WO2015020338A1 - Flexible current collector, method for manufacturing same, and secondary battery using same - Google Patents

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노승윤
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Abstract

The present invention relates to a flexible current collector which has excellent electrical conductivity while being sufficiently flexible so as to be used in an electrode for a flexible battery, a method for manufacturing the same, and a secondary battery using the same. The flexible current collector of the present invention comprises: a conductive support formed by injecting metal powder into a porous substrate; and a conductive metal layer formed on at least one side of the conductive support.

Description

플렉시블 집전체 및 그 제조방법과 이를 이용한 이차전지Flexible current collector and its manufacturing method and secondary battery using the same
본 발명은 플렉시블 집전체 및 그 제조방법과 이를 이용한 이차전지에 관한 것으로, 특히 플렉시블 전지용 전극에 사용될 수 있도록 가요성이 우수하면서도 전기전도도가 우수한 플렉시블 집전체 및 그 제조방법과 이를 이용한 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a flexible current collector, a method for manufacturing the same, and a secondary battery using the same, and more particularly, to a flexible current collector, a method for manufacturing the same, and a secondary battery using the same, which have excellent flexibility and excellent electrical conductivity so as to be used for an electrode for flexible batteries. will be.
전자제품의 디지털화와 고성능화 등으로 소비자의 요구가 바뀜에 따라 시장요구도 박형, 경량화와 고에너지 밀도에 의한 고용량을 지니는 전지의 개발로 흐름이 바뀌고 있는 상황이다. 또한, 미래의 에너지 및 환경 문제를 대처하기 위하여 하이브리드 전기 자동차나 전기 자동차, 및 연료전지 자동차의 개발이 활발히 진행되고 있는 바, 자동차 전원용으로 전지의 대형화가 요구되고 있다.As consumer demands change due to the digitization and high performance of electronic products, the market demand is shifting to the development of batteries having thin capacity, light weight, and high capacity due to high energy density. In addition, in order to cope with future energy and environmental problems, development of hybrid electric vehicles, electric vehicles, and fuel cell vehicles has been actively progressed, and thus an increase in size of batteries for automotive power supplies is required.
고에너지 밀도 및 대용량의 리튬이온 이차전지, 리튬이온 고분자전지, 슈퍼 커패시터(전기이중층 커패시터(Electric double layer capacitor) 및 슈도 커패시터(Pseudo capacitor))를 포함하는 이차전지는 한쌍의 전극과 분리막 및 전해액 또는 전해질을 포함하고 있다. A secondary battery including a high energy density and large capacity lithium ion secondary battery, a lithium ion polymer battery, and a super capacitor (electric double layer capacitor and pseudo capacitor) includes a pair of electrodes, a separator and an electrolyte, or Contains an electrolyte.
슈도 커패시터는 전극활물질로 금속산화물을 사용하고 있고, 전기이중층 커패시터는 전극활물질로서 높은 전기전도성, 열전도성, 낮은 밀도, 적합한 내부식성, 낮은 열팽창율 그리고 높은 순도를 지닌 다공성 탄소계 물질을 사용하고 있다. Pseudo capacitors use metal oxides as electrode active materials, and electric double layer capacitors use porous carbon materials with high electrical conductivity, thermal conductivity, low density, suitable corrosion resistance, low thermal expansion rate, and high purity as electrode active materials. .
상기 커패시터에서 전극은 2차원 구조인 확장된 박판(expanded foil), 구멍 뚫린 박판(punched foil) 또는 기공 없는 박판을 집전체로 사용하며, 구체적으로는 알루미늄 혹은 티타늄 박판, 확장된 알루미늄 혹은 티타늄 박판 집전체가 사용되고 있으며, 그 밖에 구멍 뚫린 알루미늄 혹은 티타늄 박판 등 여러 가지 형태의 집전체가 사용되고 있다. In the capacitor, the electrode is used as a current collector, an expanded foil, a punched foil, or a non-porous foil, which is a two-dimensional structure, specifically, an aluminum or titanium sheet, an expanded aluminum or titanium sheet The whole is used, and various types of current collectors, such as perforated aluminum or titanium thin plate, are used.
이러한 집전체들은 2차원적 집전체로서, 전극활물질과 집전체와의 결합력을 높이기 위하여 전극 제조 시에 결합제를 많이 사용하여야 한다거나, 집전체 표면을 개질 처리하여야 한다는 점과, 전극활물질을 두껍게 할 수 없는 단점이 있다. 이로 인하여 전극활물질의 이용률과 싸이클 수명의 한계를 드러내고 있고, 고율 충방전 특성이 다소 저조하여 개선이 필요하다.These current collectors are two-dimensional current collectors, and in order to increase the binding force between the electrode active material and the current collector, a large amount of binder must be used in the manufacture of the electrode, or the surface of the current collector must be modified, and the electrode active material can be thickened. There are no drawbacks. As a result, the utilization rate and cycle life of the electrode active material are revealed, and the high rate charge and discharge characteristics are somewhat low, and improvement is needed.
한국 등록특허 제10-0567393호(특허문헌 1)에는 상기한 문제를 고려하여 발포 금속(foamed metal), 금속 파이버(metal fiber), 다공성 금속(porous metal), 에칭된 금속(etched metal), 앞뒤로 요철화된 금속(metal) 등의 다공성 3차원 집전체를 이용한 전극 및 커패시터를 제안하고 있다.Korean Patent No. 10-0567393 (Patent Document 1) discloses a foamed metal, a metal fiber, a porous metal, an etched metal, back and forth in consideration of the above problems. An electrode and a capacitor using a porous three-dimensional current collector such as an uneven metal are proposed.
상기 특허문헌 1에서 다공성 3차원 집전체의 재질은 니켈(Ni), 구리(Cu), 스텐레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속으로 이루어진 것을 사용하고 있다.The material of the porous three-dimensional current collector in the patent document 1 is nickel (Ni), copper (Cu), stainless steel (SUS), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt Metals such as (Co), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au), and aluminum (Al) are used.
리튬이차전지의 경우는 음극으로 탄소계 물질을 사용하고, 양극으로 LiCoO2 또는 LiMn2O4를 사용하는 전지가 상용화되어 있다. 그러나 전지의 성능을 높이기 위하여, 전극 활물질의 이용률과 사이클 수명을 증대시키고, 고율 충방전 특성을 향상시키기 위한 새로운 전극 활물질의 제조, 전극 활물질의 표면개질, 분리막과 고분자 전해질의 성능 향상, 유기용매 전해질의 성능향상 등에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다.In the case of a lithium secondary battery, a battery using a carbon-based material as a negative electrode and using LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 as a positive electrode has been commercialized. However, in order to increase the performance of the battery, the production of a new electrode active material, the surface modification of the electrode active material, the performance improvement of the membrane and polymer electrolyte, the organic solvent electrolyte to increase the utilization and cycle life of the electrode active material, and to improve the high rate charge and discharge characteristics Much research has been done on the improvement of the performance.
상용화된 리튬이온전지의 경우 음극에는 구리박판 집전체, 양극에는 알루미늄 박판 집전체가 사용되고 있으며, 리튬이온 폴리머전지의 경우 음극에는 확장된 구리 박판(expanded copper foil) 또는 구멍 뚫린 구리 박판(punched copper foil) 형태의 집전체가, 양극에는 확장된 알루미늄 박판(expanded aluminum foil) 또는 구멍 뚫린 알루미늄 박판(punched aluminum foil) 형태의 집전체가 사용되고 있다. In the case of a commercially available lithium ion battery, a copper thin current collector is used for the negative electrode and an aluminum thin current collector for the positive electrode, and an expanded copper foil or a punched copper foil is used for the negative electrode for a lithium ion polymer battery. The current collector in the form of), the current collector in the form of expanded aluminum foil (punched aluminum foil) or expanded aluminum foil (punched aluminum foil) is used for the positive electrode.
이러한 집전체들은 2차원적 집전체로서, 전극 활물질과 집전체와의 결합력을 높이기 위하여 전극 제조 시에 결합제를 많이 사용하거나, 집전체 표면을 개질 처리하여야 하거나, 전극 활물질을 두껍게 할 수 없는 단점이 있다. 이로 인하여 전극 활물질의 이용률과 사이클 수명의 한계를 드러내고 있고, 고율 충방전 특성이 다소 저조하여 이의 개선이 필요하다These current collectors are two-dimensional current collectors, and in order to increase the bonding strength between the electrode active material and the current collector, a large amount of binders are used in manufacturing the electrode, the surface of the current collector must be modified, or the electrode active material can not be thickened. have. As a result, the utilization rate and cycle life of the electrode active material are revealed, and the high rate charge / discharge characteristics are somewhat low, and improvement thereof is necessary.
한국 등록특허 제10-0559364호(특허문헌 2)에는 상기한 문제를 고려하여 등록특허 제10-0567393호와 동일하게 발포 금속(foamed metal), 금속 파이버(metal fiber), 다공성 금속(porous metal), 에칭된 금속(etched metal), 앞뒤로 요철화된 금속(metal) 등의 다공성 3차원 집전체로 구성된 전극과 이를 이용한 리튬 전지, 및 그 제조방법을 제안하고 있다.Korean Patent No. 10-0559364 (Patent Document 2), in consideration of the above-mentioned problem, as in Patent Registration No. 10-0567393, foamed metal (metal), metal fiber (metal fiber), porous metal (porous metal) , An electrode composed of a porous three-dimensional current collector, such as an etched metal and a metal unevenly rolled back and forth, a lithium battery using the same, and a method of manufacturing the same.
그러나, 상기한 특허문헌 2에서 금속으로 이루어진 다공성 3차원 집전체는 기공 크기가 1 ㎛ ~ 10 ㎜인 것이 사용되고 있으나, 이러한 기공 크기를 균일하게 갖는 발포 금속(foamed metal), 금속 파이버(metal fiber), 다공성 금속(porous metal), 에칭된 금속(etched metal), 앞뒤로 요철화된 금속(metal)은 재료가 금속재로 이루어져 있기 때문에 제조가 용이하지 않다. However, although the porous three-dimensional current collector made of a metal in the above-mentioned Patent Document 2 has a pore size of 1 μm to 10 mm, foamed metal and metal fiber having a uniform pore size are used. , Porous metal, etched metal, and uneven metal back and forth are not easy to manufacture because the material is made of a metallic material.
특히, 발포 금속 또는 다공성 금속의 경우 개포형(open cell type)의 다공성 3차원 구조체는 양산성이 낮고 제조비용이 높으며, 박판의 형상으로 성형하는 것은 어려움이 있고, 체적대비 비표면적을 효과적으로 증진시키는데 한계가 있다.In particular, in the case of the foamed metal or the porous metal, the open cell type porous three-dimensional structure is low in mass productivity, high in manufacturing cost, difficult to form into a thin plate shape, and effectively increases the specific surface area to volume. There is a limit.
또한, 상기한 특허문헌 2의 다공성 3차원 집전체는 금속재로 이루어져 있기 때문에 박막이면서 가요성이 요구되는 플렉시블 전지에 집전체로서 최적의 조건을 갖고 있지 못하다.Moreover, since the porous three-dimensional current collector of the said patent document 2 consists of a metal material, it does not have optimal conditions as an electrical power collector in the flexible battery which is thin and requires flexibility.
따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 고분자 물질을 방사하여 미세 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹이나 부직포와 같은 다공성 기재에 금속 분말이 미세 기공에 주입되어 고정됨에 따라 가요성과 전기전도도가 모두 우수한 플렉시블 집전체 및 그 제조방법과 이를 이용한 이차전지를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, the object of which is that the metal powder is injected into the micropores and fixed to a porous substrate such as a porous nanofiber web or nonwoven fabric having a micropores by spinning a polymer material Accordingly, there is provided a flexible current collector having excellent flexibility and electrical conductivity, a method of manufacturing the same, and a secondary battery using the same.
본 발명의 다른 목적은 다공성 기재의 미세 기공 내부에 금속 분말이 주입되고 외표면에 도전막이 형성되어 가요성과 전기전도도가 우수한 플렉시블 집전체 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a flexible current collector having excellent flexibility and electrical conductivity and a manufacturing method thereof by injecting metal powder into the micropores of the porous substrate and forming a conductive film on the outer surface thereof.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 특징에 따른 플렉시블 집전체는 다공성 기재에 금속 분말이 주입되어 형성된 전도성 지지체; 및 상기 전도성 지지체의 적어도 일측에 형성된 전도성 금속층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, the flexible current collector according to the first aspect of the present invention comprises a conductive support formed by injecting a metal powder into the porous substrate; And a conductive metal layer formed on at least one side of the conductive support.
본 발명의 플렉시블 집전체는 상기 전도성 지지체와 상기 전도성 금속층 사이에 개재된 전도성 접착층을 더 포함하는 것이 바람직하다.The flexible current collector of the present invention preferably further includes a conductive adhesive layer interposed between the conductive support and the conductive metal layer.
상기 전도성 금속층과 전도성 접착층은 동일 금속으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 금속은 Cu 또는 Al일 수 있다.Preferably, the conductive metal layer and the conductive adhesive layer are made of the same metal, and the metal may be Cu or Al.
상기 다공성 기재는, 나노섬유 웹, 부직포 및 상기 나노섬유 웹과 부직포의 적층 구조 중 하나를 사용할 수 있다.The porous substrate may use one of a nanofiber web, a nonwoven fabric, and a laminated structure of the nanofiber web and a nonwoven fabric.
더욱이, 상기 다공성 기재의 섬유 직경은 0.3 내지 1.5um이고, 상기 다공성 기재의 두께는 10 내지 70um, 바람직하게는 20 내지 25um로 설정될 수 있다.Further, the fiber diameter of the porous substrate is 0.3 to 1.5um, the thickness of the porous substrate may be set to 10 to 70um, preferably 20 to 25um.
또한, 상기 다공성 기재의 기공 크기는 수십 um로 설정되고, 기공도는 50 내지 90%로 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the pore size of the porous substrate is preferably set to several tens of um, the porosity is preferably set to 50 to 90%.
상기 전도성 금속층은 1 내지 5um로 설정되고, 도금방법으로 형성되는 것이 바람직하다.The conductive metal layer is set to 1 to 5um, preferably formed by a plating method.
본 발명의 제2 특징에 따른 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 이차전지로서, 상기 양극은 제1집전체 및 상기 제1집전체의 일면 또는 양면에 형성된 양극 활물질을 포함하고, 상기 음극은 제2집전체 및 상기 제2집전체의 일면 또는 양면에 형성된 음극 활물질을 포함하며, 상기 제1 및 제2 집전체는 각각 상기 플렉시블 집전체인 것을 특징으로 한다.A secondary battery according to a second aspect of the present invention is a secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode and an electrolyte, wherein the positive electrode is one or both surfaces of the first current collector and the first current collector And a negative electrode active material formed on the second current collector, and a negative electrode active material formed on one or both surfaces of the second current collector, and the first and second current collectors are each the flexible current collector. It is done.
상기 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질, 겔 폴리머 형성용 모노머와 중합 개시제를 포함하는 유기 전해액으로 이루어지며, 상기 전해액은 상기 다공성 분리막에 함침된 후, 상기 겔 폴리머 형성용 모노머를 중합반응시킴에 따라 겔 폴리머 전해질을 형성할 수 있다.The electrolyte is composed of a non-aqueous organic solvent, a solute of lithium salt, an organic electrolyte containing a gel polymer forming monomer and a polymerization initiator, and the electrolyte is impregnated in the porous separator and then polymerized with the gel polymer forming monomer. The gel polymer electrolyte can be formed accordingly.
또한, 상기 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질을 포함하는 유기 전해액으로 이루어질 수 있다.In addition, the electrolyte may be composed of an organic electrolyte containing a non-aqueous organic solvent and a solute of a lithium salt.
더욱이, 상기 제1집전체는 도금 방법으로 형성되는 알루미늄(Al) 금속층을 포함하며, 상기 제2집전체는 도금 방법으로 형성되는 구리(Cu) 금속층을 포함하는 것이 바람직하다.Further, the first current collector may include an aluminum (Al) metal layer formed by a plating method, and the second current collector may include a copper (Cu) metal layer formed by a plating method.
상기 분리막은 지지체 역할을 하는 다공성 부직포; 및 상기 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 및 이온함습층 역할을 하는 다공성 고분자 웹 층 또는 무기공 고분자 필름층을 포함하며, 상기 다공성 고분자 웹 층 또는 무기공 고분자 필름층의 일부는 다공성 부직포와 적층되는 표면의 기공을 차단하도록 다공성 부직포의 표면층에 함입되어 다공성 부직포의 기공도를 낮추는 것이 바람직하다.The separator is a porous nonwoven fabric serving as a support; And a porous polymer web layer or an inorganic porous polymer film layer laminated on one side of the porous nonwoven fabric and serving as an adhesive layer and an ion moisture storage layer when in close contact with an opposite electrode. Part of the layer is preferably embedded in the surface layer of the porous nonwoven fabric to block the pores of the surface laminated with the porous nonwoven fabric to lower the porosity of the porous nonwoven fabric.
또한, 상기 분리막은 지지체 역할을 하며 제1융점 및 제1기공도를 갖는 다공성 부직포; 상기 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 역할을 하는 제1다공성 고분자 웹 층; 및 상기 다공성 부직포의 타측면에 적층되며, 내열성 고분자의 나노섬유로 이루어진 제2다공성 고분자 웹 층을 포함하며, 상기 제1다공성 고분자 웹 층과 제2다공성 고분자 웹 층은 각각 다공성 기재의 제1융점보다 더 높은 융점과 제1기공도와 동일하거나 유사한 기공도를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the separator serves as a support and a porous nonwoven fabric having a first melting point and a first porosity; A first porous polymer web layer laminated on one side of the porous nonwoven fabric and serving as an adhesive layer when in close contact with an opposite electrode; And a second porous polymer web layer laminated on the other side of the porous nonwoven fabric and composed of nanofibers of a heat resistant polymer, wherein the first porous polymer web layer and the second porous polymer web layer each have a first melting point of the porous substrate. It is desirable to have a higher melting point and a porosity equal or similar to the first porosity.
본 발명의 제3 특징에 따른 플렉시블 집전체의 제조방법은 다공성 기재의 미세 기공에 금속 분말과 바인더가 혼합된 슬러리를 주입하여 전도성 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 전도성 지지체의 적어도 일측에 전도성 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Method for manufacturing a flexible current collector according to a third aspect of the present invention comprises the steps of forming a conductive support by injecting a slurry mixed with a metal powder and a binder in the fine pores of the porous substrate; And forming a conductive metal layer on at least one side of the conductive support.
본 발명의 플렉시블 집전체의 제조방법은 상기 전도성 금속층을 형성하기 전에 상기 전도성 금속층과 동일한 재료로 상기 전도성 지지체에 전도성 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method of manufacturing the flexible current collector of the present invention preferably further includes forming a conductive adhesive layer on the conductive support with the same material as the conductive metal layer before forming the conductive metal layer.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 고분자 물질을 방사하여 미세 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹이나 부직포와 같은 다공성 기재에 금속 분말이 미세 기공에 주입되어 고정됨에 따라 가요성과 전기전도도가 모두 우수한 플렉시블 집전체를 제공한다.As described above, in the present invention, as the metal powder is injected into the micropores and fixed to the porous substrate such as the porous nanofiber web or the nonwoven fabric having the micropores by spinning the polymer material, the flexible current collector having excellent flexibility and electrical conductivity is obtained. to provide.
또한, 본 발명에서는 지지체로 사용되는 다공성 기재의 미세 기공 내부에 금속 분말이 주입되고 외표면에 도전막이 형성되어 가요성과 전기전도도가 우수한 플렉시블 집전체를 사용하여 플렉시블 전극을 구현할 수 있다. 더욱이, 상기한 플렉시블 전극을 이용하면 플렉시블 전지도 쉽게 구현할 수 있다.In addition, in the present invention, a metal powder is injected into the micropores of the porous substrate used as the support, and a conductive film is formed on the outer surface, thereby implementing a flexible electrode using a flexible current collector having excellent flexibility and electrical conductivity. Moreover, the flexible battery can be easily implemented using the flexible electrode.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플렉시블 집전체의 제조공정을 나타내는 공정 단면도,1 to 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a flexible current collector according to a preferred embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 플렉시블 집전체를 사용하여 구성되는 이차전지를 나타낸 개략 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view showing a secondary battery constructed using a flexible current collector according to the present invention.
첨부된 도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플렉시블 집전체의 제조공정을 나타내는 공정 단면도이다. 1 to 4 are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a flexible current collector according to a preferred embodiment of the present invention.
(플렉시블 집전체 구조)(Flexible current collector structure)
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플렉시블 집전체(1)는 다공성 나노섬유 웹 또는 부직포와 같은 다공성 기재(10)의 미세 기공에 금속 분말(22)이 주입되어 고정된 전도성 지지체(20), 상기 도전성 지지체(20)의 일 표면에 형성된 전도성 접착층(30) 및 상기 전도성 접착층(30)의 표면에 형성된 전도성 금속층(40)을 포함하고 있다.First, as shown in Figure 4, the flexible current collector 1 according to a preferred embodiment of the present invention is a metal powder 22 is injected into the fine pores of the porous substrate 10, such as porous nanofiber web or nonwoven fabric A fixed conductive support 20, a conductive adhesive layer 30 formed on one surface of the conductive support 20, and a conductive metal layer 40 formed on the surface of the conductive adhesive layer 30 are included.
상기 전도성 지지체(20)는 전기 방사가 가능한 고분자를 용매에 용해시켜 방사용액을 형성한 후, 방사용액을 콜렉터 또는 트랜스퍼 시트 위에 전기방사하여 방사된 나노섬유(12)에 의해 3차원 미세 기공(14)을 갖는 다공성 나노섬유 웹 또는 부직포와 같은 다공성 기재(10)에, 전도성을 확보하도록 미세한 금속 분말(22)이 주입되어 고정된 구조를 갖는다.The conductive support 20 forms a spinning solution by dissolving an electrospinable polymer in a solvent, and then three-dimensional micropores 14 by the nanofibers 12 that are spun by spinning the spinning solution on a collector or transfer sheet. To the porous substrate 10 such as a porous nanofiber web or a nonwoven fabric having a), fine metal powder 22 is injected and fixed to secure conductivity.
상기 다공성 나노섬유 웹은 단일 종류의 고분자 또는 적어도 2 종류의 고분자를 혼합하여 용매에 용해시킨 혼합 방사용액을 전기방사하거나, 또는 서로 다른 고분자를 각각 용매에 용해시킨 후 각각 서로 다른 방사 노즐을 통하여 교차방사하여 얻어질 수 있다.The porous nanofiber web may be electrospun a mixed spinning solution in which a single polymer or at least two polymers are mixed and dissolved in a solvent, or cross each other through different spinning nozzles after dissolving different polymers in a solvent. It can be obtained by spinning.
상기 2 종류의 고분자를 사용하여 혼합 방사용액을 형성하는 경우, 예를 들어, 내열성 고분자로서 PAN과 접착성 고분자(또는 팽윤성 고분자)로서 PVDF를 혼합하는 경우, 8:2 내지 5:5 중량% 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.In the case of forming a mixed spinning solution using the two kinds of polymers, for example, in the case of mixing PAN as a heat resistant polymer and PVDF as an adhesive polymer (or swellable polymer), a range of 8: 2 to 5: 5 wt% It is preferable to mix with.
내열성 고분자와 접착성 고분자의 혼합비가 중량비로 5:5보다 작은 경우 내열성이 떨어져서 요구되는 고온 특성을 갖지 못하며, 혼합비가 중량비로 8:2보다 큰 경우 강도가 떨어지고 방사 트러블이 발생하게 된다.When the mixing ratio of the heat-resistant polymer and the adhesive polymer is less than 5: 5 by weight, the heat resistance is poor and does not have the required high temperature characteristics. When the mixing ratio is larger than 8: 2 by weight, the strength drops and the radiation trouble occurs.
본 발명에서는 방사용액을 준비할 때 내열성 고분자 물질과 팽윤성 고분자 물질의 혼합 고분자인 경우, 단일 용매 또는 고비등점 용매와 저비등점 용매를 혼합한 2성분계 혼합용매를 사용할 수 있다. 이 경우, 2성분계 혼합용매와 전체 고분자 물질 사이의 혼합비율은 중량비로 약 8:2로 설정되는 것이 바람직하다. In the present invention, when preparing a spinning solution, in the case of a mixed polymer of a heat resistant polymer material and a swellable polymer material, a single solvent or a two-component mixed solvent in which a high boiling point solvent and a low boiling point solvent are mixed may be used. In this case, the mixing ratio between the two-component mixed solvent and the entire polymeric material is preferably set to about 8: 2 by weight.
본 발명에서는 단일 용매를 사용할 때는 고분자의 종류에 따라 용매의 휘발이 잘 이루어지지 못하는 경우가 있다는 것을 고려하여 방사공정 이후에 후술하는 바와 같이 프리히터에 의한 선 건조구간(Pre-Air Dry Zone)을 통과하면서 다공성 나노섬유 웹의 표면에 잔존해 있는 용매와 수분의 양을 조절하는 공정을 거칠 수 있다.In the present invention, when using a single solvent, considering that the solvent may not be well volatilized depending on the type of the polymer, after the spinning process as described below after the pre-air dry zone (Pre-Air Dry Zone) As it passes, the process may control the amount of solvent and water remaining on the surface of the porous nanofiber web.
상기 고분자는 용매에 용해되어 방사용액을 형성한 후 전기방사 방법으로 방사되어 나노섬유(12)를 형성할 수 있는 섬유성형성 폴리머라면 어떤 것도 사용 가능하다. The polymer may be used as long as it is a fibrous forming polymer capable of dissolving in a solvent to form a spinning solution and then spinning by an electrospinning method to form the nanofibers 12.
본 발명에서 사용 가능한 내열성 고분자 수지는 전기방사를 위해 유기용매에 용해될 수 있고 융점이 180℃ 이상인 수지로서, 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미이드), 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리트리메틸렌텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트 등과 같은 방향족 폴리에스터, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리디페녹시포스파젠, 폴리{비스[2-(2-메톡시에톡시)포스파젠]} 같은 폴리포스파젠류, 폴리우레탄 및 폴리에테르우레탄을 포함하는 폴리우레탄공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등을 사용할 수 있다. The heat resistant polymer resin usable in the present invention is a resin that can be dissolved in an organic solvent for electrospinning and has a melting point of 180 ° C. or higher, for example, polyacrylonitrile (PAN), polyamide, polyimide, polyamideimide, Aromatic polyesters such as poly (meth-phenylene isophthalamide), polysulfones, polyetherketones, polyethylene terephthalates, polytrimethylene terephthalates, polyethylene naphthalates, and the like, polytetrafluoroethylene, polydiphenoxyphosphazenes Polyphosphazenes, such as poly {bis [2- (2-methoxyethoxy) phosphazene]}, polyurethane copolymers including polyurethanes and polyetherurethanes, cellulose acetates, cellulose acetate butyrates, cellulose acetate pros Cypionate and the like can be used.
본 발명에 사용 가능한 팽윤성 고분자 수지는 전해액에 팽윤이 일어나는 수지로서 전기 방사법에 의하여 초극세 섬유로 형성 가능한 것으로, 예를 들어, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌), 퍼풀루오로폴리머, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐리덴 클로라이드 및 이들의 공중합체 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에테르 및 폴리에틸렌글리콜 디알킬에스터를 포함하는 폴리에틸렌글리콜 유도체, 폴리(옥시메틸렌-올리 고-옥시에틸렌), 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리프로필렌옥사이드를 포함하는 폴리옥사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리(비닐피롤리돈-비닐아세테이트), 폴리스티렌 및 폴리스티렌 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리아크릴로니트릴 메틸메타크릴레이트 공중합체를 포함하는 폴리아크릴로니트릴 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 공중합체 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. The swellable polymer resin usable in the present invention is a resin that swells in an electrolyte and can be formed into ultrafine fibers by electrospinning. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (vinylidene fluoride-co-hexa) Fluoropropylene), perfuluropolymer, polyvinylchloride or polyvinylidene chloride and copolymers thereof and polyethylene glycol derivatives including polyethylene glycol dialkyl ether and polyethylene glycol dialkyl ester, poly (oxymethylene-oligo- Oxyethylene), polyoxides including polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyvinylacetate, poly (vinylpyrrolidone-vinylacetate), polystyrene and polystyrene acrylonitrile copolymers, polyacrylonitrile methyl methacrylate copolymers Polyacrylic containing Casting reel can be given to the copolymer, polymethyl methacrylate, polymethyl methacrylate copolymers and mixtures thereof.
상기 다공성 나노섬유 웹은 단일 또는 혼합 고분자를 용매에 용해시켜 방사용액을 형성한 후, 방사용액을 방사하여 초극세 나노섬유(12)로 이루어진 다공성 나노섬유 웹(10)을 형성하고, 고분자의 융점 이하의 온도에서 캘린더링하여 기공 사이즈와 웹의 두께를 조절하여 형성된다. The porous nanofiber web is formed by dissolving a single or mixed polymer in a solvent to form a spinning solution, and then spinning the spinning solution to form a porous nanofiber web (10) consisting of ultra-fine nanofibers (12), below the melting point of the polymer It is formed by adjusting the pore size and thickness of the web by calendering at a temperature of.
상기 다공성 나노섬유 웹은 예를 들어, 0.3 내지 1.5um의 직경을 갖는 나노섬유에 의해 형성되고, 10 내지 70um 두께, 바람직하게는 20 내지 25um 두께로 설정된다. 상기 미세 기공의 크기는 수십 um로 설정되고, 기공도는 50 내지 90%로 설정된다.The porous nanofiber web is formed by, for example, nanofibers having a diameter of 0.3 to 1.5 um, and is set to a thickness of 10 to 70 um, preferably 20 to 25 um. The size of the fine pores is set to several tens of um, the porosity is set to 50 to 90%.
이 경우, 다공성 기재(10)는 다공성 부직포 단독으로 사용하거나 필요에 따라 상기 다공성 나노섬유 웹과 지지체의 강도를 보강하기 위해 다공성 부직포가 합지되어 사용될 수 있다. 상기 다공성 부직포는 예를 들어, 코어로서 PP 섬유의 외주에 PE가 코팅된 이중 구조의 PP/PE 섬유로 이루어진 부직포, 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET: polyethyleneterephthalate) 섬유로 이루어진 PET 부직포, 셀룰로즈 섬유로 이루어진 부직포 중 어느 하나를 사용할 수 있다.In this case, the porous substrate 10 may be used alone or in combination with a porous nonwoven fabric to reinforce the strength of the porous nanofiber web and the support if necessary. The porous nonwoven fabric is, for example, a nonwoven fabric made of a double structure PP / PE fiber coated with PE on the outer circumference of the PP fiber as a core, or a PET nonwoven fabric made of polyethyleneterephthalate (PET) fibers and a nonwoven fabric made of cellulose fibers. Any one can be used.
상기 전도성 지지체(20)를 형성하기 위해 다공성 기재(10)의 3차원 미세 기공(14)에 주입되는 금속 분말(22)은 미세 기공(14)의 크기보다 작은 수 um 크기로 이루어진 금속 분말(22)을 바인더와 함께 용매와 혼합하여 금속 분말 슬러리를 형성한 후, 다공성 기재(10)의 양면에 코팅, 스프레이하거나, 금속 분말 슬러리에 다공성 기재(10)를 디핑하여 미세 기공(14)에 슬러리를 주입하고, 열풍 건조, 열 압착에 의해 금속 분말(22)을 고정시킨다.The metal powder 22 injected into the three-dimensional micropores 14 of the porous substrate 10 to form the conductive support 20 is a metal powder 22 having a size of a few um smaller than the size of the micropores 14. ) Is mixed with a solvent to form a metal powder slurry, and then coated or sprayed on both sides of the porous substrate 10, or the porous substrate 10 is dipped into the metal powder slurry to deposit the slurry in the fine pores 14. The metal powder 22 is fixed by hot air drying and hot pressing.
상기 금속 분말(22)은 전극 집전체로 전기전도도가 우수한 금속을 모두 사용할 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 스텐레스 스틸(SUS), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al) 등의 금속을 사용할 수 있다.The metal powder 22 may be a metal having excellent electrical conductivity as an electrode current collector, for example, nickel (Ni), copper (Cu), stainless steel (SUS), titanium (Ti), chromium (Cr) ), Manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al) Can be used.
이 경우, 상기 집전체(1)가 음극으로 사용되는 경우 구리(Cu)인 것이 바람직하고, 양극으로 사용되는 경우 알루미늄(Al)인 것이 바람직하다.In this case, when the current collector 1 is used as a cathode, copper (Cu) is preferable, and when used as a cathode, aluminum (Al) is preferable.
본 발명의 플렉시블 집전체(1)는 집전체의 표면에 전기전도도를 높이기 위해 상기 전도성 지지체(20)의 일 표면에 형성된 전도성 접착층(30)을 형성하고 상기 전도성 접착층(30)의 표면에 형성된 전도성 금속층(40)을 형성하거나 또는 상기 전도성 지지체(20)의 일 표면에 전도성 금속층(40)을 형성한다.The flexible current collector 1 of the present invention forms a conductive adhesive layer 30 formed on one surface of the conductive support 20 in order to increase the electrical conductivity on the surface of the current collector, and the conductivity formed on the surface of the conductive adhesive layer 30. The metal layer 40 is formed or the conductive metal layer 40 is formed on one surface of the conductive support 20.
상기 전도성 접착층(30)은 전해 도금 또는 무전해 도금 방법으로 전도성 금속층(40)을 형성할 때, 접착층 역할을 함과 동시에 전도성을 확보하기 위해 형성된다.When the conductive metal layer 40 is formed by the electrolytic plating or the electroless plating method, the conductive adhesive layer 30 is formed to serve as an adhesive layer and to secure conductivity.
상기 전도성 금속층(40)은 집전체(1)가 음극으로 사용되는 경우 구리(Cu)인 것이 바람직하고, 양극으로 사용되는 경우 알루미늄(Al)인 것이 바람직하나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 상기한 금속 분말(22)로 사용 가능한 전기전도도가 우수한 금속을 모두 사용할 수 있다.The conductive metal layer 40 is preferably copper (Cu) when the current collector 1 is used as a cathode, and preferably aluminum (Al) when used as the anode, but the present invention is not limited thereto. Any metal having excellent electrical conductivity usable as the metal powder 22 can be used.
상기 전도성 접착층(30)은 전도성 금속층(40)과 동일한 금속 재료로 이루어지는 것이 바람직하며, 스퍼터링, 진공 증착, 이온 플레이팅과 같은 PVD(Physical Vapor Deposition) 방법에 의해 예를 들어, 1um 이하로 형성된다.The conductive adhesive layer 30 is preferably made of the same metal material as the conductive metal layer 40, and is formed to, for example, 1 μm or less by PVD (Physical Vapor Deposition) methods such as sputtering, vacuum deposition, and ion plating. .
상기와 같이 구성된 본 발명의 플렉시블 집전체(1)는 전도성 지지체(20)가 전기방사된 나노섬유(12)에 의해 3차원 미세 기공(14)을 갖는 다공성 나노섬유 웹이나 부직포로 이루어지는 다공성 기재(10)에, 전도성을 확보하도록 미세한 금속 분말(22)이 주입되어 고정된 구조를 갖기 때문에 가요성을 가지면서도 전기전도도가 높다.Flexible current collector 1 of the present invention configured as described above is a porous substrate made of a porous nanofiber web or nonwoven fabric having a three-dimensional micropores 14 by the nanofibers 12, the conductive support 20 is electrospun ( 10), the fine metal powder 22 is injected to secure conductivity, and thus has a fixed structure, and thus has flexibility and high electrical conductivity.
또한, 본 발명의 플렉시블 집전체(1)는 전도성 지지체(20)의 표면에 전도성 접착층(30)을 통하여 전도성 금속층(40)을 형성하거나, 전도성 지지체(20)의 표면에 직접 전도성 금속층(40)을 형성함에 의해 박막으로 이루어지면서 우수한 전기전도도를 갖게 된다.In addition, the flexible current collector 1 of the present invention forms the conductive metal layer 40 on the surface of the conductive support 20 through the conductive adhesive layer 30, or directly on the surface of the conductive support 20. By forming a thin film is made excellent electrical conductivity.
(전지 구조)(Battery structure)
도 5는 본 발명에 따른 플렉시블 집전체를 사용하여 구성되는 이차전지를 나타낸 개략 단면도이다.5 is a schematic cross-sectional view showing a secondary battery constructed using a flexible current collector according to the present invention.
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 플렉시블 집전체를 사용하여 구성되는 이차전지는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지 등을 구성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the secondary battery configured using the flexible current collector according to the present invention may constitute a lithium ion battery or a lithium polymer battery.
상기 이차전지가 풀셀(full cell)을 형성하는 경우 양극(5), 분리막 또는 겔형 폴리머 전해질(6) 및 음극(7)을 구비하여 이루어진다.When the secondary battery forms a full cell, the secondary battery includes a positive electrode 5, a separator or gel polymer electrolyte 6, and a negative electrode 7.
상기 양극(5)은 양극 집전체(1a)의 일면에 양극 활물질층(50)을 구비하고 있고, 음극(7)은 음극 집전체(1b)의 일면에 음극 활물질층(60)을 구비하고 있다.The positive electrode 5 includes the positive electrode active material layer 50 on one surface of the positive electrode current collector 1a, and the negative electrode 7 includes the negative electrode active material layer 60 on one surface of the negative electrode current collector 1b. .
그러나, 상기 양극(5)은 음극(7)과 대향하여 배치되며 바이셀을 형성하도록 양극집전체(1a)의 양면에 한쌍의 양극 활물질층을 구비할 수 있다. However, the positive electrode 5 may be disposed to face the negative electrode 7 and may include a pair of positive electrode active material layers on both sides of the positive electrode current collector 1a to form a bicell.
상기 양극 및 음극 집전체(1a,1b)는 본 발명에 따른 플렉시블 집전체(1)를 사용하여 구성된다.The positive and negative electrode current collectors 1a and 1b are constructed using the flexible current collector 1 according to the present invention.
먼저, 상기 양극 집전체(1a)는 전도성 지지체(20)의 일 표면에 예를 들어, 알루미늄(Al)으로 이루어진 알루미늄(Al) 접착층(30)을 스퍼터링 방법으로 형성하고, 알루미늄(Al) 접착층(30)의 상부에 전해 도금 또는 무전해 도금 방법으로 알루미늄(Al) 금속층(40)을 형성한다.First, the positive electrode current collector 1a is formed on one surface of the conductive support 20 by, for example, an aluminum (Al) adhesive layer 30 made of aluminum (Al) by a sputtering method, and an aluminum (Al) adhesive layer ( The aluminum (Al) metal layer 40 is formed on the upper portion of the substrate 30 by electrolytic plating or electroless plating.
또한, 음극 집전체(1b)는 전도성 지지체(20)의 일 표면에 예를 들어, 구리(Cu)로 이루어진 구리(Cu) 접착층(30)을 스퍼터링 방법으로 형성하고, 구리(Cu) 접착층(30)의 상부에 전해 도금 또는 무전해 도금 방법으로 구리(Cu) 금속층(40)을 형성한다.In addition, the negative electrode current collector 1b forms a copper (Cu) adhesive layer 30 made of, for example, copper (Cu) on one surface of the conductive support 20 by a sputtering method, and the copper (Cu) adhesive layer 30. The copper (Cu) metal layer 40 is formed on the upper part of the panel by electrolytic plating or electroless plating.
상기 양극 활물질층(50)은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 이러한 양극 활물질의 대표적인 예로는, LiCoO2, LiNiO2, LiNiCoO2, LiMn2O4, LiFeO2, V2O5, V6O13, TiS, MoS, 또는 유기디설파이드 화합물이나 유기폴리설파이드 화합물 등의 리튬을 흡장, 방출이 가능한 물질을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 상기 양극 활물질 이외에도 다른 종류의 양극 활물질을 사용하는 것도 물론 가능하다. The cathode active material layer 50 includes a cathode active material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions. Representative examples of the cathode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNiCoO 2 , and LiMn 2 O. A substance capable of occluding and releasing lithium such as 4 , LiFeO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiS, MoS, or an organic disulfide compound or an organic polysulfide compound can be used. However, in the present invention, it is of course possible to use other types of positive electrode active materials in addition to the positive electrode active material.
상기 음극 활물질층(60)은 리튬 이온을 인터칼레이션 및 디인터칼레이션할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 이러한 음극 활물질로는 결정질 또는 비정질의 탄소, 탄소 섬유, 또는 탄소 복합체의 탄소계 음극 활물질, 주석 산화물, 이들을 리튬화한 것, 리튬, 리튬합금 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기 음극 활물질로 종류가 한정되는 것은 아니다. The negative electrode active material layer 60 includes a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions, and the negative electrode active material includes a carbon-based negative electrode active material of crystalline or amorphous carbon, carbon fiber, or carbon composite material. , Tin oxides, lithiated ones thereof, lithium, lithium alloys and mixtures thereof. However, the present invention is not limited to the type of the negative electrode active material.
상기 양극(5) 및 음극(6)은 종래의 리튬 이온 전지에서 일반적으로 사용하던 방법과 같이 소정량의 활물질, 도전제, 결합제 및 유기 용매를 혼합하여 슬러리를 제조한 다음, 상기한 양극 및 음극 집전체(1a,1b)의 양면에 제조된 슬러리를 캐스팅하고, 건조 및 압연하여 얻어질 수 있다. The positive electrode 5 and the negative electrode 6 prepare a slurry by mixing a predetermined amount of an active material, a conductive agent, a binder, and an organic solvent as in the method generally used in a conventional lithium ion battery, and then, the positive and negative electrodes described above. It can be obtained by casting, drying and rolling the prepared slurry on both sides of the current collector (1a, 1b).
상기 양극 활물질층(50) 및 음극 활물질층(60)에는 각각 전극의 크랙을 방지하고 양극 및 음극 집전체(1a,1b)로부터 양극 활물질 및 음극 활물질의 박리를 방지하기 위한 PTFE(Polytetrafluoroethylene)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 PTFE는 0.5 ~ 20wt%, 바람직하게는 최대 5wt% 미만으로 함유되는 것이 좋다.The positive electrode active material layer 50 and the negative electrode active material layer 60 each include PTFE (Polytetrafluoroethylene) for preventing cracking of electrodes and preventing peeling of the positive electrode active material and the negative electrode active material from the positive electrode and negative electrode current collectors 1a and 1b. can do. In this case, the PTFE is preferably contained in less than 0.5 ~ 20wt%, preferably less than 5wt%.
예를 들어, 양극은 활물질, 도전제, 결합제로서 LiCoO2, 수퍼-P 카본, PVdF로 구성된 슬러리를 양극 집전체(1a)에 캐스팅하여 사용하고, 음극으로는 MCMB(mesocarbon microbeads), 수퍼-P 카본, PVdF로 구성된 슬러리를 음극 집전체(1b)에 캐스팅하여 사용할 수 있다. 상기 양극과 음극에 있어서, 슬러리를 각각 캐스팅한 후, 입자 간 및 집전체와의 접착력을 증대시키기 위하여 롤 프레싱을 실시하는 것이 바람직하다.For example, the positive electrode is used by casting a slurry composed of LiCoO 2 , super-P carbon, PVdF as an active material, a conductive agent, a binder to the positive electrode current collector (1a), and the negative electrode as MCMB (mesocarbon microbeads), super-P A slurry composed of carbon and PVdF can be cast and used for the negative electrode current collector 1b. In the positive electrode and the negative electrode, after the slurry is cast, it is preferable to perform roll pressing in order to increase the adhesive force between the particles and the current collector.
이차전지가 리튬 이온 전지를 구성하는 경우, 양극(5)과 음극(7) 사이에 분리막(6)을 개제하여 전극 조립체를 형성하고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 캔 또는 이와 유사한 용기에 넣은 후, 캡조립체로 개구부를 마감한 뒤 전해액을 주입하여 리튬 이온 전지를 제조한다. When the secondary battery constitutes a lithium ion battery, an electrode assembly is formed by interposing a separator 6 between the positive electrode 5 and the negative electrode 7, placed in an aluminum or aluminum alloy can or a similar container, and then cap assembly. After the opening is finished, an electrolyte is injected to manufacture a lithium ion battery.
또한, 이차전지가 플렉시블 전지를 구성하는 경우, 후술하는 바와 같이, 양극(5)과 음극(7) 사이에 분리막(6)을 개제하여 전극 조립체를 형성하고, 파우치 내부에 넣은 후, 비수성 유기용매와 리튬염의 용질, 겔 폴리머 형성용 모노머와 중합 개시제를 포함하는 유기 전해액을 주입하여 분리막(6)에 함침시키고, 겔 폴리머 형성용 모노머를 중합반응시킴에 따라 분리막에 겔형 폴리머 전해질을 형성하여 리튬 폴리머 전지를 구성할 수 있다.In addition, when the secondary battery constitutes a flexible battery, as described later, a separator 6 is formed between the positive electrode 5 and the negative electrode 7 to form an electrode assembly, and then placed in a pouch. An organic electrolyte solution containing a solute of a solvent, a lithium salt, a monomer for forming a gel polymer, and a polymerization initiator is injected to impregnate the separator 6, and a gel polymer electrolyte is formed on the separator by polymerizing the gel polymer forming monomer. A polymer battery can be comprised.
이 경우, 상기 분리막은 지지체 역할을 하는 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 및 이온함습층 역할을 하는 다공성 고분자 웹 층을 포함하며, 상기 다공성 고분자 웹 층의 일부는 다공성 부직포와 적층되는 표면의 기공을 차단하도록 다공성 부직포의 표면층에 함입되어 다공성 부직포의 기공도를 낮추는 복합 다공성 분리막을 사용할 수 있다.In this case, the separator is laminated on one side of the porous non-woven fabric that serves as a support, and includes a porous polymer web layer that serves as an adhesive layer and an ion-moisture layer when in close contact with the opposite electrode, a portion of the porous polymer web layer A composite porous membrane may be used that is embedded in the surface layer of the porous nonwoven fabric to block pores of the surface laminated with the porous nonwoven fabric to lower the porosity of the porous nonwoven fabric.
또한, 상기 분리막은 지지체 역할을 하는 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 및 이온함습층 역할을 하는 무기공 고분자 필름층을 포함하며, 상기 무기공 고분자 필름층의 일부는 다공성 부직포와 적층되는 표면의 기공을 차단하도록 다공성 부직포의 표면층에 함입되어 다공성 부직포의 기공도를 낮추는 복합 다공성 분리막을 사용할 수 있다.In addition, the separator is laminated on one side of the porous non-woven fabric that serves as a support, and includes an inorganic porous polymer film layer that serves as an adhesive layer and an ion-moisture layer when in close contact with the opposite electrode, a part of the inorganic porous polymer film layer In order to block the pores of the surface laminated with the porous nonwoven fabric may be incorporated into the surface layer of the porous nonwoven fabric may use a composite porous separator that lowers the porosity of the porous nonwoven fabric.
더욱이, 상기 분리막으로는 지지체 역할을 하며 제1융점 및 제1기공도를 갖는 다공성 부직포; 상기 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 역할을 하는 제1다공성 고분자 웹 층; 및 상기 다공성 부직포의 타측면에 적층되며, 내열성 고분자의 나노섬유로 이루어진 제2다공성 고분자 웹 층을 포함하며, 상기 제1다공성 고분자 웹 층과 제2다공성 고분자 웹 층은 각각 다공성 기재의 제1융점보다 더 높은 융점과 제1기공도와 동일하거나 유사한 기공도를 갖는 셧다운 기능을 갖는 복합 다공성 분리막을 사용할 수 있다.Furthermore, the separator may serve as a support and have a first melting point and a first porosity; A first porous polymer web layer laminated on one side of the porous nonwoven fabric and serving as an adhesive layer when in close contact with an opposite electrode; And a second porous polymer web layer laminated on the other side of the porous nonwoven fabric and composed of nanofibers of a heat resistant polymer, wherein the first porous polymer web layer and the second porous polymer web layer each have a first melting point of the porous substrate. It is possible to use a composite porous separator having a shutdown function having a higher melting point and porosity equal to or similar to that of the first porosity.
또한, 상기 분리막으로는 지지체 역할을 하며 제1융점 및 제1기공도를 갖는 다공성 부직포; 상기 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 역할을 하는 무기공 고분자 필름층; 및 상기 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 내열성 고분자의 나노섬유로 이루어진 제2다공성 고분자 웹 층을 포함하며, 상기 제2다공성 고분자 웹 층은 다공성 부직포의 제1융점보다 더 높은 융점과 제1기공도와 동일하거나 유사한 기공도를 갖는 셧다운 기능을 갖는 복합 다공성 분리막을 사용할 수 있다.In addition, the separator is a porous nonwoven fabric having a support role and having a first melting point and a first porosity; An inorganic porous polymer film layer laminated on one side of the porous nonwoven fabric and serving as an adhesive layer when in close contact with an opposite electrode; And a second porous polymer web layer laminated on one side of the porous nonwoven fabric and composed of nanofibers of a heat resistant polymer, wherein the second porous polymer web layer has a higher melting point and a first pore than the first melting point of the porous nonwoven fabric. Composite porous membranes having a shutdown function having the same or similar porosity can be used.
더욱이, 상기 분리막으로는 전해액에 팽윤이 이루어지며 전해질 이온의 전도가 가능한 고분자 재료로 이루어진 제1무기공 고분자 필름층 및 내열성 고분자 또는 내열성 고분자 및 팽윤성 고분자와, 무기물 입자가 혼합된 혼합물의 초극세 섬유상으로 이루어진 다공성 고분자 웹층을 포함하며, 상기 제1무기공 고분자 필름층과 다공성 고분자 웹층은 상기 음극과 양극의 양면에 각각 분리되어 형성되거나 또는 양극과 음극 중 어느 하나의 면에 적층되어 형성될 수 있다. Furthermore, the separator is formed of a first non-porous polymer film layer made of a polymer material capable of conducting electrolyte ions, swelling in an electrolyte, and an ultrafine fibrous shape of a mixture of a heat-resistant polymer or a heat-resistant polymer and a swellable polymer and inorganic particles. It comprises a porous polymer web layer made of, wherein the first non-porous polymer film layer and the porous polymer web layer may be formed separately on both sides of the negative electrode and the positive electrode, or may be formed laminated on either side of the positive electrode and the negative electrode.
이 경우, 상기 무기물 입자는 Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SiO2, SiO, SnO, SnO2, PbO2, ZnO, P2O5, CuO, MoO, V2O5, B2O3, Si3N4, CeO2, Mn3O4, Sn2P2O7, Sn2B2O5, Sn2BPO6 및 이들의 각 혼합물 중에서 선택된 적어도 1종을 사용할 수 있다. In this case, the inorganic particles are Al 2 O 3 , TiO 2 , BaTiO 3 , Li 2 O, LiF, LiOH, Li 3 N, BaO, Na 2 O, Li 2 CO 3 , CaCO 3 , LiAlO 2 , SiO 2 , SiO, SnO, SnO 2 , PbO 2 , ZnO, P 2 O 5 , CuO, MoO, V 2 O 5 , B 2 O 3 , Si 3 N 4 , CeO 2 , Mn 3 O 4 , Sn 2 P 2 O 7 , Sn 2 B 2 O 5 , Sn 2 BPO 6 and at least one selected from the mixtures thereof can be used.
상기 혼합물이 내열성 고분자 또는 내열성 고분자 및 팽윤성 고분자와 무기물 입자로 이루어지는 경우, 무기물 입자의 함량은 무기물 입자의 크기가 10 내지 100nm 사이일 때 혼합물 전체에 대하여 10 내지 25 중량% 범위로 함유하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 무기물 입자를 10 내지 20 중량% 범위로 함유하며 크기가 15 내지 25nm 범위인 것이 좋다.When the mixture consists of a heat resistant polymer or a heat resistant polymer and a swellable polymer and inorganic particles, the content of the inorganic particles is preferably contained in the range of 10 to 25% by weight based on the total mixture when the size of the inorganic particles is between 10 and 100 nm. . More preferably, the inorganic particles are contained in the range of 10 to 20% by weight, and the size is in the range of 15 to 25 nm.
또한, 상기 혼합물이 내열성 고분자 및 팽윤성 고분자와 무기물 입자로 이루어지는 경우, 내열성 고분자와 팽윤성 고분자는 5:5 내지 7:3 범위의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하며, 6:4인 경우가 더욱 바람직하다. 이 경우, 상기 팽윤성 고분자는 섬유간의 결합을 도와주는 바인더 역할로 첨가된다.In addition, when the mixture consists of a heat resistant polymer, a swellable polymer and inorganic particles, the heat resistant polymer and the swellable polymer are preferably mixed in a weight ratio of 5: 5 to 7: 3, and more preferably 6: 4. In this case, the swellable polymer is added as a binder to help bond between the fibers.
내열성 고분자와 팽윤성 고분자의 혼합비가 중량비로 5:5보다 작은 경우 내열성이 떨어져서 요구되는 고온 특성을 갖지 못하며, 혼합비가 중량비로 7:3보다 큰 경우 강도가 떨어지고 방사 트러블이 발생하게 된다.When the mixing ratio of the heat resistant polymer and the swellable polymer is less than 5: 5 by weight, the heat resistance is poor and does not have the required high temperature characteristics. When the mixing ratio is larger than 7: 3 by weight, the strength drops and the radiation trouble occurs.
또한, 상기 분리막으로는 전해액에 팽윤이 이루어지며, 양극과 음극을 분리시킬 수 있는 것이라면 제한없이 사용될 수 있다.In addition, as the separator, swelling is performed in the electrolyte, and any separator capable of separating the positive electrode and the negative electrode may be used without limitation.
상기 리튬 이온 전지를 구성하는 데 사용되는 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질이 포함된 유기 전해액을 사용한다. As the electrolyte used to construct the lithium ion battery, an organic electrolyte containing a non-aqueous organic solvent and a solute of lithium salt is used.
상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 부티로락톤(BL), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐케톤이 있으나, 본 발명은 비수성 유기용매의 종류에 한정되는 것은 아니다.As the non-aqueous organic solvent, carbonate, ester, ether or ketone may be used. The carbonate may be dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate (EC) , Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) and the like can be used, the ester is butyrolactone (BL), decanolide (decanolide), valerolactone (valerolactone), mevalonolactone (mevalonolactone ), Caprolactone (caprolactone), n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate and the like can be used, the ether may be dibutyl ether and the like, the ketone is polymethyl vinyl ketone However, the present invention is not limited to the type of non-aqueous organic solvent.
또한, 본 발명에 따른 전해액은 리튬염을 포함하며, 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 그 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2x+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 또는 이들의 혼합물을 포함한다.In addition, the electrolyte according to the present invention includes a lithium salt, the lithium salt acts as a source of lithium ions in the battery to enable the operation of the basic lithium battery, for example LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2x + 1 SO 2 ), wherein x and y are natural water and LiSO 3 CF 3 and include one or more or mixtures thereof.
상기한 캔 또는 전극 조립체를 수용하여 실링하는 케이싱 또는 파우치에 전해액이 주입되면 분리막(6)을 형성하는 다공성 고분자 웹 또는 무기공 고분자 필름층은 전해액을 머금으면서 겔화가 이루어지면서 팽윤된다.When the electrolyte is injected into the casing or pouch that accommodates and seals the can or the electrode assembly, the porous polymer web or the inorganic porous polymer film layer forming the separator 6 swells while being gelled with the electrolyte.
팽윤이 이루어지는 다공성 고분자 웹 층 또는 무기공 고분자 필름층의 일부는 다공성 부직포의 큰 기공 내부로 밀려들어가면서 다공성 부직포의 일측 기공 입구를 막아서 기공도를 낮추게 된다. A portion of the porous polymer web layer or the inorganic porous polymer film layer in which the swelling is pushed into the large pores of the porous nonwoven fabric may block the pore inlet of one side of the porous nonwoven fabric to lower the porosity.
더욱이, 본 발명에서는 기재로서 상기 다공성 부직포를 사용하고, 부직포의 일측이 PVDF 무기공 고분자 필름층으로 이루어지므로, 밀착성이 우수한 상기 무기공 고분자 필름층은 음극의 표면에 밀착되어 조립되므로, 덴드라이트 형성을 억제하는 역할을 한다.Furthermore, in the present invention, the porous nonwoven fabric is used as a substrate, and since one side of the nonwoven fabric is made of a PVDF inorganic porous polymer film layer, the inorganic porous polymer film layer having excellent adhesion is adhered to the surface of the negative electrode to form dendrite. It serves to suppress.
한편, 이차전지가 리튬 폴리머 전지를 구성하는 경우, 양극(5)과 음극(7) 사이에 폴리머 전해질이 삽입되어 있다.On the other hand, when the secondary battery constitutes a lithium polymer battery, a polymer electrolyte is inserted between the positive electrode 5 and the negative electrode 7.
이 경우 상기 폴리머 전해질은, 예를 들어, 다수의 나노 섬유로 이루어진 다공성 고분자 웹 층 또는 무기공 고분자 필름층과 다공성 부직포가 적층된 복합 다공성 분리막에, 겔 폴리머 형성용 모노머와 중합 개시제가 혼합된 유기 전해액이 함입되어 겔화 열처리 공정을 거침에 따라 모노머의 중합반응에 의해 겔 상태의 겔 폴리머가 합성되어 이루어지는 겔 폴리머부로 구성되어 있다.In this case, the polymer electrolyte is, for example, a porous polymer web layer made of a plurality of nanofibers or an inorganic porous polymer film layer and a composite porous separator in which a porous nonwoven fabric is laminated, an organic polymer in which a monomer and a polymerization initiator for forming a gel polymer are mixed. It consists of the gel polymer part by which the gel polymer of a gel state is synthesize | combined by the polymerization reaction of a monomer as an electrolyte solution impregnates and undergoes the gelation heat processing process.
상기 폴리머 전해질의 겔 폴리머부는 복합 다공성 분리막(6)을 양극(5)과 음극(7) 사이에 넣고, 일체화하여 케이스에 조립한 상태에서 겔 폴리머 형성용 모노머와 중합 개시제가 혼합된 유기 전해액을 충전한 후, 겔화 열처리 공정을 거침에 따라 모노머의 중합반응에 의해 겔 상태의 겔 폴리머가 합성된다.The gel polymer portion of the polymer electrolyte is filled with the organic electrolyte solution in which the composite polymer separator and the polymerization initiator are mixed in a state in which the composite porous separator 6 is sandwiched between the positive electrode 5 and the negative electrode 7 and integrated into a case. After the gelation heat treatment step, the gel polymer in the gel state is synthesized by the polymerization of the monomers.
상기 겔 폴리머 전해질은 통상적인 방법에 따라 전술한 겔 폴리머 형성용 모노머를 중합시켜 형성된다. 예를 들면, 겔 폴리머 전해질은 전기화학소자의 내부에서 겔 폴리머 형성용 모노머를 in-situ 중합하여 형성될 수 있다.The gel polymer electrolyte is formed by polymerizing the above-mentioned monomer for gel polymer formation according to a conventional method. For example, the gel polymer electrolyte may be formed by in-situ polymerization of a monomer for forming a gel polymer in an electrochemical device.
전기화학소자 내 in-situ 중합 반응은 열 중합을 통해 진행되며, 중합 시간은 대략 20분~12시간 정도 소요되며, 열 중합 온도는 40 내지 90℃가 될 수 있다.In-situ polymerization in the electrochemical device is carried out through thermal polymerization, the polymerization time takes about 20 minutes to 12 hours, the thermal polymerization temperature may be 40 to 90 ℃.
이를 위해 상기 복합 다공성 분리막(6)에 함입되는 유기 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질, 겔 폴리머 형성용 모노머와 중합 개시제를 포함한다. To this end, the organic electrolyte contained in the composite porous separator 6 includes a non-aqueous organic solvent, a solute of a lithium salt, a monomer for forming a gel polymer, and a polymerization initiator.
상기 비수성 유기용매로는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르로는 부티로락톤(BL), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있으며, 상기 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤으로는 폴리메틸비닐케톤이 있으나, 본 발명은 비수성 유기용매의 종류에 한정되는 것은 아니며, 또한 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.As the non-aqueous organic solvent, carbonate, ester, ether or ketone may be used. The carbonate may be dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methylpropyl carbonate (MPC), ethylpropyl carbonate (EPC), methylethyl carbonate (MEC), ethylene carbonate (EC) , Propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC) and the like can be used, the ester is butyrolactone (BL), decanolide (decanolide), valerolactone (valerolactone), mevalonolactone (mevalonolactone) ), Caprolactone (caprolactone), n-methyl acetate, n-ethyl acetate, n-propyl acetate and the like can be used, the ether may be dibutyl ether and the like, the ketone is polymethyl vinyl ketone However, the present invention is not limited to the type of non-aqueous organic solvent, and may be used by mixing one or more kinds.
또한, 상기 리튬염은 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 전지의 작동을 가능하게 하며, 그 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiSbF6, LiCl, LiI, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2x+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 또는 이들의 혼합물을 포함한다.In addition, the lithium salt acts as a source of lithium ions in the battery to enable operation of the basic lithium battery, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAsF 6 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAlO 4 , LiSbF 6 , LiCl, LiI, LiAlCl 4 , LiN (C x F 2x + 1 SO 2 ) (C y F 2x + 1 SO 2 ), wherein x and y are natural water and LiSO 3 CF 3 includes one or more or mixtures thereof.
상기 겔 폴리머 형성용 모노머는 예를 들어, 중합 반응에 의해 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 형성하는 데 필요한 메틸메타크릴레이트(MMA) 모노머를 사용할 수 있다.As the monomer for forming the gel polymer, for example, a methyl methacrylate (MMA) monomer necessary for forming polymethyl methacrylate (PMMA) by a polymerization reaction may be used.
또한, 상기 겔 폴리머 형성용 모노머는 중합 개시제에 의해 중합 반응이 이루어지면서 중합체가 겔 폴리머를 형성하는 모노머라면 어떤 것도 사용 가능하다. 예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌 옥사이드(PPO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리메타크릴레이트(PMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 또는 그 중합체에 대한 모노머나, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜아크릴레이트와 같은 2개 이상의 관능기를 가지는 폴리아크릴레이트를 예시할 수 있다.The gel polymer forming monomer may be any monomer as long as the polymer forms a gel polymer while the polymerization reaction is carried out by a polymerization initiator. For example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethacrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) Or the polyacrylate which has two or more functional groups, such as a monomer with respect to the polymer, polyethyleneglycol dimethacrylate, and polyethyleneglycol acrylate, can be illustrated.
상기 겔 폴리머 형성용 모노머는 유기 전해액에 대하여 1 내지 10 중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 모노머의 함량이 1 중량% 미만이면 겔형의 전해질이 형성되기 어렵고 10 중량%를 초과하는 경우에는 수명 열화의 문제가 있다.The gel polymer forming monomer is preferably used in an amount of 1 to 10% by weight based on the organic electrolyte. If the content of the monomer is less than 1% by weight, it is difficult to form a gel electrolyte, and if it exceeds 10% by weight, there is a problem of deterioration of life.
상기 중합 개시제는 모노머에 대하여 0.01~5 중량%로 포함될 수 있다.The polymerization initiator may be included in 0.01 to 5% by weight based on the monomer.
상기 중합 개시제의 예로는 Benzoyl peroxide(BPO), Acetyl peroxide, Dilauryl peroxide, Di-tertbutylperoxide, Cumyl hydroperoxide, Hydrogen peroxide 등의 유기과산화물류나 히드로과산화물류와, 2,2-Azobis(2-cyanobutane), 2,2-Azobis(Methylbutyronitrile), AIBN(Azobis(iso-butyronitrile), AMVN(Azobisdimethyl-Valeronitrile) 등의 아조화합물류 등이 있다. 상기 중합 개시제는 열에 의해 분해되어 라디칼을 형성하고, 자유라디칼 중합에 의해 모노머와 반응하여 겔 폴리머 전해질, 즉 겔 폴리머부를 형성한다. Examples of the polymerization initiator include organic peroxides and hydroperoxides such as Benzoyl peroxide (BPO), Acetyl peroxide, Dilauryl peroxide, Di-tertbutylperoxide, Cumyl hydroperoxide, and Hydrogen peroxide, and 2,2-Azobis (2-cyanobutane), 2 And azo compounds such as 2-Azobis (Methylbutyronitrile), AIBN (Azobis (iso-butyronitrile), AMVN (Azobisdimethyl-Valeronitrile), and the like. Reaction with the monomer forms a gel polymer electrolyte, i.e. a gel polymer moiety.
본 발명에서 겔 폴리머부를 형성하는 겔 폴리머 전해질은 전지의 충전 및 방전시에 음극 및 양극에서 산화 또는 환원되는 리튬 이온을 운반해주는 통로 역할을 해줄 수 있도록 전도성이 우수한 고분자로 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the gel polymer electrolyte forming the gel polymer portion is made of a polymer having excellent conductivity so as to serve as a path for transporting lithium ions that are oxidized or reduced in the cathode and the anode during charging and discharging of the battery.
이 경우, 겔 폴리머 형성용 모노머는 중합반응이 빠르게 진행되어 겔형 폴리머를 형성하므로, 복합 다공성 분리막(6)은 웹 형상을 유지한다.In this case, since the gel polymer forming monomer proceeds rapidly to form a gel polymer, the composite porous separator 6 maintains a web shape.
본 발명에 따른 유기 전해액은 상기 성분들 이외에, 주지된 기타 첨가제 등을 선택적으로 함유할 수 있다.The organic electrolyte according to the present invention may optionally contain other well-known additives and the like, in addition to the above components.
상기 실시예 설명에서는 이차전지가 풀셀을 구성하는 경우에 적합하도록 집전체가 전도성 지지체의 일측에 전도성 금속막이 형성되는 것을 예시하였으나, 이차전지가 바이셀을 구성하는 경우에 적합하도록 집전체가 전도성 지지체의 양측에 전도성 금속막이 형성되는 것도 물론 가능하다.In the above description, the current collector is formed on one side of the conductive support so that the current collector is suitable for the case where the secondary battery constitutes the full cell, but the current collector is the conductive support so that the current collector is suitable for the case where the secondary battery constitutes the bicell. It is also possible to form a conductive metal film on both sides of the.
또한, 본 발명에서는 상기 실시예에서 설명한 겔형 폴리머 전해질 이외에 주지된 다른 종류의 폴리머 전해질과 전극을 사용하여 폴리머 전지를 구성하는 것도 가능하다.Further, in the present invention, it is also possible to construct a polymer battery using other well-known polymer electrolytes and electrodes other than the gel polymer electrolyte described in the above embodiments.
더욱이, 상기 전도성 금속층과 전도성 접착층은 각각 단층 구조 뿐 아니라 다층 구조로 이루어지는 것도 가능하다.In addition, the conductive metal layer and the conductive adhesive layer may be formed of a multilayer structure as well as a single layer structure, respectively.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described by way of specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the general knowledge in the technical field to which the present invention pertains falls within the scope of the present invention. Various changes and modifications will be possible by those who have the same.
본 발명은 플렉시블 집전체를 사용하여 구성될 수 있는 리튬이온 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지, 슈퍼 커패시터를 포함하는 플렉시블 이차전지 및 그의 제조에 적용될 수 있다. The present invention can be applied to a flexible secondary battery including a lithium ion secondary battery, a lithium polymer secondary battery, a supercapacitor, which can be configured using a flexible current collector, and its manufacture.

Claims (19)

  1. 다공성 기재에 금속 분말이 주입되어 형성된 전도성 지지체; 및 A conductive support formed by injecting metal powder into the porous substrate; And
    상기 전도성 지지체의 적어도 일측에 형성된 전도성 금속층을 포함하는 플렉시블 집전체.Flexible current collector comprising a conductive metal layer formed on at least one side of the conductive support.
  2. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 전도성 지지체와 상기 전도성 금속층 사이에 개재된 전도성 접착층을 더 포함하는 플렉시블 집전체.Flexible current collector further comprises a conductive adhesive layer interposed between the conductive support and the conductive metal layer.
  3. 제2항에 있어서, The method of claim 2,
    상기 전도성 금속층과 상기 전도성 접착층은 동일 금속으로 이루어지는 플렉시블 집전체.And the conductive metal layer and the conductive adhesive layer are made of the same metal.
  4. 제3항에 있어서, The method of claim 3,
    상기 금속은 Cu 또는 Al인 플렉시블 집전체.The metal is Cu or Al flexible current collector.
  5. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 다공성 기재는, 나노섬유 웹, 부직포 및 상기 나노섬유 웹과 부직포의 적층 구조 중 하나인 플렉시블 집전체.The porous substrate is a flexible current collector, which is one of a nanofiber web, a nonwoven fabric, and a laminated structure of the nanofiber web and a nonwoven fabric.
  6. 제5항에 있어서, The method of claim 5,
    상기 다공성 기재의 섬유 직경은 0.3 내지 1.5um이고, 상기 다공성 기재의 두께는 10 내지 70um인 플렉시블 집전체.The fiber diameter of the porous substrate is 0.3 to 1.5um, the thickness of the porous substrate is 10 to 70um flexible current collector.
  7. 제6항에 있어서, The method of claim 6,
    상기 다공성 기재의 두께는 20 내지 25um인 플렉시블 집전체.The thickness of the porous substrate is 20 to 25um flexible current collector.
  8. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 다공성 기재의 기공 크기는 수십 um이고, 기공도는 50 내지 90%인 플렉시블 집전체.The pore size of the porous substrate is several tens of um, the porosity is 50 to 90% of a flexible current collector.
  9. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전도성 금속층의 두께는 1 내지 5um인 플렉시블 집전체.The thickness of the conductive metal layer is a flexible current collector of 1 to 5um.
  10. 다공성 기재의 미세 기공에 금속 분말과 바인더가 혼합된 슬러리를 주입하여 전도성 지지체를 형성하는 단계; 및 Injecting a slurry in which the metal powder and the binder are mixed into the fine pores of the porous substrate to form a conductive support; And
    상기 전도성 지지체의 적어도 일측에 전도성 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉시블 집전체의 제조방법.Forming a conductive metal layer on at least one side of the conductive support.
  11. 제10항에 있어서, The method of claim 10,
    상기 전도성 금속층을 형성하기 전에 상기 전도성 금속층과 동일한 재료로 상기 전도성 지지체에 전도성 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 플렉시블 집전체의 제조방법.Before forming the conductive metal layer, further comprising forming a conductive adhesive layer on the conductive support using the same material as the conductive metal layer.
  12. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 다공성 기재는, 나노섬유 웹, 부직포 및 상기 나노섬유 웹과 부직포의 적층 구조 중 하나인 플렉시블 집전체의 제조방법.The porous substrate is a manufacturing method of a flexible current collector, which is one of a nanofiber web, a nonwoven fabric, and a laminated structure of the nanofiber web and a nonwoven fabric.
  13. 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 및 전해액을 포함하는 이차전지로서,A secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator and an electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode,
    상기 양극은 제1집전체 및 상기 제1집전체의 일면 또는 양면에 형성된 양극 활물질을 포함하고, The positive electrode includes a first current collector and a positive electrode active material formed on one or both surfaces of the first current collector,
    상기 음극은 제2집전체 및 상기 제2집전체의 일면 또는 양면에 형성된 음극 활물질을 포함하며, The negative electrode includes a second current collector and a negative electrode active material formed on one side or both sides of the second current collector,
    상기 제1 및 제2 집전체는 각각 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 플렉시블 집전체인 것을 특징으로 하는 이차전지.The first and second current collectors are secondary batteries, characterized in that the flexible current collector according to any one of claims 1 to 9.
  14. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질, 겔 폴리머 형성용 모노머와 중합 개시제를 포함하는 유기 전해액으로 이루어지며,The electrolyte is composed of an organic electrolyte containing a non-aqueous organic solvent and a solute of lithium salt, a monomer for forming a gel polymer and a polymerization initiator,
    상기 전해액은 상기 다공성 분리막에 함침된 후, 상기 겔 폴리머 형성용 모노머를 중합반응시킴에 따라 겔 폴리머 전해질을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.After the electrolyte is impregnated in the porous membrane, the secondary battery, characterized in that to form a gel polymer electrolyte by polymerizing the gel polymer forming monomer.
  15. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 전해액은 비수성 유기용매와 리튬염의 용질을 포함하는 유기 전해액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지.The electrolyte is a secondary battery comprising an organic electrolyte containing a non-aqueous organic solvent and a solute of lithium salt.
  16. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 분리막은 The separator is
    지지체 역할을 하는 다공성 부직포; 및A porous nonwoven fabric serving as a support; And
    상기 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 및 이온함습층 역할을 하는 다공성 고분자 웹 층 또는 무기공 고분자 필름층을 포함하며,It is laminated on one side of the porous non-woven fabric, and includes a porous polymer web layer or an inorganic porous polymer film layer that serves as an adhesive layer and an ion-moisture layer when in close contact with the opposite electrode,
    상기 다공성 고분자 웹 층 또는 무기공 고분자 필름층의 일부는 다공성 부직포와 적층되는 표면의 기공을 차단하도록 다공성 부직포의 표면층에 함입되어 다공성 부직포의 기공도를 낮추는 것을 특징으로 하는 이차전지.Part of the porous polymer web layer or inorganic porous polymer film layer is a secondary battery characterized in that it is embedded in the surface layer of the porous nonwoven fabric to block the pores of the surface laminated with the porous nonwoven fabric to reduce the porosity of the porous nonwoven fabric.
  17. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 분리막은 The separator is
    지지체 역할을 하며 제1융점 및 제1기공도를 갖는 다공성 부직포; A porous nonwoven fabric serving as a support and having a first melting point and a first porosity;
    상기 다공성 부직포의 일측면에 적층되며, 대향하는 전극과 밀착될 때 접착층 역할을 하는 제1다공성 고분자 웹 층; 및 A first porous polymer web layer laminated on one side of the porous nonwoven fabric and serving as an adhesive layer when in close contact with an opposite electrode; And
    상기 다공성 부직포의 타측면에 적층되며, 내열성 고분자의 나노섬유로 이루어진 제2다공성 고분자 웹 층을 포함하며, It is laminated on the other side of the porous nonwoven fabric, and includes a second porous polymer web layer made of nanofibers of heat-resistant polymer,
    상기 제1다공성 고분자 웹 층과 제2다공성 고분자 웹 층은 각각 다공성 기재의 제1융점보다 더 높은 융점과 제1기공도와 동일하거나 유사한 기공도를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지.And the first porous polymer web layer and the second porous polymer web layer each have a melting point higher than the first melting point of the porous substrate and the same or similar porosity as the first porosity.
  18. 제13항에 있어서, The method of claim 13,
    상기 양극 활물질 및 음극 활물질에는 각각 전극의 크랙을 방지하고 제1 및 제2 집전체로부터 양극 활물질 및 음극 활물질의 박리를 방지하기 위한 PTFE(Polytetrafluoroethylene)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.The positive electrode active material and the negative electrode active material, the secondary battery, characterized in that it comprises a PTFE (Polytetrafluoroethylene) for preventing the crack of the electrode and the peeling of the positive electrode active material and the negative electrode active material from the first and second current collector, respectively.
  19. 제18항에 있어서, The method of claim 18,
    상기 PTFE는 0.5 ~ 20wt% 함유된 것을 특징으로 하는 이차전지.The PTFE is a secondary battery characterized in that it contains 0.5 ~ 20wt%.
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