KR20130057943A - 전기 화학 디바이스 - Google Patents

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KR20130057943A
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고오따 나까이
이꾸마 마쯔자끼
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 각 탭 부근으로의 전류 집중에 의해 온도 구배를 갖는 전지라도, 전기 화학 디바이스의 수명, 신뢰성의 저하를 억제할 수 있는 전지를 제공하는 것이다.
전극간의 이온의 이동 매체로서의 기능을 갖는 전해질층(12)과, 이 전해질층(12)의 양측에 설치되는 부극(4) 및 정극(8)을 갖고, 전자와 이온이 2개의 전극(4, 8)간을 이동하여 전기 화학 반응을 행하는 편평 형상의 발전 요소(2)를 구비하는 전기 화학 디바이스(1)에 있어서, 발전 요소(2)의 면내 온도가 균일해지도록 발전 요소(2)의 면내에서의 전기 화학 반응의 활성도를 다르게 한다.

Description

전기 화학 디바이스{ELECTROCHEMICAL DEVICE}
본 발명은 리튬 이온 2차 전지 등의 전기 화학 디바이스에 관한 것이다.
대략 편평 형상의 발전 요소를 전지 외장체로 피복하고, 당해 전지 외장체의 주연부를 열융착에 의해 접합한 전지를 단위로 하여 적층하는 것이 있다(특허문헌 1 참조). 이것에서는, 전지의 중앙부에 열전도성을 갖는 제1 점착재를, 전지의 주연부에 접착 강도가 있는 제2 점착재를 도포하여 2개의 전지를 접합함으로써 적층하고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2009-272048호 공보
그런데 상기한 전지에서는, 발전 요소로의 충전 또는 방전 중 적어도 한쪽을 행하게 하기 위한 2개의 탭을 발전 요소의 주연부에 구비하고 있다. 본 발명자를 포함하는 그룹이 실험한 바로는, 이 2개의 탭 부근으로의 전류 집중에 의해 2개의 각 탭 근방의 온도가 각 탭으로부터 이격된 부위보다 상승하는 경향을 갖는 것을 처음으로 발견하였다.
이와 같이, 발전 요소의 면내 방향으로 불균일한 온도 구배가 발생함으로써, 발전 요소의 면내 방향으로 열화 진행도의 차이가 생기는 결과, 전지 전체의 수명, 신뢰성이 저하되는 등의 문제가 발생한다.
그러나 각 탭 부근으로의 전류 집중에 의해 각 탭 근방의 온도가 각 탭으로부터 이격된 부위보다 상승하는 경향을 갖는 전지에 대하여, 상기 특허문헌 1의 기술을 적용해도, 발전 요소 면내 방향의 불균일한 온도 구배를 해소할 수는 없다. 상기 특허문헌 1은, 전체적으로 대략 편평 형상의 전지로부터의 방열은 주연부보다 중앙부 쪽이 높다고 간주하고 있는 기술에 지나지 않고, 발전 요소 면내 방향의 불균일한 실제의 온도 구배에 대응하는 것이 아니기 때문이다.
따라서 본 발명은, 각 탭 부근으로의 전류 집중에 의해 각 탭 근방의 온도가 각 탭으로부터 이격된 부위보다 상승하는 온도 구배를 갖는 전지라도, 전기 화학 디바이스의 수명, 신뢰성의 저하를 억제할 수 있는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전기 화학 디바이스는, 전극간의 이온의 이동 매체로서의 기능을 갖는 전해질층과, 이 전해질층의 양측에 설치되는 부극 및 정극을 갖고, 전자와 이온이 상기 2개의 전극간을 이동하여 전기 화학 반응을 행하는 편평 형상의 발전 요소를 구비하는 전기 화학 디바이스를 전제로 하고 있다. 그리고 상기 발전 요소의 면내 방향의 온도가 균일해지도록 발전 요소의 면내 방향에서의 전기 화학 반응의 활성도를 다르게 한다.
발전 요소의 면내 방향에서의 전기 화학 반응의 활성도를 다르게 하면, 발전 요소의 면내 방향에서의 충방전 반응열이 변화된다. 즉, 발전 요소의 면내 방향에서의 전기 화학 반응열과 면내 방향의 줄 발열의 합계가 동일한 온도로 되도록, 발전 요소의 면내 방향에서의 전기 화학 반응의 활성도를 다르게 함으로써, 발전 요소의 면내 방향의 온도를 균일화할 수 있다. 발전 요소의 면내 방향의 온도를 균일화하는 것이 가능해지면, 전기 화학 디바이스의 수명, 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 리튬 이온 2차 전지의 개략 사시도.
도 2는 발전 요소의 분해 사시도.
도 3은 현상의 전지의 방전 시의 라미네이트 필름의 표면 온도 구배를 나타내는 모델도.
도 4는 참고예의 단전지층의 단면도.
도 5는 제1 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 6은 면내 방향의 온도 구배의 특성도.
도 7은 제2 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 8은 제2 실시 형태의 다른 예의 세퍼레이터의 개략 사시도.
도 9는 제3 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 10은 제3 실시 형태의 다른 예의 정극 활물질층의 개략 사시도.
도 11은 제4 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 12는 제5 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 13은 제5 실시 형태의 다른 예의 이온 블록층의 개략 사시도.
도 14는 제6 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 15는 제6 실시 형태의 다른 예의 고체 전해질층의 개략 사시도.
도 16은 제7 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 17은 제8 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 18은 제9 실시 형태의 단전지층의 단면도.
도 19는 제10 실시 형태의 면내 방향의 온도 구배의 특성도.
도 20은 제10 실시 형태의 세퍼레이터의 개략 사시도.
이하, 도면 등을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 도면의 치수 비율은, 설명의 사정상 과장하고 있는 개소가 있고, 그 개소에 있어서는 실제의 비율과 다르다.
(제1 실시 형태)
본 실시 형태의 리튬 이온 2차 전지(1)에 대해 먼저 개략적으로 설명한다. 도 1은 리튬 이온 2차 전지(1)의 개략 사시도, 도 2는 발전 요소(2)의 분해 사시도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 2차 전지(1)는, 실제로 충방전 반응이 진행되는 대략 사각 편평 형상의 발전 요소(2)가, 전지 외장재인 라미네이트 필름(14)의 내부에 밀봉된 구조를 갖는다. 상세하게는, 고분자―금속 복합 라미네이트 필름을 전지 외장재로서 사용하여, 그 주변부(주연부)(14a, 14b, 14c, 14d)를 열융착으로 접합함으로써, 발전 요소(2)를 수납하고 밀봉한 구성을 갖고 있다. 여기서 고분자―금속 복합 라미네이트 필름으로서는, 금속 필름을 고분자 필름(수지 필름)으로 샌드위치한 3층 구조의 것이 일반적이다.
이러한 적층형의 전지(1)는, 캔형 전지와 구분하기 위해 「라미네이트형 전지」라 한다. 캔형 전지는, 단단한 원통 형상의 금속제 외측 프레임 안에 2개의 각 전극이 말려 들어가 수납되어 있는 것이다. 한편, 라미네이트형 전지라 함은, 대략 사각 편평 형상의 발전 요소(2)의 주변부(주연부)를 열융착으로 접합함으로써, 발전 요소를 밀봉한 것을 말한다. 이하에서는, 리튬 이온 2차 전지(1)를, 「라미네이트형 전지」라 한다. 혹은 단순히 「전지」라고도 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 발전 요소(2)는, 부극(4), 세퍼레이터(12), 정극(8)을 이 순서대로 적층한 구성을 갖고 있다. 여기서, 부극(4)은 사각 박판 형상의 부극 집전체(5)의 양면에 부극 활물질층(6, 6)을 배치한 것이다. 마찬가지로 정극(8)은 사각 박판 형상의 정극 집전체(9)의 양면에 정극 활물질층(10, 10)을 배치한 것이다. 세퍼레이터(12)는 주로 다공질의 열가소성 수지로 형성되어 있다. 세퍼레이터(12)가 전해액을 지지함으로써, 세퍼레이터(12)와 일체로 전해질층이 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 2개의 전극간의 Li 이온의 이동 매체로서의 기능을 갖는 전해질층이, 액체 전해질과 수지를 포함하는 미다공막의 세퍼레이터(12)로 구성되어 있다.
이에 의해, 인접하는 부극(4), 세퍼레이터(12)(전해액을 포함함) 및 정극(8)은, 하나의 단전지층(13)(단전지)을 구성한다. 단전지층(13)에서는, 전자와 이온이 2개의 전극간을 이동하여 전지의 충방전 반응(전기 화학 반응)을 행한다. 따라서, 본 실시 형태의 라미네이트형 전지(1)는, 단전지층(13)을 적층함으로써, 전기적으로 병렬 접속된 구성을 갖는다고도 할 수 있다. 또한, 단전지층(13)의 외주에는, 인접하는 부극 집전체(5)와 정극 집전체(9) 사이를 절연하기 위한 시일부(절연층)를 형성해도 된다. 발전 요소(2)의 양 최외층에 위치하는 최외층 부극 집전체(5)에는, 모두 편면에[도 2에서 최상단의 부극 집전체(5)에는 하면에, 최하단의 부극 집전체(5)에는 상면에]만 부극 활물질층(6)을 배치하고 있다. 또한, 도 2와는 부극 및 정극의 배치를 반대로 함으로써, 발전 요소(2)의 양 최외층에 최외층 정극 집전체가 위치하도록 하고, 상기 최외층 정극 집전체의 편측에만 정극 활물질층을 배치하도록 해도 된다.
부극 집전체(5) 및 정극 집전체(9)에는, 각 전극(부극 및 정극)으로부터 출입하는 전자를 외부로 취출하는 부극 탭(15) 및 정극 탭(16)의 2개의 강전 탭을 장착하고, 라미네이트 필름(14)의 주연부에 끼워지도록 라미네이트 필름(14)의 외부로 도출시키고 있다. 발전 요소(2)는 전체적으로 4변을 갖는 사각 편평 형상으로 형성되어 있으므로, 4변 중 1변으로부터만 2개의 강전 탭(15, 16)을 정리해서 외부로 도출시키고 있다(도 1 참조). 강전 탭(15, 16)에는, 필요에 따라 정극 단자 리드(도시하지 않음) 및 부극 단자 리드(도시하지 않음)를 통해, 각 전극의 부극 집전체(5) 및 정극 집전체(9)에 초음파 용접이나 저항 용접에 의해 장착해도 된다. 또한, 도 2에 있어서 각 부극 탭(15)끼리를, 또한 각 정극 탭(16)끼리를 전기적으로 접속하는 것은 물론이다.
전지(1)의 면내 방향의 온도 구배를 조사하기 위해, 본 발명자를 포함하는 그룹이 전지(1)를 제작하고, 충방전에 의한 라미네이트 필름 표면 온도를 계측한 바, 도 3에 나타내는 결과를 얻었다. 도 3은 본 발명자를 포함하는 그룹이 처음으로 발견한 방전 시의 라미네이트 필름의 표면 온도 구배를 모델로 나타낸 것이다. 도 3에 있어서 색이 짙은 부분일수록 발열에 의한 라미네이트 필름 표면 온도가 높은 것을 나타내고 있다. 도 3에 따르면, 2개의 각 강전 탭(15, 16)이 있는 부근에서 가장 발열 온도가 높고, 2개의 각 강전 탭(15, 16)으로부터 이격될수록(도 3에서는 하방을 향할수록) 발열 온도가 낮게 되어 있다. 또한, 도 3에 있어서 정극 탭(16)측의 우측 절반의 영역 쪽이 부극 탭(15)측의 좌측 절반의 영역보다도 온도 상승하고 있는 부분이 넓게 되어 있다.
이 현상을 해석한 바는 다음과 같다. 즉, 전지(1)에는 발열을 수반한다. 이 발열은 크게 구별하면, 충방전 반응열(전기 화학적인 반응열), 분극 발열, 전자가 부재 내를 확산할 때에 발생하는 줄 발열로 나누어진다. 전자를 출입시키기 위한 2개의 강전 탭(15, 16)을 구비하는 전지(1)에 있어서는, 그 구조상, 각 강전 탭(15, 16)의 부근에 전류(전자)가 집중하여, 국소적으로 줄 발열에 의한 온도 상승이 발생한다고 생각된다.
이와 같이 발전 요소(2)의 면내에서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 온도 상승하는, 즉 발전 요소(2)의 면내 방향으로 불균일한 온도 구배(온도 분포)가 발생한 것에서는, 상대적으로 고온의 부분인 각 강전 탭(15, 16)의 부근부터 먼저 열화되어 버리게 된다. 발전 요소(2)의 면내 방향으로 열화 진행도의 차이가 생기는 결과, 전지(1) 전체의 수명, 신뢰성이 저하되는 등의 문제가 발생하는 것이다. 여기서, 「발전 요소의 면」이라 함은 발전 요소를 1매의 평평한 종이로 간주하였을 때, 이 평평한 종이의 상하의 면을 말한다. 또한, 「발전 요소의 면내 방향」이라 함은, 발전 요소를 1매의 평평한 종이로 간주하였을 때, 이 평평한 종이의 면을 따르는 임의의 방향을 말한다. 또한, 「발전 요소의 면내 방향」에 대해서는, 단순히 「면내 방향」으로도 사용한다.
더욱 설명하면, 정극 활물질에는, Li·Mn계 복합 산화물, Li·Mn계 복합 산화물, Li·Co계 복합 산화물 등이 있고, 최근에는 이들 3종의 복합 산화물을 혼합시킨 형태로 사용하는 정극 활물질을 본 발명자를 포함하는 그룹이 예의 연구하고 있다. 이들 3종의 복합 산화물을 혼합시킨 구성의 정극 활물질을 가령 「3원계 NMC」라 한다고 하면, 특히 이 3원계 NMC에 있어서, 발전 요소(2)의 면내 방향으로 불균일한 온도 구배(분포)가 크게 발생하는 것을 발견하고 있다.
따라서 본 발명에서는, 줄 발열 이외의 발열 요인인 충방전 반응열(전기 화학적인 반응열)이, 줄 발열과 반대의 온도 구배를 발전 요소(2)의 면내 방향으로 갖도록 한다. 즉, 발전 요소(2)의 면내 방향의 온도가 균일해지도록 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응열(전기 화학적인 반응열)을 다르게 한다. 여기서, 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응열을 다르게 하기 위해서는, 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응의 활성도를 다르게 하여, 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 충방전 반응열이 작아지는 온도 구배를 갖도록 발전 요소(2)를 구성하는 것이다. 이에 의해, 줄 발열에 의한 면내 방향에서의 온도 구배를 상쇄할 수 있고, 결과적으로 발전 요소(2)의 면내 방향의 온도를 균일화하는 것이 가능해진다.
충방전 반응열은, 충방전 반응의 활성도로서의 이온 전도율을 사용하여 제어할 수 있다. 여기에서의 「이온」이라 함은, 실시 형태에서는 Li 이온을 말한다. Li 이온은 전해질층 내를 정극으로부터 부극으로 혹은 그 반대로 이동하여 충방전 반응을 행하지만, 「이온 전도율」이라 함은 이 Li 이온의 이동의 용이성을 나타내는 지표를 말한다. 한편, 「충방전 반응의 활성도」라 함은, 충방전 반응의 발생 용이성을 말한다. 따라서, 전해질의 이온 전도율이 낮으면 Li 이온이 상대적으로 이동하기 어려워져 충방전 반응의 활성도는 저하되고, 이 반대로 전해질의 이온 전도율이 높으면 Li 이온이 상대적으로 이동하기 쉬워져 충방전 반응의 활성도는 커진다. 또한, 이온 전도율은, 전기 전도의 용이성을 나타내는 전기 전도율과는 비례의 관계에 있다.
전해질의 이온 전도율은, 전해질이 액체 전해질인 경우에는, 세퍼레이터(12)의 공공률, 세퍼레이터(12)의 두께, 전극의 두께를 바꿈으로써, 발전 요소(2)의 면내 방향으로 변경할 수 있다. 또한, 전극 표면에 이온 블록층(21)을 형성하는 경우에, 이온 블록층(21)의 공공률, 이온 블록층(21)의 두께를 바꿈으로써, 발전 요소(2)의 면내 방향으로 이온 전도율을 변경할 수 있다. 또한, 전해질이 반고체 전해질이나 고체 전해질인 경우에는, 반고체 전해질이나 고체 전해질의 두께, 점도, 유전율, 전해질염 농도를 바꿈으로써, 발전 요소(2)의 면내 방향으로 이온 전도율을 변경할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에서는 세퍼레이터(12)의 공공률을, 제2 실시 형태에서는 세퍼레이터(12)의 두께를, 제3 실시 형태에서는 전극의 두께를 변화시킴으로써 전해질의 이온 전도율을 변경하는 경우를 설명한다. 제4 실시 형태에서는 이온 블록층(21)의 공공률을, 제5 실시 형태에서는 이온 블록층(21)의 두께를 변화시킴으로써 전해질의 이온 전도율을 변경하는 경우를 설명한다. 제6 실시 형태에서는 반고체 전해질층(혹은 고체 전해질층)(25)의 두께를, 제7, 제8, 제9 실시 형태에서는 각각 반고체 전해질층(혹은 고체 전해질층)(25)의 점도, 유전율, 전해질염 농도를 변화시킴으로써 전해질의 이온 전도율을 변경하는 경우를 설명한다.
우선, 도 4, 도 5는 발전 요소(2)로부터 1개의 단전지층(13)만을 취출하여 도시하는 단전지층(13)의 단면도이며, 이 중 도 4는 참고예의 단전지층(13), 도 5는 제1 실시 형태의 단전지층(13)이다.
단, 2개의 전극(4, 8)으로부터 세퍼레이터(12)를 상하 방향으로 조금 이격하여 도시하고 있다. 또한, 도 4, 도 5에서는 도 2와 달리, 강전 탭(15, 16)은 각 집전체(5, 9)의 연장상에 있는 것으로서 기재하고 있다. 이하, 도 7, 도 9, 도 11, 도 12, 도 14, 도 16, 도 17, 도 18에 있어서 마찬가지이다.
도 4, 도 5에 있어서 세퍼레이터(12)는 다공질의 수지나 수지 섬유를 엮은 부직포 등의 수지를 포함하는 미다공막으로 구성되어 있다. 막 내의 다수의 구멍에 전해액이 채워진다. 따라서, 전해액 중의 Li 이온은 막 내의 다수의 구멍을 통해 부극(4)과 정극(8) 사이를 이동하는 것이 가능하다. 이로 인해, 전지(1)의 방전 시에는 전해액 중의 Li 이온이 도 4, 도 5와 같이 부극(4)으로부터 정극(8)으로 이동한다.
여기서, 도 4에 나타내는 참고예에서는, 세퍼레이터(12)의 공공률은 세퍼레이터(12)의 면내 방향(도 4에서는 좌우 방향)으로 균일하다. 한편, 도 5에 나타내는 제1 실시 형태에서는, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해 세퍼레이터(12)의 공공률을 세퍼레이터(12)[발전 요소(2)]의 면내 방향(도 5에서는 좌우 방향)에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아지도록 하고 있다. 세퍼레이터(12)의 공공률을 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
제1 실시 형태와 같이, 세퍼레이터(12)의 공공률을 세퍼레이터(12)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아지도록 하였을 때, 도 5에 도시한 바와 같이 각 강전 탭(15, 16)측에서의 Li 이온의 세퍼레이터 이동량(도 5의 굵은 화살표 참조)이, 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 Li 이온의 세퍼레이터 이동량(도 5의 가느다란 화살표 참조)보다 작아진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다. 한편, 참고예에서는, 세퍼레이터(12)의 공공률은 세퍼레이터(12)의 면내 방향으로 균일하고, 충방전 반응은 면내 방향에서 균일하게 발생하므로, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 없다.
다음으로, 세퍼레이터(12)의 공공률을 조정하는 방법을 세 가지 설명한다.
<1> 세퍼레이터의 성형 방법으로 조정하는 방법
세퍼레이터의 구멍은, 통상, 용액 중의 용매가 증발한 후에 형성되므로, 세퍼레이터를 성형할 때에, 용액의 농도가 면내의 일방향으로 변화되도록(서서히 용액의 농도가 짙어지거나 서서히 용액의 농도가 옅어지거나 중 어느 하나) 농도의 구배를 갖게 해 둔다. 그러면 용액의 농도가 상대적으로 짙은 측에는 용매가 상대적으로 적으므로 구멍의 수가 상대적으로 적고, 이 반대로 용액의 농도가 상대적으로 옅은 측에는 용매가 상대적으로 많으므로 구멍의 수가 상대적으로 많아진다. 이에 의해, 구멍의 수가 상대적으로 적은 각 강전 탭(15, 16)측에서는 Li 이온의 이동량이, 구멍의 수가 상대적으로 많은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 적어지고, 면내 방향의 충방전 반응열이 상대적으로 작아진다.
<2> 세퍼레이터의 연신 방법으로 조정하는 방법
세퍼레이터는 성형할 때에 연신하면 연신하기 전보다 구멍의 직경이 커진다. 따라서, 세퍼레이터를 성형할 때에, 연신 비율이 면내의 일방향으로 변화되도록(서서히 연신 비율을 크게 하거나 서서히 연신 비율을 작게 하거나 중 어느 하나) 연신 비율의 구배를 갖게 한다. 그러면 단위 체적당 구멍의 수는 동일해도, 연신 비율이 상대적으로 작은 측에서는 구멍의 직경이 상대적으로 작고, 이 반대로 연신 비율이 상대적으로 큰 측에서는 구멍의 직경이 상대적으로 커진다. 이에 의해, 구멍의 직경이 상대적으로 작은 각 강전 탭(15, 16)측에서는 Li 이온 이동량이, 구멍의 직경이 상대적으로 큰 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 적어지고, 면내 방향의 충방전 반응열이 상대적으로 작아진다.
<3> 우선 공공률이 균일한 세퍼레이터를 성형한 후에 스프레이 장치 등으로 불활성인 물질을 공공 내에 고착시키는 방법
스프레이 장치로 불활성인 물질을 세퍼레이터 내에 스프레이하면, 공공의 내벽면에 불활성인 물질이 부착, 고화되어 구멍의 직경이 작아진다. 따라서, 공공률이 균일한 세퍼레이터를 성형한 후에, 스프레이 장치로부터의 스프레이량이 면내의 일방향으로 변화되도록(서서히 스프레이량을 많게 하거나 서서히 스프레이량을 적게 하거나 중 어느 하나) 스프레이량의 분포를 갖게 한다. 그러면 스프레이량이 상대적으로 많은 측에서는 구멍의 직경이 상대적으로 작고, 이 반대로 스프레이량이 상대적으로 적은 측에서는 구멍의 직경이 상대적으로 커진다. 이에 의해, 구멍의 직경이 상대적으로 작은 강전 탭(15, 16)측에서는 Li 이온의 이동량이, 구멍의 직경이 상대적으로 큰 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 적어지고, 면내 방향의 충방전 반응열이 상대적으로 작아진다.
또한, 도 3에 있어서 발전 요소(2)를 세로로 대략 이등분하고, 좌우의 각 영역에 대해 상하 방향(면내 방향)의 온도 구배를 포개 보면, 도 6에 나타낸 바와 같이 정극 탭(16)이 있는 우측 영역과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다. 즉, 발전 요소(2)의 면내 방향(도 6에서 좌우 방향)으로 온도 구배를 갖는 범위에 대해, 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다 넓게 되어 있다. 따라서, 세퍼레이터(12)를 도 3에 있어서 정극 탭(16)이 있는 우측 영역과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역에서의 세퍼레이터(12)의 공공률을, 이 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 정극 탭(16)이 있는 우측 영역에서의 세퍼레이터(12)의 공공률을, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역에서의 세퍼레이터(12)의 공공률보다 작게 하는(이온 전도율을 낮게 하는) 것이다.
여기서, 제1 실시 형태의 작용 효과를 설명한다.
제1 실시 형태에 따르면, 전극간의 Li 이온의 이동 매체로서의 기능을 갖는 전해질층[세퍼레이터(12) 및 전해액]과, 이 전해질층의 양측에 설치되는 부극(4) 및 정극(8)을 갖고, 전자와 이온이 2개의 전극(4, 8)간을 이동하여 충방전 반응(전기 화학 반응)을 행하는 편평 형상의 발전 요소(2)를 구비하는 전지(1)(전기 화학 디바이스)에 있어서, 발전 요소(2)의 면내 방향 온도가 균일해지도록 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응(전기 화학 반응)의 활성도를 다르게 한다.
발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응의 활성도를 다르게 하면, 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응열이 변화된다. 즉, 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응열(전기 화학적인 반응열)과 면내 방향의 줄 발열의 합계가 동일한 온도로 되도록, 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응(전기 화학 반응)의 활성도를 다르게 함으로써, 발전 요소(2)의 면내 방향의 온도를 균일화할 수 있다. 발전 요소(2)의 면내 방향의 온도를 균일화하는 것이 가능해지면, 전지(1)(전기 화학 디바이스)의 수명, 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 전극간의 Li 이온(이온)의 이동 매체로서의 기능을 갖는 전해질층[세퍼레이터(12) 및 전해액]과, 이 전해질층의 양측에 설치되는 부극(4) 및 정극(8)을 갖고, 전자와 Li 이온이 2개의 전극(4, 8)간을 이동하여 충방전 반응(전기 화학 반응)을 행하는 편평 형상의 발전 요소(2)와, 부극(4) 및 정극(8)으로부터 출입하는 전자를 외부로 취출하는 부극 탭(15) 및 정극 탭(16)을 구비하는 전지(1)(전기 화학 디바이스)에 있어서, 발전 요소(2)의 면내 방향 온도가 균일해지도록 발전 요소(2)의 면내 방향에서의 충방전 반응열(전기 화학적인 반응열)을 다르게 하므로, 발전 요소(2)의 면내 방향의 온도를 균일화하는 것이 가능해져, 전지(1)(전기 화학 디바이스)의 수명, 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 전해질층을 이동하는 Li 이온이, 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 이동하기 어렵게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 Li 이온이 이동하기 어려워져, 충방전 반응(전기 화학적인 반응)이 억제되어, 충방전 반응열은 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제1 실시 형태에 따르면, 또한 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측의 쪽에서 세퍼레이터(12)(전해질층)를 이동하는 Li 이온(이온)이 이동하기 어렵게 하므로, 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다 Li 이온이 이동하기 어려워져, 정극 탭(16)측에서의 충방전 반응(전기 화학적인 반응)이 억제되는 결과, 발열의 정도가 정극 탭(16)측과 부극 탭(15)측에서 달라도, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 이온의 이동의 용이성은 이온 전도율이며, 이 이온 전도율을 발전 요소(3)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 하므로, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열(전기 화학적인 반응열)을 각 강전 탭(15, 16)으로부터 이격된 측보다 상대적으로 작게 할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제1 실시 형태에 따르면, 이온 전도율을 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 낮게 하므로, 발전 요소(2)의 면내 방향으로 온도 구배를 갖는 범위가 상대적으로 넓은 정극 탭(16)측에서의 발열을, 면내 방향으로 온도 구배를 갖는 범위가 상대적으로 좁은 부극 탭(15)측에서의 발열과 동등하게 억제할 수 있다.
제1 실시 형태에 따르면, 세퍼레이터(17)의 공공률을 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)(탭)에 가까울수록 작게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제1 실시 형태에 따르면, 세퍼레이터(12)의 공공률을 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 작게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 7은 제2 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제1 실시 형태의 도 5와 치환되는 것이다. 도 5와 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태는, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해, 세퍼레이터(12)의 두께(도 7에서 상하 방향의 두께)를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하는 것이다. 세퍼레이터(12)의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
세퍼레이터(12)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭(15, 16)측에서는, Li 이온이 세퍼레이터(12)를 이동하는 거리가, 세퍼레이터(12)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 길어진다. 이에 의해, 세퍼레이터(12)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭(15, 16)측에서의 Li 이온의 이동량이, 세퍼레이터(12)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 적어져, 면내 방향의 충방전 반응열(전기 화학적인 반응열)이 상대적으로 작아진다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 영역과, 부극 탭(15)이 있는 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 도 3에 있어서 세퍼레이터(12)를 정극 탭(16)이 있는 우측 영역(12a)과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역(12b)으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역(12a, 12b)에서의 세퍼레이터(12)의 두께를 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 도 8과 같이 정극 탭(16)이 있는 영역(12a)에서의 세퍼레이터(12)의 두께를, 부극 탭(15)이 있는 영역(12b)에서의 세퍼레이터(12)의 두께보다 두껍게 한다. 여기서, 도 8은 세퍼레이터(12)만의 개략 사시도이다.
제2 실시 형태에 따르면, 세퍼레이터(12)의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)측에 가까울수록 두껍게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제2 실시 형태에 따르면, 세퍼레이터(12)의 두께를 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 두껍게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 9는 제3 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제1 실시 형태의 도 5와 치환되는 것이다. 도 5와 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태는, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해, 전극 활물질층(6, 10)(전극)의 두께(도 9에서 상하 방향의 두께)를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하는 것이다. 전극 활물질층(6, 10)의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
전극 활물질(6, 10)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭(15, 16)측에서는, Li 이온의 이동 거리가, 전극 활물질(6, 10)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 길어진다. 이에 의해, 전극 활물질(6, 10)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭측에서의 Li 이온의 이동량(도 9의 굵은 화살표 참조)이, 전극 활물질(6, 10)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭과 반대측에서의 Li 이온의 이동량(도 9의 가느다란 화살표 참조)보다 적어진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 영역과, 부극 탭(15)이 있는 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 각 전극 활물질(6, 10)을 도 3에 있어서 정극 탭(16)이 있는 우측 영역과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역에서의 전극 활물질(6, 10)의 두께를 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 도 10과 같이 정극 탭(16)이 있는 영역(10a)에서의 정극 활물질(10)의 두께를, 부극 탭(15)이 있는 영역(10b)에서의 정극 활물질(10)의 두께보다 두껍게 한다. 여기서, 도 10은 정극 집전체(9)의 상부에 배치되는 정극 활물질층(10)의 개략 사시도이다. 도시하지 않지만, 정극 집전체(9)의 하부에 배치되는 정극 활물질층(10), 부극 활물질층(6)에 대해서도 마찬가지로 구성한다.
또한, 제3 실시 형태에서는, 2개의 전극 활물질층(6, 10) 모두 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하고 있지만, 2개의 전극 활물질층(6, 10) 중 적어도 한쪽의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하면 상관없다.
제3 실시 형태에 따르면, 2개의 전극 활물질층(6, 10)(전극) 중 적어도 한쪽의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(15)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제3 실시 형태에 따르면, 2개의 전극 활물질층(6, 10)(전극) 중 적어도 한쪽의 두께를 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 두껍게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제4 실시 형태)
도 11은 제4 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제1 실시 형태의 도 5와 치환되는 것이다. 도 5와 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태는, Li 이온의 확산을 차폐하는 이온 블록층(21)을 전극 활물질층(6, 10)의 표면에 형성하는 동시에, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해, 이온 블록층(21)의 공공률을 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작게 하는 것이다. 이온 블록층(21)의 공공률을 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
이온 블록층(21)은 세라믹 파우더를 전극 표면에 분사함으로써 형성할 수 있다. 세라믹 파우더를 두껍게 분사하면 이온 블록층의 공공률이 작아지고, 이 반대로 세라믹 파우더를 얇게 분사하면 이온 블록층의 공공률이 커진다. 따라서, 이온 블록층(21)의 공공률을 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작게 하기 위해서는, 각 강전 탭(15, 16)으로부터 이격될수록 세라믹 파우더의 분사량을 많게 해주면 된다.
이온 블록층의 공공률이 상대적으로 작은 강전 탭(15, 16)측에서는, Li 이온이, 이온 블록층의 공공률이 상대적으로 큰 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 이동하기 어려워진다. 이에 의해, 이온 블록층의 공공률이 상대적으로 작은 강전 탭(15, 16)측에서의 Li 이온의 이동량(도 11의 굵은 화살표 참조)이, 이온 블록층의 공공률이 상대적으로 큰 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 Li 이온의 이동량(도 11의 가느다란 화살표 참조)보다 작아진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 우측 영역과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 이온 블록층(21)을 도 3에 있어서 정극 탭(16)이 있는 우측 영역과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역에서의 이온 블록층(21)의 공공률을 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 도 11과 같이 정극 탭(16)이 있는 영역에서의 이온 블록층의 공공률을, 부극 탭(15)이 있는 영역에서의 이온 블록층의 공공률보다 작게 한다.
제4 실시 형태에 따르면, 이온 블록층(21)의 공공률을 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(15)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제4 실시 형태에 따르면, 이온 블록층(21)의 공공률을 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 작게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제5 실시 형태)
도 12는 제5 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제4 실시 형태의 도 11과 치환되는 것이다. 도 11과 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 제5 실시 형태는, Li 이온의 확산을 차폐하는 이온 블록층(21)을 전극 활물질층(6, 10)의 표면에 형성하는 동시에, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해 이온 블록층(21)의 두께를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하는 것이다. 이온 블록층(21)의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
이온 블록층(21)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭(15, 16)측에서는, Li 이온이 이온 블록층(21)을 이동하는 거리가, 이온 블록층(21)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 길어진다. 이에 의해, 이온 블록층(21)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭측에서의 Li 이온의 이동량(도 12의 굵은 화살표 참조)이, 이온 블록층(21)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭과 반대측에서의 Li 이온의 이동량(도 12의 가느다란 화살표 참조)보다 적어진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 우측 영역과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 이온 블록층(21)을 도 3에 있어서 정극 탭(16)이 있는 우측 영역과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역에서의 이온 블록층(21)의 두께를 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 도 13과 같이 정극 탭(16)이 있는 영역에서의 이온 블록층의 두께를, 부극 탭(15)이 있는 영역에서의 이온 블록층의 두께보다 두껍게 한다. 여기서, 도 13은 정극 활물질층(10)의 상부에 배치되는 이온 블록층(21)의 개략 사시도이다. 도시하지 않지만, 다른 3개의 이온 블록층(21)에 대해서도 마찬가지로 구성한다.
제5 실시 형태에 따르면, 이온 블록층(21)의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제5 실시 형태에 따르면, 이온 블록층(21)의 두께를 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 두껍게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제6 실시 형태)
도 14는 제6 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제1 실시 형태의 도 5와 치환되는 것이다. 도 5와 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
제6 실시 형태에서는, 전해질층의 구성이 제1 실시 형태와 다르다. 즉, 제6 실시 형태에서는, 전해질층을 반고체 전해질층(또는 고체 전해질층)(25)으로 구성하고 있다. 여기서, 「반고체 전해질」이라 함은 겔 상태의 전해질을 말한다. 또한, 「고체 전해질」이라 함은 졸 상태의 전해질을 말한다. 반고체 전해질층이나 고체 전해질층이면 전극(4, 8)끼리의 직접적 접촉을 방지할 수 있으므로, 세퍼레이터는 불필요하다.
도 14에 도시한 바와 같이, 제6 실시 형태는, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해, 반고체 전해질층(또는 고체 전해질층)(25)의 두께를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하는 것이다. 반고체 전해질층(25)의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
반고체 전해질층(25)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭(15, 16)측에서는, Li 이온이 반고체 전해질(25)을 이동하는 거리가, 반고체 전해질층(25)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 길어진다. 이에 의해, 반고체 전해질층(25)의 두께가 상대적으로 두꺼운 강전 탭측에서의 Li 이온의 이동량(도 14의 굵은 화살표 참조)이, 반고체 전해질층(25)의 두께가 상대적으로 얇은 강전 탭과 반대측에서의 Li 이온의 이동량(도 14의 가느다란 화살표 참조)보다 적어진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 영역과, 부극 탭(15)이 있는 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 반고체 전해질층(25)을 도 3에 있어서 세퍼레이터(12)를 정극 탭(16)이 있는 우측 영역(25a)과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역(25b)으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역(25a, 25b)에서의 반고체 전해질층(25)의 두께를 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 도 15와 같이 정극 탭(16)이 있는 영역에서의 반고체 전해질층(25)의 두께를, 부극 탭(15)이 있는 영역에서의 반고체 전해질층(25)의 두께보다 두껍게 한다. 여기서, 도 15는 반고체 전해질층(25)만의 개략 사시도이다.
제6 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 두께를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 두껍게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제6 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 두께를 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 두껍게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제7 실시 형태)
도 16은 제7 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제6 실시 형태의 도 14와 치환되는 것이다. 도 14와 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 16에 도시한 바와 같이, 제7 실시 형태는, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해, 반고체 전해질층(또는 고체 전해질층)(25)의 점도를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 높게 하는 것이다. 반고체 전해질층(25)의 점도를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 높게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
반고체 전해질에 첨가하는 증점제를 많게 하면 반고체 전해질의 점도가 높아지고, 이 반대로 반고체 전해질에 첨가하는 증점제를 적게 하면 반고체 전해질의 점도가 낮아진다. 따라서, 반고체 전해질층(25)의 점도를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 높게 하기 위해서는, 반고체 전해질에 더하는 증점제를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 많게 하면 된다.
반고체 전해질층(25)의 점도가 상대적으로 높은 강전 탭(15, 16)측에서는, Li 이온이 반고체 전해질(25)을 이동하는 속도가, 반고체 전해질층(25)의 점도가 상대적으로 낮은 강전 탭과 반대측보다 늦어진다. 이에 의해, 반고체 전해질층(25)의 점도가 상대적으로 높은 강전 탭측에서의 Li 이온의 이동량(도 16의 굵은 화살표 참조)이, 반고체 전해질층(25)의 점도가 상대적으로 낮은 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 Li 이온의 이동량(도 16의 가느다란 화살표 참조)보다 적어진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 영역과, 부극 탭(15)이 있는 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 도 3에 있어서 반고체 전해질층(25)을 정극 탭(16)이 있는 우측 영역(25a)과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역(25)으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역(25a, 25b)에서의 반고체 전해질층(25)의 점도를 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 정극 탭(16)이 있는 영역(25a)에서의 반고체 전해질층(25)의 점도를, 부극 탭(15)이 있는 영역(25b)에서의 반고체 전해질층(25)의 점도보다 높게 한다.
제7 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 점도를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 높게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제7 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 점도를 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 높게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제8 실시 형태)
도 17은 제8 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제6 실시 형태의 도 14와 치환되는 것이다. 도 14와 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 17에 도시한 바와 같이, 제8 실시 형태는, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해, 반고체 전해질층(또는 고체 전해질층)(25)의 유전율을 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 하는 것이다. 반고체 전해질층(25)의 유전율을 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
여기서, 「유전율」이라 함은, 전장에 놓인 유전체의 분극의 용이성을 말한다. 반고체 전해질(겔 전해질)은 Li 이온 전도성을 갖는 매트릭스 폴리머에 전해질염(예를 들어 리튬염인 LiPF)을 주입한 구성을 갖고 있다. 리튬염인 LiPF6은 Li＋와 PF6 －로 해리한다. Li＋와 PF6 －의 해리도를 바꿈으로써 유전율을 바꿀 수 있다. 따라서, 반고체 전해질층(25)의 유전율을 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 하기 위해서는, 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 Li＋와 PF6 －의 해리도가 작아지도록 하면 된다. 여기에서는 리튬염인 LiPF6을 들었지만, 이것에 한정되는 것이 아니다.
반고체 전해질층(25)의 유전율이 상대적으로 낮은 강전 탭(15, 16)측에서는, Li＋와 PF6 －의 해리도가, 반고체 전해질층(25)의 유전율이 상대적으로 높은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 작아진다. 이에 의해, 반고체 전해질층(25)의 유전율이 상대적으로 낮은 강전 탭(15, 16)측에서의 Li 이온의 이동량(도 17의 굵은 화살표 참조)이, 반고체 전해질층(25)의 유전율이 상대적으로 낮은 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 Li 이온의 이동량(도 17의 가느다란 화살표 참조)보다 적어진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 영역과, 부극 탭(15)이 있는 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 도 3에 있어서 반고체 전해질층(25)을 정극 탭(16)이 있는 우측 영역(25a)과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역(25)으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역(25a, 25b)에서의 반고체 전해질층(25)의 유전율을 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 정극 탭(16)이 있는 영역(25a)에서의 반고체 전해질층(25)의 유전율을, 부극 탭(15)이 있는 영역(25b)에서의 반고체 전해질층(25)의 유전율보다 낮게 한다.
제8 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 유전율을 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제8 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 유전율을 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 낮게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
(제9 실시 형태)
도 18은 제9 실시 형태의 단전지층(13)의 단면도이며, 제6 실시 형태의 도 14와 치환되는 것이다. 도 10과 동일 부분에는 동일한 번호를 부여하고 있다.
도 18에 도시한 바와 같이, 제9 실시 형태는, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄하기 위해, 반고체 전해질층(또는 고체 전해질층)(25)의 전해질염 농도를 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 하는 것이다. 반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 할 때, 전해질 중을 Li 이온이 이동하기 어려워져 전해질의 이온 전도율은 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮아진다.
여기서, 「전해질염」이라 함은, 전해질에 사용하는 염을 말한다. 겔 전해질은 전술한 바와 같이, Li 이온 전도성을 갖는 매트릭스 폴리머에 전해질염(예를 들어 리튬염인 LiPF)을 주입한 구성을 갖고 있다. 따라서, 「전해질염 농도」라 함은, 매트릭스 폴리머량에 대한 전해질염량의 비율을 말한다. 혹은 매트릭스 폴리머량과 전해질염량의 합계에 대한 전해질염량의 비율을 말한다. 다시 리튬염인 LiPF6을 들면, 매트릭스 폴리머량에 대한 LiPF6의 양을 적게 함으로써, 전해질염 농도를 낮게 할 수 있다. 전해질염 농도를 낮게 할수록, Li 이온의 생성량이 적어진다.
반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도가 상대적으로 낮은 강전 탭(15, 16)측에서는, Li 이온의 생성량이, 반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도가 상대적으로 높은 강전 탭(15, 16)과 반대측보다 적어진다. 이에 의해, 반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도가 상대적으로 낮은 강전 탭측에서의 Li 이온의 이동량(도 18의 굵은 화살표 참조)이, 반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도가 상대적으로 높은 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 Li 이온의 이동량(도 18의 가느다란 화살표 참조)보다 적어진다. 즉, 각 강전 탭(15, 16)측에서의 충방전 반응열이 각 강전 탭(15, 16)과 반대측에서의 충방전 반응열보다 작아져, 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배를 상쇄할 수 있다.
또한, 정극 탭(16)이 있는 영역과, 부극 탭(15)이 있는 영역에서 면내 방향의 온도 구배가 다르다(도 3 참조). 따라서, 도 3에 있어서 반고체 전해질층(25)을 정극 탭(16)이 있는 우측 영역(25a)과, 부극 탭(15)이 있는 좌측 영역(25)으로 대략 이등분하고, 이등분한 각 영역(25a, 25b)에서의 반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도를 다음과 같이 설정한다. 즉, 면내 방향의 2종류의 온도 구배에 맞추어, 도 3에 있어서 상하 방향(면내 방향)의 동일한 위치에서 비교하였을 때, 정극 탭(16)이 있는 영역(25a)에서의 반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도를, 부극 탭(15)이 있는 영역(25b)에서의 반고체 전해질층(25)의 전해질염 농도보다 낮게 한다.
제9 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 전해질염 농도를 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 낮게 하므로, 2개의 각 강전 탭(15, 16)의 주변일수록 충방전 반응이 억제되어, 충방전 반응열은 발전 요소(2)의 면내 방향에 있어서 2개의 각 강전 탭(15, 16)에 가까울수록 작아진다. 이 면내 방향의 전지 반응열의 구배에 의해 줄 발열에 의한 면내 방향의 온도 구배가 상쇄되어, 온도를 발전 요소의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
발열은 정극 탭(16)측의 쪽이 부극 탭(15)측보다도 큰 것에 맞추어, 제9 실시 형태에 따르면, 반고체 전해질(25)의 전해질염 농도를 부극 탭(15)측보다도 정극 탭(16)측을 더 낮게 하므로, 면내 방향의 온도 구배가 다른 정극 탭(16)측, 부극 탭(15)측에 관계없이, 온도를 발전 요소(2)의 면내 방향에서 균일화할 수 있다.
실시 형태에서는, 전지(1)가 도 6에 나타낸 면내 방향의 온도 구배를 갖는 것을 전제로 하여, 도 8, 도 10, 도 13, 도 15와 같이 세퍼레이터(12), 정극 활물질층(10), 이온 블록층(21), 반고체 전해질층(25)을 구성하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 전지(1)가 도 19에 나타낸 면내 방향의 온도 구배를 갖는 것이 있다(제10 실시 형태). 즉, 도 19에서는 강전 탭(15, 16)의 주변에서의 온도가 탭(15, 16)간에 상이하고, 정극 탭(16)의 주변에서의 온도의 쪽이 부극 탭(15)의 주변에서의 온도보다 높게 되어 있다. 도 19에 나타낸 면내 방향의 온도 구배를 갖는 경우에는, 이에 대응하여 도 8, 도 10, 도 13, 도 15의 형상을 변경할 필요가 있다. 예로서 도 8의 세퍼레이터(12)의 형상을 변경한 경우를 도 20에 나타낸다. 즉, 도 20에서는, 세퍼레이터(12) 중 정극 탭(16)이 있는 영역(12a)의 쪽이, 부극 탭(15)이 있는 영역(12b)보다도 탭의 주변이 두껍게 되어 있다. 이것은, 정극 탭(16)의 주변에서의 세퍼레이터의 이온 전도도를 부극 탭의 주변에서의 세퍼레이터의 이온 전도율보다 낮게 함으로써, 정극 탭(26)측에서의 충방전 반응열을 부극 탭(15)측에서의 충방전 반응열보다 작게 하기 위해서이다.
실시 형태에서는, 2개의 강전 탭(15, 16)을 발전 요소(2)의 동일한 변에 배치하고 있는 경우로 설명하였지만, 2개의 강전 탭을 발전 요소(2)의 다른 변에 배치하는 경우에 있어서도 본 발명의 적용이 있다.
실시 형태에서는, 리튬 이온 2차 전지를 예로 들어 설명하였지만, 전지에 한정되는 것이 아니고, 전기 이중층 캐패시터와 같은 전기 화학 디바이스에도 본 발명의 적용이 있다.
1 : 전지(전기 화학 디바이스)
2 : 발전 요소
4 : 부극(전극)
5 : 부극 집전체
6 : 부극 활물질층
8 : 정극(전극)
9 : 정극 집전체
10 : 정극 활물질층
12 : 세퍼레이터(전해질층)
15 : 부극 탭(탭)
16 : 정극 탭(탭)
25 : 반고체 전해질층(전해질층)

Claims (25)

  1. 전극간의 이온의 이동 매체로서의 기능을 갖는 전해질층과, 이 전해질층의 양측에 설치되는 부극 및 정극을 갖고, 전자와 이온이 2개의 전극간을 이동하여 전기 화학 반응을 행하는 편평 형상의 발전 요소와,
    상기 부극 및 정극으로부터 출입하는 전자를 외부로 취출하는 부극 탭 및 정극 탭을 구비하는 전기 화학 디바이스에 있어서,
    상기 발전 요소의 면내 방향의 온도가 균일해지도록 발전 요소의 면내 방향에서의 전기 화학적인 반응열을 다르게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전해질층을 이동하는 이온이, 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 이동하기 어렵게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측의 쪽에서 상기 전해질층을 이동하는 이온이 더 이동하기 어렵게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 상기 이온의 이동의 용이성은 이온 전도율이며,
    이 이온 전도율을 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 낮게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 상기 이온 전도율을 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 낮게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전해질층을 액체 전해질과 수지를 포함하는 미다공막의 세퍼레이터로 구성하고,
    이 세퍼레이터의 공공률을 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 작게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 세퍼레이터의 공공률을 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 작게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전해질층을 액체 전해질과 수지를 포함하는 미다공막의 세퍼레이터로 구성하고,
    이 세퍼레이터의 두께를 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 세퍼레이터의 두께를 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  10. 제1항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 한쪽의 두께를 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 2개의 전극 중 적어도 한쪽의 두께를 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전극의 표면에 이온의 확산을 차폐하는 이온 블록층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  13. 제12항에 있어서, 상기 이온 블록층의 공공률을 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 작게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 이온 블록층의 공공률을 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 작게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  15. 제12항에 있어서, 상기 이온 블록층의 두께를 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 이온 블록층의 두께를 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 전해질층을 고체 전해질 또는 반고체 전해질로 구성하고,
    이 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 두께를 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  18. 제17항에 있어서, 상기 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 두께를 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 두껍게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  19. 제1항에 있어서, 상기 전해질층을 고체 전해질 또는 반고체 전해질로 구성하고,
    이 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 점도를 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 높게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  20. 제19항에 있어서, 상기 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 점도를 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 높게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  21. 제1항에 있어서, 상기 전해질층을 고체 전해질 또는 반고체 전해질로 구성하고,
    이 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 유전율을 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 낮게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 유전율을 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 낮게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  23. 제1항에 있어서, 상기 전해질층을 고체 전해질 또는 반고체 전해질로 구성하고,
    이 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 전해질염 농도를 상기 발전 요소의 면내 방향에 있어서 상기 2개의 각 탭에 가까울수록 낮게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  24. 제23항에 있어서, 상기 고체 전해질 또는 반고체 전해질의 전해질염 농도를 상기 부극 탭측보다도 상기 정극 탭측을 더 낮게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
  25. 전극간의 이온의 이동 매체로서의 기능을 갖는 전해질층과, 이 전해질층의 양측에 설치되는 부극 및 정극을 갖고, 전자와 이온이 상기 2개의 전극간을 이동하여 전기 화학 반응을 행하는 편평 형상의 발전 요소를 구비하는 전기 화학 디바이스에 있어서,
    상기 발전 요소의 면내 방향의 온도가 균일해지도록 발전 요소의 면내 방향에서의 전기 화학 반응의 활성도를 다르게 하는 것을 특징으로 하는, 전기 화학 디바이스.
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