KR101434747B1

KR101434747B1 - 더 높은 에너지 밀도를 위해 리세스에 수용된 탭 및 더 얇은 배터리

Info

Publication number: KR101434747B1
Application number: KR1020120116794A
Authority: KR
Inventors: 타하 샤비르 후세인 수타왈라; 데이비드 제라드 리치
Original assignee: 블랙베리 리미티드
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2014-08-26
Also published as: CN103066239A; JP2013089604A; KR20130044186A; CN103066239B; EP2584629B1; CA2792949C; CA2792949A1; EP2584629A1; JP5632892B2

Abstract

배터리용 전극 조립체 및 전극 조립체의 제조 방법을 위한 다양한 실시예가 본 명세서에 설명되어 있다. 전극 조립체는, 외표면에서 내부에 형성된 리세스를 갖는 활성 물질층으로서, 상기 리세스는 활성 물질층의 측면으로부터 활성 물질층의 내부를 향해 연장되는 활성 물질층; 상기 활성 물질층의 외표면 상에 지지되고 이 외표면과 전기 접촉하는 전류 컬렉터층; 및 상기 리세스 내에 부분적으로 지지되고 상기 활성 물질층과 전류 컬렉터층 중 적어도 하나와 전기 접촉하는 탭 요소를 포함하고, 상기 탭 요소는 전극 조립체를 위한 전기 연결을 제공하도록 되어 있다.

Description

더 높은 에너지 밀도를 위해 리세스에 수용된 탭 및 더 얇은 배터리{RECESSED TAB FOR HIGHER ENERGY DENSITY AND THINNER BATTERIES}

본 발명에서 설명되는 실시예들은 전반적으로 에너지 저장 요소 및 보다 구체적으로 배터리 구조들에 관한 것이다.

모바일 디바이스들은 일상 생활에서 널리 사용되고 있다. 이들 모바일 디바이스들은 배터리에 의해 통전되는데, 배터리는 대부분의 경우에 재충전 가능하지만 다른 경우에 1회용일 수도 있다. 이들 모두의 경우에서 이들 배터리가 경우에 따라 재충전되거나 교체되어야 하기 전에 오랜 시간을 지속하도록 높은 용량을 갖는다는 점은 중요하다. 그러나, 소형 디바이스들 등의 모바일 디바이스들은 배터리를 위한 공간이 제한된다.

따라서, 배터리가 적절한 양의 충전을 제공하도록 공간 효율적인 방식으로 설계되는 것이 중요하다.

한가지 양태에서, 본 명세서에 설명되는 적어도 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 배터리용 전극 조립체가 제공된다. 전극 조립체는, 외표면에서 내부에 형성된 리세스를 갖는 활성 물질층으로서, 상기 리세스는 활성 물질층의 측면으로부터 활성 물질층의 내부를 향해 연장되는 활성 물질층; 상기 활성 물질층의 외표면 상에 지지되고 이 외표면과 전기 접촉하는 전류 컬렉터층; 및 상기 리세스 내에 부분적으로 지지되고 상기 활성 물질층과 전류 컬렉터층 중 적어도 하나와 전기 접촉하는 탭 요소를 포함하고, 상기 탭 요소는 전극 조립체를 위한 전기 연결을 제공하도록 되어 있다.

적어도 몇몇의 경우에, 전류 컬렉터층의 적어도 일부는 활성 물질층과 리세스 내의 탭 요소 사이에 지지된다.

적어도 몇몇의 경우에, 탭 요소의 적어도 일부는 활성 물질층과 리세스 내의 전류 컬렉터층 사이에 지지된다.

적어도 몇몇의 경우에, 리세스는 활성 물질층의 단부면으로부터 이격된 활성 물질층 내에 형성된다.

적어도 몇몇의 경우에, 리세스는 단부면에 대해 대체로 평행한 측면으로부터 연장된다.

적어도 몇몇의 경우에, 리세스는 바닥부, 상기 측면과 대체로 대향하고 활성 물질층의 외표면에 대해 바닥부와 접경하는 단부벽, 및 단부벽과 측면 사이에서 연장되고 활성 물질층의 외표면에 대해 바닥부와 접경하는 이격된 측벽을 포함한다.

적어도 몇몇의 경우에, 이격된 측벽은 바닥부를 향해 내측으로 경사진다.

적어도 몇몇의 경우에, 단부벽은 바닥부를 향해 내측으로 경사진다.

적어도 몇몇의 경우에, 전류 컬렉터층은 외표면 상에 금속 증착을 포함한다.

적어도 몇몇의 경우에, 활성 물질층은 전해질 폴리머를 포함한다.

적어도 몇몇의 경우에, 전해질 폴리머는 대기 온도에서 기계적으로 자체 안정적이다.

적어도 몇몇의 경우에, 탭 요소는 제1 두께를 갖고 전류 컬렉터층은 상기 제1 두께보다 작은 제2 두께를 갖는다.

적어도 몇몇의 경우에, 탭 요소는 전류 컬렉터층에 접합되어 그 사이에 저항 접촉을 제공한다.

적어도 몇몇의 경우에, 탭 요소의 상부면은 활성 물질층의 외표면과 실질적으로 평탄하다.

한가지 양태에서, 본 명세서에 설명된 적어도 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 배터리용 전극 조립체를 제조하는 방법이 제공된다. 전극 조립체의 제조 방법은, 지지 기판 상에 활성 물질층을 제공하는 것; 상기 활성 물질층의 측면으로부터 활성 물질층의 내부를 향해 연장되는 리세스를 상기 활성 물질층의 외표면에서 활성 물질층 내에 형성하는 것; 상기 활성 물질층을 지지 기판으로부터 제거하는 것; 상기 활성 물질층의 외표면에 전류 컬렉터층을 부착하는 것; 및 탭 요소를 리세스 내에 부분적으로 고정시키는 것을 포함한다.

적어도 몇몇의 경우에, 상기 방법은 지지 기판으로부터 활성 물질층을 제거하기 전에 지지 기판 상에서 활성 물질층을 안정화시키는 것을 더 포함한다.

적어도 몇몇의 경우에, 전류 컬렉터층은 탭 요소가 고정되기 전에 활성 물질층의 외표면에 부착되고, 탭 요소는 전류 컬렉터층에 고정된다.

적어도 몇몇의 경우에, 전류 컬렉터층은 탭 요소가 고정된 후에 활성 물질층의 외표면에 부착되고, 전류 컬렉터층은 리세스 내에서 탭 요소 위에 부착된다.

적어도 몇몇의 경우에, 전류 컬렉터층은 금속 증착으로서 활성 물질층의 외표면에 부착된다.

적어도 몇몇의 경우에, 상기 방법은 전류 컬렉터층에 탭 요소를 접합하여 그 사이에 저항 접촉을 제공하는 것을 더 포함한다.

본 명세서에서 설명되는 다양한 실시예들의 더 양호한 이해를 위해 그리고 이들 다양한 실시예들이 어떻게 실시될 수 있는지를 더 명확하게 보여주기 위하여, 적어도 하나의 예시적인 실시예를 도시하는 첨부 도면을 일례로서 참조하기로 한다.
도 1은 배터리용 전극 조립체를 제조하는 방법의 예시적인 실시예이다.
도 2a는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 예시적인 실시예의 측면도이다.
도 2b는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 다른 예시적인 실시예의 측면도이다.
도 3a는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 다른 예시적인 실시예의 일부의 측면도이다.
도 3b는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 다른 예시적인 실시예의 일부의 측면도이다.
도 3c는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 다른 예시적인 실시예의 일부의 측면도이다.
도 3d는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 다른 예시적인 실시예의 일부의 측면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 예시를 위해 탭 요소가 없이 도시된 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 다른 예시적인 실시예의 등각 투영도, 평면도 및 측면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체의 다른 예시적인 실시예의 등각 투영도, 평면도 및 측면도이다.
도 6a는 전극 조립체에 사용하기 위한 탭 요소의 예시적인 실시예의 등각 투영도이다.
도 6b는 전극 조립체에 사용하기 위한 탭 요소의 다른 예시적인 실시예의 등각 투영도이다.
도 7은 본 명세서에 설명되는 전극 조립체를 이용하는 적층식 셀 배터리의 예시적인 실시예의 등각 투영도이다.
도 8은 2개의 전극 조립체를 갖는 전극 적층 조립체의 예시적인 실시예 및 적층식 셀 배터리에 사용하기 위한 탭 요소의 다양한 예시적인 구성의 일부의 등각 투영도이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 명세서에 설명되는 접이식 탭 요소가 가능한 배터리 팩 구성의 다양한 예시적인 실시예를 도시한다.

각 청구 발명의 예시적인 실시예를 제공하기 위해 아래에서 다양한 장치 또는 프로세스가 설명될 것이다. 아래에 설명되는 실시예는 임의의 청구 발명을 제한하지 않고, 임의의 청구 발명은 아래에 설명되는 것과 상이한 프로세스 또는 장치를 포함할 수 있다. 청구 발명은 아래에 설명되는 임의의 하나의 장치 또는 프로세스의 모든 특징을 갖는 장치 또는 프로세스로 또는 아래에 설명되는 장치 또는 프로세스 전부 또는 다수에 공통적인 특징으로 제한되지 않는다. 아래에 설명되는 장치 또는 프로세스는 임의의 청구 발명의 실시예가 아니다. 본 명세서에서 청구되지 않는 아래에 설명된 장치 또는 프로세스에 개시된 임의의 발명은 다른 보호 수단, 예컨대 연속 특허 출원의 주제일 수 있고, 출원인, 발명자 또는 소유자는 임의의 그러한 발명을 본 명세서에서의 그 개시에 의해 포기하거나, 권리를 버리거나, 또는 공중에게 헌정하도록 의도하지 않는다.

더욱이, 적절하다고 고려된다면 도시의 간소성 및 명확성을 위해, 참조 번호는 도면 중에서 대응하거나 유사한 요소들을 가리키도록 반복될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명되는 실시예들의 철저한 이해를 제공하도록 다수의 특정한 세부사항이 기재된다. 그러나, 당업자라면 본 명세서에 설명된 실시예가 이들 특정한 세부사항없이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에, 본 명세서에 설명되는 실시예를 불명료하게 하지 않도록 널리 공지된 방법, 절차 및 구성요소는 설명하지 않는다. 또한, 설명은 본 명세서에 설명되는 실시예의 범위를 제한하는 것으로서 고려되지 않는다.

본 명세서에서 설명되는 실시예는 전반적으로 모바일 디바이스용 에너지 저장 요소, 보다 구체적으로 배터리 내에 다양한 셀을 함께 연결할 때에 또는 다양한 적층식 셀 배터리를 함께 연결할 때에 보다 높은 에너지 밀도, 보다 콤팩트한 적층, 및 보다 높은 융통성 중 적어도 하나를 가능하게 하는 적층식 셀 배터리용 전극 조립체를 위한 다양한 설계에 관한 것이다.

배터리 구성에서, 전극 조립체는 전류 컬렉터층에 의해 지지되는 활성 물질층으로 이루어진다. 탭 요소는 전극 조립체에 연결되어 활성 물질층과 전기 연결된다. 탭 요소는 이 탭 요소와 전류 컬렉터층의 높이 또는 두께가 대략 동일하도록 종래에는 전류 컬렉터층과 "일렬로" 형성된다. 탭 요소와 전류 컬렉터층은 또한 활성 물질층의 공통면에 고정된다. 이 전극 조립체는 배터리 셀을 위한 캐소드 또는 애노드를 형성한다.

전류 컬렉터층의 최소 두께는 종래의 배터리 제조 프로세스에 있어서 3가지 문제로 인해 제한된다. 이들 제한 사항은 중요한데, 그 이유는 더 두꺼운 전류 컬렉터층이 전극 조립체의 전체 영역에 대한 활성 물질층의 비율(배터리 상의 소정의 크기 제약)을 감소시키고, 이러한 감소는 또한 배터리의 에너지 밀도를 감소시키기 때문이다. 그러나, 발명자들은 단위 체적 당 배터리에서 더 많은 활성 물질을 초래하고, 이에 따라 단위 체적 당 더 높은 배터리 용량을 초래하는 더 얇은 전류 컬렉터층을 갖는 다양한 설계를 실현하였다.

전류 컬렉터층의 두께에 관한 첫번째 제약은 제조 중에 기계적 안정성에 대한 요구로 인한 것이다. 현재의 적층식 셀 배터리에서 애노드층 및 캐소드층을 위해 사용되는 활성 물질은 통상적으로 매우 연성이고 불안정하다. 예컨대, 통상적인 휴대용 전자 배터리의 경우, 애노드는 흑연으로 제조될 수 있고 캐소드는 리튬 코발트 디옥사이드로 제조될 수 있다. 또한, 당업자에게 공지된 바와 같이 상업적으로 실행 가능한 다른 가능성이 다수 존재한다. 본 명세서에 설명되는 교시는 물질들의 이러한 다양한 상이한 조합과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 이들 연질의 불안정한 물질로 인해, 전극 조립체의 층들을 생성하기 위하여, 종래의 제조 프로세스는 먼저 전류 컬렉터층을 형성한 다음, 전류 컬렉터층 상에 활성 물질을 슬러리로서 공지된 수용액 또는 액체로서 증착하고, 활성 물질층을 경화시킨다. 경화 후에, 활성 물질층과 전류 컬렉터층에 대한 그 접착력은 여전히 매우 망가지기 쉽다. 따라서, 전류 컬렉터층은 활성 물질층에 대한 안정성 및 기계적 강도를 제공하기 위해 제조 중에 활성 물질층을 위한 기판으로서 작용한다. 전극 조립체가 제조될 때에 활성 물질층 및/또는 전류 컬렉터층이 파손되었다면, 생산 라인 프로세스는 중단될 필요가 있다. 이러한 중단이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 전류 컬렉터층은 종래에 필수 기계적 강도와 안정성을 제공하도록 최소 두께로 형성된다. 이 최소 두께는 또한 전극 조립체를 특정 속도로 생산하면서 전극 조립체의 파손을 피하도록 제조 장비의 처리량에 의해 부분적으로 설정된다. 이때에, 더 높은 처리 속도는 전극 조립체에 대해 더 큰 기계적 강도를 요구하고, 이는 다시 더 두꺼운 전류 컬렉터층을 필요로 한다.

전류 컬렉터층의 두께에 관한 두번째 제약은 배터리의 등가 직렬 저항(ESR; Equivalent Series Resistance)에 관한 전류 컬렉터층의 영향이다. 전류 컬렉터층은 배터리 셀의 외부 단자로 그리고 외부 단자로부터 전류를 전도하기 때문에, 전류 컬렉터층의 유효 전기 저항은 이 경우에 전류 컬렉터층의 단면적인 전류 유동의 단면적에 반비례한다. 일반적으로, 더 큰 두께를 갖는 전류 컬렉터층은 배터리에 대해 더 낮은 ESR을 의미하는 더 큰 단면적을 갖게 된다.

전류 컬렉터층의 두께에 관한 세번째 제약은 탭 요소의 납땜성(solderability)이다. 종래의 배터리 토폴로지(topology)에서, 탭 요소는 일반적으로 전류 컬렉터층 상에 초음파 용접되거나 (당업자에게 공지된 기법을 이용하여) 다른 방식으로 부착된다. 탭 요소는 배터리의 외부 단부에 대해서만 전기 연결을 제공하기 때문에, 탭 요소가 파손되면, 배터리가 못쓰게 된다. 따라서, 탭 요소는 종래에 배터리의 수명 동안 지속하기에 충분히 두껍도록 설계된다. 몇몇의 경우에, 탭 요소는 더 양호한 "정합(matching)"을 제공하도록 전류 컬렉터층 만큼 두꺼울 수 있다. 더욱이, 솔더링, 용접 또는 부착 프로세스는 또한 몇몇의 경우에 전류 컬렉터층을 통해 펀칭할 수 있는데, 이는 또한 잠재적으로 전극들을 단락시킴으로써 배터리를 못쓰게 만든다. 이들 고려 사항 모두는 전류 컬렉터층에 대해 최소의 두께를 초래한다.

종래의 배터리 제조 프로세스에서, 상기 제약들 중 가장 심각한 것은 전류 컬렉터층에 대한 최소의 가능한 두께이다. 즉, 이들 3개의 각각의 최소값 중 가장 큰 값이 전류 컬렉터층의 두께에 관한 근본적인 제약을 제공한다.

그러나, 본 발명자들은 종래의 배터리 제조 기술로 인한 전류 컬렉터층의 두께에 있어서의 도전 과제는 활성 물질층이 전류 컬렉터층과 상관없이 안정화될 수 있다면 극복될 수 있다는 것을 발견하였다. 도 1을 참조하면, 배터리용 전극 조립체를 제조하는 방법(100)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 방법(100)은 배터리 전극 조립체용 활성 물질이 활성 물질층을 형성하도록 일시적인 지지 기판 상에 증착되는 단계(102)에서 시작한다. 활성 물질층은 전해질 폴리머를 포함한다. 적어도 몇몇의 경우에, 전해질 폴리머는 대기 온도에서 기계적으로 자체 안정적이다. 단계(104)에서, 활성 물질층은 기계적으로 안정화된다. 1회용이거나 재사용될 수 있는 일시적인 지지 기판은 마일라(Mylar), 활성 물질층과 동일한 물질(Al 또는 Cu), 또는 기계적 및 온도 요건(이들 요건은 당업자에게 공지되어 있음)을 충족시키는 임의의 다른 물질일 수 있다. 실제의 재사용 가능한 전류 컬렉터층은 단계(108) 중에 필요할 때에 서로 쉽게 분리되도록 그 계면에서 함께 "접착"될 수 있다. 이 기계적 안정성은 전류 컬렉터층을 지지 기판으로서 사용하는 것과 상관없다는 것을 유념해야 한다.

단계(106)에서, 일단 활성 물질층이 기계적으로 안정적이면, 활성 물질층의 외표면 상에 리세스가 형성된다. 그러나, 이는 또한 단계(104) 중에 행해질 수 있다. 예컨대, 일시적인 지지 기판은 노치가 형성되거나, 활성 물질층에 리세스를 형성하여 탭 요소를 수용하게 하도록 네가티브 몰드를 제공하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 활성 물질층은 그 밀도를 증가시키도록 압연 프로세스를 받을 수 있고, 리세스는 활성 물질층의 나머지보다 더 작은 비트로 이 영역을 특별히 압착시킴으로써 형성될 수 있다. 이는 얼마간의 압착량을 견디도록 활성 물질층만큼 기계적으로 강한 흑연 물질로 행해질 수 있고 더 높은 압착량 하에서는 변형될 수 있다. 활성 물질층이 일시적인 지지 기판으로부터 제거될 때에, 탭 요소를 수용하는 리세스는 활성 물질층에 이미 미리 형성된다. 리세스는 활성 물질층의 임의의 적절한 면으로부터 활성 물질층의 내부를 향해 그리고 소정의 면을 따라 다양한 위치에서 연장될 수 있다. 예컨대, 도 2a 내지 도 6에 설명되는 바와 같이 다양한 리세스가 형성될 수 있다. 변경예에서, 리세스는 포토리소그래피 기술, 화학적 에칭 또는 연마 에칭을 이용하여 활성 물질층으로 에칭될 수 있다. 더욱이, 변경예에서, 리세스는 또한 증착 또는 코팅 프로세스 전 또는 후에 형성될 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이 다른 변경이 또한 가능하다.

단계(108)에서, 활성 물질층은 이 활성 물질층이 파괴되지 않도록 지지 기판으로부터 제거된다. 2개의 기판이 존재하면, 기판들은 활성 물질층을 만곡시키거나 응력을 가하는 일없이 박리되는 것과 같이 부드럽고 완만한 프로세스를 이용하여 분리될 수 있다. 활성 물질층이 완전히 분리되면, 더 단단해질 것이다. 바인더가 또한 사용되어 활성 물질층을 지지 기판으로부터 해제하도록 활성화될 수 있다. 분리 프로세스가 매우 부드럽거나, 활성 물질층이 기계적으로 강건한 조성을 제공하는 물질로 제조될 수 있다. 바인더를 위해 사용되는 물질은 일반적으로 탭 요소를 위해 양호한 접착성 및 양호한 저항 접촉을 달성하도록 선택된다. 그러나, 바인더를 위한 물질은 또한 당업자에게 공지된 바와 같이 배터리의 목적을 기초로 하여 선택될 수 있다.

단계(110)에서, 활성 물질층이 격리되고, 리세스가 전류 컬렉터층에 의해 채워지지 않도록 전류 컬렉터층이 활성 물질층의 외표면에 부착된다. 이 단계는 통상적으로 종래의 배터리 제조 프로세스에서는 그 반대가 행해진다는 것을 유념해야 한다. 전류 컬렉터층은 활성 물질층 상에 인쇄되거나, 금속 증착으로 형성되거나 리세스 내에 물리적으로 배치될 수 있다. 금속 증착의 경우, 적어도 몇몇의 경우에, 컬렉터층은 활성 물질층에서 실질적으로 연속하도록 형성될 수 있다. 특정한 경우에 당업자에게 공지된 바와 같이 증착량을 제한하도록 배리어층이 또한 사용될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 전류 컬렉터층은 또한 탭 요소에 사용되는 물질을 제공할 수 있다.

단계(112)에서, 탭 요소는 활성 물질층의 리세스 영역 내에 적어도 부분적으로 고정되고 전류 컬렉터층에 부착된다. 접착층 또는 배리어층은 당업자에게 널리 공지된 바와 같이 탭 요소에 대해 사용될 수 있다. 탭 요소는 전류 컬렉터층에 기계적으로 용접되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다. 탭 요소는 일반적으로 당업자에게 공지된 바와 같이 임의의 적절한 화학적, 전기적 또는 기계적 수단(예컨대, 압착)을 이용하여 그 이웃한 층에 접착될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 몇몇의 실시예에서, 단계(110, 112)의 순서는 역전되거나 조합될 수 있다.

제조 프로세스(100)에서, 종래의 제조 프로세스 중에 있는 바와 같이 활성 물질층을 기계적으로 안정화시키도록 전류 컬렉터층이 응력을 받지 않기 때문에, 전류 컬렉터층의 두께에 관한 3가지 종래의 제약이 적층식 셀 배터리 토폴로지에 대해 상당히 완화된다. 더욱이, 적층식 셀 배터리 구성에서, 애노드 전극 조립체, 전해질 및 캐소드 전극 조립체를 포함하는 각 배터리 셀은 다른 배터리 셀과 병렬로 연결되는 별개의 전자 전도 통로를 제공한다. 따라서, 이들 개별적인 통로 각각의 저항은 이들 전도 통로 각각이 병렬로 연결되기 때문에 종래의 배터리 토폴로지에서보다 (더 얇은 전류 컬렉터층으로 인해) 더 높을 수 있다. 바꿔 말하면, (종래에 사용되는 바와 같이) 14 미크론의 두께를 갖는 단일의 전류 컬렉터층보다는 오히려, 7 미크론의 두께를 각각 갖고 병렬로 연결되는 2개의 전류 컬렉터층이 (각각의 병렬 전도 통로가 14 미크론의 전류 컬렉터층에 비해 2배의 저항을 갖더라도) 동일한 전체 ESR을 갖게 된다.

제조 프로세스(100)에서, 전류 컬렉터층의 두께는 이 전류 컬렉터층이 연속적인 층이 되기에 충분히 두껍고, 고립되지 않으며, 여전히 효율적인 전류 수집을 허용하도록 감소된다. 그러나, 전류 컬렉터층은 탭 요소에 연결되기에 충분히 두껍다. 이와 관련하여, 전류 컬렉터층과 탭 요소 간의 접합층은 임의의 전압 강하 및 비선형성을 피하기 위해 쇼트키 다이오드형 계면이 아니라 저항 또는 열적 연결부일 수 있다. 일례로서, 종래의 배터리 제조 프로세스가 60 미크론의 두께를 갖는 애노드층과 14 미크론의 두께를 갖는 전류 컬렉터층을 구비하는 적층식 셀 토폴로지를 위한 전극 조립체를 제조하는 경우에, 프로세스(100)는 65 미크론의 애노드층과 예컨대 9 미크론 또는 심지어는 더 작은 두께를 갖는 전류 컬렉터층을 구비하는 적층식 셀 토폴로지를 위한 전극 조립체를 제조하도록 사용될 수 있다. 따라서, 탭 요소는 이 탭 요소가 여분의 두께를 필요로 하지 않도록 활성 물질층의 리세스에 수용되거나 "내부"에 제조될 수 있다. 또한, 탭 요소와 전류 컬렉터층 간의 접합을 개선시키도록 흡수층이 있거나 없는 저에너지, 저관통식 마이크로파 솔더링과 같은 다양한 방법이 사용될 수 있다. 층 가열/냉각이 또한 용접부의 관통 능력을 제한하도록 사용될 수 있다. 미리 언급한 바와 같이, 당업자에게 공지된 바와 같이 다양한 전기적, 화학적 또는 기계적 기술이 사용될 수 있다. 예컨대, 몇몇의 경우에, 전도성 접착제 또는 풀이 사용될 수 있다.

따라서, 배터리 제조 프로세스(100)는 활성 물질(즉, 애노드 및 캐소드)의 양을 증가시키도록, 또는 바꿔 말해서 단위 체적 당 배터리에서 활성/비활성 물질의 비율을 증가시키도록 감소된 두께를 갖는 전류 컬렉터층과 리세스식 탭 요소를 사용하게 하는 배터리용 적층식 셀 토폴로지를 제공한다. 전류 컬렉터층의 두께가 감소되기 때문에, 탭 요소의 두께는 종래의 적층식 셀 배터리 토폴로지의 경우와 대략 동일하고, 이로 인해 탭 요소가 애노드의 리세스 내에 수용되어 그 두께를 보존한다. 전류 컬렉터층의 두께를 감소시키고 탭 요소를 활성 물질층의 리세스 내에 수용함으로써, 배터리 용량이 상당히 증가될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 설명되는 전극 조립체 설계를 갖는 임의의 소정 배터리 화학에서 에너지 밀도가 약 10 내지 15% 증가될 수 있다. 사실상, 이 제조 기술은 적층식 셀 배터리의 에너지 밀도를 특히 얇은 배터리 형상 인자에 대해 젤리 롤 배터리와 동일하거나 더 양호하게 개선시킬 수 있다. 더욱이, 소정의 에너지 등급을 위해 이 제조 기술을 이용하여 더 얇은 배터리가 제조될 수 있다. 이 전극 조립체 토폴로지는 또한 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 불규칙하게 형성된 배터리를 인에이블하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 탭 요소는 이미 설명된 바와 같이 전류 컬렉터층에 의해 형성될 수 있다는 것을 유념해야 한다.

이하, 더 얇은 전류 컬렉터층을 통합한 적층식 셀 배터리 구성을 위한 전극 조립체의 다양한 예시적인 실시예에 관하여 논의한다. 아래의 전극 조립체를 제조하도록 제조 프로세스(100), 그 변경예 또는 대안적인 제조 프로세스가 사용될 수 있다는 것을 유념해야 한다.

이하, 도 2a를 참조하면, 배터리용 전극 조립체(200)의 예시적인 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 전극 조립체(200)는 활성 물질층(202), 전류 컬렉터층(204) 및 탭 요소(206)를 포함한다. 전극 조립체(200)는 배터리 셀의 캐소드 또는 애노드를 제공하도록 사용될 수 있다. 탭 요소(206)의 적어도 일부는 전류 컬렉터층(204)이 감소된 두께를 가질 수 있도록 활성 물질층(202) 내에 배치된다.

활성 물질층(202)은 그 외표면에 형성되는 리세스를 갖는다. 리세스는 활성 물질층(202)의 단부면에 대해 대체로 평행한 방향에서 활성 물질층(202)의 내부를 향해 활성 물질층(202)의 측면으로부터 연장된다. 리세스는 또한 활성 물질층(202)의 단부면으로부터 이격되도록 활성 물질층(202) 내에 형성된다. 이 예에서, 리세스는 직사각형 프로파일을 갖지만 다른 실시예에서 다른 프로파일이 사용될 수 있다.

이 예 및 본 명세서에서 설명되는 다른 예시적인 실시예에서, 리세스의 위치는 측면을 따라 변동될 수 있다. 또한, 이 예 및 본 명세서에서 설명되는 다른 예시적인 실시예에서, 리세스가 전극 조립체의 정면 또는 단부면으로 연장될 수 있는 다른 실시예가 있을 수 있다. 또한, 이 예 및 본 명세서에서 설명되는 다른 예시적인 실시예에서, 선형 또는 비선형 패턴으로 전극 조립체의 유사한 면 또는 상이한 면으로 연장되는 각각의 리세스를 갖는 다수의 리세스가 존재할 수 있는 다른 실시예가 있을 수 있다.

활성 물질층(202)은 전극 조립체(200)가 경우에 따라 애노드 또는 캐소드로서 작용하도록 적절한 재료를 포함한다. 예컨대, 흑연이 애노드를 제공하도록 사용될 수 있고 리튬 코발트 디옥사이드가 캐소드를 제공하도록 사용될 수 있다. 또한, 당업자에게 공지된 바와 같이 다수의 다른 상업적으로 실행 가능한 가능성이 존재한다. 적어도 몇몇의 경우에, 활성 물질층(202)은 제한하지는 않지만 현재의 리튬 폴리머 배터리에 사용되는 폴리머 또는 겔 전해질과 같이 대기 온도에서 기계적으로 자체 안정적인 재료로 제조된다.

전류 컬렉터층(204)은 활성 물질층(202)의 외표면 상에 그리고 접촉 상태로 지지된다. 전류 컬렉터층(204)은 탭 요소의 일부를 수용하도록 슬롯 또는 리세스를 갖는다. 활성 물질층(202) 상에 전류 컬렉터층(204)을 형성하도록 금속 증착이 이용될 수 있다. 적어도 몇몇의 경우에, 금속 증착은 전류 컬렉터층(204)이 활성 물질층(202)에서 실질적으로 연속하도록 행해질 수 있고, 전류 컬렉터층(204)과 탭 요소(206) 간에 보다 신뢰성있는 접촉을 제공할 수 있다. 이 예에서, 탭 요소(206)의 외표면은 전류 컬렉터층(204)과 동일한 높이에 있을 수 있거나, 전류 컬렉터층(204)이 그 상부에 형성되도록 활성 물질층(202) 내로 우묵하게 될 수 있다. 변경예에서, 특정한 이점을 제공할 수 있는 전류 컬렉터층(204)과 탭 요소(206)의 접촉면에 대해 상이한 수직 프로파일이 존재할 수 있다. 예컨대, 높은 전력 배터리에 대해 더 높은 전류 유동이 존재하는 몇몇의 경우에, 접촉하는 전류 컬렉터층(204)과 탭 요소(206)의 표면들은 높은 전류 유동으로 인해 달리 "연소"의 위험이 있는 특정한 영역에서 전류 밀도를 감소시키도록 경사지거나 만곡될 수 있다.

탭 요소(206)는 활성 물질층(202)의 리세스 내에 부분적으로 지지되어, 탭 요소(206)는 전류 컬렉터층(204)과 전기 접촉한다. 따라서, 탭 요소(206)와, 리세스를 형성하는 전류 컬렉터층(204) 및 활성 물질층(202)의 부분들은 상보적인 표면 프로파일을 갖는다. 적어도 몇몇의 경우에, 탭 요소는 전류 컬렉터층에 접합되어 그 사이에 저항 접촉을 제공한다. 이 예시적인 실시예에서, 탭 요소(206)는, 가능하게는 다른 배터리 셀과의 중간 전기 연결과 같이 배터리의 외부 단자 또는 다른 전기 연결과의 전기 연결 용이성을 제공하기 위해 활성 물질층(202)의 측면으로부터 멀리 돌출하도록 형성될 수 있다. 또한, 이 예시적인 실시예에서, 전류 컬렉터층(204)는 탭 요소(206)의 두께보다 작은 두께를 갖는다는 것을 알 수 있다.

변경예에서 탭 요소(206)는 상이한 위치에 있을 수 있다는 것을 유념해야 한다. 탭 요소(206)는 전극 조립체(200)의 측면, 단부면 또는 정면으로 연장될 수 있고, 이들 면을 따라 임의의 위치에 배치될 수 있지만 코너가 가장 높은 전류 밀도를 초래할 수 있어, 몇몇의 경우에 전극 조립체(200)의 면의 대략 중앙에 탭 요소(206)를 배치하는 것이 양호할 수 있다. 또한, 하나 이상의 전극 조립체에서 다수의 포지티브 및 네가티브 탭 요소가 이용될 수 있다. 탭 요소는 오버레이로서 함께 연결될 수 있지만, 이는 절대적인 요건이 아니다.

또한, 2개의 전극 조립체가 배터리 셀을 형성하도록 사용된다는 점을 유념해야 하는데, 이 경우에 2개의 전극 조립체(200) 사이에 전해질 물질(도시 생략)이 존재하여 전자가 2개의 전극 조립체 사이에서 유동하게 한다. 활성 물질층은 하나의 전극 조립체가 애노드로서 작용하고 다른 전극 조립체가 캐소드로서 작용하도록 상이한 재료로 제조된다.

이하, 도 2b를 참조하면, 배터리용 전극 조립체(250)의 다른 예시적인 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 전극 조립체(250)는 활성 물질층(252), 전류 컬렉터층(204) 및 탭 요소(256)를 포함한다. 이 경우에, 활성 물질층(252) 내에 리세스를 형성하는 측벽(252a, 252b)이 경사지도록 리세스가 형성된다. 이 경우에, 탭 요소(256)는 활성 물질층(252)의 리세스 영역 내에 끼워지도록 상보적 경사부를 갖는다.

이하, 도 3a를 참조하면, 활성 물질층(302), 전류 컬렉터층(304) 및 탭 요소(306)를 포함하는 전극 조립체(300)의 다른 예시적인 실시예의 일부의 측면도가 도시되어 있다. 활성 물질층(302)은 상부 릿지를 갖는 양분된 팔각형과 같이 형성된 리세스(302r)를 갖는다. 리세스(302r)는 평탄한 바닥부(302a), 경사진 하부 측벽(302b, 302c), 직선형 측벽(302d, 302e) 및 상부 릿지부(302f, 302g)를 포함하는 활성 물질층(302)의 영역에 의해 형성된다. 벽(302a-302f)은 반드시 동일한 길이를 갖지 않지만, 동일한 길이를 갖는 변경예가 있을 수 있다. 릿지부(302f, 302g)는 리세스(320r)와 전극 조립체(300)의 단부면 및 정면 사이에 있다. 릿지부(302f, 302g)는 활성 물질층(302)의 외표면과 대체로 평탄한 상부면에서 종결된다. 릿지부(302f, 302g)의 상단은 대체로 리세스(302r)의 바닥부(302a)보다 높은 높이에 있다.

탭 요소(306)는 벽(306a-306h)에 의해 형성되는 평탄한 팔각형 형태를 갖는다. 벽(306a-306e)은 벽(302a-302e)에 의해 형성되는 활성 물질층의 영역에 상보적인 형태를 갖는다. 이 경우에, 탭 요소(306)는 상부의 내측으로 경사진 벽(306f, 306g)을 갖지만, 변경예에서 이들 벽은 활성 물질층(302)의 벽(302f, 302g)과 정합하도록 외측을 향해 경사질 수 있다[또한, 리세스 영역에서 전류 컬렉터층(304)의 형태를 변경시킨다].

이 예에서, 전류 컬렉터층(304)은 하방으로 연장하는 삼각형 섹션(304a, 304b)을 갖는다. 삼각형 섹션(304a)은 벽(302f, 306f) 사이의 간격을 부분적으로 채우고 삼각형 섹션(304b)은 벽(302g, 306g) 사이의 간격을 부분적으로 채운다. 평탄하지 않은 영역은 적층 프로세스에서 텅 앤드 그루브(tongue-and-groove) 안내부로서 그리고 다층 셀의 전체 기계적 안정성을 위해 사용될 수 있다. 그러나, 도 3b에 도시된 바와 같이 탭 요소(306)와 전류 컬렉터층(304)에 대해 상이한 형태를 갖는 변경예가 있을 수 있다.

이하, 도 3c를 참조하면, 활성 물질층(352), 전류 컬렉터층(304) 및 탭 요소(306)를 포함하는 전극 조립체(350)의 다른 예시적인 실시예의 측면도가 도시되어 있다. 활성 물질층(352)은 양분된 팔각형과 같이 형성된다. 리세스는 평탄한 바닥부(352a)와 경사진 측벽(352b, 352c)을 포함하는 활성 물질층(352)의 영역에 의해 형성된다. 벽(352a-352c)은 반드시 동일한 길이를 갖지 않지만 동일한 길이를 갖는 변경예가 있을 수 있다. 탭 요소(306)의 벽(306a-306c)은 벽(302a-302c)에 의해 형성되는 활성 물질층의 영역에 상보적인 형태를 갖지만, 벽(306b, 306c)은 벽(352b, 352c)과 동일한 길이가 아니다[그러나, 변경예에서, 동일한 길이를 가질 수 있고, 그 경우에 측벽(306d-306g)이 존재하지 않게 된다]. 삼각형 섹션(304a) 은 벽(352b, 306d, 306f) 사이의 간격을 부분적으로 채우고 삼각형 섹션(304b)은 벽(352c, 306e, 306g) 사이의 간격을 부분적으로 채운다. 변경예에서, 전류 컬렉터층(304'')의 부분들(304a'', 304b'')에 관하여 도 3d에 도시된 바와 같이, 섹션(304a, 304b)은 이들 부분과 측벽(352b, 352c) 사이에 간격이 존재하지 않도록 상이한 형태를 가질 수 있다. 도 3c-3d에 도시된 형태는 탭 요소가 먼저 활성 물질층에 부착된 다음 전류 컬렉터층이 증착 프로세스에 의해 형성되는 프로세스에서 생길 수 있는데, 증착 프로세스는 간격을 채우고 모든 활성 재료를 덮는다.

도 3a-3d에서, 전류 컬렉터층(304)의 적어도 일부는 리세스 내에서 활성 물질층(302/352)과 탭 요소(306) 사이에 지지된다. 또한, 탭 요소(306)는 리세스 내에서 활성 물질층(302/352)와 전류 컬렉터층(304) 사이에서 대체로 지지된다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 탭 요소(306)의 상부면은 활성 물질층(302/352)의 외표면과 실질적으로 평탄하다. 그러나, 다른 실시예에서 이것은 반드시 필요하지 않다.

또한, 도 3a-3b에서, 탭 요소(306)는 전류 컬렉터층(304)에 부착된 상태로 도시되어 있는 반면, 도 3c-3d에서 탭 요소(306)는 활성 물질층(352)에 부착된 상태로 도시되어 있다. 이는 이들 층을 형성하는 프로세스가 역전될 수 있기 때문이다. 또한, 변경예에서, 리세스 근처의 전극 조립체(300, 300', 350')의 요소들의 측벽은 만곡될 수 있다는 것을 유념해야 한다.

이하, 도 4a-4c를 참조하면, 예시를 위해 탭 요소가 없이 도시된 적층식 셀 배터리용 전극 조립체(400)의 다른 예시적인 실시예의 등각 투영도, 평면도 및 측면도가 도시되어 있다. 전극 조립체(400)는 제1 전류 컬렉터층(402), 제1 활성 물질층(404), 전기 절연층(즉, 분리층; 406), 제2 활성 물질층(408), 제2 전류 컬렉터층(410) 뿐만 아니라 탭 요소(도시 생략)를 수용하는 제1 및 제2 리세스(412, 414)를 포함한다. 전극 조립체(400)는 모두 수직이고 서로에 대해 직교하는 측면(416)과 단부면(418)을 갖는다. 활성 물질층(404, 408)과 전류 컬렉터층(402, 410)은 2개의 상이한 배터리 셀을 위한 동일한 타입의 활성 부분을 제공하도록 사용된다. 예컨대, 전류 컬렉터층(402)과 활성 물질층(404)은 하나의 배터리 셀을 위한 애노드를 제공할 수 있고, 전류 컬렉터층(410)과 활성 물질층(408)은 다른 배터리 셀을 위한 애노드를 제공할 수 있다. 대안적으로, 전류 컬렉터층(402)과 활성 물질층(404)은 하나의 배터리 셀을 위한 캐소드를 제공할 수 있고, 전류 컬렉터층(410)과 활성 물질층(408)은 다른 배터리 셀을 위한 캐소드를 제공할 수 있다.

리세스(412)는 바닥부(412a)와, 측면(416)과 대체로 대향하고 활성 물질층(404)의 외표면에 대해 바닥부(412a)와 접해 있는 단부벽(412b)을 포함한다. 리세스(412)는 또한 리세스의 단부벽(412b)과 측면(416) 사이에서 연장되고 활성 물질층(404)의 외표면에 대해 바닥부(412a)와 접해 있는 이격된 측벽(412c, 412d)을 포함한다. 이격된 측벽(412c, 412d)은 바닥부(412a)를 향해 내측으로 경사진다. 단부벽(412b)은 또한 바닥부(412a)를 향해 내측으로 경사진다.

리세스(412)는 또한 탭 요소가 활성 물질층(404)과 전류 컬렉터층(402) 내에 부분적으로 지지되도록 전류 컬렉터층(402) 내에서 수직 방향으로 연장되는 측벽(412e, 412f)을 포함한다. 전류 컬렉터층(402) 내에 리세스 부분의 단부벽은 (도 4a에 도시된 바와 같이) 수직일 수 있거나, 변경예에서 (도 4b에 도시된 바와 같이) 경사질 수 있다.

적층식 셀 배터리 구성을 위한 종래의 전극 조립체는 활성 물질층과 두꺼운 전류 컬렉터층 내에 리세스가 없는 것을 제외하고 도 4a에 도시된 것과 유사한 전기 절연체에 의해 지지되는 애노드들 또는 캐소드들의 쌍을 포함한다. 이들 종래의 전극 조립체는 적층식 셀 배터리를 형성하도록 전해질의 층과 함께 상하로 적층된다. 애노드 및 캐소드를 위한 탭 요소는 적층식 셀 배터리의 동일한 면에 형성된다. 탭 요소는 적층된 전극 조립체로부터 비교적 큰 거리를 취출되어 인쇄 회로 기판(PCB; Printed Circuit Board) 또는 보호 회로 모듈(PCM; Protection Circuit Module)에 연결되도록 함께 결합된다. 적층된 전극 조립체들과 PCB 또는 PCM의 에지 사이의 영역은 흔히 "큰 귀(Great Ears)"라고 불리고, 큰 귀는 탭 요소가 큰 귀 영역에서 함께 조밀하게 형성될 수 없기 때문에 배터리 내에서 상당한 체적을 소모한다. 이는 전극 조립체의 면으로부터 멀어지게 하여 생성되는 기계적 응력으로 인해 탭 요소를 파손시키고 탭 요소를 서로 연결시키는 것을 피하도록 부분적으로 행해진다. 이는 또한 탭 요소가 물리적으로 분리되어 멀리 있는 반대 극성의 탭 요소와 동일한 극성으로 되기 때문에 종래의 실시는 탭 요소를 절연시키지 않는다는 점 때문에 부분적으로 행해진다. 따라서, 탭 요소는 적층식 셀 배터리의 대단원이 될 것 같은 배터리 셀의 애노드 및 캐소드의 단락을 피하기 위해 변형되기 전에 배터리 적층체의 면으로부터 특정 길이를 뻗어 있어야 한다. 또한, 반대 극성의 탭 요소를 갖는 배터리 셀이 EMI 감소를 위해 상하로 적층되도록 배터리 셀이 적층된다고 가정하면 탭 요소를 절연시키도록 "큰 귀" 영역에 시일을 놓는 것은 어려운 일이다. 따라서, "큰 귀"를 종래의 기술로 절연하는 것은 엄청나게 비싸다. 아마도 더 중요하게는, 반대 극성의 컨덕터에 대한 접근이 "큰 귀" 형태에서 공간 감소에 대한 주요 제한 사항이 아니기 때문에 그렇게 하는 것을 도울 수 없다. 큰 귀 영역은 수 밀리미터의 정도일 수 있지만, 이 영역이 통상적인 적층식 셀 배터리에서 체적의 2 내지 10%를 차지할 수 있기 때문에 이 문제는 중요하다. 특히 모바일 및 소형 디바이스들에 사용하기 위한 배터리의 크기에서의 제약을 가정하면, 이 소모되는 공간은 배터리의 활성 부분의 체적을 감소시키고, 이는 1회용 배터리가 더 자주 교체되는 것을 필요로 하거나 재충전 가능한 배터리가 더 자주 재충되는 것을 필요로 할 것이다. 더욱이, 탭 요소의 이 종래의 구성에서, 제2 적층식 셀 배터리에 대해 연결하는 것은 어려운 일이다.

본 발명자들은 큰 귀 영역에서의 문제를 극복하는 방법은 탭 요소가 전극 조립체의 하나 이상의 층 및/또는 전극 조립체의 면에 인접하도록 탭 요소를 형성하는 것이라는 점을 알았다. 바꿔 말해서, 탭 요소는 이하의 방식 중 적어도 하나의 방식으로 위치될 수 있다: 전극 조립체의 외표면에 대해 동일한 높이로, 애노드 또는 캐소드의 일부를 형성하는 활성 물질층의 외표면을 따라, 또는 애노드 또는 캐소드의 일부를 형성하는 전류 컬렉터층의 표면을 따라. 탭 요소는 또한 2개의 전극 조립체들 사이에서 전해질 물질 내에 매입될 수 있다. 이 방안은 탭 요소가 종래의 기술에서 행해지는 배터리 설계에 의해 제한되는 것이 아니라 최종 제품 설계에 대해 가장 편리한 어느 측면에서 연장될 수 있으므로 더 많은 연결 옵션을 제공하기 때문에 종래의 기술보다 더 융통성이 있다. 게다가, 이 방안은 적층식 셀 배터리에 대해 개선된 접근성을 갖고 PCB 또는 PCM이 위치 결정되게 함으로써 큰 귀가 이전에 차지하고 있던 공간을 감소시킨다. 사실상, 적층식 셀 배터리가 PCB 또는 PCM에 연결되는 영역의 체적은 이 기술에 의해 적층식 셀 배터리의 체적의 2% 미만으로 감소될 수 있다. 이 회수된 공간은 (동일한 배터리 용량을 갖는) 보다 작은 배터리 팩 또는 동일한 배터리 팩 체적 내에서 증가된 배터리 용량(예컨대, 10-15% 증가된 용량)을 가능하게 한다. 더욱이, 이 방안은 PCB 또는 PCM이 추가 공간을 차지하는 "패티오(patio)" 형태로 수평 방향으로 배향되는 대신에 수직 방향으로 배향되도록 적층식 셀 배터리에 연결되게 한다.

이하, 도 5a-5c를 참조하면, 적층식 셀 배터리를 위한 전극 조립체(500)의 다른 예시적인 실시예의 등각 투영도, 평면도 및 측면도가 도시되어 있다. 전극 조립체(500)는 제1 전류 컬렉터층(502), 제1 활성 물질층(504), 절연체(506), 제2 활성 물질층(508), 제2 전류 컬렉터층(510), 및 제1 탭 요소(512)와 제2 탭 요소(514)를 포함한다. 전류 컬렉터층(502)은 제1 활성 물질층(504)의 외표면에 인접하고 전기 접촉한다. 전극 조립체(500)의 층상 요소는 대체로 측면(516)과 단부면(518)을 갖는다.

제1 및 제2 탭 요소(512, 514)는 사선으로 나타낸 절연부와 비절연부(512u, 514u)를 각각 구비한다. 탭 요소(512)는 제1 활성 물질층(504)과 제1 전류 컬렉터층(502) 중 적어도 하나와 전기 접촉하는 말단 도선부(도시 생략)를 구비한다. 탭 요소(514)는 제2 활성 물질층(508)과 제2 전류 컬렉터층(510) 중 적어도 하나와 전기 접촉하는 말단 도선부(도시 생략)를 구비한다. 탭 요소(512, 514)는 또한 말단 도선부로부터 멀리 연장되고 제1 및 제2 활성 물질층(504, 508)의 측면(516)에 실질적으로 인접한 제2 도선부(이 경우, 측면 도선부)를 구비한다. 탭 요소(512, 514)의 절연된 영역 부분은 전극 조립체(500)의 다른 영역으로부터 이들 부분을 전기적으로 절연시키도록 탭 요소(512, 514)의 제2 도선부의 내부 접촉 영역을 덮는 절연층을 제공한다. 탭 요소(512, 514)의 비절연부(512u, 514u)는 전극 조립체(500)가 적층식 셀 배터리의 외부 단자 또는 멀티 적층 배터리의 다른 전극 조립체 스택에 전기 연결될 수 있도록 전극 조립체(500)에 대한 전기 연결을 제공한다.

탭 요소(512, 514)는 제한하지는 않지만, 예컨대 니켈과 알루미늄 등의 상이한 타입의 물질로 제조될 수 있다. 몇몇의 경우에, 탭 요소는 단락의 경우에 용해하는 폴리머 물질로 제조될 수 있음으로써, 당업자에게 공지된 바와 같이 안전을 보장한다. 예컨대, 브롬이 사용될 수 있다.

탭 요소(512, 514)는 절연성 폴리머 물질로 미리 코팅된 다음, 용접 또는 다른 열적/저항 연결을 이용하여 전류 컬렉터층(502, 510)에 각각 접합될 수 있다. 폴리머 물질은 탭 요소(512, 514)를 다른 배터리 셀 층들로부터 절연시키고, 특히 탭 요소(512, 514)는 탭 요소(512, 514)가 시작되는 반대 전극으로부터 절연된다. 따라서, 소정의 탭 요소가 애노드의 전류 컬렉터층에 연결되면, 폴리머 물질은 상기 소정의 탭 요소를 배터리 셀을 완성하여 전기 단락을 방지하는 캐소드로부터 절연시킨다.

소정의 탭 요소를 절연시키기 위해, 하나의 옵션은 전체 탭 요소를 폴리머 물질로 코팅한 다음 각 단부를 절취하여 탭 요소에 전기 연결하기 위한 비절연 영역을 제공하는 것이 있을 수 있다. 제2 옵션은 PCB 또는 PCM에 접합되는 소정의 탭 요소의 단부에서 오직 폴리머 물질만을 절취하는 것이다. 이어서, 자체의 접합 프로세스 중에 소정의 탭 요소의 다른 단부에서 폴리머 물질을 소모함으로써 전류 컬렉터층과의 적절한 접합이 효율적으로 형성될 수 있다. 예컨대, 폴리머 물질은 접합이 열적이거나, 사실상 접합이 어떤 종류의 촉매 재료로 이루어지는 경우에 전기화학적으로 소모될 수 있다면 용융될 수 있다.

탭 요소(512, 514)는 전기적으로 절연되기 때문에, "큰 귀" 영역을 가졌던 종래의 적층식 셀 배터리에서 가능했던 것보다 훨씬 더 조밀한 성형을 달성하도록 탭 요소(512, 514)를 변형시킬 수 있다. 예컨대, 도 5a-5c에 도시된 바와 같이, 바로 적층식 셀 배터리의 면까지 탭 요소(512, 514)를 변형시킴으로써 매우 적은 체적을 차지하는 것이 가능하다. "큰 귀"가 이전에 차지했던 공간을 압착함으로써, 배터리 셀 둘레에 더 타이트한 밀봉이 가능하다. 그 결과, 적층식 셀 배터리가 고장을 견딜 수 있는 더 강한 밀봉이 이루어진다. 더욱이, 탭 요소(512, 514)에 적용되는 폴리머 코팅은 또한 특정량의 기계적 안정성을 추가하고, 이는 탭 요소가 종래에 행해졌던 것보다 큰 범위로 변형될 때에 유용하다. 폴리머 코팅은 또한 소정의 탭 요소 또는 전류 컬렉터층이 만곡되거나 윤곽 조절되는 경우는 언제나 곡률 반경의 증가를 허용한다. 추가의 기계적 안정성은 탭 요소(512, 514)가 더 큰 표면에 인접하여 적층식 셀 배터리의 면 또는 내부층에 대해 사실상 움직이지 못한다는 점에 기인하는데, 이는 적층식 셀 배터리가 충돌 및 충격이나 다른 기계적 응력을 견디기에 더 강건하게 만든다.

이하, 도 6a를 참조하면, 전극 조립체에 사용하기 위한 탭 요소(600)의 예시적인 실시예의 등각 투영도가 도시되어 있다. 탭 요소(600)는 말단 도선부(602), 측면 도선부(604), 만곡부(606) 및 제2 말단 도선부(608)를 포함한다. 만곡부(606)는 말단 도선부(602) 및 측면 도선부(604)와 접경한다. 만곡부(602)는 실질적으로 직각으로 형성되어, 말단 도선부(602)는 활성 물질층 및 제1 전류 컬렉터층 중 적어도 하나와 전기 접촉을 제공하도록 전극 조립체로 연장될 수 있다(도 8에 더 상세하게 도시됨). 탭 요소(600)의 일부는 크로스 해칭 영역에 의해 도시된 바와 같이 절연층을 갖는다. 절연층은 탭 요소(600)의 제1 만곡부(606)를 더 덮는다. 절연층은 폴리머 증착을 포함한다. 측면 도선부(604)의 주변은 전극 조립체의 외측면과 실질적으로 동일한 높이가 되는 내부 접촉 영역(604i)의 길이를 따라 폴리머 증착에 의해 실질적으로 포위된다. 탭 요소(600)는 말단 도선부(602)가 활성 물질층의 표면에 수용되고 인접한 전류 컬렉터층에 병렬되는 실시예에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 탭 요소(600)는 활성 물질층이 말단 도선부(602)의 적어도 일부를 수용하는 리세스를 갖는 실시예에 사용될 수 있다.

이하, 도 6b를 참조하면, 전극 조립체에 사용하기 위한 탭 요소(650)의 다른 예시적인 실시예의 등각 투영도가 도시되어 있다. 탭 요소(650)는 말단 도선부(652), 측면 도선부(654), 만곡부(656) 및 제2 말단 도선부(658)를 포함한다. 탭 요소(650)는 또한 절연층에 의해 덮이고, 말단 도선부(652)에 육각형 단면을 제공하는 추가 부분(652a)을 제외하고는 탭 요소(600)와 유사하다. 탭 요소(650)는 말단 도선부(652)가 활성 물질층의 표면에 수용되는 실시예에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 탭 요소(650)는 활성 물질층이 말단 도선부(652)의 적어도 일부를 수용하는 리세스를 갖는 실시예에서 사용될 수 있다.

이하, 도 7을 참조하면, 본 명세서에 설명되는 전극 조립체를 이용하는 적층식 셀 배터리(700)의 예시적인 실시예의 등각 투영도가 도시되어 있다. 적층식 셀 배터리(700)는 복수 개의 전극 조립체(702, 704, 706, 708)를 포함한다. 적층식 셀 배터리는 탭 요소의 임의의 측면 도선부가 전극 조립체(702, 704, 706, 708)와 지지 기판(710) 사이에 콤팩트하게 수용되도록 전극 조립체(702, 704, 706, 708)의 측면에 적용되는 지지 기판(710)을 더 포함한다.

이하, 도 8을 참조하면, 2개의 전극 조립체(800a, 800b)를 갖는 전극 적층 조립체(800)의 예시적인 실시예 및 적층식 셀 배터리에 사용하기 위한 탭 요소의 다양한 예시적인 구성의 일부의 등각 투영도가 도시되어 있다. 전극 조립체(800a)는 전극 조립체(800a) 내에 모두 지지되는, 제1 전류 컬렉터층(802), 제1 활성 물질층(804), 절연층(806), 제2 활성 물질층(808) 및 제2 전류 컬렉터층(810)을 포함한다. 제2 활성 물질층(808)과 제2 전류 컬렉터층(810)은 모두 제1 활성 물질층(804) 및 제1 전류 컬렉터층(802)으로부터 전기적으로 절연된다. 제2 전극 조립체(800b)는 전극 조립체(800b)에 모두 지지되는, 제3 전류 컬렉터층(812), 제3 활성 물질층(814), 절연층(816), 제4 활성 물질층(818) 및 제4 전류 컬렉터층(820)을 포함한다. 제4 활성 물질층(8180과 제4 전류 컬렉터층(820)은 모두 제3 활성 물질층(814)과 제3 전류 컬렉터층(812)으로부터 전기적으로 절연된다. 이 예에서, 제1 전극 조립체(800a)와 제2 전극 조립체(800b)는 전극 적층 조립체(800) 내에 인접하게 지지된다.

전극 적층 조립체(800)는 제4 활성 물질층(818)과 제4 전류 컬렉터층(820)과 전기 접촉하는 제1 말단 도선부(824)를 갖는 제1 탭 요소(822)를 더 포함한다. 변경예에서, 제1 탭 요소(822)는 제4 활성 물질층(818) 및 제4 전류 컬렉터층(820) 중 적어도 하나와 제1 전기 접촉을 갖고, 다른 전극 조립체 또는 다른 요소와 제2 전기 연결을 가질 수 있다(이는 이하에서 설명되는 다른 탭 요소의 유사한 연결에 적용된다). 제1 탭 요소(822)는 또한 연장된 도선부(826)를 구비하는데, 이 연장된 도선부는 전극 조립체(800a, 800b)의 측면과 실질적으로 동일한 높이인 측면 도선부이다. 제1 탭 요소(822)는 제1 말단 도선부(824) 및 측면 도선부(826)와 접경하도록 실질적으로 직각으로 형성되는 만곡부(824b)를 구비한다.

제1 탭 요소(822)는 제1 활성 물질층(804) 및 제1 전류 컬렉터층(802)와 전기 접촉하는 다른 말단 도선부(828)를 더 포함한다. 제1 탭 요소(822)는 또한 측면 도선부(826)로부터 전극 조립체(800a) 내로 연장되어 측면 도선부(826)가 안착하는 측면의 반대쪽 측면에서 전극 조립체(800a)에 대한 전기 연결부(832)를 제공하는 측방향 도선부(830)를 구비한다. 제1 탭 요소(822)는 또한 측면 도선부(826)로부터 전극 조립체(800a) 내로 연장되어 전극 조립체(800a)에 대한 다른 전기 연결부(836)를 제공하는 다른 측방향 도선부(834)를 구비한다. 측방향 도선부(834)는 전류 컬렉터층(802)의 외표면에 인접한다. 측방향 도선부(830)는 활성 물질층(808)의 외표면과 전류 컬렉터층(810) 사이에 있다. 제1 탭 요소(822)는 또한 측방향 도선부(834)에 대해 측면 도선부(826)와 접경하는 제2 만곡부(828b)와, 제1 만곡부(824b)의 반대쪽에 있는 측면 도선부(826)의 단부에 있는 말단 도선부(828)를 구비한다.

제1 절연층은 제2 및 제3 활성 물질층(808, 814) 각각으로부터 탭 요소(826)를 전기적으로 절연시키도록 측면 도선부(826)의 내부 접촉 영역을 덮는다. 제1 및 제2 만곡부(824b, 828b)는 또한 말단 도선부(824, 828)가 각각의 활성 물질층 및/또는 전류 컬렉터층과 전기 접촉하게 되는 곳을 제외하고 절연층을 갖는다.

전극 적층 조립체(800)는 제2 활성 물질층(808)과 제2 전류 컬렉터층(810)과 전기 접촉하는 말단 도선부(840)를 갖는 제2 탭 요소(838)를 더 포함한다. 제2 탭 요소(838)는 또한 전극 조립체(800a)의 측면과 실질적으로 동일한 높이에 있는 측면 도선부인 연장된 도선부(842)를 갖는다. 제2 탭 요소(838)는 말단 도선부(840) 및 측면 도선부(842)와 접경하도록 실질적으로 직각으로 형성되는 만곡부(840b)를 갖는다. 제2 탭 요소(838)는 또한 측면 도선부(842)로부터 멀리 연장되고 측면 도선부(842)가 안착되는 측면의 반대쪽 측면에서 전극 조립체(800a)에 대해 전기 연결부(846)를 제공하는 측방향 도선부(844)를 갖는다. 제2 탭 요소(838)는 또한 측면 도선부(842)로부터 멀리 연장되고 전극 조립체(800a)에 대해 전기 연결부(852)를 제공하는 제2 측방향 도선부(850)를 갖는다. 측방향 도선부(850)는 제1 및 제2 전극 조립체(800a, 800b) 사이에서 그리고 측방향 도선부(830)와 유사한 표면 상에서 전극 적층 조립체(800)로 연장된다. 변경예에서, 측방향 도선부(850)는 제1 및 제2 전극 조립체(800a, 800b) 사이에서 그리고 측방향 도선부(830)가 위에 있는 동일한 층의 대향 표면에서 전극 적층 조립체(800) 내로 연장될 수 있다.

전극 적층 조립체(800)는 제3 활성 물질층(814)와 제3 전류 컬렉터층(812)과 전기 접촉하는 말단 도선부(856)를 갖는 제3 탭 요소(854)를 더 포함한다. 제3 탭 요소(854)는 또한 전극 조립체(800b)의 측면과 실질적으로 동일한 높이에 있는 측면 도선부인 연장된 도선부(858)를 갖는다. 제3 탭 요소(854)는 말단 도선부(856) 및 측면 도선부(858)와 접경하도록 실질적으로 직각으로 형성되는 만곡부(856b)를 갖는다. 여기에 도시하지는 않았지만, 제3 탭 요소(854)의 측면 도선부(858)의 다른 단부는 제2 전극 조립체(800b)에 대한 전기 연결을 제공할 수 있거나, 제3 탭 요소(854)는 제2 전극 조립체(800b)에 대한 전기 연결을 제공하도록 도선부(850 또는 844)로서 측방향 도선부를 가질 수 있다.

제2 절연층은 측면 도선부(842)의 내부 접촉 영역을 덮어서 제1 활성 물질층(804)으로부터 탭 요소(838)의 이 부분을 전기적으로 절연시킨다. 마찬가지로, 절연층은 측면 도선부(858)의 내부 접촉 영역을 덮어서 제4 활성 물질층(818)으로부터 탭 요소(854)의 이 부분을 전기적으로 절연시킨다. 만곡부(840b, 856b)는 또한 절연층을 갖는다.

측면 도선부(842, 858)는 전극 조립체(800a, 800b)의 위아래에 각각 있는 다른 전극 조립체로 연장될 수 있다. 또한, 탭 요소는 절연되기 때문에, 측면 도선부(842, 858)의 적어도 일부는 다른 탭 요소의 측면 도선부와 오버레이할 수 있다.

탭 요소(822, 838, 854)는 탭 요소(512, 514)와 유사하므로, 탭 요소(512, 514)를 절연시키고 활성 물질층과 전류 컬렉터층 중 적어도 하나에 연결하도록 설명된 기술은 또한 탭 요소(822, 838, 854)에도 적용된다.

공통의 배터리 스택면으로부터 안내하고 "큰 귀" 영역을 형성하도록 제약되었던 종래의 배터리 스택과 달리, 본 명세서에 설명되는 탭 요소는 배터리 팩 내에서 임의의 3차원 윤곽을 따를 수 있다. 접이식 탭 요소가 또한 "국부적" 연결부, 즉 단일의 배터리 팩 내에서 상이한 적층식 셀 배터리들 사이의 연결부를 구성하도록 사용될 수 있다. 어떠한 임의의 궤도를 따라 적층식 셀 배터리로부터 탭 요소를 안내하는 능력은 개별적인 적층식 셀 배터리로부터 하나씩 임의의 형태의 배터리 팩을 동조시킬 수 있는 것이다. 따라서, 다수의 상이한 적층식 셀 배터리를 많은 공간을 소모하지 않으면서 조합함으로써 임의의 3차원 형태를 형성할 수 있는 반면에, 종래에는 과거의 제약 때문에 적층식 셀 배터리가 직사각형 형태로 제한되었다.

이하, 도 9a 내지 도 9e를 참조하면, 본 명세서에서 설명되는 접이식 탭 요소에서 가능한 배터리 팩 구성의 다양한 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 이들 예시적인 실시예는 4개의 상이한 배터리 유닛(각 유닛은 단일의 별개의 적층식 셀 배터리일 수 있음)을 갖는 배터리 팩을 도시한다. 그러나, 이 개념은 4개의 배터리 팩으로 제한되지 않고 이 개념은 더 많거나 적은 배터리 유닛에 적용되고 다른 기하학적 형태로 배치될 수 있다는 것을 유념해야 한다.

도 9a는 선형 형태로 배치된 적층식 셀 배터리(902, 904, 906, 908)를 갖는 배터리 팩(900)을 도시하고 있다. 도 9b는 L형 형태로 배치된 적층식 셀 배터리(912, 914, 916, 918)를 갖는 배터리 팩(910)을 도시하고 있다. 도 9c는 삼각형 형태로 배치된 적층식 셀 배터리(922, 924, 926, 928)를 갖는 배터리 팩(920)을 도시하고 있다. 도 9d는 역 L형 형태로 배치된 적층식 셀 배터리(932, 934, 936, 938)를 갖는 배터리 팩(930)을 도시하고 있다. 도 9e는 사각형 형태로 배치된 적층식 셀 배터리(942, 944, 946, 948)를 갖는 배터리 팩(940)을 도시하고 있다.

도 9a 내지 도 9e에 도시된 배터리 팩 형태는 3차원으로 상이한 배터리 유닛의 면들을 따라 절연된 탭 요소를 연장시킴으로써 및/또는 서로 연결을 용이하게 하도록 각 적층식 셀 배터리 내에 표면들 사이에서 탭 요소를 연장시킴으로써 가능하다. 불규칙하게 형성된 배터리를 제조하는 것은 배터리 팩에 형태 인자 제약을 부과하는 모바일 디바이스 형태에서의 여분의 배터리 용량을 실현시키는 데에 매우 유용할 수 있다. 예컨대, 셀 폰 하드웨어는 완벽하게 규칙적이지 않은 폰 케이싱 내에 캐비티를 생성할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 탭 요소와 배터리 팩의 경우, 배터리 팩은 규칙적인 형태의 배터리 팩을 수용하도록 셀 폰 하드웨어를 설계하는 것이 아니라 캐비티에 끼워지도록 설계될 수 있다.

도 5a 내지 도 9와 관련하여 설명된 접이식 탭 요소를 포함하는 다양한 실시예 및 변경예는, 단독으로 또는 도 1 내지 도 4c와 관련하여 설명된 리세스 내에 수용되는 탭 요소를 갖는 다양한 실시예와 함께 실시될 수 있다는 것을 유념해야 한다.

게다가, 접이식 탭 요소를 이용하는 적층식 셀 배터리의 본 명세서에 설명된 다양한 실시예는 높은 에너지 밀도 배터리 뿐만 아니라 자기적으로 더 조용한 설계를 갖는 배터리를 위한 인에이블러(enabler)로서 사용될 수 있다. 이는 절연된 탭 요소들을 상하로 오버레이시키는 능력에서 기인한다. 상이한 방향으로 전류를 운반하는 탭 요소가 오버레이되면, 각 탭 요소에서 반대로 가는 전류에 의해 발생된 자기장은 서로 적어도 부분적으로 상쇄하여 발생되는 전체 자기장을 감소시킬 수 있다. 따라서, 적층식 셀 배터리의 모든 탭 요소는 유사한 크기의 전류를 반대 방향으로 운반하는 탭 요소와 "쌍"을 이룰 수 있고, 이론적으로 탭 요소는 적층식 셀 배터리에 의해 발생되는 자기장에 대해 기여를 크게 감소시켜야 한다. 이는 탭 요소가 흔히 자기장의 메인 공급원이기 때문에 중요하다.

또한, 접이식 탭 요소를 이용하는 적층식 셀 배터리의 본 명세서에 설명된 다양한 실시예는 탭 요소를 절연하도록 사용되는 절연 폴리머의 선택에 따라 더 안전한 배터리를 만들도록 사용될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 예컨대, 절연 폴리머는 비상 상황에서 "중단" 특성을 위해 선택될 수 있다. 폴리머는 탭 요소와 전류 컬렉터층 중 적어도 일부를 용해시키는 파괴 특성을 활성화시키도록 사용되어 문제를 중단시키도록 단락된 임의의 요소를 제거할 수 있다. 이 특징을 실시하는 데에는 당업자에게 공지된 바와 같이 다양한 방식이 있다. 예컨대, 물질의 온도가 (예컨대, 단락으로 인해 발생할 수 있는) 특정한 임계 온도 이상으로 상승할 때에 활성화되는 브롬산을 통합한 물질이 사용될 수 있다.

또한, 어떠한 이유로든 반대 극성의 한쌍의 전극이 단락되어야 한다면, 탭 요소와 전류 컬렉터층 내측을 비롯하여 적층식 셀 배터리 내에서 매우 큰 전류가 유동하기 시작한다. 그러나, 전류 컬렉터층이 단락 전류의 크기에 비해 충분히 얇으면, 전류 컬렉터층은 실제로 열적 응력 및 기계적 응력으로 인해 파손될 수 있다. 사실상, 전류 컬렉터층은 퓨즈 또는 회로 차단기와 같이 이중으로 되어 있을 수 있다. 예컨대, 애노드들 중 하나와 그 대응하는 캐소드 사이에 단락이 있다면, 대응하는 전류 컬렉터층들 중 하나가 연소하고 그 셀이 단락되지만 또한 더 안전한 작동을 제공하는 적층식 셀 배터리의 나머지로부터 절연되게 된다. 이 특징은 도 1 내지 도 4c와 관련하여 설명된 바와 같이 활성 물질층 내의 리세스를 이용하여 인에이블될 수 있다. 이 특징을 더 인에이블하기 위하여, 폴리머 코팅은 탭 요소 및 전류 컬렉터층에 대해 추가의 기계적 안정성을 제공하고, 이는 두께의 감소를 허용하여 전류 컬렉터층이 퓨즈로서 더 더욱 작동에 적절하게 한다.

게다가, 절연 폴리머 코팅을 탭 요소에 적용하는 것은 반대 극성의 전극으로부터 안내되는 탭 요소를 오버레이하게 할 수 있다. 예컨대, 캐소드로부터의 탭 요소는 제1 층에서 적층식 셀 배터리의 면을 따라 안내될 수 있고 애노드로부터의 탭 요소는 제1 층의 상부에 적어도 부분적으로 있는 제2 층에서 적층식 셀 배터리의 동일한 면을 따라 안내될 수 있다. 탭 요소를 적층식 셀 배터리의 면에 대해 압밀하고 움직이지 못하게 함으로써, 충격으로 인해 기계적 변형을 받는 적층식 셀 배터리의 면으로부터 보다 적은 부품이 안내되거나 현수되기 때문에 더욱 양호한 기계적 안정성이 달성될 수 있다.

더욱이, 반대 극성 전극으로부터 안내되는 탭 요소가 본 명세서에 설명되는 설계 기술에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있기 때문에, 예기치않은 접촉으로 인한 단락의 위험이 적게 되고, 이는 적층식 셀 배터리에서 탭 요소의 갯수/밀도를 증가시킬 수 있다. 탭 요소의 갯수를 증가시키면 배터리 팩의 유효 저항이 감소된다. 추가의 탭 요소는 또한 소정의 전극 조립체에 대해 1개보다 많은 탭 요소를 사용할 때에 약간의 리던던시(redundancy)를 제공한다. 이는 또한 전극 조립체의 두께 요건 뿐만 아니라 ESR을 감소시키는 전류 컬렉터에서의 최대 전류 밀도를 감소시킨다. 따라서, 탭 요소들 중 하나 이상이 작동 중에 파손되는 경우에, 유효 직렬 저항의 증분 변화는 병렬 탭 요소가 보다 적으면 더 적게 된다.

다양한 변경이 실시예로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 설명 및 도시된 실시예에 대해 이루어질 수 있고, 그 전반적인 범위는 첨부된 청구범위 내에서 한정된다는 것을 이해해야 한다.

Claims

배터리용 전극 조립체에 있어서,
외표면에 형성된 리세스를 갖는 활성 물질층으로서, 상기 리세스는 상기 활성 물질층의 측면(side facet)으로부터 상기 활성 물질층의 내부를 향해 연장되는 것이고, 상기 측면은 상기 외표면에 수직하는 것인, 상기 활성 물질층;
상기 활성 물질층의 외표면 상에 지지되고 이 외표면과 전기 접촉하는 전류 컬렉터층; 및
상기 리세스 내에 부분적으로 지지되고 상기 활성 물질층과 상기 전류 컬렉터층 중 적어도 하나와 전기 접촉하는 탭 요소로서, 상기 탭 요소는 전극 조립체를 위한 전기 연결을 제공하도록 구성된 것인, 상기 탭 요소
를 포함하고,
상기 탭 요소의 적어도 일부는 상기 활성 물질층과 상기 전류 컬렉터층 사이에 상기 리세스 내에서 지지되는 것인 전극 조립체.
제1항에 있어서, 상기 리세스는 상기 활성 물질층의 단부면으로부터 이격된 활성 물질층 내에 형성되는 것이고, 상기 단부면은 상기 측면 및 상기 외표면에 수직하는 것인, 전극 조립체.
제2항에 있어서, 상기 리세스는 상기 단부면에 대해 대체로 평행하는 상기 측면으로부터 연장되는 것인 전극 조립체.
제1항에 있어서, 상기 리세스는 바닥부, 상기 측면과 대체로 대향하고 상기 활성 물질층의 외표면에 대해 상기 바닥부와 접경하는 단부벽, 및 상기 단부벽과 상기 측면 사이에서 연장되고 상기 활성 물질층의 외표면에 대해 상기 바닥부와 접경하는 이격된 측벽들을 포함하는 것인 전극 조립체.
제4항에 있어서, 상기 전류 컬렉터층의 적어도 일부는 상기 이격된 측벽들 중 하나와 대응하는 상기 탭 요소 측 사이에 상기 리세스 내에서 간격(gap)을 적어도 부분적으로 충진하는(fill) 것인 전극 조립체.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 이격된 측벽들은 상기 바닥부를 향해 내측으로 경사지는 것인 전극 조립체.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 단부벽은 상기 바닥부를 향해 내측으로 경사지는 것인 전극 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전류 컬렉터층은 상기 외표면 상의 금속 증착을 포함하는 것인 전극 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성 물질층은 전해질 폴리머를 포함하는 것인 전극 조립체.
제9항에 있어서, 상기 전해질 폴리머는 대기 온도(ambient temperature)에서 기계적으로 자체 안정적인(self-stabilizing) 것인 전극 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탭 요소는 제1 두께를 갖고 상기 전류 컬렉터층은 상기 제1 두께보다 작은 제2 두께를 갖는 것인 전극 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탭 요소는 상기 전류 컬렉터층에 접합되어 그 사이에 저항 접촉을 제공하는 것인 전극 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탭 요소의 상부면은 상기 활성 물질층의 상기 외표면과 실질적으로 평탄한 것인 전극 조립체.
배터리용 전극 조립체를 제조하는 방법에 있어서,
지지 기판 상에 활성 물질층을 제공하는 단계;
상기 활성 물질층의 측면으로부터 상기 활성 물질층의 내부를 향해 연장되는 리세스를 상기 활성 물질층의 외표면에서 활성 물질층에 형성하는 단계로서, 상기 측면은 상기 외표면에 수직하는 것인, 상기 형성 단계;
상기 활성 물질층을 상기 지지 기판으로부터 제거하는 단계;
상기 활성 물질층의 외표면에 전류 컬렉터층을 부착하는(applying) 단계; 및
상기 리세스 내에 탭 요소를 부분적으로 고정시키는 단계로서, 상기 탭 요소의 적어도 일부는 상기 활성 물질층과 상기 전류 컬렉터층 사이에 상기 리세스 내에서 지지되는 것인, 상기 고정 단계
를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 지지 기판으로부터 상기 활성 물질층을 제거하기 전에 상기 지지 기판 상에서 상기 활성 물질층을 안정화시키는 단계를 더 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 전류 컬렉터층은 상기 탭 요소가 고정되기 전에 상기 활성 물질층의 외표면에 부착되고, 상기 탭 요소가 상기 전류 컬렉터층에 고정되는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 전류 컬렉터층은 상기 탭 요소가 고정된 후에 상기 활성 물질층의 외표면에 부착되고, 상기 전류 컬렉터층은 상기 리세스 내에서 상기 탭 요소 위에 부착되는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 전류 컬렉터층은 금속 증착으로서 상기 활성 물질층의 외표면에 부착되는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 전류 컬렉터층에 상기 탭 요소를 접합하여 그 사이에 저항 접촉을 제공하는 단계를 더 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
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