KR20210014636A - 고체 폴리머 주변 에지 절연체를 구비한 바이폴라 셀을 포함하는 배터리 - Google Patents

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베른트 슈만
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요르크 틸렌
크리스찬 디스너
마르크 코틱
데이비드 노튼
예로메 호만
안네 부흐크레머
라우라 바우어
스티브 스콧
단 슈나이더
게리 모슬리
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

배터리는 전기 화학 셀의 적층 배열을 포함한다. 각각의 전기 화학 셀은 셀 하우징이 없으며, 기판, 상기 기판의 제 1 표면에 형성된 제 1 활물질 층, 및 상기 기판의 제 2 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 갖는 바이폴라 플레이트를 포함한다. 각각의 셀은 적어도 하나의 활물질 층을 캡슐화하며 셀 스택의 주어진 셀을 셀 주변을 따라 포함하는 셀 스택의 인접 셀로부터 전기적으로 절연시키는 고체 전해질 층을 포함한다.

Description

고체 폴리머 주변 에지 절연체를 구비한 바이폴라 셀을 포함하는 배터리
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 전기 화학 셀의 적층 배열을 포함하는 배터리에 관한 것이다.
배터리는 휴대용 전자 장치로부터 재생 가능한 전력 시스템 및 친환경 차량에 이르는 다양한 기술에 전력을 제공한다. 예를 들어, 하이브리드 전기 자동차(HEV)는 연료 효율을 높이기 위해 연소 엔진과 함께 배터리와 전기 모터를 사용한다. 전기 자동차(EV)는 하나 이상의 배터리로 구동되는 전기 모터로 전적으로 구동된다. 배터리는 2 차원 또는 3 차원 어레이로 배열되고, 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된 다수의 전기 화학 셀을 포함할 수 있다. 직렬 연결에서는, 2개 이상의 셀 각각의 양극과 음극이 서로 전기적으로 연결되고, 셀들의 전압들은 더해져서 더 큰 전압을 가진 셀의 배터리를 제공한다. 예를 들어, n 개의 셀이 전기적으로 직렬로 연결된 경우, 배터리 전압은 단일 셀의 전압에 n을 곱한 값이고, 여기서 n은 양의 정수이다.
개별 셀들은 일반적으로 가스 불침투성 하우징에 둘러싸여 있다. 종종, 하우징은 셀의 하나의 극에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어 하나의 셀의 양극과 인접 셀의 음극 사이를 연결하여 셀들이 직렬로 서로 전기적으로 연결되는 애플리케이션에서, 셀 전압들은 가산되며 하우징들은 단락 방지를 위해 서로 절연되어야 한다. 그러나 배터리 내에서, 셀 하우징들 및 해당 절연 구조물들을 수용하는데 사용되는 공간과 상기 셀 하우징들 및 해당 절연 구조물들에 의해 사용되는 재료는 배터리 효율을 감소시키고 제조 복잡성과 비용을 증가시킨다.
일부 양태에서, 배터리는 전기 화학 셀의 적층 배열을 포함한다. 각각의 전기 화학 셀은 바이폴라 플레이트와 고체 전해질 층을 포함한다. 바이폴라 플레이트는 기판, 상기 기판의 제 1 표면에 형성된 제 1 활물질 층, 및 상기 기판의 제 2 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함한다. 제 2 표면은 제 1 표면과 반대이다. 제 1 활물질 층은 기판 주변 에지로부터 이격되며 기판 주변 에지보다 기판의 중심에 더 가깝게 배치된 제 1 활물질 층 주변 에지를 갖는다. 제 2 활물질 층은 제 1 활물질 층을 형성하는데 사용되는 재료와는 다른 재료로 형성된다. 제 2 활물질 층은 기판 주변 에지로부터 이격된 제 2 활물질 층 주변 에지를 갖는다. 고체 전해질 층은 이온 전도성이며 전기 절연성이다. 고체 전해질 층은 분리부, 및 상기 분리부와 인접한 에지 절연부를 포함한다. 분리부는 주어진 셀의 제 1 활물질 층과 셀 스택 방향으로 인접 셀의 제 2 활물질 층 사이에 배치되어 이들 사이의 이온 전도를 촉진한다. 에지 절연부는 주어진 셀의 제 1 표면과 셀 스택 방향으로 인접 셀의 제 2 활물질 층 사이에 배치된다. 분리부와 에지 절연부는 제 1 활물질 층을 캡슐화하기 위해 협력한다.
일부 실시예에서, 고체 전해질 층 이외에, 전기 화학 셀의 적층 배열은 인접한 바이폴라 플레이트의 각각의 쌍 사이에 전기 절연 구조물을 갖지 않는다.
일부 실시예에서, 에지 절연부는 분리부보다 기판의 중심으로부터 더 멀리 배치되고, 에지 절연부는 분리부의 주변을 둘러싼다.
일부 실시예에서, 셀의 충전 상태와 관계없이, 에지 절연부는 분리부의 두께보다 크고 제 1 활물질 층, 분리부 및 제 2 활물질 층의 두께들의 합보다 작은 두께를 가지며, 상기 두께는 셀의 스택 방향에 평행한 방향의 치수에 해당한다.
일부 실시예에서, 분리부는 하나의 재료로 형성되며 이온 전도성 염을 포함하고, 에지 절연부는 상기 재료로 형성되고 이온 전도성 염을 포함하지 않는다.
일부 실시예에서, 제 1 활물질 층 주변 에지는 기판 주변 에지 및 제 2 활물질 층 주변 에지보다 기판의 중심에 더 가깝게 배치된다.
일부 실시예에서, 고체 전해질 층의 주변 에지는 제 2 활물질 층 주변 에지보다 기판의 중심에 더 가깝고, 고체 전해질 층의 주변 에지는 제 1 활물질 층 주변 에지보다 기판의 중심으로부터 더 멀리 떨어져있다.
일부 실시예에서, 고체 전해질 층의 주변 에지는 제 2 활물질 층 주변 에지 및 제 1 활물질 층 주변 에지보다 기판의 중심으로부터 더 멀리 떨어져 있다.
일부 실시예에서, 에지 절연부는 제 1 표면에 고정되어 있다.
일부 실시예에서, 에지 절연부는 분리부를 둘러싸고 셀의 스택 방향에 평행한 방향에서 볼 때 프레임의 형상을 갖는다.
일부 실시예에서, 배터리는 셀의 적층 배열을 둘러싸는 배터리 하우징을 포함하고, 배터리 하우징은 오염 물질이 배터리 하우징의 내부 공간으로 들어가는 것을 방지하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 배터리 하우징은 폴리머 층들 사이에 끼워진 금속 포일의 라미네이트인 가요성 재료로 형성된다.
일부 실시예에서, 제 1 활물질 층은 제 1 표면과 협력하여 셀 캐소드를 제공하고, 제 2 활물질 층은 제 2 표면과 협력하여 셀 애노드를 제공한다.
일부 실시예에서, 고체 전해질 층은 폴리머로 형성된다.
일부 실시예에서, 고체 전해질 층은 세라믹으로 형성된다.
일부 실시예에서, 고체 전해질 층은 폴리머와 세라믹의 복합물로 형성된다.
일부 실시예에서, 고체 전해질 층은 주어진 셀에 고정되고 인접 셀에 대해 자유롭게 이동하거나, 인접 셀에 고정되고 주어진 셀에 대해 자유롭게 이동한다.
일부 양태에서, 배터리는 전기 화학 셀의 적층 배열을 포함한다. 각각의 전기 화학 셀은 바이폴라 플레이트, 고체 전해질 층, 및 고체 전해질 재료인 에지 절연 장치를 포함한다. 바이폴라 플레이트는 기판, 상기 기판의 제 1 표면에 형성된 제 1 활물질 층, 및 기판의 제 2 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함한다. 제 2 표면은 제 1 표면과 반대이다. 제 1 활물질 층은 기판 주변 에지로부터 이격된 제 1 활물질 층 주변 에지를 갖고, 기판 주변 에지보다 기판의 중심에 더 가깝게 배치된다. 제 2 활물질 층은 제 1 활물질 층을 형성하는데 사용되는 재료와는 다른 재료로 형성된다. 제 2 활물질 층은 기판 주변 에지로부터 이격된 제 2 활물질 층 주변 에지를 갖는다. 고체 전해질 층은 고체 전해질 물질로 형성되며, 하나의 셀의 제 1 활물질 층과 상기 하나의 셀에 인접한 셀의 제 2 활물질 층 사이에 배치된다. 에지 절연 장치는 고체 전해질 재료로 형성되고, 제 1 활물질 층 주변 에지를 둘러싸며 고체 전해질 층과 인접한다.
일부 실시예에서, 에지 절연 장치는 적층 배열의 주어진 셀의 부분을 상기 적층 배열의 인접 셀의 부분으로부터 전기적으로 절연시키도록 구성된다.
일부 양태에서, 각각의 셀이 가스 불침투성 하우징에 둘러싸여 있는 배열은 각각의 셀이 셀 스택의 인접 셀과 직접 직렬 연결을 형성하도록 적층된 다수의 단일, 하우징없는 전기 화학 셀들로 대체된다. 각각의 셀은 평면 형상을 가지며, 해당 활물질 층에 의해 제공되는 거의 동일한 크기의 평면 애노드와 평면 캐소드를 포함한다. 애노드와 캐소드는 고체 전해질 층에 의해 분리된다(예를 들어, 애노드와 캐소드가 코일로서 감기거나 z-폴드 구성으로 폴드되지 않는다). 또한, 각각의 셀은 하나의 셀의 캐소드와 인접 셀의 연결된 애노드 사이에 바이폴라 플레이트를 갖는다. 셀 스택에서, 직렬 배열의 각각의 캐소드는 중간 하우징없이 다음 애노드에 직접 전기적으로 연결된다. 바이폴라 플레이트는 캐소드 및 애노드 집전체를 대체하며, 애노드 활물질과 캐소드 활물질 간의 화학 반응을 방지한다. 리튬 이온 셀의 경우, 바이폴라 플레이트는 예를 들어 애노드를 제공하는 일 측면에 구리 호일을, 그리고 캐소드를 제공하는 반대편 측면에 알루미늄 호일을 포함할 수 있다. 호일들은 인접할 수 있거나 개재 전기 전도성 기판의 가장 바깥쪽 층을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 전기 화학 셀은 약 3mAh/㎠의 커버리지 및 리튬 금속 애노드를 가질 수 있다. 셀 충전시, 리튬 금속 애노드는 애노드에 증착된 리튬 금속 층을 생성함으로써 층에 대해 수직인 방향으로, 예를 들어 약 13-15 마이크로미터(㎛)정도 팽창한다. 따라서, 셀은 약 13-15㎛만큼 충전과 방전 사이에서 "호흡한다"(예를 들어 팽창 및 수축한다).
셀들은 직렬로 연결될 때, 바이폴라 플레이트와 함께 그 활물질 층들이 서로 매우 가깝게 배치된다. 예를 들어, 층들의 간격은 단지 40㎛ 내지 l20㎛일 수 있는 셀 두께의 치수에 해당할 수 있다. 셀 스택의 하나의 셀과 인접 셀의 바이폴라 플레이트들도 비슷한 간격으로 배치된다. 셀은 셀 주변 에지 절연부를 제공하는 구조물을 포함하고, 장치 또는 셀 자체가 파손되지 않으면서 셀 스택의 셀들이 팽창 및 수축할 수 있게 한다.
셀 스택은 셀 스택의 인접한 바이폴라 셀들 사이에 직렬 전기 연결을 가지며, 셀 스택의 각각의 셀은 고체 전해질 층을 포함한다. 고체 전해질 층은 활물질 층들 사이에 배치된 분리부, 및 상기기 분리부에 인접하며 상기 분리부를 둘러싸는 에지 절연부를 포함한다. 일부 실시예에서, 에지 절연부는 제 1 활물질 층, 예를 들어 셀 캐소드 상에 배치되어 상기 제 1 활물질 층을 캡슐화한다. 일부 실시예에서, 에지 절연부는 셀을 캐소드에 배치함으로써 셀과 기계적으로 조립된다. 일부 실시예에서, 에지 절연부는 예를 들어 접착제를 사용하여 주어진 셀의 바이폴라 플레이트에만 고정되고 인접 셀에 대해 고정되지 않는다. 인접한 셀이 아닌 주어진 셀에만 고정됨으로써, 각각의 셀과 셀 스택 전체가 충전 사이클링 중에 팽창 및 수축될 수 있다. 또한, 에지 절연부가 인접한 셀 쌍의 2개의 셀 모두에 고정된 경우 발생할 수 있는, 셀 팽창 및 수축시 에지 절연부 및/또는 셀 자체가 찢어지는 상황이 방지된다.
본 발명의 하나 이상의 특징, 양태, 구현 및 이점의 세부 사항은 첨부된 도면, 상세한 설명 및 청구 범위에 제시된다.
도 1은 배터리 하우징 및 배터리 하우징에 배치된 셀 스택을 포함하는 배터리의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 셀 스택의 주변부의 단면도이다.
도 2a는 도 2에서 파선으로 표시된 셀 부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 본 도 1의 셀 스택의 개략도이다.
도 4는 셀 스택의 대안적인 실시예의 주변부의 단면도이다.
도 5는 도 4의 라인 5-5를 따라 본 도 4의 셀 스택의 개략도이다.
도 6은 셀 스택의 다른 대안적인 실시예의 주변부의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 배터리(1)는 전기 화학 셀(3)의 적층 배열을 둘러싸는 배터리 하우징(2)을 포함하는 발전 및 저장 장치이다. 배터리 하우징(2)은 공기, 습기 및/또는 기타 오염 물질이 셀(3)을 포함하는 내부 공간으로 들어가는 것을 방지하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 배터리 하우징(2)은 폴리머 층들 사이에 끼워진 금속 호일을 포함하며 밀봉된 파우치의 형태로 제공되는 유연한 라미네이트 재료로 형성된다.
셀(3)은 리튬 이온 2차 셀일 수 있지만, 리튬 이온 셀 화학으로 제한되지 않는다. 셀들(3)은 셀 하우징이 없고, 일반적으로 평면의, 로우 프로파일 형상을 가지며 스택 축(5)을 따라 적층되어, 각각의 셀(3a)이 셀 스택(4)의 인접 셀(3b)과 직접 직렬 연결을 형성한다. 각각의 셀(3)은 반대편 표면에 제공된 활물질 층들(30, 40)을 가진 바이폴라 플레이트(12), 및 인접 셀들(3a, 3b)의 활물질 층들(30, 40) 사이의 전기적 접촉을 방지하면서 인접 셀들(3a, 3b) 사이의 이온 교환을 허용하는 고체 전해질 층(50)을 포함한다. 도 1 및 다른 도면에서, 셀들(3)을 구성하는 재료 층이 얇기 때문에, 셀들(3)의 구성 요소들은 개략적으로 도시되어 있으며 축척에 맞지 않는다.
도 2 및 도 2a에는 셀 스택(4)의 주변부가 도시되어 있다. 이 도면 및 다른 도면에는, 셀 스택(4)의 4개의 완전한 셀(3)만이 도시되고, 도시된 셀(3) 위 및/또는 아래의 타원들은 도시된 셀의 한 측면 또는 양 측면에 추가 셀들이 있음을 나타내기 위해 사용된다. 바이폴라 플레이트(12)는 판형 기판(20), 상기 기판(20)의 제 1 표면(21)에 형성되며 캐소드를 제공하는 제 1 활물질 층(30), 및 상기 기판(20)의 제 2, 반대편 표면(22)에 형성되며 애노드를 제공하는 제 2 활물질 층(40)을 포함한다.
기판(20)은 전기 전도체 및 이온 절연체이고, 제 1 표면(21)을 제공하는 한 측면에 제 1 금속 호일, 및 제 2 표면(22)(도 2a에 도시됨)을 제공하는 반대편 측면에 제 2 금속 호일을 갖는 클래드 플레이트일 수 있다. 셀(3)이 리튬 이온 셀 화학을 사용하는 경우, 기판(20)은 예를 들어 캐소드 기판을 제공하는 한 측면에 알루미늄 호일, 및 애노드 기판을 제공하는 반대편 측면에 구리 호일을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 호일들은 인접할 수 있다. 예를 들어, 기판(20)은 구리 호일을 제공하며 한 측면에 알루미늄을 증착 또는 도금함으로써, 또는 대안으로서 알루미늄 호일을 제공하며 한 측면에 구리를 증착 또는 도금함으로써 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(20)은 다른 쌍의 전기 전도성 재료로 형성된 및/또는 다른 적절한 기술을 통해 형성된 클래드 플레이트일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 기판(20)은 개재 전기 전도성 기판의 반대편, 가장 바깥쪽 층을 형성하는 금속 호일을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 기판(20)은 전기 전도성 재료로 형성된 고체(예를 들어, 클래드되지 않고 단일 재료로 형성된) 플레이트일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 기판(20)은 고체 니켈 호일 또는 고체 스테인리스 스틸 호일일 수 있다.
제 1 활물질 층(30)은 기판 제 1 표면(21)에 형성된다. 제 1 활물질 층(30)은 활물질로 형성된다. 본원에서 사용되는 용어 "활물질"은 충전 또는 방전의 전기 화학 반응에 참여하는 셀 내의 전기 화학적 활물질을 의미한다. 제 1 활물질 층(30)은 기판(20)의 주변 에지(23)로부터 이격되며 기판(20)의 주변 에지(23)보다 기판(20)의 중심(24)에 더 가깝게 배치된 제 1 활물질 층 주변 에지(31)를 갖는다. 제 1 표면(21)이 알루미늄으로 형성된 실시예에서, 제 1 활물질 층(30)은 예를 들어 리튬화된 금속 산화물로 형성될 수 있으며, 상기 리튬화된 금속 산화물의 금속 부분은 코발트, 망간, 니켈 또는 이 3개의 물질의 착물일 수 있다.
제 2 활물질 층(40)은 기판 제 2 표면(22)에 형성된다. 제 2 활물질 층(40)은 제 1 활물질 층(30)을 형성하는데 사용된 활물질과는 다른 활물질로 형성된다. 제 2 활물질 층(40)은 기판 주변 에지(23)로부터 이격된 제 2 활물질 층 주변 에지(41)를 갖는다. 특히, 제 2 활물질 층 주변 에지(41)는 애노드 에지에서 전류 집중과 에지 효과를 피하기 위해, 스택 축(5)에 평행한 축을 따라 제 1 활물질 층 주변 에지(31)와 정렬되지 않는다. 이를 위해, 제 2 활물질 층 주변 에지(41)는 기판 주변 에지(23)보다 기판(20)의 중심(24)에 더 가깝게 배치되고, 기판 주변 에지(23)와 제 1 활물질 층 주변 에지(31) 사이에 배치된다. 제 2 표면(22)이 구리로 형성된 실시예에서, 제 2 활물질 층(40)은 예를 들어 리튬 금속으로 형성될 수 있다.
고체 전해질 층(50)은 고체 전해질, 예를 들어 이온 전도성 및 전기 절연성을 갖는 고체 물질로 형성되며, 필름으로서 제공될 수 있다. 고체 전해질 층(50)은 분리부(54), 및 상기 분리부(54)의 주변과 인접한 에지 절연부(56)를 포함한다. 분리부(54)는 주어진 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30)(예컨대, 제 1 활물질 층(30a))과 셀 스택 방향으로(예컨대, 스택 축(5)에 평행한 방향으로) 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40)(예컨대, 제 2 활물질 층(40b)) 사이에 배치되어 이들 사이의 이온 전도를 촉진하는 고체 전해질 재료 층(50)의 부분이다.
에지 절연부(56)는 제 1 활물질 층(30)의 측면 외측에 (제 1 활물질 층(30)보다 기판(20)의 중심(24)으로부터 더 멀리) 배치되며 고체 전해질 층 주변 에지(51)를 포함하는 고체 전해질 재료 층(50)의 부분이다. 에지 절연부(56)는 분리부(54)를 둘러싸고 있으므로 스택 축(5)에 평행한 방향에서 볼 때 프레임의 형상을 갖는다(도 3). 셀 스택 방향에서, 에지 절연부(56)는 주어진 셀(3a)의 제 1 표면(21)과 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40, 4b) 사이에 존재한다. 에지 절연부(56)는 분리부(54)보다 상대적으로 더 두껍다. 그러나 셀(3)의 충전 상태와 관계없이, 에지 절연부(56)는 제 1 활물질 층(30), 분리부(54) 및 제 2 활물질 층(40)의 두께들의 합보다 작은 두께를 가지며, 상기 두께는 스택 축(5)에 평행한 방향의 치수에 해당한다.
분리부(54)와 에지 절연부(56)는 제 1 활물질 층(30)을 캡슐화하기 위해 협력한다. 특히, 고체 전해질 층(50)은 주변 에지(31)를 포함하는 제 1 활물질 층(30)을 둘러싸고, 고체 전해질 층(50)의 주변 에지(51)는 제 1 활물질 층 주변 에지(31)보다 기판(20)의 중심(24)으로부터 더 멀고, 제 2 활물질 층 주변 에지(41)보다 기판(20)의 중심에 더 가깝다. 그 결과, 고체 전해질 층(50)은 제 1 활물질 층(30)이 공기 및 습기와 접촉하는 것을 방지하며, 주어진 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30)과 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40) 사이의 이온 전도체로서 작용하도록 구성된다. 또한, 전기적 절연 특성으로 인해, 고체 전해질 층(50)은 인접 셀들(3a, 3b)의 기판들(20a, 20b) 사이의 전기적 단락을 방지한다. 고체 전해질 층(50) 이외에, 전기 화학 셀의 적층 배열은 인접한 바이폴라 플레이트의 각각의 쌍 사이에 전기 절연 구조물을 갖지 않는다.
도시된 실시예에서, 분리부(54) 및 에지 절연부(56)를 포함하는 고체 전해질 층(50)(즉, 인접 셀들(3a, 3b)의 기판들(20a, 20b) 사이에 배치된 고체 전해질 층(50a))은 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30a)에 배치되고 거기에 고정된다. 따라서, 고체 전해질 층(50a)은 예를 들어 접착제 또는 다른 적절한 방법을 사용하여, 제 1 활물질 층(30a)을 통해 하나의 셀(3a)의 바이폴라 플레이트(l2a)의 기판(20a)의 제 1 표면(21a)에 간접적으로 고정된다. 한편, 고체 전해질 층(50a)은 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40b)과 접촉하고 있지만 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40b)에 고정되지 않는다. 고체 전해질 층(50a)이 인접 셀들(3a, 3b)의 쌍 중 하나의 셀(3a)에만 고정되어 있기 때문에, 고체 전해질 층(50a)은 그 자체 또는 인접 셀(3a, 3b)을 손상시키지 않으면서 충전 사이클링에 의한 셀 팽창 및 수축을 수용할 수 있다.
다른 실시예에서, 분리부(54) 및 에지 절연부(56)를 포함하는 고체 전해질 층(50a)은 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40b)에 배치되고 거기에 고정된다. 따라서, 고체 전해질 층(50a)은 예를 들어 접착제 또는 다른 적절한 방법을 사용하여, 제 2 활물질 층(40b)을 통해 인접 셀(3b)의 기판 제 2 표면(22b)에 간접적으로 고정된다. 한편, 고체 전해질 층(50b)은 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30a)과 접촉하고 있지만 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30a)에 고정되지 않는다. 고체 전해질 층(50a)이 인접 셀들(3a, 3b)의 쌍 중 하나의 셀(3b)에만 고정되어 있기 때문에, 고체 전해질 층(50a)은 그 자체 또는 인접 셀(3a, 3b)을 손상시키지 않으면서 충전 사이클링에 의한 셀 팽창 및 수축을 수용할 수 있다.
고체 전해질 층(50)은 인접 셀(3a, 3b)의 바이폴라 플레이트 기판(20a, 20b)이 서로 접촉하여 전기적 단락을 형성하는 것을 방지하기에 충분한 크기의 길이(예컨대, 스택 축(5)을 가로 지르며 제 1 표면(21)에 평행한 방향의 치수)를 갖는 에지 절연부(56)를 포함한다. 일부 실시예에서, 에지 절연부(56)의 길이는 셀 두께의 3 내지 20 배일 수 있다.
일부 실시예에서, 분리부(54) 및 에지 절연부(56)를 포함하는 고체 전해질 층(50)은 예를 들어, 활물질 층(30, 40)을 형성하는데 사용된 폴리머와 유사한 폴리머, 활물질 층(30, 40)을 형성하는데 사용된 염과 동일한 염, 및 캘리포니아 헤이워드의 Seeo, Incorporated에 의해 DryLyte ™라는 이름으로 판매되는 바와 같은 첨가제를 포함하는 고체 폴리머 전해질로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 고체 폴리머 전해질 층(50)은 세라믹 또는 세라믹과 폴리머 재료의 혼합물을 포함하는 다른 재료로 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 분리부(54)는 이온 전도성 염을 포함하는 기판 재료로 형성될 수 있고, 에지 절연부(56)는 이온 전도성 염을 포함하지 않는 동일한 기판 재료로 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 고체 폴리머 층(50)은 세라믹, 세라믹과 폴리머의 복합물, 또는 특정 용도에 적합한 다른 재료로 형성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 배터리(1)는 셀 스택(4)의 일 단부(예를 들어, 제 1 단부(6))에서 가장 바깥쪽 셀(3)에 전기적으로 연결된 셀 스택(4)의 제 1 단부(6)에 배치된 네거티브 단부 단자(100)를 포함한다. 또한, 배터리(1)는 셀 스택(4)의 반대편 단부(예를 들어, 제 2 단부(8))에 배치된 포지티브 단부 단자(110)를 포함한다. 포지티브 단부 단자(110)는 셀 스택(4)의 제 2 단부(8)에서 가장 바깥쪽 셀(3)에 전기적으로 연결된다.
네거티브 단부 단자(100)는 네거티브 집전체(102) 역할을 하는 전기 전도성 시트(예를 들어, 구리 시트), 및 네거티브 집전체(102)의, 셀 스택을 향한 표면에 형성된 네거티브 집전체 활물질 층(104)을 포함한다. 네거티브 집전체 활물질 층(104)은 셀(3)의 애노드를 형성하는데 사용되는 것과 같은 활물질 층을 사용한다. 리튬 이온 셀 화학에 관한 도시된 실시예에서, 네거티브 집전체 활물질 층(104)은 예를 들어, 고체 전해질 재료로 코팅된 리튬 금속일 수 있다. 사용 중에, 네거티브 단부 단자(100)는 셀 스택(4)의 제 1 단부(6)에 적층되어 네거티브 집전체 활물질 층(104)은 셀 스택(4)의 제 1 단부(6)의 가장 바깥쪽 셀의 제 1 활물질 층(30)과 직접 접촉하고 전기적 연결을 형성한다.
포지티브 단부 단자(110)는 포지티브 집전체(112)의 역할을 하는 전기 전도성 시트(예를 들어, 알루미늄 시트), 및 포지티브 집전체(112)의, 셀 스택을 향한 표면에 형성된 포지티브 집전체 활물질 층(114)을 포함한다. 포지티브 집전체 활물질 층(114)은 셀(3)의 캐소드를 형성하는데 사용되는 것과 같은 활물질 층을 사용한다. 리튬 이온 셀 화학에 관한 도시된 실시예에서, 포지티브 집전체 활물질 층(114)은 예를 들어 리튬화 금속 산화물일 수 있다. 사용 중에, 포지티브 단부 단자(110)는 셀 스택(4)의 제 2 단부(8)에 적층되어 포지티브 집전체 활물질 층(114)은 고체 전해질 층(50)과 접촉하고 고체 전해질 층(50)을 통해 셀 스택(4)의 제 2 단부의 가장 바깥쪽 셀(3)의 제 2 활물질 층(40)과의 전기적 연결을 형성한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 대안적인 실시예의 셀 스택(104)은 도 2 및 도 3과 관련하여 위에서 설명된 셀 스택(4)과 유사하고, 공통 도면 번호는 공통 요소를 나타내는데 사용된다. 도 4 및 도 5의 대안적인 실시예의 셀 스택(104)은 고체 전해질 층(150)의 구성과 관련하여 도 2 및 도 3을 참고로 전술한 셀 스택(4)과는 다르다. 이전 실시예와 같이, 고체 전해질 층(150)은 분리부(54)와 에지 절연부(156)를 포함한다. 셀 스택(104)에서, 에지 절연부(156)는 도 2에 도시된 에지 절연부(56)의 길이보다 더 긴 길이를 갖는다. 특히, 도 4 및 도 5의 에지 절연부(156)는, 고체 전해질 층(150)의 주변 에지(51)가 제 1 활물질 층 주변 에지(31) 및 제 2 활물질 층 주변 에지(41) 모두보다 기판(20)의 중심(24)으로부터 더 멀리 떨어져 있도록 길이를 갖는다. 그 결과, 고체 전해질 층(150)은 제 1 활물질 층(30) 및 제 2 활물질 층(40)이 공기 및 수분과 접촉하는 것을 방지하고, 하나의 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30)과 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40) 사이의 이온 전도체 역할을 하도록 구성된다. 또한, 전기적 절연 특성으로 인해, 고체 전해질 층(150)은 인접 셀들(3a, 3b)의 기판들(20a, 20b) 사이의 전기적 단락을 방지한다. 고체 전해질 층(150) 이외에, 전기 화학 셀의 적층 배열은 인접한 바이폴라 플레이트의 각 쌍 사이에 전기 절연 구조물을 갖지 않는다.
일부 실시예에서, 분리부(54) 및 에지 절연부(156)을 포함하는 고체 전해질 층(l50a)(즉, 인접 셀들(3a, 3b)의 기판들(20a, 20b) 사이에 배치된 고체 전해질 층(150))은 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30a)에 배치되고 거기에 고정된다. 따라서, 고체 전해질 층(150a)은 예를 들어 접착제 또는 다른 적절한 방법을 사용하여, 제 1 활물질 층(30a)을 통해 하나의 셀(3a)의 바이폴라 플레이트(l2a)의 기판 제 1 표면(21a)에 간접적으로 고정된다. 한편, 고체 전해질 층(l50a)은 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40b) 및 기판 제 2 표면(22b)과 접촉하고 있지만, 제 2 활물질 층(40b) 또는 인접 셀(3b)의 기판 제 2 표면(22b)에 고정되지 않는다. 고체 전해질 층(l50a)이 인접 셀들(3a, 3b)의 쌍 중 하나의 셀(3a)에만 고정되어 있기 때문에, 고체 전해질 층(l50a)은 자체 또는 인접 셀들(3a, 3b)을 손상시키지 않으면서 충전 사이클링에 의한 셀 팽창 및 수축을 수용할 수 있다.
다른 실시예에서, 분리부(54) 및 에지 절연부(156)을 포함하는 고체 전해질 층(l50a)(즉, 인접 셀들(3a, 3b)의 기판들(20a, 20b) 사이에 배치된 고체 전해질 층(150))은 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40b) 및 인접 셀(3b)의 기판 제 2 표면(22b)에 배치되고 거기에 고정된다. 따라서, 고체 전해질 층(150a)은 예를 들어 접착제 또는 다른 적절한 방법을 사용하여, 인접 셀(3b)의 기판 제 2 표면(22b)에 직접 및 간접적으로 고정된다. 한편, 고체 전해질 층(l50a)은 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30a)과 접촉하고 있지만, 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30a)에 고정되지 않는다. 고체 전해질 층(l50a)이 인접 셀들(3a, 3b)의 쌍 중 하나의 셀(3b)에만 고정되어 있기 때문에, 고체 전해질 층(l50a)은 자체 또는 인접 셀들(3a, 3b)을 손상시키지 않으면서 충전 사이클링에 의한 셀 팽창 및 수축을 수용할 수 있다.
도 6을 참조하면, 전술한 바와 같이, 고체 전해질 층(50)은 하나의 셀(예를 들어, 셀(3a))의 제 1 활물질 층(30) 또는 인접 셀(예를 들어, 셀(3b))의 제 2 활물질 층(40) 중 어느 하나에 물리적으로 접촉하여 직접 고정되는 한편, 하나의 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30) 및 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40) 중 다른 하나에 고정되지 않는다. 고체 전해질 층(50)이 하나의 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30)과 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40) 모두에 고정되어 있지 않기 때문에, 공기 또는 수분이 고체 전해질 층(50)과 하나의 셀(3a)의 제 1 활물질 층(30) 또는 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40) 사이에서 셀(3)에 유입될 수 있다. 이러한 이유로, 일부 실시예에서, 각각의 셀은 탄성 밀봉 장치(80)를 포함한다. 밀봉 장치(80)는 셀(3)의 주변부 주위에 수분 불침투성 시일을 제공하고, 하나의 셀(3a)의 기판 제 1 표면(2la)과 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40b) 사이의 갭(g1)에 배치된다. 보다 구체적으로, 밀봉 장치(80)는 하나의 셀(3a)의 기판 제 1 표면(2la)과 인접 셀(3b)의 제 2 활물질 층(40b) 사이에 배치되어 물리적으로 직접 접촉하고 시일을 형성한다. 일부 실시예에서, 밀봉 장치(80)는 고체 전해질 층 주변 에지(51)와 시일을 형성하도록 배치될 수 있다. 그 결과, 밀봉 장치(80)는 수분 및 기타 오염물이 고체 전해질 층(50) 및 전기 화학적 활물질과 접촉하는 것을 방지하는 배리어를 제공한다. 또한, 밀봉 장치(80)의 탄성때문에 그리고 밀봉 장치(80)가 고체 전해질 층 주변 에지(51)에 인접하기 때문에, 밀봉 장치(80)는 주변 에지(51)를 압축하고 전해질 층(50b)이 그 기판(20b)으로부터 벗겨지는 것을 방지하는 역할을 하는 외부 힘을 가할 수 있다.
밀봉 장치(80)는 갭(g1)을 폐쇄함으로써 불침투성을 제공한다. 밀봉 장치(80)는 예를 들어 탄성 재료의 스트립 형태로 제공될 수 있거나, 또는 기판 제 1 표면(21)에 인쇄되거나 접착되는 폐쇄 기공 탄성 폼(foam) 또는 폴리머의 형태로 제공될 수 있다. 밀봉 장치(80)는 셀(3)의 원주 둘레로 연장될 수 있고, 이에 의해 밀봉 장치(80)는 셀(3)의 스택 방향에 평행한 방향에서 볼 때 프레임의 형상을 가질 수 있다.
밀봉 장치(80)는 충전 사이클링과 관련된 팽창 및 수축을 포함하는 스택 축(5)에 평행한 방향으로의 셀 치수 변화를 보상할 수 있는 탄성 특성을 갖는다. 팽창 또는 수축의 양은 셀 두께의 최대 10 % 이상에 해당할 수 있기 때문에, 밀봉 장치(80)는 셀 치수 변화에도 시일을 유지할 수 있도록 충분히 탄성이어야 한다.
밀봉 장치(80)를 형성하는데 사용되는 재료는 충전 사이클링으로 인한 셀 팽창 및 수축을 수용할 수 있을만큼 충분히 탄성일뿐만 아니라 습기를 통과시키지 않아야 한다. 일부 실시예에서, 밀봉 장치(80)는 폐쇄 기공 탄성 폼(foam)의 기공 분율이 셀 두께의 최대 10 % 이상의 셀(3)의 팽창 및 수축을 보상하기에 충분한 폐쇄 기공 탄성 폼(foam) 고무일 수 있다. 다른 실시예에서, 밀봉 장치(80)는 개방 셀 폼(foam) 고무를 포함하지만 이에 제한되지 않는 특정 용도의 요구 사항을 해결하는 다른 재료로 형성될 수 있다.
배터리 하우징(2)은 밀봉된 파우치 형태로 제공되는 가요성 라미네이트 재료로 형성될 수 있지만, 배터리 하우징은 이 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 배터리 하우징(2)은 강성 재료로 형성된 프리즘형(예를 들어, 사각형) 하우징일 수 있다.
전술한 실시예들은 예로서 도시되었으며, 이 실시예들은 다양한 변형 및 대안적인 형태가 가능하다는 것을 이해해야 한다. 청구 범위는 개시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라, 오히려 본 개시 내용의 정신 및 범위에 속하는 모든 변형, 등가물 및 대안을 포함한다는 것을 추가로 이해해야 한다.

Claims (19)

  1. 전기 화학 셀들의 적층 배열을 포함하는 배터리로서,
    각각의 전기 화학 셀은,
    기판, 상기 기판의 제 1 표면에 형성된 제 1 활물질 층, 및 상기 기판의 제 2 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함하는 바이폴라 플레이트로서, 상기 제 2 표면은 상기 제 1 표면과 반대이며, 상기 제 1 활물질 층은, 기판 주변 에지로부터 이격되고 상기 기판 주변 에지보다 상기 기판의 중심에 더 가깝게 배치된 제 1 활물질 층 주변 에지를 갖고, 상기 제 2 활물질 층은 상기 제 1 활물질 층을 형성하는데 사용되는 재료와는 다른 재료로 형성되며, 상기 제 2 활물질 층은 상기 기판 주변 에지로부터 이격된 제 2 활물질 층 주변 에지를 갖는, 상기 바이폴라 플레이트, 및
    이온 전도성이며 전기 절연성인 고체 전해질 층으로서, 분리부, 및 상기 분리부에 인접한 에지 절연부를 포함하는, 상기 고체 전해질 층을 포함하고,
    상기 분리부는 주어진 셀의 상기 제 1 활물질 층과 셀 스택 방향으로 인접 셀의 상기 제 2 활물질 층 사이에 배치되어 이들 사이의 이온 전도를 촉진하고,
    상기 에지 절연부는 상기 주어진 셀의 상기 제 1 표면과 상기 셀 스택 방향으로 상기 인접 셀의 상기 제 2 활물질 층 사이에 배치되고,
    상기 분리부와 상기 에지 절연부는 상기 제 1 활물질 층을 캡슐화하기 위해 협력하는, 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 전해질 층 이외에, 상기 전기 화학 셀의 적층 배열은 인접 바이폴라 플레이트의 각각의 쌍 사이에 전기 절연 구조물을 갖지 않는, 배터리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 에지 절연부는 상기 분리부보다 상기 기판의 상기 중심으로부터 더 멀리 배치되고, 상기 에지 절연부는 상기 분리부의 주변을 둘러싸는, 배터리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 셀의 충전 상태와 관계없이, 상기 에지 절연부는, 상기 분리부의 두께보다 크며 상기 제 1 활물질 층, 상기 분리부 및 상기 제 2 활물질 층의 두께들의 합보다 작은 두께를 갖고, 상기 두께는 상기 셀의 스택 방향에 평행한 방향의 치수에 해당하는, 배터리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 분리부는 하나의 재료로 형성되며 이온 전도성 염을 포함하고, 상기 에지 절연부는 상기 재료로 형성되며 이온 전도성 염을 포함하지 않는, 배터리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 활물질 층 주변 에지는 상기 기판 주변 에지 및 상기 제 2 활물질 층 주변 에지보다 상기 기판의 상기 중심에 더 가깝게 배치되는, 배터리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 전해질 층의 주변 에지는 상기 제 2 활물질 층 주변 에지보다 상기 기판의 상기 중심에 더 가깝고, 상기 고체 전해질 층의 상기 주변 에지는 상기 제 1 활물질 층 주변 에지보다 상기 기판의 상기 중심으로부터 더 멀리 떨어져 있는, 배터리.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 전해질 층의 주변 에지는 상기 제 2 활물질 층 주변 에지 및 상기 제 1 활물질 층 주변 에지보다 상기 기판의 상기 중심으로부터 더 멀리 떨어져 있는, 배터리.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 에지 절연부는 상기 제 1 표면에 고정되는, 배터리.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 에지 절연부는 상기 분리부를 둘러싸고, 상기 셀의 스택 방향에 평행한 방향으로 볼 때 프레임의 형상을 갖는, 배터리.
  11. 제 1 항에 있어서, 셀들의 적층 배열을 둘러싸는 배터리 하우징을 포함하고, 상기 배터리 하우징은 오염 물질이 상기 배터리 하우징의 내부 공간으로 들어오는 것을 방지하도록 구성되는, 배터리.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 배터리 하우징은 폴리머 층들 사이에 끼워진 금속 호일의 라미네이트인 가요성 재료로 형성되는, 배터리.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 활물질 층은 상기 제 1 표면과 협력하여 셀 캐소드를 제공하고, 상기 제 2 활물질 층은 제 2 표면과 협력하여 셀 애노드를 제공하는, 배터리.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 전해질 층은 폴리머로 형성되는, 배터리.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 전해질 층은 세라믹으로 형성되는, 배터리.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 전해질 층은 폴리머 및 세라믹의 복합물로 형성되는, 배터리.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 고체 전해질 층은 상기 주어진 셀에 고정되며 상기 인접 셀에 대해 자유롭게 이동하거나, 상기 인접 셀에 고정되며 상기 주어진 셀에 대해 자유롭게 이동하는, 배터리.
  18. 전기 화학 셀들의 적층 배열을 포함하는 배터리로서,
    각각의 전기 화학 셀은,
    기판, 상기 기판의 제 1 표면에 형성된 제 1 활물질 층, 및 상기 기판의 제 2 표면에 형성된 제 2 활물질 층을 포함하는 바이폴라 플레이트로서, 상기 제 2 표면은 상기 제 1 표면과 반대이며, 상기 제 1 활물질 층은, 기판 주변 에지로부터 이격되고 상기 기판 주변 에지보다 상기 기판의 중심에 더 가깝게 배치된 제 1 활물질 층 주변 에지를 갖고, 상기 제 2 활물질 층은 상기 제 1 활물질 층을 형성하는데 사용되는 재료와는 다른 재료로 형성되며, 상기 제 2 활물질 층은 상기 기판 주변 에지로부터 이격된 제 2 활물질 층 주변 에지를 갖는, 상기 바이폴라 플레이트,
    고체 전해질 재료로 형성되고, 하나의 셀의 상기 제 1 활물질 층과 상기 하나의 셀에 인접한 셀의 제 2 활물질 층 사이에 배치되는 고체 전해질 층, 및
    상기 제 1 활물질 층 주변 에지를 둘러싸고 상기 고체 전해질 층에 인접한, 상기 고체 전해질 재료로 형성된 에지 절연 장치를 포함하는, 배터리.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 에지 절연 장치는 상기 적층 배열의 주어진 셀의 부분들을 상기 적층 배열의 인접 셀의 부분으로부터 전기적으로 절연하도록 구성되는, 배터리.
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JP2010272266A (ja) * 2009-05-20 2010-12-02 Tokai Rubber Ind Ltd リチウムイオン電池用電極部材、リチウムイオン電池およびその製造方法
JP2011100623A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Toyota Motor Corp 積層型電池
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