ES2979066T3 - Conjunto de electrodos de gran flexibilidad y celda de batería que incluye el mismo - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un conjunto de electrodos que tiene una estructura en la que el mismo está enrollado en una dirección en un estado en el que una lámina separadora está interpuesta entre las láminas de electrodo positivo y electrodo negativo, en donde el conjunto de electrodos tiene una longitud horizontal (x) que es al menos tres veces más larga que la longitud vertical (y) del mismo, y está formado por una estructura en la que las partes finales en ambos lados del mismo están dobladas juntas en la misma dirección por un radio de curvatura (R) que satisface la fórmula 1 siguiente. S [{1/ln(x/y)} * t] = R (1) (mm); x es la longitud horizontal del conjunto de electrodos; y es la longitud vertical del conjunto de electrodos; S es una constante que es 8 o mayor; y ln(x/y) >= 1. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Conjunto de electrodos de gran flexibilidad y celda de batería que incluye el mismo
Sector de la técnica
La presente solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la Solicitud de Patente Coreana n.° 10-2006-0038804 presentada en la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual el 31 de marzo de 2016.
La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos de alta flexibilidad y a una celda de batería que incluye el mismo.
Estado de la técnica
A medida que las TI (tecnologías de la información) se han ido desarrollando de forma asombrosa, se ha producido la difusión de diversos equipos portátiles de comunicación de la información, lo cual conduce al desarrollo hacia una sociedad ubicua que permite un servicio de información de alta calidad independientemente del tiempo y el lugar en el siglo XXI.
En la base del desarrollo de esta sociedad omnipresente, la batería secundaria de litio ocupa un lugar importante. Específicamente, una batería secundaria de litio cargable y descargable se utiliza ampliamente como fuente de energía de un dispositivo móvil inalámbrico, y también como fuente de energía de coches eléctricos, coches eléctricos híbridos y similares que se han sugerido como medidas para resolver la contaminación del aire y similares de los vehículos de gasolina existentes, vehículos diésel y similares que utilizan combustibles fósiles.
Como se ha descrito anteriormente, a medida que se diversifican los dispositivos a los que se aplica la batería secundaria de litio, también se diversifica la batería secundaria de litio, de modo que se pueda proveer la salida y la capacidad adecuadas para el dispositivo aplicado. Además, la batería secundaria de litio debe ser más pequeña, más ligera y más delgada.
La batería secundaria de litio puede clasificarse en una celda de batería cilíndrica, una celda de batería de forma angular, una celda de batería en forma de bolsa y similares, según su forma, y estas celdas de batería tienen una estructura en la que un conjunto de electrodos que incluye un electrodo y un separador está montado en la caja de batería junto con una solución electrolítica.
Mientras tanto, el diseño del dispositivo puede no estar formado únicamente por una forma de paralelepípedo rectangular y tener una forma plegable. Por ejemplo, un teléfono inteligente puede someterse a un procesamiento de curvatura lateral para mejorar la sensación de agarre, y una pantalla flexible puede curvarse o doblarse, y fabricarse de diversas formas.
Dado que el dispositivo que está diseñado para tener una parte curvada o se puede doblar de esta manera tiene una limitación en la incrustación de una celda de la batería que tiene una forma específica en el espacio dentro del dispositivo, recientemente, se requiere que la celda de batería tenga una característica flexible, de modo que pueda ser fácilmente incrustada en los dispositivos de diversos diseños.
En consecuencia, existe actualmente una gran necesidad de un conjunto de electrodos y una celda de batería que puedan aplicarse de forma flexible a un dispositivo, correspondiente al dispositivo que tiene diversas formas.
Objeto de la invención
Problema técnico
El objeto de la presente invención es resolver los problemas de la técnica convencional descritos anteriormente, y los retos técnicos que se han solicitado desde el pasado.
Específicamente, la presente invención se ha realizado en un esfuerzo por proveer un conjunto de electrodos que tenga las ventajas de tener una forma curvada natural al tener una longitud horizontal relativamente más larga que una longitud vertical, que corresponda con mayor precisión a la forma del dispositivo con alta flexibilidad, y que mantenga las características de la batería casi iguales a las de un conjunto de electrodos común incluso con plegado repetido, y una celda de batería que incluya el mismo.
Solución técnica
La presente invención provee un conjunto de electrodos que tiene una estructura direccionalmente enrollada en espiral con una hoja separadora interpuesta entre una hoja de electrodo positivo y una hoja de electrodo negativo, en donde ambas porciones de extremo lateral del conjunto de electrodos están plegadas juntas en la misma dirección en un radio de curvatura (R) que satisface la siguiente Ecuación 1:
S[{1/ln(x/y)}*t] = R 1 ;donde t es un espesor medio (mm) del conjunto de electrodos enrollados en espiral, x es una longitud horizontal del conjunto de electrodos, e y es una longitud vertical del conjunto de electrodos, y ;S es una constante de 8 o más, y ln(x/y) > 1. ;S es una constante arbitraria determinada teniendo en cuenta la tensión de flexión de una placa de electrodos positivos y una placa de electrodos negativos, y la fuerza elástica de un separador. ;Es decir, el conjunto de electrodos según la presente invención tiene una longitud horizontal relativamente más larga que una longitud vertical, por lo cual se forma de una forma naturalmente curvada, y provee un mérito de poder aplicarse a un dispositivo que tiene una forma exterior curvada, o a un dispositivo en el que la forma exterior es plana, pero la forma de la porción donde se monta una celda de batería es curvada. ;Concretamente, la constante S tiene un valor de 9 a 12. Dentro de la limitación del radio de curvatura obtenida cuando se satisface el rango del valor de la constante, el conjunto de electrodos mantiene las características de la batería como, por ejemplo, una retención de capacidad casi igual a la de un conjunto de electrodos común, mientras que no se rompe incluso después de doblarse repetidamente. ;En la presente invención, el radio de curvatura (R) está determinado por un espesor medio (t) y una constante S del conjunto de electrodos enrollado en espiral en un rango de una longitud vertical (y) a una longitud horizontal (x) de 1:3 o más. El conjunto de electrodos que tiene el espesor medio predeterminado puede doblarse libremente dentro del rango del radio de curvatura que satisface el rango de la constante S, y satisface las características de la batería casi iguales a las de un conjunto de electrodos de tipo lámina enrollada común incluso con doblado repetido. ;El radio de curvatura (R) de la ecuación anterior es un radio de superficie curvada cuando el conjunto de electrodos se dobla al máximo en un punto determinado, e inversamente proporcional a la curvatura. Por lo tanto, a medida que el radio de curvatura (R) es mayor, el conjunto de electrodos se dobla para tener una línea curva suave, y a medida que el radio de curvatura (R) es menor, el conjunto de electrodos se dobla para tener una línea curva pronunciada. El conjunto de electrodos que tiene el radio de curvatura como tal puede formarse naturalmente sin fuerza externa adicional sobre la base de la longitud horizontal y, si es necesario, puede derivarse para tener un radio de curvatura de tamaño más fino mediante una fuerza externa predeterminada. ;La razón por la que el conjunto de electrodos puede formarse en una forma curvada como tal se entiende que se debe a una estructura que tiene una flexibilidad relativamente mayor para la deformación en una forma curvada mediante la dispersión de la tensión en una dirección de la longitud horizontal relativamente larga. ;Además, el conjunto de electrodos puede deformarse en una forma que tenga un radio de curvatura aumentado o reducido sobre la base de una gran flexibilidad. ;Según una realización a modo de ejemplo específica, la longitud horizontal (x) puede ser de 50 mm a 500 mm. Cuando la longitud horizontal (x) es inferior a 50 mm, puede no esperarse flexibilidad alguna debido a un efecto de dispersión de la tensión, y por lo tanto, la implementación del conjunto de electrodos que tiene el radio de curvatura (R) es difícil, e incluso en el caso de que el conjunto de electrodos se deforme a la fuerza para tener el radio de curvatura (R), la rotura del electrodo puede ser causada por la tensión, lo cual, por lo tanto, no es preferible. ;En particular, el conjunto de electrodos que tiene una estructura de electrodo enrollado en espiral y separador tiene la tensión concentrada en la parte central enrollada en espiral, y por lo tanto, cuando el conjunto de electrodos se deforma por la fuerza, puede producirse una distorsión en la parte central enrollada en espiral, y esta distorsión puede causar la rotura del electrodo. ;Sin embargo, cuando la longitud horizontal (x) es superior a 500 mm, el radio de curvatura (R) se forma para ser pequeño, de modo que el conjunto de electrodos se puede doblar mucho, pero por el contrario, el conjunto de electrodos se puede deformar fácilmente incluso con poca fuerza externa desde el exterior, y este proceso se repite para inducir la rotura del electrodo, lo cual no es preferible. ;Sin embargo, estos casos no se determinan únicamente por el valor numérico de la longitud horizontal, y se parte de la premisa de que la longitud vertical es relativamente corta, 1/3 o menos de la longitud horizontal. ;La relación entre la longitud vertical (y) y la longitud horizontal (x) (y : x) es de 1:3 a 1:20, concretamente de 1:5 a 1:10. ;En el caso de estar fuera del rango anterior, cuando la longitud horizontal es inferior a tres veces la longitud vertical, es difícil obtener la flexibilidad deseada, y cuando la longitud horizontal es superior a 20 veces el rango vertical, la rigidez del conjunto de electrodos puede deteriorarse indebidamente, lo cual no es preferible. ;Según una realización a modo de ejemplo específica, el radio de curvatura (R) no está particularmente limitado, siempre que el conjunto de electrodos no esté excesivamente doblado para que el electrodo no se rompa con la tensión en la porción central enrollada en espiral, y mantenga la forma curvada deseada, pero específicamente, el radio de curvatura (R) es de 5 mm a 20 mm. ;En particular, cuando el radio de curvatura (R) es inferior a 5 mm, el conjunto de electrodos se dobla mucho y, por tanto, el electrodo puede romperse por la tensión formada por las láminas de electrodos enrolladas en espiral y la tensión producida por la flexión, lo cual no es preferible. ;Según una realización a modo de ejemplo específica, el conjunto de electrodos puede tener una estructura en la que un conductor de electrodos positivos y un conductor de electrodos negativos sobresalen uno al lado del otro en dirección paralela a la longitud vertical (y). ;Además, el conductor de electrodos positivos y el conductor de electrodos negativos pueden colocarse en una parte relativamente más adyacente al lado de extremo que la parte central enrollada en espiral en el conjunto de electrodos, de modo que los conductores de electrodos no interfieran con la forma curva del conjunto de electrodos. Sin embargo, la porción que sobresale del conductor de electrodos puede cambiarse de forma diferente si es necesario. ;El conjunto de electrodos según la presente invención puede tener una estructura en la que el electrodo positivo, el electrodo negativo y la lámina separadora se enrollan en espiral un número limitado de veces, de modo que la longitud horizontal es mayor mientras que el espesor medio es relativamente más fino, y específicamente el enrollado en espiral se lleva a cabo cinco veces o menos. ;Otra realización de la presente invención provee una celda de batería que tiene una estructura en la que el conjunto de electrodos se almacena en una caja de batería variable junto con una solución electrolítica, ;en donde ambas porciones de extremo laterales del conjunto de electrodos y la caja de batería en posiciones enfrentadas se doblan juntas en la misma dirección, de modo que se forma una superficie curvada en la superficie exterior de la celda de batería. ;En la presente invención, el tipo de celda de batería no está particularmente limitado, sin embargo, como ejemplo específico, puede ser una batería secundaria de litio como, por ejemplo, una batería recargable de iones de litio (Liion), una batería recargable de polímero de litio (Li-polímero), o una batería recargable de polímero de iones de litio (polímero Li-ion) que tiene méritos como, por ejemplo, alta densidad energética, tensión de descarga y estabilidad de salida. ;En general, la batería secundaria de litio incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador y un electrolito no acuoso que contiene sales de litio. ;El electrodo positivo se fabrica, por ejemplo, recubriendo una mezcla de un material activo de electrodos positivos, un material conductor y un aglutinante sobre un colector de corriente de electrodos positivos y/o una parte colectora de corriente de extensión, y secándolo y, si es necesario, añadiendo además un relleno a la mezcla. ;El colector de corriente de electrodos positivos y/o la parte colectora de corriente de extensión se fabrican generalmente con un espesor de 3 a 500 pm. Este colector de corriente de electrodos positivos y la parte colectora de corriente de extensión no están particularmente limitados siempre y cuando no causen un cambio químico en la batería y tengan una alta conductividad, y por ejemplo, se puede utilizar acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono de fuego, o aluminio o acero inoxidable cuya superficie esté tratada con carbono, níquel, titanio, plata y similares. El colector de corriente de electrodos positivos y la parte colectora de corriente de extensión pueden aumentar la adherencia del material activo de electrodos positivos mediante la formación de finas protuberancias y depresiones en las superficies de los mismos, y pueden estar formados de diversas formas como, por ejemplo, una película, una hoja, una lámina, redes, un cuerpo poroso, espuma, un cuerpo de tela no tejida y similares. ;El material activo de electrodos positivos en capas o compuestos sustituidos con uno o más metales de transición como, por ejemplo, óxido de cobalto de litio (LiCoO<2>) y óxido de níquel de litio (LiNiÜ<2>); óxidos de manganeso de litio como, por ejemplo, la fórmula química Li<1+x>Mn<2-x>O<4>(donde x es 0 - 0,33), LiMnOs, LiMn<2>O<3>, LiMnO<2>y similares; óxido de cobre de litio (Li<2>CuO<2>); óxidos de vanadio como, por ejemplo, LiV<3>O<s>, LiFe<3>O<4>, V<2>O<5>y Cu<2>V<2>O<z>; óxidos de níquel de litio tipo sitio Ni representados por la fórmula química LiNi<1-x>M<x>O<2>(en donde M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B o Ga, y x = 0,01 - 0,3); óxidos compuestos de litio y manganeso representados por la fórmula química LiMn<2-x>M<x>O<2>(en donde M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn o Ta, y x = 0,01 - 0,1) o Li2Mn3MO8 (en donde M = Fe, Co, Ni, Cu o Zn); LiMn2O4 en donde Li está parcialmente sustituido por un ion de metal alcalinotérreo en la fórmula química; compuesto de disulfuro; Fe2(MoO4)3, y similares, pero sin limitarse a ellos. ;;El material conductor se añade normalmente en una proporción del 1 al 30 % en peso, según el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodos positivos. Este material conductor no está particularmente limitado siempre que no provoque un cambio químico en la batería y tenga conductividad, y por ejemplo, pueden usarse grafito como, por ejemplo, grafito natural o grafito artificial; negro de carbón como, por ejemplo, negro de carbón, negro de acetileno, ketjenblack, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro de verano; fibra conductora como, por ejemplo, fibra de carbono o fibra metálica; polvo metálico como, por ejemplo, polvo de fluorocarbono, aluminio y níquel; whisky conductor como, por ejemplo, óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos metálicos conductores como, por ejemplo, óxido de titanio; materiales conductores como, por ejemplo, un derivado de polifenileno, y similares. ;;El aglutinante es un componente que ayuda a unir el material activo al material conductor y similares, y a unirlo al colector de corriente, y generalmente se añade en una proporción del 1 al 30 % en peso, según el peso total de la mezcla que incluye el material activo de electrodos positivos. Como ejemplo de este aglutinante, pueden citarse el fluoruro de polivinilideno, el alcohol polivinílico, la carboximetilcelulosa (CMC), el almidón, la hidroxipropilcelulosa, la celulosa regenerada, la polivinilpirrolidona, el tetrafluoroetileno, el polietileno, el polipropileno, el terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), el EPDM sulfonado, el caucho de estireno-butireno, el caucho de flúor, diversos copolímeros y similares. ;;El relleno es un componente que suprime la expansión del electrodo positivo, y se utiliza opcionalmente. No está particularmente limitado siempre y cuando no cause un cambio químico en la batería y es un material fibroso, y por ejemplo, polímeros a base de olefinas como, por ejemplo, polietileno y polipropileno; y materiales fibrosos como, por ejemplo, fibra de vidrio y fibra de carbono, pueden ser utilizados. ;;El electrodo negativo se fabrica recubriendo un material activo de electrodos negativos en el colector de corriente de electrodos negativos y/o la parte colectora de corriente de extensión, y secándolo, y si es necesario, los componentes descritos anteriormente pueden incluirse opcionalmente. ;;El colector de corriente de electrodos negativos y/o la parte colectora de corriente de extensión es/son generalmente fabricados para tener un espesor de 3 a 500pm. Este colector de corriente de electrodos negativos y/o esta parte colectora de corriente de extensión no están particularmente limitados siempre que no causen un cambio químico en la batería y tengan conductividad, y por ejemplo, se puede utilizar cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono de fuego, o cobre o acero inoxidable cuya superficie esté tratada con carbono, níquel, titanio, plata y similares, puede usarse una aleación de aluminio-cadmio, y similares. Además, al igual que el colector de corriente de electrodos positivos, la fuerza de unión del material activo de electrodos negativos puede mejorarse mediante la formación de protuberancias y depresiones finas en las superficies del mismo, y pueden utilizarse diversas formas como, por ejemplo, una película, una hoja, una lámina, redes, un cuerpo poroso, espuma, un cuerpo de tela no tejida y similares. ;;Como material activo de electrodos negativos, por ejemplo, pueden usarse carbonos como, por ejemplo, el carbono duro y el carbono basado en grafito; óxidos compuestos metálicos como, por ejemplo, LixFe2O3 (0<x<1), LixWO<2>(0<x<1), Sn<x>Me<1-x>Me'<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb o Ge; Me': Al, B, P, Si, un elemento de los grupos 1, 2 o 3 de la tabla periódica, o halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); un metal de litio; una aleación de litio; una aleación a base de silicio; una aleación a base de estaño; óxidos metálicos como, por ejemplo, SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO<2>, Bi2O3, Bi2O4 y BbO<s>; polímeros conductores como, por ejemplo, el poliacetileno; materiales a base de Li-Co-Ni, y similares. ;;El separador se interpone entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y se utiliza una fina membrana aislante con una elevada transmisión de iones y resistencia mecánica. El separador tiene un diámetro de poro de generalmente 0,01 - 10 pm, y un espesor de generalmente 5 - 300 pm. Como este separador, por ejemplo, pueden usarse polímeros a base de olefinas como, por ejemplo, polipropileno resistente a los productos químicos e hidrófobo; una hoja o tela no tejida preparada por fibra de vidrio, polietileno o similares. Cuando se utiliza como electrolito un electrolito sólido como, por ejemplo, un polímero, el electrolito sólido puede utilizarse también como separador. ;;La solución electrolítica puede ser una solución electrolítica no acuosa que contenga sal de litio, y está compuesta por la solución electrolítica no acuosa y la sal de litio. Como solución electrolítica no acuosa, se utiliza un disolvente orgánico no acuoso, un electrolito sólido orgánico, un electrolito sólido inorgánico y similares, pero sin limitarse a ellos. ;;Como disolvente orgánico no acuoso, por ejemplo, pueden usarse disolventes orgánicos apróticos como, por ejemplo, N-metil-2-pirrolidinona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, gamma-butirolactona, 1,2-dimetoxi etano, tetrahidroxi (franco), 2-metil tetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, acetonitrilo, nitrometano, formiato de metilo, acetato de metilo, triéster de fosfato, trimetoxi metano, un derivado del dioxolano, sulfolano, metil sulfolano, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, un derivado del carbonato de propileno, un derivado del tetrahidrofurano, éter, propionato de metilo, propionato de etilo y similares. ;Como electrolito sólido orgánico, pueden utilizarse, por ejemplo, polímeros que incluyan un derivado de polietileno, un derivado de óxido de polietileno, un derivado de óxido de polipropileno, un polímero de éster de fosfato, poli lisina de agitación, sulfuro de poliéster, alcohol polivinílico, fluoruro de polivinilideno, un grupo disociador iónico y similares. Como electrolito sólido inorgánico pueden utilizarse, por ejemplo, nitruros, haluros y sulfatos de Li como, por ejemplo, Li<a>N, Lil, U<5>NI<2>, Li<a>N-UI-UOH, LiSiO<4>, LiSiO<4>-LiI-LiOH, Ü<2>SiS<a>, U<4>SO<4>, U<4>SO<4>-UI-UOH, U<3>PO<4>-U<2>S-SiS2DeletedTextsy similares. ;La sal de litio es un material que se disuelve fácilmente en el electrolito no acuoso, y pueden usarse, por ejemplo, LiCl, LiBr, Lil, LiClO<4>, LiBF<4>, LiB<i o>Cl<i o>, LiPF<a>, LiCF<a>SO<a>, UCF<3>CO<2>, LiAsF<a>, LiSbF<a>, LiAlCU, CH<a>SO<a>Li, CF<a>SO<a>Li, (CF<3>SO<2>)<2>NLi, cloroborano de litio, carbonato de litio alifático inferior, borato de 4-fenil-litio, imida y similares. ;Además, a la solución electrolítica no acuosa, para mejorar una característica de carga y descarga, pueden añadirse retardante de la llama y similares, por ejemplo, piridina, trietilfosfito, trietanolamina, éter cíclico, etilendiamina, nglicina, hexafosfato de triamida, un derivado de nitrobenceno, azufre, un colorante de quinona imina, oxazolidinona N-sustituida, imidazolidina N,N-sustituida, éter dialquílico de etilenglicol, una sal de amonio, pirrol, 2- metoxietanol, tricloruro de aluminio y similares. Si es necesario, para impartir no inflamabilidad, puede incluirse además un disolvente que contenga halógeno como, por ejemplo, tetracloruro de carbono y trifluoruro de etileno, y para mejorar una característica de almacenamiento a alta temperatura, puede incluirse además gas de dióxido de carbono, y puede incluirse además FEC (carbonato de fluoroetileno), PRS (propeno sultona) y similares. ;Según un ejemplo específico, se añade una sal de litio como, por ejemplo, LiPF<6>, LiClO<4>, LiBF<4>y LiN(SO<2>CF<3>)<2>a un disolvente mixto de un carbonato cíclico de EC o PC que es un disolvente de alto dieléctrico y un carbonato lineal de DEC, DMC o EMC que es un disolvente de baja viscosidad, preparando así el electrolito no acuoso que contiene sal de litio. ;Descripción de las figuras;La Figura 1 es una vista esquemática del conjunto de electrodos según una realización a modo de ejemplo de la presente invención; ;la Figura 2 es una vista en sección transversal vertical del conjunto de electrodos de la Figura 1; ;la Figura 3 es una vista esquemática de la celda de batería según una realización a modo de ejemplo de la presente invención; y ;la Figura 4 es un gráfico que representa las retenciones de capacidad y las tasas de aumento de resistencia de los ejemplos 1 y 2, y los ejemplos comparativos 1 y 2. ;Descripción detallada de la invención;En lo sucesivo, la presente invención se describirá con referencia a los dibujos según una realización a modo de ejemplo de la presente invención, sin embargo, la descripción es para una comprensión más fácil de la presente invención, y el alcance de la presente invención no se limita a la misma. ;Las Figura 1 y Figura 2 ilustran esquemáticamente el conjunto de electrodos según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. ;Con referencia a las Figura 1 y Figura 2, un conjunto 100 de electrodos tiene una estructura enrollada en espiral en una dirección con una lámina separadora interpuesta entre una lámina de electrodos positivos y una lámina de electrodos negativos, en la que un conductor 101 de electrodos positivos y un conductor 102 de electrodos negativos sobresalen uno al lado del otro en dirección paralela a una longitud vertical (y). ;El conjunto 100 de electrodos también tiene una longitud horizontal (x) igual o superior a aproximadamente tres veces la longitud vertical (y). ;Esta estructura tiene una flexibilidad relativamente aumentada al dispersar la tensión en una dirección de la longitud horizontal relativamente larga, incluso en el caso de que el conjunto 100 de electrodos esté doblado y, como se muestra en la Figura 2, ambas porciones de extremo lateral del conjunto 100 de electrodos pueden estar dobladas en la misma dirección. ;El conjunto 100 de electrodos curvados como tal puede tener un radio de curvatura (R), y este radio de curvatura (R) satisface la siguiente Ecuación 1: ;S[{1/ln(x/y)}*t] = R 1 en donde t es un espesor medio (mm) del conjunto de electrodos laminados, x es una longitud horizontal del conjunto de electrodos, e y es una longitud vertical del conjunto de electrodos, y
S es una constante de 8 o más, e ln(x/y) > 1.
Es decir, en la presente invención, el radio de curvatura (R) se determina por la relación de una longitud horizontal y una longitud vertical del conjunto 100 de electrodos y, en particular, como la longitud horizontal es mayor, el conjunto 100 de electrodos se dobla fácilmente debido a la dispersión de la tensión y, por lo tanto, el conjunto de electrodos puede tener un grado de flexión relativamente mayor, es decir, un radio de curvatura bajo.
Además, como la longitud horizontal es más corta, el grado de dispersión de la tensión es menor y, por lo tanto, el conjunto 100 de electrodos puede tener un radio de curvatura elevado de modo que tenga una forma curvada relativamente suave.
En la presente invención, el radio de curvatura (R) se basa, como se muestra en la Figura 2, en una posición media aproximada con respecto al espesor del conjunto 100 de electrodos en una sección vertical, y el radio de curvatura (R) formulado es un tamaño preferido para no causar un defecto no deseado como, por ejemplo, un cortocircuito o una distorsión en el conjunto 110 de electrodos curvado.
Es decir, debe entenderse que el radio de curvatura (R) para mantener una forma curvada más estable puede calcularse, utilizando las longitudes horizontal y vertical del conjunto 100 de electrodos, y la Ecuación 1 provista en la presente invención.
Generalmente, el conjunto 100 de electrodos que tiene una estructura en la que el electrodo y el separador están enrollados en espiral tiene los electrodos plegados para el enrollado en espiral y, por lo tanto, tiene una mayor tensión, en comparación con el conjunto 100 de electrodos en el que los electrodos y el separador están simplemente laminados. Además, dado que la tensión se concentra en una parte central enrollada en espiral, al deformar por la fuerza el conjunto de electrodos para la forma curva, el electrodo puede romperse o distorsionarse por la fuerte tensión.
En consecuencia, en general, no es fácil deformar el conjunto 100 de electrodos que tiene una estructura enrollada en espiral en una forma curva, sin embargo, como se ha descrito anteriormente, el conjunto 100 de electrodos de la presente invención tiene una longitud horizontal relativamente larga, y por lo tanto, la tensión se dispersa relativamente en una dirección transversal en su conjunto, lo cual resulta en una fácil deformación. Asimismo, la presente invención puede proveer el conjunto 100 de electrodos que tiene un radio de curvatura preferido calculando la curvatura preferida correspondiente que permite mantener una forma curvada más estable sobre la base de la Ecuación 1 de más arriba.
La Figura 3 ilustra esquemáticamente la celda de batería según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
Con referencia a la Figura 3, la celda de batería tiene una estructura en la que el conjunto 100 de electrodos se almacena en una caja de batería variable junto con una solución electrolítica.
Además, la celda de batería tiene una estructura en la que ambas porciones de extremo lateral del conjunto 100 de electrodos y la caja de batería en posiciones enfrentadas entre sí se doblan juntas en la misma dirección, de modo que se forma una superficie curvada en la superficie exterior de la celda de batería.
Por lo tanto, en un dispositivo que tiene una forma exterior curvada, o un dispositivo en el que la forma de la porción donde se monta la batería es curvada, se forma una estructura de contacto cercano al montar la celda de batería que tiene una superficie curvada formada en una dirección axial y, por lo tanto, se puede minimizar el desperdicio innecesario de espacio, y permitir así el desarrollo del dispositivo que es eficiente y tiene varios diseños según los gustos del consumidor.
La Figura 4 es un gráfico que representa las retenciones de capacidad y las tasas de aumento de resistencia de los ejemplos 1 y 2, y de los ejemplos comparativos 1 y 2.
Con referencia a la Figura 4, se confirma que los ejemplos 1 y 2 que satisfacen el valor de la constante S de 8 o más muestran mejores retenciones de capacidad que los ejemplos comparativos 1 y 2, mientras que las tasas de aumento de resistencia no son elevadas.
Una persona con experiencia ordinaria en la técnica a la que pertenece la presente invención puede llevar a cabo diversas aplicaciones y modificaciones dentro del alcance de la presente invención, basándose en la descripción anterior.
Aplicabilidad industrial
Como se ha descrito anteriormente, el conjunto de electrodos y la celda de batería según la presente invención tienen una longitud horizontal relativamente más larga que una longitud vertical, teniendo así una forma naturalmente curvada, y proveen el mérito de poder aplicarse a un dispositivo que tiene una forma exterior curvada, o a un dispositivo en el que la forma exterior es plana pero la forma de la porción donde se monta una celda de batería es curvada.
Claims (4)
1. Un conjunto de electrodos que tiene una estructura unidireccionalmente enrollada en espiral con una lámina separadora interpuesta entre una lámina de electrodos positivos y una lámina de electrodos negativos,
en donde el conjunto de electrodos tiene una longitud horizontal x que es una misma dirección en la que se enrolla el conjunto de electrodos, y la longitud vertical y que es perpendicular a la longitud horizontal con respecto a una placa de electrodos del conjunto de electrodos, en donde el enrollado en espiral se lleva a cabo cinco veces o menos, y ambas porciones de extremo lateral del conjunto de electrodos se doblan juntas en la misma dirección dentro del rango de un radio de curvatura R que satisface la siguiente Ecuación 1:
S[{1/ln(x/y)}*t] = R 1
en donde t es un espesor medio (mm) del conjunto de electrodos enrollado en espiral, x es la longitud horizontal (mm) del conjunto de electrodos, e y es la longitud vertical (mm) del conjunto de electrodos, y
S es una constante entre 9 y 12, R es de 5 mm a 20 mm, e ln(x/y) > 1, una relación de y a x (y:x) es de 1:3 a 1:20.
2. El conjunto de electrodos de la reivindicación 1, en donde la longitud horizontal x es de 50 mm a 500 mm.
3. El conjunto de electrodos de la reivindicación 1, en donde un conductor de electrodos positivos y un conductor de electrodos negativos sobresalen uno al lado del otro en dirección paralela a la longitud vertical y.
4. Una celda de batería que tiene una estructura en la que el conjunto de electrodos de la reivindicación 1 se almacena en una caja de batería variable junto con una solución electrolítica,
en donde ambas porciones de extremo lateral de la caja de batería variable se doblan juntas en la misma dirección.
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