KR101326118B1 - 리튬 이온 전지의 충전방법 - Google Patents

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Abstract

이식형 의료장치의 충전방법은 의료장치 내에 제공되는 리튬 이온 전지를 충전하는 것을 포함하고, 상기 리튬 이온 전지는 티탄산리튬(lithium titanate) 활성 물질을 수반하는 음극(negative electrode)을 구비한다. 적어도 충전 중의 일부 동안, 음극의 전위는 음극의 평형 전위(equilibrium potential) 아래로 약 70㎷ 이상이다.
Figure R1020077009551
리튬 이온 전지, 음극 활성 물질, 이식형 의료장치, 티탄산리튬

Description

리튬 이온 전지의 충전방법{METHOD OF CHARGING LITHIUM-ION BATTERY}
관련 출원의 상호 참조
[0001] 본 출원은 미국 가특허출원 제60/624,075호(출원일: 2004년 10월 29일) 및 미국 가특허출원 제60/647,292호(출원일: 2005년 1월 26일)에 대하여 35 U.S.C. 119(e) 규정에 따라 우선권을 주장하고, 각각의 이들 출원은 전체로서 참조문헌으로 여기에 편입된다.
[0002] 본 발명은 일반적으로 리튬 이온 전지의 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 충전 속도를 증가시키기 위해 과전위(overpotential)에서 충전될 수 있는 리튬 이온 전지에 관한 것이다.
[0003] 리튬 이온 전지는, 활성 물질(예: LiCoO2)이 표면 위에 제공되는 양 전류 콜렉터(positive current collector)(예: 알루미늄 호일(foil)과 같은 알루미늄)와 활성 물질(예: 흑연과 같은 함탄소 물질)이 표면 위에 제공되는 음 전류 콜렉터(negative current collector)(예: 구리 호일과 같은 구리)를 포함한다. 양 전류 콜렉터와 이의 표면 위에 제공되는 활성 물질은 함께 양극으로 불리우는 반면, 음 전류 콜렉터와 이의 표면 위에 제공되는 활성 물질은 음극으로 불리운다.
[0004] 도 1은 상술한 바와 같은 리튬 이온 전지 10의 일부 개략도이다. 전지 10은 양 전류 콜렉터 22와 양 활성 물질 24를 포함하는 양극 20, 음 전류 콜렉터 32와 음 활성 물질 34를 포함하는 음극 30, 전해질 40, 및 양극 20과 음극 30 사이에 제공되는 세퍼레이터(예: 고분자 미세다공성 세퍼레이터, 미도시)을 포함한다. 전극 20, 30은 비교적 편평하거나 평면인 플레이트로서 제공될 수 있고, 또는 나선형 구조 또는 다른 구조[예: 난형 구조(oval configuration)]로 둘러싸이거나 감겨질 수 있다. 전극은 또한 중첩 구조(folded configuration)로 제공될 수 있다.
[0005] 전지 10을 충방전하는 동안, 리튬 이온은 양극 20과 음극 30 사이를 이동한다. 예를 들어, 전지 10이 방전될 때, 리튬 이온은 음극 30에서 양극 20으로 흐른다. 반대로, 전지 10이 충전될 때, 리튬 이온은 양극 20에서 음극 30으로 흐른다.
[0006] 도 2는 종래 리튬 이온 전지의 이론적인 충방전작용을 설명하는 그래프 100이다. 곡선 110은 알루미늄 전류 콜렉터에 제공되는 LiCoO2활성 물질을 구비한 알루미늄 전류 콜렉터를 포함하는 양극의 전극 전위를 나타낸다. 한편, 곡선 120은 구리 전류 콜렉터에 제공되는 함탄소 활성 물질(carbonaceous active material)을 구비한 구리 전류 콜렉터를 포함하는 음극의 전극 전위를 나타낸다. 곡선 110과 곡선 120 사이의 차이는 전체 셀 전위를 잘 보여준다.
[0007] 도 2에서 보는 바와 같이, 최대 용량으로 초기 충전을 할 때, 양극의 전위는, 곡선 110에 의해 도시된 바와 같이, 약 3.0V에서부터 음극을 형성하는 데 사용되는 구리의 부식 전위(corrosion potential)를 초과하는 지점까지 증가한다(점선 122로 표시됨). 음극의 전위는 약 3V에서부터 알루미늄 전류 콜렉터에 제공되는 LiCoO2 활성 물질의 분해 전위(decomposition potential)의 아래 지점까지 감소한다(점선 112로 표시됨). 초기 충전시, 전지는 음 전류 콜렉터상의 패시브층(passive layer)의 형성으로 인해 용량의 비가역적인 손실을 입게 되고, 상기 패시브층은 SEI 막(Solid-Electrolyte Interface, SEI)으로 불리어 질 수 있다. 용량의 비가역적인 손실은 곡선 120에서 턱(ledge) 또는 선반 124로 도시된다.
[0008] 종래의 리튬 이온 전지에 수반되는 한 가지 문제점은 그러한 전지가 거의 0V 전압 지점으로 방전될 때, 사용된 물질 및 케이스의 극성에 따라, 전달 가능한 용량의 손실 및 음극의 전류 콜렉터(구리)와 아마도 전지 케이스의 부식(corrosion)을 보일 수 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 전지의 초기 충전 후, 전지의 전압이 0V(즉, 0% 용량)에 근접하는 전지의 다음에 이어지는 방전은, 점선 126에 의하여 표시되는 경로를 따르는 음극 전위를 초래한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 음극 전위는 음 전류 콜렉터의 구리 부식 전위에서 수평을 유지하거나 안정한 상태에 이른다(구리에 대해 약 3.5V이고 도 2에서 점선 122에 의해 표시되는 점선).
[0009] 종래의 리튬 이온 전지를 충전하는 동안, 음극 위에 리튬이 플레이팅(plating)되는 것을 방지하기 위해 확실한 예방책을 세우는 것이 필요할 것이다. 예를 들어, 도 2에서 도시한 바와 같이, (곡선 120로 도시된) 음극의 전위는 충전하는 동안 용량을 증가시키면서 대략 0.1V의 수준에 도달한다. 이러한 이유로, 종래 리튬 이온 전지를 충전하는 동안, 음극의 전위가 약 0.1V 아래로 떨어지는 상황을 방지하기 위해, 전지가 완전 충전 상태에 도달함에 따라 "테이퍼 충전(taper charge)"이 적용된다. 테이퍼 충전으로, 리튬이 음극 위에 플레이팅될 위험을 최소화하기 위해, 전지가 완전 충전 상태에 도달함에 따라 충전 전압이 감소한다. 또한, 음극의 상대적으로 낮은 전위 때문에, 전지의 개방 회로 전압보다 현저하게 큰 충전 전압은, 전지를 충전할 때 이용될 수 없다고 종래에 확신하여 왔다. 그 결과, 종래 리튬 이온 전지의 충전 속도는 아마도 바람직한 만큼 신속하게 진행될 수 없었다.
[0010] 의료장치 산업은 환자의 임상 질환(medical condition)을 치료하기 위한 매우 다양한 전기 및 기계 장치를 생산한다. 임상 질환에 따라, 의료장치는 치료를 받는 환자에게 외과적으로 체내로 이식되거나 외부로 연결된다. 임상 의학자는 환자의 임상 질환을 치료하기 위하여 의료장치를 단독으로 또는 약물 치료와 수술을 조합하여 함께 사용한다. 일부 임상 질환에 대하여, 의료장치는 보다 건강한 상태 및 보다 풍성한 삶으로 개인을 회복시키는 최고의 치료법, 때로는 유일한 치료법을 제공한다.
[0011] 이식 가능한 의료장치를 포함하여, 이러한 의료장치에 전지 전원을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 경우, 비교적 빠르게 재충전될 수 있는 전지를 공급하는 것은 환자의 불편함을 줄일 수 있다는 점에서 유리할 것이다. 또한, 전지의 음극에 리튬을 플레이팅시키는 중대한 위험 없이, 종래의 리튬 이온 전지보다 큰 효율로 충전될 수 있는 전지를 제공하는 것 또한 유리할 것이다. 이러한 전지를 이용하는 의료장치(예: 이식 가능한 의료장치)를 제공하는 것 또한 유리할 것이다.
요약
[0012] 본 발명의 대표적인 구현예는 이식 가능한 의료장치를 충전하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 의료장치에 제공되는 리튬 이온 전지를 충전하는 단계를 포함하며, 리튬 이온 전지는 티탄산리튬 활성 물질을 수반하는 음극을 구비한다. 적어도 충전 중의 일부 동안, 음극의 전위는 음극의 평형 전위 아래로 약 70㎷ 이상이다.
[0013] 본 발명의 또 다른 대표적인 구현예는 충전 조작에서 리튬 이온 전지를 충전하는 단계를 포함하는 리튬 이온 전지의 충전방법에 관한 것이며, 리튬 이온 전지는 티탄산리튬 물질로 구성되는 음극을 포함한다. 적어도 충전 조작 중의 일부에 대하여 음극의 과전위는 약 70㎷보다 크다. 리튬 전지는 이식형 의료장치 내에 포함되고, 상기 충전 조작은 음극에 리튬 플레이팅(plating)을 초래하지 않는다.
[0014] 본 발명의 또 다른 대표적인 구현예는, 적어도 충전 순서 중의 일부에 대하여 전지의 음극에 적어도 70㎷의 과전위를 제공하는 충전 순서를 따라, 리튬 이온 전지를 유도 충전(inductively charging)하는 단계를 포함하는 리튬 이온 전지의 충전방법에 관한 것이며, 리튬 이온 전지는 티탄산리튬 음극 활성 물질을 포함한다.
[0015] 도 1은 종래의 리튬 이온 전지의 개략적인 단면도이다.
[0016] 도 2는 도 1의 개략도로 도시된 바와 같은 종래의 리튬 이온 전지에 대한 이론적인 충방전 거동을 설명하는 그래프이다.
[0017] 도 3은 대표적인 구현예에 따른 리튬 이온 전지의 일부의 개략적인 단면도이다.
[0018] 도 4는 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 리튬 이온 전지에 대한 이론적인 충방전 거동을 설명하는 그래프이다.
[0019] 도 5는 이론적인 대표적인 구현예에 따른 가능한 전지 충전 순서 또는 알고리즘을 설명하는 그래프이다.
[0020] 도 6은 또 다른 이론적인 대표적인 구현예에 따른 가능한 전지 충전 순서 또는 알고리즘을 설명하는 또 다른 그래프이다.
[0021] 도 7은 또 다른 이론적인 대표적인 구현예에 따른 가능한 전지 충전 순서 또는 알고리즘을 설명하는 또 다른 그래프이다.
[0022] 도 8은 또 다른 이론적인 대표적인 구현예에 따른 가능한 전지 충전 순서 또는 알고리즘을 설명하는 또 다른 그래프이다.
[0023] 도 9는 또 다른 이론적인 대표적인 구현예에 따른 가능한 전지 충전 순서 또는 알고리즘을 설명하는 그래프이다.
[0024] 도 10은 또 다른 대표적인 구현예에 따른 충전 순서 또는 알고리즘 동안 전지의 임피던스 또는 저항을 결정하는 기술을 설명하는 또 다른 그래프이다.
[0025] 도 11A 내지 도 11D는 대표적인 구현예에 따른 전지의 충전 성능(charging performance)을 설명하는 그래프들이다.
[0026] 도 12는 환자의 몸통(torso) 또는 신체의 내부로 삽입되는 이식 가능한 의료장치의 형태로 구현된 시스템의 개요도이다.
[0027] 도 13은 이식형 의료장치의 형태로 구현된 또 다른 시스템의 개요도이다.
[0028] 도 3을 참고하면, 리튬 이온 전지 200의 일부의 개략 단면도가 대표적인 구현예에 따라 도시되어 있다. 대표적인 구현예에 따르면, 전지 200은 약 1 내지 1000㎃h 정도의 전지 정격(rating)을 갖는다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 약 100 내지 400㎃h 정도의 전지 정격을 갖는다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 약 300㎃h의 전지이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 약 75㎃h의 전지이다.
[0029] 전지 200은 하나 이상의 양극 210과 하나 이상의 음극 220을 포함한다. 전극은 전지 200의 편평하거나 평면의 부재로서 제공될 수 있고, 나선형 구조 또는 다른 구조로 감겨질 수 있으며, 또는 중첩 구조로 제공될 수 있다. 예를 들어, 전극들은 비교적 장방형 축(mandrel) 주위에 둘러싸일 수 있으므로, 비교적 사각형인 전지 케이스로의 삽입을 위한 난형 권선 코일(oval wound coil)을 형성한다. 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 버튼 셀 전지(button cell battery), 박막형 고상 전지(thin film solid state battery) 또는 또 다른 리튬 이온 전지 형태로서 제공될 수 있다.
[0030] 전지 케이스(미도시)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 또 다른 금속과 같은 금속으로 제작될 수 있다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전지 케이스는 티탄, 티탄 합금 또는 스테인레스 강으로 제작될 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예를 따르면, 전지 케이스는 플라스틱 소재 또는 플라스틱-호일 적층물(plastic-foil laminate) 소재(예: 폴리올레핀 층과 폴리에스터 층 사이에 제공된 알루미늄 호일)로 제작될 수 있다.
[0031] 대표적인 구현예에 따르면, 음극은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 부재나 탭(tab)에 의하여 알루미늄 케이스에 결합된다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재나 탭은 양극에 결합되거나 연결될 수 있다. 탭들은 한 가지 대표적인 구현예에 따른 전지에 대한 단자(terminal)로서 제공된다.
[0032] 전지 200의 치수는 다양한 대표적인 구현예에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 전극들이 감겨져 있어 그들이 비교적 각형인 전지 케이스에 제공될 수 있는 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 약 30 내지 40㎜ × 약 20 내지 30㎜ × 약 5 내지 7㎜의 치수를 구비한다. 또 다른 구현예에 따르면, 전지의 치수는 약 20㎜ × 20㎜ × 3㎜이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 약 30㎜의 직경 및 약 3㎜의 두께를 구비한 버튼 셀형 전지의 형태로 제공될 수 있다. 여기서 기술된 치수 및 형태는 예시하여 설명하기 위한 것일 뿐이고, 다양한 크기, 형상 및 형태의 전지는 여기서 기술된 신규한 개념에 따라서 생산될 수 있다는 것은 관련 분야의 기술을 가진 당업자에 의하여 인정될 수 있을 것이다.
[0033] 전해질 230은 리튬 이온들이 이동할 수 있는 매질을 제공하기 위해 양극과 음극 사이에 제공된다. 전해질은 액체[예: 하나 이상의 비수용성 용매(non-aqueous solvent)에 용해된 리튬 염]일 수 있다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전해질은 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC) 및 LiPF6 염 1.0M의 혼합물일 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 리튬 이온 전지에 보통 사용될 수 있는 구성성분들을 사용하지 않는 전해질이 이용될 수 있다(예: 에틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 리튬 비스-옥살레이토보레이트(때때로 LiBOB라고도 함) 등).
[0034] 다양한 다른 전해질은 다른 예시적인 구현에에 따라 사용될 수 있다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전해질은 폴리(에틸렌 옥사이드) 또는 실리콘과 같은 중합체 물질에 용해된 리튬 염일 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전해질은 N-메틸-N-알킬피롤리디늄 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드 염과 같은 이온성 액체일 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전해질은 리튬 포스포러스 옥시나이트라이드(LiPON) 등의 리튬 이온 전도성 유리와 같은 고상 전해질(solid state electrolyte)일 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전해질은 LiPF6 염 1.0M을 포함하는 에틸렌 카보네이트 대 디에틸렌 카보네이트(EC:DEC)의 1:1 혼합물이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전해질은 폴리프로필렌 카보네이트 용매 및 리튬 비스-옥살레이토보레이트 염을 포함할 수 있다. 다른 대표적인 구현예들을 따르면, 전해질은 그 중에서도 특히 PVDF 공중합체, PVDF-폴리이미드 물질 및 유기 실리콘 중합체, 열 중합 겔, 방사선 경화 아크릴레이트, 중합체 겔을 수반하는 미립자, 무기 겔 중합체 전해질, 무기 겔-중합체 전해질, PVDF 겔, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 유리 세라믹 전해질, 인산염 유리, 리튬 전도성 유리, 리튬 전도성 세라믹 및 무기 이온성 액체 겔 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
[0035] 세퍼레이터(separator) 250은 양극 210과 음극 220 사이에 제공된다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 세퍼레이터 250은, 그 안으로 전해질 및 리튬 이온들을 세퍼레이터의 한쪽에서 다른 쪽으로 흐르게 할 수 있도록 형성된 미세공들을 포함하는 폴리프로필렌/폴리에틸렌 공중합체 또는 또 다른 폴리올레핀 다층 합판과 같은 중합체 소재이다. 세퍼레이터 250의 두께는 대표적인 구현예에 따르면 약 10㎛ 내지 50㎛이다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 세퍼레이터의 두께는 약 25㎛이고, 세퍼레이터의 평균 구멍(pore)의 크기는 약 0.02㎛ 내지 0.1㎛이다.
[0036] 양극 210은 금속과 같은 전도성 물질로 만들어진 전류 콜렉터 212를 포함한다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면. 전류 콜렉터 212는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된다.
[0037] 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 212의 두께는 약 5㎛ 내지 75㎛이다. 특정한 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 212의 두께는 약 20㎛이다. 양 전류 콜렉터 212는 얇은 소재인 것으로 도시되고 예시하여 설명되어 왔으나, 양 전류 콜렉터는 다양한 대표적인 구현예에 따르는 경우 임의의 다양한 다른 형태들을 가질 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 예를 들어, 양 전류 콜렉터는 메쉬 그리드, 금속판 그리드(expanded metal grid), 광화학적 에칭 그리드(photochemically etched grid) 등과 같은 그리드일 수 있다.
[0038] 전류 콜렉터 212는 이의 표면에 제공되는 활성 물질 216의 층을 구비한다(예: 전류 콜렉터에 코팅됨). 도 3은 활성 물질 216이 전류 콜렉터 212의 오직 한쪽에만 제공됨을 도시하고 있으나, 활성 물질 216으로 도시된 바와 유사하거나 동일한 활성 물질의 층은 전류 콜렉터 212의 양쪽에 제공되거나 코팅될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
[0039] 대표적인 구현예에 따르면, 활성 물질 216은 리튬을 포함하는 물질 또는 화합물이다. 주요한 활성 물질 216에 포함되는 리튬은 전지를 각각 방전 및 충전하는 동안 도핑 및 언도핑(dope and undope)될 수 있다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 주요한 활성 물질 216은 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2)이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 212 위에 제공된 활성 물질은 LiMn2O4이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 212 위에 제공된 활성 물질은 LiCoxNi(1-x)O2 형태의 물질(여기서, x는 약 0.05 내지 0.8이다)이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 양 전류 콜렉터 212 위에 제공된 활성 물질은 LiNixCoyMn(1-x-y)O2(예: LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) 형태의 물질이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, LiMxCoyNi(1-x- y)O2 형태의 물질과 같은, 전류 콜렉터 212 위에 제공된 활성 물질은, 이러한 물질들 중 하나인 금속 도핑 처리된 변형(metal-doped variety)이고, 여기서 M은 알루미늄 또는 티탄이고 x는 약 0.05 내지 0.3이며, y는 약 0.1 내지 0.3이다.
[0040] 일정 적용에서, 약 3V보다 큰 셀 접압을 구비한 전지를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 경우, 보다 높은 전압의 활성 물질은 Li2-xCoyFezMn4-(y+z)O8(예: Li2Co0.4Fe0,4Mn3.2O8) 형태의 물질과 같이 양 전류 콜렉터에 적용될 수 있다. 이러한 활성 물질은 리튬 기준 전극에 대하여 5.2V까지 충전할 수 있다고 확신되며, 이는 약 3.7V까지 전체 셀 전압을 얻는 것을 가능하게 한다. 양극에 사용될 수 있는 다른 비교적 높은 전압의 활성 물질은 LiCoPO4;LiNiPO4;Li2CoPO4F; Li[Ni0.2Li0.2Mn0.6]O2; 및 LiCoxMn2-xO4(예: LiCo0.3Mn1.7O4)를 포함한다.
[0041] 다양한 다른 대표적인 구현예에 따르면, 활성 물질은 Li1-XMO2 형태의 물질[여기서, M은 금속(예: LiCoO2, LiNiO2 및 LiMnO2)이다], Li1-w(M'xM"y)O2 형태의 물질[여기서, M' 및 M"은 다른 금속(예: Li(CrxMn1-x)O2, Li(AlxMn1-x)O2, Li(CoxM1-x)O2(여기서, M은 금속이다), Li(CoxNi1-x)O2 및 Li(CoxFe1-x)O2), Li1-w(MnxNiyCoz)O2 형태의 물질(예: Li(Mn1/3Ni1/3Co1/3)O2, Li(Mn1/3Ni1/3Co1/3-xMgx)O2, Li(Mn0.4Ni0.4Co0.2)O2 및 Li(Mn0.1Ni0.1Co0.8)O2), Li1-w(MnxNixCo1-2x)O2 형태의 물질, Li1-w(MnxNiyCozAlw)O2 형태의 물질, Li1-w(NixCoyAlz)O2(예: Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2) 형태의 물질, Li1-w(NixCoyMz)O2 형태의 물질(여기서, M은 금속이다), Li1-W(NixMnyMz)O2 형태의 물질(여기서, M은 금속이다), Li(Nix-yMnyCr2-x)O4 형태의 물질, LiMn2O4, LiM'M"2O4 형태의 물질[여기서, M' 및 M"은 다른 금속(예: LiMn2-y-zNiyO4, LiZO4, LiNiCuO4, LiMn1-x AlxO4, LiNi0.5Ti0.5O4 및 Li1.05AI0.1Mn1.85O4-zFz), Li2MnO3, LixVyOz 형태의 물질(예: LiV3O8, LiV2O5 및 LiV6O13), LiMPO4 형태의 물질(여기서, M은 금속이다) 또는 LiM'xM"1-xPO4(여기서, M' 및 M"은 다른 금속(예:, LiFePO4, LiFexM1-xPO4(여기서, M은 금속이다), LiVOPO4 및 Li3V2(PO4)3) 및 LiMPO4X(여기서, M은 철 또는 바나듐과 같은 금속이고, X는 불소 등의 할로겐이다) 그리고 이들의 조합과 같은 물질을 포함할 수 있다.
[0042] 바인더 물질 또한 활성 물질 216의 층과 협력하여 다양한 전극 구성요소와 함께 접착하거나 유지시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 대표적인 구현예에 따르면, 활성 물질의 층은 카본 블랙과 같은 전도성 첨가물 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 또는 탄성 중합체(elastomeric polymer)와 같은 바인더를 포함할 수 있다.
[0043] 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 활성 물질 216의 층의 두께는 약 0.1㎛ 내지 3㎜이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 활성 물질 216의 층의 두께는 약 25㎛ 내지 300㎛이다. 특정한 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 활성 물질 216의 층의 두께는 약 75㎛이다.
[0044] 음극 220은 금속과 같은 전도성 물질로 만들어진 전류 콜렉터 222를 포함한다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 222는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금 전류 콜렉터를 사용하는 데 있어서 특징적인 장점 중 하나는, 이러한 물질은 비교적 저렴하고, 전류 콜렉터로 비교적 간편하게 형성될 수 있다는 데 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하는 데 있어서 다른 특징적인 장점은, 이러한 물질은 비교적 낮은 밀도를 갖고, 비교적 높은 전도성이며, 용이하게 용접이 가능하고, 일반적으로 상업적으로 이용 가능하다는 점을 포함한다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 222는 티탄 또는 티탄 합금이다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 222는 은 또는 은 합금이다.
[0045] 음 전류 콜렉터 222는 얇은 호일 물질로서 도시되고 설명되었으나, 음 전류 콜렉터는 다양한 대표적인 구현예에 따른 다른 형태의 임의의 변이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 양 전류 콜렉터는 메쉬 그리드, 금속판 그리드, 광화학적 에칭 그리드 또는 이와 유사한 그리드일 수 있다.
[0046] 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 222의 두께는 약 100㎚ 내지 100㎛이다. 또 다른 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 222의 두께는 약 5㎛ 내지 25㎛이다. 특정한 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전류 콜렉터 222의 두께는 약 10㎛이다.
[0047] 음 전류 콜렉터 222는 이의 표면에 제공되는 활성 물질 224를 구비한다. 도 3은 활성 물질 224가 전류 콜렉터 222의 오직 한쪽에만 제공되는 것을 도시하나, 도시된 바와 유사하거나 일치하는 활성 물질의 층은 전류 콜렉터 222의 양쪽에 제공되거나 코팅될 수 있다고 이해되어야 한다.
[0048] 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 음 활성 물질 224는 Li4Ti5O12 (때때로 Li1+x[Li1/3Ti5/3]O4로 불리움, 이때 x는 0 ≤ x < 1)와 같은 티탄산리튬 물질이다. 음극 활성 물질로서 사용되는 데 적합한 다른 티탄산리튬 물질은 하나 또는 그 이상의 다음의 티탄산리튬 첨정석(spinel) 물질을 포함할 수 있다: HxLiy-xTiOxO4, HxLiy-xTiOxO4, Li4MxTi5-xO12, LixTiyO4, LixTiyO4, Li4[Ti1.67Li0.33-yMy]O4, Li2TiO3, Li4Ti4.75V0.25O12, Li4Ti4.75Fe0.25O11.88, Li4Ti4.5Mn0.5O12 및 LiM'M"XO4(여기서, M' 는 니켈, 코발트, 철, 망간, 바나듐, 구리, 크롬, 몰리브덴, 니오브 또는 이들의 조합과 같은 금속이고, M"은 택일적인 3가의 비전이금속이며, X는 지르콘늄, 티탄 또는 이들 두 가지의 조합이다). 이러한 티탄산리튬 첨정석 물질은 리튬화 반응(lithiation)의 임의의 단계에 사용될 수 있다(예: Li4+xTi5O12, 이때 x는 0 ≤ x ≤ 3).
[0049] 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 티탄산리튬은 적어도 5%가 티탄산리튬 나노입자의 형태로 존재할 수 있도록(예: 입자 크기가 약 500nm 미만임) 제공될 수 있다. 이러한 나노입자의 사용은 리튬 이온을 도핑 및 언도핑하는 동안 보다 넓은 표면적을 제공하기 위해 의도되었다.
[0050] 바인더 물질은 또한 활성 물질 224의 층과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 가지 대표적인 구현예를 따르면, 활성 물질의 층은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 탄성 중합체와 같은 바인더를 포함할 수 있다. 활성 물질 224는 또한 증가된 전기 전도성을 제공하기 위하여 0 내지 10%의 부하 적재(weight loading)로 탄소와 같은 전도성 물질(예: 카본 블랙)을 포함할 수 있다.
[0051] 다양한 대표적인 구현예들에 따르면, 활성 물질 224의 두께는 약 0.1㎛ 내지 0.3㎜이다. 다른 대표적인 구현예들에 따르면, 활성 물질 224의 두께는 약 25㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 활성 물질 224의 두께는 약 20㎛ 내지 90㎛일 수 있다.
[0052] 도 4는 도 3과 관련하여 도시되고 기술된 바와 같은 대표적인 구현예에 따라 조립된 리튬 이온 전지에 대한 이론적인 충방전 거동을 도시한 그래프 300이다. 곡선 310은 알루미늄 전류 콜렉터에 제공되는 주요 활성 물질 LiCoO2를 구비하는 알루미늄 전류 콜렉터를 포함하는 양극(예: 양극 210)에 관한 전극 전위를 나타낸다.
[0053] 곡선 320은 알루미늄 전류 콜렉터에 제공되는 티탄산리튬 물질을 구비하는 알루미늄 전류 콜렉터를 포함하는 음극에 관한 전극 전위를 나타낸다. 곡선 310과 320 사이의 차이는 전지의 전체 셀 전압을 표시하고, 도 4의 곡선 340과 같이 나타난다.
[0054] 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 음극(예: 음극 220)의 전압을 나타내는 곡선 320의 비교적 평평한 부분(참고번호 324로 표시됨)은 약 1.5 내지 1.6V의 수준이다. 따라서, 곡선 320의 비교적 편평한 부분 324는 탄소 활성 물질을 사용하는 전극의 수준보다 훨씬 높은 수준에 있다[참조: 예를 들어, 도 2의 곡선 120; 상기 도면은 탄소 활성 물질을 편입시킨 음극에 관한 이론적인 전압을 나타낸다].
[0055] 음극 활성 물질로 티탄산리튬 물질을 이용함에 있어서 하나의 잠재적인 유리한 장점은 보다 양호한 디자인 룰(design rule)이 가능하다는 것이다. 예를 들어, 종래의 리튬 이온 셀에서, 음극은 리튬의 플레이팅을 방지하기 위하여 모든 엣지(edge)에 약 1㎜ 간격으로 양극과 겹쳐야 한다. 공간과 관련된 적용에 있어서, 이것은 크게 불필요한 부피를 초래할 수 있다(예: 높이가 약 22㎜인 두개골 임플란트 셀에 대하여, 이는 약 10%의 불필요한 부피를 초래할 수 있다). 티탄산염의 사용은 리튬 플레이팅의 위험을 줄이기 때문에, 양극 및 음극을 겹치는 것에 대한 디자인 구비요건을 필요로 하지 않을 수 있고, 따라서 향상된 에너지 밀도를 갖는 리튬 이온 전지의 제조가 가능해진다.
[0056] 티탄산리튬 물질에 대한 리튬 확산계수는 약 2 × 10-8㎠/s 정도이고, 이는 탄소의 확산계수에 약 10배이며, 따라서 상당히 신속하고 지속적인 정격 용량(rate capability)을 가능하게 한다. 이러한 물질의 사용은, 충분한 전력 및 재충전율을 계속 이루고 있는 동안, 낮은 표면적의 전극을 구비한 전지들의 제조를 가능하게 할 수 있다. 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 코인 셀 또는 호일 적층물 패키지(foil laminate package)에서 모노리식(즉, 단판(single-plate)) 전극을 사용한다. 티탄산리튬 물질이 갖는 상당히 신속하고 지속적인 정격 용량로 인하여, 전지는 비교적 얇고(예: 약 1mm) 저렴할 수 있다. 또한, 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 형상 맞춤형(contoured shape)으로 제조될 수 있고, 이는 장치 내 적당한 선에서 그리고 종래의 기술에 얽매이지 않은 방식으로 그러한 전지의 패키징을 가능하게 할 수 있다. 이것은 두개골 임플란트와 같은 장치에서 특히 유리할 수 있으며, 이와 같은 장치에 있어 두개골의 만곡(彎曲)에 맞는 윤곽을 구비한 장치를 제공하는 것을 만족시킬 수 있다.
[0057] 종래의 리튬 이온 셀은, 리튬의 플레이팅을 방지하기 위하여 약 5 내지 10%의 이론상으로 과도한 음극 활성 물질에 맞추어 조절된다. 과도한 활성 물질의 사용은 보다 큰 전지를 초래하고, 이는 감소된 에너지 밀도를 갖는 셀을 초래한다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 알루미늄 음 전류 콜렉터상의 티탄산리튬 활성 물질을 사용하는 전지 또는 셀은 (예를 들면, "균형잡힌 디자인(balanced design)"으로서) 과도한 음극 활성 물질 없이 제조될 수 있다.
[0058] 티탄산리튬 물질을 사용함에 있어서 또 다른 유리한 특징은, 이러한 물질이 리튬 이온 전지의 음극에 사용될 때, 이러한 물질은 약 1.55V의 전위 안정상태(potential plateau)에서 리튬을 순환시킬 것으로 고려된다는 점이다[참조: 예들 들어 도 4; 이는 약 3% 내지 90% 정도의 충전으로 전지를 충전하는 동안 약 1.5V의 수준에서 음극의 전위를 곡선 324로 도시한다). 이것은 흑연의 탄소보다 실질적으로 높고, 상기 흑연의 탄소는 완전 충전된 상태에서 약 0.1V로 리튬을 순환시킨다(예를 들어 도 2를 참조하면, 도 2의 곡선 120은 흑연의 탄소를 이용한 음극의 충전/방전 작용을 표시한다).
[0059] 이러한 리튬 이온 전지는 약 1.55V의 안정 상태에서 리튬을 순환시키기 때문에, 이들은 리튬 플레이팅을 덜 허용하는 것으로 확신된다. 리튬 플레이팅은 잘 알려진 현상으로, 이는 리튬 이온 전지의 성능(performance)에 손실을 유발할 수 있다. 음극 활성 물질로서 티탄산리튬을 이용하는 리튬 이온 전지는 충전되는 동안 리튬의 플레이팅(이는 리튬 기준(lithium reference)에 대하여 0V에서 발생한다)을 덜 초래할 것이라고 확신된다. 예를 들어, 티탄산리튬 음극 활성 물질을 이용하는 리튬 전지는 충전될 수 있으며, 그리하여 충전 공정 중 하나 또는 그 이상의 지점에서, 음극의 전위가 평형(즉, 개방 회로) 전위보다 낮은 70㎷ 이상이다. 도 4에 도시된 점선 곡선 322은 (곡선 324로 도시된) 음극의 평형 전위 아래로 약 70㎷인 음극의 전위를 나타낸다. 여기서 설명된 바와 같이, 곡선 322과 리튬 기준 전극에 대한 0V 사이(예: 도 4에서 곡선 322과 그래프의 x축 사이의 범위)로 떨어진 음극의 전위를 일으키는 방식으로 리튬 이온 전지를 충전하는 것은, 리튬의 플레이팅을 초래하지 않을 것이다. 반면에, 함탄소 음극을 구비한 종래의 리튬 이온 전지는 그러한 전위에서 쉽게 리튬을 플레이팅할 것이다.
[0060] 음극 활성 물질로서 함탄소 물질 대신에 티탄산리튬 물질을 사용하는 또 다른 장점은, 티탄산리튬 물질의 사용은 함탄소 물질을 사용하는 것보다 높은 효율로 전지의 충방전을 가능하게 하는 것으로 고려된다는 점이다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에서 충전율에 대한 일반적인 상한은 약 1 C이다(전지가 한 시간 내에 방전된 상태에서 완전히 충전될 수 있다는 것을 의미함). 역으로 말하면, 티탄산리튬은 10 C(즉, 1/10시간 또는 6분 내에 완전 충전을 달성함)까지의 효율로 충전될 수 있다고 문헌에 보고되어 있다. 이에 대한 한 가지 잠재적인 이유는 티탄산리튬 활성 물질을 사용하는 음극이 리튬 플레이팅의 위험에 대해 덜 영향을 받는다고 확신된다는 점이다. 보다 빠르게 전지를 재충전하는 능력은 그러한 전지를 채용하는 장치의 기능성을 실질적으로 향상시킬 수 있다.
[0061] 티탄산리튬 활성 물질을 포함하는 음극의 사용은, 음극으로 탄소 활성 물질을 쓰는 전지를 충전하는 데 사용되는 전압을 초과하는 전압에서 전지의 충전을 가능하게 할 수 있는 것으로도 고려된다. 그러한 성질의 한 가지 잠재적인 장점은 비밀봉형 셀(nonhermetic cell)(예: 리벳 폴리머 피드 스루를 사용하는 셀)이 생산될 수 있다는 점이다. 비밀봉형 셀들은 정형적으로 다른 셀보다 큰 에너지 밀도를 갖고, 비교적 제조하는 데 비용이 적게 들며, 매우 다양한 물질(예: 중합체 호일 적층물 등)을 사용하여 생산될 수 있다. 특히 의료분야에 적용하는 경우, 이러한 셀은 통상적으로 누출의 위험을 감소시키기 위해 보다 낮은 증기압을 갖는 중합체 또는 겔 전해질을 사용해 왔다. 그러나, 이러한 전해질은 액체 전해질보다 전형적으로 전도성이 떨어지고, 이는 비교적 낮은 전력 및/또는 충전율을 초래한다. 알루미늄 전류 콜렉터상의 티탄산리튬 활성 물질 포함하는 전지를 사용함으로써, 셀의 충전 전압은 전해질 내 저항 손실(resistive loss)을 보상하기 위하여 증가될 수 있다.
[0062] (예: 알루미늄 음 전류 콜렉터에 제공되고, 양극에 제공되는 LiCoO2와 같은 활성 물질을 구비한 양극과 함께 사용되는) 티탄산리튬 음극 활성 물질을 사용하는 전지들에 대한 상술된 다양하고 잠재적인 유리한 특징으로 인하여, 종래의 리튬 이온 전지와 함께 사용되지 않을 수많은 충전 순서가 사용될 수 있다고 확신된다. 그러한 충전 순서의 대표적인 구현예들은 도 5 내지 도 10에 예시하여 설명되나, 이에 제한되는 것은 아니다. 각각의 그러한 충전 순서는 적어도 충전 조작의 일부에 대한 전극의 평형(예: 개방 회로) 전위 아래로 약 70㎷ 이상인 (리튬 전극에 관한) 음극의 전위를 발생시킨다(즉, 충전 중의 과전위는 약 70㎷보다 크다). 음극상의 티탄산리튬 활성 물질의 사용은, 리튬을 전극에 플레이팅시키지 않고, 음극의 전위가 이 수준에 도달하게 하는 것을 가능하게 한다.
[0063] 도 5는 한 가지 대표적인 구현예에 따라 이론적으로 충전 순서 또는 알고리즘을 설명하는 그래프이다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 정전압 충전 순서(constant voltage charging routine)가 사용될 수 있고, 상기 충전 순서에서 충전 전압은 전지의 최종 충전 전압을 초과하는 수준에서 제어된다(충전 전류가 전지의 충전이 증가됨에 따라 이에 상응하여 감소된다). 예를 들어, 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 상기 대표적인 구현예에서 전지의 최종 충전 전압(완전 충전된 전지의 개방 회로 전압)은 약 3V이고, 전지는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 약 4.5V까지의 정전압으로 충전될 수 있다. 바람직한 최종 충전 전압과 충전 중인 전압의 1.5V 차이는 음극의 대략의 전위를 나타낸다(참조: 예를 들어, 도 4). 이러한 충전 순서는 적어도 충전 조작의 일부분 동안 70㎷보다 큰 과전위를 초래한다. 이러한 방법으로, 전지의 충전은 종래의 음극 물질(예: 탄소 등)을 사용하는 전지의 충전과 비교하여 상대적으로 빠른 속도로 이루어질 수 있다.
[0064] 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 전지의 충전을 종료시켜야 하는 지점을 결정하기 위하여, 다양한 컷오프 기준(creterion)을 사용할 수 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 음극상의 티탄산리튬 활성 물질을 사용하는 전지는 충전의 말미에 셀 전압 내 비교적 급격한 증가를 경험할 수 있다(참조: 예를 들어, 도 4의 곡선 340의 가장 우측부); 그러한 급격한 증가는 음극 전위 내 비교적 급격한 감소(참조: 예를 들어, 도 4에서 곡선320)와 상응할 수 있다(도 2에서, 예를 들어, 도시한 바와 같이, 이 지점에서 음극의 전위는 이미 0V 근처이기 때문이다). 충전하는 동안 이 지점에 대한 증표(Identification)는 충전이 거의 완성되거나 충전이 중지되어야 한다는 지시로 사용될 수 있다. 다양한 다른 기술이 전지의 충전이 중지되어야 할 때를 결정하는 데 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 전지의 충전은 한 가지 대표적인 구현예에 따라 소정의 시간이 경과될 때 중지될 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 전지의 전류가 소정의 임계치(threshold) 밑으로 떨어질 때 중지될 수 있다(즉, 도 5의 하단에 도시된 전류가 소정의 임계치값(threshold value) 밑으로 떨어질 수 있다). 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 배커리의 시간에 대한 전류의 기울기(즉, di/dt)가 소정의 임계치 밑으로 떨어질 때 중지될 수 있다.
[0065] 도 6은 또 다른 대표적인 구현예에 따라 이론적인 충전 순서 또는 충전 알고리즘을 설명하는 그래프이다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 정전류 충전 순서는 사용될 수 있고, 여기서 충전 전류는 일정한 수준으로 제어된다. 그래서 충전 전압은 도 6에 도시되어 있는 바와 유사한 그래프를 따라 진행하여, 마침내 전지의 최종 충전 전압(예: 3V)을 초과하는 수준(예: 4.5V)에 도달한다. 다시, 음극 활성 물질로서 티탄산리튬 물질을 사용하기에, 비록 충전하는 동안 일정 지점에서, 과전위가 약 70㎷를 초과할지라도 음극 상의 리튬 플레이팅은 방지될 것으로 생각된다. 이러한 방식으로, 전지를 충전하는 것은 종래의 음극 물질(예: 탄소 등)을 사용하는 전지를 충전하는 것보다 상대적으로 빠른 속도로 달성될 수 있다.
[0066] 전지의 충전이 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 종료되어야 하는 지점을 결정하기 위하여, 다양한 컷오프 기준을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전지의 충전은 전지의 전압이 소정의 임계치를 초과할 때(즉, 도 6의 상단에 도시된 전압이 4.5V와 같은 소정의 임계치값 위로 오르는 경우) 중지될 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 시간에 대한 전지의 전압의 기울기(즉, dV/dt)가 소정의 임계치를 초과할 때 중지될 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 전지의 전압의 기울기 대 전지의 용량(즉, dV/dQ)이 소정의 임계치를 초과할 때 중지될 수 있다.
[0067] 도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 충전 순서의 부분들을 합하는 또 다른 대표적인 구현예에 따라 이론적인 충전 순서 또는 충전 알고리즘을 설명하는 그래프이다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 충전 순서의 제1 부분은 제어된 정전류를 사용하나, 충전 순서의 제2 부분은 제어된 정전압을 사용한다. 예를 들어, 전류는, 전지의 바람직한 최종 전압(예: 4.5V)을 넘어 충전 전압이 소정의 임계치에 도달하는 지점으로, 일정한 수준에서 제어될 수 있고, 상기 지점 이후에 충전 전압은 이 경계값으로 제어된다(상기 지점에서 전류는 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 시간에 따라 감소한다).
[0068] 전지의 충전이 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 종료되어야 하는 지점을 결정하기 위하여, 다양한 컷오프 기준을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전지의 충전은 소정의 시간이 일 대표적인 구현예에 따라 경과되었을 때 중지될 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 전지의 전류가 소정의 임계치 밑으로 떨어질 때 중지될 수 있다.
[0069] 도 8은 스텝 다운 전류(step-down current)가 사용될 수 있는 또 다른 대표적인 구현예에 따라 이론적인 충전 순서 또는 알고리즘을 설명하는 그래프이다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 정전압의 적용은 소정의 임계치(예: 4.5V)로 증가시키기 위해서 충전 전압을 발생시킨다. 이 충전 전압으로 도달하자마자, 전류는 하위 정전류값으로 스텝 다운된다. 이 과정은 반복되어 전류는 충전 전압이 소정의 임계치(또는 또 다른 대표적인 구현예에 따른 다른 경계값)에 근접할 때마다 하위 상수값으로 스텝 다운된다.
[0070] 전지의 충전이 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 종료되어야 하는 지점을 결정하기 위하여, 다양한 컷오프 기준을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전지의 충전은 일 대표적인 구현예에 따라 소정의 시간이 경과될 때 중지될 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 소정의 스텝(예: 충전 전류 내 스텝 다운)의 수가 행하여진 때 중지될 수 있다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 전지의 전류가 소정의 임계치 밑으로 떨어질 때 중지될 수 있다(예: 충전은 전류값이 소정의 임계치 밑의 수준으로 스텝 다운될 때 중지한다). 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지의 충전은 주어진 전류 수준과 연관된 전압내 변화가 소정의 값 미만인 때(예: 특정 충전 전류에 대하여, 전압 강하가 소정의 임계치 미만인 경우) 중지될 수 있다.
[0071] 도 9 및 도 10은 도 5 내지 도 8에서 도시된 루틴 또는 알고리즘과 함께 사용될 수 있는 기술을 예시하여 설명한다. 도 9는 도 6에 도시되어 있는 바와 유사한 충전 순서 또는 알고리즘과 관련하여 전류 차단(current interruption) 기술의 용도를 예시하여 설명한다. 충전하는 동안 주기적 간격으로, 충전 전류는 대표적인 구현예(예: 전류의 적용이 없는 경우)에 따라 제거된다. 또 다른 대표적인 구현예에 따라, 주기적 전류 차단은 전류 강하로서 제공될 수 있다(이는 전류의 완전한 제거와 대비된다). 전류의 주기적인 제거 또는 감소는 전압 내에 비교적 순간적인 강하를 일으킨다; 이러한 전압 강하는 주어진 지점에서 전지의 개방 회로 전압을 결정하게 위하여 읽혀질 수 있다. 일단 개방 회로 전압이, 바람직한 최종 전지 전압에 근접하는 수치를 갖기 위해 정해지면, 충전 순서는 중지될 수 있다.
[0072] 도 10은 과전압(충전 전압과 바람직한 최종 전지 전압의 차이)이 소정의 임계치값(예: 1.5V; 이는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 음극의 대략의 전위에 상응함)을 초과하는 것을 막기 위해, 전지를 충전하는 동안 전지의 저항 또는 임피던스가 주기적으로 측정되는 알고리즘 또는 루틴의 용도를 예시하여 설명한다. 이러한 방식으로, 바람직한 최종 전지 전압을 초과하는 전압에서 전지를 충전하는 것은, 음극의 리튬 플레이팅이 일어날 것으로 확신되는 경계를 과전압이 초과할 것이라는 위험의 감소와 함께 진행될 수 있다.
[0073] 도 9 내지 도 10과 관련하여 도시되고 기술된 바와 유사한 기술은 도 5 내지 도 8과 관련하여 도시되고 기술된 나머지 다른 루틴 또는 알고리즘과 함께 사용될 수 있음을 유의하여야 한다. 예를 들어, 충전 순서의 과전압은 리튬 플레이팅이 일어날 경계를 초과하지 않는다는 것을 확인하기 위하여 임의의 루틴과 함께 전지의 임피던스 또는 저항이 측정될 수 있다. 유사하게, 전압 또는 전류 차단기술은 충전되고 있는 전지의 개방 회로 전압에 대한 비교적 순간적인 측정값을 얻기 위하여 사용될 수 있다.
[0074] 도 9 내지 도 10은 충전 조작 동안 차단되는 충전 순서를 예시하여 설명하나, 음극 활성 물질로 티탄산리튬 물질이 사용되기 때문에, 이러한 전지에 대한 리튬 접착의 위험은 함탄소 활성 물질을 사용하는 종래의 리튬 이온 전지보다 적어서, 충전 조작 내 그러한 차단 또는 정지(suspension)가 생략될 수 있다는 점을 유의하여야 한다.
[0075] 도 5 내지 도 10과 관련하여 도시되고 설명된 루틴 또는 알고리즘은, 적어도 충전 조작 중의 일부분에 대하여 전지를 충전하는 동안, 과전위로 충전하는 것을 고려한다는 점을 유의하여야 한다. 도시되고 설명된 구현예는 약 70㎷의 경계 과전위를 사용하여 왔으나, 임의의 적당한 과전위는 리튬의 플레이팅이 방지되는 한 다양한 대표적인 구현예에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 100㎷보다 큰 과전위는 다른 대표적인 구현예에 따라 사용될 수 있다. 티탄산리튬 음극 활성 물질의 사용은 편리하게도 충전하는 동안 과전위의 사용을 가능하게 하고, 이때 상기 과전위는, 종래의 전지에서 발생할 수 있는 리튬 플레이팅 때문에, 종래의 음극 활성 물질(예: 탄소)을 사용하는 전지와 함께는 달리 사용될 수 없다.
[0076] 기준 전극을 구비한 싱글 플레이트(single plate) 리튬 이온 셀은 스텐레스 캔 속에서 제작되었다. 양극은 알루미튬 전류 콜렉터상에 LiCoO2 , 분말 흑연 및 PVDF의 코팅을 포함했다. 음극은 알루미늄 전류 콜렉터상에 Li4Ti5O12, 카본 블랙 및 PVDF의 코팅으로 구성되었다. Li4Ti5O12는 상품명 "EXM 1037"로, 독일 뮌헨의 수드-케미로부터 구매할 수 있다. Li4Ti5O12은 레이저 회절로 측정한 바에 따르면, 50㎚ 미만의 입자에 약 40부피%를 포함했다. 양극 코팅의 대량 증착(mass deposition)은 약 22㎎/㎠이었고, 코팅의 캘린더 두께(calendered thickness)는 약 70미크론이었다. 음극의 대량 증착은 약 17㎎/㎠이었고, 캘린더 두께는 약 75미크론이었다. 전극 활동 영역은 약 55㎠이었다.
[0077] 기준 전극은 피드스루 핀(feedthrough pin)의 말단 상의 금속 리튬의 너겟(nugget)으로 구성되었고, 상기 피드스루 핀은 셀의 헤드스페이스(headspace)에 위치되었다. 셀들은 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트 및 디에틸렌 카보네이트의 혼합물에 1M의 LiPF6로 구성된 전해질을 사용하여 활성화되었다. 셀은 37℃에서 ARBIN BT-2000 전지 싸이클러(battery cycler)를 사용하여 형성되고 순환되었다. 순환하는 동안, 전류, 셀 전압 및 Li 기준 전극에 대한 음극의 전위은 모니터되었다. 12번의 조절 싸이클(conditioning cycle)의 완성 후, 전지는 정전류(0.5㎃) 및 정전압(3V) 충전 조건하에 충전율을 비교하기 위하여 2싸이클을 수행하였다.
[0078] 도 11A 내지 도 11D는 정전류 및 일정한 충전 조건에 대한 결과의 비교를 예시하여 설명한다. 셀 전압, 충전 전류, 음극 전위 및 퍼센트 충전은 도 11A, 도 11B, 도 11C 및 도 11D 각각에 도시된다. 정전압 충전 조건은 정전류 조건에서보다 훨씬 큰 효율로 충전되고 있는 셀을 초래했다. 예를 들어, 도 11D에 도시되어 있는 바와 같이, 셀은 정전압에서 충전되었을 때 약 84분 후에 완전 충전의 80%에 도달했고, 이는 정전압 조건에의 10%와 비교되었다. 도 11C에 도시되어 있는 바와 같이, 정전압 충전 동안의 음극의 전위는, 정전류 충전조건에서보다 정전압 충전 동안 약 500㎷ 더 낮았다. 이것은 음극의 과전압 또는 과전위가 정전압 충전 동안 적어도 500㎷이었다는 것을 알려준다. 충전 조작 동안 이러한 비교적 큰 과전위를 이용함으로써, 셀은 실질적으로 더 짧은 시간 내에 충전될 수 있었고, 이는 그러한 과전위를 사용하지 않는 충전 조작과 비교되었다.
[0079] 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 상술된 바와 같은 리튬 이온 전지 및 충전 순서는 예컨대 인체에 이식될 수 있는 의료장치("이식형 의료장치(Implantable Medical Devices)”또는 "IMDs"라고 함)와 같은 의료장치와 관련하여 사용될 수 있다. BVIDs와 함께 여기서 기술된 리튬 이온 전지 및 충전 순서를 이용함에 있어서, 하나의 장점은 비교적 빠른 충전시간이 환자의 잠재적인 불편함을 줄이는 데 영향을 미칠 수 있다는 것이다.
[0080] 도 12는 환자 430의 몸 또는 토르소 432 내부에 이식 가능한 시스템 400의 개요도(예: 이식형 의료장치)를 예시하여 설명한다. 시스템 400은, 설명을 목적으로 환자 430에게 치료 목적의 고전압(예: 700V) 처치를 제공하기 위하여 구성된 세동제거기(defibrillator)로 도시되는, 이식형 의료장치의 형태의 장치 410을 포함한다.
[0081] 장치 410은 한 가지 대표적인 구현예에 따라 밀폐적으로 봉인되고 생물학적으로 불활성인 콘테이너 또는 하우징 414를 포함한다. 콘테이너는 전도성 물질로 제작될 수 있다. 하나 이상의 리드(lead) 416은 전기적으로 장치 410를 연결하고 정맥 422을 경유하여 환자의 심장으로 연결한다. 전극 417은 심장의 활동을 감지하기 위하여 제공되고(또는 제공되거나) 심장 420에 전기적 전위를 제공한다. 적어도 리드 416의 일부(예: 노출된 전극 417로 도시되는 리드의 말단 부분)는 심장 420의 심실과 심방 중 하나 또는 그 이상에 인접하거나 접촉하여 제공될 수 있다.
[0082] 장치 410은, 장치 410에 전력을 공급하기 위하여 그에 제공되는 전지 440을 포함한다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지 440은 (예: 전지의 제거 및 대체 및/또는 충전을 가능하게 하기 위해) 장치의 외부로 또는 환자 430의 외부로 제공될 수 있다. 전지 440의 크기 및 용량은 수많은 요소에 근거하여 선택될 수 있고, 상기 요소는 주어진 환자의 육체적 또는 임상질환적 특성을 위해 요구되는 충전량, 장치의 크기 또는 형태, 및 임의의 다양한 기타 다른 요소들을 포함한다. 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 5㎃h 전지이다. 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 300㎃h 전지이다. 다양한 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지는 약 1 내지 1000㎃h의 용량을 가질 수 있다.
[0083] 다른 대표적인 구현예에 따르면, 하나 이상의 전지는 장치 410에 동력을 공급하기 위해 제공될 수 있다. 이러한 대표적인 구현예에서, 전지는 동일한 용량을 가질 수 있거나, 또는 하나 이상의 전지는 기타 다른 전지 또는 전지들보다 더 높거나 낮은 용량을 가질 수 있다. 예를 들어, 대표적인 구현예에 따르면, 전지들 중 하나는 약 500㎃h의 용량을 가질 수 있으나, 전지들 중 또 다른 것은 약 75㎃h의 용량을 가질 수 있다.
[0084] 도 13에 도시된 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 인체에 이식 가능한 신경학적 자극 장치 500(이식형 신경 자극장치(Implantable Neuro Stimulator) 또는 INS)은 다양한 대표적인 구현예와 관련하여 상술한 바와 같은 전지 502를 포함할 수 있다. 어떤 신경 자극 제작물 및 관련된 구성요소의 실시예는 메드트로닉사에서 얻을 수 있는 "이식형 신경자극 시스템(Implantable Neurostimulation Systems)"이라는 제목의 소책자에 도시되고 기술된다.
[0085] INS는 인간의 신경 시스템 또는 기관들에 영항을 미치기 위하여 사용되는 하나 또는 그 이상의 전기적 자극 신호를 발생시킨다. 리드의 말초부 말단(distal end)에서 이루어지는 전기 접점은 척수 또는 뇌와 같은 바람직한 자극부위에 위치되고, 리드의 중추부 말단(proximal end)는 INS에 연결된다. INS는 그래서 외과적으로 복부 내 피하 포켓(subcutaneous pocket), 흉부 또는 둔부와 같은 개체로 이식된다. 임상의학자는 프로그래머기를 이용하여 치료법과 함께 INS를 프로그램한다. 치료법은 특정 환자의 치료를 위한 자극 신호의 변수를 구성한다. INS는 통증, 실금, 간질 및 파킨슨병과 같은 활동 장애들, 및 수면 무호흡과 같은 상태를 치료하기 위하여 사용될 수 있다. 그 밖에 특별한 치료법들이 다양한 생리학적, 정신학적 및 감정적 상태를 치료하는 것을 크게 기대하게 하는 것으로 보인다. INS의 기능의 일부 또는 전부를 재현하는 외부 스크린너(external screener)는 제안된 치료법의 효능을 평가하기 위해 환자에게 전형적으로 연결된다.
[0086] INS 500은 리드 연장선(lead extension) 522와 자극 리드(stimulation lead) 524를 포함한다. 자극 리드 524는, 말초부 말단상의 전기 접점(미도시) 및 중추부 말단 상의 커넥터 532를 구비한, 하나 이상의 절연된 전기 도체이다. 어떤 자극 리드는, 미국 미네소타주 미니애폴리스에 소재하는 메드트로닉으로부터 입수 가능한 모델 3487A Pisces-Quadⓡ 리드와 같이, 피부를 통하여 환자에 이식되기 위해 고안되고, 어떤 자극 리드는, 메드트로닉으로부터 역시 입수 가능한 모델 3998 Specifyⓡ 리드와 같이, 수술을 통하여 이식되기 위해 고안된다.
[0087] 비록 리드 커넥터 532가 INS 500에 직접적으로 (예: 지점 536에서) 연결될 수 있다고 하더라도, 전형적으로 리드 커넥터 532는 리드 연장선 522 연결된다. 그리하여 메드트로닉으로부터 입수 가능한 모델 7495와 같이, 리드 연장선 522은 INS 500에 연결된다.
[0088] INS 520의 이식은, 통상 환자가 국부 마취하에 있는 동안, 적어도 하나의 자극 리드 524의 이식과 함께 전형적으로 시작한다. 자극 리드 524은 피부를 통하여 또는 수술을 통하여 이식될 수 있다. 일단 자극 리드 524가 이식되면, 자극 리드 524의 말초부 말단은 이식 후 자극 리드 524의 움직임을 최소화하는 위치에 전형적으로 단단히 고정된다. 자극 리드 524의 중추부 말단은 리드 연장선 522에 연결되기 위해 구성될 수 있다.
[0089] INS 500은 치료법과 함께 프로그램되고, 치료법은 환자에 맞게 치료법을 최적화하기 위해 종종 수정된다(즉, INS는 복수의 프로그램 또는 치료법으로 프로그램될 수 있고, 그리하여 적절한 치료가 주어진 상황에서 진행될 수 있을 것이다). 전지 502가 재충전이 필요한 경우, 외부 리드(미도시)는 전기적으로 전지를 충전장치 또는 충전기구에 결합시키기 위해 사용될 수 있다.
[0090] 내과의사 프로그래머(physician programmer) 및 환자 프로그래머(patient programmer)는 내과의사 또는 환자가 다양한 치료법들에 대한 시술을 제어할 수 있도록 허용하기 위해 제공될 수 있다. 제어장치 프로그래머(console programmer)로도 알려진, 내과의사 프로그래머는 이식된 INS 500과 소통하기 위하여 원격측정법(telemetry)을 이용하며, 그리하여 임상의학자는 INS 500에 저장된 환자의 치료법을 프로그램하고 관리할 수 있으며, 환자의 INS 500 시스템을 검사 및 수리할 수 있으며, 데이터를 수집할 수 있다. 내과의사 프로그래머의 예는 메드트로닉으로부터 구입 가능한 모델 7432 제어장치 프로그래머이다. 환자 프로그래머 역시 INS 500과 소통하기 위하여 원격측정법을 이용하고, 그리하여 환자는 임상의학자에 의하여 정해진 자신의 치료법에 대한 양상을 관리할 수 있다. 환자 프로그래머의 예는 메드트로닉으로부터 입수 가능한 모델 7434 Itrelⓡ3 EZ 환자 프로그래머이다.
[0091] 여기서 설명된 의료장치(예: 시스템 400 및 500)는 세동제거기 및 신경학적 자극 장치로서 도시되고 설명되나, 맥박조정기(pacemaker), 심율동전환기(cardioverter), 심수축 모듈(cardiac contractility module), 약물 투여장치(drug administering device), 진단 기록기(diagnostic recorder), 와우 임플란트(cochlear implant) 및 다양한 건강 이상의 부작용을 완화하기 위한 이와 유사한 것 등의 다른 대표적인 구현예에 따라, 다른 타입의 이식형 의료장치도 사용될 수 있다는 것이 인정되어야 할 것이다. 다른 구현예를 따른다 하더라도 여전히, 비이식형 의료장치 또는 다른 타입의 장치는 이 공개문헌에 도시되고 기술된 전지를 사용할 수 있다.
[0092] 본 명세서에 기재된 의료장치는, 의료장치가 환자에게 이식될 때, 충전 또는 재충전될 수 있는 것으로 또한 고려된다. 즉, 한 가지 대표적인 구현예에 따르면, 의료장치를 충전 또는 재충전하기 위하여 환자로부터 의료장치를 분리하거나 제거할 필요가 없다. 예를 들어, 경피성 에너지 트랜스퍼(Transcutaneous Energy Transfer, TET)가 사용될 수 있고, 상기 TET에서 이식된 전지와 직접적인 물리적 접촉을 할 필요없이 그리고 임플란트의 임의의 부분이 환자의 피부로부터 돌출될 필요없이 자기유도는 몸의 외부에서 이식된 전지로 에너지 전달을 위해 이용된다. 또 다른 대표적인 구현예에 따르면, 전지를 충전 또는 재충전하기 위하여 충전장치와 전기적으로 결합될 수 있는 커넥터가 환자 몸의 외부에 제공될 수 있다. 다른 예시적인 구현에 따르면, 전지를 충전 또는 재충전하기 위해 환자로부터 제거 또는 이탈을 필요로 하는 의료장치가 제공될 수 있다.
[0093] 여기서 기술된 그와 같은 전지의 용도에 대한 또 다른 응용은 둘 또는 그 이상의 전지가 (예: 다중전지 장치를 위한 전력 모듈로서) 사용된 다중 전지 시스템에 있을 수 있다. 이것의 한 예는 두 개의 전지를 포함하는 이식형 제세동기(Implantable Cardioverter Defibrillator, ICD)일 수 있다. ICD는 저전력 모드에서 대부분의 제품 수명에 걸쳐 작동하나, 세동제거 쇼크(defibrillation shock)가 필요할 때는 몇 초의 시간 동안 비교적 고전력을 공급하여야 한다. 저출력 또는 중간출력의 1차 셀 전지[예: CFx, CFx-SVO 하이브리드, 또는 리튬/MnO2로 구성된 양극(cathode)을 구비한 리튬 전지]는 에너지 모듈로서 작용하고, 대부분의 에너지를 장치에 공급한다. 그러나 에너지 모듈은 높은 전력을 지속시킬 수 있다. 그러므로 그것은 여기서 개시된 리튬 이온 셀과 병렬로 연결되고(예: 알루미늄, 은, 또는 티탄 음 전류 콜렉터에 제공되는 티탄산리튬 활성 물질을 구비한 전지, 및 양극에 제공되는 여기서 기술된 바와 같은 활성 물질을 구비한 양극), 이는 높은 드레인 적용시 전력 모듈로서 작용한다. 연결된 두 셀 전지는 높은 에너지 및 전력 밀도(power density) 모두를 갖는다. 두 셀을 병렬로 연결할 때, 두 셀 전압은 상호 간에 양립 가능해야 한다는 것은 필수적이다. 표준 리튬 이온 셀과 관련하여, 대부분의 리튬 1차 셀 전지와 병렬로 연결되기에는 전압이 너무 높다(약 3.7V). 그렇게 하는 것은 1차 셀 전지에 손상을 초래하고 아마도 환자에 위해를 초래할 것이다. 그러나, 여기서 개시된 바와 같은 리튬 이온 셀을 사용하는 것은 두 셀 타입의 전압 범위가 완벽하게 겹치기 때문에, 리튬 1차 셀 전지에 대한 비교적 안전한 연결을 가능하게 한다.
[0094] 다양한 대표적인 구현예의 관점에서 본원에 도시되고 기술된 리튬 이온 전지의 구성과 배열이 단지 예시적인 것임을 유의하는 것은 중요하다. 비록 본 발명의 약간의 구현예만이 본원에 상세하게 기술되었다 하더라도, 본원의 공개문헌의 내용을 검토한 당업자는 청구범위에 언급된 보호대상의 신규한 기술 및 장점을 크게 벗어남 없이 많은 수정 변경이 가능할 것(예: 크기, 치수, 구조, 다양한 구성요소의 형태 및 함량, 파라미터 값, 설비의 장착, 물질의 용도, 색, 경향 등에서의 변형)을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 수정 변경이 첨부된 청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 보호범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 바람직한 구현예 및 다른 대표적인 구현예의 디자인, 동작조건 및 배열의 면에서의 다른 치환, 수정 변경, 개조 및 생략이 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (38)

  1. 의료장치 내에 제공되는 리튬 이온 전지를 충전하는 단계를 포함하고,
    리튬 이온 전지가 티탄산리튬 활성 물질을 수반하는 음극을 구비하고,
    충전의 적어도 일부에 대하여, 음극의 전위가 음극의 평형 전위보다 70㎷ 이상 낮은, 이식형 의료장치의 충전방법.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 충전의 적어도 일부에 대하여, 음극의 전위가 음극의 평형 전위보다 100㎷ 이상 낮은, 이식형 의료장치의 충전방법.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지를 충전하는 단계가 음극의 전위를 리튬 기준 전극과 비교하여 0V 이상으로 유지하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지를 충전하는 단계가 일정한 충전 전압을 이용하는 충전 조작의 일부인, 이식형 의료장치의 충전방법.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지를 충전하는 단계가 일정한 충전 전류를 이용하는 충전 조작의 일부인, 이식형 의료장치의 충전방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지를 충전하는 단계가, 충전 조작의 제1 부분이 일정한 충전 전류를 사용하고 충전 조작의 제2 부분이 일정한 충전 전압을 사용하는 충전 조작의 일부인, 이식형 의료장치의 충전방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지를 충전하는 단계가 스텝 다운 전류 방법(step-down current method)을 사용하는 충전 조작의 일부인, 이식형 의료장치의 충전방법.
  8. 제1항에 있어서, (a) 음극의 전위가 저하됨, (b) 소정의 시간이 경과함, (c) 리튬 이온 전지의 전류가 소정의 임계치 밑으로 저하됨 및 (d) 리튬 이온 전지의 시간에 대한 전류의 기울기(di/dt)가 소정의 임계치 밑으로 저하됨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 소정의 조건이 충족될 때, 리튬 이온 전지의 충전을 종료하는 단계를 추가로 포함하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  9. 제1항에 있어서, (a) 리튬 이온 전지의 전압이 소정의 임계치를 초과함, (b) 리튬 이온 전지의 시간에 대한 전압의 기울기(dV/dt)가 소정의 임계치를 초과함 및 (c) 리튬 이온 전지의 용량에 대한 전압의 기울기(dV/dQ)가 소정의 임계치를 초과함으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 소정의 조건이 만족될 때, 리튬 이온 전지의 충전을 종료하는 단계를 추가로 포함하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  10. 제1항에 있어서, 리튬 이온 전지가 LiCoO2, LiMn2O4, LiMnxCoyNi(1-x-y)O2, LiAlxCoyNi(1-x-y)O2, LiTixCoyNi(1-x-y)O2 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 활성 물질과 전류 콜렉터를 포함하는 양극을 포함하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  11. 제1항에 있어서, 음극이 알루미늄, 티탄, 은 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 전류 콜렉터를 포함하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  12. 제1항에 있어서, 티탄산리튬 활성 물질이 Li4Ti5O12을 포함하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  13. 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 티탄산리튬 활성 물질이 5% 이상의 나노입자를 포함하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 전지를 충전하는 단계가 환자 내에 이식된 의료장치를 사용하여 수행되는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제14항에 있어서, 의료장치가 신경 자극장치(neurological stimulation device), 심장제세동기(cardiac defibrillator), 심장박동조정기(cardiac pacemaker), 심수축 모듈(cardiac contractility module), 심수축 모듈레이터(cardiac contractility modulator), 심율동전환기(cardioverter), 약물 투여장치(drug administering device), 와우 임플란트(cochlear implant), 보청기(hearing aid), 센서(sensor), 원격측정장치(telemetry device) 및 진단 기록기(diagnostic recorder)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제15항에 있어서, 전지를 충전하는 단계가 유도 충전(inductive charging)을 이용하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지가 2.8V보다 큰 전위를 갖는 양극을 구비하는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  18. 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지의 전압이 1.3V보다 큰, 이식형 의료장치의 충전방법.
  19. 청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지가 1㎃h 내지 1000㎃h의 용량을 갖는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  20. 청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서, 리튬 이온 전지를 충전하는 단계가 리튬 이온 전지의 충전 상태 또는 평형 전압을 정하기 위하여 충전하는 동안 중단되지 않는, 이식형 의료장치의 충전방법.
  21. 리튬 이온 전지를 충전 조작에서 충전하는 단계를 포함하고, 리튬 이온 전지는 티탄산리튬 물질을 포함하는 음극을 구비하고, 충전 조작의 적어도 일부에 대하여 음극의 과전위는 70㎷보다 크고, 리튬 전지는 이식형 의료장치에 포함되며, 충전 조작은 음극에서 리튬 플레이팅을 초래하지 않는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  22. 청구항 22은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제21항에 있어서, 충전 조작의 적어도 일부에 대하여 음극의 과전위가 100㎷보다 큰, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  23. 제21항에 있어서, 전지는 1㎃h 내지 1000㎃h의 용량을 구비하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  24. 청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제21항에 있어서, 충전 조작이 일정한 충전 전압을 이용하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  25. 청구항 25은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제21항에 있어서, 충전 조작이 일정한 충전 전류를 이용하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  26. 제21항에 있어서, (a) 음극의 전위가 저하됨, (b) 소정의 시간이 경과함, (c) 리튬 이온 전지의 전류가 소정의 임계치 밑으로 저하됨 및 (d) 리튬 이온 전지의 시간에 대한 전류의 기울기(di/dt)가 소정의 임계치 밑으로 저하됨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 소정의 조건이 충족되었을 때, 충전 조작을 종료하는 단계를 추가로 포함하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  27. 제21항에 있어서, (a) 리튬 이온 전지의 전압이 소정의 임계치를 초과함, (b) 시간에 대한 리튬 이온 전지의 전압의 기울기(dV/dt)가 소정의 임계치를 초과함 및 (c) 리튬 이온 전지의 용량에 대한 전압의 기울기(dV/dQ)가 소정의 임계치를 초과함으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 소정의 조건이 충족될 때, 충전 조작을 종료하는 단계를 추가로 포함하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  28. 제21항에 있어서, 음극이 알루미늄, 티탄, 은 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 전류 콜렉터를 포함하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  29. 제21항에 있어서, 티탄산리튬 활성 물질이 Li4Ti5O12을 포함하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  30. 제21항에 있어서, 의료장치가 신경 자극장치, 심장제세동기, 심장박동조정기, 심수축 모듈, 심수축 모듈레이터, 심율동전환기, 약물 투여장치, 와우 임플란트, 보청기, 센서, 원격측정장치 및 진단 기록기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  31. 청구항 31은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제21항에 있어서, 의료장치가 환자 내에 이식되는 동안 충전 조작이 수행되는 리튬 이온 전지의 충전방법.
  32. 충전 순서의 적어도 일부에 대하여, 전지의 음극에 적어도 70mV의 과전위를 제공하는 충전 순서를 따라 리튬 이온 전지를 유도 충전하는 단계를 포함하고, 리튬 이온 전지가 티탄산리튬 음극 활성 물질을 포함하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  33. 제32항에 있어서, 리튬 이온 전지가 1㎃h 내지 1000㎃h의 용량을 구비하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  34. 청구항 34은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제33항에 있어서, 충전 순서가 음극에 적어도 100㎷의 과전위를 제공하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  35. 청구항 35은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제32항에 있어서, 충전 조작이 일정한 충전 전압 및 일정한 충전 전류 중 적어도 하나를 이용하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  36. 청구항 36은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제32항에 있어서, 음극이 알루미늄, 티탄 및 은으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 전류 콜렉터를 포함하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  37. 청구항 37은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제32항에 있어서, 리튬 이온 전지가 환자 내에 이식된 의료장치 내에 제공되고, 의료장치가 신경 자극장치, 심장제세동기, 심장박동조정기, 심수축 모듈, 심수축 모듈레이터, 심율동전환기, 약물 투여장치, 와우 임플란트, 보청기, 센서, 원격측정장치 및 진단 기록기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
  38. 청구항 38은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제32항에 있어서, 티탄산리튬 활성 물질이 Li4Ti5O12을 포함하는, 리튬 이온 전지의 충전방법.
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