KR100841905B1 - 2차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

양호한 가요성을 가지며, 전지 특성이 뛰어난 2차 전지를 제공한다.
상기 2차 전지는 함께 적층된 음극과 폴리머 전해질층과 양극을 갖는다. 상기 음극 및 양극 중 적어도 한쪽의 전극이 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체와 그위에 받쳐진 전극 혼합물로 구성된 시트 전극으로 구성된다. 상기 시트 전극의 상기 폴리머 전해질층은 반대측에 상기 시트 전극과 접속한 상태로 배치된 금속 박막을 구비하는 동시에 상기 금속 박막으로부터 전극 단자가 추출된다. 상기 전지 소자는 외장체에 의해 감압 밀봉되게 된다.
금속 박막, 전극 단자, 전지 소자, 외장체, 전해질층

Description

2차 전지 및 그 제조 방법{Secondary cell and method for preparation thereof}
도 1은 본 발명을 적용한 시트형 리튬 이온 2차 전지의 구성 예를 도시하는 종단면도.
도 2는 본 발명을 적용한 시트형 리튬 이온 2차 전지의 구성 예를 도시하는 평면도.
도 3은 음극과 금속 박막 사이에 미끄럼이 생겨 음극과 금속 박막이 어긋난 상태를 도시하는 도면.
도 4는 음극 단자의 기능을 겸한 금속 박막의 형상을 도시하는 도면.
도 5는 외장 주머니(bag)의 구성 예를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
1 : 시트형 리튬 이온 2차 전지 2 : 양극
3 : 폴리머 전해질층 4 : 음극
5 : 금속 박막 6 : 전지 소자
7 : 외장체 8 : 양극 단자
9 : 음극 단자 10 : 양극 활성 물질층
11 : 양극 집전체 21 : 돌출부
22 : 외장 주머니 23 : 개구부
본 발명은 2차 전지 특히, 폴리머 전해질을 사용한 가요적인 2차 전지에 관한 것이다.
최근, 휴대형 전자기기의 소형 경량화에 따라 이들 전자기기 등에 전력을 공급하는 전지에 대해서도 구동용·백업용의 용도를 막론하고, 소형화, 박형화, 경량화의 요구가 높아지고 있다. 또한, 상기 전자 기기 내의 수납 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 것이 요구되고 있다. 그리고, 이러한 전원에는 예를 들면 에너지 밀도나 출력 밀도가 큰 리튬 이온 2차 전지가 상당히 적합하다.
그 중에서도 특히, 폴리머 전해질을 사용한 폴리머 전해질 2차 전지는 내누액성(耐漏液性)을 포함한 안전성이 뛰어나고, 더욱이 얇고 가볍기 때문에 기기의 형상에 맞춘 전지를 설계할 수 있다고 하는, 지금까지의 전지에는 없는 특징을 갖고 있다. 또한, 이 폴리머 전해질 2차 전지는 외장체로서 알루미늄박을 심재(芯材)로 한 라미네이트 필름을 사용하여, 이것에 얇은 시트형의 전극과 폴리머 전해질을 조합하여 박형 전지를 제조할 수 있는 특징이 있다. 그래서, 상술한 바와 같은 특징에 착안하여, 폴리머 전해질을 사용한 2차 전지가 연구되고 있다.
한편, 폴리머 전해질 전지에 있어서는 양, 음의 두 개의 전극이나 전해질층이 유리성(遊離性)의 액체를 포함하지 않는 고체형이며, 통상, 점착성을 갖는 폴리머 전해질을 통해서 양, 음의 두 개의 전극이 대립되어 고정된 전지 구조를 취한다. 그래서, 전해질층이 유연성이 풍부한 점탄성체이더라도, 전극 자체가 탄성 및 신축성을 구비하고 있지 않기 때문에, 굴곡 등에 의한 외부 힘에 의해 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되어, 전지 특성이 현저하게 저하되는 문제가 있다.
그래서, 예를 들면, 일본 실용신안공보 2570162 호에서는 활성 물질 입자가 도전성 접착층을 개재하여 집전체에 고정되어 있는 박형 2차 전지가 개시되어 있다. 이 박형 2차 전지의 경우에는 외부 응력에 의해 전극이 다소 만곡하여도 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 것을 억제할 수 있지만, 기본적으로 양, 음 두 개의 전극의 금속 박막 집전체 간에 양, 음 두 전극 활성 물질층 및 전해질층이 일체화하여 구속되어 있는 구조, 예를 들면, 음극 집전체에 의한 브리지 구조를 취하기 때문에, 실제로는 전지 소자 자체의 만곡 변형이 곤란하고, 무리하게 구부리려고 하면 전지 소자 자체가 꺾여 파손된다. 이 경우, 유동성이 높은 액상 전해질을 양극과 음극 간에 개재시켜, 음극과 양극간의 미끄럼성을 높이고 전지 소자의 가요성을 개선하는 것은 가능하다. 그러나, 양극과 음극 간에 전해질층을 개재한 음극과 양극의 균일한 접촉을 유지하는 것이 곤란하기 때문에, 충방전 반응의 불균일성이 생겨 예를 들면, 금속 리튬의 석출 등을 포함하는 현저한 성능 저하를 초래한다.
또한, 일본특허 제 2698145 호에서는 도전제가 혼합된 고무형 다공성 시트의 공간부에 도전성 폴리머가 중합된 시트 전극을 사용한 박형 2차 전지가 개시되어 있다. 이 경우에는 전극 자체의 가요성은 현저하게 향상되지만, 해당 시트 전극과 집전체의 마찰 계수가 크기 때문에, 전극 활성 물질층 및 전해질층이 양극과 음극의 집전체 사이에 끼워지는 구조가 되고, 전지 소자의 가요성이 저하된다. 즉, 전해질이나 전극에 가요성 폴리머를 적용하여도, 변형율이나 신장이 작은 집전체나 외장체에 구속되어 양호한 가요성을 구비한 전지는 아직까지 얻어지지 못하였다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 실정을 감안하여 창안된 것으로, 양호한 가요성을 가지며, 전지 특성이 뛰어난 2차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
하나의 양상에 따라서, 본 발명은, 함께 적층된 양극, 폴리머 전해질층 및 음극을 갖는 2차 전지에 있어서, 음극 및 양극 중 적어도 한쪽의 전극이 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체(current collector)와 그위에 받쳐진 전극 혼합물(electrode mixture)로 구성된 시트 전극으로 구성되고, 금속 박막이 시트 전극의 상기 폴리머 전해질층과는 반대측에, 시트 전극과 슬라이딩 접촉 상태로 제공되고, 전극 단자는 금속 박막으로부터 추출되고, 전지 소자가 외장체에 의해 감압 밀봉되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지를 제공한다.
이렇게 구성된 2차 전지에 있어서, 시트 전극과 금속 박막은 물리적으로 접촉하고 있지만 고착되어 있지 않기 때문에, 시트 전극과 금속 박막 사이에 양호한 미끄럼성을 갖고, 만곡 변형이 가능하게 되어, 외부 응력에도 충분히 대응 가능한 구성이 된다.
즉, 상기 전지는 전지에 외부 응력이 가해진 경우에도, 시트 전극과 금속 박막 사이에서 미끄럼이 생김으로써 전지가 만곡 변형하는 것이 가능하게 되어, 양호한 가요성을 갖는 전지가 된다.
그 결과, 이 전지는 전지 자체의 가요성(flexibility)이 현저하게 향상되고, 전지의 만곡 변형에 의한 국소적인 응력 집중이나 왜곡이 생기지 않는다.
따라서, 이 전지는 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않으며, 이것에 기인한 전지 성능의 열화가 억제된다.
또한, 이 전지는 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체로 이루어지는 전극의 단자를 금속 박막으로부터 추출함으로써, 전지의 과충전 시나 단락 시에, 해당 전극 구조가 전류 차단 밸브로서 기능한다.
즉, 과충전이나 단락 등의 전지 이상 작동시에는 발열에 따라 발생하는 다량의 가스가 탄소 섬유를 주체로 하는 전극 집전체와 금속 박막 사이에 우선적으로 축적되어, 전극과 금속 박막의 접촉을 방해한다.
이것에 의해, 전극과 금속 박막의 접촉 도통이 차단되어 전류가 흐르지 않는 상태가 되기 때문에, 열 폭주 등의 위험을 회피할 수 있다.
따라서, 이 전지는 상술한 전극 구조가 전류 차단 밸브로서의 기능을 구비하기 때문에, 안정성이 매우 높은 전지가 된다.
다른 양상에 따라서, 본 발명에 따른 2차 전지의 제조 방법은 전극 단자를 추출한 금속 박막, 탄소 섬유를 주체로 하는 제 1 집전체와 그 위에 받쳐진 전극 혼합물로 구성된 제 1 전극, 폴리머 전해질층, 및 제 2 집전체상에 활성 물질층이 형성된 제 2 전극을 상기 금속 박막과 상기 제 1 전극이 접촉한 상태에서 순차 적층시켜 전지 소자를 제조하고, 전지 소자를 외장체로 감압 밀봉하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이상과 같은 전지의 제조 방법에서는, 제 1 전극과 금속 박막을 물리적으로 접촉시키지만 고착되지 않기 때문에, 전지는 제 1 전극과 금속 박막 사이에 양호한 미끄럼성을 갖고, 만곡 변형이 가능하게 되어, 외부 응력에도 충분히 대응 가능한 구성이 된다. 즉, 이 전지의 제조 방법에 의하면, 전지에 외부 응력이 가해진 경우에 있어서도, 제 1 전극과 금속 박막 사이에서 미끄럼이 생김으로써 전지가 만곡 변형하는 것이 가능하게 되어, 양호한 가요성을 갖은 전지가 구성된다. 그 결과 이 전지의 제조 방법으로 제조된 전지는 전지 자체의 가요성이 현저하게 향상되고, 전지의 만곡 변형에 의한 국소적인 응력 집중이나 왜곡이 생기지 않는다.
따라서, 이 전지의 제조 방법에 의하면, 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않고, 이것에 기인한 전지 성능의 열화가 억제되는 전지가 제조된다.
또한, 이 전지의 제조 방법에 있어서는 전극 집전체에 금속 박막을 접촉시키고, 또한 전극 단자를 금속 박막으로부터 취하고 있기 때문에, 전지의 과충전시나 단락시에, 전극 구조가 전류 차단 밸브로서 기능한다. 즉, 이 전지의 제조 방법으로 제조된 전지는 과충전이나 단락 등의 전지 이상 작동시에는 발열에 따라 발생하는 다량의 가스가 탄소 섬유를 주체로 하는 전극 집전체와 금속 박막 사이에 우선 적으로 고여, 전극과 금속 박막의 접촉을 방해한다. 이것에 의해, 전극과 금속 박막의 접촉 도통이 차단되어 전류가 흐르지 않는 상태가 되기 때문에, 열 폭주 등의 위험을 회피할 수 있다.
따라서, 이 전지의 제조 방법에 의하면, 해당 전극 구조가 전류 차단 밸브로서의 기능을 구비한 지극히 안정성이 높은 전지가 제공된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
도 1 및 도 2에 본 발명을 적용한 시트형 리튬 이온 2차 전지를 도시한다. 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는, 양극(2)과, 양극(2)에 접하여 적층된 폴리머 전해질층(3)과, 음극(4)과 슬라이딩 접촉하여 배치된 금속 박막(5)으로 이루어지는 전지 소자(6)로 구성된다. 상기 양극의 외부림과 금속 박막(5)의 외부림(9) 상에는 양극 단자(8) 및 음극 단자가 각각 배치되어 있다.
목적으로 하는 전지의 종류에 따라서, 금속 산화물, 금속 황화물 또는 특정한 고분자 등으로 이루어지는 양극 활성 물질을 함유하는 양극 활성 물질층(10)이 양극 집전체(11)상에 침착되어 이루어지는 것이다.
양극 집전체(11)로서는, 예를 들면 알루미늄, 티탄늄, 또는 이들의 합금을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 양극 집전체(11)의 형상은 박형(箔狀), 라스(lath)형, 펀칭 메탈(punching metal)형, 망(net)형 등의 형상을 취할 수 있다. 또한, 양극 집전체(11)의 두께는 박형(薄型) 전지를 구성할 때는 예를 들면 20㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
양극 활성 물질층(10)에 함유되는 양극 활성 물질은 제조하는 전지의 종류에 따라 다르고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 양극 활성 물질은 리튬 전지 또는 리튬 이온 전지를 제조하는 경우, 리튬의 흡수 및 방출이 가능한 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 TiS2, MoS2, NbSe2, V2O 5 등의 리튬을 함유하지 않는 금속 황화물 또는 산화물이나 일반식 LixMO2(식 중, M은 1종 이상의 천이 금속을 나타내고, X는 전지의 충방전 상태에 따라서 다르고, 통상 0.05≤X≤1.10이다.)로 표시되는 리튬 복합 산화물 등을 사용할 수 있다. 여기서, 천이 금속(M)으로서는 Co, Ni, Mn 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 리튬 복합 산화물의 구체적인 예로서는 LiCO2, LiNiO2, LiNYCo1-YO2(식 중, 0 < Y < 1 이다.), LiMn2O4 등을 들 수 있다. 이들 리튬 복합 산화물은 고전압을 발생시킬 수 있고, 에너지 밀도적으로 뛰어난 양극 활성 물질이 된다. 이들의 양극 활성 물질의 복수 종을 더불어 사용하여도 좋다.
특히, 양극 활성 물질로서는 고전압 및 고체적 밀도를 얻을 수 있고, 사이클 특성이 뛰어나다는 점에서, 리튬 코발트 산화물이나 리튬 니켈 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 리튬 복합 산화물은 리튬의 탄소염, 초산염, 산화물 또는 수산화물과, 코발트, 망간 또는 니켈 등의 탄산염, 초산염, 산화물 또는 수산화물을 원하는 조성에 따라 분쇄 혼합하여, 산소 분위기하에서 600 내지 1000℃의 온도 범위에서 소성함으로써 조정할 수 있다.
특히, 이들 리튬 복합 산화물은 고전압을 발생시킬 수 있고, 체적 밀도적으로 뛰어난 양극 활성 물질이 된다. 양극에는 이들의 양극 활성 물질의 복수 종을 더불어 사용하여도 좋다. 또한, 이상과 같은 양극 활성 물질을 사용하여 양극을 형성할 때, 공지의 도전제나 결합제 등을 첨가할 수 있다.
폴리머 전해질층을 구성하는 폴리머 전해질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 막 분리 특성을 갖는 고분자 고체 전해질, 또는 이들에 가소제를 첨가한 겔상 전해질을 적절하게 사용할 수 있다.
예를 들면, 겔화한 겔상 전해질을 형성하기 위해서는 전해액으로서 예를 들면, 에스테르, 에테르, 탄산 에스테르 등의 비수(非水)전해액을 단독 또는 가소제의 1 성분으로서 사용할 수 있다.
또한, 이 전해액에 용해시키는 전해질로서는 리튬, 나트륨, 알루미늄 등의 경금속의 염 등, 통상의 전지 전해액에 사용되는 전해질을 사용할 수 있고, 전지의 종류나 사용하는 비수 전해액 등에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 예를 들면, 비수 전해액 리튬 2차 전지를 구성하는 경우, 전해질로서는 LiBF4, LiClO4, LiPF6 , LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiC 4F9S03, LiCF3CO2, LiN(CF3CO)2 , LiC6F5SO3, LiC8F17SO3, LiN(C2F5SO2)2, LiN(C4F9SO2)(CF3SO2), LiN(FSO2C6 F4)(CF3SO2), LiN((CF3)2CHOS02)2, LiC(CF3SO2)3 , LiB(C6F3(CF3)2-3,5)4, LiCF3, LiAlCl4 등의 리튬 염을 사용할 수 있다.
상기 전해액에 의해 겔화되는 고분자 재료로서는 예를 들면, 실리콘 겔, 아크릴 겔, 아크릴로 니트릴 겔, 폴리포스파젠 변성 폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드 및, 이들의 복합 폴리머나 가교 폴리머, 변성 폴리머 등을 사용할 수 있다. 또한, 불소계 폴리머도 사용하는 수가 있고, 예를 들면, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-CO-헥사플루오르프로필렌), (비닐리덴 플루오라이드-CO-테트라플루오르프로필렌), (비닐리덴 플루오라이드-CO-트리플루오르프로필렌), 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, 겔 전해질에 대해서는, 탄소 음극과의 반응성 등으로 사용하는 용매가 한정되는 경우는 모노머 용액을 화학 가교시킨 것을 적용하면 효과적이다. 또한, 박막 분리 특성 즉, 격막성이 낮은 전해질에서는 다공질 폴리올레핀이나 부직포 등으로 이루어지는 세퍼레이터(separator)가 적절히 삽입된다.
음극(4)은 음극 활성 물질을 함유하는 음극 혼합물과, 음극 집전체 위에 받쳐진 상술한 폴리머 전해질로 이루어지는 것이다. 음극 혼합물는 음극 활성 물질과 결합제를 유기 용매에 분산시킨 것이다.
음극 활성 물질은 제조하는 전지의 종류에 따라 다르고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지를 제조하는 경우는, 음극 활성 물질로서는, 리튬을 도프/탈도프할 수 있는 흑연화가 어려운 탄소계 재료나 흑연계 재료의 탄소 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는 열분해 탄소류, 피치 코크스, 니들 코크스, 석유 코크스 등의 코크스류, 흑연류, 글래스형 탄소류, 페놀 수지, 퓨란(furane) 수지 등을 적당한 온도로 소성하여 탄소화한 유기 고분자 화합물 소성체, 탄소 섬유, 활성탄 등의 탄소 재료를 사용할 수 있다. 이 외에, 리튬을 도프/탈도프할 수 있는 재료로서는 폴리아세틸렌, 폴리피롤 등의 고분자나 SnO2 등의 산화물을 사용할 수 있다. 이러한 재료로 음극을 형성할 때는 폴리비닐리덴 플루오라이드 등의 공지의 결합제를 사용할 수 있다.
유기 용매로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, γ-부티로랙톤, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서는 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체를 사용하는 것이 바람직하다. 음극 집전체로서 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체를 사용함으로써, 집전체 자체도 리튬 이온을 도프 및 탈도프 가능하다. 또한, 음극으로의 폴리머 전해질의 함침량을 조정함으로써 금속 박막에 대한 전해질의 부착을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 과방전시에 있어서의 금속 박막, 예를 들면 구리박의 용출에 의한 전지 성능 열화를 억제할 수 있다.
금속 박막(5)은 상가 음극(4)과 접촉한 상태로 배치되어, 음극(4)의 집전 보조체로서 기능한다. 즉, 금속 박막(5)은 시트형 음극(4)과 전기적인 접촉이 유지되고 있고, 금속 박막(5)과 음극 단자(9)는 스폿 용접 등으로 접합되어 있다. 본 구조에 의해서, 탄소 섬유 집전체로부터의 전기적으로 안정된 단자의 추출이 가능해진다. 금속 박막(5)으로서는 예를 들면 구리, 니켈, 또는 이들의 합금을 바람직하게 사용할 수 있다.
외장체(7)는 그 내부에 전지 소자(6)를 수용하고, 외부 공기로부터의 수분의 침입을 차단하여 보호하는 것으로서, 예를 들면 라미네이트 필름으로 이루어진다. 외장체의 재료로서는 공지의 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들면 알루미늄 라미네 이트 필름(나일론/Al/폴리프로필렌) 등을 사용할 수 있다.
이상과 같이 구성된 시트형 리튬 이온 2차 전지는 음극 집전체로서 탄소 섬유를 주체로 하는 시트형의 집전체를 사용한다. 이 집전체에 음극 활성 물질, 결합제를 함유하는 양극 혼합물, 및 폴리머 전해질을 함침시키고 있다. 또한, 집전 보조체로서 기능하는 금속 박막(5)을 음극(4)에 접촉한 상태로 배치한 구조로 되어 있다. 여기서, 음극(4)과 금속 박막(5)은 외장체(7)로 전지를 밀봉할 때 감압 밀봉함으로써, 외부 압력, 즉 대기압 만으로 물리적 접촉, 및 전기적 접촉이 유지된 구조로 되어 있다.
이러한 시트형 리튬 이온 2차 전지에서는, 음극(4)과 금속 박막(5)은 물리적으로 접촉하고 있지만 고착되어 있지 않기 때문에, 음극(4)과 금속 박막(5) 사이에 양호한 미끄럼성이 있고, 만곡 변형이 가능하게 되고 있어, 외부 응력에도 충분히 대응 가능한 구성으로 되어 있다. 즉, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 전지에 외부 응력이 가해진 경우에 있어서도, 도 3에 도시하는 바와 같이 음극(4)과 금속 박막(5) 사이에서 미끄럼이 생김으로써 전지가 만곡 변형하는 것이 가능하게 되어 있어, 양호한 가요성을 갖는 전지가 된다. 이것에 의해, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 전지 자체의 가요성이 현저하게 향상되고, 전지의 만곡 변형에 의한 국소적인 응력 집중이나 왜곡이 생기지 않는다. 따라서, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않고, 이것에 기인한 전지 성능의 열화를 억제할 수 있다.
전지를 박형 전지로 하는 경우에는, 전지의 두께는 1㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 전지의 두께가 1㎜보다도 두꺼운 경우에는 만곡 변형시킬 때 원둘레 차가 생겨, 전지의 가요성이 저하되기 때문이다.
더욱이, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 음극(4)의 전극 단자를 금속 박막(5)으로부터 취함으로써, 전지의 과충전시나 단락시에, 양극 구조가 전류 차단 밸브로서 기능한다. 즉, 과충전이나 단락 등의 전지 이상 작동시에는 발열에 따라 발생하는 다량의 가스가 탄소 섬유를 주체로 하는 음극(4)과 금속 박막(5) 사이에 우선적으로 고여, 음극(4)과 금속 박막(5)의 접촉을 방해한다. 이것에 의해, 음극(4)과 금속 박막(5)의 접촉 도통이 차단되어 전류가 흐르지 않는 상태가 되기 때문에, 열 폭주 등의 위험을 회피할 수 있다. 즉, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 상술한 양극 구조가 전류 차단 밸브로서의 기능을 구비하기 때문에, 지극히 안정성이 높은 전지가 된다.
또한, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 음극(4)측의 외장체(7)를 없앤 구성이 되어도 좋다. 즉, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 음극(4)의 외주측에 금속 박막(5)이 배치되어 있다. 여기서, 금속 박막(5)은 음극(4)의 집전 보조체로서의 기능을 다하는 동시에, 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)의 내부를 음극(4)측에 있어서 외부 공기로부터 차단·밀폐하고, 보호하는 외장재로서도 기능하는 것이 가능하다. 따라서, 음극(4)측의 외장체를 없앤 구조로 하는 것이 가능해진다.
음극(4)측의 외장체를 없앤 구조로 하는 것은 특히, 박형·시트형의 2차 전지에 있어서는 전지의 두께를 감소시켜서, 한층 더 박형화를 도모하는 것을 가능하 게 한다. 이 때문에, 전해질로서 고분자 고체 전해질이나 겔상 전해질 등의 폴리머 전해질을 사용한 전지의 박형, 경량이라는 이점을 최대한으로 발휘할 수 있다. 또한, 외장체가 불필요해짐으로써 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 구성된 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 금속 박막(5)이 음극 단자(9)를 겸한 구성으로 하여도 좋다. 이러한 구성으로 하기 위해서는 금속 박막(5)의 형상을 음극 단자(9)를 겸한 형상으로 하면 좋다. 즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 금속 박막(5)의 음극 단자(9)가 접속되는 부분에, 음극 단자(9)와 대략 같은 형상, 대략 동등한 크기로서, 바깥 쪽으로 돌출한 돌출부(21)를 형성함으로써, 음극 단자(9)로서의 기능을 겸하는 것이 가능해진다. 이러한 구성으로 함으로써, 전지의 구성을 간략화하는 것이 가능해지고, 전지의 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있다. 또한, 전극 단자의 접촉 불량 등의 불량을 없앨 수 있다.
또한, 상기에 있어서는 음극 집전체에 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체를 사용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체는 양극 집전체에 사용하여도 좋다. 이 경우에는 상기에 있어서는 음극(4)과 접촉한 상태로 배치된 금속 박막(5)을 양극(2)과 접촉한 상태로 배치한다. 이러한 구성으로 함으로써, 상술한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다. 단, 양극 활성 물질로서 코발트산 리튬 등을 사용하는 경우는 그래파이트(graphite) 등의 음극 활성 물질과 비교하여 전자 도전성이 낮기 때문에, 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체를 음극측에 사용하고, 해당 양극(4)에 금속 박막(5)을 접촉한 상태로 배치하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 구성된 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 예를 들면 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
우선, 양극 집전체의 1 주면에 양극 활성 물질층(10)을 형성함으로써 양극(2)을 제조한다. 구체적으로는 양극 활성 물질과 결합제를 함유하는 양극 혼합물를 양극 집전체가 되는, 예를 들면 알루미늄박 등의 금속 박막의 1주면에, 균일하게 도포, 건조함으로써 양극 집전체의 1주면에 양극 활성 물질층(10)을 형성한다. 그 후, 롤 프레스기로 압축 성형하여 시트형의 양극(2)으로 한다. 여기서, 양극 혼합물의 결합제로서는 공지의 결합제를 사용할 수 있다. 또한, 양극 혼합물에는 공지의 첨가제 등을 첨가하여도 좋다. 또한, 양극 활성 물질층(10)은 캐스트 도포, 소결 등의 수법을 사용하여 형성할 수도 있다.
다음에, 음극 집전체가 되는 탄소 섬유 시트에 받쳐진 양극 활성 물질을 함유하는 양극 혼합물을 가짐으로써 음극(4)을 형성한다. 특히, 음극 활성 물질과 결합제를 함유하는 음극 혼합물를 음극 집전체가 되는 탄소 섬유 시트의 1주면에 균일하게 도포하고, 건조 후, 롤 프레스기로 압축 성형함으로써 음극(4)을 제조한다. 여기서, 음극 혼합물의 결합제로서는 공지의 결합제를 사용할 수 있다. 또한, 음극 혼합물에는 공지의 첨가제 등을 첨가하여도 좋다.
또한, 상술한 양극(2) 및 음극(4)을 제조하는 순서로서는 특별히 한정되는 것이 아니라, 우선 집전체 상에 활성 물질층을 형성하고, 그 후에 해당 집전체를 소정의 형상으로 절단하여 전극으로 하는 순서나 우선 전극의 형상으로 집전체를 절단하고, 그 후에 해당 집전체 상에 활성 물질층을 형성하여 전극으로 하는 순서 등 어떠한 순서라도 상관없다.
다음에, 음극(4)의 양극 활성 물질층(10)상에, 폴리머 전해질층(3)을 형성한다. 예를 들면 폴리머 전해질층(3)으로서, 겔상 전해질을 제조할 때에는 우선, 비수 용매에 전해질염을 용해시켜 가소제를 제조한다. 그리고, 이 가소제에 매트릭스 폴리머를 첨가하고, 잘 각반하여 매트릭스 폴리머를 용해시켜 졸상의 전해질 용액을 얻는다. 그리고, 이 전해질 용액을 음극의 한쪽의 음극 활성 물질층상에 소정량 도포한다. 계속해서, 실온에서 냉각함으로써 매트릭스 폴리머가 겔화되고, 음극 활성 물질층상에 겔 전해질로 이루어지는 폴리머 전해질층(3)이 형성된다.
한편, 폴리머 전해질층(3)은 유리판 등의 평탄한 기판 상에 상술한 전해질 용액을 소정량 도포하고, 실온에서 냉각함으로써 필름형 또는 시트형으로, 별개로 형성하여도 좋다.
다음에, 양극(2)상에 형성한 폴리머 전해질층(3)과 음극(4)을 대향시켜 양극(2)과 음극(4)을 적층하고, 열압착한다. 즉, 폴리머 전해질층(3)을 양극(2)과 음극(4)으로 사이에 두도록 하여 양극(2)과 음극(4)을 적층하여 열압착한다. 또한, 음극(4)측에 금속 박막(5)을 적층함으로써 전지 소자(6)를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 제조한 전지 소자(6)를, 외장체(7)인 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같은 알루미늄 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장 주머니(22)에 수용한다. 이 때, 양극(2) 및 금속 박막(5)의 소정의 위치에, 각각 양극 단자(8) 및 음극 단자(9)를 그 한 끝이 외장 주머니(22)의 개구부(23)로부터 돌출하도록 배치한다. 또한, 개구부(23)의 밀폐도를 높이기 위해서, 외장 주머니(22)의 개구부(23) 의 소정의 위치이며, 양극 단자(8) 및 음극 단자(9)의 주위에 열융착용의 고분자 재료를 배치한다.
다음에, 외장 주머니(22)의 내부를 소정의 압력으로 감압한 상태에서, 외장 주머니(22)의 외측 가장자리부를 열융착으로 밀봉한다. 여기서, 외장 주머니(22)의 내부의 압력은 대기압 이하이면 낮을 수록 바람직하지만, 예를 들면 10 Torr 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1Torr 이하, 더욱 바람직하게는 0.1Torr 이하이다. 외장 주머니(22)의 내부의 압력을 이와 같은 범위로 하여 전지를 감압 밀봉함으로써, 음극(4)과 금속 박막(5)을 양호한 접촉 상태로 하여 전지를 밀봉할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같은 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)를 제조할 수 있다.
상술한 시트형 리튬 이온 2차 전지의 제조 방법에서는 양극 집전체로서 탄소 섬유를 주체로 한 집전체를 사용하고, 음극(4)에 금속 박막(5)을 적층시킨 상태로 전지를 외장 주머니(22)에 감압 밀봉한다. 음극(4)과 금속 박막(5)은 전지를 감압 밀봉함으로써 외장 주머니(22)에 대한 외부 압력, 즉 대기압만으로 접촉 상태가 유지된 구조가 된다. 즉, 음극(4)과 금속 박막(5)은 외장 주머니(22)의 외부 압력, 즉 대기압만으로 물리적 접촉 및 전기적 접촉이 유지된 구조가 된다. 따라서, 음극(4)과 금속 박막(5)이 고착되지 않고 양호한 미끄럼성을 갖는 상태로 접촉된 전지를 제조할 수 있다. 이러한 구성으로 제조된 전지는 전지 자체의 가요성이 현저하게 향상되고, 전지의 만곡 변형에 의한 국소적인 응력 집중이나 왜곡이 생기지 않는다. 따라서, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않고, 이것에 기인한 전지 성능의 열화가 억제된다.
그래서, 상술한 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)의 제조 방법에 의하면 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않고, 이것에 기인한 전지 성능의 열화가 억제된 전지, 즉, 양호한 가요성과 뛰어난 전지 특성을 구비한 2차 전지를 제조할 수 있다.
또한, 상술한 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)의 제조 방법에 있어서는 음극 집전체로서 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체를 사용하고 있다. 여기서, 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체는 집전체 자체도 리튬 이온을 도프 및 탈도프 가능한 탄소를 사용하고 있기 때문에, 음극 집전체로의 폴리머 전해질의 함침량을 조정함으로써 금속 박막(5)에 대한 전해질의 부착을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 과방전시에 있어서의 예를 들면 구리박 등의 용출에 의한 전지 성능 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 상술한 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)의 제조 방법에 의하면, 과방전에 의한 전지 성능 열화가 억제된 전지 특성이 뛰어난 전지를 제조할 수 있다.
또한, 상술한 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)의 제조 방법에 있어서는 음극(4)에 금속 박막(5)을 접촉시키고, 또한 음극(4)의 전극 단자를 금속 박막(5)으로부터 취하고 있기 때문에, 전지의 과충전시나 단락시에, 양극 구조를 전류 차단 밸브로서 기능시킬 수 있다. 즉, 과충전이나 단락 등의 전지 이상 작동시에는 발열에 따라 발생하는 다량의 가스를 탄소 섬유를 주체로 하는 음극(4)과 금속 박 막(5) 사이에 우선적으로 모을 수 있고, 음극(4)과 금속 박막(5)의 접촉을 방해할 수 있다. 이것에 의해, 음극과 금속 박막의 접촉 도통이 차단되어 전류가 흐르지 않는 상태로 할 수 있기 때문에, 열 폭주 등의 위험을 회피할 수 있다. 즉, 상술한 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)의 제조 방법에 의하면, 음극 구조가 전류 차단 밸브로서의 기능을 구비한 지극히 안정성이 높은 2차 전지를 제조할 수 있다.
이상, 시트형 리튬 이온 2차 전지를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 상기의 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 가능하다. 그 중에서도, 박형 2차 전지에 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 여기서, 박형 2차 전지는, 두께 3㎜ 이하의 시트형의 2차 전지를 의미한다.
특정예
본 발명의 효과를 확인하기 위해, 상술한 바와 같은 시트형의 폴리머 전해질 2차 전지를 제조하고, 그 특성을 평가하였다.
<실시예>
우선, 음극(4)을 이하와 같이 하여 제조하였다.
90 중량부의 흑연 분말과 10 중량부의 폴리(비닐리덴 플루오라이드-CO-헥사플루오르프로필렌)를 함께 혼합하여 음극 혼합물를 조제하고, 또한 이것을 N-메틸-2-피롤리돈(pyrolidone)에 분산시켜서 슬러리를 형성하였다. 다음에, 이 슬러리를 음극 집전체인 두께 100㎛의 탄소 섬유 시트의 1주면에 균일하게 도포하고, 건조 후, 롤 프레스기로 압축 성형하여 음극(4)을 제조하였다.
다음에, 양극(2)을 이하와 같이 하여 제조하였다.
우선, 양극 활성 물질을 얻기 위해서, 탄산 리튬과 탄산 코발트를 0.5몰 : 1몰의 비율로 혼합하고, 공기 중에서 900℃의 온도로 5시간 소성하였다.
다음에, 얻어진 LiCoO2를 90 중량부, 도전제로서 흑연을 6 중량부, 결합제로서 폴리(비닐리덴플루오라이드-CO-헥사플루오르프로필렌) 4 중량부를 혼합하여 양극 혼합물를 조제하고, 또한 이것을 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 슬러리를 형성하였다. 그리고, 이 슬러리를 양극 집전체(11)인 두께 20㎛의 띠형상 알루미늄박의 1주면에 균일하게 패턴 도포하고, 건조 후, 롤 프레스기로 압축 성형하여 시트형의 양극을 제조하였다.
다음에, 폴리머 전해질층(3)을 하기와 같이 하여 제조하였다. 폴리머 전해질층(3)은 겔상 폴리머 전해질층으로 하였다.
우선, 탄산 에틸렌(EC)을 42.5 중량부, 탄산 프로필렌(PC)을 42.5 중량부, LiPF6을 15 중량부로 함께 혼합하여 가소제를 제조한다. 이어서, 이 가소제 30 중량부에, 폴리(비닐리덴 플루오라이드-CO-헥사플루오르프로필렌) 10 중량부, 탄산 디에틸 60 중량부를 혼합 용해시켜 폴리머 용액을 조제하였다.
다음에, 이 폴리머 용액을 음극 활성 물질층 및 양극 활성 물질층의 위에 균일하게 도포하여 상온에서 8시간 방치하여 탄산 디에틸을 기화, 제거하고, 겔상 전해질층을 얻었다.
다음에, 겔상 전해질층을 형성한 음극(4) 및 양극(2)을 각각의 겔상 전해질층끼리를 대향시켜 접합하여 열압착시킨 후, 양극 단자(8)를 음극 집전체(11)의 외 측 가장자리부에 초음파 용접하였다. 또한, 두께 10㎛의 구리로 이루어지는 금속 박막(5)을 준비하고, 이 금속 박막의 외측 가장자리부에 양극 단자(8)를 초음파 용접하였다. 또한, 이 금속 박막(5)을 음극(4)에 적층하여 전지 소자(6)를 제조하였다.
다음에, 이 시트형의 전지 소자(6)를 알루미늄 라미네이트 필름 외장 주머니(22)에 삽입하고, O.1Torr 감압하에서 알루미늄 라미네이트 필름 외장 주머니(22)의 외측 가장자리부를 히트 밀봉(heat seal)에 의해 감압 밀봉하여 폭 140㎜, 길이 196㎜, 두께 0.5㎜의 크기의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)를 2개 제조하였다.
<비교예 1>
비교예 1에서는 음극(4)을 하기와 같이 하여 제조한 점과 금속 박막(5)을 사용하지 않은 점 이외에는, 상기 실시예와 같이 하여 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)를 2개 제조하였다. 한편, 음극(4)의 리드는 음극 집전체로부터 직접 추출하였다.
우선, 90 중량부의 흑연 분말과, 결합제로서 폴리(비닐리덴 플루오라이드-CO-헥사플루오르프로필렌) 10 중량부를 혼합하여 음극 혼합물를 조제하고, 또한 이것을 N-메틸-1피롤리돈에 분산시켜 슬러리를 형성하였다.
다음에, 이 슬러리를 음극 집전체인 두께 15㎛의 띠형상 구리박의 1주면에 균일하게 도포하고, 건조 후, 롤 프레스기로 압축 성형하여, 음극(4)을 제조하였다.
<비교예 2>
비교예 2에서는 알루미늄 라미네이트 필름 외장 주머니를 100Torr의 감압하에서 밀봉한 점 이외에는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)를 제조하였다.
<특성 평가>
상기에 있어서 제조한 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에 대해서, 이하의 시험을 행하여, 에너지 밀도 및 충방전 사이클의 진행에 따른 방전 용량의 유지율을 조사하였다.
시험은 23℃의 항온실 속에서, 1C 레이트 정전류 저전압 충전 및 0.5C 레이트 정전류 방전을 3.0 내지 4.2V의 범위에서 행하였다. 그리고, 이것을 1 사이클로 하여, 200 사이클 반복하여 행하였다. 또한, 1 사이클마다 시트형 리튬 이온 2차 전지에 대하여 90도 만곡 변형을 10회 반복하여 행하였다. 또한, 1 사이클 후의 전지 용량을 초기 용량으로 하였다.
실시예의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 1 사이클 후에, 전지 용량은 1.15Ah, 중량 에너지 밀도가 148Wh/㎏, 용적 에너지 밀도가 310Wh/l이었다. 그리고, 200 사이클 후의 전지 용량은 0.90Ah로서, 초기 용량의 78%라는 높은 유지율을 얻을 수 있었다.
이것은 실시예의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 음극(4)과 금속 박막(5)이 물리적으로 접촉하고 있지만 고착되어 있지 않기 때문에, 음극(4)과 금속 박막(5) 사이에 양호한 미끄럼성이 있고, 만곡 변형이 가능하게 되어 있어, 외부 응력에도 충분히 대응 가능한 구성으로 되어 있기 때문이라고 생각된다. 즉, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 집전 보조체가 되는 금속 박막(5)이 전지 소자(6)에 구속되어 있지 않고, 즉 고정되어 있지 않기 때문에, 전지 자체의 가요성이 현저하게 향상되고, 전지의 만곡 변형에 의한 국부적인 응력 집중이나 왜곡이 생기지 않는다. 따라서, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않고, 이것에 기인한 전지 성능의 열화를 억제할 수 있었기 때문이라고 생각된다.
이에 대하여, 비교예 1의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 1 사이클 후의 전지 용량은 1.13Ah, 중량 에너지 밀도가 1.42Wh/㎏, 용적 에너지 밀도가 305Wh/l로서, 실시예의 시트형 리튬 이온 2차 전지와 같은 전지 용량을 얻었다. 그러나, 만곡 변형에 의해 전지가 구부러지고, 외장체(7)인 라미네이트 필름에 주름이 발생하였다. 또한, 전지 용량은 2 사이클 후에 있어서 0.21Ah로서, 초기 용량의 19%의 유지율밖에 얻을 수 없고, 그 이후에 있어서는 충방전이 불가능해졌다.
이것은 비교예 1의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 구리박의 음극 집전체를 사용하여, 종래와 같은 전지 구조로 되어 있기 때문에, 전지 자체의 가요성이 나쁘고, 전지의 만곡 변형에 의해 국부적인 응력 집중이나 왜곡이 생겨 버린다. 따라서, 이 시트형 리튬 이온 2차 전지에서는 만곡 변형에 의해 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하고, 이것에 기인하여 전지 성능이 열화되었다고 생각된다.
한편, 비교예 2의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 1 사이클 후의 전지 용량은 0.41Ah, 중량 에너지가 밀도 53Wh/㎏, 용적 에너지 밀도가 111Wh/l로서, 에너지 밀도, 전지 용량 모두 낮은 값밖에 얻을 수 없었다. 또한, 전지 용량은 2 사이클 후에 있어서 0.10Ah로서, 초기 용량의 24%의 유지율밖에 얻을 수 없고, 그 이후에 있어서는 충방전이 불가능해졌다.
1 사이클 후의 에너지 밀도 및 전지 용량이 낮은 값이 된 것은 전지를 밀봉할 때의 감압이 불충분하기 때문에, 음극(4)과 금속 박막(5)의 전기적 도통이 불충분 해져, 셀 저항이 지극히 높아졌기 때문이다.
이상으로부터, 본 발명을 적용함으로써 전지 자체가 양호한 가요성을 나타내고, 외부 응력에 의한 만곡 변형에 강하고, 전지의 만곡 변형에 의해 에너지 밀도 및 전지 용량에 있어서의 사이클 특성이 열화되지 않는 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)를 제조 가능하다고 할 수 있다.
다음에, 상기에 있어서 제조한 실시예 및 비교예 1의 시트형 리튬 이온 2차 전지에 대해서, 상기의 시험을 행한 것과는 다른 전지를 사용하여 하기와 같이 하여 과충전 시험을 행하였다.
과충전 시험은 3C㎃의 충전 레이트로 상한 전압을 18V로 설정하고, 전지 용량의 250%까지 충전을 계속시키는 것으로 행하였다.
상술한 과충전 시험에 있어서, 실시예의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 외장체(7)의 미소한 팽창이 보였지만, 곧 외장체(7)의 팽창은 수습되고, 전지 셀의 도달 온도도 40℃ 이하이었다.
이것은 과충전을 행함으로써, 과충전에 의한 발열에 따라 발생한 다량의 가 스가 음극(4)과 금속 박막(5) 사이에 우선적으로 고여 팽창하고, 이것에 의해 음극(4)과 금속 박막(5)의 접촉 도통이 차단되었기 때문에, 전지에 전류가 흐르지 않는 상태가 되었기 때문이다.
이에 대하여 비교예 1의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)에서는 외장체(7)에 현저한 팽창이 인지되고, 전지 셀의 온도는 80℃에 달하였다.
이것은 비교예 1의 시트형 리튬 이온 2차 전지(1)는 전지 구성이 종래의 전지와 같고, 과충전에 의한 발열에 따라 발생한 다량의 가스가 전지 내에서 갈 장소를 잃고, 음극(4)과 외장체(7) 사이에 축적되어 외장체(7)를 압박하였기 때문에 외장체(7)에 현저한 팽창이 생겼기 때문이다.
이상으로부터, 본 발명을 적용함으로써 과충전이 행하여진 경우에 있어서도 자동적으로 전극의 도통이 차단되어 전류가 흐르지 않게 됨으로써, 열 폭주 등의 위험을 회피하는 것이 가능하고, 안전성이 뛰어난 시트형 리튬 이온 2차 전지를 제조 가능하다고 할 수 있다.
본 발명에 따른 2차 전지는 함께 적층된 양극, 폴리머 전해질층, 및 양극을 가지며, 상기 음극 및 양극 중 적어도 한쪽의 전극이 탄소 섬유를 주체로 하는 집전체와 그 위에 받쳐진 전극 혼합물로 구성된 시트 전극으로 구성된다. 상기 시트 전극의 상기 폴리머 전해질층과는 반대측에 상기 시트 전극과 슬라이딩 접촉한 상태로 배치된 금속 박막이 제공되고, 상기 금속 박막으로부터 전극 단자가 추출된다. 전지 소자가 외장체에 의해 감압 밀봉된다.
따라서, 본 발명에 따른 2차 전지는 전지 자체의 가요성이 현저하게 향상되어, 전지의 만곡 변형에 의한 국소적인 응력 집중이나 왜곡이 생기지 않는다. 그 결과 본 발명에 따른 2차 전지는 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않고, 이것에 기인한 전지 성능의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 2차 전지의 제조 방법은 전극 단자를 추출한 금속 박막과, 탄소 섬유를 주체로 하는 제 1 집전체와 그 위에 받쳐진 전극 혼합물로 구성된 제 1 전극과, 폴리머 전해질층과, 제 2 집전체상에 활성 물질층이 형성된 제 2 전극을, 금속 박막과 제 1 전극이 접촉한 상태로, 순차 적층시켜 전지 소자를 제조하고, 전지 소자를 외장체로 감압 밀봉하는 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 2차 전지의 제조 방법에 의하면, 전지 자체의 가요성이 현저하게 향상되어, 전지의 만곡 변형에 의한 국소적인 응력 집중이나 왜곡이 생기지 않고 2차 전지를 제조할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 2차 전지의 제조 방법에 의하면, 전극 자체가 국부적으로 구부러져 파손되거나 또는 전극 활성 물질층이 집전체로부터 박리되는 등의 현상이 발생하지 않고, 이것에 기인한 전지 성능의 열화를 억제할 수 있는 2차 전지를 제조하는 것이 가능해진다.
따라서, 본 발명에 의하면, 양호한 가요성을 구비하고, 또한 전지 특성이 뛰어난 2차 전지를 제공하는 것이 가능해진다.

Claims (14)

  1. 함께 적층된 양극(cathode), 폴리머 전해질층 및 음극(anode)을 가진 2차 전지(secondary cell)에 있어서,
    상기 양극 및 음극 중 적어도 하나가 탄소 섬유들로 구성된 집전체(current collector)와 그 위에 받쳐진 전극 혼합물로 구성된 시트 전극에 의해 형성되고,
    상기 폴리머 전해질층에 대해 상기 시트 전극의 반대측에 상기 시트 전극과 슬라이딩 접촉(sliding contact)하는 금속 박막이 제공되고, 상기 금속 박막으로부터 전극 단자를 끌어내고,
    상기 전지 소자가 외장체에 의해 감압하에서 밀봉되는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극이 리튬 이온들을 도핑/탈도핑(undoping)할 수 있는 양극 활성 물질층을 포함하는, 2차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 전해질층이 겔상의 폴리머 전해질로 형성되는, 2차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체는 라미네이트 필름인, 2차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 박막은 그 외측 가장자리부에 외향 돌출부를 갖는, 2차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지는 박형 2차 전지인, 2차 전지.
  7. 2차 전지의 제조 방법에 있어서,
    전극 단자가 유도된 금속 박막, 탄소 섬유들로 구성된 제 1 집전체와 상기 제 1 집전체에 의해 받쳐진 전극 혼합물로 구성된 제 1 전극, 폴리머 전해질층, 및 그 위에 활성 물질층을 받치고 있는 제 2 집전체로 구성된 제 2 전극을, 상기 금속 박막이 상기 제 1 전극과 슬라이딩 접촉한 상태로 순차 적층시켜서 전지 소자를 형성하는 단계; 및
    상기 전지 소자를 외장체로 감압하에서 밀봉하는 단계를 포함하는, 2차 전지의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극들은 각각, 음극 및 양극인, 2차 전지의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    리튬 이온들을 도핑/탈도핑할 수 있는 활성 물질을 함유하는 양극 활성 물질층이 상기 제 2 집전체 상에 형성되는, 2차 전지의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극들은 각각, 양극 및 음극인, 2차 전지의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    리튬 이온들을 도핑/탈도핑할 수 있는 활성 물질을 함유하는 양극 혼합물이 상기 제 1 집전체 상에 형성되는, 2차 전지의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 폴리머 전해질층으로서, 겔상 폴리머 전해질이 사용되는, 2차 전지의 제조 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 외장체로서, 라미네이트 필름이 사용되는, 2차 전지의 제조 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 박막은 그 외측 가장자리부 상에 외향 돌출부를 갖는, 2차 전지의 제조 방법.
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