特許 7169959 電極構造体、その製造方法およびこれを含む二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-02

(45)【発行日】2022-11-11

(54)【発明の名称】電極構造体、その製造方法およびこれを含む二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/66 20060101AFI20221104BHJP

   H01M 4/02 20060101ALI20221104BHJP

   H01M 4/13 20100101ALI20221104BHJP

   H01M 4/72 20060101ALI20221104BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20221104BHJP

   H01M 10/0561 20100101ALI20221104BHJP

   H01M 10/0565 20100101ALI20221104BHJP

   H01M 10/058 20100101ALI20221104BHJP

   H01M 50/543 20210101ALI20221104BHJP

【ＦＩ】

H01M4/66 A

H01M4/02 Z

H01M4/13

H01M4/72 A

H01M10/052

H01M10/0561

H01M10/0565

H01M10/058

H01M50/543

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2019193628

(22)【出願日】2019-10-24

(65)【公開番号】P2020080306

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2019-10-24

【審判番号】

【審判請求日】2021-11-11

(31)【優先権主張番号】10-2018-0127779

(32)【優先日】2018-10-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】515351884

【氏名又は名称】ユニスト（ウルサン ナショナル インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー）

(73)【特許権者】

【識別番号】519381506

【氏名又は名称】コリア イースト－ウェスト パワー カンパニー リミテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】519381517

【氏名又は名称】４ トゥ ワン カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム ヨン シク

(72)【発明者】

【氏名】キム ヨン チン

(72)【発明者】

【氏名】パク チョン ソン

(72)【発明者】

【氏名】チョン キョン ミン

(72)【発明者】

【氏名】キム ヨン キ

(72)【発明者】

【氏名】キム ミョン チェ

【合議体】

【審判長】山田 正文

【審判官】畑中 博幸

【審判官】須原 宏光

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５１０９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２６８６６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１８－０００３８１３（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１８９４３８５（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特表２０１８－５１７２５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01M4/64-4/66,4/72

H01M10/04

H01M10/05-10/0587

H01M4/02,4/13

H01M2/34

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

負極活物質および負極電解液を含む負極部、
電子伝導性および液体吸水性のあるカーボンファブリック系列の素材であり、前記負極部よりも大きく、前記負極部を間に挟んで重なるように構成される２つの正極集電体、および
前記２つの正極集電体の縁に結合される正極電極を備え、
前記負極部は、前記負極部を支持するボディー部、前記ボディー部の一面と融着するラミネーター、前記負極部の縁に融着されて前記負極部の縁をシーリングするシーリング部材、下端部で前記負極活物質と接触し、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体、および前記ボディー部に設けられた開口内に配置された複数の固体電解質を含み、
前記正極電極は、チタン、電子伝導性が付与されたポリマー、または金属が付着されたポリマーから選択される物質で構成される、電極構造体。

【請求項2】

前記正極電極は、中心が空いている枠フレームの形態で構成された、請求項１に記載の電極構造体。

【請求項3】

前記正極電極は、金属性の素材で構成された、請求項１に記載の電極構造体。

【請求項4】

前記正極電極は、メッシュ（ｍｅｓｈ）形態で構成された、請求項１に記載の電極構造体。

【請求項5】

前記２つの正極集電体と前記正極電極は、スポット（ｓｐｏｔ）溶接によって結合される、請求項１に記載の電極構造体。

【請求項6】

前記２つの正極集電体と前記正極電極は、ボルトおよびナットの締結によって結合される、請求項１に記載の電極構造体。

【請求項7】

前記外部接続端子は、絶縁シーリングされる、請求項１に記載の電極構造体。

【請求項8】

前記外部接続端子は、シーリング素材が入っている容器に浸漬され、
浸漬された状態で前記シーリング素材は固まり、
前記固まったシーリング素材は、前記容器から分離される、請求項７に記載の電極構造体。

【請求項9】

負極活物質および負極電解液を含む負極部を形成するステップ、
電子伝導性および液体吸水性のあるカーボンファブリック系列の素材であり、前記負極部よりも大きく、前記負極部を間に挟んで重なるように構成される２つの正極集電体を形成するステップ、および
前記２つの正極集電体の縁に結合される正極電極を形成するステップを備え、
前記負極部は、前記負極部を支持するボディー部、前記ボディー部の一面と融着するラミネーター、前記負極部の縁に融着されて前記負極部の縁をシーリングするシーリング部材、下端部で前記負極活物質と接触し、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体、および前記ボディー部に設けられた開口内に配置された複数の固体電解質を含み、
前記正極電極は、チタン、電子伝導性が付与されたポリマー、または金属が付着されたポリマーから選択される物質で構成される、電極構造体の製造方法。

【請求項10】

前記正極電極を形成するステップは、
中心が空いている枠フレームの形態で正極電極を形成するステップ、および
前記正極電極を前記２つの正極集電体の縁に結合させるステップを含む、請求項９に記載の電極構造体の製造方法。

【請求項11】

前記正極電極を形成するステップは、
メッシュ（ｍｅｓｈ）形態で前記正極電極を形成するステップを含む、請求項９に記載の電極構造体の製造方法。

【請求項12】

前記負極部を形成するステップは、
上端部の一部が露出して外部接続端子を形成する負極集電体を形成するステップを含み、
前記正極電極を形成するステップ後に、
前記外部接続端子を絶縁シーリングするステップをさらに備える、請求項９に記載の電極構造体の製造方法。

【請求項13】

前記外部接続端子を絶縁シーリングするステップは、
前記外部接続端子をシーリング素材が入っている容器に浸漬させるステップ、
浸漬された状態で前記シーリング素材を固めるステップ、および
前記固まったシーリング素材を前記容器から分離するステップを含む、請求項１２に記載の電極構造体の製造方法。

【請求項14】

多数の電極構造体を含み、
前記多数の電極構造体のそれぞれは、
負極活物質および負極電解液を含む負極部、
電子伝導性および液体吸水性のあるカーボンファブリック系列の素材であり、前記負極部よりも大きく、前記負極部を間に挟んで重なるように構成される２つの正極集電体、および
前記２つの正極集電体の縁に結合される正極電極を備え、
前記負極部は、前記負極部を支持するボディー部、前記ボディー部の一面と融着するラミネーター、前記負極部の縁に融着されて前記負極部の縁をシーリングするシーリング部材、下端部で前記負極活物質と接触し、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体、および前記ボディー部に設けられた開口内に配置された複数の固体電解質を含み、
前記正極電極は、チタン、電子伝導性が付与されたポリマー、または金属が付着されたポリマーから選択される物質で構成される、電極構造体スタック（ｓｔａｃｋ）。

【請求項15】

前記負極部は、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体を含み、
前記多数の電極構造体の外部接続端子は、絶縁シーリングされる、請求項１４に記載の電極構造体スタック。

【請求項16】

前記外部接続端子は、シーリング素材が入っている容器に浸漬され、
浸漬された状態で前記シーリング素材は固まり、
前記固まったシーリング素材は、前記容器から分離される、請求項１５に記載の電極構造体スタック。

【請求項17】

前記多数の電極構造体のそれぞれは、同じ位置に少なくとも一つのホール（ｈｏｌｅ）を含み、
前記多数の電極構造体は、前記少なくとも一つのホールのそれぞれに共通して一つのボルトが嵌合され、前記多数の電極構造体のそれぞれに対してナットが締結されることによって結合される、請求項１４に記載の電極構造体スタック。

【請求項18】

負極活物質および負極電解液を含む負極部、
電子伝導性および液体吸水性のあるカーボンファブリック系列の素材であり、前記負極部よりも大きく、前記負極部を間に挟んで重なるように構成される２つの正極集電体、および
前記２つの正極集電体の縁に結合される正極電極を含む電極構造体を備え、
前記電極構造体は、前記負極活物質に含まれた金属イオンと同じ金属イオンを含むイオン含有溶液に浸漬され、
前記イオン含有溶液は海水を含み、
前記負極部は、前記負極部を支持するボディー部、前記ボディー部の一面と融着するラミネーター、前記負極部の縁に融着されて前記負極部の縁をシーリングするシーリング部材、下端部で前記負極活物質と接触し、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体、および前記ボディー部に設けられた開口内に配置された複数の固体電解質を含み、
前記正極電極は、チタン、電子伝導性が付与されたポリマー、または金属が付着されたポリマーから選択される物質で構成される、二次電池。

【請求項19】

前記負極部は、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体を含み、
前記外部接続端子は、絶縁シーリングされる、請求項１８に記載の二次電池。

【請求項20】

前記外部接続端子は、シーリング素材が入っている容器に浸漬され、
浸漬された状態で前記シーリング素材は固まり、
前記固まったシーリング素材は、前記容器から分離される、請求項１９に記載の二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電極構造体、その製造方法およびこれを含む二次電池に関し、さらに詳細には正極集電体の縁に結合される正極電極を含む電極構造体、その製造方法およびこれを含む二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池とは、一般的に正極と負極に電気化学反応が可能な物質を使うことによって、化学エネルギーと電気エネルギー間の切り替えを通じて充電および放電が起きる電池を意味する。二次電池は主に、車両や船舶などの大容量の電力の貯蔵が要求される所に使用される。

【0003】

二次電池の代表的な例としては、正極および負極で金属（例えば、リチウムまたはナトリウムなど）イオンがインターカレーション／デインターカレーションされる時の化学電位変化によって電気エネルギーを生成するリチウムイオン電池がある（特許文献１）。

【0004】

しかし、リチウムイオン電池は爆発の危険性が高く、正極活物質として使われるリチウム金属酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等）の価格が高いため、大規模の貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＥＳＳ）を実現するためには高価な費用が必要であり、廃電池の処理において環境問題を誘発し得る問題点がある。

【0005】

したがって、爆発の危険が少なく、環境に優しいだけでなく地球上に豊富に存在して安価な材料を選択する必要があるが、これまでこれに対する研究結果は不十分であるのが実情である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】韓国登録特許第１０－１０２３９１９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は前述した問題点を解決するために創出されたものであって、電極構造体およびその製造方法を提供することをその目的とする。

【0008】

また、本発明は電極構造体を含む二次電池を提供することをその目的とする。

【0009】

本発明の目的は以上で言及した目的に制限されず、言及されていないさらに他の目的は下記の記載から明確に理解されるはずである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記した目的を達成するために、本発明の一実施例に係る電極構造体は、負極部、ファブリック（ｆａｂｒｉｃ）素材であり、前記負極部の外面を囲む正極集電体、および前記正極集電体の縁に結合される正極電極、を含むことができる。

【0011】

実施例において、前記正極電極は、中心が空いている枠フレームの形態で構成され得る。

【0012】

実施例において、前記正極電極は、金属性の素材で構成され得る。

【0013】

実施例において、前記正極電極は、メッシュ（ｍｅｓｈ）形態で構成され得る。

【0014】

実施例において、前記正極集電体と前記正極電極は、スポット（ｓｐｏｔ）溶接によって結合され得る。

【0015】

実施例において、前記正極集電体と前記正極電極は、ボルトおよびナットの締結によって結合され得る。

【0016】

実施例において、前記負極部は、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体を含み、前記外部接続端子は絶縁シーリングされ得る。

【0017】

実施例において、前記外部接続端子は、シーリング素材が入っている容器に浸漬され、浸漬された状態で前記シーリング素材は固まり、前記固まったシーリング素材は、前記容器から分離され得る。

【0018】

実施例において、電極構造体の製造方法は負極部を形成する段階、ファブリック（ｆａｂｒｉｃ）素材であり、前記負極部の外面を囲む正極集電体を形成する段階、および前記正極集電体の縁に結合される正極電極を形成する段階、を含むことができる。

【0019】

実施例において、前記正極電極を形成する段階は、中心が空いている枠フレームの形態で正極電極を形成する段階、および前記正極電極を前記正極集電体の縁に結合させる段階、を含むことができる。

【0020】

実施例において、前記正極電極を形成する段階は、メッシュ（ｍｅｓｈ）形態で前記正極電極を形成する段階、を含むことができる。

【0021】

実施例において、前記負極部を形成する段階は、上端部の一部が露出して外部接続端子を形成する負極集電体を形成する段階、を含み、前記正極電極を形成する段階後に、前記外部接続端子を絶縁シーリングする段階、をさらに含むことができる。

【0022】

実施例において、前記外部接続端子を絶縁シーリングする段階は、前記外部接続端子をシーリング素材が入っている容器に浸漬させる段階、浸漬された状態で前記シーリング素材を固める段階、および前記固まったシーリング素材を前記容器から分離する段階、を含むことができる。

【0023】

実施例において、電極構造体スタック（ｓｔａｃｋ）は多数の電極構造体、を含み、前記多数の電極構造体のそれぞれは、負極部、ファブリック（ｆａｂｒｉｃ）素材であり、前記負極部の外面を囲む正極集電体、および前記正極集電体の縁に結合される正極電極、を含むことができる。

【0024】

実施例において、前記負極部は、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体を含み、前記多数の電極構造体の外部接続端子は、絶縁シーリングされ得る。

【0025】

実施例において、前記外部接続端子は、シーリング素材が入っている容器に浸漬され、浸漬された状態で前記シーリング素材は固まり、前記固まったシーリング素材は、前記容器から分離され得る。

【0026】

実施例において、前記多数の電極構造体のそれぞれは、同じ位置に少なくとも一つのホールを含み、前記多数の電極構造体は、前記少なくとも一つのホールのそれぞれに共通して一つのボルトが嵌合され、前記多数の電極構造体のそれぞれに対してナットが締結されることによって結合され得る。

【0027】

実施例において、二次電池は複数の固体電解質、負極活物質および負極電解液を含む負極部、ファブリック（ｆａｂｒｉｃ）素材であり、前記負極部の外面を囲む正極集電体、および前記正極集電体の縁に結合される正極電極、を含み、前記電極構造体は、前記負極活物質に含まれた金属イオンと同じ金属イオンを含むイオン含有溶液に浸漬され得る。

【0028】

実施例において、前記負極部は、上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成する負極集電体を含み、前記外部接続端子は、絶縁シーリングされ得る。

【0029】

実施例において、前記外部接続端子は、シーリング素材が入っている容器に浸漬され、浸漬された状態で前記シーリング素材は固まり、前記固まったシーリング素材は、前記容器から分離され得る。

【0030】

前記した目的を達成するための具体的な事項は、添付された図面と共に詳細に後述される実施例を参照すれば明確となるはずである。

【0031】

しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で構成され得、本発明の開示を完全なものとし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者（以下、「通常の技術者」）に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。

【発明の効果】

【0032】

本発明の一実施例によると、正極電極はメッシュ（ｍｅｓｈ）形態で構成され得、このようなメッシュ形態によって正極電極と結合された正極集電体は外部のイオン含有溶液を円滑に吸収することができる。

【0033】

また、本発明の一実施例によると、正極電極は中心が空いている枠フレームの形態で構成されて正極集電体の縁と結合されることによって、正極電極は全体的な電極構造体を支持することができる。

【0034】

また、本発明の一実施例によると、正極電極は金属性の素材で製作されて正極集電体と接触することによって、正極集電体の低い電子伝導性を補完することができる。

【0035】

また、本発明の一実施例によると、電極構造体スタック構造によって最小化された体積のスタック構造を形成することができ、適用されるアプリケーションの必要電力またはエネルギーに応じて対応するホールごとに共通して一つのボルトに電極構造体が追加的に結合され得る。

【0036】

また、本発明の一実施例によると、外部に露出した負極集電体の上端部の一部、すなわち、外部接続端子を絶縁シーリングすることで、電極構造体がイオン含有溶液に完全に浸漬される場合、正極部と負極部のショートを防止することができる。

【0037】

本発明の効果は前述した効果に制限されず、本発明の技術的特徴によって期待される暫定的な効果は下記の記載から明確に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の一実施例に係る電極構造体の機能的構成を図示した図面である。

【図2】本発明の一実施例に係る負極部の例を図示した図面である。

【図3】本発明の一実施例に係る正極集電体の例を図示した図面である。

【図4a】本発明の一実施例に係る正極電極を図示した図面である。

【図4b】本発明の一実施例に係る正極電極を図示した図面である。

【図5】本発明の一実施例に係る電極構造体の結合構造を図示した図面である。

【図6a】本発明の一実施例に係る電極構造体の結合方式を図示した図面である。

【図6b】本発明の一実施例に係る電極構造体の結合方式を図示した図面である。

【図7a】本発明の一実施例に係る電極構造体スタック（ｓｔａｃｋ）構造を図示した図面である。

【図7b】本発明の一実施例に係る電極構造体間の距離調節の例を図示した図面である。

【図8】本発明の一実施例に係る負極部のシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）を図示した図面である。

【図9】本発明の一実施例に係る電極構造体の製造方法を図示した図面である。

【図10】本発明の一実施例に係る負極部のシーリング方法を図示した図面である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

本発明は多様な変更を加えることができ、多様な実施例を有することができるところ、特定の実施例を図面に例示してこれを詳細に説明する。

【0040】

特許請求の範囲に開示された発明の多様な特徴は、図面および詳細な説明を参照すればさらによく理解できるはずである。明細書に開示された装置、方法、製法および多様な実施例は、例示のために提供されるものである。開示された構造および機能上の特徴は、通常の技術者が多様な実施例を具体的に実施できるようにするためのものであって、発明の範囲を制限するためのものではない。開示された用語および文章は開示された発明の多様な特徴を理解しやすく説明するためのものであって、発明の範囲を制限するためのものではない。

【0041】

本発明の説明において、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にさせる恐れがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

【0042】

以下、本発明の一実施例に係る電極構造体、その製造方法およびこれを含む二次電池を説明する。

【0043】

本明細書で言及される二次電池は、本発明の一実施例に係る電極構造体を含み、イオン含有溶液を正極電解液として含む二次電池を意味する。この場合、電極構造体は、負極部の負極活物質に含まれた金属イオンと同じ金属イオンを含むイオン含有溶液に浸漬され得る。非制限的なイオン含有溶液の例示としては、ソジウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオンおよびこれらの組み合わせを含む海水（ｓｅａｗａｔｅｒ）が挙げられる。

【0044】

図１は、本発明の一実施例に係る電極構造体１００の機能的構成を図示した図面である。図２は、本発明の一実施例に係る負極部１１０の例を図示した図面である。図３は、本発明の一実施例に係る正極集電体１２２の例を図示した図面である。図４ａおよび図４ｂは、本発明の一実施例に係る正極電極１２４を図示した図面である。

【0045】

図１を参照すると、電極構造体１００は負極部１１０および正極部１２０を含むことができる。一実施例において、電極構造体１００は単位セル（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）、フルセル（ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）またはこれと同等な技術的意味を有する他の名称で呼称され得る。

【0046】

図２を参照すると、負極部１１０は電極構造体１００の負極をなす構成であって、ボディー部１１１、ラミネーター１１２、シーリング部材１１３、負極集電体１１４および固体電解質１１５を含むことができる。一実施例において、負極部１１０は負極活物質（ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）および負極電解液（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）を含むことができる。

【0047】

ボディー部１１１は負極部１１０を支持して負極部１１０が曲がったり外力によって変形されることを防止することができる。ボディー部１１１は複数の開口を含むことができる。それぞれの複数の開口内に、固体電解質１１５が位置することができる。

【0048】

ラミネーター１１２はその一表面がボディー部１１１の一面と融着され得る。ラミネーター１１２によって、外部の水蒸気および大気中の気体が負極部１１０の内部に流入することが遮断され得る。ラミネーター１１２の材質はアルミニウムラミネーターフィルムであり得る。一方、ラミネーター１１２は複数の開口を含むことができる。複数の開口のそれぞれの大きさは固体電解質１１５の大きさより小さくてもよい。したがって、複数の開口のそれぞれの縁は固体電解質１１５の縁と融着され得る。

【0049】

シーリング部材１１３は負極部１１０の縁に融着されて負極部１１０の縁をシーリングすることができる。より具体的には、負極部１１０の縁はラミネーター１１２の縁であって、シーリング部材１１３はラミネーター１１２の縁をシーリングすることができる。シーリング部材１１３はラミネーター１１２の切断部が外部に露出することを防止することができる。

【0050】

負極集電体１１４の下端部の一表面は、負極活物質層と接触され得る。また、負極集電体１１４の上端部の一部が外部に露出して、外部接続端子を形成することができる。

【0051】

固体電解質１１５はリチウムイオン、ソジウムイオンなどの金属イオンを選択的に透過させることができる電解質であって、複数個が用意され得る。例えば、固体電解質１１５の材質は、ナシコン（ＮＡＳＩＣＯＮ）、リシコン（ＬＩＳＩＣＯＮ）、非晶質イオン伝導性物質、セラミックイオン伝導性物質およびポリマー基盤の物質であり得る。

【0052】

正極部１２０は電極構造体１００の正極をなす構成であって、正極集電体１２２および正極電極１２４を含むことができる。

【0053】

図３を参照すると、正極集電体１２２は、ファブリック（ｆａｂｒｉｃ）素材で構成され得る。この場合、正極集電体１２２は電子伝導性があり、イオン含有溶液（例：海水）に安定した素材で製作され得る。例えば、正極集電体１２２は、液体吸水性を有するカーボンファブリック系列の物質で構成される。このようなカーボンファブリック系列の物質の例示としては、カーボンフェルト（ｃａｒｂｏｎ ｆｅｌｔ）、カーボンクロス（ｃａｒｂｏｎ ｃｌｏｔｈ）等が挙げられる。

【0054】

正極集電体１２２は外部のイオン含有溶液を吸収し、正極集電体１２２に吸収されたイオン含有溶液は負極部１１０に含まれた固体電解質１１５と接触され得る。したがって、二次電池の充放電により、固体電解質１１５を通じて、イオン含有溶液と負極電解液間に金属イオン（例えば、Ｌｉ^＋またはＮａ^＋）が交換され得る。

【0055】

図４ａを参照すると、正極電極１２４はメッシュ（ｍｅｓｈ）形態で構成され得、このようなメッシュ形態によって正極電極１２４と結合された正極集電体１２２は外部のイオン含有溶液を円滑に吸収することができる。一実施例において、図４ｂを参照すると、正極集電体１２２が外部のイオン含有溶液を吸収できないことによって二次電池の性能を低下させない限度内で、正極電極１２４をメッシュ形態ではなくプレートの形態で構成してもよい。

【0056】

また、正極電極１２４は中心が空いている四角形の枠フレームの形態で構成され、正極集電体１２２の縁と結合され得る。すなわち、正極電極１２４は正極集電体１２２の縁を支持することができる。この場合、正極集電体１２２の大きさは負極部１１０の大きさより大きいため、ファブリック素材の正極集電体１２２だけでは全体的な電極構造体１００の形態を支持することができない。したがって、固定された形態、すなわち、中心が空いている四角形の枠フレームの形態を有する正極電極１２４が正極集電体１２２に結合されることによって、正極集電体１２２に代って全体的な電極構造体１００の形態を維持する支持体として機能することができる。

【0057】

正極電極１２４は金属性の素材で製作されて正極集電体１２２と接触されることによって、正極集電体１２２の低い電子伝導性を補完することができる。すなわち、正極電極１２４は金属性の素材で製作されて正極集電体１２２の高い抵抗を補完して、電子がより円滑に移動できるようにする経路として機能することができる。正極電極１２４はイオン含有溶液（例：海水）に安定的に全体的な電極構造体１００を支持することができ、電子伝導性のある素材が適用され得る。例えば、正極電極１２４はチタン、電子伝導性が付与されたポリマーまたは金属が付着されたポリマーで構成され得る。

【0058】

図５は、本発明の一実施例に係る電極構造体１００の結合構造を図示した図面である。図６ａおよび図６ｂは、本発明の一実施例に係る電極構造体１００の結合方式を図示した図面である。

【0059】

図５を参照すると、電極構造体１００は負極部１１０、第１正極集電体１２２－１、第２正極集電体１２２－２、第１正極電極１２４－１および第２正極電極１２４－２を含むことができる。

【0060】

負極部１１０の一面は第１正極集電体１２２－１の一面と密着し、第１正極集電体１２２－１の他面は第１正極電極１２４－１と密着している。また、負極部１１０の他面は第２正極集電体１２２－２の一面と密着し、第２正極集電体１２２－２の他面は第２正極電極１２４－２と密着している。この場合、第１正極集電体１２２－１と第２正極集電体１２２－２の大きさは負極部１１０の大きさより大きいため、負極部１１０の外面は正極集電体、すなわち、第１正極集電体１２２－１と第２正極集電体１２２－２により囲まれている。一実施例において、第１正極集電体１２２－１と第２正極集電体１２２－２は、負極部１１０の外面と密着し、負極部１１０の外面の少なくとも一部と融着または接着剤によって接着され得る。これを通じて、電極構造体１００は電解質が両面でイオン含有溶液と接触するため、反応面積が最大化され得る。この時、負極部１１０の負極集電体の上端部の一部が外部に露出して外部接続端子を形成することができる。

【0061】

一実施例において、図６ａを参照すると、第１正極電極１２４－１、第１正極集電体１２２－１、負極部１１０、第２正極集電体１２２－２および第２正極電極１２４－２は順に重なって電極構造体１００を構成することができる。この場合、第１正極電極１２４－１、第１正極集電体１２２－１、第２正極集電体１２２－２および第２正極電極１２４－２は被溶接剤であって溶接部６０２にスポット（ｓｐｏｔ）溶接が遂行されることによって結合され得、溶接部６０２の他にボルト／ナットを締結して他の電極構造体と結合するためのスタック用ホール（ｈｏｌｅ）６０４を含むことができる。

【0062】

他の実施例において、図６ｂを参照すると、第１正極電極１２４－１、第１正極集電体１２２－１、負極部１１０、第２正極集電体１２２－２および第２正極電極１２４－２は順に重なって電極構造体１００を構成することができる。この場合、第１正極電極１２４－１、第１正極集電体１２２－１、第２正極集電体１２２－２および第２正極電極１２４－２はホール６０６にボルト／ナットが締結されることによって結合され得、ホール６０６の他にボルト／ナットを締結して他の電極構造体と結合するためのスタック用ホール（ｈｏｌｅ）６０８を含むことができる。

【0063】

図７ａは、本発明の一実施例に係る電極構造体スタック（ｓｔａｃｋ）構造を図示した図面である。図７ｂは、本発明の一実施例に係る電極構造体間の距離調節の例を図示した図面である。

【0064】

図７ａを参照すると、電極構造体スタック７００は多数の電極構造体７１０－１～７１０－５を含むことができる。この場合、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５はボルト７０２とナット７０４の締結によって結合され得る。

【0065】

具体的には、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５のそれぞれは同じ位置に少なくとも一つのホールを含んでいるため、各ホールに共通して一つのボルト７０２が嵌合され、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５のそれぞれに対してナット７０４がそれぞれ締結されることによって最小化された体積のスタック構造を形成することができ、適用されるアプリケーションの必要電力またはエネルギーに応じて対応するホールごとに共通して一つのボルト７０２に電極構造体が追加的に結合され得る。

【0066】

図７ｂを参照すると、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５間の距離は、イオン含有溶液の流速により決定され得る。具体的には、イオン含有溶液の流速が大きいほど多数の電極構造体７１０－１～７１０－５間にイオン含有溶液がより円滑に注入され得るため、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５間の距離がより狭く決定され、これを通じて電極構造体スタック７００の体積を減少させることができる。

【0067】

前記決定された距離に対応して少なくとも一つの環部材７０６が、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５間に位置するようにボルト７０２に嵌合されることによって、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５間の距離が調節され得る。具体的には、一つの環部材７０６の厚さを考慮して、前記決定された距離の調節に必要な環部材７０６の個数だけ多数の電極構造体７１０－１～７１０－５間に位置するように環部材７０６がボルト７０２に嵌合されることによって、多数の電極構造体７１０－１～７１０－５間の距離が調節され得る。

【0068】

図８は、本発明の一実施例に係る負極部のシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）を図示した図面である。

【0069】

図８を参照すると、電極構造体スタック８００に含まれた各電極構造体の負極部の外面は正極集電体によって囲まれている。この場合、負極部の負極集電体の上端部の一部が外部に露出して外部接続端子８１１を形成することができる。

【0070】

この時、電極構造体スタック８００がイオン含有溶液に完全に浸漬される場合、正極部と負極部のショートを防止するために、外部に露出した負極集電体の上端部の一部、すなわち、外部接続端子８１１は絶縁シーリングされ得る。一実施例において、外部接続端子８１１は絶縁シーリング素材が入っている容器に浸漬された後、浸漬された状態で絶縁シーリング素材を固め、固まった絶縁シーリング素材８１３を容器から分離することによって外部接続端子８１１は絶縁シーリングされ得る。

【0071】

この場合、絶縁シーリング素材８１３は、電子伝導性がなく、外部接続端子８１１との付着性が良く、イオン含有溶液（例：海水）に安定した素材であり得る。例えば、絶縁シーリング素材はエポキシ、シリコン、ホットメルト、ゴム、ポリマーおよびプラスチックを含むことができる。

【0072】

図９は、本発明の一実施例に係る電極構造体の製造方法を図示する。

【0073】

図９を参照すると、Ｓ９０１段階は負極部を形成する段階である。一実施例において、上端部の一部が露出して外部接続端子を形成する負極集電体が形成され得る。

【0074】

Ｓ９０３段階は負極部の外面を囲む正極集電体を形成する段階である。一実施例において、液体吸水性を有するファブリック系列の物質で前記正極集電体が形成され得る。

【0075】

Ｓ９０５段階は正極集電体の縁に正極電極を結合する段階である。一実施例において、正極電極は中心が空いている枠フレームの形態で形成され、正極電極は正極集電体の縁に結合され得る。一実施例において、正極電極は金属性の素材を利用して形成され得る。一実施例において、正極電極はメッシュ形態で形成され得る。一実施例において、正極集電体と正極電極はボルトおよびナットの締結によって結合され得る。他の一実施例において、正極集電体と正極電極はスポット溶接によって結合され得る。一実施例において、正極電極を形成する段階後に、外部接続端子が絶縁シーリングされ得る。

【0076】

図１０は、本発明の一実施例に係る電極構造体の負極部のシーリング方法を図示する。

【0077】

図１０を参照すると、Ｓ１００１段階は電極構造体の負極部の外部接続端子をシーリング素材が入っている容器に浸漬させる段階である。一実施例において、シーリング素材は、電子伝導性がなく、外部接続端子との付着性が良く、イオン含有溶液（例：海水）に安定した素材であり得る。

【0078】

Ｓ１００３段階はシーリング素材を固める段階である。Ｓ１００５段階は固まったシーリング素材を容器から分離する段階である。これを通じて電極構造体がイオン含有溶液に完全に浸漬される場合、電極構造体の正極部と負極部のショートを防止することができる。

【0079】

以上の説明は本発明の技術的思想を例示的に説明したものに過ぎず、通常の技術者であれば本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲で多様な変更および修正が可能であろう。

【0080】

したがって、本明細書に開示された実施例は本発明の技術的思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであって、このような実施例によって本発明の範囲が限定されるわけではない。

【0081】

本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと理解されるべきである。

【符号の説明】

【0082】

１００：電極構造体
１１０：負極部
１１１：ボディー部
１１２：ラミネーター
１１３：シーリング部材
１１４：負極集電体
１１５：固体電解質
１２０：正極部
１２２：正極集電体
１２４：正極電極
６０２：溶接部
６０４：スタック用ホール
６０６：ホール
６０８：スタック用ホール
７００：電極構造体スタック
７０２：ボルト
７０４：ナット
７０６：環部材
７１０－１～７１０－５：複数の電極構造体
８００：電極構造体スタック
８１１：負極集電体
８１３：絶縁シーリング素材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9】

【図10】