JP2018527728A - ケーブル型二次電池 - Google Patents

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Abstract


表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極と、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層と、前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極と、前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層と、前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極と、を含む、ケーブル型二次電池が開示される。

Description

本発明は、ケーブル型二次電池に関し、より詳しくは、高容量が具現され、変形が自由なケーブル型二次電池に関する。
本出願は、２０１５年１０月２１日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０１４７００５号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
近年、二次電池は、外部の電気エネルギーを化学エネルギーの形態に変えて貯蔵しておき、必要なときに電気を作り出す装置をいう。数回充電できるという意味で「充電式電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）」という名称も用いられる。よく使用される二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル‐カドミウム電池（ＮｉＣｄ）、ニッケル水素蓄電池（ＮｉＭＨ）、リチウムイオン電池（Ｌｉ‐ｉｏｎ）、リチウムイオンポリマー電池（Ｌｉ‐ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）がある。二次電池は、使い捨ての一次電池に比べて経済的な利点及び環境的な利点を共に提供する。
二次電池は現在、低い電力を使用する所に用いられている。例えば、自動車の始動を助ける機器、携帯用装置、道具、無停電電源装置が挙げられる。最近、無線通信技術の発展は携帯用装置の大衆化を主導しており、従来の多くの種類の装置が無線化される傾向もあって、二次電池に対する需要が急増している。また、環境汚染などの防止の面で、ハイブリッド自動車、電気自動車が実用化されているが、これら次世代自動車は二次電池を使用することで、コストと重量を下げ、寿命を伸ばす技術を採用している。
一般に、二次電池は円筒型、角形、またはパウチ型の電池が殆どである。二次電池が、負極、正極、及び分離膜で構成された電極組立体を円筒型または角形の金属缶またはアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースの内部に装着し、前記電極組立体に電解質を注入して製造されるためである。従って、このような二次電池の装着には一定空間が必要不可欠であるため、二次電池の円筒型、角形、またはパウチ型の形態は多様な形態の携帯用装置の開発に制約となる問題点がある。そこで、変形が容易な新規な形態の二次電池が求められている。
このような要求に応じ、断面の直径に対する長さの比が非常に大きい電池である線型電池が提案された。韓国公開特許第２００５−９９９０３号は、内部電極と、外部電極と、これらの電極の間に介される電解質層で構成される可変型電池を開示しているが、可撓性が良くない。また、前記線型電池は、電解質層の形成のためにポリマー電解質を用いるため、電極の活物質への電解質の流入が難しくて電池の抵抗が増加してしまい、容量特性及びサイクル特性が劣るという問題点がある。
そして、ケーブル型二次電池の形成時において、内部電極と外部電極との間に介される分離層と、前記電極との間隔のバラツキが発生し得、このような間隔によって外部電極活物質層への電解液の流入が円滑とならず、電池性能が悪化するという問題点がある。
そして、ケーブル型二次電池にワイヤ型の集電体を用いる場合、通常、線抵抗が面抵抗よりも高いため、ワイヤ型の集電体は、シート型の集電体に比べて抵抗が高く示されることで、電池性能が劣り得るという問題点がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、可撓性に優れ、変形が容易であり、二次電池の安定性と優秀な性能を維持でき、高容量の新規な線状構造の二次電池を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明の一面によれば、下記の具現例のケーブル型二次電池が提供される。
第１具現例は、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極と、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層と、前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極と、前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層と、前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極と、を含む、ケーブル型二次電池に関する。
第２具現例は、第１具現例において、
前記巻芯が、ワイヤ状、ツイストワイヤ状、中空状、網状、ストリップ状またはメッシュ状である、ケーブル型二次電池に関する。
第３具現例は、第１具現例または第２具現例において、
前記巻芯が、カーボンナノチューブ；ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム−カドミウム合金；または高分子；から形成されたケーブル型二次電池に関する。
第４具現例は、第１具現例から第３具現例のいずれか一具現例において、
前記巻芯の長手方向に対する垂直断面が、円形、楕円形、四角形または三角形である、ケーブル型二次電池に関する。
第５具現例は、第１具現例から第４具現例のいずれか一具現例において、
前記第１内部電極は、第１内部集電体及び前記第１内部集電体の一面に形成された第１内部電極活物質層を含み、
前記外部電極は、外部集電体及び前記外部集電体の一面に形成された外部電極活物質層を含む、ケーブル型二次電池に関する。
第６具現例は、第５具現例において、
前記第１内部集電体の他面及び前記外部集電体の他面のうち一つ以上に形成された高分子フィルム層をさらに含む、ケーブル型二次電池に関する。
第７具現例は、第１具現例から第６具現例のうちいずれか一具現例において、
前記第２内部電極は、第２内部集電体、及び前記第２内部集電体の両面に形成された第２内部電極活物質層を含むケーブル型二次電池に関する。
第８具現例は、第５具現例から第７具現例のうちいずれか一具現例において、
前記第１内部集電体、第２内部集電体及び前記外部集電体のうち一種以上は、フィルム型集電体またはメッシュ型集電体である、ケーブル型二次電池に関する。
第９具現例は、第１具現例から第８具現例のうちいずれか一具現例において、
前記シート型の第１内部電極、第１分離層、第２内部電極、第２分離層及び外部電極が、一方向へ延びたストリップ構造である、ケーブル型二次電池に関する。
第１０具現例は、第１具現例から第９具現例のうちいずれか一具現例において、
前記巻芯が、内部に空間を備え、前記空間に電解質を含むリチウムイオン供給コア部、内部電極集電体コア部または充填コア部が形成された、ケーブル型二次電池に関する。
第１１具現例は、第１０具現例において、
前記内部電極集電体コア部は、カーボンナノチューブ；ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム−カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；または伝導性高分子；から製造された、ケーブル型二次電池に関する。
第１２具現例は、第１０具現例において、
前記リチウムイオン供給コア部が、ゲル状ポリマー電解質及び支持体を含む、ケーブル型二次電池に関する。
第１３具現例は、第１０具現例において、
前記リチウムイオン供給コア部が、液体電解質及び多孔性担体を含む、ケーブル型二次電池に関する。
第１４具現例は、第１０具現例において、
前記充填コア部が、ワイヤ、繊維状、粉末状、メッシュまたは発泡体形状を有する高分子樹脂、ゴムまたは無機物を含む、ケーブル型二次電池に関する。
第１５具現例は、第１具現例から第１４具現例のうちいずれか一具現例において、
前記第１内部電極及び外部電極が正極であり、かつ前記第２内部電極が負極であるか、または前記第１内部電極及び外部電極が負極であり、かつ前記第２内部電極が正極である、ケーブル型二次電池に関する。
本発明の一実施例によれば、電極の構成成分とは別に、電池の内部に可撓性が優秀であり、螺旋状への巻取を導くガイド部が形成された巻芯を備え、前記巻芯は、ケーブル型二次電池が、曲げ、捩れ、引張りなどの刺激から電極に影響を受けないようにし、内部電極支持体は、ストリップ型の負極／分離膜／正極を巻き取ったときに、配列が常に維持されるようにすることができる。
本発明の一実施例によれば、抵抗が高いワイヤ型集電体を排除して、シート型の電極を備えることで、ケーブル型二次電池の抵抗を減少させて電池の性能改善に寄与することができる。
また、本発明の一実施例によれば、内部電極が、第１内部電極及び第２内部電極として多層型の電極構造を成しており、高容量のケーブル型二次電池を具現することができる。
そして、本発明の一実施例によれば、電解質を含むリチウムイオン供給コア部は、内部電極支持体の内部に位置しており、前記内部電極支持体は、開かれた構造を有するため、このようなリチウムイオン供給コア部の電解質は、電極活物質への浸透が容易であるため、リチウムイオンの供給及びリチウムイオンの交換を容易にする。これによって電池の容量特性及びサイクル特性が優秀となる。
そして、本発明の一実施例によるケーブル型二次電池は、開かれた構造の内部電極支持体を備えており、シート型の電極及び分離層がスプリング構造のような螺旋状に巻き取られていることから、線状を維持することができ、外部の力によるストレスを緩和させることができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例によるケーブル型二次電池のガイド部が形成された巻芯を示す図である。 本発明の一実施例によるケーブル型二次電池の構造を示す図である。 本発明の一実施例によるケーブル型二次電池の構造を示す図である。 本発明の一実施例によるケーブル型二次電池のガイド部が形成された巻芯を示す図である。 本発明の一実施例によるケーブル型二次電池の構造を示す図である。 本発明の一実施例によるケーブル型二次電池の構造を示す図である。 本発明の一実施例によるシート型の第１内部電極の構造を示す図である。 本発明の一実施例によるシート型の外部電極の構造を示す図である。 本発明の一実施例による第２内部電極の構造を示す図である。 本発明の一実施例による第２内部電極の構造を示す図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図２を参照すれば、本発明の一実施例によるケーブル型二次電池は、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部１１０を備える巻芯１００と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極１２０と、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層１３０と、前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極１４０と、前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層１５０と、前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極１６０と、を含む。
集電体を線状のワイヤ形態に適用する場合、対向する電極と局所的のみに密着し、残りは空洞を形成するようになり、この部分の電極間の距離が離れるため、抵抗が大きくなり、電池の性能を悪化させる原因となっていた。しかし、本発明によれば、第１内部電極、第２内部電極及び外部電極は、集電体であって、シート型集電体を用いたシート型電極であるため、相互対向する電極（第１内部電極及び第２内部電極、第２内部電極及び外部電極）が全体的に接合または対面しており、レート性能が大幅向上する。また、本発明によれば、相互対向する電極が螺旋状（斜線方向）に巻き取られる場合、一定に配列（ａｌｉｇｎ）可能であるため、ケーブル型二次電池の曲げ（ｂｅｎｄｉｎｇ）時にも相互対向する電極が離隔されて電極の短絡が発生するなどの電池への損傷を最小化することができる。
ここで、前記螺旋状とは、英語でｓｐｉｒａｌまたはｈｅｌｉｘで表され、 一定範囲を捩じった形状を示し、通常のスプリング形状に類似な形状を通称する。
この際、前記シート型の第１内部電極、第２内部電極及び外部電極は、一方へ延びたストリップ（帯）構造であり得る。
そして、前記シート型の第１内部電極、第２内部電極及び外部電極は、相互重ならないように螺旋状に巻き取られて形成され得る。この際、前記各々のシート型の第１内部電極、第２内部電極及び外部電極は、電池の性能が低下しないよう前記シート型の分離層−電極複合体の幅の二倍以内の間隔を置いて相互離隔して重ならないように螺旋状に巻き取られて形成できる。
また、前記シート型の第１内部電極、第２内部電極及び外部電極は、相互重なるように螺旋状に巻き取られて形成され得る。この際、前記各々のシート型の第１内部電極、第２内部電極及び外部電極は、電池の内部抵抗の過度な上昇を抑制するために、前記相互重なる部分の幅が前記各々のシート型の第１内部電極、第２内部電極及び外部電極の幅の０．９倍以内になるように螺旋状に巻き取られて形成できる。
前記巻芯は、ワイヤ状、ツイストワイヤ状、中空状、網状、ストリップ状またはメッシュ状であるであり得る。
本発明の一実施例によれば、前記巻芯は、陽刻または陰刻で加工するか、または射出技術を用いてガイド部を形成できる。
前記巻芯は、カーボンナノチューブ；ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム−カドミウム合金；または導電材から形成できる。この際、高分子は特に制限されず、非制限的な例として、ポリウレタン、ポリオレフィン（ＰＥ，ＰＰなど）、各種ゴムなどが適用できる。
前記巻芯の長手方向に対する垂直断面は、円形、楕円形、四角形または三角形であり得る。
図１は、本発明の一実施例によるケーブル型二次電池のガイド部１１０を備える巻芯１００を示した図である。
図４は、本発明の一実施例によるケーブル型二次電池において、巻芯の長手方向に対する垂直断面が楕円形である場合、前記ガイド部２１０が形成された巻芯２００を示しており、図５は、このような巻芯を備えたケーブル型二次電池の例を示す。
具体的に、図５を参照すれば、本発明の一実施例によるケーブル型二次電池は、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯２００と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極２２０と、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層２３０と、前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極２４０と、前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層２５０と、前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極２６０と、を含む。
前記巻芯は、表面に螺旋状の連続的な陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備え、このようなガイド部によってシート型の第１内部電極、第１分離層、第２内部電極、第２分離層及び外部電極が順次に各々の外側に、螺旋状に誘導されて巻き取られる。
この際、前記ガイド部の間における巻芯の外側に内部電極／分離層／外部電極、または第１内部電極／第１分離層／第２内部電極／第２分離層／外部電極の順に巻き取るか、予め長い帯形態で内部電極／分離層／外部電極のシート、または第１内部電極／第１分離層／第２内部電極／第２分離層／外部電極のシートをラミネートして一体型のシートを形成した後に巻き取る方法によっても巻取工程を単純化することができる。
なお、図７は、本発明の一実施例によるシート型の第１内部電極の構造を示し、図８は、本発明の一実施例によるシート型の外部電極の構造を示す。
前記第１内部電極は、第１内部集電体３２０及び前記第１内部集電体３２０の一面に形成された第１内部電極活物質層３１０を含み、前記外部電極は、外部集電体４２０及び前記外部集電体４２０の一面に形成された外部電極活物質層４１０を含む。
この際、前記第１内部集電体の他面に形成された高分子フィルム層３３０をさらに含み得、前記外部集電体の他面に形成された高分子フィルム層４３０をさらに含み得る。このような高分子フィルム層は、第１内部集電体及び外部集電体を支持する役割を果たし、第１内部集電体及び外部集電体を各々より薄い厚さの薄膜に形成することを可能にする。したがって、例えば、第１内部集電体及び外部集電体は、前記高分子フィルム層の上に気相蒸着などの方式で形成できる。
ここで、前記高分子フィルム層は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリイミド及びポリアミドからなる群より選択されるいずれか一種またはこれらの二種以上の混合物から形成できる。
そして、前記第１内部集電体または前記外部集電体は、フィルム型集電体またはメッシュ型集電体であり得る。
本発明の一実施例によって、電極集電体が巻き取られたシート型または巻き取られたメッシュ型である場合は、電極集電体がワイヤ型である場合に、小さい表面積による抵抗要素が大きいという点と、高率充放電時における電池抵抗による電池のレート特性が劣り得るという点を解決することができる。
図９及び図１０は、本発明の一実施例による第２内部電極の構造を示す。
図９を参照すれば、前記第２内部電極は、第２内部集電体５２０及び前記第２内部集電体５２０の両面に形成された第２内部電極活物質層５１０、５３０を含み得る。この際、前記第２内部集電体も、フィルム型集電体またはメッシュ型集電体であり得る。
一方、前記第１内部電極、第２内部電極及び外部電極は、各々の活物質層の表面に形成された高分子支持層をさらに含み得る。
本発明の一実施例によって各々の活物質層の表面に前記高分子支持層をさらに含めば、ケーブル型二次電池が外力などによって曲げられても、活物質層の表面におけるクラックの発生が卓越に防止される。これによって、活物質層の脱離現象がさらに防止され、電池の性能をさらに改善できる。延いては、前記高分子支持層は、多孔性の構造を有し得、この際、活物質層への電解液の流入を円滑にし、電極抵抗の増加を防止することができる。
ここで、前記高分子支持層は、極性線状高分子、オキシド系線状高分子またはこれらの混合物を含み得る。
この際、前記極性線状高分子は、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリビニルクロライド（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ，ＰＶｄＦ）、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｃｏ−ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリビニリデンフルオライド−トリクロロエチレン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｃｏ−ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｉｍｉｎｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリブチルアクリレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリビニルピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ポリビニルアセテート（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）、エチレンビニルアセテート共重合体（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ポリアリレート（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）及びポリｐ−フェニレンテレフタルアミド（Ｐｏｌｙ−ｐ−ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ）からなる群より選択されるいずれか一種またはこれらの二種以上の混合物であり得る。
そして、前記オキシド系線状高分子は、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ポリプロピレンオキシド（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ポリオキシメチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）及びポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）からなる群より選択されるいずれか一種またはこれらの二種以上の混合物であり得る。
そして、前記高分子支持層は、０．０１μｍ〜１０μｍの気孔サイズ及び５〜９５％の気孔度を有する多孔性高分子層であり得る。
そして、前記多孔性高分子層の多孔性構造は、その製造過程で非溶媒（ｎｏｎ−ｓｏｌｖｅｎｔ）による相分離または相転換によって形成できる。
一例で、高分子であるポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレンを、溶媒として作用するアセトンに添加し、 固形分含量１０重量％の溶液を準備する。その後、非溶媒として、水またはエタノールを、前記準備した溶液に約２〜１０重量％添加することで高分子溶液を製造することができる。
このような高分子溶液がコーティングされた後に蒸発する過程で、相転換されながら非溶媒と高分子とが相分離した部分のうち、非溶媒が占める領域が気孔となる。したがって、非溶媒と高分子の溶解度の程度及び非溶媒の含量によって気孔サイズを調節することができる。
図１０によれば、前記第２内部電極は、第２内部集電体５２０、前記第２内部集電体５２０の両面に形成された第２内部電極活物質層５１０、５３０及び前記第２内部電極活物質層の表面に各々形成された高分子支持層５４０、５５０を備え得る。
一方、ケーブル型二次電池に曲げまたは捩れなどの外力が作用すれば、電極活物質層が電極集電体から脱離する現象が発生し得る。したがって、電極柔軟性のために電極活物質層に多量のバインダー成分を入れるようになる。しかし、このような多量のバインダーは、電解液によって膨張（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象が発生して電極集電体から離れやすく、これによる電池性能の低下が発生し得る。
したがって、電極活物質層と電極集電体との接着力の向上のために、前記第１内部集電体及び前記外部集電体のうち少なくともいずれか一つは、導電材とバインダーで構成されたプライマーコーティング層をさらに含み得る。後述の第２内部集電体も同様の理由で導電材とバインダーで構成されたプライマーコーティング層をさらに含み得る。
この際、前記導電材は、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、炭素ナノチューブ及びグラフェンからなる群より選択されるいずれか一種またはこれらの二種以上の混合物を含み得る。
そして、前記バインダーは、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｃｏ−ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏ ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリビニリデンフルオライド−トリクロロエチレン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｃｏ−ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリブチルアクリレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリメチルメタクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリビニルピロリドン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ポリビニルアセテート（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）、エチレンビニルアセテート共重合体（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｃｏ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、ポリアリレート（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、セルロースアセテートブチレート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ ｂｕｔｙｒａｔｅ）、セルロースアセテートプロピオネート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）、シアノエチルプルラン（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｕｌｌｕｌａｎ）、シアノエチルポリビニルアルコール（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）、シアノエチルセルロース（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、シアノエチルスクロース（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｓｕｃｒｏｓｅ）、プルラン（ｐｕｌｌｕｌａｎ）、カルボキシルメチルセルロース（ｃａｒｂｏｘｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、スチレンブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）、アクリロニトリルスチレンブタジエン共重合体（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）及びポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）からなる群より選択されたいずれか一種またはこれらの二種以上の混合物であり得る。
また、前記内部集電体及び前記外部集電体の表面積を増加させるために、少なくとも一面に、複数の陥入部が形成できる。この際、前記複数の陥入部は、連続的なパターンを有するか、または断続的なパターンを有し得る。即ち、相互離隔して長手方向に形成された連続的なパターンの陥入部を有するか、または、複数個の穴が形成された断続的なパターンを有し得る。前記複数個の穴は、円形であってもよく、多角形であってもよい。
一方、前記内部集電体としては、ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；ステンレス鋼の表面に、カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたもの；アルミニウム−カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；または伝導性高分子；を用いて製造されたものが望ましい。
集電体は、活物質の電気化学反応によって生成された電子を集めるか、電気化学反応に必要な電子を供給する役割を果たし、通常、銅やアルミニウムなどの金属を用いる。特に、導電材で表面処理された非伝導性高分子または伝導性高分子からなる高分子伝導体を用いる場合は、銅やアルミニウムのような金属を用いた場合よりも相対的に可撓性に優れている。また、金属集電体の代わりに、高分子集電体を用いることで電池の軽量性を達成することができる。
このような導電材としては、ポリアセンチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリスルファーナイトライド、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）、銀、パラジウム及びニッケルなどが使用可能であり、伝導性高分子としては、ポリアセンチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン及びポリスルファーナイトライドなどが使用可能である。但し、集電体に用いられる非伝導性高分子の種類は特に限定されない。
本発明の外部集電体には、ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム−カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；伝導性高分子；Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｄ／Ａｇ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｃｕ、ＢａまたはＩＴＯである金属粉末を含む金属ペースト；または黒鉛、カーボンブラックまたは炭素ナノチューブである炭素粉末を含む炭素ペースト；で製造されたものを用い得る。この際、前記導電材及び伝導性高分子は、前述の内部集電体で使用されるものと同一のものを用い得る。
一方、前記表面にガイド部を備える巻芯は、内部に空間が形成されている中空構造であり得る。
そして、前記巻芯の内部に形成されている空間に、内部電極集電体コア部が形成できる。
この際、前記内部電極集電体コア部は、カーボンナノチューブ；ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム−カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；または伝導性高分子；で製造され得る。
そして、前記巻芯の内部に形成されている空間に、電解質を含むリチウムイオン供給コア部が形成できる。
既存のケーブル型二次電池は、内部電極と外部電極との間に電解質層を備え、これらの電解質層は短絡を防止するために内部電極と外部電極とを隔離すべきであるため、一定水準の機械的物性を有するゲル状高分子電解質または固体高分子電解質を用いる必要がある。しかし、このようなゲル状高分子電解質や固体高分子電解質は、リチウムイオンソースとしての性能に優れていないため、電極活物質層にリチウムイオンを充分供給するためには電解質層の厚さが増加するしかなく、このような電解質層の厚さの増加によって電極同士の間隔が離れ、かえって抵抗の増加による電池性能の低下をもたらすという問題があった。
このような問題点を解決するために、本発明の一実施例によれば、開かれた構造の内部電極支持体の内部に電解質を含むリチウムイオン供給コア部を備え、リチウムイオン供給コア部の電解質は、内部電極支持体を通過することで内部電極活物質層及び外部電極活物質層に到達するようにした。
この際、前記リチウムイオン供給コア部は、ゲル状ポリマー電解質及び支持体を含み得る。
そして、前記リチウムイオン供給コア部は、液体電解質及び多孔性担体を含み得る。
また、前記巻芯の内部に形成されている空間に、充填コア部が形成され得る。
前記充填コア部は、前述の内部電極集電体コア部及びリチウムイオン供給コア部を形成する材料の他に、ケーブル型二次電池において多様な性能を改善させるための材料、例えば、高分子樹脂、ゴム、無機物などが、ワイヤ状、繊維状、粉末状、メッシュ、発泡体などの多様な形状に形成できる。
本発明の一実施例によるケーブル型二次電池は、所定形状の水平断面を有し、水平断面に対する長手方向へ延びた線状構造を有し得る。本発明の一実施例によるケーブル型二次電池は、可撓性を有することから、変形が自由である。ここで、所定の形状とは、特に形状を制限しないという意味であって、本発明の本質を害しない限り、如何なる形状も可能であるという意味である。
一方、前記リチウムイオン供給コア部は電解質を含み、このような電解質の種類は特に限定されず、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルホルメート（ＭＦ）、ガンマ−ブチロラクトン（ γ−ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ；γ−ＢＬ）、スルホラン（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ）、メチルアセテート（ｍｅｔｈｙｌａｃｅｔａｔｅ；ＭＡ）またはメチルプロピオネート（ｍｅｔｈｙｌｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ；ＭＰ）を用いた非水電解液；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）またはポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）を用いたゲル状高分子電解質；またはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、ポリエチレンスルフィド（ＰＥＳ）またはポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）を用いた固体電解質；などを用い得る。そして、このような電解質は、リチウム塩をさらに含み得る。このようなリチウム塩としては、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムなどを用いることが望ましい。そして、このようなリチウムイオン供給コア部１１０、２１０、３１０は、電解質のみで構成でき、液状の電解液の場合は、多孔質の担体を用いて構成することもできる。
前記第１内部電極及び外部電極は正極であり、かつ前記第２内部電極は負極であるか、または、前記第１内部電極及び外部電極は負極であり、かつ前記第２内部電極は正極であり得る。
本発明の電極活物質層は、集電体を介してイオンを移動させる作用をし、これらのイオンの移動は、電解質層からのイオンの吸蔵及び電解質層へのイオンの放出による相互作用による。
このような電極活物質層は、負極活物質層と正極活物質層とに分けられる。
具体的に、前記第１内部電極及び外部電極が負極である場合、第１内部電極活物質及び外部電極活物質は、各々独立的に、天然黒鉛、人造黒鉛のような炭素質材料；リチウム含有チタン複合酸化物（ＬＴＯ）、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、ＮｉまたはＦｅである金属類（Ｍｅ）；前記金属類（Ｍｅ）で構成された合金類；前記金属類（Ｍｅ）の酸化物（ＭｅＯｘ）；及び前記金属類（Ｍｅ）と炭素との複合物からなる群より選択されたいずれか一種の活物質粒子またはこれらの二種以上の混合物を含み得、前記第１内部電極及び外部電極が正極の場合、第１内部電極活物質及び外部電極活物質は各々独立的に、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＰＯ４、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ２及びＬｉＮｉ１−ｘ−ｙ−ｚＣｏｘＭ１ｙＭ２ｚＯ２（Ｍ１及びＭ２は、相互独立的に、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏからなる群より選択されたいずれか一種であり、ｘ、ｙ及びｚは、相互独立的に酸化物組成元素の原子分率として、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である。）からなる群より選択されたいずれか一種の活物質粒子またはこれらの二種以上の混合物を含み得る。
また、前記第１内部電極及び外部電極が正極であり、前記第２内部電極が負極である場合は、第１内部電極活物質層及び外部電極活物質層は、正極活物質層になり、第２内部電極活物質層は、負極活物質層になり得る。
電極活物質層は、電極活物質、バインダー及び導電材を含み、集電体と結合して電極を構成する。電極が外部の力によって折られるか、または酷く曲げられるなどの変形が起こる場合は、電極活物質の脱離が発生するようになる。このような電極活物質の脱離によって電池の性能及び電池容量の低下が発生する。しかし、集電体が弾性を有することから、外部の力による変形時において力を分散させる役割を果たすため、電極活物質層の変形が少なく、これによって活物質の脱離を予防することができる。
本発明の第１分離層及び第２分離層は、電解質層またはセパレータを用い得る。
このようなイオンの通路となる電解質層としては、ＰＥＯ、ＰＶｄＦ、ＰＶｄＦ−ＨＦＰ、ＰＭＭＡ、ＰＡＮまたはＰＶＡｃを用いたゲル状の高分子電解質；またはＰＥＯ、ＰＰＯ、ＰＥＩ、ＰＥＳまたはＰＶＡｃを用いた固体電解質；などを用いる。固体電解質のマトリクス（ｍａｔｒｉｘ）は、高分子またはセラミックガラスを基本骨格とすることが望ましい。一般的な高分子電解質の場合は、イオン伝導度が満たされても、反応速度面でイオンが非常に遅く移動し得るため、固体の場合よりもイオンの移動が容易なゲル状の高分子電解質を用いることが望ましい。ゲル状の高分子電解質は、機械的特性が優秀でないため、これを補うために支持体を含み得、このような支持体としては、気孔構造の支持体または架橋高分子を用い得る。本発明の電解質層は、分離膜の役割が可能であるため、別の分離膜を用いなくてもよい。
本発明の一実施例によれば、前記電解質層は、リチウム塩をさらに含み得る。リチウム塩は、イオン伝導度及び反応速度を向上させることができ、これらの非制限的な例には、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム及びテトラフェニルホウ酸リチウムなどを用い得る。
前記セパレータとしては、その種類を限定することではないが、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−ヘキセン共重合体及びエチレン−メタクリレート共重合体からなる群より選択されたポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子基材；ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド及びポリエチレンナフタレートからなる群より選択された高分子で製造した多孔性高分子基材；無機物粒子及びバインダー高分子の混合物から形成された多孔性基材；または前記多孔性高分子基材の少なくとも一面に無機物粒子及びバインダー高分子の混合物から形成された多孔性コーティング層を備えたセパレータなどを用いることができる。
この際、無機物粒子及びバインダー高分子の混合物から形成された前記多孔性コーティング層においては、無機物粒子は充填されて相互接触した状態で前記バインダー高分子によって相互結着し、これにより無機物粒子の間にインタースティシャルボリューム（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）が形成され、前記無機物粒子間のインタースティシャルボリュームは空間となり、気孔を形成する。
即ち、バインダー高分子は、無機物粒子が相互結着した状態を維持するようにこれらを相互付着、例えば、バインダー高分子が無機物粒子同士を連結及び固定している。また、前記多孔性コーティング層の気孔は、無機物粒子間のインタースティシャルボリュームが空間になることで形成された気孔であり、これは無機物粒子による充填構造（ｃｌｏｓｅｄ ｐａｃｋｅｄ ｏｒ ｄｅｎｓｅｌｙ ｐａｃｋｅｄ）において実質的に面接触する無機物粒子によって限定される空間である。このような多孔性複合膜の気孔を介して、電池を作動させるのに必須なリチウムイオンが移動する経路を提供することができる。
特に、リチウムイオン供給コア部のリチウムイオンが外部電極にも容易に伝達されるためには、前記ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド及びポリエチレンナフタレートからなる群より選択された高分子で製造した多孔性高分子基材である不織布材質のセパレータを用いることが望ましい。
本発明の一実施例によれば、前記ケーブル型二次電池は、保護被覆を備え、保護被覆は絶縁体であって空気中の水分及び外部衝撃から電極を保護するために外部集電体の外側に形成する。
前記保護被覆としては、水分遮断層を含む通常の高分子樹脂を用いることができる。この際、前記水分遮断層としては、水分遮断性能に優れたアルミニウムや液晶高分子などを用い得、前記高分子樹脂としては、ＰＥＴ、ＰＶＣ、ＨＤＰＥまたはエポキシ樹脂などを用い得る。
図３を参照すれば、本発明の一実施例のケーブル型二次電池は、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部１１０を備える巻芯１００と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極１２０と、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層１３０と、前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極１４０と、前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層１５０と、前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極１６０と、前記外部電極の外側に形成されたアルミニウムパウチ層（図示せず）と、前記アルミニウムパウチ層の外側に形成された高分子保護被覆１７０と、を備える。
図６は、本発明の一実施例のケーブル型二次電池であって、巻芯の長手方向に対する垂直断面の形態が楕円形である場合を示す。図６を参照すれば、本発明の一実施例のケーブル型二次電池は、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部２１０を備える巻芯２００と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極２２０と、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層２３０と、前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極２４０と、前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層２５０と、前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極２６０と、前記外部電極の外側に形成されたアルミニウムパウチ層（図示せず）と、前記アルミニウムパウチ層の外側に形成された高分子保護被覆２７０と、を備える。
前記パウチ層は、アルミニウムなどの金属からなる水分遮断層、前記水分遮断層の一面に形成され、ＰＥＴのようなポリエステルまたはナイロンのようなポリアミドから形成された絶縁層、及び前記水分遮断層の他面に形成され、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンなどに形成された熱接着層を備え得る。また、前記高分子保護被覆は、高分子材料のオーバーモールディングによるパッケージであり得る。
以下、一実施例によるケーブル型二次電池及びその製造方法を簡略に説明する。
先ず、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯を準備する。続いて、高分子フィルム層の上に第１内部集電体を形成し、前記第１内部集電体の上に第１内部電極活物質層をコーティングしてシート型の第１内部電極を形成する。また、高分子フィルム層の上に外部集電体を形成し、前記外部集電体の上に外部電極活物質層をコーティングしてシート型の外部電極を形成する。前記高分子フィルム層に第１内部集電体及び外部集電体を形成する方法は、各集電体の材料を公知のコーティング方式（例えば、気相蒸着法など）で形成できる。
第２内部電極は、第２内部集電体の両面に第２内部電極活物質層を各々形成する。
このような活物質層のコーティング方法としては、通常のコーティング方法が適用でき、具体的には、電気メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）または正極酸化処理（ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）方法が使用し得るが、活物質を含む電極スラリーをコンマコーター機（ｃｏｍｍａ ｃｏａｔｅｒ）またはスロットダイコーター機（ｓｌｏｔ ｄｉｅ ｃｏａｔｅｒ）を用いてコーティングする方法を用いて製造することが望ましい。また、活物質を含む電極スラリーの場合、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）または押出機を用いて押出コーティングする方法を用いて製造することも可能である。
多孔性基材からなるセパレータとして、第１分離層及び第２分離層を準備する。
その後、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に、螺旋状にして第１内部電極、第１分離層、第２内部電極、第２分離層及び外部電極の順に巻き取って電極組立体を製造した後、前記電極組立体の外側を囲むようにアルミニウムパウチ層を形成し、その上に高分子保護被覆を形成する。
前記保護被覆は、絶縁体として空気中の水分及び外部衝撃から電極を保護するために最外側に形成する。
本発明の一実施例による本発明のケーブル型二次電池は、前記巻芯が内部に空間を有し、かつ内部と外部との間に電解質の出入りが可能な開放口を有し得る。この際、その内部空間に高分子電解質を押出機などを用いてワイヤ形態に形成してリチウムイオン供給コア部を準備できる。
または、巻芯の中心部に非水電解液を注入してリチウムイオン供給コア部を形成することもでき、保護コーティングまで適用された電池組立体を準備してから、電池の内部電極支持体の中心部に非水電解液を注入して形成することもできる。また、他の方法として、スポンジ材質のワイヤ形態の担体を準備した後、これに非水電解液を注入してリチウムイオン供給コア部を準備してもよい。
また、本発明の一実施例によれば、前記第２分離層と外部電極との間にシート型の電極及び分離層を各々順次に一つ以上、望ましくは、１個〜２０個をさらに巻き取って形成し得る。
例えば、シート型の電極及び分離層を各々順次に１個をさらに巻き取って形成する場合のケーブル型二次電池は、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層、及び前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極；前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層；前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第３内部電極；前記第３内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第３分離層を備える内部電極；及び前記第３分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極を含む。
また、シート型の電極及び分離層を各々順次に２個をさらに巻き取って形成する場合のケーブル型二次電池は、表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層、及び前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極；前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層；前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第３内部電極；前記第３内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第３分離層；前記第３分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第４内部電極；前記第４内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第４分離層を備える内部電極；及び前記第４分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極を含む。
以下、さらに他の可能な実施例を説明する。
本発明の一実施例によるケーブル型二次電池は、相互平行に配置された二つ以上の表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯と、前記二つ以上の巻芯の各々のガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層、及び前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極を備える二つ以上の内部電極；前記二つ以上の内部電極の外側を一緒に囲んで螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層；及び前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極を含む。
延いては、本発明のさらに他の実施例によるケーブル型二次電池は、相互平行に配置された二つ以上の表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯と、前記二つ以上の巻芯の各々の内部に形成されたリチウムイオン供給コア部；前記二つ以上の巻芯の各々のガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層、及び前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極を備える二つ以上の内部電極；前記二つ以上の内部電極の外側を一緒に囲んで螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層；及び前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極を含む。
このようなケーブル型二次電池は、複数の電極からなる内部電極を備えることから負極と正極とのバランス調整が容易であり、複数の電極を備えることから断線の恐れを防止することができる。
本発明の一実施例によれば、前記二つ以上の内部電極を備えたケーブル型二次電池の場合も、前述のように、前記第２分離層と外部電極との間にシート型の電極及び分離層を各々順次に１個以上、望ましくは１個〜２０個をさらに巻き取って形成することができる。
１００ 巻芯
１１０ リチウムイオン供給コア部、ガイド部
１２０ 第１内部電極
１３０ 第１分離層
１４０ 第２内部電極
１５０ 第２分離層
１６０ 外部電極
１７０ 高分子保護被覆
２００ 巻芯
２１０ リチウムイオン供給コア部、ガイド部
２２０ 第１内部電極
２３０ 第１分離層
２４０ 第２内部電極
２５０ 第２分離層
２６０ 外部電極
２７０ 高分子保護被覆
３１０ 第１内部電極活物質層、リチウムイオン供給コア部
３２０ 第１内部集電体
３３０ 高分子フィルム層
４１０ 外部電極活物質層
４２０ 外部集電体
４３０ 高分子フィルム層
５１０ 第２内部電極活物質層
５２０ 第２内部集電体
５３０ 第２内部電極活物質層
５４０ 高分子支持層
５５０ 高分子支持層

Claims (14)

  1. 表面に螺旋状の陰刻または陽刻で形成されたガイド部を備える巻芯と、前記ガイド部の間における巻芯表面の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１内部電極と、前記第１内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第１分離層と、前記第１分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成されたシート型の第２内部電極と、前記第２内部電極の外側に螺旋状に巻き取られて形成された第２分離層と、前記第２分離層の外側に螺旋状に巻き取られて形成された外部電極と、を含む、ケーブル型二次電池。
  2. 前記巻芯が、ワイヤ状、ツイストワイヤ状、中空状、網状、ストリップ状またはメッシュ状である、請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  3. 前記巻芯が、カーボンナノチューブ；ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム−カドミウム合金；または高分子；から形成された、請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  4. 前記巻芯の長手方向に対する垂直断面が、円形、楕円形、四角形または三角形である、請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  5. 前記第１内部電極が、第１内部集電体及び前記第１内部集電体の一面に形成された第１内部電極活物質層を含み、
    前記外部電極が、外部集電体及び前記外部集電体の一面に形成された外部電極活物質層を含み、
    前記第２内部電極は、第２内部集電体及び前記第２内部集電体の両面に形成された第２内部電極活物質層を含む、請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  6. 前記第１内部集電体の他面及び前記外部集電体の他面のうち一つ以上に形成された高分子フィルム層をさらに含む、請求項５に記載のケーブル型二次電池。
  7. 前記第１内部集電体、第２内部集電体及び前記外部集電体のうち一種以上が、フィルム型集電体またはメッシュ型集電体である、請求項５に記載のケーブル型二次電池。
  8. 前記シート型の第１内部電極、第１分離層、第２内部電極、第２分離層及び外部電極が、一方向へ延びたストリップ構造である、請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  9. 前記巻芯が、内部に空間を備え、前記空間に電解質を含むリチウムイオン供給コア部、内部電極集電体コア部または充填コア部が形成された、請求項１に記載のケーブル型二次電池。
  10. 前記内部電極集電体コア部は、カーボンナノチューブ；ステンレス鋼；アルミニウム；ニッケル；チタン；焼成炭素；銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム−カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；または伝導性高分子；から製造された、請求項９に記載のケーブル型二次電池。
  11. 前記リチウムイオン供給コア部が、ゲル状ポリマー電解質及び支持体を含む、請求項９に記載のケーブル型二次電池。
  12. 前記リチウムイオン供給コア部が、液体電解質及び多孔性担体を含む、請求項９に記載のケーブル型二次電池。
  13. 前記充填コア部が、ワイヤ、繊維状、粉末状、メッシュまたは発泡体形状を有する高分子樹脂、ゴムまたは無機物を含む、請求項９に記載のケーブル型二次電池。
  14. 前記第１内部電極及び外部電極が正極であり、かつ前記第２内部電極が負極であるか、または前記第１内部電極及び外部電極が負極であり、かつ前記第２内部電極が正極である、請求項１に記載のケーブル型二次電池。
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