KR20220096863A - 전고체 전지 - Google Patents

전고체 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20220096863A
KR20220096863A KR1020200189693A KR20200189693A KR20220096863A KR 20220096863 A KR20220096863 A KR 20220096863A KR 1020200189693 A KR1020200189693 A KR 1020200189693A KR 20200189693 A KR20200189693 A KR 20200189693A KR 20220096863 A KR20220096863 A KR 20220096863A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solid
electrode layer
state battery
positive electrode
electrode assembly
Prior art date
Application number
KR1020200189693A
Other languages
English (en)
Inventor
김종민
김은혁
강민구
이원세
김정욱
Original Assignee
삼성전기주식회사
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 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020200189693A priority Critical patent/KR20220096863A/ko
Priority to CN202180076022.4A priority patent/CN116472642A/zh
Priority to US18/021,027 priority patent/US20230299364A1/en
Priority to PCT/KR2021/016102 priority patent/WO2022145691A1/en
Publication of KR20220096863A publication Critical patent/KR20220096863A/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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • 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
    • H01M10/05—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
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • 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
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • 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
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • 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
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • 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
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • 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
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/54—Connection of several leads or tabs of plate-like electrode stacks, e.g. electrode pole straps or bridges
    • 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
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
    • 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
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/559—Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/586—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries inside the batteries, e.g. incorrect connections of electrodes
    • 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
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/593—Spacers; Insulating plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지는 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 적층된 음극층 및 양극층을 포함하는 적층체 및 절연 부재를 포함하고, 상기 음극층 및/또는 양극층의 상기 적층 방향의 일면이 상기 절연 부재의 중심축과 평행하게 배치되도록 상기 적층체가 상기 절연 부재에 감겨있는 전극 조립체; 상기 음극층와 연결되는 음극 단자; 및 상기 양극층과 연결되는 양극 단자;를 포함하고, 상기 절연 부재의 중심축 방향을 제3 방향이라 할 때, 상기 전극 조립체의 제3 방향의 일면 상에 음극 단자가 배치되고, 상기 전극 조립체의 제3 방향의 상기 일면의 타면 상에 양극 단자가 배치될 수 있다.

Description

전고체 전지 {ALL SOLID STATE BATTERY}
본 발명은 전고체 전지에 관한 것이다.
최근 전기를 에너지원으로 사용하는 장치가 늘어나고 있다. 스마트폰, 캠코더, 노트북 PC 및 전기 자동차 등 전기를 사용하는 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자를 이용한 전기 저장 소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 다양한 전기 화학 소자 중에서도 충·방전이 가능하고, 작동 전압이 높으며, 에너지 밀도가 월등히 큰 리튬 이차 전지가 각광을 받고 있다.
리튬 이차 전지는 양극 및 음극에 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 적용하고, 상기 양극과 음극 사이에 액체 전해질을 주입시켜 제조되며, 상기 음극 및 양극에서의 리튬 이온의 삽입 및 탈리에 따른 산화 환원반응에 의해 전기가 생성 또는 소비된다. 이러한 리튬 이차전지는 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 성능을 가져야 한다.
이러한 리튬 이차 전지에 비수성 전해액과 같은 액체 전해질을 사용하는 경우 방전용량 및 에너지밀도가 큰 장점이 있다. 그러나 리튬 이차 전지는 고전압의 구현이 어려우며, 전해액 누출, 화재 및 폭발의 위험성이 높은 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용한 이차 전지가 대안으로 제시되고 있다. 고체 전해질은 폴리머계 고체 전해질과 세라믹계 고체 전해질로 구분될 수 있으며, 이 중 세라믹계 고체 전해질은 높은 안정성을 나타내는 장점이 있다. 하지만, 세라믹계 고체 전해질의 경우 제조를 위해 고온에서의 소결이 필요하며, 소결 과정에서의 수축으로 인한 불량을 방지하기 위해 마진부를 크게 형성해야 하는 한계가 있다. 특히, 원형 전지의 경우 일반적으로 비아 전극을 이용하여 양극과 음극을 연결하며, 이 때, 비아홀의 존재로 인해 버려지는 공간이 많아 용량을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는 공간 활용도를 높일 수 있는 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 용량을 증대시킬 수 있는 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 저항에 의한 손실을 줄일 수 있는 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 생산성이 향상된 전고체 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지는 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 적층된 음극층 및 양극층을 포함하는 적층체 및 절연 부재를 포함하고, 상기 음극층 및/또는 양극층의 상기 적층 방향의 일면이 상기 절연 부재의 중심축과 평행하게 배치되도록 상기 적층체가 상기 절연 부재에 감겨있는 전극 조립체; 상기 음극층와 연결되는 음극 단자; 및 상기 양극층과 연결되는 양극 단자;를 포함하고, 상기 절연 부재의 중심축 방향을 제3 방향이라 할 때, 상기 전극 조립체의 제3 방향의 일면 상에 음극 단자가 배치되고, 상기 전극 조립체의 제3 방향의 상기 일면의 타면 상에 양극 단자가 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 여러 효과 중 전고체 전지의 공간 활용도를 높일 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 여러 효과 중 하나는 전고체 전지의 용량을 증대시킬 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 여러 효과 중 하나는 전고체 전지의 저항에 의한 손실을 낮출수 있는 것이다.
본 발명에 따른 여러 효과 중 하나는 생산성이 향상된 전고체 전지를 제공할 수 있는 것이다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 전지를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 전고체 전지의 제조 과정을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 종래 기술의 전고체 전지를 나타내는 분해 사시도이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이는 본 명세서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물 (alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 사용될 수 있다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명할 수 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 및/또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 및 B 중 하나 또는 그 이상"은, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
도면에서, X 방향은 제1 방향, L 방향 또는 길이 방향, Y 방향은 제2 방향, W 방향 또는 폭 방향, Z 방향은 제3 방향, T 방향 또는 두께 방향으로 정의될 수 있다.
본 발명은 전고체 전지(100)에 관한 것이다. 도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전고체 전지(100)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)은 고체 전해질층(111) 및 상기 고체 전해질층(111)을 사이에 두고 적층된 음극층(121) 및 양극층(122)을 포함하는 적층체 및 절연 부재(123)를 포함하고, 상기 음극층(121) 및/또는 양극층(122)의 상기 적층 방향의 일면이 상기 절연 부재(123)의 중심축과 평행하게 배치되도록 상기 적층체가 상기 절연 부재(123)에 감겨있는 전극 조립체(110); 상기 음극층(121)와 연결되는 음극 단자(131); 및 상기 양극층(122)과 연결되는 양극 단자(132);를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 절연 부재(123)의 중심축 방향을 제3 방향이라 할 때, 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면 상에 음극 단자(131)가 배치되고, 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 상기 일면의 타면 상에 양극 단자(132)가 배치될 수 있다. 본 실시형태의 전고체 전지(100)는, 고체 전해질층(111), 음극층(121) 및 양극층(122)이 적층된 적층체가 절연 부재(123)를 중심으로 감겨있기 때문에, 원기둥 형상을 가질 수 있다.
종래의 원형 전지는, 음극층과 양극층을 비아 전극으로 연결하였다. 기존의 사각형 형상의 음극층 및 양극층이 적층된 전고체 전지의 경우 음극층 및 양극층이 전극 조립체의 외부로 인출되고, 사각 형상의 인출부에 직접 외부 단자가 부착될 수 있었다. 하지만 원형 전지의 경우 이 같은 형상을 사용할 경우 외부 단자와의 접촉성이 저하되는 문제가 있어, 비아 전극을 이용하여 음극층 및 양극층을 이용하는 경우가 일반적이다.
도 7은 종래의 비아 전극을 이용한 원형 전지를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, 음극층(221)을 연결하기 위한 음극 비아 전극(251)과, 양극층(222)을 연결하기 위한 양극 비아 전극(252)이 배치되는데, 쇼트를 방지하기 위해 음극층(221) 및 양극층(222)에 서로 반대 극성의 비아 전극이 지나가는 비아홀을 확보하여야 한다. 하지만 비아홀 영역의 면적만큼 음극층 및 양극층의 중첩 면적이 줄어들게 되며, 특히 복수의 음극층 및 양극층이 적층된 구조의 경우 비아홀의 개수에 비례하여 용량이 감소하게 되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 비아 전극을 사용하지 않으며, 따라서 비아홀이 배치되지 않는다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 고체 전해질층(111), 음극층(121) 및 양극층(122)이 적층된 적층체가 절연 부재(123)를 중심으로 감겨있는 구조를 가진다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 상기 적층체의 음극층(121) 및 양극층(122)이 각각 전극 조립체(110)의 반대 방향으로 인출되는 구조를 가짐으로써 원기둥 형상의 전극 조립체(110)를 구현하면서도 비아홀로 인해 버려지는 공간 없이 용량을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)는 고체 전해질층(111), 음극층(121) 및 양극층(122)을 포함하는 적층체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 고체 전해질층(111)은 가넷계(Garnet-type), 나시콘계(Nasicon-type), 리시콘계(LISICON-type), 페로브스카이트계(perovskite-type) 및 리폰계(LiPON-type)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 가넷계 고체 전해질은 Li7La3Zr2O12 등 LiaLabZrcO12로 표시되는 리튬-란타늄-지르코늄-산화물(lithium lanthanum zirconium oxide, LLZO)을 의미할 수 있으며, 상기 나시콘계 고체 전해질은 Li1+xAlxM2-x(PO4)3(LAMP) (0<x<2, M=Zr, Ti, Ge) 형 화합물에 Ti가 도입된 Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (0<x<1)의 리튬-알루미늄-티타늄-인산염(LATP), 과량의 리튬이 도입된 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 등 Li1+xAlxGe2-x(PO4)3 (0<x<1)로 표시되는 리튬-알루미늄-게르마늄-인산염 (LAGP) 및/또는 LiZr2(PO4)3의 리튬-지르코늄-인산염 (LZP)을 의미할 수 있다.
또한, 상기 리시콘계 고체 전해질은 또는 xLi3AO4-(1-x)Li4BO4 (A: P, As, V 등, B: Si, Ge, Ti 등)로 표시되며 Li4Zn(GeO4)4, Li10GeP2O12(LGPO), Li3.5Si0.5P0.5O4, Li10.42Si(Ge)1.5P1.5Cl0.08O11.92 등을 포함하는 고용체 산화물 및 Li4-xM1-yM'y'S4 (M= Si, Ge and M' = P, Al, Zn, Ga)로 표시되는 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-SiS2-P2S5, Li2S-GeS2 등을 포함하는 고용체 황화물을 의미할 수 있다.
그리고 상기 페로브스카이트계 고체 전해질은 Li1/8La5/8TiO3 등 Li3xLa2/3-x□1/3-2xTiO3 (0<x<0.16, □ 공공)으로 표시되는 리튬-란타늄-티타늄-산화물(lithium lanthanum titanate, LLTO)을 의미할 수 있으며, 상기 리폰계 고체 전해질은 Li2.8PO3.3N0.46 등의 리튬-포스포러스-옥시나이트라이드(lithium phosphorous oxynitride)와 같은 질화물을 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극층(121)은 음극 집전체(122a) 및 음극 활물질(122b)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(110)에 포함되는 음극층(121)은 음극 활물질로 사용 가능하다고 알려진 성분을 포함할 수 있다. 상기 음극 활물질(122b)로는 탄소계 재료, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘계 합금, 실리콘-탄소계 재료 복합체, 주석, 주석계 합금, 주석-탄소 복합체, 금속 산화물 또는 그 조합을 사용할 수 있으며, 리튬 금속 및/또는 리튬 금속 합금을 포함할 수 있다.
상기 리튬 금속 합금은 리튬과, 리튬과 합금 가능한 금속/준금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리튬과 합금 가능한 금속/준금속은 Si, Sn, Al, Ge, Pb, Bi, Sb, Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13 내지 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Si는 포함하지 않는다), Sn-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 내지 16족 원소, 전이금속, 리튬티타늄옥사이드(Li4Ti5O12) 등의 전이금속 산화물, 희토류 원소 또는 이들의 조합 원소이며, Sn은 포함하지 않는다) 및 MnOx (0 < x <2) 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, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 상기 리튬과 합금가능한 금속/준금속의 산화물은 리튬 티탄 산화물, 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, SnO2, SiOx(0<x<2) 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 원소 주기율표의 13족 내지 16족 원소로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 Si, Ge 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.
상기 탄소계 재료는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 결정질 탄소는 무정형, 판상, 인편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연일 수 있다. 또한, 상기 비정질 탄소는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치(mesophase pitch) 탄화물, 소성된 코크스, 그래핀, 카본블랙, 플러렌 수트(fullerene soot), 카본나노튜브, 및 탄소섬유로 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 실리콘은 Si, SiOx(0 <x <2, 예를 들어 0.5 내지 1.5), Sn, SnO2, 또는 실리콘 함유 금속 합금 및 이들이 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 함유 금속 합금은 예를 들어 실리콘과, Al, Sn, Ag, Fe, Bi, Mg, Zn, in, Ge, Pb 및 Ti 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 음극 집전체(122a)로는 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수 있으며, 스테인레스강, 니켈, 구리, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 음극 집전체는 산화를 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극 활물질(122b)은 도전제 및 바인더를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 도전제로는 본 발명의 전고체 전지(100)에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본계 물질; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본; 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는, 상기 활물질과 도전제 등의 결합력을 향상시키기 위해 사용할 수 있다. 상기 바인더는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무 및 다양한 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 전고체 전지(100)에 적용되는 음극층(121)은, 음극 활물질을 포함하는 조성물이 구리 등의 금속을 포함하는 음극 집전체 상에 직접 코팅 및 건조되어 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극층(121)은 적어도 일부가 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면으로 인출될 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 예시에 따른 전고체 전지(100)의 음극층(121)은, 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면, 보다 구체적으로는 제3-2 방향으로 인출될 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 상기와 같이 음극층(121)이 직접 전극 조립체(110)의 제3-2 방향으로 인출됨으로써 별도의 비아 전극이 없이도 음극 단자(131)와 접속할 수 있어 종래에 비해 더 큰 용량을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 양극층(122)은 양극 집전체 및 양극 활물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 양극층(122)에 포함되는 양극 활물질은 충분한 용량을 확보할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 상기 양극 활물질은 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 예를 들어 하기 화학식으로 표시되는 화합물일 수 있다: LiaAl-bMbD2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5); LiaEl-bMbO2-cDc (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiE2-bMbO4-cDc (식중 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05); LiaNi1-b-cCobMcDα(식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); LiaNi1-b-cCobMcO2-αXα(식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cCobMcO2-αX2 (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbMcDα (식중 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α≤2); LiaNi1-b-cMnbMcO2-αXα (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNi1-b-cMnbMcO2-αX2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.5, 0≤c≤0.05, 0<α<2); LiaNibEcGdO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0.001≤d≤0.1); LiaNibCocMndGeO2 (식중,0.90≤a≤1.8, 0≤b≤0.9, 0≤c≤0.5, 0≤d≤0.5, 0.001≤e≤0.1); LiaNiGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaCoGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMnGbO2 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); LiaMn2GbO4 (식중, 0.90≤a≤1.8, 0.001≤b≤0.1); QO2; QS2; LiQS2; V2O5; LiV2O2; LiRO2; LiNiVO4; Li(3-f)J2(PO4)3 (0≤f≤2); Li(3-f)Fe2(PO4)3 (식중, 0≤f≤2); 및 LiFePO4, 상기 화학식에서 A 는 Ni, Co, or Mn; M은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, 또는 희토류원소(rare-earth element); D는 O, F, S, or P; E 는 Co 또는 Mn; X 는 F, S, 또는 P; G 는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, or V; Q는 Ti, Mo 또는 Mn; R 은 Cr, V, Fe, Sc, 또는 Y; J 는 V, Cr, Mn, Co, Ni, 또는 Cu이다.
상기 양극 활물질은 또한, LiCoO2, LiMnxO2x (식중, x =1 또는 2), LiNi1-xMnxO2x (식중, 0<x<1), LiNi1-x-yCoxMnyO2 (식중, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5), LiFePO4, TiS2, FeS2, TiS3, 또는 FeS3일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 양극 집전체는 음극 집전체와 동일한 구성을 사용할 수 있다. 상기 양극 집전체는 예를 들어 망상 또는 메시 모양 등의 다공체를 사용할 수 있으며, 스테인레스강, 구리, 니켈, 알루미늄 등의 다공성 금속판을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 양극 집전체는 산화를 방지하기 위하여 내산화성의 금속 또는 합금 피막으로 피복될 수도 있다.
양극층(122)은 상술한 음극 제조과정에서 음극 활물질 대신 양극 활물질을 사용한 것을 제외하고는 거의 동일한 방법에 따라 제조할 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 양극층(122)은 적어도 일부가 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면으로 인출될 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 예시에 따른 전고체 전지(100)의 양극층(122)은, 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면, 보다 구체적으로는 제3-1 방향으로 인출될 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 상기와 같이 양극층(122)이 직접 전극 조립체(110)의 제3-1 방향으로 인출됨으로써 별도의 비아 전극이 없이도 양극 단자(132)와 접속할 수 있어 종래에 비해 더 큰 용량을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)는 전술한 적층체가 절연 부재(123)에 감겨있을 수 있다. 상기 절연 부재(123)는 제3 방향을 중심축으로 하는 기둥형 형상을 가질 수 있다. 상기 절연 부재(123)는 예를 들어 원기둥 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)는 절연 부재(123)를 중심축으로 하여 적층체를 감아 형성함으로써 별도의 비아홀 형성 공정 등이 필요하지 않으며, 생산 공정을 간소화하여 전고체 전지(100)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 절연 부재(123)는 세라믹 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 알루미나(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 산화 베릴륨(BeO), 질화 붕소(BN), 규소(Si), 탄화 규소(SiC), 실리카(SiO2), 질화 규소(Si3N4), 비화 갈륨(GaAs), 질화 갈륨(GaN), 티탄산바륨(BaTiO3), 이산화 지르코늄(ZrO2), 이들의 혼합물, 이러한 재료들의 산화물 및/또는 질화물, 또는 임의의 다른 적절한 세라믹 재료를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 절연 부재(123)는 전술한 고체 전해질을 선택적으로 포함할 수 있으며, 1종 이상의 고체 전해질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 적층체는 음극층(121)이 절연 부재(123)와 접하여 배치될 수 있다. 이 경우 전극 조립체(110)의 가장 내측에 음극층(121)이 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)는 절연 부재(123)를 중심축으로 하여 적층체가 감겨있기 때문에, 음극층(121)이 가장 내측에 배치되어도 전기적으로 분리되어 있어 쇼트가 발생하지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 적층체는 양극층(122)이 절연 부재(123)와 접하여 배치될 수 있다. 이 경우 전극 조립체(110)의 가장 내측에 양극층(122)이 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)는 절연 부재(123)를 중심축으로 하여 적층체가 감겨있기 때문에, 양극층(122)이 가장 내측에 배치되어도 쇼트가 발생하지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 적층체는 고체 전해질층(111)이 절연 부재(123)와 접하여 배치될 수 있다. 이 경우 전극 조립체(110)의 가장 내측에 고체 전해질층(111)이 배치될 수 있다. 본 실시형태의 고체 전해질층(111)이 전술한 성분의 고체 전해질을 포함하고, 상기 절연 부재(123)가 전술한 세라믹 성분을 포함하는 경우, 고체 전해질층(111)과 절연 부재(123)가 유사한 소결 수축 거동을 가질 수 있어 고체 전해질층(111)과 절연 부재(123) 사이의 접합력이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)의 최외각에 고체 전해질층(111)이 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 고체 전해질층(111), 음극층(121) 및 양극층(122)이 적층된 적층체가 절연 부재(123)를 중심으로 하여 감겨있는 전극 조립체(110)를 포함할 수 있다. 이 때, 전고체 전지(100)의 전기적 안정성을 위해 상기 적층체의 외부로 음극층(121) 또는 양극층(122)이 노출되지 않아야 한다. 상기 예시와 같이 전극 조립체(110)의 가장 외측에 고체 전해질층(111)이 배치되는 경우, 음극층(121) 또는 양극층(122)이 자연히 외부로 노출되지 않을 수 있으며, 상기 고체 전해질층(111)은 소결을 통해 전극 조립체(110)의 내부 구조를 보호하는 기능을 함께 수행할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)의 제3 방향의 형상은 원형일 수 있다. 상기 전극 조립체(110)는 후술하는 바와 같이 절연 부재(123)를 중심축으로 적층체를 감아 형성하기 때문에, 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 형상은 원형이 될 수 있다. 상기 원형은 엄밀한 의미에서의 완전한 원형 만을 의미하는 것은 아니며, 제조 과정에서의 오차 등을 이유도 일부 굴곡부가 존재하거나 타원형을 포함하여 원형으로 인식될 수 있는 다양한 형상을 의미할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 제조 과정의 일부를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 적층체는, 고체 전해질을 캐리어 필름(carrier film)상에 도포 및 건조하여 복수 개의 고체 전해질층(111) 시트를 마련한 후, 상기 고체 전해질층(111) 상에 음극층(121) 및 양극층(122)을 형성하기 위한 음극 패턴 및 양극 패턴을 인쇄하고 이를 적층하여 형성할 수 있다. 상기 적층체를 절연 부재(123)를 중심에 놓고 감아서, 원기둥형의 감겨있는 적층체를 형성할 수 있다. 이후 상기 절연 부재(123) 상에 감겨있는 적층체를 일정한 간격으로 절단하여, 일측 절단면으로 음극층(121)이 인출되고, 타측 절단면으로 양극층(122)이 인출되는 전극 조립체(110)를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 전극 조립체(110)의 제3 방향의 양 면에 각각 음극 단자(131) 및 양극 단자(132)가 배치될 수 있다. 구체적으로 상기 전극 조립체(110)의 제3-2 방향에 음극 단자(131)가 배치되고, 상기 전극 조립체(110)의 제3-1 방향에 양극 단자(132)가 각각 배치될 수 있다.
상기 음극 단자(131) 및 양극 단자(132)는 예를 들어 전극 조립체(110)의 제3 방향의 양 면에 각각 도전성 금속을 포함하는 단자 전극용 페이스트를 도포하여 형성하거나, 상기 도전성 페이스트를 건조시킨 건조막을 전극 조립체(110) 상에 전사한 후 이를 소성하여 형성하는 방법 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도전성 금속은 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 납(Pb) 및 이들의 합금 중 하나 이상의 도전성 금속일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예시에서, 음극층(121)이 음극 단자(131)와 접속하는 면은 나선형 형상일 수 있다. 본 명세서에서 어떤 부재의 면이 「나선형」이란, 스파이럴(spiral) 또는 헬릭스(helix)로 표현되며, 상기 부재의 절연 부재(123)에 감겨있는 횟수가 증가함에 따라 상기 절연 부재(123)로부터 상기 부재로의 최단 거리가 증가하는 것을 의미할 수 있다. 본 발명에 따른 전극 조립체(110)는 절연 부재(123)를 축으로 적층체가 감겨있을 수 있으며, 이에 따라 적층체가 감겨있는 횟수가 증가할수록 상기 절연 부재(123)로부터 상기 적층체의 최외각 지점까지의 최단 거리가 증가할 수 있다. 본 발명에 따른 음극층(121)은 전극 조립체(110)의 제3-2 방향으로 인출될 수 있으며, 전극 조립체(110)의 제3-2 방향으로 인출되는 음극층(121)은 음극 단자(131)와 접속할 수 있다.
상기 전극 조립체(110)의 제3-2 방향으로 인출되는 상기 음극층(121)의 면의 형상은 나선형일 수 있으며, 상기 음극층(121)이 상기 음극 단자(131)와 접속하는 면의 형상은 나선형 형상일 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 절연 부재(123)을 중심축으로 하여 감겨있는 적층체의 음극층(121)의 일면이 전극 조립체(110)의 제3-2 방향으로 인출될 수 있으며, 상기 전극 조립체(110)의 제3-2 방향으로 인출되는 음극층(121)은 음극 단자(131)와 접속할 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 상기 전극 조립체(110)의 제3-2 방향의 일면으로 인출되는 면이 음극 단자(131)와 접속하도록 배치되어 비아 전극 등을 사용하는 경우와 비교하여 음극 단자(131)와의 접속 면적을 증대시킬 수 있어 저항에 의한 손실을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 양극층(122)이 양극 단자(132)와 접속하는 면은 나선형 형상일 수 있다. 본 발명에 따른 양극층(122)은 전극 조립체(110)의 제3-1 방향으로 인출될 수 있으며, 전극 조립체(110)의 제3-1 방향으로 인출되는 양극층(122)은 양극 단자(132)와 접속할 수 있다. 상기 전극 조립체(110)의 제3-1 방향으로 인출되는 상기 양극층(122)의 면의 형상은 나선형일 수 있으며, 상기 양극층(122)이 상기 양극 단자(132)와 접속하는 면의 형상은 나선형 형상일 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 상기 전극 조립체(110)의 제3-1 방향의 일면으로 인출되는 면이 양극 단자(132)와 접속하도록 배치되여 비아 전극 등을 사용하는 경우와 비교하여 양극 단자(132)와의 접속 면적을 증대시킬 수 있어 저항에 의한 손실을 저감시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극 단자(131)와 접하는 전극 조립체(110)의 계면으로부터 양극 단자(132)와 접하는 상기 전극 조립체(110)의 계면 사이의 평균 거리를 T라 하고, 음극층(121)과 상기 양극 단자(132) 사이 또는 양극층(122)과 상기 음극 단자(131) 사이의 평균 거리를 t라 할 때, T에 대한 t의 백분율((t/T)×100)은 1% 이상 및/또는 30% 이하의 범위 내일 수 있다. 본 명세서에서 「거리」는 어떤 부재로부터 다른 부재까지의 최단 수직 거리를 의미할 수 있으며, 「평균 거리」는 전고체 전지(100)의 절연 부재(123)의 중심을 지나며 동시에 Z축에 평행인 방향으로 절단한 절단면에 대하여, 상기 절연 부재(123)로부터 좌우 각 5곳씩의 음극층(121) 또는 양극층(122)의 위치에서 측정한 거리의 산술 평균을 의미할 수 있다. 도 2를 참조하면, 상기 t는 음극층(121) 또는 양극층(122)의 제3 방향의 평균 마진을 의미할 수 있으며, 상기 T는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 두께의 평균을 의미할 수 있다. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 상기 t를 상기 범위를 만족하도록 조절하여 용량을 더욱 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 예시에서, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 음극 단자(131)의 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면에 배치되고, 상기 음극 단자(131)의 나머지 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향에 수직인 면 상에 연장될 수 있다. 또한, 양극 단자(132)의 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향의 일면의 타면에 배치되고, 상기 음극 단자(131)의 나머지 일부는 상기 전극 조립체(110)의 제3 방향에 수직인 면 상에 연장되어 배치될 수 있다. 이 경우 상기 음극 단자(131)와 양극 단자(132)는 서로 전극 조립체(110)의 제3 방향에 수직인 면 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 연장되는 부분은 소위 밴드부로 기능할 수 있으며, 본 발명에 따른 전고체 전지(100)의 수분 침투 방지 기능을 할 수 있다.
하나의 예시에서. 본 발명에 따른 전고체 전지(100)는 음극 단자(131) 및 양극 단자(132) 상에 각각 배치되는 도금층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 도금층은 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 납(Pb) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도금층은 단수 층 또는 복수 층형성될 수 있으며, 스퍼터 또는 전해 도금(Electric Deposition)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명의 전고체 전지(100)는 전극 조립체(110)의 제1 방향 및 제2 방향을 둘러싸도록 배치되는 케이스(140)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 케이스는 외부의 오염이나 충격을 방지하는 기능을 할 수 있다. 상기 케이스의 재질은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 전술한 절연 부재(123)와 같은 세라믹 성분을 포함하거나, 에폭시 수지 등의 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
100: 전고체 전지
110: 전극 조립체
111: 고체 전해질층
121: 음극층
122: 양극층
131: 음극 단자
132: 양극 단자

Claims (14)

  1. 고체 전해질층 및 상기 고체 전해질층을 사이에 두고 적층된 음극층 및 양극층을 포함하는 적층체 및 절연 부재를 포함하고, 상기 음극층 및/또는 양극층의 상기 적층 방향의 일면이 상기 절연 부재의 중심축과 평행하게 배치되도록 상기 적층체가 상기 절연 부재에 감겨있는 전극 조립체; 상기 음극층와 연결되는 음극 단자; 및 상기 양극층과 연결되는 양극 단자;를 포함하고,
    상기 절연 부재의 중심축 방향을 제3 방향이라 할 때,
    상기 전극 조립체의 제3 방향의 일면 상에 음극 단자가 배치되고,
    상기 전극 조립체의 제3 방향의 상기 일면의 타면 상에 양극 단자가 배치되는 전고체 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 제3 방향의 형상은 원형인 전고체 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극층의 적어도 일부가 상기 전극 조립체의 제3 방향의 일면으로 인출되고,
    상기 양극층의 적어도 일부가 상기 전극 조립체의 제3 방향의 상기 일면의 타면으로 인출되는 전고체 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극층은 음극 집전체 및 상기 음극 집전체를 사이에 두고 적층된 음극 활물질을 포함하고,
    상기 양극층은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체를 사이에 두고 적층된 양극 활물질을 포함하는 전고체 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적층체는 음극층이 절연 부재와 접하여 배치되는 전고체 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적층체는 양극층이 절연 부재와 접하여 배치되는 전고체 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적층체는 고체 전해질층이 절연 부재와 접하여 배치되 전고체 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 최외각에 고체 전해질층이 배치되는 전고체 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 음극층과 상기 음극 단자가 접속하는 면은 나선형 형상인 전고체 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 양극층과 상기 양극 단자가 접속하는 면은 나선형 형상인 전고체 전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 음극 단자와 접하는 상기 전극 조립체의 계면으로부터 상기 양극 단자와 접하는 상기 전극 조립체의 계면 사이의 평균 거리(T)에 대한 상기 음극층과 상기 양극 단자 사이 또는 상기 양극층과 상기 음극 단자 사이의 평균 거리(t)의 백분율은 1% 이상 및/또는 30% 이하의 범위 내인 전고체 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 음극 단자의 일부는 상기 전극 조립체의 제3 방향의 일면에 배치되고, 상기 음극 단자의 나머지 일부는 상기 전극 조립체의 제3 방향에 수직인 면 상에 연장되어 배치되고,
    상기 양극 단자의 일부는 상기 전극 조립체의 제3 방향의 일면의 타면에 배치되고, 상기 음극 단자의 나머지 일부는 상기 전극 조립체의 제3 방향에 수직인 면 상에 연장되어 배치되는 전고체 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 절연 부재는 금속 및/또는 비금속 화합물의 산화물, 질화물 또는 이들의 화합물을 포함하는 전고체 전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제3 방향과 수직인 한 방향을 제1 방향이라 하고,
    상기 제3 방향 및 제1 방향과 수직인 방향을 제2 방향이라 할 때,
    상기 전극 조립체의 제1 방향 및 제2 방향을 둘러싸도록 배치되는 케이스를 추가로 포함하는 전고체 전지.
KR1020200189693A 2020-12-31 2020-12-31 전고체 전지 KR20220096863A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200189693A KR20220096863A (ko) 2020-12-31 2020-12-31 전고체 전지
CN202180076022.4A CN116472642A (zh) 2020-12-31 2021-11-08 全固态电池
US18/021,027 US20230299364A1 (en) 2020-12-31 2021-11-08 All-solid-state battery
PCT/KR2021/016102 WO2022145691A1 (en) 2020-12-31 2021-11-08 All-solid-state battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200189693A KR20220096863A (ko) 2020-12-31 2020-12-31 전고체 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220096863A true KR20220096863A (ko) 2022-07-07

Family

ID=82259371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200189693A KR20220096863A (ko) 2020-12-31 2020-12-31 전고체 전지

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230299364A1 (ko)
KR (1) KR20220096863A (ko)
CN (1) CN116472642A (ko)
WO (1) WO2022145691A1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11121035A (ja) * 1997-10-08 1999-04-30 Ricoh Co Ltd 固体電解質二次電池の製造方法
JP4518583B2 (ja) * 1998-08-19 2010-08-04 ソニー株式会社 固体電解質電池
JP2002280073A (ja) * 2001-03-19 2002-09-27 Sony Corp 電 池
JP4066763B2 (ja) * 2002-09-30 2008-03-26 日産自動車株式会社 バイポーラー電池とその製造方法並びに車両
KR101637760B1 (ko) * 2014-12-03 2016-07-07 현대자동차주식회사 원통형 바이폴라 전고체 전지 및 그 제작방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022145691A1 (en) 2022-07-07
CN116472642A (zh) 2023-07-21
US20230299364A1 (en) 2023-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140076516A (ko) 이차전지용 전극, 그를 포함하는 이차전지 및 케이블형 이차전지
JP2022552549A (ja) リチウムメタル負極構造体、それを含む電気化学素子、及び該リチウムメタル負極構造体の製造方法
CN112868122A (zh) 具有改进的化学稳定性的固体电解质材料
US10381627B2 (en) Battery structure and method of manufacturing the same
KR101773103B1 (ko) 전극, 이의 제조방법, 이에 의해 제조된 전극 및 이를 포함하는 이차전지
JP2010015852A (ja) 二次電池
US20230299364A1 (en) All-solid-state battery
KR20140076158A (ko) 이차전지용 전극 및 그를 포함하는 케이블형 이차전지
US20220209285A1 (en) All solid state battery and method of manufacturing the same
US20220166060A1 (en) All-solid-state battery
US20230299424A1 (en) All solid state battery
US20220209378A1 (en) All-solid-state battery
KR20220093834A (ko) 전고체 전지
US20230307697A1 (en) All-solid-state battery
US20230378523A1 (en) All-solid-state battery
KR20190113657A (ko) 전고체 전지용 전극재의 제조방법
KR20220096783A (ko) 전고체 전지
US20230378544A1 (en) All-solid-state battery
KR20220096937A (ko) 전고체 전지 및 그 실장 기판
US20230102903A1 (en) Electrode structure for secondary battery, method of manufacturing the same, and secondary battery comprising the same
US20240113292A1 (en) Battery
US20240105929A1 (en) Battery
KR20220122271A (ko) 집전체 및 이를 포함하는 박막전지
KR20220096862A (ko) 전고체 전지
KR20240006382A (ko) 전극 조립체 및 이의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination