JP2019511099A - 電極組立体及び電極組立体と電池の製造方法 - Google Patents

電極組立体及び電極組立体と電池の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、電極組立体、これを含む電池及びその製造方法に関する。本発明の一実施例に係る電極組立体の製造方法は、分離膜を提供する段階；前記分離膜の第１主面上に少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層を形成する段階；及び前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物を提供する段階；を含む。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、電池技術に関し、より詳細には、電極組立体及び電極組立体と電池の製造方法に関する。
近年、電池産業は、半導体製造技術及び通信技術の発達に伴い、携帯用電子装置に関する産業が膨張し、環境保存及び資源の枯渇による代替エネルギーの開発要求に応じて活発に研究されている。代表的な電池としてのリチウム一次電池は、従来の水溶液系電池に比べて高電圧で、エネルギー密度が高いので、小型化及び軽量化が容易であることから幅広く適用されている。このようなリチウム一次電池は、主に、携帯用電子装置の主電源やバックアップ用電源に使用されている。
二次電池は、可逆性に優れた電極材料を用いて充放電が可能な電池である。このような二次電池は、主に、正極活物質としてリチウム系酸化物を使用し、負極活物質として炭素材を使用している。一般に、二次電池は、電解液の種類に応じて液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池と言い、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池と言う。また、リチウム二次電池は多様な形状に製造されているが、代表的な形状としては、円筒形、角形、及びパウチ型を挙げることができる。また、リチウム二次電池は、正極及び負極物質によってニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、リチウム（Ｌｉ）電池、リチウムイオン電池などに区分されている。このような二次電池は、携帯電話、ノートパソコン、移動型ディスプレイなどの小型電池から電気自動車用バッテリー、ハイブリッド自動車に使用される中大型電池に至るまで、その適用分野が漸次拡大されている。これによって、電池が軽量で、エネルギー密度が高いと共に、優れた充放電速度、充放電効率及びサイクル特性のみならず、高い安定性及び経済性を有することがさらに要求されている。このために、各活物質間、そして、活物質と集電体との間の安定した低抵抗接触を確保するための努力がなされており、概して炭素又はグラフェン粒子などの高い電気伝導性を有する導電材を活物質と共に混合して適用することが従来の接近方法であった。しかし、このような従来の接近法のみでは、優れた充放電速度、容量、効率、寿命、可撓性又は柔軟性というバッテリーに対する新しい要求を満たしにくい。
本発明が解決しようとする技術的課題は、電池性能の劣化無しで形状の変化が容易であり、製造工程が単純であり、エネルギー密度に優れた電極組立体の製造方法及びこれによる電極組立体を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の技術的課題は、上述した利点を有し、これを容易に製造できる電池の製造方法を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明の一実施例に係る電極組立体の製造方法は、分離膜を提供する段階；前記分離膜の第１主面上に少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層を形成する段階；及び前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物を提供する段階；を含む。
前記分離膜は、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム又はこれらの複合構造に気孔が形成されたフィルム形態の分離膜、前記フィルム形態の分離膜にセラミック粒子がコーティングされたセラミックコーティング分離膜、及び高分子繊維を用いて不織布又は織造構造を有する繊維形態の分離膜のうち少なくとも一つを含み得る。前記繊維形態の分離膜は、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、セルロース繊維、ケブラー繊維、ナイロン繊維及びポリフェニレンスルファイド繊維のうち少なくとも一つを含み得る。前記高分子繊維の直径は１ｎｍ以上１００μｍ以下であり得る。前記分離膜の厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下で、気孔度は３０％以上９５％以下であり得る。
前記第１導電性ネットワーク層において前記第１主面と接する面の反対面には、隣接した層と結合するための露出表面が形成され得る。前記第１粒子組成物が前記第１導電性ネットワーク層の内部にのみ提供され、前記露出表面には、前記第１金属繊維を構成するセグメントの終端部又は前記セグメントの少なくとも一部が露出し得る。
前記分離膜の前記第１主面と反対の第２主面上に少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層を形成する段階をさらに含み得る。前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物を提供する段階をさらに含み得る。
前記第１金属繊維が分散された溶媒内に前記分離膜を提供することによって前記第１導電性ネットワーク層を形成することができる。前記第１金属繊維が分散された空気中に前記分離膜を提供することによって前記第１導電性ネットワーク層を形成することができる。
前記第１粒子組成物が提供された前記第１導電性ネットワーク層及び前記分離膜を圧着する段階をさらに含み得る。
前記課題を解決するための本発明の他の実施例に係る電極組立体の製造方法は、少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層を形成する段階；前記第１導電性ネットワーク層を分離膜の第１主面上に積層する段階；及び前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物を提供する段階；を含む。
前記第１導電性ネットワーク層において前記第１主面と接する面の反対面には、隣接した層と結合するための露出表面が形成され得る。前記第１粒子組成物が前記第１導電性ネットワークの内部にのみ提供され、前記露出表面には、前記第１金属繊維を構成するセグメントの終端部又は前記セグメントの少なくとも一部が露出し得る。
前記分離膜の前記第１主面と反対の第２主面上に少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層を積層する段階をさらに含み得る。前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物を提供する段階をさらに含み得る。
カーディング（ｃａｒｄｉｎｇ）工法を使用し、前記第１金属繊維がランダムに配列された繊維層を含む前記第１導電性ネットワーク層を形成することができる。前記繊維層は、熱処理による溶融及び接着剤による接着のうち少なくとも一つによって前記分離膜上に積層され得る。前記繊維層は、前記第１金属繊維以外に繊維型バインダーをさらに含み得る。前記繊維型バインダーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）、ナイロン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、及びこれらの共重合体又はこれらの混合物のうち少なくとも一つを含み得る。
前記課題を解決するための本発明の更に他の実施例に係る電極組立体は、分離膜；前記分離膜の第１主面上に形成された少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層；及び前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に含浸された第１極性の電気的活物質；を含む。
前記分離膜は、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム又はこれらの複合構造に気孔が形成されたフィルム形態の分離膜、前記フィルム形態の分離膜にセラミック粒子がコーティングされたセラミックコーティング分離膜、及び高分子繊維を用いて不織布又は織造構造を有する繊維形態の分離膜のうち少なくとも一つを含み得る。前記繊維形態の分離膜は、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、セルロース繊維、ケブラー繊維、ナイロン繊維及びポリフェニレンスルファイド繊維のうち少なくとも一つを含み得る。前記高分子繊維の直径は１ｎｍ以上１００μｍ以下であり得る。前記分離膜の厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下で、気孔度は３０％以上９５％以下であり得る。
前記第１導電性ネットワーク層において前記第１主面と接する面の反対面は、隣接した層と結合するための露出表面を含み得る。前記第１粒子組成物が前記第１導電性ネットワーク層の内部にのみ提供され、前記露出表面には、前記第１金属繊維を構成するセグメントの終端部又は前記セグメントの少なくとも一部が露出し得る。
前記分離膜の前記第１主面と反対の第２主面上に形成された少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層をさらに含み得る。前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物をさらに含み得る。
前記第１導電性ネットワーク層は、前記第１金属繊維以外に繊維型バインダーをさらに含み得る。前記繊維型バインダーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）、ナイロン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、及びこれらの共重合体又はこれらの混合物のうち少なくとも一つを含み得る。
前記課題を解決するための本発明の更に他の実施例に係る電池の製造方法は、第１主面、及び前記第１主面と反対の第２主面を有する第１分離膜の前記第１主面上に少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層を形成し、前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物が含浸された第１電極組立体を提供する段階；第３主面、及び前記第３主面と反対の第４主面を有する第２分離膜の前記第３主面上に少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層を形成し、前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物が含浸された第２電極組立体を提供する段階；及び前記第１分離膜の前記第２主面と前記第２分離膜の前記第３主面とが互いに対向するように前記第１電極組立体と前記第２電極組立体とを結合する段階；を含む。
前記第１分離膜の前記第２主面上に少なくとも一つ以上の第３金属繊維を含む第３導電性ネットワーク層が形成され得る。前記第１分離膜の前記第２主面上に形成された前記第３金属繊維の繊維密度は、前記第２分離膜の前記第３主面上に形成された前記第２金属繊維の繊維密度より小さくなり得る。前記第２分離膜の前記第４主面上に少なくとも一つ以上の第４金属繊維を含む第４導電性ネットワーク層が形成され得る。
前記第１電極組立体又は前記第２電極組立体と同一の構造の少なくとも一つ以上の電極組立体を、前記第１電極組立体と前記第２電極組立体とが結合された面の反対面に結合する段階をさらに含み得る。
結合された前記第１電極組立体と前記第２電極組立体とを巻き取る段階をさらに含み得る。
本発明の実施例によると、電極組立体を構成する分離膜上に金属繊維で構成された導電性ネットワーク層を形成することによって、電極の集電体として使用される金属ホイル無しで電極組立体を製造できるという点で、電極組立体の製造工程を単純化しながらもエネルギー密度を高めることができる。
また、本発明の実施例によると、電極組立体の繊維的特性によって電気的活物質と導電性ネットワークとが電極構造の全体積内で実質的に均一に混合されているので、電池の容量を調節するために厚さを増加させようとする場合にも、電池性能の劣化がないことからその体積が多様に選択され得る。
また、本発明の実施例によると、繊維状の電極構造が持つ成形容易性のために、積み、曲げ及び巻きなどの方法で３次元的な電池を製造することができ、円筒形以外に角形、パウチ型又は服及びかばんなどの繊維製品に一体化される多様な電池を容易に製造することができる。
本発明の一実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の一実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例に係る電極組立体の一部が拡大された状態を示す参照図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の更に他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の更に他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の更に他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図である。 本発明の一実施例に係る電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例によって製造された電池の分解斜視図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
本発明の各実施例は、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。下記の実施例は、多くの他の形態に変形可能であり、本発明の範囲が下記の実施例に限定されることはない。むしろ、これらの実施例は、本開示をさらに充実且つ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。また、以下の図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張したものであり、図面上の同一の符号は同一の要素を称する。本明細書で使用された「及び／又は」という用語は、該当の列挙された項目のうちいずれか一つ及び一つ以上の全ての組み合わせを含む。
本明細書で使用された用語は、特定の実施例を説明するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用された単数の形態は、文脈上、他の場合を明確に指摘するものでない限り、複数の形態を含み得る。また、本明細書で使用された「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、言及した各形状、数字、段階、動作、部材、要素及び／又はこれらのグループの存在を特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素及び／又はグループの存在又は付加を排除するものではない。
本明細書において、「第１」、「第２」などの用語が多様な部材、部品、領域、層及び／又は部分を説明するために使用されるが、これらの部材、部品、領域、層及び／又は部分がこれらの用語によって限定されてはならない。これらの用語は、一つの部材、部品、領域、層又は部分を他の領域、層又は部分と区別するためにのみ使用される。よって、以下で説明する「第１」部材、部品、領域、層又は部分は、本発明の教示から逸脱しなくても「第２」部材、部品、領域、層又は部分を称することができる。
図１ａは、本発明の一実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図で、図１ｂは、本発明の他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図である。また、図１ｃは、本発明の一実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するためのフローチャートである。以下で、図１ａ及び図１ｂを参照して図１ｃの電極組立体の製造方法を説明する。
分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１又は第１主面Ｓ１と第２主面Ｓ２上に少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗが提供され、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２が形成され得る（Ｓ１００）。図１ａを参照すると、分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１上に少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗが提供され、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１が形成され得る。また、図１ｂを参照すると、分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１及び第１主面Ｓ１と反対の第２主面Ｓ２上に少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗが提供され、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び第２導電性ネットワーク層ＦＬ２が形成され得る。
電極組立体を製造するために、図１ａを参照すると、まず、第１主面Ｓ１及び前記第１主面Ｓ１と反対の第２主面Ｓ２を有する分離膜ＳＰを提供する。このような分離膜ＳＰは、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム又はこれらの複合構造に気孔が形成されたフィルム形態の分離膜、前記フィルム形態の分離膜にセラミック粒子がコーティングされたセラミックコーティング分離膜、及び高分子繊維を用いて不織布又は織造構造を有する繊維形態の分離膜のうちいずれか一つ以上であり得る。
分離膜ＳＰは、電解質が充填され、イオン伝達が容易な多孔性材料を含み得る。多孔性材料を含む分離膜ＳＰは多孔性マトリックスを形成することができる。例えば、多孔性材料は、ポリマー系微細多孔膜、織布、不織布及びセラミック又はこれらの組み合わせであり得る。また、分離膜ＳＰは、真性固体高分子電解質膜又はゲル固体高分子電解質膜をさらに含み得る。真性固体高分子電解質膜は、例えば、直鎖ポリマー材料、又は架橋ポリマー材料を含み得る。ゲル固体高分子電解質膜は、例えば、塩を含む可塑剤含有ポリマー、フィラー含有ポリマー及び純ポリマーのうちいずれか一つ又はこれらの組み合わせであり得る。
分離膜ＳＰは、繊維形態の多孔性ウェブ（ｗｅｂ）構造を有してもよい。前記多孔性ウェブは、長繊維で構成されたスパンボンド（Ｓｐｕｎｂｏｎｄ）又はメルトブローン（Ｍｅｌｔ ｂｌｏｗｎ）形態であり得る。繊維形態の分離膜の素材としては、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、セルロース繊維、ケブラー繊維、ナイロン繊維、ポリフェニレンスルファイド繊維などの高耐熱性素材を使用し、これを電気放射、湿式放射、溶融放射の方法を通じて製造して使用することができる。
繊維形態の分離膜は不織布又は織物構造であり得る。不織布構造の分離膜は、電気放射、湿式放射、溶融放射後に放射された各繊維を不規則的に配列して製造する方法、繊維フィラメントを水や溶媒に分散させて沈降させることによって製造する湿式法（ｗｅｔ−ｌａｉｄ）、繊維フィラメントを空気中に分散させて沈降させることによって製造する乾式法（ａｉｒ−ｌａｉｄ）、カード機を用いて繊維フィラメントを分散させて製造するカーディング（ｃａｒｄｉｎｇ）方法などで繊維フィラメントを分散させた後、ニードルパンチングを通じた交絡及び熱と圧力による部分的な融着方法などを通じて結着させて製造することができる。このとき、高分子繊維の直径は１ｎｍ以上１００μｍ以下であってもよく、１０ｎｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。
分離膜ＳＰは、単層膜又は多層膜であり得る。また、前記多層膜は、同一の単層膜の積層体であってもよく、他の材料で形成された単層膜の積層体であってもよい。例えば、前記積層体は、ポリオレフィンなどの高分子電解質膜の表面にセラミックコーティング膜を含む構造を有してもよい。
一実施例において、分離膜ＳＰの素材としては、１００℃以上の高温で収縮及びねじれが発生することなく、形態を維持できる素材が使用され得る。このために、分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１及び第２主面Ｓ２上に形成されたセラミック層や分離膜ＳＰの多孔性マトリックスの内部に変形防止部材が含まれ得る。前記変形防止部材は、耐熱性、強度、弾性力などの分離膜の特性を維持することができる。例えば、前記変形防止部材としては繊維補強材が例示され得る。
一実施例において、分離膜ＳＰの気孔の大きさ及び気孔度は特に制限されないが、前記気孔度は３０％以上９５％以下であってもよく、気孔の平均直径は１ｎｍ以上１０μｍ以下の範囲であってもよい。前記気孔の大きさ及び気孔度がそれぞれ１ｎｍ及び約３０％より小さい場合は、液状電解液前駆体の移動低下によって十分な電解質の含浸が難しく、前記気孔の大きさ及び気孔度が約１０μｍ及び９５％より大きい場合は、機械的物性を維持しにくくなるおそれがある。
一実施例において、分離膜ＳＰの気孔の大きさは、後述する粒子組成物の粒子の大きさより小さくなり得る。分離膜ＳＰの気孔の大きさが粒子組成物の粒子の大きさより小さくなることによって、第１極性（正極又は負極）の電極組立体と前記第１極性と反対の第２極性の電極組立体との間で発生する内部短絡現象が防止され得る。気孔の大きさは１ｎｍ以上１０μｍ以下に該当するものであって、各金属繊維１０Ｗの直径より小さいことが好ましい。
一実施例において、分離膜ＳＰの厚さは大きく制限されないが、５μｍ以上３００μｍ以下の範囲であってもよく、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲であることが好ましい。分離膜ＳＰの厚さが５μｍ未満である場合は機械的物性を維持しにくく、分離膜ＳＰの厚さが３００μｍを超える場合は抵抗層として作用し、出力電圧を降下させ、電池の柔軟性が低下するおそれもある。
一実施例において、各金属繊維を分離膜ＳＰ上に提供する方法として、各金属繊維が分散された水又は溶媒内に分離膜ＳＰを浸した後で溶媒を除去する方法（ｗｅｔ−ｌａｉｄ）で分離膜上に各金属繊維を提供することができる。このとき、溶媒内にセルロース、カルボキシメチルセルロース、アクリル酸高分子、ポリビニルアルコールなどの水又は溶媒に溶けるバインダー物質をさらに提供することができる。前記バインダー物質により、各金属繊維１０Ｗ間の結合と同時に、各金属繊維１０Ｗと分離膜ＳＰとの間の強いボンディングが達成され得る。各金属繊維１０Ｗは、密度差によって溶媒内に沈殿されて分離膜ＳＰ上に提供され得る。
少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗは電子の伝達経路として使用され得る。この場合、電極組立体には、従来に集電体として主に使用される金属ホイルが省略され得る。各金属繊維１０Ｗは、ランダムに互いに絡み合った不織布構造を含み得る。各金属繊維１０Ｗは、大略的に曲がった不規則な形態を有しながら物理的接触又は化学的結合を通じて互いに電気的に接続され、一つの導電性ネットワークを形成する。第１導電性ネットワーク層ＦＬ１又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２は、各金属繊維１０Ｗが反れたり折れて互いに絡み合いながら接触又は結合することによって形成されるので、内部に気孔を有しながらも機械的に堅固であり、繊維的特性のために可撓性を有し、電極組立体全体に対して可撓性を付与するだけでなく、分離膜ＳＰの表面に固定される各金属繊維１０Ｗは分離膜ＳＰの強度を補強することができる。前記各金属繊維１０Ｗ間の各気孔を介して電解質が容易に侵入し、前記電解質を通じて電池化学反応のためのリチウムイオンなどの陽イオンが伝達成され得る。
第１導電性ネットワーク層ＦＬ１又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２は、各金属フィラメント、各カーボンファイバー、各導電性ポリマーファイバー、金属層、導電性ポリマー層又はカーボン層がコーティングされた各ポリマーファイバー（例えば、金属がコーティングされたポリオレフィンファイバー）、又は各中空型金属ファイバー（例えば、カーボンファイバー又はポリマーファイバーで犠牲コアを製造し、前記犠牲コア上に金属層をコーティングした後、前記犠牲コアを酸化又は燃焼させることによって除去し、金属層を残留させた各ファイバー）を含み得る。
また、前記各金属フィラメントは、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、銅、銀、金、コバルト、亜鉛、上述した電気的活物質、又はこれらの合金などの金属を含む繊維体であり得る。例えば、正極の場合は、高い電位領域で酸化されないアルミニウムフィラメント又はその合金が使用され、負極の場合は、低い作動電位で電気化学的に非活性である銅、ステンレス鋼、ニッケルフィラメント又はこれらの合金が使用され得る。他の実施例において、これらの材料は、上述した各金属が順次羅列された積層構造を有してもよく、熱処理によって部分的に酸化された層や層間化合物を含んでもよい。また、各金属フィラメントは、互いに異なる種類の金属で形成され、異種の金属フィラメントが各電極組立体の導電性ネットワーク内に形成され得る。
前記各金属フィラメントは、１μｍ〜２００μｍの範囲内の厚さを有することができる。前記各金属フィラメントの厚さが１μｍ未満である場合は、均一な物性、例えば、均一な抵抗を有する各フィラメントの成形が難しく、電気的活物質のコーティングも難しくなる。また、各金属フィラメントの厚さが２００μｍを超える場合は、各金属フィラメントの体積当たりの表面積が減少し、表面積の増加による電池性能の向上を得ることが難しく、エネルギー密度も減少するだけでなく、電極組立体の内部に含浸された電気的活物質の束縛効果が低下し、反復的な充放電中に電気的活物質が導電性フィラメントから脱落することによって電池のサイクル特性が劣化し得る。
導電性ネットワークを構成する各金属フィラメントの長さ及び厚さのうちいずれか一つ以上が互いに異なる場合もある。例えば、長いフィラメントと短いフィラメントとを混用することによって電極組立体を形成することができる。長いフィラメントに対する短いフィラメントの長さの比率は１％〜５０％の範囲内であり得る。長いフィラメントは電極組立体の全体の導電率及び機械的強度を決定し、短いフィラメントは、活物質と長いフィラメントとの間の電子伝達経路又は各長いフィラメント間の電気的連結を向上させることによって電池の内部抵抗を決定することができる。
各金属フィラメントは、金属が持つ他の材料に比べて相対的に優れた耐熱性、可塑性及び電気伝導性を有しながら、不織布加工などの繊維製造工程が可能であるという利点を同時に有する。よって、前記金属フィラメントを用いると、実質的に５ｍｍ以上の全長範囲でこのような材料的利点がそのまま維持され得るので、他の材料に比べて交絡工程や熱工程の工程負担が小さく、製造工程ウィンドウが相対的に広いという利点を得ることができる。
前記溶媒は、バインダーが溶解された水を含み得る。例えば、バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルエチルセルロース又はメチルセルロースを含み得る。
他の実施例において、各金属繊維１０Ｗは、空気中に分散（ａｉｒ−ｌａｉｄ）されて分離膜ＳＰ上に提供され得る。例えば、各金属繊維１０Ｗは、エアコンプレッサなどの分散装備によって分散されて分離膜ＳＰ上に提供され得る。前記分散装備の圧力の強さにより、各金属繊維１０Ｗが分離膜ＳＰ上に分散される速度及び分散量が調節され得る。
前記第１導電性ネットワーク層ＦＬ１又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２は、前記各金属繊維１０Ｗ以外に繊維型バインダーをさらに含み得る。前記繊維型バインダーは、フィラメント形状の高分子材料である。前記繊維型バインダーは、アスペクト比が２〜１０５範囲内のフィラメントである。
繊維型バインダーは、繊維化が有利な高分子材料で形成され得る。このような繊維型バインダーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）、ナイロン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、及びこれらの共重合体又はこれらの混合物を含み得る。湿式（ｗｅｔ−ｌａｉｄ）方式で第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２を形成するときの構成成分として、金属フィラメントと共に繊維型バインダーがさらに使用され得る。また、乾式（ａｉｒ−ｌａｉｄ）方式で第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２を形成するときにも、構成成分として金属フィラメントと共に繊維型バインダーが使用され得る。このとき、繊維型バインダーの含量は１％以上７０％以下であることが好ましく、繊維型バインダーの直径は１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
一実施例において、分離膜ＳＰと各金属繊維１０Ｗとの間の結合は、分離膜ＳＰ及び各金属繊維１０Ｗのうちいずれか一つが加熱、赤外線、紫外線、電子ビーム又は超音波などのエネルギーによって一部が溶融され、これらが接着することによって達成されたり、これらの全てが部分的に溶融され、これらが接着することによって達成され得る。このような工程によると、バインダーが使用されないので環境負荷が減少するという利点がある。他の実施例において、分離膜ＳＰと各金属繊維１０Ｗは、分離膜ＳＰと各金属繊維１０Ｗとの間のバインダーによって結合され得る。例えば、前記バインダーは、アクリル系接着剤又はエポキシ系接着剤であり得る。また、他の実施例において、セグメント化された各金属繊維１０Ｗの一端部が分離膜ＳＰに差し込まれたり分離膜ＳＰ内に入り込むことによって、各金属繊維１０Ｗと分離膜ＳＰとの間の堅固な結合が達成され得る（図１ｄ参照）
前記粒子組成物は、分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１上に形成された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１の気孔内に提供され得る。また、図１ｂに示したように、前記粒子組成物は、分離膜ＳＰの第２主面Ｓ２上に形成された第２導電性ネットワーク層ＦＬ２の気孔内に提供されてもよい。このとき、第２導電性ネットワーク層ＦＬ２の気孔内に提供される第２極性の電気的活物質は、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１の気孔内に提供される第１極性の電気的活物質と反対の極性を有することができる。
前記電気的活物質は粒子形態であり、電気的活物質は０．１μｍ〜１００μｍの大きさを有する粒子であり得る。前記粒子組成物内には、電気的活物質以外に、バインダー、導電材及び多孔性セラミック粒子から選ばれたいずれか一つ又は２以上の組み合わせから選ばれた外添剤が含まれ得る。したがって、第１極性の電気的活物質を含む粒子組成物は各金属繊維１０Ｗの気孔内に提供され得る。
一実施例において、前記粒子組成物は、スラリー又は粉末形態で分離膜ＳＰ上に提供され、導電性ネットワーク内の気孔を介して含浸され得る。また、他の実施例において、前記粒子組成物は、まず、分離膜ＳＰ上に提供されていない各金属繊維１０Ｗ上にコーティングされた後で分離膜ＳＰ上に提供されてもよい。
一実施例において、粒子組成物は１，０００ｃＰ（ｃｅｎｔｉ−ｐｏｉｓｅ）超過〜１０，０００ｃＰ未満範囲の粘度を有することができる。粒子組成物の粘度が１，０００ｃＰ未満である場合は、粒子組成物の粘性が相対的に緩くなり、電池の製造工程で粒子組成物が流れ落ちてしまい、電池を製造する工程が難しくなり得る。また、粒子組成物の粘度が１０，０００ｃＰを超える場合は、粒子組成物が硬い固形の状態になり、電池内のイオン又は化合物の流動を妨害し得る。したがって、粒子組成物の粘度は１０００ｃＰ超過〜１０，０００未満の範囲であることが好ましい。
図１ａ及び図１ｂは、単一の分離膜ＳＰに少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗが提供される場合を例示しているが、本発明がこれに限定されることはなく、分離膜ＳＰは、後述する図３ａ〜図３ｃのように２個以上であってもよい。この場合、２個以上の分離膜は、その形状及び材料が同一又は異なり得る。
図１ｄは、本発明の一実施例に係る電極組立体の一部が拡大された状態を示す参照図である。
図１ｄを参照すると、分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１上に形成された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１を含む電極組立体は粒子形態の活物質１２を含んでいる。電極組立体は、正極及び負極のうちいずれか一つであってもよく、本発明がこれに限定されることはない。
第１導電性ネットワーク層ＦＬ１は、少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗがランダムに配列されて互いに物理的に接触し、反れたり折れて互いに絡み合うことによって互いに機械的に締結され、気孔を有する一つの導電性ネットワークを形成することができる。一実施例において、前記導電性ネットワークは不織布構造を形成することができる。前記各金属繊維１０Ｗは、必要に応じて、２以上の互いに異なる種類の金属又は長さが異なる金属を含んでもよい。各金属繊維１０Ｗは、大略的に直線形態及び屈曲形態を示しているが、本発明の他の実施例として、各金属繊維１０Ｗは、カール状又は螺旋状などの他の規則的及び／又は不規則な形状を有するように成形されてもよい。
一実施例において、電極組立体の各金属繊維１０Ｗ内に活物質１２を含むか、各金属繊維１０Ｗ上に活物質１２をコーティングすることによって正極又は負極が提供され得る。特に、活物質１２は、各金属繊維１０Ｗで構成された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１内に含浸され得る。すなわち、活物質１２は、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１において分離膜ＳＰと接する領域に該当する内部領域ＦＬ１−Ａに含浸され得る。これによって、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１において第１主面と接する面の反対面ＦＬ１−Ｂには、活物質１２が存在しないか、微々たる程度の活物質１２のみが存在し得る。
図１ｄを参照すると、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１の露出表面ＦＬ１−Ｂには、活物質１２が存在しないか、微々たる程度の活物質１２のみが存在することによって、各金属繊維１０Ｗを構成するセグメントの終端部又はセグメントの少なくとも一部が露出し得る。各金属繊維１０Ｗのそれぞれは、終端部が切開されたセグメントで構成され得る。このようなセグメントは、曲がった不規則な形態を有し、反れたり折れて互いに絡み合いながら接触又は結合することによって導電性ネットワークを形成することができる。各金属繊維１０Ｗを含む第１導電性ネットワーク層ＦＬ１の内部領域ＦＬ１−Ａにのみ活物質１２が含浸されることによって、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１の露出表面ＦＬ１−Ｂには、各金属繊維１０Ｗを構成するセグメントの終端部やセグメントの少なくとも一部（例えば、各金属繊維の折れ又は反りなどによる環状セグメントの一部、角形セグメントの一部、カール状セグメントの一部、螺旋状セグメントの一部を含む）が露出し得る。よって、露出したセグメントの終端部やセグメントの少なくとも一部により、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１上に結合する他の導電性ネットワーク層又は他の電極組立体との結合力が増加し得る。すなわち、露出したセグメントの終端部やセグメントの一部が他の導電性ネットワーク層又は他の電極組立体内に存在する活物質又は各金属繊維間に差し込まれたり互いに絡み合うことによってバインディングが達成され得る。よって、本発明によると、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１に露出表面ＦＬ１−Ｂが形成されることによって、別途の部材や追加工程がなくても、他の導電性ネットワーク層や他の電極組立体との結合力を増大させることができる。また、可撓性を有する電極組立体に反りがある場合にも、露出表面ＦＬ１−Ｂに露出したセグメントの終端部やセグメントの一部が他の導電性ネットワーク層又は他の電極組立体内に差し込まれたり互いに絡み合う作用が持続的に維持されることによって層間の結合力がより増大し得る。
一実施例において、粒子形態の活物質１２は、各金属繊維１０Ｗによって提供される熱伝導ネットワーク内に束縛され、活物質１２が前記熱伝導ネットワークに強く束縛されるように、各金属繊維１０Ｗを形成する導電性ネットワーク内の気孔の大きさ及び気孔度は適宜調節され得る。前記気孔の大きさ及び気孔度は、各金属繊維１０Ｗの電極組立体内で活物質１２との混合重量比を調節することによって調節され得る。
一実施例において、正極の場合、前記電気的活物質１２は、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４及びＬｉＶ２Ｏ５などの物質であってもよく、これらは例示的なものに過ぎなく、本発明がこれによって限定されることはない。例えば、正極用電気的活物質は、リチウム、ニッケル、コバルト、クロム、マグネシウム、ストロンチウム、バナジウム、ランタン、セリウム、鉄、カドミウム、鉛、チタン、モリブデン又はマンガンを含む２成分系以上の酸化物、リン酸塩、硫化物、フッ化物又はこれらの組み合わせから選択され得る。例えば、正極用電気的活物質は、Ｌｉ［Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ］Ｏ２などの３成分系以上の化合物であり得る。
一実施例において、負極の場合、前記電気的活物質１２は、炭素材料（軟化炭素又は硬化炭素である低結晶炭素／天然黒鉛、キッシュグラファイト（Ｋｉｓｈ ｇｒａｐｈｉｔｅ）、熱分解炭素、液晶ピッチ系炭素繊維、メソカーボンマイクロビーズ（ｍｅｓｏ−ｃａｒｂｏｎ ｍｉｃｒｏｂｅａｄｓ）、中間相ピッチ（Ｍｅｓｏｐｈａｓｅ ｐｉｔｃｈｅｓ）、石油又は石炭系コークス（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｏｒ ｃｏａｌ ｔａｒ ｐｉｔｃｈ ｄｅｒｉｖｅｄ ｃｏｋｅｓ）などの高温焼成を含む高結晶炭素／ケチェンブラック（Ｋｅｔｊｅｎ Ｂｌａｃｋ）／アセチレンブラック／金属リチウム／シリコン（Ｓｉ）又はシリコン酸化物などのシリコン系化合物／スズ（Ｓｎ）、その合金又はＳｎＯ２などのＳｎ系化合物／ビスマス（Ｂｉ）又はその化合物／鉛（Ｐｂ）又はその化合物／アンチモン（Ｓｂ）及びその化合物／亜鉛（Ｚｎ）及びその化合物／鉄（Ｆｅ）及びその化合物／カドミウム（Ｃｄ）及びその化合物／アルミニウム（Ａｌ）又はその化合物を含んでもよく、本発明がこれに制限されることはない。例えば、前記電気的活物質は、リチウムの挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）／放出（ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）、又は合金化／脱合金化が可能な他の金属、準金属、非金属、又はこれらの酸化物、窒化物、フッ化物などの化合物を含んでもよい。また、ＮａＳ電池に適したナトリウム、又は他の酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物及びテルル化物のうち少なくともいずれか一つを含んでもよい。ゲル化又は固体化された電解質は、各金属繊維１０Ｗ及び活物質１２間に提供される気孔に強く束縛され、また、粒子形態の活物質１２の界面全体にわたって接触した形態を有する。よって、電解質は、活物質１２に対する濡れ性／接触性が向上し、その結果、電解質と活物質１２との間の接触抵抗が減少し、電気伝導度が向上し得る。
一実施例において、電極組立体の粒子形態の活物質１２が強く束縛されるようにバインダーがさらに添加され得る。バインダーは、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＰＶＤＦ−ｃｏ−ＨＦＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフッ化エチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ：ＳＢＲ）、ポリイミド、ポリウレタン系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、及びエチレンプロピレンジエン共重合体（ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ｄｉｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＥＰＤＭ）などのポリマー系材料であり得る。これらの例によって本発明が限定されることはなく、バインダーの材料としては、電解質に溶解されないと共に、電気化学的環境下で所定の結合力を有しながら安定性を有する材料であればいずれも可能である。
一実施例において、電極組立体の電気伝導度が向上するように導電材がさらに添加され得る。導電材は、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック及び超微細グラファイト粒子などのファインカーボン（ｆｉｎｅ ｃａｒｂｏｎ）、ナノ金属粒子ペースト、又はＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）ペースト又は炭素ナノチューブなどの比表面積が大きく、抵抗が低いナノ構造体であってもよい。
他の実施例として、図示してはいないが、上述した電極組立体に多孔性セラミック粒子がさらに添加され得る。前記多孔性セラミック粒子は、例えば、多孔性シリカを含み得る。前記多孔性セラミック粒子は、電極組立体内に電解質が含浸されることを容易にすることができる。
電解質は、電極の外装材内で電極組立体内に吸収され得る。例えば、電解質は、塩を含む適切な水系電解液が電極組立体の伝導性ネットワーク及び／又は分離膜ＳＰに吸収され得る。このために、電解質は、電解質塩、電解質溶媒、架橋可能な単量体、及び単量体を架橋及び／又は重合するための熱開始剤を含んでもよく、粘性及び弾性を制御するために非架橋高分子をさらに含んでもよい。
電解質は、電極組立体内に該当の活物質が含浸された後で適用され得る。例えば、電極の一側表面又は全体表面に電解質が注入又はコーティングされたり、電極を電解質が入っている槽（ｂａｔｈ）内に浸漬することによって電解質を電極組立体内に陥入させることができる。また、他の実施例では、活物質のスラリーと電解質とを混合スラリーの形態で電極組立体内に共に含浸してもよい。
電解質は、電解質塩として、リチウム塩であるＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣ４ＢＯ８及び（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉのうちいずれか一つ又は２以上の混合物を含み得る。これらの材料は例示的であり、本発明がこれに限定されることはない。例えば、前記リチウム塩は、リチウムアセチルアセテート、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム又はテトラフェニルホウ酸リチウムであってもよく、イオン化が可能な他の塩であってもよい。また、前記電解質塩は、活物質上に堅固な固体電解質被膜（ｓｏｌｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を形成するために、ＮａＣｌＯ４、ＫＣｌＯ４、ＮａＰＦ６、ＫＰＦ６、ＮａＢＦ４、ＫＢＦ４、ＮａＣＦ３ＳＯ３、ＫＣＦ３ＳＯ３、ＮａＡｓＦ６及びＫＡｓＦ６からなる群から選ばれるいずれか一つ又はこれらのうち２種以上の混合物を含むアルカリ金属塩を含んでもよい。また、電解質は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣＬ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）及び硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などの塩を含み得る。
前記電解質溶媒は、環形又は非環形エーテル、アセトアミドなどのアミド、エステル、線形カーボネート、環形カーボネート又はこれらの混合物を含み得る。前記エステルは、スルホレンカルボン酸エステル、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、σ−バレロラクトン及びε−カプロラクトンからなる群から選ばれるいずれか一つ又はこれらのうち２種以上の混合物を含む。前記線形カーボネート化合物の具体的な例としては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）及びエチルプロピルカーボネート（ＥＰＣ）からなる群から選ばれたいずれか一つ又はこれらのうち２種以上の混合物を挙げることができる。前記環形カーボネートの具体的な例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、１，２−ブチレンカーボネート、２，３−ブチレンカーボネート、１，２−ペンチレンカーボネート、２，３−ペンチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、及びこれらのハロゲン化物からなる群から選ばれるいずれか一つ又はこれらのうち２種以上の混合物を挙げることができる。これらの材料は例示的であり、他の公知の電解液が使用されてもよい。
Ｓ１０２段階後に、粒子組成物が含浸された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２と分離膜ＳＰとを圧着する（Ｓ１０４）。前記圧着段階（Ｓ１０４）により、電極組立体は所定の厚さを有する板状構造になり得る。前記圧着段階（Ｓ１０４）は、ロールプレスを用いて行うことができ、電極の容量密度を高め、導電性ネットワークと電気的活物質との間の接着性を増加させることができる。
一実施例において、必要に応じて、例えば、分離膜ＳＰ上の各金属繊維１０Ｗの導電性ネットワーク内にバインダー粒子又はプリコーディングされたバインダーが含有されている場合、前記圧着段階（Ｓ１０４）の間、分離膜ＳＰ上の各金属繊維１０Ｗに前記バインダーを溶融させるためのエネルギーを印加することができる。前記エネルギーは、熱及び／又は紫外線照射であり得る。前記エネルギーは、バインダーの種類に応じて適宜選択できるが、通常、加熱段階は、比較的低温、例えば、５０℃以上４００℃以下で行われ、１００℃以上３００℃以下で行われることが好ましい。前記圧着段階（Ｓ１０４）は、電極組立体の表面を一方向に加圧して圧着することができ、これによって電極組立体が形成され得る。
図２ａは、本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図で、図２ｂは、本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するための参照図である。また、図２ｃは、本発明の更に他の実施例に係る電極組立体の製造方法を説明するためのフローチャートである。以下で、図２ａ及び図２ｂを参照して図２ｃの電極組立体の製造方法を説明する。
少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗを含む第１導電性ネットワーク層、又は第１導電性ネットワーク層と第２導電性ネットワーク層を形成することができる（Ｓ２００）。図２ａを参照すると、本発明の他の実施例に係る電極組立体を製造するために、少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗを用いて一つの第１導電性ネットワーク層ＦＬ１を形成することができる。また、図２ｂを参照すると、少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗを含む第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び第２導電性ネットワーク層ＦＬ２を形成することができる。第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び第２導電性ネットワーク層ＦＬ２は各金属繊維１０Ｗで構成された繊維層であり得る。このような繊維層は、各金属繊維以外に繊維型バインダーをさらに含み得る。繊維層は、繊維型バインダーを各金属繊維とランダムに混ぜた後、交絡などの工程を通じて不織布構造を得たり、繊維混紡工程を通じてこれらの結合構造を得ることができる。
繊維型バインダーは繊維化が有利な高分子材料を含み得る。例えば、繊維型バインダーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）、ナイロン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、これらの共重合体などの誘導体又は混合物を含み得る。このとき、繊維型バインダーの含量は１％以上７０％以下であることが好ましく、繊維型バインダーの直径は１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。このような材料は例示的であり、本発明がこれに限定されることはない。繊維型バインダーは、高強度、高弾性、自己収縮性繊維などの機械的な又は耐熱性を有する機能性高分子材料をさらに含み得る。このような繊維型バインダーは、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２の引張力の強化及び各高分子繊維の弾性による復元力を向上させることによって、フレキシブル電池の使用時の塑性変形を減少又は抑制し、電池の寿命を向上させることができる。
各金属繊維１０Ｗは、所定の長さを有するようにセグメント化された複数のものであり得る。一部の実施例では、不織布構造の繊維層を形成するために、前記各金属繊維を約５ｃｍ〜８ｃｍ程度の長さを有するようにセグメント化してもよい。一実施例において、繊維層を形成するために、少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗは適切な支持平面上にランダムに展開され得る。この場合、各金属繊維１０Ｗは、単一層であってもよく、数個〜数百個の層の厚さで積層されたものであってもよい。それによって、各金属繊維はランダムに配列され、不織布構造を有するように提供され得る。少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗを含む繊維層はカーディング（ｃａｒｄｉｎｇ）工法によって形成され得る。
一実施例において、ランダムに展開された各金属繊維１０Ｗを棒で打くことによって各金属繊維１０Ｗが変形可能であり、このような変形により、各金属繊維１０Ｗは互いに絡み合って不織布構造を形成することができる。繊維層内の各金属繊維１０Ｗは、互いに物理的に接触し、多少粗い導電性ネットワークを形成する。選択的には、適切な熱処理を通じて、各金属繊維１０Ｗ間の化学的結合を確保することもできる。この場合、例えば、１００℃以上１２００℃以下で熱処理され得る。
一実施例において、まず、各金属繊維１０Ｗに電気的活物質が均一にプリコーディング（ｐｒｅ−ｃｏａｔｉｎｇ）されてもよい。このために、微細化された電気的活物質粒子及びバインダーの混合組成物を適切な溶媒を用いて分散させた後、その結果物中に金属繊維１０Ｗを浸漬させ、乾燥工程を通じて前記溶媒を除去することによって、前記電気的活物質がコーティングされた金属繊維を得ることもできる。プリコーディングされる電気的活物質は、導電性ネットワーク内に侵入する電気的活物質１２と同一であるか、化学的親和度を有する他の種類の活物質であり得る。又は、電解液による各金属繊維１０Ｗの侵食を防止するために、前記プリコーディング層は、耐食性を有する他の金属又は金属酸化物コーティング体を含んでもよい。
少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗを圧着することによって繊維層を形成することができる。前記圧着過程は、少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗの表面を一方向に加圧して圧着することができ、これによって隣接する各金属繊維が他の層の各金属繊維と互いに絡み合って物理的に接触することによって、繊維層の全体積にわたって導電性ネットワークが形成され得る。前記圧着過程により、少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗから形成された繊維層は所定の厚さを有する板状構造になり得る。
一実施例において、繊維層内の各金属繊維１０Ｗは、繊維的特性を用いて互いに交絡されて結合され得る。少なくとも一つ以上の金属繊維１０Ｗは、互いに機械的に結合されて一体化され得る。一つの金属繊維１０Ｗと他の一つの金属繊維１０Ｗとは、ニードルパンチ法、スパンレース法、ステッチボンド法又は他の適切な方法による機械的接着によって結合され得る。前記ニードルパンチ法は、フックが付着した多くの針（ｎｅｅｄｌｅｓ）を垂直に導電性ネットワークが形成された各金属繊維に入れてから抜くことを繰り返すことによって各金属繊維１０Ｗを互いに交絡させる方法であり、前記針の形状を適宜設計し、ベロア（ｖｅｌｏｕｒｓ）の不織布を作ることができる。前記スパンレース法は、針の代わりに高速ジェットの水を用いて各金属繊維１０Ｗを互いに交絡させる方法であり、水流交絡法とも言う。前記ステッチボンド法は、前記電極組立体に沿って裁縫する方法である。
繊維層は、各金属繊維１０Ｗ同士が互いに交絡されることによって一体化されるので、各金属繊維１０Ｗの量を減少させると、気孔が大きいと共に柔軟な製品を作ることができる。また、各金属繊維１０Ｗが互いに分離可能に物理的に接触しており、分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１に水平な方向にのみ引張強度を向上させることを考慮すると、第１主面Ｓ１及び第２主面Ｓ２に垂直な方向への収縮膨張や限定された体積内での内部体積変化の吸収が容易であり、充電又は放電時に発生し得る電極の体積変化に柔軟に対応することができる。これによって、各金属繊維１０Ｗを用いて形成された繊維層は、電極のクラックなどの非可逆性をもたらさないので、電池の寿命が向上し得る。
Ｓ２００段階後に、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１又は第１導電性ネットワーク層ＦＬ１と第２導電性ネットワーク層ＦＬ２を分離膜ＳＰ上に積層することができる（Ｓ２０２）。図２ａを参照すると、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１は、熱処理によって溶融され、分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１に積層され得る。また、図２ｂを参照すると、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１が分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１上に積層され、第２導電性ネットワーク層ＦＬ２が分離膜ＳＰの第２主面Ｓ２上に積層され得る。
一実施例において、分離膜ＳＰ上の各金属繊維１０Ｗが含まれた第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２を溶融させるために、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２にエネルギーを印加することができる。前記エネルギーは、熱及び／又は紫外線照射であり得る。前記エネルギーは、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２の種類に応じて適宜選択できるが、通常、加熱段階は、比較的低温、例えば、５０℃以上４００℃以下で行われ、１００℃以上３００℃以下で行われることが好ましい。
他の実施例において、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２は、接着剤によって分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１及び第２主面Ｓ２に結合され得る。例えば、前記接着剤は、アクリル系接着剤又はエポキシ系接着剤であり得る。
Ｓ２０２段階後に、粒子形態の電気的活物質を含む粒子組成物が、分離膜ＳＰと結合された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２の気孔内に提供され得る（Ｓ２０４）。前記電気的活物質は粒子形態であり、電気的活物質は０．１μｍ〜１００μｍの大きさを有する粒子であり得る。前記粒子組成物内には、電気的活物質以外に、バインダー、導電材及び多孔性セラミック粒子から選ばれたいずれか一つ又は２以上の組み合わせから選ばれた外添剤が含まれ得る。第１極性の電気的活物質を含む粒子組成物は第１導電性ネットワーク層ＦＬ１の気孔内に提供され得る。また、第２極性の電気的活物質を含む粒子組成物は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２の気孔内に提供され得る。このとき、第２導電性ネットワーク層ＦＬ２の気孔内に提供される第２極性の電気的活物質は、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１の気孔内に提供される第１極性の電気的活物質と反対の極性を有することができる。
図２ａを参照すると、前記粒子組成物は、スラリー又は粉末形態で分離膜ＳＰと結合された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１上に提供され、気孔を介して含浸され得る。また、図２ｂを参照すると、粒子形態の電気的活物質を含む粒子組成物が、分離膜ＳＰと結合された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び第２導電性ネットワーク層ＦＬ２上に提供され得る。前記粒子組成物は、スラリー又は粉末形態で分離膜ＳＰの第１主面Ｓ１に結合された第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び第２主面ＳＰ２に結合された第２導電性ネットワーク層ＦＬ２上にそれぞれ提供され、気孔を介して含浸され得る。一実施例において、前記粒子組成物は、第１導電性ネットワーク層ＦＬ１及び／又は第２導電性ネットワーク層ＦＬ２上に噴霧又はコーティングされて前記各金属繊維１０Ｗ上に提供され得る。
一実施例において、必要に応じて、前記各粒子組成物を提供する間、各金属繊維１０Ｗ間の気孔間に前記粒子組成物が均一に侵入することを促進するために、適切な周波数及び強度を有る振動が印加される場合もある。
一方、図２ｃには示していないが、粒子組成物が含浸された各金属繊維１０Ｗを含む分離膜ＳＰを再び圧着してもよい。前記圧着段階により、電極組立体は所定の厚さを有する板状構造になり得る。圧着段階は、ロールプレスを用いて行うことができ、電極の容量密度を高め、導電性ネットワークと電気的活物質との間の接着性を増加させることができる。
図３ａは、本発明の一実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図で、図３ｂは、本発明の他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図で、図３ｃは、本発明の更に他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図で、図３ｄは、本発明の更に他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図で、図３ｅは、本発明の更に他の実施例に係る電池の製造方法を説明するための参照図で、図３ｆは、本発明の一実施例に係る電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。以下では、図３ａ〜図３ｅを参照して図３ｆの電池の製造方法を説明する。
後述する第１金属繊維３０Ａ、第２金属繊維３０Ｂ、第３金属繊維３０Ｃ及び第４金属繊維３０Ｄは、上述した図１ａ又は図２ａの各金属繊維１０Ｗと同一の特性を有することができる。第１金属繊維３０Ａ、第２金属繊維３０Ｂ、第３金属繊維３０Ｃ及び第４金属繊維３０Ｄは、反れたり折れて互いに絡み合いながら接触又は結合して形成されるので、内部に気孔を有しながらも機械的に堅固であり、繊維的特性のために可撓性を有することができる。
第１電極組立体及び第２電極組立体が提供される（Ｓ３００及びＳ３０２）。
図３ａを参照すると、第１電極組立体ＥＳ１は、第１主面Ｓ１及び第１主面Ｓ１と反対の第２主面Ｓ２を有する第１分離膜ＳＰ１、第１分離膜ＳＰ１の第１主面Ｓ１上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第１金属繊維３０Ａ、及び第１金属繊維３０Ａ間の気孔内に第１極性の電気的活物質１２を含む第１粒子組成物を含み得る。一実施例において、前記第１電極組立体ＥＳ１は、上述した図１ａ又は図２ａの電極組立体であり得る。
また、図３ａを参照すると、第２電極組立体ＥＳ２は、第３主面Ｓ３及び前記第３主面Ｓ３と反対の第４主面Ｓ４を有する第２分離膜ＳＰ２、第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第２金属繊維３０Ｂ、及び前記第２金属繊維３０Ｂ間の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質１２'を含む第２粒子組成物を含み得る。第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２と第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３とは互いに対向し得る。一実施例において、前記第２電極組立体ＥＳ２は、上述した図１ａ又は図２ａの電極組立体であり得る。
図３ｂを参照すると、第１電極組立体ＥＳ１は、第１主面Ｓ１及び第１主面Ｓ１と反対の第２主面Ｓ２を有する第１分離膜ＳＰ１、第１分離膜ＳＰ１の第１主面Ｓ１上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第１金属繊維３０Ａ、第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第３金属繊維３０Ｃ、及び第１分離膜ＳＰ１の第１主面Ｓ１上に提供された第１金属繊維３０Ａ間の気孔内に第１極性の電気的活物質１２を含む第１粒子組成物を含み得る。一実施例において、前記第１電極組立体ＥＳ１は、上述した図１ｂ又は図２ｂの電極組立体であり得る。
また、図３ｂを参照すると、第２電極組立体ＥＳ２は、第３主面Ｓ３及び第３主面Ｓ３と反対の第４主面Ｓ４を有する第２分離膜ＳＰ２、第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第２金属繊維３０Ｂ、及び第２金属繊維３０Ｂ間の気孔内に第１極性と反対の第２極性の電気的活物質１２'を含む第２粒子組成物を含み得る。第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２と第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３とは互いに対向し得る。一実施例において、第２電極組立体ＥＳ２は、上述した図１ａ又は図２ａの電極組立体であり得る。
図３ｃを参照すると、第１電極組立体ＥＳ１は、第１主面Ｓ１及び第１主面Ｓ１と反対の第２主面Ｓ２を有する第１分離膜ＳＰ１、第１分離膜ＳＰ１の第１主面Ｓ１上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第１金属繊維３０Ａ、第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第３金属繊維３０Ｃ、及び第１分離膜ＳＰ１の第１主面Ｓ１上に提供された第１金属繊維３０Ａ間の気孔内に第１極性の電気的活物質１２を含む第１粒子組成物を含み得る。一実施例において、第１電極組立体ＥＳ１は、上述した図１ｂ又は図２ｂの電極組立体であり得る。
また、図３ｃを参照すると、第２電極組立体ＥＳ２は、第３主面Ｓ３及び第３主面Ｓ３と反対の第４主面Ｓ４を有する第２分離膜ＳＰ２、第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第２金属繊維３０Ｂ、及び第２分離膜ＳＰ２の第４主面Ｓ４上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第４金属繊維３０Ｄを含み得る。また、第２電極組立体ＥＳ２は、第２金属繊維３０Ｂ間の気孔内に第１極性と反対の第２極性の電気的活物質１２'を含むことができ、前記第４金属繊維３０Ｄ間の気孔内に第１極性と同一の極性の電気的活物質１２"を含み得る。第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２と第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３とは互いに対向し得る。一実施例において、第２電極組立体ＥＳ２は、上述した図１ｂ又は図２ｂの電極組立体であり得る。
Ｓ３００段階及びＳ３０２段階後に、第１電極組立体ＥＳ１と第２電極組立体ＥＳ２とが結合され得る（Ｓ３０４）。第１電極組立体ＥＳ１と第２電極組立体ＥＳ２は、接着剤によって第１電極組立体ＥＳ１の第２主面Ｓ２と第２電極組立体ＥＳ２の第３主面Ｓ３とが互いに対向するように結合され得る。
図３ａを参照すると、第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２に各金属繊維が形成されないので、第２主面Ｓ２に対向する第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３に形成された第２金属繊維３０Ｂは、第１分離膜ＳＰ１と第２分離膜ＳＰ２との間で自体的に導電性ネットワークを形成することができる。また、図３ｂ及び図３ｃを参照すると、第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２上の少なくとも一つ以上の第３金属繊維３０Ｃと第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３に形成された少なくとも一つ以上の第２金属繊維３０Ｂとが互いに絡み合いながら物理的に接触して結合されることによって、第１分離膜ＳＰ１と第２分離膜ＳＰ２との間に導電性ネットワークが形成され得る。また、図３ｃを参照すると、第２分離膜ＳＰ２の第４主面Ｓ４に形成された第４金属繊維３０Ｄは、第１分離膜ＳＰ１と第２分離膜ＳＰ２との間で自体的に導電性ネットワークを形成することができる。
図３ｂ及び図３ｃを参照すると、第１分離膜ＳＰ１の第２主面Ｓ２上に形成された少なくとも一つ以上の第３金属繊維３０Ｃの繊維密度は、第２分離膜ＳＰ２の第３主面Ｓ３上に形成された少なくとも一つ以上の第２金属繊維３０Ｂの繊維密度より小さくなり得る。すなわち、第２金属繊維３０Ｂが相対的に第３金属繊維３０Ｃより細かく且つ稠密に形成されている。これによって、第２金属繊維３０Ｂと第３金属繊維３０Ｃとの間の絡み合いによる結合が自然に行われ、物理的な相互結合が容易になり、第１分離膜ＳＰ１と第２分離膜ＳＰ２との結合力が向上し得る。
Ｓ３０４段階後に、結合された第１電極組立体と第２電極組立体上に少なくとも一つ以上の電極構造体を結合したり、第１電極組立体と第２電極組立体を巻き取ることができる（Ｓ３０６）。
第１電極組立体又は前記第２電極組立体と同一の構造の少なくとも一つ以上の電極組立体が第１電極組立体と第２電極組立体との結合面の反対面に結合されることによって、スタック構造を形成することができる。図３ｄを参照すると、第１電極組立体ＥＳ１と第２電極組立体ＥＳ２とが結合された状態で、第３電極組立体ＥＳ３が第１電極組立体ＥＳ１の上部に結合され得る。第３電極組立体ＥＳ３は、上述した図１ａ、図１ｂ、図２ａ又は図２ｂの電極組立体であり得る。第３電極組立体ＥＳ３は、第３分離膜ＳＰ３、第３分離膜ＳＰ３の第５主面Ｓ５上に導電性ネットワークを形成する少なくとも一つ以上の第５金属繊維３０Ｅ、及び前記第５金属繊維３０Ｅの気孔内に第１電極組立体ＥＳ１の電気的活物質の第１極性と反対の第２極性を有する電気的活物質１２'を含み得る。第３分離膜ＳＰ３の第６主面Ｓ６と第１分離膜ＳＰ１の第１主面Ｓ１とは互いに対向し得る。図３ｄは、第１電極組立体ＥＳ１、第２電極組立体ＥＳ２及び第３電極組立体ＥＳ３が結合されたスタック構造を示しているが、これは例示的なものに過ぎなく、一つ以上の電極構造体が第２電極組立体ＥＳ２又は第３電極組立体ＥＳ３上に結合されることによって電池のスタック構造を形成してもよい。
一方、電池の構造として巻取構造を形成するために、第１電極組立体ＥＳ１と第２電極組立体ＥＳ２とが結合された状態で巻き取ることができる。図３ｅを参照すると、互いに結合された第１電極組立体と第２電極組立体を巻取方向に巻き取ることによって円筒状の電池が形成され得る。但し、図３ｅは、図３ａの第１電極組立体ＥＳ１及び第２電極組立体ＥＳ２を巻き取る場合を例示するものであって、同一の方式で図３ｂ又は図３ｃの第１電極組立体ＥＳ１及び第２電極組立体ＥＳ２を巻き取ってもよい。上述したスタック構造及び巻取構造は、互いに組み合わされて適用され得る。例えば、複数の電極組立体を積層した後、これを巻き取ることによって、容量又は出力電圧が増加した電池が提供され得る。
スタック構造又は巻取構造で形成された電池内に電解液が注入され得る。電極組立体に電解質を陥入させた後、ゲル化又は固体化段階を行うことができる。また、電池を形成した後、前記電池を収容する外装材を密封する外装材密封段階が行われてもよい。前記外装材密封段階では、パウチなどの外装材に上述した電池を入れて密封することができる。
図４は、本発明の一実施例によって製造された電池の分解斜視図である。図４を参照すると、電池４００は円筒形電池であり得る。電池は、第１極性を有する第１電極組立体４００ａと、第２極性を有する第２電極組立体４００ｂとを含み、第１電極組立体４００ａと第２電極組立体４００ｂとを結合して巻き取る方式で製造されたゼリーロール構造を有することができる。これは例示的なものに過ぎなく、正極及び負極のうちいずれか一つの電極のみで構成してもよい。また、他のコイン型電池、角形電池、又は繊維を用いた多様な形状のフレキシブル電池に製造されてもよい。一実施例において、第１電極組立体４００ａ及び前記第２電極組立体４００ｂとしては、上述した図３ａ、図３ｂ及び図３ｃの第１電極組立体又は第２電極組立体が適用され得る。
一実施例において、第１電極組立体４００ａの側部には、タブ又はリードＴＢ＿Ａが付着して形成され得る。また、第２電極組立体４００ｂの側部には、タブ又はリードＴＢ＿Ｂが付着して形成され得る。タブ又はリードＴＢ＿Ａ、ＴＢ＿Ｂは、内部抵抗を減少させるために適切な個数を有することができる。タブ又はリードＴＢ＿Ａ、ＴＢ＿Ｂは、電極組立体上に融着又はソルダリングによって電気的に結合され得る。タブ又はリードＴＢ＿Ａ、ＴＢ＿Ｂは、外装材４１０の内部で外装材４１０の外側に露出又は突出するように配置される。したがって、本発明の実施例に係る電池４００が形成され得る。
第１分離膜ＳＰ１及び第２分離膜ＳＰ２は単層膜又は多層層であり得る。また、前記多層膜は、同一の単層膜の積層体であってもよく、他の材料で形成された単層膜の積層体であってもよい。例えば、前記積層体は、ポリオレフィンなどの高分子電解質膜の表面にセラミックコーティング膜を含む構造を有してもよい。
外装材４１０内では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、塩化カリウム（ＫＣＬ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）及び硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などの塩を含む適切な水系電解液が第１電極組立体４００ａ、第２電極組立体４００ｂ及び／又は第１分離膜ＳＰ１及び第２分離膜ＳＰ２に吸収されることによって電池４００が完成し得る。
他の実施例において、電池４００は、ＬｉＣｌＯ４又はＬｉＰＦ６などのリチウム塩を含むエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート又はジエチルカーボネートなどの非水系電解液であってもよく、本発明がこれに制限されることはない。また、図示してはいないが、電池４００の使用中の安定性及び／又は電力供給特性を制御するための適切な冷却装置又は電池運営システムがさらに結合されてもよい。
以上で説明した本発明は、上述した実施例及び添付の図面に限定されるものではなく、下記の特許請求の範囲で定める本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明白であろう。

Claims (38)

  1. 分離膜を提供する段階；
    前記分離膜の第１主面上に少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層を形成する段階；及び
    前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物を提供する段階；を含む電極組立体の製造方法。
  2. 前記分離膜は、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム又はこれらの複合構造に気孔が形成されたフィルム形態の分離膜、前記フィルム形態の分離膜にセラミック粒子がコーティングされたセラミックコーティング分離膜、及び高分子繊維を用いて不織布又は織造構造を有する繊維形態の分離膜のうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
  3. 前記繊維形態の分離膜は、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、セルロース繊維、ケブラー繊維、ナイロン繊維及びポリフェニレンスルファイド繊維のうち少なくとも一つを含む、請求項２に記載の電極組立体の製造方法。
  4. 前記高分子繊維の直径は１ｎｍ以上１００μｍ以下である、請求項２に記載の電極組立体の製造方法。
  5. 前記分離膜の厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下で、気孔度は３０％以上９５％以下である、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
  6. 前記第１導電性ネットワーク層において前記第１主面と接する面の反対面には、隣接した層と結合するための露出表面が形成された、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
  7. 前記第１粒子組成物が前記第１導電性ネットワーク層の内部にのみ提供され、前記露出表面には、前記第１金属繊維を構成するセグメントの終端部又は前記セグメントの少なくとも一部が露出した、請求項６に記載の電極組立体の製造方法。
  8. 前記分離膜の前記第１主面と反対の第２主面上に少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層を形成する段階をさらに含む、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
  9. 前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物を提供する段階をさらに含む、請求項８に記載の電極組立体の製造方法。
  10. 前記第１金属繊維が分散された溶媒内に前記分離膜を提供することによって前記第１導電性ネットワーク層を形成する、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
  11. 前記第１金属繊維が分散された空気中に前記分離膜を提供することによって前記第１導電性ネットワーク層を形成する、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
  12. 前記第１粒子組成物が提供された前記第１導電性ネットワーク層及び前記分離膜を圧着する段階をさらに含む、請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
  13. 少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層を形成する段階；
    前記第１導電性ネットワーク層を分離膜の第１主面上に積層する段階；及び
    前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物を提供する段階；を含む電極組立体の製造方法。
  14. 前記第１導電性ネットワーク層において前記第１主面と接する面の反対面には、隣接した層と結合するための露出表面が形成された、請求項１３に記載の電極組立体の製造方法。
  15. 前記第１粒子組成物が前記第１導電性ネットワークの内部にのみ提供され、前記露出表面には、前記第１金属繊維を構成するセグメントの終端部又は前記セグメントの少なくとも一部が露出した、請求項１４に記載の電極組立体の製造方法。
  16. 前記分離膜の前記第１主面と反対の第２主面上に少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層を積層する段階をさらに含む、請求項１３に記載の電極組立体の製造方法。
  17. 前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物を提供する段階をさらに含む、請求項１６に記載の電極組立体の製造方法。
  18. カーディング工法を用いて、前記第１金属繊維がランダムに配列された繊維層を含む前記第１導電性ネットワーク層を形成する、請求項１３に記載の電極組立体の製造方法。
  19. 前記繊維層は、熱処理による溶融及び接着剤による接着のうち少なくとも一つによって前記分離膜上に積層される、請求項１８に記載の電極組立体の製造方法。
  20. 前記繊維層は、前記第１金属繊維以外に繊維型バインダーをさらに含む、請求項１８に記載の電極組立体の製造方法。
  21. 前記繊維型バインダーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）、ナイロン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、及びこれらの共重合体又はこれらの混合物のうち少なくとも一つを含む、請求項２０に記載の電極組立体の製造方法。
  22. 分離膜；
    前記分離膜の第１主面上に形成された少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層；及び
    前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に含浸された第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物；を含む電極組立体。
  23. 前記分離膜は、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム又はこれらの複合構造に気孔が形成されたフィルム形態の分離膜、前記フィルム形態の分離膜にセラミック粒子がコーティングされたセラミックコーティング分離膜、及び高分子繊維を用いて不織布又は織造構造を有する繊維形態の分離膜のうち少なくとも一つを含む、請求項２２に記載の電極組立体。
  24. 前記繊維形態の分離膜は、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、セルロース繊維、ケブラー繊維、ナイロン繊維及びポリフェニレンスルファイド繊維のうち少なくとも一つを含む、請求項２３に記載の電極組立体。
  25. 前記高分子繊維の直径は１ｎｍ以上１００μｍ以下である、請求項２３に記載の電極組立体。
  26. 前記分離膜の厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下で、気孔度は３０％以上９５％以下である、請求項２２に記載の電極組立体。
  27. 前記第１導電性ネットワーク層において前記第１主面と接する面の反対面は、隣接した層と結合するための露出表面を含む、請求項２２に記載の電極組立体。
  28. 前記第１粒子組成物が前記第１導電性ネットワーク層の内部にのみ提供され、前記露出表面には、前記第１金属繊維を構成するセグメントの終端部又は前記セグメントの少なくとも一部が露出した、請求項２７に記載の電極組立体。
  29. 前記分離膜の前記第１主面と反対の第２主面上に形成された少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層をさらに含む、請求項２２に記載の電極組立体。
  30. 前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物をさらに含む、請求項２９に記載の電極組立体。
  31. 前記第１導電性ネットワーク層は、前記第１金属繊維以外に繊維型バインダーをさらに含む、請求項２２に記載の電極組立体。
  32. 前記繊維型バインダーは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンテレフタレート（ＰＰＴ）、ナイロン、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、及びこれらの共重合体又はこれらの混合物のうち少なくとも一つを含む、請求項３１に記載の電極組立体。
  33. 第１主面及び前記第１主面と反対の第２主面を有する第１分離膜の前記第１主面上に少なくとも一つ以上の第１金属繊維を含む第１導電性ネットワーク層を形成し、前記第１導電性ネットワーク層の気孔内に第１極性の電気的活物質を含む第１粒子組成物が含浸された第１電極組立体を提供する段階；
    第３主面及び前記第３主面と反対の第４主面を有する第２分離膜の前記第３主面上に少なくとも一つ以上の第２金属繊維を含む第２導電性ネットワーク層を形成し、前記第２導電性ネットワーク層の気孔内に前記第１極性と反対の第２極性の電気的活物質を含む第２粒子組成物が含浸された第２電極組立体を提供する段階；及び
    前記第１分離膜の前記第２主面と前記第２分離膜の前記第３主面とが互いに対向するように前記第１電極組立体と前記第２電極組立体とを結合する段階；を含む電池の製造方法。
  34. 前記第１分離膜の前記第２主面上に少なくとも一つ以上の第３金属繊維を含む第３導電性ネットワーク層が形成された、請求項３３に記載の電池の製造方法。
  35. 前記第１分離膜の前記第２主面上に形成された前記第３金属繊維の繊維密度は、前記第２分離膜の前記第３主面上に形成された前記第２金属繊維の繊維密度より小さい、請求項３４に記載の電池の製造方法。
  36. 前記第２分離膜の前記第４主面上に少なくとも一つ以上の第４金属繊維を含む第４導電性ネットワーク層が形成された、請求項３３に記載の電池の製造方法。
  37. 前記第１電極組立体又は前記第２電極組立体と同一の構造の少なくとも一つ以上の電極組立体を前記第１電極組立体と前記第２電極組立体との結合面の反対面に結合する段階をさらに含む、請求項３３に記載の電池の製造方法。
  38. 結合された前記第１電極組立体と前記第２電極組立体を巻き取る段階をさらに含む、請求項３３に記載の電池の製造方法。
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