WO2019050356A1 - Electrochemical element and manufacturing method therefor - Google Patents

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WO2019050356A1
WO2019050356A1 PCT/KR2018/010542 KR2018010542W WO2019050356A1 WO 2019050356 A1 WO2019050356 A1 WO 2019050356A1 KR 2018010542 W KR2018010542 W KR 2018010542W WO 2019050356 A1 WO2019050356 A1 WO 2019050356A1
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polymer electrolyte
gel polymer
electrode
active material
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이창규
이상영
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주식회사 유뱃
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    • H01G11/04—Hybrid capacitors
    • H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical device capable of charging and discharging electric energy by an electrochemical reaction and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an electrochemical device which does not require a separate terminal and a method for continuously producing the electrochemical device.
  • Energy-related technologies have been actively studied as the industry related to portable electronic devices is expanding due to the recent development of communication technology and semiconductor manufacturing technology, and the demand for development of alternative energy for environmental preservation and preparation for depletion of fossil fuels is actively studied .
  • a battery which is a typical energy storage element, is at the center.
  • Lithium primary batteries in batteries have been widely applied because they are higher in voltage and higher in energy density than conventional aqueous solution batteries in terms of miniaturization and weight reduction.
  • Such a lithium primary battery is mainly used as a main power source or backup power source for portable electronic devices.
  • Another lithium secondary battery is an energy storage device capable of charging and discharging using an electrode material having excellent reversibility.
  • Lithium secondary batteries are manufactured in various shapes according to their applications.
  • the lithium secondary battery is manufactured by packaging in a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, or the like.
  • the pouch-type secondary battery can be made lighter, the related art is continuously being developed.
  • a pouch type lithium secondary battery includes a pouch type battery housing a electrode assembly in a pouch case having a space for accommodating an electrode assembly, sealing the pouch case to form a pouch bare cell, And attaching an accessory such as a protective circuit module to form a pouch core pack.
  • a pouch-type lithium secondary battery also limits the shape and size of the lithium secondary battery in terms of packaging.
  • the conventional pouch-type lithium secondary battery includes an electrode tab, in order to manufacture one lithium secondary battery Of lithium secondary batteries, which are difficult to manufacture, deteriorate productivity, and are difficult to apply to various electronic products.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2008-0034369 (Apr. 21, 2008)
  • Another object of the present invention is to provide an electrochemical device and a method of manufacturing the electrochemical device in which a metal current collector constituting the outermost layer of the electrode assembly and a metal layer constituting the package are in direct contact with each other and are electrically connected to each other.
  • the present invention provides an electrochemical device that can be manufactured in various forms such as circular, semicircular, triangular, square, star shape, and the like, do.
  • the present invention provides a battery pack comprising a plurality of cell regions and a plurality of cell regions provided in one electrochemical energy device,
  • the electrochemical device having a plurality of battery cell regions may be manufactured at one time or a plurality of battery cells may be manufactured by dividing the plurality of battery cells, and the plurality of battery cells may be electrically connected in series or in parallel And to provide a method of manufacturing the electrochemical device.
  • the present invention provides an electrochemical device which is applicable to a flexible device because it has flexibility by using an electrode assembly which can be manufactured by a printing method, and which is applicable to a surface having a curvature instead of a flat surface.
  • Another object of the present invention is to provide an electrochemical device in which the thickness and number of layers of each layer can be easily controlled.
  • the upper sheet and the lower sheet comprise a metal layer
  • At least one of the upper sheet and the lower sheet includes a sealing layer at an edge of the metal layer
  • a collector of the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly are in close contact with the metal layers of the upper sheet and the lower sheet to be electrically connected to each other.
  • the electrode assembly may further include a bonding portion at least one of the portions where the metal layers of the upper sheet and the lower sheet closely contact each other.
  • At least one layer selected from the group consisting of a conductive adhesive layer, a conductive pressure-sensitive adhesive layer, and an electroconductive paste layer is further interposed between any one or more metal layers selected from the lower sheet and the upper sheet and the electrode assembly .
  • At least one selected from the upper sheet and the lower sheet further includes an insulating layer on the outermost layer, and a part of the insulating layer may be open.
  • the sealing layer may be made of a polymer material that can be fused by heat.
  • the sealing layer may include one or more layers made of a heat-resistant material between layers made of a polymer material that can be fused by heat.
  • the electrochemical device of the present invention may further comprise an adhesive layer on the sealing layer.
  • the sealing layer may be formed along the periphery of the electrode assembly at an edge excluding a portion where the electrode assembly is located.
  • the electrode assembly includes a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt .
  • the positive electrode comprises i) an electrode-electrolyte complex coated with a gel polymer electrolyte on a current collector, ii) an active material layer comprising an electrode active material and a binder on the current collector, An electrode-electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is applied on the active material layer, and iii) a composite active material layer comprising an electrode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt on the current collector And,
  • the negative electrode may be an electrode consisting of a current collector only and selected from i) to iii).
  • the positive electrode is selected in the above ii) and iii), and the negative electrode is made of only the current collector, or may be selected in the above i).
  • the active material layer and the composite active material layer may further include a conductive material.
  • the positive electrode and the negative electrode may be substantially edge-matched.
  • At least one separator is further provided between the anode and the cathode, and the separator may be substantially flush with the anode and the cathode.
  • the separation membrane may include a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt.
  • the electrode assembly includes a first gel polymer electrolyte on the anode, a second gel polymer electrolyte on the cathode, and the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte They may be different from each other.
  • the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may have a solubility parameter difference of 0.1 MPa 1/2 or more.
  • the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may have an energy level difference of 0.01 eV or more.
  • the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may further comprise any one or two or more additives selected from inorganic particles and a flame retardant.
  • the first gel polyelectrolyte further comprises an anodic heat inhibitor which is any one selected from succinonitrile and sebaconitrile or a mixture thereof,
  • the second gel polymer electrolyte may further comprise an SEI layer stabilizer which is any one selected from vinylene carbonate, ethylene carbonate carbonate and catechol carbonate or a mixture thereof.
  • the crosslinked polymer matrix may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure further comprising a linear polymer.
  • the cathode current collector and the anode current collector may be formed in a thin film form, a mesh form, a form in which a thin film or mesh current collector is laminated on one surface or both surfaces of a conductive substrate, And metal-mesh complexes.
  • the electrochemical device may be one in which one or more of the electrode assemblies are laminated.
  • the electrode assembly may include one or more bipolar electrodes.
  • the sealing layer may further include a plurality of partition walls such that a plurality of grooves not having the sealing layer are formed,
  • a plurality of electrode assemblies may be included in a space formed by the upper sheet and the lower sheet facing each other to form a plurality of cell regions.
  • the electrochemical device may be a primary cell or a secondary cell capable of electrochemical reaction.
  • the electrochemical device may be a lithium primary battery, a lithium secondary battery, a lithium-sulfur battery, a lithium-air battery, a sodium battery, an aluminum battery, a magnesium battery, a calcium battery, - Air cells, sodium-air cells, aluminum-air cells, magnesium-air cells, calcium-air cells, super capacitors, dye sensitized solar cells, fuel cells, lead accumulators, nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries and alkaline cells. May be selected from the group consisting of
  • a method for manufacturing an electrode assembly comprising the steps of: forming a metal layer on a surface of the metal layer; forming a perforated barrier layer on the metal layer; Is supplied,
  • An electrode assembly is stacked in a space for accommodating the electrode assembly of the lower sheet
  • the positive electrode collector and the negative electrode collector of the electrode assembly may be in close contact with the metal layer of the upper sheet and the metal layer of the lower sheet, respectively.
  • the method may further comprise the step of applying at least one selected from the group consisting of a conductive adhesive, a conductive adhesive and a conductive paste on a metal layer of the lower sheet and the upper sheet.
  • the step of cutting the sealed portion by the sealing layer may be further included.
  • the present invention can continuously produce a plurality of electrochemical devices, thereby greatly improving productivity. That is, an electrode assembly can be manufactured by a printing method, and a package having a plurality of cell regions continuously supplied is used, so that mass production can be continuously performed.
  • an electrode assembly using a plurality of electrode assemblies or bipolar electrodes can be used, it is possible to manufacture an electrochemical device which can be easily changed according to the application.
  • the divided electrochemical devices can be easily connected in series or in parallel and can be applied to various electronic products.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of a lower sheet and an upper sheet of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing one embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing one embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing one embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
  • 15 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
  • 16 is a cross-sectional view schematically illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a perspective view schematically illustrating a method of manufacturing the electrode assembly of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
  • 19 is a cross-sectional view schematically illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 and FIG. 18 are cross-sectional views of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of a lower sheet and an upper sheet of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a packaging device according to an embodiment of the present invention in which a lower sheet 200 and an upper sheet 300 of a package include metal layers 201 and 301 and seal layers 202 and 302 are respectively included in the lower sheet 200 and the upper sheet 300 18 shows that the lower sheet 200 and the upper sheet 300 as a package include metal layers 201 and 301 and a sealing layer is formed on any one of the lower sheet 200 and the upper sheet 300 And the like.
  • FIG. 18 illustrates a case where the sealing sheet 202 is optionally included in the lower sheet. However, the sealing sheet 202 may be included in the upper sheet.
  • FIG. 1 including the sealing layers 202 and 302 on the lower sheet 200 and the upper sheet 300, respectively.
  • this is only an illustrative example, It is not.
  • the electrochemical device 1000 of the present invention comprises an electrode assembly 100 and a package surrounding the surface thereof.
  • the package includes a lower sheet (200) and an upper sheet (300).
  • the lower sheet 200 and the upper sheet 300 may include metal layers 201 and 301 and sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer and a sealing layer Grooves 213 and 313, respectively.
  • the metal layer and the sealing layer of the lower sheet 200 and the upper sheet 300 may be made of the same material or different materials. A specific embodiment of the package will be described in more detail with reference to FIG. 7 to FIG.
  • the electrode assembly 100 is accommodated in a space formed by integrally forming the sealing layers 202 and 302 of the upper sheet 300 and the lower sheet 200 as shown in FIG. 18, the upper sheet 300 including the metal layer 301 and the lower sheet 200 including the metal layer 201 and the sealing layer 202 are integrally formed to face each other, (100) is accommodated.
  • the space in which the electrode assembly 100 is accommodated may be equal to or larger than the size of the electrode assembly 100.
  • the space provided by the electrode assembly 100 having a larger space than that of the electrode assembly 100 serves as a buffer space for increasing the internal pressure due to gas or the like that may occur during use of the electrochemical device, Thereby contributing to improving the durability and safety of the battery.
  • the sealing layer may be made of a polymer material that can be fused and sealed by heat, and more specifically, it may be made of a thermoplastic resin. Or a layer made of a polymer material capable of being fused by heat and a layer made of a heat-resistant material may be alternately stacked one or more layers, and the heat-resistant material may be made of heat-resistant resin or metal.
  • the electrochemical device may be such that the slope of the electrode assembly is sealed by a sealing layer.
  • the electrode assembly 100 includes a positive electrode and a negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode may be separated from each other by a separator or a gel polymer electrolyte layer.
  • the positive electrode collector and the negative electrode collector constituting the outermost layer of the electrode assembly are closely contacted and electrically connected to the metal layer of the upper sheet and the metal layer of the lower sheet, respectively.
  • the battery can be continuously manufactured and can be manufactured by cutting a desired number of battery cells considering the required capacity of the battery cell.
  • a specific embodiment of the electrode assembly 100 will be described in more detail with reference to FIGS. 11 to 15. FIG.
  • the electrochemical device of the present invention is advantageous in that it is simple to manufacture and use because no separate terminal is formed.
  • the positive electrode collector and the negative electrode collector, which form the outermost portion of the electrode assembly 100 to closely contact the metal layer 301 of the upper sheet and the metal layer 201 of the lower sheet,
  • the thickness W1 of the assembly may be equal to or greater than the thickness of the sealing layers 202 and 302.
  • the electrochemical device 1000 of the present invention includes a metal layer 301 of the upper sheet 300 and a portion of the lower sheet 200 where the electrode assembly 100 and the metal layer 201 are in close contact with each other W2 may include a joining part 400 at a part or all of the joining part 400.
  • the bonding portion 400 may be formed at a portion W2 where the metal layer and the current collector of the electrode assembly are in close contact with each other or may be formed only at a portion or all of the portions, .
  • the joining portion 400 may be formed by welding, brazing, or the like, but is not limited thereto.
  • the welding may be performed in a spot or stripe shape by a method such as resistance welding, ultrasonic welding, and laser welding, but is not limited thereto.
  • the solder paste may be further provided on the inner side of the metal layers 201 and 301, that is, in a portion where the electrode assembly is closely attached.
  • the electrochemical device 1000 of the present invention includes a metal layer 301 of the upper sheet 300 and a metal layer 201 of the lower sheet 200 and a portion W2 may further include at least one conductive layer 203, 303 selected from a conductive adhesive layer, a conductive pressure-sensitive adhesive layer, and an electroconductive paste layer.
  • the conductive adhesive layer, the conductive pressure-sensitive adhesive layer, and the conductive paste layer are not limited as long as they are generally used in the field, and the metal layer of the upper sheet and the metal layer of the lower sheet can be more closely adhered to each other, It can be done well.
  • it may further include a bonding portion 400 as shown in FIG.
  • an electrochemical device 1000 according to the present invention includes an insulating layer 304 (not shown) formed on an outer surface of one or more metal layers 201 and 301 selected from an upper sheet 300 and a lower sheet 200, , ≪ / RTI > 204).
  • an insulating layer By further including an insulating layer, the electrode assembly can be protected from external substances outside the metal layer and electrically isolated from the outside.
  • the insulating layers 204 and 304 may include grooves 205 and 305 in which a part of the insulating layers 204 and 304 are not opened and an insulating layer is not formed.
  • grooves 205 and 305 are formed in the upper sheet 300 and a portion W3 of the lower sheet 200, electricity can be transmitted through the grooves 205 and 305, can send.
  • a separate terminal may be further included but may be omitted without a separate terminal.
  • the insulating layers 204 and 304 may be used without limitation as long as they have electrical insulation properties. If the electrode assembly can be protected from foreign materials outside the metal layer and electrically isolated from the outside, Can be used without limitation. Specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, casted polypropylene (CPP), polystyrene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyamide, cellulose resin and polyimide resin , But is not limited thereto. Further, one layer or two or more layers may be laminated. In addition, although not shown, it may further include a bonding portion 400 as shown in FIG.
  • an electrochemical device 1000 according to the present invention may include a sealing layer 302 of the upper sheet 300 and a sealing layer 202 of the lower sheet 200, (206, 306).
  • the sealing layers 202 and 302 may be made of a polymer material that can be fused and sealed by heat, and the sealing layers 202 and 302 are melted by heating and pressing using a heating plate, a heating roller, or the like But it may be to form separate adhesive layers 206 and 306 to further improve the adhesive strength.
  • the adhesive to be used at this time is not limited as long as it is conventionally used in the field, and any adhesive which is excellent in adhesion to a polymer material used in a sealing layer and chemical stability to an electrode assembly can be used without limitation.
  • any adhesive which is excellent in adhesion to a polymer material used in a sealing layer and chemical stability to an electrode assembly can be used without limitation.
  • an acrylic adhesive, an epoxy adhesive, and a cellulose adhesive may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • it may further include a bonding portion 400 as shown in FIG.
  • the electrochemical device may be a primary cell or a secondary cell capable of electrochemical reaction.
  • the present invention relates to a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, a lithium-sulfur battery, a lithium-air battery, a sodium battery, an aluminum battery, a magnesium battery, a calcium battery, a sodium- But are not limited to, air cells, super capacitors, dye-sensitized solar cells, fuel cells, lead acid batteries, nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, and alkaline batteries.
  • the lower sheet 200 and the upper sheet 300 may be made of the same material, and more specifically, the lamination structure is as follows.
  • the top sheet and the bottom sheet are more specifically illustrated in Figures 2 and 7 to 10. Since the lower sheet and the upper sheet may have the same configuration, FIG. 2 and FIGS. 7 to 10 are shown with reference to the lower sheet 200 for convenience, and numbers in parentheses indicate the sign of the upper sheet 300.
  • FIGS. 2 and 7 to 9 show a lower sheet and an upper sheet included in one electrochemical device manufactured by cutting, and FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a process for manufacturing a plurality of battery cells in the manufacturing method of the present invention And an upper sheet and an upper sheet continuously fed from the roll.
  • the lower sheet 200 and the upper sheet 300 include metal layers 201 and 301, sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer, And may include grooves 213 and 313 in which no layer is formed.
  • the grooves 213 and 313 in which the sealing layer is not formed are for receiving the electrode assembly 100, and the shape of the grooves may be formed along the periphery of the electrode assembly.
  • the size of the cross-sectional area of the grooves 213 and 313 may be equal to or greater than the size of the electrode assembly 100.
  • the metal layers 201 and 301 are preferably made of a material capable of preventing mechanical strength and inflow of gas and moisture because they form a package of an electrochemical device.
  • the metal which can be used in the present invention is not particularly limited, but specifically, for example, aluminum, copper, stainless steel, nickel, nickel plated or two or more alloys of these metals and a clad metal clad metal, and the like.
  • the dual aluminum is preferable because it is light in weight, excellent in mechanical strength, and excellent in stability against the electrochemical properties of the electrode assembly and the electrolyte, but is not limited thereto.
  • the thickness of the metal layer is not limited, but may be 0.1 to 200 ⁇ , more specifically 1 to 100 ⁇ , from the viewpoint of workability in forming a joint and prevention of penetration of moisture and the like.
  • the sealing layer may be any material that can be melted and sealed by heat, without limitation, and may be more preferably a material having excellent adhesiveness to a metal layer.
  • Specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, casted polypropylene (CPP), polyethylene maleic anhydride grafted polypropylene, maleic anhydride grafted polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, poly Vinylidene chloride, polyamide, cellulose resin, resin prepared by compounding two or more materials, and the like, but the present invention is not limited thereto. Further, one layer or two or more layers may be laminated.
  • the sealing layer of the present invention further includes a layer 215 made of a heat-resistant material, thereby preventing a short circuit from occurring during the sealing process, .
  • the sealing layer may include one or more layers 215 made of a heat-resistant material between the layers 214 made of a polymer material that can be fused by heat.
  • the heat-resistant material may be made of a metal such as aluminum or a heat-resistant resin such as nylon, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polypropylene, polyimide or polyamideimide, but is not limited thereto.
  • the thickness of the heat-resistant material is preferably thinner than the thickness (W1) of the entire sealing portion.
  • FIG. 7 to 9 are sectional views showing another embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
  • At least one of the lower sheet 200 and the upper sheet 300 includes at least one of metal layers 201 and 301, a sealing layer 202 and 302 formed at the edge of the metal layer, Wherein at least one conductive layer (203, 313) selected from a conductive adhesive layer, a conductive pressure-sensitive adhesive layer, and a conductive paste layer is formed in the grooves (213, 313) 303 may be formed.
  • the conductive adhesive layers 203 and 303 improve the adhesion between the electrode assembly and the metal layer to make the electrical connection more excellent.
  • the conductive adhesive layer, the conductive pressure-sensitive adhesive layer, and the conductive paste layer may be used without limitation as long as they are conventionally used in the field.
  • the thickness of any one or more layers selected from the conductive adhesive layer, the conductive pressure-sensitive adhesive layer, and the conductive paste layer is not particularly limited, but may be 0.1-10 m, for example.
  • the conductive adhesive may be a mixture of a metal powder, a conductive material, and a binder.
  • Metal powder such as silver, zinc, copper, etc .
  • Conductive materials such as metal fibers, carbon powders, carbon fibers, and carbon nanotubes
  • a binder composed of a polymer material such as an acrylic resin, an epoxy resin, a urethane resin, a cellulose resin, an adhesive polyolefin resin, or a polymer material such as a polyolefin grafted with maleic anhydride or a polyolefin grafted with acrylic acid .
  • the size of the metal powder and the carbon powder to be used may be 10 nm to 10 ⁇ .
  • the diameter of the metal fiber and the carbon fiber may be 10 nm to 10 ⁇ m or less, and the length may be 10 ⁇ m to 30 mm, but is not limited thereto.
  • the sealing parts 202 and 302 of the present invention further include the layer 215 made of a heat-resistant material, thereby preventing short-circuiting in the process of sealing, .
  • the lower sheet 200 and the upper sheet 300 include metal layers 201 and 301, sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer, And a groove 213 in which no layer is formed, and the insulating layer 204 and 304 may be further provided on the opposite surface where the sealing layer is formed.
  • a part of the insulating layer may include openings 205 and 305 in which no insulating layer is formed.
  • the grooves 205 and 305 may be formed in one or more portions selected from the top sheet 300 and the bottom sheet 200, or may be formed in a part thereof. Electricity can be transmitted to the outside through the grooves 205 and 305.
  • the insulating layer can be used without limitation as long as it has an electrical insulating property.
  • Any insulating material can be used as long as it protects the electrode assembly from external materials outside the metal layer and can electrically insulate the electrode assembly from the outside.
  • insulating material include polyethylene, polypropylene, casted polypropylene (CPP), polystyrene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyimide, polyamide and cellulose resin. But is not limited thereto. Further, one layer or two or more layers may be laminated.
  • the thickness of the insulating layer is not limited, and may be 0.1 to 50 ⁇ , for example.
  • the lower sheet 200 and the upper sheet 300 include metal layers 201 and 301, sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer, And includes grooves 213 and 313 in which no layer is formed and further includes adhesive layers 206 and 306 on top of the sealing layers 202 and 302.
  • the sealing layers 202 and 302 may be made of a polymer material that can be fused and sealed by heat or may include one or more layers made of a heat resistant material between layers made of a polymer material that can be fused by heat. Further, the sealing layers 202 and 302 may be melted and sealed by heating and pressing using a heating plate or a heating roller, but the adhesive layers 206 and 306 may be formed to further improve the adhesive strength.
  • the adhesive to be used at this time is not limited as long as it is conventionally used in the field, and any adhesive which is excellent in adhesion to a polymer material used in a sealing layer and chemical stability to an electrode assembly can be used without limitation.
  • any adhesive which is excellent in adhesion to a polymer material used in a sealing layer and chemical stability to an electrode assembly can be used without limitation.
  • an acrylic resin, a urethane resin, an epoxy resin, or the like can be used, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 10 is a perspective view showing one embodiment of a lower sheet and an upper sheet continuously fed from a roll in order to produce a plurality of electrochemical devices in the present invention.
  • FIG. 10 is a view for showing that a plurality of spaces for accommodating the electrode assembly are formed.
  • the present invention is not limited thereto. 1 and FIG. 17), an electrochemical device (FIG. 1 and FIG. 18) composed of one battery cell or an electrochemical device (FIG.
  • the thickness W4 of the partition walls 212 and 312 may be formed thicker than the thickness W5 of the peripheral partition walls 211 and 311 so as to facilitate cutting. That is, it may be an electrochemical device 1000 having one battery cell or an electrochemical device 2000 having a plurality of battery cells connected thereto.
  • one or more sets when the electrode assembly includes one set including the positive electrode and the negative electrode, one or more sets may be stacked. And may further include one or more gel polymer electrolyte layers or one or more separators between the anode and the cathode. Or a bipolar electrode in which a positive electrode and a negative electrode are formed on both sides on one current collector.
  • the electrode assembly includes a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt, Lt; / RTI > That is, the electrode assembly of the present invention can be injected with a liquid electrolyte in a state that the positive electrode, the separator, and the negative electrode are laminated.
  • the gel polymer electrolyte composition is applied to at least one of the positive electrode and the negative electrode, Complex or a cathode-electrolyte complex, and can be manufactured by coating as described above, so that it can be continuously produced.
  • the anode and the cathode may be substantially flush with each other.
  • the term 'substantially' means that the error range is within ⁇ 10 ⁇ m.
  • substantially edge coincidence means that they completely agree or that the error range coincides with the range of ⁇ 10 ⁇ m or less.
  • the electrode assembly further includes at least one separator between the anode and the cathode, and the separator may be substantially flush with the anode and the cathode.
  • the separation membrane when the separation membrane is included between the anode and the cathode as described above, the separation membrane may include a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte.
  • the electrode assembly according to an embodiment of the present invention can manufacture the positive electrode and the negative electrode by the coating method, and the electrode assembly can be manufactured by punching in the state where the positive electrode, the separation membrane and the negative electrode are stacked,
  • the size of the cathode may be substantially the same.
  • the gel polymer electrolyte composition may be applied and cured in the state that the anode and the separator are stacked to form a gel polymer electrolyte in the anode and the separator, and a cathode may be laminated on the anode and the separator. It is possible to produce continuously, and the manufacturing time can be greatly shortened.
  • the anode may be formed in various forms, for example, an electrode formed only of a current collector, an electrode coated with an active material layer containing a cathode active material and a binder on the current collector, And a composite electrode coated with a composite active material layer containing an active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte. More preferably, the anode may comprise a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte in order to improve the conductivity of the ion.
  • a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte may be applied on the active material layer to partially or wholly impregnate the active material layer, or may be included in the surface layer. Further, in the case of a cross-linked polymer matrix, the adhesion to the gel polymer electrolyte layer and the interfacial adhesion can be further improved, but is not limited thereto.
  • the anode includes i) an electrode-electrolyte complex coated with a gel polymer electrolyte on a current collector, ii) an active material layer including an electrode active material and a binder on the current collector, Electrolyte composite, and iii) an electrode-electrolyte complex comprising an electrode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt on the current collector, and iv) an electrode- Electrolyte composite in which the gel polymer electrolyte is coated on the composite active material layer of the electrode-electrolyte complex.
  • the anode may be selected from the above-mentioned ii) and iii).
  • the current collector may be any one selected from the group consisting of a conductive metal, a conductive metal oxide, and the like, provided that the current collector is not limited to a conductive substrate used in the related art.
  • the current collector may be formed of a conductive material as a whole, or may be a conductive metal, a conductive metal oxide, a conductive polymer, or the like coated on one or both surfaces of the insulating substrate.
  • the current collector may be made of a flexible substrate, and can easily be bent, thereby providing a flexible electronic device. Further, it may be made of a material having a restoring force that is bent and then returned to its original shape.
  • the current collector may be selected from the group consisting of a thin film, a mesh, a form in which thin films or mesh current collectors are integrated on one surface or both surfaces of a conductive substrate, and metal-mesh composites.
  • a metal thin film and a mesh metal or polymer material are integrated by heating to integrate the metal thin film between the holes of the mesh, so that the metal thin film is not cracked or cracked even if bent do.
  • the use of the metal-mesh composite in this manner is more preferable because it can prevent cracks from occurring in the current collector when the battery is bent or charged or discharged, but is not limited thereto.
  • the current collector may be made of aluminum, stainless steel, copper, nickel, iron, lithium, cobalt, titanium, nickel foams, copper foams, polymeric substrates coated with a conductive metal, , But is not limited thereto.
  • An embodiment ii) of the anode of the present invention may be one in which a cathode active material composition comprising a cathode active material and a binder is coated on the current collector and the active material layer is coated thereon.
  • the active material layer may be impregnated into the active material layer by coating a composition for forming a gel polymer electrolyte on the active material layer, or may be partially or wholly coated or may be coated on the surface to form a gel polymer electrolyte.
  • a gel polymer electrolyte composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, and a liquid electrolyte is coated on a positive electrode and crosslinked by irradiation with ultraviolet rays or heat, whereby a liquid electrolyte or the like is uniformly contained in the net structure of the crosslinked polymer matrix And the evaporation process of the solvent may be unnecessary.
  • the crosslinked polymer matrix may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure including a linear polymer.
  • the collector may be as described above, and the cathode active material composition may be directly coated on a current collector such as aluminum and dried to form a cathode plate having a cathode active material layer formed thereon.
  • the coating may be coated by a printing method such as ink-jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, stencil printing, and screen printing as well as coating methods such as bar coating, spin coating, slot die coating and dip coating.
  • the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the current collector to produce a cathode in which the cathode active material layer is formed.
  • the thickness of the cathode active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 ⁇ , more specifically, 1 to 200 ⁇ , but is not limited thereto.
  • the cathode active material composition may include, but is not limited to, a cathode active material, a binder, and a solvent, and may further include a conductive material.
  • the cathode active material may be used without limitation as long as it is commonly used in the art. Specifically, a lithium primary battery or a secondary battery is exemplified, and a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (a lithiated intercalation compound) can be used.
  • the cathode active material of the present invention may be in powder form.
  • At least one selected from the group consisting of cobalt, manganese, nickel, and the like and a composite oxide of a metal and lithium combined with each other may be used.
  • Specific examples include, but are not limited to, compounds represented by any one of the following formulas. Li a A 1-b R b D 2 wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8 and 0? B? 0.5; Li a E 1-b R b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, and 0? C?
  • Li a Ni 1-bc Mn b R c O 2- ⁇ Z 2 wherein 0.90 ⁇ a ⁇ 1.8, 0 ⁇ b ⁇ 0.5, 0 ⁇ c ⁇ 0.05, and 0 ⁇ ⁇ 2; Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ⁇ a ⁇ 1.8, 0 ⁇ b ⁇ 0.9, 0 ⁇ c ⁇ 0.5, and 0.001 ⁇ d ⁇ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 wherein 0.90 ⁇ a ⁇ 1.8, 0 ⁇ b ⁇ 0.9, 0 ⁇ c ⁇ 0.5, 0 ⁇ d ⁇ 0.5, and 0.001 ⁇ e ⁇ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90?
  • Li a CoG b O 2 in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1
  • Li a MnG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1
  • Li a Mn 2 G b O 4 in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1
  • A is Ni, Co, Mn or a combination thereof;
  • R is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof;
  • D is O, F, S, P or a combination thereof;
  • E is Co, Mn or a combination thereof;
  • Z is F, S, P or a combination thereof;
  • G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V or a combination thereof;
  • Q is Ti, Mo, Mn or a combination thereof;
  • T is Cr, V, Fe, Sc, Y or a combination thereof;
  • J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu or a combination thereof.
  • a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound.
  • the coating layer may comprise, as a coating element compound, an oxide, a hydroxide of a coating element, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, or a hydroxycarbonate of a coating element.
  • the compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline.
  • the coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof.
  • Any coating method may be used as long as it can be coated by a method that does not adversely affect the physical properties of the cathode active material, such as spray coating or dipping, by using these elements in the above-mentioned compound, It is a content that can be well understood by people engaged in the field, so detailed explanation will be omitted.
  • the cathode active material may comprise 20 to 99 wt%, more preferably 30 to 95 wt%, of the total weight of the composition, though not limited thereto. And may have an average particle diameter of 0.001 to 50 ⁇ , more preferably 0.01 to 20 ⁇ , but is not limited thereto.
  • the binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to fix the positive electrode active material to the current collector.
  • Typical examples thereof include, but are not limited to, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide Polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon or the like alone Or a mixture of two or more of them may be used, but the present invention is not limited thereto.
  • the content of the binder may be 0.1 to 20 wt%, more preferably 1 to 10 wt%, based on the total weight of the binder. But the content is not limited thereto.
  • the solvent may be any one selected from N-methylpyrrolidone, acetone, and water, or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto and can be used as long as it is commonly used in the art.
  • the content of the solvent is not limited and can be used without limitation as long as the content is such that the slurry can be coated on the positive electrode current collector.
  • the cathode active material composition may further include a conductive material.
  • the conductive material is used for imparting conductivity to the electrode.
  • the conductive material does not cause any chemical change in the battery and can be used without limitation as long as it is an electron conductive material.
  • Specific examples thereof include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon nanotubes, and carbon fibers; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof, may be used alone or in admixture of two or more.
  • the conductive material may be included in the cathode active material composition in an amount of 0.1 to 20% by weight, more specifically 0.5 to 10% by weight, and more specifically 1 to 5% by weight.
  • the average particle diameter of the conductive material may be 0.001 to 1000 ⁇ , more specifically 0.01 to 100 ⁇ , but is not limited thereto.
  • the gel polymer electrolyte composition may be coated on the anode by a printing method such as roll-to-roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, and screen printing so that continuous production is possible.
  • the gel polymer electrolyte may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
  • the crosslinking improves the mechanical strength and structural stability of the gel polymer electrolyte layer, and when combined with the anode of the above-described embodiment, the structural stability of the gel polymer electrolyte layer and the anode interface can be further improved.
  • the gel polymer electrolyte composition preferably has a viscosity suitable for the printing process.
  • the viscosity of the gel polymer electrolyte composition measured using a Brookfield viscometer at 25 ° C is 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, May be in the range of 1.0 to 100,000 cps, and is preferably within the above-mentioned range, but is not limited thereto.
  • the gel polymer electrolyte composition may include, but is not limited to, 1 to 50% by weight, specifically 2 to 40% by weight, of a crosslinkable monomer and a derivative thereof in 100% by weight of the total composition.
  • the initiator may be 0.01 to 50 wt%, specifically 0.01 to 20 wt%, more specifically 0.1 to 10 wt%, but is not limited thereto.
  • the liquid electrolyte may be contained in an amount of 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 2 to 80% by weight, but is not limited thereto.
  • the crosslinkable monomer may be a monomer having two or more functional groups or a mixture of a monomer having two or more functional groups and a monomer having one functional group and may be used without limitation as long as it is a photo-crosslinkable or thermally crosslinkable monomer .
  • the monomer having two or more functional groups include polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane ethoxylate And may be any one or a mixture of two or more selected from triacrylate, trimethylolpropane ethoxylate trimethacrylate, bisphenol eetoxydate diacrylate, bisphenol eetoxytate dimethacrylate, and the like.
  • Examples of the monomers having one functional group include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, ethylene glycol methyl ether acrylate, ethylene glycol methyl ether methacrylate, Nitrile, vinyl acetate, vinyl chloride, vinyl fluoride, and the like, or a mixture of two or more thereof.
  • the initiator can be used without limitation as long as it is a photoinitiator or a thermal initiator commonly used in the art.
  • the liquid electrolyte may include a dissociable salt and a solvent.
  • dissociable salt examples include, but are not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6), lithium difluoro methane sulfonate (LiC 4 F 9 SO 3) , lithium perchlorate (LiClO 4), lithium aluminate (LiAlO 2), lithium tetrachloro- aluminate (LiAlCl 4), lithium chloride (LiCl) , lithium iodide (LiI), lithium bis oxalate reyito borate (LiB (C 2 O 4) 2), lithium trifluoro methane sulfonyl imide (LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2 )
  • the solvent may be any one or a mixture of two or more solvents selected from a carbonate solvent, a nitrile solvent, an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, a glidant solvent, an organic solvent such as an alcohol solvent and an aprotic solvent, . ≪ / RTI >
  • the crosslinked polymer matrix of the gel polymer electrolyte may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure including a linear polymer.
  • the anode-electrolyte combination has excellent flexibility and is resistant to stresses such as bending when used as a battery, so that the battery can be normally operated without deteriorating performance. Therefore, application to a flexible battery or the like may be more advantageous.
  • the linear polymer is not limited as long as it is easy to mix with the crosslinkable monomer and can impregnate the liquid electrolyte.
  • Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride (PVI), co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP) Or one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylacetate (PVA), polyacrylonitrile (PAN) and polyethylene oxide May be a combination of two or more, but is not limited thereto.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVVI polyvinylidene fluoride
  • PVDF-co-HFP co-hexafluoropropylene
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PS polystyrene
  • PVA polyvinylacetate
  • PAN polyacrylonitrile
  • polyethylene oxide May be a combination of two or more
  • the linear polymer may be contained in an amount of 1 to 90% by weight based on the weight of the crosslinked polymer matrix. 1 to 80% by weight, 1 to 70% by weight, 1 to 60% by weight, 1 to 50% by weight, 1 to 40% by weight and 1 to 30% by weight. That is, when the polymer matrix is a semi-interpenetrating network (semi-IPN) structure, the cross-linkable polymer and the linear polymer may be contained in a weight ratio of 99: 1 to 10:90.
  • the linear polymer is included in the above range, the crosslinked polymer matrix can secure flexibility while maintaining proper mechanical strength. Accordingly, when applied to a flexible battery, it is possible to realize stable battery performance even when deformed by various external forces, and it is possible to suppress the risk of battery ignition and explosion which may be caused by the shape deformation of the battery.
  • the gel polymer electrolyte composition may further contain inorganic particles as required.
  • the inorganic particles can be printed by controlling the rheological properties such as viscosity of the gel polymer electrolyte composition.
  • the inorganic particles may be used to improve ionic conductivity of the electrolyte and improve mechanical strength, but may be porous particles, but are not limited thereto.
  • metal oxides, carbon oxides, carbon-based materials and organic-inorganic complexes may be used, and they may be used singly or in combination of two or more.
  • the inorganic particles though not limited thereto, not only the affinity with the organic solvent is high but also the thermal stability is very high, so that the thermal stability of the electrochemical device can be improved.
  • the average diameter of the inorganic particles is not limited, but may be 0.001 ⁇ to 10 ⁇ . Specifically 0.1 to 10 ⁇ , more specifically 0.1 to 5 ⁇ . When the average diameter of the inorganic particles satisfies the above range, excellent mechanical strength and stability of the electrochemical device can be realized.
  • the content of the inorganic particles in the gel polymer electrolyte composition may be from 1 to 50% by weight, more specifically from 5 to 40% by weight, and more specifically from 10 to 30% by weight, 10,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, and still more preferably 1.0 to 100,000 cps.
  • the embodiment (iii) of the anode of the present invention may be a composite electrode coated with a composite active material layer containing a cathode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt on a current collector.
  • a composite active material layer containing a cathode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt on a current collector.
  • the composite active material layer may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
  • the composite active material layer is formed by coating a current collector with a composite active material composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, a cathode active material, and a liquid electrolyte, and crosslinking the mixture by applying ultraviolet light or heat, Active material, liquid electrolyte, etc. may be uniformly distributed, and a step of evaporating the solvent may be unnecessary.
  • the coating is not limited to a coating method such as a bar coating or a spin coating, but may be continuously coated by a printing method such as roll to roll printing, ink jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, stencil printing and screen printing Lt; / RTI >
  • the composite active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling from the support may be laminated on the current collector to produce a positive electrode having a composite active material layer.
  • the thickness of the composite active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 ⁇ , more specifically 0.1 to 200 ⁇ , but is not limited thereto.
  • One embodiment of the composite active material composition may include 1 to 50% by weight, specifically 1 to 40% by weight, more specifically 2 to 30% by weight, of a crosslinkable monomer and its derivative out of 100% But is not limited to.
  • the initiator may be 0.01 to 50 wt%, specifically 0.01 to 20 wt%, more specifically 0.1 to 10 wt%, but is not limited thereto.
  • the content of the cathode active material may be 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 5 to 80% by weight, but is not limited thereto.
  • the liquid electrolyte may be contained in an amount of 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 2 to 80% by weight, but is not limited thereto.
  • the conductive material may further include a conductive material, if necessary, and the conductive material may be contained in an amount of 0.1 to 20% by weight, specifically 1 to 10% by weight, and is not limited thereto.
  • the crosslinkable monomer may be a monomer having two or more functional groups or a mixture of a monomer having two or more functional groups and a monomer having one functional group and may be used without limitation as long as it is a photo-crosslinkable or thermally crosslinkable monomer .
  • the monomer having two or more functional groups include polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane ethoxylate And may be any one or a mixture of two or more selected from triacrylate, trimethylolpropane ethoxylate trimethacrylate, bisphenol eetoxydate diacrylate, bisphenol eetoxytate dimethacrylate, and the like.
  • Examples of the monomers having one functional group include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, ethylene glycol methyl ether acrylate, ethylene glycol methyl ether methacrylate, Nitrile, vinyl acetate, vinyl chloride, vinyl fluoride, and the like, or a mixture of two or more thereof.
  • the initiator can be used without limitation as long as it is a photoinitiator or a thermal initiator commonly used in the art.
  • the liquid electrolyte may include a dissociable salt and a solvent, and may be the same or different in composition from the liquid electrolyte used in the gel polymer electrolyte.
  • dissociable salt examples include, but are not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6), lithium difluoro methane sulfonate (LiC 4 F 9 SO 3) , lithium perchlorate (LiClO 4), lithium aluminate (LiAlO 2), lithium tetrachloro- aluminate (LiAlCl 4), lithium chloride (LiCl) , lithium iodide (LiI), lithium bis oxalate reyito borate (LiB (C 2 O 4) 2), lithium trifluoro methane sulfonyl imide (LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2 )
  • the solvent may be any one or a mixture of two or more solvents selected from a carbonate solvent, a nitrile solvent, an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, a glidant solvent, an organic solvent such as an alcohol solvent and an aprotic solvent, . ≪ / RTI >
  • Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC).
  • DMC dimethyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • DPC dipropyl carbonate
  • MPC methyl propyl carbonate
  • EPC ethyl propyl carbonate
  • MEC methyl ethyl carbonate
  • PC propylene carbonate
  • BC butylene carbonate
  • the nitrile solvent may be acetonitrile, succinonitrile, adiponitrile, sebaconitrile, or the like.
  • ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, 1,1-dimethyl acetate, Methylpropionate, ethylpropionate, ⁇ -butylolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, caprolactone, ) May be used.
  • ether solvent examples include dimethyl ether, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran and the like.
  • ketone solvent cyclohexanone Can be used.
  • gelling agent solvent examples include ethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, and the like.
  • alcoholic solvent ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like can be used.
  • aprotic solvent R-CN (R is a straight chain, branched or cyclic hydrocarbon group of C2 to C20, An aromatic ring or an ether bond), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, and sulfolanes.
  • the solvent may be used alone or in combination of one or more. If one or more of the solvents is used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the performance of the desired battery, and this may be widely understood by those skilled in the art .
  • the negative electrode may be made of various embodiments. Specifically, for example, an electrode comprising only a current collector, an electrode coated with an active material layer including a negative electrode active material and a binder on the current collector, And a composite electrode coated with a composite active material layer containing a negative electrode active material, a crosslinked polymer matrix, and a liquid electrolyte. And may further include a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte from the viewpoint of improving the conductivity of the ion.
  • an electrode comprising only a current collector, i) an electrode-electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is coated on the current collector, ii) an active material layer comprising an electrode active material and a binder on the current collector, An electrode-electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is coated on the active material layer, and iii) a composite active material layer comprising an electrode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt on the current collector Lt; / RTI >
  • the negative electrode may be an electrode consisting only of a current collector, or i) an electrode-electrolyte complex on which a gel polymer electrolyte is coated.
  • the gel polymer electrolyte is as described above for the positive electrode.
  • the current collector may be selected from the group consisting of a thin film, a mesh, a form in which thin films or mesh current collectors are integrated on one surface or both surfaces of a conductive substrate, and metal-mesh composites .
  • the metal-mesh composite means that the thin film is sandwiched between the holes of the mesh by heating and pressing the thin metal film and the mesh-shaped metal or polymer material to integrate and bend, and the metal is not cracked or cracked.
  • the use of the metal-mesh composite in this manner is more preferable because it can prevent cracks from occurring in the current collector when the battery is bent or charged or discharged, but is not limited thereto.
  • the material may be a metal or a polymer such as lithium metal, aluminum, aluminum alloy, tin, tin alloy, zinc, zinc alloy, lithium aluminum alloy and other lithium metal alloy, or a composite thereof.
  • the negative electrode of the present invention may be one in which the thin film or mesh current collector is used as it is, or a current collector in the form of a thin film, mesh, or metal-mesh composite is stacked on a conductive substrate.
  • the current collector can be used without limitation as long as it is a conductive substrate used in the art. Specifically, it may be made of, for example, any one selected from a conductive metal, a conductive metal oxide, and the like.
  • the current collector may be formed of a conductive material as a whole, or may be a conductive metal, a conductive metal oxide, a conductive polymer, or the like coated on one or both surfaces of the insulating substrate.
  • the current collector may be made of a flexible substrate, and can easily be bent, thereby providing a flexible electronic device. Further, it may be made of a material having a restoring force that is bent and then returned to its original shape.
  • the current collector may be made of a material selected from the group consisting of aluminum, zinc, silver, tin, tin oxide, stainless steel, copper, nickel, iron, lithium, cobalt, titanium, nickel foams, copper foams, A complex thereof, and the like, but is not limited thereto.
  • the negative electrode active material layer of the negative electrode of the present invention may be coated on the current collector by coating the negative electrode active material composition containing the negative electrode active material and the binder on the current collector and the gel polymer electrolyte composition may be coated on the active material layer, Electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is partially or wholly impregnated and the gel polymer electrolyte is formed on at least one selected from the inside and the surface.
  • the current collector may be as described above, and the negative electrode active material composition may be formed by directly coating on a current collector such as a metal thin film and drying to form a negative electrode plate having a negative electrode active material layer.
  • the coating may be coated by a printing method such as ink-jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, stencil printing, and screen printing as well as coating methods such as bar coating, spin coating, slot die coating and dip coating.
  • the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the current collector to produce a negative electrode having a negative electrode active material layer.
  • the thickness of the negative electrode active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 ⁇ , more specifically 0.1 to 200 ⁇ , but is not limited thereto.
  • the negative electrode active material composition may include, but is not limited to, an anode active material, a binder, and a solvent, and may further include a conductive material.
  • the negative electrode active material can be used without limitation as long as it is commonly used in the art. Specifically, a lithium primary battery or a secondary battery is exemplified, and a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (a lithiated intercalation compound) can be used.
  • the negative electrode active material of the present invention may be in powder form.
  • lithium-alloyable metals any one or a mixture of two or more selected from lithium-alloyable metals, transition metal oxides, non-transition metal oxides, and carbon-based materials.
  • the lithium-alloyable metal may be Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, But is not limited thereto.
  • the transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like, or may be a single or a mixture of two or more thereof.
  • the non-transition metal oxide is at least one selected from the group consisting of Si, SiOx (0 ⁇ x ⁇ 2), Si-C composite, Si-Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, (Wherein R is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a rare earth element or a combination thereof, and Sn (a combination of Sn and Sn) And the like).
  • Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, (Wherein R is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a rare earth element or a combination thereof, and Sn (a combination of Sn and Sn) And the like).
  • Q and R include Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Sb, Bi, S, Se, Te and Po, or a mixture of two or more thereof.
  • any one or a mixture of two or more selected from crystalline carbon, amorphous carbon, and combinations thereof may be used.
  • the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous natural graphite, artificial graphite, etc.
  • the amorphous carbon include soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbide, And the like, but the present invention is not limited thereto.
  • the negative electrode active material may include 1 to 90% by weight, more preferably 5 to 80% by weight, of the total weight of the composition. And may have an average particle diameter of 0.001 to 20 ⁇ , more preferably 0.01 to 15 ⁇ , but is not limited thereto.
  • the binder serves to attach the negative electrode active material particles to each other and to fix the negative electrode active material to the current collector.
  • Typical examples thereof include, but are not limited to, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide Polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon or the like may be used But is not limited thereto.
  • the solvent may be any one selected from N-methylpyrrolidone, acetone, and water, or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto and can be used as long as it is commonly used in the art.
  • the negative electrode active material composition may further include a conductive material.
  • the conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any material can be used as long as it does not cause any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, , Carbon-based materials such as carbon fibers; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.
  • the content of the conductive material may be 1 to 90% by weight, more specifically 5 to 80% by weight, of the negative electrode active material composition, but is not limited thereto.
  • the average particle diameter of the conductive material may be 0.001 to 100 ⁇ , more specifically 0.01 to 80 ⁇ , but is not limited thereto.
  • an embodiment iii) of the negative electrode of the present invention may be an electrode-electrolyte complex including a composite active material layer containing a negative electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte on the current collector.
  • a composite active material layer containing a negative electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte on the current collector since the current collector and the negative electrode active material are as described above, further explanation is omitted.
  • the crosslinked polymer matrix may be the same as or different from the polymer matrix used in the gel polymer electrolyte. However, from the viewpoint of further improving the adhesion and interfacial adhesion and further improving the ionic conductivity, the crosslinked polymer matrix has the same polymer and crosslinking density desirable.
  • the composite active material layer may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
  • the composite active material layer may be formed by coating a current collector with a composite active material composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, a negative electrode active material, and a liquid electrolyte, and irradiating ultraviolet rays or applying heat thereto to crosslink the crosslinked polymer matrix
  • the anode active material, the liquid electrolyte, and the like may be uniformly distributed, and the evaporation process of the solvent may be unnecessary.
  • the coating may be a coating method such as bar coating or spin coating, but also a coating method such as roll-to-roll printing, ink-jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing and screen printing to enable continuous production .
  • the composite active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the current collector to produce a negative electrode having a composite active material layer.
  • the thickness of the composite active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 ⁇ , more specifically 0.1 to 200 ⁇ , but is not limited thereto.
  • the composite active material composition is the same as that used for the positive electrode, and a further explanation will be omitted.
  • the electrode assembly may further include at least one separator between the anode and the cathode.
  • the separation membrane may be used from the viewpoint of improving the mechanical strength, or may be impregnated with a liquid electrolyte to further improve the ion conductivity. Or a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt.
  • the separation membrane can be used without limitation as long as it is conventionally used in the field.
  • it may be a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous film, or the like. They may be multilayer films formed by laminating one layer or two or more layers.
  • the material of the separator is not particularly limited, but specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, polybutylene, polypentene, polymethylpentene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, , Polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyethylene naphthalene, and copolymers thereof, and the like, or a mixture of two or more thereof.
  • the thickness is not limited, and may be 1 to 1000 mu m, more specifically, 10 to 800 mu m, which is generally used in the art, but is not limited thereto.
  • the electrode assembly may be one prepared by placing a separator on an anode, applying the gel polymer electrolyte composition, impregnating and curing the electrode, and laminating a cathode thereon But is not limited thereto.
  • the electrode assembly may include an electrolyte layer between the cathode and the anode to prevent the anode and the cathode from being electrically short-circuited.
  • the electrolyte layer may be a gel polymer electrolyte layer.
  • inorganic particles such as alumina and silica may be dispersed in the electrolyte layer.
  • the electrolyte layer may further include the above-described separation membrane.
  • the electrode assembly may be such that the electrolytes used for the anode and the cathode are different from each other. That is, any one or two or more of the components constituting the electrolyte layer may be different from each other, or the contents may be different.
  • the electrode assembly may further include a gel polymer electrolyte layer formed on the cathode and the anode in different compositions and facing each other. That is, they may include at least two or more heterogeneous gel polymer electrolytes having different compositions, and each of the gel polymer electrolytes may be integrated on the positive electrode and the negative electrode.
  • the gel polymer electrolyte may not require a separate membrane.
  • the electrode assembly further comprises a first gel polymer electrolyte layer comprising a polymeric matrix, a solvent and a dissociable salt on the anode, wherein the first gel polymer electrolyte layer comprises a polymeric matrix, a solvent and a dissociable salt And a second gel polymer electrolyte layer, wherein the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer have different compositions and may face each other.
  • the " facing each other " includes those which are directly in close contact with each other or face to face with each other.
  • 'different composition' means that the kind of one or two or more components constituting the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer are different or have different contents. More preferably, the energy level may be different or the solubility parameter may be a different composition.
  • the gel polymer electrolyte layer having different chemical compositions and having different energy levels or solubility parameters from each other can be formed on the positive and negative electrodes, so that the liquid electrolyte components are mixed with each other It is possible to manufacture a battery having a heterogeneous electrolyte layer and to provide an electrochemical device having a wide range of potential windows.
  • functional additives of different kinds can be added.
  • the electrochemical device having excellent oxidation / reduction stability can be provided, and the performance such as lifetime characteristics of the electrochemical device can be improved.
  • each electrolyte having electrochemical characteristics optimized for each electrode (cathode and anode), and each electrolyte is physically and chemically bonded by a polymer matrix, so that even when each gel polymer electrolyte layer is joined to each other, It is possible to provide an electrochemical device in which components are not mixed with each other.
  • the gel polymer electrolyte which is in contact with the cathode has a low reduction potential and the gel polymer electrolyte which is in contact with the anode side has a wide potential window by using a solid electrolyte having a high oxidation potential, and suppresses side reactions. It is possible to provide an electrochemical device in which the solubility parameters are different from each other and do not mix.
  • liquid electrolyte and the separator are not required, and the use of the gel polymer electrolyte makes it possible to provide an electrochemical device having better charge / discharge efficiency and lifetime characteristics of the battery than a solid electrolyte. .
  • electrochemical device including a separator according to need which improves the stability of the internal short circuit of the battery and improves mechanical properties.
  • one embodiment of the electrode assembly of the present invention includes a cathode-electrolyte combination in which a first gel polymer electrolyte is coated on a cathode, and a cathode-electrolyte combination in which a second gel polymer electrolyte is coated on a cathode,
  • the gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may have different compositions and may face each other.
  • the positive electrode and the negative electrode are each composed of an electrode composed only of a current collector, an electrode coated with an active material layer including an electrode active material and a binder on the current collector, and a composite active material including an electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte Layer may be selected from composite electrodes coated as described above.
  • the anode-electrolyte combination means that the anode and the first gel polymer electrolyte layer are integrated.
  • the first gel polymer electrolyte layer may be a single layer or a layer in which two or more layers are stacked, and the number of layers is not limited.
  • the first gel polymer electrolyte layer may be formed by being coated on the anode.
  • the first gel polymer electrolyte layer may be coated on the anode surface and the pores by the coating to be more uniform , Can be formed closely.
  • the first gel polymer electrolyte layer is formed by coating the first gel polymer electrolyte composition on the anode by a printing method such as roll-to-roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, and screen printing so that the first gel polymer electrolyte composition can be continuously produced Lt; / RTI >
  • the first gel polymer electrolyte layer may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
  • the crosslinking improves the mechanical strength and structural stability of the gel polymer electrolyte layer, and when combined with the anode of the above-described embodiment, the structural stability of the gel polymer electrolyte layer and the anode interface can be further improved.
  • the first gel polymer electrolyte layer may be formed by coating a first gel polymer electrolyte composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, and a liquid electrolyte on a positive electrode, and crosslinking the polymer by applying ultraviolet light or heat,
  • the liquid electrolyte and the like may be uniformly distributed in the liquid electrolyte, and the evaporation process of the solvent may be unnecessary.
  • the first gel polymer electrolyte composition has a viscosity suitable for the printing process.
  • the first gel polymer electrolyte composition may have a viscosity of 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, measured using a Brookfield viscometer at 25 ° C, More preferably from 1.0 to 100,000 cps, and is preferably within a range suitable for the printing process in the above range, but is not limited thereto.
  • the first gel polymer electrolyte composition may include, but is not limited to, 1 to 50% by weight, specifically 2 to 40% by weight, of the crosslinkable monomer and the derivative thereof in 100% by weight of the total composition.
  • the initiator may be 0.01 to 50 wt%, specifically 0.01 to 20 wt%, more specifically 0.1 to 10 wt%, but is not limited thereto.
  • the liquid electrolyte may be contained in an amount of 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 2 to 80% by weight, but is not limited thereto.
  • the types of the crosslinkable monomer and its derivatives, the initiator and the liquid electrolyte are the same as those described above in the complex active material composition, and therefore, the repeated explanation is omitted.
  • the monomer used in the first gel polymer electrolyte composition may be the same or different from the monomer used in the composite active material composition. And more preferably by using the same monomers to further improve adhesion.
  • the polymer matrix of the first gel polymer electrolyte layer may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure including a linear polymer.
  • the first gel polymer electrolyte layer and the anode-electrolyte combination have excellent flexibility and are resistant to stresses such as bending when used as a battery, so that the battery can be normally driven without deteriorating performance. Therefore, the present invention can be applied to a flexible battery or the like.
  • the linear polymer is not limited as long as it is easy to mix with the crosslinkable monomer and can impregnate the liquid electrolyte.
  • Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride (PVI), co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP) Or one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylacetate (PVA), polyacrylonitrile (PAN) and polyethylene oxide May be a combination of two or more, but is not limited thereto.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVVI polyvinylidene fluoride
  • PVDF-co-HFP co-hexafluoropropylene
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PS polystyrene
  • PVA polyvinylacetate
  • PAN polyacrylonitrile
  • polyethylene oxide May be a combination of two or more
  • the linear polymer may be contained in an amount of 1 to 90% by weight based on the weight of the crosslinked polymer matrix. 1 to 80% by weight, 1 to 70% by weight, 1 to 60% by weight, 1 to 50% by weight, 1 to 40% by weight and 1 to 30% by weight. That is, when the polymer matrix is a semi-interpenetrating network (semi-IPN) structure, the cross-linkable polymer and the linear polymer may be contained in a weight ratio of 99: 1 to 10:90.
  • the linear polymer is included in the above range, the crosslinked polymer matrix can secure flexibility while maintaining proper mechanical strength. Accordingly, when applied to a flexible battery, it is possible to realize stable battery performance even when deformed by various external forces, and it is possible to suppress the risk of battery ignition and explosion which may be caused by the shape deformation of the battery.
  • the first gel polymer electrolyte composition may further contain inorganic particles as required.
  • the inorganic particles can be printed by controlling the rheological properties such as viscosity of the first gel polymer electrolyte composition.
  • the inorganic particles may be used to improve ionic conductivity of the electrolyte and improve mechanical strength, but may be porous particles, but are not limited thereto.
  • metal oxides, carbon oxides, carbon-based materials and organic-inorganic complexes may be used, and they may be used singly or in combination of two or more.
  • the inorganic particles though not limited thereto, not only the affinity with the organic solvent is high but also the thermal stability is very high, so that the thermal stability of the electrochemical device can be improved.
  • the average diameter of the inorganic particles is not limited, but may be 0.001 ⁇ to 10 ⁇ . Specifically 0.1 to 10 ⁇ , more specifically 0.1 to 5 ⁇ . When the average diameter of the inorganic particles satisfies the above range, excellent mechanical strength and stability of the electrochemical device can be realized.
  • the content of the inorganic particles in the first gel polymer electrolyte composition may be from 1 to 50% by weight, more specifically from 5 to 40% by weight, and more specifically from 10 to 30% by weight, But is not limited to, 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, and even more preferably 1.0 to 100,000 cps.
  • the first gel polymer electrolyte composition may further include a flame retardant agent as the case requires, or may further include a positive-electrode thermal inhibitor which is any one selected from succinonitrile and sebaconitrile or a mixture thereof. have.
  • the content may be 0.01 to 10% by weight, more specifically 0.1 to 10% by weight, based on the weight of the first gel polymer electrolyte composition, but is not limited thereto.
  • the flame retardant may be used without limitation as long as it is a phosphate-based flame retardant conventionally used in the field.
  • the content of the flame retardant is in the range of 0.01 to 10% by weight, more specifically 0.1 to 10% by weight in the first gel polymer electrolyte composition But is not limited thereto.
  • the thickness of the first gel polymer electrolyte layer may be 0.01 ⁇ to 500 ⁇ . Specifically, it may be 5 to 100 mu m. When the thickness of the first gel polymer electrolyte layer satisfies the above range, the performance of the electrochemical device can be improved while facilitating the manufacturing process. However, the present invention is not limited thereto.
  • the first gel polymer electrolyte layer may have a gradient in which the cross-linking density decreases from the surface toward the anode.
  • a cross-link density gradient By forming a cross-link density gradient, there is an effect that the charge-discharge cycle is further improved.
  • the cross-linking density is increased, the mechanical strength and the structural stability are improved.
  • ionic conductivity of the gel polymer electrolyte may be lowered due to the dense polymer structure.
  • Stability and ionic conductivity can be solved.
  • the first gel polyelectrolyte layer may have a multi-layer structure including at least two layers. More specifically, a two-layer structure including a first layer and a second layer, or a three-layer structure, and the number of the layers is not limited.
  • the two or more layers may be the same or different from each other.
  • the first layer facing directly to the anode may have a gradient in which the crosslinking density or the concentration of the salt is different from that of the second layer.
  • the second layer may have a higher crosslink density or a higher salt concentration than the first layer.
  • it may further comprise a separation membrane between two or more first gel polymer electrolyte layers.
  • the negative electrode-electrolyte complex means that the negative electrode and the second gel polymer electrolyte layer are integrated.
  • the cathode and the second gel polymer electrolyte layer may be separated or a part or all of the second gel polyelectrolyte layer may be integrated into the cathode by being integrated.
  • the second gel polymer electrolyte layer may be a single layer or a layer in which two or more layers are stacked, and the number of layers is not limited.
  • the second gel polymer electrolyte layer may be formed by coating on the negative electrode, and the coating liquid may be applied to the surface of the negative electrode and the pores by coating so as to be more uniform , Can be formed closely.
  • the second gel polymer electrolyte layer is formed by coating the second gel polymer electrolyte composition on a cathode by a printing method such as roll-to-roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing and screen printing, Lt; / RTI >
  • a printing method such as roll-to-roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing and screen printing, Lt; / RTI >
  • the second gel polymer electrolyte layer may be one in which a crosslinkable monomer and its derivative are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
  • a crosslinkable monomer and its derivative are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
  • the second gel polymer electrolyte layer may be formed by coating a second gel polymer electrolyte composition comprising a crosslinkable monomer and its derivative, an initiator, and a liquid electrolyte on a negative electrode, and crosslinking the polymer by applying ultraviolet light or heat,
  • the liquid electrolyte and the like may be uniformly distributed in the liquid electrolyte, and the evaporation process of the solvent may be unnecessary.
  • the second gel polymer electrolyte composition preferably has a viscosity suitable for the printing process.
  • the viscosity of the second gel polymer electrolyte composition measured using a Brookfield viscometer at 25 ° C is 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, More preferably 1.0 to 100,000, and a viscosity suitable for the printing process in the above range is preferable, but not limited thereto.
  • the kind and content of the crosslinkable monomer and the derivative thereof, the initiator, the liquid electrolyte and the inorganic particles in the second gel polymer electrolyte composition are the same as those described above in the first gel polymer electrolyte composition, and further explanation is omitted.
  • the second gel polymer electrolyte composition may contain a functional additive necessary for the negative electrode.
  • the second gel polymer electrolyte composition may further contain a flame retardant if necessary, or may be any one selected from vinylene carbonate, ethylene carbonate carbonate and catechol carbonate Or a mixture thereof. ≪ Desc / Clms Page number 7 > Vinylene carbonate (VC) can be used to improve the charge / discharge life of a battery by forming a stable SEI layer in the initial charging process and suppressing the peeling of the carbon layer structure or direct reaction with the electrolyte.
  • the content of the functional additive may be 0.01 to 30% by weight, more specifically 0.1 to 10% by weight, based on the weight of the first gel polymer electrolyte composition, but is not limited thereto.
  • the thickness of the second gel polymer electrolyte layer may be 0.01 ⁇ to 500 ⁇ . Specifically 1 to 100 mu m, and more preferably 5 to 50 mu m.
  • the thickness of the second gel polyelectrolyte layer satisfies the above range, the performance of the electrochemical device can be improved while facilitating the manufacturing process.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the second gel polymer electrolyte layer may have a gradient in which the cross-linking density decreases from the surface toward the anode.
  • the second gel polyelectrolyte layer may have a multi-layered structure including at least two layers. More specifically, it may be a two-layer structure or three-layer structure, and the number of the layers is not limited.
  • the two or more layers may be the same or different from each other.
  • the first layer facing directly to the negative electrode may be formed with a gradient in which the crosslinking density or the concentration of the salt is different from that of the second layer facing the first layer.
  • the second layer may have a higher crosslink density or a higher salt concentration than the first layer.
  • the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer have different compositions.
  • the first gel polymer electrolyte layer coupled to the anode is configured to have a high HOMO (high occupied molecular orbital) energy level and the second gel polymer electrolyte layer coupled to the cathode has a low LUMO (Lowest unoccupied molecular orbital) energy It is possible to provide a wide range of potential windows without side reactions.
  • HOMO high occupied molecular orbital
  • LUMO Low occupied molecular orbital
  • C e is the energy level of the positive electrode active material in the above formula 1 and 2
  • a e is the energy level of the negative electrode active material
  • CE H is a first of a HOMO energy level of the gel polymer electrolyte layer
  • AE L is the second gel polymer electrolyte The energy level of the LUMO of the layer.
  • the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may have an energy level difference of 0.01 eV or more. More specifically, it may be 0.01 to 7 eV.
  • the energy level of the HOMO is the molecular orbitals with the highest energy at which electrons can participate in binding
  • the energy level of LUMO represents the molecular orbital at the lowest energy in the unconjugated region of electrons.
  • HOMO and LUMO energy levels can be calculated using all the methods based on quantum mechanics. Typical methods are density functional theory (DFT) and ab initio molecular orbital method.
  • the energy level can be changed depending on the kind of the salt, the concentration of the salt and the kind of the solvent.
  • the solubility parameters of the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer are different from each other .
  • the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer have a solubility parameter difference of 0.1 MPa 1/2 or more, more specifically 0.1 to 20 MPa 1/2 , more preferably 1 to 20 MPa 1 / 2 , more preferably 2 to 20 MPa < 1/2 >.
  • the solubility parameter may vary depending on the organic solvent used in the liquid electrolyte.
  • solubility parameters are used as selection criteria to indicate that the solubility parameters are mutually non-useful, as described in Charles M. Hansen's book (Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook, 2nd Edition, 2nd Ed, CRC Press, 2007) Can be calculated according to the method.
  • the first gel polymer electrolyte layer may include a carbonate-based organic solvent as a solvent
  • the second gel polymer electrolyte layer may include an ether organic solvent as an organic solvent
  • the carbonate-based solvent may be at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • DPC dipropyl carbonate
  • MPC methyl propyl carbonate
  • EPC ethyl propyl carbonate
  • EC carbonate
  • PC propylene carbonate
  • BC butylene carbonate
  • it may be any one or a mixture of two or more selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and
  • the ether solvent may be any one or a mixture of two or more selected from dimethyl ether, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran and tetrahydrofuran.
  • the concentration of the salt of the first gel polymer electrolyte layer and that of the second gel polymer electrolyte layer may be different from each other, and at least one of the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may have a salt concentration of 2 moles or more Lt; / RTI > More preferably, the salt concentration of the second gel polymer electrolyte layer deposited on the cathode is higher than the salt concentration of the first gel polymer electrolyte layer. More specifically, the salt concentration of the first gel polymer electrolyte layer is 0.1 to 2.5 moles , And the concentration of the salt of the second gel polymer electrolyte layer may be 2 moles or more, more specifically 3 to 10 moles.
  • the salt concentration of the second gel polymer electrolyte layer When the salt concentration of the second gel polymer electrolyte layer is high, the reduction potential becomes lower, and the difference in energy level between the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may be widened. Also, as the concentration of the salt increases, the cohesive energy increases, and the solubility parameter difference between the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may increase.
  • the energy level or the solubility parameter may be changed even when the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte use the same solvent and the same salt and only the concentration of the salt is different.
  • a liquid electrolyte containing one mole of a salt generally used has a large number of free solvent molecules which do not participate in solvation and solvent molecules not participating in the solvation are easily decomposed electrochemically, Resulting in property degradation.
  • the present invention uses two or more moles of high-concentration liquid electrolyte, most of the solvent participates in the solvation due to the high concentration of the salt, and there is almost no free solvent molecule not participating in solvation Thereby improving the lifetime characteristics of the battery.
  • FIG. 11 to 15 illustrate an embodiment of the electrode assembly of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
  • the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode collector 11 and a negative electrode 20 ), And may include an electrolyte layer 50 between the anode and the cathode.
  • the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 21 are as described above, and the positive electrode active material layer 12 includes an active material layer or a positive electrode active material including a positive electrode active material and a binder, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte Or a composite active material layer.
  • first gel polymer electrolyte layer may be laminated on the anode, partially or wholly impregnated with the second gel polymer electrolyte layer, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode.
  • the electrolyte layer 50 may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte layer, but is not limited thereto. And may further include at least one separator at any one or both of the electrolyte layer 50 and the cathode 20 and between the electrolyte layer 50 and the anode 10 though not shown.
  • the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode collector 11, a negative electrode 20 comprising a negative electrode collector 21, And a separator 30 as shown in Fig.
  • the positive electrode current collector 11, the negative electrode current collector 21 and the separator 30 are as described above.
  • the positive electrode active material layer 12 includes an active material layer or a positive electrode active material including a positive electrode active material and a binder, And a composite electrolyte containing a liquid electrolyte.
  • first gel polymer electrolyte layer may be laminated on the anode, partially or wholly impregnated with the second gel polymer electrolyte layer, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode.
  • the separator may be impregnated with an electrolyte.
  • the electrolyte may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, but is not limited thereto.
  • the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode collector 11 and a negative electrode active material layer 12 on the negative electrode collector 21, A cathode 20 in which a cathode 22 is stacked, and an electrolyte layer 50 between the anode and the cathode.
  • the positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 21 are as described above and the positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 22 are formed of an active material layer or a positive electrode active material including a positive electrode active material and a binder, A polymer matrix and a liquid electrolyte.
  • first gel polymer electrolyte layer may be laminated, partially or wholly impregnated into the anode as described above, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode, partially or wholly impregnated It may be integrated.
  • the electrolyte layer 50 may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte layer, but is not limited thereto. And may further include at least one separator at any one or both of the electrolyte layer 50 and the cathode 20 and between the electrolyte layer 50 and the anode 10 though not shown.
  • the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode current collector 11, a negative electrode active material layer 12 on the negative electrode current collector 21, A cathode 20 and a separator 30 in which a cathode 22 is laminated.
  • the positive electrode collector 11, the negative collector 21 and the separator 30 are as described above.
  • the positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 22 are made of the same material as the positive electrode active material and the binder, Or a composite active material layer containing a positive electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte.
  • first gel polymer electrolyte layer may be laminated, partially or wholly impregnated into the anode as described above, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode, partially or wholly impregnated It may be integrated.
  • the separator may be impregnated with an electrolyte.
  • the electrolyte may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, but is not limited thereto.
  • the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 stacked on a positive electrode current collector 11, a negative electrode active material layer 12 on a bipolar current collector 41, A bipolar electrode 40 in which a positive electrode active material layer 42 and a positive electrode active material layer 43 are stacked and a negative electrode 20 in which a negative electrode active material layer 22 is laminated on a negative electrode collector 21, And an electrolyte layer 50 between the cathode and the bipolar electrode.
  • the separation membrane may be impregnated with an electrolyte.
  • the electrolyte may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, but is not limited thereto.
  • the bipolar electrode may have one or more stacked layers, but the number is not limited.
  • the cathode active material layers 12 and 43 and the anode active material layers 22 and 42 are formed in the same shape as the anode collector 11 and the cathode collector 21, and the bipolar collector 41 is the same as the collector described above.
  • first gel polymer electrolyte layer may be laminated, partially or wholly impregnated into the anode as described above, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode, partially or wholly impregnated It may be integrated.
  • the electrolyte layer 50 may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte layer, but is not limited thereto. And between the electrolyte layer 50 and the cathode 20 and between the electrolyte layer 50 and the bipolar electrode 40 and between the electrolyte layer 50 and the anode 10 and between the electrolyte layer 50 and the bipolar electrode 40, And the bipolar electrode 40 may be one or more selected from among at least one separator.
  • the manufacturing method of the present invention is advantageous in that a plurality of battery cells can be manufactured simultaneously and continuously, and a single electrochemical device as shown in Figs. 1 to 6 can be easily manufactured by cutting.
  • FIG. 17 there is an advantage that an electrochemical device having a plurality of cell regions can be easily manufactured.
  • a lower sheet 200 including a sealing layer 202 constituting a partition wall pattern including barrier ribs 212 is provided and a space 213 for accommodating an electrode assembly of the lower sheet 200 is provided in an electrode assembly 100
  • the electrode assembly 100 may have the same size as the anode, the cathode, the separator, and the electrolyte.
  • the same size means that substantially the edges coincide with each other as described above.
  • the size of the separation membrane in the electrode assembly 100 may be greater than or equal to the size of the cathode, and the size of the anode may be less than or equal to the size of the cathode.
  • the electrode assembly may be manufactured by punching a cathode, a separator, and a cathode continuously supplied from respective rollers in a stacked state, and the anode, the separator, and the cathode are substantially the same size . More specifically, the gel polymer electrolyte composition may be coated, impregnated and cured in the state where the positive electrode and the separator are laminated, the negative electrode may be laminated, and the laminate may be punched to produce an electrode assembly having a certain shape.
  • the lower sheet and the upper sheet may be continuously fed from respective rollers, and the lamination may be a conventional heating and pressing means 500 such as a heating plate or a heating roller.
  • the polymer material of the sealing layer is melted and sealed together by the heating and pressing, and the metal layer of the lower sheet and the metal layer of the upper sheet can be electrically connected to the current collector which is the outermost layer of the electrode assembly.
  • the temperature and pressure at the time of heating and pressing are preferably not lower than the melting point of the polymer material used for the sealing layer and are not limited as they may vary depending on the kind of the polymer material.
  • a step of applying at least one selected from a conductive adhesive, a conductive adhesive, and a conductive paste onto the metal layer corresponding to the space 213 for accommodating the electrode assemblies of the upper sheet and the lower sheet, if necessary, May include. And further applying an adhesive to the upper portion of the sealing layer as necessary.
  • the solder paste may further include a solder paste at a portion where the metal layer and the electrode assembly are in close contact with each other.
  • an electrochemical device 1000 comprising one battery cell as shown in FIGS. 1 to 6 may be manufactured, including a step of cutting a portion sealed by the sealing layer 600 using the cutting means 600. Also, as shown in FIG. 17, an electrochemical device 2000 in which a plurality of battery cells are connected in parallel may be manufactured.
  • the method for cutting is not limited as long as it is conventionally used in the field, and can be specifically performed by, for example, laser cutting, metal stamping, die cutting, and the like.

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Abstract

The present invention relates to an electrochemical element capable of charging and discharging electric energy through an electrochemical reaction, and a manufacturing method therefor. More specifically, the present invention relates to an electrochemical element requiring no separate terminal and a method for continuously producing the electrochemical elements.

Description

전기화학 소자 및 그 제조 방법Electrochemical device and manufacturing method thereof
본 발명은 전기화학 반응에 의해 전기 에너지의 충전 및 방전이 가능한 전기화학 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 별도의 단자를 필요로 하지 않는 전기화학 소자 및 이를 연속적으로 생산하는 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to an electrochemical device capable of charging and discharging electric energy by an electrochemical reaction and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an electrochemical device which does not require a separate terminal and a method for continuously producing the electrochemical device.
에너지 관련 기술은 최근 통신 기술 및 반도체 제조 기술의 발달에 따른 휴대용 전자 장치에 관한 산업이 팽창하고, 화석 연료의 고갈을 대비하고 환경 보존을 위하여 대체 에너지의 개발 요구가 급격히 증대됨에 따라 활발히 연구되고 있다. 이러한 에너지 관련 기술 중 대표적인 에너지 저장 소자인 전지는 그 중심에 있다.Energy-related technologies have been actively studied as the industry related to portable electronic devices is expanding due to the recent development of communication technology and semiconductor manufacturing technology, and the demand for development of alternative energy for environmental preservation and preparation for depletion of fossil fuels is actively studied . Among these energy-related technologies, a battery, which is a typical energy storage element, is at the center.
전지 중 리튬 일차 전지는, 종래의 수용액계 전지에 비해서 고전압이고 에너지 밀도가 높기 때문에 소형화 및 경량화 측면에서 용이하여 광범위하게 적용되고 있다. 이러한 리튬 일차 전지는 휴대용 전자 장치의 주전원이나 백업용 전원에 주로 사용되고 있다. 또 다른 전지인 리튬 이차 전지는 가역성이 우수한 전극 재료를 이용하여 충전 및 방전이 가능한 에너지 저장 소자이다.Lithium primary batteries in batteries have been widely applied because they are higher in voltage and higher in energy density than conventional aqueous solution batteries in terms of miniaturization and weight reduction. Such a lithium primary battery is mainly used as a main power source or backup power source for portable electronic devices. Another lithium secondary battery is an energy storage device capable of charging and discharging using an electrode material having excellent reversibility.
리튬 이차 전지는 그 응용에 따라 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 예를 들면 리튬 이차 전지는 원통형, 각형 및 파우치형 등으로 패키징되어 제조된다. 여기에서 파우치형 이차 전지는 경량화가 가능하기 때문에 관련 기술이 꾸준히 발전되고 있다. 통상적으로 파우치형 리튬 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 파우치 외장재의 내부에 전극 조립체를 수용한 후, 파우치 외장재를 밀봉하여 파우치 베어 셀(bare cell)을 형성하고, 상기 파우치 베어 셀에 보호 회로 모듈과 같은 부속품을 부착하여 파우치 코어 팩(core pack)을 형성하여 제조될 수 있다.Lithium secondary batteries are manufactured in various shapes according to their applications. For example, the lithium secondary battery is manufactured by packaging in a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, or the like. Here, since the pouch-type secondary battery can be made lighter, the related art is continuously being developed. Generally, a pouch type lithium secondary battery includes a pouch type battery housing a electrode assembly in a pouch case having a space for accommodating an electrode assembly, sealing the pouch case to form a pouch bare cell, And attaching an accessory such as a protective circuit module to form a pouch core pack.
그러나 이러한 파우치형 리튬 이차 전지도 패키징 측면에서 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 제약하는 요인이 될 뿐만 아니라, 기존의 파우치형 리튬 이차 전지는 전극탭을 포함하므로 하나의 리튬 이차 전지를 제조하기 위해서는 각각의 리튬 이차 전지를 패키징하여 제조해야 하며, 제조가 어렵고 생산성이 저하되며, 다양한 전자 제품에 응용하기 어려운 문제점이 있다.However, such a pouch-type lithium secondary battery also limits the shape and size of the lithium secondary battery in terms of packaging. In addition, since the conventional pouch-type lithium secondary battery includes an electrode tab, in order to manufacture one lithium secondary battery Of lithium secondary batteries, which are difficult to manufacture, deteriorate productivity, and are difficult to apply to various electronic products.
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 제10-2008-0034369(2008.04.21)(Patent Document 1) Korean Patent Publication No. 10-2008-0034369 (Apr. 21, 2008)
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극조립체의 생산 및 패키징 과정이 연속적으로 제조가 가능하여 대량생산 및 생산 비용을 절감하는 효과가 있는 전기화학소자의 제조방법을 제공하는데 있다. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an electrochemical device capable of continuously producing and packaging an electrode assembly and thereby reducing mass production and production costs. .
또한 본 발명은 전극조립체의 최외층을 이루는 금속 집전체와, 포장체를 이루는 금속층이 직접 밀착되어 전기적으로 연결됨으로써, 별도의 단자부를 필요로 하지 않는 전기화학소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide an electrochemical device and a method of manufacturing the electrochemical device in which a metal current collector constituting the outermost layer of the electrode assembly and a metal layer constituting the package are in direct contact with each other and are electrically connected to each other.
또한 본 발명은 단자부가 필요 없어 전지의 디자인에 제약이 없이 원형, 반원형, 삼각형, 사각형, 별형 등 다양한 형태로 제조가 가능하여 전지의 디자인이 자율화될 수 있는 전기화학소자 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. In addition, the present invention provides an electrochemical device that can be manufactured in various forms such as circular, semicircular, triangular, square, star shape, and the like, do.
또한 본 발명은 연속하여 공급되며, 다수개의 셀 영역이 구비되는 포장체를 사용하고, 열에 의해 합지하여 제조함으로써, 하나의 전기화학 에너지 소자에 다수개의 셀 영역이 구비되도록 형성함으로써, 다수개의 전지 셀들을 연속하여 형성할 수 있고 이를 분할하여 다수개의 전지 셀 영역들이 구비된 전기화학소자를 한 번에 제조하거나 여러 개의 전지 셀들을 제조할 수 있으며, 여러 개의 전지 셀들이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되기 용이하도록 하는 전기화학 소자 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다. Also, the present invention provides a battery pack comprising a plurality of cell regions and a plurality of cell regions provided in one electrochemical energy device, The electrochemical device having a plurality of battery cell regions may be manufactured at one time or a plurality of battery cells may be manufactured by dividing the plurality of battery cells, and the plurality of battery cells may be electrically connected in series or in parallel And to provide a method of manufacturing the electrochemical device.
또한 본 발명은 프린팅 방법으로 제조가 가능한 전극조립체를 이용하여 유연성을 가지므로 플렉서블한 소자에 적용이 가능하고, 평면이 아닌 굴곡이 있는 면에도 적용이 가능한 전기화학소자를 제공하고자 한다.Also, the present invention provides an electrochemical device which is applicable to a flexible device because it has flexibility by using an electrode assembly which can be manufactured by a printing method, and which is applicable to a surface having a curvature instead of a flat surface.
또한 본 발명은 각 층의 적층 두께 및 층수 조절이 용이한 전기화학소자를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide an electrochemical device in which the thickness and number of layers of each layer can be easily controlled.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 In order to achieve the above object,
상부시트 및 하부 시트가 마주하여 일체화되어 형성되는 공간에 수용되는 전극조립체를 포함하며,And an electrode assembly accommodated in a space formed by the upper sheet and the lower sheet facing each other,
상기 상부시트 및 하부시트는 금속층을 포함하고,Wherein the upper sheet and the lower sheet comprise a metal layer,
상기 상부시트 및 하부시트 중 적어도 어느 하나 이상은 상기 금속층의 가장자리에 실링층을 포함하며,Wherein at least one of the upper sheet and the lower sheet includes a sealing layer at an edge of the metal layer,
상기 전극조립체의 양극 및 음극의 집전체가 상기 상부시트 및 하부시트의 금속층과 밀착되어 전기적으로 연결되는 전기화학 소자에 관한 발명이다.And a collector of the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly are in close contact with the metal layers of the upper sheet and the lower sheet to be electrically connected to each other.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 전극조립체와 상기 상부시트 및 하부시트의 금속층이 밀착되는 부분 중 적어도 어느 하나 이상의 부분에 접합부를 더 포함하는 것일 수 있다.In an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the electrode assembly may further include a bonding portion at least one of the portions where the metal layers of the upper sheet and the lower sheet closely contact each other.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 하부시트 및 상부시트에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속층과 전극조립체 사이에 도전성 접착제층, 도전성 점착제층 및 도전성 페이스트층 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 층을 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, at least one layer selected from the group consisting of a conductive adhesive layer, a conductive pressure-sensitive adhesive layer, and an electroconductive paste layer is further interposed between any one or more metal layers selected from the lower sheet and the upper sheet and the electrode assembly .
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 상부시트 및 하부시트에서 선택되는 어느 하나 이상은 최외층에 절연층을 더 포함하고, 상기 절연층의 일부분은 개방된 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, at least one selected from the upper sheet and the lower sheet further includes an insulating layer on the outermost layer, and a part of the insulating layer may be open.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 실링층은 열에 의해 융착이 가능한 고분자 소재로 이루어진 것일 수 있다.In an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the sealing layer may be made of a polymer material that can be fused by heat.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 실링층은 열에 의해 융착이 가능한 고분자 소재로 이루어진 층 사이에 내열소재로 이루어진 층을 한층 이상 포함하는 것일 수 있다.In an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the sealing layer may include one or more layers made of a heat-resistant material between layers made of a polymer material that can be fused by heat.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 실링층 상부에 접착제층을 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, it may further comprise an adhesive layer on the sealing layer.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 실링층은 전극조립체가 위치하는 부분을 제외한 가장자리에 전극조립체의 둘레를 따라 형성된 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the sealing layer may be formed along the periphery of the electrode assembly at an edge excluding a portion where the electrode assembly is located.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 양극 및 음극을 포함하며, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나 이상은 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 겔 고분자 전해질을 포함하는 것일 수 있다.In an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the electrode assembly includes a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt .
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 양극은 i) 집전체 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, ii) 집전체 상에 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층을 포함하고, 상기 활물질층 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, 및 iii) 집전체 상에 전극 활물질, 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 복합 활물질층을 포함하는 전극-전해질 복합체에서 선택되고,In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the positive electrode comprises i) an electrode-electrolyte complex coated with a gel polymer electrolyte on a current collector, ii) an active material layer comprising an electrode active material and a binder on the current collector, An electrode-electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is applied on the active material layer, and iii) a composite active material layer comprising an electrode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt on the current collector And,
상기 음극은 집전체만으로 이루어진 전극 및 상기 i) 내지 iii)에서 선택되는 것일 수 있다.The negative electrode may be an electrode consisting of a current collector only and selected from i) to iii).
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 양극은 상기 ii) 및 iii) 에서 선택되고, 상기 음극은 집전체만으로 이루어지거나, 상기 i)에서 선택되는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the positive electrode is selected in the above ii) and iii), and the negative electrode is made of only the current collector, or may be selected in the above i).
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 활물질층 및 복합 활물질층은 도전재를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the active material layer and the composite active material layer may further include a conductive material.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 양극과 음극은 실질적으로 가장자리가 일치하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the positive electrode and the negative electrode may be substantially edge-matched.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 양극과 음극 사이에 적어도 하나 이상의 분리막을 더 포함하며, 상기 분리막은 양극 및 음극과 실질적으로 가장자리가 일치하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, at least one separator is further provided between the anode and the cathode, and the separator may be substantially flush with the anode and the cathode.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 분리막은 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 겔 고분자 전해질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the separation membrane may include a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 양극에 제 1 겔 고분자 전해질을 포함하고, 음극에 제 2 겔 고분자 전해질을 포함하며, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 서로 상이한 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the electrode assembly includes a first gel polymer electrolyte on the anode, a second gel polymer electrolyte on the cathode, and the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte They may be different from each other.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 용해도 파라미터 차이가 0.1 MPa1/2이상인 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may have a solubility parameter difference of 0.1 MPa 1/2 or more.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 에너지 준위 차이가 0.01 eV 이상인 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may have an energy level difference of 0.01 eV or more.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 무기입자 및 난연제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may further comprise any one or two or more additives selected from inorganic particles and a flame retardant.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 제 1 겔 고분자 전해질은 숙시노니트릴(succinonitrile) 및 세바코니트릴(sebaconitrile)에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 양극발열 억제제를 더 포함하고,In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the first gel polyelectrolyte further comprises an anodic heat inhibitor which is any one selected from succinonitrile and sebaconitrile or a mixture thereof,
상기 제 2 겔 고분자 전해질은 비닐렌 카보네이트, 불화에틸렌 카보네이트 및 카테콜 카보네이트에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 SEI층 안정화제를 더 포함하는 것일 수 있다.The second gel polymer electrolyte may further comprise an SEI layer stabilizer which is any one selected from vinylene carbonate, ethylene carbonate carbonate and catechol carbonate or a mixture thereof.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 가교 고분자 매트릭스는 선형 고분자를 더 포함하여 반 상호 침투 망상(semi-IPN) 구조인 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the crosslinked polymer matrix may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure further comprising a linear polymer.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 양극 집전체 및 음극 집전체는 각각 선택적으로 박막형태, 메쉬형태, 전도성기판의 일면 또는 양면에 박막 또는 메쉬 형태의 집전체가 적층되어 일체화된 형태 및 금속-메쉬 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the cathode current collector and the anode current collector may be formed in a thin film form, a mesh form, a form in which a thin film or mesh current collector is laminated on one surface or both surfaces of a conductive substrate, And metal-mesh complexes.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 전기화학 소자는 상기 전극조립체가 하나 또는 둘 이상이 적층된 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the electrochemical device may be one in which one or more of the electrode assemblies are laminated.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 하나 이상의 바이폴라 전극을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device of the present invention, the electrode assembly may include one or more bipolar electrodes.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 실링층은 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈이 다수개 형성되도록 다수개의 구획격벽을 더 포함하며, In an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the sealing layer may further include a plurality of partition walls such that a plurality of grooves not having the sealing layer are formed,
상기 상부 시트 및 하부 시트가 마주하여 일체화되며 형성되는 공간에 다수개의 전극조립체가 포함되어 다수의 셀 영역들이 구비된 것일 수 있다.A plurality of electrode assemblies may be included in a space formed by the upper sheet and the lower sheet facing each other to form a plurality of cell regions.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 전기화학 소자는 전기화학반응이 가능한 일차전지 또는 이차전지인 것일 수 있다.In an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the electrochemical device may be a primary cell or a secondary cell capable of electrochemical reaction.
본 발명의 전기화학 소자의 일 양태에서, 상기 전기화학 소자는 리튬 일차 전지, 리튬 이차 전지, 리튬-설퍼 전지, 리튬-공기 전지, 나트륨 전지, 알루미늄 전지, 마그네슘 전지, 칼슘 전지, 아연 전지, 아연-공기 전지, 나트륨-공기 전지, 알루미늄-공기 전지, 마그네슘-공기 전지, 칼슘-공기 전지, 슈퍼 캐패시터, 염료감응 태양전지, 연료전지, 납 축전지, 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 축전지 및 알칼리전지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.In an embodiment of the electrochemical device of the present invention, the electrochemical device may be a lithium primary battery, a lithium secondary battery, a lithium-sulfur battery, a lithium-air battery, a sodium battery, an aluminum battery, a magnesium battery, a calcium battery, - Air cells, sodium-air cells, aluminum-air cells, magnesium-air cells, calcium-air cells, super capacitors, dye sensitized solar cells, fuel cells, lead accumulators, nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries and alkaline cells. May be selected from the group consisting of
또한, 본 발명의 다른 양태는 금속층 및 상기 금속층의 일면에 둘레 격벽 및 상기 둘레 격벽의 내측에 전극조립체를 수용하기 위한 공간을 구획하는 구획 격벽을 포함하는 격벽 패턴을 이루는 실링층을 포함하는 하부시트를 공급하고, According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an electrode assembly, comprising the steps of: forming a metal layer on a surface of the metal layer; forming a perforated barrier layer on the metal layer; Is supplied,
상기 하부시트의 전극조립체를 수용하기 위한 공간에 전극조립체를 적층하고,An electrode assembly is stacked in a space for accommodating the electrode assembly of the lower sheet,
금속층을 포함하는 상부시트를 공급하여 합지하는 단계를 포함하여, 연속적으로 제조되는 전기화학소자의 제조방법에 관한 발명이다.And a step of feeding and lapping an upper sheet containing a metal layer, which is a method of manufacturing an electrochemical device continuously produced.
본 발명의 전기화학소자의 제조방법의 일 양태에서, 상기 합지 시, 상기 전극조립체의 양극 집전체 및 음극 집전체가 각각 상기 상부시트의 금속층 및 하부시트의 금속층과 밀착되도록 합지하는 것일 수 있다.In an embodiment of the method of manufacturing an electrochemical device according to the present invention, the positive electrode collector and the negative electrode collector of the electrode assembly may be in close contact with the metal layer of the upper sheet and the metal layer of the lower sheet, respectively.
본 발명의 전기화학소자의 제조방법의 일 양태에서, 상기 합지 후, 하부시트 및 상부시트의 금속층과 전극조립체가 밀착되는 부분을 용접 또는 납땜하여 접합부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In an embodiment of the method of manufacturing an electrochemical device of the present invention, after the joining, a step of forming a joint by welding or brazing a portion where the electrode assembly closely contacts the metal layer of the lower sheet and the upper sheet.
본 발명의 전기화학소자의 제조방법의 일 양태에서, 상기 하부시트 및 상부시트의 금속층 상에 도전성 접착제, 도전성 점착제 및 도전성 페이스트에서 선택되는 어느 하나 이상을 도포하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the method of manufacturing an electrochemical device of the present invention, the method may further comprise the step of applying at least one selected from the group consisting of a conductive adhesive, a conductive adhesive and a conductive paste on a metal layer of the lower sheet and the upper sheet.
본 발명의 전기화학소자의 제조방법의 일 양태에서, 상기 합지 후, 실링층에 의해 밀봉된 부분을 절단하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.In one aspect of the method for producing an electrochemical device of the present invention, after the lapping, the step of cutting the sealed portion by the sealing layer may be further included.
본 발명은 다수개의 전기화학소자를 연속적으로 생산할 수 있어 생산성이 매우 향상되는 효과가 있다. 즉, 프린팅 방법으로 전극조립체의 제조가 가능하고, 연속하여 공급되는 다수개의 셀 영역이 구비되는 포장체를 사용하므로 연속적으로 대량 생산이 가능한 효과가 있다.The present invention can continuously produce a plurality of electrochemical devices, thereby greatly improving productivity. That is, an electrode assembly can be manufactured by a printing method, and a package having a plurality of cell regions continuously supplied is used, so that mass production can be continuously performed.
또한 다수의 전극조립체를 적층하거나 바이폴라 형태의 전극을 사용한 전극조립체를 사용할 수 있어 용도에 따라 변경이 용이한 전기화학소자를 제조할 수 있는 효과가 있다.Also, since an electrode assembly using a plurality of electrode assemblies or bipolar electrodes can be used, it is possible to manufacture an electrochemical device which can be easily changed according to the application.
또한, 분할된 전기화학소자는 직렬 또는 병렬로 연결이 용이하여 다양한 전자제품들에 응용이 될 수 있다.In addition, the divided electrochemical devices can be easily connected in series or in parallel and can be applied to various electronic products.
또한, 포장체의 금속층과, 전극조립체의 집전체가 서로 밀착되어 모든 부위에서 전기적으로 연결되므로 별도의 단자부를 필요로 하지 않아 생산 공정이 간단해지고, 실링층끼리 밀봉된 부분을 절단하여 전지셀로 분할을 할 때 원하는 부위에서 절단하여 원하는 개수만큼 병렬로 연결된 전지셀의 제조가 가능하므로 원하는 용량의 전지를 효율적으로 제조할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the metal layer of the package and the current collector of the electrode assembly are in close contact with each other and are electrically connected to each other at all portions, no separate terminal portion is required, which simplifies the production process and cuts the sealed portion between the sealing layers, It is possible to manufacture a battery cell with a desired number of cells connected in parallel by cutting a desired portion when dividing the cell. Therefore, it is possible to efficiently manufacture a cell having a desired capacity.
또한, 포장체의 금속층과 전극조립체의 집전체가 서로 밀착되는 부위에 용접(welding)이나 납땜 등의 방법을 통해 접합부를 형성함으로써 컨택저항을 줄이고, 전기적인 성능이 더욱 향상되는 전지를 제조할 수 있으며, 충방전 효율이 향상되고, 충격특성이 향상된 전지를 제공할 수 있다.In addition, it is possible to manufacture a battery in which the contact resistance is reduced and the electrical performance is further improved by forming a joint through welding or soldering to a portion where the metal layer of the package and the current collector of the electrode assembly are in close contact with each other And it is possible to provide a battery with improved charging / discharging efficiency and improved impact characteristics.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 하부시트 및 상부시트의 일 양태를 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing one embodiment of a lower sheet and an upper sheet of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다. 3 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다.4 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다.5 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다.6 is a cross-sectional view of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 하부시트 및 상부시트의 일 양태를 나타낸 단면도이다.7 is a cross-sectional view showing one embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
도 8은 본 발명의 하부시트 및 상부시트의 일 양태를 나타낸 단면도이다.8 is a cross-sectional view showing one embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
도 9는 본 발명의 하부시트 및 상부시트의 일 양태를 나타낸 단면도이다.9 is a cross-sectional view showing one embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
도 10은 본 발명의 하부시트 및 상부시트의 일 양태를 나타낸 사시도이다.10 is a perspective view showing an embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
도 11은 본 발명의 전극조립체의 일 양태를 나타낸 단면도이다.11 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
도 12는 본 발명의 전극조립체의 일 양태를 나타낸 단면도이다.12 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
도 13은 본 발명의 전극조립체의 일 양태를 나타낸 단면도이다.13 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
도 14는 본 발명의 전극조립체의 일 양태를 나타낸 단면도이다.14 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
도 15는 본 발명의 전극조립체의 일 양태를 나타낸 단면도이다.15 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
도 16은 본 발명의 일 양태에 따른 전극조립체를 제조하는 방법을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.16 is a cross-sectional view schematically illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 전극조립체를 제조하는 방법을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.17 is a perspective view schematically illustrating a method of manufacturing the electrode assembly of the present invention.
도 18은 본 발명의 전극조립체의 일 양태를 나타낸 단면도이다.18 is a cross-sectional view showing one embodiment of the electrode assembly of the present invention.
도 19는 본 발명의 일 양태에 따른 전극조립체를 제조하는 방법을 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.19 is a cross-sectional view schematically illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
-도면 부호의 설명-- Description of Reference Numerals -
206, 306 : 접착제층206, 306: adhesive layer
211, 311 : 둘레 격벽211, 311: Peripheral bulkhead
211, 212, 311, 312 : 구획 격벽211, 212, 311, 312:
213, 313 : 전극조립체를 수용하기 위한 공간213, 313: Space for accommodating the electrode assembly
214 : 열융착 가능한 고분자 소재 층214: Thermally fusible polymer material layer
215 : 내열소재 층215: Heat-resistant material layer
400 : 접합부400:
500 : 가열가압 수단500: heating and pressing means
401 : 용접수단401: welding means
600 : 절단수단600: cutting means
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, It should be understood, however, that the invention is not limited thereto and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used in the description of the invention is merely intended to effectively describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Also, the singular forms as used in the specification and the appended claims are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise.
[전기화학소자][Electrochemical Devices]
먼저, 본 발명의 전기화학소자를 도면을 참고하여 구체적으로 설명한다.First, the electrochemical device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1 및 도 18은 본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 하부시트 및 상부시트의 일 양태를 나타낸 사시도이다. FIG. 1 and FIG. 18 are cross-sectional views of an electrochemical device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of a lower sheet and an upper sheet of the present invention.
도 1은 포장체인 하부시트(200) 및 상부시트(300)가 금속층(201, 301)을 포함하고, 상기 하부시트(200) 및 상부시트(300)에 각각 실링층(202, 302)을 포함하는 경우이고, 도 18은 포장체인 하부시트(200) 및 상부시트(300)가 금속층(201, 301)을 포함하고, 상기 하부시트(200) 및 상부시트(300) 중 어느 하나에 실링층을 포함하는 경우의 일 양태를 도시한 것이다. 도 18은 임의적으로 하부시트에 실링층(202)을 포함하는 경우를 예시하였으나 이에 제한되지 않고, 상부시트에 포함될 수 있다. 1 is a perspective view of a packaging device according to an embodiment of the present invention in which a lower sheet 200 and an upper sheet 300 of a package include metal layers 201 and 301 and seal layers 202 and 302 are respectively included in the lower sheet 200 and the upper sheet 300 18 shows that the lower sheet 200 and the upper sheet 300 as a package include metal layers 201 and 301 and a sealing layer is formed on any one of the lower sheet 200 and the upper sheet 300 And the like. FIG. 18 illustrates a case where the sealing sheet 202 is optionally included in the lower sheet. However, the sealing sheet 202 may be included in the upper sheet.
이하는 포장체에 대하여 하부시트(200) 및 상부시트(300)에 각각 실링층(202, 302)을 포함하는 도 1과 같은 양태를 참고하여 설명하지만 이는 구체적으로 설명하기 위한 예시일 뿐 이에 제한되는 것은 아니다.The following description will be made with reference to the embodiment of FIG. 1 including the sealing layers 202 and 302 on the lower sheet 200 and the upper sheet 300, respectively. However, this is only an illustrative example, It is not.
도 1 및 도 2를 살피면, 본 발명의 전기화학소자(1000)는 전극조립체(100)와, 이의 표면을 감싸는 포장체로 이루어진다. 상기 포장체는 하부시트(200) 및 상부시트(300)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 하부시트(200) 및 상부시트(300)는 금속층(201, 301) 및 상기 금속층의 가장자리에 형성된 실링층(202, 302)과, 상기 실링층의 내측에는 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈(213, 313)을 포함한다. 1 and 2, the electrochemical device 1000 of the present invention comprises an electrode assembly 100 and a package surrounding the surface thereof. The package includes a lower sheet (200) and an upper sheet (300). The lower sheet 200 and the upper sheet 300 may include metal layers 201 and 301 and sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer and a sealing layer Grooves 213 and 313, respectively.
상기 하부시트(200) 및 상부시트(300)의 금속층 및 실링층은 서로 동일한 소재로 이루어지는 것일 수 있으며, 서로 상이한 소재도 가능하다. 상기 포장체의 구체적인 일 양태는 도 7 내지 도 10에서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. The metal layer and the sealing layer of the lower sheet 200 and the upper sheet 300 may be made of the same material or different materials. A specific embodiment of the package will be described in more detail with reference to FIG. 7 to FIG.
도 1에 도시된 바와 같이 상기 상부 시트(300) 및 하부 시트(200)의 실링층(202, 302)이 마주하여 일체화되어 형성되는 공간에 전극조립체(100)가 수용된다. 또는 도 18에 도시된 바와 같이 금속층(301)을 포함하는 상부시트(300)와 금속층(201) 및 실링층(202)을 포함하는 하부시트(200)가 마주하여 일체화되어 형성되는 공간에 전극조립체(100)가 수용된다.The electrode assembly 100 is accommodated in a space formed by integrally forming the sealing layers 202 and 302 of the upper sheet 300 and the lower sheet 200 as shown in FIG. 18, the upper sheet 300 including the metal layer 301 and the lower sheet 200 including the metal layer 201 and the sealing layer 202 are integrally formed to face each other, (100) is accommodated.
상기 전극조립체(100)가 수용되는 공간은 전극조립체(100)의 크기와 같거나 전극조립체(100)보다 더 클 수 있다. 전극조립체(100)가 수용되는 공간이 전극조립체(100)보다 더 큼으로써 생기는 여유공간은 전기화학소자의 사용 중에 발생할 수 있는 가스(gas)등에 의한 내부압력 상승의 완충공간으로 작용함으로써 전기화학소자의 내구성 및 안전성을 향상시키는데 기여할 수 있다. The space in which the electrode assembly 100 is accommodated may be equal to or larger than the size of the electrode assembly 100. The space provided by the electrode assembly 100 having a larger space than that of the electrode assembly 100 serves as a buffer space for increasing the internal pressure due to gas or the like that may occur during use of the electrochemical device, Thereby contributing to improving the durability and safety of the battery.
상기 실링층은 열에 의해 융착 및 밀폐될 수 있는 고분자 소재로 이루어진 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 열가소성 수지로 이루어진 것일 수 있다. 또는 열에 의해 융착이 가능한 고분자 소재로 이루어진 층 및 내열소재로 이루어진 층이 서로 교대로 한층 이상 적층된 것일 수 있으며, 상기 내열소재는 내열수지 또는 금속으로 이루어진 것일 수 있다.The sealing layer may be made of a polymer material that can be fused and sealed by heat, and more specifically, it may be made of a thermoplastic resin. Or a layer made of a polymer material capable of being fused by heat and a layer made of a heat-resistant material may be alternately stacked one or more layers, and the heat-resistant material may be made of heat-resistant resin or metal.
본 발명의 일 양태에 따른 전기화학소자는 전극조립체의 사면이 실링층에 의해 밀봉되는 것일 수 있다. 또한, 상기 전극조립체(100)는 구체적으로 도시되지 않았지만, 양극 및 음극을 포함하며, 상기 양극 및 음극은 분리막 또는 겔 고분자 전해질층에 의해 양극 및 음극이 분리된 것일 수 있다. 또한, 상기 전극조립체의 최외층을 이루는 양극 집전체 및 음극 집전체가 각각 상기 상부시트의 금속층 및 하부시트의 금속층과 밀착되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. The electrochemical device according to one aspect of the present invention may be such that the slope of the electrode assembly is sealed by a sealing layer. Although not shown in detail, the electrode assembly 100 includes a positive electrode and a negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode may be separated from each other by a separator or a gel polymer electrolyte layer. The positive electrode collector and the negative electrode collector constituting the outermost layer of the electrode assembly are closely contacted and electrically connected to the metal layer of the upper sheet and the metal layer of the lower sheet, respectively.
또한 이와 같이 셀의 모든 부분이 전기적으로 연결 가능하므로 전지 셀의 형태에 제한이 없으며, 단자부를 필요로 하지 않는다. 그러나 필요에 따라서는 단자부를 형성할 수 있으므로 이를 배제하는 것은 아니다. In addition, since all portions of the cell can be electrically connected as described above, there is no limitation on the shape of the battery cell, and no terminal portion is required. However, since terminal portions can be formed if necessary, they are not excluded.
또한 연속하여 제조가 가능하며 필요한 전지 셀의 용량을 고려하여 원하는 갯수만큼 절단하여 제조할 수 있다. 상기 전극조립체(100)의 구체적인 양태는 도 11 내지 도 15에서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. Also, the battery can be continuously manufactured and can be manufactured by cutting a desired number of battery cells considering the required capacity of the battery cell. A specific embodiment of the electrode assembly 100 will be described in more detail with reference to FIGS. 11 to 15. FIG.
본 발명의 전기화학소자는 도 1 및 도 18에 도시된 바와 같이 별도의 단자부를 형성하지 않으므로 제조 및 사용이 간편한 장점이 있다. 또한, 도 1 및 도 18과 같이 전극조립체(100)의 최외부를 이루는 양극 집전체 및 음극 집전체가 각각 상기 상부시트의 금속층(301) 및 하부시트의 금속층(201)과 밀착되도록 하기 위해서 전극조립체의 두께(W1)는 실링층(202, 302)의 두께와 동일하거나 또는 실링층의 두께보다 더 두꺼운 것일 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 18, the electrochemical device of the present invention is advantageous in that it is simple to manufacture and use because no separate terminal is formed. 1 and 18, in order for the positive electrode collector and the negative electrode collector, which form the outermost portion of the electrode assembly 100, to closely contact the metal layer 301 of the upper sheet and the metal layer 201 of the lower sheet, The thickness W1 of the assembly may be equal to or greater than the thickness of the sealing layers 202 and 302. [
도 3은 본 발명의 다른 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기화학소자(1000)는 상부시트(300)의 금속층(301) 및 하부시트(200)의 금속층(201)과 전극조립체(100)가 밀착되는 부분(W2)의 일부 또는 전부에 접합부(400)를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 접합부를 형성함으로써 접촉 저항(contact resistance)을 줄일 수 있으므로 전기적인 성능을 더욱 향상시키고, 충방전 효율이 향상되며, 출력 특성이 더욱 향상될 수 있는 효과가 있다. 상기 접합부(400)는 금속층과 전극조립체의 집전체가 밀착되는 부분(W2)에 형성되는 것일 수 있으며, 일부분에만 형성되거나 전부에 형성되는 것일 수 있으나, 제조가 용이한 점에서 일부분에만 형성하는 것일 수 있다. 상기 접합부(400)는 용접 및 납땜 등에 의해 형성되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 용접은 저항 용접, 초음파 용접 및 레이저 용접 등의 방법으로 스팟 또는 스트라이프 형태로 형성되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 납땜을 하는 경우는 금속층(201, 301)의 안쪽에, 즉 전극조립체가 밀착되는 부분에 솔더링 페이스트를 더 포함하는 것일 수 있다.3 shows a cross section of an electrochemical device according to another aspect of the present invention. 3, the electrochemical device 1000 of the present invention includes a metal layer 301 of the upper sheet 300 and a portion of the lower sheet 200 where the electrode assembly 100 and the metal layer 201 are in close contact with each other W2 may include a joining part 400 at a part or all of the joining part 400. [ Since the contact resistance can be reduced by forming the junction, the electrical performance can be further improved, the charging and discharging efficiency can be improved, and the output characteristic can be further improved. The bonding portion 400 may be formed at a portion W2 where the metal layer and the current collector of the electrode assembly are in close contact with each other or may be formed only at a portion or all of the portions, . The joining portion 400 may be formed by welding, brazing, or the like, but is not limited thereto. The welding may be performed in a spot or stripe shape by a method such as resistance welding, ultrasonic welding, and laser welding, but is not limited thereto. In addition, in the case of soldering, the solder paste may be further provided on the inner side of the metal layers 201 and 301, that is, in a portion where the electrode assembly is closely attached.
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기화학소자(1000)는 상부시트(300)의 금속층(301) 및 하부시트(200)의 금속층(201)과 전극조립체(100)가 밀착되는 부분(W2)에 도전성 접착제층, 도전성 점착제층 및 도전성 페이스트층 등에서 선택되는 어느 하나 이상의 도전성층(203, 303)을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 도전성 접착제층, 도전성 점착제층 및 도전성 페이스트층은 통상적으로 해당분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않으며, 상부시트의 금속층 및 하부시트의 금속층과, 전극조립체가 더욱 잘 밀착될 수 있도록 하고, 전기가 더욱 잘 통할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만 필요에 따라 상기 도 3과 같이 접합부(400)를 더 포함하는 것일 수 있다.4 shows a cross section of an electrochemical device according to another aspect of the present invention. 4, the electrochemical device 1000 of the present invention includes a metal layer 301 of the upper sheet 300 and a metal layer 201 of the lower sheet 200 and a portion W2 may further include at least one conductive layer 203, 303 selected from a conductive adhesive layer, a conductive pressure-sensitive adhesive layer, and an electroconductive paste layer. The conductive adhesive layer, the conductive pressure-sensitive adhesive layer, and the conductive paste layer are not limited as long as they are generally used in the field, and the metal layer of the upper sheet and the metal layer of the lower sheet can be more closely adhered to each other, It can be done well. In addition, although not shown, it may further include a bonding portion 400 as shown in FIG.
도 5는 본 발명의 다른 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기화학소자(1000)는 상부시트(300) 및 하부시트(200)에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속층(201, 301)의 외부 표면에 각각 절연층(304, 204)을 더 포함하는 것일 수 있다. 절연층을 더 포함함으로써 금속층의 외부에서 외부물질로부터 전극조립체를 보호하고, 외부와 전기적으로 절연시킬 수 있다. 이때 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(204, 304)은 일부분이 개방되어 절연층이 형성되지 않은 홈(205, 305)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 홈(205, 305)은 상부시트(300)의 및 하부시트(200)의 어느 부분(W3)에 형성되어도 모두 전기가 통하므로 무방하며, 상기 홈(205, 305)을 통해 외부로 전기를 보낼 수 있다. 이때 별도의 단자가 더 포함될 수 있으나 별도의 단자 없이도 이루어질 수 있다. 5 shows a cross section of an electrochemical device according to another aspect of the present invention. 5, an electrochemical device 1000 according to the present invention includes an insulating layer 304 (not shown) formed on an outer surface of one or more metal layers 201 and 301 selected from an upper sheet 300 and a lower sheet 200, , ≪ / RTI > 204). By further including an insulating layer, the electrode assembly can be protected from external substances outside the metal layer and electrically isolated from the outside. As shown in FIG. 5, the insulating layers 204 and 304 may include grooves 205 and 305 in which a part of the insulating layers 204 and 304 are not opened and an insulating layer is not formed. Since the grooves 205 and 305 are formed in the upper sheet 300 and a portion W3 of the lower sheet 200, electricity can be transmitted through the grooves 205 and 305, can send. In this case, a separate terminal may be further included but may be omitted without a separate terminal.
본 발명의 일 양태에서 상기 절연층(204, 304)은 전기적 절연성을 갖는 재질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 금속층의 외부에서 외부물질로부터 전극조립체를 보호하고, 외부와 전기적으로 절연시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌(Casted polypropylene, CPP), 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아마이드, 셀룰로오스 수지 및 폴리이미드 수지 등이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 한층 또는 두층 이상이 적층되는 것일 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만 필요에 따라 상기 도 3과 같이 접합부(400)를 더 포함하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the insulating layers 204 and 304 may be used without limitation as long as they have electrical insulation properties. If the electrode assembly can be protected from foreign materials outside the metal layer and electrically isolated from the outside, Can be used without limitation. Specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, casted polypropylene (CPP), polystyrene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyamide, cellulose resin and polyimide resin , But is not limited thereto. Further, one layer or two or more layers may be laminated. In addition, although not shown, it may further include a bonding portion 400 as shown in FIG.
도 6은 본 발명의 다른 양태에 따른 전기화학소자의 단면을 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기화학소자(1000)는 상부시트(300)의 실링층(302) 및 하부시트(200)의 실링층(202)에서 선택되는 어느 하나 이상에 접착제층(206, 306)을 더욱 포함하는 것일 수 있다. 도 1에서 설명한 바와 같이 실링층(202, 302)은 열에 의해 융착 및 밀폐될 수 있는 고분자 소재로 이루어진 것일 수 있어 가열판 또는 가열 롤러 등을 이용하여 가열 압착함으로써 실링층(202, 302)이 용융되어 밀폐될 수 있으나, 접착력을 더욱 향상시키기 위하여 별도의 접착제층(206, 306)을 형성하는 것일 수 있다. 이때 사용되는 접착제는 통상적으로 해당분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않으며, 실링층에 사용되는 고분자 소재와의 접착성 및 전극조립체와의 화학적인 안정성이 우수한 접착제라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제 및 셀룰로오스계 접착제 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도시되지 않았지만 필요에 따라 상기 도 3과 같이 접합부(400)를 더 포함하는 것일 수 있다.6 shows a cross section of an electrochemical device according to another aspect of the present invention. 6, an electrochemical device 1000 according to the present invention may include a sealing layer 302 of the upper sheet 300 and a sealing layer 202 of the lower sheet 200, (206, 306). 1, the sealing layers 202 and 302 may be made of a polymer material that can be fused and sealed by heat, and the sealing layers 202 and 302 are melted by heating and pressing using a heating plate, a heating roller, or the like But it may be to form separate adhesive layers 206 and 306 to further improve the adhesive strength. The adhesive to be used at this time is not limited as long as it is conventionally used in the field, and any adhesive which is excellent in adhesion to a polymer material used in a sealing layer and chemical stability to an electrode assembly can be used without limitation. Specifically, for example, an acrylic adhesive, an epoxy adhesive, and a cellulose adhesive may be used, but the present invention is not limited thereto. In addition, although not shown, it may further include a bonding portion 400 as shown in FIG.
본 발명의 일 양태에서 상기 전기화학 소자는 전기화학반응이 가능한 일차전지 또는 이차전지인 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the electrochemical device may be a primary cell or a secondary cell capable of electrochemical reaction.
더욱 구체적으로, 리튬 일차 전지, 리튬 이차 전지, 리튬-설퍼 전지, 리튬-공기 전지, 나트륨 전지, 알루미늄 전지, 마그네슘 전지, 칼슘 전지, 나트륨-공기 전지, 알루미늄-공기 전지, 마그네슘-공기 전지, 칼슘-공기 전지, 슈퍼 캐패시터, 염료감응 태양전지, 연료전지, 납 축전지, 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 축전지 및 알칼리전지 등인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.More particularly, the present invention relates to a lithium secondary battery, a lithium secondary battery, a lithium-sulfur battery, a lithium-air battery, a sodium battery, an aluminum battery, a magnesium battery, a calcium battery, a sodium- But are not limited to, air cells, super capacitors, dye-sensitized solar cells, fuel cells, lead acid batteries, nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, and alkaline batteries.
[상부시트 및 하부시트][Top sheet and bottom sheet]
다음으로 본 발명의 상부시트 및 하부시트에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명의 일 양태에서, 상기 하부시트(200) 및 상부시트(300)는 동일한 소재로 이루어지는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 그 적층구성을 살피면 다음과 같다. 상부시트 및 하부시트는 도 2 및 도 7 내지 10에 더욱 구체적으로 예시되어 있다. 하부시트 및 상부시트는 그 구성이 동일할 수 있으므로 도 2 및 도 7 내지 10은 편의상 하부시트(200)를 기준으로 도시하였으며, 괄호 안에 기재된 숫자는 상부시트(300)의 부호를 나타낸다. 또한, 도 2 및 도 7 내지 9는 절단에 의해 제조된 하나의 전기화학소자에 포함되는 하부시트 및 상부시트를 도시한 것이며, 도 10은 본 발명의 제조방법에서 다수개의 전지셀을 제조하기 위하여 롤에서 연속적으로 공급되는 하부시트 및 상부시트의 일 예를 도시한 것이다.Next, the upper sheet and the lower sheet of the present invention will be described in more detail. In one aspect of the present invention, the lower sheet 200 and the upper sheet 300 may be made of the same material, and more specifically, the lamination structure is as follows. The top sheet and the bottom sheet are more specifically illustrated in Figures 2 and 7 to 10. Since the lower sheet and the upper sheet may have the same configuration, FIG. 2 and FIGS. 7 to 10 are shown with reference to the lower sheet 200 for convenience, and numbers in parentheses indicate the sign of the upper sheet 300. FIGS. 2 and 7 to 9 show a lower sheet and an upper sheet included in one electrochemical device manufactured by cutting, and FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a process for manufacturing a plurality of battery cells in the manufacturing method of the present invention And an upper sheet and an upper sheet continuously fed from the roll.
상기 하부시트(200) 및 상부시트(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 금속층(201, 301), 상기 금속층의 가장자리에 형성된 실링층(202, 302) 및 상기 실링층의 내측에는 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈(213, 313)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈(213, 313)은 전극조립체(100)를 수용하기 위한 것으로, 상기 홈의 형태는 전극조립체의 둘레를 따라 형성되는 것일 수 있다. 또한 상기 홈(213, 313)의 단면적의 크기는 전극조립체(100)의 크기와 같거나 더 클 수 있다.As shown in FIG. 2, the lower sheet 200 and the upper sheet 300 include metal layers 201 and 301, sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer, And may include grooves 213 and 313 in which no layer is formed. The grooves 213 and 313 in which the sealing layer is not formed are for receiving the electrode assembly 100, and the shape of the grooves may be formed along the periphery of the electrode assembly. The size of the cross-sectional area of the grooves 213 and 313 may be equal to or greater than the size of the electrode assembly 100.
본 발명의 일 양태에서 상기 금속층(201, 301)은 전기화학소자의 포장체를 이루므로 기계적인 강도 및 가스와 수분 등의 유입을 방지할 수 있는 소재인 것이 바람직하다. 당업계에서 사용될 수 있는 금속이라면 특별히 제한되지 않지만 구체적으로 예를 들면, 알루미늄, 구리, 스테인레스, 니켈, 니켈도금을 실시한 철, 또는 이 금속들의 둘 이상의 합금 및 2종 이상의 금속이 적층된 클래드메탈(clad metal) 등인 것일 수 있다. 이중 알루미늄의 경우 무게가 가볍고, 기계적인 강도가 우수하며, 전극조립체 및 전해질의 전기 화학적 성질에 대한 안정성이 우수하므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 금속층의 두께는 제한되는 것은 아니나 접합부 형성 시 가공성 및 수분 등의 침투를 방지하기 위한 관점에서 0.1 내지 200 ㎛, 더욱 구체적으로 1 내지 100 ㎛인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the metal layers 201 and 301 are preferably made of a material capable of preventing mechanical strength and inflow of gas and moisture because they form a package of an electrochemical device. The metal which can be used in the present invention is not particularly limited, but specifically, for example, aluminum, copper, stainless steel, nickel, nickel plated or two or more alloys of these metals and a clad metal clad metal, and the like. The dual aluminum is preferable because it is light in weight, excellent in mechanical strength, and excellent in stability against the electrochemical properties of the electrode assembly and the electrolyte, but is not limited thereto. The thickness of the metal layer is not limited, but may be 0.1 to 200 탆, more specifically 1 to 100 탆, from the viewpoint of workability in forming a joint and prevention of penetration of moisture and the like.
본 발명의 일 양태에서 상기 실링층은 열에 의해 용융되어 실링될 수 있는 소재라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 금속층과의 접착성이 우수한 소재인 것이 더욱 바람직할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌(Casted polypropylene, CPP), 무수말레인산이 그라프트된 폴리에틸렌, 무수말레인산이 그라프트된 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아마이드, 셀룰로오스 수지 및 이들 둘 이상의 소재를 컴파운드하여 제조된 수지 등이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 한층 또는 두층 이상이 적층되는 것일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the sealing layer may be any material that can be melted and sealed by heat, without limitation, and may be more preferably a material having excellent adhesiveness to a metal layer. Specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, casted polypropylene (CPP), polyethylene maleic anhydride grafted polypropylene, maleic anhydride grafted polypropylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, poly Vinylidene chloride, polyamide, cellulose resin, resin prepared by compounding two or more materials, and the like, but the present invention is not limited thereto. Further, one layer or two or more layers may be laminated.
상기 실링층의 두께가 너무 얇은 경우 또는 실링하는 온도가 너무 높은 경우는 실링부에 열을 가하여 실링을 하는 과정에서 실링층(202, 302)이 너무 얇아지거나, 녹아버려 금속층(201, 301)끼리 달라붙어 쇼트가 발생할 수 있다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실링층은 내열소재로 이루어진 층(215)을 더 포함함으로써 실링을 하는 과정에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 스페이서 역할을 충분히 할 수 있도록 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 실링층은 열에 의해 융착이 가능한 고분자 소재로 이루어진 층(214) 사이에 내열소재로 이루어진 층(215)을 한층 이상 포함하는 것일 수 있다. 즉, 열융착 가능한 고분자 소재/내열소재/열융착 가능한 고분자 소재 등과 같은 순으로 적층된 것일 수 있다. 그 적층 개수 및 두께는 제한되지 않는다. 상기 내열소재는 알루미늄 등의 금속 또는 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리아마이드이미드 등의 내열수지 등으로 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 내열소재의 두께는 전체 실링부의 두께(W1)보다 얇은 것이 바람직하다.When the thickness of the sealing layer is too thin or the sealing temperature is too high, the sealing layers 202 and 302 become too thin or melted in the process of applying heat to the sealing part to seal the metal layers 201 and 301 A sticking may occur. Accordingly, as shown in FIG. 7, the sealing layer of the present invention further includes a layer 215 made of a heat-resistant material, thereby preventing a short circuit from occurring during the sealing process, . More specifically, the sealing layer may include one or more layers 215 made of a heat-resistant material between the layers 214 made of a polymer material that can be fused by heat. That is, they may be laminated in the order of a heat-sealable polymer material / a heat-resistant material / a heat-sealable polymer material. The number of layers and thickness thereof are not limited. The heat-resistant material may be made of a metal such as aluminum or a heat-resistant resin such as nylon, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polypropylene, polyimide or polyamideimide, but is not limited thereto. The thickness of the heat-resistant material is preferably thinner than the thickness (W1) of the entire sealing portion.
상기 도 7 내지 도 9는 본 발명의 하부시트 및 상부시트의 다른 양태를 나타낸 단면도이다. 7 to 9 are sectional views showing another embodiment of the lower sheet and the upper sheet of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하부시트(200) 및 상부시트(300) 중 적어도 어느 하나 이상은 금속층(201, 301) 및 상기 금속층의 가장자리에 형성된 실링층(202, 302) 및 상기 실링층의 내측에는 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈(213, 313)을 포함하고, 상기 홈(213, 313)에는 도전성 접착제층, 도전성 점착제층 및 도전성 페이스트층에서 선택되는 어느 하나 이상의 도전성층(203, 303)이 형성된 것일 수 있다. 상기 도전성 접착제층(203, 303)은 전극조립체와 금속층 간의 밀착력을 더욱 우수하게 하여 전기적인 연결을 더욱 우수하게 하기 위한 것이다. 상기 도전성 접착제층, 도전성 점착제층 및 도전성 페이스트층은 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 상기 도전성 접착제층, 도전성 점착제층 및 도전성 페이스트층에서 선택되는 어느 하나 이상의 층의 두께는 제한되지 않으나 구체적으로 예를 들면 0.1 내지 10 ㎛인 것일 수 있다. 7, at least one of the lower sheet 200 and the upper sheet 300 includes at least one of metal layers 201 and 301, a sealing layer 202 and 302 formed at the edge of the metal layer, Wherein at least one conductive layer (203, 313) selected from a conductive adhesive layer, a conductive pressure-sensitive adhesive layer, and a conductive paste layer is formed in the grooves (213, 313) 303 may be formed. The conductive adhesive layers 203 and 303 improve the adhesion between the electrode assembly and the metal layer to make the electrical connection more excellent. The conductive adhesive layer, the conductive pressure-sensitive adhesive layer, and the conductive paste layer may be used without limitation as long as they are conventionally used in the field. The thickness of any one or more layers selected from the conductive adhesive layer, the conductive pressure-sensitive adhesive layer, and the conductive paste layer is not particularly limited, but may be 0.1-10 m, for example.
더욱 구체적으로 상기 도전성 접착제는 금속분말, 도전성 물질 및 바인더 등의 혼합물로 이루어진 것일 수 있다. 즉, 은, 아연, 구리 등 금속 분말; 금속 섬유, 탄소 분말, 탄소섬유, 탄소나노튜브 등 탄소계 입자 등의 도전성 물질; 및 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 접착성 폴리올레핀 수지 구체적으로, 무수말레인산이 그라프트된 폴리올레핀, 아크릴산이 그라프트된 폴리올레핀 등 고분자 물질로 이루어진 바인더의 혼합물로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 사용하는 금속 분말 및 탄소 분말의 크기는 10nm 내지 10㎛인 것일 수 있다. 금속 섬유 및 탄소 섬유의 직경은 10 nm 내지 10㎛ 이하이며, 길이는 10㎛ 내지 30mm인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.More specifically, the conductive adhesive may be a mixture of a metal powder, a conductive material, and a binder. Metal powder such as silver, zinc, copper, etc .; Conductive materials such as metal fibers, carbon powders, carbon fibers, and carbon nanotubes; And a binder composed of a polymer material such as an acrylic resin, an epoxy resin, a urethane resin, a cellulose resin, an adhesive polyolefin resin, or a polymer material such as a polyolefin grafted with maleic anhydride or a polyolefin grafted with acrylic acid . The size of the metal powder and the carbon powder to be used may be 10 nm to 10 탆. The diameter of the metal fiber and the carbon fiber may be 10 nm to 10 μm or less, and the length may be 10 μm to 30 mm, but is not limited thereto.
또한 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실링부(202, 302)는 내열소재로 이루어진 층(215)을 더 포함함으로써 실링을 하는 과정에서 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 스페이서 역할을 충분히 할 수 있도록 할 수 있다.As described above, the sealing parts 202 and 302 of the present invention further include the layer 215 made of a heat-resistant material, thereby preventing short-circuiting in the process of sealing, .
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부시트(200) 및 상부시트(300)는 금속층(201, 301) 및 상기 금속층의 가장자리에 형성된 실링층(202, 302) 및 상기 실링층의 내측에는 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈(213)을 포함하고, 상기 실링층이 형성된 반대면에 절연층(204, 304)을 더 포함하는 것일 수 있다. 이때 상기 절연층의 일부분은 개방되어 절연층이 형성되지 않은 홈(205, 305)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 홈(205, 305)은 상부시트(300)및 하부시트(200)에서 선택되는 어느 하나 이상에 형성되는 것일 수 있으며, 일부분에 형성되는 것일 수 있다. 상기 홈(205, 305)을 통해 외부로 전기를 보낼 수 있다. 본 발명의 일 양태에서 상기 절연층은 전기적 절연성을 갖는 재질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 금속층의 외부에서 외부물질로부터 전극조립체를 보호하고, 외부와 전기적으로 절연시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌(Casted polypropylene, CPP), 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리이미드, 폴리아마이드 및 셀룰로오스 수지 등이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 한층 또는 두층 이상이 적층되는 것일 수 있다. 8, the lower sheet 200 and the upper sheet 300 include metal layers 201 and 301, sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer, And a groove 213 in which no layer is formed, and the insulating layer 204 and 304 may be further provided on the opposite surface where the sealing layer is formed. At this time, a part of the insulating layer may include openings 205 and 305 in which no insulating layer is formed. The grooves 205 and 305 may be formed in one or more portions selected from the top sheet 300 and the bottom sheet 200, or may be formed in a part thereof. Electricity can be transmitted to the outside through the grooves 205 and 305. In an embodiment of the present invention, the insulating layer can be used without limitation as long as it has an electrical insulating property. Any insulating material can be used as long as it protects the electrode assembly from external materials outside the metal layer and can electrically insulate the electrode assembly from the outside. have. Specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, casted polypropylene (CPP), polystyrene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyimide, polyamide and cellulose resin. But is not limited thereto. Further, one layer or two or more layers may be laminated.
또한, 상기 절연층의 두께는 제한되는 것은 아니며, 구체적으로 예를 들면 0.1 내지 50 ㎛인 것일 수 있다.In addition, the thickness of the insulating layer is not limited, and may be 0.1 to 50 탆, for example.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하부시트(200) 및 상부시트(300)는 금속층(201, 301) 및 상기 금속층의 가장자리에 형성된 실링층(202, 302) 및 상기 실링층의 내측에는 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈(213, 313)을 포함하고, 상기 실링층(202, 302)의 상부에 접착제층(206, 306)을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 실링층(202, 302)은 열에 의해 융착 및 밀폐될 수 있는 고분자 소재로 이루어지거나, 열에 의해 융착이 가능한 고분자 소재로 이루어진 층 사이에 내열소재로 이루어진 층을 한층 이상 포함하는 것일 수 있다. 또한 가열판 또는 가열 롤러 등을 이용하여 가열 압착함으로써 실링층(202, 302)이 용융되어 밀폐될 수 있으나, 접착력을 더욱 향상시키기 위하여 별도의 접착제층(206, 306)을 형성하는 것일 수 있다. 이때 사용되는 접착제는 통상적으로 해당분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않으며, 실링층에 사용되는 고분자 소재와의 접착성 및 전극조립체와의 화학적인 안정성이 우수한 접착제라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.9, the lower sheet 200 and the upper sheet 300 include metal layers 201 and 301, sealing layers 202 and 302 formed at the edges of the metal layer, And includes grooves 213 and 313 in which no layer is formed and further includes adhesive layers 206 and 306 on top of the sealing layers 202 and 302. [ The sealing layers 202 and 302 may be made of a polymer material that can be fused and sealed by heat or may include one or more layers made of a heat resistant material between layers made of a polymer material that can be fused by heat. Further, the sealing layers 202 and 302 may be melted and sealed by heating and pressing using a heating plate or a heating roller, but the adhesive layers 206 and 306 may be formed to further improve the adhesive strength. The adhesive to be used at this time is not limited as long as it is conventionally used in the field, and any adhesive which is excellent in adhesion to a polymer material used in a sealing layer and chemical stability to an electrode assembly can be used without limitation. Specifically, for example, an acrylic resin, a urethane resin, an epoxy resin, or the like can be used, but the present invention is not limited thereto.
도 10은 본 발명에서 다수개의 전기화학소자를 제조하기 위하여 롤에서 연속적으로 공급되는 하부시트 및 상부시트의 일 양태를 나타낸 사시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 금속층(201, 301) 및 상기 금속층의 일면에 둘레 격벽(211, 311) 및 상기 둘레 격벽의 내측에 전극조립체를 수용하기 위한 공간(213, 313)을 구획하는 구획 격벽(212, 312)을 포함하는 격벽 패턴을 이루는 실링층(202, 302)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 도 10은 전극조립체를 수용하기 위한 공간이 다수개 형성됨을 보이기 위한 일 양태로써 편의상 4개의 공간을 갖는 것으로 도시하였지만 이에 제한되는 것이 아니다. 또한, 도 1 또는 도 17에 도시된 바와 같이 전지 셀의 개수를 필요에 따라 절단하여 하나의 전지 셀로 이루어진 전기화학 소자(도 1 및 도 18) 또는 다수의 전지 셀로 이루어진 전기화학 소자(도 17)를 제조할 수 있다. 이때, 절단하기 용이하도록 둘레 격벽(211, 311)의 두께(W5)보다 구획 격벽(212, 312)의 두께(W4)가 더 두껍게 형성되는 것일 수 있다. 즉, 하나의 전지 셀로 이루어진 전기화학소자(1000)인 것일 수 있으며, 또는 다수개의 전지 셀이 연결된 전기화학소자(2000)인 것일 수 있다.10 is a perspective view showing one embodiment of a lower sheet and an upper sheet continuously fed from a roll in order to produce a plurality of electrochemical devices in the present invention. As shown in FIG. 10, the metal layers 201 and 301, the peripheral partitions 211 and 311 on one surface of the metal layer, and the spaces 213 and 313 for accommodating the electrode assemblies inside the peripheral partitions, And a sealing layer 202, 302 forming a barrier rib pattern including barrier ribs 212, 312. FIG. 10 is a view for showing that a plurality of spaces for accommodating the electrode assembly are formed. However, the present invention is not limited thereto. 1 and FIG. 17), an electrochemical device (FIG. 1 and FIG. 18) composed of one battery cell or an electrochemical device (FIG. 17) composed of a plurality of battery cells, Can be produced. At this time, the thickness W4 of the partition walls 212 and 312 may be formed thicker than the thickness W5 of the peripheral partition walls 211 and 311 so as to facilitate cutting. That is, it may be an electrochemical device 1000 having one battery cell or an electrochemical device 2000 having a plurality of battery cells connected thereto.
[전극조립체][Electrode Assembly]
본 발명의 일 양태에서 상기 전극조립체는 양극 및 음극을 포함하여 하나의 세트로 할 때, 하나 이상의 세트가 적층된 것일 수 있다. 또한 상기 양극 및 음극 사이에 하나 이상의 겔 고분자 전해질층 또는 하나 이상의 분리막을 포함하는 것일 수 있다. 또는 하나의 집전체 상에 양극 및 음극이 양면에 형성되는 바이폴라 형태의 전극을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, when the electrode assembly includes one set including the positive electrode and the negative electrode, one or more sets may be stacked. And may further include one or more gel polymer electrolyte layers or one or more separators between the anode and the cathode. Or a bipolar electrode in which a positive electrode and a negative electrode are formed on both sides on one current collector.
본 발명의 일 양태에서 상기 전극조립체는 양극 및 음극을 포함하며, 상기 양극 및 음극 중 적어도 하나 이상은 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 겔 고분자 전해질을 포함하여 전극-전해질 복합체를 이루는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 전극조립체는 양극, 분리막 및 음극이 적층된 상태에서 액체전해질이 주입되는 것도 가능하나, 바람직하게는 양극 및 음극에서 선택되는 어느 하나 이상에 겔 고분자 전해질 조성물을 도포하여 양극-전해질 복합체 또는 음극-전해질 복합체로 제조되는 것일 수 있으며, 이와 같이 도포에 의해 제조가 가능하므로 연속적으로 제조가 가능한 특징이 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly includes a positive electrode and a negative electrode, and at least one of the positive electrode and the negative electrode includes a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt, Lt; / RTI > That is, the electrode assembly of the present invention can be injected with a liquid electrolyte in a state that the positive electrode, the separator, and the negative electrode are laminated. Preferably, the gel polymer electrolyte composition is applied to at least one of the positive electrode and the negative electrode, Complex or a cathode-electrolyte complex, and can be manufactured by coating as described above, so that it can be continuously produced.
또한, 본 발명의 일 양태의 전극조립체에서 상기 양극과 음극은 실질적으로 가장자리가 일치하는 것일 수 있다. 상기 용어 ‘실질적으로’는 오차범위가 ± 10 ㎛ 이내인 것을 의미한다. 즉, 실질적으로 가장자리가 일치한다는 것은 완전히 일치하거나 또는 오차범위가 ± 10 ㎛ 이내의 범위로 일치됨을 의미한다.Further, in the electrode assembly of one aspect of the present invention, the anode and the cathode may be substantially flush with each other. The term 'substantially' means that the error range is within ± 10 μm. In other words, substantially edge coincidence means that they completely agree or that the error range coincides with the range of 占 10 μm or less.
또한 본 발명의 일 양태에서 상기 전극조립체는 상기 양극과 음극 사이에 적어도 하나 이상의 분리막을 더 포함하며, 상기 분리막은 양극 및 음극과 실질적으로 가장자리가 일치하는 것일 수 있다. 또한, 상기와 같이 양극과 음극 사이에 분리막을 포함하는 경우 상기 분리막은 액체전해질 또는 겔 고분자 전해질이 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly further includes at least one separator between the anode and the cathode, and the separator may be substantially flush with the anode and the cathode. In addition, when the separation membrane is included between the anode and the cathode as described above, the separation membrane may include a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte.
본 발명의 일 양태에 따른 전극조립체는 코팅방법으로 양극 및 음극을 제조할 수 있으며, 양극, 분리막 및 음극이 적층된 상태에서 타발 등의 방법에 의해 전극조립체를 제조할 수 있으므로, 양극, 분리막 및 음극의 크기가 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 구체적으로 양극 및 분리막이 적층된 상태에서 겔 고분자 전해질 조성물을 도포 및 경화하여 양극 및 분리막에 겔 고분자 전해질을 포함하도록 하고, 여기에 음극을 적층하여 제조하는 것일 수 있으며, 이와 같이 전 과정이 도포방법으로 제조되므로 연속적으로 제조가 가능하며, 제조시간이 매우 단축될 수 있다.The electrode assembly according to an embodiment of the present invention can manufacture the positive electrode and the negative electrode by the coating method, and the electrode assembly can be manufactured by punching in the state where the positive electrode, the separation membrane and the negative electrode are stacked, The size of the cathode may be substantially the same. Specifically, the gel polymer electrolyte composition may be applied and cured in the state that the anode and the separator are stacked to form a gel polymer electrolyte in the anode and the separator, and a cathode may be laminated on the anode and the separator. It is possible to produce continuously, and the manufacturing time can be greatly shortened.
<양극><Anode>
본 발명의 일 양태에서 상기 양극은 다양한 양태로 이루어진 것일 수 있으며, 예를 들면 집전체만으로 이루어진 전극, 집전체 상에 양극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층이 코팅된 전극, 및 집전체 상에 양극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층이 코팅된 복합전극에서 선택되는 것일 수 있다. 더욱 좋게는 이온의 전도도를 향상시키기 위한 관점에서 상기 양극은 액체전해질 또는 겔 고분자 전해질을 포함하는 것일 수 있다. 상기 활물질층을 포함하는 전극의 경우 활물질층 상에 액체전해질 또는 겔 고분자 전해질을 도포하여 일부 또는 전부 함침시키거나 표층에 포함되도록 하는 것일 수 있다. 또한, 가교 고분자 매트릭스로 이루어진 경우는 겔 고분자 전해질층과의 밀착력 및 계면 접착력이 더욱 향상될 수 있으므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the anode may be formed in various forms, for example, an electrode formed only of a current collector, an electrode coated with an active material layer containing a cathode active material and a binder on the current collector, And a composite electrode coated with a composite active material layer containing an active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte. More preferably, the anode may comprise a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte in order to improve the conductivity of the ion. In the case of the electrode including the active material layer, a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte may be applied on the active material layer to partially or wholly impregnate the active material layer, or may be included in the surface layer. Further, in the case of a cross-linked polymer matrix, the adhesion to the gel polymer electrolyte layer and the interfacial adhesion can be further improved, but is not limited thereto.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 양극은 i) 집전체 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, ii) 집전체 상에 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층을 포함하고, 상기 활물질층 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, 및 iii) 집전체 상에 전극 활물질, 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 복합 활물질층을 포함하는 전극-전해질 복합체 및 iv) 상기 iii)의 복합 활물질층 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체에서 선택되는 것일 수 있다.More specifically, for example, the anode includes i) an electrode-electrolyte complex coated with a gel polymer electrolyte on a current collector, ii) an active material layer including an electrode active material and a binder on the current collector, Electrolyte composite, and iii) an electrode-electrolyte complex comprising an electrode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt on the current collector, and iv) an electrode- Electrolyte composite in which the gel polymer electrolyte is coated on the composite active material layer of the electrode-electrolyte complex.
더욱 좋게는 상기 양극은 상기 ii) 및 iii) 에서 선택되는 것일 수 있다.Even more preferably, the anode may be selected from the above-mentioned ii) and iii).
상기 집전체는 해당 기술 분야에서 사용되는 전도성이 우수한 기판이라면 제한되지 않으며, 전도성 금속, 전도성 금속산화물 등에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것으로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 집전체는 기판 전체가 전도성 재료로 이루어지거나, 절연성 기판의 일면 또는 양면에 전도성 금속, 전도성 금속 산화물, 전도성 고분자 등이 코팅된 형태인 것일 수 있다. 또한, 상기 집전체는 유연성 기판으로 이루어진 것일 수 있으며, 쉽게 굽혀질 수 있어 플렉서블한 전자소자를 제공할 수 있다. 또한, 굽혔다가 다시 원래 형태로 되돌아가는 복원력을 갖는 소재로 이루어진 것일 수 있다. 또한 상기 집전체는 박막형태, 메쉬형태, 전도성기판의 일면 또는 양면에 박막 또는 메쉬 형태의 집전체가 적층되어 일체화된 형태 및 금속-메쉬 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 금속-메쉬 복합체는 박막형태의 금속과 메쉬형태의 금속 또는 고분자 소재를 가열 압착하여 일체화함으로써 메쉬의 구멍 사이에 금속 박막이 끼어들어가 일체화되어 구부려도 금속 박막이 깨지거나 크랙이 발생하지 않는 것을 의미한다. 이와 같이 금속-메쉬 복합체를 사용하는 경우는 전지의 굽힘 시, 또는 충방전 시 집전체에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있어 더욱 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱 구체적으로 예를 들면, 집전체는 알루미늄, 스테인레스 스틸, 구리, 니켈, 철, 리튬, 코발트, 티타늄, 니켈 발포체, 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재 및 이들의 복합체 등으로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The current collector may be any one selected from the group consisting of a conductive metal, a conductive metal oxide, and the like, provided that the current collector is not limited to a conductive substrate used in the related art. The current collector may be formed of a conductive material as a whole, or may be a conductive metal, a conductive metal oxide, a conductive polymer, or the like coated on one or both surfaces of the insulating substrate. In addition, the current collector may be made of a flexible substrate, and can easily be bent, thereby providing a flexible electronic device. Further, it may be made of a material having a restoring force that is bent and then returned to its original shape. Also, the current collector may be selected from the group consisting of a thin film, a mesh, a form in which thin films or mesh current collectors are integrated on one surface or both surfaces of a conductive substrate, and metal-mesh composites. In the metal-mesh composite, a metal thin film and a mesh metal or polymer material are integrated by heating to integrate the metal thin film between the holes of the mesh, so that the metal thin film is not cracked or cracked even if bent do. The use of the metal-mesh composite in this manner is more preferable because it can prevent cracks from occurring in the current collector when the battery is bent or charged or discharged, but is not limited thereto. More specifically, for example, the current collector may be made of aluminum, stainless steel, copper, nickel, iron, lithium, cobalt, titanium, nickel foams, copper foams, polymeric substrates coated with a conductive metal, , But is not limited thereto.
본 발명의 양극의 ii)양태는 집전체 상에 양극 활물질 및 바인더를 포함하는 양극활물질 조성물을 도포하여 활물질층이 코팅된 것일 수 있다. 또한, 상기 활물질층 상에 겔 고분자 전해질을 이루기 위한 조성물을 도포함으로써 상기 활물질층의 내부로 함침되어 일부 또는 전부 도포되거나, 표면에 도포되어 겔 고분자 전해질이 형성된 것일 수 있다. 더욱 구체적으로, 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체, 개시제 및 액체전해질을 포함하는 겔 고분자 전해질 조성물을 양극 상에 코팅하고, 자외선 조사 또는 열을 가하여 가교시킴으로써 가교 고분자 매트릭스의 그물 구조 내에 액체전해질 등이 균일하게 분포되는 것일 수 있으며, 용매의 증발 공정이 불필요한 것일 수 있다. 또한, 상기 가교 고분자 매트릭스는 선형 고분자를 더 포함하여 반 상호 침투 망상(semi-IPN) 구조인 것일 수 있다. 상기 겔 고분자 전해질의 구체적인 설명은 아래에서 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.An embodiment ii) of the anode of the present invention may be one in which a cathode active material composition comprising a cathode active material and a binder is coated on the current collector and the active material layer is coated thereon. In addition, the active material layer may be impregnated into the active material layer by coating a composition for forming a gel polymer electrolyte on the active material layer, or may be partially or wholly coated or may be coated on the surface to form a gel polymer electrolyte. More specifically, a gel polymer electrolyte composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, and a liquid electrolyte is coated on a positive electrode and crosslinked by irradiation with ultraviolet rays or heat, whereby a liquid electrolyte or the like is uniformly contained in the net structure of the crosslinked polymer matrix And the evaporation process of the solvent may be unnecessary. In addition, the crosslinked polymer matrix may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure including a linear polymer. A detailed description of the gel polymer electrolyte will be described in more detail below.
집전체는 앞서 설명한 바와 같으며, 양극활물질 조성물은 알루미늄 등의 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 양극활물질층이 형성된 양극 극판을 형성하는 것일 수 있다. 이때 코팅은 바코팅, 스핀코팅, 슬롯다이코팅, 딥코팅 등의 코팅방법 뿐만 아니라, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅, 스텐실 프린팅 및 스크린 프린팅 등의 프린팅 방법으로 코팅되는 것일 수 있다.The collector may be as described above, and the cathode active material composition may be directly coated on a current collector such as aluminum and dried to form a cathode plate having a cathode active material layer formed thereon. The coating may be coated by a printing method such as ink-jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, stencil printing, and screen printing as well as coating methods such as bar coating, spin coating, slot die coating and dip coating.
또는 상기 양극활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 집전체 상에 라미네이션 하여 양극활물질층이 형성된 양극을 제조하는 것일 수 있다. 양극활물질층의 두께는 제한되는 것은 아니나 0.01 ~ 500 ㎛, 더욱 구체적으로 1 ~ 200 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Alternatively, the cathode active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the current collector to produce a cathode in which the cathode active material layer is formed. The thickness of the cathode active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 탆, more specifically, 1 to 200 탆, but is not limited thereto.
상기 양극활물질 조성물은 제한되는 것은 아니나 양극 활물질, 바인더 및 용매를 포함하는 것일 수 있으며, 도전재를 더 포함하는 것일 수 있다. The cathode active material composition may include, but is not limited to, a cathode active material, a binder, and a solvent, and may further include a conductive material.
상기 양극 활물질은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 리튬 일차전지 또는 이차전지를 예로 들면, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 본 발명의 양극 활물질은 분말 형태인 것일 수 있다.The cathode active material may be used without limitation as long as it is commonly used in the art. Specifically, a lithium primary battery or a secondary battery is exemplified, and a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. The cathode active material of the present invention may be in powder form.
구체적으로는 코발트, 망간, 니켈 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 금속과 리튬과의 복합 산화물 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 제한되는 것은 아니나 구체적인 예로는 하기 화학식 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 사용할 수 있다. LiaA1-bRbD2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0 ≤ b ≤ 0.5이다); LiaE1-bRbO2-cDc(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 및 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiE2-bRbO4-cDc(상기 식에서, 0 ≤ b ≤0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05이다); LiaNi1-b-cCobRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2이다); LiaNi1-b-cCobRcO2-αZα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cCobRcO2-αZ2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi 1-b-cMnbRcDα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α ≤ 2 이다); LiaNi1-b-cMnbRcO2-αZα(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNi1-b-cMnbRcO2-αZ2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 및 0 < α < 2이다); LiaNibEcGdO2 (상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5 및 0.001 ≤ d ≤ 0.1이다.); LiaNibCocMndGeO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤0.5 및 0.001 ≤ e ≤ 0.1이다.); LiaNiGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaCoGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMnGbO2(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); LiaMn2GbO4(상기 식에서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1이다.); QO2 ; QS2 ; LiQS2 ; V2O5 ; LiV2O5 ; LiTO2 ; LiNiVO4 ; Li(3-f)J2(PO4)3 (0 ≤ f ≤ 2); Li(3-f)Fe2(PO4)3 (0 ≤ f ≤ 2); 및 LiFePO4 .Concretely, at least one selected from the group consisting of cobalt, manganese, nickel, and the like and a composite oxide of a metal and lithium combined with each other may be used. Specific examples include, but are not limited to, compounds represented by any one of the following formulas. Li a A 1-b R b D 2 wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8 and 0? B? 0.5; Li a E 1-b R b O 2 -c D c wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, and 0? C? 0.05; LiE (in the above formula, 0 ≤ b ≤0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05) 2-b R b O 4-c D c; Li a Ni 1- b c Co b R c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1- b c Co b R c O 2 -? Z ? Wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1- b c Co b R c O 2-α Z 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05 and 0 <α <2; Li a Ni 1-bc Mn b R c D ? Wherein, in the formula, 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b R c O 2 -? Z ? Wherein 0.90? A? 1.8, 0? B? 0.5, 0? C? 0.05 and 0 <? Li a Ni 1-bc Mn b R c O 2-α Z 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5, 0 ≤ c ≤ 0.05, and 0 <α <2; Li a Ni b E c G d O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, and 0.001 ≤ d ≤ 0.1; Li a Ni b Co c Mn d G e O 2 wherein 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.9, 0 ≤ c ≤ 0.5, 0 ≤ d ≤ 0.5, and 0.001 ≤ e ≤ 0.1; Li a NiG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); Li a CoG b O 2 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); Li a MnG b O 2 wherein, in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1; Li a Mn 2 G b O 4 (in the above formula, 0.90? A? 1.8 and 0.001? B? 0.1); QO 2; QS 2 ; LiQS 2 ; V 2 O 5 ; LiV 2 O 5 ; LiTO 2 ; LiNiVO 4; Li (3-f) J 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); Li (3-f) Fe 2 (PO 4 ) 3 (0? F? 2); And LiFePO 4.
상기 화학식에 있어서, A는 Ni, Co, Mn 또는 이들의 조합이고; R은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 희토류 원소 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn 또는 이들의 조합이고; Z는 F, S, P 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V 또는 이들의 조합이고; Q는 Ti, Mo, Mn 또는 이들의 조합이고; T는 Cr, V, Fe, Sc, Y 또는 이들의 조합이고; J는 V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 또는 이들의 조합이다.In the above formula, A is Ni, Co, Mn or a combination thereof; R is Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, a rare earth element or a combination thereof; D is O, F, S, P or a combination thereof; E is Co, Mn or a combination thereof; Z is F, S, P or a combination thereof; G is Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V or a combination thereof; Q is Ti, Mo, Mn or a combination thereof; T is Cr, V, Fe, Sc, Y or a combination thereof; J is V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu or a combination thereof.
물론 이 화합물 표면에 코팅층을 갖는 것도 사용할 수 있고, 또는 상기 화합물과 코팅층을 갖는 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 코팅층은 코팅 원소 화합물로서, 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트를 포함할 수 있다. 이들 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 코팅층 형성 공정은 상기 화합물에 이러한 원소들을 사용하여 양극 활물질의 물성에 악영향을 주지 않는 방법, 예를 들어 스프레이 코팅, 침지법 등으로 코팅할 수 있으면 어떠한 코팅 방법을 사용하여도 무방하며, 이에 대하여는 당해 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해될 수 있는 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Of course, a compound having a coating layer on the surface of the compound may be used, or a compound having a coating layer may be mixed with the compound. The coating layer may comprise, as a coating element compound, an oxide, a hydroxide of a coating element, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, or a hydroxycarbonate of a coating element. The compound constituting these coating layers may be amorphous or crystalline. The coating layer may contain Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or a mixture thereof. Any coating method may be used as long as it can be coated by a method that does not adversely affect the physical properties of the cathode active material, such as spray coating or dipping, by using these elements in the above-mentioned compound, It is a content that can be well understood by people engaged in the field, so detailed explanation will be omitted.
제한되는 것은 아니나 양극활물질은 조성물 총 중량 중 20 ~ 99 중량%, 더욱 좋게는 30 ~ 95 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 또한 평균입경이 0.001 ~ 50 ㎛, 더욱 좋게는 0.01 ~ 20 ㎛인 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.The cathode active material may comprise 20 to 99 wt%, more preferably 30 to 95 wt%, of the total weight of the composition, though not limited thereto. And may have an average particle diameter of 0.001 to 50 탆, more preferably 0.01 to 20 탆, but is not limited thereto.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 집전체에 고정시키는 역할을 하는 것이다. 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제한되는 것은 아니나 바인더의 함량은 총 중량 중 0.1 ~ 20 중량%, 더욱 좋게는 1 ~ 10 중량%를 사용하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 바인더 역할을 하기에 충분한 함량이나 이에 제한되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to fix the positive electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include, but are not limited to, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide Polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon or the like alone Or a mixture of two or more of them may be used, but the present invention is not limited thereto. The content of the binder may be 0.1 to 20 wt%, more preferably 1 to 10 wt%, based on the total weight of the binder. But the content is not limited thereto.
상기 용매는 N-메틸 피롤리돈, 아세톤 및 물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매를 사용하는 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않고 당해분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 사용 가능하다. 상기 용매의 함량은 제한되지 않으며, 슬러리 상태로 양극 집전체 상에 도포가 가능할 정도의 함량이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.The solvent may be any one selected from N-methylpyrrolidone, acetone, and water, or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto and can be used as long as it is commonly used in the art. The content of the solvent is not limited and can be used without limitation as long as the content is such that the slurry can be coated on the positive electrode current collector.
또한, 상기 양극활물질 조성물은 도전재를 더 포함하는 것일 수 있다.In addition, the cathode active material composition may further include a conductive material.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소나노튜브, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있으며, 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. The conductive material does not cause any chemical change in the battery and can be used without limitation as long as it is an electron conductive material. Specific examples thereof include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon nanotubes, and carbon fibers; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof, may be used alone or in admixture of two or more.
상기 도전재의 함량은 양극활물질 조성물 중 0.1 ~ 20 중량%, 더욱 구체적으로 0.5 ~ 10 중량%, 더욱 구체적으로 1 ~ 5 중량%를 포함하는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도전재의 평균입경은 0.001 ~ 1000 ㎛, 더욱 구체적으로 0.01 ~ 100 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The conductive material may be included in the cathode active material composition in an amount of 0.1 to 20% by weight, more specifically 0.5 to 10% by weight, and more specifically 1 to 5% by weight. The average particle diameter of the conductive material may be 0.001 to 1000 탆, more specifically 0.01 to 100 탆, but is not limited thereto.
상기 겔 고분자 전해질 조성물은 양극 상에 롤투롤 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅 및 스크린 프린팅 등의 프린팅 방법으로 코팅되어 연속적으로 생산이 가능하도록 하는 것일 수 있다. 상기 겔 고분자 전해질은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체가 개시제에 의해 광가교 또는 열가교 결합되어 가교 고분자 매트릭스를 이루는 것일 수 있다. 가교에 의해, 겔 고분자 전해질층의 기계적 강도 및 구조적 안정성이 향상되며, 앞서 설명된 양태의 양극과 결합되었을 때, 겔 고분자 전해질층과 양극 계면의 구조적 안정성이 더욱 향상될 수 있다.The gel polymer electrolyte composition may be coated on the anode by a printing method such as roll-to-roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, and screen printing so that continuous production is possible. The gel polymer electrolyte may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix. The crosslinking improves the mechanical strength and structural stability of the gel polymer electrolyte layer, and when combined with the anode of the above-described embodiment, the structural stability of the gel polymer electrolyte layer and the anode interface can be further improved.
상기 겔 고분자 전해질 조성물은 프린팅 공정에 적합한 점도를 갖는 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면 25℃에서 브룩필드 점도계를 이용하여 측정된 점도가 0.1 ~ 10,000,000 cps, 더욱 좋게는 1.0 ~ 1,000,000 cps, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 100,000 cps인 것일 수 있으며, 상기 범위에서 프린팅 공정에 적용하기에 적절한 점도이므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. The gel polymer electrolyte composition preferably has a viscosity suitable for the printing process. Specifically, the viscosity of the gel polymer electrolyte composition measured using a Brookfield viscometer at 25 ° C is 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, May be in the range of 1.0 to 100,000 cps, and is preferably within the above-mentioned range, but is not limited thereto.
상기 겔 고분자 전해질 조성물은 전체 조성물 100 중량% 중, 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체를 1 ~ 50 중량%, 구체적으로 2 ~ 40 중량%로 포함되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 개시제는 0.01 ~ 50 중량%, 구체적으로 0.01 ~ 20 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 10 중량%인 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 액체전해질은 1 ~ 95 중량%, 구체적으로 1 ~ 90 중량%, 더욱 구체적으로 2 ~ 80 중량%로 포함되는 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. The gel polymer electrolyte composition may include, but is not limited to, 1 to 50% by weight, specifically 2 to 40% by weight, of a crosslinkable monomer and a derivative thereof in 100% by weight of the total composition. The initiator may be 0.01 to 50 wt%, specifically 0.01 to 20 wt%, more specifically 0.1 to 10 wt%, but is not limited thereto. The liquid electrolyte may be contained in an amount of 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 2 to 80% by weight, but is not limited thereto.
상기 가교 가능한 단량체는 2개 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 2개 이상의 관능기를 갖는 단량체와 1개의 관능기를 갖는 단량체를 혼합하여 사용하는 것일 수 있으며, 광가교 또는 열가교 가능한 단량체라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. The crosslinkable monomer may be a monomer having two or more functional groups or a mixture of a monomer having two or more functional groups and a monomer having one functional group and may be used without limitation as long as it is a photo-crosslinkable or thermally crosslinkable monomer .
상기 2개 이상의 관능기를 갖는 단량체로는 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에톡시레이트 트리메타크릴레이트, 비스페놀에이에톡시레이트 디아크릴레이트, 비스페놀에이에톡시레이트 디메타크릴레이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. Specific examples of the monomer having two or more functional groups include polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane ethoxylate And may be any one or a mixture of two or more selected from triacrylate, trimethylolpropane ethoxylate trimethacrylate, bisphenol eetoxydate diacrylate, bisphenol eetoxytate dimethacrylate, and the like.
또한, 상기 1개의 관능기를 갖는 단량체로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르메타크레이트, 아크릴로니트릴, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드 및 비닐플로라이드 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.Examples of the monomers having one functional group include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, ethylene glycol methyl ether acrylate, ethylene glycol methyl ether methacrylate, Nitrile, vinyl acetate, vinyl chloride, vinyl fluoride, and the like, or a mixture of two or more thereof.
상기 개시제로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 광개시제 또는 열 개시제라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.The initiator can be used without limitation as long as it is a photoinitiator or a thermal initiator commonly used in the art.
상기 액체전해질은 해리 가능한 염 및 용매를 포함하는 것일 수 있다.The liquid electrolyte may include a dissociable salt and a solvent.
상기 해리 가능한 염은 제한되는 것은 아니나 구체적으로 예를 들면, 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬헥사플루오르안티모네이트(LiSbF6), 리튬헥사플루오르아세네이트(LiAsF6), 리튬디플루오르메탄설포네이트(LiC4F9SO3), 과염소산리튬(LiClO4), 리튬알루미네이트(LiAlO2), 리튬테트라클로로알루미네이트(LiAlCl4), 염화리튬(LiCl), 요오드화리튬(LiI), 리튬 비스옥살레이토 보레이트(LiB(C2O4)2), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 이들의 유도체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 상기 해리 가능한 염의 농도는 0.1 ~ 10.0 M, 더욱 구체적으로 1 ~ 5 M인 것일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the dissociable salt include, but are not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6), lithium difluoro methane sulfonate (LiC 4 F 9 SO 3) , lithium perchlorate (LiClO 4), lithium aluminate (LiAlO 2), lithium tetrachloro- aluminate (LiAlCl 4), lithium chloride (LiCl) , lithium iodide (LiI), lithium bis oxalate reyito borate (LiB (C 2 O 4) 2), lithium trifluoro methane sulfonyl imide (LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), and derivatives thereof. The concentration of the dissociable salt is 0.1-10.0 M, more specifically 1-5 M , But is not limited thereto.
상기 용매는 카보네이트계 용매, 니트릴계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 글림계 용매, 알코올계 용매 및 비양자성 용매 등과 같은 유기용매 및 물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매를 사용하는 것일 수 있다.The solvent may be any one or a mixture of two or more solvents selected from a carbonate solvent, a nitrile solvent, an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, a glidant solvent, an organic solvent such as an alcohol solvent and an aprotic solvent, . &Lt; / RTI &gt;
또한, 상기 겔 고분자 전해질의 가교 고분자 매트릭스는 선형 고분자를 더 포함하여 반 상호 침투 망상(semi-IPN) 구조인 것일 수 있다. 이 경우 상기 양극-전해질 결합체는 우수한 유연성을 가지며, 전지로 사용 시 굽힘 등의 응력에 강한 저항성을 보여 성능 저하 없이 정상적으로 전지를 구동할 수 있다. 따라서 플렉서블 전지 등에 적용이 더욱 유리한 것일 수 있다.Also, the crosslinked polymer matrix of the gel polymer electrolyte may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure including a linear polymer. In this case, the anode-electrolyte combination has excellent flexibility and is resistant to stresses such as bending when used as a battery, so that the battery can be normally operated without deteriorating performance. Therefore, application to a flexible battery or the like may be more advantageous.
상기 선형 고분자는 상기 가교 가능한 단량체와 혼합이 용이하고, 액체 전해질을 함침시킬 수 있는 고분자라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Poly(vinylidene fluoride), PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌(Poy(vinylidene fluoride)-co-hexafluoropropylene, PVdF-co-HFP), 폴리메틸메타아크릴레이트 (Polymethylmethacryalte, PMMA), 폴리스티렌 (Polystyrene, PS), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate, PVA), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide, PEO) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있으며, 반드시 이에 한정된 것은 아니다. The linear polymer is not limited as long as it is easy to mix with the crosslinkable monomer and can impregnate the liquid electrolyte. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride (PVI), co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP) Or one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylacetate (PVA), polyacrylonitrile (PAN) and polyethylene oxide May be a combination of two or more, but is not limited thereto.
상기 선형 고분자는 상기 가교 고분자 매트릭스 중량에 대하여 1 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 구체적으로 1 내지 80 중량%, 1 내지 70 중량%, 1 내지 60 중량%, 1 내지 50 중량%, 1 내지 40 중량%, 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 고분자 매트릭스가 반 상호 침투 망상(semi-IPN) 구조인 경우, 상기 가교 가능한 고분자와 상기 선형 고분자는 99 : 1 내지 10 : 90 중량비의 범위로 포함될 수 있다. 상기 선형 고분자가 상기 범위로 포함될 경우, 상기 가교 고분자 매트릭스는 적절한 기계적 강도를 유지하면서 유연성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 플렉서블 전지에 적용하였을 때 다양한 외력에 의한 형태 변형에도 안정적인 전지 성능을 구현할 수 있고 전지의 형태 변형으로부터 유발될 수 있는 전지 발화, 폭발 등의 위험을 억제시킬 수 있다.The linear polymer may be contained in an amount of 1 to 90% by weight based on the weight of the crosslinked polymer matrix. 1 to 80% by weight, 1 to 70% by weight, 1 to 60% by weight, 1 to 50% by weight, 1 to 40% by weight and 1 to 30% by weight. That is, when the polymer matrix is a semi-interpenetrating network (semi-IPN) structure, the cross-linkable polymer and the linear polymer may be contained in a weight ratio of 99: 1 to 10:90. When the linear polymer is included in the above range, the crosslinked polymer matrix can secure flexibility while maintaining proper mechanical strength. Accordingly, when applied to a flexible battery, it is possible to realize stable battery performance even when deformed by various external forces, and it is possible to suppress the risk of battery ignition and explosion which may be caused by the shape deformation of the battery.
또한, 상기 겔 고분자 전해질 조성물은 필요에 따라 무기입자를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 무기 입자는 상기 겔 고분자 전해질 조성물의 점도 등 유변학적 특성을 제어함으로써 프린팅이 가능하도록 할 수 있다. 상기 무기 입자는 전해질의 이온전도도를 향상시키고 기계적인 강도를 향상시키기 위하여 사용될 수 있으며, 다공성 입자인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 금속산화물, 탄소산화물, 탄소계 재료 및 유무기복합체 등이 사용될 수 있으며, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용하는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, 및 SiC 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 제한되는 것은 아니나 상기 무기입자를 사용함으로써, 유기 용매와 친화성이 높을 뿐 아니라 열적으로도 매우 안정하여 전기화학 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. In addition, the gel polymer electrolyte composition may further contain inorganic particles as required. The inorganic particles can be printed by controlling the rheological properties such as viscosity of the gel polymer electrolyte composition. The inorganic particles may be used to improve ionic conductivity of the electrolyte and improve mechanical strength, but may be porous particles, but are not limited thereto. For example, metal oxides, carbon oxides, carbon-based materials and organic-inorganic complexes may be used, and they may be used singly or in combination of two or more. More specifically, for example, SiO 2 , 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 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiC, and the like. By using the inorganic particles, though not limited thereto, not only the affinity with the organic solvent is high but also the thermal stability is very high, so that the thermal stability of the electrochemical device can be improved.
상기 무기 입자의 평균 직경은 제한되는 것은 아니나 0.001㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 구체적으로 0.1 내지 10㎛, 더욱 구체적으로 0.1 내지 5㎛인 것일 수 있다. 상기 무기입자의 평균 직경이 상기 범위를 만족할 경우 전기화학소자의 우수한 기계적 강도 및 안정성을 구현할 수 있다.The average diameter of the inorganic particles is not limited, but may be 0.001 탆 to 10 탆. Specifically 0.1 to 10 탆, more specifically 0.1 to 5 탆. When the average diameter of the inorganic particles satisfies the above range, excellent mechanical strength and stability of the electrochemical device can be realized.
상기 겔 고분자 전해질 조성물 중 상기 무기 입자의 함량이 1 ~ 50 중량%, 더욱 구체적으로 5 ~ 40 중량%, 더욱 구체적으로 10 ~ 30 중량%로 포함되는 것일 수 있으며, 앞서 설명된 점도 범위인 0.1 ~ 10,000,000 cps, 더욱 좋게는 1.0 ~ 1,000,000 cps, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 100,000 cps를 만족하는 함량으로 사용되는 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The content of the inorganic particles in the gel polymer electrolyte composition may be from 1 to 50% by weight, more specifically from 5 to 40% by weight, and more specifically from 10 to 30% by weight, 10,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, and still more preferably 1.0 to 100,000 cps.
다음으로, 본 발명의 양극의 iii)양태는 집전체 상에 양극 활물질, 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 복합 활물질층이 코팅된 복합전극인 것일 수 있다. 이때, 집전체 및 양극활물질은 앞서 설명한 바와 같으므로 더 이상의 설명은 생략한다.Next, the embodiment (iii) of the anode of the present invention may be a composite electrode coated with a composite active material layer containing a cathode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt on a current collector. At this time, since the current collector and the cathode active material are as described above, further explanation will be omitted.
상기 복합 활물질층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체가 개시제에 의해 광가교 또는 열가교 결합되어 가교 고분자 매트릭스를 이루는 것일 수 있다. The composite active material layer may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
따라서 상기 복합 활물질층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체, 개시제, 양극 활물질, 액체전해질을 포함하는 복합 활물질 조성물을 집전체상에 코팅하고, 자외선 조사 또는 열을 가하여 가교시킴으로써 가교 고분자 매트릭스의 그물 구조 내에 양극활물질, 액체전해질 등이 균일하게 분포되는 것일 수 있으며, 용매의 증발 공정이 불필요한 것일 수 있다. 이때 코팅은 바코팅, 스핀코팅 등의 코팅방법 뿐만 아니라, 롤투롤 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅, 스텐실 프린팅 및 스크린 프린팅 등의 프린팅 방법으로 코팅되어 연속적으로 생산이 가능하도록 하는 것일 수 있다.Therefore, the composite active material layer is formed by coating a current collector with a composite active material composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, a cathode active material, and a liquid electrolyte, and crosslinking the mixture by applying ultraviolet light or heat, Active material, liquid electrolyte, etc. may be uniformly distributed, and a step of evaporating the solvent may be unnecessary. In this case, the coating is not limited to a coating method such as a bar coating or a spin coating, but may be continuously coated by a printing method such as roll to roll printing, ink jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, stencil printing and screen printing Lt; / RTI &gt;
또는 상기 복합 활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 집전체 상에 라미네이션 하여 복합 활물질층이 형성된 양극을 제조하는 것일 수 있다. 복합 활물질층의 두께는 제한되는 것은 아니나 0.01 ~ 500 ㎛, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 200 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Alternatively, the composite active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling from the support may be laminated on the current collector to produce a positive electrode having a composite active material layer. The thickness of the composite active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 탆, more specifically 0.1 to 200 탆, but is not limited thereto.
상기 복합 활물질 조성물의 일 양태는 전체 100 중량% 중에서, 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체 1 ~ 50 중량%, 구체적으로 1 ~ 40 중량%, 더욱 구체적으로 2 ~ 30 중량%로 포함되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 개시제는 0.01 ~ 50 중량%, 구체적으로 0.01 ~ 20 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 10 중량%인 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 양극 활물질의 함량은 1 ~ 95 중량%, 구체적으로 1 ~ 90 중량%, 더욱 구체적으로 5 ~ 80 중량%인 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 액체전해질은 1 ~ 95 중량%, 구체적으로 1 ~ 90 중량%, 더욱 구체적으로 2 ~ 80 중량%로 포함되는 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 필요에 따라 도전재를 더 포함할 수 있으며, 도전재의 함량은 0.1 ~ 20 중량%, 구체적으로 1 ~ 10 중량%로 포함되는 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.One embodiment of the composite active material composition may include 1 to 50% by weight, specifically 1 to 40% by weight, more specifically 2 to 30% by weight, of a crosslinkable monomer and its derivative out of 100% But is not limited to. The initiator may be 0.01 to 50 wt%, specifically 0.01 to 20 wt%, more specifically 0.1 to 10 wt%, but is not limited thereto. The content of the cathode active material may be 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 5 to 80% by weight, but is not limited thereto. The liquid electrolyte may be contained in an amount of 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 2 to 80% by weight, but is not limited thereto. In addition, the conductive material may further include a conductive material, if necessary, and the conductive material may be contained in an amount of 0.1 to 20% by weight, specifically 1 to 10% by weight, and is not limited thereto.
상기 가교 가능한 단량체는 2개 이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 2개 이상의 관능기를 갖는 단량체와 1개의 관능기를 갖는 단량체를 혼합하여 사용하는 것일 수 있으며, 광가교 또는 열가교 가능한 단량체라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. The crosslinkable monomer may be a monomer having two or more functional groups or a mixture of a monomer having two or more functional groups and a monomer having one functional group and may be used without limitation as long as it is a photo-crosslinkable or thermally crosslinkable monomer .
상기 2개 이상의 관능기를 갖는 단량체로는 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 에톡시레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에톡시레이트 트리메타크릴레이트, 비스페놀에이에톡시레이트 디아크릴레이트, 비스페놀에이에톡시레이트 디메타크릴레이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. Specific examples of the monomer having two or more functional groups include polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane ethoxylate And may be any one or a mixture of two or more selected from triacrylate, trimethylolpropane ethoxylate trimethacrylate, bisphenol eetoxydate diacrylate, bisphenol eetoxytate dimethacrylate, and the like.
또한, 상기 1개의 관능기를 갖는 단량체로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르아크릴레이트, 에틸렌글리콜 메틸에테르메타크레이트, 아크릴로니트릴, 비닐아세테이트, 비닐클로라이드 및 비닐플로라이드 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.Examples of the monomers having one functional group include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, butyl methacrylate, methyl acrylate, butyl acrylate, ethylene glycol methyl ether acrylate, ethylene glycol methyl ether methacrylate, Nitrile, vinyl acetate, vinyl chloride, vinyl fluoride, and the like, or a mixture of two or more thereof.
상기 개시제로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 광개시제 또는 열 개시제라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.The initiator can be used without limitation as long as it is a photoinitiator or a thermal initiator commonly used in the art.
상기 액체전해질은 해리 가능한 염 및 용매를 포함하는 것일 수 있으며, 겔 고분자 전해질에 사용된 액체전해질과 조성이 같거나 다를 수 있다.The liquid electrolyte may include a dissociable salt and a solvent, and may be the same or different in composition from the liquid electrolyte used in the gel polymer electrolyte.
상기 해리 가능한 염은 제한되는 것은 아니나 구체적으로 예를 들면, 리튬헥사플루오르포스페이트(LiPF6), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬헥사플루오르안티모네이트(LiSbF6), 리튬헥사플루오르아세네이트(LiAsF6), 리튬디플루오르메탄설포네이트(LiC4F9SO3), 과염소산리튬(LiClO4), 리튬알루미네이트(LiAlO2), 리튬테트라클로로알루미네이트(LiAlCl4), 염화리튬(LiCl), 요오드화리튬(LiI), 리튬 비스옥살레이토 보레이트(LiB(C2O4)2), 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 이들의 유도체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 상기 해리 가능한 염의 농도는 0.1 ~ 10.0 M, 더욱 구체적으로 1 ~ 5 M인 것일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the dissociable salt include, but are not limited to, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroantimonate (LiSbF 6 ), lithium hexafluoroacetate (LiAsF 6), lithium difluoro methane sulfonate (LiC 4 F 9 SO 3) , lithium perchlorate (LiClO 4), lithium aluminate (LiAlO 2), lithium tetrachloro- aluminate (LiAlCl 4), lithium chloride (LiCl) , lithium iodide (LiI), lithium bis oxalate reyito borate (LiB (C 2 O 4) 2), lithium trifluoro methane sulfonyl imide (LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2 ) (where x and y are natural numbers), and derivatives thereof. The concentration of the dissociable salt is 0.1-10.0 M, more specifically 1-5 M , But is not limited thereto.
상기 용매는 카보네이트계 용매, 니트릴계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 케톤계 용매, 글림계 용매, 알코올계 용매 및 비양자성 용매 등과 같은 유기용매 및 물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매를 사용하는 것일 수 있다.The solvent may be any one or a mixture of two or more solvents selected from a carbonate solvent, a nitrile solvent, an ester solvent, an ether solvent, a ketone solvent, a glidant solvent, an organic solvent such as an alcohol solvent and an aprotic solvent, . &Lt; / RTI &gt;
상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC) 및 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다.Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC).
상기 니트릴계 용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 석시노니트릴(succinonitrile), 아디포니트릴(adiponitrile, 세바코니크릴(sebaconitrile) 등이 사용될 수 있다.The nitrile solvent may be acetonitrile, succinonitrile, adiponitrile, sebaconitrile, or the like.
상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트(methyl acetate), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), n-프로필 아세테이트(n-propyl acetate), 1,1-디메틸에틸 아세테이트(1,1-dimethyl acetate), 메틸프로피오네이트(methylpropionate), 에틸프로피오네이트(ethylpropionate), γ-부티로락톤(γ-butylolactone), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone) 등이 사용될 수 있다.Examples of the ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, 1,1-dimethyl acetate, Methylpropionate, ethylpropionate, γ-butylolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, caprolactone, ) May be used.
상기 에테르계 용매로는 디메틸 에테르, 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. Examples of the ether solvent include dimethyl ether, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran and the like. As the ketone solvent, cyclohexanone Can be used.
상기 글림계 용매로는 에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 등이 사용될 수 있다.Examples of the gelling agent solvent include ethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, and the like.
상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 C2 내지 C20의 직쇄상, 분지상 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류, 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다.As the alcoholic solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like can be used. As the aprotic solvent, R-CN (R is a straight chain, branched or cyclic hydrocarbon group of C2 to C20, An aromatic ring or an ether bond), amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, and sulfolanes.
상기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The solvent may be used alone or in combination of one or more. If one or more of the solvents is used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the performance of the desired battery, and this may be widely understood by those skilled in the art .
<음극><Cathode>
본 발명의 일 양태에서, 상기 음극은 다양한 양태로 이루어진 것일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 집전체만으로 이루어진 전극, 집전체 상에 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층이 코팅된 전극, 및 집전체 상에 음극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층이 코팅된 복합전극에서 선택되는 것일 수 있다. 더욱 좋게는 이온의 전도도를 향상시키기 위한 관점에서 액체전해질 또는 겔 고분자 전해질을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the negative electrode may be made of various embodiments. Specifically, for example, an electrode comprising only a current collector, an electrode coated with an active material layer including a negative electrode active material and a binder on the current collector, And a composite electrode coated with a composite active material layer containing a negative electrode active material, a crosslinked polymer matrix, and a liquid electrolyte. And may further include a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte from the viewpoint of improving the conductivity of the ion.
더욱 구체적으로 예를 들면, 집전체만으로 이루어진 전극, i) 집전체 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, ii) 집전체 상에 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층을 포함하고, 상기 활물질층 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, 및 iii) 집전체 상에 전극 활물질, 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 복합 활물질층을 포함하는 전극-전해질 복합체에서 선택되는 것일 수 있다.More specifically, for example, an electrode comprising only a current collector, i) an electrode-electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is coated on the current collector, ii) an active material layer comprising an electrode active material and a binder on the current collector, An electrode-electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is coated on the active material layer, and iii) a composite active material layer comprising an electrode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt on the current collector Lt; / RTI &gt;
더욱 좋게는 음극은 집전체만으로 이루어진 전극 또는 i) 집전체 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체인 것일 수 있다. More preferably, the negative electrode may be an electrode consisting only of a current collector, or i) an electrode-electrolyte complex on which a gel polymer electrolyte is coated.
상기 겔 고분자 전해질은 앞서 양극에서 설명한 바와 같다.The gel polymer electrolyte is as described above for the positive electrode.
본 발명의 음극에서, 상기 집전체는 박막형태, 메쉬형태, 전도성기판의 일면 또는 양면에 박막 또는 메쉬 형태의 집전체가 적층되어 일체화된 형태 및 금속-메쉬 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 상기 금속-메쉬 복합체는 박막형태의 금속과 메쉬형태의 금속 또는 고분자 소재를 가열 압착하여 일체화 함으로써 메쉬의 구멍 사이에 박막이 끼어들어가 일체화되어 구부려도 금속이 깨지거나 크랙이 발생하지 않는 것을 의미한다. 이와 같이 금속-메쉬 복합체를 사용하는 경우는 전지의 굽힘 시, 또는 충방전 시 집전체에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있어 더욱 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 그 재질은 리튬 금속, 알루미늄, 알루미늄 합금, 주석, 주석합금, 아연, 아연합금, 리튬알루미늄 합금 및 기타 리튬금속 합금 등의 금속 또는 고분자 및 이들의 복합체 등으로 이루어진 것일 수 있다.In the cathode of the present invention, the current collector may be selected from the group consisting of a thin film, a mesh, a form in which thin films or mesh current collectors are integrated on one surface or both surfaces of a conductive substrate, and metal-mesh composites . The metal-mesh composite means that the thin film is sandwiched between the holes of the mesh by heating and pressing the thin metal film and the mesh-shaped metal or polymer material to integrate and bend, and the metal is not cracked or cracked. The use of the metal-mesh composite in this manner is more preferable because it can prevent cracks from occurring in the current collector when the battery is bent or charged or discharged, but is not limited thereto. The material may be a metal or a polymer such as lithium metal, aluminum, aluminum alloy, tin, tin alloy, zinc, zinc alloy, lithium aluminum alloy and other lithium metal alloy, or a composite thereof.
본 발명의 음극은 상기 박막 또는 메쉬형태의 집전체를 그대로 사용하거나 박막, 메쉬 또는 금속-메쉬 복합체 형태의 집전체가 전도성 기판 상에 적층되어 일체화 된 것일 수 있다. The negative electrode of the present invention may be one in which the thin film or mesh current collector is used as it is, or a current collector in the form of a thin film, mesh, or metal-mesh composite is stacked on a conductive substrate.
또한, 상기 집전체는 당해 분야에서 사용되는 전도성이 우수한 기판이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 전도성 금속, 전도성 금속산화물 등에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것으로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 집전체는 기판 전체가 전도성 재료로 이루어지거나, 절연성 기판의 일면 또는 양면에 전도성 금속, 전도성 금속 산화물, 전도성 고분자 등이 코팅된 형태인 것일 수 있다. 또한, 상기 집전체는 유연성 기판으로 이루어진 것일 수 있으며, 쉽게 굽혀질 수 있어 플렉서블한 전자소자를 제공할 수 있다. 또한, 굽혔다가 다시 원래 형태로 되돌아가는 복원력을 갖는 소재로 이루어진 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, 집전체는 알루미늄, 아연, 은, 주석, 산화주석, 스테인레스 스틸, 구리, 니켈, 철, 리튬, 코발트, 티타늄, 니켈 발포체, 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재 및 이들의 복합체 등으로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the current collector can be used without limitation as long as it is a conductive substrate used in the art. Specifically, it may be made of, for example, any one selected from a conductive metal, a conductive metal oxide, and the like. The current collector may be formed of a conductive material as a whole, or may be a conductive metal, a conductive metal oxide, a conductive polymer, or the like coated on one or both surfaces of the insulating substrate. In addition, the current collector may be made of a flexible substrate, and can easily be bent, thereby providing a flexible electronic device. Further, it may be made of a material having a restoring force that is bent and then returned to its original shape. More specifically, for example, the current collector may be made of a material selected from the group consisting of aluminum, zinc, silver, tin, tin oxide, stainless steel, copper, nickel, iron, lithium, cobalt, titanium, nickel foams, copper foams, A complex thereof, and the like, but is not limited thereto.
본 발명의 음극의 ii)양태는 집전체 상에 음극 활물질 및 바인더를 포함하는 음극활물질 조성물을 도포하여 활물질층이 코팅된 것일 수 있으며, 상기 활물질층 상에 겔 고분자 전해질 조성물이 도포되어 활물질층에 일부 또는 전부 함침되어 내부 및 표면에서 선택되는 어느 하나 이상에 겔 고분자 전해질이 형성된 전극-전해질 복합체인 것일 수 있다.The negative electrode active material layer of the negative electrode of the present invention may be coated on the current collector by coating the negative electrode active material composition containing the negative electrode active material and the binder on the current collector and the gel polymer electrolyte composition may be coated on the active material layer, Electrolyte complex in which a gel polymer electrolyte is partially or wholly impregnated and the gel polymer electrolyte is formed on at least one selected from the inside and the surface.
집전체는 앞서 설명한 바와 같으며, 음극활물질 조성물은 금속 박막 등의 집전체 상에 직접 코팅 및 건조하여 음극활물질층이 형성된 음극 극판을 형성하는 것일 수 있다. 이때 코팅은 바코팅, 스핀코팅, 슬롯다이코팅, 딥코팅 등의 코팅방법 뿐만 아니라, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅, 스텐실 프린팅 및 스크린 프린팅 등의 프린팅 방법으로 코팅되는 것일 수 있다.The current collector may be as described above, and the negative electrode active material composition may be formed by directly coating on a current collector such as a metal thin film and drying to form a negative electrode plate having a negative electrode active material layer. The coating may be coated by a printing method such as ink-jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, stencil printing, and screen printing as well as coating methods such as bar coating, spin coating, slot die coating and dip coating.
또는 상기 음극활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 집전체 상에 라미네이션 하여 음극활물질층이 형성된 음극을 제조하는 것일 수 있다. 음극활물질층의 두께는 제한되는 것은 아니나 0.01 ~ 500 ㎛, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 200 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Alternatively, the negative electrode active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the current collector to produce a negative electrode having a negative electrode active material layer. The thickness of the negative electrode active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 탆, more specifically 0.1 to 200 탆, but is not limited thereto.
상기 음극활물질 조성물은 제한되는 것은 아니나 음극 활물질, 바인더 및 용매를 포함하는 것일 수 있으며, 도전재를 더 포함하는 것일 수 있다. The negative electrode active material composition may include, but is not limited to, an anode active material, a binder, and a solvent, and may further include a conductive material.
상기 음극 활물질은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 리튬 일차전지 또는 이차전지를 예로 들면, 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 본 발명의 음극 활물질은 분말 형태인 것일 수 있다.The negative electrode active material can be used without limitation as long as it is commonly used in the art. Specifically, a lithium primary battery or a secondary battery is exemplified, and a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. The negative electrode active material of the present invention may be in powder form.
더욱 구체적으로 예를 들면, 리튬과 합금 가능한 금속, 전이금속 산화물, 비전이금속산화물 및 탄소계 재료 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.More specifically, it may be, for example, any one or a mixture of two or more selected from lithium-alloyable metals, transition metal oxides, non-transition metal oxides, and carbon-based materials.
상기 리튬과 합금 가능한 금속은 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn 등이 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. The lithium-alloyable metal may be Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, But is not limited thereto.
상기 전이금속 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물 및 리튬 바나듐 산화물 등인 것일 수 있으며, 단독 또는 2 이상의 혼합물인 것일 수 있다.The transition metal oxide may be lithium titanium oxide, vanadium oxide, lithium vanadium oxide, or the like, or may be a single or a mixture of two or more thereof.
상기 비전이 금속 산화물은 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-C 복합체, Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-C 복합체, Sn-R(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있다. 상기 Q 및 R의 구체적인 원소로는, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te 및 Po 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.Wherein the non-transition metal oxide is at least one selected from the group consisting of Si, SiOx (0 <x <2), Si-C composite, Si-Q alloy (Q is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, (Wherein R is an alkali metal, an alkaline earth metal, a Group 13 to Group 16 element, a transition metal, a rare earth element or a combination thereof, and Sn (a combination of Sn and Sn) And the like). The specific elements of Q and R include Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Sb, Bi, S, Se, Te and Po, or a mixture of two or more thereof.
상기 탄소계 재료로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 및 이들의 조합에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 플레이크, 구형 또는 섬유형의 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연이 사용될 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본, 하드카본, 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.As the carbon-based material, any one or a mixture of two or more selected from crystalline carbon, amorphous carbon, and combinations thereof may be used. Examples of the crystalline carbon include graphite such as amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous natural graphite, artificial graphite, etc. Examples of the amorphous carbon include soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbide, And the like, but the present invention is not limited thereto.
제한되는 것은 아니나 음극활물질은 조성물 총 중량 중 1 ~ 90 중량%, 더욱 좋게는 5 ~ 80 중량%를 포함하는 것일 수 있다. 또한 평균입경이 0.001 ~ 20 ㎛, 더욱 좋게는 0.01 ~ 15 ㎛인 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.The negative electrode active material may include 1 to 90% by weight, more preferably 5 to 80% by weight, of the total weight of the composition. And may have an average particle diameter of 0.001 to 20 탆, more preferably 0.01 to 15 탆, but is not limited thereto.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 집전체에 고정시키는 역할을 하는 것이다. 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The binder serves to attach the negative electrode active material particles to each other and to fix the negative electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include, but are not limited to, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide Polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon or the like may be used But is not limited thereto.
상기 용매는 N-메틸 피롤리돈, 아세톤 및 물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합용매를 사용하는 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않고 당해분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 사용 가능하다.The solvent may be any one selected from N-methylpyrrolidone, acetone, and water, or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto and can be used as long as it is commonly used in the art.
또한, 상기 음극활물질 조성물은 도전재를 더 포함하는 것일 수 있다.In addition, the negative electrode active material composition may further include a conductive material.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any material can be used as long as it does not cause any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, , Carbon-based materials such as carbon fibers; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.
상기 도전재의 함량은 음극활물질 조성물 중 1 ~ 90 중량%, 더욱 구체적으로 5 ~ 80 중량%를 포함하는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The content of the conductive material may be 1 to 90% by weight, more specifically 5 to 80% by weight, of the negative electrode active material composition, but is not limited thereto.
또한, 도전재의 평균입경은 0.001 ~ 100 ㎛, 더욱 구체적으로 0.01 ~ 80 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.The average particle diameter of the conductive material may be 0.001 to 100 탆, more specifically 0.01 to 80 탆, but is not limited thereto.
다음으로, 본 발명의 음극의 iii)양태는 집전체 상에 음극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층을 포함하는 전극-전해질 복합체인 것일 수 있다. 이때, 집전체 및 음극활물질은 앞서 설명한 바와 같으므로 더 이상의 설명은 생략한다.Next, an embodiment iii) of the negative electrode of the present invention may be an electrode-electrolyte complex including a composite active material layer containing a negative electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte on the current collector. At this time, since the current collector and the negative electrode active material are as described above, further explanation is omitted.
상기 가교 고분자 매트릭스는 겔 고분자 전해질에 사용된 고분자 매트릭스와 종류가 동일하거나 또는 상이한 것일 수 있으나, 밀착력 및 계면 접착력을 더욱 향상시키고, 이온 전도도를 더욱 향상시키기 위한 관점에서는 동일한 고분자 및 가교밀도를 이루는 것이 바람직하다. The crosslinked polymer matrix may be the same as or different from the polymer matrix used in the gel polymer electrolyte. However, from the viewpoint of further improving the adhesion and interfacial adhesion and further improving the ionic conductivity, the crosslinked polymer matrix has the same polymer and crosslinking density desirable.
상기 복합 활물질층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체가 개시제에 의해 광가교 또는 열가교 결합되어 가교 고분자 매트릭스를 이루는 것일 수 있다. The composite active material layer may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix.
따라서, 상기 복합 활물질층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체, 개시제, 음극 활물질, 액체전해질을 포함하는 복합 활물질 조성물을 집전체상에 코팅하고, 자외선 조사 또는 열을 가하여 가교시킴으로써 가교 고분자 매트릭스의 그물 구조 내에 음극활물질, 액체전해질 등이 균일하게 분포되는 것일 수 있으며, 용매의 증발 공정이 불필요한 것일 수 있다. 이때 코팅은 바코팅, 스핀코팅 등의 코팅방법 뿐만 아니라, 롤투롤 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅 및 스크린 프린팅 등의 프린팅 방법으로 코팅되어 연속적으로 생산이 가능하도록 하는 것일 수 있다.Accordingly, the composite active material layer may be formed by coating a current collector with a composite active material composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, a negative electrode active material, and a liquid electrolyte, and irradiating ultraviolet rays or applying heat thereto to crosslink the crosslinked polymer matrix The anode active material, the liquid electrolyte, and the like may be uniformly distributed, and the evaporation process of the solvent may be unnecessary. In this case, the coating may be a coating method such as bar coating or spin coating, but also a coating method such as roll-to-roll printing, ink-jet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing and screen printing to enable continuous production .
또는 상기 복합 활물질 조성물을 별도의 지지체상에 캐스팅한 다음, 이 지지체로부터 박리하여 얻은 필름을 상기 집전체 상에 라미네이션 하여 복합 활물질층이 형성된 음극을 제조하는 것일 수 있다. 복합 활물질층의 두께는 제한되는 것은 아니나 0.01 ~ 500 ㎛, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 200 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Alternatively, the composite active material composition may be cast on a separate support, and then a film obtained by peeling the support from the support may be laminated on the current collector to produce a negative electrode having a composite active material layer. The thickness of the composite active material layer is not limited, but may be 0.01 to 500 탆, more specifically 0.1 to 200 탆, but is not limited thereto.
상기 복합 활물질 조성물은 상기 양극에 사용된 조성과 동일하므로 추가의 설명은 생략한다.The composite active material composition is the same as that used for the positive electrode, and a further explanation will be omitted.
<분리막><Separation membrane>
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 양극 및 음극 사이에 하나 이상의 분리막을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 분리막은 기계적 강도를 향상시키기 위한 관점에서 사용되는 것일 수 있으며, 이온 전도도를 더욱 향상시키기 위하여 액체 전해질이 함침된 것일 수 있다. 또는 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 겔 고분자 전해질이 포함되는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the electrode assembly may further include at least one separator between the anode and the cathode. The separation membrane may be used from the viewpoint of improving the mechanical strength, or may be impregnated with a liquid electrolyte to further improve the ion conductivity. Or a gel polymer electrolyte including a crosslinked polymer matrix, a solvent, and a dissociable salt.
상기 분리막은 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 직포, 부직포 및 다공성막 등인 것일 수 있다. 또한 이들이 한층 또는 둘 이상이 적층된 다층막인 것일 수 있다. 분리막의 소재는 제한되지 않으나 구체적으로 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐, 폴리메틸펜텐, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌 및 이들의 공중합체 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물로 형성된 것일 수 있다. 또한 그 두께는 제한되지 않으며, 통상적으로 당업계에서 사용되는 범위인 1 ~ 1000 ㎛, 더욱 구체적으로 10 ~ 800 ㎛인 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The separation membrane can be used without limitation as long as it is conventionally used in the field. For example, it may be a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous film, or the like. They may be multilayer films formed by laminating one layer or two or more layers. The material of the separator is not particularly limited, but specific examples thereof include polyethylene, polypropylene, polybutylene, polypentene, polymethylpentene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, polyamide, polycarbonate, , Polyethersulfone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyethylene naphthalene, and copolymers thereof, and the like, or a mixture of two or more thereof. Further, the thickness is not limited, and may be 1 to 1000 mu m, more specifically, 10 to 800 mu m, which is generally used in the art, but is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에서, 이와 같이 분리막을 포함하는 경우는 상기 전극조립체는 양극 상에 분리막을 올린 후, 상기 겔 고분자 전해질 조성물을 도포하여 함침 및 경화하고, 그 위에 음극을 적층하여 제조된 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, in the case where the separation membrane is included, the electrode assembly may be one prepared by placing a separator on an anode, applying the gel polymer electrolyte composition, impregnating and curing the electrode, and laminating a cathode thereon But is not limited thereto.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 음극 및 양극 사이에 전해질층을 포함하여 양극과 음극이 전기적으로 단락되는 것을 방지하는 것일 수 있다. 상기 전해질층은 겔 고분자 전해질층일 수 있다. 또한, 상기 전해질층에는 기계적강도 향상을 위해 알루미나, 실리카 등의 무기입자들이 분산되어 존재할 수 있다. 또한 전해질층에는 상기의 분리막이 추가로 더 포함될 수 있다.In one aspect of the present invention, the electrode assembly may include an electrolyte layer between the cathode and the anode to prevent the anode and the cathode from being electrically short-circuited. The electrolyte layer may be a gel polymer electrolyte layer. In order to improve mechanical strength, inorganic particles such as alumina and silica may be dispersed in the electrolyte layer. The electrolyte layer may further include the above-described separation membrane.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 양극 및 음극에 사용되는 전해질이 서로 상이한 것일 수 있다. 즉, 전해질층을 이루는 성분 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조성이 서로 상이하거나, 또는 함량이 상이한 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly may be such that the electrolytes used for the anode and the cathode are different from each other. That is, any one or two or more of the components constituting the electrolyte layer may be different from each other, or the contents may be different.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 음극 및 양극 상에 서로 다른 조성으로 이루어지며 서로 대면되는 겔 고분자 전해질층을 더욱 포함하는 것일 수 있다. 즉, 서로 다른 조성으로 이루어진 이종(異種) 겔 고분자 전해질을 적어도 2개 이상 포함하는 것일 수 있으며, 각각의 겔 고분자 전해질은 양극 및 음극 상에 일체화된 것일 수 있다. 상기 겔 고분자 전해질에 의해 별도의 분리막을 필요로 하지 않는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrode assembly may further include a gel polymer electrolyte layer formed on the cathode and the anode in different compositions and facing each other. That is, they may include at least two or more heterogeneous gel polymer electrolytes having different compositions, and each of the gel polymer electrolytes may be integrated on the positive electrode and the negative electrode. The gel polymer electrolyte may not require a separate membrane.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 양극 상에 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 제 1 겔 고분자 전해질 층을 더 포함하고, 음극 상에 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 제 2 겔 고분자 전해질 층을 더 포함하며, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층은 서로 다른 조성으로 이루어지며, 서로 대면되는 것일 수 있다.In one aspect of the present invention, the electrode assembly further comprises a first gel polymer electrolyte layer comprising a polymeric matrix, a solvent and a dissociable salt on the anode, wherein the first gel polymer electrolyte layer comprises a polymeric matrix, a solvent and a dissociable salt And a second gel polymer electrolyte layer, wherein the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer have different compositions and may face each other.
상기‘서로 대면되는’것은 직접적으로 밀착되어 대면되거나, 또는 이격되어 대면되는 것을 포함한다. 또한, ‘서로 다른 조성’은 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층을 이루는 성분 중 어느 하나 또는 둘 이상의 성분의 종류가 상이하거나 또는 함량이 상이함을 의미한다. 더욱 좋게는 에너지 준위가 상이하거나, 용해도 파라미터가 상이한 조성인 것일 수 있다. The &quot; facing each other &quot; includes those which are directly in close contact with each other or face to face with each other. In addition, 'different composition' means that the kind of one or two or more components constituting the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer are different or have different contents. More preferably, the energy level may be different or the solubility parameter may be a different composition.
이와 같이, 이종(異種) 겔 고분자 전해질을 적어도 2개 이상 포함함으로써 양극 및 음극에 서로 상이한 화학조성을 가져 에너지 준위 또는 용해도 파라미터가 서로 상이한 겔 고분자 전해질층을 형성할 수 있으므로, 액체 전해질 성분이 서로 섞이지 않기 때문에 이종(異種) 전해질 층을 갖는 전지 제조가 가능하고, 넓은 범위의 전위창(potential window)을 갖는 전기화학소자를 제공할 수 있다. 또한, 양극에 접촉되는 겔 고분자 전해질 층 및 음극에 접촉되는 겔 고분자 전해질층이 서로 섞이지 않고 분리되어 이루어짐으로써, 서로 다른 종류의 기능성 첨가제를 첨가할 수 있으며, 기존 한 종류의 전해질층을 사용하는 경우에 비하여 산화/환원 안정성이 우수한 전기화학 소자를 제공할 수 있으며, 전기화학 소자의 수명 특성 등의 성능이 개선될 수 있다.By including at least two or more heterogeneous gel polymer electrolytes, the gel polymer electrolyte layer having different chemical compositions and having different energy levels or solubility parameters from each other can be formed on the positive and negative electrodes, so that the liquid electrolyte components are mixed with each other It is possible to manufacture a battery having a heterogeneous electrolyte layer and to provide an electrochemical device having a wide range of potential windows. In addition, since the gel polymer electrolyte layer in contact with the anode and the gel polymer electrolyte layer in contact with the cathode are separated from each other without mixing, functional additives of different kinds can be added. In the case of using an existing electrolyte layer The electrochemical device having excellent oxidation / reduction stability can be provided, and the performance such as lifetime characteristics of the electrochemical device can be improved.
더욱 구체적으로 각각의 전극(음극 및 양극)에 최적화된 전기화학 특성을 가지는 전해질로 구성되며, 각 전해질은 고분자 매트릭스에 의해 물리적 및 화학적으로 결합되어 각 겔 고분자 전해질층을 서로 합지하는 경우에도 액체 전해질 성분이 서로 섞이지 않는 전기화학 소자를 제공할 수 있다. 구체적으로, 음극에 접촉되는 겔 고분자 전해질은 환원전위가 낮고, 양극 쪽에 접촉되는 겔 고분자 전해질은 산화전위가 높은 고체전해질을 사용하여 넓은 전위창을 가지면서 부반응을 억제하고자 하며, 상기 각 겔 고분자 전해질 간의 용해도 파라미터가 서로 상이하여 섞이지 않는 전기화학 소자를 제공할 수 있다. 이와 같이 제조되는 경우는 추가의 액체 전해질 및 분리막을 필요로 하지 않으며, 겔 고분자 전해질을 사용함으로써 고체전해질을 사용하는 것에 비하여 전지의 충방전 효율 및 수명 특성이 더욱 우수한 전기화학 소자를 제공할 수 있다. 또한, 필요에 따라 분리막을 더 포함하여 전지의 내부 단락에 대한 안정성을 도모하고, 기계적인 물성을 향상시킨 전기화학 소자를 제공할 수 있다.More specifically, it is composed of an electrolyte having electrochemical characteristics optimized for each electrode (cathode and anode), and each electrolyte is physically and chemically bonded by a polymer matrix, so that even when each gel polymer electrolyte layer is joined to each other, It is possible to provide an electrochemical device in which components are not mixed with each other. Specifically, the gel polymer electrolyte which is in contact with the cathode has a low reduction potential and the gel polymer electrolyte which is in contact with the anode side has a wide potential window by using a solid electrolyte having a high oxidation potential, and suppresses side reactions. It is possible to provide an electrochemical device in which the solubility parameters are different from each other and do not mix. In this case, the liquid electrolyte and the separator are not required, and the use of the gel polymer electrolyte makes it possible to provide an electrochemical device having better charge / discharge efficiency and lifetime characteristics of the battery than a solid electrolyte. . In addition, it is possible to provide an electrochemical device including a separator according to need, which improves the stability of the internal short circuit of the battery and improves mechanical properties.
즉, 본 발명의 전극조립체의 일 양태는 양극 상에 제 1 겔 고분자 전해질이 코팅된 양극-전해질 결합체, 및 음극 상에 제 2 겔 고분자 전해질이 코팅된 음극-전해질 결합체를 포함하며, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질 은 서로 다른 조성으로 이루어지며, 서로 대면되는 것일 수 있다.That is, one embodiment of the electrode assembly of the present invention includes a cathode-electrolyte combination in which a first gel polymer electrolyte is coated on a cathode, and a cathode-electrolyte combination in which a second gel polymer electrolyte is coated on a cathode, The gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte may have different compositions and may face each other.
이때 상기 양극 및 음극은 각각 집전체만으로 이루어진 전극, 집전체 상에 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층이 코팅된 전극, 및 집전체 상에 전극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층이 코팅된 복합전극에서 선택되는 것일 수 있으며, 이에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.Here, the positive electrode and the negative electrode are each composed of an electrode composed only of a current collector, an electrode coated with an active material layer including an electrode active material and a binder on the current collector, and a composite active material including an electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte Layer may be selected from composite electrodes coated as described above.
상기 양극-전해질 결합체는 양극 및 제 1 겔 고분자 전해질층이 일체화 된 것을 의미한다. 이때, 상기 제 1 겔 고분자 전해질층은 한층으로 이루어지거나, 또는 2 이상의 층이 적층된 형태인 것일 수 있으며, 층수는 제한되지 않는다. 또한, 일체화 된 것은 서로 중첩되어 물리적으로 결합된 것을 의미하는 것으로, 제 1 겔 고분자 전해질층은 양극 상에 코팅되어 형성되는 것일 수 있으며, 코팅에 의해 양극 표면 및 기공 사이로 코팅액이 도포되어 더욱 균일하고, 밀접하게 형성될 수 있다. The anode-electrolyte combination means that the anode and the first gel polymer electrolyte layer are integrated. At this time, the first gel polymer electrolyte layer may be a single layer or a layer in which two or more layers are stacked, and the number of layers is not limited. The first gel polymer electrolyte layer may be formed by being coated on the anode. The first gel polymer electrolyte layer may be coated on the anode surface and the pores by the coating to be more uniform , Can be formed closely.
상기 제 1 겔 고분자 전해질 층은 제 1 겔 고분자 전해질 조성물이 양극 상에 롤투롤 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅 및 스크린 프린팅 등의 프린팅 방법으로 코팅되어 연속적으로 생산이 가능하도록 하는 것일 수 있다. 제 1 겔 고분자 전해질층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체가 개시제에 의해 광가교 또는 열가교 결합되어 가교 고분자 매트릭스를 이루는 것일 수 있다. 가교에 의해, 겔 고분자 전해질층의 기계적 강도 및 구조적 안정성이 향상되며, 앞서 설명된 양태의 양극과 결합되었을 때, 겔 고분자 전해질층과 양극 계면의 구조적 안정성이 더욱 향상될 수 있다.The first gel polymer electrolyte layer is formed by coating the first gel polymer electrolyte composition on the anode by a printing method such as roll-to-roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing, and screen printing so that the first gel polymer electrolyte composition can be continuously produced Lt; / RTI &gt; The first gel polymer electrolyte layer may be one in which a crosslinkable monomer and a derivative thereof are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix. The crosslinking improves the mechanical strength and structural stability of the gel polymer electrolyte layer, and when combined with the anode of the above-described embodiment, the structural stability of the gel polymer electrolyte layer and the anode interface can be further improved.
따라서 상기 제 1 겔 고분자 전해질층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체, 개시제 및 액체전해질을 포함하는 제 1 겔 고분자 전해질 조성물을 양극 상에 코팅하고, 자외선 조사 또는 열을 가하여 가교시킴으로써 가교 고분자 매트릭스의 그물 구조 내에 액체전해질 등이 균일하게 분포되는 것일 수 있으며, 용매의 증발 공정이 불필요한 것일 수 있다. 상기 제 1 겔 고분자 전해질 조성물은 프린팅 공정에 적합한 점도를 갖는 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면 25℃에서 브룩필드 점도계를 이용하여 측정된 점도가 0.1 ~ 10,000,000 cps, 더욱 좋게는 1.0 ~ 1,000,000 cps, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 100,000 cps인 것일 수 있으며, 상기 범위에서 프린팅 공정에 적용하기에 적절한 점도이므로 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.Accordingly, the first gel polymer electrolyte layer may be formed by coating a first gel polymer electrolyte composition comprising a crosslinkable monomer and a derivative thereof, an initiator, and a liquid electrolyte on a positive electrode, and crosslinking the polymer by applying ultraviolet light or heat, The liquid electrolyte and the like may be uniformly distributed in the liquid electrolyte, and the evaporation process of the solvent may be unnecessary. Preferably, the first gel polymer electrolyte composition has a viscosity suitable for the printing process. For example, the first gel polymer electrolyte composition may have a viscosity of 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, measured using a Brookfield viscometer at 25 ° C, More preferably from 1.0 to 100,000 cps, and is preferably within a range suitable for the printing process in the above range, but is not limited thereto.
상기 제 1 겔 고분자 전해질 조성물은 전체 조성물 100 중량% 중, 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체를 1 ~ 50 중량%, 구체적으로 2 ~ 40 중량%로 포함되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 개시제는 0.01 ~ 50 중량%, 구체적으로 0.01 ~ 20 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 10 중량%인 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 액체전해질은 1 ~ 95 중량%, 구체적으로 1 ~ 90 중량%, 더욱 구체적으로 2 ~ 80 중량%로 포함되는 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. The first gel polymer electrolyte composition may include, but is not limited to, 1 to 50% by weight, specifically 2 to 40% by weight, of the crosslinkable monomer and the derivative thereof in 100% by weight of the total composition. The initiator may be 0.01 to 50 wt%, specifically 0.01 to 20 wt%, more specifically 0.1 to 10 wt%, but is not limited thereto. The liquid electrolyte may be contained in an amount of 1 to 95% by weight, specifically 1 to 90% by weight, more specifically 2 to 80% by weight, but is not limited thereto.
가교 가능한 단량체 및 이의 유도체, 개시제 및 액체전해질의 종류는 앞서 복합 활물질 조성물에서 설명된 바와 같으므로 반복 설명을 생략한다. 또한, 제 1 겔 고분자 전해질 조성물에 사용되는 단량체는 복합 활물질 조성물에 사용된 단량체와 동일 또는 상이한 조성으로 이루어진 것일 수 있다. 더욱 좋게는 동일한 단량체를 사용하여 밀착력을 더욱 향상시키는 것일 수 있다.The types of the crosslinkable monomer and its derivatives, the initiator and the liquid electrolyte are the same as those described above in the complex active material composition, and therefore, the repeated explanation is omitted. In addition, the monomer used in the first gel polymer electrolyte composition may be the same or different from the monomer used in the composite active material composition. And more preferably by using the same monomers to further improve adhesion.
또한, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층의 고분자 매트릭스는 선형 고분자를 더 포함하여 반 상호 침투 망상(semi-IPN) 구조인 것일 수 있다. 이 경우 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 양극-전해질 결합체는 우수한 유연성을 가지며, 전지로 사용 시 굽힘 등의 응력에 강한 저항성을 보여 성능 저하 없이 정상적으로 전지를 구동할 수 있다. 따라서 플렉서블 전지 등에 적용이 가능해진다.Also, the polymer matrix of the first gel polymer electrolyte layer may be a semi-interpenetrating semi-IPN structure including a linear polymer. In this case, the first gel polymer electrolyte layer and the anode-electrolyte combination have excellent flexibility and are resistant to stresses such as bending when used as a battery, so that the battery can be normally driven without deteriorating performance. Therefore, the present invention can be applied to a flexible battery or the like.
상기 선형 고분자는 상기 가교 가능한 단량체와 혼합이 용이하고, 액체 전해질을 함침시킬 수 있는 고분자라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Poly(vinylidene fluoride), PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌(Poy(vinylidene fluoride)-co-hexafluoropropylene, PVdF-co-HFP), 폴리메틸메타아크릴레이트 (Polymethylmethacryalte, PMMA), 폴리스티렌 (Polystyrene, PS), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacetate, PVA), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide, PEO) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 조합일 수 있으며, 반드시 이에 한정된 것은 아니다. The linear polymer is not limited as long as it is easy to mix with the crosslinkable monomer and can impregnate the liquid electrolyte. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride (PVI), co-hexafluoropropylene (PVDF-co-HFP) Or one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene (PS), polyvinylacetate (PVA), polyacrylonitrile (PAN) and polyethylene oxide May be a combination of two or more, but is not limited thereto.
상기 선형 고분자는 상기 가교 고분자 매트릭스 중량에 대하여 1 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 구체적으로 1 내지 80 중량%, 1 내지 70 중량%, 1 내지 60 중량%, 1 내지 50 중량%, 1 내지 40 중량%, 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 즉, 상기 고분자 매트릭스가 반 상호 침투 망상(semi-IPN) 구조인 경우, 상기 가교 가능한 고분자와 상기 선형 고분자는 99 : 1 내지 10 : 90 중량비의 범위로 포함될 수 있다. 상기 선형 고분자가 상기 범위로 포함될 경우, 상기 가교 고분자 매트릭스는 적절한 기계적 강도를 유지하면서 유연성을 확보할 수 있다. 이에 따라, 플렉서블 전지에 적용하였을 때 다양한 외력에 의한 형태 변형에도 안정적인 전지 성능을 구현할 수 있고 전지의 형태 변형으로부터 유발될 수 있는 전지 발화, 폭발 등의 위험을 억제시킬 수 있다.The linear polymer may be contained in an amount of 1 to 90% by weight based on the weight of the crosslinked polymer matrix. 1 to 80% by weight, 1 to 70% by weight, 1 to 60% by weight, 1 to 50% by weight, 1 to 40% by weight and 1 to 30% by weight. That is, when the polymer matrix is a semi-interpenetrating network (semi-IPN) structure, the cross-linkable polymer and the linear polymer may be contained in a weight ratio of 99: 1 to 10:90. When the linear polymer is included in the above range, the crosslinked polymer matrix can secure flexibility while maintaining proper mechanical strength. Accordingly, when applied to a flexible battery, it is possible to realize stable battery performance even when deformed by various external forces, and it is possible to suppress the risk of battery ignition and explosion which may be caused by the shape deformation of the battery.
또한, 제 1 겔 고분자 전해질 조성물은 필요에 따라 무기입자를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 무기 입자는 상기 제 1 겔 고분자 전해질 조성물의 점도 등 유변학적 특성을 제어함으로써 프린팅이 가능하도록 할 수 있다. 상기 무기 입자는 전해질의 이온전도도를 향상시키고 기계적인 강도를 향상시키기 위하여 사용될 수 있으며, 다공성 입자인 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 금속산화물, 탄소산화물, 탄소계 재료 및 유무기복합체 등이 사용될 수 있으며, 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용하는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 예를 들면, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, 및 SiC 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 제한되는 것은 아니나 상기 무기입자를 사용함으로써, 유기 용매와 친화성이 높을 뿐 아니라 열적으로도 매우 안정하여 전기화학 소자의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. In addition, the first gel polymer electrolyte composition may further contain inorganic particles as required. The inorganic particles can be printed by controlling the rheological properties such as viscosity of the first gel polymer electrolyte composition. The inorganic particles may be used to improve ionic conductivity of the electrolyte and improve mechanical strength, but may be porous particles, but are not limited thereto. For example, metal oxides, carbon oxides, carbon-based materials and organic-inorganic complexes may be used, and they may be used singly or in combination of two or more. More specifically, for example, SiO 2 , 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 , SrTiO 3 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, NiO, CaO, ZnO, ZrO 2 , SiC, and the like. By using the inorganic particles, though not limited thereto, not only the affinity with the organic solvent is high but also the thermal stability is very high, so that the thermal stability of the electrochemical device can be improved.
상기 무기 입자의 평균 직경은 제한되는 것은 아니나 0.001㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 구체적으로 0.1 내지 10㎛, 더욱 구체적으로 0.1 내지 5㎛인 것일 수 있다. 상기 무기입자의 평균 직경이 상기 범위를 만족할 경우 전기화학소자의 우수한 기계적 강도 및 안정성을 구현할 수 있다.The average diameter of the inorganic particles is not limited, but may be 0.001 탆 to 10 탆. Specifically 0.1 to 10 탆, more specifically 0.1 to 5 탆. When the average diameter of the inorganic particles satisfies the above range, excellent mechanical strength and stability of the electrochemical device can be realized.
상기 제 1 겔 고분자 전해질 조성물 중 상기 무기 입자의 함량이 1 ~ 50 중량%, 더욱 구체적으로 5 ~ 40 중량%, 더욱 구체적으로 10 ~ 30 중량%로 포함되는 것일 수 있으며, 앞서 설명된 점도 범위인 0.1 ~ 10,000,000 cps, 더욱 좋게는 1.0 ~ 1,000,000 cps, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 100,000 cps를 만족하는 함량으로 사용되는 것일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.The content of the inorganic particles in the first gel polymer electrolyte composition may be from 1 to 50% by weight, more specifically from 5 to 40% by weight, and more specifically from 10 to 30% by weight, But is not limited to, 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, and even more preferably 1.0 to 100,000 cps.
또한, 제 1 겔 고분자 전해질 조성물은 필요에 따라 난연제를 더 포함하거나, 숙시노니트릴(succinonitrile) 및 세바코니트릴(sebaconitrile)에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 양극발열 억제제를 더 포함하는 것일 수 있다. 그 함량은 제 1 겔 고분자 전해질 조성물 중 0.01 ~ 10 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 10 중량%의 범위로 사용하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.Further, the first gel polymer electrolyte composition may further include a flame retardant agent as the case requires, or may further include a positive-electrode thermal inhibitor which is any one selected from succinonitrile and sebaconitrile or a mixture thereof. have. The content may be 0.01 to 10% by weight, more specifically 0.1 to 10% by weight, based on the weight of the first gel polymer electrolyte composition, but is not limited thereto.
상기 난연제는 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 포스페이트계 난연제라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 그 함량은 제 1 겔 고분자 전해질 조성물 중 0.01 ~ 10 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 10 중량%의 범위로 사용하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The flame retardant may be used without limitation as long as it is a phosphate-based flame retardant conventionally used in the field. The content of the flame retardant is in the range of 0.01 to 10% by weight, more specifically 0.1 to 10% by weight in the first gel polymer electrolyte composition But is not limited thereto.
상기 제 1 겔 고분자 전해질 층의 두께는 0.01㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 구체적으로 5 내지 100㎛일 수 있다. 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층의 두께가 상기 범위를 만족할 경우 전기 화학 소자의 성능을 향상시키면서 제조과정의 용이성을 도모할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the first gel polymer electrolyte layer may be 0.01 탆 to 500 탆. Specifically, it may be 5 to 100 mu m. When the thickness of the first gel polymer electrolyte layer satisfies the above range, the performance of the electrochemical device can be improved while facilitating the manufacturing process. However, the present invention is not limited thereto.
또한, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층은 표면에서 양극 쪽으로 갈수록 가교밀도가 낮아지는 구배가 형성되는 것일 수 있다. 가교밀도 구배를 형성함으로써 충방전사이클이 더욱 향상되는 효과가 있다. 또한, 가교밀도가 높아지게 되면 기계적강도 및 구조안정성은 향상되나, 치밀한 고분자 구조로 인해 겔 고분자 전해질의 이온전도도가 하락될 수 있으나, 가교밀도 구배를 형성하는 경우 이러한 Trade-off 즉, 기계적강도 및 구조안정성뿐만 아니라 이온전도도 문제를 해결할 수 있다.In addition, the first gel polymer electrolyte layer may have a gradient in which the cross-linking density decreases from the surface toward the anode. By forming a cross-link density gradient, there is an effect that the charge-discharge cycle is further improved. When the cross-linking density is increased, the mechanical strength and the structural stability are improved. However, ionic conductivity of the gel polymer electrolyte may be lowered due to the dense polymer structure. However, in the case of forming a cross-link density gradient, Stability and ionic conductivity can be solved.
본 발명의 일 양태에서, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층은 2 이상의 층을 포함하는 다층구조로 이루어진 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 제1층 및 제2층을 포함하는 2층 구조이거나, 3층으로 이루어진 것일 수 있으며, 그 층의 개수는 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the first gel polyelectrolyte layer may have a multi-layer structure including at least two layers. More specifically, a two-layer structure including a first layer and a second layer, or a three-layer structure, and the number of the layers is not limited.
이때, 상기 2 이상의 층들은 서로 동일하거나 또는 상이한 조성으로 이루어진 것일 수 있다. 더욱 구체적으로는 양극에 직접 대면되는 제1층은 제2층에 비하여 가교밀도 또는 염의 농도를 달리한 구배가 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 제2층이 제1층에 비하여 가교밀도가 더욱 높거나 또는 염의 농도가 더욱 높도록 하는 것일 수 있다. 이와 같이 구배를 형성하는 경우 이온전도도를 더욱 높이고, 부반응을 억제할 수 있으므로 더욱 바람직하다.At this time, the two or more layers may be the same or different from each other. More specifically, the first layer facing directly to the anode may have a gradient in which the crosslinking density or the concentration of the salt is different from that of the second layer. Specifically, the second layer may have a higher crosslink density or a higher salt concentration than the first layer. When such a gradient is formed, the ion conductivity can be further increased and the side reaction can be suppressed, which is more preferable.
또한 필요에 따라, 2 이상의 제 1 겔 고분자 전해질 층 사이에 분리막을 더 포함하는 것일 수 있다.Further, if necessary, it may further comprise a separation membrane between two or more first gel polymer electrolyte layers.
본 발명의 일 양태에서, 음극-전해질 결합체는 음극 및 제 2 겔 고분자 전해질층이 일체화 된 것을 의미한다. 음극 및 제 2 겔 고분자 전해질 층은 분리되어 있을 수 있거나, 또는 제 2 겔 고분자 전해질 층의 일부 또는 전부가 음극에 침투되어 일체화된 것일 수 있다. 이때, 상기 제 2 겔 고분자 전해질층은 한층으로 이루어지거나, 2 이상의 층이 적층된 형태인 것일 수 있으며, 층수는 제한되지 않는다. 또한, 일체화 된 것은 서로 중첩되어 물리적으로 결합된 것을 의미하는 것으로, 제 2 겔 고분자 전해질층은 음극 상에 코팅되어 형성되는 것일 수 있으며, 코팅에 의해 음극 표면 및 기공 사이로 코팅액이 도포되어 더욱 균일하고, 밀접하게 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the negative electrode-electrolyte complex means that the negative electrode and the second gel polymer electrolyte layer are integrated. The cathode and the second gel polymer electrolyte layer may be separated or a part or all of the second gel polyelectrolyte layer may be integrated into the cathode by being integrated. At this time, the second gel polymer electrolyte layer may be a single layer or a layer in which two or more layers are stacked, and the number of layers is not limited. The second gel polymer electrolyte layer may be formed by coating on the negative electrode, and the coating liquid may be applied to the surface of the negative electrode and the pores by coating so as to be more uniform , Can be formed closely.
상기 제 2 겔 고분자 전해질 층은 제 2 겔 고분자 전해질 조성물이 음극 상에 롤투롤 프린팅, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅 및 스크린 프린팅 등의 프린팅 방법으로 코팅되어 연속적으로 생산이 가능하도록 하는 것일 수 있다.The second gel polymer electrolyte layer is formed by coating the second gel polymer electrolyte composition on a cathode by a printing method such as roll-to-roll printing, inkjet printing, gravure printing, gravure offset, aerosol printing and screen printing, Lt; / RTI &gt;
제 2 겔 고분자 전해질 층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체가 개시제에 의해 광가교 또는 열가교 결합되어 가교 고분자 매트릭스를 이루는 것일 수 있다. 가교에 의해, 겔 고분자 전해질층의 기계적 강도 및 구조적 안정성이 향상되고, 상기 예시된 양태의 음극과 결합되었을 때, 겔 고분자 전해질층과 음극 계면의 구조적 안정성이 더욱 향상된다.The second gel polymer electrolyte layer may be one in which a crosslinkable monomer and its derivative are photo-crosslinked or thermally crosslinked by an initiator to form a crosslinked polymer matrix. By the crosslinking, the mechanical strength and structural stability of the gel polymer electrolyte layer are improved, and when combined with the negative electrode of the above-described embodiment, the structural stability of the gel polymer electrolyte layer and the negative electrode interface is further improved.
따라서 상기 제 2 겔 고분자 전해질층은 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체, 개시제 및 액체전해질을 포함하는 제 2 겔 고분자 전해질 조성물을 음극 상에 코팅하고, 자외선 조사 또는 열을 가하여 가교시킴으로써 가교 고분자 매트릭스의 그물 구조 내에 액체전해질 등이 균일하게 분포되는 것일 수 있으며, 용매의 증발 공정이 불필요한 것일 수 있다. 상기 제 2 겔 고분자 전해질 조성물은 프린팅 공정에 적합한 점도를 갖는 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면 25℃에서 브룩필드 점도계를 이용하여 측정된 점도가 0.1 ~ 10,000,000 cps, 더욱 좋게는 1.0 ~ 1,000,000 cps, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 100,000 인 것일 수 있으며, 상기 범위에서 프린트 공정에 적합할 수 있는 점도가 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.Therefore, the second gel polymer electrolyte layer may be formed by coating a second gel polymer electrolyte composition comprising a crosslinkable monomer and its derivative, an initiator, and a liquid electrolyte on a negative electrode, and crosslinking the polymer by applying ultraviolet light or heat, The liquid electrolyte and the like may be uniformly distributed in the liquid electrolyte, and the evaporation process of the solvent may be unnecessary. The second gel polymer electrolyte composition preferably has a viscosity suitable for the printing process. Specifically, the viscosity of the second gel polymer electrolyte composition measured using a Brookfield viscometer at 25 ° C is 0.1 to 10,000,000 cps, more preferably 1.0 to 1,000,000 cps, More preferably 1.0 to 100,000, and a viscosity suitable for the printing process in the above range is preferable, but not limited thereto.
상기 제 2 겔 고분자 전해질 조성물 중 가교 가능한 단량체 및 이의 유도체, 개시제, 액체전해질 및 무기 입자의 종류 및 함량에 대해서는 앞서 상기 제 1 겔 고분자 전해질 조성물에서 설명한 바와 동일하므로 추가의 설명을 생략한다.The kind and content of the crosslinkable monomer and the derivative thereof, the initiator, the liquid electrolyte and the inorganic particles in the second gel polymer electrolyte composition are the same as those described above in the first gel polymer electrolyte composition, and further explanation is omitted.
다만, 양극과는 달리 음극에 필요한 기능성 첨가제를 포함하는 것일 수 있으며, 제 2 겔 고분자 전해질 조성물은 필요에 따라 난연제를 더 포함하거나, 비닐렌 카보네이트, 불화에틸렌 카보네이트 및 카테콜 카보네이트에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 SEI층 안정화제를 더 포함하는 것일 수 있다. 비닐렌 카보네이트(VC)는 최초 충전과정에서 안정한 SEI층을 형성하고, 탄소 층상 구조의 박리 또는 전해질과의 직접 반응을 억제함으로써 전지의 충방전 수명을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다. 상기 기능성 첨가제의 함량은 제 1 겔 고분자 전해질 조성물 중 0.01 ~ 30 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 10 중량%의 범위로 사용하는 것일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. However, unlike the positive electrode, the second gel polymer electrolyte composition may contain a functional additive necessary for the negative electrode. The second gel polymer electrolyte composition may further contain a flame retardant if necessary, or may be any one selected from vinylene carbonate, ethylene carbonate carbonate and catechol carbonate Or a mixture thereof. &Lt; Desc / Clms Page number 7 &gt; Vinylene carbonate (VC) can be used to improve the charge / discharge life of a battery by forming a stable SEI layer in the initial charging process and suppressing the peeling of the carbon layer structure or direct reaction with the electrolyte. The content of the functional additive may be 0.01 to 30% by weight, more specifically 0.1 to 10% by weight, based on the weight of the first gel polymer electrolyte composition, but is not limited thereto.
상기 제 2 겔 고분자 전해질 층의 두께는 0.01㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 구체적으로 1 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 50㎛일 수 있다. 상기 제 2 겔 고분자 전해질 층의 두께가 상기 범위를 만족할 경우 전기 화학 소자의 성능을 향상시키면서 제조과정의 용이성을 도모할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The thickness of the second gel polymer electrolyte layer may be 0.01 탆 to 500 탆. Specifically 1 to 100 mu m, and more preferably 5 to 50 mu m. When the thickness of the second gel polyelectrolyte layer satisfies the above range, the performance of the electrochemical device can be improved while facilitating the manufacturing process. However, the present invention is not limited thereto.
또한, 상기 제 2 겔 고분자 전해질 층은 표면에서 양극 쪽으로 갈수록 가교밀도가 낮아지는 구배가 형성되는 것일 수 있다.In addition, the second gel polymer electrolyte layer may have a gradient in which the cross-linking density decreases from the surface toward the anode.
본 발명의 일 양태에서, 상기 제 2 겔 고분자 전해질 층은 2 이상의 층을 포함하는 다층구조로 이루어진 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 2층 구조이거나, 3층으로 이루어진 것일 수 있으며, 그 층의 개수는 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the second gel polyelectrolyte layer may have a multi-layered structure including at least two layers. More specifically, it may be a two-layer structure or three-layer structure, and the number of the layers is not limited.
이때, 상기 2 이상의 층들은 서로 동일하거나 또는 상이한 조성으로 이루어진 것일 수 있다. 더욱 구체적으로는 음극에 직접 대면되는 제1층은, 제1층에 대면되는 제2층에 대하여 가교밀도 또는 염의 농도를 달리한 구배가 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 제2층이 제1층에 비하여 가교밀도가 더욱 높거나 또는 염의 농도가 더욱 높도록 하는 것일 수 있다. 이와 같이 구배를 형성하는 경우 이온전도도를 더욱 높이고, 부반응을 억제할 수 있으므로 더욱 바람직하다.At this time, the two or more layers may be the same or different from each other. More specifically, the first layer facing directly to the negative electrode may be formed with a gradient in which the crosslinking density or the concentration of the salt is different from that of the second layer facing the first layer. Specifically, the second layer may have a higher crosslink density or a higher salt concentration than the first layer. When such a gradient is formed, the ion conductivity can be further increased and the side reaction can be suppressed, which is more preferable.
또한 본 발명에서 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층은 서로 다른 조성으로 이루어지는데 특징이 있다.In the present invention, the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer have different compositions.
더욱 구체적으로는 가교 고분자의 종류를 달리 사용하거나, 유기용매의 종류를 달리 사용하거나, 해리 가능한 염의 종류를 달리 사용하거나, 또는 기능성 첨가제를 첨가하거나, 또는 조성을 달리함으로써 서로 상이한 에너지 준위를 갖도록 할 수 있다. 이에 따라 넓은 범위의 전위창(potential window)을 제공할 수 있다. 더욱 구체적으로, 양극에 결합된 제 1 겔 고분자 전해질 층은 높은 HOMO(Highest occupied molecular orbital) 에너지준위를 갖도록 조성을 하고, 음극에 결합된 제 2 겔 고분자 전해질 층은 낮은 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 에너지준위를 갖도록 조성을 함으로써 부반응 없이도 넓은 범위의 전위창을 제공할 수 있다.More specifically, different kinds of crosslinking polymers may be used, different types of organic solvents may be used, different kinds of dissociable salts may be used, functional additives may be added, or different compositions may be used so as to have different energy levels have. Thereby providing a wide range of potential windows. More specifically, the first gel polymer electrolyte layer coupled to the anode is configured to have a high HOMO (high occupied molecular orbital) energy level and the second gel polymer electrolyte layer coupled to the cathode has a low LUMO (Lowest unoccupied molecular orbital) energy It is possible to provide a wide range of potential windows without side reactions.
더욱 구체적으로 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 것일 수 있다.More specifically, it may satisfy the following formulas (1) and (2).
|Ce| < |CEH| [식 1]| C e | <| CE H | [Formula 1]
|Ae| < |AEL| [식 2]| A e | <| AE L | [Formula 2]
상기 식 1 및 2에서 Ce는 양극 활물질의 에너지 준위이고, Ae는 음극 활물질의 에너지 준위이며, CEH는 제 1 겔 고분자 전해질 층의 HOMO의 에너지 준위이고, AEL는 제 2 겔 고분자 전해질 층의 LUMO의 에너지 준위이다.And C e is the energy level of the positive electrode active material in the above formula 1 and 2, A e is the energy level of the negative electrode active material, CE H is a first of a HOMO energy level of the gel polymer electrolyte layer, AE L is the second gel polymer electrolyte The energy level of the LUMO of the layer.
또한, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층은 에너지 준위 차이가 0.01 eV 이상인 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 0.01 ~ 7 eV인 것일 수 있다.The first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may have an energy level difference of 0.01 eV or more. More specifically, it may be 0.01 to 7 eV.
HOMO의 에너지준위는 전자가 결합에 참여할 수 있는 가장 높은 에너지를 가지는 분자 오비탈이고, LUMO의 에너지준위는 전자의 비결합 영역에서 가장 에너지가 낮을 때의 분자 오비탈을 나타낸다. HOMO 및 LUMO 에너지준위는 양자역학에 근간을 둔 모든 방법을 이용해서 계산할 수 있으며, 대표적인 방법으로는 밀도함수이론 (density functional theory, DFT) 및 압이니시오 (ab initio) 분자궤도법이 있다.The energy level of the HOMO is the molecular orbitals with the highest energy at which electrons can participate in binding, and the energy level of LUMO represents the molecular orbital at the lowest energy in the unconjugated region of electrons. HOMO and LUMO energy levels can be calculated using all the methods based on quantum mechanics. Typical methods are density functional theory (DFT) and ab initio molecular orbital method.
상기 에너지 준위는 염의 종류, 염의 농도 및 용매의 종류에 따라 변경될 수 있다.The energy level can be changed depending on the kind of the salt, the concentration of the salt and the kind of the solvent.
또한, 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층에 사용된 액체 전해질이 서로 섞이지 않도록 하기 위하여, 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층은 용해도 파라미터(solubility parameter)가 서로 상이한 조성으로 이루어지는 것이 바람직하다.In order to prevent the liquid electrolyte used in the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer from intermixing, the solubility parameters of the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer are different from each other .
더욱 구체적으로, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층은 용해도 파라미터 차이가 0.1 MPa1/2이상, 더욱 구체적으로 0.1 ~ 20 MPa1/2, 더욱 좋게는 1 ~ 20 MPa1/2, 더욱 좋게는 2 ~ 20 MPa1/2 차이가 나는 것이 바람직하다. More specifically, the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer have a solubility parameter difference of 0.1 MPa 1/2 or more, more specifically 0.1 to 20 MPa 1/2 , more preferably 1 to 20 MPa 1 / 2 , more preferably 2 to 20 MPa &lt; 1/2 &gt;.
상기 용해도 파라미터는 액체 전해질에 사용되는 유기용매에 의해서 달라지는 것일 수 있다.The solubility parameter may vary depending on the organic solvent used in the liquid electrolyte.
상기 용해도 파라미터는 서로 비상용성임을 나타내기 위한 선정 기준으로서, Charles M. Hansen의 저서 (Charles M. Hansen, "Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook, 2nd Edition", 2nd Ed, CRC Press, 2007)에 기재된 방법에 따라 계산될 수 있다. The above solubility parameters are used as selection criteria to indicate that the solubility parameters are mutually non-useful, as described in Charles M. Hansen's book (Hansen Solubility Parameters: A User's Handbook, 2nd Edition, 2nd Ed, CRC Press, 2007) Can be calculated according to the method.
상기 관점에서 상기 제1겔 고분자 전해질 층은 용매로 카보네이트계 유기용매를 포함하고, 제2겔 고분자 전해질 층은 유기용매로 에테르계 유기용매를 포함하는 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 카보네이트계 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC) 및 부틸렌 카보네이트(BC)에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 에틸렌 카보네이드, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트 및 에틸메틸 카보네이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다. In this regard, the first gel polymer electrolyte layer may include a carbonate-based organic solvent as a solvent, and the second gel polymer electrolyte layer may include an ether organic solvent as an organic solvent. More specifically, the carbonate-based solvent may be at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate And may be any one or a mixture of two or more selected from carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC). More specifically, it may be any one or a mixture of two or more selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
상기 에테르계 용매는 디메틸 에테르, 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란 및 테트라히드로퓨란에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있다.The ether solvent may be any one or a mixture of two or more selected from dimethyl ether, dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran and tetrahydrofuran.
또한, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층의 염의 농도를 달리한 것일 수 있으며, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 층 및 제 2 겔 고분자 전해질 층 중 적어도 한층은 염의 농도가 2 몰 이상인 것일 수 있다. 더욱 좋게는 음극에 적층되는 제 2 겔 고분자 전해질 층의 염의 농도가 제 1 겔 고분자 전해질 층의 염의 농도보다 높은 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로 제 1 겔 고분자 전해질 층의 염의 농도는 0.1 ~ 2.5 몰이고, 제 2 겔 고분자 전해질 층의 염의 농도가 2몰 이상, 더욱 구체적으로 3 ~ 10 몰인 것일 수 있다. 제 2 겔 고분자 전해질 층의 염의 농도가 고농도일 경우 환원전위가 더 낮아지게 되어, 제 1 겔 고분자 전해질층과 제 2 겔 고분자 전해질층의 에너지 준위 차이가 더 넓어지게 될 수 있다. 또한 염의 농도가 높아질수록 cohesive energy가 증가 하게 되어, 제1 겔 고분자 전해질층과 제2 겔 고분자 전해질층의 용해도 파라미터 차이가 커지게 될 수 있다.The concentration of the salt of the first gel polymer electrolyte layer and that of the second gel polymer electrolyte layer may be different from each other, and at least one of the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may have a salt concentration of 2 moles or more Lt; / RTI &gt; More preferably, the salt concentration of the second gel polymer electrolyte layer deposited on the cathode is higher than the salt concentration of the first gel polymer electrolyte layer. More specifically, the salt concentration of the first gel polymer electrolyte layer is 0.1 to 2.5 moles , And the concentration of the salt of the second gel polymer electrolyte layer may be 2 moles or more, more specifically 3 to 10 moles. When the salt concentration of the second gel polymer electrolyte layer is high, the reduction potential becomes lower, and the difference in energy level between the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may be widened. Also, as the concentration of the salt increases, the cohesive energy increases, and the solubility parameter difference between the first gel polymer electrolyte layer and the second gel polymer electrolyte layer may increase.
이때 상기 제 1 겔 고분자 전해질과 제 2 겔 고분자 전해질이 동일한 용매 및 동일한 염을 사용하고 단지 염의 농도만 다르게 하는 경우에도 에너지 준위 또는 용해도 파라미터가 달라질 수 있다.In this case, the energy level or the solubility parameter may be changed even when the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte use the same solvent and the same salt and only the concentration of the salt is different.
일반적으로 사용되는 1몰의 염을 포함하는 액체전해질은, 용매화에 참여하지 않는 자유 상태의 용매 분자가 다수 존재하며, 상기 용매화에 참여하지 않는 용매 분자는 전기화학적으로 분해되기 쉬워 전지의 수명 특성 저하를 초래한다. 반면에, 본 발명은 2몰 이상의 고농도 액체전해질을 사용하므로, 염의 농도가 높아 대부분의 용매가 용매화(solvation)에 참여하게 되며, 용매화에 참여하지 않는 자유 상태의 용매 분자가 거의 존재하지 않게 되며, 이에 따라 전지의 수명 특성 향상을 도모할 수 있다. A liquid electrolyte containing one mole of a salt generally used has a large number of free solvent molecules which do not participate in solvation and solvent molecules not participating in the solvation are easily decomposed electrochemically, Resulting in property degradation. On the other hand, since the present invention uses two or more moles of high-concentration liquid electrolyte, most of the solvent participates in the solvation due to the high concentration of the salt, and there is almost no free solvent molecule not participating in solvation Thereby improving the lifetime characteristics of the battery.
이하는 도 11 내지 도 15를 참고하여 본 발명의 전극조립체(100)의 일 양태에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다. 상기 도 11 내지 도 15는 본 발명의 전극조립체의 일 양태를 도시한 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, one embodiment of the electrode assembly 100 of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 11 to 15. FIG. 11 to 15 illustrate an embodiment of the electrode assembly of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
먼저, 본 발명의 전극조립체의 일 양태인 양극 및 음극을 하나의 세트로 하는 양태에 대하여 도 11을 참고하여 더욱 구체적으로 설명한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극조립체(100)는 양극 집전체(11)상에 양극 활물질층(12)이 적층된 양극(10) 및 음극 집전체(21)로 이루어진 음극(20)을 포함하며, 양극 및 음극 사이에 전해질층(50)을 포함하는 것일 수 있다. 양극 집전체(11) 및 음극 집전체(21)는 앞서 설명한 바와 같으며, 상기 양극 활물질층(12)은 양극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층 또는 양극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층으로 이루어진 것일 수 있다. First, an embodiment in which the positive electrode and the negative electrode, which are one embodiment of the electrode assembly of the present invention, are set as one set will be described more specifically with reference to FIG. 11, the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode collector 11 and a negative electrode 20 ), And may include an electrolyte layer 50 between the anode and the cathode. The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 21 are as described above, and the positive electrode active material layer 12 includes an active material layer or a positive electrode active material including a positive electrode active material and a binder, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte Or a composite active material layer.
또한, 상기 양극 상에 앞서 설명한 바와 같이 제 1 겔 고분자 전해질 층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화 되는 것일 수 있으며, 상기 음극 상에 제 2 겔 고분자 전해질층이 적층되는 것일 수 있다. In addition, the first gel polymer electrolyte layer may be laminated on the anode, partially or wholly impregnated with the second gel polymer electrolyte layer, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode.
상기 전해질층(50)은 액상의 전해질 또는 겔 고분자 전해질층인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 도시되지 않았지만 상기 전해질층(50)과 음극(20) 사이 및 상기 전해질층(50)과 양극(10) 사이에서 선택되는 어느 하나 또는 모두에 하나 이상의 분리막을 더 포함하는 것일 수 있다.The electrolyte layer 50 may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte layer, but is not limited thereto. And may further include at least one separator at any one or both of the electrolyte layer 50 and the cathode 20 and between the electrolyte layer 50 and the anode 10 though not shown.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극조립체(100)는 양극 집전체(11)상에 양극 활물질층(12)이 적층된 양극(10), 음극 집전체(21)로 이루어진 음극(20) 및 분리막(30)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 양극 집전체(11), 음극 집전체(21) 및 분리막(30)은 앞서 설명한 바와 같으며, 상기 양극 활물질층(12)은 양극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층 또는 양극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층으로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 상기 양극 상에 앞서 설명한 바와 같이 제 1 겔 고분자 전해질 층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화 되는 것일 수 있으며, 상기 음극 상에 제 2 겔 고분자 전해질층이 적층되는 것일 수 있다. 12, the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode collector 11, a negative electrode 20 comprising a negative electrode collector 21, And a separator 30 as shown in Fig. The positive electrode current collector 11, the negative electrode current collector 21 and the separator 30 are as described above. The positive electrode active material layer 12 includes an active material layer or a positive electrode active material including a positive electrode active material and a binder, And a composite electrolyte containing a liquid electrolyte. In addition, the first gel polymer electrolyte layer may be laminated on the anode, partially or wholly impregnated with the second gel polymer electrolyte layer, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode.
또한 도시되지 않았지만 상기 분리막은 전해질이 함침된 것일 수 있다. 상기 전해질은 액상의 전해질 또는 겔 고분자 전해질인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. Also, although not shown, the separator may be impregnated with an electrolyte. The electrolyte may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, but is not limited thereto.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극조립체(100)는 양극 집전체(11)상에 양극 활물질층(12)이 적층된 양극(10) 및 음극 집전체(21)상에 음극 활물질층(22)이 적층된 음극(20)을 포함하며, 양극 및 음극 사이에 전해질층(50)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 양극 집전체(11) 및 음극 집전체(21)는 앞서 설명한 바와 같으며, 상기 양극 활물질층(12) 및 음극 활물질층(22)은 양극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층 또는 양극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층으로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 상기 양극 상에 앞서 설명한 바와 같이 제 1 겔 고분자 전해질 층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화 되는 것일 수 있으며, 상기 음극 상에 제 2 겔 고분자 전해질층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화 되는 것일 수 있다. 13, the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode collector 11 and a negative electrode active material layer 12 on the negative electrode collector 21, A cathode 20 in which a cathode 22 is stacked, and an electrolyte layer 50 between the anode and the cathode. The positive electrode current collector 11 and the negative electrode current collector 21 are as described above and the positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 22 are formed of an active material layer or a positive electrode active material including a positive electrode active material and a binder, A polymer matrix and a liquid electrolyte. In addition, the first gel polymer electrolyte layer may be laminated, partially or wholly impregnated into the anode as described above, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode, partially or wholly impregnated It may be integrated.
상기 전해질층(50)은 액상의 전해질 또는 겔 고분자 전해질층인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 도시되지 않았지만 상기 전해질층(50)과 음극(20) 사이 및 상기 전해질층(50)과 양극(10) 사이에서 선택되는 어느 하나 또는 모두에 하나 이상의 분리막을 더 포함하는 것일 수 있다.The electrolyte layer 50 may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte layer, but is not limited thereto. And may further include at least one separator at any one or both of the electrolyte layer 50 and the cathode 20 and between the electrolyte layer 50 and the anode 10 though not shown.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극조립체(100)는 양극 집전체(11)상에 양극 활물질층(12)이 적층된 양극(10), 음극 집전체(21)상에 음극 활물질층(22)이 적층된 음극(20) 및 분리막(30)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 양극 집전체(11), 음극 집전체(21) 및 분리막(30)은 앞서 설명한 바와 같으며, 상기 양극 활물질층(12) 및 음극 활물질층(22)은 양극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층 또는 양극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층으로 이루어진 것일 수 있다. 14, the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 laminated on a positive electrode current collector 11, a negative electrode active material layer 12 on the negative electrode current collector 21, A cathode 20 and a separator 30 in which a cathode 22 is laminated. The positive electrode collector 11, the negative collector 21 and the separator 30 are as described above. The positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 22 are made of the same material as the positive electrode active material and the binder, Or a composite active material layer containing a positive electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte.
또한, 상기 양극 상에 앞서 설명한 바와 같이 제 1 겔 고분자 전해질 층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화 되는 것일 수 있으며, 상기 음극 상에 제 2 겔 고분자 전해질층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화되는 것일 수 있다. In addition, the first gel polymer electrolyte layer may be laminated, partially or wholly impregnated into the anode as described above, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode, partially or wholly impregnated It may be integrated.
또한 도시되지 않았지만 상기 분리막은 전해질이 함침된 것일 수 있다. 상기 전해질은 액상의 전해질 또는 겔 고분자 전해질인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. Also, although not shown, the separator may be impregnated with an electrolyte. The electrolyte may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, but is not limited thereto.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극조립체(100)는 양극 집전체(11)상에 양극 활물질층(12)이 적층된 양극(10), 바이폴라 집전체(41)상에 음극 활물질층(42) 및 양극활물질층(43)이 적층된 바이폴라 전극(40) 및 음극 집전체(21)상에 음극 활물질층(22)이 적층된 음극(20)을 포함하며, 양극과 바이폴라 전극 사이 및 음극과 바이폴라전극 사이에 전해질층(50)을 포함하는 것일 수 있다. 또한 도시되지 않았지만 양극 활물질층(12)과 음극 활물질층(42)의 사이 및 양극활물질층(43)과 음극 활물질층(22) 사이에는 하나 이상의 분리막을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 분리막은 전해질이 함침된 것일 수 있다. 상기 전해질은 액상의 전해질 또는 겔 고분자 전해질인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 바이폴라 전극은 하나 이상이 적층된 것일 수 있으며, 개수는 제한되지 않는다. 상기 양극 집전체(11), 음극 집전체(21) 및 바이폴라 집전체(41)는 앞서 설명한 집전체와 같으며, 상기 양극 활물질층(12, 43) 및 음극 활물질층(22, 42)은 양극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층 또는 양극 활물질, 가교 고분자 매트릭스 및 액체전해질을 포함하는 복합 활물질층으로 이루어진 것일 수 있다. 15, the electrode assembly 100 of the present invention includes a positive electrode 10 having a positive electrode active material layer 12 stacked on a positive electrode current collector 11, a negative electrode active material layer 12 on a bipolar current collector 41, A bipolar electrode 40 in which a positive electrode active material layer 42 and a positive electrode active material layer 43 are stacked and a negative electrode 20 in which a negative electrode active material layer 22 is laminated on a negative electrode collector 21, And an electrolyte layer 50 between the cathode and the bipolar electrode. Although not shown, there may be one or more separators between the positive electrode active material layer 12 and the negative electrode active material layer 42 and between the positive electrode active material layer 43 and the negative electrode active material layer 22. The separation membrane may be impregnated with an electrolyte. The electrolyte may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, but is not limited thereto. In addition, the bipolar electrode may have one or more stacked layers, but the number is not limited. The cathode active material layers 12 and 43 and the anode active material layers 22 and 42 are formed in the same shape as the anode collector 11 and the cathode collector 21, and the bipolar collector 41 is the same as the collector described above. An active material layer containing an active material and a binder, or a composite active material layer comprising a positive electrode active material, a crosslinked polymer matrix and a liquid electrolyte.
또한, 상기 양극 상에 앞서 설명한 바와 같이 제 1 겔 고분자 전해질 층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화 되는 것일 수 있으며, 상기 음극 상에 제 2 겔 고분자 전해질층이 적층되거나, 일부 또는 전부 함침되어 일체화 되는 것일 수 있다. In addition, the first gel polymer electrolyte layer may be laminated, partially or wholly impregnated into the anode as described above, and the second gel polymer electrolyte layer may be laminated on the cathode, partially or wholly impregnated It may be integrated.
상기 전해질층(50)은 액상의 전해질 또는 겔 고분자 전해질층인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 도시되지 않았지만 상기 전해질층(50)과 음극(20) 사이, 상기 전해질층(50)과 바이폴라전극(40)사이, 상기 전해질층(50)과 양극(10) 사이 및 상기 전해질층(50)과 바이폴라전극(40)사이에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상에 하나 이상의 분리막을 더 포함하는 것일 수 있다.The electrolyte layer 50 may be a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte layer, but is not limited thereto. And between the electrolyte layer 50 and the cathode 20 and between the electrolyte layer 50 and the bipolar electrode 40 and between the electrolyte layer 50 and the anode 10 and between the electrolyte layer 50 and the bipolar electrode 40, And the bipolar electrode 40 may be one or more selected from among at least one separator.
[제조방법][Manufacturing method]
이하는 본 발명의 전기화학소자를 제조하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제조방법은 연속적으로 다수개의 전지셀을 동시에 제조할 수 있으며, 절단에 의해 도 1 내지 6에 도시한 바와 같은 단일 전기화학소자를 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한 도 17에 도시된 바와 같이 다수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 소자를 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.Hereinafter, a method for producing the electrochemical device of the present invention will be described in detail. The manufacturing method of the present invention is advantageous in that a plurality of battery cells can be manufactured simultaneously and continuously, and a single electrochemical device as shown in Figs. 1 to 6 can be easily manufactured by cutting. In addition, as shown in FIG. 17, there is an advantage that an electrochemical device having a plurality of cell regions can be easily manufactured.
도 10, 도 16 및 도 19에 도시된 바와 같이, 금속층(201) 및 상기 금속층의 일면에 둘레 격벽(211) 및 상기 둘레 격벽의 내측에 전극조립체를 수용하기 위한 공간(213)을 구획하는 구획 격벽(212)을 포함하는 격벽 패턴을 이루는 실링층(202)을 포함하는 하부시트(200)를 공급하고, 상기 하부시트(200)의 전극조립체를 수용하기 위한 공간(213)에 전극조립체(100)를 올리고, 상기 하부시트(200)와 동일한 구성의 상부시트(300) 또는 도 19와 같이 실링층이 없이 금속층을 포함하는 상부시트(300)를 공급하고, 밀봉되도록 합지하는 단계를 포함한다. As shown in FIGS. 10, 16, and 19, a metal layer 201, a perimeter barrier rib 211 on one surface of the metal layer, and a space 213 for accommodating an electrode assembly inside the perimeter barrier rib A lower sheet 200 including a sealing layer 202 constituting a partition wall pattern including barrier ribs 212 is provided and a space 213 for accommodating an electrode assembly of the lower sheet 200 is provided in an electrode assembly 100 And supplying and sealing the upper sheet 300 having the same structure as that of the lower sheet 200 or the upper sheet 300 including the metal layer without the sealing layer as shown in FIG.
이때 상기 전극조립체(100)는 양극과 음극, 분리막 및 전해질의 크기가 동일한 것일 수 있다. 상기 크기가 동일하다는 것은 앞서 설명한 바와 같이 실질적으로 가장자리가 일치하는 것을 의미한다. 또한 전극조립체(100)에 있어서 분리막의 크기는 음극의 크기보다 크거나 같을 수 있으며, 양극의 크기는 음극의 크기보다 같거나 작을 수 있다.At this time, the electrode assembly 100 may have the same size as the anode, the cathode, the separator, and the electrolyte. The same size means that substantially the edges coincide with each other as described above. In addition, the size of the separation membrane in the electrode assembly 100 may be greater than or equal to the size of the cathode, and the size of the anode may be less than or equal to the size of the cathode.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 각각의 롤러에서부터 연속적으로 공급되는 양극, 분리막 및 음극이 적층된 상태에서 타발을 하여 제조되는 것일 수 있으며, 양극, 분리막 및 음극의 크기가 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 더욱 구체적으로 양극 및 분리막이 적층된 상태에서 겔 고분자 전해질 조성물을 도포하여 함침 및 경화한 후, 음극을 적층하고, 적층된 상태에서 타발을 하여 일정한 형상의 전극조립체를 제조하는 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the electrode assembly may be manufactured by punching a cathode, a separator, and a cathode continuously supplied from respective rollers in a stacked state, and the anode, the separator, and the cathode are substantially the same size . More specifically, the gel polymer electrolyte composition may be coated, impregnated and cured in the state where the positive electrode and the separator are laminated, the negative electrode may be laminated, and the laminate may be punched to produce an electrode assembly having a certain shape.
또한, 본 발명의 일 양태에서, 상기 하부시트 및 상부시트는 각각의 롤러에서부터 연속적으로 공급되는 것일 수 있으며, 상기 합지는 가열판 또는 가열롤러 등 통상의 가열 가압수단(500)을 이용하는 것일 수 있다. 상기 가열 가압에 의해 실링층의 고분자 소재가 녹아 서로 붙어서 밀폐되며, 하부시트의 금속층과 상부시트의 금속층이 전극조립체의 최외층인 집전체와 밀착되어 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 가열 가압 시 온도 및 압력은 실링층에 사용되는 고분자 소재의 융점 이상의 온도인 것이 바람직하며, 고분자 소재의 종류에 따라 달라질 수 있으므로 제한되지 않는다.Further, in one aspect of the present invention, the lower sheet and the upper sheet may be continuously fed from respective rollers, and the lamination may be a conventional heating and pressing means 500 such as a heating plate or a heating roller. The polymer material of the sealing layer is melted and sealed together by the heating and pressing, and the metal layer of the lower sheet and the metal layer of the upper sheet can be electrically connected to the current collector which is the outermost layer of the electrode assembly. The temperature and pressure at the time of heating and pressing are preferably not lower than the melting point of the polymer material used for the sealing layer and are not limited as they may vary depending on the kind of the polymer material.
이때 도시되지 않았지만 필요에 따라 상기 상부시트 및 하부시트의 전극조립체를 수용하기 위한 공간(213)에 해당하는 금속층 상에 도전성 접착제, 도전성 점착제 및 도전성 페이스트에서 선택되는 어느 하나 이상을 도포하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 또한 필요에 따라 상기 실링층의 상부에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.Although not shown, a step of applying at least one selected from a conductive adhesive, a conductive adhesive, and a conductive paste onto the metal layer corresponding to the space 213 for accommodating the electrode assemblies of the upper sheet and the lower sheet, if necessary, May include. And further applying an adhesive to the upper portion of the sealing layer as necessary.
다음으로 상기 가열 가압 수단(500)을 지나 합지된 후, 하부시트 및 상부시트의 금속층과 전극조립체가 밀착되는 부분을 용접수단(401)을 이용하여 용접 또는 납땜을 하는 단계를 더 포함하여 접합부(400)를 형성하는 것일 수 있다. 상기 용접은 저항 용접, 초음파 용접 및 레이저 용접 등의 방법으로 스팟 또는 스트라이프 형태로 형성되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 납땜의 경우는 금속층과 전극조립체가 밀착되는 부분에 솔더링 페이스트를 더 포함할 수 있다.And then welding or brazing the portions of the upper sheet and the upper sheet that are in close contact with the electrode assembly with the welding means 401 after joining through the heating and pressing means 500, 400). &Lt; / RTI &gt; The welding may be performed in a spot or stripe shape by a method such as resistance welding, ultrasonic welding, and laser welding, but is not limited thereto. In the case of the soldering, the solder paste may further include a solder paste at a portion where the metal layer and the electrode assembly are in close contact with each other.
다음으로 절단수단(600)을 이용하여 상기 실링층에 의해 밀봉된 부분을 절단하는 단계를 포함하여 도 1 내지 6과 같이 하나의 전지 셀로 이루어진 전기화학소자(1000)를 제조할 수 있다. 또한 도 17과 같이 다수개의 전지 셀이 병렬로 연결된 전기화학소자(2000)를 제조할 수도 있다. 이때 절단을 위한 방법은 통상적으로 해당 분야에서 사용되는 것이라면 제한되지 않으며, 구체적으로 예를 들면 레이저 커팅이나, 금형 타발, 다이커팅 등에 의해 이루어질 수 있으며 제한되지 않는다.Next, an electrochemical device 1000 comprising one battery cell as shown in FIGS. 1 to 6 may be manufactured, including a step of cutting a portion sealed by the sealing layer 600 using the cutting means 600. Also, as shown in FIG. 17, an electrochemical device 2000 in which a plurality of battery cells are connected in parallel may be manufactured. At this time, the method for cutting is not limited as long as it is conventionally used in the field, and can be specifically performed by, for example, laser cutting, metal stamping, die cutting, and the like.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

Claims (32)

  1. 상부시트 및 하부 시트가 마주하여 일체화되어 형성되는 공간에 수용되는 전극조립체를 포함하며,And an electrode assembly accommodated in a space formed by the upper sheet and the lower sheet facing each other,
    상기 상부시트 및 하부시트는 금속층을 포함하고,Wherein the upper sheet and the lower sheet comprise a metal layer,
    상기 상부시트 및 하부시트 중 적어도 어느 하나 이상은 상기 금속층의 가장자리에 실링층을 포함하며,Wherein at least one of the upper sheet and the lower sheet includes a sealing layer at an edge of the metal layer,
    상기 전극조립체의 양극 및 음극의 집전체가 상기 상부시트 및 하부시트의 금속층과 밀착되어 전기적으로 연결되는 전기화학 소자.Wherein the positive and negative current collectors of the electrode assembly are in close contact with and electrically connected to the metal layers of the upper and lower sheets.
  2. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 전극조립체와 상기 상부시트 및 하부시트의 금속층이 밀착되는 부분 중 적어도 어느 하나 이상의 부분에 접합부를 더 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein the electrode assembly further comprises a bonding portion at least one of a portion where the electrode assembly and a metal layer of the upper sheet and the lower sheet closely contact each other.
  3. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 하부시트 및 상부시트에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속층과 전극조립체 사이에 도전성 접착제층, 도전성 점착제층 및 도전성 페이스트층에서 선택되는 어느 하나 이상의 도전성층을 더 포함하는 것인 전기화학 소자.Further comprising at least one conductive layer selected from the group consisting of a conductive adhesive layer, a conductive pressure-sensitive adhesive layer and a conductive paste layer between any one or more metal layers selected from the lower sheet and the upper sheet and the electrode assembly.
  4. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 상부시트 및 하부시트에서 선택되는 어느 하나 이상은 최외층에 절연층을 더 포함하고, 상기 절연층의 일부분은 개방된 것인 전기화학 소자.Wherein at least one selected from the upper sheet and the lower sheet further comprises an insulating layer on the outermost layer, and a part of the insulating layer is opened.
  5. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 실링층은 열에 의해 융착이 가능한 고분자 소재로 이루어진 것인 전기화학 소자.Wherein the sealing layer is made of a polymer material that can be fused by heat.
  6. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 실링층은 열에 의해 융착이 가능한 고분자 소재로 이루어진 층 사이에 내열소재로 이루어진 층을 한층 이상 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein the sealing layer includes at least one layer made of a heat-resistant material between layers made of a polymer material that can be fused by heat.
  7. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 실링층 상부에 접착제층을 더 포함하는 것인 전기화학 소자.And an adhesive layer on the sealing layer.
  8. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 실링층은 전극조립체가 위치하는 부분을 제외한 가장자리에 전극조립체의 둘레를 따라 형성된 것인 전기화학 소자.Wherein the sealing layer is formed along the periphery of the electrode assembly at an edge excluding a portion where the electrode assembly is located.
  9. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 전극조립체는 양극 및 음극을 포함하며, Wherein the electrode assembly includes a positive electrode and a negative electrode,
    상기 양극 및 음극 중 적어도 하나 이상은 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 겔 고분자 전해질을 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein at least one of the positive electrode and the negative electrode comprises a gel polymer electrolyte comprising a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt.
  10. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 양극은 i) 집전체 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, ii) 집전체 상에 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 활물질층을 포함하고, 상기 활물질층 상에 겔 고분자 전해질이 도포된 전극-전해질 복합체, 및 iii) 집전체 상에 전극 활물질, 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 복합 활물질층을 포함하는 전극-전해질 복합체에서 선택되고,Wherein the anode comprises: i) an electrode-electrolyte complex on which a gel polymer electrolyte is applied on a current collector, ii) an active material layer comprising an electrode active material and a binder on the current collector, and a gel polymer electrolyte coated on the active material layer Electrolyte composite comprising a composite active material layer comprising an electrode active material, a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt on a current collector,
    상기 음극은 집전체만으로 이루어진 전극 및 상기 i) 내지 iii)에서 선택되는 것인 전기화학 소자.Wherein the negative electrode is an electrode made only of a current collector and selected from i) to iii).
  11. 제 10항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 양극은 상기 ii) 및 iii) 에서 선택되고,Said anode being selected in ii) and iii) above,
    상기 음극은 집전체만으로 이루어지거나, 상기 i)에서 선택되는 것인 전기화학 소자.Wherein the negative electrode is made of a current collector alone or selected from i).
  12. 제 10항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 활물질층 및 복합 활물질층은 도전재를 더 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein the active material layer and the composite active material layer further comprise a conductive material.
  13. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 양극과 음극은 실질적으로 가장자리가 일치하는 것인 전기화학 소자.Wherein the positive electrode and the negative electrode substantially coincide with each other.
  14. 제 13항에 있어서,14. The method of claim 13,
    상기 양극과 음극 사이에 적어도 하나 이상의 분리막을 더 포함하며, 상기 분리막은 양극 및 음극과 실질적으로 가장자리가 일치하는 것인 전기화학 소자.Further comprising at least one separator between the anode and the cathode, wherein the separator is substantially flush with the anode and the cathode.
  15. 제 14항에 있어서,15. The method of claim 14,
    상기 분리막은 가교 고분자 매트릭스, 용매 및 해리 가능한 염을 포함하는 겔 고분자 전해질을 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein the separation membrane comprises a gel polymer electrolyte comprising a crosslinked polymer matrix, a solvent and a dissociable salt.
  16. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 전극조립체는 양극에 제 1 겔 고분자 전해질을 포함하고, 음극에 제 2 겔 고분자 전해질을 포함하며, 상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 서로 상이한 것인 전기화학 소자.Wherein the electrode assembly includes a first gel polymer electrolyte on a positive electrode and a second gel polymer electrolyte on a negative electrode, wherein the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte are different from each other.
  17. 제 16항에 있어서,17. The method of claim 16,
    상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 용해도 파라미터 차이가 0.1 MPa1/2이상인 것인 전기화학 소자.Wherein the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte have a solubility parameter difference of 0.1 MPa 1/2 or more.
  18. 제 16항에 있어서,17. The method of claim 16,
    상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 에너지 준위 차이가 0.01 eV 이상인 것인 전기화학 소자.Wherein the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte have an energy level difference of 0.01 eV or more.
  19. 제 16항에 있어서,17. The method of claim 16,
    상기 제 1 겔 고분자 전해질 및 제 2 겔 고분자 전해질은 무기입자 및 난연제에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein the first gel polymer electrolyte and the second gel polymer electrolyte further comprise one or two or more additives selected from inorganic particles and a flame retardant.
  20. 제 16항에 있어서,17. The method of claim 16,
    상기 제 1 겔 고분자 전해질은 숙시노니트릴(succinonitrile) 및 세바코니트릴(sebaconitrile)에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 양극발열 억제제를 더 포함하고,Wherein the first gel polymer electrolyte further comprises a positive electrode heat inhibitor which is any one selected from succinonitrile and sebaconitrile or a mixture thereof,
    상기 제 2 겔 고분자 전해질은 비닐렌 카보네이트, 불화에틸렌 카보네이트 및 카테콜 카보네이트에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 SEI층 안정화제를 더 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein the second gel polyelectrolyte further comprises a SEI layer stabilizer which is any one selected from vinylene carbonate, ethylene carbonate carbonate and catechol carbonate or a mixture thereof.
  21. 제 9항에 있어서,10. The method of claim 9,
    상기 가교 고분자 매트릭스는 선형 고분자를 더 포함하여 반 상호 침투 망상(semi-IPN) 구조인 것인 전기화학 소자.Wherein the crosslinked polymer matrix further comprises a linear polymer and is a semi-interpenetrating network (semi-IPN) structure.
  22. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 양극 집전체 및 음극 집전체는 각각 선택적으로 박막형태, 메쉬형태, 전도성기판의 일면 또는 양면에 박막 또는 메쉬 형태의 집전체가 적층되어 일체화된 형태 및 금속-메쉬 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전기화학 소자.The cathode current collector and the anode current collector may each be selected from the group consisting of a thin film, a mesh, a form in which thin films or mesh current collectors are integrated on one surface or both surfaces of a conductive substrate, and a metal- Electrochemical device.
  23. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 전기화학 소자는 상기 전극조립체가 하나 또는 둘 이상이 적층된 것인 전기화학 소자.Wherein the electrochemical device is one in which one or more of the electrode assemblies are laminated.
  24. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 전극조립체는 하나 이상의 바이폴라 전극을 포함하는 것인 전기화학 소자.Wherein the electrode assembly comprises at least one bipolar electrode.
  25. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 실링층은 상기 실링층이 형성되지 아니한 홈이 다수개 형성되도록 다수개의 구획격벽을 더 포함하며, The sealing layer may further include a plurality of partition walls such that a plurality of grooves in which the sealing layer is not formed are formed,
    상기 상부 시트 및 하부 시트가 마주하여 일체화되며 형성되는 공간에 다수개의 전극조립체가 포함되어 다수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 소자.Wherein a plurality of electrode assemblies are included in a space formed by the upper sheet and the lower sheet facing each other to form a plurality of cell regions.
  26. 제 1항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 전기화학 소자는 전기화학반응이 가능한 일차전지 또는 이차전지인 것인 전기화학 소자.Wherein the electrochemical device is a primary cell or a secondary cell capable of electrochemical reaction.
  27. 제 26항에 있어서,27. The method of claim 26,
    상기 전기화학 소자는 리튬 일차 전지, 리튬 이차 전지, 리튬-설퍼 전지, 리튬-공기 전지, 나트륨 전지, 알루미늄 전지, 마그네슘 전지, 칼슘 전지, 아연 전지, 아연-공기 전지, 나트륨-공기 전지, 알루미늄-공기 전지, 마그네슘-공기 전지, 칼슘-공기 전지, 슈퍼 캐패시터, 염료감응 태양전지, 연료전지, 납 축전지, 니켈 카드뮴전지, 니켈 수소 축전지 및 알칼리전지로 이루어진 군에서 선택되는 것인 전기화학 소자.The electrochemical device may be a lithium primary battery, a lithium secondary battery, a lithium-sulfur battery, a lithium-air battery, a sodium battery, an aluminum battery, a magnesium battery, a calcium battery, a zinc battery, Wherein the electrochemical device is selected from the group consisting of an air cell, a magnesium-air cell, a calcium-air cell, a supercapacitor, a dye-sensitized solar cell, a fuel cell, a lead acid battery, a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery and an alkaline battery.
  28. 금속층 및 상기 금속층의 일면에 둘레 격벽 및 상기 둘레 격벽의 내측에 전극조립체를 수용하기 위한 공간을 구획하는 구획 격벽을 포함하는 격벽 패턴을 이루는 실링층을 포함하는 하부시트를 공급하고, And a sealing layer forming a barrier rib pattern including a metal layer, a peripheral barrier rib on one surface of the metal layer, and a partition wall defining a space for receiving the electrode assembly inside the peripheral barrier rib,
    상기 하부시트의 전극조립체를 수용하기 위한 공간에 전극조립체를 적층하고, An electrode assembly is stacked in a space for accommodating the electrode assembly of the lower sheet,
    금속층을 포함하는 상부시트를 공급하여 합지하는 단계를 포함하여, 연속적으로 제조되는 전기화학소자의 제조방법.A method for manufacturing an electrochemical device, comprising the steps of supplying and lapping an upper sheet containing a metal layer.
  29. 제 28항에 있어서,29. The method of claim 28,
    상기 합지 시, 상기 전극조립체의 양극 집전체 및 음극 집전체가 각각 상기 상부시트의 금속층 및 하부시트의 금속층과 밀착되도록 합지하는 것인 전기화학소자의 제조방법.Wherein the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the electrode assembly are in close contact with the metal layer of the upper sheet and the metal layer of the lower sheet, respectively.
  30. 제 28항에 있어서,29. The method of claim 28,
    상기 합지 후, 하부시트 및 상부시트의 금속층과 전극조립체가 밀착되는 부분을 용접 또는 납땜하여 접합부를 형성하는 단계를 더 포함하는 전기화학소자의 제조방법.Further comprising the step of forming a bonding portion by welding or brazing a portion of the upper sheet and the upper sheet which are in close contact with the electrode assembly after the bonding.
  31. 제 28항에 있어서,29. The method of claim 28,
    상기 하부시트 및 상부시트의 금속층 상에 도전성 접착제, 도전성 점착제 및 도전성 페이스트에서 선택되는 어느 하나 이상을 도포하는 단계를 더 포함하는 전기화학소자의 제조방법.Further comprising the step of applying at least one selected from the group consisting of a conductive adhesive, a conductive adhesive, and a conductive paste onto the metal layer of the lower sheet and the upper sheet.
  32. 제 28항에 있어서,29. The method of claim 28,
    상기 합지 후, 실링층에 의해 밀봉된 부분을 절단하는 단계를 더 포함하는 전기화학소자의 제조방법.And cutting the portion sealed by the sealing layer after the lapping.
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