도도가 10-7S/cm2이상인 것인, 케이블형 이차 전지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 결착층은 유전율 상수가 0.1 내지 100 (측정 주파수 = 1kHz)인 것인,
    케이블형 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결착층은 PVdF(poly(vinylidene fluoride)), PVA(Polyvinyl alcohol), PTF(Polytetrafluoroethylene), SBR(Styrene Butadiene Rubber), PEO(poly(ethylene oxide), PPO(Polypropylene oxide), PAN(Polyacrylonitrile), PVC(poly(vinyl chloride)), 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함하는 것인, 케이블형 이차 전지.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 기재는 고분자 수지를 용융 및 압출하여 성막한 다공성 필름, 또는 고분자 수지를 용융하고 필라멘트를 방사하여 집적시킨 부직포웹인 것인, 케이블형 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 기재는 폴리올레핀계 고분자 수지, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 케이블형 이차 전지.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅층의 두께는 1㎛ 내지 30㎛인 것인, 케이블형 이차 전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 분리층은 고체 고분자 전해질 또는 젤타입 고분자 전해질을 포함하는 것인, 케이블형 이차 전지.
KR1020140150486A 2014-10-31 2014-10-31 바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법 KR101735513B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140150486A KR101735513B1 (ko) 2014-10-31 2014-10-31 바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140150486A KR101735513B1 (ko) 2014-10-31 2014-10-31 바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160051074A KR20160051074A (ko) 2016-05-11
KR101735513B1 true KR101735513B1 (ko) 2017-05-15

Family

ID=56025912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140150486A KR101735513B1 (ko) 2014-10-31 2014-10-31 바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101735513B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019125085A1 (ko) * 2017-12-21 2019-06-27 주식회사 엘지화학 바이폴라 전극을 포함하는 플렉서블 이차전지
EP3614465A4 (en) * 2017-09-01 2020-06-03 LG Chem, Ltd. METHOD FOR PRODUCING AN ANODE FOR A CABLE SECONDARY BATTERY, ANODE PRODUCED BY ITS AND CABLE SECONDARY BATTERY WITH THIS ANODE

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3614465A4 (en) * 2017-09-01 2020-06-03 LG Chem, Ltd. METHOD FOR PRODUCING AN ANODE FOR A CABLE SECONDARY BATTERY, ANODE PRODUCED BY ITS AND CABLE SECONDARY BATTERY WITH THIS ANODE
JP2020523758A (ja) * 2017-09-01 2020-08-06 エルジー・ケム・リミテッド ケーブル型二次電池用アノードの製造方法、それによって製造されたアノード、及び前記アノードを含むケーブル型二次電池
US11223037B2 (en) 2017-09-01 2022-01-11 Lg Chem, Ltd. Method for manufacturing anode for cable-type secondary battery, anode manufactured thereby, and cable-type secondary battery including same anode
JP7046986B2 (ja) 2017-09-01 2022-04-04 エルジー エナジー ソリューション リミテッド ケーブル型二次電池用アノードの製造方法、それによって製造されたアノード、及び前記アノードを含むケーブル型二次電池
WO2019125085A1 (ko) * 2017-12-21 2019-06-27 주식회사 엘지화학 바이폴라 전극을 포함하는 플렉서블 이차전지
US11201357B2 (en) 2017-12-21 2021-12-14 Lg Chem, Ltd. Flexible secondary battery comprising bipolar electrode

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160051074A (ko) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3139426B1 (en) Electrode for secondary battery, method for manufacturing same, secondary battery comprising same, and cable-type secondary battery
KR101747332B1 (ko) 케이블형 이차전지
KR101747333B1 (ko) 케이블형 이차전지
KR101758319B1 (ko) 이차전지용 전극, 그의 제조방법, 그를 포함하는 이차전지 및 케이블형 이차전지
KR101747331B1 (ko) 케이블형 이차전지 및 그의 제조방법
US10923772B2 (en) Cable-type secondary battery and method for manufacturing the same
US10511058B2 (en) Multilayer cable-type secondary battery
US10014526B2 (en) Electrode composite, and secondary battery and cable type secondary battery including the same
KR101787637B1 (ko) 다층형 케이블형 이차전지
KR20190075860A (ko) 바이폴라 전극을 포함하는 플렉서블 이차전지
KR101735513B1 (ko) 바인더 필름을 포함하는 케이블 배터리 및 이의 제조 방법
KR101747329B1 (ko) 케이블형 이차전지
KR101747330B1 (ko) 케이블형 이차전지
KR20170093607A (ko) 케이블형 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant