KR101301826B1 - 전지, 차량, 전자기기 및 전지의 제조 방법 - Google Patents

전지, 차량, 전자기기 및 전지의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101301826B1
KR101301826B1 KR1020110045144A KR20110045144A KR101301826B1 KR 101301826 B1 KR101301826 B1 KR 101301826B1 KR 1020110045144 A KR1020110045144 A KR 1020110045144A KR 20110045144 A KR20110045144 A KR 20110045144A KR 101301826 B1 KR101301826 B1 KR 101301826B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
layer
battery
current collector
material layer
Prior art date
Application number
KR1020110045144A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110134266A (ko
Inventor
다케시 마츠다
마사카즈 사나다
겐타 히라마츠
기요시 가나무라
Original Assignee
다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤 filed Critical 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤
Publication of KR20110134266A publication Critical patent/KR20110134266A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101301826B1 publication Critical patent/KR101301826B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8864—Extrusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0409—Methods of deposition of the material by a doctor blade method, slip-casting or roller coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0411—Methods of deposition of the material by extrusion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49115—Electric battery cell making including coating or impregnating

Abstract

소형이며 전기 화학 특성이 양호한 전지 및 이것을 우수한 생산성으로 제조하는 기술을 제공한다. 음극 집전체층(11)과 고체 전해질층(13) 사이에 형성하는 음극 활물질층은, Y방향으로 연장되는 라인 형상 패턴(121)이 서로 이격하여 복수 배치된 라인 앤드 스페이스 구조가 된다. 라인 형상 패턴(121), 음극 집전체층(11) 및 고체 전해질층(13)이 서로 접하는 접촉점 P에 있어서 라인 형상 패턴 표면의 구배 θ를 90도보다도 작게 한다. 이것에 의해, 활물질의 사용량에 대한 용량이 크고, 또한 충방전 특성도 양호한 전지를 구성할 수 있다.

Description

전지, 차량, 전자기기 및 전지의 제조 방법{BATTERY, VEHICLE, ELECTRONIC DEVICE AND BATTERY MANUFACTURING METHOD}
이 발명은, 양음 양극(兩極)의 활물질 사이에 전해질층을 개재시켜 이루어지는 전지, 이것을 구비하는 차량 및 전자기기 및 그 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
예를 들면 리튬 이온 이차 전지와 같이 양음 양극의 활물질 사이에 전해질층을 적층하여 이루어지는 구조를 가지는 전지로서, 양극 활물질 및 음극 활물질을 각각 부착시킨 집전체로서의 금속박을 세퍼레이터를 개재하여 겹쳐, 세퍼레이터에 전해액을 함침시킨 것이 알려져 있다. 이런 종류의 전지의 기술 분야에 있어서는, 새로운 소형화·대출력화가 요구되고 있으며, 이러한 요구에 대응할 수 있도록 다양한 기술이 제안되고 있다.
예를 들면 특허 문헌 1에는, 양극 활물질층과 전해질층의 접촉면 및 전해질층과 음극 활물질층의 접촉면이 입체적인 요철 구조가 되도록, 집전체가 되는 금속박 상에 잉크젯법에 의해 각 기능층을 적층 형성하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 2에는, 이차 전지용 전극으로서, 집전체 상방에 배치한 메쉬를 통한 진공 증착법이나 스퍼터링법에 의해, 집전체 표면에 기둥 형상의 활물질 박막을 퇴적시킨 구조가 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본국 공개 특허 2005－116248호 공보(예를 들면, 단락 OO29) 특허 문헌 2: 일본국 공개 특허 2002－279974호 공보(예를 들면, 도 1)
그러나, 상기한 특허 문헌 1 및 2는, 입체적인 구조를 가지는 전지를 제조할 수 있는 가능성을 개시하지만, 원하는 구조의 전지를 제조하기 위한 공정이 복잡하다. 또, 제조된 전지의 특성(전기 화학 특성)에 대해서는 상세하게 기재되어 있지 않다. 이와 같이, 전기 화학 특성이 양호하며 게다가 우수한 생산성으로 제조 가능해지는 전지의 구체적인 구조 및 그 제조 방법에 대해서는, 지금까지 실용화되기 까지는 이르지 않았다.
이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 소형이고 전기 화학 특성이 양호한 전지 및 이것을 우수한 생산성으로 제조하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 관련된 전지는, 상기 목적을 달성하기 위해, 제1 집전체층, 제1 활물질층, 전해질층, 제2 활물질층 및 제2 집전체층을 이 순서대로 적층한 구조를 가지고, 상기 제1 활물질층은, 활물질을 포함하는 복수의 섬 형상 부위를 상기 제1 집전체층 표면에 서로 이격시켜 배치한 섬 형상 구조를 가지며, 상기 섬 형상 부위와 상기 제1 집전체층의 접촉점에 있어서 상기 제1 활물질층에 그은 접선과 상기 제1 집전체층 표면이 이루는 각 중 상기 제1 활물질층을 포함하는 측의 각이 90도보다도 작은 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 이 발명에 있어서, 제1 활물질층은, 제1 집전체층의 표면 상에서 복수의 섬 형상 부위가 서로 완전히 이격된 구조에 한정되는 것은 아니며, 복수의 섬 형상 부위끼리가 접속 부위에 따라 부분적으로 접속된 구조여도 된다.
상세하게는 후술하지만, 본원 출원자들이 얻은 새로운 지견에 의하면, 상기와 같은 구성을 가지는 전지는, 비교적 적은 제조 공정으로 제조 가능하고, 또 소형·박형이면서 전기 화학 특성도 양호하다. 구체적으로는, 이 발명에 관련된 전지는 고용량 및 양호한 충방전 특성을 가지고 있다. 이 발명은, 전해액을 포함하는 전해질층을 가지는 전지뿐만 아니라, 예를 들면 폴리머 전해질과 같은 고체 전해질층을 가지는 전지에서도 유효하다.
여기서, 예를 들면, 섬 형상 부위와 제1 집전체층의 접촉점에 있어서, 제1 집전체층과 전해질층이 접촉되어 있도록 구성되어도 된다. 이러한 구성에서는, 접촉점 근방에 있어서 매우 얇은 제1 활물질층을 사이에 두고 제1 집전체층과 전해질층이 대향하고 있어, 특히 충방전 특성이 양호하다.
또, 예를 들면, 섬 형상 부위는, 제1 집전체층 표면을 따라 연장되는 라인 형상 패턴을 가지도록 구성되어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 두께 및 표면적이 크고, 또한 제1 집전체층과의 접촉점 근방 영역의 면적도 큰 제1 활물질층으로 할 수 있다. 또, 이러한 패턴은 예를 들면 제1 활물질층의 재료를 포함하는 도포액을 제1 집전체층의 표면에 라인 형상으로 도포함으로써 형성 가능하며, 제조 코스트를 낮게 억제할 수 있다.
또, 예를 들면, 라인 형상 패턴의 연장 방향에 직교하는 단면에서의 섬 형상 부위의 단면 형상은, 제1 집전체층과 접촉하는 부분의 폭이 20μm 내지 300μm, 높이가 10μm 내지 300μm이며, 폭에 대한 높이의 비가 0.5 이상이도록 구성되어도 된다. 본원 발명자들의 실험에 의하면, 이러한 치수로 제1 활물질층을 형성했을 때, 전지로서의 성능이 특히 양호한 것이 되었다.
또, 예를 들면, 전해질층은 고체 전해질을 포함하고, 각 섬 형상 부위에서는, 제1 집전체층과 접촉하는 부분을 제외한 표면이, 매끄러운 곡면이어도 된다. 고체 전해질로 이루어지는 전해질층을 가지는 전지는, 주로 유기 용매로 이루어지는 전해액을 사용하지 않기 때문에 취급이 용이하다. 이 경우에서 제1 활물질층의 섬 형상 부위의 표면이 매끄러운 곡면이면, 고체 전해질층과 제1 활물질층의 밀착성이 높아져, 전지로서의 성능을 안정된 것으로 할 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 전지는 다양한 응용 분야를 생각할 수 있지만, 예를 들면 전기 자동차와 같은 각종 차량의 전원으로서, 또 이 전지를 전원으로 하여 동작하는 전자 회로부를 구비한 각종의 전자기기에 적용하는 것이 가능하다. 보다 구체적으로는, 박형이며 고성능의 전원을 구성할 수 있는 점에서, 예를 들면 IC 카드와 같이, 전지와 전자 회로부를 유지하는 카드형의 하우징을 구비하는 전자기기에 특히 적합하게 적용하는 것이 가능하다.
또, 이 발명에 관련된 전지의 제조 방법은, 상기 목적을 달성하기 위해, 제1 집전체층이 되는 기재의 표면에, 서로 이격된 복수의 섬 형상 부위로 이루어지는 섬 형상 구조를 가지는 제1 활물질층을 형성하는 제1 공정과, 상기 제1 활물질층에 의해 덮여 있지 않은 상기 기재의 노출 표면 및 상기 제1 활물질층의 표면을 모두 덮는 전해질층과, 제2 활물질층과, 제2 집전체층을 적층하는 제2 공정을 구비하고, 상기 제1 공정에서는, 상기 섬 형상 부위와 상기 제1 집전체층의 접촉점에 있어서 상기 제1 활물질층에 그은 접선과 상기 제1 집전체층 표면이 이루는 각 중 상기 제1 활물질층을 포함하는 측의 각을 90도보다도 작게 하는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 구성된 발명에서는, 제1 활물질층을 구성하는 섬 형상 부위의 단면 형상을 적절히 제어함으로써, 상기한 구조를 가지는 특성이 양호한 전지를 우수한 생산성으로 제조할 수 있다. 또, 이러한 제조 방법에 의해 제조된 전지는, 상기한 바와 같이, 소형·박형이며 전기적 특성이 양호한 것이 된다.
상기의 제1 공정에서는, 예를 들면, 활물질을 포함하는 도포액을 노즐로부터 토출시켜 기재 표면에 도포하여 제1 활물질층을 형성하도록 해도 된다. 이러한 이른바 노즐 디스펜스 방식의 도포 기술에 대해서는 연구가 진행되고 있으며, 도포액의 조성을 적절히 조정함으로써, 상기한 섬 형상 구조를 가지는 제1 활물질층을 제어성 좋게 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 기재 표면에 대해 노즐을 소정 방향으로 상대 이동시켜 라인 형상으로 도포액을 기재 표면에 도포하도록 해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 라인폭이나 높이가 안정된 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 성능이 양호한 전지를 안정되게 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 활물질을 포함하는 복수의 섬 형상 부위를 제1 집전체층 표면에 서로 이격시켜 배치한 섬 형상 구조를 가지는 제1 활물질층을 설치함과 함께, 제1 활물질층의 섬 형상 부위와 제1 집전체층의 접촉점에 있어서 제1 활물질층에 그은 접선과 제1 집전체층 표면이 이루는 각이 90도보다도 작아지도록 한다. 이것에 의해, 소형이며 전기 화학 특성이 양호하고, 생산성에도 우수한 전지 및 이것을 구비한 각종의 기기를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명에 관련된 전지의 일실시 형태인 리튬 이온 이차 전지 모듈의 단면 구조를 나타낸 도이다.
도 1b는 본 실시 형태의 리튬 이온 이차 전지 모듈의 개관 사시도이다.
도 2는 도 1a의 전지의 제조 방법의 일례를 나타낸 플로차트이다.
도 3a는 노즐 스캔법에 의한 도포의 모습을 X방향에서 본 도면, 도 3b 및 도 3c는 동일한 모습을 각각 Y방향, 비스듬하게 상방에서 본 도면이다.
도 4는 음극 활물질층의 단면 형상을 나타낸 확대 단면도이다.
도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b는 본 실시 형태의 전지의 특성의 실측 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명에 관련된 전지의 구조와, 종래의 전지 모듈의 구조의 차이를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 8a 및 도 8b는 음극 활물질층의 다른 패턴의 예를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명에 관련된 전지를 탑재한 기기의 일례로서의 전기 자동차를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명에 관련된 전지를 탑재한 기기의 다른 예로서의 IC 카드를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 1a는 본 발명에 관련된 전지의 일실시 형태인 리튬 이온 이차 전지 모듈의 단면 구조를 나타낸 도이며, 도 1b는 그 개관 사시도이다. 이 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)은, 음극 집전체(11)의 표면에 음극 활물질층(12), 고체 전해질층(13), 양극 활물질층(14) 및 양극 집전체(15)를 순서대로 적층한 구조를 가지고 있다. 이 명세서에서는, X, Y 및 Z좌표 방향을 각각 도 1a에 나타내는 바와 같이 정의한다.
도 1b에 나타내는 바와 같이, 음극 활물질층(12)은, 음극 활물질에 의해 형성되어 Y방향을 따라 연장되는 라인 형상의 패턴(121)이 X방향으로 일정 간격을 두고 다수 늘어 놓아진, 라인 앤드 스페이스 구조로 되어 있다. 또 고체 전해질층(13)은 고체 전해질에 의해 형성되어 있으며, 그 하면이 음극 활물질층(12)의 요철에 대응하는 요철 형상으로 되어 있는 한편, 상면은 대략 평탄하게 되어 있다.
그리고, 이와 같이 대략 평탄하게 형성된 고체 전해질층(13)에 양극 활물질층(14) 및 양극 집전체(15)가 적층되어, 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)이 형성된다. 이 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)에 적절히 탭 전극이 설치되거나 복수의 모듈이 적층되어, 리튬 이온 이차 전지가 구성된다.
여기서, 각 층을 구성하는 재료로서는, 리튬 이온 전지의 구성 재료로서 공지된 것을 이용하는 것이 가능하다. 음극 집전체(11), 양극 집전체(15)로서는, 예를 들면 구리박, 알루미늄박을 각각 이용할 수 있다. 또, 양극 활물질로서는 예를 들면 LiCoO2(LCO)를 주체로 하는 것을, 음극 활물질로서는 예를 들면 Li4Ti5012(LTO)를 주체로 한 것을 각각 이용할 수 있다. 또, 고체 전해질층(13)으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리스티렌을 이용할 수 있다. 또한, 각 기능층의 재질에 대해서는 이들에 한정되는 것은 아니다.
이러한 구조를 가지는 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)은, 박형이며 굽힘이 용이하다. 또, 음극 활물질층(12)을 도시한 바와 같은 요철을 가지는 입체적 구조로 하여, 그 체적에 대한 표면적을 크게 하고 있으므로, 얇은 고체 전해질층(13)을 개재한 양극 활물질층(14)과의 대향 면적을 크게 취할 수 있어, 고효율·고출력을 얻을 수 있다. 이와 같이, 상기 구조를 가지는 리튬 이온 이차 전지는 소형이며 고성능을 얻을 수 있는 것이다.
다음에, 상기한 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 종래, 이런 종류의 모듈은 각 기능층에 대응하는 박막 재료를 적층함으로써 형성되어 왔지만, 이 제조 방법에서는 모듈의 고밀도화에 한계가 있다. 또, 상기한 특허 문헌 1에 기재된 제조 방법에서는, 공정이 많고 제조에 시간이 걸리며, 또 각 기능층 간의 분리가 어렵다. 이에 반해, 이하에 설명하는 제조 방법에서는, 적은 공정으로, 또 기존의 처리 장치를 이용하여, 상기와 같은 구조의 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 제조하는 것이 가능하다.
도 2는 도 1a의 전지의 제조 방법의 일례를 나타낸 플로차트이다. 이 제조 방법에서는, 우선 음극 집전체(11)가 되는 금속박, 예를 들면 구리박을 준비한다(스텝 S101). 얇은 구리박을 사용하는 경우는 그 반송이나 취급이 어렵다. 그래서, 예를 들면 편면을 유리판이나 수지 시트 등의 캐리어에 붙이는 등에 의해 반송성을 높여 두는 것이 바람직하다.
이어서, 구리박의 한쪽면에, 음극 활물질 재료를 포함하는 도포액을, 노즐 디스펜스법, 그 중 예를 들면 도포액을 토출하는 노즐을 도포 대상면에 대해 상대 이동시키는 노즐 스캔법에 의해 도포한다(스텝 S102). 도포액으로서는, 예를 들면, 상기한 음극 활물질을 포함하는 유기계 LTO 재료를 이용할 수 있다. 도포액에는, 음극 활물질 외에, 도전 조제로서의 아세틸렌 블랙 또는 켓첸 블랙, 결착제로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔러버(SBR), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 용제로서의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등을 혼합한 것을 이용할 수 있다. 또한, 음극 활물질 재료로서는 상기한 ITO 외에 예를 들면 흑연, 금속 리튬, SnO2, 합금계 등을 이용하는 것이 가능하다.
도 3a는 노즐 스캔법에 의한 도포의 모습을 X방향에서 본 도면, 도 3b 및 도 3c는 동일한 모습을 각각 Y방향, 비스듬하게 상방에서 본 도면이다. 노즐 스캔법에 의해 도포액을 기재에 도포하는 기술은 공지이며, 본 방법에서도 그러한 공지 기술을 적용하는 것이 가능하므로, 장치 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
노즐 스캔법에서는, 상기 유기계 LTO 재료를 도포액으로서 토출하기 위한 토출구(311)를 1개 또는 복수 형성한 노즐(31)을 구리박(11)의 상방에 배치한다. 그리고, 토출구(311)로부터 일정량의 도포액(32)을 토출시키면서, 노즐(31)을 구리박(11)에 대해 상대적으로 화살표 방향(Dn)으로 일정 속도로 주사 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 구리박(11) 상에는 도포액(32)이 Y방향을 따른 라인 형상으로 도포된다. 노즐(31)에 복수의 토출구(311)를 설치함으로써 1회의 주사 이동으로 복수의 스트라이프를 형성할 수 있다. 필요에 따라 주사 이동을 반복함으로써, 구리박(11)의 전체면에 라인 형상으로 도포액을 도포할 수 있다. 이것을 건조 경화시킴으로써, 구리박(11)의 상면에 음극 활물질에 의한 라인 형상 패턴(121)이 형성된다. 또, 도포 후에 가열하여 건조를 촉진하거나, 도포액에 광경화성 수지를 첨가하고 도포 후에 광조사하여 경화시키도록 해도 된다.
이 시점에서는, 대략 평탄한 구리박(11)의 표면에 대해 음극 활물질층(12)을 부분적으로 볼록하게 형성한 상태가 되어 있다. 단지 상면이 평탄해지도록 도포액을 도포하는 경우에 비해, 활물질의 사용량에 대한 표면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 후에 형성되는 양극 활물질과의 대향 면적을 크게 하여 고출력을 얻을 수 있다.
도 2의 플로차트의 설명을 계속한다. 이렇게 하여 형성된, 구리박(11)에 음극 활물질층(12)을 적층하여 이루어지는 적층체의 상면에 대해, 적절한 도포 방법, 예를 들면 나이프 코트법이나 바 코트법에 의해 전해질 도포액을 도포한다(스텝 S103). 전해질 도포액으로서는, 상기한 고분자 전해질 재료, 예를 들면 폴리에틸렌옥사이드, 폴리스티렌 등의 수지, 지지염으로서의 예를 들면 LiPF6 및 용제로서의 예를 들면 디에틸렌카보네이트 등을 혼합한 것을 이용할 수 있다. 여기서의 도포 방법으로서는 상기에 한정되지 않지만, 도포 후의 표면을 대략 평탄하게 할 수 있는 방법인 것이 바람직하다.
이어서 양극 활물질층(14) 및 양극 집전체로서의 알루미늄박(15)을 적층한다. 여기에서는 그 일례를 설명한다. 우선, 양극 집전체로서의 알루미늄박(15)에 미리 양극 활물질을 포함하는 도포액을 도포하여 대략 일정한 양극 활물질층(14)을 알루미늄박(15)의 표면에 형성해 둔다. 양극 활물질을 포함하는 도포액으로서는, 예를 들면, 상기한 양극 활물질과, 도전 조제로서의 예를 들면 아세틸렌 블랙, 결착제로서의 SBR, 분산제로서의 카복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 용제로서의 순수 등을 혼합한 수계 LCO 재료를 이용할 수 있다. 양극 활물질 재료로서는, 상기한 LCO 외에, LiNiO2 또는 LiFePO4, LiMnPO4, LiMn2O4, 또 LiMeO2(Me=MxMyMz;Me, M은 천이 금속이며, 또한 x＋y＋z=1)로 대표적으로 표시되는 화합물, 예를 들면 LiNi1 /3Mn1 /3 Co1/302, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .0502 등을 이용할 수 있다. 또, 도포 방법으로서는, 상기한 나이프 코트법이나 바 코트법 외에, 스핀 코트법과 같이, 평면 상에 평탄한 막을 형성하는 것이 가능한 공지된 도포 방법을 적절히 채용할 수 있다.
그리고, 스텝 S103에 있어서 도포된 전해질 도포액이 경화되기 전에, 양극 활물질층(14)이 형성된 알루미늄박(15)을 접합하여, 양극 활물질층(14)과 전해질 도포액을 밀착시킨다(스텝 S104). 이 때, 보다 밀착성을 높이기 위해서, 알루미늄박(15) 표면의 양극 활물질층(14)에도 전해질 도포액을 도포해 두어도 된다.
이렇게 함으로써, 음극 집전체(11), 음극 활물질층(12), 고체 전해질층(13), 양극 활물질층(14) 및 양극 집전체(15)가 순서대로 적층되어 이루어지는 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)이 형성된다. 또한, 상기 방법 이외에도, 예를 들면, 전해질 도포액의 도포 후 이것을 경화시켜 고체 전해질층(13)을 형성한 후에, 양극 활물질을 포함하는 도포액을 도포하고 또한 양극 집전체(15)를 접합하도록 해도 된다.
다음에, 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)에서의 음극 활물질층의 구조에 대해서, 도 4 내지 도 7c를 참조하면서 더 상세하게 설명한다. 도 4는 음극 활물질층의 단면 형상을 나타낸 확대 단면도이다. 또, 도 5a, 도 5b, 도 6a 및 도 6b는 본 실시 형태의 전지의 특성의 실측 데이터를 나타낸 그래프이다. 또, 도 7a, 도 7b 및 도 7c는 본 발명에 관련된 전지의 구조와, 종래의 전지 모듈의 구조의 차이를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 1b에 나타내는 바와 같이, 이 실시 형태에서의 음극 활물질층(12)은, Y방향으로 연장되는 복수의 라인 형상 패턴(121)이 X방향으로 서로 이격 배치된 섬 형상 구조를 가지고 있다. 도 4는 X－Z평면으로 절단한 라인 형상 패턴(121)의 단면을 나타내고 있다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 라인 형상 패턴(121)의 표면은 위(Z방향)로 볼록한 매끄러운 곡면으로 되어 있다.
본원 발명자들이 시작(試作)한 전지 모듈(1)에서의 각 부의 대표적인 치수는, 라인 형상 패턴(121)의 폭 Da가 약 170μm, 높이 Ha는 약 100μm이다. 또, 인접하는 라인 형상 패턴(121, 121) 간의 거리 S는 약 160μm이다. 또, 고체 전해질층(13)의 두께 Hd는 약 200μm이다.
또, 도 4에 있어서 부호 θ에 의해 나타내는, 음극 집전체(11), 음극 활물질의 라인 형상 패턴(121) 및 고체 전해질층(13)의 삼자가 서로 접하는 「접촉점」P에서의 「접지각」은 90도보다도 작다. 이 명세서에 있어서, 접촉점 P란, 음극 집전체(11)로부터 라인 형상 패턴(121)이 상승하는 위치를 의미하는 것으로 한다. 또, 접지각 θ란, 접촉점 P에서의 라인 형상 패턴(121) 표면의 구배, 바꾸어 말하면, 접촉점 P에 있어서 라인 형상 패턴(121)에 그은 접선과 음극 집전체층(11)이 이루는 각 중 라인 형상 패턴(121)을 포함하는 측의 각을 의미하는 것으로 한다.
본원 발명자들은, 다양한 실험의 결과, 이 접지각 θ가 90도보다도 작은 값(이 예에서는 약 60도)이 되도록 형성한 라인 형상 패턴(121)에 의해 음극 활물질층(12)을 구성하면, 전지로서의 양호한 특성을 얻을 수 있는 것을 발견했다. 구체적으로는, 본원 발명자들은, 상온(30℃)에서 양호한 충방전 특성 및 고용량을 겸비하는 전지를 제작하는 것에 처음으로 성공했다. 이하에 개시하는 실측 결과는 모두 상온(30℃)에서 측정된 것이다.
도 5a 및 도 5b는 시작한 전지 모듈(1)에 있어서 실측된 사이클릭 볼타모그램을 나타내고 있다. 보다 상세하게는, 도 5a는 상기한 치수를 가지는 본 실시 형태의 전지 모듈(1)에서의 실측 결과(CV곡선)를 나타낸다. 또 도 5b는 별도 준비한 비교예에서의 실측 결과이다. 이 비교예는, 본 실시 형태와 같은 라인 앤드 스페이스 구조가 아닌, 두께가 대략 일정한 음극 활물질막을 음극 집전체층 표면에 형성한 것이며, 그 막두께는 약 43μm이다.
얻어진 전류 밀도는 본 실시 형태와 비교예에서 거의 동일했다. 그러나, 음극 활물질(LTO)의 사용량은, 비교예에서 10.26mg/cm2인데 반해, 라인 앤드 스페이스 구조를 채용한 본 실시 형태에서는 4.08mg/cm2로 약 40% 정도이다. 따라서, 음극 활물질의 이용 효율로부터 보면, 본 실시 형태는 비교예와 비교하여 약 2.5배의 높이를 가지고 있다고 할 수 있다. 이것은 동일한 이론 전류 밀도를 얻기 위해서 필요한 활물질의 사용량이, 본 실시 형태의 구조의 전지 쪽이 훨씬 적어도 되는 것을 의미하고 있다. 또한, 복수회 반복해서 행한 측정에서는(각 도면에 있어서는, 3회의 측정 결과를 각각 「1st」, 「2nd」, 「3rd」로 하고 있다), 의미가 있는 차이는 보여지지 않았다.
도 6a 및 도 6b는 충방전 특성을 나타내고 있으며, 도 6a는 본 실시 형태에서의 실측 결과, 도 6b는 상기와 동일한 비교예에서의 실측 결과를 나타내고 있다. 모두 2.35V 부근에 전압의 피크가 보여지고, 이것은 사용 활물질의 조합(LTO 및 LCO)으로부터 보아 타당한 값이다. 또, 활물질 사용량 1g당의 충방전의 용량에 대해서는, 도 6b에 나타내는 비교예에서는 0.1C 레이트에서 25 내지 40mAh 정도였던 것에 반해, 도 6a에 나타내는 본 실시 형태에 있어서는 보다 엄격한 0.3C 레이트에서도 60 내지 80mAh 정도라는 높은 용량을 얻을 수 있었다.
이와 같이, 본 실시 형태의 리튬 이온 전지 모듈(1)이, 고용량과 양호한 충방전 특성을 겸비하고 있는 것이 확인되었다.
또한, 본원 발명자들의 지견에 의하면, 전지로서 양호한 특성을 얻을 수 있는 각 부의 치수의 바람직한 범위는 대체로 이하와 같다. 즉, 라인 형상 패턴(121)의 폭 Da는 20μm 내지 300μm, 그 높이 Ha는 약 10μm 내지 300μm이며, 또한 단면의 어스펙트비, 즉 폭 Da에 대한 높이 Ha의 비가 0.5 이상인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 전지가 양호한 특성을 나타낸 이유에 대해서, 본원 발명자들은 이하와 같이 생각했다. 도 7a에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)에 외부 직류 전원 Vc를 접속하고, 양극 집전체(15)에 음극 집전체(11)보다도 고전위를 부여한 경우를 생각한다. 이 상태는, 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 외부 직류 전원 Vc에 의해 충전하는 경우에 상당한다. 이 때, 양극 활물질(14) 내의 리튬 원자가 전자(도면 중 「e-」으로 나타낸다)를 방출하여 리튬 이온(도면 중 「Li＋」로 나타낸다)이 되고, 고체 전해질층(13) 내를 영동하여 음극 활물질층(12)(라인 형상 패턴(121))에 도달한다. 그리고, 음극 집전체(11)를 통하여 음극 활물질층(12)에 공급되는 전자와 재결합한다. 이렇게 하여 음극 활물질층(12)에 리튬 원자가 저장됨으로써, 외부로부터 보면 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)이 충전된다.
이 실시 형태에서는, 접촉점 P에서의 접지각 θ가 90도보다도 작다. 이 때문에, 라인 형상 패턴(121)의 두께는 접촉점 P에서 매우 작다. 특히 이 실시 형태에서는, 접촉점 P에 있어서 음극 집전체(11)와 고체 전해질층(13)이 접하고 있으므로 두께는 제로이며, 접촉점 P로부터 멀어짐에 따라 두께가 커진다. 따라서, 접촉점 P의 근방에 있어서, 음극 집전체(11)와 고체 전해질층(13)이 매우 얇은 음극 활물질층(12)을 사이에 두고 대향하게 된다. 이 때문에, 음극 활물질층(12) 내에 있어서 리튬 이온과 전자가 재결합하기 위해서 이동하는 거리는 매우 짧아도 된다. 반대로 음극 활물질층(12) 내의 리튬 원자가 전자를 방출하는 방전 시에서도, 마찬가지이다. 이것이 충방전 특성의 향상에 기여하고 있다고 생각된다. 한편, 접촉점 P로부터 멀어진 영역에서는, 음극 활물질층(12)이 충분한 두께를 가지고 있기 때문에, 많은 리튬 원자를 저장할 수 있어, 대용량을 얻는 것이 가능하다. 이렇게 하여, 본 실시 형태의 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)에서는 양호한 충방전 특성과 대용량을 양립시키는 것이 가능해지고 있다.
상기한 종래 기술의 전지에서도, 예를 들면 도 7b에 나타내는 바와 같이, 음극 활물질층을 매우 얇게 형성함으로써 양호한 충방전 특성을 얻는 것은 가능하다고 생각된다. 그러나, 이러한 구성에서는 사용되는 음극 활물질의 양(체적)이 적기 때문에, 저장할 수 있는 리튬 원자의 양이 한정되어 고용량화는 어렵다. 또, 도 7c에 나타내는 바와 같이, 음극 활물질층을 두껍게 하면 용량을 증대시킬 수 있다. 그러나, 접지각 θ가 90도 혹은 그 이상인 경우, 음극 활물질층 내에서의 이온이나 전자의 이동 거리가 길어지기 때문에, 충방전 특성은 떨어지게 된다.
이상과 같이, 이 실시 형태에서는, 음극 집전체(11), 음극 활물질층(12), 고체 전해질층(13), 양극 활물질층(14) 및 양극 집전체(15)를 순서대로 적층하여 이루어지는 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)에 있어서, 음극 활물질층(12)을, 복수의 라인 형상 패턴(121)에 의한 섬 형상 구조로 한다. 그리고, 음극 집전체(11)에 대한 라인 형상 패턴(121)의 접지각 θ을 90도보다도 작게 한다. 이러한 구조에 의해, 상온에서 동작하고, 고용량이며 충방전 특성도 양호한 전지를 구성하는 것이 가능해지고 있다.
여기서, 음극 활물질층(12)을 구성하는 라인 형상 패턴(121)은, 음극 활물질을 포함하는 도포액을 토출하는 노즐(31)을 기재(음극 집전체(11)) 표면에 대해 Y방향으로 상대 이동시킴으로써 형성된 것이다. 이러한, 이른바 노즐 스캔법에 의한 패턴 형성에서는, 서로 평행한 다수의 라인 형상 패턴을 단시간에 제어성 좋게 형성할 수 있어, 미세한 패턴도 형성하는 것이 가능하다 그 때문에, 전기적 특성이 양호하며 안정된 전지를, 우수한 생산성으로, 게다가 낮은 제조 코스트로 제조할 수 있다.
또, 라인 형상 패턴(121)의 표면을 날카로운 각이 없는 매끄러운 곡면으로 함으로써, 음극 집전체(11) 및 음극 활물질층(12)에 의한 음극측 구조체와 고체 전해질층(13)의 밀착도를 높일 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면 전지 모듈의 굴곡에 의해 이들 계면이 박리하는 등의 손상을 받기 어려워, 특성이 안정된 전지를 구성하는 것이 가능해진다. 이것에 의해 굽힘 가능한 전지를 구성할 수 있어, 다양한 형상의 용기로의 수납도 용이해진다. 그리고, 상기한 노즐 스캔법에 의한 도포는, 이러한 단면 형상을 가지는 라인 형상 패턴(121)을 형성하는데 특히 적합한 방법이다. 또한, 본 실시 형태에 관련된 음극 활물질층(12)의 구조는, 고체 전해질층을 가지는 전지뿐만 아니라, 세퍼레이터와 전해액으로 구성되는 액체 전해질층을 가지는 전지에서도 그 특성을 향상시키는데 있어서 유효한 것이다. 이 경우에는, 상기한 라인 형상 패턴(121)의 표면을 매끄러운 곡면으로 하는 것은 필수의 요건은 아니다.
또, 상기 실시 형태에서의 음극 활물질층(12)은, Y방향으로 연장되는 라인 형상 패턴(121)을 X방향으로 복수 늘어 놓은 섬 형상 구조를 가지는 것이며, 각 라인 형상 패턴(121)은 서로 독립적으로 음극 집전체(11) 표면에 형성되어 있다. 그러나, 본 명세서에 말하는 「섬 형상 구조」는, 각 패턴의 주요부가 실질적으로 독립적으로 존재하고 있는 것을 나타내는 개념이다. 따라서 각 패턴이 완전히 독립된 것뿐만이 아니라, 이하에 예시하는 바와 같이 그 일부가 연결되어 있어도 된다.
도 8a 및 도 8b는 음극 활물질층의 다른 패턴의 예를 나타낸 도이다. 도 8a에 예시하는 음극 활물질층(122)에서는, 도 1b의 예와 마찬가지로, 복수의 라인 형상 패턴(122a)이 음극 집전체(11)의 표면에 형성된다. 그리고, 인접하는 라인 형상 패턴(122a)끼리가, 동일 재료에 의한 접속 부위(122b)에 의해 서로 접속되어 있다. 이러한 구조여도, 각 라인 형상 패턴(122a)이 도 1b의 예에서의 라인 형상 패턴(121)과 동일한 기능을 가지고 있어, 이들이 실질적으로 섬 형상 구조를 이루고 있다고 할 수 있다.
또, 도 8b에 예시하는 음극 활물질층(123)에서는, 대략 원형의 평면 형상을 가지는 랜드 형상 패턴(123a)이 음극 집전체(11)의 표면에 복수 늘어 놓아져 형성되어 있다. 음극 활물질층은 이러한 구조여도 된다. 또한, 복수의 랜드 형상 패턴(123a)이 동일 재료로 이루어지는 접속 부위(123b)에 의해 서로 연결되어 있어도 된다. 이러한 형상은, 예를 들면 본원 출원인이 먼저 개시한 일본국 공개 특허 2006－138911호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 노즐 디스펜스법을 응용한 도포 방법에 의해 형성하는 것이 가능하다,
다음에, 상기와 같이 구성되는 전지의 용도에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)은, 상온에서 고용량 또한 충방전 특성이 양호한 것이므로, 이하에 예시하는 바와 같이 각종의 기기에 대한 응용을 생각할 수 있다. 또한, 이하는 본 실시 형태의 전지를 응용할 수 있는 기기의 양태의 일부를 예시하는 것이며, 본 발명에 관련된 전지의 적용 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명에 관련된 전지를 탑재한 기기의 일례로서의 차량, 구체적으로는 전기 자동차를 모식적으로 나타낸 도이다. 이 전기 자동차(70)는, 차륜(71)과, 그 차륜(71)을 구동하는 모터(72)와, 그 모터(72)에 전력을 공급하는 전지(73)를 구비하고 있다. 이 전지(73)로서, 상기한 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 다수 직병렬 접속한 구성을 채용할 수 있다. 이와 같이 구성된 전지(73)는, 소형이며 높은 전류 공급 능력을 가짐과 함께 단시간에서의 충전이 가능하기 때문에, 전기 자동차(70)와 같은 차량의 구동용 전원으로서 적합한 것이다.
도 10은 본 발명에 관련된 전지를 탑재한 기기의 다른 예로서의 전자기기, 구체적으로는 IC 카드(스마트 카드)를 모식적으로 나타낸 도이다. 이 IC 카드(80)는, 서로 겹쳐짐으로써 카드형의 패키지를 구성하는 한쌍의 하우징(81, 82)과, 그 하우징 내에 수용되는 회로 모듈(83) 및 그 회로 모듈(83)의 전원이 되는 전지(84)를 구비하고 있다. 이 중 회로 모듈(83)은, 외부와의 통신을 위한 루프 형상의 안테나(831)와, 그 안테나(831)를 통한 외부 기기와의 데이터 교환 및 다양한 연산·기억 처리를 실행하는 집적 회로(IC)를 포함하는 회로 블록(832)을 구비하고 있다. 또, 전지(84)로서는, 상기한 리튬 이온 이차 전지 모듈(1)을 1세트 또는 복수 세트 구비하는 것을 이용할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 그 자신은 전원을 갖지 않는 일반적인 IC 카드에 비해, 외부 기기와의 통신 가능 거리를 확장할 수 있고, 또 보다 복잡한 처리를 행하는 것이 가능해진다. 본 발명에 관련된 전지(84)는 소형·박형이며 대용량을 얻을 수 있으므로, 이러한 카드형의 기기에 적합하게 적용할 수 있다.
이 이외에도, 전동 어시스트 자전거·전동 공구·로봇 등의 기계류, 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화·휴대형 음악 플레이어·디지털 카메라·비디오 카메라 등의 모바일 기기, 게임기, 포터블형의 측정 기기·통신 기기 및 완구 등 각종의 전자기기에, 본 발명에 관련된 전지를 채용하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태에서는, 음극 집전체(11), 음극 활물질층(12), 고체 전해질층(13), 양극 활물질층(14) 및 양극 집전체(15)가, 각각 본 발명의 「제1 집전체층」, 「제1 활물질층」, 「전해질층」, 「제2 활물질층」 및 「제2 집전체층」으로서 기능하고 있다. 또, 음극 활물질층을 구성하는 라인 형상 패턴(121, 122a) 및 랜드 형상 패턴(123a)이 본 발명의 「섬 형상 부위」에 상당하고 있으며, 접속 부위(122b, 123b)가 본 발명의 「접속 부위」에 상당하고 있다.
또, 도 2의 플로차트에서의 스텝 S101 및 S102가 본 발명의 「제1 공정」에 상당하는 한편, 스텝 S103 및 S104가 본 발명의 「제2 공정」에 상당하고 있다. 그리고, 이 실시 형태에서의 노즐(31)이 본 발명의 「노즐」로서 기능하고 있다.
또, 상기 실시 형태에서의 전기 자동차(70)가 본 발명의 「차량」에 상당하고 있다. 또한, 상기 실시 형태에서의 IC 카드(80)가 본 발명의 「전자기기」에 상당하고 있다. 그리고, 그 중 하우징(81, 82)이 본 발명의 「하우징」으로서, 회로 모듈(83)이 본 발명의 「전자 회로부」로서 각각 기능하고 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 음극 활물질층(12)을 섬 형상 구조로 하고 있지만, 이 대신에, 혹은 이에 더하여, 양극 활물질층을 섬 형상 구조로 해도 된다.
또, 상기 실시 형태에서는 음극 집전체 상에 음극 활물질층, 고체 전해질층, 양극 활물질층 및 양극 집전체를 순차적으로 적층하고 있지만, 이것과는 반대로, 양극 집전체 상에 양극 활물질층, 고체 전해질층, 음극 활물질층 및 음극 집전체를 이 순서대로 적층하도록 해도 된다. 또 각 층의 형성은 도포에 의한 것에 한정되지 않는다.
또, 상기 실시 형태는 고체 전해질층(13)을 구비하는 것이다. 그러나, 전해질층으로서는 이러한 고체인 것에 한정되지 않고, 보다 일반적인 전해액을 이용한 전지에 대해서도, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
또, 상기 실시 형태에서 예시한 집전체, 활물질, 전해질 등의 재료는 그 일례를 나타낸 것이며 이것에 한정되지 않고, 리튬 이온 전지의 구성 재료로서 이용되는 다른 재료를 사용하여 리튬 이온 전지를 제조하는 경우에서도, 본 발명의 제조 방법을 적합하게 적용하는 것이 가능하다. 또, 리튬 이온 전지에 한정되지 않고, 다른 재료를 이용한 전지 전반에 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
이 발명에 관련된 전지는, 소형·박형이면서 고용량과 양호한 충방전 특성을 겸비하고 있으며 생산성도 우수하므로, 전지를 탑재하는 차량이나 각종의 전자기기에 적합하게 적용하는 것이 가능하다.
1, 73, 84 리튬 이온 이차 전지(전지)
11 (음극 집전체로서의) 구리박(제1 집전체층)
12 음극 활물질층(제1 활물질층)
13 전해질층
14 양극 활물질층(제2 활물질층)
15 (양극 집전체로서의) 알루미늄박(제2 집전체층)
31 노즐
32 도포액
70 전기 자동차(차량)
80 IC 카드(전자기기)
81, 82 카드 하우징(하우징)
83 회로 모듈(전자 회로부)
121, 122a (음극 활물질의) 라인 형상 패턴(섬 형상 부위)
122b (음극 활물질의) 접속 부위
123a (음극 활물질의) 랜드 형상 패턴(섬 형상 부위)
123b (음극 활물질의) 접속 부위

Claims (13)

  1. 제1 집전체층, 제1 활물질층, 전해질층, 제2 활물질층 및 제2 집전체층을 이 순서대로 적층한 구조를 가지고,
    상기 제1 활물질층은, 활물질을 포함하는 복수의 섬 형상 부위를 상기 제1 집전체층 표면에 서로 이격시켜 배치한 섬 형상 구조를 가지며, 상기 섬 형상 부위와 상기 제1 집전체층의 접촉점에 있어서 상기 제1 활물질층에 그은 접선과 상기 제1 집전체층 표면이 이루는 각 중 상기 제1 활물질층을 포함하는 측의 각이 90도보다도 작으며,
    상기 섬 형상 부위와 상기 제1 집전체층의 접촉점에 있어서, 상기 제1 집전체층과 상기 전해질층이 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 섬 형상 부위는, 상기 제1 집전체층 표면을 따라 연장되는 라인 형상 패턴을 가지는, 전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 라인 형상 패턴의 연장 방향에 직교하는 단면에서의 상기 섬 형상 부위의 단면 형상은, 상기 제1 집전체층과 접촉하는 부분의 폭이 20μm 내지 300μm, 높이가 10μm 내지 300μm이며, 상기 폭에 대한 상기 높이의 비가 0.5 이상인, 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해질층은 고체 전해질 재료를 포함하고, 상기 섬 형상 부위에서는, 상기 제1 집전체층과 접촉하는 부분을 제외한 표면이 매끄러운 곡면인, 전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 활물질층은, 복수의 상기 섬 형상 부위를 서로 접속하는 접속 부위를 가지는, 전지.
  7. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 전지를 탑재하는 것을 특징으로 하는 차량.
  8. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 전지와,
    상기 전지를 전원으로 하여 동작하는 전자 회로부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자기기.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전지와 상기 전자 회로부를 유지하는 카드형의 하우징을 구비하는 전자기기.
  10. 제1 집전체층이 되는 기재의 표면에, 서로 이격된 복수의 섬 형상 부위로 이루어지는 섬 형상 구조를 가지는 제1 활물질층을 형성하는 제1 공정과,
    상기 제1 활물질층에 의해 덮여 있지 않은 상기 기재의 노출 표면 및 상기 제1 활물질층의 표면을 모두 덮는 전해질층과, 제2 활물질층과, 제2 집전체층을 적층하는 제2 공정을 구비하고,
    상기 제1 공정에서는, 상기 섬 형상 부위와 상기 제1 집전체층의 접촉점에 있어서 상기 제1 활물질층에 그은 접선과 상기 제1 집전체층 표면이 이루는 각 중 상기 제1 활물질층을 포함하는 측의 각을 90도보다도 작게 하며,
    상기 섬 형상 부위와 상기 제1 집전체층의 접촉점에 있어서, 상기 제1 집전체층과 상기 전해질층이 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 전지의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 활물질을 포함하는 도포액을 노즐로부터 토출시켜 상기 기재 표면에 도포하여 상기 제1 활물질층을 형성하는, 전지의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 기재 표면에 대해 상기 노즐을 소정 방향으로 상대 이동시켜 라인 형상으로 상기 도포액을 상기 기재 표면에 도포하는, 전지의 제조 방법.
  13. 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 각각 제조된, 상기 제1 집전체층, 상기 제1 활물질층, 상기 전해질층, 상기 제2 활물질층 및 상기 제2 집전체층이 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 전지.
KR1020110045144A 2010-06-08 2011-05-13 전지, 차량, 전자기기 및 전지의 제조 방법 KR101301826B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010130834A JP5547556B2 (ja) 2010-06-08 2010-06-08 電池、車両、電子機器および電池の製造方法
JPJP-P-2010-130834 2010-06-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110134266A KR20110134266A (ko) 2011-12-14
KR101301826B1 true KR101301826B1 (ko) 2013-08-29

Family

ID=44118115

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110045144A KR101301826B1 (ko) 2010-06-08 2011-05-13 전지, 차량, 전자기기 및 전지의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9017868B2 (ko)
EP (1) EP2395579B1 (ko)
JP (1) JP5547556B2 (ko)
KR (1) KR101301826B1 (ko)
CN (1) CN102280611B (ko)
TW (1) TWI430496B (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5639804B2 (ja) * 2010-07-13 2014-12-10 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP2012064487A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP5462758B2 (ja) 2010-09-28 2014-04-02 大日本スクリーン製造株式会社 リチウムイオン二次電池、車両、電子機器およびリチウムイオン二次電池の製造方法
US9589692B2 (en) * 2010-12-17 2017-03-07 Palo Alto Research Center Incorporated Interdigitated electrode device
WO2013036801A1 (en) 2011-09-07 2013-03-14 24M Technologies, Inc. Semi-solid electrode cell having a porous current collector and methods of manufacture
JP2013143182A (ja) * 2012-01-06 2013-07-22 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 電池の製造方法
JP6066574B2 (ja) * 2012-03-05 2017-01-25 日立造船株式会社 全固体二次電池の製造方法
US20140050977A1 (en) * 2012-08-20 2014-02-20 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Method of and apparatus for manufacturing electrode for lithium-ion secondary battery and electrode for lithium-ion secondary battery
KR20230166136A (ko) 2015-06-18 2023-12-06 24엠 테크놀로지즈, 인크. 단일 파우치 배터리 셀들 및 제조 방법들
KR102053239B1 (ko) 2016-09-09 2019-12-06 주식회사 엘지화학 고용량의 전극을 포함하는 이차전지의 제조 방법
TWI622218B (zh) * 2016-09-22 2018-04-21 財團法人工業技術研究院 電極及包含其之電池
KR102302258B1 (ko) * 2017-09-13 2021-09-14 주식회사 엘지에너지솔루션 고체 전해질을 포함하는 전고체 전지용 전극
CN111029588B (zh) * 2019-12-11 2022-04-12 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种设置有微保险的集流体及含有该集流体的锂离子电池极片
US11742525B2 (en) 2020-02-07 2023-08-29 24M Technologies, Inc. Divided energy electrochemical cell systems and methods of producing the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116248A (ja) * 2003-10-06 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 電池およびこの電池を搭載する車両
JP2008117574A (ja) * 2006-11-01 2008-05-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用負極板の製造方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE298932T1 (de) * 1997-04-23 2005-07-15 Japan Storage Battery Co Ltd Elektrode und batterie
JP2002279974A (ja) 2001-03-19 2002-09-27 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池用電極の製造方法
JP4204231B2 (ja) * 2001-11-08 2009-01-07 日本碍子株式会社 リチウム二次電池
JP3896025B2 (ja) * 2002-04-10 2007-03-22 三洋電機株式会社 二次電池用電極
US20030217210A1 (en) * 2002-05-15 2003-11-20 Carau Frank P. Memory card having an integral battery that powers an electronic device
JP4215480B2 (ja) * 2002-10-10 2009-01-28 パナソニック株式会社 カード型電子機器
JP4043956B2 (ja) * 2003-01-08 2008-02-06 大日本印刷株式会社 電池用電極板の製造方法
JP3953026B2 (ja) * 2003-12-12 2007-08-01 松下電器産業株式会社 リチウムイオン二次電池用極板およびリチウムイオン二次電池並びにその製造方法
JP2006138911A (ja) 2004-11-10 2006-06-01 Dainippon Screen Mfg Co Ltd パターン形成方法およびパターン形成装置
JP2007273249A (ja) 2006-03-31 2007-10-18 Arisawa Mfg Co Ltd リチウムイオン二次電池の製造方法
US7851089B2 (en) * 2006-10-26 2010-12-14 Panasonic Corporation Electrode plate for battery and lithium secondary battery including the same
JP2008135376A (ja) * 2006-10-26 2008-06-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池用電極板およびそれを用いるリチウム二次電池
JP2008204835A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電気化学素子とその電極の前処理方法および製造方法、前処理装置
JP2008293793A (ja) * 2007-05-24 2008-12-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 固体薄膜電池及び固体薄膜電池の製造方法
JP2009045511A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Nissan Motor Co Ltd スプレイ塗布装置およびスプレイ塗布方法
CN101409347B (zh) * 2007-10-11 2011-01-12 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池负极片及其制备方法
KR20100044087A (ko) * 2008-10-20 2010-04-29 삼성전자주식회사 잉크젯 프린트용 전극 조성물, 이를 사용하여 제조된 전극 및 이차 전지
US20100099026A1 (en) 2008-10-20 2010-04-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrode ink composition for ink-jet printing, and electrode and secondary battery manufactured by using the same
JP2010102985A (ja) * 2008-10-24 2010-05-06 Seiko Epson Corp 電池の製造方法
US20100291444A1 (en) * 2009-05-12 2010-11-18 Farmer Joseph C Multilayer coatings for rechargeable batteries

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005116248A (ja) * 2003-10-06 2005-04-28 Nissan Motor Co Ltd 電池およびこの電池を搭載する車両
JP2008117574A (ja) * 2006-11-01 2008-05-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用負極板の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20110300440A1 (en) 2011-12-08
TWI430496B (zh) 2014-03-11
EP2395579B1 (en) 2015-09-09
KR20110134266A (ko) 2011-12-14
JP2011258367A (ja) 2011-12-22
US9017868B2 (en) 2015-04-28
JP5547556B2 (ja) 2014-07-16
CN102280611A (zh) 2011-12-14
EP2395579A1 (en) 2011-12-14
CN102280611B (zh) 2015-07-01
TW201205918A (en) 2012-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101301826B1 (ko) 전지, 차량, 전자기기 및 전지의 제조 방법
KR101320737B1 (ko) 리튬이온 이차전지, 차량, 전자기기 및 리튬이온 이차전지의 제조 방법
KR101332137B1 (ko) 전지의 제조 방법, 전지, 차량 및 전자 기기
KR101323882B1 (ko) 전지의 제조 방법, 그 방법을 이용하여 제조된 전지, 차량 및 전자 기기
JP6066574B2 (ja) 全固体二次電池の製造方法
JP5498284B2 (ja) 電池用電極の製造方法、電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP5492686B2 (ja) 電池用電極の製造方法、電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP2012074202A (ja) 電池、車両、電子機器および電池の製造方法
JP2012064488A (ja) 電極製造装置、電極の製造方法および電池の製造方法
JP2012064487A (ja) 電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP2012113974A (ja) 電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP5919929B2 (ja) リチウムイオン二次電池用電極の製造方法
JP5498338B2 (ja) リチウムイオン二次電池、該電池を備える車両および電子機器
JP5462741B2 (ja) 電池の製造方法、電池、車両および電子機器
JP2012074201A (ja) リチウムイオン二次電池、車両、電子機器およびリチウムイオン二次電池の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160720

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170720

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180801

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190730

Year of fee payment: 7