KR102241235B1 - 각형 리튬 2차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 충방전 용량을 저감시키지 않고 신뢰성이 높은 각형 리튬 2차 전지를 제공한다.
제 1 세퍼레이터를 끼우고 중첩된 정극 시트와 부극 시트를 포함하는 집합 시트가 제 2 세퍼레이터를 끼우고 권회(捲回)된 권회체(捲回體；wound body)를 가지고, 정극 시트 및 부극 시트는 각각의 집전체의 양면에 활물질 합제층을 가지고, 정극 시트 혹은 부극 시트의 적어도 한쪽의 한면 또는 양면의 활물질 합제층은, 복수의 개구부를 가지는 영역과, 개구부를 가지지 않는 영역으로 이루어지고, 집합 시트의 적어도 구부러지지 않는 부분을 복수의 개구부를 가지는 영역을 덮고 있는 각형 리튬 2차 전지이다.
제 1 세퍼레이터를 끼우고 중첩된 정극 시트와 부극 시트를 포함하는 집합 시트가 제 2 세퍼레이터를 끼우고 권회(捲回)된 권회체(捲回體；wound body)를 가지고, 정극 시트 및 부극 시트는 각각의 집전체의 양면에 활물질 합제층을 가지고, 정극 시트 혹은 부극 시트의 적어도 한쪽의 한면 또는 양면의 활물질 합제층은, 복수의 개구부를 가지는 영역과, 개구부를 가지지 않는 영역으로 이루어지고, 집합 시트의 적어도 구부러지지 않는 부분을 복수의 개구부를 가지는 영역을 덮고 있는 각형 리튬 2차 전지이다.
Description
본 발명은, 각형 리튬 2차 전지에 관한 것이다.
근년, 환경 기술이 발전함에 따라, 종래의 발전(發電) 방식보다 환경에 대한 부하가 작은 발전 장치(예를 들면, 태양광 발전)의 개발이 활발히 행해지고 있다. 그리고 발전 기술의 개발과 병행하여, 리튬 2차 전지, 리튬 이온 커패시터, 공기 전지 등의 축전 장치의 개발도 진행되고 있다.
특히 리튬 2차 전지는, 하이브리드 차(HEV), 전기 자동차(EV), 또는 플러그 인 하이브리드 차(PHEV) 등의 차세대 클린 에너지 자동차, 또는 휴대전화, 스마트 폰, 노트북 컴퓨터 등의 휴대 정보 단말, 휴대 음악 플레이어, 디지털 카메라 등의 소형 민생 기기용 축전지 등, 반도체 산업의 발전과 아울러 급속히 그 수요가 확대되어, 충전 가능한 에너지의 공급원으로서 현대의 정보화 사회에 불가결한 것이 되고 있다. 특히, 전기 자동차나 가전을 용도로 하는 경우에는, 보다 고용량·고출력의 각형 리튬 2차 전지가 바람직하다.
각형 리튬 2차 전지는, 정극, 세퍼레이터, 부극을 중첩한 길이가 긴 시트를 복수회 감은 권회체(捲回體；wound body)를 가지기 때문에, 권회(捲回)에 의한 구부러진 부분에 취약성을 가진다. 즉, 각부의 활물질 합제층이 균열, 박리, 미끄러지거나 하여, 분리된 활물질은 세퍼레이터를 관통하여, 정부극간의 단락(短絡)을 일으킬 우려가 있다. 따라서 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에서는, 권회체에 있어서, 곡률 반경이 작은 구부러진 부분에는 활물질 합제층을 형성하지 않도록, 미리 결락·박리하여 권회체를 형성하였다.
권회형의 리튬 2차 전지에 이용되는 부극은 시트상(狀)의 집전체의 양면에 부극 활물질 합제층을 형성함으로써 제조된다. 종래, 부극 활물질로서는, 캐리어가 되는 이온(이하, 캐리어 이온이라고 나타냄)의 흡장 및 방출이 가능한 재료인 그라파이트(흑연)가 이용되어 왔다. 즉, 부극 활물질인 그라파이트와, 도전조제로서 카본 블랙과, 결착제로서의 수지를 혼련하여 슬러리를 형성하고, 집전체 위에 도포하여, 건조시킴으로써 부극을 제조하였다.
이것에 대하여, 부극 활물질에 실리콘 또는 인이 도핑된 실리콘을 이용한 경우에는, 탄소에 비해, 약 4배의 캐리어 이온을 흡장하는 것이 가능하고, 탄소(흑연) 부극의 이론 용량 372 mAh/g에 대하여 실리콘 부극의 이론 용량은 4200 mAh/g으로 비약적으로 크다. 이 때문에, 2차 전지의 대용량화라는 점에서 최적의 재료이며, 고용량화를 목적으로 하여 부극 활물질에 실리콘을 이용한 리튬 2차 전지의 개발이 현재 활발히 행해지고 있다.
그러나, 캐리어 이온의 흡장량이 증가하면, 충방전 사이클에서의 캐리어 이온의 흡장 방출에 따른 체적의 변화가 크고, 집전체와 실리콘과의 밀착성이 저하되어, 충방전에 의해 전지 특성이 열화하게 된다. 또한, 경우에 따라서는 실리콘이 손상되어, 박탈이나 미분화함으로써 전지로서의 기능을 유지할 수 없게 된다는 중대한 문제를 가진다.
따라서, 예를 들면 특허문헌 3에서는, 표면이 거친 구리박 등으로 이루어지는 집전체 위에, 부극 활물질로서 미결정 또는 비정질의 실리콘으로 이루어지는 층을 주상(柱狀) 또는 분말상으로 형성하고, 이 실리콘으로 이루어지는 활물질층 위에 실리콘보다 전기 전도성이 낮은 흑연 등의 탄소 재료로 이루어지는 층을 형성하고 있다. 이것에 의해, 실리콘으로 이루어지는 활물질층이 박리하더라도 흑연 등의 탄소 재료로 이루어지는 층을 통하여 집전할 수 있기 때문에, 전지 특성의 열화가 저감된다.
그러나, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2의 기재와 마찬가지로, 각형 리튬 2차 전지에 있어서, 곡률 반경이 작은 구부러지는 부분에만 활물질 합제층을 형성하지 않도록 권회체를 형성하는 것은, 전극 제작 기술에 있어서 실제로 매우 곤란하다. 곡률 반경이 작은 구부러지는 부분에만 활물질 합제층을 형성하지 않도록 권회체를 제조하기 위해서는, 구부러지는 부분이 되는 불과 수 밀리미터의 영역을 예측하여, 활물질층을 결락 또는 박리할 필요가 있다. 그러나, 결락·박리한 영역을 권회체의 해당 부분에 적확하게 배치하는 것은, 전극 제작의 위치 제어에서의 정밀도의 관점에서 어렵다. 이것은, 정극, 세퍼레이터 및 부극을 중첩한 길이가 긴 시트를 구성하는 집전체나 활물질 합제층의 막두께의 제조 편차나, 권회 공정이 사람의 수작업에 의한 것이 현실인 것 등의 이유에 의한 것이다.
또한, 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 개시되는 각형 리튬 2차 전지는, 곡률 반경이 작은 구부러지는 부분에는 활물질 합제층을 형성하지 않기 때문에, 그만큼 방전 용량이 저감된다. 이 때문에, 권회체의 전극 표면의 면적을 충분히 활용할 수 없다.
또한, 특허문헌 3의 기재와 마찬가지로, 2차 전지의 고용량화를 도모하기 위해 부극 활물질로서 실리콘을 이용하는 경우, 캐리어 이온의 삽입에 의해 실리콘은 약 4배 정도로 팽창된다. 따라서, 권회체의 곡률 반경이 작은 구부러지는 부분에 있어서는, 소정의 응력이 집중적이고, 정상적으로 부가되어 있기 때문에, 심각한 활물질 합제층의 박리가 생길 수 있다. 이 때문에, 부극 활물질의 변괴(손상)를 막는 것은 어렵고, 전지로서의 신뢰성을 유지하는 것은 곤란하다. 또한 박탈한 활물질이 세퍼레이터를 관통하여 정부극간을 단락한 경우에는, 발생한 열에 의해 2차 전지 내의 전해액이 분해·기화하여 발화에 이를 우려가 있어, 안전성이 현저하게 손상된다.
따라서, 본 발명의 일 양태는, 충방전 용량을 저감시키지 않고 신뢰성이 높은 각형 리튬 2차 전지를 제공한다.
상기 과제를 달성하기 위해, 발명자들은 각형 리튬 2차 전지에 이용하는 권회체의 전극 시트에 있어서, 활물질 합제층의 소정의 부분에 복수의 개구부를 형성한 구조로 함으로써, 권회체의 곡률 반경이 작은 구부러진 부분에 생기는 응력을 완화할 수 있는 것을 발견했다. 또한 동시에, 이 구조에 의해, 각형 리튬 2차 전지의 충방전에 의한 전극 시트의 열화를 억제할 수 있다는 것을 알아냈다.
즉, 본 발명의 일 양태는, 제 1 세퍼레이터를 끼우고 중첩된 정극 시트와 부극 시트를 포함하는 집합 시트가 제 2 세퍼레이터를 끼우고 권회된 권회체를 가지고, 정극 시트 및 부극 시트는 각각의 집전체의 양면에 활물질 합제층을 가지고, 정극 시트 혹은 부극 시트의 적어도 한쪽의 한면 또는 양면의 상기 활물질 합제층은 복수의 개구부를 가지는 영역과 개구부를 가지지 않은 영역으로 이루어지고, 집합 시트의 적어도 구부러진 부분을, 복수의 개구부를 가지는 영역이 덮고 있는 각형 리튬 2차 전지이다.
예를 들면, 복수의 개구부를 가지는 영역을 전극 시트의 활물질 합제층에 형성하고, 또한 길이 방향에서 그 길이(L)의 5% 이상 20% 이하에 상당하는 길이분을 좌우로 연장하여, 이것을 잉여 부분으로 할 수 있다. 이것에 의해, 좌우 각각에, 구부러진 부분에 대하여 5% 이상 20% 이하의 범위에서의 위치 어긋남을 허용하는 것이 가능하게 된다. 잉여 부분의 범위는 이 외에 임의로 설정할 수 있고, 복수의 개구부를 가지는 영역이 집합 시트의 적어도 구부러진 부분을 덮도록 잉여 부분을 부가하면 좋다.
복수의 개구부는, 집합 시트의 길이 방향과 직교하는 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 복수의 개구부는 복수의 개구부를 가지는 영역 내에서 등간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
혹은, 복수의 개구부는 집합 시트의 적어도 구부러진 부분 중 가장 곡률 반경이 작은 부분으로 향할수록 서로의 간격이 짧아져 있어도 좋다.
또한, 복수의 개구부는 집합 시트의 적어도 구부러진 부분 중 가장 곡률 반경이 작은 부분으로 향할수록 조밀하게 배치되어 있어도 좋다.
부극 시트가 가지는 활물질 합제층은 흑연이어도 좋고, 실리콘 또는 인 등의 도전성을 부여하는 불순물을 가지는 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 정극 시트 또는 부극 시트가 각각 가지는 활물질 합제층은 정극 시트 또는 부극 시트가 각각 가지는 집전체의 상면 및 바닥면에도 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 부극 활물질을 그라펜으로 덮으면 좋다. 그라펜이란, sp2 결합을 가지는 1 원자층의 탄소 분자의 시트를 말한다. 그라펜은 단층의 그라펜 및 다층 그라펜을 포함한다. 또한, 그라펜은 2 atomic% 이상 11 atomic% 이하, 바람직하게는 3 atomic% 이상 10 atomic% 이하의 산소를 포함해도 좋다.
부극 활물질 합제층은, 공통부, 및 공통부로부터 돌출된 복수의 볼록부를 가지는 구조로 할 수 있다. 부극 활물질 합제층에서 돌기의 밀도를 높이는 것이 가능하고, 표면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 충방전 용량이 큰 각형 리튬 2차 전지의 제조가 가능하다.
이상으로부터, 상기 각형 리튬 2차 전지에 이용한 경우, 고방전 용량을 유지하면서, 신뢰성이 높은 각형 리튬 2차 전지를 제조할 수 있다.
또한, 리튬 2차 전지에서, 활물질 표면이 전해액과 접촉함으로써, 전해액 및 활물질이 반응하여, 활물질의 표면에 피막이 형성된다. 이 피막은 SEI(Solid Electrolyte Interface)라고 불리고, 활물질과 전해액의 반응을 완화하여, 안정화시키기 위해 필요하다고 생각되고 있다. 그러나, 이 피막이 두꺼워지면, 캐리어 이온이 전극에 흡장되기 어려워져, 활물질과 전해액간의 캐리어 이온 전도성의 저하, 전해액의 소모 등의 문제가 있다. 따라서, 부극 활물질을 그라펜으로 피복함으로써, 이 피막의 막두께의 증가를 억제하는 것이 가능하고, 캐리어 이온 전도성의 저하, 전해액의 소모를 억제할 수 있다.
전극간의 단락이 없는, 신뢰성이 높은 각형 리튬 2차 전지를 제공할 수 있다. 또한, 고용량의 각형 리튬 2차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 권회체를 설명하는 도면.
도 2는 종래의 권회체를 설명하는 도면.
도 3은 전극 시트를 설명하는 도면.
도 4는 전극 시트를 설명하는 도면.
도 5는 전극 시트의 단면을 설명하는 도면.
도 6은 전극 시트의 단면을 설명하는 도면.
도 7은 전극 시트를 설명하는 도면.
도 8은 전극 시트를 설명하는 도면.
도 9는 정극 시트를 설명하는 도면.
도 10은 부극 시트를 설명하는 도면.
도 11은 각형 리튬 2차 전지를 설명하는 도면.
도 12는 전기 기기를 설명하는 도면.
도 13은 전기 기기를 설명하는 도면.
도 14는 전기 기기를 설명하는 도면.
도 2는 종래의 권회체를 설명하는 도면.
도 3은 전극 시트를 설명하는 도면.
도 4는 전극 시트를 설명하는 도면.
도 5는 전극 시트의 단면을 설명하는 도면.
도 6은 전극 시트의 단면을 설명하는 도면.
도 7은 전극 시트를 설명하는 도면.
도 8은 전극 시트를 설명하는 도면.
도 9는 정극 시트를 설명하는 도면.
도 10은 부극 시트를 설명하는 도면.
도 11은 각형 리튬 2차 전지를 설명하는 도면.
도 12는 전기 기기를 설명하는 도면.
도 13은 전기 기기를 설명하는 도면.
도 14는 전기 기기를 설명하는 도면.
이하, 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 실시형태는 많은 다른 양태로 실시하는 것이 가능하고, 취지 및 그 범위로부터 일탈하는 일 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은, 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 권회체에 있어서 집합 시트에 휨이 생기는 부분에 상당하는 활물질 합제층의 영역에, 복수의 개구부를 형성한 각형 리튬 2차 전지용의 전극 시트의 구조에 대하여, 도 1, 도 3 내지 도 4를 이용하여 설명한다. 여기서, 전극 시트란, 정극 시트 및 부극 시트를 말한다.
리튬 2차 전지란, 캐리어 이온으로서 리튬 이온을 이용하는 2차 전지를 말한다. 또한, 리튬 이온 대신에 이용하는 것이 가능한 캐리어 이온으로서는, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속 이온, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등의 알칼리토류 금속 이온, 베릴륨 이온, 또는 마그네슘 이온 등이 있다.
도 1(A)은 각형 리튬 2차 전지에 내장되는 권회체(100)를 모식적으로 나타낸 도면이다. 이해를 위해, 정극 시트 등을 인출하여 도시하고 있다. 권회체(100)는 세퍼레이터(102)를 끼우고 정극 시트(101), 세퍼레이터(102), 부극 시트(103)를 중첩한 집합 시트(104)를 권회한 것이다. 집합 시트(104)의 권회에는, 세퍼레이터(102)와는 다른 세퍼레이터(105)를 사이에 더 끼워 권회한다. 정극 시트(101), 세퍼레이터(102, 105), 및 부극 시트(103)는 길이가 긴 띠모양의 시트이다. 도 1(A)에서는 세퍼레이터(102)와 세퍼레이터(105)와는 다른 시트로서 나타내고 있지만, 세퍼레이터(102)와 세퍼레이터(105)는 연속된 한 장의 시트로 할 수도 있다. 정극 시트(101)의 일단은 정극 리드(106)와 접속하고, 부극 시트(103)의 일단은 부극 리드(107)와 접속한다. 각 리드는 전지의 정부 단자와 각각 접속함으로써, 전지의 외부로의 충방전이 가능하게 된다.
도 1(B)은, 도 1(A)에 나타낸 권회체(100)의 단면 모식도이다. 도 1(A)에서의 권회체(100)의 각 시트가 가지는 면과 수직인 면에서의 단면을 나타낸 것이다. 정극 시트(101), 세퍼레이터(102), 세퍼레이터(105), 및 부극 시트(103)는 길이가 긴 띠모양이며, 각각이 가요성을 가지고 있다. 이 때문에, 도 1(B)에 나타낸 바와 같이, 사이에 세퍼레이터(102)를 끼운 정극 시트(101)와 부극 시트(103)로 이루어지는 집합 시트(104)를, 다른 세퍼레이터(105)를 끼우고 권회할 수 있다.
도 2를 이용하여, 종래의 권회체의 구성을 설명한다. 도 2(A)는 도 1에 나타낸 정극 시트(101)에, 도 2(B)는 세퍼레이터(102)에, 도 2(C)는 부극 시트(103)에, 도 2(D)는 세퍼레이터(105)에 상당한다. 도 2(A)에 나타내는 정극 시트(101)는, 띠모양의 정극 집전체(110) 위에 정극 활물질 합제층(111)을 형성한 구조이다. 정극 시트(101)의 좌측 단부는 정극 활물질 합제층(111)이 형성되지 않고, 정극 집전체(110)가 노출되어 있다. 이 노출 부분에 정극 리드(106)가 형성되고, 정극 집전체(110)와 전기적 접속을 하고 있다. 그 외의 정극 집전체(110)의 부분은 정극 활물질 합제층(111)으로 덮여 있다. 또한, 도시하지 않은 정극 시트(101)의 이면에 대해서도 마찬가지이다. 단, 표면에 정극 리드를 형성한 경우, 이면에는 형성하지 않아도 좋다.
또한, 부극 시트(103)도 정극 시트(101)와 같은 구성을 취하는 것이다. 정극 시트(101) 또는 부극 시트(103)는 위에서 설명한 바와 같이 집전체 위에 거의 일정하게 활물질 합제층을 가진다. 이 때문에, 권회에 의해 구부러지는 부분에 있어서, 활물질 합제층의 박리, 박탈이 발생하여, 전극간의 단락에 의해 안전성이 손상된다.
(전극 시트의 구조)
도 2에 나타낸 종래예에 대하여, 본 실시형태에 대하여 도 3을 이용하여 설명한다. 여기에서는, 정극 시트의 예에 대하여 설명하지만, 부극 시트에 있어서도 같은 구성으로 할 수 있다. 또한, 정극 시트와 부극 시트를 총칭하여 전극 시트라고 부른다.
도 3(A)은 본 실시형태에서의 정극 시트(101)를 나타내는 모식도이다. 정극 집전체(110) 위에 형성된 정극 활물질 합제층(111)은 개구부를 가지지 않는 영역(111a)과 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)으로 분리된다. 이것들 개구부를 가지지 않는 영역(111a)과 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)은 정극 시트(101)의 길이 방향에서 교대로 배치된다. 개구부를 가지지 않은 영역(111a)은 정극 집전체(110) 위에 박막상의 정극 활물질 합제가 평면상으로 형성되어 있는 영역이다. 한편, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)은 도 3(B), 도 3(C)에 나타낸 바와 같이, 정극 집전체(110) 위에 형성된 정극 활물질 합제층에, 복수의 개구부(114)가 형성되어 있다. 또한, 서로 인접하는 개구부(114)의 사이에는, 정극 활물질 합제층으로 이루어지는 섬 형상의 패턴(115)이 형성되어 있다. 바꿔말하면, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)은, 정극 집전체(110) 위에 부분적으로 정극 활물질 합제층이 형성되지 않은 부분을 가지는 영역이며, 정극 집전체(110) 위에 정극 활물질 합제층이 부분적으로 형성되어 있는 영역이다. 또한, 정극 집전체(110)가 노출된 부분을 포함하는 영역이다. 복수의 개구부(114)는 정극 시트(101)의 길이 방향과 직교하는 방향에 있어서, 정극 시트(101)의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다.
도 3(C)에 나타낸 바와 같이, 개구부(114)의 정극 시트(101)의 길이 방향에서의 길이를 m으로 하고, k개의 개구를 왼쪽으로부터 순차로 m1, m2, m3,···mk라고 정의한다. 또한, 개구부와 인접하는 다른 개구부로 끼워진 정극 활물질 합제층이 형성된 영역(즉, 섬 형상의 패턴(115))의 길이를 l로 하고, k－1개의 섬 형상의 패턴의 길이를 왼쪽으로부터 순차로 l1, l2, l3,···l(k－1)라고 정의한다.
이때, m1 내지 mk는 각각 임의의 길이로 설계할 수 있다. 특히, m1 내지 mk는 모두 같은 길이인 것이 바람직하다. 후에 상세하게 설명하겠지만, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)을 집합 시트의 권회에 의해 구부러지는 부분에만, 적확하게 대응시키도록 형성하는 것은 매우 곤란하다. 이 때문에, 다소의 위치의 어긋남이 허용되도록 잉여 부분을 형성하는 것이 본 실시형태의 특징의 하나이다. 따라서, 위치의 제어를 엄밀하게 행하는 것이 곤란하다는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 복수의 개구부(114)의 길이를 균일하게 함으로써, 다소의 위치의 어긋남을 보완하는 것이 가능하게 된다.
마찬가지 이유로, l1 내지 l(k－1)은 임의의 길이로 설정하는 것이 가능하지만, 특히 균일한 길이로 하는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)에서의, 개구부(114)의 길이(m)와 정극 활물질 합제층의 길이(l)는, m＜l을 만족시키는 관계인 것이 바람직하다. m이 크면 방전 용량을 충분히 모으는 것이 어려워지기 때문이다. 한편으로 m＜＜l이 되는 경우에는, 집합 시트의 권회에 의해, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b) 내에서, 부분적으로 형성된 정극 활물질 합제층과 서로 인접하는 정극 활물질 합제층이 접촉하여, 열화될 우려가 있다. 따라서 m의 길이는, 서로 인접하는 정극 활물질 합제층들이 접촉하지 않을 정도의 길이를 확보하는 것이 바람직하다.
또한, 도 3(A)에 나타낸 바와 같이, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)을 사이에 끼우고 개구부를 가지지 않은 영역(111a)이 j개 배열되어 있다고 할 때, 정극 시트(101)의 길이 방향에서의 개구부를 가지지 않는 영역(111a)의 길이를, 왼쪽으로부터 순차로 L1, L2,···Lj로 한다. 권회체의 권회에 있어서, 1번 권회를 행하면 이론상 집합 시트 및 세퍼레이터의 두께만큼 권회체의 두께가 늘어난다. 이 때문에, 개구부를 가지지 않는 영역(111a)의 배치의 간격은 등간격은 아니고, 권회체의 두께의 분간격을 넓혀 갈 필요가 있다. 마찬가지로, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)의 길이를 왼쪽으로부터 순차로 M1, M2,···M(j－1)로 한다. 이때, 권회체(100)에 있어서, 집합 시트의 권회에 의한 구부러지는 부분을 M1∼M(j－1) 각각의 길이로 완전하게 덮을 수 있도록 설정한다. 권회수가 늘어날수록 권회체의 두께가 늘어나, 권회된 집합 시트의 구부러진 부분의 곡률 반경이 커지기 때문에, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)의 길이 M은, M1, M2···M(j－1)의 순차로 길게 하면 좋다. 이것에 의해, 집합 시트의 권회수마다, 혹은 전지의 제조마다, 권회에 의한 위치의 편차가 발생한 경우에도, 집합 시트의 권회에 의한 구부러지는 부분에는 잉여로 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)이 형성되어 있기 때문에, 이 편차를 보완할 수 있다.
도 4(A)는 권회체(100)에서의 집합 시트(104)의 잉여 부분에 대하여, 그 설정을 설명하는 것으로, 도 1(B)에 대응하는 도면이다. 집합 시트(104)의 권회에 의해, 도 4(A)와 같이, 집합 시트에 구부러지지 않은 부분(120)(혹은 대략 평탄한 부분)과 구부러진 부분(121)이 형성된다. 본 실시형태에 나타내는 개구부를 가지는 활물질 합제층의 형성은 권회에 의해 구부러진 부분(121)에서의 활물질 합제층의 박리, 박탈을 방지하는 것이기 때문에, 당연히 이 부분에 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)을 설정한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 권회 공정에서 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)의 위치가, 집합 시트에 있어서 구부러진 부분(121)으로부터 어긋나는 경우를 생각할 수 있다. 예를 들면, 집전체나 활물질 합제층의 막두께의 제조 편차나, 권회의 강도의 차이에 의한 각 시트간의 간극의 차이 등이 이것에 해당한다. 이러한 제조상의 편차를 허용하기 위해, 미리 잉여 부분(123)을 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)에 설치한다. 이 잉여 부분(123)의 설치에 의해, 집합 시트의 권회에 의해 구부러진 부분(121)이, 잉여 부분(123)을 포함한 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)의 범위(구부러진 부분을 덮고 있는 부분(122))에 들어가도록 할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)을, 길이 방향에서 그 길이(L)의 5% 이상 20% 이하에 상당하는 길이 만큼을 좌우로 연장하고, 이것을 잉여 부분(123)으로 할 수 있다. 이것에 의해, 좌우 각각, 구부러진 부분(121)에 대하여 5% 이상 20% 이하의 범위에서의 위치 어긋남을 허용하는 것이 가능하게 된다. 잉여 부분(123)의 범위는 이 외에 임의로 설정할 수 있고, 권회체의 형상에 따라 구부러진 부분(121)에 잉여 부분(123)을 부가할 수 있다. 이것에 의해, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 집합 시트의 구부러진 부분이 포함되도록, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)이 배치된다. 단, 잉여 부분(123)을 너무 넓게 설정한 경우, 방전 용량을 크게 손상시키는 것으로도 연결된다. 이 때문에, 권회 공정에서의 위치 어긋남의 정도를 고려한 후, 타당한 범위를 설정하는 것이 바람직하다.
권회에 의해 집합 시트에 생기는 구부러짐은, 권회체의 중심부, 즉 최내주일수록 그 곡률 반경이 작다. 따라서, 권회체의 제조 공정 시에서의 집전체 위의 활물질 합제층의 박리, 박탈은, 권회체의 중심부일수록 현저하게 된다. 이 때문에, 도 3(C)에 나타낸 개구부의 길이(m)와 활물질 합제층의 길이(l)를, 최내주만큼 작게 하면 효과적이다. 또한, 권회체의 최외주만큼 개구부의 수를 줄이고, 활물질 합제층의 길이(L)를 늘릴 수도 있다. 또한, 도 3(C)에 나타낸 권회체의 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)의 길이(M)를, 최외주만큼 길게 할 수도 있다. 이것은 최외주일수록, 권회에 의한 위치 어긋남의 영향이 현저하기 때문이다.
다음에, 정극 시트의 단면 구조를, 도 5, 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5(A) 내지 도 5(D)는 정극 시트의 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)에서의 길이 방향(즉, 개구의 길이 방향과 수직인 방향)에 대한 단면 구조의 일례를 나타낸다. 도 5(A) 내지 도 5(D)에 나타내는 단면은 모두 정극 집전체(110)의 양면(도 5에서 그 상하)에 정극 활물질 합제층(111)을 가진다. 정극 활물질 합제층(111)은 복수의 섬 형상의 패턴(115)으로 나누어져 형성되고, 이 섬 형상의 패턴(115)의 사이에는 정극 집전체(110)가 노출되는 개구부(114)가 존재한다. 도 5(A) 내지 도 5(D)에서는, 정극 활물질 합제층(111)으로 이루어지는 섬 형상의 패턴(115)은 개구부(114)를 사이에 끼우고 등간격으로 배치되어 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 섬 형상의 패턴(115) 및 개구부(114)의 배치는 등간격으로 한정되는 것은 아니다.
도 5(A)에서는, 섬 형상의 패턴(115)의 단면에서의 측벽이 대략 수직으로 형성되어 있다. 이것에 대하여, 도 5(B)에서는, 섬 형상의 패턴(115)의 측벽이 경사각을 가진, 소위 테이퍼 형상으로 되어 있다. 섬 형상의 패턴(115)의 측벽을 테이퍼 형상으로 함으로써, 베이스인 정극 집전체와의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 또한 도 5(D)와 같이, 섬 형상의 패턴의 상단부를 둥그스름한 형상으로 하고, 하단부를 소매 형상(내측이 볼록한 둥그스름한 테이퍼 형상)으로 함으로써, 집합 시트의 권회 시, 및 충방전에 의한 활물질의 팽창 수축에 의한 각부에의 응력 집중을 완화할 수 있다. 한편, 도 5(C)에서는, 섬 형상의 패턴(115)의 형상을 역사다리꼴의 형상을 나타낸다. 섬 형상의 패턴의 형상을 역사다리꼴의 형상으로 함으로써, 개구부(114)의 면적을 넓혀 권회에 의한 섬 형상의 패턴에의 응력을 완화할 수 있다. 단, 이들 도 5(A) 내지 도 5(D)에 나타내는 단면 형상은 일례이며, 이것에 한정되지 않는다.
또한, 도 5(A) 내지 도 5(D)에 있어서, 정극 집전체의 한쪽 면에 형성된 섬 형상의 패턴과 다른 한쪽 면에 형성된 섬 형상의 패턴의 위치 관계는, 정극 집전체를 통하여 대향하도록 형성하고 있지만, 각각의 위치 관계는 이것에 한정되지 않고, 한쪽의 정극 집전체의 면 위의 섬 형상의 패턴과 다른 한쪽 면 위의 섬 형상의 패턴을 부분적으로 겹쳐지도록, 또는 겹치지 않도록 형성할 수도 있다.
도 6(A), 도 6(B)은 정극 시트(101)의 길이 방향과 수직인 방향의 단면을 설명하는 모식도이다. 도 6(A)은 정극 시트(101)에서, 정극 집전체(110)의 양면에 정극 활물질 합제층(111)이 형성되어 있다. 개구부를 가지지 않는 영역(111a)에는, 정극 집전체(110) 위의 전면에 정극 활물질 합제층(111)이 형성되고, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)에는, 부분적으로 정극 활물질 합제층(111)이 형성됨으로써, 섬 형상의 패턴을 형성하고 있다. 이것에 대하여, 도 6(B)은 정극 집전체(110)의 양면 외에, 그것과 수직인 방향의 2면, 즉 상면과 하면에도 정극 활물질 합제층(111)을 형성하고 있다. 이 구조로 함으로써, 정극 집전체(110)의 상면 및 하면을 유효하게 이용하여 정극 활물질 합제층(111)의 표면적을 증가시킬 수 있다. 도 6(A), 도 6(B)에 나타내는 어느 구조에서도, 상면 및 하면에도 개구부가 형성되어 있기 때문에, 권회에 의해 구부러진 부분에서의 응력의 집중이나, 충방전에 따른 활물질 합제층의 박리나 박탈을 완화, 억제할 수 있다.
이상과 같이, 도 5 및 도 6을 이용하여 정극 시트의 단면 구조에 대하여 나타냈지만, 정극 시트에 한정되지 않고, 부극 시트에 대해서도 같은 구성을 채택할 수 있다. 특히 부극 활물질 합제층에 충방전에 의한 체적 팽창 및 수축이 큰 실리콘 등의 재료를 이용하는 경우에는 매우 유효하다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 나타낸 전극 시트의 형상 또는 구조와는 다른 형상 또는 구조의 전극 시트의 예에 대하여, 도 7(A) 내지 도 7(C)를 이용하여 설명한다.
도 7(A)은 실시형태 1에 나타낸 전극 시트의 형상 또는 구조이며, 도 3(B)과 동일한 것이다. 복수의 개구부를 가지는 영역(111b) 내에는, 복수의 개구부(114)가 전극 시트의 길이 방향에 대하여 등간격으로 배치되어 있다. 이것에 대하여 도 7(B)은 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)에서, 복수의 개구부(114)의 배열의 간격을 등간격으로 하지 않고, 이 영역의 중앙으로 향할수록 조밀하게, 이 영역의 외측으로 향할수록 성글어지도록 배열하고 있다. 복수의 개구부를 가지는 영역(111b) 내의 개구부를 이와 같이 배치함으로써, 권회 공정에서의 위치 어긋남을 보완하는 잉여 부분을 실시형태 1보다 더욱 확대하면서, 활물질 합제층의 면적의 저감을 억제할 수 있기 때문에, 방전 용량을 유지할 수 있다.
도 7(C)은, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b) 내의 개구부(114) 중, 외측에 위치하는 개구부의 긴 변이 짧은 것을 전극 시트의 단부에 접하도록 복수 형성한 것이다. 이 구조에 의해, 도 7(A)에 나타내는 전극 시트의 형상 또는 구조에 비해, 권회 공정에서의 위치 어긋남을 보완하는 잉여 부분을 부가할 수 있다. 더하여, 권회 시에 전극 시트의 권회면에 수직 방향의 성분 이외의 힘이 더해진 경우에도, 부가된 잉여 부분의 구조에 의해 응력을 완화할 수 있어, 집전체로부터의 활물질 합제층의 박리, 박탈을 억제할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 3)
본 실시형태에 있어서, 실시형태 1 또는 2에 설명한 전극 시트와는 다른 형상 또는 구조의 전극 시트의 일례를, 도 8을 이용하여 설명한다.
도 8은, 본 실시형태의 전극 시트의 길이 방향에서의 단면 구조를 나타낸 것이다. 전극 시트의 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)에 있어서, 개구부(114)에 대응하는 노출한 정극 집전체(110)의 개소에 집전체의 홈(116)이 설치되어 있다. 한편, 정극 활물질 합제층(111)과 접하는 정극 집전체(110)에는 홈이 형성되어 있지 않다. 이 때문에, 정극 집전체(110)의 표면의 위치는, 정극 활물질 합제층(111)으로 이루어지는 섬 형상의 패턴(115)의 개소에서 외측에 위치하고, 개구부(114)의 개소에서는 그것보다 내측에 위치한다. 이와 같이, 활물질 합제층의 개구부(114)에 집전체의 홈을 형성함으로써, 권회 공정 시 및 활물질 합제층의 팽창 수축에 의한 응력의 집중이 홈(116)의 바닥면 단부에 생기기 때문에, 정극 활물질 합제층(111)의 집전체로부터의 박리, 박탈을 억제할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 4)
본 실시형태에 있어서, 실시형태 1 또는 2에 설명한 각형 리튬 2차 전지의 구조 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
(정극 시트 및 그 제조 방법)
먼저, 정극 시트 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 9(A)는 정극 시트(101)의 단면도이다. 정극 시트(101)는 정극 집전체(110) 위에 정극 활물질 합제층(111)이 형성된다. 정극 활물질 합제층(111)은 개구부(114) 및 섬 형상의 패턴(115)을 가진다.
정극 집전체(110)에는, 스테인리스 스틸, 금, 백금, 아연, 철, 구리, 알루미늄, 티탄 등의 금속, 및 이들의 합금 등, 도전성이 높은 재료를 이용할 수 있다. 또한, 실리콘, 티탄, 네오디뮴, 스칸듐, 몰리브덴 등의 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 이용할 수 있다. 또한, 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로 형성해도 좋다. 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로서는, 지르코늄, 티탄, 하프늄, 바나듐, 니오브, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 코발트, 니켈 등이 있다. 정극 집전체(110)는, 박상, 판상(시트상), 망상, 펀칭 메탈상, 익스팬디드 메탈상(expanded-metal shape) 등의 형상을 적절히 이용할 수 있다.
정극 활물질 합제층(111)에는, LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5, MnO2 등의 화합물을 재료로서 이용할 수 있다.
또는, 올리빈형 구조의 리튬 함유 복합 산화물(일반식 LiMPO4(M은, Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II)의 하나 이상))을 이용할 수 있다. 일반식 LiMPO4의 대표예로서는, LiFePO4, LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFeaNibPO4, LiFeaCobPO4, LiFeaMnbPO4, LiNiaCobPO4, LiNiaMnbPO4(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) 등의 리튬 화합물을 재료로서 이용할 수 있다.
또는, 일반식 Li(2－j)MSiO4(M은, Fe(II), Mn(II), Co(II), Ni(II)의 1 이상, 0≤j≤2) 등의 리튬 함유 복합 산화물을 이용할 수 있다. 일반식 Li(2－j)MSiO4의 대표예로서는, Li(2－j)FeSiO4, Li(2－j)NiSiO4, Li(2－j)CoSiO4, Li(2－j)MnSiO4, Li(2－j)FekNilSiO4, Li(2－j)FekColSiO4, Li(2－j)FekMnlSiO4, Li(2－j)NikColSiO4, Li(2－j)NikMnlSiO4(k＋l은 1 이하, 0＜k＜1, 0＜l＜1), Li(2－j)FemNinCoqSiO4, Li(2－j)FemNinMnqSiO4, Li(2－j)NimConMnqSiO4(m＋n＋q는 1 이하, 0＜m＜1, 0＜n＜1, 0＜q＜1), Li(2－j)FerNisCotMnuSiO4(r＋s＋t＋u는 1 이하, 0＜r＜1, 0＜s＜1, 0＜t＜1, 0＜u＜1) 등의 리튬 화합물을 재료로서 이용할 수 있다.
또한, 캐리어 이온이 리튬 이온 이외의 알칼리 금속 이온, 알칼리토류 금속 이온, 베릴륨 이온, 또는 마그네슘 이온인 경우, 정극 활물질 합제층(111)으로서 상기 리튬 화합물 및 리튬 함유 복합 산화물에서, 리튬 대신에, 알칼리 금속(예를 들면, 나트륨이나 칼륨 등), 알칼리토류 금속(예를 들면, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등), 베릴륨, 또는 마그네슘을 이용해도 좋다.
또한, 정극 활물질 합제층(111)은, 정극 집전체(110) 위의 양면에 직접 접하여 형성하는 경우에 한정되지 않는다. 정극 집전체(110)와 정극 활물질 합제층(111)과의 사이에, 정극 집전체(110)와 정극 활물질 합제층(111)과의 밀착성의 향상을 목적으로 한 밀착층이나, 정극 집전체(110)의 표면의 요철 형상을 완화하기 위한 평탄화층, 방열을 위한 방열층, 정극 집전체(110) 또는 정극 활물질 합제층(111)의 응력을 완화하기 위한 응력 완화층 등의 기능층을, 금속 등의 도전성 재료를 이용하여 형성해도 좋다.
도 9(B)는 정극 활물질 합제층(111)으로서 캐리어 이온의 흡장 방출이 가능한 입자상의 정극 활물질(117)과 이 정극 활물질(117)의 복수를 덮으면서, 이 정극 활물질(117)을 내부에 채워진 그라펜(118)으로 구성되는 정극 활물질 합제층(111)의 평면도이다. 복수의 정극 활물질(117)의 표면을 다른 그라펜(118)이 덮는다. 또한, 일부에서, 정극 활물질(117)이 노출되어 있어도 좋다.
여기서, 그라펜이란, 좁은 의미로는, 그라파이트의 수평층, 즉, 탄소로 구성되는 6원환이 평면 방향으로 연속된 탄소층이며, 바꿔말하면, sp2 결합을 가지는 1 원자층의 탄소 분자의 시트이다. 특히, 이 탄소층이 2층 이상 100층 이하 적층되는 경우를 다층 그라펜이라고 하는 경우가 있지만, 여기에서는 다층 그라펜도 그라펜에 포함되는 것으로 한다. 그라펜에 포함되는 산소는 전체의 3 atomic% 이상 10 atomic% 이하이다.
그라펜은 화학적으로 안정적이며, 또한 전기 특성이 양호하다. 그라펜에 있어서 도전성이 높은 것은, 탄소로 구성되는 6원환이 평면 방향으로 연속하고 있기 때문이다. 즉, 그라펜은 평면 방향에 있어서, 도전성이 높다. 또한, 그라펜은 시트상이기 때문에, 적층되는 그라펜에 있어서 평면에 평행한 방향에 간극을 가지고, 이 영역에서 이온의 이동은 가능하지만, 그라펜의 평면에 수직인 방향에서의 이온의 이동이 곤란하다.
정극 활물질(117)의 입경은, 20 nm 이상 100 nm 이하가 바람직하다. 또한, 정극 활물질(117) 내를 전자가 이동하기 때문에, 정극 활물질(117)의 입경은 보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 정극 활물질(117)의 표면에 그라파이트층이 피복되어 있지 않아도 충분한 특성을 얻을 수 있지만, 그라파이트층이 피복되어 있는 정극 활물질과 그라펜을 모두 이용하면, 캐리어가 정극 활물질간을 호핑하여, 전류가 흐르기 때문에 보다 바람직하다.
도 9(C)는, 도 9(B)의 정극 활물질 합제층(111)의 일부에서의 단면도이다. 정극 활물질(117), 및 이 정극 활물질(117)을 덮는 그라펜(118)을 가진다. 그라펜(118)은 단면도에서는 선상으로 관찰된다. 동일한 그라펜 또는 복수의 그라펜에 의해, 복수의 정극 활물질을 내포한다. 즉, 동일한 그라펜 또는 복수의 그라펜의 사이에, 복수의 정극 활물질이 내재한다. 또한, 그라펜은 주머니 모양으로 되어 있고, 이 내부에서, 복수의 정극 활물질을 내포하는 경우가 있다. 또한, 그라펜으로 덮이지 않고, 일부의 정극 활물질이 노출되어 있는 경우가 있다.
정극 활물질 합제층(111)의 두께는, 20μm 이상 100μm 이하의 사이에서 원하는 두께를 선택한다. 또한, 크랙이나 박리가 생기지 않도록, 정극 활물질 합제층(111)의 두께를 적절히 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 정극 활물질 합제층(111)은 그라펜의 체적의 0.1배 이상 10배 이하의 아세틸렌 블랙 입자나 1 차원의 퍼짐을 가지는 카본 나노 섬유 등의 카본 입자 등, 공지의 바인더를 가져도 좋다.
정극 활물질(117)에서는, 캐리어가 되는 이온의 흡장에 의해 체적이 팽창하는 경우가 있다. 이 때문에, 충방전에 의해, 정극 활물질층이 취약화되어, 정극 활물질층의 일부가 폭락하게 되고, 이 결과 리튬 2차 전지의 신뢰성이 저하된다. 그러나, 정극 활물질이 충방전에 의해 체적 팽창하더라도, 이 주위를 그라펜이 덮기 때문에, 그라펜은 정극 활물질의 분산이나 정극 활물질층의 폭락을 방지하는 것이 가능하다. 즉, 그라펜은 충방전에 따라 정극 활물질의 체적이 증감해도, 정극 활물질들간의 결합을 유지하는 기능을 가진다. 이 때문에, 앞에서 설명한 실시형태 1 내지 3의 전극 시트와 조합시킴으로써, 신뢰성이 높은 각형 리튬 2차 전지를 제조할 수 있다.
또한, 그라펜(118)은 복수의 정극 활물질과 접하고, 도전조제로서도 기능한다. 또한, 캐리어 이온의 흡장 방출이 가능한 정극 활물질(117)을 보유하는 기능을 가진다. 이 때문에, 정극 활물질층에 바인더를 혼합할 필요가 없고, 정극 활물질층 당의 정극 활물질량을 증가시키는 것이 가능하고, 각형 리튬 2차 전지의 방전 용량을 높일 수 있다.
다음에, 정극 활물질 합제층(111)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
입자상의 정극 활물질 및 산화 그라펜을 포함하는 슬러리를 형성한다. 다음에, 정극 집전체(110)의 양면에 이 슬러리를 도포한다. 이때, 복수의 개구부를 가지는 영역(111b)에서의 개구부(114)에는 정극 활물질 합제층(111)을 형성하지 않기 때문에, 개구부(114)는 선택적으로 슬러리를 도포하지 않는다. 또한, 정극 활물질 합제층(111)의 도포는 후에 정극 리드를 용접하기 위한 영역 등에도 행하지 않는다. 그 후, 환원 분위기에서의 가열에 의해 환원 처리를 행하여, 정극 활물질을 소성함과 동시에, 산화 그라펜에 포함되는 산소를 이탈시켜, 그라펜에 간극을 형성한다. 또한, 산화 그라펜에 포함되는 산소는 모두 환원되지 않고, 일부의 산소는 그라펜에 잔존한다.
이상의 공정에 의해, 정극 집전체(110) 위에 임의의 패턴 형상의 정극 활물질 합제층(111)을 형성할 수 있다. 이 결과, 정극 활물질 합제층의 도전성이 높아진다. 산화 그라펜은 산소를 포함하기 때문에, 극성 용매 중에서는 부(負)로 대전한다. 이 결과, 산화 그라펜은 서로 분산한다. 이 때문에, 슬러리에 포함되는 정극 활물질이 응집하기 어려워져, 소성에 의한 정극 활물질의 입경의 증대를 저감할 수 있다. 이 때문에, 정극 활물질 내의 전자의 이동이 용이하게 되어, 정극 활물질 합제층의 도전성을 높일 수 있다.
정극 집전체(110) 위에 정극 활물질 합제층(111)을 형성한 후, 롤 프레스기를 이용하여 압연하여, 정극 시트(101)가 제작된다.
(부극 시트 및 그 제조 방법)
다음에, 부극 시트 및 그 제조 방법에 대하여, 도 10(A)을 이용하여 설명한다.
도 10(A)에 나타낸 바와 같이, 부극 시트(103)는, 부극 집전체(112)와 부극 집전체(112)의 양면 위에 형성된 부극 활물질 합제층(113)을 가진다.
부극 집전체(112)로서는, 예를 들면 금속 등의 도전성이 높은 재료에 의해 구성된다. 도전성이 높은 재료로서, 예를 들면 스테인리스 스틸, 철, 알루미늄, 구리, 니켈, 또는 티탄을 이용할 수 있다. 또한, 부극 집전체(112)는 박상, 판상(시트상), 망상, 펀칭 메탈상, 익스팬디드 메탈상 등의 형상을 적절히 이용할 수 있다.
부극 활물질 합제층(113)은 부극 집전체(112)의 양면에 형성된다. 부극 활물질 합제층(113)에는, 캐리어인 이온의 흡장 방출이 가능한 부극 활물질을 이용한다. 부극 활물질로서는, 리튬, 알루미늄, 흑연, 실리콘, 주석, 및 게르마늄 등이 있다. 또는, 리튬, 알루미늄, 흑연, 실리콘, 주석, 및 게르마늄에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 화합물이 있다. 실리콘은 인 등의 도전성을 부여하는 원소가 도핑되어 있어도 좋다. 부극 활물질로서 흑연과 비교하면, 게르마늄, 실리콘, 리튬, 알루미늄이 이론 용량이 크다. 흡장 용량이 크면 소면적에서도 충분히 충방전이 가능하고, 비용의 절감 및 각형 리튬 2차 전지의 소형화에 기여한다.
본 실시형태에서는, 상술한 부극 활물질에 도전조제 및 바인더를 추가하여, 분쇄, 혼합, 소성하여 제작한 부극 활물질 합제층(113)을 이용해도 좋다.
또한, 부극 시트(103)의 제작 방법의 다른 예로서, 부극 시트(103)에서도 정극 시트(101)와 마찬가지로, 부극 활물질 합제층(113) 내로 그라펜을 도입할 수 있다. 이것에 의해, 충방전에 따른 부극 활물질의 팽창 수축에 대해서도, 부극 활물질들간의 결합을 유지하는 기능을 가진다. 또한 아울러, 그라펜이 도전조제로서도 기능한다.
부극 활물질에 흑연을 이용하는 경우에는, 흑연의 분말에 폴리 불화 비닐리덴 등의 불화 비닐리덴계 집합체 등을 녹인 NMP(N－메틸피롤리돈)를 결착제로서 혼합하여, 슬러리를 형성한다. 다음에, 부극 집전체(112)의 한쪽 면 또는 양면에, 이 슬러리를 도포하여 건조시킨다. 정극 시트의 제작과 마찬가지로, 이 도포 공정에서, 복수의 개구부를 가지는 영역의 개구부에는 부극 활물질 합제층을 형성하지 않기 때문에, 개구부는 선택적으로 슬러리를 도포하지 않는다. 이 도포 공정을 부극 집전체(112)의 일면에만 행하는 경우에는, 한쪽 면에 한번 더 같은 방법으로, 부극 활물질 합제층을 형성한다. 이 후, 롤 프레스기를 이용하여 압연 가공하여, 부극 시트(103)가 제조된다.
한편, 부극 활물질에 실리콘을 이용하는 경우에는, 캐리어 이온의 흡장에 의한 약 4배의 팽창이 생기기 때문에, 부극 집전체(112) 위에 단지 박막상으로 형성하는 것은 용이하게 부극 활물질 합제층의 박리를 유발한다. 따라서, 실리콘을 입자상, 위스커상, 나노 와이어상 등의 박막 형상을 제외한 형상을 이용할 필요가 있다.
부극 활물질로서 입자상 및 위스커상의 부극 활물질을 이용한 예를, 도 10(A) 내지 도 10(D)을 이용하여 이하에 설명한다.
도 10(A)은 부극 시트(103)의 단면도이다. 부극 시트는 부극 집전체(112)의 양면 위에 부극 활물질 합제층(113)이 형성된다. 또한, 부극 활물질 합제층(113)은 적어도 부극 활물질을 포함하고, 이 밖에 바인더 및 도전조제나, 그라펜을 포함하고 있어도 좋다. 부극 활물질 합제층(113)은 개구부(130) 및 섬 형상의 패턴(131)을 가진다.
도 10(B)은 부극 활물질 합제층(113)의 일부에서의 평면도이다. 부극 활물질 합제층(113)은 입자상의 부극 활물질(132)과 부극 활물질(132)의 복수를 덮으면서, 부극 활물질(132)이 내부에 채워진 그라펜(133)으로 구성되어 있다. 평면시의 부극 활물질 합제층(113)은 복수의 부극 활물질 합제층(113)의 표면을 다른 그라펜(133)이 덮고 있다. 또한, 일부에서, 부극 활물질(132)이 노출되어 있어도 좋다.
도 10(C)은, 도 10(B)의 부극 활물질 합제층(113)의 일부에서의 단면도이다. 부극 활물질(132), 및 부극 활물질 합제층(113)의 평면시(平面視)에서 부극 활물질(132)을 덮고 있는 그라펜(133)이 도시되어 있다. 단면도에 있어서, 그라펜(133)은 선상으로 관찰된다. 동일한 그라펜 또는 복수의 그라펜은 복수의 부극 활물질(132)에 중첩되거나, 또는, 동일한 그라펜 또는 복수의 그라펜에 의해, 복수의 부극 활물질(132)을 내재한다. 또한, 그라펜(133)은 주머니 모양으로 되어 있고, 이 내부에서, 복수의 부극 활물질을 내포하는 경우가 있다. 또한, 그라펜(133)은 일부 개방부가 있고, 이 영역에서, 부극 활물질(132)이 노출되어 있는 경우가 있다.
부극 활물질 합제층(113)의 두께는, 20μm 이상 100μm 이하의 사이에서 원하는 두께를 선택한다.
또한, 부극 활물질 합제층(113)에는 그라펜의 체적의 0.1배 이상 10배 이하의 아세틸렌 블랙 입자나 1 차원의 퍼짐을 가지는 카본 입자(카본 나노 섬유 등) 등의 공지의 도전조제, 및 폴리 불화 비닐리덴 등의 공지의 바인더를 가져도 좋다.
또한, 부극 활물질 합제층(113)에 리튬을 프리도핑해도 좋다. 리튬의 프리도핑 방법으로서는, 스퍼터링법에 의해 부극 활물질 합제층(113) 표면에 리튬층을 형성해도 좋다. 또는, 부극 활물질 합제층(113)의 표면에 리튬박을 형성함으로써, 부극 활물질 합제층(113)에 리튬을 프리도핑할 수 있다. 특히, 리튬 2차 전지를 조립한 후에, 정극 시트(101)의 정극 활물질 합제층(111)에 그라펜(118)을 생성하는 경우에는, 부극 활물질 합제층(113)에 리튬을 프리도핑하는 것이 바람직하다.
또한, 부극 활물질(132)에서는, 캐리어 이온의 흡장에 의해 체적이 팽창하는 것이 있다. 이 때문에, 충방전에 의해, 부극 활물질층이 취약화되어, 부극 활물질층의 일부가 붕괴됨으로써 리튬 2차 전지의 신뢰성(예를 들면, 사이클 특성 등)이 저하된다. 그러나, 본 발명의 일 양태에 관한 리튬 2차 전지의 부극은 부극 활물질(132)의 주위를 그라펜(133)이 덮기 때문에, 부극 활물질(132)이 충방전에 의해 체적 팽창하더라도, 그라펜(133)에 의해 부극 활물질(132)의 미분화나 부극 활물질 합제층(113)의 붕괴를 막을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 양태에 관한 리튬 2차 전지의 부극에 포함되는 그라펜(133)은 충방전에 따라 부극 활물질(132)의 체적이 팽창 수축하더라도, 부극 활물질(132)들간의 결착을 유지하는 기능을 가진다. 따라서, 부극 시트(103)를 이용함으로써, 리튬 2차 전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.
즉, 부극 활물질 합제층(113)을 형성할 때에 바인더를 이용할 필요가 없고, 일정 중량(일정 체적)의 부극 활물질층에서, 부극 활물질량을 증가시키는 것이 가능하다. 따라서, 전극 중량(전극 체적) 당의 충방전 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 그라펜(133)은 도전성을 가지고 있고, 또한, 복수의 부극 활물질(132)과 접하고 있기 때문에 도전조제로서도 기능한다. 즉, 부극 활물질 합제층(113)을 형성할 때에 도전조제를 이용할 필요가 없고, 일정 중량(일정 체적)의 부극 활물질층에 있어서, 부극 활물질량을 증가시키는 것이 가능하다. 따라서, 전극 중량(전극 체적) 당의 충방전 용량을 증대시킬 수 있다.
또한, 그라펜(133)은 부극 활물질 합제층(113)에 효율적이고, 또한 충분한 도전 패스(캐리어 이온의 도전 패스)가 형성되어 있기 때문에, 부극 활물질 합제층(113)의 도전성 및 부극 시트(103)는 도전성이 뛰어나다. 따라서, 부극 시트(103)를 가지는 각형 리튬 2차 전지는 부극 활물질(132)의 용량을 이론 용량 정도로 효율적으로 이용할 수 있기 때문에, 충전 용량을 충분히 높일 수 있다.
또한, 그라펜(133)은 캐리어 이온의 흡장 방출이 가능한 부극 활물질로서도 기능하기 때문에, 부극 시트(103)의 충전 용량을 향상시킬 수 있다.
다음에, 도 10(B) 및 도 10(C)에 나타내는 부극 활물질 합제층(113)의 제작 방법에 대하여 설명한다.
입자상의 부극 활물질(132) 및 산화 그라펜을 포함하는 슬러리를 형성한다. 구체적으로는, 입자상의 부극 활물질(132)과 산화 그라펜을 포함하는 분산액을 이용하여 혼련하여, 슬러리를 형성한다.
다음에, 부극 집전체(112) 위에, 상기 슬러리를 도포한다. 슬러리의 도포는 상기의 흑연의 경우와 마찬가지로, 복수의 개구부를 가지는 영역의 개구부에는 행하지 않는다. 다음에, 일정 시간, 진공 건조를 행하여 부극 집전체(112) 위에 도공한 슬러리로부터 용매를 제거한다. 이 후, 롤러 프레스기에 의해 압연(壓延) 가공한다.
그 후, 전기 에너지를 이용하여 전기 화학적으로 산화 그라펜을 환원하여, 그라펜(133)을 생성한다. 이상의 공정에 의해, 부극 집전체(112)의 양면 위에 부극 활물질 합제층(113)을 형성할 수 있어, 부극 시트(103)를 제조할 수 있다.
다음에, 도 10(D)에 나타내는 부극의 구조에 대하여 설명한다.
도 10(D)은, 부극 집전체(112)에 부극 활물질 합제층(134)이 형성되는 부극 시트의 단면도이다. 부극 활물질 합제층(134)은 표면이 요철상인 부극 활물질(135)과 부극 활물질(135)의 표면을 덮는 그라펜(136)을 가진다.
요철 형상의 부극 활물질(135)은 공통부(135a)와, 공통부(135a)로부터 돌출되는 볼록부(135b)를 가진다. 볼록부(135b)는 원주상, 각주상 등의 주상, 원뿔형 또는 각뿔형의 침상 등의 형상을 적절히 가진다. 또한, 볼록부의 정상부는 만곡하고 있어도 좋다. 또한, 부극 활물질(135)은 캐리어 이온(대표적으로는 리튬 이온)의 흡장 방출이 가능한 부극 활물질을 이용하여 형성된다. 또한, 공통부(135a) 및 볼록부(135b)가 같은 재료를 이용하여 구성되어도 좋다. 또는, 공통부(135a) 및 볼록부(135b)가 다른 재료를 이용하여 구성되어도 좋다.
도 10(D)에 나타내는 부극은, 부극 활물질(135)로서 실리콘을 이용한 경우, 그라펜(136)에 의해 부극 활물질(135)의 주위가 덮여 있기 때문에, 부극 활물질(135)이 충방전에 의해 체적 팽창해도, 부극 활물질(135)의 미분화 및 부극 활물질 합제층(134)의 붕괴를 막을 수 있다.
또한, 부극 활물질층의 표면이, 리튬 2차 전지를 구성하는 전해액과 접촉함으로써, 전해액 및 부극 활물질이 반응하여, 부극의 표면에 피막이 형성된다. 이 피막은 SEI(Solid Electrolyte Interface)라고 불리고, 부극과 전해액의 반응을 완화시켜 안정화시키기 위해 필요하다고 생각되고 있다. 그러나, 이 피막이 두꺼워지면, 캐리어 이온이 부극에 흡장되기 어려워져, 전극과 전해액 간의 캐리어 이온 전도성의 저하, 전해액의 소모 등의 문제가 있다.
부극 활물질 합제층(134)의 표면을 그라펜(136)으로 피복함으로써, 이 피막의 막두께의 증가를 억제하는 것이 가능하고, 충방전 용량의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 요철 형상의 부극 활물질(135) 외의 구성으로서, 부극 집전체(112)에 부극 집전체(112)의 일부로서 형성한 볼록부를 덮어 박막상의 부극 활물질을 형성함으로써 요철 형상의 표면을 가지는 부극 활물질로 할 수도 있다.
다음에, 도 10(D)에 나타내는 부극 활물질 합제층(134)의 제작 방법에 대하여 설명한다.
인쇄법, 잉크젯법, CVD 등에 의해, 요철 형상의 부극 활물질(135)을 부극 집전체(112)의 양면 위에 형성한다. 또는, 도포법, 스퍼터링법, 증착법 등에 의해 막상의 부극 활물질을 형성한 후, 선택적으로 제거하여, 요철 형상의 부극 활물질(135)을 부극 집전체(112) 위의 양면에 형성한다. 여기서, 부극 활물질(135)의 형성은 상기의 방법 등에 의해, 복수의 개구부를 가지는 영역에서의 개구부(130)에는 행하지 않는다. 혹은, 일단 전면(全面)에 부극 활물질(135)을 형성한 후, 개구부(130)로 하는 부분의 부극 활물질(135)을, 에칭 등의 방법에 의해 제거함으로써 개구부를 형성할 수도 있다.
다음에, 산화 그라펜을 포함하는 분산액을 요철 형상의 부극 활물질(135) 위에 도공한다. 산화 그라펜을 포함하는 분산액을 도공하는 방법으로서는, 실시형태 1에 설명한 방법을 적절히 이용하면 좋다. 또한, 산화 그라펜이 개구부(130) 내에 도공되어도 좋다. 이 경우, 섬 형상의 패턴(131)으로서 분리된 부극 활물질(135)들을 결착하기 때문에, 요철 형상의 부극 활물질(135)의 강도를 높일 수 있다.
다음에, 산화 그라펜을 포함하는 분산액 중의 용매를 제거한 후, 전기 에너지를 이용하여, 전기 화학적으로 산화 그라펜을 환원하여 그라펜(136)을 생성하면 좋다.
이와 같이, 산화 그라펜을 포함하는 분산액을 이용하여 그라펜을 생성함으로써, 요철 형상의 부극 활물질(135)의 표면에 균일한 막두께의 그라펜(136)을 피복시킬 수 있다.
또한, 실란, 염화 실란, 불화 실란 등을 원료 가스로 하는 LPCVD법에 의해, 부극 집전체(112) 위에, 실리콘으로 형성된, 요철 형상의 부극 활물질(135)(이하, 실리콘 위스커라고 함)을 형성할 수 있다.
실리콘 위스커는 비정질 구조이어도 좋다. 비정질 구조인 실리콘 위스커를 부극 활물질 합제층(134)에 이용함으로써, 캐리어 이온의 흡장 및 방출에 따른 체적 변화에 강하기 때문에(예를 들면, 체적 팽창에 따른 응력을 완화함), 반복 충방전에 의해, 실리콘 위스커의 미분화, 및 부극 활물질 합제층(134)의 붕괴를 방지할 수 있어, 사이클 특성이 더욱 향상된 리튬 2차 전지를 제작할 수 있다.
또는, 실리콘 위스커는 결정 구조이어도 좋다. 이 경우, 도전성 및 캐리어 이온의 이동도가 뛰어난 결정성을 가지는 결정 구조가 집전체와 광범위하게 접하고 있다. 그 때문에, 부극 전체의 도전성을 더욱 향상시킬 수 있고, 또한 고속의 충방전이 가능하게 되어, 충방전 용량이 훨씬 향상된 각형 리튬 2차 전지를 제작할 수 있다.
또는, 실리콘 위스커는 결정성을 가지는 영역인 심(芯；core)과, 이 심을 덮어 형성되고, 비정질 영역인 외각을 가져도 좋다.
외각인 비정질 구조는, 캐리어 이온의 흡장 및 방출에 따른 체적 변화에 강하다(예를 들면, 체적 팽창에 따른 응력을 완화함)는 특색을 가진다. 또한, 심인 결정성을 가지는 구조는, 도전성 및 캐리어 이온의 이동도가 뛰어나, 캐리어 이온을 흡장하는 속도 및 방출하는 속도가 단위 질량 당에서 빠르다는 특징을 가진다. 따라서, 심 및 외각을 가지는 실리콘 위스커를 부극 활물질 합제층(113)으로서 이용함으로써, 고속으로 충방전이 가능하게 되어, 충방전 용량 및 사이클 특성이 향상된 각형 리튬 2차 전지를 제작할 수 있다.
(권회체 및 그 제조 방법)
이상과 같이 하여 제조된 정극 시트(101)와 부극 시트(103)를, 세퍼레이터(102)를 끼우고 서로 중첩하여 집합 시트를 형성한다. 그 후, 세퍼레이터(102)와는 다른 세퍼레이터(105)를 끼우고, 집합 시트를 권회하여 권회체(100)를 제작한다.
또한, 세퍼레이터(102)와 세퍼레이터(105)는 연속된 시트여도 좋다. 세퍼레이터(102, 105)는 절연성의 다공체를 이용한다. 세퍼레이터(102, 105)의 대표예로서는, 예를 들면, 종이, 부직포, 유리 섬유, 세라믹, 혹은 나일론(폴리아미드), 비닐론(폴리비닐 알코올계 섬유), 폴리에스테르, 아크릴, 폴리올레핀, 폴리우레탄을 이용한 합성 섬유 등으로 형성된 것을 이용하면 좋다. 단, 전해액에 용해하지 않는 재료를 선택할 필요가 있다.
이 권회 공정에 있어서, 정극 시트(101) 및 부극 시트(103)에 각각 형성된 복수의 개구부를 가지는 영역이 집합 시트의 구부러지는 부분에 위치하도록 권회한다. 권회 공정은, 집합 시트 및 세퍼레이터를 심판(芯板；core plate)에 휘감는 것에 의해 행하고, 권회의 완료 후, 심판을 제외하고 편평상의 권회체를 형성한다. 여기서, 정극 시트(101) 및 부극 시트(103)에 각각 형성된 복수의 개구부를 가지는 영역은 잉여 부분을 가지도록 제작하고 있기 때문에, 설계 범위 내에서의 권회에 의한 위치 어긋남이 생긴 경우에도, 구부러지는 부분은 복수의 개구부를 가지는 영역에 의해 덮여진다. 따라서, 집합 시트가 가지는 개구부에 의해, 휨에 의해 생기는 응력을 완화할 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 각형 리튬 2차 전지를 제공할 수 있다.
(각형 리튬 2차 전지)
다음에, 각형 리튬 2차 전지의 구조의 한 형태에 대하여, 도 11을 이용하여 설명한다.
각형 리튬 2차 전지(300)는 외장캔을 겸한 정극 단자(305)와 부극 단자(306)가 폴리프로필렌 등으로 형성된 개스킷(311)으로 절연 봉지되어 있다. 이 외장캔 내에 상술한 권회체를 봉입하여, 전해액을 주입한다. 권회체는 상기 서술한 바와 같이, 정극 시트(302)에 세퍼레이터(304)를 끼우고 부극 시트(303)를 중첩한 집합 시트를, 세퍼레이터(301)를 끼우고 권회한 것으로, 다른 실시형태에 나타낸 전극 시트를 이용할 수 있다. 도시하지 않았지만, 정극 시트(302)의 일단부에 용접한 정극 리드는 정극 단자(305)와 전기적으로 접속되고, 부극 시트(303)의 일단부에 용접한 부극 리드는 부극 단자(306)와 전기적으로 접속된다. 외장캔의 내부는 주입액구(310)로부터 주입된 전해액에 의해 채워져, 절연판(307)이나 스페이서(308)에 의해 봉지되어 있다. 또한, 외장캔을 부극 단자로 하고, 상기와 정극 부극을 서로 바꾼 구조로 해도 좋다.
전해액의 용질은 캐리어 이온을 가지는 재료를 이용한다. 전해액의 용질의 대표예로서는, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등의 리튬염이 있다.
또한, 캐리어 이온이, 리튬 이온 이외의 알칼리 금속 이온, 알칼리토류 금속 이온, 베릴륨 이온, 또는 마그네슘 이온인 경우, 전해액의 용질로서 상기 리튬염에 있어서, 리튬 대신에, 알칼리 금속(예를 들면, 나트륨이나 칼륨 등), 알칼리토류 금속(예를 들면, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등), 베릴륨, 또는 마그네슘을 이용해도 좋다.
또한, 전해액의 용매로서는, 캐리어 이온의 이송이 가능한 재료를 이용한다. 전해액의 용매로서는, 비플로톤성 유기 용매가 바람직하다. 비플로톤성 유기용매의 대표예로서는, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트(DEC), γ-부틸올락톤, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란 등이 있고, 이들의 하나 또는 복수를 이용할 수 있다. 또한, 전해액의 용매로서 겔화되는 고분자 재료를 이용함으로써, 누액성을 포함한 안전성이 높아진다. 또한, 각형 리튬 2차 전지의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화되는 고분자 재료의 대표예로서는, 실리콘 겔, 아크릴 겔, 아크릴로니트릴 겔, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 불소계 폴리머 등이 있다. 또한, 전해액의 용매로서, 난연성(難燃性) 및 난휘발성(難揮發性)인 이온 액체(상온 용융염)를 하나 또는 복수 이용함으로써, 리튬 2차 전지의 내부 단락이나, 과충전 등에 의해 내부 온도가 상승해도, 리튬 2차 전지의 파열이나 발화 등을 막을 수 있다.
또한, 전해액 대신에, 황화물계나 산화물계 등의 무기물 재료를 가지는 고체 전해질이나, PEO(폴리에틸렌 옥사이드)계 등의 고분자 재료를 가지는 고체 전해질을 이용할 수 있다. 고체 전해질을 이용하는 경우에는, 세퍼레이터의 설치가 불필요하게 된다. 또한, 전지 전체를 고체화할 수 있기 때문에, 누액의 우려가 없어져 안전성이 비약적으로 향상된다.
외장캔(정극 단자)(305)이나 부극 단자(306)에는, 내부식성이 있는 니켈, 알루미늄, 티탄 등의 금속, 또는 이들의 합금이나 이것들과 다른 금속과의 합금(스테인리스강 등)을 이용할 수 있다. 특히, 2차 전지의 충방전에 의해 생기는 전해액에 의한 부식을 막기 위해, 니켈 등을 부식성 금속에 도금하는 것이 바람직하다.
개스킷(311) 중에는, 가스 배출 밸브(309)가 설치되어 있다. 전지의 내압이 상승하여 소정의 스레숄드값을 넘은 경우에, 전지 내부의 가스를 전지 외부로 방출하기 위한 것이다. 또한, 도시하지 않았지만, 온도가 상승한 경우에 저항이 증대하는 열감 저항 소자인 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient)를 형성하여, 저항의 증대에 의해 전류량을 제한하여 이상 발열을 방지하는 것도 효과적이다. PTC 소자에는, 티탄산바륨(BaTiO3)계 반도체 세라믹 등을 이용할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 5)
본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지는, 전력에 의해 구동하는 다양한 전기 기기의 전원으로서 이용할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지를 이용한 전기 기기의 구체적인 예로서, 텔레비전, 모니터 등의 표시 장치, 조명 장치, 데스크탑형 혹은 노트형의 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체에 기억된 정지화면 또는 동영상을 재생하는 화상 재생장치, 포터블 CD 플레이어, 라디오, 테이프 레코더, 스테레오, 탁상 시계, 벽걸이 시계, 무선 전화 핸드셋, 트랜시버, 휴대 무선기, 휴대전화, 자동차 전화, 휴대형 게임기, 계산기, 휴대 정보 단말, 전자 수첩, 전자 서적, 전자 번역기, 음성 입력 기기, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 전기 면도기, 전자 렌지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥, 전기 세탁기, 전기 청소기, 온수기, 선풍기, 모발 건조기, 에어컨디셔너, 가습기, 제습기 등의 공기 조절 설비, 식기 세척기, 식기 건조기, 의류 건조기, 이불 건조기, 전기 냉장고, 전기 냉동고, 전기 냉동 냉장고, DNA 보존용 냉동고, 회중 전등, 체인 톱 등의 공구, 연기 감지기, 투석 장치 등의 의료기기 등을 들 수 있다. 또한 유도등, 신호기, 벨트 컨베이어, 엘리베이터, 에스컬레이터, 산업용 로봇, 전력 저장 시스템, 전력의 평준화나 스마트 그리드를 위한 축전 장치 등의 산업 기기를 들 수 있다. 또한, 리튬 2차 전지로부터의 전력을 이용하여 전동기에 의해 추진하는 이동체 등도, 전기 기기의 범주에 포함되는 것으로 한다. 상기 이동체로서, 예를 들면, 전기 자동차(EV), 내연기관과 전동기를 겸비한 하이브리드 차(HEV), 플러그 인 하이브리드 차(PHEV), 이들의 타이어 차바퀴를 무한 궤도로 바꾼 장궤 차량, 전동 어시스트 자전거를 포함하는 원동기 부착 자전거, 자동 이륜차, 전동 휠체어, 골프용 카트, 소형 또는 대형 선박, 잠수함, 헬리콥터, 항공기, 로켓, 인공위성, 우주 탐사기나 혹성 탐사기, 우주선 등을 들 수 있다.
또한, 상기 전기 기기는, 소비 전력의 거의 전부를 조달하기 위한 주전원으로서, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지를 이용할 수 있다. 혹은, 상기 전기 기기는 상기 주전원이나 상용 전원으로부터의 전력의 공급이 정지한 경우에, 전기 기기에의 전력의 공급을 행할 수 있는 무정전 전원으로서, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지를 이용할 수 있다. 혹은, 상기 전기 기기는 상기 주전원이나 상용 전원으로부터의 전기 기기로의 전력의 공급과 병행하여, 전기 기기로의 전력의 공급을 행하기 위한 보조 전원으로서, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지를 이용할 수 있다.
도 12에, 상기 전기 기기의 구체적인 구성을 나타낸다. 도 12에서, 표시 장치(8000)는 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8004)를 이용한 전기 기기의 일례이다. 구체적으로, 표시 장치(8000)는, TV 방송 수신용의 표시 장치에 상당하고, 하우징(8001), 표시부(8002), 스피커부(8003), 각형 리튬 2차 전지(8004) 등을 가진다. 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8004)는 하우징(8001)의 내부에 설치되어 있다. 표시 장치(8000)는 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 각형 리튬 2차 전지(8004)에 축적된 전력을 이용할 수도 있다. 따라서, 정전 등에 의해 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8004)를 무정전 전원으로서 이용함으로써, 표시 장치(8000)의 이용이 가능하게 된다.
표시부(8002)에는, 액정 표시 장치, 유기 EL 소자 등의 발광 소자를 각 화소에 구비한 발광 장치, 전기 영동 표시 장치, DMD(Digital Micromirror Device), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display) 등의 반도체 표시 장치를 이용할 수 있다.
또한, 표시 장치에는, TV 방송 수신용 외에, 퍼스널 컴퓨터용, 광고 표시용 등, 모든 정보 표시용 표시 장치가 포함된다.
도 12에서, 고정형의 조명 장치(8100)는 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8103)를 이용한 전기 기기의 일례이다. 구체적으로, 조명 장치(8100)는, 하우징(8101), 광원(8102), 각형 리튬 2차 전지(8103) 등을 가진다. 도 12에서는, 각형 리튬 2차 전지(8103)가 하우징(8101) 및 광원(8102)이 고정된 천장(8104)의 내부에 설치되어 있는 경우를 예시하고 있지만, 각형 리튬 2차 전지(8103)는 하우징(8101)의 내부에 설치되어 있어도 좋다. 조명 장치(8100)는 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 각형 리튬 2차 전지(8103)에 축적된 전력을 이용할 수도 있다. 따라서, 정전 등에 의해 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8103)를 무정전 전원으로서 이용함으로써, 조명 장치(8100)의 이용이 가능하게 된다.
또한, 도 12에서는 천장(8104)에 설치된 고정형의 조명 장치(8100)를 예시하고 있지만, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지는, 천장(8104) 이외, 예를 들면 측벽(8105), 마루(8106), 창(8107) 등에 설치된 고정형의 조명 장치에 이용할 수도 있고, 탁상형의 조명 장치 등에 이용할 수도 있다.
또한, 광원(8102)에는, 전력을 이용하여 인공적으로 광을 얻는 인공 광원을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 백열전구, 형광등 등의 방전 램프, LED나 유기 EL 소자 등의 발광 소자를, 상기 인공 광원의 일례로서 들 수 있다.
도 12에서, 실내기(8200) 및 실외기(8204)를 가지는 에어컨디셔너는, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8203)를 이용한 전기 기기의 일례이다. 구체적으로, 실내기(8200)는, 하우징(8201), 송풍구(8202), 각형 리튬 2차 전지(8203) 등을 가진다. 도 12에서는, 각형 리튬 2차 전지(8203)가 실내기(8200)에 설치되어 있는 경우를 예시하고 있지만, 각형 리튬 2차 전지(8203)는 실외기(8204)에 설치되어 있어도 좋다. 혹은, 실내기(8200)와 실외기(8204)의 양쪽 모두에, 각형 리튬 2차 전지(8203)가 설치되어 있어도 좋다. 에어컨디셔너는 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 각형 리튬 2차 전지(8203)에 축적된 전력을 이용할 수도 있다. 특히, 실내기(8200)와 실외기(8204)의 양쪽 모두에 각형 리튬 2차 전지(8203)가 설치되어 있는 경우, 정전 등에 의해 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8203)를 무정전 전원으로서 이용함으로써, 에어컨디셔너의 이용이 가능하게 된다.
또한, 도 12에서는, 실내기와 실외기로 구성되는 세퍼레이트형의 에어컨디셔너를 예시하고 있지만, 실내기의 기능과 실외기의 기능을 하나의 하우징에 가지는 일체형의 에어컨디셔너에, 본 발명의 일 양태에 관한 리튬 2차 전지를 이용할 수도 있다.
도 12에서, 전기 냉동 냉장고(8300)는 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8304)를 이용한 전기 기기의 일례이다. 구체적으로, 전기 냉동 냉장고(8300)는 하우징(8301), 냉장실용문(8302), 냉동실용문(8303), 각형 리튬 2차 전지(8304) 등을 가진다. 도 12에서는, 각형 리튬 2차 전지(8304)가 하우징(8301)의 내부에 설치되어 있다. 전기 냉동 냉장고(8300)는 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수도 있고, 각형 리튬 2차 전지(8304)에 축적된 전력을 이용할 수도 있다. 따라서, 정전 등에 의해 상용 전원으로부터 전력의 공급을 받을 수 없을 때에도, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지(8304)를 무정전 전원으로서 이용함으로써, 전기 냉동 냉장고(8300)의 이용이 가능하게 된다.
또한, 상술한 전기 기기 중, 전자 렌지 등의 고주파 가열 장치, 전기 밥솥 등의 전기 기기는 단시간에 높은 전력을 필요로 한다. 따라서, 상용 전원으로는 조달하지 못하는 전력을 보조하기 위한 보조 전원으로서, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지를 이용함으로써, 전기 기기의 사용시에 상용 전원의 브레이커가 떨어지는 것을 막을 수 있다.
또한, 전기 기기가 사용되지 않는 시간대, 특히, 상용 전원의 공급원이 공급 가능한 총전력량 중, 실제로 사용되는 전력량의 비율(전력 사용율이라고 부름)이 낮은 시간대에, 각형 리튬 2차 전지에 전력을 비축해 둠으로써, 상기 시간대 이외에 전력 사용율이 높아지는 것을 억제할 수 있다. 예를 들면, 전기 냉동 냉장고(8300)의 경우, 기온이 낮고, 냉장실용문(8302), 냉동실용문(8303)의 개폐를 하지 않는 야간에, 각형 리튬 2차 전지(8304)에 전력을 비축한다. 그리고, 기온이 높아져, 냉장실용문(8302), 냉동실용문(8303)의 개폐를 하는 낮에, 각형 리튬 2차 전지(8304)를 보조 전원으로서 이용함으로써, 낮의 전력 사용율을 낮게 억제할 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 6)
다음에, 전기 기기의 일례인 휴대 정보 단말에 대하여, 도 13을 이용하여 설명한다.
도 13(A) 및 도 13(B)은 반으로 접을 수 있는 타블렛형 단말이다. 도 13(A)은 펼친 상태이며, 타블렛형 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 전력 절약 모드 전환 스위치(9036), 잠금구(9033), 조작 스위치(9038)를 가진다.
표시부(9631a)는 일부를 터치 패널의 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9638)에 터치함으로써, 데이터 입력을 할 수 있다. 또한, 표시부(9631a)에서는, 일례로서 반의 영역이 표시 기능만을 가지는 구성, 다른 반의 영역이 터치 패널의 기능을 가지는 구성을 나타내고 있지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 표시부(9631a)의 모든 영역이 터치 패널의 기능을 가지는 구성으로 해도 좋다. 예를 들면, 표시부(9631a)의 전면을 키보드 버튼 표시시켜 터치 패널로 하고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 이용할 수 있다.
또한, 표시부(9631b)에서도 표시부(9631a)와 마찬가지로, 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널의 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치에 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼 표시할 수 있다.
또한, 터치 패널의 영역(9632a)과 터치 패널의 영역(9632b)에 대하여 동시에 터치 입력할 수도 있다.
또한, 표시 모드 전환 스위치(9034)는, 종 표시 또는 횡 표시 등의 표시의 방향을 전환, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9036)는, 타블렛형 단말에 내장되어 있는 광 센서로 검출되는 사용시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적의 것으로 할 수 있다. 타블렛형 단말은 광 센서뿐만 아니라, 자이로스코프, 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서 등의 다른 검출 장치를 내장시켜도 좋다.
또한, 도 13(A)에서는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 예를 나타내고 있지만 특별히 한정되지 않고, 한쪽의 사이즈와 다른 한쪽의 사이즈가 상이하여도 좋고, 표시의 품질이 상이하여도 좋다. 예를 들면 한쪽이 다른 한쪽보다 고정세한 표시를 행할 수 있는 표시 패널이어도 좋다.
도 13(B)은 닫은 상태이며, 타블렛형 단말은 하우징(9630), 태양전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 가진다. 또한, 도 13(B)에서는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 가지는 구성에 대하여 나타내고, 배터리(9635)는 상기 실시형태에 설명한 각형 리튬 2차 전지를 가지고 있다.
또한, 타블렛형 단말은 반으로 접을 수 있기 때문에, 미사용시에 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a), 표시부(9631b)를 보호할 수 있기 때문에, 내구성이 뛰어나 장기 사용의 관점에서도 신뢰성이 뛰어난 타블렛형 단말을 제공할 수 있다.
또한, 그 밖에도 도 13(A) 및 도 13(B)에 나타낸 타블렛형 단말은, 다양한 정보(정지 화면, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 캘린더, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 터치 입력 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의해 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
타블렛형 단말의 표면에 장착된 태양전지(9633)에 의해, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한, 태양전지(9633)는, 하우징(9630)의 한면 또는 양면에 형성할 수 있어, 배터리(9635)의 충전을 효율적으로 행하는 구성으로 할 수 있다. 또한 배터리(9635)로서는, 본 발명의 일 양태에 관한 리튬 2차 전지를 이용하면, 소형화가 도모된다는 등의 이점이 있다.
또한, 도 13(B)에 나타내는 충방전 제어 회로(9634)의 구성, 및 동작에 대하여 도 13(C)에 블럭도를 나타내어 설명한다. 도 13(C)에는, 태양전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1 내지 SW3), 표시부(9631)에 대하여 나태내고, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1 내지 SW3)가, 도 13(B)에 나타내는 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 개소가 된다.
우선, 외광에 의해 태양전지(9633)에 의해 발전이 되는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양전지에 의해 발전한 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)로 승압 또는 강압이 이루어진다. 그리고, 표시부(9631)의 동작에 태양전지(9633)로부터의 전력이 이용될 때에는 스위치(SW1)를 온으로 하고, 컨버터(9637)로 표시부(9631)에 필요한 전압에 승압 또는 강압을 하게 된다. 또한, 표시부(9631)에서의 표시를 하지 않을 때는, SW1를 오프로 하고, SW2를 온으로 하여 배터리(9635)의 충전을 행하는 구성으로 하면 좋다.
또한, 태양전지(9633)에 대해서는, 발전 수단의 일례로서 나타냈지만, 특별히 한정되지 않고, 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(페르티에 소자) 등의 다른 발전 수단에 의한 배터리(9635)의 충전을 하는 구성이어도 좋다. 예를 들면, 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 또 다른 충전 수단을 조합하여 행하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 상기 실시형태에 설명한 각형 리튬 2차 전지를 구비하고 있으면, 도 13에 나타낸 전기 기기에 특별히 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 7)
또한 전기 기기의 일례인 이동체의 예에 대하여, 도 14를 이용하여 설명한다.
실시형태 1 내지 3에 설명한 각형 리튬 2차 전지를 제어용의 배터리에 이용할 수 있다. 제어용의 배터리는, 플러그 인 기술이나 비접촉 급전에 의한 외부로부터의 전력 공급에 의해 충전을 할 수 있다. 또한, 이동체가 철도용 전기 차량인 경우, 가선이나 도전 궤도로부터의 전력 공급에 의해 충전을 할 수 있다.
도 14(A) 및 도 14(B)는 전기 자동차의 일례를 나타낸다. 전기 자동차(9700)에는, 각형 리튬 2차 전지(9701)가 탑재되어 있다. 각형 리튬 2차 전지(9701)의 전력은 제어 회로(9702)에 의해 출력이 조정되어, 구동 장치(9703)에 공급된다. 제어 회로(9702)는 도시하지 않은 ROM, RAM, CPU 등을 가지는 처리 장치(9704)에 의해 제어된다.
구동 장치(9703)는 직류 전동기 혹은 교류 전동기 단체, 또는 전동기와 내연 기관을 조합하여 구성된다. 처리 장치(9704)는 전기 자동차(9700)의 운전자의 조작 정보(가속, 감속, 정지 등)나 주행시의 정보(오르막길이나 내리막길 등의 정보, 구동 바퀴에 걸리는 부하 정보 등)의 입력 정보에 기초하여, 제어 회로(9702)에 제어 신호를 출력한다. 제어 회로(9702)는 처리 장치(9704)의 제어 신호에 따라, 각형 리튬 2차 전지(9701)로부터 공급되는 전기 에너지를 조정하여 구동 장치(9703)의 출력을 제어한다. 교류 전동기를 탑재하고 있는 경우는, 도시하지 않았지만, 직류를 교류로 변환하는 인버터도 내장된다.
각형 리튬 2차 전지(9701)는 플러그 인 기술에 의한 외부로부터의 전력 공급에 의해 충전할 수 있다. 예를 들면, 상용 전원으로부터 전원 플러그를 통하여 각형 리튬 2차 전지(9701)에 충전한다. 충전은 AC/DC 컨버터 등의 변환 장치를 통하여, 일정한 전압값을 가지는 직류 정전압으로 변환하여 행할 수 있다. 각형 리튬 2차 전지(9701)로서, 본 발명의 일 양태에 관한 각형 리튬 2차 전지를 탑재함으로써, 충전 시간의 단축화 등에 기여할 수 있어, 편리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 충방전 속도의 향상에 의해, 전기 자동차(9700)의 가속력의 향상에 기여할 수 있어, 전기 자동차(9700)의 성능의 향상에 기여할 수 있다. 또한, 각형 리튬 2차 전지(9701)의 특성의 향상에 의해, 각형 리튬 2차 전지(9701) 자체를 소형 경량화할 수 있다면, 차량의 경량화에 기여하기 때문에, 연비를 향상시킬 수 있다.
본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
100：권회체
101：정극 시트
102：세퍼레이터
103：부극 시트
104：집합 시트
105：세퍼레이터
106：정극 리드
107：부극 리드
110：정극 집전체
111：정극 활물질 합제층
111a：개구부를 가지지 않은 영역
111b：복수의 개구부를 가지는 영역
112：부극 집전체
113：부극 활물질 합제층
114：개구부
115：섬 형상의 패턴
116：홈
117：정극 활물질
118：그라펜
120：구부러지지 않은 부분
121：구부러진 부분
122：구부러진 부분을 덮고 있는 부분
123：잉여 부분
130：개구부
131：섬 형상의 패턴
132：부극 활물질
133：그라펜
134：부극 활물질 합제층
135：부극 활물질
135a：공통부
135b：볼록부
136：그라펜
300：각형 리튬 2차 전지
301：세퍼레이터
302：정극 시트
303：부극 시트
304：세퍼레이터
305：정극 단자
306：부극 단자
307：절연판
308：스페이서
309：가스 배출 밸브
310：주입액구
311：개스킷
8000：표시 장치
8001：하우징
8002：표시부
8003：스피커부
8004：각형 리튬 2차 전지
8100：조명 장치
8101：하우징
8102：광원
8103：각형 리튬 2차 전지
8104：천장
8105：측벽
8106：마루
8107：창
8200：실내기
8201：하우징
8202：송풍구
8203：각형 리튬 2차 전지
8204：실외기
8300：전기 냉동 냉장고
8301：하우징
8302：냉장실용문
8303：냉동실용문
8304：각형 리튬 2차 전지
9033：잠금구
9034：스위치
9035：전원 스위치
9036：스위치
9038：조작 스위치
9630：하우징
9631：표시부
9631a：표시부
9631b：표시부
9632a：영역
9632b：영역
9633：태양전지
9634：충방전 제어 회로
9635：배터리
9636：DCDC 컨버터
9637：컨버터
9638：조작 키
9639：버튼
9700：전기 자동차
9701：각형 리튬 2차 전지
9702：제어 회로
9703：구동 장치
9704：처리 장치
101：정극 시트
102：세퍼레이터
103：부극 시트
104：집합 시트
105：세퍼레이터
106：정극 리드
107：부극 리드
110：정극 집전체
111：정극 활물질 합제층
111a：개구부를 가지지 않은 영역
111b：복수의 개구부를 가지는 영역
112：부극 집전체
113：부극 활물질 합제층
114：개구부
115：섬 형상의 패턴
116：홈
117：정극 활물질
118：그라펜
120：구부러지지 않은 부분
121：구부러진 부분
122：구부러진 부분을 덮고 있는 부분
123：잉여 부분
130：개구부
131：섬 형상의 패턴
132：부극 활물질
133：그라펜
134：부극 활물질 합제층
135：부극 활물질
135a：공통부
135b：볼록부
136：그라펜
300：각형 리튬 2차 전지
301：세퍼레이터
302：정극 시트
303：부극 시트
304：세퍼레이터
305：정극 단자
306：부극 단자
307：절연판
308：스페이서
309：가스 배출 밸브
310：주입액구
311：개스킷
8000：표시 장치
8001：하우징
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8004：각형 리튬 2차 전지
8100：조명 장치
8101：하우징
8102：광원
8103：각형 리튬 2차 전지
8104：천장
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8107：창
8200：실내기
8201：하우징
8202：송풍구
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8204：실외기
8300：전기 냉동 냉장고
8301：하우징
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8304：각형 리튬 2차 전지
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9034：스위치
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9036：스위치
9038：조작 스위치
9630：하우징
9631：표시부
9631a：표시부
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9632b：영역
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9636：DCDC 컨버터
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9700：전기 자동차
9701：각형 리튬 2차 전지
9702：제어 회로
9703：구동 장치
9704：처리 장치
Claims (7)
- 전지에 있어서:
정극 집전체를 포함하는 정극 시트;
부극 시트; 및
상기 정극 시트와 상기 부극 시트 사이에 끼워진 세퍼레이터를 포함하고,
상기 정극 시트, 상기 부극 시트, 및 상기 세퍼레이터는 권회되어, 상기 정극 시트, 상기 부극 시트, 및 상기 세퍼레이터 각각이 구부러진 부분을 포함하고,
상기 정극 시트 및 상기 부극 시트 중 하나의 상기 구부러진 부분은 복수의 개구부를 포함하고,
상기 정극 집전체는 상기 복수의 개구부에 제공되는 홈을 포함하고,
상기 복수의 개구부는 상기 구부러진 부분의 정상부를 향할수록 조밀하게 배치되는, 전지. - 권회체(wound body)를 포함하는 전지에 있어서:
상기 권회체는:
정극 집전체를 포함하고, 제 1 면 측과 제 2 면 측을 가지는 정극 시트;
제 1 면 측과 제 2 면 측을 가지는 부극 시트;
상기 정극 시트의 상기 제 1 면 측 상에서의 상기 정극 시트와 상기 부극 시트 사이의 제 1 세퍼레이터; 및
제 2 세퍼레이터를 포함하고,
상기 제 2 세퍼레이터, 상기 정극 시트, 상기 제 1 세퍼레이터, 및 상기 부극 시트는 권회되고,
상기 제 2 세퍼레이터는 상기 정극 시트의 상기 제 2 면 측 상에서 상기 부극 시트와 상기 정극 시트 사이에 위치하고,
상기 정극 시트 및 상기 부극 시트 각각은 상기 제 1 면 측 및 상기 제 2 면 측 모두 상에서 활물질 합제층을 포함하고,
상기 권회체는 구부러진 부분을 포함하고,
상기 구부러진 부분에서, 상기 정극 시트의 상기 활물질 합제층은 상기 활물질 합제층이 제공되지 않는 복수의 영역과 상기 활물질 합제층이 상기 제 1 면 측 및 상기 제 2 면 측 중 하나 또는 모두에서 제공되는 복수의 영역을 포함하고,
상기 정극 집전체는 상기 활물질 합제층이 제공되지 않는 상기 복수의 영역에 제공되는 홈을 포함하고,
상기 구부러진 부분에서, 상기 활물질 합제층이 제공되지 않는 상기 복수의 영역은 상기 구부러진 부분의 정상부를 향할수록 조밀하게 배치되고,
상기 정극 시트 및 상기 부극 시트의 길이 방향에서, 상기 활물질 합제층이 제공되지 않는 상기 복수의 영역 중 하나의 길이는 상기 활물질 합제층이 제공되는 인접하는 영역의 길이보다 짧은, 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 정극 시트 및 상기 부극 시트 중 상기 하나의 길이 방향에서의 상기 복수의 개구부의 길이들 각각은 동일한, 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 정극 시트 및 상기 부극 시트 중 나머지 하나의 상기 구부러진 부분은 복수의 개구부를 포함하는, 전지. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전지는 각형 전지인, 전지. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 세퍼레이터와 상기 제 2 세퍼레이터는 연속된 시트인, 전지. - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 전지를 포함하는, 전기 기기.
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