KR20140131115A - 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템 - Google Patents

부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20140131115A
KR20140131115A KR20130050054A KR20130050054A KR20140131115A KR 20140131115 A KR20140131115 A KR 20140131115A KR 20130050054 A KR20130050054 A KR 20130050054A KR 20130050054 A KR20130050054 A KR 20130050054A KR 20140131115 A KR20140131115 A KR 20140131115A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nonwoven fabric
conductive
fabric sheet
fibers
collector
Prior art date
Application number
KR20130050054A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101516225B1 (ko
Inventor
김창현
최민규
신이현
Original Assignee
주식회사 제낙스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 제낙스 filed Critical 주식회사 제낙스
Priority to KR1020130050054A priority Critical patent/KR101516225B1/ko
Priority to US14/782,311 priority patent/US9935316B2/en
Priority to JP2016506265A priority patent/JP6188914B2/ja
Priority to EP14792275.1A priority patent/EP2975681B1/en
Priority to ES14792275.1T priority patent/ES2686339T3/es
Priority to CN201480020698.1A priority patent/CN105340114B/zh
Priority to PCT/KR2014/003850 priority patent/WO2014178646A1/ko
Publication of KR20140131115A publication Critical patent/KR20140131115A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101516225B1 publication Critical patent/KR101516225B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/806—Nonwoven fibrous fabric containing only fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/668—Composites of electroconductive material and synthetic resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H01M4/808—Foamed, spongy materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

본 발명은 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 집전체는, 도전성 섬유들의 네트워크를 포함하는 상부 및 하부 도전성 부직포 시트들; 및 상기 도전성 부직포 시트들보다 더 큰 인장 강도를 가지고, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트 사이에서 이들의 결합을 매개하며, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 연통시키는 기공을 갖는 장력 보강층을 포함한다.

Description

부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템{Non-woven collector, method of fabricating a battery with the same and system for fabricating the same}
본 발명은 전지 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템에 관한 것이다.
지난 20년간 반도체 제조 기술 및 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 이동 통신 단말기 및 랩탑 컴퓨터와 같은 휴대형 전자 장치의 전력원으로서 리튬 이온 전지에 대한 연구와 상용화가 광범위하게 이루어져 왔다. 최근에는, 에너지 고갈과 온실 효과와 같은 환경 문제의 대응을 위해 에너지 절감 기술의 요구가 급격히 증가하고 있으며, 그 결과, 휴대용 전자 장치 관련 산업뿐만 아니라, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 전력 그리드에 적용 가능한 중대형 전지에 관한 관심과 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 용도의 배터리로서 니켈-금속 수소(Ni-MH) 전지와 리튬 이차 전지가 주로 연구되고 있다. 이중 리튬 이차 전지는, 자연계에 알려진 금속 중 가장 가볍고, 표준 환원 전위가 가장 낮은 리튬을 이용하기 때문에, 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라, 고전압과 고출력의 전지를 제조할 수 있다.
이러한 전지 성능을 구현하는데 있어, 적합한 집전체의 개발은 중요하다. 집전체는 전지 성능을 향상시키기 위해 내부 저항과 비가역성의 개선을 확보해야만 하며, 동시에 제조 경제성을 갖추기 위해 높은 수율을 얻을 수 있어야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라, 충방전 효율, 충방전 속도 및 사이클 특성이 우수하고, 높은 수율을 달성하여 제조 경제성을 갖는 집전체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 부직포 집전체를 이용하여 재현성과 신뢰성이 있는 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전술한 이점을 갖는 전지의 제조 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 집전체는, 도전성 섬유들의 네트워크를 포함하는 상부 및 하부 도전성 부직포 시트들; 및 상기 도전성 부직포 시트들보다 더 큰 인장 강도를 가지고, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트 사이에서 이들의 결합을 매개하며, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 연통시키는 기공을 갖는 장력 보강층을 포함한다.
상기 부직포 집전체의 인장 신장률은 2 % 내지 10 % 범위 내일 수 있다. 또한, 상기 부직포 집전체의 항복 강도는, 0.1 kgf/cm 내지 100 kgf/cm 범위 내이다.
상기 도전성 섬유들은 카본 파이버들, 도전성 폴리머 파이버들, 금속층 또는 도전성 폴리머층가 코팅된 폴리머 파이버들, 또는 중공형 금속 파이버들을 포함한다.
일부 실시예에서는, 상기 도전성 섬유들 상에 금속층 또는 도전성 폴리머층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 또는 하부 도전성 부직포 시트들은 상기 도전성 섬유들 상에 도전재 및 상기 도전재의 고정을 위한 결착재를 더 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 상기 상부 또는 하부 도전성 부직포 시트들은 상기 도전성 섬유들과 함께 혼합된 섬유화된 선형 결착재들을 더 포함할 수 있다. 상기 선형 결착재들은, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 나일론, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페니렌설파이드(PPS), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 이들의 공중합체, 또는 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 필라멘트들은, 스테인레스강, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리, 은, 금, 코발트, 주석, 비스무스, 납, 안티몬, 아연, 철, 카드뮴, 이들의 합금, 또는 리튬과 얼로잉/디얼로잉이 가능한 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 부직포 집전체는, 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트의 상기 도전성 섬유들 상에 전기적 활물질의 코팅층을 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 금속 필라멘트들은 서로 다른 종류의 금속을 포함하는 2 종 이상의 금속 필라멘트들을 포함할 수도 있다.
상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트는 상기 장력 보강층에 각각 접착되어 결합될 수 있다. 선택적으로는, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트는 상기 장력 보강층의 상기 기공을 통해 서로 교락되어 결합될 수도 있다.
일부 실시예에서, 상기 장력 보강층의 상기 기공의 평균 크기는 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트의 상기 네트워크 내의 기공의 평균 크기와 동등하거나 더 클 수 있다.
상기 장력 보강층은 부직포 구조, 직조 구조, 그물 구조, 일정 방향으로 전개된 섬유 구조, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 장력 보강층은 상기 부직포 집전체의 주면에 평행하되, 일정 방향의 인장 강도를 선택적으로 증가시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 증가된 인장 강도의 방향은, 전지 제조 공정을 연속적으로 수행하기 위한 롤 공정의 롤러의 회전축, 또는 젤리 롤 전극 형성 공정에서 롤의 중심축에 수직한 방향일 수 있다.
상기 장력 보강층은 고분자 소재, 금속 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 고분자 소재는, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 나일론, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페니렌설파이드(PPS), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 또는 이들의 공중합체를 포함하는 유도체일 수 있다. 상기 금속은, 구리, 알루미늄, 스테인레스스틸, 니켈 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 부직포 집전체는, 적어도 일 표면 상에 상기 도전성 섬유들의 네트워크 사이의 기공을 부분적으로 폐색하는 도전성 패턴을 더 포함한다. 상기 도전성 패턴은, 상기 부직포 집전체의 상기 표면 상의 기공을 노출시킬 수 있도록 소정의 간격만큼 이격된 라인 패턴들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 라인 패턴 상에 전지 탭 또는 리드가 형성될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 제조 방법은, 도전성 섬유들의 네트워크를 포함하는 상부 도전성 부직포 시트와 도전성 섬유들의 네트워크를 포함하는 하부 도전성 부직포 시트를 준비한다. 이후, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트 사이에 상기 도전성 부직포 시트들보다 더 큰 인장 강도를 가지며, 기공을 갖는 장력 보강층을 제공한 후, 상기 장력 보강층을 매개로 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 결합시켜 부직포 집전체를 형성한다. 이후, 상기 부직포 집전체 내에 활물질이 채워질 수 있다.
상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트의 결합은 용융 접착 또는 교락에 의해 수행될 수 있다. 상기 교락은 니들 펀치, 스펀 레이스 또는 스티치 본드에 수행될 수 있다.
상기 부직포 집전체의 인장 신장률은 0.1 % 내지 10 % 범위 내일 수 있다. 또한, 상기 부직포 집전체의 항복 강도는, 0.1 kgf/cm 내지 100 kgf/cm 범위 내일 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 제조 시스템은, 연속적으로 상부 도전성 부직포 시트를 공급하는 제 1 공급 장치; 연속적으로 하부 도전성 부직포 시트를 공급하는 제 2 공급 장치; 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트 사이에 연속적으로 장력 보강층을 제공하는 제 3 공급 장치; 및 연속적으로 공급되는 상기 장력 보강층을 매개로 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 결합시켜 부직포 집전체를 형성하는 결합 장치를 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 결합 장치는, 상기 상부 도전성 부직포 시트, 상기 하부 도전성 부직포 시트 및 상기 장력 보강층을 용융 접착하기 위해 상기 부직포 집전체에 열, 적외선, 자외선, 전자빔 또는 초음파를 인가하는 에너지 인가 장치를 포함할 수 있다. 또한, 상기 결합 장치는, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 서로 교락시키기 위한 니들 펀치, 스펀 레이스 또는 스티치 본드 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도전성 섬유들의 네트워크를 갖는 도전성 부직포 시트를 사용함으로써 우수한 전기적 특성과 섬유의 유연성과 조직성에 기초하여, 집전체와 전기적 활물질 사이의 내부 저항 감소와 계면 증가의 효과로 전지의 에너지 밀도가 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 충방전 속도, 충방전 효율 및 사이클 특성이 개선된 전지를 얻을 수 있다. 또한, 상기 도전성 부직포 시트 내에 장력 보강층이 제공되어, 기계적 인장 강도가 향상되어 권출 장치를 이용한 연속 공정 또는 젤리 롤과 같은 전지 패키징시 발생할 수 있는 부직포 집전체의 변형에 따른 내부 저항의 증가를 방지하고, 항복에 의한 불량을 개선하여 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 부직포 집전체를 이용한 전지의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 부직포 집전체를 이용한 전지의 제조 시스템이 제공될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 집전체를 도시하는 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부직포 집전체의 부분도이며, 도 1c는 도 1a의 선 IC-IC'를 따라 절취된 부직포 집전체의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 장력 보강층들을 각각 도시하는 사시도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 제조 시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인장 신장률의 측정 장치이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 부직포 집전체를 이용한 전극의 제조 방법을 도시하는 사시도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 집전체를 이용한 전지를 도시하는 분해도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 집전체(100)를 도시하는 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 부직포 집전체(100)의 부분도이며, 도 1c는 도 1a의 선 IC-IC'를 따라 절취된 부직포 집전체(100)의 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 부직포 집전체(100)는 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B)를 포함한다. 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B)는 부분 확대도(M)에 도시된 바와 같이 도전성 섬유들(10W)을 포함할 수 있다. 도전성 섬유들(10W)은 전자의 전달 경로이며, 집전체로서 사용될 수 있다. 이 경우, 부직포 집전체(100)에는 종래에 집전체로서 주로 사용되는 금속 포일이 생략될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 부직포 집전체(100)의 표면 상에 금속 포일이 결합될 수도 있다.
도전성 섬유들(10W)은 랜덤하게 서로 엉킨 부직포 구조를 갖는다. 부분 확대도(M)에 도시된 바와 같이, 복수의 도전성 섬유들(10W)은 대체적으로 구부러진 불규칙한 형태를 가지면서 서로 물리적 접촉 또는 화학적 결합을 통하여 전기적으로 접속되어 하나의 도전성 네트워크를 형성한다. 상기 도전성 네트워크는 도전성 섬유들(10W)이 휘어지거나 꺾여 서로 엉키고 접촉 또는 결합하여 형성되기 때문에, 내부에 기공을 가지면서도 기계적으로 견고하며, 섬유적 특성 때문에 가요성(flexible)을 가질 수 있다. 상기 기공들을 통해 전해액이 쉽게 침습되고, 전지 화학 반응을 위한 리튬 이온과 같은 양 이온의 전달이 이루어질 수 있다.
복수의 도전성 섬유들(10W)은, 금속 필라멘트들, 카본 파이버들, 도전성 폴리머 파이버들, 금속층 또는 도전성 폴리머층가 코팅된 폴리머 파이버들(예를 들면, 금속이 코팅된 폴리올레핀 파이버), 또는 중공형 금속 파이버들(예를 들면, 카본 파이버 또는 폴리머 파이버로 희생 코어를 제조하고 상기 희생 코어 상에 금속층을 코팅한 후, 상기 희생 코어를 산화 또는 연소시킴으로써 제거하여 금속층을 잔류시킨 파이버들)이며, 바람직하게는, 금속 필라멘트들이다.
일부 실시예에서, 복수의 도전성 섬유들(10W) 상에는 도전성 섬유들(10W) 사이의 접촉 저항의 감소와 결합력 향상을 위해 금속층 또는 도전성 폴리머층이 더 형성될 수 있다. 예를 들면, 카본 파이버들 또는 금속 필라멘트들 상에 도전성 폴리머층 또는 금속층이 코팅될 수 있다. 또한, 상기 금속층 또는 도전성 폴리머층과 복수의 도전성 섬유들(10W)의 표면 사이에는, 접합력을 향상을 위한 적합한 반응 계면층 또는 버퍼층이 형성될 수도 있다.
상기 금속 필라멘트들은, 스테인레스강, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리, 은, 금, 코발트, 아연, 전술한 전기적 활물질, 또는 이들의 합금과 같은 금속을 포함하는 섬유체일 수 있다. 예를 들면, 양극의 경우 알루미늄 필라멘트가 사용되고, 음극의 경우 구리 또는 니켈 필라멘트가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 이들 재료들은 전술한 금속들이 순차 나열된 적층 구조를 가질 수도 있으며, 열처리에 의해 부분적으로 산화된 층이나 층간 화합물을 포함할 수도 있다. 또한, 금속 필라멘트들은 서로 다른 종류의 금속으로 형성되어, 이종의 금속 필라멘트들이 각 도전성 부직포 시트들(10A, 10B)을 구성할 수 있다.
상기 금속 필라멘트들은, 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 상기 금속 필라멘트들의 두께가 1 ㎛ 미만에서는, 균일한 물성, 예를 들면, 균일한 저항을 갖는 필라멘트들의 성형이 어렵고 전기적 활물질의 코팅도 어렵다. 또한, 금속 필라멘트들의 두께가 200 ㎛를 초과하면, 금속 필라멘트들의 체적당 표면적이 감소하여 표면적 증가에 따른 전지 성능의 향상을 얻기 어렵고 에너지 밀도도 감소될 뿐만 아니라, 부직포 집전체 내부에 함침된 전기적 활물질의 속박 효과가 저하되어, 반복적인 충방전 중에 전기적 활물질이 도전성 필라멘트로부터 탈락됨으로써 전지의 사이클 특성이 열화될 수 있다.
일부 실시예에서, 바람직하게는, 금속 필라멘트는 2 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이를 단위 길이당 표면적/부피의 비(예로 원형 단면을 갖는 경우, 4/직경)로 환산하면, 4 × 105 (1/m) 내지 2 × 106 (1/m)에 해당된다. 일반적으로 금속 포일을 사용하는 종래의 집전체는 대략 20㎛의 두께를 갖는다. 20㎛ 두께의 포일을 사용하는 종래의 집전체 대비 2 ㎛ 내지 20 ㎛의 두께를 갖는 금속 필라멘트는 약 4 배에서 40 배로 증가된 표면적을 갖는다. 집전체의 표면적은 전기적 활물질 및 전해질액과 각각 반응 계면을 형성하는 금속 필라멘트들(10W)의 전극 부피당 도전성 네트워크의 표면적을 의미하는 것이어서, 이를 최대화함으로써 에너지 밀도가 비약적으로 향상된 전지를 얻을 수 있다.
일부 실시예에서, 금속 필라멘트들의 평균 길이는 5 mm 내지 1000 mm 범위 내의 길이를 가질 수 있으며, 이 경우, 상기 금속 필라멘트들의 평균 종횡비는 25 내지 106 범위 내이다. 필요에 따라, 상기 금속 필라멘트들은 5 cm 내지 8 cm 정도의 길이를 갖도록 세그먼트화되어 부직포 구조를 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도전성 네트워크를 이루는 금속 필라멘트들의 길이 및 두께 중 어느 하나 이상이 서로 다를 수도 있다. 예를 들면, 긴 필라멘트와 짧은 필라멘트를 혼용하여 부직포 집전체를 형성할 수 있다. 긴 필라멘트에 대한 짧은 필라멘트의 길이 비율은 1 % 내지 50 % 범위 내 일 수 있다. 긴 필라멘트는 부직포 집전체의 전체 도전률과 기계적 강도를 결정하고, 짧은 필라멘트는 활물질과 긴 필라멘트 사이의 전자 전달 경로 또는 긴 필라멘트들 사이의 전기적 연결을 향상시킴으로써 전지의 내부 저항을 결정할 수 있다.
상기 금속 필라멘트들은, 금속이 갖는 다른 재료에 비해 상대적으로 우수한 내열성, 가소성 및 전기 전도성을 가지면서, 부직포 가공과 같은 섬유 제조 공정이 가능한 이점을 동시에 갖는다. 따라서, 상기 금속 필라멘트를 이용하면, 실질적으로 5 mm 이상의 전 길이 범위에서 이러한 재료적 이점이 그대로 유지될 수 있으므로, 상기 열거된 카본 파이버들, 또는 도전성 폴리머 파이버들, 도전재가 코팅된 폴리머 파이버들와 같은 다른 재료들에 비해 교락 공정이나 열 공정의 공정 부담이 작고, 제조 공정 윈도우가 상대적으로 넓은 이점을 얻을 수 있다.
일부 실시예에서는, 복수의 도전성 섬유들(10W), 예를 들면, 금속 필라멘트들 상에 도전재가 코팅될 수 있다. 상기 도전재는, 부직포 형성 전에 또는 후술하는 장력 보강층의 결합 공정 이전에, 복수의 도전성 섬유들(10W) 상에 프리코팅되거나/ 그 이후의 후속 공정에서 적합한 분산 용매를 이용해 상기 도전재가 포스트코팅될 수도 있다. 상기 도전재는, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙 및 초미세 그라파이트 입자와 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트, ITO(indium tin oxide) 페이스트, 탄소 나노 튜브, 또는 비표면적이 크고 저항이 낮은 다른 나노 구조체일 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 부직포 집전체(100)를 이용한 전극에서, 상기 도전재는 전지의 충·방전시 초래되는 부피 변화에 의해 도전성 섬유들(10W)로부터 전기적 활물질이 탈락되거나 도전성 섬유들(10W) 사이에 물리적 접촉이 약해질 때 발생할 수 있는 내부 저항의 증가와 전지의 수명 열화를 방지한다.
일부 실시예에서는, 상기 도전재를 복수의 도전성 섬유들(10W) 상에 고정하기 위해 결착재(binder)가 상기 도전재와 함께 프리코팅 또는 포스트코팅될 수 있다. 상기 결착재는 상기 도전재를 복수의 도전성 섬유들(10W) 상에 고정시킬 뿐만 아니라, 복수의 도전성 섬유들(10W) 사이를 고정하거나, 함침된 전기적 활물질을 고정하는 역할을 한다. 예를 들면, 상기 결착재는, 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride: PVdF), 스틸렌부타디엔 고무(styrenebutadiene rubber: SBR), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 및 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(ethylene-propylenediene copolymer: EPDM)와 같은 고분자 결착재(binder)일 수 있다.
도 1b를 참조하면, 다른 실시예에 따른 도전성 부직포 시트들(10A, 10B)은, 부분도(M')에 나타낸 바와 같이, 복수의 도전성 섬유들(10W)과 함께 분산된 섬유화된 선형 결착재들(30W)을 더 포함할 수 있다. 선형 결착재들(30W)은, 섬유화가 유리한 고분자 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 선형 결착재들(30W)은, 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 나일론, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페니렌설파이드(PPS), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 이들의 공중합체와 같은 유도체 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 이러한 재료들은 예시적이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 선형 결착재들(30W)은 고강도, 고탄성, 자기 수축성 섬유와 같은 다른 적합한 기계적 또는 내열성이 있는 기능성 고분자 재료를 포함할 수도 있다.
제조 측면에서, 선형 결착재들(30W)을 도전성 섬유들(10W)와 랜덤하게 섞은 후에 교락 등의 공정을 통해 부직포 구조를 얻거나, 섬유 혼방 공정을 통해 이들의 결합 구조를 얻을 수 있다. 도전성 섬유들(10W)과 선형 결착재들(30W) 사이의 기공 내에, 후술하는 전기적 활물질을 슬러리가 아닌 건조된 분말 형태로 부직포 집전체(100) 내에 함침시키고, 부직포 집전체를 가열 및 압착하는 무용매 건식 분체 함침법으로 전극이 제조될 수 있다. 이 경우, 슬러리 제조를 위한 물 또는 유기 용매와 같은 유해한 액상 재료가 사용되지 않기 때문에, 환경에 대한 부하가 작고, 슬러리 형태로 전기적 활물질을 함침하는 것과 달리, 상기 용매를 제거하기 위한 별도의 건조 공정이 필요하지 않은 점에서, 공정의 간단화, 생산성의 향상과 설비의 단순화를 꾀할 수 있다. 또한, 상기 용매가 전극 내에 에 잔류하는 경우, 전기적 활물질이 열화될 수 있기 때문에, 전술한 무용매 건식 분체를 이용한 혼합 공정은 전지의 수명을 향상시킬 수 있다.
부직포 집전체(100) 내에 전기적 활물질들(미도시)은, 슬러리 또는 분말 형태로 상기 기공을 통하여 함침되거나, 도전성 섬유들(10W) 상에 코팅되어 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 전기적 활물질로 도전성 섬유들(10W)를 제조함으로써 도전성 섬유들(10W) 자체가 전기적 활물질로서 기능할 수도 있다. 선택적으로는, 전기적 활물질이 상기 도전성 섬유들 상에 프리코팅되거나, 전기적 활물질로 형성된 도전성 섬유들의 기공을 통하여 전기적 활물질이 추가적으로 함침될 수도 있다.
양극의 경우, 상기 전기적 활물질은, LiNiO2, LiCoO2, LiMnO2, LiFePO4 및 LiV2O5와 같은 물질일 수 있으며, 이들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 양극용 전기적 활물질은, 리튬, 켈, 코발트, 크롬, 마그네슘, 스트론튬, 바나듐, 란탄, 세륨, 철, 카드뮴, 납, 티타늄, 몰리브데늄 또는 망간을 포함하는 2 성분계 이상의 산화물(oxide), 인산염(phosphate), 황화물(sulfide), 불화물(fluoride) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, Li[Ni, Mn, Co]O2와 같은 3 성분계 이상의 화합물일 수 있다.
음극의 경우, 상기 전기적 활물질은, 탄소 재료(연화 탄소 또는 경화 탄소인 저결정 탄소/ 천연 흑연(natural graphite), 키시 흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소 섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소 구체(meso-carbon microbeads), 중간상 피치(Mesophase pitches), 석유 또는 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes)와 같은 고온 소성를 포함하는 고결정 탄소/ 캐첸 블랙(KetjenBlack)/ 아세틸렌블랙/ 금속 리튬/ 실리콘(Si) 또는 실리콘 산화물과 같은 실리콘계 화합물/ 주석(Sn), 이의 합금 또는 SnO2와 같은 Sn계 화합물/ 비스무스(Bi) 또는 이의 화합물/ 납(Pb) 또는 이의 화합물/ 안티몬(Sb) 및 이의 화합물/아연(Zn) 및 이의 화합물/ 철(Fe) 및 이의 화합물/ 카드뮴(Cd) 및 이의 화합물/ 알루미늄(Al) 또는 이의 화합물을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 전기적 활물질은 리튬의 흡장(intercalation) / 방출(deintercalation), 또는 합금화(alloying) / 탈합금화(dealloying)가 가능한 다른 금속, 준금속, 비금속, 또는 이들의 산화물, 질화물, 불화물과 같은 화합물을 포함할 수도 있다. 또한, NaS 전지에 적합한 나트륨, 또는 다른 산화물, 탄화물, 질화물, 황화물, 인화물, 셀레늄화물 및 텔레늄화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서는, 입자 형태의 전기적 활물질 사이의 속박을 위하여 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride: PVdF), 스틸렌부타디엔 고무(styrenebutadiene rubber: SBR), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 및 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(ethylene-propylenediene copolymer: EPDM)와 같은 고분자 결착재(binder)가 첨가될 수 있다. 또한, 상기 결착재와 함께, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙 및 초미세 그라파이트 입자와 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트, 또는 ITO(indium tin oxide) 페이스트 탄소 나노 튜브, 또는 비표면적이 크고 저항이 낮은 다른 나노 구조체인 도전재가 더 외첨될 수도 있다.
도 1a와 함께 도 1c를 참조하면, 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B) 사이에는 부직포 집전체(100) 전체의 인장 강도를 향상시키기 위한 장력 보강층(20)이 제공된다. 상기 인장 강도는 부직포 집전체(100)의 주면에 평행한 방향의 장력 강화를 의미하며, 부직포 집전체(100)의 주면에 수직한 방향의 장력 강화를 의미하는 것은 아니다. 부직포 집전체(100)의 주면에 평행한 방향의 장력 강화는 부직포 집전체(100)의 주면에 대하여 모든 평행한 방향, 즉, 방사상으로 부직포 집전체(100)의 인장 강도를 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 부직포 집전체(100)의 주면에 평행한 방향의 장력 강화는 부직포 집전체(100)의 주면에 대하여 평행한 방향 중 선택된 소정 방향에서만 나타나도록 제어될 수도 있다. 예를 들면, 슬러리 함침이나 압착 공정과 같은 전지 제조 공정을 연속적으로 수행하기 위한 롤 공정, 또는 부직포 집전체(100)에 변형을 유발하는 젤리 롤 전극 형성 공정에서, 상기 장력 강화의 방향은 이들 공정에서 사용되는 상기 롤러의 회전축 또는 젤리 롤의 중심축에 수직한 방향으로 한정될 수 있다. 그에 따라, 롤러의 회전에 의한 권출 또는 권취 과정/ 또는 젤리 롤 형성과 같은 패키징 공정 중에, 부직포 집전체(100)의 변형이 억제되고, 파단이나 항복이 저지될 수 있다. 이에 관하여는 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에서, 장력 보강층(20)이 명확한 층 구조를 유지하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 실제 제조된 부직포 집전체(100)에서는, 상부 도전성 부직포 시트(10a)와 하부 도전성 부직포 시트(10b)가 실질적으로 일체화되고, 그 내부에 장력 보강층(20)이 매립되어 장력 보강층(20)이 육안으로 명확히 구분되지 않을 수 있다. 이러한 특징은, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 후술되는 장력 보강층들(20A-20D)의 실시예들마다 그 정도가 서로 다르게 나타날 수도 있을 것이다.
장력 보강층(20)에 의해 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B) 사이의 결합이 매개될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B)는 각각 장력 보강층(20)의 상부 표면(20U)과 하부 표면(20D)에 접착됨으로써 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B)의 결합이 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 결합을 위해 장력 보강층(20)이 결합재를 포함하거나 별도의 결합재가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 장력 보강층(20)과 도전성 부직포 시트들(10A, 10B) 사이의 상기 결합은 장력 보강층(20)과 도전성 부직포 시트들(110A, 10B) 중 어느 하나가 가열, 적외선, 자외선, 전자빔 또는 초음파와 같은 에너지에 의해 일부가 용융에 되어 이들 사이가 접착됨으로써 달성되거나, 이들 모두가 부분적으로 용융되어 이들 사이가 접착됨으로써 달성될 수도 있다. 이러한 공정은 결합재가 사용되지 않아 환경 부하가 감소되는 이점이 있다.
다른 실시예에서, 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B)는 이들의 섬유적 특성을 이용하여 장력 보강층(20)을 통해 서로 교락되어 결합될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 상부 도전성 부직포 시트 및/또는 하부 도전성 부직포 시트(10A, 10B)를 구성하는 도전성 섬유들이 장력 보강층(20)을 통해 브릿지(BR)를 형성함으로써, 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B)는 서로 기계적으로 결합되어 일체화될 수 있다. 실시예들에서, 장력 보강층(20)을 매개로 결합된 상부 도전성 부직포 시트(10A)와 하부 도전성 부직포 시트(10B)는 서로 브릿지(BR)에 의해 접촉 연결되기 때문에, 전기적으로도 결합되어 부직포 집전체(100)는 전지의 집전체 또는 전자 전달을 위한 단일한 도전성 네트워크를 제공할 수 있다.
브릿지(BR)의 형성은, 니들 펀치법, 스펀 레이스법, 스티치 본드 또는 다른 적합한 방법에 의한 기계적 접착에 의해 수행될 수 있다. 상기 니들 펀치법은 훅(hook)이 부착된 많은 침들(needles)을 수직으로 도전성 부직포 시트에 넣었다 빼는 것을 반복함으로써, 상부 도전성 부직포 시트와 하부 도전성 부직포 시트의 도전성 섬유들(10W)을 서로 교락시키는 것이며, 상기 침의 형상을 적절하게 설계하여, 벨루어(velours)의 부직포를 만들 수 있다. 상기 스펀 레이스법은 침 대신에 고속 제트(jet)의 물을 이용하여 상부 도전성 부직포 시트와 하부 도전성 부직포 시트의 도전성 섬유들(10W)을 서로 교락시키는 방법이며, 수류교락법이라고도 한다. 상기 스티치 본드법은 상기 부직포 집전체를 따라 재봉하는 것이다.
전술한 실시예들에 따라 형성된 부직포 집전체(100)는 도전성 섬유들(10W)끼리 교락됨으로써 일체화되기 때문에, 도전성 섬유들(10W)의 양을 감소시키면 기공이 크면서도 부드러운 제품을 만들 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 기공률의 증가를 위해 도전성 섬유들(10W)의 양을 적게 사용하면서도, 장력 보강층에 의해 부직포 집전체 전체의 기계적 강도를 확보할 수 있기 때문에, 부직포 집전체의 기공률의 제어가 용이하다.
또한, 상부 및 하부 도전성 부직포 시트의 도전성 섬유들이 서로 분리가능한 물리적 접촉을 이루고 있고, 부직포 집전체의 주면에 수평한 방향으로만 인장 강도를 향상시킴을 고려하면, 부직포 집전체의 상부 및 하부 표면에 수직한 방향으로의 수축 팽창이나 한정된 부피 내에서 내부 부피 변화의 흡수가 용이하여 충·방전시 발생할 수 있는 전극의 부피 변화에 유연하게 대응할 수 있다. 이로써, 전극의 크랙과 같은 비가역성을 초래하지 않아, 전지의 수명이 향상될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 장력 보강층들(20A, 20B, 20C, 20D)을 각각 도시하는 사시도들이다.
도 2a의 장력 보강층(20A)은 복수의 섬유들(20W)로 이루어진 부직포 구조를 가질 수 있다. 장력 보강층(20A)의 부직포 구조는 복수의 도전성 섬유들이 물리적 접촉만을 하고 있는 상부 및 하부 도전성 부직포 시트(10A, 10B)와 달리, 서로 열융착이나 폼 구조로 형성되어 장력이 부직포 시트(10A, 10B)에 비하여 더 강화된 점에서 구별된다.
도 2b의 장력 보강층(20B)은 복수의 섬유들이 위사(20W_1)와 경사(20W_2)로 직조된 직조 구조를 갖는다. 상기 직조 구조는 예시적인 평직이며, 다른 실시예에서, 능직, 또는 수자직과 같은 다른 직조 구조를 갖거나 소정 방향의 인장 강도를 선택적으로 증가시킬 수 있는 적합한 구조를 더 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 장력 보강층(20C)은 도 2c에 도시된 바와 같은 그물 구조(20M)를 가질 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 장력 보강층(20D)는 도 2d에 도시된 바와 같이, 갭(S)을 가지면서 일정 방향으로 전개된 복수의 섬유들(20W)을 포함할 수 있다. 복수의 섬유들(20W)이 전개된 방향(화살표 E)은 슬러리 함침이나 압착 공정과 같은 전지 제조 공정에서 요구되는 롤 공정 또는 패키징을 위한 젤리 롤 형성 공정에서 사용되는 롤러(도 4의 10P_1, 10P_2, 20P, 30, 60, 80)의 회전축, 또는 젤리 롤의 중심축에 수직한 방향(예를 들면, 도 4의 화살표 B 방향)일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 장력 보강층은 전술한 부직포 구조, 직조 구조, 그물 구조 또는 일정 방향으로 전개된 구조들에서 2 이상의 구조가 조합된 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 전지 제조 공정 중에 활용되는 롤러의 회전축에 수직한 방향으로 부직포 집전체의 인장 강도를 증가시키기 위해, 변형된 장력 보강층은 도 2a에 도시된 부직포 구조를 가지면서 동시에 도 2d에 도시된 상기 롤러의 회전축에 수직한 방향으로 전개된 복수의 섬유들이 혼방된 구조를 가질 수도 있다.
전술한 실시예들에 따른 장력 보강층들(20A-20D)은 모두 기공들(S)을 갖는다. 기공들(S)은 장력 보강층들(20A-20D)을 구성하는 인접하는 복수의 섬유들(10W) 또는 메시들(도 2c)에 의해 제공될 수 있다. 기공들(S)을 통해서 상부 도전성 부직포 시트와 하부 도전성 부직포 시트 사이가 연통된다. 이에 의해, 전술한 상부 도전성 부직포 시트와 하부 도전성 부직포 시트의 결합을 위한, 예를 들면, 도전성 와이어들(10W)의 교락은 장력 보강층들(20A-20D)의 기공들(S)을 통해서 수행될 수 있다. 또한, 장력 보강층들(20A-20D)의 기공들(S)을 통해 전지 반응을 위한 이온들의 전달이 부직포 집전체(100) 내부에서 원활하게 이뤄지고, 통전도 확보될 수 있다.
일부 실시예에서, 장력 보강층들(20A-20D)의 기공들(S)의 평균 크기는 부직포 구조를 갖는 도전성 부직포 시트들(10A, 10B)의 기공들의 평균 크기와 같거나 더 클 수 있다. 전극 제조를 위해, 부직포 집전체(100) 내부 전체로 활물질 입자의 함침이 이뤄지는 경우, 장력 보강층들(20A-20D)의 기공들(S)이 충분히 크면, 상부 도전성 부직포 시트 또는 하부 도전성 부직포 시트의 어느 일면을 통하여 적하되는 전기적 활물질이 장력 보강층에 의한 간섭을 받지 않고 부직포 집전체 내부 전체로 균일하게 함침될 수 있다.
장력 보강층들(20A-20D)은 고분자 소재, 금속 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 장력 보강층들(20A-20D)의 재료는 상기 부직포 집전체와 동일한 재료이거나 다른 재료를 포함할 수 있다. 상기 고분자 소재는, 예를 들면, 섬유화가 유리한 고분자 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 나일론, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페니렌설파이드(PPS), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 또는 이들의 공중합체와 같은 유도체가 장력 보강층용 고분자 재료로 사용될 수 있다. 이러한 재료들은 예시적이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 장력 보강층(20)은 고강도, 고탄성, 자기 수축성 섬유와 같은 다른 적합한 기계적 또는 내열성이 있는 기능성 고분자 재료를 포함할 수도 있다. 또는, 필요에 따라 상기 결착재는 도전성을 갖는 다른 폴리머계 재료, 석유 피치, 콜타르일 수도 있다. 이들 예들로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 전해질에 용해되지 않으면서 전기화학적 반응 하에서 소정의 결합력을 가지면서 안정성을 갖는 재료가 적용될 수 있다.
상기 금속은 상기 부직포 집전체와 동일한 재료이거나 다른 재료를 포함할 수 있다. 상기 금속은, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 스테인레스스틸, 니켈 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 제조 방법을 도시하는 순서도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지의 제조 시스템을 도시한다.
도 3을 참조하면, 상부 도전성 부직포 시트를 제공하는 단계(S10), 하부 도전성 부직포 시트를 제공하는 단계(S20), 및 장력 보강층을 제공하는 단계(S30)가 각각 수행된다. 이후, 상기 장력 보강층을 매개로 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 결합시키는 단계(S40)가 수행된다.
도 3과 함께 도 4를 참조하면, 상기 단계들(S10-S40)은 연속적으로 수행될 수 있다. 연속적인 공정을 위해 상부 도전성 부직포 시트(10A_L)와 하부 도전성 부직포 시트(10B_L)는 각각 제 1 및 제 2 권출 장치(10P_1, 10P_2)에 의해 제공될 수 있다. 또한, 장력 보강층(20_L)도 제 3 권출 장치(20P)에 의해 제공될 수 있다. 상부 도전성 부직포 시트(10A_L)와 하부 도전성 부직포 시트(10B_L) 사이에 장력 보강층(20_L)이 배치되도록 제 1 내지 제 3 권출 장치(10P_1, 10P_2, 20P)는 그 적층 순서에 부합되도록 동일 순서로 배치될 수 있다.
일부 실시예에서는, 제 1 내지 제 3 권출 장치(10P_1, 10P_2, 20P)로부터 풀려진 도전성 부직포 시트들(10A_L, 10B_L)과 장력 보강층(20_L)이 적층에 적합하도록 나란히 정렬하기 위한 정렬 부재들이 제공될 수 있으며, 상기 정렬 부재는 롤러 부재들(30)일 수 있다. 다른 실시예에서, 롤러 부재들(30)과 함께 또는 이를 대체하여 블레이드(blade)와 같은 가이드 부재가 제공될 수도 있다.
나란히 정렬된 도전성 부직포 시트들(10A_L, 10B_L)과 장력 보강층(20_L)은 결합 장치(40)에 의해 서로 결합된다. 결합 장치(40)는, 장력 보강층(20_L)의 종류에 따라, 용융 접착을 위한 히터, 적외선, 자외선, 전자빔 또는 초음파와 같은 에너지 인가 장치일 수 있다. 다른 실시예에서, 결합 장치(40)는 상부 도전성 부직포 시트(10A_L)와 하부 도전성 부직포 시트(10B_L)를 서로 교락시키기 위한 니들 펀치, 스펀 레이스 또는 스티치 본드 장치일 수도 있다.
결합 장치(40)에 의해 제조된 부직포 집전체(100_L)는 장력 보강층에 의해 강화된 인장 응력을 갖게 된다. 제조된 부직포 집전체(100_L)는 별도의 권취 장치(미도시)에 의해 수납될 수 있다. 일부 실시예에서는, 권취 장치에 수납되기 이전에, 가압 롤러 부재와 같은 가압 장치에 의해 부직포 집전체(100_L)가 압착되거나 열풍 장치와 같은 건조 장치를 경과하여 수분 또는 불순물 제거를 위한 정련 공정을 겪을 수도 있다. 제조된 부직포 집전체(100_L)는 전극 활물질의 충전 단계(S50), 상기 전극 활물질의 후처리 단계(S60) 및 전극의 압착 단계(S70)를 겪을 수 있다.
다른 실시예에서는, 도 4에 도시된 결합 장치(40) 후단의 공정에서와 같이, 전술한 권취 장치에 의해 수납되지 않고, 연속적으로 양극 또는 음극 형성을 위한 전기적 활물질을 채우는 충전 공정이 수행될 수 있다(S50). 상기 전기적 활물질의 충전 공정은 슬러리 또는 분말 형태로 전기적 활물질을 적하(loading)하는 공정에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 전기적 활물질의 적하는 슬릿 다이(50)에 의해 수행될 수 있다. 슬릿 다이(50)를 통해 전기적 활물질은 슬러리 또는 분말 형태로 부직포 집전체(100_L)의 표면 상에 노출된 기공을 통해 부직포 집전체(100_L)의 내부로 함침된다. 슬릿 다이(50)로 인가되는 압력을 적절히 제어함으로써 함침되는 전기적 활물질의 양과 균일도를 제어할 수 있다.
다른 실시예에서, 전기적 활물질의 적하 공정은, 스프레이와 같은 분무 장치 또는 전기적 활물질이 용해 또는 분산된 조에 부직포 집전체(100_L)를 경과시킴으로써 충전될 수도 있다. 부직포 집전체(100_L)의 기공을 통해 침습된 전기적 활물질은 부직포 집전체의 내부에 트랩될 수 있기 때문에, 이러한 공정이 용액 조를 이용한 공정이 가능하며, 종래의 금속 포일 집전체에서는 수행되기 어렵다.
일부 실시예에서는, 전기적 활물질의 함침량을 조절하기 위해, 일정한 압력을 가할 수 있는 가이드 롤(60)이 제공될 수도 있다. 다른 실시예에서는, 블레이드 또는 바로 부직포 집전체의 표면을 스위핑함으로써 전기적 활물질의 함침량이 조절될 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 전기적 활물질은 부직포 집전체(100_L)의 도전성 섬유들 상에 코팅되어 제공될 수 있다. 도전성 섬유들 상에 전기적 활물질을 코팅하기 위해, 전해 도금 또는 비전해 도금을 위해 도금조(plating bath)가 제공될 수도 있다. 상기 도금조 내의 전해액 또는 금속 이온 용액으로 부직포 집전체(100_L)가 경과하면서, 금속 이온의 환원 또는 석출이 수반되면서 상기 전기적 활물질이 도전성 파이버들 상에 코팅될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 전기적 활물질은 부직포 집전체(100_L)의 도전성 파이버들 상에 스퍼터링 및 전자빔 증발법에 의해 물리적 기상 증착되거나, 적합한 기상 전구체를 이용해 화학 기상 증착될 수도 있다. 이를 위하여, 적합한 상압 또는 진공 챔버가 제공될 수도 있다. 전술한 전기적 활물질의 형성시스템은 서로 조합되어 사용될 수도 있다.
전기적 활물질이 충전된 부직포 전극(100_L')은 열풍 장치와 같은 건조 장치 또는 열처리 장치(70)를 통과하면서 후처리될 수 있다(S60). 이후, 화살표로 나타낸 바와 같이 압력 인가가 가능한 롤러 부재(80)를 통해 후처리된 부직포 전극(100_L')압착됨으로써 두께와 그에 따른 전극 밀도가 제어될 수 있다.
제조된 부직포 전극(EL)은 화살표 B로 나타낸 바와 같이 제조 시스템(200)을 통하여 연속적으로 출력될 수 있으며, 권취 장치(미도시)에 의해 수납될 수 있다. 수납된 부직포 전극(EL)은 적절히 커팅되어 전지 패키징에 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제조된 부직포 전극(EL)은 별도로 수납되지 않고, 연속적으로 탭 형성 공정, 분리막 적층 공정, 전해질 함침 또는 패키징을 위한 스택킹 또는 젤리 롤 공정과 같은 후단 공정을 겪을 수도 있다.
장력 보강층이 없이 부직포 시트로만 이루어진 부직포 집전체의 경우, 그 섬유적 특성 때문에, 전술한 롤러 부재(10P1, 20P, 10P2, 30)를 이용한 연속 공정에서 인가되는 응력으로 인해 인장 신장률이 20% 이상이 될 수 있으며, 이 경우, 롤러를 이용한 연속 전달은 실질적으로 불가능하다. 또한, 파단과 같은 극단적 불량이 나타나지 않더라도, 부직포 집전체가 신장되는 경우, 도전성 섬유들 사이의 전기적 콘택 및 도전성 섬유들의 표면과 전기적 활물질 사이의 전기적 콘택이 열화될 수 있으므로, 신장률의 제어 및 억제가 요구된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 장력 보강층에 의해 부직포 집전체의 인장 신장률이 20% 이하로 제어되고, 바람직하게는 0.1 % 내지 10 %의 범위 내로 제어될 수 있기 때문에 종래의 금속 포일의 집전체를 이용한 전지 제조 공정과 동일한 수준에서 공정이 수행되고, 부직포 집전체의 공정 상의 이점을 최대한 향유할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인장 신장률의 측정 장치(300)이다.
도 5를 참조하면, 본 명세서에서 사용되는 부직포 집전체의 인장 신장률은 측정 장치(300)를 통해 측정될 수 있다. 장력 보강층이 결합된 부직포 집전체를, 예를 들면, 폭 20 mm 및 길이 40 mm로 절단하여 측정용 집전체(100)를 제작할 수 있다. 제작된 측정용 집전체(100)의 일 단부를 베이스부(301)에 고정하고, 측정용 집전체(100)의 타 단부를 척부(302)에 고정한다.
척부(302)는 측정용 집전체(100)의 길이 방향을 따라 변위 가능할 수 있다. 베이스부(301) 또는 척부(302) 중 어느 한 쪽에는 척부(302)의 변위에 따라 측정용 집전체(100)에 인가되는 하중을 측정하기 위한 로드셀이 결합될 수 있다.
측정을 위해, 척부(302)를, 소정의 속도, 예를 들면, 15 mm/min으로 이동시켜 측정용 집전체(100)를 잡아당긴다. 측정용 집전체(100)에 변형이 발생되면서 상기 로드셀에 의해 측정되는 하중은 점차 증가할 것이다. 이렇게 하중이 증가되다가 일정해지거나 감소되는 지점까지의 변형률과 항복 강도를 측정한다. 본 발명의 실시예에서, 장력 보강층을 갖는 부직포 집전체는, 0.1 % 내지 10 % 범위 내의 변형률을 가지며, 이때 측정되는 항복 강도(= 부직포 집전체의 단면적당 인장 강도 (Kg/cm2) × 집전체의 두께 (cm))는 0.1 kgf/cm 내지 100 kgf/cm 범위 내이며, 바람직하게는 0.2 kgf/cm 내지 50 kgf/cm 내이다. 이 범위내에서, 부직포 집전체의 변형이 억제되어 연속 공정이 가능할 뿐만 아니라, 도전성 섬유들 사이 및 도전성 섬유들의 표면과 전기적 활물질 사이의 전기적 콘택의 열화가 방지될 수 있다.
부직포 집전체 전체에 균일한 기공도를 달성하면서, 기공도를 증가시키는 것은 장력이 보강되지 않는 한 부직포 집전체의 항복 강도가 감소되기 때문에 바람직하지 못하다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 장력 보강층에 의해 기공도를 향상시키면서 동시에 연속 공정에 적합한 인장 응력을 확보할 수 있는 이점이 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 부직포 집전체(150)를 이용한 전극의 제조 방법을 도시하는 사시도들이다. 부직포 집전체(150)는 도시된 바와 같이 커팅되어 전극 제조에 활용되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 연속 공정에 적합하도록 연속적으로 제공되면서 전극 제조 공정을 겪을 수도 있다.
도 6a를 참조하면, 부직포 집전체(150)는 적어도 일 표면 상에 부직포 집전체(150)의 기공을 폐색하도록 표면 상에 도전성 패턴(105)을 더 포함할 수 있다. 도전성 패턴(105)은 부직포 집전체의 양 주면에 모두 형성되거나 어느 일 주면에만 형성될 수 있다.
도전성 패턴(105)은 부직포 집전체(150)의 표면 상에 기공을 노출시킬 수 있도록 소정의 간격만큼 이격된 라인 패턴일 수 있다. 상기 라인 패턴의 연장 방향(F)는 연속 공정을 위해 부직포 집전체(150)가 이송되는 방향(예를 들면, 도 4의 화살표 B 방향)에 수직하도록 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서는, 패키징시 서로 대향하는 전지의 양극과 음극의 연장 선에 평행하게 정렬될 수도 있다. 도전성 패턴(105)은 장력 보강층(20)과 함께 부직포 집전체(150)의 장력을 보강시키는 것을 보조할 수도 있다.
일부 실시예에서, 도전성 패턴(105)은 도전성 부직포 시트들(10A, 10B)의 표면의 도전성 섬유들을 서로 부분 융착시켜서 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 도전성 패턴(105)은 금속 패턴층을 도전성 부직포 시트들(10A, 10B)의 표면에 코팅하거나 융착시킴으로써 제공될 수도 있다. 도전성 패턴(105)의 형성은 초음파 용접, 열 용접, 또는 솔더링 공정에 의해 수행될 수도 있다.
도전성 패턴(105)에 의해 폐색된 부분을 제외하고는, 부직포 집전체(150)의 나머지 표면들은 노출된 기공에 의해 부직포 집전체(150)의 내부로 연통될 수 있다. 도전성 패턴(105)이 형성된 부직포 집전체(150)에, 화살표로 나타낸 바와 같이, 전기적 활물질의 적하 공정이 수행될 수 있다. 도전성 패턴(105)에 의해 마스킹된 영역을 제외하고는, 적하되는 전기적 활물질은 부직포 집전체의 표면에서 내부까지 균일하게 충전될 수 있다. 이러한 적하 공정이 완료된 후, 전기적 활물질이 충전된 부직포 집전체(150)의 표면을 닦아내면 도전성 패턴(105)이 노출될 수 있다. 선택적으로는, 전극의 밀도 및 두께 제어를 위한 압착 공정을 격을 수도 있을 것이다.
도 6b를 참조하면, 노출된 도전성 패턴(105)에 전지 탭 또는 리드(Tb)가 형성된다. 전지 탭 또는 리드(Tb)는 부직포 집전체(150)에 충전된 전기적 활물질에 의한 간섭 없이 도전성 패턴(105)에 솔더링 또는 융착될 수 있기 때문에, 부직포 집전체의 도전성 섬유들과 실질적으로 저저항 콘택이 가능하고, 부직포 집전체(105)를 위한 전지 탭 또는 리드 형성이 쉬워진다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 부직포 집전체를 이용한 전지(1000)를 도시하는 분해도이다.
도 7을 참조하면, 전지(1000)는 일반적인 원통형 전지일 수 있다. 전지 반응 면적을 증가시키기 위하여, 부직포 집전체를 이용한 이용한 양극(100A) 및 음극(100B)은 교번하여 서로 감는 젤리 롤 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 양극과 음극 중 어느 하나의 전극만을 부직포 집전체로 구성할 수 있다. 또한, 다른 코인형 전지, 각형 전지, 또는 섬유를 이용한 다양한 형상의 플렉시블 전지로 제조될 수도 있을 것이다.
상기 부직포 집전체는, 전술한 바와 같이, 상부 도전성 부직포 시트(10A) 및 하부 도전성 부직포 시트(10B) 및 이들 사이의 장력 보강층(20)을 포함할 수 있다. 전기적 활물질은 부직포 집전체(100A, 100B) 내부에 입자 형태로 속박되거나 부직포 집전체의 도전성 섬유들 상에 코팅될 수 있다.
전극 구조들(100a, 100b)의 측부에는 탭 또는 리드(Tb_A, Tb_B)가 형성될 수 있다. 탭 또는 리드(Tb_A, Tb_B)의 개수는 내부 저항을 감소시키기 위해 적절한 개수를 가질 수 있다. 탭 또는 리드(Tb_A, Tb_B)는 하우징(800) 내부에서 전지(1000)의 양극(600)과 음극(700)에 각각 내부 체결될 수 있다.
양극(100A)과 음극(100B) 사이에는, 이들의 절연을 위하여, 분리막(separator; 500)이 배치될 수 있다. 분리막(500)은, 예를 들면, 폴리머계 미세다공막, 직포, 부직포, 세라믹, 진성 고체 고분자 전해질막, 겔 고체 고분자 전해질막 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 진성 고체 고분자 전해질막은, 예를 들면, 직쇄 폴리머 재료, 또는 가교 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 상기 겔 고분자 전해질막은, 예를 들면, 염을 포함하는 가소제 함유 폴리머, 필러 함유 폴리머 또는 순 폴리머 중 어느 하나 이들의 조합일 수 있다. 상기 고체 전해질층은, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 및 폴리비닐알콜 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 고분자 메트릭스, 첨가제 및 전해액을 포함할 수 있다. 전술한 분리막(500)에 관하여 열거한 재료들은 예시적이며, 분리막(500)으로서 형상 변화가 용이하고, 기계적 강도가 우수하여 전극(100A, 100B)의 변형에도 찢어지거나 균열되지 않으며, 임의의 적합한 전자 절연성을 가지면서도 우수한 이온 전도성을 갖는 재료가 선택될 수 있다.
분리막(500)은 단층막 또는 다층막일 수 있으며, 상기 다층막은 동일 단층막의 적층체이거나 다른 재료로 형성된 단층막의 적층체일 수 있다. 예를 들면, 상기 적층체는 폴리올레핀과 같은 고분자 전해질막의 표면에 세라믹 코팅막을 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 분리막(500)의 두께는 내구성, 셧다운 기능 및 전지의 안전성을 고려하면, 10 ㎛ 내지 300 ㎛이고, 바람직하게는, 10 ㎛ 내지 40㎛이며, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다.
하우징(800) 내에서는 수산화칼륨(KOH), 브롬화칼륨(KBr), 염화칼륨(KCL), 염화아연(ZnCl2) 및 황산(H2SO4)과 같은 염을 포함하는 적합한 수계 전해액이 전극 구조(100A, 100B) 및/또는 분리막(500)에 흡습되어, 전지(1000)가 완성될 수 있다. 다른 실시예에서, 전지(1000)는 LiClO4 또는 LiPF6와 같은 리튬염을 포함하는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트 또는 디에틸카보네이트와 같은 비수계 전해액 비수계일 수도 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도시하지는 않았지만, 전지(1000) 사용 중의 안정성 및/또는 전력 공급 특성을 제어하기 위한 적합한 냉각 장치 또는 전지 운영 시스템(battery managing system)이 추가적으로 결합될 수 있다.
전술한 부직포 집전체를 이용한 전극은 그 섬유적 특성 때문에, 형상 변화가 용이하고, 전기적 활물질과 도전성 네트워크가 전극 구조의 전 부피 내에서 실질적으로 균일하게 혼합되어 있기 때문에, 전지의 용량 조절을 위해 두께를 증가시켜도, 금속 포일 상에 활물질층을 코팅하여 얻어지는 종래의 전지 구조에서 나타나는 것과 같은 전지 성능의 열화가 없어 그 부피가 다양하게 선택될 수 있다.
또한, 섬유상의 전극 구조가 갖는 성형 용이성 때문에, 도 7에 도시된 바와 같은 젤리 롤 타입 외에 스택(stack) 및 굽힘 및 감음과 같은 방법으로 3 차원적으로 변형될 수 있으며, 전술한 원통형 전지가 아닌 각형, 파우치형 또는 옷 및 가방과 같은 섬유 제품에 일체화되는 다양한 부피와 형상을 가질 수 있다. 또한, 전술한 전극 구조들은 하나의 전지에서 캐소드와 애노드 전극 중 어느 하나 또는 이들 모두에 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 전술한 부직포 집전체들은 리튬 이온 전지뿐만 아니라 리튬 메탈 전지, 리튬 에어 전지, 또는 니켈 수소 전지, NaS 전지에도 적용될 수 있으며, 이는 예시적일 뿐, 당업자라면, 본 발명이 이에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (44)

  1. 도전성 섬유들의 네트워크를 포함하는 상부 및 하부 도전성 부직포 시트들; 및
    상기 도전성 부직포 시트들보다 더 큰 인장 강도를 가지고, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트 사이에서 이들의 결합을 매개하며, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 연통시키는 기공을 갖는 장력 보강층을 포함하는 부직포 집전체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포 집전체의 인장 신장률은 2 % 내지 10 % 범위 내인 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포 집전체의 항복 강도는, 0.1 kgf/cm 내지 100 kgf/cm 범위 내인 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들은 카본 파이버들, 도전성 폴리머 파이버들, 금속층 또는 도전성 폴리머층가 코팅된 폴리머 파이버들, 또는 중공형 금속 파이버들을 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들 상에 금속층 또는 도전성 폴리머층이 형성된 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 또는 하부 도전성 부직포 시트들은 상기 도전성 섬유들 상에 도전재 및 상기 도전재의 고정을 위한 결착재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전재는, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트, ITO(indium tin oxide) 페이스트 또는 탄소 나노 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 또는 하부 도전성 부직포 시트들은 상기 도전성 섬유들과 함께 혼합된 섬유화된 선형 결착재들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 선형 결착재들은, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 나일론, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페니렌설파이드(PPS), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 이들의 공중합체, 또는 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 필라멘트들은, 스테인레스강, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리, 은, 금, 코발트, 주석, 비스무스, 납, 안티몬, 아연, 철, 카드뮴, 이들의 합금, 또는 리튬과 얼로잉/디얼로잉이 가능한 금속 화합물을 포함하는 부직포 집전체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트의 상기 도전성 섬유들 상에 전기적 활물질의 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속 필라멘트들은 서로 다른 종류의 금속을 포함하는 2 종 이상의 금속 필라멘트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트는 상기 장력 보강층에 각각 접착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트는 상기 장력 보강층의 상기 기공을 통해 서로 교락되어 결합되는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 장력 보강층의 상기 기공의 평균 크기는 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트의 상기 네트워크 내의 기공의 평균 크기와 동등하거나 더 큰 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 장력 보강층은 부직포 구조, 직조 구조, 그물 구조, 일정 방향으로 전개된 섬유 구조, 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 장력 보강층은 상기 부직포 집전체의 주면에 평행하되, 일정 방향의 인장 강도를 선택적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 증가된 인장 강도의 방향은, 전지 제조 공정을 연속적으로 수행하기 위한 롤 공정의 롤러의 회전축, 또는 젤리 롤 전극 형성 공정에서 롤의 중심축에 수직한 방향인 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 장력 보강층은 고분자 소재, 금속 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 고분자 소재는, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 나일론, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페니렌설파이드(PPS), 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF), 또는 이들의 공중합체를 포함하는 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 금속은, 구리, 알루미늄, 스테인레스스틸, 니켈 또는 이들의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포 집전체는, 적어도 일 표면 상에 상기 도전성 섬유들의 네트워크 사이의 기공을 부분적으로 폐색하는 도전성 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 도전성 패턴은, 상기 부직포 집전체의 상기 표면 상의 기공을 노출시킬 수 있도록 소정의 간격만큼 이격된 라인 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인 패턴 상에 전지 탭 또는 리드가 형성되는 것을 특징으로 하는 부직포 집전체.
  25. 도전성 섬유들의 네트워크를 포함하는 상부 도전성 부직포 시트를 제공하는 제 1 단계;
    도전성 섬유들의 네트워크를 포함하는 하부 도전성 부직포 시트를 제공하는 제 2 단계;
    상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트 사이에 상기 도전성 부직포 시트들보다 더 큰 인장 강도를 가지며, 기공을 갖는 장력 보강층을 제공하는 제 3 단계;
    상기 장력 보강층을 매개로 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 결합시켜 부직포 집전체를 형성하는 제 4 단계; 및
    상기 부직포 집전체 내에 활물질을 채우는 제 5 단계를 포함하는 전지의 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 단계들은 연속적으로 수행되고, 상기 제 5 단계는 선택적으로 연속되는 되는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 4 단계는 용융 접착 또는 교락에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 교락은, 니들 펀치, 스펀 레이스 또는 스티치 본드에 수행되는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 전기적 활물질은 상기 부직포 집전체 내에 슬러리 또는 분말 형태로 적하되거나, 상기 전기적 활물질이 상기 도전성 섬유들 상에 코팅되어 제공되는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 부직포 집전체의 인장 신장률은 0.1 % 내지 10 % 범위 내인 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  31. 제 25 항에 있어서,
    상기 부직포 집전체의 항복 강도는, 0.1 kgf/cm 내지 100 kgf/cm 범위 내인 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  32. 제 25 항에 있어서,
    상기 부직포 집전체의 적어도 일 표면 상에 상기 도전성 섬유들의 네트워크 사이의 기공을 부분적으로 폐색하는 도전성 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 도전성 패턴은, 상기 부직포 집전체의 상기 표면 상의 기공을 노출시킬 수 있도록 소정의 간격만큼 이격된 라인 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 라인 패턴들을 마스크로 하여 전기적 활물질을 상기 부직포 집전체 내에 채우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 라인 패턴 상에 전지 탭 또는 리드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  36. 제 25 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들은 카본 파이버들, 도전성 폴리머 파이버들, 금속층 또는 도전성 폴리머층이 코팅된 폴리머 파이버들, 또는 중공형 금속 파이버들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  37. 제 25 항에 있어서,
    상기 도전성 섬유들 상에 금속층 또는 도전성 폴리머층이 형성된 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  38. 제 25 항에 있어서,
    상기 상부 또는 하부 도전성 부직포 시트들은 상기 도전성 섬유들 상에 도전재 및 상기 도전재의 고정을 위한 결착재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 도전재는, 카본 블랙, 아세틸렌블랙, 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트, ITO(indium tin oxide) 페이스트 또는 탄소 나노 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  40. 제 25 항에 있어서,
    상기 상부 또는 하부 도전성 부직포 시트들은 상기 도전성 섬유들과 함께 혼합된 섬유화된 선형 결착재들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  41. 연속적으로 상부 도전성 부직포 시트를 공급하는 제 1 공급 장치;
    연속적으로 하부 도전성 부직포 시트를 공급하는 제 2 공급 장치;
    상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트 사이에 연속적으로 장력 보강층을 제공하는 제 3 공급 장치; 및
    연속적으로 공급되는 상기 장력 보강층을 매개로 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 결합시켜 부직포 집전체를 형성하는 결합 장치를 포함하는 전지의 제조 시스템.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 공급 장치 중 적어도 하나는 권출 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 시스템.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 결합 장치는, 상기 상부 도전성 부직포 시트, 상기 하부 도전성 부직포 시트 및 상기 장력 보강층을 용융 접착하기 위해 상기 부직포 집전체에 열, 적외선, 자외선, 전자빔 또는 초음파를 인가하는 에너지 인가 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 시스템.
  44. 제 41 항에 있어서, 상기 상부 도전성 부직포 시트와 상기 하부 도전성 부직포 시트를 서로 교락시키기 위한 니들 펀치, 스펀 레이스 또는 스티치 본드 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 시스템.
KR1020130050054A 2013-05-03 2013-05-03 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템 KR101516225B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130050054A KR101516225B1 (ko) 2013-05-03 2013-05-03 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템
US14/782,311 US9935316B2 (en) 2013-05-03 2014-04-30 Non-woven fabric current collector, method of fabricating battery using the same, and system for fabricating the same
JP2016506265A JP6188914B2 (ja) 2013-05-03 2014-04-30 不織布集電体、これを用いた電池の製造方法及びその製造システム
EP14792275.1A EP2975681B1 (en) 2013-05-03 2014-04-30 Non-woven fabric current collector, method for manufacturing battery by using same, and manufacturing system therefor
ES14792275.1T ES2686339T3 (es) 2013-05-03 2014-04-30 Colector de corriente de producto textil no tejido, método de fabricación de batería que usa el mismo y sistema de fabricación del mismo
CN201480020698.1A CN105340114B (zh) 2013-05-03 2014-04-30 无纺布集电体及利用其的电池的制备方法和制备系统
PCT/KR2014/003850 WO2014178646A1 (ko) 2013-05-03 2014-04-30 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130050054A KR101516225B1 (ko) 2013-05-03 2013-05-03 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140131115A true KR20140131115A (ko) 2014-11-12
KR101516225B1 KR101516225B1 (ko) 2015-05-04

Family

ID=51843697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130050054A KR101516225B1 (ko) 2013-05-03 2013-05-03 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9935316B2 (ko)
EP (1) EP2975681B1 (ko)
JP (1) JP6188914B2 (ko)
KR (1) KR101516225B1 (ko)
CN (1) CN105340114B (ko)
ES (1) ES2686339T3 (ko)
WO (1) WO2014178646A1 (ko)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160062617A (ko) * 2014-11-25 2016-06-02 울산과학기술원 삼차원구조 집전체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 전극, 상기 전극의 제조방법, 및 상기 집전체를 포함하는 전기 화학 소자
KR20160101423A (ko) * 2015-02-17 2016-08-25 숭실대학교산학협력단 계층적 구조를 가지는 유연한 이차전지용 전극재 및 제조방법
KR20170142979A (ko) * 2017-12-19 2017-12-28 주식회사 제낙스 분리막 및 분리막의 제조 방법
US10499135B2 (en) 2015-07-07 2019-12-03 Amogreentech Co., Ltd. Wireless headphone having built-in flexible battery
KR20200001244A (ko) * 2018-06-27 2020-01-06 주식회사 엘지화학 다공성 집전체, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지
WO2020022699A1 (ko) * 2018-07-27 2020-01-30 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
KR20200082324A (ko) * 2018-12-28 2020-07-08 한국자동차연구원 리튬이온 이차전지용 음극 및 그 제조방법
WO2020166904A1 (ko) * 2019-02-14 2020-08-20 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
WO2021060742A1 (ko) * 2019-09-24 2021-04-01 주식회사 유앤에스에너지 양극 전극용 집전체
WO2022203243A1 (ko) * 2021-03-23 2022-09-29 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
WO2023003303A1 (ko) * 2021-07-22 2023-01-26 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 이차 전지

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101582376B1 (ko) * 2013-06-07 2016-01-04 주식회사 제낙스 전극, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전지
KR101586251B1 (ko) * 2013-06-24 2016-01-18 주식회사 제낙스 이차 전지용 집전체 및 이를 이용한 전극
KR101749409B1 (ko) * 2015-08-28 2017-06-21 주식회사 제낙스 이차 전지 및 이의 제조 방법
KR101860996B1 (ko) * 2016-04-07 2018-05-25 주식회사 제낙스 전극 조립체 및 전극 조립체와 전지의 제조 방법
JP7029258B2 (ja) * 2016-09-15 2022-03-03 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン二次電池用集電部材、それを用いたリチウムイオン二次電池用集電体及びリチウムイオン二次電池用強電タブ、並びに、リチウムイオン二次電池用集電部材の製造方法
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
KR102110800B1 (ko) * 2016-10-26 2020-05-14 주식회사 엘지화학 카본 나노 튜브 시트를 포함하고 있는 이차전지용 전극
CN106784624B (zh) * 2016-12-16 2019-11-05 山东精工电子科技有限公司 一种锂离子电池正极片及其制备方法
CN110679011A (zh) * 2017-04-12 2020-01-10 E-7系统技术管理有限公司 具有复合材料的接触件
KR102248225B1 (ko) * 2017-05-15 2021-05-04 주식회사 엘지화학 전고체 전지용 전극 및 이를 제조하는 방법
CN108281608A (zh) * 2018-02-07 2018-07-13 深圳前海优容科技有限公司 电极片、电池芯及电池
WO2019153277A1 (zh) * 2018-02-09 2019-08-15 深圳前海优容科技有限公司 电池、电池电芯及集流体
WO2019190729A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 Battelle Energy Alliance, Llc Electrochemical cells comprising three-dimensional (3d) electrodes
CN109390590A (zh) * 2018-09-17 2019-02-26 名添科技（深圳）有限公司 一种基于无纺布制备电池集流体的工艺及电池集流体
JP7426039B2 (ja) 2019-08-20 2024-02-01 国立研究開発法人産業技術総合研究所 非水電解質二次電池用の電極、非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用の電極に用いるための集電体
WO2021079700A1 (ja) * 2019-10-23 2021-04-29 Tdk株式会社 全固体電池
JP6901542B2 (ja) * 2019-11-29 2021-07-14 グンゼ株式会社 樹脂集電体
CN112831914B (zh) * 2021-02-08 2022-09-13 淮安侨新新材料科技有限公司 一种利用针刺加固的压电改性氨纶面料及制备方法
CN113036149B (zh) * 2021-03-03 2023-07-28 大连中比动力电池有限公司 一种锂离子二次电池的干法正极极片及其制备方法
WO2023127964A1 (ja) * 2021-12-28 2023-07-06 Ａｐｂ株式会社 電池モジュール及びその製造方法
JP7275247B1 (ja) 2021-12-28 2023-05-17 Ａｐｂ株式会社 二次電池モジュール
FR3133485A1 (fr) 2022-03-09 2023-09-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Collecteur de courant poreux avec jonction obtenue par scellage thermique d’un polymère thermofusible à une languette de connexion électrique dense pour système électrochimique étanche.

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5650069A (en) * 1979-09-28 1981-05-07 Yuasa Battery Co Ltd Sintered substrate for alkaline storage cell
JPH07116635B2 (ja) * 1989-10-16 1995-12-13 片山特殊工業株式会社 電池電極板用金属多孔体の製造方法および該方法により製造された電池電極板用金属多孔体
JPH11104856A (ja) 1997-07-31 1999-04-20 Sumitomo Special Metals Co Ltd 引張強さの優れた高強度クラッド材
KR100264387B1 (ko) 1998-02-11 2000-08-16 정몽용 수소저장합금제 알칼리 2차 전지용 음극판의 제조방법
JP2000357519A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Katayama Tokushu Kogyo Kk 金属多孔体、該金属多孔体からなる電池用電極板、および該電極板を備えた電池
KR20060083233A (ko) 1999-10-22 2006-07-20 산요덴키가부시키가이샤 리튬 2차전지용 전극 및 리튬 2차전지
JP3416609B2 (ja) * 2000-03-28 2003-06-16 日本碍子株式会社 ナトリウム−硫黄電池用正極集電体の製造方法
KR100676356B1 (ko) 2002-06-26 2007-01-31 산요덴키가부시키가이샤 리튬 2차 전지용 부극 및 리튬 2차 전지
JP4780923B2 (ja) 2004-03-30 2011-09-28 三洋電機株式会社 リチウム二次電池
CN100557868C (zh) * 2005-01-14 2009-11-04 住友电气工业株式会社 集电极、电池电极基底、及其生产方法
JP4914059B2 (ja) * 2005-01-14 2012-04-11 住友電気工業株式会社 集電体、電池用電極基板及びそれらの製造方法
KR100635737B1 (ko) 2005-03-24 2006-10-17 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR100731417B1 (ko) 2005-11-03 2007-06-21 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
JP5216327B2 (ja) 2005-12-15 2013-06-19 旭化成イーマテリアルズ株式会社 ポリオレフィン製微多孔膜
JP2009146846A (ja) 2007-12-18 2009-07-02 Panasonic Corp 空気亜鉛電池
JP5251409B2 (ja) 2008-10-03 2013-07-31 日産自動車株式会社 双極型二次電池用集電体
JP2010282789A (ja) * 2009-06-03 2010-12-16 Sharp Corp 非水電解液二次電池
KR101059367B1 (ko) * 2009-08-04 2011-08-25 주식회사 인스프리트 Ｄｌｎａ에서 ｄｍｓ 디바이스와 ｄｍｃ／ｄｍｐ 디바이스 간의 제어화면 동기화 시스템 및 그 방법
JP5416077B2 (ja) 2009-12-07 2014-02-12 Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 圧延銅箔、並びにこれを用いた負極集電体、負極板及び二次電池
KR20120107118A (ko) 2009-12-18 2012-09-28 도레이 배터리 세퍼레이터 필름 주식회사 미세공 멤브레인, 그의 제조 방법 및 전지 세퍼레이터 필름으로서의 용도
JP2011151279A (ja) * 2010-01-25 2011-08-04 Sony Corp 複合体電極及びこれを用いた電子デバイス
KR101293276B1 (ko) 2010-06-22 2013-08-09 주식회사 아모그린텍 다공성 폴리머 웹 집전체 및 그의 제조방법
KR101326070B1 (ko) 2010-10-15 2013-11-07 주식회사 엘지화학 접착력 및 인장강도가 우수한 이차전지용 바인더
KR101088073B1 (ko) * 2010-10-16 2011-12-01 주식회사 샤인 금속 장섬유를 포함하는 전극 구조를 갖는 전지 및 이의 제조 방법
KR20120111508A (ko) 2011-04-01 2012-10-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 집전체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP2013016321A (ja) * 2011-07-01 2013-01-24 Sharp Corp 集電体および非水系二次電池
JP5785321B2 (ja) * 2012-03-12 2015-09-30 ダイワボウホールディングス株式会社 導電性繊維構造物、金属多孔構造物、電池用電極材、及び電池
US20140093760A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Quantumscape Corporation Battery control systems

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160062617A (ko) * 2014-11-25 2016-06-02 울산과학기술원 삼차원구조 집전체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 전극, 상기 전극의 제조방법, 및 상기 집전체를 포함하는 전기 화학 소자
KR20160101423A (ko) * 2015-02-17 2016-08-25 숭실대학교산학협력단 계층적 구조를 가지는 유연한 이차전지용 전극재 및 제조방법
US10499135B2 (en) 2015-07-07 2019-12-03 Amogreentech Co., Ltd. Wireless headphone having built-in flexible battery
KR20170142979A (ko) * 2017-12-19 2017-12-28 주식회사 제낙스 분리막 및 분리막의 제조 방법
KR20200001244A (ko) * 2018-06-27 2020-01-06 주식회사 엘지화학 다공성 집전체, 이를 포함하는 전극 및 리튬 이차전지
KR20200012591A (ko) * 2018-07-27 2020-02-05 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
WO2020022699A1 (ko) * 2018-07-27 2020-01-30 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
KR20200082324A (ko) * 2018-12-28 2020-07-08 한국자동차연구원 리튬이온 이차전지용 음극 및 그 제조방법
WO2020166904A1 (ko) * 2019-02-14 2020-08-20 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
KR20200099314A (ko) * 2019-02-14 2020-08-24 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
WO2021060742A1 (ko) * 2019-09-24 2021-04-01 주식회사 유앤에스에너지 양극 전극용 집전체
KR20210035503A (ko) * 2019-09-24 2021-04-01 주식회사 유앤에스에너지 양극 전극용 집전체
WO2022203243A1 (ko) * 2021-03-23 2022-09-29 주식회사 유앤에스에너지 전극용 집전체
WO2023003303A1 (ko) * 2021-07-22 2023-01-26 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 이차 전지

Also Published As

Publication number Publication date
EP2975681B1 (en) 2018-06-06
JP2016519399A (ja) 2016-06-30
KR101516225B1 (ko) 2015-05-04
US20160049662A1 (en) 2016-02-18
CN105340114B (zh) 2019-08-02
EP2975681A1 (en) 2016-01-20
EP2975681A4 (en) 2016-11-09
US9935316B2 (en) 2018-04-03
CN105340114A (zh) 2016-02-17
JP6188914B2 (ja) 2017-08-30
WO2014178646A1 (ko) 2014-11-06
ES2686339T3 (es) 2018-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101516225B1 (ko) 부직포 집전체, 이를 이용한 전지의 제조 방법 및 이의 제조 시스템
KR101582376B1 (ko) 전극, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전지
KR101088073B1 (ko) 금속 장섬유를 포함하는 전극 구조를 갖는 전지 및 이의 제조 방법
KR101509413B1 (ko) 리튬 이온 2차 전지용 부극 및 이것을 이용한 전지
KR101586251B1 (ko) 이차 전지용 집전체 및 이를 이용한 전극
JP2017188467A (ja) 二次電池用電極、その製造方法、それを含む二次電池、及びケーブル型二次電池
KR101666699B1 (ko) 이차 전지용 집전체 및 이를 이용한 전극
KR101375158B1 (ko) 전극 조립체, 이의 제조 방법, 및 전지의 충전 및 방전 방법
US20210036291A1 (en) Electrode assembly and methods for manufacturing electrode assembly and battery
JP2016527681A (ja) ケーブル型二次電池
KR20130116420A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 조립체 및 이의 제조 방법
KR101954134B1 (ko) 분리막 및 분리막의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180327

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190423

Year of fee payment: 5