KR20080080689A

KR20080080689A - 이차전지용 집전체와 전극 및 이차전지

Info

Publication number: KR20080080689A
Application number: KR1020070020678A
Authority: KR
Inventors: 이형곤
Original assignee: 이형곤
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-05

Abstract

2차 전지용 집전체와 전극 및 이를 포함하는 전지를 제공하는 발명이다. 집전체층과 활물질층의 일부 이상이 전해질(전해액)과 접하는 구조로 양극과 음극을 포함하여 구성되는 2차전지에 있어서,상기 집전체가 원형, 사각형 또는 다각형의 단면을 갖는 형태의 필라멘트기재와 적어도 상기 필라멘트기재의 외표면을 둘러싸는 상태로 형성되는 필라멘트도전박막층을 포함하는 것임을 특징으로 하는 집전체와 이를 포함하는 2차전지용 전극과 전지가 제공된다. 상기 필라멘트기재는 500미크론 이하의 직경(또는 폭; 다각형 단면을 갖을 경우에는 최소폭이 500미크론 이하인 것)을 갖는 것이 바람직하다.

이차전지, 집전체, 전극, 활물질

Description

이차전지용 집전체와 전극 및 이차전지{collector and electrode and battery}

도 1은 결합제를 포함하여 제작된 이차전지용 전극의 단면도

도 2는 결합제를 포함하지 않고 박막형성 공정을 이용하여 제작된 이차전지용 전극의 단면도

도 3은 전극의 표면부위에 도전필라멘트 분포를 더 조밀하게 구성한 이차전지용 전극의 단면도

도 4는 선행기술에 의한 이차전지용 전극의 단면도

도 5는 선행기술의 일종으로서 수지필름의 양면에 도전박막을 형성하고 이를 집전체로 사용하는 전극의 단면도

도 6은 필라멘트기재의 최외표면에 필라멘트도전박막층을 포함하여 제작된 필라멘트의 단면도

a;필라멘트기재의 직경(또는 폭) b;필라멘트의 간격

1;필라멘트기재 3;필라멘트도전박막층 5;결합제를 포함하는 활물질층

33;활물질층 표면에 부가된 도전박막층 100;이차전지용 전극

103;최외표면에 형성된 필라멘트도전박막층 105;필라멘트활물질박막층

200;이차전지용 전극 203;필라멘트도전박막층

205;필라멘트활물질박막층 300;이차전지용 전극

303;금속박으로 만들어진 집전체 305;이차전지용 활물질

400;이차전지용 전극 401;수지필름

403;도전박막층 405;이차전지용 활물질

본 발명은 2차전지용 집전체와 전극 및 이를 포함하는 전지에 관한 발명이다. 더 자세하게는 충전과 방전을 반복하는 동안 집전체로부터 혹은 전극표면으로부터 탈락되는 활물질층을 최소화하여 용량유지율을 향상시키며, 상기 전극의 두께방향의 전반에 거쳐서 집전효과를 높여 활물질의 효과적인 사용을 보장하며, 단위부피당 전지용량을 증대시켜 주는 2차전지용 집전체와 전극 및 이를 포함하는 2차전지에 관한 것이다.

근래에 리튬이온 이차전지를 비롯하여 종래의 이차전지 및 연료전지등에 있어서 그 집전능률의 향상과 활물질과의 접촉을 늘려서 활물질의 효율적인 사용을 보장하고 충방전을 되풀이 하는 반복사용에 따라 전지의 충방전 용량이 감소하는 등의 문제를 해결하기 위해 많은 제안들이 속출하고 있는 실정이다. 이러한 문제들이 해결된다면 소형의 크기에 대용량을 갖는 2차전지들이 대중화될 수 있는 가능성과 시장이 증폭될 수 있는 가능성이 있는 것이다.

특별히 최근 각광을 받고 있는 전지 중의 하나가 리튬 이차전지이다. 본 발명의 집전체 및 전극은 그 사용범위가 제한된 것은 아니지만 본 명세서에서는 주로 리튬 이차전지를 예로 설명하기로 한다.

리튬 이온전지는 최근 기술의 발달에 따라 탄소계 재료의 이론용량의 최대치에 이를 정도로 실용화되어 있다. 그러나 이 용량에 따르면 현 시점에서뿐만 아니라 미래의 소형의 대용량 이차전지의 요구에 부합할 수 없는 실정이다. 따라서 탄소계(graphite) 전지의 약 10배에 달하는 이론용량을 제공하는 주석과 규소 및 그 합금 또는 화합물, 혼합물들을 이용한 이차전지의 개발이 활기를 띠고 있는 실정이다. 이 목적으로 개발된 기술을 예로 들면 일본국 특허공개 2002-260637호, 일본국 특허공개 2002-289178호, 일본국 특허공개 평8-50922호, 국제 공개 제00/15875호 등을 통해 공개된 기술들을 들 수 있으나, 이미 여러 연구원들에 의해 입증된 바 이들은 활물질의 탈락문제나 집전체와 전극의 제조방법 상의 문제, 대량생산성이 곤란한 문제 등 실제로 생산현장에서 또는 시장에서 애용되기에는 여러가지 문제점들을 갖고 있다. 또한 5와 같이 합성수지필름 401 의 양표면에 도전성박막층 403 을 형성하고 그 위에 활성층 405를 도포하여 이차전지용 전극으로 완성하는 발명도 제안되어 특허등록(대한민국 등록특허공보 10-0669338)된 바 있으나 이는 여타의 일본업체들이 이미 제안하거나 실시하고 있는 보편적인 기술에 불과할 뿐만 아니라 상기 합성수지필름과 도전성박막층, 그리고 도전성박막층과 활물질층과의 접착력이 낮고 선행 기술에는 사용되지 않는 합성수지의 추가사용으로 인한 부피점유 때문에 단위 부피당 전지용량이 낮아질 수 밖에 없으며 제조공정 또한 매우 복잡한 단계를 거쳐야되는 단점이 있다. 추가로 상기 형태의 집전체는 양쪽 면이 서로 통전되지 않아 절연상태에 있기 때문에 리이드를 연결하는 작업을 양쪽 면에서 두 번 실시하여야 하기 때문에 실현 가능성이 매우 낮은 것이다. 이에 본 발명은 선행 기술이 갖는 여러가지 단점들을 해결할 수 있는 이차전지용 집전체와 전극 및 이를 포함하는 이차전지 그리고 그 제조방법들을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명자는 여러가닥의 필라멘트기재의 표면에 효과적으로 매우 우수한 도전박막(이하 필라멘트도전박막층이라 칭함- 다른 표면에 형성되는 도전박막층과 구별하기 위해 필라멘트기재의 외주면에 형성되는 도전박막층을 필라멘트도전박막층이라 칭함)을 형성할 수 있는 방법을 개발하여 부도체인 필라멘트기재 또는 이를 포함하는 부직포나 메쉬형상의 쉬트에 박막도전층을 부여해 선행기술에서 사용되고 있는 금속쉬트로 만들어진 집전체를 대체하기에도 충분한 전도성을 갖는 부직포와 메쉬형상의 쉬트를 개발한 바있다. 이를 이차전지용 금속쉬트로 만들어진 집전체 대용으로 적용하기 위해 연구하던 중에 상기 필라멘트기재와 필라멘트기재 위에 형성되는 필라멘트도전박막층, 그리고 상기 이차전지용 전극에 포함시키는 도전필라멘트의 분포밀도 및 부피 그리고 활물질층의 구성을 특정한 상태로 조절하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성할 수 있었다.

본 발명은 먼저 필라멘트기재 외표면에 필라멘트도전박막층을 형성하여 도전필라멘트를 만들고 상기 필라멘트도전박막층과 접하여 활물질층 또는 필라멘트활물질박막층이 적어도 한 층 이상 형성된 구성을 특징으로 하는 이차전지용 전극을 제 공한다. 이러한 형태의 상기 전극의 실시예로는 도 1과 같은 형태의 실시예와 도 2와 같은 형태의 실시예를 포함한다.

도 1과 같은 실시는 상기 도전필라멘트로 이루어지는 도전필라멘트 집합체를 상기 전극 중에 포함시키는 형태이다. 상기 필라멘트기재 외표면에 필라멘트도전박막층을 형성함으로써 상기 필라멘트기재를 도전필라멘트로 형성할 때에는 상기 필라멘트기재 그대로의 상태로 그 표면 위에 실행하거나 혹은 필라멘트기재를 부직포나 메쉬형태의 쉬트로 제작한 뒤에 필라멘트기재 외표면에 필라멘트도전박막층을 형성하는 방법이 모두 가능하다. 이러한 형태의 전극을 완성하기 위해서는 필라멘트기재의 외표면에 필라멘트도전박막층을 형성한 뒤에 페이스트상의 활물질을 적어도 한 표면 이상에 부가하는 단계를 포함하여 전극으로 완성된 형태이다. 필라멘트도전박막층을 형성하는 방법으로는 필라멘트기재 자체 혹은 필라멘트기재로 이루어진 부직포나 메쉬형태의 쉬트 상에 박막형성 공정을 적용하여 결합제 없이 형성하는 방법이 애용될 수 있다.

도 2와 같은 실시는 상기 필라멘트기재의 외표면에 필라멘트도전박막층과 필라멘트활성물질박막층을 포함하는 적어도 두 층 이상의 박막층을 형성하여 제작된다. 여기서 상기 필라멘트도전박막층과 필라멘트활성물질박막층은 서로 순서가 바뀌어도 크게 문제되지는 않는다. 그러나 목적하는 바에 따라 그 순서를 정하여 실시할 수 있다. 예를 들어 도 6에서와 같이 필라멘트기재, 필라멘트도전박막층, 필라멘트활성물질박막층, 필라멘트도전박막층의 순서로 3층의 박막층을 구비한 전극형태를 제공할 수도 있으며, 상기 두 층의 필라멘트도전박막층 중에서 어느 한 층 이 생략된 형태로 제공되어도 무방하다. 물론 그 층들을 3층 이상의 다층으로 구비하는 실시예도 가능하며 목적에 따라 선택될 수 있는 형태이다. 이러한 실시형태 역시 상기 박막층들을 형성할 때에는 필라멘트기재 자체 위에 실시하거나, 혹은 상기 필라멘트기재를 포함하는 부직포나 메쉬형태의 쉬트로 제작한 뒤 그 표면에 실시할 수도 있다. 선행된 제안들과 발명들에 있어서도 집전효율을 높이기 위해서 다공성의 도전재질을 이용하려는 시도가 있었으나 현재의 기술적 한계로 인하여 다공성의 도전재질의 품질이 열악한 상태이고 목적하는 형태로 그 구조의 설계와 조절이 불가능하며 단가 또한 대단히 높은 상태이어서 실생산으로의 적용이 매우 어려운 실정이다.

상기한 본 발명의 실시예에서는 필라멘트의 기재로서 합성수지를 사용하는 형태가 선호되겠지만 필라멘트기재의 직경을 매우 얇은 상태로 생산이 가능하기 때문에 그로 인한 부피점유 문제는 야기되지 않으며, 오히려 우수한 필라멘트도전박막층의 도전성과 전극전체에 고르게 분포될 수 있는 장점, 그리고 각 필라멘트기재의 외표면에 독립적으로 부가할 수 있는 필라멘트활물질박막층의 장점으로 인해 단위 부피당 전지용량은 혁신적으로 증대될 수 있다.

본 발명의 특장점 중 매우 유용한 잇점이 또 있다. 주로 원형의 단면적을 갖는 필라멘트기재를 둘러싸는 형태로 형성되는 필라멘트도전박막층과 필라멘트활물질박막층은 그 구조적인 단면 형태가 가장 이상적인 반지모양의 링모양을 이루고 있기 때문에 형상유지, 접착력향상, 크랙방지, 탈착방지 등의 매우 유리한 특성들을 보유하게 되는 특장점이 있다. 상기한 본 발명의 특장점들은 2차전지용 집전체 와 전극 및 이를 포함하여 완성되는 이차전지의 제조 원가를 크게 절감할 수 있으며, 전극활물질의 탈락을 방지하여 싸이클특성, 즉 용량유지율을 대폭 향상시키고, 집전효율과 단위부피당 전지용량을 혁신적으로 증대시킨다.

상기한 본 발명의 바람직한 양태로서 도전필라멘트를 포함하여 이루어지는 집전체와 전지의 활물질을 포함하는 적어도 한 층 이상의 활물질층(또는 필라멘트활물질박막층)을 구비하며, 상기 도전필라멘트 또는 상기 활물질의 일부 이상이 전해질(전해액-이하 전해질로 통일해서 칭함)과 접하는 상태로 조립되는 2차전지용 전극에 있어서, 상기 도전필라멘트는 상기 전극 전체 두께의 적어도 2% 이상에 분포되어 있으며, 전극 중에 포함된 상기 도전필라멘트의 필라멘트기재는 평균 직경(또는 평균 폭)이 500미크론 이하인 것이고, 각 도전필라멘트 간의 평균간격은 500미크론 이하이며, 전극 전체 부피 중에 차지하는 필라멘트기재의 부피점유율은 0.01% 이상 97%이하이고, 상기 도전필라멘트는 각 필라멘트기재의 표면 또는 각 도전필라멘트의 외표면을 둘러싸는 형태로 필라멘트도전박막층이 존재하며, 상기 필라멘트도전박막층의 두께는 10나노메타 이상 30미크론 이하이고, 상기 전극의 구성요소로 포함된 다른 모든 물질들을 제거하고, 상기 도전필라멘트들 만을 남겨 이 것을 전극의 두께방향으로 1kg/cm2 이상 100kg/cm2 이하의 압력범위 내에서 압축하여 도전필라멘트 집합체로 만든 상태에서 측정한 도전필라멘트 집합체의 표면저항 값은 10ohm/ㅁ(ohm per square) 이하이며, 상기 압축된 상태의 도전필라멘트 집합체의 표면저항은 상기 도전필라멘트들을 모두 제외한 활물질층의 표면저항에 비하여 5% 이상 작은 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다.

상기에서 집전체의 요소가 되는 도전필라멘트는 상기 전극의 두께 전체에 고루 분포되어 있는 것이 바람직하며, 전극두께의 적어도 2% 이상에 분포되어 있어야 집전기능을 원활하게 발휘할 수 있는 것이다. 또한 도전필라멘트의 기재의 직경은 작을수록 전극의 부피점유율을 줄일 수 있고 필라멘트기재의 외표면에 형성되는 (필라멘트도전박막층의 표면적/단위부피)를 증대시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 뿐만 아니라 상기 필라멘트기재의 직경이 커질수록 그 외표면에 형성되는 박막과의 접착강도가 감소되며 충방전에 따른 상기 활물질층(또는 필라멘트활물질박막층)의 수축팽창에 대응하는 신축능력 또한 감소된다. 이러한 관점에서 필라멘트기재의 직경은 500미크론 이하에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한 도1과 도3에서와 같이 상기 활물질층 내에 여러가닥의 도전필라멘트들을 포함하고 있는 구성일 경우 상기 도전필라멘트 간의 평균간격은 전극내의 활물질 포함량이 문제가 되지 않는 범위 내에서 가능하면 조밀하게 분포되어 있는 것이 집전효율과 활물질의 효과적인 사용면에서 유리하다. 이러한 관점에서 그 평균간격은 500미크론 이하인 것이 바람직하며 이보다 더 큰 간격으로 떨어져 있을 경우에는 선행 기술에서와 같이 활물질층 내에 첨가하는 도전재의 량이 늘어나야만 집전기능을 원만하게 유지할 수 있는 것이다. 상기 이차전지의 활물질이 결합제를 포함하지 않는 박막형으로 형성되는 경우에는 상기 활물질박막은 각 필라멘트기재의 외표면에 형성되고 그 각 표면마다 직접 접촉된 상태로 각 필라멘트도전박막층이 형성되므로 각 도전필라멘트 간의 간격과 집진효율과는 아무런 관련이 없다. 그러나 상기 간격이 500미크론 이상으로 저밀도 분포되어 있을 경우 이는 활물질의 밀도와 직결되어 단위부피당 전지용량이 크게 낮아지게 되므로 각 도전필라멘트의 간격은 짧을 수록 좋고 상기 전해질(전해액)의 침투가 방해되지 않는 범위내에서 최대한 짧은 상태로 조밀하게 배치되는 것이 바람직하다. 필라멘트기재의 재질로서는 신축성을 갖는 순수한 폴리머수지인 것과 폴리머수지와 상기 활물질이 혼합된 형태일 수 있다. 어떠한 형태일지라도 상기 필라멘트기재의 전극 전체부피 중에 차지하는 부피점유율이 97% 이상이면 상기 필라멘트도전박막의 두께를 충분히 형성할 수 없기 때문에 도전율과 집전효율이 떨어지고 전해질 도입에 필요한 미세공극들의 공간 마련도 곤란해 진다. 부피점유율이 0.01% 이하이면 그 표면적이 지나치게 작아서 집전효율과 활물질의 효율적인 사용이 보장되지 않는다. 필라멘트도전박막층의 두께에 있어서는 도전박막층의 물질과 용도, 전극의 두께 및 길이 등에 따라 달라지지만 10나노메타 이하이면 도전기능을 기대하기 어려우며, 30미크론 이상이면 박막자체의 내부 스트레스가 심하게 증가되어 박리될 가능성이 우려될 뿐만 아니라 전지의 도전기능에 큰 변화 없이 재료를 낭비하게 되며 생산성만 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다. 또한 필라멘트의 신축성도 크게 감소시키는 요인이 된다. 전극의 재료 중에서 도전필라멘트들 만을 남겨 이 것을 전극의 두께 방향으로 1kg/cm2 이상 100kg/cm2 이하의 압력범위 내에서 압축하여 도전필라멘트 집합체로 만든 상태에서 저항을 측정하는 이유는 표면저항을 용이하게 측정하기 위함이며, 제한적인 범위는 아닌 것이다. 이러한 방법에 의해 측정된 표면저항치는 작을수록 바람직하며, 10ohm/ㅁ(ohm per square) 이상이거나 상기 도전필라멘트들을 모두 제외한 활물질층의 표면저항에 비하여 5% 이상 더 작지 않을 경우에는 충전 또는 방전하는 과정에서 불필요한 발열현상을 초래할 수 있으 며, 집전효율도 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.

본 발명의 또 다른 양태로서 상기 전극에서 활물질층 내에 복수 가닥의 도전필라멘트들을 포함하고 있으며, 전극 두께의 중심에 가상적으로 그어진 두께 중심선을 사이에 두고 양쪽 표면 쪽으로 존재하며 각자 다른 면쪽의 전해질(전해액)과 접촉하는 활물질들 중 적어도 30w% 이상이 상기 두께 중심부에 존재하는 결합제와(또는) 활물질들에 의해 상호 연결되고 일체화되어 결합된 상태로 존재함을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다.

상기와 같은 구조를 도입할 경우에는 두께 중심선을 사이에 둔 양쪽표면부의 활물질 상호간의 결합력이 증대되어 반복적인 충방전 과정에서도 활물질들의 탈락현상을 방지하여 용량유지율을 증가시켜 준다. 반면 30w% 이하이면 그 나머지 활물질들, 즉 서로 일체화되지 못한 활물질들 간의 결합력이 약하기 때문에 전극의 표면부위 쪽에서 탈락되는 활물질들을 방지하기가 대단히 어려워지므로 바람직하지 못하다.

본 발명의 또 다른 양태로는 활물질층이, 각 필라멘트 가닥마다 개별적으로 형성되어 있는 형태, 즉 필라멘트활물질박막층으로 형성된 구성의 전극에 있어서, 상기 전극은 상기 필라멘트기재의 표면과 그 외표면에 형성되어 있는 최외측 필라멘트도전박막층(103) 사이(또는 경계면)에 상기 2차전지용 전극 요소인 활물질(105)의 적어도 일부분 이상을 포함하여 도전필라멘트를 이루고 있는 구성을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다.

상기와 같은 구성에 있어서는 상기 필라멘트도전박막층은 그 외측에 존재하 는 최외측 필라멘트도전박막층의 유지보강 작용에 의해 탈착현상이 방지되는 효과를 갖게된다. 따라서, 여러회에 걸친 층방전과정 후에도 전지용량 변화가 매우 적게 나타나게 된다. 이러한 구조의 전극에 있어서 상기 필라멘트활물질박막층이 전해질과 접촉할 수 있도록 하기 위해, 상기 최외측 필라멘트도전박막층은 매우 얇게 형성되거나 필라멘트기재 중심방향으로 미세한 공극을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

이상에서는 상기 활물질층이 상기 필라멘트기재와는 별도로 형성되는 코팅층 또는 접합층으로서 부가된 구성을 설명하였다. 이 외의 방법으로 구성되는 형태로서, 상기 전극에 포함된 필라멘트기재가 상기 필라멘트기재를 제조하기 전단계에서 상기 활물질과 결합제를 포함하여 이루어지는 필라멘트기재의 원료를 조합하는 단계와 이 원료를 사용하여 상기 필라멘트기재로 제조하는 단계를 거쳐서 제조된 것임을 특징으로 하는 이차전지용 전극이 제공된다. 이렇게 함으로써 상기 필라멘트기재 위에는 상기 활물질층을 생략하거나 그 층의 수를 절감할 수 있을 뿐 아니라 용량유지율 또한 크게 향상시킬 수 있다. 여기서는 상기 필라멘트기재를 한 층의 활물질층으로 규정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태로 , 상기 전극의 리드부를 포함한 전극의 적어도 어느 한 부분에서 상기 도전필라멘트의 분포 밀도가 다른 부분에서의 밀도보다 10% 이상 더 조밀하게 분포된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 이러한 구조에서는 원하는 부위에 더 조밀하게 밀집시켜서 전극의 리드를 대체하거나 혹은 리드와 결합이 용이하게 할 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 대표적인 형태로서, 상기 도전필라멘트의 분포된 밀도가 전극의 두께 중심부보다 표면부에서 더 조밀하게 분포된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 이러한 구성으로써 상기 전극층에 형성된 활물질층의 탈락현상을 방지하고 전지 용량유지율을 크게 향상시킬 수 있는 것이다. 이 때에 상기 도전필라멘트가 매우 조밀한 상태로 전극표면을 피복하더라도 상기 도전필라멘트는 필라멘트의 집합체나 부직포 또는 메쉬형태이기 때문에 자연스럽게 공극이 형성되므로 상기 전해질(전해액)이 활물질층으로 침투되는 기능이 저하되지는 않는다. 이러한 구조의 전극은 그 제조 공정이 매우 단순하고 제어가 가능하며, 그 효과가 우수하여 매우 선호될 수 있을 것이다.

본 발명의 또 다른 형태로, 상기 전극은 필라멘트기재의 외측에 형성된 필라멘트도전박막층 이외에 상기 활물질층의 외측표면에 한 층 이상의 도전박막(또는 피복층)을 추가로 더 포함하는 것이며, 상기 활물질층은 페이스트상태의 것을 적용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 이 역시 상기 전극의 용량유지율을 향상시켜 주는 구성이다.

본 발명의 또 다른 형태로, 상기 전극은 필라멘트기재의 외측에 필라멘트도전박막층과 필라멘트활물질박막층을 포함하는 적어도 두 층이상의 박막층을 포함하는 것이며 상기 필라멘트활물질박막층은 건식 또는 습식도금방식에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 여기서 상기 각 박막층들은 필라멘트기재 표면을 기준으로 해서 어떠한 순서로 적층되어도 좋으며, 특정한 의도에 따라 그 순서를 선택할 수 있는 것이다. 순서 뿐만이 아니라 각 박막의 층수도 다 층으로 형성하여 전극을 완성할 수 있는 것이다. 이 역시 최외표면층은 도전층으로 구성하는 형태가 선호될 것이다.

본 발명의 또 다른 형태로서, 상기 도전필라멘트의 분포된 밀도는 가압공정에 의하여 더 조밀한 상태로 1회 이상 변화된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 이런 구성은 상기 도전필라멘트의 내부 깊숙한 곳까지 활물질층 또는 필라멘트활물질박막층을 고밀도로 채우기 위한 구성인 것이다. 부가적으로 가압공정에 의해 조밀하게 압축된 도전필라멘트는 전극의 표면에서 활물질 표면피복효과가 향상되며 집전효율 또한 높아지게 되는 것이다.

본 발명의 또 다른 형태로서, 상기 활물질층은 실리콘과 주석을 포함하는 물질이며 95% 방전(또는 충전)시에 상기 도전필라멘트 중심부의 부피변화에 비하여 상기 활물질층의 부피변화가 적어도 1.15배 이상인 것을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 상기의 도전필라멘트는 매우 가느다란 필라멘트기재를 이용하여 만들어지기 때문에 특히 충방전시에 활물질의 부피변화가 큰 것일 때에 매우 선호될 수 있는 구성인 것이다.

본 발명의 또 다른 형태로서, 상기 전극은 필라멘트기재 표면에 필라멘트도전박막층 또는 필라멘트활물질박막층을 형성할 때에 그 경계면에 얇은 접착층박막 (또는 혼합층을 포함하는)것을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 상기 필라멘트기재 표면에 특정의 박막층을 형성할 때에는 박막층의 물질에 따라 경계면에서의 접착력이 취약해 지는 경우가 있다. 이를 향상시키기 위하여 박막형성 기술분야에서 애용되는 방법은 상기 경계면에 기재와의 접착력이 강력한 접착박막을 먼저 매우 얇게 형성한 후 그 위에 목적하는 박막을 형성하는 방법이다. 상기 접착박막은 순수한 단일 물질일 수 있지만 목적하는 박막과 점증적으로 혼합된 혼합물질이 존재하도록 하거나 혹은 별도의 혼합층을 형성하기도 한다. 상기 접착층은 기재와 도전박막층 간의 경계면 외에도 도전박막층과 활물질박막층 간의 경계면에도 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 대표적인 형태로서, 한 층 이상의 박막층을 포함하여 이루어지는 이차전지용 전극에 있어서, 적어도 상기 박막층은 도전재와 활물질을 포함하는 것으로서 두께 방향의 특정 부위 이상에서 점증적으로 변하는 밀도분포를 갖는 혼합층을 포함아여 도전재와 활물질 간의 경계면이 없이 일체화된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 상기에서 기술된 접착층과는 또 다른 형태를 적용하여 상기 활물질박막층과 도전박막층 간의 탈착을 방지하는 해법이 바로 이러한 구성이다. 이와 같은 구성은 도전재와 활물질 간의 경계면이 존재하지 않는 형태이기 때문에 매우 견고하게 일체화된 상태로 박막층이 존재하게 되며 탈착율이 현저하게 감소한다. 이에 따라서 전지의 용량유지율도 향상된다. 물론 여기서 상기 도전물질 이외에 활물질과 혼합될 수 있는 이차전지 전극재료 중 어떠한 물질도 함께 혼합하고 전지 두께 방향으로 분포밀도가 점증적으로 변하는 구조로 혼합될 수 있다. 이러한 구성에서는 상기 박막층은 특정한 기재 위에 형성된 것일 수 있고, 기재 위에 형성된 후에 분리된 것일 수도 있다.

본 발명의 또 다른 형태로서, 상기 한 층 이상의 박막층은 상기 필라멘트기재 위에 형성된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 이와 같이 필라 멘트기재 위에 활물질을 박막층으로 포함하는 전극은 그 생산성은 떨어지지만 단위부피 당 전지용량이 크게 향상되는 특징이 있다.

본 발명의 또 다른 형태로서, 상기 2차전지용 전극에 있어서, 상기 각 필라멘트기재의 외표면에 형성된 필라멘트도전박막층 중에서 적어도 최외표면에 형성되어 있는 박막층은 각 필라멘트기재 단면의 둘레를 평균 180도(총 둘레의 50%) 이상 피복하고 있는 형태임을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 가능하면 둘레 전부를 피복하는 형태가 도전효율을 높여 줄 뿐만 아니라 활물질의 탈락도 방지하는 역할을 충분히 하게되므로 더욱 바람직하다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기 2차전지용 전극에 있어서, 상기 전극의 어느 한 부분 이상으로 인출된 상기 집전체의 적어도 일부분은 상기 집전체의 양표면이 서로 통전되는 구조인 것을 특징으로 하는 2차전지용 전극이 제공된다. 이렇듯 양표면이 서로 통전이 되어야 전류리드선 인출 때나 접합 때에 이 부분을 이용하기 편리할 것이다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기 전극의 집전체는 전극에 포함된 다른 요소들을 모두 제거하여 상기 도전필라멘트만 남겼을 때에 그 구조는 부직포 또는 메쉬인 것을 특징으로 하는 2차전지용 집전체가 제공된다. 이러한 형태의 집전체는 진공웹코팅장치(진공롤코팅장치) 혹은 습식도금조를 사용하여 정밀한 제어 하에 연속생산이 가능하기 때문에 생산성 면에서 유리한 형태의 것이다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기 필라멘트기재는 가요성과 신축성을 동시에 갖는 폴리머수지인 것을 특징으로 하는 집전체가 제공된다. 필라멘트기재를 폴리머 수지로 할 경우에는 그 기재의 신축성과 형상회복성이 월등히 좋기 때문에 바람직한 형태가 된다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기의 집전체와 전극 중에서 선택된 한 가지 이상의 요소를 포함하여 제작됨을 특징으로 하는 2차전지가 제공된다.

추가로 본 발명은 상기 전극을 제조하는 방법으로서, 상기 필라멘트기재를 준비하는 단계와 상기 필라멘트기재 표면에 필라멘트도전박막층을 형성하는 단계와 활물질을 준비하는 단계와 상기 활물질을 포함하는 페이스트상으로 제조하는 단계와 상기 페이스트상의 활물질과 상기 도전필라멘트를 상호 결합하는 단계와 이를 건조 및 압연하여 압축된 쉬트형상으로 성형하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 2차전지용 전극 제조방법을 제공한다.

또 다른 본 발명의 제조방법으로서, 필라멘트기재를 준비하는 단계와 상기 필라멘트기재의 외측에 필라멘트도전박막층과 필라멘트활물질박막층을 각각 한 층 이상씩 형성하여 복수의 박막층을 부여하는 단계와 상기 복수의 박막층이 형성된 필라멘트들을 이용하여 (공지 기술에의해) 부직포 또는 메쉬형상의 쉬트로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 2차전지용 전극 제조방법이 제공된다. 상기 필라멘트도전박막층과 필라멘트활물질박막층은 순서에 관계없이 코팅하여도 무방하지만 목적하는 바에 따라 순서를 정할 수 있다. 싸이클 특성, 즉 활물질의 탈락을 방지하여 용량유지율을 향상시키기 위한 관점에서는 필라멘트활물질박막층을 필라멘트도전박막층의 안쪽으로 배치하는 것이 유리하다. 이 경우에 있어서도 필라멘트기재와 각 박막층 간의 각 계면 중 어느 한 곳 이상에 접착력증강을 위한 접착박막층 과 혼합박막층 중에서 선택된 어느 한 가지 이상의 박막층을 부가하는 것도 필라멘트도전박막층 또는 필라멘트활물질박막층의 탈락을 방지하는 수단으로서 추가하여 선택될 수 있다.

상기에서 상기 필라멘트 직경은 500micron 이하이고, 상기 필라멘트도전박막은 10나노 이상 30micron 이하이며, 상기 쉬트를 1kg/cm2 이상 10kg/cm2 이하의 압력을 가해 두께방향으로 압축하여 도전필라멘트 집합체로 만든 상태에서 측정한 도전필라멘트 집합체의 표면저항 값은 10 ohm/ㅁ 이하임을 특징으로 하는 2차전지용 전극 제조방법이 제공된다.

본 발명의 이차전지용 집전체 제조방법으로서는, 필라멘트기재를 이용하여 부직포 또는 메쉬형태의 쉬트를 제조하는 단계와 상기 쉬트를 연속적으로 감아 웹(web)형태로 준비하는 단계와 상기 웹을 연속적으로 되감으면서(rewinding) 쉬트형상으로 이동하는 각 필라멘트기재 위에 필라멘트도전박막을 코팅하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 집전체를 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태로서, 필라멘트기재를 준비하는 단계와 상기 필라멘트기재 표면에 필라멘트도전박막층을 형성하는 단계와 필라멘트도전박막층이 형성된 필라멘트들을 이용하여 (공지 기술에의해) 부직포 또는 메쉬형상의 쉬트로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 2차전지용 집전체 제조방법이 제공된다.

상기 전극과 집전체 제조 방법에 있어서, 상기 필라멘트 직경은 500micron 이하이고, 상기 필라멘트도전박막은 10나노 이상 30micron 이하이며, 상기 쉬트를 1kg/cm2 이상 10kg/cm2 이하의 압력을 가해 두께방향으로 압축하여 도전필라멘트 집합체로 만든 상태에서 측정한 도전필라멘트 집합체의 표면저항 값은 10 ohm/ㅁ 이하임을 특징으로 하는 2차전지용 집전체 제조방법이 제공된다.

본 발명을 하기와 같은 실시예를 들어 좀 더 상세히 설명한다.

(실시예 1-1)

집전체 제작;

부직포 쉬트의 형상을 이루고 있는 필라멘트기재를 준비한다. 폭 520mm인 부직포 쉬트 500m 를 권취하여 웹형태로 감아 진공롤코터(한국브이에스-대한민국 서울소재-제작) 에 장입하여 진공분위기(1*10-3mbar)하에서 상기 필라멘트기재 외표면에 스퍼터링 방식으로 형성된 동(Cu)박막 2미크론 두께의 필라멘트도전박막층을 형성하였다. 이로써 필라멘트기재가 도전필라멘트로 변화되었고, 상기 부직포는 도전성을 갖는 도전쉬트, 즉 전지의 집전체로 사용 가능한 부직포형상의 집전체로 제작되었다. 상기 부직포형상의 집전체는 면저항이 모든 부위에서 0.1오옴/ㅁ 이하로 측정된다. 이 것을 슬리팅공정과 절단공정을 거쳐서 집전체로 형성한다. 상기 동박막을 코팅하기 전에 필라멘트기재와의 접착력을 향상시키기 위하여 크론, 티타늄, 니켈과 같은 금속재료를 사용하여 스퍼터링 방식에 의해 접착박막층을 형성할 수도 있다. 상기 도전필라멘트의 제작은 필라멘트기재가 적당량으로 집합된 집합체 그대로 그 위에 박막코팅법에 의해 형성할 수도 있으며 코팅되는 필라멘트기재의 형상에는 특정한 제한이 없다.

(실시예 1-2)

음극활물질 슬러리 제조;

음극활물질 슬러리로서 하기의 조성을 갖는 슬러리를 조제했다.

활물질 입자로는 평균 입자지름 5미크론인 실리콘80-니켈20의 중량조성비를 갖는 입자를 음극용 활물질 입자로 사용한다.

슬러리의 조성;

ㆍ상기의 활물질 입자 16%

ㆍ아세틸렌 블랙(acetylene black)(입경 0.1㎛) 2%

ㆍ결착제(폴리비닐리덴 플루오라이드) 2%

ㆍ희석용매(N-메틸피롤리돈) 80%

(실시예 1-3)

결합제를 포함하는 음극;

실시예 1-2에서 제조된 상기 조성의 슬러리를 실시예 1-1에서 제조한 상기 집전체에 도포하고 함침시킨 후 건조하여 압연공정을 거쳐 얇은 쉬트상의 음극을 제작하였다.

(실시예 1-4)

결합제를 포함하지 않고 박막형성 공정에 의해 제작된 음극;

활물질 재료로서 실리콘80-니켈20의 중량조성비을 갖는 스퍼터링 타깃(sputtering target)을 준비한다.

상기 타깃을 이용하여 상기 진공롤코터 안에서 (2*10-3mbar의 진공분위기), 공정기체로서 아르곤(Ar)을 사용하여, 실시예 1-1에서 제조한 집전체 위에 스퍼터링 방식으로, 상기 활물질로 이루어진 박막을 평균 두께 5미크론으로 형성한다. 이 때에 상기 활물질박막(205)은 스퍼터링 공정의 특성상 부직포 또는 메쉬형상의 쉬트를 이루고 있는 각 필라멘트기재(1) 또는 각 도전필라멘트 외표면 둘레에 각각 독립적으로 코팅되는데, 이는 결합제를 포함하여 형성된 활물질층(5)과 구별하여 필라멘트활물질박막층(205)이라 칭한다. 상기 필라멘트활물질박막층(205) 외표면에는 활물질 탈착을 방지하는 목적으로 추가의 필라멘트도전박막층(103)을 형성할 수도 있다.

(실시예 1-5)

상기 실시예 1-4에서 제작된 음극의 최외표면에 추가의 필라멘트도전박막층을 형성하여 도 6에 나타낸 단면을 갖도록 제작하였다. 여기서 도 6에 표시된 필라멘트도전박막층 3은 용도에 따라 생략될 수도 있다.

(비교예 1)

결합제를 포함하는 비교음극;

상기 실시예 1-2에서 제조된 음극활물질 슬러리를 20미크론 두께의 전해동박 위에 도포하고 건조한 후 압연하여 결합제를 포함하는 음극으로 제조한다.

(비교예 2)

결합제를 포함하지 않고 박막형성 공정에 의해 제작된 비교음극;

상기 타깃을 이용하여 상기 진공롤코터 안에서 (2*10-3mbar의 진공분위기), 공정기체로서 아르곤(Ar)을 사용하여, 20미크론 두께의 전해동박 위에 스퍼터링 방식으로, 상기 활물질로 이루어진 박막을 평균 두께 5미크론으로 형성한다.

(실시예 2)

양극의 제작;

평균 입자지름 5㎛의 코발트산리튬(LiCoO2) 와, 도전제인 아세틸렌 블랙 및 결착제인 폴리불화비닐리덴(PVdF) 및 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 용액을 포함하는 양극 슬러리를 준비하고 , 이 양극 슬러리를 알루미늄박으로 이루어진 집전체 시트의 양면에 도포, 건조한 후 압연하여 양극을 얻었다.

(실시예 3)

전지의 제작

위와 같이 제조된 각종 음극을 양극과 조합하여, 전해질(전해액)과 함께 케이스 내에 봉입하여 리튬 2차 전지를 완성시킨다.

완성된 각종 전지의 사이클 특성을 측정한다. 사이클 특성은 1회째의 방전량에 대한 50회째의 방전량의 비율(용량 유지율)로 평가한다. 전지용량은 실시예 1-3의 음극을 포함하는 전지용량을 100으로 하고 각 실시예 및 비교예의 음극을 포함하는 전지용량을 이에 대한 비례로 표시하였다.

표 1

비교/실시예 전지용량 용량유지율

실시예 1-3 100 90

실시예 1-4 120 89

실시예 1-5 117 91

비교예 1 95 55

비교예 2 105 51

표 1에서 보아 알 수 있듯이 본 발명의 집전체를 사용하여 음극의 전극을 만들고 이를 포함하여 이차전지로 제작할 경우에는 전지용량 및 용량유지율이 크게 향상될 뿐만 아니라 집전체의 제조원가절감 및 집전체로 인한 불량발생율 감소에도 크게 도움이 될 것이다. 특히 매우 얇은 필라멘트기재와 필라멘트도전박막층의 우수한 특성으로 인하여 단위부피당 그리고 단위중량당 전지용량이 높은 이차전지용 전극과 이차전지를 얻을 수 있다.

상기 페이스트로 제조되는 음극활물질은 실리콘계 또는 주석계입자와 탄소계입자나 혹은 한 종류 이상의 금속과 혼합 또는 합금화된 물질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 이차전지용 활물질로 적합한 것이면 어떠한 물질이라도 가능하다. 양극활물질도 보편적으로 사용되는 LiCoO2 를 예로 들어 설명하지만 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 필라멘트기재 외측에 형성되는 필라멘트활물질박막층과 필라멘트도전박막층 또한 특정 물질로 제한되지 않으며, 이차전지용 활물질과 도전재로 사용 가능한 것이면 어느 것이라도 좋다. 실시예로서는 실시예에서는 음극에 적용된 집전체를 실시예로서 설명하고 있으나 당연히 양극에도 적용가능한 것이다. 양극에 적용할 경우에는 상기 도전층 재료로서는 알루미늄(또는 알루미늄계)을 사용하는 것이 보편적인 형태이며, 양극활물질도 역시 음극에서와 같이 필라멘트활물질박막층 형태로 적용할 수 있는 것이다. 상기 박막층 형성 방법으로는 습식도금과 건식도금 중에 어떠한 방법을 사용하여도 좋고, 함께 병용하여도 좋다. 건식도금 방법으로는 진공증착, 스퍼터링, 이온도금, CVD, PECVD, 용사법, 냉각분무법 중에서 선택된 한 가지 방법일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 건식 방법으로 도금(또는 코팅)할 수 있는 공정이라면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 위의 실시예로서는 스퍼터링 공정을 사용하였다. 상기에서 활물질이나 활물질층 또는 필라멘트활물질박막층은 하나의 물질로 구성될 수도 있지만, 두 종류 이상의 물질을 포함하여 구성되어도 좋다. 상기 두 종류 이상의 물질은 모두 활물질일 필요는 없으나, 적어도 한 종류 이상의 활물질을 포함하여야 한다.

본 발명의 집전체와 이를 포함하는 전극 및 이차전지를 사용하면 이차전지의 단위부피당 그리고 단위중량당 전지용량을 향상시킬 수 있으며, 용량유지율 또한 크게 향상되기 때문에 고용량 및 장수명의 이차전지를 제조생산하여 제공할 수 있는 것이다.

Claims

도전필라멘트를 포함하여 이루어지는 집전체와 전지의 활물질을 포함하는 적어도 한 층 이상의 활물질층(또는 필라멘트활물질박막층)을 구비하며, 상기 도전필라멘트 또는 상기 활물질의 일부 이상이 전해질(전해액-이하 전해질로 통일해서 칭함)과 접하는 상태로 조립되는 2차전지용 전극에 있어서, 상기 도전필라멘트는 상기 전극 전체 두께의 적어도 2% 이상에 분포되어 있으며, 전극 중에 포함된 상기 도전필라멘트의 필라멘트기재는 평균 직경(또는 평균 폭)이 500미크론 이하인 것이고, 각 도전필라멘트 간의 평균간격은 500미크론 이하이며, 전극 전체 부피 중에 차지하는 필라멘트기재의 부피점유율은 0.01% 이상 97%이하이고, 상기 도전필라멘트는 각 필라멘트기재의 표면 또는 각 도전필라멘트의 외표면을 둘러싸는 형태로 필라멘트도전박막층이 존재하며, 상기 필라멘트도전박막층(이하 피복도전막으로 칭함)의 두께는 10나노메타 이상 30미크론 이하이고, 상기 전극의 구성요소로 포함된 다른 모든 물질들을 제거하고, 상기 도전필라멘트들 만을 남겨 이 것을 전극의 두께방향으로 1kg/cm2 이상 100kg/cm2 이하의 압력범위 내에서 압축하여 도전필라멘트 집합체로 만든 상태에서 측정한 도전필라멘트 집합체의 표면저항 값은 10ohm/ㅁ(ohm per square) 이하이며, 상기 압축된 상태의 도전필라멘트 집합체의 표면저항은 상기 도전필라멘트들을 모두 제외한 활물질층의 표면저항에 비하여 5% 이상 작은 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항의 상기 전극에서 활물질층 내에 복수 가닥의 도전필라멘트들을 포함하고 있으며, 전극 두께의 중심에 가상적으로 그어진 두께 중심선을 사이에 두고 양쪽 표면 쪽으로 존재하며 각자 다른 면쪽의 전해질(전해액)과 접촉하는 활물질들 중 적어도 30w% 이상이 상기 두께 중심부에 존재하는 결합제와(또는) 활물질들에 의해 상호 연결되고 일체화되어 결합된 상태로 존재함을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항에서 상기 전극은 상기 필라멘트기재의 표면과 그 외표면에 형성되어 있는 최외측 필라멘트도전박막층(103) 사이(또는 경계면)에 상기 2차전지용 전극 요소인 활물질(105)의 적어도 일부분 이상을 포함하여 도전필라멘트를 이루고 있는 구성을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항에서 상기 전극에 포함된 필라멘트기재가 상기 필라멘트기재를 제조하기 전단계에서 상기 활물질과 결합제를 포함하여 이루어지는 필라멘트기재의 원료를 조합하는 단계와 이 원료를 사용하여 상기 필라멘트기재로 제조하는 단계를 거쳐서 제조된 것임을 특징으로 하는 이차전지용 전극
제 1항에서 상기 전극의 리드부를 포함한 전극의 적어도 어느 한 부분에서 상기 도전필라멘트의 분포 밀도가 다른 부분에서의 밀도보다 10% 이상 더 조밀하게 분포된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항에서 상기 도전필라멘트의 분포된 밀도가 전극의 두께 중심부보다 표면부에서 더 조밀하게 분포된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항에서 상기 전극은 필라멘트기재의 외측에 형성된 필라멘트도전박막층 이외에 상기 활물질층의 외측표면에 한 층 이상의 도전박막(또는 피복층)을 추가로 더 포함하는 것이며, 상기 활물질층은 페이스트상태의 것을 적용하여 형성된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항에서 상기 전극은 필라멘트기재의 외측에 필라멘트도전박막층과 필라멘트활물질박막층을 포함하는 적어도 두 층이상의 박막층을 포함하는 것이며 상기 필라멘트활물질박막층은 건식 또는 습식도금방식에 의해 형성된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항에서 상기 도전필라멘트의 분포된 밀도는 가압공정에 의하여 더 조밀한 상태로 1회 이상 변화된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 1항에서 상기 활물질층은 실리콘과 주석을 포함하는 물질이며 95% 방전(또는 충전)시에 상기 도전필라멘트 중심부의 부피변화에 비하여 상기 활물질층의 부피변화가 적어도 1.15배 이상인 것을 특징으로 하는 2차전지용
제 1항에서 상기 전극은 필라멘트기재 표면에 필라멘트도전박막층 또는 필라멘트활물질박막층을 형성할 때에 그 경계면에 얇은 접착층박막 (또는 혼합층을 포함하는)것을 특징으로 하는 2차전지용 전극
한 층 이상의 박막층을 포함하여 이루어지는 이차전지용 전극에 있어서, 적어도 상기 박막층은 도전재와 활물질을 포함하는 것으로서 두께 방향의 특정 부위 이상에서 점증적으로 변하는 밀도분포를 갖는 혼합층을 포함아여 도전재와 활물질 간의 경계면이 없이 일체화된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
제 12항에서 상기 박막층은 상기 필라멘트기재 위에 형성된 것임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
1항 내지 11항의 2차전지용 전극에 있어서, 상기 각 필라멘트기재의 외표면에 형성된 필라멘트도전박막층 중에서 적어도 최외표면에 형성되어 있는 박막층은 각 필라멘트기재 단면의 둘레를 평균 180도(총 둘레의 50%) 이상 피복하고 있는 형태임을 특징으로 하는 2차전지용 전극
상기 1항 내지 11항의 2차전지용 전극에 있어서, 상기 전극의 어느 한 부분 이상으로 인출된 상기 집전체의 적어도 일부분은 상기 집전체의 양표면이 서로 통전되는 구조인 것을 특징으로 하는 2차전지용 전극
상기 1항 내지 11항 및 13항의 2차전지용 전극에 있어서, 상기 전극의 집전체는 전극에 포함된 다른 요소들을 모두 제거하여 상기 도전필라멘트만 남겼을 때에 그 구조는 부직포 또는 메쉬인 것을 특징으로 하는 2차전지용 집전체
상기 1항 내지 11항 및 13항의 2차전지용 전극에 있어서, 상기 전극의 집전체는 전극에 포함된 다른 요소들을 모두 제거하여 상기 도전필라멘트만 남겼을 때에 그 구조는 부직포 또는 메쉬인 것을 특징으로 하는 2차전지용 집전체
상기 1항 내지 17항의 상기의 집전체와 전극 중에서 선택된 한 가지 이상의 요소를 포함하여 제작됨을 특징으로 하는 2차전지
필라멘트기재를 준비하는 단계와 상기 필라멘트기재 표면에 필라멘트도전박막층을 형성하는 단계와 활물질을 준비하는 단계와 상기 활물질을 포함하는 페이스트상을 제조하는 단계와 상기 페이스트상의 활물질과 상기 도전필라멘트를 상호 결합하는 단계와 이를 건조 및 압연하여 압축된 쉬트형상으로 성형하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 2차전지용 전극 제조방법
필라멘트기재를 준비하는 단계와 상기 필라멘트기재의 외측에 필라멘트도전박막층과 필라멘트활물질박막층을 각각 한 층 이상씩 형성하여 복수의 박막층을 부여하는 단계와 상기 복수의 박막층이 형성된 필라멘트들을 이용하여 (공지 기술에 의해) 부직포 또는 메쉬형상의 쉬트로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 2차전지용 전극 제조방법
필라멘트기재를 이용하여 부직포 또는 메쉬형태의 쉬트를 제조하는 단계와 상기 쉬트를 연속적으로 감아 웹(web)형태로 준비하는 단계와 상기 웹을 연속적으로 되감으면서(rewinding) 쉬트형상으로 이동하는 각 필라멘트기재 위에 필라멘트도전박막을 코팅하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 집전체를 제조하는 방법
필라멘트기재를 준비하는 단계와 상기 필라멘트기재 표면에 필라멘트도전박막층을 형성하는 단계와 필라멘트도전박막층이 형성된 필라멘트들을 이용하여 (공지 기술에의해) 부직포 또는 메쉬형상의 쉬트로 제조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 2차전지용 집전체 제조방법
제21항 내지 제22항에서 상기 필라멘트 직경은 500micron 이하이고, 상기 필라멘트도전박막은 10나노 이상 30micron 이하이며, 상기 쉬트를 1kg/cm2 이상 10kg/cm2 이하의 압력을 가해 두께방향으로 압축하여 도전필라멘트 집합체로 만든 상태에서 측정한 도전필라멘트 집합체의 표면저항 값은 10 ohm/ㅁ 이하임을 특징으 로 하는 2차전지용 집전체 제조방법
제19항 내지 제20항에서 상기 필라멘트 직경은 500micron 이하이고, 상기 필라멘트도전박막은 10나노 이상 30micron 이하이며, 상기 쉬트를 1kg/cm2 이상 10kg/cm2 이하의 압력을 가해 두께방향으로 압축하여 도전필라멘트 집합체로 만든 상태에서 측정한 도전필라멘트 집합체의 표면저항 값은 10 ohm/ㅁ 이하임을 특징으로 하는 2차전지용 전극 제조방법