KR20130088126A - 특이적 이극성 구조를 갖는 리튬 전기화학 축전지 - Google Patents

특이적 이극성 구조를 갖는 리튬 전기화학 축전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 집전 기판에 의하여 서로 분리된, 적어도 하나의 제 1 전기화학 전지 및 적어도 하나의 제 2의 전기화학 전지를 포함하고, 상기 기판은 제 1면 상에서 상기 제 1의 전기화학 전지의 전극을 지지하고, 상기 제 1면의 반대면인 제 2면 상에서 상기 제 2의 전기화학 전지의 반대 표시 전극을 지지하며, 각 전지는 전해질에 의해 분리된 양전극 및 음전극을 포함하는, 전기화학 리튬 축전지에 관한 것으로, 특히 상기 집전 기판은 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 한다.

Description

특이적 이극성 구조를 갖는 리튬 전기화학 축전지{LITHIUM ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR HAVING A SPECIFIC BIPOLAR ARCHITECTURE}
본 발명은 소위 특이적 2극성 구조를 갖는 리튬 전기화학 축전지에 관한 것으로, 이는 2개의 인접한 전지들 사이에 집전 기판들로서, 광범위한 패널(panel)의 양전극과 음전극 물질들을 사용할 수 있는 특이적 물질의 기판들을 포함한다.
본 발명의 분야는 에너지 저장 장치들, 특히 전기화학 축전지들 분야로서 규정될 수 있다.
에너지 저장 장치들은, 전해질에 의해 분리된 한 쌍의 전극들(아노드(anode) 및 캐쏘드(cathode), 각각) 중 각각의 존재에 의해, 전류를 전달할 수 있는 전기화학 전지들의 원리에 따라 작동하는 기존의 전기화학 축전지들로, 상기 전극들은 산화-환원 반응에 따라 반응할 수 있는 특정 물질들을 포함하고, 그로 인해 전류의 기원에서 전자들의 생성 및 이온들의 생성이 있으며, 이는 전해질을 통해 한 전극에서 다른 전극으로 순환할 것이다.
이 원리에 속하는 축전지들은, 현재 가장 많이 사용되는 것으로, 하기와 같다:
* 전극 물질들로서 금속 수소화물 및 니켈 옥시히드록사이드를 사용하는 Ni-MH 축전지들;
* 전극 물질들로서 카드뮴 및 니켈 옥시히드록사이드를 사용하는 Ni-Cd 축전지들;
* 전극 물질들로서 납과 납산화물 PbO2를 사용하는 납-산 축전지들;
* 전극 물질들로서 완전히 또는 부분적으로 리튬화된 물질들을 사용하는 Li-이온 축전지들.
지난 수년간, Li-이온 축전지들은, 에너지밀도 면에서 Li-이온 축전지들의 성능에서의 계속적인 향상으로 인하여, 상기 언급된 기타 축전지들을 널리 대체하여 왔다. 실제로, 리튬 이온 축전지들은 Ni-MH and Ni-Cd 축전지들 (50Wh.kg-1 내지 100Wh.kg-1의 범위일 수 있음) 및 납-산 축전지들 (30Wh.kg-1 내지 35Wh.kg-1의 범위일 수 있음)의 질량 및 부피 에너지 밀도보다 현저히 큰 질량 및 부피 에너지 밀도(180Wh.kg-1보다 더 클 수 있음) 수득 가능성을 제공한다. 나아가, Li-이온 축전지들은 다른 축전지들의 정격 전지 전압을 초과할 수 있다(예로서, 전극 물질로서 LiCoO2/흑연 쌍을 적용한 전지의 경우, 약 3.6V의 정격 전압인 한편, 상기 언급된 다른 축전지들의 경우 정격 전압이 약 1.5V).
이들의 고유 성질로 인하여, 따라서 Li-이온 축전지들은, 자가-봉쇄형(self-containment)이 기본 기준인 분야, 예컨대 컴퓨터, 비디오, 전화기술, 운송 예컨대 전기 수송수단(vehicles), 하이브리드 수송수단 또는 의약, 우주, 마이크로전자공학 분야에서 특히 유리한 것으로 입증되었다.
기능적인 면에서, 리튬-이온 축전지들은 축전지의 전기화학 전지들 중 구성 전극들 내 리튬의 삽입-탈리(intercalation-deintercalation) 원리에 따라 작동한다.
보다 구체적으로, 전류의 생성 기원에서의 반응(즉, 축전지가 방전 모드인 경우)은, 리튬 이온들을 전도하는 전해질을 통하여, 음전극으로부터의 리튬 양이온들의 이송을 착수하며, 이는 양전극의 억셉터(acceptor) 격자 내로 삽입되는 한편, 음전극들에서의 반응으로부터의 전자들은 양전극 및 음전극들이 연결된 외부 회로에 공급될 것이다.
이러한 유형의 축전지의 경우, 축전지의 질량 및 부피는 제한하고자 하면서, 그 축전지의 전체 전압은 증가시키기 위하여, 직렬로 탑재된 복수의 전기화학 전지들을 포함하는 축전지를 만드려는 발상이 생겼다.
결과의 축전지의 질량과 부피를 간섭하지 않으면서, 전기화학 전지들을 직렬로 배치하기에 적당한 구조는 소위 <2극성(bipolar)> 구조라 불리는 것으로, 이는 집전 기판에 의해 서로 분리된 몇몇 전기화학 전지들을 쌓는(stacking)으로 이루어지며, 상기 기판의 한 면은 전지의 한 전극에 의해 점유되는 한편, 반대쪽 면은 인접 전지의 반대 표시(opposite sign) 전극에 의해 점유된다. 이러한 유형의 구조는, 외부 커넥터들(connectors)을 통해 서로 연결된 복수의 전지들로 이루어지는 축전지에 비하여, 그 어셈블리의 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
이러한 2극성 구조는 불필요한 질량들 및 부피들의 제한을 가능하게 한다.
그러나, 이러한 유형의 구조는, 양전극 및 음전극 물질들이 상기 언급된 집전 기판의 물질과 양립가능하게 하며, 즉 전극 물질들이 축전지 작동 동안 집전 기판의 재료와 합금을 형성할 수 없어도 되도록 한다.
따라서, 본 발명자들은, 축전지의 인접 전지들을 구분하는, 상용성 문제를 일으키지 않으면서 광범위한 패널의 양전극 물질 및 음전극 물질의 이용을 가능하게 하는 재료로 된 집전 기판들을 포함하는 2극성 구조를 갖는 축전지들을 제안하고자 하는 목적을 설정하였다.
본 발명자들은, 상기 집전 기판들의 형성에 구리 또는 구리 합금을 이용하므로써, 광범위한 패널의 양전극 물질 및 음전극 물질들을 이용하는 것이 가능하다는 것을 놀랍게도 발견하였다.
따라서, 본 발명은 집전 기판에 의하여 서로 분리된, 적어도 하나의 제 1 전기화학 전지 및 적어도 하나의 제 2의 전기화학 전지를 포함하고, 상기 기판은 제 1면 상에서 상기 제 1의 전기화학 전지의 전극을 지지하고, 상기 제 1면의 반대면인 제 2면 상에서 상기 제 2의 전기화학 전지의 반대 표시 전극을 지지하며, 상기 각 전지는 전해질에 의해 분리된 양전극 및 음전극을 포함하는, 전기화학 리튬 축전지에 관한 것으로, 하기를 특징으로 한다:
- 상기 집전 기판은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고;
상기 음전극은 하기로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다:
* 일반식 MxOy의 금속 산화물 화합물들, 식 중 M은 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W 및 이들의 혼합물들로부터 선택되는 성분을 나타내고, x 및 y는 양이온들의 총 하전수가 음이온들의 총 하전수를 보정하여, 상기 화합물이 전기적으로 중성이 되도록 선택되는 양의 정수들;
* 리튬 금속 또는 리튬 금속을 포함하는 합금;
* 주석 금속; 및
* 이들의 혼합물들; 및
- 상기 양전극은 하기로부터 선택되는 물질을 포함한다:
* 황 원소;
* 술파이드 화합물들; 및
이들의 혼합물들.
본 발명을 보다 상세히 설명하기 전에, 하기 정의들을 특정한다.
양전극이라 함은, 통상적으로 상기 및 이하에서, 발전기가 전류를 출력할 때(즉, 방전 과정인 경우) 캐쏘드로서 작용하고, 발전기가 충전과정인 때 아노드로서 작용하는 전극을 의미한다.
음전극이라 함은, 통상적으로 상기 및 이하에서, 발전기가 전류를 출력할 때(즉, 방전 과정인 경우) 아노드로서 작용하고, 발전기가 충전과정인 때 캐쏘드로서 작용하는 전극을 의미한다.
상기 양전극은 하기로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다:
* 가능하게는 리튬화된, 전이금속 산화물들;
* 가능하게는 리튬화된, 전이금속들의 몰리브데이트들, 실리케이트들, 술페이트들, 게르마네이트들 및 니오베이트들;
* 전이금속 포스페이트들;
* 황 원소;
* 술파이드 화합물들; 및
이들의 혼합물들.
유리하게는, 상기 양전극들은 황 원소 및 술파이드 화합물들로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
황 원소는, 하나 또는 수 개의 화학 성분들과 조합되지 않은 황 성분을 의미한다.
가능하게는 리튬화된, 전이금속 산화물들의 예들로서, Li4Ti5O12와 같은 티타늄 및 리튬 혼합 산화물들, LiV3O8과 같은 바나듐 및 리튬 혼합 산화물들 또는 V2O5와 같은 바나듐 산화물들이 언급될 수 있다
가능하게는 리튬화된, 전이금속 몰리브데이트들의 예들로서, Fe2(MoO4)3와 같은 철 몰리브데이트들이 언급될 수 있다.
가능하게는 리튬화된, 전이금속 포스페이트들의 예들로서, FePO4가 언급될 수 있다.
술파이드 화합물들로서, 다음이 언급될 수 있다:
- 일반식 Li2Sn의 리튬 폴리술파이드, 식 중 n은 2 내지 8의 정수;
- 일반식 R2Sn의 유기 폴리술파이드들, 식 중 R은 알킬기, 예로서 2 내지 6개의 탄소 원자들을 포함하는 알킬기에 대응하거나, 또는 아릴기에 대응하며, n은 2 내지 8 범위의 정수;
- 일반식 (CS2)n의 폴리(탄소 디술파이드) 유형의 유기황 화합물들, 식 중 n은 2 내지 8 범위의 정수.
본 발명에 따라, 음전극은 하기로부터 선택된 물질을 포함할 수 있다:
* 일반식 MxOy의 금속 산화물 화합물들, 식 중 M은 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W 및 이들의 혼합물들로부터 선택되는 원소를 나타내고, x 및 y는 양이온들의 총 하전수가 음이온들의 총 하전수를 보정하여, 상기 화합물이 전기적으로 중성이 되도록 선택되는 양의 정수들;
* 탄소성 물질들, 예컨대 탄소;
* 리튬 금속 또는 리튬 금속을 포함하는 합금;
* 주석 금속; 및
* 이들의 혼합물들.
리튬 금속이라 함은, 하나 또는 몇몇 화학 원소들과 조합되지 않은 리튬 원소들을 의미한다.
리튬 금속을 포함하는 합금은, 다른 원소, 예컨대 Al, Si, Sn, C와 조합된 리튬 금속을 포함하는 혼합물(예로서, LiC6)을 의미한다.
주석 금속은 하나 또는 몇몇 화학 원소들과 조합되지 않은 주석 원소를 의미한다.
일반식 MxOy의 화합물의 예들로서, TiO, TiO2, Ti2O3, Ti3O5, CrO2, CrO3, Cr2O3, MnO, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO, Cu2O, CuO, MoO2, MoO3, Mo4O11, Mo9O26, WO2, WO3이 언급될 수 있다.
이는 음전극 물질은 양전극 물질과 상이하여야만 함을 의미한다.
본 발명의 특히 바람직한 구체예에 따르면, 양전극은 황 원소를 포함하고, 음전극은 리튬 금속 또는 리튬 금속을 포함하는 합금을 포함한다.
전기화학 전지들 중 이러한 한 쌍의 전극들을 포함하는 축전지들은 하기와 같은 장점들을 갖는다:
- 이들은 축적기의 구성 전기화학 전지들의 수에 따라, 300Wh.kg-1 초과일 수 있는 매우 넓은 에너지 밀도 및 목적되는 적용에 적합화된 전체 축적기 전압의 수득 가능성을 제공한다;
- 이들은 전극들의 구조로 인하여, 전기화학 전지들의 과충전에 대한 고유한 보호 시스템을 갖는다.
상기 언급된 첫번째 장점과 관련하여, 적당한 수의 전기화학 전지들을 스택하므로써, 전체 축전지 전압 (예로서 240V) 및 매우 큰 에너지 밀도 (예로서 약 400Wh.kg-1의 수준)을 수득하는 것이 가능하며, 소정의 에너지 밀도를 수득하기 위하여 스택되는 전지들의 수는, LiFePO4/Li4Ti5O12 전극 쌍을 이용하여 작동하는 것들(이 경우 에너지 밀도는 한정적으로 60Wh.kg-1에 가깝다)과 같은 종래 기술의 시스템들의 경우보다 적으며, 이는 축전지 질량을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 축전지들은 전기 수송수단들과 같은 적용 분야에서 특히 유리할 수 있다.
상기 언급된 제 2의 장점과 관련하여, 황은 충전 과정 동안 특히 일반식 Li2Sn(식 중, n은 2 내지 8의 범위일 수 있다)에 맞는 리튬 폴리술파이드 유형의 화합물들을 생성할 수 있기 때문에, 양전극의 황 구성성분은 과충전 현상에 대해 고유한 보호 메커니즘을 보장할 수 있다는 사실로부터의 결과이다.
이 화합물은, 일단 형성되면, 전해질 중에서 산화환원 셔틀(redox shuttle)의 역할을 보장할 것이며, 즉 이 화합물은 화합물의 산화된 형태를 제공하기 위하여 이 전지의 전극들 중 하나에서 결정된 전위로 산화될 것임을 의미하며, 이 산화된 형태는 환원 형태를 제공하기 위하여, 동일한 전지의 반대 표시 전극에서 차례로 환원되며, 이 환원된 형태는 그 후 반대 극성의 전극에서 산화될 수 있다. 상기 언급된 결정된 전위에서, 하나의 전극에서 화합물의 소비를 일으키고, 반대 표시 전극에서는 그의 재생을 일으켜(따라서 산화환원 셔틀로 명명됨) 평형을 일으킨다. 이들 반응들은 일정 전위에서 일어나기 때문에, 이 화합물의 소비/재생의 이러한 현상은, 이 메커니즘이 작용하자마자 전지 전압의 안정화를 일으킨다.
보다 특이적으로, 이 산화환원 셔틀 메커니즘은 2.4V 내지 2.5V 사이에 위치한 전위에서 일어나며(이러한 전위는 Li+/Li 전위에 대해 상대적으로 표시된다), 이는, 충전 공정 동안, 전지 전압이 이 전위에서 안정화되고, 이는 걸린 충전 시간에 무관하다는 것을 의미한다. 이러한 전극쌍이 본 발명의 축전지들에서 작용하기 때문에, 이 전지 전압은 완전하게 감내되며(tolerable), 전지의 구성 성분들의 온전성에 유해하지 않다.
실제로, 리튬 폴리술파이드 유형의 화합물의 작용에 의한 전지 전압은, 충전 시간에 관계 없이 이들 전지가 과충전된 상태인 전압 값 미만에서 안정화되며, 이는 더이상 이들 전지들이 과충전된 상태로 나타날 위험이 없고, 결과적으로 그러한 과충전으로 인해 전지 성분들을 저해하는 상태가 될 위험이 없다는 것을 의미한다.
결과적으로, 리튬 폴리술파이드 유형의 화합물들의 작용에 의한 전지 전압의 안정화로 인하여, 정격 전압이 수득되지 않는 전지들의 충전이, 충전이 완료된 전지들에 영향을 미치지 않으면서, 유지될 수 있다. 따라서, 그 결과, 충전 종료시, 전지들 각각은 싸이클 종료시 동일한 충전 상태를 갖고, 전체 전압이 완전하게 규정된 축전지를 제공한다.
따라서, 축전지의 상이한 구성 전지들의 충전을 제어하기 위한 전자 시스템들을 이용할 필요가 더이상 없으며, 과충전 현상에 대한 보호가 외부 시스템에 고유한 것이 아니라, 전지들의 구조에 고유한 것이다. 이 결과, 제어 시스템들을 이용하는 축전지들에 비교하여, 상기 축전지들은 보다 경량이 되고, 나아가 일어날 수 있는 상기 제어 시스템에 관한 고장 우려가 없다.
최종적으로, 리튬 폴리술파이드 유형의 화합물의 작용은, 축전지의 전기화학 전지들의 적어도 하나 이상이 전극들의 임의의 실질적인 재충전 없이 전지 전압에서의 증가에 의해 일어나는, 주변 전지들에 유해할 수 있는, 고장으로써 특징되는 경우에도 효율적일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 폴리술파이드 유형 화합물들을 이용시, 결함있는 전지들의 전지 전압은 통상적으로 2.4V 내지 2.5V의 범위의 값으로 안정화되며(이는 첨가물의 산화환원 셔틀 메커니즘이 자리잡게 되는 전위에 대응함), 다른 비-결함 전지들은 계속 충전될 수 있다.
상기 언급된 것과 같이, 집전 기판은 제 1면 상에서 상기 제 1 전기화학 전지의 전극을 지지하고, 상기 제 1면의 반대면인 제 2면 상에서 상기 제 2 전기화학 전지의 반대쪽 표시 전극을 지지하며, 즉 이는 제 1면 상에서 상기 집전 기판이 상기 제 1 전기화학 전지의 양전극을 지지하고, 상기 제 1면에 반대되는 제 2면 상에서 상기 제 2 전기화학 전지의 음전극을 지지하거나 또는 그 반대로도 적용되는 것을 의미한다.
본 발명의 축전지들의 설계안에서, 집전 기판의 구성 물질은 양전극의 조성에 도입되는 황 원소 및 음전극의 조성에 도입되는 리튬 금속 모두에 대하여 안정적일 것이 요구된다.
구리 또는 구리 합금에 기초한 본 발명에 따른 집전 기판은 상기 언급된 안정성 조건들을 만족시킨다.
본 발명의 축전지들의 전기화학 전지들의 구성 전극들의 짝이라 함은, 선행기술의 2극성 구조를 갖는 축전지들의 경우에서와 같이, 복합 구조물의 집전 기판들에 의존할 필요가 없다는 것이며, 여기에서 전극 물질들에 대한 안정성의 이유로, 상기 집전 기판은, 각 면이 다른쪽 면의 물질과 구분되는 물질로 이루어지는 2면 구조를 갖는다.
전해질은 바람직하게는 리튬염을 포함하는 액체 전해질이다.
따라서, 예로서 상기 액체 전해질은, 리튬염이 용해될 수 있는, 카르보네이트 유형의 용매 또는 용매들의 혼합물, 예컨대 에틸렌 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 디메틸카르보네이트 또는 디에틸카르보네이트 및/또는 에테르 유형의 용매 또는 용매들의 혼합물, 예컨대 디메톡시에탄, 디옥솔란, 디옥산, 테트라에틸렌글리콜 디메틸에테르 (TEGDME라는 약어로 알려짐) 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
예로서, 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3,　LiN(C2F5SO2), 리튬 비스트리플루오로메틸술포닐이미드(LiTFSI라는 약어로 알려짐), LiN[SO2CF3]2 및 이들의 혼합물들로 형성되는 군으로부터 선택될 수 있다.
액체 전해질의 이용은 유리하게는 리튬 폴리술파이드 첨가물이 한 전극으로부터 다른 하나의 전극으로의 양호한 분산을 보장하고, 따라서 높은 충전율의 경우에도 전지 과충전으로부터 효율적인 보호를 보장하는 가능성을 제공한다.
상기 언급된 액체 전해질은 본 발명의 축전지들의 전기화학 전지들에서, 전기화학 전지의 양전극과 음전극 사이에 위치된 분리막(separator) 함침시킬 수 있다.
이 분리막은 중합체 물질과 같은, 그의 구멍 내에 액체 전해질을 수령할 수 있는, 다공성 물질일 수 있다.
예로서, 상기 중합체는 폴리(아크릴로니트릴), 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌의 공중합체 또는 액체 전해질 존재 하에서 겔화에 의해 이온전도성으로 되는 또다른 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 리튬염은 앞서 나타낸 것과 동일한 정의에 맞는 것일 수 있다.
제 1 전지 및/또는 제 2 전지가 축전지의 말단에 위치되는 경우 (즉, 스택의 말단에 위치되는 전지를 형성하는 경우), 이 제 1 전지 및/또는 제 2 전지는, 집전 기판의 한 면에 부착되는 전극에 추가하여(반대쪽 면은 인접 전지의 반대 표시 전극에 의해 점유됨), 집전 기판의 제 1면에 부착되는 반대 표시 전극(상기 제 1면에 대한 반대 면은 인접 전지의 전극에 의해 점유되지 않음)을 포함하며, 이는 상기 제 1 전지 및/또는 제 2 전지가 스택의 마지막 전지를 형성하는 것을 고려한 것이다. 전극에 의해 그 단일 면이 점유되는 집전 기판은 구리 또는 구리 합금이 유리할 수 있지만, 다른 금속 또는 금속 합금도 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 축전지들은, 컴팩트한 집적 구조들을 필요로 하는 생산품들에 특히 적당하며, 예컨대 많은 에너지가 요구되는 내장(onboard) 시스템들, 독립형 시스템들에서 적당하다. 이러한 유형의 요구조건들은 독립적인(autonomous) 전력 공급을 필요로 하는 생산품들의 분야에서 마주치게 될 수 있는데, 이는 컴퓨터, 비디오, 전화 기술, 운송, 예컨대 전기 수송수단들, 하이브리드 수송수단들 또는 나아가 의약, 우주, 마이크로전자공학 분야의 경우이다.
이제 본 발명을 첨부된 도면 및 하기 나타낸 특정 구체예를 참조하여 설명한다.
도 1은 특정 구체예에 따른 본 발명의 축전지를 예시한다.
하기 실시예는 첨부된 도면에 도시된 본 발명에 따른 축전지의 제조를 예시하며, 상기 축전지는 구리로 된 집전 기판에 의해 분리된 제 1 전기화학 전지 및 제 2 전기화학 전지로 이루어지는 <2극성>으로, 각 전지는 전해질에 의해 분리된 황 원소를 포함하는 양전극 및 리튬 금속을 포함하는 음전극을 각각 포함한다.
1) <말단(peripheral) 양전극>으로 명명되는 양전극의 제조
* 80질량%의 황 원소;
* 10질량%의 수퍼 P 카본블랙;
* 10질량%의 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF)
의 조성을 갖는 양전극을, 하기 절차에 따라 제조하였다:
- 상기 황 원소 및 카본블랙 분말들을 별도로 칭량하고;
- PVDF를 포함하는 N-메틸-피롤리돈 (NMP) 용액을 제조하고;
- 기계 교반에 의해 혼합하면서, 상기 용액 내로, 상기 언급된 분말들을 서서히 첨가하고;
- 균질한 혼합물을 수득한 후, 측미법적(micrometric) 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여, 100㎛ 두께를 갖는 층을 수득하기 위하여, 구리 시트의 한 면에 상기 혼합물을 20㎛의 두께로 코팅하고;
- 그에 의해 부착된 층을, NMP를 증발시키기 위해, 55℃ 오븐에서 24시간 동안 첫번째 건조시키고;
- 모든 미량의　잔류수를 제거하기 위하여, 50℃에서 48시간 동안 상기 층을 두번째 건조시켜, 그로 인한 결과의 층은 양전극을 형성하며, 이 층은 15㎛ 두께를 가졌다.
2) <말단 음전극>으로 명명되는 음전극의 제조
135㎛의 두께를 갖는 리튬 금속 시트를 집전 기판으로서 작용하는 구리 시트 상에 가열 롤링(hot rolling)하여 말단 음전극을 제조하였다.
3) <2극성 기판>으로 명명되는 기판의 제조
상기 1)에서 설명된 작업 절차를 20㎛ 두께의 구리 시트의 제 1면 상에 적용하고, 상기 2)에서 설명된 작업 절차를 동일한 시트의 제 2면 (이 2면은 상기 제 1면의 반대쪽 면임) 상에 적용하여 2극성 기판을 제조하였다.
4) 스택 제조
도 1에 나타낸 축전지를 2 단계로 제조하였다.
제 1단계는, 제어되지 않은 분위기 하에서 실시되며, 도 1에 나타낸 구조에 따라 말단 양전극, 2극성 기판 및 말단 음전극을 2개의 U-모양 폴리에틸렌 가스켓 중에 위치시키고, 발전기의 한 면은 개방된 채로 두고, 이어서 이 어셈블리를 열 압착 단계에 적용하므로써 축전지를 밀봉하는 것으로 이루어진다.
제 2단계는, 불활성 분위기 하에서 실시되며, 개방된 면을 통하여, 양전극과 음전극 사이의 전지들 모두 내로, 테트라메틸렌글리콜 디메틸에테르 (TEGDME)/디옥솔란의 50/50 (부피비) 혼합물 중 용액 형태의 리튬 비스-트리메틸술포닐이미드 (1mol.L-1)계의 액체 전해질로 함침된 폴리프로필렌/폴리에틸렌 분리막을 도입시키는 것으로 이루어진다.
상기 개방된 면은 그 후 2개의 다른 폴리에틸렌 가스켓들을 이용하여 폐쇄하였다.
이들 상이한 단계들 종료시, 도면에 나타낸 바에 따라, 하기를 포함하는 전기화학적 리튬 축전지가 수득되었다:
- 전도성 구리 기판 (5)에 부착된 황 원소를 포함하는 말단 양전극 (3), 및 그에 마주하는, 전도성 구리 기판 (9)의 제 1 면 상에 부착된 리튬 금속을 포함하는 음전극 (7)을 포함하며, 상기 음전극 및 양전극은 상기 정의된 것과 같은 전해질로 함침된 분리막 (11)에 의해 서로 분리되어 있는, 제 1 전기화학적 전지(1); 및
- 전도성 구리 기판 (17) 상에 부착된 리튬 금속을 포함하는 말단 음전극 (15) 및 그에 마주하는, 상기 전도성 구리 기판 (9)의 제 2면 상에 부착된 황 원소를 포함하는 양전극 (19)을 포함하며, 상기 음전극 및 양전극은 상기 정의된 것과 같은 전해질로 함침된 분리막 (21)에 의해 서로 분리되어 있는, 제 2 전기화학적 전지(13).

Claims (5)

  1. 집전 기판에 의하여 서로 분리된, 적어도 하나의 제 1 전기화학 전지 및 적어도 하나의 제 2의 전기화학 전지를 포함하고, 상기 기판은 제 1면 상에서 상기 제 1의 전기화학 전지의 전극을 지지하고, 상기 제 1면의 반대면인 제 2면 상에서 상기 제 2의 전기화학 전지의 반대 표시 전극을 지지하며, 상기 각 전지는 전해질에 의해 분리된 양전극 및 음전극을 포함하는, 전기화학 리튬 축전지로서, 하기를 특징으로 하는 전기화학 리튬 축전지:
    - 상기 집전 기판은 구리 또는 구리 합금으로 이루어지고;
    - 상기 음전극은 하기로부터 선택되는 물질을 포함한다:
    * 일반식 MxOy의 금속 산화물 화합물들, 식 중 M은 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W 및 이들의 혼합물들로부터 선택되는 성분을 나타내고, x 및 y는 양이온들의 총 하전수가 음이온들의 총 하전수를 보정하여, 상기 화합물이 전기적으로 중성이 되도록 선택되는 양의 정수들;
    * 리튬 금속 또는 리튬 금속을 포함하는 합금;
    * 주석 금속; 및
    * 이들의 혼합물들; 및
    - 상기 양전극은 하기로부터 선택되는 물질을 포함한다:
    * 황 원소;
    * 술파이드 화합물들; 및
    이들의 혼합물들.
  2. 제 1항에 있어서,
    * 상기 양전극은 황 원소를 포함하고; 그리고
    * 상기 음전극은 리튬 금속 또는 리튬 금속을 포함하는 합금인 것을 특징으로 하는 축전지.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전해질은 리튬염을 포함하는 액상 전해질인 것을 특징으로 하는 축전지.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 리튬염은 LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, LiN(C2F5SO2), 리튬 비스트리플루오로메틸술포닐이미드 LiN[SO2CF3]2 및 이들의 혼합물들로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 축전지.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 전해질은 카르보네이트계 및/또는 에테르계로부터의 하나 이상의 용매들을 포함하는 것을 특징으로 하는 축전지.
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