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KR20010030550A - 재충전가능한 리튬전지 및 그 제조방법 - Google Patents

재충전가능한 리튬전지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20010030550A
KR20010030550A KR1020000057748A KR20000057748A KR20010030550A KR 20010030550 A KR20010030550 A KR 20010030550A KR 1020000057748 A KR1020000057748 A KR 1020000057748A KR 20000057748 A KR20000057748 A KR 20000057748A KR 20010030550 A KR20010030550 A KR 20010030550A
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카와카미소이치로
오구라타카오
Original Assignee
미다라이 후지오
캐논 가부시끼가이샤
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Publication date
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Abstract

1쌍의 밀봉부재(a)와 밀봉부재(b)사이에 봉입된 전지본체를 구비하고, 적어도 상기 밀봉부재(a)는, 오목부를 둘러싸는 주변칼라부(a-i)를 지니도록 해당 밀봉부재(a)의 중앙위치에서부터 해당 밀봉부재(a)의 어느 한쪽 측면까지 뻗어 있는 해당 오목부를 지니고, 상기 밀봉부재(b)는 상기 밀봉부재(a)의 칼라부(a-i)에 대응하는 영역에 주변칼라부(b-i)를 지니며, 상기 두 밀봉부재(a) 및 (b)는, 상기 밀봉부재(a)의 상기 오목부의 면이 상기 전지본체를 통해 상기 밀봉부재(b)에 대면하도록 서로 대향해서 배열되어 있는 박형의 재충전가능한 리튬전지에 있어서, 상기 칼라부(a-i)와 상기 칼라부(b-i)가 상호 용접되어 있고, 상기 밀봉부재(a) 또는 상기 밀봉부재(b)는 상기 전지본체와 전기적인 연속부를 지니는 파워출력단자 및 해당 파워출력단자를 절연시키기 위한 절연부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

재충전가능한 리튬전지 및 그 제조방법{RECHARGEABLE LITHIUM BATTERY AND PROCESS FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 바람직하게는 박형의 재충전가능한 리튬전지 및 상기 재충전가능한 리튬전지의 제조방법에 관한 것이다.
근년, 공기중의 CO2가스함량의 증가로 인한 소위 온실효과때문에 지구온난화가 예상되고 있다. 예를 들면, 열전력플랜트에 있어서, 화석연료의 연소에 의해 얻어진 열에너지를 전기에너지로 전환하고, 이러한 화석연료의 연소에 따라, 공기중에 대량의 CO2가스가 배출되고 있다. 따라서, 이러한 상황을 억제하기 위하여, 열전력플랜트를 새로이 설립하는 것을 금지하는 경향에 있다. 이들 환경하에서, 열전력플랜트 등에서 발전기에 의해 발전된 전력을 효율적으로 활용하기 위해, 일반 가정에 설치된 재충전가능한 전지에 밤에 미사용된 과잉의 전력을 비축하고, 이와 같이 비축된 전력을, 전력수요가 증가되는 낮에 사용함으로써, 전력소비를 평준화하는 소위 부하평준화안이 제안되어 있다.
이제, CO2, NOx, 탄화수소류 등의 어떠한 공기오염물질도 배출하지 않는 전기차량에 대해, 그 내부에서 효과적으로 사용할 수 있는, 에너지밀도가 높은 재충전가능한 고성능 전지의 개발에 대한 요구가 증대되고 있다. 그 밖에, 소형의 개인용 컴퓨터, 워드프로세서, 비데오카메라 및 셀룰러폰(휴대폰) 등의 휴대용 기기용의 전원으로서 사용가능한 소형, 경량, 고성능의 재충전가능한 전지의 개발에 대한 요구 또한 증대되고 있다.
이러한 환경하에서, 이러한 요구에 부응하는 니켈-금속수소화물의 재충전가능한 전지 및 재충전가능한 리튬전지가 제안되어 있다. 또한, 그들의 성능을 보다 향상시키기 위해 각종 연구와 개발이 행해지고 있다.
니켈-금속수소화물의 재충전가능한 전지에 대해서는, 비교적 무거운 점에서 재충전가능한 리튬전지에 비해 열등하나, 재충전가능한 리튬전지에 비해서 저렴한 제조비로 비교적 용이하게 생산가능한 점에서 유리하다. 이러한 점에 비추어, 니켈-금속수소화물의 재충전가능한 전지가 휴대용 기기의 전원으로서 사용되는 경우가 종종 있다. 그 밖에, 니켈-금속수소화물의 재충전가능한 전지는 소정의 전기차량의 전원으로서 사용되기 시작하고 있다.
재충전가능한 리튬전지에 대해서는, 리튬금속, 리튬합금, 탄화질 재료 등의 소정의 애노드활성재료로 이루어진 애노드와, 이산화망간, 리튬-코발트산화물, 리튬-니켈산화물 등의 소정의 캐소드활성재료로 이루어진 캐소드를 지닌 각종 재충전가능한 리튬전지가 제안되어 있다. 이들 재충전가능한 리튬전지는, 특히 비교적 높은 에너지밀도를 지닐 것으로 예상되는 관점에서 니켈-금속수소화물의 재충전가능한 전지에 비해서 우수한 것으로 평가되고 있다. 또한, 실용화를 위해, 이들 재충전가능한 리튬전지에 대한 연구와 개발이 진행되고 있다. 이들중 일부는 특히 휴대용 기기의 전원으로서 실용화되어 있다.
또한, 휴대용 기기에 사용되는 이러한 재충전가능한 전지의 형상에 대해서는, 많은 경우에 있어서 원통형이나 프리즘형상이 채용되고 있다. 프리즘형상의 재충전가능한 전지의 경우, 원통형의 재충전가능한 전지보다도 박형으로 설계할 수 있다. 따라서, 박형의 프리즘형상의 재충전가능한 전지가 컴팩트한 휴대용 기기에 자주 사용되고 있다.
현재, 원통형 재충전가능한 전지는, 통상, 다음과 같은 방법으로 제작되고 있다. 애노드와 캐소드사이에, 분리기가 각각의 단부쪽에서 일부 돌출되도록 샌드위치시킨 후, 주어진 축에 대해서 나선형으로 감아, 분리기/캐소드/분리기/애노드/분리기로 이루어진 원통형체를 형성한다. 이 원통형체를, 원통형 전지용기내에 해당 용기의 개구부를 통해서 삽입한다. 상기 전지용기의 개구부근방에 목형상부를 형성한다. 다음에, 전지용기내로 전해질 용액을 도입하여 해당 전해질 용액에 분리기를 함침시킨다. 그 후, 상기 전지용기의 목형상부상에, 내압해제구멍, PTC(Positive Temperature Coefficient device) 및 전류차단장치가 구비된, 외부단자로서도 기능할 수 있는 뚜껑을 놓고, 해당 개구부를 덮은 후, 패킹을 통해 코킹(caulking)한다. 이것에 의해, 원통형의 재충전가능한 전지가 얻어진다.
또, 프리즘형상의 재충전가능한 전지는, 통상, 예를 들면, 다음과 같은 방법으로 제작된다. 애노드와 캐소드사이에 분리기를 샌드위치시키고 나서, 주어진 축을 중심으로 감아서 분리기/캐소드/분리기/애노드/분리기로 이루어진 원통형체를 형성한다. 이 원통형체를 프레스성형에 의해 평탄체로 성형한다. 이 평탄체를 프리즘형상의 전지용기에, 해당 전지용기의 개구부를 통해 삽입한다. 다음에, 상기 프리즘형상의 전지용기의 개구부상에, 내압해제구멍, PTC(Positive Temperature Coefficient device), 전류차단장치 및 액체도입구가 구비된, 외부단자로서도 기능할 수 있는 뚜껑을 놓고, 레이저빔용접을 실시하여, 상기 프리즘형상의 전지용기의 내부를 밀봉한다. 그 후, 상기 뚜껑에 형성된 액체도입구를 통해 상기 프리즘형상의 전지용기에 전해질 용액을 도입하여 분리기를 해당 전해질 용액으로 함침시킨다. 다음에, 액체도입구를 밀봉한다. 이것에 의해, 프리즘형상의 재충전가능한 전지가 얻어진다.
상기 원통형의 재충전가능한 전지의 제작에 사용된 원통형 전지용기 및 상기 프리즘형상의 재충전가능한 전지의 제작에 사용된 프리즘형상의 전지용기는 모두, 니켈도금된 철판, 알루미늄판 또는 스테인레스강판 등의 적절한 금속부재를 딥드로잉(deep-drawing)함으로써 형성된다.
특히, 상기 프리즘형상의 재충전가능한 전지의 제작에 있어서는, 적당한 프리즘형상의 전지용기를 사용할 것이 필요하며, 이러한 프리즘형상의 전지용기는, 니켈도금된 철판, 알루미늄판 또는 스테인레스강판 등의 적절한 금속부재를 딥드로잉함으로써 형성된다. 이 경우, 딥드로잉에 의해 이러한 프리즘형상의 전지용기를 형성하도록 가공가능한 금속부재에는 제한이 있다. 구체적으로는, 니켈도금된 철판, 알루미늄판 또는 스테인레스강판 등의 금속부재를 사용할 경우, 딥드로잉에 의해 형성된 프리즘형상의 전지용기는, 약 5㎜이상의 비교적 큰 두께를 지니게 되는 것을 피할 수 없다. 이러한 현상은 딥드로잉에 의해 원통형의 전지용기를 형성할 경우에 있어서도 마찬가지이다.
상기 두께보다 얇은 두께를 지닌 프리즘형상의 전지용기를 형성하기 위해서는, 먼저, 딥드로잉에 의해 프리즘형상의 전지용기를 형성하고, 해당 프리즘형상의 전지용기의 벽을 그 두께방향으로 연마하는 방법을 채택하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 이 방법은, 프리즘형상의 재충전가능한 전지의 제조비를 현저하게 증대시키게 되므로, 실용적이지 못하다.
이와 별도로, 어느 경우에 있어서나 전지용기의 두께를 얇게 하고자 할 경우, 뚜껑은 이에 따라 얇은 두께를 지닐 필요가 있다. 뚜껑의 두께를 예를 들어 약 5㎜미만으로 할 경우, 해당 뚜껑에 있어서 말단캡 및 절연몰드를 가공하기가 극히 곤란하고, 또한 해당 뚜껑에 액체도입구를 가공하기가 극히 곤란하다. 게다가, 전지용기와 뚜껑은 많은 경우에 있어서 레이저빔용접에 의해 용접하므로, 이 경우, 용접은, 해당 용접을 행하는 위치근방에 놓여 있는 절연몰드에 열적 악영향을 미친다.
또한, 근년, 전해질 용액, 겔화전해질 또는 고체전해질에 분리기가 함침되어 있는 이온전도체를 애노드와 캐소드사이에 배치시켜 이루어진, 라미네이트피막으로 덮인 전지본체를 구비한 박형으로 할 수 있는 소위 시트형 재충전가능한 전지가 개발되어 있다. 그러나, 이 시트형 재충전가능한 전지는, 상기 라미네이트피막이 물리적 강도의 점에서 불충분하여, 해당, 전지가 변형되거나 손상되기 쉬우므로, 전지를 사용할 수 있는 범위에 제한이 있다고 하는 결점이 있다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 상기 시트형 재충전가능한 전지의 일례로서, 라미네이트피막을 구비한 외장을 지닌 재충전가능한 리튬전지를 표시한 개략도이다.
특히, 도 10(a)는 상기 재충전가능한 리튬전지를 횡방향에서 본 때의 개략사시도이고, 도 10(b)는 상기 재충전가능한 리튬전지를 D-D선을 따라 취한, 위쪽에서 본 때의 해당 전지의 주변부의 개략단면도이다.
도 10(a)에 있어서, (1001)은 라미네이트피막(1005)을 사용해서 형성된 팩에 설치된 전지본체(1003)로부터 뻗어 있는 1쌍의 파워출력단자이다. 전지본체(1003)는 에노드와 캐소드사이에 배치된 이온전도체를 구비하고 있다.
도 10(b)를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 라미네이트피막(1005)은 용제에 불용인 1쌍의 플라스틱막(1006)(예를 들면, 두께가 약 10㎛임)사이에 샌드위치된 알루미늄박(1007)(예를 들면, 두께가 약 10㎛임)으로 이루어져 있다. 알루미늄박(1007)은 전지본체(1003)로 수분이 침입하는 것을 방지하는 역할을 한다. 그러나, 알루미늄박(1007)의 두께는 얇으므로(약 10㎛), 전지본체(1003)에 침입되는 수분을 해당 알루미늄박(1007)에 의해 완전히 방지할 수 없는 경향이 있다.
상기 라미네이트피막(1005)을 사용한 도 10(a)에 표시한 바와 같은 구성의 재충전가능한 리튬전지의 제작은, 예를 들면 다음과 같은 방법에 의해 행해진다. 즉, 소정 길이의 라미네이트피막(1005)을 준비하고, 이 라미네이트피막(1005)을 소정의 절곡선(1004)을 따라 둘로 접어 2매의 절곡된 라미네이트피막사이에 공간을 지닌 접힌 형상을 형성하고, 2개의 파워출력단자(1001)를 지닌 전지본체(1003)를 상기 공간에 설치하고, 상기 2개의 파워출력단자(1001)를 지닌 전지본체(1003)가 내부에 밀봉되도록 상기 접힌 형상의 주변부에 열용접부(1002)를 형성한다. 이 경우에, 상기 열용접부(1002)가 형성되는 접힌 형상의 주변부에는, 2매의 라미네이트피막(1005)이 적층되게 된다. 상기 주변부에 소정의 압력을 가하면서 가열함으로써, 2매의 라미네이트피막(1005)의 인접한 플라스틱막(1006)을 상호 열용착시켜 열용접영역(1008)을 형성한다. 이 경우에는, 상기 2개의 파워출력단자(1001)의 인접영역을 충분히 밀봉하기가 곤란하다. 상기 2개의 파워출력단자(1001)의 인접영역을 충분히 밀봉하기 위해서는, 필요이상으로 상기 열용접부를 증가시킬 필요가 있다. 이것은, 전지의 신뢰성을 저하시키는 문제로 되기 쉽다. 또한, 일반적으로, 열용접부는 그 폭을 5㎜이상으로 할 필요가 있으나, 이것은, 전지의 용적밀도의 감소를 초래하게 된다. 이러한 전지의 용적밀도의 감소를 방지하기 위해서, 열용접될 주변부를 만곡시키는 방법을 채택하는 고려할 수 있으나, 이와 같이 주변부를 만곡시키는 것은, 전지본체로 침입하는 수분이 증가될 염려가 있어, 라미네이트피막(1005)의 신뢰성을 저하시키게 된다.
일본국 공개특허공보 제 213286/1997호(이하, "문헌 1"이라 칭함)에는, 상기와 같은 문제점을 일으킬 수 있는 재충전가능한 전지가 개시되어 있다. 보다 상세하게는, 상기 문헌 1에는, 얇은 금속판을 성형해서 형성된 전지용기를 내부에 설치한 전지본체를 구비한 박형의 재충전가능한 리튬전지에 있어서, 상기 전지용기는 상기 전지본체에 대해서 평행한 면에 개구부를 지니고, 상기 전지용기의 개구부에는 덮개판이 배치되어 있으며, 상기 덮개판과 상기 전지용기를 레이저빔용접에 의해 용접한 것을 특징으로 하는 박형의 재충전가능한 리튬전지가 개시되어 있다.
도 11은, 상기 문헌 1에 개시된 재충전가능한 리튬전지의 내부구성을 표시한 개략단면도이다. 해당 도 11에 있어서, (1100)은 해당 전지본체(1100)에 대해서 평행한 상부면에 개구부를 지닌 박형의 전지용기(1105)에 배치되어 있는 전지본체이다. (1104)는 상기 개구부를 덮도록 배치된 덮개판이며, 해당 덮개판(1104)은 전지용기(1105)와 레이저빔조사(1108)에 의해 용접되어 전지용기(1105)의 내부를 밀봉시키고 있다. 전지본체(1101)는 분리기(1103)를 통해서 캐소드(1101)와 애노드(1102)가 적층된 적층체로 이루어져 있다.
상기 문헌 1에는, 해당 명세서서에 기재된 기술에 따르면, 두께가 5㎜이하이고 비교적 대면적인 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제조하는 것이 가능하다고 기재되어 있다.
그러나, 상기 문헌 1에 기재된 도 11에 표시한 바와 같은 구성의 재충전가능한 전지는, 덮개판(1104)이 얇은 두께의 단순한 시트형상의 판으로 이루어져 있어, 물리적 강도의 점에서 불충분하고, 이 때문에, 전지용기(1105)에 대해서 수직으로 혹은 대각방향으로 응력이 인가되면, 해당 전지용기가 변형되어, 캐소드와 애노드가 내부단락을 일으킬 염려가 있다고 하는 결점이 있다. 그 밖에, 전지용기와 덮개판(1104)을 용접할 때 레이저빔을 사용하기 때문에, 전지본체(1100)가 레이저빔의 조사시에 발생하는 열에 노출되는 것을 피할 수 없게 되므로, 상기 열로부터 전지본체를 보호하기 위해서는, 도 11에 표시한 바와 같이, 덮개판(1104)과 전지용기(1105)가 용접되는 용접부분과 전지본체(1100)사이에 열차폐부재(1106)를 설치할 필요가 있다. (1107)은 열차폐부재(1106)를 설치할 때 형성된 틈새이다.
열차폐부재(1106)로서는, Cu, Ni 또는 스테인레스강 등의 열전도도가 양호한 금속재로로 이루어진 약 0.1㎜두께의 열전도부재를 사용한다. 이 때문에, 전지본체의 애노드 또는 캐소드가 충방전시에 팽창되기 쉬운 애노드 또는 캐소드활성재료로 이루어져 있을 경우, 또는 상기와 같은 응력이 전지용기에 인가될 경우, 전지본체의 캐소드 또는 애노드에 내부단락이 발생할 확률이 증가된다. 또한, 재충전가능한 리튬전지의 전체 두께는 수 ㎜이고, 열차폐부재(1106)의 두께(약 0.1㎜)가 재충전가능한 리튬전지의 전체 두께의 수 % 내지 5%에 상당하므로, 재충전가능한 리튬전지의 용적밀도는 열차폐부재(1106)가 점유하는 양만큼 감소하게 된다. 또, 열차폐부재(1106)를 물결모양으로 작성할 경우, 재충전가능한 리튬전지의 용적밀도는 더욱 감소하게 된다.
본 발명은 종래의 박형의 재충전가능한 리튬전지에 있어서 상기 상황을 고려해서 이루어진 것이다.
본 발명의 목적은, 종래 사용되던 열차폐부재를 이용하는 일없이 박형화한 재충전가능한 리튬전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 장기간에 걸쳐 충방전을 교대로 반복할 경우에도 애노드와 캐소드가 내부적으로 단락되지 않고 내구성이 우수한 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 사이클수명이 긴(충방전사이클수명이 긴) 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 적어도 캐소드, 애노드 및 1쌍의 밀봉부재(a), (b)사이에 봉입된 이온전도체를 구비하고, 적어도 상기 밀봉부재(a)는, 해당 밀봉부재(a)의 중앙위치에서부터 해당 밀봉부재(a)의 어느 한쪽 측면까지 뻗어 있는 오목부를 지녀, 상기 오목부를 둘러싸는 주변부를 지니며, 상기 두 밀봉부재(a) 및 (b)는, 상기 밀봉부재(a)의 상기 오목부의 면이 전지본체를 통해 상기 밀봉부재(b)와 대면하도록 서로 대향해서 배열되어 있는 재충전가능한 리튬전지에 있어서, 상기 밀봉부재(a)는 상기 오목부의 상기 주변부에 주변칼라(collar)부(a-i)를 지니고, 상기 밀봉부재(b)는 상기 밀봉부재(a)의 상기 주변부에 대응하는 영역에 주변칼라부(b-i)를 지녀, 상기 칼라부(a-i)와 상기 칼라부(b-i)가 상호 용접되어 있고, 상기 밀봉부재(a) 또는 상기 밀봉부재(b)는 상기 전지본체와 전기적인 연속부를 지니는 파워출력단자 및 해당 파워출력단자를 절연시키기 위한 절연부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 상기 재충전가능한 리튬전지를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다. 상기 방법은, 대표적으로는, 적어도 캐소드, 애노드 및 이온전도체를 구비한 전지본체와, 주변부를 둘레에 지닌 오목부 및 해당 오목부의 상기 주변부에 칼라부(a-i)를 지닌 제 1밀봉부재(a)와, 상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 주변부에 대응하는 영역에 칼라부(b-i)를 지닌 제 2밀봉부재(b)를 준비하는 공정; 상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 오목부에 상기 전지본체를 배열시키는 공정; 상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 오목부의 면이 상기 전지본체를 통해 상기 밀봉부재(b)와 대면하도록 상기 제 1밀봉부재(a)와 상기 제 2밀봉부재(b)를 서로 대향시켜 합치시키는 공정; 및 상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 칼라부(a-i)와 상기 제 2밀봉부재(b)의 상기 칼라부(b-i)를 상호 용접하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지의 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 재충전가능한 리튬전지의 일례를 표시한 개략사시도
도 2는 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지를 구성하는 외장부재의 일례를 표시한, 도 1의 X-X'선을 따라 취한 개략단면도
도 3은 내압해제구멍이 부가적으로 형성된 상기 재충전가능한 리튬전지의 상부면의 구성을 표시한, 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지를 위쪽에서 본 개략평면도
도 4는 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지의 내부구성의 일례를 표시한, 도 1의 Y-Y'선을 따라 취한 개략단면도
도 5는 내압해제구멍이 부가적으로 설치된 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지의 내부구성의 다른 예를 표시한, 도 1의 Y-Y'선을 따라 취한 개략단면도
도 6은 본 발명의 재충전가능한 리튬전지에 있어서 캐소드파워출력단자와 캐소드리드부(캐소드로부터 뻗어 있음)가 캐소드파워출력단자리드를 통해 전기접속된 경우 클래드부재를 사용하는 일실시예의 개략설명도
도 7은 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지에 수납된 전지본체의 일례를 표시한, 도 1의 X-X'선을 따라 취한 개략단면도
도 8은 상기 재충전가능한 리튬전지의 상부면의 구성을 표시한, 도 7에 표시한 바와 같은 구성을 지닌 전지본체를 지닌 본 발명의 재충전가능한 리튬전지를 위쪽에서 본 개략평면도
도 9는 본 발명의 재충전가능한 리튬전지를 구비한 셀룰러폰의 일례를 표시한 개략도
도 10(a) 및 도 10(b)는 라미네이트피막을 구비한 외장을 지닌 종래의 재충전가능한 리튬전지의 일례를 표시한 개략단면도
도 11은 종래의 재충전가능한 리튬전지의 다른 예를 표시한 개략단면도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
101, 101a, 101b: 밀봉부재 102, 102a, 102b: 오목부
103, 103a, 103b: 칼라부 104: 캐소드파워출력단자
105: 절연부 106: 애노드파워출력단자
301: 내압해제구멍 401, 402: 지지금속판
403: 캐소드파워출력단자리드 404: 애노드파워출력단자리드
405: 레이저빔용접 601: 캐소드리드부
602: 캐소드 700, 802: 전지본체
701: 절연체 702: 애노드
703: 절연막 901: 재충전가능한 리튬전지
902: 셀룰러폰
본 발명은 상기 목적을 달성하여, 향상된 전지특성과 긴 사이클수명(긴 충방전사이클수명)을 지니는 고성능의 재충전가능한 리튬전지 및 상기 재충전가능한 리튬전지를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 재충전가능한 리튬전지의 대표적인 실시형태예는, 적어도 캐소드, 애노드 및 1쌍의 밀봉부재(a), (b)사이에 봉입된 이온전도체를 구비하고, 적어도 상기 밀봉부재(a)는, 해당 밀봉부재(a)의 중앙위치에서부터 해당 밀봉부재(a)의 어느 한쪽 측면까지 뻗어 있는 오목부를 지녀, 상기 오목부를 둘러싸는 주변부를 지니며, 상기 두 밀봉부재(a) 및 (b)는, 상기 밀봉부재(a)의 상기 오목부의 면이 전지본체를 통해 상기 밀봉부재(b)와 대면하도록 서로 대향해서 배열되어 있는 재충전가능한 리튬전지에 있어서, 상기 밀봉부재(a)는 상기 오목부의 상기 주변부에 주변칼라부(a-i)를 지니고, 상기 밀봉부재(b)는 상기 밀봉부재(a)의 상기 주변부에 대응하는 영역에 주변칼라부(b-i)를 지녀, 상기 칼라부(a-i)와 상기 칼라부(b-i)가 상호 용접되어 있고, 상기 밀봉부재(a) 또는 상기 밀봉부재(b)는 상기 전지본체와 전기적인 연속부를 지니는 파워출력단자 및 해당 파워출력단자를 절연시키기 위한 절연부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 재충전가능한 리튬전지에 있어서, 상호 용접되어 있는 칼라부(a-i) 및 (b-i)는, 전지본체가 배열되어 있는 밀봉부재(a)와 밀봉부재(b)의 오목부에 의해 형성된 공간 바깥쪽에 위치되어 있다. 이와 관련해서, 종래 기술에서 전지본체가 배열되어 있는 공간에 설치할 필요가 있던 열차폐부재는, 본 발명의 전지본체가 배열되어 있는 밀봉부재(a)와 밀봉부재(b)의 오목부에 의해 형성된 공간에 설치할 필요가 없다. 따라서, 종래 기술에 있어서 열차폐부재의 사용에 기인한 상기 문제는 일어나지 않는다. 특히, 전지본체의 애노드 또는 캐소드가 충방전시에 팽창되기 쉬운 애노드 또는 캐소드활성재료로 이루어져 있는 경우, 장기간에 걸쳐 충방전을 교대로 반복할 때에도, 전지본체의 애노드 또는 캐소드는 내부 단락을 일으키는 일없이 안정적으로 유지된다. 따라서, 상기 재충전가능한 리튬전지는 항상 양호한 전지특성을 발휘하고, 긴 충방전사이클수명을 지닌다.
본 발명은 상기 재충전가능한 리튬전지의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법의 대표적인 실시형태예는, 적어도 캐소드, 애노드 및 이온전도체를 구비한 전지본체와, 주변부를 둘레에 지닌 오목부 및 해당 오목부의 상기 주변부에 주변칼라부(a-i)를 지닌 제 1밀봉부재(a)와, 상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 주변부에 대응하는 영역에 주변칼라부(b-i)를 지닌 제 2밀봉부재(b)를 준비하는 공정;
상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 오목부에 상기 전지본체를 배열시키는 공정;
상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 오목부의 면이 상기 전지본체를 통해 상기 밀봉부재(b)와 대면하도록 상기 제 1밀봉부재(a)와 상기 제 2밀봉부재(b)를 서로 대향시켜 합치시키는 공정; 및
상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 칼라부(a-i)와 상기 제 2밀봉부재(b)의 상기 칼라부(b-i)를 상호 용접하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 방법에 있어서, 제 1밀봉부재(a)의 오목부의 주변부에 형성된 칼라부(a-i)와 제 1밀봉부재(a)의 상기 주변부에 대응하는 제 2밀봉부재(b)의 영역에 형성된 칼라부(b-i)를 서로 용접하여, 제 1밀봉부재(a)와 제 2밀봉부재(b)의 오목부에 의해 형성된 공간에 수납된 전지본체(적어도 캐소드, 애노드 및 이온전도체를 구비함)가, 상기 두 칼라부(a-i) 및 (b-i)의 용접시의 열적 영향을 받는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전지특성이 우수하고 긴 충방전사이클수명을 지닌 박형의 재충전가능한 리튬전지를 효과적으로 제작하는 것이 가능해진다. 또, 제 1밀봉부재(a)의 칼라부(a-i)와 제 2밀봉부재(b)의 칼라부(b-i)를 금속가공에 의해 형성할 경우, 얇은 제 1밀봉부재(a)와 제 2밀봉부재(b)는 각각 물리적 강도의 점에서 강화된다.
이하, 본 발명을 도면을 참조해서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 재충전가능한 리튬전지의 일례를 표시한 개략사시도이다.
도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지는, 아래쪽으로 향한 오목부(102a)와 상기 오목부(102a)를 둘러싸고 있는 주변칼라부(103a)를 지닌 밀봉부재(101a) 및 위쪽으로 향한 오목부(102b)와 상기 오목부(102b)를 둘러싸고 있는 주변칼라부(103b)를 지닌 밀봉부재(101b)를 구비하고 있으며, 여기서, 상기 밀봉부재(101a)와 상기 밀봉부재(101b)는 상기 아래쪽으로 향한 오목부(102a)와 상기 위쪽으로 향한 오목부(102b)가 서로 대향하도록 합치되어 있고, 상기 주변칼라부(103a)와 상기 주변칼라부(103b)는 서로 용접되어 있다. 상기 아래쪽으로 향한 오목부(102a)와 위쪽으로 향한 오목부(102b)에 의해 형성된 공간에는, 적어도 캐소드, 애노드 및 이온전도체(도시생략)를 구비한 전지본체가 수납되어 있다. 밀봉부재(102a)에는, 전지본체의 캐소드로부터 뻗은 캐소드파워출력단자(104)와, 전지본체의 애노드로부터 뻗은 에노드파워출력단자(106)와, 상기 파워출력단자(104)와 상기 파워출력단자(106)를 절연시키기 위한 절연부(105)가 설치되어 있다. 도면에는 표시하고 있지는 않지만, 필요한 경우, 밀봉부재(101a)에 절연부(105)를 통해서 내압해제구멍을 추가로 형성해도 된다.
여기서, 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 밀봉부재(101a)와 밀봉부재(101b)와의 조합은, 재충전가능한 리튬전지의 외장용기(또는 전지용기)를 구성한다.
본 실시예에 있어서, 상기 2개의 밀봉부재(101a), (101b)의 각각에는, 오목부(102a), (102b)가 형성되어 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 오목부는, 상기 2개의 밀봉부재(101a), (101b)의 어느 한 쪽에만 형성해도 된다.
이러한 오목부(102a, 102b)와 이러한 칼라부(103a, 103b)를 지닌 밀봉부재(101a, 101b)는, 소정의 금속재료에 딥드로잉 또는 프레스가공을 실시함으로써 제작해도 된다. 이 경우, 가공경화가 일어나, 얻어지는 밀봉부재가 그 두께가 비교적 얇을 경우에도 양호한 물리적 강도를 지니게 된다. 이것은, 전지본체내의 오목부(102a), (102b)에 의해 형성된 공간 바깥쪽에 각각 설치된 칼라부(103a), (103b)가 상호 용접되어 전술한 바와 같은 외장용기를 형성하기 때문에, 칼라부(103a), (103b)의 용접시 발생된 열이 상기 공간내로 직접 확산되는 일이 없어, 칼라부(103a), (103b)가 상기 열을 방사하는 작용을 하는 점에서 유리하다. 이것에 의해, 종래의 박형의 재충전가능한 리튬전지(도 11 참조)에서 필요로 하던 열차폐부재(1106)를 설치할 필요가 없어진다.
주변칼라부(103a, 103b)의 폭은, 바람직하게는, 0.5㎜ 내지 3.0㎜의 범위, 더욱 바람직하게는 0.5㎜ 내지 2.0㎜의 범위를 지닐 것이 요망된다. 상기 주변칼라부(103a, 103b)의 폭에 대한 이러한 범위는, 전지본체에 용접시의 열적 영향을 방지할 목적으로 본 발명자들이 실험조사한 결과에 의해 성립된 것이다.
주변칼라부(103a), (103b)의 용접은 레이저빔용접, 전자빔용접, 저항용접 또는 초음파용접에 의해 행해도 된다. 이들 중, 생산성 및 신뢰성의 관점에서 레이저빔용접이 가장 적합하다.
레이저빔용접시의 레이저빔조사직경은, 밀봉부재(101a, 101b)를 구성하는 재료의 종류나 밀봉부재(101a, 101b)의 두께에 따라 다르다. 예를 들면, 밀봉부재(101a, 101b)를 스테인레스강으로 구성할 경우, 0.2㎜ 내지 0.4㎜의 범위가 바람직하고, 밀봉부재(101a, 101b)를 알루미늄으로 구성할 경우에는, 0.6㎜ 내지 0.8㎜의 범위가 바람직하다.
이하, 도 2를 참조해서, 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지의 외장용기에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지를 구성하는 외장용기(밀봉부재(101a) 및 밀봉부재(101b)를 구비함)를 표시한, 도 1의 X-X'선을 따라 취한 개략단면도이다. 도 2에 있어서는, 전지본체의 구성성분은 생략하였다.
도 2에 있어서, (101)은 도 1에 있어서의 밀봉부재(101a, 101b)를, (102)는 도 1에 있어서의 오목부(102a, 102b)를, (103)은 도 1에 있어서의 주변칼라부를 각각 나타낸다.
오목부(102)[즉, 도 1에 있어서의 오목부(102a, 102b)]는, 대략 대칭인 사다리꼴형상의 단면을 지니도록 성형하는 것이 바람직하다. 오목부(102)로서의 대칭인 사다리꼴형상은 소정의 깊이(201)를 지닌다. 오목부(102)로서의 대칭인 사다리꼴형상은, 5° 내지 45°의 경사(202)를 지니는 것이 바람직하다.
그러나, 오목부(102)의 단면형상은 비대칭인 사다리꼴형상이어도 된다.
밀봉부재(101)[즉, 도 1에 있어서의 밀봉부재(101a, 101b)]의 대칭인 사다리꼴형상에 있어서의 오목부(102)의 깊이(201)는, 엄격히 규제되지는 않는다. 그러나, 일반적으로는, 바람직하게는 0.3㎜ 내지 3㎜의 범위, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 내지 2.5㎜의 범위이다. 오목부(102)의 깊이(201)에 대한 이러한 범위는, 본 발명자들에 의한 실험연구결과에 의해 성립된 것이다. 특히, 깊이(201)가 0.3㎜미만인 경우, 밀봉부재(101)의 두께가 상대적으로 지나치게 두껍게 되고, 이에 따라, 전지본체가 수용되는 공간이 적어진다. 따라서, 깊이(201)는 0.3㎜이상일 필요가 있다. 또, 깊이(201)가 3㎜를 초과하면, 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제공하고자 하는 본 발명의 목적을 달성하는 데 적합하지 않게 된다.
밀봉부재(101)[즉, 도 1에 있어서의 밀봉부재(101a, 101b)]의 구성성분으로서는, 밀봉부재(101)가 비교적 얇은 것이 필요할 경우, 물리적 강도가 큰 스테인레스강이 바람직하다. 또, 밀봉부재(101)가 비교적 경량인 것이 필요할 경우에는 알루미늄재료가 바람직하다. 그 밖에, 니켈재료, 니켈도금된 철재료, 구리재료 등의 기타 금속재료를 사용하는 것도 가능하다.
밀봉부재(101)[즉, 도 1에 있어서의 밀봉부재(101a, 101b)]의 두께로서는, 0.05㎜ 내지 프레스가공을 행할 수 있는 두께까지의 범위인 것이 바람직하다. 밀봉부재(101)의 두께의 상한은, 밀봉부재(101)가 스테인레스강재료로 이루어진 경우 0.3㎜이고, 밀봉재료(101)가 알루미늄재료로 이루어진 경우 0.8㎜이다. 구체적으로는, 바람직한 실시예에 있어서는, 밀봉부재(101)의 두께는, 밀봉부재(101)가 스테인레스강재료로 이루어진 경우 0.1㎜ 내지 0.2㎜의범위이고, 알루미늄재료로 이루어진 경우에는, 밀봉재료의 두께는 0.2㎜ 내지 0.5㎜의 범위이다.
이와 별도로, 상황에 따라, 밀봉재료(101)는 플라스틱재료로 구성하는 것도 가능하다. 그러나, 실용상, 플라스틱재료는 밀봉재료에 필요로 하는 충분한 물리적 강도를 부여하지 못하므로, 밀봉재료(101) 전체를 플라스틱재료로 구성하는 것은 곤란하다.
또, 본 발명의 재충전가능한 리튬전지의 도 3에 표시한 바와 같은 구성에 있어서는 플라스틱재료를 사용해도 된다. 도 3은 내압해제구멍이 부가적으로 형성된 상기 재충전가능한 리튬전지의 상부면의 구성을 표시한, 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지를 위쪽에서 본 개략평면도이다.
도 3에 있어서, (101)은 도 1에 표시한 밀봉부재(101a)를, (103)은 도 1에 표시한 주변칼라부(103a)를, (104)는 도 1에 표시한 캐소드파워출력단자(104)를, (105)는 도 1에 표시한 절연부(105)를, (106)은 도 1에 표시한 애노드출력단자(106)를 나타낸다. 또, (301)은 상기 내압이 증가할 경우 외장용기(전지용기)의 안쪽의 내압을 해제하는 작용을 하는 내압해제구멍이다. 도 3에 표시한 바와 같이, 재충전가능한 리튬전지의 밀봉부재(101)의 외부면상에는, 애노드파워출력단자(106), 캐소드파워출력단자(104) 및 내압해제구멍(301)이 절연부(105)를 개재해서 형성되어 있고, 이 때, 절연부(105)는 플라스틱재료로 이루어져 있어도 되며, 내압해제구멍(301)도 플라스틱재료로 이루어져 있어도 된다.
도 4는 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지의 내부구성의 일례를 표시한, 도 1의 Y-Y'선을 따라 취한 개략단면도이다. 도 4에 있어서, (101a)는 도 1에 표시한 표시한 밀봉부재(101a)를, (101b)는 도 1에 표시한 밀봉부재(101b)를, (104)는 도 1에 표시한 캐소드파워출력단자(104)를, (105)는 도 1에 표시한 절연부(105)를, (106)은 도 1에 표시한 애노드출력단자(106)를 각각 나타낸다. 또, (401) 및 (402)는 각각 절연부에 고착되도록 절연부(105)내에 삽입된 지지금속판이다. 각각의 지지금속판(401), (402)은, 레이저빔용접(405)에 의해 밀봉부재(101a)에 고착되어 있다. (403)은 캐소드파워출력단자(104)에 접속된 단자리드이고, (404)는 애노드파워출력단자(106)에 접속된 단자리드이며, 단자리드(403), (404)는 각각 절연부(105)를 통해서 밀봉부재(101b)와는 전기적으로 절연되어 있다. 마찬가지로, 캐소드파워출력단자(104)와 애노드파워출력단자(106)도 절연부(105)를 통해서 밀봉부재(101a)와는 전기적으로 절연되어 있다.
도 4에 표시한 이러한 구성에 있어서, (104)는 캐소드파워출력단자[도 1, 도 4 또는 도 5 참조]이고, (403)은 캐소드파워출력단자리드(403)[도 4 또는 도 5 참조]이다. (601)은 도 1에 표시한 바와 같은 형태의 재충전가능한 리튬전지에 설치된 전지본체(도시생략)의 캐소드(602)로부터 뻗은 캐소드리드부이다.
캐소드파워출력단자(104)는, 거의 부식되지 않는 동시에 충분한 물리적 강도를 지니는 고전기전도성의 금속재료로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 금속재료로서는, Cu 또는 Ni 등의 금속부재나, Au로 도금된 상기 금속부재로 이루어진 부재를 들 수 있다. 캐소드(602)로부터 뻗은 캐소드리드부(601)와 일체로 형성된 캐소드파워출력단자리드(403)가 단일 금속부재로 이루어진 경우, 이하에 설명하는 바와 같은 결점이 있다. 즉, 캐소드리드부(601)와 캐소드파워출력단자리드(403)의 양자가 알루미늄재료로 이루어진 경우, 이들은 서로 용이하게 용접될 수 있으나, 캐소드리드부(601)와 일체인 캐소드파워출력단자리드(403)에 대한 충분한 물리적 강도를 확보하기가 곤란하다. 또, 캐소드파워출력단자리드(403)가 충분한 물리적 강도를 지닌 니켈재료로 이루어지고, 캐소드리드부(601)가 알루미늄재료로 이루어진 경우, 캐소드파워출력단자리드(403)와 캐소드리드부(601)를 용접해서, 이들 사이의 접합부를 항상 박리없이 유지하기가 곤란하다. 이들 결점을 제거하기 위하여, 캐소드파워출력단자리드(403)는 2종 이상의 금속 또는 합금재료로 구성하는 것이 바람직하다. 이점은 애노드에 대해서도 마찬가지이다.
도 7은 도 1에 표시한 재충전가능한 리튬전지에 수납된 전지본체의 일례를 표시한, 도 1의 X-X'선을 따라 취한 개략단면도이다. 도 7에 있어서, (700)은 각각 오목부(102)(깊이(201)를 지닌 대칭인 사다리꼴형상의 단면을 지님)와 주변칼라부(103)를 지닌 2개의 밀봉부재(101a), (101b)를, 해당 2개의 오목부(102)의 2개의 대칭인 사다리꼴형상 공간이 서로 대향하도록 합체하여 상기 2개의 주변칼라부(103)를 서로 용접함으로써 형성된 외장용기(전지용기)에 수납된 전지본체를 표시한다. 전지본체(700)는 주어진 축을 중심으로 절연체(701)(전해질을 구비한 이온전도체 또는 전해질 용액으로 함침된 분리기를 구비함)를 통해서 애노드(702)와 캐소드(602)(도 6 참조)를 용접해서 형성된 적층체와, 상기 적층체를 덮어 싸는 절연막(703)으로 이루어져 있다.
이하, 도 7에 표시한 전지본체(700)의 각 구성성분에 대해 설명한다.
캐소드(602):
캐소드(602)는 적어도 캐소드활성재료와 캐소드콜렉터로 구성되어 있다. 캐소드활성재료는 내부에 리튬을 지니거나 해당 리튬을 방출가능한 동시에 재충전가능한 리튬전지에 사용된 전해질 용액에 대해서 불용이고 안정적인 재료로 이루어져 있으면 된다. 이러한 캐소드활성재료로서는, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4등의 리튬함유 전이금속산화물류; V2O5, MnO2, TiO2, MoO3등의 리튬을 함유하지 않는 금속산화물류; 및 TiS2, MoS2등의 금속칼코겐화합물류 등을 들 수 있다. 그 밖에, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리프탈로시아닌 등의 전기전도성 중합체 및 이들 중합체의 유도체도 사용가능하다.
캐소드(602)는, 필요한 경우, 적절한 전기전도성 보조제 또는/및 적절한 바인더를 첨가해서, 이러한 캐소드활성재료를 이용해서 콜렉터상에 캐소드활성재료층을 형성함으로써 제조해도 된다. 캐소드활성재료층은, 콜렉터의 한쪽면 또는 대향하는 양쪽면에 형성해도 된다.
캐소드에 사용되는 콜렉터는 충방전시에 소비된 전류를 효율적으로 공급하거나 전극반응에 있어서 발생되는 전류를 모으는 작용을 한다. 이와 관련해서, 콜렉터는 전기전도성이 높고 전지반응에 비활성인 재료로 이루어져 있다.
캐소드의 콜렉터를 구성하는 이러한 재료로서는, Al, Ti, Ni 등의 금속이나, 스테인레스강 등의 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 콜렉터의 형상은, 시트형상, 망형상, 다공질형태의 스펀지, 팽창금속형태 또는 천공금속형태이어도 된다.
캐소드의 형성시 필요에 따라 사용되는 전기전도성 보조제로서는, 재충전가능한 리튬전지에 사용되는 전해질 용액에 대해서 안정적이고 불용성인 동시에 전기전도도가 높은 전기전도성 재료를 들 수 있다. 이러한 전기전도성 재료의 구체예로서는, 분말형태의 그래파이트구조카본 등의 탄화질 재료나, 구리분말, 알루미늄분말, 티탄분말 등의 분말형태의 금속재료를 들 수 있다.
캐소드의 형성시 필요에 따라 사용되는 바인더로서는, 재충전가능한 리튬전지에 사용되는 전해질 용액에 대해서 안정적이고 불용성이며, 접착성을 지니는 유기중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기중합체의 바람직한 구체예로서는, 폴리(불화비닐리덴), 테트라플루오로에틸렌중합체 등의 불소수지를 들 수 있다. 그 밖에, 메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스 등의 셀룰로스류, 폴리비닐알콜 등의 폴리비닐계 물질 등도 사용가능하다.
애노드(702):
애노드(702)는, 적어도 애노드활성재료와 에노드콜렉터로 구성되어 있다. 애노드활성재료는, 내부에 리튬을 지니거나 해당 리튬을 방출가능한 동시에 재충전가능한 리튬전지에 사용된 전해질 용액에 대해서 불용이고 안정적인 재료로 이루어져 있으면 된다. 이러한 애노드활성재료로서는, 리튬금속이나, Al-Li합금, Pb-Li합금, Sn-Li합금 등의 리튬함유합금류 등을 들 수 있다. 그 밖에, TiO2, V2O5등의 금속산화물류; 리튬과 합금화가능한 금속(Sn 또는 Si)과 리튬과 합금화불가능한 금속(Fe, Co 또는 Ni)으로 이루어진, 예를 들면, Sn-Fe합금, Sn-Co합금, Si-Fe합금, Si-Ni합금 등의 합금류; 및 비정질 카본, 그래파이트 등의 탄화질 재료 등도 사용가능하다.
애노드(702)는, 필요한 경우, 적절한 전기전도성 보조제 또는/및 적절한 바인더를 첨가해서, 이러한 애노드활성재료를 이용해서 콜렉터상에 애노드활성재료층을 형성함으로써 제조해도 된다. 애노드활성재료층은, 콜렉터의 한쪽면 또는 대향하는 양쪽면상에 형성해도 된다.
애노드에 사용되는 콜렉터는 충방전시에 소비된 전류를 효율적으로 공급하거나 전극반응에 있어서 발생되는 전류를 모으는 작용을 한다. 이와 관련해서, 콜렉터는 리튬과 합금화되지 않는 동시에, 전기전도성이 높고 전지반응에 비활성인 재료로 이루어져 있다.
애노드의 콜렉터를 구성하는 이러한 재료로서는, Cu, Ni, Ti 등의 금속이나, 스테인레스강 등의 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 콜렉터의 형상은, 시트형상, 망형상, 다공질형태의 스펀지, 팽창금속형태 또는 천공금속형태이어도 된다.
애노드의 형성시 필요에 따라 사용되는 전기전도성 보조제로서는, 재충전가능한 리튬전지에 사용되는 전해질 용액에 대해서 안정적이고 불용성인 동시에 전기전도도가 높은 전기전도성 재료를 들 수 있다. 이러한 전기전도성 재료의 구체예로서는, 분말형태의 그래파이트구조카본 등의 탄화질 재료나, 구리분말, 알루미늄분말, 티탄분말 등의 분말형태의 금속재료를 들 수 있다.
애노드의 형성시 필요에 따라 사용되는 바인더로서는, 재충전가능한 리튬전지에 사용되는 전해질 용액에 대해서 안정적이고 불용성이며, 접착성을 지니는 유기중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 유기중합체의 바람직한 구체예로서는, 폴리(불화비닐리덴), 테트라플루오로에틸렌중합체 등의 불소수지를 들 수 있다. 그 밖에, 메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스 등의 셀룰로스류, 폴리비닐알콜 등의 폴리비닐계 물질 등도 사용가능하다.
절연체(701):
절연체(701)는, 캐소드(602)와 애노드(702)사이를 전기적으로 절연시키기 위하여 설치된 것으로, 이 절연체에 대해서는, 리튬이온이 자유롭게 통과가능할 것이 요구된다. 절연체(701)로서는, 내부에 보유된 적절한 용매중에 소정의 전해질(소정의 지지용 전해질)을 용해시켜 얻어진 전해질 용액(지지용 전해질 용액)을 지닌 분리기를 사용하는 것이 가능하다. 이 경우, 분리기는 이온전도체로서 기능한다.
그 밖에, 절연체(701)는, 고체전해질 또는 고형화 전해질을 함유하는 이온전도체로 이루어져 있어도 된다. 이 경우, 상기 고체전해질 또는 고형화 전해질은 분리기에 의해서 유지되는 것이 가능하다.
분리기를 사용할 경우, 분리기는, 전해질의 이온이 통과가능한 많은 구멍을 지니는 구조를 지닐 필요가 있고, 또한, 전해질용액에 대해 불용성인 동시에 안정적일 필요가 있다.
따라서, 분리기는, 이들 요구조건을 충족하는 부재로 구성할 필요가 있다. 이러한 부재로서는, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀으로 이루어진 미소기공구조를 지닌 멤브레인이나 부직포를 들 수 있다. 그 밖에, 복수의 미소기공을 지닌 2종 이상의 이들 부재로 이루어진 복합부재를 사용하는 것도 가능하다.
전해질 용액은, 소정의 용매중에 용해된 소정의 전해질로 이루어져 있다. 전해질로서는, 헥사플루오로인산 리튬, 테트라플루오로인산 리튬, 테트라플루오로붕산 리튬 등을 들 수 있다. 용매로서는, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, γ-부티로락톤 등을 들 수 있다.
고형화 전해질로서는, 전술한 어느 한 종의 용매중에 전술한 어느 한 종의 전해질을 용해시켜 얻어진 전해질 용액을 준비하고, 이 전해질 용액을 겔화제에 의해 겔화시켜 전해질 용액을 고형화시킴으로써 얻어진 것을 들 수 있다. 겔화제로서는, 폴리에틸렌산화물, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리에틸렌-이민으로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체를 사용할 수 있다.
고체전해질로서는, β-알루미나, 산화은, 요화 리튬 등을 들 수 있다.
전지본체의 제작시 캐소드, 애노드 및 이온전도체(분리기(결국 전해질 용액에 함침됨), 고체전해질, 고형화 전해질로 이루어지거나, 또는 분리기(전해질 용액에 함침되지 않음)와 고체전해질 혹은 고형화 전해질과의 조합으로 이루어짐)의 배열에 대해서는, 캐소드와 애노드가 이온전도체를 통해서 교대로 적층되어 있는 구성 또는 캐소드와 애노드가 이온전도체의 분리기를 통해 평탄한 형상으로 감겨 있는 구성을 채택할 수 있다. 분리기(결국 전해질 용액에 함침됨)를 구비한 이온전도체를 사용할 경우, 평탄한 형상으로 감겨 있는 구성이 바람직하다. 고체전해질 또는 고형화 전해질을 구비한 이온전도체를 사용할 경우, 적층구성이 바람직하다.
절연막(703):
전지본체(700)를 덮는 절연막(703)은, 용매에 대한 내성이 있는 절연성 유기재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 유기재료의 예로서는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 불소수지 등을 들 수 있다.
절연막(703)의 두께는 10㎛ 내지 50㎛의 범위인 것이 바람직하다.
도 8은 상기 재충전가능한 리튬전지의 상부면의 구성을 표시한, 도 7에 표시한 바와 같은 구성을 지닌 전지본체를 지닌 본 발명의 재충전가능한 리튬전지를 위쪽에서 본 개략평면도이다.
도 8에 있어서, (101)은 상부밀봉부재(도 7에 있어서의 밀봉부재(101a)에 상당함), (802)는 전지본체(도 7에 있어서의 전지본체(700)에 상당함), (601)은 전지본체(802)의 캐소드로부터 뻗은 캐소드리드부(도 6에 있어서의 캐소드리드부(601)에 상당함), (801)은 전지본체(802)의 애노드로부터 뻗어 있는 애노드리드부, (105)는 내압해제구멍(301), 캐소드파워출력단자(104) 및 애노드파워출력단자(106)가 내부에 설치되어 있는 절연부( 도 4 또는 도 5 참조)이다. 캐소드리드부(601)는 캐소드파워출력단자리드(403)를 통해서 캐소드파워출력단자(104)에 전기적으로 접속되어 있고, 애노드리드부(801)는 애노드파워출력단자리드(404)를 통해서 애노드파워출력단자(106)에 전기적으로 접속되어 있다.
절연부(105)는, 충분한 물리적 강도를 지니고, 용매에 대한 내성이 우수한 동시에 수분이 통과할 수 없는 절연성 플라스틱재료로 이루어져 있다. 이러한 플라스틱재료의 구체예로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 불소수지 등을 들 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 내압해제구멍(301)은, 캐소드파워출력단자(104) 및 애노드파워출력단자(106)와 절연부(105)를 일체적으로 성형할 때 형성해도 된다.
이제, 전지용기(외장용기)를 구성하는 밀봉부재(101)내에 전지본체(802)[캐소드, 애노드, 절연체(이온전도체를 함유함)로 이루어져 있음]를 수납할 경우, 전지본체(802)가 밀봉부재(101)에 직접 접촉하지 않도록 전지본체(802)를 밀봉부재(101)와 격리시킬 필요가 있다. 이 목적은, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 이루어진 절연막으로 전지본체(802)를 미리 씌우는 방법; 밀봉부재(101)의 안쪽면을 절연성 플라스틱막으로 미리 라이닝하는 방법; 또는 밀봉부재(101)의 안쪽면을 절연성 플라스틱재료로 미리 피복하는 방법에 의해 달성할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 구성된 재충전가능한 리튬전지는, 예를 들면, 이하의 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 먼저, 상부 밀봉부재(101)(도 7에 있어서의 밀봉부재(101a)에 상당함)의 오목부(102)(깊이(201)를 지닌 대칭인 사다리꼴형상의 단면을 지님)내의 소정 위치에, 절연부(105)에 캐소드파워출력단자(104)와 애노드파워출력단자(106)가 매립되어 있는 도 4에 표시한 바와 같은 구성을 형성한다. 이어서, 절연성 플라스틱막으로 덮인 전지본체(802)를 상기 오목부(102)내에 배치하고, 전지본체(802)의 캐소드리드부(601)와 캐소드파워출력단자(104)를 레이저빔용접, 저항용접 또는 초음파용접에 의해 접속하고, 전지본체(802)의 애노드리드부(801)와 애노드파워출력단자(106)도 레이저빔용접, 저항용접 또는 초음파용접에 의해 접속한다. 다음에, 오목부(102)(깊이(201)를 지닌 대칭인 사다리꼴형상의 단면을 지님)를 지닌 하부 밀봉부재(101b)와 상부 밀봉부재(101a)를 합체시켜, 밀봉부재(101b)의 오목부(102)의 대칭인 사다리꼴형상 공간과 밀봉부재(101a)의 오목부(102)의 대칭인 사다리꼴형상 공간(내부에 전지본체(802)가 배열되어 있음)을 서로 대향시킨다. 그리고, 합체되어 있는 2개의 밀봉부재(101a), (101b)의 2개의 주변칼라부(103)(도 7 참조)를 상호 용접한다. 이와 같이 해서, 박형의 재충전가능한 리튬전지가 얻어진다.
또한, 상기에서의 2개의 주변칼라부(103)를 접합시키는 방법으로서는, 접착제를 이용하는 것도 고려할 수 있다. 특히, 상온 정도로 유지된 환경조건하에서 재충전가능한 리튬전지를 사용할 경우, 재충전가능한 리튬전지의 제작시 2개의 주변칼라부(103)의 접합을 적당한 접착제를 이용해서 행하는 것이 가능하다. 그러나, 저온 또는 고온의 환경조건하에서 재충전가능한 리튬전지를 사용할 경우, 접착체를 이용한 2개의 주변칼라부(103)의 접합은, 접착제의 팽창계수가 주변칼라부의 팽창계수와는 다르기 때문에, 접착제와 주변칼라부와의 접착성이 저하되어 전지내부로의 수분의 침입을 허용하게 되어 전지성능의 열화를 초래하므로 적합하지 않다.
한편, 2개의 주변칼라부(103)를 레이저빔용접에 의해 용접해서 접합할 경우, 2개의 주변칼라부의 상호 접합되는 부분이 용융되어 균일한 상태로 접합된다. 이와 관련해서, 얻어지는 재충전가능한 리튬전지는, 큰 온도변화를 포함한 환경변화에 대해서 충분히 견디는 동시에 향상된 내구성 및 신뢰성을 지니는 기밀밀봉구조를 지니게 된다.
도 9는 본 발명의 재충전가능한 리튬전지를 셀룰러폰의 전원으로서 실제 사용한 경우의 일례를 표시한 개략도이다. 도 9에 있어서, (901)은 본 발명의 재충전가능한 리튬전지이고, (902)는 셀룰러폰이다. 도 9에 표시한 바와 같이, 재충전가능한 리튬전지(901)는 셀룰러폰(902)에 설치되어, 재충전가능한 리튬전지(901)의 밀봉부재의 외부가 셀룰러폰(902)의 외장의 일부를 구성하도록 한다. 이 경우, 재충전가능한 리튬전지(901)의 외부와 셀룰러폰(902)의 외장을 일치시켜 이들 간에 외형차가 없도록 하기 위하여, 적절한 플라스틱재료 또는 라벨을 재충전가능한 리튬전지의 외부에 부착하거나 도포하는 것이 바람직하다. 본 발명의 재충전가능한 리튬전지는, 충분한 물리적 강도를 지니기 때문에 그 외장에 대한 보강처리를 행하는 일없이 그대로 사용할 수 있다. 한편, 셀룰러폰에 라미네이트피막을 구비한 외장이 설치된 종래의 재충전가능한 전지를 사용할 경우에는, 라미네이트피막을 구비한 외장의 물리적 강도가 열등하기 때문에, 외장에 보강처리를 행할 필요가 있다.
이하, 본 발명을 각종 예를 참조해서 보다 상세히 설명하나, 이들 예는 단지 예시의 목적일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아님을 이해할 필요가 있다.
실시예 1
본 실시예에 있어서는, 도 1 내지 도 4에 표시한 바와 같은 구성을 지닌 박형의 재충전가능한 리튬전지를 이하의 방법으로 제작하였다.
1. 캐소드의 제조:
캐소드활성재료로서 LiCoO290중량부, 전기전도성 보조제로서 천연그래파이트 5중량부 및 바인더로서 폴리불화비닐리덴 5중량부를 혼합해서 혼합물을 얻었다. 이 혼합물에 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈을 50중량부 혼합하여 점도 3000cps의 페이스트를 얻었다. 이 페이스트를 콜렉터로서의 두께 20㎛의 알루미늄박의 양 대향면상에 도포한 후, 건조하여 알루미늄박의 대향면의 각각에 도포층을 형성하였다.
상기에서 얻어진 것을 프레스가공하여 캐소드활성재료층으로서 각각 2층사이에 알루미늄박이 샌드위치된 두께 200㎛의 소자를 얻었다. 이와 같이 해서 얻어진 소자를 절단하여 52㎜×70㎜ 크기의 6개의 캐소드를 얻었고, 이것을, 후술하는 전지본체의 제작시에 각각 캐소드와 애노드사이에 분리기가 샌드위치된 6개의 셀유닛의 형성에 사용하였다.
2. 애노드의 제조:
애노드활성재료로서 그래파이트 95중량부 및 바인더로서 폴리불화비닐리덴 5중량부를 혼합해서 혼합물을 얻었다. 이 혼합물에 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈을 60중량부 혼합하여 점도 2000cps의 페이스트를 얻었다. 이 페이스트를 콜렉터로서의 두께 12㎛의 구리박의 양 대향면상에 도포한 후, 건조하여 구리박의 대향면의 각각에 도포층을 형성하였다.
상기에서 얻어진 것을 프레스가공하여 애노드활성재료층으로서 각각 2층사이에 구리박이 샌드위치된 두께 180㎛의 소자를 얻었다. 이와 같이 해서 얻어진 소자를 절단하여 52㎜×70㎜ 크기의 7개의 애노드를 얻었고, 이것을, 후술하는 전지본체의 제작시에 각각 캐소드와 애노드사이에 분리기가 샌드위치된 6개의 셀유닛의 형성에 사용하였다.
3. 전지본체의 제조:
[1] 상기 공정 1에서 얻어진 6개의 캐소드의 각각에 대해, 2개의 캐소드활성재료층의 각각의 일부를 제거하여 콜렉터(알루미늄박)를 노출시키고, 이 콜렉터의 노출부분에 캐소드리드로서의 폭 5㎜, 두께 50㎛, 길이 5㎜의 알루미늄리본을 용접하였다.
[2] 상기 공정 2에서 얻어진 7개의 애노드의 각각에 대해, 2개의 애노드활성재료층의 각각의 일부를 제거하여 콜렉터(구리박)를 노출시키고, 이 콜렉터의 노출부분에 애노드리드로서의 폭 5㎜, 두께 50㎛, 길이 5㎜의 구리리본을 용접하였다.
[3] 상기 [2]항에서 얻어진 7개의 애노드와 상기 [1]항에서 얻어진 6개의 캐소드를, 다수의 미소기공을 지니는 동시에 53㎜×71㎜의 크기를 지닌 25㎛의 폴리에틸렌다공질막으로 이루어진 분리기를 통해서, 교대로 적층해서 애노드가 가장 바깥쪽에 위치되도록 함으로써, 적층형의 전지본체를 얻었다. 그리고, 절연막으로서 53㎜×71㎜의 크기를 지닌 두께 25㎛의 폴리프로필렌막을 상기 전지본체의 대향하는 외부쪽면의 각각에 고착시켜, 전지본체가 수납된 전지용기(외장용기)와 전지본체를 절연시켰다.
4. 밀봉부재의 제조:
두께 0.15㎜의 스테인레스강판을 다이를 이용해서 딥드로잉가공해서 도 2에 표시한 바와 같은 단면형상을 각각 지닌 2개의 밀봉부재((101a) 및 (101b), 도 1 참조)를 제조하였다. 특히, 단면형상이 대략 대칭의 사다리꼴형상인 오목부와 상기 오목부를 둘러싸고 있는 평탄한 주변칼라부를 각각 지닌 직사각형 팬형상의 밀봉부재(a)와 직사각형 팬형상의 밀봉부재(b)를 제조하였고, 상기 직사각형 바닥부를 지닌 오목부는, 세로길이가 85.2㎜, 가로길이가 53.2㎜이고, 직사각형 개구상부는, 세로길이가 86㎜, 가로길이가 54㎜이고, 상기 평탄한 주변칼라부의 폭은 2㎜, 상기 오목부로서의 대칭의 사다리꼴형상의 깊이(대칭인 사다리꼴형상의 수직길이)는 1.65㎜, 상기 오목부로서의 대칭의 사다리꼴형상의 경사((202), 도 2 참조)는 15°였다. 밀봉부재(a)의 주변칼라부는, 이하 "주변칼라부(a-i)"라 칭하고, 밀봉부재(b)의 주변칼라부는, 이하 "주변칼라부(b-i)"라 칭한다.
5. 재충전가능한 리튬전지의 제작:
[1] 상기 공정 4에서 얻어진 밀봉부재(a)에 대해서, 오목부의 소정 단부에 12㎜×10㎜ 크기의 개구부를 형성하였다. 상기 개구부에 의해 밀봉부재(a)의 오목부에 형성된 공간내에, 다이를 지닌 지그를 사용해서, 용융폴리프로필렌재료를 도입하고, 또, 상기 용융폴리프로필렌재료에, 캐소드파워출력단자로서의 150㎛두께의 니켈시트(i)와 애노드파워출력단자로서의 150㎛두께의 니켈시트(ii)를 개별적으로 삽입한 후, 냉각시켰다. 이것에 의해, 상기 개구부에 의해 밀봉부재(a)의 오목부애 형성된 공간에, 캐소드파워출력단자[니켈시트(i)로 이루어져 있음]와 애노드파워출력단자[니켈시트(ii)로 이루어져 있음]가 공간을 두고 배열된 절연부(폴리프로필렌재료로 이루어져 있음)를 형성하여, 상기 각 단자의 일단부가 개별적으로 오목부의 개구부에 위치된 절연부의 상부면으로부터 바깥쪽으로 노출되고, 나머지 타단부도 오목부의 안쪽에 위치된 절연부의 하부쪽 면으로부터 바깥쪽으로 노출되도록 하였다. 여기서, 노출단부를 포함하는 캐소드파워출력단자와 애노드파워출력단자는 절연부에 의해 밀봉부재(a)로부터 전기적으로 절연되어 있다.
[2] 상기 공정 3에서 얻어진 전지본체를, 밀봉부재(a)의 오목부의 나머지 공간에 배열시켜, 전지본체의 캐소드리드(알루미늄리본으로 이루어져 있음)를 절연부의 하부쪽 면으로부터 노출된 캐소드파워출력단자에 초음파용접에 의해 함께 고착시키고, 전지본체의 애노드리드(구리리본으로 이루어져 있음)를 절연부의 하부쪽 면으로부터 노출된 애노드파워출력단자에 초음파용접에 의해 함께 고착시켰다. 다음에, 프로필렌카보네이트와 디메틸카보네이트를 등가의 혼합비로 혼합해서 얻어진 혼합용매 1ℓ에 헥사플루오로인산 리튬 1M(몰/ℓ)을 용해시켜 얻어진 전해질 용액을, 전지본체에 도입해서 해당 전지본체의 분리기를 해당 전해질 용액으로 함침시켰다.
그 후, 밀봉부재(a)와 밀봉부재(b)를 합체하여 밀봉부재(b)의 대칭형상 오목부와 밀봉부재(a)의 대칭형상 오목부(전지본체와 절연부를 내부에 지니고 있음)를 합치시켜서, 서로 대향시킴으로써, 전지본체를 둘러싸는 동시에 주변칼라부(a-i)와 주변칼라부(b-i)가 짝을 이뤄 합체되어 이루어진 주변칼라부를 지니는 밀봉부재(a)와 밀봉부재(b)로 이루어진 전지용기를 얻었다.
[3] 상기 [2]항에서 얻어진 전지용기를, X축 방향 및 Y축 방향으로 자유롭게 이동가능한 X-Y테이블상에 위치결정하고, 전지용기의 주변칼라부[주변칼라부(a-i)와 주변칼라부(b-i)로 이루어짐]를 유지용 지그에 의해 유지하는 한편, 상기 X-Y테이블을 이동시키면서, 전지용기의 주변칼라부를 구성하는 주변칼라부(a-i)와 주변칼라부(b-i)를 YAG레이저용접기에 의해 에너지 1.4J, 펄스조사시간 2m·초, 펄스주파수 1pps(펄스/초)로 2㎜의 간격으로 단속적으로 용접하였다. 그 후, 유지용 지그를 떼어내고, 상기 X-Y테이블을 2.0㎜/초의 이동속도로 이동시키면서, 상기 YAG레이저용접기에 의해, 주변칼라부(a-i)와 주변칼라부(b-i)의 전체에 대해 에너지 1.4J, 펄스조사시간 2m·초, 펄스주파수 25pps로 용접을 실시해서, 전지용기의 주변칼라부를 구성하는 주변칼라부(a-i)와 주변칼라부(b-i)를 충분히 용접해서, 전지용기의 주변칼라부를 기밀밀봉하였다.
따라서, 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
이와 같이 해서, 6개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제작하였다.
실시예 2
실시예 1에 있어서의 공정 2에서의 애노드의 제조를, 후술하는 방법으로 행한 이외에는, 실시예 1의 절차를 반복해서 행하여, 5개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
애노드의 제조:
애노드활성재료로서 평균입자직경이 3㎛인 분말형태의 주석재료 60중량부 및 바인더로서 카르복시메틸셀룰로스 5중량부를 혼합해서 혼합물을 얻었다. 이 혼합물에 용매로서 탈이온수 35중량부 혼합하여 점도 2000cps의 페이스트를 얻었다. 이 페이스트를 콜렉터로서의 두께 12㎛의 구리박의 양 대향면상에 도포한 후, 건조하여 구리박의 대향면의 각각에 도포층을 형성하였다. 이와 같이 해서 얻어진 것을 프레스가공하여 애노드활성재료층으로서 각각의 2층사이에 구리박이 샌드위치된 두께 180㎛의 소자를 얻었다. 이와 같이 해서 얻어진 소자를 절단하여 52㎜×70㎜ 크기의 7개의 애노드를 얻었고, 이것을, 후술하는 전지본체의 제작시에 각각 캐소드와 애노드사이에 분리기가 샌드위치된 6개의 셀유닛의 형성에 사용하였다.
실시예 3
분리기와 전해질 용액을 사용하지 않고, 후술하는 바와 같이, 각 캐소드의 표면상에, 그리고, 각 애노드의 표면상에 고형화 전해질 재료층을 형성한 이외에는, 실시예 1의 절차를 반복해서 행하여, 5개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
메톡시폴리에틸렌글리콜 모노아크릴레이트 70중량부와 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트 30중량부를 혼합해서 혼합물을 얻고, 상기 혼합물에, 에틸렌카보네이트와 디메톡시에탄을 등가의 혼합비로 혼합해서 얻어진 혼합용매 1ℓ에 헥사플루오로인산 리튬 1M(몰/ℓ)을 용해시켜 얻어진 전해질 용액 400중량부와, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 0.3중량부를 혼합해서 얻어진 도포액을, 실시예 1의 공정 1과 마찬가지로 해서 제조된 52㎜×70㎜ 크기의 6개의 캐소드 각각의 대향면상에, 그리고, 실시예 1의 공정 2와 마찬가지로 해서 제조된 52㎜×70㎜ 크기의 7개의 애노드 각각의 대향면상에, 도포한 후, 자외선을 조사함으로써, 6개의 캐소드 각각의 대향면 및 7개의 애노드 각각의 대향면상에 두께 12.5㎛[이 두께는 실시예 1에 있어서 공정 3-[3]에서 사용된 분리기로서의 폴리프로필렌다공질막의 두께(25㎛)의 절반에 상당함]의 고형화 전해질 재료층을 형성하였다.
나머지 절차는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다.
실시예 4
이하의 점을 제외하고, 실시예 1의 절차를 반복해서 5개의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
실시예 1의 공정 5-[2]에 있어서, 전지본체의 캐소드리드(알루미늄리본으로 이루어짐)를 절연부의 하부쪽 면으로부터 노출된 캐소드파워출력단자에 초음파용접에 의해 고착시키고, 상기 캐소드파워출력단자에 니켈층쪽을 초음파용접에 의해 용접하고, 캐소드리드(알루미늄리본으로 이루어짐)에 클래드부재의 알루미늄층쪽을 초음파용접에 의해 용접함으로써 상기 캐소드파워출력단자에 알루미늄층과 니켈층이 적층되어 이루어진 50㎛ 두께의 클래드부재를 고착시켰다.
나머지 절차는 실시예 1과 마찬가지로 행하였다.
비교예 1
이 비교예에 있어서는, 다음과 같은 방법으로 도 11에 표시한 바와 같은 구성의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제작하였다.
실시예 1에 있어서의 공정 1 내지 3의 절차를 반복해서 전지본체(1100)를 얻었다.
다이를 사용한 딥드로잉에 의해 0.5㎜ 두께의 스테인레스강판을 가공해서 전지용기(1105)를 제작하였다.
상기에서 얻어진 전지본체(1100)를 상기 전지용기(1105)에 수납한 후, 도 11에 표시한 바와 같이 전지본체(1100)상에 스테인레스강제의 0.1㎛ 두께의 열차폐부재(1106)를 배열시켰다. 그 후, 프로필렌카보네이트와 디메틸카보네이트를 동등한 혼합비로 혼합해서 얻어진 혼합용매 1ℓ에 헥사플루오로인산 리튬 1M(몰/ℓ)을 용해시켜 얻어진 전해질용액을 상기 전지용기(1105)내로 도입하여 상기 전지본체(1100)의 분리기(1103)를 해당 전해질 용액에 함침시켰다.
그 후, 전지용기(1105)상에 단자인출용 개구부를 지닌 덮개(1104)를 덮고, 해당 덮개(1104)와 전지용기(1105)를 YAG레이저용접기를 사용해서 용접하였다.
상기에서, 덮개(1104)의 단자인출용 개구부를 통해 전지본체(1100)의 캐소드리드와 애노드리드를 별도로 인출하는 것도 가능하다. 전지본체(1100)의 캐소드리드와 애노드리드를, 덮개(1104)의 단자인출용 개구부를 통해 인출하여 1쌍의 파워출력단자를 형성한다. 전지용기로부터 이들 단자를 절연시키기 위해, 해당 단자에 액화폴리에틸렌수지의 분무를 행한다.
따라서, 도 11에 표시한 바와 같은 구성의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
이와 같이 해서, 6개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제작하였다.
비교예 2
전지본체(1100)를 실시예 2와 마찬가지로 해서 제작한 이외에는, 비교예 1의 절차를 반복해서 행하여 5개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
비교예 3
분리기와 전해질 용액을 사용하지 않고, 실시예 3과 마찬가지 방식으로 고형의 전해질 재료층을, 각 캐소드의 대향면의 각각에, 그리고 각 애노드의 대향면의 각각에 형성한 이외에는, 비교예 1의 절차를 반복해서 행하여 5개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
비교예 4
열차폐부재를 사용하지 않은 이외에는, 비교예 1의 절차를 반복해서 행하여 6개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
평가
1. 실시예 1 내지 4, 그리고 비교예 1 내지 4에서 각각 얻어진 5개의 재충전가능한 리튬전지에 대해서, 전지특성에 대해 이하의 방법으로 평가를 행하였다.
각각의 재충전가능한 리튬전지에 대해, 충방전시스템 BT-2043(Arbin Instruments사 제품)을 이용해서 이하의 충방전사이클시험을 행하였다. 즉, 전지전압이 4.2V에 이를 때까지 그리고 상기 전압을 유지하도록 소정의 전류를 흘려보내면서 1A의 정전류에서 충전을 행하고; 10분간 쉬고; 전지전압이 1A의 전류에서 2.5V에 이를 때까지 방전을 행하고; 10분간 쉬는 조작으로 이루어진 사이클을 다수회 반복해서 행하고, 전지에 내부단락이 일어난 경우(캐소드와 애노드중에서)의 충방전사이클의 반복횟수를 조사하였다.
얻어진 평가결과는 표 1에 일괄적으로 표시되어 있다. 특히, 표 4에 있어서, 재충전가능한 리튬전지가 각 경우에 있어서 내부단락을 일으킨 때의 충방전사이클반복횟수가 표시되어 있다. 표 1에서의 수치는, 충방전사이클을 소정 횟수 반복한 후 내부단락을 일으킨 재충전가능한 리튬전지의 총 수이다.
상기 평가결과로부터, 다음과 같은 사실을 알 수 있었다. 즉, 실시예 1 내지 4의 각각에 있어서 얻어진 5개의 재충전가능한 리튬전지는 모두 충방전사이클을 500회 반복한 경우에도 내부단락을 일으키지 않았다. 비교예 2에서 얻어진 재충전가능한 리튬전지에 대해서는, 100회째의 반복사이클에서 2개가 내부단락을 일으켰고, 200회째 반복사이클까지 모두가 내부단락을 일으켰다. 비교예 1 및 3에서 얻어진 재충전가능한 리튬전지는, 비교예 2의 경우에서와 같은 열화는 없었으나, 400회째의 반복사이클까지 모두가 내부단락을 일으켰다. 이들 재충전가능한 리튬전지를 분해해서 조사한 결과, 이온전도체(또는 절연체)로서의 분리기 또는 고형화 전해질 재료층이 각 경우에 있어서 부분적으로 손상된 것으로 판정되었다. 그 이유는, 활성재료(캐소드활성재료 또는/및 애노드활성재료)가 체적팽창되어 열차폐부재에 대해 응력을 인가한 것에 의한 것으로 여겨진다.
얻어진 재충전가능한 리튬전지 애노드와 캐소드가 내부 단락된 재충전가능한 리튬전지의 수
제 1회째사이클 제 100회째사이클 제 200회째사이클 제 300회째사이클 제 400회째사이클 제 500회째 사이클
실시예 1 0 0 0 0 0 0
실시예 2 0 0 0 0 0 0
실시예 3 0 0 0 0 0 0
실시예 4 0 0 0 0 0 0
비교예 1 0 1 1 3 5 -
비교예 2 0 2 5 - - -
비교예 3 0 1 2 4 5 -
2. 실시예 1에서 얻어진 재충전가능한 리튬전지, 비교예 1에서 얻어진 재충전가능한 리튬전지 및 비교예 4에서 얻어진 재충전가능한 리튬전지의 각각에 대해, 상기 충방전시스템 BT-2043을 사용해서 다음과 같은 방법으로 평가를 행하였다.
각각의 재충전가능한 리튬전지에 대해서, 전지전압이 4.2V에 이를 때까지 그리고 상기 전압을 유지하도록 소정의 전류를 흘려보내면서 1A의 정전류에서 충전을 행하는 방법으로 3시간 동안 정전류충전을 행하였다. 그 후, 전지전압을 계측하면서, 유압프레스에 의해 전지의 전체 표면을 프레스하여, 전지전압이 급격히 감소된 때의 부하를 측정하였다.
그 결과, 실시예 1의 재충전가능한 리튬전지는, 49MPa의 부하까지 전지전압의 급격한 감소는 일어나지 않은 반면, 비교예 1의 재충전가능한 리튬전지에서는, 4.9MPa의 부하에서 전지전압의 급격한 감소가 일어났고, 비교예 4의 재충전가능한 리튬전지는, 0.98MPa의 부하에서 이미 전지전압의 급격한 감소가 일어났다.
상기 평가결과로부터, 본 발명의 재충전가능한 리튬전지는 내부하성이 우수한 것을 알 수 있었다.
실시예 5
상기 밀봉부재(b) 대신에, 스테인레스강제의 오목부를 지니지 않은 두께 0.15㎜, 세로길이 88㎜, 가로길이 56㎜이며, 밀봉부재(a)의 칼라부(a-i)에 대응하는 2㎜폭의 주변칼라부를 지닌 직사각형의 플랫밀봉부재를 사용해서, 상기 실시예의 절차를 반복해서 행하여 6개의 박형의 재충전가능한 리튬전지를 얻었다.
5개의 재충전가능한 리튬전지에 대해 상기 평가 1에 기재한 바와 같은 방식으로 평가를 행한 결과, 재충전가능한 리튬전지는 모두 충방전사이클을 500회 반복한 경우에는 내부단락을 일으키지 않았다.
나머지 재충전가능한 리튬전지에 대해서는, 상기 평가 2에 기재한 바와 같은 방식으로 평가를 행한 결과, 부하 30MPa까지 전지전압의 급격한 감소는 일어나지 않았다.
이상, 본 발명에 의하면, 종래 사용되던 열차폐부재를 이용하는 일없이 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제공하는 것이 가능하며, 또한, 장기간에 걸쳐 충방전을 교대로 반복할 경우에도 애노드와 캐소드가 내부적으로 단락되지 않고 내구성이 우수한 박형의 재충전가능한 리튬전지를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (25)

  1. 적어도 캐소드, 애노드 및 1쌍의 밀봉부재(a)와 밀봉부재(b)사이에 봉입된 이온전도체를 구비하고, 적어도 상기 밀봉부재(a)는, 해당 밀봉부재(a)의 중앙위치에서부터 해당 밀봉부재(a)의 어느 한쪽 측면까지 뻗어 있는 오목부를 지녀, 상기 오목부를 둘러싸는 주변부를 지니며, 상기 두 밀봉부재(a) 및 (b)는, 상기 밀봉부재(a)의 상기 오목부의 면이 전지본체를 통해 상기 밀봉부재(b)와 대면하도록 서로 대향해서 배열되어 있는 재충전가능한 리튬전지에 있어서, 상기 밀봉부재(a)는 상기 오목부의 상기 주변부에 주변칼라부(a-i)를 지니고, 상기 밀봉부재(b)는 상기 밀봉부재(a)의 상기 주변부에 대응하는 영역에 주변칼라부(b-i)를 지녀, 상기 칼라부(a-i)와 상기 칼라부(b-i)가 상호 용접되어 있고, 상기 밀봉부재(a) 또는 상기 밀봉부재(b)는 상기 전지본체와 전기적인 연속부를 지니는 파워출력단자 및 해당 파워출력단자를 절연시키기 위한 절연부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉부재(b)는, 또한, 해당 밀봉부재(b)의 중앙위치에서부터 해당 밀봉부재(b)의 어느 한쪽 측면까지 뻗어 있는 오목부를 지녀, 해당 오목부를 둘러싸는 주변부를 지니며, 상기 주변부는 상기 칼라부(b-i)를 구비하는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉부재(a) 및 상기 밀봉부재(b)는, 각각, 스테인레스강재료, 니켈재료, 니켈도금된 철재료, 알루미늄재료 및 구리재료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종이상의 금속재료로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 칼라부(a-i) 및 상기 칼라부(b-i)는, 각각 폭이 0.5㎜ 내지 3.0㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉부재(a)의 상기 오목부는, 대략 대칭의 사다리꼴형상의 단면을 지니는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 오목부로서의 상기 대칭의 사다리꼴형상에 있어서의 경사는 5° 내지 45°범위인 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 밀봉부재(b)의 상기 오목부는, 대략 대칭형상의 사다리꼴형상의 단면을 지니는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 오목부로서의 상기 대칭의 사다리꼴형상에 있어서의 경사는 5° 내지 45°범위인 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 파워출력단자는, 상기 전지본체의 상기 캐소드에 전기접속된 캐소드파워출력단자와 상기 전지본체의 애노드에 전기접속된 애노드파워출력단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 캐소드파워출력단자와 상기 애노드파워출력단자는, 상기 오목부의 원주면으로부터 15㎜이하 떨어진 상기 밀봉부재(a)의 상기 오목부의 위치에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  11. 제 1항에 있어서, 적어도 상기 밀봉부재(a)는 플라스틱재료로 이루어져 있는 영역을 지니는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 밀봉부재(a) 또는 상기 밀봉부재(b)는 내압해제구멍을 지니는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 내압해제구멍은 박막으로 이루어진 플러그, 고무플러그 또는 스프링을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 절연부에 내압해제구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 절연부는 플라스틱재료로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 절연부는 플라스틱재료로 이루어져 있고, 상기 절연부에는 내압해제구멍이 형성되어 있으며, 상기 내압해제구멍은, 상기 절연부를 구성하는 상기 플라스틱재료로 형성된 박막을 함유하는 플러그를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 파워출력단자는, 상기 전지본체의 상기 캐소드에 전기접속된 캐소드파워출력단자와 상기 전지본체의 애노드에 전기접속된 애노드파워출력단자를 포함하고, 적어도 상기 캐소드는 캐소드리드부를 지니고, 상기 캐소드파워출력단자는, 클래드재료로 이루어진 캐소드파워출력리드를 통해 상기 캐소드리드부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 클래드재료는, 니켈재료, 티탄재료 혹은 구리재료, 또는 주성분으로서 상기 캐소드파워출력단자를 구성하는 원소를 함유하는 재료, 및 주성분으로서 상기 캐소드리드부를 구성하는 원소를 함유하는 재료로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 전지본체의 상기 애노드는, 리튬으로 합금가능한 재료를 함유하는 애노드활성재료를 지니는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지.
  20. 적어도 캐소드, 애노드 및 이온전도체를 구비한 전지본체와, 주변부를 둘레에 지닌 오목부 및 해당 오목부의 상기 주변부에 주변칼라부(a-i)를 지닌 제 1밀봉부재(a)와, 상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 주변부에 대응하는 영역에 주변칼라부(b-i)를 지닌 제 2밀봉부재(b)를 준비하는 공정;
    상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 오목부에 상기 전지본체를 배열시키는 공정;
    상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 오목부의 면이 상기 전지본체를 통해 상기 밀봉부재(b)와 대면하도록 상기 제 1밀봉부재(a)와 상기 제 2밀봉부재(b)를 서로 대향시켜 합치시키는 공정; 및
    상기 제 1밀봉부재(a)의 상기 칼라부(a-i)와 상기 제 2밀봉부재(b)의 상기 칼라부(b-i)를 상호 용접하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지의 제조방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 제 2 밀봉부재(b)로서, 주변부를 둘레에 지닌 오목부와 상기 오목부의 상기 주변부에 주변칼라부를 구비한 밀봉부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지의 제조방법.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 전지본체와의 전기접속부를 지닌 캐소드파워출력단자와 애노드파워출력단자로 이루어진 파워출력단자와, 상기 밀봉부재(a)의 상기 오목부에 있어서 상기 파워출력단자를 절연시키는 절연부를 배열시키는 공정을 또 구비한 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지의 제조방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 주변칼라부(a-i)와 상기 주변칼라부(b-i)와의 상호 용접은 레이저빔용점, 전자빔용점, 저항용접 또는 초음파용접에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지의 제조방법.
  24. 제 22항에 있어서, 상기 파워출력단자의 주위를 덮도록 상기 절연부를 배열하고, 상기 절연부의 둘레에 금속부를 배열하고, 상기 금속부를 용접에 의해 상기 제 1밀봉부재(a)에 고착시키는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지의 제조방법.
  25. 제 22항에 있어서, 상기 절연부를 형성해서, 상기 캐소드파워출력단자와 상기 애노드출력단자를 일체화하는 것을 특징으로 하는 재충전가능한 리튬전지의 제조방법.
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TW (1) TW497286B (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101110406B1 (ko) * 2007-06-13 2012-02-24 도요타지도샤가부시키가이샤 전지 셀 및 전원 공급 장치
KR20150076101A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 가부시끼가이샤 도시바 비수전해질 전지, 조전지 및 축전지 장치

Families Citing this family (70)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6893772B2 (en) * 1993-11-19 2005-05-17 Medtronic, Inc. Current collector for lithium electrode
JP2003142043A (ja) 2001-07-09 2003-05-16 Hitachi Maxell Ltd 電 池
JP3762721B2 (ja) * 2002-06-28 2006-04-05 三洋電機株式会社 パック電池
KR20040048295A (ko) 2002-12-02 2004-06-07 히다치 막셀 가부시키가이샤 전지
WO2004059760A1 (ja) * 2002-12-25 2004-07-15 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha 蓄電装置
KR100477752B1 (ko) * 2002-12-26 2005-03-21 삼성에스디아이 주식회사 보호소자 및 이를 구비한 리튬 이차 전지
JP2004265806A (ja) * 2003-03-04 2004-09-24 Canon Inc リチウム金属複合酸化物粒子、前記リチウム金属複合酸化物粒子の製造方法、前記リチウム金属複合酸化物粒子を含有す電極構造体、前記電極構造体の製造方法、及び前記電極構造体を有するリチウム二次電池
CN101179126B (zh) * 2003-03-26 2011-09-28 佳能株式会社 电极材料、电极结构及具有该电极结构的二次电池
JP4366101B2 (ja) * 2003-03-31 2009-11-18 キヤノン株式会社 リチウム二次電池
JP4095499B2 (ja) * 2003-06-24 2008-06-04 キヤノン株式会社 リチウム二次電池用の電極材料、電極構造体及びリチウム二次電池
EP1692734B1 (en) * 2003-12-08 2015-03-18 LG Chem, Ltd. Pcm mold and battery having the same
DE102004037312B4 (de) * 2004-07-31 2015-02-05 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Gassensor und Verfahren zu seiner Herstellung
JP4563264B2 (ja) * 2004-09-22 2010-10-13 日本碍子株式会社 リチウム二次電池
TWI313079B (en) * 2004-11-05 2009-08-01 Sony Corporatio Battery and electronic apparatus
JP3972258B2 (ja) * 2004-11-05 2007-09-05 ソニー株式会社 電子機器
JP2006134782A (ja) * 2004-11-08 2006-05-25 Sony Corp 電池
US7615314B2 (en) * 2004-12-10 2009-11-10 Canon Kabushiki Kaisha Electrode structure for lithium secondary battery and secondary battery having such electrode structure
JP4622502B2 (ja) * 2004-12-20 2011-02-02 ソニー株式会社 バッテリー
US7776471B2 (en) * 2005-04-15 2010-08-17 Rocket Electric Co., Ltd. Electrode of ultra thin manganese battery and manufacturing method therefor
JP5011677B2 (ja) * 2005-08-12 2012-08-29 ソニー株式会社 二次電池
US8262746B2 (en) * 2005-08-26 2012-09-11 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of producing electrode plate filled with active material, method of producing battery using thereof
US20070178383A1 (en) * 2006-01-31 2007-08-02 Viavattine Joseph J Current collector
US8080335B2 (en) * 2006-06-09 2011-12-20 Canon Kabushiki Kaisha Powder material, electrode structure using the powder material, and energy storage device having the electrode structure
US20080043457A1 (en) * 2006-08-21 2008-02-21 Pird, Llc Illuminating reading material holder and system
US7968817B2 (en) * 2006-10-11 2011-06-28 Greatbatch Ltd. Laser weld process for seam welded electrochemical devices
AU2008222726A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-12 Board of Governors for Higher Education, State of Rhode Island and the Providence Plantations Novel electrolyte for lithium ion batteries
EP2204867A4 (en) 2007-09-06 2012-06-06 Canon Kk METHOD FOR PRODUCING LITHIUM ION STORAGE / RELEASE MATERIAL, LITHIUM ION STORAGE / RELEASE MATERIAL, ELECTRODE STRUCTURE USING THE MATERIAL, AND ELECTRICITY STORAGE DEVICE THEREOF
US20090246617A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 Howard William G Vanadium connector in an electrochemical cell for an implantable medical device
EP2297802A1 (en) * 2008-07-03 2011-03-23 The Board of Governors for Higher Education State of Rhode Island and Providence Plantations Inhibition of electrolyte oxidation in lithium ion batteries with electrolyte additives
US20100035143A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 Dongguan Amperex Technology Co., Ltd. Lithium battery
US8603659B2 (en) * 2008-10-03 2013-12-10 General Electric Company Sealing glass composition and article
KR101293943B1 (ko) * 2009-12-22 2013-08-07 주식회사 엘지화학 강성이 향상된 전지팩
KR101127615B1 (ko) * 2010-07-19 2012-07-12 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩
US20120052365A1 (en) * 2010-08-27 2012-03-01 Chun-Chieh Chang Advanced high durability lithium-ion battery
DE102010044080A1 (de) * 2010-11-17 2012-05-24 Varta Microbattery Gmbh Herstellungsverfahren für Elektroden
US9001495B2 (en) 2011-02-23 2015-04-07 Fastcap Systems Corporation High power and high energy electrodes using carbon nanotubes
CA2838558C (en) 2011-05-24 2022-08-30 Fastcap Systems Corporation Power system for high temperature applications with rechargeable energy storage
JP2014523841A (ja) 2011-06-07 2014-09-18 ファーストキャップ・システムズ・コーポレイション ウルトラキャパシタのためのエネルギー貯蔵媒体
KR102413496B1 (ko) 2011-07-08 2022-06-24 패스트캡 시스템즈 코포레이션 고온 에너지 저장 장치
US9558894B2 (en) 2011-07-08 2017-01-31 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolyte systems and their use in energy storage devices
US8932750B2 (en) * 2011-07-27 2015-01-13 Fastcap Systems Corporation Aluminum housing with a hermetic seal
EP2752914A4 (en) * 2011-08-31 2015-07-01 Lg Chemical Ltd SECONDARY BATTERY WITH IMPROVED LONG-TERM RELIABILITY TO HUMIDITY PERMEABILITY
US9312524B2 (en) * 2011-09-20 2016-04-12 R. W. Beckett Corporation Mobile battery modules for high power applications
JP5909985B2 (ja) * 2011-10-17 2016-04-27 ソニー株式会社 電池および電池の製造方法ならびに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
KR20130047151A (ko) * 2011-10-31 2013-05-08 에스케이이노베이션 주식회사 배터리셀, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 배터리 모듈
CN104024573B (zh) 2011-11-03 2018-05-15 快帽系统公司 生产测井仪
US9209434B2 (en) 2011-11-17 2015-12-08 Fastcap Systems Corporation Mechanical hermetic seal
DE102013202062A1 (de) * 2013-02-08 2014-08-14 Robert Bosch Gmbh Akkumulatorzelle und Akkumulatormodul
US10872737B2 (en) 2013-10-09 2020-12-22 Fastcap Systems Corporation Advanced electrolytes for high temperature energy storage device
EP4325025A3 (en) 2013-12-20 2024-04-24 Fastcap Systems Corporation Electromagnetic telemetry device
US11270850B2 (en) 2013-12-20 2022-03-08 Fastcap Systems Corporation Ultracapacitors with high frequency response
US10205140B2 (en) * 2014-02-19 2019-02-12 Delta Electronics, Inc. Cell and manufacture method thereof
US11569541B2 (en) 2014-06-30 2023-01-31 Black & Decker Inc. Battery pack for a cordless power tool
US10388920B2 (en) 2014-08-26 2019-08-20 Cps Technology Holdings Llc Collar for sealing a battery module
US10340483B2 (en) 2014-08-26 2019-07-02 Cps Technology Holdings Llc Welding process for sealing a battery module
WO2016057983A2 (en) 2014-10-09 2016-04-14 Fascap Systems Corporation Nanostructured electrode for energy storage device
CN107533919A (zh) 2015-01-27 2018-01-02 快帽系统公司 宽温度范围超级电容器
DE102015201655A1 (de) 2015-01-30 2016-08-04 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle und Batteriesystem
KR102052328B1 (ko) * 2015-12-18 2019-12-05 로베르트 보쉬 게엠베하 파우치 셀을 위한 벽관통형 집전 장치
CN107615510B (zh) * 2015-12-31 2021-01-22 深圳市大富精工有限公司 电池、电池壳以及电池壳焊接方法
CN107615512B (zh) * 2015-12-31 2021-01-22 深圳市大富精工有限公司 一种电池及其电池壳
CN206200893U (zh) * 2016-10-20 2017-05-31 布兰特·戈登·麦克阿瑟 一种可配合家用电钻使用的电动凿具
JP7554556B2 (ja) 2016-12-02 2024-09-20 ファーストキャップ・システムズ・コーポレイション 複合電極
FR3067170A1 (fr) * 2017-06-02 2018-12-07 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Traversee formant borne pour accumulateur electrochimique metal-ion, integrant une soupape de liberation des gaz, accumulateur associe
CN111052453B (zh) * 2017-08-30 2022-08-30 三洋电机株式会社 密闭电池及其制造方法
JP7396270B2 (ja) * 2018-05-02 2023-12-12 株式会社ジェイテクト リチウムイオン二次電池
KR102389409B1 (ko) * 2019-02-25 2022-04-22 주식회사 엘지에너지솔루션 벤팅 장치
US11557765B2 (en) 2019-07-05 2023-01-17 Fastcap Systems Corporation Electrodes for energy storage devices
JP7208200B2 (ja) * 2020-09-09 2023-01-18 プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 電池および該電池が備える電池ケースと、該電池ケースを構築するための電池ケース部材
CN116231240B (zh) * 2023-04-25 2023-10-31 长沙市雄晟机械科技有限公司 一种动力电池电极的除胶转镍方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE457672A (ko) * 1946-01-18
JPS5918576A (ja) * 1982-07-23 1984-01-30 Hitachi Ltd 多電位固体電池
US5059885A (en) * 1989-08-23 1991-10-22 Motorola, Inc. Battery charger with battery positioning and support apparatus
JP3553719B2 (ja) * 1996-01-30 2004-08-11 株式会社リコー 薄形リチウム電池および該電池の製造法
DE69833604T2 (de) * 1997-11-05 2006-12-21 Philips Consumer Communications France Batterieeinheit und tragbare batteriebetriebene Vorrichtung mit einer solchen Batterieeinheit
KR100628581B1 (ko) * 1998-02-05 2006-09-27 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 전지케이스용 시트 및 전지장치
JP4026786B2 (ja) * 1998-03-13 2007-12-26 株式会社リコー 扁平薄型角型電池
KR100382065B1 (ko) * 1998-07-29 2003-07-18 삼성에스디아이 주식회사 리튬2차전지
KR100291918B1 (ko) * 1998-08-29 2001-06-01 김순택 플라스틱리튬이온전지의외장재
KR100342045B1 (ko) * 1999-04-16 2002-06-27 김순택 2차전지

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101110406B1 (ko) * 2007-06-13 2012-02-24 도요타지도샤가부시키가이샤 전지 셀 및 전원 공급 장치
US8252457B2 (en) 2007-06-13 2012-08-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery cell and power supply
KR20150076101A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 가부시끼가이샤 도시바 비수전해질 전지, 조전지 및 축전지 장치

Also Published As

Publication number Publication date
US20050164081A1 (en) 2005-07-28
US6924059B1 (en) 2005-08-02
US7458996B2 (en) 2008-12-02
EP1089362A1 (en) 2001-04-04
DE60021239D1 (de) 2005-08-18
US20060006837A1 (en) 2006-01-12
TW497286B (en) 2002-08-01
KR100407316B1 (ko) 2003-11-28
CN1150640C (zh) 2004-05-19
EP1089362B1 (en) 2005-07-13
DE60021239T2 (de) 2006-05-24
US7060117B2 (en) 2006-06-13
CN1291797A (zh) 2001-04-18

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