JP7345957B2 - 二次電池、二次電池の製造方法及びその二次電池を含む電池パック - Google Patents

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Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、2019年12月3日に出願された韓国特許出願第10-2019-0159033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含まれる。
本発明は、二次電池、二次電池の製造方法及びその二次電池を含む電池パックに関するものであって、二次電池内部の電極組立体の動きを最小化し、二次電池の製造過程での電解液消失の問題を最小化できる構造を有する二次電池、二次電池の製造方法及びその二次電池を含む電池パックに関する。
繰り返し充電及び放電が可能な二次電池(secondary battery)は、その製造方法及び構造によってパウチ型二次電池、角形二次電池、円筒状二次電池などに区分され得る。このうち、パウチ型二次電池は、その構造が簡単であり、単位体積当たり電気容量が大きいという利点のため、広く使用されている。
一般的に、パウチ型二次電池は、パウチ型シートに湾入した形状のコップ(cup)を形成し、電極組立体をコップ内に収容して電解液を注液するようになる。その後、電極組立体を活性化して、パウチ内部に存在するガスを排出する工程を経ることになる。
しかし、従来の技術によれば、パウチ型二次電池を製造する一連の過程で、パウチ型シート内の電極組立体が動くようになり、電極組立体の位置が不確実となる問題があった。
また、従来の技術によれば、電極組立体を活性化した後にガスを排出する過程で電解液とともに排出され、二次電池の性能が低下する問題もあった。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、パウチ型二次電池を製造する過程で発生する電極組立体の流動問題を解決し、電解液が排出されることにより、二次電池の性能が低下する問題の解決を目的とする。
前記目的を達成するための本発明の第1側面によれば、電極とセパレータが交互に配置されている構造を有する電極組立体;前記電極組立体を収容するパウチ型外装材;及び前記電極組立体と電気的に連結されて外部に突出される電極リード;を含み、前記パウチ型外装材は、前記電極組立体を収容するために湾入した形状を有する湾入部;及び前記湾入部を外部から密封するように前記パウチ型外装材中の一部が互いに付着して形成される密封部;を含み、前記電極リードは、前記電極組立体の一側から前記密封部を通って外部に突出され、前記電極リードは、前記電極組立体の上部周縁から上方に突出される第1電極リード;及び前記第1電極リードから右側に離隔されており、前記電極組立体の前記上部周縁から上方に突出される第2電極リード;を含み、前記密封部は、前記湾入部の周縁に沿って形成される主密封部;及び前記主密封部から前記電極組立体に向かって突出されている突出密封部;を含み、前記突出密封部は、前記第1電極リードと前記第2電極リードとの間に形成される第1突出密封部;及び前記第1電極リードの左側に備えられる第2突出密封部;を含む二次電池が提供される。
前記第2突出密封部は、前記電極組立体の左右方向の幅Wから外れた領域に備えられてよい。
前記第1突出密封部と前記第2突出密封部とは、互いに同一の大きさ及び形状を有してよい。
前記第1突出密封部と前記第2突出密封部とは、互いに異なる大きさ又は形状を有してよい。
前記第2突出密封部の下端部は、前記電極組立体の上端部より下側に備えられてよい。
前記突出密封部は、前記第1電極リード及び前記第2電極リードが備えられる前記電極組立体の前記上部周縁の反対側に形成される下部周縁に形成される第3突出密封部及び第4突出密封部;をさらに含んでよい。
前記第3突出密封部は、前記第1突出密封部と向かい合う位置に形成され、前記第4突出密封部は、前記第2突出密封部と向かい合う位置に形成されてよい。
前記目的を達成するための本発明の第2側面によれば、前記二次電池を含む電池パックが提供される。
前記目的を達成するための本発明の第3側面によれば、電極とセパレータが交互に配置されている構造を有する電極組立体、湾入した形状を有する湾入部が形成されたパウチ型外装材、第1電極リードと第2電極リードとを含む電極リード及び電解液を準備する第1段階;前記湾入部内に前記電極組立体及び前記電解液を収容し、前記電極リードが前記電極組立体の上部周縁から前記密封部を通って上方に突出されるように前記パウチ型外装材中の一部を互いに付着して密封部を形成する第2段階;前記電極組立体を活性化する第3段階;前記第3段階において、前記湾入部内に形成されたガスを外部に排出する第4段階;を含み、前記第2段階において、前記密封部は、前記湾入部の周縁に沿って形成される主密封部、及び前記主密封部から前記電極組立体に向かって突出されている突出密封部を含むように形成され、前記突出密封部は、前記第1電極リードと前記第2電極リードとの間に形成される第1突出密封部、及び前記第1電極リードの左側に備えられる第2突出密封部を含み、前記第4段階において、前記ガスの少なくとも一部は、前記第1突出密封部と前記電極組立体との間の空間と前記第2突出密封部と前記電極組立体との間の空間とを順次に通って外部に排出される二次電池の製造方法が提供される。
前記第4段階において、前記ガスは、前記パウチ型外装材の一領域に形成されたホールを介して排出され、前記パウチ型外装材中の前記ホールが形成された領域を含む一部分を切断して除去する第5段階;をさらに含み、前記第5段階は、前記第4段階後に行われてよい。
前記第5段階において、切断された前記パウチ型外装材の前記一部分は、前記第2突出密封部を含まなくてよい。
前記第5段階において、切断された前記パウチ型外装材の前記一部分は、前記第2突出密封部を含んでよい。
本発明によれば、パウチ型二次電池を製造する過程で発生する電極組立体の流動問題を解決し、電解液が排出されることにより、二次電池の性能が低下する問題を解決することができる。
本発明の第1実施形態による二次電池の構造を図示した平面図である。 本発明の第2実施形態による二次電池の構造を図示した平面図である。 本発明の第3実施形態による二次電池の構造を図示した平面図である。 本発明の第4実施形態による二次電池の構造を図示した平面図である。 本発明の第5実施形態による二次電池の構造を図示した平面図である。 本発明に係る二次電池のパウチ型外装材の構造を図示した垂直断面図である。 本発明に係る二次電池の製造方法中のガスを外部に排出する段階を図示した平面図である。 本発明に係る二次電池の製造方法を図示したフローチャートである。
以下、図面を参考にして、本発明に係る二次電池、電池パック及び二次電池の製造方法を説明する。
二次電池及び電池パック
図1は、本発明の第1実施形態による二次電池の構造を図示した平面図であり、図2は、本発明の第2実施形態による二次電池の構造を図示した平面図である。また、図3は、本発明の第3実施形態による二次電池の構造を図示した平面図であり、図6は、本発明に係る二次電池のパウチ型外装材の構造を図示した垂直断面図である。一方、本発明に係る二次電池は、パウチ型二次電池であってよい。
図1~図3に図示されたように、本発明に係る二次電池10は、電極組立体100及び電極組立体100を収容するパウチ型外装材200を含んでよい。電極組立体100は、電極とセパレータが交互に配置されている構造を有してよい。
この際、図6に図示されたように、二次電池10のパウチ型外装材200は、電極組立体を収容するために湾入した形状を有する湾入部210、及び湾入部210を外部から密封するようにパウチ型外装材200中の一部が互いに付着することにより形成される密封部220を含んでよい。
また、図1~図3を参照すれば、本発明に係る二次電池10は、電極組立体100と電気的に連結される電極リード300をさらに含んでよい。電極リード300は、電極組立体100の一側から密封部220を通って外部に突出されてよい。すなわち、電極リード300の一端部は、電極組立体100の一側に備えられてよく、電極リード300の前記一端部の反対側である他端部は、外部に備えられてよい。
電極リード300は、第1電極リード310及び第2電極リード320を含んでよい。第1電極リード310と第2電極リード320とは、電極組立体100内で互いに異なる極性を有する電極とそれぞれ電気的に連結されてよい。例えば、第1電極リード310が電極組立体100の正極と電気的に連結される場合、第2電極リード320は電極組立体100の負極と電気的に連結されてよい。
本発明によれば、第1電極リード310と第2電極リード320とは、電極組立体100の周縁中の一側から同一の方向に突出されてよい。例えば、図1~図3に図示されたように、第1電極リード310及び第2電極リード320は、それぞれ電極組立体100の上部周縁から上方に突出されるが、第2電極リード320は、第1電極リード310から右側に離隔されていてよい。
一方、図1~図3に図示されたように、二次電池10の密封部220は、湾入部210の周縁に沿って形成される主密封部222を含んでよい。この際、主密封部222は、湾入部210の周縁に沿って所定の幅を有するように形成されてよい。例えば、図1~図3を参照すれば、パウチ型外装材200の周縁が四角形状を有する場合、パウチ型外装材200の左側周縁に形成された主密封部222は、第1幅を有するように形成されてよく、パウチ型外装材200の上部周縁に形成された主密封部222は、第2幅を有するように形成されてよい。また、パウチ型外装材200の右側周縁に形成された主密封部222は、第3幅を有するように形成されてよい。
また、密封部220は、主密封部222から電極組立体100に向かって突出されている突出密封部224をさらに含んでよい。図1~図3に図示されたように、突出密封部224は、第1電極リード310と第2電極リード320との間に形成される第1突出密封部224a及び第1電極リード310の左側に備えられる第2突出密封部224bを含んでよい。
本発明に係る突出密封部224は、二次電池10でパウチ型外装材200内に収容された電極組立体100が動くことを防止するための構成であってよい。すなわち、電極組立体100がパウチ型外装材200に円滑に収容され得るようにパウチ型外装材200に形成された湾入部210の大きさは、電極組立体100の大きさより大きいことが一般的である。しかし、この場合、湾入部210と電極組立体100との間の大きさの差により電極組立体100が動くようになる。この場合、電極組立体100の位置の不確実性が大きくなり、電極組立体100に損傷が発生することもある。しかし、本発明によれば、二次電池10に突出密封部224が形成されるので、電極組立体100が湾入部210内から上下方向に動くことを防止することができるので、電極組立体100の位置の不確実性が減少することができ、電極組立体100の損傷も最小化することができる。また、後述するように、突出密封部224は、二次電池10の製造過程で電解液が外部に漏出されることを防止する役割も果たすことができる。
また、図1~図3に図示されたように、本発明に係る二次電池10の突出密封部224の第2突出密封部224bは、電極組立体100の左右方向の幅から外れた領域に備えられてよい。
また、図1に図示されたように、本発明の第1実施形態によれば、第1突出密封部224aと第2突出密封部224bとは、互いに同一の大きさ及び形状を有してよい。しかし、図2に図示されたように、本発明の第2実施形態によれば、第1突出密封部224aと第2突出密封部224bとは、互いに異なる大きさ又は形状を有してよい。
より詳しくは、本発明の第2実施形態によれば、第2突出密封部224bの下端部は、電極組立体100の上端部より下側に備えられてよい。この場合、第2突出密封部224bは、電極組立体100が上下方向に動くだけでなく、電極組立体100が左右方向に動くこともともに防止することができる。
一方、図3に図示されたように、本発明の第3実施形態によれば、突出密封部224は、第1突出密封部224aと第2突出密封部224bだけでなく、第1電極リード310及び第2電極リード320が備えられる電極組立体100の上部周縁の反対側に形成される電極組立体100の下部周縁に形成される第3突出密封部224c及び第4突出密封部224dをさらに含んでよい。
この際、第3突出密封部224cは、第1突出密封部224aと向かい合う位置に形成されてよく、第4突出密封部224dは、第2突出密封部224bと向かい合う位置に形成されてよい。
また、第3突出密封部224cと第4突出密封部224dとは、互いに同一の大きさ及び形状を有してよいが、第3突出密封部224cと第4突出密封部224dとは、互いに異なる大きさ又は形状を有してもよい。
また、本発明の第2実施形態の第2突出密封部224bの場合と同様に、本発明の第3実施形態の一例によれば、第4突出密封部224dの上端部は、電極組立体100の下端部より上側に備えられてもよい。
一方、図4に図示されたように、本発明の第4実施形態によれば、突出密封部224は、第1突出密封部224aと第2突出密封部224bだけでなく、第1電極リード及び第2電極リード320が備えられる電極組立体100の上部周縁の反対側に形成される電極組立体100の下部周縁に形成される第3突出密封部224c及び第4突出密封部224dをさらに含んでよい。
この際、本発明の第3実施形態とは異なり、本発明の第4実施形態によれば、第2突出密封部224bと第4突出密封部224dとは、互いに向かい合う位置に備えられなくてよい。すなわち、図4に図示されたように、本発明の第4実施形態によれば、第2突出密封部224bと第4突出密封部224dとは、電極組立体100を間に置いて外装材200の角をつなぐ対角線上に備えられてよい。
一方、図5に図示されたように、本発明の第5実施形態によれば、突出密封部224は、第1突出密封部224aと第2突出密封部224bだけでなく、第1電極リード及び第2電極リード320が備えられる電極組立体100の上部周縁の反対側に形成される電極組立体100の下部周縁に形成される第3突出密封部224c及び第4突出密封部224dをさらに含んでよい。この際、第3突出密封部224cは、第1突出密封部224aと向かい合う位置に形成されてよく、第4突出密封部224dは、第2突出密封部224bと向かい合う位置に形成されてよい。
それに加えて、本発明の第5実施形態によれば、突出密封部224は、第5突出密封部224e及び第6突出密封部224fをさらに含んでよい。この際、第5突出密封部224eは、第1突出密封部224aを間に置いて第2突出密封部224bの反対側に備えられてよく、第6突出密封部224fは、第3突出密封部224cを間に置いて第4突出密封部224dの反対側に備えられてよい。よって、第5突出密封部224eと第6突出密封部224fとは、互いに向かい合うように備えられてよい。
二次電池の製造方法
図7は、本発明に係る二次電池の製造方法中のガスを外部に排出する段階を図示した平面図であり、図8は、本発明に係る二次電池の製造方法を図示したフローチャートである。
図8に図示されたように、本発明に係る二次電池の製造方法は、電極とセパレータが交互に配置されている構造を有する電極組立体、湾入した形状を有する湾入部210(図6参照)が形成されたパウチ型外装材、第1電極リードと第2電極リードとを含む電極リード及び電解液を準備する第1段階を含んでよい。
また、図7及び図8に図示されたように、本発明に係る二次電池の製造方法は、湾入部210内に電極組立体及び電解液を収容し、パウチ型外装材200中の一部を互いに付着して密封部220を含むが、電極リード300が電極組立体100の上部周縁から密封部220を通って上方に突出されるようにする第2段階を含んでよい。
また、本発明に係る二次電池の製造方法は、パウチ型外装材200の湾入部210内に収容された電極組立体100を充電及び放電することにより、電極組立体100を活性化する第3段階、及び第3段階において、パウチ型外装材200の湾入部210内に形成されたガスを外部に排出する第4段階を含んでよい。第4段階から外部に排出されるガスは、第3段階の電極組立体の活性化過程で発生したガスであってよい。
この際、本発明によれば、第2段階において、密封部220は、湾入部210の周縁に沿って形成される主密封部222、及び主密封部222から電極組立体100に向かって突出されている突出密封部224を含むように形成されてよい。また、第2段階において、突出密封部224は、第1電極リード310と第2電極リード320との間に形成される第1突出密封部224a、及び第1電極リード310の左側に備えられる第2突出密封部224bを含んでよい。
また、本発明によれば、第4段階から外部に排出されるガスの少なくとも一部は、(i)第1突出密封部224aと電極組立体100との間の空間と、(ii)第2突出密封部224bと電極組立体100との間の空間とを順次に通って外部に排出されてよい。
電極組立体の活性化過程で発生したガスは、第1電極リードと第2電極リードとの間の領域として、密封部と電極組立体との間の空間、そして、電極組立体の角と密封部との間の空間を順次に通って外部に排出される。
しかし、ガスの排出過程で、ガスだけでなく、電解液中の一部もガスの排出経路と同一の経路を通って排出されるので、電解液の漏出による問題が発生することになる。
したがって、本発明によれば、電極リードの近くにガス及び電解液が流動する経路上に突出密封部を形成することにより、電解液が流動する過程で一種のボトルネック現象を誘導することができるので、電解液の不必要な外部への排出を最小化することができる。特に、ガスの場合、圧縮性が高いので、突出密封部が形成されて流路の幅が狭くなっても外部への排出に大きな影響はないが、液体状態の電解液の場合、圧縮性が顕著に低いので、突出密封部が形成される場合、流路の幅が狭くなり、外部への排出を抑制することができる。
次に、図7を参照すれば、第4段階において、ガスは、パウチ型外装材200の一領域に形成されたホールHを介して排出されてよい。
また、本発明に係る二次電池の製造方法は、パウチ型外装材200中の前記ホールHが形成された領域を含む一部分を切断して除去する第5段階をさらに含んでよい。この際、前記第5段階は、前記第4段階後に行われてよい。
一方、本発明の一例によれば、前記第5段階において、切断されたパウチ型外装材200の一部分は、第2突出密封部224bを含まなくてよい。この場合、第5段階後の二次電池10は、図1又は図2に図示されたように、第2突出密封部224bを含んでよい。
一方、本発明の他の例によれば、前記第5段階において、切断されたパウチ型外装材200の一部分は、第2突出密封部224bを含んでもよい。この場合、第5段階後の二次電池10は、図1及び図2に図示されたものとは異なり、第2突出密封部224bを含まなくてよい。
一方、本発明の他の例によれば、前記第2段階において、密封部220は、第1突出密封部224a及び第2突出密封部224bだけでなく、電極組立体100を間に置いて第1突出密封部224aと向かい合う位置に形成される第3突出密封部224c、及び電極組立体100を間に置いて第2突出密封部224bと向かい合う位置に形成される第4突出密封部224dをさらに含んでよい。
第3段階の電極組立体の活性化段階において発生したガスは、電極リードが備えられる電極組立体の一周縁(図7を参照すれば、電極組立体の上部周縁)の反対側に形成された周縁(図7を参照すれば、電極組立体の下部周縁)を介しても排出されてよい。よって、電極組立体の下部周縁と隣接した領域にも第3突出密封部224c及び第4突出密封部224dを形成することにより、第1突出密封部224a及び第2突出密封部224bにより発揮される効果と同様の効果、すなわち、電解液の排出が抑制される効果が発揮され得る。
この場合、前記第5段階において、切断されたパウチ外装材の一部分は、第4突出密封部224dを含まなくてよい。この場合、第5段階後の二次電池10は、図3に図示されたように、第4突出密封部224dを含んでよい。
一方、前記第5段階において、切断されたパウチ外装材の一部分は、第4突出密封部224dを含んでもよい。この場合、第5段階後の二次電池10は、図3に図示されたものとは異なり、第4突出密封部224dを含まなくてよい。
以上のように、本発明は、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明はこれにより限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と以下に記載する特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能であることは勿論である。
10 二次電池
100 電極組立体
200 パウチ型外装材
210 湾入部
220 密封部
222 主密封部
224 突出密封部
224a 第1突出密封部
224b 第2突出密封部
224c 第3突出密封部
224d 第4突出密封部
300 電極リード
310 第1電極リード
320 第2電極リード
W 電極組立体の左右方向の幅
H ホール

Claims (13)

  1. 電極とセパレータが交互に配置されている構造を有する電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するパウチ型外装材と、
    前記電極組立体と電気的に連結されて外部に突出される電極リードと、を含み、
    前記パウチ型外装材は、
    前記電極組立体を収容するために湾入した形状を有する湾入部と、
    前記湾入部を外部から密封するように前記パウチ型外装材中の一部が互いに付着して形成される密封部と、を含み、
    前記電極リードは、前記電極組立体の一側から前記密封部を通って外部に突出され、
    前記電極リードは、
    前記電極組立体の上部周縁から上方に突出される第1電極リードと、
    前記第1電極リードから右側に離隔されており、前記電極組立体の前記上部周縁から上方に突出される第2電極リードと、を含み、
    前記密封部は、
    前記湾入部の周縁に沿って形成される主密封部と、
    前記主密封部から前記電極組立体に向かって突出されている突出密封部と、を含み、
    前記突出密封部は、
    前記第1電極リードと前記第2電極リードとの間に形成される第1突出密封部と、
    前記第1電極リードの左側に備えられる第2突出密封部と、を含み、
    前記第2突出密封部の下端部は、前記電極組立体の上端部より下側に備えられる、二次電池。
  2. 電極とセパレータが交互に配置されている構造を有する電極組立体と、
    前記電極組立体を収容するパウチ型外装材と、
    前記電極組立体と電気的に連結されて外部に突出される電極リードと、を含み、
    前記パウチ型外装材は、
    前記電極組立体を収容するために湾入した形状を有する湾入部と、
    前記湾入部を外部から密封するように前記パウチ型外装材中の一部が互いに付着して形成される密封部と、を含み、
    前記電極リードは、前記電極組立体の一側から前記密封部を通って外部に突出され、
    前記電極リードは、
    前記電極組立体の上部周縁から上方に突出される第1電極リードと、
    前記第1電極リードから右側に離隔されており、前記電極組立体の前記上部周縁から上方に突出される第2電極リードと、を含み、
    前記密封部は、
    前記湾入部の周縁に沿って形成される主密封部と、
    前記主密封部から前記電極組立体に向かって突出されている突出密封部と、を含み、
    前記突出密封部は、
    前記第1電極リードと前記第2電極リードとの間に形成される第1突出密封部と、
    前記第1電極リードの左側に備えられる第2突出密封部と、
    前記第1電極リード及び前記第2電極リードが備えられる前記電極組立体の前記上部周縁の反対側に形成される下部周縁に形成される第3突出密封部及び第4突出密封部と、を含む、二次電池。
  3. 前記第2突出密封部は、
    前記電極組立体の左右方向の幅から外れた領域に備えられる、請求項1または2に記載の二次電池。
  4. 前記第1突出密封部と前記第2突出密封部とは、互いに同一の大きさ及び形状を有する、請求項に記載の二次電池。
  5. 前記第1突出密封部と前記第2突出密封部とは、互いに異なる大きさ又は形状を有する、請求項に記載の二次電池。
  6. 前記第2突出密封部の下端部は、前記電極組立体の上端部より下側に備えられる、請求項に記載の二次電池。
  7. 前記突出密封部は、
    前記第1電極リード及び前記第2電極リードが備えられる前記電極組立体の前記上部周縁の反対側に形成される下部周縁に形成される第3突出密封部及び第4突出密封部、をさらに含む、請求項1に記載の二次電池。
  8. 前記第3突出密封部は、前記第1突出密封部と向かい合う位置に形成され、
    前記第4突出密封部は、前記第2突出密封部と向かい合う位置に形成される、請求項に記載の二次電池。
  9. 請求項1または2に記載の二次電池を含む電池パック。
  10. 電極とセパレータが交互に配置されている構造を有する電極組立体、湾入した形状を有する湾入部が形成されたパウチ型外装材、第1電極リードと第2電極リードとを含む電極リード及び電解液を準備する第1段階と、
    前記湾入部内に前記電極組立体及び前記電解液を収容し、前記電極リードが前記電極組立体の上部周縁から前記密封部を通って上方に突出されるように前記パウチ型外装材中の一部を互いに付着して密封部を形成する第2段階と、
    前記電極組立体を活性化する第3段階と、
    前記第3段階において、前記湾入部内に形成されたガスを外部に排出する第4段階と、を含み、
    前記第2段階において、
    前記密封部は、前記湾入部の周縁に沿って形成される主密封部、及び前記主密封部から前記電極組立体に向かって突出されている突出密封部を含むように形成され、前記突出密封部は、前記第1電極リードと前記第2電極リードとの間に形成される第1突出密封部、及び前記第1電極リードの左側に備えられる第2突出密封部を含み、
    前記第4段階において、
    前記ガスの少なくとも一部は、前記第1突出密封部と前記電極組立体との間の空間と前記第2突出密封部と前記電極組立体との間の空間とを順次に通って外部に排出される二次電池の製造方法。
  11. 前記第4段階において、
    前記ガスは、前記パウチ型外装材の一領域に形成されたホールを介して排出され、
    前記パウチ型外装材中の前記ホールが形成された領域を含む一部分を切断して除去する第5段階、をさらに含み、
    前記第5段階は、前記第4段階後に行われる、請求項10に記載の二次電池の製造方法。
  12. 前記第5段階において、切断された前記パウチ型外装材の前記一部分は、前記第2突出密封部を含まない、請求項11に記載の二次電池の製造方法。
  13. 前記第5段階において、切断された前記パウチ型外装材の前記一部分は、前記第2突出密封部を含む、請求項11に記載の二次電池の製造方法。
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