JP6240127B2 - 無線充電が可能なケーブル型二次電池 - Google Patents
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Description
本発明は、変形自在なケーブル型二次電池に関し、より詳しくは、無線充電が可能なケーブル型二次電池に関する。
本出願は、２０１２年１１月１５日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−０１２９６５６号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
近年、二次電池は、外部の電気エネルギーを化学エネルギーの形態に変えて貯蔵しておき、必要なときに電気を作り出す装置をいう。数回充電できるという意味で「充電式電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）」という名称も用いられる。よく使用さ
れる二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル‐カドミウム電池（ＮｉＣｄ）、ニッケル水素蓄電池（ＮｉＭＨ）、リチウムイオン電池（Ｌｉ‐ｉｏｎ）、リチウムイオンポリマー電池（Ｌｉ‐ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）がある。二次電池は、使い捨ての一次電池に比べ
て経済的な利点及び環境的な利点を共に提供する。
れる二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル‐カドミウム電池（ＮｉＣｄ）、ニッケル水素蓄電池（ＮｉＭＨ）、リチウムイオン電池（Ｌｉ‐ｉｏｎ）、リチウムイオンポリマー電池（Ｌｉ‐ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）がある。二次電池は、使い捨ての一次電池に比べ
て経済的な利点及び環境的な利点を共に提供する。
二次電池は現在、低い電力を使用する所に用いられている。例えば、自動車の始動を助ける機器、携帯用装置、道具、無停電電源装置が挙げられる。最近、無線通信技術の発展は携帯用装置の大衆化を主導しており、従来の多くの種類の装置が無線化される傾向もあって、二次電池に対する需要が急増している。また、環境汚染などの防止の面で、ハイブリッド自動車、電気自動車が実用化されているが、これら次世代自動車は二次電池を使用することで、コストと重量を下げ、寿命を伸ばす技術を採用している。
一般に、二次電池は円筒型、角形、またはパウチ型の電池が殆どである。二次電池が、負極、正極及び分離膜で構成された電極組立体を円筒型または角形の金属缶またはアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースの内部に装着し、前記電極組立体に電解質を注入して製造されるためである。従って、このような二次電池の装着には一定空間が必要不可欠であるため、二次電池の円筒型、角形、またはパウチ型の形態は多様な形態の携帯用装置の開発に制約となる問題点がある。そこで、変形が容易な新規な形態の二次電池が求められており、そのような要求に応えて、断面の直径に対する長さの比が非常に大きい電池である線型電池が提案された。
また、このような線型電池は電池の体積に比べて表面積が非常に大きい電極及び集電体素子から構成されることにより、従来の一般の電池に比べて相対的に電子が円滑に流れ難い。
従って、線型電池の充電方式として従来の有線充電方式をそのまま適用する場合、電池の内部にある電極全体にわたって充電されず、外部導線と集電体との接触部位に限られて充電される恐れがある。また、電流密度の高い高速充電の際には、抵抗の影響が相対的に大きく作用することにより、充電効率は更に低くなるという問題が発生する。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来の有線充電方式と違って、無線充電方式を適用することで電池内部に電流を誘導できるようにする、無線充電が可能なケーブル型二次電池を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、電解質を含むリチウムイオン供給コア部；前記リチウムイオン供給コア部の外面を囲んで形成された開放構造の内部集電体、及び前記内部集電体の表面を囲んで形成された内部電極活物質層を備える内部電極；前記内部電極の外面を囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層；前記分離層の外面を囲んで形成され、外部電極活物質層及び外部集電体を備える外部電極；並びに前記外部電極の外面を囲んで形成され、熱収縮チューブ層及び巻き取られて形成された充電用コイルを含むパッケージ；を備え、前記充電用コイルは、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結され、かつ、所定形状の水平断面を有して長手方向に延長されて無線充電が可能なケーブル型二次電池を提供する。
ここで、前記ダイオードは、高電位集電体である前記内部集電体または前記外部集電体から、低電位集電体である前記外部集電体または前記内部集電体へ逆方向に連結されるものであり得る。
そして、前記内部電極が正極であり、前記外部電極が負極である場合、前記ダイオードは、内部集電体から外部集電体へ逆方向に連結されるものであり得る。または、前記外部電極が正極であり、前記内部電極が負極である場合、前記ダイオードは、外部集電体から内部集電体へ逆方向に連結されるものであり得る。
また、前記電解質は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルホルメート（ＭＦ）、γ‐ブチロラクトン（γ‐ＢＬ；ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、スルホラン（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ）、メチルアセテート（ＭＡ；ｍｅｔｈｙｌ
ａｃｅｔａｔｅ）、またはメチルプロピオネート（ＭＰ；ｍｅｔｈｙｌ ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）を使用した非水電解液；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ；ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ；ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄ
ｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ））、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ；ｐｏｌｙ（ｍｅ
ｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ；Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）またはポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ
ａｃｅｔａｔｅ）を使用したゲル型高分子電解質；もしくはＰＥＯ、ポリプロピレンオ
キシド（ＰＰＯ；ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、 ポリエチレンイミン（ＰＥＩ；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｉｍｉｎｅ）、ポリエチレンスルフファイド（ＰＥＳ
；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｓｕｌｐｈｉｄｅ）またはＰＶＡｃを使用した固体電解質
；から選択された電解質を含み得る。
ａｃｅｔａｔｅ）、またはメチルプロピオネート（ＭＰ；ｍｅｔｈｙｌ ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）を使用した非水電解液；ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ；ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ））、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ；ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄ
ｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ））、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ；ｐｏｌｙ（ｍｅ
ｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ；Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）またはポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ；ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ
ａｃｅｔａｔｅ）を使用したゲル型高分子電解質；もしくはＰＥＯ、ポリプロピレンオ
キシド（ＰＰＯ；ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、 ポリエチレンイミン（ＰＥＩ；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｉｍｉｎｅ）、ポリエチレンスルフファイド（ＰＥＳ
；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｓｕｌｐｈｉｄｅ）またはＰＶＡｃを使用した固体電解質
；から選択された電解質を含み得る。
そして、前記電解質は、リチウム塩を更に含むことができる。
このとき、前記リチウム塩は、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ10Ｃｌ10、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、ク
ロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムから選択された１種または２種以上であり得る。
ロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムから選択された１種または２種以上であり得る。
また、前記開放構造の内部集電体は、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型集電体またはメッシュ型集電体であり得る。
そして、前記内部集電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素または銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム‐カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；または伝導性高分子から製造されたものであり得る。
また、前記導電材は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ窒化硫黄、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｈｎ Ｏｘｉｄｅ）、銀、パラジウム及びニッケルから選択された１種または２種以上の混合物であり得る。
そして、前記伝導性高分子は、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリ窒化硫黄から選択された１種の化合物または２種以上の混合物であり得る。
また、前記分離層は、電解質層またはセパレータであり得る。
ここで、前記電解質層は、ＰＥＯ、ＰＶｄＦ、ＰＭＭＡ、ＰＡＮまたはＰＶＡＣを使用したゲル型高分子電解質；もしくはＰＥＯ、ＰＰＯ、ＰＥＩ、ＰＥＳまたはＰＶＡｃを使用した固体電解質；から選択された電解質を含むものであり得る。
そして、前記電解質層は、リチウム塩を更に含むことができる。
ここで、前記リチウム塩は、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ10Ｃｌ10、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、クロ
ロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムから選択された１種または２種以上であり得る。
ロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムから選択された１種または２種以上であり得る。
そして、前記セパレータは、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン‐ブテン共重合体、エチレン‐ヘキセン共重合体、及びエチレン‐メタクリレート共重合体からなる群より選択されたポリオレフィン系高分子から製造された多孔性基材；ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド、及びポリエチレンナフタレンからなる群より選択された高分子から製造された多孔性基材；または無機物粒子とバインダー高分子との混合物から形成された多孔性基材であり得る。
また、前記外部電極は、前記分離層の外面を囲んで形成された外部電極活物質層、及び前記外部電極活物質層の外面を囲んで形成された外部集電体を備えるか；前記分離層の外面を囲んで形成された外部集電体、及び前記外部集電体の外面を囲んで形成された外部電極活物質層を備えるか；前記分離層の外面を囲んで形成された外部集電体、及び前記外部集電体の外面を囲んで前記分離層と接触するように形成された外部電極活物質層を備えるか；または前記分離層の外面を囲んで形成された外部電極活物質層、及び前記外部電極活物質層内に被覆され、前記分離層の外面を離隔した状態で囲んで形成された外部集電体を備えるものであり得る。
そして、前記外部集電体は、中空型の集電体、ワイヤ型集電体、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型集電体またはメッシュ型集電体であり得る。
そして、前記外部集電体は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭
素または銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；もしくはアルミニウム‐カドミウム合金；から製造されたものであり得る。
素または銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；もしくはアルミニウム‐カドミウム合金；から製造されたものであり得る。
また、前記パッケージは、前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで形成された第２熱収縮チューブ層を備えるか；前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで前記第１熱収縮チューブ層と接触するように形成された第２熱収縮チューブ層を備えるか；または前記外部電極の外面を囲んで形成された熱収縮チューブ層、及び前記熱収縮チューブ層内に被覆され、前記外部電極の外面を離隔した状態で囲んで巻き取られて形成された充電用コイルを備えるものであり得る。
ここで、前記熱収縮チューブ層は、ポリオレフィン、ポリエステル、及びフッ素含有樹脂からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらのうち２種以上の混合物から成り得る。
そして、前記充電用コイルは、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素または銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；もしくはアルミニウム‐カドミウム合金；から製造されたものであり得る。
そして、前記充電用コイルの厚さは、１０μｍないし５００μｍであり得る。
また、前記充電用コイルは、前記ケーブル型二次電池１ｍｍの単位長さあたり１ないし１００回巻き取られているものであり得る。
また、前記内部電極は負極であり、前記外部電極は正極であるか、または、前記内部電極は正極であり、前記外部電極は負極であり得る。
このとき、前記内部電極が負極であり、前記外部電極が正極である場合、前記内部電極活物質層は、天然黒鉛、人造黒鉛または炭素質材料；リチウム含有チタン複合酸化物（ＬＴＯ）；Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、ＮｉまたはＦｅを含む金属類（Ｍｅ）；前記金属類（Ｍｅ）の合金類；前記金属類（Ｍｅ）の酸化物（ＭｅＯｘ）；及び前記金属類（Ｍｅ）と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み、前記外部電極活物質層は、ＬｉＣｏＯ2、Ｌｉ
ＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＰＯ4、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ2、及びＬｉＮｉ1-x-y-zＣｏxＭ１yＭ２zＯ2（Ｍ１及びＭ２は互いに独立して、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ
、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏから選択され、ｘ、ｙ及びｚは互いに独立した酸化物組成元素の原子分率であって、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である）からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み得る。
ＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＰＯ4、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ2、及びＬｉＮｉ1-x-y-zＣｏxＭ１yＭ２zＯ2（Ｍ１及びＭ２は互いに独立して、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ
、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏから選択され、ｘ、ｙ及びｚは互いに独立した酸化物組成元素の原子分率であって、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である）からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み得る。
そして、前記内部電極が正極であり、前記外部電極が負極である場合、前記内部電極活物質層は、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＰＯ4、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ2、及びＬｉＮｉ1-x-y-zＣｏxＭ１yＭ２zＯ2（Ｍ１及びＭ２は互いに独立して、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏから選択され、ｘ、ｙ及びｚは互いに独立した酸化物組成元素の原子分率であって、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である）からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み、前記外部電極活物質層は、天然黒鉛、人造黒鉛または炭素質材料；リチウム含有チタン複合酸化物（
ＬＴＯ）；Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、ＮｉまたはＦｅを含む金属類（Ｍｅ）；前記金属類（Ｍｅ）の合金類；前記金属類（Ｍｅ）の酸化物（ＭｅＯｘ）；及び前記金属類（Ｍｅ）と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み得る。
ＬＴＯ）；Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、ＮｉまたはＦｅを含む金属類（Ｍｅ）；前記金属類（Ｍｅ）の合金類；前記金属類（Ｍｅ）の酸化物（ＭｅＯｘ）；及び前記金属類（Ｍｅ）と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み得る。
また、本発明の他の態様によれば、電解質を含む２以上のリチウムイオン供給コア部；それぞれの前記リチウムイオン供給コア部の外面を囲んで形成された開放構造の内部集電体、及び前記内部集電体の表面を囲んで形成された内部電極活物質層を備え、互いに平行に配置された２以上の内部電極；前記内部電極の外面を囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層；前記分離層の外面を囲んで形成され、外部電極活物質層及び外部集電体を備える外部電極；並びに前記外部電極の外面を囲んで形成され、熱収縮チューブ層及び巻き取られて形成された充電用コイルを含むパッケージ；を備え、前記充電用コイルは、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結され、かつ、所定形状の水平断面を有して長手方向に延長されて無線充電が可能なケーブル型二次電池が提供される。
そして、本発明の更に他の態様によれば、電解質を含む２以上のリチウムイオン供給コア部；それぞれの前記リチウムイオン供給コア部の外面を囲んで形成された開放構造の内部集電体、前記内部集電体の表面を囲んで形成された内部電極活物質層、及び前記内部電極活物質層の外面を囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層を備え、互いに平行に配置された２以上の内部電極；前記内部電極の外面を囲んで形成され、外部電極活物質層及び外部集電体を備える外部電極；並びに前記外部電極の外面を囲んで形成され、熱収縮チューブ層及び巻き取られて形成された充電用コイルを含むパッケージ；を備え、前記充電用コイルは、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結され、かつ、所定形状の水平断面を有して長手方向に延長されて無線充電が可能なケーブル型二次電池が提供される。
本発明によれば、ケーブル型二次電池の充電方式として無線充電方式を適用することで、従来の有線充電方式に比べて便利に二次電池の充電を行うことができる。
また、電池内部に巻き取られて形成された充電用コイルを含むことで、従来のケーブル型二次電池の形状により引き起こされる局所的な充電の問題点を解消することができる。
そして、パッケージに充電用コイルが形成されており、補強材のような役割をすることで、ケーブル型二次電池の機械的物性を向上させることができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に基材された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例による一つのメッシュ型の内部電極を有するケーブル型二次電池の図である。
本発明の一実施例による一つの巻き取られたワイヤ型の内部電極を有するケーブル型二次電池の図である。
本発明の一実施例によるパッケージに含まれたダイオードを記号で示した概路図である。
本発明の一実施例によるパッケージに含まれたダイオードを記号で示した概路図である。
本発明の一実施例による複数の内部電極を有するケーブル型二次電池の断面図である。
本発明の一実施例による分離層をそれぞれ備える複数の内部電極を有するケーブル型二次電池の断面図である。
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は、本発明の最も望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想の全てを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は本発明の一実施例による一つのメッシュ型の内部電極を有するケーブル型二次電池の図であり、図２は本発明の一実施例による一つの巻き取られたワイヤ型の内部電極を有するケーブル型二次電池の図である。
そして、図３及び図４は、本発明の一実施例によるパッケージに含まれたダイオードを記号で示した概路図である。
図１及び図２を参照すれば、水平断面を有して長手方向に延長され、無線充電が可能な本発明のケーブル型二次電池１００は、電解質を含むリチウムイオン供給コア部１１０；前記リチウムイオン供給コア部１１０の外面を囲んで形成された開放構造の内部集電体１２０、及び前記内部集電体１２０の表面に形成された内部電極活物質層１３０を備える内部電極；前記内部電極の外面を囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層１４０；前記分離層１４０の外面を囲んで形成され、外部電極活物質層１５０及び外部集電体１６０を備える外部電極；並びに前記外部電極の外面を囲んで形成され、熱収縮チューブ層１７０及び巻き取られて形成された充電用コイル１８０を含むパッケージ；を備え、前記充電用コイルは、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結される。
ここで、水平断面は円形または多角形であり得、円形は幾何学的に完全な対称形の円形と非対称形の楕円形の構造であり得る。そして、多角形は、特に制限されることはなく、例えば三角形、四角形、五角形または六角形であり得る。
本発明のケーブル型二次電池は、水平断面に対する長手方向に長く延びた線型構造を有し、可撓性を有するため、変形自在である。
従来のケーブル型二次電池は、内部電極と外部電極との間に電解質層を備える。これら電解質層は、短絡を防止するために内部電極と外部電極とを隔離しなければならないため、一定水準の機械的物性を有するゲル型高分子電解質または固体高分子電解質を使用する必要があった。しかし、このようなゲル型高分子電解質または固体高分子電解質は、リチウムイオン源としての性能に優れないため、電極活物質層にリチウムイオンを十分供給するためには電解質層の厚さを増加させなければならず、このような電解質層が厚くなることで電極間の間隔が広がり、かえって抵抗が増加して電池性能が低下するという問題がある。
一方、本発明ケーブル型二次電池１００は、電解質を含むリチウムイオン供給コア部１１０を備え、本発明の内部集電体１２０は、開放構造を有するため、リチウムイオン供給コア部１１０の電解質が内部集電体１２０を通過し、内部電極活物質層１３０及び外部電極活物質層１５０に到達することができる。従って、電解質層の厚さを過度に増加させる必要がなく、かえって電解質層を不可欠な構成要素としないため、選択的にセパレータのみを使用することもできる。すなわち、本発明のケーブル型二次電池は、電解質を含むリチウムイオン供給コア部１１０を備えることで、電極の活物質への浸透が容易であり、電極におけるリチウムイオンの供給及び交換が容易であるため、電池の容量特性及びサイクル特性に優れる。
また、本発明のケーブル型二次電池は、外部の磁場を用いて電流を形成する無線充電方式を適用することで、従来の有線充電方式に比べて便利に二次電池の充電を行うことができる。
前記無線充電方式としては、マイクロ波を利用する方法と電磁気誘導法などを適用することができる。
本発明では、電磁気誘導法として、外部機器に流れる電流によって磁場が発生し、該磁場はケーブル型二次電池の充電用コイルに誘導電流を発生させ、該誘導電流が本発明のケーブル型二次電池を充電する作動原理が適用される。
本発明では、電池の外部を囲んで電池を保護するパッケージに充電用コイルが形成されることで無線充電を可能にするとともに、補強材のような役割をすることでケーブル型二次電池の機械的物性を向上させる効果を与え、電池内部の全体にわたって巻き取られて形成された充電用コイルによって、従来のケーブル型二次電池の形状により引き起こされる局所的な充電の問題点を解消することができる。
図３及び図４を参照すれば、本発明では、無線充電と放電が円滑に行われるように、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結される。このとき、前記ダイオードは、高電位集電体（正極集電体）である前記内部集電体または前記外部集電体から、低電位集電体（負極集電体）である前記外部集電体または前記内部集電体へ逆方向に連結される。
すなわち、前記内部電極が正極であり、前記外部電極が負極である場合、前記ダイオードは、内部集電体から外部集電体へ逆方向に連結されるか、または前記外部電極が正極であり、前記内部電極が負極である場合、前記ダイオードは、外部集電体から内部集電体へ逆方向に連結される。前記ダイオードを備えることにより、充放電が円滑に行われる。
また、前記リチウムイオン供給コア部１１０は電解質を含み、該電解質としては、その種類は特に限定されないが、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルホルメート（ＭＦ）、γ‐ブチロラクトン（γ‐ＢＬ）、スルホラン、メチルアセテート（ＭＡ）、またはメチルプロピオネート（ＭＰ）を使用した非水電解液；ＰＥＯ、ＰＶｄＦ、ＰＭＭＡ、ＰＡＮまたはＰＶＡＣを使用したゲル型高分子電解質；もしくはＰＥＯ、ＰＰＯ、ＰＥＩ、ＰＥＳまたはＰＶＡｃを使用した固体電解質；から選択された電解質を含むことができる。
そして、このような電解質は、リチウム塩を更に含むことができるが、該リチウム塩としては、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ10Ｃｌ10、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、クロロホウ酸リチウム、低
級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムなどを使用することが望ましい。そして、このようなリチウムイオン供給コア部１１０は、電解質のみから構成され得、液相の電解液の場合には、多孔質担体を用いて構成され得る。
級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムなどを使用することが望ましい。そして、このようなリチウムイオン供給コア部１１０は、電解質のみから構成され得、液相の電解液の場合には、多孔質担体を用いて構成され得る。
そして、本発明の内部集電体は、リチウムイオン供給コア部の電解質の浸透が容易になるように開放構造を有する。前記開放構造とは、その開放構造を境界面にして、該境界面を通過して内部から外部への物質の移動が自由な形態の構造をいうものであり、該開放構造としては、電解質の浸透が容易な形態の構造であればすべて採用可能である。
図１及び図２を参照すれば、このような開放構造の内部集電体の非制限的な例として、メッシュ型の内部集電体１２０または巻き取られたワイヤ型の内部集電体２２０が示されているが、特にこれらに限定されることはなく、巻き取られたシート型集電体などを使用することも可能である。
前記内部集電体１２０、２２０としては、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素または銅；ステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀で表面処理されたもの；アルミニウム‐カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；もしくは伝導性高分子から製造されたものが望ましい。
集電体は、活物質の電気化学反応によって生成された電子を集めるか、または電気化学反応に必要な電子を供給する役割をするものであって、一般に銅やアルミニウムなどの金属を使用する。特に、導電材で表面処理された非伝導性高分子または伝導性高分子からなる高分子伝導体を使用する場合には、銅やアルミニウムのような金属を使用した場合よりも相対的に可撓性に優れる。また、金属集電体に代替して高分子集電体を使用することで、電池の軽量化を達成することができる。
このような導電材としては、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ窒化硫黄、ＩＴＯ、銀、パラジウム、及びニッケルなどが使用可能であり、伝導性高分子としては、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリ窒化硫黄などが使用可能である。但し、集電体に用いられる非伝導性高分子は特にその種類が限定されない。
本発明の内部電極活物質層１３０は、前記内部集電体１２０の表面に形成される。このとき、前記内部集電体１２０の外面を囲んで形成されることで、内部集電体１２０の開放構造が内部電極活物質層１３０の外面に露出しない場合だけでなく、内部電極活物質層１３０が前記内部集電体１２０の開放構造の表面に形成され、前記内部集電体１２０の開放構造が内部電極活物質層１３０の外面に露出する場合も含まれる。例えば、巻き取られたワイヤ型集電体の表面に活物質層を形成する場合と、電極活物質層が形成されたワイヤ型集電体を巻き取って使用する場合が挙げられる。
また、本発明の分離層としては、電解質層またはセパレータを使用することができる。
このようなイオンの通路となる電解質層としては、ＰＥＯ、ＰＶｄＦ、ＰＭＭＡ、ＰＡＮまたはＰＶＡｃを使用したゲル型高分子電解質、もしくはＰＥＯ、ＰＰＯ、ＰＥＩ、ＰＥＳまたはＰＶＡｃを使用した固体電解質などを使用する。固体電解質のマトリクスは、高分子またはセラミックガラスを基本骨格にすることが望ましい。一般の高分子電解質の
場合には、イオン伝導度が満足できても、反応速度の面でイオンが非常に遅く移動する恐れがあるため、固体の場合よりはイオンの移動が容易なゲル型高分子電解質を使用することが望ましい。ゲル型高分子電解質は、機械的特性に優れないため、それを補完するために気孔構造支持体または架橋高分子を含むことができる。本発明の電解質層は、分離膜の役割も果たせるため、別途の分離膜を使用しなくてもよい。
場合には、イオン伝導度が満足できても、反応速度の面でイオンが非常に遅く移動する恐れがあるため、固体の場合よりはイオンの移動が容易なゲル型高分子電解質を使用することが望ましい。ゲル型高分子電解質は、機械的特性に優れないため、それを補完するために気孔構造支持体または架橋高分子を含むことができる。本発明の電解質層は、分離膜の役割も果たせるため、別途の分離膜を使用しなくてもよい。
本発明の電解質層は、リチウム塩を更に含むことができる。リチウム塩は、イオン伝導度及び反応速度を向上できるが、これらの非制限的な例としては、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ10Ｃｌ10、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ
ＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3
Ｌｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、クロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム
、及びテトラフェニルホウ酸リチウムを使用することができる。
ＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3
Ｌｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、クロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム
、及びテトラフェニルホウ酸リチウムを使用することができる。
前記セパレータとしては、その種類は特に限定されないが、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン‐ブテン共重合体、エチレン‐ヘキセン共重合体、及びエチレン‐メタクリレート共重合体からなる群より選択されたポリオレフィン系高分子から製造された多孔性基材；ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド、及びポリエチレンナフタレンからなる群より選択された高分子から製造された多孔性基材；または無機物粒子とバインダー高分子との混合物から形成された多孔性基材などを使用することができる。特に、リチウムイオン供給コア部のリチウムイオンが外部電極にも伝達され易くするためには、前記ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド、及びポリエチレンナフタレンからなる群より選択された高分子から製造された多孔性基材に該当する不織布材質のセパレータを使用することができる。
また、前記外部電極は、分離層と接するようになる、外部電極活物質層と外部集電体との配置によってあらゆる具現例が可能である。
図１による外部電極は、前記分離層１４０の外面を囲んで形成された外部電極活物質層１５０及び前記外部電極活物質層１５０の外面を囲んで形成された外部集電体１６０を備える。
また、本発明の一実施例によるケーブル型二次電池の外部電極は、前記分離層の外面を囲んで形成された外部集電体、及び前記外部集電体の外面を囲んで形成された外部電極活物質層を備える構造；前記分離層の外面を囲んで形成された外部集電体、及び前記外部集電体の外面を囲んで前記分離層と接触するように形成された外部電極活物質層を備える構造；または前記分離層の外面を囲んで形成された外部電極活物質層、及び前記外部電極活物質層内に被覆され、前記分離層の外面を離隔した状態で囲んで形成された外部集電体を備える構造；などが可能である。
本発明の外部集電体としては、その形態は特に制限しないが、中空型の集電体、ワイヤ型集電体、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型集電体またはメッシュ型集電体を使用することができる。そして、このような外部集電体としては、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素または銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム‐カドミウム合金；などから製造されたものを使用することができる。
また、前記パッケージは、前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ
層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで形成された第２熱収縮チューブ層を備える構造；前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで前記第１熱収縮チューブ層と接触するように形成された第２熱収縮チューブ層を備える構造；または前記外部電極の外面を囲んで形成された熱収縮チューブ層、及び前記熱収縮チューブ層内に被覆され、前記外部電極の外面を離隔した状態で囲んで巻き取られて形成された充電用コイルを備える構造；などが可能である。
層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで形成された第２熱収縮チューブ層を備える構造；前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで前記第１熱収縮チューブ層と接触するように形成された第２熱収縮チューブ層を備える構造；または前記外部電極の外面を囲んで形成された熱収縮チューブ層、及び前記熱収縮チューブ層内に被覆され、前記外部電極の外面を離隔した状態で囲んで巻き取られて形成された充電用コイルを備える構造；などが可能である。
このとき、前記熱収縮チューブ層は、加熱すれば収縮するチューブであって、端子または形態や大きさが異なる物質を隙間なく囲むが、通常高分子樹脂から作られ、絶縁やその他の用途として使用される。このような熱収縮チューブ層としては、多様な材質及び形態を有する熱収縮チューブが商用化されているため、本発明の目的に適するものを容易に入手して使用することができる。熱収縮チューブ層は、自動被覆加工機を用いてリチウムイオン電池を挿入し、熱収縮させる作業を行うため、熱収縮チューブ層が開口した状態で自立（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｉｔｓｅｌｆ）する程度の剛性を有することが求められる。
また、二次電池に熱的損傷を与えないように、収縮加工の温度を低温にする必要があり、一般に７０℃ないし２００℃または７０℃ないし１２０℃の温度で収縮が完了することが求められる。このような熱収縮チューブ層は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、及びポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有樹脂からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらのうち２種以上の混合物から成り得る。
また、二次電池に熱的損傷を与えないように、収縮加工の温度を低温にする必要があり、一般に７０℃ないし２００℃または７０℃ないし１２０℃の温度で収縮が完了することが求められる。このような熱収縮チューブ層は、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、及びポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有樹脂からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらのうち２種以上の混合物から成り得る。
そして、前記充電用コイルは、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素または銅；カーボン、ニッケル、チタンまたは銀で表面処理されたステンレス鋼；もしくはアルミニウム‐カドミウム合金；から製造されたものであり得る。
このとき、前記充電用コイルの厚さは、１０μｍないし５００μｍであり得、前記充電用コイルは、前記ケーブル型二次電池１ｍｍの単位長さあたり１ないし１００回巻き取られているものであり得る。
２次コイルは、コイルの断面積と巻数の影響を受けるが、前記数値範囲を満足することで、２次コイルである充電用コイルで、ケーブル型二次電池の無線充電を可能にする効果的な誘導電流を発生させることができる。
前記内部電極は、負極であり、前記外部電極は正極であるか、または、前記内部電極は正極であり、前記外部電極は負極である。
本発明の電極活物質層は、集電体を通じてイオンを移動させる作用をし、これらイオンの移動は、電解質層からのイオンの吸蔵及び電解質層への放出を通じた相互作用による。
このような電極活物質層は、負極活物質層と正極活物質層とに分けることができる。
具体的には、前記内部電極が負極であり、前記外部電極が正極である場合、前記内部電極活物質層は負極活物質層であって、天然黒鉛、人造黒鉛または炭素質材料；リチウム含有チタン複合酸化物（ＬＴＯ）；Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、ＮｉまたはＦｅを含む金属類（Ｍｅ）；前記金属類（Ｍｅ）の合金類；前記金属類（Ｍｅ）の酸化物（ＭｅＯｘ）；及び前記金属類（Ｍｅ）と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含むことができ、前記外部電極活物質層は、正極活物質層であって、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、Ｌｉ
ＣｏＰＯ4、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ2、及びＬｉＮｉ1-x-y-zＣｏxＭ１yＭ２zＯ2（Ｍ１及びＭ２は互いに独立して、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏから選択され、ｘ、ｙ及びｚは互いに独立した酸化物組成元素の原子分率であって、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である）からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含むことができる。
ＣｏＰＯ4、ＬｉＦｅＰＯ4、ＬｉＮｉＭｎＣｏＯ2、及びＬｉＮｉ1-x-y-zＣｏxＭ１yＭ２zＯ2（Ｍ１及びＭ２は互いに独立して、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏから選択され、ｘ、ｙ及びｚは互いに独立した酸化物組成元素の原子分率であって、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である）からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含むことができる。
また、前記内部電極が正極であり、前記外部電極が負極である場合には、内部電極活物質層は正極活物質層であり得、外部電極活物質層は負極活物質層であり得る。
以下、一実施例によるケーブル型二次電池及びその製造方法を図２を参照して説明する。
一実施例による本発明のケーブル型二次電池２００は、電解質を含むリチウムイオン供給コア部２１０；前記リチウムイオン供給コア部２１０の外面を囲んで形成された開放構造の内部集電体２２０、及び前記内部集電体２２０の表面に形成された内部電極活物質層２３０を備える内部電極；前記内部電極の外面を囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層２４０；前記分離層２４０の外面を囲んで形成された外部電極活物質層２５０、及び前記外部電極活物質層２５０の外面を囲んで形成された外部集電体２６０を備える外部電極；並びに前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ層２７０、前記熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル２８０、及び前記充電用コイルの外面を囲んで更に形成された第２熱収縮チューブ層２７０’を備える。
まず、高分子電解質を使用し、押出機などでワイヤ形態に形成してリチウムイオン供給コア部２１０を用意する。または、中心部が空いた内部電極を用意した後、内部電極の中心部に非水電解液を注入してリチウムイオン供給コア部２１０を形成することもでき、保護コーティングまで適用された電池組立体を用意した後、電池の内部電極支持体の中心部に非水電解液を注入して形成することもできる。更に他の方法としては、スポンジ材質のワイヤ形態の担体を用意した後、それに非水電解液を注入してリチウムイオン供給コア部２１０を用意することもできる。
その後、ワイヤ型の内部集電体２２０を用意して前記リチウムイオン供給コア部２１０に巻き取る。前記巻き取られたワイヤ型の内部集電体２２０の表面に内部電極活物質層２３０をコーティングする。コーティング方法としては、一般のコーティング方法が適用され得、具体的には、電気メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ）または陽極酸化処理（ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）法が使用可能であるが、一定間隔を維持するためには活物質を含む電極スラリーを押出機を用いて押出コーティングする方法で製造することが望ましい。また、活物質を含む電極スラリーである場合には、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）または押出機を用いて押出コーティングする方
法で製造することも可能である。
法で製造することも可能である。
また、前記内部電極活物質層２３０を囲むように高分子電解質層からなる分離層２４０を形成する。前記電解質層である分離層２４０を形成する方法も特に限定されないが、線型であるケーブル型二次電池の特性上、押出コーティングする方法で製造することが便利である。
前記コーティングされた電解質である分離層２４０の外面に、外部電極活物質層２５０をコーティングして形成する。内部電極活物質層２３０のコーティング方法は、外部電極活物質層２５０のコーティングにも同様に適用され得る。
そして、前記外部電極活物質層２５０の外面に中空型の外部集電体２６０を形成する。このとき、前記外部集電体としては、メッシュ型の集電体、巻き取られたワイヤ型集電体または巻き取られたシート型集電体などを適用することもできる。このとき、まず外部電極活物質層を外部集電体に形成させた後、それを分離層上に適用して外部電極を形成することもできる。例えば、巻き取られたシート型集電体の場合、シート型集電体上に外部電極活物質層を形成させ、それを所定の幅を有するように切断してシート型外部電極を用意することができる。その後、前記外部電極活物質層が分離層に接するように、用意したシート型外部電極を分離層の外面に巻き取って外部電極を分離層上に形成することができる。
これとは違って、外部電極の形成時に、まず分離層の外面を囲むように外部集電体を形成し、前記外部集電体の外面を囲むように外部電極活物質層を形成することもできる。
また、前記電極組立体の外面を囲むように熱収縮チューブ層２７０を形成する。前記熱収縮チューブ層２７０は、絶縁体であって、空気中の水分及び外部衝撃から電極を保護するために形成する。
また、充電用コイル２８０を前記熱収縮チューブ層２７０の外面を囲むように巻き取って形成させる。このとき、前記充電用コイル２８０の一端部は、外部集電体と電気的に連結させ、他端部は内部集電体と電気的に連結させ、ダイオードを通じて内部集電体と外部集電体との間を電気的に連結させる。
最後に、前記充電用コイル２８０を囲むように熱収縮チューブ層２７０’を形成する。
以下、更に他の可能な実施例を図５及び図６を参照して説明する。
図５を参照すれば、一実施例による本発明のケーブル型二次電池３００は、電解質を含む２以上のリチウムイオン供給コア部３１０；それぞれの前記リチウムイオン供給コア部３１０の外面を囲んで形成された開放構造の内部集電体３２０、及び前記内部集電体３２０の表面に形成された内部電極活物質層３３０を備え、互いに平行に配置された２以上の内部電極；前記内部電極の外面を一緒に囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層３４０；前記分離層３４０の外面を囲んで形成され、外部電極活物質層３５０及び外部集電体３６０を備える外部電極；並びに前記外部電極の外面を囲んで形成され、熱収縮チューブ層３７０及び巻き取られて形成された充電用コイル３８０を含むパッケージ；を備え、前記充電用コイルは、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結される。
このような複数の電極からなる内部電極を備えるケーブル型二次電池の場合にも、上述したように、前記外部電極は多様な形態で存在し得る。
そして、図６を参照すれば、一実施例による本発明のケーブル型二次電池４００は、電解質を含む２以上のリチウムイオン供給コア部４１０；それぞれの前記リチウムイオン供給コア部４１０の外面を囲んで形成された開放構造の内部集電体４２０、前記内部集電体４２０の表面に形成された内部電極活物質層４３０、及び前記内部電極活物質層４３０の外面を囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層４４０を備え、互いに平行に配置された２以上の内部電極；前記内部電極の外面を一緒に囲んで形成され、外部電極活物質層４５０及び外部集電体４６０を備える外部電極；並びに前記外部電極の外面を囲んで形成され、熱収縮チューブ層及び巻き取られて形成された充電用コイルを含むパッケージ；を備え、前記充電用コイルは、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結され
たダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結される。
たダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結される。
このとき、前記外部電極は、多様な形態で存在し得るが、前記内部電極の外面を一緒に囲んで形成された外部電極活物質層、及び前記外部電極活物質層の外面を囲んで形成された外部集電体を備える構造の他に、前記内部電極の外面を一緒に囲んで形成された外部集電体、及び前記外部集電体の外面を囲んで形成された外部電極活物質層を備える構造；前記内部電極の外面を囲んで形成された外部集電体、及び前記外部集電体の外面を囲んで前記内部電極と接触するように形成された外部電極活物質層を備える構造；または前記内部電極の外面を囲んで形成された外部電極活物質層、及び前記外部電極活物質層内に被覆され、前記内部電極の外面を離隔した状態で囲んで形成された外部集電体を備える構造を有し得る。
前記ケーブル型二次電池３００、４００は、上述したように、無線充電と放電が円滑に行われるように、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含む充電用コイルを備えるが、このとき、前記ダイオードは、高電位集電体（正極集電体）である前記内部集電体または前記外部集電体から、低電位集電体（負極集電体）である前記外部集電体または前記内部集電体へ逆方向に連結される。
このようなケーブル型二次電池３００、４００は、複数の電極からなる内部電極を備えるため、負極と正極とのバランスを調整し易く、複数の電極を備えるため、断線を防止することができる。
１００、２００、３００、４００：ケーブル型二次電池
１１０、２１０、３１０、４１０：リチウムイオン供給コア部
１２０、２２０、３２０、４２０：内部集電体
１３０、２３０、３３０、４３０：内部電極活物質層
１４０、２４０、３４０、４４０：分離層
１５０、２５０、３５０、４５０：外部電極活物質層
１６０、２６０、３６０、４６０：外部集電体
１７０、２７０、３７０、４７０：熱収縮チューブ層
１８０、２８０、３８０、４８０：充電用コイル
１１０、２１０、３１０、４１０：リチウムイオン供給コア部
１２０、２２０、３２０、４２０：内部集電体
１３０、２３０、３３０、４３０：内部電極活物質層
１４０、２４０、３４０、４４０：分離層
１５０、２５０、３５０、４５０：外部電極活物質層
１６０、２６０、３６０、４６０：外部集電体
１７０、２７０、３７０、４７０：熱収縮チューブ層
１８０、２８０、３８０、４８０：充電用コイル
Claims (25)
- 電解質を含むリチウムイオン供給コア部；
前記リチウムイオン供給コア部の外面を囲んで形成された開放構造の内部電極であり、開放構造の内部集電体と、前記内部集電体の表面を囲んで形成された内部電極活物質層とを備える内部電極；
前記内部電極の外面を囲んで形成され、電極の短絡を防止する分離層；
前記分離層の外面を囲んで形成され、外部電極活物質層及び外部集電体を備える外部電極；並びに
前記外部電極の外面を囲んで形成され、熱収縮チューブ層及び巻き取られて形成された充電用コイルを含むパッケージ；を備え、
前記電解質は、非水電解液またはゲル型高分子電解質であり、
前記充電用コイルは、前記内部集電体と前記外部集電体との間に電気的に連結されたダイオードを含み、前記充電用コイルの一端部は、前記外部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端部は、前記内部集電体と電気的に連結され、
前記ダイオードが、高電位集電体である前記内部集電体または前記外部集電体から、低電位集電体である前記外部集電体または前記内部集電体へ逆方向に連結され、
所定形状の水平断面を有して長手方向に延長され、無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法であって、
電解質を含むリチウムイオン供給コア部を形成し、
前記リチウムイオン供給コア部の外面に、前記開放構造の内部集電体を形成し、電気メッキ、陽極酸化処理法、押出コーティングまたはディップコーティングにより前記内部集電体の表面に前記内部電極活物質層を形成して前記内部電極を形成し、
前記内部電極を囲むように前記分離層を形成し、
前記分離層の外面に前記外部電極を形成し、
前記外部電極を囲むように前記充電用コイルを含むパッケージを形成し、前記充電用コイルの一端は、前記内部集電体と電気的に連結され、前記充電用コイルの他端は、前記外部集電体と電気的に連結される工程を含む方法。 - 前記内部電極が正極であり、前記外部電極が負極である場合、前記ダイオードが、前記内部集電体から前記外部集電体へ逆方向に連結されるか、または
前記外部電極が正極であり、前記内部電極が負極である場合、前記ダイオードが、前記外部集電体から前記内部集電体へ逆方向に連結されることを特徴とする請求項１に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。 - 前記電解質が、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、メチルホルメート（ＭＦ）、γ‐ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、メチルアセテート（ＭＡ）、もしくはメチルプロピオネート（ＭＰ）を使用した非水電解液；およびポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）もしくはポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）を使用したゲル型高分子電解質；から選択された電解質を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記電解質が、リチウム塩を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記リチウム塩が、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ10Ｃｌ10、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、クロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムから選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項４に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記開放構造の内部集電体が、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型集電体またはメッシュ型集電体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記内部集電体が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素もしくは銅；カーボン、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたステンレス鋼；アルミニウム‐カドミウム合金；導電材で表面処理された非伝導性高分子；または伝導性高分子から製造されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記導電材が、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ窒化硫黄、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、銀、パラジウム、及びニッケルから選択された１種または２種以上の混合物であることを特徴とする請求項７に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記伝導性高分子が、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリ窒化硫黄から選択された１種の化合物または２種以上の混合物であることを特徴とする請求項７に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記分離層が、電解質層またはセパレータであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記電解質層が、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）もしくはポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）を使用したゲル型高分子電解質；またはポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリエーテルイミン（ＰＥＩ）、ポリエチレンスルフィド（ＰＥＳ）もしくはポリビニルアセテート（ＰＶＡｃ）を使用した固体電解質；から選択された電解質を含むことを特徴とする請求項１０に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記電解質層が、リチウム塩を更に含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記リチウム塩が、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ10Ｃｌ10、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ、クロロホウ酸リチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、及びテトラフェニルホウ酸リチウムから選択された１種または２種以上であることを特徴とする請求項１２に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記セパレータが、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン‐ブテン共重合体、エチレン‐ヘキセン共重合体、及びエチレン‐メタクリレート共重合体からなる群より選択されたポリオレフィン系高分子から製造された多孔性基材；ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィド、及びポリエチレンナフタレンからなる群より選択された高分子から製造された多孔性基材；または無機物粒子とバインダー高分子との混合物から形成された多孔性基材であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記外部電極を形成する工程において、
前記外部電極活物質層が、前記分離層の外面を囲んで形成され、及び前記外部集電体が、前記外部電極活物質層の外面を囲んで形成されるか；
前記外部集電体が、前記分離層の外面を囲んで形成され、及び前記外部電極活物質層が、前記外部集電体の外面を囲んで形成されるか；
前記外部集電体が、前記分離層の外面を囲んで形成され、及び前記外部電極活物質層が、前記外部集電体の外面を囲んで前記分離層と接触するよう形成されるか；または
前記外部電極活物質層が、前記分離層の外面を囲んで形成され、及び前記外部集電体が、前記外部電極活物質層内に被覆され、前記分離層の外面を離隔した状態で囲んで形成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。 - 前記外部集電体が、中空型の集電体、ワイヤ型集電体、巻き取られたワイヤ型集電体、巻き取られたシート型集電体またはメッシュ型集電体であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記外部集電体が、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素もしくは銅；カーボン、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたステンレス鋼；またはアルミニウム‐カドミウム合金；から製造されたことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記パッケージが、前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで形成された第２熱収縮チューブ層を備えるか；
前記外部電極の外面を囲んで形成された第１熱収縮チューブ層、前記第１熱収縮チューブ層の外面を囲んで巻き取られて形成された充電用コイル、及び前記充電用コイルの外面を囲んで前記第１熱収縮チューブ層と接触するように形成された第２熱収縮チューブ層を備えるか；または
前記外部電極の外面を囲んで形成された熱収縮チューブ層、及び、前記外部電極の外面を離隔した状態で囲んで巻き取られて形成された充電用コイルを備えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。 - 前記熱収縮チューブ層が、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、及びフッ素含有樹脂からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらのうち２種以上の混合物から形成されることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記充電用コイルが、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素もしくは銅；カーボン、ニッケル、チタンもしくは銀で表面処理されたステンレス鋼；またはアルミニウム‐カドミウム合金；から製造されたことを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記充電用コイルの厚さが、１０μｍないし５００μｍであることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記充電用コイルが、前記ケーブル型二次電池において１ｍｍの単位長さあたり１ないし１００回巻き取られていることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記内部電極が負極であり、前記外部電極が正極であるか、または、前記内部電極が正極であり、前記外部電極が負極であることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
- 前記内部電極が負極であり、前記外部電極が正極である場合、前記内部電極活物質層は、天然黒鉛、人造黒鉛または炭素質材料；リチウム含有チタン複合酸化物（ＬＴＯ）；Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、ＮｉまたはＦｅを含む金属類（Ｍｅ）；前記金属類（Ｍｅ）の合金類；前記金属類（Ｍｅ）の酸化物（ＭｅＯｘ）；及び前記金属類（Ｍｅ）と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み、
前記外部電極活物質層が、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＰＯ4、ＬｉＦｅＰＯ4、及びＬｉＮｉ1-x-y-zＣｏxＭ１yＭ２zＯ2（Ｍ１及びＭ２は互いに独立して、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏから選択され、ｘ、ｙ及びｚは互いに独立した酸化物組成元素の原子分率であって、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である）からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含むことを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。 - 前記内部電極が正極であり、前記外部電極が負極である場合、前記内部電極活物質層が、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＰＯ4、ＬｉＦｅＰＯ4、及びＬｉＮｉ1-x-y-zＣｏxＭ１yＭ２zＯ2（Ｍ１及びＭ２は互いに独立して、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ及びＭｏから選択され、ｘ、ｙ及びｚは互いに独立した酸化物組成元素の原子分率であって、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．５、０≦ｚ＜０．５、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１である）からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含み、
前記外部電極活物質層が、天然黒鉛、人造黒鉛または炭素質材料；リチウム含有チタン複合酸化物（ＬＴＯ）；Ｓｉ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｃｅ、ＮｉまたはＦｅを含む金属類（Ｍｅ）；前記金属類（Ｍｅ）の合金類；前記金属類（Ｍｅ）の酸化物（ＭｅＯｘ）；及び前記金属類（Ｍｅ）と炭素との複合体からなる群より選択されたいずれか一つの活物質またはこれらのうち２種以上の混合物を含むことを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載の無線充電が可能なケーブル型二次電池の製造方法。
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