JP2015531155A - 安定性が向上した電極組立体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第一、従来の技術と同一の大きさまたは多少小さな大きさの分離膜を用いながらも、内部短絡の危険性を低下させることができる、安定性が向上した電極組立体及びその製造方法を提供することができる。
第二、二次電池の製造コストを低減させることができる、安定性が向上した電極組立体及びその製造方法を提供することができる。
第三、一種類のバイセルだけでも電極組立体を製造することが可能な、安定性が向上した電極組立体及びその製造方法を提供することができる。
本発明で単位体スタック部は、1種の基本単位体が繰り返して積層された構造を有するか、2種以上の基本単位体が定められた順に従い、例えば交互に積層された構造を有する。ここに、以下で先ず基本単位体に対して検討してみる。
[基本単位体の構造]
図8を参照し、代表的に第1基本単位体を製造する工程に対して検討してみる。 先ず、第1電極材料121、第1分離膜材料122、第2電極材料123及び第2分離膜材料124を準備する。ここで、第1分離膜材料122と第2分離膜材料124は互いに同一の材料であり得る。その後、第1電極材料121をカッター(C1)を介して所定の大きさに切断し、第2電極材料123もカッター(C2)を介して所定の大きさに切断する。その後、第1電極材料121を第1分離膜材料122に積層し、第2電極材料123を第2分離膜材料124に積層する。
今まで互いに同一の大きさを有する基本単位体のみを説明した。しかし、基本単位体は互いに異なる大きさを有することもある。互いに異なる大きさを有する基本単位体を積層すれば、単位体スタック部を多様な形状に製造することができる。ここで、基本単位体の大きさは、分離膜の大きさを基準に説明する。通常、分離膜が電極より大きいためである。
単位体スタック部は、第1補助単位体と第2補助単位体のうち少なくともいずれか1つをさらに含むことができる。先ず、第1補助単位体に対して検討してみる。本発明における基本単位体は、一側末端に電極が位置し、他側末端に分離膜が位置する。したがって、基本単位体を順次積層すれば、単位体スタック部の最も上側や最も下側に電極(図12で図面符号116の電極を参照、以下「末端電極」と記す)が位置することになる。第1補助単位体は、このような末端電極に追加して積層される。
図23及び図24に示されたように、単位体スタック部の最上層をなしている電極上には分離膜(S)がさらに積層され、最上層電極の上面と最下層電極の下面とが分離膜で覆われることになる。一方、図23及び図24に示された単位体スタック部の上下を覆した時を基準にすれば、単位体スタック部の最下層をなしている電極上にさらに分離膜(S)が積層されるとみることができる。
分離膜の縁部が重畳していない場合であって、150℃で30分間加熱した結果、20〜24%の収縮率を示すものと確認された。
分離膜の縁部が重畳しているものの、分離膜の縁部どうし互いに付着されていないため、シール部(A)が形成されてはいない場合に該当し、150℃で30分間加熱した結果、 16〜18%の収縮率を示すものと確認された。
分離膜の縁部が互いに付着してシール部(A)をなす場合に該当し、150℃で30分間加熱した結果、 9〜12%の収縮率を示すものと確認された。
Claims (32)
- (a)互いに同一な個数の電極と分離膜が交互に配置されて一体に結合された1種の基本単位体が繰り返して配置された構造、又は (b) 互いに同一な個数の電極と分離膜が交互に配置されて一体に結合された2種以上の基本単位体が定められた順に従い配置された構造を有する単位体スタック部を備え、
前記 (a)の1種の基本単位体は、第1電極、第1分離膜、第2電極及び第2分離膜が順次配置された4層構造又は前記4層構造が繰り返して配置された構造を有し、
前記(b)の2種以上の基本単位体をそれぞれ1個ずつ定められた順に従い配置すれば、前記4層構造又は前記4層構造が繰り返して積層された構造が形成され、
前記分離膜は、縁部が前記電極と分離膜の外側へ露出されるように前記電極よりさらに大きいサイズを有し、
1つの基本単位体に含まれた分離膜等の縁部が互いに付着されてシール部をなすか、前記単位体スタック部に含まれた分離膜等の縁部が互いに付着されてシール部をなすことを特徴とする電極組立体。 - 前記単位体スタック部の最上層又は最下層をなしている電極上に、追加して積層された分離膜をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の電極組立体。
- 前記シール部は、互いに隣接した前記分離膜等の縁部を互いに当接させて加熱及び加圧することにより形成されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。
- 前記シール部を形成するため、互いに隣接した分離膜等の縁部に熱と圧力が加えられる時間は3〜5秒であることを特徴とする請求項3記載の電極組立体。
- 前記シール部を形成するため、互いに隣接した分離膜等の縁部に加えられる圧力は、それぞれの基本単位体内で前記電極を前記分離膜に付着する圧力より低いことを特徴とする請求項3記載の電極組立体。
- 前記単位体スタック部内で前記基本単位体は、隣接した基本単位体と結合されないか、前記基本単位体内で前記電極と前記分離膜が互いに結合された結合力と異なる結合力により隣接した基本単位体と結合されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。
- 前記 (a)の 1種の基本単位体は、前記4層構造や前記4層構造が繰り返して配置された構造を有する第1基本単位体を含み、
前記単位体スタック部は、前記第1基本単位体が繰り返して配置された構造を有することを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記(b)の2種以上の基本単位体は、
第1電極、第1分離膜、第2電極、第2分離膜、第1電極及び第1分離膜が順に配置されて一体に結合された第2基本単位体と、
第2電極、第2分離膜、第1電極、第1分離膜、第2電極及び第2分離膜が順に配置されて一体に結合された第3基本単位体とを含み、
前記単位体スタック部は、前記第2基本単位体と前記第3基本単位体が交互に配置された構造を有することを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記 (a)の1種の基本単位体は、複数個設けられて互いに異なる大きさを有する少なくとも2つのグループに分けられ、
前記単位体スタック部は、前記 (a)の1種の基本単位体等が大きさに従い積層され、複数段を形成した構造を有することを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記 (a)の1種の基本単位体は、複数個設けられて互いに異なる幾何学的形状を有する少なくとも2つのグループに分けられ、
前記単位体スタック部は、前記 (a)の1種の基本単位体等が幾何学的形状に従い積層され、複数段を形成した構造を有することを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記電極は、それぞれの基本単位体内で隣接した分離膜に接着されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。
- 前記電極は、前記隣接した分離膜に対向する面で全体的に前記隣接した分離膜に接着されることを特徴とする請求項11記載の電極組立体。
- 前記電極と前記分離膜との間の接着は、前記電極と前記隣接した分離膜に圧力を加えることによる接着、又は前記電極と前記隣接した分離膜に圧力と熱を加えることによる接着であることを特徴とする請求項11記載の電極組立体。
- 前記基本単位体内で前記電極と前記隣接した分離膜との間の接着力は、前記単位体スタック部内で前記基本単位体間の接着力より大きいことを特徴とする請求項11記載の電極組立体。
- 前記分離膜は、多孔性の分離膜基材、及び前記分離膜基材の一面又は両面に全体的にコーティングされる多孔性のコーティング層を含み、
前記コーティング層は、無機物粒子等と前記無機物粒子等を互いに連結及び固定するバインダー高分子の混合物で形成され、
前記電極は、前記コーティング層により前記隣接した分離膜に接着されることを特徴とする請求項11記載の電極組立体。 - 前記無機物粒子等は、充填構造(densely packed structure)をなして前記コーティング層で全体的に無機物粒子等の間のインタースティシャルボリューム(interstitial volumes)を形成し、前記無機物粒子等が限定するインタースティシャルボリュームにより前記コーティング層に気孔構造が形成されることを特徴とする請求項15記載の電極組立体。
- 前記単位体スタック部は、最上側または最下側に位置する電極である末端電極に積層される第1補助単位体をさらに含み、
前記末端電極が正極の際、前記第1補助単位体は前記末端電極から順に分離膜、 負極、分離膜及び正極が積層されて形成され、
前記末端電極が負極の際、前記第1補助単位体は前記末端電極から順に分離膜及び正極が積層されて形成されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記第1補助単位体の正極は、
集電体; 及び
前記集電体の両面のうち前記基本単位体に対向する一面のみにコーティングされる活物質を備えることを特徴とする請求項17記載の電極組立体。 - 前記単位体スタック部は、最上側又は最下側に位置する分離膜である末端分離膜に積層される第2補助単位体をさらに含み、
前記基本単位体で前記末端分離膜に接した電極が正極の際、前記第2補助単位体は前記末端分離膜から順に負極、分離膜及び正極が積層されて形成され、
前記基本単位体で前記末端分離膜に接した電極が負極の際、第2補助単位体は正極に形成されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記第2補助単位体の正極は、
集電体; 及び
前記集電体の両面のうち前記基本単位体に対向する一面のみにコーティングされる活物質を備えることを特徴とする請求項19記載の電極組立体。 - 前記単位体スタック部は、最上側又は最下側に位置する電極である末端電極に積層される第1補助単位体をさらに含み、
前記末端電極が正極の際、前記第1補助単位体は前記末端電極から順に分離膜及び負極が積層されて形成され、
前記末端電極が負極の際、前記第1補助単位体は前記末端電極から順に分離膜、 正極、分離膜及び負極が積層されて形成されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記第1補助単位体は、前記負極の外側に分離膜をさらに含むことを特徴とする請求項21記載の電極組立体。
- 前記単位体スタック部は、最上側又は最下側に位置する分離膜である末端分離膜に積層される第2補助単位体をさらに含み、
前記基本単位体で前記末端分離膜に接した電極が正極の際、前記第2補助単位体は負極に形成され、
前記基本単位体で前記末端分離膜に接した電極が負極の際、前記第2補助単位体は前記末端分離膜から順に正極、分離膜及び負極が積層されて形成されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記第2補助単位体は、前記負極の外側に分離膜をさらに含むことを特徴とする請求項23記載の電極組立体。
- 前記単位体スタック部は、最上側又は最下側に位置する分離膜である末端分離膜に積層される第2補助単位体をさらに含み、
前記基本単位体で前記末端分離膜に接した電極が負極の際、前記第2補助単位体は前記末端分離膜から順に第1正極、分離膜、負極、分離膜及び第2正極が積層されて形成されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 前記第2補助単位体の第2正極は、
集電体; 及び
前記集電体の両面のうち前記基本単位体に対向する一面のみにコーティングされる活物質を備えることを特徴とする請求項25記載の電極組立体。 - 前記単位体スタック部は、最上側又は最下側に位置する分離膜である末端分離膜に積層される第2補助単位体をさらに含み、
前記基本単位体で前記末端分離膜に接した電極が正極の際、前記第2補助単位体は前記末端分離膜から順に第1負極、分離膜、正極、分離膜及び第2負極が積層されて形成されることを特徴とする請求項1記載の電極組立体。 - 互いに同一な個数の電極と分離膜が交互に積層された構造を有する1種の基本単位体、又は互いに同一な個数の電極と分離膜が交互に積層された構造を有する2種以上の基本単位体を製造する段階(S10);
1つの基本単位体に含まれた分離膜等の縁部を互いに当接させたまま、熱と圧力を加えてシール部を形成する段階(S20); 及び
前記S10段階及びS20段階が行われた前記1種の基本単位体を繰り返して積層するか、前記S10段階及びS20段階が行われた前記2種以上の基本単位体を定められた順に従い積層して単位体スタック部を製造する段階(S22);を含み、
前記1種の基本単位体は、第1電極、第1分離膜、第2電極及び第2分離膜が順次積層された4層構造や前記4層構造が繰り返して積層された構造を有し、
前記2種以上の基本単位体をそれぞれ1個ずつ定められた順に従い積層すれば、 前記4層構造や前記4層構造が繰り返して積層された構造が形成されることを特徴とする電極組立体の製造方法。 - 互いに同一な個数の電極と分離膜が交互に積層された構造を有する1種の基本単位体、又は互いに同一な個数の電極と分離膜が交互に積層された構造を有する 2種以上の基本単位体を製造する段階(S10);
前記1種の基本単位体を繰り返して積層するか、前記2種以上の基本単位体を定められた順に従い積層して単位体スタック部を製造する段階(S14); 及び
前記単位体スタック部に含まれた分離膜等の縁部を互いに当接させたまま、熱と圧力を加えてシール部を形成する段階(S30);を含み、
前記1種の基本単位体は、第1電極、第1分離膜、第2電極及び第2分離膜が順次積層された4層構造や前記4層構造が繰り返して積層された構造を有し、
前記2種以上の基本単位体をそれぞれ1個ずつ定められた順に従い積層すれば、前記4層構造や前記4層構造が繰り返して積層された構造が形成されることを特徴とする電極組立体の製造方法。 - 前記S20段階は、互いに隣接した分離膜等の縁部に50°C〜100°Cの熱と、10gf/cm2〜20gf/cm2の圧力とを加えることによって行われることを特徴とする請求項28記載の電極組立体の製造方法。
- 前記S20段階は、互いに隣接した分離膜等の縁部に3〜5秒間熱と圧力を加えることにより行われることを特徴とする請求項28記載の電極組立体の製造方法。
- 前記S20段階で互いに隣接した分離膜等の縁部に加えられる圧力は、前記正極及び負極を前記分離膜等に付着する圧力より低いことを特徴とする請求項28記載の電極組立体の製造方法。
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