KR101675184B1 - 3d-structured lithium secondary - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 전극 집전체; 상기 제1 전극 집전체에 접합되는 제1 전극 패턴; 상기 제1 전극 패턴 표면에 피복된 분리막 패턴; 상기 제1 전극 집전체에 접합되어, 상기 제2 전극 패턴 및 분리막 패턴을 포함하는 전면에 도포된 제2 전극 패턴; 및 상기 제2 전극 패턴 상에 형성된 제2 전극 집전체로 이루어진 3차원 구조의 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a first electrode collector, A first electrode pattern connected to the first electrode current collector; A separation membrane pattern coated on the surface of the first electrode pattern; A second electrode pattern which is bonded to the first electrode current collector and is applied to the entire surface including the second electrode pattern and the separator pattern; And a second electrode current collector formed on the second electrode pattern. The present invention also relates to a lithium secondary battery having a three-dimensional structure.

Description

3차원 구조의 리튬 이차전지 {3D-STRUCTURED LITHIUM SECONDARY}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a three-

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 구체적으로 2종 이상의 블록 코폴리머를 이용하여 형성한 3차원 구조의 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly, to a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator having a three-dimensional structure formed by using two or more kinds of block copolymers.

상업화 이후 리튬 이온 이차전지는 전화기, 노트북 또는 전동공구와 같은 휴대용 소형 전자기기뿐만 아니라, 자동차 등의 전원으로 사용 범위가 넓어 짐에 따라, 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 현재 IT 기기가 단순 기능을 뛰어 넘어 복합 기기의 특성이 적용되면서, 높은 안전성 및 고성능, 고용량의 이차전지가 요구되고 있다.Since commercialization, lithium ion secondary batteries have been rapidly increasing in demand as they are used not only in portable electronic devices such as telephones, notebooks, or power tools but also as power sources for automobiles. Particularly, as the IT devices are now beyond the simple functions and the characteristics of the combined devices are applied, high safety, high performance, and high capacity secondary batteries are required.

이차전지의 용량을 향상시키기 위한 방법으로는 고용량 활물질을 적용하는 방법, 전기 구조체의 박형화 또는 이차전지 설계를 최적화하여 공간을 최대로 활용하는 방법 등이 있다. As a method for improving the capacity of a secondary battery, there are a method of applying a high capacity active material, a thinning of an electric structure, or a method of optimizing a space of the secondary battery by optimizing the design of the secondary battery.

그러나 종래 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 박막 형태로 적층한 2차원 구조 형태로 이루어져 있기 때문에, 고용량 구현에 한계가 있었다.However, since the conventional secondary battery has a two-dimensional structure in which an anode, a cathode, and a separator are laminated in a thin film form, there is a limitation in implementing a high capacity.

최근 이차전지의 공간을 최대로 활용하여 전극 용량을 향상시키기 위한 방법으로 반도체 공정을 변형시킨 트랜치형 전극 구조 또는 자기정렬 (self assembly) 등을 이용한 전극 구조 등이 제안되고 있다. 하지만, 이러한 구조의 전극을 포함하는 전기화학소자 또한 반응 속도 및 제조된 전극의 형태가 균일하지 않다는 단점이 있다. Recently, a trench type electrode structure in which a semiconductor process is modified or an electrode structure in which a self assembly is used have been proposed as a method for improving the electrode capacity by maximizing the space of the secondary battery. However, the electrochemical device including the electrode of such a structure also has a disadvantage that the reaction rate and the shape of the electrode produced are not uniform.

이에, 구조적으로 안정하며 용량을 균일하게 향상시킬 수 있는 신규한 3차원 구조의 이차전지에 대한 연구가 대두되고 있는 실정이다. Accordingly, research on a novel three-dimensional secondary battery which is structurally stable and capable of uniformly improving the capacity is being studied.

본 발명은 2종 이상의 블록 코폴리머를 이용하여 형성한 3차원 구조의 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 이차전지를 제공한다.The present invention provides a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a separator having a three-dimensional structure formed by using two or more kinds of block copolymers.

본 발명에서는 제1 전극 집전체; In the present invention, the first electrode collector;

상기 제1 전극 집전체에 접합된 제1 전극 패턴;A first electrode pattern bonded to the first electrode current collector;

상기 제1 전극 패턴 표면에 피복된 분리막 패턴;A separation membrane pattern coated on the surface of the first electrode pattern;

상기 제1 전극 집전체, 상기 제1 전극 패턴 및 분리막 패턴을 포함하는 전면에 도포된 제2 전극 패턴; 및 A second electrode pattern formed on the entire surface including the first electrode collector, the first electrode pattern, and the separator pattern; And

상기 제2 전극 패턴 상에 형성된 제2 전극 집전체로 이루어진 3차원 구조의 리튬 이차전지를 제공한다.And a second electrode current collector formed on the second electrode pattern.

상기 이차전지는 적어도 하나 이상의 제1 전극 패턴을 구비한다.The secondary battery includes at least one first electrode pattern.

이때, 상기 제1 전극 패턴, 분리막 패턴 및 제2 전극 패턴은 각각 2종 이상의 디-블록 코폴리머 또는 트리-블록 코폴리머를 이용하여 형성할 수 있다.At this time, the first electrode pattern, the separation membrane pattern, and the second electrode pattern may be formed using two or more diblock copolymers or tri-block copolymers, respectively.

본 발명에 의하면, 디- 또는 트리-블록 코폴리머의 물성을 이용하여 형성된 3차원 구조의 전극 및 분리막을 포함함으로써, 공간 활용이 최적화되어 용량이 획기적으로 향상된 3차원 구조의 이차전지를 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to realize a three-dimensional structure secondary battery in which capacity utilization is optimized and the capacity is dramatically improved by including the electrode and the separation membrane having a three-dimensional structure formed using the physical properties of the di- or tri-block copolymer .

도 1은 본 발명의 3차원 구조의 이차전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 3차원 구조의 정면 단면도이다.1 is a perspective view of a three-dimensional secondary battery according to the present invention.
2 is a front sectional view of the three-dimensional structure of the present invention.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail in order to facilitate understanding of the present invention. Herein, terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of the term to describe its own invention in the best way. It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

먼저, 첨부한, 도 1 및 2는 실린더형 3차원 구조의 이차전지를 구현하고자 할 때 블록 코폴리머의 상호작용 변수 측면을 기준으로 설계하여 최종적으로 구현될 수 있는 3차원 구조의 이차전지를 나타낸다.First, FIGS. 1 and 2 show a three-dimensional structure secondary battery which can be finally implemented by designing a cylindrical three-dimensional secondary battery according to interaction parameters of a block copolymer .

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는Specifically, in one embodiment of the present invention

제1 전극 집전체 (11); A first electrode collector 11;

상기 제1 전극 집전체 (11)에 접합된 제1 전극 패턴 (15);A first electrode pattern (15) bonded to the first electrode current collector (11);

상기 제1 전극 패턴 (15) 표면에 피복된 분리막 패턴 (17);A separation membrane pattern 17 coated on the surface of the first electrode pattern 15;

상기 제1 전극 집전체 (11), 상기 제1 전극 패턴(15) 및 분리막 패턴(17)을 포함하는 전면에 도포된 제2 전극 패턴 (19); 및 A second electrode pattern 19 formed on the entire surface including the first electrode collector 11, the first electrode pattern 15, and the separation layer pattern 17; And

상기 제2 전극 패턴 (19) 상에 형성된 제2 전극 집전체 (21)로 이루어진 3차원 구조의 리튬 이차전지를 제공한다 (도 1 참조).
And a second electrode current collector 21 formed on the second electrode pattern 19 (see FIG. 1).

이때, 본 발명의 이차전지에 있어서, 상기 제1 전극 집전체(11) 및 제2 전극 집전체(21)는 서로 대응하는 전극의 집전체로서, 각각 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있다.In this case, in the secondary battery of the present invention, the first electrode current collector 11 and the second electrode current collector 21 may be positive current collectors or negative current current collectors respectively corresponding to the electrodes.

상기 양극 집전체는 당해 이차전지에 통상적으로 이용되는 것으로, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 물질이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 상기 집전체 표면에는 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector is typically used for the secondary battery and is not particularly limited as long as it is a material having high conductivity without causing chemical change. Examples of the cathode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, Or a surface treated with carbon, nickel, titanium, or silver on the surface of stainless steel or the like may be used. The surface of the current collector may be formed with fine irregularities to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

또한, 상기 음극 집전체는 당해 이차전지에 통상적으로 이용되는 것으로, 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 물질이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is typically used for the secondary battery. The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it is a material having high conductivity without causing chemical changes. Examples of the material include copper, stainless steel, aluminum, nickel, A surface treated with carbon, nickel, titanium, or silver on the surface of carbon, copper or stainless steel, or an aluminum-cadmium alloy may be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

또한, 본 발명의 이차전지에 있어서, 상기 제1 전극 패턴은 기둥 형상 또는 반구형의 돔 형상일 수 있다.In the secondary battery of the present invention, the first electrode pattern may have a columnar or hemispherical dome shape.

또한, 본 발명의 이차전지에 있어서, 상기 제1 전극 집전제(11) 상에는 추후 형성되는 제2 전극 패턴(19)과의 단락을 방지하기 위해 절연막(13)을 추가로 형성할 수 있다. In addition, in the secondary battery of the present invention, an insulating film 13 may be additionally formed on the first electrode collector 11 to prevent short-circuiting with the second electrode pattern 19 formed later.

이때, 상기 절연막은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리이미드 등의 필름 재질 또는 폴리우레탄 등의 열경화성 수지를 이용하여 구현할 수 있다.At this time, the insulating layer may be formed of a film material such as polyethylene, polypropylene, and polyimide, or a thermosetting resin such as polyurethane.

또한, 본 발명의 이차전지는 적어도 하나 이상의 상기 제1 전극 패턴(15)을 포함할 수 있다. In addition, the secondary battery of the present invention may include at least one of the first electrode patterns 15.

이때, 상기 제1 전극 패턴은 양극 또는 음극 패턴일 수 있으며, 블록 코폴리머 및 제1 전극 활물질을 포함할 수 있다.At this time, the first electrode pattern may be a positive electrode or a negative electrode pattern, and may include a block copolymer and a first electrode active material.

상기 블록 코폴리머는 2종의 세그먼트를 갖는 디-블록 코폴리머 또는 3종의 세그먼트를 갖는 트리-블록 코폴리머를 포함할 수 있다. 예컨대, 트리-블록 코폴리머는 폴리메틸 메타크릴레이트-폴리스티렌-폴리(2-비닐피리딘) (PMMA-PS-P2VP), 폴리메틸 메타크릴레이트-폴리에틸렌-폴리(2-비닐피리딘) (PMMA-PE-P2VP), 폴리메틸 메타크릴레이트-폴리스티렌-폴리(4-비닐피리딘) (PMMA-PS-P4VP), PMMA-PE-P4VP 및 폴리스티렌-폴리(2-비닐피리딘)-폴리(에틸렌옥사이드)(PS-P2VP-PEO)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 트리-블록 코폴리머를 포함할 수 있다.The block copolymer may comprise a di-block copolymer having two segments or a tri-block copolymer having three segments. For example, the tri-block copolymer may be selected from the group consisting of polymethylmethacrylate-polystyrene-poly (2-vinylpyridine) (PMMA-PS-P2VP), polymethylmethacrylate- -P2VP), polymethyl methacrylate-polystyrene-poly (4-vinylpyridine) (PMMA-PS-P4VP), PMMA-PE-P4VP and polystyrene- -P2VP-PEO). ≪ / RTI >

또한, 상기 제1 전극 패턴(15)이 양극 패턴인 경우, 상기 전극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0-0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2, LiMn2 - xMxO2 (여기서, M=Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x=0.01-0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬 구리 산화물(Li2CuO2) 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물과 혼합 사용할 수 있다. 만약, 상기 제1 전극 패턴(15)이 음극 패턴일 경우, 상기 전극 활물질로는 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤=1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 또는 Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다. When the first electrode pattern 15 is a positive electrode pattern, the electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals ; Formula Li 1 + x Mn 2 - x O 4 ( where, x is from 0 to 0.33 Im), LiMnO 3, LiMn 2 O 3, LiMnO 2, LiMn 2 - x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Lithium manganese oxide (LiMnO 2 ) such as Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01-0.1 or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn); Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ) or the like may be mixed with a compound mainly composed of a lithium intercalation material. If the first electrode pattern 15 is a negative electrode pattern, the electrode active material may include amorphous carbon or carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon. Li x Fe 2 O 3 (0? X? 1), Li x WO 2 (0? X? 1), Sn x Me 1 - x Me y O z (Me: Mn, Fe, Pb, A metal complex oxide such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2 or Group 3 elements of the periodic table, Halogen; 0? X? = 1; 1? Y? 3; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Or Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

또한, 본 발명의 이차전지에 있어서, 상기 분리막 패턴(17)은 블록 코폴리머 및 분리막 기능성 물질을 포함하는 분리막 조성물을 이용하여 형성할 수 있다.In addition, in the secondary battery of the present invention, the separation membrane pattern 17 may be formed using a separation membrane composition including a block copolymer and a separation membrane functional material.

이때, 상기 분리막 기능성 물질로는 일반적인 올레핀계 물질, 셀룰로오스계 부직포 또는 분리막 기능성 산화물을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.At this time, examples of the separation membrane functional material include general olefin materials, cellulose-based nonwoven fabrics or separation membrane functional oxides, but are not limited thereto.

또한, 본 발명의 이차전지에 있어서, 상기 제2 전극 패턴(19)은 상기 제1 전극 패턴(15)과 서로 대응하는 양극 패턴 또는 음극 패턴일 수 있으며, 블록 코폴리머 및 제2 전극 활물질을 포함할 수 있다.In addition, in the secondary battery of the present invention, the second electrode pattern 19 may be a positive electrode pattern or a negative electrode pattern corresponding to the first electrode pattern 15, and may include a block copolymer and a second electrode active material can do.

이때, 상기 블록 코폴리머는 2종의 세그먼트를 갖는 디-블록 코폴리머 또는 3종의 세그먼트를 갖는 트리-블록 코폴리머를 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극 패턴 형성 시 사용되는 블록 코폴리머와 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.At this time, the block copolymer may include a di-block copolymer having two segments or a tri-block copolymer having three segments, and may be the same as the block copolymer used in forming the first electrode pattern Or may be different.

또한, 상기 제2 전극 활물질은 상기 제2 전극 패턴(19)이 음극 패턴일 경우, 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 또는 Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등의 음극 활물질을 사용할 수 있다. 만약, 상기 제2 전극 패턴(19)이 양극 패턴일 경우, 상기 전극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0-0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2, LiMn2 - xMxO2 (여기서, M=Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x=0.01-0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬 구리 산화물(Li2CuO2) 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물을 사용할 수 있다.
In addition, when the second electrode pattern 19 is a negative electrode pattern, the second electrode active material may include amorphous carbon or carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon. Li x Fe 2 O 3 (0? X? 1), Li x WO 2 (0? X? 1), Sn x Me 1 - x Me y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, and Group 3 elements of the periodic table, halogen, and 0 <x? 1; 1? Y? 3; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, Or Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used. If the second electrode pattern 19 is a positive electrode pattern, the electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals ; Formula Li 1 + x Mn 2 - x O 4 ( where, x is from 0 to 0.33 Im), LiMnO 3, LiMn 2 O 3, LiMnO 2, LiMn 2 - x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Lithium manganese oxide (LiMnO 2 ) such as Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01-0.1 or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn); Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ), or the like, may be used.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 In another embodiment of the present invention,

상 분리가 가능한 2종 이상의 블록 코폴리머 및 제1 전극 활물질을 포함하는 제1 전극 활물질 조성물을 제조하는 단계;Preparing a first electrode active material composition comprising at least two block copolymers capable of phase separation and a first electrode active material;

상 분리가 가능한 2종 이상의 블록 코폴리머 및 제2 전극 활물질을 포함하는 제2 전극 활물질 조성물을 제조하는 단계;Preparing a second electrode active material composition comprising at least two block copolymers capable of phase separation and a second electrode active material;

상 분리가 가능한 2종 이상의 블록 코폴리머 및 분리막 기능성 물질을 포함하는 분리막 조성물을 제조하는 단계;Preparing a separation membrane composition comprising at least two block copolymers capable of phase separation and a separation membrane functional material;

제1 전극 집전체(111) 상에 상기 제1 전극 활물질 조성물 및 분리막 조성물을 순차적으로 도포한 후, 열처리 또는 화학적 처리를 실시하여 기둥 형상의 제1 전극 패턴(115) 및 상기 제1 전극 패턴 표면에 피복된 분리막 패턴(117)을 형성하는 단계;The first electrode active material composition and the separation membrane composition are sequentially coated on the first electrode current collector 111 and then subjected to heat treatment or chemical treatment to form a first electrode pattern 115 having a columnar shape, Forming a separation membrane pattern (117) coated on the substrate (110);

상기 제1 전극 패턴 및 분리막 패턴으로부터 블록 코폴리머를 선택적으로 제거하는 단계;Selectively removing the block copolymer from the first electrode pattern and the separator pattern;

상기 제1 전극 패턴(115) 및 분리막 패턴(117)을 포함하는 제1 전극 집전체(111) 상에 상기 제2 전극 활물질 조성물을 도포한 후, 열처리 또는 화학적 처리를 실시하여 제2 전극 패턴(119)을 형성하는 단계;The second electrode active material composition is coated on the first electrode current collector 111 including the first electrode pattern 115 and the separation membrane pattern 117 and then subjected to heat treatment or chemical treatment to form a second electrode pattern 119);

상기 제2 전극 패턴으로부터 블록 코폴리머를 선택적으로 제거하는 단계; 및 Selectively removing the block copolymer from the second electrode pattern; And

상기 제2 전극 패턴(119) 상에 제2 전극 집전체(121)를 형성하는 단계;를 포함하는 3차원 구조의 이차전지의 제조 방법을 제공한다(도 2 참조).And forming a second electrode current collector 121 on the second electrode pattern 119 (refer to FIG. 2).

상기 본 발명의 방법은 제2 전극 활물질 조성물을 도포하기 전, 제1 전극 패턴 및 분리막 패턴을 포함하는 제1 전극 집전체 상에 절연막(113)을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The method of the present invention may further include forming an insulating layer 113 on the first electrode current collector including the first electrode pattern and the separator pattern before applying the second electrode active material composition.

또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 벤젠, 디메틸포름아미드(DMF) 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 유기용매에 블록 코폴리머를 용해하고 도포한 다음, 열 처리 함으로써, 블록 코폴리머 구조를 재배치하여 블록 코폴리머의 상분리를 유발하여 형성할 수 있다.
Also, in the method of the present invention, the first electrode pattern and the second electrode pattern may be formed by dissolving and coating the block copolymer in at least one organic solvent selected from the group consisting of benzene, dimethylformamide (DMF) and toluene , And heat treatment to rearrange the block copolymer structure to induce phase separation of the block copolymer.

전술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 2종 이상의 블록 코폴리머를 혼합하였을 때 발생하는 블록 코폴리머 간의 상호 작용 변수 (interaction parameter)를 이용하여 전극 패턴 및 분리막 패턴을 각각 형성하고자 한다. 이때, 2조 이상의 블록 코폴리머 간의 상 거동 (phase behavior)은 폴리머 간의 중합도 (polymerization) 정도, 조성비 및 두 폴리머 사이에서 하기 식으로 표시되는 Flory-Huggins interaction 등에 따라 결정되는 것으로 알려져 있다. As described above, in the method of the present invention, an electrode pattern and a separation membrane pattern are formed by using an interaction parameter between block copolymers generated when two or more kinds of block copolymers are mixed. The phase behavior of two or more block copolymers is known to depend on the polymerization degree of the polymers, the composition ratio, and the Flory-Huggins interaction represented by the following equation between the two polymers.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Χ제1 폴리머 -제3 폴리머 ) > Χ제1 폴리머 -제2 폴리머 ) X first polymer - third polymer ) > X first polymer - second polymer )

Χ제1 폴리머 -제3 폴리머 ) > Χ제2 폴리머 -제3 폴리머 ) X first polymer - third polymer ) > X second polymer - third polymer )

(상기 반응식에서, Χ= Flory-Huggins interaction parameter 이다.)
(In the above equation, X = Flory-Huggins interaction parameter.)

이러한 상호 작용 변수는 두 폴리머의 비양립성 (incompatibility) 정도를 나타내며, 이러한 비양립성에 근거하여 적절한 디- 또는 트리-블록 코폴리머 등을 설계한다면 여러 가지 구조를 구현하는 것이 가능하다. These interaction variables represent the degree of incompatibility of the two polymers, and it is possible to implement various structures by designing suitable di- or tri-block copolymers based on such incompatibility.

이에, 본 발명에서는 2조 이상의 블록 코폴리머와 각각의 양극 또는 음극에 해당하는 활물질 들을 혼합하여 자기 정렬 구조를 형성한 후, 이러한 구조로부터 블록 코폴리머 만을 선택적으로 제거함으로써, 공간 활용도가 최적화된 3차원 구조의 이차전지를 제조할 수 있게 된다.
Accordingly, in the present invention, a self-aligned structure is formed by mixing two or more sets of block copolymers with active materials corresponding to respective anodes or cathodes, and then only the block copolymer is selectively removed from the structure, Dimensional structure of the secondary battery can be manufactured.

11, 111: 제1 전극 집전체
13, 113: 절연막
15, 115: 제1 전극 패턴
17, 117 : 분리막 패턴
19, 119: 제2 전극 패턴
21, 121: 제2 전극 집전체11, 111: first electrode current collector
13, 113: insulating film
15, 115: first electrode pattern
17, 117: Membrane pattern
19, 119: second electrode pattern
21, 121: a second electrode current collector

Claims (15)

제1 양극 집전체;
상기 제1 양극 집전체에 접합된 제1 양극 패턴;
상기 제1 양극 패턴 표면에 피복된 분리막 패턴;
상기 제1 양극 집전체, 상기 제1 양극 패턴 및 분리막 패턴을 포함하는 전면에 도포된 제2 음극 패턴; 및
상기 제2 음극 패턴 상에 형성된 제2 음극 집전체로 이루어져 있으며,
상기 제1 양극 패턴은 블록 코폴리머 및 제1 양극 활물질을 포함하는 제1 양극 활물질 조성물을 이용하여 기둥 형상 또는 반구형의 돔 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.A first positive electrode current collector;
A first anode pattern bonded to the first cathode current collector;
A separation membrane pattern coated on the surface of the first anode pattern;
A second anode pattern coated on the entire surface including the first anode current collector, the first anode pattern and the separator pattern; And
And a second negative electrode collector formed on the second negative electrode pattern,
Wherein the first anode pattern is formed in a columnar or hemispherical dome shape using a first cathode active material composition including a block copolymer and a first cathode active material. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1 양극 집전제 상에는 제2 음극 패턴과의 단락을 방지하기 위한 절연막을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.The method according to claim 1,
And an insulating film for preventing a short circuit with the second negative electrode pattern is further formed on the first positive electrode collector. 청구항 1에 있어서,
상기 리튬 이차전지는 적어도 하나 이상의 제1 양극 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the lithium secondary battery comprises at least one first anode pattern. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 블록 코폴리머는 2종의 세그먼트를 갖는 디-블록 코폴리머 또는 3종의 세그먼트를 갖는 트리-블록 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the block copolymer comprises a di-block copolymer having two segments or a tri-block copolymer having three segments. 청구항 10에 있어서,
상기 트리-블록 코폴리머는 폴리메틸 메타크릴레이트-폴리스티렌-폴리(2-비닐피리딘) (PMMA-PS-P2VP), 폴리메틸 메타크릴레이트-폴리에틸렌-폴리(2-비닐피리딘) (PMMA-PE-P2VP), 폴리메틸 메타크릴레이트-폴리스티렌-폴리(4-비닐피리딘) (PMMA-PS-P4VP), PMMA-PE-P4VP 및 폴리스티렌-폴리(2-비닐피리딘)-폴리(에틸렌옥사이드)(PS-P2VP-PEO)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 트리-블록 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.The method of claim 10,
The tri-block copolymer may be selected from the group consisting of polymethylmethacrylate-polystyrene-poly (2-vinylpyridine) (PMMA-PS-P2VP), polymethylmethacrylate- (PMMA-PS-P4VP), polymethyl methacrylate-polystyrene-poly (4-vinylpyridine) P2VP-PEO), and at least one tri-block copolymer selected from the group consisting of P2VP-PEO and P2VP-PEO. 청구항 1에 있어서,
상기 분리막 패턴은 블록 코폴리머 및 분리막 기능성 물질을 포함하는 분리막 조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane pattern is formed using a separation membrane composition comprising a block copolymer and a separation membrane functional material. 청구항 12에 있어서,
상기 분리막 기능성 물질로는 올레핀계 물질, 셀룰로오스계 부직포 또는 분리막 기능성 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.The method of claim 12,
Wherein the separation membrane functional material includes an olefin based material, a cellulose based nonwoven fabric, or a separation membrane functional oxide. 청구항 1에 있어서,
상기 제2 음극 패턴은 블록 코폴리머 및 제2 음극 활물질을 포함하는 제2 음극 활물질 조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.The method according to claim 1,
Wherein the second negative electrode pattern is formed using a second negative electrode active material composition including a block copolymer and a second negative electrode active material. 청구항 14에 있어서,
상기 블록 코폴리머는 제1 양극 활물질 조성물용 블록 코폴리머와 동일하거나, 또는 상이한 것을 특징으로 하는 3차원 구조의 리튬 이차전지.15. The method of claim 14,
Wherein the block copolymer is the same as or different from the block copolymer for the first positive electrode active material composition.
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