KR20220110059A - 적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지 - Google Patents
적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220110059A KR20220110059A KR1020210176563A KR20210176563A KR20220110059A KR 20220110059 A KR20220110059 A KR 20220110059A KR 1020210176563 A KR1020210176563 A KR 1020210176563A KR 20210176563 A KR20210176563 A KR 20210176563A KR 20220110059 A KR20220110059 A KR 20220110059A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- electrode body
- resin
- phase difference
- current collector
- Prior art date
Links
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 60
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 60
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 38
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 12
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000002203 sulfidic glass Substances 0.000 description 3
- 229910018091 Li 2 S Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005062 Polybutadiene Substances 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002857 polybutadiene Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
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
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- 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
-
- 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
- H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
-
- 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
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/137—Electrodes based on electro-active polymers
-
- 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
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1399—Processes of manufacture of electrodes based on electro-active polymers
-
- 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
- H01M50/14—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors
-
- 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
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
[과제] 측면으로의 수지 도포가 용이한 적층 전극체를 제공한다.
[해결 수단] 제 1 집전체의 양면에 제 1 전극, 고체 전해질층, 제 2 전극, 및 제 2 집전체를 이 순서로 각각 배치한 전극체를 복수 적층한 전고체 전지용의 적층 전극체로서, 전극체는 제 1 전극을 포함하는 위상차부를 가지고, 위상차부는 제 2 전극보다 측면으로부터 연장 돌출되어 있으며, 인접하는 전극체에 있어서, 일방의 위상차부와 타방의 위상차부와 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분의 연장 돌출 방향의 길이가 상이한, 적층 전극체이다.
[해결 수단] 제 1 집전체의 양면에 제 1 전극, 고체 전해질층, 제 2 전극, 및 제 2 집전체를 이 순서로 각각 배치한 전극체를 복수 적층한 전고체 전지용의 적층 전극체로서, 전극체는 제 1 전극을 포함하는 위상차부를 가지고, 위상차부는 제 2 전극보다 측면으로부터 연장 돌출되어 있으며, 인접하는 전극체에 있어서, 일방의 위상차부와 타방의 위상차부와 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분의 연장 돌출 방향의 길이가 상이한, 적층 전극체이다.
Description
본원은 적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지에 관한 것이다.
최근, 액계 전지보다 안정성이 높은 전고체 전지의 개발이 행해지고 있다. 전고체 전지는 정극 집전체, 정극, 고체 전해질층, 부극, 및 부극 집전체를 적층하여 제조되는 것이다. 또한, 전고체 전지를 제조할 때에, 이들 층을 수지로 고정하여, 전지의 기계적 강도나 내투습성을 향상시키는 기술이 알려져 있다.
예를 들면 특허 문헌 1은, 집전체층, 정극 합제층, 고체 전해질층 및 부극 합제층을 각각 복수 적층하여, 적층 방향 양단면과 측면을 구비하는 적층 전지를 얻는, 제 1 공정과, 적층 전지의 측면에만 액상의 수지를 공급하는, 제 2 공정과, 액상의 수지를 경화시키는, 제 3 공정을 구비하고, 제 1 공정에 있어서, 집전체층, 정극 합제층, 고체 전해질층 및 부극 합제층 중 적어도 1층을 다른 층보다 연장 돌출시켜 연장 돌출층으로 하며, 적층 전지의 측면에 있어서 연장 돌출층을 복수 연장 돌출시키고, 제 2 공정에 있어서, 적층 전지의 측면에만 액상의 수지를 공급함으로써, 하나의 연장 돌출층과 다른 연장 돌출층과의 사이의 간극에 액상의 수지를 유입시키는, 전고체 전지의 제조 방법을 개시하고 있다. 또한, 특허 문헌 1은, 상기 간극에 액상의 수지를 유입시키는 기술로서, 제 1 공정과 제 2 공정과의 사이에 감압 공정을 마련하거나, 제 2 공정과 제 3 공정과의 사이에 가압 공정을 마련하거나 하는 기술을 개시하고 있다.
특허 문헌 1의 기술은, 복수의 연장 돌출층(위상차부)을 가지는 적층 전지의 측면을 수지로 고정하는 기술이며, 연장 돌출층 사이의 간극에 수지를 충분히 유입시키기 위해, 가압 공정 또는 감압 공정을 마련하고 있다. 위상차부를 가지는 적층 전지를 강고하게 고정하는 관점에서, 위상차부 사이의 간극에 수지를 충전하는 것이 바람직하지만, 압력이 지나치게 낮으면 충분히 안까지 수지를 충전하는 것이 곤란하며, 또한 압력이 지나치게 높으면 전극 반응면에 수지가 누설될 우려가 있다. 따라서, 위상차부를 가지는 적층 전극체의 측면에 수지를 도포할 때에 가압 공정이나 감압 공정을 행하면, 수지의 성형 컨트롤이 어려운 문제가 있었다.
따라서, 본 개시의 주된 목적은, 상기 실정을 감안하여, 측면으로의 수지 도포가 용이한 적층 전극체를 제공하는 것이다.
본 개시는 상기 과제를 해결하기 위한 하나의 수단으로서, 제 1 집전체의 양면에 제 1 전극, 고체 전해질층, 제 2 전극, 및 제 2 집전체를 이 순서로 각각 배치한 전극체를 복수 적층한 전고체 전지용의 적층 전극체로서, 전극체는 제 1 전극을 포함하는 위상차부를 가지고, 위상차부는 제 2 전극보다 측면으로부터 연장 돌출되어 있으며, 인접하는 전극체에 있어서, 일방의 위상차부와 타방의 위상차부와 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분의 연장 돌출 방향의 길이가 상이한, 적층 전극체를 제공한다.
상기 적층 전극체에 있어서, 위상차부의 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분의 연장 돌출 방향의 길이는 적층 방향의 일방으로부터 타방을 향해 단계적으로 증가 또는 감소하고 있어도 되고, 적층 전극체의 중앙으로부터 적층 방향의 외측을 향해 단계적으로 증가 또는 감소하고 있어도 된다.
본 개시는 상기 적층 전극체의 측면을 수지로 고정하여 이루어지는 수지 고정 적층 전극체를 제공한다. 또한, 본 개시는 상기 수지 고정 적층 전극체를 가지는 전고체 전지를 제공한다.
본 개시의 적층 전극체는, 일방의 위상차부와 타방의 위상차부는 제 2 전극보다도 연장 돌출되어 있는 부분(연장 돌출 부분)의 연장 돌출 방향의 길이가 상이하다. 즉, 인접하는 위상차부는 계단 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 적층 전극체의 측면으로의 수지 도포가 용이해지고 있다. 예를 들면, 비스듬하게 압을 가하지 않고 측면에 수지를 도포 가능한 형상으로 되어 있다. 또한, 본 개시의 적층 전극체는, 특허 문헌 1과 같이 가압 또는 감압하여 수지를 도포할 필요가 없기 때문에, 전극 반응면에 수지가 누설되는 것이 억제되고, 또한, 수지를 측면에 도포할 때에 전극이 어긋나는 것이 억제된다. 또한, 적층 전극체의 측면에 용이하게 수지 도포가 가능해짐으로써, 수지 고정 후의 전극 측면으로부터의 가루 떨어짐에 의한 단락 리스크도 억제된다.
또한, 본 개시의 적층 전극체는 인접하는 위상차부의 연장 돌출 부분의 길이가 상이하기 때문에, 위치 결정성이 나쁜 것처럼 생각되지만, 외형 형상은 수지 도포에 의해 컨트롤 가능하다. 예를 들면, 외형 형상이 네모나게 되도록 수지를 도포함으로써 위치 결정성이 향상된다.
또한, 특허 문헌 2, 3에는, 전극체의 크기를 변화시켜, 단차를 마련한 적층 전극체가 기재되어 있지만, 특허 문헌 1의 적층 전지와 같이 위상차부를 가지는 것은 아니기 때문에, 특허 문헌 2, 3의 전극체에는 상기한 과제는 발생하지 않는다고 생각된다.
도 1은 적층 전극체(100)의 사시도이다.
도 2는 적층 전극체(100)의 단면도이다.
도 3은 적층 전극체(100')의 단면도이다.
도 4는 수지 고정 적층 전극체(200, 200')의 단면도이다.
도 5는 재단 공정을 끝낸 각 전극체의 모식도이다.
도 6은 수지 고정 공정의 모습을 나타낸 도이다.
도 2는 적층 전극체(100)의 단면도이다.
도 3은 적층 전극체(100')의 단면도이다.
도 4는 수지 고정 적층 전극체(200, 200')의 단면도이다.
도 5는 재단 공정을 끝낸 각 전극체의 모식도이다.
도 6은 수지 고정 공정의 모습을 나타낸 도이다.
[적층 전극체]
본 개시의 적층 전극체에 대하여, 일 실시 형태인 적층 전극체(100)를 참조하면서 설명한다. 도 1에 적층 전극체(100)의 사시도를 나타냈다. 또한, 도 2에 적층 전극체(100)의 단면도를 나타냈다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 적층 전극체(100)는, 제 1 집전체(1)의 양면에 제 1 전극(2), 고체 전해질층(3), 제 2 전극(4) 및 제 2 집전체(5)를 이 순서로 각각 배치한 전극체(10)를 복수 적층한 전고체 전지용의 적층 전극체이다. 도 1, 도 2에서는 3개의 전극체(10)가 적층된 적층 전극체(100)를 나타내고 있다. 다만, 전극체(10)를 적층하는 수는 특별히 한정되지 않는다.
전극체(10)는 제 1 전극(2)을 포함하는 위상차부(6)를 가지고 있다. 위상차부(6)란, 제 2 전극(4)의 측면보다 연장 돌출된 부분을 가지는 층의 총칭이다. 도 2에서는, 제 1 집전체(1), 2개의 제 1 전극(2), 및 2개의 고체 전해질층(3)을 합친 층(적층 방향 일방측의 고체 전해질층(3)에서부터 타방측의 고체 전해질층(3)으로 끼워진 층)의 총칭이 위상차부(6)이다.
여기서, 적층 전극체(100)(전극체(10))는 적층 방향 양단면과 측면을 가지는 것이며, 「측면」이란 적층 전극체(100)(전극체(10))의 외연(外緣)으로 구성되는 면이다. 위상차부(6)가 마련되는 측면은 어느 측면이어도 된다. 다만, 전극 단자와 접속하기 위해, 집전체가 측면으로부터 뻗어 있는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 집전체가 뻗어 있는 측면과는 상이한 측면에 위상차부(6)를 마련하는 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 위상차부(6)가 마련된 측면은 수지에 의해 고정되기 때문이다.
전극체(10)에 있어서, 이와 같은 위상차부(6)를 마련하는 이유는, Li 석출에 의한 단락 방지 때문이다. 이 효과의 실효성을 높이기 위해, 제 2 전극(4)보다 제 1 전극(2)을 측면측으로 연장 돌출시키고 있다. 보다 상세하게는, 제 1 전극(2)의 면적을 제 2 전극(4)의 면적보다 크게 설계하고, 제 2 전극(4)이 제 1 전극(2)의 외연보다 내부에 배치되도록 하고 있다. 도 2에 있어서, 제 1 집전체(1) 및 고체 전해질층(3)이 위상차부에 포함되어 있는 이유는, 제 1 전극(2)의 형상과 정합을 취하기 위해서이다.
여기서, 위상차부(6)에 있어서, 제 2 전극(4)보다 연장 돌출되어 있는 부분을 연장 돌출 부분이라고 부른다. 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이 X(도 2 참조)는, 예를 들면 0.1㎜~10㎜의 범위이다. 다만, 적층 전극체(10)에 있어서, 가장 긴 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이는 1㎜~10㎜의 범위인 것이 바람직하고, 2㎜~5㎜의 범위인 것이 보다 바람직하다. 가장 짧은 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이는 0.1㎜~2㎜의 범위인 것이 바람직하고, 0.5~1㎜인 것이 보다 바람직하다.
이어서 각 전극체(10) 사이를 비교한다. 인접하는 전극체(10)에 있어서, 일방의 위상차부(6)와 타방의 위상차부(6)와의 사이에는 간극이 존재하고, 또한, 일방의 위상차부(6)와 타방의 위상차부(6)는 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분(연장 돌출 부분)의 연장 돌출 방향의 길이가 상이하다. 각 전극체(10)에 있어서, 제 2 전극(4)의 크기는 동등한 것이 바람직하다.
각 전극체(10)는 각각 위상차부(6)를 가지기 때문에, 그들의 위상차부(6)의 사이에는 간극이 존재하는 것이 된다. 또한, 적층 전극체(100)에서는, 인접하는 전극체(10) 사이에 있어서, 위상차부(6)의 연장 돌출 부분의 길이를 상이하게 하고 있다. 즉, 인접하는 위상차부(6)는 계단 형상으로 되어 있다.
이와 같이 인접하는 위상차부(6)는 계단 형상으로 되어 있기 때문에, 적층 전극체(100)의 측면으로의 수지 도포가 용이하게 되어 있다. 예를 들면, 비스듬하게 압을 가하지지 않고 측면에 수지를 도포 가능한 형상으로 되어 있다. 또한, 적층 전극체(100)는, 가압 또는 감압하여 수지를 도포할 필요가 없기 때문에, 전극 반응면에 수지가 누설되는 것이 억제되고, 또한, 수지를 측면에 도포할 때에 전극이 어긋나는 것이 억제된다. 또한, 적층 전극체의 측면에 용이하게 수지 도포가 가능해짐으로써, 수지 고정 후의 전극 측면으로부터의 가루 떨어짐에 의한 단락 리스크도 억제된다.
인접하는 위상차부(6)의 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이 X의 차는, 예를 들면, 0.01㎜~1㎜의 범위이다. 바람직하게는 0.1㎜~0.5㎜의 범위이다. 위상차부(6) 사이의 간극의 크기는 전극체(10)의 구성에 의해 결정되는 것이다.
이어서 전극 적층체(100) 전체의 형상에 대하여 설명한다. 도 2에서는 위상차부(6)의 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이가, 적층 방향의 일방으로부터 타방을 향해, 단계적으로 증가 또는 감소하고 있는 전극 적층체(100)의 예를 나타내고 있다. 또한, 도 3은, 위상차부(6)의 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이가, 중앙으로부터 적층 방향의 외측을 향해, 단계적으로 증가 또는 감소하고 있는 적층 전극체(100')의 예를 나타내고 있다. 그러나, 전극 적층체(100)의 형상은 이러한 예에 한정되지 않고, 인접하는 위상차부(6)의 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이가 상이하게 되어 있으면 된다.
또한, 적층 전극체(100)는 인접하는 위상차부(6)의 연장 돌출 부분의 길이가 상이하게 되어 있기 때문에, 전지를 소정의 용기에 수용할 때에 위치 결정성이 나쁜 것처럼 생각될 수 있지만, 외형 형상은 후술의 수지 도포에 의해 컨트롤 가능하다. 이 때문에, 적층 전극체(100)의 위치 결정성은 개선 가능하다. 예를 들면, 외형 형상을 네모나게 되도록 수지를 도포함으로써 위치 결정성이 향상된다(도 4 참조).
이하, 전극체(10)를 구성하는 각 요소에 대하여 설명한다.
<제 1 집전체(1), 제 2 집전체(5)>
제 1 집전체(1), 제 2 집전체(5)는 일방이 정극 집전체이며, 타방이 부극 집전체이다. 여기서, 전극체(10)에 있어서, 이들 집전체는 1매로 1층을 형성해도 되고, 복수매 겹쳐 1층을 형성해도 된다. 또한, 하나의 전극체(10)와 다른 전극체(10)와의 사이에서 1층의 집전체를 공유해도 된다.
정극 집전체로서는, SUS, Ni, Cr, Al, Pt, Fe, Ti, Zn 등의 금속박을 이용할 수 있다. 또한, 정극 집전체의 표면에는 카본 코팅층이 배치되어 있어도 된다. 카본 코팅층의 두께는 예를 들면 1㎛~20㎛의 범위이다. 카본 코팅층의 재료는 카본과 바인더로 구성된다.
부극 집전체로서는, SUS, Cu, Ni, Fe, Ti, Co, Zn 등의 금속박을 이용할 수 있다.
<제 1 전극(2), 제 2 전극(4)>
제 1 전극(2), 제 2 전극(4)은 일방이 정극이며, 타방이 부극이다. 구체적으로는, 제 1 집전체(1)가 부극 집전체인 경우에는 제 1 전극(2)은 부극이며, 제 1 집전체(1)가 정극 집전체인 경우에는 제 1 전극(2)은 정극이다. 마찬가지로, 제 2 집전체(5)가 부극 집전체인 경우에는 제 2 전극(4)은 부극이며, 제 2 집전체(5)가 정극 집전체인 경우에는 제 2 전극(4)은 정극이다. Li 석출에 의한 단락 방지의 관점에서, 바람직하게는 제 1 전극(2)이 부극이며, 제 2 전극(4)이 정극이다.
정극은 적어도 정극 활물질을 포함한다. 정극 활물질로서는 리튬 이온 전고체 전지에 이용할 수 있는 공지의 정극 활물질을 들 수 있다. 예를 들면 코발트산 리튬 등이다.
정극은 고체 전해질을 함유해도 되고, 고체 전해질로서는, 공지의 고체 전해질을 이용할 수 있다. 예를 들면, 산화물 고체 전해질이나 황화물 고체 전해질이다. 바람직하게는 황화물 고체 전해질이다. 황화물 고체 전해질로서는, Li2S-P2S5 등을 들 수 있다. Li2S-P2S5에 있어서의 Li2S와 P2S5와의 비율은, 예를 들면 Li2S:P2S5=50:50~100:0의 범위이다. 바람직하게는 50:50~90:10이다. 정극은 바인더를 함유해도 된다. 바인더로서는, 공지의 바인더를 이용할 수 있다. 예를 들면 폴리 불화 비닐리덴(PVdF) 등의 불소 함유 수지이다. 정극은 도전재를 함유해도 된다. 도전재로서는, 공지의 도전재를 이용할 수 있다. 예를 들면, 아세틸렌블랙이나 기상법 탄소 섬유(VGCF) 등이다.
정극의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1㎛~1000㎛의 범위이다. 정극에 있어서의 각 성분의 함유량은 종래와 마찬가지로 하면 된다.
부극은 적어도 부극 활물질을 포함한다. 부극 활물질로서는, 리튬 이온 전고체 전지에 이용할 수 있는 공지의 부극 활물질을 들 수 있다. 예를 들면, 그라파이트 등의 공지의 카본 재료이다.
부극은 고체 전해질을 함유해도 된다. 고체 전해질로서는, 공지의 고체 전해질을 들 수 있다. 예를 들면, 상기 서술한 정극에 이용할 수 있는 고체 전해질이다. 부극은 바인더를 함유해도 된다. 바인더로서는, 공지의 바인더를 들 수 있다. 예를 들면, 상기 서술한 정극에 이용할 수 있는 바인더이다. 부극은 도전재를 함유해도 된다. 도전재로서는, 공지의 도전재를 들 수 있다. 예를 들면, 상기 서술한 정극에 이용할 수 있는 도전재이다.
부극의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1㎛~1000㎛의 범위이다. 부극에 있어서의 각 성분의 함유량은 종래와 마찬가지로 하면 된다.
<고체 전해질층(3)>
고체 전해질층(3)은 고체 전해질을 포함한다. 고체 전해질로서는, 리튬 이온 전고체 전지에 이용할 수 있는 공지의 고체 전해질을 들 수 있다. 예를 들면, 상기 서술한 정극에 이용할 수 있는 고체 전해질이다.
고체 전해질층(3)은 바인더를 함유해도 된다. 바인더로서는 공지의 바인더를 들 수 있다. 예를 들면, 상기 서술한 정극에 이용할 수 있는 바인더나 부타디엔 고무 등이다.
고체 전해질층(3)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1㎛~1000㎛의 범위이다. 바람직하게는 0.1㎛~300㎛의 범위이다. 고체 전해질층(3)에 있어서의 각 성분의 함유량은 종래와 마찬가지로 하면 된다.
[수지 고정 적층 전극체]
본 개시의 수지 고정 적층 전극체는 상기의 적층 전극체의 측면을 수지로 고정하여 이루어지는 것이다. 도 4에 수지 고정 적층 전극체인 수지 고정 적층 전극체(200, 200')를 나타냈다. 도 4의 110은 수지를 나타내고 있다. 이와 같이, 적층 전극체의 측면을 수지로 고정하는 이유는, 적층 어긋남의 억제 및 전극 단면으로부터 가루 떨어짐에 의한 이물 단락 억제를 위해서이다.
수지로 고정되는 측면은, 적층 전극체 중 어느 측면이어도 되지만, 적어도 위상차부를 가지는 측면을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 모든 측면을 수지로 고정해도 된다. 또한, 위상차부 사이의 간극에는 수지를 충전하지 않아도 된다. 적층 전극체의 측면만 수지로 고정하면 충분하기 때문이다.
수지 고정 적층 전극체에 이용되는 수지로서는, 열경화성 수지, 광경화성 수지 중 어느 것을 이용해도 된다. 바람직하게는 광경화성 수지이다.
[전고체 전지]
본 개시의 전고체 전지는 상기의 적층 전극체 또는 수지 고정 적층 전극체를 가지는 것이다. 바람직하게는 본 개시의 전고체 전지는 수지 고정 적층 전극체를 가지는 것이다. 본 개시의 전고체 전지는, 적층 전극체 또는 수지 고정 적층 전극체를 수용하기 위한 용기나 그 밖의 필요한 단자 등을 가지고 있어도 된다.
[적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지의 제조 방법]
본 개시의 적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하, 이러한 포괄적인 제조 방법으로서, 전고체 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 전고체 전지의 제조 방법은 준비 공정, 적층 공정, 재단 공정, 전극체 적층 공정, 수지 고정 공정, 및 수용 공정을 구비하고 있다.
<준비 공정>
준비 공정에서는, 정극, 고체 전해질층, 부극을 각각 준비한다. 이러한 제작 방법은 특별히 한정되지 않아 공지의 방법에 의해 행할 수 있다. 예를 들면, 정극을 제작하는 경우, 정극을 구성하는 재료를 용매와 함께 혼합하여 슬러리로 한다. 이어서, 당해 슬러리를 기재 또는 정극 집전체에 도포하고, 건조시킴으로써 얻을 수 있다. 고체 전해질층, 부극도 마찬가지의 방법에 의해 제작할 수 있다.
<적층 공정>
적층 공정은, 정극 집전체, 정극, 고체 전해질층, 부극, 부극 집전체를 적층하는 공정이다. 적층 공정에서는, 예를 들면, 부극 집전체의 양면에 부극, 고체 전해질층, 정극, 및 정극 집전체를 이 순서로 각각을 적층한다. 이것은, 상기 서술한 전극체에 있어서, 제 1 집전체를 부극 집전체, 제 1 전극을 부극, 제 2 집전체를 정극 집전체, 제 2 전극을 정극으로 한 경우의 적층 순서이다. 다만, 적층 순서는 이에 한정되지 않고, 정극 집전체의 양면에 정극, 고체 전해질층, 부극, 및 부극 집전체를 이 순서로 각각 적층해도 된다. 이것은, 상기 서술한 전극체에 있어서, 제 1 집전체를 정극 집전체, 제 1 전극을 정극, 제 2 집전체를 부극 집전체, 제 2 전극을 부극으로 한 경우의 적층 순서이다. 각 요소의 적층은 공지의 방법에 의해 행할 수 있다.
또한, 적층 공정에서는, 각 전극 요소를 적층 후, 각 층의 접착성을 높이기 위해 적층체를 프레스 등 하여도 된다. 프레스압은 예를 들면 600MPa 정도이다.
<재단 공정>
재단 공정은, 적층 공정에 의해 제작된 적층체의 위상차부를 재단하는 공정이다. 인접하는 전극체의 위상차부의 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이를 상이하게 하기 위해서이다. 예를 들면, 도 4와 같이 , 위상차부가 적층 방향의 일방으로부터 타방을 향해 계단 형상이 되도록, 적층체의 위상차부를 재단한다. 다만, 적층 전극체에 있어서, 연장 돌출 부분의 길이가 가장 긴 위상차부에 대해서는, 재단 공정에 있어서 재단을 행하지 않아도 된다. 재단 공정에 의해 적층 전극체를 구성하는 각 전극체가 제작된다. 재단 공정은, 예를 들면 공지의 레이저 재단 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 레이저 재단은, 전극의 균열을 억제하여 양호한 재단을 행할 수 있기 때문이다.
여기서, 재단 공정에 있어서, 위상차부를 절단하는 이유는, 그 밖의 부분을 재단하면 에너지 밀도가 저하될 우려가 있기 때문이다. 즉, 재단 공정에 있어서, 위상차부를 절단하여, 인접하는 위상차부의 연장 돌출 부분의 연장 돌출 방향의 길이를 상이하게 함으로써, 에너지 밀도의 저하를 억제할 수 있다고 할 수 있다.
<전극체 적층 공정>
전극체 적층 공정은, 제작된 각 전극체를 적층하는 공정이다. 전극체 적층 공정에 의해, 적층 전극체가 제작된다. 각 전극체를 적층하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 다음과 같이 행할 수 있다. 우선, 각 전극체의 적층 방향 외측에 배치되어 있는 집전체(제 2 집전체)에 접착제를 도포하고, 각 전극체를 적층한다. 그리고, 접착성을 높이기 위해 프레스 등을 행한다. 이 때, 적층 전극체를 가열하여 프레스해도 된다. 예를 들면, 프레스압 1MPa, 온도 140℃ 정도이다.
여기서, 전극체를 적층할 때에, 각 전극체가 위치 어긋남을 일으키고 있지 않는지를 검사한다. 검사 방법은, 적층 방향의 상면으로부터 정극 중심을 산출하고, 그 중심을 기준으로 하여 위치 어긋남을 검사한다. 검사 방법은 예를 들면, 공지의 화상 검사 등에 의해 행할 수 있다.
<수지 고정 공정>
수지 고정 공정은, 제작된 적층 전극체의 측면을 수지로 고정하는 공정이다. 수지 고정 공정에 의해, 수지 고정 적층 전극체가 제작된다. 도 6에 수지 고정 공정의 모습을 나타냈다.
먼저, 도 6의 (A)와 같이, 전극 적층체의 두께 변동에 추종하도록, 형틀을 전극 적층체에 고정한다. 이 때, 전극간의 간극이 최소가 되고, 또한, 전극에 데미지를 주지 않는 범위에서 가압한다. 또한, 형틀의 강도가 전극 강도보다 약한 경우에는, 형틀이 변형되지 않는 압력이 상한이 된다. 형틀의 재료는, 이형성이 좋은 재질이면 된다. 예를 들면, 불소 수지 등이다. 이어서 도 6의 (B)와 같이, 전극 적층체의 측면이며, 형틀과 전극 적층체로 둘러싸이는 공간에 수지를 충전한다. 그리고, 도 6의 (C)와 같이, 형틀로부터 밀려 나온 잉여분의 수지를 스크레이퍼 등으로 긁어내어, 수지를 경화시킨다. 열경화성 수지를 이용한 경우에는 가열한다. 광경화성 수지를 이용한 경우에는 UV를 조사한다. 마지막으로 도 6의 (D)와 같이, 형틀을 떼어낸다.
<수용 공정>
수용 공정은, 제작한 적층 전극체 또는 수지 고정 적층 전극체를 소정의 용기에 수용하는 공정이다. 수용 공정에 의해 전고체 전지를 제작할 수 있다. 또한, 수용 공정에 있어서, 적층 전극체 또는 수지 고정 적층 전극체에 필요한 단자 등을 접속해도 된다.
이상으로부터, 본 개시의 적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 전고체 전지 및 이들의 제조 방법에 대하여 설명했다. 본 개시에 의하면, 측면으로의 수지 도포가 용이한 적층 전극체, 및, 그 적층체를 이용한 수지 고정 적층 전극체 및 전고체 전지를 제공할 수 있다.
1 제 1 집전체
2 제 1 전극
3 고체 전해질층
4 제 2 전극
5 제 2 집전체
6 위상차부
10 전극체
100, 100' 적층 전극체
110 수지
200, 200' 수지 고정 적층 전극체
2 제 1 전극
3 고체 전해질층
4 제 2 전극
5 제 2 집전체
6 위상차부
10 전극체
100, 100' 적층 전극체
110 수지
200, 200' 수지 고정 적층 전극체
Claims (5)
- 제 1 집전체의 양면에 제 1 전극, 고체 전해질층, 제 2 전극, 및 제 2 집전체를 이 순서로 각각 배치한 전극체를 복수 적층한 전고체 전지용의 적층 전극체로서,
상기 전극체는 상기 제 1 전극을 포함하는 위상차부를 가지고,
상기 위상차부는 상기 제 2 전극보다 측면으로부터 연장 돌출되어 있으며,
인접하는 상기 전극체에 있어서, 일방의 상기 위상차부와 타방의 상기 위상차부는 상기 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분의 연장 돌출 방향의 길이가 상이한, 적층 전극체. - 제 1 항에 있어서,
상기 위상차부의 상기 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분의 연장 돌출 방향의 길이가, 적층 방향의 일방으로부터 타방을 향해, 단계적으로 증가 또는 감소하고 있는, 적층 전극체. - 제 1 항에 있어서,
상기 위상차부의 상기 제 2 전극보다 연장 돌출되어 있는 부분의 연장 돌출 방향의 길이가, 상기 적층 전극체의 중앙으로부터 적층 방향의 외측을 향해, 단계적으로 증가 또는 감소하고 있는, 적층 전극체. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 적층 전극체의 측면을 수지로 고정하여 이루어지는 수지 고정 적층 전극체.
- 제 4 항에 기재된 수지 고정 적층 전극체를 가지는 전고체 전지.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2021-013502 | 2021-01-29 | ||
| JP2021013502A JP2022117028A (ja) | 2021-01-29 | 2021-01-29 | 積層電極体、樹脂固定積層電極体、及び全固体電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220110059A true KR20220110059A (ko) | 2022-08-05 |
| KR102550029B1 KR102550029B1 (ko) | 2023-06-30 |
Family
ID=82402947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210176563A KR102550029B1 (ko) | 2021-01-29 | 2021-12-10 | 적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220246989A1 (ko) |
| JP (1) | JP2022117028A (ko) |
| KR (1) | KR102550029B1 (ko) |
| CN (1) | CN114824496A (ko) |
| DE (1) | DE102022100789A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024031348A1 (zh) * | 2022-08-09 | 2024-02-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极组件、电池单体、电池及用电设备 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000124057A (ja) | 1998-10-12 | 2000-04-28 | Tdk Corp | 積層型セラミックコンデンサ |
| JP2014523102A (ja) | 2012-05-30 | 2014-09-08 | エルジー・ケム・リミテッド | 電極タブ接合性に優れた電極組立体、これを含む電池セル、デバイス及びその製造方法 |
| KR20170136433A (ko) * | 2016-06-01 | 2017-12-11 | 도요타 지도샤（주） | 전고체 전지의 제조 방법, 전고체 전지의 제조 장치 및 전고체 전지 |
| KR20200098405A (ko) * | 2019-02-12 | 2020-08-20 | 도요타 지도샤（주） | 전고체 전지 적층체 |
-
2021
- 2021-01-29 JP JP2021013502A patent/JP2022117028A/ja active Pending
- 2021-12-07 US US17/544,161 patent/US20220246989A1/en active Pending
- 2021-12-10 KR KR1020210176563A patent/KR102550029B1/ko active IP Right Grant
- 2021-12-21 CN CN202111569217.0A patent/CN114824496A/zh active Pending
-
2022
- 2022-01-14 DE DE102022100789.8A patent/DE102022100789A1/de active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000124057A (ja) | 1998-10-12 | 2000-04-28 | Tdk Corp | 積層型セラミックコンデンサ |
| JP2014523102A (ja) | 2012-05-30 | 2014-09-08 | エルジー・ケム・リミテッド | 電極タブ接合性に優れた電極組立体、これを含む電池セル、デバイス及びその製造方法 |
| KR20170136433A (ko) * | 2016-06-01 | 2017-12-11 | 도요타 지도샤（주） | 전고체 전지의 제조 방법, 전고체 전지의 제조 장치 및 전고체 전지 |
| JP2017220447A (ja) | 2016-06-01 | 2017-12-14 | トヨタ自動車株式会社 | 全固体電池の製造方法、全固体電池の製造装置及び全固体電池 |
| KR20200098405A (ko) * | 2019-02-12 | 2020-08-20 | 도요타 지도샤（주） | 전고체 전지 적층체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220246989A1 (en) | 2022-08-04 |
| DE102022100789A1 (de) | 2022-08-04 |
| KR102550029B1 (ko) | 2023-06-30 |
| CN114824496A (zh) | 2022-07-29 |
| JP2022117028A (ja) | 2022-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6319335B2 (ja) | 全固体電池の製造方法 | |
| WO2012114497A1 (ja) | 固体電池 | |
| JP2015162353A (ja) | 全固体電池の製造方法 | |
| CN111373595A (zh) | 全固体电池用电极体及其制造方法 | |
| KR102350322B1 (ko) | 전고체 2차전지 | |
| DE112017005247B4 (de) | Energiespeichervorrichtung und Herstellungsverfahren einer Energiespeichervorrichtung | |
| JP7046185B2 (ja) | 固体電池用正極、固体電池用正極の製造方法、および固体電池 | |
| US20200313229A1 (en) | Electrode body for all-solid-state battery and production method thereof | |
| KR20220110059A (ko) | 적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지 | |
| KR20160110206A (ko) | 라미네이트형 전지 및 그 제조 방법 | |
| CN113508477A (zh) | 电池 | |
| DE102017217676A1 (de) | Batteriezelle und Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle | |
| KR102541296B1 (ko) | 전고체 전지의 제조방법 및 제조장치 | |
| JP2017157271A (ja) | 全固体二次電池およびその製造方法 | |
| WO2021131094A1 (ja) | 電池 | |
| KR20210155529A (ko) | 전고체 전지 및 이의 제조방법 | |
| US20230009792A1 (en) | Battery | |
| KR102537425B1 (ko) | 적층 전극체, 수지 고정 적층 전극체, 및 전고체 전지 | |
| CN115380417A (zh) | 电池 | |
| CN115443571A (zh) | 电池和电池的制造方法 | |
| KR20200137186A (ko) | 기본단위체, 이차전지용 라미네이션장치 및 방법 | |
| WO2022259664A1 (ja) | 電池および電池の製造方法 | |
| WO2022270141A1 (ja) | 電池及び電池の製造方法 | |
| US20240128620A1 (en) | Battery | |
| WO2021131095A1 (ja) | 電池の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |