KR20090101224A - 전기 화학 셀의 전극 팩 및 하나의 전극 팩을 포함하는 전기 화학 셀 - Google Patents

전기 화학 셀의 전극 팩 및 하나의 전극 팩을 포함하는 전기 화학 셀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실질적으로 평면으로 형성되고 측면으로 돌출하는, 전기 접촉용 태그들(24, 26)을 포함하는 전기 화학 셀(40)의 전극에 관한 것이다. 전기 화학적 활성 물질(18)로 코팅된 제 1 지지 막(16)과 전기 화학적 활성 물질(22)로 코팅된 제 2 지지 막(20)이 제 1 분리 막(12)에 의해 분리되고, 상기 제 1 지지 막(16)은 상기 분리 막(12)의 종방향 길이(30)를 따라 종측 상에서, 상기 제 2 지지 막(20)은 상기 분리 막(12)의 대향 배치된 종측 상에서 돌출한다.
활성 물질, 돌출 부분, 전도체, 절연체, 지지 막, 분리 막

Description

전기 화학 셀의 전극 팩 및 하나의 전극 팩을 포함하는 전기 화학 셀{ELECTRODE PACK OF AN ELECTROCHEMICAL CELL AND ELECTROCHEMICAL CELL COMPRISING AN ELECTRODE PACK}
본 발명은 청구항 제 1 항 및 제 5 항의 전제부에 따른 전기 화학 셀의 전극 팩 및 전극 팩을 포함하는 전기 화학 셀에 관한 것이다.
하이브리드 차량과 같은 까다로운 트랙션 시스템에서는, 효율적인 축전지가 필요하다. 여기에는 리튬 이온 셀이 다양한 실시예로 공개되어 있다. 이러한 셀들은 적층, 와인딩 또는 폴딩된 전극 팩을 가진 원형이거나 또는 각 기둥형이다. 경제적이고 효율적인 시스템으로서는, EP 1 577 973 A1에 공지되어 있듯이 리튬 이온 배터리들이 공개되어 있다. 거기에는 소위 "커피백(coffeebag)"-셀이 직사각형 평면 셀로서 형성된다. 상기 셀의 경우, 전극 팩들은 전극 팩에 매칭된, 코팅된 금속 막 내에 배치된다. 이에 따라, 셀들은 연성이다. 일반적으로, 상기 셀들이 다수의 모듈로 조립되고 전기적으로 병렬 및/또는 직렬 접속된다. 셀의 기능을 위해, 전극은 전체 작동 지속 시간 동안 미리 주어진 간격을 유지해야 한다. 충전/방전 사이클 부하 및 온도 사이클에 의해, 셀의 출력 특성을 저하시키는 간격의 변동이 일어날 수 있다. 또한 대량 생산품, 예컨대 하이브리드 차량에서 이러한 셀 을 사용하기 위해서는 셀의 대량 제조가 전제된다.
본 발명은 실질적으로 평면으로 형성되고 측면으로 돌출하는, 전기 접촉용 태그(tag)를 포함하는 전기 화학 셀의 전극 팩에 관한 것이다.
전기 화학적 활성 물질로 코팅된 제 1 지지 막과 전기 화학적 활성 물질로 코팅된 제 2 지지 막이 제 1 분리 막에 의해 분리되고, 제 1 지지 막은 분리 막의 종방향 길이를 따라 종측에서, 그리고 제 2 지지 막은 상기 분리 막의 대향 배치된 종측에서 돌출한다. 지지 막들은 분리 막의 종방향에 대해 횡방향으로 돌출한다. 지지 막들은 바람직하게, 금속, 예컨대 알루미늄 플레이트 또는 구리 플레이트 등으로 형성된다. 지지 막들의 한 측면 또는 양 측면이 활성 물질로 코팅될 수 있다. 바람직하게는 분리 막으로 덮인 영역에서, 전기 화학 셀의 양극(anode) 및 음극(cathode)을 형성하는 지지 막들이 활성 물질로 코팅된다. 전기 화학 셀은 리튬 이온 셀로서 형성된다. 활성 물질은 전형적으로 리튬염을 포함한다. 지지 막들의 바람직한 배치에 의해 연속 제조 방법에서 전극 팩의 폴딩이 가능해 진다. 분리 막들은 예컨대 플라스틱으로 형성될 수 있다. 적합한 재료들은 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등이다.
바람직하게는 제 1 지지 막이 제 2 분리 막 상에 배치될 수 있다. 이로써 분리 막과 지지 막의 결합체의 폴딩이 이루어질 수 있고, 단락이 확실하게 방지될 수 있다.
바람직하게 분리 막은 포켓형으로 형성될 수 있고, 지지 막들 중 적어도 하나의 지지 막이 포켓 형으로 형성된 분리 막 내로 삽입된다. 또한 2 개의 지지 막들이 하나의 포켓형 분리 막 내에 배치될 수도 있다. 폴딩되면, 단락이 확실하게 방지될 수 있다.
바람직하게는 분리 막과 지지 막들의 결합체가 종방향을 따라 지그재그로 폴딩될 수 있다. 이로써, 바람직한 제조 방법에 의해 사이클식 대신, 대량 생산에 바람직한 회전식 방법이 가능해진다. 상기 제조 방법은 매우 얇은 전극들, 즉 지지 막의 매우 큰 전극 표면들이 처리되는 경우 특히 바람직하다. 전극 팩의 제조시, 상기 방법은 스택식 전극 팩에 비해 와인딩 또는 폴딩의 프로세스에 바람직하다. 전극 팩의 연속 제조는, 소위 라미네이트된 셀 내로 전극 팩들의 삽입을 가능하게 하고 전극 팩의 안정성을 보장한다. 제조 기술적 장점과 더불어, 전극의 개선된 안정성에 의해 셀들의 성능의 장점이 얻어진다. 폴딩되면, 전극 팩이 가능한 얇게 유지될 수 있고, 이것은 셀의 내부로부터 열 방출 및 상기 셀의 장기간 안정성을 위해 바람직하다.
본 발명은 전극 팩을 가진 전기 화학 셀에 관한 것이고, 셀은 실질적으로 평면으로 형성되며 측면으로 돌출하는, 전기 접촉용 태그를 포함한다.
전기 화학적 활성 물질로 코팅된 제 1 지지 막과 전기 화학적 활성 물질로 코팅된 제 2 지지 막이 제 1 분리 막에 의해 분리되고, 제 1 지지 막은 분리 막의 종방향 길이를 따라 종측에서, 제 2 지지 막은 분리 막의 대향 배치된 종측에서 돌출되고, 각각 하나의 전도체가 돌출된 지지 막들에 장착된다. 지지 막은 도전성으로, 예컨대 금속으로 형성되는 반면, 분리 막은 바람직하게 플라스틱 막이다. 셀은 바람직하게 리튬 이온 셀이다.
바람직하게, 분리 막과 지지 막의 결합체는 종방향 길이를 따라 지그재그로 폴딩되어 전극 팩이 형성될 수 있다. 폴딩은 바람직하게, 폴딩된 전극 팩의 외부측에 항상 분리 막이 배치되게 이루어질 수 있다.
바람직하게, 전도체 외부의 지지 막들의 돌출 부분들이 절연체로 덮여 있을 수 있다. 이 경우, 금속 막은 셀을 위한, 절연 층으로 코팅되지 않은 외피로서 사용될 수 있다.
전도체는 지지 막들의 종방향 길이에 대해 횡방향으로 외부로 돌출될 수 있다. 전도체는 분리 막들을 지나 돌출하는 지지 막들의 부분들과 납땜 또는 용접에 의해 결합될 수 있다. 바람직하게는 전도체의 치수는 인출하려는 출력 에 맞게 조정된다. 이로써, 셀의 밀도가 개선될 수 있다. 전도체에 장착되지 않는, 지지 막의 돌출 영역들은 바람직하게 절연체로 덮일 수 있다. 이 경우에는 코팅되지 않은 금속 막도 셀의 외피로서 사용될 수 있다.
전극 팩의 길이가 높이보다 더 길게 형성되면, 전극 팩은 예컨대 셀의 충전 또는 방전시 셀의 내부로부터 확실한 열 방출이 보장될 정도로 충분히 얇게 실시될 수 있다.
폴딩된 상태에서 지지 막들의 간격을 안정화시키는 안정화부가 전극 팩에 제공되면, 셀의 수명에 거쳐 일정한 전극 간격 및 셀의 향상된 성능 안정성이 부하가 심한 경우에도 유지될 수 있다. 안정화부는 밴디지(bandage) 또는 플라스틱 클립의 장착 등에 의해 이루어질 수 있다. 이로써, 지지 막들 간의 원래 간격, 즉 전극 팩 내 전극 간격이 유지되고 지지 막 상의 활성 물질의 건조가 방지될 수 있다. 다른 경우, 중공 챔버들이 형성될 수도 있으나, 주어진 전해물이 이 챔버들을 충전하기에 충분하지 않고 지지 막 상의 활성 물질을 건조시킬 수 있다.
바람직하게 전극 팩이 외피로 밀봉된다. 상기 외피는 전극 팩을 밀접하게 둘러싸도록 장착, 예컨대 용접된다.
본 발명에 따른 전기 화학 셀은 하이브리드 차량 내의 용도, 삽업 분야에서 배터리용, 또는 예컨대 전기 작동식 휠체어, 전기 보조 구동기를 포함한 자전거(모페드(moped)), 포크 리프트(fork lift) 또는 무인 운송 시스템에서 다른 용도에 적합하다.
다른 장점들은 하기 실시예 설명에 제시된다. 도면에는 본 발명의 실시예들이 도시된다. 당업자는 도면, 상세한 설명 및 청구항에 공개된 특징들을 조합하여 또는 바람직하게 개별적으로 파악하고, 다른 조합들을 만들 수 있다.
도면에서 동일하거나 또는 동일 방식의 부재에는 동일한 도면 번호가 주어진다.
도 1a는 바람직한 전극 팩의 지지 막과 분리 박의 결합체의 평면도이고,
도 1b는 포켓형 분리 막 및 한 면이 코팅된 지지 막을 포함하는 실시예의 단부의 평면도이고,
도 1c는 양 면이 코팅된 지지 막을 포함하는 실시예의 단부의 평면도이고,
도 2a는 바람직한 폴딩된 전극 팩의 측면도이고
도 2b는 도 2a에 따른 전극 팩의 측면도.
도 3a는 바람직한 전극 팩 상의 태그의 평면도이고,
도 3b는 돌출 지지 막 영역들을 위한 태그 및 절연체를 가진 폴딩된 전극 팩의 사시도이고
도 4a는 바람직한 전기 화학 셀의 측면도이고,
도 4b는 종래 기술에 따른 셀의 측면도이다.
도 1a에는 도시되지 않은 전기 화학 셀의 바람직한 전극 팩(10)의 지지 막들(16, 20)과 분리 막들(12, 14)의 결합체가 평면도로 도시된다. 도 1b에는 포켓형 분리 막(14)을 가진 실시예의 단부면의 평면도가 도시되고, 여기에서 지지 막들(16, 20)의 한 측면이 전기 화학적 활성 물질(18, 22)로 코팅된다. 도 1c에는 지지 막들(16, 20)의 양 면측이 전기 화학적 활성 물질(18, 22)로 코팅된 실시예가 도시된다(간격들은 축척에 따르지 않음).
제 1 지지 막(16)은 전기 화학적 활성 물질(18)로, 제 2 지지 막(20)은 전기 화학적 활성 물질(22)로 코팅된다. 상기 2 개의 지지 막들(16, 20) 사이에 분리 막(12)이 배치된다. 제 1 지지 막(16)은 분리 막(14) 상에 배치된다. 지지 막들(16, 20)이 분리 막들(12, 14)보다 약간 더 높게 형성되며, 제 1 지지 막(16)은 상부로 제 2 지지 막(20)은 하부로 돌출한다. 분리 막들(12, 14)은 활성 물질들(18, 22)을 포함하는 코팅된 영역을 덮는다. 분리 막들(12, 14)은 분리된 층들로서 배치된다. 하나의 지지 막(16)은 예컨대 전극 팩(10)의 포지티브 전극을, 다 른 지지 막(20)은 네가티브 전극을 형성한다.
전극 팩(10)은 종방향 길이(30)를 가진 긴 밴드로서 길게 연장되는 상태로 도시된다. 예컨대 하이브리드 차량용으로 사용될 수 있는 8 Ah 셀용 전극 장치에서 장치의 길이는 약 6m이고 높이는 약 15cm이다.
도 1b에는 분리 막들(12, 14)이 서로 결합되어 하나의 포켓형 층을 형성하는 실시예가 도시된다; 분리 막들(12, 14)은 포켓형 층의 레그들을 형성한다. 포켓형으로 형성된 층 내로 하나의 지지 막(16)이 삽입되고 분리 막들(12, 14)의 높이를 지나 위로 돌출한다.
바람직한 폴딩된 전극 팩(10)의 측면도가 도 2a에, 상기 전극 팩(10)의 평면도가 도 2b에 도시된다. 폴딩된 전극 팩(10)의 길이는 높이보다 더 길게 형성된다. 종측들에서 상부 또는 하부로 돌출하는 지지 막들(16, 20)이 도시된다. 도 2b의 평면도에, 막들의 지그재그식 폴딩이 상부로 돌출하는 지지 막(16)으로 도시된다. 지지 막들(16, 20)의 돌출부들은 전극 팩(10)의 포지티브 및 네가티브 전극의 전도체를 형성한다.
도 3a에는 전극 팩(10; 도 1a)의 돌출한 지지 막(16)에 연결된 전도체(24)가 도시되고, 상기 전도체는 전극 팩(10)의 종측에서 외부로 돌출한다. 도 3b에는 지지 막(16)의 돌출 지지 막 영역들을 위한 태그(tag)(24) 및 절연체들(28)을 포함하는 폴딩된 전극 팩(10)이 사시도로 도시된다. 절연체(28)에 의해, 전극 팩(10)은 분리된 절연 층으로 코팅되지 않은 금속 막으로 둘러싸여질 수 있다. 전도체(24)가 외부로 돌출하는 영역(60)은 절연체(28)로부터 노출된다. 절연체(28)는 지지 막(16)의 돌출 영역에 걸쳐 레일로서 슬라이딩될 수 있다. 지지 막(20; 도 2a)의 도시되지 않은 돌출 영역은 동일하게 절연된다.
전극 팩(10)을 보강하고 안정화시킬 수 있는, 도시되지 않은 안정화 수단, 예컨대 밴디지 및/또는 플라스틱 클립이 제공될 수 있으므로, 지지 막 간격들 및 전극 간격들이 전극 팩(10)을 사용하는 셀의 수명 동안 변하지 않는다.
도 4a 및 도 4b에서, 바람직한 전기 화학 셀(40)과 종래의 셀(50)이 비교된다. 바람직한 셀(40)에는 도시되지 않은 전극 팩을 밀봉하는 외피(32)가 제공된다. 셀(40)은 직사각형으로 형성되고 높이보다 길이가 더 길게 형성된다. 전도체(24, 26)는 셀(40)의 종방향 길이에 대해 수직으로, 종측에서 셀(40)로부터 돌출한다. 이와 달리, 종래의 셀(50)은 유사한 횡단면을 가지지만, 전도체(52, 54)가 종래 방식에 따라 셀(50)의 횡측에 배치된다.

Claims (11)

  1. 실질적으로 평면으로 형성되고, 측면으로 돌출하는, 전기 접촉용 태그들(24, 26)을 포함하는 전기 화학 셀(40)의 전극에 있어서,
    전기 화학적 활성 물질(18)로 코팅된 제 1 지지 막(16)과 전기 화학적 활성 물질(22)로 코팅된 제 2 지지 막(20)이 제 1 분리 막(12)에 의해 분리되고, 상기 제 1 지지 막(16)은 상기 분리 막(12)의 종방향 길이(30)를 따라 종측 상에서, 상기 제 2 지지 막(20)은 상기 분리 막(12)의 대향 배치된 종측 상에서 돌출하는 것을 특징으로 하는 전극 팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 지지 막(16)이 제 2 분리 막(14) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 팩.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분리 막(12, 14)이 포켓형으로 형성되고, 상기 지지 막들(16, 20) 중 적어도 하나의 지지 막이 포켓형으로 형성된 상기 분리 막(12, 14) 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 전극 팩.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리 막과 상기 지지 막들(12, 14; 16, 20)로 이루어진 결합체는 상기 결합체의 종방향 길이(30)를 따라 지그재그로 폴딩되는 것을 특징으로 하는 전극 팩.
  5. 실질적으로 평면으로 형성되고, 측면으로 돌출하는, 전기 접촉용 태그들(24, 26)을 포함하는 셀로서, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 전극 팩을 포함하는 전기 화학 셀에 있어서,
    전기 화학적 활성 물질(18)로 코팅된 제 1 지지 막(16)과 전기 화학적 활성 물질(22)로 코팅된 제 2 지지 막(20)이 제 1 분리 막(12)에 의해 분리되고. 상기 제 1 지지 막(16)은 상기 분리 막(12)의 종방향 길이(30)를 따라 종측에서, 상기 제 2 지지 막(20)은 상기 분리 막(12)의 대향 배치된 종측에서 돌출하고, 각각 하나의 전도체(24, 26)가 돌출한 상기 지지 막들(16, 20) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분리 막과 지지 막(12, 14; 16, 20)으로 이루어진 결합체가 종방향 길이(30)를 따라 지그재그로로 폴딩되어 전극 팩(10)을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 전도체들(24, 26) 외부의 상기 지지 막들(16, 20)의 돌출 부분들이 절 연체(28)로 덮이는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전도체들(24, 26)이 상기 지지 막들(16, 20)의 종방향 길이(30)에 대해 횡방향으로 외부로 돌출하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 팩(10)의 길이가 높이보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 팩(10)에는, 폴딩된 상태에서 상기 지지 막들(16, 20)의 간격을 안정화시키는 안정화부가 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
  11. 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 팩(10)은 외피(32)로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
KR1020097014409A 2007-01-10 2007-12-21 전기 화학 셀의 전극 팩 및 하나의 전극 팩을 포함하는 전기 화학 셀 KR20090101224A (ko)

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