KR20180005990A - 전지 구조체, 및 이의 제조방법 - Google Patents

전지 구조체, 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180005990A
KR20180005990A KR1020160086402A KR20160086402A KR20180005990A KR 20180005990 A KR20180005990 A KR 20180005990A KR 1020160086402 A KR1020160086402 A KR 1020160086402A KR 20160086402 A KR20160086402 A KR 20160086402A KR 20180005990 A KR20180005990 A KR 20180005990A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
layer
battery
positive electrode
collector layer
Prior art date
Application number
KR1020160086402A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102645090B1 (ko
Inventor
양호정
박휘열
허진석
김경환
임성진
정희수
이준형
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020160086402A priority Critical patent/KR102645090B1/ko
Priority to US15/397,958 priority patent/US10381627B2/en
Publication of KR20180005990A publication Critical patent/KR20180005990A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102645090B1 publication Critical patent/KR102645090B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M2/1016—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/521—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the material
    • H01M50/522—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/122—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y02P70/54—

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

양극 집전체층; 상기 양극 집전체층 상에 서로 이격되어 배치된 복수의 전지 모듈; 및 상기 복수의 전지 모듈 상에 양극 집전체층과 서로 마주하여 배치된 음극 집전체층;을 포함하며, 상기 전지 모듈이, 상기 양극 집전체층에 전기적으로 접촉하며, 상기 양극 집전체층으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 양극 활물질층; 상기 음극 집전체층에 전기적으로 접촉하며, 상기 음극 집전체층으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 음극 활물질층; 및 상기 복수의 제1 양극 활물질층과 제1 음극 활물질층 사이에 배치된 전해질층;을 포함하는 전지 구조체 및 이의 제조방법이 제시된다.

Description

전지 구조체, 및 이의 제조방법{Unit cell, and preparation method thereof}
전지 구조체, 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전자 분야의 기술 발달로 휴대폰, 게임기, PMP(portable multimedia player), MP3(mpeg audio layer-3) 플레이어뿐만 아니라, 스마트폰, 스마트 패드, 전자책 단말기, 태블릿 컴퓨터, 신체에 부착하는 이동용 의료 기기와 같은 각종 이동용 전자 기기에 대한 시장이 크게 성장하고 있다. 이러한 이동용 전자 기기 관련 시장이 성장함에 따라, 이동용 전자기기의 구동에 적합한 배터리에 대한 요구도 높아지고 있다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로, 특히 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 전압이 높고, 단위 중량당 에너지 밀도도 높다는 장점이 있다. 최근에는 3차원(3D) 구조의 전극을 이용한 고용량의 이차 전지에 대한 연구도 진행되고 있다.
3차원 구조의 전극을 이용한 이차 전지는 고용량을 제공하나, 충방전시에 발생하는 균열 등에 의하여 이차 전지 전체가 작동되지 않게 되므로 전체 용량이 대부분 감소된다.
따라서, 고용량을 가지면서도 이차 전지의 열화시에 용량 감소를 억제할 수 있는 방법이 요구된다.
한 측면은 전기적으로 연결되며 이온적으로 분리된 복수의 전지 모듈을 포함하는 전지 구조체를 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 전지 구조체의 제조방법을 제공하는 것이다.
한 측면에 따라,
양극 집전체층;
상기 양극 집전체층 상에 서로 이격되어 배치된 복수의 전지 모듈; 및
상기 복수의 전지 모듈 상에 양극 집전체층과 서로 마주하여 배치된 음극 집전체층;을 포함하며,
상기 전지 모듈이,
상기 양극 집전체층에 전기적으로 접촉하며, 상기 양극 집전체층으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 양극 활물질층;
상기 음극 집전체층에 전기적으로 접촉하며, 상기 음극 집전체층으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 음극 활물질층; 및
상기 복수의 제1 양극 활물질층과 제1 음극 활물질층 사이에 배치된 전해질층;을 포함하는 전지 구조체(battery structure)가 제공된다.
다른 한 측면에 따라,
양극 활물질층 모듈을 준비하는 단계;
양극 집전체층 상에 복수의 양극 활물질층 모듈을 이격되게 배치하는 단계;
상기 양극 활물질층 모듈 상에 전해질층을 배치하는 단계;
상기 전해질층 상에 음극 활물질층을 배치하는 단계;
상기 음극 활물질층 상에 음극 집전체층을 배치하는 단계;를 포함하며,
상기 양극 활물질층 모듈이 양극 집전체층에 수직하게 이격되어 배치된 복수의 양극 활물질층을 포함하는 전지 구조체 제조방법이 제공된다.
한 측면에 따르면, 전지 구조체가 전기적으로 연결되고 이온적으로 분리된 복수의 전지 모듈을 포함함에 의하여, 전지 모듈의 열화가 전지 구조체 전체에 미치는 영향이 감소될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 전지 구조체의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지 구조체가 포함하는 하나의 전지 모듈의 내부를 부분적으로 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 전지 구조체가 포함하는 전지 모듈의 상부 및 측면이 부분적으로 노출된 사시도이다.
도 4는 도 2의 전지 구조체가 포함하는 전지 모듈의 단면도이다.
도 5는 다른 일 구현예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 6은 또 다른 일 구현예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 7은 또 다른 일 구현예에 따른 전지 모듈의 단면도이다.
도 8a 내지 8d는 전지 구조체 제조방법을 보여주는 사시도 및 단면도이다.
도 9a 내지 9e는 양극 활물질층 모듈의 제조방법을 보여주는 사시도이다.
도 10a는 48개의 전지 모듈을 포함하는 전지 구조체의 평면도이다.
도 10b는 도 10a와 동일한 면적을 가지며 12개의 전지 모듈을 포함하는 전지 구조체의 평면도이다.
도 10c는 도 10a 내지 10b의 전지 구조체에서 열화된 모듈의 개수에 따른 에너지 밀도 변화를 보여주는 그래프이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여, 예시적인 구현예들에 따른 전지 구조, 이의 제조방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서에서 "전지"는 1차 전지 또는 2차 전지이다. 상기 전지는 전기화학전지로서 예를 들어 리튬 2차 전지 또는 나트륨 2차 전지이다.
이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 가 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시에들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한, 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부"나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 전지 구조체(200)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 전지 구조체(200)가 포함하는 하나의 전지 모듈(100)의 내부를 부분적으로 보여주는 사시도이다. 도 3은 도2의 전지 구조체(200)가 포함하는 복수의 전지 모듈(100) 중 상부 및 측면이 부분적으로 노출된 하나의 전지 모듈(100)의 확대도이다. 도 4는 도 2의 전지 구조체(200)가 포함하는 복수의 전지 모듈(100) 중 하나의 단면도이다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 일 구현예에 따른 전지 구조체(200)는 양극 집전체층(101); 상기 양극 집전체층(101) 상에 서로 이격되어 배치된 복수의 전지 모듈(100); 및 상기 복수의 전지 모듈(100) 상에 양극 집전체층(101)과 서로 마주하여 배치된 음극 집전체층(111);을 포함하며, 상기 전지 모듈(100)이, 상기 양극 집전체층(101)에 전기적으로 접촉하며, 상기 양극 집전체층(101)으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 양극 활물질층(102a); 상기 음극 집전체층(111)에 전기적으로 접촉하며, 상기 음극 집전체층(111)으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 음극 활물질층(112a); 및 상기 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a) 사이에 배치된 전해질층(120);을 포함한다.
전지 구조체(200)에서 서로 이격되어 배치된 복수의 전지 모듈(100)이 상기 양극 집전체층(101)과 음극 집전체층(111) 중 하나 이상에 의하여 서로 전기적으로 연결된다. 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)은 예를 들어, Cu, Au, Pt, Ag, Zn, Al, Mg, Ti, Fe, Co, Ni, Ge, In, Pd 등과 같은 도전성 금속으로 이루어질 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 집전체로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 양극 집전체층(101)은 예를 들어 알루미늄 호일일 수 있다. 음극 집전체(111)는 예를 들어 구리(Cu) 호일일 수 있다.
전지 구조체(200)에서 복수의 전지 모듈(100)이 서로 이격되어 배치됨에 의하여 이온적으로 서로 차단된다. 전지 구조체(200)는 복수의 전지 모듈(100) 사이에 이온 비전도성 기체 또는 이온 비전도성 고체가 배치될 수 있다. 즉, 전지 구조체(200)에서 복수의 전지 모듈(100) 사이에 이온 비전도층(150)이 배치됨에 의하여 복수의 전지 모듈(100)이 서로 이온적으로 차단된다. 그리고, 이온 비전도층(150)은 이온 비전도성 기체 또는 이온 비전도성 고체로 이루어질 수 있다. 이온 비전도성 기체는 예를 들어 공기, 질소, 아르곤, 헬륨 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이온 이동을 제한하는 기체로 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 이온 비전도층 고체는 고분자일 수 있으나 반드시 고분자로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이온 이동을 제한하는 고체로 사용할 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 이온 비전도성 고체는 전지 구조체의 구조적 안정성을 향상시키는 지지체 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 이온 비전도층(150)은 에폭시 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)과 같은 이온 전도도가 매우 낮아 이온 이동을 제한하는 고분자를 포함할 수 있다. 이온 비전도층(150)의 이온 전도도는 1×10-7 S/cm 이하일 수 있다. 예를 들어, 약 25℃에서의 이온 비전도층(150)의 이온 전도도는 1×10-7 S/cm 이하일 수 있다. 예를 들어, 약 25℃에서의 이온 비전도층(150)의 이온 전도도는 1×10-10 S/cm 이하일 수 있다. 예를 들어, 약 25℃에서의 이온 비전도층(150)의 이온 전도도는 1×10-15 S/cm 이하일 수 있다. 예를 들어, 약 25℃에서의 이온 비전도층(150)의 이온 전도도는 1×10-20 S/cm 이하일 수 있다.
전지 구조체(200)에서 전지 모듈(100) 사이에 배치되는 이온 비전도층(150)은 서로 연결되어 하나의 이온 비전도 채널(channel)를 형성할 수 있다.
전지 구조체(200)가 포함하는 복수의 전지 모듈(100)이 전기적으로 서로 연결되나 이온적으로 서로 차단됨에 의하여, 전지 모듈(100) 중에서 일부가 열화되어 작동하지 않는 경우에도 열화된 전지 모듈(100)이 다른 전지 모듈의 충방전에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 전지 구조체(200)의 용량을 용량 감소가 최소화되어 용량을 효율적으로 유지할 수 있다.
전지 모듈(100)은 여러가지 이유로 열화될 수 있다. 전지 모듈(100)이 열화되는 경우, 열화된 전지 모듈(100)의 전기전도도가 10-8 S/cm 이하일 수 있다. 예를 들어, 열화된 전지 모듈(100)의 전기전도도가 10-10 S/cm 이하일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 전기 전도도 감소는 전해질층과 음극 활물질층(112) 사이에 리크(leak)가 형성되고, 이에 의하여 전해질층(120)과 음극 활물질층(112)이 접촉하지 않는 영역인 동공(void)의 크기 전해질층(120)과 음극 활물질층(112)의 계면에서 음극 활물질층(112) 내부로 증가함에 의하여 발생할 수 있다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 48개의 전지 모듈(100)을 포함하는 전지 구조체(200) 및 12개의 전지 모듈(100)을 포함하는 동일한 면적의 전지 구조체(200)의 개략도가 제시된다. 상기 전지 구조체(200)에서 열화되는 전지 모듈(100)의 개수에 따른 에너지 밀도의 감소율이 도 10c에 도시된다. 도 10c에서 보여지는 바와 같이 전지 구조체(200)가 포함하는 전지 모듈(100)의 개수가 많을수록 하나의 전지 모듈(100)의 열화에 의한 전지 구조체(200) 전체의 에너지 밀도 감소가 더욱 억제된다.
전지 구조체(200)가 포함하는 전지 모듈(100)의 개수는 한정되지 않으며 전지 구조체(200)를 포함하는 디바이스의 크기, 환경에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 전지 구조체(200)가 포함하는 전지 모듈(100)의 개수는 2개 이상, 5개 이상, 10개 이상, 50개 이상, 100개 이상, 500개 이상, 1000개 이상, 또는 5000개 이상일 수 있다. 전지 구조체(200)의 형태는 한정되지 않으며 전지 구조체(200)가 수용되는 공간의 크기, 형태에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 전지 구조체(200)는 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형, 오각형, 육각형, 칠각형 등일 수 있다. 또한, 전지 구조체(200)에서 복수의 전지 모듈(100)은 서로 이격되어 있으며, 유연성이 있는 전도성 금속에 의하여 서로 연결되므로 전지 구조체(200)가 휘어지거나 구부러는 경우에도 개개의 전지 모듈(100)의 균열이 방지될 수 있으며, 전지 구조체(200)가 평면 형태가 아닌 곡면 형태의 구성을 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 전지 구조체(200)에서 복수의 전지 모듈(100)이 서로 이격되는 거리(D)가 0.01mm 내지 1mm일 수 있다. 예를 들어, 인접한 전지 모듈(100) 사이의 거리가 0.02mm 내지 1mm일 수 있다. 예를 들어, 인접한 전지 모듈(100) 사이의 거리가 0.05mm 내지 1mm일 수 있다. 예를 들어, 인접한 전지 모듈(100) 사이의 거리가 0.1mm 내지 1mm일 수 있다. 예를 들어, 인접한 전지 모듈(100) 사이의 거리가 0.2mm 내지 1mm일 수 있다. 복수의 전지 모듈(100)이 서로 이격되는 거리가 지나치게 작으면 인접한 전지 모듈(100) 사이의 이온 이동을 제한하기 어려울 수 있으며, 복수의 전지 모듈(100)이 서로 이격되는 거리가 지나치게 크면 전기화학적 불활성 영역이 지나치게 증가하여 전지 구조체(200)의 용량 및 에너지 밀도가 저하될 수 있다.
전지 구조체(200)에서 전지 모듈(100)의 일측면과 상기 일측면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 1mm 내지 5cm일 수 있다. 예를 들어, 도 3에서 전지 모듈(100)의 일측면의 길이(L)가 1mm 내지 5cm일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 일측면과 상기 일측면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 2mm 내지 5cm일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 일측면과 상기 일측면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 5mm 내지 5cm일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 일측면과 상기 일측면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 1cm 내지 5cm일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 일측면과 상기 일측면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 2cm 내지 5cm일 수 있다. 전지 모듈(100)의 일측면과 상이 일측면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 지나치게 작으면 전지 모듈(100)의 크기가 작아 작업성이 저하되며, 전지 모듈(100)의 일측면과 상이 일측면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 지나치게 크면 전지 모듈(100)의 크기가 지나치게 커져 전지 구조체(200)의 열화 억제 효과가 감소할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전지 구조체(200)에서 전지 모듈(100)의 높이(H)는 10㎛ 내지 5mm일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 높이(H)는 10㎛ 내지 1mm일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 높이(H)는 50㎛ 내지 1mm일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 높이(H)는 100㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 높이(H)는 100㎛ 내지 400㎛일 수 있다. 예를 들어, 전지 모듈(100)의 높이(H)는 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 전지 모듈(100)의 높이가 지나치게 낮으면 에너지 밀도가 저하되며, 전지 모듈(100)의 높이가 지나치게 높으면 구조적 안정성이 저하될 수 있다.
도 3을 참조하면, 전지 모듈(100)에서 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 접촉하며 복수의 제1 양극 활물질층(102a)이 배치되는 방향과 수직 방향으로 배치되는 하나 이상의 격벽(103)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 격벽(103)은 y 방향으로 배치되는 복수의 제1 양극활물질층(102a)과 접촉하며 복수의 양극 활물질층(102a)이 배향되는 방향과 수직인 x방향으로 배치된다. 도 3을 참조하면, 전지 모듈(100)에서 격벽(103)은 전지 모듈(100)의 일측면, 상기 일측면에 대향하는 타측면 및 상기 일측면과 타측면 사이의 중간 지점에 각각 배치되나, 상기 일측면에 대향하는 타측면에 배치되는 격벽(103) 및 상기 일측면과 타측면 사이의 중간 지점에 각각 배치되는 격벽(103)은 전해질층(120)으로 피복되어 도시되지 않는다. 격벽(103)이 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 수직 방향으로 배치되어 제1 양극 활물질층(102a)의 측면을 지지하므로 충방전시 제1 양극 활물질층(102a)의 팽창 및/또는 수축에 의한 전지 모듈(100)의 변형을 억제함에 의하여 전지 모듈(100)의 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 격벽(103)을 포함하는 전지 모듈(100)의 수명을 향상시킬 수 있다.
격벽(103)은 제1 양극 활물질층(102a)과 다른 조성을 가질 수 있다. 격벽(103)이 제1 양극 활물질층(102a)과 다른 조성을 가짐에 의하여 제1 양극 활물질층을 보다 견고하게 지지할 수 있다. 예를 들어, 격벽(103)이 전기화학 반응에 불활성인 조성을 가질 수 있다. 결벽(103)이 전기화학 반응에 의하여 불활성임에 의하여 충방전 시 하나의 양극 활물질층(102a)의 부피 변화가 다른 양극 활물질층(102a)에 미치는 영향을 차단하여 복수의 양극 활물질층(102a)의 안정성을 향상시킬 수 있다.
격벽(103)은 제1 양극 활물질층(102a)과 동일한 조성을 가질 수 있다. 격벽(103)이 제1 양극 활물질층(102a)과 동일한 조성을 가짐에 의하여 격벽이 없는 구조체 비하여 양극 활물질의 부피 분율이 증가하여 에너지 밀도가 추가적으로 향상될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 전지 모듈(100)에서 상기 음극 집전체층(111)과 접촉하며, 복수의 제1 음극 활물질층(112a) 사이에 배치되어 복수의 제1 음극 활물질층(112a)을 서로 연결하는 복수의 제2 음극활물질층(112b)을 추가적으로 포함할 수 있다. 도 4와 도 5를 비교하면, 도 4에서 제1 음극활물질층(112a) 사이에 음극 집전체층(111)과 접촉하는 전해질층(120)이 배치되나, 도 5에서는 제1 음극 활물질층(112a) 사이에 음극 집전체층(111)과 접촉하는 제2 음극 활물질층(112b)이 추가된다. 제1 음극 활물질층(112a)과 제2 음극 활물질층(113b)은 일체로 형성되어 음극 활물질층(112)을 구성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 전지 모듈(100)에서 상기 양극 집전체층(101)과 접촉하며, 복수의 제1 양극 활물질층(102a) 사이에 배치되어 복수의 제1 양극 활물질층(102a)을 서로 연결하는 복수의 제2 양극활물질층(102b)을 포함할 수 있다. 도 4와 도 6을 비교하면, 도 4에서 제1 양극 활물질층(102a) 사이에 양극 집전체층(101)과 접촉하는 전해질층(120)이 배치되나, 도 6에서는 제1 양극 활물질층(102a) 사이에 양극 집전체층(101)과 접촉하는 제2 양극 활물질층(102b)이 추가된다. 제1 양극 활물질층(102a)과 제2 양극 활물질층(102b)은 일체로 형성되어 양극 활물질층(102)을 구성할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 도면에 도시되지 않으나, 복수의 제1 양극 활물질층(102)과 양극 집전체층(101) 사이에 전도성 접착층이 배치될 수 있다. 전도성 접착층은 제1 양극 활물질층(102a)과 양극 집전체층(101)을 접착시키면서 전기적으로 연결시킨다. 전도성 접착층은 전도성 접착체 또는 전도성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 전지 구조체(200)에서 양극 집전체층(101)과 음극 집전체층(111)이 서로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 양극 집전체층(101)과 음극 집전체층(111)이 평판 형태일 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 전지 구조체(200)에서 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a)이 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)에 각각 수직하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a)이 양극 집전체층(101)의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 돌출되도록 배치되고, 제1 음극 활물질층(112a)은 음극 집전체(111)의 표면에 대해 실질적으로 수직하게 돌출되도록 배치될 수 있다. 그러나, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)이 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)에 대해 완벽하게 수직일 필요는 없으며, 경사지게 배치될 수 있다. 또한, 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 복수의 제1 음극 활물질층(112a)은 평평한 평판 형태로 배치될 수 있으며, 서로 나란하게 교대로 배치될 수 있다. 즉, 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a)이, 양극 집전체층(101)과 음극 집전체층(111) 사이에서 양극 집전체층(101)과 음극 집전체층(111)의 표면에 대하여 수직하게 배치될 수 있으며, 양극 집전체층(101)과 음극 집전체층(111)의 표면에 평행한 방향을 따라 서로 교대로 배치될 수 있다.
제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)이 집전체와 수직인 방향으로 평판 형태일 수 있다. 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)이 평판 형태를 가짐에 의하여 이온이 전해질층(120)까지 이동하는 거리가 감소되어 내부 저항이 감소하고 고율 특성이 향상될 수 있다.
제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 100㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 50㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 40㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 30㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 20㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 10㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 5㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 각각 0.01 내지 100㎛ 이하일 수 있다. 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 두께가 감소할수록 이온이 전해질층(120)까지의 거리가 감소되어 내부 저항이 감소하고 고율 특성이 향상될 수 있다.
전해질층(120)의 두께가 20㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 15㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 10㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 5㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 4㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 5㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 2㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 1㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 0.5㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 0.1㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 전해질층(120)의 두께가 0.01 내지 20㎛ 이하일 수 있다. 전해질층(120)의 두께가 감소할수록 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a) 사이의 이온 전달 거리가 감소되어 내부 저항이 감소하고 고율 특성이 향상될 수 있다.
양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 두께가 각각 30㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 두께가 각각 20㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 두께가 각각 10㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 두께가 각각 5㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 두께가 각각 3㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 두께가 각각 0.01㎛ 내지 30㎛ 일 수 있다. 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 두께가 감소함에 의하여 전지 모듈(100) 내에서 집전체가 차지하는 중량 분율이 감소하여 전지 모듈(100)의 단위 중량 당 에너지 밀도가 증가할 수 있다.
도 7을 참조하면, 전지 모듈(100)이 상기 음극 집전체층(111)과 접촉하며, 상기 음극 집전체층(111)으로부터 돌출되는 방향으로 돌출되며 상기 복수의 제1 음극 활물질층(112) 내부에 삽입되는 버퍼층(114)을 포함할 수 있다. 버퍼층(114)은 전지 모듈(100)의 충방전 시에 제1 음극 활물질층(112a)의 부피 변화를 수용하여 제1 음극 활물질층(112a)의 균열 등의 열화를 방지할 수 있다. 버퍼층(114)은 외력에 의하여 부피 변화가 용이한 탄성 부재를 포함할 수 있다. 탄성 부재는 예를 들어 기체, 천연 고무 및 합성 고무 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 탄성 부재가 기체인 경우는 다르게 표현하며 버퍼층(114)이 비어 있는 경우에 해당한다. 기체는 상술한 이온 비전도성 기체와 동일할 수 있다. 합성 고무는 예를 들어 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 부타디엔 고무(BR), 이소프렌 고무(IR), 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체(EPDM) 고무, 실리콘 고무, 알킬아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리메틸실란 고무, 부틸 아크릴레이트 공중합체 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 탄성 부재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 탄성 부재에는 도전재가 추가적으로 포함될 수 있다. 도전재는 특별히 한정되지 않으며 탄소계 도전재 및 또는 금속계 도전재일 수 있다. 예를 들어, 도전재는 카본 블랙, 흑연 미립자, 천연 흑연, 인조 흑연, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 카본파이버; 탄소나노튜브; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 또는 금속 튜브; 폴리페닐렌 유도체와 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술 분야에서 도전재로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전지 구조체(200)가 포함하는 전지 모듈(100)에서 상기 전해질층(120)이 상기 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a) 사이를 따라 복수회 절곡되어 배치될 수 있다. 따라서, 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a)은 서로 직접 접촉하지 않고 전해질층(120)을 통하여 금속 이온을 교환할 수 있다. 전해질층(120)이 전달하는 금속 이온은 리튬 이온, 나트륨 이온 등일 수 있다. 또한, 양극 집전체층(101)은 제1 양극 활물질층(102a)에만 전기적으로 연결될 수 있으며, 음극 집전체층(111)은 제1 음극 활물질층(112a)에만 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 전지 구조체(200)에서 상기 전해질층(120)이 양극 집전체층(102) 및 음극 집전체층(111) 중 하나 이상과 접촉할 수 있다. 상기 전해질층(120)이 상기 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a) 사이를 따라 복수회 절곡되어 배치되면서, 양극 집전체층(102) 및 음극 집전체층(111) 중 하나 이상과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 상기 전해질층(120)이 상기 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a) 사이를 따라 복수회 절곡되어 배치되면서, 양극 집전체층(102) 및 음극 집전체층(111) 과 모두 접촉할 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 상기 전해질층(120)이 상기 복수의 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a) 사이를 따라 복수회 절곡되어 배치되면서, 양극 집전체층(102)과 접촉하며 음극 집전체층(111)과 접촉하지 않을 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 전해질층(120)이 상기 복수의 양극 활물질층(102)과 음극 활물질층(112) 사이를 따라 복수회 절곡되어 배치되면서, 양극 집전체층(102) 및 음극 집전체층(111) 과 모두 접촉하지 않을 수 있다.
도 4를 참조하면, 전지 구조체(200)가 포함하는 전지 모듈(100)에서 상기 양극 집전체층(101)에 전기적으로 접촉하며, 상기 복수의 제1 양극 활물질층(102) 내부에 삽입되는 양극 도전체층(105)을 포함할 수 있다. 전지 구조체(200)가 포함하는 전지 모듈(100)에서 상기 응극 집전체층(111)에 전기적으로 접촉하며, 상기 복수의 제1 음극 활물질층(112) 내부에 삽입되는 음극 도전체층(115)을 포함할 수 있다.
양극 도전체층(105)과 양극 집전체층(101)은 서로 다른 재료를 사용하여 별도로 제작된 후 서로 접합될 수 있으나, 동일한 도전성 재료를 사용하여 일체로 형성될 수 있다. 음극 도전체층(115)과 음극 집전체층(111)은 서로 다른 재료를 사용하여 별도로 제작된 후 서로 접합될 수 있으나, 동일한 도전성 재료를 사용하여 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 양극 집전체층(101)은 표면으로부터 수직하게 돌출하여 연장된 복수의 평판 형태의 양극 도전체층(105)을 가지도록 배치될 수 있다. 음극 집전체층(111)은 표면으로부터 수직하게 돌출하여 연장된 복수의 평판 형태의 음극 도전체층(115)을 가지도록 배치될 수 있다. 도 4에서 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)이 납작한 평판 형태인 것으로 도시되어 있으나, 반드시 평판일 필요는 없으며, 피시본 형태, 메시 형태, 격자 형태 등 당해 기술분야에서 전도체층으로 사용될 수 있는 형태라면 모두 가능하다.
평판 형태의 양극 도전체층(105)이 각각의 제1 양극 활물질층(102a) 내에 삽입되어 있기 때문에 양극 도전체층(105)의 양쪽 표면은 제1 양극 활물질층(102a)과 접촉할 수 있다. 평판 형태의 음극 도전체층(115)이 각각의 제1 음극 활물질층(112a) 내에 삽입되어 있기 때문에 음극 도전체층(115)의 양쪽 표면은 제1 음극 활물질층(112a)과 접촉할 수 있다. 이러한 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)은 각각 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)으로부터 전해질층(120)과 접촉하도록 연장될 수 있다. 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)이 각각 전해질층(120)까지 연장되므로, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)의 단부까지 전자의 이동이 용이할 수 있다. 다르게는, 이러한 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)은 각각 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)으로부터 전해질층(120)에 가깝게 연장되지만 전해질층(120)과 접촉하지 않을 수 있다. 도 4에서는 모든 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a) 내에 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)이 각각 삽입되는 것으로 도시되나, 복수의 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a) 중에서 일부에만 선택적으로 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)이 각각 삽입될 수 있으며, 삽입되는 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 형태로 서로 다를 수 있다. 또한, 도 4에서는 모든 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)이 각각 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)으로부터 전해질층(120)과 접촉하도록 연장되는 것으로 도시되나, 복수의 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115) 중에서 일부만이 선택적으로 전해질(120)과 접촉하며 나머지는 접촉하지 않을 수 있다. 또한, 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a) 중 하나 이상이 높은 전자 전도도를 가지는 경우에 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)이 생략될 수 있다. 예를 들어, 제1 음극 활물질층(112a)이 리튬 금속인 경우 리튬 금속의 전자 전도도가 높으므로 음극 도전체층(115)이 생략될 수 있다.
양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 두께가 각각 3㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 두께가 각각 2㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 두께가 각각 1㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 두께가 각각 0.5㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 두께가 각각 0.3㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 두께가 각각 0.1 내지 3㎛ 일 수 있다. 양극 도전체층(105) 및 음극 도전체층(115)의 두께가 감소함에 의하여 전지 모듈(100) 내에서 집전체가 차지하는 중량 분율이 감소하여 전지 모듈(100)의 단위 중량 당 에너지 밀도가 증가할 수 있다.
한편, 전지 모듈(100)의 열화는 저항의 증가 외에 저항의 급격한 감소에 의하여도 발생할 수 있다. 즉, 하나의 모듈에서 과량의 전류가 흘러 에너지가 소모될 수 있다. 전지 구조체(200)에서 하나의 전지 모듈(100)이 열화되어 저항이 급격히 감소하여 전류 손실이 증가할 경우, 열화된 전지 모듈(100)을 다른 전지 모듈(100)들로부터 절연시킬 수 있는 별도의 장치를 각 전지 모듈(100)별로 포함할 수 있다. 전지 구조체(200)에서 각각의 전지 모듈(100)이 상기 별도의 장치 또는 재료를 포함함에 의하여 저항이 급격히 감소된 전지 모듈(100)에 의한 전류 소모를 차단할 수 있다. 상기 장치의 종류는 특별히 한정되지 않으며 전지 모듈 내에 배치되거나, 전지 모듈에 부착되거나 전지 모듈 주위에 배치되어 전지 모듈(100)의 저항이 일정 수준을 초과할 경우 전지 모듈(100)을 주변환경으로부터 전기적으로 차단할 수 있는 재료 및/또는 장치라면 모두 가능하다.
상술한 구현예에 따른 전지 구조체(200)가 포함하는 전지 모듈(100)은 서로 평행한 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111) 상에 복수의 평행한 제1 양극 활물질층(102a) 및 제1 음극 활물질층(112a)이 양극 집전체층(101) 및 음극 집전체층(111)의 표면에 수직하게 교대로 배열되어 있기 때문에 전지 모듈(100)의 에너지 밀도와 고율특성을 동시에 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 제1 양극 활물질층(102) 및 제1 음극 활물질층(112)의 높이를 증가시켜 전지 모듈(100)의 높이(H)를 증가시키면 그 높이에 비례하여 반응 면적이 증가하므로 고율특성이 향상될 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)의 높이(H)를 증가시키면 전지 모듈(100) 내에서 제1 양극 활물질층(102a)과 제1 음극 활물질층(112a)이 차지하는 부피 분율(volume fraction)이 증가하여 전지 모듈(100)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 결과적으로, 전지 모듈(100)의 사용 시간이 증가됨과 동시에 충전 속도가 감소될 수 있다. 또한, 전지 모듈(100)이 전해질층(120)으로 고체 전해질을 사용하므로 전해액 누액, 발화 등의 문제가 없어 전지 모듈(100)의 안정성이 향상될 수 있다. 전지 모듈(100)을 작은 크기로 제작할 수 있으므로, 전지 모듈(100)을 포함하는 전지 구조체(200)가 모바일 장치나 웨어러블 장치(wearable device)와 같은 소형 장치의 전지에 용이하게 적용될 수 있다. 전지 구조체(200)는 예를 들어 휴대폰, 안경, 헬스 밴드, 손목 시계 등에 사용될 수 있다.
상술한 전지 모듈(100)을 포함하는 전지 구조체(200)는 리튬 전지일 수 있다.
리튬 전지에서 양극 활물질층(102)이 포함하는 양극 활물질은 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬 전지 양극 활물질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
양극 활물질로서 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 상기 양극 활물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈코발트망간산화물, 리튬니켈코발트알루미늄산화물, 리튬철인산화물, 및 리튬망간산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 양극 활물질이 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 화학식 LiCoO2의 리튬 코발트 산화물; 화학식 LiNiO2의 리튬 니켈 산화물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, 또는LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 화학식 Li2CuO2의 리튬동 산화물; 화학식 LiFe3O4의 리튬 철 산화물; 화학식 LiV3O8의 리튬 바나듐 산화물; 화학식 Cu2V2O7의 구리 바나듐 산화물; 화학식 V2O5의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)의 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn 2-x MxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M= Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식 LiMn2O4의 Li 일부가 알칼리 토금속 이온으로 치환된 리튬 망간 산화물; 디설파이드 화합물; 화학식 Fe2(MoO4)3의 철 몰리브덴 산화물 중에서 하나 이상 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4 일 수 있다.
리튬 전지에서 음극 활물질층(112)이 포함하는 음극 활물질은 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 리튬 전지 음극 활물질로 사용될 수 있은 것이라면 모두 가능하다.
음극 활물질은 알칼리 금속(e.g., 리튬, 소듐, 포타슘), 알칼리토 금속(e.g., 칼슘, 마그네슘, 바륨) 및/또는 일부(certain) 전이금속(e.g., 아연) 또는 이들의 합금일 수 있다. 특히, 음극 활물질은 리튬 및 리튬 합금 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
음극 활물질로서 리튬 금속이 사용될 수 있다. 음극 활물질로서 리튬 금속이 사용될 경우 집전체가 생략될 수 있다. 따라서 집전체가 차지하는 부피 및 무게를 감소시킬 수 있으므로 전지 구조체(200)의 단위 중량 당 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
음극 활물질로서 리튬 금속과 다른 음극활물질의 합금이 사용될 수 있다. 다른 음극활물질은 리튬과 합금 가능한 금속일 수 있다. 리튬과 합금가능한 금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 아님), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 아님) 등일 수 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 리튬 합금은 리튬 알루미늄 합금, 리튬 실리콘 합금, 리튬 주석 합금, 리튬 은 합금리튬 납 합금 일 수 있다.
리튬 전지에서 전해질층(102)이 포함하는 고체 전해질은 특별히 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체 전해질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다.
고체 전해질로서 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-y TiyO3(PLZT)(O≤x<1, O≤y<1),PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), HfO2, SrTiO3, SnO2, CeO2, Na2O, MgO, NiO, CaO, BaO, ZnO, ZrO2, Y2O3, Al2O3, TiO2, SiO2, SiC, 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3,0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트 (LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), Li1+x+y(Al, Ga)x(Ti, Ge)2-xSiyP3-yO12(O≤x≤1, O≤y≤1), 리튬란탄티타네이트(LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬게르마늄티오포스페이트(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬나이트라이드(LixNy, 0<x<4, 0<y<2), 리튬포스페이트옥시나이트라이드(LiPON, LixPONy, 0<x<4, 0<y<2), SiS2(LixSiySz, 0<x<3,0<y<2, 0<z<4) 계열 글래스, P2S5(LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0<z<7) 계열 글래스, Li2O, LiF, LiOH, Li2CO3, LiAlO2, Li2O-Al2O3-SiO2-P2O5-TiO2-GeO2계 세라믹스, 가넷(Garnet)계 세라믹스 Li3+xLa3M2O12(M = Te, Nb, Zr)중에서 선택된 하나 이상 또는 이들의 조합물일 수 있으나 이들로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 고체 전해질로 사용될 수 있는 것이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 고체 전해질은 LiPON일 수 있다.
다른 구현예에 따른 전지 구조체(200) 제조방법은 양극 활물질층 모듈(106)을 준비하는 단계; 양극 집전체층(101) 상에 복수의 양극 활물질층 모듈(106)을 이격되게 배치하는 단계; 상기 양극 활물질층 모듈(106) 상에 전해질층(120)을 배치하는 단계; 상기 전해질층(120) 상에 음극 활물질층(112)을 배치하는 단계; 상기 음극 활물질층(112) 상에 음극 집전체층(111)을 배치하는 단계;를 포함하며, 상기 양극 활물질층 모듈(106)이 양극 집전체층(101) 표면에 수직하게 이격되어 배치된 복수의 양극 활물질층(102)을 포함한다.
도 8a 내지 도 8e를 참조하여 전지 구조체(200) 제조방법을 설명한다. 도 8a를 참조하면, 양극 활물질층 모듈(106)이 준비된다. 도 8b를 참조하면, 양극 집전체층(101) 상에 복수의 양극 활물질층 모듈(106)이 일정한 간격(D)으로 이격되어 배치된다. 도 8b는 단면도로서 일부가 생략된다. 복수의 양극 활물질층 모듈(106)은 도면에 도시되지 않으나 전도성 접착제 및/또는 전도성 페이스트를 사용하여 양극 집전체층(101) 상에 부착될 수 있다. 도 8c를 참조하면, 양극 활물질층 모듈(106) 상에 전해질층(120)이 배치된다. 전해질층(120)이 배치되는 방법은 증착일 수 있으나 반드시 증착으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용할 수 있는 방법이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 전해질층(120)의 증착 방법은 CVD, PVD 등일 수 있다. 전해질층(120)은 LiPON일 수 있으나 반드시 이것으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 전해질층(120)으로 사용될 수 있는 고체전해질이라면 모두 가능하다. 양극 활물질층 모듈(106) 사이에는 이온의 이동을 방지하기 위하여 전해질층이 배치되지 않는다. 도 8c 및 도 8d를 참조하면, 마스크(mask)(107) 등을 사용함에 의하여 전해질층(120) 및 음극 활물질층(112)이 양극 활물질층 모듈(106) 사이에는 배치되지 않는다. 도 8d를 참조하면, 전해질층(120) 상에 음극 활물질층(112)이 배치된다. 음극 활물질층(112)이 배치되는 방법은 증착일 수 있으나 반드시 증착으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 사용할 수 있는 방법이라면 모두 가능하다. 예를 들어, 음극 활물질층(112)의 증착 방법은 열증발(thermal evaporation) 등일 수 있다. 음극 활물질층(112)은 Li 금속일 수 있으나 반드시 이것으로 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 음극 활물질층(112)으로 사용될 수 있는 음극 활물질이라면 모두 가능하다. 도 8e를 참조하면, 음극 활물질층(112) 상에 음극 집전체층(111)이 배치되어 전지 구조체(200)가 준비된다. 음극 활물질층(112) 상에 음극 집전체층(111)을 배치하고, 압착 지그 등을 사용하여 압력을 가함에 음극 활물질층(112)과 음극 집전체층(111) 사이의 접촉 저항이 감소될 수 있다. 도 8e에서 음극 활물질층(112) 내에 음극 집전체와 접촉하지 않는 버퍼층(114)이 배치될 수 있다. 버퍼층(114)은 전지 모듈(100)의 충방전시에 음극 활물질층(112)의 부피 변화를 용이하게 수용할 수 있다. 도 8c, 도 8d 및 도 8e를 참조하면, 버퍼층(114)은, 전해질층(120)의 절곡에 의하여 형성되는 트렌치에 음극 활물질층(112)을 완전히 채우지 않음에 의하여 형성된다. 전지 구조체(200)가 서로 이격되어 배치되는 복수의 전지 모듈(100)을 포함하며, 전지 모듈(100) 사이에는 이온 비전도층(150)이 배치됨에 의하여 복수의 전지 모듈(100)이 서로 이온적으로 차단된다.
다르게는, 도면에 도시되지 않으나, 다른 구현예에 따른 전지 구조체(200) 제조방법은 양극 활물질층 모듈(106)을 준비하는 단계; 전도성 기판 상에 상기 양극 활물질층 모듈(106)을 배치하는 단계; 상기 양극 활물질층 모듈(106) 상에 전해질층(120)을 배치하는 단계; 상기 전해질층(120) 상에 음극 활물질층(112)을 배치하여 전지 모듈(100)을 준비하는 단계; 양극 집전체층(101) 상에 복수의 상기 전지 모듈(100)을 이격되게 배치하는 단계; 및 상기 복수의 전지 모듈(100) 상에 음극 집전체층(111)을 배치하는 단계;를 포함하며, 상기 양극 활물질층 모듈(106)이 양극 집전체층(101) 표면에 수직하게 이격되어 배치된 복수의 양극 활물질층(102)을 포함한다. 즉, 각각의 전지 모듈(100)을 별도로 제조한 후 양극 집전체(101) 상에 이격되도록 배치하고 음극 집전체층(111)을 배치할 수 있다.
이 경우, 복수의 양극 활물질층 모듈(106)의 일면 상에 각각 배치된 전도성 기판은 하나의 양극 집전체층(101) 상에 전도성 접착제 및/또는 전도성 페이스트를 사용하여 부착될 수 있다.
도 9a, 도 9b 및 도 9e를 참조하면, 양극 활물질층 모듈(106)을 준비하는 단계는 양극 활물질층(102), 양극 도전체층(105), 양극 활물질층(102), 및 희생층(107)을 순차적으로 복수개 적층하여 제1 적층체(160)를 준비하는 단계; 상기 제1 적층체(160)와 상기 제1 적층체(160)의 적층 방향과 평행하게 배치되는 격벽(103)을 순차적으로 복수개 적층하여 제2 적층체(170)를 준비하는 단계; 및 상기 제2 적층체(170)를 소결하여 희생층(107)을 제거하고 양극 활물질층 모듈(106)을 준비하는 단계;를 포함한다.
도 9a 내지 도 9e를 참조하여, 양극 활물질층 모듈(106)을 준비하는 방법을 설명한다. 먼저, 양극 활물질 분말을 바인더, 가소제 및 용매와 혼합 및/또는 밀링하여 양극 활물질층 슬러리를 준비한다. 희생층 분말을 바인더, 가소제 및 용매와 혼합 및/또는 밀링하여 희생층 슬러리를 준비한다. 격벽 소재 분말을 바인더, 가소제 및 용매와 혼합 및/또는 밀링하여 격벽 슬러리를 준비한다. 상기 슬러리들을 각각 기판 상에 테이프 캐스팅법(tape casting method)으로 캐스팅하고 건조시켜 후막 테이프를 준비한다. 상기 건조에 의하여 슬러리 내에 존재하는 용매가 증발하여 원료 분말이 바인더에 의하여 결합된 테이프가 얻어진다. 따라서, 양극 활물질층 테이프(tape), 희생층 테이프, 격벽 테이프를 동일한 방식으로 각각 준비한다. 도 9a를 참조하면, 양극 활물질층(102) 테이프, 양극 도전체층(105) 테이프, 양극 활물질층(102) 테이프, 및 희생층(107) 테이프를 순차적으로 복수개 적층한 후, 바인더의 유리전이온도(Tg) 부근의 온도에서 가압함에 의하여 상기 층들이 결착된 제1 적층체(160)를 준비한다. 양극 도전체층(105)을 배치하는 방법은 특별히 한정되지 않으나 도전성 재료를 포함하는 슬러리 또는 페이스트를 인쇄하는 방법, 도전성 재료를 스퍼터링(sputtering), 증발(evapoarion)과 같은 물리기상증착(PVD)하는 방법을 사용할 수 있다. 도 9b를 참조하면, 상기 제1 적층체(160)와 상기 제1 적층체(130)의 적층 방향과 평행하게 배치되는 격벽(103)을 순차적으로 복수개 적층한 후, 바인더의 유리전이온도(Tg) 부근의 온도에서 가압함에 의하여 상기 제1 적층체(160)와 격벽(103)이 결착된 제2 적층체(170)를 준비한다. 제1 적층체(16)는 격벽(103)과 적층되기 전에 요구되는 격벽 사이의 간격에 따라 적절한 두께로 가공될 수 있다. 양극 활물질층(102)의 길이 방향을 따라 일정한 간격으로 격벽(102)이 배치됨에 의하여 복수의 양극 활물질층(102)을 지지하므로, 높은 종횡비(aspect ratio)을 가지는 복수의 양극 활물질층(102)이 휘거나 무너짐과 같은 변형 없이 균일한 간격으로 배열될 수 있다. 복수의 양극 활물질층(102)이 균일한 간격으로 배열됨에 따라 전해질층(120) 및 음극 활물질층(112)도 균일하게 배치될 수 있으므로, 전지 모듈(100)에서 전극 반응의 균일성이 향상되고 전지 모듈(100)의 구조적 안정성이 향상되어 전지 모듈(100) 및 이를 포함하는 전지 구조체(200)의 충방전 용량 및 수명 특성이 향상될 수 있다. 이어서, 도 9c를 참조하면, 제2 적층체(170)를 절단면(180)을 따라 절단(dicing)하여 양극 활물질층 모듈(106)의 높이를 결정한다. 도 9d를 참조하면, 절단된 제2 적층체(170) 상에 양극 집전체층(101)을 배치한다. 양극 집전체층(101)을 배치하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 도전성 호일을 배치하고 가압하는 방법, 도전성 재료를 포함하는 슬러리 또는 페이스트를 인쇄하는 방법, 도전성 재료를 스퍼터링(sputtering), 증발(evapoarion)과 같은 물리기상증착(PVD)하는 방법 등을 사용할 수 있다. 다르게는, 양극 집전체층(101)은 양극 활물질 모듈(106)이 열처리에 의하여 완성된 후에 배치될 수 있다. 이어서, 도 9e를 참조하면, 양극 집전체층(101)이 일면 상에 배치된 제2 적층체(170)를 제1 온도에서 제1 열처리하여 제2 적층체의 양극 활물질층(102), 격벽(103) 및 도전체층(105)에 포함된 바인더를 열분해시켜 제거하고, 이어서 제1 온도보다 더 높은 온도에서 제2 온도에서 제2 열처리하여 희생층을 열분해(burn-out)시켜 제거하여 소결체인 양극 활물질층 모듈(106)을 준비한다. 희생층에 사용되는 재료의 종류에 따라 제2 열처리의 온도 및 시간이 결정된다. 다르게는, 제1 열처리 단계 없이 제2 온도로 승온시켜 제2 열처리하여 바인더와 희생층을 동시에 제거할 수 있다. 또한, 제2 적층체(170)를 절단하지 않고 제2 적층체(170)를 열처리하여 양극 활물질층 모듈(106)을 준비한 후 절단할 수 있다. 희생층 재료는 흑연 등의 탄소계 재료, 열분해성 고분자 등일 수 있으나 반드시 이들로 한정되지 않으며 제2 열처리 온도에서 열분해되는 재료로서 당해 기술분야에서 사용할 수 있는 재료라면 모두 가능하다.
100 전지 모듈 101 양극 집전체층
102a 제1 양극 활물질층 102b 제2 양극 활물질층
102 양극 활물질층 103 격벽
105 양극 도전체층 106 양극 활물질층 모듈
107 마스크 111 음극 집전체층
112a 제1 음극 활물질층 112b 제2 음극 활물질층
112 음극 활물질층 114 버퍼층
115 음극 도전체층 120 전해질층
150 이온 비전도층 160 제1 적층체
170 제2 적층체 180 절단면
200 전지 구조체

Claims (23)

  1. 양극 집전체층;
    상기 양극 집전체층 상에 서로 이격되어 배치된 복수의 전지 모듈; 및
    상기 복수의 전지 모듈 상에 양극 집전체층과 서로 마주하여 배치된 음극 집전체층;을 포함하며,
    상기 전지 모듈이,
    상기 양극 집전체층에 전기적으로 접촉하며, 상기 양극 집전체층으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 양극 활물질층;
    상기 음극 집전체층에 전기적으로 접촉하며, 상기 음극 집전체층으로부터 돌출되는 방향으로 배치된 복수의 제1 음극 활물질층; 및
    상기 복수의 제1 양극 활물질층과 제1 음극 활물질층 사이에 배치된 전해질층;을 포함하는 전지 구조체.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 전지 모듈이 서로 전기적으로 연결된 전지 구조체.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 전지 모듈이 서로 이온적으로 차단된 전지 구조체.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 전지 모듈 사이에 배치된 이온 비전도성 기체 또는 이온 비전도성 고체를 포함하는 전지 구조체.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 전지 모듈이 서로 이격되는 거리가 0.01mm 내지 1mm인 전지 구조체.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 전지 모듈의 일측면과 상기 일면에 대향하는 타측면 사이의 거리가 2mm 내지 5cm인 전지 구조체.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 전지 모듈이 복수의 제1 양극 활물질층과 접촉하며 복수의 제1 양극 활물질층이 배치되는 방향과 수직 방향으로 배치되는 하나 이상의 격벽을 포함하는 전지 구조체.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 격벽이 상기 제1 양극 활물질층과 다른 조성을 가지는 전지 구조체.
  9. 제7 항에 있어서, 상기 격벽이 상기 제1 양극 활물질층과 동일한 조성을 가지는 전지 구조체.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 전지 모듈이 음극 집전체층과 접촉하며, 복수의 제1 음극 활물질층 사이에 배치되어 복수의 제1 음극 활물질층을 서로 연결하는 복수의 제2 음극활물질층을 포함하는 전지 구조체.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 전지 모듈이 양극 집전체층과 접촉하며, 복수의 제1 양극 활물질층 사이에 배치되어 복수의 제1 양극 활물질층을 서로 연결하는 복수의 제2 양극활물질층을 포함하는 전지 구조체.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 전지 모듈이 제1 양극 활물질층과 양극 집전체층 사이에 배치된 전도성 접착층을 포함하는 전지 구조체.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 양극 집전체층과 음극 집전체층이 서로 이격되어 평행하게 배치되는 전지 구조체.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 제1 양극 활물질층과 제1 음극 활물질층이 양극 집전체층 및 음극 집전체층에 각각 수직하게 배치되는 전지 구조체.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 음극 집전체층과 접촉하며, 상기 음극 집전체층으로부터 돌출되는 방향으로 돌출되며 상기 복수의 제1 음극 활물질층 내부에 삽입되는 버퍼층을 포함하는 전지 구조체.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 버퍼층이 기체, 천연 고무 및 합성 고무 중에서 선택된 하나 이상의 탄성 부재를 포함하는 포함하는 전지 구조체.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 전해질층이 상기 복수의 제1 양극 활물질층과 제1 음극 활물질층 사이를 따라 복수회 절곡되어 배치되는 전지 구조체.
  18. 제1 항에 있어서, 상기 전해질층이 양극 집전체층 및 음극 집전체층 중 하나 이상과 접촉하는 전지 구조체.
  19. 제1 항에 있어서, 상기 양극 집전체층에 전기적으로 접촉하며, 상기 복수의 제1 양극 활물질층 내부에 삽입되는 양극 도전체층을 포함하는 전지 구조체.
  20. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 전지 모듈이 상기 전지 모듈을 다른 전지 모듈드로부터 절연시키는 장치를 각각 포함하는 전지 구조체.
  21. 양극 활물질층 모듈을 준비하는 단계;
    양극 집전체층 상에 복수의 양극 활물질층 모듈을 이격되게 배치하는 단계;
    상기 양극 활물질층 모듈 상에 전해질층을 배치하는 단계;
    상기 전해질층 상에 음극 활물질층을 배치하는 단계; 및
    상기 음극 활물질층 상에 음극 집전체층을 배치하는 단계;를 포함하며,
    상기 양극 활물질층 모듈이 양극 집전체층 표면에 수직하게 이격되어 배치된 복수의 양극 활물질층을 포함하는 전지 구조체 제조방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    양극 활물질층 모듈을 준비하는 단계가,
    양극 활물질층, 양극 도전체층, 양극 활물질층, 및 희생층을 순차적으로 복수개 적층하여 제1 적층체를 준비하는 단계;
    상기 제1 적층체와 상기 제1 적층체의 적층 방향과 평행하게 배치되는 격벽을 순차적으로 복수개 적층하여 제2 적층체를 준비하는 단계; 및
    상기 제2 적층체를 소결하여 희생층을 제거하고 양극 활물질층 모듈을 준비하는 단계;를 포함하는 전지 구조체 제조방법.
  23. 양극 활물질층 모듈을 준비하는 단계;
    전도성 기판 상에 상기 양극 활물질층 모듈을 배치하는 단계;
    상기 양극 활물질층 모듈 상에 전해질층을 배치하는 단계;
    상기 전해질층 상에 음극 활물질층을 배치하여 전지 모듈을 준비하는 단계;
    상기 양극 집전체층 상에 복수의 상기 전지 모듈을 이격되게 배치하는 단계; 및
    상기 복수의 전지 모듈 상에 음극 집전체층을 배치하는 단계;를 포함하며,
    상기 양극 활물질층 모듈이 양극 집전체층 표면에 수직하게 이격되어 배치된 복수의 양극 활물질층을 포함하는 전지 구조체 제조방법.
KR1020160086402A 2016-07-07 2016-07-07 전지 구조체, 및 이의 제조방법 KR102645090B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160086402A KR102645090B1 (ko) 2016-07-07 2016-07-07 전지 구조체, 및 이의 제조방법
US15/397,958 US10381627B2 (en) 2016-07-07 2017-01-04 Battery structure and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160086402A KR102645090B1 (ko) 2016-07-07 2016-07-07 전지 구조체, 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180005990A true KR20180005990A (ko) 2018-01-17
KR102645090B1 KR102645090B1 (ko) 2024-03-07

Family

ID=60911240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160086402A KR102645090B1 (ko) 2016-07-07 2016-07-07 전지 구조체, 및 이의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10381627B2 (ko)
KR (1) KR102645090B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102396108B1 (ko) * 2017-06-22 2022-05-10 삼성전자주식회사 3차원 전극구조체 및 이를 포함하는 이차전지
KR20200059057A (ko) 2018-11-20 2020-05-28 삼성전자주식회사 전극 구조체 및 그 제조방법과, 전극 구조체를 포함하는 이차 전지
CN110176625B (zh) * 2019-05-15 2021-01-01 复阳固态储能科技(溧阳)有限公司 一种固体电解质材料及其制备方法
KR20210085283A (ko) * 2019-12-30 2021-07-08 삼성전자주식회사 활물질 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 전극 구조체, 활물질 구조체를 포함하는 이차 전지, 및 활물질 구조체의 제조 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110039541A (ko) * 2008-06-27 2011-04-19 프로테라 인크 차량 전지 시스템 및 방법
US20130078513A1 (en) * 2010-06-06 2013-03-28 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Three-dimensional microbattery having a porous silicon anode
KR20130133118A (ko) * 2010-11-30 2013-12-06 파나소닉 주식회사 전지 모듈 및 전지팩
KR101538754B1 (ko) * 2014-04-10 2015-07-30 (주)오렌지파워 플렉서블 전극조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 플렉서블 전지

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3510582B2 (ja) 2000-10-31 2004-03-29 川崎重工業株式会社 三次元電池
US20050175890A1 (en) 2000-10-31 2005-08-11 Kazuo Tsutsumi Battery
US6677078B2 (en) * 2001-06-29 2004-01-13 The Gillette Company Battery cartridge
US20040241540A1 (en) 2001-09-19 2004-12-02 Kazuo Tsutsumi Three-dimensional cell and its electrode structure and method for manufacturing electrode material of three-dimensional cell
EP1769545A4 (en) 2004-04-27 2010-04-07 Univ Tel Aviv Future Tech Dev 3D MICROBATTERIES BASED ON NESTED MICROCONTAINER STRUCTURES
JP4719279B2 (ja) * 2007-02-16 2011-07-06 ナミックス株式会社 リチウムイオン二次電池、及び、その製造方法
KR101065379B1 (ko) 2009-07-10 2011-09-16 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈
JP6267910B2 (ja) * 2012-10-05 2018-01-24 株式会社半導体エネルギー研究所 リチウムイオン二次電池用負極の製造方法
US9269958B2 (en) * 2012-12-07 2016-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Cathode and all-solid battery including the same
US20160204464A1 (en) 2015-01-08 2016-07-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Secondary battery having high rate capability and high energy density and method of manufacturing the same
KR20160088126A (ko) 2015-01-15 2016-07-25 삼성전자주식회사 전극 구조체의 제조방법 및 이차 전지의 제조방법
KR102276426B1 (ko) 2015-01-08 2021-07-12 삼성전자주식회사 에너지 밀도와 율특성이 향상된 이차 전지
KR102299366B1 (ko) 2015-01-12 2021-09-07 삼성전자주식회사 탄성부재를 가진 3차원 이차전지 및 그 제조방법
KR102514595B1 (ko) 2015-10-12 2023-03-27 삼성전자주식회사 3차원 구조의 전극 구조체 및 이를 갖는 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110039541A (ko) * 2008-06-27 2011-04-19 프로테라 인크 차량 전지 시스템 및 방법
US20130078513A1 (en) * 2010-06-06 2013-03-28 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Three-dimensional microbattery having a porous silicon anode
KR20130133118A (ko) * 2010-11-30 2013-12-06 파나소닉 주식회사 전지 모듈 및 전지팩
KR101538754B1 (ko) * 2014-04-10 2015-07-30 (주)오렌지파워 플렉서블 전극조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 플렉서블 전지

Also Published As

Publication number Publication date
KR102645090B1 (ko) 2024-03-07
US10381627B2 (en) 2019-08-13
US20180013119A1 (en) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7287904B2 (ja) 固体電解質中の金属の伝播を抑制する方法
US10439187B2 (en) Laminar battery system
US10050311B2 (en) Electrode for secondary battery, secondary battery and cable-type secondary battery comprising the same
WO2012020700A1 (ja) 積層型固体電池
KR102579828B1 (ko) 전기화학 디바이스
JP7226911B2 (ja) 電気化学デバイス及びその製造方法
KR102303678B1 (ko) 전고체 전지 적층체
KR102645090B1 (ko) 전지 구조체, 및 이의 제조방법
JP7260008B2 (ja) 固体電池
JP7188562B2 (ja) 固体電池
JP2020013729A (ja) 直列積層型全固体電池の製造方法
JP7107389B2 (ja) 固体電池
JP4381176B2 (ja) 薄膜固体二次電池
KR101654680B1 (ko) 이차전지용 전극 및 그를 포함하는 케이블형 이차전지
JP2008140705A (ja) 全固体型リチウム二次電池製造方法および全固体型リチウム二次電池
CN110858666B (zh) 层叠型电池的制造方法
US20230387471A1 (en) Electrode assembly and secondary battery comprising same
KR20180051327A (ko) 전기화학 디바이스 및 이의 제조방법
US20220166060A1 (en) All-solid-state battery
WO2021124809A1 (ja) 固体電池
KR20230045568A (ko) 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20220096863A (ko) 전고체 전지
CN116458003A (zh) 全固态电池
JP2022111714A (ja) 積層型固体電池
CN116458000A (zh) 全固态电池

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant