JP2023517079A - 単位セルの製造装置および方法 - Google Patents
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Abstract
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る単位セルの製造装置は、複数の電極が形成される電極シートが巻き出される電極リールと、前記電極と積層されるセパレータシートが巻き出されるセパレータリールと、複数の前記電極が前記セパレータシートの長さ方向に一列に離隔配置され、前記セパレータシートと積層されて形成される積層体において、複数の前記電極の間に配置され、前記電極のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加するシーラーと、を含む。
Description
本出願は、２０２０年０３月２５日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－００３６３９２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、単位セルの製造装置および方法に関し、より詳しくは、単位セルのサイドの接着力が低下するのを防止することができる単位セルの製造装置および方法に関する。
一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、およびリチウムイオンポリマー電池などが挙げられる。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）、およびＥ－バイク（Ｅ－ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が求められる大型製品と、余剰の発電電力や再生可能エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置と、バックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて用いられている。
正極（Ｃａｔｈｏｄｅ）、セパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、および負極（Ａｎｏｄｅ）が積層されて形成された単位セル（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）が集まって１つの電極組立体が形成される。そして、このような電極組立体が特定のケースに収容されることで、リチウム二次電池が製造される。
このような単位セルには、フルセル（Ｆｕｌｌ－Ｃｅｌｌ）とバイセル（Ｂｉ－Ｃｅｌｌ）がある。フルセルは、セルの最外部の両側に正極と負極がそれぞれ位置するセルである。このようなフルセルの最も基本的な構造として、正極／セパレータ／負極、または正極／セパレータ／負極／セパレータ／正極／セパレータ／負極などがある。
バイセルは、セルの最外部の両側に同一極性の電極が位置するセルである。このようなバイセルの最も基本的な構造として、正極／セパレータ／負極／セパレータ／正極構造のＡ型バイセル、または負極／セパレータ／正極／セパレータ／負極構造のＣ型バイセルなどがある。すなわち、最外部の両側に正極が位置するセルをＡ型バイセルといい、両側に負極が位置するセルをＣ型バイセルという。
一般的に、このような単位セルを製造するためには、中央電極がコンベヤーベルトなどにより一側に移動する間に、中央電極の上下面にそれぞれセパレータが積層され、その後、上部電極と下部電極がさらに積層される。仮に、単位セルがバイセルであれば、中央電極が１つなどの奇数であってもよく、単位セルがフルセルであれば、中央電極が存在しないかまたは２個などの偶数であってもよい。
一方、電極組立体の安全性の評価および安全性の確保は非常に重要である。最も重要な考慮事項は、電極組立体が誤作動の際に使用者に傷害を負わせてはならないということであり、このような目的で、安全規格は、電極組立体内の発火および発煙などを厳格に規制している。電極組立体の安全性特性において、電極組立体が過熱して熱暴走が起こるかまたはセパレータが貫通する場合には、爆発を引き起こす恐れが大きい。特に、電極組立体のセパレータとして通常用いられるポリオレフィン系多孔性高分子基材は、材料的特性と、延伸を含む製造工程上の特性により、１００度以上の温度で激しい熱収縮挙動を示すことで、正極と負極との間の短絡を引き起こすという問題がある。
電極組立体の安全性問題を解決するために、複数の気孔を有する多孔性高分子基材の少なくとも一面に、過量の無機物粒子と高分子バインダーの混合物を含むスラリーがコーティングされ、多孔性有機－無機コーティング層を形成したセパレータが提案された。多孔性有機－無機コーティング層に含まれた無機物粒子は耐熱性に優れるため、電極組立体が過熱する場合にも正極と負極との間の短絡を防止する。
しかしながら、多孔性コーティング層が薄く、例えば、多孔性基材の断面を基準として３μｍ未満の厚さにコーティングされる場合には、セパレータと電極との間における接着力が不足して組立性が低下する。セパレータと電極との間の接着力に優れなければ、電極組立体のサイクル（ｃｙｃｌｅ）時に電解液の分解産物として生成される気体によりセパレータと電極が脱着されることで発生する界面抵抗の増加を防止することができない。そして、サイクル時に電極の体積膨張によるセパレータと電極との間の界面抵抗の増加を防止することができ、ゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ－ｒｏｌｌ）やスタック＆フォールディング（Ｓｔａｃｋ ＆ Ｆｏｌｄｉｎｇ）形態の電極組立体の曲げを抑制して電極組立体の強度を向上させることができる。このことから、セパレータと電極との間の接着力は、電極組立体において非常に重要な因子である。
図１は、単位セル２の未接着領域２２を示した概略図である。
従来は、高分子基材（図２に図示）１２３にスラリーを塗布して多孔性コーティング層（図２に図示）１２４を形成することで、セパレータ（図２に図示）１２を製造した。そして、前記セパレータ１２に電極（図４に図示）１１を積層し、熱および圧力を印加し、図１に示されたように、単位セル２を製造した。
従来は、高分子基材（図２に図示）１２３にスラリーを塗布して多孔性コーティング層（図２に図示）１２４を形成することで、セパレータ（図２に図示）１２を製造した。そして、前記セパレータ１２に電極（図４に図示）１１を積層し、熱および圧力を印加し、図１に示されたように、単位セル２を製造した。
しかしながら、液体状態またはゲル（Ｇｅｌ）状態のスラリーを高分子基材１２３に塗布した後に固体化させて多孔性コーティング層１２４が形成されるため、スラリーを平たく均一に塗布しても、表面から或る程度の高さの差が存在した。特に、セパレータ１２のサイド（セパレータのサイド１２６、図２に図示）よりも中心部（セパレータの中心部１２５、図２に図示）にスラリーがさらに凝集し、サイド１２６におけるスラリーの高さがさらに低く形成された。したがって、セパレータ１２のサイド１２６と中心部１２５において、このようなスラリーを固体化させた多孔性コーティング層１２４にも高さの差が存在するため、電極１１を積層して単位セル２を製造しても、セパレータ１２の接着力に偏差が発生した。したがって、図１に示されたように、単位セル２のサイド（積層体のサイド２１）の一部に、電極１１とセパレータ１２が互いに接着されないかまたは不十分に接着される未接着領域２２が形成されるという問題があった。
先行技術文献として、韓国公開特許第２０１７－００５７２５１号公報が存在する。
先行技術文献として、韓国公開特許第２０１７－００５７２５１号公報が存在する。
本発明が解決しようとする課題は、単位セルのサイドの接着力が低下するのを防止することができる単位セルの製造装置および方法を提供することにある。
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及していないまた他の課題は、下記の記載から当業者に明らかに理解できるものである。
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る単位セルの製造装置は、複数の電極が形成される電極シートが巻き出される電極リールと、前記電極と積層されるセパレータシートが巻き出されるセパレータリールと、複数の前記電極が前記セパレータシートの長さ方向に一列に離隔配置され、前記セパレータシートと積層されて形成される積層体において、複数の前記電極の間に配置され、前記電極のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加するシーラーと、を含む。
また、前記シーラーは、第１ボディと、前記第１ボディから垂直に延びて形成される第２ボディと、を含むことができる。
また、前記シーラーは、前記第１ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第１ボディの長さ方向に長く形成される第１突出部と、前記第２ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第２ボディの長さ方向に長く形成される第２突出部と、をさらに含むことができる。
また、前記シーラーは、前記第１ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第１ボディの長さ方向に長く形成される第１突出部と、前記第２ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第２ボディの長さ方向に長く形成される第２突出部と、をさらに含むことができる。
また、前記積層体をラミネートするラミネータをさらに含むことができる。
また、前記ラミネータは、前記積層体の全面に熱および圧力を共に印加するヒータを含むことができる。
また、前記ラミネータは、回転しつつ前記積層体に熱および圧力を印加する加熱ローラをさらに含むことができる。
また、前記ラミネータは、前記積層体の全面に熱および圧力を共に印加するヒータを含むことができる。
また、前記ラミネータは、回転しつつ前記積層体に熱および圧力を印加する加熱ローラをさらに含むことができる。
また、前記電極リールは、複数の中央電極が形成される中央電極シートが巻き出される中央電極リールを含み、前記セパレータリールは、前記中央電極シートが切断されて形成された中央電極の上面に積層される上部セパレータシートが巻き出される上部セパレータリールと、前記中央電極の下面に積層される下部セパレータシートが巻き出される下部セパレータリールと、を含むことができる。
また、前記電極リールは、前記上部セパレータシートの上面に積層される上部電極が形成される、上部電極シートが巻き出される上部電極リールと、前記下部セパレータシートの下面に積層される下部電極が形成される、下部電極シートが巻き出される下部電極リールと、をさらに含むことができる。
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る単位セルの製造方法は、電極リールから巻き出された電極シートを切断して複数の電極を形成するステップと、セパレータリールから巻き出されたセパレータシートに、複数の前記電極を前記セパレータシートの長さ方向に一列に離隔配置して積層することで、積層体を形成するステップと、前記積層体において複数の前記電極の間にシーラーを配置するステップと、前記シーラーを介して前記電極のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加するステップと、を含む。
また、前記シーラーは、第１ボディと、前記第１ボディから垂直に延びて形成される第２ボディと、を含むことができる。
また、前記熱および圧力を印加するステップにおいて、前記第１ボディは、前記電極のエッジのうち、前記積層体の外側に向かう第１エッジに熱および圧力を印加し、前記第２ボディは、前記電極のエッジのうち、隣り合う他の電極と対向し、前記第１エッジと交差して前記コーナーを形成する第２エッジに熱および圧力を印加することができる。
また、前記熱および圧力を印加するステップにおいて、前記第１ボディは、前記電極のエッジのうち、前記積層体の外側に向かう第１エッジに熱および圧力を印加し、前記第２ボディは、前記電極のエッジのうち、隣り合う他の電極と対向し、前記第１エッジと交差して前記コーナーを形成する第２エッジに熱および圧力を印加することができる。
また、前記シーラーは、前記第１ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第１ボディの長さ方向に長く形成される第１突出部と、前記第２ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第２ボディの長さ方向に長く形成される第２突出部と、をさらに含むことができる。
また、前記熱および圧力を印加するステップにおいて、前記第１突出部は、前記セパレータシートにおいて、前記電極の前記第１エッジから外側に延びた第１領域に熱および圧力を印加し、前記第２突出部は、前記セパレータシートにおいて、複数の前記電極の間に形成された第２領域に熱および圧力を印加することができる。
また、前記積層体を形成するステップ以後および前記シーラーを配置するステップ以前に、前記積層体をラミネートするステップをさらに含むことができる。
また、前記ラミネートするステップは、ヒータが前記積層体の全面に熱および圧力を印加するステップと、加熱ローラが回転しつつ前記積層体に熱および圧力を印加するステップと、をさらに含むことができる。
本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。
本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。
本発明の実施形態によると、少なくとも次のような効果を有する。
電極がセパレータシートに積層された積層体において、シーラーが電極のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加することで、単位セルのサイドにおける未接着領域の形成を防止して電極とセパレータの接着力が低下するのを防止することができる。
電極がセパレータシートに積層された積層体において、シーラーが電極のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加することで、単位セルのサイドにおける未接着領域の形成を防止して電極とセパレータの接着力が低下するのを防止することができる。
本発明に係る効果は以上で例示された内容により制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明らかになるであろう。ただし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現できるものであり、本実施形態は、単に本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範囲によって定義されるのみである。明細書の全体にわたって、同一の参照符号は、同一の構成要素を指す。
他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に共通に理解できる意味として用いられてもよい。また、一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義していない限り、理想的にまたは過度に解釈されない。
本明細書で用いられた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、語句で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素の他に、１つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除するものではない。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明することにする。
図２は、本発明の一実施形態に係るセパレータ１２の概略図である。
図２は、本発明の一実施形態に係るセパレータ１２の概略図である。
本発明の一実施形態に係るセパレータ１２は、図２に示されたように、多孔性高分子基材１２３の少なくとも一面に無機物粒子および高分子バインダーの混合物を含むスラリーがコーティングされ、多孔性コーティング層１２４が形成されることで製造される。
多孔性高分子基材１２３としては、多様な高分子で形成された多孔性高分子フィルム基材または多孔性高分子不織布基材など、電極組立体に通常用いられる平面状の多孔性基材であれば制限なく多様な基材を含む。例えば、電極組立体、特にリチウム二次電池のセパレータ１２として用いられるポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン系多孔性高分子フィルムや、ポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布などを用いてもよく、その材質や形態は、目的とするものに応じて多様に選択されてもよい。このようなポリオレフィン多孔性高分子フィルムは、高密度ポリエチレン、直鎖状の低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンのようなポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリペンテンなどのポリオレフィン系高分子をそれぞれ単独でまたはこれらを混合した高分子で形成されてもよい。また、前記多孔性高分子フィルム基材は、ポリオレフィンの他に、ポリエステルなどの多様な高分子を用いて多孔性高分子フィルムを製造してもよい。また、前記多孔性高分子フィルム基材は、２層以上のフィルム層が積層された構造に形成されてもよく、各フィルム層は、前述したポリオレフィン、ポリエステルなどの高分子を単独でまたはこれらを２種以上混合した高分子で形成されてもよい。
前記多孔性高分子不織布基材としては、前述したポリオレフィン系高分子、またはそれよりも耐熱性が高いポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリブチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）、ポリアセタール（Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ポリイミド（Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリアリールエーテルケトン（Ｐｏｌｙａｒｙｌｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、ポリエーテルアミド（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）、ポリアミドイミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ）、ポリベンズイミダゾール（Ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）、ポリエーテルスルホン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリフェニレンオキサイド（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｏｘｉｄｅ）、環状オレフィンコポリマー（Ｃｙｃｌｉｃ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｅｒ）、ポリフェニレンスルフィド（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）、ポリエチレンナフタレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ）などをそれぞれ単独でまたはこれらを混合した高分子で形成された不織布であってもよい。そして、不織布の構造は、長繊維で構成されたスパンボンド不織布またはメルトブローン不織布であってもよい。ただし、これに制限されず、前記多孔性高分子基材１２３の材質や形態は多様に選択されてもよい。
多孔性高分子基材１２３の厚さは、特に制限されないが、好ましくは１～１００μｍ、より好ましくは５～５０μｍであり、多孔性高分子基材１２３に存在する気孔大きさおよび気孔度も、特に制限されないが、それぞれ０．０１～５０μｍおよび１０～９５％であることが好ましい。
多孔性高分子基材１２３の少なくとも一面には、無機物粒子および高分子バインダーの混合物を含むスラリーがコーティングされ、多孔性コーティング層１２４が形成される。スラリーのコーティング方法としては、制限なく多様な方法を用いてもよいが、ディップコーティング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）方法を用いることが好ましい。ディップコーティングは、コーティング液が入っているタンクに基材を浸漬させてコーティングする方法であり、コーティング液の濃度およびコーティング液タンクから基材を取り出す速度に応じて多孔性コーティング層１２４の厚さの調節が可能であり、その後、オーブンで乾燥し、多孔性高分子基材１２３の少なくとも１つの表面に多孔性コーティング層１２４を形成する。
無機物粒子は、電気化学的に安定しさえすれば、特に制限されない。すなわち、本発明に使用可能な無機物粒子は、適用される電極組立体の作動電圧範囲（例えば、Ｌｉ／Ｌｉ＋を基準として０～５Ｖ）で、酸化および／または還元反応が起こらないものであれば、特に制限されない。特に、無機物粒子として誘電率の高い無機物粒子を用いる場合、液体電解質中の電解質塩、例えば、リチウム塩の解離度の増加に寄与し、電解液のイオン伝導度を向上させることができる。
このような理由で、前記無機物粒子は、誘電率定数が５以上、好ましくは１０以上の高誘電率無機物粒子を含むことが好ましい。誘電率定数が５以上である無機物粒子の非制限的な例としては、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１－ｘＬａｘＺｒ１－ｙＴｉｙＯ３（ＰＬＺＴ、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ－ＰＴ）、ハフニア（ＨｆＯ２）、ＳｒＴｉＯ３、ＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ベーマイト（γ－ＡｌＯ（ＯＨ））、ＴｉＯ２、ＳｉＣ、またはこれらの混合物などが挙げられる。
特に、前述したＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ１－ｘＬａｘＺｒ１－ｙＴｉｙＯ３（ＰＬＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ－ＰＴ）、およびハフニア（ＨｆＯ２）のような無機物粒子は、誘電率定数１００以上の高誘電率特性を示すだけでなく、一定圧力を印加して引張または圧縮される場合に、電荷が発生して両面の間に電位差が発生する圧電性（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）を有することで、外部衝撃による両電極１１の内部短絡の発生を防止し、電気化学素子の安全性の向上を図ることができる。また、前述した高誘電率無機物粒子とリチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子とを混用する場合、これらの上昇効果が倍加することができる。
無機物粒子としては、リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子、すなわち、リチウム元素を含有するが、リチウムを貯蔵せず、リチウムイオンを移動させる機能を有する無機物粒子を用いてもよい。リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子は、粒子構造の内部に存在する一種の欠陥によりリチウムイオンを伝達および移動させることができるため、電池内のリチウムイオン伝導度が向上し、これにより電池性能の向上を図ることができる。リチウムイオン伝達能力を有する無機物粒子の非制限的な例としては、リチウムホスフェート（Ｌｉ３ＰＯ４）、リチウムチタンホスフェート（ＬｉｘＴｉｙ（ＰＯ４）３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、リチウムアルミニウムチタンホスフェート（ＬｉｘＡｌｙＴｉｚ（ＰＯ４）３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜３）、１４Ｌｉ２Ｏ－９Ａｌ２Ｏ３－３８ＴｉＯ２－３９Ｐ２Ｏ５などのような（ＬｉＡｌＴｉＰ）ｘＯｙ系ガラス（０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１３）、リチウムランタンチタネート（ＬｉｘＬａｙＴｉＯ３、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３）、Ｌｉ３．２５Ｇｅ０．２５Ｐ０．７５Ｓ４などのようなリチウムゲルマニウムチオホスフェート（ＬｉｘＧｅｙＰｚＳｗ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０＜ｗ＜５）、Ｌｉ３Ｎなどのようなリチウムナイトライド（ＬｉｘＮｙ、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜２）、Ｌｉ３ＰＯ４－Ｌｉ２Ｓ－ＳｉＳ２などのようなＳｉＳ２系ガラス（ＬｉｘＳｉｙＳｚ、＜ｘ＜３、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜４）、ＬｉＩ－Ｌｉ２Ｓ－Ｐ２Ｓ５などのようなＰ２Ｓ５系ガラス（ＬｉｘＰｙＳｚ、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜３、０＜ｚ＜７）、またはこれらの混合物などが挙げられる。
無機物粒子の平均粒径は、特に制限されないが、均一な厚さの多孔性コーティング層１２４の形成および適切な孔隙率のために、０．００１～１０μｍの範囲であることが好ましい。０．００１μｍ未満である場合には、分散性が低下し得、１０μｍを超過する場合には、形成される多孔性コーティング層１２４の厚さが増加して機械的物性が低下し得、また、過度に大きい気孔大きさにより電池の充放電時に内部短絡が起こる確率が高くなる。
高分子バインダーは、ガラス転移温度（ｇｌａｓｓ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、Ｔｇ）が－２００～２００℃の高分子を用いることが好ましく、これは、最終的に形成されるコーティング層１２４の柔軟性および弾性などのような機械的物性を向上できるためである。
また、高分子バインダーは、イオン伝導能力を必ずしも有する必要はないが、イオン伝導能力を有する高分子を用いる場合、電極組立体の性能をさらに向上させることができる。したがって、高分子バインダーは、可能な限り、誘電率定数が高いことが好ましい。実際に電解液における塩の解離度は電解液溶媒の誘電率定数によるため、高分子バインダーの誘電率定数が高いほど、電解質における塩の解離度を向上させることができる。このような高分子バインダーの誘電率定数は１．０～１００（測定周波数＝１ｋＨｚ）の範囲のものが使用可能であり、特に１０以上のものが好ましい。
前述した機能の他に、高分子バインダーは、液体電解液に含浸時にゲル化することで高い電解液膨潤度（ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｓｗｅｌｌｉｎｇ）を示せる特徴を有することができる。これにより、溶解度パラメータが１５～４５ＭＰａ１／２の高分子を用いることが好ましく、より好ましい溶解度パラメータは１５～２５ＭＰａ１／２および３０～４５ＭＰａ１／２の範囲である。したがって、ポリオレフィン類のような疎水性高分子よりは、極性基を多く有する親水性高分子を用いることが好ましい。溶解度パラメータが１５ＭＰａ１／２未満および４５ＭＰａ１／２を超過する場合、通常の電池用液体電解液により膨潤（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）し難いためである。
このような高分子バインダーの非制限的な例としては、ポリビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ－ｃｏ－ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリビニリデンフルオライド－トリクロロエチレン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ－ｃｏ－ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリメチルメタクリレート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、ポリビニルピロリドン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）、ポリビニルアセテート（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ）、エチレンビニルアセテート共重合体（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｃｏ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ポリエチレンオキサイド（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｏｘｉｄｅ）、セルロースアセテート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ）、セルロースアセテートブチレート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ ｂｕｔｙｒａｔｅ）、セルロースアセテートプロピオネート（ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｃｅｔａｔｅ ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ）、シアノエチルプルラン（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｐｕｌｌｕｌａｎ）、シアノエチルポリビニルアルコール（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌＰｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌ）、シアノエチルセルロース（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、シアノエチルスクロース（ｃｙａｎｏｅｔｈｙｌｓｕｃｒｏｓｅ）、プルラン（ｐｕｌｌｕｌａｎ）、カルボキシルメチルセルロース（ｃａｒｂｏｘｙｌ ｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）などが挙げられる。
さらに、高分子バインダーは、ＰＶＤＦ－ＨＦＰを含んでもよい。「ＰＶＤＦ－ＨＦＰ高分子バインダー」とは、ビニリデンフルオライド（Ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ：ＶＤＦ）の構成単位、およびヘキサフルオロプロピレン（Ｈｅｘａｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ：ＨＦＰ）の構成単位を含むビニリデンフルオライド共重合体を意味する。ただし、高分子バインダーは、これに制限されず、多様な素材を含んでもよい。
無機物粒子と高分子バインダーの重量比は、例えば５０：５０～９９：１の範囲が好ましく、より好ましくは７０：３０～９５：５である。高分子バインダーに対する無機物粒子の含量比が５０：５０未満である場合には、高分子の含量が多くなり、形成されるコーティング層１２４の気孔大きさおよび気孔度が減少し得る。無機物粒子の含量が９９重量部を超過する場合には、高分子バインダーの含量が少ないため、形成されるコーティング層１２４の耐剥離性が弱化し得る。
高分子バインダーの溶媒としては、使用しようとする高分子バインダーと溶解度パラメータが類似し、沸点（ｂｏｉｌｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）が低いものが好ましい。これは、均一な混合、およびその後の溶媒の除去を容易にするためである。使用可能な溶媒の非制限的な例としては、アセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）、テトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）、塩化メチレン（ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、クロロホルム（ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ）、ジメチルホルムアミド（ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（Ｎ－ｍｅｔｈｙｌ－２－ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ、ＮＭＰ）、シクロヘキサン（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅ）、水、またはこれらの混合体などが挙げられる。
無機物粒子が分散し、かつ、高分子バインダーが溶媒に溶解されたスラリーは、高分子バインダーを溶媒に溶解させた後に無機物粒子を添加し、それを分散させて製造することができる。無機物粒子は、適正大きさに破砕された状態で添加してもよいが、高分子バインダーの溶液に無機物粒子を添加した後、無機物粒子をボールミル法などを用いて破砕しつつ分散させることが好ましい。
前述したように、液体状態またはゲル（Ｇｅｌ）状態のスラリーを高分子基材１２３に塗布した後に固体化させて多孔性コーティング層１２４が形成されるため、スラリーを平たく均一に塗布しても、表面から或る程度の高さの差ｄが存在した。特に、中心部１２５よりもサイド１２６にスラリーを構成する物質間の引力が大きく作用するため、サイド１２６におけるスラリーの高さがさらに低く形成された。したがって、図２に示されたように、セパレータ１２のサイド１２６と中心部１２５において、このようなスラリーを固体化させた多孔性コーティング層１２４にも高さの差ｄが存在するため、電極１１を積層して単位セル２を製造しても、セパレータ１２の接着力に偏差が発生した。したがって、単位セル２のサイド２１の一部に、電極１１とセパレータ１２が互いに接着されないかまたは不十分に接着される未接着領域２２が形成されるという問題があった。
図３は、本発明の一実施形態に係る単位セルの製造方法のフローチャートである。
本発明の一実施形態によると、電極１１がセパレータシート１２１１、１２２１に積層された積層体２０において、シーラー１４が電極１１のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加することで、単位セル２のサイド２１における未接着領域２２の形成を防止して電極１１とセパレータ１２の接着力が低下するのを防止することができる。
本発明の一実施形態によると、電極１１がセパレータシート１２１１、１２２１に積層された積層体２０において、シーラー１４が電極１１のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加することで、単位セル２のサイド２１における未接着領域２２の形成を防止して電極１１とセパレータ１２の接着力が低下するのを防止することができる。
このために、本発明の一実施形態に係る単位セルの製造方法は、電極リール１１１、１１２、１１３から巻き出された電極シート１１１１、１１２１、１１３１を切断して複数の電極１１を形成するステップと、セパレータリール１２１、１２２から巻き出されたセパレータシート１２１１、１２２１に、複数の前記電極１１を前記セパレータシート１２１１、１２２１の長さ方向に一列に離隔配置して積層することで、積層体２０を形成するステップと、前記積層体２０において複数の前記電極１１の間にシーラー１４を配置するステップと、前記シーラー１４が前記電極１１のコーナーまたは前記電極１１のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加するステップと、を含む。
以下、図３のフローチャートに示された各ステップについて図４～図７を参照して具体的に説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る単位セルの製造装置１の概略図である。
図４は、本発明の一実施形態に係る単位セルの製造装置１の概略図である。
本発明の一実施形態に係る単位セルの製造装置１は、図４に示されたように、複数の電極１１が形成される電極シート１１１１、１１２１、１１３１が巻き出される電極リール１１１、１１２、１１３と、前記電極１１と積層されるセパレータシート１２１１、１２２１が巻き出されるセパレータリール１２１、１２２と、複数の前記電極１１が前記セパレータシート１２１１、１２２１の長さ方向に一列に離隔配置され、前記セパレータシート１２１１、１２２１と積層されて形成された積層体２０において、複数の前記電極１１の間に配置され、前記電極１１のコーナーまたは前記電極１１のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加するシーラー１４と、を含む。そして、前記電極リールは、複数の中央電極１１１２が形成される中央電極シート１１１１が巻き出される中央電極リール１１１を含み、前記セパレータリール１２１、１２２は、前記中央電極シート１１１１が切断されて形成された中央電極１１１２の上面に積層される上部セパレータシート１２１１が巻き出される上部セパレータリール１２１と、前記中央電極１１１２の下面に積層される下部セパレータシート１２２１が巻き出される下部セパレータリール１２２と、を含むことができる。
前述したように単位セル２には、フルセルとバイセルがある。前述したように、仮に、単位セル２がバイセルであれば、中央電極１１１２は１個などの奇数であってもよく、単位セル２がフルセルであれば、中央電極１１１２は存在しないかまたは２個などの偶数であってもよい。以下、単位セル２は、電極１１が３個で、セパレータ１２が２個であるバイセルであるものとして説明する。ただし、これは、説明の便宜のためのものであって、権利範囲を制限しようとするためのものではない。
中央電極リール１１１は中央電極シート１１１１が巻き取られたリールであり、中央電極シート１１１１が前記中央電極リール１１１から巻き出される。仮に単位セル２がＡ型バイセルであれば、中央電極シート１１１１は負極シートであり、仮に単位セル２がＣ型バイセルであれば、中央電極シート１１１１は正極シートである。このような電極シート１１１１、１１２１、１１３１は、電極集電体上に電極活物質、導電材、およびバインダーのスラリーを塗布した後、それを乾燥し、プレスして製造することができる。
上部セパレータリール１２１および下部セパレータリール１２２は、セパレータシート１２１１、１２２１が巻き取られたリールである。そして、上部セパレータリール１２１から巻き出された上部セパレータシート１２１１は、前記中央電極シート１１１１が切断されて形成された中央電極１１１２の上面に積層され、下部セパレータリール１２２から巻き出された下部セパレータシート１２２１は、中央電極１１１２の下面に積層される。
前記電極リールは、前記上部セパレータシート１２１１の上面に積層される上部電極１１２２が形成される、上部電極シート１１２１が巻き出される上部電極リール１１２と、前記下部セパレータシート１２２１の下面に積層される下部電極１１３２が形成される、下部電極シート１１３１が巻き出される下部電極リール１１３と、をさらに含むことができる。
上部電極リール１１２は上部電極シート１１２１が巻き取られたリールであり、上部電極シート１１２１が上部電極リール１１２から巻き出される。そして、下部電極リール１１３は下部電極シート１１３１が巻き取られたリールであり、下部電極シート１１３１が下部電極リール１１３から巻き出される。単位セル２がフルセルであれば、上部電極１１２２と下部電極１１３２は、互いに異なる極性を有する。そして、単位セル２がバイセルであれば、上部電極１１２２と下部電極１１３２は、互いに同一の極性を有し、中央電極１１１２とは逆の極性を有する。仮に単位セル２がＡ型バイセルであれば、中央電極シート１１１１は負極シートであるが、上部電極シート１１２１および下部電極シート１１３１は正極シートであり、仮に単位セル２がＣ型バイセルであれば、中央電極シート１１１１は正極シートであるが、上部電極シート１１２１および下部電極シート１１３１は負極シートである。
上部電極シート１１２１が切断されて形成された上部電極１１２２は、前記上部セパレータシート１２１１の上面に積層され、下部電極シート１１３１が切断されて形成された下部電極１１３２は、前記下部セパレータシート１２２１の下面に積層される。それにより、下部電極１１３２、下部セパレータシート１２２１、中央電極１１１２、上部セパレータシート１２１１、および上部電極１１２２が順に積層された積層体２０が形成される。
積層体２０は、セパレータシート１２１１、１２２１に複数の電極１１がセパレータシート１２１１、１２２１の長さ方向に一列に離隔配置されて積層されることで形成される。この際、上部電極１１２２、中央電極１１１２、および下部電極１１３２は互いに離隔する間隔が異なり得るが、同一極性の電極１１同士は互いに大きさが同一であるため、離隔する間隔も常に一定であることが好ましい。そして、上部電極１１２２、中央電極１１１２、および下部電極１１３２らは、いずれも中心が一致するように整列されて配置されることが好ましい。
シーラー１４は、前記積層体２０において複数の前記電極１１の間に配置され、前記電極１１のコーナーまたは前記電極１１のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加する。したがって、電極１１のコーナーを含む単位セル２のサイド２１に、未接着領域２２が形成されるのを防止し、電極１１とセパレータ１２の接着力が低下するのを防止することができる。シーラー１４に関する詳しい説明は後述する。
ラミネータは、電極１１およびセパレータ１２が積層されて形成された前記積層体２０の全面をラミネートする。ラミネートとは、積層体２０に熱および圧力を印加し、電極１１とセパレータ１２を接着させることを指す。ラミネータは、図４に示されたように、前記積層体２０の全面に熱および圧力を印加するヒータ１５を含むことができ、回転しつつ前記積層体２０に圧力を印加する加熱ローラ１６をさらに含むことができる。
ヒータ１５は、上部ヒータ１５１と下部ヒータ１５２とから形成され、それぞれ前記積層体２０の上面および下面に熱および圧力を印加することができる。このようなヒータ１５は、積層体２０と接触する面、すなわち、上部ヒータ１５１の下面および下部ヒータ１５２の上面が概して平たく形成されることができる。それにより、積層体２０の全面に熱および圧力を均一に印加することができる。
ヒータ１５が積層体２０に熱および圧力を印加すると、加熱ローラ１６が回転しつつ積層体２０に熱および圧力を印加することができる。一般的に、単に平たい面で圧力を印加するヒータ１５よりは、回転しつつ圧力を印加する加熱ローラ１６が、印加する圧力がさらに大きい。したがって、ヒータ１５が積層体２０に熱および圧力を印加した後、加熱ローラ１６が積層体２０にヒータ１５よりもさらに大きい熱および圧力を印加することで、積層体２０に印加される熱および圧力が段階的に増加することができる。すなわち、前記積層体２０が急激な温度および圧力の変化により内部が損傷するのを防止することができる。
中央電極シート１１１１が中央電極リール１１１から巻き出されると、第１カッタ１３１が中央電極シート１１１１をカットする（Ｓ３０１）。すると、複数の中央電極１１１２が形成される。そして、上部セパレータリール１２１から上部セパレータシート１２１１が巻き出され、中央電極１１１２の上面に積層され、下部セパレータリール１２２から下部セパレータシート１２２１が巻き出され、中央電極１１１２の下面に積層される。
一方、上部電極シート１１２１が上部電極リール１１２から巻き出されると、第２カッタ１３２が上部電極シート１１２１をカットして上部電極１１２２が形成され、下部電極シート１１３１が下部電極リール１１３から巻き出されると、第３カッタ１３３が下部電極シート１１３１をカットして下部電極１１３２が形成される。前記上部電極１１２２は、上部セパレータシート１２１１の上面に積層され、前記下部電極１１３２は、下部セパレータシート１２２１の下面に積層される。それにより、下部電極１１３２、下部セパレータシート１２２１、中央電極１１１２、上部セパレータシート１２１１、および上部電極１１２２が順に積層された積層体２０が形成される（Ｓ３０２）。
積層体２０は、上部電極１１２２および下部電極１１３２のうち少なくとも１つが省略されてもよく、さらに、上部セパレータシート１２１１および下部セパレータシート１２２１のうち少なくとも１つが省略されてもよい。以下、積層体２０は、このような電極１１およびセパレータ１２が省略されていないものとして説明する。ただし、これは、説明の便宜のためのものであって、権利範囲を制限するためのものではない。
積層体２０の形成後には、ラミネータが積層体２０をラミネートする。前述したように、ラミネータは、ヒータ１５および加熱ローラ１６を含み、ラミネート時には、ヒータ１５が積層体２０の全面に熱および圧力を印加した後、加熱ローラ１６が回転しつつ前記積層体２０に熱および圧力を印加することができる。
図５は、本発明の一実施形態に係るシーラー１４の斜視図である。
シーラー１４は、図５に示されたように、第１ボディ１４１と、前記第１ボディ１４１から垂直に延びて形成される第２ボディ１４２と、を含む。ここで、第２ボディ１４２は、第１ボディ１４１の一端から延びて形成されてもよいが、第１ボディ１４１の中心から延びて形成されることが好ましい。すなわち、シーラー１４は、全体的にＴ形状を有することができる。それにより、シーラー１４の第２ボディ１４２を中心に、一側に１つの電極１１、他側に他の１つの電極１１が配置されることで、同時に２個の電極１１に熱および圧力を印加することができる。
シーラー１４は、図５に示されたように、第１ボディ１４１と、前記第１ボディ１４１から垂直に延びて形成される第２ボディ１４２と、を含む。ここで、第２ボディ１４２は、第１ボディ１４１の一端から延びて形成されてもよいが、第１ボディ１４１の中心から延びて形成されることが好ましい。すなわち、シーラー１４は、全体的にＴ形状を有することができる。それにより、シーラー１４の第２ボディ１４２を中心に、一側に１つの電極１１、他側に他の１つの電極１１が配置されることで、同時に２個の電極１１に熱および圧力を印加することができる。
シーラー１４の内部には、加熱コイル（図示せず）が含まれる。したがって、シーラー１４が積層体２０に接触して圧力を印加する際に、加熱コイルから発生した熱も積層体２０に印加されることができる。
図６は、本発明の一実施形態に係るシーラー１４が積層体２０に熱および圧力を印加する様子を示した平面図であり、図７は、本発明の一実施形態に係るシーラー１４が積層体２０に熱および圧力を印加する様子を示した側面図である。
前述したように、セパレータ１２のサイド１２６と中心部１２５における多孔性コーティング層１２４の高さの差が存在し得る。したがって、セパレータ１２の接着力に偏差が発生し、セパレータ１２のサイド１２６には、電極１１が接着されないかまたは不十分に接着される未接着領域２２が形成され得る。
したがって、本発明の一実施形態によると、積層体２０が形成されると、ラミネータが前記積層体２０に熱および圧力を印加した後に、図６に示されたように、前記積層体２０において複数の前記電極１１の間にシーラー１４を配置する（Ｓ３０３）。そして、シーラー１４が前記積層体２０のサイド２１、すなわち、電極１１のコーナーまたは前記電極１１のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加する（Ｓ３０４）。この際、シーラー１４は、複数形成され、前記積層体２０の両側にそれぞれ配置され、前記積層体２０の両サイド２１にそれぞれ熱および圧力を印加することができる。ここで、サイド２１とは、積層体２０の両端からの長さがそれぞれ全体長さに対して１％～３０％の領域であることが好ましく、５％～２０％の領域であることがより好ましい。
仮に、シーラー１４を使用せず、単にラミネータが積層体２０の全面に印加する熱および圧力を増加するのであれば、積層体２０の中心部がサイド２１に比べて過度に圧力を受ける。すると、セパレータ１２の多孔性コーティング層１２４の気孔（Ｐｏｒｅ）が破壊されて通気度が低下することで、その後に電極１１とセパレータ１２が電解液に十分に含浸されない。
シーラー１４は、第１ボディ１４１および第２ボディ１４２を含む。シーラー１４の第１ボディ１４１は、前記電極１１において、前記積層体２０の外側に向かう第１エッジ１１４に熱および圧力を印加し、第２ボディ１４２は、前記電極１１において、隣り合う他の電極１１と対向し、前記第１エッジ１１４と交差して前記コーナーを形成する第２エッジ１１５に熱および圧力を印加することができる。
第１エッジ１１４は、電極１１の複数のエッジのうち、積層体２０の外側に向かうエッジである。そして、シーラー１４の第１ボディ１４１は、このような第１エッジ１１４と平行な方向に形成される。したがって、第１ボディ１４１は、積層体２０に接触する際に、電極１１の第１エッジ１１４に接触して熱および圧力を印加することができる。
第２エッジ１１５は、電極１１の複数のエッジのうち、前記第１エッジ１１４とともに電極１１のコーナーを形成するエッジである。前述したように、積層体２０には、セパレータシートの長さ方向に、電極１１が一列に離隔配置される。したがって、電極１１が互いに隣り合って配置され、第２エッジ１１５は、隣り合う他の電極１１と対向する。そして、シーラー１４の第２ボディ１４２は、このような第２エッジ１１５と平行な方向に形成される。したがって、第２ボディ１４２は、積層体２０に接触する際に、電極１１の第２エッジ１１５に接触して熱および圧力を印加することができる。
シーラー１４は、複数形成され、前記積層体２０の両側にそれぞれ配置されることができる。それのみならず、積層体２０において一列に羅列された電極１１の間ごとに配置されてもよい。したがって、図６に示されたように、積層体２０において複数の電極１１に同時に熱および圧力を印加し、単位セル２の生産効率が増加することができる。
このように本発明の一実施形態によると、複数のシーラー１４が電極１１のコーナーに熱および圧力を印加してもよい。したがって、単位セル２のサイド２１における未接着領域２２の形成を防止して電極１１とセパレータ１２の接着力が低下するのを防止することができる。
シーラー１４が電極１１のコーナーに熱および圧力を印加する場合、第１ボディ１４１および第２ボディ１４２がそれぞれ単なる長方形の形状を有してもよい。しかし、シーラー１４が電極１１のコーナーには熱および圧力を印加せず、電極のエッジ、特に積層体２０の両サイド２１に含まれる電極のエッジにだけ熱および圧力を印加してもよい。この場合には、電極１１のコーナーに対応するシーラー１４の部分は、陥没形成されてもよい。この場合にも、積層体２０の両サイド２１に熱および圧力を印加することができるため、未接着領域２２の形成を防止することができる。
シーラー１４が積層体２０のサイド２１に熱および圧力を印加した後には、第４カッタ１３４が積層体２０をカットすることで、単位セル２が製造されることができる。
図８は、本発明の他の実施形態に係る単位セルの製造装置１ａの概略図である。
本発明の他の実施形態によると、図８に示されたように、ラミネータが含まれない。すなわち、ヒータ１５および加熱ローラ１６のいずれも含まれない。
本発明の他の実施形態によると、図８に示されたように、ラミネータが含まれない。すなわち、ヒータ１５および加熱ローラ１６のいずれも含まれない。
シーラー１４を用いると、積層体２０の両サイド２１にそれぞれ熱および圧力を印加し、単位セル２のサイド２１における未接着領域２２の形成を防止することができる。したがって、本発明の他の実施形態によると、ラミネータが積層体２０の全面をラミネートしなくても、電極１１とセパレータ１２が全体的に均一に接着されることができる。それのみならず、ラミネータが含まれないことで、全体的な工程速度が増加し、単位セル２の生産効率が増加することもできる。
図９は、本発明のまた他の実施形態に係るシーラー１４ａの斜視図である。
本発明のまた他の実施形態によると、図９に示されたように、シーラー１４ａは、前記第１ボディ１４１の下面から下方に向かって突出し、前記第１ボディ１４１の長さ方向に長く形成される第１突出部１４３１と、前記第２ボディ１４２の下面から下方に向かって突出し、前記第２ボディ１４２の長さ方向に長く形成される第２突出部１４３２と、をさらに含むことができる。
本発明のまた他の実施形態によると、図９に示されたように、シーラー１４ａは、前記第１ボディ１４１の下面から下方に向かって突出し、前記第１ボディ１４１の長さ方向に長く形成される第１突出部１４３１と、前記第２ボディ１４２の下面から下方に向かって突出し、前記第２ボディ１４２の長さ方向に長く形成される第２突出部１４３２と、をさらに含むことができる。
図１０は、本発明のまた他の実施形態に係るシーラー１４ａが積層体２０ａに熱および圧力を印加する様子を示した側面図である。
シーラー１４ａが積層体２０ａに熱および圧力を印加する際に、前記第１突出部１４３１は、前記セパレータシート１２１１、１２２１において、前記電極１１の前記第１エッジ１１４から外側に延びた第１領域１２７に熱および圧力を印加し、前記第２突出部１４３２は、前記セパレータシート１２１１、１２２１において、複数の前記電極１１の間に形成された第２領域１２８に熱および圧力を印加することができる。
シーラー１４ａが積層体２０ａに熱および圧力を印加する際に、前記第１突出部１４３１は、前記セパレータシート１２１１、１２２１において、前記電極１１の前記第１エッジ１１４から外側に延びた第１領域１２７に熱および圧力を印加し、前記第２突出部１４３２は、前記セパレータシート１２１１、１２２１において、複数の前記電極１１の間に形成された第２領域１２８に熱および圧力を印加することができる。
第１領域１２７は、積層体２０ａにおいて、電極１１の第１エッジ１１４から外側に延びた、セパレータシート１２１１、１２２１の一部の領域である。電極１１の第１エッジ１１４が積層体２０ａの外側に向かうため、前記第１領域１２７も積層体２０ａの外側に向かう。そして、シーラー１４ａの第１突出部１４３１がこのようなセパレータシート１２１１、１２２１の第１領域１２７を加圧し、図１０に示されたように、上部セパレータシート１２１１と下部セパレータシート１２２１を接着させる。
第２領域１２８は、積層体２０ａにおいて、複数の電極１１の間に形成された、セパレータシート１２１１、１２２１の一部の領域である。すなわち、電極１１の第２エッジ１１５から延びた領域である。そして、シーラー１４ａの第２突出部１４３２がこのようなセパレータシート１２１１、１２２１の第２領域１２８を加圧し、上部セパレータシート１２１１と下部セパレータシート１２２１を接着させる。
第１突出部１４３１および第２突出部１４３２が上部セパレータシート１２１１を加圧して下部セパレータシート１２２１に容易に接着させるためには、第１突出部１４３１および第２突出部１４３２は、中央電極１１１２および上部電極１１２２の厚さの和よりも厚く形成されることが好ましい。
このように本発明のまた他の実施形態によると、セパレータ１２と電極１１との間における接着力を向上させるだけでなく、上部セパレータシート１２１１と下部セパレータシート１２２１も互いに接着させることで、単位セル２をさらに堅固に形成することができる。
本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができるであろう。したがって、以上で記述された実施形態は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。本発明の範囲は上記の詳細な説明よりは後述の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導き出される多様な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。
１：単位セルの製造装置
２：単位セル
１１：電極
１２：セパレータ
１４：シーラー
１５：ヒータ
１６：ローラ
２０：積層体
２１：積層体のサイド
２２：未接着領域
１１１：中央電極リール
１１２：上部電極リール
１１３：下部電極リール
１１４：第１エッジ
１１５：第２エッジ
１２１：上部セパレータリール
１２２：下部セパレータリール
１２３：高分子基材
１２４：多孔性コーティング層
１２５：セパレータの中心部
１２６：セパレータのサイド
１２７：第１領域
１２８：第２領域
１３１：第１カッタ
１３２：第２カッタ
１３３：第３カッタ
１３４：第４カッタ
１４１：第１ボディ
１４２：第２ボディ
１４３：突出部
１４３１：第１突出部
１４３２：第２突出部
１５１：上部ヒータ
１５２：下部ヒータ
１１１１：中央電極シート
１１２１：上部電極シート
１１３１：下部電極シート
１１１２：中央電極
１１２２：上部電極
１１３２：下部電極
１２１１：上部セパレータシート
１２２１：下部セパレータシート
２：単位セル
１１：電極
１２：セパレータ
１４：シーラー
１５：ヒータ
１６：ローラ
２０：積層体
２１：積層体のサイド
２２：未接着領域
１１１：中央電極リール
１１２：上部電極リール
１１３：下部電極リール
１１４：第１エッジ
１１５：第２エッジ
１２１：上部セパレータリール
１２２：下部セパレータリール
１２３：高分子基材
１２４：多孔性コーティング層
１２５：セパレータの中心部
１２６：セパレータのサイド
１２７：第１領域
１２８：第２領域
１３１：第１カッタ
１３２：第２カッタ
１３３：第３カッタ
１３４：第４カッタ
１４１：第１ボディ
１４２：第２ボディ
１４３：突出部
１４３１：第１突出部
１４３２：第２突出部
１５１：上部ヒータ
１５２：下部ヒータ
１１１１：中央電極シート
１１２１：上部電極シート
１１３１：下部電極シート
１１１２：中央電極
１１２２：上部電極
１１３２：下部電極
１２１１：上部セパレータシート
１２２１：下部セパレータシート
Claims (15)
- 複数の電極が形成される電極シートが巻き出される電極リールと、
前記電極と積層されるセパレータシートが巻き出されるセパレータリールと、
複数の前記電極が前記セパレータシートの長さ方向に一列に離隔配置され、前記セパレータシートと積層されて形成される積層体において、複数の前記電極の間に配置され、前記電極のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加するシーラーと、
を含む、単位セルの製造装置。 - 前記シーラーは、
第１ボディと、
前記第１ボディから垂直に延びて形成される第２ボディと、を含む、請求項１に記載の単位セルの製造装置。 - 前記シーラーは、
前記第１ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第１ボディの長さ方向に長く形成される第１突出部と、
前記第２ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第２ボディの長さ方向に長く形成される第２突出部と、をさらに含む、請求項２に記載の単位セルの製造装置。 - 前記積層体をラミネートするラミネータをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の単位セルの製造装置。
- 前記ラミネータは、
前記積層体の全面に熱および圧力を共に印加するヒータを含む、請求項４に記載の単位セルの製造装置。 - 前記ラミネータは、
回転しつつ前記積層体に熱および圧力を印加する加熱ローラをさらに含む、請求項５に記載の単位セルの製造装置。 - 前記電極リールは、
複数の中央電極が形成される中央電極シートが巻き出される中央電極リールを含み、
前記セパレータリールは、
前記中央電極シートが切断されて形成された中央電極の上面に積層される上部セパレータシートが巻き出される上部セパレータリールと、
前記中央電極の下面に積層される下部セパレータシートが巻き出される下部セパレータリールと、を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の単位セルの製造装置。 - 前記電極リールは、
前記上部セパレータシートの上面に積層される上部電極が形成される、上部電極シートが巻き出される上部電極リールと、
前記下部セパレータシートの下面に積層される下部電極が形成される、下部電極シートが巻き出される下部電極リールと、をさらに含む、請求項７に記載の単位セルの製造装置。 - 電極リールから巻き出された電極シートを切断して複数の電極を形成するステップと、
セパレータリールから巻き出されたセパレータシートに、複数の前記電極を前記セパレータシートの長さ方向に一列に離隔配置して積層することで、積層体を形成するステップと、
前記積層体において複数の前記電極の間にシーラーを配置するステップと、
前記シーラーを介して前記電極のコーナーまたは前記電極のエッジのうち少なくとも１つに熱および圧力を印加するステップと、
を含む、単位セルの製造方法。 - 前記シーラーは、
第１ボディと、
前記第１ボディから垂直に延びて形成される第２ボディと、を含む、請求項９に記載の単位セルの製造方法。 - 前記熱および圧力を印加するステップにおいて、
前記第１ボディは、
前記電極のエッジのうち、前記積層体の外側に向かう第１エッジに熱および圧力を印加し、
前記第２ボディは、
前記電極のエッジのうち、隣り合う他の電極と対向し、前記第１エッジと交差して前記コーナーを形成する第２エッジに熱および圧力を印加する、請求項１０に記載の単位セルの製造方法。 - 前記シーラーは、
前記第１ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第１ボディの長さ方向に長く形成される第１突出部と、前記第２ボディの下面から下方に向かって突出し、前記第２ボディの長さ方向に長く形成される第２突出部と、をさらに含む、請求項１１に記載の単位セルの製造方法。 - 前記熱および圧力を印加するステップにおいて、
前記第１突出部は、
前記セパレータシートにおいて、前記電極の前記第１エッジから外側に延びた第１領域に熱および圧力を印加し、
前記第２突出部は、
前記セパレータシートにおいて、複数の前記電極の間に形成された第２領域に熱および圧力を印加する、請求項１２に記載の単位セルの製造方法。 - 前記積層体を形成するステップ以後および前記シーラーを配置するステップ以前に、
前記積層体をラミネートするステップをさらに含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の単位セルの製造方法。 - 前記ラミネートするステップは、
ヒータが前記積層体の全面に熱および圧力を印加するステップと、
加熱ローラが回転しつつ前記積層体に熱および圧力を印加するステップと、をさらに含む、請求項１４に記載の単位セルの製造方法。
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