KR20130030736A - 케이블형 이차전지 - Google Patents

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KR20130030736A
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Abstract

본 발명은 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층을 둘러싸며 형성된 외부집전체를 구비하는 전극조립체, 전선으로 이루어진 신호전달 코어부; 상기 신호전달 코어부의 둘레를 감싸는 전자기장 간섭방지 쉴드를 구비하며 상기 전극 조립체와 평형하게 배치되는 신호전달부, 및 상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 동시에 둘러싸며 형성된 보호피복을 구비하는, 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지를 제공한다.

Description

케이블형 이차전지{Cable-Type Secondary Battery}
본 발명은 변형이 자유로운 케이블형 이차전지에 관한 것으로, 더 자세하게는 신호전달부를 구비하는 케이블형 이차전지에 관한 것이다.
최근 이차 전지는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지"(rechargeable battery)라는 명칭도 쓰인다. 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈 카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다. 이차 전지는 한 번 쓰고 버리는 일차 전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다.
이차 전지는 현재 낮은 전력을 사용하는 곳에 쓰인다. 이를테면 자동차의 시동을 돕는 기기, 휴대용 장치, 도구, 무정전 전원 장치를 들 수 있다. 최근 무선통신 기술의 발전은 휴대용 장치의 대중화를 주도하고 있으며, 종래의 많은 종류의 장치들을 무선화하는 경향도 있어, 이차전지에 대한 수요가 폭발하고 있다. 또한, 환경오염 등의 방지 측면에서 하이브리드 자동차, 전기 자동차가 실용화되고 있는데, 이들 차세대 자동차들은 이차전지를 사용하여 값과 무게를 줄이고 수명을 늘리는 기술을 채용하고 있다.
일반적으로 이차전지는 원통형, 각형 또는 파우치형의 전지가 대부분이다. 이는 이차전지는 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 원통형 또는 각형의 금속캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극 조립체에 전해질을 주입시켜 제조하기 때문이다. 따라서, 이차전지 장착을 위한 일정한 공간이 필수적으로 요구되므로, 이러한 이차전지의 원통형, 각형 또는 파우치형의 형태는 다양한 형태의 휴대용 장치의 개발에 대한 제약으로 작용하게 되는 문제점이 있다. 이에, 형태의 변형이 용이한 신규한 형태의 이차전지가 요구되고 있다.
이러한 요구에 대하여, 단면적 직경에 대하여 길이의 비가 매우 큰 전지인 선형전지가 제안되었다. 대한민국 등록특허 제0804411호는 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 다수의 음극과 양극으로 구성되어 있는 선형 전지가 개시되어 있다. 이러한 선형전지는 이어폰과 같은 신호전달 장치에 적용될 수 있으며, 일본공개특허 제2001-110244호에는 신호전달케이블을 구비한 배터리케이블을 개시하고 있다. 그러나, 이어폰의 경우에는 전자기장에 의한 신호간섭에 민감하므로 상기 신호전달케이블을 구비한 배터리케이블은 선형전지의 전자기장에 의한 간섭에 의해서 노이즈가 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전자기장에 의한 간섭에 의한 노이즈 발생을 방지한 신호전달부를 구비한 케이블형 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층을 둘러싸며 형성된 외부집전체를 구비하는 전극조립체, 전선으로 이루어진 신호전달 코어부; 상기 신호전달 코어부의 둘레를 감싸는 전자기장 간섭방지 쉴드를 구비하며 상기 전극 조립체와 평형하게 배치되는 신호전달부, 및 상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 동시에 둘러싸며 형성된 보호피복을 구비하는, 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지를 제공한다.
상기 전자기장 간섭방지 쉴드는 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드 및 그 상부에 형성된 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드는 금속 페이스트 또는 카본 페이스트로 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 내부집전체 및 외부집전체로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자 등으로 제조된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
사용되는 도전재의 비제한적인 예로는 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 내부전극은 음극 또는 양극일 수 있으며, 외부전극은 이러한 내부전극에 상응하는 양극 또는 음극일 수 있다.
본 발명의 내부전극이 음극이고, 외부전극이 양극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은 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 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어지고, 상기 외부전극 활물질층은 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 내부전극이 양극이고, 상기 외부전극이 음극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1-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 이루어지고, 상기 외부전극 활물질층은 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 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있으나, 특별히 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 분리층은 전해질층 또는 세퍼레이터를 사용할 수 있다.
상기 전해질층으로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 PEO, PVdF, PMMA, PAN 또는 PVAC를 사용한 겔형 고분자 전해질; 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질 등을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 전해질층은 리튬염을 더 포함할 수 있으며, 상기 리튬염의 비제한적인 예로는 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬 등이 있다.
상기 분리층으로 세퍼레이터를 사용하는 경우에는 본 발명의 케이블형 이차전지는 전해액을 필요로 하며, 상기 세퍼레이터로는 그 종류를 한정하는 것은 아니지만 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이드, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 케이블형 이차전지는 다수의 전극으로 이루어진 내부전극을 구비할 수 있다,
본 발명은 신호전달부로서 케이블형 이차전지를 구비하는 신호전달 장치를 제공한다.
상기 신호전달 장치는 이어폰 또는 스피커 연결선일 수 있다.
본 발명의 케이블형 이차전지는 신호전달부와 전원 공급부를 구비하고 있어, 이를 사용하는 신호전달이 필요한 이어폰과 같은 신호전달 장치에 전원 공급 기능을 부여할 수 있다. 따라서, 이러한 전원 공급이 가능한 장치와 연결되는 디바이스는 별도의 전원 공급부를 구비할 필요가 없으므로 이들의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다. 특히 본 발명의 케이블형 이차전지는 전원공급부에서의 전자기장의 발생에 따른 간섭을 방지할 수 있는 전자기장 간섭방지 쉴드를 구비하고 있으므로 신호전달 장치의 신호전달 과정에서의 간섭에 따른 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 케이블형 이차전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다수의 내부전극을 구비하는 케이블형 이차전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이어폰의 도면이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
도 1에는 본 발명에 따른 케이블형 이차전지의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 하지만, 이하 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 1을 참조하면, 본 발명의 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지(100)는 내부집전체(110)와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(120)을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층(130); 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(140)과 상기 외부전극 활물질층을 둘러싸며 형성된 외부집전체(150)를 구비하는 전극조립체, 전선으로 이루어진 신호전달 코어부(160); 상기 신호전달 코어부의 둘레를 감싸는 전자기장 간섭방지 쉴드, 즉 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드(170) 및 도전체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)를를 구비하며 상기 전극 조립체와 평형하게 배치되는 신호전달부, 및 상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 동시에 둘러싸며 형성된 보호피복(190)을 구비한다.
본 발명의 케이블형 이차전지(100)는 신호전달부가 통합된 것을 특징으로 하며, 이어폰 등과 같은 신호전달이 필요한 신호전달 장치에 적용하여 전극조립체로 이루어진 전원 공급부를 구비하는 신호전달 장치를 제공할 수 있다. 이러한 전원 공급부를 구비한 신호전달 장치를 사용하여, 이들 장치와 연결되는 핸드폰이나 MP3와 같은 디바이스는 별도의 전원 공급부를 구비할 필요가 없으므로 이들의 소형화 및 경량화에 기여할 수 있다.
그리고, 본 발명의 케이블형 이차전지(100)는 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드(170) 및 도전체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)로 이루어진 전자기장 간섭방지 쉴드를 구비하고 있으므로, 전극조립체로 이루어진 전원 공급부에서의 전자기장의 발생에 따른 간섭을 방지할 수 있게 되어, 신호전달 장치의 신호전달 과정에서의 간섭에 따른 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.
상기 전자기장 간섭방지 쉴드는 전자기장 간섭방지가 가능한 구성이면 모두 사용할 수 있으며, 그 구성을 특별히 한정하는 것은 아니며, 예를 들면, 2층의 전자기장 간섭방지 쉴드로 이루어질 수 있다. 이때, 신호전달 코어부(160)와 바로 접촉하는 전자기장 간섭방지 쉴드(170)는 부도체이고, 그 위에 형성된 전자기장 간섭방지 쉴드(180)는 전도체인 것이 바람직하다. 상기 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드(170)는 신호전달 코어부(160)와 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)의 직접적인 접촉을 방지하며, 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)는 전원 공급부에서의 발생하는 전자기장을 차단하여 신호전달에 간섭을 방지할 수 있다.
이러한 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드(170)로는 원칙적으로 전기를 통과시키지 않는 재료라면 모두 사용할 수 있지만, 케이블형 이차전지(100)의 가요성을 저하시키지 않는 유연성이 우수한 고분자 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)로는 원칙적으로 전도성이 우수한 금속을 사용할 수 있지만, 이러한 금속을 사용하게 되면 케이블형 이차전지(100)의 가요성을 저하시키는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 가요성의 저하를 방지하기 위하여 본 발명의 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)는 금속 페이스트 또는 카본 페이스트로 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 집전체로는 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리 또는 스테인리스스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴합금, 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자, 또는 전도성 고분자를 사용하여 제조된 것이 바람직하다.
집전체는 활물질의 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 사용하여 전지의 경량성을 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 사용가능하다. 다만, 집전체에 사용되는 비전도성 고분자는 특별히 종류를 한정하지는 않는다.
상기 내부전극은 음극 또는 양극일 수 있으며, 상기 외부전극은 상기 외부전극과 대응하는 양극 또는 음극일 수 있다.
본 발명의 전극 활물질층은 집전체를 통해서 이온을 이동시키는 작용을 하고, 이들 이온의 이동은 전해질층으로부터의 이온의 흡장 및 전해질층으로의 이온의 방출을 통한 상호작용에 의한다. 이러한 전극 활물질층은 음극 활물질층과 양극 활물질층으로 구분할 수 있다.
구체적으로, 상기 내부전극이 음극이고, 상기 외부전극이 양극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은 음극 활물질층으로서, 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 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어지고, 상기 외부전극 활물질층은 양극 활물질층으로서, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -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 이루어진다.
또한, 상기 내부전극이 양극이고, 상기 외부전극이 음극인 경우에는 내부전극 활물질층은 양극 활물질층이 되고, 외부전극 활물질층은 음극 활물질층이 된다.
본 발명의 분리층은 전해질층 또는 세퍼레이터를 사용할 수 있다.
이러한 이온의 통로가 되는 전해질층으로는 PEO, PVdF, PMMA, PAN 또는 PVAC를 사용한 겔형 고분자 전해질 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질 등을 사용한다. 고체 전해질의 매트릭스(matrix)는 고분자 또는 세라믹 글라스를 기본골격으로 하는 것이 바람직하다. 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. 본 발명의 전해질층은 분리막의 역할이 가능하므로 별도의 분리막을 사용하지 않을 수 있다.
본 발명의 전해질층은, 리튬염을 더 포함할 수 있다. 리튬염은 이온 전도도 및 반응속도를 향상시킬 수 있는데, 이들의 비제한적인 예로는, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬을 사용할 수 있다.
상기 분리층으로 세퍼레이터를 사용하는 경우에는 본 발명의 케이블형 이차전지는 전해액을 필요로 하며, 상기 세퍼레이터로는 그 종류를 한정하는 것은 아니지만 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이드, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재 등을 사용할 수 있다. 특히, 상기의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이드, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재는 부직포의 형태를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 보호피복을 구비하는데, 보호피복은 절연체로서 공기 중의 수분 및 외부충격에 대하여 전극을 보호하기 위해 외부집전체의 외면에 형성한다. 보호피복으로는 통상의 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 일례로 PVC, HDPE 또는 에폭시 수지가 사용 가능하다.
본 발명의 신호전달부를 구비한 케이블형 이차전지는 이어폰, 스피커 연결선(외부음성 출력장치와의 신호 연결선) 등과 같이 신호전달을 필요로 하는 장치 등에 사용될 수 있으며(도 3 참조), 이러한 케이블형 이차전지의 사용으로 인하여 이들 장치는 전원 공급 기능을 갖게 될 수 있다.
이하에서는 일시예에 따른 케이블형 이차전지 및 그 제조방법을 도 1을 참조하여 간략하게 살펴본다.
일 실시예에 따른 본 발명의 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지(100)는 내부집전체(110)와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(120)을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층(130); 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(140)과 상기 외부전극 활물질층을 둘러싸며 형성된 외부집전체(150)를 구비하는 전극조립체, 전선으로 이루어진 신호전달 코어부(160); 상기 신호전달 코어부의 둘레를 감싸는 전자기장 간섭방지 쉴드를 구비하며, 이때, 상기 전자기장 간섭방지 쉴드는 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드(170) 및 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)의 2층으로 이루어질 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 케이블형 이차전지(100)는 상기 전극 조립체와 평형하게 배치되는 신호전달부, 및 상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 동시에 둘러싸며 형성된 보호피복(190)을 구비한다.
먼저, 먼저, 선형의 와이어 형태의 내부집전체(110)를 준비하고, 그 내부집전체(110)의 표면에 내부전극 활물질층(120)을 코팅한다. 이러한 코팅방법으로는 일반적인 코팅방법이 적용될 수 있으며, 구체적으로는 전기도금(electroplating) 또는 양극산화처리(anodic oxidation process) 방법이 사용가능하지만, 일정한 간격을 유지하기 위해서는 활물질을 포함하는 전극슬러리를 압출기를 통하여 불연속적으로 압출코팅하는 방법을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 활물질을 포함하는 전극 슬러리인 경우에는 딥코팅(dip coating) 또는 압출기를 사용하는 압출코팅 방법을 사용하여 제조하는 것도 가능하다.
이어서, 상기 내부전극 활물질층(120)을 둘러싸도록 전해질층인 분리층(130)을 형성한다. 상기 전해질층인 분리층(130)을 형성하는 방법도 특별히 한정되지는 않지만, 선형인 케이블형 이차전지의 특성상 압출코팅하는 방법을 사용하는 것이 제조하기가 용이하다.
상기 코팅된 전해질인 분리층(130)의 외면에 외부전극 활물질층(140)을 코팅하여 형성한다. 내부전극 활물질층(120)의 코팅방법이 외부전극 활물질층(140)의 코팅에도 동일하게 적용될 수 있다.
그리고, 상기 외부전극 활물질층(140)의 외면에 파이프형태의 외부집전체(150)를 형성하여 전극 조립체를 준비한다. 일반적인 방법으로 신호전달 코어부(160)를 제조하고, 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드(170) 및 그 위에 코팅된 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드(180)로 이루어진 전자기장 간섭방지 쉴드를 상기 신호전달 코어부(160)의 외면에 형성하여 신호전달부를 준비한다.
마지막으로, 상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 평행하게 배치하고 이들을 모두 감싸도록 보호피복(190)을 형성한다. 상기 보호피복(190)은 절연체로서 공기 중의 수분 및 외부충격에 대하여 전극을 보호하기 위해 최외면에 형성한다. 보호피복(190)으로는 통상의 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 일례로 PVC, HDPE 또는 에폭시 수지가 사용 가능하다.
이하에서는, 또 다른 가능한 실시예를 도 2를 참고하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 케이블형 이차전지(200)는 내부집전체(210,210')와 상기 내부집전체(210,210')의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(220,220')을 구비하는 2 이상의 제1 전극이 평행하게 배치된 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층(230); 및 상기 분리층(230)의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(240)과 상기 외부전극 활물질층(240)을 둘러싸며 형성된 외부집전체(250)를 구비하는 전극조립체, 전선으로 이루어진 신호전달 코어부(260); 상기 신호전달 코어부의 둘레를 감싸는 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드(270) 및 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드(280)를 구비하며 상기 전극 조립체와 평형하게 배치되는 신호전달부, 및 상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 동시에 둘러싸며 형성된 보호피복(290)을 구비한다. 이러한 케이블형 이차전지(200)는 복수의 전극으로 이루어진 내부전극을 구비하므로, 음극과 양극의 밸런스 조정이 용이하고 다수의 전극을 구비하므로 단선의 가능성을 방지할 수 있다.
100,200: 케이블형 이차전지 300: 이어폰
110,210,210': 내부집전체
120,220,220': 내부전극 활물질층
130,230: 분리층 140,240: 외부전극 활물질층
150,250: 외부집전체 160,260: 신호전달 코어부
170,270: 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드
180,280: 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드
190:290: 보호피복

Claims (18)

  1. 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층을 둘러싸며 형성된 외부집전체를 구비하는 전극조립체,
    전선으로 이루어진 신호전달 코어부; 상기 신호전달 코어부의 둘레를 감싸는 전자기장 간섭방지 쉴드를 구비하며 상기 전극 조립체와 평형하게 배치되는 신호전달부, 및
    상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 동시에 둘러싸며 형성된 보호피복을 구비하는, 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자기장 간섭방지 쉴드는 부도체 전자기장 간섭방지 쉴드 및 그 상부에 형성된 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드로 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전도체 전자기장 간섭방지 쉴드는 금속 페이스트 또는 카본 페이스트로 형성된 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부집전체는 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자로 제조된 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부집전체는 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자로 제조된 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 도전재는 각각 독립적으로, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 서로 독립적으로, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물인 고분자인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극은 음극 또는 양극이고, 상기 외부전극은 이러한 내부전극에 상응하는 양극 또는 음극인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극이 음극이고, 상기 외부전극이 양극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은 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 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어지고,
    상기 외부전극 활물질층은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -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 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극이 양극이고, 상기 외부전극이 음극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi1 -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 이루어지고,
    상기 외부전극 활물질층은 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 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분리층은 전해질층 또는 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전해질층은 PEO, PVdF, PMMA, PAN 또는 PVAC를 사용한 겔형 고분자 전해질; 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질; 중에서 선택된 전해질로 이루어진 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전해질층은 리튬염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이드, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  16. 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 2 이상의 제1 전극이 평행하게 배치된 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층과 상기 외부전극 활물질층을 둘러싸며 형성된 외부집전체를 구비하는 전극조립체,
    전선으로 이루어진 신호전달 코어부; 상기 신호전달 코어부의 둘레를 감싸는 전자기장 간섭방지 쉴드를 구비하며 상기 전극 조립체와 평형하게 배치되는 신호전달부, 및
    상기 전극조립체와 상기 신호전달부를 동시에 둘러싸며 형성된 보호피복을 구비하는, 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지.
  17. 신호전달부로서 제1항 또는 제16항 중 어느 한 항의 케이블형 이차전지를 구비하는 신호전달 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 신호전달 장치는 이어폰 또는 스피커 연결선인 것을 특징으로 하는 신호전달 장치.
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