KR20140060366A - 휴대용 전자 디바이스를 위한 배터리 내의 그래핀 집전체 - Google Patents

휴대용 전자 디바이스를 위한 배터리 내의 그래핀 집전체 Download PDF

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라메쉬 씨. 바르드와지
리차드 엠. 만크
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Abstract

본 개시된 실시예들은 배터리 셀을 제공한다. 배터리 셀은 그래핀을 포함하는 양극 집전체, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질 및 음극 집전체를 포함한다. 그래핀은 배터리 셀의 제조 비용을 감소시키고 그리고/또는 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.

Description

휴대용 전자 디바이스를 위한 배터리 내의 그래핀 집전체{GRAPHENE CURRENT COLLECTORS IN BATTERIES FOR PORTABLE ELECTRONIC DEVICES}
본 실시예들은 휴대용 전자 디바이스를 위한 배터리들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 실시예들은 휴대용 전자 디바이스를 위한 배터리들의 음극 집전체(anode current collector) 및/또는 양극 집전체(cathode current collector)에서의 그래핀의 사용에 관한 것이다.
현재, 충전식 배터리들은 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이동 전화, PDA(personal digital assistant), 디지털 음악 재생기 및 무선 전력 도구들을 포함하는 광범위한 휴대용 전자 디바이스에 전력을 제공하는 데 이용된다. 가장 통상적으로 이용되는 충전식 배터리의 유형은 리튬 배터리인데, 이는 리튬 이온(lithium-ion) 또는 리튬 폴리머 배터리(lithium-polymer battery)를 포함할 수 있다.
리튬 폴리머 배터리들은 대개 유연한 파우치(pouch)들 내에 패키징된 셀들을 포함한다. 이러한 파우치들은 통상적으로 경량이고 제조하기에 염가이다. 또한, 리튬 폴리머 배터리들이 이동 전화, 랩톱 컴퓨터 및/또는 디지털 카메라와 같은 공간이 제약된 휴대용 전자 디바이스에 이용될 수 있도록 이들 파우치들은 다양한 셀 치수들에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 리튬 폴리머 배터리 셀은 알루미늄화된 박막 파우치(aluminized laminated pouch) 내에 말린(rolled) 전극들 및 전해질을 넣음으로써 90 내지 95%의 패키징 효율을 달성할 수 있다. 이어서 복수의 파우치들은 휴대용 전자 디바이스를 위한 배터리를 형성하도록 휴대용 전자 디바이스 내에 나란히 배치될 수 있고 직렬 및/또는 병렬로 전기 연결될 수 있다.
최근 배터리 기술에서의 발전은 또한 전극들 및 얇은 고체 전해질이 비전도성 기판의 상부에 층으로 놓이는 고체 상태 배터리의 개발을 이끌어 왔다. 고체 전해질은 비슷한 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리의 액체 전해질 미만의 공간 및/또는 미만의 중량을 취하기 때문에, 고체 상태 배터리는 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리보다 더 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 또한, 고체 상태 배터리는 종래의 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리보다 더 안전하고 그리고/또는 더 신뢰성이 있을 수 있다. 예를 들어, 고체 상태 배터리에서 불연성(non-flammable), 고체 절해질의 사용은 고체 상태 배터리가 유출(spilling), 비등(boiling), 기체발생(gassing) 및/또는 화재(fire)와 같은 액체 전해질 위험을 회피할 수 있게 한다.
그러나, 고체 상태 배터리는 통상적으로 다른 유형의 배터리보다 훨씬 더 높은 제조 비용과 관련된다. 예를 들어, 고체 상태 배터리의 양극 집전체는 금 또는 백금과 같은 고가의 금속으로 제조될 수 있다. 또한, 고체 상태 배터리의 층들은 진공 증착과 같은 복잡하고 그리고/또는 고가의 기법을 이용하여 형성될 수 있다. 결과적으로, 고체 상태 배터리를 위한 제조 기법들은 고체 상태 배터리들의 소비자 애플리케이션에게는 너무 고가일 수 있다.
개시된 실시예들은 배터리 셀을 제공한다. 배터리 셀은 그래핀으로 구성되는 양극 집전체(cathode current collector), 양극 활물질(cathode active material), 전해질, 음극 활물질(anode active material) 및 음극 집전체(anode current collector)를 포함한다. 그래핀은 배터리 셀의 제조 비용을 낮추고 그리고/또는 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 음극 집전체는 또한 그래핀으로 구성된다.
일부 실시예에서, 양극 집전체는 비전도성 기판 상에 배치된다. 예를 들어, 양극 집전체는 고체 상태 배터리 셀을 형성하기 위하여 비전도성 기판상에 배치될 수 있다. 고체 상태 배터리 셀의 전해질은 또한 고체 전해질일 수 있다. 예를 들어, 고체 전해질은 LiPON(lithium phosphorus oxynitride)을 포함할 수 있다. 또한, 고체 상태 배터리 셀의 양극 활물질은 리튬 화합물을 포함할 수 있고, 고체 상태 배터리 셀의 음극 활물질은 리튬 금속을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 양극 집전체는 또한 폴리아미드 층을 포함한다. 폴리아미드 층은 두께가 약 2 마이크로미터일 수 있고, 그래핀은 두께가 약 1 마이크로미터일 수 있다.
일부 실시예에서, 그래핀은 폴리아미드 층의 일측 또는 양측 상에 배치된다.
일부 실시예에서, 양극 활물질은 리튬 화합물을 포함하고, 음극 활물질은 흑연(graphite)을 포함한다. 예를 들어, 리튬 화합물 및 흑연은 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리 셀의 양극 활물질 및 음극 활물질에 이용될 수 있다.
<도 1>
도 1은 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀의 단면도를 도시한다.
<도 2>
도 2는 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀의 탑-다운도(top-down view)를 도시한다.
<도 3>
도 3은 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀을 위한 층들의 세트를 도시한다.
<도 4>
도 4는 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀을 위한 층들의 세트를 도시한다.
<도 5>
도 5는 개시된 실시예들에 따른 휴대용 전자 디바이스를 도시한다.
도면에서, 유사한 도면 부호가 동일한 도면 요소를 지칭한다.
후술하는 설명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시예들을 제작하고 이용할 수 있게 하도록 개시되고, 특정한 응용 및 그 요건들의 맥락에서 제공된다. 개시된 실시예들에 대한 다양한 변경들이 이들 통상의 기술자에게 용이하게 명백하게 될 것이고, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시 내용의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들 및 응용들에 대해서도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 실시예들로 제한되지 않으며, 본 명세서에 개시된 원리들 및 특징들과 일관되는 가장 넓은 범위를 허용받아야 한다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 설명된 데이터 구조들 및 코드는 통상적으로 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 상에 저장되는데, 이는 컴퓨터 시스템에 의한 이용을 위한 코드 및/또는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 디바이스 또는 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 디스크 드라이브, 자기 테이프, CD(compact disc), DVD(digital versatile disc 또는 digital video disc) 등과 같은 자기 및 광학 저장 디바이스, 또는 현재 알려져 있거나 향후에 개발될 코드 및/또는 데이터를 저장할 수 있는 다른 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 설명되는 방법들 및 공정들은 상술한 바와 같은 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장될 수 있는 코드 및/또는 데이터로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 시스템이 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 상에 저장된 코드 및/또는 데이터를 판독하고 실행할 때, 컴퓨터 시스템은 데이터 구조들 및 코드로서 구현되어 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 내에 저장된 방법들 및 공정들을 수행한다.
또한, 본 명세서에 설명된 방법들 및 공정들은 하드웨어 모듈들 또는 장치들 내에 포함될 수 있다. 이들 모듈 또는 장치는, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 칩, FPGA(Field Programmable Gate Array), 특정 시간에 특정 소프트웨어 모듈 또는 코드 단편을 실행하는 전용 또는 공유 프로세서, 및/또는 현재 알려 졌거나 향후에 개발될 다른 프로그래밍가능한 논리 디바이스들을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 하드웨어 모듈들 또는 장치들이 활성화되는 경우, 이들은 자신이 포함하고 있는 방법들 및 공정들을 수행한다.
개시된 실시예들은 배터리 셀에 관한 것이다. 배터리 셀은 양극 집전체, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질 및 음극 집전체를 포함할 수 있다. 배터리의 에너지 밀도를 증가시키고 그리고/또는 제조 비용을 감소시키기 위하여, 양극 집전체 및/또는 음극 집전체가 그래핀으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 단일 층의 그래핀은 금, 백금, 알루미늄 및/또는 구리와 같은 더 고가이고 그리고/또는 더 두꺼운 재료 대신에 배터리 셀 내에서 집전체로서 이용될 수 있다. 또한, 그래핀은 고체 상태 배터리들, 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리들을 포함하는 다양한 배터리들에서 양극 집전체 및/또는 음극 집전체를 대체할 수 있다.
도 1은 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀(100)의 단면도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(100)은 기판(102), 양극 집전체(104), 양극 활물질(106), 전해질(108), 음극 활물질(110) 및 음극 집전체(112)를 포함한다.
더욱 상세하게는, 도 1은 고체 상태 배터리 셀(100)의 단면도를 도시한다. 배터리 셀(100)의 컴포넌트는 상이한 재료의 층들을 기판(102) 및/또는 상이한 재료 서로의 층 상에 침착함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판(102)은 운모, 폴리아미드 및/또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 비전도성 기판에 대응할 수 있다. 진공증착 기법은 기판(102) 상에 백금 및/또는 금의 층으로서 양극 집전체(104), 및 기판(102) 상에 구리의 층으로서 음극 집전체(112)를 침착하는 데 이용될 수 있다. 다음에, 스퍼터링 기법은, 양극 집전체(104) 상에 양극 활물질(106)에 대응하는 리튬 화합물을 침착하는 것과 마찬가지로 양극 집전체(104), 양극 활물질(106), 기판(102) 및/또는 음극 집전체(112) 상에 고체 전해질(108)에 대응하는 LiPON(lithium phosphorus oxynitride)의 박막을 침착하는 데 이용될 수 있다. 리튬 층은 이어서 음극 활물질(110)을 형성하기 위하여 LiPON 상에 열증착될 수 있다. 마지막으로, 배터리 셀(100)은 폴리머 프레임 및/또는 유연한 파우치와 같은 보호 패키지(114) 내에 밀봉될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 재료들 및/또는 기법들이 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리들과 같은 다른 유형의 배터리들보다 배터리 셀(100)을 생산하는 데 상당히 더 고가일 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 배터리 셀(100) 내의 금 및/또는 백금 양극 집전체(104)는 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리 내에서 알루미늄 양극 집전체보다 더 높은 재료 비용에 관련될 수 있다. 유사하게, 배터리 셀(100)을 형성하는 데 이용되는 진공 증착 및/또는 스퍼터링 기법들은 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리들을 제조하는 데 이용되는 적층, 말기(rolling) 및/또는 밀봉 기법들보다 더욱 복잡하게 되고 그리고/또는 비용이 많이 들 수 있다. 따라서, 배터리 셀(100)의 제조 비용은 랩톱 컴퓨터, 이동 전화, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 매체 재생기 및/또는 디지털 카메라와 같은 휴대용 전자 디바이스 내에서 배터리 셀(100)의 사용을 제한할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 배터리 셀(100)의 제조 비용은 양극 집전체(104) 및/또는 음극 집전체(112)에 이용되는 금속을 그래핀으로 대체함으로써 감소될 수 있다. 더욱 상세하게는, 높은 전기 전도성 및/또는 인장 강도(tensile strength)를 갖는 그래핀 단층은 백금, 금, 및/또는 구리와 같은 금속 대신에 양극 집전체(104) 및/또는 음극 집전체(112)로서 기판(102) 상에 침착될 수 있다. 예를 들어, 그래핀 단층은 구리 및/또는 니켈 포일(foil) 상에 형성되고, 용액 내에 포일을 용해하고 기판(102) 상에 용액을 분무(spray)함으로써 기판(102)으로 이동될 수 있다. 그래핀 단층은 용액이 증발한 후에 기판(102) 상에 잔류할 수 있다. 그래핀 단층이 기판(102) 상에 침착된 후에, 배터리 셀(100)의 나머지 부분들은 기판(102) 및/또는 그래핀 단층 상에 양극 활물질(106), 전해질(108), 음극 활물질(110) 및/또는 패키지(114)를 배치시킴으로써 형성될 수 있다.
그래핀은 또한 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리와 같은 다른 유형의 배터리들의 양극 집전체 및/또는 음극 집전체 내에 이용될 수 있다. 하기에서 논의되는 바와 같이, 그래핀은 양극 집전체 및/또는 음극 집전체의 두께를 감소시킴으로써 배터리들의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 2는 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀(200)의 탑-다운도를 도시한다. 배터리 셀(200)은 휴대용 전자 디바이스에 전력을 공급하기 위하여 이용되는 리튬 폴리머 셀에 대응할 수 있다. 배터리 셀(200)은 활성 코팅된 양극, 분리막(separator) 및 활성 코팅된 음극을 포함하는 함께 감긴 다수의 층을 포함하는 젤리 롤(jelly roll)(202)을 포함한다. 더욱 상세하게는, 젤리 롤(202)은 분리막 재료(예를 들어, 전도성 폴리머 전해질)의 하나의 스트립에 의해 분리된 양극 재료(예를 들어, 리튬 화합물로 코팅된 알루미늄 포일)의 하나의 스트립 및 음극 재료(예를 들어, 카본으로 코팅된 구리 포일)의 하나의 스트립을 포함할 수 있다. 도 3 및 도 4에 관하여 하기에 논의되는 바와 같이, 그래핀은 배터리 셀(200)의 에너지 밀도를 증가시키기 위하여 양극 및/또는 음극 내에서 금속 대신에 이용될 수 있다. 양극, 음극 및 분리막 층들은 이어서 나선형으로 감긴 구조를 형성하도록 맨드릴(mandrel) 상에서 감길 수 있다. 젤리 롤들은 본 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 더 설명되지 않을 것이다.
배터리 셀(200)의 조립 동안, 젤리 롤(202)은 접음 선(212)을 따라 유연한 시트를 접음으로써 형성되는 유연한 파우치(pouch) 내에 넣어진다. 예를 들어, 유연한 시트는 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌과 같은 폴리머 필름을 갖는 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 유연한 시트가 접힌 이후, 유연한 시트는 예를 들어 측면 밀봉(side seal)(210) 및 테라스 밀봉(terrace seal)(208)을 따라 열을 가함으로써 밀봉될 수 있다.
젤리 롤(202)은 또한 양극 및 음극에 연결된 전도성 탭(206)의 세트를 포함한다. 전도성 탭(206)은 배터리 셀(200)을 위한 단자들을 제공하도록 파우치(예를 들어, 밀봉 테이프(204)를 이용해 형성됨) 내에서 밀봉을 통해 연장될 수 있다. 전도성 탭(206)은 이어서 배터리 팩을 형성하기 위해 배터리 셀(200)을 하나 이상의 다른 배터리 셀과 전기적으로 연결하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩은 직렬, 병렬, 또는 직렬-병렬 구조로 배터리 셀들을 연결함으로써 형성될 수 있다.
도 3은 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀을 위한 층들의 세트를 도시한다. 배터리 셀은 이동 전화, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 매체 재생기, 및/또는 디지털 카메라와 같은 휴대용 전자 디바이스에 전력을 공급하기 위해 이용되는 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리 셀에 대응할 수 있다. 층들은 도 2의 젤리 롤(202)과 같은 배터리 셀을 위한 젤리 롤을 생성하기 위하여 감길 수 있다. 이 대신에, 층들은 바이-셀(bi-cell) 구조와 같은 다른 유형의 배터리 셀 구조를 형성하는 데 이용될 수 있다.
층들은 양극 집전체(302), 양극 활물질(304), 분리막(306), 음극 활물질(308), 및 음극 집전체(310)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 양극 집전체(302)는 알루미늄 포일일 수 있고, 양극 활물질(304)은 리튬 화합물(예를 들어, 리튬 코발트 산화물)일 수 있고, 음극 집전체(310)는 구리 포일일 수 있고, 음극 활물질(308)은 카본(예를 들어, 흑연)일 수 있고, 분리막(306)은 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
또한, 배터리 셀의 에너지 밀도는 층들의 상대적인 두께에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀의 활성 성분은 100 마이크로미터 두께의 양극 활물질(304) 및 음극 활물질(308) 층들을 포함할 수 있다. 한편, 비활성 성분은 두께가 15 마이크로미터인 알루미늄 양극 집전체(302), 두께가 16 내지 20 마이크로미터인 폴리프로필렌 분리막(306), 및 두께가 10 마이크로미터인 구리 음극 집전체(310)를 포함할 수 있다. 배터리 셀 내의 비활성 성분의 존재는 배터리 셀의 에너지 밀도를 감소시킬 수 있고, 비활성 성분의 두께는 비활성 성분과 관련된 제조 공정에 의해 제한될 수 있다.
배터리 셀의 에너지 밀도를 증가시키기 위하여, 양극 집전체(302) 및/또는 음극 집전체(310)는 금속 포일 대신에 그래핀으로 구성될 수 있다. 더욱 상세하게는, 그래핀의 높은 전류 수송(current-carrying) 용량 및 인장 강도는 10 내지 15 마이크로미터 대신에 1 옹스트롱 내지 수 마이크로미터의 두께에서 양극 집전체(302) 및/또는 음극 집전체(310)의 전하-수집(charge-collecting) 기능성을 제공할 수 있다.
예를 들어, 그래핀 단층은 양극 집전체(302) 및/또는 음극 집전체(310)를 형성하도록 양극 활물질(304) 및/또는 음극 활물질(308) 상에 직접 침착될 수 있다. 이 대신에, 양극 집전체(302) 및/또는 음극 집전체(310)는 폴리아미드의 2 마이크로미터 두께 층의 일측 상에 그래핀을 침착시킴으로써 형성될 수 있다. 폴리아미드 층은 이어서 침착된 그래핀이 양극 활물질(304)에 접촉하도록 양극 활물질(304) 상에 배치(예를 들어, 그래핀이 하향(facing down))될 수 있다. 유사하게, 폴리아미드 층은 침착된 그래핀이 음극 활물질(308)에 접촉하게 하는 방식으로 음극 활물질(308) 아래에 배치(예를 들어, 그래핀이 상향(facing up))될 수 있다. 도 4에 관하여 하기에 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 그래핀은 또한 배터리 셀을 위한 2개 측면의 집전체를 형성하도록 폴리아미드 층의 양측 상에 침착될 수 있다.
도 4는 개시된 실시예들에 따른 배터리 셀을 위한 층들의 세트를 도시한다. 도 3의 배터리 셀과 마찬가지로, 층들은 리튬 이온 및/또는 리튬 폴리머 배터리 셀에 이용될 수 있다. 또한, 층들은 젤리 롤, 바이-셀, 및/또는 다른 배터리 셀 구조를 생성하기 위하여 적층되고 그리고/또는 감길 수 있다.
특히, 도 4의 배터리 셀은 2개 층의 양극 활물질(402, 404), 2개 층의 분리막(406, 408), 및 2개 층의 음극 활물질(410, 412)을 포함한다. 양극 활물질(402, 404)은 리튬 화합물을 포함할 수 있고, 분리막(406, 408)은 폴리프로필렌 및/또는 폴리에틸렌을 포함할 수 있고, 음극 활물질(410, 412)은 카본을 포함할 수 있다. 분리막(406, 408)의 층들은, 음극 활물질(410, 412)의 층들 둘 모두의 아래에 시트를 배치시키고, 음극 활물질(410)의 상부 위로 시트를 접고, 그 접힌 부분 위에 양극 활물질(402, 404)의 층들 둘 모두를 배치시킴으로써 단일 시트의 분리막 재료로 형성될 수 있다.
또한, 2개의 집전체는 양극 활물질(402, 404) 및 음극 활물질(410, 412)의 층들 사이에 각각 끼워질 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 집전체는 그래핀(418 내지 424)에 의해 양측 상이 덮여진 폴리아미드(414, 416)의 층을 포함한다. 그래핀(418 내지 424)의 층들은 2개의 이종(disparate) 집전체 대신에 하나의 연속적인 집전체를 형성하도록 폴리아미드(414, 416) 층들의 단부에 추가적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 양극 집전체는 폴리아미드(414) 및 그래핀(418, 420) 층들을 포함할 수 있고, 음극 집전체는 폴리아미드(416) 및 그래핀(422, 424) 층들을 포함할 수 있다. 그래핀(418, 420) 층들은 폴리아미드(414)의 우측에 연결될 수 있고, 이는 양극 집전체가 양극 활물질(402, 404)의 층들 둘 모두에 그리고 층들 둘 모두로부터 전류를 전도하게 한다. 그래핀(422, 424) 층들은 유사하게 폴리아미드(416)의 우측에 연결될 수 있고, 이는 음극 집전체가 음극 활물질(410, 412)의 층들 둘 모두에 그리고 층들 둘 모두로부터 전류를 전도하게 한다.
양극 집전체 및 음극 집전체의 성분은 집전체들이 배터리 셀 내에서 비슷한 금속 집전체들의 두께의 일부를 차지하게 할 수 있다. 따라서, 집전체의 감소된 두께는 배터리 셀의 에너지 밀도를 증가시키고 배터리 셀을 갖는 휴대용 전자 디바이스의 사용을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 전체 1 마이크로미터의 그래핀(418 내지 424)은 배터리 셀을 위하여 3 마이크로미터 두께의 양극 집전체 및/또는 음극 집전체를 형성하도록 2 마이크로미터 두께의 폴리아미드(414, 416) 층 상에 침착될 수 있다. 이와 대조적으로, 알루미늄 양극 집전체는 최소 15 마이크로미터의 두께로 제조될 수 있고, 구리 음극 집전체는 최소 10 마이크로미터의 두께로 제조될 수 있다.
전술한 충전식 배터리 셀은 임의의 유형의 전자 디바이스에서 일반적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 모두 배터리(506)에 의해 전력이 공급되는 프로세서(502), 메모리(504) 및 디스플레이(508)를 포함하는 휴대용 전자 디바이스(500)를 도시한다. 휴대용 전자 디바이스(500)는 랩톱 컴퓨터, 이동 전화, PDA, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 매체 재생기, 디지털 카메라, 및/또는 배터리-전력 공급되는 다른 유형의 전자 디바이스에 대응할 수 있다. 배터리(506)는 하나 이상의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩에 대응할 수 있다. 각각의 배터리 셀은 양극 집전체, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질 및 음극 집전체를 포함할 수 있다. 양극 집전체 및/또는 음극 집전체는 그래핀을 포함할 수 있다. 또한, 그래핀은 비전도성 기판 및/또는 폴리아미드 층의 일측 또는 양측 상에 배치될 수 있다.
전술한 다양한 실시예들에 대한 설명은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제시되어 왔다. 이는 본 발명을 개시된 형태들로 완전하게 하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게는 다수의 수정들 및 변경들이 명백할 것이다. 또한, 전술한 개시 내용은 본 발명을 한정하도록 의도되지 않는다.

Claims (20)

  1. 그래핀(graphene)을 포함하는 양극 집전체(cathode current collector);
    양극 활물질(cathode active material);
    전해질;
    음극 활물질(anode active material); 및
    음극 집전체(anode current collector)
    를 포함하는, 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음극 집전체는 그래핀을 포함하는, 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 양극 집전체는 비전도성 기판 상에 배치되는, 배터리 셀.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전해질은 고체 전해질인, 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고체 전해질은 LiPON(lithium phosphorus oxynitride)을 포함하는, 배터리 셀.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 리튬 화합물을 포함하고,
    상기 음극 활물질은 리튬 금속을 포함하는, 배터리 셀.
  7. 제1항에 있어서, 상기 양극 집전체는 폴리아미드 층을 더 포함하는, 배터리 셀.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 폴리아미드 층은 두께가 약 2 마이크로미터이고,
    상기 그래핀은 두께가 약 1 마이크로미터인, 배터리 셀.
  9. 제7항에 있어서, 상기 그래핀은 상기 폴리아미드 층의 일측 또는 양측 상에 침착되는, 배터리 셀.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 리튬 화합물을 포함하고,
    상기 음극 활물질은 흑연을 포함하는, 배터리 셀.
  11. 휴대용 전자 디바이스로서,
    배터리 팩에 의해 전력공급되는 컴포넌트의 세트; 및
    배터리 셀을 포함하는 상기 배터리 팩
    을 포함하며,
    상기 배터리 셀은,
    그래핀을 포함하는 양극 집전체;
    양극 활물질;
    전해질;
    음극 활물질; 및
    음극 집전체
    를 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 상기 음극 집전체는 그래핀을 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 양극 집전체는 비전도성 기판 상에 배치되는, 휴대용 전자 디바이스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전해질은 고체 전해질인, 휴대용 전자 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 고체 전해질은 LiPON(lithium phosphorus oxynitride)을 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 리튬 화합물을 포함하고,
    상기 음극 활물질은 리튬 금속을 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
  17. 제11항에 있어서, 상기 양극 집전체는 폴리아미드 층을 더 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 폴리아미드 층은 두께가 약 2 마이크로미터이고,
    상기 그래핀은 두께가 약 1 마이크로미터인, 휴대용 전자 디바이스.
  19. 제17항에 있어서, 상기 그래핀은 상기 폴리아미드 층의 일측 또는 양측 상에 침착되는, 휴대용 전자 디바이스.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 리튬 화합물을 포함하고,
    상기 음극 활물질은 흑연을 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
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