WO2018004227A1 - 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical energy device capable of charging and discharging electrical energy by an electrochemical reaction and a method of manufacturing the same.
  • lithium primary batteries have a high voltage and high energy density as compared to conventional aqueous batteries, and are widely applied in terms of size and weight.
  • Such lithium primary batteries are mainly used for the main power supply and backup power supply of portable electronic devices.
  • Another battery, a lithium secondary battery is an energy storage device capable of charging and discharging using an electrode material having excellent reversibility.
  • Lithium secondary batteries are manufactured in various shapes according to their applications. For example, lithium secondary batteries are packaged and manufactured into cylindrical, square, and pouch types. Since the pouch type secondary battery can be reduced in weight, related technologies are being steadily developed.
  • a pouch-type lithium secondary battery accommodates an electrode assembly in a pouch packaging material having a space for accommodating an electrode assembly, and then seals the pouch packaging material to form a pouch bare cell, and to the pouch bare cell. It can be manufactured by attaching an accessory such as a protective circuit module to form a pouch core pack.
  • an object of the present invention is to form a plurality of cell areas in one electrochemical energy device, it is possible to form a plurality of battery cells at once
  • the present invention provides an electrochemical energy device and a method of manufacturing the same, which can be manufactured by dividing a plurality of battery cells, and are provided with a plurality of cell regions for easily connecting the plurality of battery cells in series or in parallel.
  • Electrochemical energy device is provided with a plurality of cell regions of the present invention for achieving the above object, the anode conductor; A cathode active material laminated on the cathode conductor; A cathode conductor disposed to be spaced apart from the conductor for the cathode and disposed to face the cathode active material; An electrolyte interposed between the positive electrode active material and the negative electrode conductor; And a partition wall disposed inside the circumferential partition and a partition partition partitioning an inner space, the upper side of the partition pattern contacting the anode conductor, the contact surface being sealed, and the lower side of the partition pattern being the cathode conductor. A sealing part in contact with the contact surface to be sealed and formed such that the cathode active material and the electrolyte are respectively provided in spaces partitioned by a partition pattern; Characterized in that comprises a.
  • the negative electrode active material is interposed between the negative electrode conductor and the electrolyte, respectively provided in the spaces partitioned by the partition pattern; Characterized in that further comprises.
  • the negative electrode active material is characterized in that the lithium metal or lithium alloy.
  • the electrolyte is characterized in that the electrolyte or polymer electrolyte is included in the porous membrane or non-woven membrane.
  • the sealing unit may further include a junction formed between the barrier rib pattern and the anode conductor and between the barrier rib pattern and the cathode conductor; Characterized in that further comprises.
  • the partition pattern for forming the sealing portion is characterized in that the bonding portion formed by bonding the laminate film layer formed on the lower surface of the anode conductor and the laminate film layer formed on the upper surface of the cathode conductor.
  • the partition pattern is characterized in that the width of the partition partition wall is formed wider than the width of the peripheral partition wall.
  • an insulating layer is formed on at least one of the upper surface of the positive electrode conductor and the lower surface of the negative electrode conductor.
  • the insulating layer may be formed only on a portion of the upper surface of the anode conductor or a portion of the lower surface of the cathode conductor.
  • an insulating layer is not formed in the plurality of cell regions partitioned by the barrier rib pattern so that a part of the upper surface of the anode conductor or the lower surface of the cathode conductor is exposed to the outside.
  • a guide groove having an inner width larger than an inlet width may be concave on the upper surface of the anode conductor, and a protrusion is formed convexly in the cathode conductor so as to correspond to the shape of the guide groove.
  • an electrochemical energy device having a single cell area may be manufactured by cutting along an intermediate portion of a partition partition of the electrochemical energy device having the plurality of cell areas.
  • the method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention may be formed on any one or more of a conductor for anode and a conductor for cathode, and forms a partition pattern partitioning into a plurality of cell regions.
  • step SA20 the cathode active material, the electrolyte, and the cathode active material are disposed to form a stacked structure.
  • step SA30 the cathode conductor, the cathode active material, the electrolyte, the anode active material, and the cathode conductor are sequentially stacked. Characterized in that formed.
  • the negative electrode active material is characterized in that the lithium or lithium alloy.
  • the SA10 step or after the SA30 step characterized in that it further comprises the step of forming an insulating layer on any one or more of the conductor for the cathode and the conductor for the cathode.
  • a guide groove having an inner width wider than an inlet width is formed in the upper surface of the cathode conductor, and a protrusion is formed in the cathode conductor so as to correspond to the shape of the guide groove. Characterized in that further comprises the step of making.
  • the electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention and a manufacturing method thereof have an advantage of forming a plurality of battery cells at once by forming a plurality of cell regions in one electrochemical energy device. There is this.
  • the divided battery cells are easily connected in series or in parallel, and thus may be applied to various electronic products.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing a state in which the partition pattern is coupled to the positive electrode conductor or the negative electrode conductor according to the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing an insulating layer formed on the positive electrode and the negative electrode conductor according to the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view of the electrochemical energy device of FIG. 4 viewed from above.
  • FIG. 5 is a plan view of the electrochemical energy device of FIG. 4 viewed from above.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating stacking and connecting a plurality of battery cells formed by cutting the electrochemical energy device of the present invention of FIG. 4 in parallel.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating stacking and connecting a plurality of battery cells formed by cutting the electrochemical energy device of the present invention of FIG. 4 in parallel.
  • FIG. 7 and 8 are a perspective view and a cross-sectional view of an electrochemical energy device having a guide groove and a protrusion according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating stacking and connecting a plurality of battery cells formed by cutting the electrochemical energy device of the present invention of FIG. 8 in series.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating stacking and connecting a plurality of battery cells formed by cutting the electrochemical energy device of the present invention of FIG. 8 in series.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing that the laminated film layers forming the partition pattern according to the present invention by heat-sealing to form a closed portion.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a state in which a partition pattern is coupled to a cathode conductor or a cathode conductor according to the present invention. Is a perspective view.
  • an electrochemical energy device 1000 having a plurality of cell regions of the present invention includes a conductor 100 for an anode; A cathode active material 200 formed on the cathode conductor 100; A cathode conductor 400 disposed spaced apart from the cathode conductor 100 so as to face the cathode active material 200; An electrolyte 300 interposed between the positive electrode active material 200 and the negative electrode conductor 400; And a partition partition 512 disposed inside the circumferential partition 511 and a partition partition 512 that partitions an inner space, and the upper side of the partition pattern 510 is in contact with the anode conductor 100.
  • the contact surface is sealed and the lower side of the barrier rib pattern 510 is in contact with the cathode conductor 400, and the contact surface is sealed, and the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 are partitioned by the barrier rib pattern 510.
  • Seals formed so as to be provided at each see 500 of FIG. 3); It may be made, including.
  • the positive electrode conductor 100 is one of the elements constituting the external shape of the electrochemical energy device, and may be formed of a material having excellent electrical conductivity to be a positive electrode current collector.
  • the anode conductor 100 may be formed of, for example, a metal plate such as stainless steel (STS), aluminum, nickel, or silver, or an alloy thereof.
  • the positive electrode active material 200 may be formed in a stacked form on the lower surface of the positive electrode conductor 100 as shown, and may be integrally formed with the positive electrode active material 200 attached to the positive electrode conductor 100. have.
  • the cathode active material 200 includes at least two-component oxides and phosphates including at least one of lithium, nickel, cobalt, chromium, magnesium, strontium, vanadium, lanthanum, cerium, iron, cadmium, lead, and manganese. ), Sulfide, fluoride or a combination thereof.
  • this is only illustrative and the present invention is not limited thereto.
  • the positive electrode active material includes at least two or more of cobalt, copper, nickel, and manganese suitable for a lithium secondary battery capable of reversible occlusion and release of lithium, and includes O, F, S, P, and combinations thereof. It may be a three-component or more lithium compound containing at least one nonmetallic element selected from the group consisting of.
  • the positive electrode active material 200 may be formed by being bonded to the composite having a porous structure, and the composite having the porous structure may be impregnated with an electrolyte in a liquid state and an electrolyte may exist in the pores of the composite.
  • the cathode active material 200 may include a conductive material
  • the conductive material may include carbon black, ultrafine graphite particles, fine carbon such as acetylene black, nano metal particle paste, and indium tin oxide (ITO) paste. This can be
  • the negative electrode conductor 400 is one of the elements constituting the external shape of the electrochemical energy device together with the positive electrode conductor 100, and may be formed of a material having excellent electrical conductivity to become a negative electrode current collector.
  • the cathode conductor 100 may be formed of, for example, a plate made of a metal material or an alloy thereof.
  • the negative electrode conductor 400 may be disposed to face the positive electrode conductor 100, and spaced apart from the lower side of the positive electrode conductor 100 and the positive electrode active material 200, and the negative electrode conductor 400. Can be arranged.
  • the cathode conductor 400 may be formed of a metal material such as any one of Cu, Ni, stainless steel (STS), or an alloy thereof. Or Al, Sn, Ag, Au, Mg, Zn, alloys thereof, and SnO x (0 ⁇ x ⁇ 2).
  • the electrolyte 300 is interposed between the positive electrode active material 200 and the negative electrode conductor 400, and the electrolyte 300 is filled between the positive electrode active material 200 and the negative electrode conductor 400 which are spaced apart from each other. 300 may be formed to contact the positive electrode active material 200 and the negative electrode conductor 400. In addition, the electrolyte 300 may be formed in various ways, and movement of ions between the positive electrode active material 200 and the negative electrode conductor 400 may be performed without directly contacting the positive electrode active material 200 and the negative electrode conductor 400. It can play a role in making it possible. In this case, the electrolyte 300 may be a solid electrolyte 310.
  • the electrolyte 300 may be easily manufactured by forming the solid electrolyte 310 in a solid state, and the solid electrolyte 310 may be, for example, a polymer electrolyte, and an electrolyte solution is impregnated into a polymer matrix having a porous structure. It may be formed in the form.
  • the porous polymer matrix may be a separator made of polyethylene or polypropylene or a membrane made of a nonwoven structure.
  • the porosity of the polymer matrix of the porous structure may be 30% or more and 95% or less, preferably 45% or more and 90% or less.
  • the electrolyte 300 may be an electrolyte solution 320, and may be formed of an electrolyte solution 320 in a liquid state such that the electrolyte solution 320 completely contacts the cathode active material 200 and the anode conductor 400. have.
  • the electrolyte 300 may be a gel polymer electrolyte that has undergone a crosslinking reaction, including a crosslinkable material capable of thermal crosslinking and UV crosslinking in the liquid electrolyte 320.
  • the electrolyte 300 may further include ceramic particles such as alumina, silica, magnesium oxide, magnesium hydroxide, and titanium oxide.
  • the electrolyte 300 may include an electrolyte solution or a polymer electrolyte in a porous separator or a nonwoven separator.
  • the encapsulation part 500 may be a partition pattern 510 that may be partitioned into a plurality of cell regions, and the upper side (upper surface) of the partition pattern 510 is coupled to contact the lower surface of the anode conductor 100.
  • the contact surface may be sealed and the lower side (lower surface) of the partition pattern 510 may be coupled to be in contact with the upper surface of the conductor 400 for the cathode, such that the contact surface may be sealed.
  • the partition pattern 510 may include a peripheral partition 511 and a partition partition 512 disposed inside the peripheral partition 511 to partition an inner space.
  • the circumferential partition wall 511 is formed in a ring shape such as a quadrangular shape so as to be in contact with the circumferential portion 110 of the anode conductor 100 and the circumferential portion 410 of the cathode conductor 400.
  • the cathode active material 200 and the electrolyte 300 may be formed to be disposed.
  • the partition partition wall 512 is disposed inside the peripheral partition wall 511, the partition partition wall 512 is formed in a grid shape or the like and is coupled to the peripheral partition wall 511, so that the partition partition wall 512 is surrounded by the peripheral partition wall 511.
  • the inner space of) may be partitioned.
  • the partition pattern 510 may have a plurality of spaces formed inside the peripheral partition wall 511, and may be provided in a form in which the cathode active material 200 and the electrolyte 300 are filled in the plurality of spaces, respectively.
  • a plurality of cell regions may be formed by the barrier rib pattern 510.
  • the sealing part 500 is formed to be in contact with the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 so as to seal the contact surface, thereby forming a circumference of the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300.
  • the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 may serve to seal the moisture, air and foreign matters such as to penetrate, and may be formed of an insulating material.
  • the positive electrode conductor 100, the negative electrode conductor 400, and the sealing part 500 may form the overall appearance of the electrochemical energy device of the present invention. That is, the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 are packages that constitute an external appearance of the electrochemical energy element, and are external to the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400.
  • the exposed surface can be a terminal for electrical connection with an electrical circuit or other electrochemical energy device.
  • the positive electrode conductor 100, the positive electrode active material 200, the electrolyte 300, and the negative electrode conductor 400 may be stacked in this order, and the contact surfaces may be formed in close contact with each other.
  • the electrolyte 300 is formed to contact the inner surface of the barrier rib pattern 510 forming the sealing part 500, so that the electrolyte 300 is connected to the anode conductor 100, the cathode conductor 400 and the barrier rib pattern 510.
  • Each of the spaces formed by the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 may be formed in a filled state.
  • an electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention is formed to include a plurality of cell regions in one electrochemical energy device, thereby forming a plurality of battery cells at once. can do.
  • one electrochemical energy device formed to have a plurality of cell regions may be divided and manufactured as a plurality of battery cells, productivity is improved.
  • the electrochemical energy device is interposed between the anode conductor 400 and the electrolyte 300, the negative electrode active material 600 is provided in each of the spaces partitioned by the partition pattern 510 ; It may be made to include more.
  • the anode active material 600 may be provided in respective spaces of the barrier rib pattern 510 forming a plurality of cell regions, and may be disposed between the anode conductor 400 and the electrolyte 300. have.
  • the positive electrode conductor 100, the positive electrode active material 200, the electrolyte 300, the negative electrode active material 600, and the negative electrode conductor 400 may be stacked in this order, and the contact surfaces may be formed in close contact with each other.
  • the negative electrode active material 600 may be formed in a stacked form on the upper surface of the negative electrode conductor 400, and may be integrally formed with the negative electrode active material 200 attached to the negative electrode conductor 400.
  • the negative electrode active material 200 may be a lithium metal or a lithium alloy.
  • the negative electrode active material 200 is graphite (C), lithium metal (Li), silicon (Si), tin (Sn), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), zinc (Zn) and these It may be an alloy.
  • the negative electrode active material 200 may be laminated on the upper surface of the negative electrode conductor 400 by using a processing process such as printing, coating, sputtering, and electroplating.
  • the sealing part 500 may include a junction part 520 formed between the barrier rib pattern 510 and the anode conductor 100 and between the barrier rib pattern 510 and the cathode conductor 400, respectively; It may be made to include more.
  • the encapsulation part 500 may include a partition pattern 510 and a junction part 520.
  • the barrier rib pattern 510 may be sealed by the upper surface of the barrier rib pattern 510 bonded to the lower surface of the anode conductor 100 by the bonding portion 520, and the lower surface of the barrier rib pattern 510 may be sealed on the upper surface of the cathode conductor 400. It may be sealed by the junction 520.
  • the junction part 520 may be formed in various ways such as an adhesive, and the partition pattern 510 is formed of a thermoplastic resin, and the upper and lower surfaces of the partition pattern 510 are melted through thermal fusion to form the conductor 100 for the anode. It may be formed by the bonding portion 520 by being attached to the cathode conductor 400 for bonding.
  • the bonding parts 121 and 421 are bonded by bonding the laminate film layer 120 formed on the bottom surface of the cathode conductor 100 and the laminate film layer 420 formed on the top surface of the cathode conductor 400. May be provided.
  • a laminate film layer 120 in the form of a partition pattern 510 is formed in advance on a lower surface of the anode conductor 100, and similarly formed on the upper surface of the cathode conductor 400.
  • the bonding parts 121 and 421 may be formed by forming the laminate film layer 420 in the form of the barrier rib pattern 510 in advance, for example, by melting and bonding the laminate film layers 120 and 420 through heat fusion. In this case, the laminate film layers 120 and 420 may be melted and solidified when the thermal welding is performed to form the junction parts 121 and 421, thereby forming an integral sealing part 500.
  • the partition pattern 510 may have a width wider than that of the peripheral partition wall 511.
  • An electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention may be formed to have a plurality of cell regions to be cut along an intermediate portion of the partition partition wall 512 to form a plurality of battery cells.
  • the width W2 of the partition partition wall 512 is relatively wider than the width W1 of the peripheral partition wall 511, so that cutting may be easy.
  • the battery cells may be formed to have the same width of partition walls surrounding all four sides after being cut and divided into a plurality of cells.
  • an electrochemical energy device having a single cell area or an electrochemical energy device having a plurality of cell areas is cut along an intermediate portion of the partition partition 512 of the electrochemical energy device 1000 having a plurality of cell areas. Can be prepared.
  • the insulating layer 700 may be formed on at least one of the upper surface of the anode conductor 100 and the lower surface of the cathode conductor 400.
  • any one of the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 may be formed as shown in FIG. 4.
  • At least one insulating layer 700 may be formed for electrical insulation.
  • the insulating layer 700 is formed on the upper surface of the positive electrode conductor 100 and the lower surface of the negative electrode conductor 400.
  • the insulating layer 700 is formed by coating an insulating polymer resin layer on the surfaces of the conductor 100 for the cathode and the conductor 400 for the anode, or the conductor 100 for the anode and the conductor for the cathode ( It may be an oxide film formed by oxidizing the surface of 400).
  • the insulating polymer resin layer forming the insulating layer 700 may be formed using a photoresist capable of lithography.
  • the insulating layer 700 may be formed only on a portion of the upper surface of the anode conductor 100 or a portion of the lower surface of the cathode conductor 400.
  • the insulating layer 700 may be formed on the upper surface of the anode conductor 100 or the upper surface of the cathode conductor 400, but may be formed only in a partial region, not on each of the entire surfaces.
  • the insulating layer 700 is formed on only a part of the electrochemical energy device of the present invention and then a plurality of battery cells are formed, the battery cell with the insulating layer and the battery cell without the insulating layer can be made together.
  • the insulating layer may be formed on only one side of the battery cells, and the insulating layer may be formed on both sides of the battery cells.
  • the plurality of cell regions A partitioned by the barrier rib pattern 510 may be partially insulated from the upper surface of the anode conductor 100 or the lower surface of the cathode conductor 400, respectively. 700 may not be formed.
  • FIGS. 4 to 6 there is a portion in which an insulating layer is not formed in one cell region A, and a portion in which the insulating layer is not formed may serve as an electrode terminal to be electrically connected to an external electronic device.
  • a part without the insulating layer 700 exists in one cell region A to be one battery cell, and thus the cathode conductor 100 or the cathode conductor exposed to the outside without the insulating layer is exposed.
  • the surface of sieve 400 may be used as the electrode terminal.
  • the electrochemical energy device is cut to form a plurality of battery cells, the battery cells C are stacked, and the bus bars B are used to connect the same polarities of the battery cells.
  • the battery cells may be configured to be connected in parallel.
  • a guide groove 150 having a wider inner width Wi than an inlet width W o is formed in the upper surface of the anode conductor 100, and a recess is formed in the cathode conductor 400.
  • the protrusion 450 may be convex to correspond to the shape of the 150.
  • the guide groove 150 may be formed to be concave downward from the upper surface of the anode conductor 100.
  • the guide groove 150 may have a width greater than that of the inlet width Woo of the upper surface side.
  • the inner width Wi of the recessed inward portion may be wider.
  • the protrusion 450 may be formed to be convex downward from the lower surface of the cathode conductor 400, and the protrusion 450 may be formed in the same shape to correspond to the shape of the guide groove 150.
  • a protrusion may be formed in the anode conductor 100, a guide groove may be formed in the cathode conductor 400, and a plurality of guide grooves and the protrusion may be formed.
  • a plurality of battery cells are formed by cutting an electrochemical energy device, and the battery cells C are stacked and connected to each other so that electrodes having different polarities are in contact with each other. Can be.
  • the protrusion 450 is inserted into the open side surface of the guide groove 150 so that the protrusion 450 slides to the other side surface of the guide groove 150 to insert the protrusion 450.
  • the conductive conductor 100 and the negative electrode conductor 400 of the other battery cell C may be contacted and coupled.
  • the contact surfaces of the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 may not be lifted, and are coupled and contacted when bent. Since the surfaces can be slid with each other, they can be bent easily, so that electronic products requiring flexibility can be applied.
  • the cathode active material 200 may be primary particles or secondary particles in which the primary particles are aggregated or sintered.
  • the cathode active material 200 may further include a shell layer coated on the surface of the primary particles or the secondary particles.
  • the shell layer may comprise a metal, an oxide of the metal, a hydroxide, a hydride, a hydrocarbonate or a mixture thereof.
  • the shell layer may have an amorphous, polycrystalline or mixed phase thereof, but the present invention is not limited thereto.
  • the metal of the shell layer may be Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr or mixtures thereof.
  • the shell layer may be formed by dipping and stirring the constituent particles of the shell layer in a dispersion solvent in which the active material for positive electrode is dispersed, or spray depositing the dispersion solvent. If necessary, a process such as calcination or heat treatment may be further performed.
  • the negative electrode active material 600 may be a carbon-based material such as low crystalline carbon or high crystalline carbon.
  • the low crystalline carbon may be, for example, soft carbon or hard carbon.
  • the high crystalline carbon is, for example, natural graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, liquid crystal pitch based carbon fiber, carbon microbeads, liquid crystal pitch (Mesophase) pitches, high temperature calcined carbon such as petroleum or coal tar pitch derived cokes.
  • the materials of the active materials listed above are exemplary and the present invention is not limited thereto.
  • the negative active material may be a monomagnetic field such as silicon, germanium, tin, lead, antimony, bismuth, zinc, aluminum, iron, and cadmium having high capacity of lithium ion occlusion and release, intermetallic compounds thereof, or It may also comprise an oxide-based material.
  • the anode active material may include at least one of sodium, or other oxides, carbides, nitrides, sulfides, phosphides, selenides and teleniumides suitable for NaS batteries.
  • the negative electrode active material 600 may be formed by being bonded to the composite having a porous structure, and the composite having the porous structure may be impregnated with a liquid electrolyte so that an electrolyte may exist in the pores of the composite.
  • the negative electrode active material 600 may include a conductive material. Examples of the conductive material include carbon black, ultrafine graphite particles, fine carbon such as acetylene black, nano metal particle paste, and indium tin oxide (ITO) paste. This can be
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is an electrochemistry having a plurality of cell regions according to another embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the manufacturing method of an energy element.
  • a method of manufacturing an electrochemical energy device having a plurality of cell regions of the present invention may be formed on any one or more of the anode conductor 100 and the cathode conductor 400, but the plurality of cell regions.
  • SA10 to form a partition pattern 510 partitioned into fields A;
  • SA20 step of disposing a positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 to form a stacked structure in each of the plurality of cells (A) region;
  • the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 face each other so that the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 are coupled to each other by the partition pattern 510.
  • the step SA10 is a step of forming the partition pattern 510 on at least one of the anode conductor 100 and the cathode conductor 400, and as shown, for example, two partition patterns having the same shape
  • the barrier rib pattern 510 may be formed to be bonded to and bonded to one surface of the anode conductor 100 and one surface of the cathode conductor 400 using the 510.
  • the barrier rib pattern 510 may be formed to have a plurality of spaces formed therein, and may be partitioned into a plurality of cell regions A by the barrier rib pattern 510.
  • SA20 is a step in which the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 are formed in a plurality of cell regions A so as to form a stacked structure, for example, as described above. Filling the positive electrode active material 200 in each space of the partition pattern 510 formed on one surface and filling the electrolyte 300 in each space of the partition pattern 510 formed on one surface of the cathode conductor 400, When the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 are coupled to face each other, the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 may be stacked to have a structure in which the contact surface is in close contact.
  • step SA30 after the cathode active material 200 and the electrolyte 300 are disposed to form a stacked structure in each of the spaces forming the plurality of cell regions A, the cathode conductor 100 is formed.
  • the cathode conductor 400 are opposed to each other, but the barrier rib patterns 510 are coupled to face each other, so that the anode conductor 100 and the cathode conductor 400 are coupled by the barrier rib pattern 510.
  • the plurality of cell regions A are sealed.
  • each cell region A is sealed by the partition pattern 510 so that the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 form a stacked structure in each space, and the conductor 100 for the positive electrode is formed.
  • the cathode active material 200, the electrolyte 300, and the cathode conductor 400 may be formed in a stacked structure in order.
  • the barrier rib pattern 510 is formed only in any one of the anode conductor 100 or the cathode conductor 400.
  • the barrier rib pattern 510 is formed only in the anode conductor 100.
  • the cathode active material 200 and the electrolyte 300 may be sequentially stacked in the internal spaces of the plurality of cell regions A formed by the barrier rib pattern 510, and then the cathode conductor 400 may be combined.
  • the electrolyte 300 and the cathode active material may be formed in the interior spaces of the cell regions A formed by the barrier rib pattern 510, respectively.
  • the electrolyte 300 may be a solid electrolyte 310 which is easy to form a stacked structure, but in some cases, a liquid electrolyte or a gel electrolyte may be used.
  • the positive electrode active material 200, the electrolyte 300, and the negative electrode active material 600 are disposed to form a stacked structure.
  • the positive electrode conductor 100 and the positive electrode active material 200 are disposed.
  • the electrolyte 300, the negative electrode active material 600, and the negative electrode conductor 400 may be formed in a stacked structure in this order.
  • the negative electrode active material 600 may be additionally disposed, and as illustrated, for example, each partition pattern 510 may be formed on one surface of the cathode conductor 100 and one surface of the anode conductor 400. ) Is formed to be bonded to each other, the stacked form filled with the positive electrode active material 200 and the electrolyte 300 in order in each space of the partition pattern 510 formed on one surface of the positive electrode conductor 100 In addition, the negative electrode active material 600 may be filled in each space of the partition pattern 510 formed on one surface of the negative electrode conductor 400.
  • the electrolyte 300 may be disposed on the anode conductor 400, and may be formed in a stacked form in which the anode active material 600 and the electrolyte 300 are sequentially filled.
  • the positive electrode conductor 100 and the negative electrode conductor 400 are coupled to face each other, the positive electrode current collector 100, the positive electrode active material 200, the electrolyte 300, the negative electrode active material 600, and the negative electrode collector
  • the whole 400 may be stacked in order so that the contact surface may be in close contact.
  • the negative electrode active material 200 may be lithium or a lithium alloy.
  • the method may further include forming an insulating layer 700 on any one or more of the anode conductor 100 and the cathode conductor 400.
  • the anode conductor 100 and the cathode conductor 400 may have an insulating layer 700 formed on one surface thereof, and as illustrated, for example, the anode conductor 100 and the cathode conductor ( The insulating layer 700 may be formed on all of the 400. In this case, the insulating layer 700 may be formed on the opposite side of the surface where the anode conductor 100 and the cathode conductor 400 face each other.
  • a guide groove 150 having a wider inner width Wi than an inlet width W o is formed on the upper surface of the anode conductor 100, and the cathode conductor 400 is formed.
  • the guide groove 150 may be formed in the anode conductor 100, and the protrusion 450 may be formed in advance in the cathode conductor 400, and the guide groove 150 and the protrusion 450 may be formed in advance. ) May be formed on the opposite side of the surface where the anode conductor 100 and the cathode conductor 400 face each other.
  • the barrier rib pattern 510 may be bonded to the anode conductor 100 and the cathode conductor 400 by fusion or the like to form a junction portion 520, and the barrier rib pattern 510 and the junction portion 520 may be formed. It may be formed as a sealing portion 500.
  • the barrier rib pattern 510 is formed of laminate film layers 120 and 420 integrally formed by being laminated with the anode conductor 100 and the cathode conductor 400 to form laminate film layers through thermal fusion. The 120 and 420 may be melted and formed as the junction parts 121 and 421 so that the junction parts 121 and 421 may be formed as the sealing part 500.

Abstract

본 발명은 음극용 도전체와 양극용 도전체 사이에 둘 이상의 셀 영역이 형성되도록 공간을 구획하는 격벽의 역할을 하는 밀폐부를 이용해 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀을 한 번에 형성할 수 있고 이를 분할하여 여러 개의 전지 셀로 제조할 수 있으며, 여러 개의 전지 셀들이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되기 용이하도록 한 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법
본 발명은 전기화학 반응에 의해 전기 에너지의 충전 및 방전이 가능한 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
에너지 관련 기술은 최근 통신 기술 및 반도체 제조 기술의 발달에 따른 휴대용 전자 장치에 관한 산업이 팽창하고, 화석 연료의 고갈을 대비하고 환경 보존을 위하여 대체 에너지의 개발 요구가 급격히 증대됨에 따라 활발히 연구되고 있다. 이러한 에너지 관련 기술 중 대표적인 에너지 저장 소자인 전지는 그 중심에 있다.
전지 중 리튬 일차 전지는, 종래의 수용액계 전지에 비해서 고전압이고 에너지 밀도가 높기 때문에 소형화 및 경량화 측면에서 용이하여 광범위하게 적용되고 있다. 이러한 리튬 일차 전지는 휴대용 전자 장치의 주전원이나 백업용 전원에 주로 사용되고 있다. 또 다른 전지인 리튬 이차 전지는 가역성이 우수한 전극 재료를 이용하여 충전 및 방전이 가능한 에너지 저장 소자이다.
리튬 이차 전지는 그 응용에 따라 여러 가지 형상으로 제조되고 있다. 예를 들면 리튬 이차 전지는 원통형, 각형 및 파우치형 등으로 패키징되어 제조된다. 여기에서 파우치형 이차 전지는 경량화가 가능하기 때문에 관련 기술이 꾸준히 발전되고 있다. 통상적으로 파우치형 리튬 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 공간을 구비하는 파우치 외장재의 내부에 전극 조립체를 수용한 후, 파우치 외장재를 밀봉하여 파우치 베어 셀(bare cell)을 형성하고, 상기 파우치 베어 셀에 보호 회로 모듈과 같은 부속품을 부착하여 파우치 코어 팩(core pack)을 형성하여 제조될 수 있다. 그러나 이러한 파우치형 리튬 이차 전지도 패키징 측면에서 리튬 이차 전지의 형상과 크기를 제약하는 요인이 될 뿐만 아니라, 하나의 리튬 이차 전지를 제조하기 위해서는 각각의 리튬 이차 전지를 패키징하여 제조해야 하므로 제조가 어렵고 생산성이 저하되며, 다양한 전자 제품에 응용하기 어려운 문제점이 있다.
[선행기술문헌] [특허문헌] KR 10-2016-0001909 (2016.01.07.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀들을 한 번에 형성할 수 있고 이를 분할하여 여러 개의 전지 셀들을 제조할 수 있으며, 여러 개의 전지 셀들이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되기 용이하도록 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자는, 양극용 도전체; 상기 양극용 도전체에 적층 형성된 양극 활물질; 상기 양극용 도전체에 대향되도록 이격되어 배치되되 상기 양극 활물질과 마주보도록 배치된 음극용 도전체; 상기 양극 활물질과 음극용 도전체 사이에 개재된 전해질; 및 둘레 격벽 및 상기 둘레 격벽의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽을 포함하여 이루어지는 격벽 패턴의 상측이 양극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되고 상기 격벽 패턴의 하측이 음극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되며, 상기 양극 활물질 및 전해질이 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비되도록 형성된 밀폐부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극용 도전체와 전해질 사이에 개재되며, 상기 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비된 음극 활물질; 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극 활물질은 리튬금속 또는 리튬합금인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전해질은 다공성 분리막 또는 부직포형 분리막에 전해액 또는 고분자전해질이 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밀폐부는, 상기 격벽 패턴과 양극용 도전체 사이 및 상기 격벽 패턴과 음극용 도전체 사이에 각각 형성된 접합부; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밀폐부를 형성하는 격벽 패턴은, 상기 양극용 도전체의 하면에 형성된 라미네이트 필름층과 상기 음극용 도전체의 상면에 형성된 라미네이트 필름층이 접합되어 형성된 접합부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 격벽 패턴은, 상기 둘레 격벽의 폭보다 구획 격벽의 폭이 넓게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극용 도전체의 상면 및 음극용 도전체의 하면 중 어느 하나 이상에 절연층이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연층은 양극용 도전체의 상면 일부 또는 음극용 도전체의 하면 일부에만 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 격벽 패턴에 의해 구획되어 형성된 복수의 셀 영역에는 각각 양극용 도전체의 상면 일부 또는 음극용 도전체의 하면 일부가 외부로 노출되도록 절연층이 형성되지 않은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극용 도전체의 상면에는 입구 폭보다 내측 폭이 넓은 가이드 홈이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체에는 상기 가이드 홈의 형태에 대응되도록 돌출부가 볼록하게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 구획 격벽의 중간 부분을 따라 절단하여 단일 셀 영역을 가지는 전기화학 에너지 소자가 제조될 수 있다.
그리고 본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법은, 양극용 도전체 및 음극용 도전체 중 어느 하나 이상에 형성하되, 복수의 셀 영역으로 구획하는 격벽 패턴을 형성하는 SA10 단계; 상기 복수의 셀 영역 각각에 양극 활물질 및 전해질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 SA20 단계; 및 상기 양극용 도전체와 음극용 도전체가 서로 대향되도록 하여 상기 격벽 패턴에 의해 양극용 도전체와 음극용 도전체가 결합되도록 함으로써 상기 복수의 셀 영역이 밀폐되며, 상기 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 SA30 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 SA20단계에서는 양극 활물질, 전해질 및 음극 활물질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하며, 상기 SA30단계에서는 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극 활물질은 리튬 또는 리튬합금인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 SA10단계 이전 또는 SA30단계 이후에, 상기 양극용 도전체 및 음극용 도전체 중 어느 하나 이상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 SA10단계 이전에, 상기 양극용 도전체의 상면에는 입구 폭보다 내측 폭이 넓은 가이드 홈이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체에는 상기 가이드 홈의 형태에 대응되도록 돌출부가 볼록하게 형성되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법은, 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역들이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀들을 한 번에 형성할 수 있는 장점이 있다.
그리고 하나의 전기화학 에너지 소자를 분할하여 여러 개의 전지 셀들로 제조할 수 있어 생산성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 분할된 전지 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되기 용이하여 다양한 전자제품들에 응용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 양극용 도전체 또는 음극용 도전체에 격벽 패턴이 결합된 상태를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 양극용 도전체 및 음극용 도전체에 절연층이 형성된 것을 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 전기화학 에너지 소자를 상측에서 바라본 평면도.
도 6은 도 4의 본 발명의 전기화학 에너지 소자를 잘라 형성한 복수개의 전지 셀들을 적층하여 병렬로 연결하는 것을 나타낸 단면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 홈 및 돌출부를 갖는 전기화학 에너지 소자의 사시도 및 단면도.
도 9는 도 8의 본 발명의 전기화학 에너지 소자를 잘라 형성한 복수개의 전지 셀들을 적층하여 직렬로 연결하는 것을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 격벽 패턴을 형성하는 라미네이트 필름층들을 열융착하여 밀폐부로 형성하는 것을 나타낸 부분 단면도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
[전기화학 에너지 소자의_실시예]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자를 나타낸 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 양극용 도전체 또는 음극용 도전체에 격벽 패턴이 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자(1000)는, 양극용 도전체(100); 상기 양극용 도전체(100)에 적층 형성된 양극 활물질(200); 상기 양극용 도전체(100)에 대향되도록 이격되어 배치되되 상기 양극 활물질(200)과 마주보도록 배치된 음극용 도전체(400); 상기 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400) 사이에 개재된 전해질(300); 및 둘레 격벽(511) 및 상기 둘레 격벽(511)의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽(512)을 포함하여 이루어지는 격벽 패턴(510)의 상측이 양극용 도전체(100)에 접하여 접촉면이 밀폐되고 상기 격벽 패턴(510)의 하측이 음극용 도전체(400)에 접하여 접촉면이 밀폐되며, 상기 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 격벽 패턴(510)에 의해 구획된 공간들에 각각 구비되도록 형성된 밀폐부(도 3의 500 참조); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
양극용 도전체(100)는 전기화학 에너지 소자의 외형을 구성하는 요소 중 하나로, 전기적인 전도성이 우수한 재질로 형성되어 양극 집전체가 될 수 있다. 그리고 양극용 도전체(100)는 일례로 스테인리스 스틸(STS), 알루미늄, 니켈 또는 은 등의 금속판으로 형성될 수 있으며, 이의 합금으로 형성될 수도 있다.
양극 활물질(200)은 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100)의 하면에 적층된 형태로 형성되어, 양극용 도전체(100)에 양극 활물질(200)이 달라붙은 상태로 일체로 형성될 수도 있다. 그리고 양극 활물질(200)은 리튬, 니켈, 코발트, 크롬, 마그네슘, 스트론튬, 바나듐, 란탄, 세륨, 철, 카드뮴, 납 및 망간 중 어느 하나 이상을 포함하는 2 성분계 이상의 산화물(oxide), 인산염(phosphate), 황화물(sulfide), 불화물(fluoride) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 그러나 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 흡장 및 방출이 가능한 리튬 2차전지용으로 적합한 코발트, 구리, 니켈, 망간 중 적어도 둘 이상을 포함하고, O, F, S, P 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 비금속 원소를 포함하는 3 성분계 이상의 리튬 화합물일 수 있다. 또한, 양극 활물질(200)은 다공성 구조의 복합체에 결합되어 형성될 수 있으며, 다공성 구조의 복합체는 액체 상태의 전해액이 함침되어 복합체의 기공에 전해액이 존재할 수 있다. 또한, 양극 활물질(200)에는 도전재가 포함될 수 있으며, 도전재로는 카본 블랙, 초미세 그라파이트 입자, 아세틸렌 블랙과 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트 및 ITO(indium tin oxide) 페이스트 등이 될 수 있다.
음극용 도전체(400)는 양극용 도전체(100)와 함께 전기화학 에너지 소자의 외형을 구성하는 요소 중 하나로, 전기 전도성이 우수한 재질로 형성되어 음극 집전체가 될 수 있다. 그리고 음극용 도전체(100)는 일례로 금속 재질이나 이의 합금 재질의 판으로 형성될 수 있다. 또한, 음극용 도전체(400)는 양극용 도전체(100)에 대향되도록 배치될 수 있으며, 양극용 도전체(100) 및 양극 활물질(200)의 하측에 이격되어 음극용 도전체(400)가 배치될 수 있다. 이때, 음극용 도전체(400)는 전기가 잘 통할 수 있는 도전체이면서, Cu, Ni, 스테인리스 스틸(STS) 또는 이의 합금 중 어느 하나와 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 또는 Al, Sn, Ag, Au, Mg, Zn, 이의 합금 및 SnOx (0 < x ≤ 2) 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
전해질(300)은 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400) 사이에 개재되어, 이격되어 배치된 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)의 사이에 전해질(300)이 채워져 전해질(300)이 양극 활물질(200) 및 음극용 도전체(400)에 접촉되도록 형성될 수 있다. 그리고 전해질(300)은 다양하게 형성될 수 있으며, 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)가 직접 접촉되지 않으면서 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)간에 이온의 이동이 가능하도록 하는 역할을 할 수 있다. 이때, 전해질(300)은 고체전해질(310)일 수 있다. 즉, 전해질(300)은 고체 상태인 고체전해질(310)로 형성되어 제조가 용이할 수 있고, 고체전해질(310)은 일례로 고분자 전해질이 될 수 있으며, 다공성 구조의 고분자 매트릭스에 전해액이 함침되어 있는 형태로 형성될 수 있다. 다공성 구조의 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 제조된 분리막 또는 부직포 구조로 제조된 분리막일 수 있다. 다공성 구조의 고분자 매트릭스의 기공도는 30%이상 95%이하, 바람직하게는 45%이상 90%이하일 수 있다.
또는 상기 전해질(300)은 전해액(320)일 수도 있으며, 액체 상태인 전해액(320)으로 형성되어 전해액(320)이 양극 활물질(200)과 음극용 도전체(400)에 완전히 접촉되도록 구성될 수 있다. 또는 상기 전해질(300)은 액체 상태인 전해액(320)에 열 가교, UV가교가 가능한 가교체를 포함하여 가교화 반응을 진행한 겔 고분자 전해질일 수 있다. 또한 상기 전해질(300)은 알루미나, 실리카, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화티타늄 등 세라믹 입자를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 전해질(300)은 다공성 분리막 또는 부직포형 분리막에 전해액 또는 고분자전해질이 포함된 것일 수 있다.
밀폐부(500)는 복수의 셀 영역으로 구획할 수 있는 격벽 패턴(510)이 될 수 있으며, 격벽 패턴(510)의 상측(상면)이 양극용 도전체(100)의 하면에 접하도록 결합되어 접촉면이 밀폐되고 격벽 패턴(510)의 하측(하면)이 음극용 도전체(400)의 상면에 접하도록 결합되어 접촉면이 밀폐될 수 있다. 그리고 격벽 패턴(510)은 둘레 격벽(511) 및 둘레 격벽(511)의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽(512)을 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고 둘레 격벽(511)은 양극용 도전체(100)의 둘레부(110) 및 음극용 도전체(400)의 둘레부(410)에 접하여 결합되도록 사각형 등의 링 형태로 형성되어, 그 내측에 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 배치될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 구획 격벽(512)은 둘레 격벽(511)의 내측에 배치되며, 구획 격벽(512)은 격자 형태 등으로 형성되어 둘레 격벽(511)에 결합됨으로써 구획 격벽(512)에 의해 둘레 격벽(511)의 내측 공간이 구획될 수 있다. 즉, 격벽 패턴(510)은 둘레 격벽(511)의 내측에 복수의 공간들이 형성될 수 있으며, 복수의 공간들에 각각 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 채워진 형태로 구비될 수 있다. 그리하여 격벽 패턴(510)에 의해 복수의 셀 영역들이 형성될 수 있다. 그리고 밀폐부(500)는 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)에 접하여 접촉면이 밀폐되도록 형성됨으로써, 양극 활물질(200) 및 전해질(300)의 둘레를 둘러싸도록 형성되어, 외부에서 양극 활물질(200) 및 전해질(300)쪽으로 수분, 공기 및 이물질 등이 침투되지 않도록 밀폐하는 역할을 할 수 있으며, 절연성 재질로 형성될 수 있다. 그리하여 양극용 도전체(100), 음극용 도전체(400) 및 밀폐부(500)가 본 발명의 전기화학 에너지 소자의 전체적인 외형을 형성할 수 있다. 즉, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)는 그 자체가 전기화학 에너지 소자의 외형을 구성하는 패키지이며, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)의 외부로 노출된 표면이 전기 회로 또는 다른 전기화학 에너지 소자와의 전기적 연결을 위한 단자가 될 수 있다. 그리고 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층되어 각각의 접촉면이 밀착된 형태로 형성될 수 있으며, 양극 활물질(200)과 전해질(300)은 밀폐부(500)를 형성하는 격벽 패턴(510)의 내측면에 접촉되도록 형성되어, 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)와 격벽 패턴(510)에 의해 형성된 각각의 공간에 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 가득 채워진 상태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자는, 하나의 전기화학 에너지 소자에 복수개의 셀 영역들이 구비되도록 형성함으로써, 복수개의 전지 셀들을 한 번에 형성할 수 있다. 그리고 이와 같이 복수의 셀 영역을 갖도록 형성된 하나의 전기화학 에너지 소자를 분할하여 여러 개의 전지 셀들로 제조할 수 있어 생산성이 향상되는 장점이 있다.
또 다른 실시예에서, 전기화학 에너지 소자는, 음극용 도전체(400)와 전해질(300) 사이에 개재되며, 상기 격벽 패턴(510)에 의해 구획된 공간들에 각각 구비된 음극 활물질(600); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 음극 활물질(600)은 복수의 셀 영역들을 형성하는 격벽 패턴(510)의 각 공간들에 구비되되, 음극용 도전체(400)와 전해질(300)의 사이에 배치될 수 있다. 그리하여 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300), 음극 활물질(600) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층되어 각각의 접촉면이 밀착된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 음극 활물질(600)은 음극용 도전체(400)의 상면에 적층된 형태로 형성되어, 음극용 도전체(400)에 음극 활물질(200)이 달라붙은 상태로 일체로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 음극 활물질(200)은 리튬금속 또는 리튬합금일 수 있다. 상기 음극 활물질(200)은 그라파이트(C), 리튬금속(Li), 실리콘(Si), 주석(Sn), 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 이들의 합금일 수 있다. 상기 음극 활물질(200)은 프린팅, 코팅, 스퍼터링, 전기도금 등의 가공 공정을 이용하여 음극 도전체(400)의 상면에 적층할 수 있다.
또한, 상기 밀폐부(500)는, 상기 격벽 패턴(510)과 양극용 도전체(100) 사이 및 상기 격벽 패턴(510)과 음극용 도전체(400) 사이에 각각 형성된 접합부(520); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
밀폐부(500)는 격벽 패턴(510) 및 접합부(520)로 구성될 수 있다. 여기에서 격벽 패턴(510)은 상면이 양극용 도전체(100)의 하면에 접합부(520)에 의해 접합되어 밀폐될 수 있고, 격벽 패턴(510)의 하면이 음극용 도전체(400)의 상면에 접합부(520)에 의해 밀폐될 수 있다. 이때, 접합부(520)는 접착제 등 다양하게 형성될 수 있으며, 격벽 패턴(510)이 열가소성 수지로 형성되어 열융착을 통해 격벽 패턴(510)의 상면과 하면이 녹아서 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)에 달라붙어 접합됨으로써 접합부(520)로 형성될 수도 있다.
다른 실시예에서, 상기 양극용 도전체(100)의 하면에 형성된 라미네이트 필름층(120)과 상기 음극용 도전체(400)의 상면에 형성된 라미네이트 필름층(420)이 접합됨으로써 접합부(121,421)가 제공될 수도 있다.
예를 들면, 도 12를 참조하면 양극용 도전체(100)의 하면에 격벽 패턴(510)의 형태와 같은 라미네이트 필름층(120)을 미리 형성하고, 마찬가지로 음극용 도전체(400)의 상면에 격벽 패턴(510)의 형태와 같은 라미네이트 필름층(420)을 미리 형성하여, 일례로 열융착을 통해 라미네이트 필름층들(120,420)이 녹아서 접합되도록 함으로써 접합부(121,421)가 형성될 수 있다. 이때, 열융착 시 라미네이트 필름층들(120,420)이 모두 녹아서 응고되어 접합부(121,421)가 형성됨으로써 일체의 밀폐부(500)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 격벽 패턴(510)은, 상기 둘레 격벽(511)의 폭보다 구획 격벽(512)의 폭이 넓게 형성될 수 있다.
본 발명의 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자는 복수의 셀 영역들을 갖도록 형성되어 구획 격벽(512)의 중간 부분을 따라 절단하여 여러 개의 전지 셀들을 만들 수 있다. 이를 위하여, 도 2와 같이 구획 격벽(512)의 폭(W2)이 둘레 격벽(511)의 폭(W1)보다 상대적으로 넓게 형성됨으로써 절단이 용이할 수 있다. 그리고 구획 격벽(512)의 폭을 둘레 격벽의 폭의 2배로 형성하면, 절단되어 여러 개의 셀로 나누어진 후 각각의 전지 셀들은 사방을 둘러싸는 격벽의 폭이 동일하게 형성될 수 있다. 여기에서 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자(1000)의 구획 격벽(512)의 중간 부분을 따라 절단하여 단일 셀 영역을 가지는 전기화학 에너지 소자 또는 복수의 셀 영역을 갖는 전기화학 에너지 소자가 제조될 수 있다.
또한, 상기 양극용 도전체(100)의 상면 및 음극용 도전체(400)의 하면 중 어느 하나 이상에 절연층(700)이 형성될 수 있다.
즉, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)는 전기 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있으므로, 도 4와 같이 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에는 전기적인 절연을 위해 절연층(700)이 형성될 수 있다. 이때, 도면에서는 양극용 도전체(100)의 상면 및 음극용 도전체(400)의 하면에 절연층(700)이 형성된 것을 나타내었다. 그리고 일례로 절연층(700)은 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)의 표면에 절연성 고분자 수지층을 코팅하여 형성되거나, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)의 표면을 산화처리하여 형성된 산화피막이 될 수 있다. 또한, 절연층(700)을 형성하는 절연성 고분자 수지층은 리소그래피가 가능한 포토레지스트를 이용해 형성될 수도 있다.
또한, 상기 절연층(700)은 양극용 도전체(100)의 상면 일부 또는 음극용 도전체(400)의 하면 일부에만 형성될 수 있다.
즉, 절연층(700)은 양극용 도전체(100)의 상면 또는 음극용 도전체(400)의 상면에 형성되되 각각의 전체면에 형성되는 것이 아닌 일부 영역에만 형성될 수 있다. 그리하여 일부에만 절연층(700)을 형성하여 본 발명의 전기화학 에너지 소자로 제조한 후 이를 복수의 전지 셀들을 형성하면, 절연층이 있는 전지 셀과 절연층이 없는 전지 셀이 함께 만들어지도록 할 수 있으며, 전지 셀들의 일측에만 절연층이 형성되도록 할 수도 있으며, 전지 셀들의 양측 모두에 절연층이 형성되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 격벽 패턴(510)에 의해 구획되어 형성된 복수의 셀 영역(A)에는 각각 양극용 도전체(100)의 상면 일부 또는 음극용 도전체(400)의 하면 일부가 외부로 노출되도록 절연층(700)이 형성되지 않을 수 있다.
즉, 도 4 내지 도 6과 같이 하나의 셀 영역(A)에서 절연층이 형성되지 않은 부분이 있어, 절연층이 형성되지 않은 부분이 외부의 전자기기와 전기적으로 연결될 수 있는 전극 단자 역할을 할 수 있다. 이때, 하나의 전지 셀이 될 하나의 셀 영역(A)에 대하여 절연층(700)이 일부 없는 부분이 존재하도록 하여, 절연층이 없어 외부로 노출된 양극용 도전체(100) 또는 음극용 도전체(400)의 표면이 전극 단자로 사용될 수 있다. 여기에서 일례로 도시된 바와 같이 전기화학 에너지 소자를 잘라서 여러 개의 전지 셀들을 만들고 전지 셀들(C)을 적층한 후 버스바(B)를 이용해 전지 셀들의 극성이 같은 전극들끼리 연결되도록 함으로써 복수의 전지 셀들이 병렬로 연결되도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 양극용 도전체(100)의 상면에는 입구 폭(Wo)보다 내측 폭(Wi)이 넓은 가이드 홈(150)이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체(400)에는 상기 가이드 홈(150)의 형태에 대응되도록 돌출부(450)가 볼록하게 형성될 수 있다.
즉, 도 7 및 도 8과 같이 가이드 홈(150)은 양극용 도전체(100)의 상면에서 아래쪽으로 오목하게 형성될 수 있으며, 이때 가이드 홈(150)은 상면측의 입구 폭(Wo)보다 오목하게 안쪽으로 들어간 부분의 내측 폭(Wi)이 더 넓게 형성될 수 있다. 그리고 음극용 도전체(400)의 하면에서 아래쪽으로 볼록하게 돌출부(450)가 형성될 수 있으며, 이때 돌출부(450)는 가이드 홈(150)의 형태에 대응되도록 동일한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 반대로 양극용 도전체(100)에 돌출부가 형성되고 음극용 도전체(400)에 가이드 홈이 형성될 수도 있으며, 복수개의 가이드 홈과 돌출부가 형성될 수도 있다.
그리하여 도 9와 같이 전기화학 에너지 소자를 잘라서 여러 개의 전지 셀들을 만들고 전지 셀들(C)을 적층된 형태로 결합하여 서로 다른 극성의 전극이 접촉되도록 연결하여 복수의 전지 셀들이 직렬로 연결되도록 구성할 수 있다. 이때, 가이드 홈(150)의 개방된 일측 측면쪽에서 돌출부(450)가 삽입되도록 하여 가이드 홈(150)의 타측 측면쪽까지 슬라이딩 되도록 돌출부(450)를 삽입하여, 하나의 전지 셀(C)의 양극용 도전체(100)와 다른 하나의 전지 셀(C)의 음극용 도전체(400)가 접촉 및 결합되도록 할 수 있다. 그리고 이와 같이 결합되어 연결된 복수의 전지 셀(C)들은 결합된 후 구부렸을 때 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)의 접촉면이 들뜨지 않을 수 있으며, 구부러질 때 결합되어 접촉되어 있는 면이 서로 슬라이딩 될 수 있으므로 구부리기 용이할 수 있어 유연성을 필요로 하는 전자제품도 적용할 수 있다.
그리고 양극 활물질(200)은 일차 입자 또는 상기 일차 입자들이 응집되거나 소결된 이차 입자일 수 있다. 또한, 양극 활물질(200)은 상기 일차 입자 또는 이차 입자 표면 상에 코팅된 쉘 층을 더 포함할 수 있다. 상기 쉘 층은, 금속, 상기 금속의 산화물, 수산화물, 수소화물, 탄화수소화물 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 쉘 층은, 비정질, 다결정질 또는 이의 혼합상을 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 쉘 층의 상기 금속은, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, V, Sn, Ge, Ga, B, As, Zr 또는 이의 혼합물일 수 있다. 상기 쉘 층의 형성은 상기 양극용 활물질이 분산된 분산 용매에 쉘 층의 구성 입자를 침지시키고 교반하여 코팅하거나, 상기 분산 용매를 스프레이 퇴적시켜 수행될 수 있다. 필요에 따라, 하소 또는 열처리와 같은 공정이 더 수행될 수 있다.
또한, 음극 활물질(600)은 저결정 탄소 또는 고결정 탄소와 같은 탄소계 재료일 수 있다. 상기 저결정성 탄소는 예를 들면 연화 탄소(soft carbon) 또는 경화 탄소(hard carbon)일 수 있다. 상기 고결정성 탄소는 예를 들면 천연 흑연, 키시 흑연(Kish graphite), 열분해 탄소(pyrolytic carbon), 액정 피치계 탄소 섬유(mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소 구체(mesocarbon microbeads), 액정 피치(Mesophase pitches), 석유 또는 석탄계 코크스(petroleum or coal tar pitch derived cokes)와 같은 고온 소성 탄소일 수 있다. 그러나 위에 열거된 활물질의 재료들은 예시적이며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 음극 활물질은,고용량의 리튬 이온 흡장 및 방출 능력을 갖는 실리콘, 게르마늄, 주석, 납, 안티몬, 비스무스, 아연, 알루미늄, 철 및 카드뮴과 같은 단원자계, 이들의 금속간 화합물(intermetallic compound), 또는 산화물계 재료를 포함할 수도 있다. 또한, 다른 실시예에서, 상기 음극 활물질은 NaS 전지에 적합한 나트륨, 또는 다른 산화물, 탄화물, 질화물, 황화물, 인화물, 셀레늄화물 및 텔레늄화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있다. 또한, 음극 활물질(600)은 다공성 구조의 복합체에 결합되어 형성될 수 있으며, 다공성 구조의 복합체는 액체 상태의 전해액이 함침되어 복합체의 기공에 전해액이 존재할 수 있다. 또한, 음극 활물질(600)에는 도전재가 포함될 수 있으며, 도전재로는 카본 블랙, 초미세 그라파이트 입자, 아세틸렌 블랙과 같은 파인 카본(fine carbon), 나노 금속 입자 페이스트 및 ITO(indium tin oxide) 페이스트 등이 될 수 있다.
[제조 방법_실시예]
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도이며, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 복수의 셀 영역이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법은, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에 형성하되, 복수의 셀 영역들(A)로 구획하는 격벽 패턴(510)을 형성하는 SA10 단계; 상기 복수의 셀(A) 영역 각각에 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 SA20 단계; 및 상기 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 대향되도록 하여 상기 격벽 패턴(510)에 의해 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 결합되도록 함으로써 상기 복수의 셀 영역(A)이 밀폐되며, 상기 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 SA30 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
우선, SA10단계는 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에 격벽 패턴(510)을 형성하는 단계로서, 일례로 도시된 바와 같이 형태가 동일한 두 개의 격벽 패턴(510)을 이용해, 양극용 도전체(100)의 일면과 음극용 도전체(400)의 일면에 각각의 격벽 패턴(510)이 접합되어 결합되도록 형성될 수 있다. 이때, 격벽 패턴(510)은 내측에 복수의 공간들이 마련되도록 형성되어 격벽 패턴(510)에 의해 복수의 셀 영역들(A)로 구획될 수 있다.
SA20단계는 복수의 셀 영역들(A)에 각각 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 단계로서, 일례로 상기한 바와 같이 양극용 도전체(100)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 양극 활물질(200)을 채우고 음극용 도전체(400)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 전해질(300)을 채워, 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 대향되도록 결합하였을 때 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 적층되어 접촉면이 밀착되는 구조가 되도록 할 수 있다.
SA30단계는 상기한 바와 같이 복수의 셀 영역들(A)을 형성하는 각각의 공간에 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치된 후에, 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 대향되도록 하되 격벽 패턴(510)들이 서로 마주보도록 결합하여, 격벽 패턴(510)에 의해 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 결합되도록 함으로써 복수의 셀 영역(A)이 밀폐도록 하는 단계이다. 이때, 각각의 셀 영역(A)은 격벽 패턴(510)에 의해 밀폐되어 각각의 공간 내부에는 양극 활물질(200)과 전해질(300)이 적층 구조를 형성하도록 배치되며, 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층된 구조로 형성될 수 있다.
여기에서 격벽 패턴(510)이 양극용 도전체(100) 또는 음극용 도전체(400) 중 어느 하나에만 형성되는 경우, 일례로 양극용 도전체(100)에만 격벽 패턴(510)이 형성되는 경우에는 격벽 패턴(510)에 의해 형성된 복수의 셀 영역(A)의 내부 공간에 각각 양극 활물질(200) 및 전해질(300)이 순서대로 적층되도록 형성한 후 음극용 도전체(400)를 결합할 수 있으며, 다른 예로 음극용 도전체(400)에만 격벽 패턴(510)이 형성되는 경우에는 격벽 패턴(510)에 의해 형성된 복수의 셀 영역(A)의 내부 공간에 각각 전해질(300) 및 양극 활물질(200)이 순서대로 적층되도록 형성한 후 양극용 도전체(100)를 결합할 수 있다. 그리고 전해질(300)은 적층구조를 형성하기 용이한 고체전해질(310)이 될 수 있으나, 경우에 따라 액체 상태의 전해액이나 젤 상태의 전해질이 사용될 수도 있다.
또한, 상기 SA20단계에서는 양극 활물질(200), 전해질(300) 및 음극 활물질(600)이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하며, 상기 SA30단계에서는 양극용 도전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300), 음극 활물질(600) 및 음극용 도전체(400)가 순서대로 적층된 구조로 형성할 수 있다.
즉, SA20단계에서는 음극 활물질(600)이 추가로 배치될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100)의 일면과 음극용 도전체(400)의 일면에 각각의 격벽 패턴(510)이 접합되어 결합되도록 형성되는 경우, 양극용 도전체(100)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 양극 활물질(200) 및 전해질(300)을 순서대로 채워 적층된 형태가 되도록 하고 음극용 도전체(400)의 일면에 형성된 격벽 패턴(510)의 각각의 공간 내부에 음극 활물질(600)을 채울 수 있다. 이때, 전해질(300)은 음극용 도전체(400)쪽에 배치되어 음극 활물질(600)과 전해질(300)이 순서대로 채워져 적층된 형태로 형성될 수도 있다. 그리하여 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 대향되도록 결합하였을 때 양극용 집전체(100), 양극 활물질(200), 전해질(300), 음극 활물질(600) 및 음극용 집전체(400)가 순서대로 적층되어 접촉면이 밀착되는 구조가 되도록 할 수 있다. 그리고 상기 음극 활물질(200)은 리튬 또는 리튬합금일 수 있다.
또한, 상기 SA10단계 이전 또는 SA30단계 이후에, 상기 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400) 중 어느 하나 이상에 절연층(700)을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)는 일면에 절연층(700)이 형성될 수 있으며, 일례로 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)에 모두 절연층(700)이 형성될 수 있다. 이때, 절연층(700)은 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 마주보는 면의 반대측면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 SA10단계 이전에, 상기 양극용 도전체(100)의 상면에는 입구 폭(Wo)보다 내측 폭(Wi)이 넓은 가이드 홈(150)이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체(400)에는 상기 가이드 홈(150)의 형태에 대응되도록 돌출부(450)가 볼록하게 형성되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 양극용 도전체(100)에 가이드 홈(150)을 형성하고 음극용 도전체(400)에 돌출부(450)를 미리 형성할 수 있으며, 가이드 홈(150) 및 돌출부(450)는 양극용 도전체(100)와 음극용 도전체(400)가 서로 마주보는 면의 반대측면에 형성될 수 있다.
또한, 격벽 패턴(510)은 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)와 융착 등에 의해 접합되어 접합부(520)가 형성될 수 있으며, 격벽 패턴(510) 및 접합부(520)를 포함하여 밀폐부(500)로 형성될 수 있다. 또는 도 12와 같이 격벽 패턴(510)이 양극용 도전체(100) 및 음극용 도전체(400)와 적층되어 일체로 형성된 라미네이트 필름층(120,420)으로 형성되어, 열융착을 통해 라미네이트 필름층들(120,420)이 녹아서 접합부(121,421)로 형성되어 접합부(121,421)가 밀폐부(500)로 형성될 수도 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
[부호의 설명]
1000 : 전기화학 에너지 소자
100 : 양극용 도전체
110 : 둘레부
120 : 라미네이트 필름층
121 : 접합부
150 : 가이드 홈
200 : 양극 활물질
300 : 전해질
310 : 고체전해질
400 : 음극용 도전체
410 : 둘레부
420 : 라미네이트 필름층
421 : 접합부
450 : 돌출부
500 : 밀폐부
510 : 격벽 패턴
511 : 둘레 격벽
512 : 구획 격벽
520 : 접합부
600 : 음극 활물질
700 : 절연층
A : 셀 영역
B : 버스바
C : 전지 셀

Claims (17)

  1. 양극용 도전체;
    상기 양극용 도전체에 적층 형성된 양극 활물질;
    상기 양극용 도전체에 대향되도록 이격되어 배치되되 상기 양극 활물질과 마주보도록 배치된 음극용 도전체;
    상기 양극 활물질과 음극용 도전체 사이에 개재된 전해질; 및
    둘레 격벽 및 상기 둘레 격벽의 내측에 배치되어 내측의 공간을 구획하는 구획 격벽을 포함하여 이루어지는 격벽 패턴의 상측이 양극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되고 상기 격벽 패턴의 하측이 음극용 도전체에 접하여 접촉면이 밀폐되며, 상기 양극 활물질 및 전해질이 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비되도록 형성된 밀폐부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음극용 도전체와 전해질 사이에 개재되며, 상기 격벽 패턴에 의해 구획된 공간들에 각각 구비된 음극 활물질; 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 리튬금속 또는 리튬합금인 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전해질은 다공성 분리막 또는 부직포형 분리막에 전해액 또는 고분자전해질이 포함된 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐부는,
    상기 격벽 패턴과 양극용 도전체 사이 및 상기 격벽 패턴과 음극용 도전체 사이에 각각 형성된 접합부; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐부를 형성하는 격벽 패턴은,
    상기 양극용 도전체의 하면에 형성된 라미네이트 필름층과 상기 음극용 도전체의 상면에 형성된 라미네이트 필름층이 접합되어 형성된 접합부인 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 패턴은,
    상기 둘레 격벽의 폭보다 구획 격벽의 폭이 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극용 도전체의 상면 및 음극용 도전체의 하면 중 어느 하나 이상에 절연층이 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연층은 양극용 도전체의 상면 일부 또는 음극용 도전체의 하면 일부에만 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 격벽 패턴에 의해 구획되어 형성된 복수의 셀 영역에는 각각 양극용 도전체의 상면 일부 또는 음극용 도전체의 하면 일부가 외부로 노출되도록 절연층이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 양극용 도전체의 상면에는 입구 폭보다 내측 폭이 넓은 가이드 홈이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체에는 상기 가이드 홈의 형태에 대응되도록 돌출부가 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 구획 격벽의 중간 부분을 따라 절단하여 제조된 단일 셀 영역을 가지는 전기화학 에너지 소자.
  13. 양극용 도전체 및 음극용 도전체 중 어느 하나 이상에 형성하되, 복수의 셀 영역으로 구획하는 격벽 패턴을 형성하는 SA10 단계;
    상기 복수의 셀 영역 각각에 양극 활물질 및 전해질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하는 SA20 단계; 및
    상기 양극용 도전체와 음극용 도전체가 서로 대향되도록 하여 상기 격벽 패턴에 의해 양극용 도전체와 음극용 도전체가 결합되도록 함으로써 상기 복수의 셀 영역이 밀폐되며, 상기 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 SA30 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 SA20단계에서는 양극 활물질, 전해질 및 음극 활물질이 적층 구조를 형성할 수 있도록 배치하며,
    상기 SA30단계에서는 양극용 도전체, 양극 활물질, 전해질, 음극 활물질 및 음극용 도전체가 순서대로 적층된 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 리튬 또는 리튬합금인 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 SA10단계 이전 또는 SA30단계 이후에,
    상기 양극용 도전체 및 음극용 도전체 중 어느 하나 이상에 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 SA10단계 이전에,
    상기 양극용 도전체의 상면에는 입구 폭보다 내측 폭이 넓은 가이드 홈이 오목하게 형성되고, 상기 음극용 도전체에는 상기 가이드 홈의 형태에 대응되도록 돌출부가 볼록하게 형성되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복수의 셀 영역들이 구비된 전기화학 에너지 소자의 제조 방법.
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