KR100724657B1 - 이차 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저비용, 고신뢰성을 확보하고, 추가로 고에너지 밀도ㆍ고출력을 실현할 수 있는 고체 전해질을 이용한 이차 전지의 구조, 나아가 저비용으로 간편하게 한층 더 소형 경량화를 실현하는 상기 이차 전지의 제조 방법을 제안한다.
본 발명에서는 저비용, 높은 안전성, 고에너지 밀도ㆍ고출력을 실현하는 고체 전해질 이차 전지 구조로서 표면이 평탄한 기판 상에 정극 집전체와 부극 집전체를 각각 대향시킨 빗살형 형상으로 패터닝하고, 이 정극 및 부극 집전체 상에 정전극 재료 및 부전극 재료의 입자를 집전체면의 수직 방향으로 전자 사진 방식에 의해 패터닝하여 종형의 전극을 형성하고, 정전극 및 부전극간에 형성되는 공극을 고체 전해질로 충전한 평면상(狀) 빗살형 형상의 이차 전지 구성으로 하였다.
정극 집전체, 정전극, 부극 집전체, 부전극, 고체 전해질, 이차 전지

Description

이차 전지 및 그의 제조 방법 {Secondary Battery and Manufacturing Process Thereof}
도 1은 본 발명의 이차 전지의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래의 이차 전지의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 이차 전지의 패터닝 공정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 표면에 도전성 재료를 내부 첨가한 결합제 수지층을 설치한 전극 재료 입자의 개략도이다.
도 5는 전극 재료를 단핵이 아니라 클러스터로 한 전극 재료 입자의 개략도이다.
도 6은 결합제 수지 내에 도전성 재료 및 전극 재료 물질을 내부 첨가한 전극 재료 입자의 개략도이다.
도 7은 전극 재료 입자 자체를 클러스터화한 전극 재료의 개략도이다.
<부호의 설명>
1: 부전극, 2: 정전극,
3: 고체 전해질, 4: 부극 집전체,
5: 정극 집전체, 6: 기판,
7: 격리판(고체 전해질), 8: 정전극,
9: 부전극, 10: 정극 집전체,
11: 부극 집전체, 12: 결합제,
13: 도전성 재료, 14: 전극 재료
[문헌 1] 일본 특허 공개 (평)07-326372호 공보
[문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-158039호 공보
[문헌 3] 일본 특허 공개 제2004-185862호 공보
본 발명은 고체 전해질을 이용한 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 이차 전지에서의 전해액으로서는 일반적으로 비수계의 전해액이 사용되고 있지만, 최근 이러한 액체에 의한 전해액 대신에 전해액을 전혀 사용하지 않는 고체 전해질 전지도 많이 제안되어 있다(일본 특허 공개 (평)07-326372호 공보). 전해액을 사용하지 않음으로써 종래의 전지와 같이 유기 전해액을 함침할 필요가 없기 때문에 액 누설이나 발화 등을 일으킬 위험성이 없고, 안정성이 높은 전지를 제공할 수 있다. 또한, 종래의 전해액을 이용한 전지 구성에 있어서, 비용이높지만, 전해액 담지나 전극간의 물리적 단락을 방지하기 위해 필수적이었던 격리판을 필요로 하지 않기 때문에 저비용의 전지를 제공할 수 있다.
그러나, 고체 전해질은 전해액의 경우와 비교하여, 이온 전도도가 낮다는 문제가 있었다. 또한, 구성되어 있는 정극, 부극 및 전해질이 모두 고체이기 때문에, 정극 또는 부극과 고체 전해질과의 계면이 고체끼리의 접촉, 부분적인 점에서의 접촉이 되기 때문에, 큰 계면 저항이 생겨 계면의 이온 전도 물질의 이동이 제한된다는 문제도 있었다.
상기한 과제의 대책으로서, 예를 들면, 폴리에틸렌옥시드에 특정한 알칼리 금속염을 함유시켜 이온 전도도를 향상시키는 방법(일본 특허 공개 제2002-158039호 공보), 고체 전해질층의 두께를 얇게 하여 고체 전해질을 끼워 직접 전극을 형성하는 방법(일본 특허 공개 제2004-185862호 공보) 등이 검토되어 있다.
그러나, 상기한 종래 기술에서는 이차 전지의 전해질로서 실용적으로 필요한 이온 전도도(1 mS/cm 이상, 25 ℃)는 얻지 못하였다.
본 발명은 저비용, 고신뢰성을 유지하고, 고에너지 밀도ㆍ고출력을 실현할 수 있는 고체 전해질 이차 전지의 신규 구조의 제공, 및 상기 이차 전지 구조를 저비용으로 간편하게 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위해, 각각 대향한 빗살형 형상의 정극 및 부극 집전체를 평활한 동일 평면 상에 형성하고, 상기 정극 및 부극 집전체 상에 정극 및 부극 재료 입자를 전자 사진 공정에 의해, 집전체면에 대하여 수직 방향으로 패터닝함으로써 정극 및 부극을 형성하고, 또한 정극 및 부극 사이의 홈을 고체 전해질로 충전한 구성을 갖는 평면상(狀) 빗살형 형상의 고체 전해질 이차 전지를 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예에 의해 상세하게 설명한다.
도 1에 본 발명의 빗살형 고체 전해질 이차 전지를 나타낸다. 도 1a는 평면도를, 도 1b는 A-A 단면도를 나타낸 것이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 기판 (6) 상에 정극 집전체 (5)와 부극 집전체 (4)를 통해 각각에 정전극 재료로 형성된 정전극 (2)와, 부전극 재료로 형성된 부전극 (1)이 설치되고, 각 전극 사이에는 고체 전해질 (3)이 형성되어 있다. 이 정극 (2)와 부전극 (1)은 도 1a에 나타낸 바와 같이 각각 빗살형으로 형성되며, 살 부분이 소정의 간격을 두고 대향하여 형성되어 있다. 또한, 정전극ㆍ부전극을 종형 전극 구조로 하기 때문에, 종횡비(h/w)를 증가시키는 것이 가능하고, 고출력화를 도모하며, 또한 사용하는 재료의 양을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 기판 (6)은 절연 재료로 형성되어 있으며, 이 기판을 통해 적층함으로써 고전압의 전지를 형성하는 것이 가능하다.
도 2에 종래의 평면층형 이차 전지 구조를 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이 고체 전해질 또는 격리판 (7)을 끼워 부극 재료(부전극) (9)와 정극 재료(정전극) (8)이 배치되고, 각각 부전극 상에는 부극 집전체 (11)이, 정전극 상에는 정극 집전체 (10)이 배치된 구성으로 되어 있다. 이 구성에서는 전지 전극과 전해질 계면 면적을 확대하고자 하면, 비용이 상승한다는 문제가 있다.
따라서, 도 1에 나타낸 본 발명에 의한 이차 전지 구성에서는, 동일 부피 및 동일 집전체 면적에서의 전극 유효 면적의 확대를 실현할 수 있다. 따라서, 에너지 밀도를 유지한 상태로 전극의 내부 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이온 전도도가 전해액보다 부족한 고체 전해질을 사용해도 충분히 이차 전지로서 이용할 수 있는 능력을 발현시킬 수 있다.
본 발명에 의한 이차 전지 구성에서는 종형의 전극 형상을 실현할 수 있기 때문에, 평면층상 구성의 전극과 비교하여 종 방향의 힘이 강하기 때문에, 고체 전해질만으로 충분히 물리적인 단락을 억제할 수 있으므로 격리판 없이도 신뢰성을 확보할 수 있다.
이 때, 정극 집전체 및 부극 집전체 (4, 5)는 평탄한 동일한 평면(기판) 상에 배치되어 있는 것으로 한다. 이 때, 집전체 (4, 5)의 형성 방법으로서는 잉크젯 프린터나 리소그래피 기술, 나노 인 프린트 기술에 의해 집전체 재료가 되는 금속 입자 분산 적(滴)을 패터닝하여 배선화하는 방법이나, 금속 미립자 또는 이들을 포함하는 재료를 레이저 프린트와 같은 전자 사진 방식에 의해 패터닝하여 배선화할 수도 있다.
이 때, 집전체 재료로서는 이차 전지 작동 전위에 있어서 안정한 금속 등의 도전체라면 사용할 수 있다. 예를 들어, 정전극측 집전체 (5)의 재료로서는 알루미늄, 부전극측 집전체 (4)의 재료로서는 구리가 바람직하다. 또한, 이 때 패터닝된 집전체 표면은 평활한 것이 바람직하다.
본 발명에서의 리튬을 가역적으로 흡장 방출하는 정전극 (2)는, 정극 활성 물질로서 코발트산리튬(LiCoO2), 니켈산리튬(LiNiO2), 층상 망간산리튬(LiMnO2) 또 는 복수의 전이 금속 원소를 배합한 복합 산화물인 LiMnxNiyC0zO2(x+y+z=1, 0≤y<1, 0≤z<1, 0≤x<1) 등의 층상 화합물, 또는 1종 이상의 전이 금속을 치환한 것, 또는 망간산리튬(Li1+xMn2-xO4(단, x=0 내지 0.33), Li1 + xMn2 -x- yMyO4(단, M은 Ni, Co, Cr, Cu, Fe, Al, Mg로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하고, x=0 내지 0.33, y=0 내지 1.0, 2-x-y>0임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2, LiMn2 -xMxO2(단, M은 Co, Ni, Fe, Cr, Zn, Ta로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하고, x=0.01 내지 0.1임), Li2Mn3MO3(단, M은 Fe, Co, Ni, Cu, Zn으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함함), 구리-리튬 산화물(Li2CuO2), 또는 LiV3O3, LiFe3O4, V2O, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물, 또는 디술피드 화합물, 또는 Fe2(MoO4)3 등을 포함하는 혼합물을 고분자 화합물의 저비점 용제 용액, 또는 중합 가능한 화합물과 혼합함으로써 슬러리를 얻고, 이 슬러리를 알루미늄박 등의 금속박을 포함하는 정극 집전체 (5) 상에 도막 형성하여 소정의 밀도로 가압함으로써 얻을 수 있다.
또한, 리튬을 가역적으로 흡장 방출하는 부극 (1)은, 부극 활성 물질로서 천연 흑연, 석유 코크스나 석탄 피치 코크스 등으로부터 얻어지는 이(易)흑연화 재료를 2500 ℃ 이상의 고온에서 열 처리한 것이다. 예를 들면, 메소상 카본 또는 비정질 탄소, 탄소 섬유, 리튬과 합금화하는 금속, 또는 탄소 입자 표면에 금속을 담지한 재료가 사용된다. 부극 활성 물질을 고분자 화합물의 저비점 용제 용액, 또는 중합 가능한 화합물과 혼합함으로써 슬러리를 얻는다. 또한, 그 슬러리를 동박 등의 금속박을 포함하는 집전체 상에 도막 형성하여 소정의 밀도로 가압함으로써 얻을 수 있다. 또한, 예를 들어, 리튬, 알루미늄, 주석, 규소, 인듐, 갈륨, 마그네슘으로부터 선택된 금속 또는 합금, 또는 금속의 산화물을 부극 활성 물질로서 사용할 수도 있다.
상기한 이온 전도체의 가역적인 흡장 및 방출을 담당하는 정전극 및 부전극 재료의 전자 사진 공정에 의한 집전체 표면으로의 패터닝에서는, 이들 전극 재료는 모두 입자상으로 하며, 전자 사진 공정에 의해 집전체 표면에 대하여 수직 방향으로 패터닝한다.
전자 사진 공정을 이용하여 전극을 패터닝하는 방법으로서는 건식 방법과 습식 방법이 있다. 도 3에는 정전 현상 방식의 레이저 프린트와 같이 패터닝하는 건식 방법에 대하여 부전극의 형성을 예로 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이 기판 (6) 상의 정(또는 부)으로 대전시킨 집전체 (4)에 대하여, 그것과는 반대의 극성으로 마찰 등에 의해 대전시킨 부전극(정전극) 재료 (1)의 입자 분체를 쿨롱력에 의해 패터닝하는 것이다. 즉, 전자 사진 공정에서의 토너 대신에 전극 재료를 도시하지 않은 전극 재료 용기 내에서 마찰 대전시키고, 이것을 전자 사진 장치의 현상 롤에 해당하는 롤 (100)에 부착시킨다. 이 전극 재료 (1)이 부착된 롤 (100)에 대하여 대전한 집전체 (4)를 설치한 기판 (6)을 대향시켜 이동시킨다. 이에 따라, 도 3b와 같이 전극 재료 (1)이 롤 (100) 면으로부터 집전체 (4)로 이동하고, 도 3c와 같이 적층된다. 이 때, 부전극 재료 미립 분체 (1)을 적층하기 위해서는, 집전체 (4)의 대전력을 분체의 대전력보다 꽤 강하게 하여 분체끼리의 반발력에 의한 비산을 방지할 필요가 있다.
또한, 습식 방법은 액체 현상 방식의 레이저 프린트와 같이 미리 정전극 또는 부전극 재료 입자를 캐리어가 되는 용매 중에 분산시킨다. 또한, 용매 중에서 전극 재료 입자를 대전시킨다. 대전된 전극 재료 입자를 포함하는 분산 용매를 반송하여 현상하는 것을 담당하는 롤러와, 패터닝하고자 하는 집전체와의 사이에 전압을 인가한다. 이에 따라, 용매 중의 전극 재료 입자를 집전체 상에 전기 영동에 의해 이동시켜 패터닝을 행하는 것이다.
건식 방법의 경우에는 종래의 전극 재료 도포 공정에서 사용되고 있는 유기 용매를 사용할 필요가 없다. 또한, 건조 공정도 불필요해지기 때문에 공정이 간소화되어 비용 삭감ㆍ환경 부하 감소에 유리하다.
습식 방식은 캐리어 용매에 전극 재료 입자를 분산시키기 때문에 입자의 비산이 방지된다. 따라서, 마이크론 이하의 입자의 사용이 가능해지고, 보다 미세한 전극을 형성할 수 있다. 따라서, 전지의 소형화나 전지 전극의 표면적 확대를 기대할 수 있다. 또한, 습식 방식에서는 캐리어 용매로서 액상의 고체 전해질 전구체를 사용할 수 있다면, 용매 치환 공정이 불필요해지기 때문에 더욱 바람직하다.
집전체 (4) 상에 적층된 전극 재료는 가열(150 내지 250 ℃ 정도의 온도), 또는 용제(메탄올, 아세톤, 아세토니트릴 등의 극성 용매)를 공급함으로써 용융하여 증발, 고화시킨다.
본 발명에서 사용되는 고체 전해질을 형성하는 재료로서는 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 또는 이들의 공중합체 등의 폴리알킬렌옥시드; 폴리에틸 렌카보네이트, 폴리프로필렌카보네이트, 폴리트리메틸렌카보네이트 또는 이들의 공중합체 등 폴리알킬렌카보네이트; 또는 이들의 붕산에스테르 화합물, 폴리불화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(메트)아크릴산 에스테르 등의 리튬염을 혼합함으로써 리튬 이온 전도성이 발현되는 수지 재료라면 사용할 수 있다. 또한, 이들 수지 재료에 가소제로서 저분자량 화합물을 첨가할 수도 있다.
첨가하는 저분자량 화합물로서는 전해질염이나 상기 수지 재료에 대하여 가용인 비수용매가 대표적인 가소제이다. 그러한 비수용매로서는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트 등의 탄산 에스테르 화합물; γ-부티로락톤, 테트라히드로푸란, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 프로필렌글리콜 디메틸에테르, 디프로필렌글리콜 디메틸에테르 등의 에테르 화합물을 들 수 있다. 상기 비수용매는 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 비닐렌카보네이트 등의 리튬 이차 전지 용도로서 공지된 첨가제를 사용할 수도 있다.
또한, 전해질에 사용하는 전해질염으로서는 겔 전해질 전구체 조성물 및 겔 전해질에 가용인 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 이하에 예로 드는 것들이 바람직하다. 즉, 금속 양 이온 및, 염소 이온, 브롬 이온, 요오드 이온, 과염소산 이온, 티오시안산 이온, 테트라플루오로붕소산 이온, 헥사플루오로인산 이온, 트리플루오로메탄술포니드이미드산 이온, 비스펜타플루오로에탄술포니드이미드산 이온, 스테아릴술폰산 이온, 옥틸술폰산 이온, 도데실벤젠술폰산 이온, 나프탈렌술폰산 이온, 도데실나프탈렌술폰산 이온, 7,7,8,8-테트라시아노-p-퀴노디메탄 이온, 저급 지방족 카르복실산 이온으로부터 선택된 음이온을 포함하는 화합물을 들 수 있다. 금속 양이온으로서는 Li이 있다. 전해질염의 농도는 겔 전해질에 요구되는 이온 전도도 등을 감안하여 결정되지만, 통상은 0.1 내지 4.0 몰/kg, 바람직하게는 0.5 내지 3.0 몰/kg의 범위이다.
종래 일반적으로 사용되는 정전극 또는 부전극 재료의 입경은 5 내지 20 ㎛ 이상인 것이 사용되지만, 본 발명의 전자 사진 공정을 이용한 전극 재료 패터닝 기구에서의 전극 재료의 입경은 0.1 내지 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 특히 습식현상을 행할 때에는 0.1 내지 3 ㎛ 정도가 바람직하다. 단, 건식 현상을 행할 때에는 비산에 의한 진폐 등의 우려가 있기 때문에, 그 입경은 3 ㎛ 이상 정도인 것이 바람직하며, 그 이하의 입경인 경우에는 사람이 없는 밀폐된 공간이나 완전히 입자 비산이 방지된 기구 등의, 인체에의 영향이 없는 환경에서 행할 필요가 있다.
도 4에 전극 재료의 입자 구성을 나타낸다. 상기 정전극 및 부전극 재료의 입자는 전극 재료 (14)의 표면에 결합제 수지층 (12)를 갖고, 추가로 결합제 수지층 (12) 내부에 도전성을 담당하는 도전성 재료 (13)을 내부 첨가한 구성인 것이 바람직하다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 정전극 및 부전극 재료의 입자 중에 전극 재료 (14)를 단핵으로 결합제 수지 (12)층 내에 내부 첨가하는 것이 곤란한 경우에는, 결합제 수지층 내부의 전극 재료 (14)가 단핵이 아니라, 도 5에 나타낸 바와 같이 복수의 전극 재료 (14)의 미립자가 응집한 클러스터로 한 구성일 수도 있다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이 전극 재료 입자가 전극 재료 (14)와 도전성 재료 (13)을 결합제 수지 (12) 성분 내에 분산 내부 첨가하는 구성일 수도 있다.
상술한 바와 같이, 도 5, 6에 나타낸 정전극 및 부전극 재료 입자의 구성은 전극 재료 입자 중의 결합제 수지 (12)의 사용량을 감소시킬 수 있고, 전극 재료 입자 중의 전극 재료 (14)의 밀도를 증가시킬 수 있기 때문에, 이차 전지의 비용 감소 및 에너지 밀도 증가에 유효하다.
도 4와 같은 전극 재료 (14)를 단핵으로 내부 첨가한 정전극 및 부전극 재료 입자에 있어서, 정전극 및 부전극 재료 입자를 분산 상태로 유지하는 것이 곤란한 경우, 도 7에 나타낸 바와 같이 전극 재료 입자 자체가 모여 클러스터화하고, 클러스터 자체를 전극 재료 입자로 하는 구성일 수도 있다. 이 때, 클러스터를 구성하는 일차 입자는 도 4의 전극 재료 입자로 한정되지 않고, 도 5 및 도 6의 전극 재료 입자일 수도 있으며, 일차 입자가 되는 전극 재료 입자는 1종만인 것으로 한정되지 않고, 상이한 조성 또는 상이한 구성인 일차 입자를 2종 이상 혼재시킨 클러스터 구성일 수도 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 결합제 수지는 상술한 고체 전해질로서 사용되고 있는 수지 성분 등, 여러가지의 수지 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기의 다른 고분자 화합물로서는, 예를 들면 폴리불화비닐리덴(PVdF), 헥사플루오로프로필렌-아크릴로니트릴 공중합체(PHFP-AN), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 메틸셀룰로오스(MC), 에틸셀룰로오스(EC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸렌옥시드(PEO), 폴리에틸렌옥시드-폴리프로필렌옥시드 공중합체 (PEO-PPO), 상기 다른 중합 가능한 화합물의 1종 또는 2종 이상의 중합물 등의 고분자 물질을 들 수 있다. 이들 중에서 폴리에틸렌옥시드, 폴리에틸렌옥시드-폴리프로필렌옥시드 공중합체, 상기 다른 중합 가능한 화합물 중 폴리알킬렌글리콜(메트)아크릴레이트 화합물이 이온 전도성을 갖는다는 점에서 바람직하다.
패터닝된 전극은 전극 면적의 증대를 목적으로 하기 때문에, 될 수 있는 한 높은 종횡비인 것이 바람직하다. 높은 종횡비를 실현하기 위해서는, 예를 들면, 1 단계의 전극 재료 패터닝 후, 고체 전해질에 의한 정전극-부전극간의 공극을 패터닝된 전극 재료의 높이까지 충전한다. 또한, 다시 전극 재료를 상기 패터닝한 전극 재료 윗면에 패터닝하고, 추가로 상기 전극 재료 패터닝에 의해 형성된 공극으로의 고체 전해질의 충전을 행하는 조작을 반복함으로써 원하는 높이를 갖는 전지 전극을 형성하는 방법을 들 수 있다. 이 때, 종횡비는 10 이상인 것이 바람직하다.
패터닝된 전극 재료의 정착 방법으로서는 가열에 의해 결합제 수지가 용해되고, 그 후 냉각함으로써 고화시키는 정착 방법을 들 수 있다. 이 때, 정착 온도는 될 수 있는 한 낮은 것이 바람직하다. 또한, 정착 방법으로서는, 상기에서 설명한 바와 같이 열을 가하여 결합제 수지를 용해시키고, 그 후 고화시키는 방법, 또는 결합제 수지를 용해할 수 있는 용액에 의해 일시적으로 용해시키고, 그 후 건조하여 용해 용액을 증발시킴으로써 고화시키는 방법 등을 들 수 있다.
본 발명의 이차 전지 사용 방법으로서는 하나하나의 전지 시트 유닛을 적층함에 따른 사용 방법이 바람직하지만, 그 형상은 특별히 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 시트상(狀)의 이차 전지 유닛을 인쇄 전자 회로 기판 등의 기판 내부에 매립한 형태로 사용하는 방법 등도 들 수 있다.
본 발명의 이차 전지의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, IC 카드, 개인용 컴퓨터, 대형 전자 계산기, 노트북형 컴퓨터, 펜 입력 개인용 컴퓨터, 노트북형 워드 프로세서, 휴대용 전화기, 휴대용 카드, 손목 시계, 카메라, 전기 면도기, 무선 전화, 팩시밀리, 비디오, 비디오 카메라, 전자 수첩, 탁상용 전자 계산기, 통신 기능 부여 전자 수첩, 휴대용 복사기, 액정 텔레비젼, 전동 공구, 청소기, 가상 현실 등의 기능을 갖는 게임 기기, 완구, 전동식 오토바이, 의료 간호용 보행 보조기, 의료 간호용 휠체어, 의료 간호용 이동식 베드, 에스컬레이터, 엘리베이터, 포크리프트, 골프 카트, 비상용 전원, 로드 콘디셔너, 전력 저장 시스템 등의 전원으로서 사용할 수 있다. 또한, 민간용 외에 군수용, 우주용으로서도 이용할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
특급 아세토니트릴(와꼬 가가꾸 제조) 100 mL에 정극인 경우에는 셀 시드(닛본 가가꾸 고교사 제조의 코발트산리튬), 부극인 경우에는 인조 흑연 SP270(닛본 고꾸넨사 제조 흑연) 1.0 g을 투입하였다. 또한, 5 ㎛l의 트리에틸아민(와꼬 가가꾸 제조)을 첨가하고, 초음파 조사기를 이용하여 10 분간 현탁시켰다. 이 조작에 의해 피 영동 입자는 아세토니트릴욕 중에서 충분히 분산되기 때문에 이것을 전착욕에 사용하였다. 이어서, 미리 기판 상에 빗살형 고체 전해질 이차 전지의 집전 체로서 제조한 선폭 5 ㎛, 선간 3 ㎛의 빗살형 작용극(1 cm×1 cm) 및 빗살 전극에 대하여 수직 방향으로 900 ㎛의 위치에 대향 전극으로서 스테인레스판을 평행하게 설치하여 전착욕에 침지하였다. 이어서, 직류 전원을 이용하여 8 V를 5 분간 인가하고 전원을 OFF하였다. 동박을 전착욕으로부터 꺼냈더니, 빗살형 전극 상에 정극인 경우에는 코발트산리튬층, 부극인 경우에는 인조 흑연층이 20 ㎛ 이상의 높이로 화려하게 전착 형성되어 있었다. 이 때, 본 발명에 의해 얻어진 전극 사이에서 충방전을 행하는 전극 표면적은 동 부피(1 cm×1 cm×20 ㎛)의 도 2에 나타낸 종래의 평면층형 이차 전지 전극과 비교하면, 약 2배 이상이 된다. 그 후, 폴리에틸렌옥시드와 LiN(SO2CF3)을 아세토니트릴에 투입한 용액을 제조하고, 상기 형성한 정극 및 부극 패턴 사이에 충전하고, 추가로 그 후 아세토니트릴 증류 제거에 의한 폴리에틸렌옥시드의 고화 및 수분 제거를 위해 약 150 ℃에서 12 시간 진공 건조하여 이차 전지를 얻었다.
본 발명에 따르면, 재료적으로나 제조적으로 저비용이고, 안전성이 높기 때문에 높은 신뢰성을 구비하며, 실용 수준의 성능을 유지한 고체 전해질 이차 전지를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 이온 전도 물질을 가역적으로 흡장ㆍ방출하는, 정극 집전체를 포함하고 정극 재료를 포함하는 정전극, 부극 집전체를 포함하고 부극 재료를 포함하는 부전극, 및 이온 전도 물질의 전도를 담당하는 전해질을 포함하며,
    기판의 한쪽 측면 상에 상기 정극 집전체와 부극 집전체를 교대로 형성하고, 상기 정극 집전체 상에 정극 재료를 포함하는 정전극을 형성하고, 상기 부극 집전체 상에 부극 재료를 포함하는 부전극을 형성하며, 상기 각 정극 집전체 및 정전극과 부극 집전체 및 부전극과의 사이에 전해질 이온의 전도성을 갖는 수지 재료를 포함하는 고체 전해질을 배치한 구성으로 한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전극과 부전극을 위에서 본 형상이 각각 빗살 형상으로 형성되고, 각각의 살 부분이 소정의 간격을 두고 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고체 전해질이 전지 형성 전에는 그 고체 전해질 전구체가 액상이고, 상기 액상의 고체 전해질 전구체를 상기 정전극과 부전극 사이에 충전하여, 그 후 고화하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극 재료가 평균 입경이 0.1 내지 10 ㎛인 재료를 사 용하여 전극을 형성한 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전극 재료가 그 표면에 결합제 수지층을 갖고, 이 결합제 수지층 내에 도전 재료가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전극 재료의 입자가 단핵이 아니라 클러스터인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제4항에 있어서, 상기 전극 재료의 입자 및 도전성 재료를 결합제 수지 내에 내부 첨가하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 기판의 한쪽 측면 상에 상기 정극 집전체와 부극 집전체를 교대로 형성하고, 상기 정극 집전체 상에 정극 재료를 적층 형성하고, 상기 부극 집전체 상에 부극 재료를 적층 형성하고, 상기 각 정극 집전체 및 정전극과 부극 집전체 및 부전극과의 사이에 고체 전해질을 배치하는 것을 포함하며,
    상기 정극 재료 및 부극 재료를 마찰 대전시키고 각각의 재료를 상기 정극 집전체 및 부극 집전체에 전압을 인가하여 쿨롱력에 의해 적층하고, 그 후 가열 또는 용매에 의해 용융하여 정전극과 부전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 현상시에 캐리어 용매를 사용하지 않는 건식인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 현상시에 캐리어 용매를 사용하는 습식인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 정전극 및 부전극을 형성한 후, 상기 정전극과 부전극 사이에 고체 전해질의 충전을 행하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
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