JP6096372B2 - 電極組立体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スタック／フォールディング工法またはスタック工法ではない第３の工法で電極組立体を製造する方法に関し、さらに詳しくは、マガジンを利用して電極組立体を製造する方法に関する。

二次電池は、化石燃料を用いる既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、パラレル型ハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）などの動力源としても注目されているが、自動車などのような中大型デバイスには高出力、大容量の必要性によって、多数のバッテリーセルを電気的に連結した中大型電池モジュールが用いられる。

ところが、中大型電池モジュールは、なるべく小さく且つ軽く製造されるのが好ましいので、高い集積度で充積され得、容量に比べ軽い角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に用いられている。

電池セルのケース内には電極組立体が収容されており、一般的には正極／分離膜／負極構造の電極組立体が如何なる構造からなっているのかに従って分類される。

代表的に、長いシート状の正極等と負極等を分離膜が介在された状態で巻き取った構造からなるゼリーロール（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位に切り取った多数の正極と負極を分離膜を介在した状態で順次積層したスタック型（積層型）電極組立体、また、スタック／フォールディング型電極組立体に分類することができる。

先ず、本出願人の韓国特許出願公開第２００１−００８２０５８号、第２００１−００８２０５９号及び第２００１−００８２０６０号に開示されているスタック／フォールディング型電極組立体に対して説明する。

図１を参照すれば、スタック／フォールディング型構造の電極組立体１は、単位セルとして順次正極／分離膜／負極が位置されるフルセル（ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ、以下、「フルセル」と記す。）２、３、４．．．が複数個重畳されており、それぞれの重畳部には分離膜シート５が介在されている。分離膜シート５はフルセルを覆うことができる単位長さを有し、単位長さごとに内側に折れ、中央のフルセル１ｂから始まって最外側のフルセル４まで連続してそれぞれのフルセルを覆い、フルセルの重畳部に介在されている。分離膜シート５の末端部は熱融着するか、接着テープ６などを貼り付けて仕上げる。このようなスタック／フォールディング型電極組立体は、例えば、長い長さの分離膜シート５上にフルセル２、３、４．．．を配列し、分離膜シート５の一端部から始めて順次巻き取ることによって製造される。しかし、このような構造で中心部のフルセル１ａ、１ｂ、２と外角部のフルセル３、４との間には、温度勾配が生じて放熱効率が相違することになるので、長時間用いる場合、寿命が短くなる問題がある。

このような電極組立体を形成する工程は、各電極組立体を形成するラミネーション設備２台と別個の装備としてフォールディング装備１台とが追加されて工程が進められるので、工程のタクトタイム（ｔａｃｔ ｔｉｍｅ）を短縮させるには限界があり、特に、フォールディングされて積層構造を具現する構造で上下部に配置される電極組立体間に整列（ａｌｉｇｎｉｎｇ）が精密に具現し難いので、信頼性のある品質の組立体を具現するには多くの困難がある。

つまり、このようなフォールディング工程が適用される電極組立体の構造では別途のフォールディング設備が必要となり、バイセル構造を適用する場合はバイセルも２つのタイプ（すなわち、Ａタイプ、Ｃタイプ）に製作して積層を行うこととなり、フォールディング前に長い分離膜シート上に配置するバイセルとバイセルとの間の間隔を正確に維持することに大きな困難が存在することとなる。すなわち、フォールディングする場合、上下ユニットセル（フルセルまたはバイセルを意味する）間の正確な整列を具現し難くなり、高容量のセルを製作する場合、型交換の時間が多く費やされる問題も共に発生することになる。

次に、スタック型電極組立体に対して説明する。スタック型構造は当業界に広く公知となっているので、以下では、スタック型電極組立体の問題点に対してのみ簡単に説明する。

スタック型電極組立体は、通常、分離膜が電極より横及び縦の幅がさらに広く製造され、分離膜の横または縦の幅に対応される幅を有するマガジンまたはジグに分離膜を積層し、その上に電極を積層する段階を繰り返して行ってスタック型電極組立体を製造することになる。

しかし、このような方式でスタック型電極組立体を製造することになれば、電極及び分離膜を一つずつ積層しなければならないので、作業に費やされる時間が長くなり、生産性が著しく低下する問題がある。また、複数層の分離膜の横及び縦を整列することは可能であるが、分離膜に載せられる電極等の位置を正確な位置に整列するマガジンまたはジグは存在しないため、スタック型電極組立体に備えられた複数個の電極は整列されず、互いにずれるようになる問題がある。

さらに、分離膜を挟んで互いに対向する正極及び負極の面が互いにずれているため、正極及び負極の表面に塗布された活物質の一部領域では電気化学反応が起こらなくなり、これによってバッテリーセルの効率が低下するとの問題がある。

本発明は、前述した問題点を解決するために着想されたものであって、簡素な工程と低いコストで製造可能な構造を有する電極組立体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、複数の電極の位置が正確に整列されているので、効率の高い電極組立体の製造方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、一つの基本単位体に対する整列及び寸法の検査さえ行えば、複数層の基本単位体を有する電極組立体全体に対する別途の整列及び寸法の検査がなくとも精密な電極組立体を製造可能な電極組立体の製造方法を提供することにある。

前記のような目的を達成するため、本発明の好ましい実施例に係る電極組立体の製造方法は：電極と分離膜が交互に積層された基本単位体を製造する段階（Ｓ１０）；前記基本単位体を収容することができる整列用マガジンに前記基本単位体を積載して整列する段階（Ｓ２０）；前記Ｓ２０段階で整列された前記基本単位体の寸法を検査する段階（Ｓ３０）；及び前記Ｓ３０段階で正常の寸法を有するものと判定された基本単位体を積層用マガジンに移送し、複数個の基本単位体をそろえて積層することにより電極組立体を形成する段階（Ｓ４０）；を含むことができる。

本発明によれば、簡素な工程と低いコストで製造可能な構造を有する電極組立体の製造方法を提供することができる。

また、複数の電極の位置が正確に整列されているので、効率の高い電極組立体の製造方法を提供することができる。

さらに、一つの基本単位体に対する整列及び寸法の検査さえ行えば、複数層の基本単位体を有する電極組立体全体に対する別途の整列及び寸法の検査がなくとも精密な電極組立体を製造可能な電極組立体の製造方法を提供することができる。

本明細書の次の図等は、本発明の好ましい実施例を例示するものであり、前述した発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想をさらに理解させる役割を担うものなので、本発明はそのような図に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはならない。

従来の技術に係るスタック／フォールディング型構造の電極組立体の概略の構造を示す図である。 本発明に係る電極組立体の製造方法が具現され得る電極組立体の製造装置の一実施形態を示す図である。 整列用マガジンに基本単位体を積載する過程を示した概路図である。 整列用マガジンに積載された基本単位体を整列し、寸法を検査する過程を示した概路図である。 図４に対応される概略斜視図である。 整列用マガジンに積載され整列された基本単位体の電極タブの近傍を示した平面図である。 整列用マガジンに積載され整列された基本単位体をロボットアームが把持する瞬間を示した概路図である。 ロボットアームが基本単位体を積層用マガジンに移送する過程を示した概略図である。 本発明に係る電極組立体の製造方法によって製造される電極組立体に備えられる基本単位体の第１構造を示した側面図である。 本発明に係る電極組立体の製造方法によって製造される電極組立体に備えられる基本単位体の第２構造を示した側面図である。 本発明に係る基本単位体を製造する工程を示す工程図である。 基本単位体と第１補助単位体を含む電極組立体の第１構造を示している側面図である。 基本単位体と第１補助単位体を含む電極組立体の第２構造を示している側面図である。 基本単位体と第２補助単位体を含む電極組立体の第３構造を示している側面図である。 基本単位体と第２補助単位体を含む電極組立体の第４構造を示している側面図である。 基本単位体、第１補助単位体と第２補助単位体を含む電極組立体の第５構造を示している側面図である。 基本単位体と第１補助単位体を含む電極組立体の第６構造を示している側面図である。 基本単位体と第２補助単位体を含む電極組立体の第７構造を示している側面図である。

以下では、図を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。しかし、本発明が以下の実施例によって制限されるか限定されるものではない。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的且つ辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。

図において各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、または概略的に示された。したがって、各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではない。関連公知機能あるいは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要にぼやかし得ると判断される場合、そのような説明は略する。

図２は、本発明に係る電極組立体の製造方法が具現され得る電極組立体の製造装置の一実施形態を示す図であり、図２を参照すれば、電極組立体の製造装置は、基本単位体１１０が積載され整列される整列用マガジン１０、整列用マガジン１０から移送される基本単位体１１０が積層される積層用マガジン２０、整列用マガジン１０から積層用マガジン２０に基本単位体１１０を把持して移送するロボットアーム４０、整列用マガジン１０に積載され整列された基本単位体１１０のビジョン（Ｖｉｓｉｏｎ）検査を行うためのカメラ３０を備えることができる。

整列用マガジン１０は、ベースに安着された基本単位体１１０をベース１２に向かって加圧することができるクランプ１６と、基本単位体１１０の側面を取り囲む側壁１４とを備える。

ロボットアーム４０は、基本単位体１１０を把持する把持部４２を有し、整列用マガジン１０と積層用マガジン２０との間を往復移動することができる。

このような構造を有する電極組立体の製造装置はただの実施例に過ぎず、同一または類似の機能を行う限り、如何なる構成が採用されても構わない。

以下では、図２を介し簡単に説明した電極組立体の製造装置を基準に電極組立体の製造方法に対し説明する。前述した電極組立体の製造装置とは構造が相違する電極組立体の製造装置でも、以下で説明する電極組立体の製造方法を適用して電極組立体１００を製造することができることを明らかにしておく。

本発明の好ましい実施例に係る電極組立体の製造方法は、基本単位体１１０を製造する段階（Ｓ１０）；基本単位体１１０を収容することができる整列用マガジン１０に基本単位体１１０を積載して整列する段階（Ｓ２０）；Ｓ２０段階で整列された基本単位体１１０の寸法を検査する段階（Ｓ３０）；及びＳ３０段階で正常の寸法を有するものと判定された基本単位体１１０を積層用マガジン２０に移送し、複数個の基本単位体１１０をそろえて積層することにより電極組立体１００を形成する段階（Ｓ４０）を含む。

基本単位体１１０は、電極と分離膜が交互に積層された構造を有し、基本単位体１１０を製造する段階であるＳ１０段階と、このような基本単位体１１０を含む電極組立体１００の具体的な構造とに対しては、追って詳しく説明する。

先ず、図３から図５を参照してＳ２０段階から説明する。Ｓ２０段階は、基本単位体１１０を整列用マガジン１０のベース１２に積載する過程から始まる。基本単位体１１０は平たいものが好ましいが、製造された基本単位体１１０は平たくなく、図３に示す通り曲折した形状を有することができる。

しかし、曲折した形状を有する基本単位体１１０の場合、横幅や縦幅を正確に測定することができないので、基本単位体１１０が正確な寸法に製造されたのかが分からない。さらに、整列用マガジン１０の一側壁に基本単位体１１０が多少偏った状態に積載され得るが、この状態を基本単位体１１０が整列された状態ということはできない。

よって、基本単位体１１０が平たいベース１２のように平たい状態に固定させることができるよう、クランプ１６で基本単位体１１０を押して固定させることによってＳ２０段階を完全に行うことができる。つまり、クランプ１６で基本単位体１１０を平たく固定すれば、以後、Ｓ３０段階で基本単位体１１０の横幅や縦幅などの寸法をさらに精密に測定することが可能であり、基本単位体１１０が整列用マガジン１０の一側壁に多少偏った状態に積載されたとしても、基本単位体１１０が平たくなるに伴い、基本単位体１１０の一側角は整列用マガジン１０の一側壁に係止されてこれ以上動かないことに比べ、基本単位体１１０の他側角は整列用マガジン１０の他側壁に向かって動くことができるので、基本単位体１１０が整列用マガジン１０で適宜整列され得る。

さらに、図５を参照すれば、整列用マガジン１０に整列アクチュエーター１８が備えられており、これは、ベース１２に安着された基本単位体１１０の横方向の角を横側壁１４Ｂ方向に押す役割を担い、これを介し、クランプ１６が基本単位体１１０をクランピングしたとき、基本単位体１１０の縦方向の角が縦側壁１４Ａの間で整列されるだけでなく、基本単位体１１０の横方向の角が横側壁１４Ｂに対し所定の位置に整列され得るようにする。

基本単位体１１０の寸法を検査する段階であるＳ３０段階は、図４及び図５に示す通り、基本単位体１１０がクランプ１６によってクランピングされた状態であるときに行われるのが好ましく、Ｓ３０段階では、基本単位体１１０の横及び縦方向の幅と、互いに隣接する辺がなす夾角（θ）とに対する測定が行われ得る（図６を参照）。

Ｓ３０段階で正常の寸法を有するものと判定された基本単位体１１０は、ロボットアーム４０によって整列用マガジン１０から積層用マガジン２０まで移送される。ここで、ロボットアーム４０は、基本単位体１１０がクランプ１６によって固定された状態であるとき基本単位体１１０を把持し（図７を参照）、ロボットアーム４０が基本単位体１１０を把持したあとは、クランプ１６が基本単位体１１０のクランピングを解除する。ここでロボットアーム４０は、基本単位体１１０を把持する方式には負圧吸着方式を利用することができ、この場合、把持部４２には負圧が印加される吸着盤構造が採用され得る。

基本単位体１１０のクランピングの解除により、基本単位体１１０が、図３に示す通り再度曲折した形状に戻る場合が発生し得るが、ロボットアーム４０は平たい状態であるときの基本単位体１１０を把持し、Ｓ２０段階でクランプ１６が基本単位体１１０を平たくすることによって基本単位体１１０の正確な整列が行われたものなので、基本単位体１１０が再度曲折した形状に戻るとしても、ロボットアーム４０が正確な整列が完了した基本単位体１１０を把持しているとの事実には変わりがないものである。

したがって、ロボットアーム４０が、Ｓ２０段階で微細に整列された基本単位体１１０を積層用マガジン２０に所定の変位だけ移送する役割を確実に担うことだけでも、基本単位体１１０は積層用マガジン２０の所望の位置に配置され得る。

言い換えれば、基本単位体１１０を複数層ほど積層して電極組立体１００を製造しようとするとき、敢えてＳ４０段階で別に基本単位体１１０に対する寸法の検査を行う必要がなく、Ｓ２０段階での基本単位体１１０に対する整列の完了、及びＳ３０段階でのカメラ３０により行われた寸法検査の完了だけで、基本単位体１１０に対する微細整列及び寸法検査は全て完了し、Ｓ４０段階で基本単位体１１０が予め定められた所定の距離ほど移動して積層用マガジン２０に積層されたとしても、この過程中に基本単位体１１０の微細整列が崩れないため、ただ複数層の基本単位体１１０が積層用マガジン２０に積層されることだけで、複数層の基本単位体１１０が自ずからそろって積層された構造を含む電極組立体を形成することができる。

整列用マガジン１０で基本単位体１１０は、一つずつクランプ１６によってクランピング及びクランピング解除され、ロボットアーム４０によって積層用マガジン２０に移送されるので（図８を参照）、整列用マガジン１０に収容される基本単位体１１０の個数は常に０個または１個であるが、積層用マガジン２０に収容される基本単位体１１０の個数は累積的に漸次増加することになる。

前述した電極組立体の製造方法によれば、基本単位体１１０を一つずつ整列し寸法の測定を行うので、整列及び寸法の測定が容易であり、基本単位体１１０一つに対する整列及び寸法測定のデータだけで、複数層に積層された基本単位体１１０を有する電極組立体１００を製造することができるので、複数層の基本単位体１１０を有する電極組立体１００に対する微細整列及び位置調整と、複雑な寸法の測定が不要である利点がある。

今までは、基本単位体１１０の構造に対し単に電極と分離膜が交互に積層された構造を有するものと説明したが、基本単位体１１０を製造するＳ１０段階に対しては詳しく説明していなかったので、以下では、基本単位体１１０を製造する例示的な工程と、基本単位体１１０を含む多様な種類の電極組立体１００の構造とに対し説明する。

基本単位体１１０は、第１電極１１１／第１分離膜１１２／第２電極１１３／第２分離膜１１４の順に各層を積層した構造を含む構造に製造され得る。

本発明に係る電極組立体の製造方法によって製造された電極組立体１００は、少なくとも一つの基本単位体１１０a、１１０ｂ（図９及び図１０を参照）を含む。

基本単位体１１０は、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が順次積層されて形成される。このように基本単位体１１０は、基本的に４層構造を有する。より具体的に基本単位体１１０は、図９に示す通り、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が上側から下側に順次積層されて形成されるか、または図１０に示す通り、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が下側から上側に順次積層されて形成され得る。このとき、第１電極１１１と第２電極１１３は、互いに逆の電極である。例えば、第１電極１１１が正極であれば、第２電極１１３は負極である。もちろん、この逆でもあり得る。

基本単位体１１０に備えられた第１電極１１１は、集電体及び活物質層（活物質）を備え、活物質層は集電体の両面に塗布される。これと同様に、基本単位体１１０に備えられた第２電極１１３も集電体及び活物質層（活物質）を備え、活物質層は集電体の両面に塗布される。

一方、基本単位体１１０を製造する工程は、次のような連続工程からなり得る（図１１を参照）。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、電極材料１２１、１２３は、以下で検討してみるように所定の大きさに切断されて電極１１１、１１３を形成する。これは分離膜材料１２２、１２４も同様である。工程の自動化のために電極材料１２１、１２３と分離膜材料１２２、１２４は、ロールに巻き取られている形態を有し得る。このように材料等を準備したあと、第１電極材料１２１をカッターＣ_１を介して所定の大きさに切断する。また、第２電極材料１２３もカッターＣ_２を介して所定の大きさに切断する。その後、所定の大きさの第１電極材料１２１を第１分離膜材料１２２上に供給する。また、所定の大きさの第２電極材料１２３も第２分離膜材料１２４上に供給する。その後、材料等を全て共にラミネータＬ_１、Ｌ_２に供給する。

電極組立体１００は、前記で検討してみたように、基本単位体１１０が繰り返して積層されて形成される。ところが、基本単位体１１０を構成する電極と分離膜が互いに分離されれば、基本単位体１１０を繰り返して積層することが非常に困難になるはずである。したがって、基本単位体１１０に備えられた電極と分離膜は互いに接着されるのが好ましく、ラミネータＬ_１、Ｌ_２はこのように電極と分離膜を互いに接着するために用いられる。すなわち、ラミネータＬ_１、Ｌ_２は材料等に圧力を加えるか、または熱と圧力を加えて電極材料と分離膜材料を互いに接着する。このように電極材料と分離膜材料はラミネータＬ_１、Ｌ_２によってラミネーティング工程を介し互いに接着され、このような接着で基本単位体１１０はより安定的に自分の形状を維持することができる。

各層のラミネーティング以後は、第１分離膜材料１２２と第２分離膜材料１２４をカッターＣ_３を介して所定の大きさに切断する。このような切断で基本単位体１１０が形成され得る。さらに必要に応じて基本単位体１１０に対する各種の検査を行うこともできる。例えば、厚さ検査、ビジョン検査、ショート検査のような検査をさらに行うこともできる。

基本単位体１１０を製造する工程は、前記のように連続工程で行われ得るが、必ずしも連続工程で行われなければならないものではない。つまり、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４を適切なサイズに先ずカッティングしたあと、これらを積層して基本単位体１１０を形成することももちろん可能である。

一方、分離膜１１２、１１４または分離膜材料１２２、１２４は、接着力を有するコーティング物質で表面がコーティングされ得る。このとき、コーティング物質は無機物粒子とバインダー高分子の混合物であり得る。ここで、無機物粒子は分離膜の熱的安定性を向上させることができる。つまり、無機物粒子は高温で分離膜が収縮することを防止することができる。また、バインダー高分子は無機物粒子を固定させることができ、これによりバインダー高分子の間に固定された無機物粒子等の間には所定の気孔構造が形成され得る。このような気孔構造によって、無機物粒子が分離膜にコーティングされていても正極から負極にイオンが円滑に移動することができる。また、バインダー高分子は、無機物粒子を分離膜に安定的に維持させ、分離膜の機械的安定性も向上させることができる。さらに、バインダー高分子は、分離膜を電極に一層安定的に接着させることができる。参考までに、分離膜はポリオレフィン系列の分離膜基材で形成され得る。

ところが、図９と図１０に示す通り、第１分離膜１１２は両面に電極１１１、１１３が位置する反面、第２分離膜１１４は片面にのみ電極１１３が位置する。したがって、第１分離膜１１２は、両面にコーティング物質がコーティングされ得、第２分離膜１１４は片面にのみコーティング物質がコーティングされ得る。つまり、第１分離膜１１２は、第１電極１１１と第２電極１１３に対向する両面にコーティング物質がコーティングされ得、第２分離膜１１４は第２電極１１３に対向する片面にのみコーティング物質がコーティングされ得る。

このようにコーティング物質による接着は、基本単位体１１０内で行われることで十分である。したがって、前記で検討してみたように、第２分離膜１１４は片面にのみコーティングがなされていても構わない。但し、基本単位体１１０同士もヒートプレス（ｈｅａｔ ｐｒｅｓｓ）などの方法で互いに接着され得るので、必要に応じて第２分離膜１１４も両面にコーティングがなされ得る。つまり、第２分離膜１１４も、第２電極１１３に対向する片面とその反対側の面にコーティング物質がコーティングされ得る。このような場合、上側に位置する基本単位体１１０と、この真下に位置する基本単位体１１０とは、第２分離膜１１４の外面のコーティング物質を介して互いに接着され得る。

参考までに、接着力を有するコーティング物質を分離膜に塗布した場合、所定の物体で分離膜に直接圧力を加えることは好ましくない。分離膜は、通常、電極より外側に長く延長される。したがって、第１分離膜１１２の末端と第２分離膜１１４の末端とを互いに結合させようとする試みがあり得る。例えば、第１分離膜１１２の末端と第２分離膜１１４の末端とを超音波融着で互いに融着させようとする試みがあり得、超音波融着の場合、ホーン（ｈｏｒｎ）で対象を直接加圧する必要がある。しかし、このようにホーンで分離膜の末端を直接加圧すれば、接着力を有するコーティング物質によって分離膜にホーンがくっ付き得る。これにより、装置の故障が招かれ得る。したがって、接着力を有するコーティング物質を分離膜に塗布した場合、所定の物体で分離膜に直接圧力を加える工程を適用することは好ましくない。

さらに、基本単位体１１０が必ずしも４層構造を有しなければならないものではない。例えば、基本単位体１１０は、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３、第２分離膜１１４、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が順次積層されて形成される８層構造を有することもできる。つまり、基本単位体１１０は、４層構造が繰り返して積層されて形成される構造を有することもできる。前記で検討してみたように、電極組立体１００は、基本単位体１１０が繰り返して積層されて形成される。したがって、４層構造を繰り返して積層して電極組立体１００を形成することもできるが、例えば、８層構造を繰り返して積層して電極組立体１００を形成することもできる。

一方、電極組立体１００は、第１補助単位体１３０と第２補助単位体１４０のうち少なくともいずれか一つをさらに含むことができる。先ず、第１補助単位体１３０に対して検討してみる。基本単位体１１０は、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が上側から下側に、または下側から上側に順次積層されて形成される。したがって、このような基本単位体１１０が繰り返して積層されて電極組立体１００が形成されれば、電極組立体１００の最上側（図９を参照）または最下側（図１０を参照）に第１電極１１１（１１６、以下「第１末端電極」と記す）が位置することになる（第１末端電極は正極であってもよく、負極であってもよい。）。第１補助単位体１３０は、このような第１末端電極１１６にさらに積層される。

より具体的に、第１補助単位体１３０ａは、図１２に示す通り、第１電極１１１が正極で第２電極１１３が負極であれば、第１末端電極１１６から順次、すなわち第１末端電極１１６から外側（図１２を基準に上側）に分離膜１１４、負極１１３、分離膜１１２及び正極１１１が順次積層されて形成され得る。さらに、第１補助単位体１３０ｂは、図１３に示す通り、第１電極１１１が負極で第２電極１１３が正極であれば、第１末端電極１１６から順次、すなわち第１末端電極１１６から外側に分離膜１１４及び正極１１３が順次積層されて形成され得る。電極組立体１００は、図１２または図１３に示す通り、第１補助単位体１３０によって第１末端電極１１６側の最外側に正極を位置させることができる。

一般に、電極は集電体と活物質層（活物質）を備え、活物質層は集電体の両面に塗布される。これに伴い、図１２を基準に、正極の活物質層のうち集電体の下側に位置した活物質層は、分離膜を媒介として負極の活物質層のうち集電体の上側に位置した活物質層と互いに反応する。ところが、基本単位体１１０を同一に形成したあと、これを順次積層して電極組立体１００を形成すれば、電極組立体１００の最上側または最下側に位置した第１末端電極は、他の第１電極１１１と同様に集電体の両面に活物質層を備えるしかない。しかし、第１末端電極が集電体の両面に活物質層を塗布した構造を有せば、第１末端電極の活物質層のうち外側に位置した活物質層は、他の活物質層と反応することができない。したがって、活物質層が浪費される問題が招かれる。

第１補助単位体１３０は、このような問題を解決するためのものである。つまり、第１補助単位体１３０は基本単位体１１０と別個に形成される。したがって、第１補助単位体１３０は、集電体の片面にのみ活物質層が形成された正極を備えることができる。つまり、第１補助単位体１３０は、集電体の両面のうち基本単位体１１０に対向する片面（図１２を基準に下側に対向する片面）にのみ活物質層がコーティングされた正極を備えることができる。結果として、第１末端電極１１６にさらに第１補助単位体１３０を積層して電極組立体１００を形成すれば、第１末端電極１１６側の最外側に片面のみコーティングされた正極を位置させることができる。したがって、活物質層が浪費される問題を解決することができる。また、正極は（例えば）ニッケルイオンを放出する構成なので、最外側に正極を位置させることが電池の容量に有利である。

次に、第２補助単位体１４０に対して検討してみる。第２補助単位体１４０は、基本的に第１補助単位体１３０と同じ役割を担う。より具体的に説明する。基本単位体１１０は、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が上側から下側に、または下側から上側に順次積層されて形成される。したがって、このような基本単位体１１０が繰り返して積層されて電極組立体１００が形成されれば、電極組立体１００の最上側（図１０を参照）または最下側（図９を参照）に第２分離膜１１４（１１７、以下「第２末端分離膜」と記す）が位置することになる。第２補助単位体１４０は、このような第２末端分離膜１１７にさらに積層される。

より具体的に、第２補助単位体１４０aは、図１４に示す通り、第１電極１１１が正極で第２電極１１３が負極であれば、正極１１１に形成され得る。また、第２補助単位体１４０ｂは、図１５に示す通り、第１電極１１１が負極で第２電極１１３が正極であれば、第２末端分離膜１１７から順次、すなわち第２末端分離膜１１７から外側（図１５を基準に下側）に負極１１１、分離膜１１２及び正極１１３が順次積層されて形成され得る。第２補助単位体１４０も第１補助単位体１３０と同様に、集電体の両面のうち基本単位体１１０に対向する片面（図１５を基準に上側に対向する片面）にのみ活物質層がコーティングされた正極を備えることができる。結果として、第２末端分離膜１１７に第２補助単位体１４０をさらに積層して電極組立体１００を形成すれば、第２末端分離膜１１７側の最外側に片面のみコーティングされた正極を位置させることができる。

参考までに、図１２と図１３、そして図１４と図１５は、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が上側から下側に順次積層された場合を例示している。これとは逆に、第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が下側から上側に順次積層された場合も、前記で説明したところと同様に説明され得る。また、第１補助単位体１３０と第２補助単位体１４０は、必要に応じて最外側に分離膜をさらに含むこともできる。一例として、最外側に位置した正極がケースと電気的に絶縁される必要がある場合、第１補助単位体１３０と第２補助単位体１４０は正極の外側に分離膜をさらに含むことができる。同じ理由から、図１４に示す通り、第２補助単位体１４０が積層されている側の反対側（すなわち、図１４の電極組立体１００の最上側）に露出されている正極にも、分離膜がさらに含まれ得る。

一方、図１６から図１８に示す通り、電極組立体１００を形成することが好ましい。先ず、図１６に示す通り、電極組立体１００ｅを形成することができる。基本単位体１１０ｂは、下側から上側に第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が順次積層されて形成され得る。このとき、第１電極１１１は正極であってよく、第２電極１１３は負極であってよい。また、第１補助単位体１３０ｃは、第１末端電極１１６から順次、すなわち、図１６を基準に上側から下側に分離膜１１４、負極１１３、分離膜１１２及び正極１１１が積層されて形成され得る。このとき、第１補助単位体１３０ｃの正極１１１は、基本単位体１１０ｂに対向する片面にのみ活物質層が形成され得る。

また、第２補助単位体１４０ｃは、第２末端分離膜１１７から順次、すなわち、図１６を基準に下側から上側に正極１１１（第１正極）、分離膜１１２、負極１１３、分離膜１１４及び正極１１８（第２正極）が積層されて形成され得る。このとき、第２補助単位体１４０ｃの正極のうち最外側に位置した正極１１８（第２正極）は、基本単位体１１０ｂに対向する片面にのみ活物質層が形成され得る。参考までに、補助単位体が分離膜を含めば、単位体の整列に有利である。

次に、図１７に示す通り、電極組立体１００ｆを形成することができる。基本単位体１１０ｂは、下側から上側に第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が順次積層されて形成され得る。このとき、第１電極１１１は正極であってよく、第２電極１１３は負極であってよい。また、第１補助単位体１３０ｄは、第１末端電極１１６から順次分離膜１１４、負極１１３及び分離膜１１２が積層されて形成され得る。このとき、第２補助単位体は備えられなくとも構わない。参考までに、負極は、電位差によってパウチ外装材２００のアルミニウム層と反応を引き起こし得る。したがって、負極は、分離膜を介してパウチ外装材２００から絶縁されることが好ましい。

最後に、図１８に示す通り、電極組立体１００ｇを形成することができる。基本単位体１１０ｃは、上側から下側に第１電極１１１、第１分離膜１１２、第２電極１１３及び第２分離膜１１４が積層されて形成され得る。このとき、第１電極１１１は負極であってよく、第２電極１１３は正極であってよい。また、第２補助単位体１４０ｄは、第２末端分離膜１１７から負極１１１、分離膜１１２、正極１１３、分離膜１１４及び負極１１９が順次積層されて形成され得る。このとき、第１補助単位体は備えられなくとも構わない。

一方、本発明の好ましい実施例に係る電極組立体の製造方法のＳ４０段階は、基本単位体１１０を複数層ほど積層する場合を説明しているが、これは説明の便宜のためのものであるだけで、電極組立体１００が基本単位体１１０等だけからなるとのことを意味するものではない。つまり、一層または複数層の基本単位体１００の上面や下面、または上下面に補助単位体１３０、１４０を基本単位体１００とともに積層及び整列することもＳ４０段階に含まれるものであることを明らかにしておく。

前述したような本発明の詳細な説明では、具体的な実施例に関して説明した。しかし、本発明の範疇から外れない限度内ではいくつかの変形が可能である。本発明の技術的思想は、本発明の記述した実施例に限って定められてはならず、特許請求の範囲だけでなく、本特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。

本発明のマガジンを利用した電極組立体の製造方法によれば、電極組立体を簡素な工程と低いコストで製造可能である。

Claims (26)

1. 電極と分離膜が交互に積層された基本単位体を製造する段階（Ｓ１０）；
   前記基本単位体を収容し、位置合わせすることができる位置合わせ用マガジンに前記基本単位体を積載して位置合わせする段階（Ｓ２０）；
   前記Ｓ２０段階で位置合わせされた前記基本単位体の寸法を検査する段階（Ｓ３０）；及び
   前記Ｓ３０段階で正常な寸法を有するものと判定された基本単位体を積層用マガジンに移送し、複数個の基本単位体をそろえて積層することにより電極組立体を形成する段階（Ｓ４０）；
   を含む電極組立体の製造方法。
   
2. 前記Ｓ４０段階では、前記基本単位体に対する別途の寸法検査を行わないことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
3. 前記Ｓ３０段階以後、ロボットアームによって前記基本単位体が前記位置合わせ用マガジンから前記積層用マガジンに移送されることを特徴とする請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
   
4. 前記基本単位体の正確な位置合わせは前記Ｓ２０段階で行われ、前記ロボットアームは、前記Ｓ２０段階で正確に位置合わせされた基本単位体を前記積層用マガジンに所定の変位だけ移送する役割を担うことを特徴とする請求項３に記載の電極組立体の製造方法。
   
5. 前記Ｓ２０段階は、前記位置合わせ用マガジンに前記基本単位体を平たい状態に固定させるクランプによって行われることを特徴とする請求項３に記載の電極組立体の製造方法。
   
6. 前記ロボットアームは、前記基本単位体が前記クランプによって固定された状態であるとき、前記基本単位体を把持することを特徴とする請求項５に記載の電極組立体の製造方法。
7. 前記ロボットアームが前記基本単位体を把持したあと、前記クランプが前記基本単位体のクランピングを解除することを特徴とする請求項６に記載の電極組立体の製造方法。
8. 前記ロボットアームは、前記基本単位体を負圧吸着方式を利用して把持することを特徴とする請求項６に記載の電極組立体の製造方法。
9. 前記位置合わせ用マガジンで前記基本単位体は、一つずつ前記クランプによってクランピング及びクランピング解除され、前記ロボットアームによって前記積層用マガジンに移送されることを特徴とする請求項５に記載の電極組立体の製造方法。
10. 前記Ｓ３０段階は、前記基本単位体の幅、互いに隣接する辺がなす夾角に対する測定を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
11. 前記基本単位体は、第１電極／第１分離膜／第２電極／第２分離膜の順の積層構造を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
12. 前記基本単位体は、前記積層構造が複数回繰り返された構造を有することを特徴とする請求項１１に記載の電極組立体の製造方法。
13. 前記基本単位体は、前記電極と前記分離膜が互いに接着して形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電極組立体の製造方法。
14. 前記電極と前記分離膜の接着は、前記電極と前記分離膜に圧力を加えることによる接着、または前記電極と前記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１３に記載の電極組立体の製造方法。
15. 前記基本単位体は、前記電極と前記分離膜をラミネーティングすることによって形成されることを特徴とする請求項１３に記載の電極組立体の製造方法。
16. 前記分離膜は、接着力を有するコーティング物質が表面にコーティングされることを特徴とする請求項１３に記載の電極組立体の製造方法。
17. 前記コーティング物質は、無機物粒子とバインダー高分子の混合物であることを特徴とする請求項１６に記載の電極組立体の製造方法。
18. 前記第１分離膜は、前記第１電極と前記第２電極に対向する両面に前記コーティング物質がコーティングされ、前記第２分離膜は、前記第２電極に対向する片面にのみ前記コーティング物質がコーティングされることを特徴とする請求項１６に記載の電極組立体の製造方法。
19. 前記第１分離膜は、前記第１電極と前記第２電極に対向する両面に前記コーティング物質がコーティングされ、前記第２分離膜は、前記第２電極に対向する片面とその反対面に前記コーティング物質がコーティングされ、
    前記電極組立体に備えられた複数個の基本単位体は、前記第２分離膜のコーティング物質によって互いに接着されていることを特徴とする請求項１６に記載の電極組立体の製造方法。
20. 前記電極組立体は、最上側または最下側に位置する第１電極である第１末端電極に積層される第１補助単位体をさらに含み、
    前記第１補助単位体は、前記第１電極が正極で前記第２電極が負極であるとき、前記第１末端電極から順次分離膜、負極、分離膜及び正極が積層されて形成され、前記第１電極が負極で前記第２電極が正極であるとき、前記第１末端電極から順次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１１に記載の電極組立体の製造方法。
21. 前記第１補助単位体の正極は、
    集電体と、
    前記集電体の両面のうち前記基本単位体に対向する片面にのみコーティングされる正極活物質と
    を備えることを特徴とする請求項２０に記載の電極組立体の製造方法。
22. 前記電極組立体は、最上側または最下側に位置する第１電極である第１末端電極に積層される第１補助単位体をさらに含み、
    前記第１補助単位体は、前記第１電極が正極で前記第２電極が負極であるとき、前記第１末端電極から順次分離膜、負極及び分離膜が積層されて形成されることを特徴とする請求項１１に記載の電極組立体の製造方法。
23. 前記電極組立体は、最上側または最下側に位置する第２分離膜である第２末端分離膜に積層される第２補助単位体をさらに含み、
    前記第２補助単位体は、前記第１電極が正極で前記第２電極が負極であるとき正極に形成され、前記第１電極が負極で前記第２電極が正極であるとき、前記第２末端分離膜から順次負極、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１１に記載の電極組立体の製造方法。
24. 前記第２補助単位体の正極は、
    集電体と、
    前記集電体の両面のうち前記基本単位体に対向する片面にのみコーティングされる正極活物質と
    を備えることを特徴とする請求項２３に記載の電極組立体の製造方法。
25. 前記電極組立体は、最上側または最下側に位置する第２分離膜である第２末端分離膜に積層される第２補助単位体をさらに含み、
    前記第２補助単位体は、前記第１電極が正極で前記第２電極が負極であるとき、前記第２末端分離膜から順次第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、
    前記第２補助単位体の第２正極は集電体と正極活物質を備え、前記正極活物質は集電体の両面のうち前記基本単位体に対向する片面にのみコーティングされることを特徴とする請求項１１に記載の電極組立体の製造方法。
26. 前記電極組立体は、最上側または最下側に位置する第２分離膜である第２末端分離膜に積層される第２補助単位体をさらに含み、
    前記第２補助単位体は、前記第１電極が負極で前記第２電極が正極であるとき、前記第２末端分離膜から順次負極、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１１に記載の電極組立体の製造方法。

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