KR20010098408A - 배터리 전극 및 그를 구비한 비수성 전해질 배터리 - Google Patents

배터리 전극 및 그를 구비한 비수성 전해질 배터리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리의 성능을 저하시키지 않고도 어떠한 형상으로도 절곡될 수 있는 배터리 전극을 공개한다. 상기 배터리 전극의 금속 전류 컬렉터는 컷 라인을 갖는다. 상기 배터리 전극은 비수성 전해질 배터리의 양극 또는 음극을 위해 사용된다. 상기 컷 라인의 길이는, y가 컷 라인의 전체 길이이고, x가 상기 컷 라인의 연장선이 전류 컬렉터의 양쪽 엣지를 교차하는 2개의 지점들 사이의 거리일 경우, y/x 의 비율이 0.2 내지 0.9 사이의 값을 갖도록 형성된다.

Description

배터리 전극 및 그를 구비한 비수성 전해질 배터리{Battery electrode and non-aqueous electrolyte battery equipped therewith}
본 발명은 성능을 유지하면서 양호한 가요성을 나타내는 배터리 전극에 관한 것이다. 본 발명은 또한 비수성 전해질 배터리에 관한 것이다.
최근 다양한 휴대용 전자 기기와, 집적 카메라를 구비한 VTR, 휴대용전화기, 및 휴대용 컴퓨터와 같은 장비들이 개발되고 있다. 그들을 소형화 및 경량화시키고 또한 성능을 개량하기 위한 노력이 진행중이다. 그와 같은 개량된 성능은 또한 배터리, 특히 2차 배터리, 특히 리튬 이온 베터리와 같은 고성능 휴대용 전력원을 필요로 한다.
그와 같은 배터리들은 양호한 외형 뿐만 아니라 양호한 전기적 특성을 가질 필요가 있다. 다시 말해서, 가요성을 가지며, 전자 기기의 이동부 또는 곡선부 안에 조립될 수 있는 새로운 타입의 배터리를 요구하고 있다.
그러나, 종래 배터리들은 배터리 소자들이 금속에 위치되고 따라서 거의 형상이 변하지 않도록 제조된다. 반대로, 겔형 전해질이나 또는 고형 전해질을 사용하는 시트형 배터리는 어느 정도까지는 형상이 변할 수 있으나, 그들은 브리지를 형성하는 금속 전류 컬렉터를 갖기 때문에 충분한 가요성을 갖지 못한다.
상술된 시트형 배터리들은 형상의 변형을 위해 강압적으로 절곡될 수 있다. 그러나, 절곡할 경우 양극 및 음극들이 절곡부에서 서로 분리되며, 상기 양극과 음극 사이의 균형이 붕괴되고, 활성 물질이 전류 컬렉터로부터 분리된다. 이와 같은 모든 현상들은 배터리 성능을 크게 단축시키는 요인이 된다.
본 발명은 상술된 문제점들을 해소하기 위해 제안되었다. 본 발명의 목적은 활성 물질을 박리시키는 일 없이 임의로 절곡할 수 있는 배터리 전극을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 배터리 성능을 저하시키는 일 없이 형상을 변화시킬 수 있는 비수성 전해질 배터리를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 첫 번째 양상에 따라, 시트형 금속 전류 컬렉터와 그 위에 형성된 활성 물질층을 포함하는 베터리 전극을 제공하며, 여기서 적어도 상기 금속 전류 컬렉터는 가요성을 갖기 위한 컷 라인(cut line)을 갖는다.
본 발명의 두 번째 양상에 따라, 양극, 음극, 및 비수성 전해질을 포함하는 비수성 전해질 배터리가 제공되며, 여기서 양극 및/또는 음극은 활성 물질층이 시트형 금속 전류 컬렉터상에 형성되도록 제조되며, 적어도 상기 금속 전류 컬렉터는 가요성을 갖기 위한 컷 라인을 갖는다.
겔형 전해질을 갖는 비수성 전해질 배터리는 소위 브리지 구조를 채택한다. 다시 말해서, 그것은 상기 양극 및 음극을 위한 개별 금속 전류 컬렉터를 가지며, 상기 컬렉터들은 응력을 단절시키기 위해 겹겹이 위치되며 그들 사이에는 겔형 전해질이 삽입된다.
상기 금속 전류 컬렉터 자체는 절곡될 수 있으나; 그것이 브리지 구조를 사용할 경우 거의 절곡될 수 없다. 그 이유는 금속 파이프는 쉽게 절곡될 수 없는 것과 같은 이유때문이다.
본 발명에 다른 배터리 전극은 상기 금속 전류 컬렉터가 컷 라인을 가지므로 용이한 가요성을 갖는다. 따라서, 비수성 전해질 배터리는 브리지 구조를 채택할 때 조차도 용이하게 절곡될 수 있다.
도 1은 겔형 전해질을 구비한 리튬 이온 2차 배터리의 구조를 도시한 개략 평면도.
도 2는 도 1의 A-B라인을 절취한 개략 단면도.
도 3은 배터리를 실린더 주변에 둘러감는 방법을 설명하는 개략 사시도.
도 4는 컷 라인을 갖는 전류 컬렉터를 도시하는 개략 평면도.
도 5는 컷 라인을 갖는 다른 전류 컬렉터를 도시하는 개략 평면도.
도 6은 천공형 컷 라인을 갖는 전류 컬렉터를 도시한 개략 평면도.
도 7은 다른 배터리를 실린더 주변에 둘러감는 방법을 설명하는 개략 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 둘러감는 방법을 수행하기 위해 컷 라인이 어떻게 형성되는지에 대해 설명하는 개략 평면도.
도 9는 또 다른 배터리를 실린더 주변에 둘러감는 방법을 설명하는 개략 사시도.
도 10은 도 9에 도시된 둘러감는 방법을 수행하기 위해 컷 라인이 어떻게 형성되는지에 대해 설명하는 개략 평면도.
도 11은 배터리를 실린더 주변에 둘러감는 방법을 설명하는 개략 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 둘러감는 방법을 수행하기 위해 컷 라인이 어떻게 형성되는지에 대해 설명하는 개략 평면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 리튬 이온 2차 배터리 2: 배터리 소자
3: 외부 패키지 4, 5: 리드
6: 절연 시일 7: 음극 전류 컬렉터
8: 음극 활성 물질 9: 음극 플레이트
10: 양극 전류 컬렉터 11: 양극 활성 물질
12: 양극 플레이트 13: 고형 전해질 또는 겔형 전해질
본 발명에 따른 배터리 전극 및 비수성 전해질 배터리에 대해 첨부 도면을 참고로 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 배터리 전극은 겔형 전해질을 갖는 리튬 이온 2차 배터리의 양극 또는 음극을 위해 사용된다.
먼저 겔형 전해질(또는 고형 전해질)을 갖는 리튬 이온 2차 배터리에 대해 설명하고, 다음에 그의 전극(양극 및 음극)에 대해 설명한다.
겔형 전해질을 갖는 리튬 이온 2차 배터리(1)가 도 1에 도시되어 있다. 그 안에는 외부 패키지(3)와 배터리 소자(2)가 형성된다. 상기 외부 패키지(3)는 밀봉된 3개의 측부(사선 영역)를 갖는 접힌 적층 시트이다. 상기 배터리 소자(2)는 그 위에 연결된 리드(4)를 구비한 음극과 리드(5)를 구비한 양극을 갖는다. 상기 리드(4, 5)는 절연 시일(6)을 통해 외부 패키지(3)로부터 외향으로 연장한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 소자(2)는 서로 겹쳐지는 양극 플레이트(12) 및 음극 플레이트(9)로 구성되며, 그들 사이에는 고형 전해질 또는 겔형 전해질(13)이 삽입된다.
상기 음극 플레이트(9)는 음극 전류 컬렉터(7)와 그 안에 코팅된 음극 활성 물질(8)로 구성된다. 마찬가지로, 상기 양극 플레이트(12)는 양극 전류 컬렉터(10)와 그 안에 코팅된 양극 활성 물질(11)로 구성된다.
상기 음극 플레이트(9) 및 양극 플레이트(12)는 그들 사이에 삽입된 겔형 전해질 또는 고형 전해질(13)과 함께 열적 융합, 압착 본딩, 또는 주조에 의해 함께일체로 접착된다.
다음에, 상술된 구조를 갖는 배터리에서 사용된 배터리 전극{음극 플레이트(9)와 양극 플레이트(12)}에 대해 설명한다.
상기 음극 플레이트(9)는 구리, 니켈, 스테인레스강 등으로 제조된 음극 전류 컬렉터(7)를 갖는다. 마찬가지로, 상기 양극 플레이트(12)는 알루미늄, 니켈, 스테인레스강 등으로 제조된 양극 전류 컬렉터(10)를 갖는다.
상기 음극 전류 컬렉터(7) 및 양극 전류 컬렉터(10)는 박편, 라드, 신장 물질, 펀칭 물질, 네트 등과 같은 어떠한 형상도 가질 수 있다.
상기 음극 활성 물질(8)의 층은 주조나 소결에 의해 음극 전류 컬렉터(7) 위에 고정된다. 마찬가지로, 상기 양극 활성 물질(11)의 층은 주조나 소결에 의해 양극 전류 컬렉터(10) 위에 고정된다.
상기 고형 전해질은 중합 화합물 용액 및 용매에 용해된 전해질 염과 함께 음극 활성 물질(8)의 층 또는 양극 활성 물질(11)의 층을 주입하고, 또한 용매를 제거하여 주입된 생성물을 응고함으로써 형성된다. 상기 음극 활성 물질(8)의 층 또는 양극 활성 물질(11)의 층 위에 형성된 고형 전해질 또는 겔형 전해질(13)은 부분적으로 그 안에 응고된다.
본 발명에 따르면, 상기 전류 컬렉터 또는 전류 컬렉터를 포함하는 전극은 어떠한 형상으로도 절곡될 수 있도록 임의의 몇몇 위치에 컷 라인을 갖는다.
상기 컷 라인은 기본적으로는 배터리가 둘러감기는 실린더 또는 원추부와 접촉하는 배터리의 표면에 형성된다.
예를 들어, 만약 비수성 전해질 배터리(1)가 도 3에 도시된 바와 같이 실린더(A) 주위에 절곡 또는 둘러감겨질 경우, 컷 라인(C)은 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 음극 플레이트(9)의 금속 전류 컬렉터(7)에 형성된다. 상기 컷 라인은 폭 방향으로 중간까지 연장되며 길이 방향으로 일정 간격만큼 이격된다.
도 4는 상기 컷 라인(C)이 금속 전류 컬렉터(7)의 양쪽 엣지로부터 선택적으로 연장하는 예를 설명하고 있다. 도 5는 상기 컷 라인(C)이 금속 전류 컬렉터(7)의 오직 한쪽 엣지로부터만 연장하는 예를 설명하고 있다.
상기 컷 라인(C)은 도 6에 도시된 바와 같은 단속형 천공으로 될 수 있다.
상기 배터리가 도 7에 도시된 바와 같이 실린더(A) 둘레에서 폭 방향으로 둘러감겨질 경우, 상기 컷 라인(C)은, 도 8에 도시된 바와 같이 길이 방향으로 중간까지 연장되며 폭 방향으로 일정 간격만큼 이격되도록, 상기 금속 전류 컬렉터(7)에 형성된다.
도 9는 상기 배터리가 실린더(A) 둘레에서 비스듬히 둘러감겨지는 예를 설명한다. 이 경우, 상기 컷 라인(C)은 도 10에 도시된 바와 같이 경사지게 형성된다.
도 11은 상기 배터리가 원추부(B) 둘레에서 둘러감겨지는 예를 설명한다. 이 경우, 상기 컷 라인(C)은 도 12에 도시된 바와 같이 순차적으로 변화하는 경사들로 형성된다.
상기 컷 라인의 길이는 충분한 범위 내에서 수행될 수 있다.
상기 컷 라인은 각각의 컷 라인의 길이(y)가 상기 컷 라인의 연장선이 전류 컬렉터(7)의 양쪽 엣지를 교차하는 2개의 지점들 사이의 거리(x)보다 짧은 경우는형성된다. 상기 컷 라인의 길이(y)가 증가하면, 상기 전류 컬렉터는 더욱 양호한 가요성을 갖게 되나 전기 전도성은 감소된다. 반대로, 상기 컷 라인의 길이(y)가 감소되면, 상기 전류 컬렉터는 충분한 전기 전도성을 갖게 되나 가요성은 약화된다.
상술된 관점에서, x와 y 사이의 관계식은 다음과 같은 부등식을 만족해야 한다.
0.2 ≤ y/x ≤ 0.9
상술된 예에 있어서, 상기 컷 라인(C)은 음극 플레이트(9)의 금속 전류 컬렉터(7)에 형성된다. 말할 필요도 없이, 상기 컷 라인은 또한 양극 플레이트(12)의 금속 전류 컬렉터(10)에 형성된다. 선택적으로, 상기 컷 라인은 그의 양쪽에 형성될 수도 있다. 2개 또는 그 이상의 양극 및 음극 조립체가 다른 것의 상부에 위치할 때, 상기 컷 라인은 어느 하나를 제외한 모든 금속 전류 컬렉터를 형성하는 것이 좋다. 만약, 어떠한 컷 라인도 갖지 않는 하나 이상의 금속 전류 컬렉터가 존재하는 경우, 그에 따른 배터리는 상술된 구조의 브리지를 갖는다.
상술된 예에 있어서, 상기 음극 활성 물질(8){또는, 양극 활성 물질(11)}의 층은 상기 컷 라인(C)이 상기 금속 전류 컬렉터(7){또는, 금속 전류 컬렉터(10)}에 형성된 후에 형성된다. 또한, 상기 음극 활성 물질(8){또는, 양극 활성 물질(11)}의 층이 형성된 후에 상기 전극에 컷 라인을 형성하는 것도 가능하다.
상술된 비수성 전해질 배터리를 위한 음극 활성 물질은 리튬의 도핑 및 탈도핑을 허용하는 물질로 형성될 수 있다. 그와 같은 물질의 예로서는 거의 흑연화되지 않는 탄소질 물질이나 또는 흑연과 같은 탄소질 물질이 있다. 대표적인 예로서는 열적 분해된 탄소, 코크스(피치 코크스, 니들 코크스, 및 석유 코크스), 그라파이트, 유리상 탄소, 유기 중합체성 화합물로부터 연소된 생성물(페놀계 수지, 푸란 수지 등을 적절한 탄화 온도에서 연소시킴으로써 얻어짐), 탄소 섬유, 및 활성 탄소를 포함한다. 부가적인 예로서는, 폴리아세틸렌 및 폴리피롤과 같은 중합체 물질, SnO2, 금속성 리튬, 및 리튬을 차단 및 해제시킬 수 있는 리튬 화합물과 같은 산화물을 포함한다.
상기 물질들은 음극 활성 물질의 층을 형성하기 위해 어떠한 공지된 바인더와 함께 혼합될 수 있다.
상기 양극을 위한 활성 물질은 상기 배터리의 의도된 사용에 따라 금속 산화물, 금속 황화물, 및 중합체와 같은 적절한 물질로부터 형성될 수 있다. 그것은 예를 들어 금속 산화물과, TiS2, MoS2, NbSe2, V2O5와 같은 리튬을 함유하지 않은 황화물, 및 산화 리튬 화합물(예를 들면, LixMO2,여기서 M은 적어도 하나의 전이 금속을 타나내며, x는 0.05 - 1.10이며 이는 배터리가 충전 및 방전되는 방법에 의존하는 값이다)을 포함한다. 전이 금속(M)의 적합한 실시예로는 Co, Ni, 및 Mn을 포함한다. 상기 산화 리튬 화합물의 대표적인 예로서는 LiCoO2, LiNiO2, LiNiyCo1-yO2(여기서, 0 ≤ y ≤ 1), LiMn2O4, 및 LiMPO4(여기서, M은 Fe와 같은 적어도 하나의 전이 금속을 나타낸다)를 포함한다. 이들 산화 리튬 화합물은 높은 전압을 방출하는 양극 활성 물질을 생성하며 우수한 에너지 농도를 갖는다. 양극 활성 물질의 층을 위한 다양한 활성 물질의 사용도 또한 가능하다.
상기 활성 물질은 양극 활성 물질의 층을 형성하기 위해 공지된 어떠한 바인더와 혼합될 수 있다.
본 발명에 사용된 비수성 전해질은 겔형 전해질 또는 고형 전해질이다. 기본적으로, 그들은 전해질 염, 상기 전해질을 용해하기 위한 비수성 용매, 및 상기 비수성 용매를 보유하는 중합체 매트릭스로 구성된다.
상기 비수성 용매의 예로서는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 및 디에틸 카보네이트를 포함한다. 그들은 단독으로 사용되거나 또는 서로 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 전해질 염의 예로서는 LiPF6, LiBF4, LiN(C2F5SO2)2, LiN(CF3SO2)2, LiCF3SO3와 같은 리튬 화합물을 포함한다. 그들중 적어도 한 종류가 사용된다.
중합체 매트릭스의 예로서는 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 산화물, 폴리프로필렌 산화물, 및 폴리메타크릴로니트릴을 포함한다. 그들의 선택은 겔형 또는 고형의 사용에 따른다.
실시예
본 발명의 예는 실험 결과에 기초하여 이하에 설명된다.
실시예 1
먼저, 상기 음극 플레이트는 다음과 같이 형성된다. 음극을 위한 활성 물질은 바인더로서 10 pbw의 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)과 90 pbw의 분쇄된 흑연 분말을 혼합함으로써 구비된다. 그에 따른 혼합물은 슬러리를 형성하기 위해 N-메틸-2-피롤리돈 안으로 확산된다. 상기 슬러리는 컷 라인을 갖지 않는 음극 전류 컬렉터로서 15㎛ 두께로 구리 박편 스트립의 한 측부에 제공된다. 건조 후, 코팅된 구리 박편 스트립은 로울 프레스로 압착된다. 따라서 예정된 음극 플레이트가 얻어진다.
다음에, 양극 플레이트가 다음과 같이 형성된다. 리튬 카보네이트와 코발트 카보네이트가 0.5 : 1의 몰 농도비로 함께 혼합된다. 상기 혼합물은 활성 물질을 위한 LiCoO2를 제공하기 위해 5시간 동안 900℃로 공기중에서 하소되었다. 양극을 위한 활성 물질은 얻어진 90 pbw의 LiCoO2, 도전제로서 6 pbw의 흑연, 및 4 pbw의 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌)를 혼합함으로써 구비된다. 그에 따른 활성 물질은 슬러리를 형성하기 위해 N-메틸-2-피롤리돈 안으로 확산된다. 상기 슬러리는 도 4에 도시된 바와 같이 컷 라인을 갖는 양극 전류 컬렉터로서 20㎛ 두께로 알루미늄 박편 스트립의 한 측부에 균일하게 제공된다. 건조 후, 코팅된 구리 박편 스트립은 로울 프레스로 압착된다. 따라서 예정된 양극 플레이트가 얻어진다.
상기 겔형 전해질은 다음과 같이 구비된다. 용액이 30 pbw의 가소제, 10pbw의 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사플루오로프로필렌), 및 60 pbw의 디에틸 카보네이트로부터 구비된다. 상기 가소제는 42.5 pbw의 에틸렌 카보네이트(EC), 42.5 pbw의 프로필렌 카보네이트(PC), 및 15 pbw의 LiPF6로 구성된다. 그에 따른 용액은 상기 음극 플레이트 및 양극 플레이트에 (주입을 위해) 균일하게 제공된다. 상기 코팅된 전극 플레이트는 디메틸 카보네이트를 증발 및 제거하기 위해 8시간 동안 실온에서 지속되도록 한다. 따라서, 겔형 전해질이 얻어졌다.
상술된 겔형 전해질로 코팅된 음극 및 양극 모두는 서로 마주하는 겔형 전해질의 측부와 함께 압착 결합된다. 따라서, 겔형 전해질을 갖는 평면 배터리 소자가 얻어졌다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 소자의 음극에는 초음파 용접에 의해 니켈 리드가 부착되었고, 상기 배터리 소자의 양극에는 초음파 용접에 의해 알루미늄 리드가 부착되었다.
이와 같은 방식으로 얻어진 배터리 소자는 도 1에 도시된 바와 같이 밀봉된 3개의 측부를 갖는 접힌 적층 시트인 외부 패키지에 위치되었다. 상기 양극 및 음극용 리드는 외부 패키지를 통해 관통되었다. 따라서, 예정된 배터리가 얻어졌다.
상기 배터리는 도 3에 도시된 바와 같이 실린더 주위에 둘러감겨지고 고정되었다.
실시예 2 내지 8
컷 라인이 형성되는 전류 컬렉터, 컷 라인의 형상, 및 도 1에 도시된 배터리의 절곡 형상에 변화를 주는 것을 제외하고는, 비수성 전해질을 갖는 평면 배터리를 구비하도록 실시예 1과 동일한 방식을 반복하였다.
비교예 1
어떠한 컷 라인도 상기 전류 컬렉터에 형성되지 않는 것을 제외하고는, 비수성 전해질을 갖는 평면 배터리를 구비하도록 실시예 1과 동일한 방식을 반복하였다.
평가
각각의 실시예에서 얻어진 배터리는 절곡성, 부하 특성, 및 사이클 특성에 대해 실험되었다.
절곡성은 균열이나 기타 결함에 대한 절곡 배터리를 가시적으로 실험함으로써 평가되었다.
부하 특성은 다음과 같은 방식으로 평가되었다. 각각의 배터리는 0.5 C의 충전 속도와 4.2 V의 상한까지 6시간 동안 일정한 전압 및 일정한 전류로 충전되었다. 각각의 배터리는 0.2 C 및 3 C의 방전 속도로 최종 전압이 3 V에 이르기까지 방전되었다. 상기 3 C에 대한 방전 용량은 0.2 C에 대한 방전 용량이 100임을 가정하여 산출되었다.
사이클 특성은 다음과 같은 방식으로 평가되었다. 각각의 배터리는 1 C의 충전 속도와 4.2 V의 상한까지 2시간 동안 일정한 전압 및 일정한 전류로 충전되었다. 각각의 배터리는 1 C의 방전 속도로 최종 전압이 3 V에 이르기까지 방전되었다. 이와 같은 충전 및 방전 사이클은 200회 반복되었다. 매 5 사이클 후에, 상기 배터리는 뒤집혔고 실린더 또는 원추부에 고정되었다. 200 사이클 후의 방전용량은 1 사이클 후의 방전 용량이 100임을 가정하여 산출되었다.
상기 실험 결과를 표 1에 나타내었다.
컷 라인이형성된전류 컬렉터 컷 라인의형상 y/x 배터리의절곡 형상 절곡성 3C 에서의용량(%) 200 사이클후의 용량(%)
예 1 양극 도 4 0.6 도 3 양호 87 87
예 2 양극 도 5 0.6 도 3 양호 88 86
예 3 양극 도 6 0.6 도 3 양호 86 87
예 4 양극 도 8 0.6 도 7 양호 87 88
예 5 양극 도 10 0.6 도 9 양호 85 86
예 6 양극 도 12 0.6 도 11 양호 88 87
예 7 음극 도 4 0.6 도 3 양호 87 86
예 8 양극 및 음극 도 4 0.6 도 3 양호 85 87
비교예 1 - - - 도 3 불량 87 52
표 1로부터 알 수 있듯이, 컷 라인이 형성된 전류 컬렉터를 갖는 배터리는 매우 절곡성을 갖게 되었고 양호한 부하 특성 및 사이클 특성을 갖는 것으로 나타났다.
컷 라인의 길이에 대한 검토
실시예 1에서와 같은 타입인 예 9 내지 13에 있어서 배터리는, 어떻게 컷 라인이 그들의 길이에 따라 배터리 성능에 다른 영향을 나타내는지에 대해 검토하기 위해, 상술된 것과 동일한 방법으로 실험되었다. 컷 라인의 길이는 표 2에 도시된 바와 같이 변화하였다. 그의 결과를 표 2에 나타내었다.
컷 라인이형성된전류 컬렉터 컷 라인의형상 y/x 배터리의절곡 형상 절곡성 3C 에서의용량(%) 200 사이클후의 용량(%)
예 9 양극 도 4 0.1 도 3 불량 88 60
예 10 양극 도 4 0.2 도 3 양호 90 85
예 11 양극 도 4 0.6 도 3 양호 87 87
예 12 양극 도 4 0.9 도 3 양호 83 88
예 13 양극 도 4 0.98 도 3 양호 55 85
컷 라인이 짧은(y/x = 0.1) 예 9에 있어서 배터리는 열악한 절곡성 및 사이클 특성을 갖는 것으로 나타났다.
컷 라인이 긴(y/x 〉 0.9) 예 13에 있어서 배터리는 절곡성은 양호하였으나, 부하 특성은 열악한 것으로 나타났다. 또한, 상기 컷 라인이 적절한(y/x = 0.2 - 0.9) 예 10 내지 12에 있어서 배터리는 부하 특성 및 사이클 특성 뿐만 아니라 절곡성 면에 있어서도 모두 양호했다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 전극은, 컷 라인이 적어도 금속 전류 컬렉터에 형성되도록 구성됨으로써, 활성 물질층이 박리되는 일 없이 자유롭게 절곡될 수 있다.
따라서, 그와 같은 배터리 전극을 갖는 비수성 배터리는 배터리 특성, 부하 특성 및 사이클 특성을 저하시키지 않고도 용이하게 절곡될 수 있다.

Claims (12)

  1. 금속 전류 컬렉터와 그 위에 형성된 활성 물질층을 포함하는 배터리 전극에 있어서,
    적어도 상기 금속 전류 컬렉터는 절곡할 수 있도록 컷 라인을 갖는 배터리 전극.
  2. 제 1항에 있어서, y는 컷 라인의 전체 길이이고, x는 상기 컷 라인의 연장선이 전류 컬렉터의 양쪽 엣지를 교차하는 2개의 지점들 사이의 거리일 경우, y/x 의 비율은 0.2 내지 0.9 사이의 값을 갖는 배터리 전극.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 컷 라인은 절곡 방향으로 2개 이상의 위치에 형성되는 배터리 전극.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 컷 라인은 금속 전류 컬렉터의 양쪽 엣지로부터 중간까지 교대로 연장하는 배터리 전극.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 컷 라인은 금속 전류 컬렉터의 한쪽 엣지로부터 중간까지 연장하는 배터리 전극.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 컷 라인은 천공인 배터리 전극.
  7. 양극, 음극, 및 비수성 전해질을 포함하는 비수성 전해질 배터리에 있어서,
    상기 양극 및/또는 음극은, 활성 물질층이 시트형 전류 컬렉터상에 형성되고 적어도 금속 전류 컬렉터가 절곡할 수 있게 컷 라인을 갖도록, 구성되는 비수성 전해질 배터리.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 비수성 전해질은 겔형 전해질 또는 고형 전해질인 비수성 전해질 배터리.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 양극, 음극, 및 비수성 전해질은 적층막의 외부 패키지에 밀봉되는 비수성 전해질 배터리.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 음극은 금속 리튬, 리튬 합금, 및 리튬을 도핑 및 탈도핑시키는 물질로부터 선택된 적어도 한 종류를 활성 물질로서 포함하는 비수성 전해질 배터리.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 리튬을 도핑 및 탈도핑시키는 물질은 탄소질 물질인 비수성 전해질 배터리.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 양극은 산화 리튬 화합물 및 전이 금속을 활성 물질로서 포함하는 비수성 전해질 배터리.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210140814A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 청주대학교 산학협력단 신축성 이차전지

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002025559A (ja) 2000-07-03 2002-01-25 Sony Corp 電 池
US20030211383A1 (en) * 2002-05-09 2003-11-13 Lithium Power Technologies, Inc. Primary lithium batteries
JP4658467B2 (ja) * 2003-11-12 2011-03-23 三菱重工業株式会社 リチウム二次電池用電極およびリチウム二次電池
JP5093439B2 (ja) * 2006-04-04 2012-12-12 ソニー株式会社 二次電池
JP5110619B2 (ja) * 2006-08-29 2012-12-26 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池とその製造方法。
JP2010232146A (ja) * 2009-03-30 2010-10-14 Sanyo Electric Co Ltd 積層式電池
KR101174964B1 (ko) * 2009-12-18 2012-08-17 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 및 그의 전극 조립체 제조 방법
US9040187B2 (en) * 2010-07-13 2015-05-26 Apple, Inc. Battery pack with cells of different capacities electrically coupled in parallel
JP5991316B2 (ja) * 2011-06-10 2016-09-14 日本電気株式会社 負極の製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造方法
EP2806476A1 (en) 2013-05-22 2014-11-26 The Swatch Group Research and Development Ltd. Electrochemical cell
CN111142363B (zh) 2013-07-16 2022-01-25 株式会社半导体能源研究所 电子设备
KR101640116B1 (ko) * 2013-10-14 2016-07-15 주식회사 엘지화학 플렉서블 전극조립체
TWI811937B (zh) 2013-10-22 2023-08-11 日商半導體能源研究所股份有限公司 二次電池及電子裝置
US20150138699A1 (en) 2013-11-15 2015-05-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device
WO2015102442A1 (ko) * 2014-01-06 2015-07-09 주식회사 엘지화학 플렉서블 전지셀
US9941506B2 (en) * 2014-02-21 2018-04-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Current collector, secondary battery, electronic device, and manufacturing method thereof
JP6699994B2 (ja) 2014-05-23 2020-05-27 株式会社半導体エネルギー研究所 二次電池
KR102409800B1 (ko) 2014-05-29 2022-06-16 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 이차 전지 및 전자 장치
US10122010B2 (en) * 2014-07-11 2018-11-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Secondary battery and electronic device including the same
JP6671882B2 (ja) 2014-08-08 2020-03-25 株式会社半導体エネルギー研究所 二次電池
JP2016057617A (ja) 2014-09-05 2016-04-21 株式会社半導体エネルギー研究所 電子機器
WO2016059514A1 (en) 2014-10-17 2016-04-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device
US10937999B2 (en) 2014-11-28 2021-03-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Secondary battery and manufacturing method of the same
US10185363B2 (en) 2014-11-28 2019-01-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device
US10224517B2 (en) * 2015-01-16 2019-03-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Secondary battery and electronic device
JP6761638B2 (ja) 2015-02-04 2020-09-30 株式会社半導体エネルギー研究所 二次電池
CN110690507B (zh) 2015-05-14 2023-08-25 苹果公司 裸电芯堆在便携式电子设备的设备壳体内的封装
KR101940149B1 (ko) * 2015-07-03 2019-01-18 주식회사 엘지화학 이차전지 및 그의 제조방법
US10446823B2 (en) * 2017-07-17 2019-10-15 GM Global Technology Operations LLC Multi-tabbed electrodes having current-optimizing electron obstacles and batteries incorporating the same
KR102346844B1 (ko) * 2018-07-25 2022-01-03 주식회사 엘지에너지솔루션 고분자 전해질 및 이의 제조방법
US11011805B2 (en) * 2019-03-28 2021-05-18 Medtronic, Inc. Electrode
EP4033582A4 (en) 2019-09-17 2023-03-08 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. BATTERY
CN111834637B (zh) * 2020-07-24 2022-03-22 江西理工大学 一种具有多通道柔性集流体结构降内阻的柔性锂离子电池及其制备方法
CN116636031A (zh) 2020-12-24 2023-08-22 松下知识产权经营株式会社 非水电解质二次电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5227264A (en) * 1991-02-14 1993-07-13 Hydro-Quebec Device for packaging a lithium battery
JPH11238500A (ja) * 1998-02-23 1999-08-31 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 捲回式円筒形電池
JP3990033B2 (ja) * 1998-06-10 2007-10-10 大日本印刷株式会社 非水電解液二次電池用電極板の製造方法
JP2000077054A (ja) * 1998-09-01 2000-03-14 Sanyo Electric Co Ltd 電池とその製造方法
JP4126711B2 (ja) * 1998-10-23 2008-07-30 ソニー株式会社 非水電解質電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210140814A (ko) * 2020-05-15 2021-11-23 청주대학교 산학협력단 신축성 이차전지

Also Published As

Publication number Publication date
MXPA01002901A (es) 2002-06-04
JP2001266894A (ja) 2001-09-28
US20020071987A1 (en) 2002-06-13
NO20011400D0 (no) 2001-03-20
EP1137088A1 (en) 2001-09-26
CN1201421C (zh) 2005-05-11
KR100756203B1 (ko) 2007-09-07
NO20011400L (no) 2001-09-24
US6664005B2 (en) 2003-12-16
CN1314723A (zh) 2001-09-26
TW488104B (en) 2002-05-21

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