KR102434488B1 - 감광성 소재를 이용한 구조 전지, 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

감광성 소재를 포함하는 구조 전지가 제공된다. 상기 감광성 소재를 포함하는 구조 전지는, 제1 섬유 기판, 제2 섬유 기판, 및 상기 제1 섬유 기판 및 상기 제2 섬유 기판 사이에 배치되는 중간 섬유 기판을 포함하되, 상기 제1 섬유 기판, 상기 제2 섬유 기판, 및 상기 중간 섬유 기판 중에서 적어도 어느 하나는 감광성 소재를 포함할 수 있다.

Description

감광성 소재를 이용한 구조 전지, 및 그 제조 방법{Structural battery using photoresist, and method of fabricating of the same}
본 출원은 구조 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 감광성 소재를 이용한 구조 전지 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
소재는 자동차, 가전, 건설 등 다양한 분야에 적용되고 있으며 제품의 품질, 성능, 가격 등에 결정적 영향을 미치는 핵심요소에 해당하며, 다양한 신소재들이 화장품, 의류, 스포츠 장비, 페인트, 포장, 식품 등 일상생활의 많은 분야에서 사용되고 있다. 이러한 신소재는 이제 그 응용이 정보기술(Information Technology, IT), 바이오 기술(Biotechnology, BT), 환경기술(Environmental Technology, ET) 등 첨단기술 분야로 확대되고 있다.
특히, 스마트폰, MP3 플레이어, 태블릿 PC, 노트북 등 다양한 휴대용 전자 기기는 물론, 전기 자동차의 확대 보급, ESS 보급으로 인해, 전기 에너지를 저장할 수 이차 전지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2019-0108731(출원인 한국전기연구원)에는, 양이온-파이 상호작용을 통해 형성되는 저결함/고순도 산화그래핀을 수용성 폴리머를 이용하여 실리콘 금속입자와 혼합된 분산용액을 제조한 후 건조하여 코어-쉘 구조의 복합체를 형성하고, 이를 고에너지를 갖는 광을 조사하여 산화그래핀을 순간적으로 환원 및 재결정함으로써 전기전도도 성능이 복구되는 복합체 및 이차전지용 전극이 개시되어 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고강도의 구조 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전고체 상태의 구조 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고신뢰성의 구조 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고용량, 고안정성, 및 장수명의 구조 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 감광성 소재를 이용한 구조 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 감광성 소재를 포함하는 구조 전지를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 감광성 소재를 포함하는 구조 전지는, 제1 섬유 기판, 제2 섬유 기판, 및 상기 제1 섬유 기판 및 상기 제2 섬유 기판 사이에 배치되는 중간 섬유 기판을 포함하되, 상기 제1 섬유 기판, 상기 제2 섬유 기판, 및 상기 중간 섬유 기판 중에서 적어도 어느 하나는 감광성 소재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판은, 제1 감광성 소재를 포함하는 양극활물질층을 포함하고, 상기 제2 섬유 기판은, 제2 감광성 소재를 포함하는 음극활물질층을 포함하고, 상기 중간 섬유 기판은, 제3 감광성 소재를 포함하는 전해질층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전해질층은, 상기 중간 섬유 기판의 제1 면 상에 제공되는 제1 전해질층, 및 상기 중간 섬유 기판의 제2 면 상에 제공되는 제2 전해질층을 포함하고, 상기 제1 전해질층 및 상기 양극활물질층이 서로 접합되어 중첩되고, 상기 제2 전해질층 및 상기 음극활물질층이 서로 접합되어 중첩된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 양극활물질층 및 상기 제1 전해질층이 제공되지 않은 제1 스페이스 공간이 정의되고, 상기 제2 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 음극활물질층 및 상기 제2 전해질층이 제공되지 않은 제2 스페이스 공간이 정의되고, 상기 제1 스페이스 공간 및 상기 제2 스페이스 공간 중에서, 적어도 어느 하나는, 수지로 채워지는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양극활물질층, 상기 음극활물질층, 및 상기 전해질층 중에서 적어도 어느 하나는, 구조화 기능부, 및 상기 구조화 부분으로 둘러싸이고, 상기 구조화 기능부보다 낮은 경화도를 갖는 배터리 기능부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 감광성 소재의 경화도에 따라서, 기계적 물성 및 전기화학적 물성이 제어될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법은, 제1 섬유 기판에 제1 감광성 소재를 포함하는 양극활물질층을 형성하는 단계, 제2 섬유 기판에 제2 감광성 소재를 포함하는 음극활물질층을 형성하는 단계, 중간 섬유 기판에 제3 감광성 소재를 포함하는 전해질층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판을 적층하고, 광을 조사하여, 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 적어도 일부를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전해질층 및 상기 양극활물질층이 서로 접합되어 중첩되고, 상기 제2 전해질층 및 상기 음극활물질층이 서로 접합되어 중첩되되, 상기 제1 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 양극활물질층 및 상기 제1 전해질층이 제공되지 않은 제1 스페이스 공간이 정의되고, 상기 제2 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 음극활물질층 및 상기 제2 전해질층이 제공되지 않은 제2 스페이스 공간이 정의되고, 상기 구조 전지의 제조 방법은, 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 적어도 일부를 경화시킨 후, 적층된 상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판을 수지에 함침시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 구조 전지의 제조 방법은, 상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판을 적층하고, 광을 조사하기 전, 상기 양극활물질층이 형성된 상기 제1 섬유 기판, 상기 음극활물질층이 형성된 상기 제2 섬유 기판, 및 상기 전해질층이 형성된 상기 중간 섬유 기판 중에서 적어도 어느 하나를, 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 적층된 상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판에 조사되는 광의 강도, 시간, 및 파장 중에서 적어도 어느 하나를 제어하여, 상기 구조 전지의 기계적 물성 및 전기화학적 물성이 제어하는 것을 포함할 수 있다.
본 출원의 실시 예에 따른 구조 전지는, 제1 섬유 기판, 제2 섬유 기판, 및 상기 제1 섬유 기판 및 상기 제2 섬유 기판 사이에 배치되는 중간 섬유 기판을 포함하되, 상기 제1 섬유 기판, 상기 제2 섬유 기판, 및 상기 중간 섬유 기판 중에서 적어도 어느 하나는 감광성 소재를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 섬유 기판이, 제1 감광성 소재를 포함하는 양극활물질층을 포함하거나, 상기 제2 섬유 기판이, 제2 감광성 소재를 포함하는 음극활물질층을 포함하거나, 상기 중간 섬유 기판이, 제3 감광성 소재를 포함하는 전해질층을 포함할 수 있다.
이에 따라 기계적 하중에 대한 구조의 역할을 수행하는 동시에 높은 이온 전도도를 갖는 구조 전지가 제공될 수 있다.
또한, 상기 양극활물질층에 포함된 상기 제1 감광성 소재, 상기 음극활물질층에 포함된 상기 제2 감광성 소재, 또는 상기 전해질층에 포함된 상기 제3 감광성 소재의 경화도를 제어하여, 본 발명의 실시 예에 따른 구조 전지의 활용 어플리케이션에 따라서, 기계적 물성 및 전기화학적 물성이 제어될 수 있다. 이에 따라, 어플리케이션에 따라서 적응적으로 기계적 물성 및 전기화학적 물성이 제어된 구조 전지가, 용이하고 간소한 방법으로 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양극활물질층을 포함하는 제1 섬유 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 음극활물질층을 포함하는 제2 섬유 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전해질층을 포함하는 중간 섬유 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법 중 광 조사 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법 중 수지 함침 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 구조 전지 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 양극활물질층을 포함하는 제1 섬유 기판을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 음극활물질층을 포함하는 제2 섬유 기판을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전해질층을 포함하는 중간 섬유 기판을 설명하기 위한 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법 중 광 조사 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 감광성 소재를 포함하는 구조 전지의 제조 방법 중 수지 함침 공정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 감광성 소재를 포함하는 구조 전지, 및 그 제조 방법이 설명된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 섬유 기판(100)이 준비된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 비전도성 장섬유 또는 단섬유로 만들어진 모든 기판은 가능하며 예시로 유리 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 아라미드 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 폴리프로필렌 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 세라믹 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 보론 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 실리콘 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 셀룰로오스계 천연섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 헤미셀룰로오스 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 리그닌 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 펙틴 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 광물질계인 석면 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)은, 섬유 기판일 수 있다.
상기 제1 섬유 기판(100) 상에, 제1 감광성 소재를 포함하는 양극활물질층(110)이 형성될 수 있다(S110). 구체적으로, 상기 양극활물질층(110)을 형성하는 단계는, 상기 제1 감광성 소재 및 양극활물질층을 혼합하여 양극활물질 소스를 제조하는 단계, 상기 양극활물질 소스를 상기 제1 섬유 기판(100) 상에 도포하는 단계, 및 상기 양극활물질 소스가 도포된 상기 제1 섬유 기판(100)을 소프트 베이킹(예를 들어, 100℃ 6시간)하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 감광성 소재는, 에폭시 계열의 네거티브 감광성 소재(ex. SU-8)로, 폴리 (에틸렌 옥사이드) 및 폴리 (메틸 메타 크릴 레이트)와 같은 전형적인 폴리머 전해질과 유사한 화학 구조를 가지고 있으며 105~107 S/cm 의 이온전도성을 가질 수 있다.
상기 양극활물질은 리튬 이온을 가역적으로 흡장 탈리할 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극활물질은, 리튬전이금속산화물일 수 있다. 구체적으로, 예를 들어, 상기 양극활물질은 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬망간산화물, 리튬철인산화물 등일 수 있다. 그 외, 다양한 종류의 물질이, 본 발명의 실시 예에 따른 양극활물질로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 기술적 사상은 상기 양극활물질의 종류에 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 상기 양극활물질 소스는, 상기 제1 감광성 소재 및 상기 양극활물질 외에, 바인더를 더 포함할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제2 섬유 기판(200)이 준비된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 섬유 기판(100)과 같이, 상기 제2 섬유 기판(200)은 비전도성 장섬유 또는 단섬유로 만들어진 모든 기판은 가능하며 예시로 유리 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 아라미드 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 폴리프로필렌 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 세라믹 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 보론 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 실리콘 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 셀룰로오스계 천연섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 헤미셀룰로오스 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 리그닌 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 펙틴 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 광물질계인 석면 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 섬유 기판(200)은, 섬유 기판일 수 있다. 상기 제2 섬유 기판(200) 상에, 제2 감광성 소재를 포함하는 음극활물질층(210)이 형성될 수 있다(S120). 구체적으로, 상기 음극활물질층(210)을 형성하는 단계는, 상기 제1 감광성 소재 및 음극활물질층을 혼합하여 음극활물질 소스를 제조하는 단계, 상기 음극활물질 소스를 상기 제2 섬유 기판(200) 상에 도포하는 단계, 및 상기 음극활물질 소스가 도포된 상기 제2 섬유 기판(200)을 소프트 베이킹(예를 들어, 100℃ 6시간)하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 감광성 소재는, 상기 제1 감광성 소재와 동일하게, 에폭시 계열의 감광성 소재(ex. SU-8)일 수 있다.
상기 음극활물질은 리튬 이온을 가역적으로 흡장 탈리할 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 음극활물질은, 실리콘, 실리콘 산화물, 또는 실리콘 합금일 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 합금은, 실리콘(Si)과 알루미늄(Al), 철(Fe), 아연(Zn), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 인(P), 구리(Cu), 바나늄(V), 망간(Mn), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 또는 세슘(Ce) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 그 외, 다양한 종류의 물질이, 본 발명의 실시 예에 따른 음극활물질로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 기술적 사상은 상기 음극활물질의 종류에 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 상기 음극활물질 소스는, 상기 제2 감광성 소재 및 상기 음극활물질 외에, 바인더를 더 포함할 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 중간 섬유 기판(300)이 준비된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 섬유 기판(100, 200)과 같이, 상기 중간 섬유 기판(300)은 비전도성 장섬유 또는 단섬유로 만들어진 모든 기판은 가능하며 예시로 유리 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 아라미드 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 폴리프로필렌 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 세라믹 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 보론 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 실리콘 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 셀룰로오스계 천연섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(100)은, 헤미셀룰로오스 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 리그닌 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 펙틴 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 광물질계인 석면 섬유 기판일 수 있다. 또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제3 섬유 기판(300)은, 섬유 기판일 수 있다. 상기 중간 섬유 기판(300) 상에, 제3 감광성 소재를 포함하는 전해질층(311, 312)이 형성될 수 있다(S130). 구체적으로, 상기 전해질층(311, 312)을 형성하는 단계는, 상기 제3 감광성 소재 및 전해질 물질을 혼합하여 전해질 소스를 제조하는 단계, 상기 전해질 소스를 상기 중간 섬유 기판(300) 상에 도포하는 단계, 및 상기 전해질 소스가 도포된 상기 중간 섬유 기판(300)을 소프트 베이킹(예를 들어, 100℃ 6시간)하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제3 감광성 소재는, 상기 제1 감광성 소재와 동일하게, 에폭시 계열의 감광성 소재(ex. SU-8)일 수 있다.
예를 들어, 상기 전해질 물질은, 리튬염 및 용매를 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 LiClO4이고, 상기 용매는 에틸렌카보네이트(Ethylene Carbonate, EC) 및 디메틸카보네이트(Dimethyl Carbonate, DMC)를 포함할 수 있다. 또는, 상기 리튬염은 LiPF6 또는 LiBF4를 포함하거나, 상기 용매는, 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate, PC) 또는 에틸메틸 카보네이트(Ethylmethyl Carbonate, EMC)를 포함할 수 있다. 그 외, 다양한 종류의 물질이, 본 발명의 실시 예에 따른 전해질 물질로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 기술적 사상은 상기 전해질 물질의 종류에 제한되지 않는다.
상기 전해질층(311, 312)은, 상기 중간 섬유 기판(300)의 제1 면 상에 제공되는 제1 전해질층(311), 및 상기 중간 섬유 기판(300)의 제2 면 상에 제공되는 제2 전해질층(312)을 포함할 수 있다. 상기 제1 면 및 상기 제2 면은 서로 대향할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전해질층(311) 및 상기 제2 전해질층(312)은 서로 동일한 상기 전해질 소스로 제조될 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 전해질층(311) 및 상기 제2 전해질층(312)은 서로 다른 전해질 소스로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전해질층(311)의 제조에 사용된 상기 전해질 소스와 비교하여, 상기 제2 전해질층(312)의 제조에 사용된 상기 전해질 소스는, 상기 제3 감광제 소재의 비율이 높거나, 다른 종류의 상기 전해질 물질을 포함하거나, 다른 종류의 첨가제를 포함할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 4에서, 상기 양극활물질층(110)을 갖는 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 음극활물질층(210)을 갖는 상기 제2 섬유 기판(200), 및 상기 전해질층(311, 312)을 갖는 상기 중간 섬유 기판(300)이 차례로 형성되는 것으로 설명되었으나, 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 제2 섬유 기판(200) 및 상기 중간 섬유 기판(300)의 형성되는 순서는 임의적일 수 있고, 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 제2 섬유 기판(200) 및 상기 중간 섬유 기판(300)의 형성되는 순서가 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
계속해서, 도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 중간 섬유 기판(300), 및 상기 제2 섬유 기판(200)을 적층하고, 광을 조사하여, 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 적어도 일부가 경화될 수 있다(S130).
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전해질층(311) 및 상기 양극활물질층(110)이 서로 접합되어 중첩되고, 상기 제2 전해질층(312) 및 상기 음극활물질층(210)이 서로 접합되어 중첩될 수 있다. 또한, 상기 제1 전해질층(311) 및 상기 양극활물질층(110)이 서로 접합되어 중첩되고, 상기 제2 전해질층(312) 및 상기 음극활물질층(210)이 서로 접합되어 중첩된 상태에서, 소정의 압력이 인가되어, 상기 제1 전해질층(311) 및 상기 양극활물질층(110) 사이의 접착력, 및 상기 제2 전해질층(312) 및 상기 음극활물질층(210)의 접착력이 강화될 수 있다.
적층된 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 중간 섬유 기판(300), 및 상기 제2 섬유 기판(200)에 광(예를 들어, UV)가 조사되어, 상기 양극활물질층(110)에 포함된 상기 제1 감광성 소재, 상기 음극활물질층(210)에 포함된 상기 제2 감광성 소재, 및 상기 전해질층(311, 312)에 포함된 상기 제3 감광성 소재의 일부 또는 전부가 경화될 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 양극활물질층(110)은 상기 제1 섬유 기판(100)의 전면을 덮지 않고, 상기 음극활물질층(210)은 상기 제2 섬유 기판(200)의 전면을 덮지 않고, 상기 전해질층(311, 312)은 상기 중간 섬유 기판(300)의 전면을 덮지 않을 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 제2 섬유 기판(200), 및 상기 중간 섬유 기판(300)은 각각 상기 양극활물질층(110), 상기 음극활물질층(210), 및 상기 전해질층(311, 312)로 덮인 중앙 영역, 및 상기 양극활물질층(110), 상기 음극활물질층(210), 및 상기 전해질층(311, 312)으로 덮이지 않은 주변 영역을 포함할 수 있다.
따라서, 상술된 바와 같이, 상기 제1 전해질층(311) 및 상기 양극활물질층(110)이 서로 접합되어 중첩되고, 상기 제2 전해질층(312) 및 상기 음극활물질층(210)이 서로 접합되어 중첩되는 경우,
상기 제1 섬유 기판(100)과 상기 중간 섬유 기판(300) 사이에, 상기 양극활물질층(110) 및 상기 제1 전해질층(311)이 제공되지 않은 제1 스페이스 공간(102)이 정의되고, 상기 제2 섬유 기판(200)과 상기 중간 섬유 기판(300) 사이에, 상기 음극활물질층(210) 및 상기 제2 전해질층(312)이 제공되지 않은 제2 스페이스 공간(104)이 정의될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 스페이스 공간(102)는 상기 제1 섬유 기판(100) 및 상기 중간 섬유 기판(300)의 상기 주변 영역들이 서로 마주보는 공간이고, 상기 제2 스페이스 공간(104)은 상기 제2 섬유 기판(200) 및 상기 중간 섬유 기판(300)의 상기 주변 영역들이 서로 마주보는 공간일 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 양극활물질층(110)에 포함된 상기 제1 감광성 소재, 상기 음극활물질층(210)에 포함된 상기 제2 감광성 소재, 및 상기 전해질층(311, 312)에 포함된 상기 제3 감광성 소재의 일부 또는 전부가 광 조사에 의해 경화된 후, 적층된 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 중간 섬유 기판(300), 및 상기 제2 섬유 기판(200)이 수지(400)에 함침될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 스페이스 공간(102) 및 상기 제2 스페이스 공간(104)이 상기 수지(400)로 채워질 수 있고, 이에 따라, 하중을 용이하게 지지하는 동시에 배터리 기능을 수행할 수 있는 구조 전지가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 양극활물질층(110)에 포함된 상기 제1 감광성 소재, 상기 음극활물질층(210)에 포함된 상기 제2 감광성 소재, 및 상기 전해질층(311, 312)에 포함된 상기 제3 감광성 소재의 경화도가 제어될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 경화도에 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 구조 전지의 기계적 물성 및 전기화학적 물성이 제어될 수 있다. 구체적으로, 하중 지지 기능 및 배터리 기능 중에서, 하중 지지 기능에 더 필요한 어플리케이션에 상기 구조 전지가 활용되는 경우, 상기 구조 전지의 기계적 물성을 향상시키기 위해, 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 경화도를 높이거나, 또는, 상기 양극활물질층(110), 상기 음극활물질층(210), 및 상기 전해질층(310)에서 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 비율을 증가시킬 수 있다. 이와 달리, 하중 지지 기능 및 배터리 기능 중에서, 배터리 기능이 더 필요한 어플리케이션에 상기 구조 전지가 활용되는 경우, 상기 구조 전지의 전기화학적 물성을 향상시키기 위해(예를 들어, 리튬 이온의 이동도), 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 경화도를 낮추거나, 또는, 상기 양극활물질층(110), 상기 음극활물질층(210), 및 상기 전해질층(310)에서 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 비율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 경화도는, 적층된 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 중간 섬유 기판(300), 및 상기 제2 섬유 기판(200)에 조사되는 광의 강도, 시간, 및 파장 중에서 적어도 어느 하나를 제어하는 방법으로 조절될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 양극활물질층(110), 상기 음극활물질층(210), 및 상기 전해질층(311, 312) 중에서 적어도 어느 하나는, 상대적으로 경화도가 높은 구조화 기능부 및 상대적으로 경화도가 낮은 배터리 기능부를 포함할 수 있다. 이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 구조 전지 및 그 제조 방법이 설명된다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 구조 전지 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 8 내지 도 10의 (a)는 평면도이고, 도 8 내지 도 10의 (b)는, 각각, 도 8 내지 도 10의 (a)의 A-B를 따라 절취한 단면도이다.
또한, 도 8 내지 도 10에서, 상기 중간 섬유 기판(300) 상에 상기 전해질층(310)이 형성된 경우가 예를 들어 설명되며, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명되는 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 기술적 사상이, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명된 상기 양극활물질(110) 및 상기 음극활물질층(210) 에 적용 가능한 것은 당업자에게 자명하다.
또한, 도 8 내지 도 10에서, 상기 중간 섬유 기판(300)의 일면 상에 상기 전해질층(310)이 형성된 경우가 예를 들어 설명되지만, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중간 섬유 기판(300)의 양면 상에 전해질층(311, 312)가 형성된 경우에도, 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 기술적 사상이 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 8을 참조하면, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 중간 섬유 기판(300)이 준비되고, 상기 중간 섬유 기판(300) 상에 상기 제3 감광성 소재를 포함하는 상기 전해질층(310)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 전해질층(310)은 상기 중간 섬유 기판(300)의 전면을 덮지 않고, 중앙부를 덮을 수 있고, 상기 중간 섬유 기판(300)은 상기 전해질층(310)으로 덮이지 않은 주변 영역을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 제3 감광성 소재를 포함하는 상기 전해질층(310)에 광이 조사될 수 있다, 이 경우, 광은 상기 전해질층(310) 전면에 조사되지 않고, 도 9에 도시된 바와 같이, 격자 모양으로 조사될 수 있다. 이에 따라, 상기 전해질층(310)은 광이 조사되어 상대적으로 경화도가 높은 구조화 기능부(310a), 및 광이 조사되지 않거나 또는 짧은 시간 조사되어 상대적으로 경화가 낮은 배터리 기능부(310b)를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이 광이 격자 모양으로 조사되어, 상기 배터리 기능부(310b)는 상기 구조화 기능부(310a)로 둘러싸일 수 있다. 이로 인해, 경화되지 않았거나 또는 상대적으로 경화도가 낮은 상기 배터리 기능부(310b) 내의 배합물이 다른 물질들과 혼합되는 것이 방지될 수 있다.
상기 구조화 기능부(310a)는 상술된 바와 같이 상대적으로 높은 경화도를 가져, 상기 구조 전지의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 배터리 기능부(310b)는 상술된 바와 같이 상대적으로 낮은 경화도를 가져 높은 이온 전도도 특성을 나타낼 수 있고, 이로 인해 상기 구조 전지의 전기 화학적 물성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 기계적 물성 및 전기 화학적 물성이 동시에 향상된 구조 전지 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 격자 모양으로 광을 조사하는 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 공정은, 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 중간 섬유 기판(300), 및 상기 제2 섬유 기판(200)을 적층한 이후에, 적층된 상기 제1 섬유 기판(100) 상기 중간 섬유 기판(300), 및 상기 제2 섬유 기판에 대해서 수행될 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 따르면, 격자 모양으로 광을 조사하는 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 공정은, 상기 중간 섬유 기판(300)에 대해서 단독으로 적용될 수 있다. 이 경우, 격자 모양으로 광을 조사하는 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 공정이, 상기 양극활물질층(110)을 갖는 상기 제1 섬유 기판(100), 및 상기 음극활물질층(210)을 갖는 상기 제2 섬유 기판(200)에 각각 적용된 후, 상기 제1 섬유 기판(100), 상기 중간 섬유 기판(300), 및 상기 제3 섬유 기판(200)이 적층되고, 수지에 함침될 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 격자 모양으로 광을 조사하는 본 발명의 실시 예의 변형 예에 따른 공정은, 상기 중간 섬유 기판(300)에 대해서 단독으로 적용되고, 상기 제1 감광성 소재 없이 상기 양극활물질을 포함하는 제1 섬유 기판 및 상기 제2 감광성 소재 없이 상기 음극활물질을 포함하는 제2 섬유 기판 사이에, 상기 구조화 기능부(310a) 및 상기 배터리 기능부(310b)를 포함하는 상기 전해질층(310)을 갖는 상기 중간 섬유 기판(300)이 배치될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 제1 섬유 기판
110: 양극활물질층
200: 제2 섬유 기판
210: 음극활물질층
300: 중간 섬유 기판
310, 312, 314: 전해질층
310a: 구조화 기능부
310b: 배터리 기능부
102: 제1 스페이서 영역
104: 제2 스페이서 영역
400: 수지

Claims (10)

  1. 제1 섬유 기판;
    제1 섬유 기판 상의 제2 섬유 기판; 및
    상기 제1 섬유 기판 및 상기 제2 섬유 기판 사이에 배치되는 중간 섬유 기판을 포함하되,
    상기 제1 섬유 기판, 상기 제2 섬유 기판, 및 상기 중간 섬유 기판 중에서 적어도 어느 하나는 감광성 소재를 포함하되,
    상기 제1 섬유 기판은, 제1 감광성 소재를 포함하는 양극활물질층을 포함하고,
    상기 제2 섬유 기판은, 제2 감광성 소재를 포함하는 음극활물질층을 포함하고,
    상기 중간 섬유 기판은, 제3 감광성 소재를 포함하는 전해질층을 포함하는 구조 전지.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전해질층은,
    상기 중간 섬유 기판의 제1 면 상에 제공되는 제1 전해질층; 및
    상기 중간 섬유 기판의 제2 면 상에 제공되는 제2 전해질층을 포함하고,
    상기 제1 전해질층 및 상기 양극활물질층이 서로 접합되어 중첩되고, 상기 제2 전해질층 및 상기 음극활물질층이 서로 접합되어 중첩된 것을 포함하는 구조 전지.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 양극활물질층 및 상기 제1 전해질층이 제공되지 않은 제1 스페이스 공간이 정의되고,
    상기 제2 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 음극활물질층 및 상기 제2 전해질층이 제공되지 않은 제2 스페이스 공간이 정의되고,
    상기 제1 스페이스 공간 및 상기 제2 스페이스 공간 중에서, 적어도 어느 하나는, 수지로 채워지는 것을 포함하는 구조 전지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 양극활물질층, 상기 음극활물질층, 및 상기 전해질층 중에서 적어도 어느 하나는,
    구조화 기능부; 및
    상기 구조화 부분으로 둘러싸이고, 상기 구조화 기능부보다 낮은 경화도를 갖는 배터리 기능부를 포함하는 구조 전지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 감광성 소재의 경화도에 따라서, 기계적 물성 및 전기화학적 물성이 제어되는 것을 포함하는 구조 전지.
  7. 제1 섬유 기판에 제1 감광성 소재를 포함하는 양극활물질층을 형성하는 단계;
    제2 섬유 기판에 제2 감광성 소재를 포함하는 음극활물질층을 형성하는 단계;
    중간 섬유 기판에 제3 감광성 소재를 포함하는 전해질층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판을 적층하고, 광을 조사하여, 상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 적어도 일부를 경화시키는 단계를 포함하는 구조 전지의 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전해질층은, 상기 중간 섬유 기판의 제1 면 상에 제공되는 제1 전해질층, 및 상기 중간 섬유 기판의 제2 면 상에 제공되는 제2 전해질층을 포함하고,
    상기 제1 전해질층 및 상기 양극활물질층이 서로 접합되어 중첩되고, 상기 제2 전해질층 및 상기 음극활물질층이 서로 접합되어 중첩되되,
    상기 제1 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 양극활물질층 및 상기 제1 전해질층이 제공되지 않은 제1 스페이스 공간이 정의되고,
    상기 제2 섬유 기판과 상기 중간 섬유 기판 사이에, 상기 음극활물질층 및 상기 제2 전해질층이 제공되지 않은 제2 스페이스 공간이 정의되고,
    상기 제1 내지 제3 감광성 소재의 적어도 일부를 경화시킨 후, 적층된 상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판을 수지에 함침시키는 단계를 더 포함하는 구조 전지의 제조 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판을 적층하고, 광을 조사하기 전,
    상기 양극활물질층이 형성된 상기 제1 섬유 기판, 상기 음극활물질층이 형성된 상기 제2 섬유 기판, 및 상기 전해질층이 형성된 상기 중간 섬유 기판 중에서 적어도 어느 하나를, 열처리하는 단계를 더 포함하는 구조 전지의 제조 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    적층된 상기 제1 섬유 기판, 상기 중간 섬유 기판, 및 상기 제2 섬유 기판에 조사되는 광의 강도, 시간, 및 파장 중에서 적어도 어느 하나를 제어하여, 상기 구조 전지의 기계적 물성 및 전기화학적 물성이 제어하는 것을 포함하는 구조 전지의 제조 방법.
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