WO2013062337A2 - 케이블형 이차전지 - Google Patents

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우상욱
정혜란
김제영
신헌철
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a cable type secondary battery free of deformation, and more particularly, to a cable type secondary battery including a conductive paste layer and an open current collector having an open structure.
  • a secondary battery is a device that converts external electrical energy into chemical energy and stores it and generates electricity when needed.
  • the term “rechargeable battery” is also used to mean that it can be charged multiple times.
  • Commonly used secondary batteries include lead storage batteries, nickel cadmium batteries (NiCd), nickel hydrogen storage batteries (NiMH), lithium ion batteries (Li-ion), and lithium ion polymer batteries (Li-ion polymer). Secondary batteries offer both economic and environmental advantages over primary batteries that are used once and discarded.
  • Secondary batteries are currently used where low power is used. Examples are devices, handhelds, tools, and uninterruptible power supplies that help start up the car. Recently, the development of wireless communication technology has led to the popularization of portable devices, and there is also a tendency to wirelessize many kinds of conventional devices, and the demand for secondary batteries is exploding. In addition, hybrid vehicles and electric vehicles have been put to practical use in terms of prevention of environmental pollution, and these next-generation vehicles employ technologies that use secondary batteries to reduce value, weight, and increase lifespan.
  • secondary batteries are cylindrical, rectangular or pouch type batteries. This is because the secondary battery is manufactured by mounting an electrode assembly composed of a negative electrode, a positive electrode, and a separator inside a pouch-shaped case of a cylindrical or rectangular metal can or an aluminum laminate sheet, and injecting an electrolyte into the electrode assembly. Therefore, since a certain space for mounting the secondary battery is essentially required, the cylindrical, square or pouch type of the secondary battery has a problem in that it acts as a limitation for the development of various types of portable devices. Accordingly, there is a need for a new type of secondary battery that is easily deformed.
  • Korean Patent No. 0444911 discloses a linear battery composed of a plurality of negative electrodes and a positive electrode having a separator interposed between a negative electrode and a positive electrode
  • Korean Patent No. 0742739 is a variable battery consisting of a positive electrode chamber and a negative electrode chamber in a thread form. It is disclosed, but the flexibility is not good.
  • deformation of the external current collector of the cable type secondary battery occurs due to an external force, a short circuit may occur due to contact with the internal current collector.
  • an object of the present invention is to provide a secondary battery having a novel linear structure that can be easily deformed, maintains stability and excellent performance of the secondary battery, and is free of short circuits caused by deformation of the external current collector. .
  • the present invention includes an internal electrode having an internal current collector and an internal electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the internal current collector; A separation layer formed around the outer surface of the inner electrode to prevent a short circuit of the electrode; And an external electrode formed surrounding the outer surface of the separation layer, the external electrode including an external electrode active material layer, an external current collector having an open structure, and a conductive paste layer; It provides a secondary battery.
  • the external current collector of the open structure may be a wound wire current collector, a wound sheet current collector or a mesh current collector.
  • the external electrode may include an external electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the separation layer, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the external electrode active material layer, and an outer surface of the external current collector having the open structure.
  • the external electrode may include a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the separation layer, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer, and an outer surface of the outer current collector having the open structure.
  • the external electrode may include an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the separation layer, a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the outer current collector of the open structure, and an outer surface of the conductive paste layer.
  • the internal current collector may include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, and copper; Stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver; Aluminum-cadmium alloys; Non-conductive polymer surface-treated with a conductive material; Or it may be made of a conductive polymer.
  • the conductive material may be one, or a mixture of two or more selected from polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polysulfuride, ITO (Indum Thin Oxide), silver, palladium, and nickel.
  • the conductive polymer may be a polymer that is one compound selected from polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polysulfuritride, or a mixture of two or more thereof.
  • the external current collector of the open structure stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper; Stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver; Aluminum-cadmium alloys; Non-conductive polymer surface-treated with a conductive material; It may be made of a conductive polymer.
  • the conductive material may be one, or a mixture of two or more selected from polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polysulfuride, ITO (Indum Thin Oxide), silver, palladium, and nickel.
  • the conductive polymer may be a polymer that is one compound selected from polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and polysulfuritride, or a mixture of two or more thereof.
  • the conductive paste layer may be a metal paste layer or a carbon paste layer.
  • the metal paste layer may include one or two or more metal powders and binders selected from Ni, Al, Au, Ag, Al, Pd / Ag, Cr, Ta, Cu, Ba, and ITO.
  • the binder may be one compound selected from acrylic resin, vinyl resin, hydroxy cellulose, methyl cellulose, nitro cellulose, ethylene cellulose, and a modified resin of the above resins, or a mixture of two or more thereof.
  • the carbon paste layer may include one or two or more carbon powders and a binder selected from graphite, carbon black, and carbon nanotubes.
  • the binder may be at least one compound selected from acrylic resin, vinyl resin, hydroxy cellulose, methyl cellulose, nitro cellulose, ethylene cellulose, and modified resins of the above resins, or a mixture of two or more thereof.
  • the inner electrode may be a cathode or an anode
  • the outer electrode may be an anode or a cathode corresponding to the inner electrode
  • the outer electrode is a positive electrode
  • the inner electrode active material layer natural graphite, artificial graphite, carbonaceous material
  • Metals (Me) that are lithium-containing titanium composite oxide (LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni, or Fe
  • the internal electrode active material layer may include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2, and LiNi 1-xyz Co x M1 y M2 z O 2
  • M1 and M2 are each independently selected from the group consisting of Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg and Mo
  • the separation layer may be an electrolyte layer or a separator.
  • the electrolyte layer is a gel polymer electrolyte using PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN or PVAC; Or a solid electrolyte using PEO, polypropylene oxide (PPO), polyethylene imine (PEI), polyethylene sulphide (PES) or polyvinyl acetate (PVAc); It may include an electrolyte selected from.
  • the electrolyte layer may further include a lithium salt.
  • the lithium salt is LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, may be one or two or more selected from lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carbonate and lithium tetraphenyl borate.
  • the separator may include a porous substrate made of a polyolefin-based polymer selected from the group consisting of an ethylene homopolymer, a propylene homopolymer, an ethylene-butene copolymer, an ethylene-hexene copolymer, and an ethylene-methacrylate copolymer;
  • a porous substrate formed of a mixture of inorganic particles and a binder polymer or a porous substrate formed of a mixture of inorganic particles and a binder polymer.
  • the inner electrode and the inner electrode having at least two electrodes having an inner electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the inner current collector is disposed in parallel with each other; A separation layer formed around the outer surface of the inner electrode to prevent a short circuit of the electrode; And an external electrode formed surrounding the outer surface of the separation layer, the external electrode including an external electrode active material layer, an external current collector having an open structure, and a conductive paste layer; A secondary battery is provided.
  • At least two electrodes having an internal current collector, an inner electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the inner current collector and a separation layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode active material layer Internal electrodes disposed in parallel to each other; And an outer electrode formed surrounding the outer surface of the inner electrode, the outer electrode including an outer electrode active material layer, an open current collector having an open structure, and a conductive paste layer; A secondary battery is provided.
  • the external electrode may include an outer electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the outer electrode active material layer, and an outer surface of the outer current collector of the open structure.
  • An open structure including a conductive paste layer formed or surrounding an outer surface of the inner electrode, an outer electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the outer electrode active material layer, and an outer surface of the conductive paste layer
  • An external current collector having an external current collector of the external electrode active material layer formed around the external surface of the internal electrode, the external electrode active material layer formed around the external surface of the internal electrode, and the external current collector of the open structure
  • a conductive paste layer formed to surround and contact the external electrode active material layer Alternatively, the outer electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, the outer electrode active material layer covered with the outer electrode active material layer and formed to surround the outer surface of the inner electrode in a spaced apart state and the outer electrode active material A
  • the external electrode may include a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer, and an outer surface of the outer current collector having the open structure.
  • a conductive paste layer having an external electrode active material layer or formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer, and an open structure formed surrounding the outer surface of the outer electrode active material layer A conductive paste layer including an outer current collector or surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer, and surrounding the outer surface of the outer current collector of the open structure Obtain an external electrode active material layer formed to contact the conductive paste layer Alternatively, a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer current collector having an open structure formed in the conductive paste layer, and surrounding the outer surface of the inner electrode spaced apart from each other, and an outer surface of the conductive paste layer A conductive paste layer formed surrounding the outer
  • the external electrode may include an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the inner electrode, a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the outer current collector of the open structure, and an outer surface of the conductive paste layer.
  • an outer current collector of an open structure formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer electrode active material layer formed to contact the inner electrode and surrounding the outer surface of the outer current collector of the open structure, and an outer surface of the outer electrode active material layer It may be to have a conductive paste layer formed surrounding the.
  • the external electrode including the conductive paste layer of the present invention and an external current collector having an open structure has excellent flexibility, flexibility of a cable type secondary battery having the same may be improved.
  • the conductive paste layer is a lightweight material, it may contribute to the weight reduction of the cable type secondary battery.
  • the external current collector of the open structure of the present invention is less likely to be crushed or bent due to its morphological characteristics, resulting in contact with the internal current collector. There is little fear of short circuit and the detachment of an active material can be prevented.
  • the external current collector of the present invention including the conductive paste layer has excellent contact characteristics with the active material, desorption of the active material can be prevented.
  • FIG. 1 is a diagram of a cable type secondary battery having one internal electrode and a wound external current collector and a conductive paste layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of a cable type secondary battery having one internal electrode and having a conductive paste layer and a wound external current collector according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram of a cable type secondary battery having one internal electrode and an external current collector wound inside a conductive paste layer according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a cable-type secondary battery having a plurality of internal electrodes and having an open current collector and a conductive paste layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a cable type secondary battery having a plurality of internal electrodes and having a conductive paste layer and an external current collector having an open structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a cable type secondary battery having a plurality of internal electrodes having a separation layer according to an exemplary embodiment of the present invention, and having an open collector and a conductive paste layer.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a cable type secondary battery having a plurality of internal electrodes having a separation layer according to an exemplary embodiment of the present invention, and having a conductive paste layer and an external current collector having an open structure.
  • FIG. 1 to 3 schematically show an embodiment of a cable type secondary battery having one internal electrode according to the present invention and having an external current collector and a conductive paste layer having an open structure.
  • the configuration described in the embodiments and drawings described below are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.
  • the cable type secondary batteries 100, 200, and 300 extending in the length direction having a horizontal cross section of a predetermined shape of the present invention may include internal collectors 110, 210, 310 and the internal collector.
  • An internal electrode including internal electrode active material layers 120, 220, and 320 formed surrounding the outer surfaces of the entire portions 110, 210, and 310; Separation layers 130, 230, and 330 formed around the outer surfaces of the internal electrodes 120, 220, and 320 to prevent a short circuit of the electrodes; And formed to surround the outer surfaces of the separation layers 130, 230, and 330, and the external electrode active material layers 140, 240, and 340, the open current collectors 150, 250, and 350, and the conductive paste layer 160.
  • the predetermined shape means that the shape is not particularly limited, and any shape that does not impair the essence of the present invention is possible.
  • the cable-type secondary battery of the present invention has a horizontal cross section of a predetermined shape, has a linear structure elongated in the longitudinal direction with respect to the horizontal cross section, and has flexibility so that deformation is free.
  • the open structure refers to a structure in which the open structure is an interface, and freely moves material from inside to outside through this interface, and the open current collector of the open structure is a wound wire-type house. It may be a whole, a wound sheet current collector or a mesh current collector, but is not limited thereto.
  • the internal electrode of the present invention includes a linear internal current collector 110, 210, 310 and internal electrode active material layers 120, 220, 320 formed surrounding the outer surface of the internal current collector 110, 210, 310.
  • separation layers 140, 240, and 340 for preventing the short circuit of the electrode are formed surrounding the outer surface of the internal electrode.
  • External electrodes are formed on the outer surfaces of the separation layers 140, 240, and 340.
  • the external electrode may be implemented in various ways depending on the arrangement of the external electrode active material layer, the open current collector and the conductive paste layer to be in contact with the separation layer.
  • the external electrode active material layer may be formed to surround the outer surface of the separation layer preferentially.
  • the external electrode, the outer electrode active material layer 140 formed to surround the outer surface of the separation layer 130, the outer current collector 150 of the open structure formed surrounding the outer surface of the outer electrode active material layer 140.
  • a conductive paste layer 160 formed surrounding the outer surface of the outer current collector 150 having the open structure.
  • FIG. 1 which illustrates a cable type secondary battery having an open current collector having an open structure, which is a wound wire type, an outer surface of the separation layer 130, which surrounds an outer surface of the separation layer 130.
  • An electrode active material layer 140 is formed, a wire type external current collector 150 is wound around the outer surface of the external electrode active material layer 140, and the wire structured on the outer surface of the external current collector 150 having an open structure.
  • the conductive paste layer 160 is formed.
  • an outer electrode active material layer 240 is formed on an outer surface of the separation layer 230 and surrounds an outer surface of the separation layer 230, and surrounds an outer surface of the outer electrode active material layer 240.
  • the conductive paste layer 260 is formed, and the wire-shaped external current collector 250 is wound around the outer surface of the conductive paste layer 260.
  • the external electrode active material layer 340 formed surrounding the outer surface of the separation layer 330, the conductive paste layer 360 formed around the outer surface of the external electrode active material layer 340, and the conductivity.
  • An outer current collector 350 may be provided that is covered in the paste layer 360 and surrounds the outer surface of the outer electrode active material layer 340 in a spaced apart state.
  • the wire-shaped current collector 150 of the wound open structure is wound on the outer surface of the external electrode active material layer 140 in the form of a spring, and has excellent flexibility and excellent elasticity so that excessive force is seen from the outside. Even when applied to the cable-type secondary battery of the present invention, the wound wire-type external current collector of the present invention is less crushed or bent due to its morphological characteristics, so there is less concern about short circuit due to contact with the internal current collector. Desorption can be prevented.
  • the external electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the separation layer, the outer current collector of the open structure formed surrounding the outer surface of the external electrode active material layer and the external current collector of the open structure An outer electrode active material layer formed surrounding the outer surface and having a conductive paste layer formed in contact with the outer electrode active material layer or surrounding the outer surface of the separation layer, the outer electrode active material layer being covered with the outer surface of the separation layer
  • a structure including an external current collector having an open structure formed in a spaced apart state and a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the external electrode active material layer is possible.
  • the conductive paste layer may be formed to preferentially surround the outer surface of the separation layer.
  • the external electrode may include a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the separation layer, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer, and an outer surface of the outer current collector having the open structure.
  • a structure having an outer current collector having an open structure; Etc. are possible.
  • the open current collector may be formed to preferentially surround the outer surface of the separation layer.
  • the external electrode may include an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the separation layer, a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the outer current collector of the open structure, and an outer surface of the conductive paste layer.
  • An outer current collector of an open structure formed surrounding the outer surface of the separation layer, a conductive paste layer formed to contact the separation layer and surrounding the outer surface of the outer current collector of the open structure and an outer surface formed to surround the outer surface of the conductive paste layer A structure including an electrode active material layer;
  • the conductive paste layer 160 is formed of a conductive paste, and generally has a coating aptitude capable of forming a coating film, and when the electricity flows through the dried coating film, the paste used is called a conductive paste, and these conductive pastes are conductive to the binder. It is prepared by dispersing a powder of material. Since the conductive paste layer 160 formed of the conductive paste has excellent flexibility, flexibility of the cable type secondary battery including the conductive paste layer 160 may be improved. In addition, since the conductive paste layer 160 formed of the conductive paste is a lightweight material having a lighter weight than a current collector made of a general metal, it may contribute to the weight reduction of the cable type secondary battery.
  • the external electrode including the conductive paste layer of the present invention has excellent flexibility, there is little excessive deformation such as being wrinkled or bent, so that Less worry about short circuit due to contact.
  • the conductive paste layer 160 formed of the conductive paste is formed by coating the outer surface of the external electrode active material layer 140 during the manufacturing process due to the physical property of the paste, contact with the external electrode active material layer 140 The characteristics are excellent, thereby effectively preventing desorption of the electrode active material due to deformation of the battery due to external force.
  • the external current collector 150 having an open structure may improve the insufficient electrical contact with the external electrode active material layer 140 by adopting the conductive paste layer 160.
  • the conductive paste layer may be a metal paste layer or a carbon paste layer.
  • the metal paste layer preferably includes one or two or more metal powders and binders selected from Ni, Al, Au, Ag, Al, Pd / Ag, Cr, Ta, Cu, Ba, and ITO.
  • the binder is not particularly limited in its kind, but acrylic resins, vinyl resins, hydroxy celluloses, methyl celluloses, nitro celluloses, ethylene celluloses and modified resins of the above resins are preferably used.
  • the carbon paste layer may include one or two or more carbon powders and a binder selected from graphite, carbon black, and carbon nanotubes, and may further include a conductive material.
  • the binder is not particularly limited in its kind, but acrylic resins, vinyl resins, hydroxy celluloses, methyl celluloses, nitro celluloses, ethylene celluloses and modified resins of the above resins are preferably used.
  • the internal current collector is a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver on the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel, surface treatment with aluminum-cadmium alloy, conductive material
  • the external current collector of the open structure may include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper; Stainless steel surface-treated with carbon, nickel, titanium, or silver; Aluminum-cadmium alloys; Non-conductive polymer surface-treated with a conductive material; Or it is preferably made of a conductive polymer.
  • the current collector collects electrons generated by the electrochemical reaction of the active material or serves to supply electrons required for the electrochemical reaction.
  • a metal such as copper or aluminum is used.
  • it is relatively more flexible than using a metal such as copper or aluminum.
  • it is possible to achieve the light weight of the battery by using a polymer current collector in place of the metal current collector.
  • Such conductive materials may be polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polysulfuride, ITO (Indum Thin Oxide), silver, palladium, nickel, and the like, and the conductive polymer may be polyacetylene, polyaniline, polypyrrole , Polythiophene, polysulfurite, and the like can be used.
  • the non-conductive polymer used for the current collector is not particularly limited in kind.
  • the inner electrode may be a cathode or an anode
  • the outer electrode may be an anode or a cathode corresponding to the inner electrode
  • the electrode active material layer of the present invention functions to move ions through a current collector, and the movement of these ions is caused by interaction through occlusion of ions from the electrolyte layer and release of ions into the electrolyte layer.
  • the electrode active material layer may be classified into a negative electrode active material layer and a positive electrode active material layer.
  • the inner electrode active material layer is a negative electrode active material layer, natural graphite, artificial graphite, carbonaceous material;
  • Metals (Me) that are lithium-containing titanium composite oxide (LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni, or Fe; Alloys composed of the metals (Me); Oxides of the metals (Me) (MeOx); And any one active material particles selected from the group consisting of metals (Me) and a composite of carbon or a mixture of two or more thereof, and the external electrode active material layer is a positive electrode active material layer, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCoPO 4 , LiFePO 4 , LiNiMnCoO 2 and LiNi 1-xyz Co x M1 y M2 z O 2 (M1 and M2 are independently of each other Al, Ni, Co, Fe
  • the internal electrode active material layer may be a positive electrode active material layer
  • the external electrode active material layer may be a negative electrode active material layer
  • an electrolyte layer or a separator can be used as the separation layer of the present invention.
  • the electrolyte layer serving as a passage for these ions may be a gel polymer electrolyte using PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN or PVAC, or PEO, polypropylene oxide (PPO), polyethylene imine (PEI), polyethylene sulphide (PES) or PVAc.
  • the matrix of the solid electrolyte is preferably made of polymer or ceramic glass as a basic skeleton.
  • ions may move very slowly in terms of reaction rate, and therefore, it is preferable to use an electrolyte of a gel polymer having easier movement of ions than a solid.
  • the gel polymer electrolyte is not excellent in mechanical properties, it may include a pore structure support or a crosslinked polymer to compensate for this. Since the electrolyte layer of the present invention may serve as a separator, a separate separator may not be used.
  • the electrolyte layer of the present invention may further include a lithium salt.
  • Lithium salts can improve ionic conductivity and reaction rate, non-limiting examples of which are LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloro may borane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, and tetraphenyl lithium borate available .
  • the separator is not limited to a kind thereof, but a porous material made of a polyolefin-based polymer selected from the group consisting of ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene-butene copolymer, ethylene-hexene copolymer and ethylene-methacrylate copolymer.
  • a porous substrate made of a polymer selected from the group consisting of polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyether ether ketone, polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfite and polyethylene naphthalene;
  • a porous substrate formed of a mixture of inorganic particles and a binder polymer may be used.
  • the present invention includes a protective coating, which is formed on the outer surface of the outer current collector to protect the electrode against moisture and external shock in the air as an insulator.
  • a conventional polymer resin can be used.
  • PVC, HDPE or epoxy resin can be used.
  • Cable type secondary battery 100 has a horizontal cross-section of a predetermined shape and the inner electrode 110 and the inner electrode formed to surround the outer surface of the inner current collector 110 extending in the longitudinal direction
  • An internal electrode having an active material layer 120;
  • a separation layer 130 formed around the outer surface of the inner electrode to prevent a short circuit of the electrode;
  • an outer electrode active material layer 140 formed surrounding the outer surface of the separation layer 130, a wire-type current collector 150 wound around the outer surface of the outer electrode active material layer 140, and the wound wire type.
  • the internal current collector 110 in the form of a wire is prepared, and the internal electrode active material layer 120 is coated on the surface of the internal current collector 110.
  • a general coating method may be applied as such a coating method. Specifically, an electroplating or an anodizing process may be used, but in order to maintain a constant interval, an electrode slurry containing an active material may be extruded. It is preferable to manufacture using a method of extrusion coating discontinuously through. In addition, when coating using an electrode slurry containing an active material, it is also possible to manufacture using a dip coating method or an extrusion coating method using an extruder.
  • a separation layer 130 which is an electrolyte layer, is formed to surround the internal electrode active material layer 120.
  • the method of forming the separation layer 130, which is the electrolyte layer is also not particularly limited, but it is easy to manufacture using an extrusion coating method due to the characteristics of the linear cable type secondary battery.
  • the coating method of the inner electrode active material layer 120 may be equally applied to the coating of the outer electrode active material layer 140.
  • a wire type external current collector is prepared and wound on an outer surface of the external electrode active material layer 140 to form a wire type external current collector 150 having an open structure.
  • the silver paste is prepared and applied to the outer surface of the wound wire-shaped open current collector 150 to form a conductive paste layer 160 to manufacture an electrode assembly.
  • the protective coating 170 is formed to surround the outer surface of the electrode assembly.
  • the protective coating 170 is formed on the outermost surface to protect the electrode against moisture and external shock in the air as an insulator.
  • a conventional polymer resin may be used, and for example, PVC, HDPE, or epoxy resin may be used.
  • a cable type secondary battery having a plurality of internal electrodes and having a horizontal cross section having a predetermined shape and extending in a longitudinal direction includes an internal electrode active material layer formed surrounding an internal current collector and an outer surface of the internal current collector. Two or more electrodes including an internal electrode disposed in parallel to each other; A separation layer formed around the outer surface of the inner electrode to prevent a short circuit of the electrode; And an external electrode formed surrounding the outer surface of the separation layer, the external electrode including an external electrode active material layer, an open current collector, and a conductive paste layer.
  • the cable type secondary battery 400 of the present invention includes an internal current collector 410 and an internal electrode active material layer 420 formed surrounding the outer surface of the internal current collector 410.
  • Two or more electrodes including an internal electrode disposed in parallel to each other; A separation layer 430 formed surrounding the outer surface of the inner electrode to prevent a short circuit of the electrode; And an external electrode active material layer 440 formed surrounding the outer surface of the separation layer 430, and an external current collector 450 having an open structure wound around the outer surface of the external electrode active material layer 440.
  • the external electrode of the cable type secondary battery 500 of the present invention is an external current collector 550 of the open structure of the external electrode active material layer 540 / conductive paste layer 560 / wound wire type. It may be a form that is stacked and formed in the order of).
  • the external electrode may be implemented in various embodiments according to the arrangement of the external electrode active material layer, the open current collector and the conductive paste layer, which are in contact with the separation layer, as described above.
  • a cable type secondary battery having a plurality of internal electrodes and having a horizontal cross section of a predetermined shape and extending in a length direction includes an internal current collector and an internal electrode formed to surround an outer surface of the internal current collector.
  • Internal electrodes in which at least two electrodes including an active material layer and a separation layer formed surrounding the outer surface of the internal electrode active material layer are disposed in parallel with each other; And an external electrode formed surrounding the outer surface of the internal electrode, the external electrode including an external electrode active material layer, an open current collector, and a conductive paste layer.
  • a cable type secondary battery 600 has an internal current collector 610 and an internal electrode active material layer 620 formed surrounding the outer surface of the internal current collector 610.
  • an internal electrode in which at least two electrodes including a separation layer 630 formed surrounding the outer surface of the internal electrode active material layer 620 are disposed in parallel with each other;
  • an outer electrode active material layer 640 formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer current collector 650 having an open structure wound around the outer surface of the outer electrode active material layer 640, and the wound wire. It includes; an external electrode having a conductive paste layer 660 formed on the outer surface of the outer collector 650 of the open structure.
  • the external electrode of the cable type secondary battery 700 of the present invention is an external current collector 750 having an open structure of an external electrode active material layer 740 / conductive paste layer 760 / a wound wire type. It may be a form that is stacked and formed in the order of).
  • the outer electrode may include an outer electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the outer electrode active material layer, and an outer surface of the outer current collector of the open structure.
  • a structure having an outer current collector having an open structure surrounding and formed; Etc. are possible.
  • the conductive paste layer may be formed on the outer surface of the inner electrode with preference.
  • the external electrode may include a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer, and an outer surface of the outer current collector having the open structure.
  • a structure including an external electrode active material layer formed to surround the material A structure including a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, an outer electrode active material layer formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer, and an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the outer electrode active material layer;
  • a structure including an external electrode active material layer A conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the inner electrode, covered with the conductive paste layer, and surrounding the outer surface of the inner electrode in a spaced apart state to surround an outer current collector of an open structure and an outer surface
  • an outer current collector of an open structure may be formed to surround the inner surface of the inner electrode.
  • an outer current collector having an open structure formed surrounding the outer surface of the inner electrode, a conductive paste layer formed surrounding the outer surface of the outer current collector of the open structure, and an outer surface formed surrounding the outer surface of the conductive paste layer A structure including an electrode active material layer;

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Abstract

본 발명은 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함하는 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지에 대한 것이다. 본 발명의 전도성 페이스트층과 열린 구조의 외부집전체를 포함하는 외부전극은 가요성이 우수하므로 이를 구비하는 케이블형 이차전지의 가요성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 전도성 페이스트층은 경량의 소재로 구성되므로 케이블형 이차전지의 경량화에 기여할 수 있다.

Description

케이블형 이차전지
본 발명은 변형이 자유로운 케이블형 이차전지에 관한 것으로, 더 자세하게는 전도성 페이스트층 및 열린 구조의 외부집전체를 포함하는 케이블형 이차전지에 관한 것이다.
본 출원은 2011년 10월 25일에 출원된 한국특허출원 제10-2011-0109563호에 기초한 우선권 주장을 하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
또한, 본 출원은 2012년 10월 25일에 출원된 한국특허출원 제10-2012-0118925호에 기초한 우선권 주장을 하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
최근 이차 전지는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지"(rechargeable battery)라는 명칭도 쓰인다. 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈 카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다. 이차 전지는 한 번 쓰고 버리는 일차 전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다.
이차 전지는 현재 낮은 전력을 사용하는 곳에 쓰인다. 이를테면 자동차의 시동을 돕는 기기, 휴대용 장치, 도구, 무정전 전원 장치를 들 수 있다. 최근 무선통신 기술의 발전은 휴대용 장치의 대중화를 주도하고 있으며, 종래의 많은 종류의 장치들을 무선화하는 경향도 있어, 이차전지에 대한 수요가 폭발하고 있다. 또한, 환경오염 등의 방지 측면에서 하이브리드 자동차, 전기 자동차가 실용화되고 있는데, 이들 차세대 자동차들은 이차전지를 사용하여 값과 무게를 줄이고 수명을 늘리는 기술을 채용하고 있다.
일반적으로 이차전지는 원통형, 각형 또는 파우치형의 전지가 대부분이다. 이는 이차전지는 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 원통형 또는 각형의 금속캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극 조립체에 전해질을 주입시켜 제조하기 때문이다. 따라서, 이차전지 장착을 위한 일정한 공간이 필수적으로 요구되므로, 이러한 이차전지의 원통형, 각형 또는 파우치형의 형태는 다양한 형태의 휴대용 장치의 개발에 대한 제약으로 작용하게 되는 문제점이 있다. 이에, 형태의 변형이 용이한 신규한 형태의 이차전지가 요구되고 있다.
이러한 요구에 대하여, 단면적 직경에 대하여 길이의 비가 매우 큰 전지인 선형전지가 제안되었다. 대한민국 등록특허 제0804411호는 음극과 양극 사이에 분리막이 개재된 다수의 음극과 양극으로 구성되어 있는 선형 전지가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 제0742739호는 실형태의 양극실과 음극실로 구성되는 가변형 전지를 개시하고 있으나, 가요성이 좋지 않다. 또한, 외부에서 가해지는 힘에 의해서 케이블형 이차전지의 외부집전체의 변형이 발생하는 경우에는 내부집전체와의 접촉으로 인한 단락이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 변형이 용이하며, 이차전지의 안정성과 우수한 성능을 유지할 수 있으며, 외부집전체의 변형에 의한 단락의 염려가 없는 신규한 선형 구조의 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함하는 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지를 제공한다.
여기서, 상기 열린 구조의 외부집전체는, 권선된 와이어형 집전체, 권선된 시트형 집전체 또는 메쉬형 집전체일 수 있다.
그리고, 상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 외부전극 활물질층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 전도성 페이스트층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 또는 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 내부집전체는, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자로 제조된 것일 수 있다.
이때, 상기 도전재는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물인 고분자일 수 있다.
그리고, 상기 열린 구조의 외부집전체는, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 전도성 고분자로 제조된 것일 수 있다.
이때, 상기 도전재는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물인 고분자일 수 있다.
한편, 상기 전도성 페이스트층은, 금속 페이스트층 또는 탄소 페이스트층일 수 있다.
여기서, 상기 금속 페이스트층은, Ni, Al, Au, Ag, Al, Pd/Ag, Cr, Ta, Cu, Ba 및 ITO 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속분말 및 바인더를 포함하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 바인더는, 아크릴계 수지, 비닐계 수지, 하이드록시 셀룰로스, 메틸셀룰로스, 니트로 셀룰로스, 에틸렌 셀룰로스 및 상기 수지들의 변성수지 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 탄소 페이스트층은, 흑연, 카본블랙 및 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 탄소분말 및 바인더를 포함하는 것일 수 있다.
여기서, 상기 바인더는, 아크릴계 수지, 비닐계 수지, 하이드록시 셀룰로스, 메틸셀룰로스, 니트로 셀룰로스, 에틸렌 셀룰로스 및 상기 수지들의 변성수지 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 내부전극은, 음극 또는 양극이고, 상기 외부전극은, 상기 내부전극에 상응하는 양극 또는 음극일 수 있다.
여기서, 상기 내부전극이 음극이고, 상기 외부전극이 양극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은, 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하고, 상기 외부전극 활물질층은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 내부전극이 양극이고, 상기 외부전극이 음극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 = x < 0.5, 0 = y < 0.5, 0 = z < 0.5, x+y+z = 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하고, 상기 외부전극 활물질층은, 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 분리층은, 전해질층 또는 세퍼레이터일 수 있다.
여기서, 상기 전해질층은, PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN 또는 PVAC를 사용한 겔형 고분자 전해질; 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질; 중에서 선택된 전해질을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전해질층은, 리튬염을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 리튬염은, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
그리고, 상기 세퍼레이터는, 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함하는 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지가 제공된다.
그리고, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 내부집전체, 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층과 상기 내부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 분리층을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극; 및 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함하는 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지가 제공된다.
이때, 상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 외부전극 활물질층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 내부전극의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 전도성 페이스트층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 내부전극의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 또는 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 내부전극과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 내부전극과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 전도성 페이스트층과 열린 구조의 외부집전체를 포함하는 외부전극은 가요성이 우수하므로 이를 구비하는 케이블형 이차전지의 가요성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 전도성 페이스트층은 경량의 소재이므로 케이블형 이차전지의 경량화에 기여할 수 있다. 또한, 외부에서 과도한 힘이 본 발명의 케이블형 이차전지에 가해지는 경우에도 본 발명의 열린 구조의 외부집전체는 형태적 특성상 구겨지거나 꺾이는 등의 과도한 변형이 적으므로 내부집전체와의 접촉에 따른 단락의 염려가 적고 활물질의 탈리를 방지할 수 있다. 그리고, 전도성 페이스트층을 포함하는 본 발명의 외부집전체는 활물질과의 접촉특성이 우수하므로 활물질의 탈리를 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하나의 내부전극을 가지며, 권선된 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 케이블형 이차전지의 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하나의 내부전극을 가지며, 전도성 페이스트층 및 권선된 외부집전체를 구비하는 케이블형 이차전지의 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 하나의 내부전극을 가지며, 전도성 페이스트층의 내부에 권선된 외부집전체를 구비하는 케이블형 이차전지의 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다수의 내부전극을 가지며, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 케이블형 이차전지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다수의 내부전극을 가지며, 전도성 페이스트층 및 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 케이블형 이차전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분리층을 구비하는 다수의 내부전극을 가지며, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 케이블형 이차전지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 분리층을 구비하는 다수의 내부전극을 가지며, 전도성 페이스트층 및 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 케이블형 이차전지의 단면도이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 하나의 내부전극을 가지며, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 갖는 케이블형 이차전지의 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 하지만, 이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지(100, 200, 300)는 내부집전체(110, 210, 310)와 상기 내부집전체(110, 210, 310)의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(120, 220, 320)을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극(120, 220, 320)의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층(130, 230, 330); 및 상기 분리층(130, 230, 330)의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층(140, 240, 340), 열린 구조의 외부집전체(150, 250, 350) 및 전도성 페이스트층(160, 260, 360)을 구비하는 외부전극;을 포함한다. 여기서 소정의 형상이라 함은 특별히 형상을 제한하지 않는다는 것으로, 본 발명의 본질을 훼손하지 않는 어떠한 형상도 가능하다는 의미이다. 본 발명의 케이블형 이차전지는 소정 형상의 수평 단면을 가지며, 수평 단면에 대한 길이방향으로 길게 늘어진 선형구조를 갖고, 가요성을 가지므로 변형이 자유롭다.
또한, 열린 구조라 함은 그 열린 구조를 경계면으로 하고, 이러한 경계면을 통과하여 내부에서 외부로의 물질의 이동이 자유로운 형태의 구조를 말하는 것이며, 상기 열린 구조의 외부집전체는, 권선된 와이어형 집전체, 권선된 시트형 집전체 또는 메쉬형 집전체일 수 있으나, 이에만 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 내부전극은 선형의 내부집전체(110, 210, 310)와 상기 내부집전체(110, 210, 310)의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(120, 220, 320)으로 이루어진다. 그리고, 전극의 단락을 방지하기 위한 분리층(140, 240, 340)이 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된다.
이러한 분리층(140, 240, 340)의 외면에는 외부전극이 형성된다.
여기서, 상기 외부전극은, 분리층과 접하게 되는, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층의 배치에 따라서 여러 가지 구현예가 가능하다.
첫 번째 구현예로는, 외부전극 활물질층이 상기 분리층의 외면을 우선적으로 둘러싸며 형성되는 것일 수 있다.
특히, 상기 외부전극은, 상기 분리층(130)의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(140), 상기 외부전극 활물질층(140)의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체(150) 및 상기 열린 구조의 외부집전체(150)의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층(160)을 구비할 수 있다.
예를 들어, 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체를 구비한 케이블형 이차전지를 나타낸 도 1에 따르면, 상기 분리층(130)의 외면에, 상기 분리층(130)의 외면을 둘러싸는 외부전극 활물질층(140)을 형성하고, 상기 외부전극 활물질층(140)의 외면에 와이어형인 외부집전체(150)를 권선하고, 상기 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(150)의 외면에 전도성 페이스트층(160)을 형성하게 된다.
또는 도 2에 따르면, 상기 분리층(230)의 외면에, 상기 분리층(230)의 외면을 둘러싸는 외부전극 활물질층(240)을 형성하고, 상기 외부전극 활물질층(240)의 외면을 둘러싸는 전도성 페이스트층(260)을 형성하며, 상기 전도성 페이스트층(260)의 외면에 와이어형인 외부집전체(250)를 권선하게 된다.
그리고, 도 3에 따르면, 상기 분리층(330)의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(340), 상기 외부전극 활물질층(340)의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층(360) 및 상기 전도성 페이스트층(360) 내에 피복되어 있고, 상기 외부전극 활물질층(340)의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 권선된 열린 구조의 외부집전체(350)를 구비할 수도 있다.
이러한 권선된 열린 구조의 와이어형 집전체(150)는 스프링의 형태로 상기 외부전극 활물질층(140)의 외면에 권선되어 있는 것으로, 가요성이 우수하며 또한 탄성이 우수하여 외부에서 과도한 힘이 본 발명의 케이블형 이차전지에 가해지는 경우에도 본 발명의 권선된 와이어형 외부집전체는 형태적 특성상 구겨지거나 꺾이는 등의 과도한 변형이 적으므로 내부집전체와의 접촉에 따른 단락의 염려가 적고 활물질의 탈리를 방지할 수 있다.
상기 권선된 와이어형 집전체 외에도, 권선된 시트형 집전체 또는 메쉬형 집전체를 사용하더라도 전술한 바와 동일한 효과가 발휘된다.
첫 번째 구현예로서 전술한 것 외에도, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 외부전극 활물질층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조 또는 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조 등이 가능하다.
두 번째 구현예로는, 전도성 페이스트층이 상기 분리층의 외면을 우선적으로 둘러싸며 형성되는 것일 수 있다.
이와 관련해서 상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 전도성 페이스트층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 분리층의 외면을 둘러사며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 구조; 등이 가능하다.
세 번째 구현예로는, 열린 구조의 외부집전체가 상기 분리층의 외면을 우선적으로 둘러싸며 형성되는 것일 수 있다.
이와 관련해서 상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조; 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조; 등이 가능하다.
한편, 상기 전도성 페이스트층(160)은 전도성 페이스트로 형성되는데 일반적으로 도막 형성이 가능한 도포 적성을 갖고 있고 건조된 도막에 전기가 흐를 때, 사용한 페이스트를 전도성 페이스트라고 하며, 이들 전도성 페이스트는 바인더에 전도성 물질의 분말을 분산시켜 제조된다. 이러한 전도성 페이스트로 형성된 전도성 페이스트층(160)는 가요성이 우수하므로 이를 구비하는 케이블형 이차전지의 가요성을 향상시킬 수 있다. 또한 전도성 페이스트로 형성된 전도성 페이스트층(160)은 일반적인 금속으로 이루어진 집전체 보다 가벼운 중량을 가지는 경량의 소재이므로 케이블형 이차전지의 경량화에 기여할 수 있다. 그리고, 외부에서 과도한 힘이 본 발명의 케이블형 이차전지에 가해지는 경우에도 본 발명의 전도성 페이스트층을 포함하는 외부전극은 유연성이 우수하므로 구겨지거나 꺾이는 등의 과도한 변형이 적으므로 내부집전체와의 접촉에 따른 단락의 염려가 적다. 또한, 전도성 페이스트로 형성된 전도성 페이스트층(160)은 페이스트라는 물리적인 특성으로 인하여 제조과정에서 외부전극 활물질층(140)의 외면에 도포하여 형성하게 되는 경우, 외부전극 활물질층(140)과의 접촉특성이 우수하며 이로 인하여 외부의 힘에 의한 전지의 변형에 따른 전극 활물질의 탈리를 효과적으로 방지할 수 있다. 그리고, 열린 구조의 외부집전체(150)는 외부전극 활물질층(140)과의 부족한 전기접점(electric contact)을 전도성 페이스트층(160)을 채택하여 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 전도성 페이스트층은, 금속 페이스트층 또는 탄소 페이스트층 등일 수 있다. 이러한 금속 페이스트층은, Ni, Al, Au, Ag, Al, Pd/Ag, Cr, Ta, Cu, Ba 및 ITO 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속분말 및 바인더를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 바인더로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 아크릴계 수지, 비닐계 수지, 하이드록시 셀룰로스, 메틸셀룰로스, 니트로 셀룰로스, 에틸렌 셀룰로스 및 상기 수지들의 변성수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 탄소 페이스트층은, 흑연, 카본블랙 및 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 탄소분말 및 바인더를 포함하는 것이 바람직하며, 선택적으로 도전재를 추가적으로 포함할 수 있다. 그리고, 상기 바인더로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만 아크릴계 수지, 비닐계 수지, 하이드록시 셀룰로스, 메틸셀룰로스, 니트로 셀룰로스, 에틸렌 셀룰로스 및 상기 수지들의 변성수지 등을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 내부집전체는, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리 또는 스테인리스스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴합금, 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자, 또는 전도성 고분자를 사용하여 제조된 것이 바람직하며, 상기 열린 구조의 외부집전체는, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자;로 제조된 것이 바람직하다.
집전체는 활물질의 전기화학 반응에 의해 생성된 전자를 모으거나 전기화학 반응에 필요한 전자를 공급하는 역할을 하는 것으로, 일반적으로 구리나 알루미늄 등의 금속을 사용한다. 특히, 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자 또는 전도성 고분자로 이루어진 고분자 전도체를 사용하는 경우에는 구리나 알루미늄과 같은 금속을 사용한 경우보다 상대적으로 가요성이 우수하다. 또한, 금속 집전체를 대체하여 고분자 집전체를 사용하여 전지의 경량성을 달성할 수 있다.
이러한 도전재로는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 등이 가능하며, 상기 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 등이 사용 가능하다. 다만, 집전체에 사용되는 비전도성 고분자는 특별히 종류를 한정하지는 않는다.
상기 내부전극은, 음극 또는 양극일 수 있으며, 상기 외부전극은, 상기 내부전극과 상응하는 양극 또는 음극일 수 있다.
본 발명의 전극 활물질층은 집전체를 통해서 이온을 이동시키는 작용을 하고, 이들 이온의 이동은 전해질층으로부터의 이온의 흡장 및 전해질층으로의 이온의 방출을 통한 상호작용에 의한다.
이러한 전극 활물질층은 음극 활물질층과 양극 활물질층으로 구분할 수 있다.
구체적으로, 상기 내부전극이 음극이고, 상기 외부전극이 양극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은 음극 활물질층으로서, 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있고, 상기 외부전극 활물질층은 양극 활물질층으로서, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부전극이 양극이고, 상기 외부전극이 음극인 경우에는 내부전극 활물질층은 양극 활물질층이 되고, 외부전극 활물질층은 음극 활물질층이 될 수 있다.
그리고, 본 발명의 분리층은, 전해질층 또는 세퍼레이터를 사용할 수 있다.
이러한 이온의 통로가 되는 전해질층으로는 PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN 또는 PVAC를 사용한 겔형 고분자 전해질 또는 PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질 등을 사용한다. 고체 전해질의 매트릭스(matrix)는 고분자 또는 세라믹 글라스를 기본골격으로 하는 것이 바람직하다. 일반적인 고분자 전해질의 경우에는 이온전도도가 충족되더라도 반응속도적 측면에서 이온이 매우 느리게 이동할 수 있으므로, 고체인 경우보다 이온의 이동이 용이한 겔형 고분자의 전해질을 사용하는 것이 바람직하다. 겔형 고분자 전해질은 기계적 특성이 우수하지 않으므로 이를 보완하기 위해서 기공구조 지지체 또는 가교 고분자를 포함할 수 있다. 본 발명의 전해질층은 분리막의 역할이 가능하므로 별도의 분리막을 사용하지 않을 수 있다.
본 발명의 전해질층은, 리튬염을 더 포함할 수 있다. 리튬염은 이온 전도도 및 반응속도를 향상시킬 수 있는데, 이들의 비제한적인 예로는, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬을 사용할 수 있다.
상기 세퍼레이터로는 그 종류를 한정하는 것은 아니지만 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재 등을 사용할 수 있다.
본 발명은 보호피복을 구비하는데, 보호피복은 절연체로서 공기 중의 수분 및 외부충격에 대하여 전극을 보호하기 위해 외부집전체의 외면에 형성한다. 보호피복으로는 통상의 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 일례로 PVC, HDPE 또는 에폭시 수지가 사용 가능하다.
이하에서는 일시예에 따른 케이블형 이차전지 및 그 제조방법을 도 1을 참조하여 간략하게 살펴본다.
일 실시예에 따른 본 발명의 케이블형 이차전지(100)는 소정 형상의 수평 단면을 가지며 길이 방향으로 연장되는 내부집전체(110)와 상기 내부집전체(110)의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(120)을 구비하는 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층(130); 및 상기 분리층(130)의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(140)과, 상기 외부전극 활물질층(140)의 외면을 둘러싸며 권선된 와이어형 집전체(150)와 상기 권선된 와이어형 집전체(150)의 외면에 형성된 전도성 페이스트층(160)을 구비하는 외부전극을 포함한다.
먼저, 와이어 형태의 내부집전체(110)를 준비하고, 그 내부집전체(110)의 표면에 내부전극 활물질층(120)을 코팅한다. 이러한 코팅방법으로는 일반적인 코팅방법이 적용될 수 있으며, 구체적으로는 전기도금(electroplating) 또는 양극산화처리(anodic oxidation process) 방법이 사용 가능하지만, 일정한 간격을 유지하기 위해서는 활물질을 포함하는 전극슬러리를 압출기를 통하여 불연속적으로 압출코팅하는 방법을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 사용하여 코팅하는 경우에는, 딥코팅(dip coating) 방법 또는 압출기를 사용하여 압출코팅하는 방법을 사용하여 제조하는 것도 가능하다.
이어서, 상기 내부전극 활물질층(120)을 둘러싸도록 전해질층인 분리층(130)을 형성한다. 상기 전해질층인 분리층(130)을 형성하는 방법도 특별히 한정되지는 않지만, 선형인 케이블형 이차전지의 특성상 압출코팅하는 방법을 사용하는 것이 제조하기가 용이하다.
상기 코팅된 전해질인 분리층(130)의 외면에 외부전극 활물질층(140)을 코팅하여 형성한다. 상기 내부전극 활물질층(120)의 코팅방법이 외부전극 활물질층(140)의 코팅에도 동일하게 적용될 수 있다.
그리고, 와이어형의 외부집전체를 준비하여 상기 외부전극 활물질층(140)의 외면에 권선하여 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(150)를 형성한다. 은 페이스트를 준비하여 상기 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(150)의 외면에 도포하여 전도성 페이스트층(160)을 형성하여 전극 조립체를 제조한다.
마지막으로, 상기 전극조립체의 외면을 감싸도록 보호피복(170)을 형성한다. 상기 보호피복(170)은 절연체로서 공기 중의 수분 및 외부충격에 대하여 전극을 보호하기 위해 최외면에 형성한다. 보호피복(170)으로는 통상의 고분자 수지를 사용할 수 있으며, 일례로 PVC, HDPE 또는 에폭시 수지가 사용 가능하다.
이하에서는, 또 다른 가능한 실시예를 도 4 내지 도 7을 참고하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 내부전극을 가지며 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지는, 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함한다.
우선 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 본 발명의 케이블형 이차전지(400)는 내부집전체(410)와 상기 내부집전체(410)의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(420)을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층(430); 및 상기 분리층(430)의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(440)과, 상기 외부전극 활물질층(440)의 외면을 둘러싸며 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(450)와 상기 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(450)의 외면에 형성된 전도성 페이스트층(460)을 구비하는 외부전극을 포함한다. 이러한 케이블형 이차전지(400)는 복수의 전극으로 이루어진 내부전극을 구비하므로, 음극과 양극의 밸런스 조정이 용이하고 다수의 전극을 구비하므로 단선의 가능성을 방지할 수 있다. 그리고, 도 5를 참조하면, 본 발명의 케이블형 이차전지(500)의 상기 외부전극은 외부전극 활물질층(540)/전도성 페이스트층(560)/권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(550)의 순서로 적층되어 형성되어 있는 형태일 수 있다.
이외에도, 상기 외부전극은, 분리층과 접하게 되는, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층의 배치에 따라서 여러 가지 구현예가 가능하며, 이는 전술한 바와 같다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다수의 내부전극을 가지며 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지는, 내부집전체, 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층과 상기 내부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 분리층을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극; 및 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함한다.
우선, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블형 이차전지(600)는 내부집전체(610), 상기 내부집전체(610)의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층(620)과 상기 내부전극 활물질층(620)의 외면을 둘러싸며 형성된 분리층(630)을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극; 및 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층(640)과, 상기 외부전극 활물질층(640)의 외면을 둘러싸며 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(650)와 상기 권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(650)의 외면에 형성된 전도성 페이스트층(660)을 구비하는 외부전극;을 포함한다. 이러한 케이블형 이차전지(600)는 복수의 전극으로 이루어진 내부전극을 구비하므로, 음극과 양극의 밸런스 조정이 용이하고 다수의 전극을 구비하므로 단선의 가능성을 방지할 수 있다. 그리고, 도 7을 참조하면, 본 발명의 케이블형 이차전지(700)의 상기 외부전극은 외부전극 활물질층(740)/전도성 페이스트층(760)/권선된 와이어형인 열린 구조의 외부집전체(750)의 순서로 적층되어 형성되어 있는 형태일 수 있다.
이외에도, 상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 외부전극 활물질층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 내부전극의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 구조; 등이 가능하다.
전술한 바와 달리, 상기 내부전극의 외면에 전도성 페이스트층이 우선적으로 둘러싸며 형성될 수 있다.
이에 따라 가능한 구조로서, 상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 전도성 페이스트층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 내부전극의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 구조; 등이 가능하다.
한편, 상기 내부전극의 외면에 열린 구조의 외부집전체가 우선적으로 둘러싸며 형성될 수 있다.
이에 따라 가능한 구조로서, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 내부전극과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조; 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 내부전극과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 구조 등이 가능하다.

Claims (33)

  1. 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 내부전극;
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함하는 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열린 구조의 외부집전체는, 권선된 와이어형 집전체, 권선된 시트형 집전체 또는 메쉬형 집전체인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 외부전극 활물질층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 전도성 페이스트층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 또는
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 내부집전체는, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자로 제조된 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전재는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물인 고분자인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 열린 구조의 외부집전체는, 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성탄소, 구리; 카본, 니켈, 티탄 또는 은으로 표면처리된 스테인리스스틸; 알루미늄-카드뮴합금; 도전재로 표면처리된 비전도성 고분자; 또는 전도성 고분자로 제조된 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도전재는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리설퍼니트리드, ITO(Indum Thin Oxide), 은, 팔라듐 및 니켈 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리설퍼니트리드 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물인 고분자인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 페이스트층은, 금속 페이스트층 또는 탄소 페이스트층인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속 페이스트층은, Ni, Al, Au, Ag, Al, Pd/Ag, Cr, Ta, Cu, Ba 및 ITO 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 금속분말 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 바인더는, 아크릴계 수지, 비닐계 수지, 하이드록시 셀룰로스, 메틸셀룰로스, 니트로 셀룰로스, 에틸렌 셀룰로스 및 상기 수지들의 변성수지 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 탄소 페이스트층은, 흑연, 카본블랙 및 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 탄소분말 및 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 바인더는, 아크릴계 수지, 비닐계 수지, 하이드록시 셀룰로스, 메틸셀룰로스, 니트로 셀룰로스, 에틸렌 셀룰로스 및 상기 수지들의 변성수지 중에서 선택된 1종의 화합물 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극은, 음극 또는 양극이고, 상기 외부전극은, 상기 내부전극에 상응하는 양극 또는 음극인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극이 음극이고, 상기 외부전극이 양극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은, 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하고,
    상기 외부전극 활물질층은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 ≤ x < 0.5, 0 ≤ y < 0.5, 0 ≤ z < 0.5, x+y+z ≤ 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 내부전극이 양극이고, 상기 외부전극이 음극인 경우, 상기 내부전극 활물질층은, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 및 LiNi 1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1 및 M2는 서로 독립적으로 Al, Ni, Co, Fe, Mn, V, Cr, Ti, W, Ta, Mg 및 Mo로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, x, y 및 z는 서로 독립적으로 산화물 조성 원소들의 원자 분율로서 0 = x < 0.5, 0 = y < 0.5, 0 = z < 0.5, x+y+z = 1임)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하고,
    상기 외부전극 활물질층은, 천연흑연, 인조흑연, 탄소질재료; 리튬 함유 티타늄 복합 산화물(LTO), Si, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe인 금속류(Me); 상기 금속류(Me)로 구성된 합금류; 상기 금속류(Me)의 산화물(MeOx); 및 상기 금속류(Me)와 탄소와의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 활물질 입자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 분리층은, 전해질층 또는 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 전해질층은, PEO, PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN 또는 PVAC를 사용한 겔형 고분자 전해질; 또는
    PEO, PPO(polypropylene oxide), PEI(polyethylene imine), PES(polyethylene sulphide) 또는 PVAc(polyvinyl acetate)를 사용한 고체 전해질; 중에서 선택된 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전해질층은, 리튬염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 리튬염은, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는, 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 기재; 폴리에스테르, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이트 및 폴리에틸렌나프탈렌으로 이루어진 군에서 선택된 고분자로 제조한 다공성 기재; 또는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 혼합물로 형성된 다공성 기재인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  25. 내부집전체와 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극;
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된, 전극의 단락을 방지하는 분리층; 및
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함하는 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 열린 구조의 외부집전체는, 권선된 와이어형 집전체, 권선된 시트형 집전체 또는 메쉬형 집전체인 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 외부전극 활물질층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 전도성 페이스트층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 분리층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 또는
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는
    상기 분리층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 분리층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  30. 내부집전체, 상기 내부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 내부전극 활물질층과 상기 내부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 분리층을 구비하는 2 이상의 전극이 서로 평행하게 배치된 내부전극; 및
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성되고, 외부전극 활물질층, 열린 구조의 외부집전체 및 전도성 페이스트층을 구비하는 외부전극;을 포함하는 소정 형상의 수평 단면을 가지고 길이 방향으로 연장된 케이블형 이차전지.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 외부전극 활물질층과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 내부전극의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 외부전극 활물질층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 전도성 페이스트층과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층 내에 피복되어 있고, 상기 내부전극의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나, 또는
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층 내에 피복되어 있고, 상기 전도성 페이스트층의 외면을 이격된 상태로 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 외부전극은, 상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 내부전극과 접촉하도록 형성된 전도성 페이스트층 및 상기 전도성 페이스트층의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층을 구비하거나,
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하거나, 또는
    상기 내부전극의 외면을 둘러싸며 형성된 열린 구조의 외부집전체, 상기 열린 구조의 외부집전체의 외면을 둘러싸며 상기 내부전극과 접촉하도록 형성된 외부전극 활물질층 및 상기 외부전극 활물질층의 외면을 둘러싸며 형성된 전도성 페이스트층을 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블형 이차전지.
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