KR100638771B1 - 비수성 전해질 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 회로 단락이 양극과 음극 사이에 발생할 경우 발생하는 열을 신속히 분산시키는 것이다. 적층 필름으로 이루어지고 단위전지가 수용되어 있는 봉입재(封入材)(encapsulating medium)가 도입되며, 봉입재의 적층 필름은 실온에서의 열전도도 k가 230 Wm-1K-1 이상인 금속 재료를 포함하는 비수성-전해질 전지가 개시된다. 더우기, 단위전지 용량 1 mAh에 대한 봉입재의 금속 재료 부분의 체적의 비 R은 0.0002 cm3/mAh ≤ R ≤ 0.003 cm3/mAh이다.
비수성 전해질 전지, 단위전지, 봉입재, 집전체, 금속 재료

Description

비수성 전해질 전지{Nonaqueous Electrolyte Battery}
도 1은 본 발명이 적용된 고체 전해질 전지의 구조의 한 예를 나타내는 분해 사시도.
도 2는 본 발명이 적용된 고체 전해질 전지의 구조의 한 예를 나타내는 모식도.
도 3은 외장 재료의 한 예를 나타내는 단면도.
도 4는 적층형 단위전지의 구조를 나타낸 모식도.
도 5는 나선형 단위전지의 구조를 나타낸 모식도.
도 6은 폴딩형 단위전지의 구조를 나타낸 모식도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 단위전지 2. 외장 재료
3. 음극 단자 리드 4. 양극 단자 리드
11. 고체 전해질 12. 양극
13. 음극 14. 양극 리드
15. 음극 리드 21. 금속 박막
22, 23. 플라스틱 필름
본 발명은 적층 필름으로 이루어져 있고 단위전지가 봉입되어 정렬된 봉입재가 도입된 비수성 전해질 전지에 관한 것이다.
최근, 휴대 전화 및 노트북 개인용 컴퓨터와 같은 전자 장치는 무선 구조물로 형성되며 그의 크기가 감소되고 있다. 따라서, 다양한 휴대 전자 장치가 계속적으로 연구 개발되고 있고 두께, 크기 및 중량이 감소되고 있다. 장치들이 다양화됨에 따라, 장치에 의해 소모되는 전력량이 커지고 있다. 따라서, 상기 전자 장치용 에너지 공급원인 전지 용량, 더욱 구체적으로는 2차 전지의 용량을 확장할 필요성이 제기된다.
종래 2차 전지로는 납 전지 및 니켈-카드뮴 전지가 있다. 게다가, 니켈-수소 전지 및 리튬-이온 전지를 포함하는 신규 2차 전지가 실용화되고 있다. 상기 2차 전지는 전해질로서 액체를 사용하고 있으나, 액체 누수라는 문제가 있다.
상기 언급된 문제를 극복하기 위하여, 고분자 리튬-이온 2차 전지가 개발되었으며, 전해질로서 전해질 용액에 의해 팽윤된 고분자 겔을 사용한다. 고분자 리튬-이온 2차 전지가 개발되면서, 전지로부터 용액의 누수의 염려가 제거될 수 있다. 그 결과, 소형, 경량 및 작은 두께를 가지며 높은 에너지 밀도를 가지는 2차 전지가 구현되었다.
고분자 리튬-이온 2차 전지의 구조를 하기에서 기술하겠다. 예를 들어, LiCoO2 및 흑연으로 제조된 활성 재료는 양극 집전체 상에 적층되며, 탄소, 코크스 및 흑연으로 제조된 활성 재료는 얇은 구리판으로 이루어진 음극 상에 적층되어 전극이 형성된다. 또한, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등으로 제조되며 세공이 있는 얇은 필름인 격리판이 전극 사이에 개재된다. 또한, 전극과 격리판 사이의 공간은 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO) 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)로 제조된 고분자 겔로 충진되어 있다. 따라서, 샌드위치형 구조물이 사용된다.
샌드위치형 구조의 각각의 단위전지는 알루미늄 호일과 같은 금속 박막, 및 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조된 플라스틱 필름으로 이루어진 봉입용 용기로서 작용하는 봉인재에 패키징된다.
일반적으로, 상기 유형의 전지는 부품이 집적된 전자 장치에서 형성되는 작은 공간에 장착된다. 따라서, 다양한 응력에 대해 만족스러운 유연성을 갖는 외장 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 발명자들은 전지에 대해 필요한 성질을 유지할 수 있고 단위전지가 봉입된 유연한 봉입재가 도입된 카드형 전지의 제조 방법을 개발하였다(일본 특허 공개 공보 (평)8-83596호 참조).
상기 유형의 리튬 2차 전지는 전지가 고출력을 생성하고 고에너지 밀도를 나타내는 것을 특징으로 한다. 따라서, 전지의 충전 장치 또는 주변 회로, 또는 사용자에 의한 전지의 잘못된 사용에 의하여 양극과 음극 사이에 회로 단락이 발생할 경우, 전지에 큰 전류가 흐른다. 그 결과, 급격한 열 발생 및 내부 압력의 상승이 발생하여 전지가 파괴될 수 있다. 회로 단락에 의해 단위전지내에 열이 발생할 경우, 심각한 사고가 발생할 수 있다. 심각한 사고를 방지할 수 있는 안전 메카니즘으로서, 순간 전류 출력을 제한할 수 있는, 전류 제한기(예를 들면, PTC 회로 또는 퓨즈)를 전지 몸체 또는 전지의 주변회로에 설치한다.
그러나, 종래의 안전 메카니즘은 전류가 제한된 후에도 발생된 열이 전지내에 축적되어 있을 가능성이 있다. 따라서, 종래의 전류 제한기 이외에 열의 발생을 방지할 수 있는 신규 안전 메카니즘의 개발이 요구되고 있다.
<발명의 요약>
본 발명의 목적은 종래 기술에서 당면한 상기 문제점을 극복하기 위하여 양극과 음극 사이에 회로 단락이 발생할 경우 발생하는 열을 신속히 분산시켜 전지 내부의 잠열의 축적을 방지하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 측면에 따라, 적층 필름으로 이루어지고 단위전지가 수용되어 있는 봉입재를 포함하며(comprising), 봉입재의 적층 필름이 실온에서의 열전도도 k가 230 Wm-1K-1 이상인 금속 재료를 함유하는 비수성 전해질 전지가 제공된다.
더우기, 단위전지 용량 1 mAh에 대한 봉입재의 금속 재료 부분의 체적의 비 R은 0.0002 cm3/mAh ≤ R ≤ 0.05 cm3/mAh이다.
높은 열전도도를 갖는 금속 재료가 봉입재의 구성 요소로서 사용되기 때문 에, 단위전지로부터의 열 분산이 촉진될 수 있다.
금속 재료 부분의 체적이 적합한 수치일 경우, 고에너지 밀도가 유지되면서 충분한 방열 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점은 첨부된 도면과 연관하여 기술된 바람직한 실시양태의 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 비수성 전해질 전지의 구조를 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 비수성 전해질 전지는 예를 들면, 고체 전해질 전지 또는 겔형 전해질 전지이다. 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 양극 활성 재료층과 음극 활성 재료층 사이에 고체 전해질 또는 겔 전해질이 배치된, 단위전지 (1)은 적층 필름으로 이루어진 봉입재 (2)에 수용된다. 이어서, 주변부를 열융착시켜 밀봉된 구조를 만든다.
단위전지 (1)은, 단위전지(1)을 이루는 음극에 전기적으로 접속되어 있는 음극 단자 리드 (3), 및 양극에 전기적으로 접속되어 있는 양극 단자 리드 (4)가 구비되어 있다. 음극 단자 리드 (3) 및 양극 단자 리드 (4)는 봉입재 (2)의 외부로 끌어져 나와 있다.
본 발명에 따른 봉입재 (2)는 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 플라스틱 필름 (22) 및 (23)이 금속 박막 (21)에 결합되어 있는 구조를 가진다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등으로 제조된 플라스틱 필름 (22) 및 (23)은 단위전지 (1)을 봉입할 경우 열융착하여 구조를 밀봉하기 위해 배 치된다. 플라스틱 필름 (22) 및 (23)이 열가소성 재료로 제조된다면, 그 원료는 제한되지 않는다. 플라스틱 필름은 금속 박막의 단지 한면에만 또는 금속 박막의 두면 모두 결합될 수 있다.
본 발명은 봉입재 (2)의 성분인 금속 박막 (21)에 의해 특징지어 진다. 금속 박막 (21)은 단위전지 (1)에서 발생하는 회로 단락에 의해 발생되는 열을 신속히 방출하고 분산시킬 수 있는 금속 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 즉, 열전도성을 갖는 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 열전도도 k는 판의 두 표면의 온도가 서로 1 k 차이가 있을 때 두께가 1 m인 판의 1 m2 면적의 표면을 통해 흐르는 열량을 나타낸다. 열전도도 k의 단위는 Wm-1K-1이다.
봉입재 (2)를 이루는 금속 박막 (21)의 열전도도 k는 230 Wm-1K-1 이상인 것이 바람직하다. 만약 열전도도 k가 상기 언급된 수치보다 작을 경우, 전지내에 열이 축적될 가능성이 있다. 재료의 예로는 알루미늄, 구리 및 티타늄이 있다.
금속 박막 (21)의 두께는 20 ㎛ 내지 200 ㎛, 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 금속 박막 (21)의 두께가 200 ㎛ 이상일 경우, 방열 특성이 저하된다. 두께가 20 ㎛ 이하일 경우, 봉입재에 요구되는 강도가 수득될 수 없다.
이제 봉입재 (2)를 사용함으로써 봉입되는 고체 전해질 전지 (겔 전해질 전지)의 바람직한 구조를 설명한다. 즉, 전지 용량 1 mAh에 대한 봉입재 (2)의 금속 박막 (21)의 체적(두께 X 표면적)의 비 R은 0.0002 cm3/mAh ≤ R ≤ 0.05 cm3/mAh이다. 더욱 바람직한 비 R은 0.00035 cm3/mAh 내지 0.003 cm3/mAh이다(예를 들어, 500 mAh 급 고체 전해질 전지가 두께가 50 ㎛이고 표면적이 50 cm2인 금속 박막을 혼입한 봉입재(체적 0.25 cm3)로 봉입되었을 경우, 비 R의 수치는 0.0005 cm3/mAh임).
비 R이 0.0002 cm3/mAh 이하일 경우, 단위전지가 열을 발생할 때 만족스러운 방열 효과를 수득할 수 없다. 비 R이 0.05 cm3/mAh 이상일 경우, 용량은 너무 작거나 또는 봉입재의 체적이 실용화하기엔 너무 크다.
단위전지 (1)이 고체 전해질 전지 또는 겔 전해질 전지일 때, 고체 고분자 고체 전해질로서 사용되는 고분자 재료는 실리콘 겔, 아크릴 겔, 아크릴로니트릴 겔, 폴리포르스파겐 변성 고분자, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 그의 복합 고분자, 가교 고분자, 변성 고분자, 또는 폴리(비닐리덴플루오라이드), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로폴리프로필렌), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-테트라플루오로에틸렌), 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-트리플루오로에틸렌) 및 그의 혼합물과 같은 불소 고분자 중의 임의의 하나일 수 있다. 물론, 고분자 재료는 상기 재료에 제한되지 않는다.
양극 활성 재료층 또는 음극 활성 재료층 상에 적층된 고체 전해질 또는 겔 전해질은 하기와 같이 수득된다. 즉, 양극 활성 재료층 또는 음극 활성 재료층을 고분자 화합물, 전해질의 염 및 용매(겔 전해질의 경우, 가소제를 더 포함함)를 포함하는 용액에 함침시킨다. 이어서, 용액을 제거하여 고화시킨다. 양극 활성 재료층 또는 음극 활성 재료층을 양극 활성 재료층 또는 음극 활성 재료층 상에 적층된 고체 전해질 또는 겔 전해질의 일부분에 함침시킨다. 따라서, 고체 전해질 또는 겔 전해질의 부분은 고화된다. 가교 재료의 경우에는, 빛 또는 열을 사용하여 가교시켜 가교 재료를 고화시킨다.
겔 전해질은 리튬염을 포함하는 가소제 및 2 중량% 내지 30 중량%의 양의 매트릭스 고분자로 이루어진다. 겔 전해질은 에스테르, 에테르 또는 카르보네이트를 단독 성분 또는 가소제의 일부로서 포함할 수 있다.
겔 전해질이 조정될 경우, 카르보네이트를 겔화하기 위하여 매트릭스 고분자가 사용된다. 매트릭스 고분자는 겔 전해질을 이루기 위해 사용되는 다양한 고분자 중 임의의 하나일 수 있다. 산화 및 환원 안정성의 관점에서, 폴리(비닐리덴플루오라이드) 또는 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로폴리프로필렌)과 같은 불소 고분자가 사용되는 것이 바람직하다.
고체 고분자 전해질은 리튬염 및 리튬염을 용해시키는 고분자로 이루어진다. 고분자 화합물의 예로는 폴리(에틸렌 옥사이드) 또는 그의 가교 재료와 같은 에테르 고분자, 폴리(메타크릴레이트) 에스테르, 아크릴레이트 재료, 또는 폴리(비닐리덴플루오라이드) 또는 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로폴리프로필렌)과 같은 불소 고분자가 있다. 상기 재료는 단독으로 사용되거나, 또는 그의 혼합물이 사용될 수 있다. 산화 및 환원 안정성의 견지로부터, 폴리(비닐리덴플루오라이드) 또는 폴리(비닐리덴플루오라이드-코-헥사플루오로폴리프로필렌)과 같은 불소 고분자가 사용되는 것이 바람직하다.
겔 전해질 또는 고체 고분자 전해질에 포함되어야 하는 리튬염은 전지용 일반 전해질 용액에 포함되어 있는 리튬염일 수 있다. 리튬 화합물(염)은 하기 재료 중 임의의 하나일 수 있다. 물론, 리튬염은 상기 재료에 제한되지 않는다.
리튬염의 예로는 염화 리튬, 브롬화 리튬, 요오드화 리튬, 염소산 리튬, 과염소산 리튬, 브롬산 리튬, 요오드산 리튬, 질산 리튬, 테트라플루오로붕소산 리튬, 헥사플루오로인산 리튬, 아세트산 리튬, 비스(트리플루오로메탄술포닐) 이미도리튬, LiAsF6, LiCF3SO3, LiC(SO2CF3)3, LiAlCl4 또는 LiSiF6가 있다.
상기 리튬 화합물은 단독 또는 다수의 리튬 화합물을 혼합하여 사용할 수 있다. 산화 및 환원 안정성이란 관점에서 LiPF6 또는 LiBF4를 사용하는 것이 바람직하다.
겔 전해질의 경우, 리튬염은 가소제 중에 0.1 몰 내지 3.0 몰, 바람직하게는 0.5 몰/ℓ 내지 2.0 몰/ℓ 농도로 용해되어 있다.
본 발명에 따른 전지는 상기 겔 전해질 또는 고체 전해질이 사용되는 본 발명의 구조를 제외하고는 종래 리튬 이온 전지의 구성 방법과 유사한 방법으로 구성될 수 있다.
리튬 이온 전지의 음극 재료는 리튬을 도프/탈도프할 수 있는 재료일 수 있다. 음극의 상기 재료는 비흑연화 탄소 또는 흑연 재료와 같은 탄소 재료일 수 있 다. 구체적으로는, 열분해탄소, 코크스(피치 코크스, 니들 코크스 또는 석유 코크스), 흑연, 유리질 탄소(vitreous carbon), 유기 고분자 화합물의 소성체(탄화시키기 위하여 적절한 온도에서 페놀 수지 또는 푸란 수지를 소성함으로써 수득되는 재료), 탄소 섬유 및 활성탄 중 임의의 하나를 사용할 수 있다. 이 이외에, 리튬을 도프/탈도프할 수 있는 재료는 폴리아세틸렌 또는 폴리피롤과 같은 고분자 재료, 또는 SnO2와 같은 산화물일 수 있다. 음극이 상기 재료 중 임의의 하나로부터 제조될 경우, 공지된 결합제 등이 첨가될 수 있다.
양극은 금속 산화물, 금속 황화물 또는 요구되는 전지의 유형에 따른 특정 고분자를 사용하여 제조될 수 있다. 리튬 이온 전지를 제조시, 양극의 활성 재료는 예를 들면 TiS2, NoS2, NbSe2 또는 V2O5와 같은 리튬을 함유하지 않는 금속 산화물 또는 황화물, 또는 주로 LiMO2(여기서, M은 1종 이상의 전이 금속이고 x는 전지의 충전/방전 상태에 따라 상이하며, 일반적으로는 0.05 내지 1.10임)로 이루어진 리튬 복합 산화물 중 임의의 하나일 수 있다. 리튬 복합산화물을 이루는 전이 금속 M은 Co, Ni, Mn 등이 바람직하다. 리튬 복합산화물의 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiNiyCo1-yO2(여기서 0 < y <1) 및 LiMn2O4가 있다. 상기 리튬 복합산화물은 고전압을 발생할 수 있고 만족스러운 에너지 밀도를 나타내는 양극용 활성 재료이다. 상기 여러 유형의 활성 재료가 양극에 포함될 수 있다. 활성재료가 양극을 제조하는 데 사용될 경우, 공지된 도전성 재료 및 결합제가 첨가될 수 있다.
단위전지 (1)내에 발생하는 열을 효과적으로 분산시키기 위하여, 단위전지 (1)의 음극 및 양극의 집전체를 열전도도 k가 230 Wm-1K-1 이상인 금속 재료로 제조하는 것이 바람직하다. 열전도도 k가 상기 언급된 수치보다 적을 경우, 전지 내부, 특히, 전지의 중심부에 열이 축적될 가능성이 있다. 상기 금속 재료의 예로는 양극의 집전체용 재료인 알루미늄 및 음극의 집전체용 재료인 구리가 있다.
집전체의 금속 박막의 두께는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 집전체의 두께가 상기 수치 이상일 경우, 방열 특성이 바람직하지 못하게 저하된다. 두께가 상기 수치 이하일 경우, 활성 재료와의 접착성 및 집전체에 필요한 강도가 만족스럽지 못한 문제가 발생한다.
단위전지 (1)의 구조를 설명한다. 적층 구조는 도 4에 나타낸 바와 같이 양극 (12) 및 음극 (13)이 고체 전해질 (11)을 사이에 두고 교대로 적층되도록 형성된다. 이어서, 양극 리드 (14) 및 음극 리드 (15)를 양쪽으로 끌어 당긴다. 나선형 구조는 도 5에 나타낸 바와 같이 양극 (12) 및 음극 (13)이 고체 전해질 (11)을 사이에 두고 적층되도록 형성된다. 이어서, 층은 권취된다. 폴딩형 구조는 도 6에 나타낸 바와 같이 양극 (12) 및 음극 (13)이 고체 전해질 (11)을 사이에 두고 적층되도록 형성된다. 이어서, 층을 엇갈리게 접는다. 상기 구조 중 임의의 하나를 선택할 수 있다. 전지의 효과적인 열 분산의 관점에서, 나선형 구조를 사용하는 것이 바람직하다.
<실시예>
본 발명의 실시예 및 비교예를 실험 결과를 기초로 하여 설명한다.
평가에 사용된 단위전지는 양극이 코발트산 리튬으로 제조되었고, 음극은 흑연으로 제조되었으며, 양극의 집전체는 알루미늄 호일로 제조되었고, 음극의 집전체는 구리 호일로 제조되었으며, 고체 전해질은 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF)를 충진시켜 이루어진 샌드위치형 구조이었다. 단위전지의 크기는 5 cm X 4 cm X 0.4 cm이었고 용량은 450 mAh이었다.
먼저, 봉입재로는 3층 구조 나일론(100 ㎛)/금속 호일/폴리에틸렌(80 ㎛)을 사용하였다. 금속 부분의 물성이 표 1에 나타낸 수치를 만족하는 방식으로 다양한 봉입재를 사용하여 시료 A 내지 F를 제조하였다.
시료 금속 재료 열전도도 k (Wm-1K-1) 금속 부분의 두께 (㎛)
A 알루미늄 236 45
B 알루미늄 236 200
C 알루미늄 236 45
D 니켈 94 45
E 철 83.5 45
F 구리 403 45
G 알루미늄 236 15
시료 봉입재의 표면적 (cm2) 금속 부분의 체적 (cm3) 체적/용량
A 50 0.225 0.0005
B 50 1.00 0.0022
C 200 0.90 0.002
D 50 0.225 0.0005
E 50 0.225 0.0005
F 50 0.225 0.0005
G 50 0.075 0.00016
시료 전지를 1C 및 4.30 V로 과충전하여 각각의 전지를 외부적으로 회로 단락을 일으켰다. 각각의 전지의 표면 온도 및 단위전지의 중심부의 온도를 조사하 였다. 결과를 표 2에 나타내었다.
시료 회로 단락 직후 회로 단락 10초 후 회로 단락 20초 후
전지의 표면 단위전지의 중심부 전지의 표면 단위전지의 중심부 전지의 표면 단위전지의 중심부
A 65 140 165 198 133 140
B 54 138 177 189 177 166
C 61 135 100 119 113 146
D 42 140 179 180 191 220
E 39 138 161 175 199 228
F 71 140 165 148 122 105
G 78 137 147 139 160 160
일반적으로, 외부 회로 단락이 발생할 경우 전지내에 발생하는 열의 온도는 약 200℃이다. 우수한 방열 효과가 있는 재료로 이루어진 시료 전지에 의해 발생하는 열의 온도는 200℃ 이하로 제한되었다. 따라서, 본 발명의 우수한 방열 효과가 확인되었다.
이어서, 시료 A의 봉입재와 유사한 봉입재를 사용하였다. 더우기, 다양한 금속 재료를 사용하여 봉입되어야 하는 단위전지의 집전체를 형성하였다. 이와 같이 제조된 단위전지를 1 C 및 4.30 V에서 과충전하여 외부 회로 단락을 일으켰다. 이어서, 각각의 전지의 표면 및 각 단위전지의 중심부의 온도 상태를 조사하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
시료 집전체의 금속 재료/두께 (㎛) 회로 단락 10초 후 회로 단락 20초 후
양극 부분 음극 부분 전지의 표면 단위전지의 중심부 전지의 표면 단위전지의 중심부
a A1/50 Cu/50 165 198 133 140
b A1/35 Cu/20 150 192 165 188
c A1/50 Ni/50 132 210 166 223
d 스테인레스 스틸/50 Cu/50 143 190 191 228
e 스테인레스 스틸/40 Ni/40 128 205 169 237
표 3에 나타낸 스테인레스 스틸(Cr 17.9, Ni 8.0 및 Mn 0.3)의 열전도도는 16.5 Wm-1K-1이었다.
표 3으로부터 알 수 있듯이, 높은 열전도도를 갖는 금속 재료를 사용하여 집전체를 형성할 경우 열의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명을 바람직한 형태 및 구조에 대해 어느 정도 구체적으로 설명하였지만, 개시된 본 발명의 바람직한 형태는 하기에 청구된 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남없이 구성의 세부적인 사항 및 부분적인 조합 및 배열이 변화될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 양극과 음극 사이에 회로 단락이 발생하여 생성되는 열을 신속히 분산시킬 수 있었다. 그 결과, 전지내의 잠열의 축적을 막을 수 있었다.

Claims (8)

  1. 적층 필름으로 이루어지고 단위전지가 수용되어 있는 봉입재를 포함하며, 상기 봉입재의 상기 적층 필름은 실온에서의 열전도도 k가 230 Wm-1K-1 이상인 금속 재료를 포함하고, 단위전지 용량 1 mAh에 대한 봉입재의 금속 재료 부분의 체적의 비 R이 0.0002 cm3/mAh≤ R ≤ 0.05 cm3/mAh인 비수성 전해질 전지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 봉입재의 금속 재료 부분의 두께가 20 ㎛ 내지 200 ㎛인 비수성 전해질 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 단위전지를 이루는 양극의 집전체 및(또는) 음극의 집전체가 실온에서의 열전도도 k가 230 Wm-1K-1 이상인 금속 재료로 제조된 비수성 전해질 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단위전지를 이루는 전해질이 매트릭스 고분자 및 리튬염을 포함하는 겔 전해질 또는 고체 전해질인 비수성 전해질 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단위전지를 이루는 상기 음극이 리튬을 도프(탈도프)시킬 수 있는 재료를 포함하는 것인 비수성 전해질 전지.
  7. 제6항에 있어서, 리튬을 도프(탈도프)시킬 수 있는 재료가 탄소 재료인 것인 비수성 전해질 전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 단위전지를 이루는 상기 양극이 리튬 및 전이 금속의 복합산화물을 포함하는 것인 비수성 전해질 전지.
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3611765B2 (ja) * 1999-12-09 2005-01-19 シャープ株式会社 二次電池及びそれを用いた電子機器
JP3683144B2 (ja) * 1999-12-16 2005-08-17 日本電気株式会社 フィルム外装非水電解液二次電池
CN1197190C (zh) * 2000-01-27 2005-04-13 索尼株式会社 凝胶电解液电池的制造方法
JP2001266941A (ja) * 2000-03-17 2001-09-28 Sony Corp ゲル電解質電池の製造方法
JP2001266894A (ja) * 2000-03-22 2001-09-28 Sony Corp 電池用電極及びこれを用いた非水電解質電池
US6508901B2 (en) * 2001-03-16 2003-01-21 Wilson Greatbatch Ltd. Thermo-encapsulating system and method
US8021778B2 (en) 2002-08-09 2011-09-20 Infinite Power Solutions, Inc. Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
US8394522B2 (en) 2002-08-09 2013-03-12 Infinite Power Solutions, Inc. Robust metal film encapsulation
US8431264B2 (en) 2002-08-09 2013-04-30 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
US8404376B2 (en) 2002-08-09 2013-03-26 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US20070264564A1 (en) 2006-03-16 2007-11-15 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film battery on an integrated circuit or circuit board and method thereof
US8236443B2 (en) 2002-08-09 2012-08-07 Infinite Power Solutions, Inc. Metal film encapsulation
US8445130B2 (en) 2002-08-09 2013-05-21 Infinite Power Solutions, Inc. Hybrid thin-film battery
US9793523B2 (en) 2002-08-09 2017-10-17 Sapurast Research Llc Electrochemical apparatus with barrier layer protected substrate
TWI300637B (en) * 2002-09-27 2008-09-01 Sony Corp Battery pack and method for producing same
US7348762B2 (en) 2003-05-01 2008-03-25 Sony Corporation Battery pack and method for producing battery pack
US8728285B2 (en) 2003-05-23 2014-05-20 Demaray, Llc Transparent conductive oxides
US7959769B2 (en) 2004-12-08 2011-06-14 Infinite Power Solutions, Inc. Deposition of LiCoO2
DE602005017512D1 (de) 2004-12-08 2009-12-17 Symmorphix Inc Abscheidung von licoo2
JP2007207617A (ja) 2006-02-02 2007-08-16 Sony Corp 非水溶媒、非水電解質組成物及び非水電解質二次電池
JP2010505044A (ja) 2006-09-29 2010-02-18 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド フレキシブル基板のマスキングおよびフレキシブル基板上にバッテリ層を堆積させるための材料拘束
US8197781B2 (en) 2006-11-07 2012-06-12 Infinite Power Solutions, Inc. Sputtering target of Li3PO4 and method for producing same
JP2008218347A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Gs Yuasa Corporation:Kk 電池
KR101001320B1 (ko) 2007-11-09 2010-12-14 주식회사 엘지화학 향상된 열 안정성의 전지셀 및 이를 포함하는 중대형전지모듈
KR20150128817A (ko) 2007-12-21 2015-11-18 사푸라스트 리써치 엘엘씨 전해질 막을 위한 표적을 스퍼터링하는 방법
US8268488B2 (en) 2007-12-21 2012-09-18 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film electrolyte for thin film batteries
WO2009089417A1 (en) 2008-01-11 2009-07-16 Infinite Power Solutions, Inc. Thin film encapsulation for thin film batteries and other devices
JP5595377B2 (ja) 2008-04-02 2014-09-24 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド エネルギー取入れに関連したエネルギー貯蔵デバイスに対する受動的過不足電圧の制御および保護
JP2012500610A (ja) 2008-08-11 2012-01-05 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 電磁エネルギー獲得ための統合コレクタ表面を有するエネルギーデバイスおよびその方法
JP5650646B2 (ja) 2008-09-12 2015-01-07 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 電磁エネルギーを介したデータ通信のための一体型伝導性表面を有するエネルギーデバイスおよび電磁エネルギーを介したデータ通信のための方法
US8508193B2 (en) 2008-10-08 2013-08-13 Infinite Power Solutions, Inc. Environmentally-powered wireless sensor module
JP5492998B2 (ja) 2009-09-01 2014-05-14 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 薄膜バッテリを組み込んだプリント回路基板
JP5329454B2 (ja) * 2010-01-28 2013-10-30 三洋電機株式会社 リチウムイオンポリマー電池
JP2013528912A (ja) 2010-06-07 2013-07-11 インフィニット パワー ソリューションズ， インコーポレイテッド 再充電可能高密度電気化学素子
JP6127957B2 (ja) 2013-12-13 2017-05-17 ソニー株式会社 電池および組電池
JP6269310B2 (ja) 2014-05-15 2018-01-31 株式会社村田製作所 電池、および電子機器
KR102384888B1 (ko) * 2015-06-03 2022-04-07 에스케이온 주식회사 리튬 이차 전지 및 이를 포함하는 이차 전지 서브 모듈
DE102016118752A1 (de) 2016-10-04 2018-04-05 Johnson Controls Advanced Power Solutions Gmbh Energiespeichermodul und verfahren zum herstellen hiervon
WO2019103855A1 (en) 2017-11-22 2019-05-31 3M Innovative Properties Company Photopolymerizable compositions including a urethane component and a monofunctional reactive diluent, articles, and methods
CN109755923B (zh) * 2019-02-20 2021-01-19 广州视源电子科技股份有限公司 一种电源装置的保护电路、方法及设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0852404A1 (en) * 1996-04-23 1998-07-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Non-aqueous electrolyte cell
EP0862227A1 (en) * 1997-02-26 1998-09-02 Sony Corporation Thin type electric cell

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2011720C (en) 1989-03-30 1999-11-30 Robert A. Austin Battery in a vacuum sealed enveloping material and a process for making the same
JPH0362447A (ja) 1989-05-08 1991-03-18 Eastman Kodak Co 電気化学セルモジュール
JP3261688B2 (ja) * 1994-08-23 2002-03-04 キヤノン株式会社 二次電池及びその製造方法
JPH10284131A (ja) * 1997-02-04 1998-10-23 Mitsubishi Electric Corp リチウムイオン二次電池およびその製造方法
US6245456B1 (en) * 1998-01-13 2001-06-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Non-aqueous electrolyte battery using a sealing bag comprising heat laminated layers
US6080508A (en) * 1998-03-06 2000-06-27 Electrofuel Inc. Packaging assembly for a lithium battery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0852404A1 (en) * 1996-04-23 1998-07-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Non-aqueous electrolyte cell
EP0862227A1 (en) * 1997-02-26 1998-09-02 Sony Corporation Thin type electric cell

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DE69905836T2 (de) 2003-12-04
US6399241B1 (en) 2002-06-04
JP2000133215A (ja) 2000-05-12
TW431013B (en) 2001-04-21
JP4126711B2 (ja) 2008-07-30
KR20000029238A (ko) 2000-05-25
EP0996178B1 (en) 2003-03-12
CN1162933C (zh) 2004-08-18

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