KR20150051901A - 이차 전지용 접착층 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이차 전지의 접착층을 형성하는 방법은, 상하 방향으로 개방된 개구홀들을 가지는 마스크를 제작하는 단계; 상기 마스크를 통해 감광막을 식각하여 상기 감광막에 상기 마스크의 개구홀들과 대응되는 공극홈들을 형성시키는 단계; 상기 공극홈들이 형성된 감광막 상에 폴리디메틸실록산을 붓고 경화시킨 후, 상기 감광막과 상기 경화된 폴리디메틸실록산을 분리하여 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드를 제작하는 단계; 상기 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드에 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 폴리디메틸실록산 몰드에 도포된 고분자 바인더 슬러리를 이차 전지의 분리막 또는 전극의 표면에 전사하여 상하 방향으로 개방된 공극부가 형성된 접착층을 상기 분리막 또는 상기 전극의 표면에 형성시키는 단계를 포함한다. 본 발명은 리튬 이온의 전달성을 방해하는 전극과 분리막 사이의 접착층의 크기를 최소화함으로써, 리튬 이온의 전달성을 향상시켜 이차 전지의 품질을 향상시킨다.

Description

이차 전지용 접착층 형성 방법{Method for forming adhesion layer for secondary battery}
본 발명은 이차 전지용 접착층 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차 전지의 분리막과 전극 간의 접착층을 형성하는 접착층 형성 방법에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고, 작동전압이 높을 뿐만 아니라 우수한 보존 및 수명특성을 보이는 등 많은 장점이 있어 개인용 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기, 휴대용 CD 플레이어, PDA 등 각종 휴대용 전자기기에 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 원통형 또는 각형의 케이스와, 전해질과 함께 상기 케이스에 수용되는 전극 조립체를 포함한다. 여기서, 전극 조립체는 양극, 분리막(Separator) 및 음극이 적층된 것으로서, 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다.
양극/분리막/음극으로 이루어져 있는 전극조립체는, 단순히 적층된 구조로 이루어질 수도 있지만, 다수의 전극(양극 및 음극)들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 후 가열/가압에 의해 상호 결합시킨 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전극과 분리막의 결합은 분리막 상에 도포된 접착층과 전극을 상호 대면한 상태에서 가열/가압함으로써 달성된다. 여기서, 분리막은 통상 폴리올레핀(polyolefine) 수지를 원료로 하는 압출 공정에 의해 성형되고, 전극과의 접착력 등과 같은 특성을 향상시키기 위하여 바인더 등의 물질이 코팅된다.
한편 분리막에 바인더 물질을 코팅하기 위하여, 종래에는 겔 폴리머(gel polymer) 코팅 기술, 전기 방사 기술 등이 이용되었다.
그런데 이러한 코팅 기술은, 분리막에 표면 전체에 바인더 물질을 코팅하는 것으로, 리튬 이온의 전달성을 방해하는 문제점이 있다. 즉, 분리막의 형성된 바인더 물질의 코팅층이 전극과 접착되고, 이에 따라 상기 코팅층은 전극에서 발생되는 리튬 이온의 전달성을 방해하는 요인으로 작용한다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 분리막과 전극을 결합시키는 접착층의 사이즈를 최소화하여 이온 전달성을 향상시키는 접착층 형성 방법, 이러한 접착층이 형성된 접착층 복합체 또는 전극 조립체 및 상기 접착층을 형성하는데 사용되는 몰드를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차 전지의 접착층을 형성하는 방법은, 상하 방향으로 개방된 개구홀들을 가지는 마스크를 제작하는 단계; 상기 마스크를 통해 감광막을 식각하여 상기 감광막에 상기 마스크의 개구홀들과 대응되는 공극홈들을 형성시키는 단계; 상기 공극홈들이 형성된 감광막 상에 폴리디메틸실록산을 붓고 경화시킨 후, 상기 감광막과 상기 경화된 폴리디메틸실록산을 분리하여 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드를 제작하는 단계; 상기 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드에 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계; 및 상기 폴리디메틸실록산 몰드에 도포된 고분자 바인더 슬러리를 이차 전지의 분리막 또는 전극의 표면에 전사하여 상하 방향으로 개방된 공극부가 형성된 접착층을 상기 분리막 또는 상기 전극의 표면에 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마스크를 제작하는 단계는, 상기 개구홀들이 규칙적인 배열을 가짐으로써, 상기 개구홀들에 의해 규칙적인 패턴이 형성된 마스크를 제작할 수 있다.
상기 요철부는, 상기 감광막에 형성된 공극홈과 대응되는 위치에 돌출되도록 형성된 돌기를 포함하고, 상기 요철부에는, 상기 돌기와 비교할 때 상대적으로 만입된 만입홈이 형성될 수 있다.
상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계는, 상기 돌기 또는 상기 만입홈에 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포할 수 있다.
일 예로, 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계는, 상기 만입홈에 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하고, 상기 접착층을 형성하는 단계는, 상기 개구홀들이 형성하는 규칙적인 패턴과 동일한 패턴을 갖는 공극부가 형성된 접착층을 형성시킬 수 있다.
다른 예로, 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계는, 상기 돌기에 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하고, 상기 접착층을 형성시키는 단계는, 상기 개구홀들이 형성하는 규칙적인 패턴과 반대되는 패턴을 갖는 공극부가 형성된 접착층을 형성시킬 수 있다.
상기 마스크를 제작하는 단계는, 직사각 형상의 개구홀들을 가지는 마스크를 제작할 수 있다.
상기 개구홀은, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 일 수 있다.
캐드를 통해 사전에 설계된 규칙적인 패턴을 이용하여 상기 마스크가 제작될 수 있다.
바람직하게, 상기 마스크는 크롬 마스크이다.
더욱 바람직하게, 상기 방법은, 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계 이전에, 상기 폴리디메틸실록산 몰드를 O2 플라즈마 표면 처리 또는 코로나 표면 처리를 수행하는 단계를 더 포함한다.
상기 감광막에 공극홈들을 형성시키는 단계는 상기 감광막을 광 식각하여 미세 패턴을 형성한다.
상기 접착층을 형성시키는 단계는, 상기 폴리디메틸실록산 몰드에 도포된 고분자 바인더 슬러리를 상기 이차 전지의 분리막 표면에 형성된 무기물 입자를 포함하는 다공성 코팅층에 전사하여, 상하 방향으로 개방된 공극부가 형성된 접착층을 상기 다공성 코팅층 상에 형성시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 접착층 복합체는, 상하 방향으로 개방되고, 규칙적인 패턴을 갖는 공극부가 형성된 접착층이 표면에 형성될 수 있다.
상기 접착층 복합체는, 이차 전지의 전극 및 상기 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 상기 이차 전지의 전극의 표면에 형성될 수 있다.
상기 접착층 복합체는, 이차 전지의 분리막 및 상기 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 상기 이차 전지의 분리막의 표면에 형성될 수 있다.
상기 접착층은, 상기 이차 전지의 분리막 표면에 형성된 무기물 입자를 포함하는 다공성 코팅층 상에 형성될 수 있다.
상기 접착층은, 상기 공극부 및 바인더 고분자로 이루어진 바인더 영역을 포함하고, 상기 공극부 또는 상기 바인더 영역은, 규칙적인 패턴을 형성할 수 있다.
상기 바인더 영역 또는 상기 공극부는, 상부에서 바라볼 때 직사각 형상이 규칙적으로 반복될 수 있다.
이때, 상기 바인더 영역 또는 상기 공극부는, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 일 수 있다.
상기 접착층의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전극 조립체는, 상술한 접착층 복합체를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 폴리디메틸실록산 몰드는, 분리막 또는 전극 표면에 고분자 바인더 슬러리를 전사하는데 사용되는 몰드로서, 표면에 규칙적인 패턴을 가지는 요철부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 요철부는, 상기 표면과 수직한 방향으로 돌출된 돌기 및 상기 표면과 수직한 방향으로 만입된 만입홈이 규칙적으로 반복되어 형성될 수 있다.
상기 돌기의 높이는 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있다.
상기 돌기는, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 일 수 있다.
본 발명은 리튬 이온의 전달성을 방해하는 전극과 분리막 사이의 접착층의 크기를, 특히 표면적을, 최소화함으로써, 리튬 이온의 전달성을 향상시켜 이차 전지의 품질을 향상시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 규칙적인 미세한 패턴을 가지는 접착층을 전극 또는 분리막 표면에 형성시키기 때문에, 바인더 물질을 이용하여 접착 코팅층을 형성하는 종래의 기술과 비교하여, 이차 전지 제조과정에서 투입되는 접착층 원료를 절약하여 이차 전지의 제조공정에서 발생하는 비용도 절감시키는 이점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 이차 전치에 접착층을 형성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드가 제작되는 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 상하 방향으로 개방된 개구홀들이 형성된 크롬 마스크를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 감광막이 형성된 기판을 상부에서 바라본 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 PDMS 몰드를 상부에서 바라본 도면이다.
도 9는 PDMS 몰드에 고분자 바인더 슬러리가 도포된 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 PDMS 몰드를 상부에서 바라본 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 이차 전지의 전극의 표면에 접착층이 형성된 접착층 복합체를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 이차 전지의 분리막의 표면에 접착층이 형성된 접착층 복합체를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 접착층 복합체를 포함하는 전극 조립체를 나타내는 도면이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 이차 전지에 접착층을 형성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드가 제작되는 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 상하 방향으로 개방된 개구홀들이 형성된 크롬 마스크를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, S101 단계에서 사전에 설계된 개구홀들이 형성된 크롬 마스크(30)가 제작된다. 바람직하게, 크롬 마스크(30)의 개구홀들은 오토캐드(auto CAD)를 이용하여 제작된다.
바람직하게는, 상기 크롬 마스크(30)는, 상기 개구홀(32)들이 규칙적인 배열을 가짐으로써, 상기 개구홀(32)들에 의해 규칙적인 패턴이 형성될 수 있다.
상기 크롬 마스크(30)의 규칙적인 패턴은, 크롬 마스크(30)의 구조물(31)과 구조물 사이에 형성된 개구홀(32)의 규칙적인 배치에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 개구홀(32)은, 직육면 형상을 가질 수 있고, 상부에서 바라볼 때, 직사각 형상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 크롬 마스크(30)의 개구홀(32)은, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 크롬 마스크(30)의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있으며, 상기 크롬 마스크(30)의 개구홀(32)의 두께도 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 규칙적인 패턴을 형성하는 개구홀(32)은 가로, 세로, 높이가 2㎛ * 2㎛ * 2㎛ 크기 이하의 사이즈로 형성되며, 개구홀(32)의 크기와 개구홀(32) 간의 간격이 동일하다.
S103 단계에서, 기판(10) 위에 감광막(20)을 형성시키고, 상기 제작한 크롬 마스크(30)를 감광막(20) 위에 배치시킨 상태에서, 광을 조사하는 광 식각 공정을 진행하여, 상기 크롬 마스크(30)의 개구홀(32)들이 형성하는 패턴과 대응되는 패턴을 상기 감광막(20)에 형성시킨다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 감광막(20)에서 노광된 부분은 제거되고 노광되지 않은 부분은 기판(10) 위에 남게 된다. 따라서, 감광막(20)에는 상기 마스크(30)의 개구홀(32)들과 대응되는 공극홈(21)들이 형성된다. 상기 크롬 마스크(30)의 개구홀들(32)의 패턴과 대응되는 패턴이 형성된다.
도 7은 도 3에 도시된 감광막이 형성된 기판을 상부에서 바라본 도면이다. 도 7 및 도 3을 참조하면, 크롬 마스크(30)의 개구홀(32)이 형성하는 패턴과 동일한 패턴이 감광막(20)으로부터 제거되어 감광막(20)에는 상기 마스크(30)의 개구홀(32)들과 대응되는 공극홈(21)들이 형성될 수 있다.
S105 단계에서, 상기 공극홈(21)들에 의해 상기 마스크(30)의 개구홀(32)들과 대응되는 규칙적인 패턴이 형성된 감광막(20)에 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane : 이하 'PDMS'로 지칭함)(40)을 붓고 상기 PDMS(40)를 경화시키는 공정이 진행된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 감광막(20)의 상면이 잠기고, 감광막(20)에 사이에 형성된 공극홈(21)이 채워지도록 PDMS(40)를 부은 후, 상기 PDMS(40)를 경화시킨다.
S107 단계에서, 경화된 PDMS를 감광막(20)으로부터 분리하여, 도 5와 같은 요철부(51)가 형성된 PDMS 몰드(mold)(50)를 제작한다. 도 8은 도 5에 도시된 PDMS 몰드를 상부에서 바라본 도면이다. 도 8 및 도 5를 참조하면, PDMS 몰드(50)에 형성된 요철부의 구조가 도시되어 있다. 상기 PDMS 몰드(50)의 요철부(51)는, 감광막(20)에 의해 기판(10)에 형성된 패턴과 비교할 때, 감광막(20)에 의해 기판(10)에 형성된 패턴과 역 형상을 갖는다고 할 수 있다.. 이는, 도 2 내지 도 8을 참조하면 쉽게 이해될 수 있다.
이러한 과정에 의하면, 상기 PDMS 몰드(50)의 표면에는 요철부(51)가 형성된다. 그리고, 상기 요철부(51)는, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 감광막(20)에 형성된 공극홈(21)과 대응되는 위치에 돌출되도록 형성된 돌기(51a)를 포함한다. 또한, 상기 요철부(50)에는, 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 돌기(51a)와 비교할 때 상대적으로 만입된 만입홈(51b)이 형성된다.
즉, 상기 PDMS 몰드(50)의 표면에는 규칙적인 패턴을 가지는 요철부(51)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 요철부(51)는, 상기 PDMS 몰드(50)의 표면과 수직한 방향으로 돌출된 돌기(51a)와 상기 PDMS 몰드의 표면과 수직한 방향으로 만입된 만입홈(51b)이 규칙적으로 반복되어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 돌기(51a)의 높이는, 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있다. 그리고, 상기 돌기(51a)의 높이는, 상술한 감광막(20)의 두께에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상기 돌기(51a)의 가로 * 세로의 규격은, 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 일 수 있다. 이러한 돌기(51a)의 규격은, 상술한 감광막(20)의 공극홈(21)의 규격과 실질적으로 동일하다고 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 PDMS 몰드(50)의 돌기(51a)는 가로 * 세로 * 높이가 2㎛ * 2㎛ * 2㎛ 규격으로 형성되며, 상기 돌기(51a)들 간의 간격은 2㎛로 형성된다.
S109 단계에서, 이물질을 제거시키고 고분자 바인더 슬러리의 접착력을 증대시키기 위하여, 상기 PDMS 몰드(50)의 표면 중에서 상기 요철부(51)가 형성된 면을 표면 처리한다. 이때, O2 플라즈마 표면 처리기를 이용하여 상기 PDMS 몰드(50)를 표면 처리하거나, 코로나 처리기를 이용하여 상기 PDMS 몰드(50)를 표면 처리할 수 있다.
S111 단계에서, 미세 패턴이 형성된 PDMS 몰드(50)의 표면에 전극과 분리막을 접착시키기 위한 고분자 바인더 슬러리(62)를 도포한다.
상기 고분자 바인더 슬러리(62)는, 바인더 고분자와 용매가 포함된 혼합물이다.
상기 바인더 고분자로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌 (polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트 (polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트 (polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 (polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드 (polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트 (cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 (cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란 (cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜 (cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스 (cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 플루란 (pullulan) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (carboxyl methyl cellulose) 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 용매로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만, 아세톤, 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone, MEK), 톨루엔, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 물, 헥산, 사이클로헥산, 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide, DMF), 디메틸 아세트아미드(dimethyl acetamide, DMAc), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 이들 용매의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
바람직하게, PDMS 몰드(50)에 형성된 돌기(51a) 또는 만입홈(51a) 중 어느 하나의 그룹에 상기 고분자 바인더 슬러리(62)를 도포한다. 이때, 롤러 등을 이용하여 PDMS 몰드(50)에 형성된 돌기(51a)에 고분자 바인더 슬러리(62)를 도포할 수 있다. 도 9는 PDMS 몰드에 고분자 바인더 슬러리가 도포된 모습을 나타낸 도면이다. 도 9의 (a)는 돌기(51a)에 고분자 바인더 슬러리(62)가 도포된 상태를 나타낸다. 이와 달리, PDMS 몰드(50)의 상면 전체를 고분자 바인더 슬러리(62)로 도포하고, PDMS 몰드(50)의 돌기(51a)에 도포된 고분자 바인더 슬러리(62)를 제거함으로써, 만입홈(51b)에만 고분자 바인더 슬러리(62)가 도포되게 할 수도 있다. 도 9의 (b)는 만입홈(51b)에 고분자 바인더 슬러리(62)가 도포된 상태를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 PDMS 몰드를 상부에서 바라본 도면이다.
도 10의 (a)는 고분자 바인더 슬러리(62)가 PDMS 몰드(50)의 돌기(51a)에 도포된 모습을 예시하고 있으며, 도 10의 (b)는 고분자 바인더 슬러리(62)가 PDMS 몰드(50)의 만입홈(51b)에 도포된 모습을 예시한다. 여기서, 도 10의 (a)는 도 9의 (a)를 상부에서 바라본 도면이라고 할 수 있고, 도 10의 (b)는 도 9의 (b)를 상부에서 바라본 도면이라고 할 수 있다.
S113 단계에서, 평판 또는 롤에 상기 PDMS 몰드(50)의 후면(즉, 돌출부가 형성된 면의 반대 면)을 부착시킨 후, 상기 PDMS 몰드(50)에 도포된 고분자 바인더 슬러리(62)를 전극 또는 분리막의 표면 전사된다. 또한, 상기 PDMS 몰드(50)에 도포된 고분자 바인더 슬러리(62)는 무기물 입자를 포함하는 다공성 코팅층에 전사될 수도 있다. 즉, 이차 전지의 분리막 표면에 무기물 입자를 포함하는 다공성 코팅층이 형성된 경우, 상기 PDMS 몰드(50)에 도포된 고분자 바인더 슬러리(62)는 상기 다공성 코팅층에 전사될 수도 있다.
상기 PDMS 몰드(50)에 도포된 고분자 바인더 슬러리(62)는, PDMS 몰드(50)에서 형성된 전극, 분리막의 표면 또는 다공성 코팅층 상에 전사되며, 이에 따라, 규칙적인 패턴을 갖는 공극부(61)가 형성된 접착층이 상기 전극, 분리막, 다공성 코팅층의 표면에 형성된다. 여기서, 상기 접착층(60)은, 공극부(61) 및 바인더 고분자로 이루어진 바인더 영역(62)을 포함한다. 상기 바인더 영역(62)은 전극 등의 표면에 도포된 고분자 바인더 슬러리(62)로부터 용매가 제거된 부분을 의미한다. 한편, 상기 공극부(61) 또는 바인더 영역(62)은 규칙적인 패턴을 형성할 수 있다.
일 예로, 도 10(a)에 도시된 바와 같은 형태로 PDMS 몰드(50)에 고분자 바인더 슬러리(60)가 도포된 경우, 도 10(a)와 대응되는 형태의 접착층(60)이 형성된다. 따라서, 바인더 영역(62)은, 상부에서 바라볼 때 직사각 형상이 규칙적으로 반복되는 패턴을 갖는다. 바람직하게는, 상기 바인더 영역(62)은, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 일 수 있다.
다른 예로, 도 10(b)에 도시된 바와 같은 형태로 PDMS 몰드(50)에 고분자 바인더 슬러리(62)가 도포된 경우, 도 10(b)와 대응되는 형태의 접착층(60)이 형성된다. 따라서, 공극부(61)는, 상부에서 바라볼 때 직사각 형상이 규칙적으로 반복되는 패턴을 갖는다. 바람직하게는, 상기 공극부(61)는, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 일 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 접착층(60)의 두께는 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 일 수 있다.
한편, 이를 통해, 표면에 규칙적인 패턴을 가지는 접착층이 형성된 접착층 복합체가 제조될 수 있다. 보다 구체적으로는, 이차 전지의 전극과 접착층을 포함하는 접착층 복합체, 이차 전지의 분리막과 접착층을 포함하는 접착층 복합체가 제조될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 이차 전지의 전극의 표면에 접착층이 형성된 접착층 복합체를 나타내는 도면이다. 도 11을 참조하면, 상기 접착층 복합체는, 이차 전지의 전극(80) 및 공극부(61)가 형성된 접착층(60)을 포함한다. 그리고, 이러한 접착층 복합체를 구성하는 이차 전지의 전극의 표면(80)에는 상기 접착층(60)이 형성되어 있다. 상기 접착층(60)에는, 도 11에 도시된 바와 같이, 공극부(61)가 형성되어 있으며, 상기 공극부(61)는 상하 방향으로 개방된 형태를 띄고 있다. 한편, 이러한 접착층 복합체는, 접착층(60)을 매개로 분리막 등과 결합될 수 있다. 한편, 도 11에서는 양극의 표면에 접착층이 형성된 실시예를 도시하였으나, 음극의 표면에 접착층이 형성될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 이차 전지의 분리막의 표면에 접착층이 형성된 접착층 복합체를 나타내는 도면이다. 도 12를 참조하면, 상기 접착층 복합체는, 이차 전지의 분리막(90) 및 공극부(61)가 형성된 접착층(60)을 포함한다. 그리고, 이러한 접착층 복합체를 구성하는 이차 전지의 분리막(90)의 표면에는 상기 접착층(60)이 형성되어 있다. 이러한 접착층 복합체는, 접착층(60)을 매개로 분리막 등과 결합될 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 상기 분리막(90) 위에는 다공성 코팅층이 더 형성될 수 있는데, 이 경우, 상기 접착층 복합체는 상기 다공성 코팅층의 표면에 형성될 수도 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 실시예에서, 접착층(60)은, 각각 전극(80)의 표면 및 분리막(90)의 표면 중 일면에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 상기 접착층은 각 표면의 타면에 형성될 수도 있으며, 표면의 양면 모두에 형성될 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 PDMS 몰드(50)에 도포된 고분자 바인더 슬러리(60)가 전사될 때, 그 압력(즉, 전사 압력)은 종래의 전사 압력보다 더 강한 것이 바람직하다. 즉, 전사 평판 또는 전사 롤러가 상기 고분자 바인더 슬러리(60)를 전사할 때, 전극, 세라믹층 또는 분리막의 표면에 인가되는 전사 압력은 기존의 접착층을 형성시킬 때 인가되는 전사 압력보다 강한 것이 바람직하다. 상기 전사 압력은 0.3Mpa 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 전극, 분리막 또는 다공성 코팅층 표면에 전사된 고분자 바인더 슬러리(60)는, 가열/가압에 의해 분리막과 전극을 상호 결합시킨다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 접착층 복합체를 포함하는 전극 조립체를 나타내는 도면이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 음극(70)과 분리막(90), 양극(80)과 분리막(90)은 규칙적으로 반복된 패턴으로 전사된 고분자 바인더 슬러리에 의해 서로 접합되어 전극 조립체(A)를 형성할 수 있다. 도 10에서 상기 전극 조립체(A)는, 각각 하나의 양극(70), 분리막(90) 및 음극(80)이 순차적으로 접합되어 있으나, 상기 전극 조립체(A)는, 2 이상의 양극(80), 분리막(90), 음극(70)이 순차적으로 접합되면서 적층될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전극과 분리막 사이의 접착층의 크기를 최소화함으로써, 리튬 이온의 전달성을 향상시킨다. 또한, 본 발명은 규칙적으로 반복된 패턴을 가지는 접착층을 전극, 분리막 또는 분리막 표면에 다공성 코팅층이 형성된 경우 다공성 코팅층의 표면에 형성시키기 때문에, 바인더 물질을 이용하여 접착 코팅층을 형성하는 종래의 기술과 비교하여, 이차 전지 제조과정에서 투입되는 접착층 형성 물질이 절약된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
10 : 기판 20 : 감광막
30 : 마스크 31 : 구조물
32 : 개구부 40 : PDMS
50 : PDMS 몰드 51 : 요철부
51a : 돌기 51b : 만입홈
60 : 접착층 61 : 공극부
62 : 고분자 바인더 슬러리, 바인더 영역
70 : 음극 80 : 양극
90 : 분리막 A : 전극 조립체

Claims (26)

  1. 상하 방향으로 개방된 개구홀들을 가지는 마스크를 제작하는 단계;
    상기 마스크를 통해 감광막을 식각하여 상기 감광막에 상기 마스크의 개구홀들과 대응되는 공극홈들을 형성시키는 단계;
    상기 공극홈들이 형성된 감광막 상에 폴리디메틸실록산을 붓고 경화시킨 후, 상기 감광막과 상기 경화된 폴리디메틸실록산을 분리하여 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드를 제작하는 단계;
    상기 요철부가 형성된 폴리디메틸실록산 몰드에 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계; 및
    상기 폴리디메틸실록산 몰드에 도포된 고분자 바인더 슬러리를 이차 전지의 분리막 또는 전극의 표면에 전사하여 상하 방향으로 개방된 공극부가 형성된 접착층을 상기 분리막 또는 상기 전극의 표면에 형성시키는 단계를 포함하는 접착층 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크를 제작하는 단계는,
    상기 개구홀들이 규칙적인 배열을 가짐으로써, 상기 개구홀들에 의해 규칙적인 패턴이 형성된 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 요철부는, 상기 감광막에 형성된 공극홈과 대응되는 위치에 돌출되도록 형성된 돌기를 포함하고, 상기 요철부에는, 상기 돌기와 비교할 때 상대적으로 만입된 만입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계는,
    상기 돌기 또는 상기 만입홈에 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계는, 상기 만입홈에 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하고,
    상기 접착층을 형성시키는 단계는, 상기 개구홀들이 형성하는 규칙적인 패턴과 동일한 패턴을 갖는 공극부가 형성된 접착층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계는, 상기 돌기에 상기 고분자 바인더 슬러리를 도포하고,
    상기 접착층을 형성시키는 단계는, 상기 개구홀들이 형성하는 규칙적인 패턴과 반대되는 패턴을 갖는 공극부가 형성된 접착층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크를 제작하는 단계는,
    직사각 형상의 개구홀들을 가지는 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 개구홀은, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크를 제작하는 단계는,
    캐드를 통해 사전에 설계된 규칙적인 패턴을 이용하여 상기 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는 크롬 마스크인 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고분자 바인더 슬러리를 도포하는 단계 이전에,
    상기 폴리디메틸실록산 몰드를 O2 플라즈마 표면 처리 또는 코로나 표면 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광막에 공극홈들을 형성시키는 단계는,
    상기 감광막을 광 식각하여 공극홈들을 형성하는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착층을 형성시키는 단계는,
    상기 폴리디메틸실록산 몰드에 도포된 고분자 바인더 슬러리를 상기 이차 전지의 분리막 표면에 형성된 무기물 입자를 포함하는 다공성 코팅층에 전사하여, 상하 방향으로 개방된 공극부가 형성된 접착층을 상기 다공성 코팅층 상에 형성시키는 것을 특징으로 하는 접착층 형성 방법.
  14. 상하 방향으로 개방되고, 규칙적인 패턴을 갖는 공극부가 형성된 접착층이 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 접착층 복합체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 접착층 복합체는, 이차 전지의 전극 및 상기 접착층을 포함하고,
    상기 접착층은, 상기 이차 전지의 전극의 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 접착층 복합체.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 접착층 복합체는, 이차 전지의 분리막 및 상기 접착층을 포함하고,
    상기 접착층은, 상기 이차 전지의 분리막의 표면에 형성된 것을 특징으로 하는 접착층 복합체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 접착층은, 상기 이차 전지의 분리막 표면에 형성된 무기물 입자를 포함하는 다공성 코팅층 상에 형성된 것을 특징으로 하는 접착층 복합체.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 접착층은, 상기 공극부 및 바인더 고분자로 이루어진 바인더 영역을 포함하고,
    상기 공극부 또는 상기 바인더 영역은, 규칙적인 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 접착층 복합체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 바인더 영역 또는 상기 공극부는, 상부에서 바라볼 때 직사각 형상이 규칙적으로 반복되는 것을 특징으로 접착층 복합체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 바인더 영역은 또는 상기 공극부는, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 접착층 복합체.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 접착층의 두께는, 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 접착층 복합체.
  22. 제 14 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 접착층 복합체를 포함하는 전극 조립체.
  23. 분리막 또는 전극 표면에 고분자 바인더 슬러리를 전사하는데 사용되는 몰드로서,
    표면에 규칙적인 패턴을 가지는 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 폴리디메틸실록산 몰드.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 요철부는, 상기 표면과 수직한 방향으로 돌출된 돌기 및 상기 표면과 수직한 방향으로 만입된 만입홈이 규칙적으로 반복되어 형성된 것을 특징으로 하는 폴리디메틸실록산 몰드.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 돌기의 높이는, 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 폴리디메틸실록산 몰드.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 돌기는, 가로 * 세로의 규격이 0.5 ㎛ * 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛ * 2 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 폴리디메틸실록산 몰드.

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