KR102250633B1 - 전기화학 전지 - Google Patents

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KR102250633B1
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파스칼 헤크
쿠로쉬 소히
이브 레뜨리에
제리코 린 몰
쟝-바티스트 르랑
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더 스와치 그룹 리서치 앤 디벨롭먼트 엘티디
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Abstract

본 발명은, 애노드 전류 콜렉터 (16) 와 접촉하는 애노드 (20), 캐소드 전류 콜렉터 (18) 와 접촉하는 캐소드 (22), 애노드 (20) 와 캐소드 (22) 사이에 배치된 세퍼레이터 (24) 를 포함하고, 애노드 (20) 는 세퍼레이터 (24) 와 애노드 전류 콜렉터 (16) 사이에 배치되고, 캐소드 (22) 는 세퍼레이터 (24) 와 캐소드 전류 콜렉터 (18) 사이에 배치되고, 애노드 전류 콜렉터 (16) 및 캐소드 전류 콜렉터 (18) 는 애노드 (20), 캐소드 (22), 및 세퍼레이터 (24) 의 어셈블리에 대한 인캡슐레이팅 하우징 (28) 을 형성하는 전기화학 전지에 관한 것이다.

Description

전기화학 전지{ELECTROCHEMICAL CELL}
본 발명은 애노드 전류 콜렉터와 접촉하는 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터와 접촉하는 캐소드를 포함하는 전기화학 전지 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 큰 기계적 유연도를 특징으로 하는 필름 배터리들에 관한 것이다.
아주 많은 상이한 배터리 유형들 중에서, 소위 필름 배터리들이 존재한다. 이들 배터리들은 마이크로미터 범위의 두께를 갖는 얇은 재료들로 이루어져, 1mm 이하 범위의 총 배터리 두께를 허용한다. 따라서 이들 배터리들은 작은 치수들을 나타내고, 이에 따라 광범위한 상이한 애플리케이션들에 적용 가능하다. 일반적으로, 이러한 배터리들 또는 전기화학 전지들은 어떤 임의의 형상으로 형성될 수 있다. 이들 배터리들은 병렬로 적층되어 사용되고, 일반적으로 비교적 큰 에너지 밀도를 제공할 수 있다.
필름 전기화학 전지들은 또한, 특정한 기계적 유연성을 제공할 수도 있다. 따라서, 이들은 통상적으로 어느 정도로 벤딩 가능하고 탄성적으로 변형 가능하다. 이 특성은 기계적 응력을 받는 신뢰할 만한 휴대용 제품들, 예컨대 스마트 카드들 등에 있어서 가장 중요하다.
전기화학 전지들은 통상적으로, 애노드, 애노드 전류 콜렉터, 캐소드, 캐소드 전류 콜렉터, 애노드와 캐소드 사이에서 연장되는 세퍼레이터 및 전해질을 포함한다. 더욱이 그리고 원하는 기계적 유연성을 제공하기 위해서, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들은 대응하는 유연한 특성들을 제공해야 한다. 전류 콜렉터들은 통상적으로 애노드와 캐소드의 일부분들을 면하는 외측에 배치되기 때문에, 이들은 특히 전기화학 전지가 벤딩될 때 기계적 응력을 받게될 수도 있다.
실제 애플리케이션들에서 그리고 특히 다수의 벤딩 또는 폴딩 동작들 후에, 예를 들어 약 100 또는 500 회의 벤딩 동작들 후에, 종래의 전류 콜렉터들은 균열된 구조는 나타낼 수도 있거나 또는 적어도 그 표면에서 손상을 입은 부분들을 보이는 경향이 있을 수도 있다. 이러한 전류 콜렉터들은 통상적으로, 금속 포일들을 기초로 하여 형성되고, 따라서 반복된 벤딩 동작들에 응답하여 악화되는 경향이 있다.
부가적으로, 종래의 전기화학 전지들은 항상 하우징 또는 인캡슐레이션, 예를 들어 폴리머/알루미늄/폴리머 라미네이트를 포함하여 애노드 전류 콜렉터, 애노드, 세퍼레이터, 전해질, 캐소드 및 캐소드 전류 콜렉터의 어셈블리를 수용 및 둘러싼다. 하우징을 통해 연장되는 커넥터 탭 (tab) 들과 전류 콜렉터들을 접촉시키기 위해, 전류 콜렉터들 및 커넥터 탭들의 다소 정교한 상호접속이 제공되어야 한다. 부가적으로, 커넥터 탭들은, 예를 들어 폴리머 슬리브들에 의해 인캡슐레이션 또는 하우징을 관통해야 한다. 전류 콜렉터들과 커넥터 탭들의 상호접속은 다소 공간 소비적이며, 전기화학 전지의 공간적 에너지 밀도를 제한한다.
따라서, 본 발명의 목적은 증가된 볼륨 에너지 밀도를 갖는 개선된 전기화학 전지를 제공하는 것이다. 다른 목적으로, 본 발명은 반복된 벤딩 또는 폴딩 동작들에 덜 민감하고 덜 영향을 받기 쉬운 유연한 전기화학 전지를 제공해야 한다. 더욱이, 전기화학 전지의 내부 구조는 다소 단순하고 공간 절약적이어야 하고, 그 생산은 비용 효율적이어야 한다.
제 1 양태에서, 본 발명은 전기화학 전지에 관한 것이다. 전기화학 전지는 애노드 전류 콜렉터와 접촉하는 애노드를 포함하고, 캐소드 전류 콜렉터와 접촉하는 캐소드를 더 포함한다. 또한, 전기화학 전지는 애노드와 캐소드 사이에 배치된 세퍼레이터 및 전해질을 포함한다. 특히, 세퍼레이터는 애노드와 캐소드 사이에 개재되고, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들은 세퍼레이터와 바깥으로 면하는 애노드 및 캐소드 측에 각각 인접하여 배치된다. 다시 말하면, 애노드는 세퍼레이터와 애노드 전류 콜렉터 사이에 배치된다. 상응하여, 또한 캐소드는 세퍼레이터와 캐소드 전류 콜렉터 사이에 배치된다. 전술된 바와 같이, 캐소드와 애노드 사이의 세퍼레이터의 기공들 (pores) 을 효율적으로 충전하는, 액체, 겔-형 또는 고체 유형 중 어느 하나의 전해질이 또한 제공된다.
애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터는 애노드, 캐소드 및 세퍼레이터의 기계적 어셈블리에 대한 인캡슐레이팅 하우징을 형성한다. 즉, 전기화학 전지의 종래의 하우징 또는 인캡슐레이션이 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들에 의해 효율적으로 대체될 수 있다. 특히, 전기화학 전지의 하우징은 상호간에 상호접속된 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들로 이루어진다. 그 전기 전도 능력 외에도, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들은 이제 또한, 전기화학 전지에 대한 기계적 안정성 및 기계적 보호를 제공한다.
애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들이 전기화학 전지의 인캡슐레이팅 하우징을 직접적으로 형성하기 때문에, 커넥터 탭들은 전기화학 전지의 인캡슐레이팅 하우징 안의 애노드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터들과 상호접속되도록 더 길지 않아도 된다. 대신에, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들은 각각의 커넥터 탭들을 직접적으로 제공할 수도 있고, 또는 각각의 커넥터 탭들과 일체형으로 형성될 수도 있다. 이 방식으로, 전류 콜렉터들과 커넥터 탭들의 상호접속에 필요한 종래의 볼륨이 절감될 수 있다. 사실상, 캐소드 및 애노드의 크기는 전기화학 전지의 외측 치수들을 증가시키지 않고 상응하여 증가될 수 있다. 사실상, 전기화학 전지의 저장 용량 및 이에 따른 에너지 밀도가 주목할 만하게 증가될 수 있다.
부가적으로, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들에 의해 전기화학 전지의 하우징 또는 인캡슐레이션을 대체함으로써, 전기화학 전지의 전체 두께가 감소될 수 있다. 또한, 전기 에너지 밀도는 전지의 고정된 총 두께에 대해 더욱 증가될 수 있다. 그러나, 전기화학 전지의 유연성의 증가와 함께 또한, 두께에서의 감소가 올 수도 있다.
추가의 실시형태에 따라, 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터는 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터의 외측 에지들 사이에서 연장되는 시일 (seal) 에 의해 상호 본딩된다. 통상적으로, 시일은 애노드와 캐소드 전류 콜렉터들 사이에 개재 또는 스퀴즈 (squeeze) 된다. 통상적으로, 캐소드 및 애노드 전류 콜렉터들의 외측 에지들은 서로에 대하여 플러싱되고, 또한 그들 사이에 배치된 시일에 대하여 플러싱될 수도 있다.
시일은 캐소드 및 애노드 전류 콜렉터들을 전기적으로 분리하기 위해 실질적으로 전기적으로 절연 재료를 포함한다. 통상적으로, 시일은 접착제, 예를 들어 폴리비닐 아세테이트 (PVA) 와 같은 핫 멜트 (hot melt) 또는 유사한 접착제들을 포함한다. 전기화학적 전지에 배치된 전해질 재료의 증발 또는 누설을 방지할 뿐만 아니라 전지 안으로의 공기의 침투를 방지하기 위해 시일 뿐만 아니라 전류 콜렉터들 및 그들의 상호접속은 기밀 (gas-tight) 및 액밀 (liquid-tight) 하다.
밀폐식 인캡슐레이팅 하우징을 제공하기 위해, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들은 그 외측 둘레 전체를 따라 시일에 의해 상호 본딩된다.
다른 실시형태에 따르면, 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터 중 적어도 하나는 비정질 금속 재료를 포함한다. 바람직하게, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들은 비정질 재료를 포함한다.
또한 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 비정질 금속 재료로 이루어진다. 바람직하게, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들 양자는 적어도 부분적으로 또는 실질적으로 전체적으로 비정질 금속 재료, 바람직하게는 비정질 금속 합금으로 이루어진다.
결과적으로, 애노드 전류 콜렉터 및/또는 캐소드 전류 콜렉터는 벌크 비정질 금속 재료를 포함할 수도 있다. 바람직하게, 이러한 비정질 금속 재료들은 10-5 Ohm*m 의 최대 비저항을 포함한다. 더욱이, 최대 비저항은 10-6 Ohm*m 의 범위에 있을 수도 있다. 결과적으로, 비정질 금속 재료는 우수한 또는 심지어 탁월한 전기 전도도를 제공할 수도 있다. 부가적으로, 비정질 금속 재료들은 결정질 금속 재료들에 비해 더 큰 유연도를 특징으로 한다. 특히, 비정질 금속 재료들의 탄성 한계는 일반적으로 결정질 금속 재료들의 탄성 한계에 비해 더 크다. 통상적으로, 비정질 금속 재료들의 탄성 한계는 결정질 금속 재료들의 탄성 한계보다 2 내지 4 배 더 크다.
비정질 금속 재료를 포함하거나 심지어 이들로 이루어진 전류 콜렉터들의 사용은 따라서, 탁월한 탄성 특성들을 갖는 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들을 제공한다.
더 바람직한 실시형태에 따르면, 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터 중 적어도 하나는 25 ㎛ 미만, 15 ㎛ 미만 또는 심지어 10 ㎛ 미만의 두께를 포함한다. 전류 콜렉터들이 비교적 얇을 수도 있으나, 이들은 여전히 충분한 기계적 안정성을 제공하여 전기화학 전지의 비교적 튼튼한 인캡슐레이팅 하우징을 형성한다. 더욱이, 전류 콜렉터들의 두께는 통상적으로, 전기화학 전지 및 전류 콜렉터들의 유연성에 영향을 준다. 부가적으로, 전류 콜렉터들의 제한된 두께는 전기화학 전지의 다소 콤팩트하고 공간 절감형 설계를 허용한다.
추가의 실시형태에 따르면, 비정질 금속 재료는 Ni, Cr, Fe, Si, C, B 의 합금을 포함한다. 부가적으로 또는 대안으로, 비정질 금속 합금은 다음의 재료들: Ti, Zr, Cu, Mn, V, W, Al 중 적어도 하나 또는 여러 개를 포함할 수도 있다.
바람직한 실시형태에서, 합금은 7-19 중량% 사이의 Cr, 4-5 중량% 사이의 Fe, 4.5-7.5 중량% 사이의 Si, 0.1 중량% 미만의 C, 1.4-4.0 중량% 사이의 B 및 71 중량% 와 92 중량% 사이의 Ni 를 포함한다. 비정질 금속 합금의 통상의 실시형태는 80.74 중량% Ni, 7.0 중량% Cr, 4.5 중량% Fe, 4.5 중량% Si, 0.06 중량% C 및 3.2 중량% B 를 포함한다.
추가의 양태에서 그리고 다른 실시형태에 따르면, 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터 중 적어도 하나는 섬유 강화 플라스틱 재료를 포함한다. 바람직하게, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들 양자는 섬유 강화 플라스틱 재료를 포함한다. 통상적으로, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들은 일종의 탄소 섬유 강화 폴리머 포일을 포함한다. 특히, 섬유 강화 플라스틱 재료는 열 세팅된 에폭시 수지 시스템으로 주입된 탄소 섬유들로 만들어진 비방향성 테이프를 포함한다. 섬유들은 예를 들어 Toray T800H 이지만, 임의의 유사한 유형의 섬유들이 사용될 수 있다. 이러한 섬유 강화 플라스틱 재료의 섬유 면적 웨이트 (areal weight) 는 25 g/㎡ (제곱미터당 그램) 내지 300 g/㎡ 의 범위일 수도 있다. 더욱이, 표준 섬유 함량은 60-65 중량% 의 범위일 수도 있다. 섬유 강화 플라스틱 재료의 휨 모듈러스 (flexural modulus) 의 평균 값은 2000 Mpa 와 5000 MPa 사이의 범위, 바람직하게는 약 3500 Mpa 일 수도 있다. 휨 강도의 평균 값은 80 MPa 와 180 MPa 사이의 범위, 바람직하게는 대략 130 MPa 일 수도 있다. 더욱이, 최대 부하에서의 변형률의 평균 값은 대략 5 % 내지 10 %, 바람직하게는 대략 7 % 일 수도 있다.
우선적으로, 이러한 비방향성 테이프들의 3-ply 라미네이트가 사용된다, 예컨대 비방향성 래미너 (lamina) 는 [0°/90°/0°] 라미네이트에 대응하는, 서로 십자형으로 배향된다. 이러한 3-층 라미네이트의 면 밀도는 따라서 75 내지 900 g/㎡ 의 범위이지만, 우선적으로 150 g/㎡ 미만이다. 이러한 3-ply 라미네이트들은 대략 2.5 % 의 최대 부하에서의 변형률을 갖는다.
추가의 바람직한 실시형태에서, 섬유 강화 플라스틱 재료의 적어도 하나의 전류 콜렉터는 100 ㎛ 미만, 50 ㎛ 미만, 바람직하게는 45 ㎛ 미만의 두께를 포함한다. 이 방식에서, 섬유 강화 재료는 기계적 강도와 쌍을 이루는 큰 정도의 유연성을 제공하는 비교적 얇은 포일로서 제공된다.
부가적으로 그리고 다른 실시형태에 따르면, 섬유 강화 플라스틱 재료는 적어도 부분적으로 금속 층으로 코팅된다. 금속 층은 결정질 금속 또는 비정질 금속 구조를 포함할 수도 있다. 금속 층용 재료로서 Ni 를 사용하는 경우, 금속 층의 두께는 통상적으로 1 ㎛ 미만, 바람직하게는 200 nm 와 400 nm 사이의 범위이다.
금속 층 또는 코팅에 의한 섬유 강화 플라스틱 재료의 적어도 부분적 코팅에 의해 전류 콜렉터의 전기 전도도가 향상될 수 있다. 더욱이, 금속 층에 의해 각각의 전류 콜렉터의 투수성이 실질적으로 감소되어 전해질의 누설 또는 증발 및 셀 안으로의 공기의 확산을 방지할 수 있다.
다른 양태에 따르고 애노드 또는 캐소드 전류 콜렉터의 재료의 선택에 독립적으로, 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터 중 적어도 하나는 탄성적으로 변형 가능하다. 현 맥락에서, 탄성 변형은 복원력의 액션에 대한 각각의 전류 콜렉터의 일시적 변형을 의미한다. 각각의 전류 콜렉터 상에 외부 힘 효과가 더 이상 존재하지 않자마자, 각각의 전류 콜렉터를 만드는 재료의 탄성 특성은 리셋 또는 복원력을 제공하고, 이에 의해 각각의 전류 콜렉터의 형상 및 구성이 획득될 수 있다.
특히 이점은, 전체 전기화학 전지 또는 전류 콜렉터들의 임의의 허용 가능한 변형 또는 벤딩이 전류 콜렉터들이 만들어지는 재료의 탄성 한계치들을 초과하지 않는다는 것이다. 전류 콜렉터들의 탄성 특성들로 인해 전류 콜렉터들 뿐만 아니라 전체 전기화학 전지가 각각의 전류 콜렉터의 표면 또는 구조를 악화시키지 않고 반복된 벤딩 또는 플렉싱 절차들을 받게되고 따라서 전지의 기능을 보존할 수 있다는 것이다. 애노드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터들이 만들수도 있는 섬유 강화 플라스틱 재료 뿐만 아니라 비정질 금속 재료 양자는 500 회 이상의 벤딩 또는 플렉싱 동작들 후에도 실질적으로 악화되지 않은 구조 또는 표면을 제공할 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터 중 적어도 하나는 실질적으로 20 mm, 15 mm 이하의 또는 심지어 10 mm 이하의 벤딩 반경까지 구부러짐 없이 벤딩 가능하다. 이러한 비교적 작은 벤딩 반경은 특히, 전술된 바와 같은 그리고 애노드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터용 재료로서 사용될 비정질 금속 재료에 의해서나 또는 섬유 강화 플라스틱 재료에 의해 획득 가능하다.
이들 특정 재료들은 거의 구부러짐 없이 벤딩 가능하기 때문에, 반복되고 다수의 벤딩 및 플렉싱 동작들이 전류 콜렉터들의 탄성 또는 전기적 특성들의 측정 가능한 열화 또는 임의의 마모 없이 수행될 수 있다. 구부러짐이 없는 매우 긍정적인 결과는 전기화학 전지의 내부 층들이 온전히 남아 있다는 것이다. 구부러짐은 국부적으로 더욱 작은 벤딩 반경들로서 간주될 수 있고, 이는 캐소드 및 애노드 층들을 악화시키지 않는다.
다른 실시형태에 따르면, 전기화학 전지는 애노드 커넥터 탭 및 캐소드 커넥터 탭을 더 포함한다. 여기서, 애노드 커넥터 탭 및 캐소드 커넥터 탭 중 적어도 하나는 애노드 전류 콜렉터와 또는 캐소드 전류 콜렉터와 각각 일체형으로 형성된다. 전류 콜렉터들이 전기화학 전지의 인캡슐레이팅 하우징을 형성하기 때문에, 전기화학 전지의 하우징 안의 전류 콜렉터들 및 커넥터 탭들의 별개의 상호접속은 더 이상 필요하지 않다. 더욱이, 커넥터 탭들을 각각의 전류 콜렉터들 안에 통합함으로써, 다소 공간 절감형 어레인지먼트 및 사용하기 쉽고 용이한 전기화학 전지의 어셈블리가 제공될 수 있다.
다른 실시형태에서, 애노드와 캐소드 사이에 배치된 세퍼레이터는 애노드 및/또는 캐소드의 외측 에지를 너머 연장되는 외측 에지를 포함한다. 그 외측 에지에 의해, 세퍼레이터는 결합 (engage) 될 수도 있고 또는 적어도 하나의 애노드 전류 콜렉터 및 캐소드 전류 콜렉터와 그리고/또는 시일과 상호접속될 수도 있다. 바람직하게, 세퍼레이터는 애노드 또는 캐소드 전류 콜렉터들 중 하나와 시일 사이에서 스퀴즈 (squeeze) 되거나 핀칭된다. 이 방식에서, 세퍼레이터의 고정 및 어셈블리는 시일에 의해 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들의 상호접속 및 상호 어셈블리와 함께 하나의 단계로 획득될 수도 있다.
추가의 실시형태에서, 전기화학 전지는 1 차 또는 2 차 배터리로서 설계된다. 전기화학 전지는 특히, 각종 애플리케이션 목적들을 위해 설계될 수도 있다. 특히, 전기화학 전지는 시계 또는 손목시계에서, 스마트카드에서 또는 셀룰러 폰에서 적용 가능할 수도 있다.
다음에서, 본 발명의 실시형태가 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 전기화학 전지의 개략적 측면도를 나타낸다.
도 2 는 도 1 에 따른 전기화학 전지를 관통하는 세로 방향 단면도를 나타낸다.
도 3 은 도 1 의 B-B 에 따른 평면 단면도를 나타낸다.
도 4 는 도 1 의 C-C 에 따른 평면 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 도 4 에 예시된 바와 같이 전기화학 전지 (10) 는 캐소드 (22) 와 접촉하는 실질적으로 평면 형상인 캐소드 전류 콜렉터 (18) 를 포함한다. 캐소드 전류 콜렉터 (18) 반대편에서, 캐소드 (22) 는 세퍼레이터 (24) 와 접속되어 캐소드 (22) 를 애노드 (20) 로부터 분리한다. 따라서, 캐소드 (22) 및 애노드 (20) 는 그들 사이에 세퍼레이터 (24) 를 개재한다. 애노드 (20) 는 또한, 도 2 에 예시된 바와 같이 애노드 전류 콜렉터 (16) 와 접촉한다. 전기화학 전지는 애노드 (20), 캐소드 (22), 및 세퍼레이터 (24) 의 기공들을 충전하는 전해질을 더 포함한다. 전해질은, 예를 들어 에틸렌 카보네이트 및 리튬 헥사플로라이드의 혼합물에 의해 형성될 수 있다. 통상적으로, 세퍼레이터 (24) 는 다공성 폴리프로필렌으로 만들어질 수 있다.
도 1 및 도 2 로부터 더욱 명백해지는 바와 같이, 애노드 전류 콜렉터 (16) 및 캐소드 전류 콜렉터 (18) 는 전기화학 전지 (10) 의 인캡슐레이팅 하우징 (28) 을 직접적으로 형성한다. 이 방식에서, 애노드 또는 캐소드 전류 콜렉터 (16, 18) 를 수용하기 위한 별개의 인캡슐레이션 또는 하우징이 더 이상 필요하지 않다. 더욱이, 애노드 전류 콜렉터 (16) 는 커넥터 탭 (12) 과 일체형으로 형성될 수 있다. 상응하여, 또한 캐소드 전류 콜렉터 (18) 는 도 2 의 단면으로부터 명백해지는 바와 같이, 각각의 캐소드 커넥터 탭 (14) 과 일체형으로 형성될 수 있다.
캐소드 전류 콜렉터 (18), 캐소드 (22), 세퍼레이터 (24), 애노드 (20) 및 애노드 전류 콜렉터 (16) 의 샌드위치 구조 및 어셈블리는 애노드 전류 콜렉터 (16) 및 캐소드 전류 콜렉터 (18) 의 외측 에지들 (28, 30) 주변에서 모두 연장되는 시일 (26) 에 의해 함께 유지된다. 도 3 에 따른 단면 예시에서는, 애노드 전류 콜렉터 (16) 의 단지 하부 에지 (28) 만이 표시된다.
도 4 에서, 캐소드 전류 콜렉터 (18) 의 대응하는 하부 에지 (30) 는 시일 (26) 또는 실링 재료로 완전히 커버된다. 도 4 에 따른 단면으로부터 더욱 보여질 수 있는 바와 같이, 캐소드 (22) 는 애노드 (20) 와 캐소드 (22) 사이에서 연장되는 세퍼레이터 (24) 에 의해 환상으로 (circumferentially) 인캡슐레이팅된다. 더욱이, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터 (24) 는 캐소드 (22) 의 사이드 에지들 너머로 연장되고, 캐소드 (22) 를 지지하는 캐소드 전류 콜렉터 (18) 와 직접적으로 상호접속된다. 도 2 에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터 (24) 의 외측 에지 (32) 는 시일 (26) 과 캐소드 전류 콜렉터 (18) 사이에 스퀴즈되거나 핀칭 (pinch) 된다.
*시일 (26) 은 통상적으로, PVA 와 같은 핫 멜트를 포함하고, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들 (16, 18) 사이에 밀폐식 시일을 제공한다. 더욱이, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들 (16, 18) 은 또한, 액밀 및 기밀하고, 따라서 실질적으로 관통할 수 없으므로 전류 콜렉터들 (16, 18) 사이에 배치된 전해질의 증발 또는 누설을 방지한다.
커넥터 탭들 (12, 14) 은 일체형으로 형성되고 인캡슐레이팅 하우징 (28) 안에 통합되기 때문에, 전기화학 전지의 인캡슐레이션을 통해 커넥터 탭들을 가이드할 필요가 없다. 더욱이, 애노드 전류 콜렉터 (16), 캐소드 전류 콜렉터 (18), 세퍼레이터 (24) 및 시일 (26) 의 인캡슐레이션에 의해 형성된 거의 전체 내부 공간은 실질적으로 애노드 (20) 및 캐소드 (22) 를 형성하는 전기화학적으로 활성 재료로 충전될 수 있다. 이 방식에서, 전체 전기화학 전지 (10) 의 에너지 및 전력 밀도가 향상될 수 있다.
애노드 전류 콜렉터 (16) 및 캐소드 전류 콜렉터 (18) 는 탄성적으로 변형 가능한 재료, 바람직하게는 비정질 금속 합금으로 만들어진다. 대안으로, 애노드 및 캐소드 전류 콜렉터들 (16, 18) 은 섬유 강화 플라스틱 재료를 포함하거나 이것으로 이루어질 수도 있으며, 이 섬유 강화 플라스틱 재료는 결국 예를 들어, Ni 의 금속 층, 또는 그라핀과 같은 전기 전도성 재료, 또는 (IZO 와 같은) 일부 산화물들, 또는 (PEDOT 와 같은) 일부 전도성 폴리머들로 코팅되어 그 전기 전도도를 향상시킬 수도 있다.
애노드 및/또는 캐소드 전류 콜렉터들 (16, 18) 을 제조하는데 사용될 설명된 재료들의 선택으로, 전류 콜렉터들 및/또는 전체 전기화학 전지의 전체 유연성은 20 mm, 15 mm 이하 또는 심지어 10 mm 이하의 벤딩 반경까지 구부러짐 없는 (kink free) 방식으로 벤딩 및 플렉싱 동작들을 가능하게 할 수도 있다. 이러한 작은 벤딩 반경으로, 전류 콜렉터들 (16, 18) 의 전기적 또는 기계적 특성들을 상당히 악화시키지 않고 다수의 벤딩 또는 플렉싱 동작들, 적어도 500 회 이상이 행해질 수 있다.
10 전기화학 전지
12 커넥터 탭
14 커넥터 탭
16 전류 콜렉터
18 전류 콜렉터
20 애노드
22 캐소드
24 세퍼레이터
26 시일
28 에지
30 에지
32 에지

Claims (6)

  1. 애노드 전류 콜렉터 (16) 와 접촉하는 애노드 (20),
    캐소드 전류 콜렉터 (18) 와 접촉하는 캐소드 (22),
    상기 애노드 (20) 와 상기 캐소드 (22) 사이에 배치된 세퍼레이터 (24) 를 포함하고,
    상기 애노드 (20) 는 상기 세퍼레이터 (24) 와 상기 애노드 전류 콜렉터 (16) 사이에 배치되고, 상기 캐소드 (22) 는 상기 세퍼레이터 (24) 와 상기 캐소드 전류 콜렉터 (18) 사이에 배치되고,
    상기 애노드 전류 콜렉터 (16) 및 상기 캐소드 전류 콜렉터 (18) 는 애노드 (20), 캐소드 (22), 및 세퍼레이터 (24) 의 어셈블리에 대한 인캡슐레이팅 하우징 (28) 을 형성하고,
    상기 애노드 전류 콜렉터 (16) 및 상기 캐소드 전류 콜렉터 (18) 중 적어도 하나는 섬유 강화 플라스틱 재료로 구성되어 반복적으로 벤딩 가능 (bendable) 하게 되고,
    상기 섬유 강화 플라스틱 재료로 구성되는, 상기 애노드 전류 콜렉터 (16) 및 상기 캐소드 전류 콜렉터 (18) 중 적어도 하나는 45 ㎛ 미만의 두께를 갖고,
    상기 섬유 강화 플라스틱 재료의 섬유들은 탄소 섬유들인, 전기화학 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 강화 플라스틱 재료는 적어도 부분적으로 금속 층 또는 다른 전기 전도성 코팅 재료들로 코팅되는, 전기화학 전지.
  5. 삭제
  6. 삭제
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