KR20230173738A - 이차 전지 및 이차 전지의 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 응력이 전극, 및 전극의 리드가 휘어진 형상을 갖는 이차 전지에 접속되는 탭에 집중될 때, 탭이 파괴될 수 있다.
제 1 전극, 제 2 전극, 세퍼레이터, 제 1 리드, 및 제 2 리드를 포함하는 이차 전지는 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 위치하는 제 3 부분을 포함한다. 제 1 전극은 제 1 부분과 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 2 전극과 중첩된다. 제 1 전극은 제 1 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 1 리드는 제 1 접힌 부분에 접속된다. 제 2 전극은 제 2 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 2 리드는 제 2 접힌 부분에 접속된다.
제 1 전극, 제 2 전극, 세퍼레이터, 제 1 리드, 및 제 2 리드를 포함하는 이차 전지는 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 위치하는 제 3 부분을 포함한다. 제 1 전극은 제 1 부분과 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 2 전극과 중첩된다. 제 1 전극은 제 1 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 1 리드는 제 1 접힌 부분에 접속된다. 제 2 전극은 제 2 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 2 리드는 제 2 접힌 부분에 접속된다.
Description
본 발명은 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제작 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는 이차 전지 및 이차 전지의 제작 방법에 관한 것이다.
근년에 웨어러블 장치가 활발히 개발되고 있다. 웨어러블 장치는, 몸에 장착되기 때문에, 몸의 움직임에 따라 휘어지거나 또는 몸의 곡면에 따르도록 곡면 형상을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 웨어러블 장치에 사용되는 이차 전지는 디스플레이 및 다른 하우징과 같이 가요성을 갖는 것이 바람직하다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 금속 래미네이트로 덮이고 휘기 쉽게 할 수 있거나 또는 곡면 상태를 유지하기 쉽게 할 수 있는 전기 화학 장치(예를 들어 이차 전지 또는 용량 소자)가 개시(開示)된다.
곡면 형상을 갖는 이차 전지는 래미네이트 필름 등의 가요성 재료를 사용하여 형성된 외장체를 포함하고, 외장체 외부에 양극 및 음극을 추출하기 위하여 양극 리드 및 음극 리드가 제공된다. 여기서, 양극 리드 및 음극 리드는 외장체 사이에 개재(介在)된다. 양극 리드는 양극에 형성된 양극 탭에 접속되고, 음극 리드는 음극에 형성된 음극 탭에 접속된다. 양극 탭 및 음극 탭은 각 전극에서 가늘고 긴 형상을 갖는다. 따라서, 양극 탭 및 음극 탭은 전극의 주된 부분과 비교하여 크랙 또는 파손 등의 열화가 발생되기 쉽다.
특히, 양극 리드 및 음극 리드가 각각 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이 휘어지는 방향으로 이차 전지의 단부에 접속되는 경우, 이차 전지의 변형으로 인한 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중하는 경향이 있다. 따라서, 예를 들어 이차 전지를 포함하는 곡면 웨어러블 장치의 착탈을 반복할 때, 양극 탭 및 음극 탭은 금이 가거나 파손될 수 있다.
상기 관점에서 보면, 본 발명의 일 형태의 목적은 양극 또는 음극, 특히 양극 탭 또는 음극 탭의 열화를 억제할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 다른 목적은 신규 구조를 갖는 이차 전지, 또는 특히 신규 구조를 갖는 가요성 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 목적은 신규 축전 장치, 또는 신규 이차 전지를 포함하는 전자 기기 등을 제공하는 것이다.
또한, 이들 목적의 기재는 다른 목적의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태에서 모든 목적을 달성할 필요는 없다. 다른 목적은 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이고 추출될 수 있다.
다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따라, 양극 탭 및 음극 탭을, 이차 전지가 휘어질 때 위치 어긋남의 발생이 비교적으로 낮은 위치에 제공한다.
개시하는 발명의 일 형태는 제 1 전극, 제 2 전극, 세퍼레이터, 제 1 리드, 및 제 2 리드를 포함하는 이차 전지이다. 이 이차 전지는 제 1 부분, 제 2 부분, 및 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 위치하는 제 3 부분을 포함한다. 제 1 전극은 제 1 부분과 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 2 전극과 중첩된다. 제 1 전극은 제 1 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 휘어지고, 제 1 리드는 제 1 접힌 부분에 접속된다. 제 2 전극은 제 1 부분 및 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 1 전극과 중첩된다. 제 2 전극은 제 2 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 2 리드는 제 2 접힌 부분에 접속된다.
개시하는 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극, 제 2 전극, 세퍼레이터, 제 1 리드, 및 제 2 리드를 포함하는 이차 전지이다. 이차 전지는 제 1 곡면 형상을 갖는 제 1 부분, 제 2 곡면 형상을 갖는 제 2 부분, 및 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 위치하는 제 3 부분을 포함한다. 제 1 전극은 제 1 부분과 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 2 전극과 중첩된다. 제 1 전극은 제 1 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 1 리드는 제 1 접힌 부분에 접속된다. 제 2 전극은 제 1 부분 및 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 1 전극과 중첩된다. 제 2 전극은 제 2 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 2 리드는 제 2 접힌 부분에 접속된다.
개시하는 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극, 제 2 전극, 세퍼레이터, 제 1 리드, 제 2 리드, 제 1 외장체, 제 2 외장체, 및 제 3 외장체를 포함하는 이차 전지이다. 이차 전지는 제 1 곡면 형상을 갖는 제 1 부분, 제 2 곡면 형상을 갖는 제 2 부분, 및 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 위치하는 제 3 부분을 포함한다. 제 1 전극은 제 1 부분과 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 2 전극과 중첩된다. 제 1 전극은 제 1 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 1 리드는 제 1 접힌 부분에 접속된다. 제 2 전극은 제 1 부분 및 제 2 부분에서 세퍼레이터를 개재하여 제 1 전극과 중첩된다. 제 2 전극은 제 2 접힌 부분을 형성하도록 제 3 부분에서 접히고, 제 2 리드는 제 2 접힌 부분에 접속된다. 제 1 외장체는 제 1 부분에서 제 2 외장체에 부착되고 제 2 부분에서 제 3 외장체에 부착된다. 제 2 외장체는 제 3 부분에서 제 3 외장체에 부착된다.
상기 실시형태에서 제 2 외장체는 제 1 부분과 제 3 부분 사이의 경계에서 접혀도 좋다.
상기 실시형태에서 제 1 외장체와 제 1 전극 또는 제 2 전극 사이에 완충재가 제공되어도 좋다.
상기 실시형태에서, 이차 전지의 제 1 부분 측의 한 끝의 중심점 및 이차 전지의 제 2 부분 측의 한 끝의 중심점이 연결되는 방향에서, 제 1 부분의 길이는 제 2 부분의 길이의 1/3 이상 3배 이하인 것이 바람직하다.
상기 실시형태에서, 복수의 제 1 전극, 복수의 제 2 전극, 및 복수의 세퍼레이터를 적층하여도 좋다. 복수의 제 1 전극은 제 3 부분에서 제 1 리드에 고정되어도 좋다. 복수의 제 2 전극은 제 3 부분에서 제 2 리드에 고정되어도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따라, 양극 또는 음극, 특히 양극 탭 또는 음극 탭의 열화를 억제할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 형태에 따라 신규 구조를 갖는 이차 전지, 또는 특히 신규 구조를 갖는 가요성 이차 전지를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따라 신규 축전 장치, 또는 신규 이차 전지를 포함하는 전자 기기 등을 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 상술한 모든 목적을 반드시 달성할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이고 추출될 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 사시도 및 상면도.
도 2의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 3의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 4의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 상면도.
도 5의 (A) 및 (B)는 각각 이차 전지에 사용될 수 있는 양극 활물질을 도시한 단면도.
도 6은 이차 전지에 사용될 수 있는 도전조제 등을 도시한 단면도.
도 7의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 8의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 9의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 10의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 11의 (A) 내지 (F)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도 및 평면도.
도 12의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도 및 평면도.
도 13의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것.
도 14의 (A) 내지 (D)는 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것.
도 15의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것.
도 16의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 외관 사진 및 그 모식도.
도 17은 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 블록도.
도 18의 (A) 내지 (C)는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 개념도.
도 19는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 회로도.
도 20은 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 회로도.
도 21의 (A) 내지 (C)는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 개념도.
도 22는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 블록도.
도 23은 축전 장치의 전지 제어 유닛의 동작을 나타낸 흐름도.
도 24는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 25의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 26의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 27의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 28은 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 29의 (A) 및 (B)는 자동차의 예를 도시한 것.
도 2의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 3의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 4의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 상면도.
도 5의 (A) 및 (B)는 각각 이차 전지에 사용될 수 있는 양극 활물질을 도시한 단면도.
도 6은 이차 전지에 사용될 수 있는 도전조제 등을 도시한 단면도.
도 7의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 8의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 9의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 10의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도.
도 11의 (A) 내지 (F)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도 및 평면도.
도 12의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 구조예를 도시한 단면도 및 평면도.
도 13의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것.
도 14의 (A) 내지 (D)는 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것.
도 15의 (A) 내지 (C)는 이차 전지의 제작 방법을 도시한 것.
도 16의 (A) 및 (B)는 이차 전지의 외관 사진 및 그 모식도.
도 17은 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 블록도.
도 18의 (A) 내지 (C)는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 개념도.
도 19는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 회로도.
도 20은 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 회로도.
도 21의 (A) 내지 (C)는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 개념도.
도 22는 축전 장치의 전지 제어 유닛을 도시한 블록도.
도 23은 축전 장치의 전지 제어 유닛의 동작을 나타낸 흐름도.
도 24는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 25의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 26의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 27의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 28은 전자 기기의 예를 도시한 것.
도 29의 (A) 및 (B)는 자동차의 예를 도시한 것.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 이하에서 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 기재에 한정되지 않고, 여기에 개시된 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자에 의하여 쉽게 이해된다. 또한, 본 발명은 실시형태의 설명에 한정되어 해석되지 않는다.
"전기적으로 접속된다"라는 말에는 구성 요소들이 "어느 전기적 기능을 갖는 물체"를 통하여 접속되는 경우가 포함된다. 그 물체를 통하여 접속된 구성 요소들 간에서 전기 신호가 송수신될 수 있기만 하면, "어느 전기적 기능을 갖는 물체"에 특별한 한정은 없다.
도면 등에 도시된 각 구성 요소의 위치, 크기, 또는 범위 등은 이해하기 쉽게 하기 위하여 정확하게 도시되지 않는 경우가 있다. 따라서, 개시된 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 또는 범위 등에 반드시 한정될 필요는 없다.
"제 1", "제 2", 및 "제 3" 등의 서수사는 구성 요소들 간의 혼동을 피하기 위하여 사용된다.
또한, "막" 및 "층"이란 말은 경우 또는 상황에 따라 서로 바뀔 수 있다. 예를 들어, "도전층"이란 말은 "도전막"이란 용어 대신에 사용될 수 있고, "절연막"이란 말은 "절연층"이란 말 대신에 사용될 수 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서, 본 발명의 일 형태의 이차 전지의 구조예에 대하여 도 1의 (A) 및 (B), 도 2의 (A) 및 (B), 도 3의 (A) 및 (B), 도 4의 (A) 내지 (C), 도 5의 (A) 및 (B), 도 6, 도 7의 (A) 내지 (C), 도 8의 (A) 내지 (C), 도 9의 (A) 및 (B), 도 10의 (A) 내지 (C), 도 11의 (A) 내지 (F), 및 도 12의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
[1.1 대표적인 구조]
도 1의 (A) 및 (B), 도 2의 (A) 및 (B), 및 도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 이차 전지(10)의 구조를 도시한 것이다. 도 1의 (A)는 이차 전지(10)의 사시도이고, 도 1의 (B)는 이차 전지(10)의 상면도이고, 도 2의 (A) 및 (B) 및 도 3의 (A) 및 (B)는 이차 전지(10)의 단면도이다.
또한, 이차 전지(10)는 도 1의 (A)의 사시도에서 모식적으로 도시된 것이고, 이 구성 요소의 일부(예를 들어, 외장체의 두께)는 이해하기 쉽게 하기 위하여 과장되어 있다. 도 1의 (B)에서, 구성 요소의 일부(예를 들어 외장체(107b), 외장체(107c), 양극 리드(121), 및 음극 리드(125))는 도면의 복잡화를 피하기 위하여 도시를 생략하였다. 도 2의 (A)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A3-A4를 따른 단면도이고, 도 2의 (B)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A5-A6을 따른 단면도이다. 도 3의 (A)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A1-A2를 따른 단면도이고, 도 3의 (B)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A7-A8을 따른 단면도이다. 또한, 도 3의 (B)에서, 구성 요소의 일부(예를 들어 양극 집전체(101), 음극 집전체(105), 양극 리드(121), 음극 리드(125), 및 밀봉층(120))는 도면의 복잡화를 피하기 위하여 모식적으로 도시되었다.
도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)에 도시된 이차 전지(10)는 양극(111), 음극(115), 세퍼레이터(103), 양극 리드(121), 음극 리드(125), 및 가요성을 갖는 외장체(107a) 내지 외장체(107c)를 포함한다. 외장체(107a) 내지 외장체(107c)는 양극(111), 음극(115), 및 세퍼레이터(103)를 둘러싸도록 제공된다. 양극(111)은 양극 집전체(101) 및 양극 활물질층(102)을 포함하고, 음극(115)은 음극 집전체(105) 및 음극 활물질층(106)을 포함한다. 양극 리드(121) 및 음극 리드(125) 각각은 밀봉층(120)을 포함한다. 이차 전지(10)는 외장체(107a) 내지 외장체(107c)에 의하여 둘러싸인 영역에서 전해액(104)을 포함한다.
여기서, 이차 전지(10)는 제 1 부분(11), 제 2 부분(12), 및 제 3 부분(13)으로 구성되고, 제 3 부분(13)은 제 1 부분(11)과 제 2 부분(12) 사이에 위치한다. 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)은 곡면 형상을 갖고, 실질적으로 연속되는 것이 바람직하다. 그러나 제 3 부분(13)의 두께가 두꺼워지는 경우, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)의 곡면 형상은 연속되지 않은 경우가 있다.
도 1의 (A)에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 휘어지는 방향을 제 1 방향(21)이라고 한다. 또한, 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)의 제 1 부분(11) 측(A3 및 A5 측)의 한 끝의 중심점 및 이차 전지(10)의 제 2 부분(12) 측(A4 및 A6 측)의 한 끝의 중심점이 연결되는 방향을 제 2 방향(22)이라고 한다. 제 2 방향(22)은 제 1 방향(21)을 도 1의 (B)의 평면에 대하여 투영한 것이라고 할 수도 있다.
제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에서 양극(111) 및 음극(115)은 세퍼레이터(103)를 개재하여 서로 중첩된다. 즉, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)은 이차 전지(10)에서 기전력을 발생시키는 기능을 갖는다. 또한, 도 2의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 양극(111)은 세퍼레이터(103)를 개재하여 음극(115) 위에 제공된다. 이런 구조에 한정되지 않고, 음극(115)은 세퍼레이터(103)를 개재하여 양극(111) 위에 제공되어도 좋다.
제 3 부분(13)에서, 양극(111)은 접힌 부분(양극(111)의 접힌 부분은 양극 탭이라고도 할 수 있음)을 형성하도록 접히고, 그 접힌 부분은 양극 리드(121)에 접속된다. 음극(115)도 접힌 부분(음극(115)의 접힌 부분은 음극 탭이라고도 할 수 있음)을 형성하도록 접히고, 그 접힌 부분은 음극 리드(125)에 접속된다. 즉, 제 3 부분(13)은 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에서 발생된 기전력을 이차 전지(10) 외부에 추출하는 기능을 갖는다.
여기서, 도 1의 (A) 및 (B)에 도시된 외장체(107a) 내지 외장체(107c)의 외부 끝을 나타내는 얇은 점선 외측의 영역은 외장체의 접합부이고, 외장체(107a) 내지 외장체(107c)는 그 접합부에서 서로 부착된다. 즉, 제 1 외장체(107a) 및 제 2 외장체(107b)는 제 1 부분(11)에서 서로 부착되고, 제 1 외장체(107a) 및 제 3 외장체(107c)는 제 2 부분(12)에서 서로 부착된다. 제 2 외장체(107b)는 제 3 부분(13)에서 제 3 외장체(107c)에 부착된다.
도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 제 3 부분(13)에서, 양극 리드(121)는 밀봉층(120)을 통하여 제 2 외장체(107b)와 제 3 외장체(107c) 사이에 위치한다. 마찬가지로, 음극 리드(125)는 밀봉층(120)을 통하여 제 2 외장체(107b)와 제 3 외장체(107c) 사이에 위치한다.
제 3 부분(13)은 제 1 부분(11) 측 또는 제 2 부분(12) 측으로 접혀도 좋다. 도 1의 (A)에 도시된 바와 같이, θ 1은 외장체(107b)의 제 1 부분(11) 측 및 제 3 부분(13) 측으로 형성된 각도를 나타내고, θ 2는 외장체(107c)의 제 3 부분(13) 측 및 제 2 부분(12) 측으로 형성된 각도를 나타낸다. 또한, θ 1 및 θ 2의 합은 180° 정도가 바람직하고, θ 1 및 θ 2의 각도는 그 범위 내에서 적절히 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 부분(11) 및 제 3 부분(13)은 θ 1이 0°이고 θ 2가 180°일 때 외장체(107b)에서 서로 접촉되어도 좋고, 또는 제 2 부분(12) 및 제 3 부분(13)은 θ 1이 180°이고 θ 2가 0°일 때 외장체(107c)에서 서로 접촉되어도 좋다. 이런 구조는 제 3 부분(13)의 부피가 커지는 것을 방지할 수 있다. 또한, θ 1 및 θ 2가 각각 90°인 이차 전지(10)를 도 1의 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)에 도시하였다.
도 4의 (A)는 이차 전지(10)에 포함된 양극(111), 세퍼레이터(103), 및 음극(115)의 상면도이다. 또한, 도 4의 (A)에 도시된 양극(111)은 양극 탭이 제공되지 않는 상태에 있고, 일점쇄선을 따라 제 3 부분(13)을 접음으로써 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 양극 탭이 제공될 수 있다. 마찬가지로, 도 4의 (A)에 도시된 음극(115)은 음극 탭이 제공되지 않는 상태에 있고, 일점쇄선을 따라 제 3 부분(13)을 접음으로써 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 음극 탭이 제공될 수 있다.
여기서, 양극(111)은 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 2군데 이상을 통하여 연속되는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이런 형상을 가짐으로써, 양극(111)의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)은 이차 전지(10)의 제작에서 리드 전극을 부착할 때 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이런 형상을 가짐으로써, 이차 전지(10)가 제 2 방향(22)으로 신축할 때, 양극(111) 또는 음극(115)은 제 2 방향(22)에 평행하지 않게 이동하는 것을 방지할 수 있고 따라서 제 2 방향(22)으로부터 위치가 어긋나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 음극(115)은 양극(111)과 마찬가지로, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 2군데 이상을 통하여 연속되는 형상을 갖는 것이 바람직하다.
그러나 이런 형상에 한정되지 않고 양극(111) 및 음극(115)은 각각 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 1군데를 통하여 연속되는 형상을 가질 수 있다. 또한, 양극 탭 및 음극 탭을 제 3 부분(13)에서 추출할 수 있도록 양극(111) 및 음극(115)에서 홈 또는 개구를 적절히 제공할 필요가 있다.
세퍼레이터(103)는 단부가 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12) 각각에서 양극(111) 또는 음극(115)의 단부 외측에 위치하도록 제공되는 것이 바람직하다. 또는, 세퍼레이터(103)는 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12) 각각에서 양극(111) 및 음극(115) 중 어느 쪽을 둘러싸도록 봉투 형상 구조를 가져도 좋다. 봉투 형상 구조의 예로서는, 반으로 접힌 하나의 필름의 2변이 접착되는 구조 및 2개의 필름의 3변이 접착되는 구조를 포함한다. 이런 구조를 가짐으로써, 양극(111)과 음극(115) 사이의 단락(short circuit)을 방지할 수 있다. 세퍼레이터(103)는 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이 제 3 부분(13)에 제공될 필요가 없기 때문에 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12) 각각에 제공되어도 좋다. 또한, 이런 구조에 한정되지 않고, 세퍼레이터(103)의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 연속되어, 통합된 세퍼레이터를 가져도 좋다. 이 경우, 양극(111) 또는 음극(115)을 세퍼레이터(103) 이하에 추출할 수 있도록 세퍼레이터(103)에 홈 또는 개구를 적절히 제공할 필요가 있다.
도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 양극(111)은 양극 집전체(101) 및 양극 활물질을 함유하는 양극 활물질층(102)을 포함한다. 마찬가지로, 음극(115)은 음극 집전체(105) 및 음극 활물질을 함유하는 음극 활물질층(106)을 포함한다. 여기서, 양극 활물질층(102) 및 음극 활물질층(106)은 세퍼레이터(103)를 개재하여 서로 대향하도록 제공된다.
또한, 양극(111)의 단부는 도 1의 (B) 및 도 3의 (A) 등에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12) 각각에서 음극(115)의 단부 내측에 위치하도록 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 리튬 등이 양극 활물질에 함유되는 경우, 충방전 시에 양극 활물질층(102)으로부터 음극 활물질층(106)으로 리튬 이온이 이동함으로 인하여 음극(115)의 단부에서 리튬이 석출되는 경우가 있다. 이런 구조를 가짐으로써, 음극(115)의 단부에서의 리튬의 석출을 억제할 수 있다.
도 4의 (C)에 도시된 바와 같이, 양극(111)에서, 양극 활물질층(102)은 양극 집전체(101) 위의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에 대응하는 부분에 제공되면 좋다. 양극 활물질층(102)은 양극 집전체(101) 위의 제 3 부분(13)에 대응하는 부분에 제공될 필요가 없고, 양극 집전체(101)는 제 3 부분(13)에 대응하는 부분에 노출된다. 따라서, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 양극 집전체(101)는 제 3 부분(13)에서 양극 리드(121)에 접속된다.
마찬가지로, 도 4의 (C)에 도시된 바와 같이, 음극(115)에서, 음극 활물질층(106)은 음극 집전체(105) 위의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에 대응하는 부분에 제공되면 좋다. 음극 활물질층(106)은 음극 집전체(105) 위의 제 3 부분(13)에 대응하는 부분에 제공될 필요가 없고, 음극 집전체(105)는 제 3 부분(13)에 대응하는 부분에 노출된다. 따라서, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이, 음극 집전체(105)는 제 3 부분(13)에서 음극 리드(125)에 접속된다. 또한, 도 4의 (C)에 도시된 양극(111)을 뒤집고 도 4의 (C)에 도시된 음극(115)과 중첩시키면 도 1의 (B)에 도시된 바와 같은 평면 구조로 양극 활물질층(102) 및 음극 활물질층(106)을 서로 대향시킬 수 있다.
또한, 도 2의 (A) 및 (B), 및 도 3의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 전해액(104)이 외장체(107a) 내지 외장체(107c)가 둘러싸인 영역에 포함된다. 도 2의 (A) 및 (B) 및 도 3의 (A) 및 (B)에서 양극(111) 또는 음극(115)과 외장체(107a) 내지 외장체(107c)와의 사이의 영역이 전해액(104)으로 채워지지만, 본 발명의 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 양극(111) 또는 음극(115)은 외장체(107a) 내지 외장체(107c) 중 어느 것과 접촉되어도 좋다.
이차 전지(10)는 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에서 곡면 형상을 갖기 때문에, 양극(111), 음극(115), 및 세퍼레이터(103)도 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에서 휘어진다. 양극(111), 음극(115), 및 세퍼레이터(103) 등이 휘어질 때, 양극(111), 음극(115), 및 세퍼레이터(103)는 적층되어 있기 때문에 내경과 외경 간의 차이로 인하여 제 1 방향(21)에서 위치가 어긋난다. 이런 위치의 어긋남은 제 1 방향(21)의 이차 전지(10)의 중심부, 즉 제 3 부분(13)에서 일어나지 않지만, 그 위치 어긋남은 제 1 방향(21)의 이차 전지(10)의 단부, 즉 제 1 부분(11) 측 및 제 2 부분(12) 측의 단부에서 더 자주 일어난다.
여기서 이차 전지(10)와 같은 곡면 형상을 갖는 이차 전지에서, 양극 리드 및 음극 리드가 각각 제 1 방향(21)에서의 단부에 접속될 때, 이차 전지의 변형으로 인한 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중하는 경향이 있다. 양극 탭 및 음극 탭은 각 전극에서 가늘고 긴 형상을 갖기 때문에 전극의 주된 부분과 비교하여 크랙 또는 파손 등의 열화가 발생되기 쉽다. 따라서, 양극 탭 및 음극 탭은 제 2 방향(22)으로의 이차 전지의 신축이 반복될 때 크랙 또는 파손이 발생될 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 이차 전지(10)에는 제 1 부분(11)과 제 2 부분(12) 사이에 제 3 부분(13)이 제공된다. 즉, 이차 전지(10)의 양극 탭 및 음극 탭은 제 1 방향(21)의 이차 전지(10)의 중심부에 제공된다. 그 중심부에서는 양극(111), 음극(115), 및 세퍼레이터(103)에서 위치 어긋남이 거의 일어나지 않기 때문에, 이차 전지(10)의 변형으로 인한 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중되지 않는다. 따라서, 제 2 방향(22)으로의 이차 전지(10)의 신축이 반복되더라도 양극 탭 및 음극 탭의 크랙 또는 파손의 가능성을 저감시킬 수 있다.
이런 구조를 가짐으로써 양극(111) 또는 음극(115), 특히 양극 탭 또는 음극 탭의 열화를 억제할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지(10)를 제공할 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)에서 제 1 방향(21)의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)의 길이는 실질적으로 같지만, 그 길이는 본 발명의 일 형태에서 반드시 같을 필요는 없다. 예를 들어, 제 1 방향(21)에서, 제 1 부분(11)의 길이는 제 2 부분(12)의 길이의 1/9 이상 9배 이하가 바람직하고, 제 2 부분(12)의 길이의 1/3 이상 3배 이하인 것이 더 바람직하다. 마찬가지로, 제 2 방향(22)에서, 제 1 부분(11)의 길이는 제 2 부분(12)의 길이의 1/9 이상 9배 이하가 바람직하고, 제 2 부분(12)의 길이의 1/3 이상 3배 이하인 것이 더 바람직하다. 이런 구조를 가짐으로써, 양극 탭 및 음극 탭을 갖는 제 3 부분(13)은 이차 전지(10)의 곡면 형상으로 인한 위치 어긋남의 발생이 비교적으로 낮은 부분에 제공될 수 있다. 따라서, 양극(111) 또는 음극(115), 특히 양극 탭 또는 음극 탭의 열화를 억제할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지(10)를 제공할 수 있다.
또한, 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 이차 전지(10)의 상면 형상은 실질적으로 직사각형이고, 제 2 방향(22)에 평행한 변이 긴 변이고 제 2 방향(22)에 수직인 변이 짧은 변이지만, 본 발명의 일 형태는 이런 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이차 전지(10)의 상면 형상은 실질적으로 직사각형을 가져도 좋고, 제 2 방향(22)에 수직인 변이 긴 변이고 제 2 방향(22)에 평행한 변이 긴 변이다. 예를 들어, 이차 전지(10)의 상면 형상은 실질적으로 타원형을 가져도 좋다.
이차 전지(10)의 양극(111), 음극(115), 세퍼레이터(103), 전해액(104), 및 외장체(107a) 내지 외장체(107c)에 사용될 수 있는 재료는 이하에서 설명한다.
[1. 2. 양극]
양극(111)은 양극 집전체(101), 및 양극 집전체(101)에 접촉하여 형성된 양극 활물질층(102) 등을 포함한다.
양극 집전체(101)는 스테인리스 스틸, 금, 백금, 알루미늄, 또는 타이타늄 등의 금속 또는 그 합금 등, 도전성이 높고 양극의 전위로 용출되지 않는 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또는, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 또는 몰리브데넘 등 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 또는, 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소를 사용할 수 있다. 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소의 예에는, 지르코늄, 타이타늄, 하프늄, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼, 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐, 코발트, 및 니켈 등이 포함된다. 양극 집전체(101)는 박(foil) 형태, 판 형태(시트 형태), 그물 형태, 펀칭 메탈 형태, 또는 강망(expanded-metal) 형태 등을 적절히 가질 수 있다. 양극 집전체(101)는 두께가 5μm 이상 30μm 이하인 것이 바람직하다. 양극 집전체(101)의 표면에는 흑연 등을 사용한 언더코트층이 제공되어도 좋다.
양극 활물질층(102)은 양극 활물질에 더하여 양극 활물질의 접착력을 높이기 위한 바인더, 및 양극 활물질층(102)의 도전성을 높이기 위한 도전조제 등을 더 포함하여도 좋다.
양극 활물질층(102)에 사용할 수 있는 양극 활물질의 예에는, 올리빈 결정 구조를 갖는 복합 산화물, 층상 암염 결정 구조를 갖는 복합 산화물, 및 스피넬 결정 구조를 갖는 복합 산화물이 포함된다. 예를 들어, LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, V2O5, Cr2O5, 또는 MnO2 등의 화합물을 사용할 수 있다.
특히, LiCoO2는 예를 들어 용량이 높고 LiNiO2보다 대기에서의 안정성이 높고 열 안정성이 높기 때문에 바람직하다.
LiMn2O4 등의 망가니즈를 함유하는 스피넬 결정 구조를 갖는 리튬 함유 재료에 소량의 니켈을 첨가하면 이런 재료를 사용한 이차 전지의 특성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 조성식 Li a Mn b M c O d 로 나타내어지는 리튬 망가니즈 복합 산화물을 양극 활물질로서 사용할 수 있다. 여기서 원소 M은 실리콘, 인, 또는 리튬 및 망가니즈 외의 금속 원소인 것이 바람직하고, 니켈인 것이 더 바람직하다. 또한, 리튬 망가니즈 복합 산화물의 입자 전체가 측정되는 경우 방전 시에 다음을 만족시키는 것이 바람직하다: 0<a/(b＋c)<2;c>0; 및 0.26≤(b＋c)/d<0.5. 또한, 리튬 망가니즈 복합 산화물의 입자 전체에서의 금속, 실리콘, 및 인 등의 조성비는 예를 들어 ICP-MS(inductively coupled plasma mass spectrometer)로 측정될 수 있다. 리튬 망가니즈 복합 산화물의 입자 전체의 산소의 조성비는 예를 들어 EDX(energy dispersive X-ray spectroscopy)로 측정될 수 있다. 또는, 리튬 망가니즈 복합 산화물의 입자 전체의 산소의 조성비는 융해 가스 분석 및 XAFS(X-ray absorption fine structure) 분석의 원자가 평가와 ICP-MS를 조합하여 측정할 수 있다. 또한, 리튬 망가니즈 복합 산화물이란 적어도 리튬 및 망가니즈를 함유하는 산화물이고, 크로뮴, 코발트, 알루미늄, 니켈, 철, 마그네슘, 몰리브데넘, 아연, 인듐, 갈륨, 구리, 타이타늄, 나이오븀, 실리콘, 및 인 등에서 선택된 적어도 하나를 함유하여도 좋다.
고용량을 달성하기 위하여, 리튬 망가니즈 복합 산화물은 표층부와 중심부에서 결정 구조, 결정 방위, 또는 산소 함유량이 다른 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 이런 리튬 망가니즈 복합 산화물을 얻을 수 있도록, 조성식은 다음을 만족시키는 Li a Mn b Ni c O d 인 것이 바람직하다: 1.6≤a≤1.848; 0.19≤c/b≤0.935; 및 2.5≤d≤3. 또한, 조성식 Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3으로 나타내어지는 리튬 망가니즈 복합 산화물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 본 명세서 등에서, 조성식 Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3으로 나타내어지는 리튬 망가니즈 복합 산화물이란, 원료의 양의 비율(몰비)이 Li2CO3:MnCO3:NiO=0.84:0.8062:0.318로 형성되는 것을 말한다. 리튬 망가니즈 복합 산화물이 조성식 Li1.68Mn0.8062Ni0.318O3으로 나타내어지지만, 이 조성은 다른 경우도 있다.
도 5의 (A) 및 (B)는 결정 구조, 결정 방위, 또는 산소 함유량이 다른 영역을 갖는 리튬 망가니즈 복합 산화물의 입자의 단면도의 예를 도시한 것이다.
도 5의 (A)에 도시된 바와 같이, 결정 구조, 결정 방위, 또는 산소 함유량이 다른 영역을 갖는 리튬 망가니즈 복합 산화물은 제 1 영역(331), 제 2 영역(332), 및 제 3 영역(333)을 갖는 것이 바람직하다. 제 2 영역(332)은 제 1 영역(331)의 외측의 적어도 일부에 접촉된다. 여기서, "외측"이란 말은 입자 표면에 더 가까운 측을 말한다. 제 3 영역(333)은 리튬 망가니즈 복합 산화물을 포함하는 입자의 표면에 대응하는 영역을 포함하는 것이 바람직하다.
도 5의 (B)에 도시된 바와 같이, 제 1 영역(331)은 제 2 영역(332)으로 덮이지 않는 영역을 포함하여도 좋다. 제 2 영역(332)은 제 3 영역(333)으로 덮이지 않는 영역을 포함하여도 좋다. 예를 들어, 제 1 영역(331)은 제 3 영역(333)이 접촉되는 영역을 포함하여도 좋다. 제 1 영역(331)은 제 2 영역(332) 및 제 3 영역(333) 중 어느 쪽으로도 덮이지 않는 영역을 포함하여도 좋다.
제 2 영역(332)은 제 1 영역(331)과 다른 조성을 갖는 것이 바람직하다.
예를 들어, 제 1 영역(331)과 제 2 영역(332)의 조성을 따로따로 측정하고 제 1 영역(331) 및 제 2 영역(332)이 각각 리튬, 망가니즈, 원소 M, 및 산소를 함유하고; 제 1 영역(331)의 망가니즈, 원소 M, 및 산소에 대한 리튬의 원자수비가 a1:b1:c1:d1로 나타내어지고; 제 2 영역(332)의 망가니즈, 원소 M, 및 산소에 대한 리튬의 원자수비가 a2:b2:c2:d2로 나타내어지는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 제 1 영역(331)과 제 2 영역(332)의 각 조성은 예를 들어, TEM(transmission electron microscope)을 이용한 EDX(X-ray spectroscopy)로 측정할 수 있다. EDX의 측정에서는, 리튬의 조성비를 측정하기 어려운 경우가 있다. 따라서, 제 1 영역(331)과 제 2 영역(332)의 리튬 외의 원소의 조성비에서의 차이에 대하여 이하에서 설명한다. 여기서, d1/(b1+c1)은 2.2 이상인 것이 바람직하고, 2.3 이상인 것이 더 바람직하고, 2.35 이상 3 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, d2/(b2+c2)는 2.2 미만인 것이 바람직하고, 2.1 미만인 것이 더 바람직하고, 1.1 이상 1.9 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이 경우에도, 제 1 영역(331)과 제 2 영역(332)을 포함하는 리튬 망가니즈 복합 산화물의 입자 전체의 조성은, 상술한 0.26≤(b+c)/d<0.5를 만족시키는 것이 바람직하다.
제 2 영역(332)의 망가니즈의 원자가는, 제 1 영역(331)의 망가니즈와 달라도 좋다. 제 2 영역(332)의 원소 M의 원자가는 제 1 영역(331)의 원소 M과 달라도 좋다.
구체적으로는, 제 1 영역(331)은 층상 암염 결정 구조를 갖는 리튬 망가니즈 복합 산화물인 것이 바람직하다. 제 2 영역(332)은 스피넬 결정 구조를 갖는 리튬 망가니즈 복합 산화물인 것이 바람직하다.
여기서, 영역의 조성 또는 영역의 원소의 원자가가 공간적으로 분포되는 경우, 예를 들어, 복수의 부분에서의 조성 또는 원자가를 얻고, 그 평균값을 산출하고, 그 평균값을 상기 영역의 조성 또는 원자가로 하여도 좋다.
제 2 영역(332)과 제 1 영역(331) 사이에 전이층을 제공하여도 좋다. 여기서, 전이층은, 조성이 연속적으로 또는 단계적으로 변화되는 영역, 결정 구조가 연속적으로 또는 단계적으로 변화되는 영역, 또는 결정의 격자 상수가 연속적으로 또는 단계적으로 변화되는 영역이다. 제 2 영역(332)과 제 1 영역(331) 사이에 혼합층이 제공되어도 좋다. 혼합층은, 예를 들어, 상이한 결정 방위를 갖는 2개 이상의 결정이 혼합되거나, 상이한 결정 구조를 갖는 2개 이상의 결정이 혼합되거나, 또는 상이한 조성을 갖는 2개 이상의 결정이 혼합되는 층이다.
제 3 영역(333)은 탄소 또는 금속 화합물을 함유하는 것이 바람직하다. 이 금속의 예로서는 코발트, 알루미늄, 니켈, 철, 망가니즈, 타이타늄, 아연, 및 리튬이 포함된다. 금속 화합물의 예로서는, 금속의 산화물, 또는 금속의 플루오린화물 등을 들 수 있다.
제 3 영역(333)은 탄소를 함유하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 탄소는 도전성이 높기 때문에, 이차 전지의 전극에서 탄소로 피복된 입자는 전극의 저항을 저감시킬 수 있다. 제 3 영역(333)이 탄소를 함유할 때, 제 3 영역(333)에 접촉되는 제 2 영역(332)을 산화시킬 수 있다. 제 3 영역(333)은 그래핀, 산화 그래핀, 또는 환원된 산화 그래핀을 함유하여도 좋다. 그래핀 및 환원된 산화 그래핀은 도전성이 높다는 우수한 전기 특성, 및 가요성 및 기계적 강도가 높다는 우수한 물성을 갖는다. 또한, 리튬 망가니즈 복합 산화물의 입자를 효율적으로 덮을 수 있다.
제 3 영역(333)이 그래핀 등의 탄소 재료를 포함할 때, 리튬 망가니즈 복합 산화물을 양극 재료로서 사용한 이차 전지는 양호한 사이클 특성을 가질 수 있다.
탄소를 함유하는 층의 두께는 0.4nm 이상 40nm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 리튬 망가니즈 복합 산화물의 일차 입자의 평균 크기가 예를 들어 5nm 이상 50μm 이하인 것이 바람직하고, 100nm 이상 500nm 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 비표면적이 5m2/g 이상 15m2/g 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이차 입자의 평균 크기가 5μm 이상 50μm 이하인 것이 바람직하다. 또한 평균 입자 크기는, SEM(scanning electron microscope) 또는 TEM에 의한 관찰, 또는 레이저 회절 산란법을 이용한 입도 분포 측정기 등에 의하여 측정할 수 있다. 비표면적은 가스 흡착법에 의하여 측정할 수 있다.
또는, 양극 활물질층(102)으로서 복합 재료(LiMPO4(일반식)(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II) 중 하나 이상))를 사용할 수 있다. 재료로서 사용될 수 있는 일반식 LiMPO4의 대표적인 예로서는, LiFePO4, LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFe a Ni b PO4, LiFe a Co b PO4, LiFe a Mn b PO4, LiNi a Co b PO4, LiNi a Mn b PO4(a+b≤1, 0<a<1, 및 0<b<1), LiFe c Ni d Co e PO4, LiFe c Ni d Mn e PO4, LiNi c Co d Mn e PO4(c+d+e≤1, 0<c<1, 0<d<1, 및 0<e<1), 및 LiFe f Ni g Co h Mn i PO4(f+g+h+i≤1, 0<f<1, 0<g<1, 0<h<1, 및 0<i<1) 등의 리튬 화합물이다.
특히 LiFePO4는 안전성, 안정성, 고용량 밀도, 및 초기 산화 시(충전 시)에 추출될 수 있는 리튬 이온의 존재 등, 양극 활물질을 위한 요구 조건을 균형적으로 만족시키기 때문에 바람직하다.
또는, Li( 2-j ) MSiO4(일반식)(M은 Fe(II), Mn(II), Co(II), 및 Ni(II) 중 하나 이상; 0≤j≤2) 등의 복합 재료를 양극 활물질층(102)으로서 사용할 수 있다. 재료로서 사용될 수 있는 일반식 Li( 2-j ) MSiO4의 대표적인 예는, Li( 2-j )FeSiO4, Li( 2-j )NiSiO4, Li( 2-j )CoSiO4, Li( 2-j )MnSiO4, Li( 2-j )Fe k Ni l SiO4, Li( 2-j )Fe k Co l SiO4, Li( 2-j )Fe k Mn l SiO4, Li( 2-j )Ni k Co l SiO4, Li( 2-j )Ni k Mn l SiO4(k+l≤1, 0<k<1, 및 0<l<1), Li( 2-j )Fe m Ni n Co q SiO4, Li( 2-j )Fe m Ni n Mn q SiO4, Li( 2-j )Ni m Co n Mn q SiO4(m+n+q≤1, 0<m<1, 0<n<1, 및 0<q<1), 및 Li( 2-j )Fe r Ni s Co t Mn u SiO4(r+s+t+u≤1, 0<r<1, 0<s<1, 0<t<1, 및 0<u<1) 등의 리튬 화합물이다.
또는, 양극 활물질로서 A x M 2(XO4)3(일반식)(A=Li, Na, 또는 Mg, M=Fe, Mn, Ti, V, 또는 Nb, X=S, P, Mo, W, As, 또는 Si)으로 나타내어지는 나시콘형 화합물을 사용할 수 있다. 나시콘형 화합물의 예는 Fe2(MnO4)3, Fe2(SO4)3, 및 Li3Fe2(PO4)3이다. 또는, 양극 활물질로서 예를 들어, 일반식 Li2 MPO4F, Li2 MP2O7, 및 Li5 MO4(M=Fe 또는 Mn)로 나타내어지는 화합물, NaFeF3 및 FeF3 등의 페로브스카이트형 플루오린화물, TiS2 및 MoS2 등의 금속 칼코게나이드(황화물, 셀레늄화물, 및 텔루륨화물), LiMVO4 등의 역스피넬형 결정 구조를 갖는 산화물, 바나듐 산화물계 재료(예를 들어 V2O5, V6O13, 및 LiV3O8), 망가니즈 산화물계 재료, 및 유기 황화합물계 재료를 사용할 수 있다.
캐리어 이온이 리튬 이온 이외의 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온인 경우, 양극 활물질은 리튬 대신에, 알칼리 금속(예를 들어, 소듐 또는 포타슘), 또는 알칼리 토금속(예를 들어, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 베릴륨, 또는 마그네슘)을 함유하여도 좋다. 예를 들어, NaFeO2 또는 Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2 등 소듐 함유 층상 산화물이어도 좋다.
또는, 상술한 재료 중 어느 것을 양극 활물질로서 사용하기 위하여 조합하여도 좋다. 예를 들어, 상술한 재료 중 2개 이상을 조합하여 얻어진 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어 LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2 및 Li2MnO3의 고용체를 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 양극 활물질층(102) 표면에 탄소층 등 도전성 재료를 제공하여도 좋다. 탄소층 등 도전성 재료를 사용함으로써 전극의 도전성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 양극 활물질의 소성 시에 글루코스 등 탄수화물을 혼합함으로써, 양극 활물질층(102)을 탄소층으로 덮을 수 있다.
양극 활물질층(102)의 일차 입자의 평균 입경은 50nm 이상 100μm 이하가 바람직하다.
도전조제의 예로서는, 탄소 재료, 금속 재료, 및 도전성 세라믹 재료를 포함한다. 또는, 도전조제로서 섬유상 재료를 사용하여도 좋다. 활물질층 내의 도전조제의 함유량은 1wt% 이상 10wt% 이하인 것이 바람직하고, 1wt% 이상 5wt% 이하인 것이 더 바람직하다.
도전조제에 의하여 전극에 전기 전도를 위한 네트워크를 형성할 수 있다. 도전조제에 의하여 양극 활물질의 입자들 간의 전기 전도의 경로를 유지시키는 것도 가능하다. 활물질층에 도전조제를 첨가함으로써 활물질층의 전기 전도성이 증가된다.
도전조제의 예로서는 천연 흑연, 메소카본 마이크로비즈 등의 인조 흑연, 및 탄소 섬유를 포함한다. 탄소 섬유의 예에는, 메소페이스 피치계 탄소 섬유, 등방성 피치계 탄소 섬유, 카본 나노섬유, 및 카본 나노튜브가 포함된다. 카본 나노튜브는, 예를 들어 기상 증착법(vapor deposition method)에 의하여 형성할 수 있다. 도전조제의 다른 예는 카본블랙(예를 들어 아세틸렌 블랙(AB)), 그래파이트(흑연) 입자, 그래핀, 및 풀러렌 등의 탄소 재료를 포함한다. 또는, 구리, 니켈, 알루미늄, 은, 또는 금 등의 금속 분말 또는 금속 섬유, 또는 도전성 세라믹 재료 등을 사용할 수 있다.
인편상 그래핀은 도전성이 높다는 우수한 전기 특성 및 가요성과 기계적 강도가 높다는 우수한 물성을 갖는다. 따라서, 도전조제로서의 그래핀의 사용은 활물질들의 접촉점 및 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에서의 그래핀은, 단층 그래핀 또는 2층 내지 100층을 포함한 다층 그래핀을 포함한다. 단층 그래핀이란, π결합을 갖는 탄소 분자의 1원자 두께의 시트를 말한다. 산화 그래핀이란, 이러한 그래핀의 산화에 의하여 형성된 화합물을 말한다. 산화 그래핀을 환원시켜 그래핀을 형성하는 경우, 산화 그래핀에 포함되는 산소는 완전히 방출되지 않고, 일부의 산소는 그래핀에 잔존한다. 그래핀이 산소를 함유하는 경우, XPS에 의하여 측정되는 그래핀 내의 산소의 비율은 2atomic% 이상 11atomic% 이하, 바람직하게는 3atomic% 이상 10atomic% 이하이다.
그래핀은 저저항의 면 접촉을 가능하게 하고, 두께가 작아도 도전성이 매우 높다. 그러므로, 그래핀은 소량이어도 활물질층 내에서 도전 경로를 효율적으로 형성할 수 있다.
평균 입자 크기가 작은(예를 들어 1μm 이하) 활물질을 사용하는 경우에는 활물질의 비표면적이 크므로 활물질 입자를 위한 도전 경로가 더 필요하다. 이와 같은 경우에는, 소량으로도 효율적으로 도전 경로를 형성할 수 있는 도전성이 매우 높은 그래핀을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
도전조제로서 그래핀을 포함하는 양극 활물질층의 단면 구조예에 대하여 이하에서 설명한다. 또한, 음극 활물질층은 도전조제로서 그래핀을 함유하여도 좋다.
도 6은 양극 활물질층(102)의 종단면도이다. 양극 활물질층(102)이 양극 활물질 입자(322), 도전조제로서 그래핀 플레이크(321), 및 바인더(미도시)를 포함한다.
도 6의 양극 활물질층(102)의 종단면은 양극 활물질층(102)에서 그래핀 플레이크(321)를 실질적으로 균일하게 분산시키는 것을 나타낸다. 도 6에서는 그래핀 플레이크(321)를 모식적으로 굵은 선으로 나타내었지만, 실제로는 탄소 분자의 단층 또는 다층의 두께에 상당하는 두께를 각각 갖는 박막이다. 복수의 그래핀 플레이크(321)는 복수의 양극 활물질 입자(322)의 표면을 둘러싸거나, 덮거나, 또는 복수의 양극 활물질 입자(322)의 표면에 접착되는 식으로 형성되므로, 그래핀 플레이크(321)는 양극 활물질 입자(322)에 의하여 면 접촉된다. 또한, 그래핀 플레이크(321)도 서로 면 접촉되고, 복수의 그래핀 플레이크(321)는 전기 전도성을 위한 3차원 네트워크를 형성한다.
이것은 극성 용매 중에서 매우 높은 분산성을 갖는 산화 그래핀이 그래핀 플레이크(321)의 형성에 사용되기 때문이다. 분산매는 산화 그래핀이 균일하게 분산되는 현탁액으로부터 휘발되어 제거되고, 산화 그래핀은 그래핀으로 환원되므로; 양극 활물질층(102)에 잔존하는 그래핀 플레이크(321)는 서로 부분적으로 중첩되고 분산되므로 면 접촉이 이루어져, 전기 전도성 경로가 형성된다. 이때, 예를 들어 가열 처리 또는 환원제의 사용에 의하여 산화 그래핀이 환원되는 것이 바람직하다.
활물질과 점 접촉되는 아세틸렌 블랙 등의, 종래의 입자 형상의 도전조제와 달리, 그래핀 플레이크(321)는 저저항 면 접촉을 가능하게 할 수 있기 때문에, 양극 활물질 입자(322)와 그래핀 플레이크(321) 사이의 전기 전도성이 도전조제의 양을 증가시키지 않고 향상될 수 있다. 따라서, 양극 활물질층(102)에서의 양극 활물질 입자(322)의 비율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지의 방전 용량이 증가될 수 있다.
그래핀 플레이크들이 서로 결합되어 그물 형태의 그래핀(이후 그래핀 네트라고 함)을 형성한다. 활물질을 덮는 그래핀 네트는 입자들을 결합하는 바인더로서 기능할 수 있다. 따라서, 바인더의 양은 저감될 수 있고, 또는 바인더를 사용할 필요가 없다. 이에 의하여 전극 체적 또는 전극 중량에서의 활물질의 비율을 증가시킬 수 있다. 즉, 이차 전지의 용량이 증가될 수 있다.
본 발명의 일 형태의 이차 전지에 사용되는 전극을 형성하기 위하여 다양한 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 활물질층이 도포법에 의하여 집전체 위에 형성되는 경우, 활물질, 바인더, 도전조제, 및 분산매(용매라고도 함)를 페이스트를 형성하기 위하여 혼합하고, 그 페이스트를 집전체에 첨가하고, 분산매를 증발시킨다. 그 후, 필요하면 활물질층은 롤 프레스 방법 또는 평판 프레스 방법 등의 압축 방법으로 프레스하여 압밀하여도 좋다.
분산매로서, 예를 들어 물, N-메틸피롤리돈(NMP) 또는 다이메틸폼아마이드 등의 극성 유기 용매를 사용할 수 있다. 안전성 및 비용의 관점에서 물이 사용되는 것이 바람직하다.
예를 들어 바인더는 수용성 고분자를 포함하는 것이 바람직하다. 수용성 고분자로서는 예를 들어 다당류 등을 사용할 수 있다. 다당류로서는 카복시메틸 셀룰로스(CMC), 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 셀룰로스, 다이아세틸 셀룰로스, 또는 재생 셀룰로스 등의 셀룰로스 유도체, 또는 전분(starch) 등을 사용할 수 있다.
바인더로서, 스타이렌-뷰타다이엔 고무(SBR), 스타이렌-아이소프렌-스타이렌 고무, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔 고무, 뷰타다이엔 고무, 플루오린 고무, 또는 에틸렌-프로필렌-다이엔 공중합체 등의 고무 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이들 고무 재료 중 어느 것은 상술한 수용성 고분자와 조합하여 사용되는 것이 더 바람직하다.
또는, 바인더로서는 폴리스타이렌, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리아크릴산 소듐, 폴리바이닐 알코올(PVA), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리이미드, 폴리 염화 바이닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아이소뷰틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론, 폴리플루오린화 바이닐리덴(PVdF), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리바이닐클로라이드, 에틸렌-프로필렌-다이엔 폴리머, 폴리바이닐아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 또는 나이트로셀룰로스 등의 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
바인더에는 상술한 재료 중 2개 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
양극 활물질층(102) 내의 바인더의 함유량은 1wt% 이상 10wt% 이하인 것이 바람직하고, 2wt% 이상 8wt% 이하인 것이 더 바람직하고, 3wt% 이상 5wt% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 양극 활물질층(102) 내의 도전조제의 함유량은 1wt% 이상 10wt% 이하인 것이 바람직하고, 1wt% 이상 5wt% 이하인 것이 더 바람직하다.
도포법에 의하여 양극 활물질층(102)을 형성하는 경우에는, 양극 활물질, 바인더, 및 도전조제를 혼합하여 양극 페이스트(슬러리)를 형성하고, 이 양극 페이스트를 양극 집전체(101)에 도포하고 건조시킨다.
[1.3 음극]
음극(115)은 예를 들어, 음극 집전체(105), 및 음극 집전체(105) 상에 형성된 음극 활물질층(106)을 포함한다.
음극 집전체(105)는 스테인리스 스틸, 금, 백금, 철, 구리, 타이타늄 등의 금속 또는 이들의 합금 등, 도전성이 높으며 리튬 등의 캐리어 이온과 합금화되지 않는 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또는, 실리콘, 타이타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 또는 몰리브데넘 등 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 음극 집전체(105)는 박 형태, 판 형태(시트 형태), 그물 형태, 펀칭 메탈 형태, 또는 강망 형태 등을 적절히 가질 수 있다. 음극 집전체(105)는 두께가 5μm 이상 30μm 이하인 것이 바람직하다. 음극 집전체(105)의 표면에는 흑연 등을 사용한 언더코트층이 제공되어도 좋다.
음극 활물질층(106)은 음극 활물질에 더하여 음극 활물질의 접착력을 높이기 위한 바인더, 및 음극 활물질층(106)의 도전성을 높이기 위한 도전조제 등을 더 포함하여도 좋다. 음극 활물질층에 사용되는 바인더 및 도전조제의 재료에는, 양극 활물질층에 사용되는 바인더 및 도전조제의 재료를 참조할 수 있다.
리튬이 용해 및 석출 가능한 재료 또는 리튬 이온과 가역적인 반응이 가능한 재료는 음극 활물질에 사용될 수 있고, 예를 들어, 리튬 금속, 탄소계 재료, 또는 합금계 재료 등이 사용될 수 있다.
리튬 금속은 낮은 산화환원 전위(표준 수소 전극보다 3.045V 낮음) 및 중량 및 체적당 높은 비용량(3860mAh/g 및 2062mAh/cm3임) 때문에 바람직하다.
탄소계 재료의 예에는 흑연, 흑연화 탄소(소프트 카본), 비(非)흑연화 탄소(하드 카본), 카본 나노튜브, 그래핀, 및 카본 블랙 등이 포함된다.
흑연의 예에는 메소카본 마이크로비즈(MCMB), 코크스계 인조 흑연, 및 피치계 인조 흑연 등의 인조 흑연, 및 구상(spherical) 천연 흑연 등의 천연 흑연이 포함된다.
흑연은 리튬 이온이 흑연에 삽입되었을 때(리튬-흑연 층간 화합물이 형성될 때)에 리튬 금속과 실질적으로 같은 낮은 전위를 갖는다(0.1V 내지 0.3V vs. Li/Li+). 이 이유로, 리튬 이온 이차 전지는 높은 작동 전압을 가질 수 있다. 또한 흑연은, 단위 체적당 용량이 비교적 높고, 체적 팽창이 작고, 가격이 싸고, 리튬 금속보다 안전성이 높은 등의 장점이 있으므로 바람직하다.
음극 활물질로서, 상기 탄소 재료 외에, 캐리어 이온과의 합금화 및 탈합금화 반응에 의하여 충방전 반응을 가능하게 하는 합금계 재료가 사용될 수 있다. 캐리어 이온이 리튬 이온인 경우, 예를 들어, Mg, Ca, Al, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, 및 In 등 중 적어도 하나를 함유하는 재료가 합금계 재료로서 사용될 수 있다. 이러한 원소는 탄소보다 큰 용량을 갖는다. 특히, 실리콘은 4200mAh/g이라는 현저히 높은 이론 용량을 갖는다. 이 이유로, 음극 활물질에 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 이런 원소를 포함한 합금계 재료의 예는 Mg2Si, Mg2Ge, Mg2Sn, SnS2, V2Sn3, FeSn2, CoSn2, Ni3Sn2, Cu6Sn5, Ag3Sn, Ag3Sb, Ni2MnSb, CeSb3, LaSn3, La3Co2Sn7, CoSb3, InSb, 및 SbSn이다.
또는, SiO, SnO, SnO2, 이산화 타이타늄(TiO2), 리튬 타이타늄 산화물(Li4Ti5O12), 리튬-흑연 층간 화합물(Li x C6), 오산화 나이오븀(Nb2O5), 산화 텅스텐(WO2), 또는 산화 몰리브데넘(MoO2) 등의 산화물을 음극 활물질에 사용할 수 있다.
또한, SiO란, 실리콘이 풍부한 부분(silicon-rich portion)을 포함하는 실리콘 산화물의 분말을 말하며, SiO y (2>y>0)라고 할 수도 있다. SiO의 예는 Si2O3, Si3O4, 및 Si2O 중 하나 이상을 포함하는 재료, 및 Si 분말과 이산화 실리콘(SiO2)의 혼합물을 포함한다. 또한, SiO는 다른 원소(예를 들어, 탄소, 질소, 철, 알루미늄, 구리, 타이타늄, 칼슘, 및 망가니즈)를 함유하여도 좋다. 바꿔 말하면, SiO는 단결정 실리콘, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, Si2O3, Si3O4, Si2O, 및 SiO2 중 2개 이상을 함유하는 착색 재료를 말한다. 그러므로, SiO는 투명하고 무색 또는 백색인 SiO x (x는 2 이상)와 구별될 수 있다. 또한, 이차 전지가 그 재료로서 SiO를 사용하여 제작되고 SiO가 충방전 사이클의 반복 때문에 산화되는 경우, SiO가 SiO2로 변화되는 경우가 있다.
또는 음극 활물질로서, 리튬 및 전이 금속을 함유하는 질화물인, Li3N 구조를 갖는 Li3- x M x N(M=Co, Ni, 또는 Cu)을 사용할 수 있다. 예를 들어, Li2.6Co0.4N3은 충방전 용량이 높기(900mAh/g 및 1890mAh/cm3) 때문에 바람직하다.
리튬 및 전이 금속을 함유하는 질화물을 사용하면, 음극 활물질에 리튬 이온이 함유되기 때문에, 음극 활물질을, V2O5 또는 Cr3O8 등 리튬 이온을 함유하지 않는 양극 활물질의 재료와 조합하여 사용할 수 있으므로 바람직하다. 양극 활물질로서 리튬 이온을 함유하는 재료를 사용하는 경우에는, 양극 활물질에 함유되는 리튬 이온을 미리 추출함으로써, 리튬 및 전이 금속을 함유하는 질화물을 음극 활물질에 사용할 수 있다.
또는, 컨버전 반응(conversion reaction)을 일으키는 재료를 음극 활물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 산화 코발트(CoO), 산화 니켈(NiO), 또는 산화 철(FeO) 등 리튬과의 합금화 반응이 일어나지 않는 전이 금속 산화물을 음극 활물질로서 사용하여도 좋다. 컨버전 반응을 일으키는 재료의 다른 예에는, Fe2O3, CuO, Cu2O, RuO2, 및 Cr2O3 등의 산화물, CoS0.89, NiS, 또는 CuS 등의 황화물, Zn3N2, Cu3N, 및 Ge3N4 등의 질화물, NiP2, FeP2, 및 CoP3 등의 인화물, 및 FeF3 및 BiF3 등의 플루오린화물이 포함된다. 또한, 전위가 높기 때문에 상기 플루오린화물 중 어느 것을 양극 활물질로서 사용할 수 있다.
도포법에 의하여 음극 활물질층(106)을 형성하는 경우에는, 음극 활물질 및 바인더를 혼합하여 음극 페이스트(슬러리)를 형성하고, 이 음극 페이스트를 음극 집전체(105)에 도포하고 건조시킨다.
음극 활물질층(106)의 표면에 그래핀이 형성되어도 좋다. 음극 활물질로서 실리콘을 사용하는 경우, 충방전 사이클에 있어서 캐리어 이온의 흡장 및 방출로 인하여 실리콘의 체적이 크게 변화된다. 따라서, 음극 집전체(105)와 음극 활물질층(106) 사이의 접착력이 저하되고, 결과적으로 충방전에 의하여 전지 특성이 열화된다. 따라서, 실리콘을 함유하는 음극 활물질층(106)의 표면에 그래핀이 형성되면, 충방전 사이클에 있어서 실리콘의 체적이 변화된 경우에도 음극 집전체(105)와 음극 활물질층(106) 사이의 접착력의 저하를 억제할 수 있어, 전지 특성의 열화를 저감시킬 수 있으므로 바람직하다.
또는, 음극 활물질층(106)의 표면에 산화물 등의 도포막이 형성되어도 좋다. 충전 시에 전해액 등의 분해 등에 의하여 형성되는 도포막은 그 형성 시에 사용된 전하를 방출할 수 없어, 비가역 용량을 형성한다. 한편, 음극 활물질층(106)의 표면에 미리 제공된 산화물 등의 그 막은 비가역 용량의 발생을 저감시키거나 또는 방지할 수 있다.
음극 활물질층(106)을 도포하는 도포막으로서, 나이오븀, 타이타늄, 바나듐, 탄탈럼, 텅스텐, 지르코늄, 몰리브데넘, 하프늄, 크로뮴, 알루미늄, 및 실리콘 중 어느 하나의 산화물막, 또는 이들 원소 중 어느 것과 리튬을 함유하는 산화물막을 사용할 수 있다. 이런 막은, 종래의 전해액의 분해 생성물로 인하여 음극의 표면에 형성된 막보다 더 치밀하다.
예를 들어, 산화 나이오븀(Nb2O5)은 전기 전도성이 10-9S/cm로 낮고 높은 절연성을 갖는다. 이 이유로, 산화 나이오븀막은 음극 활물질과 전해액 사이의 전기화학적 분해 반응을 저해한다. 반면에, 산화 나이오븀은 10-9cm2/sec의 리튬 확산 계수 및 높은 리튬 이온 전도성을 갖는다. 따라서, 산화 나이오븀은 리튬 이온을 투과시킬 수 있다. 또는, 산화 실리콘 또는 산화 알루미늄을 사용하여도 좋다.
졸-겔법은 예를 들어 음극 활물질층(106)을 도포막으로 도포하기 위하여 이용될 수 있다. 졸-겔법은, 금속 알콕사이드 또는 금속염 등의 용액을 가수 분해 반응 및 중축합 반응에 의하여 유동성을 상실한 겔로 변화시키고 이 겔을 소성한다. 이 졸-겔법에서 박막은 액상으로부터 형성되기 때문에, 원료가 분자 레벨로 균일하게 혼합될 수 있다. 이 이유로, 용매인 금속 산화물막의 원료에 흑연과 같은 음극 활물질을 첨가함으로써, 활물질이 겔 중으로 쉽게 분산될 수 있다. 이와 같이 하여, 음극 활물질층(106)의 표면에 도포막을 형성할 수 있다. 이차 전지의 용량의 저감은 도포막을 사용하여 방지할 수 있다.
[1.4 세퍼레이터]
세퍼레이터(103)의 재료로서, 셀룰로스, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리뷰텐, 나일론, 폴리에스터, 폴리설폰, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리플루오린화바이닐리덴, 또는 테트라플루오로에틸렌 등의 다공성 절연체를 사용할 수 있다. 또는, 유리 섬유 등의 부직포, 또는 유리 섬유와 고분자 섬유를 혼합한 격막(diaphragm)을 사용하여도 좋다.
[1.5. 전해액]
이차 전지(10)에 사용되는 전해액(104)의 용매로서, 비양성자성 유기 용매가 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 뷰틸렌 카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 바이닐렌 카보네이트, γ-뷰티로락톤, γ-발레로락톤, 다이메틸 카보네이트(DMC), 다이에틸 카보네이트(DEC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 폼산 메틸, 아세트산 메틸, 뷰티르산 메틸, 1,3-다이옥세인, 1,4-다이옥세인, 다이메톡시에테인(DME), 다이메틸 설폭사이드, 다이에틸 에터, 메틸 다이글라임, 아세토나이트릴, 벤조나이트릴, 테트라하이드로퓨란, 설폴레인, 및 설톤 중 하나를 사용할 수 있거나, 이들 용매 중 2개 이상을 적절한 조합 및 적절한 비율로 사용할 수 있다.
전해액의 용매로서 겔화된 고분자 재료를 사용하면, 액체 누설에 대한 안전성이 향상된다. 또한, 이차 전지를 더 얇고 더 가볍게 할 수 있다. 겔화된 고분자 재료의 대표적인 예에는, 실리콘(silicone) 겔, 아크릴 겔, 아크릴로나이트릴 겔, 폴리에틸렌 옥사이드계 겔, 폴리프로필렌 옥사이드계 겔, 및 플루오린계 폴리머 겔 등이 포함된다.
또는, 전해액의 용매로서 난연성 및 난휘발성인 이온성 액체(상온 용융염) 중 하나 이상을 사용함으로써, 이차 전지가 내부 단락되거나 과충전 등으로 인하여 내부 온도가 상승하는 경우에도 이차 전지가 파열 또는 발화되는 것을 방지할 수 있다.
캐리어로서 리튬 이온을 사용하는 경우, 상술한 용매에 용해되는 전해질로서는 LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiAlCl4, LiSCN, LiBr, LiI, Li2SO4, Li2B10Cl10, Li2B12Cl12, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiC(CF3SO2)3, LiC(C2F5SO2)3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C4F9SO2)(CF3SO2), 및 LiN(C2F5SO2)2 등의 리튬염 중 하나를 사용할 수 있거나, 또는 이들 리튬염 중 2개 이상을 적절한 조합 및 적절한 비율로 사용할 수 있다.
이차 전지에 사용되는 전해액은 고순도화되기 위하여, 먼지 입자, 및 전해액의 구성 원소 이외의 원소(이하에서는 단순히 불순물이라고도 함)를 소량으로 함유하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 전해액에 대한 불순물의 중량비는 1% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, 더 바람직하게는 0.01% 이하이다. 전해액에 바이닐렌 카보네이트 등의 첨가제를 첨가하여도 좋다.
[1.6. 외장체]
다양한 이차 전지의 구조가 있고, 본 실시형태에서는 외장체(107a) 내지 외장체(107c)의 형성에 필름을 사용한다. 또한 외장체(107a) 내지 외장체(107c)에 사용되는 필름은 금속 필름(예를 들어, 알루미늄 필름, 스테인리스 스틸 필름, 및 니켈 스틸 필름), 유기 재료로 이루어진 플라스틱 필름, 유기 재료(예를 들어, 유기 수지 또는 섬유) 및 무기 재료(예를 들어, 세라믹)를 포함하는 하이브리드 재료 필름, 및 탄소 함유 무기 필름(예를 들어, 카본 필름 또는 흑연 필름) 중에서 선택된 단층 필름; 또는 상술한 필름 중 2개 이상을 포함하는 적층 필름이다. 엠보싱에 의하여 금속 필름의 표면에 오목부 또는 돌출부를 형성하는 것은 외기에 노출되는 외장체(107a) 내지 외장체(107c)의 표면적을 증대시켜, 우수한 열방산이 달성된다.
외부로부터 가해지는 힘에 의하여 이차 전지(10)가 변형되는 경우, 이차 전지(10)의 외장체(107a) 내지 외장체(107c)에 휨 응력이 외부로부터 가해진다. 이에 의하여 외장체(107a) 내지 외장체(107c)가 부분적으로 변형되거나 손상될 수 있다. 외장체(107a) 내지 외장체(107c)에 형성된 돌출부 또는 오목부는 외장체(107a) 내지 외장체(107c)에 가해진 응력에 기인한 스트레인을 완화할 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 "스트레인"은 물체의 기준(초기) 길이에 대한 물체의 점의 변위를 가리키는 변형의 규모이다. 외장체(107a) 내지 외장체(107c) 표면에 형성된 오목부 또는 돌출부는 이차 전지에 외력이 가해짐으로 인한 스트레인의 영향을 허용 수준으로 줄일 수 있다. 그러므로, 신뢰성이 높은 이차 전지를 제공할 수 있다.
[2. 변형예 1]
도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)는 양극(111) 및 음극(115) 각각이 단층 구조를 갖는 이차 전지(10)를 도시한 것이지만, 본 발명의 일 형태는 이런 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 이차 전지(10)에서, 양극(111) 및 음극(115)은 각각 적층 구조를 가져도 좋다. 도 7의 (A) 내지 (C)는 양극(111) 및 음극(115) 각각이 2층 구조를 갖는 이차 전지(10)를 도시한 것이다. 또한, 도 7의 (A)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A3-A4를 따른 단면도이고, 도 7의 (B)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A5-A6을 따른 단면도이고, 도 7의 (C)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A1-A2를 따른 단면도이다.
도 7의 (A) 내지 (C)에 도시된 이차 전지(10)는 외장체(107a) 측에서 음극(115), 양극(111), 양극(111), 및 음극(115)이 이 순서대로 포함되고, 세퍼레이터(103)는 음극(115)과 양극(111) 사이에 제공된다. 또한, 도 7의 (C)에 도시된 바와 같이, 양극(111)에서, 양극 활물질층(102)이 양극 집전체(101)의 각 표면에 형성되고, 음극(115)에서, 음극 활물질층(106)은 음극 집전체(105)의 각 표면에 형성된다. 양극 활물질층(102) 및 음극 활물질층(106)은 세퍼레이터(103)를 개재하여 서로 대향한다. 또한, 도 7의 (A) 내지 (C)에 도시된 이차 전지(10)에서, 세퍼레이터(103)는 한 쌍의 양극(111)을 둘러싸는 봉투 형상의 구조를 갖는다. 물론, 세퍼레이터(103)는 하나의 양극(111)을 둘러싸도록 봉투 형상 구조가 제공되어도 좋다.
이런 식으로, 단위 면적당 이차 전지(10)의 용량은 복수의 양극(111) 및 복수의 음극(115)을 적층함으로써 증가될 수 있다.
도 7의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 복수의 양극(111)은 제 3 부분(13)에서 양극 리드(121)에 고정되고, 복수의 음극(115)은 제 3 부분(13)에서 음극 리드(125)에 고정된다.
상술한 바와 같이, 이차 전지(10)와 같이 곡면 형상을 갖는 이차 전지에서, 양극 리드 및 음극 리드 각각이 제 1 방향(21)에서의 단부에 접속될 때, 이차 전지의 변형으로 인한 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중하는 경향이 있다. 특히 복수의 양극 및 복수의 음극이 적층되고 복수의 전극 탭이 리드 전극에 통합하여 고정될 때, 이차 전지의 변형으로 인한 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중하는 경향이 있다. 따라서, 양극 탭 및 음극 탭은 제 2 방향(22)으로의 이차 전지의 신축이 반복될 때 크랙 또는 파손이 발생되기 쉽다.
그러나, 도 7의 (A) 내지 (C)에 도시된 이차 전지(10)에서, 복수의 양극 탭 및 복수의 음극 탭은 제 3 부분(13)(제 1 방향(21)에서의 이차 전지(10)의 중심부)에 제공된다. 그 중심부에서 양극(111), 음극(115), 및 세퍼레이터(103)에서 위치 어긋남이 거의 일어나지 않기 때문에, 이차 전지(10)의 변형으로 인한 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중되지 않는다. 따라서, 제 2 방향(22)으로의 이차 전지(10)의 신축이 반복되더라도 양극 탭 및 음극 탭의 크랙 또는 파손의 가능성을 저감시킬 수 있다.
이런 구조를 가짐으로써 양극(111) 또는 음극(115), 특히 양극 탭 또는 음극 탭의 열화를 억제할 수 있는 구조를 갖는 이차 전지(10)를 제공할 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 도 7의 (A) 내지 (C)에 도시된 이차 전지(10)에서 2개의 양극(111) 및 2개의 음극(115)이 적층되지만, 물론, 양극(111) 및 음극(115)이 3층 이상 적층되어도 좋다. 도 8의 (A)는 6층의 양극(111) 및 6층의 음극(115)이 도 7의 (C)와 같은 순서로 적층되는 예를 도시한 것이다.
도 8의 (A)에 도시된 구조에서, 양극 활물질층(102)이 제공되지 않는 양극(111)의 표면 각각이 서로 접촉되고 음극 활물질층(106)이 제공되지 않는 음극(115)의 표면 각각이 서로 접촉되도록 양극(111) 및 음극(115)이 적층된다. 이 적층 순서로 함으로써, 양극 활물질층(102)이 제공되지 않는 양극(111)의 표면들 각각의 사이의 접촉 표면 및 음극 활물질층(106)이 제공되지 않는 음극(115)의 표면들 각각의 사이의 접촉 표면 등, 금속들 사이의 접촉 표면을 만들게 한다. 금속들 사이의 접촉 표면은 활물질층과 세퍼레이터 사이의 접촉 표면보다 마찰 계수가 낮다.
이차 전지(10)가 휘어질 때 양극 활물질층(102)이 제공되지 않는 양극(111)의 표면 각각 및 음극 활물질층(106)이 제공되지 않는 음극(115)의 표면 각각은 서로 미끄러져 제공되지 않으므로, 휘어진 부분의 내경과 외경 사이의 차이로 인한 응력이 저감될 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 열화가 억제될 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 8의 (B)는 도 8의 (A)와 다른 양극(111) 및 음극(115)의 적층 구조의 예를 도시한 것이다. 도 8의 (B)에 도시된 구조는 양극 활물질층(102)이 양극 집전체(101)의 양면에 제공되는 점에서 도 8의 (A)의 구조와 다르다. 양극 활물질층(102)이 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이 양극 집전체(101)의 양면에 제공될 때, 이차 전지(10)의 단위 체적당 용량이 증가될 수 있다.
도 8의 (C)는 도 8의 (B)와 다른 양극(111) 및 음극(115)의 적층 구조의 예를 도시한 것이다. 도 8의 (C)에 도시된 구조는 음극 활물질층(106)이 음극 집전체(105)의 양면에 제공되는 점에서 도 8의 (B)의 구조와 다르다. 음극 활물질층(106)이 도 8의 (C)에 도시된 바와 같이 음극 집전체(105)의 양면에 제공될 때, 이차 전지(10)의 단위 체적당 용량이 더 증가될 수 있다.
도 7의 (A) 내지 (C) 및 도 8의 (A) 내지 (C)는 양극(111)을 둘러싸는 봉투 형상의 세퍼레이터(103)를 도시한 것이지만, 본 발명의 일 형태는 이런 구조에 한정되지 않는다. 도 9의 (A)는 세퍼레이터(103)가 도 8의 (A)와 다른 구조를 갖는 예를 도시한 것이다. 도 9의 (A)에 도시된 구조는 양극 활물질층(102)과 음극 활물질층(106)의 모든 쌍 사이에 시트 형상의 세퍼레이터(103)가 제공되는 점에서 도 8의 (A)와 다르다. 도 9의 (A)에 도시된 구조에서, 6층의 양극(111) 및 6층의 음극(115)이 적층되고 6층의 세퍼레이터(103)가 제공된다.
도 9의 (B)는 도 9의 (A)와 다른 세퍼레이터(103)가 제공되는 예를 도시한 것이다. 도 9의 (B)에 도시된 구조는 하나의 시트 형상의 세퍼레이터(103)가 양극 활물질층(102)과 음극 활물질층(106)의 모든 쌍 사이를 개재하여 복수회 접히는 점에서 도 9의 (A)와 다르다. 도 9의 (B)에 도시된 구조는 도 9의 (A)에 도시된 각 층의 세퍼레이터(103)가 연장되고 그 층들 사이에서 연결되는 구조인 것을 말할 수 있다. 도 9의 (B)에 도시된 구조에서, 6층의 양극(111) 및 6층의 음극(115)은 적층되고 세퍼레이터(103)가 5번 이상 접힌다. 세퍼레이터(103)는 양극 활물질층(102)과 음극 활물질층(106)의 쌍 사이를 개재하도록 반드시 제공될 필요는 없고, 세퍼레이터(103)를 연장함으로써 복수의 양극(111) 및 복수의 음극(115)을 묶을 수 있다.
또한, 도 7의 (A) 내지 (C), 도 8의 (A) 내지 (C), 및 도 9의 (A) 및 (B)에 도시된 이차 전지(10)는 복수의 양극(111) 및 복수의 음극(115)이 적층되는 것을 제외하면 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)와 같고, 자세하게는 앞의 설명을 참조할 수 있다.
[3. 변형예 2]
도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)는 양극(111), 음극(115), 및 세퍼레이터(103)가 3개의 외장체(107a) 내지 외장체(107c)의 시트로 둘러싸이는 구조를 도시한 것이지만, 본 발명의 일 형태는 이런 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 10의 (A) 내지 (C)에 도시된 바와 같이, 이차 전지(10)는 2개 이하의 외장체의 시트를 포함하여도 좋다. 또한, 도 10의 (A) 내지 (C)는 각각 도 1의 (B)의 일점쇄선 A3-A4를 따른 단면도이다.
도 10의 (A)에 도시된 이차 전지(10)는 외장체(107a) 및 외장체(107b) 대신에 외장체(107d)가 제공되는 점에서 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)와 다르다. 외장체(107d)는 외장체(107a) 및 외장체(107b)를 통합시켜 얻어지고 외장체(107a) 및 외장체(107b)의 결합 부분에 대응하는 부분에서 접힌다.
도 10의 (B)에 도시된 이차 전지(10)는 외장체(107a) 및 외장체(107c) 대신에 외장체(107e)가 제공되는 점에서 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)와 다르다. 외장체(107e)는 외장체(107a) 및 외장체(107c)를 통합시켜 얻어지고 외장체(107a) 및 외장체(107c)의 결합 부분에 대응하는 부분에서 접힌다.
도 10의 (C)에 도시된 이차 전지(10)는 외장체(107a) 내지 외장체(107c) 대신에 외장체(107f)가 제공되는 점에서 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)와 다르다. 외장체(107f)는 외장체(107a) 내지 외장체(107c)를 통합시켜 얻어지고 외장체(107a) 및 외장체(107b)의 결합 부분에 대응하는 부분 및 외장체(107a) 및 외장체(107c)의 결합 부분에 대응하는 부분에서 접힌다.
또한, 도 10의 (A) 내지 (C)에 도시된 이차 전지(10)는 외장체의 구조를 제외하면 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)와 같고, 자세하게는 앞의 설명을 참조할 수 있다.
[4. 변형예 3]
도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)는 양극(111) 및 음극(115) 각각이 제 1 부분(11) 측 및 제 2 부분(12) 측에서 연결되는 이차 전지(10)를 도시한 것이지만, 본 발명의 일 형태는 이런 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 11의 (A) 내지 (D)에 도시된 바와 같이, 양극(111)은 제 1 부분(11) 측의 양극(111a) 및 제 2 부분(12) 측의 양극(111b)으로 분할되어도 좋고, 음극(115)은 제 1 부분(11) 측의 음극(115a) 및 제 2 부분(12) 측의 음극(115b)으로 분할되어도 좋다. 또한, 도 11의 (A)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A3-A4를 따른 단면도이고, 도 11의 (B)는 양극(111)의 상면도이다. 도 11의 (C)는 도 1의 (B)의 일점쇄선 A5-A6을 따른 단면도이고, 도 11의 (D)는 음극(115)의 상면도이다.
여기서, 양극(111a) 및 양극(111b)은 제 3 부분(13)에서 양극 리드(121)에 총괄적으로 접속될 수 있다. 마찬가지로, 음극(115a) 및 음극(115b)은 제 3 부분(13)에서 음극 리드(125)에 총괄적으로 접속될 수 있다.
도 11의 (B) 및 (D)에 도시된 양극(111) 및 음극(115)은 도 4의 (A)와 마찬가지이고, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 2군데에서 서로 연결된다. 그러나, 이런 형상에 한정되지 않고, 양극(111) 및 음극(115)은 도 11의 (E) 및 (F)에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 1군데에서 연결되는 형상을 가질 수 있다.
또한, 도 11의 (A) 내지 (D)에 도시된 이차 전지(10)는 양극(111)이 양극(111a) 및 양극(111b)으로 분할되고 음극(115)이 음극(115a) 및 음극(115b)으로 분할되는 것을 제외하면 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)와 같고, 자세하게는 앞의 설명을 참조할 수 있다.
[5. 변형예 4]
도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)에 도시된 이차 전지(10)는 완충재(130)가 더 제공되어도 좋다. 또한, 도 12의 (A)는 이차 전지(10)의 상면도이고, 도 12의 (B)는 도 12의 (A)의 일점쇄선 A3-A4를 따른 단면도이다.
완충재(130)는 외장체(107a)와 양극(111) 사이 또는 외장체(107a)와 음극(115) 사이에 제공된다. 도 12의 (B)는 완충재(130)는 외장체(107a)와 음극(115) 시이에 제공되는 예를 도시한 것이다.
양극(111), 음극(115), 또는 세퍼레이터(103)보다 면적이 큰 시트 형상의 플라스틱 필름은 완충재(130)로서 사용될 수 있다. 세퍼레이터(103)보다 두께가 두꺼운 플라스틱 필름은 완충재(130)로서 사용될 수 있다. 완충재(130)에는 슬릿이 제공되어도 좋다. 완충재(130)의 형상은 직사각형에 한정되지 않고 4개의 각이 동그란 형상을 가져도 좋다. 완충재(130)의 형상에 예각을 가지면, 이차 전지(10)가 휘어질 때, 그 각에 의하여 외장체(107a) 내지 외장체(107c)가 손상될 수 있다. 따라서, 완충재(130)의 각을 챔퍼(chamfer)하여, 이 결과 이차 전지(10)의 신뢰성을 높일 수 있다. 완충재(130)의 재료로서 절연 재료가 사용되고; 예를 들어 PP, PE, PET 또는 PBT 등의 폴리에스터, 나일론6 또는 나일론66 등의 폴리아마이드, 무기 증착 필름, 또는 종이를 사용한다.
외장체(107a)와 양극(111) 사이 또는 외장체(107a)와 음극(115) 사이에 완충재(130)를 제공함으로써, 양극(111) 또는 음극(115)을 안정적으로 배치할 수 있다. 이차 전지(10)가 원하는 형상을 가지도록 휘어질 때, 이차 전지(10)가 원하는 형상을 가질 수 있도록 완충재(130)가 휘어질 수도 있고, 이에 의하여 이차 전지(10)의 휘어진 형상이 유지될 수 있다. 또한, 이차 전지(10)가 필요 이상으로 휘어지는 것을 방지하는 제한 기능이 제공되어도 좋다. 완충재(130)는 이차 전지(10)의 골격으로서 기능할 수도 있다. 완충재(130)를 제공함으로써, 이차 전지(10)로 외력을 가함으로써 발생되는 스트레인의 영향을 적절히 저감시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 외장체(107a)와 양극(111) 사이 또는 외장체(107a)와 음극(115) 사이에 제공된 완충재(130)가 매끈한 표면을 갖는 플라스틱 필름인 경우, 완충재(130)는 완충재(130)의 표면에 접촉되는 전극 및 완충재(130)의 표면에 접촉되는 외장체와 같이 미끄러질 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)는 굴곡의 반복에 대한 저항을 가질 수 있다.
또한, 도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 이차 전지(10)는 완충재(130)가 제공되는 것을 제외하면 도 1의 (A) 및 (B) 및 도 2의 (A) 및 (B)와 같고, 자세하게는 앞의 설명을 참조할 수 있다.
신규 구조를 갖는 이차 전지, 또는 구체적으로는 상기 구조에 신규 구조를 갖는 가요성 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 이차 전지가 휘어지는 예를 나타내고, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 상황 또는 조건에 따라, 본 발명의 일 형태에서, 이차 전지는 휘어지거나 또는 곧게 되는 것 등 필요에 따라 변형되어도 좋고, 또는 어느 형상으로 유지되어도 좋다. 또는, 예를 들어, 상황 또는 조건에 따라, 본 발명의 일 형태에서 이차 전지가 반드시 휘어질 필요는 없다. 본 발명의 일 형태가 리튬 이온 이차 전지에 적용되는 예에 대하여 설명하지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 상황 또는 조건에 따라, 본 발명의 일 형태는 납 축전지, 리튬 이온 폴리머 이차 전지, 니켈-수소 축전지, 니켈-카드뮴 축전지, 니켈-철 축전지, 니켈-아연 축전지, 산화 은-아연 축전지, 고체 전지, 공기 전지, 일차 전지, 커패시터, 전기 이중층 커패시터, 울트라 커패시터, 슈퍼 커패시터, 및 리튬 이온 커패시터 등 다양한 이차 전지에 적용하여도 좋다. 또는, 예를 들어, 상황 또는 조건에 따라, 본 발명의 일 형태는 반드시 리튬 이온 이차 전지에 적용될 필요는 없다.
또한, 본 실시형태에 나타내어진 대표적인 구조 및 변형예의 조합을 갖는 이차 전지를 채용하여도 좋다. 본 실시형태에서 설멸한 구조를 다른 실시형태에서 설명한 구조 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서, 상기 실시형태에서 설명한 이차 전지를 제작하는 방법의 예에 대하여, 도 13의 (A) 내지 (C), 도 14의 (A) 내지 (D), 및 도 15의 (A) 내지 (C)를 참조하여 설명한다.
[1. 음극의 준비]
먼저, 음극 활물질층(106)을 음극 집전체(105) 위에 형성하고 홈 또는 개구를 제 3 부분(13)에 대응하는 부분에 제공함으로써, 음극(115)이 형성된다(도 13의 (A) 참조). 또한, 음극 활물질층(106)은 음극(115)의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에 대응하는 부분에 형성하여도 좋다.
[2. 양극의 준비 및 세퍼레이터에 의한 양극의 둘러쌈]
다음에, 양극 활물질층(102)을 양극 집전체(101) 위에 형성하고 홈 또는 개구를 제 3 부분(13)에 대응하는 부분에 제공함으로써, 양극(111)을 형성한다. 또한, 양극 활물질층(102)은 양극(111)의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)에 대응하는 부분에 형성하면 좋다. 그리고, 양극(111)의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)은 각각 접힌 세퍼레이터(103)의 표면들 사이에 개재된다(도 13의 (B) 참조).
양극(111)의 제 1 부분(11) 측 및 제 2 부분(12) 측의 세퍼레이터(103)의 외부 끝을 접착시킴으로써, 세퍼레이터(103)는 봉투 형상을 갖는다(도 13의 (C) 참조). 세퍼레이터(103)의 외부 끝의 접착은 접착제 등을 사용하거나, 초음파 용접 또는 열 융합 접착에 의하여 수행될 수 있다.
본 실시형태에서, 폴리프로필렌을 세퍼레이터(103)로서 사용하고, 세퍼레이터(103)의 외부 끝을 가열에 의하여 서로 접착시킨다. 이런 식으로, 양극(111)의 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)을 세퍼레이터(103)로 둘러쌀 수 있다. 세퍼레이터(103)는 적어도 양극 활물질층(102)을 둘러싸도록 형성되고, 양극(111) 전체를 반드시 둘러쌀 필요는 없다.
또한, 도 13의 (B)에서 세퍼레이터(103)는 봉투 형상으로 접히지만, 본 발명의 일 형태는 이런 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어, 양극(111)은 2개의 세퍼레이터 사이에 개재되어도 좋다. 이 경우, 세퍼레이터의 4변의 거의 전체를 둘러쌈으로써 접착한다.
세퍼레이터(103)의 외부 끝은 불규칙적인 간격으로 제공된 접착 부분을 사용함으로써 또는 규칙적인 간격으로 제공된 점상의 접착 부분을 사용함으로써 접착되어도 좋다.
또는, 외부 끝의 1변만 접착을 수행하여도 좋다. 또는, 외부 끝의 2변만 접착을 수행하여도 좋다. 또는, 외부 끝의 4변에 접착을 수행하여도 좋다. 이로써, 4변은 균일한 상태로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 양극(111)이 봉투 형상의 세퍼레이터(103)로 둘러싸이는 경우를 설명하지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3의 (A) 등에 도시된 바와 같이 1층의 세퍼레이터(103)는 양극(111)과 음극(115) 사이에 개재되어도 좋다. 나중에 설명하는 바와 같이, 양극(111) 및 음극(115)이 적층된 후, 1시트의 세퍼레이터(103)는 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이 양극(111) 및 음극(115)의 쌍 사이에 개재되도록 복수회 접혀도 좋다. 양극(111) 대신, 음극(115)은 봉투 형상의 세퍼레이터(103)로 둘러싸여도 좋다. 도 7의 (A) 내지 (C)에 도시된 바와 같이, 양극(111)의 2시트를 총괄하여 봉투 형상의 세퍼레이터(103)로 둘러싸여도 좋다.
[3. 양극 및 음극의 적층]
다음에, 양극(111) 및 음극(115)을 적층한다(도 14의 (A)). 본 실시형태에서, 한 표면 상의 양극 활물질층(102)을 갖는 4시트의 양극(111) 각각 및 한 표면 상의 음극 활물질층(106)을 갖는 4시트의 음극(115) 각각을 적층한다. 양극(111) 및 음극(115)은 양극 활물질층(102) 및 음극 활물질층(106)이 세퍼레이터(103)를 개재하여 서로 대향하여 배열되도록 배치된다. 또한, 음극(115)은 음극 활물질층(106)을 갖지 않는 표면들이 서로 접촉되도록 배치된다.
양극(111) 및 음극(115)이 적층된 후에, 도 14의 (A)에 도시된 바와 같이 제 3 부분(13)의 중심부를 따라 접힌다. 따라서, 양극 탭 및 음극 탭은 양극(111) 및 음극(115) 중 제 3 부분(13)에 대응하는 부분에서 형성된다.
[4. 양극 리드와 음극 리드 사이의 접속]
다음에, 밀봉층(120)을 포함하는 양극 리드(121)는 압력이 가해지면서 초음파를 인가함으로써 복수의 양극 집전체(101)의 양극 탭에 접속된다(이하에서 초음파 용접이라고 하는 경우도 있음).
탭은 이차 전지(10)의 제작 후에 인가된 외력으로 인한 응력으로 크랙이 발생되거나 또는 절단되기 쉽다. 여기서, 초음파 용접을 수행할 때, 양극 리드(121)는 돌출부가 제공된 다이 본딩들 사이에 배치되어도 좋고, 이로써 양극 탭에 접착 영역에 더하여 휘어진 부분을 형성할 수 있다. 이 휘어진 부분은 이차 전지(10)의 제작 후 인가되는 외력으로 인한 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지(10)의 신뢰성을 높일 수 있다.
휘어진 부분은 반드시 양극 탭에 형성될 필요는 없다. 이차 전지의 제작 후에 가해지는 외력으로 인한 응력을 완화시키기 쉽게 하기 위하여, 양극 집전체(101)는 스테인리스 스틸 등 고강도 재료를 사용하여 두께 10μm 이하로 형성하여도 좋다.
상술한 예 중 2개 이상을 조합하여 양극 탭의 응력 집중을 완화시켜도 좋은 것은 말할 나위도 없다.
그리고, 양극 집전체(101)와 마찬가지로, 밀봉층(120)을 포함하는 음극 리드(125)를 초음파 용접에 의하여 복수의 음극 집전체(105)의 음극 탭에 접속시킨다(도 14의 (B) 참조).
또한, 양극(111) 및 음극(115)은 제 1 부분(11) 및 제 2 부분(12)이 각각 2군데 이상을 통하여 연결되는 평면 형상을 가지면, 리드 전극을 접착시킬 때 복수의 양극(111) 및 복수의 음극(115)의 위치 어긋남을 방지할 수 있다.
[5. 외장체에 의한 양극 및 음극의 둘러쌈]
다음에, 양극(111) 및 음극(115)이 외장체(107b)와 외장체(107c) 사이에 개재된다(도 14의 (C) 참조). 외장체(107b) 및 외장체(107c) 각각에서 제 3 부분(13)에 대응하는 부분은 열 압착에 의하여 밀봉됨으로써, 양극(111) 및 음극(115)이 외장체(107b) 및 외장체(107c)로 둘러싸인다(도 14의 (D) 참조). 여기서, 외장체(107b) 및 외장체(107c)에서 열 압착에 의하여 밀봉된 부분은 접착 부분(107bc)으로서 도시되었다. 접착 부분(107bc)은 양극 리드(121) 및 음극 리드(125)에 포함된 밀봉층(120)과 중첩된다.
다음에, 외장체(107b)와 양극(111) 및 음극(115)에서 제 1 부분(11)에 대응하는 부분을, 도 14의 (D)에 도시된 일점쇄선(제 3 부분(13)과 제 1 부분(11) 사이의 경계에 대응함)을 따라 접는다.
양극(111) 및 음극(115)은 외장체(107a)와 외장체(107b) 및 외장체(107c) 사이에 위치한다(도 15의 (A) 참조). 외장체(107a) 내지 외장체(107c)의 3변은 열 압착에 의하여 밀봉됨으로써 양극(111) 및 음극(115)은 외장체(107a) 내지 외장체(107c)로 둘러싸인다(도 15의 (B) 참조). 여기서, 외장체(107a) 및 외장체(107b)에서 열 압착에 의하여 밀봉된 부분은 접착 부분(107ab)으로서 도시되고, 외장체(107a) 및 외장체(107c)에서 열 압착에 의하여 밀봉된 부분은 접착 부분(107ac)으로서 도시되었다.
[6. 전해액의 주입 및 밀봉]
다음에, 외장체(107a) 및 외장체(107b) 중 밀봉되지 않은 변에서 전해액(104)을 주입한다(도 15의 (B) 참조). 이때, 외장체(107a) 및 외장체(107b)의 남은 열린 변을 진공, 가열, 및 압력하에서 밀봉한다. 이 처리는 예를 들어 글러브 박스 내에서 산소가 없애는 저압 환경에서 수행된다. 진공 배기는 진공 실러(vacuum sealer) 또는 주액 실러(liquid pouring sealer) 등으로 수행하여도 좋다. 실러에 포함되는 2개의 가열 가능한 바(bar) 사이에 배치되는 외장체(107a) 및 외장체(107b)에 의하여 가열 및 가압을 수행할 수 있다. 예를 들어, 저압 환경에서의 압력은 60kPa, 바의 가열 온도는 190℃이고, 바에 의하여 0.1MPa의 압력이 3초 동안 인가된다. 이때, 외장체(107a)를 통하여 양극 및 음극에 압력이 인가되어도 좋다. 가압함으로써 전해액이 주입될 때 양극과 음극 사이에 들어가는 기포의 제거를 가능하게 한다.
외장체(107a) 내지 외장체(107c)가 상기 단계를 통하여 서로 접착된 후, 충방전을 에이징 처리에서 수행하는 것이 바람직하다. 여기서, 에이징 처리란, 이차 전지의 초기 불량을 검출하는 단계 또는 초기 충방전에서 음극 활물질층 위에 안정적인 도포막을 형성하는 단계를 말한다. 에이징 처리 시에 전해액의 분해 등에 의하여 발생된 가스를 방출시키고 외장체(107a) 내지 외장체(107c)를 다시 밀봉하는 것이 더 바람직하다. 에이징 처리를 수행하는 경우, 예를 들어, 외장체(107a) 및 외장체(107b)를 이차 전지의 디자인 길이보다 연장시키고 외장체(107a) 및 외장체(107b)에서 연장된 부분을 가스 방출 후에 제거하는 식으로 외장체(107a) 내지 외장체(107c)를 다시 밀봉한다.
상술한 공정을 통하여, 이차 전지(10)를 제작할 수 있다(도 15의 (C) 참조).
또한, 도 15의 (C)에 도시된 이차 전지(10)는 돌출된 원호 형상의 틀과 오목한 원호 형상의 틀 사이에 위치함으로써 도 1의 (A)에 도시된 휘어진 형상을 가질 수 있다. 밀봉 시에, 미리 휘어진 외장체를 밀봉하여도 좋다. 그러나, 이차 전지(10)는 휘어진 형상을 반드시 가질 필요는 없다. 예를 들어, 이차 전지(10)가 전자 기기 등에 실장될 때, 이차 전지(10)는 전자 기기의 형상에 따라 적절히 휘어져도 좋다.
도 16의 (A)는 상기 방법으로 제작되는 휘어진 리튬 이온 이차 전지의 사진이다. 도 16의 (B)는 도 16의 (A)의 사진에 대응하는 모식도이다. 또한, 도 16의 (A) 및 (B)의 이차 전지의 외장체는 표면 상의 요철을 형성하기 위하여 엠보스 가공된다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합하여 실시될 수 있다.
(실시형태 3)
상기 실시형태에서 설명한 재료를 포함하는 이차 전지와 조합될 수 있는 전지 제어 유닛(BMU: battery management unit) 및 전지 제어 유닛에 포함된 회로에 적합한 트랜지스터를 도 17, 도 18의 (A) 내지 (C), 도 19, 도 20, 도 21의 (A) 내지 (C), 도 22, 및 도 23을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서, 특히, 직렬로 접속되는 전지 셀을 포함하는 축전 장치의 전지 제어 유닛에 대하여 설명한다.
직렬로 접속된 복수의 전지 셀에 대하여 충방전을 반복할 때, 각 전지 셀은 전지 셀 중에서의 충방전 특성의 편차로 인하여 각각 용량(출력 전압)이 다르다. 직렬로 접속된 모든 전지 셀의 방전 용량은 작은 용량의 전지 셀에 의존한다. 용량의 편차는 방전 용량을 저감시킨다. 작은 용량을 갖는 전지 셀에 기초한 충전은 충전이 부족해지는 경우가 있다. 높은 용량을 갖는 전지 셀에 기초한 충전은 과충전이 되는 경우가 있다.
그러므로, 직렬로 접속된 전지 셀을 포함하는 축전 장치의 전지 제어 유닛은 충전 부족 또는 과충전을 일으키는 전지 셀 중에서의 용량의 편차를 저감시키는 기능을 갖는다. 전지 셀 중에서의 용량의 편차를 저감시키기 위한 회로 구성으로서는 저항형, 커패시터형, 및 인덕터형이 포함되지만, 여기서는 오프 전류가 낮은 트랜지스터를 사용하여 전지 셀 중에서의 용량의 편차를 저감시킬 수 있는 회로 구조를 일례로서 설명한다.
오프 전류가 낮은 트랜지스터로서는 채널 형성 영역에 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터(OS 트랜지스터)가 사용되는 것이 바람직하다. 오프 전류가 낮은 OS 트랜지스터가 축전 장치의 전지 제어 유닛의 회로에 사용될 때, 전지로부터 누설되는 전하량이 저감될 수 있고, 시간 경과에 의한 용량의 저감을 억제할 수 있다.
채널 형성 영역에 사용하는 산화물 반도체로서, In-M-Zn 산화물(M은 Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, 또는 Nd)을 사용한다. 산화물 반도체막을 형성하기 위한 타깃의 금속 원소의 원자수비를 In:M:Zn=x 1:y 1:z 1로 하면, x 1/y 1은 1/3 이상 6 이하인 것이 바람직하고, 1 이상 6 이하인 것이 더 바람직하고, z 1/y 1은 1/3 이상 6 이하인 것이 바람직하고, 1 이상 6 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, z 1/y 1이 1 이상 6 이하일 때, 산화물 반도체막으로서 CAAC-OS막을 형성하기 쉽다.
여기서, CAAC-OS막의 자세한 사항에 대하여 설명한다.
CAAC-OS막은 복수의 c축 배향된 결정부를 갖는 산화물 반도체막 중 하나이다.
투과 전자 현미경(TEM)을 사용하여 얻어진 CAAC-OS막의 명시야상과 회절 패턴의 복합 분석 이미지(고분해능 TEM 이미지라고도 함)에서는 복수의 결정부를 관찰할 수 있다. 그러나, 고분해능 TEM 이미지에서, 결정부들 사이의 경계, 즉, 그레인 바운더리는 명료하게 관찰되지 않는다. 그러므로, CAAC-OS막에서는, 그레인 바운더리로 인한 전자 이동도의 저하가 일어날 가능성이 낮다.
시료 표면에 실질적으로 평행한 방향에서 관찰된 CAAC-OS막의 고분해능 단면 TEM 이미지에 따르면, 결정부에서 금속 원자가 층상으로 배열되어 있다. 각 금속 원자층은 CAAC-OS막이 형성되는 표면(이하에서 CAAC-OS막이 형성되는 표면을 형성 표면이라고 함) 또는 CAAC-OS막의 상면의 요철을 반영한 형태를 가지고, CAAC-OS막의 형성 표면 또는 상면에 평행하게 배열된다.
한편, 시료면에 실질적으로 수직인 방향으로 관찰된 CAAC-OS막의 평면의 고분해능 평면 TEM 이미지에 따르면, 결정부에서 금속 원자가 삼각형 또는 육각형으로 배열된다. 그러나, 다른 결정부들 사이에서 금속 원자의 배열에 규칙성은 없다.
X선 회절(XRD: X-ray diffraction) 장치를 사용하여 CAAC-OS막에 대하여 구조 분석을 실시한다. 예를 들어 InGaZnO4 결정을 포함하는 CAAC-OS막을 out-of-plane법으로 분석하면 회절각(2θ)이 31° 부근일 때 피크가 나타나는 경우가 많다. 이 피크는 InGaZnO4 결정의 (009)면에서 유래하고, CAAC-OS막의 결정이 c축 배향을 가지고 c축이 CAAC-OS막의 형성 표면 또는 상면에 실질적으로 수직인 방향으로 배열되어 있는 것을 가리킨다.
또한, InGaZnO4 결정을 갖는 CAAC-OS막을 out-of-plane법으로 분석하면, 31° 부근에서의 2θ의 피크에 더하여, 36° 부근에도 2θ의 피크가 관찰되는 경우가 있다. 36° 부근의 2θ의 피크는 c축 배향을 갖지 않는 결정이 CAAC-OS막의 일부에 포함되는 것을 가리킨다. CAAC-OS막에서, 31° 부근에 2θ의 피크가 나타나고 36° 부근에 2θ의 피크가 나타나지 않는 것이 바람직하다.
CAAC-OS막은 불순물 농도가 낮은 산화물 반도체막이다. 불순물은 수소, 탄소, 실리콘, 또는 전이 금속 원소 등, 산화물 반도체막의 주성분 이외의 원소이다. 특히, 실리콘 등, 산화물 반도체막에 포함되는 금속 원소보다 산소에 대한 결합력이 높은 원소는, 산화물 반도체막에서 산소를 빼앗음으로써 산화물 반도체막의 원자 배열을 흐트러지게 하고 결정성의 저하를 초래한다. 또한, 철 또는 니켈 등의 중금속, 아르곤, 또는 이산화탄소 등은 원자 반경(분자 반경)이 크기 때문에 산화물 반도체막에 포함되면 산화물 반도체막의 원자 배열을 흐트러지게 하여 결정성의 저하를 초래한다. 또한, 산화물 반도체막에 함유되는 불순물은 캐리어 트랩 또는 캐리어 발생원으로서 기능할 가능성이 있다.
CAAC-OS막은 결함 상태의 밀도가 낮은 산화물 반도체막이다. 산화물 반도체막 내의 산소 빈자리는 캐리어 트랩으로서 기능하거나, 또는 수소가 포획되었을 때 캐리어 발생원으로서 기능하는 경우가 있다.
불순물 농도가 낮고 결함 상태의 밀도가 낮은(산소 빈자리 수가 적은) 상태를 "고순도 진성" 또는 "실질적으로 고순도 진성" 상태라고 한다. 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성의 산화물 반도체막은 캐리어 발생원이 적기 때문에, 낮은 캐리어 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 이 산화물 반도체막을 포함하는 트랜지스터는 음의 문턱 전압을 좀처럼 가지지 않는다(좀처럼 노멀리 온이 되지 않는다). 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성의 산화물 반도체막은 캐리어 트랩이 적다. 따라서, 산화물 반도체막을 포함하는 트랜지스터는 전기적 특성의 변동이 작고 신뢰성이 높다. 산화물 반도체막의 캐리어 트랩에 의하여 포획된 전하는 방출될 때까지 긴 시간이 걸려 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로 불순물 농도가 높고 결함 상태의 밀도가 높은 산화물 반도체막을 포함하는 트랜지스터는 불안정한 전기적 특성을 갖는 경우가 있다.
CAAC-OS막을 트랜지스터에 사용하면, 가시광 또는 자외광의 조사로 인한 트랜지스터의 전기적 특성의 변동이 작다.
OS 트랜지스터는 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는 트랜지스터(Si 트랜지스터)보다 넓은 밴드 갭을 갖기 때문에, 높은 전압을 인가하였을 때 절연 파괴가 일어나기 어렵다. 전지 셀을 직렬로 접속시킬 때, 수백 볼트의 전압이 발생되지만, 축전 장치에서 이런 전지 셀에 사용되는 전지 제어 유닛의 회로에는 상술한 OS 트랜지스터가 적합하다.
도 17은 축전 장치의 블록도의 일례이다. 도 17에 도시된 축전 장치(BT00)는 단자쌍(BT01), 단자쌍(BT02), 전환 제어 회로(BT03), 전환 회로(BT04), 전환 회로(BT05), 변압 제어 회로(BT06), 변압 회로(BT07), 및 직렬로 접속된 복수의 전지 셀(BT09)을 포함하는 전지부(BT08)를 포함한다.
도 17에 도시된 축전 장치(BT00)에서, 단자쌍(BT01), 단자쌍(BT02), 전환 제어 회로(BT03), 전환 회로(BT04), 전환 회로(BT05), 변압 제어 회로(BT06), 및 변압 회로(BT07)를 포함하는 부분을 전지 제어 유닛이라고 할 수 있다.
전환 제어 회로(BT03)는 전환 회로(BT04) 및 전환 회로(BT05)의 동작을 제어한다. 구체적으로는, 전환 제어 회로(BT03)는 전지 셀(BT09)마다 측정된 전압에 따라, 방전하는 전지 셀(방전 전지 셀 그룹) 및 충전하는 전지 셀(충전 전지 셀 그룹)을 선택한다.
또한, 전환 제어 회로(BT03)는 상기 선택된 방전 전지 셀 그룹 및 상기 선택된 충전 전지 셀 그룹에 기초하여 제어 신호(S1) 및 제어 신호(S2)를 출력한다. 제어 신호(S1)는 전환 회로(BT04)에 출력된다. 제어 신호(S1)는 단자쌍(BT01)과 방전 전지 셀 그룹이 접속되도록 전환 회로(BT04)를 제어한다. 또한, 제어 신호(S2)는 전환 회로(BT05)에 출력된다. 제어 신호(S2)는 단자쌍(BT02)과 충전 전지 셀 그룹이 접속되도록 전환 회로(BT05)를 제어한다.
전환 제어 회로(BT03)는 단자쌍(BT01)과 방전 전지 셀 그룹에서 같은 극성을 갖는 단자들이 서로 접속되거나 또는 단자쌍(BT02)과 충전 전지 셀 그룹에서 같은 극성을 갖는 단자들이 서로 접속되도록, 전환 회로(BT04), 전환 회로(BT05), 및 변압 회로(BT07)의 접속 관계에 기초하여 제어 신호(S1) 및 제어 신호(S2)를 생성한다.
전환 제어 회로(BT03)의 동작에 대하여 자세히 설명한다.
우선, 전환 제어 회로(BT03)는 복수의 전지 셀(BT09) 각각의 전압을 측정한다. 그리고, 전환 제어 회로(BT03)는 예를 들어, 소정의 문턱값보다 높은 전압을 갖는 전지 셀(BT09)이 고전압 전지 셀(고전압 셀)이고 소정의 문턱값 미만의 전압을 갖는 전지 셀(BT09)을 저전압의 전지 셀(저전압 셀)이라고 판정한다.
전지 셀이 고전압 셀인지 저전압 셀인지를 판정하는 방법으로서는, 다양한 방법 중 어느 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 전환 제어 회로(BT03)는 복수의 전지 셀(BT09) 중에서 가장 높은 전압 또는 가장 낮은 전압을 갖는 전지 셀(BT09)의 전압에 기초하여 전지 셀(BT09) 각각이 고전압 셀인지 저전압 셀인지를 판정하여도 좋다. 이 경우, 전환 제어 회로(BT03)는 기준 전압에 대한 각 전지 셀(BT09)의 전압의 비가 소정의 값 이상인지 여부를 판정함으로써 각 전지 셀(BT09)이 고전압 셀인지 저전압 셀인지를 판정할 수 있다. 그리고, 전환 제어 회로(BT03)는 이 판정 결과에 기초하여 충전 전지 셀 그룹 및 방전 전지 셀 그룹을 결정한다.
또한, 복수의 전지 셀(BT09)에서는 고전압 셀 및 저전압 셀이 다양한 상태로 혼재된다. 예를 들어, 전환 제어 회로(BT03)는 고전압 셀 및 저전압 셀이 혼재된 방전 전지 셀 그룹으로서 직렬로 접속된 고전압 셀을 가장 많이 갖는 부분을 선택한다. 또한, 전환 제어 회로(BT03)는 충전 전지 셀 그룹으로서 직렬로 접속된 저전압 셀을 가장 많이 갖는 부분을 선택한다. 또한, 전환 제어 회로(BT03)는 방전 전지 셀 그룹 또는 충전 전지 셀 그룹으로서 과충전 또는 과방전에 가까운 전지 셀(BT09)을 우선적으로 선택하여도 좋다.
여기서, 본 실시형태에서의 전환 제어 회로(BT03)의 동작예를 도 18의 (A) 내지 (C)를 참조하여 설명한다. 도 18의 (A) 내지 (C)는 전환 제어 회로(BT03)의 동작예를 도시한 것이다. 또한, 도 18의 (A) 내지 (C) 각각은 설명의 편의상 4개의 전지 셀(BT09)이 직렬로 접속되는 경우를 예로서 도시한 것이다.
도 18의 (A)는 전압 Va, Vb, Vc, 및 Vd가 각각 전지 셀 a, 전지 셀 b, 전지 셀 c, 및 전지 셀 d의 전압인, 전압 Va, Vb, Vc, 및 Vd의 관계가 Va=Vb=Vc>Vd인 경우를 도시한 것이다. 즉, 연속된 3개의 고전압 셀 a 내지 고전압 셀 c와 하나의 저전압 셀 d가 직렬로 접속된다. 이 경우, 전환 제어 회로(BT03)는 연속된 3개의 고전압 셀 a 내지 고전압 셀 c를 방전 전지 셀 그룹으로서 선택한다. 또한, 전환 제어 회로(BT03)는 저전압 셀 d를 충전 전지 셀 그룹으로서 선택한다.
다음에, 도 18의 (B)는 전압의 관계가 Vc>Va=Vb>>Vd인 경우를 도시한 것이다. 즉, 연속된 2개의 저전압 셀 a 및 저전압 셀 b, 하나의 고전압 셀 c, 및 과방전에 가까운 하나의 저전압 셀 d가 직렬로 접속된다. 이 경우, 전환 제어 회로(BT03)는 방전 전지 셀 그룹으로서 고전압 셀 c를 선택한다. 저전압 셀 d가 과방전에 가깝기 때문에, 전환 제어 회로(BT03)는 충전 전지 셀 그룹으로서 연속된 2개의 저전압 셀 a 및 저전압 셀 b 대신에 저전압 셀 d를 우선적으로 선택한다.
마지막으로, 도 18의 (C)는 전압의 관계가 Va>Vb=Vc=Vd인 경우를 도시한 것이다. 즉, 하나의 고전압 셀 a와, 연속된 3개의 저전압 셀 b 내지 저전압 셀 d가 직렬로 접속된다. 이 경우, 전환 제어 회로(BT03)는 방전 전지 셀 그룹으로서 고전압 셀 a를 선택한다. 또한, 전환 제어 회로(BT03)는 충전 전지 셀 그룹으로서 연속된 3개의 저전압 셀 b 내지 저전압 셀 d를 선택한다.
도 18의 (A) 내지 (C)의 예에 나타낸 결정 결과에 기초하여, 전환 제어 회로(BT03)는 제어 신호(S1) 및 제어 신호(S2)를 전환 회로(BT04) 및 전환 회로(BT05)에 각각 출력한다. 전환 회로(BT04)의 접속처인 방전 전지 셀 그룹을 나타내는 정보가 제어 신호(S1)에 설정된다. 전환 회로(BT05)의 접속처인 충전 전지 셀 그룹을 나타내는 정보가 제어 신호(S2)에 설정된다.
이상이 전환 제어 회로(BT03)의 동작의 자세한 설명이다.
전환 회로(BT04)는 전환 제어 회로(BT03)로부터 출력되는 제어 신호(S1)에 응하여, 단자쌍(BT01)의 접속처로서, 전환 제어 회로(BT03)에 의하여 선택된 방전 전지 셀 그룹을 설정한다.
단자쌍(BT01)은 한 쌍의 단자(A1) 및 단자(A2)를 포함한다. 전환 회로(BT04)는 한 쌍의 단자(A1) 및 단자(A2) 중 한쪽이 방전 전지 셀 그룹의 가장 상류 측(고전위 측)에 위치하는 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속되고, 다른 쪽이 방전 전지 셀 그룹의 가장 하류 측(저전위 측)에 위치하는 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속됨으로써, 단자쌍(BT01)의 접속처를 설정한다. 또한, 전환 회로(BT04)는 제어 신호(S1)에 설정된 정보에 기초하여 방전 전지 셀 그룹의 위치를 인식할 수 있다.
전환 회로(BT05)는 전환 제어 회로(BT03)로부터 출력되는 제어 신호(S2)에 응하여, 단자쌍(BT02)의 접속처로서, 전환 제어 회로(BT03)에 의하여 선택된 충전 전지 셀 그룹을 설정한다.
단자쌍(BT02)은 한 쌍의 단자(B1) 및 단자(B2)를 포함한다. 전환 회로(BT05)는 한 쌍의 단자(B1) 및 단자(B2) 중 한쪽이 충전 전지 셀 그룹의 가장 상류 측(고전위 측)에 위치하는 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속되고, 다른 쪽이 충전 전지 셀 그룹의 가장 하류 측(저전위 측)에 위치하는 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속됨으로써, 단자쌍(BT02)의 접속처를 설정한다. 또한, 전환 회로(BT05)는 제어 신호(S2)에 설정된 정보에 기초하여 충전 전지 셀 그룹의 위치를 인식할 수 있다.
도 19 및 도 20은 전환 회로(BT04) 및 전환 회로(BT05)의 구성예를 도시한 회로도이다.
도 19에서는, 전환 회로(BT04)는 복수의 트랜지스터(BT10), 버스(BT11), 및 버스(BT12)를 포함한다. 버스(BT11)는 단자(A1)와 접속된다. 버스(BT12)는 단자(A2)와 접속된다. 복수의 트랜지스터(BT10)의 소스 또는 드레인은 교대로 버스(BT11) 및 버스(BT12)와 접속된다. 복수의 트랜지스터(BT10)의 버스(BT11) 및 버스(BT12)와 접속되지 않는 소스 또는 드레인은 각각 2개의 인접되는 전지 셀(BT09) 사이에 접속된다.
복수의 트랜지스터(BT10)의 가장 상류 측의, 버스(BT11)와 접속되지 않는 트랜지스터(BT10)의 소스 또는 드레인은 전지부(BT08)의 가장 상류 측의 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속된다. 복수의 트랜지스터(BT10)의 가장 하류 측의, 트랜지스터(BT10)의 버스(BT11)와 접속되지 않는 트랜지스터(BT10)의 소스 또는 드레인은 전지부(BT08)의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속된다.
전환 회로(BT04)는 복수의 트랜지스터(BT10)의 게이트에 공급되는 제어 신호(S1)에 응하여, 버스(BT11)와 접속되는 복수의 트랜지스터(BT10) 중 하나 및 버스(BT12)와 접속되는 복수의 트랜지스터(BT10) 중 하나를 온 상태로 함으로써, 방전 전지 셀 그룹을 단자쌍(BT01)에 접속시킨다. 이로써, 방전 전지 셀 그룹의 가장 상류 측의 전지 셀(BT09)의 양극 단자는 한 쌍의 단자(A1) 및 단자(A2) 중 한쪽과 접속된다. 또한, 방전 전지 셀 그룹의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자는 한 쌍의 단자(A1) 및 단자(A2) 중 다른 쪽(즉, 양극 단자와 접속되지 않는 단자)과 접속된다.
트랜지스터(BT10)로서 OS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터는 오프 전류가 낮기 때문에, 방전 전지 셀 그룹에 속하지 않는 전지 셀로부터 누설되는 전하량을 저감시킬 수 있어, 시간 경과에 의한 용량 감소를 억제할 수 있다. 또한, OS 트랜지스터는 고전압을 인가하였을 때의 절연 파괴가 일어나기 어렵다. 그러므로, 방전 전지 셀 그룹의 출력 전압이 높아도, 오프 상태인 트랜지스터(BT10)와 접속된 전지 셀(BT09) 및 단자쌍(BT01)을 서로 절연 상태로 할 수 있다.
도 19에서, 전환 회로(BT05)는 복수의 트랜지스터(BT13), 전류 제어 스위치(BT14), 버스(BT15), 및 버스(BT16)를 포함한다. 버스(BT15) 및 버스(BT16)는 복수의 트랜지스터(BT13)와 전류 제어 스위치(BT14) 사이에 제공된다. 복수의 트랜지스터(BT13)의 소스 또는 드레인은 교대로 버스(BT15) 및 버스(BT16)와 접속된다. 복수의 트랜지스터(BT13)의 버스(BT15) 및 버스(BT16)와 접속되지 않는 소스 또는 드레인은 각각 2개의 인접되는 전지 셀(BT09) 사이에 접속된다.
복수의 트랜지스터(BT13)의 가장 상류 측의, 버스(BT15)와 접속되지 않는 트랜지스터(BT13)의 소스 또는 드레인은 전지부(BT08)의 가장 상류 측의 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속된다. 복수의 트랜지스터(BT13)의 가장 하류 측의, 버스(BT15)와 접속되지 않는 트랜지스터(BT13)의 소스 또는 드레인은 전지부(BT08)의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속된다.
트랜지스터(BT13)로서는 트랜지스터(BT10)와 같이 OS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터의 오프 전류는 낮기 때문에, 충전 전지 셀 그룹에 속하지 않는 전지 셀로부터 누설되는 전하량을 저감시킬 수 있어, 시간 경과에 의한 용량 저하를 억제할 수 있다. 또한, OS 트랜지스터에서 고전압을 인가하였을 때 절연 파괴가 일어나기 어렵다. 그러므로, 충전 전지 셀 그룹을 충전하기 위한 전압이 높아도, 오프 상태인 트랜지스터(BT13)와 접속된 전지 셀(BT09) 및 단자쌍(BT02)을 서로 절연 상태로 할 수 있다.
전류 제어 스위치(BT14)는 스위치쌍(BT17) 및 스위치쌍(BT18)을 포함한다. 스위치쌍(BT17)의 한쪽 끝은 단자(B1)와 접속된다. 스위치쌍(BT17)의 다른 쪽 끝은 각각의 스위치로부터 연장된다. 한쪽 스위치는 버스(BT15)와 접속되고, 다른 쪽 스위치는 버스(BT16)와 접속된다. 스위치쌍(BT18)의 한쪽 끝은 단자(B2)와 접속된다. 스위치쌍(BT18)의 다른 쪽 끝은 각각의 스위치로부터 연장된다. 한쪽 스위치는 버스(BT15)와 접속되고, 다른 쪽 스위치는 버스(BT16)와 접속된다.
스위치쌍(BT17) 및 스위치쌍(BT18)에 포함되는 스위치에는 트랜지스터(BT10) 및 트랜지스터(BT13)와 같이 OS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
전환 회로(BT05)는 제어 신호(S2)에 응하여, 트랜지스터(BT13) 및 전류 제어 스위치(BT14)의 온 및 오프 상태의 조합을 제어함으로써, 충전 전지 셀 그룹과 단자쌍(BT02)을 접속시킨다.
예를 들어, 전환 회로(BT05)는 다음과 같이 하여 충전 전지 셀 그룹과 단자쌍(BT02)을 접속시킨다.
전환 회로(BT05)는 복수의 트랜지스터(BT13)의 게이트에 공급되는 제어 신호(S2)에 응하여, 충전 전지 셀 그룹의 가장 상류 측의 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속되는 트랜지스터(BT13)를 온 상태로 한다. 또한, 전환 회로(BT05)는 복수의 트랜지스터(BT13)의 게이트에 공급되는 제어 신호(S2)에 응하여, 충전 전지 셀 그룹의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속되는 트랜지스터(BT13)를 온 상태로 한다.
단자쌍(BT02)에 인가되는 전압의 극성은 단자쌍(BT01)과 접속되는 방전 전지 셀 그룹 및 변압 회로(BT07)의 접속 구조에 따라 달라질 수 있다. 충전 전지 셀 그룹을 충전하는 방향으로 전류를 공급하기 위해서는, 단자쌍(BT02)과 충전 전지 셀 그룹에서 같은 극성의 단자들을 접속시킬 필요가 있다. 이를 고려해서, 전류 제어 스위치(BT14)는 제어 신호(S2)에 의하여, 단자쌍(BT02)에 인가되는 전압의 극성에 따라 스위치쌍(BT17) 및 스위치쌍(BT18)의 접속처가 변화되도록 제어된다.
단자(B1)를 양극으로 하고 단자(B2)를 음극으로 하도록 전압을 단자쌍(BT02)에 인가하는 상태를 일례로서 설명한다. 여기서, 전지부(BT08)의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)이 충전 전지 셀 그룹에 있는 경우, 스위치쌍(BT17)은 제어 신호(S2)에 응하여, 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속되도록 제어된다. 즉, 버스(BT16)와 접속되는 스위치쌍(BT17)의 스위치가 온 상태가 되고, 버스(BT15)와 접속되는 스위치쌍(BT17)의 스위치가 오프 상태가 된다. 한편, 스위치쌍(BT18)은 제어 신호(S2)에 응하여, 전지부(BT08)의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속되도록 제어된다. 즉, 버스(BT15)와 접속되는 스위치쌍(BT18)의 스위치가 온 상태가 되고, 버스(BT16)와 접속되는 스위치쌍(BT18)의 스위치가 오프 상태가 된다. 이와 같이 하여, 단자쌍(BT02) 및 충전 전지 셀 그룹에서 같은 극성의 단자들이 서로 접속된다. 또한, 단자쌍(BT02)으로부터 흐르는 전류가 충전 전지 셀 그룹을 충전하기 위한 방향으로 공급되도록 제어된다.
또한, 전환 회로(BT05) 대신에, 전환 회로(BT04)는 전류 제어 스위치(BT14)를 포함하여도 좋다. 이 경우, 전류 제어 스위치(BT14)의 동작 및 제어 신호(S1)에 응하여, 단자쌍(BT01)에 인가되는 전압의 극성을 제어함으로써, 단자쌍(BT02)에 인가되는 전압의 극성을 제어한다. 따라서, 전류 제어 스위치(BT14)는 단자쌍(BT02)으로부터 충전 전지 셀 그룹으로 흐르는 전류의 방향을 제어한다.
도 20은 도 19와 다른 전환 회로(BT04) 및 전환 회로(BT05)의 구조예를 도시한 회로도이다.
도 20에서는, 전환 회로(BT04)는 복수의 트랜지스터쌍(BT21), 버스(BT24), 및 버스(BT25)를 포함한다. 버스(BT24)는 단자(A1)와 접속된다. 버스(BT25)는 단자(A2)와 접속된다. 복수의 트랜지스터쌍(BT21)의 한쪽 끝은 트랜지스터(BT22)와 트랜지스터(BT23)로부터 연장된다. 트랜지스터(BT22)의 소스 또는 드레인은 버스(BT24)와 접속된다. 트랜지스터(BT23)의 소스 또는 드레인은 버스(BT25)와 접속된다. 또한, 복수의 트랜지스터쌍(BT21)의 다른 쪽 끝은 2개의 인접되는 전지 셀(BT09) 사이에 각각 접속된다. 복수의 트랜지스터쌍(BT21)의 가장 상류 측의 트랜지스터쌍(BT21)의 다른 쪽 끝은 전지부(BT08)의 가장 상류 측의 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속된다. 복수의 트랜지스터쌍(BT21)의 가장 하류 측의 트랜지스터쌍(BT21)의 다른 쪽 끝은 전지부(BT08)의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속된다.
전환 회로(BT04)는 제어 신호(S1)에 응하여, 트랜지스터(BT22) 및 트랜지스터(BT23)를 온 또는 오프 상태로 함으로써, 트랜지스터쌍(BT21)의 접속처를 단자(A1) 및 단자(A2) 중 한쪽으로 전환한다. 구체적으로는, 트랜지스터(BT22)가 온 상태가 되면, 트랜지스터(BT23)는 오프 상태가 되어, 트랜지스터쌍(BT21)의 접속처는 단자(A1)가 된다. 한편, 트랜지스터(BT23)가 온 상태가 되면, 트랜지스터(BT22)는 오프 상태가 되어, 트랜지스터쌍(BT21)의 접속처는 단자(A2)가 된다. 트랜지스터(BT22) 및 트랜지스터(BT23) 중 어느 쪽이 온 상태가 되는지는 제어 신호(S1)에 의하여 결정된다.
단자쌍(BT01)과 방전 전지 셀 그룹을 접속시키기 위하여 2개의 트랜지스터쌍(BT21)이 사용된다. 구체적으로는, 2개의 트랜지스터쌍(BT21)의 접속처가 제어 신호(S1)에 기초하여 결정되고, 방전 전지 셀 그룹과 단자쌍(BT01)이 접속된다. 2개의 트랜지스터쌍(BT21)의 접속처는 제어 신호(S1)에 의하여 제어되어, 접속처의 한쪽이 단자(A1)가 되고 다른 쪽이 단자(A2)가 된다.
전환 회로(BT05)는 복수의 트랜지스터쌍(BT31), 버스(BT34), 및 버스(BT35)를 포함한다. 버스(BT34)는 단자(B1)와 접속된다. 버스(BT35)는 단자(B2)와 접속된다. 복수의 트랜지스터쌍(BT31)의 한쪽 끝은 트랜지스터(BT32) 및 트랜지스터(BT33)로부터 연장된다. 트랜지스터(BT32)로부터 연장되는 한쪽 끝은 버스(BT34)와 접속된다. 트랜지스터(BT33)로부터 연장되는 한쪽 끝은 버스(BT35)와 접속된다. 복수의 트랜지스터쌍(BT31)의 다른 쪽 끝은 2개의 인접되는 전지 셀(BT09) 사이에 각각 접속된다. 복수의 트랜지스터쌍(BT31)의 가장 상류 측의 트랜지스터쌍(BT31)의 다른 쪽 끝은 전지부(BT08)의 가장 상류 측의 전지 셀(BT09)의 양극 단자와 접속된다. 복수의 트랜지스터쌍(BT31)의 가장 하류 측의 트랜지스터쌍(BT31)의 다른 쪽 끝은 전지부(BT08)의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자와 접속된다.
전환 회로(BT05)는 제어 신호(S2)에 응하여, 트랜지스터(BT32) 및 트랜지스터(BT33)를 온 또는 오프 상태로 함으로써, 트랜지스터쌍(BT31)의 접속처를 단자(B1) 및 단자(B2) 중 한쪽으로 전환한다. 구체적으로는, 트랜지스터(BT32)가 온 상태가 되면, 트랜지스터(BT33)는 오프 상태가 되어, 트랜지스터쌍(BT31)의 접속처는 단자(B1)가 된다. 한편, 트랜지스터(BT33)가 온 상태가 되면, 트랜지스터(BT32)는 오프 상태가 되어, 트랜지스터쌍(BT31)의 접속처는 단자(B2)가 된다. 트랜지스터(BT32) 및 트랜지스터(BT33) 중 어느 쪽이 온 상태가 되는지는 제어 신호(S2)에 의하여 결정된다.
단자쌍(BT02) 및 충전 전지 셀 그룹을 접속시키기 위하여 2개의 트랜지스터쌍(BT31)이 사용된다. 구체적으로는, 2개의 트랜지스터쌍(BT31)의 접속처가 제어 신호(S2)에 기초하여 결정되고, 충전 전지 셀 그룹과 단자쌍(BT02)이 서로 접속된다. 2개의 트랜지스터쌍(BT31)의 접속처는 제어 신호(S2)에 의하여 제어되어, 접속처의 한쪽이 단자(B1)가 되고 다른 쪽이 단자(B2)가 된다.
2개의 트랜지스터쌍(BT31)의 접속처는 단자쌍(BT02)에 인가되는 전압의 극성에 의하여 결정된다. 구체적으로는, 단자(B1)를 양극으로 하고 단자(B2)를 음극으로 하는 전압이 단자쌍(BT02)에 인가되는 경우, 상류 측의 트랜지스터쌍(BT31)은 트랜지스터(BT32)가 온 상태가 되고 트랜지스터(BT33)가 오프 상태가 되도록 제어 신호(S2)에 의하여 제어된다. 한편, 하류 측의 트랜지스터쌍(BT31)은 제어 신호(S2)에 의하여 제어되어, 트랜지스터(BT33)가 온 상태가 되고 트랜지스터(BT32)가 오프 상태가 된다. 단자(B1)를 음극으로 하고 단자(B2)를 양극으로 하는 전압이 단자쌍(BT02)에 인가되는 경우, 상류 측의 트랜지스터쌍(BT31)은 제어 신호(S2)에 의하여 제어되어, 트랜지스터(BT33)가 온 상태가 되고 트랜지스터(BT32)가 오프 상태가 된다. 한편, 하류 측의 트랜지스터쌍(BT31)은 제어 신호(S2)에 의하여 제어되어, 트랜지스터(BT32)가 온 상태가 되고 트랜지스터(BT33)가 오프 상태가 된다. 이와 같이 하여, 단자쌍(BT02)과 충전 전지 셀 그룹에서 같은 극성의 단자들이 서로 접속된다. 또한, 단자쌍(BT02)으로부터 흐르는 전류가 충전 전지 셀 그룹을 충전하기 위한 방향으로 공급되도록 제어된다.
변압 제어 회로(BT06)는 변압 회로(BT07)의 동작을 제어한다. 변압 제어 회로(BT06)는 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수 및 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수에 기초하여 변압 회로(BT07)의 동작을 제어하기 위한 변압 신호(S3)를 생성하고, 변압 신호(S3)를 변압 회로(BT07)에 출력한다.
방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수가 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수보다 많은 경우에는, 충전 전지 셀 그룹에 지나치게 큰 충전 전압이 인가되는 것을 방지할 필요가 있다. 그러므로, 변압 제어 회로(BT06)는 충전 전지 셀 그룹을 충전할 수 있는 범위 내에서 방전 전압(Vdis)이 저하되도록 변압 회로(BT07)를 제어하기 위한 변압 신호(S3)를 출력한다.
방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수가 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수 이하인 경우에는, 충전 전지 셀 그룹을 충전하기 위하여 필요한 전압을 확보하는 것이 요구된다. 그러므로, 변압 제어 회로(BT06)는 충전 전지 셀 그룹에 지나치게 큰 충전 전압이 인가되지 않는 범위 내에서 방전 전압(Vdis)이 상승되도록 변압 회로(BT07)를 제어하기 위한 변압 신호(S3)를 출력한다.
지나치게 큰 충전 전압의 전압값은 전지부(BT08)에 사용되는 전지 셀(BT09)의 제품 사양 등을 고려하여 결정된다. 변압 회로(BT07)에 의하여 상승 또는 저하된 전압이 충전 전압(Vcha)으로서 단자쌍(BT02)에 인가된다.
여기서, 본 실시형태에서의 변압 제어 회로(BT06)의 동작예를 도 21의 (A) 내지 (C)를 참조하여 설명한다. 도 21의 (A) 내지 (C)는 도 18의 (A) 내지 (C)에서 설명한 방전 전지 셀 그룹 및 충전 전지 셀 그룹에 대응한 변압 제어 회로(BT06)의 동작예를 설명하기 위한 개념도이다. 도 21의 (A) 내지 (C)는 각각 전지 제어 유닛(BT41)을 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, 전지 제어 유닛(BT41)은 단자쌍(BT01), 단자쌍(BT02), 전환 제어 회로(BT03), 전환 회로(BT04), 전환 회로(BT05), 변압 제어 회로(BT06), 및 변압 회로(BT07)를 포함한다.
도 21의 (A)에 도시된 예에서는, 도 18의 (A)에서 설명한 바와 같이, 연속된 3개의 고전압 셀 a 내지 고전압 셀 c 및 하나의 저전압 셀 d가 직렬로 접속되어 있다. 이 경우, 도 18의 (A)를 참조하여 설명한 바와 같이, 전환 제어 회로(BT03)는 고전압 셀 a 내지 고전압 셀 c를 방전 전지 셀 그룹으로서 선택하고, 저전압 셀 d를 충전 전지 셀 그룹으로서 선택한다. 변압 제어 회로(BT06)는 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수에 대한, 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수의 비에 기초하여 방전 전압(Vdis)을 충전 전압(Vcha)으로 변환하기 위한 변환비 N을 산출한다.
방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수가 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수보다 많은 경우에는, 방전 전압을 변압시키지 않고 단자쌍(BT02)에 인가하였을 때, 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)에 단자쌍(BT02)을 통하여 과전압이 인가될 수 있다. 그러므로, 도 21의 (A)의 경우에는, 단자쌍(BT02)에 인가되는 충전 전압(Vcha)을 방전 전압보다 낮게 할 필요가 있다. 또한, 충전 전지 셀 그룹을 충전하기 위하여, 충전 전압은 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 총 전압보다 높을 필요가 있다. 그러므로, 변압 제어 회로(BT06)는 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수에 대한, 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수의 비보다 큰 변환비 N을 설정한다.
따라서, 변압 제어 회로(BT06)는 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수에 대한, 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수의 비보다 전환비 N을 약 1% 내지 10% 크게 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, 충전 전압을 충전 전지 셀 그룹의 전압보다 높게 하지만, 실제로는 충전 전압은 충전 전지 셀 그룹의 전압과 동일하다. 또한, 변압 제어 회로(BT06)는 충전 전지 셀 그룹의 전압을 충전 전압과 동일하게 하기 위하여, 변환비 N에 따라 충전 전지 셀 그룹을 충전하기 위한 전류를 준다. 이 전류의 값은 변압 제어 회로(BT06)에 의하여 설정된다.
도 21의 (A)에 도시된 예에서는, 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수는 3개이고 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수가 하나이기 때문에, 변압 제어 회로(BT06)는 변환비 N으로서 1/3보다 약간 큰 값을 산출한다. 그리고, 변압 제어 회로(BT06)는 변환비 N에 따라 방전 전압을 낮추고 그 전압을 충전 전압으로 변환시키는 변압 신호(S3)를 변압 회로(BT07)에 출력한다. 변압 회로(BT07)는 변압 신호(S3)에 응하여 변화됨으로써 얻어진 충전 전압을 단자쌍(BT02)에 인가한다. 그리고, 단자쌍(BT02)에 인가되는 충전 전압으로, 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)이 충전된다.
도 21의 (B) 및 (C)에 도시된 각각의 예에서는, 도 21의 (A)와 마찬가지로 변환비 N이 산출된다. 도 21의 (B) 및 (C)에 도시된 각각의 예에서는, 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수가 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수 이하이기 때문에, 변환비 N은 1 이상이다. 따라서, 이 경우에는, 변압 제어 회로(BT06)는 방전 전압을 상승시키고 그 전압을 충전 전압으로 변환하기 위한 변압 신호(S3)를 출력한다.
변압 회로(BT07)는 변압 신호(S3)에 기초하여 단자쌍(BT01)에 인가되는 방전 전압을 충전 전압으로 변환한다. 변압 회로(BT07)는 변환된 충전 전압을 단자쌍(BT02)에 인가한다. 여기서, 변압 회로(BT07)는 단자쌍(BT01)을 단자쌍(BT02)으로부터 전기적으로 절연시킨다. 따라서, 변압 회로(BT07)는 방전 전지 셀 그룹의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자의 절대 전압과 충전 전지 셀 그룹의 가장 하류 측의 전지 셀(BT09)의 음극 단자의 절대 전압의 차이로 인한 단락을 방지한다. 또한, 상술한 바와 같이 변압 회로(BT07)는 변압 신호(S3)에 기초하여 방전 전지 셀 그룹의 총 전압인 방전 전압을 충전 전압으로 변환한다.
변압 회로(BT07)에는 절연형 DC(Direct Current)-DC 컨버터 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 변압 제어 회로(BT06)는 절연형 DC-DC 컨버터의 온/오프비(듀티비)를 제어하기 위한 신호를 변압 신호(S3)로서 출력함으로써, 변압 회로(BT07)에 의하여 변환되는 충전 전압을 제어한다.
절연형 DC-DC 컨버터의 예에는 플라이백 컨버터, 포워드 컨버터, 링잉 쵸크 컨버터(ringing choke converter)(RCC), 푸시풀(push-pull) 컨버터, 하프 브리지 컨버터, 및 풀 브리지 컨버터가 포함되고, 의도하는 출력 전압의 값에 따라 적합한 컨버터를 선택한다.
절연형 DC-DC 컨버터를 포함하는 변압 회로(BT07)의 구조를 도 22에 도시하였다. 절연형 DC-DC 컨버터(BT51)는 스위치부(BT52) 및 변압기(BT53)를 포함한다. 스위치부(BT52)는 절연형 DC-DC 컨버터의 온/오프를 전환하기 위한 스위치이며, MOSFET(metal oxide semiconductor field-effect transistor) 또는 바이폴러 트랜지스터 등이 스위치부(BT52)로서 사용된다. 스위치부(BT52)는 변압 제어 회로(BT06)로부터 출력되는 온/오프비를 제어하는 변압 신호(S3)에 따라 절연형 DC-DC 컨버터(BT51)를 주기적으로 온 상태로 하고 오프 상태로 한다. 스위치부(BT52)는, 사용되는 절연형 DC-DC 컨버터의 타입에 따라 다양한 구조를 가질 수 있다. 변압기(BT53)는 단자쌍(BT01)으로부터 인가되는 방전 전압을 충전 전압으로 변환한다. 자세하게는, 변압기(BT53)는 스위치부(BT52)의 온/오프 상태와 연동하여 동작하고, 그 온/오프비에 따라 방전 전압을 충전 전압으로 변환한다. 전환 기간에 스위치부(BT52)가 온이 되는 시간이 길어질수록, 충전 전압은 증가된다. 한편, 전환 기간에 스위치부(BT52)가 온이 되는 시간이 짧아질수록, 충전 전압은 저하된다. 절연형 DC-DC 컨버터를 사용하는 경우, 변압기(BT53)의 내부에서 단자쌍(BT01)과 단자쌍(BT02)이 서로 절연될 수 있다.
본 실시형태에서의 축전 장치(BT00)의 동작의 흐름을 도 23을 참조하여 설명한다. 도 23은 축전 장치(BT00)의 동작의 흐름을 도시한 흐름도이다.
우선, 축전 장치(BT00)가 복수의 전지 셀(BT09) 각각의 측정된 전압을 얻는다(단계 S001). 그리고, 축전 장치(BT00)는 복수의 전지 셀(BT09)의 전압의 편차를 저감시키는 동작을 시작하기 위한 조건이 만족되는지 여부를 판정한다(단계 S002). 이 조건의 예로서는, 복수의 전지 셀(BT09) 각각의 측정된 전압의 최대값과 최소값의 차이가 소정의 문턱값 이상이라는 것을 들 수 있다. 이 조건이 만족되지 않는 경우에는(단계 S002: 아니오), 전지 셀(BT09)의 전압은 균형이 잡힌 상태이기 때문에, 축전 장치(BT00)는 다음 동작을 수행하지 않는다. 한편, 상기 조건이 만족되는 경우에는(단계 S002: 예), 축전 장치(BT00)는 전지 셀(BT09)의 전압의 편차를 저감시키는 동작을 수행한다. 이 동작에 있어서, 축전 장치(BT00)는 각 셀의 측정된 전압에 기초하여 각 전지 셀(BT09)이 고전압 셀인지 저전압 셀인지를 판정한다(단계 S003). 그리고, 축전 장치(BT00)는 판정 결과에 기초하여 방전 전지 셀 그룹 및 충전 전지 셀 그룹을 판정한다(단계 S004). 또한, 축전 장치(BT00)는 판정된 방전 전지 셀 그룹을 단자쌍(BT01)의 접속처로서 설정하기 위한 제어 신호(S1), 및 판정된 충전 전지 셀 그룹을 단자쌍(BT02)의 접속처로서 설정하기 위한 제어 신호(S2)를 생성한다(단계 S005). 축전 장치(BT00)는 생성된 제어 신호(S1) 및 제어 신호(S2)를 각각 전환 회로(BT04) 및 전환 회로(BT05)에 출력한다. 그리고, 전환 회로(BT04)는 단자쌍(BT01)과 방전 전지 셀 그룹을 접속시키고, 전환 회로(BT05)는 단자쌍(BT02)과 방전 전지 셀 그룹을 접속시킨다(단계 S006). 축전 장치(BT00)는 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수 및 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수에 기초하여 변압 신호(S3)를 생성한다(단계 S007). 그리고, 축전 장치(BT00)는 변압 신호(S3)에 기초하여, 단자쌍(BT01)에 인가되는 방전 전압을 충전 전압으로 변환하고, 이 충전 전압을 단자쌍(BT02)에 인가한다(단계 S008). 이런 식으로, 방전 전지 셀 그룹의 전하가 충전 전지 셀 그룹으로 이동한다.
도 23의 흐름도에서는 복수의 단계를 순차적으로 나타내었지만, 그 단계를 수행하는 순서는 이 순서에 한정되지 않는다.
상술한 실시형태에 따르면, 전하가 방전 전지 셀 그룹으로부터 충전 전지 셀 그룹으로 이동할 때, 커패시터형 회로와 달리, 방전 전지 셀 그룹으로부터의 전하를 일시적으로 저장하고, 이 저장된 전하를 충전 전지 셀 그룹으로 보내는 구조가 필요 없다. 따라서, 단위 시간당 전하 이동 효율을 높일 수 있다. 또한, 전환 회로(BT04) 및 전환 회로(BT05)는 방전 전지 셀 그룹 및 충전 전지 셀 그룹에서의 어느 전지 셀이 변압 회로와 접속되는지를 판정한다.
또한, 변압 회로(BT07)는 방전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수 및 충전 전지 셀 그룹에 포함되는 전지 셀(BT09)의 개수에 기초하여 단자쌍(BT01)에 인가되는 방전 전압을 충전 전압으로 변환하고, 이 충전 전압을 단자쌍(BT02)에 인가한다. 이로써, 어느 전지 셀(BT09)이 방전 전지 셀 그룹 및 충전 전지 셀 그룹으로서 선택되어도, 문제 없이 전하가 이동할 수 있다.
또한, OS 트랜지스터를 트랜지스터(BT10) 및 트랜지스터(BT13)로서 사용하는 것에 의하여, 충전 전지 셀 그룹 또는 방전 전지 셀 그룹에 속하지 않는 전지 셀(BT09)로부터 누설되는 전하량을 저감시킬 수 있다. 따라서, 충전 또는 방전에 기여하지 않는 전지 셀(BT09)의 용량의 감소를 억제할 수 있다. 또한, 열로 인한 OS 트랜지스터의 특성의 편차는 Si 트랜지스터보다 작다. 따라서, 전지 셀(BT09)의 온도가 상승되어도, 제어 신호(S1) 및 제어 신호(S2)에 응하여 트랜지스터를 온 또는 오프 상태로 하는 등의 동작을 정상적으로 수행할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서, 실시형태 1에서 설명한 이차 전지를 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다.
도 24는 가요성 이차 전지를 포함하는 완장형 전자 기기의 예를 도시한 것이다. 도 24에 도시된 완장형 장치(7300)는 팔(7301)에 장착될 수 있고 곡면을 갖는 표시부 및 벤더블 이차 전지를 포함한다.
또한, 표시부에서, 표시 소자, 표시 소자를 포함하는 장치인 표시 장치, 발광 소자, 및 발광 소자를 포함하는 장치인 발광 장치는 다양한 형태가 채용될 수 있거나 또는 다양한 소자를 포함할 수 있다. 표시 소자, 표시 장치, 발광 소자, 또는 발광 장치는 EL(electroluminescence) 소자(예를 들어 유기 및 무기 재료를 포함하는 EL 소자, 유기 EL 소자, 또는 무기 EL 소자), LED(예를 들어 백색 LED, 적색 LED, 녹색 LED, 또는 청색 LED), 트랜지스터(전류에 따라 발광하는 트랜지스터), 전자 방출체, 액정 소자, 전자 잉크, 전기 영동 소자, GLV(grating light valve), PDP(plasma display panel), MEMS(micro electro mechanical systems)를 사용한 표시 소자, DMD(digital micromirror device), DMS(digital micro shutter), MIRASOL(등록 상표), IMOD(interferometric modulator display) 소자, 셔터 방식의 MEMS 표시 소자, 광 간섭 방식의 MEMS 표시 소자, 전기 습윤 소자, 압전 세라믹 디스플레이, 및 카본 나노튜브를 포함한 표시 소자 등 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 외에도, 표시 소자, 표시 장치, 발광 소자, 또는 발광 장치는 콘트라스트, 휘도, 반사성, 또는 투과율 등이 전기적 효과 또는 자기적 효과에 의하여 변화되는 표시 매체를 포함하여도 좋다. 또한, EL 소자를 갖는 표시 장치의 예에는 EL 디스플레이가 포함된다. 전자 방출체를 포함하는 표시 장치의 예는 FED(field emission display) 및 SED 방식 평판 디스플레이(SED: surface-conduction electron-emitter display)가 있다. 액정 소자를 포함하는 표시 장치의 예에는 액정 디스플레이(예를 들어, 투과형 액정 디스플레이, 반투과형 액정 디스플레이, 반사형 액정 디스플레이, 직시형 액정 디스플레이, 또는 투사형 액정 디스플레이)가 포함된다. 전자 잉크, 전자 분류체(electronic liquid powder(등록 상표)), 또는 전기 영동 소자를 포함하는 표시 장치의 예에는 전자 종이가 포함된다. 반투과형 액정 디스플레이 또는 반사형 액정 디스플레이의 경우, 화소 전극의 일부 또는 모두가 반사 전극으로서 기능한다. 예를 들어, 화소 전극의 일부 또는 모두는 알루미늄 또는 은 등을 포함하도록 형성된다. 이러한 경우, 반사 전극 아래에 SRAM 등 기억 회로를 제공할 수 있어, 소비전력의 저감으로 이어진다. 또한, LED를 사용하는 경우, LED의 전극 또는 질화물 반도체 아래에 그래핀 또는 흑연을 제공하여도 좋다. 그래핀 또는 흑연은 복수의 층이 적층된 다층막이어도 좋다. 이와 같이, 그래핀 또는 흑연을 제공함으로써, 그 위에, 결정을 포함하는 n형 GaN 반도체층 등의 질화물 반도체막을 쉽게 형성할 수 있게 된다. 또한, 그 위에, 결정을 포함하는 p형 GaN 반도체층 등을 제공하여, LED를 형성할 수 있다. 또한, 그래핀 또는 흑연과 결정을 포함하는 n형 GaN 반도체층 사이에 AlN층을 제공하여도 좋다. LED에 포함되는 GaN 반도체층은 MOCVD로 형성하여도 좋다. 또한, 그래핀을 제공할 때, LED에 포함되는 GaN 반도체층은 스퍼터링법으로 형성할 수도 있다.
완장형 장치(7300)는 하나 이상의 기능 소자를 더 포함하는 것이 바람직하다. 기능 소자의 예는 센서이다. 센서로서, 힘 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전 진동수, 거리, 광, 액체, 자력, 온도, 화학 물질, 소리, 시간, 경도(硬度), 전계, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서를 사용할 수 있다. 완장형 장치(7300)는 터치 패널, 안테나, 발전 소자, 및 스피커 등의 기능 소자를 포함하여도 좋다.
예를 들어, 야간에 사용자가 팔에 완장형 장치(7300)를 장착하고 디스플레이를 발광시킬 때, 교통 안전을 보증할 수 있다. 다른 예에는, 군인 또는 경비원 등이 상완부에 완장형 장치(7300)를 장착할 때, 포복하는 동안, 표시부에 표시되며 실시간에 받는 상관의 명령을 확인할 수 있다. 군인 또는 경비원에 있어서, 직무를 실시할 때 헬멧을 쓰고 양손에 무기 또는 도구를 갖고 있기 때문에 무선 장치, 휴대 전화, 또는 머리에 장착하는 디바이스를 사용하기 곤란하다. 그러므로, 군인 또는 경비원이 완장형 장치(7300)를 상완부에 장착할 수 있고, 예를 들어 손이 완전히 차 있어도 마이크로폰 등 음성 입력부로의 음성 입력에 의하여 동작시킬 수 있는 점에서 유용하다.
스포츠 분야에서도 완장형 장치(7300)를 유용하게 사용할 수 있다. 예를 들어 마라톤 선수는 팔의 흔들기를 중단하는 일 없이 시계에서 시간을 확인하기는 어렵다. 팔의 흔들기를 중단하면 리듬을 흩뜨리고 달리기를 방해할 수 있다. 그러나, 상완부에 완장형 장치(7300)를 장착함으로써 팔 흔들기를 중단하지 않고도 시간을 확인할 수 있다. 또한, 다른 정보(예를 들어 코스에서의 자신의 위치 또는 자신의 건강 상태)를 디스플레이 화면에 표시시킬 수 있다. 완장형 장치(7300)는, 선수가 양손을 쓰는 일 없이 음성 입력 등에 의하여 조작을 수행하는 것, 통신 기능에 의하여 코치의 지시를 구하는 것, 및 디스플레이 화면에 표시된 지시를 스피커 등 음성 출력부로부터의 음성 출력 또는 표시로 출력된 지시를 확인하는 것이 가능한 기능을 갖는 것이 더 유용하다.
다른 예에는, 헬멧을 쓴 작업자 등이 완장형 장치(7300)를 장착하고 조작할 때, 안전하게 작업을 할 수 있도록 다른 작업자의 위치 정보를 쉽게 얻기 위하여 통신에 의하여 정보를 주고 받을 수 있다.
도 25의 (A) 내지 (F)는 가요성 이차 전지를 포함하는 다른 전자 기기의 예를 도시한 것이다. 가요성 이차 전지를 포함하는 전자 기기의 예는 텔레비전 수상기(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화(휴대폰 또는 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 오디오 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 포함된다.
또한, 가요성 이차 전지는 집 또는 빌딩의 휘어진 내벽/외벽 표면 또는 자동차의 휘어진 내장/외장 표면을 따라 내장할 수 있다.
도 25의 (A)는 휴대 전화의 예를 도시한 것이다. 휴대 전화(7400)에는, 하우징(7401)에 포함된 표시부(7402), 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 및 마이크로폰(7406) 등이 제공되어 있다. 또한, 휴대 전화(7400)는 이차 전지(7407)를 포함한다.
도 25의 (B)는 휘어진 휴대 전화(7400)를 도시한 것이다. 휴대 전화(7400) 전체가 외력으로 휘어지는 경우, 휴대 전화(7400)에 포함되는 이차 전지(7407)도 휘어진다. 도 25의 (C)는 휘어진 이차 전지(7407)를 도시한 것이다. 이차 전지(7407)는 얇은 이차 전지이다. 이차 전지(7407)는 휘어지고 고정된다. 또한, 이차 전지(7407)는 집전체에 전기적으로 접속된 리드 전극을 포함한다. 집전체는 예를 들어 구리박이고 일부 갈륨과 합금화됨으로써, 집전체와 활물질층 사이의 접착력이 향상된다. 그 결과, 이차 전지(7407)는 휘어진 상태에서도 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
도 25의 (D)는 팔찌형 표시 장치의 예를 도시한 것이다. 휴대형 표시 장치(7100)는 하우징(7101), 표시부(7102), 조작 버튼(7103), 및 이차 전지(7104)를 포함한다. 도 25의 (E)는 휘어진 이차 전지(7104)를 도시한 것이다. 휘어진 이차 전지(7104)가 사용자의 팔 상에 있을 때, 하우징은 변형되고 이차 전지(7104)의 일부 또는 전체의 곡률이 변화된다. 또한, 어느 지점에서의 곡선의 곡률 반경이란, 그 지점에서의 곡선에 가장 근사한 원호의 반경을 말한다. 곡률 반경의 역수는 곡률이다. 구체적으로는 하우징 또는 이차 전지(7104)의 주된 표면의 일부 또는 전체는 곡률 반경 40mm 내지 150mm의 범위에서 변화된다. 이차 전지(7104)의 주된 표면의 곡률 반경이 40mm 이상 150mm 이하일 때, 신뢰성이 높에 유지될 수 있다.
이차 전지(7104)로서 상기 실시형태에서 설명한 이차 전지를 사용함으로써, 이차 전지(7104)가 휴대형 표시 장치(7100)의 착탈 시에 변형되어도 이차 전지(7104)에 인가된 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중되지 않는다. 따라서, 휴대헝 표시 장치(7100)의 착탈이 반복될 때에도 양극 탭 및 음극 탭의 크랙 또는 파손의 가능성을 저감시킬 수 있다. 따라서, 휴대형 표시 장치(7100)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 설명한 이차 전지에서, 리드 전극을 갖는 제 3 부분은 기전력을 발생시키는 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 제공된다. 이차 전지가 이차 전지(7104)로서 사용될 때 이차 전지(7104)의 리드 전극은 표시부(7102) 가까이에 제공될 수 있다. 따라서, 리드 배선을 늘리지 않고 이차 전지(7104)를 제공할 수 있다.
휘어질 수 있는 이차 전지는 다양한 전자 기기에서 높은 공간 효율성을 가져 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 25의 (F)에 도시된 스토브(7500)에서, 모듈(7511)이 본체(7512)에 접착된다. 모듈(7511)은 이차 전지(7501), 모터, 팬, 송풍구(7511a), 및 열전기발전 장치를 포함한다. 스토브(7500)에서, 연료가 개구(7512a)를 통하여 주입되고 점화되고 나서, 이차 전지(7501)의 전력을 사용하여 모듈(7511)에 포함되는 모터 및 팬을 회전시켜, 송풍구(7511a)를 통하여 외부의 공기를 스토브(7500) 내측에 보낼 수 있다. 이런 식으로, 외부의 공기가 스토브(7500) 내측에 효율적으로 추출될 수 있기 때문에 스토브(7500)는 센 가열 파워를 가질 수 있다. 또한, 연료 연소로 발생된 열 에너지를 이용하여 상부의 그릴(7513)에서 조리를 하는 것이 가능하다. 열 에너지는 모듈(7511)의 열전기발전 장치에 의하여 전력으로 변환되고, 그 전력으로 이차 전지(7501)를 충전한다. 이차 전지(7501)에 충전된 전력은 외부 단자(7511b)를 통하여 출력될 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합하여 실시될 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서, 실시형태 1에서 설명한 이차 전지를 포함할 수 있는 전자 기기의 다른 예에 대하여 설명한다.
도 26의 (A) 및 (B)는 반으로 접을 수 있는 태블릿 단말의 예를 도시한 것이다. 도 26의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿 단말(9600)은 하우징(9630a), 하우징(9630b), 하우징(9630a) 및 하우징(9630b)을 연결하는 가동(可動)부(9640), 표시부(9631a)와 표시부(9631b)를 포함하는 표시부(9631), 표시 모드 스위치(9626), 전원 스위치(9627), 절전 모드 스위치(9625), 파스너(9629), 및 조작 스위치(9628)를 포함한다. 도 26의 (A)는 펼친 태블릿 단말(9600)을 도시한 것이고, 도 26의 (B)는 닫힌 태블릿 단말(9600)을 도시한 것이다.
태블릿 단말(9600)은 하우징(9630a) 및 하우징(9630b) 내부에 이차 전지(9635)를 포함한다. 이차 전지(9635)는 가동부(9640)를 통하여 하우징(9630a)과 하우징(9630b)에 걸쳐 제공된다.
표시부(9631a)의 일부는 터치 패널 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9638)를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한, 도 26의 (A)는 일례로서, 표시부(9631a)의 절반 영역이 표시 기능만 갖고 나머지 절반 영역이 터치 패널 기능을 갖는 것을 도시한 것이다. 그러나, 표시부(9631a)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 표시부(9631a)의 전역이 터치 패널 기능을 가져도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전역이 키보드 버튼이 표시되고 터치 패널로서 기능할 수 있는 한편, 표시부(9631b)는 표시 화면으로서 사용될 수 있다.
표시부(9631a)와 같이, 표시부(9631b)의 일부는 터치 패널 영역(9632b)이 될 수 있다. 터치 패널에 표시된 키보드 표시 전환 버튼(9639)을 손가락 또는 스타일러스 등으로 터치하면, 표시부(9631b)에 키보드를 표시할 수 있다.
터치 패널 영역(9632a) 및 터치 패널 영역(9632b)에서 터치 입력을 동시에 수행할 수 있다.
표시 모드를 전환하는 스위치(9626)에 의하여, 세로 모드와 가로 모드, 및 흑백 표시와 컬러 표시 사이의 전환 등이 가능해진다. 절전 모드 스위치(9625)는 태블릿 단말(9600)에 포함되는 광학 센서로 측정되는, 태블릿 단말(9600) 사용 시의 외광량에 따라 표시 휘도를 제어할 수 있다. 태블릿 단말에는 광학 센서에 더하여, 자이로스코프 또는 가속도 센서 등 기울기를 판정하는 센서 등의 다른 검출 장치가 포함되어도 좋다.
또한, 도 26의 (A)는 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)가 같은 표시 면적을 갖는 예를 도시한 것이지만, 본 발명의 일 형태는 한정되지 않고 표시부들 중 한쪽은 다른 쪽의 표시부와 크기 및 표시 품질이 달라도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 한쪽에는 다른 쪽보다 해상도가 높은 화상이 표시되어도 좋다.
도 26의 (B)에서 태블릿 단말은 닫혀 있다. 태블릿 단말은 하우징(9630), 태양 전지(9633), 및 DC-DC 컨버터(9636)를 포함하는 충방전 제어 회로(9634)를 포함한다. 본 발명의 일 형태의 이차 전지를 이차 전지(9635)에 사용한다.
태블릿 단말(9600)은 사용되지 않을 때 하우징(9630a)과 하우징(9630b)이 서로 중첩되도록 접힐 수 있다. 이로써, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)를 보호할 수 있어, 태블릿 단말(9600)의 내구성이 향상된다. 또한, 본 발명의 일 형태의 이차 전지(9635)는 가요성을 갖고, 충방전 용량이 크게 저하되는 일 없이 반복적으로 휠 수 있다. 그러므로, 신뢰성이 높은 태블릿 단말을 제공할 수 있다.
도 26의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿 단말은 다양한 데이터(예를 들어 정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시간을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시된 데이터를 터치 입력에 의하여 조작하거나 또는 편집하는 터치 입력 기능, 및 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수도 있다.
태블릿 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)는 터치 패널, 표시부, 및 화상 신호 프로세서 등에 전력을 공급한다. 또한, 태양 전지(9633)가 하우징(9630)의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면에 제공될 수 있고 이차 전지(9635)는 효율적으로 충전될 수 있다. 이차 전지(9635)로서 본 발명의 일 형태의 이차 전지를 사용하면 충방전의 반복에 따른 방전 용량의 저하를 억제할 수 있기 때문에 장기간 태블릿 단말을 사용할 수 있다.
도 26의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구조 및 동작에 대하여 도 26의 (C)에서의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 26의 (C)에는 태양 전지(9633), 이차 전지(9635), DC-DC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3), 및 표시부(9631)를 도시하고, 이차 전지(9635), DC-DC 컨버터(9636), 컨버터(9637), 및 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3)는 도 26의 (B)에서의 충방전 제어 회로(9634)에 대응한다.
먼저, 외광을 사용하는 태양 전지(9633)에 의하여 전력이 생성되는 경우의 동작예를 설명한다. 태양 전지에 의하여 발생된 전력의 전압은, DC-DC 컨버터(9636)에 의하여 이차 전지(9635)를 충전하기 위한 전압까지 상승 또는 하강된다. 표시부(9631)가 태양 전지(9633)로부터의 전력에 의하여 동작할 때는, 스위치(SW1)를 온으로 하고 그 전력의 전압을 컨버터(9637)에 의하여 표시부(9631)의 동작에 필요한 전압까지 상승 또는 하강시킨다. 또한, 표시부(9631)에서 표시하지 않을 때에는, 스위치(SW1)를 오프로 하고 스위치(SW2)를 온으로 하여, 이차 전지(9635)가 충전되면 좋다.
또한, 태양 전지(9633)를 발전 수단의 예로서 설명하였지만, 본 발명의 일 형태는 이 예에 한정되지 않는다. 이차 전지(9635)는 압전 소자 또는 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등 다른 발전 수단을 이용하여 충전되어도 좋다. 예를 들어 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전할 수 있는 무접점 전력 전송 모듈, 또는 다른 충전 수단을 조합하여 이차 전지(9635)를 충전하여도 좋다.
실시형태 1에서 설명한 이차 전지를 도 27의 (A) 내지 (C)에 도시된 웨어러블 장치에 제공할 수 있다.
예를 들어, 이차 전지를 도 27의 (A)에 도시된 안경형 장치(400)에 제공할 수 있다. 안경형 장치(400)는 프레임(400a) 및 표시부(400b)를 포함한다. 휘어진 형상의 프레임(400a)의 안경다리에 이차 전지를 제공함으로써, 안경형 장치(400)는 균형 있는 무게를 갖고 장시간 계속적으로 사용할 수 있다.
이차 전지를 헤드셋형 장치(401)에 제공할 수 있다. 헤드셋형 장치(401)는 적어도 마이크로폰부(401a), 가요성 파이프(401b), 및 이어폰부(401c)를 포함한다. 가요성 파이프(401b) 및 이어폰부(401c)에 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 이차 전지를 몸에 직접 부착 가능한 장치(402)에 제공할 수 있다. 장치(402)의 얇은 하우징(402a)에 이차 전지(402b)를 제공할 수 있다.
또한, 옷에 부착 가능한 장치(403)에 이차 전지를 제공할 수 있다. 장치(403)의 얇은 하우징(403a)에 이차 전지(403b)를 제공할 수 있다.
또한, 손목시계형 장치(405)에 이차 전지를 제공할 수 있다. 손목시계형 장치(405)는 표시부(405a) 및 벨트부(405b)를 포함하고, 이차 전지는 표시부(405a) 또는 벨트부(405b)에 제공될 수 있다. 또한, 상기 실시형태에서 설명한 이차 전지에서, 리드 전극을 갖는 제 3 부분은 기전력을 발생시키는 제 1 부분과 제 2 부눈 사이에 제공된다. 예를 들어, 이차 전지(7104)의 리드 전극은 이차 전지가 벨트부(405b)에 사용될 때 표시부(405a) 가까이에 제공될 수 있다. 따라서, 리드 배선을 늘리지 않고 이차 전지(7104)를 제공할 수 있다.
또한, 벨트형 장치(406)에 이차 전지를 제공할 수 있다. 벨트형 장치(406)는 벨트부(406a) 및 무선 급전 수전부(406b)를 포함하고, 이차 전지는 벨트부(406a) 내부에 제공될 수 있다.
도 27의 (B)에 도시된 손목 밴드 장치(407)에, 실시형태 1에서 설명한 이차 전지를 제공할 수 있다. 손목밴드 장치(407)는 케이스(407a)에서 2개의 휘어진 이차 전지(407b)를 포함한다. 휘어진 표시부(407c)는 케이스(407a)의 표면 위에 제공된다. 표시부(407c)에 사용될 수 있는 표시부에, 도 24에서의 표시부의 설명을 참조할 수 있다. 완장형 장치(407)는 접속부(407d) 및 힌지부(407e)를 포함한다. 접속부(407d)와 힌지부(407e) 사이의 부분이 힌지부(407e)를 축으로서 사용하여 유연하게 가동할 수 있다. 접속부(407d)에 제공된 외부 단자를 통한 충전 등도 가능하다.
상기 실시형태에서 설명한 이차 전지는 도 27의 (C)에 도시된 웨어러블 장치(410)에 제공될 수 있다. 웨어러블 장치(410)는 센서부(413), 표시부(415), 및 밴드부(414)를 포함하고, 예를 들어 손목 등에 장착될 수 있다. 휘어진 이차 전지(412)는 밴드부(414)에 제공된다.
이차 전지(412)로서 상기 실시형태에서 설명한 이차 전지를 사용함으로써, 이차 전지(412)가 웨어러블 장치(410)의 착탈 시에 변형되어도 이차 전지(412)에 인가된 응력이 양극 탭 및 음극 탭에 집중되지 않는다. 따라서, 웨어러블 장치(410)의 착탈이 반복될 때에도 양극 탭 및 음극 탭의 크랙 또는 파손의 가능성을 저감시킬 수 있다. 따라서, 웨어러블 장치(410)의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 설명한 이차 전지에서, 리드 전극을 갖는 제 3 부분은 기전력을 발생시키는 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 제공된다. 이차 전지가 이차 전지(412)로서 사용될 때 이차 전지(412)의 리드 전극은 센서부(413) 및 표시부(415) 가까이에 제공될 수 있다. 따라서, 리드 배선을 늘리지 않고 이차 전지(412)를 제공할 수 있다.
도 28은 다른 전자 기기의 예를 도시한 것이다. 도 28에서, 표시 장치(8000)는 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8004)를 사용한 전자 기기의 예이다. 구체적으로, 표시 장치(8000)는 TV 방송 수신용 표시 장치에 상당하고, 하우징(8001), 표시부(8002), 스피커부(8003), 및 이차 전지(8004) 등을 포함한다. 본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지(8004)는 하우징(8001)에 제공된다. 표시 장치(8000)는 상용 전원으로부터 전력을 받을 수 있다. 또는 표시 장치(8000)는 이차 전지(8004)에서 저장된 전력을 사용할 수 있다. 그러므로, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력이 공급될 수 없을 때에도 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8004)를 무정전 전원으로서 사용하여 표시 장치(8000)를 동작시킬 수 있다.
표시부(8002)에는, 액정 표시 장치, 각 화소에 유기 EL 소자 등의 발광 소자가 제공된 발광 장치, 전기 영동 표시 장치, DMD(digital micromirror device), PDP(plasma display panel), 또는 FED(field emission display) 등의 반도체 표시 장치를 사용할 수 있다.
또한, 표시 장치는 그 범주에, TV 방송 수신용 이외에, 퍼스널 컴퓨터용, 및 광고 표시용 등 모든 정보 표시 장치가 포함된다.
도 28에서, 설치형 조명 장치(8100)는 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8103)를 사용한 전자 기기의 예이다. 구체적으로, 설치형 조명 장치(8100)는 하우징(8101), 광원(8102), 및 이차 전지(8103) 등을 포함한다. 도 28에는 하우징(8101) 및 광원(8102)이 설치된 천장(8104)에 이차 전지(8103)가 제공되는 경우를 도시하였지만, 이차 전지(8103)가 하우징(8101)에 제공되어도 좋다. 설치형 조명 장치(8100)는 상용 전원으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또는, 설치형 조명 장치(8100)는 이차 전지(8103)에서 저장된 전력을 사용할 수 있다. 따라서, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력이 공급될 수 없을 때에도 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8103)를 무정전 전원으로서 사용하여 설치형 조명 장치(8100)를 동작시킬 수 있다.
또한, 도 28에서는 천장(8104)에 제공된 설치형 조명 장치(8100)를 예로서 도시하였지만, 본 발명의 일 형태의 이차 전지는 천장(8104) 이외에, 예를 들어 벽(8105), 바닥(8106), 또는 창문(8107) 등에 제공된 설치형 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또는 이차 전지는 탁상 조명 장치 등에 사용될 수 있다.
광원(8102)으로서는, 전력을 이용하여 인공적으로 발광시키는 인공 광원을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 백열등, 형광등 등의 방전등, 및 LED 및 유기 EL 소자 등의 발광 소자를 인공 광원의 예로 들 수 있다.
도 28에서, 실내 유닛(8200) 및 실외 유닛(8204)을 포함하는 에어컨디셔너는 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8203)를 사용하는 전자 기기의 일례이다. 구체적으로 실내 유닛(8200)은 하우징(8201), 송풍구(8202), 및 이차 전지(8203) 등을 포함한다. 도 28은 이차 전지(8203)가 실내 유닛(8200)에 제공되는 경우를 도시한 것이지만, 이차 전지(8203)는 실외 유닛(8204)에 제공되어도 좋다. 또는 실내 유닛(8200)과 실외 유닛(8204) 양쪽에 이차 전지(8203)가 제공되어도 좋다. 에어컨디셔너는 상용 전원으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또는, 에어컨디셔너는 이차 전지(8203)에 저장된 전력을 사용할 수 있다. 특히, 실내 유닛(8200) 및 실외 유닛(8204) 양쪽에 이차 전지(8203)가 제공되는 경우, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력이 공급될 수 없을 때에도, 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8203)를 무정전 전원으로서 사용함으로써, 에어컨디셔너를 동작시킬 수 있다.
또한, 도 28에는 실내 유닛 및 실외 유닛을 포함하는 분할형(split-type) 에어컨디셔너를 일례로서 도시하였지만, 본 발명의 일 형태의 이차 전지는 실내 유닛의 기능과 실외 유닛의 기능이 하나의 하우징에 통합되어 있는 에어컨디셔너에 사용할 수 있다.
도 28에 있어서, 전기 냉동 냉장고(8300)는 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8304)를 사용한 전자 기기의 예이다. 구체적으로, 전기 냉동 냉장고(8300)는 하우징(8301), 냉장실용 도어(8302), 냉동실용 도어(8303), 및 이차 전지(8304) 등을 포함한다. 도 28에서 이차 전지(8304)는 하우징(8301) 내에 제공된다. 전기 냉동 냉장고(8300)는 상용 전원으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 또는, 전기 냉동 냉장고(8300)는 이차 전지(8304)에 저장된 전력을 사용할 수 있다. 그러므로, 정전 등으로 인하여 상용 전원으로부터 전력이 공급될 수 없을 때에도 본 발명의 일 형태의 이차 전지(8304)를 무정전 전원으로서 사용하여 전기 냉동 냉장고(8300)를 동작시킬 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합하여 실시될 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서, 실시형태 1에서 설명한 이차 전지를 포함하는 자동차의 예에 대하여 설명한다.
이차 전지가 자동차에 사용됨으로써, 하이브리드 전기 자동차(HEVs), 전기 자동차(EVs), 및 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEVs) 등의 차세대 클린 에너지 자동차를 제작할 수 있다.
도 29의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태를 사용한 자동차의 예를 도시한 것이다. 도 29의 (A)에 도시된 자동차(8400)는 전기 모터의 전력으로 달리는 전기 자동차이다. 또는, 자동차(8400)는 전기 모터 또는 엔진을 적절히 사용하여 구동할 수 있는 하이브리드 전기 자동차이다. 본 발명의 일 형태는 고연비 차량을 구현한다. 자동차(8400)는 이차 전지를 포함한다. 이차 전지는 전기 모터를 구동할 뿐만 아니라, 헤드라이트(8401) 또는 실내전등(미도시) 등의 발광 장치에 전력을 공급하기 위하여 사용된다.
이차 전지는 자동차(8400)에 포함되는 스피드 미터 또는 태코미터 등의 표시 장치에 전력을 공급할 수도 있다. 또한, 이차 전지는 내비게이션 시스템 등, 자동차(8400)에 포함되는 반도체 장치에 전력을 공급할 수 있다.
도 29의 (B)는 이차 전지를 포함하는 자동차(8500)를 도시한 것이다. 이차 전지에 플러그인 시스템 또는 비접촉 급전 시스템 등에 의하여 외부의 충전 설비를 통하여 전력이 공급될 때, 자동차(8500)를 충전할 수 있다. 도 29의 (B)에서는, 케이블(8022)을 통하여 지상 충전 장치(8021)를 사용하여 자동차(8500)에 포함된 축전 장치가 충전되어 있다. 충전에 있어서 충전 방법 또는 커넥터의 규격 등은, CHAdeMO(등록 상표) 또는 Combined Charging System 등의 소정의 방법을 적절히 참조할 수 있다. 충전 장치(8021)는 상용 시설에 제공된 충전 스테이션 또는 가정용 전원이라도 좋다. 예를 들어, 플러그인 기술을 이용하여, 외부로부터의 전력 공급에 의하여, 자동차(8500)에 포함된 이차 전지를 충전할 수 있다. 충전은 AC-DC 컨버터 등의 컨버터를 통하여 AC 전력을 DC 전력으로 변환함으로써 수행될 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 자동차는 지상의 송전 장치로부터 비접촉 방식으로 전력이 공급됨으로써 충전되도록 수전 장치를 포함할 수 있다. 이 비접촉 전력 공급 시스템의 경우, 도로 또는 외벽에 송전 장치를 장착함으로써 전기 자동차가 정차될 때뿐만 아니라 주행될 때에도 충전할 수 있다. 또한, 이 비접촉 전력 공급 시스템은 자동차들 사이에서의 송수신을 수행하는 데 이용되어도 좋다. 자동차가 정지하거나 이동할 때 이차 전지를 충전하기 위하여 자동차의 외장부에 태양 전지가 제공되어도 좋다. 이와 같은 비접촉 방식으로 전력을 공급하기 위해서는 전자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식을 이용할 수 있다.
또한, 자동차에 포함된 이차 전지는 자동차 이외의 제품에 전력을 공급하기 위한 전원으로서 사용할 수 있다. 이러한 경우, 전력 수요의 피크 시에 상용 전원을 사용하는 것을 회피할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합하여 실시될 수 있다.
10: 이차 전지, 11: 제 1 부분, 12: 제 2 부분, 13: 제 3 부분, 21: 제 1 방향, 22: 제 2 방향, 101: 양극 집전체, 102: 양극 활물질층, 103: 세퍼레이터, 104: 전해액, 105: 음극 집전체, 106: 음극 활물질층, 107a: 외장체, 107b: 외장체, 107c: 외장체, 107d: 외장체, 107e: 외장체, 107f: 외장체, 107ab: 접착 부분, 107ac: 접착 부분, 107bc: 접착 부분, 111: 양극, 111a: 양극, 111b: 양극, 115: 음극, 115a: 음극, 115b: 음극, 120: 밀봉층, 121: 양극 리드, 125: 음극 리드, 130: 완충재, 321: 그래핀, 322: 양극 활물질, 331: 영역, 332: 영역, 333: 영역, 400: 안경형 장치, 400a: 프레임, 400b: 표시부, 401: 헤드셋형 장치, 401a: 마이크로폰부, 401b: 가요성 파이프, 401c: 이어폰부, 402: 장치, 402a: 하우징, 402b: 이차 전지, 403: 장치, 403a: 하우징, 403b: 이차 전지, 405: 손목시계형 디바이스, 405a: 표시부, 405b: 벨트부, 406: 벨트형 장치, 406a: 벨트부, 406b: 무선 급전 수전부, 407: 완장형 장치, 407a: 케이스, 407b: 이차 전지, 407c: 표시부, 407d: 접속부, 407e: 힌지부, 410: 웨어러블 장치, 412: 이차 전지, 413: 센서부, 414: 밴드부, 415: 표시부, 7100: 휴대형 표시 장치, 7101: 하우징, 7102: 표시부, 7103: 조작 버튼, 7104: 이차 전지, 7300: 완장형 장치, 7301: 팔, 7400: 휴대 전화, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 7407: 이차 전지, 7500: 스토브, 7501: 이차 전지, 7511: 모듈, 7511a: 송풍구, 7511b: 외부 단자, 7512: 본체, 7512a: 개구, 7513: 그릴, 8000: 표시 장치, 8001: 하우징, 8002: 표시부, 8003: 스피커부, 8004: 이차 전지, 8021: 충전 장치, 8022: 케이블, 8100: 조명 장치, 8101: 하우징, 8102: 광원, 8103: 이차 전지, 8104: 천장, 8105: 벽, 8106: 바닥, 8107: 창문, 8200: 실내 유닛, 8201: 하우징, 8202: 송풍구, 8203: 이차 전지, 8204: 실외 유닛, 8300: 전기 냉동 냉장고, 8301: 하우징, 8302: 냉장실용 도어, 8303: 냉동실용 도어, 8304: 이차 전지, 8400: 자동차, 8401: 헤드라이트, 8500: 자동차, 9600: 태블릿 단말, 9625: 스위치, 9626: 스위치, 9627: 전원 스위치, 9628: 조작 스위치, 9629: 파스너, 9630: 하우징, 9630a: 하우징, 9630b: 하우징, 9631: 표시부, 9631a: 표시부, 9631b: 표시부, 9632a: 영역, 9632b: 영역, 9633: 태양 전지, 9634: 충방전 제어 회로, 9635: 이차 전지, 9636: DC-DC 컨버터, 9637: 컨버터, 9638: 조작 키, 9639: 버튼, 9640: 가동부, BT00: 축전 장치, BT01: 단자쌍, BT02: 단자쌍, BT03: 제어 회로, BT04: 회로, BT05: 회로, BT06: 변압 제어 회로, BT07: 변압 회로, BT08: 전지부, BT09: 전지 셀, BT10: 트랜지스터, BT11: 버스, BT12: 버스, BT13: 트랜지스터, BT14: 전류 제어 스위치, BT15: 버스, BT16: 버스, BT17: 스위치쌍, BT18: 스위치쌍, BT21: 트랜지스터쌍, BT22: 트랜지스터, BT23: 트랜지스터, BT24: 버스, BT25: 버스, BT31: 트랜지스터쌍, BT32: 트랜지스터, BT33: 트랜지스터, BT34: 버스, BT35: 버스, BT41: 전지 제어 유닛, BT51: 절연형 DC-DC 컨버터, BT52: 스위치부, BT53: 변압기, S1: 제어 신호, S2: 제어 신호, S3: 변압 신호, SW1: 스위치, SW2: 스위치, SW3: 스위치.
본 출원은 2015년 01월 23일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2015-010992의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.
본 출원은 2015년 01월 23일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2015-010992의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.
Claims (10)
- 가요성 이차 전지로서,
양극 집전체를 갖는 제 1 표면 및 양극 활물질층을 갖는 제 2 표면을 각각 포함하는 복수의 양극; 및
음극 집전체를 갖는 제 1 표면 및 음극 활물질층을 갖는 제 2 표면을 각각 포함하는 복수의 음극을 포함하고,
상기 복수의 양극 및 상기 복수의 음극은, 상기 복수의 양극의 상기 제 1 표면이 서로 접촉되고 상기 복수의 음극의 상기 제 1 표면이 서로 접촉되도록 적층되는, 가요성 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 양극의 상기 제 1 표면 및 상기 복수의 음극의 상기 제 1 표면은 각각 금속을 포함하는, 가요성 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 양극 중 하나의 상기 제 2 표면 및 상기 복수의 음극 중 하나의 상기 제 2 표면과 접촉되는 세퍼레이터를 더 포함하는, 가요성 이차 전지. - 제 1 항에 있어서,
상기 가요성 이차 전지가 휠 때, 상기 복수의 양극의 상기 제 1 표면은 서로 미끄러지고 상기 복수의 음극의 상기 제 1 표면은 서로 미끄러지는, 가요성 이차 전지. - 가요성 이차 전지로서,
양극 집전체 및 양극 활물질층을 각각 포함하는 복수의 양극; 및
음극 집전체 및 음극 활물질층을 각각 포함하는 복수의 음극을 포함하고,
2개의 양극 및 2개의 음극은 세퍼레이터를 개재하여 적층되고,
상기 2개의 양극의 상기 양극 집전체는 서로 접촉되고,
상기 2개의 음극의 상기 음극 집전체는 서로 접촉되는, 가요성 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 양극 집전체 및 상기 음극 집전체는 각각 금속을 포함하는, 가요성 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 세퍼레이터는 상기 양극 활물질층 중 하나 및 상기 음극 활물질층 중 하나와 접촉되는, 가요성 이차 전지. - 제 5 항에 있어서,
상기 가요성 이차 전지가 휠 때, 상기 2개의 양극의 상기 양극 집전체는 서로 미끄러지고 상기 2개의 음극의 상기 음극 집전체는 서로 미끄러지는, 가요성 이차 전지. - 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 양극 집전체는 스테인리스 스틸, 금, 백금, 알루미늄, 타이타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 나이오븀, 탄탈럼, 크로뮴, 몰리브데넘, 텅스텐, 코발트, 니켈, 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는, 가요성 이차 전지. - 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 음극 집전체는 스테인리스 스틸, 금, 백금, 철, 구리, 타이타늄, 알루미늄, 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는, 가요성 이차 전지.
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