Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR20010081957A - Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes - Google Patents

Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes Download PDF

Info

Publication number
KR20010081957A
KR20010081957A KR1020007012812A KR20007012812A KR20010081957A KR 20010081957 A KR20010081957 A KR 20010081957A KR 1020007012812 A KR1020007012812 A KR 1020007012812A KR 20007012812 A KR20007012812 A KR 20007012812A KR 20010081957 A KR20010081957 A KR 20010081957A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
counter electrode
current collector
electrode
anode
cathode
Prior art date
Application number
KR1020007012812A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
베르커제르미
가인디와드
키스너하워드
미첼포터에취
페르시안모하메드
Original Assignee
로저스 에밀리 엠.
발렌스 테크놀로지, 인코포레이티드
덴턴 마이클
델피 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/079,919 external-priority patent/US6063519A/en
Application filed by 로저스 에밀리 엠., 발렌스 테크놀로지, 인코포레이티드, 덴턴 마이클, 델피 테크놀로지스 인코포레이티드 filed Critical 로저스 에밀리 엠.
Publication of KR20010081957A publication Critical patent/KR20010081957A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06Lead-acid accumulators
    • H01M10/12Construction or manufacture
    • H01M10/126Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24Alkaline accumulators
    • H01M10/28Construction or manufacture
    • H01M10/287Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/12Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with flat electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72Grids
    • H01M4/74Meshes or woven material; Expanded metal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 명세서에는 바이 셀 중합체 매트릭스 배터리에 사용되는 배터리 설계가 개시된다. 각각의 바이 셀은 제1 카운터 전극(514a), 제1 박막 분리 소자(512a), 중앙에 위치한 전극(510), 제2 박막 분리 소자(512b)및 제2 카운터 전극(514b)을 순차적으로 포함한다. 각각의 카운터 전극의 집전 장치는 카운터 전극 내의 중간 이외의 장소에 배치된다. 일반적으로, 카운터 전극의 집전 장치는 카운터 전극의 외측 절반 내에 배치된다. 집전 장치가 카운터 전극의 최외각 엣지에 배치되는 경우, 중합체 매트릭스 박막의 덮개 박막은 관통된 집전 장치 위에서 관통된 집전 장치를 통과하여 카운터 전극 재료 위에 적층된다.Disclosed herein is a battery design for use in a bi-cell polymer matrix battery. Each bi-cell sequentially includes a first counter electrode 514a, a first thin film separation element 512a, a centrally located electrode 510, a second thin film separation element 512b, and a second counter electrode 514b. do. The current collector of each counter electrode is disposed at a place other than the middle in the counter electrode. In general, the current collector of the counter electrode is disposed in the outer half of the counter electrode. When the current collector is disposed at the outermost edge of the counter electrode, the cover thin film of the polymer matrix thin film passes over the current collector through the current collector and is stacked on the counter electrode material.

Description

리튬 이온 바이 셀 카운터 전극에서의 격자 배치 구조{GRID PLACEMENT IN LITHIUM ION BI-CELL COUNTER ELECTRODES}GRID PLACEMENT IN LITHIUM ION BI-CELL COUNTER ELECTRODES}

예컨대 재충전 가능한 리튬 이온 배터리와 같은 리튬 이온 전해 전지는 일반적으로 전극의 적층 및 개별적으로 제조된 박막 분리 셀 소자에 의해 구성된다. 각각의 전극 및 박막 분리 소자는, 예컨대 결합 재료 및 가소제를 포함하는 합성 물질로부터 코팅, 성형 사출 또는 기타의 방법에 의해 각각 형성된다.Lithium ion electrolytic cells, such as, for example, rechargeable lithium ion batteries, are generally constructed by stacking electrodes and individually fabricated thin film separator cell elements. Each electrode and thin film separation element is each formed, for example, by coating, molding injection or other methods from a synthetic material comprising a bonding material and a plasticizer.

리튬 이온 전해 전지(101)은 도 1에 도시된 바와 같이, 샌드위치 모양으로 캐소드(110), 분리 소자(112) 및 애노드(114)가 함께 배치된 종래의 방식으로 제조된다.As shown in FIG. 1, the lithium ion electrolytic cell 101 is manufactured in a conventional manner in which the cathode 110, the separating element 112, and the anode 114 are arranged together in a sandwich shape.

분리 소자는 양전극 및 음전극 사이에 위치한다. 애노드, 분리 소자 및 캐소드 구조는 적층되어 표준 단일 탄성 전해 전지 전구체 구조를 형성한다. 전구체는 기능적인 배터리를 형성하기 위해 전해질에 의해 추출되고 활성화된다. 통상적으로리튬 이온 배터리는 몇몇 고체 및 종래의 집전 장치에 의해서 각 셀로부터의 전류가 축적된 부수적인 전해 전지를 포함하며, 배터리에 의해 발생된 모든 전류는 대체적으로 배터리에 사용된 각각의 개별적인 전해 전지로부터 발생된 전류의 합과 같다. 리튬 이온 배터리에서 개별적인 전해 전지를 스택하여 배터리를 생산하는 것이 일반적이다.The separating element is located between the positive electrode and the negative electrode. The anode, isolation element and cathode structures are stacked to form a standard single elastic electrolytic cell precursor structure. The precursor is extracted and activated by the electrolyte to form a functional battery. Lithium ion batteries typically include ancillary electrolytic cells in which currents from each cell are accumulated by some solid and conventional current collectors, with all currents generated by the battery being largely individual individual electrolytic cells used in the battery. It is equal to the sum of the currents generated from It is common to produce batteries by stacking individual electrolytic cells in lithium ion batteries.

상업적으로 단일 중앙 전극은 2 개의 카운터 전극을 가지며, 하나의 전극은 중앙 전극의 어느 한 쪽에 배치되는 "바이 셀(bi-cell)"로 발전한 것은 흐름이다. 중앙 전극은 애노드였으며, 카운터 전극은 캐소드이였었다. 바이 셀은 표준 셀보다 훨씬 복잡하며, 보다 많은 층들의 성공적인 적층을 필요로 한다.Commercially, a single center electrode has two counter electrodes, and one electrode has evolved into a "bi-cell" placed on either side of the center electrode. The central electrode was the anode and the counter electrode was the cathode. By-cells are much more complex than standard cells and require successful stacking of more layers.

예컨대, 도 2a에 도시된 바이 셀(201)은 순차적으로 중간에 배치된 제1 집전 장치(215a)를 갖는 제1 카운터 전극(214a), 제1 분리 소자(212a), 중앙에 배치된 제1 집전 장치(215a)를 갖는 중앙 전극(210), 제2 분리 소자(212b) 및 중간에 배치된 제2 집전 장치(215b)를 갖는 제2 카운터 전극(214b)를 구비한다. 전극 탭(도시되지 않음)은 중앙 전극 소자를 패키지의 외부와 연결한다. 유사한 카운터 전극 탭(도시되지 않음)이 카운터 전극 소자를 패키지의 외부와 연결한다. 통상적으로, 카운터 전극(214a, 214b)은 캐소드(양전극)이며, 중앙 전극(210)은 애노드(음전극)이다.For example, the bi-cell 201 illustrated in FIG. 2A may include a first counter electrode 214a having a first current collector 215a sequentially disposed therein, a first separation element 212a, and a first center disposed at the center thereof. A center electrode 210 having a current collector 215a, a second separation element 212b, and a second counter electrode 214b having a second current collector 215b disposed therebetween. An electrode tab (not shown) connects the central electrode element with the outside of the package. Similar counter electrode tabs (not shown) connect the counter electrode elements to the outside of the package. Typically, the counter electrodes 214a and 214b are cathodes (positive electrodes), and the center electrode 210 is an anode (negative electrode).

라미네이션 공법은 중합체 배터리를 제조하는 데에 있어서 문제가 있으며, 앞으로도 그러할 것이다. 도 2b는 집전 장치 사이의 계면을 확대하여 나타낸 도면이다. 사용되는 집전 장치는 격자 또는 관통된 막(255)일 수 있으며, 이는 중합체전극의 2 개의 박막(253a, 253b) 사이의 직접 접합 계면 영역(248)을 인가한다. 관통된 집전 장치에 걸쳐 있는 이 전극-전극 접합은 사용하는 중에 박리를 막는 바이 셀을 생산하는 것이 중요함을 증명하였다.Lamination methods are problematic in and will continue to produce polymer batteries. 2B is an enlarged view of an interface between current collectors. The current collector used may be a lattice or a pierced film 255, which applies a direct junction interface region 248 between two thin films 253a and 253b of the polymer electrode. This electrode-electrode junction, which spans the perforated current collector, proved important to produce bicells that prevent delamination during use.

배터리가 최대 에너지 전위 및 수명 주기를 획득하는 것이 바람직하다. 따라서, 애노드 전극 및 캐소드 전극에서의 집전 장치가 최적의 배터리 성능을 제공하도록 배치된다.It is desirable for the battery to achieve maximum energy potential and life cycle. Thus, current collectors at the anode and cathode electrodes are arranged to provide optimal battery performance.

본 발명은 일반적으로 하나 또는 집적된 일련의 중합체 메트릭스 바이 셀 배터리를 포함하는 배터리에 관한 것이다. 각각의 바이 셀은 순차적으로 제1 카운터 전극, 박막 분리 소자, 중앙 전극, 박막 분리 소자 및 제2 카운터 전극을 포함한다.The present invention generally relates to batteries comprising one or an integrated series of polymer matrix bi-cell batteries. Each bi-cell sequentially comprises a first counter electrode, a thin film separation element, a central electrode, a thin film separation element and a second counter electrode.

도 1은 전극, 분리 소자 및 카운터 전극을 구비하는 전해 전지의 단면을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a cross section of an electrolytic cell having an electrode, a separator, and a counter electrode.

도 2a는 제1 및 제2 카운터 전극, 제1 및 제2 분리 소자, 및 중앙 전극을 구비하는 바이 셀의 단면을 도시한 단면도.FIG. 2A is a cross sectional view of a bi-cell having first and second counter electrodes, first and second separation elements, and a central electrode; FIG.

도 2b는 집전 장치 격자의 갭을 통해 접합시킨 카운터 전극 재료의 2 개의 박막 사이의 계면을 확대하여 나타낸 확대도.2B is an enlarged view showing an enlarged view of an interface between two thin films of counter electrode material bonded through a gap of a current collector grating;

도 3a 내지 도 3e는 제1 및 제2 애노드, 제1 및 제2 분리 소자, 및 중앙 전극을 구비하는 애노드 외측 바이 셀의 단면을 도시한 단면도.3A through 3E are cross-sectional views of an anode outer bicell having first and second anodes, first and second separation elements, and a center electrode;

도 4는 본 발명에 따라 향상된 집전 장치 배치를 갖는 바이 셀의 단면을 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view of a cross-section of a bicell with improved current collector arrangement in accordance with the present invention.

도 5는 종래 기술의 카운터 전극 및 본 발명의 향상된 카운터 전극이 충전 및 방전에 대하여 동시에, 그리고 상대적으로 시험된 바이 셀의 시험 실시예를 도식적으로 나타낸 도면.5 is a schematic representation of a test embodiment of a bicell in which the counter electrode of the prior art and the improved counter electrode of the present invention have been tested simultaneously and relative to charge and discharge.

도 6 및 도 7은 각각의 충전 및 방전 기간 동안 카운터 전극이 캐소드화 된 경우에 획득된 결과를 도시한 도면.6 and 7 show the results obtained when the counter electrode is cathodeed during each charge and discharge period.

도 8 및 도 9는 각각의 충전 및 방전 기간 동안 카운터 전극이 애노드화 된 경우에 획득된 결과를 도시한 도면.8 and 9 show the results obtained when the counter electrode is anodized during each charge and discharge period.

상기 도면은 명확하게 하기 위하여 도시되었으며, 실물 크기로 도시하지 않았다. 동일한 숫자는 동일한 구조를 나타낸다.The drawings are shown for clarity and are not drawn to scale. Identical numbers represent the same structure.

집전 장치를 카운터 전극 내에 배치시키는 것은 전해 전지의 전기 화학 특성에 영향을 미칠 수 있다는 것이 우연히 발견되었다. 카운터 전극 내에 집전 장치를 배치시키는 것은 바람직하게는 카운터 전극이 외부의 절반 내에서 변경되는 것이 바람직하다. 종래 기술에서와 같이, 카운터 전극의 집전 장치가 상기 전극 내에 중간에, 또는 내부 중간에 배치되지 않는 경우, 하지만, 집전 장치가 카운터 전극의 외측을 향하여 배치되는 경우, 즉, 중앙 전극으로부터 집전 장치가 제거되는 경우, 향상된 배터리 성능은 바이 셀 배터리에서 성취될 수 있다. 집전 장치는 2개의 카운터 전극의 최외각 엣지에 배치되는 것이 가장 바람직하다.It has been found by chance that disposing the current collector within the counter electrode can affect the electrochemical properties of the electrolytic cell. Placing the current collector in the counter electrode is preferably such that the counter electrode is changed within the outer half. As in the prior art, when the current collector of the counter electrode is not disposed in the middle or inside the electrode, however, when the current collector is disposed toward the outside of the counter electrode, that is, the current collector from the center electrode is removed. When removed, improved battery performance can be achieved in bi-cell batteries. The current collector is most preferably disposed at the outermost edges of the two counter electrodes.

카운터 전극 재료는 관통된 집전 장치를 통해 유사한 재료의 다른 박막에 부착되는 것이 바람직하다. 수 퍼센트의 카운터 전극 재료가 집전 장치에 대하여 외부에 배치되는 경우, 카운터 전극은 집전 장치 격자를 통해 자신과 결합된다. 카운터 전극 내에 집전 장치의 최적의 배치는 집전 장치와 중앙 전극 사이에 100%의 전극 재료를 갖는 카운터 전극의 최외각 엣지에 배치하는 것이다. 그러나, 모든 카운터 전극이 라미네이션 공정 동안 집전 장치의 반대편에 접합할 아무런 재료도 없는 집전 장치의 한쪽 측면에만 있는 경우, 카운터 전극은 상대적으로 빠르게 박리되어 배터리 수명을 단축시킨다.The counter electrode material is preferably attached to another thin film of similar material through a penetrating current collector. When several percent of the counter electrode material is disposed external to the current collector, the counter electrode is coupled with itself through the current collector grid. The optimal placement of the current collector within the counter electrode is to place it at the outermost edge of the counter electrode with 100% electrode material between the current collector and the central electrode. However, if all the counter electrodes are only on one side of the current collector without any material to be joined to the opposite side of the current collector during the lamination process, the counter electrodes peel off relatively quickly to shorten the battery life.

전기 화학적으로 카운터 전극 재료가 접합될 수 있는 집전 장치의 전극 재료 종단과 유사한 재료로 구성된 비활성의 중합체 매트릭스 박막이 개발되어 집전 장치를 카운터 전극 내의 최적의 위치에 배치하며, 배터리 사용 기간 동안 카운터 전극의 박리를 최소화시킨다. 이 중합체 매트릭스는 향상된 라미네이션 공정 및 배터리 수명을 제공하는 종단 박막이지만, 이 종단 박막은 바이 셀에 전기 화학적인 활성도를 제공하지는 않는다. 박막은 전극 박막과 유사한 중합체 매트릭스이지만, 전극 활성 재료를 포함하지는 않는 것이 바람직하다. 상기 단말 박막에 사용할 재료를 고르라면, 중합체 매트릭스 박막 분리를 선택하는 것이 바람직하다.An inert polymer matrix thin film composed of a material similar to the electrode material termination of the current collector to which the counter electrode material can be electrochemically bonded has been developed to position the current collector at an optimal location within the counter electrode, Minimize peeling. This polymer matrix is a termination thin film that provides an improved lamination process and battery life, but this termination thin film does not provide bichemical electrochemical activity. The thin film is a polymer matrix similar to the electrode thin film, but preferably does not contain an electrode active material. When selecting a material to be used for the terminal thin film, it is preferable to select a polymer matrix thin film separation.

통상적인 중합체 매트릭스 전기 화학 전지는 음전극, 양전극 및 상기 음전극과 양전극 사이에 분리 소자(일반적으로 중합체 전해질 박막)를 포함한다. 이온 전도 전해질은 소정의 전극으로부터 다른 전극으로 이온을 전송하여 각각의 전극 및 분리 소자의 다공 구조에 공통적으로 스며든다.Conventional polymer matrix electrochemical cells include a negative electrode, a positive electrode and a separating element (typically a polymer electrolyte thin film) between the negative electrode and the positive electrode. The ion conducting electrolyte transfers ions from a predetermined electrode to another electrode to infiltrate the porous structure of each electrode and the separating element in common.

바이 셀은 중앙 전극(캐소드 또는 애노드 중의 하나)을 포함하며, 카운터 전극이 중앙 전극의 각 측면의 반대편에 위치하며, 각 카운터 전극이 박막 분리 또는 분리 소자 층에 의하여 중앙 전극으로부터 분리되어 있다. 바이 셀은 배터리 층 간의 양호한 접촉을 제공하는 온도와 압력 하에서 적층된다.The bi-cell includes a center electrode (either cathode or anode), the counter electrode is located opposite each side of the center electrode, and each counter electrode is separated from the center electrode by a thin film separation or separation element layer. Bi-cells are stacked under temperature and pressure to provide good contact between battery layers.

본 명세서에 기술된 바와 같이, "중앙 전극"이라는 용어는 개별적인 바이 셀 내의 중앙에 배치된 애노드 또는 캐소드 중의 하나의 전극으로 나타낸다. "카운터 전극"이라는 용어는 중앙 전극을 갖는 전기 화학적인 커플을 구비한 전극으로 표현된다. 바이 셀 내에 하나의 중앙 전극 및 2 개의 카운터 전극이 존재한다. 중앙 전극이 애노드가면, 카운터 전극은 캐소드이다. 중앙 전극이 캐소드이면, 카운터 전극은 애노드가다.As described herein, the term “center electrode” refers to the electrode of one of the anode or the cathode disposed centrally in a separate bi-cell. The term "counter electrode" is expressed as an electrode with an electrochemical couple with a center electrode. There is one center electrode and two counter electrodes in the bi-cell. If the center electrode is an anode, the counter electrode is a cathode. If the center electrode is a cathode, the counter electrode is an anode.

본 명세서에서 리튬 이온 중합체 배터리의 각각의 적층된 소자는 구조에 있어서 일반적으로 평면이다. 본 명세서의 중합체 매트릭스 전극은 일반적으로 전극 구조의 일부로서 평면 격자 또는 관통된 집전 장치를 포함한다. 집전 장치의 일반적인 평면은 전극의 중합체 매트릭스 박막 부분의 범용 평면과 수평하다. 유사하게 박막 분리는 상기 전극 방향으로의 지향 방향과 대체적으로 수평하다. 따라서, 배터리가 적층되면, 일련의 범용 평면 적층 소자가 생성된다. 분리된 배터리 요소의 중앙에 배치된 이들 구조는 배터리 요소 내의 "중간" 또는 "중간에 배치"된 것으로 표현된다. 반대로, 대체적으로 바이 셀의 중앙에 배치된 이들 구조는 "중앙" 또는 "중앙에 배치"된 것으로 표현된다. 예컨대, 중앙 전극(210)의 집전 장치(211)가 중앙 전극 내에 중간에 배치되어 있으며, 동시에 바이 셀 내의 중앙에도 배치된다. 카운터 전극(214a, 214b)의 집전 장치(215a, 215b)들은 각각 이 각각의 카운터 전극 내의 중간에 각각 배치되지만, 바이 셀(201)의 외부 엣지를 향하여 각각 배치된다.Each stacked element of a lithium ion polymer battery herein is generally planar in structure. Polymer matrix electrodes herein generally comprise a planar grating or perforated current collector as part of the electrode structure. The general plane of the current collector is parallel to the general plane of the polymer matrix thin film portion of the electrode. Similarly the thin film separation is generally horizontal with the direction of orientation towards the electrode. Thus, when batteries are stacked, a series of general purpose planar stacked elements is created. These structures disposed in the center of the separate battery element are expressed as being "middle" or "middle disposed" within the battery element. In contrast, these structures, generally disposed in the center of the bi-cell, are expressed as being "centered" or "centered". For example, the current collector 211 of the center electrode 210 is disposed in the middle of the center electrode, and is also placed in the center of the bicell. The current collectors 215a and 215b of the counter electrodes 214a and 214b are respectively disposed in the middle in their respective counter electrodes, but are respectively disposed toward the outer edge of the bicell 201.

이들 소자들은 바이 셀의 중앙으로부터 더 멀리 떨어져 있으며, 특히 최외곽의 평면을 형성하는 이들 소자들은 "외부"에 있는 소자로 표현되며, 구조는 적층 바이 셀 구조의 "외부를 향하여" 있다라고 표현된다. 예컨대, 도 2a에 도시된 실시예에서, 최상부 및 최하부 표면은 "외부" 표면이 될 수 있다. 바이 셀 내의 각각의 분리된 기능적인 층은 유사하게 특정 분리 요소 및 바이 셀 구조의 범용 평면에 수평한 (바이 셀의 중앙을 향한) "내부" 영역 및 (바이 셀의 바깥을 향향) "외부" 영역을 포함할 수 있다. 각 카운터 전극에서, 내부 절반은 중앙 전극에 인접하여 배치될 것이며, 외부 절반은 중앙 전극의 말단에 배치될 것이다. "절반"은 카운터 전극 활성 재료의 무게 단위로 대략 50%를 나타낼 것이다.These devices are further away from the center of the bi-cell, especially those that form the outermost plane are represented by the "outside" device, and the structure is said to be "outward" of the stacked bi-cell structure. . For example, in the embodiment shown in FIG. 2A, the top and bottom surfaces can be "outer" surfaces. Each separate functional layer in the bicell is similarly a "inner" region (facing the center of the bicell) and "outward" (facing the bicell) horizontal to the general plane of the particular separation element and bicell structure. It can include an area. In each counter electrode, the inner half will be placed adjacent to the center electrode and the outer half will be placed at the end of the center electrode. "Half" will represent approximately 50% by weight of the counter electrode active material.

중합체 매트릭스 배터리를 제조하는 데에 있어서, 더 어려운 파리미터 중의 하나는 완성된 배터리를 제조하기 위한 다수의 배터리 요소의 적층률이다. 유사한 중합체 매트릭스 구조를 갖는 재료들이 유사하지 않은 재료들을 적층시키는 것보다 보다 쉽게 함께 적층될 수 있다. 집전 장치 격자에 중합체 매트릭스 재료를 적층시키는 것에 특별한 문제가 있다고는 것이 증명되었다. 다수의 접합 촉진제 및 적층 기법이 오랜 동안 결과가 변하면서 시도되어 왔다. 전극 내에 있는 중앙에 배치된 집전 장치는 전류 수집 격자를 통하여 중합체 매트릭스 접합에 대한 중합체 매트릭스에 일관된 적층 결과를 제공한다.In making polymer matrix batteries, one of the more difficult parameters is the lamination rate of multiple battery elements for making a finished battery. Materials with similar polymer matrix structures can be stacked together more easily than stacking dissimilar materials. It has been proved that there is a particular problem in laminating polymer matrix materials on current collector gratings. Many bonding promoters and lamination techniques have been tried for a long time with varying results. Centrally located current collectors within the electrodes provide consistent lamination results in the polymer matrix for polymer matrix bonding through the current collection grating.

제8 실시예 내지 제11 실시예에서 추가로 언급된 바와 같이, 일련의 제어된 시험들이 카운터 전극에서 최적의 격자 배티를 결정하도록 수행된다. 격자 배치가 배터리 성능에 영향을 미치는 것이 결정되었다.As further mentioned in the eighth to eleventh embodiments, a series of controlled tests are performed to determine the optimal grating batty at the counter electrode. It was determined that grid placement affects battery performance.

각각의 도 3a 내지 도3e는 바이 셀의 외측, 즉 방향을 나타내기 위하여 화살표로 라벨 붙여진다.Each of FIGS. 3A-3E is labeled with an arrow to indicate the outside, ie direction, of the bi-cell.

도 3a에 도시된 바와 같이, 카운터 전극의 내측 표면(314i) 상에 배치된 격자(315)는 카운터 전극(314)과 박막 분리(312) 사이에 격자를 끼워 배치시키는 것이 가능하다. 그러나, 이 배치는 좋지 않은 배터리 성능을 제공한다.As shown in FIG. 3A, the grating 315 disposed on the inner surface 314i of the counter electrode is capable of sandwiching the grating between the counter electrode 314 and the thin film separator 312. However, this arrangement provides poor battery performance.

도 3b는 대략 25%의 카운터 전극(314)이 집전 장치(315)에 대하여 중간에 배치되며, 집전 장치(315)와 박막 분리(312) 사이에 끼워 배치된 배열과 유사한 배열을 나타낸다. 나머지 75%의 카운터 전극은 집전 장치의 외측에 배치된다. 이러한 실시예는 종래의 실시예와 비교하여 향상된 효능을 보여주지는 못한다.3B shows an arrangement similar to the arrangement in which approximately 25% of the counter electrodes 314 are disposed with respect to the current collector 315 and sandwiched between the current collector 315 and the thin film separator 312. The remaining 75% of the counter electrodes are arranged outside the current collector. This example does not show improved efficacy compared to the conventional example.

도 3c는 도 3b의 실시예와 상반되는 실시예를 도시한다. 특히, 대략 75%의 카운터 전극이 집전 장치에 대하여 중간에 배치되며, 집전 장치와 박막 분리(312) 사이에 끼워 배치된다. 나머지 25%의 카운터 전극은 집전 장치의 외측에 배치된다. 이러한 실시예는 종래의 실시예와 비교하여 향상된 효율을 보여주었다. 또한, 집전 장치의 양측에 중합체 매트릭스가 있으며, 배터리 어셈블리의 적층은 격자 배치에 의하여 손상받지 않는다.FIG. 3C illustrates an embodiment opposite to the embodiment of FIG. 3B. In particular, approximately 75% of the counter electrodes are disposed midway with respect to the current collector, and are sandwiched between the current collector and the thin film separator 312. The remaining 25% of the counter electrodes are disposed outside the current collector. This example showed improved efficiency compared to the conventional example. In addition, there is a polymer matrix on both sides of the current collector, and the stack of battery assemblies is not damaged by the lattice arrangement.

도 3d는 집전 장치(315)가 카운터 전극(314)의 최외각 표면(314o)에 배치된 실시예를 도시한다. 박막 분리(312)은 집전 장치 격자(315)의 반대편에 배치된다. 이 실시예는 도 3a 내지 도3c에 나타내어진 실시예와 비교하여 최적화된 전기적인 성능을 제공한다. 그러나, 집전 장치의 단일 측면 상에 전극 중합체 매트릭스를 적층함으로 인하여 바이 셀은 적층하기 어려워서 상대적으로 빨리 박리되는 경향이 있다. 박리는 배터리의 기능을 파괴시킨다. 따라서, 이 실시예는 배터리 효율을 최적화하지만 배터리 수명을 떨어뜨린다.3D illustrates an embodiment in which the current collector 315 is disposed on the outermost surface 314o of the counter electrode 314. The thin film separator 312 is disposed opposite the current collector grating 315. This embodiment provides optimized electrical performance compared to the embodiment shown in FIGS. 3A-3C. However, by laminating the electrode polymer matrix on a single side of the current collector, the bi-cells are difficult to stack and tend to delaminate relatively quickly. Peeling destroys the function of the battery. Thus, this embodiment optimizes battery efficiency but decreases battery life.

도 3e에 도식적으로 도시된 것과 같은 실시예는 최적화된 집전 장치 격자 배치의 이점을 제공하며, 동시에 빠르게 박리되지 않는 배터리 구조를 제공하는 것으로 판정되었다.Embodiments such as the one shown diagrammatically in FIG. 3E have been determined to provide the advantage of an optimized current collector grid arrangement and at the same time provide a battery structure that does not peel off quickly.

도 3e에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예는 박막 분리(312)이 카운터 전극(314)에 인접하여 중앙에 배치되는 것을 포함한다. 집전 장치(315)는 카운터 전극(314)의 외측 표면(314o) 상에 배치된다. 중합체 매트릭스 박막(313)은 집전 장치(315)의 외측에 배치되며, 그 자리에서 적층된다. 중합체 매트릭스 재료는 라미네이션 공정 동안 집전 장치 격자를 통하여 카운터 전극 재료에 접합된다. 이 실시예는 더 좋은 효율 및 수명으로 최적화하지만, 다소간 두꺼워진 바이 셀 구조를 나타낸다. 바람직한 "애노드-아웃" 배열에서 카운터 전극(314)이 애노드인 것이 가장 바람직하다.As shown in FIG. 3E, a preferred embodiment includes a thin film separator 312 disposed centrally adjacent to the counter electrode 314. Current collector 315 is disposed on outer surface 314o of counter electrode 314. The polymer matrix thin film 313 is disposed outside the current collector 315 and laminated in place. The polymer matrix material is bonded to the counter electrode material through the current collector grating during the lamination process. This example optimizes for better efficiency and lifetime, but shows a somewhat thicker bi-cell structure. Most preferably, the counter electrode 314 is an anode in the preferred "anode-out" arrangement.

소정량의 중합체 매트릭스가 카운터 전극 내의 집전 장치 외부에 존재하는 것이 바람직하다. 중합체 매트릭스가 전극 재료인 경우, 집전 장치 외부의 상기 소정량은 재조 파라미터 내에서 최소화되는 것이 일반적으로 바람직하다. 예컨대, 전극 재료가 기설정된 두께를 갖는 막 내에 형성되는 경우면, 하나의 막는 집전 장치의 외부에 존재할 것이며, 다수의 막는 집전 장치 내부에 배치되어 카운터 전극을 형성한다. 전극 박막 중의 1 개의 막가 집전 장치의 외부에 적층되고 전극 박막 중의 2 개의 막가 집전 장치에 대하여 중앙에 적층되면, 1:2의 비율이 발생한다. 도 3c에는 1:3의 비율이 도시된다. 이 비율은 1:1 내지 1:4 또는 그 이상의 비율까지가능하며, 이 비율은 배터리 설계 및 기능 파라미터에 다라 변경된다. 배터리 성능 및 지속성이 충족되기만 하면, 집전 장치의 외부에 있는 전극 부분의 두께는 그리 중요하지 않다.It is preferred that a predetermined amount of polymer matrix is present outside the current collector in the counter electrode. When the polymer matrix is an electrode material, it is generally preferred that the predetermined amount outside the current collector be minimized within the manufacturing parameters. For example, if the electrode material is formed in a film having a predetermined thickness, one film will exist outside of the current collector, and a plurality of films are disposed inside the current collector to form a counter electrode. When one film in the electrode thin film is laminated to the outside of the current collector and two films in the electrode thin film are stacked at the center of the current collector, a ratio of 1: 2 occurs. 3c shows a ratio of 1: 3. This ratio can range from 1: 1 to 1: 4 or higher, which varies with battery design and functional parameters. As long as battery performance and persistence are met, the thickness of the electrode portion outside of the current collector is not critical.

중합체 매트릭스 박막이 카운터 전극의 집전 장치 외부에 사용되는 경우, 양호한 적층 접합이 형성되기만 하면, 중합체 매트릭스 박막의 특정 두께는 그리 중요하지 않다. 제조를 간편하게 하기 위하여 박막 분리으로 사용된 동일한 박막이 중합체 매트릭스 박막으로 사용될 수 있다. 이는 새로운 기능에서 사용하는 배터리용으로 이미 생산된 재료를 사용할 수 있는 이점이 있다. 또한, 박막 분리용으로 요구되는 라미네이션 공정은 잘 알려져 있으며, 본 발명의 기술 분야에서 알려진 바와 같이 적용할 수 있기 때문에 이점을 갖는다.When the polymer matrix thin film is used outside the current collector of the counter electrode, the specific thickness of the polymer matrix thin film is not so important as long as a good laminated junction is formed. The same thin film used for thin film separation can be used as the polymer matrix thin film to simplify the manufacture. This has the advantage of using materials already produced for the batteries used in the new features. In addition, the lamination process required for thin film separation is well known and has an advantage because it can be applied as is known in the art.

도 2a의 단면도에 도시된 바와 같이 리튬 이온 바이 셀 배터리의 구조에서, 접합 재료는 각각의 중앙 전극, 분리 소자 막 및 카운터 전극에 중합체 매트릭스를 제공한다.In the structure of a lithium ion bi-cell battery, as shown in the cross-sectional view of FIG. 2A, the bonding material provides a polymer matrix to each center electrode, separation element film and counter electrode.

각각의 애노드 및 캐소드 전극은 유사한 공정에 의해 형성되지만, 중합체 접합 내에 있는 특정 애노드 활성 또는 캐소드 활성 재료를 포함한다. 즉, 고체 중합체 매트릭스는 일부분의 전극 구조를 제공한다. 바람직한 분리 소자 재료는 전극 활성 재료를 포함하지 않는 중합체 매트릭스 박막이다. 유사하게, 집전 장치가 카운터 전극의 최외각 엣지에 위치하는 경우에 사용하기 위한 중합체 매트릭스 박막은 예컨대 분리 소자를 형성하는 중합체 매트릭스 박막인 것이 바람직하다.Each anode and cathode electrode is formed by a similar process but includes a particular anode active or cathode active material within the polymer junction. That is, the solid polymer matrix provides a portion of the electrode structure. Preferred separating element materials are polymer matrix thin films that do not comprise an electrode active material. Similarly, the polymer matrix thin film for use when the current collector is located at the outermost edge of the counter electrode is preferably a polymer matrix thin film, for example forming a separating element.

폴리비닐화 디플루오라이드(PVdF) 및 헥사플루오로프로필렌(HFP)의 복합 중합체는 일반적인 접합 재료이며, 본 발명에서 일반적으로 사용되는 접합 재료이다. 일반적으로 복합 중합체는 대략 75% 내지 92%(중량 단위)의 PVdF, 그리고, 대략 8% 내지 25%의 HFP를 포함한다. 복합 중합체는 대략 85% 내지 90%(중량 단위)의 PVdF, 그리고, 대략 10% 내지 15%의 HFP를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 특정 실시예의 하나로서, 상업적으로 사용되는 복합 중합체인 KYNAR(제품명) 플랙스 2081(북미 펜실바니아주, 필라델피아의 엘프 아토쳄)는 PVdF:HFP의 비율이 88:12인 비율을 제공한다. 예컨대 증발된 알루미나(alumina) 또는 증발된 실리카(silica)와 같은 무기성 필터 부가물은 접합재에 구조적인 안정성을 제공하며, 원하는 양질의 박막을 제공도록 첨가되는 것이 바람직하다.Composite polymers of polyvinylated difluoride (PVdF) and hexafluoropropylene (HFP) are common bonding materials and are commonly used bonding materials in the present invention. In general, the composite polymer comprises approximately 75% to 92% (in weight units) of PVdF, and approximately 8% to 25% of HFP. The composite polymer preferably comprises approximately 85% to 90% (weight units) of PVdF and approximately 10% to 15% of HFP. As one particular preferred embodiment, the commercially used composite polymer, KYNAR (R) Flax 2081 (Elven Athosham, Philadelphia, PA) provides a ratio of 88:12 of PVdF: HFP. Inorganic filter adducts, such as evaporated alumina or evaporated silica, for example, provide structural stability to the bonding material and are preferably added to provide the desired thin film.

박막 분리는 광섬유, 다공 폴리프로필렌 또는 다공 폴리에틸렌으로 만들어진 분리 소자를 상업적으로 사용 가능하다. 이러한 분리 소자는 A/E 광섬유 필터(젤만 사이언스, 엔 아버, 미네소타주) 및 셀가드(호체스트-셀라니스 주식회사, 뉴욕)를 포함한다. 그러나, 분리 소자는, 예컨대 전술한 중합체 박막과 같은 고체 중합체 매트릭스이다. 이러한 박막 분리는 종래 기술에서는 잘 알려져 있다. 바람직한 중합체 전해질막은 탄성 박막을 형성하기 위하여 담체액이 제거된 주조 공정을 사용하여 생산된다. 또 다른 바람직한 방법은 압출 성형 공정에 의하여 중합체 전해질막을 생산하는 것이다. 적합한 중합체 전해질막은 다공 가소제가 주조물 또는 경화물 상에 침투된 중합체 매트릭스 구조를 제공한다.Thin film separation is commercially available for separating elements made of optical fibers, porous polypropylene or porous polyethylene. Such isolation elements include A / E optical fiber filters (Gelman Science, Ann Arbor, Minnesota) and Celgard (Hostest-Celanis, NY). However, the separating element is, for example, a solid polymer matrix such as the polymer thin film described above. Such thin film separation is well known in the art. Preferred polymer electrolyte membranes are produced using a casting process in which the carrier liquid is removed to form an elastic thin film. Another preferred method is to produce a polymer electrolyte membrane by an extrusion process. Suitable polymer electrolyte membranes provide a polymeric matrix structure in which the porous plasticizer is impregnated onto the casting or cured product.

가소제는 유기성 용매로서 다공성 중합체 구조의 형성을 돕는다. 적절한 가소제는 높은 끓는 점을 가지며, 통상적으로는 150℃ 내지 350℃범위의 끓는 점을갖는다. 가소제 또는 가소제 시스템은 전기 화학 전지 전구체의 소자와 양립하여 존재하여야 하고, 설계 파라미터 내에서 처리가능하여야 하며, 낮은 중합체 용해도를 나타내야만 한다. 가소제는 활성화된 전해 전지의 형성 이전에 연속하여 (예컨대, 추출에 의하여)제거될 수 있다.Plasticizers help form the porous polymer structure as an organic solvent. Suitable plasticizers have a high boiling point and typically have a boiling point in the range of 150 ° C to 350 ° C. The plasticizer or plasticizer system must be compatible with the device of the electrochemical cell precursor, processable within the design parameters, and exhibit low polymer solubility. The plasticizer may be removed continuously (eg by extraction) prior to formation of the activated electrolytic cell.

배터리 전구체를 처리 또는 활성화시키기 위한 용도의 다수의 가소제가 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 이러한 재료들은 예컨대, 에틸렌 카보네이트(EC); 에틸 프로피오네이트(EP); 프로필렌 카보네이트(PC); 부틸렌 카보네이트(BC); 비닐 카보네이트(VC); 디메틸 아디페이트(DMA); 디에틸 카보네이트(DEC); 디프로필렌 카보네이트(DPC); 디부틸 카보네이트(DBC); 아세테이트; 디에스테르; 디메틸, 호박산 소다(succinate), 아디페이트, 서브에레이트 및 서바케이트 옥살레이트와 같은 옥살레이트; 글리메스; 및 예컨대 폴리카보네이트, 폴리 아르릴레이트, 폴리에스테르 또는 폴리실록제인스 같은 작은 분자 중량의 중합체 재료를 포함할 수 있다. 다른 가소제로는 디메틸, 디에틸, 디프로필, 디부틸 및 디옥틸 아티페이트 등을 포함할 수 있다. 최근에는, 디부틸 페탈레이트(DBP)를 가소제로 하는 것이 바람직하다. 상기 가소제들을 혼합하여 사용될 수도 있다.Many plasticizers for use in treating or activating battery precursors are well known in the art. Such materials include, for example, ethylene carbonate (EC); Ethyl propionate (EP); Propylene carbonate (PC); Butylene carbonate (BC); Vinyl carbonate (VC); Dimethyl adipate (DMA); Diethyl carbonate (DEC); Dipropylene carbonate (DPC); Dibutyl carbonate (DBC); acetate; Diesters; Oxalates, such as dimethyl, succinate, adipate, sub-ate and surbacate oxalate; Glymes; And small molecular weight polymeric materials such as, for example, polycarbonates, polyarlates, polyesters or polysiloxanes. Other plasticizers can include dimethyl, diethyl, dipropyl, dibutyl and dioctyl artiate, and the like. In recent years, it is preferable to use dibutyl petalate (DBP) as a plasticizer. The plasticizers may be mixed and used.

전극 박막 형성 재료는 접합 재료, 적절한 전극 활성(애노드 또는 캐소드 활성) 재료, 가소용 용매 및 적합한 경우면 주조 용매를 포함한다. 전극 박막 형성 재료로부터 주소 용매를 제거하고 바로 전극 박막이 형성된다. 적합한 전극 박막은 용매 주조 이후에 가소재가 침투되어 있는 다공 전극 활성 구조를 갖는 탄성막을 제공한다.The electrode thin film forming material includes a bonding material, a suitable electrode active (anode or cathode active) material, a plasticizer solvent and, if appropriate, a cotton casting solvent. The electrode thin film is formed immediately after removing the address solvent from the electrode thin film forming material. Suitable electrode thin films provide an elastic membrane having a porous electrode active structure in which plastic material has penetrated after solvent casting.

방전하는 동안 음전극은 애노드가다. 통상적으로 애노드 활성 재료는 본 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 예컨대 카본 또는 텅스텐 옥사이드 등과 같은 애노드에 기초한 삽입층을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법에서 사용하기에 적합한 애노드 활성 재료는 흑연, 코르크, 메조카본 등과 같은 재료를 사용한 리튬 삽입 애노드를 포함한다. 상기 애노드는 카본 블랙과 같은 전극 전도 재료를 포함할 수도 있다.The negative electrode is the anode during discharge. Typically anode active materials are well known in the art and may include an insertion layer based on an anode, such as carbon or tungsten oxide, for example. Suitable anode active materials for use in the process of the invention include lithium intercalating anodes using materials such as graphite, cork, mesocarbon, and the like. The anode may comprise an electrode conductive material such as carbon black.

상기 애노드는 음전극 재료와 함께 적층된 집전 장치를 포함한다. 애노드 집전 장치에 적합한 재료는 이 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 예컨대 이 재료는 금속 또는 합금과 같은 전자 전도 재료에 일반적으로 포함된다. 통상적인 재료는 니켈, 철, 스테인레스 금속 또는 구리를 포함한다. 구리 박막, 개구 매시 및 펼쳐진 금속, 직조된 또는 직조되지 않은 또는 편물된 와이어 구조 또는 격자 구조가 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 각각의 집전 장치는 집전 장치의 엣지로부터 연장되는 집전 장치 탭에 연결된다. 다수의 전기 화학 전지를 포함하는 배터리에서, 상기 애노드 탭들이 전기적으로 함께 연결되며, 이 탭들이 구리 또는 니켈 리드선에 연결되는 것이 바람직하다. 외부 부하는 전기적으로 이 리드선들에 연결될 수 있다. 집전 장치 및 탭은 미국 특허 제4,925,752호, 제5,011,501호 및 제5,326,653호에 설명되어 있으며, 상기 각각의 인용 특허들은 본 명세서에서 통합된다. 접합 촉진제는 애노드 재료와 애노드 집전 장치 사이의 접합을 돕기 위하여 사용될 수 있다.The anode includes a current collector stacked with a negative electrode material. Suitable materials for anode current collectors are well known in the art, for example, these materials are generally included in electronic conductive materials such as metals or alloys. Typical materials include nickel, iron, stainless metals or copper. Copper thin films, aperture meshes and expanded metals, woven or non-woven or knitted wire structures or lattice structures are preferably used. Each current collector is also connected to a current collector tab that extends from the edge of the current collector. In a battery comprising a plurality of electrochemical cells, it is preferred that the anode tabs are electrically connected together and the tabs are connected to a copper or nickel lead wire. The external load can be electrically connected to these leads. Current collectors and tabs are described in US Pat. Nos. 4,925,752, 5,011,501 and 5,326,653, each of which is incorporated herein by reference. Bonding promoters can be used to assist bonding between the anode material and the anode current collector.

양전극은 방전하는 동안 캐소드이다. 많은 캐소드 활성 재료가 본 기술 분야에서 알려져 있으며, 삽입 화합물, 즉 고체 전해질 세포에서 양전극으로서 기능하는 소정의 재료를 포함한다. 리튬 이온 장치에 사용하기 위하여 이들 재료들은 일반적으로 셀에 대하여 모두 리튬을 포함하는 것으로 특징지워진다. 캐소드 재료는 리튬과 충돌할 때 고전압에서 리튬을 추출하여 공기 중에서 안정되도록 한다. 통상적인 캐소드 재료는, 예컨대 전이 금속 옥사이드, 황화물 및 셀레나이드를 포함한다. 이러한 재료들은 코발트, 망간, 몰리브디움 및 바나디움의 산화물; 티다늄, 몰리브디움 및 니오비움의 황화물; 다수의 크롬 산화물; 구리 산화물; 코발트, 망간 및 니켈의 산화 리튬화 산화물 등을 포함할 수 있다. 캐소드 재료는 LixMn204, LiCoO2, LiNiO2, LiCo0.5Ni0.5O2 등을 포함할 수 있다.The positive electrode is the cathode during discharge. Many cathode active materials are known in the art and include intercalating compounds, i.e., certain materials that function as positive electrodes in solid electrolyte cells. For use in lithium ion devices these materials are generally characterized as containing all lithium for the cell. The cathode material extracts lithium at high voltage when it collides with lithium and makes it stable in air. Typical cathode materials include, for example, transition metal oxides, sulfides and selenides. Such materials include oxides of cobalt, manganese, molybdium and vanadium; Sulfides of titanium, molybdium and niobium; Multiple chromium oxides; Copper oxide; Cobalt, manganese, nickel oxide lithium oxide, and the like. The cathode material may include LixMn204, LiCoO2, LiNiO2, LiCo0.5Ni0.5O2, and the like.

바람직한 실시예에서, 캐소드 재료는, 예컨대, 흑연, 가루형의 탄소, 가루형 니켈, 금속 입자, 전도성 중합체 등과 같은 전자 전도 재료와 혼합된다. 이 캐소드는 양전극 캐소드 막를 형성하기 위하여, 즉 고체 중합체 매트릭스가 일부분의 캐소드 구조를 제공하도록 중합체 접합제을 사용하여 생산되는 것이 바람직하다. 중합체 전해질막/분리 소자와 마찬가지로, 중합체 접합재는 고체 중합체 형성 재료 및 가소제 합성물 양쪽을 사용하여 형성된다.In a preferred embodiment, the cathode material is mixed with an electron conducting material such as, for example, graphite, powdered carbon, powdered nickel, metal particles, conductive polymers and the like. This cathode is preferably produced using a polymer binder to form a positive electrode cathode film, ie the solid polymer matrix provides a portion of the cathode structure. Like the polymer electrolyte membrane / separation element, the polymer binder is formed using both a solid polymer forming material and a plasticizer composite.

캐소드는 양전극 활성 박막 재료로 함께 적층된 집전 장치를 포함한다. 캐소드 집전 장치에 사용하기에 적합한 재료는 본 기술 분야에서 잘 알려져 있으며, 예컨대 통상적으로 금속 또는 합금과 같은 전극 전도 재료에 포함된다. 통상적으로, 캐소드 집전 장치는, 예컨대 알류미늄 스테인레스 금속 및 보호성 전도 코팅 호일을 구비한 호일들과 같은 금속이다. 캐소드 전극 수집기는 알류미늄 호일 막, 개구매시, 편쳐진 금속, 직조된 또는 직조되지 않은 또는 편물된 와이어 구성 또는 격자이다. 또한, 각각의 집전 장치는 집전 장치의 엣지로부터 연장하는 집전 장치 탭에 연결된다. 다수의 전기 화학 전지를 포함하는 베터리에 있어서, 캐소드 탭은 함께 결합되어 리드선에 연결되는 것이 바람직하다. 외부 부하는 전기적으로 리드선에 연결될 수 있다. 접합 촉진제는 애노드 재료와 애노드 집전 장치 사이의 접합을 돕기 위하여 사용될 수 있다.The cathode includes a current collector stacked together with a positive electrode active thin film material. Suitable materials for use in the cathode current collector are well known in the art and are typically included in electrode conductive materials such as metals or alloys, for example. Typically, the cathode current collector is, for example, a metal such as aluminum stainless metal and foils with protective conductive coating foil. The cathode electrode collector is an aluminum foil membrane, aperturemash, knitted metal, woven or unwoven or knitted wire configuration or grating. Each current collector is also connected to a current collector tab that extends from the edge of the current collector. In batteries comprising a plurality of electrochemical cells, the cathode tabs are preferably joined together and connected to the lead wires. The external load can be electrically connected to the lead wires. Bonding promoters can be used to assist bonding between the anode material and the anode current collector.

적층 바이 셀 배터리에 사용되는 향상된 구조가 도 4에 도시된다. 적층 바이 셀은 순차적으로 자신의 최외각 표면에 집전 장치(415a)를 갖는 제1 카운터 전극(414a); 제1 분리 소자 성분(412b); 중간에 배치된 집전 장치(411)를 갖는 중앙 전극(410); 제2 분리 소자 성분(412a); 자신의 최외각 표면에 집전 장치(415b)를 갖는 제2 카운터 전극(414b)을 포함한다.An improved structure for use in a stacked bi-cell battery is shown in FIG. The stacked bi-cells sequentially include a first counter electrode 414a having a current collector 415a on its outermost surface; First isolation element component 412b; A central electrode 410 having a current collector 411 disposed in the middle; Second isolation element component 412a; And a second counter electrode 414b having a current collector 415b on its outermost surface.

카운터 전극들 내에서 집전 장치의 위치를 변경시킴에 따라 전류 분포가 변한다. 전류 분포가 카운터 전극의 내측 절반 내에 위치 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 집전 장치의 위치는 카운터 전극의 외부 절반 내에 배치되는 것이 보다 바람직하다. 바람직한 실시예는 카운터 전극의 최외각 엣지에 집전 장치를 포함한다. 반드시 필요한 것은 아니지만, 카운터 전극의 집전 장치는 좌우 대칭이어서, 바이 셀 내에서 전기 화학 처리가 균형을 이루는 것이 바람직하다.The current distribution changes as the position of the current collector in the counter electrodes changes. It is desirable for the current distribution to be positionable within the inner half of the counter electrode. However, the position of the current collector is more preferably disposed in the outer half of the counter electrode. The preferred embodiment includes a current collector at the outermost edge of the counter electrode. Although not necessary, it is preferable that the current collector of the counter electrode is symmetrical, so that the electrochemical treatment is balanced in the bi-cell.

도 4에는 집전 장치의 외부에 있는 중합체 매트릭스 박막이 도시되어 있지 않다. 집전 장치에 인접한 중합체 매트릭스 박막은 초기 바이 셀 기능 및 용량을 필요로 하지 않는다. 그러나, 이러한 박막을 사용하여 박리 현상을 지연시기거나제거하고 배터리 수명을 연장하는 것이 바람직하다. 집전 장치에 인접하여 외부에 위치한 중합체 매트릭스 박막은 적층 파라미터 및 설계된 배터리 수명의 함수일 필요가 있다.4 does not show a polymer matrix thin film outside of the current collector. The polymer matrix thin film adjacent to the current collector does not require initial bicell function and capacity. However, it is desirable to use such thin films to delay or eliminate delamination and extend battery life. The polymer matrix thin film located external to the current collector needs to be a function of the lamination parameters and the designed battery life.

바이 셀의 특정 실시예는 중앙 전극이 되는 애노드 또는 캐소드 모두에 의존하는 것은 아니다. 예컨대, 중앙 전극이 애노드가면, 카운터 전극은 캐소드이다. 유사하게, 중앙 전극이 캐소드이면, 카운터 전극은 애노드가다.The specific embodiment of the bi-cell does not depend on both the anode or the cathode being the center electrode. For example, if the center electrode is an anode, the counter electrode is a cathode. Similarly, if the center electrode is a cathode, the counter electrode is an anode.

"건조" 전해 전지 전구체는 애노드, 박막 분리 및 캐소드를 조합하고, 각각의 층으로부터 가소제를 추출함으로써 형성된다. 각각의 전극 및 분리 소자는 개별적으로 추출될 수 있지만, 적절한 층을 가소제 인텍트와 적층하고 조합하여 장치로서의 배터리 전구체로부터 가소제를 추출하는 것이 보다 편리하다. 배터리 전구체를 형성하여 추출하는 방법이 본 명세서에서 참조로 통합된 미국 특허 제5,456,000호에 설명되어 있다.A "dry" electrolytic cell precursor is formed by combining the anode, thin film separation and cathode and extracting the plasticizer from each layer. Each electrode and separation element can be extracted separately, but it is more convenient to stack and combine the appropriate layers with plasticizer intact to extract the plasticizer from the battery precursor as a device. Methods of forming and extracting battery precursors are described in US Pat. No. 5,456,000, which is incorporated herein by reference.

추출된 배터리 전구체는 용매/전해질 염분 용액을 첨가함으로써 활성화된다. 전해질 용매는 전해 전지의 동작 중에 알라리성 염분을 용해시키기 위한 목적의 전해질 용매에 포함된 용매이다. 전해질 용매는 양립할 수 있고, 전기 화학적으로 안정되며, 비교적 비휘발성이고, 비양자성이며, 비교적 극성 용매이다. 이들 재료들은 재조 공정을 단순화 시키고 배터리의 동작 범위 및 선반 수명을 증가시기 위하여 85℃ 이상의 끓는 점을 갖는 것이 바람직하다. 통상적으로, 다이메틸 카보네이트(DMC), 다이에틸 카보네이트(DEC), 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 메틸 카보네이트(MEC), 감마-부티로락톤, 트리글림, 테트라글림,다이메틸설포사이드, 다이옥소렌, 설포렌 등 및 이러한 재료들의 혼합물 등이 용매의 예가 될 수 있다.The extracted battery precursor is activated by adding a solvent / electrolyte salt solution. The electrolyte solvent is a solvent included in the electrolyte solvent for the purpose of dissolving the aliphatic salts during the operation of the electrolytic cell. Electrolyte solvents are compatible, electrochemically stable, relatively nonvolatile, aprotic, and relatively polar solvents. These materials preferably have a boiling point above 85 ° C. to simplify the manufacturing process and increase the operating range and shelf life of the battery. Typically, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), methyl carbonate (MEC), gamma-butyrolactone, triglyme, tetraglyme, dimethylsul Foursides, dioxolenes, sulfolenes and the like and mixtures of these materials may be examples of solvents.

전해질 염분은 비용액 전해질에 사용하기에 적합한 무기질 염분이다. 특히 알카리성 염분이 사용되며, 여기서, 염분의 양이온은 용매 포함 전해질 및 전해 전지의 반대 전극에서 사용하기에 적합한 리튬, 소듐, 포타시움, 루디듐, 은, 및 세슘으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 알카리인 것이 바람직하다.Electrolyte salts are inorganic salts suitable for use in nasal liquid electrolytes. Particularly alkaline salts are used, where the cation of the salt is preferably an alkali selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium, rudidium, silver, and cesium suitable for use in the solvent containing electrolyte and the opposite electrode of the electrolytic cell. .

다양한 전해질 염분이 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 예컨대, LiPF6, LiSCN, LIAsF6, LiClO4, LiN(CF3SO2)2, LiBF4, LiCF3SO3, LiSbF6, NaSCN 등과 같은 화합물이 전해질 염분이 될 수 있다. 통상적으로 전해질 염분은 전해질의 총중량에 기초하여대략 5 내지 25 중량 퍼센트의 무기질 이온 염분을 포함한다. 이 염분은 전해질 용매에 포함되며, 대략 10 내지 20 중량 퍼센트인 것이 바람직하다. 본 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 염분의 중량 퍼센트는 염분의 유형에 따라 그리고, 사용된 특정 전해질 용매에 따라 변경될 것이다.Various electrolyte salts are well known in the art. For example, compounds such as LiPF 6 , LiSCN, LIAsF 6 , LiClO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 , NaSCN, and the like may be electrolyte salts. Typically electrolyte salts comprise approximately 5 to 25 weight percent of inorganic ionic salts based on the total weight of the electrolyte. This salt is included in the electrolyte solvent and is preferably about 10 to 20 weight percent. As is well known in the art, the weight percentage of salt will vary depending on the type of salt and the particular electrolyte solvent used.

일반적으로, 적층된 배터리 전구체는 전해질 용매에 의해 활성화되기 이전에 수분이 침투할 수 없는 패키지 내에 위치하며, 전기적으로 전극 탭에 연결된다. 다수의 전해질 염분은 수분 또는 다른 화학적인 합성물에 민감하기 때문에, 전해 전지 전구체의 활성화 시에는 예컨대, 아르곤 환경인 불활성의 수분이 없는 환경에 배치되는 것이 바람직하다.In general, the stacked battery precursors are located in a package that cannot penetrate moisture before they are activated by the electrolyte solvent and are electrically connected to the electrode tabs. Since many electrolyte salts are sensitive to moisture or other chemical compounds, upon activation of the electrolytic cell precursor, it is desirable to place them in an inert, moisture free environment that is, for example, an argon environment.

다음의 실시예들은 도시의 목적으로 제공되었으며, 이들 실시예들에 의하여본 발명이 제한되어서는 않된다. 다음의 실시예에 의하여 생산된 각각의 배터리에서 분리 소자 막은 절연 부재로서 사용되었다. 이는 실험실에서의 비교를 편리하게 하기 위한 것이며, 절연체로서 적합한 재료를 제한하여서는 않된다.The following examples are provided for the purpose of illustration and the present invention should not be limited by these examples. In each battery produced by the following example, a separator element film was used as the insulating member. This is to facilitate the comparison in the laboratory and should not limit the material suitable as the insulator.

(실시예 1)(Example 1)

캐소드 집전 장치Cathode current collector

애노드 집전 장치에 사용되는 알류미늄 격자는 대략 2.5g/m2의 펼쳐진 알류미늄 금속막이 사용된다(에스멧, 나우가턱, CT)As for the aluminum lattice used in the anode current collector, an unwrapped aluminum metal film of about 2.5 g / m 2 is used (Smet, Nagut, CT).

알류미늄 격자의 표면은 일련의 용액들 내에서 격자를 에칭함으로써 형성된다. 특히 알류미늄 격자는 아세톤 용액기에 5 분간 놓인다. 그리고, 알류미늄 격자는 증류수에서 1 내지 2 분 동안 세척된다. 알류미늄 격자는 1L의 메탄올에 용해되어 있는 56g의 포타시움 하이드로옥사이드 펠렛을 포함하는 에칭 용액의 용액기에 담궈진다. 알류미늄 격자는 8분 후에 에칭 용액으로부터 제거되어 8분 동안 신선한 증류수 용액기에 담가진 후에, 아세톤 용액기에 3분간 담궈진다.The surface of the aluminum lattice is formed by etching the lattice in a series of solutions. In particular, the aluminum lattice is placed in an acetone solution for 5 minutes. The aluminum lattice is then washed for 1 to 2 minutes in distilled water. The aluminum lattice is immersed in a solution of an etching solution comprising 56 g of potassium potassium pellets dissolved in 1 L of methanol. The aluminum lattice is removed from the etching solution after 8 minutes and soaked in fresh distilled water solution for 8 minutes and then soaked in acetone solution for 3 minutes.

접착 촉진제 층이 확산된 콜로이드 용액으로서 형성된다. 격자 코팅은 (중량당) 에탄올 100, 모톤 에드코트(50C12) 100, 슈퍼-P(상표)(M.M.M. 카본, 윌레블록, 벨기에) 5의 비율로 볼 혼합 자르에 첨가하여 1 시간 동안 혼합함으로써 형성된다. 확산된 콜로이드 용액은 에탄올 100의 비율로 희석되어 에칭된 알류미늄 격자 상에 스프레이 코팅된다.An adhesion promoter layer is formed as a diffuse colloidal solution. The lattice coating is formed by adding to a ball mixing jar at a ratio of 100 (per weight) ethanol 100, Morton Edcoat (50C12) 100, Super-P® (MMM carbon, Willeblock, Belgium) 5 and mixing for 1 hour. . The diffused colloidal solution is diluted with a proportion of ethanol 100 and spray coated onto the etched aluminum lattice.

(실시예 2)(Example 2)

제어 캐소드 구조Control cathode structure

집전 장치가 중간에 위치한 캐소드 구조가 형성된다.The cathode structure in which the current collector is located in the middle is formed.

중합체/캐소드 혼합물은 중량당 KYNAR 플렉스 2801(상표명)(PVdF 및 HFP의 혼합 중합체)(엘프 아토켐, 필라델피아, 펜실바이아주) 10, 중량당 025C(LiXMn2O4)(케르-메기) 65, 및 슈퍼-P(상표명) 카본 블랙 5 의 비율로 혼합되어 형성된다. 중합체/캐소드 혼합물은 볼 분쇄 자르에서 24 시간 동안 혼합된다.The polymer / cathode mixture was KYNAR Flex 2801 ™ by weight (mixed polymer of PVdF and HFP) (Elf Atochem, Philadelphia, Pennsylvania) 10, 025 C (LiXMn2O4) (Ker-Megi) 65 per weight, and super- It is formed by mixing in the ratio of P (trade name) carbon black 5. The polymer / cathode mixture is mixed for 24 hours in a ball milling jar.

건조하기 위하여 가루형 캐소드 활성 혼합물에 다이부틸 페탈레이트(DBP)가 20의 비율로 혼합된 것이다. 상기 젖은 재료는 동질성의 혼합물이 형성될 때가지 높은 전단 응력 하에서 10분 내지 30분 동안 혼합된다. 혼합기는 혼합하기에 적합한 온도인 130℃의 온도에서 유지된다.To dry, dibutyl phthalate (DBP) was mixed in a proportion of 20 to the powdered cathode active mixture. The wet material is mixed for 10-30 minutes under high shear stress until a homogeneous mixture is formed. The mixer is maintained at a temperature of 130 ° C., which is a temperature suitable for mixing.

각각 125㎛의 두께를 갖는 2 개의 캐소드 막는 130℃에서 30 초간 적절한 기판 상에 고압을 가함으로써 형성된다. 실시예 1의 집전 장치는 제1 캐소드 막의 상부 표면 상에 배치된다. 그리고, 제2 캐소드 막는 집전 장치의 상부 표면에 배치된다. 상기의 결과로 나온 3 층 구조에 압력이 가해져 층간의 양호한 접촉을 제공하며, 상기 구조는 130℃에서 15 내지 30 초간 고압으로 압축되어 캐소드 구조를 형성한다.Two cathode films, each having a thickness of 125 μm, are formed by applying high pressure on a suitable substrate at 130 ° C. for 30 seconds. The current collector of Example 1 is disposed on the upper surface of the first cathode film. The second cathode film is disposed on the upper surface of the current collector. Pressure is applied to the resulting three-layer structure to provide good contact between the layers, which are compressed at high pressure at 130 ° C. for 15 to 30 seconds to form a cathode structure.

(실시예 3)(Example 3)

향상된 캐소드 구조Enhanced cathode structure

소정의 엣지에 집전 장치를 갖는 캐소드 구조가 형성된다.A cathode structure having a current collector at a predetermined edge is formed.

실시예 2의 공정이 반복되어 2 개의 캐소드 막를 형성한다. 이 캐소드 막들은 함께 층으로 형성되어 도 1의 집전 장치가 상기 2 개의 캐소드 막의 상부에 위치된다. 결과로 나온 3 층 구조에 압력이 가해져서 층간의 양호한 접촉을 제공하고, 상기 구조는 130℃에서 15 내지 30 초간 고압으로 압축되어 캐소드 구조를 형성한다. 상기 캐소드 구조는 소정의 엣지에 집전 장치를 갖는 캐소드 막의 2 배의 두께를 갖는다.The process of Example 2 is repeated to form two cathode films. These cathode films are formed together in layers so that the current collector of FIG. 1 is located on top of the two cathode films. Pressure is applied to the resulting three-layer structure to provide good contact between the layers, which are compressed at high pressure at 130 ° C. for 15 to 30 seconds to form a cathode structure. The cathode structure has twice the thickness of the cathode film having the current collector at a predetermined edge.

(실시예 4)(Example 4)

애노드 집전 장치Anode current collector

애노드 집전 장치에 사용되는 구리 격자는 대략 50㎛의 두께로 펼쳐진 구리 금속의 막이다. 이 구리 격자는 지정(2Cu5-155)(평탄화 및 어닐링)된 상태에서 사용된다(코네티컷, 브랜포드, 델커)The copper grating used for the anode current collector is a film of copper metal spread to a thickness of approximately 50 μm. This copper grating is used in the designated (2Cu5-155) (flattened and annealed) state (Connecticut, Brandford, Delcker).

구리 격자의 표면은 일련의 용액 내에서 에칭에 의하여 형성된다. 특히, 구리 격자는 아세톤 용액기 내에서 5분간 위치한다. 그리고, 구리 격자는 증류수에서 1분 내지 2분 동안 세척된다. 구리 격자는 1 몰의 질화산(70ml 70%의 질화산 및 1L의 증류수)을 포함하는 에칭 용액의 용액기에 담궈진다. 구리 격자는 5분 뒤에 에칭 용액으로부터 제거되어 신선한 증류수 용액기에 8분 동안 담궈지고, 이어서 3분 동안 아세톤 용액기에 담궈진다.The surface of the copper grating is formed by etching in a series of solutions. In particular, the copper lattice is placed in the acetone solution for 5 minutes. The copper lattice is then washed for 1 to 2 minutes in distilled water. The copper lattice is immersed in a solution of an etching solution containing 1 mole of nitric acid (70 ml 70% nitric acid and 1 L distilled water). The copper lattice is removed from the etching solution after 5 minutes and soaked in fresh distilled water solution for 8 minutes and then for 3 minutes in acetone solution.

접착 촉진 층은 전술한 바와 같이 에칭된 구리 격자 상에 스프레이 코팅으로 형성된다.The adhesion promotion layer is formed by spray coating on the etched copper grating as described above.

(실시예5)Example 5

제어 애노드 구조Control anode structure

중간에 위치한 집전 장치를 갖는 애노드 구조가 형성된다.An anode structure with a current collector located in the middle is formed.

중합체 혼합물은 BG34(일리노이주, 블루밍데일, 슈페리어 그레페이트)를 60의 비율로 갖는 PVdF:HFP의 혼합 중합체(KYNAR 플렉스 2801(상표명))를 12의 비율로 볼 분쇄 자르에서 24 시간 동안 혼합하여 형성된다. 이로서 건조된 가루 혼합물을 제조해내며, 이 가루 혼합물 내의 작은 크기의 미립자들은 잘 혼합되어 있다.The polymer mixture is formed by mixing a mixed polymer of PVdF: HFP (KYNAR Flex 2801 ™) with BG34 (Illinois, Bloomingdale, Superior Grepate) at a ratio of 12 in a ball milling jar for 24 hours. do. This produces a dry powder mixture, in which the small sized particulates are well mixed.

건조하기 위하여 가루형 혼합물에 다이부틸 페탈레이트(DBP)가 30의 비율로 첨가되어 있다. 상기 젖은 재료는 동질성의 혼합물이 형성될 때가지 고온(130℃) 및 높은 전단 응력 상태 하에서 10분 내지 30분 또는 그 이상 동안 혼합된다.Dibutyl phthalate (DBP) is added to the flour mixture at a rate of 30 to dry. The wet material is mixed for 10-30 minutes or more under high temperature (130 ° C.) and high shear stress conditions until a homogeneous mixture is formed.

애노드 막은 적절한 기판 상에서 130℃에서 30 초간 고온으로 애노드 재료를 압축하여 형성된다. 도 3의 집전 장치는 단일 애노드 막의 상부 표면 상에 위치한다. 제2 애노드 막은 집전 장치를 덮는 데에 사용되며 이 결과로 나온 구조에 압력이 가해진다. 층간의 양호한 접촉을 제공하기 위하여 이들 층들은 고온 압연 적층 또는 고압으로 적층되어 애노드 구조를 형성한다.The anode film is formed by compressing the anode material at a high temperature for 30 seconds at 130 ° C. on a suitable substrate. The current collector of FIG. 3 is located on the top surface of the single anode film. The second anode film is used to cover the current collector and pressure is applied to the resulting structure. In order to provide good contact between the layers, these layers are hot rolled laminated or laminated at high pressure to form an anode structure.

(실시예 6)(Example 6)

향상된 애노드 구조Enhanced anode structure

소정의 엣지에 집전 장치를 갖는 애노드 구조가 형성된다.An anode structure having a current collector at a predetermined edge is formed.

애노드 막은 적절한 기판 상에서 130℃에서 30 초간 고온으로 애노드 재료를 압축하여 형성된다. 2 개의 애노드 막은 함께 적층되고, 도 3의 집전 장치가 그 위의 표면에 배치된다. 이 결과로 나온 구조에 압력이 가해진다. 층간의 양호한 접촉을 제공하기 위하여 이들 층들은 120℃에서 압연 적층 또는 고온 프레스 적층되어 애노드 구조를 형성한다.The anode film is formed by compressing the anode material at a high temperature for 30 seconds at 130 ° C. on a suitable substrate. The two anode films are stacked together and the current collector of FIG. 3 is disposed on the surface thereon. Pressure is applied to the resulting structure. To provide good contact between the layers, these layers are roll laminated or hot press laminated at 120 ° C. to form the anode structure.

(실시예 7)(Example 7)

분리 소자Isolation element

증류 처리된 실리카 20 및 KYNAR 플렉스 2801(상표명)이 30의 비율로 볼 분쇄 자르에 위치하여 24 시간 동안 혼합된다. 이로서 건조된 가루 혼합물을 제조해내며, 이 가루 혼합물 내의 작은 크기의 미립자들은 잘 혼합되어 있다.Distilled silica 20 and KYNAR Flex 2801 ™ are placed in the ball mill jar at a rate of 30 and mixed for 24 hours. This produces a dry powder mixture, in which the small sized particulates are well mixed.

건조하기 위하여 가루형 혼합물에 다이부틸 페탈레이트(DBP)가 55의 비율로 첨가되어 있다. 상기 젖은 재료는 동질성의 혼합물이 형성될 때가지 낮은 전단 응력 상태 하에서 5분 내지 10분 동안 혼합된다.Dibutyl phthalate (DBP) is added to the flour mixture at a ratio of 55 to dry. The wet material is mixed for 5-10 minutes under low shear stress until a homogeneous mixture is formed.

상기 결과로 나온 혼합물은 130℃의 온도에서 30초 동안 고압이 가해져 대략 2mm의 두께를 갖는 강도 높은 깨끗한 박막을 형성한다.The resulting mixture was subjected to high pressure at a temperature of 130 ° C. for 30 seconds to form a clean, high strength thin film having a thickness of approximately 2 mm.

(실시예 8)(Example 8)

혼합된 캐소드 바이 셀 전구체의 형성Formation of Mixed Cathode Bicell Precursors

고체 전기 화학 전지 전구체는 실시예 2의 제1 캐소드 카운터 전극(종래 기술의 제어 캐소드)을 제7 실시예의 중합체 박막 분리에 인접하도록 적층하도록 하고, 실시예 3의 제2 캐소드 카운터 전극(종래 기술의 제어 캐소드)을 제7 실시예의 중합체 박막 분리에 인접하도록 적층하도록 함으로써 형성하여 집전 장치가 외측으로 지향되도록 한다. 이 2 개의 캐소드 카운터 전극은 서로 중량에 근접하게 매칭된다. 실시예 5의 중앙 애노드 전극은 2 개의 카운터 전극 구조의 2 개의 중합체 박막 분리 사이에 배치되고 이 유닛도 함께 적층된다.The solid electrochemical cell precursor allows the first cathode counter electrode (prior art control cathode) of Example 2 to be laminated adjacent to the polymer thin film separation of the seventh embodiment, and the second cathode counter electrode of Example 3 (prior art Control cathodes) are formed so as to be adjacent to the polymer thin film separation of the seventh embodiment so that the current collector is directed outward. These two cathode counter electrodes are closely matched to each other by weight. The center anode electrode of Example 5 is disposed between two polymer thin film separations of two counter electrode structures and this unit is also stacked together.

상기 층들은 도 5에 도시된 바와 같이, 바이 셀 전구체(501)를 형성한다. 이어서, 이들 층은 중간에 배치된 집전 장치(515a)를 갖는 제1 (제어) 캐소드 카운터 전극(514a); 제1 분리 소자(512a); 중앙 애노드 전극(510); 제2 분리 소자(512b); 바이 셀의 최외각 엣지에 집전 장치(515b)를 갖는 (향상된) 제2 캐소드 카운터 전극(514b) 등의 순서로 배열된다. 이들 층들은 바이 셀 전구체를 형성하는 압력 하에서 가열된다. 형성 완료된 바이 셀에서 캐소드 대 애노드의 중량대 중량비는 2.5:1이다.The layers form a bi-cell precursor 501, as shown in FIG. These layers then comprise a first (control) cathode counter electrode 514a having a current collector 515a disposed therebetween; First isolation element 512a; A center anode electrode 510; Second separation element 512b; And an (enhanced) second cathode counter electrode 514b having a current collector 515b at the outermost edge of the bi-cell. These layers are heated under pressure to form a bi-cell precursor. The weight to weight ratio of cathode to anode in the formed bi-cell is 2.5: 1.

바이 셀은 다음과 같이 추출되고 활성화되며 패키징된다. 즉, 바이 셀 전구체는 메탄올 또는 다이 에틸 에테르 또는 연속적으로 메탄올 또는 에테를 용기에 담궈져서 가소제를 제거시킨다. 메탄올 또는 에테르 용기(들)는 초과 메탄올 또는 에테르와 적어도 30분 이상 접촉하는 것이 바람직하다.Bi-cells are extracted, activated and packaged as follows. That is, the bi-cell precursor is immersed in methanol or diethyl ether or continuously methanol or ether in the container to remove the plasticizer. The methanol or ether vessel (s) is preferably in contact with excess methanol or ether for at least 30 minutes.

추출된 배터리 전구체는 40℃에서 밤새도록 진공 건조된다. 전해질 용매는 에틸렌 카보나이트 및 다이메틸 카보나이트를 267 대 133의 비율로 혼합하여 준비된다. 이 전해질 용매에 LiPF6를 60의 비율로 혼합하여 소정의 전해질 용매 용액을 생성한다. 이 전해질 용매 용액은 바이 셀 전구체에 첨가된다. 활성화된 전해 전지는 경질의 하우징 내에 진공 상태로 패키징된다. 양전극 및 음전극 챔은 패키징으로부터 연장된다. 이 배터리는 4.2V로 충전된다.The extracted battery precursor is vacuum dried overnight at 40 ° C. The electrolyte solvent is prepared by mixing ethylene carbonite and dimethyl carbonite in a ratio of 267 to 133. LiPF 6 is mixed with this electrolyte solvent at a ratio of 60 to produce a predetermined electrolyte solvent solution. This electrolyte solvent solution is added to the bi cell precursor. The activated electrolytic cell is packaged in a vacuum in a rigid housing. The positive electrode and negative electrode chambers extend from the packaging. The battery is charged to 4.2V.

(실시예 9)(Example 9)

실험 및 결과Experiment and result

2 개의 캐소드 카운터 전극은 각각 분기되어 전류 분포가 각각의 전극에서 모니터링되도록 한다. 전류 분포는 셀의 정상 상태 전류 주기 동안 측정된다.The two cathode counter electrodes are each branched so that the current distribution is monitored at each electrode. The current distribution is measured during the steady state current cycle of the cell.

도 6에는 바이 셀이 충전되는 동안 캐소드 카운터 전극을 비교한 그래프가 도시된다.6 shows a graph comparing the cathode counter electrode while the bi-cell is charging.

도 7에는 바이 셀이 방전되는 동안 캐소드 카운터 전극을 비교한 그래프가 도시된다.7 shows a graph comparing the cathode counter electrode while the bi-cell is discharging.

데이터는 충전 및 방전 모두에 대한 셀 용량의 함수로서 나타내어 진다. 이 셀은 23℃에서 3 내지 4.2V 사이에서 0.5mA/cm2(즉, 총 24mA/cm2)의 전류 밀도로 순환한다.Data is shown as a function of cell capacity for both charge and discharge. The cell in between 23 ℃ 3 to 4.2V 0.5mA / cm 2 (i.e., total 24mA / cm 2) is circulated at a current density of.

충전 및 방전하는 동안 향상된 캐소드 (외부의 집전 장치)가 더 효율적으로 동작한다. 즉 향상된 캐소드는 중간의 집전 장치 캐소드와 비교하여 비교적 많은 전류를 끌어들인다.Improved cathodes (external current collectors) operate more efficiently during charging and discharging. That is, the enhanced cathode draws relatively much current compared to the intermediate current collector cathode.

초기 셀 충전하는 동안(도 6) 이 전류는 종래의 캐소드 카운터 전극으로부터 우선적으로 끌어 당겨진다. 종래의 캐소드 카운터 전극이 향상된 캐소드 전극을 따라가서 우월한 성능을 갖기 시작한 것은 종단의 셀 충전(캐소드 카운더 전극 외부의 집전 장치가 대략 리튬 고갈에 근접하게 됨)에 대하여서 만 해당된다.During initial cell charging (FIG. 6) this current is preferentially drawn from the conventional cathode counter electrode. It is only with respect to the terminal cell charging (current collectors outside the cathode counter electrode to approximate lithium depletion) that conventional cathode counter electrodes have started to have superior performance following the enhanced cathode electrode.

셀 방전하는 동안(도 7) 보다 효과적으로 재수행하는 향상된 설계의 캐소드 카운터 전극과 함께 유사한 패턴이 나타난다. 이 특징에서, 상기 전류는 방전 반응을 나타내는 마이너스 값을 나타냄에 주목하라.A similar pattern appears with an improved design cathode counter electrode that re-runs more effectively during cell discharge (FIG. 7). Note that in this feature, the current exhibits a negative value representing the discharge reaction.

(실시예 10)(Example 10)

혼합 애노드 바이 셀 전구체의 준비Preparation of Mixed Anode Bicell Precursors

고체 전기 화학 전지 전구체는 집전 장치가 외측으로 지향된 채로, 도 7의제1 중합체 분리막에 근접한 도 5(종래 기술의 제어 애노드)의 제1 애노드 카운터 전극을 적층하고, 도 7의 제2 중합체 분리막에 근접한 도 6(애노드 외측의 집전 장치)의 제2 애노드 카운터 전극을 적층함으로써 형성된다. 2개의 애노드 카운터 전극은 중량에 근접하게 매칭한다. 도 2의 중앙 캐소드 전극은 2 개의 전극 구조물의 2 개의 중합체 분리막들 사이에 배치되어 함께 적층된다.The solid electrochemical cell precursor is laminated with the first anode counter electrode of FIG. 5 (prior art prior art control anode) adjacent to the first polymer separator of FIG. 7 with the current collector directed outward, and onto the second polymer separator of FIG. It is formed by stacking the second anode counter electrode in Fig. 6 (current collector outside the anode). Two anode counter electrodes match close to weight. The central cathode electrode of FIG. 2 is disposed between two polymer separators of two electrode structures and stacked together.

이 층들은 도 5에 도시된 바와 같이 바이 셀 전구체(501)를 형성하도록 배치된다. 이 층들은 순차적으로, 중앙에 배치된 집전 장치(515a)를 갖는 제1 (제어) 애노드 카운터 전극(514a)과; 제1 분리기(512a)와; 중앙 캐소드 전극(510)과; 제2 분리기(512b)와; 최외각 엣지에 있는 집전 장치(515b)를 갖는 제2 (향상된) 애노드 카운터 전극(514b) 순서로 배치된다. 이 층들은 바이 셀 전구체를 형성하는 압력 하에서 가열된다. 제작이 완료된 바이 셀에서 캐소드 대 애노드의 중량비는 2.5:1이다.These layers are arranged to form the bi cell precursor 501 as shown in FIG. 5. These layers are sequentially arranged with a first (control) anode counter electrode 514a having a current collector 515a disposed in the center; A first separator 512a; A center cathode electrode 510; A second separator 512b; The second (enhanced) anode counter electrode 514b with current collector 515b at the outermost edge is arranged. These layers are heated under pressure to form a bi-cell precursor. In the finished bicell, the weight ratio of cathode to anode is 2.5: 1.

바이 셀은 도 8에 도시한 바와 같이 추출되고 활성화되며, 패키징된다.The bi-cells are extracted, activated and packaged as shown in FIG.

(실시예 11)(Example 11)

실험 및 결과Experiment and result

2 개의 애노드 카운터 전극은 각각 분기되어 각각의 전극 내에서 전류 분포가 모니터링되도록 한다. 전류 분포는 상기 셀의 정상 상태 전류 주기 동안 측정된다.The two anode counter electrodes are each branched to allow the current distribution to be monitored within each electrode. The current distribution is measured during the steady state current cycle of the cell.

도 8에는 바이 셀이 충전되는 동안 애노드 카운터 전극을 비교한 그래프가 도시된다.8 shows a graph comparing the anode counter electrode while the bi-cell is charging.

도 7에는 바이 셀이 방전되는 동안 애노드 카운터 전극을 비교한 그래프가 도시된다.7 shows a graph comparing the anode counter electrode while the bi-cell is discharging.

데이터는 충전 및 방전 모두에 대한 셀 용량의 함수로서 나타내어 진다. 이 셀은 23℃에서 3 내지 4.2V 사이의 전압에서 0.5mA/cm2(즉, 총 24mA/cm2)의 전류 밀도로 순환한다.Data is shown as a function of cell capacity for both charge and discharge. The cells in voltage in the range 3 to 23 ℃ 4.2V 0.5mA / cm 2 (i.e., total 24mA / cm 2) is circulated at a current density of.

충전 및 방전하는 동안 향상된 캐소드 (외부의 집전 장치)가 더 효율적으로 동작한다. 즉 향상된 캐소드는 중간의 집전 장치 캐소드와 비교하여 비교적 많은 전류를 끌어들인다. 셀 충전 공정을 통하여 향상된 애노드는 분명히 보다 많은 전류를 끌어들인다 (그래서, 셀이 완전히 충전되면, 궁극적으로 보다 높은 레벨의 리튬 이온 밀도를 얻음). 연속되는 셀 방전 공정 동안(도 9), 이는 충전 공정 동안 얻어진 이 애노드 카운터 전극에서 보다 높은 초기 특성 용량을 나타내지만, 향상된 애노드 카운터 전극은 보다 효과적으로 나타난다.Improved cathodes (external current collectors) operate more efficiently during charging and discharging. That is, the enhanced cathode draws relatively much current compared to the intermediate current collector cathode. An improved anode through the cell charging process clearly draws more current (so when the cell is fully charged, ultimately a higher level of lithium ion density is obtained). During the subsequent cell discharge process (FIG. 9), this shows a higher initial characteristic capacity at this anode counter electrode obtained during the charging process, but the improved anode counter electrode appears more effectively.

초기 셀 충전하는 동안(도 8) 이 전류는 종래의 캐소드 카운터 전극으로부터 우선적으로 추출된다. 종래의 캐소드 카운터 전극이 향상된 캐소드 전극을 따라가서 우월한 성능을 갖기 시작한 것은 종단의 셀 충전(캐소드 카운더 전극 외부의 집전 장치가 대략 리튬 고갈에 근접하게 됨)에 대하여서만 해당된다.During initial cell charging (FIG. 8) this current is preferentially extracted from a conventional cathode counter electrode. Conventional cathode counter electrodes began to follow superior cathode electrodes and began to have superior performance only for terminal cell charging (current collectors outside the cathode counter electrodes would approach approximately lithium depletion).

셀 방전하는 동안(도 9) 유사한 패턴이 보다 효과적으로 재수행되는 향상된 설계의 캐소드 카운터 전극과 함께 나타난다. 이 특징에서, 상기 전류는 방전 반응을 나타내며 마이너스 값을 나타냄에 주목하라.A similar pattern appears with an improved design cathode counter electrode during cell discharge (FIG. 9). Note that in this feature, the current exhibits a discharge response and a negative value.

(실시예 12)(Example 12)

대체 혼합된 캐소드 바이 셀 전구체Alternative Mixed Cathode Bicell Precursors

고체의 전기 화학 전지 전구체는 실시예 8에 설명된 바와 같이 형성되며, 제2 카운터 전극을 대체하는 캐소드 카운터 전극은 캐소드 재료의 최외각 엣지에 있는 집전 장치와, 집전 장치의 옆에 있는 중합체 매트릭스 박막을 갖는다. 이 층들은 바이 셀 전구체를 형성하는 압력하에서 가열된다. 바이 셀은 실시예 8에 설명된 바와 같이 추출되고, 활성화되어 패키징된다.The solid electrochemical cell precursor is formed as described in Example 8, and the cathode counter electrode replacing the second counter electrode includes a current collector at the outermost edge of the cathode material and a polymer matrix thin film next to the current collector. Has These layers are heated under pressure to form a bi-cell precursor. Bi-cells are extracted, activated and packaged as described in Example 8.

이 2 개의 캐소드 카운터 전극은 각각 분기되어 각 전극에서 전류 분포가 모니터링되도록 한다. 전류 분포는 셀의 정상 상태 전류 주기 동안 측정된다. 이 셀은 23℃에서 3 내지 4.2V 사이의 전압에서 0.5mA/cm2(즉, 총 24mA/cm2)의 전류 밀도로 순환한다.These two cathode counter electrodes are each branched to allow the current distribution to be monitored at each electrode. The current distribution is measured during the steady state current cycle of the cell. The cells in voltage in the range 3 to 23 ℃ 4.2V 0.5mA / cm 2 (i.e., total 24mA / cm 2) is circulated at a current density of.

충전 및 방전하는 동안 캐소드 재료-집전 장치-중합체 매트릭스 박막을 갖는 전류 향상된 캐소드는 집전 장치 중간 캐소드보다 효율적으로 동작한다.Current charging cathodes with cathode material-current collector-polymer matrix thin films during charging and discharging operate more efficiently than current collector intermediate cathodes.

(실시예 13)(Example 13)

대체 혼합된 캐소드 바이 셀 전구체Alternative Mixed Cathode Bicell Precursors

고체의 전기 화학 전지 전구체는 실시예 8에 설명된 바와 같이 형성되며, 제2 카운터 전극을 대체하는 캐소드 카운터 전극은 캐소드 재료의 최내각 엣지에 집전 장치를 갖는다. 이 층들은 바이 셀 전구체를 형성하는 압력하에서 가열된다. 바이 셀은 실시예 8에 설명된 바와 같이 추출되고, 활성화되어 패키징된다.The solid electrochemical cell precursor is formed as described in Example 8, and the cathode counter electrode replacing the second counter electrode has a current collector at the innermost edge of the cathode material. These layers are heated under pressure to form a bi-cell precursor. Bi-cells are extracted, activated and packaged as described in Example 8.

이 2개의 캐소드 카운터 전극은 각각 분기되어 각 전극에서 전류 분포가 모니터링되도록 한다. 전류 분포는 실시예 11에 도시된 바와 같이 셀의 정상 상태 전류 주기 동안 측정된다. 이 셀은 23℃에서 3 내지 4.2V 사이의 전압에서 0.5mA/cm2(즉, 총 24mA/cm2)의 전류 밀도로 순환한다.The two cathode counter electrodes are each branched to allow the current distribution to be monitored at each electrode. The current distribution is measured during the steady state current period of the cell as shown in Example 11. The cells in voltage in the range 3 to 23 ℃ 4.2V 0.5mA / cm 2 (i.e., total 24mA / cm 2) is circulated at a current density of.

충전 및 방전하는 동안 집전 장치 중앙 캐소드는 집전 장치 중간 캐소드보다 다소 비효율적으로 동작한다.During charging and discharging, the current collector center cathode operates somewhat inefficiently than the current collector intermediate cathode.

(실시예 14)(Example 14)

대체 혼합된 캐소드 바이 셀 전구체Alternative Mixed Cathode Bicell Precursors

고체의 전기 화학 전지 전구체는 실시예 10에 설명된 바와 같이 형성되며, 제2 카운터 전극을 대체하는 애노드 카운터 전극은 애노드 재료의 최외각 엣지에 있는 집전 장치 및 집전 장치의 옆에 있는 중합체 매트릭스 박막을 갖는다. 이 층들은 바이 셀 전구체를 형성하는 압력하에서 가열된다. 바이 셀은 실시예 10에 설명된 바와 같이 추출되고, 활성화되어 패키징된다.The solid electrochemical cell precursor is formed as described in Example 10, and the anode counter electrode, which replaces the second counter electrode, comprises a current collector at the outermost edge of the anode material and a polymer matrix thin film next to the current collector. Have These layers are heated under pressure to form a bi-cell precursor. Bi-cells are extracted, activated and packaged as described in Example 10.

이 2 개의 애노드 카운터 전극은 각각 분기되어 각 전극에서 전류 분포가 모니터링되도록 한다. 전류 분포는 실시예 11에 도시된 바와 같이 셀의 정상 상태 전류 주기 동안 측정된다. 충전 및 방전하는 동안 향상된 애노드(외부의 집전 장치)는 집전 장치 중간 애노드보다 효율적으로 동작한다.These two anode counter electrodes are each branched to allow the current distribution to be monitored at each electrode. The current distribution is measured during the steady state current period of the cell as shown in Example 11. Improved anodes (external current collectors) operate more efficiently than current collector intermediate anodes during charging and discharging.

(실시예 15)(Example 15)

대체 혼합된 캐소드 바이 셀 전구체Alternative Mixed Cathode Bicell Precursors

고체의 전기 화학 전지 전구체는 실시예 10에 설명된 바와 같이 형성되며, 제2 카운터 전극을 대체하는 애노드 카운터 전극은 애노드 재료의 최내각 엣지에집전 장치를 갖는다. 이 층들은 바이 셀 전구체를 형성하는 압력하에서 가열된다. 바이 셀은 실시예 10에 설명된 바와 같이 추출되고, 활성화되어 패키징된다.A solid electrochemical cell precursor is formed as described in Example 10, and the anode counter electrode replacing the second counter electrode has a current collector at the innermost edge of the anode material. These layers are heated under pressure to form a bi-cell precursor. Bi-cells are extracted, activated and packaged as described in Example 10.

이 2 개의 애노드 카운터 전극은 각각 분기되어 실시예 11에 나타난 바와 같이 시험되도록 한다. 충전 및 방전하는 동안 전류수집기-중앙 애노드는 집전 장치-중간 애노드보다 비효율적으로 동작한다.These two anode counter electrodes are each branched to be tested as shown in Example 11. Current collector-center anodes operate less efficiently than current collector-middle anodes during charging and discharging.

전술한 바와 같이, 도 3은 바람직한 "애노드 외측" 바이 셀에 적합하다. 이 배열은 "캐소드 외측"보다 바람직하다. 캐소드 외측 배열은 도 2에 의해 예시되며, 도 2에서 카운터 전극(214a, 214b)이 양전극(캐소드)이며, 중앙 전극(210)이 음전극(애노드)이다. 도 3에 따른 본 발명에서, 바람직한 애노드 외측 배열이 도시되며, 반대로 전극이 형성된 도 2로 되돌아가 참조함으로써, 보다 이해가 쉬울 것이다. 본 발명에서 전극(214a, 214b)들은 애노드 전극들이며, 중앙 전극(210)은 캐소드 전극이다.As mentioned above, Figure 3 is suitable for the preferred "anode outside" bicell. This arrangement is preferable to "outside the cathode". The cathode outer arrangement is illustrated by FIG. 2, in which counter electrodes 214a and 214b are positive electrodes (cathodes) and center electrode 210 is negative electrodes (anodes). In the present invention according to FIG. 3, a preferred anode outer arrangement is shown and, on the contrary, referring back to FIG. 2 with the electrode formed, it will be easier to understand. In the present invention, the electrodes 214a and 214b are anode electrodes, and the center electrode 210 is a cathode electrode.

애노드 외측 설계가 캐소드 외측 설계와 비교 시험되었다. 애노드 외측 배터리는 셀 용량을 2% 내지 5%로 증가시켰다. 또한, 애노드 외측 설계에서의 배터리 수명 주기(1 주기는 3V까지 방전한 후에 4.2V까지 충전하는 것을 뜻함)는 80%의 잔류 용량에서 600 주기까지 나타내었으며, 60%의 잔류 용량에서 1200 주기까지 나타내도록 향상되었다. 향상된 애노드 외측 배열은 제1 애노드, 제1 분리 소자, 캐소드, 제2 분리 소자, 제2 애노드의 층의 순서로 구성된다. 캐소드 집전 장치, 애노드 집전 장치 및 분리 소자는 전술한 각각의 실시예 1, 실시예 4 및 실시예 7에 대하여 설명한 바와 같이 종래 기술에 따라 형성되며, 캐소드 구조는 실시예 2에 의한 방법에 따라 형성되며, 애노드는 실시예 5에 의한 방법에 따라 형성된다.The anode outside design was compared with the cathode outside design. The anode outer battery increased the cell capacity from 2% to 5%. In addition, the battery life cycle (one cycle means charging to 4.2V after discharging up to 3V) in the anode outside design showed up to 600 cycles at 80% remaining capacity and 1200 cycles at 60% remaining capacity. Has been improved. The improved anode outer arrangement consists of the layers of the first anode, the first separating element, the cathode, the second separating element and the second anode. The cathode current collector, the anode current collector and the isolation element are formed according to the prior art as described for each of the above-described Examples 1, 4 and 7 above, and the cathode structure is formed according to the method according to Example 2 The anode is formed according to the method according to Example 5.

더 이상의 시험은 본질적으로 그리고, 자연히 향상된 장점으로서의 애노드 외측 설계를 나타낸다. 애노드 외측 설계는 캐소드 외측 설계보다 더 양호하게 동작한다. 애노드 외측 설계가 중간에 배치되지 않은 집전 장치와 연결되는 경우, 상당한 장점을 제공한다는 것은 확실하다.Further testing shows an anode outer design as an inherently and naturally improved advantage. The anode outside design works better than the cathode outside design. It is clear that the anode outer design provides significant advantages when connected with a current collector that is not disposed in the middle.

다른 주를 달지 않았다면, 모든 퍼센트는 중량/중량 퍼센트로 나타낸다. 값의 범위가 "대략" 소정의 비율로 주어진 경우, 이러한 변동이 이 배터리 시스템에 중대한 영향을 미지지 않는다면, 각각의 상부 및 하부 범위는 5% 내지 10%의 범위의 단위로 변화할 수 있다.Unless otherwise noted, all percentages are in weight / weight percentages. Given a range of values that are "approximately" at a predetermined rate, each of these upper and lower ranges may vary in units of 5% to 10%, unless such fluctuations have a significant effect on this battery system.

본 발명이 몇몇 예시적인 실시예와 연결하여 설명되었지만, 많은 변형 실시예들이 우리가 조명한 상기 개시에서 당업자에게는 명백하게 이해될 것이다. 하기의 특허청구범위를 참조하여 특허청구된 본 발명의 범위가 결정되어야만 할 것이다.Although the present invention has been described in connection with some exemplary embodiments, many modified embodiments will be apparent to those skilled in the art in the foregoing disclosure which we have illuminated. The scope of the claimed invention should be determined with reference to the following claims.

Claims (20)

적층식 바이 셀 배터리(laminate bi-cell)의 구조에 있어서,In the structure of the laminate bi-cell (laminate bi-cell), 상기 적층적 바이 셀은,The stacked bi-cell, (ⅰ) 제1 카운터 전극과;(Iii) a first counter electrode; (ⅱ) 제1 분리 소자와;(Ii) a first separating element; (ⅲ) 중앙 전극과;(Iii) a central electrode; (ⅳ) 제2 분리 소자와;(Iii) a second separation element; (ⅴ) 제2 카운터 전극을 순차적으로 포함하고. 상기 제1 및 제2 카운터 전극 중의 적어도 하나의 카운터 전극은 중간에 배치되지 않은 집전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층식 바이 셀 배터리의 구조.(Iii) sequentially including second counter electrodes. At least one counter electrode of the first and second counter electrode structure of a stacked bi-cell battery, characterized in that it comprises a current collector not disposed in the middle. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제 2 카운터 전극 중의 적어도 하나의 카운터 전극은 카운터 전극의 외부 절반의 위치 내에 배치된 집전 장치를 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 1, wherein at least one counter electrode of the first and second counter electrodes comprises a current collector disposed within a position of an outer half of the counter electrode. 제1항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극은 내측 표면 및 외측 표면을 각각 포함하며, 상기 제1 카운터 전극 및 상기 제2 카운터 전극 중의 적어도 하나의 카운터 전극은 카운터 전극의 외측 표면에 배치된 집전 장치를 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The counter electrode of claim 1, wherein the first counter electrode and the second counter electrode each include an inner surface and an outer surface, and at least one counter electrode of the first counter electrode and the second counter electrode is an outer surface of the counter electrode. The structure of a stacked bi-cell battery comprising a current collector disposed in. 제3항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극의 각각은 카운터 전극의 외측 표면에 배치된 집전 장치를 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 3, wherein each of the first counter electrode and the second counter electrode includes a current collector disposed on an outer surface of the counter electrode. 제4항에 있어서, 상기 집전 장치에 인접하여 그 외측에 전기 화학적으로 불할성의 중합체 매트릭스 박막을 더 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.5. The structure of a stacked bi-cell battery as claimed in claim 4, further comprising an electrochemically incompatible polymer matrix thin film adjacent to the current collector outside. 제5항에 있어서, 상기 전기 화학적으로 불할성의 중합체 매트릭스 박막(절연체 소자)은 PVdF:HFP의 합성 중합체인 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of a stacked bi-cell battery according to claim 5, wherein the electrochemically incompatible polymer matrix thin film (insulator element) is a synthetic polymer of PVdF: HFP. 제1항에 있어서, 배터리를 형성하도록 전기적으로 연결된 적어도 2 개의 바이 셀을 더 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 1, further comprising at least two bi-cells electrically connected to form a battery. 제1항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극은 애노드이며, 상기 중앙 전극은 캐소드인 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 1, wherein the first counter electrode and the second counter electrode are an anode and the center electrode is a cathode. 제1항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극은 캐소드이며, 상기 중앙 전극은 애노드인 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 1, wherein the first counter electrode and the second counter electrode are a cathode and the center electrode is an anode. 적층식 바이 셀 배터리의 구조에 있어서,In the structure of the stacked bi-cell battery, 상기 적층식 바이 셀은,The stacked bi-cell is, (ⅰ) 중앙 전극에 근접하게 배치된 내측 절반과 중앙 전극의 종단에 배치된 외측 절반을 갖는 제1 카운터 전극과;(Iii) a first counter electrode having an inner half disposed proximate to the center electrode and an outer half disposed at an end of the central electrode; (ⅱ) 제1 분리 소자와;(Ii) a first separating element; (ⅲ) 중앙 전극과;(Iii) a central electrode; (ⅳ) 제2 분리 소자와;(Iii) a second separation element; (ⅴ) 중앙 전극에 근접하게 배치된 내측 절반과 중앙 전극의 종단에 배치된 외측 절반을 갖는 제2 카운터 전극을 순차적으로 포함하고,(Iii) sequentially comprising a second counter electrode having an inner half disposed proximate to the center electrode and an outer half disposed at the end of the central electrode, 상기 제1 및 제2 카운터 전극 중의 적어도 하나의 카운터 전극은 상기 적어도 하나의 카운터 전극의 외측 절반에 배치된 집전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층식 바이 셀 배터리의 구조.At least one counter electrode of the first and second counter electrode structure of a stacked bi-cell battery, characterized in that it comprises a current collector disposed on the outer half of the at least one counter electrode. 제10항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제 2 카운터 전극의 각각은 카운터 전극의 외부 절반의 위치 내에 배치된 집전 장치를 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 10, wherein each of the first counter electrode and the second counter electrode includes a current collector disposed in a position of an outer half of the counter electrode. 제10항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극은 내측 표면 및 외측 표면을 각각 포함하며, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극 중의 적어도 하나의 카운터 전극은 카운터 전극의 외측 표면에 배치된 집전 장치를 포함하는것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.11. The method of claim 10, wherein the first and second counter electrodes each comprise an inner surface and an outer surface, wherein at least one counter electrode of the first and second counter electrodes is disposed on an outer surface of the counter electrode. A structure of a stacked bi-cell battery comprising a disposed current collector. 제12항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극의 각각은 카운터 전극의 외측 표면에 배치된 집전 장치를 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 12, wherein each of the first counter electrode and the second counter electrode includes a current collector disposed on an outer surface of the counter electrode. 제13항에 있어서, 상기 집전 장치에 인접하여 그 외측에 적층된 전기 화학적으로 불할성의 중합체 매트릭스 박막을 더 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.15. The structure of claim 13, further comprising an electrochemically incompatible polymer matrix thin film deposited adjacent to the current collector. 제14항에 있어서, 상기 전기 화학적으로 불할성의 중합체 매트릭스 박막은 PVdF:HFP의 합성 중합체인 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.15. The structure of a stacked bi-cell battery of claim 14 wherein the electrochemically incompatible polymer matrix thin film is a synthetic polymer of PVdF: HFP. 제10항에 있어서, 배터리를 형성하도록 전기적으로 연결된 적어도 2 개의 바이 셀을 더 포함하는 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of a stacked bi-cell battery of claim 10, further comprising at least two bi-cells electrically connected to form a battery. 제10항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극은 애노드이며, 상기 중앙 전극은 캐소드인 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 10, wherein the first counter electrode and the second counter electrode are an anode and the center electrode is a cathode. 제10항에 있어서, 상기 제1 카운터 전극 및 제2 카운터 전극은 캐소드이며,상기 중앙 전극은 애노드인 것인 적층식 바이 셀 배터리의 구조.The structure of claim 10, wherein the first counter electrode and the second counter electrode are cathodes, and the central electrode is an anode. 바이 셀 배터리의 구조에 있어서,In the structure of the bi-cell battery, (ⅰ) 제1 애노드와;(Iii) a first anode; (ⅱ) 제1 분리 소자와;(Ii) a first separating element; (ⅲ) 캐소드와;(Iii) a cathode; (ⅳ) 제2 분리 소자와;(Iii) a second separation element; (ⅴ) 제2 애노드를 포함하고,(Iii) includes a second anode, (ⅵ) 상기 제1 애노드 및 제2 애노드의 각각은 제1 애노드막, 애노드 집전 장치 및 제2 애노드막을 순차적으로 포함하고,(Iii) each of the first anode and the second anode sequentially includes a first anode film, an anode current collector, and a second anode film; (ⅴ) 상기 캐소드는 제1 캐소드 막, 캐소드 집전 장치 및 제2 캐소드 막을 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 바이 셀 배터리의 구조.(Iii) the cathode comprises a first cathode film, a cathode current collector and a second cathode film in sequence. 제19항에 있어서, 상기 캐소드 집전 장치 및 상기 애노드 집전 장치는 각각 전해질에 침투할 수 있는 것인 바이 셀 배터리의 구조.20. The structure of claim 19, wherein said cathode current collector and said anode current collector are each capable of penetrating an electrolyte.
KR1020007012812A 1998-05-15 1999-05-11 Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes KR20010081957A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8014498A 1998-05-15 1998-05-15
US09/079,919 US6063519A (en) 1998-05-15 1998-05-15 Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes
US09/079,919 1998-05-15
US09/080,144 1998-05-15
PCT/US1999/010293 WO1999060651A1 (en) 1998-05-15 1999-05-11 Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010081957A true KR20010081957A (en) 2001-08-29

Family

ID=26762566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020007012812A KR20010081957A (en) 1998-05-15 1999-05-11 Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1078410A1 (en)
JP (1) JP2002516473A (en)
KR (1) KR20010081957A (en)
AU (1) AU3897499A (en)
CA (1) CA2331486A1 (en)
WO (1) WO1999060651A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000195501A (en) * 1998-12-25 2000-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Organic electrolyte battery and manufacture of the same
FR2805396B1 (en) * 2000-02-22 2002-08-16 Electricite De France ELECTROCHEMICAL GENERATOR ELEMENT
US9269984B2 (en) * 2009-11-16 2016-02-23 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly and rechargeable battery using the same
JP2014075191A (en) * 2012-10-02 2014-04-24 Sharp Corp Electrode for nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3397351B2 (en) * 1992-12-18 2003-04-14 キヤノン株式会社 Prismatic or sheet type battery and manufacturing method thereof
JP3277413B2 (en) * 1993-08-17 2002-04-22 ソニー株式会社 Prismatic battery
WO1997008769A1 (en) * 1995-08-25 1997-03-06 Valence Technology, Inc. Current collector having electrode material on two sides for use in a laminate battery and method of making a battery
US5849431A (en) * 1995-09-27 1998-12-15 Sony Corporation High capacity secondary battery of jelly roll type

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002516473A (en) 2002-06-04
EP1078410A1 (en) 2001-02-28
AU3897499A (en) 1999-12-06
CA2331486A1 (en) 1999-11-25
WO1999060651A1 (en) 1999-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6063519A (en) Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes
US11018379B2 (en) Electrode, secondary battery using same, and method for manufacturing electrode
US9954211B2 (en) Separator, method for producing the same and electrochemical device including the same
US5576119A (en) Rechargeable electrochemical alkali-metal cells
KR100573722B1 (en) Particulate electrode including electrolyte for a rechargeable lithium battery
EP1078407B1 (en) Bi-cell separation for improved safety
KR101229902B1 (en) Porous film for separator, battery separator, battery electrode, and manufacturing methods therefor, and lithium secondary battery
KR100367751B1 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and method for manufacturing the same
US20010004504A1 (en) Nonaqueous secondary battery and method of manufacturing thereof
US6103416A (en) Laminated lithium-ion cell and process for fabricating same
WO2004062022A1 (en) Electrochemical device and method for manufacturing same
CN101257109B (en) Electrode structure and method of manufacturing the same, and battery and method of manufacturing the same
JP2001520441A (en) Lithium-ion polymer battery separator
CN115461909A (en) Electrochemical device and electronic device comprising same
JPH11154534A (en) Lithium ion secondary battery element
KR20010081957A (en) Grid placement in lithium ion bi-cell counter electrodes
KR102654826B1 (en) Electrode and Secondary Battery Using the Same, and Method for Manufacturing the Electrode
JPH10214639A (en) Manufacture of battery
KR100514214B1 (en) Stacked type lithium secondary battery with separated two films of separator and its fabrication
CN114026722B (en) Separator, electrochemical device including the same, and electronic device
KR100514215B1 (en) Fabrication of stacked type lithium secondary battery with multiple row attachment
CN118299736A (en) Nonaqueous secondary battery and method for manufacturing nonaqueous secondary battery
JP2004221064A (en) Electrochemical element

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid