KR101693916B1 - 전기 화학 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 시트의 절첩시에 위치 어긋남이 발생하여 전극 시트끼리 접촉한 경우라도, 전극 시트끼리 단락되는 것을 방지할 수 있는 전기 화학 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 전기 화학 디바이스는 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 하기 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛을 갖는 전기 화학 디바이스이며, 상기 한 쌍의 전극 시트 각각은 띠 형상의 집전체와, 이 집전체의 적어도 한 면에 있어서의 주연부 및 절첩 연부에 의해 포위된 평면 영역 각각에 형성된 복수개의 전극층과, 상기 집전체에 있어서의 주연부 및 절첩 연부 각각의 양면에 형성된 절연막을 가져 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 리튬 이온 캐패시터, 리튬 이온 2차 전지 등의 전기 화학 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 세퍼레이터를 통해 교대로 적중(積重)되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛을 갖는 전기 화학 디바이스에 관한 것이다.
최근, 전자 기기의 소형화ㆍ경량화의 진보는 놀라우며, 그에 수반하여 상기 전자 기기의 구동용 전원으로서 사용되는 전지에 대해서도 소형화ㆍ경량화의 요구가 한층 높아지고 있다. 이와 같은 소형화ㆍ경량화의 요구를 만족시키기 위해, 종래 리튬 이온 2차 전지 등의 전기 화학 디바이스가 개발되고 있다.
또한, 고에너지 밀도 및 고출력 특성을 필요로 하는 용도에 대응하는 전기 화학 디바이스로서, 리튬 이온 2차 전지 및 전기 이중층 캐패시터의 축전 원리가 조합된 리튬 이온 캐패시터가 주목되고 있다.
그리고, 전기 화학 디바이스에 있어서는 소형이며 고용량인 디바이스를 얻기 위해, 적층형, 권회형, 절첩형 등의 다양한 전극 구조의 것이 알려져 있고, 이들 중 절첩형의 전기 화학 디바이스로서는, 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 각각의 길이 방향이 서로 교차하고, 세퍼레이터를 통해 교대로 적중되도록 지그재그로 복수회 절첩되어 이루어지는 전극 유닛을 갖는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
그런데, 이와 같은 절첩형의 전기 화학 디바이스는 전극 시트의 절첩 연부에는 큰 응력이 가해지므로, 전극층의 파손 및 전극층을 구성하는 활물질의 탈락 등이 발생하여 성능이 저하되는 것, 전극 시트의 절첩 연부의 두께가 다른 부분의 두께보다 커서 치수 정밀도가 낮은 것 등의 다양한 문제를 갖는다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 전극 시트의 절첩 연부를 제외한 표면 영역에 전극층이 형성된 전기 화학 디바이스가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
그러나, 상기한 전기 화학 디바이스에 있어서는 이하와 같은 문제가 있다.
전극 시트는 그 두께가 작아 취급하기 어려운 것이므로, 이와 같은 전극 시트를 절첩하면서 높은 위치 정밀도로 적중하는 것은 실제상 곤란하다. 그리고, 전극 시트를 절첩할 때에 상기 전극 시트의 위치 어긋남이 발생하면, 전극 시트끼리 접촉하여 단락될 우려가 있다.
또한, 적층된 집전체 부분 각각과 전극 단자를 용접 등에 의해 전기적으로 접속할 때에, 다수의 집전체 부분이 적층되어 있음으로써 전체의 두께가 상당히 두꺼운 것으로 되어, 예를 들어 하층의 집전체 부분과 전극 단자의 두께 방향의 거리가 상당히 길어지므로, 용접의 에너지가 하층의 집전체 부분까지 충분히 도달하지 않는 경우가 많다. 그로 인해, 용접의 에너지가 도달하지 않는 집전체 부분은 전극 단자가 확실하게 전기적으로 접속되지 않아, 그 결과 접촉 저항이 높아진다고 하는 문제가 있다.
또한, 다수의 집전체 부분 및 전극층이 적층되어 있으므로, 전극 유닛이 축열되기 쉽다고 하는 문제가 있다.
또한, 집전체 위에는 그의 폭 방향의 전체 영역에 걸쳐서 전극층이 형성되어 있으므로, 즉 집전체에 있어서의 측주연부(側周緣部) 상의 위치에도 전극층이 형성되어 있으므로, 세퍼레이터가 약간만 위치에서 어긋나도 전극 시트 각각에서의 서로 대향하는 전극층이 접촉하여 단락될 우려가 있다.
본 발명은 이상과 같은 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 그 제1 목적은, 한 쌍의 전극 시트가 세퍼레이터를 통해 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전기 화학 디바이스에 있어서, 전극 시트의 절첩시에 위치 어긋남이 발생하여 전극 시트끼리 접촉한 경우라도, 전극 시트끼리 단락되는 것을 방지할 수 있는 전기 화학 디바이스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은, 전극 유닛의 축열을 억제할 수 있는 전기 화학 디바이스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제3 목적은, 집전체와, 이 집전체에 접속되는 전극 단자의 접촉 저항이 낮은 전기 화학 디바이스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 제4 목적은, 세퍼레이터가 위치에서 어긋나더라도, 전극 시트 각각에서의 전극층이 서로 접촉하여 단락되는 것을 방지할 수 있는 전기 화학 디바이스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 전기 화학 디바이스는 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 하기 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛을 갖는 전기 화학 디바이스이며,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각은 띠 형상의 집전체와, 이 집전체의 적어도 한 면에 있어서의 주연부 및 절첩 연부에 의해 포위된 평면 영역의 각각에 형성된 복수개의 전극층과, 상기 집전체에 있어서의 주연부 및 절첩 연부 각각의 양면에 형성된 절연막을 가져 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전기 화학 디바이스에 있어서, 전극 유닛은, 한 쌍의 전극 시트가 각각의 길이 방향이 서로 직교하고, 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 지그재그로 복수회 절첩되어 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 한쪽의 전극 시트의 전극층의 면적이, 상기 한쪽의 전극 시트의 전극층에 대향하는 다른 쪽의 전극 시트의 전극층의 면적보다 큰 것이 바람직하고, 이와 같은 전기 화학 디바이스에 있어서는, 부극이 되는 전극 시트의 전극층의 면적이, 상기 부극이 되는 전극 시트의 전극층에 대향하는 정극이 되는 전극 시트의 전극층의 면적보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 전극층이 집전체의 양면에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전극층 각각의 평면 형상이 대략 정사각형 또는 대략 직사각형인 것이 바람직하고, 특히 전극층 각각의 평면 형상이, 네 모서리가 둥글게 된 대략 정사각형 또는 대략 직사각형인 것이 바람직하다.
또한, 전극층 각각의 두께가 10 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다.
또한, 집전체에는 전극층이 형성된 부분의 적어도 일부의 영역에, 1개 이상의 관통 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 한 쌍의 전극 시트 각각에는 집전체의 측연부로부터 돌출되는 인출 단자가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 한 쌍의 전극 시트 각각에는 집전체의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자가 형성되어 있고, 상기 인출 단자의 각각은 상기 전극 시트의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 인출 단자의 한 면 또는 양면의 적어도 일부의 영역에 절연막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전극 시트 각각에는 그 절첩 연부의 적어도 일부의 영역에 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전극 시트의 절첩 연부에 형성된 구멍의 적어도 일부의 내벽면에 절연층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전극 시트 각각에 있어서의 전극층은 그 주연 부분이 절연막 위에 겹쳐지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
한 쌍의 전극 시트에 있어서 서로 대향하는 전극층 각각의 사이에 세퍼레이터가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 한 쌍의 전극 시트에 있어서 서로 대향하는 전극층 각각의 사이에 전해액이 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 부극이 되는 전극 시트에 있어서 전극층에 리튬 이온이 도핑되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 리튬 이온 캐패시터로서 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전기 화학 디바이스는, 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 하기 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 전기 화학 디바이스이며,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각은 띠 형상의 집전체와, 이 집전체의 적어도 한 면에 형성된 전극층을 가져 이루어지고,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각에는 상기 집전체의 측연부로부터 돌출되는 인출 단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 전기 화학 디바이스에 있어서는, 한 쌍의 전극 시트 각각에는 상기 집전체의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자가 형성되어 있고, 상기 인출 단자 각각은 상기 전극 시트의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전기 화학 디바이스는 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 하기 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 전기 화학 디바이스이며,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각은 띠 형상의 집전체와, 이 집전체의 적어도 한 면에 있어서의 주연부 및 절첩 연부에 의해 포위된 평면 영역 각각에 형성된 복수개의 전극층을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 전기 화학 디바이스에 있어서는, 상기 전극층 각각의 평면 형상이 직사각 형상인 것이 바람직하다.
본 발명의 전기 화학 디바이스에 따르면, 전극 시트의 집전체에 있어서의 주연부 및 절첩 연부 각각의 양면에 절연막이 형성되어 있으므로, 전극 시트의 절첩시에 위치 어긋남이 발생하여 전극 시트끼리 접촉한 경우라도, 전극 시트끼리 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 한 쌍의 전극 시트 각각에, 집전체의 측연부로부터 돌출되는 인출 단자가 형성되어 있는 구성에 따르면, 이 탭을 통해 전극 유닛에서 발생한 열이 방산되므로 상기 전극 유닛의 축열을 방지 또는 억제할 수 있다.
또한, 집전체의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자 각각이 전극 시트의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 형성된 구성에 따르면, 모든 인출 단자 각각을 용접 등에 의해 전극 단자와 직접 접속시킬 수 있으므로, 인출 단자와 전극 단자의 용접에 있어서 에너지를 전하기 쉽고, 이에 의해 인출 단자와 전극 단자의 전기적 접속이 확실하게 달성되고, 그 결과 접속 불량이 발생하기 어렵고, 접촉 저항이 높아지는 것을 방지할 수 있고, 수율도 향상된다.
또한, 집전체의 적어도 한 면에 있어서의 주연부 및 절첩 연부에 의해 포위된 평면 영역 각각에 복수개의 전극층이 형성된 구성에 따르면, 세퍼레이터가 위치에서 어긋나도 전극 시트 각각에 있어서 전극층이 서로 접촉하여 단락되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전기 화학 디바이스의 일례에 있어서의 전극 유닛의 구성의 개략을 도시하는 설명용 단면도이며, (a)는 정극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 횡단면도, (b)는 부극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 종단면도이다.
도 2는 전극 유닛의 일부를 확대하여 도시하는 설명용 단면도이며, (a)는 정극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 횡단면도, (b)는 부극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 종단면도이다.
도 3은 정극 전극 시트의 구성을 도시하는 설명도이며, (a)는 정극 전극 시트를 전개한 상태에서 도시하는 평면도, (b)는 정극 전극 시트를 전개한 상태에서 길이 방향으로 절단하여 도시하는 단면도, (c)는 정극 전극 시트를 절첩한 상태에서 도시하는 평면도이다.
도 4는 부극 전극 시트의 구성을 도시하는 설명도이며, (a)는 부극 전극 시트를 전개한 상태에서 도시하는 평면도, (b)는 부극 전극 시트를 전개한 상태에서 길이 방향으로 절단하여 도시하는 단면도, (c)는 부극 전극 시트를 절첩한 상태에서 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 전기 화학 디바이스의 다른 예에 있어서의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트의 일부를 확대하여 도시하는 설명용 단면도이다.
도 6은 본 발명의 전기 화학 디바이스의 또 다른 예에 있어서의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트의 전극층을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 2는 전극 유닛의 일부를 확대하여 도시하는 설명용 단면도이며, (a)는 정극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 횡단면도, (b)는 부극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 종단면도이다.
도 3은 정극 전극 시트의 구성을 도시하는 설명도이며, (a)는 정극 전극 시트를 전개한 상태에서 도시하는 평면도, (b)는 정극 전극 시트를 전개한 상태에서 길이 방향으로 절단하여 도시하는 단면도, (c)는 정극 전극 시트를 절첩한 상태에서 도시하는 평면도이다.
도 4는 부극 전극 시트의 구성을 도시하는 설명도이며, (a)는 부극 전극 시트를 전개한 상태에서 도시하는 평면도, (b)는 부극 전극 시트를 전개한 상태에서 길이 방향으로 절단하여 도시하는 단면도, (c)는 부극 전극 시트를 절첩한 상태에서 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 전기 화학 디바이스의 다른 예에 있어서의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트의 일부를 확대하여 도시하는 설명용 단면도이다.
도 6은 본 발명의 전기 화학 디바이스의 또 다른 예에 있어서의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트의 전극층을 확대하여 도시하는 평면도이다.
이하, 본 발명의 전기 화학 디바이스의 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 전기 화학 디바이스의 일례에 있어서의 전극 유닛의 구성의 개략을 도시하는 설명용 단면도이며, (a)는 정극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 횡단면도, (b)는 부극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 종단면도이고, 도 2는 전극 유닛의 일부를 확대하여 도시하는 설명용 단면도이며, (a)는 정극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 횡단면도, (b)는 부극 전극 시트의 폭 방향을 따라서 절단한 종단면도이다. 이 전기 화학 디바이스는 리튬 이온 캐패시터이며, 외장 용기(도시 생략) 내에 전극 유닛 (1)이 수용되는 동시에 전해액이 충전되어 구성되어 있다. 전극 유닛 (1)은, 띠 형상의 정극 전극 시트 (10) 및 띠 형상의 부극 전극 시트 (20)이, 각각의 길이 방향이 서로 직교하고, 후술하는 전극층 (12, 22)가 서로 접촉하지 않도록 직사각형의 시트 형상의 세퍼레이터 (30)을 통해 교대로 적중되도록 지그재그로 복수회 절첩되어 구성되어 있다.
정극 전극 시트 (10)은, 도 3에도 도시한 바와 같이 띠 형상의 정극 집전체 (11)을 갖고, 이 정극 집전체 (11)의 양면에는 상기 정극 집전체 (11)의 주연부 (11a) 및 절첩 연부 (11b)에 의해 포위된 평면 영역 (11c)의 각각에 정극 활물질을 함유하여 이루어지는 복수개의 전극층 (12)가 형성되고, 상기 정극 집전체 (11)의 주연부 (11a) 및 절첩 연부 (11b)의 양면에는 절연막 (13)이 전극층 (12)를 포위하도록 형성되어 있다. 이 절연막 (13)은 정극 집전체 (11)의 측면에도 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 절연막 (13)을 정극 집전체 (11)의 측면에 형성함으로써, 정극 전극 시트 (10)과 부극 전극 시트 (20)을 세퍼레이터 (30)을 통해 교대로 적중되도록 지그재그로 절첩할 때에, 정극 집전체 (11)의 측면이 부극 집전체 (21)에 접촉되는 것이 방지되므로, 내부 단락의 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 이상과 같은 이유에 의해, 정극 집전체 (11)에 있어서의 각 절첩 연부 (11b)의 모서리부에 충분한 두께의 절연막 (13)을 확실하게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 정극 전극 시트 (10)에는 복수개의 구멍 (14)가 절첩 연부를 따라서 배열되도록 천공 형상으로 형성되어 있다.
또한, 정극 전극 시트 (10)에 있어서의 전극층 (12)의 형상은 대략 직사각형 또는 대략 정사각형인 것이 바람직하다.
또한, 부극 전극 시트 (20)은, 도 4에도 도시한 바와 같이 띠 형상의 부극 집전체 (21)을 갖고, 이 부극 집전체 (21)의 양면에는 상기 부극 집전체 (21)의 주연부 (21a) 및 절첩 연부 (21b)에 의해 포위된 평면 영역 (21c)의 각각에 부극 활물질을 함유하여 이루어지는 복수개의 전극층 (22)가 형성되고, 상기 부극 집전체 (21)의 주연부 (21a) 및 절첩 연부 (21b)의 양면에는 절연막 (23)이 전극층 (22)를 포위하도록 형성되어 있다. 이 절연막 (23)은 부극 집전체 (21)의 측면에도 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 절연막 (23)을 부극 집전체 (21)의 측면에 형성함으로써, 정극 전극 시트 (10)과 부극 전극 시트 (20)을 세퍼레이터 (30)을 통해 교대로 적중되도록 지그재그로 절첩할 때에, 부극 집전체 (21)의 측면이 정극 집전체 (11)에 접촉되는 것이 방지되므로, 내부 단락의 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 이상과 같은 이유에 의해, 부극 집전체 (21)에 있어서의 각 절첩 연부 (21b)의 모서리부에 충분한 두께의 절연막 (23)을 확실하게 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 정극 전극 시트 (10)의 주연부 (11a) 및 부극 전극 시트 (20)의 주연부 (21a)에 각각 절연막 (13) 및 절연막 (23)이 형성되어 있음으로써, 각 절연막 (13, 23)의 형성시에 발생한 핀 홀에 의한 단락의 영향을 현저하게 저하시킬 수 있다.
또한, 부극 전극 시트 (20)에는 복수개의 구멍 (24)가 절첩 연부를 따라서 배열되도록 천공 형상으로 형성되어 있다.
또한, 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (22)의 형상은 대략 직사각형 또는 대략 정사각형인 것이 바람직하다.
정극 집전체 (11) 및 부극 집전체 (21)(이하, 양자를 합쳐서 「전극 집전체」라고도 함)은, 후술하는 전극층 (12, 22)가 형성되는 부분의 적어도 1개의 영역에 1개 이상의 관통 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 관통 구멍은, 예를 들어 펀칭이나 에칭에 의해 형성할 수 있다. 또한, 전극 집전체의 관통 구멍의 형상은 원형, 직사각형, 그 밖의 적절한 형상으로 설정할 수 있다. 또한, 전극 집전체의 관통 구멍의 형상이 원형이면 상기 관통 구멍의 형성에 있어서 에칭 가공성이 높고, 전극 집전체의 관통 구멍의 형상이 직사각형이면 슬러리를 도포할 때에 관통 구멍에 슬러리를 용이하게 진입시키는 것이 가능하다. 이와 같은 관통 구멍이 형성된 전극 집전체를 사용함으로써, 리튬 이온이 전극 집전체의 관통 구멍을 통해 자유롭게 각 전극 사이를 이동하므로, 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (22)에 리튬 이온을 균일하게 단시간에 효율적으로 도핑할 수 있다.
또한, 전극 집전체의 두께는 강도 및 경량화의 관점으로부터 20 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다.
또한, 전극 집전체의 관통 구멍의 크기는 직경이 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위일 수 있고, 관통 구멍의 개구율은 전극 집전체의 한 면의 표면적을 100 ％로 했을 때 20 ％ 내지 70 ％ 정도인 것이 바람직하다. 관통 구멍의 개구율이 20 ％ 내지 70 ％의 범위 내인 경우에는, 저저항이며 리튬 이온의 도핑 성능이 높은 전기 화학 디바이스를 얻을 수 있다.
전극 집전체의 재질로서는, 일반적으로 유기 전해질 전지 등의 용도로 사용되고 있는 다양한 것을 사용할 수 있다. 부극 집전체 (21)의 재질의 구체예로서는, 스테인리스, 구리, 니켈 등을 들 수 있고, 정극 집전체 (11)의 재질로서는, 알루미늄, 스테인리스 등을 들 수 있다.
정극 전극 시트 (10)에 있어서의 전극층 (12)는, 예를 들어 테트라플루오로보레이트와 같은 음이온을 가역적으로 담지 가능한 정극 활물질을 함유하여 이루어지는 것이다.
전극층 (12)를 구성하는 정극 활물질로서는, 예를 들어 활성탄, 도전성 고분자, 방향족계 축합 중합체의 열처리물이며 수소 원자/탄소 원자의 원자수비(이하, 「H/C」라고 기재함)가 0.05 내지 0.50인 폴리아센계 골격 구조를 갖는 폴리아센계 유기 반도체(이하, 「PAS」라고 함) 등을 사용할 수 있다.
부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (22)는 리튬 이온을 가역적으로 담지 가능한 부극 활물질을 함유하여 이루어지는 것이다.
전극층 (22)를 구성하는 부극 활물질로서는, 예를 들어 흑연, 난흑연화 탄소, 방향족계 축합 중합체의 열처리물이며 H/C가 0.50 내지 0.05인 PAS 등을 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명의 전기 화학 디바이스에 있어서, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (12, 22)는 정극 활물질 또는 부극 활물질(이하, 양자를 합쳐서 「전극 활물질」이라고도 함)을 함유하여 이루어지는 재료를 사용하여 전극 집전체 위에 형성되는데, 그 방법은 특정되지 않고 공지된 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 스크린 인쇄 방법, 전사 인쇄 방법, 슬릿 다이 도공 방법 등의 방법에 의해, 전극 활물질을 함유하는 슬러리를 도포하는 방법을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 전극 활물질의 분말, 결합제 및 필요에 따라서 도전성 분말이 수계 매체 또는 유기 용매 중에 분산되어 이루어지는 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 전극 집전체의 표면에 도포하여 건조시킴으로써, 또는 상기 슬러리를 미리 시트 형상으로 성형하고, 얻어지는 성형체를 전극 집전체의 표면에 부착함으로써 전극층 (12, 22)를 형성할 수 있다.
여기서, 슬러리의 제조에 사용되는 결합제로서는, 예를 들어 SBR 등의 고무계 결합제나, 폴리4불화에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소 함유 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지를 들 수 있다. 이들 중에서는, 결합제로서 불소계 수지가 바람직하고, 특히 불소 원자/탄소 원자의 원자수비(이하, 「F/C」라고 함)가 0.75 이상이고 1.5 미만인 불소계 수지를 사용하는 것이 바람직하고, F/C가 0.75 이상이고 1.3 미만인 불소계 수지가 더욱 바람직하다.
결합제의 사용량은 전극 활물질의 종류나 전극 형상 등에 따라서 다르지만, 전극 활물질에 대해 1 내지 20 질량％, 바람직하게는 2 내지 10 질량％이다.
또한, 필요에 따라서 사용되는 도전성 분말로서는, 예를 들어 아세틸렌블랙, 그래파이트, 금속 분말 등을 들 수 있다. 이 도전성 분말의 사용량은 전극 활물질의 전기 전도도, 전극 형상 등에 따라서 다르지만, 전극 활물질에 대해 2 내지 40 질량％의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
전극 집전체에 상기 슬러리를 도공함으로써 전극층 (12, 22)를 형성하는 경우에는, 전극 집전체의 도공면에 도전성 재료를 포함하는 하지층(下地層)을 형성할 수도 있다. 전극 집전체의 표면에 슬러리를 직접 도공하는 경우에는, 전극 집전체가 다공재이므로 슬러리가 전극 집전체의 구멍으로부터 누출되거나, 또는 전극 집전체의 표면이 평활하지 않으므로 균일한 두께를 갖는 전극층 (12, 22)를 형성하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 그리고, 전극 집전체의 표면에 하지층을 형성함으로써, 구멍이 하지층에 의해 막히는 동시에 평활한 도공면이 형성되므로, 슬러리를 도공하기 쉬워지는 동시에 균일한 두께를 갖는 전극층 (12, 22)를 형성할 수 있다. 또한, 전극층 (12, 22)의 형성에 있어서, 슬러리를 도포한 후 프레스 가공을 실시할 수 있고, 이에 의해 균일한 두께를 갖는 전극층 (12, 22)를 확실하게 형성할 수 있다.
정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (12, 22)의 두께는, 얻어지는 전기 화학 디바이스에 충분한 에너지 밀도가 확보되도록 전극층 (12, 22) 각각의 두께가 균형 잡히도록 설계되는데, 얻어지는 전기 화학 디바이스의 출력 밀도, 에너지 밀도 및 공업적 생산성 등의 관점으로부터 10 내지 100 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 내지 80 ㎛이다.
정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 절연막 (13, 23)을 구성하는 재료로서는, 광경화성 수지 또는 열경화성 수지 등을 사용할 수 있다. 이러한 경화성 수지의 구체예로서는, 폴리이미드계, 에폭시계, 아크릴계의 수지 재료를 베이스로 하여, 광개시제, 가교제를 부가한 것, 또는 그들에 가요성을 부여하기 위해 미소한 가교 고무 입자를 혼합한 것 등을 들 수 있다.
절연막 (13, 23)의 두께는, 예를 들어 1 내지 20 ㎛이고, 바람직하게는 2 내지 5 ㎛이다.
절연막 (13, 23)에 있어서 전극 집전체의 주연부 (11a, 21a) 위에 위치하는 부분의 폭은 전극층 (12, 22)의 치수에 따라서 다르지만, 150 내지 800 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200 내지 600 ㎛이다.
또한, 절연막 (13, 23)에 있어서의 전극 집전체의 절첩 연부 (11b, 21b) 위에 위치하는 부분의 폭은 전극층 (12, 22)의 치수에 따라서 다르지만, 100 내지 10000 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 200 내지 7000 ㎛이다.
정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 각각에 있어서의 절첩 연부에 형성된 구멍 (14, 24)의 크기, 형상, 피치에 대해서는 특별히 한정은 하지 않지만, 직경이 0.5 ㎜인 원 형상이고, 2㎜의 피치로 직선 형상으로 배열되도록 형성한 경우에는, 상기 전기 화학 디바이스를 제조할 때에 전해액의 주입 공정에 있어서, 구멍 (14, 24)를 통해 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 사이에 전해액을 원활하게 진입시킬 수 있다. 또한, 구멍 (14, 24)의 내벽면에도 절연막 (13, 23)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 전기 화학 디바이스에 있어서는, 세퍼레이터 (30)을 통해 서로 대향하는 정극 전극 시트 (10)의 전극층 (12) 및 부극 전극 시트 (20)의 전극층 (22) 중 어느 한쪽의 면적이 다른 쪽의 전극층의 면적보다 큰 것이 바람직하고, 특히 부극 전극 시트 (20)의 전극층 (22)의 면적이, 상기 전극층 (22)에 세퍼레이터 (30)을 통해 대향하는 정극 전극 시트 (10)의 전극층 (12)의 면적보다 큰 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 따르면, 금속 리튬의 석출이 부극 전극 시트 (20)의 전극층 (22)의 엣지 부분에 집중하여 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 금속 리튬에 의한 정극 전극 시트 (10)과 부극 전극 시트 (20) 사이의 단락을 방지할 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
또한, 정극 전극 시트 (10)에는 정극 집전체 (11)의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자(집전 탭) (15)가 형성되고, 부극 전극 시트 (20)에는 부극 집전체 (21)의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자 (25)가 형성되어 있다. 이 예에서는, 인출 단자 (15, 25) 각각은 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (12, 22)에 대응하여 설치되어 있고, 전극층 (12, 22) 각각의 측방 위치에 있어서 정극 집전체 (11)의 측연부로부터 돌출되도록 형성되고, 또한 인출 단자 (15, 25) 각각은 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 배치되어 있다. 또한, 인출 단자 (15, 25)는 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 모든 전극층 (12, 22)에 대응하여 형성되어 있을 필요는 없고, 예를 들어 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 각 전극층 (12, 22)를 하나 걸러서, 동일 방향을 향하는 측연부로부터 돌출되도록 형성되어 있을 수도 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 이후의 조립 공정에 있어서 인출 단자 (15, 25)를 각각 정극 전극 단자 및 부극 전극 단자에 접속할 때에, 저항 용접, 초음파 용접 등의 용접에 의한 접합을 안정적으로 행할 수 있다. 이에 대해, 적중 방향으로 복수매 겹쳐서 용접하는 경우에는, 중간의 층에서 접합 불량이 발생할 가능성이 높아진다.
또한, 각각 동일 방향을 향하는 측연부로부터 복수개의 인출 단자 (15, 25)를 형성한 경우에는, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 각각으로부터 돌출되는 인출 단자 (15, 25)의 돌출 방향이 한 쪽으로 집약되므로, 정극 전극 단자 및 부극 전극 단자를 용접할 때의 공정을 간략화할 수 있어, 재료비도 삭감할 수 있다.
또한, 인출 단자 (15, 25)의 한 면의 적어도 일부의 영역에는 절연막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 절연막의 재질 및 두께 등은 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 절연막 (13, 23)과 마찬가지이다. 또한, 인출 단자 (15, 25)를 저항 용접할 때에는, 상기 인출 단자 (15, 25)에 형성된 절연막에 대해 용접에 필요한 영역에 개구를 형성하고, 인출 단자 (15, 25)의 용접이 종료된 후 개구에 절연막을 재형성할 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 인출 단자 (15, 25)의 한 면에 리튬 금속이 석출되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 정극 집전체 (11)에 형성된 인출 단자 (15) 각각은 적절한 전기적 접속 수단에 의해 외장 용기에 설치된 정극 전극 단자(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있고, 부극 집전체 (21)에 형성된 인출 단자 (25)는 적절한 전기적 접속 수단에 의해 외장 용기에 설치된 부극 전극 단자(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있다.
이와 같은 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)은, 예를 들어 이하와 같이 하여 제조할 수 있다.
우선, 측연부에 인출 단자가 형성된 띠 형상의 전극 집전체를 제작한다. 전극 집전체에 인출 단자를 형성하는 방법으로서는, 목적으로 하는 전극 집전체보다 큰 폭을 갖는 전극 집전체 재료를 준비하고, 이 전극 집전체 재료를, 예를 들어 에칭 처리하는 방법을 사용할 수 있다. 전극 집전체의 구멍을 에칭 처리에 의해 형성하는 경우에는, 상기 전극 집전체의 구멍 형성 공정과 동시에 인출 단자를 형성할 수 있다. 또한, 금속판을 직사각 형상의 그물코 형상으로 상온에서 잡아당겨 늘려 절단함으로써 또는 프레스 가공함으로써 전극 집전체를 형성할 수도 있다.
계속해서, 전극 집전체에 있어서의 주연부 및 절첩 연부의 양면 및 인출 단자의 한 면에, 액상의 경화성 수지를 도포하여 경화 처리를 실시함으로써 절연막을 형성한다.
그리고, 전극 집전체의 양면에 있어서의 절연막에 의해 포위된 평면 영역에, 전극 활물질 및 결합제를 함유하여 이루어지는 슬러리를 도포하여 건조시키고, 얻어진 도포층에 대해 프레스 가공을 실시하여 전극층을 형성함으로써, 정극 전극 시트 (10) 또는 부극 전극 시트 (20)이 얻어진다.
세퍼레이터 (30)으로서는, 전해액, 정극 활물질 또는 부극 활물질에 대해 내구성이 있고, 전해액을 함침 가능한 연통 기공을 갖는 전기 전도성이 작은 다공체 등을 사용할 수 있다.
세퍼레이터 (30)의 재질로서는, 셀룰로오스(종이), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스/레이온, 그 밖의 공지의 것을 사용할 수 있다. 이들 중에서는, 셀룰로오스(종이), 셀룰로오스/레이온이 내구성 및 경제성의 점에서 바람직하다.
또한, 세퍼레이터 (30)의 두께는, 예를 들어 20 내지 50 ㎛이다.
또한, 세퍼레이터 (30)은 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 각각에 있어서의 전극층 (11, 22)의 표면의 면적보다 큰 면적을 갖는 것일 수 있고, 서로 대향하는 전극층 (11, 22)를 전기적으로 격리할 수 있는 크기의 것이 바람직하다.
전극 유닛 (1)이 수용되는 외장 용기로서는, 일반적으로 전지 또는 캐패시터에 사용되고 있는 다양한 것을 사용할 수 있고, 예를 들어 철, 알루미늄 등의 금속 재료, 내벽에서의 단락을 방지하기 위해 내면에 절연 코팅을 실시한 금속 재료, 세라믹 재료, 수지 재료, 또는 그들을 적층한 복합 재료 등으로 이루어지는 캔형의 것, 예를 들어 알루미늄과, 나일론, 폴리프로필렌 등의 고분자 재료가 적층되어 이루어지는 라미네이트 필름을 사용한 필름형의 것 등을 사용할 수 있다.
외장 용기 내에 충전되는 전해액으로서는, 리튬염의 비-양성자성 유기 용매 전해질 용액을 사용할 수 있다.
전해질을 구성하는 리튬염으로서는, 리튬 이온을 이송 가능하고, 고전압 하에 있어서도 전기 분해를 일으키지 않아 리튬 이온이 안정적으로 존재할 수 있는 것이면 좋고, 그 구체예로서는 LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등을 들 수 있다.
비-양성자성 유기 용매의 구체예로서는, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, γ-부티로락톤, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라히드로푸란, 디옥소란, 염화메틸렌, 술포란 등을 들 수 있다. 이들 비-양성자성 유기 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
전해액은 상기한 전해질 및 용매를 충분히 탈수된 상태에서 혼합함으로써 제조되는데, 전해액 중의 전해질의 농도는 전해액에 의한 내부 저항을 작게 하기 위해 적어도 0.1 몰/L 이상인 것이 바람직하고, 0.5 내지 1.5 몰/L인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같은 전해액은, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 서로 대향하는 전극층 (12, 22) 각각의 사이에 존재하도록 주입된다.
이와 같은 전기 화학 디바이스는 외장 용기 내에, 전극 유닛 (1)을 리튬 금속박으로 이루어지는 리튬 이온 공급원과 함께 배치하고, 소요의 전기 접속 작업을 행한 후, 외장 용기 내에 전해액을 충전함으로써 얻어진다. 여기서, 외장 용기 내에 있어서는, 부극 전극 시트 (20)의 전극층 (22)와 리튬 이온 공급원의 전기 화학적 접촉에 의해, 리튬 이온 공급원으로부터 방출되는 리튬 이온이 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (22)에 도핑된다.
리튬 이온 공급원은, 예를 들어 전극 유닛 (1)의 상면 및 하면을 형성하는 부극 전극 시트 (20) 상에, 세퍼레이터를 통해 배치될 수 있다.
리튬 이온 공급원을 구성하는 리튬 금속박의 두께는 부극 전극 시트 (20)의 전극층 (22)에 미리 담지하는 리튬 이온의 양을 고려하여 적절하게 정해지지만, 통상 1 내지 300 ㎛이고, 바람직하게는 10 내지 300 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 300 ㎛이다.
또한, 리튬 이온 공급원은 금속제의 시트 형상의 집전체에 증착, 압착 또는 적중되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 있어서는, 리튬 이온 공급원에 압착 또는 적중된 집전체에 인출 단자를 설치함으로써, 부극 전극 시트 (20) 또는 부극 전극 단자에 전기적으로 접속할 수 있어, 리튬 이온의 도핑을 원활하게 행할 수 있다. 또한, 미리 부극 활물질층 중에 리튬 금속을 혼련하여 넣는 등의 방법에 의해, 전극층 (22)에 리튬 이온을 담지시켜 둘 수도 있다.
여기서 집전체로서는, 리튬 이온 공급원을 구성하는 리튬 금속이 압착되기 쉬운 것을 사용하는 것이 바람직하고, 필요에 따라서 리튬 이온이 통과하도록 전극 집전체와 동일한 가공 구조의 것을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 집전체의 재질로서는, 스테인리스, 구리 등 리튬 금속과 반응하지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하고, 그 두께가 10 내지 200 ㎛인 것이 바람직하다.
상기한 전기 화학 디바이스에 따르면, 정극 전극 시트 (10)의 정극 집전체 (11) 및 부극 전극 시트 (20)의 부극 집전체 (21)에 있어서의 주연부 (11a, 21a) 및 절첩 연부 (11b, 21b) 각각의 양면에 절연막 (13)이 형성되어 있으므로, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)의 절첩시에 위치 어긋남이 발생하여 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)끼리 접촉한 경우라도, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 각각에, 절첩 연부를 따라서 복수개의 구멍 (14, 24)가 형성되어 있으므로, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)을 절첩할 때에 그 접힘이 규칙적으로 행해지고, 이후의 공정에서 전해액을 주입할 때에는, 전해액이 구멍 (14, 24)를 통해 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 사이에 진입하므로 세퍼레이터 (30)에 대해 전해액을 용이하게 함침시킬 수 있다.
또한, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)의 절첩 작업을 절첩 장치에 의해 행하는 경우에는, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)의 구멍 (14, 24)를 정렬 마크로서 이용할 수 있거나, 또는 구멍 (14, 24)에 가이드핀을 삽입하여 위치 결정 구멍으로서 이용할 수도 있다.
또한, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 각각에, 정극 집전체 (11) 또는 부극 집전체 (21)의 측연부로부터 돌출되는 인출 단자 (15, 25)가 형성되어 있음으로써, 이 인출 단자 (15, 25)를 통해 전극 유닛 (1)에 발생한 열이 방산되므로 상기 전극 유닛 (1)의 축열을 방지 또는 억제할 수 있다.
또한, 정극 집전체 (11) 및 부극 집전체 (21)의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자 각각이 전극 시트의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 형성되어 있음으로써, 모든 인출 단자 (15, 25) 각각을 용접 등에 의해 정극 전극 단자 또는 부극 전극 단자와 직접 접속시킬 수 있으므로, 인출 단자 (15, 25)와 정극 전극 단자 또는 부극 전극 단자의 용접에 있어서 에너지가 전해지기 쉽고, 이에 의해 인출 단자 (15, 25)와 정극 전극 단자 또는 부극 전극 단자의 전기적 접속이 확실하게 달성되고, 그 결과 접속 불량이 발생하기 어렵고, 접촉 저항이 높아지는 것을 방지할 수 있고, 수율도 향상된다.
또한, 정극 집전체 (11) 및 부극 집전체 (21)의 양면에 있어서의 주연부 및 절첩 연부에 의해 포위된 평면 영역 각각에 복수개의 전극층 (12, 22)가 형성되어 있음으로써, 세퍼레이터 (30)이 위치에서 어긋나도, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 각각에 있어서의 전극층 (12, 22)가 서로 접촉하여 단락되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 전기 화학 디바이스의 다른 예에 있어서의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트의 일부를 확대하여 도시하는 설명용 단면도이다.
이 예의 전기 화학 디바이스에 있어서는, 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트 각각에 있어서의 전극층 (12, 22)는 각각의 주연 부분 (12a, 22a)가 절연막 (13, 23) 위에 겹쳐지도록 형성되어 있다. 그 밖의 구성은, 도 1 내지 도 4에 도시하는 전기 화학 디바이스의 구성과 마찬가지다.
전극층 (12, 22)의 주연 부분 (12a, 22a)의 폭, 즉 전극층 (12, 22)와 절연막 (13, 23)이 겹쳐지는 영역의 폭은 특별히 한정되지 않지만, 100 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 전극층 (12, 22)는 절연막 (13, 23)이 겹쳐지는 영역에 있어서의 전극층 (12, 22) 및 절연막 (13, 23)의 합계의 두께와, 전극층 (12, 22)에 있어서의 전극 집전체의 바로 위에 형성된 부분의 두께가 동등해지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 따르면, 전극층 (12, 22)의 표면 전체면이 편평한 상태가 되므로, 전극 유닛을 외장 용기 내에 수용할 때에 전극층 (12, 22)의 표면의 일부가 돌출됨으로써 발생하는 응력의 집중을 회피할 수 있다.
이와 같은 전기 화학 디바이스에 따르면, 도 1 내지 도 4에 도시하는 전기 화학 디바이스와 동일한 효과가 얻어지는 동시에, 상기 전기 화학 디바이스를 제조할 때에, 전극 활물질을 함유하여 이루어는 슬러리의 도포 공정에 있어서 도포 정밀도의 편차가 발생하더라도, 얻어지는 전극층 (12, 22)와 절연막 (13, 23) 사이에 간극이 형성되는 경우가 없으므로, 이에 의해 집전체 (11, 21)의 표면이 전해액 중에 노출되는 것을 방지할 수 있고, 집전체 (11, 21)의 노출 부분에 금속 리튬이 석출됨으로써 발생하는 정극 전극 시트 (10)과 부극 전극 시트 (20)의 단락을 회피할 수 있다.
도 6은 본 발명의 전기 화학 디바이스의 또 다른 예에 있어서의 정극 전극 시트 및 부극 전극 시트의 전극층을 확대하여 도시하는 평면도이다.
이 예의 전기 화학 디바이스에 있어서는, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20) 각각에 있어서의 전극층 (12, 22)는, 그 평면 형상이 네 모서리가 둥글게 된 대략 정사각형 또는 대략 직사각형으로 되어 있다. 그 밖의 구성은 도 1 내지 도 4에 도시하는 전기 화학 디바이스의 구성과 마찬가지이다.
이와 같은 전기 화학 디바이스에 따르면, 전극층 (12, 22)의 평면 형상이 네 모서리가 둥글게 된 대략 정사각형 또는 대략 직사각형이므로, 전계가 전극층 (12, 22)의 네 모서리에 집중됨으로써 누설 전류의 발생을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 전기 화학 디바이스에 대해 리튬 이온 캐패시터로서 실시한 경우의 형태를 설명하였지만, 본 발명의 전기 화학 디바이스는, 한 쌍의 전극 시트가 세퍼레이터를 통해 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛을 갖는 것이면 리튬 이온 캐패시터로 한정되지 않고, 예를 들어 전기 이중층 캐패시터 등 그 밖의 캐패시터, 리튬 이온 2차 전지 등의 전지에도 적절하게 적용할 수 있다.
또한, 정극 전극 시트 (10) 및 부극 전극 시트 (20)에 있어서의 전극층 (12, 22)는 상기 정극 전극 시트 (10) 및 상기 부극 전극 시트 (20)의 한 면에만 형성되어 있을 수도 있다.
1 : 전극 유닛
10 : 정극 전극 시트
11 : 정극 집전체
11a : 주연부
11b : 절첩 연부
11c : 평면 영역
12 : 전극층
12a : 주연 부분
13 : 절연막
14 : 구멍
15 : 인출 단자
20 : 부극 전극 시트
21 : 부극 집전체
21a : 주연부
21b : 절첩 연부
21c : 평면 영역
22 : 전극층
22a : 주연 부분
23 : 절연막
24 : 구멍
25 : 인출 단자
30 : 세퍼레이터
10 : 정극 전극 시트
11 : 정극 집전체
11a : 주연부
11b : 절첩 연부
11c : 평면 영역
12 : 전극층
12a : 주연 부분
13 : 절연막
14 : 구멍
15 : 인출 단자
20 : 부극 전극 시트
21 : 부극 집전체
21a : 주연부
21b : 절첩 연부
21c : 평면 영역
22 : 전극층
22a : 주연 부분
23 : 절연막
24 : 구멍
25 : 인출 단자
30 : 세퍼레이터
Claims (23)
- 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 하기 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중(積重)되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 전기 화학 디바이스로서,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각은 띠 형상의 집전체와, 이 집전체의 적어도 한 면에 있어서의 주연부(周緣部) 및 절첩 연부에 의해 포위된 평면 영역 각각에 형성된 복수개의 전극층과, 상기 집전체에 있어서의 주연부 및 절첩 연부의 각각의 양면에 형성된 절연막을 가져 이루어지고,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각에는 상기 집전체의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자가 형성되어 있고, 상기 인출 단자 각각은 상기 전극 시트의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스. - 제1항에 있어서, 전극 유닛은, 한 쌍의 전극 시트가 각각의 길이 방향이 서로 직교하고, 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 지그재그로 복수회 절첩되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 한쪽의 전극 시트의 전극층의 면적이, 상기 한쪽의 전극 시트의 전극층에 대향하는 다른 쪽의 전극 시트의 전극층의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제3항에 있어서, 부극이 되는 전극 시트의 전극층의 면적이, 상기 부극이 되는 전극 시트의 전극층에 대향하는 정극이 되는 전극 시트의 전극층의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극층이 집전체의 양면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극층 각각의 평면 형상이 정사각형 또는 직사각형인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극층 각각의 평면 형상이, 네 모서리가 둥글게 된 정사각형 또는 직사각형인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극층 각각의 두께가 10 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 집전체에는, 전극층이 형성된 부분의 적어도 일부의 영역에 1개 이상의 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 삭제
- 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 인출 단자의 한 면 또는 양면의 적어도 일부의 영역에 절연막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극 시트 각각에는 그 절첩 연부의 적어도 일부의 영역에 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제13항에 있어서, 전극 시트의 절첩 연부에 형성된 구멍의 적어도 일부의 내벽면에 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극 시트 각각에 있어서의 전극층은, 그 주연 부분이 절연막 위에 겹쳐지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 한 쌍의 전극 시트에 있어서 서로 대향하는 전극층 각각의 사이에 세퍼레이터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 한 쌍의 전극 시트에 있어서 서로 대향하는 전극층 각각의 사이에 전해액이 존재하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 부극이 되는 전극 시트에 있어서 전극층에 리튬 이온이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 리튬 이온 캐패시터로서 적용되는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
- 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 하기 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 전기 화학 디바이스로서,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각은 띠 형상의 집전체와, 이 집전체의 적어도 한 면에 형성된 전극층을 가져 이루어지고,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각에는 상기 집전체의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자가 형성되어 있고, 상기 인출 단자 각각은 상기 전극 시트의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스. - 삭제
- 각각 띠 형상인 한 쌍의 전극 시트가 하기 전극층 각각이 서로 접촉하지 않는 상태에서 교대로 적중되도록 절첩되어 이루어지는 전극 유닛이 외장 용기 내에 수용되어 이루어지는 전기 화학 디바이스로서,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각은 띠 형상의 집전체와, 이 집전체의 적어도 한 면에 있어서의 주연부 및 절첩 연부에 의해 포위된 평면 영역 각각에 형성된 복수개의 전극층을 갖고,
상기 한 쌍의 전극 시트 각각에는 상기 집전체의 측연부로부터 돌출되는 복수개의 인출 단자가 형성되어 있고, 상기 인출 단자 각각은 상기 전극 시트의 적중 방향으로 겹쳐지지 않도록 변위된 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스. - 제22항에 있어서, 상기 전극층 각각의 평면 형상이 직사각 형상인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
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