KR20120019459A - 쌍극형 2차 전지 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

쌍극형 2차 전지는 쌍극형 전극 및 전해질 층이 적층되는 발전 요소를 포함한다. 쌍극형 전극은 집전체의 하나의 표면 상에 형성되는 정극 활물질층 그리고 집전체의 대향 표면 상에 형성되는 부극 활물질층을 포함한다. 쌍극형 전극 및 전해질 층의 주연 모서리가 밀봉부를 통해 결합된다. 각각의 집전체의 대향 표면 상의 정극 활물질층 및 부극 활물질층의 모서리가 서로로부터 오프셋된다. 정극 활물질층 및 부극 활물질층의 모서리들 중 내부 모서리와 대면하는 밀봉 부분의 모서리는 정극 활물질층 및 부극 활물질층의 모서리들 중 외부 모서리 내부측에 위치된다.

Description

쌍극형 2차 전지{BIPOLAR SECONDARY BATTERY}
관련출원의 교차-참조
본 출원은 참조로 온전히 여기에 합체되어 있는 2009년 6월 25일자로 출원된 일본 특허 출원 제2009-150741호로부터의 우선권을 향유한다.
본 발명은 쌍극형 2차 전지 그리고 2차 전지를 사용하는 조전지(assembled battery) 및 차량에 관한 것이다.
복수개의 쌍극형 전극이 적층되고 이 때에 전해질 층(electrolyte layer) 및 세퍼레이터(separator)가 인접한 쌍극형 전극들 사이에 제공되는 발전 요소(power generating element)를 각각 포함하는 쌍극형 2차 전지로서, 각각의 쌍극형 전극은 집전체(current collector)의 표면들 중 하나 상에 형성되는 정극 활물질층 그리고 다른 표면 상에 형성되는 부극 활물질층을 포함하는, 쌍극형 2차 전지가 공지되어 있다. 바꿔 말하면, 쌍극형 2차 전지는 정극 활물질층, 전해질 층 및 부극 활물질층이 단위 전지 층(unit cell layer)을 형성하고 복수개의 단위 전지 층이 적층되고 이 때에 집전체가 인접한 단위 전지 층들 사이에 제공되는 구조를 갖는다.
쌍극형 2차 전지에서, 액체 전해질, 중합체 겔 전해질 등의 전해질 용액을 포함하는 전해질이 사용될 때에, 전해질 용액이 단위 전지 층들 중 하나로부터 누출되어 다른 단위 전지 층의 전해질 용액과 접촉되고 그에 의해 액락(liquid junction)을 유발하는 문제점이 일어날 수 있다. 액락을 방지하기 위해, 각각의 단위 전지 층의 주연부를 포위하도록 밀봉 부분을 배치함으로써 각각의 단위 전지 층을 밀봉하는 기술이 공지되어 있다(일본 미심사 특허 출원 공개 제9-232003호).
그러나, 공지된 쌍극형 2차 전지에서, 전극이 전지의 충전 및 방전 중에 팽창 및 수축 또는 열 팽창될 때에, 문제점이 일어날 수 있다. 즉, 응력이 집전체의 단부에서 집중될 수 있고, 그에 따라 집전체의 포일 층(foil layer)이 손상될 수 있고, 그에 의해 전지의 내구성을 감소시킨다.
대조적으로, 본 발명의 실시예는 쌍극형 2차 전지의 집전체 내에서 생성된 응력을 완화시키는 기술을 제공한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지는 적층되는 복수개의 쌍극형 전극을 포함하고, 이 때에 전해질 층이 인접한 쌍극형 전극들 사이에 제공되고, 각각의 쌍극형 전극은 집전체의 표면들 중 하나 상에 형성되는 정극 활물질층 그리고 집전체의 다른 표면 상에 형성되는 부극 활물질층을 포함한다. 각각의 쌍극형 전극은 그 주연부 내에 밀봉 부분을 갖는다. 쌍극형 2차 전지에서, 서로에 대향되고 이 때에 각각의 집전체가 그 사이에 제공되는 정극 활물질층 및 부극 활물질층의 모서리는 서로로부터 오프셋된다. 서로로부터 오프셋되는 정극 활물질층 및 부극 활물질층의 모서리들 중에서 평면 방향으로 중심에 더 근접한 하나의 모서리(이후, "내부 모서리")와 대면하는 밀봉 부분의 모서리는 중심으로부터 멀리 떨어진 다른 모서리(이후, "외부 모서리") 내부측에 위치되고, 평면 방향은 쌍극형 전극의 적층 방향에 직각이다.
이러한 구조에서, 전극 모서리에서의 집전체 내에서의 응력 집중으로 인한 집전체의 변위가 전극 모서리에 대향되는 밀봉 부분에 의해 제한되고, 이 때에 집전체가 그 사이에 제공되고, 그에 의해 집전체 내의 응력을 완화시킨다. 그러므로, 전지의 내구성 면에서의 감소가 방지될 수 있다.
이러한 실시예 및 다른 실시예의 세부 사항 및 변형 사항이 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
여기에서의 설명은 동일한 도면 부호가 여러 개의 도면에 걸쳐 동일한 부분을 나타내는 첨부 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 쌍극형 전지의 전형적인 예로서의 적층식 쌍극형 2차 전지의 사시도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 조전지의 전형적인 예의 외부도이고, 도 3a는 조전지의 평면도이고, 도 3b는 조전지의 정면도이고, 도 3c는 조전지의 측면도이다.
도 4는 조전지가 장착되는 차량의 개념도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재의 배열을 도시하는 부분 단면도이다.
도 5b는 본 발명과 무관한 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재의 배열을 도시하는 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재의 배열을 도시하는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재의 배열을 도시하는 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재의 배열을 도시하는 부분 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재의 배열을 도시하는 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재의 배열을 도시하는 평면도이다.
아래에서 설명되는 각각의 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지는 쌍극형 전극 및 세퍼레이터가 적층되는 발전 요소를 포함한다. 각각의 쌍극형 전극은 도전성 수지 층, 집전체의 하나의 표면 상에 형성되는 정극 활물질층 그리고 집전체의 다른 표면 상에 형성되는 부극 활물질층을 갖는 집전체를 포함한다. 쌍극형 전극 및 세퍼레이터의 주연부는 밀봉 부분을 통해 결합된다.
제1 실시예
도 1은 쌍극형 2차 전지(10)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 도 1에 도시된 쌍극형 2차 전지(10)는 충전 및 방전 반응이 진행되는 실질적으로 직사각형의 발전 요소(21)가 전지 외부 재료로서 역할을 하는 적층 필름(29) 내에 밀봉되는 구조를 갖는다.
도 1에 도시된 것과 같이, 쌍극형 2차 전지(10)의 발전 요소(21)는 집전체(11)의 하나의 표면 상에 형성되고 그에 전기적으로 연결되는 정극 활물질층(13) 그리고 집전체(11)의 다른 표면 상에 형성되고 그에 전기적으로 연결되는 부극 활물질층(15)을 각각 갖는 복수개의 쌍극형 전극(23)을 포함한다. 쌍극형 전극(23)은 발전 요소(21)를 형성하도록 적층되고, 이 때에 전해질 층(17)이 인접한 쌍극형 전극(23) 사이에 제공된다.
각각의 전해질 층(17)은 기판으로서 역할을 하는 세퍼레이터 그리고 그 평면 방향으로 세퍼레이터의 중심에서 지지되는 전해질을 포함한다. 이러한 경우에, 쌍극형 전극(23) 및 전해질 층(17)은 쌍극형 전극(23) 중 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층(13)이 제1 쌍극형 전극(23)에 인접한 또 다른 쌍극형 전극(23)의 부극 활물질층(15)과 전해질 층(17)을 통해 대면하도록 교대로 적층된다. 바꿔 말하면, 전해질 층(17)은 하나의 쌍극형 전극(23)의 정극 활물질층(13)과 하나의 쌍극형 전극(23)에 인접한 또 다른 쌍극형 전극(23)의 부극 활물질층(15) 사이에 개재된다.
서로에 인접한 정극 활물질층(13), 전해질 층(17) 및 부극 활물질층(15)이 단위 전지 층(19)을 구성한다. 그러므로, 쌍극형 2차 전지(10)가 단위 전지 층(19)의 적층체를 포함하는 것으로 또한 언급될 수 있다.
정극측 최외곽 집전체(11a)는 발전 요소(21)의 최외곽 층 내에 위치되고, 정극 활물질층(13)은 정극측 최외곽 집전체(11a)의 표면들 중 단지 하나 상에 형성된다. 부극측 최외곽 집전체(11b)는 발전 요소(21)의 다른 최외곽 층 내에 위치되고, 부극 활물질층(15)은 부극측 최외곽 집전체(11b)의 표면들 중 단지 하나 상에 형성된다. 그러나, 정극 활물질층(13)은 정극측 최외곽 집전체(11a)의 양쪽 표면 상에 형성될 수 있다. 마찬가지로, 부극 활물질층(15)은 부극측 최외곽 집전체(11b)의 양쪽 표면 상에 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 쌍극형 2차 전지(10)에서, 정극 집전체 판(25)이 정극측 최외곽 집전체(11a)에 인접하게 배치되고, 하나의 측면 상의 적층 필름(29)의 외부측으로 연장된다. 반면에, 부극 집전체 판(27)이 부극측 최외곽 집전체(11b)에 인접하게 배치되고, 또 다른 측면 상의 적층 필름(29)의 외부측으로 연장된다.
나아가, 밀봉 부분(절연 부분)(31)이 각각의 단위 전지 층(19)의 주연부 내에 배치된다. 밀봉 부분(31)에 대한 상세한 배열 방법은 나중에 설명된다. 밀봉 부분(31)은 전해질 층(17)으로부터의 전해질 용액의 누출로 인한 액락 그리고 전지(10) 내의 인접한 집전체(11) 사이의 접촉으로 인한 또는 발전 요소(21) 내의 단위 전지 층(19)의 단부의 약간의 불규칙성으로 인한 단락-회로를 방지할 목적으로 제공된다. 밀봉 부분(31)을 제공하는 것은 장기 신뢰성 및 안전성을 갖는 고품질 쌍극형 2차 전지(10)를 보증한다.
적층된 단위 전지 층(19)의 개수는 요구 전압에 따라 제어된다. 추가로, 쌍극형 2차 전지(10)에서, 충분한 출력이 최소 전지 두께에서도 확보될 수 있으면, 적층된 단위 전지 층(19)의 개수는 감소될 수 있다. 사용 중의 외부 충격 및 환경 열화를 방지하기 위해, 발전 요소(21)는 적층 필름(29) 내에서 감압 하에서 밀봉되고, 정극 집전체 판(25) 및 부극 집전체 판(27)은 적층 필름(29)의 외부측으로 안내된다. 쌍극형 2차 전지(10)의 주요 구성 요소는 더욱 상세하게 아래에서 설명된다.
언급된 것과 같이, 쌍극형 전극(23)은 집전체(11) 그리고 집전체(11)의 표면 상에 형성되는 활물질층을 포함한다. 더 상세하게, 정극 활물질층(13)은 집전체(11)의 표면들 중 하나 상에 형성되고, 부극 활물질층(15)은 다른 표면 상에 형성된다. 활물질층은 정극 활물질 또는 부극 활물질을 함유하고, 요구되거나 바람직하면 다른 첨가제를 함유한다.
집전체(11)는 정극 활물질층(13)과 접촉되는 표면들 중 하나로부터 부극 활물질층(15)과 접촉되는 다른 표면으로의 전자 전달을 매개하는 기능을 갖는다. 이러한 실시예에 따른 집전체(11)는 도전성 수지 층을 포함하고, 요구되거나 바람직하면 다른 층을 포함한다.
수지 층은 전자 전달 매체로서 기능하고, 집전체(11)의 중량 감소에 기여한다. 수치 층은 수지 기판을 포함할 수 있고, 요구되거나 바람직하면 도전성 충전재 등의 다른 성분을 함유할 수 있다.
수지 기판은 비도전성 중합체 재료로 구성된다. 비도전성 중합체 재료의 예는 폴리에틸렌[고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 등의 PE], 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에테르 니트릴(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리아미드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸 아크릴레이트(PMA), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리스티렌(PS) 등을 포함한다. 이들 비도전성 중합체 재료는 우수한 전위 저항 및 용매 저항을 갖고, 단독으로 또는 2개 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다. 추가로, 비도전성 중합체 재료는 도전성 중합체 재료와 적절하게 혼합될 수 있다.
수지 층의 도전성을 확보하기 위해, 도전성 충전재가 요구에 따라 수지 기판에 첨가될 수 있다. 도전성 충전재는 도전성을 갖는 재료이기만 하면 특정하게 제한되지 않는다. 예컨대, 도전성, 전위 저항 및/또는 그 리튬 이온 차단 성질 면에서 우수한 재료로서, 금속, 도전성 탄소 등이 사용될 수 있다.
금속은 특정하게 제한되지 않고, Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb 및 K으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 금속, 또는 이러한 금속을 함유하는 합금 또는 금속 산화물이 바람직하게 사용된다. 이들 금속은 집전체(11)의 표면 상에 형성되는 정극 또는 부극의 전위에 대해 저항성을 갖는다. 예컨대, Al은 정극 전위에 대해 저항성을 갖고, Ni 및 Cu는 부극 전위에 대해 저항성을 갖고, Ti 및 Pt는 양쪽 모두의 전극 전위에 대해 저항성을 갖는다. 이들 중에서, Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe 및 Cr으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 금속을 함유하는 합금이 더 양호하다.
합금의 예는 스테인리스 스틸(SUS) 합금, 등록 상표 인코넬(Inconel) 합금[미국 뉴욕주 뉴하트포드의 스페셜 메탈즈 코포레이션(Special Metals Corporation)], 등록 상표 하스텔로이(Hastelloy) 합금[미국 인디애나주 코코모의 헤인즈 인터내셔널 인크.(Haynes International Inc.)], 다른 Fe-Cr 합금 및 Ni-Cr 합금 등을 포함한다. 이러한 합금을 사용함으로써, 높은 전위 저항이 성취될 수 있다.
도전성 탄소는 특정하게 제한되지 않고, 아세틸렌 블랙(acetylene black), 벌컨(Vulcan), 블랙 펄(black pearl), 탄소 나노섬유(carbon nanofiber), 케첸블랙(Ketjenblack), 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 탄소 나노혼(carbon nanohorn), 탄소 나노벌룬(carbon nanoballoon) 및 풀러린(fullerene)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나가 바람직하게 사용된다. 이들 도전성 탄소는 정극 및 부극 전위의 양쪽 모두에 대해 매우 넓은 전위 창(potential window)을 갖고 넓은 범위 내에서 안정하고, 추가로 이들은 우수한 도전성을 갖는다. 구체적으로, 탄소 나노튜브, 탄소 나노혼, 케첸블랙, 탄소 나노벌룬 및 플러린으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나가 바람직하게 사용된다. 이들 도전성 탄소는 중공 구조를 가지므로, 이들은 질량당 더 큰 표면적을 갖고 그에 따라 집전체는 중량 면에서 더욱 감소될 수 있다. 금속, 도전성 탄소 등의 도전성 충전재는 단독으로 또는 2개 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
도전성 충전재의 형상은 특정하게 제한되지 않고, 입자 형상, 섬유 형상, 판형 형상, 덩어리 형상, 직물 형상, 망 형상 등의 공지된 형상이 적절하게 선택될 수 있다. 예컨대, 넓은 범위의 수지에 대해 도전성을 부여할 것이 요구될 때에, 특정 도전성 충전재가 입자상 도전성 충전재가 바람직하게는 사용된다. 추가로, 수지의 특정 방향으로 도전성을 향상시키는 것이 요구될 때는 섬유 등의 어떤 배향을 보유하는 형상을 갖는 도전성 충전재가 바람직하게 사용된다.
도전성 충전재의 크기는 특정하게 제한되지 않고, 다양한 크기의 충전재가 수지 층의 크기 및 두께 또는 도전성 충전재의 형상에 따라 사용될 수 있다. 예컨대, 입자 도전성 충전재의 경우에, 평균 입자 직경은 바람직하게는 수지 층의 형성의 용이성의 관점으로부터 약 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛이다. 명세서에서, 용어 "입자 직경"은 도전성 충전재의 외형부 상의 요구된 2개의 지점의 거리들 중에서 최대 거리를 말한다. 평균 입자 직경은 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope), 투과 전자 현미경(TEM: transmission electron microscope) 등의 관찰 장치로써 수 개 내지 수십 개의 시야에서 관찰되는 입자 직경의 평균으로서 계산된다. 동일한 정의가 아래에서 설명되는 활물질 등의 입자 직경 및 평균 입자 직경에 적용된다.
수지 층 내에서의 도전성 충전재의 함량은 특정하게 제한되지 않는다. 구체적으로, 수지가 도전성 중합체 재료를 함유하기 때문에 충분한 도전성이 확보될 수 있을 때에, 도전성 충전재가 반드시 첨가될 필요는 없다. 그러나, 수지가 단지 비도전성 중합체 재료로 구성될 때에, 도전성을 부여하도록 도전성 충전재를 첨가할 것이 필요하다. 일부 실시예에서, 도전성 충전재의 함량은 바람직하게는 5 내지 35 질량%이다. 다른 실시예에서, 함량은 더 바람직하게는 5 내지 25 질량% 또는 더욱 더 바람직하게는 5 내지 15 질량%이다. 이러한 함량은 비도전성 중합체 재료의 전체 질량을 기초로 한다. 이러한 양의 도전성 충전재를 첨가함으로써, 수지 층의 질량 면에서의 증가를 억제하면서 비도전성 중합체 재료에 충분한 도전성을 부여하는 것이 가능하다.
수지 층 내에서의 도전성 충전재의 분산 상태는 특정하게 제한되지 않고, 도전성 충전재는 기판으로서 역할을 하는 수지 층 내에 균일하게 분산될 수 있거나, 수지 층의 일부 내에 국부적으로 분산될 수 있다. 전체의 수지 층에 대해 도전성을 균일하게 부여할 것이 요구될 때에, 도전성 충전재는 바람직하게는 전체의 수지에 대해 균일하게 분산된다.
각각의 도전성 수지 층의 두께는 바람직하게는 일부 실시예에서 1 내지 200 ㎛이다. 다른 실시예에서, 10 내지 100 ㎛ 또는 더 바람직하게는 10 내지 50 ㎛의 수치가 사용될 수 있다. 각각의 수지 층의 두께가 이러한 실시예에서 이러한 범위 내에 있을 때에, 두께 방향으로의 저항이 낮은 수준까지 충분히 억제될 수 있다. 이에 따라, 집전체(11)의 중량을 감소시킴으로써 도전성을 확보하고 전지의 전력 밀도를 증가시키는 것이 가능하다. 나아가, 액락의 가능성을 감소시킴으로써 수명을 개선하고 진동 저항을 개선하는 것이 가능하다.
집전체(11)의 형태는 도전성 수지 층을 포함하기만 하면 특정하게 제한되지 않고, 다양한 형태들 중 임의의 형태가 사용될 수 있다. 예컨대, 집전체(11)의 형태는 수지 층 그리고 요구에 따른 또 다른 층을 포함하는 적층체일 수 있다. 수지 층 이외의 층의 예는 금속 층, 접착제 층 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 예컨대, 집전체(11)는 단일 도전성 수지 층을 포함할 수 있거나, 2개 이상의 도전성 수지 층을 포함하는 적층 형태일 수 있다. 복수개의 수지 층의 적층체에서, 마이크로 크랙이 각각의 수지 층 내에서 일어나면, 크랙의 위치가 서로로부터 벗어나기 때문에 액락이 방지될 수 있다. 추가로, 알루미늄, 니켈, 구리 또는 이러한 금속을 함유하는 합금으로 구성되는 금속 층이 수지 층들 사이에 배치될 수 있다. 이러한 금속 층을 배치함으로써, 수지 층 내에서의 이온 침투로 인한 쌍극형 전극 내에서의 정극 활물질층과 부극 활물질층 사이의 액락이 방지될 수 있고, 그에 의해 연장된 수명 및 우수한 장기 신뢰성을 갖는 쌍극형 2차 전지(10)를 형성한다.
수지 층 및 금속 층을 적층하기 위해, 수지 층 상으로 금속을 증발시키는 방법, 금속 포일에 수지를 융합-결합시키는 방법 등이 사용될 수 있다. 추가로, 집전체(11)가 2개 이상의 적층된 수지 층 또는 금속 층을 포함할 때에, 2개의 층이 층들 사이의 계면에서의 접촉 저항을 감소시키고 결합된 표면에서의 분리를 방지하도록 접착제 층으로써 결합될 수 있다. 아연 산화물, 인듐 산화물, 티타늄 산화물 등을 함유하는 금속 산화물계 도전성 페이스트(conductive paste) 또는 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 그래파이트 등을 함유하는 탄소계 도전성 페이스트가 접착제 층에 사용될 수 있다.
집전체(11)의 두께는 바람직하게는 그 중량을 감소시킴으로써 전지의 전력 밀도를 증가시키도록 최대한 작다. 쌍극형 2차 전지(10)에서, 쌍극형 전극(23)의 정극 활물질층(13)과 부극 활물질층(15) 사이에 존재하는 집전체(11)는 적층 방향에 평행한 방향으로 높은 전기 저항을 가질 수 있고, 그에 따라 집전체(11)의 두께가 감소될 수 있다. 구체적으로, 이러한 실시예에서의 집전체(11)의 두께는 바람직하게는 1 내지 200 ㎛, 더 바람직하게는 5 내지 150 ㎛ 그리고 더욱 더 바람직하게는 10 내지 100 ㎛이다. 다른 두께가 가능하지만, 이러한 두께로써, 우수한 출력 성질 및 장기 신뢰성을 갖는 전지가 형성될 수 있다.
정극 활물질층(13)은 방전 중에 이온을 흡장하고 충전 중에 이온을 방출하는 정극 활물질을 함유한다. 양호한 예는 전이 금속 및 리튬의 복합 산화물인 리튬-전이 금속 복합 산화물이다. 이러한 리튬-전이 금속 복합 산화물의 예는 LiCoO2 등의 Li-Co 복합 산화물, LiNiO2 등의 Li-Ni 복합 산화물, 스피넬 구조의 LiMn2O4 등의 Li-Mn 복합 산화물, LiFeO2 등의 Li-Fe 복합 산화물, 전이 금속이 또 다른 원소에 의해 부분적으로 치환되는 복합 산화물 등을 포함한다. 이들 리튬-전이 금속 복합 산화물은 반응성 및 사이클 성질 면에서 우수하고, 저비용 재료이다. 그러므로, 전극에 이러한 재료를 사용함으로써, 우수한 출력 성질을 갖는 전지가 형성될 수 있다. 정극 활물질로서 사용될 수 있는 다른 예는 LiFePO4 등의 전이 금속 및 리튬의 포스페이트 화합물 및 설페이트 화합물; V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoS3 등의 전이 금속 산화물 및 황화물; PbO2; AgO; NiOOH 등을 포함한다. 이들 정극 활물질은 단독으로 또는 2개 이상의 혼합물의 형태로 사용될 수 있다.
정극 활물질의 평균 입자 직경은 특정하게 제한되지 않고, 여기에서 설명된 실시예에서 정극 활물질의 더 높은 용량, 반응성 및 사이클 내구성을 위해 바람직하게는 1 내지 100 ㎛ 그리고 더 바람직하게는 1 내지 20 ㎛이다. 이러한 범위 내에서, 높은 출력 조건 하에서의 충전 및 방전 중의 2차 전지의 내부 저항 면에서의 증가가 억제될 수 있고, 그에 의해 충분한 전류를 생성한다. 정극 활물질이 2차 입자로 구성될 때에, 2차 입자를 구성하는 1차 입자의 평균 입자 직경은 바람직하게는 10 ㎚ 내지 1 ㎛의 범위 내에 있다. 그러나, 평균 입자 직경이 이러한 범위에 반드시 제한될 필요는 없다. 물론, 정극 활물질이 사용된 제조 방법에 따라 응집, 괴상 등에 의해 생성되는 2차 입자로 반드시 구성될 필요는 없다. 정극 활물질의 입자 직경 그리고 1차 입자의 입자 직경으로서, 레이저 회절 방법에 의해 결정되는 중앙치 직경(median diameter)이 사용될 수 있다. 추가로, 정극 활물질의 가능한 형상은 형태, 제조 방법 등에 따라 변동된다. 예컨대, 구형 형상(분말), 판형 형상, 바늘형 형상, 원주형 형상 또는 경사형 형상이 사용될 수 있다. 형상은 이들에 제한되지 않고, 임의의 형상이 문제없이 사용될 수 있다. 그러나, 충전/방전 특성 등의 전지 특성을 개선할 수 있는 최적 형상을 적절하게 선택하는 것이 양호하다.
부극 활물질층(15)은 방전 중에 이온을 방출하고 충전 중에 이온을 흡장하는 부극 활물질을 함유한다. 부극 활물질은 리튬이 가역적으로 흡장 및 방출될 수 있기만 하면 특정하게 제한되지 않는다. 부극 활물질의 양호한 예는 Si, Sn 등의 금속; TiO, Ti2O3, TiO2, SiO2, SiO, SnO2 등의 금속 산화물; Li4/3Ti5/3O4, Li7MnN 등의 리튬-전이 금속 복합 산화물; Li-Pb 합금; Li-Al 합금; Li; 그리고 천연 그래파이트, 인공 그래파이트, 카본 블랙, 활성 탄소, 탄소 섬유, 코크스, 연질 탄소, 경질 탄소 등의 탄소 재료를 포함한다. 부극 활물질은 바람직하게는 리튬과 합금되는 원소를 함유한다. 리튬과 합금되는 원소를 사용함으로써, 종래의 탄소계 재료에 비해 높은 에너지 밀도, 높은 용량 및 우수한 출력 특성을 갖는 전지를 제조하는 것이 가능하다. 위에서-설명된 부극 활물질은 단독으로 또는 2개 이상의 혼합물의 형태로 사용될 수 있다.
리튬과 합금되는 원소의 예는 Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 이들 중에서, 탄소 재료 및/또는 Si, Ge, Sn, Pb, Al, In 및 Zn으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소가 바람직하게 사용되고, 구체적으로 탄소 재료 및 Si 또는 Sn의 원소가 바람직하게는 여기에서 설명된 실시예에서 사용된다. 이들 원소는 단독으로 또는 2개 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
부극 활물질의 평균 입자 직경은 특정하게 제한되지 않고, 이들 실시예에서 부극 활물질의 더 높은 용량, 반응성 및 사이클 내구성의 관점으로부터 바람직하게는 1 내지 100 ㎛ 그리고 더 바람직하게는 1 내지 20 ㎛이다. 이러한 범위 내에서, 높은 출력 조건 하에서의 충전 및 방전 중의 2차 전지의 내부 저항 면에서의 증가가 억제될 수 있고, 그에 의해 충분한 전류를 생성한다. 부극 활물질이 2차 입자로 구성될 때에, 일부 실시예에서 2차 입자를 구성하는 1차 입자의 평균 입자 직경은 바람직하게는 10 ㎚ 내지 1 ㎛의 범위 내에 있다. 평균 입자 직경이 이러한 범위에 반드시 제한될 필요는 없다. 물론, 부극 활물질이 사용된 제조 방법에 따라 응집, 괴상 등에 의해 생성되는 2차 입자로 반드시 구성될 필요는 없다. 부극 활물질의 입자 직경 그리고 1차 입자의 입자 직경으로서, 레이저 회절 방법에 의해 결정되는 중앙치 직경이 사용될 수 있다. 추가로, 부극 활물질의 가능한 형상은 형태, 제조 방법 등에 따라 변동된다. 예컨대, 구형 형상(분말), 판형 형상, 바늘형 형상, 원주형 형상 또는 경사형 형상이 사용될 수 있다. 형상은 이들에 제한되지 않고, 임의의 형상이 문제없이 사용될 수 있다. 그러나, 충전/방전 특성 등의 전지 특성을 개선할 수 있는 최적 형상을 적절하게 선택하는 것이 양호하다.
요구되면, 활물질층이 다른 재료를 함유할 수 있다. 예컨대, 도전성 보조제, 결합제 등이 첨가될 수 있다. 이온 도전성 중합체가 포함될 때에, 중합 개시제가 또한 중합체를 위한 중합을 위해 포함될 수 있다.
도전성 보조제는 활물질층의 도전성을 개선하도록 첨가되는 첨가제이다. 도전성 보조제의 예는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸블랙, 그래파이트 등의 탄소 분말; 진공-성장 탄소 섬유[일본 도쿄의 쇼 덴꼬 KK(Show Denko KK)로부터의 등록 상표 VGCF] 등의 다양한 탄소 섬유; 팽창 그래파이트를 포함한다. 도전성 보조제는 이들 재료에 제한되지 않는다.
결합제의 예는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리이미드(PI), PTFE, SBR, 합성 고무 결합제 등을 포함한다. 결합제는 이러한 재료들에 한정되지 않는다. 결합제가 겔 전해질로서 사용되는 매트릭스 중합체와 동일할 때에, 결합제가 요구되지 않는다.
활물질층 내에 함유된 성분의 혼합 비율은 특정하게 제한되지 않는다. 혼합 비율은 쌍극형 2차 전지의 당업자에 따라 적절한 것으로서 제어될 수 있다. 또한, 활물질층의 두께는 특정하게 제한되지 않고, 두께는 쌍극형 2차 전지의 당업자에 따라 적절한 것으로서 제어될 수 있다. 예컨대, 이러한 실시예에서의 활물질층의 두께는 바람직하게는 약 10 내지 100 ㎛ 그리고 더 바람직하게는 20 내지 50 ㎛이다. 활물질층의 두께가 약 10 ㎛ 이상일 때에, 요구 전지 용량이 충분히 확보될 수 있다.
집전체(11)의 표면 상에 정극 활물질층(13)[또는 부극 활물질층(15)]을 형성하는 방법은 특정하게 제한되지 않고, 임의의 공지된 방법이 사용될 수 있다. 예컨대, 위에서 설명된 것과 같이, 정극 활물질(또는 부극 활물질), 그리고 요구되면 이온 도전성을 향상시키는 전해질 염, 전자 도전성을 향상시키는 도전성 보조제 그리고 결합제가 정극 활물질 슬러리(또는 부극 활물질 슬러리)를 준비하도록 적절한 용매 내에 분산 또는 용해된다. 슬러리는 집전체(11)에 가해지고, 용매를 제거하도록 건조되고, 집전체(11) 상에 정극 활물질층(13)[또는 부극 활물질층(15)]을 형성하도록 가압된다. 적절한 용매의 예는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 메틸포름아미드, 시클로헥산, 헥산 등을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)가 결합제로서 사용될 때에, NMP가 바람직하게는 용매로서 사용된다.
정극 활물질 슬러리(또는 부극 활물질 슬러리)가 집전체에 가해지고 건조되고 그 다음에 가압될 때에, 결과로서 생성된 정극 활물질층(또는 부극 활물질층)의 다공도는 가압 조건을 제어함으로써 제어될 수 있다.
가압하는 특정 방법 및 상태는 특정하게 제한되지 않고, 가압 후의 정극 활물질 슬러리(부극 활물질 슬러리)의 다공도가 요구 수치이도록 적절하게 제어된다. 가압 모드는 예컨대 열간 가압기(hot pressing machine), 캘린더 롤 가압기(calendar roll pressing machine) 등을 사용할 수 있다. 또한, 가압 조건(온도, 압력 등)은 특정하게 제한되지 않고, 요구 층을 얻도록 쌍극형 2차 전지를 제조하는 당업자에 의해 공지된 기술에 따라 선택될 수 있다.
전해질 층은 전극들 사이에서 리튬 이온을 전달하는 매체이다. 이러한 실시예에서, 전해질 층을 구성하는 전해질은 전해질 용액으로서의 지지 전해질 그리고 매체를 함유하기만 하면 특정하게 제한되지 않는다. 공지된 액체 전해질 및 중합체 겔 전해질이 적절하게 사용될 수 있다.
액체 전해질은 용매 내에 용해된 지지 전해질로서 리튬 염을 함유한다. 용매의 예는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 메틸 프로피오네이트(MP), 메틸 아세테이트(MA), 메틸 포르메이트(MF), 4-메틸디옥솔란(4MeDOL), 디옥솔란(DOL), 2-메틸테트라히드로푸란(2MeTHF), 테트라히드로푸란(THF), 디메톡시에탄(DME), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC), γ-부티롤락톤(GBL) 등을 포함한다. 이들 용매는 단독으로 또는 2개 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
추가로, 지지 전해질(리튬 염)의 예는 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiSbF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF2, LiSCN 등의 무기산 음이온 염; LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiBOB(리튬 비스옥사이드 보레이트), Li(C2F5SO2)2N)에 의해 표현되는 LiBETI[리튬 비스(퍼플루오로에틸렌술포닐)이미드] 등의 유기산 음이온 염을 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 이들 전해질 염은 단독으로 또는 2개 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
반면에, 중합체 겔 전해질은 리튬 이온 도전성을 갖는 매트릭스 중합체 내로 주입되는 액체 전해질로 구성된다. 리튬 이온 도전성을 갖는 매트릭스 중합체의 예는 주쇄(main chain) 또는 측쇄(side chain) 내에 폴리에틸렌 산화물을 갖는 중합체(PEO), 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 헥사플루오로프로필렌의 공중합체(PVDF-HFP), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리(메틸 아크릴레이트)(PMA), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 등을 포함한다. 추가로, 이들 중합체의 혼합물, 개질 생성물, 유도체, 랜덤 공중합체, 교대 공중합체, 그래프트 공중합체, 블록 공중합체 등이 사용될 수 있다. 이들 중합체 중에서, PEO, PPO 및 그 공중합체, PVDF 그리고 PVDF-HFP가 바람직하게 사용된다. 리튬 염 등의 전해질 염은 이들 매트릭스 중합체 내에 충분히 용해될 수 있다. 매트릭스 중합체는 교차-결합 구조를 형성할 때에 우수한 기계 강도를 나타낸다.
이러한 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지는 액체 전해질 또는 중합체 겔 전해질로 구성되는 전해질 층을 포함하고, 그에 따라 세퍼레이터가 바람직하게는 전해질 용액을 지지하도록 전해질 층에 사용된다. 세퍼레이터의 형태는 특정하게 제한되지 않고, 많은 미세 공극을 갖는 다공성 필름, 부직포 또는 그 적층체일 수 있다. 보강 재료 층 그리고 보강 재료 층 내에 충전되는 비닐리덴 플루오라이드 수지 화합물로서 사용되는 폴리올레핀 수지 부직포 또는 폴리올레핀 수지 다공성 필름을 포함하는 복합 수지 필름이 또한 사용될 수 있다.
밀봉 부분(31)을 구성하는 재료로서, 절연 성질, 고체 전해질의 누출에 대한 밀봉 성질, 외부측으로부터의 습기 침투에 대한 밀봉 성질, 전지 동작 온도에서의 내열성 등을 갖기만 하면 임의의 재료가 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 재료의 예는 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리이미드 수지, 고무 등을 포함한다. 이들 수지 중에서, 폴리에틸렌 수지 및 폴리프로필렌 수지가 바람직하게는 내식성, 내약품성, 성형의 용이성(필름 성형 성질), 경제성 등의 관점으로부터 절연 부분(31)의 구성 재료로서 사용되지만 반드시 그럴 필요는 없다.
도 2는 쌍극형 전지의 전형적인 예로서의 적층식 평탄형 또는 적층식 쌍극형 2차 전지(40)의 사시도이다.
도 2에 도시된 것과 같이, 2차 전지(40)는 정극 탭(positive-electrode tab)(48) 및 부극 탭(49)이 전력을 추출하도록 양쪽 측면으로부터 외부로 안내되는 직사각형 평탄형 형상을 갖는다. 발전 요소(전지 요소)(47)가 2차 전지(40)를 형성하도록 전지 외부 재료(42)로써 덮인다. 전지 외부 재료(42)의 주연부는 외부측으로 안내된 정극 탭(48) 및 부극 탭(49)으로써 발전 요소(47)를 밀봉하도록 열-밀봉된다. 발전 요소(47)는 도 1에 도시된 위에서-설명된 쌍극형 2차 전지(10)의 발전 요소(전지 요소)(21)에 대응하고, 정극(정극 활물질층)(13), 전해질 층(17) 및 부극(부극 활물질층)(15)을 각각 포함하는 복수개의 단위 전지(19)의 적층체를 포함한다.
도 2에 도시된 탭(48, 49)의 배열은 특정하게 제한되지 않고, 정극 탭(48) 및 부극 탭(49)은 동일한 측면으로부터 외부로 안내될 수 있거나, 복수개의 부분으로 분할되어 그 각각의 측면으로부터 외부로 안내될 수 있다. 그러므로, 배열은 도 2에 도시된 배열에 제한되지 않는다.
2차 전지(40)는 바람직하게는 전기차, 하이브리드 전기차, 연료-전지 차량, 하이브리드 연료-전지 차량 등을 위한 대용량 전원으로서 즉 높은 체적 에너지 밀도 및 높은 체적 전력 밀도를 가질 것이 요구되는 차량-구동 전원 및 보조 전원으로서 사용될 수 있다.
조전지는 서로에 연결되는 복수개의 쌍극형 전지를 포함한다. 상세하게, 적어도 2개의 쌍극형 전지가 직렬로 또는 병렬로, 또는 직렬 및 병렬 양쪽 모두의 방식으로 배열되어 사용된다. 직렬로 및/또는 병렬로 쌍극형 전지를 배열함으로써, 용량 및 전압이 자유롭게 제어될 수 있다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 조전지의 전형적인 예의 외부도이고, 도 3a는 조전지의 평면도이고, 도 3b는 조전지의 정면도이고, 도 3c는 조전지의 측면도이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 것과 같이, 조전지(300)는 직렬로 및/또는 병렬로 복수개의 쌍극형 전지를 연결함으로써 각각 형성되는 복수개의 분리 가능한 소형 조전지(250)를 포함한다. 복수개의 분리 가능한 소형 조전지(250)는 큰 용량 및 큰 출력을 갖고 높은 체적 에너지 밀도 및 높은 체적 전력 밀도를 가질 것이 요구되는 차량-구동 전원 및 보조 전원에 적절한 조전지(300)를 형성하도록 직렬로 및/또는 병렬로 연결된다. 형성된 분리 가능한 소형 조전지(250)는 버스 바(bus bar) 등의 전기 장치를 사용하여 서로에 연결되고, 연결 지그(connection jig)(310)를 사용하여 적층된다. 각각의 조전지(250)를 형성하도록 연결되는 쌍극형 전지의 개수 그리고 조전지(300)를 형성하도록 적층되는 조전지(250)의 개수는 일반적으로 조전지(300)가 장착되는 차량(전기차)의 전지 용량 및 출력에 따라 결정된다.
도 4는 조전지(300)가 장착되는 차량의 개념도이다. 조전지(300)는 우수한 장기 신뢰성 및 출력 특성 그리고 긴 수명을 가지므로, 긴 EV 주행 거리를 갖는 플러그-인 하이브리드 전기차 그리고 충전당 긴 주행 거리를 갖는 전기차가 형성될 수 있다. 바꿔 말하면, 쌍극형 전지 또는 복수개의 쌍극형 전지를 포함하는 조전지(300)가 예컨대 (여객차, 트럭, 버스 등의 상용차, 경차 등의 4륜차; 자전거 등의 2륜차; 그리고 3륜차를 각각 포함하는) 하이브리드 차량, 연료-전지 차량 및 전기차 등의 자동차에 사용될 때에, 긴 수명 및 높은 신뢰성을 갖는 자동차가 제조될 수 있다. 그러나, 조전지(300)의 적용은 자동차에 제한되지 않고, 이러한 전지는 예컨대 다른 차량, 기차 등의 가동체의 다양한 전원에 적용될 수 있고, 무정전 전원 등을 위한 장착 전원으로서 사용될 수 있다.
조전지(300)가 전기차(400) 등의 차량 상에 장착될 때에, 조전지(300)는 도 4에 도시된 것과 같이 전기차(400)의 차체의 중심 부분 내의 좌석 아래에 장착될 수 있다. 이것은 좌석 아래에 장착함으로써 차량 승객석 내의 넓은 공간 그리고 넓은 트렁크 룸이 형성될 수 있기 때문이다. 조전지(300)가 장착되는 위치는 좌석 아래의 위치에 제한되지 않고, 조전지(300)는 차량의 후방 트렁크 룸 아래에 또는 전방 엔진 룸 내에 장착될 수 있다. 조전지(300)를 사용하는 전기차(400)는 높은 내구성을 갖고, 장기 사용 후에도 충분히 높은 출력을 제공할 수 있다. 나아가, 우수한 주행 성능을 갖는 전기차 및 하이브리드 차량이 제공될 수 있다.
제1 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지는 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명되는 것과 같은 밀봉 부분(31)의 배열을 특징으로 한다. 도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부분(31)의 배열을 도시하는 부분 단면도이고, 도 5b는 본 발명과 무관한 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부분의 배열을 도시하는 부분 단면도이다. 도 5b에서, 도 5a에 도시된 각각의 구성 요소에 대응하는 구성 요소가 도 5a의 도면 부호에 문자 "p"를 부가함으로써 도시되어 있다.
도 5a에 도시된 예에서, 밀봉 부재(31)는 인접한 집전체(11) 사이의 접촉을 방지하도록 집전체(11)의 주연부 내에 바로 인접한 집전체(11) 사이에 배치된다. 정극 활물질층(13)과 대면하도록 각각의 정극 활물질층(13)과 동일한 표면 상에 적층되는 각각의 밀봉 부재(31)의 밀봉 부분은 "밀봉 부분(31a)"으로서 불린다. 추가로, 부극 활물질층(15)과 대면하도록 각각의 부극 활물질층(15)과 동일한 표면 상에 적층되는 각각의 밀봉 부재(31)의 밀봉 부분은 "밀봉 부분(31b)"으로서 불린다. 즉, 각각의 밀봉 부재(31)는 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a) 및 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)을 포함한다. 그러므로, 각각의 전해질 층(17)이 밀봉 부분(31a, 31b) 사이에 개재된다.
제1 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에서, 정극 활물질층(13)의 면적이 부극 활물질층(15)의 면적보다 크고, 그에 따라 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 모서리가 균일하지 않다. 구체적으로, 각각의 정극 활물질층(13)의 외부 모서리는 정극 활물질층(13)에 대향되는 부극 활물질층(15)보다 평면 방향으로(외부측으로, 도 5a의 좌측으로) 중심으로부터 멀리 떨어져 위치되고, 이 때에 각각의 집전체(11)가 적층 방향으로 그 사이에 제공된다. 평면 방향은 이와 같이 쌍극형 전극(23)의 적층 방향에 직각이다. 추가로, 각각의 부극 활물질층(15)의 모서리와 대면하는 밀봉 부분(31b)의 모서리는 부극 활물질층(15)에 대향되는 정극 활물질층(13)의 모서리보다 평면 방향으로(내부측으로, 도 5a의 우측으로) 중심에 더 근접하게 위치되고, 이 때에 각각의 집전체(11)가 적층 방향으로 그 사이에 제공된다.
정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)이 밀봉 부분(31a, 31b)보다 얇으면, 밀봉 부분(31a, 31b)에는 우선 적층 방향으로의 힘이 적용되고, 그에 따라 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 중량 분포가 감소된다. 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)에 낮은 힘이 적용되면, 표면 압력이 또한 감소되고, 그에 의해 정극 및 부극 활물질층(13, 15)과 집전체(11) 사이의 접촉 저항을 증가시킨다. 그러므로, 정극 및 부극 활물질층(13, 15)과 집전체(11) 사이의 접촉 저항을 감소시키기 위해, 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 두께는 밀봉 부분(31a, 31b)의 두께에 비해 증가된다. 특히 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)이 팽창 또는 수축될 때에, 응력이 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 모서리에서 집전체(11) 내에서 용이하게 발생된다.
그러나, 제1 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에서, 예컨대, 정극 활물질층(13)이 팽창될 때에도, 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)이 정극 활물질층(13)에 대향으로 존재하고 집전체(11)가 정극 활물질층(13)의 모서리의 연장부를 따라 그 사이에 형성되기 때문에, 응력이 집전체(11)의 변위를 제한함으로써 완화될 수 있다. 추가로, 부극 활물질층(15)이 팽창될 때에, 정극 활물질층(13)이 부극 활물질층(15)에 대향으로 존재하고 각각의 집전체(11)가 부극 활물질층(15)의 모서리의 연장부를 따라 그 사이에 형성되기 때문에, 응력이 집전체(11)의 변위를 제한함으로써 완화될 수 있다.
반면에, 도 5b에 도시된 것과 같은 쌍극형 2차 전지에서, 정극 활물질층(13p) 및 부극 활물질층(15p)의 모서리는 균일하다. 이러한 경우에, 응력이 전극의 열 팽창 또는 열 수축으로 인해 전극의 모서리에서 집전체(11p) 내에서 일어나고, 전지의 내구성을 감소시킬 수 있다. 추가로, 쌍극형 2차 전지가 정극 활물질층(13p) 및 부극 활물질층(15p)이 균일하지 않은 구조를 가질 때에도, 그 모서리들 중 외부 모서리가 빈 공간에 대향되고, 이 때에 집전체(11p)가 외부 모서리의 연장부 상에서 그 사이에 있다. 그러므로, 전극이 팽창 또는 수축될 때에, 집전체(11p)의 변위가 제한되지 않고, 그에 따라 전지의 내구성이 감소될 수 있다.
예
본 발명의 동작 및 장점이 아래의 예를 참조하여 설명된다. 그러나, 본 발명의 기술적 범주는 이들 예에 제한되지 않는다.
우선, 정극 활물질로서의 LiMn2O4, 도전성 보조제로서의 아세틸렌 블랙(AB), 결합제로서의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 그리고 점도 조정 용매로서의 N-메틸피롤리돈(NMP)이 정극 활물질 슬러리를 준비하도록 혼합된다. 성분의 혼합 비율은 LiMn2O4:AB:PVDF=85:5:10(질량 비율)이다.
추가로, 부극 활물질로서의 경질 탄소, 도전성 보조제로서의 아세틸렌 블랙(AB), 결합제로서의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 그리고 점도 조정 용매로서의 N-메틸피롤리돈(NMP)이 부극 활물질 슬러리를 준비하도록 혼합된다. 성분의 혼합 비율은 경질 탄소:AB:PVDF=85:5:10(질량 비율)이다.
집전체가 기판으로서의 폴리에틸렌, 폴리이미드 등의 수지 재료 그리고 아세틸렌 블랙 등의 도전성 보조제를 혼합하고 그 다음에 박막을 형성하도록 결과로서 생성된 혼합물을 압출-성형함으로써 형성된다.
준비된 정극 활물질 슬러리가 집전체(11)의 표면들 중 하나에 가해지고, 그 다음에 정극 활물질층(13)을 형성하도록 건조된다. 추가로, 부극 활물질 슬러리가 집전체의 다른 표면에 가해지고, 그 다음에 부극 활물질층(15)을 형성하도록 건조된다. 결과적으로, 집전체(11)의 표면들 중 하나 상에 형성된 정극 활물질층(13) 그리고 집전체(11)의 다른 표면 상에 형성된 부극 활물질층(15)을 포함하는 쌍극형 전극(23)이 형성된다.
결과로서 형성된 쌍극형 전극(23), 밀봉 부재(31) 및 세퍼레이터가 도 5a에 도시된 것과 같이 적층되고, 집전체(11), 밀봉 부재(31) 및 세퍼레이터가 수직 방향으로 주연부의 3개의 측면을 (0.2 ㎫, 200℃, 5초의 조건 하에서) 가압함으로써 열-밀봉된다. 밀봉 부재(31)에 대해, 폴리에틸렌 열가소성 수지가 사용된다.
용액이 1:1(체적 비율)로 프로필렌 카보네이트(PC) 및 에틸렌 카보네이트(EC)를 함유하는 혼합 용매 내에 1.0 M의 농도로 리튬 염으로서의 LiPF6을 용해함으로써 전해질 용액으로서 준비된다. 그 다음에, 전해질 용액이 쌍극형 전극(23) 사이에 배치된 세퍼레이터에 의해 지지되어 전해질 층을 형성하도록 쌍극형 2차 전지 구조의 남아 있는 밀봉되지 않은 측면으로부터 주입된다. 남아 있는 밀봉되지 않은 측면은 위에서 설명된 것과 동일한 조건 하에서 가압함으로써 밀봉된다.
쌍극형 전지 요소의 돌출 표면을 덮을 수 있고 전지의 돌출 표면으로부터 외향으로 돌출되는 부분을 갖는 알루미늄 판을 포함하는 강력한 전기 단자가 형성된다. 쌍극형 전지 요소는 강력한 전기 단자들 사이에 개재되고, 이들 부재는 알루미늄 적층 필름으로써 덮이고, 진공-밀봉된다. 쌍극형 전지 요소의 전체가 강력한 전기 단자와 전지 요소 사이의 개선된 접촉을 갖는 겔 전해질-형태의 쌍극형 2차 전지를 완성하도록 그 양쪽 측면으로부터 대기압에서 가압함으로써 가압된다.
위에서-설명된 방법에 의해 형성된 쌍극형 2차 전지는 25℃의 분위기 내에서 정전류 방법(CC, 전류: 0.5 C)에 의해 4.2 V까지 충전된다. 10분 동안의 정지 후에, 방전이 정전류 방법(CC, 전류: 0.5 C)에 의해 2.5 V까지 수행되고, 그 다음에 10분 동안 정지된다. 이러한 충전/방전 과정은 1회 사이클로서 간주되고, 충전/방전 시험이 50회 사이클만큼 수행된다. 도 5a에 도시된 제1 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에서, 집전체 내에서 발생되는 응력이 위에서 설명된 것과 같이 완화될 수 있다. 그러므로, 전지 전압이 50회 사이클의 충전 및 방전 후에도 유지되고, 양호한 사이클 성질이 나타난다.
위에서 설명된 것과 같이, 제1 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지는 쌍극형 전극(23) 및 전해질 층(17)을 적층함으로써 형성된 발전 요소(21)를 포함하고, 각각의 쌍극형 전극(23)은 집전체(11)의 표면들 중 하나 상에 형성된 정극 활물질층(13) 그리고 집전체(11)의 다른 표면 상에 형성된 부극 활물질층(15)을 포함한다. 쌍극형 전극(23) 및 전해질 층(17)의 주연 부분은 밀봉 부재(31)를 통해 함께 결합된다.
이러한 쌍극형 2차 전지에서, 각각의 집전체(11)의 양쪽 표면 상의 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 모서리는 서로로부터 오프셋된다. 서로로부터 오프셋되는 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 모서리들 중에서, 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)이 각각의 정극 활물질층(13)의 외부 모서리 내부측에 위치된다. 이러한 구성에서, 정극 활물질층(13) 및/또는 부극 활물질층(15)이 팽창 또는 수축될 때에도, 밀봉 부분(31b)이 각각의 정극 활물질층(13)에 대향으로 존재하고 이 때에 집전체(11)가 그 사이에 형성되기 때문에, 응력이 집전체(11)의 변위를 제한함으로써 완화될 수 있다.
제2 실시예
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재(31)의 배열을 도시하는 부분 단면도이다. 이러한 실시예에서, 부극 활물질층(15)의 면적은 정극 활물질층(13)의 면적보다 크고, 각각의 부극 활물질층(15)의 모서리는 인접한 집전체(11)의 대향측 상에서 정극 활물질층(13)의 모서리보다 외부측에 위치된다. 추가로, 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 내부 모서리는 적층 방향으로 인접한 집전체(11)의 대향측 상에서 부극 활물질층(15)의 모서리 내부측에 위치된다.
전지의 충전/방전 중에, 부극의 팽창 및 수축이 정극의 팽창 및 수축보다 큰 경향이 있다. 제2 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에서, 밀봉 부분(31a)이 부극 활물질층(13)의 각각의 외부 모서리에 대향으로 존재하고, 이 때에 집전체(11)가 인접한 밀봉 부분(31a)과 외부 모서리 사이에 제공된다. 이와 같이, 응력이 일반적으로 정극 활물질층(13)보다 많이 팽창 및 수축되는 부극 활물질층(15)의 모서리에서의 집전체(11)의 변위를 제한함으로써 완화될 수 있다. 정극 활물질층(13)이 팽창될 때에도, 부극 활물질층(15)이 각각의 집전체(11)의 양쪽 측면 상에 존재하고, 그에 따라 응력이 집전체(11)의 변위를 제한함으로써 완화될 수 있다.
위에서 설명된 50회-사이클 충전/방전 시험이 제2 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에 대해 수행된다. 전지 전압이 50회 사이클의 충전 및 방전 후에도 유지되고, 양호한 사이클 특성이 나타난다.
제3 실시예
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재(31)의 배열을 도시하는 부분 단면도이다. 제2 실시예에서와 같이, 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 모서리는 정극 활물질층(13)에 대향되는 부극 활물질층(15)의 모서리 내부측에 위치되고, 이 때에 집전체(11)가 적층 방향으로 정극 및 부극 활물질층(13, 15) 사이에 제공된다. 그러므로, 일반적으로 정극 활물질층(13)보다 많이 팽창 및 수축되는 부극 활물질층(15)의 모서리에서의 집전체(11)의 변위가 제한될 수 있다.
추가로, 도 7에 도시된 것과 같이, 밀봉 부분(31a, 31b)의 내부 부분의 두께는 외부 부분 상에서의 두께보다 작다. 즉, 두께는 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)에 근접한 측면 상에서 더 작다. 구체적으로, 밀봉 부분(31a, 31b)의 두께는 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)에 접근함에 따라 감소된다. 그러므로, 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)이 팽창 또는 수축될 때에, 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 팽창 또는 수축이 밀봉 부분(31a, 31b)의 더 얇은 영역 내에서 흡수되고, 그에 따라 집전체(11) 내에서의 응력 집중이 완화될 수 있다. 밀봉 부분(31a, 31b)은 도 7에서 대체로 테이퍼형의 형상을 갖지만 밀봉 부분이 감소되지만 그 길이의 일부에 대해 일정한 두께를 갖는 것이 또한 가능하다는 것이 주목되어야 한다.
위에서 설명된 50회-사이클 충전/방전 시험이 제3 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에 대해 수행된다. 결과적으로, 전지 전압이 50회 사이클의 충전 및 방전 후에도 유지되고, 양호한 사이클 특성이 나타난다.
추가로, 이러한 구성은 정극 활물질층(13)의 면적이 부극 활물질층(15)의 면적보다 크고 각각의 정극 활물질층(13)의 모서리가 적층 방향으로 인접한 집전체(11)의 대향 측면 상에서 각각의 부극 활물질층(15)의 모서리 외부측에 위치되는 구조에 적용될 수 있다. 바꿔 말하면, 밀봉 부분(31a, 31b)의 내부 부분의 두께가 외부 부분 상에서의 두께보다 작은 구성 즉 두께가 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)에 근접한 측면 상에서 작은 구성이 사용될 수 있다.
제4 실시예
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재(31)의 배열을 도시하는 부분 단면도이다. 제2 실시예에서와 같이, 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 모서리는 적층 방향으로 정극 활물질층(13)으로부터 각각의 집전체(11)의 양쪽 측면 상에 있는 부극 활물질층(15)의 모서리 내부측에 위치된다. 그러므로, 일반적으로 정극 활물질층(13)보다 많이 팽창 및 수축되는 부극 활물질층(15)의 모서리에서의 집전체(11)의 변위가 제한될 수 있다.
추가로, 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15) 중 하나 또는 양쪽 모두의 외부 부분의 두께는 내부 부분의 두께보다 작을 수 있다. 즉, 두께는 밀봉 부분(31a, 31b)에 근접한 측면 상에서 더 작다. 도 8에 예로서 도시된 것과 같이, 부극 활물질층(15)의 두께는 밀봉 부분(31b)에 접근함에 따라 감소된다. 그러므로, 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)이 팽창 또는 수축될 때에, 전극의 모서리에서의 집전체(11) 내에서의 응력 집중이 완화될 수 있다.
위에서 설명된 50회-사이클 충전/방전 시험이 제4 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에 대해 수행된다. 전지 전압이 50회 사이클의 충전 및 방전 후에도 유지되고, 양호한 사이클 특성이 나타난다.
추가로, 이러한 구성은 정극 활물질층(13)의 면적이 부극 활물질층(15)의 면적보다 크고 각각의 정극 활물질층(13)의 모서리가 적층 방향으로 인접한 집전체(11)의 대향 측면 상에서 각각의 부극 활물질층(15)의 모서리 외부측에 위치되는 구조에 적용될 수 있다. 바꿔 말하면, 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 외부 부분의 두께가 내부 부분의 두께보다 작은 구성 즉 두께가 밀봉 부분(31a, 31b)에 근접한 측면 상에서 더 작은 구성이 사용될 수 있다. 또한, 밀봉 부분(31a, 31b)의 내부 부분의 두께가 외부 부분의 두께보다 작다는 제3 실시예의 특징은 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 외부 부분의 두께가 내부 부분보다 작다는 제4 실시예의 특징과 조합될 수 있다.
제5 실시예
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부재(31)의 배열을 도시하는 부분 단면도이다. 제2 실시예에서와 같이, 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 모서리는 정극 활물질층(13)에 대향되고 이 때에 집전체(11)가 적층 방향으로 인접한 층(13, 15) 사이에 제공되는 부극 활물질층(15)의 모서리 내부측에 위치된다. 그러므로, 일반적으로 정극 활물질층(13)보다 많이 팽창 및 수축되는 부극 활물질층(15)의 모서리에서의 집전체(11)의 변위가 제한될 수 있다.
추가로, 도 9에 도시된 것과 같이, 밀봉 부분(31a, 31b)은 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)과 정극 활물질층(13) 사이의 그리고 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)과 부극 활물질층(15) 사이의 공간을 없애도록 배열된다. 공간이 밀봉 부분(31a, 31b)과 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15) 사이에 존재할 때에, 집전체(11)의 변형이 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 팽창 또는 수축 중에 공간 내에서 일어날 수 있다. 그러나, 밀봉 부분(31a, 31b)이 공간을 없애도록 배열될 때에, 집전체(11) 내에서 발생되는 응력이 집전체(11)의 변위의 제한에 의해 완화될 수 있다.
위에서 설명된 50회-사이클 충전/방전 시험이 제5 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에 대해 수행된다. 전지 전압이 50회 사이클의 충전 및 방전 후에도 유지되고, 양호한 사이클 특성이 나타난다.
추가로, 이러한 구성은 정극 활물질층(13)의 면적이 부극 활물질층(15)의 면적보다 크고 각각의 정극 활물질층(13)의 모서리가 적층 방향으로 인접한 집전체(11)의 대향 측면 상에서 각각의 부극 활물질층(15)의 모서리 외부측에 위치되는 구조에 적용될 수 있다. 바꿔 말하면, 밀봉 부분(31a, 31b)이 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)과 정극 활물질층(13) 사이의 그리고 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)과 부극 활물질층(15) 사이의 공간을 없애도록 배열되는 구성이 사용될 수 있다. 추가로, 제3 실시예 및/또는 제4 실시예의 특징이 조합될 수 있다.
제6 실시예
도 10은 적층 방향으로 위로부터 관찰될 때의 제6 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지의 밀봉 부분(31)의 배열을 도시하는 평면도이다. 제2 내지 제5 실시예에서와 같이, 부극 활물질층(15)의 면적은 정극 활물질층(13)의 면적보다 크다. 이러한 경우에, 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)의 모서리(101)가 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 모서리(102) 외부측에 위치된다.
제6 실시예에서, 도 10에 도시된 것과 같이, 밀봉 부분(31a)의 모서리(102)는 선형(즉, 직선형)이 아니라 파동형(즉, 곡선형)이다. 위에서 설명된 것과 같이, 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)의 모서리(101)는 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 모서리(102) 외부측에 위치되어야 한다. 그러나, 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)의 모서리(101) 그리고 정극 활물질층 대면 부분(31a)의 모서리(102)가 설계의 치수 오차 등으로 인해 동일한 위치에 있을 때에도, 이들 모서리가 선형으로 배열되는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 전극(23)의 모서리에서의 집전체(11) 내에서의 응력 집중이 완화될 수 있다.
위에서 설명된 50회-사이클 충전/방전 시험이 제6 실시예에 따른 쌍극형 2차 전지에 대해 수행된다. 전지 전압이 50회 사이클의 충전 및 방전 후에도 유지되고, 양호한 사이클 특성이 나타난다.
밀봉 부분(31a)의 모서리(102)에 대향되는 정극 활물질층(13)의 모서리가 또한 곡선형일 수 있거나, 단지 정극 활물질층(13)의 모서리가 곡선형이고 한편 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 모서리(102)가 직선형일 수 있다.
도 10에서 정극 활물질층 대면 밀봉 부분(31a)의 모서리(102)가 곡선형이지만, 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)의 모서리(101)가 그 대신에 곡선형일 수 있다. 이러한 경우에, 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)의 모서리(101)에 대향되는 부극 활물질층(15)의 모서리가 또한 곡선형일 수 있거나, 단지 부극 활물질층(15)의 모서리가 곡면형이고 한편 부극 활물질층 대면 밀봉 부분(31b)의 모서리(101)가 직선형일 수 있다.
추가로, 이러한 구성은 정극 활물질층(13)의 면적이 부극 활물질층(15)의 면적보다 크고 각각의 정극 활물질층(13)의 모서리가 적층 방향으로 인접한 집전체(11)의 대향 측면 상에서 각각의 부극 활물질층(15)의 모서리 외부측에 위치되는 구조에 적용될 수 있다. 추가로, 제3 실시예 내지 제5 실시예의 특징들 중 적어도 하나가 조합될 수 있다.
본 발명은 위에서-설명된 실시예에 제한되지 않고, 다양한 변형 및 응용이 본 발명의 범주 내에서 수행될 수 있다. 예컨대, 모서리의 형상은 제6 실시예에서 모서리의 선형 배열을 방지하도록 곡선형이지만, 모서리의 형상은 곡선형 형상에 제한되지 않고, 선형 형상 이외의 임의의 형상이 사용될 수 있다.
도전성을 갖는 수지 층을 포함하는 집전체 구조가 각각의 실시예에서 설명되었지만, 수지 층 없이 금속 층을 포함하는 구조가 사용될 수 있다. 그러나, 수지 층을 포함하는 집전체가 금속 층을 포함하는 집전체에 비해 정극 활물질층(13) 및 부극 활물질층(15)의 팽창 및 수축에 의해 더 뚜렷하게 영향을 받는다. 결과적으로, 본 발명의 장점은 수지 층을 포함하는 집전체(11)를 사용할 때에 더 뚜렷하게 나타난다.
이해될 수 있는 것과 같이, 위에서-설명된 실시예는 본 발명의 용이한 이해를 가능케 하도록 설명되었고, 본 발명을 제한하지 않는다. 그와는 반대로, 본 발명은 그 범주가 법 하에서 허용되는 것과 같은 모든 이러한 변형 및 등가 구조를 포함하도록 가장 넓은 해석과 일치되는 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 포함되는 다양한 변형 및 등가 배열을 포함하도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 적층 방향으로 적층되는 복수개의 쌍극형 전극으로서, 각각의 쌍극형 전극은 집전체를 포함하고, 이 때에 제1 활물질층이 집전체의 제1 표면 상에 형성되고, 제1 활물질층은 외부 모서리를 갖고, 제2 활물질층이 제1 표면에 대향되는 집전체의 제2 표면 상에 형성되고, 제2 활물질층은 외부 모서리를 갖는, 복수개의 쌍극형 전극과;
    복수개의 쌍극형 전극 중 바로-인접한 쌍의 쌍극형 전극의 제1 활물질층과 제2 활물질층 사이에 배치되는 전해질 층과;
    전해질 층의 전해질 용액의 누출을 방지하도록 바로-인접한 쌍의 쌍극형 전극의 집전체들 사이에 그리고 그 외주연부 주위에 배치되는 밀봉 부재
    를 포함하고,
    제1 활물질층의 외부 모서리는 제2 활물질층의 외부 모서리보다 평면 방향으로 전지의 중심으로부터 멀리 떨어져 위치되고, 평면 방향은 복수개의 쌍극형 전극의 적층 방향에 직각이고;
    각각의 밀봉 부재는 적층 방향으로 제1 활물질층의 외부 모서리와 중첩되는 모서리 부분을 갖고, 이 때에 집전체가 그 사이에 제공되는,
    쌍극형 2차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 제1 활물질층은 부극 활물질층인 쌍극형 2차 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 밀봉 부재는 제1 활물질층 대면 부분 및 제2 활물질층 대면 부분을 갖고, 각각의 전해질 층은 각각의 제1 활물질층 대면 부분 및 제2 활물질층 대면 부분의 일부들 사이에 위치되는, 쌍극형 2차 전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 밀봉 부분의 두께는 평면 방향으로 전지의 중심에 접근함에 따라 감소되는 쌍극형 2차 전지.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 쌍극형 전극의 제1 활물질층 및 제2 활물질층 중 적어도 하나의 두께는 평면 방향으로 전지 외부측으로 접근함에 따라 감소되는 쌍극형 2차 전지.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 밀봉 부재는 제1 활물질층의 외부 모서리 그리고 평면 방향으로 밀봉 부재에 대향되는 제2 활물질층의 외부 모서리와 접촉되도록 배치되는 쌍극형 2차 전지.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 밀봉 부재는 제1 활물질층과 대면하는 제1 내부 모서리 그리고 제2 활물질층과 대면하는 제2 내부 모서리를 갖고; 제1 내부 모서리 및/또는 제2 내부 모서리는 비선형 형상을 갖는, 쌍극형 2차 전지.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 활물질층의 외부 모서리 및/또는 제2 활물질층의 외부 모서리는 비선형 형상을 갖는 쌍극형 2차 전지.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 복수개의 쌍극형 2차 전지를 포함하고, 쌍극형 2차 전지는 서로에 전기적으로 연결되는, 조전지.
  10. 모터 구동 전원으로서 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 쌍극형 2차 전지 또는 제9항의 조전지를 포함하는 차량.
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