KR101072289B1 - 섬유상의 구조체들을 포함하는 전극 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 섬유상의 구조체들을 포함하는 전극 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 전극 조립체는, 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극; 및 서로 교차하는 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들 사이에 배치되어 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들을 이격시키는 제 1 분리막을 포함한다.

Description

섬유상의 구조체들을 포함하는 전극 조립체{Battery electrode assembly having fiber-shaped structures}
본 발명은 전지 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 섬유상의 구조체들을 포함하는 전지의 전극 조립체에 관한 것이다.
전지 산업은 최근 반도체 제조 기술 및 통신 기술의 발달에 따른 휴대용 전자 장치에 관한 산업이 팽창하고, 환경 보존과 자원의 고갈로 인한 대체 에너지의 개발 요구에 따라 활발히 연구되고 있다. 대표적인 전지로서, 리튬 일차 전지는, 종래의 수용액계 전지에 비해서 고전압이고 에너지 밀도가 높기 때문에 소형화 및 경량화 측면에서 용이하다. 이러한 리튬 일차 전지는 휴대용 전자 장치의 주전원이나 백업용 전원 등 여러 가지 용도로 사용되고 있다.
이차 전지는 가역성이 우수한 전극 재료로 형성하여 충방전이 가능한 전지이다. 상기 이차 전지는 외관상 원통형과 각형으로 구분되고 양극 및 음극 물질에 따라 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬(Li) 전지, 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 구분되고 있다. 이러한 이차 전지는 휴대폰, 노트북형 PC, 이동형 디스플레이와 같은 소형 전지에서부터 전기 자동차용 배터리, 하이브리드 자동차에 사용되는 중대형 전지에 이르기까지 그 적용분야가 점차로 확대되고 있다. 이에 따라, 전지는 경량이고 에너지 밀도가 높으면서도, 우수한 충방전 속도, 충방전 효율 및 사이클 특성뿐만 아니라, 높은 안정성과 경제성을 요구한다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라, 충방전 효율, 충방전 속도 및 사이클 특성이 우수하고, 나아가, 형상 변화와 용량 조절이 용이한 전지를 얻을 수 있는 전극 조립체를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 전극 조립체는, 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극; 및 서로 교차하는 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들 사이에 배치되어 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들을 이격시키는 제 1 분리막을 포함한다.
상기 제 1 구조체들은 상기 제 1 분리막의 제 1 주면 상에서 서로 이격되어 연장되고, 상기 제 2 구조체들은 상기 제 1 주면에 반대되는 상기 제 1 분리막의 제 2 주면 상에서 서로 이격되어 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 전극 조립체는, 상기 제 1 분리막의 상기 제 1 주면 상에서 상기 제 1 구조체들과 교번하면서 상기 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 3 구조체들을 포함하는 제 3 전극; 및 상기 제 1 분리막의 상기 제 2 주면 상에서 상기 제 2 구조체들과 교번하면서 상기 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 2 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 4 구조체들을 포함하는 제 4 전극을 더 포함하며, 서로 교차하는 상기 제 3 구조체들과 상기 제 4 구조체들은 상기 제 1 분리막에 의해 이격된다.
또한, 상기 제 1 내지 상기 제 4 구조체들은 상기 제 1 분리막의 상기 제 1 또는 제 2 주면 내부로 적어도 일부가 매립될 수 있다. 또한, 전극 조립체는, 상기 제 1 분리막 상에 적층되어 다층 구조를 형성하는 적어도 하나 이상의 제 2 분리막; 및 상기 제 1 분리막과 접촉하는 경계면과 반대되는 상기 제 2 분리막의 다른 주면 상으로 연장되고, 상기 경계면의 구조체들의 극성과 반대 극성을 가지면서 교차하는 복수의 섬유상의 제 3 구조체를 포함하는 제 3 전극을 더 포함할 수도 있다.
다른 실시예에서, 전극 조립체는, 상기 제 1 분리막 상에 적층되어 다층 구조를 형성하는 적어도 하나 이상의 제 2 분리막; 상기 제 1 분리막과 접촉하는 경계면과 반대되는 상기 제 2 분리막의 다른 주면 상으로 연장되고, 상기 경계면의 구조체들의 극성과 반대 극성을 가지면서 교차하는 복수의 섬유상의 제 5 구조체들을 포함하는 제 5 전극; 및 상기 제 2 분리막의 상기 다른 주면 상에서 상기 제 5 구조체들의 극성과 반대 극성을 가지면서 교번하도록 연장되어, 상기 경계면의 상기 구조체들과 교차하는 복수의 섬유상의 제 6 구조체들을 포함하는 제 6 전극을 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제 1 내지 상기 제 6 구조체들은 상기 제 1 및 제 2 분리막의 주면 내부로 일부가 매립될 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 제 1 구조체들 및 상기 제 2 구조체들은 상기 제 1 분리막을 왕복 관통하는 씨줄과 날줄로서 서로 교차될 수도 있다. 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함할 수 있다. 또한, 전극 조립체는, 상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 어느 한쪽에만 선택적으로 상기 활물질층을 둘러싸는 고체 전해질을 더 포함할 수도 있다.
상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며, 상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께보다 작을 수 있다. 상기 제 1 분리막은, 미세다공막, 직포, 부직포, 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체는 일차 전지 또는 이차 전지용일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체는, 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들 및 상기 제 1 구조체들과 동일 극성을 가지며, 상기 제 1 구조체들과 교차하도록 제 1 방향과는 다른 제 2 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 2 구조체를 포함하는 제 1 전극; 제 3 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 3 구조체들 및 상기 제 3 구조체들과 동일 극성을 가지며, 상기 제 3 구조체들과 교차하도록 제 3 방향과는 다른 제 4 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 4 구조체를 포함하는 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 이격시키는 제 1 분리막을 포함하는 전지의 전극 조립체이다.
일부 실시예에서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 대칭되지 않도록, 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 회전 배치 또는 오프셋 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 씨줄과 날줄로서 서로 교차되고, 상기 제 3 및 제 4 구조체들은 씨줄과 날줄로서 서로 교차될 수도 있다. 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전극 조립체는, 상기 제 1 및 제 2 구조체들의 그룹 및 제 3 및 제 4 구조체들의 그룹 중 어느 하나의 그룹에만 선택적으로 고체 전해질층을 더 포함할 수도 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체는, 분리 매트릭스; 상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 분리 매트릭스 내의 제 1 평면 상에서 제 1 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극; 및 상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 분리 매트릭스 내의 상기 제 1 평면과 평행하게 이격된 제 2 평면 상에서 상기 제 1 구조체들과 교차하도록 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 전극 조립체는, 상기 제 1 평면 상에서 상기 제 1 구조체들과 교번하면서 상기 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 3 구조체들을 포함하는 제 3 전극; 및 상기 제 2 평면 상에서 상기 제 2 구조체들과 교번하면서 상기 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 2 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 4 구조체들을 포함하는 제 4 전극을 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면은 다층 구조를 형성하도록 복수 개일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체는, 상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 어느 한쪽에만 선택적으로 상기 활물질층을 둘러싸는 고체 전해질층을 더 포함할 수 있다.
상기 분리 매트릭스는 미세다공막, 직포, 부직포, 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며, 상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께 보다 작을 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체는, 분리 매트릭스; 및 상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 분리 매트릭스 내의 제 1 평면 상에서 제 1 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극; 및 상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 제 1 평면 상에서 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되어 제 1 구조체들과 씨줄과 날줄로서 서로 교차되는 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 전극 조립체는, 상기 분리 매트릭스 내에 상기 제 1 평면과 평행하게 이격된 제 2 평면 상에서 상기 제 1 및 제 2 구조체들과 교차하도록 씨줄과 날줄로서 서로 교차하는 복수의 섬유상의 제 3 구조체들 및 제 4 구조체들을 각각 포함하는 제 2 양극 및 제 2 음극을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체는, 상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 어느 한쪽에만 선택적으로 상기 활물질층을 둘러싸는 고체 전해질층을 더 포함할 수 있다.
상기 분리 매트릭스는 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막일 수 있다. 또한, 상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며, 상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께 보다 작을 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체는, 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극; 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대되는 극성을 갖는 평면 상의 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함할 수 있다.
상기 제 1 구조체들과 동일 극성을 가지며, 상기 제 1 구조체들과 교차하도록 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 3 전극을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서는, 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 씨줄과 날줄로서 서로 교차될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 상기 분리막을 왕복 관통할 수도 있다.
상기 제 1 구조체들은 상기 제 2 전극의 상기 명면의 양 주면들을 모두 감싸도록 더 연장될 수도 있다. 상기 제 1 및 제 2 구조체들은 상기 제 2 전극의 상기 평면의 양 주면들을 모두 감싸도록 더 연장될 수 있다. 상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며, 상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께 보다 작을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 전극 구조를 채용한 전지를 제공하는 데 특징이 있다. 본 발명에 따른 전극 구조를 채용한 전지는 일차 전지 및 이차 전지일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 적어도 일부의 전극이 복수의 섬유상의 구조체들로 이루어지기 때문에, 상기 구조체들의 곡면과 3차원적인 대향 위치에 의해 전극 사이의 대향 표면적이 증가될 수 있다. 이로 인하여, 동일 부피에서 전지의 에너지 밀도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 충방전 속도, 충방전 효율 및 전지의 사이클 특성이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 섬유상의 구조체들로 전극을 구성하기 때문에, 전지의 형상 변화가 용이하고, 접힘 또는 적층 구조에 의해 용량의 조절이 쉬우므로, 소용량 전지 또는 중대형 전지에 응용이 자유로운 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 2는 섬유상 구조체들의 사시 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체를 도시하는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체를 도시하는 분해 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도들이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은, 판형 양극과 음극이 서로 마주보는 종래의 2차원 전지 구조에 비하여, 전극간 대향 표면적을 증가시킬 수 있는 구조로서, 복수의 섬유상의 구조체들을 포함하는 전극으로 이루어진 전극 조립체에 관하여 개시한다.
본 명세서에서 사용되는 '서로 다른'이란 용어의 의미는 복수의 섬유상 구조체들을 포함하는 양극과 복수의 섬유상 구조체들을 포함하는 음극이 적층되거나 권취되어 전극 구조를 형성할 때, 어느 하나의 극의 섬유상 구조체들이 다른 극의 섬유상 구조체들의 연장 방향과 동일한 방향을 제외한 임의의 방향으로 연장되는 것을 포함한다. 즉, 상기 양극과 음극을 구성하는 복수의 섬유상 구조체들은 다양한 각도 및 방향으로 배열될 수 있는 구조적인 유연성을 가진다고 할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '교차된 구조'라는 의미는 복수의 섬유상 구조체들을 포함하는 양극과 복수의 섬유상 구조체들을 포함하는 음극이 적층되거나 권취되어 전극 구조를 형성할 때, 양극과 음극의 각 섬유상 구조체들이 적어도 하나 이상의 지점에서 만나는 교차점을 포함하도록 배열되는 것이다. 이는 종래 기술에서 음극과 양극이 서로 동일한 방향으로 적층 또는 배열되는 것과는 다른 의미라 할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '분리막'이란 용어는 상기 분리막과 친화성이 작은 액체 전해질을 사용하는 액체 전해질 전지에서 일반적으로 통용되는 분리막을 포함한다. 나아가, 본 명세서에서 사용되는 '분리막'은, 전해질이 분리막에 강하게 속박되어 전해질과 분리막이 동일한 것으로 인식되는 진성 고체 폴리머 전해질, 및/또는 겔 고체 폴리머 전해질을 포함하는 개념이다. 따라서, 상기 분리막은 본 명세서에서 정의하는 바에 따라 그 의미가 정의되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 전극 조립체(100)를 도시하는 사시도이며, 도 2는 섬유상 구조체들(111, 121)의 사시 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전지를 구성하는 전극 조립체(100)는 복수의 섬유상의 제 1 및 제 2 구조체들(111, 121)과 분리막(130)을 포함한다. 제 1 구조체들(111)은 나란히 연장되고, 제 2 구조체들(121)도 나란히 연장될 수 있다. 제 1 구조체들(111)은 x 방향으로 연장되고, 제 2 구조체들(121)은 상기 x 방향과 다른 y 방향으로 연장될 수 있다.
제 1 구조체들(111) 및/또는 제 2 구조체들(121)은, 도 1에 도시된 바와 같이, d 만큼 이격되어 나란히 연장될 수 있다. 제 1 구조체들(111) 및/또는 제 2 구조체들(121)의 폭 w은 후술하는 실시예들에서와 같이, 구조체들의 다양한 배열 패턴을 위하여 적합한 성형 가공성을 제공할 수 있는 두께이면 된다. 예를 들면, 구조체들(111, 121)의 두께 w는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며, 전지의 응용 분야에 따라 적절히 선택될 수 있다. 간격 d는 0 보다는 크고 1000 ㎛ 보다는 작으며, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 일부 실시예에서는, 전극간 대향 표면적을 증가시키기 위하여, 간격 d 는 0 보다는 크고 전극 구조체(111, 121)의 폭 w보다 작은 것이 바람직하다.
일 방향으로 나란히 연장된 제 1 구조체들(111)은 서로 전기적으로 연결되어 하나의 전극, 예를 들면 양극(110)을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 구조체들(121)은 서로 전기적으로 연결되어 극성이 다른 전극, 예를 들면, 음극(120)을 제공할 수 있다.
도 1에서는 제 1 구조체들(111)과 제 2 구조체들(121)이 서로 직각 방향으로 연장되는 것으로 도시하였으나, 이는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 1 및 제 2 섬유상 구조체들(111, 121)은 연장 방향이 45°또는 60°만큼 차이 나게 연장될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2 구조체들(111, 121)은 각각 집전체 코어(112a, 112b) 및 집전체 코어(112a, 112b)를 둘러싸는 활물질층(113a, 113b)을 포함할 수 있다. 활물질층(113a, 113b)은 해당 활물질, 결합제 및 도전재를 포함하는 슬러리 형태로 집전체 코어(112a, 112b) 상에 도포될 수 있다. 상기 슬러리는 해당 활물질 80∼98중량%, 결합제 1∼10중량% 도전재 1∼10중량%의 범위로부터 적절히 선택하여, 합계량이 100중량%을 갖도록 제공될 수 있다.
양극 활물질층(113a)의 두께는, 1 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는, 30 ㎛ 내지 100 ㎛ 이다. 음극 활물질층(113b)의 두께는, 3 ㎛ 내지 100 ㎛이고, 바람직하게는, 3 ㎛ 내지 40 ㎛ 이며, 더욱 바람직하게는, 5 ㎛ 내지 20 ㎛이다. 음극 활물질층(113b)의 두께를 상기 범위로 설정하는 것에 의해, 전지의 고출력화를 얻으면서 동시에 박형화를 높은 수준으로 달성할 수 있다. 음극 활물질층의 두께가 3 ㎛ 미만이면, 내부 단락의 진행을 완화하는 효과가 불충분해지는 동시에, 리튬이온 이차 전지의 경우, 고출력화를 달성할 수 없을 우려가 있다. 또한, 음극 활물질층의 두께가 100 ㎛ 를 넘으면, 전지의 박형화가 충분히 얻어질 수 없다.
집전체 코어(112a, 112b)는, 예를 들면, 연성을 갖는 금속 선일 수 있다. 예를 들면, 양극용 집전체 코어(112a)로서, 스테인리스강, 티탄, 알루미늄 또는 이들 중 어느 하나의 합금과 같은 금속계 재료가 사용될 수 있으며, 양극용 집전체 코어(112a)는, 바람직하게는, 알루미늄 또는 이의 합금이다. 음극용 집전체 코어(112b)로서, 구리, 스테인리스강, 니켈, 구리 또는 이들 중 어느 하나의 합금과 같은 금속계 재료가 사용될 수 있다. 음극용 집전체 코어(112b)는, 바람직하게는, 구리 또는 구리의 합금이다.
그러나, 본 발명의 실시예가 전술한 재료들에 제한되는 것은 아니며, 집전체 코어(112a, 112b)는 형상 변형이 용이한 적합한 재료, 예를 들면, Poly(sulfurnitrile), Polypyrrole, Poly(p-phenylene), Poly(phenylene sulfide), Polyaniline, Poly(p-phenylenevinylene)과 같은 전자 전도성을 갖는 폴리머 재료를 포함할 수 도 있다. 다른 실시예에서, 집전체 코어(112a, 112b)는 전도성 카본 페이스트, 나노 금속 입자 페이스트 또는 ITO 페이스트(idium tin oxide)를 적합한 결합제와 혼합하여 섬유상으로 성형된 재료일 수도 있다.
도 2에 도시된 집전체 코어(112a, 112b)는 원형 단면을 갖지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 집전체 코어(112a, 112b)는 활물질층(113a, 113b)의 접합이 용이한 임의의 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 집전체 코어(112a, 112b)는 그 중심으로부터 집전체 코어(112a, 112b)의 표면의 곡률의 변화가 60% 내지 140% 범위 내인 임의의 형상, 사각 단면, 타원 단면을 가질 수 있으며, 소정의 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
활물질층(113)은 일차 전지 또는 이차 전지용으로 적합한 재료층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일차 전지의 경우, 양극 활물질층(113a)은 망간 산화물, EMD(electrolytic manganese dioxide), 니켈 산화물, 산화납, 이산화납, 은산화물, 황화철, 또는 전도성 고분자 입자를 포함할 수 있으며. 음극 활물질층(113b)은 아연, 알루미늄, 철, 납 또는 마그네슘 입자들을 포함할 수 있다.
이차 전지의 경우, 양극 활물질층(113a)은 Ni, Co, Mn, Al, Cr, Fe, Mg, Sr, V, La, Ce 중 적어도 하나 이상의 금속과 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 비금속 원소를 포함하는 Li 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질층(113a)은 [화학식] LiaA1 - bBbD2을 가지며, 상기 화학식에서, A는 Ni, Co, Mn, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, B는 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, D는 O, F, S, P, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며, 0.95 ≤ a ≤ 1.1, 및 0 ≤ b ≤ 0.5인 화합물일 수 있다.
이차 전지의 경우, 음극 활물질층(113b)은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 수 있는 저결정 탄소 또는 고결정성 탄소와 같은 탄소계 재료를 포함할 수 있다. 상기 저결정성 탄소는 연화 탄소(soft carbon) 또는 경화 탄소(hard carbon)일 수 있다. 상기 고결정성 탄소는 천연 흑연, 키시 흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소 섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소 구체(meso-carbon microbeads), 액정 피치(Mesophase pitches), 석유 또는 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes)와 같은 고온 소성 탄소일 수 있다. 음극 활물질층(113b)는 결합제를 포함할 수 있으며, 상기 결합제는 비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate)와 같은 고분자 재료가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서는, 고용량의 2 차 전지를 제공하기 위하여, 음극 활물질층(113b)은 S, Si 또는 Sn을 포함하는 금속계 또는 금속간 화합물(intermetallic compounds)을 포함할 수도 있다.
전술한 실시예에서는, 집전체 코어(112a, 112b)와 활물질층(113a, 113b)을 별개로 형성하는 것에 관하여 개시하고 있지만, 제 1 구조체들(111) 및 제 2 구조체들(121) 중 적어도 어느 하나의 집전체 코어(112a, 112b)와 활물질층(113a, 113b)은 동일한 재료로 형성될 수도 있다.
일부 실시예에서는, 제 1 및 제 2 구조체들(111, 121) 중 어느 한쪽에만 진성 고체 폴리머 전해질과 같은 고체 전해질층을 더 형성할 수 있다. 상기 고체 전해질층은 하지의 활물질층의 형성시 사용된 용매와 동일한 용매를 이용하여 연속적인 함침 공정에 의해 형성될 수 있다. 상기 고체 전해질층은, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라드 및 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드 및 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 고분자 메트릭스, 첨가제 및 전해액을 포함할 수 있다. 상기 첨가제는, 실리카, 탈크, 알루미나(Al2O3), TiO2, 클레이(clay), 제올라이트 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 전해액은, 수산화칼륨(KOH), 브롬화칼륨(KBr), 염화칼륨(KCL), 염화아연(ZnCl2) 및 황산(H2SO4)과 같은 염을 포함하는 수계 전해액일 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서는, 제 2 구조체(121)에만, 진성 고체 폴리머 전해질과 같은 고체 전해질층(114)이 더 형성된 것을 나타낸다. 이와 같이, 고체 전해질층(114)을 어느 한쪽 극성의 구조체들에만 형성함으로써 양극 및 음극 모두에 고체 전해질층을 형성하는 것에 부피를 감소시킬 수 있으므로, 에너지 밀도는 더 증가될 수 있다. 또한, 양극 구조체(111)와 음극 구조체(121)가 서로 교차하는 실시예에서, 양극 및 음극 모두에 고체 전해질을 형성하는 경우, 이차 전지에서 충방전시 발생하는 전극 구조체의 부피 변화로 인하여 상기 고체 전해질에 크랙이 발생할 수 있으며, 이러한 크랙은 전극 구조체의 수명 감소를 초래할 수 있다. 따라서, 상기 고체 전해질층은, 바람직하게는, 충방전시 부피 변화가 작은 극성의 구조체에만 선택적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 이차 전지의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 충방전시 부피 변화가 상대적으로 작은 음극 전극 구조체에만 선택적으로 고체 전해질층(114)를 형성할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 분리막(130)은 층상일 수 있으며, 양극(110)을 구성하는 제 1 전극 구조체들(111)과 음극(120)을 구성하는 제 2 전극 구조체들(121) 사이에 배치된다. 분리막(130)은, 예를 들면, 미세다공막, 직포, 부직포, 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막일 수 있다. 상기 진성 고체 고분자 전해질막은, 직쇄 폴리머 재료, 또는 가교 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 상기 겔 고분자 전해질막은, 염을 포함하는 가소제 함유 폴리머, 필러 함유 폴리머 또는 순 폴리머 중 어느 하나 이들의 조합일 수 있다.
전술한 분리막(130)에 관하여 열거한 재료들은 예시적이며, 분리막(130)으로서 형상 변화가 용이하고, 기계적 강도가 우수하여 전극 구조체(100)의 변형에도 찢어지거나 균열되지 않는 임의의 적합한 전자 절연성 재료가 사용될 수 있으며, 전자 절연성 재료로서 적합한 이온 전도성을 가질 수도 있다. 분리막(130)은 단층막 또는 다층막일 수 있으며, 상기 다층막은 동일 단층막의 적층체이거나 다른 재료로 형성된 단층막의 적층체일 수 있다. 분리막(130)의 두께는 내구성, 셧다운 기능, 전지의 안전성을 고려하면, 10 ㎛ 내지 300 ㎛이고, 바람직하게는, 10 ㎛ 내지 40㎛이며, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 25 ㎛이다.
전술한 바와 같이, 양극(110)을 구성하는 제 1 구조체들(111)과 음극(120)을 구성하는 제 2 전극 구조체들(121)은 서로 다른 방향으로 각각 연장되고, 분리막(130)을 사이에 두고 서로 다른 방향으로 교차된 구조를 가진다. 전술한 실시예들에 따르면, 전극 역할을 하는 구조체들(111, 121)들이 곡면을 갖고, 분리막(130)을 사이에 두고 3 차원적으로 교차 배열되기 때문에, 전극 사이의 대향 표면적이 증가될 수 있다. 이로 인하여, 동일 부피에서 에너지 밀도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 충방전 속도, 충방전 효율 및 전지의 사이클 특성이 개선된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체(200)를 도시하는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 전지를 구성하는 전극 조립체(200)는 복수의 섬유상 구조체들(111a, 111b, 121a, 121b)과 분리막(130)을 포함한다. 복수의 섬유상 구조체들 중 일부(111a, 121a)는 각각 어느 일 방향으로 나란히 연장된 구성에 있어서 도 1에 도시된 전극 조립체(100)의 구조체들(111, 121)에 대응되며, 이들 구조체들(111a, 121a)은 각각 결합되어 전지의 제 1 양극(110a) 및 제 1 음극(120a)을 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 분리막(130)의 일 주면(130a) 상에서 제 1 섬유상 구조체들(111a)과 교번하면서 제 1 섬유상 구조체들(111a)과 동일 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 3 구조체들(121b)을 더 포함한다. 유사하게, 분리막(130)의 다른 주면(130b) 상에서도, 음극(120a)의 제 2 구조체들(121a)과 교번하면서 이의 연장 방향과 동일한 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 4 구조체들(111b)을 더 포함할 수도 있다.
제 3 구조체들(121b)과 제 4 구조체들(111b)은 인접하는 제 1 구조체들(111a) 및 제 2 구조체들(121a)과 각각 반대 극성을 가질 수도 있다. 예를 들면, 제 3 구조체들(121b)은 제 2 음극(120b)을 제공하고, 제 4 구조체들(111b)은 제 2 양극(110b)을 제공할 수도 있다.
제 1 양극(110a)과 제 2 양극(110b)은 리드를 통하여 서로 결합되어 하나의 단일한 공통 양극이 될 수 있다. 마찬가지로, 제 1 음극(120a)과 제 2 음극(120b)도 서로 전기적으로 결합되어 하나의 단일한 공통 음극이 될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 1 양극(110a)과 제 2 양극(110b) 중 어느 하나와 제 1 음극(120a)과 제 2 음극(120b) 중 어느 하나를 서로 결합하고, 그 나머지 양극과 음극만을 외부 전극으로서 제공함으로써 바이폴라 전지를 제공할 수도 있다. 또한, 당업자에게 있어서, 본 개시로부터, 적절한 전압의 바이폴라 전지를 제공하기 위하여, 서로 반대 극성의 구조체들의 개수와 배열을 적절히 선택하고 이를 결합하여 전지 내부에서 직렬 접속시키고, 나머지 구조체들을 양극과 음극으로 제공함으로써, 사용 전압을 증가시키기 위한 다양한 바이폴라 전지를 제공할 수 있음이 이해될 수 있다.
일부 실시예에서는, 인접하는 반대 극성을 갖는 구조체들 사이에 안정적인 절연을 확보하기 위하여, 구조체들(111a, 111b, 121a, 121b)은 도 3에 도시된 바와 같이 분리막의 주면(130a, 130b) 내부로 일부가 매립될 수 있다. 이를 위하여, 분리막(130)의 표면(130a, 130b)에 구조체들(111a, 111b, 121a, 121b)을 수용하기 위한 트렌치(도 5의 T 참조)를 형성하거나, 구조체들(111a, 111b, 121a, 121b)의 배치시 구조체들(111a, 111b, 121a, 121b)에 대한 가압 공정을 통해 분리막(130)의 표면(130a, 130b) 내부로 매립시킬 수 있다.
일부 실시예에서는, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 어느 하나의 극성을 갖는 구조체들의 활물질층 상에만 고체 전해질층을 더 형성할 수 있다. 이 경우, 분리막(130)의 동일 표면 상에서 인접하는 서로 반대 극성의 구조체들은 이격되지 않고, 접촉되어 연장될 수 있다. 예를 들면, 도 3에서, 제 2 구조체들(111a)과 제 3 구조체들(121b) 중 어느 한쪽에만 고체 전해질층을 선택적으로 형성할 수 있으며, 이들을 서로 이격시키지 않고, 분리막(130)의 제 1 주면(130a) 상에 나란히 배열할 수도 있다. 유사하게, 제 2 구조체들(121a)과 제 4 구조체들(1111b)도 어느 한쪽에만 고체 전해질층을 선택적으로 형성할 수 있으며, 이 경우, 이들 구조체들을 서로 이격시키지 않고 분리막(130)의 제 2 주면(130b) 상에 나란히 배열될 수 있다.
전술한 실시예들에 따르면, 3 차원 곡면을 갖는 구조체들(111a, 111b, 121a, 121b)이 분리막(130)을 가로질러 반대 극성의 구조체들과 서로 교차하여 대향될 뿐만 아니라, 분리막(130)의 동일 주면 상에서도 반대 극성의 구조체들과 대향하기 때문에, 단순 평면형 전극에 비해 전극 사이의 대향 표면적이 증가될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 동일 부피에서 에너지 밀도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 충방전 속도, 충방전 효율 및 전지의 사이클 특성이 개선될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체(300)를 도시하는 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 전극 조립체(300)는 적층된 복수의 분리막들(331, 332)을 포함한다. 도 4에서는 제 1 분리막(331) 및 제 2 분리막(332)을 예시하고 있지만, 3 개 이상의 분리막들이 적층될 수도 있다.
전극 조립체(300)에서, 제 1 전극(310a)을 구성하는 조립체들(111a)과 제 2 전극(320a)을 구성하는 조립체들(121a) 및 제 1 분리막(331)의 구성에 관하여는 도 1을 참조하여 상술한 조립체들과 분리막에 관한 개시 사항을 참조할 수 있다. 도 4의 실시예에서는, 제 1 분리막(331)과 제 2 분리막(332)의 경계면과 반대되는 제 2 분리막(332)의 주면 상으로 연장된 제 3 구조체들(121c)은 예를 들면, x 방향으로 연장된 제 1 구조체들(111a)과 교차하도록 일정 방향, 예를 들면, y 방향으로 연장된다.
또한, 제 3 구조체들(121c)은 제 1 구조체들(111a)과 반대 극성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(310a)이 양극인 경우, 제 3 구조체들(121c)은 서로 접속되어 제 2 음극(320c)을 제공할 수도 있다. 제 1 음극(320a)과 제 2 음극(320c)는 접속되어 하나의 공통 음극을 제공할 수도 있다. 도시하지는 않았지만, 제 2 분리막(332) 위로 또 다른 분리막이 적층될 수 있으며, 제 1 양극(310a)도 제 2 분리막(332) 상에 적층되는 다른 분리막 상의 양극용 구조체들과 접속되어 하나의 공통 양극을 제공할 수도 있다. 전술한 전극 구성은 예시적이며, 서로 반대 극성을 갖는 구조체들의 개수와 배열을 적절히 선택하여 접속시킴으로써 바이폴라 전지를 제공할 수 있음은 전술한 바와 같다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체(400)를 도시하는 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 전극 조립체(400)는 적층된 복수의 분리막들(431, 432)을 포함한다. 도 5에서는 제 1 분리막(431) 및 제 2 분리막(432)을 예시하고 있지만, 3 개 이상의 분리막들이 적층될 수도 있다.
전극 조립체(400)에서, 전극들(110a, 110b, 120a, 120b)을 각각 구성하는 제 1 내지 제 4 조립체들(111a, 111b, 121a, 121b)에 관하여는 모순되지 않는 한 도 3에 관한 개시 사항을 참조할 수 있다. 제 1 분리막(431)과 제 2 분리막(432)의 경계면과 반대되는 제 2 분리막(432)의 주면 상으로 연장된 추가적인 제 5 및 제 6 구조체들(111c, 121c)은 하지의 제 1 구조체들(111a) 및 제 3 구조체들(121b)과 교차하도록 일정 방향, 예를 들면, y 방향으로 연장된다. 제 5 및 제 6 구조체들(111c, 121c)은 서로 극성을 달리하며, 제 2 분리막(432)의 주면 상에 서로 교번하여 배치될 수 있다.
일부 실시예에서는, 도 3를 참조하여 전술한 바와 같이, 어느 하나의 극성을 갖는 구조체들의 활물질층 상에만 고체 전해질층을 더 형성할 수 있다. 이 경우, 분리막(431, 432)의 동일 표면 상에서 인접하는 서로 반대 극성의 구조체들은 이격되지 않고, 접촉되어 연장될 수도 있다.
또한, 적층 순서와 연장 방향이 서로 다른 각 구조체들의 그룹들은 적절히 조합되어 전지의 외부에 대하여 또 다른 양극(410c) 및 음극(420c)을 제공하거나, 구조체들 중 일부를 선택하여 서로 전기적으로 접속함으로써 바이폴라 전지를 제공할 수 있음은 전술한 바와 같다. 도 4 및 도 5와 같이, 2 개 이상의 분리막들을 적층하고 그 경계면과 상기 분리막들의 다른 주면 상에 섬유상의 구조체들을 배열함으로써, 서로 반대 극성을 갖는 인접하는 구조체들 사이의 대향 전극 면적이 증가되기 때문에, 에너질 밀도가 증가되고, 충방전 속도, 충방전 효율 및 전지의 사이클 특성이 개선될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(500)를 도시하는 사시도들이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 전극 조립체(500)의 전극(510M, 520M)은 각각 서로 교차하는 동일한 극성을 갖는 복수의 섬유상의 구조체들로 이루어진다. 이들 동일한 극성을 갖는 복수의 섬유상의 구조체들(511x, 511y) 및 구조체들(521w, 521z)은 서로 접촉하여, 격자 구조를 형성할 수 있다. 예를 들면, 양극(510M)은 x 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 구조체들(511x)과 이들과 교차하도록 다른 방향, 즉, y 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 구조체들(511y)를 포함한다. 음극(520M)도 서로 다른 방향, w 방향 및 z 방향으로 각각 연장되어 교차되는 복수의 섬유상의 구조체들 (521w, 521z)을 포함한다.
도 6c의 전극 조립체(500)에서, 이들 전극들(510M, 520M) 사이에는 제 1 분리막(531)이 배치되어, 전극들(110M, 120M) 사이의 분리가 달성된다. 전극들(510M)과 (520M)은 분리막(531)을 사이에 두고 대칭되도록 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서는, 도 6c에 도시된 바와 같이, 전극(510M, 520M)이 서로 대칭되지 않고 교차하도록 전극(510M, 520M)의 격자 구조가 회전 배치될 수도 있다. 즉, 양극(510M)은 w, z 방향으로 구조체들이 정렬되도록 배치하고, 음극(520M)은 구조체들이 x, y 방향으로 정렬되도록 배치할 수 있다. 이 경우, 양극(510M)과 음극(520M)이 정확히 정렬된 경우에 비하여, 구조체들간 대향 면적이 더 증가될 수 있다.
다른 실시예에서, 전극들(510M, 520M)은 서로 같은 방향으로 정렬되지만, 격자 무늬가 서로 어긋나도록 정렬될 수도 있다. 예를 들면, 도시하지는 않았으나, 양극(510M)의 구조체들과 음극(520M)의 구조체들이 모두 x, y 방향으로 배열되고, 양극(510M) 또는 음극(520M) 중 어느 하나를 x 방향 또는 y 방향으로 이동시켜 격자 무늬가 서로 어긋나도록 오프셋 배치될 수도 있다. 또한, 전술한 회전 방식과 이동 방식을 조합하여, 양극(510M)과 음극(120M)의 격자를 어긋나게 하여 대향 면적을 증가시킬 수도 있다.
또 다른 실시예로서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제 1 분리막(531) 상에 제 2 분리막(532)을 적층하고, 제 1 분리막(531)과 제 2 분리막(532)의 경계면과 반대되는 제 2 분리막(532)의 주면 상에 또 다른 격자 구조를 갖는 전극(530M)을 배치할 수도 있다. 이에 의해 에너지 밀도는 더욱 증가될 수 있다. 추가된 전극(530M)은 음극일 수 있으며, 전극(530M)과 하지의 양극(510M) 사이의 정렬은 양극(510M)과 음극(520M)의 정렬에 관하여 전술한 개시 사항을 참조할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지의 전극 조립체(600)를 도시하는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 전극 조립체(600)에서는, 제 1 전극(610)을 구성하는 제 1 구조체들(111)과 제 2 전극(620)을 구성하는 제 2 구조체들(121)이 분리막(630)을 왕복 관통하는 씨줄과 날줄로서 서로 교차된다. 우측의 도면은 제 1 구조체들(111)과 제 2 구조체들(121)의 구성을 상세히 설명하기 위하여, 분리막(630)이 제외된 상태의 전극 조립체(600)를 도시한다.
본 실시예에 따르면, 분리막(630)에 의해 서로 다른 구조체들 사이에 절연이 이루어지기 때문에, 전극 구조체(600)의 변형이 있더라도, 구조체들(111, 121) 사이의 단락이 방지될 수 있다. 일부 실시예에서는, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 어느 하나의 극성을 갖는 구조체들에만, 고체 전해질층을 형성하여, 에너지 밀도를 높이면서도 구조체들 사이의 절연을 향상시킬 수도 있다. 도시하지는 않았으나, 분리막(630) 상에 하나 이상의 분리막을 더 적층하는 것도 본 발명의 실시예에 포함됨은 자명하다.
또한, 전술한 바와 같이, 구조체들을 서로 다른 방향으로 교차시키는 경우, 교차되는 각각의 섬유상 구조체들은 일정한 빈도수로 교차될 수도 있고, 섬유상 구조체들(111, 121) 중 적어도 일부가 서로 랜덤하게 교차될 수도 있다. 이와 같이 구조체들 중 어느 하나의 극성을 갖는 구조체가 반대 극성을 갖는 구조체에 대하여 그 적어도 일부가 다른 구조체들 속으로 매립되는 구조를 가지게 되므로, 전극간 대향 표면적이 증가되어 에너지 밀도가 증가될 뿐만 아니라, 충방전 속도, 충방전 효율과 수명이 개선된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(700)를 도시하는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 전극 구조체(700)는 전술한 분리막 대신에, 내부에 극성이 다른 구조체들(711, 712)로 이루어진 적어도 2 개의 전극(710, 720)이 내포될 수 있도록 충분한 두께를 갖는 분리 매트릭스(730)를 포함한다. 분리 매트릭스(730)는 전술한 분리막들과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 분리 매트릭스(730) 내부에 구조체들(711, 712)을 정렬하기 위하여, 우선 분리 매트릭스가 될 용액 내에서 구조체들(711, 722)을 정렬한 후, 상기 용액을 굳혀 분리 매트릭스(730)를 제공할 수 있다. 분리 매트릭스(730)은 진성 고체 폴리머 전해질 또는 겔 폴리머 전해질이 바람직하다.
분리 매트릭스(730)를 관통하여 x 방향으로 연장된 제 1 구조체들(711)은 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 분리 매트릭스(730)을 관통하여 y 방향으로 연장된 반대 극성의 제 2 구조체들(721)도 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 서로 반대 극성의 구조체들(711, 721)이 각각 이루는 평면은 서로 이격되며, 구조체들(712, 721)은 분리 매트릭스(730) 내부에서 서로 분리된다.
분리 매트릭스(730)를 관통하는 전술한 구조체들(711, 721)은 분리 매트릭스(730) 내부에서 2 이상의 층으로 적층될 수 있으며, 나아가, 분리 매트릭스(730)를 2 이상 적층하는 것도 본 발명의 실시예에 포함됨은 자명하다. 이들 실시예에서도, 인접하는 구조체들(711, 722) 사이의 대향 면적은 3 차원적으로 확장되기 때문에, 전지의 에너질 밀도가 증가되고, 충방전 효율 및 전지의 사이클 특성이 개선될 수 있다.
전술한 실시예들에서는 서로 다른 극성의 구조체들이 서로 이격된 구조를 예시하고 있지만, 다른 실시예로서, 어느 한쪽 극성의 구조체들, 예를 들면, 음극 구조체들에만 진성 고체 폴리머 전해질과 같은 고체 전해질층을 더 형성할 수 있으며, 이 경우, 극성이 다른 구조체들은 서로 이격되지 않고 동일 방향으로 또는 서로 다른 방향으로 교차하도록 연장될 수도 있다. 또한, 같은 극성의 구조체들은 서로 이격되지 않고 접촉하여, 동일 방향으로 또는 서로 다른 방향으로 교차하도록 연장될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(800)를 도시하는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 전극 구조체(800)는 내부에 극성이 다른 구조체들(711a, 711b; 721a, 721b)이 서로 교차하여 적층될 수 있도록 충분한 두께를 갖는 분리 매트릭스(830)를 포함한다. 분리 매트릭스(830) 내부에 구조체들(811a, 811b; 821a, 821b)을 정렬하기 위하여, 우선 분리 매트릭스(830)가 될 용액 내에서 구조체들(811a, 811b; 821a, 821b)을 정렬한 후, 상기 용액을 굳혀 분리 매트릭스(830)를 제공할 수 있다. 분리 매트릭스(830)은 고체 폴리머 전해질 또는 겔 폴리머 전해질이 바람직하다.
분리 매트릭스(830)를 관통하는 구조체들(811a, 811b; 821a, 821b)에 있어서, 그 구성은 x 방향으로 연장된 제 1 구조체들(811a)이 이루는 동일 평면 상에 제 1 구조체들(811a)과 교번하면서 제 1 구조체들(811a)의 극성과 반대 극성을 가지며, x 방향으로 연장된 제 3 구조체들(821b)을 더 포함하는 점에서 도 8의 전극 조립체(700)와 구별된다. 마찬가지로, 분리 매트릭스(830)을 관통하여 y 방향으로 연장된 반대 극성의 제 2 구조체들(821a)가 이루는 동일 평면 상에도, 제 2 구조체들(821a)와 교번하면서 제 2 구조체들(821a)의 극성과 반대 극성을 가지며, y 방향으로 연장된 제 4 구조체들(811b)을 더 포함할 수 있다. 전술한 구조체들은 동일 극성끼리 결합되어 전지 외부에 대하여 하나의 양극과 전극을 제공하거나, 전지 내부에서 서로 반대 극성끼리 접속되어 바이폴라 전지를 제공할 수도 있다.
전술한 실시예들은 모순되지 않는 한, 서로 조합되어 실시될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 포함된다. 예를 들면, 도 7을 참조하여 개시한 전극 조립체(600)에서, 분리막(130) 대신에 분리 매트릭스(도 8의 730)가 적용될 수 있으며, 분리 매트릭스(730) 내에는 도 7의 우측에 도시한 씨줄과 날줄로 엮인 구조체들(111, 121)이 적어도 1 층 이상으로 내포될 수 있다. 또한, 도 6c를 참조한 전극 조립체(500)에서도, 제 1 및 제 2 구조체들(511x, 511y)이 씨줄과 날줄로서 서로 교차되고, 제 3 및 제 4 구조체들(521w, 521z)도 씨줄과 날줄로서 서로 교차될 수 있으며, 이 경우, 상기 제 1 및 제 2 구조체들의 전극(510M) 및 제 3 및 제 4 구조체들의 전극(520M) 중 어느 하나의 전극, 바람직하게는, 충방전시 부피 변화가 작은 전극에만 선택적으로 고체 전해질층을 더 형성할 수도 있다. 또한, 서로 다른 배열을 갖는 2 가지 이상의 구조체들의 배열이 조합되어 실시될 수도 있음을 명심해야 한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(900)를 도시하는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 전지를 구성하는 전극 조립체(900)는 복수의 섬유상의 제 1 구조체들(121)로 이루어진 제 1 전극(920)과 제 1 구조체들(121)과 반대되는 극성을 갖는 평면 상의 제 2 전극(910)을 포함한다. 제 1 구조체들(121)로 이루어진 제 1 구조체들(121)에 대향하는 제 2 전극(910)은 평면 형상을 갖는 점에서 전술한 섬유상의 구조체들과 구별된다.
제 1 구조체들(121)의 두께 w는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며, 전지의 응용 분야에 따라 적절히 선택될 수 있다. 제 1 구조체들(121) 사이의 간격 d는 0 보다는 크고 1000 ㎛ 보다는 작으며, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있다. 일부 실시예에서는, 전극간 대향 표면적을 증가시키기 위하여, 간격 d 는 0 보다는 크고 제 1 구조체(121)의 두깨 w보다 작은 것이 바람직하다.
제 1 전극(910)과 제 2 전극(920) 사이에는 분리막(930)이 제공된다. 분리막(930)은 전술한 바와 같이, 미세다공막, 직포, 부직포, 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막일 수 있다. 상기 진성 고체 고분자 전해질막은, 직쇄 폴리머 재료, 또는 가교 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 상기 겔 고분자 전해질막은, 염을 포함하는 가소제 함유 폴리머, 필러 함유 폴리머 또는 순 폴리머 중 어느 하나 이들의 조합일 수 있다.
일 방향으로 나란히 연장된 제 1 구조체들(121)은 서로 전기적으로 연결되어 하나의 전극, 예를 들면 음극(920)을 제공할 수 있다. 이 경우, 평면 상의 제 2 전극(910)은 양극을 제공할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(1000)를 도시하는 사시도이다.
도 11을 참조하면, 전극 조립체(1000)는 도 10에 도시된 전극 조립체(1000)와 달리, 제 1 구조체들(121)이 평면 상의 제 2 전극(1010)의 양 주면에 모두 대향할 수 있도록 제 2 전극(1010)을 감싸도록 더 연장된다. 권취된 제 1 구조체들(121)로 이루어진 제 1 전극(1020)과 평면 상의 제 2 전극(1010)을 서로 분리하기 위하여, 전극(1010)의 양 주면과 제 1 구조체들(121) 사이에 분리막들(1030a, 1030b)이 배치될 수 있다. 분리막들(1030a, 1030b)은 도시된 바와 같이 복수일 수 있으며, 하나의 평면형 분리막을 접어서 전극(1010)의 양 주면에 접촉시킬 수도 있다. 또는, 전극(1010)을 둘러싸는 진성 고체 폴리머 전해질 또는 겔 고체 폴리머 전해질을 제공함으로써 상기 분리막을 제공할 수도 있다.
귄취된 제 1 구조체들(121)은 제 2 전극(1010)의 양 주면을 전극 면적으로 활용하여 전극 사이의 대향 표면적을 증가시킬 수 있다. 이로 인하여, 동일 부피에서 에너지 밀도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 충방전 효율 및 전지의 사이클 특성이 개선된다. 도 11에서는, 제 1 구조체들(121)이 제 2 전극(1010)을 1회전하여 감싸고 있지만, 적어도 2 회 이상 감겨진 구조도 본 발명의 실시예에 포함됨은 자명하다. 이 경우, 제 1 구조체들(121)은 복수 개가 아니라 1개의 구조체만으로 전극을 제공할 수 있으며, 제 1 구조체들(121)은 나선 모양으로 감길 수도 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(1100)를 도시하는 사시도이다.
도 12를 참조하면, 전극 조립체(1100)의 일 전극(1121M)은 서로 교차하는 동일한 극성을 갖는 복수의 섬유상의 구조체들(1121x, 1121y)로 이루어진다. 이들 동일한 극성을 갖는 복수의 섬유상의 구조체들(1121x, 1121y)은 서로 접촉하여, 격자 구조를 형성할 수 있다. 전극 조립체(1000)의 다른 전극(1110)은 도 10의 전극(910)과 같이 평면 형상을 갖는다. 전극(1121M)은 음극이고, 전극(1110)은 양극일 수 있다. 구조체들(1121x, 1121y)로 이루어진 전극(1121M)과 평면 상의 전극(1110) 사이에는 분리막(1130)이 제공된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체(1200)를 도시하는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 전극 조립체(1200)는 도 12에 도시된 전극 조립체(1100)와 같이, 제 1 구조체들(121a)와 동일 극성을 가지면서 제 1 구조체들(121a)와 교차하도록 제 1 구조체들(121a)의 연장 방향과 다른 방향으로 연장된 제 2 구조체들(121b)을 더 포함한다. 그러나, 도 13에 도시된 실시예에서는, 제 1 구조체들(121a)과 제 2 구조체들(121b)가 서로 씨줄과 날줄로서 교차된다.
전극 조립체(1200)의 다른 전극(1210)은 평면 형상을 갖는다. 전극(1210)은 양극이고, 제 1 및 제 2 구조체들(121a, 121b)로 이루어진 전극(1220)은 음극이다. 이들 구조체들(121a, 121b)로 이루어진 전극(1220)과 평면 상의 전극(1210) 사이에는 분리막(1230)이 제공된다.
전술한 다양한 실시예들에 따른 전극 구조체들을 형성한 후, 상기 분리막 또는 분리 매트릭스는 적합한 전해질에 함침되어 활성화될 수 있다. 또는, 상기 분리막 또는 분리 매트릭스를 겔 또는 진성 고체 폴리머 전해질로 형성하는 경우는 이러한 함침 공정없이도 활성화될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에는 양극 및 음극 중 적어도 일부의 전극을 복수의 섬유상의 구조체로 형성함으로써 전극간 대향 표면적을 증가시키면서, 박형화 및 형상 변형이 용이한 전극 조립체에 관한 다양한 실시예들이 개시되어 있다. 당업자에게 있어서, 이들 실시예들은 모순되지 않는 한 적어도 하나 이상의 특징들이 조합되어 변형 실시될 수 있으며, 이들 실시예도 본 발명의 범위에 포함됨은 자명하다. 예를 들면, 도 13에 도시된 실시예에서, 전극 조립체는 씨줄과 날줄로서 서로 교차하는 제 1 및 제 2 구조체들은 분리막을 왕복 관통하도록 연장될 수도 있음이 이해될 수 있다.
섬유상의 구조체들은 형상 변화가 용이하고, 용량의 조절을 위해 그 면적의 조절과 이를 겹치거나, 구부리거나, 구조체들을 적층시킴으로써 다양한 전지 케이스를 채용하여 형상 변화가 용이한 전지를 제공할 수 있다. 예를 들면, 옷, 가방 등에 부착되거나 그 일부가 될 수 있는 소형 전지로서 응용되거나, 고용량화함으로써 자동차의 동력원과 같은 중대형 전지로서 응용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 입체적인 대향 면적의 확장으로 인하여 충방전 효율이 개선되어, 적은 양의 음극 재료를 사용하여 전지를 제조할 수 있다. 리튬 이온 전지의 경우, 리튬의 한정된 매장량을 고려할 때, 본 발명의 실시예에 따르면, 더 적은 양의 리튬으로 동일한 에너지를 얻을 수 있는 전지를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (41)

  1. 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극;
    상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극; 및
    서로 교차하는 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들 사이에 배치되어 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들을 이격시키는 제 1 분리막을 포함하고,
    상기 제 1 구조체들은 상기 제 1 분리막의 제 1 주면 상에서 서로 이격되어 연장되고, 상기 제 2 구조체들은 상기 제 1 주면에 반대되는 상기 제 1 분리막의 제 2 주면 상에서 서로 이격되어 연장되며,
    상기 제 1 분리막의 상기 제 1 주면 상에서 상기 제 1 구조체들과 교번하면서 상기 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 3 구조체들을 포함하는 제 3 전극; 및 상기 제 1 분리막의 상기 제 2 주면 상에서 상기 제 2 구조체들과 교번하면서 상기 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 2 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 4 구조체들을 포함하는 제 4 전극을 더 포함하고, 서로 교차하는 상기 제 3 구조체들과 상기 제 4 구조체들이 상기 제 1 분리막에 의해 이격되는 전극 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 상기 제 4 구조체들 중 적어도 일부는 상기 제 1 분리막의 상기 제 1 또는 제 2 주면 내부로 적어도 일부가 매립되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극;
    상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극;
    서로 교차하는 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들 사이에 배치되어 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들을 이격시키는 제 1 분리막;
    상기 제 1 분리막 상에 적층되어 다층 구조를 형성하는 적어도 하나 이상의 제 2 분리막; 및
    상기 제 1 분리막과 접촉하는 경계면과 반대되는 상기 제 2 분리막의 일 주면 상으로 연장되고, 상기 경계면의 구조체들의 극성과 반대 극성을 가지면서 교차하는 복수의 섬유상의 제 3 구조체를 포함하는 제 3 전극을 포함하는 전극 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 분리막 상에 적층되어 다층 구조를 형성하는 적어도 하나 이상의 제 2 분리막;
    상기 제 1 분리막과 접촉하는 경계면과 반대되는 상기 제 2 분리막의 일 주면 상으로 연장되고, 상기 경계면의 구조체들의 극성과 반대 극성을 가지면서 교차하는 복수의 섬유상의 제 5 구조체들을 포함하는 제 5 전극; 및
    상기 제 2 분리막의 상기 다른 주면 상에서 상기 제 5 구조체들의 극성과 반대 극성을 가지면서 교번하도록 연장되어, 상기 경계면의 상기 구조체들과 교차하는 복수의 섬유상의 제 6 구조체들을 포함하는 제 6 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 상기 제 6 구조체들 중 적어도 일부는 상기 제 1 또는 제 2 분리막의 주면 내부로 일부가 매립되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극;
    상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극; 및
    서로 교차하는 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들 사이에 배치되어 상기 제 1 구조체들과 상기 제 2 구조체들을 이격시키는 제 1 분리막을 포함하며,
    상기 제 1 구조체들 및 상기 제 2 구조체들은 상기 제 1 분리막을 왕복 관통하는 씨줄과 날줄로서 서로 교차되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 어느 한쪽에만 선택적으로 상기 활물질층을 둘러싸는 고체 전해질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며,
    상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 분리막은, 미세다공막, 직포, 부직포, 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 일차 전지 또는 이차 전지용인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들, 및 상기 제 1 구조체들과 동일 극성을 가지며 상기 제 1 구조체들과 교차하도록 상기 제 1 방향과는 다른 제 2 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 2 구조체를 포함하는 제 1 전극;
    제 3 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 3 구조체들, 및 상기 제 3 구조체들과 동일 극성을 가지며, 상기 제 3 구조체들과 교차하도록 제 3 방향과는 다른 제 4 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 4 구조체를 포함하는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 이격시키는 제 1 분리막을 포함하는 전지의 전극 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 대칭되지 않도록, 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 회전 배치 또는 오프셋 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들은 씨줄과 날줄로서 서로 교차되고, 상기 제 3 및 제 4 구조체들은 씨줄과 날줄로서 서로 교차되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들의 그룹 및 제 3 및 제 4 구조체들의 그룹 중 어느 하나의 그룹에만 선택적으로 고체 전해질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  18. 분리 매트릭스;
    상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 분리 매트릭스 내의 제 1 평면 상에서 제 1 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극; 및
    상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 분리 매트릭스 내의 상기 제 1 평면과 평행하게 이격된 제 2 평면 상에서 상기 제 1 구조체들과 교차하도록 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극을 포함하는 전지의 전극 조립체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 평면 상에서 상기 제 1 구조체들과 교번하면서 상기 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 3 구조체들을 포함하는 제 3 전극; 및
    상기 제 2 평면 상에서 상기 제 2 구조체들과 교번하면서 상기 제 2 방향으로 연장되고, 상기 제 2 구조체들의 극성과 반대 극성을 갖는 복수의 섬유상의 제 4 구조체들을 포함하는 제 4 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면은 다층 구조를 형성하도록 복수 개인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 어느 한쪽에만 선택적으로 상기 활물질층을 둘러싸는 고체 전해질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 분리 매트릭스는 미세다공막, 직포, 부직포, 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며,
    상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  25. 제 18 항에 있어서,
    상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  26. 분리 매트릭스;
    상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 분리 매트릭스 내의 제 1 평면 상에서 제 1 방향으로 연장되고 서로 이격된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들을 포함하는 제 1 전극; 및
    상기 분리 매트릭스를 관통하여 상기 제 1 평면 상에서 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장되어 제 1 구조체들과 씨줄과 날줄로서 서로 교차되는 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 2 전극을 포함하는 전지의 전극 조립체.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 분리 매트릭스 내에 상기 제 1 평면과 평행하게 이격된 제 2 평면 상에서 상기 제 1 및 제 2 구조체들과 교차하도록 씨줄과 날줄로서 서로 교차하는 복수의 섬유상의 제 3 구조체들 및 제 4 구조체들을 각각 포함하는 제 2 양극 및 제 2 음극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들은 각각 집전체 코어 및 상기 집전체 코어를 둘러싸는 활물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들 중 어느 한쪽에만 선택적으로 상기 활물질층을 둘러싸는 고체 전해질층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 분리 매트릭스는 진성 고체 고분자 전해질막 또는 겔 고체 고분자 전해질막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며,
    상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  33. 제 1 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 1 구조체들, 및 상기 제 1 구조체들과 동일 극성을 가지며 상기 제 1 구조체들과 교차하도록 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 연장된 복수의 섬유상의 제 2 구조체들을 포함하는 제 1 전극;
    상기 제 1 구조체들 및 상기 제 2 구조체들의 극성과 반대되는 극성을 갖는 평면 상의 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 구조체들은 상기 분리막을 왕복 관통하는 씨줄과 날줄로서 서로 교차되는 전지의 전극 조립체.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 구조체들은 상기 제 2 전극의 상기 평면의 양 주면들을 모두 감싸도록 더 연장되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 구조체들의 두께는 400 ㎛ 내지 2000 ㎛일 수 있으며,
    상기 구조체들 사이의 간격은 2 ㎛ 내지 400 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 구조체들 사이의 간격은 상기 구조체들의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
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  38. 삭제
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