KR20070112345A - 전지 구조체 - Google Patents

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KR20070112345A
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separator
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교오이찌 와따나베
하지메 사또오
겐지 호사까
히데아끼 호리에
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 방열성 및 방진성을 향상시킬 수 있는 전지 구조체를 제공하는 것이다.
하나의 집전체(21)의 표면에 형성된 캐소드활물질층(23)과 전해질을 유지하는 세퍼레이터(27)와 다른 집전체(21)의 표면에 형성된 애노드활물질층(25)을 교대로 적층한 단전지층(20)을 복수 적층하여 형성되는 전지 구조체(10)이며, 전지 구조체(10)는 전지 구조체(10)를 형성하는 복수의 단전지층(20) 중 적어도 하나의 단전지층(20)과 다른 단전지층(20) 사이에 방열 부재(30)를 구비하고 있다.
전지 구조체, 집전체, 단전지층, 조전지, 세퍼레이터

Description

전지 구조체 {Battery Structure}
도1은 제1 실시 형태에 관한 전지 구조체를 도시한 개략적인 외관도.
도2는 도1에 도시한 전지 구조체의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도3은 전지 구조체의 매스 스프링 댐퍼 모델을 도시한 도면.
도4는 제2 실시 형태에 관한 전지 구조체의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도5는 제3 실시 형태에 관한 조전지 모듈의 개략적인 구성도.
도6은 제4 실시 형태에 관한 조전지의 개략적인 구성도.
도7은 제5 실시 형태에 관한 조전지가 차량에 탑재된 상태를 나타내는 도면.
도8은 실시예 및 비교예의 방진 성능을 비교한 그래프를 나타내는 도면.
도9는 실시예 및 비교예의 방열 성능을 비교한 그래프를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 11 : 전지 구조체
13 : 조전지 모듈
15 : 조전지
20 : 단전지층
21 : 집전체
21a, 21b : 최외층 집전체
23 : 캐소드활물질층
25 : 애노드활물질층
27, 27a, 27b, 27c : 세퍼레이터
30 : 방열 부재
40 : 전지 요소
50 : 피복재
60A : 캐소드 탭
60B : 애노드 탭
70 : 밀봉부
75 : 전지 케이스
80 : 버스 바아
85 : 접속 지그
90 : 탄성체
A : 접촉 영역
a : 접촉 영역(A)의 긴 변 길이
b : 접촉 영역(A)의 짧은 변 길이
d : 접촉 영역(A)의 대각선의 길이
c : 비방열 부재 전지 구조체의 두께
L : 접촉 영역(A)의 외주의 길이
S : 접촉 영역(A)의 면적
[문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-100471호 공보
[문헌 2] 일본 특허 공개 제2000-195495호 공보
본 발명은 전지 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열성을 향상시킨 전지 구조체에 관한 것이다.
최근, 환경 보호 운동의 고조를 배경으로 하여 자동차의 배기 가스에 의한 대기 오염이 세계적인 문제가 되고 있다. 이 문제를 해결하는 하나의 수단으로서, 전기를 동력원으로 하는 전기 자동차나, 엔진과 모터를 조합하여 주행하는 하이브리드 자동차가 주목되고 있다. 이로 인해, 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 탑재하는 고용량 및 고출력의 전지의 개발이 산업상 중요한 위치를 차지하고 있다.
전지를 고용량 및 고출력으로 하기 위해서는, 전지의 전극 면적을 크게 하거나, 많은 전지 요소를 적층해야 한다.
그러나, 많은 전지 요소를 적층한 경우, 전지의 두께의 증가에 의해 전지의 방열 성능이 저하된다. 즉, 대전류로 충방전을 반복하면, 전지의 내부 저항에 의해 발생한 열을 빠르게 방열할 수 없어 전지의 온도가 지나치게 상승된다. 전지의 방열 성능의 저하는 전지의 출력을 저하시키거나, 전지의 내용연수를 저하시키는 요인 중 하나가 되고 있었다.
예를 들어, 쌍극형 전극(캐소드활물질층, 집전체 및 애노드활물질층이 이 순서로 적층되어 형성되는 전극)과 세퍼레이터가 교대로 적층된 구조를 갖는 쌍극형 전지의 경우(문헌 1, 문헌 2), 캐소드활물질층 및 애노드활물질층에 있어서의 발열량이 크기 때문에, 고용량이고 또한 고출력을 목표로 하면, 전지의 내부에 열이 가득 차기 쉬워져 방열성이 나빠지므로, 전지에 포함되는 전해질 등의 열화가 일어나기 쉬워진다.
그러나, 종래, 열로부터 전지 구조체의 구성 요소를 보호하는 것을 착안한 연구는 행해지고 있지 않았다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 방열성을 향상시킨 전지 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 전지 구조체는 하나의 집전체의 표면에 형성된 캐소드활물질층과, 전해질을 유지하는 세퍼레이터와, 다른 집전체의 표면에 형성된 애노드활물질층을 교대로 적층하여 형성되는 단전지층을 복수 적층한 전지 구조체이며,
상기 전지 구조체는 상기 전지 구조체를 형성하는 복수의 단전지층 중 적어도 하나의 단전지층과 다른 단전지층 사이에 방열 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하에, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태로 나누어 본 발명에 관한 전지 구조체를 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태에서 참조하는 도면에서는 전지 구조체를 구성하는 요소의 각 층의 두께나 형상을 과장하여 나타내고 있지만, 이는 발명의 내용의 이해를 용이하게 하기 위해서이다.
(제1 실시 형태)
도1 내지 도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 전지 구조체의 설명에 제공하는 도면이다. 도1은 본 실시 형태에 관한 전지 구조체를 도시한 외관도를, 도2는 도1에 도시한 전지 구조체의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면을, 도3은 본 실시 형태에 관한 전지 구조체의 구성 요소의 진동계 모델을 도시한 도면을 도시한다. 또한, 본 발명에 관한 전지 구조체는 시트형의 전지 요소가 복수 적층된 적층형의 전지 구조체에 유용하지만, 본 실시 형태에서는 적층형의 전지 구조체 중에서도 쌍극형의 전지 구조체(쌍극형 전지)를 예로 들어 설명한다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전지 구조체(10)는 직사각형의 편평한 형상을 갖고 있고, 그 양측부로부터는 전류를 취출하기 위한 캐소드 탭(60A), 애노드 탭(60B)이 인출되어 있다. 전지 요소(40)는 피복재(예를 들어, 라미네이트 필름)(50)에 의해 덮이고, 전지 요소(40)의 주위는 열융착되어 있다. 따라서, 전지 요소(40)는 캐소드 탭(60A) 및 애노드 탭(60B)을 인출한 상태에서 밀봉되어 있다.
다음에, 도2를 참조하면서 본 실시 형태에 관한 전지 구조체(10)의 내부 구조를 상세하게 설명한다.
도2는 도1에 도시한 전지 구조체(10)의 내부 구조를 개략적으로 도시한 것으로, 도2의 (A)는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도를, 도2의 (B)는 도1에 도시한 전지 구조체(10)의 평면 개략도를 도시한 것이다.
도2의 (A)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전지 구조체(10)는 하나의 집전체(21)의 표면에 형성된 캐소드활물질층(23)과 전해질을 유지하는 세퍼레이터(27)와 다른 집전체(21)의 표면에 형성된 애노드활물질층(25)이 교대로 적층된 단전지층(20)을 복수 적층하여 형성되는 전지 요소(40a, 40b, 40c)와, 방열 부재(30), 외부와의 물리적인 접촉을 차단하기 위한 피복재(50) 및 전지 구조체(10)로부터 전력을 취출하기 위한 캐소드 탭(60A)과 애노드 탭(60B)을 구비하고 있다. 또한, 단전지층(20)을 적층하는 방향, 즉 전지의 두께 방향을 「적층 방향」이라 칭하고, 적층 방향에 대해 직교하는 방향, 즉 집전체(21)가 연장되는 방향을 「면방향」이라 칭한다.
본 실시 형태에서는 적층 방향[도2의 (A)에 있어서 상하 방향]에 4층의 단전지층(20)을 1세트로 한 전지 요소가 2층의 방열 부재(30)를 거쳐서 각각 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 이 전기적인 접속 형태를 「3직렬」이라 칭한다.
방열 부재(30)는 전지 요소(40a)에 있어서의 최하부의 단전지층(20)과 전지 요소(40b)에 있어서의 최상부의 단전지층(20) 사이에, 또한 전지 요소(40b)에 있어서의 최하부의 단전지층(20)과 전지 요소(40c)에 있어서의 최상부의 단전지층(20) 사이에 각각 개재되어 있다. 단, 이와 같은 구성으로 한정되지 않고, 사용 상태에 따라서 개재시키는 부위는 임의로 선택할 수 있다.
이 3직렬의 전지 구조체(10)의 적층 방향 상하면에는 전류를 취출하기 위한 평판형의 캐소드 탭(60A), 애노드 탭(60B)이 면접촉하도록 배치되어 있다. 캐소드 탭(60A) 및 애노드 탭(60B)은 구리, 알루미늄 및 스테인리스강 등의 도전성의 금속판에 의해 형성되고, 도2의 (A)에 있어서, 캐소드 탭(60A)과 전지 요소(40a)의 최외층에 위치하는 집전체(이하, 「최외층 집전체」라 칭함)(21a)는 방열 부재(30)를 거쳐서 전기적으로 접속된다. 또한, 애노드 탭(60B)과 전지 요소(40c)의 최외층 집전체(21b)는 방열 부재(30)를 거쳐서 전기적으로 접속된다. 그리고, 3직렬의 전지 요소(40a, 40b 및 40c)를 수납하기 위한 피복재(50)에 덮여 전지 구조체(10)를 형성하고 있다. 피복재(50)의 모서리는 열융착 등에 의해 접착된다. 이에 의해, 피복재(50) 내부에 3직렬의 전지 요소(40a, 40b, 40c)가 밀폐된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전지 구조체(10)는 3개의 전지 요소(40a, 40b, 40c)와, 4층의 방열 부재(30)를 구비하지만, 이들의 수는 임의로 선택할 수 있다. 또한, 피복재(50)는 사용 상황에 따라서 적절하게 구비할 수 있다. 본 실시 형태에서는 피복재(50)를 구비한 것을 전지 구조체라고 칭하고 있지만, 피복재(50)를 구비하지 않는 것이라도 좋다.
본 발명에 관한 전지 구조체에서는 방열 부재를 단전지층 사이에 개재시킴으로써, 전지 구조체 내부의 방열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 전지를 고용량 및 고출력으로 하기 위해서는, 전지의 전극의 면적을 크게 하거나, 많은 전지 요소를 적층해야만 한다. 그러나, 전지의 전극의 면적을 크게 하거나, 많은 전지 요소를 적층하는 경우, 전지의 강성을 확보하는 것이 곤란해진다. 예를 들어, 상술한 쌍극형 전지와 같이 복수의 층이 적층되어 있는 전지로 고용량 및 고출력을 목표로 하면, 쌍극형 전극의 면적을 크게 하거나, 쌍극형 전극의 적층 수를 증가시켜야만 하므로, 차량에 탑재한 경우, 차량으로부터의 진동에 의한 영향을 받기 쉬워진다. 구체적으로는, 차량에 탑재한 경우, 차량으로부터의 진동과 전지 고유의 진동이 어느 일정한 주파수에서 일치하여 전지가 공진하는 경우가 있다. 전지가 공진하면, 전지를 구성하는 층 사이가 부분적 또는 전체적으로 박리되는 층간 박리를 일으키기 쉬워져, 내부 단락 등을 일으켜 전지의 출력을 저하시키거나, 전지의 내용연수를 저하시키는 원인이 될 가능성이 있다.
그러나, 상기 방열 부재가 외부로부터 받는 진동을 방진하는 기능을 가짐으로써, 전지 구조체의 진동이 방지되는 결과, 전지 구조체를 구성하는 요소 사이(예를 들어, 단전지층 사이)에서의 층간 박리가 방지된다. 그 결과, 전지의 출력이나 전지의 내용연수를 향상시킬 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 관한 전지 구조체(10)의 각 구성 요소에 대해 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 특징적 요소인 방열 부재에 대해 설명한다.
[방열 부재]
방열 부재(30)는 열전도성이 양호한 재료나 방진성을 갖는 재료로 형성되고, 전지 요소를 구성하는 단전지층(상세는 「단전지층」의 항에서 설명함)(20)으로부터 발생하는 열을 방열하는 기능을 갖는다. 또한, 전지 구조체(10)가 외부로부터 받는 진동에 대한 방진의 기능을 갖는 경우, 전지 구조체의 강성을 높일 수 있는 결과, 외부로부터 받는 진동에 대한 방진성이 향상되므로 바람직하다[예를 들어, 상기 외부로부터 받는 소정의 진동수에 대해 전지 구조체(10)의 고유 진동수가 벗어나도록 하여 공진을 방지(이하, 「방진성」이라고도 칭함)함].
방열 부재(30)는, 예를 들어 방열성을 갖는 모재 중에 방진성 재료를 분산시켜 형성된다. 구체적으로는, 고분자 재료, 금속 재료, 고분자 재료와 금속 재료의 복합 재료, 또는 고분자 재료에 도전성 재료를 분산시킨 복합 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로 형성할 수 있다.
방열 부재(30)의 열전도율은 0.1 내지 450 W/mㆍk인 것이 바람직하다. 방열 부재(30)는, 상술한 바와 같은 재료로 형성될 수 있지만, 예를 들어 고무재(열전도율 0.2 W/mㆍk), 세라믹스재(열전도율 1.5 W/mㆍk), 탄소강(열전도율 50 W/mㆍk), 알루미늄재(열전도율 230 W/mㆍk) 등으로 형성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 3직렬의 접속 형태이므로, 단전지층(20) 사이를 전기적으로 접속하기 위해 도전성을 갖는 방열 부재로 할 필요가 있다. 한편, 후술하는 쌍극형이 아닌 전지 구조체(11)의 경우(도4 참조), 그 접속 형태상, 절연성을 갖는 방열 부재로 할 필요가 있다.
특히, 방열 부재(30)는 도전성이나 방열성을 높이기 위해 금속 재료로 형성되는 시트재에 그래파이트를 압착시켜 형성할 수 있고, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지에 카본재의 필러를 분산시킨 재료로 형성할 수도 있다. 구체적으로는, 합성 고무에 그래파이트 등의 도전성 필러를 분산시킨 도전 고무 시트나 폴리에틸렌에 카본재의 필러를 분산시킨 시트형의 것이 바람직하다. 이와 같이 수지에 카본재의 필러를 분산시킨 재료는 열전도성이 우수하기 때문에 방열성이나 방진성이 우수하고, 또한 방열 부재(30)를 적층할 때에는 미시적으로 보면 층 사이에 요철을 갖기 때문에, 이 요철의 흡수 효과도 있어 접촉 저항을 저감시킬 수 있다.
또한, 방열 부재(30)의 두께는 0.01 내지 1 ㎜인 것이 바람직하다. 이는, 방열 부재(30)의 두께가 0.01 ㎜ 이하에서는 방열성을 충분히 확보하는 것이 어렵고, 1 ㎜ 이상에서는 방진성의 관점으로부터 바람직하지 않기 때문이다.
본 실시 형태에 관한 전지 구조체(10)는 3개의 전지 요소(40a, 40b, 40c)가 2층의 방열 부재(30)를 거쳐서 적층되어 있지만, 사용 목적이나 사용 상황에 따라서 방열 부재(30)의 층 수를 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 차량 상에 탑재하는 경우, 통상, 차량 상부로부터 전지 구조체가 받는 진동의 주파수는 약 100 ㎐ 이하의 범위이다. 이 범위의 주파수에 전지 구조체의 고유 진동수(공진 주파수)가 존재하는 경우, 전지 구조체가 공진하여 전지 구조체의 각 구성 요소 사이에서 층간 박리 등이 발생하여 내부 단락을 일으킬 가능성이 있어, 전지의 출력 저하나 내용연수가 저하되는 원인이 된다. 따라서, 상기와 같은 진동의 범위를 벗어나도록 전지 구조체에 있어서의 방열 부재의 배치 구성이나 그 층 수 등을 적절하게 변경하여 구성할 수 있다.
또한, 도2의 (A)에 도시한 바와 같이 전지 구조체(10)가 피복재(상세는 「피복재」의 항에서 설명함)(50)를 구비하는 경우, 방열 부재(30)의 일부와 피복 재(50)가 접촉되어 있을 필요가 있다. 이에 의해, 방열 부재(30)로부터 방출되는 열이 피복재(50) 내에 가득 차는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 피복재(50)가 방열성을 갖는 재료로 형성된다. 또한, 본 실시 형태의 경우, 방열 부재(30)는 단전지층(20) 사이를 전기적으로 접속하기 위해 도전성을 갖는 재료로 형성되므로, 후술하는 「피복재」의 항에서 나타낸 바와 같이, 피복재(50)는 전해액이나 기체를 투과시키지 않고 전기 절연성을 나타내고, 전해액 등이 내부에 존재해도 화학적으로 안정된 재료로 형성될 필요가 있다. 또한, 방열 부재(30)의 일부와 피복재(50)는 단순히 접촉하고 있는 것만으로도 좋고, 방열성을 갖는 재료로 형성되는 접착제에 의해 접착되어 있어도 좋다.
다음에, 전지 요소(40a, 40b, 40c)를 구성하는 단전지층(20) 및 단전지층(20)을 구성하는 각 요소에 대해 상세하게 설명한다.
[단전지층]
단전지층(20)은 하나의 집전체(21)의 표면에 형성된 캐소드활물질층(23)과 전해질을 유지하는 세퍼레이터(27)와 다른 집전체(21)의 표면에 형성된 애노드활물질층(25)을 교대로 적층하여 형성되어 전지 요소(40a, 40b, 40c)를 구성하는 것이다. 본 실시 형태에서는 집전체(21)의 한쪽 면에 캐소드활물질층(23)이 형성된 캐소드와 다른 쪽 면에 애노드활물질층(25)이 형성된 애노드를 갖는 쌍극형 전극과, 세퍼레이터(27)를 거쳐서 적층되고, 캐소드활물질층(23), 세퍼레이터(27) 및 애노드활물질층(25)이 이 순서로 적층되어 단전지층(20)을 형성하고 있다. 이때, 하나의 쌍극형 전극의 캐소드활물질층(23)과 상기 하나의 쌍극형 전극에 인접하는 다른 쌍극형 전극의 애노드활물질층(25)이 세퍼레이터(27)를 거쳐서 마주 향하도록 하여, 쌍극형 전극 및 세퍼레이터(27)가 적층되어 있다.
또한, 단전지층(20)의 외주에는 인접하는 집전체(21) 사이를 절연하기 위한 밀봉부(70)가 배치되어 있다. 또한, 집전체(21)에 캐소드활물질층(23)이 형성되는 면을 캐소드라 칭하고, 애노드활물질층(25)이 형성되는 면을 애노드라 칭한다.
쌍극형 전극은, 상술한 바와 같이 집전체(21)의 한쪽 면에 캐소드활물질층(23)이 형성되고 다른 쪽 면에 애노드활물질층(25)이 형성되지만, 최외층 집전체(21a, 22b)에는 한쪽 면에만 캐소드활물질층(23)[캐소드측 최외층 집전체(21a)] 또는 애노드활물질층(25)[애노드측 최외층 집전체(21b)] 중 어느 한쪽이 형성되어 있다. 최외층 집전체(21a, 22b)도 쌍극형 전극의 일종이다.
여기서, 도2의 (B)에 도시한 바와 같이, 캐소드활물질층(23)과 집전체(21)의 캐소드활물질 접촉 영역, 또는 애노드활물질층(25)과 집전체(21)의 애노드활물질 접촉 영역(이하, 「캐소드활물질 접촉 영역」 및 「애노드활물질 접촉 영역」을 「접촉 영역」이라고 칭함)에 있어서의 짧은 변의 길이를 b ㎜, 접촉 영역(A)의 면적을 S ㎟, 방열 부재(30)를 제외한 전지 구조체(이하, 「비방열 부재 전지 구조체」라고 칭함)의 두께를 c ㎜로 한 경우,
[식1]
S/c ≤ b/S
의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 여기서, 접촉 영역(A)의 면적은 실질적으로 직사각형이므로, 접촉 영역(A)의 면적(S)은 접촉 영역(A)의 긴 변의 길이(a)와 접촉 영역의 짧은 변의 길이(b)와의 곱에 의해 구할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 피복재(50)(상세는 「피복재」의 항을 참조)를 구비한 전지 구조체를 나타내고 있지만, 피복재(50)를 제외한 비방열 부재 전지 구조체의 두께를 c ㎜로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 편의상 피복재(50)를 포함하는 비방열 부재 전지 구조체의 두께를 c ㎜로 해도 좋다. 이는, 피복재(50)의 두께 정도이면 본 발명의 목적을 달성하는 데 문제는 없기 때문이다.
접촉 영역(전극 표면적에 상당함)(A)에 대한 비방열 부재 전지 구조체의 두께(c)의 비율(S/c)이 접촉 영역(A)의 짧은 변의 길이(b)에 대한 접촉 영역(A)의 면적의 비율(b/S)보다도 작은 경우, 접촉 영역(A)의 면적(S)에 대한 비방열 부재 전지 구조체 두께의 밸런스에 의해, 특히 차량에 탑재되는 전지 구조체 등에 있어서는 대전류에 의한 충방전 하에 의한 열을 빠르게 방열하고, 차량 상부로부터 받는 진동을 더 방진할 수 있게 된다. 이와 같이, 상기 식 (1)의 조건을 만족시키도록 접촉 영역(A)의 면적, 접촉 영역(A)의 짧은 변의 길이 및 비방열 부재 전지 구조체의 두께와의 비율을 제어함으로써 전지 구조체의 방열성 및 방진성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 전지 구조체의 방열성 및 방진성을 향상시키기 위해서는, 이하와 같이 접촉 영역(A)을 제한하는 것이 바람직하다.
접촉 영역(A)의 외주의 길이(L)는 상기 비방열 부재 전지 구조체의 두께(c)의 130배 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 300배 내지 2000배이다. 접촉 영역(A)의 외주의 길이(L)가 상기 비방열 부재 전지 구조체의 두께(c)의 130배 이상이면, 충분한 방열성을 확보할 수 있다. 특히, 접촉 영역(A)의 외주의 길이(L)가 상기 비방열 부재 전지 구조체의 두께(c)의 300배 내지 2000배이면, 방열성 및 강성을 확보할 수 있고, 방진성도 더 향상시킬 수 있다. 또한, 접촉 영역(A)의 외주의 길이(L)는 L ＝ 2a ＋ 2b에 의해 구할 수 있다.
또한, 접촉 영역(A)의 외주의 길이(L)가 750 내지 1450 ㎜이며, 상기 비방열 부재 전지 구조체의 두께(c)가 2 내지 10 ㎜인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 4 내지 8 ㎜이다. 접촉 영역(A)의 외주의 길이(L)가 1450 ㎜ 이하이고, 상기 비방열 부재 전지 구조체의 두께(c)가 2 ㎜ 이상이면, 강성의 확보의 관점으로부터 바람직하고, 전극의 외주(L)가 750 ㎜ 이상이며, 상기 비방열 부재 전지 구조체의 두께(c)가 10 ㎜ 이하이면 방열성의 관점으로부터 바람직하다.
또한, 접촉 영역(A)의 대각선의 길이(d)가 260 내지 550 ㎜인 것이 바람직하다. 접촉 영역(A)의 대각선의 길이(d)가 260 ㎜ 이상이면 방열성의 관점으로부터 바람직하고, 550 ㎜ 이하이면 강성의 확보의 관점으로부터 바람직하다. 접촉 영역(A)의 대각선의 길이(d)를 제한하지 않는 경우, 상술한 바와 같이 접촉 영역(A)의 외주의 길이(L)를 규정하는 것만으로는, 극단적으로 가늘고 긴 전지 구조체도 가능해진다. 이와 같은 전지 구조체라도 본 발명의 목적을 달성할 수 있지만, 보다 방열성이나 방진성을 향상시키기 위해서는 어느 정도의 직사각형인 것이 바람직하다.
[집전체]
집전체(21) 및 최외층 집전체(21a, 21b)는 알루미늄박, 동박, 스테인리 스(SUS)박 등, 도전성의 재료로 형성된다. 이들은 단층으로 이용해도 좋고, 복층으로 이용해도 좋다. 또한, 이들로 피복된 클래드재를 이용해도 좋다. 상술한 재료는 내식성, 도전성, 또는 가공성 등이 우수하다.
집전체(21)[최외층 집전체(21a, 21b)]의 두께는 5 내지 20 ㎛가 바람직하고, 특히 바람직하게는 8 내지 15 ㎛, 더 바람직하게는 10 내지 15 ㎛이다. 집전체(21)의 두께가 5 ㎛ 이상인 경우, 강성의 관점으로부터 더 바람직하고, 집전체의 두께가 20 ㎛ 이하인 경우, 방열성의 관점으로부터 바람직하다.
[캐소드활물질층]
캐소드활물질층(23)은 캐소드활물질을 포함하고, 캐소드활물질로서는 리튬과 천이 금속의 복합 산화물, 천이 금속 산화물, 천이 금속 황화물, PbO2, AgO 또는 NiOOH 등을 이용할 수 있다. 천이 금속과 리튬의 화합물로서는, 스피넬 LiMn2O4 등의 Li-Mn계 복합 산화물, LiCoO2 등의 Li-Co계 복합 산화물, LiNiO2 등의 Li-Ni계 복합 산화물, LiFeO2 등의 Li-Fe계 복합 산화물, LiFePO4 등의 천이 금속과 리튬의 인산화합물 또는 천이 금속과 리튬의 황산화합물 등이 바람직하다. 천이 금속 산화물은, 예를 들어 V2O5, MnO2, MoO3 등을 들 수 있고, 천이 금속 황화물은, 예를 들어 TiS2, MoS2 등을 들 수 있다.
상기 캐소드활물질 중에서는 Li-Mn계 복합 산화물을 이용하는 것이 바람직하다. 이는, Li-Mn계 복합 산화물을 이용한 경우, 전압-충방전 시간의 그래프로부터 얻을 수 있는 충방전 곡선의, 충방전 시간축에 대해 수평이 되는 부분에 기울기를 갖게 할 수 있으므로, 전압을 계측함으로써 전지의 충전 상태(SOC)를 추정할 수 있기 때문이다. 이 결과, 과충전이나 과방전을 빠르게 검지하여 대처할 수 있어, 이상 시의 신뢰성을 높게 할 수 있다.
캐소드활물질의 평균 입경은 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 ㎛ 이하이다. 이는, 캐소드활물질의 평균 입경이 10 ㎛ 이하인 경우에는 전극 저항을 저감시킬 수 있고, 2 ㎛ 이하인 경우에는 캐소드활물질층(23)의 두께를 얇게 해도 캐소드활물질층(23)의 표면을 균일화할 수 있기 때문이다.
또한, 캐소드활물질의 평균 입경은 세퍼레이터의 두께의 10분의 1 이하인 것이 바람직하다. 이는, 캐소드활물질의 평균 입경이 세퍼레이터의 두께의 10분의 1 이하인 경우, 캐소드활물질이 세퍼레이터를 돌파하여 마이크로 쇼트를 일으킬 위험성이 저감되기 때문이다.
[애노드활물질층]
애노드활물질층(25)은 애노드활물질을 포함하고, 애노드활물질로서는 결정성 탄소재, 비결정성 탄소재, TiO, Ti2O3 및 TiO2 등의 금속 산화물, Li4 /3Ti5 /3O4 등의 리튬과 천이 금속의 복합 산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료 등이 바람직하다.
상기 애노드활물질 중에서는 결정성 탄소재 또는 비결정성 탄소재를 이용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 비결정성 탄소재이다. 결정성 탄소재 또 는 비결정성 탄소재를 이용하면, 전압-충방전 시간의 그래프로부터 얻을 수 있는 충방전 곡선 중의, 충방전 시간 축에 대해 수평인 부분을 기울일 수 있으므로, 전압을 계측함으로써 쌍극형 전지의 충전 상태(SOC)를 추정할 수 있다. 이 결과, 과충전이나 과방전을 검지하여 대처할 수 있어, 이상 시의 신뢰성을 높게 할 수 있다.
애노드활물질의 평균 입경은 10 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2 ㎛ 이하이다. 이는, 극활물질의 평균 입경이 10 ㎛ 이하이면 전극 저항이 저감되는 점에서 바람직하고, 2 ㎛ 이하이면 애노드활물질층(25)의 두께를 얇게 해도 애노드활물질층(25)의 표면을 균일하게 할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 애노드활물질의 평균 입경은 후술하는 세퍼레이터의 두께의 10분의 1 이하인 것이 바람직하다. 이는, 애노드활물질의 평균 입경이 세퍼레이터의 두께의 10분의 1 이하이면, 애노드활물질이 세퍼레이터를 돌파하여 마이크로 쇼트를 일으킬 위험성이 저감되기 때문이다.
[세퍼레이터]
세퍼레이터(27)는 전해질(상세는 「전해질층」의 항에서 설명함)을 유지하는 것으로, 전해질층을 형성하는 것이다.
세퍼레이터(27)의 쇼어 A 경도(이하, 「경도」라고 칭함)는 20 내지 110인 것이 바람직하다. 전지 구조체의 방진성을 향상시키기 위해서는, 어느 정도의 점탄성을 갖는 세퍼레이터의 경도로 하는 것이 바람직하고, 특히 차량 상에 전지 구조체(10)를 탑재하는 경우, 세퍼레이터(27)의 경도가 20 이상인 경우에는 공진 주 파수가 저주파측으로 이행되기 어려워지므로, 공진 주파수(약 100 ㎐ 이하)에 도달하는 것을 방지할 수 있고, 세퍼레이터(27)의 경도가 110 이하인 경우에는, 적절하게 진동을 흡수하여 방진성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기와 같은 경도의 세퍼레이터를 이용한 경우, 2개의 전극층(캐소드, 애노드) 사이를 균일하게 유지할 수 있다. 이 결과, 외부로부터 받는 진동에 의해 전극 사이의 거리가 가깝게 접촉하여 단락할 가능성을 현저하게 저감시킬 수 있어, 종래보다도 얇은 세퍼레이터를 이용할 수 있다. 또한, 세퍼레이터의 경도의 측정 방법은 JIS-K-6253에서 규정되어 있는 측정 방법을 기초로 한다.
또한, 전지 구조체(10)를 형성하는 복수의 단전지층(20) 중 적어도 하나의 단전지층(20)에 있어서의 세퍼레이터(27)의 경도와 다른 단전지층(20)에 있어서의 세퍼레이터(27)의 경도는 다른 경도를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 세퍼레이터(27)의 경도는 전지 구조체(10)의 중심부에 위치하는 단전지층(20c, 20d)에 있어서의 세퍼레이터(27)로부터 적층 방향 양단부에 위치하는 단전지층[최상층의 단전지층(20a) 및 최하층의 단전지층(20b)](20)을 향해 그 경도가 점차 높아져 가는 것이 바람직하다. 구체적으로는, '단전지층(20c)[또는, 단전지층(20d)]에 있어서의 세퍼레이터(27)의 경도'보다도 '단전지층(20a)[또는, 단전지층(20b)]에 있어서의 세퍼레이터(27)의 경도'의 쪽이 큰 것이 바람직하다. 또한, 전지 요소(40a, 40b, 40c)에 있어서의 단전지층(20)군[도2에 있어서의 단전지층(20)의 4층을 1세트로 하는 경우]을 1개의 단전지층으로서 간주한 경우 '전지 요소(40c)에 있어서의 세퍼레이터의 경도'보다도 '전지 요소(40a)[또는, 전지 요 소(40b)]에 있어서의 세퍼레이터의 경도'의 쪽이 큰 것이 바람직하다. 또한, 전지 구조체의 중심부에 위치하는 층은 1층 이상의 단전지층이면 된다.
이와 같이, 경도가 다른 세퍼레이터(27)를 이용하는 이유는 이하와 같다.
도3에 전지 구조체(10)에 있어서의 진동계(매스 스프링 댐퍼계)의 모델(300)을 도시한다. 도3에 도시한 바와 같이, 단전지층(20) 및 집전체(21)로 구성되는 전지 요소는 매스(320), 스프링(311, 313), 댐퍼(315, 317)로 구성되는 진동계로 모델화된다.
매스(320)는, 본 실시 형태에서는 바이폴라 전극[집전체(21)의 한쪽 면에 캐소드활물질층(23)이 형성되고, 다른 쪽 면에 애노드활물질층(25)이 형성된 것]으로 구성되고, 매스(320)의 튜닝은 캐소드활물질층(23)의 두께를 변화시키고, 애노드활물질(25)의 두께를 변화시키고, 또는 집전체(21)의 두께를 변화시킴으로써 행할 수 있다.
여기서, 세퍼레이터(27a)에 있어서의 스프링 상수(K1)보다도 세퍼레이터(27b)에 있어서의 스프링 상수(K2)가 작고(K1 ＞ K2), 세퍼레이터(27a)에 있어서의 점성계수(C1)보다도 세퍼레이터(27b)에 있어서의 점성계수(C2)가 커지는(C2 ＞ C1) 경우, 적층 방향 내측의 쪽이, 높은 댐핑 성능을 갖는다. 통상, 단전지층(20)을 구성하는 재료는 동일한 재료를 이용하고 있으므로, 진동계 모델로 치환하면, 매스(320), 스프링(311, 313) 및 댐퍼(315, 317)는 각각 동등해진다. 그러나, 상술한 바와 같이 일부의 세퍼레이터(27)의 경도를 다른 세퍼레이터(27)의 경도와 다 르게 함으로써, 구체적으로는 세퍼레이터(27)의 경도가 전지 구조체(10)의 중심부에 위치하는 단전지층(20)에 있어서의 세퍼레이터(27)로부터 적층 방향 양단부에 위치하는 단전지층[최상층의 단전지층(20a) 및 최하층의 단전지층(20b)](20)을 향해 그 경도가 점차 높아지도록 함으로써, 전지 구조체의 공진 주파수를 고주파측으로 이행시킬 수 있고, 전지 구조체 복부(중앙부 근방)에 있어서의 진동 전달률을 저감시킬 수 있다. 이 결과, 전지 구조체의 방진성을 더 향상시킬 수 있다.
그런데, 전지 구조체의 세퍼레이터로서 이용할 수 있는 재료의 대부분은, 통상, 세퍼레이터의 경도가 낮아짐에 따라서 열전달계수가 높아지는 경향이 있다. 열전달계수가 높을수록 방열성이 높아지므로, 전지 구조체의 적층 방향 양단부에 위치하는 단전지층에 있어서의 세퍼레이터의 경도보다도 전지 구조체의 중심부에 위치하는 세퍼레이터의 경도가 낮은 경우, 열이 가득 차기 쉬운 전지 구조체의 중심부에 높은 방열성을 부여할 수 있으므로, 전지 구조체의 방열성을 더 향상시킬 수 있다.
세퍼레이터(27)는, 특별히 한정되지는 않지만, 폴리에스테르계 수지, 아라미드계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 무기재를 포함하는 폴리에스테르계 수지, 무기재를 포함하는 폴리프로필렌계 수지 및 무기재를 포함하는 아라미드계 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 수지를 이용한 경우, 세퍼레이터(27)를 다공질 구조로 형성할 수 있고, 또한 상술한 바와 같은 높은 댐핑 성능을 갖는 세퍼레이터(27)를 형성할 수 있다. 또한, 이들 수지는 방수성, 방습성, 냉열 사이클성, 내열 안정성 및 절연성 등에도 우수하다. 특히, 아라미드계 수지를 이용한 경우, 세퍼레이터를 얇게 형성할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 무기재를 포함하는 폴리에스테르계 수지, 무기재를 포함하는 아라미드계 수지, 또는 무기재를 포함하는 폴리프로필렌계 수지에 포함되는 '무기재'라 함은, 알루미나, SiO2 등의 미세한 분체나 필러체이고, 이 무기재를 폴리에스테르계 수지, 아라미드계 수지, 폴리프로필렌계 수지에 혼입함으로써 세퍼레이터의 강성을 높일 수 있다. 또한, 이들 무기재를 시작으로 세공이 형성되기 쉬워져, 단위 면적당의 공극률이 커지고, 통기도, 곡로율(상세는 후술함)이 높은 세퍼레이터를 형성할 수 있다. 세퍼레이터에 있어서의 무기재의 함유량은 30 내지 95 질량 ％가 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 90 질량 ％이다.
세퍼레이터(27)의 곡로율(γ)은 0.5 내지 2.0인 것이 바람직하다. 이는, 출력을 올리기 위해서는, 세퍼레이터(27)의 곡로율(γ)을 작게 하는 것이 바람직하지만, 지나치게 세퍼레이터의 곡로율(γ)을 작게 하면 세퍼레이터의 스프링 상수나 점성계수가 저하되어, 방진성이 저하될 우려가 있기 때문이다. 또한, 세퍼레이터의 곡로율(γ)이 지나치게 크면, 전지 구조체의 출력에 영향을 미쳐 출력이 증가하기 어려워지기 때문이다. 또한, 본 명세서 중에 있어서의 곡로율이라 함은, 일반적인 흡착법으로 구한 흡착 표면적(S1)을 그 투영 면적(S0)으로 나눈 것(γ ＝ S1/S0)으로 정의한다.
세퍼레이터(27)의 두께는 전지 구조체에 있어서의 각 단전지층의 강성을 잃 지 않을 정도로 얇은 쪽이 바람직하고, 3 ㎛ 내지 20 ㎛ 이하이면 보다 바람직하다. 세퍼레이터의 두께가 얇으면 단전지(26)의 적층 수를 늘릴 수는 있지만, 지나치게 얇으면 각 단전지층의 강성을 잃게 되기 때문이다.
[전해질층]
전해질층은 전해질을 포함하는 층이다. 전해질층에 포함되는 전해질은 충방전 시에 캐소드 애노드층 사이를 이동하는 이온의 캐리어로서의 기능을 갖는다.
전해질로서는 고체 고분자 전해질 또는 겔 전해질을 들 수 있다. 고체 고분자 전해질로서는, 예를 들어 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.
겔 전해질은 고분자 전해질로 이루어지는 골격 중에 전해액을 포함한 것이다. 골격으로서는 이온 도전성을 갖는 고체 고분자 전해질, 또는 이온 도전성을 갖지 않는 고분자를 이용할 수 있다.
전해액은 전해질염과 가소제로 이루어진다. 전해질염으로서, 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4, 또는 Li2B10Cl10 등의 무기 음이온염, 혹은 Li(CF3SO2)2N, 또는 Li(C2F5SO2)2N 등의 유기 음이온염을 들 수 있다. 이들은 1종으로 가소제와 혼합해도 좋고, 2종 이상을 가소제와 혼합해도 좋다. 가소제로서, 예를 들어 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트 등의 고리형 카보네이트류, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 또는 디에틸카보네이트 등의 사슬형 카보네이트류, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,2-디메 톡시에탄, 1,2-디부톡시에탄 등의 에테르류, γ-부틸롤락톤 등의 락톤류, 아세트니트릴 등의 니트릴류, 프로피온산메틸 등의 에스테르류, 디메틸포름아미드 등의 아미드류 및 아세트산메틸, 포름산메틸 등의 에스테르류 등을 들 수 있다. 이들은 1종으로 전해질염과 혼합해도 좋고, 2종 이상을 전해질염과 혼합해도 좋다.
겔 전해질에 이용되는, 이온 도전성을 갖는 고체 고분자 전해질로서, 예를 들어 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있다. 겔 전해질에 이용되는, 이온 도전성을 갖지 않는 고분자로서, 예를 들어 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐크롤라이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리메틸메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
겔 전해질에 있어서, 고체 고분자 전해질과 전해액의 질량비는 20 : 80 내지 98 : 2가 바람직하다.
[밀봉부]
전지 구조체(10)는 집전체끼리의 사이에 밀봉부(70)를 구비할 수 있다. 밀봉부(70)는 캐소드활물질층, 전해질층 및 애노드활물질층을 둘러싸도록 배치되므로, 전해질층으로서 겔 전해질을 이용한 경우에 전해액의 누출을 방지할 수 있다.
밀봉부(70)는 일본 특허 공개 제2004-158343호 공보에 기재한 바와 같이, 열융착성이 있는 제1 수지끼리의 사이에 제1 수지보다도 융점이 높고 비도전성의 제2 수지가 집전체와 병행이 되도록 개재되어 있는 구조가 바람직하다. 제1 수지와 제2 수지의 조합으로서는, 제1 수지가 180 ℃ 미만의 융점을 갖고, 제2 수지가 180 ℃ 이상의 융점을 갖고 제1 수지와 열융착시킬 수 있는 것이 제법상 바람직하다. 이들 수지로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 제1 수지로서 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 또는 열가소성 올레핀 고무 등을 들 수 있고, 제2 수지로서, 나일론6, 나일론66, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리스틸렌 등의 폴리아미드계 수지 또는 실리콘 고무 등을 들 수 있다.
다음에, 전지 구조체(10)를 덮는 피복재(50)에 대해 상세하게 설명한다.
[피복재]
피복재(50)는 전해액이나 기체를 투과시키지 않고 전기 절연성을 나타내고, 전해액 등이 내부에 존재해도 화학적으로 안정된 재료로 형성되어, 외부와의 물리적 접촉으로부터 보호하거나, 방열성을 양호하게 하는 것이다.
피복재(50)는, 예를 들어 폴리에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 등의 고분자 재료, 알루미늄, 스테인리스, 티탄 등의 금속 재료, 또는 고분자-금속 복합 재료 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 고분자-금속 복합 재료를 이용한 경우, 피복재(50)로서의 강도를 유지한 상태에서 막 두께를 얇게 할 수 있으므로, 전지 구조체의 보호 및 방열성의 점으로부터 바람직하다.
고분자-금속 복합체로서는, 예를 들어 열융착성 수지(예를 들어, 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 아이오노마 수지) 필름, 금속박(예를 들어, 알루미늄, 니켈, 스테인리스, 구리 또는 이들의 합금을 박으로 한 것), 양호한 강성을 갖는 수지(예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론) 필름이 이 순서로 적층된 고분자 금속 복합 필름을 이용하는 것이 바람직하다. 피복재(50)가 상기와 같은 필름으로 형성되는 경우, 필름을 용이하게 변형할 수 있으므로, 정수압을 가하는 것 이 가능해지고, 또한 금속박이 존재하기 때문에 기체 투과성을 저하시켜 피복재(50)의 내부와 외부의 압력차를 장시간 유지할 수 있다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 전지 구조체는 지금까지는 없는 전극의 표면적이 크고(약 A5 사이즈로부터 A2 사이즈 정도), 전지 구조체의 두께가 10 ㎜ 이상인 두꺼운 경우에 문제였던 방열성이나 방진성의 문제를, 방열 부재에 의한 방열 효과와 방진 효과에 의해 종래의 전지 구조체와 같이 두께가 얇은(3 내지 10 ㎜ 정도) 전지 구조체와 동일 레벨의 방열성이 가능해지고, 또한 종래의 전지 구조체보다도 방진성을 향상시키는 것이 가능해진다. 이 결과, 고용량이나 고출력이 요구되는 전지 구조체를 제공할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제1 실시 형태에서는 쌍극형의 전지 구조체에 대해 설명하였지만, 본 발명의 전지 구조체는, 예를 들어 쌍극형의 전지 구조체(10)가 아닌 일반 리튬 이온 전지와 같은 적층형의 전지 구조체(11)라도 좋다. 도4는 쌍극형의 전지 구조체(10)(도2 참조)가 아닌 적층형의 전지 구조체(11)의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도4로부터 알 수 있는 바와 같이, 전지 구조체(11)와 전지 구조체(10)는 그 전극층의 배치 구성이 다를 뿐이다. 또한, 도4에 있어서, 전지 구조체(11)의 각 구성 요소는 도1에 있어서의 전지 구조체(10)와 완전히 동일하므로 공통되는 구성 요소의 설명은 생략한다. 또한, 도4에 있어서, 도1에 도시한 구성 요소와 대응하는 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙이고 있다.
도4에 도시하는 적층형의 전지 구조체(11)는, 외관은 도1에 도시한 전지 구 조체(10)와 마찬가지이다. 도4의 (A)는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도를, 도4의 (B)는 도1에 도시한 전지 구조체(11)의 평면 개략도를 도시한 것이다.
도4의 (A)를 참조하면, 본 실시 형태에 관한 전지 구조체(11)를 구성하는 단전지층(20)은 캐소드활물질층(23)을 양면에 배치한 집전체(21)와, 애노드활물질층(25)을 양면에 배치한 집전체(21)에 전해질층[도1에 있어서의 세퍼레이터(27)에 대응함](27)이 끼움 지지되어 형성되어 있다. 전지 구조체(11)의 중앙부에는 전해질층(세퍼레이터)(27)이 방열 부재(30)를 끼움 지지하는 배치 구성으로 되어 있지만, 본 실시 형태에 관한 전지 구조체(11)는 제1 실시 형태에 관한 전지 구조체(10)와 전극층의 배치 구성이 다르기 때문에, 절연성을 갖는 방열 부재로 할 필요가 있다.
또한, 도4의 (A)에서는 피복재(50)와 방열 부재(30)가 이격된 상태가 나타나 있지만, 방열 부재(30)에 있어서의 도시된 면에서 본 깊이 방향[도4의 (B)에 있어서 상하 방향]에 면한 부위는 피복재(50)와 접촉하고 있는 것으로 한다. 또한, 방열 부재(30)는 적층 방향[도4의 (A)에 있어서 상하 방향]에 관해서는 피복재(50)와 접촉하는 폭이 작지만, 도시된 면에서 본 깊이 방향에 관해서는 피복재(50)와 접촉하는 폭이 크기 때문에, 방열 부재(30)로부터의 열을 외부로 충분히 방열시킬 수 있다.
그런데, 본 실시 형태에 관한 적층형의 전지 구조체(11)의 형태를 갖는 일반 리튬 이온 전지는 전지 용량이 크고 고에너지형의 전지이고, 장기간 지속해서 전력을 공급하는 성능이 우수하다. 이에 비해, 제1 실시 형태에 관한 쌍극형의 전지 구조체(10)의 형태를 갖는 쌍극형 전지는 고출력 밀도의 전지이고, 단시간에 큰 전력을 공급하는 성능이 우수하다. 따라서, 어떠한 형태를 채용할지는, 필요로 하는 전력의 형태에 따라서 적절하게 결정할 수 있다. 예를 들어, 차량의 모터 구동용 전원으로서 이용되는 경우에는 고출력 밀도를 달성할 수 있다는 관점으로부터, 본 발명의 전지 구조체는, 바람직하게는 쌍극형의 전지 구조체의 형태를 갖는 쌍극형 전지이다.
(제3 실시 형태)
이상 설명해 온 전지 구조체(10, 11)는 복수, 직렬로 또는 병렬로 접속하여 조전지 모듈을 형성할 수 있다. 도5는, 도2 또는 도4에 도시한 전지 구조체(10, 11)를 케이스(80)에 넣은 조전지 모듈(13)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. 도5의 (A)는 조전지 모듈(13)의 평면도를, 도5의 (B)는 조전지 모듈(13)의 정면도를, 도5의 (C)는 조전지 모듈(13)의 측면도를 도시한 것이다.
도5에 도시한 바와 같이, 작성한 조전지 모듈(13)은 버스 바아(80)와 같은 전기적인 접속 수단을 이용하여 서로 접속할 수 있다.
(제4 실시 형태)
제3 실시 형태에 관한 조전지 모듈(13)을 복수, 직렬로 또는 병렬로 더 접속하여 조전지(15)를 형성할 수 있다.
도6은 도5에 도시한 조전지 모듈(13)을 6병렬로 접속한 조전지(15)의 개략적인 구성도를 도시한 것이다. 도6의 (A)는 조전지(15)의 평면도를, 도6의 (B)는 조전지(15)의 정면도를, 도6의 (C)는 조전지(15)의 측면도를 도시한 것이다.
도6에 도시한 바와 같이, 조전지 모듈(13)은 접속 지그(85)를 이용하여 복수단 적층하여 조전지(15)를 구성할 수 있다. 또한, 각 조전지 모듈(13) 사이에 탄성체(90)를 설치하여 방진 구조를 형성할 수 있다. 몇 개의 전지 구조체(10, 11)를 접속하여 조전지 모듈(13)을 작성하거나, 또한 몇 단의 조전지 모듈(13)을 적층하여 조전지(15)를 작성할지는, 탑재되는 차량(전기 자동차)의 전지 용량이나 출력에 따라서 설정할 수 있다.
이와 같이, 조전지 모듈(13)을 복수 직병렬 접속되어 구성되는 조전지(15)는 고용량이나 고출력을 얻을 수 있고, 개개의 조전지 모듈(13)의 신뢰성이 높기 때문에, 조전지(15)로서의 장기적인 신뢰성의 유지가 가능하다. 또한, 일부의 조전지 모듈(13)이 고장나도, 그 고장 부분을 교환하는 것만으로 수리가 가능해진다.
(제5 실시 형태)
조전지(15)를 전기 자동차(100)에 탑재하기 위해서는, 도7에 도시한 바와 같이 전기 자동차(100)의 차체 중앙부의 좌석 아래에 탑재한다. 좌석 아래에 탑재하면, 차내 공간 및 트렁크 룸을 넓게 취할 수 있기 때문이다. 또한, 조전지(15)를 탑재하는 장소는 좌석 아래로 한정되지 않고, 후방부 트렁크 룸의 하부라도 좋고, 차량 전방의 엔진 룸이라도 좋다. 이상과 같은 조전지(15)를 이용한 전기 자동차(100)는 높은 내구성을 갖고, 장기간 사용해도 충분한 출력을 제공할 수 있다. 또한, 경량화에 의한 연비의 저감, 주행 성능이 우수한 전기 자동차, 하이브리드 자동차를 제공할 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명에 관한 전지 구조체를 일 실시 형태를 기초로 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시예는 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 기재한 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 본 실시예의 기재로 한정되는 것은 아니다. 이하에, 본 실시예 및 비교예에서 이용한 전지 구조체의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
전지 구조체의 작성
(1) 쌍극형의 전지 구조체(이하, 「쌍극형 전지 구조체」라고 칭함)의 작성
본 실시예 및 비교예에서 이용한 쌍극형 전지 구조체의 제조 방법을 구체적으로 설명한다. 또한, 제5 내지 제21 실시예 및 제5 내지 제12 비교예는 전지 구조체를 라미네이트재(피복재에 해당함)로 덮은 것, 제22 내지 제24 실시예 및 제13 또는 제14 비교예(종래의 전지 구조체)는 라미네이트재가 없는 것을 작성하였다. 또한, 제5 내지 제12 비교예에 있어서는 방열 부재를 개재시키지 않은 것으로 작성하였다. 방열 부재는 표1에 있어서의 각종 재료로 형성되는 방열 부재를 전극층(10)층마다 1매 적층하였다. 10층으로 만족하지 않는 전지 구조체에 대해서는 전지 구조체의 전체적 층수의 대략 중앙부에 있어서의 단전지층 사이에 방열 부재를 설정하였다.
제5 내지 제24 실시예 및 제5 내지 제14 비교예의 베이스가 되는 쌍극형 전지 구조체는 각각 동일한 제조 방법이므로, 쌍극형 전지 구조체의 제조 방법으로서, 제11 실시예를 예로 들어 설명한다.
우선, 전극층으로서 15 ㎛의 SUS박을 집전체로서 이용하고, SUS박의 한쪽 면 에 캐소드활물질로서 Li-Mn계의 LiMnO2(평균 입경 2 ㎛)를 10 ㎛의 두께로 도포하여 캐소드활물질층(캐소드측)으로 하였다. 그 후, 다른 쪽 면(캐소드활물질층을 도포한 면과 반대측의 면)에 애노드활물질로서 결정질 탄소재량의 하드 카본(평균 입경 6 ㎛)을 15 ㎛의 두께로 도포하고, 애노드활물질층(애노드측)으로 하였다. 최외층 집전체는 상술한 SUS박을 이용하여, 한쪽 면에 상술한 캐소드활물질층을 형성한 것 및 한쪽 면에 애노드활물질층을 형성한 것을 제작하였다. 전극층의 사이즈는 A4 사이즈가 되도록 작성하였다.
다음에, 가가교형 겔 전해질의 전구체인 PVdF를 폴리에스테르 부직포 세퍼레이터(20 ㎛ 두께 : 경도 쇼어 A '61')에 배어들게 하여 전해질층으로 하였다.
다음에, 탄소를 약 1 중량 ％ 함유한 탄소강(두께 0.1 ㎜) 시트의 양면에 저점도의 도전 페이스트를 극히 미량 도포한 후, 평균 입경 5 ㎛의 그래파이트 분체를 압축 접착하여 방열 부재(표1에 있어서, 「탄소강 ＋ 카본」)를 제조하였다.
다음에, 캐소드활물질층, 세퍼레이터, 애노드활물질층으로 형성되는 단전지층에 상기와 같이 방열 부재를 개재시키면서 원하는 적층 수로 적층하였다. 그리고, 최외층 집전체에 있어서의 캐소드측에는 Al의 탭(두께 100 ㎛ : 폭 100 ㎜)을 진동 용착하고, 최외층 집전체에 있어서의 애노드측에는 Cu의 탭(두께 100 ㎛ : 폭 100 ㎜)을 진동 용착하였다.
다음에, 열융착성 수지 필름으로서 머레이산 변성의 폴리프로필렌 필름, 금속박으로서 SUS, 강성을 갖는 수지 필름으로서 나일론-알루미늄-변성 폴리프로필렌 의 3층 구조로 형성되는 라미네이트재로 전지 구조체를 덮어 밀봉하였다.
다음에, 약 80 ℃에서 약 2시간 가열 가교하여 쌍극형의 전지 구조체를 제조하였다.
(2) 쌍극형이 아닌 전지 구조체(이하, 「적층형 전지 구조체」라고 칭함)의 작성
본 실시예 및 비교예에서 이용한 적층형 전지 구조체의 제조 방법을 구체적으로 설명한다. 또한, 제1 내지 제8 실시예, 제1 내지 제4 비교예는 전지 구조체를 라미네이트재(피복재에 해당함)로 덮은 것을 작성하고, 제1 내지 제4 비교예에 있어서는 방열 부재를 개재시키지 않은 것을 작성하였다. 또한, 방열 부재는 표1에 있어서의 사양의 방열 부재를 전극층 10층마다 1매 적층하였다. 10층으로 만족되지 않은 전지 구조체에 대해서는 전지 구조체의 전체적 층 수의 대략 중앙부에 있어서의 단전지층 사이에 방열 부재를 설정하였다.
제1 내지 제8 실시예 및 제1 내지 제4 비교예의 베이스가 되는 적층형 전지 구조체는 각각 동일한 제조 방법이므로, 적층형 전지 구조체의 제조 방법으로서, 제2 실시예를 예로 들어 설명한다.
우선, 15 ㎛의 알루미늄박을 집전체로서 이용하고, 알루미늄박의 양면에 캐소드활물질로서 Li-Mn계의 LiMnO2(평균 입경 2 ㎛)를 10 ㎛의 두께로 도포하여 캐소드활물질층으로 하였다(캐소드층). 동박 15 ㎛를 집전체로서 이용하고, 동박의 양면에 애노드활물질로서 결정성 탄소 재료의 하드 카본(평균 입경 6 ㎛품)을 15 ㎛ 의 두께로 도포하여 애노드활물질층(애노드층)으로 하였다.
다음에, 가가교형 겔 전해질의 전구체를 폴리에스테르 부직포 세퍼레이터(두께 20 ㎛ : 경도 쇼어 A '61')에 배어들게 하여 전해질층으로 하였다. 전극의 사이즈는 A4 사이즈가 되도록 제작하였다.
다음에, 주성분이 알루미나로 이루어지는 세라믹스 시트(두께 0.1 ㎜)의 양면에, 저점도의 도전 페이스트를 극히 미량 도포한 후, 평균 입경 5 ㎛인 그래파이트 분체를 압축 접착하여 방열 부재(표1에 있어서, 「세라믹스」)를 제조하였다.
다음에, 캐소드활물질층, 세퍼레이터, 애노드활물질층으로 형성되는 단전지층에 상기와 같이 방열 부재를 개재시키면서 원하는 적층 수로 적층하였다. 그리고, 최외층 집전체에 있어서의 캐소드측에는 Al의 탭(두께 100 ㎛ : 폭 100 ㎜)을 진동 용착하고, 최외층 집전체에 있어서의 애노드측에는 Cu의 탭(두께 100 ㎛ : 폭 100 ㎜)을 진동 용착하였다.
다음에, 열융착성 수지 필름으로서 머레이산 변성의 폴리프로필렌 필름, 금속박으로서 SUS, 강성을 갖는 수지 필름으로서 나일론-알루미늄-변성 폴리프로필렌의 3층 구조로 형성되는 라미네이트재로 전지 구조체를 덮어 밀봉하였다.
다음에, 약 80 ℃에서 약 2시간 가열 가교하여 적층형 전지 구조체를 작성하였다.
또한, 상기와 같이 제9 내지 제12 실시예에서는 방열 부재로서, 「탄소강 ＋ 카본」을, 제1 내지 제8 실시예에서는 「세라믹스」를 이용하고 있지만, 제13 내지 제15, 제18 실시예에서는 알루미늄 시트(두께 0.1 ㎜)의 양면에 저점도의 도전 페 이스트를 극히 미량 도포한 후, 평균 입경 5 ㎛인 그래파이트 분체를 압축 접착하여 제조한 방열 부재(표1에 있어서, 「알루미늄 ＋ 카본」)를, 제16, 제19 내지 제24 실시예에서는 폴리에틸렌에, 도전 필러로서 카본재를 분산시켜 제조한 방열 부재(표1에 있어서, 「PE ＋ 카본」)를, 제17 실시예에서는 고무재에 도전 필러로서 카본재를 분산시켜 제조한 방열 부재(표1에 있어서, 「고무 ＋ 카본」)를 이용하였다.
작성한 전극층(캐소드활물질층 접촉 영역, 또는 애노드활물질층 접촉 영역)의 긴 변의 길이(a)(㎜), 전극층의 짧은 변의 길이(b)(㎜), 전지 구조체의 두께(c)(방열 부재가 개재되어 있는 전지 구조체에 관해서는, 방열 부재를 제외한 두께), 전극층의 외주(L), 전극의 면적(S) 및 전극의 대각선(T)을 표1에 나타낸다.
진동 감쇠율의 측정
상술한 제1 내지 제24 실시예 및 제1 내지 제14 비교예에 있어서의 전지 구조체의 제조 방법에 의해 얻게 된 단전지층 요소의 중앙부에 가속도 픽업을 설정하여 임펄스 해머에 의해 해머링하였을 때의 가속도 픽업의 진동 스펙트럼을 측정하였다. 설정 방법은 JIS-B-0908(진동 및 충격 픽업의 교정 방법ㆍ기본 개념)에 준거하였다. 측정 스펙트럼은 FFT 분석기에 의해 해석하여 주파수와 가속도의 차원으로 변환하였다. 이렇게 하여 얻게 된 주파수의 평균화와 스무징을 행하여 진동 전달률 스펙트럼을 얻었다. 이 가속도 스펙트럼의 10 내지 300 ㎐까지의 평균을 진동 평균치로 하였다.
비교 기준은 동일한 전극층 면적의 비교예 중, 가장 두꺼운 사양을 이용하였 다. 구체적으로는, 제1 내지 제4 실시예의 비교 기준은 제1 비교예로 하고, 제5 내지 제8 실시예의 비교 기준은 제3 비교예로 하고, 제9 내지 제12 실시예의 비교 기준은 제5 비교예로 하고, 제13 내지 제15 실시예의 비교 기준은 제7 비교예로 하고, 제16 내지 제18 실시예의 비교 기준은 제9 비교예로 하고, 제19 내지 제21 실시예의 비교 기준은 제11 비교예로 하고, 제22 내지 제24 실시예의 비교 기준은 제13 비교예로 하였다. 각각의 기준으로 하는 스펙트럼을 진동 평균치로 하고, 각 기준의 진동 평균치에 대한 비를 평균 저감량으로 하였다.
각 실시예의 진동 평균치의 각 기준의 값에 대한 비를 진동 감쇠율로 하였다. 즉, 진동 감쇠율을 '(실시예의 진동 평균치 × 100)/(비교예의 진동 평균치)'로부터 구했다. 진동 감쇠율이 0 ％인 경우에는 비교예와 실시예의 진동 평균치가 동등해서 감쇠가 일어나고 있지 않은 것을 나타내고, 진동 감쇠율이 30 ％인 경우에는 비교예에 대한 실시예의 진동 평균치가 30 ％ 저감된 것을 나타낸다.
또한, 각 기준은 동일한 전극의 면적을 갖는 비교예를 이용하였다. 구체적으로는, 제1, 제2 실시예의 비교 기준은 제4 비교예로 하고, 제3 내지 제6 및 제13 실시예의 비교 기준은 제5 비교예로 하고, 제7 내지 제9 실시예의 비교 기준은 제6 비교예로 하고, 제10 내지 제12 실시예의 비교 기준은 제7 비교예로 하였다.
도8에 본 실시예 중, 제15, 제16, 제17 실시예와 제9 비교예의 진동 전달률과 주파수를 나타낸 그래프를, 표1에 각 실시예의 진동 감쇠율과, 각 실시예 및 각 비교예의 1차 공진 피크(가장 저주파측에 나타나는 최대 피크 주파수)를 나타낸다.
도8은 본 실시예 중, 제16, 제17, 제18 실시예 및 제9 비교예의 진동 전달률 과 주파수를 나타낸 것이다. 이미 설명한 바와 같이, 일반적인 차량 상에 발생하는 진동은 약 100 ㎐ 이하이고, 이 범위에 전지 구조체의 1차 공진 주파수가 있으면 차량 상에서 전지 구조체가 공진된다. 도8을 참조하면, 제5 비교예는 100 ㎐ 이하에 1차 공진 피크가 나타나 있는 것을 알 수 있다. 한편, 제16, 제17 및 제18 실시예의 1차 공진 피크는 100 ㎐보다도 고주파측에 있으므로, 차량 상에서는 공진에 도달하지 않은 것을 알 수 있다. 또한, 표1의 1차 공진 피크의 란에 있어서, 도8에는 나타내고 있지 않은 실시예에 있어서도 1차 공진 피크가 100 ㎐보다도 고주파측에 나타나 있는 것을 알 수 있다. 또한, 표2를 참조하면, 진동 감쇠율의 란으로부터 각 실시예에 있어서 진동 평균치가 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 본 발명의 전지 구조체는 종래의 전지 구조체보다도 방진성이 우수한 것을 알 수 있다.
열상승 및 방열 시간의 측정
상술한 제1 내지 제24 실시예 및 제1 내지 제14 비교예에 있어서의 전지 구조체의 제조 방법에 의해 얻게 된 전지 구조체를 이용하여 10C 사이클 시험을 60분 행하고, 시험 중의 전지 구조체의 중앙부 평균 온도의 최고 도달 온도를 측정하여 시험 개시 전의 온도와의 차를 열상승으로 하였다. 또한, 60분 후에 전류를 멈추고 실온에 방치했을 때의 온도 변화를 조사하여, 실온까지 복귀되는 시간을 방열 시간으로 하였다. 측정은 60분간 행하고, 60분 동안에 실온까지 복귀되지 않은 경우에는 60분 이상으로 기재하였다. 전지 구조체의 온도의 측정은 대략 중앙에 위치하는 박의 모서리에 열전대를 설치하여 측정을 행하였다. 또한, 「10C 사이클 시험을 60분 행한다」라 함은, 10C의 전류치이고, 6분의 충전과 6분의 방전을 5회 행하는 것이다.
표2에 각 실시예 및 각 비교예의 열상승 및 방열 시간을 나타낸다. 방열 시간의 측정은 60분까지 행하고, 60분 동안 실온까지 복귀되지 않은 경우에는 '60 이상'으로 기재하였다. 표2의 열상승의 란으로부터는 각 비교예와 각 실시예를 비교한 경우, 각 실시예에 있어서, 사용 중에 전지 구조체 내부의 온도가 상승하기 어려운 것을 알 수 있다. 또한, 표2의 방열 시간의 란을 참조하면, 각 비교예에서는 중앙부 평균 온도가 60분을 경과해도 실온까지 저하되어 있지 않은 것에 비해, 실시예에서는, 중앙부 평균 온도는 길어도 20분 정도에서 실온까지 저하되는 것을 알 수 있다.
도9에 제16, 제17, 제18 실시예 및 제9 비교예의 방열 성능을 나타낸다. 도9로부터도 각 제16 내지 제18 실시예의 쪽이 10C 사이클 시험을 한창 행하고 있는 0 내지 60분 사이는 전지 온도-시간 곡선의 기울기가 작고, 60분 이후에는 기울기가 커지기 때문에, 비교예에 비하면 실시예의 전지 구조체는 사용 중에 전지 구조체 내부의 온도가 상승하기 어려운 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 본 발명의 전지 구조체는 종래의 전지 구조체보다도 방열성이 우수한 것을 알 수 있다.
[표1]
Figure 112007036706171-PAT00001
[표2]
Figure 112007036706171-PAT00002
본 발명은, 고출력, 고용량, 또는 높은 내구성이 요구되는 전지 구조체에 관한 기술 분야에 유용하다.
이상과 같이 구성된 본 발명에 관한 전지 구조체에 따르면, 전지 구조체를 형성하는 복수의 단전지층 중 적어도 하나의 단전지층과 다른 단전지층 사이에 방열 부재를 구비하므로, 전지 구조체의 방열 성능이 향상된다. 그 결과, 전지의 출력이나 전지의 내용연수를 향상시킬 수 있다.

Claims (25)

  1. 하나의 집전체의 표면에 형성된 캐소드활물질층과 전해질을 유지하는 세퍼레이터와 다른 집전체의 표면에 형성된 애노드활물질층을 교대로 적층한 단전지층을 복수 적층하여 형성되는 전지 구조체이며,
    상기 전지 구조체는 상기 전지 구조체를 형성하는 복수의 단전지층 중 적어도 하나의 단전지층과 다른 단전지층 사이에 방열 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방열 부재는 외부로부터 받은 진동을 방진하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전지 구조체를 피복하는 피복재를 더 구비하고,
    상기 피복재는 상기 방열 부재의 일부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캐소드활물질층과 상기 집전체의 캐소드활물질 접촉 영역에 있어서의 짧은 변의 길이, 또는 상기 애노드활물질층과 상기 집전체의 애노드활물질 접촉 영역에 있어서의 짧은 변의 길이를 b ㎜로 하고, 상기 캐소드활물질 접촉 영역 또는 상기 애노드활물질 접촉 영역의 면적을 S ㎟, 상기 방열 부재를 제외한 상기 전지 구조체의 두께를 c ㎜로 한 경우,
    S/c ≤ b/S
    의 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 캐소드활물질 접촉 영역의 외주의 길이, 또는 상기 애노드활물질 접촉 영역의 외주의 길이는 상기 방열 부재를 제외한 상기 전지 구조체 두께의 130배 이상인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  6. 제4항에 있어서, 상기 캐소드활물질 접촉 영역의 외주의 길이, 또는 상기 애노드활물질 접촉 영역의 외주의 길이는 상기 방열 부재를 제외한 상기 전지 구조체 두께의 300 내지 2000배인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  7. 제4항에 있어서, 상기 캐소드활물질 접촉 영역의 외주의 길이, 또는 상기 애노드활물질 접촉 영역 외주의 길이는 750 ㎜ 내지 1450 ㎜이며,
    상기 방열 부재를 제외한 상기 전지 구조체의 두께는 2 내지 10 ㎜인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 부재를 제외한 상기 전지 구조체의 두께는 4 내지 8 ㎜인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  9. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드활물질 접촉 영역의 대각선의 길이, 또는 상기 애노드활물질 접촉 영역의 대각선의 길이는 260 내지 550 ㎜인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 부재의 두께는 0.01 내지 1 ㎜인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  11. 제1항 내지 제8항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 부재의 열전도율은 0.1 내지 450 W/mㆍk인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  12. 제1항 내지 제8항, 제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 부재는 방열성을 갖는 모재 중에 방진성 재료를 분산시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  13. 제1항 내지 제8항 또는 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방열 부재는, 고분자 재료, 금속 재료, 고분자 재료와 금속 재료의 복합 재료 및 고분자 재료에 도전성 재료를 분산시킨 복합 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전지 구조체를 형성하는 복수의 단전지층 중 적어도 하나의 단전지층에 있어서의 세퍼레이터의 쇼어 A 경도와 다른 단전지층에 있어서의 세퍼레이터의 쇼어 A 경도는 다른 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  15. 제1항 또는 제14항에 있어서, 상기 세퍼레이터의 쇼어 A 경도는 상기 전지 구조체의 중심에 위치하는 상기 세퍼레이터로부터 적층 방향 양단부에 위치하는 단전지층을 향해 세퍼레이터의 쇼어 A 경도가 점차 높아지는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  16. 제1항, 제14항 또는 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터의 쇼어 A 경도는 20 내지 110인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  17. 제1항, 제4항 또는 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터의 곡로율은 0.5 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  18. 제1항 또는 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 폴리에스테르계 수지, 아라미드계 수지 및 폴리프로필렌계 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  19. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 캐소드활물질층은 캐소드활물질을 포함하 고,
    상기 캐소드활물질의 평균 입경은 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  20. 제1항, 제4항 또는 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐소드활물질은 Li-Mn계 복합산화물 또는 Li-Ni계 복합 산화물 중 적어도 어느 한쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  21. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 애노드활물질층은 애노드활물질을 포함하고,
    상기 애노드활물질의 평균 입경은 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  22. 제1항, 제4항 또는 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 애노드활물질은 결정성 탄소재 또는 비결정성 탄소재 중 적어도 어느 한쪽을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  23. 제3항에 있어서, 상기 피복재는 고분자 재료와 금속 재료의 복합 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 구조체.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재된 전지 구조체가 복수개, 직렬 접속 또는/및 병렬 접속 중 적어도 어느 한쪽의 접속 방법에 의해 접속되어 구성되는 조전지.
  25. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재된 전지 구조체, 또는 제24항에 기재된 조전지를 탑재하는 것을 특징으로 하는 차량.
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