JP6549163B2 - ケーブル型二次電池 - Google Patents
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Description
そして、前記バインダーは、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン‐ヘキサフルオロプロピレン、ポリフッ化ビニリデン‐トリクロロエチレン、ポリブチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリアリレート、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシルメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルスチレンブタジエン共重合体及びポリイミドからなる群より選択されたいずれか1種または2種以上の混合物であり得るが、これらに限定されることはない。
11、110、210、310:リチウムイオン供給コア部
12、120、220、320:ワイヤ型内部集電体
13、130、230、330:内部電極活物質層
14、140、240、340:分離層
15、151、351:外部集電体
16、152、352:外部電極活物質層
17、160、260、360:パッケージ
150、250、350:外部電極
153、353:導電層
154、354:第1支持層
155、355:第2支持層
161、361:金属箔層
162、362:第1高分子樹脂層
163、363:機械的支持層
164:第2高分子樹脂層
Claims (48)
- 長手方向に延長されたケーブル型二次電池であって、
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螺旋状に巻き取られて形成され、外部集電体、前記外部集電体の内面に形成された外部電極活物質層及び前記外部集電体の外面に形成された支持層を含むシート型外部電極;並びに
前記外部電極の外面を囲んで形成され、金属箔層、前記金属箔層の内面に形成された第1高分子樹脂層、及び前記金属箔層の外面に形成された機械的支持層を含むパッケージ;を備え、
前記外部電極の前記支持層と前記パッケージの前記第1高分子樹脂層とが同じ材質から形成され、互いに付着されるケーブル型二次電池。 - 前記外部電極は、一方向に延長されたストリップ構造であることを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部電極は、互いに重ならないように螺旋状に巻き取られて形成されることを特徴とする請求項2に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部電極は、前記外部電極の幅の2倍以内の間隔で互いに離隔させ、重ならないように螺旋状に巻き取って形成することを特徴とする請求項3に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部電極は、互いに重なるように螺旋状に巻き取って形成することを特徴とする請求項2に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部電極は、前記互いに重なる部分の幅が前記外部電極の幅の0.9倍以内になるように螺旋状に巻き取って形成することを特徴とする請求項5に記載のケーブル型二次電池。
- 前記内部電極は、内部に空間が形成されている中空型構造であることを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記内部電極の内部に形成されている空間に、内部電極集電体コア部、電解質を含むリチウムイオン供給コア部、または充填コア部が形成されたことを特徴とする請求項7に記載のケーブル型二次電池。
- 前記内部電極集電体コア部は、カーボンナノチューブ、ステンレススチール、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スチール;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;若しく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8に記載のケーブル型二次電池。
- 前記リチウムイオン供給コア部は、ゲル型ポリマー電解質及び支持体を含むことを特徴とする請求項8に記載のケーブル型二次電池。
- 前記リチウムイオン供給コア部は、液体電解質及び多孔性担体を含むことを特徴とする請求項8に記載のケーブル型二次電池。
- 前記充填コア部は、ワイヤ、繊維、粉末、メッシュまたは発泡体の形状を有する、高分子樹脂、ゴムまたは無機物を含むことを特徴とする請求項8に記載のケーブル型二次電池。
- 前記支持層は、高分子フィルムであることを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記支持層は、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂及びポリアミド系樹脂からなる群より選択されるいずれか1種または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に記載のケーブル型二次電池。
- 前記パッケージは、前記機械的支持層の外面に形成された第2高分子樹脂層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記金属箔層は、鉄(Fe)、炭素(C)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)及びその等価物からなる群より選択されるいずれか1種または2種以上の合金であることを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記第1高分子樹脂層は、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂及びポリアミド系樹脂からなる群より選択されるいずれか1種または2種以上の混合物からなることを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記第1高分子樹脂層は、疎水性無機物粒子をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記疎水性無機物粒子は、SiO2、Al2O3、MgO、BaTiO3、ZrO2及びZnOからなる群より選択されるいずれか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18に記載のケーブル型二次電池。
- 前記疎水性無機物粒子の平均粒径は、1nm〜5μmであることを特徴とする請求項18に記載のケーブル型二次電池。
- 前記機械的支持層は、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、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ァイド及びポリエチレンナフタレートからなる群より選択されるいずれか1種または2種以上の混合物から形成されたことを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部集電体は、メッシュ型集電体であることを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 前記外部集電体は、ステンレススチール、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スチール;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;伝導性高分子;Ni、Al、Au、Ag、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、BaまたはITOである金属粉末を含む金属ペースト;若しくは黒鉛、カーボンブラックまたは炭素ナノチューブである炭素粉末を含む炭素ペースト;から製造されたことを特徴とする請求項1に記載のケーブル型二次電池。
- 長手方向に延長されたケーブル型二次電池であって、
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巻き取られた1つ以上のワイヤ型内部集電体、及び前記ワイヤ型内部集電体の表面に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巻き取られて形成され、外部集電体、前記外部集電体の内面に形成された外部電極活物質層、前記外部電極活物質層の内面に形成され、導電材とバインダーを含む導電層、前記導電層の内面に形成された多孔性の第1支持層、及び前記外部集電体の外面に形成された第2支持層を含むシート型外部電極;並びに
前記外部電極の外面を囲んで形成され、金属箔層、前記金属箔層の内面に形成された第1高分子樹脂層、及び前記金属箔層の外面に形成された機械的支持層を含むパッケージ;を備え、
前記外部電極の前記第2支持層と前記パッケージの前記第1高分子樹脂層とが同じ材質から形成され、互いに付着されるケーブル型二次電池。 - 前記内部電極は、前記内部電極活物質層が前記ワイヤ型内部集電体の全体表面に形成された構造;または前記内部電極活物質層が巻き取られたワイヤ型内部集電体の外部面を囲んで形成された構造;であることを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記ワイヤ型内部集電体は、ステンレススチール、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スチール;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;若しく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24に記載のケーブル型二次電池。
- 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、酸化インジウムスズ、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26に記載のケーブル型二次電池。
- 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る高分子であることを特徴とする請求項26に記載のケーブル型二次電池。
- 前記第1支持層は、メッシュ型多孔性膜または不織布であることを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記第1支持層は、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、線形低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、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ァイド及びポリエチレンナフタレートからなる群より選択されたいずれか1種または2種以上の混合物から形成されたことを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記第2支持層は、高分子フィルムであることを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記第2支持層は、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂及びポリアミド系樹脂からなる群より選択されるいずれか1種または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24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記導電層は、前記導電材と前記バインダーとを1:10〜8:10の重量比で混合して形成したことを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記導電層に形成された気孔の大きさが0.01μm〜5μmであり、気孔度が5〜70%であることを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記導電材は、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、炭素ナノチューブ及びグラフェンからなる群より選択されるいずれか1種または2種以上の混合物を含むことを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記バインダーは、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデン‐ヘキサフルオロプロピレン(PVdF‐co‐HFP)、ポリフッ化ビニリデン‐トリクロロエチレン(PVdF‐co‐TCE)、ポリブチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアセテート(PVAc)、エチレンビニルアセテート共重合体(polyethylene‐co‐vinylacetate)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリアリレート、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルセルロース、シアノエチルスクロース、プルラン、カルボキシルメチルセルロース、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルスチレンブタジエン共重合体及びポリイミドからなる群より選択されたいずれか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24に記載のケーブル型二次電池。
- 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)、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、PVdF‐HFP、PMMA、PANまたはPVAcを使用したゲル型高分子電解質;若しくはPEO、PPO(ポリプロピレンオキサイド)、PEI(ポリエチレンイミン)、PES(ポリエチレンスルファイド)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を特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質は、リチウム塩をさらに含むことを特徴とする請求項24に記載のケーブル型二次電池。
- 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種以上であることを特徴とする請求項38に記載のケーブル型二次電池。
- 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24に記載のケーブル型二次電池。
- 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、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1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、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からなる群より選択されたいずれか1つであり、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1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24に記載のケーブル型二次電池。 - 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からなる群より選択されたいずれか1つであり、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1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、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1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24に記載のケーブル型二次電池。 - 前記分離層は、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24に記載のケーブル型二次電池。
- 前記電解質層は、PEO、PVdF、PVdF‐HFP、PMMA、PANまたはPVAcを使用したゲル型高分子電解質;または
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を特徴とする請求項43に記載のケーブル型二次電池。 - 前記電解質層は、リチウム塩をさらに含むことを特徴とする請求項43に記載のケーブル型二次電池。
- 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種以上であることを特徴とする請求項45に記載のケーブル型二次電池。
- 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ァイド及びポリエチレンナフタレート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43に記載のケーブル型二次電池。
- 長手方向に延長されたケーブル型二次電池であって、
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巻き取られた1つ以上のワイヤ型内部集電体、及び前記ワイヤ型内部集電体の表面に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一緒に囲んで形成され、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巻き取られて形成され、外部集電体、前記外部集電体の内面に形成された外部電極活物質層、前記外部電極活物質層の内面に形成され、導電材とバインダーを含む導電層、前記導電層の内面に形成された多孔性の第1支持層、及び前記外部集電体の外面に形成された第2支持層を含むシート型外部電極;並びに
前記外部電極の外面を囲んで形成され、金属箔層、前記金属箔層の内面に形成された第1高分子樹脂層、及び前記金属箔層の外面に形成された機械的支持層を含むパッケージ;を備え、
前記外部電極の前記第2支持層と前記パッケージの前記第1高分子樹脂層とが同じ材質から形成され、互いに付着されるケーブル型二次電池。
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