KR101788353B1 - 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지 - Google Patents

구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR101788353B1
KR101788353B1 KR1020130146597A KR20130146597A KR101788353B1 KR 101788353 B1 KR101788353 B1 KR 101788353B1 KR 1020130146597 A KR1020130146597 A KR 1020130146597A KR 20130146597 A KR20130146597 A KR 20130146597A KR 101788353 B1 KR101788353 B1 KR 101788353B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
layer
active material
electrode assembly
electrolyte layer
Prior art date
Application number
KR1020130146597A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150062053A (ko
Inventor
이선우
양현정
장재동
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020130146597A priority Critical patent/KR101788353B1/ko
Publication of KR20150062053A publication Critical patent/KR20150062053A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101788353B1 publication Critical patent/KR101788353B1/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
    • 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
    • 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
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0085—Immobilising or gelification of electrolyte
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 구형의 제1전극활물질층 상에, 제1전극집전체층, 제1전해질층, 분리막층, 제2전해질층, 제2전극활물질층 및 제2전극집전체층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2전극집전체층, 상기 제2전극활물질층, 제2전해질층, 분리막층, 제1전해질층 및 상기 제1전극집전체층을 관통하는 제1 및 제2홈부를 포함하며, 상기 제1홈부 내부에 구비되고 상기 제2전극집천제층 외부로 돌출된 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체에 관한 것이다.

Description

구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지{SPHERICAL ELECTRODE ASSEMBLY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명의 일실시예는 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지"(rechargeable battery)라는 명칭도 쓰인다. 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈 카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 축전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-ion), 리튬 이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)가 있다. 이차 전지는 한 번 쓰고 버리는 일차전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다.
이차 전지는 현재 낮은 전력을 사용하는 곳에 쓰인다. 이를테면 자동차의 시동을 돕는 기기, 휴대용 장치, 도구, 무정전 전원 장치를 들 수 있다. 최근 무선통신 기술의 발전은 휴대용 장치의 대중화를 주도하고 있으며, 종래의 많은 종류의 장치들을 무선화하는 경향도 있어, 이차전지에 대한 수요가 폭발하고 있다. 또한, 환경오염 등의 방지 측면에서 하이브리드 자동차, 전기 자동차가 실용화되고 있는데, 이들 차세대 자동차들은 이차전지를 사용하여 값과 무게를 줄이고 수명을 늘리는 기술을 채용하고 있다.
일반적으로 이차전지는 원통형, 각형 또는 파우치형의 전지가 대부분이다. 이는 이차전지는 음극, 양극 및 분리막으로 구성된 전극조립체를 원통형 또는 각형의 금속캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극 조립체에 전해질을 주입시켜 제조하기 때문이다. 따라서, 이차전지 장착을 위한 일정한 공간이 필수적으로 요구되므로, 이러한 이차전지의 원통형, 각형 또는 파우치형의 형태는 다양한 형태의 휴대용 장치의 개발에 대한 제약으로 작용하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 한 것으로, 구형의 형태를 갖추고 있는 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 구형의 제1전극활물질층 상에, 제1전극집전체층, 제1전해질층, 분리막층, 제2전해질층, 제2전극활물질층 및 제2전극집전체층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2전극집전체층, 상기 제2전극활물질층, 제2전해질층, 분리막층, 제1전해질층 및 상기 제1전극집전체층을 관통하는 제1 및 제2홈부를 포함하며, 상기 제1홈부 내부에 구비되고 상기 제2전극집천제층 외부로 돌출된 단자를 포함하는 전극조립체를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 투명전도성 산화물 기판상에 제1항의 전극조립체가 복수개 배열되어 적층되며, 하나의 전극조립체의 제1 및 제2홈부와 다른 전극조립체의 단자가 결합되고, 상기 하나의 전극조립체와 상기 다른 전극조립체의 제2전극집전체 표면이 접촉되어 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구형의 전극조립체를 투명전도성 산화물 기판상 배열함으로써, 휘어짐 및 비틀림 가능할 수 있다. 또한 이를 구비한 플렉시블한 이차전지를 제조할 수 있고, 상기 이차전지는 유연하고 가벼우며 형태가공이 쉽기 때문에 휴대 및 착용형 휴대용 장치뿐만 아니라 다양한 형태의 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체의 모형도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체의 외형도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체가 결합된 모형도이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체가 구비된 이차전지의 일부분이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
본 발명의 일실시예는 구형의 제1전극활물질층(10) 상에, 제1전극집전체층(20), 제1전해질층(30), 분리막층(40), 제2전해질층(50), 제2전극활물질층(60) 및 제2전극집전체층(70)이 순차적으로 적층되고, 상기 제2전극집전체층(70), 상기 제2전극활물질층(60), 제2전해질층(50), 분리막층(40), 제1전해질층(30) 및 상기 제1전극집전체층(20)을 관통하는 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)가 형성되며, 상기 제1홈부(80) 내부에 구비되고 상기 제2전극집전체층(70) 외부로 돌출된 단자(90)를 포함하는 전극조립체(200)에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체(200)를 나타낸 것이며, 도 2는 상기 전극조립체(200)의 단면도를 나타낸 것이다.
또한, 도3은 상기 전극조립체(200)의 외형을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 전극조립체(200)는 구형의 형태를 갖추고 있으며, 상기 전극조립체(200)는 구형의 제1전극활물질층(10)을 둘러싸고 있는 제1전극집전체층(20), 상기 제1전극집전체층(20)를 둘러싸고 있는 제1전해질층(30), 상기 제1전해질층(30)을 둘러싸고 있는 분리막층(40), 상기 분리막층(40)을 둘러싸고 있는 제2전해질층(50), 상기 제2전해질층(50)을 둘러싸고 있는 제2전극활물질층(60) 및 상기 제2전극활물질층(60)을 둘러싸고 있는 제2전극집전체층(70)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
상기 제1전극은 양극일 수 있으며, 따라서 상기 제1전극활물질층(10)은 양극활물질일 수 있고, 전극조립체(200) 내부의 가장 안쪽에 형성될 수 있다.
상기 제1전극활물질층(10)은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + yMn2 - yO4 (여기서, y 는 0 - 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 - 0.3임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 - 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4 등으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 양극활물질에 통상적으로 사용되는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 제1전극집전체층(20)은 양극집전체층일 수 있고, 상기 제1전극활물질층(10)과 제1전해질층(30) 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1전극집전체층(20)은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄 또는 은 등으로 표면 처리한 것으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 양극집전체에 통상적으로 사용되며 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제1전극집전체층(20)은 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체 및 부직포체 등의 다양한 형태로 제조가 가능하다.
상기 제1전극집전체층(20)은 상기 제1전극활물질층(10) 상에 스퍼터링(Sputtering)방법을 사용하여 적층할 수 있다. 상기 스퍼터링 방법은 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 제1전해질층(30)은 상기 제1전극집전체층(20)과 분리막층(40) 사이에 형성될 수 있다.
상기 제1전해질층(30)은 겔(gel)형으로 제1전극집전체층(20) 상에 코팅되며, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO: Polyethylene oxide), 폴리프로필렌 옥사이드(PPO: Polypropylene oxide), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF: Polyvinylidene fluoride), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: Polymethylmethacrylate), 폴리비닐 아세테이트(Polyvinyl acetate), 폴레에틸렌 이민(PEI: Polyethylene imine) 및 폴리에틸렌 설파이드(PES: Polyetylene sulphide)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 제1전해질층(30)은 리튬염을 더 포함할 수 있고, 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 4-페닐붕산리튬 중에서 선택될 수 있으나, 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 제1전해질층(30)은 선택적으로, 통상의 전해질에 포함되는 과충전 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 제1전해질층(30)은 상기 제1전극집전체층(20) 상에 습식코팅방법을 사용하여 적층할 수 있고, 상기 습식코팅은 스프레이, 공침(coprecipitation), 및 침지(dipping) 등의 방법을 사용하여 코팅할 수 있다. 상기 습식코팅방법은 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 분리막층(40)은 상기 제1전해질층(30)과 제2전해질층(50) 사이에 형성되고, 다공성 고분자 필름 및 다공성 부직포로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 다공성 고분자 필름은 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으나, 다공성 고분자 필름으로 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 상기 다공성 부직포는 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 이루어진 부직포를 사용할 수 있으나, 다공성 부직포로 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 분리막층(40)은 제1전해질층(30) 상에 습식코팅방법을 사용하여 적층할 수 있고, 상기 습식코팅은 스프레이, 공침(coprecipitation) 및 침지(dipping) 등의 방법을 사용하여 코팅할 수 있다. 상기 습식코팅방법은 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 제2전해질층(50)은 상기 분리막층(40)과 제2전극활물질층(60) 사이에 형성된다.
상기 제2전해질층(50)은 겔(gel)형으로 분리막층(40) 상에 코팅되며, PEO(Polyethylene oxide), PPO(Polypropylene oxide), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PMMA(Polymethylmethacrylate), PVAC(Polyvinyl acetate), PEI(Polyethylene imine) 및 PES(Polyethyle sulphide)로 이루어진 군에서 선택되는 것이나, 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 제2전해질층(50)은 리튬염을 더 포함할 수 있고, 상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 4-페닐붕산리튬 중에서 선택될 수 있으나, 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 것들이면 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 제2전해질층(50)은 선택적으로, 통상의 전해질에 포함되는 과충전 방지제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 제2전해질층(50)은 분리막층(40) 상에 습식코팅방법을 사용하여 적층할 수 있고, 상기 습식코팅은 스프레이, 공침(coprecipitation), 및 침지(dipping) 등의 방법을 사용하여 코팅할 수 있다. 상기 습식코팅방법은 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 제2전극은 음극일 수 있으며, 따라서 상기 제2전극활물질층(60)은 음극활물질일 수 있고, 상기 제2전해질층(50)과 제2전극집전체층(70) 사이에 형성될 수 있다.
상기 제2전극활물질층(60)은 천연 흑연, 인조 흑연, 메조카본 마이크로비즈(MCMB), 탄소섬유 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 통상적으로 음극활물질로 사용하는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2전극활물질층(60)은 상기 제2전해질층(50) 상에 스퍼터링(Sputtering)방법을 사용하여 적층할 수 있다. 상기 스퍼터링 방법은 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 제2전극집전체층(70)은 음극집전체층일 수 있다.
상기 제2전극집전체층(70)은 상기 전극조립체(200)의 가장 외표면일 수 있고, 상기 제2전극활물질층(60)을 둘러싸며 형성될 수 있다.
상기 제2전극집전체층(70)은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄 또는 은 등으로 표면 처리한 것으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 음극집전체에 통상적으로 사용되며 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 상기 음극집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체 및 부직포체 등의 다양한 형태로 제조가 가능하다.
상기 제2전극집전체층(70)은 상기 제2전극활물질층(60) 상에 스퍼터링(Sputtering)방법을 사용하여 적층할 수 있다. 상기 스퍼터링 방법은 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 전극조립체(200)는 상기 제2전극집전체층(70), 상기 제2전극활물질층(60), 제2전해질층(50), 분리막층(40), 제1전해질층(30) 및 상기 제1전극집전체층(20)을 관통하는 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)가 형성될 수 있으며, 상기 제1홈부(80)는 내부에 단자(90)를 포함하고, 제2홈부(81)는 다른 전극조립체(200)의 제2전극집전체층(70) 외부로 돌출된 단자(90)와 결합되어 복수개의 전극조립체(200)를 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 제1홈부(80)와 제2홈부(81)의 길이는 서로 같을 수 있고, 상기 전극조립체(200)의 제1전극집전체층(20)에서 제2전극집전체층(70) 표면까지의 직경방향의 길이와 같을 수 있다.
상기 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)는 상기 제1전극집전체층(20)의 일부를 더 관통할 수 있으며, 상기 제1전극집전체층(20)의 일부는 제1전극활물질층(10) 표면에서 제1전극집전체층(20) 표면까지의 직경방향 길이일 수 있다.
예를 들어, 전극조립체(200)의 반경이 R, 제1전극활물질층(10)의 반경이 a 및 제1전극활물질층(10) 표면에서 제1전극집전체층(20) 표면까지의 직경거리가 b라면, 상기 제1홈부(80)및 제2홈부(81)의 길이는 R-a 내지 R-(a+b)일 수 있다.
또한, 상기 제1홈부(80)와 제2홈부(81)의 위치는 서로 대향되도록 형성될 수 있으나, 제조하려는 이차전지의 형태에 따라 구형의 전극조립체(200) 표면에 자유롭게 형성될 수 있다.
상기 제1홈부(80)와 제2홈부(81)는 레이저스크라이빙 방법을 사용하여 홈부를 형성할 수 있으며, 상기 레이저스크라이빙 방법으로 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
제1홈부(80)와 제2홈부(81)의 형태는 레이저스크라이빙에 사용되는 레이저의 모양에 따라 변형될 수 있으며, 제1홈부(80)와 제2홈부(81)의 내부에 단자(90)가 삽입될 수 있는 형태라면 제한 없이 형성될 수 있다.
상기 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)의 외표면에 절연층을 더 포함할 수 있으며, 상기 절연층은 상기 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)의 내부에 삽입된 단자(90)가 제1전극집전체층(20)외의 층들, 즉, 상기 제1전해질층(30), 분리막층(40), 제2전해질층(50), 제2전극활물질층(60) 및 제2전극집전체층(70)과의 접촉을 방지하여 단락을 방지할 수 있으므로, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 절연층은 통상적으로 사용하는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 상기 절연층은 분리막층(40)과 같은 재질을 사용할 수 있으며, 다공성 고분자 필름 및 다공성 부직포로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 다공성 고분자 필름은 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있고, 상기 다공성 부직포는 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 이루어진 부직포를 사용할 수 있으나, 분리막층(40)으로 통상적으로 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 제1홈부(80)는 제1홈부(80)의 내부에 단자(90)를 포함하고, 상기 단자(90)는 제2전극집전체층(70) 외부로 돌출되어 다른 전극조립체(200)의 제2홈부(81)에 결합됨으로써 복수개의 전극조립체(200)를 전기적으로 연결할 수 있다.
즉, 상기 단락(90)은 하나의 전극조립체(200)와 다른 전극조립체(200)의 제1전극집전체층(20)을 서로 연결하여, 전극조립체(200) 간의 전기전도가 가능하게 할 수 있다.
상기 단자(90)의 길이는 제1홈부(80)의 길이의 두 배일 수 있으며, 단자(90)가 포함된 제1홈부(80)의 길이와 단자(90)가 결합될 제2홈부(81)의 길이의 합과 같을 수 있다.
상기 제1홈부(80)와 제2홈부(81)의 길이는 서로 같을 수 있고, 상기 전극조립체(200)의 제1전극집전체층(20)에서 제2전극집전체층(70) 표면까지의 직경방향의 길이와 같을 수 있다.
상기 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)는 상기 제1전극집전체층(20)의 일부를 더 관통할 수 있으며, 상기 제1전극집전체층(20)의 일부는 제1전극활물질층(10) 표면에서 제1전극집전체층(20) 표면까지의 직경방향 길이일 수 있다.
예를 들어, 전극조립체(200)의 반경이 R, 제1전극활물질층(10)의 반경이 a 및 제1전극활물질층(10) 표면에서 제1전극집전체층(20) 표면까지의 직경거리가 b라면, 상기 제1홈부(80)및 제2홈부(81)의 길이는 R-a 내지 R-(a+b)일 수 있다.
상기 단자(90)는 상기 제1전극집전체층(20)과 같은 물질로 구성될 수 있고, 제1전극집전체층(20)에 사용되는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 상기 단자(90)는 탄소, 전자 전도성 금속, 전자 전도성 무기물 및 전자 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 전기전도성을 갖는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 탄소는 카본블랙, 아세틸렌 블랙 및 Super-P로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전자 전도성 금속은 Cu, Ag, Pt 및 Ni로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전자 전도성 무기물은 인듐주석 산화물(In2O3SnO2), 주석산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 루테늄 산화물(RuO2) 및 TiB2로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전자 전도성 고분자는 폴리피롤 및 폴리아닐린으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전극조립체(200)는 복수개 배열함으로써, 휘어짐 및 비틀림이 가능할 수 있고, 상기 전극조립체(200)의 입경은 100 내지 200㎛일 수 있다. 상기 전극조립체(200)의 입경이 100㎛ 미만이면 전극조립체(200)의 크기가 너무 작아짐으로 인해 전지의 효율이 떨어질 수 있고, 200㎛ 초과이면 전극조립체(200)의 크기가 너무 커져서 전지의 유연성이 떨어질 수 있으며, 다양한 형태의 휴대용 장치를 구현하기 어려울 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극조립체(200)가 서로 결합된 것을 나타낸 것으로, 도 4를 참조하면, 상기 하나의 전극조립체(200)의 제1홈부(80) 내부에 포함된 단자(90)가 제2전극집전체층(70) 외부로 돌출되어 다른 전극조립체(200)의 제2홈부(81)에 결합됨으로써 두 개의 전극조립체(200)를 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 하나의 전극조립체(200)와 다른 전극조립체(200)의 제2전극집전체층(70) 표면은 서로 직접 접촉되어 연결될 수 있으며, 제2전극집전체층(70)이 직접 연결됨으로써 제1전극과 제2전극의 사이에 발생할 수 있는 단락을 방지할 수 있고, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1전극은 제1전극활물질층(10) 및 제1전극집전체층(20)일 수 있으며, 상기 제2전극은 제2전극활물질층(60) 및 제2전극집전체층(70)일 수 있다.
나아가, 같은 방법으로 복수개의 전극조립체(200)가 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)의 외표면에 절연층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1홈부(80) 및 제2홈부(81)의 내부에 삽입된 단자(90)가 제1전극집전체층(20) 외의 층들, 즉, 상기 제1전해질층(30), 분리막층(40), 제2전해질층(50), 제2전극활물질층(60) 및 제2전극집전체층(70)과의 접촉을 방지하여 단락을 방지할 수 있으므로, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 단자(90)는 하나의 전극조립체(200)의 다른 전극조립체(200)의 제1전극집전체층(20)을 서로 연결하여, 상기 전극조립체(200) 간의 전기전도가 가능하게 할 수 있다.
도 5는 투명전도성 산화물 기판(100)상에 상기 전극 조립체(200)가 배열된 것을 나타낸 것으로, 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의하면 투명전도성 산화물 기판(100)상에 상기 전극조립체(200)가 복수개 배열되고, 하나의 전극조립체(200)의 제2홈부(81)에 다른 전극조립체(200)의 단자(90)가 결합되고, 상기 하나의 전극조립체(200)와 상기 다른 전극조립체(200)의 제2전극집전체층(70)의 표면이 서로 접촉되어 있는 이차전지를 제공한다.
또한, 상기 하나의 전극조립체(200)와 다른 전극조립체(200)의 제2전극집전체층(70) 표면은 서로 직접 접촉되어 연결될 수 있으며, 제2전극집전체층(70)이 직접 연결됨으로써 제1전극과 제2전극의 사이에 발생할 수 있는 단락을 방지할 수 있고, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1전극은 제1전극활물질층(10) 및 제1전극집전체층(20)일 수 있으며, 상기 제2전극은 제2전극활물질층(60) 및 제2전극집전체층(70)일 수 있다.
상기 투명전도성 산화물 기판(100)은 투명성 및 유연성을 가진 도전물질일 수 있으며, ITO(Indium Tin Oxide), ZnO(Zinc oxide), AZO(Al doped ZnO, ZnO:Al), GZO(Gallium doped ZnO, ZnO:Ga), BZO(Boron doped ZnO, ZnO:B) 및 SnO2(Tin oxide) 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전극조립체(200)는 상기 전극조립체(200)의 제1홈부(80)의 내부에 결합되어있는 단자(90)가 다른 전극조립체(200)의 제2홈부(81)에 결합하여, 하나의 전극조립체(200)와 다른 전극조립체(200)의 제1전극집전체층(20)를 연결하고, 전극집전체 간의 전기전도가 가능하게 할 수 있다.
또한, 상기 하나의 전극조립체(200)와 다른 전극조립체(200)의 제2전극집전체층(70)의 표면이 서로 접촉되어 연결될 수 있다.
상기와 같이, 하나의 전극조립체(200)와 다른 전극조립체(200)의 제1전극집전체층(20)은 단자(90)에 의해 서로 연결되고, 제2전극집전체층(70)은 제2전극집전체층(70) 표면이 서로 직접 접촉되어 연결됨으로써, 제1전극과 제2전극의 사이에 발생할 수 있는 단락을 방지할 수 있고, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1전극은 제1전극활물질층(10) 및 제1전극집전체층(20)일 수 있으며, 상기 제2전극은 제2전극활물질층(60) 및 제2전극집전체층(70)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 휘어짐 및 비틀림이 가능한 상기 전극조립체(200)가 상기 투명전도성 산화물 기판(100) 상에 배열됨으로써, 플렉시블한 이차전지를 제조할 수 있고, 상기 이차전지는 유연하고 가벼우며 형태가공이 쉽기 때문에 휴대 및 착용형 휴대용 장치뿐만 아니라 다양한 형태의 장치를 구현할 수 있다.
10: 제1전극활물질층
20: 제1전극집전체층
30: 제1전해질층
40: 분리막층
50: 제2전해질층
60: 제2전극활물질층
70: 제2전극집전체층
80: 제1홈부
81: 제2홈부
90: 단자
100: 투명전도성 산화물 기판
200: 전극조립체

Claims (13)

  1. 투명전도성 산화물 기판 상에 전극조립체가 복수개 배열된 이차전지로서,
    상기 전극조립체는 구형의 제1전극활물질층 상에, 제1전극집전체층, 제1전해질층, 분리막층, 제2전해질층, 제2전극활물질층 및 제2전극집전체층이 순차적으로 적층되고,
    상기 제2전극집전체층, 상기 제2전극활물질층, 제2전해질층, 분리막층, 제1전해질층 및 상기 제1전극집전체층을 관통하는 제1 및 제2홈부를 포함하며,
    상기 제1홈부 내부에 구비되고 상기 제2전극집천제층 외부로 돌출된 단자를 포함하고,
    상기 이차전지는 하나의 전극조립체의 제2홈부에 다른 전극조립체의 단자가 결합되고, 상기 하나의 전극조립체와 상기 다른 전극조립체의 제2전극집전체 표면이 서로 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극은 양극이고,
    상기 제2전극은 음극인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 겔(gel)형태인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide: PEO), 폴리프로필렌 옥사이드(Polypropylene oxide: PPO), 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride: PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate: PMMA)), 폴리비닐 아세테이트(Polyvinyl acetate: PVAC), 폴리에틸렌 이민(Polyethylene imine: PEI) 및 폴리에틸렌 설파이드(Polyethylene sulphide: PES)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1전해질층 및 제2전해질층은 리튬염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 리튬염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 4-페닐붕산리튬으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1홈부 및 제2홈부는 상기 제1전극집전체층의 일부를 더 관통하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1홈부와 제2홈부는 서로 대향되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1홈부 및 제2홈부의 외표면에 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단자는 탄소, 전자 전도성 금속, 전자 전도성 무기물 및 전자 전도성 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체의 입경은 100 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 투명전도성 산화물 기판은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Al doped ZnO), GZO(Gallium doped ZnO) 및 SnO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
KR1020130146597A 2013-11-28 2013-11-28 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지 KR101788353B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130146597A KR101788353B1 (ko) 2013-11-28 2013-11-28 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130146597A KR101788353B1 (ko) 2013-11-28 2013-11-28 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150062053A KR20150062053A (ko) 2015-06-05
KR101788353B1 true KR101788353B1 (ko) 2017-11-15

Family

ID=53499967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130146597A KR101788353B1 (ko) 2013-11-28 2013-11-28 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101788353B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2548361B (en) * 2016-03-15 2020-12-02 Dyson Technology Ltd Method of fabricating an energy storage device
KR102179967B1 (ko) * 2016-08-22 2020-11-17 주식회사 엘지화학 구형 이차전지용 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 구형 이차전지
EP3331061B1 (en) * 2016-12-01 2019-09-11 Vestel Elektronik Sanayi ve Ticaret A.S. Spherical battery and production method
CA3104725A1 (en) * 2018-05-21 2019-11-28 Innovasion Labs Pinc, Inc. Parallel integrated nano components (pinc) & related methods and devices

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003046077A (ja) * 2001-08-02 2003-02-14 Hitachi Maxell Ltd 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003046077A (ja) * 2001-08-02 2003-02-14 Hitachi Maxell Ltd 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150062053A (ko) 2015-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3163647B1 (en) Prismatic battery cell comprising two or more case members
US10615398B2 (en) Electrode assembly including coupling part between electrode tabs and electrode lead located in space portion
CN106910936B (zh) 线缆型二次电池
KR101483239B1 (ko) 케이블형 이차전지용 패키징 및 그를 포함하는 케이블형 이차전지
CN108140867B (zh) 具有其中形成有多个电极接片的单元电极的袋型电池单元
JP2015097203A (ja) ケーブル型二次電池
KR101603635B1 (ko) 면적이 서로 다른 전극들을 포함하고 있는 전극 적층체 및 이를 포함하는 이차전지
US9966627B2 (en) Electrode assembly of incline structure and battery cell employed with the same
KR102259381B1 (ko) 바이폴라 전극을 포함하는 플렉서블 이차전지
KR20180085185A (ko) 폴딩 크랙을 방지할 수 있는 파우치형 전지케이스
KR101495953B1 (ko) 이차전지용 파우치 외장재 및 파우치형 이차전지
US20140178727A1 (en) Cable-type secondary battery
KR101788353B1 (ko) 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지
KR101774014B1 (ko) 중공형의 케이블형 이차전지용 패키징 및 그를 포함하는 케이블형 이차전지
KR102070907B1 (ko) 충방전 시 발생하는 가스를 수용할 수 있는 잉여부를 포함하는 전지셀
KR20160108115A (ko) 전극 리드를 통한 전기 연결 구조를 효율적으로 구성할 수 있는 비정형 구조의 전지셀
KR102002315B1 (ko) 용량과 크기가 상이한 단위셀들로 구성된 비정형 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
KR102080507B1 (ko) 외부 충격으로부터 단위셀들을 보호하여 단위셀들의 적층 구조와 전극 형태 변형을 최소화할 수 있는 보강부재가 구비된 전극조립체
KR102034022B1 (ko) 전기적 연결의 확장이 가능하고 외면에 단차가 형성된 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀
KR101738542B1 (ko) 전극조립체 고정용 필름을 포함하는 전지셀
KR102019399B1 (ko) 분리 유도부를 포함하는 파우치형 전지셀
KR102080502B1 (ko) 둘 이상의 전극조립체를 포함하는 파우치형 전지셀
KR102064926B1 (ko) 톱니 구조가 형성되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 원형 전지셀
KR101692776B1 (ko) 테트라 셀을 포함하고 있는 전지셀
KR101852765B1 (ko) 비정형 전극 시트 및 형태 변형이 가능한 구조의 비정형 전극조립체

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right