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KR101921337B1 - 전극의 제작 방법 및 축전 장치 - Google Patents

전극의 제작 방법 및 축전 장치 Download PDF

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KR101921337B1
KR101921337B1 KR1020120095334A KR20120095334A KR101921337B1 KR 101921337 B1 KR101921337 B1 KR 101921337B1 KR 1020120095334 A KR1020120095334 A KR 1020120095334A KR 20120095334 A KR20120095334 A KR 20120095334A KR 101921337 B1 KR101921337 B1 KR 101921337B1
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 충방전 사이클 특성 및 레이트 특성을 향상시키고, 또 활물질의 박리 등에 기인한 열화가 발생하기 어려운 전극 및 축전 장치를 제작하는 것을 과제 중 하나로 한다.
축전 장치용 전극에 있어서, 집전체와, 집전체 위의 제 1 활물질층과, 상기 제 1 활물질층 위의 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 함유한 제 2 활물질층을 갖는 전극을 사용함으로써, 축전 장치의 충방전 사이클 특성 및 레이트 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 입상 활물질과 산화 니오븀을 갖는 입자가 접촉함으로써, 입상 활물질이 물리적으로 고정되기 때문에, 축전 장치의 충방전에 따른 활물질의 팽창 또는 수축으로 인한 미세 분말화, 집전체로부터의 박리 등의 열화를 억제할 수 있다.

Description

전극의 제작 방법 및 축전 장치{POWER STORAGE DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRODE}
본 발명은 전극의 제작 방법 및 축전 장치에 관한 것이다.
또한 본 명세서에 있어서, 축전 장치란 축전 기능을 갖는 소자 또는 장치 전반을 가리키는 것이다.
근년에 들어, 리튬 이차 전지, 리튬 이온 커패시터, 공기 전지(air cell) 등 다양한 축전 장치가 개발되고 있다. 특히 고출력 및 고에너지 밀도의 이차 전지로서 리튬 이온을 양극(positive electrode)과 음극(negative electrode) 사이에서 이동시켜 충방전을 수행하는 리튬 이차 전지가 주목을 받고 있다.
축전 장치에 사용되는 전극은 집전체의 일 표면에 활물질층을 형성함으로써 제작된다. 활물질층은 탄소 또는 실리콘 등의 캐리어가 되는 이온의 저장 및 방출이 가능한 활물질로 형성된다. 예를 들어, 실리콘 또는 인이 첨가된 실리콘으로 활물질층을 형성하면, 탄소로 활물질층을 형성하는 것보다 이론 용량이 크기 때문에 축전 장치의 대용량화의 관점에서 우수하다(특허문헌 1 참조).
그러나, 활물질인 실리콘에 리튬을 삽입하거나 또는 실리콘으로부터 리튬을 이탈시킬 때 실리콘의 체적이 팽창 또는 수축되는 것이 알려져 있다. 그러므로, 충방전에 따라 활물질층이 미세 분말화되어 집전체로부터 이탈되는 등의 문제가 발생한다. 이에 따라, 전극 내의 집전성이 저하되어 충방전의 사이클 특성이 낮아진다. 이것을 방지하기 위한 대책으로서, 활물질층 표면을 탄소, 구리, 니켈 등으로 코팅함으로써, 실리콘이 미세 분말화되는 것을 억제하는 방법을 들 수 있다. 그러나, 이와 같은 코팅을 수행하면, 리튬과 실리콘의 반응성을 저하시켜 충방전 용량을 저하시키는 단점이 있다.
일본국 특개2001-210315호 공보
본 발명의 일 형태는 사이클 특성 및 레이트 특성을 향상시킬 수 있는 축전 장치 및 전극의 제작 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명은 집전체와, 집전체 위의 제 1 활물질층과, 상기 제 1 활물질층 위에 있고 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 갖는 제 2 활물질층을 갖는 전극을 갖는 축전 장치이다.
본 발명의 일 형태는 집전체와, 집전체 위의 제 1 활물질층과, 상기 제 1 활물질층 위에 있고 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 갖는 제 2 활물질층을 갖는 음극과, 상기 음극에 접촉하도록 형성되는 전해질과, 상기 전해질을 개재(介在)하여 음극과 대향하는 양극을 갖는 축전 장치이다.
본 발명의 일 형태는 집전체 위에 제 1 활물질층을 형성하고, 상기 제 1 활물질층 위에 바인더, 도전 보조제, 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 갖는 슬러리를 도포한 후에 소성하고, 상기 산화 니오븀을 갖는 입자는 졸겔법에 의해 제작하는, 전극의 제작 방법이다.
본 발명의 일 형태는 상기 제 1 활물질층 및 활물질이 실리콘, 주석, 알루미늄, 또는 게르마늄 중에서 선택된 1 종류 이상의 재료를 갖는 전극의 제작 방법이다. 상기 재료는 리튬과 합금화될 수 있고, 상기 재료에 인 또는 붕소 등의 불순물을 추가적으로 첨가하여 전기 저항값을 감소시켜도 좋다.
또한 상기 제 1 활물질층 및 활물질은 리튬과 합금을 형성하는 재료이며, 가역적으로 리튬 이온을 삽입 및 이탈할 수 있다. 또한 종래 잘 사용되어 온 흑연을 음극의 활물질에 사용한 리튬 전지의 이론 용량 372mAh/g에 비해, 예를 들어 실리콘은 약 10배나 되는 값인 4000mAh/g의 이론 용량을 갖기 때문에 바람직하다. 그러나, 상술한 바와 같이 리튬 이온의 삽입 및 이탈에 의한 충방전으로 인하여, 활물질인 실리콘의 체적이 매우 크게 변화된다. 그러므로, 충방전에 의해 활물질의 미세 분말화, 집전체로부터 박리되는 등의 불량이 발생하여, 충방전 사이클의 열화가 커진다.
본 발명의 일 형태에서는 입상 활물질과 산화 니오븀을 갖는 입자가 접촉함으로써, 입상 활물질이 물리적으로 고정되기 때문에, 축전 장치의 충방전에 따른 활물질의 팽창 또는 수축으로 인한, 미세 분말화 등의 열화를 억제할 수 있다. 이로써, 입상 활물질의 주위에 산화 니오븀을 갖는 입자가 많이 접촉하는 것이 바람직하다. 산화 니오븀은 캐리어가 되는 이온(리튬 이온 등)의 전도성이 우수하며, 활물질이 덮여 있어도 전지로서 기능한다. 그러나, 산화 니오븀은 도전성이 낮기 때문에, 활물질을 완전히 둘러싼 상태가 되면, 집전체와 활물질 사이에 저항이 존재하게 되어, 전지의 레이트 특성이 낮아진다.
그러므로, 집전체 위에 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 갖는 제 2 활물질층을 형성하기 전에 집전체 위에 미리 제 1 활물질층을 형성함으로써, 집전체와 활물질 사이에 산화 니오븀에 기인한 전기적 저항이 존재하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 1 활물질층, 활물질 및 산화 니오븀의 결정성은 특별히 한정되지 않으며, 비정질, 미결정, 또는 단결정 중 어느 결정성이어도 좋다. 또한 상이한 결정성이 혼재하는 재료이어도 좋다.
또한 산화 니오븀을 갖는 입자는 니오븀 리튬 산화물을 함유하여도 좋으며, 예를 들어, Li2Nb2O5를 함유하여도 좋다.
또한 상기 Li2Nb2O5는 전지의 첫 방전에 의해, Nb2O5와 Li가 반응되어 형성된다. 또한 이 Li2Nb2O5는 이 후의 충방전에서도 유지되어도 좋고, Li2Nb2O5로부터 Li가 이탈되어 Nb2O5가 되어도 좋다. 이와 같이 Li2Nb2O5가 활물질 위에 형성됨으로써, Li2Nb2O5는 유기 SEI(Solid Electrolyte Interface) 대신에 안정적인 무기 SEI로서 작용되고, 이에 따라 저저항화, 리튬 확산성의 향상, 활물질의 체적 팽창을 완화시키는 등의 효과를 나타낸다.
축전 장치에 사용하는 전극에 있어서, 집전체 위에 제 1 활물질층과, 상기 제 1 활물질층 위에 있고 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 갖는 제 2 활물질층을 형성하여 제작함으로써, 축전 장치의 사이클 특성 및 레이트 특성을 개선할 수 있다.
또한 전극의 제작에 사용하는 도전 보조제 또는 바인더에, 상기 산화 니오븀을 갖는 입자가 함유되어도 좋다.
집전체의 재료는 백금, 알루미늄, 구리로 대표되는 금속 원소 등 도전성이 높은 재료를 사용할 수 있다. 또한 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로 집전체를 형성하여도 좋다.
축전 장치에 있어서, 음극과, 상기 음극에 대향하는 양극 사이에 형성되는 전해질은 액체 또는 고체로 형성할 수 있고, 상기 전해질에 산화 니오븀을 갖는 입자를 함유하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태에서는 집전체 위의 제 1 활물질층과, 상기 제 1 활물질층 위에 있고 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 함유한 제 2 활물질층을 갖는 전극에 있어서, 추가로 제 2 활물질층 위에 탄소계 피막을 제공할 수 있다.
상기 탄소계 피막은 막 형상 탄소계 재료로 이루어지며, 흑연, 또는 층상으로 1장 이상 100장 이하, 바람직하게는 10장 이상 30장 이하로 적층된 그래핀을 갖는다. 막 형상 탄소계 재료의 막 두께는 2장 또는 3장의 그래핀이 적층되면, 막 두께가 1nm 내지 2nm로 된다. 막 형상 탄소계 재료는 비정질이든 결정질이든 어느 쪽이라도 좋다.
이와 같은 막 형상 탄소계 재료는 도전 보조제로서 넓은 범위에 도전 네트워크를 구축할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 형태에 의해, 활물질의 박리 등에 의한 축전 장치의 열화를 저감할 수 있고, 사이클 특성 및 레이트 특성을 향상시킬 수 있는 축전 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치의 전극을 도시한 단면도이고, 도 1b는 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치의 전극을 도시한 상면도.
도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 전극의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3a는 축전 장치의 일 형태의 평면도이고, 도 3b는 축전 장치의 일 형태의 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 축전 장치의 응용의 일 형태의 사시도.
도 5는 무선 급전 시스템의 구성예를 도시한 도면.
도 6은 무선 급전 시스템의 구성예를 도시한 도면.
본 발명의 실시형태의 일례에 대해서 도면을 사용하여 이하에서 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재하는 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다. 또한 설명하는 데에 도면을 참조할 때, 동일한 것을 가리키는 부호는 상이한 도면간에서도 공통적으로 사용하는 경우가 있다. 또한 동일한 것을 가리킬 때, 동일한 해치 패턴(hatch pattern)을 사용하며, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 축전 장치의 전극 및 그 제작 방법에 대해서 도 1a 내지 도 2를 사용하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 축전 장치의 전극의 일 형태를 도시한 도면이다. 도 1a에는 전극의 단면도를 도시하고, 도 1b에는 전극의 상면도를 도시하였다. 도 1a 및 도 1b에 도시한 축전 장치의 전극은 집전체(101)와, 집전체(101)의 일 표면 위에 제공된 제 1 활물질층(102)과, 상기 제 1 활물질층(102) 위에 있고 산화 니오븀을 갖는 입자(109) 및 입상 활물질(103)을 갖는 제 2 활물질층(100)을 갖는다. 또한 여기서는 복잡화를 피하기 위해서 도시하지 않았지만, 제 2 활물질층(100)에는 도 1a 및 도 1b에 도시한 입상 활물질(103) 및 산화 니오븀을 갖는 입자(109) 외에, 입자를 고정하기 위한 바인더, 도전성을 향상시키기 위한 도전 보조제 및 점성을 조절하기 위한 점도 조정제(N-메틸-2-피롤리돈: NMP)가 포함되어도 좋다.
집전체(101)는 음극의 집전체로서 사용할 수 있는 도전성을 갖고, 또 이후의 열처리에 대한 내열성을 갖는 재료를 적절히 사용하여 형성한다. 집전체로서 사용할 수 있는 도전성 재료로서는 구리, 백금, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 철 등이 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 또한 집전체로서 알루미늄을 사용하는 경우에는 실리콘, 티타늄, 네오디뮴, 스칸듐, 몰리브덴 등의 내열성을 향상시키는 원소가 첨가된 알루미늄 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 도전성 재료의 합금을 사용하여도 좋다.
또한 집전체(101)로서 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소를 사용하여도 좋다. 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하는 금속 원소로서는, 지르코늄, 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 코발트, 니켈 등이 있다.
또한 집전체(101)로서 산화물 도전 재료를 사용할 수 있으며, 산화물 도전 재료의 대표적인 예로서는, 산화 텅스텐을 함유한 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 함유한 인듐아연 산화물, 산화 티타늄을 함유한 인듐 산화물, 산화 티타늄을 함유한 인듐 주석 산화물, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 또는 산화 실리콘을 첨가한 인듐 주석 산화물 등이 있다. 또한 집전체(101)는 박(箔) 형상, 판(板) 형상, 그물 형상이어도 좋다. 이와 같은 형상인 경우, 집전체(101)만으로 형상을 유지할 수 있기 때문에, 지지 기판 등을 사용할 필요는 없다.
제 1 활물질층(102) 및 입상 활물질(103)은 전하를 주고 받을 수 있는 이온과 합금화되는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 전하를 주거나 받는 이온은 리튬, 나트륨 등의 알칼리 금속 이온, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등의 알칼리 토금속 이온, 베릴륨 이온, 또는 마그네슘 이온이라면 좋고, 바람직하게는 리튬 이온을 사용한다. 제 1 활물질층(102) 및 입상 활물질(103)은 예를 들어, 리튬과 합금화할 수 있는 재료로서, 실리콘, 주석, 알루미늄, 게르마늄 중에서 선택된 1 종류 이상의 재료 등을 사용할 수 있다.
제 1 활물질층(102)은 원료로서 퇴적성 가스를 이용하여 가열에 의해 막을 형성하는 열CVD(CVD; Chemical Vapor Deposition)법, 저압 CVD(LPCVD; Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법, 또는 퇴적성 가스를 플라즈마에 의해 분해하여 막을 형성하는 플라즈마 CVD법에 의해 형성할 수 있다. 또한 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법 등을 이용할 수 있다.
예를 들어, 제 1 활물질층에 실리콘을 사용하는 경우, 플라즈마 CVD법 등에 의해 집전체(101) 위에 실리콘층을 형성할 수 있다. 상기 실리콘층을 형성할 때, 재료 가스 내에 수소가 가능한 한 함유되지 않는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 실리콘 내에 형성되는 댕글링 본드 등의 결함이 증가되어, 전하를 주고 받는 이온의 삽입 및 이탈 반응을 일으키기 쉽게 할 수 있다.
제 1 활물질층(102) 위에 산화 니오븀을 갖는 입자(109) 및 입상 활물질(103)을 갖는 슬러리를 도포하고 소성함으로써, 제 1 활물질층(102) 위에 제 2 활물질층(100)을 형성할 수 있다. 이 때, 입경이 작은 활물질을 사용함으로써, 단위 체적당 축전 용량을 증가할 수 있기 때문에 바람직하다.
산화 니오븀을 갖는 입자(109)는 졸겔법 또는 고상법 등에 의해 제작할 수 있다. 또한 산화 니오븀 대신에 바나듐, 탄탈, 텅스텐, 지르코늄, 몰리브덴, 하프늄, 크롬, 또는 티타늄의 산화물을 사용할 수 있다. 또한 결정 구조는 비정질, 다결정, 또는 단결정 중 어느 것이어도 좋다.
<산화 니오븀을 갖는 입자의 제작 방법>
여기서, 산화 니오븀을 갖는 입자(109)의 제작 방법에 대해서 설명한다. 우선, 니오븀알콕사이드(Nb(OCH2CH3)5)에 안정화제인 에틸 아세토아세테이트와 용매인 톨루엔을 첨가하여 교반함으로써, 용액을 제작한다. 다음에 상기 용액 내의 니오븀알콕사이드가 대기 중의 수분과 서서히 반응하여, 화학식 1로 나타내는 가수분해 반응에 의해 축합되어 겔화된다.
(화학식 1)
Nb(OCH2CH3)5＋5H2O→ Nb(OH)5＋5CH3CH2OH
상술한 공정을 거쳐 얻어진 겔에 물을 첨가하여 희석하고, 초음파 세정기를 이용하여 교반함으로써 분산액을 제작한다. 다음에 상기 분산액을 소성(500℃ 내지 600℃ 정도)함으로써, 화학식 2로 나타내는 축합 반응에 의해 Nb(OH)5겔로부터 산화 니오븀을 갖는 입자를 생성할 수 있다.
(화학식 2)
2Nb(OH)5→ (Nb(OH)4)2O＋H2O
상술한 바와 같이 하여 산화 니오븀을 갖는 입자(109)를 제작할 수 있다.
또한 화학식 1로 나타낸 가수분해 반응에 의해 생성된 겔에 실리콘 입자 등의 입상 활물질(103)을 혼합시킬 수도 있다. 이에 따라 입상 활물질(103)에 대해 산화 니오븀을 갖는 입자(109)를 균일하게 부착시킬 수 있다.
<전극의 제작 방법>
다음에 도 1a 및 도 1b에 도시한 전극의 제작 방법에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
우선 도 2의 단계 S110에 나타낸 바와 같이 집전체 위에 제 1 활물질층을 형성한다. 예를 들어, 집전체로서 티타늄 시트를 사용하여 집전체 위에 제 1 활물질층으로서 실리콘층을 플라즈마 CVD법에 의해 형성하면 좋다. 상기 실리콘층에 인 또는 붕소 등의 캐리어를 생성하는 불순물 원소가 함유되어도 좋다. 예를 들어, 실리콘층에 인을 함유시키기 위해서는 재료 가스에 포스파인을 포함시키면 좋다. 또한 실리콘층의 결정성은 특별히 한정되지 않고, 실리콘층은 비정질이어도 좋고, 결정성을 가져도 좋다. 예를 들어, 비정질 실리콘, 미결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용할 수 있다. 여기서, 실리콘층에 대해 결정화 공정을 수행하여도 좋다. 실리콘층에 대해 결정화 공정을 수행하는 경우에는 실리콘층 내의 수소 농도를 미리 충분히 저감한 후에 상기 실리콘층에 대해 열처리를 수행하여도 좋고, 상기 실리콘층에 레이저광을 조사하여 결정화시켜도 좋다.
또한 제 1 활물질층(102)의 두께는 1nm 이상 800nm 이하로 하고, 바람직하게는 50nm 이상 200nm 이하로 한다. 제 1 활물질층을 지나치게 두껍게 형성하면, 전지의 충방전에 기인하여 생기는 활물질의 팽창 및 수축으로 인한 막 박리가 발생하기 쉬워지기 때문에, 막 두께를 상기 범위로 제어하는 것이 바람직하다.
다음에 도 2의 단계 S111에 기재된 바와 같이 제 1 활물질층 위에 슬러리를 도포한다. 슬러리는 입상 활물질(103) 및 산화 니오븀을 갖는 입자(109)를 함유한다. 도포한 슬러리의 두께는 20μm 이상 30μm 이하가 바람직하지만, 이것에 한정되지 않고 원하는 전지 특성에 따라 적절히 조정하면 좋다.
제 1 활물질층 위에 상기 슬러리를 도포함으로써, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 산화 니오븀을 갖는 입자(109) 및 입상 활물질(103)을 갖는 제 2 활물질층(100)이 형성되어 있다. 또한 입상 활물질(103)의 표면에 대해 산화 니오븀을 갖는 입자(109)가 접촉하는 비율이 높을수록 바람직하다. 또한 입상 활물질(103) 및 산화 니오븀을 갖는 입자(109)가 접촉하는 부분에서는 니오븀 및 활물질로 이루어진 합금이 형성되어 있어도 좋다.
<슬러리의 제작 방법>
여기서, 슬러리의 제작 방법에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이 졸겔법 등에 의해 제작된 산화 니오븀을 갖는 입자, 입상 활물질, 바인더, 도전 보조제, 점도 조정제를 혼합하여 교반함으로써, 입상 활물질 표면에 산화 니오븀을 갖는 입자가 부착된 슬러리를 제작한다. 슬러리의 조제(調製)로서는 바인더를 함유시킨 용매에 도전 보조제를 분산시키고, 이것에 활물질을 첨가한다. 이 때 분산성을 향상시키기 위해서, 용매의 양을 억제하여 반죽하는 것이 바람직하다. 이 후, 용매를 추가하여 슬러리를 제작한다. 산화 니오븀을 갖는 입자, 활물질, 도전 보조제, 바인더, 및 용매의 비율은 적절히 조정할 수 있지만, 도전 보조제와 바인더의 비율이 높을수록 활물질량당 전지 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 입상인 활물질의 입경은 작을수록 충방전 용량 및 사이클 특성의 양쪽 모두가 양호하며, 예를 들어 입경은 10μm 이하가 바람직하다. 마찬가지로, 산화 니오븀을 갖는 입자는 작을수록 충방전 용량 및 사이클 특성의 양쪽 모두가 양호하며, 바람직한 입격은 1nm 이상 5μm 이하, 더 바람직한 입경은 1nm 이상 500nm 이하이다.
도전 보조제는 그 재료 자체가 전자 도전체이며, 전지 장치 내에서 다른 물질과 화학 변화를 일으키지 않는 것이라면 좋다. 예를 들어 흑연, 탄소 섬유, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, VGCF(상표 등록) 등의 탄소계 재료, 구리, 니켈, 알루미늄 또는 은 등 금속 재료 또는 이들의 혼합물의 분말이나 섬유 등이 이것에 상당한다. 도전 보조제란 활물질들 사이의 도전성을 도와주는 물질이고, 떨어진 활물질들 사이에 충전되어 활물질들이 도통되게 하는 재료이다.
바인더로서는 전분(澱粉), 카르복시메틸셀룰로스, 하이드록시프로필셀룰로스, 재생 셀룰로오스, 디아세틸셀룰로스 등의 다당류나, 폴리비닐알코올, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리플루오르화비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), 술폰화 EPDM, 스티렌부타다이엔고무, 부타다이엔고무, 불소고무 등의 비닐폴리머, 또는 폴리에틸렌옥사이드 등의 폴리에테르, 폴리이미드 등이 있다.
용매로서는 물, N-메틸-2-피롤리돈, 또는 젖산 에스테르 등이 있다.
다음에 도 2의 단계 S112에 기재된 바와 같이 열처리를 수행하여 슬러리에 함유되는 용매를 증발시킨다. 상기 열처리에는 핫 플레이트 또는 오븐 등을 이용할 수 있고, 처리 조건은 예를 들어, 질소 분위기, 350℃로 설정하여 수행하면 좋다.
다음에 단계 S113에 기재된 바와 같이, 프레스기 등을 이용하여 슬러리 위로부터 가압(加壓)함으로써, 제 1 활물질층과 슬러리의 밀착성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 가압함으로써 제 2 활물질층도 평탄화된다.
다음에 단계 S114에 기재된 바와 같이 집전체를 원하는 형상이 되도록 펀칭하여도 좋다.
마지막에, 단계 S115에 기재된 바와 같이 다시 열처리를 수행함으로써, 본 건조 처리를 수행한다. 처리 조건은 예를 들어, 감압 분위기, 100℃로 설정하여 수행하면 좋다.
상술한 공정을 거쳐 도 1a 및 도 1b에 도시한 전극을 제적할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 입상 활물질과 산화 니오븀을 갖는 입자가 접촉함으로써, 입상 활물질이 물리적으로 고정되기 때문에, 전지의 충방전에 따른 활물질의 팽창 또는 수축으로 인한, 미세 분말화 등의 열화를 억제할 수 있다.
또한 산화 니오븀을 갖는 입자가 활물질과 접촉하여 형성됨으로써, 활물질 표면에 유기 SEI가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 그러므로, 저저항화, 리튬 확산성의 향상, 활물질의 체적 팽창의 완화 등의 효과를 나타낸다.
그러므로, 집전체 위에 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 갖는 제 2 활물질층을 형성하기 전에 집전체 위에 미리 제 1 활물질층을 형성함으로써, 집전체와 활물질 사이에 산화 니오븀의 형성에 기인한 전기적 저항의 증가를 방지할 수 있다.
이와 같이 축전 장치에 사용하는 전극에 있어서, 제 1 활물질층과, 상기 제 1 활물질층 위의 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 함유한 제 2 활물질층을 형성함으로써, 축전 장치의 사이클 특성 및 레이트 특성을 개선할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 축전 장치의 구조에 대해서 도 3a 및 도 3b를 사용하여 설명한다.
우선, 축전 장치로서 이차 전지의 구조에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 여기서는 이차 전지의 대표적인 예인 리튬 이차 전지의 구조에 대해서 설명한다.
도 3a는 축전 장치(151)의 평면도이고, 도 3a의 일점 쇄선 A-B 부분의 단면도를 도 3b에 도시하였다. 본 실시형태에서는 축전 장치(151)로서 밀봉된 박형 축전 장치를 제시한다.
도 3a에 도시한 축전 장치(151)는 외장(外裝) 부재(153)의 내부에 축전 셀(155)을 갖는다. 또한 축전 셀(155)에 접속되는 단자부(157) 및 단자부(159)를 갖는다. 외장 부재(153)로서는 라미네이트 필름, 고분자 필름, 금속 필름, 금속 케이스, 플라스틱 케이스 등을 이용할 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 축전 셀(155)은 음극(163), 양극(165), 음극(163)과 양극(165) 사이에 설치되는 세퍼레이터(167), 및 전해질(169)로 구성된다.
음극(163)은 음극 집전체(171), 제 1 음극 활물질층(173), 및 제 2 음극 활물질층(179)으로 구성된다. 또한 제 1 음극 활물질층(173) 및 제 2 음극 활물질층(179)은 음극 집전체(171)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 형성된다.
양극(165)은 양극 집전체(175) 및 양극 활물질층(177)으로 구성된다. 또한 양극 활물질층(177)은 양극 집전체(175)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 형성된다.
또한 음극 집전체(171)는 단자부(159)와 접속된다. 양극 집전체(175)는 단자부(157)와 접속된다. 또한 단자부(157) 및 단자부(159)는 각각 일부가 외장 부재(153)의 외측으로 도출(導出)되어 있다.
또한 본 실시형태에서는 축전 장치(151)로서 밀폐된 박형 축전 장치를 제시하였지만, 버튼형 축전 장치, 원통형(圓筒形) 축전 장치, 각형 축전 장치 등 다양한 형상의 축전 장치를 사용할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는 양극, 음극, 및 세퍼레이터가 적층된 구조를 제시하였지만, 양극, 음극, 및 세퍼레이터가 감겨진 구조라도 좋다.
음극 집전체(171)로서는 실시형태 1에서 제시한 집전체(101)를 사용할 수 있다.
제 1 음극 활물질층(173)으로서는 실시형태 1에서 제시한 제 1 활물질층(102)을 사용할 수 있다. 또한 활물질로서는 고용량인 실리콘을 사용하면 좋다.
제 2 음극 활물질층(179)으로서는 실시형태 1에서 제시한 제 2 활물질층(100)을 사용할 수 있다.
양극 집전체(175)로서는 알루미늄, 스테인리스 등을 사용한다. 양극 집전체(175)에는 박 형상, 판 형상, 그물 형상, 막 형상 등의 형상을 적절히 사용할 수 있다.
양극활물질층(177)으로서는 LiFeO2, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiFePO4, LiCoPO4, LiNiPO4, LiMnPO4, 그 이외의 리튬 화합물, 또는 V2O5, Cr2O5, MnO2를 재료로서 사용할 수 있다. 또한 캐리어 이온이 리튬 이외의 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온인 경우, 양극 활물질층(177)으로서 상기 리튬 화합물에 있어서 리튬 대신에 알칼리 금속(예를 들어, 나트륨이나 칼륨 등), 또는 알칼리 토금속(예를 들어, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등)을 사용할 수도 있다.
전해질(169)의 용질은 캐리어 이온인 리튬 이온을 갖는 재료를 사용한다. 전해질의 용질의 대표적인 예로서, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등의 리튬염이 있다. 또한 캐리어 이온이 리튬 이외의 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온인 경우, 전해질(169)의 용질로서 나트륨염, 칼륨염 등의 알칼리 금속염, 칼슘염, 스트론튬염, 바륨염 등의 알칼리 토금속염, 베릴륨염, 또는 마그네슘염 등을 적절히 사용할 수 있다.
또한 전해질(169)의 용매로서는 리튬 이온(또는 다른 캐리어 이온)을 이송할 수 있는 재료를 사용한다. 전해질(169)의 용매로서는 비프로톤성 유기 용매(aprotic organic solvent)가 바람직하다. 비프로톤성 유기 용매의 대표적인 예로서는, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, γ-부티로락톤, 아세토나이트릴, 디메톡시에탄, 테트라하이드로퓨란 등이 있고, 이들 중 하나 또는 복수를 사용할 수 있다. 또한 전해질(169)의 용매로서 겔화되는 고분자 재료를 사용함으로써, 누액성(liquid leakage) 등에 대한 안정성이 높인다. 또한 축전 장치(151)의 박형화 및 경량화가 가능하다. 겔화되는 고분자 재료의 대표적인 예로서는, 실리콘겔, 아크릴겔, 아크릴로나이트릴겔, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 불소계 폴리머 등이 있다.
또한 전해질(169)로서 Li3PO4, Li3PO(4-x)Nx, LixPSy(x,y:자연수) 등의 고체 전해질을 사용할 수 있다. 또한 전해질(169) 내에 니오븀이 함유되어도 좋다. 또한 비닐렌카보네이트 등을 함유하여도 좋다.
세퍼레이터(167)로서는 절연성의 다공체를 사용한다. 세퍼레이터(167)의 대표적인 예로서는, 셀룰로오스(종이), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 유리섬유 등이 있다. 또한 이들 재료의 단층 또는 적층을 사용할 수 있다.
리튬 이차 전지는 메모리 효과가 작고, 에너지 밀도가 높고, 방전 용량이 크다. 또한 출력 전압이 높다. 따라서, 소형화 및 경량화가 가능하다. 또한 충전 및 방전의 반복으로 인한 열화가 적고, 장기간 동안 사용할 수 있고, 축전 장치에 드는 비용을 삭감할 수 있다.
다음에, 축전 장치로서 커패시터에 대하여 설명하기로 한다. 커패시터의 대표적인 예로서는, 이중층 커패시터, 리튬 이온 커패시터 등이 있다.
커패시터의 경우에는 도 3b에 도시한 이차 전지의 양극 활물질층(177) 대신에 리튬 이온(또는 다른 캐리어 이온) 및 음이온(anion) 중 적어도 하나를 가역적으로 삽입할 수 있는 재료를 사용하면 좋다. 양극 활물질층(177)의 대표적인 예로서는, 활성탄(活性炭), 도전성 고분자, 폴리아센 유기 반도체(PAS)가 있다.
리튬 이온 커패시터는 충방전 효율이 높고, 급속히 충방전할 수 있고, 반복적으로 사용하여도 수명이 길다.
음극(163)으로서 실시형태 1에서 제시한 전극을 사용함으로써, 사이클 특성 및 레이트 특성을 향상시킨 축전 장치를 제작할 수 있다.
또한 축전 장치의 일 형태인 공기 전지의 음극에, 실시형태 1에서 제시한 집전체, 제 1 활물질층, 및 제 2 활물질층을 사용함으로써, 사이클 특성 및 레이트 특성을 향상시킨 축전 장치를 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태에서는 집전체, 제 1 활물질층 및 산화 니오븀을 갖는 입자 및 입상 활물질을 갖는 제 2 활물질층을 사용할 수 있다. 이로써, 사이클 특성 및 레이트 특성을 향상시킨 축전 장치를 제공할 수 있다. 또한 활물질의 박리 등으로 인한 축전 장치의 열화를 저감할 수 있는 축전 장치를 제공할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에서 기재한 축전 장치의 응용 형태에 대하여 도 4a 내지 도 4d를 사용하여 설명한다.
실시형태 2에서 기재한 축전 장치는 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치 등의 전자 기기에 사용할 수 있다. 또한, 전기 자동차, 하이브리드 자동차(hybrid vehicle), 철도용 전기 차량, 작업차(作業車), 카트(cart), 전동 휠체어 등의 전기 추진 차량에 사용할 수 있다. 여기서는 전기 추진 차량을 예로 들어 설명한다.
도 4a에 전기 추진 차량 중의 하나인 4륜 자동차(300)의 구성을 도시하였다. 자동차(300)는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차이다. 자동차(300)에 있어서, 바닥 부분에 축전 장치(302)가 설치된 예를 제시한다. 자동차(300)에서의 축전 장치(302)의 위치를 명확하게 하기 위해서, 도 4b에 윤곽(輪廓)만을 도시한 자동차(300)와, 자동차(300)의 바닥 부분에 설치된 축전 장치(302)를 도시하였다. 실시형태 2에서 기재한 축전 장치를 축전 장치(302)로서 사용할 수 있다. 축전 장치(302)는 플러그인(plug-in) 기술이나 무선 급전 시스템에 의한 외부로부터의 전력 공급에 의하여 충전할 수 있다.
도 4c에 전기 추진 차량 중의 하나인 모터 보트(1301)의 구성을 도시하였다. 도 4c에는 모터 보트(1301)의 선체(船體)의 측면 부분에 축전 장치(1302)가 구비된 예를 도시하였다. 실시형태 2에서 기재한 축전 장치를 축전 장치(1302)에 사용할 수 있다. 축전 장치(1302)는 플러그인 기술이나 무선 급전 시스템에 의한 외부로부터의 전력 공급에 의하여 충전할 수 있다. 모터 보트(1301)의 충전(즉 축전 장치(1302)의 충전)을 수행하기 위한 급전 장치는 예를 들어, 항만(港灣)에서 선박을 계류시키기 위한 계류 시설에 설치할 수 있다.
도 4d에 전기 추진 차량 중의 하나인 전동 휠체어(1311)의 구성을 도시하였다. 도 4d에서는 전동 휠체어(1311)의 바닥 부분에 축전 장치(1312)가 구비된 예를 도시하였다. 실시형태 2에서 기재한 축전 장치를 축전 장치(1312)로서 사용할 수 있다. 축전 장치(1312)는 플러그인 기술이나 무선 급전 시스템에 의한 외부로부터의 전력 공급에 의하여 충전할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 장치의 일례인 이차 전지를 무선 급전 시스템(이하에서 RF 급전 시스템이라고 함)에 사용한 경우의 일례를 도 5 및 도 6의 블록도를 사용하여 설명한다. 또한 각 블록도에서는 수전(受電) 장치 및 급전 장치 내의 구성 요소를 기능마다 분류하고, 서로 독립한 블록으로서 도시하였지만, 실제 구성 요소는 기능마다 완전히 분류하기 어렵고, 하나의 구성 요소가 복수의 기능에 관련될 수도 있다.
우선, 도 5를 사용하여 RF 급전 시스템에 대하여 설명한다.
수전 장치(600)는 급전 장치(700)로부터 공급된 전력으로 구동하는 전자 기기 또는 전기 추진 차량이지만, 이 이외에 전력으로 구동하는 장치에 적절히 적용할 수 있다. 전자 기기의 대표적인 예로서는, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 표시 장치, 컴퓨터 등이 있다. 또한 전기 추진 차량의 대표적인 예로서는, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 철도용 전기 차량, 작업차, 카트, 전동 휠체어 등이 있다. 또한 급전 장치(700)는 수전 장치(600)에 전력을 공급하는 기능을 갖는다.
도 5에 있어서, 수전 장치(600)는 수전 장치부(601)와 전원 부하부(610)를 갖는다. 수전 장치부(601)는 수전 장치용 안테나 회로(602)와, 신호 처리 회로(603)와, 이차 전지(604)를 적어도 갖는다. 또한 급전 장치(700)는 급전 장치용 안테나 회로(701)와 신호 처리 회로(702)를 적어도 갖는다.
수전 장치용 안테나 회로(602)는 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받거나, 또는 급전 장치용 안테나 회로(701)에 신호를 발신하는 역할을 갖는다. 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호를 처리하고, 이차 전지(604)의 충전, 및 이차 전지(604)로부터 전원 부하부(610)로의 전력의 공급을 제어한다. 또한 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)의 동작을 제어한다. 즉 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터 발신되는 신호의 강도, 주파수 등을 제어할 수 있다. 전원 부하부(610)는 이차 전지(604)로부터 전력을 받고 수전 장치(600)를 구동하는 구동부이다. 전원 부하부(610)의 대표적인 예로서는, 모터, 구동 회로 등이 있지만, 그 이외의 전력을 받아 수전 장치를 구동하는 장치를 적절히 사용할 수 있다. 또한 급전 장치용 안테나 회로(701)는 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 송신하거나, 또는 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터의 신호를 받는 역할을 갖는다. 신호 처리 회로(702)는 급전 장치용 안테나 회로(701)가 수신한 신호를 처리한다. 또한 신호 처리 회로(702)는 급전 장치용 안테나 회로(701)의 동작을 제어한다. 즉 급전 장치용 안테나 회로(701)로부터 발신하는 신호의 강도, 주파수 등을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지는 도 5에 도시한 RF 급전 시스템에서의 수전 장치(600)가 갖는 이차 전지(604)로서 이용된다.
RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지를 이용함으로써, 종래의 이차 전지에 비해 방전 용량 또는 충전 용량(축전량이라고도 함)을 증가시킬 수 있다. 따라서, 무선 급전의 시간 간격을 연장시킬 수 있다(몇 번이나 급전해야 하는 일을 피할 수 있다).
또한 RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지를 이용함으로써, 전원 부하부(610)를 구동할 수 있는 방전 용량 또는 충전 용량이 종래와 동일하면, 수전 장치(600)의 소형화 및 경량화가 가능하다. 따라서, 총 비용을 저감시킬 수 있다.
다음에, RF 급전 시스템의 다른 예에 대해서 도 6을 사용하여 설명한다.
도 6에 있어서, 수전 장치(600)는 수전 장치부(601)와 전원 부하부(610)를 갖는다. 수전 장치부(601)는 수전 장치용 안테나 회로(602)와, 신호 처리 회로(603)와, 이차 전지(604)와, 정류 회로(605)와, 변조 회로(606)와, 전원 회로(607)를 적어도 갖는다. 또한 급전 장치(700)는 급전 장치용 안테나 회로(701)와, 신호 처리 회로(702)와, 정류 회로(703)와, 변조 회로(704)와, 복조 회로(705)와, 발진 회로(706)를 적어도 갖는다.
수전 장치용 안테나 회로(602)는 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받거나, 또는 급전 장치용 안테나 회로(701)에 신호를 발신하는 역할을 갖는다. 급전 장치용 안테나 회로(701)가 발신하는 신호를 받는 경우, 정류 회로(605)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호로부터 직류 전압을 생성하는 역할을 갖는다. 신호 처리 회로(603)는 수전 장치용 안테나 회로(602)가 수신한 신호를 처리하고, 이차 전지(604)의 충전, 이차 전지(604)로부터 전원 회로(607)로의 전력의 공급을 제어하는 역할을 갖는다. 전원 회로(607)는 이차 전지(604)가 축전하는 전압을 전원 부하부(610)에 필요한 전압으로 변환하는 역할을 갖는다. 변조 회로(606)는 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)로 어떠한 응답을 송신하는 경우에 사용된다.
전원 회로(607)를 가짐으로써, 전원 부하부(610)에 공급하는 전력을 제어할 수 있다. 따라서, 전원 부하부(610)에 과전압이 인가되는 것을 저감할 수 있고, 수전 장치(600)의 열화나 파괴를 저감시킬 수 있다.
또한 변조 회로(606)를 가짐으로써, 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)에 신호를 송신할 수 있다. 따라서, 수전 장치(600)의 충전량을 판단하여 일정량의 충전이 수행되는 경우에, 수전 장치(600)로부터 급전 장치(700)에 신호를 송신하고, 급전 장치(700)로부터 수전 장치(600)로의 급전을 정지시킬 수 있다. 따라서, 이차 전지(604)의 충전량을 100%로 하지 않음으로써, 이차 전지(604)의 충전 가능한 횟수를 증가시킬 수 있다.
또한 급전 장치용 안테나 회로(701)는 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 송신하거나, 또는 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터의 신호를 받는 역할을 갖는다. 수전 장치용 안테나 회로(602)에 신호를 보내는 경우, 신호 처리 회로(702)는 수전 장치로 송신하는 신호를 생성하는 회로이다. 발진 회로(706)는 일정한 주파수의 신호를 생성하는 회로이다. 변조 회로(704)는 신호 처리 회로(702)가 생성한 신호와 발진 회로(706)에서 생성된 일정한 주파수의 신호에 따라, 급전 장치용 안테나 회로(701)에 전압을 인가하는 역할을 갖는다. 이와 같이 함으로써, 급전 장치용 안테나 회로(701)로부터 신호가 출력된다. 한편, 수전 장치용 안테나 회로(602)로부터 신호를 받는 경우, 정류 회로(703)는 받은 신호를 정류하는 역할을 갖는다. 복조 회로(705)는 정류 회로(703)가 정류한 신호로부터 수전 장치(600)가 급전 장치(700)로 송신한 신호를 추출한다. 신호 처리 회로(702)는 복조 회로(705)에 의하여 추출된 신호를 해석하는 역할을 갖는다.
또한 RF 급전을 수행할 수 있으면, 각 회로간에 어떤 회로를 설치하여도 좋다. 예를 들어, 수전 장치(600)가 신호를 수신하고 정류 회로(605)에서 직류 전압을 생성한 후에, 후단에 DC-DC컨버터나 레귤레이터 등의 회로를 형성하여 정전압을 생성하여도 좋다. 이와 같이 함으로써, 수전 장치(600) 내부에 과전압이 인가되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지는 도 6에 도시한 RF 급전 시스템에서의 수전 장치(600)가 갖는 이차 전지(604)로서 이용된다.
RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지를 이용함으로써, 종래의 이차 전지에 비해 방전 용량 또는 충전 용량을 증가시킬 수 있기 때문에, 무선 급전의 시간 간격을 연장시킬 수 있다(몇 번이나 급전해야 하는 일을 피할 수 있다).
또한 RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지를 이용함으로써, 전원 부하부(610)를 구동할 수 있는 방전 용량 또는 충전 용량이 종래와 동일하면, 수전 장치(600)의 소형화 및 경량화가 가능하다. 따라서, 총 비용을 저감시킬 수 있다.
또한 RF 급전 시스템에 본 발명의 일 형태에 따른 이차 전지를 이용하고, 수전 장치용 안테나 회로(602)와 이차 전지(604)를 겹치는 경우에는 이차 전지(604)의 충방전에 의한 이차 전지(604)의 변형과, 상기 변형에 따른 안테나의 형상 변화에 의해, 수전 장치용 안테나 회로(602)의 임피던스가 변화되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 안테나의 임피던스가 변화되면, 충분한 전력이 공급되지 않을 가능성이 있기 때문이다. 예를 들어, 이차 전지(604)를 금속제 또는 세라믹스제 전지 팩에 장전(裝塡)하면 좋다. 또한, 이 때 수전 장치용 안테나 회로(602)와 전지 팩은 수십μm 이상 이격되어 있는 것이 바람직하다.
또한 본 실시형태에서는 충전용 신호의 주파수에 특별한 한정은 없고, 전력을 전송할 수 있는 주파수이면, 어느 대역이어도 상관없다. 충전용 신호는 예를 들어 135kHz의 LF 대역(장파)이어도 좋고, 13.56MHz의 HF 대역(단파(短波))이어도 좋고, 900MHz 내지 1GHz의 UHF 대역(극초단파(極超短波))이어도 좋고, 2.45GHz의 마이크로파 대역이어도 좋다.
또한 신호의 전송 방식으로서는 전자 결합 방식, 전자 유도 방식, 공명 방식, 마이크로파 방식 등 여러 가지 종류가 있는데, 적절히 선택하면 좋다. 다만, 비, 진흙 등의 수분을 포함한 이물질로 인한 에너지의 손실을 억제하기 위해서는, 주파수가 낮은 대역, 구체적으로는 단파인 3MHz 내지 30MHz, 중파인 300kHz 내지 3MHz, 장파인 30kHz 내지 300kHz, 및 초장파인 3kHz 내지 30kHz의 주파수를 이용한 전자 유도 방식, 공명 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 조합하여 실시할 수 있다.
100: 제 2 활물질층
101: 집전체
102: 제 1 활물질층
103: 활물질
109: 산화 니오븀을 갖는 입자
151: 축전 장치
153: 외장 부재
155: 축전 셀
157: 단자부
159: 단자부
163: 음극
165: 양극
167: 세퍼레이터
169: 전해질
171: 음극 집전체
173: 음극 활물질층
175: 양극 집전체
177: 양극 활물질층
179: 음극 활물질층
300: 자동차
302: 축전 장치
600: 수전 장치
601: 수전 장치부
602: 수전 장치용 안테나 회로
603: 신호 처리 회로
604: 이차 전지
605: 정류 회로
606: 변조 회로
607: 전원 회로
610: 전원 부하부
700: 급전 장치
701: 급전 장치용 안테나 회로
702: 신호 처리 회로
703: 정류 회로
704: 변조 회로
705: 복조 회로
706: 발진 회로
1301: 모터 보트
1302: 축전 장치
1311: 전동 휠체어
1312: 축전 장치

Claims (15)

  1. 전극에 있어서,
    집전체와,
    주석, 알루미늄, 및 게르마늄 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는, 상기 집전체 위의 제 1 활물질층과,
    바인더, 산화 니오븀을 포함하는 입자, 및 입상 활물질을 포함하는, 상기 제 1 활물질층 위의 제 2 활물질층과,
    상기 제 2 활물질층 위의 탄소계 피막
    을 포함하고,
    상기 입상 활물질의 표면은,
    상기 산화 니오븀을 포함하는 입자가 상기 표면의 일부에 부착된 제1 영역; 및
    상기 표면이 상기 입자로부터 노출된 제2 영역을 포함하는, 전극.
  2. 전극에 있어서,
    집전체와,
    주석, 알루미늄, 및 게르마늄 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는, 상기 집전체 위의 제 1 활물질층과,
    바인더, 산화 니오븀을 포함하는 입자, 및 입상 활물질을 포함하는, 상기 제 1 활물질층 위의 제 2 활물질층과,
    그래핀을 포함하는, 상기 제 2 활물질층 위의 탄소계 피막
    을 포함하고,
    상기 입자는 캐리어 이온을 전도하는 특성을 가지고,
    상기 입상 활물질의 표면은,
    상기 산화 니오븀을 포함하는 입자가 상기 표면의 일부에 부착된 제1 영역; 및
    상기 표면이 상기 입자로부터 노출된 제2 영역을 포함하는, 전극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더가 상기 산화 니오븀을 포함하는 입자와 접촉하는, 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 활물질층은 실리콘, 주석, 알루미늄, 및 게르마늄 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는, 전극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입상 활물질은 실리콘, 주석, 알루미늄, 및 게르마늄 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는, 전극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 니오븀을 포함하는 입자의 입경은 1nm 이상 5μm 이하인, 전극.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 전극을 포함하는, 축전 장치,
  8. 축전 장치에 있어서,
    음극(negative electrode)으로서,
    집전체와,
    주석, 알루미늄, 및 게르마늄 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는, 상기 집전체 위의 제 1 활물질층과,
    바인더, 산화 니오븀을 포함하는 입자, 및 입상 활물질을 포함하는, 상기 제 1 활물질층 위의 제 2 활물질층과,
    상기 제 2 활물질층 위의 탄소계 피막을 포함하는, 상기 음극과;
    상기 음극에 접촉하는 전해질과;
    상기 전해질을 개재하여 상기 음극과 대향하는 양극(positive electrode)
    을 포함하고,
    상기 입상 활물질의 표면은,
    상기 산화 니오븀을 포함하는 입자가 상기 표면의 일부에 부착된 제1 영역; 및
    상기 표면이 상기 입자로부터 노출된 제2 영역을 포함하는, 축전 장치.
  9. 제 7 항에 따른 축전 장치를 포함하는, 급전 시스템.
  10. 전극의 제작 방법에 있어서,
    집전체 위에 제 1 활물질층을 형성하는 단계로서, 상기 제 1 활물질층은 주석, 알루미늄, 및 게르마늄 중에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는, 단계;
    상기 제 1 활물질층에, 바인더, 도전 보조제, 산화 니오븀을 포함하는 입자, 및 상기 산화 니오븀을 포함하는 입자에 부착된 입상 활물질을 포함하는 슬러리를 도포하는 단계와;
    상기 슬러리에 있는 용매를 증발시켜, 상기 제 1 활물질층 위에 상기 산화 니오븀을 포함하는 입자 및 상기 입상 활물질을 포함하는 제 2 활물질층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 산화 니오븀을 포함하는 입자는 졸겔법에 의해 형성되는, 전극의 제작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 산화 니오븀을 포함하는 입자는 니오븀알콕사이드의 가수분해 반응을 이용하여 형성되는, 전극의 제작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 니오븀알콕사이드의 상기 가수분해 반응 후에 분산액을 제작하는 단계를 더 포함하는, 전극의 제작 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가수분해 반응은 안정화제를 포함하는 용액에서 행해지는, 전극의 제작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 용액은 톨루엔을 포함하는, 전극의 제작 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 안정화제는 에틸 아세토아세테이트인, 전극의 제작 방법.
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