KR20190061069A - 리튬-이온 갈바닉 전지를 생산하기 위한 방법 및 리튬-이온 갈바닉 전지 - Google Patents

리튬-이온 갈바닉 전지를 생산하기 위한 방법 및 리튬-이온 갈바닉 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬-이온 갈바닉 전지를 생산하기 위한 방법에 관한 것이고, 이에 따라, 분리기(12)는 리튬-이온 전지의 제1 전극 재료(14)를 제2 전극 재료(16)로부터 공간적으로 분리시키기 위해 제공된다. 본 발명에 따르면, 제1 전극 재료(14)는 코팅 과정에서 분리기(12)의 제1 측면(18)에 적용된다. 본 발명은 또한 리튬-이온 갈바닉 전지에 관한 것이다.

Description

리튬-이온 갈바닉 전지를 생산하기 위한 방법 및 리튬-이온 갈바닉 전지
본 발명은 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 경우에, 분리기는 리튬-이온 전지의 제1 전극 재료를 제2 전극 재료로부터 공간적으로 분리시키도록 제공된다. 본 발명은 또한 갈바닉 리튬-이온 전지에 관한 것이다.
리튬-이온 전지의 생산과 관련된 종래 기술에서, 전극 재료를 생산될 전지의 집전체 포일(collector foil)에 적용하는 것이 알려져 있다. 그리고 집전체 포일은 일정 크기로 절단된다. 분리기는 2개의 각각의 코팅된 집전체 포일 사이에 배열된다.
이 경우에, 분리기가 파괴 또는 손상되지 않는 것을 보장하는 것이 과제인 것으로 보인다. 이것은 다른 경우에 전자가 손상된 분리기를 통해 제1 전극 재료로부터 제2 전극 재료로 바로 지나갈 수 있기 때문이다. 이러한 합선은 방지되어야 한다.
게다가, 현재, 자동차 부문의 생산 비용은, 리튬-이온 전지 또는 리튬-이온 축전지 전지에 대한 재료 비용을 고려하는 일없이, 대략 100유로/kWh이다. 예를 들어, 전기 차량 또는 하이브리드 차량에 대한 배터리를 위해 사용되는 바와 같은, 리튬-이온 축전지의 전력 밀도는 또한 겨우 대략 0.3kWh/kg이다. 이 축전지의 높은 비중량 및 높은 생산 비용은 전자 이동도의 더 빠르고 그리고 더 광범위한 구현예의 상당한 장애물이다.
현재 여전히 개발되는 중인, 리튬 솔리드-스테이트 배터리(solid-state battery: SSB)는 축전지 전지의 특정한 재료 비용을 감소시키기 위한 비교적 촉망되는 방식이다. 그러나, 생산 비용의 감소를 달성하는 것이 더욱이 또한 바람직하다.
따라서 본 발명의 목적은 처음에 언급된 유형의 개선된 방법 그리고 이에 대응하여 개선된 리튬-이온 전지를 제공하는 것이다.
이 목적은 특허 청구항 제1항의 특징을 가진 방법에 의해 그리고 특허 청구항 제11항의 특징을 가진 리튬-이온 전지에 의해 달성된다. 발명의 유리한 개발예를 포함하는 유리한 개선예는 특허 종속 청구항에 명시된다.
갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 발명에 따른 방법에서, 분리기가 처음에 제공된다. 분리기는 리튬-이온 전지의 제1 전극 재료를 리튬-이온 전지의 제2 전극 재료로부터 공간적으로 분리시키도록 기능한다. 분리기는 또한 전자가 제1 전극 재료로부터 분리기를 통해 제2 전극 재료로 지나가는 것을 방지한다. 방법에서, 제1 전극 재료는 코팅에 의해 분리기의 제1 측면에 적용된다. 즉, 처음에 코팅되지 않은 형태로 제공되고 그리고 그 다음의 전지에서 2개의 전극 재료를 서로 분리시키는, 분리기는 따라서 코팅 캐리어로서 기능한다. 따라서 우선 분리기의 제1 측면 상의 전극 재료의 특히 균등하고 그리고 완전한 분배를 보장하는 것이 가능하다. 게다가, 따라서 전극 재료는 리튬-이온 전지의 생산의 맥락에서 추가의 처리 동안 분리기를 보호한다. 이것은 생산 방법을 과정 면에서 특히 탄탄하고 신뢰할 수 있게 한다. 개선된 방법이 이에 따라 제공된다.
코팅은 예를 들어, 유동 가능한 또는 반죽 같은 출발 재료를 분리기의 측면에 적용하고 그리고 이어서 이 출발 재료의 액체 함량을 특히, 노에서 건조시킴으로써 감소시켜서, 전극 재료를 제공함으로써 수행될 수도 있다. 따라서, 전극 재료의, 비교적 박형이고 따라서 출발 재료를 절약하는, 층은 또한 분리기의 측면에 특히 균등하게 그리고 광범위하게 적용될 수 있다.
위에서 언급된 이점은, 방법의 하나의 유리한 개선에 따라, 제2 전극 재료가 마찬가지로, 코팅에 의해 분리기의, 제1 측면 맞은편에 있는, 제2 측면에 적용될 때 특정한 정도로 달성된다. 이 방식으로, 특별히, 상기 분리기의 제2 측면 상의 분리기에 보호를 제공하는 것이 가능하고, 그리고 또한 분리기의 제2 측면 상의 전극 재료의 특히 균등한 분배를 달성하는 것이 가능하다.
갈바닉 전지의, 충전, 각각 방전 동안, 제1 전극 재료로부터 제2 전극 재료로 그리고 다시, 유체 전해액을 통해, 리튬 이온이 이동하게 하는 분리기가 사용될 수도 있다.
그러나, 생산 동안 분리기의 처리에 관하여 그리고 재료 비용에 관하여, 솔리드-스테이트 전해액이 분리기로서 사용된다면 유리하다고 입증되었다. 이러한 고체 이온 전도체가 리튬 이온에 투과성이지만, 전자가 분리기를 통과하는 것을 방지한다.
솔리드-스테이트 전해액은 특히 이온-전도성 폴리머로서 설계되는 멤브레인일 수도 있다. 이러한 자기-지지형 멤브레인은 특별히 적어도 하나의 측면에, 오직 바람직하게는 양측에, 전극 재료로 특히 과정에 있어서 용이하게 그리고 신뢰할 수 있게 코팅될 수 있다.
다수의 접힘 지점은 바람직하게는 코팅에 의해 적용된 적어도 하나의 전극 재료 및 분리기를 포함하는 분리기 장치에 형성된다. 이 경우에, 분리기 장치는 연속적인, 특히 선형, 접힘 지점에서 서로 반대 방향으로 접힌다. 전극 재료의 특히 큰 표면은 이러한 Z-방향 접힘을 통해 미리 결정된 용적의 리튬-이온 전지에 제공될 수 있다. 또한, 따라서 분리기 장치의 각각의 층이 분리기가 다수의 접힘 지점을 통과하기 때문에 서로에 대하여 매우 정확히 배치될 수 있는 것이 보장될 수 있다. 이것은 분리기가 Z-방향 접힘의 각각의 층을 함께 보유하기 때문이다.
대조적으로, 분리기가 각각의 경우에, 전극 재료가 이러한 접히지 않은 스택의 경우에 배열되는 각각의 집전체 포일 사이에 배열된다면, 따라서 각각의 층이 간신히 서로 상에 가능한 한 정확하게 있는 상황을 달성하는 것이 가능하다. Z-방향 접힘, 즉, 연속적인 접힘 지점에서의 서로 반대 방향의 접힘 덕분에, 따라서 분리기 장치의 추가의 처리가 상당히 간소화된다.
분리기 장치 또는 전지 구조체의 Z-방향 접힘을 가능하게 하기 위해서, 접힘 지점 중 적어도 하나는 적어도 하나의 전극 재료를 접힘 지점에서 분리기로부터 적어도 부분적으로 제거함으로써 형성될 수도 있다. 그래서 접힘 지점에서 분리기 장치를 특히 용이하게 구부리는 것을 수행하는 것이 특별히 가능하다. 전극 재료는 이 경우에 곡선 형상의 접힘 지점 또는 접힘부의 곡선 외부의 영역과 접힘 지점의 곡선 내부의 영역 둘 다에서 제거될 수도 있다. 실시예로써, 트렌치 또는 오목부는 예를 들어, 레이저를 통해, 적어도 하나의 전극 재료에 형성될 수도 있고, 분리기는 특히 이 트렌치의 영역에서 노출될 수 있다. 이어서 분리기 장치는 이 지점에서 특히 용이하게 터닝될 수 있거나 또는 접힐 수 있다.
게다가 또는 대안으로서, 접힘 지점 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 전극 재료는 접힘 지점과 인접한 영역과 비교하여 감소되는 층 두께로 분리기에 적용될 수도 있다. 이러한 구조화는 또한 상황을 달성하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 분리기 장치는 접힘 지점에서 더 용이하게 접힐 수 있다. 이 접힘 지점의 설계에서, 감소된 층 두께는 마찬가지로 접힘 지점의 곡선 외부의 영역과 접힘 지점의 곡선 내부의 영역 둘 다에 제공될 수도 있다.
접힘 지점에서 전극 재료의 층 두께는 특히 0으로 감소될 수도 있다. 이에 따라, 분리기의 적어도 하나의 측면을 코팅할 때, 추가의 처리 동안 접힘 지점으로서 기능하는 분리기 장치의 영역은 분리기 장치의 그 다음의 접힘을 용이하게 하도록 코팅되지 않은 채로 있을 수도 있다. 이것은 분리기의 제1 측면 또는 제1 측면과 제2 측면의 순차적 또는 국부적 코팅에 의해 달성될 수도 있다.
접힘 지점에서 분리기 장치의 대응하는 구조화는 과도하게 높은 기계적 응력이 각각의 접힘 지점에서 접힘 동안 발생하지 않는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다.
이를 달성하기 위해서, 분리기의 두께는 적어도 하나의 접힘 지점에서 부가적으로 감소될 수도 있다. 그러나, 이 경우에 분리기가 그럼에도 불구하고 여전히 접힘 지점에 있어서, 전자와 관련하여 분리기의 전기적 절연 효과가 유지되는 것이 보장된다.
집전체층은 바람직하게는 코팅에 의해 적용된 적어도 하나의 전극 재료 및 분리기를 포함하는 분리기 장치에 적용된다. 그래서 리튬-이온 전지의 생산 동안 분리된 집전체 포일을 처리할 필요가 없지만 집전체층은 분리기 장치의 내장형 컴포넌트가 된다. 집전체층과 전극 재료 사이의 광범위한 접촉은 부가적으로 특히 또한 보장될 수 있다. 이것은 리튬-이온 전지의 충전 또는 방전 동안 우수한 집전에 유리하다. 게다가, 리튬-이온 전지의 생산 동안 분리기 장치의 처리는 집전체층이 전극 재료를 통해 분리기에 연결된다면 간소화된다. 이것은 예를 들어, 집전체층을 포함하는 분리기 장치가 접힘 지점에서 접히려고 의도될 때의 경우이다.
각각의 집전체층은 특히 코팅에 의해 분리기에 적용된 2개의 전극 재료에 적용될 수도 있다. 집전체층을 적어도 하나의 전극 재료에 적용하기 위해서, 집전체층을 위한 출발 재료가 전극 재료와 마주보는 표면에 배열되는 회전형 실린더를 특히 사용할 수도 있다.
특히, 예를 들어, 리튬 이온이 내장된 흑연의 형태의, 전극 재료와 마주보는 집전체층을 위해 구리를 사용하는 경우에, 물리적 기상 증착이 또한 집전체층을 적용하기 위한 유리한 방법인 것으로 입증되었다. 실시예로써, 따라서 집전체층은 스퍼터링, 특히, 고율 스퍼터링(고속 스퍼터링)에 의해 전극 재료에 적용될 수도 있다. 이것은 알루미늄이 전극 재료로서 리튬 금속 산화물과 마주보는 집전체층으로서, 물리적 기상 증착을 통해, 즉, 예를 들어, 스퍼터링 또는 고율 스퍼터링에 의해 전극 재료에 적용될 때 비슷하게 적용된다.
고율 스퍼터링(고속 스퍼터링)으로, 특정한 두께를 가진 집전체층은 정상 속도의 스퍼터링의 경우에서보다 더 짧은 시간 내에 생산될 수 있다. 따라서 이것은 집전체층이 특히 신속하게 제공될 수 있는 정도로 유리하다. 게다가, 집전체층을 제공할 때, 층 두께의 균등성에 있어서 임의의 특히 엄격한 필요 조건을 제공할 필요가 없다. 실시예로써, 따라서 고율 스퍼터링은 집전체층을 형성하는 것에 또한 특히 잘 적합하다.
전기적으로 전도성 연결은 바람직하게는 집전체층과 전기 전도체 사이에 생산된다. 이어서 전기 전도체를 통해 리튬-이온 전지의 전기 단자로의 전류의 흐름이 특히 용이하게 달성될 수 있다.
전기적으로 전도성 연결은 특히 집전체층과 전기적으로 전도성 접착제에 내장되는 금속 전도체 사이에 생산될 수도 있다. 따라서 금속 전도체는 집전체층에 단단히 부착되고, 그리고 전류의 흐름은 특히 저 접촉 저항으로 달성될 수 있다. 금속 전도체는 특히 실질적으로 원형 단면을 가진 와이어로서 또는 실질적으로 스트립 형상의, 편평한 전도체로서 설계될 수도 있다.
집전체층과 전기 전도체 사이의 전기적으로 전도성 연결은 바람직하게는 접힘 지점에서 생산된다. 전기 전도체는 이에 따라 접힘 지점에서 집전체층과 접촉할 수도 있고 따라서 리튬-이온 전지의 충전 또는 방전 동안 각각의 접힘 지점 사이에 배열된 전극 재료로부터 전자의 특히 우수한 수집을 보장할 수도 있다.
특히, 접힘 지점에서 집전체층과 전기 전도체 사이의 전기적으로 전도성 연결이 전기적으로 전도성 접착제를 통해 금속 전도체를 접착되게 결합시킴으로써 제공될 때, 접힌 상태의 분리기 장치의 우수한 부착이 동시에 보장될 수 있다.
적어도 하나의 전극 재료는 또한 물리적 기상 증착에 의해, 특히, 스퍼터링에 의해 분리기에 적용될 수도 있다. 그러나, 코팅 과정은 적어도 하나의 전극 재료가 적어도 하나의 회전형 실린더를 통해 분리기에 적용될 때 사실상 순환식 또는 연속적인 방법으로 특히 용이하게 수행될 수 있다. 이 경우에, 분리기가 또한 롤 또는 실린더를 통해 안내될 수도 있어서 코팅이 롤-대-롤 방법으로 달성될 수 있다.
목적하는 전기 용량을 가진 리튬-이온 전지를 제공하기 위해서, 특히 각각의 전극 재료로 양측에 코팅되는 분리기를 절단하는 것이 단지 필요하다. 그리고 목적하는 길이를 가진 대응하는 분리기 장치는 리튬-이온 전지의 하우징에 삽입될 수도 있다. 리튬-이온 전지가 파우치 전지(pouch cell) 또는 커피-백 전지(coffee-bag cell)로 알려진 것으로서 설계된다면, 그러면 하우징은 가요성, 포일 유형의 재료로부터 형성된다. 단단한, 본질적으로 강성의 하우징을 가진 리튬-이온 전지로서 설계의 경우에, 프리즘 형상의 하우징 또는 전지 하우징 내 장치가 특히 제공될 수도 있다. 특히, 접힌 분리기 장치가 특별히 프리즘 형상의 전지의 이러한 전지 하우징 또는 파우치 전지의 전지 하우징에 특히 잘 수용될 수 있어서, 우수한 접촉이 리튬-이온 전지의 전기 단자 또는 전기 극과 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 갈바닉 리튬-이온 전지는 본 발명에 따른 방법을 통해 생산된다. 리튬-이온 전지는 이 경우에 특히 솔리드-스테이트 전지로서 설계될 수도 있다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법의 개선예와 연관되어 이미 설명된 바와 같은 특징을 가진 본 발명에 따른 리튬-이온 전지의 개선예를 포함한다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 리튬-이온 전지의 대응하는 개선예는 본 명세서에서 다시 설명되지 않는다.
본 발명의 예시적인 실시형태가 아래에 설명된다. 이를 위해서, 도면에서:
도 1은 리튬-이온 전지의 전극 재료와 양측에 코팅된 멤브레인을 매우 개략적으로 도시한 도면; 및
도 2는 다수의 접힘 지점에서 접힌 멤브레인의 개략적인 측면도, 전기 전도체를 통해 각각의 전극 재료에 적용된 집전체층과 접힘 지점에서 접촉됨.
아래에 설명된 예시적인 실시형태는 본 발명의 바람직한 실시형태이다. 예시적인 실시형태에서, 실시형태의 설명된 컴포넌트 각각은, 서로 관계없는 것으로 여겨져야 하고 그리고 각각의 경우에 또한 서로 관계없이 본 발명을 개발하고 그리고 따라서 또한 본 발명의 일부로서 개별적으로 또는 도시된 것과는 상이한 조합으로 여겨져야 하는, 본 발명의 각각의 특징부를 이룬다. 게다가, 설명된 실시형태는 이미 설명된 것 특징부 중에서 본 발명의 추가의 특징부에 의해 보충될 수 있다.
도면에서, 기능적으로 동일한 구성요소에는 각각의 경우에 동일한 참조 부호가 제공된다.
도 1은 갈바닉 리튬-이온 전지를 위한 분리기 장치(10)의 구조를 국부적으로 그리고 개략적으로 도시한다. 분리기(12)는 이 경우에 멤브레인으로 제공된다. 분리기(12)는 예를 들어, 리튬-이온 전지의 음 전극일 수도 있는 제1 전극 재료(14)를 예를 들어, 리튬-이온 전지의 양 전극일 수도 있는 제2 전극 재료(16)로부터 공간적으로 분리시키도록 기능한다. 이 경우에, 전극 재료(14, 16) 둘 다는 코팅에 의해 분리기(12)에 적용된다. 따라서 분리기(12)로서 기능하는 멤브레인에는 양측에 각각의 전극 재료(14, 16)가 코팅된다.
실시예로써, 제1 전극 재료(14)는 코팅에 의해 분리기(12)의 제1 측면(18)에 적용된다. 이에 따라, 제2 전극 재료(16)는 도 1에 도시된 개선예에서 코팅에 의해 분리기(12)의 제2 측면(20)에 적용된다. 제2 측면(20)은 분리기(12)의 제1 측면(18) 맞은편에 있다. 제1 전극 재료(14)는 특히 리튬 이온이 내장되는 흑연 등일 수도 있다. 대조적으로, 제2 전극 재료(16)는 예를 들어, 리튬 금속 산화물일 수도 있다.
그러나, 이 경우에, 제1 전극 재료(14)의 형태 및 제2 전극 재료(16)의 형태의 이 전기 화학적으로 활성인 재료는 다른 종래 방식에서와 같이, 분리기(12)가 결국 사이에 배열되는 집전체 포일에 적용되지 않는다. 분리기(12)에는 오히려 제1 측면(18)에서 제1 전극 재료(14) 그리고 맞은편 측면(20)에서 제2 전극 재료(16)가 코팅된다. 이에 따라 형성된 분리기 장치(10)는 이어서 더 처리된다.
분리기(12)는 특히 솔리드-스테이트 전해액으로서 설계될 수도 있다. 분리기 장치(10)를 가진 갈바닉 리튬-이온 전지는 따라서 전극과 전해액 둘 다가 고체 재료로 이루어지는 솔리드-스테이트 전지 또는 솔리드-스테이트 축전지이다. 분리기(12)는 전극 재료(14, 16)를 공간적으로 분리시키고 그리고 이온, 즉, 이 경우에 리튬 이온이 분리기(12)를 통과할 수 있는 것을 보장한다. 대조적으로, 분리기(12)는 전자에 대해 전도성이 없다. 리튬-이온 전지의 충전 또는 방전 동안, 전류는 이에 따라 제1 전극 재료(14)로부터 제2 전극 재료(16)로 또는 제2 전극 재료(16)로부터 제1 전극 재료(14)로, 각각, 대응하는 외부 회로(본 명세서에서 미도시)를 통해 흐른다.
리튬-이온 전지를 생산하기 위한 분리기 장치(10)의 추가의 처리의 맥락에서, 각각의 집전체층(22, 24)은 바람직하게는 각각의 전극 재료(14, 16)에 적용된다. 실시예로써, 제1 전극 재료(14)에 의해 형성될 수도 있는 음 전극에 대해, 구리로 이루어진 층이 집전체층(22)으로서 적용될 수도 있다. 대조적으로, 알루미늄으로 이루어진 층은 집전체층(24)으로서 제2 전극 재료(16)에 의해 형성되는 양 전극에 적용될 수도 있다.
또한, 2개의 집전체층(22, 24)을 포함하는, 이에 따라 형성된 분리기 장치(10)가 이어서 접힌다(도 2 참조). 이를 위해서, 직선 내 복수의 접힘 지점(26) 각각이 분리기 장치(10)에 형성된다. 분리기 장치(10)는 적층 방향(28)으로 연속적인 접힘 지점(26)에서 서로 반대 방향으로 접힌다. 적층 방향(28)은 도 2의 화살표로 예시된다.
분리기 장치(10)를 각각의 접힘 지점(26)에서 구부리거나 또는 터닝함으로써 분리기 장치(10)의 이러한 Z-방향 접힘을 용이하게 하기 위해서, 대응하는 구조체가 각각의 접힘 지점(26)에서 제공될 수도 있다. 실시예로써, 이 유형의 트렌치 또는 오목부는 예를 들어, 레이저에 의해 각각의 전극 재료(14, 16)에 생산될 수도 있다. 그래서 각각의 전극 또는 전극 재료(14, 16)의 두께는 이 지점에서 감소된다.
전극 재료(14, 16)는 특히, 분리기(12) 여기로부터, 즉, 각각의 접힘 지점(26)에서 완전히 제거될 수도 있다. 구조체, 예를 들어 트렌치가 또한 분리기(12)로 연장될 수도 있다. 도 2에 예시된 Z-방향 접힘을 통해 분리기 장치(10)의 추가의 처리를 용이하게 하는, 이러한 구조체는 바람직하게는 각각의 집전체층(22, 24)이 전극 재료(14, 16)에 적용되기 전에 형성된다. 접힘 지점(26)의 대응하는 구조체는 과도하게 높은 기계적 응력이 Z-방향 접힘 동안 접힘 지점(26)에서 발생하지 않는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다.
이 경우에, 제1 전기 전도체(30)를 통해, 제1 전극 재료(14)에 배열되는 집전체층(22)과 접촉이 이루어진다. 예를 들어, 전도성 접착제에 내장되는, 와이어의 형태인, 금속 전도체는 예를 들어, 이 제1 전기 전도체(30)로서 사용될 수도 있다. 이 가요성 전도성 접착제는 적층형 또는 접힘형 분리기 장치(10)와 접힘 지점(26)에서 접촉된다. 따라서, 추가의 접촉이 제1 전기 전도체(30)에 의해 보장된다. 예를 들어, 리튬-이온 전지의 방전 동안, 전자는 전도체(30)를 통해 배터리 전지(본 명세서에서 미도시) 또는 리튬-이온 전지의 전기 단자 또는 전기 극으로 전송된다. 충전 동안, 전자는 이에 따라 전도체(30)를 통해 공급된다.
동일한 방식으로, 제2 전기 전도체(32)는 제2 전극 재료(16)에 적용되는 집전체층(24)과 분리기 장치(10)의 추가의 선형 접힘 지점(26)에서 접촉된다. 추가의 접힘 지점(26)은 제1 전기 전도체(30)가 집전체층(22)과 접촉되는 이 접힘 지점(26) 맞은편에 있다. 제2 전기 전도체(32)는 또한 전도성 접착제로서 형성될 수도 있고 그리고 이에 따라 전기적으로 전도성 접착제에 내장되는 금속 전도체를 포함할 수도 있다. 제2 전기 전도체(32)는 이에 따라 전자가 충전 동안 리튬-이온 전지 또는 배터리 전지의 다른 전기 극(각각)에서 집전되거나 또는 전자가 방전 동안 극 각각으로부터 공급되는 것을 보장한다.
전극 재료(14, 16), 오직 특히, 집전체층(22, 24)은 예를 들어, 고율 스퍼터링(고속 스퍼터링)에 의해 적용될 수도 있다. 따라서, 각각의 전극 재료(14, 16) 또는 적어도 분리기(12)를 접힘 지점(26)에서 특히 용이하게 광범위하게 덮는 박형 집전체층(22, 24)을 제공하는 것이 가능하다.
그러나, 전극 재료(14, 16)는 회전형 실린더를 통해, 즉, 롤-대-롤 방법으로 분리기(12)에 적용될 수도 있다. 분리기 장치(10)의, 적층 방향(28)에서 측정될 수 있는, 특정한 길이를 코팅한 후, 이어서 전극 재료(14, 16)로 코팅된 분리기(12)는 오직 특정한 또는 목적하는 전기 용량을 가진 대응하는 리튬-이온 전지를 제공하도록 절단되어야 한다(특히, 집전체층(22, 24)이 전극 재료(14, 16)에 적용된 후).
전반적으로, 실시예는 코팅된 멤브레인을 가진 갈바닉 전지가 본 발명에 의해 제공될 수 있는 방식을 나타낸다.
10: 분리기 장치 12: 분리기
14: 전극 재료 16: 전극 재료
18: 측면 20: 측면
22: 집전체층 24: 집전체층
26: 접힘 지점 28: 적층 방향
30: 전기 전도체 32: 전기 전도체

Claims (11)

  1. 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법으로서, 분리기(12)가 상기 리튬-이온 전지의 제1 전극 재료(14)를 제2 전극 재료(16)로부터 공간적으로 분리시키도록 제공되되, 상기 제1 전극 재료(14)는 코팅에 의해 상기 분리기(12)의 제1 측면(18)에 적용되는 것을 특징으로 하는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극 재료(16)는 코팅에 의해 상기 분리기(12)의 제2 측면(20)에 적용되되, 상기 제2 측면은 상기 제1 측면(18) 맞은편에 있는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 솔리드-스테이트 전해액은 특히 멤브레인에 의해 형성되는 분리기(12)로서 사용되는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 접힘 지점(26)은 코팅에 의해 적용된 적어도 하나의 전극 재료(14, 16) 및 상기 분리기(12)를 포함하는 분리기 장치(10)에 형성되고, 그리고 상기 분리기 장치(10)는 연속적인 접힘 지점(26)에서 서로 반대 방향으로 접히는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 접힘 지점(26) 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 전극 재료(14, 16)를 상기 접힘 지점(26)에서 상기 분리기(12)로부터 적어도 부분적으로 제거함으로써 그리고/또는 상기 접힘 지점(26) 중 적어도 하나에서, 상기 적어도 하나의 전극 재료(14, 16)를 상기 분리기(12)에 상기 접힘 지점(26)과 인접하는 영역과 비교하여 감소, 특히, 0으로 감소되는 층 두께로 적용함으로써 형성되는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 분리기(12)의 두께는 적어도 하나의 접힘 지점(26)에서 감소되는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 집전체층(22, 24)은 코팅에 의해, 특히, 물리적 기상 증착에 의해 그리고/또는 회전형 실린더를 통해 적용된 상기 적어도 하나의 전극 재료(14, 16) 및 상기 분리기(12)를 포함하는 분리기 장치(10)에 적용되는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 전기적으로 전도성 연결은 상기 집전체층(22, 24)과 전기 전도체(30, 32) 사이, 특히, 상기 집전체층(22, 24)과 전기적으로 전도성 접착제에 내장된 금속 전도체 사이에 생산되는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항을 다시 참조할 때, 상기 전기적으로 전도성 연결은 상기 집전체층(22, 24)과 상기 전기 전도체(30, 32) 사이의 상기 접힘 지점(26)에서 생산되는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극 재료(14, 16)는 적어도 하나의 회전형 실린더를 통해 상기 분리기(12)에 적용되는, 갈바닉 리튬-이온 전지를 생산하기 위한 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 통해 생산되는 갈바닉 리튬-이온 전지로서, 상기 리튬-이온 전지는 솔리드-스테이트 전지로서 설계되는, 갈바닉 리튬-이온 전지.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018216315A1 (de) * 2018-09-25 2020-03-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eine Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle und Batteriezelle
DE102022102761A1 (de) 2022-02-07 2023-08-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Feststoffzellenbatterie sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Feststoffbatterie

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008121892A1 (en) * 2007-03-31 2008-10-09 Maxwell Technologies, Inc Corrugated electrode core terminal interface
KR20150135355A (ko) * 2013-03-14 2015-12-02 시온 파워 코퍼레이션 절첩된 전극을 포함하는 전기화학 전지, 그의 구성요소, 전기화학 전지를 포함하는 배터리, 및 이들의 제조 방법

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000106330A (ja) * 1998-09-29 2000-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd コンデンサおよびその製造方法
KR100336395B1 (ko) * 2000-06-12 2002-05-10 홍지준 리튬 이차 전지의 제조방법
GB0016057D0 (en) * 2000-06-30 2000-08-23 Aea Technology Plc A method of assembling a cell
KR101506045B1 (ko) * 2007-05-11 2015-03-25 나믹스 코포레이션 리튬이온 2 차 전지 및 그 제조 방법
PT104766A (pt) * 2009-09-29 2011-03-29 Univ Nova De Lisboa Dispositivo de produção e /ou armazenamento de energia baseado em fibras e filmes finos.
KR101351899B1 (ko) * 2010-10-21 2014-01-20 주식회사 엘지화학 케이블형 이차전지 및 그의 제조방법
US10084168B2 (en) * 2012-10-09 2018-09-25 Johnson Battery Technologies, Inc. Solid-state battery separators and methods of fabrication
KR101590217B1 (ko) * 2012-11-23 2016-01-29 주식회사 엘지화학 전극조립체의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체
KR101499586B1 (ko) * 2013-03-07 2015-03-09 경상대학교산학협력단 상온형 Na/S 전지
US20160126521A1 (en) * 2013-06-12 2016-05-05 Heikki Suonsivu Rechargeable battery cell
DE102013019071A1 (de) * 2013-11-15 2015-05-21 Karlsruher Institut für Technologie Elektrodenanordnung, Verfahren zu ihrer Herstellung und elektrochemische Zelle
KR101725921B1 (ko) * 2014-08-11 2017-04-11 주식회사 엘지화학 단위셀 적층체들과 중간 적층셀을 포함하고 있는 전지셀
DE102015201281A1 (de) * 2015-01-26 2016-07-28 Robert Bosch Gmbh Design für Feststoffzellen
CN105977543A (zh) * 2016-07-05 2016-09-28 东莞市卓高电子科技有限公司 柔性电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008121892A1 (en) * 2007-03-31 2008-10-09 Maxwell Technologies, Inc Corrugated electrode core terminal interface
KR20150135355A (ko) * 2013-03-14 2015-12-02 시온 파워 코퍼레이션 절첩된 전극을 포함하는 전기화학 전지, 그의 구성요소, 전기화학 전지를 포함하는 배터리, 및 이들의 제조 방법

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