JP6727621B2 - ゲルポリマー電解質の製造のための硬化用ダイおよびこれを用いたゲルポリマー電池セルの製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年１１月１２日付の韓国特許出願第１０−２０１５−０１５８５５４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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、ゲルポリマー電解質の製造のための硬化用ダイおよびこれを用いたゲルポリマー電池セルの製造方法に関する。

最近、エネルギー貯蔵技術への関心がますます高まっている。携帯電話、ビデオカメラおよびノートパソコンＰＣ、ひいては電気自動車のエネルギーまで適用分野が拡大するにつれ、電池の研究と開発に対する努力がますます具体化されている。電気化学素子はかかる側面で最も注目されている分野であり、特に最近、電子機器の小型化および軽量化の傾向により、小型軽量化および高容量で充放電可能な電池として、二次電池の開発は関心の焦点となっている。

前記二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池（ＮｉＣｄ）、ニッケル水素蓄電池（ＮｉＭＨ）、リチウムイオン電池（Ｌｉ−ｉｏｎ）、リチウムイオンポリマー電池（Ｌｉ−ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）が挙げられる。

二次電池は、負極、正極および分離膜から構成された電極アセンブリを円筒形または角形などの金属缶やアルミニウムラミネートシートのパウチ形ケースの内部に装着し、前記電極アセンブリの内部に電解質を注入させて製造する。

前記二次電池用電解質としては、非水系有機溶媒に塩を溶解させた液体状態の電解質が主に使用されている。しかし、この液体状態の電解質は、有機溶媒が揮発する可能性が大きいだけでなく、周辺温度および電池自体の温度上昇によって燃焼する可能性があるため、安全性が低いという欠点がある。特に、リチウム二次電池は、充放電の進行時、カーボネート有機溶媒の分解および／または有機溶媒と電極との副反応によって電池の内部にガスが発生して電池の厚さを膨張させる問題点があり、高温貯蔵時には、このような反応が加速化されてガス発生量がさらに増加する。

このように持続的に発生したガスは電池の内圧増加を誘発させて角型電池が特定方向に膨らむなど電池の特定面の中心部が変形する現象を招くだけでなく、電池内の電極面での密着性において局所的な差異を発生させて、電極反応が全体電極面で同一に起こらない問題をもたらす。したがって、電池の性能と安全性の低下につながるのが必須となる。

したがって、このような液体電解質の安全性の問題を克服するためにポリマー電解質を使用している。一般に、電池の安全性は、液体電解質＜ゲルポリマー電解質＜固体高分子電解質の順に向上する。しかし、固体高分子電解質の場合、常温でイオン伝導度が非常に低いため、弱い電池性能によって、固体高分子電解質から構成された電池の商用化は非常に制限的である。

一方、前記ゲルポリマー電解質は、イオン伝導度が液体電解質のイオン伝導度にほぼ近接し、流動性または漏液の可能性がないため、安定性に優れているという利点がある。特に、化学的に架橋されたゲルポリマー電解質は、化学結合で網状構造を形成するため、加熱や時間に応じた構造変化がほとんどないという利点がある。

このように化学的に架橋されたゲルポリマー電解質を二次電池に導入するために、液体電解液に反応性単量体またはオリゴマーおよび開始剤を溶かしたゲルポリマー電解質形成用組成物を、電極アセンブリが内蔵されている電池ケースに注液する。注液後、セルを高温のオーブンに保管して、電解液に含まれている単量体またはオリゴマーを架橋結合させて硬化させる方法が提案されている。

しかし、このように電池ケースをオーブンに保管して硬化過程を経る場合、液体状態の電解液がケース内の余分な空間にランダムに位置して、ゲル化により不必要な電池の体積が増加し、外観の形状が不均一になるという欠点がある。それだけでなく、前記硬化過程は、電池ケースの未シール部を含むことによって、未シール部分で電解液が硬化すると、後でリシール（ｒｅｓｅａｌｉｎｇ）をする時、シール強度が弱くなる問題がある。

したがって、上記の問題を解決できるゲルポリマー電池セルの製造方法の開発が至急である。

本発明は、上記の従来技術の問題点と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。

本発明の目的は、ゲルポリマー電解質を形成するための架橋反応を進行させる時、ゲルポリマー電解質形成用組成物を電池ケースの内部に均一に分布させることによって、電池外観の形状を均一に維持することである。そのために、ゲルポリマー電解質の製造のための硬化用ダイおよびこれを用いてゲルポリマー電池を製造する方法を提供することである。

また、本発明の目的は、電池ケースの未シール部にゲルポリマー電解質形成用組成物が漏れないようにして、リシール（ｒｅｓｅａｌｉｎｇ）時にシール強度が弱くなる問題を解決できる、ゲルポリマー電解質の製造のための硬化用ダイおよびこれを用いてゲルポリマー電池セルを製造する方法を提供することである。

したがって、本発明によるゲルポリマー電解質の製造のための硬化（ｃｕｒｉｎｇ）用ダイは、
電池ケースの内部に電極アセンブリおよびゲルポリマー電解質形成用組成物を含む加工用電池セルの装着される湾入部が形成されている第１ダイと、
前記湾入部に装着された加工用電池セルを密閉するために第１ダイに結合される第２ダイと、を含むことを特徴とする。

この時、前記第１ダイの湾入部の形状および大きさなどは、装着される加工用電池セルの形状および大きさに対応する。このような前記第１ダイの湾入部に加工用電池セルが装着され、第２ダイが前記加工用電池セルを密閉する形態で第１ダイに結合されると、前記硬化用ダイの内部で加工用電池セルに含まれている液体状態のゲルポリマー電解質形成用組成物は、湾入部の形状と同一に分布してその形態を維持することができる。したがって、後のゲルポリマー電解質形成用組成物の架橋反応による硬化後に、前記ゲルポリマー電池セルは、密閉された湾入部の形状どおりの、デコボコしない滑らかな外観を有することができる。

さらに、前記加工用電池セルは、ゲルポリマー電解質形成用組成物の注入のための未シール部を含んでいてもよく、この時、前記未シール部に電解液が流れ出る問題があるが、このような加工用電池セルを前記硬化性ダイに装着して硬化させる場合には、前記加工用電池セルの未シール部分が湾入部の外側で第１ダイと第２ダイとの結合によって密封状態を維持して、前記組成物が主に分布する電極アセンブリが内蔵される電池ケースの収納部から未シール部に流れ出るのを防止できることから、後のリシール時にシール強度が弱くなる問題も解決することができる。

上記の目的を達成するための前記硬化用ダイは、その内部に装着される加工用電池セル内のゲルポリマー電解質形成用組成物の架橋反応のために、組成物に開始剤が反応を開始できる程度の温度まで到達可能に熱を伝達しなければならないことから、前記第１ダイおよび第２ダイのうちの少なくとも１つは、その一部または全部が熱伝導性素材からなってもよい。

具体的には、第１ダイが、または第２ダイが熱伝導性素材からなってもよく、前記第１ダイの一部および／または第２ダイの一部が熱伝導性素材からなってもよいし、第１ダイおよび第２ダイのすべてが熱伝導性素材からなってもよいなど、加工用電池セルに熱を伝達可能な形態であれば限定されない。

ただし、加工用電池セルの電極端子が接する部分におけるショートなどの問題が発生しないように、前記第１ダイの電極端子が置かれる部分の周辺部と、第１ダイと結合した時、電極端子に当接する第２ダイの部分の周辺部は、熱伝導性素材でないプラスチックなどの耐熱性物質からなってもよい。

したがって、熱伝達の効率性と、ショート発生可能性の減少をすべて考慮すると、前記第１ダイおよび／または第２ダイの一部が熱伝導性素材からなることが好ましく、詳細には、第１ダイおよび第２ダイにおいて、加工用電池セルの電極端子と当接する部分の周辺部は、プラスチックなどの耐熱性物質、残りは熱伝導性素材であることが好ましい。

また、前記加工用電池セルの電極端子と当接する部分の周辺を除いた部分では、ダイの全体的に一部がランダムに、または一定のパターンを呈して熱伝導性素材からなってもよいが、加工用電池セル内のゲルポリマー電解質形成用組成物に効果的に熱が伝達されることが好ましいので、前記加工用電池セルが内蔵される第１ダイの湾入部のその一部または全部を含めて熱伝導性素材からなることが好ましく、または前記第２ダイ中における、第１ダイの湾入部に対面する部分の一部または全部を含めて熱伝導性素材からなることが好ましく、ひいては、前記第１ダイの湾入部とそれに対応する第２ダイの一部または全部が熱伝導性素材からなってもよい。

この時、前記熱伝導性素材は、熱を伝達可能な物質であれば限定されず、可能であるが、詳細には、熱伝導度が高い金属であってもよく、より詳細には、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、およびこれらの合金などからなる群より選択されるいずれか１つであってもよいが、これに限定されるものではない。

一方、前記硬化用ダイは、加工用電池セルの形態維持のために使用されるに過ぎず、このような硬化用ダイを再びオーブンに保管して、電解質の架橋反応による硬化を進行させもよいが、本発明によれば、前記硬化用ダイがそれ自体として加熱機能を有し、別途にオーブンを用いることなく硬化を進行させることによって、より簡単な方法で前記ゲルポリマー電解質形成用組成物をゲル化させてもよい。

この時、前記硬化用ダイが自体的な加熱を可能とするように、前記第１ダイおよび第２ダイのうちの少なくとも１つは、温度調節装置に連結されている熱線を含むことができる。

この時、前記熱線が形成される位置は、上記で説明した硬化性ダイ中の熱伝導性素材からなる部分と関連する。具体的には、熱伝達の効率性のために、前記ダイ中の熱伝導性素材からなる部分に対応する位置を含んで形成される。

例えば、前記硬化性ダイにおいて、前記第１ダイの一部または全部が熱伝導性素材からなる場合、前記熱線は、第１ダイの内部に含まれ、第２ダイの一部または全部が熱伝導性素材からなる場合、前記熱線は、第２ダイの内部に含まれる。もちろん、第１ダイおよび第２ダイとも熱伝導性素材からなる部分を含む場合には、これらのうちの１つにのみ熱線を含んでもよいが、詳細には、２つのダイとも熱線を含むことができる。

また、前記熱線の位置は限定されず、多様に可能であるが、例えば、ダイ全体に均等に熱を伝達可能に一定に分布すればよく、同一の電力でより効率的にゲルポリマー電解質形成用組成物の架橋反応を行うために、加工用電池セルが装着される、第１ダイの湾入部近傍、または湾入部に対面する第２ダイの部分に多く分布していてもよい。

類似して、前記第１ダイの湾入部、第２ダイ中の、第１ダイの湾入部に対面する部分の一部または全部が熱伝導性素材からなる場合に、前記熱線は、これに対応する部分にのみ分布していてもよい。

本発明の硬化用ダイはまた、架橋反応によるゲルポリマー電解質を製造した後、これを含むゲルポリマー電池セルの活性化工程も共に行って工程を簡素化できるように、加工用電池セルの電極端子に接触するダイ端子を含むことができる。

具体的には、前記第１ダイおよび第２ダイは、加工用電池セルの電極端子に接触する位置に、導電性素材からなるダイ端子をそれぞれ含み、前記ダイ端子は、外部の充放電装置に連結される。

このような構成を有する硬化用ダイは、上記で説明したように、ゲルポリマー電解質の形成後、活性化工程のための充放電が連続的に進行可能で、後の工程を簡素化させる効果がある。

前記ダイ端子は、充放電を行うためのものであることから、前記第１ダイに形成されているダイ端子と前記第２ダイに形成されているダイ端子は、第１ダイと第２ダイとが結合された時、同一の極性同士で接触するように対応する位置に形成され、後で加工用電池セルが装着される場合にも、加工用電池セルの電極端子の極性とダイ端子の極性とが対応するように装着されることはもちろんである。したがって、前記ダイ端子は、加工用電池セルの正極端子と接触する（＋）ダイ端子と、加工用電池セルの負極端子と接触する（−）ダイ端子とを含むことができる。

同じ理由から、前記（＋）ダイ端子と（−）ダイ端子の形成位置は、装着される加工用電池セルの電極端子の位置関係による。例えば、前記電池セルの電極端子が同じ方向に突出した形態の単方向電池セルを製造する場合、第１ダイにおいて、（＋）ダイ端子と（−）ダイ端子は、湾入部の一側端部外面に独立して形成されていてもよく、前記電池セルの電極端子が電池セルの一側端部と他側端部とで異なる方向に突出した形態の双方向電池セルを製造する場合、第１ダイにおいて、（＋）ダイ端子と（−）ダイ端子は、湾入部の一側端部外面と前記一側端部外面に対向する他側端部外面にそれぞれ形成されていてもよい。前記第２ダイにおけるダイ端子は、上記で説明したように、前記第１ダイのダイ端子と同じ極性同士で接触するように対応する位置に形成される。

前記導電性素材は、電子の移動を可能にする導電性物質を有するものであれば限定されないが、詳細には、金属であってもよく、より詳細には、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはこれらの合金であってもよい。この時、前記導電性素材は、（＋）ダイ端子であるか、（−）ダイ端子であるかによって具体的な物質が決定可能であるが、この時、その物質は、電気的に接触する加工用電池セルの電極端子と同じ物質または接触抵抗が大きくない物質が好ましいので、詳細には、加工用電池セルの正極端子に連結される（＋）ダイ端子は、アルミニウムまたはニッケルからなってもよく、加工用電池セルの負極端子に連結される（−）ダイ端子は、銅またはニッケルからなってもよい。

このようなダイ端子を含む場合には、上記で説明したショート発生などの問題を防止するために、ダイ端子の周辺部がプラスチックのような耐熱性物質からなってもよい。

本発明で使用される用語の周辺部は、その対象となる構成から一定部分離れた部位までを意味し、詳細には、電極端子が当接する部分、ダイ端子が位置する部分を考慮して、加工用電池セルの電極端子が突出する方向に、湾入部の両側端部を基準とする外面の全部または一部を意味する。

一方、前記硬化用ダイの第２ダイも、前記第１ダイと同様に、第１ダイの湾入部に対応する位置に追加的な湾入部が形成されている構造からなってもよく、第２ダイは、湾入部なく平らな構造からなってもよい。この時、前記ダイに形成される湾入部の総深さは、第１ダイと第２ダイとを合わせた湾入部が加工用電池セルの深さに対応するように設定される。この時、前記湾入部の深さは、加工用電池セルの厚さに応じて異なり得ることから、前記湾入部の深さが状況に合わせて調節できるように、湾入部の底面は、機械的な移動が可能な構造であってもよい。

また、前記第１ダイと第２ダイは、独立した部材であってもよいが、詳細には、一つの部材として、ヒンジによって一側端部が相互連結されている構造であってもよい。

本発明はまた、このような硬化用ダイを用いてゲルポリマー電池セルを製造する方法を提供する。

具体的には、前記硬化用ダイを用いてゲルポリマー電池セルを製造する方法は、
（ｉ）電池ケースの内部に電極アセンブリおよびゲルポリマー電解質形成用組成物を含む加工用電池セルを用意する過程と、
（ｉｉ）前記加工用電池セルを硬化用ダイの湾入部に装着した後、密閉させる過程と、
（ｉｉｉ）前記硬化用ダイを調節して、電池ケース内のゲルポリマー電解質形成用組成物を架橋反応によってゲル化させる過程と、を含むことができる。

ここで、前記過程（ｉｉｉ）の硬化用ダイを調節して、電池ケース内のゲルポリマー電解質形成用組成物を架橋反応によってゲル化させる過程は、前記加工用電池セルが装着された硬化用ダイをオーブンに入れてオーブン内の温度を調節するか、前記硬化用ダイの熱線に電流を印加してダイを加熱させて、ゲルポリマー電解質形成用組成物をゲル化させるものであってもよい。

上記で説明したように、硬化用ダイが熱線を含まない場合には、オーブンに入れて温度を調節してゲルポリマー電解質形成用組成物をゲル化させてもよく、工程の簡素化などの側面では、熱線を含む硬化用ダイを用いてそれ自体としてゲル化させてもよい。

この時、前記ゲルポリマー電解質形成用組成物が架橋反応をするための温度は、摂氏３０度〜１００度であってもよい。

前記架橋反応は、ゲルポリマー電解質形成用組成物に含まれている開始剤がラジカルを形成して架橋を開始して反応性単量体またはオリゴマーがポリマーを形成することを意味する。この時、前記開始剤がラジカルを形成して架橋を開始する温度まで昇温しなければならないが、この時、前記開始剤の種類に応じてその温度が異なり得るが、ほとんど前記範囲内で架橋を開始するので、前記架橋反応のための温度は、前記範囲内であることが、エネルギー効率などの側面で好ましい。

前記ゲルポリマー電解質形成用組成物は、前記言及した開始剤および反応性単量体またはオリゴマーと共に、リチウム塩、および電解液溶媒を含むことができる。

前記開始剤は、ベンゾイルパーオキサイド（Ｂｅｎｚｏｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、アセチルパーオキサイド（Ａｃｅｔｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、ジラウリルパーオキサイド（ｄｉｌａｕｒｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルパーオキサイド（ｄｉ−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチル−ヘキサノエート（ｔ−ｂｕｔｙｌ ｐｅｒｏｘｙ−２−ｅｔｈｙｌ−ｈｅｘａｎｏａｔｅ）、クミルヒドロパーオキサイド（ｃｕｍｙｌ ｈｙｄｒｏｐｅｒｏｘｉｄｅ）、過酸化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）などの有機過酸化物類やヒドロ過酸化物類と、２，２’−アゾビス（２−シアノブタン）（２，２’−ａｚｏｂｉｓ（２−ｃｙａｎｏｂｕｔａｎｅ））、２，２’−アゾビス（メチルブチロニトリル）（２，２’−ａｚｏｂｉｓ（ｍｅｔｈｙｌｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ））、ＡＩＢＮ（２，２’−ａｚｏｂｉｓ（ｉｓｏ−ｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ））、ＡＭＶＮ（２，２’−ａｚｏｂｉｓｄｉｍｅｔｈｙｌｖａｌｅｒｏｎｉｔｒｉｌｅ）などのアゾ化合物類などがある。

前記重合開始剤は、ゲルポリマー電解質形成用組成物１００重量部に対して０．０１〜２重量部含まれる。重合開始剤が０．０１重量部未満であれば、ゲル化がうまく行われない問題があり、２重量部超過であれば、ゲル化が過度に速く起こったり未反応開始剤が残って電池性能に悪影響を及ぼすことがある。

前記反応性単量体またはオリゴマーは、テトラエチレングリコールジアクリレート（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリエチレングリコールジアクリレート（Ｐｏｌｙ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ、分子量５０〜２０，０００）、ポリエチレングリコールジメタクリレート（Ｐｏｌｙ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉｍｅｔｈａｃｙｌａｔｅ）、１，４−ブタンジオールジアクリレート（１，４−ｂｕｔａｎｅｄｉｏｌ ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ）、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（１，６−ｈｅｘａｎｄｉｏｌ ｄｉａｃｒｙｌａｔｅ）、トリメチロールプロパントリアクリレート（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｌｐｒｏｐａｎｅ ｔｒｉａｃｒｙｌａｔｅ）、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｌｐｒｏｐａｎｅ ｅｔｈｏｘｙｌａｔｅ ｔｒｉａｃｒｙｌａｔｅ）、トリメチロールプロパンプロポキシレートトリアクリレート（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｌｐｒｏｐａｎｅ ｐｒｏｐｏｘｙｌａｔｅ ｔｒｉａｃｒｙｌａｔｅ）、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート（ｄｉｔｒｉｍｅｔｈｙｌｏｌｐｒｏｐａｎｅ ｔｅｔｒａａｃｒｙｌａｔｅ）、ペンタエリスリトールテトラアクリレート（ｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ ｔｅｔｒａａｃｒｙｌａｔｅ）、ペンタエリスリトールエトキシレートテトラアクリレート（ｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ ｅｔｈｏｘｙｌａｔｅ ｔｅｔｒａａｃｒｙｌａｔｅ）、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ｄｉｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ ｐｅｎｔａａｃｒｙｌａｔｅ）、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ｄｉｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ ｈｅｘａａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、１，５−ヘキサジエンジエポキシド（１，５−ｈｅｘａｄｉｅｎｅ ｄｉｅｐｏｘｉｄｅ）、グリセロールプロポキシレートトリグリシジルエーテル（ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｐｒｏｐｏｘｙｌａｔｅ ｔｒｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ビニルシクロヘキセンジオキシド（ｖｉｎｙｌｃｙｃｌｏｈｅｘｅｎｅ ｄｉｏｘｉｄｅ）、１，２，７，８−ジエポキシオクタン（１，２，７，８−ｄｉｅｐｏｘｙｏｃｔａｎｅ）、４−ビニルシクロヘキセンジオキシド（４−ｖｉｎｙｌｃｙｃｌｏｈｅｘｅｎｅ ｄｉｏｘｉｄｅ）、ブチルグリシジルエーテル（ｂｕｔｙｌ ｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジグリシジル１，２−シクロヘキサンジカルボキシレート（ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ １，２−ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｅｄｉｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ）、エチレングリコールジグリシジルエーテル（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、グリセロールトリグリシジルエーテル（ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｔｒｉｇｌｙｃｉｄｙｌ ｅｔｈｅｒ）、グリシジルメタクリレート（ｇｌｙｃｉｄｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などがあるが、これらに限定せず、これらの単量体は、単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。

前記反応性単量体またはオリゴマーは、ゲルポリマー電解質形成用組成物１００重量部に対して０．５〜１０重量部含まれる。０．５重量部未満であれば、ゲルポリマー電解質が形成されにくく、１０重量部超過であれば、密なゲルポリマー電解質が形成されるだけでなく、電解質内の電解液溶媒の含有量が少なくて電池のイオン伝導度が減少し、抵抗が増加して電池の性能低下をもたらすことがある。

前記リチウム塩は、前記電解液溶媒に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、Ｌｉ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３Ｃ、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどが使用できる。

前記リチウム塩の含有量は、ゲルポリマー電解質形成用組成物１００重量部に対して３〜４０重量部であってもよいが、これに限定されるものではない。前記含有量が３重量部未満であれば、リチウムイオンの濃度が低すぎて電解質として機能しにくく、４０重量部を超えると、リチウム塩の溶解度の問題および電解質のイオン伝導度減少の問題が発生することがある。

前記電解液溶媒は、環状カーボネート、線状カーボネート、ラクトン、エーテル、エステル、スルホキシド、アセトニトリル、ラクタム、ケトン、およびこれらのハロゲン誘導体などがそれぞれ単独でまたは２種以上混合されて使用できる。

前記環状カーボネートは、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）などがあり、前記線状カーボネートの例としては、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、およびメチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）などがある。前記ラクトンは、例えば、ガンマブチロラクトン（ＧＢＬ）があり、前記エーテルの例としては、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタンなどがある。前記エステルは、例えば、メチルホルメート、エチルホルメート、プロピルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、プロピルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、ブチルプロピオネート、メチルピバレートなどがある。また、前記スルホキシドとしては、ジメチルスルホキシドなどがあり、前記ラクタムとしては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などがあり、前記ケトンとしては、ポリメチルビニルケトンがある。さらに、これらのハロゲン誘導体も使用可能であり、以上の例示された電解液溶媒にのみ限定するものではない。また、これらの電解液溶媒は、それぞれ単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。

前記電解液溶媒の含有量は、ゲルポリマー電解質用組成物１００重量部に対して０．１〜９８重量部であってもよいが、これに限定されるものではない。前記含有量が０．１重量部未満であれば、電解質のイオン伝導度が低下し、９８重量部を超えると、電解質の機械的物性が減少して薄膜形態への製造が困難になり得る。

一方、さらに、前記ゲルポリマー電池セルの製造方法は、（ｉｖ）前記硬化用ダイのダイ端子を充放電装置に連結して、加工用電池セルの活性化工程を行う過程と、をさらに含んでもよい。

上記で説明したように、本発明による硬化用ダイは、加工用電池セルの電極端子に接触する位置に、導電性素材からなるダイ端子をそれぞれ含むことができることから、これを充放電装置に連結して充放電を行うことによって、電池セルの活性化工程の実行が可能である。このように、１つのダイで、ゲルポリマー電解質の製造だけでなく、活性化工程まで連続的に行えることから、ゲルポリマー電池セルの製造工程をより簡素化させることができる。

本発明において、前記硬化用ダイが熱線を含む時、電流を印加して温度を調節する温度調節装置と、硬化用ダイがダイ端子を含む時、電流を流す充放電装置は、すでに公知の構造がすべて可能であるので、別途に説明しない。

一方、上記で説明したように、前記加工用電池セルは、一側部位に未シール部を含んでいてもよい。

このような前記加工用電池セルの未シール部は、電極端子が形成されていない電池セル本体の側面から延びていて、前記ゲルポリマー電解質形成用組成物の架橋反応のために前記硬化用ダイに装着される時、湾入部の外側に置かれることによって、第１ダイと第２ダイとによって密封状態を維持できることから、前記組成物が主に分布する電極アセンブリが内蔵される電池ケースの収納部から未シール部に流れ出るのを防止可能で、後のリシール時にシール強度が弱くなる問題がない。

前記電池セルの構成として、電池ケースの内部に含まれる前記電極アセンブリは、充放電可能に正極と負極とから構成されており、例えば、正極と負極とが分離膜を挟んで積層された構造であって、フォールディング型（ゼリーロール）方式、スタック型方式、またはスタック／フォールディング型方式からなってもよい。

前記正極は、正極集電体上に正極活物質、導電剤、およびバインダーの混合物を塗布した後、乾燥およびプレスして製造され、必要に応じては、前記混合物に充填剤をさらに添加したりする。

前記正極集電体は、一般に、３〜５００μｍの厚さに作る。このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく高い導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で表面処理したものなどが使用できる。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態が可能である。

前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）などの層状化合物や、１またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２−ｘＯ_４（ここで、ｘは０〜０．３３である）、ＬｉＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_３、ＬｉＭｎＯ_２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ_２ＣｕＯ_２）；ＬｉＶ_３Ｏ_８、ＬｉＦｅ_３Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ_１−ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、またはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である）で表現されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２−ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、またはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である）、またはＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはＺｎである）で表現されるリチウムマンガン複合酸化物；ＬｉＮｉ_ｘＭｎ_２−ｘＯ_４で表現されるスピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ_２Ｏ_４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ_２（ＭｏＯ_４）_３などが挙げられるが、これらにのみ限定されるものではない。

前記導電剤は、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１〜３０重量％添加される。このような導電剤は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスキー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用できる。

前記バインダーは、活物質と導電剤などの結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１〜３０重量％添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。

前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分で選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発することなく繊維状材料であれば特に制限されるわけではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。

前記負極は、負極集電体上に前記負極活物質を塗布、乾燥およびプレスして製造され、必要に応じて、前記のような導電剤、バインダー、充填剤などが選択的にさらに含まれる。

前記負極集電体は、一般に、３〜５００μｍの厚さに作られる。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で表面処理したもの、アルミニウム−カドミウム合金などが使用できる。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で使用できる。

前記負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；Ｌｉ_ｘＦｅ_２Ｏ_３（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＷＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｓｎ_ｘＭｅ_１−ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４、およびＢｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料などを使用することができる。

前記バインダーと導電剤、および必要に応じて添加される充填剤は、正極における説明と同一である。

前記分離膜は、正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。分離膜の気孔径は、一般に０．０１〜１０μｍであり、厚さは、一般に５〜３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐薬品性および疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。

本発明は、前記方法で製造されたことを特徴とするゲルポリマー電池セルを提供し、これを単位電池として１つ以上含む電池パック、さらに、前記電池パックを含むデバイスを提供する。

前記デバイスは、限定されないが、具体例としては、モバイル電子機器、電気的モータによって動力を受けて動くパワーツール（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグ−インハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）などを含む電気車；電気自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）、電気スクータ（Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒ）を含む電気二輪車；電気ゴルフカート（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）；電力貯蔵用システムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

このようなデバイスの構造および作製方法は当業界に公知であるので、本明細書ではそれに関する詳細な説明を省略する。

本発明の一つの実施例による硬化用ダイの模式図； 本発明のもう一つの実施例による硬化用ダイの模式図； 本発明のもう一つの実施例による硬化用ダイの模式図； 本発明のもう一つの実施例による硬化用ダイの模式図； 本発明のもう一つの実施例による硬化用ダイの模式図； 本発明のもう一つの実施例による硬化用ダイの模式図； 本発明のもう一つの実施例による硬化用ダイの模式図； 本発明の一つの実施例による硬化用ダイを用いて架橋反応を進行させる製造工程の一過程を示す模式図； 図８における加工用電池セルが硬化用ダイに装着された状態での第１ダイと第２ダイとの結合状態を示す模式図； 本発明のもう一つの実施例による硬化用ダイを用いて架橋反応および活性化工程を進行させる製造工程の一過程を示す模式図； 図１０における加工用電池セルが硬化用ダイに装着された状態を示す模式図； 図１１における第１ダイと第２ダイとの結合状態を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明をより詳細に説明するが、本発明の範疇がそれに限定されるものではない。

前記図１〜図７には、本発明の実施例による硬化用ダイ１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００が模式的に示されている。

まず、図１〜図７を共に参照すれば、本発明による硬化用ダイ１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は、電池ケースの内部に電極アセンブリおよびゲルポリマー電解質形成用組成物を含む加工用電池セルの装着される湾入部１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１が形成されている第１ダイ１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０と、前記湾入部１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１に装着された加工用電池セルを密閉するために第１ダイ１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０に結合される第２ダイ１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０とを含む構造からなり、前記第１ダイ１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０と第２ダイ１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０は、ヒンジ１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０によって一側端部が相互連結されている。また、本発明による硬化用ダイ１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００は、その内部に装着される加工用電池セル内のゲルポリマー電解質形成用組成物の架橋反応のために、組成物に開始剤が反応を開始できる程度の温度まで到達可能に熱を伝達できるように熱伝導性素材からなる部分を含む。この時、図面にて、熱伝導性素材の部分は有色で表示し、そうでない部分は白色（または半透明白色）で表示した。

以下、それぞれの図面について差異を説明する。

図１を参照すれば、硬化用ダイ１００は、加工用電池セルの装着される湾入部１１１が形成されている第１ダイ１１０と、第１ダイ１１０とヒンジ１３０によって連結された湾入部のない平らな構造の第２ダイ１２０とを含み、これらにおいて、加工用電池セルの電極端子と当接する部分の周辺部、つまり、加工用電池セルの電極端子が突出する方向に、湾入部の両側端部を基準とする外面全部１１５、１２５はプラスチックなどの耐熱性物質、その他の部分は全体的に熱伝導性素材からなる。

図２を参照すれば、図１と同様に、硬化用ダイ２００は、電池セルの装着される湾入部２１１が形成されている第１ダイ２１０と、第１ダイ２１０とヒンジ２３０によって連結された湾入部のない平らな構造の第２ダイ２２０とを含んでいる。ただし、これらにおいて、加工用電池セルの電極端子と当接する部分の周辺部、つまり、加工用電池セルの電極端子が突出する方向に、湾入部の両側端部を基準とする外面一部２１５、２２５がプラスチックなどの耐熱性物質、その他の部分は全体的に熱伝導性素材からなる。

一方、図２の硬化用ダイ２００は、さらに、それ自体として加熱が可能となるように、前記第１ダイ２１０および第２ダイ２２０は、それぞれ熱線２１２、２２２をその内部に含んでいる。この時、熱線２１２、２２２は、第１ダイ２１０の熱線２１２のように加工用電池セルの装着される部分である湾入部２１１近傍でより細かく形成されるなど効率性の側面で適切に分布すればよく、第２ダイ２２０の熱線２２２のように一定に分布してもよい。

図３を参照すれば、図１〜図２と同様に、硬化用ダイ３００は、電池セルの装着される湾入部３１１が形成されている第１ダイ３１０と、第１ダイ３１０とヒンジ３３０によって連結された湾入部のない平らな構造の第２ダイ３２０とを含む構造からなるが、第１ダイ３１０の湾入部３１１の全部と、これに対面する第２ダイ３２０の一部３２１のみとが対応する面積で熱伝導性素材からなり、硬化用ダイ３００の自体的な加熱が可能となるように、第１ダイ３１０および第２ダイ３２０は、熱伝導性素材からなる湾入部３１１と、それに対面する部位３２１で熱線３１２、３２２をそれぞれ含む。

これは、実質的に第１ダイ３１０および第２ダイ３２０が熱線３１２、３２２を含む場合、加工用電池セルの装着される部位のみ熱伝達が効率的に行われるとよいので、製造費用的側面などを考慮すると、図３のように、湾入部３１１およびそれに対面する部位３２１のみを熱伝導性素材とし、それに対応する部分にのみ熱線３１２、３２２を分布させることができる。もちろん、熱線の分布は、全体的に形成されてもよく、その位置も多様であり得、図面に限定されない。

図４を参照すれば、図１〜図３と同様に、硬化用ダイ４００は、電池セルの装着される湾入部４１１が形成されている第１ダイ４１０と、第１ダイ４１０とヒンジ４３０によって連結された湾入部のない平らな構造の第２ダイ４２０とを含む構造からなるが、第１ダイ４１０の湾入部４１１におけるその一部４１１（ａ）と、湾入部４１１に対面する第２ダイ４２０の一部４２１のみとが対応する面積で熱伝導性素材からなる（つまり、第１ダイ４１０の湾入部４１１は、熱伝導性素材からなる部分４１１（ａ）と、熱伝導性素材からなっていない部分４１１（ｂ）とを含む構造からなる）。この時、図４では、前記熱伝導性素材からなる部分４１１（ａ）と、熱伝導性素材からなっていない部分４１１（ｂ）とを、ストリップ形状に交互配列された構造を示したが、これに限定されるものではなく、その部位の形状は、円形、対角線、格子などと多様であり得る。

また、図３と同様に、硬化用ダイ４００は、湾入部４１１およびそれに対面する部位４２１にのみ熱伝導性素材を含んでいることから、硬化用ダイ４００の第１ダイ４１０および第２ダイ４２０も、熱伝導性素材からなる湾入部４１１およびそれに対面する部位４２１で熱線４１２、４２２をそれぞれ含んでいる。

図５および図６を共に参照すれば、図２と同様に、硬化用ダイ５００、６００はそれぞれ、電池セルの装着される湾入部５１１、６１１が形成されている第１ダイ５１０、６１０と、第１ダイ５１０、６１０とヒンジ５３０、６３０によって連結された湾入部のない平らな構造の第２ダイ５２０、６２０とを含み、これらにおいて、加工用電池セルの電極端子と当接する部分の周辺部、つまり、加工用電池セルの電極端子が突出する方向に、湾入部の両側端部を基準とする外面一部５１５、５２５、６１５、６２５はプラスチックなどの耐熱性物質、その他の部分は全体的に熱伝導性素材からなり、それ自体として加熱が可能となるように、第１ダイ５１０、６１０および第２ダイ５２０、６２０の内部にそれぞれ熱線５１２、５２２、６１２、６２２を含んでいる。

一方、これらの硬化用ダイ５００、６００は、さらに、ゲルポリマー電解質の製造のための架橋反応後に連続的に活性化工程を行って工程を簡素化できるように、加工用電池セルの電極端子に接触する導電性素材のダイ端子５１３、５１４、５２３、５２４、６１３、６１４、６２３、６２４を含んでいる。

この時、ダイ端子５１３、５１４、５２３、５２４、６１３、６１４、６２３、６２４は、前記第１ダイ５１０、６１０および第２ダイ５２０、６２０は、装着される加工用電池セルの電極端子に接触する位置に形成される。

したがって、前記ダイ端子５１３、５１４、５２３、５２４、６１３、６１４、６２３、６２４は、加工用電池セルの電極端子と接触して充放電を行えるように、加工用電池セルの正極端子と接触する（＋）ダイ端子５１３、５２３、６１３、６２３と、加工用電池セルの負極端子と接触する（−）ダイ端子５１４、５２４、６１４、６２４とをそれぞれ含む。

この理由から、ダイ端子の位置において、図５および図６のような硬化用ダイ５００、６００の構造が可能である。具体的には、前記（＋）ダイ端子５１３、５２３、６１３、６２３と、（−）ダイ端子５１４、５２４、６１４、６２４の形成位置は、装着される加工用電池セルの電極端子の位置関係による。

まず、図５を参照すれば、電池セルの電極端子が、電池セルの一側端部と他側端部とで異なる方向に突出した形態の双方向電池セルに適用するために、硬化用ダイ５００は、第１ダイ５１０において、（＋）ダイ端子５１３と（−）ダイ端子５１４が湾入部５１１の一側端部外面と前記一側端部外面に対向する他側端部外面にそれぞれ形成されており、第２ダイ５２０において、第１ダイ５１０と結合された時、同一の極性同士で接触するように対応する位置に（＋）ダイ端子５２３と（−）ダイ端子５２４がそれぞれ形成されている構造からなる。

反面、図６を参照すれば、電池セルの電極端子が、同じ方向から突出した形態の単方向電池セルに適用するために、硬化用ダイ６００は、第１ダイ６１０において、（＋）ダイ端子６１３と（−）ダイ端子６１４がすべて湾入部の一側端部外面に独立して形成されており、第２ダイ６２０において、第１ダイ６１０と結合された時、同一の極性同士で接触するように対応する位置に（＋）ダイ端子６２３と（−）ダイ端子６２４がそれぞれ形成されている構造からなる。

最後に、図７を参照すれば、図６と同様に、硬化用ダイ７００は、電池セルの装着される湾入部７１１が形成されている第１ダイ７１０と、第１ダイ７１０とヒンジ７３０によって連結された第２ダイ７２０とを含み、これらにおいて、加工用電池セルの電極端子と当接する部分の周辺部、つまり、加工用電池セルの電極端子が突出する方向に、湾入部の両側端部を基準とする外面一部７１５、７２５はプラスチックなどの耐熱性物質、その他の部分は全体的に熱伝導性素材からなり、それ自体として加熱が可能となるように、第１ダイ７１０および第２ダイ７１１の内部にそれぞれ熱線７１２、７２２を含んでいる。また、ゲルポリマー電解質の架橋反応後に活性化工程が可能となるように、第１ダイ７１０には、（＋）ダイ端子７１３と（−）ダイ端子７１４がすべて湾入部の一側端部外面に独立して形成されており、第２ダイ７２０にも、第１ダイ７１０と結合された時、同一の極性同士で接触するように対応する位置に（＋）ダイ端子７２３と（−）ダイ端子７２４がそれぞれ形成されている構造からなる。

ただし、図６とは異なり、硬化用ダイ７００の第２ダイ７２０は、第１ダイと同様に、第１ダイの湾入部に対応する位置に追加的な湾入部が形成されている構造からなる。

前記図１〜図７には、本発明の実施例による硬化用ダイの例示を模式的に示したが、このような構造に限定されるものではなく、類似の範囲で多様な変形例が可能である。

図８〜図１２には、本発明の実施例による硬化用ダイ１００、５００を用いてゲルポリマー電池セルを製造する方法が模式的に示されている。

まず、図８および図９には、本発明の硬化用ダイ１００を用いた方法が模式的に示されている。

図８および図９を共に参照すれば、電池ケースの内部に電極アセンブリおよびゲルポリマー電解質形成用組成物を含み、電極端子１４１、１４２が電池セルの一側端部と他側端部とで異なる方向に突出した加工用電池セル１４０を用意し、第１ダイ１１０の湾入部１１１に加工用電池セル１４０を装着した後、ヒンジ１３０によって第１ダイ１１０に連結された第２ダイ１２０をひっくり返して閉じて、第１ダイ１１０に結合させると、図９のように加工用電池セル１４０が密閉される。このような硬化用ダイ１００は、内部に熱線を含んでおらず自体的な加熱が不可であるので、このように加工用電池セル１４０が密閉された硬化用ダイ１００をオーブンに入れてオーブン内の温度を調節して、ゲルポリマー電解質形成用組成物を架橋反応によってゲル化させることによって、電池セルを製造することができる。

反面、図１０〜図１２には、硬化用ダイの自体的な加熱を可能にする熱線、およびゲルポリマー電解質製造後の活性化工程まで連続的に可能にするダイ端子を含む硬化用ダイ５００を用いたゲルポリマー電池セルの製造方法が模式的に示されている。

まず、図１０〜図１２を共に参照すれば、図８で説明したのと同様に、まず、電極端子５４１、５４２が電池セルの一側端部と他側端部とで異なる方向に突出した加工用電池セル５４０を用意し、第１ダイ５１０の湾入部５１１に加工用電池セル５４０の正極端子５４１が第１ダイ５１０の（＋）ダイ端子５１３に接触し、加工用電池セル５４０の負極端子５４２が第１ダイ５１０の（−）ダイ端子５１４に接触するように装着する。この時、加工用電池セル５４０における、電極端子が形成されていない電池セル本体の側面から延びている未シール部５４３は、湾入部５１１の外側方向に置かれる。

その後、ヒンジ５３０によって第１ダイ５１０に連結された第２ダイ５２０を、第２ダイの（＋）ダイ端子５２３が加工用電池セル５４０の正極端子５４１に接触し、第２ダイの（−）ダイ端子５２４が加工用電池セル５４０の負極端子５４２に接触するようにひっくり返して閉じて、第１ダイ５１０に結合させると、図１２のように加工用電池セル５４０が密閉される。

このように、加工用電池セル５４０の未シール部５４３が第１ダイ５１０の湾入部５１１の外側に置かれるようにした後、第１ダイ５１０と第２ダイ５２０とを結合させると、未シール部５４３は、第１ダイ５１０と第２ダイ５２０とによって密封状態を維持できることから、ゲルポリマー電解質形成用組成物が電極アセンブリが内蔵される電池ケースの収納部から未シール部に流れ出るのを防止可能で、後のリシール時にシール強度が弱くなる問題がない。

次に、加工用電池セル５４０が密閉された硬化用ダイ５００の第１ダイおよび第２ダイの熱線５１２、５２２に電流を流す温度調節装置を連結して、摂氏３０度〜１００度に加熱させることによってゲルポリマー電解質形成用組成物をゲル化させ、ゲルポリマー電解質が形成されると、前記第１ダイ５１０および第２ダイ５２０のダイ端子５１３、５１４、５２３、５２４に充放電装置を連結して活性化工程を行う。

このように本発明による硬化用ダイを用いる場合、固定された型でゲルポリマー電解質形成用組成物の架橋反応が起こるので、外観が均一なゲルポリマー電池セルを製造できるように可能なだけでなく、活性化工程まで連続的に行うことができて、工程の簡素化が可能である効果がある。

前記図１０〜図１２には、熱線と温度調節装置の具体的な連結や、ダイ端子と外部充放電装置の具体的な連結について示していないが、これは、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば公知の技術から容易に分かる構成に相当するので、その具体的な図示は省略する。

以上、本発明の実施例による図面を参照して説明したが、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能であろう。

以上のように、本発明による硬化用ダイは、ゲルポリマー電解質形成用組成物を含む加工用電池セルをその内部に装着可能な構造を有し、架橋反応時、前記組成物の電池ケース内の分布を均一にすることから、外観が均一なゲルポリマー電池セルを製造できるだけでなく、電池ケースの未シール部分に前記組成物が流れ出ないため、未シール部分で電解液が硬化せず、後のリシール（ｒｅｓｅａｌｉｎｇ）時にシール強度が弱くなる問題を解決する効果がある。

また、本発明による硬化用ダイは、硬化用ダイ自体に熱線を含み、自体的な加熱を可能にすることによって、別途にオーブンに保管する過程を要することなくより簡単に前記組成物をゲル化させる効果がある。

さらに、本発明による硬化用ダイは、硬化用ダイ自体に加工用電池セルの電極端子に接触するダイ端子を含むことで充放電を可能にすることによって活性化工程も共に進行できることから、工程を簡素化する効果もある。

Claims (19)

1. ゲルポリマー電解質の製造のための硬化（ｃｕｒｉｎｇ）用ダイであって、
   電池ケースの内部に電極アセンブリおよびゲルポリマー電解質形成用組成物を含む加工用電池セルの装着される湾入部が形成されている第１ダイと、
   前記湾入部に装着された加工用電池セルを密閉するために第１ダイに結合される第２ダイと、を含み、
   前記第１ダイおよび第２ダイは、加工用電池セルの電極端子に接触する位置に、導電性素材からなるダイ端子をそれぞれ含み、前記ダイ端子は、外部の充放電装置に連結されることを特徴とする硬化用ダイ。
2. 前記第１ダイおよび第２ダイのうちの少なくとも１つは、その一部または全部が熱伝導性素材からなることを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
3. 前記第１ダイの湾入部は、その一部または全部が熱伝導性素材からなることを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
4. 前記第２ダイ中における、第１ダイの湾入部に対面する部分の一部または全部は、熱伝導性素材からなることを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
5. 前記第１ダイおよび第２ダイのうちの少なくとも１つは、温度調節装置に連結されている熱線を含むことを特徴とする請求項２に記載の硬化用ダイ。
6. 前記第１ダイに形成されているダイ端子と前記第２ダイに形成されているダイ端子は、第１ダイと第２ダイとが結合された時、同一の極性同士で接触するように対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
7. 前記ダイ端子は、加工用電池セルの正極端子と接触する（＋）ダイ端子と、加工用電池セルの負極端子と接触する（−）ダイ端子とを含むことを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
8. 第１ダイにおいて、（＋）ダイ端子と（−）ダイ端子は、湾入部の一側端部外面に独立して形成されていることを特徴とする請求項７に記載の硬化用ダイ。
9. 第１ダイにおいて、（＋）ダイ端子と（−）ダイ端子は、湾入部の一側端部外面と前記一側端部外面に対向する他側端部外面にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項７に記載の硬化用ダイ。
10. 前記第２ダイにも、第１ダイの湾入部に対応する位置に追加的な湾入部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
11. 前記第２ダイは、湾入部なく平らな構造からなることを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
12. 前記第１ダイと第２ダイは、ヒンジによって一側端部が相互連結されていることを特徴とする請求項１に記載の硬化用ダイ。
13. 請求項１に記載の硬化用ダイを用いてゲルポリマー電池セルを製造する方法であって、
    （ｉ）電池ケースの内部に電極アセンブリおよびゲルポリマー電解質形成用組成物を含む加工用電池セルを用意する過程と、
    （ｉｉ）前記加工用電池セルを硬化用ダイの湾入部に装着した後、密閉させる過程と、
    （ｉｉｉ）前記硬化用ダイを調節して、電池ケース内のゲルポリマー電解質形成用組成物を架橋反応によってゲル化させる過程と、を含むことを特徴とするゲルポリマー電池セルの製造方法。
14. 前記過程（ｉｉｉ）で、前記加工用電池セルが装着された硬化用ダイをオーブンに入れてオーブン内の温度を調節するか、前記硬化用ダイの熱線に電流を印加してダイを加熱させて、ゲルポリマー電解質形成用組成物をゲル化させることを特徴とする請求項１３に記載のゲルポリマー電池セルの製造方法。
15. 前記架橋反応のための温度は、摂氏３０〜１００度であることを特徴とする請求項１３に記載のゲルポリマー電池セルの製造方法。
16. （ｉｖ）前記硬化用ダイのダイ端子を充放電装置に連結して、加工用電池セルの活性化工程を行う過程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のゲルポリマー電池セルの製造方法。
17. 前記過程（ｉ）における加工用電池セルは、一側部位に未シール部を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載のゲルポリマー電池セルの製造方法。
18. 前記加工用電池セルの未シール部は、電極端子が形成されていない電池セル本体の側面から延びており、湾入部の外側で第１ダイと第２ダイとによって密封状態を維持することを特徴とする請求項１７に記載のゲルポリマー電池セルの製造方法。
19. 前記ゲルポリマー電解質形成用組成物は、電解液溶媒、リチウム塩、反応性単量体またはオリゴマー、および開始剤を含むことを特徴とする請求項１３に記載のゲルポリマー電池セルの製造方法。