KR20070100353A - 이차전지용 집전기, 이차전지 양극, 이차전지 음극,이차전지 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

이차전지용 집전기, 이차전지 양극, 이차전지 음극,이차전지 및 그들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

알루미늄박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기, 또는 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기, 그들의 제조 방법, 및 집전기를 구비한 이차전지가 제공된다.
리튬이온 이차전지용 집전기, 이차전지, 알루미늄박, 구리박, 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자

Description

이차전지용 집전기, 이차전지 양극, 이차전지 음극, 이차전지 및 그들의 제조 방법 {SECONDARY-BATTERY CUTRRENT COLLECTOR, SECONDARY-BATTERY CATHODE, SECONDARY-BATTERY ANODE, SECONDARY BATTERY AND PRODUCTION METHOD THEREOF}
본 출원은 일본 특허 출원 제2005-34639호(2005년 2월 10일 출원) 및 미국 가출원 제60/653,529호(2005년 2월 17일 출원)에 대해 우선권을 주장하며, 이들 출원의 개시 내용은 전체로서 본 명세서에 포함된다.
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 35 U.S.C 111(b)에 따라 2005년 2월 17일에 출원된 미국 가출원 60/653,529의 35 U.S.C §119(e)(1)에 의거한 이익을 주장하며 35 U.S.C. §111(a) 하에 출원되었다.
<기술 분야>
본 발명은 리튬이온 이차전지용 집전기, 이차전지 양극, 이차전지 음극, 이차전지 및 그들의 제조 방법, 및 급속 충전 특성이 우수한 리튬이온 이차전지를 제공하는 고성능 물질에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 고성능 이차전지이고, 그의 고에너지 밀도 때문에 휴대 전화, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 다양한 적용 분야에 사용되어 왔으며, 그 시 장은 크게 확장되고 있다. 그 중 소형 리튬이온 전지에는 일반적으로 코발트산 리튬 또는 망간산 리튬이 양극 전기활성 물질로, 흑연이 음극으로 사용된다. 이러한 리튬이온 전지는 또한 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등과 같은 다공성 쉬이트의 분리막, 및 전해액, 예를 들어, 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6)의 에틸렌 카르보네이트-기재 용액과 같은 리튬염을 함유한 유기용액을 함유한다.
보다 구체적으로, 일반적인 리튬이온 이차전지의 양극은 코발트산 리튬 또는 망간산 리튬과 같은 양극 전기활성 물질 및 그로부터 (그에) 전자를 전달하기 위한, 집전 효과가 있는 전자-전도성 탄소 미립자를 금속박 상에 고정시킴으로써 제조된다. 이때, 사용되는 금속박은 일반적으로 알루미늄박이고, 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 양극 전기활성 물질 및 탄소 미립자를 그 위에 고정시키기 위한 결합제로 사용된다.
최근, 이러한 고성능 이차전지를 자동차와 같이 동력이 요구되는 분야에 응용하는 경향이 증가하고 있으며, 이로써 통상적인 소형 전지에서는 예상하지 못한 문제들이 초래되고 있다.
그 중 하나는 급속 방전/충전 특성이다. 보다 많은 동력을 발생시키기 위해 보다 많은 양의 전류가 필요하다. 그 때문에, 전지의 용량은 급속하게 소모되며 전지는 다시 충전되어야 한다. 충전 시간이 길어질수록 전지를 사용할 수 없는 기간도 증가하기 때문에, 전지는 보다 큰 전류를 사용하여 단시간에 충전되어야 한다. 큰 전류에서의 방전 및 충전 특성 (급속 방전/충전 특성이라 함)은 이차전지 유용성의 중요한 지표이다.
상기한 바와 같이, 전류를 보다 크게 하는 것은 급속 방전 및 충전에 필수적이다. 그러나, 큰 전류에서 통상적인 리튬이온 이차전지를 방전 및 충전하면 방전 및 충전이 반복되는 경우에 용량(초기 전지 용량의 유지율)이 급격하게 저하된다. 즉, 큰 전류로 방전 및 충전을 반복하면 출력의 저하가 초래된다. 보다 구체적으로, 1 C (1시간에 전지를 방전 및 충전시키는 전류)에서 전지를 방전 및 충전하는 것이 가능하더라도, 2O C (즉, 1시간에 전지를 방전 및 충전하는데 필요한 것보다 20배 큰 전류)에서 전지를 방전 및 충전하는 것은 일반적으로 거의 불가능하다. 따라서, 이러한 문제를 개선하고자 하는 다양한 시도, 예를 들어, 하기 문헌에 기재된 시도들이 있었다.
일본 특허 공보 제2001-266850호 (심사되지 않음)
일본 특허 공보 제7-123053호 (심사됨)
일본 특허 제1989293호
제45회 전지 심포지움 (2004) 3C18
그러나, 각 문헌에 기재된 방법은 상기 부적합성을 복구하는데 충분히 효과적이지 않았다.
다른 문헌에 개시된 각종 특성, 실시태양, 방법 및 장치에 대한 장점 및 단점을 본 명세서에 기재한 것으로써 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 실제로, 다른 문헌에 개시된 특성의 전부 또는 일부, 실시태양, 방법 및 장치를 보유하면서도 본 발명의 특정한 특성으로 어떤 단점을 극복할 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 잇점은 하기 바람직한 실시태양으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 관련 기술에 있어서 상기 언급된 문제 및/또는 기타 문제들을 감안하여 이루어졌다. 본 발명으로 기존의 방법 및/또는 장치를 상당히 개선할 수 있다.
기타 가능한 잇점 중에, 일부 실시태양은 급속 방전 및 충전을 가능하게 하고 고속도(큰 전류)에서 초기 전지 용량의 유지율이 높은 리튬 이차전지용 집전기 및 그것을 사용한 이차전지를 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 집중적으로 연구한 결과, 본 발명자는 특히 양극 구조에서, 이온-투과성 화합물이 리튬이온의 전도를 분담하고, 전자-전도성 탄소 미립자가 전자의 전도를 분담하는 구조인 리튬이온 이차전지를 제조함으로써 상기 문제들이 해결될 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명은 이하에 관한 것이다:
(1) 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
(2) 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
(3) 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
(4) 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
(5) 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(6) 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(7) 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(8) 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(9) 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(10) 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(11) 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(12) 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(13) 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(14) 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(15) 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(16) 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
(17) 구리박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(18) 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(19) 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(20) 구리박, 및 그 위에 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
(21) 상기 (1) 내지 (4)항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 미립자가 침상 또는 막대상인 이차전지용 집전기.
(22) 상기 (5) 내지 (8)항 또는 (13) 내지 (16)항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 미립자가 침상 또는 막대상인 이차전지 양극.
(23) 상기 (9) 내지 (12)항 또는 (17) 내지 (20)항에 있어서, 탄소 미립자가 침상 또는 막대상인 이차전지 음극.
(24) 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
(25) 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
(26) 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
(27) 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
(28) 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(29) 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(30) 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(31) 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(32) 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(33) 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(34) 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(35) 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(36) 용매 중 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(37) 용매 중 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(38) 용매 중 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(39) 용매 중 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
(40) 용매 중 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(41) 용매 중 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(42) 용매 중 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(43) 용매 중 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
(44) 상기 (5) 내지 (8)항 또는 (13) 내지 (16)항 중 어느 한 항에 따른 양극, 분리막 및 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있는 층에 유기 전해액을 함침시키는 것을 포함하는 이차전지의 제조 방법.
(45) 상기 (5) 내지 (8)항 또는 (13) 내지 (16)항 중 어느 한 항에 따른 양극, 분리막 및 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있으며 유기 전해액이 함침된 층을 포함하는 이차전지.
(46) 양극, 분리막 및 상기 (9) 내지 (12)항 또는 (17) 내지 (20)항 중 어느 한 항에 따른 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있는 층에 유기 전해액을 함침시키는 것을 포함하는 이차전지의 제조 방법.
(47) 양극, 분리막 및 상기 (9) 내지 (12)항 또는 (17) 내지 (20)항 중 어느 한 항에 따른 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있으며 유기 전해액이 함침된 층을 포함하는 이차전지.
(48) 상기 (5) 내지 (8)항 또는 (13) 내지 (16)항 중 어느 한 항에 있어서, 양극 전기활성 물질이 코발트산 리튬 (LiCoO2), 망간산 리튬 (LiMn2O4), 니켈산 리튬 (LiNiO2), Co, Mn 및 Ni의 삼원계 리튬 화합물 [Li(CoxMnyNiz)02], 황 화합물 (TiS2) 및 감람석 화합물(LiFePO4, LiMnPO4) 중 하나 이상을 함유하는 것인 이차전지 양극.
(49) 상기 (28) 내지 (31)항 또는 (36) 내지 (39)항 중 어느 한 항에 있어서, 양극 전기활성 물질이 코발트산 리튬 (LiCoO2), 망간산 리튬 (LiMn2O4), 니켈산 리튬 (LiNiO2), Co, Mn 및 Ni의 삼원계 리튬 화합물 [Li(CoxMnyNiz)02], 황 화합물 (TiS2) 및 감람석 화합물(LiFePO4, LiMnPO4) 중 하나 이상을 함유하는 것인 이차전지 양극의 제조 방법.
(50) 상기 (45) 또는 (47)항에 있어서, 양극 전기활성 물질이 코발트산 리튬 (LiCoO2), 망간산 리튬 (LiMn2O4), 니켈산 리튬 (LiNiO2), Co, Mn 및 Ni의 삼원계 리튬 화합물 [Li(CoxMnyNiz)02], 황 화합물 (TiS2) 및 감람석 화합물(LiFePO4, LiMnPO4) 중 하나 이상을 함유하는 것인 이차전지.
(51) 상기 (45) 또는 (47)항에 있어서, 음극 전기활성 물질이 흑연을 함유하는 것인 이차전지.
(52) 상기 (1) 내지 (4)항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물이 가교결합된 다당류 중합체인 이차전지용 집전기.
(53) 상기 (24) 내지 (27)항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물이 가교결합된 다당류 중합체인 이차전지용 집전기의 제조 방법.
(54) 상기 (45) 또는 (47)항에 있어서, 화합물이 가교결합된 다당류 중합체인 이차전지.
(55) 상기 (54)항에 있어서, 화합물이 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 키토산 피롤리돈 카르복실산염, 히드록시프로필키토산, 및 산 무수물, 예컨대 프탈산 무수물, 말레산 무수물, 트리멜리트산 무수물, 및 피로멜리트산 무수물 중 어느 하나로 가교결합된 다당류 중합체의 가교 화합물인 이차전지.
(56) 상기 (45) 또는 (47)항에 있어서, 화합물의 리튬- 또는 불소-이온의 전도율이 1x10-2 S/cm 이상인 이차전지.
(57) 상기 (1) 내지 (4)항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물의 수평균 분자량이 50,000 이하인 이차전지용 집전기.
(58) 상기 (45) 또는 (47)항에 있어서, 화합물의 수평균 분자량이 50,000 이하인 이차전지.
(59) 상기 (45), (47), (50), (51), (54) 내지 (56) 또는 (58)항 중 어느 한 항에 따르는 이차전지를 탑재한 이동 유닛 및 전력 기기.
<발명의 효과>
본 발명에 따른 이차전지용 집전기, 양극, 음극 및 이차전지, 및 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 이차전지용 집전기, 양극, 음극 및 이차전지는 고속에서의 초기 용량의 유지율이 크게 개선되었으며, 급속 방전/충전 특성이 우수한 이차전지로서 사용되거나 그에 유리하게 사용될 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명의 일부 바람직한 실시태양은 실시예에 의해 설명되나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예시된 실시태양에 기초한 다양한 변형이 당업자에 의해 가능하다는 것이 본 개시를 기초로 이해되어야 한다. 본 명세서에서, 알루미늄은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 의미하고, 구리는 순수한 구리 또는 구리 합금을 의미한다.
본 발명에 사용하기 위한 알루미늄박은 특별히 제한되지 않으며, A1085 및 A3003과 같은 순수한 알루미늄을 포함한 각종 알루미늄이 사용될 수 있다. 그 두께는 약 5 내지 100 μm가 바람직하다. 구리박 또한 이와 유사하며, 압연 구리박 또는 전해 구리박이 유리하게 사용된다. 본 발명에서, 알루미늄박은 양극 부분으로서 사용되는 반면, 구리박은 음극 부분으로서 사용된다.
알루미늄박 또는 구리박의 두께가 5 μm 이하이면 강도가 불충분하기 때문에 집전층을 형성하는 코팅 단계에서 박이 파손될 수 있고, 그 두께가 100 μm를 초과하면 전지의 특정 부피에서 박의 비율이 증가하여 전지 용량의 저하가 초래되므로 바람직하지 않다.
본 발명에 사용하기 위한 양극 전기활성 물질은 리튬(이온)을 흡착 및 방출하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 대표적인 예로는 코발트산 리튬 (LiCoO2), 망간산 리튬 (LiMn2O4), 니켈산 리튬 (LiNiO2), Co, Mn 및 Ni의 삼원계 리튬 화합물 [Li(CoxMnyNiz)02], 황 화합물 (TiS2), 감람석 화합물 (LiFePO4, LiMnPO4) 등이 있다.
이러한 양극 전기활성 물질의 입자 직경은 1 내지 50 μm가 바람직하다. 입자 직경이 50 μm 이상이면, 입자 내부 및 외부 사이에서 리튬의 흡착 및 방출에 불균일성이 초래되므로 바람직하지 않다. 한편, 직경이 1 μm 이하이면, 결정성이 저하되고, 입자 구조의 불규칙화가 초래되며, 그 결과 성능이 저하되기 때문에 역시 바람직하지 않다.
공지된 물질 중 임의의 하나를 음극용 음극 전기활성 물질로 사용할 수 있다. 음극 물질은 특별히 제한되지 않으며, 그 예로는 흑연-기재 물질, 예컨대 흑연, 무정형 흑연 물질, 및 산화물 등이 있다.
본 발명에 사용하기 위한 이온-투과성 화합물의 예는 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 테이프-박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물(이하, 상기 모든 화합물을 피막-형성 화합물이라 함)을 포함하고, 그의 대표적인 예를 이하에 나타내었다:
이러한 이온-투과성 화합물은 이온 (화합물을 포함함)을 투과시킬 수 있는 물질이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로는 셀룰로스와 아크릴아미드의 가교 중합체, 셀룰로스와 키토산 피롤리돈 카르복실산염의 가교 중합체 등이 있다. 그 밖의 예로는 가교제로 가교결합된 키토산 또는 키틴과 같은 다당류 중합체의 가교 중합체 등이 있다. 사용하기 위한 가교제의 예로는 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 키토산 피롤리돈 카르복실산염, 히드록시프로필키토산, 및 산 무수물, 예컨대 프탈산 무수물, 말레산 무수물, 트리멜리트산 무수물 및 피로멜리트산 무수물 등이 있다.
전지 성능의 관점에서는 이온 전도율이 큰 것이 바람직하다. 리튬이온의 전도율이 큰 것이 바람직하고, 리튬이온의 전도율이 1x10-2 S/cm 이상인 화합물이 보다 바람직하다. 또한, 불소-이온 전도율이 1x10-2 S/cm 이상인 화합물이 유리하다.
형성된 피막이 리튬이온 전지에서 일반적으로 전해액으로 사용되는 유기 전해액에 용해되기 때문에, 피막-형성 화합물은 내유기용매성이고 금속박에 밀착되는 상기 화합물 중 하나가 바람직하다.
내유기용매성 화합물로 알려진 폴리아미드, 폴리아미드-이미드 등은 일반적으로 매우 고가여서 실용적이지 않다. 또한, 이러한 중합체는 약 50,000의 작은 평균 분자량을 가지고, 금속박에 충분히 밀착되지 않는다. 한편, 평균 분자량이 50,000 이상인 중합체, 예컨대 PVDF, PTFE, 및 상기한 다른 중합체가 있으며, 이러한 중합체는 금속박에는 충분히 밀착되나 내유기용매성이 없어, 유기 용매 중에서 팽윤된다. 따라서, 평균 분자량이 50,000 이하이고, 금속박에의 접착성이 크며, 특히 내유기용매성이 큰 중합체가 바람직하다.
이러한 성질은 용매에서의 팽윤 시험, 용매에 미리 침지된 직물을 사용한 박리 시험(마모 시험), 및 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)을 이용함으로써 결정될 수 있다.
상기 성질을 나타내는 물질의 예로는 아크릴 첨가제 또는 산 무수물, 키토산 유도체로부터 유래된 물질로 가교결합된 다당류 중합체의 유도체 등이 있다.
본 발명에 사용하기 위한 전자-전도성 탄소 미립자는 특별히 제한되는 것은 아니나, 아세틸렌 블랙 및 케첸(Ketjen) 블랙의 미립자, 가스상 탄소 섬유, 흑연 미립자 등이 바람직하다. 특히, 100% 압분체(green compact)에서 분체의 전기 저항이 1x10-1 Ω·cm 이하인 탄소 미립자가 바람직하고, 필요에 따라 상기 입자를 조합하여 사용할 수 있다.
전자-전도성 탄소 미립자의 입자 크기는 특별히 제한되는 것은 아니나, 약 약 10 내지 100 nm가 바람직하다. 입자의 형상은 비-구형이 바람직하고, 이방성 형상인 침상 또는 막대상인 탄소 입자가 보다 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다: 전자-전도성 탄소 미립자는 리튬이온 이차전지에서 부분적으로 전자의 전도를 분담한다. 외부에서 공급되는 전자는 알루미늄박을 통해 양극 전기활성 물질로 전도되어야 하기 때문에, 충전하는 동안 알루미늄박과 양극 전기활성 물질간의 접촉 면적이 보다 넓은 것이 바람직하다. 따라서, 중량당 표면적이 큰 미립자가 유리하다. 또한, 전지 용량의 보존을 위해 가능한 한 미립자를 적은 양으로 사용하는 것이 필요하다. 그러한 까닭에, 이방성 형상의 전자-전도성 탄소 미립자를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 피막-형성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 방법 중 어느 것이나 사용될 수 있다. 대표적인 예로는, 캐스팅, 바-코터 코팅, 딥 코팅, 인쇄 등이 있다. 이들 방법 중, 피막의 두께를 제어하기 쉽다는 점에서 바-코터 코팅, 캐스팅 등이 바람직하다. 집전기(양극 또는 음극용)는 탄소 미립자-함유 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 형성함으로써 제조된다. 그 두께는 0.1 μm 이상 내지 10 μm 이하가 바람직하다. 두께가 0.1 μm 이하이면, 원하는 효과가 얻어지지 않으므로 바람직하지 않다. 한편, 두께가 10 μm 이상이면, 이차전지의 특정 부피에서 전기활성 물질의 비율이 상대적으로 감소하기 때문에 역시 바람직하지 않다.
양극 또는 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막 또한 유사한 방법으로 제조될 수 있다. 피막 두께는 10 μm 이상 내지 500 μm 이하가 바람직하다. 피막 두께가 10 μm 이하이면, 전지의 특정 부피에서 전기활성 물질의 비율이 감소하고, 전지 용량이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 두께가 500 μm 이상이면, 피막이 박으로부터 박리되고 전지의 내부 저항이 증가하기 때문에 역시 바람직하지 않다.
이하에서, 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 형성하는 방법이 보다 상세히 설명된다. 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막 또한 하기 설명에서 알루미늄박 및 양극 전기활성 물질을 각각 구리박 및 음극 전기활성 물질로 대체함으로써 상기 피막과 유사하게 제조할 수 있다.
피막의 조성은 피막용 페이스트를 형성하는 단계에서 조정된다. 구체적으로, 페이스트는 피막-형성 화합물, 탄소 화합물, 양극 전기활성 물질 등을 혼련기에서 혼합하고, 점도 조절을 위해 용매를 추가로 가함으로써 제조된다. 용매는 후속 공정에서 기화에 의해 제거되므로, 고형분(피막-형성 화합물, 탄소 미립자, 및 양극 활성 물질)만이 피막에 잔존한다. 이들 성분의 함량은, 피막-형성 화합물 1 내지 30 중량%, 탄소 미립자 1 내지 30 중량%, 및 양극 활성 물질 65 중량% 이상이 바람직하다.
피막의 두께는 0.1 um 이상 내지 500 μm 이하가 바람직하다. 두께가 0.1 um 이하이면, 원하는 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 두께가 500 μm 이상이면, 피막이 균열되고, 알루미늄박으로부터 박리되므로 바람하지 않다.
본 발명에 따르는 집전기는 알루미늄박 상에 2층 피막, 즉, 상층 및 하층을 가질 수 있다. 이때, 피막-형성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막이 하층으로, 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막이 상층으로 형성된다. 상층에 함유되는 결합제는 입자를 고정시킬 수 있다면 특별히 제한되지 않으며, 아크릴 첨가제로 가교결합된 다당류 중합체와 같은 피막-형성 화합물 또는 일반적으로 사용되는 화합물, 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)이 추가로 함유될 수 있다.
본 발명에 따르는 이차전지용 집전기의 전지로서의 성능 평가는, 집전기로 전극을 제조하고, 공지된 분리막 및 유기 전해액과 함께 이차전지를 형성함으로써 수행될 수 있다.
이와 별도로, 본 발명에 따르는 이차전지의 성능은 차량(예컨대, 자동차 또는 자전거) 또는 전력 장치(예컨대, 전기 드릴, 임팩트 렌치(impact wrench) 등)에 설치된 대로 평가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시태양은 첨부된 도면에 실시예로 나타내었고, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명 실시예 1의 집전기의 하층에 대한 단면 구조를 도시한 개략 도이다.
도 2는 본 발명 실시예 2의 양극의 단면 구조를 도시한 개략도이다.
이하에서, 본 발명은 실시예와 비교 실시예를 참조하여 상세히 설명되나, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
(실시예 1)
두께 30 μm의 A1085 알루미늄박을 준비하였다. 이어서, 이온-투과성 화합물로서 피로멜리트산 무수물로 가교결합된 다당류 중합체 키토산을 준비하였다. GPC로 측정한 이의 분자량은 35,000이었다. 전자-전도성 탄소 미립자 (아세틸렌 블랙, 입자 직경 : 40 nm), 상기 가교결합된 키토산, 및 용매를 함유하는 혼합 페이스트를 제조하였다. 사용된 용매는 물이고, 이온-투과성 화합물:탄소 미립자:물의 중량비를 35:15:50 으로 하였다. 그 다음, 페이스트를 도포기 (개구 : 10μm)를 사용하여 캐스팅법으로 알루미늄박 상에 도포한 후, 180 ℃에서 공기 중에 3 분 동안 건조시키고, 열적 경화시켜, 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구비한 알루미늄박을 얻었다.
건조 후 측정된 피막의 두께는 5 μm이었고, 피막 중 전자-전도성 탄소 미립자의 함량은 30 중량%이었다.
그 다음, 양극 전기활성 물질, 전자-전도성 탄소 미립자, 결합제, 및 용매로 구성된 양극 페이스트를 사용하여 두께 200 μm인 전극층을 형성하여, 리튬이온 이차전지 양극을 얻었다. 이때, 사용된 양극 전기활성 물질은 코발트산 리튬; 도전 성 탄소 미립자로서 아세틸렌 블랙; 결합제로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF); 및 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP)이었다. 각 성분의 조성은 양극 전기활성 물질:탄소 미립자:결합제가 95:2:3 (중량비)이었고, 용매는 양극 전기활성 물질의 중량에 대하여 10 중량%의 양으로 사용하였다.
또한, 구리박 상에 형성된 음극과 분리막을 연결하고, 복합체에 유기 전해액을 함침시켜 리튬이온 이차전지를 얻었다.
상기에서 얻어진 리튬이온 이차전지의 사이클 특성을 측정하고, 그 결과를 표 1에 요약하였다. 분석기는 전지 충전/방전 기기 HJ-2010 (제조사: Hokuto Denko Corporation)을 사용하였고, 전류 속도를 0.1 C, 2 C, 및 2O C로 변화시켰으며 100 사이클 후 초기 용량의 유지율을 백분율로 나타내었다. 표로부터 명백한 바와 같이, 비록 낮은 전류 속도에서는 유의한 차이가 없었지만, 본 발명에 따른 집전기를 사용함으로써 특히 고속에서의 초기 용량의 유지율이 크게 개선되었고, 이는 집전기의 급속 충전 특성이 우수하다는 것을 나타낸다.
이차전지의 내부 저항 또한 측정하였다. 시험 진동수 1 kHz에서 전지 시험기 HIOKI3551를 사용하여 AC 임피던스 방법으로 측정하였다. 그 결과를 표 2에 요약하였다. 측정값이 작을수록 보다 우수한 급속 충전 특성을 나타낸다.
(실시예 2)
두께 30 μm의 A1085 알루미늄박을 준비하였다. 또한, 이온-투과성 화합물로서 말레산 무수물로 가교결합된 다당류 중합체 키틴을 준비하였다. GPC로 측정한 이의 분자량은 30,000이었다. 전자-전도성 탄소 미립자 (아세틸렌 블랙, 입자 직경 : 40 nm), 상기 가교결합된 키틴, 양극 전기활성 물질로서 망간산 리튬 (LiMn2O4) 및 용매 (NMP)를 함유하는 혼합 페이스트를 제조하였다. 페이스트에서 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자, 및 양극 전기활성 물질의 함량은, 각각, 2 중량%, 3 중량%, 및 95 중량%이었고, 용매는 양극 전기활성 물질에 대하여 10 중량%의 양으로 사용하였다. 그 다음, 페이스트를 도포기 (개구: 250 μm)를 사용하여 실시예 1과 유사한 방법으로 알루미늄박 상에 도포한 후, 180 ℃에서 공기 중에 3 분 동안 건조시키고, 열적 경화시켜, 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 구비한 알루미늄박을 얻었다.
건조 후 측정된 피막의 두께는 200 μm이었고, 피막 중 전자-전도성 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 함량은 각각 3 중량% 및 95 중량%이었다.
그 다음, 구리박 상에 형성된 음극 집전기와 분리기막을 연결하고, 복합체에 유기 전해액을 함침시켜 실시예 1과 유사한 방법으로 이차전지를 제조하였다.
초기 용량의 유지율 및 그의 내부 저항을 유사하게 측정하였고, 그 결과를 표 1 및 2에 요약하였다.
(실시예 3)
실시예 3에서, 실시예 2에 사용된 알루미늄박 A1085를 알루미늄박 A3003로 대체하였고, 이온-투과성 화합물로는 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 즉, 아크릴로니트릴로 가교결합된 다당류 중합체 키토산을 준비하였다. 화합물을 두께 0.5 μm로 도막하고, 그 피막을 유기용매인 에탄올을 사용하여 박리 시험하였을 때, 박리가 관찰되지 않았다. GPC로 측정한 이의 분자량은 31,000이었다. 탄소 미립자는 가스상 탄소 섬유 (등록상표명: VGCF, 제조사: Showa Denko)를 사용하였다. 또한, 양극 전기활성 물질을 감람석 화합물 (LiFePO4)로 대체하였다. 또한, 첨가되는 탄소 미립자의 양을 변화시켰고, 페이스트 중 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자, 및 양극 전기활성 물질의 함량은, 각각, 2 중량%, 1 중량% 및 97 중량%이었다.
리튬이온 이차전지를 상기 변경 사항을 제외하고는, 실시예 2와 유사한 방법으로 제조하였다. 초기 용량의 유지율 및 이의 내부 저항을 유사하게 측정하였고, 그 결과를 표 1에 요약하였다.
(실시예 4)
실시예 4에서, 실시예 1에 사용된 이온-투과성 화합물을 NMP에서 비팽윤성인 화합물, 트리멜리트산 무수물로 가교결합된 다당류 중합체 키토산으로 대체하였고, NMP를 용매로 사용하였다. GPC로 측정한 화합물의 분자량은 22,000이었다.
리튬이온 이차전지를 상기 변경 사항을 제외하고는, 실시예 2와 유사한 방법으로 제조하였다. 초기 용량의 유지율 및 이의 내부 저항을 유사하게 측정하였고, 그 결과를 표 1 및 2에 요약하였다.
(실시예 5)
두께 9 μm의 전해 구리박을 준비하였다. 이어서, 이온-투과성 화합물로서 키토산 피롤리돈 카르복실산염으로 가교결합된 다당류 중합체 셀룰로스를 준비하였 다. GPC로 측정한 이의 분자량은 40,000이었다. 셀룰로스 및 전자-전도성 탄소 미립자 (아세틸렌 블랙, 입자 직경 : 40 nm)를 함유하는 혼합 페이스트를 제조하였다. 사용된 용매는 NMP이었고, 이온-투과성 화합물:탄소 미립자:용매의 중량비는 35:15:50 이었다. 그 다음, 페이스트를 그라비어 (gravure) 롤 (#200)을 사용하여 그라비어 방법으로 구리박 상에 도포한 후, 180 ℃에서 공기 중에 3 분 동안 건조시키고, 열적 경화시켜, 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구비한 구리박 (집전기)을 얻었다.
건조 후 측정된 피막의 두께는 0.2 μm이었고, 피막 중 전자-전도성 탄소 미립자의 함량은 30 중량%이었다.
그 다음, 음극 전기활성 물질, 전자-전도성 탄소 미립자, 결합제 및 용매를 함유하는 음극 페이스트를 사용하여 두께가 250 μm인 전극층을 형성하여, 리튬이온 이차전지 음극을 제조하였다. 이때, 사용된 음극 전기활성 물질은 흑연; 도전성 탄소 미립자로서 아세틸렌 블랙; 결합제로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF); 및 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP)이었다. 각 성분의 비율은 음극 전기활성 물질:탄소 미립자:결합제가 92:5:3 (중량비)이었고, 용매는 음극 전기활성 물질의 중량에 대하여 10 중량%의 양으로 사용하였다.
그 다음, 실시예 1에서 사용된 알루미늄박 상에 형성된 양극과 분리기를 연결하고, 복합체에 유기 전해액을 함침시켜 실시예 1과 유사한 방법으로 리튬이온 이차전지를 제조하였다. 초기 용량의 유지율 및 이의 내부 저항을 유사하게 측정하였고, 그 결과를 표 1 및 2에 요약하였다.
(실시예 6)
실시예 5에 사용된 이온-투과성 화합물을 테이프-박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 아크릴로니트릴로 가교결합된 다당류 중합체 키토산으로 대체하여 제조하였다. 화합물을 두께 0.5 μm로 도막하고, 테이프-박리 시험하였으며, 100회 시험 중 100회의 모든 경우에서 박리는 관찰되지 않았다. GPC로 측정한 이의 분자량은 26,000이었다. 탄소 미립자는 가스상 탄소 섬유 (등록상표명: VGCF, 제조사: Showa Denko)를 사용하였다. 리튬이온 이차전지를 상기 변경 사항을 제외하고는, 실시예 5와 유사한 방법으로 제조하였다. 초기 용량의 유지율 및 이의 내부 저항을 유사하게 측정하였고, 결과를 표 1 및 2에 요약하였다.
(비교 실시예 1)
A1085 알루미늄박 상에 형성된 이온-투과성 화합물 및 전자-전도성 탄소 미립자를 함유하는 복합 피막을 실시예 1에 나타낸 양극 전기활성 물질 (코발트산 리튬), 전자-전도성 탄소 미립자 (아세틸렌 블랙), 결합제 (PVDF), 및 용매 (NMP)를 함유한 두께 200 μm의 집전층으로 대체한 것을 제외하고는, 양극 집전기를 실시예 1과 유사한 방법으로 제조하였다. 그 다음, 리튬이온 이차전지를 유사하게 제조하고, 초기 용량의 유지율 및 이의 내부 저항을 실시예 1에서와 유사한 조건 하에 측정하였고, 그 결과를 표 1 및 2에 요약하였다.
(비교 실시예 2)
실시예 5에 사용된 이온-투과성 화합물을 상기 PVDF 결합제 (유기-용매 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물)로 대체한 것을 제외하고는, 리튬이온 이차전지 를 실시예 1과 유사한 방법으로 제조하였고, 초기 용량의 유지율 및 이의 내부 저항을 실시예 1에서와 유사한 조건 하에 측정하고, 그 결과를 표 1 및 2에 요약하였다. 비록 이차전지를 제조하는 것은 가능했지만, 제조 후 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구비한 집전기는 그의 표면을 NMP-함침 직물로 문질렀을 때, 상당히 박리되었고, 이는 이차전지가 유리한 초기 특성을 보유한다 하더라도 장기간의 사용에는 견디지 못할 것이라는 것을 시사한다.
(비교 실시예 3)
실시예 5에 사용된 이온-투과성 화합물을 PVA (폴리비닐 알코올) 결합제 (테이프-박리 시험에서 박리되기 쉬운 화합물)로 대체한 것을 제외하고는, 리튬이온 이차전지를 실시예 1과 유사한 방법으로 제조하였고, 초기 용량의 유지율 및 이의 내부 저항을 실시예 1에서와 유사한 조건 하에 측정하고, 그 결과를 표 1 및 2에 요약하였다. 비록 이차전지를 제조하는 것은 가능했지만, 제조 후 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구비한 집전기는 테이프-박리 시험했을 때, 집전기 표면이 상당히 박리되었고, 이는 이차전지가 유리한 초기 특성을 보유한다 하더라도 장기간의 사용에는 견디지 못할 것이라는 것을 시사한다.
표 1에 따르면, 비교 실시예의 이차전지는 낮은 전류속도에서 초기 용량의 유지율이 더 낮지 않으나, 고속에서는 본 발명의 실시예의 것보다 초기 용량의 유지율이 상당히 낮았으며, 이는 이차전지를 급속 방전 및 충전하는 것이 보다 어렵다는 것을 시사한다.
표 2에 따르면, 본 발명 실시예의 이차전지는 그 내부 저항이 보다 낮고, 급 속 방전 및 충전에 적합하다.
본 발명에 따른 이차전지의 급속 방전 및 충전 특성은, 이온-투과성 결합제 와 전자-전도성 탄소 미립자가 이온 및 전자의 전도를 따로 분담하고 있기 때문에, 금속박, 탄소 미립자-함유 피막 및 전극 피막간에 보다 밀착하여 결합된 결과로 보인다.
Figure 112007057775226-PCT00001
Figure 112007057775226-PCT00002
본 발명은 이차전지용 집전기, 이차전지용 집전기의 제조 방법, 및 집전기를 구비한 이차전지를 제공한다. 특히, 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 포함하는 피막을 포함한 이차전지용 집전기 및 관련 발명은, 이차전지를 형성한 경우, 높은 전류 속도에서 초기 전지 용량의 유지율을 크게 개선시키고, 급속 방전/충전 특성이 우수하기 때문에, 이차전지를 탑재한 기기, 예컨대 통신 기기 및 디지털 가전 제품에 유리하게 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 이차전지용 집전기 등의 이러한 특성으로 인해 이차전지를 탑재한 기기의 용도 및 그들의 산업상 이용 범위가 확장된다.
본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있지만, 본 명세서에는 일부 예시적 실시태양이 기재되어 있으며, 그에 대한 개시는 본 발명의 원리에 대한 실시예를 제공한 것으로 간주되며, 본 발명은 본 명세서에 기재되고/거나 설명된 바람직한 실시태양에 의해 제한되지 않음이 이해되어야 한다.
본 발명의 예시적 실시태양이 본 명세서에 기재되어 있더라도, 본 발명은 본 명세서에 기재된 다양한 바람직한 실시태양에 제한되지 않으며, 본 발명에 기초하여 당업자에 의해 인식될 균등 요소, 변형, 생략, 조합 (예를 들어, 다양한 실시태양에 걸친 측면에서), 개조 및/또는 변경된 임의의 모든 실시태양을 포함한다. 청구범위에서의 제한은 청구범위에 사용된 언어에 기초하여 넓게 해석되고, 본 명세서 또는 본 출원의 계속 중에 설명되는 실시예에 제한되지 않으며, 실시예는 비배타적인 것으로 해석된다. 예를 들어, 본 명세서에서, 용어 "바람직하다"는 비배타적이고, "바람직하지만, 이에 제한되지 않음"을 의미한다. 본 명세서 및 본 출원의 계속 중에, 수단과 기능 또는 단계와 기능 방식의 한정은 특정 청구범위의 한정에 있어서 그 한정에 하기 조건 모두가 존재하는 경우에만 사용될 것이다: a) "~ 을 위한 수단" 또는 "~을 위한 단계"가 명료하게 기재될 것; b) 상응하는 기능이 명료하게 기재될 것; 및 c) 구조, 그 구조를 지지하는 물질 또는 수단이 기재되지 않을 것. 본 명세서 및 본 출원의 계속 중에, 용어 "본 발명" 또는 "발명"은 본 명세서에 개시된 사항 중 하나 이상의 측면을 이르기 위해 사용될 수 있다. 용어 "본 발명" 또는 "발명"은 한계를 확인하는 것으로 부적절하게 해석되어서는 안되고, 모든 측면 또는 실시태양 전반에 걸쳐 적용되는 것으로 부적절하게 해석되어서는 안되며(즉, 본 발명에는 수 많은 측면 및 실시태양이 있다고 이해되어야 함), 본 출원 또는 청구항의 범위를 제한하는 것으로 부적절하게 해석되어서는 안된다. 본 명세서 및 본 출원의 계속 중에, 용어 "실시태양"은 임의의 측면, 특징, 방법 또는 단계, 그들의 임의의 조합, 및/또는 그들의 임의의 일부 등을 기술하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 여러 실시태양은 부분적으로 중복되는 특징을 포함할 수 있다. 본 명세서 및 본 출원의 계속 중에, 하기 약어가 사용될 수 있다: "예를 들어"를 의미하는 "e.g."; "주목(하라)"를 의미하는 "NB".

Claims (59)

  1. 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
  2. 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
  3. 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
  4. 알루미늄박 또는 구리박, 및 그 위에 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 포함하는 이차전지용 집전기.
  5. 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
  6. 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
  7. 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
  8. 알루미늄박, 그 위에 하층으로서 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
  9. 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  10. 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  11. 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  12. 구리박, 그 위에 하층으로서 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막, 및 그 위에 상층으로서 형성된 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  13. 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
  14. 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
  15. 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차 전지 양극.
  16. 알루미늄박, 및 그 위에 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 양극.
  17. 구리박, 및 그 위에 형성된 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  18. 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  19. 구리박, 및 그 위에 형성된 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  20. 구리박, 및 그 위에 형성된 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질을 함유하는 피막을 포함하는 이차전지 음극.
  21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 미립자가 침상 또는 막대상인 이차전지용 집전기.
  22. 제5항 내지 제8항 또는 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 미립자가 침상 또는 막대상인 이차전지 양극.
  23. 제9항 내지 제12항 또는 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 탄소 미립자가 침상 또는 막대상인 이차전지 음극.
  24. 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
  25. 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
  26. 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
  27. 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 또는 구리박 상에 도포하여 형성하는 것을 포함하는 이차전지용 집전기의 제조 방법.
  28. 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  29. 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  30. 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  31. 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 알루미늄박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합 제, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  32. 이온-투과성 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  33. 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  34. 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  35. 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물 및 탄소 미립자를 함유하는 피막을 구리박 상에 도포하고, 그 위에 추가로 용매 중 결합제, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 코팅함으로써 피막을 형성하는 것 을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  36. 용매 중 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  37. 용매 중 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  38. 용매 중 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  39. 용매 중 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 양극 전기활성 물질의 분산액을 알루미늄박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 양극의 제조 방법.
  40. 용매 중 이온-투과성 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  41. 용매 중 유기 용매에서 비팽윤성인 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  42. 용매 중 유기 용매로의 박리 시험에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  43. 용매 중 테이프-박리 시험 (JIS D0202-1988)에서 내박리성을 갖는 화합물, 탄소 미립자 및 음극 전기활성 물질의 분산액을 구리박 상에 코팅하고 건조시킴으로써 피막을 형성하는 것을 포함하는 이차전지 음극의 제조 방법.
  44. 제5항 내지 제8항 또는 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 양극, 분리막 및 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있는 층에 유기 전해액을 함침시키는 것을 포함하는 이차전지의 제조 방법.
  45. 제5항 내지 제8항 또는 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 양극, 분리막 및 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있으며 유기 전해액이 함침된 층을 포함 하는 이차전지.
  46. 양극, 분리막 및 제9항 내지 제12항 또는 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있는 층에 유기 전해액을 함침시키는 것을 포함하는 이차전지의 제조 방법.
  47. 양극, 분리막 및 제9항 내지 제12항 또는 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 음극의 순서로 중첩되어 포함되어 있으며 유기 전해액이 함침된 층을 포함하는 이차전지.
  48. 제5항 내지 제8항 또는 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 양극 전기활성 물질이 코발트산 리튬 (LiCoO2), 망간산 리튬 (LiMn2O4), 니켈산 리튬 (LiNiO2), Co, Mn 및 Ni의 삼원계 리튬 화합물 [Li(CoxMnyNiz)02], 황 화합물 (TiS2) 및 감람석 화합물(LiFePO4, LiMnPO4) 중 하나 이상을 함유하는 것인 이차전지 양극.
  49. 제28항 내지 제31항 또는 제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 양극 전기활성 물질이 코발트산 리튬 (LiCoO2), 망간산 리튬 (LiMn2O4), 니켈산 리튬 (LiNiO2), Co, Mn 및 Ni의 삼원계 리튬 화합물 [Li(CoxMnyNiz)02], 황 화합물 (TiS2) 및 감람석 화합물(LiFePO4, LiMnPO4) 중 하나 이상을 함유하는 것인 이차전지 양극의 제조 방법.
  50. 제45항 또는 제47항에 있어서, 양극 전기활성 물질이 코발트산 리튬 (LiCoO2), 망간산 리튬 (LiMn2O4), 니켈산 리튬 (LiNiO2), Co, Mn 및 Ni의 삼원계 리튬 화합물 [Li(CoxMnyNiz)02], 황 화합물 (TiS2) 및 감람석 화합물(LiFePO4, LiMnPO4) 중 하나 이상을 함유하는 것인 이차전지.
  51. 제45항 또는 제47항에 있어서, 음극 전기활성 물질이 흑연을 함유하는 것인 이차전지.
  52. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물이 가교결합된 다당류 중합체인 이차전지용 집전기.
  53. 제24항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물이 가교결합된 다당류 중합체인 이차전지용 집전기의 제조 방법.
  54. 제45항 또는 제47항에 있어서, 화합물이 가교결합된 다당류 중합체인 이차전지.
  55. 제54항에 있어서, 화합물이 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 키토산 피롤리돈 카르복실산염, 히드록시프로필키토산, 및 산 무수물, 예컨대 프탈산 무수물, 말레산 무수물, 트리멜리트산 무수물 및 피로멜리트산 무수물 중 어느 하나로 가교결합된 다당류 중합체의 가교 화합물인 이차전지.
  56. 제45항 또는 제47항에 있어서, 화합물의 리튬- 또는 불소-이온의 전도율이 1x10-2 S/cm 이상인 이차전지.
  57. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물의 수평균 분자량이 50,000 이하인 이차전지용 집전기.
  58. 제45항 또는 제47항에 있어서, 화합물의 수평균 분자량이 50,000 이하인 이차전지.
  59. 제45항, 제47항, 제50항, 제51항, 제54항 내지 제56항 또는 제58항 중 어느 한 항에 따르는 이차전지를 탑재한 이동 유닛 및 전력 기기.
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