KR101949931B1 - Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same - Google Patents
Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101949931B1 KR101949931B1 KR1020180091915A KR20180091915A KR101949931B1 KR 101949931 B1 KR101949931 B1 KR 101949931B1 KR 1020180091915 A KR1020180091915 A KR 1020180091915A KR 20180091915 A KR20180091915 A KR 20180091915A KR 101949931 B1 KR101949931 B1 KR 101949931B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- conductor
- positive electrode
- negative electrode
- active material
- electrolyte
- Prior art date
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
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- 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
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
- H01M4/382—Lithium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/40—Alloys based on alkali metals
- H01M4/405—Alloys based on lithium
-
- 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
-
- Y02E60/122—
-
- 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
-
- Y02P70/54—
Abstract
본 발명은 음극용 도전체와 양극용 도전체 사이에 둘 이상의 셀 영역이 형성되도록 공간을 구획하는 격벽의 역할을 하는 밀폐부를 이용해 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀을 한 번에 형성할 수 있고 이를 분할하여 여러 개의 전지 셀로 제조할 수 있으며, 여러 개의 전지 셀들이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되기 용이하도록 한 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention is characterized in that a plurality of cell regions are formed in one electrochemical energy element by using a sealing portion serving as a partition for partitioning a space so that two or more cell regions are formed between a conductor for a negative electrode and a conductor for a positive electrode, A plurality of battery cells can be formed at one time and can be divided into a plurality of battery cells and the plurality of battery cells can be electrically connected in series or in parallel, And a manufacturing method thereof.
Description
본 발명은 전기화학 반응에 의해 전기 에너지의 충전 및 방전이 가능한 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical energy device capable of charging and discharging electric energy by an electrochemical reaction and a method of manufacturing the same.
에너지 관련 기술은 최근 통신 기술 및 반도체 제조 기술의 발달에 따른 휴대용 전자 장치에 관한 산업이 팽창하고, 화석 연료의 고갈을 대비하고 환경 보존을 위하여 대체 에너지의 개발 요구가 급격히 증대됨에 따라 활발히 연구되고 있다. 이러한 에너지 관련 기술 중 대표적인 에너지 저장 소자인 전지는 그 중심에 있다.Energy-related technologies have been actively studied as the industry related to portable electronic devices is expanding due to the recent development of communication technology and semiconductor manufacturing technology, and the demand for development of alternative energy for environmental preservation and preparation for depletion of fossil fuels is actively studied . Among these energy-related technologies, a battery, which is a typical energy storage element, is at the center.
전지 중 리튬 일차 전지는, 종래의 수용액계 전지에 비해서 고전압이고 에너지 밀도가 높기 때문에 소형화 및 경량화 측면에서 용이하여 광범위하게 적용되고 있다. 이러한 리튬 일차 전지는 휴대용 전자 장치의 주전원이나 백업용 전원에 주로 사용되고 있다. 또 다른 전지인 리튬 이차 전지는 가역성이 우수한 전극 재료를 이용하여 충전 및 방전이 가능한 에너지 저장 소자이다.Lithium primary batteries in batteries have been widely applied because they are higher in voltage and higher in energy density than conventional aqueous solution batteries in terms of miniaturization and weight reduction. Such a lithium primary battery is mainly used as a main power source or backup power source for portable electronic devices. Another lithium secondary battery is an energy storage device capable of charging and discharging using an electrode material having excellent reversibility.
리튬 이차 전지는 그 응용에 따라 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 예를 들면 리튬 이차 전지는 원통형, 각형 및 파우치형 등으로 패키징되어 제조된다. 여기에서 파우치형 이차 전지는 경량화가 가능하기 때문에 관련 기술이 꾸준히 발전되고 있다. 통상적으로 파우치형 리튬 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 파우치 외장재의 내부에 전극 조립체를 수용한 후, 파우치 외장재를 밀봉하여 파우치 베어 셀(bare cell)을 형성하고, 상기 파우치 베어 셀에 보호 회로 모듈과 같은 부속품을 부착하여 파우치 코어 팩(core pack)을 형성하여 제조될 수 있다. 그러나 이러한 파우치형 리튬 이차 전지도 패키징 측면에서 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 제약하는 요인이 될 뿐만 아니라, 하나의 리튬 이차 전지를 제조하기 위해서는 각각의 리튬 이차 전지를 패키징하여 제조해야 하므로 제조가 어렵고 생산성이 저하되며, 다양한 전자 제품에 응용하기 어려운 문제점이 있다.Lithium secondary batteries are manufactured in various shapes according to their applications. For example, the lithium secondary battery is manufactured by packaging in a cylindrical shape, a square shape, a pouch shape, or the like. Here, since the pouch-type secondary battery can be made lighter, the related art is continuously being developed. Generally, a pouch type lithium secondary battery includes a pouch type battery housing a electrode assembly in a pouch case having a space for accommodating an electrode assembly, sealing the pouch case to form a pouch bare cell, And attaching an accessory such as a protective circuit module to form a pouch core pack. However, such a pouch-type lithium secondary battery is also a factor that restricts the shape and size of the lithium secondary battery in terms of packaging, and in order to manufacture one lithium secondary battery, each lithium secondary battery must be manufactured by packaging it, There is a problem that it is difficult to apply it to various electronic products.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀들을 한 번에 형성할 수 있고 이를 분할하여 여러 개의 전지 셀들을 제조할 수 있으며, 여러 개의 전지 셀들이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되기 용이하도록 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an electrochemical energy device in which a plurality of cell regions are formed in one electrochemical energy device, And a plurality of cell regions for dividing the plurality of battery cells and allowing a plurality of battery cells to be electrically connected in series or in parallel, and a method of manufacturing the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자는, 양극용 도전체; 상기 양극용 도전체에 적층 형성된 양극 활물질; 상기 양극용 도전체에 대향되도록 이격되어 배치되되 상기 양극 활물질과 마주보도록 배치된 음극용 도전체; 상기 양극 활물질과 음극용 도전체 사이에 개재된 전해질; 및 둘레 격벽 및 상기 둘레 격벽의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽을 포함하여 이루어지는 격벽 패턴의 상측이 양극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되고 상기 격벽 패턴의 하측이 음극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되며, 상기 양극 활물질 및 전해질이 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비되도록 형성된 밀폐부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrochemical energy device including a plurality of cell regions, including: a positive electrode conductor; A positive electrode active material laminated on the positive electrode conductor; A negative electrode conductor disposed so as to face the positive electrode conductor so as to face the positive electrode active material; An electrolyte interposed between the positive electrode active material and the negative electrode conductor; And an upper space of the peripheral barrier rib and the peripheral barrier rib and partition walls dividing an inner space, the upper side of the barrier rib is in contact with the positive electrode conductor and the contact surface is closed, and the lower side of the barrier rib pattern is connected to the negative electrode conductor A sealing part formed to be in contact with the contact surface, the cathode active material and the electrolyte being provided in the spaces partitioned by the barrier rib pattern, respectively; And a control unit.
또한, 상기 음극용 도전체와 전해질 사이에 개재되며, 상기 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비된 음극 활물질; 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The negative electrode active material is disposed between the negative electrode conductor and the electrolyte and is provided in each of the spaces defined by the barrier rib pattern. And further comprising:
또한, 상기 음극 활물질은 리튬금속 또는 리튬합금인 것을 특징으로 한다.The negative electrode active material may be lithium metal or a lithium alloy.
또한, 상기 전해질은 다공성 분리막 또는 부직포형 분리막에 전해액 또는 고분자전해질이 포함된 것을 특징으로 한다.In addition, the electrolyte is characterized in that an electrolyte solution or a polymer electrolyte is contained in the porous separation membrane or the non-woven separation membrane.
또한, 상기 밀폐부는, 상기 격벽 패턴과 양극용 도전체 사이 및 상기 격벽 패턴과 음극용 도전체 사이에 각각 형성된 접합부; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The sealing portion may include a bonding portion formed between the barrier rib pattern and the positive electrode conductor and between the barrier rib pattern and the negative electrode conductor, respectively; And further comprising:
또한, 상기 밀폐부를 형성하는 격벽 패턴은, 상기 양극용 도전체의 하면에 형성된 라미네이트 필름층과 상기 음극용 도전체의 상면에 형성된 라미네이트 필름층이 접합되어 형성된 접합부인 것을 특징으로 한다.The partition pattern forming the closed portion is characterized by being a joint portion formed by joining together a laminate film layer formed on the lower face of the conductor for positive electrode and a laminate film layer formed on the upper face of the conductor for negative electrode.
또한, 상기 격벽 패턴은, 상기 둘레 격벽의 폭보다 구획 격벽의 폭이 넓게 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the barrier rib pattern is formed such that the width of the partition rib is larger than the width of the peripheral rib.
또한, 상기 양극용 도전체의 상면 및 음극용 도전체의 하면 중 어느 하나 이상에 절연층이 형성된 것을 특징으로 한다.An insulating layer is formed on at least one of the upper surface of the positive electrode conductor and the lower surface of the negative electrode conductor.
또한, 상기 절연층은 양극용 도전체의 상면 일부 또는 음극용 도전체의 하면 일부에만 형성된 것을 특징으로 한다.The insulating layer is formed on only a part of the upper surface of the conductor for the positive electrode or a part of the lower surface of the conductor for the negative electrode.
또한, 상기 격벽 패턴에 의해 구획되어 형성된 복수의 셀 영역에는 각각 양극용 도전체의 상면 일부 또는 음극용 도전체의 하면 일부가 외부로 노출되도록 절연층이 형성되지 않은 것을 특징으로 한다.The plurality of cell regions defined by the barrier rib pattern are not provided with an insulating layer such that a part of the upper surface of the conductor for the positive electrode or a part of the lower surface of the conductor for the negative electrode is exposed to the outside.
또한, 상기 양극용 도전체의 상면에는 입구 폭보다 내측 폭이 넓은 가이드 홈이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체에는 상기 가이드 홈의 형태에 대응되도록 돌출부가 볼록하게 형성된 것을 특징으로 한다.Further, on the upper surface of the positive electrode conductor, a guide groove having a width wider than an entrance width is formed concavely, and the negative electrode conductor is formed with convex portions so as to correspond to the shape of the guide groove.
그리고 본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법은, 양극용 도전체 및 음극용 도전체 중 어느 하나 이상에 형성하되, 복수의 셀 영역으로 구획하는 격벽 패턴을 형성하는 단계(SA10); 상기 복수의 셀 영역 각각에 양극 활물질 및 전해질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 단계(SA20); 및 상기 양극용 도전체와 음극용 도전체가 서로 대향되도록 하여 상기 격벽 패턴에 의해 양극용 도전체와 음극용 도전체가 결합되도록 함으로써 상기 복수의 셀 영역이 밀폐되며, 상기 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 단계(SA30); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to the present invention includes the steps of forming a barrier rib pattern formed on at least one of a conductor for a positive electrode and a conductor for a negative electrode and partitioned into a plurality of cell regions (SA10); (SA20) of arranging the cathode active material and the electrolyte in each of the plurality of cell regions so as to form a laminated structure; And the plurality of cell regions are sealed by allowing the positive electrode conductor and the negative electrode conductor to be coupled by the partition pattern so that the positive electrode conductor and the negative electrode conductor are opposed to each other, A step SA30 of forming a structure in which an electrolyte and a conductor for a negative electrode are laminated in order; And a control unit.
또한, 상기 SA20단계에서는 양극 활물질, 전해질 및 음극 활물질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하며, 상기 SA30단계에서는 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.In step SA20, the positive electrode active material, the electrolyte and the negative electrode active material are arranged so as to form a laminated structure. In step SA30, a structure in which the positive electrode active material, the electrolyte, the negative electrode active material, Is formed.
또한, 상기 음극 활물질은 리튬 또는 리튬합금인 것을 특징으로 한다.The negative electrode active material may be lithium or a lithium alloy.
또한, 상기 SA10단계 이전 또는 SA30단계 이후에, 상기 양극용 도전체 및 음극용 도전체 중 어느 하나 이상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The method may further include forming an insulating layer on at least one of the positive electrode conductor and the negative electrode conductor before step SA10 or step SA30.
또한, 상기 SA10단계 이전에, 상기 양극용 도전체의 상면에는 입구 폭보다 내측 폭이 넓은 가이드 홈이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체에는 상기 가이드 홈의 형태에 대응되도록 돌출부가 볼록하게 형성되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Further, before step SA10, a guide groove having an inner width wider than an entrance width is formed concavely on the upper surface of the anode-use conductor, and the anode-use conductor is formed with convex portions so as to correspond to the shape of the guide groove The method comprising the steps of:
본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법은, 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역들이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀들을 한 번에 형성할 수 있는 장점이 있다.An electrochemical energy device having a plurality of cell regions and a method of manufacturing the same according to the present invention is characterized in that a plurality of cell regions are formed in one electrochemical energy device, .
그리고 하나의 전기화학 에너지 소자를 분할하여 여러 개의 전지 셀들로 제조할 수 있어 생산성이 향상되는 장점이 있다.In addition, since one electrochemical energy device can be divided into several battery cells, productivity can be improved.
또한, 분할된 전지 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되기 용이하여 다양한 전자제품들에 응용될 수 있는 장점이 있다.Also, since the divided battery cells are easily connected in series or in parallel, they can be applied to various electronic products.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 양극용 도전체 또는 음극용 도전체에 격벽 패턴이 결합된 상태를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 양극용 도전체 및 음극용 도전체에 절연층이 형성된 것을 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 전기화학 에너지 소자를 상측에서 바라본 평면도.
도 6은 도 4의 본 발명의 전기화학 에너지 소자를 잘라 형성한 복수개의 전지 셀들을 적층하여 병렬로 연결하는 것을 나타낸 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 홈 및 돌출부를 갖는 전기화학 에너지 소자의 사시도 및 단면도.
도 9는 도 8의 본 발명의 전기화학 에너지 소자를 잘라 형성한 복수개의 전지 셀들을 적층하여 직렬로 연결하는 것을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 격벽 패턴을 형성하는 라미네이트 필름층들을 열융착하여 밀폐부로 형성하는 것을 나타낸 부분 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a barrier rib pattern is coupled to a conductor for a positive electrode or a conductor for a negative electrode according to the present invention. FIG.
3 is a cross-sectional view illustrating an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to another embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing that an insulating layer is formed on a conductor for a positive electrode and a conductor for a negative electrode according to the present invention.
5 is a top plan view of the electrochemical energy device of FIG. 4;
6 is a cross-sectional view illustrating a plurality of battery cells formed by cutting the electrochemical energy device of the present invention of FIG. 4 stacked and connected in parallel.
7 and 8 are a perspective view and a cross-sectional view of an electrochemical energy device having a guide groove and a protrusion according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a plurality of battery cells formed by cutting the electrochemical energy element of FIG. 8 stacked and connected in series. FIG.
10 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to another embodiment of the present invention.
12 is a partial cross-sectional view showing that the laminate film layers forming the barrier rib pattern according to the present invention are thermally fused to form a closed portion.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, an electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[전기화학 에너지 소자의_실시예][Example of electrochemical energy device]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자를 나타낸 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 양극용 도전체 또는 음극용 도전체에 격벽 패턴이 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state where a barrier rib pattern is coupled to a conductor for a positive electrode or a negative electrode according to the present invention Fig.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자(1000)는, 양극용 도전체(100); 상기 양극용 도전체(100)에 적층 형성된 양극 활물질(200); 상기 양극용 도전체(100)에 대향되도록 이격되어 배치되되 상기 양극 활물질(200)과 마주보도록 배치된 음극용 도전체(400); 상기 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400) 사이에 개재된 전해질(300); 및 둘레 격벽(511) 및 상기 둘레 격벽(511)의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽(512)을 포함하여 이루어지는 격벽 패턴(510)의 상측이 양극용 도전체(100)에 접하여 접촉면이 밀폐되고 상기 격벽 패턴(510)의 하측이 음극용 도전체(400)에 접하여 접촉면이 밀폐되며, 상기 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 격벽 패턴(510)에 의해 구획된 공간들에 각각 구비되도록 형성된 밀폐부(도 3의 500 참조); 를 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, an
양극용 도전체(100)는 전기화학 에너지 소자의 외형을 구성하는 요소 중 하나로, 전기적인 전도성이 우수한 재질로 형성되어 양극 집전체가 될 수 있다. 그리고 양극용 도전체(100)는 일례로 스테인리스 스틸(STS), 알루미늄, 니켈 또는 은 등의 금속판으로 형성될 수 있으며, 이의 합금으로 형성될 수도 있다.The positive electrode conductor (100) is one of the elements constituting the outer shape of the electrochemical energy element, and can be formed of a material having excellent electrical conductivity, and can be a positive electrode collector. For example, the
양극 활물질(200)은 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100)의 하면에 적층된 형태로 형성되어, 양극용 도전체(100)에 양극 활물질(200)이 달라붙은 상태로 일체로 형성될 수도 있다. 그리고 양극 활물질(200)은 리튬, 니켈, 코발트, 크롬, 마그네슘, 스트론튬, 바나듐, 란탄, 세륨, 철, 카드뮴, 납 및 망간 중 어느 하나 이상을 포함하는 2 성분계 이상의 산화물(oxide), 인산염(phosphate), 황화물(sulfide), 불화물(fluoride) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 그러나 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 흡장 및 방출이 가능한 리튬 2차전지용으로 적합한 코발트, 구리, 니켈, 망간 중 적어도 둘 이상을 포함하고, O, F, S, P 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 비금속 원소를 포함하는 3 성분계 이상의 리튬 화합물일 수 있다. 또한, 양극 활물질(200)은 다공성 구조의 복합체에 결합되어 형성될 수 있으며, 다공성 구조의 복합체는 액체 상태의 전해액이 함침되어 복합체의 기공에 전해액이 존재할 수 있다. 또한, 양극 활물질(200)에는 도전재가 포함될 수 있으며, 도전재로는 카본 블랙, 초미세 그라파이트 입자, 아세틸렌 블랙과 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트 및 ITO(indium tin oxide) 페이스트 등이 될 수 있다.The positive electrode
음극용 도전체(400)는 양극용 도전체(100)와 함께 전기화학 에너지 소자의 외형을 구성하는 요소 중 하나로, 전기 전도성이 우수한 재질로 형성되어 음극 집전체가 될 수 있다. 그리고 음극용 도전체(100)는 일례로 금속 재질이나 이의 합금 재질의 판으로 형성될 수 있다. 또한, 음극용 도전체(400)는 양극용 도전체(100)에 대향되도록 배치될 수 있으며, 양극용 도전체(100) 및 양극 활물질(200)의 하측에 이격되어 음극용 도전체(400)가 배치될 수 있다. 이때, 음극용 도전체(400)는 전기가 잘 통할 수 있는 도전체이면서, Cu, Ni, 스테인리스 스틸(STS) 또는 이의 합금 중 어느 하나와 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 또는 Al, Sn, Ag, Au, Mg, Zn, 이의 합금 및 SnOx (0 < x ≤ 2) 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.The
전해질(300)은 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400) 사이에 개재되어, 이격되어 배치된 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)의 사이에 전해질(300)이 채워져 전해질(300)이 양극 활물질(200) 및 음극용 도전체(400)에 접촉되도록 형성될 수 있다. 그리고 전해질(300)은 다양하게 형성될 수 있으며, 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)가 직접 접촉되지 않으면서 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)간에 이온의 이동이 가능하도록 하는 역할을 할 수 있다. 이때, 전해질(300)은 고체전해질(310)일 수 있다. 즉, 전해질(300)은 고체 상태인 고체전해질(310)로 형성되어 제조가 용이할 수 있고, 고체전해질(310)은 일례로 고분자 전해질이 될 수 있으며, 다공성 구조의 고분자 매트릭스에 전해액이 함침되어 있는 형태로 형성될 수 있다. 다공성 구조의 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 제조된 분리막 또는 부직포 구조로 제조된 분리막일 수 있다. 다공성 구조의 고분자 매트릭스의 기공도는 30%이상 95%이하, 바람직하게는 45%이상 90%이하일 수 있다.The
또는 상기 전해질(300)은 전해액(320)일 수도 있으며, 액체 상태인 전해액(320)으로 형성되어 전해액(320)이 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)에 완전히 접촉되도록 구성될 수 있다. 또는 상기 전해질(300)은 액체 상태인 전해액(320)에 열 가교, UV가교가 가능한 가교체를 포함하여 가교화 반응을 진행한 겔 고분자 전해질일 수 있다. 또한 상기 전해질(300)은 알루미나, 실리카, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화티타늄 등 세라믹 입자를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전해질(300)은 다공성 분리막 또는 부직포형 분리막에 전해액 또는 고분자전해질이 포함된 것일 수 있다.Alternatively, the
밀폐부(500)는 복수의 셀 영역으로 구획할 수 있는 격벽 패턴(510)이 될 수 있으며, 격벽 패턴(510)의 상측(상면)이 양극용 도전체(100)의 하면에 접하도록 결합되어 접촉면이 밀폐되고 격벽 패턴(510)의 하측(하면)이 음극용 도전체(400)의 상면에 접하도록 결합되어 접촉면이 밀폐될 수 있다. 그리고 격벽 패턴(510)은 둘레 격벽(511) 및 둘레 격벽(511)의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽(512)을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 둘레 격벽(511)은 양극용 도전체(100)의 둘레부(110) 및 음극용 도전체(400)의 둘레부(410)에 접하여 결합되도록 사각형 등의 링 형태로 형성되어, 그 내측에 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 배치될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 구획 격벽(512)은 둘레 격벽(511)의 내측에 배치되며, 구획 격벽(512)은 격자 형태 등으로 형성되어 둘레 격벽(511)에 결합됨으로써 구획 격벽(512)에 의해 둘레 격벽(511)의 내측 공간이 구획될 수 있다. 즉, 격벽 패턴(510)은 둘레 격벽(511)의 내측에 복수의 공간들이 형성될 수 있으며, 복수의 공간들에 각각 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 채워진 형태로 구비될 수 있다. 그리하여 격벽 패턴(510)에 의해 복수의 셀 영역들이 형성될 수 있다. 그리고 밀폐부(500)는 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)에 접하여 접촉면이 밀폐되도록 형성됨으로써, 양극 활물질(200) 및 전해질(300)의 둘레를 둘러싸도록 형성되어, 외부에서 양극 활물질(200) 및 전해질(300)쪽으로 수분, 공기 및 이물질 등이 침투되지 않도록 밀폐하는 역할을 할 수 있으며, 절연성 재질로 형성될 수 있다. 그리하여 양극용 도전체(100), 음극용 도전체(400) 및 밀폐부(500)가 본 발명의 전기화학 에너지 소자의 전체적인 외형을 형성할 수 있다. 즉, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)는 그 자체가 전기화학 에너지 소자의 외형을 구성하는 패키지이며, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)의 외부로 노출된 표면이 전기 회로 또는 다른 전기화학 에너지 소자와의 전기적 연결을 위한 단자가 될 수 있다. 그리고 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층되어 각각의 접촉면이 밀착된 형태로 형성될 수 있으며, 양극 활물질(200)과 전해질(300)은 밀폐부(500)를 형성하는 격벽 패턴(510)의 내측면에 접촉되도록 형성되어, 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)와 격벽 패턴(510)에 의해 형성된 각각의 공간에 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 가득 채워진 상태로 형성될 수 있다.The sealing
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자는, 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역들이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀들을 한 번에 형성할 수 있다. 그리고 이와 같이 복수의 셀 영역을 갖도록 형성된 하나의 전기화학 에너지 소자를 분할하여 여러 개의 전지 셀들로 제조할 수 있어 생산성이 향상되는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, an electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention is formed such that a plurality of cell regions are formed in one electrochemical energy device, thereby forming a plurality of battery cells at one time can do. In addition, since one electrochemical energy element formed to have a plurality of cell regions can be divided into a plurality of battery cells, productivity can be improved.
또 다른 실시예에서, 전기화학 에너지 소자는, 음극용 도전체(400)와 전해질(300) 사이에 개재되며, 상기 격벽 패턴(510)에 의해 구획된 공간들에 각각 구비된 음극 활물질(600); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.In another embodiment, the electrochemical energy device includes an anode
도 3을 참조하면, 음극 활물질(600)은 복수의 셀 영역들을 형성하는 격벽 패턴(510)의 각 공간들에 구비되되, 음극용 도전체(400)와 전해질(300)의 사이에 배치될 수 있다. 그리하여 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300), 음극 활물질(600) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층되어 각각의 접촉면이 밀착된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 음극 활물질(600)은 음극용 도전체(400)의 상면에 적층된 형태로 형성되어, 음극용 도전체(400)에 음극 활물질(200)이 달라붙은 상태로 일체로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 음극 활물질(200)은 리튬금속 또는 리튬합금일 수 있다. 상기 음극 활물질(200)은 그라파이트(C), 리튬금속(Li), 실리콘(Si), 주석(Sn), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 이들의 합금일 수 있다. 상기 음극 활물질(200)은 프린팅, 코팅, 스퍼터링, 전기도금 등의 가공 공정을 이용하여 음극 도전체(400)의 상면에 적층할 수 있다.3, the negative electrode
또한, 상기 밀폐부(500)는, 상기 격벽 패턴(510)과 양극용 도전체(100) 사이 및 상기 격벽 패턴(510)과 음극용 도전체(400) 사이에 각각 형성된 접합부(520); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The sealing
밀폐부(500)는 격벽 패턴(510) 및 접합부(520)로 구성될 수 있다. 여기에서 격벽 패턴(510)은 상면이 양극용 도전체(100)의 하면에 접합부(520)에 의해 접합되어 밀폐될 수 있고, 격벽 패턴(510)의 하면이 음극용 도전체(400)의 상면에 접합부(520)에 의해 밀폐될 수 있다. 이때, 접합부(520)는 접착제 등 다양하게 형성될 수 있으며, 격벽 패턴(510)이 열가소성 수지로 형성되어 열융착을 통해 격벽 패턴(510)의 상면과 하면이 녹아서 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)에 달라붙어 접합됨으로써 접합부(520)로 형성될 수도 있다.The sealing
다른 실시예에서, 상기 양극용 도전체(100)의 하면에 형성된 라미네이트 필름층(120)과 상기 음극용 도전체(400)의 상면에 형성된 라미네이트 필름층(420)이 접합됨으로써 접합부(121,421)가 제공될 수도 있다.In another embodiment, the
예를 들면, 도 12를 참조하면 양극용 도전체(100)의 하면에 격벽 패턴(510)의 형태와 같은 라미네이트 필름층(120)을 미리 형성하고, 마찬가지로 음극용 도전체(400)의 상면에 격벽 패턴(510)의 형태와 같은 라미네이트 필름층(420)을 미리 형성하여, 일례로 열융착을 통해 라미네이트 필름층들(120,420)이 녹아서 접합되도록 함으로써 접합부(121,421)가 형성될 수 있다. 이때, 열융착 시 라미네이트 필름층들(120,420)이 모두 녹아서 응고되어 접합부(121,421)가 형성됨으로써 일체의 밀폐부(500)가 형성될 수 있다.12, a
또한, 상기 격벽 패턴(510)은, 상기 둘레 격벽(511)의 폭보다 구획 격벽(512)의 폭이 넓게 형성될 수 있다.In addition, the
본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자는 복수의 셀 영역들을 갖도록 형성되어 구획 격벽(512)의 중간 부분을 따라 절단하여 여러 개의 전지 셀들을 만들 수 있다. 이를 위하여, 도 2와 같이 구획 격벽(512)의 폭(W2)이 둘레 격벽(511)의 폭(W1)보다 상대적으로 넓게 형성됨으로써 절단이 용이할 수 있다. 그리고 구획 격벽(512)의 폭을 둘레 격벽의 폭의 2배로 형성하면, 절단되어 여러 개의 셀로 나누어진 후 각각의 전지 셀들은 사방을 둘러싸는 격벽의 폭이 동일하게 형성될 수 있다.The electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention may be formed to have a plurality of cell regions and cut along the middle portion of the
또한, 상기 양극용 도전체(100)의 상면 및 음극용 도전체(400)의 하면 중 어느 하나 이상에 절연층(700)이 형성될 수 있다.The insulating
즉, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)는 전기 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있으므로, 도 4와 같이 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에는 전기적인 절연을 위해 절연층(700)이 형성될 수 있다. 이때, 도면에서는 양극용 도전체(100)의 상면 및 음극용 도전체(400)의 하면에 절연층(700)이 형성된 것을 나타내었다. 그리고 일례로 절연층(700)은 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)의 표면에 절연성 고분자 수지층을 코팅하여 형성되거나, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)의 표면을 산화처리하여 형성된 산화피막이 될 수 있다. 또한, 절연층(700)을 형성하는 절연성 고분자 수지층은 리소그래피가 가능한 포토레지스트를 이용해 형성될 수도 있다.That is, since the
또한, 상기 절연층(700)은 양극용 도전체(100)의 상면 일부 또는 음극용 도전체(400)의 하면 일부에만 형성될 수 있다.The insulating
즉, 절연층(700)은 양극용 도전체(100)의 상면 또는 음극용 도전체(400)의 상면에 형성되되 각각의 전체면에 형성되는 것이 아닌 일부 영역에만 형성될 수 있다. 그리하여 일부에만 절연층(700)을 형성하여 본 발명의 전기화학 에너지 소자로 제조한 후 이를 복수의 전지 셀들을 형성하면, 절연층이 있는 전지 셀과 절연층이 없는 전지 셀이 함께 만들어지도록 할 수 있으며, 전지 셀들의 일측에만 절연층이 형성되도록 할 수도 있으며, 전지 셀들의 양측 모두에 절연층이 형성되도록 할 수도 있다.That is, the insulating
또한, 상기 격벽 패턴(510)에 의해 구획되어 형성된 복수의 셀 영역(A)에는 각각 양극용 도전체(100)의 상면 일부 또는 음극용 도전체(400)의 하면 일부가 외부로 노출되도록 절연층(700)이 형성되지 않을 수 있다.A plurality of cell regions A formed by the
즉, 도 4 내지 도 6과 같이 하나의 셀 영역(A)에서 절연층이 형성되지 않은 부분이 있어, 절연층이 형성되지 않은 부분이 외부의 전자기기와 전기적으로 연결될 수 있는 전극 단자 역할을 할 수 있다. 이때, 하나의 전지 셀이 될 하나의 셀 영역(A)에 대하여 절연층(700)이 일부 없는 부분이 존재하도록 하여, 절연층이 없어 외부로 노출된 양극용 도전체(100) 또는 음극용 도전체(400)의 표면이 전극 단자로 사용될 수 있다. 여기에서 일례로 도시된 바와 같이 전기화학 에너지 소자를 잘라서 여러 개의 전지 셀들을 만들고 전지 셀들(C)을 적층한 후 버스바(B)를 이용해 전지 셀들의 극성이 같은 전극들끼리 연결되도록 함으로써 복수의 전지 셀들이 병렬로 연결되도록 구성할 수도 있다.In other words, as shown in FIGS. 4 to 6, there is a portion where an insulating layer is not formed in one cell region A, and a portion where the insulating layer is not formed serves as an electrode terminal that can be electrically connected to an external electronic device . At this time, a portion where the insulating
또한, 상기 양극용 도전체(100)의 상면에는 입구 폭(Wo)보다 내측 폭(Wi)이 넓은 가이드 홈(150)이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체(400)에는 상기 가이드 홈(150)의 형태에 대응되도록 돌출부(450)가 볼록하게 형성될 수 있다.A
즉, 도 7 및 도 8과 같이 가이드 홈(150)은 양극용 도전체(100)의 상면에서 아래쪽으로 오목하게 형성될 수 있으며, 이때 가이드 홈(150)은 상면측의 입구 폭(Wo)보다 오목하게 안쪽으로 들어간 부분의 내측 폭(Wi)이 더 넓게 형성될 수 있다. 그리고 음극용 도전체(400)의 하면에서 아래쪽으로 볼록하게 돌출부(450)가 형성될 수 있으며, 이때 돌출부(450)는 가이드 홈(150)의 형태에 대응되도록 동일한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 반대로 양극용 도전체(100)에 돌출부가 형성되고 음극용 도전체(400)에 가이드 홈이 형성될 수도 있으며, 복수개의 가이드 홈과 돌출부가 형성될 수도 있다.7 and 8, the
그리하여 도 9와 같이 전기화학 에너지 소자를 잘라서 여러 개의 전지 셀들을 만들고 전지 셀들(C)을 적층된 형태로 결합하여 서로 다른 극성의 전극이 접촉되도록 연결하여 복수의 전지 셀들이 직렬로 연결되도록 구성할 수 있다. 이때, 가이드 홈(150)의 개방된 일측 측면쪽에서 돌출부(450)가 삽입되도록 하여 가이드 홈(150)의 타측 측면쪽까지 슬라이딩 되도록 돌출부(450)를 삽입하여, 하나의 전지 셀(C)의 양극용 도전체(100)와 다른 하나의 전지 셀(C)의 음극용 도전체(400)가 접촉 및 결합되도록 할 수 있다. 그리고 이와 같이 결합되어 연결된 복수의 전지 셀(C)들은 결합된 후 구부렸을 때 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)의 접촉면이 들뜨지 않을 수 있으며, 구부러질 때 결합되어 접촉되어 있는 면이 서로 슬라이딩 될 수 있으므로 구부리기 용이할 수 있어 유연성을 필요로 하는 전자제품도 적용할 수 있다.As shown in FIG. 9, the electrochemical energy device is cut to form a plurality of battery cells, the battery cells C are stacked, and the plurality of battery cells are connected in series so that the electrodes of different polarities are in contact with each other. . At this time, the
그리고 양극 활물질(200)은 일차 입자 또는 상기 일차 입자들이 응집되거나 소결된 이차 입자일 수 있다. 또한, 양극 활물질(200)은 상기 일차 입자 또는 이차 입자 표면 상에 코팅된 쉘 층을 더 포함할 수 있다. 상기 쉘 층은, 금속, 상기 금속의 산화물, 수산화물, 수소화물, 탄화수소화물 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 쉘 층은, 비정질, 다결정질 또는 이의 혼합상을 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 쉘 층의 상기 금속은, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이의 혼합물일 수 있다. 상기 쉘 층의 형성은 상기 양극용 활물질이 분산된 분산 용매에 쉘 층의 구성 입자를 침지시키고 교반하여 코팅하거나, 상기 분산 용매를 스프레이 퇴적시켜 수행될 수 있다. 필요에 따라, 하소 또는 열처리와 같은 공정이 더 수행될 수 있다.The cathode
또한, 음극 활물질(600)은 저결정 탄소 또는 고결정 탄소와 같은 탄소계 재료일 수 있다. 상기 저결정성 탄소는 예를 들면 연화 탄소(soft carbon) 또는 경화 탄소(hard carbon)일 수 있다. 상기 고결정성 탄소는 예를 들면 천연 흑연, 키시 흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소 섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소 구체(mesocarbon microbeads), 액정 피치(Mesophase pitches), 석유 또는 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes)와 같은 고온 소성 탄소일 수 있다. 그러나 위에 열거된 활물질의 재료들은 예시적이며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 음극 활물질은,고용량의 리튬 이온 흡장 및 방출 능력을 갖는 실리콘, 게르마늄, 주석, 납, 안티몬, 비스무스, 아연, 알루미늄, 철 및 카드뮴과 같은 단원자계, 이들의 금속간 화합물(intermetallic compound), 또는 산화물계 재료를 포함할 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서, 상기 음극 활물질은 NaS 전지에 적합한 나트륨, 또는 다른 산화물, 탄화물, 질화물, 황화물, 인화물, 셀레늄화물 및 텔레늄화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있다. 또한, 음극 활물질(600)은 다공성 구조의 복합체에 결합되어 형성될 수 있으며, 다공성 구조의 복합체는 액체 상태의 전해액이 함침되어 복합체의 기공에 전해액이 존재할 수 있다. 또한, 음극 활물질(600)에는 도전재가 포함될 수 있으며, 도전재로는 카본 블랙, 초미세 그라파이트 입자, 아세틸렌 블랙과 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트 및 ITO(indium tin oxide) 페이스트 등이 될 수 있다.In addition, the negative electrode
[제조 방법_실시예][Manufacturing method _ Example]
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도이며, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method of fabricating an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention. FIG. 11 is a cross- Sectional view showing a manufacturing method of an energy element.
도시된 바와 같이 본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법은, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에 형성하되, 복수의 셀 영역들(A)로 구획하는 격벽 패턴(510)을 형성하는 단계(SA10); 상기 복수의 셀(A) 영역 각각에 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 단계(SA20); 및 상기 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 대향되도록 하여 상기 격벽 패턴(510)에 의해 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 결합되도록 함으로써 상기 복수의 셀 영역(A)이 밀폐되며, 상기 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 단계(SA30); 를 포함하여 이루어질 수 있다.As shown in the drawings, a method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to the present invention is formed on at least one of a
우선, SA10단계는 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에 격벽 패턴(510)을 형성하는 단계로서, 일례로 도시된 바와 같이 형태가 동일한 두 개의 격벽 패턴(510)을 이용해, 양극용 도전체(100)의 일면과 음극용 도전체(400)의 일면에 각각의 격벽 패턴(510)이 접합되어 결합되도록 형성될 수 있다. 이때, 격벽 패턴(510)은 내측에 복수의 공간들이 마련되도록 형성되어 격벽 패턴(510)에 의해 복수의 셀 영역들(A)로 구획될 수 있다.First, Step SA10 is a step of forming a
SA20단계는 복수의 셀 영역들(A)에 각각 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 단계로서, 일례로 상기한 바와 같이 양극용 도전체(100)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 양극 활물질(200)을 채우고 음극용 도전체(400)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 전해질(300)을 채워, 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 대향되도록 결합하였을 때 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 적층되어 접촉면이 밀착되는 구조가 되도록 할 수 있다.Step SA20 is a step of disposing the positive electrode
SA30단계는 상기한 바와 같이 복수의 셀 영역들(A)을 형성하는 각각의 공간에 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치된 후에, 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 대향되도록 하되 격벽 패턴(510)들이 서로 마주보도록 결합하여, 격벽 패턴(510)에 의해 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 결합되도록 함으로써 복수의 셀 영역(A)이 밀폐도록 하는 단계이다. 이때, 각각의 셀 영역(A)은 격벽 패턴(510)에 의해 밀폐되어 각각의 공간 내부에는 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 적층 구조를 형성하도록 배치되며, 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층된 구조로 형성될 수 있다.Step SA30 is a step in which the cathode
여기에서 격벽 패턴(510)이 양극용 도전체(100) 또는 음극용 도전체(400) 중 어느 하나에만 형성되는 경우, 일례로 양극용 도전체(100)에만 격벽 패턴(510)이 형성되는 경우에는 격벽 패턴(510)에 의해 형성된 복수의 셀 영역(A)의 내부 공간에 각각 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 순서대로 적층되도록 형성한 후 음극용 도전체(400)를 결합할 수 있으며, 다른 예로 음극용 도전체(400)에만 격벽 패턴(510)이 형성되는 경우에는 격벽 패턴(510)에 의해 형성된 복수의 셀 영역(A)의 내부 공간에 각각 전해질(300) 및 양극 활물질(200)이 순서대로 적층되도록 형성한 후 양극용 도전체(100)를 결합할 수 있다. 그리고 전해질(300)은 적층구조를 형성하기 용이한 고체전해질(310)이 될 수 있으나, 경우에 따라 액체 상태의 전해액이나 젤 상태의 전해질이 사용될 수도 있다.Here, when the
또한, 상기 SA20단계에서는 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극 활물질(600)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하며, 상기 SA30단계에서는 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300), 음극 활물질(600) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층된 구조로 형성할 수 있다.In step SA20, the positive electrode
즉, SA20단계에서는 음극 활물질(600)이 추가로 배치될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100)의 일면과 음극용 도전체(400)의 일면에 각각의 격벽 패턴(510)이 접합되어 결합되도록 형성되는 경우, 양극용 도전체(100)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 양극 활물질(200) 및 전해질(300)을 순서대로 채워 적층된 형태가 되도록 하고 음극용 도전체(400)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 음극 활물질(600)을 채울 수 있다. 이때, 전해질(300)은 음극용 도전체(400)쪽에 배치되어 음극 활물질(600)과 전해질(300)이 순서대로 채워져 적층된 형태로 형성될 수도 있다. 그리하여 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 대향되도록 결합하였을 때 양극용 집전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300), 음극 활물질(600) 및 음극용 집전체(400)가 순서대로 적층되어 접촉면이 밀착되는 구조가 되도록 할 수 있다. 그리고 상기 음극 활물질(200)은 리튬 또는 리튬합금일 수 있다.That is, in step SA20, the anode
또한, 상기 SA10단계 이전 또는 SA30단계 이후에, 상기 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에 절연층(700)을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The method may further include forming an insulating
즉, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)는 일면에 절연층(700)이 형성될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)에 모두 절연층(700)이 형성될 수 있다. 이때, 절연층(700)은 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 마주보는 면의 반대측면에 형성될 수 있다.That is, the insulating
또한, 상기 SA10단계 이전에, 상기 양극용 도전체(100)의 상면에는 입구 폭(Wo)보다 내측 폭(Wi)이 넓은 가이드 홈(150)이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체(400)에는 상기 가이드 홈(150)의 형태에 대응되도록 돌출부(450)가 볼록하게 형성되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.A
즉, 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100)에 가이드 홈(150)을 형성하고 음극용 도전체(400)에 돌출부(450)를 미리 형성할 수 있으며, 가이드 홈(150) 및 돌출부(450)는 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 마주보는 면의 반대측면에 형성될 수 있다.That is, the
또한, 격벽 패턴(510)은 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)와 융착 등에 의해 접합되어 접합부(520)가 형성될 수 있으며, 격벽 패턴(510) 및 접합부(520)를 포함하여 밀폐부(500)로 형성될 수 있다. 또는 도 12와 같이 격벽 패턴(510)이 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 적층되어 일체로 형성된 라미네이트 필름층(120,420)으로 형성되어, 열융착을 통해 라미네이트 필름층들(120,420)이 녹아서 접합부(121,421)로 형성되어 접합부(121,421)가 밀폐부(500)로 형성될 수도 있다.The
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
1000 : 전기화학 에너지 소자
100 : 양극용 도전체 110 : 둘레부
120 : 라미네이트 필름층 121 : 접합부
150 : 가이드 홈
200 : 양극 활물질
300 : 전해질 310 : 고체전해질
400 : 음극용 도전체 410 : 둘레부
420 : 라미네이트 필름층 421 : 접합부
450 : 돌출부
500 : 밀폐부
510 : 격벽 패턴 511 : 둘레 격벽
512 : 구획 격벽 520 : 접합부
600 : 음극 활물질
700 : 절연층
A : 셀 영역
B : 버스바
C : 전지 셀1000: Electrochemical energy element
100: positive electrode conductor 110:
120: Laminate film layer 121:
150: Guide groove
200: cathode active material
300: electrolyte 310: solid electrolyte
400: negative electrode conductor 410:
420: laminated film layer 421:
450: protrusion
500:
510: barrier rib pattern 511: peripheral barrier rib
512: partitioning bulkhead 520:
600: anode active material
700: insulating layer
A: cell area
B: Bus bar
C: Battery cell
Claims (16)
상기 양극용 도전체에 적층 형성된 양극 활물질;
상기 양극용 도전체에 대향되도록 이격되어 배치되되 상기 양극 활물질과 마주보도록 배치된 음극용 도전체;
상기 양극 활물질과 음극용 도전체 사이에 개재된 전해질; 및
둘레 격벽 및 상기 둘레 격벽의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽을 포함하여 이루어지는 격벽 패턴의 상측이 양극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되고 상기 격벽 패턴의 하측이 음극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되며, 상기 양극 활물질 및 전해질이 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비되도록 형성된 밀폐부;
를 포함하여 이루어지며,
상기 양극용 도전체 및 음극용 도전체에서 상기 둘레 격벽보다 바깥쪽으로 연장 형성된 전극탭이 없고,
상기 양극용 도전체의 상면 및 음극용 도전체의 하면 중 어느 하나 이상에 절연층이 형성되되, 양극용 도전체의 상면 일부 또는 음극용 도전체의 하면 일부가 외부로 노출되도록 절연층이 형성되지 않은 부분이 있어,
상기 절연층이 형성되지 않은 부분이 외부의 전자기기와 전기적으로 연결되거나 전지 셀들 끼리 전기적으로 연결될 수 있는 전극 단자 역할을 하는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
A positive electrode conductor;
A positive electrode active material laminated on the positive electrode conductor;
A negative electrode conductor disposed so as to face the positive electrode conductor so as to face the positive electrode active material;
An electrolyte interposed between the positive electrode active material and the negative electrode conductor; And
The upper side of the barrier rib pattern including the peripheral barrier ribs and the partition walls partitioning the inner spaces disposed inside the peripheral barrier ribs is in contact with the conductor for the positive electrode to seal the contact surface and the lower side of the barrier rib pattern contacts the negative electrode conductor A sealing portion that is hermetically sealed and has the cathode active material and the electrolyte formed in the spaces partitioned by the barrier rib pattern, respectively;
And,
There is no electrode tab extending outwardly from the peripheral partition wall in the conductor for positive electrode and the conductor for negative electrode,
An insulating layer is formed on at least one of the upper surface of the positive electrode conductor and the lower surface of the negative electrode conductor and an insulating layer is formed such that a part of the upper surface of the conductor for the positive electrode or a part of the lower surface of the conductor for the negative electrode is exposed to the outside However,
Wherein a portion where the insulating layer is not formed serves as an electrode terminal that can be electrically connected to an external electronic device or can be electrically connected to the battery cells.
상기 음극용 도전체와 전해질 사이에 개재되며, 상기 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비된 음극 활물질; 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
The method according to claim 1,
A negative electrode active material interposed between the negative electrode conductor and the electrolyte and provided in the spaces partitioned by the barrier rib pattern; And a plurality of cell regions are formed on the substrate.
상기 음극 활물질은 리튬금속 또는 리튬합금인 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
3. The method of claim 2,
Wherein the negative electrode active material is lithium metal or a lithium alloy.
상기 전해질은 다공성 분리막 또는 부직포형 분리막에 전해액 또는 고분자전해질이 포함된 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the electrolyte comprises an electrolyte or a polymer electrolyte in a porous separator or a non-woven separator.
상기 밀폐부는,
상기 격벽 패턴과 양극용 도전체 사이 및 상기 격벽 패턴과 음극용 도전체 사이에 각각 형성된 접합부; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
The method according to claim 1,
The sealing portion
A junction formed between the barrier rib pattern and the anode conductor and between the barrier rib pattern and the anode conductor; And a plurality of cell regions are formed on the surface of the substrate.
상기 밀폐부를 형성하는 격벽 패턴은,
상기 양극용 도전체의 하면에 형성된 라미네이트 필름층과 상기 음극용 도전체의 상면에 형성된 라미네이트 필름층이 접합되어 형성된 접합부인 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
The method according to claim 1,
The barrier rib pattern forming the closed portion may include:
And a laminate film layer formed on a lower surface of the conductor for a positive electrode and a laminate film layer formed on an upper surface of the conductor for a negative electrode.
상기 격벽 패턴은,
상기 둘레 격벽의 폭보다 구획 격벽의 폭이 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
The method according to claim 1,
The barrier rib pattern,
Wherein a width of the partition wall is larger than a width of the peripheral barrier rib.
An electrochemical energy device having a single cell region produced by cutting along an intermediate portion of a partition wall of an electrochemical energy device having the plurality of cell regions.
상기 복수의 셀 영역 각각에 양극 활물질 및 전해질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 단계(SA20); 및
상기 양극용 도전체와 음극용 도전체가 서로 대향되도록 하여 상기 격벽 패턴에 의해 양극용 도전체와 음극용 도전체가 결합되도록 함으로써 상기 복수의 셀 영역이 밀폐되며, 상기 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 단계(SA30);
를 포함하여 이루어지며,
상기 SA10단계 이전에,
상기 양극용 도전체의 상면에는 입구 폭(Wo)보다 내측 폭(Wi)이 더 넓은 가이드 홈이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체에는 상기 가이드 홈의 형태에 대응되도록 돌출부가 볼록하게 형성되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들 또는 단일 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
A step (SA10) of forming a barrier rib pattern formed on at least one of a conductor for a positive electrode and a conductor for a negative electrode, the partition pattern being divided into a plurality of cell regions;
(SA20) of arranging the cathode active material and the electrolyte in each of the plurality of cell regions so as to form a laminated structure; And
The plurality of cell regions are sealed by allowing the positive electrode conductor and the negative electrode conductor to be coupled by the partition pattern so that the positive electrode conductor and the negative electrode conductor are opposed to each other and the positive electrode active material, And a conductor for a negative electrode are laminated in this order;
And,
Prior to step SA10,
A guide groove having a wider inner width Wi than the inlet width Wo is concaved on the upper surface of the positive electrode conductor so that the protruding portion is convexly formed on the negative electrode conductor so as to correspond to the shape of the guide groove The method of claim 1, wherein the plurality of cell regions or the single cell region comprises a plurality of cell regions or a single cell region.
상기 SA20단계에서는 양극 활물질, 전해질 및 음극 활물질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하며,
상기 SA30단계에서는 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들 또는 단일 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
14. The method of claim 13,
In step SA20, the positive electrode active material, the electrolyte, and the negative electrode active material are disposed to form a laminated structure,
In step SA30, a structure is formed in which a conductor for a positive electrode, a positive electrode active material, an electrolyte, a negative electrode active material, and a conductor for a negative electrode are stacked in this order. In the electrochemical energy device having a plurality of cell areas or a single cell area Gt;
상기 음극 활물질은 리튬 또는 리튬합금인 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들 또는 단일 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the anode active material is lithium or a lithium alloy. 2. The method of claim 1, wherein the anode active material is lithium or a lithium alloy.
상기 SA10단계 이전 또는 SA30단계 이후에,
상기 양극용 도전체 및 음극용 도전체 중 어느 하나 이상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들 또는 단일 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.14. The method of claim 13,
Before the step SA10 or after the step SA30,
And forming an insulating layer on at least one of the positive electrode conductor and the negative electrode conductor. The method of any one of claims 1 to 5,
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180091915A KR101949931B1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180091915A KR101949931B1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160083476A Division KR101899949B1 (en) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180093250A KR20180093250A (en) | 2018-08-21 |
KR101949931B1 true KR101949931B1 (en) | 2019-03-12 |
Family
ID=63453919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180091915A KR101949931B1 (en) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101949931B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11901538B2 (en) | 2018-09-27 | 2024-02-13 | Research Institute Of Industrial Science & Technology | Sodium secondary battery module |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010282898A (en) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Tokai Rubber Ind Ltd | Lithium ion battery |
WO2012164723A1 (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | Method for manufacturing all-solid cell |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160001909A (en) | 2014-06-27 | 2016-01-07 | 한국전자통신연구원 | Lithium secondary battery |
-
2018
- 2018-08-07 KR KR1020180091915A patent/KR101949931B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010282898A (en) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Tokai Rubber Ind Ltd | Lithium ion battery |
WO2012164723A1 (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | Method for manufacturing all-solid cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20180093250A (en) | 2018-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4516588B2 (en) | All-solid lithium secondary battery and method for producing all-solid lithium secondary battery | |
US9142811B2 (en) | Current collector having built-in sealing means, and bipolar battery including such a collector | |
CN101312244B (en) | Electrode assembly and secondary battery using the electrode assembly | |
KR101147208B1 (en) | Rechargeable battery, bipolar electrode, and fabricating method rechargeable battery | |
JP2011507208A (en) | Pouch-type secondary battery with improved safety | |
KR20120132341A (en) | Secondary battery | |
JP2009087613A (en) | Square battery | |
KR101899949B1 (en) | Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same | |
JP4182858B2 (en) | Secondary battery and assembled battery | |
JP2005251617A (en) | Secondary battery and battery pack | |
KR101949931B1 (en) | Electrochemical energy device having a plurality of cell areas and method of fabricating the same | |
KR101979040B1 (en) | Lithium accumulator | |
JP2000260477A (en) | Nonaqueous secondary battery | |
KR101934544B1 (en) | Electrochemical energy device with high energy density and method of fabricating the same | |
KR100635759B1 (en) | Pouch Type Li Secondary Battery | |
JP2020126790A (en) | All-solid type lithium secondary battery | |
US20220223986A1 (en) | Cell battery | |
KR101526513B1 (en) | Integrated All-in-one Rechargeble Battery with Jelly-Roll Assembly Connected Serially or Parallely | |
KR100614398B1 (en) | Prismatic type lithium secondary battery | |
JP2016091711A (en) | Secondary battery and method of manufacturing secondary battery | |
CN113924684B (en) | Battery cell | |
CN115117522B (en) | Soft package type battery module and electric energy supply device thereof | |
JP2006134697A (en) | Lithium-ion rechargeable battery | |
TWI762418B (en) | Lithium electrode | |
JP7484809B2 (en) | All-solid-state battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A107 | Divisional application of patent | ||
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |