KR20160149632A - 분리막 이차전지 - Google Patents

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KR20160149632A
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Abstract

본 발명은, 분리막 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는, 다공성 분리막; 및 상기 다공성 분리막의 양면 중 적어도 일면에 도포되거나 형성되는 활물질층;을 포함하며, 상기 다공성 분리막 자체가 도전재 또는 집전체를 대체할 수 있다.

Description

분리막 이차전지{Secondary battery integrated with separator}
본 발명은 분리막 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는, 집전체 역할을 하는 금속재의 전극 플레이트를 생략하고 분리막 자체에 전극활물질 등을 도포함으로써 전지의 기능을 유지할 수 있는 분리막 형태로 된 이차전지를 제공하여 다양한 형상으로 형성될 수 있는 분리막 이차전지에 관한 것이다.
휴대전화, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기 시장이 확대되고 다양화됨에 따라 재충전이 가능한 전원공급용 이차 전지에 대한 수요도 확대되고 있다. 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 고성능화 및 다기능화는 전력원으로 사용되는 이차 전지의 에너지 저장밀도의 계속적인 향상을 요구하고 있다.
그리고, 전자기기의 급속한 박형화와 소형화는 얇은 두께의 박형 이차 전지에 대한 수요를 급속히 확대시키고 있는 반면, 기존의 원통형이나 각형 이차 전지의 조립방법을 그대로 채용하는 경우, 박형화에 따르는 부피당 에너지 밀도의 하락이 지나치게 큰 편이다. 따라서, 부피당 에너지 밀도가 높은 이차 전지의 개발은 다양한 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 박형화를 이룩하는 데 필수적이다.
특히, 근래에는, 곡면형 형상을 갖는 휴대용 전자기기들이 많이 출시되고 있는 실정이고, 또한, 곡면형으로 변형 가능한 유연성을 갖는 휴대용 전자기기들이 개발되고 있기 때문에, 이에 상응하여 곡면형 형상 또는 곡면형으로 변형 가능한 이차전지의 개발이 요구되고 있다.
그러나, 기존의 이차전지는, 일정강도를 가지는 금속재의 양극 플레이트 및 음극 플레이트의 형상에 따라 코인(coin)형, 버튼(button)형 등의 편평형 또는 파우치 형태 등의 외장 케이스가 전형적인 형상으로 제조되는 것이 일반적이기 때문에, 이차전지가 사용되는 전자기기의 모양이나 형태가 바뀌면 전형적인 형상의 이차전지가 사용되지 못한다는 문제점은 여전히 남아 있다.
또한, 전지의 형상을 쉽게 형성하고 변형시킬 수 있는 기술에 대한 요구가 증대되고 있는데, 이러한 요구에 대응하여 플렉서블 전지(flexible battery) 또는 섬유형 전지(textile type battery)가 제안되기에 이르렀다.
그러나, 기존의 플렉서블 전지 또는 섬유형 전지는 전지의 형상 대응성은 우수하지만 기존의 전지와 비교할 때 전지 구성요소에는 변화가 없다. 즉, 도전재가 섬유로 형성될 뿐 분리막, 양극 및 음극의 섬유 형태 도전재는 모두 사용되어야 한다. 이럴 경우 전지의 두께를 줄이는데 한계가 있고, 전지의 제조 공정이 복잡하고 제조 비용이 상승한다는 한계도 있다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는 대한민국 공개특허 공개번호 10-2011-0054704호의 '이차 전지'가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 분리막이 집전체인 양극 플레이트 또는 음극 플레이트의 기능을 대신할 수 있도록 구성함으로써 유연하게 구부러지거나 펴질 수 있고 형상 대응성이 우수한 분리막 이차전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 별도의 집전체를 생략하고 분리막 자체에 집전체 기능을 형성함으로써 전지의 구성을 단순화할 수 있도록 전극 구성요소가 분리막에 일체로 형성된 분리막 이차전지를 제공할 수 있다.
본 발명은, 다공성 분리막; 및 상기 다공성 분리막의 양면 중 적어도 일면에 도포되거나 형성되는 활물질층;을 포함하며, 상기 다공성 분리막 자체가 도전재 또는 집전체를 대체하는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지를 제공할 수 있다.
상기 활물질층은, 상기 다공성 분리막의 일면에 도포되거나 형성되는 양극 활물질층; 및 상기 다공성 분리막의 타면에 도포되거나 형성되는 음극 활물질층;을 포함하며, 상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층은 상기 다공성 분리막에 형성된 기공에 침투되거나 기공을 막지 않도록 상기 다공성 분리막에 형성될 수 있다.
상기 다공성 분리막과 상기 양극 활물질층 사이 또는 상기 다공성 분리막과 상기 음극 활물질층 사이에는 금속 코팅층이 마련될 수 있다.
상기 금속 코팅층은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au) 중 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층에는 적어도 일부분에 금속 호일층이 적층되거나 형성될 수 있다.
상기 금속 호일층은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au) 중 어느 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 다공성 분리막과 상기 양극 활물질층 사이 또는 상기 다공성 분리막과 상기 음극 활물질층 사이에는 금속 도전사가 마련될 수 있다.
상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층 중 적어도 하나에는 전극탭이 마련되며, 상기 전극탭은, 상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층이 액체 상태일 시에 상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층에 결합될 수 있다.
상기 다공성 분리막은 다공성 폴리머 재질을 가질 수 있다.
상기 다공성 분리막은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리아크릴로나이트릴로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은, 다공성 분리막; 및 상기 다공성 분리막의 양면 중 적어도 일면에 도포되거나 형성되는 도전재층;을 포함하며, 상기 도전재층은 상기 다공성 분리막에 형성된 기공에 침투되거나 기공을 막지 않도록 상기 다공성 분리막에 형성되고, 상기 도전재층은 상기 다공성 분리막에 직접 도포되거나 마련되어 전극 일체형 분리막을 형성하는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지를 제공할 수 있다.
상기 도전재층은 금속 코팅층, 금속 호일층 또는 금속 도전사 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 금속 코팅층 및 상기 금속 도전사는 상기 다공성 분리막과 양극 활물질층 또는 음극 활물질층 사이에 형성될 수 있다.
상기 다공성 분리막의 양면에는 각각 양극 활물질층 및 음극 활물질층이 더 형성되며, 상기 금속 호일층은 최외층을 형성하도록 상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층 중 어느 하나의 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 분리막 이차전지는, 전극 활물질이 도포된 분리막이 집전체인 금속 집합체를 대신하여 전지의 기능을 유지하므로, 기존의 이차전지와 비교해서 유연하게 구부러지거나 펴질 수 있으며, 이에 따라, 정형화된 형상에서 벗어나 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
본 발명에 따른 분리막 이차전지는, 전극판 형태의 별도 집전체가 필요 없으며 분리막의 양면 또는 어느 한 쪽의 단면에 직접 전극 활물질을 도포하거나 도전재료와 활물질을 함께 도포함으로써, 분리막에 전극 구성요소가 일체로 형성된 전지를 제공할 수 있으며, 이로 인해 전지의 구성을 단순화할 수 있고 전지 제조 공정을 간소화할 수 있다.
본 발명에 따른 분리막 이차전지는, 분리막의 양면 또는 단면에 도포된 활물질이 굳어지기 전에 전극탭을 결합함으로써 전극 기능을 하는 분리막에 전극탭을 결합하기 위한 별도의 후공정작업을 생략할 수 있고 전극탭 결합 공정을 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 이차전지의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예로서, 도 1에 도시된 분리막 이차전지에 금속 코팅층이 마련된 상태를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예로서, 도 1에 도시된 분리막 이차전지에 금속 호일층이 마련된 상태를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서, 도 2에 도시된 분리막 이차전지에 전극탭이 마련된 상태를 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예로서, 도 1에 도시된 분리막 이차전지에 금속 도전사가 마련된 상태를 보여주는 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 분리막 이차전지에 적층된 금속 도전사를 보여주는 사시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 분리막 이차전지가 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.
본 발명의 실시예에 따른 분리막 이차전지(100)는, 다공성 분리막(10)과, 상기 다공성 분리막(10)의 일면에 코팅되는 양극 활물질층(10) 및 상기 다공성 분리막(10)의 타면에 코팅되는 음극 활물질층(30)을 크게 포함할 수 있다.
상기 다공성 분리막(10)은 당업계에서 통상적인 분리막(separator)으로 사용될 수 있으나, 특히, 미세 포어(pore)가 형성된 다공성 기재(base material)로 제작된 분리막으로 사용되는 것이 바람직하다. 미세 포어를 통해서 전해액이 통과할 수 있고 이온이 통과할 수 있다. 따라서, 미세 포어는 전해액 통과 또는 이온 통과가 원활한 정도의 크기를 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 다공성 분리막(10)은, 필름 또는 부직포의 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어 필름 형태로 제조될 시에, 기재 필름용 조성물을 압출하고 연신한 뒤 미세 포어(pore)를 형성하여 제조될 수 있다.
그리고, 상기 다공성 분리막(10)은 전해질과 전해액을 함유할 수 있는 다공성 폴리머(polymer) 재질이 사용되는 것이 바람직하며, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리아크릴로나이트릴로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이외에 기타 폴리올레핀 계열로 제조될 수도 있고, 테플론(폴리테트라플루오로에틸렌, polytetrafluoroetylene)으로 제조될 수도 있다.
여기서, 상기 다공성 분리막(10)은 캐스팅 또는 코팅에 의해서 제조되는 것이 바람직하다.
상기에서 언급한 바와 같이, 다공성 분리막(10)에 형성된 기공 크기 및 기공도는 전해액의 이동이 저하되지 않는 크기 및 비율로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전해질은 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)N, LiC4F9SO3, Li(CF3SO2)3C 및 LiBPh4로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 전해액은, Ethylene Carbonate(EC), Propylene Carbonate(PC), Dimethyl Carbonate(DMC), Diethyl Carbonate(DEC), Ethylmethyl Carbonate(EMC), 1,2-dimethoxyethane(DME), γ-butyrolactone(GBL), Tetrahydrofuran(THF), 1,3-dioxolane(DOL), Diethylether(DEE), methyl formate(MF), methyl propionate(MP), Sulfolane(S), Dimethylsulfoxide(DMSO), acetonitrile(AN), Vinyl Carbonate(VC) 및 Fluoroethylene Carbonate(FEC)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 다공성 분리막(10)에는 전술한 바와 같이, 극성이 서로 상이한 전극 활물질이 코팅될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 이차전지(100)는, 상기 다공성 분리막(10)의 윗면에는 양극 활물질층(20)이 도포되어 코팅층을 형성할 수 있고, 또한, 상기 다공성 분리막(10)의 아랫면에는 음극 활물질층(30)이 도포되어 코팅층을 형성할 수 있다.
이때, 상기 다공성 분리막(10)에 형성되는 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)은, 전극 이온의 전도도를 하락시키지 않도록 상기 다공성 분리막(10)에 형성된 미세 포어, 즉, 기공에 침투되거나 미세 포어에 들어가지 않게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 다공성 분리막(10)의 양면에 각각 형성되는 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)은 다공성 분리막(10)의 기공을 막지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)은 코터(coater) 등 공지의 활물질 코팅 장치(미도시)에 의해 상기 분리막(10)의 표면에 형성될 수 있으며, 본 발명의 명세서 상에서는 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위하여 활물질 코팅 장치의 세부구성 및 활물질 코팅방법에 관한 설명이 생략된다.
또한, 상기 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)은 증착 또는 진공 스퍼터링(sputtering)에 의해서 다공성 분리막(10)의 표면에 형성되거나 코팅될 수 있다. 특히, 진공 스퍼터링에 의해서 활물질층(20,30)을 다공성 분리막(10)에 형성함으로써, 활물질에 포함되는 불순물을 줄일 수 있다.
한편, 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)의 화학적 성분 등은 기존의 이차전지에 사용되는 양극 활물질 및 음극 활물질과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 분리막 이차전지(100)는, 통상적인 이차전지와는 달리 집전체를 이루는 양극 및 음극의 금속 플레이트에 전극 활물질을 도포하는 것이 아니고, 다공성 분리막(10)에 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)을 직접 도포하여 전극 활물질층 또는 전극 코팅층을 형성함으로써, 별도의 금속 전극판 없이 상기 다공성 분리막(10) 자체만으로 금속 집전체의 역할도 할 수 있도록 형성하였다. 이와 같이, 형성함으로써, 종래의 금속 집전체에 대응하는 구성이 필요 없기 때문에 금속 집전체의 기계적 강성에 의해서 전지를 접거나 휘게 하는 것이 어려웠던 한계를 극복할 수 있다. 즉, 쉽게 접거나 휘어질 수 있는 분리막에 전극 활물질이 직접 도포되어 있기 때문에 다양한 형상으로 전지를 만드는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 분리막 이차전지(100)는, 상기 다공성 분리막(10)과 상기 양극 활물질층(20) 사이에 마련되거나 또는 상기 다공성 분리막(10)과 상기 음극 활물질층(30) 사이에 마련되어 이온의 이동을 촉진시키거나 전자의 이동을 촉진시키는 도전재층을 더 포함할 수 있다.
그 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 분리막 이차전지(100)는, 금속 코팅층(40, 50)을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 코팅층(40, 50)은, 상기 다공성 분리막(10)과 상기 양극 활물질층(20) 사이와, 상기 다공성 분리막(10)과 상기 음극 활물질층(30) 사이에 각각 마련될 수 있다. 즉, 상기 다공성 분리막(10)에 전극 활물질층(20, 30)을 도포하여 코팅층을 형성하기 전에, 금속 코팅층(40, 50)을 먼저 형성시킬 수 있다.
상기 금속 코팅층(40, 50)은, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au) 중 어느 하나의 금속 재질을 포함하는 도전재층이라고 할 수 있다. 바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 다공성 분리막(10)의 일면과 상기 양극 활물질층(20) 사이에는 알루미늄재의 금속 코팅층(40)이 마련될 수 있고, 상기 다공성 분리막(10)의 타면과 상기 음극 활물질층(30) 사이에는 니켈 또는 구리의 금속 코팅층(50)이 마련될 수 있다.
상기 금속 코팅층(40, 50)은 무전해 도금법(electroless plating)등 다양한 공지의 코팅 또는 증착 방식에 의해 상기 다공성 분리막(10)의 일면 및 타면에 각각 분사되어 코팅층을 형성할 수 있다. 본 발명의 명세서 상에서는 발명의 요지를 모호하지 않도록 그 구체적인 설명이 생략된다.
그리고, 상기 금속 코팅층(40, 50) 또한, 상기 다공성 분리막(10)에 형성된 다수개의 기공에 침투되지 않도록 코팅되는 것이 바람직하다.
금속 코팅층(40, 50)은 전극 활물질층(20, 30)과 다공성 분리막(10) 사이에 마련되는 것이 바람직한데, 금속 코팅층(40, 50)이 다공성 분리막(10)에 직접 도포되면 분리막과의 결착력이 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분리막 이차전지(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 양극 활물질층(20) 및 상기 음극 활물질층(30) 간의 이온 이동 또는 전자 이동을 촉진시키기 위한 수단으로 금속 호일층(metal foil layer, 60)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 금속 호일층(60)도 도전재층의 역할을 할 수 있다.
상기 금속 호일층(60)은, 도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 양극 활물질층(20) 또는 상기 음극 활물질층(30)에 적층되거나 형성될 수 있다. 여기서, 금속 호일층(60)은 다공성 분리막(10)의 전체 면적에 걸쳐 형성될 뿐만 아니라, 다공성 분리막(10)의 일부에만 형성될 수도 있다.
상기 금속 호일층(60) 또한 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au) 중 어느 하나의 금속 재질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 양극 활물질층(20)에 적층되거나 형성되는 경우에는 알루미늄재의 금속 호일층(60)이 사용될 수 있다. 또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 음극 활물질(30)에 적층되거나 형성되는 경우에는 구리재의 금속 호일층(60)이 사용될 수 있다.
한편, 도 3(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 금속 호일층(60)은 다공성 분리막(10)의 어느 일면에만 형성되고 다른 일면에는 전극 활물질층(20, 30)만 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 3(a)의 경우에는 다공성 분리막(10)의 일면에는 음극 활물질층(30)만 형성되고, 분리막(10)의 타면에는 양극 활물질층(20)이 도포되고 양극 활물질층(20)에 금속 호일층(60)이 형성되거나 적층될 수 있다. 또한, 도 3(b)의 경우에는 다공성 분리막(10)의 일면에는 양극 활물질층(20)만 형성되고, 분리막(10)의 타면에는 음극 활물질층(30)이 도포되고 음극 활물질층(30)에 금속 호일층(60)이 형성되거나 적층될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 이차전지(100)는 다공성 분리막(10)의 일면에는 하나의 극성을 가지는 전극 활물질(20, 30)만 마련되고 다른 극성의 전극은 분리막이 아닌 극판(electrode plate) 또는 호일의 형태를 가지며 다공성 분리막(10)의 타면에 형성될 수도 있다. 즉, 도 3(a) 및 (b)의 경우 금속 호일층(60)이 극판의 형태를 가지는 전극 또는 집전체의 역할을 할 수 있다.
도 3(a) 및 (b)의 경우 기존의 극판 역할을 하는 금속 호일층(60)이 마련된 경우에도, 금속 호일층(60)은 양극 또는 음극 중 어느 하나의 극성 쪽에만 마련되고두께가 얇고 접히거나 휘어지기 쉬운 호일 형태로 마련되기 때문에, 기존 전극판 형태의 전극에 비하여 전지형태를 자유롭게 형성하거나 변형할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 분리막 이차전지(100)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 다공성 분리막(10)과 상기 양극 활물질층(20) 사이 또는 상기 다공성 분리막(10)과 상기 음극 활물질층(30) 사이에 마련되는 금속 도전사(導電絲, 70, 80)를 포함할 수 있다. 여기서, 금속 도전사(70, 80)는 도전재층 기능을 할 수 있다.
상기 금속 도전사(70, 80)는, 상기 다공성 분리막(10)에 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)이 도포되어 코팅층이 형성되기 전에 상기 다공성 분리막(10)의 일면 또는 타면에 금속 도전사(70, 80)가 형성되거나 적층될 수 있다.
상기 금속 도전사(70, 80) 또한 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au) 중 어느 하나의 금속 재질을 포함할 수 있다. 바람직하게, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 다공성 분리막(10)의 일면과 상기 양극 활물질층(20) 사이에는 알루미늄재의 금속 도전사(70)가 마련될 수 있고, 상기 다공성 분리막(10)의 타면과 상기 음극 활물질층(30) 사이에는 니켈 또는 구리의 금속 도전사(80)가 마련될 수 있다.
상기 금속 도전사(70, 80)는 도 6에 도시된 바와 같이 도전성을 가지는 금속재의 실을 직조하여 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 직조된 원단에 금속 코팅을 하여 형성시킬 수도 있다. 또한, 금속 도전사(70, 80)는 금속 섬유의 형태를 가질 수도 있다.
상기와 같이 구성된 금속 도전사(70, 80)는, 기존의 금속 플레이트와는 달리 두께가 얇고 형상 변형이 용이하기 때문에, 상기 다공성 분리막(10)의 형상과 대응되는 형상으로 변형이 가능하고 또한 상기 양극 활물질층(20)과 상기 음극 활물질층(30) 간의 이온 전달 또는 전자 이동을 촉진시킬 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 양극 활물질층(20) 및 상기 음극 활물질층(30)에는 외부기기(미도시)의 단자와 전기적으로 연결되는 전극탭(11)이 각각 마련될 수 있다. 상기 전극탭(11)은, 상기 양극 활물질층(20) 또는 상기 음극 활물질층(20)이 경화되기 전 액체 상태로 상기 다공성 분리막(10)의 일면 및 타단에 도포되거나 상기 금속 코팅층(40, 50) 또는 상기 금속 도전사(70, 80) 위에 도포되었을 시에 상기 양극 활물질(20) 및 상기 음극 활물질(30)에 위치시킴으로써 전극탭(11)이 결합될 수 있다.
즉, 상기 전극탭(11)을 액체 상태의 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30)에 위치시키거나 놓은 상태에서, 상기 양극 활물질층(20) 및 상기 음극 활물질층(30)이 건조되어 수분이 없어지고 활물질(20, 30)이 굳어지거나 경화되면 전극탭(11)이 상기 양극 활물질층(20) 및 음극 활물질층(30) 각각에 결속될 수 있다.
상기 전극탭(11)은, 상기금속 호일층(60)과 같이 얇은 금속박으로 형성할 수도 있으며, 이에 한정되지 않고, 상기 금속 도전사(70, 80)와 같이 도전성을 가지는 금속재의 실을 직조하여 형성할 수도 있다.
참고로, 본 발명의 명세서 도 4 내지 도 6에는 상기 전극탭(11)이 상기 양극 활물질층(30) 또는 상기 음극 활물질층(40)이 형성하는 코팅층 상에서 상부 또는 하부로 돌출되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 상기 전극탭(11)의 일단부가 상기 양극 활물질층(20) 또는 상기 음극 활물질층(30)이 형성하는 코팅층 내부에 수용되도록 상기 양극 활물질층(20) 또는 상기 음극 활물질층(30)의 도포량을 증가시켜 상기 양극 활물질층(20) 또는 상기 음극 활물질층(30)이 형성하는 코팅층 높이보다 낮은 위치에 배치되게 할 수도 있다. 다시 설명하면, 전극 활물질(20,30)이 전극탭(11)의 표면 전체를 둘러싸는 형태로 전극 활물질층(20, 30)에 전극탭(11)이 고정될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분리막 이차전지(100)는 별도의 집전체 전극판을 구비하지 않고, 분리막에 직접 금속코팅층 또는 활물질층을 도포하거나 형성한 전극 일체형 분리막 이차전지이다.
따라서, 상기한 본 발명에 따른 분리막 이차전지(100)는, 기존의 이차전지와 비교해서 기계적 강성을 가지는 금속 전극판에 대응하는 전극 구성요소가 없고, 분리막의 표면에 직접 전극을 형성하기 때문에 전극 일체형 분리막이 유연하게 구부러지거나 펴질 수 있어서, 정형화된 형상에서 벗어나 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 분리막 이차전지(100)의 다공성 분리막(10)에는 전극 활물질층 외에 바인더(binder)가 형성될 수도 있고, 바인더는 폴리우레탄 등의 열가소성 탄성체를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 분리막 이차전지(100)는 다공성 폴리머 재질로 된 분리막만으로 전지의 기능을 구현할 수 있기 때문에 형상 변형이 용이한 기기 등에 적용될 수 있다. 예를 들면, 손목시계 밴드에 구비된 시계용 전지, 미래형 전투복에 섬유 형태로 구비되는 전투 장비용 전지, 박막셀 등에 본 발명에 따른 분리막 이차전지가 적용될 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 분리막 전지 10 : 다공성 분리막
20 : 양극 활물질층 30 : 음극 활물질층
40, 50 : 금속 코팅층 60 : 금속 호일층
70 : 금속 도전사

Claims (14)

  1. 다공성 분리막; 및
    상기 다공성 분리막의 양면 중 적어도 일면에 도포되거나 형성되는 활물질층;을 포함하며,
    상기 다공성 분리막 자체가 도전재 또는 집전체를 대체하는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질층은,
    상기 다공성 분리막의 일면에 도포되거나 형성되는 양극 활물질층; 및
    상기 다공성 분리막의 타면에 도포되거나 형성되는 음극 활물질층;을 포함하며,
    상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층은 상기 다공성 분리막에 형성된 기공에 침투되거나 기공을 막지 않도록 상기 다공성 분리막에 형성되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다공성 분리막과 상기 양극 활물질층 사이 또는 상기 다공성 분리막과 상기 음극 활물질층 사이에는 금속 코팅층이 마련되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속 코팅층은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au) 중 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층에는 적어도 일부분에 금속 호일층이 적층되거나 형성되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속 호일층은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au) 중 어느 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 다공성 분리막과 상기 양극 활물질층 사이 또는 상기 다공성 분리막과 상기 음극 활물질층 사이에는 금속 도전사가 마련되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층 중 적어도 하나에는 전극탭이 마련되며,
    상기 전극탭은,
    상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층이 액체 상태일 시에 상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층에 결합되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  9. 제 1 항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 분리막은 다공성 폴리머 재질을 가지는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다공성 분리막은,
    폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드로, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리아크릴로나이트릴로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  11. 다공성 분리막; 및
    상기 다공성 분리막의 양면 중 적어도 일면에 도포되거나 형성되는 도전재층;을 포함하며,
    상기 도전재층은 상기 다공성 분리막에 형성된 기공에 침투되거나 기공을 막지 않도록 상기 다공성 분리막에 형성되고,
    상기 도전재층은 상기 다공성 분리막에 직접 도포되거나 마련되어 전극 일체형 분리막을 형성하는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 도전재층은 금속 코팅층, 금속 호일층 또는 금속 도전사 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 코팅층 및 상기 금속 도전사는 상기 다공성 분리막과 양극 활물질층 또는 음극 활물질층 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다공성 분리막의 양면에는 각각 양극 활물질층 및 음극 활물질층이 더 형성되며,
    상기 금속 호일층은 최외층을 형성하도록 상기 양극 활물질층 또는 상기 음극 활물질층 중 어느 하나의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 분리막 이차전지.






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