KR101576144B1 - Polymer Electrolyte, Lithium Secondary Battery Using the Same and Manufacturing Method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 폴리머 웹을 구성하는 나노 파이버가 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합 방사하여 쉘-코어 구조를 형성하며, 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어질지라도 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어에 의해 웹 형상을 유지함에 따라 두 전극 사이의 단락을 방지하여 안전성과 박막화를 동시에 도모할 수 있는 폴리머 전해질, 이를 이용한 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 폴리머 전해질은 각각 길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루고 있고, 외측에 배치되며 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘과 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어로 이루어지는 다수의 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹; 및 상기 다공성 폴리머 웹에 함침되며 리튬염이 비수성 유기용매에 용해된 유기 전해액을 포함하며, 겔화 공정이 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 한다.
The nanofiber constituting the porous polymer web forms a shell-core structure by mixing the swellable polymer and the non-swellable polymer to form a shell-core structure, and the swellable polymer shell disposed on the outer side is disposed inside even if the gelation is performed by the organic electrolytic solution The present invention relates to a polymer electrolyte, a lithium secondary battery using the polymer electrolyte, and a method for manufacturing the polymer electrolyte, which can prevent short-circuiting between the two electrodes by maintaining the web shape by the non-swellable polymer core.
The polymer electrolyte of the present invention comprises a swellable polymer shell consisting of a swellable polymer having a shell-core structure along its longitudinal direction and arranged on the outside and swelling in an organic electrolytic solution, and a plurality of non-swellable polymer cores made of a non-swellable polymer A porous polymer web comprising nanofibers; And an organic electrolytic solution impregnated in the porous polymer web and having a lithium salt dissolved in a non-aqueous organic solvent. As the gelation process is performed, the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers is gelated by the organic electrolytic solution , And the non-swellable polymer core disposed inside is characterized by retaining the web shape.

Description

폴리머 전해질, 이를 이용한 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법{Polymer Electrolyte, Lithium Secondary Battery Using the Same and Manufacturing Method thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte, a lithium secondary battery using the polymer electrolyte,

본 발명은 폴리머 전해질, 이를 이용한 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 다공성 폴리머 웹을 구성하는 나노 파이버가 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합 방사하여 쉘-코어 구조를 형성하며, 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어질지라도 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어에 의해 웹 형상을 유지함에 따라 두 전극 사이의 단락을 방지하여 안전성과 박막화를 동시에 도모할 수 있는 폴리머 전해질, 이를 이용한 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer electrolyte, a lithium secondary battery using the polymer electrolyte, and a method of manufacturing the same. More particularly, the nanofiber constituting the porous polymer web forms a shell-core structure by mixing and dispersing a swelling polymer and a non-swelling polymer, Swellable polymer shell is a polymer electrolyte which can prevent short circuit between two electrodes due to the web shape maintained by a non-swellable polymer core disposed inside even if the gelation is performed by an organic electrolytic solution, thereby achieving safety and thinning simultaneously. And a method of manufacturing the same.

종래에, 리튬 이차 전지의 전해질로서는, 일반적으로 비수계(non-aqueous) 전해액을 세퍼레이터로 지칭되는 세공을 가진 필름에 함침시킨 전해질이 사용되었다. 최근에는, 이러한 액계의 전해질보다 폴리머로 이루어진 폴리머 전해질을 이용한 리튬 이차 전지(폴리머 전지)가 주목받고 있다.Conventionally, as an electrolyte of a lithium secondary battery, an electrolyte in which a non-aqueous electrolytic solution is impregnated with a film having a pore called a separator has been used. In recent years, a lithium secondary battery (polymer battery) using a polymer electrolyte made of a polymer rather than an electrolytic solution of such liquid has attracted attention.

이러한 폴리머 전지는, 폴리머 중에 액체 전해액을 함침시킨 겔 형태의 전해질을 사용하고 있다. 폴리머 중에 전해액이 보유되기 때문에, 액이 새어나오기 어렵고, 따라서, 전지의 안전성이 향상되며, 또한 전지의 형상을 자유롭게 할 수 있는 장점이 있다.Such a polymer battery uses a gel electrolyte in which a polymer electrolyte is impregnated with a liquid electrolyte. Since the electrolyte is retained in the polymer, it is difficult for the liquid to leak out, thus improving the safety of the battery, and also allowing the shape of the battery to be freely made.

이러한 폴리머 전해질은 전해액으로만 이루어진 전해질에 비해, 리튬 이온의 도전성이 낮기 때문에, 폴리머 전해질의 두께를 얇게 하는 방법이 행해지고 있다. 하지만, 이와 같이 폴리머 전해질을 얇게 한 경우 그 기계적 강도가 감소되고, 전지의 제조시에 양극과 음극이 단락되어 폴리머 전해질이 파괴되기 쉬운 문제가 있다.Since the polymer electrolyte has low conductivity of lithium ion as compared with an electrolyte composed solely of an electrolytic solution, a method of reducing the thickness of the polymer electrolyte has been carried out. However, when the polymer electrolyte is made thin, the mechanical strength thereof is reduced, and the anode and the cathode are short-circuited at the time of manufacturing the battery, and the polymer electrolyte is liable to be broken.

따라서, 종래에는, 일본 공개특허공보 2006-140052호에 나타낸 바와 같이, 전해질 중에 알루미나 등의 무기 산화물을 첨가해서 고체 전해질의 기계적 강도를 향상시키는 방법이 제안되었다. 알루미나 이외에도 실리카나 알루민산 리튬 등의 무기 산화물이 제안되었다.Therefore, conventionally, as shown in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2006-140052, a method of improving the mechanical strength of a solid electrolyte by adding an inorganic oxide such as alumina to the electrolyte has been proposed. In addition to alumina, inorganic oxides such as silica or lithium aluminate have been proposed.

하지만, 알루미나 등의 무기 산화물을 고체 전해질 중에 첨가하면, 전해질의 도전성이 크게 저하되는 문제가 있다. 게다가, 이러한 고체 전해질을 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 반복해서 충방전시키면, 전해질과 상기 무기 산화물이 반응하여, 리튬 이온 이차 전지의 충방전 사이클 특성이 크게 저하되는 등의 문제가 있었다.However, when an inorganic oxide such as alumina is added to the solid electrolyte, the conductivity of the electrolyte is greatly deteriorated. In addition, when the lithium ion secondary battery including such a solid electrolyte is repeatedly charged and discharged, there is a problem that the electrolyte and the inorganic oxide react with each other and the charge-discharge cycle characteristics of the lithium ion secondary battery are significantly lowered.

한편, 종래의 고분자 전해질은 주로 폴리에틸렌 옥사이드(이하 "PEO"라 함)를 고분자 매트릭스로 사용하여 제조하였으나, 이온전도도가 상온에서 10-8S/cm 정도에 불과하여 상용화되지는 못하였다. 최근에는 상온에서 10-3 S/cm 이상의 이온전도도를 나타내는 겔상 또는 하이브리드 형태의 고분자 전해질이 개발되고 있다.On the other hand, conventional polymer electrolytes were mainly produced by using polyethylene oxide (hereinafter referred to as "PEO") as a polymer matrix, but their ionic conductivity was only about 10 -8 S / cm at room temperature and could not be commercialized. Recently, a polymer electrolyte in the form of gel or hybrid has been developed which exhibits an ionic conductivity of 10 -3 S / cm or more at room temperature.

미국 특허 제6,509,123호 및 일본 공개특허 제2000-299129호에는 각각 독특한 방식으로 겔형 고분자 전해질을 제안하고 있다.U.S. Patent No. 6,509,123 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-299129 each propose a gel-type polymer electrolyte in a unique manner.

미국 특허 제6,509,123호에는, 고분자로서 PVDF-HFP(폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌) 등을 사용하고, 전해액으로서 EC(에틸렌 카보네이트) 및 PC(프로필렌 카보네이트)에 LiPF6가 용해된 것을 채택하고, 이들 고분자와 전해액을 DMC(디메틸 카보네이트) 용매와 혼합하고, 이 혼합물을 전극 표면에 코팅한 후 DMC를 휘발시켜 전극 위에 겔형 고분자가 도입된 형태로 제조한다. 이후 전기 단락 방지를 위해, 폴리올레핀 계열 분리막과 함께 권취(winding)하여 전지를 제조한다.U.S. Patent No. 6,509,123 adopts PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene) or the like as a polymer and LiPF 6 dissolved in EC (ethylene carbonate) and PC (propylene carbonate) as an electrolytic solution The polymer and electrolyte are mixed with a DMC (dimethyl carbonate) solvent, the mixture is coated on the electrode surface, and DMC is volatilized to prepare a gel polymer on the electrode. Then, in order to prevent short circuiting, the battery is wound by winding with a polyolefin-based separator.

한편, 일본 공개특허 제2000-299129호에는 미리 양극, 음극, 폴리올레핀 계열 분리막을 사용하여 권취 방식으로 전지를 제조한 후, PVDF(폴리비닐리덴 플루오라이드), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 PEGDMA (폴리에틸렌글리콜디메틸 아크릴레이트) 및 개시제를 적절한 유기 카보네이트 혼합물과 혼합하여 이미 제조된 셀에 주입하고, 이후 적절한 조건에서 가교(crosslinking)시켜 겔형 고분자 전해질을 제조하였다. 이 경우, 겔형 고분자 전해질은 전지 조립 후 전지 내부에서 형성되는 특징을 지니게 된다.On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-299129, a battery is produced by a winding method using an anode, a cathode and a polyolefin-based separator in advance, and then PVDF (polyvinylidene fluoride), PMMA (polymethyl methacrylate) (Polyethylene glycol dimethyl acrylate) and an initiator were mixed with an appropriate organic carbonate mixture, injected into a cell already prepared, and then crosslinked under appropriate conditions to prepare a gel-type polymer electrolyte. In this case, the gel-type polymer electrolyte is characterized by being formed inside the cell after the cell assembly.

그러나, 상기한 두 가지의 겔형 고분자 전해질 제조 공정은 매우 까다로우며, 양산성에 다소 문제가 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 전지 성능 및 안전성의 향상에도 제한이 있다는 단점이 있었다. 즉, PVDF-HFP, PVDF 또는 PMMA 등의 고분자 함량을 증가시킬수록, 전지의 안전성은 향상되나, 이에 반해 전지 성능이 크게 저하하는 문제점을 나타낸다.However, the above two processes for producing a gel-type polymer electrolyte are very complicated, and it is known that there is a problem in mass productivity. In addition, there is a disadvantage in that there is a limit to improvement in battery performance and safety. That is, as the content of polymer such as PVDF-HFP, PVDF, or PMMA is increased, the safety of the battery is improved, but the performance of the battery is significantly deteriorated.

전술한 종래 기술의 겔형 고분자 전해질은 제조 공정상의 특징으로 인하여 전해액에 용해되지 않는 겔형 고분자를 포함하는 것들이었다.The above-described gel-type polymer electrolyte of the prior art includes gel-like polymers that are not soluble in electrolytic solution due to characteristics of the manufacturing process.

그러나, 전해액 가용성 고분자를 분리막의 한 면 또는 양면에 코팅하여 분리막을 제조하고, 이 분리막을 양극과 음극 사이에 개재(介在)하여 먼저 전지를 조립한 후 전해액을 주입하는 방법을 이용하는 경우, 전지 조립 후 분리막에 코팅된 전해액 가용성 고분자가 전해액에 용해되어 액상에 가까운 겔(gel) 또는 고점도의 액체 상태인 전해질을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 제조된 전해질은 제조 공정시 고점도 전해질의 직접 주입 대신 통상적인 저점도 전해액의 주입에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 이러한 고점도의 전해질을 포함하는 전지는 액체 전해질을 포함하는 전지에 비하여 안전성이 향상되는 반면, 종래의 겔형 고분자 전해질을 포함하는 전지와 달리 전지의 성능 저하를 최소화할 수 있는 전해액 가용성 고분자가 일측면에 코팅된 분리막 및 전기화학소자가 한국 공개특허공보 10-2005-42456호에 제안되어 있다.However, when a method is employed in which a separator is prepared by coating an electrolyte-soluble polymer on one side or both sides of a separator and the separator is interposed between the positive and negative electrodes and then the electrolyte is injected after assembling the cell first, Soluble polymer coated on the membrane is dissolved in the electrolytic solution to thereby produce an electrolyte having a gel state or a high viscosity liquid state close to a liquid state and the electrolytic solution can be produced in a conventional manner by replacing the high- And can be easily formed by injecting a low-viscosity electrolytic solution. The battery including such an electrolyte having a high viscosity improves safety compared to a battery including a liquid electrolyte, whereas an electrolyte-soluble polymer capable of minimizing deterioration of the battery, unlike a battery including a conventional gel-type polymer electrolyte, Coated membranes and electrochemical devices have been proposed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-42456.

한국 공개특허공보 10-2005-42456호에 제안된 분리막은 전해액 가용성 고분자가 분리막에 균일하게 박막으로 코팅되기 어려워 균일한 전해질 막을 구현하기 어렵고, 전극과의 밀착 및 박막화가 어렵게 된다.The separation membrane proposed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-42456 is difficult to uniformly coat an electrolyte-soluble polymer on the separation membrane, making it difficult to form a uniform electrolyte membrane, and it is difficult to make the electrolyte membrane close to and thin.

또한, 미국 특허 제5,219,679호 및 미국 특허 제5,240,790호에는 겔상의 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 고분자 전해질을 개시하고 있다. 상기 겔상의 PAN계 고분자 전해질은 PAN계 고분자 매트릭스 내에 리튬염과 에틸렌 카보네이트 및 프로필렌 카보네이트 등의 유기 용매 사이에 형성된 용매 화합물(이하 "유기 전해액"이라 함)을 주입시켜 제조된 것이다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고, 상기 고분자 전해질은 전해질이 다소 물러서 기계적 안정성, 즉 강도가 떨어진다는 단점이 있다. 특히 이러한 약한 강도 특성은 전극 및 전지의 제조시 상당한 문제점을 야기할 수 있다.In addition, U.S. Patent No. 5,219,679 and U.S. Patent No. 5,240,790 disclose gel-type polyacrylonitrile (PAN) -based polymer electrolytes. The gel-based PAN-based polymer electrolyte is prepared by injecting a solvent compound (hereinafter referred to as "organic electrolyte solution") formed between a lithium salt and an organic solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate in a PAN-based polymer matrix. However, in spite of these advantages, the polymer electrolyte has a disadvantage in that the electrolyte is somewhat backed away and the mechanical stability, that is, the strength is lowered. In particular, such weak strength properties can cause significant problems in the manufacture of electrodes and batteries.

미국 특허 제5,460,904호에는 하이브리드 형태의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)계 고분자 전해질을 개시하고 있다. 상기 하이브리드 형태의 PVdF계 고분자 전해질은 고분자 매트릭스를 서브마이크론 이하의 다공성을 갖도록 제조한 후 유기 전해액을 이 작은 기공에 주입시켜 제조하는 것으로, 유기 전해액과의 호환성이 우수하여, 이 작은 기공에 들어간 유기 전해액은 누액이 되지 않고 안전한 전해질로 사용할 수 있다는 장점이 있고, 유기 용매 전해액을 나중에 주입하기 때문에 고분자 매트릭스를 대기 중에서도 제조할 수 있는 장점이 있다. U.S. Patent No. 5,460,904 discloses a polyvinylidene fluoride (PVdF) based polymer electrolyte in the form of a hybrid. The hybrid type PVdF polymer electrolyte is prepared by preparing a polymer matrix to have a submicron porosity and then injecting an organic electrolytic solution into the small pores. The PVDF polymer electrolyte is excellent in compatibility with organic electrolytes, The electrolytic solution is advantageous in that it can be used as a safe electrolyte without leaking, and the polymer matrix can be produced in the atmosphere because the organic solvent electrolyte is injected later.

그러나, 고분자 전해질 제조시 가소제의 추출과정과 유기 용매 전해액의 함침과정이 요구되므로 제조공정이 까다롭다는 단점이 있다. However, since the extraction process of the plasticizer and the impregnation process of the organic solvent electrolyte are required in the production of the polymer electrolyte, the manufacturing process is complicated.

한국 등록특허 10-0569185호에는 1-3000nm의 직경을 갖는 초극세 고분자 섬유로 이루어진 다공성 고분자 매트릭스와 그 내부에 함입되는 고분자 전해질로 이루어진 하이브리드형 고분자 전해질 및 이를 이용한 리튬 이차전지가 제안되어 있다.Korean Patent No. 10-0569185 proposes a hybrid polymer electrolyte comprising a porous polymer matrix composed of ultrafine polymer fibers having a diameter of 1-3000 nm and a polymer electrolyte embedded therein, and a lithium secondary battery using the hybrid polymer electrolyte.

상기 하이브리드형 고분자 전해질은 직경 1 - 3000 nm의 고분자로 이루어진 초극세 섬유상 다공성 고분자 매트릭스와, 상기 초극세 섬유상 다공성 고분자 매트릭스의 기공 내에 함입되어 있는, 고분자, 가소제 및 리튬염이 유기 용매에 용해된 유기 전해액을 포함하는 고분자 전해액으로 구성되어 있으며, 고분자를 유기 용매에 용해한 후, 전하유도 방사법으로 1-3000nm의 직경을 갖는 초극세 섬유상의 다공성 고분자 매트릭스를 제조하고, 그 기공 안에 고분자, 가소제 및 유기 전해액을 혼합 및 용해한 고분자 전해액을 주입시켜 하이브리드형 고분자 전해질을 제조하고 있다.The hybrid polymer electrolyte comprises an ultrafine fibrous porous polymer matrix composed of a polymer having a diameter of 1 to 3000 nm and an organic electrolyte solution in which a polymer, a plasticizer and a lithium salt embedded in pores of the ultrafine fibrous porous polymer matrix are dissolved in an organic solvent The polymer is dissolved in an organic solvent, and then a porous polymer matrix having a diameter of 1-3000 nm is prepared by charge induction spinning. The polymer, plasticizer and organic electrolyte are mixed and poured into the pores of the polymer matrix. And the dissolved polymer electrolyte is injected to prepare a hybrid type polymer electrolyte.

따라서, 상기 한국 등록특허 10-0569185호는 먼저 하이브리드형 고분자 전해질을 제조한 후, 얻어진 하이브리드형 고분자 전해질을 음극과 양극 사이에 삽입하거나 두 전극 중 어느 하나의 전극의 양면 및 다른 전극의 한면에 입히고, 조립, 케이싱 및 전해액 주입 공정을 진행하기 때문에 별도로 하이브리드형 고분자 전해질을 제조하는 공정을 거쳐야 하기 때문에 공정수가 증가하고 복잡해지는 문제가 있다.Accordingly, Korean Patent No. 10-0569185 discloses a method of preparing a hybrid polymer electrolyte by first preparing a hybrid polymer electrolyte, placing the resulting hybrid polymer electrolyte between a cathode and an anode, or applying both surfaces of one electrode and one electrode of another electrode , The assembly, the casing, and the electrolyte injection process are carried out. Therefore, there is a problem that the number of steps increases and becomes complicated because a hybrid type polymer electrolyte must be separately manufactured.

또한, 상기 한국 등록특허 10-0569185호는 하이브리드형 고분자 전해질을 제조할 때, 먼저 고분자 전해액을 형성한 후 캐스팅하기 좋은 수천 cps 정도의 점도가 되었을 때, 다이캐스팅 방법으로 다공성 고분자 매트릭스 상에 도포하여 고분자 전해액이 매트릭스 내에 함입시키는 방법을 채용하고 있어, 고분자 전해액의 균일한 함입을 보장할 수 없다.In addition, Korean Patent No. 10-0569185 discloses a method of preparing a hybrid polymer electrolyte by first forming a polymer electrolyte and then casting it onto a porous polymer matrix by a die casting method to obtain a viscosity of about several thousand cps, The electrolyte solution is introduced into the matrix, so that the uniform introduction of the polymer electrolyte solution can not be ensured.

더욱이, 상기 한국 등록특허 10-0569185호는 전극조립체를 전지케이스에 넣고 유기 전해액을 주입시킨 후 밀봉하여 전지를 제조하고 있고, 별도의 겔화 공정을 갖고 있지 않다.Furthermore, Korean Patent No. 10-0569185 discloses that an electrode assembly is placed in a battery case, an organic electrolytic solution is injected into the battery case, and the battery is sealed to form a battery, and does not have a separate gelling process.

한국 등록특허 10-0637481호에는 양극과, 폴리머 전해질과, 음극을 구비하여 이루어지고, 상기 폴리머 전해질은, 유기 전해액에 의해 겔화가 용이한 겔화 섬유와 비겔화 섬유를 적어도 가지는 부직포에 상기 유기 전해액이 함침되어 이루어져, 상기 겔화 섬유가 상기 유기 전해액을 포함하여 겔화된 상태에 있어서, 겔상태의 겔화 섬유 및 비겔화 섬유의 배합 비율은 3 : 97 내지 75 : 25 중량비이며, 비닐 아세테이트의 함유량이 5 중량% 이상 20 중량% 이하인 폴리아크릴로니트릴-비닐 아세테이트 공중합체인 리튬 이차 전지가 제안되어 있다.Korean Patent No. 10-0637481 discloses a non-woven fabric comprising a positive electrode, a polymer electrolyte, and a negative electrode, wherein the polymer electrolyte comprises a non-woven fabric having at least gelled and non-gelled fibers that are easily gelled by an organic electrolytic solution, Wherein the mixing ratio of the gelled gelled fiber to the non-gelled fiber is 3: 97 to 75:25 by weight and the content of vinyl acetate is 5 wt% By weight to 20% by weight or less of a polyacrylonitrile-vinyl acetate copolymer.

상기 한국 등록특허 10-0637481호에 제안된 폴리머 전해질은 겔화 섬유와 비겔화 섬유를 적어도 가지는 부직포에 유기 전해액을 함침하는 것이므로, 함침되는 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지는 겔화 섬유 부분의 균일성을 보장할 수 없어 균일한 이온 전도성을 보장할 수 없고 내부 쇼트 가능성도 존재하며, 부직포 형태를 갖는 것이므로 겔화가 이루어질지라도 균일한 박막화가 어렵게 된다.The polymer electrolyte proposed in Korean Patent No. 10-0637481 impregnates an organic electrolytic solution into a nonwoven fabric having at least gelled fibers and non-gelled fibers, so that the uniformity of the gelled fiber portion in which gelation is carried out by the impregnated organic electrolyte is ensured Uniform ion conductivity can not be ensured and there is also possibility of internal short-circuiting. Since it has a non-woven form, it is difficult to uniformly form a thin film even if gelation is performed.

한국 등록특허 10-1208698호에는 서로 다른 두 전극; 상기 두 전극 사이에 개재되며, 융점이 180℃ 이상인 50~70중량% 내열성 고분자 물질과 전해액에 팽윤이 일어나는 30~50중량% 팽윤성 고분자 물질의 혼합용액을 에어 전기방사(AES: Air-electrospinning)하여 얻어진 초극세 섬유상을 포함하는 내열성 초극세 섬유상 다공성 분리막; 및 전해액 또는 전해질을 포함하는 이차 전지가 본 출원인에 의해 제안되어 있다.In Korean Patent No. 10-1208698, two different electrodes; Electro-electrospinning (AES) of a mixed solution of 50-70 wt% heat-resistant polymer material having a melting point of 180 ° C or higher and 30-50 wt% swelling polymer material swelling in the electrolyte is interposed between the two electrodes A heat-resistant ultrafine fibrous porous separator containing the obtained ultrafine fibrous phase; And a secondary battery including an electrolyte or an electrolyte have been proposed by the present applicant.

그러나, 한국 등록특허 10-1208698호는 내열성 고분자 물질과 팽윤성 고분자 물질의 혼합용액을 방사하여 얻어진 초극세 섬유로 이루어진 다공성 분리막을 사용할 뿐 섬유가 코어-쉘 구조를 가질 때의 이점과 코어-쉘 구조를 형성하는 조건을 인지하지 못하였다. However, Korean Patent No. 10-1208698 discloses a method of using a porous separator made of ultrafine fibers obtained by spinning a mixed solution of a heat-resistant polymer material and a swellable polymer material, and has advantages of having a core-shell structure and a core- And did not recognize the condition of formation.

일본 공개특허공보 2006-140052호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-140052 미국 특허 제6,509,123호U.S. Patent No. 6,509,123 일본 공개특허 제2000-299129호Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-299129 한국 공개특허 10-2005-42456호Korean Patent Publication No. 10-2005-42456 미국 특허 제5,219,679호U.S. Patent No. 5,219,679 미국 특허 제5,240,790호U.S. Patent No. 5,240,790 미국 특허 제5,460,904호U.S. Patent No. 5,460,904 한국 등록특허 10-0569185호Korean Patent No. 10-0569185 한국 등록특허 10-0637481호Korean Patent No. 10-0637481 한국 등록특허 10-1208698호Korean Patent No. 10-1208698

본 발명자는 전해액에 팽윤되어 겔화가 이루어지는 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합하여 방사된 나노 파이버는 혼합되는 2 폴리머 사이의 분자량 차이가 설정값 이상일 경우 코어-쉘 구조를 갖는 것을 발견하였다. 이 경우, 분자량이 큰 비팽윤성 폴리머가 나노 파이버의 코어 부분에 위치하고 분자량이 작은 팽윤성 폴리머가 ? 부분에 위치하고 있다. 또한, 비팽윤성 폴리머는 팽윤성 폴리머와 비교할 때 분자량이 크기 때문에 융점도 상대적으로 높은 것으로 나타났다. The present inventors have found that the nanofibers produced by mixing a swellable polymer in which an electrolyte is swollen to gel and a non-swellable polymer have a core-shell structure when the molecular weight difference between the two polymers to be mixed is not less than a set value. In this case, a non-swelling polymer having a large molecular weight is placed in the core portion of the nanofiber and a swelling polymer having a small molecular weight is used. . In addition, the non-swellable polymer has a relatively high melting point because it has a larger molecular weight than the swellable polymer.

따라서, 유기 전해액을 주입한 후, 겔화시키기 위한 열처리 공정에서 팽윤성 폴리머의 융점보다 높고 비팽윤성 폴리머의 융점보다 낮은 온도에서 겔화를 진행하면, 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 겔화가 이루어질지라도 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 미약한 팽윤만 일어나고 체인이 끊어지지 않고 유지됨에 따라 매트릭스 형상을 유지하는 것으로 나타났다. 본 발명은 이러한 발견에 기초하여 이루어진 것이다.Therefore, when the gelation is performed at a temperature higher than the melting point of the swelling polymer and lower than the melting point of the non-swelling polymer in the heat treatment step for gelation after the organic electrolytic solution is injected, the swellable polymer shell disposed outside the nanofiber, The non-swellable polymer core disposed inside maintained a matrix shape as only a slight swelling occurred and the chain was kept unbroken. The present invention has been made on the basis of this finding.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 다공성 폴리머 웹을 구성하는 나노 파이버가 쉘-코어 구조를 형성하며 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 겔화가 이루어질지라도 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어가 폴리머 전해질 막 전체에 대하여 균일하게 웹 형상을 유지함에 따라 양극과 음극 사이의 단락을 방지하여 안전성을 도모할 수 있는 폴리머 전해질, 이를 이용한 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION [0006] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a nanocomposite structure in which nanofibers constituting a porous polymer web form a shell- A non-swellable polymer core disposed on the non-swellable polymer core maintains a web shape uniformly with respect to the entire polymer electrolyte membrane, thereby preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, thereby achieving safety; a lithium secondary battery using the polymer electrolyte; .

본 발명의 다른 목적은 코어-쉘 구조를 갖는 나노 파이버로 이루어진 다공성 폴리머 웹을 전해질 매트릭스로 사용하여 유기 전해액의 빠르고 균일한 전해액 함침을 보장할 수 있는 폴리머 전해질, 이를 이용한 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a polymer electrolyte capable of ensuring fast and uniform electrolyte impregnation of an organic electrolyte by using a porous polymer web composed of nanofibers having a core-shell structure as an electrolyte matrix, a lithium secondary battery using the same, .

본 발명의 또 다른 목적은 다공성 전해질 매트릭스를 구성하는 나노 파이버의 외곽에 배치된 팽윤성 폴리머 쉘이 모두 겔화가 이루어짐에 따라 액상의 전해액이 거의 존재하지 않는 고상의 전해질로 변환되어 누액을 방지함에 따라 안전성과 박막화와 함께 이온 전도도를 높일 수 있는 폴리머 전해질, 이를 이용한 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing a porous electrolyte membrane in which the swellable polymer shell disposed on the outer periphery of the nanofibers constituting the porous electrolyte matrix is converted into a solid electrolyte having almost no electrolyte solution, And a polymer electrolyte capable of increasing ionic conductivity with thinning, a lithium secondary battery using the polymer electrolyte, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 전극 조립체의 외부를 비팽윤성 다공성 박막시트로 권취함에 따라 충방전 진행시에 전극 조립체가 팽창과 수축이 발생되는 현상을 억제하여 전해질과 전극 사이의 분리 현상을 방지함에 따라 계면저항의 증가를 억제할 수 있는 리튬 이차 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a non-swellable porous thin film sheet which can prevent the phenomenon of expansion and contraction of the electrode assembly during charging and discharging, thereby preventing separation between the electrolyte and the electrode A lithium secondary battery capable of suppressing an increase in interfacial resistance and a method of manufacturing the same.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 폴리머 전해질은 각각 길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루고 있고, 외측에 배치되며 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘과 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어로 이루어지는 다수의 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹; 및 상기 다공성 폴리머 웹에 함침되며 리튬염이 비수성 유기용매에 용해된 유기 전해액을 포함하며, 겔화 공정이 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above-mentioned object, the polymer electrolyte of the present invention comprises a swellable polymer shell made of a swellable polymer having a shell-core structure along its longitudinal direction and disposed on the outside and swelling in an organic electrolytic solution, and a non-swellable polymer A porous polymer web comprising a plurality of nanofibers comprising a non-swellable polymer core; And an organic electrolytic solution impregnated in the porous polymer web and having a lithium salt dissolved in a non-aqueous organic solvent. As the gelation process is performed, the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers is gelated by the organic electrolytic solution , And the non-swellable polymer core disposed inside is characterized by retaining the web shape.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 리튬의 흡장·방출이 가능한 양극과 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 폴리머 전해질을 포함하며, 상기 폴리머 전해질은, 각각 길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루고 있고, 외측에 배치되며 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘과 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어로 이루어지는 다수의 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹; 및 상기 다공성 폴리머 웹에 함침되며 리튬염이 비수성 유기용매에 용해된 유기 전해액을 포함하며, 겔화 공정이 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 한다.The lithium secondary battery according to the present invention comprises a positive electrode and a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium, and a polymer electrolyte disposed between the positive and negative electrodes, wherein the polymer electrolyte has a shell-core structure along the longitudinal direction A porous polymer web comprising a plurality of nanofibers comprising a swellable polymer shell comprising a swellable polymer swellable in an organic electrolytic solution and a non-swellable polymer core comprised of a non-swellable polymer; And an organic electrolytic solution impregnated in the porous polymer web and having a lithium salt dissolved in a non-aqueous organic solvent. As the gelation process is performed, the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers is gelated by the organic electrolytic solution , And the non-swellable polymer core disposed inside is characterized by retaining the web shape.

본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 제조방법은 비팽윤성 폴리머와 팽윤성 폴리머를 용매에 용해시켜 혼합 폴리머 방사용액을 형성하는 단계; 상기 혼합 폴리머 방사용액을 방사하여 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어의 외측에 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘이 각각 길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루는 다수의 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹을 형성하는 단계; 각각 다수의 단위 전극셀로 이루어지는 양극과 음극 사이에 상기 다공성 폴리머 웹을 삽입된 전극 조립체를 형성하는 단계; 상기 전극 조립체를 케이스에 내장하고 유기 전해액을 주입하는 단계; 및 겔화 열처리를 실시하여, 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘을 유기 전해액에 의해 팽윤시키는 단계를 포함하며, 상기 나노 파이버의 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 한다. The method for preparing a lithium secondary battery according to the present invention comprises the steps of: dissolving a non-swelling polymer and a swelling polymer in a solvent to form a mixed polymer spinning solution; A swellable polymer shell comprising a swellable polymer swelling in an organic electrolytic solution outside a non-swellable polymer core made of a non-swellable polymer by spinning the mixed polymer spinning solution, and a plurality of nanofibers each having a shell- Forming a porous polymer web; Forming an electrode assembly in which the porous polymer web is interposed between a positive electrode and a negative electrode each of which is formed of a plurality of unit electrode cells; Inserting the electrode assembly into a case and injecting an organic electrolyte; And performing a gelation heat treatment to swell the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers with an organic electrolytic solution, wherein the non-swellable polymer core disposed inside the nanofibers maintains a web shape .

상기 전극 조립체를 형성하는 단계는 상기 양극과 음극 중 어느 하나의 스트립형 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질층을 코팅하여 전극 스트립을 형성하는 단계; 상기 전극 스트립을 스탭-바이-스탭 방식으로 이송하면서 순차적인 블랭킹(blanking)을 실시하여 전극 스트립으로부터 다수의 제1단위 전극셀을 부분적으로 분리 형성하는 단계; 상기 다수의 제1단위 전극셀을 연속적으로 이송하면서 양면에 한쌍의 다공성 폴리머 웹으로 봉지하는 단계; 및 상기 봉지된 다수의 제1단위 전극셀 사이에 상기 양극과 음극 중 다른 하나의 다수의 제2단위 전극셀을 각각 삽입하여 적층하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The forming of the electrode assembly may include forming an electrode strip by coating an electrode active material layer on at least one side of the strip-shaped electrode current collector of the positive electrode and the negative electrode, Performing sequential blanking while transferring the electrode strip in a step-by-step manner to partially separate and form a plurality of first unit electrode cells from the electrode strip; Sealing the plurality of first unit electrode cells with a pair of porous polymer webs on both sides while continuously transporting the plurality of first unit electrode cells; And inserting and stacking a plurality of second unit electrode cells of the other one of the anode and the cathode between the plurality of sealed first unit electrode cells.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 제조방법은 각각 비팽윤성 폴리머와 팽윤성 폴리머로 이루어진 다수의 나노 파이버를 구비하는 한쌍의 다공성 폴리머 웹을 사용하여 다수의 단위 양극셀과 다수의 단위 음극셀을 분리하면서 교대로 적층함에 의해 전극 조립체를 형성하는 단계; 상기 전극 조립체를 압박밴드로 테이핑하는 단계; 상기 전극 조립체를 케이스에 내장하고 유기 전해액을 주입하는 단계; 및 겔화 열처리를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery, comprising: forming a plurality of unit anode cells and a plurality of unit cells each using a pair of porous polymer webs each comprising a plurality of nanofibers each comprising a non-swelling polymer and a swellable polymer; Forming an electrode assembly by alternately laminating unit cathode cells of the unit cell; Taping the electrode assembly with a compression band; Inserting the electrode assembly into a case and injecting an organic electrolyte; And performing a gelling heat treatment.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명에 따른 리튬 이차 전지는 각각 비팽윤성 폴리머와 팽윤성 폴리머로 이루어진 다수의 나노 파이버를 구비하는 한쌍의 다공성 폴리머 웹을 사용하여 다수의 단위 양극셀과 다수의 단위 음극셀을 분리하면서 교대로 적층된 전극 조립체; 상기 전극 조립체의 외주를 테이핑하는 압박밴드; 및 상기 압박밴드로 테이핑된 전극 조립체를 내장하며, 유기 전해액이 주입된 케이스를 포함하며, 겔화 공정이 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising a pair of porous polymer webs each having a plurality of nanofibers each composed of a non-swelling polymer and a swellable polymer, An electrode assembly alternately stacked while separating cathode cells; A pressing band for taping the outer periphery of the electrode assembly; And a case filled with an organic electrolyte. The swellable polymer shell disposed outside the nanofibers as the gelation process is performed is gelled by an organic electrolytic solution, The non-swellable polymer core disposed inside is characterized by maintaining a web shape.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 전해액에 팽윤되어 겔화가 이루어지는 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합하여 방사된 나노 파이버에 의해 형성된 폴리머 웹을 다공성 매트릭스로 사용하여 유기 전해액이 함침됨에 따라 균일한 전해액 함침을 보장할 수 있다.As described above, in the present invention, a polymer web formed by nanofibers spun by mixing a swellable polymer in which an electrolyte is swollen and gelated and a non-swellable polymer is used as a porous matrix, and uniform electrolyte infiltration Can be guaranteed.

또한, 본 발명에서는 다공성 폴리머 웹을 구성하는 나노 파이버가 쉘-코어 구조를 형성함에 따라 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 겔화가 이루어질지라도 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어가 폴리머 전해질 막 전체에 대하여 균일하게 웹 형상을 유지함에 따라 양극과 음극 사이의 단락을 방지하여 안전성을 도모함과 동시에 리튬의 덴드라이트 결정 석출에 의한 쇼트의 발생을 방지할 수 있게 된다.In addition, in the present invention, the nanofibers constituting the porous polymer web form a shell-core structure, and the swellable polymer shell disposed on the outer side of the nanofibers is gelled, but the non-swellable polymer core disposed inside is uniform The short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be prevented and safety can be ensured, and at the same time, the occurrence of short circuit due to the precipitation of dendrite crystals of lithium can be prevented.

더욱이, 웹 형상을 유지하는 비팽윤성 폴리머 코어가 양극과 음극의 사이에 잔존하기 때문에, 양, 음극에 충전된 팽윤성 폴리머 쉘 만큼 폴리머 전해질 자체를 얇게 할 수 가 있고 균일한 함침에 의해 양극과 음극 사이의 이온 전도도를 높일 수 있게 된다.Further, since the non-swellable polymer core for retaining the web shape remains between the positive electrode and the negative electrode, the polymer electrolyte itself can be made thinner than the swellable polymer shell filled in the positive and negative electrodes, and the polymer electrolyte itself can be made thinner by uniform impregnation The ionic conductivity of the polymer can be increased.

본 발명에서는 폴리머 전해질의 외측에 박막의 접착층을 구비함에 따라 양극 또는 음극과의 접착성을 개선함과 동시에 리튬의 덴드라이트 성장에 의한 쇼트를 방지할 수 있게 된다.According to the present invention, since the thin film adhesive layer is provided on the outer side of the polymer electrolyte, the adhesion between the positive electrode and the negative electrode can be improved and the short circuit due to the growth of the dendrite of lithium can be prevented.

또한, 본 발명에서는 전극 조립체의 외부를 비팽윤성 박막 밴드로 테이핑함에 따라 충방전 진행시에 전극 조립체의 팽창과 수축이 전극 조립체의 수직방향 대신에 측면방향으로 이루어지도록 유도하여 전해질과 전극 사이의 분리 현상을 방지함에 따라 계면저항의 증가를 억제할 수 있어, OCV(Open Circuit Voltage: 개방회로전압)의 감소를 최소화할 수 있다.In addition, according to the present invention, taping the outside of the electrode assembly with a non-swellable thin film band induces expansion and contraction of the electrode assembly in the lateral direction instead of the vertical direction of the electrode assembly during charging and discharging, As the phenomenon is prevented, the increase of the interface resistance can be suppressed, and the decrease of the OCV (Open Circuit Voltage) can be minimized.

더욱이, 본 발명에서는 상기 팽윤성 폴리머의 일부가 상기 폴리머 전해질과 연속한 상태로 상기 양극 및 상기 음극에 충전되는 것에 의해 상기 양극 및 음극과 상기 폴리머 전해질과 접착되어, OCV(개방회로전압)의 감소를 최소화할 수 있다.Further, in the present invention, the positive electrode and the negative electrode are filled with the swollen polymer in a state in which a part of the swellable polymer is continuous with the polymer electrolyte, thereby bonding the positive electrode and the negative electrode to the polymer electrolyte, thereby decreasing the OCV (open circuit voltage) Can be minimized.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 폴리머 전해질로 이용되는 다공성 폴리머 웹의 제조공정을 나타내는 공정 단면도,
도 4은 본 발명에 따른 양극과 폴리머 전해질로 사용되는 다공성 폴리머 웹의 봉지공정을 나타내는 공정 단면도,
도 5는 본 발명에 따라 조립된 전극 조립체의 개략 단면도,
도 6은 본 발명에 따라 조립된 전극 조립체의 개략 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 리튬 이차 전지의 조립 공정을 나타내는 흐름도이다.
1 is a sectional view showing a lithium secondary battery according to a first preferred embodiment of the present invention,
2 is a cross-sectional view illustrating a lithium secondary battery according to a second preferred embodiment of the present invention,
3 is a process sectional view showing a process for producing a porous polymer web used as a polymer electrolyte according to the present invention,
4 is a process sectional view showing a sealing process of a porous polymer web used as an anode and a polymer electrolyte according to the present invention,
Figure 5 is a schematic cross-sectional view of an electrode assembly assembled in accordance with the present invention,
Figure 6 is a schematic plan view of an electrode assembly assembled in accordance with the present invention,
7 is a flowchart showing a process of assembling a lithium secondary battery according to the present invention.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: It can be easily carried out.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 본 명세서에서 폴리머 전해질은 다공성 폴리머 웹을 양극 및 음극과 함께 케이스 내부에 조립한 후, 유기 전해액을 케이스에 주입함에 따라 다공성 폴리머 웹 내에 유기 전해액이 함입된 후 겔화 공정을 거쳐서 얻어지며 액상의 유기 용매가 실질적으로 잔류하지 않는 무기공 타입의 겔형 폴리머 전해질을 말한다.Hereinafter, in the present specification, the polymer electrolyte is obtained by assembling a porous polymer web together with a positive electrode and a negative electrode into a case, injecting an organic electrolytic solution into a case, and then introducing an organic electrolytic solution into the porous polymer web and passing through a gelation process. Refers to an inorganic-ball type gel-type polymer electrolyte in which the organic solvent does not substantially remain.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 단면도, 도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 리튬 이차 전지를 나타내는 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a lithium secondary battery according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a lithium secondary battery according to a second preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 리튬 이차 전지, 즉 리튬 폴리머 전지는 풀셀(full cell)을 형성하도록 양극(1), 무기공 타입의 겔형 폴리머 전해질(5), 및 음극(3)을 구비하여 이루어진다.1, a lithium secondary battery according to a first preferred embodiment of the present invention, namely, a lithium polymer battery, includes an anode 1, an inorganic porous gel electrolyte 5, And a cathode (3).

상기 양극(1)은 양극 집전체(11a)의 일면에 양극 활물질층(11b)을 구비하고 있고, 음극(3)은 음극 집전체(13a)의 일면에 음극 활물질층(13b)을 구비하고 있다.The positive electrode 1 has a positive electrode active material layer 11b on one surface of a positive electrode current collector 11a and the negative electrode 3 has a negative electrode active material layer 13b on one surface of a negative electrode current collector 13a .

그러나, 상기 양극(1)은 음극(3)과 대향하여 배치되며 바이셀을 형성하도록 양극집전체(11a)의 양면에 한쌍의 양극 활물질층을 구비할 수 있다. However, the positive electrode 1 may be disposed opposite to the negative electrode 3 and may include a pair of positive electrode active material layers on both sides of the positive electrode collector 11a to form a bi-cell.

상기 양극 활물질층(11b)은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 이러한 양극 활물질의 대표적인 예로는, LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoO2, LiMn2O4, LiFeO2, V2O5, V6O13, TiS, MoS, 또는 유기디설파이드 화합물이나 유기폴리설파이드 화합물 등의 리튬을 흡장, 방출이 가능한 물질을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 양극 활물질 이외에도 다른 종류의 양극 활물질을 사용하는 것도 물론 가능하다. The positive electrode active material layer (11b) is and reversibly including a positive electrode active material capable of migration intercalation and de-intercalation of lithium ions, and a typical example of such a positive electrode active material, LiCoO 2, LiNiO 2, LiNiCoO 2, LiMn 2 O 4 , LiFeO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiS, MoS, or a substance capable of absorbing and releasing lithium such as an organic disulfide compound or an organic polysulfide compound. However, in the present invention, it is of course possible to use other kinds of cathode active materials in addition to the cathode active material.

상기 음극 활물질층(13b)은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 탄소 섬유, 또는 탄소 복합체의 탄소계 음극 활물질, 주석 산화물, 이들을 리튬화한 것, 리튬, 리튬합금 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 음극 활물질로 종류가 한정되는 것은 아니다. The negative electrode active material layer 13b includes a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions. The negative electrode active material may include a carbon-based negative electrode active material of crystalline or amorphous carbon, carbon fiber, or carbon composite material , Tin oxides, lithium-modified ones, lithium, lithium alloys, and mixtures thereof. However, the present invention is not limited to the above-mentioned negative electrode active material.

상기 양극(1) 및 음극(3)은 종래의 리튬 이온 전지에서 일반적으로 사용하던 방법과 같이 적당량의 활물질, 도전제, 결합제 및 유기 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 다음, 양극 및 음극 집전체(11a,13a)로서 알루미늄 또는 구리 박판(foil) 또는 메쉬 등의 양면에 제조된 슬러리를 캐스팅하고, 건조 및 압연하여 얻어질 수 있다. The positive electrode 1 and the negative electrode 3 may be prepared by mixing an appropriate amount of an active material, a conductive agent, a binder and an organic solvent to prepare a slurry as in a method generally used in a conventional lithium ion battery, 11a, 13a by casting slurry prepared on both sides of aluminum or copper foil or mesh, drying and rolling.

예를 들어, 양극은 활물질, 도전제, 결합제로서 LiCoO2, 수퍼-P 카본, PVdF로 구성된 슬러리를 알루미늄 호일에 캐스팅하여 사용하고, 음극으로는 MCMB(mesocarbon microbeads), 수퍼-P 카본, PVdF로 구성된 슬러리를 구리 호일에 캐스팅하여 사용할 수 있다. 상기 양극과 음극에 있어서, 슬러리를 각각 캐스팅한 후, 입자 간 및 금속 호일과의 접착력을 증대시키기 위하여 롤 프레싱을 실시하는 것이 바람직하다.For example, a positive electrode is formed by casting a slurry composed of LiCoO 2 , Super-P carbon, and PVdF as an active material, a conductive agent, and a binder on an aluminum foil, and using a negative electrode such as MCMB (mesocarbon microbeads), Super- The slurry may be cast on a copper foil. In each of the positive electrode and the negative electrode, it is preferable to carry out roll pressing to increase the adhesive force between the particles and the metal foil after each slurry is cast.

상기 폴리머 전해질(5)은, 전해액에 팽윤되어 겔화가 이루어지는 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합하여 방사된 것으로 코어-쉘 구조를 갖는 나노 파이버(150)로 이루어진 다공성 폴리머 웹(15)에 유기 전해액이 함입되어 겔화 열처리 공정을 거침에 따라 얻어진 것이다.The polymer electrolyte 5 is prepared by mixing a swellable polymer swellable in an electrolytic solution and a non-swellable polymer to prepare a porous polymer web 15 made of a nanofiber 150 having a core-shell structure, Followed by a gelation heat treatment step.

다공성 폴리머 웹(15)은 유기 전해액에 팽윤되어 겔화가 이루어지는 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머가 혼합된 혼합물을 용매에 용해시켜 방사용액을 형성한 후, 방사용액을 방사하여 초극세 섬유상으로 이루어진 다공성 폴리머 웹을 형성하고, 고분자의 융점 이하의 온도에서 캘린더링하여 형성된다.The porous polymer web 15 is prepared by dissolving a mixture of a swellable polymer and a non-swellable polymer swellable in an organic electrolytic solution into a solvent to form a spinning solution, and then spinning a spinning solution to form a porous polymer web And calendering at a temperature not higher than the melting point of the polymer.

이 경우, 상기 방사용액에는 내열성을 강화하기 위하여 무기물 입자가 소정량 포함될 수 있다.In this case, the spinning solution may contain a predetermined amount of inorganic particles to enhance the heat resistance.

또한, 상기 혼합물이 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머 및 무기물 입자로 이루어지는 경우, 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머는 4:6 내지 1:9 범위의 중량비, 바람직하게는 5:5 내지 3:7 범위의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. When the mixture is composed of a swellable polymer and a non-swellable polymer and an inorganic particle, the swellable polymer and the non-swellable polymer have a weight ratio in the range of 4: 6 to 1: 9, preferably in the range of 5: 5 to 3: 7 It is preferable to mix them.

상기 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머의 혼합비가 중량비로 4:6보다 작은 경우 리튬 이온 전도도는 증가하나 팽윤성 폴리머의 팽윤 특성이 너무 커지고 양극(1) 및 음극(3)을 물리적으로 격리하는 세퍼레이터로서 역할을 하는 비팽윤성 폴리머의 양이 적게 되어 내열성과 강도가 떨어지게 된다. 즉, 유기 전해액을 함침한 후 겔화 공정을 거치게 될 때 외측에 배치된 팽윤성 폴리머 쉘(150a)이 팽윤이 되어, 내측에 배치된 비팽윤성 폴리머 코어(150b)가 폴리머 전해질 막 전체에 대하여 균일하게 웹 형상을 유지하기 어렵고, 그 결과 비팽윤성 폴리머 코어(150b)가 세퍼레이터로서 역할을 하지 못함에 따라 양극과 음극 사이의 단락을 방지하여 안전성을 도모하기 어렵게 된다.When the mixing ratio of the swelling polymer to the non-swelling polymer is less than 4: 6 by weight, the lithium ion conductivity increases but the swelling property of the swelling polymer becomes too large and acts as a separator physically isolating the positive electrode 1 and the negative electrode 3 The amount of the non-swellable polymer is decreased and the heat resistance and strength are lowered. That is, when the organic electrolytic solution is impregnated and then subjected to a gelation process, the swellable polymer shell 150a disposed on the outer side swells, and the non-swellable polymer core 150b disposed on the inner side swells uniformly over the entire polymer electrolyte membrane. The non-swellable polymer core 150b can not function as a separator, so that a short circuit between the positive electrode and the negative electrode can be prevented and safety can not be achieved.

또한, 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머의 혼합비가 중량비로 1:9보다 큰 경우 전해액의 함침이 잘 안되고 팽윤성 폴리머의 팽윤이 이루어질지라도 팽윤된 폴리머의 양이 작기 때문에 웹의 기공을 막을 수 없고 리튬 이온 전도도가 감소함과 동시에 방사성이 나빠서 방사 트러블이 발생하게 된다.When the mixing ratio of the swelling polymer to the non-swelling polymer is greater than 1: 9 by weight, the electrolyte can not be impregnated and swelling of the swelling polymer can occur. However, since the amount of the swollen polymer is small, And at the same time, the radioactivity is poor and a radiation trouble is generated.

다공성 폴리머 웹(15)은 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합하여 혼합 폴리머를 방사하는 경우, 방사된 나노 파이버(150)는 혼합되는 2 폴리머 사이의 분자량 차이가 설정값 이상일 경우 코어-쉘 구조를 갖는다. 예를 들어, 팽윤성 폴리머로서 분자량이 1만 이하인 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)와 비팽윤성 폴리머로서 분자량이 25만인 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 혼합하여 방사하면, 방사된 나노 파이버(150)는 분자량이 큰 비팽윤성 폴리머가 나노 파이버(150)의 코어 부분에 위치하고 분자량이 작은 팽윤성 폴리머가 쉘 부분에 위치하는 형태를 가지고 있다. 그 결과, 본 발명의 다공성 폴리머 웹(15)은 비팽윤성 폴리머 코어(150b)의 외부에 팽윤성 폴리머 쉘(150a)이 둘러싸는 코어-쉘 구조의 나노 파이버(150)로 구성된다.The porous polymer web 15 has a core-shell structure when the molecular weight difference between the two polymers to be mixed is not less than the set value, when the mixed polymer is spun by mixing the swellable polymer and the non-swellable polymer . For example, when polyvinylidene fluoride (PVdF) having a molecular weight of 10,000 or less and polyacrylonitrile (PAN) having a molecular weight of 250,000 as a non-swelling polymer are mixed and spun as a swelling polymer, the radiated nanofibers 150 Swellable polymer having a large molecular weight is located in the core portion of the nanofiber 150 and a swellable polymer having a small molecular weight is located in the shell portion. As a result, the porous polymer web 15 of the present invention is composed of the core-shell structure nanofibers 150 surrounding the swellable polymer shell 150a outside the non-swellable polymer core 150b.

나노 파이버(150)가 코어-쉘 구조를 가지는 것은 저온일 때 다공성 폴리머 웹(15)은 소수성 재료이고 외측에 배치된 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)에 의해 소수성 성질을 나타내나, 팽윤성 폴리머의 융점 이상으로 온도가 올라가면 친수성 재료인 폴리아크릴로니트릴(PAN)에 의해 친수성으로 변하는 것으로부터 확인할 수 있다.When the nanofiber 150 has a core-shell structure, the porous polymer web 15 is hydrophobic and exhibits hydrophobic properties due to the polyvinylidene fluoride (PVdF) disposed on the outer side. However, when the nanofiber 150 has a core- As the temperature increases, it can be confirmed that the hydrophilic material is changed to hydrophilic by polyacrylonitrile (PAN).

따라서, 본 발명에서는 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 조합하여 혼합 폴리머를 구성할 때 분자량의 차이가 20배 이상인 것이 바람직하며, 용매에 용해된 후 방사방법으로 나노 파이버로 제조될 수 있는 폴리머일 것이 요구된다.Therefore, in the present invention, it is preferable that the difference in molecular weight is 20 times or more when the swollen polymer and the non-swellable polymer are combined to form a mixed polymer, and it is preferable that the polymer is a polymer that can be prepared by nanofiber spinning after being dissolved in a solvent do.

또한, 비팽윤성 폴리머는 팽윤성 폴리머와 비교할 때 분자량이 크기 때문에 융점도 상대적으로 높은 것으로 나타났다. 이 경우, 비팽윤성 폴리머는 융점이 180℃ 이상인 수지인 것이 바람직하고, 팽윤성 폴리머는 융점이 150℃이하, 바람직하게는 100~150℃ 범위 내의 융점을 가지는 수지인 것이 바람직하다.In addition, the non-swellable polymer has a relatively high melting point because it has a larger molecular weight than the swellable polymer. In this case, the non-swelling polymer is preferably a resin having a melting point of 180 ° C or higher, and the swelling polymer is preferably a resin having a melting point of 150 ° C or lower, preferably 100-150 ° C.

더욱이, 비팽윤성 폴리머는 팽윤성 폴리머와 비교할 때 분자량의 차이로 인하여 유기 전해액에 포함된 용매에 상대적으로 팽윤이 더디게 이루어지거나 팽윤이 이루어지지 않는 폴리머가 사용된다.In addition, the non-swellable polymer is a polymer that is relatively slow in swelling or does not swell in the solvent contained in the organic electrolytic solution due to the difference in molecular weight as compared with the swellable polymer.

본 발명에서 팽윤성 폴리머는 전지의 충전 및 방전시에 음극 및 양극에서 산화 또는 환원되는 리튬 이온을 운반해주는 통로 역할을 해줄 수 있도록 전도성이 우수한 고분자로 이루어지는 것이 요구된다.In the present invention, the swellable polymer is required to be composed of a polymer having excellent conductivity so as to serve as a passage for transporting lithium ions oxidized or reduced at the cathode and the anode at the time of charging and discharging the battery.

본 발명에 사용 가능한 팽윤성 폴리머는 전해액에 팽윤이 일어나는 수지로서 전기 방사법에 의하여 초극세 섬유로 형성 가능한 것으로, 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌), 퍼풀루오로폴리머, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐리덴 클로라이드 및 이들의 공중합체 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에스터를 포함하는 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리(옥시메틸렌-올리 고-옥시에틸렌), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드를 포함하는 폴리옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리(비닐피롤리돈-비닐아세테이트), 폴리스티렌 및 폴리스티렌 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴로니트릴 메틸메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.The swellable polymer usable in the present invention is a resin which swells in an electrolytic solution and can be formed by ultrafine fibers by electrospinning. Examples of the swelling polymer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride-co-hexafluoro Polypropylene), perfluoropolymers, polyvinyl chloride or polyvinylidene chloride and copolymers thereof, and polyethylene glycol derivatives including polyethylene glycol dialkyl ethers and polyethylene glycol dialkyl esters, poly (oxymethylene-oligo-oxy Polyvinyl acetate, poly (vinylpyrrolidone-vinyl acetate), polystyrene and polystyrene acrylonitrile copolymers, and polyacrylonitrile methyl methacrylate copolymers, including polyethylene oxide and polypropylene oxide, Containing polyacrylonitrile Polymethyl methacrylate, polymethyl methacrylate copolymer, and mixtures thereof.

또한, 본 발명에서 사용 가능한 비팽윤성 폴리머는 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고 유기 전해액에 포함되는 유기 용매에 의해 팽윤성 폴리머보다 팽윤이 더디게 일어나거나 팽윤이 일어나지 않으며, 융점이 180℃ 이상인 수지로서, 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리{비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]} 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등을 사용할 수 있다. In addition, the non-swellable polymer usable in the present invention can be dissolved in an organic solvent for electrospinning and is swollen more swollen than the swellable polymer due to the organic solvent contained in the organic electrolytic solution and does not swell, For example, polyacrylonitrile (PAN), polyamide, polyimide, polyamideimide, poly (meta-phenylene isophthalamide), polysulfone, polyether ketone, polyethylene terephthalate, Aromatic polyesters such as terephthalate, polyethylene naphthalate and the like, polyphosphazenes such as polytetrafluoroethylene, polydiphenoxaphospazene and poly {bis [2- (2-methoxyethoxy) Polyurethane copolymers including urethane and polyether urethanes, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate Cellulose acetate propionate and the like can be used.

본 발명에서는 다공성 폴리머 웹(15)이 비팽윤성 폴리머 코어(150b)의 외부에 팽윤성 폴리머 쉘(150a)이 둘러싸는 코어-쉘 구조의 나노 파이버(150)로 형성되도록 다공성 폴리머 웹(15)의 제조에 사용되는 방사용액은 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합하여 혼합 폴리머를 구성할 때 분자량의 차이를 선택하는 것이 필요하다. 따라서, 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머 사이의 분자량 차이는 적어도 20배 이상이 되도록 조합하는 것이 바람직하다.In the present invention, the production of the porous polymer web 15 is performed such that the porous polymer web 15 is formed on the outside of the non-swellable polymer core 150b with the nanofibers 150 of the core-shell structure surrounding the swellable polymer shell 150a. It is necessary to select the difference in the molecular weight when the mixed polymer is constituted by mixing the swellable polymer and the non-swellable polymer. Thus, it is desirable to combine the molecular weight difference between the swellable polymer and the non-swellable polymer such that the difference in molecular weight is at least 20-fold.

한편, 다공성 폴리머 웹(15)은 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머가 용해된 방사용액을 방사하여 얻어지며, 도 3에 도시된 에어 전기방사(AES: Air-electrospinning) 장비를 사용하여 방사하는 것이 바람직하다.On the other hand, the porous polymer web 15 is obtained by spinning a spinning solution in which a swelling polymer and a non-swelling polymer are dissolved, and is preferably spinned using an air-electrospinning (AES) .

본 발명에서 사용 가능한 방사방법으로는 에어 전기방사(AES) 이외에 전기방사(electrospinning), 전기분사(electrospray), 전기분사방사(electroblown spinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 및 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning) 등을 사용할 수 있다. The spinning methods that can be used in the present invention include, in addition to air electrospinning (AES), electrospinning, electrospray, electroblown spinning, centrifugal electrospinning, -electrospinning) can be used.

예를 들어, 에어 전기방사(AES)에 의해 제조되는 다공성 폴리머 웹(15)은 10 내지 25㎛인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10 내지 15㎛인 것이 적당하다. 다공성 폴리머 웹(15)의 두께가 10㎛ 미만인 경우, 팽윤성 폴리머 쉘(150a)에 대한 겔화가 이루어진 후에 잔류하는 비팽윤성 폴리머 코어(150b)의 두께가 너무 얇아지게 되어 쇼트가 발생될 수 있으며, 두께가 25㎛를 초과하는 경우, 겔화되는 팽윤성 폴리머 쉘(150a)의 두께도 증가하여 이온 전도도가 떨어지게 된다.For example, the porous polymer web 15 produced by air electrospinning (AES) is preferably 10 to 25 占 퐉, more preferably 10 to 15 占 퐉. If the thickness of the porous polymer web 15 is less than 10 mu m, the thickness of the non-swellable polymer core 150b remaining after the gelation of the swellable polymer shell 150a becomes too thin, Exceeds 25 m, the thickness of the swellable polymer shell 150a to be gelled also increases and the ionic conductivity drops.

상기 폴리머 전해질(5)의 다공성 폴리머 웹(15)에 함입되는 유기 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질을 포함한다. The organic electrolytic solution embedded in the porous polymer web 15 of the polymer electrolyte 5 includes a non-aqueous organic solvent and a solute of a lithium salt.

상기 유기용매는, 팽윤성 폴리머에 대한 용해성이 우수한 한편 비팽윤성 폴리머에 대한 용해성이 낮으며, 또한 나노 파이버(150)가 코어-쉘 구조를 가지고 파이버의 외측에 팽윤성 폴리머 쉘(150a)이 배치되어 있기 때문에, 다공성 폴리머 웹(15)에 함입되는 유기 전해액의 유기용매는 주로 팽윤성 폴리머를 겔화하여, 가소화시키는 작용이 이루어진다.The organic solvent is excellent in solubility in a swelling polymer and low in solubility in a non-swelling polymer, and the nanofiber 150 has a core-shell structure and a swellable polymer shell 150a is disposed outside the fiber Therefore, the organic solvent of the organic electrolytic solution embedded in the porous polymer web 15 mainly acts to gelify and plasticize the swellable polymer.

상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 부티로락톤(BL), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐케톤이 있으나, 본 발명은 비수성 유기용매의 종류에 한정되는 것은 아니며, 또한 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.As the non-aqueous organic solvent, a carbonate, an ester, an ether or a ketone may be used. Examples of the carbonate include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) and the like can be used as the ester. Examples of the ester include butyrolactone (BL), decanolide, valerolactone, mevalonolactone Caprolactone, n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate and the like can be used. As the ether, dibutyl ether and the like can be used. As the ketone, polymethyl vinyl ketone However, the present invention is not limited to the kind of the non-aqueous organic solvent, and one or more kinds of them can be mixed and used.

또한, 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 그 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiSbF6, LiCl, LiI, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2x+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 또는 이들의 혼합물을 포함한다.In addition, the lithium salt acts as a source of lithium ions in a battery to enable operation of a basic lithium cell. Examples thereof include LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2) 2, LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiAlO 4, LiSbF 6, LiCl, LiI, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2x + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), and LiSO 3 CF 3 .

상기 무기물 입자는 Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SiO2, SiO, SnO, SnO2, PbO2, ZnO, P2O5, CuO, MoO, V2O5, B2O3, Si3N4, CeO2, Mn3O4, Sn2P2O7, Sn2B2O5, Sn2BPO6 및 이들의 각 혼합물 중에서 선택된 적어도 1종을 사용할 수 있다. The inorganic particles are Al 2 O 3, TiO 2, BaTiO 3, Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3, CaCO 3, LiAlO 2, SiO 2, SiO, SnO , SnO 2 , PbO 2 , ZnO, P 2 O 5 , CuO, MoO, V 2 O 5 , B 2 O 3 , Si 3 N 4 , CeO 2 , Mn 3 O 4 , Sn 2 P 2 O 7 , Sn 2 B 2 O 5 , Sn 2 BPO 6, and mixtures thereof.

상기 혼합물이 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머, 및 무기물 입자로 이루어지는 경우, 첨가되는 무기물 입자의 함량은 무기물 입자의 크기가 10 내지 100nm 사이일 때 혼합물 전체에 대하여 10 내지 25 중량% 범위로 함유하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 무기물 입자를 10 내지 20 중량% 범위로 함유하며 크기가 15 내지 25nm 범위인 것이 좋다.When the mixture is composed of a swelling polymer, a non-swelling polymer and inorganic particles, the content of the inorganic particles added is preferably in the range of 10 to 25% by weight based on the total mixture when the size of the inorganic particles is between 10 and 100 nm Do. More preferably, the inorganic particles are contained in the range of 10 to 20 wt%, and the size is in the range of 15 to 25 nm.

무기물 입자의 함량이 혼합물 전체에 대하여 10 중량% 미만인 경우 필름 형태를 유지하지 못하고 수축이 발생하고 원하는 내열 특성이 얻어지지 못하며, 25 중량%를 초과하는 경우 방사노즐 팁(tip)이 오염되는 방사 트러블 현상이 발생하며 용매 휘발이 빨라서 필름 강도가 떨어지게 된다.If the content of the inorganic particles is less than 10% by weight based on the total amount of the mixture, the film shape can not be maintained and shrinkage occurs and the desired heat resistance characteristic can not be obtained. If the inorganic particle content exceeds 25% by weight, The solvent is volatilized rapidly and the film strength is lowered.

또한, 무기물 입자의 크기가 10nm 미만이면 부피가 너무 커져 다루기 어렵고, 100nm를 초과하는 경우 무기물 입자가 뭉치는 현상이 발생하여 섬유 밖으로 노출되는 것이 많이 생겨 섬유의 강도가 떨어지는 원인이 된다. If the size of the inorganic particles is less than 10 nm, the volume becomes too large to handle. When the inorganic particle size is more than 100 nm, the inorganic particles are aggregated and exposed to the outside of the fiber.

한편, 본 발명은 도 2에 도시된 제2실시예와 같이, 제1실시예의 무기공 타입의 겔형 폴리머 전해질(5)의 일측 또는 양측에 적층되어 접착층으로 이용되는 초박막의 무기공 폴리머 필름층(5a)을 포함할 수 있다.On the other hand, as in the second embodiment shown in FIG. 2, the present invention can be applied to an ultra-thin inorganic polymer film layer (hereinafter, referred to as " 5a.

상기 제2실시예의 구조는 예를 들어, 방사노즐이 콜렉터의 진행방향을 따라 간격을 두고 배치된 멀티-홀(multi-hole) 방사팩을 사용하여 에어 전기방사(AES)에 의해 먼저 혼합 폴리머가 용해된 제1방사용액을 사용하여 제1 다공성 폴리머 웹(15)을 형성한 후, 이어서 단일 폴리머가 용해된 제2방사용액을 사용하여 박막의 제2 폴리머 웹층을 제1 다공성 폴리머 웹(15)의 상부에 적층하여 2층 구조의 제1 및 제2 다공성 폴리머 웹층을 형성한다. The structure of the second embodiment can be achieved, for example, by means of air electrospinning (AES) using a multi-hole radiation pack, in which the spinning nozzles are spaced apart along the direction of travel of the collector, After the first porous polymer web 15 is formed using the dissolved first spinning solution, a second polymer web layer of the thin film is then applied to the first porous polymer web 15 using a second spinning solution in which a single polymer is dissolved, To form first and second porous polymer web layers of a two-layer structure.

상기 제2방사용액을 준비하는 데 사용되는 폴리머는 전해액에 팽윤이 이루어지며 리튬 이온의 전도가 가능하며 접착성이 우수한 고분자 수지로서, PVDF(폴리비닐리덴플루오라이드), PEO(Poly-Ethylen Oxide), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트), TPU(Thermoplastic Poly Urethane) 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, PVDF와 같은 팽윤성이면서 이온 전도가 우수하고 접착성도 우수한 고분자가 바람직하다.The polymer used for preparing the second spinning solution is a polymer resin which is swollen in an electrolytic solution and capable of conducting lithium ions and has excellent adhesiveness. Examples of the polymer resin include PVDF (polyvinylidene fluoride), PEO (Poly-Ethylen Oxide) , PMMA (polymethylmethacrylate), and TPU (thermoplastic polyurethane), and a polymer such as PVDF which is swellable and has excellent ion conductivity and excellent adhesiveness is preferable.

그 후, 후속공정에서 2층 구조의 제1 및 제2 다공성 폴리머 웹층을 제2 다공성 폴리머 웹층의 융점보다 다소 낮은 온도로 설정된 예를 들어, 적외선 램프 히터를 제2 다공성 폴리머 웹층이 대향하여 통과하도록 열처리하면 제2 다공성 폴리머 웹층은 무기공 폴리머 필름층(5a)으로 변환되어 제1 다공성 폴리머 웹(15)과 무기공 폴리머 필름층(5a)의 적층 구조가 얻어진다.Thereafter, in a subsequent process, the first and second porous polymer web layers of the two-layer structure are arranged so that the second porous polymer web layer is opposed to the infrared lamp heater set at a temperature slightly lower than the melting point of the second porous polymer web layer The second porous polymer web layer is converted into the inorganic porous polymer film layer 5a to obtain a laminated structure of the first porous polymer web 15 and the inorganic porous polymer film layer 5a.

상기 무기공 폴리머 필름층(5a)은 2 내지 5㎛ 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 2㎛ 미만인 경우, 접착층으로서의 기능이 약하고, 5㎛를 초과하는 경우 전체적인 폴리머 전해질의 두께가 박막화가 어렵고 동시에 이온 전도도가 낮아지게 된다. The inorganic polymer film layer 5a is preferably formed to a thickness of 2 to 5 占 퐉. When the inorganic polymer film layer 5a is less than 2 占 퐉, the function as an adhesive layer is weak. When the inorganic polymer film layer 5a is more than 5 占 퐉, Conductivity is lowered.

이하에 도 3 내지 도 6을 참고하여, 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a lithium ion polymer battery according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.

도 3은 본 발명에 따른 폴리머 전해질로 이용되는 다공성 폴리머 웹의 제조공정을 나타내는 공정 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 양극과 폴리머 전해질로 사용되는 다공성 폴리머 웹의 봉지공정을 나타내는 공정 단면도, 도 5는 본 발명에 따라 조립된 전극 조립체의 개략 단면도, 도 6은 본 발명에 따라 조립된 전극 조립체의 개략 평면도이다.FIG. 3 is a process sectional view showing a process for producing a porous polymer web used as a polymer electrolyte according to the present invention, FIG. 4 is a process sectional view showing a sealing process of a porous polymer web used as an anode and a polymer electrolyte according to the present invention, Figure 6 is a schematic plan view of an electrode assembly assembled in accordance with the present invention. Figure 6 is a schematic cross-sectional view of an electrode assembly assembled in accordance with the present invention.

본 발명에서는 먼저 도 3과 같이 다공성 폴리머 웹(15)을 예를 들어, 에어 전기방사(AES)에 의해 제조한다.In the present invention, the porous polymer web 15 is first produced, for example, by air electrospinning (AES) as shown in Fig.

즉, 도 3에 나타낸 에어분사 전기방사장치를 사용하여 충분한 점도를 지닌 혼합 방사용액이 방사되는 방사 노즐(24)과 콜렉터(26) 사이에 90~120Kv의 고전압 정전기력을 인가함에 의해 콜렉터(26)에 초극세 나노섬유(150)가 방사되어 다공성 폴리머 웹(15)을 형성하며, 이 경우 각 방사 노즐(24)마다 에어(24a)를 분사함에 의해 방사된 나노 파이버(150)가 콜렉터(26)에 포집되지 못하고 날리는 것을 잡아주게 된다. 3, a high-voltage electrostatic force of 90 to 120 Kv is applied between the spinning nozzle 24 and the collector 26, from which the mixed spinning liquid having a sufficient viscosity is radiated. As a result, The nanofibers 150 radiated by jetting the air 24a for each spinneret 24 are supplied to the collector 26 and the porous polymer web 15 by spinning the ultrafine nanofibers 150 to form the porous polymer web 15. In this case, It catches what can not be caught and blown.

본 발명에서 혼합방사용액은 40~90중량% 비팽윤성 고분자 물질과 10~60중량%의 팽윤성 고분자 물질을 2성분계 용매 또는 1성분계 용매에 첨가하여 제조한다. 이 경우, 혼합방사용액에 사용되는 용매는 비등점(BP: boiling point)이 높은 것과 낮은 것을 혼합한 2성분계 용매를 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, the mixed spinning solution is prepared by adding 40 to 90% by weight of a non-swelling polymer material and 10 to 60% by weight of a swelling polymer material to a two-component solvent or a one-component solvent. In this case, it is preferable to use a two-component solvent in which a solvent having a high boiling point (BP) and a low boiling point are mixed.

본 발명에서 사용하는 에어분사 전기방사장치는 비팽윤성 폴리머 물질과 팽윤성 폴리머 물질이 용매와 혼합되어 방사가 이루어질 때까지 상분리를 방지하도록 공압을 이용한 믹싱 모터(22a)를 구동원으로 사용하는 교반기(22)를 내장한 믹싱 탱크(Mixing Tank)(21)와, 고전압 발생기가 연결된 다수의 방사노즐(24)이 매트릭스 형태로 배치된 멀티-홀 노즐팩(도시되지 않음)을 포함한다. 믹싱 탱크(21)로부터 도시되지 않은 정량 펌프와 이송관(23)을 통하여 연결된 다수의 방사노즐(24)로 토출되는 혼합방사용액은 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사노즐(24)을 통과하면서 나노 섬유(150)로 방출되고, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형태의 접지된 콜렉터(26) 위에 나노 섬유(150)가 축적되어 다공성 폴리머 웹(15)을 형성한다. The air jet electrospinning apparatus used in the present invention includes a stirrer 22 that uses a pneumatic mixing motor 22a as a driving source so as to prevent phase separation until the non-swelling polymer material and the swellable polymer material are mixed with a solvent and is radiated, And a multi-hole nozzle pack (not shown) in which a plurality of spinning nozzles 24 to which a high voltage generator is connected are arranged in a matrix form. The mixed spinning liquid discharged from the mixing tank 21 to the plurality of spinning nozzles 24 connected to the quantitative pump (not shown) through the transfer tube 23 passes through the spinning nozzle 24 charged by the high voltage generator, The nanofibers 150 are accumulated on a grounded collector 26 of a conveyor type moving at a constant speed to form a porous polymer web 15.

이 경우, 본 발명에서는 후속공정 및 후술하는 양극 봉지 공정의 작업성을 개선할 수 있도록 인장강도가 높은 트랜스퍼 시트(25a)를 트랜스퍼 롤(25)로부터 에어분사 전기방사장치의 콜렉터(26)의 상부로 연속적으로 투입함에 의해 트랜스퍼 시트(25a)의 상부에 다공성 폴리머 웹(15)을 적층 형성한다.In this case, in order to improve the workability of the subsequent process and the later-described anode sealing process, the transfer sheet 25a having a high tensile strength is transferred from the transfer roll 25 to the upper portion of the collector 26 of the air- So that the porous polymer web 15 is laminated on the transfer sheet 25a.

상기 트랜스퍼 시트(25a)는 예를 들어, 종이, 또는 혼합방사용액의 방사시에 이에 포함된 용매에 의해 용해가 이루어지지 않는 고분자 재료로 이루어진 부직포, PE, PP 등의 폴리올레핀계 필름을 사용할 수 있다. 다공성 폴리머 웹(15) 자체만으로 이루어진 경우 인장강도가 낮아서 높은 이송속도를 가지고 이송되면서 건조 공정, 캘린더링 공정 및 권선 공정이 이루어지는 것이 어렵다.The transfer sheet 25a may be made of, for example, a polyolefin film such as a nonwoven fabric made of a polymer material which is not dissolved by a solvent contained in the paper or a mixed spinning solution, PE or PP, etc. . When the porous polymer web 15 alone is used, it is difficult to carry out the drying process, the calendering process, and the winding process while being conveyed at a high conveying speed because the tensile strength is low.

더욱이, 다공성 폴리머 웹(15)을 제조한 후 후속된 양극 또는 음극과의 봉지 공정을 높은 이송속도를 가지고 연속적으로 실행되기 어려우나 상기한 트랜스퍼 시트(25a)를 이용하는 경우 충분한 인장강도를 제공함에 따라 공정처리 속도를 크게 높일 수 있다. Furthermore, it is difficult to continuously carry out the subsequent sealing process with the positive electrode or the negative electrode after the porous polymer web 15 is manufactured at a high feed rate. However, when the above-mentioned transfer sheet 25a is used, sufficient tensile strength is provided, The processing speed can be greatly increased.

또한, 다공성 폴리머 웹(15)만을 사용하는 경우 정전기로 인하여 타 물체에 들러붙는 현상이 발생하여 작업성이 떨어지게 되나 트랜스퍼 시트(25a)를 이용하는 경우 이러한 문제를 해결할 수 있다. In addition, when only the porous polymer web 15 is used, a phenomenon of sticking to other objects due to static electricity occurs, which deteriorates workability. However, this problem can be solved when the transfer sheet 25a is used.

상기 트랜스퍼 시트(25a)는 도 4와 같이 전극과의 롤 프레싱을 거친 후, 박리되어 제거된다.The transfer sheet 25a is subjected to roll pressing with an electrode as shown in Fig. 4, and then peeled and removed.

상기와 같이 혼합방사용액을 준비한 후 멀티-홀 노즐팩을 사용하여 에어 전기방사(AES: Air-electrospinning) 방법으로 방사를 진행하면 0.3~1.5um 직경의 초극세 섬유의 방사가 이루어지며, 섬유의 생성과 동시에 3차원의 네트워크 구조로 융착되어 적층된 형태의 다공성 폴리머 웹(15)이 트랜스퍼 시트(25a)의 상부에 형성된다. 초극세 섬유로 이루어진 다공성 폴리머 웹(15)은 초박막, 초경량으로서, 부피 대비 표면적 비가 높고, 높은 기공도를 가진다.After the mixed spinning solution is prepared as described above, spinning is carried out by air-electrospinning (AES) using a multi-hole nozzle pack, spinning of microfine fibers having a diameter of 0.3 to 1.5 .mu.m occurs, And the porous polymer web 15 is fused in a three-dimensional network structure to form a stacked porous polymer web 15 on the transfer sheet 25a. The porous polymer web 15 made of microfine fibers is ultra-thin and light in weight, has a high volume-to-surface area ratio, and has a high porosity.

상기와 같이 얻어진 다공성 폴리머 웹(15)은 그 후 프리히터(28)에 의한 선 건조구간(Pre-air Dry Zone)을 통과하면서 다공성 폴리머 웹(15)의 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절하는 공정을 거친 후 가열 압착롤러(29)를 이용한 캘린더링 공정이 이루어진다. The porous polymer web 15 obtained as described above is then passed through a pre-air dry zone by the preheater 28 and the amount of solvent and moisture remaining on the surface of the porous polymer web 15 A calendering process using a hot pressing roller 29 is performed.

프리히터(28)에 의한 선 건조구간(Pre-Air Dry Zone)은 20~40℃의 에어를 팬(fan)을 이용하여 웹에 인가하여 다공성 폴리머 웹(15)의 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절함에 의해 다공성 폴리머 웹(15)이 벌키(bulky)해지는 것을 조절하여 막의 강도를 증가시켜주는 역할과 동시에 다공성(Porosity)을 조절할 수 있게 된다. The pre-air dry zone by the preheater 28 is a process of applying air of 20 to 40 ° C to the web using a fan to remove the solvent remaining on the surface of the porous polymer web 15 By adjusting the amount of moisture, the porous polymer web 15 can be controlled to be bulky, thereby increasing the strength of the membrane and controlling the porosity.

이 경우, 용매의 휘발이 지나치게 된 상태에서 캘린더링이 이루어지면 다공성은 증가하나 웹의 강도가 약해지고, 반대로 용매의 휘발이 적게 되면 웹이 녹는 현상이 발생하게 된다.In this case, when calendering is performed while the solvent is excessively volatilized, the porosity is increased but the strength of the web is weakened. On the contrary, when the volatilization of the solvent is reduced, the web is melted.

상기한 선 건조 공정에 후속된 다공성 폴리머 웹(15)의 캘린더링(calendering) 공정에서는 가열 압착롤러(29)를 사용하여 진행되며, 이 경우 캘린더링 온도가 너무 낮으면 웹(web)이 너무 벌키(Bulky)해져서 강성을 갖지 못하고 너무 높으면 웹이 녹아 기공(Pore)이 막히게 된다. 또한, 웹에 잔존해 있는 용매를 완전히 휘발할 수 있는 온도에서 열압착이 이루어져야 하며, 너무 적게 휘발시키게 되면 웹이 녹는 현상이 발생하게 된다.In the calendering process of the porous polymer web 15 following the above pre-drying process, it proceeds using a hot pressing roller 29, in which case the web is too bulky if the calendering temperature is too low (Bulky) and does not have rigidity. If it is too high, the web will melt and the pore will become clogged. In addition, thermocompression should be performed at a temperature at which the solvent remaining in the web can be completely volatilized. If the volatilization occurs too little, the web may melt.

본 발명에서는 가열 압착롤러(29)를 170~210℃의 온도, 0~40kgf/cm2의 압력(압착롤러의 자중압력 제외)으로 설정하여 다공성 폴리머 웹(15)의 캘린더링을 진행하여, 1차 선 수축을 실시함으로써 실제 사용시에 다공성 폴리머 웹(15)의 안정화를 유지할 수 있게 하였다. In the present invention, calendering of the porous polymer web 15 is progressed by setting the heat press roller 29 at a temperature of 170 to 210 ° C and a pressure of 0 to 40 kgf / cm 2 (excluding the self weight pressure of the pressing roller) The shrinkage of the liner line enables the stabilization of the porous polymer web 15 in actual use.

비팽윤성 고분자 물질과 팽윤성 고분자 물질이 예를 들어, 각각 PAN과 PVdF 조합인 경우 캘린더링 온도와 압력은 하기와 같다: If the non-swelling polymeric material and the swellable polymeric material are, for example, PAN and PVdF, respectively, the calendering temperature and pressure are as follows:

PAN과 PVdF 조합: 170~210℃, 20~30kgf/cm2 Combination of PAN and PVdF: 170 to 210 ° C, 20 to 30 kgf / cm 2

상기한 웹의 캘린더링 공정이 이루어지면 두께 10~25㎛의 다공성 폴리머 웹(15)이 얻어지게 된다.When the web is calendered, a porous polymer web 15 having a thickness of 10 to 25 탆 is obtained.

또한, 본 발명에서는 필요에 따라 상기한 캘린더링 공정이 이루어진 후 얻어진 다공성 폴리머 웹(15)은 바람직하게는 온도 100℃, 풍속 20m/sec인 2차 열풍 건조기(30)를 사용하여 잔류 용매나 수분을 제거하는 공정을 거친 후, 트랜스퍼 시트(25a)가 내측에 배치되는 상태로 다공성 폴리머 웹(15)의 권취롤로서 와인더(31)에 권선된다. In the present invention, if necessary, the porous polymer web 15 obtained after the calendering process described above is preferably dried using a secondary hot air dryer 30 having a temperature of 100 DEG C and an air velocity of 20 m / sec, And then wound on the winder 31 as a winding roll of the porous polymer web 15 in a state in which the transfer sheet 25a is disposed inside.

얻어진 다공성 폴리머 웹(15)은 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머를 혼합하여 혼합 폴리머를 방사할 때 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)와 폴리아크릴로니트릴(PAN)의 조합과 같이 혼합되는 2 폴리머 사이의 분자량 차이가 설정값 이상이 되도록 설정함에 의해 방사된 나노 파이버(150)는 코어-쉘 구조를 갖는다.The resultant porous polymer web 15 has a molecular weight between two polymers mixed together as a combination of polyvinylidene fluoride (PVdF) and polyacrylonitrile (PAN) when the swellable polymer and non-swellable polymer are mixed and the mixed polymer is spun. By setting the difference to be equal to or greater than the set value, the emitted nanofibers 150 have a core-shell structure.

즉, 나노 파이버(150)에서 분자량이 큰 폴리아크릴로니트릴(PAN)가 코어 부분에 위치하고 분자량이 작은 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)가 쉘 부분에 위치하는 형태를 가지고 있다. 그 결과, 본 발명의 다공성 폴리머 웹(15)은 비팽윤성 폴리머 코어(150b)의 외부에 팽윤성 폴리머 쉘(150a)이 둘러싸는 코어-쉘 구조의 나노 파이버(150)로 구성된다.That is, the nanofibers 150 have polyvinylidene fluoride (PVdF) located at the core portion and polyvinylidene fluoride (PVdF) located at the shell portion. As a result, the porous polymer web 15 of the present invention is composed of the core-shell structure nanofibers 150 surrounding the swellable polymer shell 150a outside the non-swellable polymer core 150b.

이하에 도 4 및 도 7을 참고하여 전극의 봉지화 공정 및 전지의 조립 공정에 대하여 설명한다.Hereinafter, an electrode sealing process and a battery assembling process will be described with reference to FIGS. 4 and 7. FIG.

도 4를 참고하면, 2장의 다공성 폴리머 웹(15)을 사용한 봉지화 공정에 의해 양극(1)과 음극(3) 중 어느 하나를 봉지화할 수 있다. 실시예 설명에서는 양극(1)의 봉지화를 예를 들어 설명한다.Referring to FIG. 4, any one of the positive electrode 1 and the negative electrode 3 can be sealed by an encapsulating process using two porous polymer webs 15. In the description of the embodiment, the encapsulation of the anode 1 will be described as an example.

먼저, 상기 양극(1)은 스트립 형태의 양극 집전체(11a)에 바이셀(또는 풀셀)을 형성하도록 양극 활물질(11b,11c)을 포함하는 슬러리를 양면 캐스팅하고 롤 프레싱하여 다수의 단위 양극셀(1a-1d)이 순차적으로 형성된 양극 스트립(1n)을 형성하고, 이를 권선기를 사용하여 릴에 권선한다(S11). First, the anode 1 is cast on both sides of the slurry including the cathode active material 11b and 11c so as to form a bi-cell (or a pull cell) in the strip-shaped cathode current collector 11a, The positive electrode strips 1n in which the positive electrode strips 1a-1d are sequentially formed are formed and wound on a reel using a winding machine (S11).

또한, 음극(3)은 양극과 동일한 방식으로 바이셀(또는 풀셀) 구조로 형성한 후(S11), 개별적인 단위 음극셀로 분리하여(S14), 도 5와 같이 다수의 단위 음극셀(3a-3c)을 준비한다.The cathode 3 is formed into a bi-cell (or pull-cell) structure in the same manner as the anode (S11), separated into individual unit cathode cells (S14) 3c).

상기 양극 스트립(1n)은, 릴에 권선하기 전에 또는 도 4에 도시된 봉지화 공정이 개시되기 전에 블랭킹 장비를 사용하여 블랭킹(blanking)(즉, 타발 성형)을 실시하여 양극 스트립(1n)으로부터 다수의 단위 양극셀(1a-1d)을 양극 단자(11x)를 형성할 부분을 남기고 부분적으로 분리한다(S12).The positive electrode strip 1n is subjected to blanking (i.e., punch molding) using a blanking equipment before winding on the reel or before the sealing process shown in Fig. 4 is started to remove the negative electrode strip 1n from the positive electrode strip 1n A plurality of unit anode cells 1a-1d are partially separated leaving a portion for forming the cathode terminal 11x (S12).

또한, 상기 블랭킹 공정에서는 양극 스트립(1n)의 스탭-바이-스탭 방식 이송에 따라 1단위 공정 길이만큼 이송한 후, 각각의 단위 공정마다 블랭킹을 실시하여 인접한 단위 양극셀(1a-1d) 사이에는 다수의 타공을 형성하고, 단위 양극셀(1a-1d)과 양 측면에 형성된 마스킹 테이프 부착 영역 사이에 공간을 형성함에 의해 각 단위 양극셀(1a-1d)을 직사각형 또는 정사각형 등의 일정한 면적을 갖는 사각형 형상을 가지며 상호 연결되도록 타발한다.In the blanking step, the anode strips 1n are transported by a unit process length in accordance with the step-by-step transport of the anode strips 1n, blanking is performed for each unit process, A plurality of pores are formed and a space is formed between the unit positive electrode cells 1a-1d and the masking tape attaching regions formed on both side surfaces thereof, whereby each of the unit cell electrodes 1a-1d has a predetermined area such as a rectangle or a square It has a rectangular shape and is made to be interconnected.

그 후, 도 4와 같이 각각 트랜스퍼 시트(15c,15d)에 적층된 한쌍의 다공성 폴리머 웹(15a,15b)을 양극 스트립(1n)의 상하부에 배치한 상태에서 한쌍의 다공성 폴리머 웹(15a,15b)과 양극 스트립(1n)을 한쌍의 열간 압착롤(33a,33b)로 이루어진 롤 프레싱 장치(33)를 연속적으로 통과시키면서 열과 압력을 가한 롤 프레싱을 실시한다(S13). Thereafter, a pair of porous polymer webs 15a and 15b are stacked on the transfer sheets 15c and 15d, respectively, with the porous polymer webs 15a and 15b stacked on the upper and lower portions of the positive electrode strip 1n, And the positive electrode strip 1n are successively passed through a roll pressing apparatus 33 composed of a pair of hot press rolls 33a and 33b and subjected to roll pressing with applying heat and pressure (S13).

이 경우, 한쌍의 다공성 폴리머 웹(15a,15b)은 도 6과 같이, 양극 스트립(1n)의 폭보다 소정의 길이만큼 더 넓은 폭을 갖는 스트립 형상을 가지고 있다. 상기 한쌍의 다공성 폴리머 웹(15a,15b)은 단위 음극셀(3a-3c)의 폭과 동일하게 설정하는 것이 바람직하다. 도 6에서 11x는 양극 단자, 13x는 음극 단자를 가리킨다.In this case, the pair of porous polymer webs 15a and 15b have a strip shape having a width wider than the width of the positive electrode strip 1n by a predetermined length, as shown in Fig. It is preferable that the pair of porous polymer webs 15a and 15b are set equal to the width of the unit cathode cells 3a to 3c. In Fig. 6, 11x denotes a positive terminal and 13x denotes a negative terminal.

또한, 상기 단위 양극셀(1a-1d)에 대한 봉지화를 위한 롤 프레싱을 거친 후, 트랜스퍼 시트(15c,15d)는 도 4와 같이 다공성 폴리머 웹(15a,15b)으로부터 박리되어 제거된다. The transfer sheets 15c and 15d are peeled off from the porous polymer webs 15a and 15b as shown in FIG. 4 after being subjected to roll pressing for sealing the unit cell 1a-1d.

그 결과, 한쌍의 다공성 폴리머 웹(15a,15b)은 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 방법으로 양극 스트립(1n)의 다수의 단위 양극셀(1a-1d)을 순차적으로 봉지화하여 실링이 이루어질 수 있어 높은 생산성을 가진다.As a result, the pair of porous polymer webs 15a and 15b are sequentially sealed with a plurality of unit anode cells 1a-1d of the anode strip 1n by a roll-to-roll method The sealing can be performed, thereby achieving high productivity.

그 후, 예를 들어, 도 5와 같이 다공성 폴리머 웹(15)으로 봉지화가 이루어진 다수의 단위 양극 셀(1a-1d) 사이에 각각 단위 음극 셀(3a-3c)을 적층하여 전극 조립체(100)를 형성하고(S15), 전극 조립체(100)의 외부를 둘러싸도록 유기 용매에 팽윤이 되지 않으며 인장강도가 우수한 재료로 이루어진 압박밴드(101)로 테이핑한다(S16). Thereafter, unit electrode cathodes 3a-3c are stacked between a plurality of unit anode cells 1a-1d sealed with a porous polymer web 15 as shown in FIG. 5 to form electrode assemblies 100, (S15). Taping is performed with the pressing band 101 made of a material having a high tensile strength, which does not swell in the organic solvent so as to surround the outside of the electrode assembly 100 (S16).

일반적으로 리튬 이온 폴리머 전지에서 다수의 단위 양극 셀과 단위 음극 셀이 적층된 전극 조립체(100)는 충전 및 방전시에 내부가 팽창되어 셀의 적층방향으로 팽창 및 수축이 발생하는 문제가 존재하며, 이러한 동작이 반복되면 전극 내에 함침되어 있던 액상의 전해액은 전해질로 함침되어 전극과 전해질 사이가 분리되는 현상이 발생하며, 그 결과 점차적으로 계면저항이 증가하여, OCV(개방회로전압)가 감소하는 문제가 있다.Generally, in an electrode assembly 100 in which a plurality of unit anode cells and unit cathode cells are stacked in a lithium ion polymer battery, there is a problem that the inside expands during charging and discharging, causing swelling and contraction in the direction of stacking of cells. If such an operation is repeated, the liquid electrolyte impregnated in the electrode is impregnated with the electrolyte to separate the electrode and the electrolyte. As a result, the interface resistance gradually increases, and the OCV (open circuit voltage) .

본 발명에서는 상기와 같이 전극 조립체(100)의 외부를 비팽윤성 재료로 이루어진 박막 압박밴드(101)로 테이핑함에 따라 충방전 진행시에 전극 조립체(100)의 팽창과 수축이 전극 조립체(100)의 수직방향 대신에 측면방향으로 이루어지도록 유도하여 전해질과 전극 사이의 분리 현상을 방지함에 따라 계면저항의 증가를 억제할 수 있어, OCV(개방회로전압)의 감소를 최소화할 수 있다.In the present invention, as described above, the outer surface of the electrode assembly 100 is taped to the thin film pressing band 101 made of non-swelling material, so that the expansion and contraction of the electrode assembly 100 during the charging / It is possible to prevent the deterioration of the interface between the electrolyte and the electrode, thereby suppressing the increase of the interface resistance and minimizing the decrease of the OCV (open circuit voltage).

더욱이, 본 발명에서는 상기 팽윤성 폴리머의 일부가 상기 폴리머 전해질(5)과 연속한 상태로 상기 양극(1) 및 상기 음극(3)에 충전되는 것에 의해 상기 양극(1) 및 음극(3)과 상기 폴리머 전해질(5)과 접착되어, OCV(개방회로전압)의 감소를 최소화할 수 있다.Further, in the present invention, the positive electrode 1 and the negative electrode 3 are filled with a part of the swelling polymer so as to be continuous with the polymer electrolyte 5, so that the positive electrode 1 and the negative electrode 3, It can be adhered to the polymer electrolyte 5 to minimize the decrease in OCV (open circuit voltage).

상기 압박밴드(101)는 예를 들어, 셀가드사에서 입수 가능한 PP/PE 또는 PE/PP/PE 부직포나 PET 필름 등의 올레핀계 필름, 박막의 세라믹을 사용할 수 있다.As the pressing band 101, for example, an olefin-based film or a thin film ceramic such as PP / PE or PE / PP / PE nonwoven fabric or PET film available from Celgard can be used.

도 5에 도시된 실시예 설명에서는 Z 폴딩 방법으로 다수의 단위 양극 셀(1a-1d) 사이에 단위 음극 셀(3a-3c)을 적층하여 대용량의 전극 조립체(100)를 형성하는 구조를 제시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 방법으로 전극 조립체(100)를 형성하고 압박밴드(101)로 테이핑하는 것도 가능하다.In the description of the embodiment shown in FIG. 5, the unit cell 100 is formed by stacking unit cathode cells 3a-3c between a plurality of unit anode cells 1a-1d by the Z folding method However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to form the electrode assembly 100 by other methods and to tap the pressing band 101.

이 경우, 필요에 따라 적어도 하나의 강도 보강용 플레이트를 전극 조립체(100)의 일측면 또는 양측면에 조립한 상태로 압박밴드(101) 테이핑이 이루어질 수 있다.In this case, the pressing band 101 may be taped in a state where at least one plate for reinforcing strength is assembled to one side or both sides of the electrode assembly 100, if necessary.

예를 들어, 단위 양극 셀(1a-1d) 대신에 다수의 단위 음극 셀(3a-3c)을 한쌍의 다공성 폴리머 웹(15a,15b)을 사용하여 연속적으로 봉지화한 후, 다수의 단위 음극 셀(3a-3c) 사이에 단위 양극 셀(1a-1d)을 적층하여 대용량의 전극 조립체(100)를 형성할 수 있다.For example, in place of the unit anode cells 1a-1d, a plurality of unit cathode cells 3a-3c are successively sealed with a pair of porous polymer webs 15a and 15b, The electrode assembly 100 of large capacity can be formed by laminating the unit positive electrode cells 1a-1d between the positive electrode plates 3a-3c.

또한, 다공성 폴리머 웹(15a,15b)을 양극(1)과 음극(3) 사이에 넣고, 가열 라미네이션 공정에 의해 일체화시킨 후, 적층하거나 롤식으로 말아서 케이스에 조립할 수 있다.The porous polymer webs 15a and 15b may be sandwiched between the anode 1 and the cathode 3 and integrated by a heat lamination process, and then laminated or rolled into a case.

더욱이, 다공성 폴리머 웹(15a,15b)을 각각 양극(1)과 음극(3)의 일면에 접착한 후, 일면에 다공성 폴리머 웹(15a,15b)이 형성된 양극(1)과 음극(3)을 적층하여, 가열 라미네이션 공정에 의해 일체화시킨 후, 적층하거나 롤식으로 말아서 케이스에 조립할 수 있다.The porous polymer webs 15a and 15b are adhered to one surface of the positive electrode 1 and the negative electrode 3 and then the positive electrode 1 and the negative electrode 3 having the porous polymer webs 15a and 15b formed on one surface thereof, Laminated, integrated by a heat lamination process, and then laminated or roll-rolled into a case.

이어서, 압박밴드(101)로 테이핑된 전극 조립체(100)를 케이스(도시되지 않음)에 내장하고(S17), 유기 전해액을 주입한 후 겔화 공정이 이루어지도록 열처리를 실시하고 밀봉한다(S18,S19). 이 경우, 주입되는 유기 전해액은 다공성 폴리머 웹(15)에 포함된 팽윤성 폴리머를 300 내지 500% 팽윤시켜서 모두 겔화가 이루어지고 액상의 유기 용매가 실질적으로 잔류하지 않는 적정량을 주입하도록 설정된다. Next, the electrode assembly 100 tapped with the pressing band 101 is embedded in a case (not shown) (S17), and an organic electrolytic solution is injected, followed by heat treatment so as to perform a gelling process (S18 and S19 ). In this case, the organic electrolytic solution to be injected is set to inject a proper amount of swelling polymer contained in the porous polymer web 15 by swelling 300 to 500%, so that gelation is carried out and the liquid organic solvent does not substantially remain.

본 발명에서는 양극(1)과 음극(3) 사이에 배치된 다공성 폴리머 웹(15a,15b)이 3차원 기공 구조를 갖는 다공성 막이므로 유기 전해액을 주입할 때 함침이 매우 빠르게 이루어지게 된다.In the present invention, since the porous polymer webs 15a and 15b disposed between the anode 1 and the cathode 3 are porous films having a three-dimensional pore structure, impregnation can be performed very quickly when an organic electrolyte is injected.

상기 겔화 공정은 유기 전해액을 주입한 후, 40℃ 내지 120℃ 범위의 온도에서 10분 내지 600분 범위의 조건으로 가열한 후 냉각시킨다.After the organic electrolytic solution is injected into the gelation step, the mixture is heated at a temperature in the range of 40 ° C to 120 ° C for 10 minutes to 600 minutes, followed by cooling.

따라서, 유기 전해액을 주입한 후, 겔화시키기 위한 열처리 공정에서 열처리 조건을 팽윤성 폴리머의 융점보다 높고 비팽윤성 폴리머의 융점보다 낮은 온도에서 겔화를 진행하면, 나노 파이버(150)의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘(150a)은 가소화가 진행되어 겔화가 이루어지며, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어(150b)는 미약한 팽윤만 일어나고 체인이 끊어지지 않고 유지됨에 따라 매트릭스 형상을 유지한다. Therefore, when the gelation is performed at a temperature higher than the melting point of the swelling polymer and lower than the melting point of the non-swelling polymer in the heat treatment process for gelation after injecting the organic electrolytic solution, the swelling polymer The shell 150a is plasticized and gelated, and the non-swellable polymer core 150b disposed inside is kept in a matrix shape as only a slight swelling occurs and the chain is not broken.

그 결과, 폴리머 전해질(5)은, 겔화가 이루어진 팽윤성 폴리머 쉘(150a)에 의해 전체적으로는 액상의 유기 용매가 실질적으로 잔류하지 않는 무기공 타입의 겔형 전해질을 형성함과 동시에 비팽윤성 폴리머 코어(150b)는 전해액에 팽윤이 이루어지지 않고 형상을 유지한다.As a result, in the polymer electrolyte 5, the swellable polymer shell 150a which has been gelled forms an inorganic porous type gel electrolyte which does not substantially retain the liquid organic solvent as a whole, and the non-swellable polymer core 150b ) Maintains the shape without swelling of the electrolytic solution.

그 결과, 겔 상태의 팽윤성 폴리머 쉘(150a)은 전지의 충전 및 방전시에 음극(3) 및 양극(1)에서 산화 또는 환원되는 리튬 이온을 운반해주는 리튬 이온 전도체로서의 기능을 발휘하며, 비팽윤성 폴리머 코어(150b)는 양극(1) 및 음극(3)을 물리적으로 격리하는 세퍼레이터로서 역할을 하여 양극과 음극 사이의 단락을 방지하여 안전성이 향상된다.As a result, the swellable polymer shell 150a in the gel state exerts a function as a lithium ion conductor that carries lithium ions that are oxidized or reduced in the cathodes 3 and the positive electrodes 1 at the time of charging and discharging of the cells, and exhibits non-swelling The polymer core 150b acts as a separator physically isolating the positive electrode 1 and the negative electrode 3, thereby preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, thereby improving safety.

이 경우, 겔화 공정을 거침에 따라 팽윤된 팽윤성 폴리머의 일부는 양극(1) 및 음극(3)의 내부로 침투가 이루어짐에 따라 전극과 폴리머 전해질(5) 사이의 계면저항이 감소함과 동시에 폴리머 전해질(5)의 박막화를 도모할 수 있다.In this case, as a part of the swollen polymer swelled by the gelling process penetrates into the positive electrode 1 and the negative electrode 3, the interfacial resistance between the electrode and the polymer electrolyte 5 decreases, and at the same time, The electrolyte 5 can be made thinner.

또한, 코어-쉘 구조를 갖는 본 발명의 나노 파이버(150)는 비팽윤성 폴리머 코어(150b)의 외부에 팽윤성 폴리머 쉘(150a)이 둘러싸는 구조를 이루고 있어, 유기 전해액을 함침한 후 겔화 공정을 거치게 될 때 외측에 배치된 팽윤성 폴리머 쉘(150a)이 균일하게 팽윤이 되어, 전해질 막 전체에 대하여 전지 특성이 균일하게 발현될 수 있다.In addition, the nanofiber 150 of the present invention having a core-shell structure has a structure in which a swellable polymer shell 150a is enclosed on the outside of the non-swellable polymer core 150b. After impregnating the organic electrolytic solution, The swellable polymer shell 150a disposed on the outer side becomes uniformly swollen, and battery characteristics can be uniformly expressed over the entire electrolyte membrane.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. Various changes and modifications may be made by those skilled in the art.

본 발명은 다공성 폴리머 웹을 구성하는 나노 파이버가 쉘-코어 구조를 형성하며 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어질지라도 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어에 의해 균일한 웹 형상을 유지함에 따라 양 전극 사이의 단락을 방지하여 안전성과 박막화를 동시에 도모할 수 있는 폴리머 전해질에 관한 기술로서, 폴리머 전해질을 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지와 같은 이차전지에 적용될 수 있다.The present invention is based on the idea that the nanofibers constituting the porous polymer web constitute a shell-core structure and that the swellable polymer shells disposed outside are gelled by the organic electrolytic solution. However, even if the non-swellable polymer core is arranged inside, The present invention can be applied to a secondary battery such as a lithium ion polymer battery having a polymer electrolyte. The present invention relates to a polymer electrolyte capable of simultaneously preventing safety and thinning by preventing a short circuit between the electrodes.

1: 양극 1n: 양극 스트립
1a-1d: 단위 양극셀 3: 음극
3a-3c: 단위 음극셀 5: 폴리머 전해질
5a: 무기공 폴리머 필름층 11a: 양극 집전체
11b: 양극 활물질 11x: 양극 단자
13a: 음극 집전체 13b: 음극 활물질
13x: 음극 단자 15-15b: 다공성 폴리머 웹
15c,15d,25a: 트랜스퍼 시트 24: 방사노즐
24a: 에어 26: 콜렉터
28: 프리히터 29: 압착롤러
33: 롤 프레싱장치 100: 전극조립체
101: 압박밴드 150: 나노 파이버
150a: 팽윤성 폴리머 쉘 150b: 비팽윤성 폴리머 코어
1: anode 1n: anode strip
1a-1d: unit positive electrode cell 3: negative electrode
3a-3c: unit cathode cell 5: polymer electrolyte
5a: Inorganic polymer film layer 11a: Positive electrode collector
11b: positive electrode active material 11x: positive electrode terminal
13a: anode current collector 13b: anode active material
13x: negative terminal 15-15b: porous polymer web
15c, 15d, 25a: transfer sheet 24: spinneret
24a: air 26: collector
28: Preheater 29: Compression roller
33: roll pressing apparatus 100: electrode assembly
101: compression band 150: nanofiber
150a: swellable polymer shell 150b: non-swellable polymer core

Claims (34)

길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루고 있고, 외측에 배치되며 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘과 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어로 이루어지는 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹; 및
상기 다공성 폴리머 웹에 함침되며 리튬염이 비수성 유기용매에 용해된 유기 전해액을 포함하며,
겔화 공정이 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질.
A porous polymer web comprising nanofibers composed of a non-swellable polymer core comprising a swellable polymer shell made of a swellable polymer and a non-swellable polymer disposed outside the swellable polymer, the shell polymer having a shell-core structure along a longitudinal direction thereof; And
An organic electrolyte impregnated in the porous polymer web and having a lithium salt dissolved in a non-aqueous organic solvent,
Wherein the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers is gelled by the organic electrolyte as the gelling process is performed, and the non-swellable polymer core disposed on the inside maintains the web shape.
제1항에 있어서,
상기 팽윤성 폴리머 쉘의 일부는 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어짐에 따라 양측면에 배치된 양극 및 음극의 내부로 침투가 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질.
The method according to claim 1,
Wherein a part of the swellable polymer shell is permeated into the inside of the anode and the cathode disposed on both sides as the gelation is performed by the organic electrolytic solution.
제1항에 있어서, 상기 다공성 폴리머 웹은 40~90중량% 비팽윤성 폴리머 물질과 10~60중량%의 팽윤성 폴리머 물질을 포함하는 혼합 폴리머 방사용액을 방사하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질. The polymer electrolyte of claim 1, wherein the porous polymer web is obtained by spinning a mixed polymer spinning solution comprising 40-90 wt% non-swellable polymer material and 10-60 wt% swellable polymer material. 제3항에 있어서, 상기 혼합 폴리머는 50~70중량% 비팽윤성 폴리머 물질과 30~50중량%의 팽윤성 폴리머 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질. 4. The polymer electrolyte of claim 3, wherein the mixed polymer comprises 50-70 wt% non-swellable polymer material and 30-50 wt% swellable polymer material. 제1항에 있어서, 상기 팽윤성 폴리머와 비팽윤성 폴리머는 분자량의 차이가 25배 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질. The polymer electrolyte according to claim 1, wherein the difference between the molecular weight of the swellable polymer and that of the non-swellable polymer is 25 times or more. 삭제delete 제5항에 있어서, 상기 비팽윤성 폴리머는 융점이 180℃ 이상인 수지인 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질. The polymer electrolyte according to claim 5, wherein the non-swelling polymer is a resin having a melting point of 180 ° C or higher. 제1항에 있어서, 상기 다공성 폴리머 웹은 10 내지 25 중량% 범위로 무기물 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질. The polymer electrolyte of claim 1, wherein the porous polymer web comprises inorganic particles in the range of 10 to 25 weight percent. 제1항에 있어서, 상기 다공성 폴리머 웹의 일 측면에 적층되며, 상기 유기 전해액에 팽윤이 이루어지고 전극과의 접착력이 우수한 폴리머로 이루어지며, 기공이 없는 무기공 고분자 필름층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질. The organic electroluminescent device according to claim 1, further comprising an inorganic hollow polymer film layer which is laminated on one side of the porous polymer web and is made of a polymer which swells in the organic electrolytic solution and is excellent in adhesion to an electrode, Lt; / RTI > 제9항에 있어서, 상기 다공성 폴리머 웹의 두께는 10~25㎛ 범위로 설정되고, 상기 무기공 고분자 필름층의 두께는 2~5㎛ 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 폴리머 전해질. The polymer electrolyte according to claim 9, wherein the thickness of the porous polymer web is set in the range of 10 to 25 mu m, and the thickness of the inorganic porous polymer film layer is set in the range of 2 to 5 mu m. 리튬의 흡장·방출이 가능한 양극과 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 배치되는 폴리머 전해질을 포함하며,
상기 폴리머 전해질은,
길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루고 있고, 외측에 배치되며 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘과 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어로 이루어지는 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹; 및
상기 다공성 폴리머 웹에 함침되며 리튬염이 비수성 유기용매에 용해된 유기 전해액을 포함하며,
겔화 공정이 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
A positive electrode and a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium, and a polymer electrolyte disposed between the positive electrode and the negative electrode,
The polymer electrolyte may contain,
A porous polymer web comprising nanofibers composed of a non-swellable polymer core comprising a swellable polymer shell made of a swellable polymer and a non-swellable polymer disposed outside the swellable polymer, the shell polymer having a shell-core structure along a longitudinal direction thereof; And
An organic electrolyte impregnated in the porous polymer web and having a lithium salt dissolved in a non-aqueous organic solvent,
Wherein the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers is gelled by the organic electrolytic solution as the gelling process is performed, and the non-swellable polymer core disposed on the inner side maintains a web shape.
제11항에 있어서, 상기 팽윤성 폴리머 쉘의 일부는 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어짐에 따라 양측면에 배치된 양극 및 음극의 내부로 침투가 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.12. The lithium secondary battery according to claim 11, wherein a portion of the swellable polymer shell is infiltrated into the positive and negative electrodes disposed on both sides as the gelation is performed by the organic electrolytic solution. 제11항에 있어서, 상기 양극 또는 음극은 한쌍의 상기 다공성 고분자 웹에 의해 봉지화된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지. The lithium secondary battery according to claim 11, wherein the anode or the cathode is sealed by a pair of the porous polymer webs. 삭제delete 제11항에 있어서,
상기 양극과 음극은 각각 교대로 적층되는 다수의 단위 전극셀로 이루어지고, 상기 폴리머 전해질로 분리되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
12. The method of claim 11,
Wherein the positive electrode and the negative electrode are composed of a plurality of unit electrode cells stacked alternately and separated by the polymer electrolyte.
제15항에 있어서,
상기 폴리머 전해질로 분리되어 적층된 다수의 양극 및 음극 단위 전극셀이 적층방향으로 팽창되는 것을 차단하기 위한 압박밴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
16. The method of claim 15,
Further comprising a compression band for blocking expansion of a plurality of anode and cathode unit electrode cells separated and stacked by the polymer electrolyte in the stacking direction.
제11항 내지 제13항, 제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극과 음극은 각각 전극 활물질이 전극 집전체의 양면에 형성된 바이셀 구조인 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.The lithium secondary battery according to any one of claims 11 to 13, 15, and 16, wherein each of the anode and the cathode is a bi-cell structure in which an electrode active material is formed on both surfaces of the electrode current collector. 제11항에 있어서,
상기 양극 또는 음극은 각각 전극 활물질이 스트립형 전극 집전체의 양면에 형성된 전극 스트립에 연속적인 블랭킹(blanking)을 실시하여 얻어진 다수의 단위 전극셀에 상기 폴리머 전해질로 봉지화된 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
12. The method of claim 11,
Wherein the positive electrode or the negative electrode is encapsulated with the polymer electrolyte in a plurality of unit electrode cells obtained by subjecting the electrode active material to continuous blanking to electrode strips formed on both sides of the strip- battery.
리튬의 흡장·방출이 가능한 양극과 음극, 및
제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항의 폴리머 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지.
A positive electrode and a negative electrode capable of intercalating and deintercalating lithium, and
A lithium secondary battery comprising the polymer electrolyte according to any one of claims 1 to 5 and 7 to 10.
비팽윤성 폴리머와 팽윤성 폴리머를 용매에 용해시켜 혼합 폴리머 방사용액을 형성하는 단계;
상기 혼합 폴리머 방사용액을 방사하여 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어의 외측에 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘이 길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루는 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹을 형성하는 단계;
각각 다수의 단위 전극셀로 이루어지는 양극과 음극 사이에 상기 다공성 폴리머 웹이 삽입된 전극 조립체를 형성하는 단계;
상기 전극 조립체를 케이스에 내장하고 유기 전해액을 주입하는 단계; 및
겔화 열처리를 실시하여, 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘을 유기 전해액에 의해 팽윤시키는 단계를 포함하며,
상기 나노 파이버의 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
Dissolving a non-swellable polymer and a swellable polymer in a solvent to form a mixed polymer spinning solution;
A swellable polymer shell comprising a swellable polymer swelling the organic electrolytic solution outside the non-swellable polymer core made of a non-swellable polymer by spinning the mixed polymer spinning solution, and having a nanocomposite structure having a shell- Forming a polymer web;
Forming an electrode assembly in which the porous polymer web is inserted between an anode and a cathode, the electrode assembly comprising a plurality of unit electrode cells;
Inserting the electrode assembly into a case and injecting an organic electrolyte; And
Performing a gelling heat treatment to swell the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers with an organic electrolytic solution,
Wherein the non-swellable polymer core disposed inside the nanofibers maintains a web shape.
제20항에 있어서, 상기 다공성 폴리머 웹은 40~90중량% 비팽윤성 폴리머 물질과 10~60중량%의 팽윤성 폴리머 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.21. The method of claim 20, wherein the porous polymer web comprises 40-90 wt% non-swellable polymer material and 10-60 wt% swellable polymer material. 제20항에 있어서,
상기 다수의 단위 양극 및 음극 셀이 적층방향으로 팽창되는 것을 차단하기 위해 상기 전극 조립체를 압박밴드로 테이핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
21. The method of claim 20,
Further comprising taping the electrode assembly with a compression band to block expansion of the plurality of unit positive and negative electrode cells in the stacking direction.
제20항에 있어서, 상기 전극 조립체를 형성하는 단계는
상기 양극과 음극 중 어느 하나의 스트립형 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질층을 코팅하여 전극 스트립을 형성하는 단계;
상기 전극 스트립을 스탭-바이-스탭 방식으로 이송하면서 순차적인 블랭킹(blanking)을 실시하여 전극 스트립으로부터 다수의 제1단위 전극셀을 부분적으로 분리 형성하는 단계;
상기 다수의 제1단위 전극셀을 연속적으로 이송하면서 양면에 한쌍의 다공성 폴리머 웹으로 봉지하는 단계; 및
상기 봉지된 다수의 제1단위 전극셀 사이에 상기 양극과 음극 중 다른 하나의 다수의 제2단위 전극셀을 각각 삽입하여 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
21. The method of claim 20, wherein forming the electrode assembly
Forming an electrode strip by coating an electrode active material layer on at least one side of the strip-shaped electrode current collector of the positive electrode and the negative electrode;
Performing sequential blanking while transferring the electrode strip in a step-by-step manner to partially separate and form a plurality of first unit electrode cells from the electrode strip;
Sealing the plurality of first unit electrode cells with a pair of porous polymer webs on both sides while continuously transporting the plurality of first unit electrode cells; And
And inserting and stacking a plurality of second unit electrode cells of the other one of the positive and negative electrodes between the plurality of sealed first unit electrode cells.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 비팽윤성 폴리머 코어와 팽윤성 폴리머 쉘의 코어-쉘 구조로 이루어진 나노 파이버를 구비하는 한쌍의 다공성 폴리머 웹을 사용하여 다수의 단위 양극셀과 다수의 단위 음극셀을 분리하면서 교대로 적층함에 의해 전극 조립체를 형성하는 단계;
상기 전극 조립체를 압박밴드로 테이핑하는 단계;
상기 전극 조립체를 케이스에 내장하고 유기 전해액을 주입하는 단계; 및
겔화 열처리를 실시하는 단계를 포함하며,
상기 겔화 열처리를 실시하는 단계가 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
A plurality of unit anode cells and a plurality of unit cathode cells are alternately laminated while alternately stacking a plurality of unit anode cells and a plurality of unit cathode cells using a pair of porous polymer webs having nanofibers composed of a non-swellable polymer core and a core-shell structure of a swellable polymer shell, ;
Taping the electrode assembly with a compression band;
Inserting the electrode assembly into a case and injecting an organic electrolyte; And
And performing a gelling heat treatment,
The swellable polymer shell disposed outside the nanofiber is gelled by the organic electrolytic solution and the non-swellable polymer core disposed on the inner side maintains a web shape as the step of performing the gelation heat treatment is performed A method of manufacturing a lithium secondary battery.
제30항에 있어서, 상기 한쌍의 다공성 폴리머 웹은 각각
비팽윤성 폴리머와 팽윤성 폴리머를 용매에 용해시켜 혼합 폴리머 방사용액을 형성하는 단계; 및
상기 혼합 폴리머 방사용액을 방사하여 각각 길이방향을 따라 쉘-코어 구조를 이루는 나노 파이버를 구비하는 다공성 폴리머 웹을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 나노 파이버는 각각 비팽윤성 폴리머로 이루어진 비팽윤성 폴리머 코어의 외측에 유기 전해액에 팽윤이 이루어지는 팽윤성 폴리머로 이루어지는 팽윤성 폴리머 쉘이 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
31. The method of claim 30, wherein the pair of porous polymer webs
Dissolving a non-swellable polymer and a swellable polymer in a solvent to form a mixed polymer spinning solution; And
And spinning the mixed polymer spinning solution to form a porous polymer web having nanofibers each having a shell-core structure along a longitudinal direction,
Wherein the nanofibers each have a non-swellable polymer core formed of a non-swellable polymer core, and a swellable polymer shell formed of a swellable polymer that swells the organic electrolyte solution.
제31항에 있어서,
상기 겔화 열처리를 실시하는 경우, 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 팽윤이 이루어지며, 상기 나노 파이버의 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.
32. The method of claim 31,
In the case of performing the gelation heat treatment, the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers is swelled by the organic electrolytic solution, and the non-swellable polymer core disposed inside the nanofibers maintains a web shape Gt; < tb >< / TABLE >
제31항에 있어서, 상기 혼합 폴리머 방사용액은 40~90중량% 비팽윤성 폴리머 물질과 10~60중량%의 팽윤성 폴리머 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지의 제조방법.32. The method of claim 31, wherein the mixed polymer spinning solution comprises 40-90 wt% non-swellable polymer material and 10-60 wt% swellable polymer material. 비팽윤성 폴리머와 팽윤성 폴리머로 이루어진 나노 파이버를 구비하는 한쌍의 다공성 폴리머 웹을 사용하여 다수의 단위 양극셀과 다수의 단위 음극셀을 분리하면서 교대로 적층된 전극 조립체;
상기 전극 조립체의 외주를 테이핑하는 압박밴드; 및
상기 압박밴드로 테이핑된 전극 조립체를 내장하며, 유기 전해액이 주입된 케이스를 포함하며,
겔화 공정이 이루어짐에 따라 상기 나노 파이버의 외측에 배치되는 팽윤성 폴리머 쉘은 유기 전해액에 의해 겔화가 이루어지고, 내측에 배치되는 비팽윤성 폴리머 코어는 웹 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 리튬 이차 전지.
An electrode assembly alternately stacked while separating a plurality of unit anode cells and a plurality of unit cathode cells using a pair of porous polymer webs comprising nanofibers composed of a non-swellable polymer and a swellable polymer;
A pressing band for taping the outer periphery of the electrode assembly; And
An electrode assembly that is taped with the compression band and includes an organic electrolyte injected case,
Wherein the swellable polymer shell disposed outside the nanofibers is gelled by the organic electrolytic solution as the gelling process is performed, and the non-swellable polymer core disposed on the inner side maintains a web shape.
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