KR900004585Y1

KR900004585Y1 - Electrode assembly

Info

Publication number: KR900004585Y1
Application number: KR2019900000248U
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 바코스 빈센트; 윌리엄 마틴 토마스
Original assignee: 이스트만 코닥 컴퍼니; 옥덴 에이치. 웹스터
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1990-01-11
Publication date: 1990-05-25

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Electrode assembly

제1도는 본 고안에 의한 아코디언 형태로 접힌 적층된 형태의 전극.1 is a stacked electrode folded in accordion form according to the present invention.

제2도는 애노드 조립체의 개략도.2 is a schematic representation of an anode assembly.

제3도는 전형적인 캐소드조립체의 개략도.3 is a schematic representation of a typical cathode assembly.

제4도는 아코디언 형태로 접혀지기 전에 함께 적층된 애노드와 캐소드를 보여준다.4 shows the anode and cathode stacked together before being folded in accordion form.

제5도는 본 고안의 전극 조립체를 구성하는 전기화학적 셀을 보여준다.5 shows an electrochemical cell constituting the electrode assembly of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 캐소드 11 : 애노드1: cathode 11: anode

13 : 콜렉터 14 : 애노드단자13: collector 14: anode terminal

15 : 분리층 24 : 캐소드단자15: separation layer 24: cathode terminal

25 : 용기25: container

본 고안은 전극 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode assembly.

애노드와 캐소드로 이루어지는 전극 조립체의 여러 형상이 소개되어 왔다. 특별한 하우징에서의 그러한 전극 조립체의 배치와 형상은, 그 조립체와 형상이 각각의 셀에 포함될 수 있는 활성 전극 재료의 량과, 전기적 수행능력, 제조의 용이성등에 영향을 준다는 점에서 중요하다.Various shapes of an electrode assembly consisting of an anode and a cathode have been introduced. The placement and shape of such electrode assemblies in a particular housing is important in that the assembly and shape affect the amount of active electrode material that can be included in each cell, electrical performance, ease of manufacture, and the like.

한 유용한 전극 조립체 형상이 미합중국 특허 제3,663,721호에 소개되어 있다.One useful electrode assembly configuration is disclosed in US Pat. No. 3,663,721.

여기의 전기화학적 셀은, 리튬 애노드가 선택된 폭의 한개로 연속된 길이의 지그-재그 주름이 잡힌 리튬으로 구성된 것으로 발표되어 있다.The electrochemical cell herein is reported to be composed of a lithium anode composed of zig-zag corrugated lithium of continuous length in one of a selected width.

개별적인 캐소드판들이 주름잡힌 전극의 쌍들 사이에 위치되어 있다.Individual cathode plates are located between the pair of corrugated electrodes.

분리층이 캐소드와 애노드 사이에 배치되어 캐소드와 애노드 사이의 전기 접촉을 막는다.A separation layer is disposed between the cathode and the anode to prevent electrical contact between the cathode and the anode.

상기 전극 조립체가 유용하기는 하지만, 지그 재그로 주름잡힌 애노드 사이에 격리 캐소드판들을 배치시키는 제조 단계를 필요로 하고 여러 캐소드판들 사이에 일련의 전기연결을 해야 하며 그 캐소드와 외부의 전기접촉에 의해 쇼트가 발생할 기회가 증가하는 단점들이 있다.Although the electrode assembly is useful, it requires a fabrication step of placing isolating cathode plates between zigzag anodes and requires a series of electrical connections between the various cathode plates and the external electrical contact with the cathode. There are disadvantages that increase the chance of a short.

본 고안은, 전체의 애노드와 분리층, 캐소드가 아코디언 형태의 주름으로 적층된 전극을 제공한다.The present invention provides an electrode in which the entire anode, the separation layer, and the cathode are stacked in accordion-like pleats.

아코디언 형태의 주름은 2개 또는 그 이상의 "U" 형태의 주름을 포함한다.Accordion shaped wrinkles include two or more “U” shaped wrinkles.

특히 유용한 실시예에서, 본 고안의 전극 조립체의 애노드는 아래 순서로 포함하는 3층의 적층으로 되어 있다.In a particularly useful embodiment, the anode of the electrode assembly of the present invention is a three-layer stack comprising in the following order.

a) 금속박의 전류 콜렉터 지지체.a) current collector support of metal foil.

b) 전성이 있는 애노드 활성재료의 층.b) a layer of malleable anode active material.

c) 절연 분리재료 층.c) layer of insulating isolation material.

본 출원인은 애노드와 캐소드의 구성과 불리층, 애노드와 캐소드 및 문리층을 적층구조로 만들고 아코디언 형태의 주름잡는 기술에 대해 기술한 것이다.Applicant has described the composition of the anode and cathode and the disadvantageous layer, the anode, the cathode and the door layer in a laminated structure and the accordion-type pleating technology.

본 고안의 명세서에서는 리튬 애노드와 Mno₂캐소드가 사용된다.In the specification of the present invention, a lithium anode and a Mno ₂ cathode are used.

본 고안은 고체 연료를 사용하는 대부분의 전극 조립체들을 대상으로 한다.The present invention is directed to most electrode assemblies using solid fuels.

본 고안을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in detail with reference to the accompanying drawings as follows.

제1도에서, 애노드(11)는 스테인레스강과 같은 0.0254mm(1mil)의 금속박 전류 콜렉터(13)에 피복된 리튬과 같은 전성의 금속(12)으로 구성된 기본적으로 3개의 적층으로 이루어져있다.In FIG. 1, the anode 11 consists essentially of three stacks composed of a metal 12, such as lithium, coated on a metal foil current collector 13 of 0.0254 mm (1 mil), such as stainless steel.

스테인레스강의 박으로 된 콜렉터(13)의 일부는 피복되지 않고 다듬어져서 애노드 단자(14)를 형성한다. 직조되지 않은 폴리프로필렌 또는(셀라니즈로 부터 이용가능한)상표 셀가드 4510과 같은 분리층은 전체 리튬애노드(11)위에 감겨져 있다.A portion of the stainless steel foil collector 13 is uncoated and trimmed to form the anode terminal 14. A separate layer, such as unwoven polypropylene or the trademark Celgard 4510 (available from Celanese), is wound over the entire lithium anode 11.

분리층은 다공질의 전기절연 재료로 되어 있으며 애노드와 캐소드 사이의 전기접촉을 막지한 이온의 이동은 허용한다.The separation layer is made of porous electrically insulating material and allows the movement of ions that prevents electrical contact between the anode and the cathode.

다른 유용한 애노드 활성재료는 알카리금속(Na 와 K)Li-Al 합금, Li-Si 합금, Li-B 합금 그리고 원소주기율표의 Ia 및 IIa 족의 금속들과 같은 어떤 전성의 애노드 재료를 포함한다.Other useful anode active materials include anode materials of some nature, such as alkali metal (Na and K) Li-Al alloys, Li-Si alloys, Li-B alloys and metals of Groups Ia and IIa of the Periodic Table.

전성의 애노드 활성 재료는 금속박에 피복될 수 있다.The malleable anode active material may be coated on the metal foil.

또한, 분리층은 애노드층과의 상당한 점착력을 지니고서 활성재료 표면에 피복될 수 있다.In addition, the separation layer can be coated on the surface of the active material with significant adhesion to the anode layer.

전류 콜렉터 및 지지체로서 사용될 수 있는 금속박은 니켈, 스테인레스강, 알루미늄 및 티타늄과 같은 금속을 포함한다.Metal foils that can be used as current collectors and supports include metals such as nickel, stainless steel, aluminum and titanium.

본 고안의 실시예는 애노드위에 배치된 절연 분리층을 지는 것으로 예시되어 있지만, 본 발명은 분리층이 캐소드위에 배치될 때도 마찬가지로 적용된다.Embodiments of the present invention are illustrated as having an insulating isolation layer disposed over the anode, but the invention applies equally when the isolation layer is disposed over the cathode.

어느 경우에도, 분리층의 약간의 여분이 전극의 양측에 대해 남겨진다.In either case, some excess of the separation layer is left for both sides of the electrode.

애노드의 전체 길이와 두께는 고려된 전기화학적 셀 또는 축전지 명세의 연료 적재조건에 의해 지실될 것이다.The overall length and thickness of the anode will be supported by the fuel loading conditions of the electrochemical cell or battery specification considered.

캐소드(1)는 제2도에서와 같은 적층으로 되어 있다.The cathode 1 is laminated as shown in FIG.

본 실시예에서, 활성재료는 MnO₂이다.In this embodiment, the active material is MnO ₂ .

캐소드(1)는, MnO₂와 탄소 및 테플론(23)의 혼합물이 한쪽 또는 양쪽에 피복된 스테인레스강과 같은 금속그릿(grid)전류 콜렉터(22)로 구성된다.The cathode 1 is composed of a metal grid current collector 22 such as stainless steel in which a mixture of MnO ₂ and carbon and Teflon 23 is coated on one or both sides.

스테인레스강 전류 콜렉터(22)의 작은 일부분은 피복되지 않고 한 단부에서 캐소드 단자(24)로서 기능을 하도록 형상이 이루어져 있다.A small portion of the stainless steel current collector 22 is uncovered and shaped to function as the cathode terminal 24 at one end.

본 고안의 전극 조립체에 유용한 캐소드 활성재료는 여러 형태의 폴리클로로카본, 즉(CF_x)_n과 (여기서 <X이고 n은 불확정의 큰수), FeS₂, FeS, CuO 및 Bi₂O₃등을 포함한다.Cathode active materials useful in the electrode assembly of the subject innovation are the various types of poly chlorocarbons, i.e. (CF _x) _n and (where <X n is keunsu indeterminate), FeS _2, FeS, CuO and Bi ₂ O _3, etc. Include.

제4도에는 완성된 전극 조립체가 도시되어 있다.4 shows the completed electrode assembly.

애노드(11)에 부착된 분리층(15)의 윗면에 캐소드(1)를 배치시켜 캐소드 단자(24)와 앤드단자(14)들이 나란히, 그러나 전기 접촉되지 않게 만들어져 있다.The cathode 1 is arranged on the top surface of the separation layer 15 attached to the anode 11 so that the cathode terminal 24 and the end terminal 14 are side by side but not in electrical contact.

본 실시예에서, 캐소드는 애노드 길이의 약 1/2이다.In this embodiment, the cathode is about one half of the anode length.

전체 애노드(11)는 캐소드(1)위에 접혀져서 캐소드(1)가 애노드(11)의 주름들 사이에 끼워진 적층구조를 형성한다.The entire anode 11 is folded over the cathode 1 to form a stacked structure in which the cathode 1 is sandwiched between the corrugations of the anode 11.

다음에, 제4도의 완성된 전극 조립체는 제1도에 도시된 바와같은 아코디언처럼 주름잡히게 된다.The finished electrode assembly of FIG. 4 is then corrugated like an accordion as shown in FIG.

아코디언처럼 주름잡힌 전극 조립체는 일련의 연속된 "U"자형 주름으로 구성된다.Like an accordion, the corrugated electrode assembly consists of a series of continuous "U" shaped corrugations.

주름에서 각각의 다리의 길이와 주름의 수 및 다리들은, 물론 전극 조립체가 삽입될 용기의 크기에 의해 결정될 것이다.The length of each leg in the corrugation, the number of corrugations and the legs will of course be determined by the size of the container into which the electrode assembly will be inserted.

명백히, 2개의 "U"형 주름 또는 4개의 다리들 이상을 지니는 전극 조립체도, 사용되는 특정한 애노드와 캐소드 재료들과 의도된 전력이용의 연료 적재 조건에 따라 가능하다.Obviously, an electrode assembly having more than two "U" shaped corrugations or four legs is also possible depending on the particular anode and cathode materials used and the fuel loading conditions for the intended power usage.

제4도와 같은 본 고안의 전극 조립체를 접는 한 방법은, 단자들(14,24)로 부터 떨어진 한 끝에서 시작하여 순차적으로 접는 것이다.One way of folding the electrode assembly of the present invention as in FIG. 4 is to fold sequentially starting at one end away from the terminals 14, 24.

각기 주름이 만들어질때 분리된 성분들의 매이지 않는 단부들은 주름에서 응력과 변형을 감소시키기에 충분히 이동하기 자유로우며 이로써 찢어짐, 균열, 파손 충돌의 벽개, 단락등을 방지한다.When each crease is made, the untied ends of the separate components are free to move enough to reduce stress and deformation in the crease, thereby preventing tearing, cracking, cleavage of breakage collisions, and short circuits.

오옴메타로 내부의 전기 쇼트에 대한 검사후에 전극 조립체는, 제5도에 도시된 바와 같이 먼저 조립체를 요기(25)에 넣음으로써 전기화학적 셀 또는 축전지로 만들어진다.After inspection of the electrical shorts inside the ohmmeter, the electrode assembly is made into an electrochemical cell or accumulator by first putting the assembly into the pottery 25 as shown in FIG.

예를들면, 프로필렌 카보네이트와 디메톡시에탄 또는 부리록락톤과, 리튬퍼클로레이트 또는 리튬테트라플루오로보레이트와 같은 리튬염을 지닌 디메톡시에탄의 용매 혼합물로 구성된 전해질이 용기(25)에 가해진다.For example, an electrolyte composed of a solvent mixture of propylene carbonate and dimethoxyethane or urilaclactone and dimethoxyethane with lithium salts such as lithium perchlorate or lithium tetrafluoroborate is applied to the vessel 25.

전극 조립체는, 전극단자(14, 24)들이 위로 돌출하여 완성된 전기화학적 셀 또는 축전지를 형성하도록 용기에 넣어진다.The electrode assembly is placed in a container such that the electrode terminals 14, 24 protrude upward to form a finished electrochemical cell or accumulator.

그 셀은, 필요하면 캡으로 밀봉될 수 있다.The cell can be sealed with a cap if necessary.

그러한 캡과 그것을 용기에 밀봉하는 방법은 축전지 기술분야에 널리 알려져 있다.Such caps and methods for sealing them in containers are well known in the battery art.

제1도의 아코디언 형태로 주름진 전극 조립체에서 애노드의 각기 다리들 사이의 전기적 접촉은, 조립체의 다리들이 함께 눌려져서 제5도의 용기에 넣어질때 성취된다.Electrical contact between the respective legs of the anode in the corrugated electrode assembly of the accordion of FIG. 1 is achieved when the legs of the assembly are pressed together and placed in the container of FIG.

이 전기적 접촉은 애노드(11)의 금속박의 콜렉터전류 콜렉터(13)들의 물리적인 접촉을 통해 성취된다.This electrical contact is achieved through the physical contact of the collector current collectors 13 of the metal foil of the anode 11.

금속박으로된 후방 애노드의 각기 다리 사이의 이런 전기적 접촉은 전기화학적 내부저항을 감소시키는데 그 이유는 다른 형상을 지니는 전극 조립체의 애노드와 비교하여 전자가 애노드 단자에 도달하기 위해 이동하는 통로가 더 짧기 때문이다.This electrical contact between the respective legs of the metal foil back anode reduces the electrochemical internal resistance because the passage of electrons to reach the anode terminal is shorter compared to the anode of the electrode assembly of other shapes. to be.

더욱이, 제2도의 애노드 구성은, 애노드 활성재료의 거의 모두가 금속박의 전류 콜렉터와 직접 전기 접촉되기 때문에 애노드 활성재료의 최대한 이용을 용이하게 한다.Moreover, the anode configuration of FIG. 2 facilitates maximum utilization of the anode active material because almost all of the anode active material is in direct electrical contact with the current collector of the metal foil.

이것은 애노드 활성재료의 대부분이 그릿 전류 콜렉터와 오직 간접적으로 접촉되는 금속 그릿 콜렉터와 대조적이다.This is in contrast to the metal grit collector, where most of the anode active material is only indirectly in contact with the grit current collector.

본 고안에 의한 전극 조립체의 잇점은 1)별개의 캐소드 판을 만들고 이어서 그 판을 지그재그형 애노드 판들에 삽입하는 것을 포함하는 제조단계의 필요가 없고, 2)개별적인 캐소드판들 사이의 일련의 전기적 연결을 할 필요가 없다는데 있다. 캐소드 자체가 연속적이기 때문에 오직 하나의 전기적 접촉이 캐소드에 만들어질 필요가 있다.The advantage of the electrode assembly according to the present invention is that there is no need for a manufacturing step that includes 1) making a separate cathode plate and then inserting the plate into zigzag anode plates, and 2) a series of electrical connections between the individual cathode plates. There is no need to do. Since the cathode itself is continuous, only one electrical contact needs to be made to the cathode.

본 고안의 아코디언 형태로 주름진 전극 조립체로 구성된 전기화학적 셀은, 1)감소된 내부 저항을 지니며, 2) 애노드가 금속 그릿 전류 콜렉터에 피복된 전기화학적 셀과 비교하여 애노드 활성재료의 더 좋은 이용성을 지닌다.An electrochemical cell composed of an electrode assembly corrugated in accordion form of the present invention, 1) has a reduced internal resistance, and 2) better availability of the anode active material as compared to an electrochemical cell in which the anode is coated with a metal grit current collector. Has

Claims

An anode (11), separation layer (15) An electrode assembly in which the cathodes (1) are stacked together in an accordion-like pleat.