KR20140147721A - 축전 소자 및 축전지 모듈 - Google Patents

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도모노리 가코
스미오 모리
아키히코 미야자키
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가부시키가이샤 지에스 유아사
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Abstract

본 발명은 성능의 저하를 억제하는 축전 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 양극(11), 음극(13), 및 양극(11)과 음극(13)과의 사이에 배치된 격리판(12)를 구비한다. 양극(11)은 양극 기재(11A),로 양극 기재(11A) 위에 형성된 양극 활물질층(11B), 및 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면 중 적어도 한쪽을 덮는 보호층(11C)을 가지고, 음극(13)은 음극 기재(13A)와 음극 기재(13A) 위에 형성된 음극 활물질층(13B)을 가진다. 격리판(12)은 음극 활물질층(13B)과 대향하는 격리판 기재(12A)와, 격리판 기재(12A) 위에 형성되고 양극 활물질층(11B)와 대향하며 결착제를 포함하는 무기층(12B)을 가지고, 무기층(12B)의 폭은 양극 활물질층(11B)의 폭보다 크며, 보호층(11C)은 결착제로부터 용출된 성분으로부터 양극 활물질층(11B)이 보호되도록 구성되어 있다.

Description

축전 소자 및 축전지 모듈 {ELECTRIC STORAGE DEVICE AND ELECTRIC STORAGE MODULE}
본 발명은 축전 소자에 관한 것이며, 더욱 특정적으로는, 양극, 음극, 그리고 이 양극 및 음극 사이에 배치된 격리판(separator)을 가지는 발전 요소를 구비한 축전 소자에 관한 것이다.
최근, 자동차, 자동 이륜차 등의 차량, 휴대 단말기, 노트북형 PC 등의 각종 기기 등의 동력원으로서, 리튬 이온 전지, 니켈 수소전지 등의 전지, 전기 이중 층 커패시터 등의 커패시터 등의 충방전 가능한 축전 소자가 채용되고 있다.
이와 같은 축전 소자를 구성하는 발전 요소가 권취형인 경우에는, 권취 시의 어긋남 등에 의한 단락(短絡)을 방지하기 위하여, 격리판의 폭을 양극의 폭보다 크게 하는 기술이 있다. 이러한 기술을 채용한 축전 소자로서, 예를 들면, 국제공개공보 제98/38688호(특허문헌 1)에 개시된 비수 전해질 2차 전지를 들 수 있다.
이 특허문헌 1에는, 격리판은, 절연성 물질 입자끼리가 결착제로 결합된 절연 성 물질 입자 집합체층로서, 양극 활물질층 및 음극 활물질층 중 적어도 한쪽의 단면(端面)은 , 그 적어도 일부가 상기 절연성 물질 입자 집합체층에서 코팅되어 있는 것이 개 나타나 있다.
국제공개공보 제98/38688호
본 발명은 성능의 저하를 억제할 수 있는 축전 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는, 격리판 기재(基材) 위에 무기층을 가지는 격리판에 있어서, 무기층을 구성하는 결착제가 격리판으로부터 용출(溶出)되어, 양극 활물질층의 단부(端部)에서 집중적으로 양극 활물질을 분해하는 것에 기인하고 있는 것에, 본 발명자는 주목하고 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명의 축전 소자는, 양극; 음극; 및 이 양극과 음극과의 사이에 배치된 격리판을 포함하고, 양극은, 양극 기재; 이 양극 기재 위에 형성된 양극 활물질층; 이 양극 활물질층의 폭 방향의 측면 중 적어도 한쪽을 덮는 보호층을 포함하고, 음극은, 음극 기재; 및 이 음극 기재 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하고, 격리판은, 음극 활물질층과 대향하는 격리판 기재; 및 이 격리판 기재 위에 형성되고 양극 활물질층과 대향하며, 결착제(結着劑)를 포함하는 무기층을 포함한다. 무기층의 폭은, 양극 활물질층의 폭보다 크고, 보호층은 결착제로부터 용출된 성분으로부터 양극 활물질층이 보호되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 축전 소자에 의하면, 격리판과 대향하는 양극 활물질층의 폭 방향의 측면의 적어도 한쪽을 보호층으로 덮고, 보호층은 결착제로부터 용출된 성분으로부터 양극 활물질층이 보호되도록 구성되어 있다. 그러므로, 격리판을 구성하는 결착제가 격리판으로부터 용출되어, 양극 활물질층에 있어서 보호층으로 덮여 있는 부분에서 집중적으로 분해되어도, 양극 활물질층에 있어서 보호층으로 덮여 있는 부분에서는 양극 활물질과 반응 등을 하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 결착제가 용출되는 영향을 감소시킬 수 있으므로, 축전 소자의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
상기 축전 소자에 있어서 바람직하게는, 양극 기재 측에서 보아 양극 활물질층을 무기층에 투영했을 때, 폭 방향의 양측에 무기층이 노출되고, 보호층은 양극 활물질층의 폭 방향의 양측의 측면을 덮는다.
상기 축전 소자에 있어서 바람직하게는, 양극 기재 측에서 보아 양극 활물질층을 무기층에 투영했을 때, 폭 방향의 한쪽에만 무기층이 노출되고, 보호층은 노출된 무기층 측에 위치 양극 활물질층의 폭 방향의 측면만을 덮는다.
이러한 경우, 양극 활물질층에 있어서 결착제의 용출 및 분해의 영향을 크게 받는 영역에 보호층이 형성되어 있으므로, 성능의 저하를 억제한 축전 소자를 실현할 수 있다.
상기 축전 소자에 있어서 바람직하게는, 결착제는, 에스테르 결합되어 이루어지는 결착제이다.
에스테르 결합되어 이루어지는 결착제는, 양극 활물질과의 반응성이 높으므로, 에스테르 결합되어 이루어지는 결착제를 가지는 격리판을 구비한 축전 소자에 있어서, 본 발명의 효과가 더욱 현저하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 성능의 저하를 억제할 수 있는 축전 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에서의 축전 소자의 일례인 비수 전해질 2차 전지를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에서의 비수 전해질 2차 전지의 용기의 내부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에서의 III-III선에 따른 단면도이며, 본 발명의 실시형태 1에서의 비수 전해질 2차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에서의 비수 전해질 2차 전지의 발전 요소를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에서의 비수 전해질 2차 전지의 발전 요소를 개략적으로 나타내며, 도 4에서의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 1에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타내며, 양극 활물질층 측에서 보았을 때의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1의 변형예 1에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 1의 변형예 1에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타내며, 양극 활물질층 측에서 보았을 때의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태 1의 변형예 2에서의 비수 전해질 2차 전지의 발전 요소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 1의 변형예 2에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태 1의 변형예 2에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타내며, 양극 활물질층 측에서 보았을 때의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 실시형태 1의 변형예 3에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시형태 1의 변형예 3에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타내고, 양극 활물질층 측에서 보았을 때의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 실시형태 2에서의 비수 전해질 2차 전지의 발전 요소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시형태 2에서의 비수 전해질 2차 전지의 양극을 개략적으로 나타내며, 양극 활물질층 측에서 보았을 때의 평면도이다.
도 17은 비교예에서의 발전 요소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그리고, 이하의 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 참조부호를 부여하고 그 설명은 반복하지 않는다.
(실시형태 1)
도 1∼도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태인 축전 소자의 일례인 비수 전해질 2차 전지(1)를 설명한다.
도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 비수 전해질 2차 전지(1)는, 용기(2), 이 용기(2)에 수용된 전해액(전해질)(3), 용기(2)에 장착된 외부 개스킷(5), 이 용기(2)에 수용된 발전 요소(10), 및 이 발전 요소(10)와 전기적으로 접속된 외부 단자(21)를 구비하고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 용기(2)는 발전 요소(10)를 수용하는 본체부(케이스)(2a)와, 본체부(2a)를 덮는 커버부(2b)를 가지고 있다. 본체부(2a) 및 커버부(2b)는, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 알루미늄계 금속 재료, 스테인리스 강판으로 형성되고, 서로 용접되어 있다.
커버부(2b)의 외면에는 외부 개스킷(5)이 배치되고, 커버부(2b)의 개구부와 외부 개스킷(5)의 개구부가 연속되어 있다. 외부 개스킷(5)은, 예를 들면, 오목부를 가지고, 이 오목부 내에 외부 단자(21)가 배치되어 있다.
외부 단자(21)는, 발전 요소(10)에 접속된 집전부(도시하지 않음)와 접속되어 있다. 그리고, 집전부의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 판형이다. 외부 단자(21)는, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 알루미늄계 금속 재료로 형성되어 있다.
외부 개스킷(5) 및 외부 단자(21)는 양극용과 음극용이 설치되어 있다. 양극용의 외부 개스킷(5) 및 외부 단자(21)는, 커버부(2b)의 길이 방향에서의 일단 측에 배치되고, 음극용의 외부 개스킷(5) 및 외부 단자(21)는, 커버부(2b)의 길이 방향에서의 타단 측에 배치되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본체부(2a)의 내부에는, 전해액(3)이 수용되고, 전해액(3)에 발전 요소(10)가 침지되어 있다. 즉, 본체부(2a)의 내부에, 발전 요소(10)와 전해액(3)이 봉입(封入)되어 있다.
전해액(3)(비수 전해질)은 유기용매에 전해질염이 용해되어 이루어진다. 유기용매로서는, 예를 들면, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 트리플루오로 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, 술포란, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 디옥솔란, 플루오로 에틸 메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 프로필렌 글리콜 디아세테이트, 에틸렌 글리콜 디플로피오네이트, 프로필렌 글리콜 디플로피오네이트, 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 프로필, 아세트산 부틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 프로필, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸 이소프로필 카보네이트, 에틸 이소프로필 카보네이트, 디이소프로필 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 아세토니트릴, 플루오로 아세토니트릴, 에톡시 펜타플로오로 시클로 트리포스파젠, 디에톡시 테트라플로오로 시클로 트리포스파젠, 페녹시 펜타플로오로 시클로 트리포스파젠 등의 알콕시 및 할로겐 치환 환상(環狀) 포스파젠류 또는 쇄상(鎖狀) 포스파젠류; 인산 트리에틸, 인산 트리메틸, 인산 트리옥틸 등의 인산 에스테르류; 붕산 트리에틸, 붕산 트리부틸 등의 붕산 에스테르류; N-메틸 옥사졸리디논, N-에틸 옥사졸리디논 등의 비수 용매를 들 수 있다.
전해질로서 고체 전해질을 사용하는 경우에는, 고체 전해질로서의 고분자 고체 전해질을 사용하고, 고분자 고체 전해질로서 유공성(有孔性) 고분자 고체 전해질 막을 사용할 수 있다. 그리고, 고분자 고체 전해질에 전해액을 더 함유시킬 수 있다. 또한, 전해질로서의 겔 상태의 고분자 고체 전해질을 사용하는 경우에는, 겔을 구성하는 전해액과 세공(細孔) 중 등에 함유되어 있는 전해액과는 달라도 된다. 단, HEV 용도와 같이 높은 출력이 요구되는 경우는 고체 전해질이나 고분자 고체 전해질을 사용하는 것보다 비수 전해질을 단독으로 사용하는 것이 바람직하다.
전해질염으로서는, 특별히 제한은 없고, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2C2F5)2, LiN(SO2CF3)(SO2C4F9), LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, NaClO4, NaI, NaSCN, NaBr, KClO4, KSCN 등의 이온 화합물 및 이들 2종류 이상의 혼합물 등을 들 수 있다.
비수 전해질에는, 공지의 첨가제를 더 가할 수도 있다.
축전 소자(10)에 있어서는, 상기한 유기용매와 전해질염을 조합하여 이루어지는 비수 전해질을 사용할 수 있다. 그리고, 비수 전해질로서는, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 메틸 에틸 카보네이트를 혼합한 것이, 리튬 이온의 전도도가 높아진다는 점에서 바람직하다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본체부(2a)의 내부에는 발전 요소(10)가 수용되어 있다. 용기(2) 내에는, 1개의 발전 요소가 수용되어 있어도 되고, 복수의 발전 요소가 수용되어 된다(도시하지 않음). 후자의 경우에는, 복수의 발전 요소(10)는 전기적으로 병렬로 접속되어 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 발전 요소(10)는 양극(11), 격리판(12), 및 음극(13)을 포함하고 있다. 본 실시형태의 발전 요소(10)는, 음극(13) 위에 격리판(12)이 배치되고 , 이 격리판(12) 위에 양극(11)이 배치되고, 이 양극(11) 위에 격리판(12)이 배치된 상태로 권취되고, 통형으로 형성되어 있다. 즉, 발전 요소(10)에 있어서, 음극(13)의 외주 측에 격리판(12)이 형성되고, 이 격리판(12)의 외주 측에 양극(11)이 형성되고, 이 양극(11)의 외주 측에 격리판(12)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 발전 요소(10)에 있어서, 양극(11) 및 음극(13) 사이에 절연성의 격리판이 배치되어 있으므로, 양극(11)과 음극(13)과는 전기적으로 접속되어 있지 않다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 발전 요소(10)를 구성하는 양극(11)은, 양극 기재(11A), 이 양극 기재(11A)에 형성된 양극 활물질층(11B), 및 이 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(양극 활물질(11B)의 권취 축 방향의 단면)(11B1) 중 적어도 한쪽을 덮는 보호층(11C)을 가지고 있다.
발전 요소(10)를 구성하는 음극(13)은, 음극 기재(13A)와, 이 음극 기재(13A)에 형성된 음극 활물질층(13B)을 가지고 있다.
발전 요소(10)를 구성하는 격리판(12)은, 격리판 기재(12A)와, 이 격리판 기재(12A) 위에 형성된 무기층(12B)을 가지고 있다. 격리판(12)의 격리판 기재(12A)는 음극 활물질층(13B)과 대향하고, 무기층(12B)은 양극 활물질층(11B)와 대향하고 있다.
상세하게는, 발전 요소(10)에 있어서는, 양극(11)과 음극(13)과의 사이에 격리판(12)이 배치되어 있다. 또한, 음극(13)의 음극 활물질층(13B)은, 격리판(12)의 격리판 기재(12A)와 대향하고 접하도록 배치되어 있다. 또한, 양극(11)의 양극 활물질층(11B) 및 보호층(11C)은, 격리판(12)의 무기층(12B)과 대향하고 접하도록 배치되어 있다. 그리고, 발전 요소(10)는, 상기 구성의 것이 권취되어 이루어진다.
그리고, 음극 기재(13A)의 양면 측에 음극 활물질층이 형성되어 있어도 되고, 양극 기재(11A)의 양면 측에 양극 활물질층이 형성되어 있어도 된다.
양극 기재(11A) 및 음극 기재(13A)는, 특별히 한정되지 않고, 양극 기재(11A)의 재질로서는, 알루미늄을 사용할 수 있다. 음극 기재(13A)의 재질로서는 동을 사용할 수 있다. 양극 기재(11A) 및 음극 기재(13A)의 형상은, 보통, 박상(箔狀)이다.
양극(11)을 구성하는 양극 활물질층(11B)은 양극 활물질, 도전 조제, 및 결착제를 가지고 있다. 음극(13)을 구성하는 음극 활물질층(13B)은 음극 활물질과, 결착제를 가지고 있다. 그리고, 음극 활물질층(13B)은 도전 조제를 더 가지고 있어도 된다.
양극 활물질로서는, 리튬 이온을 흡장 방출 가능한 양극 활물질이면, 적절히 공지의 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질로서는, LixMOy(M은 적어도 일종의 전이 금속을 나타냄)로 표현되는 복합 산화물(LixCoO2, LixNiO2, LixMn2O4, LixMnO3, LixNiyCo(1-y)O2, LixNiyMnzCo(1-y-z)O2, LixNiyMn(2-y)O4 등), 또는 LiwMex(XOy)z(Me는 적어도 일종의 전이 금속을 나타내고, X는, 예를 들면, P, Si, B, V)로 표현되는 폴리 음이온 화합물(LiFePO4, LiMnPO4, LiNiPO4, LiCoPO4, Li3V2(PO4)3, Li2MnSiO4, Li2CoPO4F 등)로부터 선택할 수 있다. 또한, 이들의 화합물 중의 원소 또는 폴리 음이온의 일부는, 다른 원소 또는 음이온 종(種)으로 치환되어 있어도 된다. 또한, 양극 활물질은, 표면이 ZrO2, MgO, Al2O3 등의 금속 산화물이나 탄소로 피복되어 있어도 된다. 양극 활물질로서는, 또한 디설파이드, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리파라스티렌, 폴리아세틸렌, 포리아센계 재료 등의 도전성 고분자 화합물, 의사 그래파이트 구조 탄소질 재료 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다.
양극 활물질에 있어서는, 이들의 화합물이 단독으로 사용되어도 되고, 2종 이상이 혼합하여 사용되어도 된다.
음극 활물질은, 음극에 있어서 충전 반응 및 방전 반응의 전극 반응에 기여할 수 있는 물질이다. 음극 활물질의 재료는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 비정질 탄소, 난(難)흑연화 탄소, 이(易)흑연화 탄소, 흑연 등의 탄소계 물질 등을 사용할 수 있다.
상기 도전 조제는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 케첸블랙(ketchen black), 아세틸렌 블랙, 흑연, 코크스 분말 등을 사용할 수 있다.
상기 결착제는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리아크릴로 니트릴, 폴리불화 비닐리덴(PVDF), 불화 비닐리덴과 헥사 플루오로 프로필렌의 공중합체, 포리테트라플로오로 에틸렌, 폴리헥사플루오로 프로필렌, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리포스파젠, 폴리실록산, 폴리아세트산 비닐, 폴리비닐 알코올, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 스티렌-부타디엔 고무, 니트릴-부타디엔 고무, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있다.
양극(11)을 구성하는 보호층(11C)에 대해는 후술한다.
격리판(12)은 양극(11) 및 음극(13) 사이에 배치되고, 양극(11)과 음극(13)과의 전기적인 접속을 차단하면서, 전해액(3)의 통과를 허용하는 것이다. 단락 방지의 관점에서, 격리판(12)의 폭은 양극 활물질층(11B)의 폭보다 크다. 또한, 본 실시형태의 격리판(12)의 폭은 음극 활물질층(13B)의 폭보다 크다.
격리판(12)은 격리판 기재(12A)와, 이 격리판 기재(12A)의 적어도 한쪽 면 위에 형성된 무기층(12B)을 가지고 있다. 무기층(12B)은 보호층(11C)과 거의 접하고 있지 않으므로, 충방전 사이클 시의 팽창 수축에 대한 내성이 높아지고, 용량 저하를 억제할 수 있다.
격리판 기재(12A)는, 특별히 한정되지 않고, 수지 다공막 전반을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 폴리머, 천연 섬유, 탄화수소 섬유, 유리 섬유 또는 세라믹 섬유의 직물, 또는 부직(不織) 섬유를 사용할 수 있다. 격리판 기재(12A)는 직물 또는 부직 폴리머 섬유를 가지는 것이 바람직하고, 폴리머 직물 또는 후리스를 가지거나, 또는 이 같은 직물 또는 후리스인 것이 더욱 바람직하다. 폴리머 섬유로서의 격리판 기재(12A)는, 폴리아크릴로 니트릴(PAN), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 폴리에스테르; 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀(PO); 또는 이와 같은 폴리올레핀의 혼합물로부터 선택한 폴리머의 비전도성 섬유를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 격리판 기재(12A)는 폴리올레핀 미세 다공막, 부직포, 종이 등이며, 바람직하게는 폴리올레핀 미세 다공막(다공질 폴리올레핀층)이다. 다공질 폴리올레핀층로서는, 폴리에틸렌 , 폴리프로필렌, 또는 이들의 복합막 등을 이용할 수 있다.
무기층(12B)은 무기 코팅층이라고도 하며, 무기 입자와 결착제를 포함한다. 무기층(12B)의 폭은 양극 활물질층(11B)의 폭보다 크다. 즉, 무기층(12B)은 양극 기재(11A) 측에서 볼 때 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영한 모든 영역을 포함한다. 무기층(12B)의 폭이 양극 기재(11A)의 폭보다 크면 특별히 한정되지 않지만, 단락 방지의 관점에서, 무기층(12B)의 폭은 양극 기재(11A)의 폭보다 1 ㎜ 이상 큰 것이 바람직하다.
무기 입자는, 특별히 한정되지 않지만, 하기 중 하나 이상의 무기물의 단독 또는 혼합체 또는 복합 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화철, SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO2, ZrO, 알루미나-실리카 복합 산화물 등의 산화물 미립자; 질화 알루미늄, 질화 규소 등의 질화물 미립자; 불화 칼슘, 불화 바륨, 황산 바륨 등의 난용성의 이온 결정 미립자; 실리콘, 다이아몬드 등의 공유 결합성 결정 미립자; 탈크(talc), 몬모릴로나이트 등의 점토 미립자; 베마이트(boehmite), 제올라이트(zeolite), 애퍼타이트(apatite), 카올린(kaolin), 물라이트(mullite), 스피넬spinel), 올리빈(olivine), 세리사이트(sericite), 벤토나이트(bentonite), 운모(mica) 등의 광물자원 유래 물질의 입자 또는 이들 인조물 등을 들 수 있다. 또한, 금속 미립자; SnO2, 주석-인듐 산화물(ITO) 등의 산화물 미립자; 카본 블랙, 그래파이트 등의 탄소질 미립자; 등의 도전성 미립자의 표면을, 전기 절연성을 가지는 재료(예를 들면, 상기한 전기 절연성의 무기 입자를 구성하는 재료)로 표면 처리함으로써, 전기 절연성을 갖게 한 미립자이어도 된다. 무기 입자는 SiO2, Al2O3, 알루미나-실리카 복합 산화물인 것이 바람직하다.
결착제로서는, 양극(11) 및 음극(13)이 가지는 결착제와 동일한 것을 사용할 수 있다. 결착제로서는, 분자 중에 에스테르 결합을 가지는 화합물이 바람직하다. 에스테르 결합을 가지는 결착제는 열안정성, 비용면에서 우수하다. 이와 같은 에스테르 결합을 가지는 결착제로서는, 예를 들면, 메타크릴산 에스테르-아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴산 에스테르 공중합체, 아크릴로 니트릴-아크릴산 에스테르 공중합체, 폴리아세트산 비닐 등의 고무 종류, 폴리에스테르 등의 융점 및/또는 유리 전위 온도가 180℃ 이상인 수지 등을 사용할 수 있다.
또한, 무기 입자와 혼합하는 결착제로서는, 무기 입자를 양극 기재(11A)나 음극 기재(13A)에 결착할 수 있고, 전해액에 용해되지 않으며, 또한 리튬 이온 2차 전지의 사용 범위에서 전기 화학적으로 안정하는 것이 바람직하다.
결착제로서는, 폴리불화 비닐리덴(PVdF); 폴리테트라플루오로 에틸렌 등의 불소 함유 수지; 스티렌 부타디엔 고무(SBR); 아크릴 수지(분자 중에 에스테르 결합을 가짐); 폴리올레핀 수지; 폴리비닐 알코올; 폴리아미드, 포리이 미드, 폴리아미드 이미드 등의 질소 함유 수지; 셀룰로오스와 아크릴 아미드의 가교 중합체와 셀룰로오스와 키토산 피롤리돈 카르본산 염의 가교 중합체; 및 다당류 고분자 폴리머인 키토산, 키친 등을 가교제로 가교한 것으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.
그리고, 격리판 기재(12A) 및 무기층(12B)은 단일의 층으로 구성되어 있어도 되고, 복수의 층으로 구성되어 있어도 된다.
여기서, 양극(11)을 구성하는 보호층(11C)에 대해 설명한다. 보호층(11C)은 무기층(12B)의 결착제로부터 용출된 성분으로부터 양극 활물질층(11B)이 보호되도록 구성되어 있다. "보호되다"란, 양극 활물질층(11B)과 접촉 또는 접착함으로써, 결착제로부터 용출된 성분이 양극 활물질 상에서 직접 양극 활물질과 반응하는 것을 억제하는 것을 의미한다.
보호층(11C)의 구성 재료로서는, 예를 들면, 케첸 블랙(ketchen black), 아세틸렌 블랙, 흑연, 코크스 분말 등의 도전성 재료; Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, MgO 등의 무기 입자; 폴리이미드 분말 등의 유기 입자를 사용할 수 있다.
보호층(11C)의 구성 재료로서는, 안전성이나 안정성, 취급의 용이함 등으로부터, Al2O3 입자가 바람직하고, 박상(箔狀) 양극판과의 밀착성이나 접합 강도 등의 관점에서, γ형 알루미나 입자가 특히 바람직하다. 그리고, 보호층(11C)은 양극 활물질을 포함하지 않는다.
보호층(11C)에서의 상기 입자로서는, 1차 입경의 중앙값이 1㎚∼2000㎚인 것을 사용할 수 있다. 상기 입자로서는, 박상 양극판과 밀착성이나 접합 강도의 관점에서, 1차 입경의 중앙값이 1㎚∼200㎚인 것이 바람직하고, 1㎚∼20㎚인 것이 더욱 바람직하다.
전기적 절연성의 상기 입자와 혼합하는 바인더로서는, 포리훅?비리니덴(PV DF), 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등을 사용할 수 있지만, 호일형 양극 기재(11A)와의 밀착성이나 접합 강도의 관점에서는, PVDF를 사용하는 것이 바람직하다.
보호층(11C)의 두께는 양극 활물질층(11B)의 두께에 따라 적절히 변경할 수 있다. 보호층(11C)의 두께는 양극 활물질층(11B)의 두께에 대해, -14㎛ 이상 ＋2㎛ 이하가 바람직하고, 0㎛ 이상 ＋1㎛ 이하가 더욱 바람직하다.
보호층(11C)의 두께가 양극 활물질층(11B)의 두께에 대해 ＋2㎛ 이하인 것에 의해, 권취 시에 보호층(11C) 부근에서의 양극 및 음극의 간극 거리가 다른 부분과 비교하여 커지는 것이 억제된다. 따라서, 간극 거리가 넓은 부분이 생기는 것이 억제되어 있으므로, 고효율 충방전 시에 전류 분포가 흐트러지는 것이 억제되고, 불균일한 열화를 일으키는 것이 억제될 수 있다.
보호층(11C)의 두께가 양극 활물질층(11B)의 두께에 대해 -14㎛ 이상인 것에 의해, 양극 활물질층(11B)의 측면에서의 보호 작용을 더욱 충분한 것으로 할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 양극 기재(11A)에서 보아, 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영했을 때, 폭 방향의 양측에 무기층(12B)이 노출되어 있는 경우, 보호층(11C)은 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양측의 측면(11B1)을 덮고 있는 것이 바람직하고, 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양측의 측면(11B1) 전체를 덮고 있는 것이 더욱 바람직하다. 보호층(11C)이 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(11B1) 전체를 덮고 있는 경우, 양극 활물질층(11B)의 측면(11B1)은 노출되어 있지 않다.
도 5에 나타낸 보호층(11C)의 단면(斷面) 형상은 대략 L자형이다. 즉, 보호층(11C)은 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양 측면(11B1)을 따라 연장되고, 양극 기재(11A)에 있어서 양극 활물질층(11B)과 대향하는 면을 따라 바깥쪽으로 연장되어 있다.
이어서, 본 실시형태에서의 비수 전해질 2차 전지(1)의 제조 방법에 대해 설명한다. 먼저, 발전 요소(10)에 대해 설명한다.
<양극의 제작>
양극 활물질과 도전 조제와 결착제가 혼합되고, 이 혼합물이 용제에 더해져 혼련되어, 양극 합제가 형성된다. 이 양극 합제가 양극 기재(11A) 중 적어도 한쪽 면에 도포되어 압축 성형된다. 이로써, 양극 기재(11A) 위에 양극 활물질층(11B)가 형성될 준비를 한다.
다음에, 도 5∼도 7에 나타낸 바와 같이, 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(11B1)의 적어도 한쪽을 덮도록 보호층(11C)이 되어야 할 재료가 도포되어 압축 성형된다. 본 실시형태에서는, 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양쪽의 측면(11B1)의 전체를 덮도록 보호층(11C)이 될 재료가 도포되어 압축 성형된다. 그리고, 진공 건조를 행한다. 이로써, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 양극 기재(11A), 양극 활물질층(11B), 및 보호층(11C)을 가지는 양극(11)이 제작된다.
<음극의 제작>
하드 카본을 포함하는 음극 활물질과 결착제가 혼합되고, 이 혼합물이 용제에 더해져 혼련되어, 음극 합제가 형성된다. 이 음극 합제가 음극 기재(13A) 중 적어도 한쪽 면에 도포되어 건조된 후, 압축 성형된다. 이로써, 음극 기재(13A) 위에 음극 활물 질층(13B)이 형성된 음극(13)이 제작된다.
<격리판의 제작>
격리판(12)은, 격리판 기재(12A)가 제작되고, 격리판 기재(12A) 위에 코팅제가 형성됨으로써 무기층(12B)이 제작된다.
구체적으로는, 격리판 기재(12A)는, 예를 들면, 다음과 같이 제작된다. 저밀도 폴리에틸렌 및 가소제가 혼합되고, 선단에 T-다이(die)를 장착한 압출기 속에서 용융 혼련되어 시트가 형성된다. 이 시트는 디에틸 에테르 등의 용매에 침지되어 가소제가 추출 제거되고, 건조시켜 연신 전의 다공막이 얻어진다. 이 다공막은 가열된 조(槽)에서 2축 방향으로 연신되고, 그 후 열처리가 행해짐으로써, 격리판 기재(12A)가 제작된다.
무기층(12B)은, 예를 들면, 다음과 같이 제작된다. 알루미나 입자 등의 무기 입자, 결착제, CMC 등의 증점제(增粘劑)가 이온 교환수 등의 용제에 혼합되고, 계면활성제가 더 혼합되어, 코팅제가 형성된다. 이 무기층(12B)을 제작하는 공정에서는 에스테르 결합을 가지는 결착제를 사용하는 것이 바람직하다.
다음에, 예를 들면, 그라비아법에 의해, 코팅제가 격리판 기재(12A)에 도포되어 건조됨으로써, 격리판 기재(12A)와, 이 격리판 기재(12A) 위에 형성된 무기층(12B)이 형성된 격리판(12)이 제작된다. 그리고, 격리판 기재(12A)의 표면에 개질(改質) 처리를 해도 된다. 이 공정에서는, 무기층(12B)의 폭은 양극 활물질층(11B)의 폭보다 커지도록 형성된다.
<발전 요소(전극체)의 제작>
다음에, 양극(11)과 음극(13)이 격리판(12)을 개재하여 권취된다. 구체적으로는, 음극 활물질층(13B)과 격리판 기재(12A)가 마주하도록, 음극(13) 위에 격리판(12)이 배치되고, 무기층(12B)과 양극 활물질층(11B)이 마주하도록, 격리판(12) 위에 양극(11)이 배치되고, 또한 양극 기재(11A) 측에서 보아 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영했을 때, 폭 방향의 양측에 무기층(12B)이 노출되도록 배치된다. 이 상태에서 권취됨으로써, 발전 요소(10)가 제작된다. 그 후, 양극 및 음극의 각각에, 집전부가 장착된다.
<비수 전해질 2차 전지의 제작>
다음에, 발전 요소(10)가 용기(2)의 본체부(2a)의 내부에 배치된다. 발전 요소(10)가 복수인 경우에는, 예를 들면, 발전 요소(10)의 집전부를 전기적으로 병렬로 접속하여 본체부(2a)의 내부에 배치된다. 이어서, 집전부는 커버부(2b)의 외부 개스킷(5) 내의 외부 단자(21)에 용착되어, 커버부(2b)는 본체부(2a)에 장착된다.
다음에, 전해액이 주입된다. 전해액은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 프로필렌 카보네이트(PC): 디메틸 카보네이트(DMC): 에틸 메틸 카보네이트(EMC)=3: 2: 5(체적 비)의 혼합 용매에, LiPF6가 조제된다. 단, 공지의 첨가제가 더 첨가되어도 된다. 이상의 공정에 의하여, 도 1∼도 7에 나타낸 본 실시형태에서의 비수 전해질 2차 전지(1)가 제조된다.
이어서, 본 실시형태의 비수 전해질 2차 전지(1)의 효과에 대해, 도 17에 나타낸 비교예의 비수 전해질 2차 전지와 비교하여 설명한다.
도 17에 나타낸 비교예의 비수 전해질 2차 전지는, 보호층(11C)을 구비하고 있지 않은 점에서, 도 5에 나타낸 본 실시형태의 비수 전해질 2차 전지와 다르다. 비교예의 비수 전해질 2차 전지를 고온에서 고압의 환경 하에 배치하면, 격리판(112)의 무기층(112B)으로부터 결착제가 용출되고, 양극 활물질층(111B)의 폭 방향의 측면(111B1)에서 집중적으로 분해된다. 이러한 경우, 양극 활물질층(111B) 내의 국소적으로 열화된 영역이 생성되는 등에 의해, 비교예의 비수 전해질 2차 전지의 전지 성능의 저하로 이어진다.
한편, 본 실시형태에서의 비수 전해질 2차 전지(1)는, 양극(11), 음극(13), 및 양극(11)과 음극(13)과의 사이에 배치된 격리판(12)을 구비하고, 양극(11)은 양극 기재(11A), 이 양극 기재(11A) 위에 형성된 양극 활물질층(11B), 및 이 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(11B1) 중 적어도 한쪽을 덮는 보호층(11C)을 가지고, 음극(13)은 음극 기재(13A)와 이 음극 기재(13A) 위에 형성된 음극 활물질층(13B)을 가지고, 격리판(12)은 음극 활물질층(13B)과 대향하는 격리판 기재(12A)와, 이 격리판 기재(12A) 위에 형성되고 양극 활물질층(11B)과 대향하며, 또한 결착제를 포함하는 무기층(12B)을 가지고, 무기층(12B)의 폭은 양극 활물질층(11B)의 폭보다 크고, 보호층(11C)은 결착제로부터 용출된 성분으로부터 양극 활물질층(11B)이 보호되도록 구성되어 있다.
본 실시형태의 비수 전해질 2차 전지(1)에 의하면, 격리판(12)을 구성하는 결착제가 격리판(12)로부터 용출되어 분해되었을 때, 영향이 큰 영역은 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(11B1)이다. 이 영역 중 적어도 일부에는, 결착제로부터 용출된 성분으로부터 양극 활물질층(11B)을 보호하는 보호층(11C)이 형성되어 있다. 그러므로, 격리판(12)의 무기층(12B)의 결착제로부터 용출된 성분은, 보호층(11C) 및 양극 기재(11A) 상에서 분해되어, 양극 활물질과의 반응 등을 억제할 수 있다. 따라서, 결착제가 용출되는 영향을 감소시킬 수 있으므로, 비수 전해질 2차 전지(1)의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서의 비수 전해질 2차 전지(1)는, 무기층(12B)의 폭이 양극 활물질층(11B)의 폭보다 커도, 성능의 저하를 억제할 수 있다. 그러므로, 본 실시형태 태의 비수 전해질 2차 전지(1)는, 4Ah 이상의 비수 전해질 2차 전지로서 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태와 같이, 양극 기재(11A) 측에서 보아 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영했을 때, 폭 방향의 양측에 무기층(12B)이 노출되는 경우에는, 보호층(11C)은 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양측의 측면을 덮는 것이 바람직하다. 양극 활물질층(11B)에 있어서 결착제의 용출 및 분해의 영향을 크게 받는 영역에 보호층(11C)이 형성되어 있으므로, 비수 전해질 2차 전지(1)의 성능의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서의 비수 전해질 2차 전지(1)에 있어서, 결착제가 에스테르 결합된 결착제인 경우, 효과가 특히 크다.
이하, 본 발명의 실시형태 1의 변형예 1∼3의 비수 전해질 2차 전지에 대해 설명한다. 변형예 1∼3의 비수 전해질 2차 전지는, 기본적으로는 전술한 실시형태 1의 비수 전해질 2차 전지와 동일한 구성을 구비하고 있지만, 보호층(11C)의 형상에 있어서 상이하다.
(변형예 1)
도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 변형예 1의 비수 전해질 2차 전지에 있어서, 보호층(11C)은, 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양 측면(11B1) 전체에 따라 연장된다. 변형예 1의 경우, 보호층(11C)의 도포량을 감소시킬 수 있다.
(변형예 2)
도 10∼도 12에 나타낸 바와 같이, 변형예 2의 비수 전해질 2차 전지에 있어서, 보호층(11C)의 단면 형상은, 대략 Z자형이다. 구체적으로는, 보호층(11C)은 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양 측면(11B1)에 따라 연장되고, 일단은 양극 활물질층(11B)에 있어서 무기층(12B)과 대향하는 면을 따라 안쪽으로 연장되고, 타단은 양극 기재(11A)에 있어서 양극 활물 질층(11B)과 대향하는 면을 따라 바깥쪽으로 연장되어 있다.
도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 변형예 2의 비수 전해질 2차 전지의 제조 방법은, 양극 기재(11A) 위에 양극 활물질층(11B)이 형성된 후, 폭 방향에 있어서, 노출되어 있는 양극 기재(11A)로부터 양극 활물질층(11B)의 일부에 걸치는 영역의 위를, 권취 방향을 따라, 보호층(11C)이 형성된다. 변형예 2의 경우, 보호층(11C)을 용이하게 형성할 수 있다.
(변형예 3)
도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같이, 변형예 3의 비수 전해질 2차 전지에 있어서, 보호층(11C)의 단면 형상은 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 양 측면(11B1)을 따라 연장되고, 일단은, 양극 활물질층(11B)에 있어서 무기층(12B)과 대향하는 면을 따라 안쪽으로 연장되어 있다. 변형예 3의 경우도 보호층(11C)을 용이하게 형성할 수 있다.
(실시형태 2)
본 발명의 실시형태 2의 비수 전해질 2차 전지에 대해, 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한다. 실시형태 2의 비수 전해질 2차 전지는 기본적으로는 실시형태 1의 비수 전해질 2차 전지(1)와 동일한 구성을 구비하고 있지만, 양극 기재(11A) 측에서 보아 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영했을 때, 폭 방향의 한쪽에만 무기층(12B)이 노출되고, 보호층(11C)은 노출된 무기층(12B) 측에 위치하는 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(11B1)만을 덮는 점에서 상이하다.
구체적으로는, 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 한쪽 단(측면(11B1))으로부터, 무기층(12B)의 폭 방향의 한쪽 단이 돌출되고, 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 다른 쪽 단(측면(11B2))과, 무기층(12B)의 폭 방향의 다른 쪽 단은, 동일 평면상에 위치하고 있다. 본 실시형태에서는, 양극 기재(11A), 양극 활물질층(11B), 무기층(12B), 격리판 기재(12A), 음극 활물질층(13B), 및 음극 기재(13A)의 폭 방향의 다른 쪽 끝은 동일 평면상에 위치하고 있다.
양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 한쪽에 위치하는 측면(11B1)에만 보호층(11C)은 형태 이루어지고 있어 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 다른 쪽에 위치하는 측면(11B2)에는 보호층(11C)은 형성되어 있지 않다.
본 실시형태에서의 비수 전해질 2차 전지의 제조 방법은, 기본적으로는 실시형태 1의 비수 전해질 2차 전지의 제조 방법과 동일하지만, 양극(11)을 제작하는 공정과, 발전 요소(10)를 제작하는 공정에 있어서 상이하다.
양극(11)을 제작하는 공정에서는, 한쪽에 위치하는 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(11B1)만을 덮는 보호층(11C)을 형성한다.
발전 요소(10)를 제작하는 공정에서는, 예를 들면, 다음과 같이 실시된다. 음극(13) 위에 격리판(12)을 배치하고, 이 격리판(12) 위에 양극(11)을 배치하고, 또한 양극 기재(11A) 측에서 보아 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영했을 때, 폭 방향의 한쪽(보호층(11C)이 형성된 측)에만 무기층(12B)이 노출되도록 배치한다. 이 상태로, 양극(11)과 음극(13)을 격리판(12)을 개재하여 권취한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 비수 전해질 2차 전지는, 양극 기재(11A) 측으로부터 보아 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영했을 때, 폭 방향의 한쪽에만 무기층(12B)이 노출되고, 보호층(11C)은 노출된 무기층(12B) 쪽(한쪽)에 위치하는 양극 활물질층(11B)의 폭 방향의 측면(11B1)만을 덮고 있다.
양극 기재(11A) 측에서 보아 양극 활물질층(11B)을 무기층(12B)에 투영했을 때, 양극 활물질층(11B)에 있어서, 무기층(12B)이 노출되어 있지 않은 폭 방향의 다른 쪽에 위치하는 측면(11B2)은, 결착제의 용출 및 분해의 영향을 쉽게 받지 않는다. 본 실시형태의 비수 전해질 2차 전지에 의하면, 결착제의 용출 및 분해의 영향을 쉽게 받지 않는 다른 쪽에 위치하는 측면(11B2) 에 보호층(11C)을 형성하지 않고, 양극 활물질층(11B)에 있어서 결착제의 용출 및 분해의 영향을 받는 영역에 보호층(11C)이 형성되어 있다. 그러므로, 비수 전해질 2차 전지의 성능의 저하를 억제할 수 있는 동시에, 보호층(11C)의 형성 영역을 감소시킬 수 있다.
여기서, 실시형태 1, 그 변형예 및 실시형태 2에서는, 축전 소자로서 비수 전해질 2차 전지를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 비수 전해질 2차 전지로 한정되지 않고, 예를 들면, 커패시터 등의 축전 소자에 적용할 수 있다. 본 발명이 비수 전해질 2차 전지로서 사용되고 경우에는, 리튬 이온 2차 전지가 바람직하게 사용된다. 본 발명이 커패시터로서 사용되는 경우에는, 리튬 이온 커패시터나 울트라 커패시터가 바람직하게 사용된다. 또한, 본 발명은 권취형의 발전 요소를 가지는 축전 소자에 한정되지 않고, 적층형의 발전 요소를 가지는 축전 소자에도 적용 가능하다.
복수의 축전 소자를 조합하여 축전지 모듈을 구성해도 된다.
이상과 같이 본 발명의 실시형태에 대해 설명하였으나, 각 실시형태 및 변형예의 특징을 적절히 조합하는 것도 처음부터 예정하고 있다. 또한, 이번에 개시된 실시형태 태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각해야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태가 아니라 특허청구범위에 의해 표시되고, 특허청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 비수 전해질 2차 전지, 2: 용기, 2a: 본체부, 2b: 커버부, 3: 전해액, 5: 외부 개스킷, 10: 발전 요소, 11: 양극, 11A: 양극 기재, 11B: 양극 활물질층 , 11B1, 11B2: 측면, 11C: 보호층, 12: 격리판, 12A: 격리판 기재, 12B: 무기층, 13: 음극, 13A: 음극 기재, 13B: 음극 활물질층, 21: 외부 단자.

Claims (14)

  1. 양극;
    음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이에 배치된 격리판
    을 포함하고,
    상기 양극은, 양극 기재; 상기 양극 기재 위에 형성된 양극 활물질층; 및 상기 양극 활물질층의 폭 방향의 측면 중 적어도 한쪽을 덮는 보호층을 포함하고,
    상기 음극은, 음극 기재; 및 상기 음극 기재 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하고,
    상기 격리판은, 상기 음극 활물질층과 대향하는 격리판 기재; 및 상기 격리판 기재 위에 형성되고, 상기 양극 활물질층과 대향하며, 결착제(結着劑)를 포함하는 무기층을 포함하는,
    축전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기층의 폭은, 상기 양극 활물질층의 폭보다 크고,
    상기 보호층은, 상기 결착제로부터 용출(溶出)된 성분으로부터 상기 양극 활물질층이 보호되도록 구성되어 있는, 축전 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양극 기재 측에서 보아 상기 양극 활물질층을 상기 무기층에 투영했을 때, 폭 방향의 양측에 상기 무기층이 노출되고,
    상기 보호층은, 상기 양극 활물질층의 폭 방향의 양측의 측면을 덮는, 축전 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 양극 기재 측에서 보아 상기 양극 활물질층을 상기 무기층에 투영했을 때, 폭 방향의 한쪽에만 상기 무기층이 노출되고,
    상기 보호층은, 상기 노출된 무기층 측에 위치하는 상기 양극 활물질층의 폭 방향의 측면만을 덮는, 축전 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    전해액이 더 존재하는, 축전 소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해액의 용매는,
    에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 트리플루오로 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, 술포란, 1,2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시 에탄, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸 테트라하이드로퓨란, 2-메틸-1,3-디옥솔란, 디옥솔란, 플루오로 에틸 메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 프로필렌 글리콜 디아세테이트, 에틸렌 글리콜 디플로피오네이트, 프로필렌 글리콜 디플로피오네이트, 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 프로필, 아세트산 부틸, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸, 프로피온산 프로필, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸 이소프로필 카보네이트, 에틸 이소프로필 카보네이트, 디이소프로필 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 아세토니트릴, 플루오로 아세토니트릴, 에톡시 펜타플로오로 시클로 트리포스파젠, 디에톡시 테트라플로오로 시클로 트리포스파젠, 페녹시 펜타플로오로 시클로 트리포스파젠 등의 알콕시 및 할로겐 치환 환상(環狀) 포스파젠류 또는 쇄상(鎖狀) 포스파젠류; 인산 트리에틸, 인산 트리메틸, 인산 트리옥틸 등의 인산 에스테르류; 붕산 트리에틸, 붕산 트리부틸 등의 붕산 에스테르류; N-메틸 옥사졸리디논, N-에틸 옥사졸리디논 등의 비수 용매 중 적어도 1개 이상으로 구성되어 있는, 축전 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결착제는 에스테르 결합되어 이루어지는 결착제인, 축전 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결착제는,
    메타크릴산 에스테르-아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴산 에스테르 공중합체, 아크릴로 니트릴-아크릴산 에스테르 공중합체, 폴리아세트산 비닐 등의 고무류, 폴리에스테르 등의 융점 및/또는 유리 전위 온도가 180℃ 이상인 수지 등을 포함하는, 축전 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결착제는,
    폴리불화 비닐리덴(PVdF); 폴리테트라플루오로 에틸렌 등의 불소 함유 수지; 스티렌 부타디엔 고무(SBR); 아크릴 수지(분자 중에 에스테르 결합을 가지는 것); 폴리올레핀 수지; 폴리비닐 알코올; 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드 이미드 등의 질소 함유 수지; 셀룰로오스와 아크릴 아미드의 가교 중합체와 셀룰로오스와 키토산 피롤리돈 카르본산 염의 가교 중합체; 및 다당류 고분자 폴리머인 키토산, 키친 등을 가교제로 가교한 것으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 축전 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호층은 케첸 블랙(ketchen black), 아세틸렌 블랙, 흑연, 코크스 분말 등의 도전성 재료를 포함하는, 축전 소자.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호층은 Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2, MgO 등의 무기 입자를 포함하는, 축전 소자.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호층은 폴리이미드 분말 등의 유기 입자를 포함하는, 축전 소자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호층은, 바인더로서, 폴리불화 비닐리덴(PVDF), 폴리이미드, 폴리아미드 이미드 등을 포함하는, 축전 소자.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 축전 소자를 포함하는 축전지 모듈.
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