KR101944384B1 - 리튬 이온 2차 전지 및 그 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방전 용량 및 에너지 밀도를 높이는 것이 가능한 리튬 이온 2차 전지 및 그 제작 방법을 제공한다.
정극과, 부극과, 정극 및 부극 사이에 설치되는 전해질을 가지는 리튬 이온 2차 전지이며, 정극은 정극 집전체와 정극 집전체 위에 형성되는 정극 활물질층을 가지고, 이 정극 활물질층은 일반식 LiMPO4(M은, Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II)중 하나 이상)로 나타내는 리튬 함유 복합 산화물을 복수 가진다. 리튬 함유 복합 산화물은 편평 형상을 가지는 단결정립이며, 편평 형상을 가지는 단결정립은 b축 방향의 길이가 a축 방향 및 c축 방향의 길이보다 짧다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물은 단결정립의 b축 방향이 정극 집전체의 표면과 교차하도록 정극 집전체 위에 형성된다.

Description

리튬 이온 2차 전지 및 그 제작 방법 {LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 리튬 이온 2차 전지 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
근년, 리튬 이온 2차 전지의 개발이 행하여지고 있다. 열 안정성이 높기 때문에, 리튬 이온 2차 전지의 정극 활물질 재료로서 올리빈형 구조(olivine structures)를 가지는 LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, LiNiPO4 등의 리튬 함유 복합 산화물이 기대되고 있다. 올리빈형 구조를 가지는 리튬 함유 복합 산화물에 포함되는 천이 금속 원소(Fe, Mn, Co, Ni)는 이가(二價)이다.
올리빈형 구조를 가지는 리튬 함유 복합 산화물의 제작 방법으로서 고상법, 수열법, 졸겔법 등이 이용된다(예를 들면 특허문헌 1). 리튬 이온 2차 전지의 방전 용량 및 에너지 밀도를 높이기 위하여, 캐리어인 이온의 삽입 및 이탈에 관여하는 활물질층을 구성하는 활물질의 입경을 작게 함과 동시에, 입도 분포의 폭을 좁게 하는 시도가 되고 있다. 그래서, 입도 분포의 폭이 좁고 입경이 작은 리튬 함유 복합 산화물의 제작 방법으로서 수열법이 이용되고 있다.
국제 공개 제08/077447호 팜플렛
그렇지만, 리튬 함유 복합 산화물을 이용한 리튬 이온 2차 전지에서는 리튬 함유 복합 산화물의 저항이 높기 때문에, 방전 용량 및 에너지 밀도의 향상에는 한계가 있었다.
그래서, 본 발명의 일양태에서는 방전 용량 및 에너지 밀도를 높이는 것이 가능한 리튬 이온 2차 전지 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일양태는 정극(正極)과, 부극(負極)과, 정극 및 부극 사이에 설치되는 전해질을 가지는 리튬 이온 2차 전지이고, 정극은 정극 집전체와 정극 집전체 위에 형성되는 정극 활물질층을 가지고, 이 활물질층은 리튬 함유 복합 산화물을 복수 가진다. 리튬 함유 복합 산화물은 일반식 LiMPO4(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II)의 1 이상)로 나타낸다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물은 편평 형상을 가지는 단결정립(單結晶粒)이며, 편평 형상을 가지는 단결정립은 b축 방향의 길이가 a축 방향 및 c축 방향의 길이보다 짧다. 대표적으로는, b축 방향의 길이가 5 nm 이상 50 nm 이하이다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물의 단결정립의 b축은 정극 집전체의 표면과 임의의 각도를 가지고, 또한, 단결정립의 b면이 정극 집전체에 접한다. 즉, 단결정립의 b축 방향이 정극 집전체의 표면과 교차하도록, 정극 집전체 위에 설치된다. 대표적으로는, 단결정립의 b축 방향은 정극 집전체의 표면에 대해서 60도 이상 90도 이하로 교차한다.
또한, 리튬 함유 복합 산화물은 올리빈형 구조이다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물은 사방정(orthorhombic crystal structure), 공간군(space group) Pnma(62)에 속한다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물의 단결정립의 a축 방향 및 c축 방향의 길이는 b축 방향의 길이보다 길다. 또한, 정극 활물질층에서 리튬 함유 복합 산화물은 적층되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 일양태는 편평 형상을 가지는 단결정립이며, 단결정립의 b축 방향의 길이가 5 nm 이상 50 nm 이하인 리튬 함유 복합 산화물을 포함한 슬러리를 정극 집전체 위에 도포한 후, 리튬 함유 복합 산화물을 포함한 슬러리에 압력 또는 진동을 가하고, 리튬 함유 복합 산화물의 b축이 정극 집전체의 표면과 임의의 각도를 가짐과 동시에, b면이 정극 집전체에 접하도록 리튬 함유 복합 산화물을 정극 집전체 위에 설치하는 것을 특징으로 한다. 즉, 단결정립의 b축 방향이 정극 집전체의 표면과 교차하도록, 정극 집전체 위에 리튬 함유 복합 산화물을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일양태의 리튬 이온 2차 전지의 정극은 편평 형상의 단결정립이며, b축 방향의 길이가 a축 방향 및 c축 방향의 길이와 비교하여 짧고, 올리빈형의 리튬 함유 복합 산화물을 정극 활물질층에 가진다. 또한, a축 및 c축을 포함한 면(b면)이 정극 집전체에 접하고, b축이 정극 집전체에 대해서 임의의 각도를 가진다. 즉, b축 방향이 정극 집전체의 표면에 대해서 교차한다. 이 때문에, 집전체와 전해질 사이에서의 리튬 이온의 이동이 용이해진다. 이 구조의 정극 활물질층을 정극에 가짐으로써, 리튬 이온 2차 전지의 내부 저항이 저감함과 동시에 고출력화가 가능하다.
본 발명의 일양태에 의하여, 리튬 이온 2차 전지의 방전 용량을 높일 수 있고, 리튬 이온 2차 전지의 고출력화가 가능하다. 또한, 방전 용량이 높고, 고출력화가 가능한 리튬 이온 2차 전지를 제작할 수 있다.
도 1은 리튬 이온 2차 전지의 정극을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 올리빈형 LiFePO4의 결정 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 리튬 이온 2차 전지의 정극 제작 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 리튬 이온 2차 전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 리튬 이온 2차 전지를 응용한 일양태의 사시도이다.
도 6은 무선 급전 시스템의 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 무선 급전 시스템의 구성의 예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시형태의 일양태에 대해서, 도면을 이용하여 이하에 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명으로 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 일탈하지 않고 그 형태 및 상세한 사항을 여러 가지로 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용으로 한정하여 해석되지 않는다. 또한, 설명 중에 도면을 참조하는 것에 있어서, 동일한 것을 가리키는 부호는 상이한 도면 간에도 공통하여 이용하는 경우가 있다. 또한, 동일한 것을 가리킬 때 동일한 해치 패턴을 사용하고, 특별히 부호를 교부하지 않는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일양태인 리튬 이온 2차 전지의 정극 및 그 제작 방법에 대해서, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다.
도 1은 리튬 이온 2차 전지의 정극의 사시도이다.
도 1(A)에 나타낸 바와 같이 정극 집전체(101) 위에, 정극 활물질인 리튬 함유 복합 산화물(103)이 형성된다.
도 1(B)는 정극 집전체(101) 위에 정극 활물질인 리튬 함유 복합 산화물((103a), (103b))이 적층되어 있다.
또한, 정극 집전체(101) 위에서, 정극 활물질을 복수 포함한 영역을 정극 활물질층이라고 한다. 정극 활물질층에는, 도시하지 않았지만, 도전조제, 바인더 등이 포함되어도 좋다. 정극 활물질이란, 캐리어인 이온의 삽입 및 이탈에 관한 물질을 일컫는다. 이 때문에, 리튬 함유 복합 산화물은 정극 활물질이지만, 탄소층, 도전조제나 바인더, 용매는 활물질에 포함되지 않는다.
정극 집전체(101)는 백금, 알루미늄, 구리, 티탄, 스테인리스 스틸 등의 도전성이 높은 재료를 이용할 수 있다. 또한, 정극 집전체(101)는 박상(箔狀), 판상(板狀), 망상(網狀) 등의 형상을 적절히 이용할 수 있다.
정극 활물질층의 두께는 20μm 이상 100μm 이하 사이에서 소망의 두께를 선택한다. 또한, 크랙이나 박리가 생기지 않도록 정극 활물질층의 두께를 적절히 조정하는 것이 바람직하다.
정극 활물질층에 포함되는 리튬 함유 복합 산화물은 올리빈형 구조의 단결정립이다. 올리빈형 리튬 함유 복합 산화물(일반식 LiMPO4(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II) 중 하나 이상))의 대표예로서는, LiFePO4, LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFeaNibPO4, LiFeaCobPO4, LiFeaMnbPO4, LiNiaCobPO4, LiNiaMnbPO4, LiMnaCobPO4(a＋b는 1 이하, 0＜a＜1, 0＜b＜1), LiFecNidCoePO4, LiFecNidMnePO4, LiNicCodMnePO4(c＋d＋e는 1 이하, 0＜c＜1, 0＜d＜1, 0＜e＜1), LiFefNigCohMniPO4(f＋g＋h＋i는 1 이하, 0＜f＜1, 0＜g＜1, 0＜h＜1, 0＜i＜1) 등이 있다.
또한, 리튬 함유 복합 산화물은 표면을 두께 10 nm 이하, 바람직하게는 1 nm 이상 10 nm 이하의 탄소층으로 덮여 있어도 좋다.
여기서, 정극 활물질인 리튬 함유 복합 산화물의 형상에 대하여, 도 1(C)을 이용하여 설명한다.
리튬 함유 복합 산화물(103)은 사방정, 공간군 Pnma(62)에 속한다. 리튬 함유 복합 산화물(103)은 a축 방향 및 c축 방향의 길이와 비교하여, b축 방향의 길이가 짧은 편평 형상의 단결정립이다. 또한, 올리빈형 구조에 있어서, 리튬 이온은 b축 방향으로 확산하기 때문에, b축에서의 길이를 5 nm 이상 50 nm 이하, 바람직하게는 5 nm 이상 20 nm 이하로 하면, 리튬 이온의 확산이 용이해지기 때문에 바람직하다. 또한, a축 방향 및 c축 방향의 길이의 비가 0.5 이상 1.5 이하, 바람직하게는 0.8 이상 1.2 이하, 즉, b면에서의 형상이 정방형, 거의 정방형이라면, 정극 집전체(101) 위에 리튬 함유 복합 산화물(103)을 조밀하게 배치할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 리튬 함유 복합 산화물은 a축 및 c축을 포함한 면, 즉 b면이, 정극 집전체(101)에 접하고, b축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 임의의 각도를 가진다. 즉, 단결정립의 b축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교차한다. 정극 집전체(101)의 표면에 대해서, 리튬 함유 복합 산화물의 b축은 대표적으로 60도 이상 90도 이하에서 교차한다. 올리빈형 구조에 있어서, 리튬 이온은 b축 방향으로 확산하기 때문에, 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 b축 방향이 60도 이상 90도 이하에서 교차하면 더욱 많은 리튬 이온이 확산하기 때문에 바람직하다. 또한, b축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교차한다는 것은 b축이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교점을 가진다는 것이다. 한편, b축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교차하지 않는 상태란, b축이 정극 집전체(101)의 표면과 평행인 것을 말한다.
또한, 리튬 함유 복합 산화물(103)이 a축 방향 및 c축 방향의 길이와 비교해서 b축 방향의 길이가 짧은 편평 형상의 단결정립인 것은 주사형 전자현미경(SEM), 주사 투과형 전자현미경(STEM), 투과형 전자현미경(TEM) 및 X선 회절(XRD) 중 복수를 이용하는 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 리튬 함유 복합 산화물(103)의 단결정립의 b축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대하여 교차하는 것은 X선 회절(XRD)의 측정에 의해 판단할 수 있다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물(103)이 단결정립인 것은 투과형 전자현미경(TEM)의 암시야상에서, 콘트라스트가 균일하고 입계(粒界)가 인식되지 않는 것에 인해, 판단할 수 있다.
여기서, 올리빈형 구조에 대하여 설명한다. 도 2는 올리빈형 리튬 함유 복합 산화물의 일례인 인산철리튬(LiFePO4)의 단위 격자(301)를 나타낸다. 올리빈형 인산철리튬은 사방정 구조이고, 단위 격자 중에는 조성식에서 4개의 인산철리튬(LiFePO4)이 포함된다. 올리빈형 구조는 산화물 이온의 육방 최밀충전 구조를 기본 골격으로 하고 있고, 최밀충전의 틈새에 리튬, 철 및 인이 위치한다.
또한, 올리빈형 인산철리튬(LiFePO4)은 사면체 사이트 및 2종류의 팔면체 사이트를 가진다. 사면체 사이트는 정점에 4개의 산소 원자를 가진다. 팔면체 사이트는 정점에 6개의 산소 원자를 가진다. 사면체 사이트의 중심에는 인(307)이 배치되고, 팔면체 사이트의 중심에는 리튬(303) 또는 철(305)이 배치된다. 중심에 리튬(303)이 배치되는 팔면체 사이트를 M1 사이트라고 하고, 중심에 철(305)이 배치되는 팔면체 사이트를 M2 사이트라고 한다. M1 사이트는 b축 방향에 일차원적으로 배열된다. 즉, 리튬(303)이 ＜010＞ 방향에 일차원적으로 배열된다. 또한, 편의상 리튬(303)과 다른 이온 또는 원자와의 결합을 선으로 나타내지 않았다.
또한, 인접하는 M2 사이트의 철(305)은 산소(309) 사이를 통하여 지그재그 모양으로 결합한다. 또한, 인접하는 M2 사이트의 철(305) 사이에서 결합하는 산소(309)는 사면체 사이트의 인(307)과도 결합한다. 이 때문에, 철-산소-인의 결합이 연속한다.
또한, 올리빈형 인산철리튬은 변형을 가져도 좋다. 또한, 인산철리튬에 있어서, 리튬, 철, 인 및 산소의 조성비는 1：1：1：4로 한정되지 않는다. 또한, 인산 천이 금속 리튬(LiMPO4)의 천이 금속(M)으로서 리튬 이온보다 이온 반경이 큰 천이 금속, 예를 들어, 망간, 코발트 또는 니켈 등을 이용하여도 좋다.
도 2에 나타낸 올리빈형 인산철리튬은 인산철이 되어도 구조가 안정적이다. 따라서, 모든 리튬 이온의 삽입 및 이탈이 가능하다. 또한, 올리빈형 인산철리튬은 열 안정성을 가진다. 또한, 올리빈형 인산철리튬은 리튬 이온이 b축 방향에 일차원적으로 배열하고 있어, 리튬 이온은 b축 방향으로 확산한다. 이 때문에, 단결정립의 b축 방향의 길이를 짧게 함으로써, 리튬 이온의 확산을 용이하게 할 수 있다.
본 실시형태에 나타낸 정극은 편평 형상의 단결정립이며, a축 방향 및 c축 방향보다 b축 방향의 길이가 짧은 올리빈형 리튬 함유 복합 산화물을 정극 활물질층에 가진다. 또한, a축 및 c축을 포함한 면, 즉 b면이 정극 집전체에 접하고, 올리빈형 구조에 있어서 리튬 이온의 확산 경로인 b축 방향이 정극 집전체의 표면에 대해서 교차한다. 이 때문에, 집전체와 전해질 사이에서의 리튬 이온의 확산량을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에 나타낸 리튬 함유 복합 산화물을 리튬 이온 2차 전지의 정극 활물질로서 이용함으로써, 리튬 이온 2차 전지의 내부 저항이 저감하기 때문에 고출력화가 가능함과 동시에, 방전 용량을 이론 방전 용량으로까지 높일 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 리튬 이온이 안정하게 존재하는 재료를 포함하고, 캐리어 이온인 리튬 이온을 이송 가능한 것을 전해질이라고 한다. 예를 들어, 리튬 이온이 안정하게 존재하는 재료(용질)를 액체상의 용매에 용해한 전해액(電解液) 및 리튬 이온이 안정하게 존재하는 재료(용질)를 포함하는 고체상의 고체 전해질을 전해질에 포함한다.
또한, 도 1(B)에 나타낸 바와 같이, 정극 활물질층에 있어서 리튬 함유 복합 산화물이 복수 적층됨으로써, 도 1(A)와 비교하여 리튬 이온 2차 전지의 방전 용량을 더 높일 수 있다.
다음으로, 도 1에 나타낸 리튬 이온 2차 전지의 정극 제작 방법에 대해서, 도 3을 이용하여 설명한다.
정극 집전체(101) 위에 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(105)를 도포한다. 이 후, 스퀴지, 블레이드 등을 이용하여, 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(105)의 두께를 거의 균일하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 후, 슬러리(105)의 용매를 건조시켜서, 슬러리(105)의 점도를 상승시켜도 좋다. 또한, 이 공정에 대해서는 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 리튬 함유 복합 산화물(103)은 정극 집전체(101) 위에 랜덤으로 도포되고, 리튬 함유 복합 산화물에 의하여, 각각 a축 방향, b축 방향, c축 방향이 정극 집전체(101) 표면에 대해서 교차한다. 리튬 함유 복합 산화물은 a축 방향 및 c축 방향의 길이와 비교하여, b축 방향의 길이가 짧은 편평 형상의 단결정립이기 때문에, a축 방향 또는 c축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교차하고 있는 경우, 즉, 리튬 함유 복합 산화물(103)의 a면 또는 c면이 정극 집전체(101)에 접하는 경우, 리튬 함유 복합 산화물(103c)에 나타낸 바와 같이, 높이가 높은 상태로 정극 집전체(101) 위에 분산된다.
리튬 함유 복합 산화물을 포함한 슬러리(105)는 리튬 함유 복합 산화물, 바인더 및 도전조제를 포함한다. 또한, 도 3(A) 및 도 3(B)에서는 리튬 함유 복합 산화물을 포함한 슬러리(105)를 파선으로 나타낸다.
리튬 함유 복합 산화물의 제작 방법으로서는 고상법, 수열법, 분무 열 분해법 등을 적절히 이용할 수 있다. 또한, 입도 분포 및 입경이 작고, a축 방향 및 c축 방향의 길이와 비교하여, b축 방향의 길이가 짧은 편평 형상의 단결정립을 제작하는 방법으로는 수열법이 바람직하다.
바인더로서는 전분(澱粉), 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 디아세틸셀룰로오스 등의 다당류나, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐알코올, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 고무, 술폰화 EPDM 고무, 스티렌부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 불소 고무 등의 비닐 폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드 등의 폴리에테르 등이 있다.
도전조제로서는 그 재료 자체가 전자 도전체이고, 리튬 이온 2차 전지 내에서 다른 물질과 화학변화를 일으키지 않는 것이면 좋다. 예를 들어, 흑연, 탄소 섬유, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, VGCF(등록상표) 등의 탄소계 재료, 구리, 니켈, 알루미늄 혹은 은 등의 금속 재료 또는 이러한 혼합물의 분말이나 섬유 등이 그것에 해당한다. 도전조제란 활물질 사이의 도전성을 돕는 물질이며, 떨어져 있는 활물질 사이에 충전되어 활물질끼리의 도통을 취하는 재료이다.
또한, 리튬 함유 복합 산화물, 바인더 및 도전조제를 슬러리에 분산 또는 용해시키기 위해서 적절히 용매를 이용하여도 좋다.
또한, 입경이 작은 리튬 함유 복합 산화물은 응집하기 쉽고, 슬러리 중에서 균일하게 분산하기 어렵다. 이 때문에, 리튬 함유 복합 산화물을 균일하게 슬러리에 분산시키기 위해서, 분산제 및 분산매를 적절히 이용하는 것이 바람직하다.
분산제로서는 고분자형 분산제, 계면활성제형 분산제(저분자형 분산제), 무기형 분산제 등이 있다. 분산매는 알코올, 물 등이 있다. 또한, 분산제 및 분산매는 리튬 함유 복합 산화물에 맞추어 적절히 선택하면 좋다.
다음으로, 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(105)에 물리적으로 압력을 가한다. 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(105)에 물리적으로 압력을 가하는 방법으로는 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(105) 위로 롤러, 스퀴지, 블레이드 등을 이동시키는 방법이 있다. 또한, 물리적으로 압력을 더하는 방법 대신에, 리튬 함유 복합 산화물을 포함한 슬러리에 초음파 진동을 부여해도 좋다. 이 결과, 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(105)에 있어서 a축 방향 또는 c축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교차하는 리튬 함유 복합 산화물(103c), 즉, a면 또는 c면이 정극 집전체(101)에 접하는 리튬 함유 복합 산화물(103c)이 넘어져 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 리튬 함유 복합 산화물(103)의 b축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교차하는 상태로 할 수 있다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물(103)의 b면이 정극 집전체(101)에 접하는 상태로 할 수 있다. 즉, 정극 집천체(101)에 있어서의 리튬 함유 복합 산화물(103)의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.
이 후, 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(105)를 가열하고, 용매를 제거함과 동시에, 리튬 함유 복합 산화물(103)을 바인더로 고착시켜, 정극 활물질층(109)을 형성한다(도 3(C) 참조). 또한, 바인더는 가열에 의하여 다공질상, 섬유상이 되고, 틈새를 포함하기 때문에, 이 틈새에서 리튬 함유 복합 산화물은 노출된다. 또한, 도 3(C)에 있어서 정극 활물질층(109)을 파선으로 나타낸다.
상기의 공정에 의하여 리튬 이온 2차 전지의 정극을 제작할 수 있다.
본 실시형태에 나타낸 정극은 편평 형상의 단결정립이고, a축 방향 및 c축 방향보다 b축 방향의 길이가 짧은 올리빈형 리튬 함유 복합 산화물을 정극 활물질층에 가진다. 또한, a축 및 c축을 포함한 면, 즉 b면이, 정극 집전체에 접하고, 리튬 이온의 확산 경로인 b축 방향이 정극 집전체의 표면에 대해서 교차한다. 이 때문에, 집전체와 전해질 사이에서의 리튬 이온의 확산량을 높일 수 있다. 또한, 본 실시형태에 나타낸 정극을 리튬 이온 2차 전지에 이용함으로써, 리튬 이온 2차 전지의 내부 저항이 저감함과 동시에, 고출력화가 가능하다. 또한, 방전 용량을 이론 방전 용량으로까지 높일 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 정극 집전체 위에 고체 전해질을 포함한 정극 활물질층을 제작하는 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서는 실시형태 1을 이용하여 설명한다.
본 실시형태에서는 실시형태 1에 나타낸 정극 활물질층에 있어서, 바인더에 리튬 이온 2차 전지의 전해질의 용질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전해질의 용질로서는 캐리어 이온인 리튬 이온을 이송 가능하고, 또한, 리튬 이온이 안정하게 존재하는 재료를 이용한다. 전해질의 용질의 대표예로서는 LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등의 리튬염이 있다.
또한, 전해질의 용질을 슬러리에 분산 또는 용해시키기 위해서 적절히 용매를 이용하여도 좋다.
도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 실시형태 1과 마찬가지로, 정극 집전체(101) 위에, 리튬 함유 복합 산화물(103), 바인더 및 도전조제와 함께, 전해질의 용질을 포함한 슬러리(115)를 도포한다. 이 후, 슬러리(115)의 두께를 균일하게 하는 처리 및 슬러리(115)의 용매를 건조시키는 처리를 행하여도 좋다. 또한, 도 3(A) 및 도 3(B)에 대해서는 리튬 함유 복합 산화물을 포함한 슬러리(115)를 파선으로 나타낸다.
다음으로, 실시형태 1과 마찬가지로 리튬 함유 복합 산화물(103) 및 바인더의 재료를 포함한 슬러리(115)에 물리적으로 압력을 가한다. 또는, 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(115)에 초음파 진동을 부여하여도 좋다. 이 결과, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이 리튬 함유 복합 산화물(103)의 b축 방향이 정극 집전체(101)의 표면에 대해서 교차하는 상태로 할 수 있다. 또한, 리튬 함유 복합 산화물(103)의 b면이 정극 집전체(101)에 접하는 상태로 할 수 있다.
이 후, 실시형태 1과 마찬가지로 리튬 함유 복합 산화물(103)을 포함한 슬러리(115)를 가열하고, 용매를 제거함과 동시에, 리튬 함유 복합 산화물(103)을 바인더로 고착시켜, 고체 전해질로 충족시켜진 정극 활물질층을 형성한다(도 3(C) 참조). 또한 도 3(C)에서 정극 활물질층(119)을 파선으로 나타낸다.
본 실시형태에 의하여 정극 집전체 위에, 고체 전해질로 채워진 정극 활물질층을 가지는 정극을 제작할 수 있기 때문에, 전극 및 전해질의 계면에 있어서의 저항을 저감할 수 있다. 이 결과, 본 실시형태에 나타낸 정극을 이용함으로써, 리튬 이온 2차 전지의 내부 저항이 더욱 저감함과 동시에, 고출력화 및 고속 충방전이 가능하고, 방전 용량을 이론 방전 용량으로까지 높일 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 리튬 이온 2차 전지 및 그 제작 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 리튬 이온 2차 전지의 일양태에 대하여 도 4를 이용해서 설명한다. 여기에서는 리튬 이온 2차 전지의 단면 구조에 대해서 이하에 설명한다.
도 4는 리튬 이온 2차 전지의 단면도이다.
리튬 이온 2차 전지(400)는 부극 집전체(407) 및 부극 활물질층(409)으로 구성되는 부극(411)과, 정극 집전체(401) 및 정극 활물질층(403)으로 구성되는 정극(405)과, 부극(411) 및 정극(405)으로 협지되는 세퍼레이터(413)로 구성된다. 또한, 세퍼레이터(413) 중에는 전해질(415)이 포함된다. 또한, 부극 집전체(407)는 외부 단자(419)와 접속하고, 정극 집전체(401)는 외부 단자(417)와 접속한다. 외부 단자(419)의 단부는 개스킷(421)에 매몰된다. 즉, 외부 단자((417), (419))는 개스킷(421)에 의해서 절연된다.
부극 집전체(407)는 구리, 스테인리스 스틸, 철, 니켈 등의 도전성의 높은 재료를 이용할 수 있다. 또한, 부극 집전체(407)는 박상, 판상, 망상 등의 형상을 적절히 이용할 수 있다.
부극 활물질층(409)로서는 리튬 이온의 흡장 방출이 가능한 재료를 이용한다. 대표적으로는 리튬, 알루미늄, 흑연, 실리콘, 주석, 게르마늄 등이 이용된다. 부극 집전체(407)를 이용하지 않고 부극 활물질층(409)을 단체(單體)로 부극으로서 이용하여도 좋다. 흑연과 비교하여, 게르마늄, 실리콘, 리튬, 알루미늄의 이론 리튬 흡장 용량이 크다. 흡장 용량이 크면 작은 면적에서도 충분히 충방전이 가능하고, 부극으로서 기능하기 때문에, 원가의 절감 및 리튬 이온 2차 전지의 소형화로 연결된다. 단, 실리콘 등은 리튬 흡장에 의하여 체적이 4배 정도까지 증가하기 때문에, 재료 자체가 물러지는 것에 충분히 조심할 필요가 있다.
또한, 부극 활물질층(409)에 리튬을 프리도핑하여도 좋다. 리튬의 프리도핑 방법으로는 스퍼터링법에 의하여 부극 활물질층(409)표면에 리튬층을 형성하여도 좋다. 또는, 부극 활물질층(409)의 표면에 리튬박을 형성함으로써, 부극 활물질층(409)에 리튬을 프리도핑할 수 있다.
부극 활물질층(409)의 두께는 20μm 이상 100μm 이하 사이에서 소망의 두께를 선택한다.
또한, 부극 활물질층(409)에는 바인더, 도전조제를 가져도 좋다. 바인더, 도전조제는 실시형태 1에 나타낸 정극 활물질층에 포함되는 바인더, 도전조제를 적절히 이용할 수 있다.
정극 집전체(401) 및 정극 활물질층(403)은 각각 실시형태 1에 나타낸 정극 집전체(101) 및 정극 활물질층(109)을 적절히 이용할 수 있다.
세퍼레이터(413)는 절연성의 다공체를 이용한다. 세퍼레이터(413)의 대표예로서는 셀룰로오스(종이), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 있다.
전해질(415)의 용질은 실시형태 2에 나타낸 캐리어 이온인 리튬 이온을 이송 가능하고, 또한, 리튬 이온이 안정하게 존재하는 재료를 적절히 이용한다.
또한, 전해질(415)의 용매로서는 리튬 이온의 이송이 가능한 재료를 이용한다. 전해질(415)의 용매로서는 비 프로톤성 유기 용매가 바람직하다. 비 프로톤성 유기 용매의 대표예로서는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, γ-부틸올락톤, 아세트니트릴, 디메톡시 에탄, 테트라하이드로푸란 등이 있고, 이 중 하나 또는 복수를 이용할 수 있다. 또한, 전해질(415)의 용매로서 겔화되는 고분자 재료를 이용함으로써, 누액성을 포함한 안전성이 높아진다. 또한, 리튬 이온 2차 전지(400)의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화되는 고분자 재료의 대표예로서는 실리콘 겔, 아크릴 겔, 아크릴로니트릴 겔, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 불소계 폴리머 등이 있다.
또한, 전해질(415)로서 Li3PO4등의 고체 전해질을 이용할 수 있다. 또한, 전해질(415)로서 고체 전해질을 이용하는 경우에 세퍼레이터(413)는 불필요하다.
또는, 실시형태 2에 나타낸 바와 같이, 정극 집전체 위에 고체 전해질로 채워진 정극 활물질층을 형성하여도 좋다.
외부 단자((417), (419))는 스테인리스 스틸판, 알루미늄판 등의 금속 부재를 적절히 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 리튬 이온 2차 전지(400)로서 코인형 리튬 이온 2차 전지를 나타냈지만, 봉지형 리튬 이온 2차 전지, 원통형 리튬 이온 2차 전지, 각형 리튬 이온 2차 전지 등 여러 가지 형상의 리튬 이온 2차 전지로 할 수 있다. 또한, 정극, 부극 및 세퍼레이터가 복수 적층된 구조, 정극, 부극 및 세퍼레이터가 권회된 구조이어도 좋다.
리튬 이온 2차 전지는 에너지 밀도가 높고, 용량이 크다. 또한, 출력 전압이 높다. 이렇게 때문에, 소형화 및 경량화가 가능하다. 또한, 충방전의 반복에 의한 열화가 적고, 장기간의 사용이 가능하고, 원가 삭감이 가능하다. 또한, 정극 활물질층에, 편평 형상의 단결정립이며, a축 방향 및 c축 방향보다 b축 방향의 길이가 짧은 올리빈형의 리튬 함유 복합 산화물을 이용함으로써, 리튬 이온 2차 전지의 방전 용량을 높일 수 있음과 동시에 고출력화가 가능하다.
다음으로, 본 실시형태에 나타낸 리튬 이온 2차 전지(400)의 제작 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 부극(411)의 제작 방법에 대해서 설명한다.
부극 집전체(407) 위에 도포법, 스퍼터링법, 증착법 등에 의하여 부극 활물질층(409)을 형성함으로써, 부극(411)을 제작할 수 있다. 또는, 부극(411)으로서 리튬, 알루미늄, 흑연 및 실리콘의 박, 판, 또는 망을 부극으로서 이용할 수 있다. 여기에서는 흑연에 리튬을 프리도핑하여 부극을 제작한다.
다음으로, 정극(405)은 실시형태 1에 나타낸 정극 제작 방법을 적절히 이용한다.
다음으로, 부극(411), 세퍼레이터(413) 및 정극(405)을 전해질(415)에 함침시킨다. 다음으로, 외부 단자(417)에 정극(405), 세퍼레이터(413), 개스킷(421), 부극(411) 및 외부 단자(419)의 순서에 적층하고, 「코인 코킹기」로 외부 단자(417) 및 외부 단자(419)를 코킹하여 코인형의 리튬 이온 2차 전지를 제작할 수 있다.
또한, 외부 단자(417) 및 정극(405)의 사이 또는 외부 단자(419) 및 부극(411) 사이에 스페이서 및 워셔를 넣고, 외부 단자(417) 및 정극(405)의 접속과 외부 단자(419) 및 부극(411)의 접속을 보다 높여도 좋다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 실시형태 3에 설명한 리튬 이온 2차 전지의 응용 형태에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다.
실시형태 3에 설명한 리튬 이온 2차 전지는 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 한다.), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치 등의 전자기기에 이용할 수 있다. 또한, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 철도용 전기 차량, 작업차, 카트, 전동 휠체어 등의 전기 추진 차량에 이용할 수 있다. 여기에서는 전기 추진 차량의 예를 설명한다.
도 5(A)에 전기 추진 차량의 하나인 사륜 자동차(500)의 구성을 나타낸다. 자동차(500)는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차이다. 자동차(500)는 그 바닥부에 리튬 이온 2차 전지(502)가 설치되어 있는 예를 나타낸다. 자동차(500)에 있어서의 리튬 이온 2차 전지(502)의 위치를 명확하게 하기 위해서, 도 5(B)에 윤곽만 나타낸 자동차(500)와 자동차(500)의 바닥부에 설치된 리튬 이온 2차 전지(502)를 나타낸다. 실시형태 3에 설명한 리튬 이온 2차 전지를 리튬 이온 2차 전지(502)에 이용할 수 있다. 리튬 이온 2차 전지(502)는 플러그 인 기술이나 무선 급전 시스템에 의한 외부로부터의 전력 공급에 의하여 충전을 할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일양태에 관한 리튬 이온 2차 전지를 무선 급전 시스템(이하, RF 급전 시스템이라고 부른다.)에 이용했을 경우의 일례를, 도 6 및 도 7의 블럭도를 이용하여 설명한다. 또한, 각 블럭도에서는 수전 장치 및 급전 장치 내의 구성 요소를 기능마다 분류하여, 서로 독립한 블록으로서 나타내고 있지만, 실제의 구성요소는 기능마다 완전하게 분리하는 것이 곤란하고, 하나의 구성요소가 복수의 기능에 관할 수도 있다.
먼저, 도 6을 이용하여 RF 급전 시스템에 대하여 설명한다.
수전 장치(600)는 급전 장치(700)로부터 공급된 전력으로 구동하는 전자기기 또는 전기 추진 차량이지만, 이 외에 전력으로 구동하는 장치에 적절히 적용할 수 있다. 전자기기의 대표예로서는 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 표시 장치, 컴퓨터 등이 있다. 또한, 전기 추진 차량의 대표예로서는 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 철도용 전기 차량, 작업차, 카트, 전동 휠체어 등이 있다. 또한, 급전 장치(700)는 수전 장치(600)에 전력을 공급하는 기능을 가진다.
도 6에서 수전 장치(600)는 수전 장치부(601)와 전원 부하부(610)를 가진다. 수전 장치부(601)는 적어도 수전 장치용 안테나 회로(602)와, 신호 처리 회로(603)와, 리튬 이온 2차 전지(604)를 가진다. 또한, 급전 장치(700)는 적어도 급전 장치용 안테나 회로(701)와 신호 처리 회로(702)를 가진다.
수전 장치용 안테나 회로(602)는 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받거나 혹은, 급전 장치용 안테나 회로(701)에 신호를 발신하는 역할을 한다. 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호를 처리하고, 리튬 이온 2차 전지(604)의 충전, 리튬 이온 2차 전지(604)로부터 전원 부하부(610)로의 전력 공급을 제어한다. 또한, 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)의 동작을 제어한다. 즉, 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터 발신하는 신호의 강도, 주파수 등을 제어할 수 있다. 전원 부하부(610)는 리튬 이온 2차 전지(604)로부터 전력을 받아서, 수전 장치(600)을 구동하는 구동부이다. 전원 부하부(610)의 대표예로서는 모터, 구동 회로 등이 있지만, 그 외의 전력을 받아 수전 장치를 구동하는 장치를 적절히 이용할 수 있다. 또한, 급전 장치용 안테나 회로(701)는 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 보내거나 혹은, 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터의 신호를 받는 역할을 한다. 신호 처리 회로(702)는 급전 장치용 안테나 회로(701)가 수신한 신호를 처리한다. 또한, 신호 처리 회로(702)는 급전 장치용 안테나 회로(701)의 동작을 제어한다. 즉, 급전 장치용 안테나 회로(701)로부터 발신하는 신호의 강도, 주파수 등을 제어할 수 있다.
본 발명의 일양태에 관한 리튬 이온 2차 전지는 도 6에 설명한 RF 급전 시스템에 있어서의 수전 장치(600)가 가지는 리튬 이온 2차 전지(604)로서 이용된다.
RF 급전 시스템에 본 발명의 일양태에 관한 리튬 이온 2차 전지를 이용함으로써, 종래의 리튬 이온 2차 전지에 비하여 방전 용량 또는 충전 용량(축전량이라고도 한다)을 늘릴 수 있다. 따라서, 무선 급전의 시간 간격을 늘릴 수 있다(몇 번이나 급전하는 수고를 줄일 수 있다).
또한, RF 급전 시스템에 본 발명의 한 종류에 관한 리튬 이온 2차 전지를 이용함으로써, 전원 부하부(610)를 구동할 수 있는 방전 용량 또는 충전 용량이 종래와 같으면, 수전 장치(600)의 소형화 및 경량화가 가능하다. 따라서, 전체 원가를 줄일 수 있다.
다음으로, RF 급전 시스템의 다른 예에 대해서 도 7을 이용하여 설명한다.
도 7에서 수전 장치(600)는 수전 장치부(601)와 전원 부하부(610)를 가진다. 수전 장치부(601)는 적어도 수전 장치용 안테나 회로(602)와, 신호 처리 회로(603)와, 리튬 이온 2차 전지(604)와, 정류 회로(605)와, 변조 회로(606)와, 전원 회로(607)를 가진다. 또, 급전 장치(700)는 적어도 급전 장치용 안테나 회로(701)와, 신호 처리 회로(702)와, 정류 회로(703)와, 변조 회로(704)와, 복조 회로(705)와, 발진 회로(706)를 가진다.
수전 장치용 안테나 회로(602)는 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받거나 혹은, 급전 장치용 안테나 회로(701)에 신호를 발신하는 역할을 한다. 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받는 경우, 정류 회로(605)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호로부터 직류 전압을 생성하는 역할을 한다. 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호를 처리하고, 리튬 이온 2차 전지(604)의 충전, 리튬 이온 2차 전지(604)로부터 전원 회로(607)로의 전력 공급을 제어하는 역할을 한다. 전원 회로(607)는 리튬 이온 2차 전지(604)가 축전하고 있는 전압을 전원 부하부(610)에 필요한 전압으로 변환하는 역할을 한다. 변조 회로(606)는 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)에 어떠한 응답을 송신하는 경우에 사용된다.
전원 회로(607)를 가짐으로써 전원 부하부(610)에 공급하는 전력을 제어할 수 있다. 이 때문에, 전원 부하부(610)에 과전압이 인가되는 것을 저감하는 것이 가능하고, 수전 장치(600)의 열화나 파괴를 저감할 수 있다.
또한, 변조 회로(606)를 가짐으로써 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)에 신호를 송신하는 것이 가능하다. 이 때문에, 수전 장치(600)의 충전량을 판단하여 일정량의 충전을 했을 경우에, 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)에 신호를 송신하여, 급전 장치(700)로부터 수전 장치(600)로의 급전을 정지시킬 수 있다. 이 결과, 리튬 이온 2차 전지(604)의 충전량을 100%로 하지 않음으로써, 리튬 이온 2차 전지(604)의 충전 횟수를 증가시킬 수 있다.
또한, 급전 장치용 안테나 회로(701)는 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 보내거나 혹은, 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터 신호를 받는 역할을 한다. 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 보내는 경우, 신호 처리 회로(702)는 수전 장치에 송신하는 신호를 생성하는 회로이다. 발진 회로(706)는 일정한 주파수의 신호를 생성하는 회로이다. 변조 회로(704)는 신호 처리 회로(702)가 생성한 신호와 발진 회로(706)에서 생성된 일정한 주파수의 신호에 따라서, 급전 장치용 안테나 회로(701)에 전압을 인가하는 역할을 한다. 그렇게 함으로써, 급전 장치용 안테나 회로(701)로부터 신호가 출력된다. 한편, 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터 신호를 받는 경우, 정류 회로(703)는 받은 신호를 정류하는 역할을 한다. 복조 회로(705)는 정류 회로(703)가 정류한 신호로부터 수전 장치(600)가 급전 장치(700)에 보낸 신호를 추출한다. 신호 처리 회로(702)는 복조 회로(705)에 의해서 추출된 신호를 해석하는 역할을 한다.
또한, RF 급전을 행할 수 있다면 각 회로의 사이에 어떤 회로를 설치하여도 좋다. 예를 들어, 수전 장치(600)가 신호를 수신하고 정류 회로(605)로 직류 전압을 생성한 뒤에, 후단에 설치된 DCDC 컨버터나 레귤레이터와 같은 회로에 의해서, 정전압을 생성하여도 좋다. 그렇게 함으로써, 수전 장치(600) 내부에 과전압이 인가되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일양태와 관한 리튬 이온 2차 전지는 도 7에 설명한 RF 급전 시스템에 있어서의 수전 장치(600)가 가지는 리튬 이온 2차 전지(604)로서 이용된다.
RF 급전 시스템에 본 발명의 일양태에 관한 리튬 이온 2차 전지를 이용함으로써, 종래의 리튬 이온 2차 전지에 비하여 방전 용량 또는 충전 용량을 늘릴 수 있으므로, 무선 급전의 시간 간격을 늘릴 수 있다(몇 번이나 급전하는 수고를 줄일 수 있다).
또한, RF 급전 시스템에 본 발명의 일양태와 관련되는 리튬 이온 2차 전지를 이용함으로써, 전원 부하부(610)를 구동할 수 있는 방전 용량 또는 충전 용량이 종래와 같다면, 수전 장치(600)의 소형화 및 경량화가 가능하다. 따라서, 전체 원가를 줄일 수 있다.
또한, RF 급전 시스템에 본 발명의 일양태에 관한 리튬 이온 2차 전지를 이용하여, 수전 장치용 안테나 회로(602)로 리튬 이온 2차 전지(604)를 겹치는 경우는 리튬 이온 2차 전지(604)의 충방전에 의한 리튬 이온 2차 전지(604)의 변형과 이 변형에 수반하는 안테나의 형상의 변화에 의해서, 수전 장치용 안테나 회로(602)의 임피던스가 변화하지 않게 하는 것이 바람직하다. 안테나의 임피던스가 변화해 버리면, 충분한 전력 공급이 이루어지지 않을 가능성이 있기 때문이다. 예를 들어, 리튬 이온 2차 전지(604)를 금속제 혹은 세라믹스제의 전지 팩에 장전하도록 하면 좋다. 또한, 그때 수전 장치용 안테나 회로(602)와 전지 팩은 수 십 μm 이상 떨어져 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는 충전용의 신호의 주파수에 특별한 한정은 없고, 전력을 전송할 수 있는 주파수이면, 어느 대역이어도 상관없다. 충전용의 신호는 예를 들어, 135 kHz의 LF대(장파)이어도 좋고, 13.56 MHz의 HF대(단파)이어도 좋고, 900 MHz ~ 1GHz의 UHF대(극초단파)이어도 좋고, 2.45 GHz의 마이크로파대이어도 좋다.
또한, 신호의 전송 방식으로서는 전자 결합 방식, 전자 유도 방식, 공명 방식, 마이크로파 방식 등 여러 가지 종류가 있지만, 적절히 선택하면 좋다. 단, 비나 진흙 등의 수분을 포함한 이물에 의한 에너지의 손실을 억제하기 위해서는 주파수가 낮은 대역, 구체적으로는, 단파인 3 MHz ~ 30 MHz, 중파인 300 kHz ~ 3 MHz, 장파인 30 kHz ~ 300 kHz 및 초장파인 3 kHz ~ 30 kHz의 주파수를 이용한 전자 유도 방식이나 공명 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
101 : 정극 집전체
103 : 리튬 함유 복합 산화물
103a : 리튬 함유 복합 산화물
103b : 리튬 함유 복합 산화물
103c : 리튬 함유 복합 산화물
105 : 슬러리
109 : 정극 활물질층
115 : 슬러리
119 : 정극 활물질층
301 : 단위격자
303 : 리튬
305 : 철
307 : 인
309 : 산소
400 : 리튬 이온 2차 전지
401 : 정극 집전체
403 : 정극 활물질층
405 : 정극
407 : 부극 집전체
409 : 부극 활물질층
411 : 부극
413 : 세퍼레이터
415 : 전해질
417 : 외부 단자
419 : 외부 단자
421 : 개스킷
500 : 자동차
502 : 리튬 이온 2차 전지
600 : 수전 장치
601 : 수전 장치부
602 : 수전 장치용 안테나 회로
603 : 신호 처리 회로
604 : 리튬 이온 2차 전지
605 : 정류 회로
606 : 변조 회로
607 : 전원 회로
610 : 전원 부하부
700 : 급전 장치
701 : 급전 장치용 안테나 회로
702 : 신호 처리 회로
703 : 정류 회로
704 : 변조 회로
705 : 복조 회로
706 : 발진 회로

Claims (39)

  1. 리튬 이온 2차 전지로서,
    정극 집전체와, 상기 정극 집전체 위에 있고 복수의 편평한 단결정립을 포함하는 정극 활물질층을 포함하는 정극;
    부극; 및
    상기 정극과 상기 부극 사이에 제공되어 있는 전해질을 포함하고,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각은 리튬 함유 복합 산화물이고,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각에 있어서, b축 방향의 길이는 a축 방향 및 c축 방향의 각 길이보다 짧고,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각은 상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 b축이 상기 정극 집전체의 표면과 교차되도록 상기 정극 집전체 위에 제공되는, 리튬 이온 2차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 상기 b축 방향의 길이는, 5 nm 이상 50 nm 이하인, 리튬 이온 2차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 상기 b축은 상기 정극 집전체의 상기 표면과 60도 이상 90도 이하의 각도로 교차하는, 리튬 이온 2차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 중 적어도 하나는 상기 복수의 편평한 단결정립 중 적어도 다른 하나와 겹쳐 있는, 리튬 이온 2차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은 올리빈 구조를 가지는, 리튬 이온 2차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은, 일반식 LiMPO4(M은, Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II)중 하나 이상)로 나타내는, 리튬 이온 2차 전지.
  7. 삭제
  8. 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법으로서,
    정극 집전체의 상면에 복수의 편평한 단결정립을 포함하는 슬러리를 도포하는 단계로서, 상기 복수의 편평한 단결정립 각각은 리튬 함유 복합 산화물이고, 상기 복수의 편평한 단결정립 각각에 있어서, b축 방향의 길이는 a축 방향 및 c축 방향의 각 길이보다 짧은, 도포 단계; 및
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 b축이 상기 정극 집전체의 상기 상면과 교차되도록 상기 슬러리에 압력을 가하는 단계를 포함하는, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬러리에 압력을 가하는 단계는 상기 슬러리 위에서 롤러를 이동시키는 단계인, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  16. 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법으로서,
    정극 집전체의 상면에 복수의 편평한 단결정립을 포함하는 슬러리를 도포하는 단계로서, 상기 복수의 편평한 단결정립 각각은 리튬 함유 복합 산화물이고, 상기 복수의 편평한 단결정립 각각에 있어서 b축 방향의 길이는 a축 방향 및 c축 방향의 각 길이보다 짧은, 도포 단계; 및
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 b축이 상기 정극 집전체의 상기 상면과 교차되도록 상기 슬러리에 진동을 가하는 단계를 포함한, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  17. 제 8 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 상기 b축 방향의 길이는, 5 nm 이상 50 nm 이하인, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  18. 제 8 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 상기 b축은 상기 정극 집전체의 상기 상면과 60도 이상 90도 이하의 각도로 교차하는, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  19. 제 8 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 중 적어도 하나는 상기 복수의 편평한 단결정립 중 적어도 다른 하나와 겹쳐 있는, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  20. 제 8 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은 올리빈 구조를 가지는, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  21. 제 8 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은, 일반식 LiMPO4(M은, Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II)중 하나 이상)로 나타내는, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  22. 삭제
  23. 제 8 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 슬러리에 진동을 가하는 단계는 상기 슬러리에 초음파 진동을 가하는 단계인, 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법.
  24. 정극으로서,
    정극 집전체; 및 상기 정극 집전체 위에 있고 복수의 편평한 단결정립을 포함하는 정극 활물질층을 포함하고,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각은 리튬 함유 복합 산화물이고,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각에 있어서, b축 방향의 길이는 a축 방향 및 c축 방향의 각 길이보다 짧고,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각은 상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 b축이 상기 정극 집전체의 표면과 교차되도록 상기 정극 집전체 위에 제공되는, 정극.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 상기 b축 방향의 길이는, 5 nm 이상 50 nm 이하인, 정극.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 각각의 상기 b축은 상기 정극 집전체의 상기 표면과 60도 이상 90도 이하의 각도로 교차하는, 정극.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립 중 적어도 하나는 상기 복수의 편평한 단결정립 중 적어도 다른 하나와 겹쳐 있는, 정극.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은 올리빈 구조를 가지는, 정극.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은, 일반식 LiMPO4(M은, Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II)중 하나 이상)로 나타내는, 정극.
  30. 삭제
  31. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립의 상기 a축 방향 및 상기 c축 방향의 길이의 비는 0.8 이상 1.2 이하인, 정극.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 편평한 단결정립의 상기 a축 방향 및 상기 c축 방향의 길이의 비는 0.8 이상 1.2 이하인, 리튬 이온 2차 전지.
  33. 리튬 함유 복합 산화물의 편평한 단결정립을 포함하는 재료로서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은, 일반식 LiMPO4(M은, Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II)중 하나 이상)로 나타내고,
    상기 편평한 단결정립 각각에서 b축 방향의 길이가 a축 방향 및 c축 방향의 각 길이보다 짧고, b면은 정방형 형상 또는 거의 정방형 형상이고,
    상기 편평한 단결정립의 상기 a축 방향 및 상기 c축 방향의 길이의 비는 0.8 이상 1.2 이하인, 재료.
  34. 리튬 함유 복합 산화물의 편평한 단결정립을 포함하는 재료로서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은 공간군 Pnma(62)에 속하고,
    상기 편평한 단결정립 각각에서 b축 방향의 길이가 a축 방향 및 c축 방향의 각 길이보다 짧고, b면은 정방형 형상 또는 거의 정방형 형상이고,
    상기 편평한 단결정립의 상기 a축 방향 및 상기 c축 방향의 길이의 비는 0.8 이상 1.2 이하인, 재료.
  35. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 편평한 단결정립 각각의 상기 b축 방향의 길이는 5 nm 이상 50 nm 이하인, 재료.
  36. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 리튬 함유 복합 산화물은 올리빈 구조를 가지는, 재료.
  37. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    대부분의 상기 편평한 단결정립의 b축이 60도 이상 90도 이하의 각도로 기판의 표면과 교차하도록 상기 기판 위에 상기 편평한 단결정립이 제공되는, 재료.
  38. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 편평한 단결정립 각각의 b축이 기판의 표면과 교차하도록 상기 기판 위에 상기 편평한 단결정립 각각이 제공되는, 재료.
  39. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 재료는 전지의 활물질을 구성하는, 재료.
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