KR19990077689A - 비수성 전해액 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

양극 집전체의 하나 이상의 주면 (主面) 상에 형성된 양극 합제층 (合劑層)을 갖는 대상 (帶狀) 양극 및 음극 집전체의 하나 이상의 주면 상에 형성된 음극 합제층을 갖는 대상 음극을 적층하고, 형성된 적층물을 양극이 코일 전극의 최외주부 (最外周部)에 위치하도록 감아 형성시킨 코일 전극을 포함하고, 상기에서, 양극 합제층이 양극의 최외주 단부에 인접한 위치 및(또는) 양극의 최내주 (最內周)단부에 인접한 위치에서는 집전체의 한 주면에만 형성되어 있고, 양극 합제층이 양극의 최외주 단부에서는 양극 집전체 상에 형성되어 있지 않고, 양극 집전체만이 형성되어 있고, 음극 합제층이 음극의 최외주 단부에서는 음극 집전체 상에 형성되어 있지 않고, 음극 집전체만이 형성되어 있고, 음극의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부가 코일 전극의 내주에서 코일 전극의 외주를 향하는 방향으로 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치한 비수성 전해액 이차 전지.

Description

비수성 전해액 이차 전지 {Non-aqueous Electrolyte Secondary Battery}
본 발명은 대상 (帶狀) 양극과 음극을 이들 사이에 격리판이 게재하고, 최외층이 양극이 되도록 적층시켜 형성한 코일 전극을 포함하는 비수성 전해액 이차 전지에 관한 것이다.
이제껏 전자 기기용 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 납 전지였다. 최근에 이루어진 전지 기술의 진보는 전자 기기의 고성능화, 소형화, 휴대 가능한 구조의 실현을 초래하였다. 그 결과, 전자 기기용 이차 전지의 에너지 밀도 증대가 요구되고 있다. 그러나, 니켈-카드뮴 전지와 납 전지는 방전 전압이 낮기 때문에 에너지 밀도를 만족스럽게 상승시킬 수 없는 문제가 있다.
근래에 들어, 비수성 전해액 이차 전지가 방전 전압을 높이고, 자기 방전이 적고, 반복 작업에 대한 긴 수명을 실현할 수 있을 것으로 기대되어 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다. 비수성 전해액 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지와 납 전지 대신에 사용되었다. 비수성 전해액 이차 전지는 리튬 이온을 도핑/탈도핑할 수 있는 탄소 재료와 같은 물질로 제조된 음극, 및 복합 리튬-코발트 산화물과 같은 복합 리튬 산화물로 제조된 양극을 포함한다.
상기한 바와 같이, 비수성 전해액 이차 전지는 중부하 방전과 사이클 수명이 우수한 특성을 가져야 한다. 그러므로, 상기 비수성 전해액 이차 전지의 전극 구조는 통상적으로 도 1에 도시된 코일 전극 구조로 형성된다. 도 1에 도시된 대상 양극 (103)이 집전체 (101)의 양면에 각각 양극 혼합물을 도포하여 형성된 양극 혼합층 (102a 및 102b)를 포함한다. 대상 음극 (106) 또한 유사하게 집전체 (104)의 양면에 각각 양극 혼합물을 도포하여 형성된 음극 혼합층 (105a 및 105b)를 포함한다. 양극 (103)과 음극 (106)은 격리판 (107)을 개재시킨 채 감겨 코일 전극 (108)을 형성한다. 이 때, 충전 작업 중에 리튬이 퇴적되어 발생하는 내부 회로 단락은 방지되어야만 한다. 그러므로, 양극 (103)에 대향하는 음극 (106)의 길이는 양극 (103)보다 길게 제조된다.
상기 코일 전극 (108)은 최내층 및 최외층을 형성하는 음극 (106)을 포함한다. 그러므로, 충/방전에 관여하지 않는 미반응 음극 활성 물질을 함유하는 부분들은 음극 (106)의 최외층과 최내층의 단부에 인접하게 존재한다. 그러므로, 전지의 내부가 효과적으로 사용될 수 없다. 그 결과, 에너지 밀도를 충분히 높일 수 없는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 일 기술이 일본 특허 공개 제5-234620호에 개시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 대상 양극 (113)은 집전체 (111)의 양면에 각각 양극 합제 (合劑)를 도포하여 형성시킨 양극 합제층 (合劑層) (112a 및 12b)를 포함한다. 양극 (113)과 음극 (116)을 격리판 (117)을 개재시킨 채 감아 코일 전극 (118)을 형성시켰다. 코일 전극 (118)의 충/방전이 수행되는 최외층 전극에는 양극 (113)이 배치되어 있다. 또한, 양극의 최외주 단부 (113a)에 인접한 부분 및(또는) 최내주 단부 (113b)에 인접한 부분은 양극 합제 (112a) (이 경우에는 안쪽 양극 합제층 (112a)만)가 집전체 (111)의 한 주면 (主面)에만 형성되도록 되어 있다. 그러므로, 전지 중의 미반응 음극 활성 물질의 양이 감소될 수 있다. 그 결과, 전지의 내부가 효과적으로 사용되고 따라서 에너지 밀도가 증가된다.
그러나, 상기 코일 전극은 도 2에 도시된 바와 같이, 음극 (116)의 최외주 단부(116a)가 집전체 (114)에 의해서만 형성되는 구조를 갖는다. 음극 리드 (119)는 집전체 (114)의 상면에 제공되어 있다. 또한, 양극 (113)이 집전체 (111)에 의해서만 형성된 최외층 단부 (113a)를 갖는다. 따라서, 돌출부가 양극 (113)의 집전체 (111)와 접촉하게 되어 바람직하지 않다. 이는 회로 단락이 쉽게 발생하는 원인이 된다. 그 결과, 불량률이 증가되며 신뢰도가 감소된다.
상기를 고려하여, 본 발명의 목적은 미반응 활성 물질의 양을 감소시켜 전지 중의 음극이 전지 내부를 효과적으로 사용하고 에너지 밀도를 증가시키며, 충방전 작업 수명을 연장시키고, 결함을 방지하며, 신뢰도를 개선시킨 비수성 전해액 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 양극 집전체의 하나 이상의 주면 상에 형성된 양극 합제층을 갖는 대상 양극 및 음극 집전체의 하나 이상의 주면 상에 형성된 음극 합제층을 갖는 대상 음극을 적층하고, 형성된 적층물을 양극이 코일 전극의 최외주부에 위치하도록 감아 형성시킨 코일 전극을 포함하고, 양극 합제층이 양극의 최외주 단부에 인접한 위치 및(또는) 양극의 최내주 단부에 인접한 위치에서 집전체의 한 주면에만 형성되어 있고, 양극 합제층이 양극의 최외주 단부에서는 양극 집전체 상에 형성되어 있지 않고, 양극 집전체만이 형성되어 있고, 음극 합제층이 음극의 최외주 단부에서 음극 집전체 상에 형성되어 있지 않고, 음극 집전체만이 형성되어 있고, 음극의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부가 코일 전극의 내주에서 코일 전극의 외주를 향하는 방향으로 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치한 비수성 전해액 이차 전지가 제공된다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 코일 전극이 음극의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부에 인접하게 음극 리드를 갖고, 이 음극 리드가 양극의 최외주 단부에 위치한 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치한 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 전후에 위치한 음극의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부에서 양극의 최외부 단부에 위치한 양극 집전체의 최외주 단부까지의 거리 L이 관계식 0 < L ≤ πd를 만족시키는 구조를 갖는 코일 전극의 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 음극 합제가 음극 재료 및 결합제를 함유한 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 음극 재료가 리튬 이온을 도핑/탈도핑시킬 수 있는 결정질 금속 산화물 및 무정형 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질인 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 양극 합제가 양극 재료, 도전재 및 결합제를 함유하는 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 양극 재료가 LiMO2(여기서, M은 Co, Ni, Mn, Fe, Al, V 및 Ti 중 1종 이상임) 및 Li를 함유하는 내측 화합물로 이루어진 군으로 선택되는 1종 이상의 물질인 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 격리판이 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 제조된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 양극 집전체가 알루미늄, 스테인레스강 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 제조된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 음극 집전체가 구리, 스테인레스강 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 제조된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 비수성 전해액 이차 전지는 전해질을 비수성 용매 중에 용해시켜 제조한 비수성 전해액을 포함하고, 상기 비수성 용매는 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 디에틸카르보네이트, γ-부티로락톤, 테트라히드로퓨란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 디에틸에테르, 술포란, 메틸술포란, 아세토니트릴 및 프로피오니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질인 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 전해질이 LiClO4, LiAsF6, LiPF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, LiCl, LiBr, LiSO3CH3및 LiSO3CF3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질인 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점이 첨부된 도면을 참고로하여 기재된 하기 바람직한 실시 양태의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 종래의 비수성 전해액 이차 전지의 구조를 도시하는 단면도.
도 2는 다른 종래의 비수성 전해액 이차 전지의 구조를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 구조를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 구조를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 양극 집전체를 포함하는 부분을 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 양극 집전체
2a, 2b: 양극 합제층
3: 양극
3a, 6a: 최외주 단부
4: 음극 집전체
5a, 5b: 음극 합제층
6: 음극
7: 격리판
12: 양극 리드
13: 음극 리드
15: 코일 전극
본 발명의 실시 양태를 도면을 참고로 하여 기재할 것이다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 실시 양태가 도 3에 도시되어 있다.
도 3에 도시된 이 실시 양태의 비수성 이차 전지는 양극 집전체 (1)의 양면 상에 형성된 양극 합제층 (2a 및 2b)를 갖는 양극 (3)을 포함한다. 또한, 음극 (6)은 음극 집전체 (4)의 양면 상에 형성된 음극 합제층 (5a 및 5b)를 포함한다. 양극 (3)과 음극 (6)은 격리판을 개재시킨채 감겨 있다. 격리판 (7)은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로 제조된 미세 다공성 필름이다. 이로써, 코일 전극이 형성된다. 절연 부재 (8)을 코일 전극의 2개 세로 면 상에 배치한 후, 절연 부재 (8)을 갖는 코일 전극을 전지 캔 (9) 내에 수납한다.
전지 커버 (10)을 밀봉 가스킷 (11)을 통해 주름지게 하여 전지 커버 (10)을 전지 (9)에 결합시킨다. 전지 커버 (10)과 전지 캔 (9)는 양극 (3)과 음극 (6)에 각각 양극 리드 (12) 및 음극 리드 (13)을 통해 전기적으로 접속된다.
안전 단위로서 전류 제한 박판 (14)가 이 실시 양태의 전지에 제공된 것이 주목된다. 양극 리드 (12)는 전류 제한 박판 (14)에 용접되어 전류 제한 박판 (14)를 통해 전지 커버 (10)에 전기적으로 접속된다.
상기 구조를 갖는 전지 중의 압력이 증가되면, 전류 제한 박판 (14)이 위로 밀려 변형된다. 따라서, 양극 리드 (12)를 전류 제한 박판 (1)에 용접된 부분이 남아 있도록 절단한다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 단면 구조가 도 4에 도시되어 있다. 본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지에서는, 양극 합제층 (2a)가 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)및(또는) 최내주 단부 (3b)에 인접한 위치에서 양극 집전체 (1)의 (내부 상의) 한개 주면에만 형성되어 있다 (도 4 참조). 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)에는 양극 집전체 (1) 상에 양극 합제층이 형성되어 있지 않다. 또한, 음극 (6)의 최외주 단부 (6a)에서 음극 집전체 (4) 상에 음극 합제층이 형성되어 있지 않다. 즉, 음극 집전체 (4)만이 최외주 단부 (6a)에 형성되어 있다.
음극 (6)의 최외주 단부 (6a)인 음극 집전체 (4)의 최외주 단부는 코일 전극 (15)의 내주에서 외주 방향으로 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)인 양극 집전체 (1)의 최외주 단부보다 전방에 위치한다.
상기한 바와 같이, 양극 합제층 (2a)은 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)에 인접한 위치 및(또는) 최내주 단부 (3b)에 인접한 위치에서 양극 집전체 (1)의 한개 주면에만 형성되어 있다. 그러므로, 양극 집전체 (1)의 양면에 모두 양극 합제를 도포해야할 필요성이 배제될 수 있다. 양극 합제층 (2a)가 도포될 부분은 도 5에 도시된 바와 같이 양극 집전체 (1)의 주면에 형성되어야만 한다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지에서, 음극 리드 (13)은 코일 전극 (15)의 음극 (6)의 최외주 단부 (6a)인 음극 집전체 (4)의 최외주 단부에 인접하게 형성된다. 음극 리드 (13)은 코일 전극 (15)의 내주에서 외주 방향으로 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)인 양극 집전체 (1)의 최외주 단부보다 전방에 위치한다. 본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 양극 (3)의 양극 리드 (도시안됨)가 내부에 배치되는 구조를 가짐이 주목된다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 코일 전극 (15) 내의 특정 거리에 대한 가정을 기재할 것이다. 이 거리는 코일 전극 (15)의 내주에서 외주를 향하는 길이 방향으로의 거리이다. 음극 (6)의 최외주 단부 (6a)인 음극 집전체 (4)의 최외주 단부로부터 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)인 양극 집전체 (1)의 최외주 단부까지의 거리를 L이라 한다. 또한, 코일 전극 (15)의 직경을 d라 한다. 0 < L ≤ πd의 관계가 성립되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 코일 전극 (15)을 포함한다. 코일 전극 (15)는 대상 양극 (3)과 대상 음극 (6)을 격리판 (7)을 사이에 두고 적층하여 형성시킨다. 양극 합제층 (2a)가 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)에 인접한 위치 및(또는) 최내주 단부 (3b)에 인접한 위치에서 양극 집전체 (1)의 한개 주면 상에만 형성된다. 또한, 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)에서는 양극 집전체 (1) 상에 양극 합제가 형성되지 않는다. 양극 집전체 (1)만이 최외주 단부 (3a)에 형성된다. 또한, 음극 (6)의 최외주 단부에서는 음극 집전체 (4) 상에 음극 합제층이 형성되지 않는다. 음극 집전체 (4)만이 최외주 단부 (6a) 상에 형성된다.
음극 (6)의 최외주 단부 (6a)인 음극 집전체 (4)의 최외주 단부는 코일 전극 (15)의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)인 양극 집전체 (1)의 최외주 단부보다 전방에 위치한다. 그러므로, 전지 내의 미반응 음극 활성 재료의 양이 감소될 수 있다. 그 결과, 전지 내의 유효 면적이 확대될 수 있다. 전지의 내부가 효과적으로 사용될 수 있고, 에너지 밀도가 증가되고, 충방전 작업 수명이 연장된다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 음극 (6)의 최외주 단부 (6a)인 음극 집전체 (4)의 최외주 단부에 인접하게 형성된 음극 리드 (13)을 포함한다. 음극 리드 (13)은 코일 전극 (15)의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)인 양극 집전체 (1)의 최외주 단부보다 전방에 위치한다. 그러므로, 음극 리드 (13)이 코일 전극 (15)과 전지 캔 (9) 사이에 배치된 격리판 (7)을 관통한 경우에도, 음극 리드 (13)이 음극이기도한 전지 캔 (9)와만 접촉하게된다. 그 결과, 내부 회로 단락이 발생되지 않고, 결함이 발생되지 않으며, 신뢰도가 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 코일 전극 (15)에서, 음극 (6)의 최외주 단부 (6a)인 음극 집전체의 최외주 단부와 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)인 양극 집전체 (1)의 최외주 단부는 코일 전극 (15)의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 전후에 위치한다. 음극 집전체 (4)의 최외주 단부에서 양극 집전체 (1)의 최외주 단부까지의 거리를 L이라 하였다. 코일 전극 (15)의 직경을 d라 하였다. 이 때, 관계식 0 < L ≤πd를 만족시키는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 사용하면, 내부 회로 단락이 발생하지 않고, 에너지 밀도가 추가 증가되고, 충방전 작업 수명이 추가 연장될 수 있다.
음극 (6)의 최외주 단부 (6a)인 음극 집전체 (4)의 최외주 단부에서 양극 (3)의 최외주 단부 (3a)인 양극 집전체 (1)의 최외주 단부까지의 거리 L이 상기 범위보다 짧은 경우를 고려할 것이다. 이러한 경우에는 양극 집전체 (1)의 최외주 단부가 음극 집전체 (4)의 최외주 단부에 겹친다.
그러므로, 에너지 밀도가 감소되지 않아도 불량률이 증가한다. 거리 L이 상기 범위보다 긴 경우에는, 음극 (6)과 양극 (3)이 서로 대향하지 않는 부분이 많이 발생될 것이다. 그러므로, 불량률이 감소되지 않아도 에너지 밀도가 바람직하지 못하게 낮아질 것이다.
본 발명에 따른 양극 (3)과 음극 (6)은 상기 구조를 갖는다. 양극 (3)과 음극 (6)을 구성하는 합제층과 집전체들은 공지된 재료일 수 있다. 양극 합제층 (2a 및 2b)는 리튬 이온을 도핑/탈도핑할 수 있는 양극 재료, 도전재 및 결합제를 함유한다.
양극 재료는 Li를 충분한 양으로 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, LiMO2(여기서, M은 Co, Ni, Mn, Fe, Al, V 및 Ti 중 1종 이상임)로 나타내지고, Li와 전이 금속으로 구성된 복합 금속 산화물 또는 Li를 함유하는 내층 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
양극에 도전성을 부여하는 도전재 및 양극 재료를 양극 집전체에 유지시키는 결합제는 공지된 재료일 수 있다.
도전재는 흑연 또는 카본 블랙일 수 있고, 결합제는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 불소 수지일 수 있다.
음극 합제층 (5a 및 5b)는 리튬이온을 도핑/탈도핑시킬 수 있는 음극 재료 및 결합제를 함유한다.
음극 재료는 탄소 재료일 수 있다. 탄소 재료는 예를 들면, 피로카본, 코우크스 (피치 코우크스, 니들 코우크스 및 석유 코우크스), 흑연, 유리질 탄소, 소성 유기 중합체 화합물 (페놀 수지, 푸란 수지 등을 소성시켜 얻어지는 물질), 탄소 섬유 및 활성 탄소가 있다. 음극 재료는 리튬 이온을 도핑/탈도핑시킬 수 있는 결정질 금속 산화물 또는 무정형 금속 산화물과 상기 탄소 재료일 수 있다.
음극 재료를 음극 집전체에 유지시키는 결합제는 공지된 물질일 수 있다. 예를 들면, 결합제는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 불소 수지일 수 있다.
본 발명에 따른 전지는 전해질을 유기 용매와 같은 비수성 용매 중에 용해시킬 수 있는 공지된 비수성 전해액을 함유한다.
유기 용매는 특별히 제한되지 않는다. 유기 용매는 예를 들면, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 디에틸카르보네이트, γ-부티로락톤, 테트라히드로퓨란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 디에틸에테르, 술포란, 메틸술포란, 아세토니트릴 및 프로피오니트릴이 있다. 상기 물질 중 임의의 것을 사용할 수 있고 또는 그의 혼합물을 혼합 용매로서 사용할 수 있다.
전해질은 특별히 제한되지 않는다. 전해질은 예를 들면, LiClO4, LiAsF6, LiPF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, LiCl, LiBr, LiSO3CH3및 LiSO3CF3이 있다.
격리판 (7)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 재료는 예를 들면, 직물, 부직물 또는 합성 수지로 제조된 미세 다공성 필름이 있다. 특히 합성 수지로 제조된 미세 다공성 필름이 바람직한 재료이다. 또한, 폴리올레핀 미세 다공성 필름이 요구되는 두께, 형성된 필름의 강도 및 필름 내성을 고려할 때 바람직한 재료이다. 구체적으로 하기 물질을 사용할 수 있다: 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 제조된 미세 다공성 필름 또는 상기 물질의 혼합물로 제조된 미세 다공성 필름.
전극 집전체의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 박판 구조, 메쉬 구조 또는 팽창 금속으로 제조된 망상 구조를 사용할 수 있다. 양극 집전체 (1)은 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스강 또는 니켈로 제조하는 것이 바람직하다. 음극 집전체 (4)는 예를 들면, 구리, 스테인레스강 또는 니켈로 제조하는 것이 바람직하다.
전지 캔 (9)는 철, 니켈, 스테인레스강 또는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 전기화학적 부식이 상기 재료를 함유한 비수성 전해액 중에서 전지 작업 중에 일어날 수 있다면 도금을 실시할 수 있다.
<실시예>
<샘플 제조>
샘플 1
먼저, 음극을 하기와 같이 제조하였다.
석유 피치를 출발 물질로 사용하였고, 이 백금 피치를 소성시켜 조립상의 피치 코우크스를 얻었다. 조립상 피치 코우크스르르 분쇄하여 평균 입도가 40 ㎛인 분말을 얻었다. 이어서, 얻어진 분말을 1000℃에서 불활성 기체 중에 소성시켜 불순물을 제거하였다. 그 결과, 코우크스 분말을 얻었다.
이어서, 음극 활성 물질 담체로서 상기 얻어진 코우크스 분말 90 중량부를 결합제인 폴리비닐리덴 플루오라이드 10 중량부와 혼합하였다. 음극 합제를 제조한 후 용매로서 N-메틸피롤리돈 중에 분산시켰다. 그 결과, 음극 합제 슬러리를 얻었다. 음극 합제 슬러리를 두께 10 ㎛의 대상 동판인 음극 집전체의 양면에 도포하였다. 도포된 용액을 건조시켰다. 음극 집전체를 롤러 프레싱기로 압착성형하였다. 그 결과, 폭 41.5 ㎜, 길이 250 ㎜의 대상 음극을 얻었다. 음극 집전체의 각 면 상의 음극 합제층 두께는 105 ㎛였다. 음극의 음극 집전체 상의 최외주 단부에는 음극 합제층이 형성되지 않았다. 음극 집전체만으로 형성된 부분을 얻었다.
한편, 양극을 하기와 같이 제조하였다.
탄산리튬 0.05 몰 및 탄산코발트 1 몰을 서로 혼합하고, 혼합물을 900℃의 공기 중에서 5 시간 동안 소성시켰다. 그 결과, LiCoO2를 얻었다.
얻어진 LiCoO2를 양극 활성 물질로 사용하였고, LiCoO291 중량부, 도전제로서 흑연 6 중량부 및 결합제로서 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF) 3 중량부를 한데 혼합하였다. 이로써, 양극 합제를 제조하였다. 이어서, 얻어진 양극 합제를 N-메틸피롤리돈 중에 분산시켜 양극 합제 슬러리를 얻었다. 양극 합제 슬러리를 두께 20 ㎛의 대상 알루미늄 박판인 양극 집전체의 오직 한면에 길이 247 ㎜의 영역으로 도포하였다. 이어서, 양극 합제 슬러리를 건조시켰다. 그 후, 양극 합제 슬러리를 양극 집전체의 나머지 주면에 상기 양극 합제 슬리러와 도포개시 위치를 일치시켜 길이 167 ㎜의 영역으로 도포하였다. 양극 합제 슬러리를 건조시킨 후, 양극 집전체의 양면을 롤로 압착하여 양극 집전체를 압착성형시켰다. 그 결과, 폭 39.5 ㎜의 대상 양극을 얻었다. 양극은 길이 167 ㎜의 부분에 각각 양극 합제층이 형성된 양면을 가졌다. 각 면에 양극 합제층이 형성된 양극 부분의 길이는 80 ㎜였다. 양극은 양극 합제층은 형성되지 않고 양극 집전체만이 형성된 부분을 갖는 최외주 단부와 최내주 단부를 가졌다.
이렇게 제조된 대상 양극과 음극을 각각 두께 25 ㎛, 폭 44 ㎛이고, 미세 다공성 폴리프로필렌 필름인 두개의 격리판과 적층시켰다. 적층물은 음극, 격리판, 양극 및 격리판의 순으로 차례대로 적층되어 형성된 4개 층을 가졌다. 적층물을 길이 방향으로 여러회 감았다. 그리하여, 양극 집전체의 한면만이 양극 합제층을 갖는 부분이 먼저 감기고 음극이 안쪽에 놓인 구조를 갖는 나선형을 형성시켰다. 가장 바깥쪽 격리판의 단부를 테이프로 고정시켰다. 이로써, 코일 전극을 완성하였다. 코일 전극의 음극은 양극보다 길었다. 따라서, 코일 전극의 내주에서 외주 방향으로, 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부가 양극 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치하는 것이 당연하다.
코일 집전체의 외경은 13 ㎜인 반면 코일 집전체의 중심부에 형성된 중공부 내경은 3.5 ㎜였다. 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부와 증극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부는 35 ㎜ 길이 동안 전 후 방향으로 서로 이격되어 위치한다.
이 실시 양태에서, 음극 리이드는 음극의 최외주 단부에 위치시켰고 양극 리드는 양극의 최외주 단부에 위치시켰다.
이렇게 제조된 코일 전극을 니켈 도금한 철 전지 캔에 수납하였다. 절연판을 코일 전극의 상부와 상부에 각각에 배치하였다. 양극 리드를 용접에 의해 전지 커버에 접속하였고, 음극 리드는 용접에 의해 전지 캔에 접속하였다.
이어서, 동량의 포르필렌 카르보네이트와 디에틸 카르보네이트를 함유한 혼합 용매 중에 LiPF6을 1 몰/ℓ의 농도로 용해시켜 비수성 전해액을 제조하였다. 비수성 전해액 3.0 g을 전지 캔 중에 주입하여 코일 전극 내로 함침시켰다. 이어서, 전지 캔을 아스팔트를 도포한 절연 실링 카스킷을 통해 주름지게하여 전지 커버를 고정시켰다. 전지 내의 기밀성을 유지하였다.
이로써, 원통형 비수성 전해액 이차 전지 (직경: 14 ㎜, 높이: 50 ㎜)를 제조하였다. 이 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 편의상 샘플 1로 칭하였다.
샘플 2, 3, 4-6, 11 및 12
음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부까지의 거리를 표 1에 제시된 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고 샘플 1의 제조 방법과 유사한 방법으로 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 제조하였다. 상기 이차 전지를 샘플 4-6, 11 및 12로 칭하였다. 비교를 위해, 샘플 1의 제조 방법과 유사한 방법으로 비수성 전해액 이차 전지를 제조하였다. 이 때, 표 1에 제시된 바와 같이, 원통형 비수성 전해액 이차 전지들은 샘플 1과 하기 사항에서 달랐다: 음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부까지의 거리가 2 ㎜임; 양극 집전체의 가장 바깥쪽 부분이 음극 집전체와 겹침; 음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부까지의 거리가 0 ㎜임; 음극 집전체의 단부와 양극 집전체의 단부의 가장 바깥쪽 위치가 서로 일치함. 상기 비교 샘플들을 편의상 샘플 2 및 3으로 칭하였다. 샘플 4-6, 11, 12, 2 및 3은 양극의 양면 상에 형성된 양극 합제층의 길이와 음극의 양면 상에 형성된 음극 합제층의 길이를 조정함으로써 코일 전극의 외경이 13 ㎜이도록 제조하였다.
양극의 최내주 단부에서 양극의 각면 상에 형성된 양극 합제층의 길이 (㎜) 양극의 최외주 단부에서 양극의 각면에 형성된 양극 합제층의 길이 (㎜) 양극의 양면 상에 형성된 양극 합제층의 길이 (㎜)
샘플 1 80 0 167
샘플 2 80 0 167
샘플 3 80 0 167
샘플 4 60 0 182
샘플 5 40 0 197
샘플 6 20 0 201
샘플 7 0 5 205
샘플 8 0 15 202
샘플 9 0 50 176
샘플 10 40 10 194
샘플 11 60 0 179
샘플 12 60 0 177
샘플 13 60 0 176
샘플 14 395 - 0
샘플 15 395 - 0
음극의 양면 상에 형성된 음극 합제층의 길이 (㎜) 음극 각면 상에 형성된 음극 합제층의 길이 (㎜) 음극 최외주 단부로부터 양극 최외주까지의 거리 (㎜)
샘플 1 250 0 35
샘플 2 250 0 -2
샘플 3 250 0 0
샘플 4 245 0 15
샘플 5 240 0 10
샘플 6 224 0 17
샘플 7 213 0 33
샘플 8 220 0 35
샘플 9 229 0 50
샘플 10 247 0 5
샘플 11 243 0 27
샘플 12 241 0 38
샘플 13 239 0 43
샘플 14 0 398 35
샘플 15 0 398 0
에너지 밀도율 (%) 불량률 (%)
샘플 1 100.0 3
샘플 2 100.0 20
샘플 3 100.0 18
샘플 4 102.4 3
샘플 5 104.8 1
샘플 6 101.9 1
샘플 7 100.2 2
샘플 8 101.2 2
샘플 9 97.1 1
샘플 10 105.8 6
샘프 11 101.0 1
샘플 12 100.0 2
샘플 13 99.5 3
샘플 14 95.0 2
샘플 15 95.0 20
샘플 7-9
양극 합제층이 양극의 최내주 단부에 인접한 면에만 형성된 구조를 갖는 것을 제외하고 샘플 1의 제조 방법과 유사한 공정을 실시하였다. 또한, 음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부 가지의 거리를 표 1에 제시된 바와 같이 변화시켰다. 그리하여, 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 제조하였다. 이렇게 제조된 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 편의상 샘플 7-9로 칭하였다. 샘플 7-9는 양극의 양면 상에 형성된 양극 합제층의 길이와 음극의 양면 상에 형성된 음극 합제층의 길이를 조정하여 코일 전극의 외경이 13 ㎜이도록 제조된 구조를 가졌다.
샘플 10
양극의 최내주 및 최외주 단부에 인접한 면에만 양극 합제층이 형성된 구조를 제외하고는 샘플 1의 제조 방법과 유사한 방법으로 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 제조하였다. 또한, 음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부까지의 거리는 표 1에 제시된 바와 같이 변화시켰다. 이렇게 제조된 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 편의상 샘플 10으로 칭하였다. 샘플 10은 양극의 양면 상에 형성된 양극 합제층의 길이를 조정하여 코일 전극의 외경이 13 ㎜이도록 제조된 구조를 가졌다.
샘플 14 및 15
양극과 음극의 한 면에만 그 길이 전체에 양극 합제층이 형성된 구조를 제외하고는 샘플 1의 제조 방법과 유사한 방법으로 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 제조하였다. 또한, 음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부까지의 거리는 표 1에 제시된 바와 같이 변화시켰다. 이렇게 제조된 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 편의상 샘플 14 및 15로 칭하였다. 샘플 14 및 15는 양극의 양면 상에 형성된 양극 합제층의 길이를 조정하여 코일 전극의 외경이 13 ㎜이도록 제조된 구조를 가졌다.
<샘플 평가>
샘플 1-15를 각각 충전 전류 300 ㎃로 충전 전압 4.20 V에서 8 시간 충전하고 나서 샘플들을 부하 600 ㎃로 2.75 V까지 방전시켰다. 그리하여, 에너지 밀도를 측정하였다. 샙플 3의 결과를 100으로 하여 나머지 샘플 전지의 에너지 밀도를 구하였다. 결과를 역시 표 1에 제시하였다. 또한, 각 전지의 불량률을 구하고 그 결과를 역시 표 1에 제시하였다.
표 1에 제시된 결과를 사용하여 샘플 2, 3 및 15와 본 발명에 따른 샘플 1, 4-14를 비교하였다. 샘플 2,3 및 15는 음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부까지의 거리가 -2 ㎜인 구조를 가졌다. 그러므로, 양극 집전체의 최외주부이 음극 집전체에 겹쳤다. 이에 대해, 음극의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부까지의 거리가 0 ㎜이었다. 그러므로, 음극 집전체의 단부와 양극 집전체의 단부의 최외주부이 서로 일치하였다. 본 발명에 따른 샘플 1 및 4-14는 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부가 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 양극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치하도록 제조되었다. 비교 결과, 본 발명에 따른 샘플은 에너지 밀도의 저하 없이 불량률을 현저히 감소시킬 수 있었다.
본 발명에 따른 샘플 1 및 4-14는 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부가 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 양극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치하는 구조를 가졌다. 상기 샘플 1 및 4-14 중에 샘플 1, 4-8 및 10-14는 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부까지의 거리 L이 0 < L ≤ πd (여기서, d는 코일 전극의 직경임)였다. 샘플 9는 상기 관계를 만족시키지 못했다. 상기 샘플들을 서로 비교할 때, 샘플 9는 에너지 밀도가 다소 감소하였다.
양극과 음극 모두 집전체의 한면에만 전극합제층이 형성된 샘플 14 및 15를 비교하였다. 전극합제층을 집전체의 한면에만 형성시킨 경우, 본 발명에 따른 샘플 14는 에너지 밀도의 저하 없이 불량률을 크게 감소시킬 수 있었다. 한편, 본 발명이 적용되지 않은 샘플 15는 불량률이 높았다.
상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구조는 대상 양극 및 음극을 격리판을 개재시킨 채 적층시킨 후, 적층물을 양극이 최외층을 형성하도록 감아 코일 전극을 형성한 구조이다. 또한, 양극 합제층이 양극의 최외주 단부에 인접한 위치 및(또는) 최내주 단부에 인접한 위치의 집전체 한개 주면 상에만 형성되어 있다. 양극의 최외주 단부에는, 양극 집전체 상에 양극 합제층이 형성되지 않았다. 다시 말해, 양극 집전체만이 형성되어 있다. 음극의 최외주 단부에는, 음극 집전체 상에 음극 집전체가 형성되지 않았다. 다시 말해 음극 집전체만이 형성되어 있다. 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로, 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부는 양극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치한다. 그리하여, 전지 중에 미반응 음극 활성 물질이 감소될 수 있다. 또한, 전지 중의 유효 면적이 대응하여 확대될 수 있다. 그러므로, 전지의 내부가 효과적으로 사용될 수 있어, 에너지 밀도가 증가된다. 이로써, 충방전 작업 수명이 연장된다.
본 발명에서, 음극 리드는 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부에 인접하게 형성된다. 음극 리드는 코일 전극의 내주에서 외주 방향으로, 양극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치한다. 그리하여, 음극 리드가 코일 전극과 전지 캔 사이에 배치된 격리판을 관통한 경우에도 음극 리드는 동일한 음극인 전지와만 접촉하게 된다. 그러므로, 내부 회로 단락이 발생하지 않고, 그 결과 아무 결함이 없다. 이로써, 신뢰도가 개선될 수 있다.
본 발명에서, 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부와 양극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부는 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 전후에 배치되어 있다. 음극 집전체의 최외주 단부에서 양극 집전체의 최외주 단부까지의 거리를 L이라 하고, 코일 전극의 직경을 d라 할 때, 0 < L ≤ πd의 관계가 성립된다. 그러므로, 에너지 밀도가 더욱 증가될 수 있고 충방전 작업 수명이 더욱 연장될 수 있다.
원통형 비수성 전해액 전지의 직경을 18 ㎜에서 20 ㎜로 변화시켜 제조된 원통형 비수성 전해액 이차 전지를 각각 평가하였다. 상기 샘플에서 관찰된 것과 유사한 경향이 관찰되었다.
타원형 코일 전극을 상기 코일 전극과 같이 제조하고 두께 9 ㎜, 폭 34 ㎜ 및 높이 48 ㎜의 직사각형 전지인 비수성 전해액 이차 전지를 제조하여 평가하였다. 음극의 최외주 단부인 음극 집전체의 최외주 단부를 양극의 최외주 단부인 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치시켰다. 서로 전후에 위치한 음극의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부로부터 양극의 최외주 단부에 위치한 양극 집전체의 최외주 단부까지의 거리는 원주보다 길지 않았다. 이 때, 에너지 밀도의 저하 없이 불량률이 감소될 수 있었다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 격리판을 사이에 두고 대상 양극과 대상 음극을 적층시키고, 형성된 적층물을 양극이 최외주부에 위치하도록 감아 형성시킨 코일 전극을 포함하며, 여기서, 양극의 최외주 단부에 인접한 위치 및(또는) 최내주 단부에 인접한 위치의 집전체 주면 한면에만 양극 합제층이 형성되어 있고, 양극의 최외주 단부의 양극 집전체 상에는 양극 합제층이 형성되어 있지 않고, 양극 집전체만이 형성되어 있고, 음극의 최외주 단부의 음극 집전체 상에는 음극 합제층이 형성되어 있지 않고, 음극 집전체만이 형성되어 있고, 음극의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부가 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 양극 집전체의 최외주 단부보다 앞에 위치한다. 그러므로, 전지 중의 미반응 음극 활성 물질이 감소될 수 있다. 이로써, 유효 전지 면적이 확대될 수 있다. 그러므로, 전지의 내부가 효율적으로 사용될 수 있고 에너지 밀도가 증가되며 충방전 작업 수명이 연장된다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지는 음극의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부에 인접하게 형성된 음극 리드를 포함하고, 음극 집전체가 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 양극 집전체의 최외주 단부보다 앞에 위치한다. 그리하여, 음극 리드가 코일 전극과 전지 캔 사이에 배치된 격리판을 관통한 경우에도 음극 리드는 동일한 음극인 전지와만 접촉하게 된다. 그러므로, 내부 회로 단락이 방지될 수 있고, 결함이 방지될 수 있으며, 신뢰도가 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 비수성 전해액 이차 전지의 코일 전극은 코일 전극의 내주에서 외주를 향하는 방향으로 서로 전후에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부에 위치한 음극 집전체의 최외주 단부에서 양극의 최외주 단부에 위치한 양극 집전체의 최외주 단부까지의 거리 L이 0 < L ≤ πd (여기서, d는 코일 전극의 직경임)의 관계를 만족시킨다. 그리하여, 내부 회로 단락이 방지될 수 있고, 에너지 밀도가 더욱 증가될 수 있고, 충방전 작업 수명이 더욱 연장될 수 있다.
본 발명을 특정 그의 바람직한 형태 및 구조를 특정 확실도를 갖고 기재하였으나, 이러한 바람직한 형태의 개시는 이후 청구되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 세부 구성과 부품 조합 및 배치 면에서 변화시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 양극 집전체의 하나 이상의 주면 (主面) 상에 형성된 양극 합제층 (合劑層)을 갖는 대상 (帶狀) 양극 및 음극 집전체의 하나 이상의 주면 상에 형성된 음극 합제층을 갖는 대상 음극을 적층하고, 형성된 적층물을 상기 양극이 코일 전극의 최외주부 (最外周部)에 위치하도록 감아 형성시킨 코일 전극을 포함하고,
    상기 양극 합제층은 상기 양극의 최외주 단부에 인접한 위치 및(또는) 상기 양극의 최내주 (最內周) 단부에 인접한 위치에서 상기 집전체의 한 주면에만 형성되어 있고, 상기 양극 합제층은 상기 양극의 최외주 단부에서 상기 양극 집전체 상에 형성되어 있지 않고, 상기 양극 집전체만이 형성되어 있고,
    상기 음극 합제층은 상기 음극의 최외주 단부에서 상기 음극 집전체 상에 형성되어 있지 않고, 상기 음극 집전체만이 형성되어 있고,
    상기 음극의 최외주 단부에 위치한 상기 음극 집전체의 최외주 단부는 상기 코일 전극의 내주에서 상기 코일 전극의 외주를 향하는 방향으로 상기 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치한 비수성 전해액 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일 전극이 상기 음극의 최외주 단부에 위치한 상기 음극 집전체의 최외주 단부에 인접한 음극 리드를 포함하고, 상기 음극 리드는 상기 양극의 최외주 단부에 위치한 상기 양극 집전체의 최외주 단부보다 전방에 위치한 비수성 전해액 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 코일 전극이 서로 상기 코일 전극의 내주부에서 상기 코일 전극의 외주를 향하는 방향으로 전후에 위치하는, 상기 음극의 최외주 단부에 위치한 상기 음극 집전체의 최외주 단부에서 상기 양극의 최외주 단부에 위치한 상기 양극 집전체의 최외주 단부까지의 거리 L이 0 < L ≤ πd (여기서, d는 코일 전극의 직경임)의 관계를 만족시키는 구조를 갖는 비수성 전해액 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 음극 합제가 음극 재료 및 결합제를 포함하는 비수성 전해액 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 음극 재료가 리튬 이온을 도핑/탈도핑시킬 수 있는 결정질 금속산화물 및 무정형 금속산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질인 비수성 전해액 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 양극 합제가 양극 재료, 도전재 및 결합제를 함유하는 비수성 전해액 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 양극 재료가 LiMO2(여기서, M은 Co, Ni, Mn, Fe, Al, V 및 Ti 중 1종 이상임) 및 Li를 함유하는 내층 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 비수성 전해액 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 격리판이 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 제조된 것인 비수성 전해액 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 양극 집전체가 알루미늄, 스테인레스강 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 제조된 것인 비수성 전해액 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 음극 집전체가 구리, 스테인레스강 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 제조된 것인 비수성 전해액 이차 전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비수성 전해액 이차 전지가 전해질을 비수성 용매 중에 용해시켜 제조한 비수성 전해액을 함유하고, 상기 비수성 용매는 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 디에틸카르보네이트, γ-부티로락톤, 테트라히드로퓨란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 디에틸에테르, 술포란, 메틸술포란, 아세토니트릴 및 프로피오니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질인 비수성 전해액 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전해질이 LiClO4, LiAsF6, LiPF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, LiCl, LiBr, LiSO3CH3및 LiSO3CF3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질인 비수성 전해액 이차 전지.
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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4423699B2 (ja) 1999-05-27 2010-03-03 ソニー株式会社 半導体レーザ素子及びその作製方法
CN1307376A (zh) 2000-01-27 2001-08-08 钟馨稼 一种可反复充放电的铬氟锂固体动力电池
JP2002117908A (ja) 2000-10-06 2002-04-19 Sony Corp 非水電解液電池
US6670071B2 (en) * 2002-01-15 2003-12-30 Quallion Llc Electric storage battery construction and method of manufacture
US6677076B2 (en) * 2002-01-15 2004-01-13 Quallion Llc Electric storage battery construction and method of manufacture
US20030190527A1 (en) * 2002-04-03 2003-10-09 James Pugh Batteries comprising alkali-transition metal phosphates and preferred electrolytes
US7482097B2 (en) * 2002-04-03 2009-01-27 Valence Technology, Inc. Alkali-transition metal phosphates having a +3 valence non-transition element and related electrode active materials
US7422823B2 (en) * 2002-04-03 2008-09-09 Valence Technology, Inc. Alkali-iron-cobalt phosphates and related electrode active materials
JP4183472B2 (ja) * 2002-10-10 2008-11-19 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP4072427B2 (ja) * 2002-12-13 2008-04-09 シャープ株式会社 ポリマー電池及びその製造方法
AU2003251798A1 (en) * 2003-01-15 2005-10-07 Quallion Llc Battery
JP2004273153A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Sony Corp 電池
JP4439220B2 (ja) * 2003-08-04 2010-03-24 三洋電機株式会社 円筒型アルカリ蓄電池及び円筒型ニッケル水素二次電池
US7335440B2 (en) * 2003-09-12 2008-02-26 Medtronic, Inc. Lithium-limited anode subassembly with solid anode current collector and spacer
US8080329B1 (en) 2004-03-25 2011-12-20 Quallion Llc Uniformly wound battery
KR100601517B1 (ko) * 2004-09-24 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
TWI291778B (en) 2004-11-08 2007-12-21 Sony Corp Secondary battery
JP5141940B2 (ja) * 2006-08-18 2013-02-13 ソニー株式会社 二次電池
CN101820080A (zh) * 2010-04-01 2010-09-01 雷天电池(无锡)有限公司 一种锂电池电芯
JP5377472B2 (ja) * 2010-12-24 2013-12-25 日立ビークルエナジー株式会社 リチウムイオン二次電池
US8859146B2 (en) * 2011-03-28 2014-10-14 Eveready Battery Company, Inc. High-capacity and high-reliability lithium iron disulfide cell designs and methods for making the same
DE102011105040A1 (de) 2011-05-06 2012-11-08 Klaus Ebert Lithiumsenkundärzellenanordnung
CN103163476B (zh) * 2013-02-04 2015-07-15 普天新能源有限责任公司 电池放电能力的测定方法
WO2018126203A1 (en) * 2016-12-30 2018-07-05 McCarthy Music Corp. Remote control of lesson software by teacher
CN107093724B (zh) * 2017-04-27 2020-06-19 柳州豪祥特科技有限公司 锂电池正极材料的制备方法
US10948467B2 (en) 2018-05-17 2021-03-16 East China University Of Science And Technology Online centralized monitoring and analysis method for multi-point malodorous gases using electronic nose instrument
CN110808377B (zh) * 2018-08-06 2021-04-27 宁德新能源科技有限公司 电芯、电池以及电子设备
KR102844351B1 (ko) * 2019-10-28 2025-08-08 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
CN218472004U (zh) * 2022-10-13 2023-02-10 惠州亿纬动力电池有限公司 卷芯结构及电池
JPWO2024143119A1 (ko) * 2022-12-27 2024-07-04
CN117199152B (zh) * 2023-09-11 2024-06-04 淮安捷泰新能源科技有限公司 一种太阳能电池及其制备方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4622277A (en) * 1985-09-30 1986-11-11 Duracell Inc. Electrochemical cells
US4664989A (en) * 1985-10-03 1987-05-12 Union Carbide Corporation Liquid cathode cell system employing a coiled electrode assembly
JPS62272471A (ja) 1986-05-21 1987-11-26 Toshiba Corp 非水溶媒二次電池
US4937154A (en) * 1988-11-16 1990-06-26 Duracell Inc. Electrochemical cell
US5106707A (en) * 1989-07-20 1992-04-21 Gates Energy Products, Inc. Rechargeable nickel electrode containing electrochemical cell
JP3444302B2 (ja) 1992-02-24 2003-09-08 ソニー株式会社 非水電解液二次電池
JP3166880B2 (ja) * 1992-11-04 2001-05-14 日本電信電話株式会社 非水電解液二次電池
US5360684A (en) 1993-10-25 1994-11-01 Hydro-Quebec Electrochemical cell for polymer electrolyte-lithium batteries (ACEP)
JP3373934B2 (ja) 1994-05-25 2003-02-04 三洋電機株式会社 渦巻電極体を備えた非水電解質電池
US5989743A (en) * 1994-09-27 1999-11-23 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Non-aqueous battery
WO1996010273A1 (fr) 1994-09-27 1996-04-04 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Element d'accumulateur de type sec
CN1148827C (zh) * 1995-01-27 2004-05-05 旭化成株式会社 非水电解质电池
JPH08203562A (ja) * 1995-01-27 1996-08-09 Asahi Chem Ind Co Ltd 電 池
DE19645836B4 (de) * 1995-11-08 2005-10-06 Hitachi Maxell, Ltd., Ibaraki Zelle mit spiralförmig gewickelten Elektroden

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