KR100362552B1 - 전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일끝단측이 개구되어 전해액 주입구를 이루는 외장필름체(3)내에 전지요소(4)를 수용하는 공정과, 상기 외장필름체(3)의 개구부(3a)로 전해액(12)을 주입한 후에, 상기 개구부(3a)를 밀봉하는 공정을 가지는 전지의 제조방법으로서, 상기 외장필름체(3)의 개구부(3a)측을 소정의 형상 및 치수보다도 크게 설정하여 두어 주입전해액(12)의 일차 저장영역(3c)으로 하고, 소정의 전해액(12) 주입후에 소정의 형상 및 치수의 영역(3d)을 밀봉한 후에 절단하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법이고, 본 발명에 의해 소형, 경량화등을 도모하는 것 뿐만아니라, 신뢰성이 높은 전지를 양산적으로 제공할 수 있는 제조방법이 제공된다.

Description

전지의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF BATTERIES}
본 발명은 전지의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터, 예를들면 비수용매형(非水溶媒型)전지등의 이차전지는, 휴대형전화기, 비디오카메라등의 전원으로서 널리 사용되고 있다. 또한, 전원용 전지에 있어서는 상기 기기류의 소형화나 고성능화에 따라 소형, 경량화, 고전압화, 고용량화등이 요구되고 있다. 이러한 요구에 대응하여, 예를들면 일본국 특개평 3-230474호 공보, 일본국 특개평 3-225765호 공보등에는 두께 1 mm 정도의 폴리머전지가 개시되어 있다.
즉, 이들 전지에서는, 개구한 일끝단을 가지는 외장필름체(외장피복체·자루체)안에, 전지요소를 위치 결정하여 수용한 후 포장한다. 그리고, 상기 개구부로 소정의 전해액을 주입한 후, 그 개구부를 열융착(용착)하여 기밀하게 밀봉한 구성의 전지가 알려지고 있다. 또, 상기 전지의 제조에 대하여 전지요소를 끼워 외장필름을 두번 접어 절곡하고, 양측의 마주 접하는 끝단가장자리부끼리를 용착함으로써 밀봉하여 외장필름체화하는 방법도 있다. 또한, 전지요소에 대하여는 통형상으로 말아 형성한 권장체를 눌러 평판형상화 시키는 경우도 있다.
도 3은 전지의 주요부 구성을 나타낸 단면도 이고, 전지요소(1)는, 마주 대하는 시트형상 양극(1a) 및 시트형상 음극(1b)과, 이들 양 전극(1a,1b)사이에 기밀하게 삽입·배치된 시트형상의 전해질계(1c)와, 상기 전극(1a,1b)에 각각 전기적으로 접하는 도시하지 않은 집전체시트와, 상기 양극(1a) 및 음극(1b)의 집전체(도시생략)로부터 이격하여 양극단자(1a') 및 음극단자(1b')가 외장필름체(2)로부터 연장하여 설치(도출)되어 있다.
또, 상기 시트형상 양극(1a)은 리튬이온을 흡장(吸藏)·방출하는 리튬함유금속산화물(예를들면 리튬망간복합산화물, 리튬함유코발트산화물)이나 이산화망간등을 주성분으로서 형성되어 있다. 또한, 시트형상음극(1b)은, 리튬금속이나 리튬을 흡장·방출하는 탄소질재 및 리튬합금계등으로 형성되어 있고, 또한 폴리머전해질계(1c)는, 폴리프로필렌 부직포등으로 이루어지는 세퍼레이터 기초재에, 리튬염등의 에틸렌카보네이트용액 …비수전해액을 함침 내지 담지(擔持)한 구성으로 이루어져 있다.
이러한 종류의 평판형 이차전지는, 납축전지나 니켈카드뮴 이차전지에 비하여 고용량화가 가능할 뿐만아니라, 경량화도 할 수 있는 등의 특징을 가지는 반면, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 상기 전지의 제조공정에 있어서는, 외장필름체(2)내에 전지요소(1)를 위치결정하여 수용한 후, 소정의 전해액을 주입한다.
그런데, 전지의 고용량화에 따라 전지요소(1)가 치밀화되어 전해액을 함침 담지하는 공간도 저감화되어 있다. 요컨대 전지의 용적효율을 올리기 위해 외장필름체(2)내의 공간을 가능한 적게 한다. 그러나, 외장필름체(2)내의 공간을 가급적 적게 하는 것은 소정 전해액의 주입을 곤란하게 하여, 결과적으로 소정량의 전해액을 주입·담지하지 못할 우려가 있고, 전지성능 내지는 품질의 불균형을 초래하기 쉽다고 하는 문제가 있다.
이러한 문제의 발생을 해소하기 위해 전지요소(1)를 수용한 외장필름체(2)내에 대한 전해액의 주입·함침을 복수회 되풀이하여 행하는 방식이 채용되고 있다. 그러나 복수회로 나누어 전해액을 주입하는 방법에서는, 결과적으로 전해액 주입에 요하는 시간이 길어지게 되어 주입 전해액성분의 휘발이나, 전해액을 나누어 주입함으로써 주입량 오차의 누적에 의해 전해액 주입량의 정밀도가 저하한다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 사정에 대처하여 이루어진 것으로, 소형, 경량화등을 도모하는 것 뿐만아니라, 신뢰성이 높은 전지를 양산적으로 제공할 수 있는 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서, 외장필름체내에 전지요소(4)를 위치 결정·수용한 상태를 나타내는 정면도.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 있어서의 상태를 공정순으로 나타내는 모식도.
도 2b는 본 발명의 실시형태에 있어서의 상태를 공정순으로 나타내는 모식도.
도 2c는 본 발명의 실시형태에 있어서의 상태를 공정순으로 나타내는 모식도.
도 3은 폴리머전지의 요부구성을 나타내는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
3 : 외장필름체 3a : 개구부
3b : 끝단가장자리부 3c : 저장부
3d : 영역 4 : 전지요소
4a,4b : 전극단자 5 : 감압챔버
6 : 수납유지구 7 : 노즐
8 : 정량펌프 9 : 전해액탱크
10 : 진공펌프 11 : 전환밸브
12 : 전해액
본 발명은, 일끝단측이 개구하여 전해액 주입구를 이루는 외장필름체내에 전지요소를 수용하는 공정과,
상기 외장필름체의 개구부에 전해액을 주입한 후, 상기 개구부를 밀봉하는공정을 가지는 전지의 제조방법으로서,
상기 외장필름체의 개구부측에 인접하는 측에, 주입하는 전해액을 일차 저장하도록, 상기 전지요소를 수용하는 수용부보다 연장하여 설치되는 전해액 일차저장영역이 설치되고, 상기 전해액 주입후에 상기 전지요소를 밀봉한 후 이것을 절단하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법이다.
상기 전지의 제조방법에 있어서, 전지요소의 수용에는, 금속층의 양면에 수지층을 설치한 라미네이트필름을 소재로 하는 외장필름체를 사용할 수가 있다.
또한 상기 전지의 제조방법에 있어서, 외장필름체의 밀봉은, 적어도 상기 전지요소 수용부의 바깥측 밀봉영역에 설치된 열융착성수지의 열융착에 의해 행할 수 있다.
본 발명에서는, 전지요소에 대하여, 일끝단이 개구하는 외장필름체의 개구부측을 길게 설정하여, 길게 설정한 개구부측 액주입시의 전해액의 일차 저장부로 이용한 후, 소정의 형상 및 치수 영역부에서 밀봉·절단하는 것을 골자로 한다. 즉 전지제조공정에 있어서, 제품화의 최종단계에서 밀봉·절단하는 영역보다 외장필름체내로의 전해액 주입구가 되는 개구부측을 연장하여 형성시킨 구성으로 한다. 그리고, 상기 연장하여 형성시킨 외장필름체 영역을 전해액 저장(깔때기)부로 이용함으로써 번잡한 조작이나 설비등을 요하지 않고, 또한 고정밀도로 일정량의 전해액을 주입할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 있어서, 전지요소는 전지용의 세퍼레이터를 겸한 시트형상전해질을 삽입한 시트형상 양극 및 시트형상 음극의 적층형, 혹은 상기 세퍼레이터를 겸한 시트형상전해질을 삽입한 시트형상 양극 및 시트형상 음극의 권회·권장체를 압연한 판형상체를 들 수 있다. 즉 금속산화물등의 활물질(活物質), 비수전해액 및 전해질유지성 폴리머를 포함하는 양극을 집전체에 적층하여 이루어지는 시트양극과, 리튬이온을 흡장, 방출하는 활물질, 비수전해액 및 전해질유지성 폴리머를 포함하는 음극을 집전체에 적층하여 이루어지는 시트형상음극과, 세퍼레이터의 기능을 하는 전해질유지의 폴리머전해질계(예를들면 헥사플로로프로필렌…불화비닐덴공중합체등의 폴리머 및 리튬염등의 에틸렌카보네이트용액…비수전해액…과의 계)를 소재로 하여 이루어지는 것이다.
여기서, 시트형상양극의 활물질로서는, 예를들면 리튬망간복합산화물, 이산화망간, 리튬함유코발트산화물, 리튬함유니켈코발트산화물, 리튬을 포함하는 비정질 오산화바나듐, 칼코겐화합물등을 들 수 있다. 또한, 음극활물질로서는, 예를들면 비스페놀수지, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로즈등의 소성물, 코우크스나 피치의 소성물을 들 수 있고, 이들은 천연 또는 인공 그라파이트, 카본블랙, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 니켈분말등을 함유한 형태를 채용하더라도 좋다.
또한 폴리머전해질계는, 헥사플로로프로필렌…불화비닐덴공중합체, 폴리아크릴로니트릴유도체, 폴리에틸렌옥사이드유도체등의 폴리머전해질에, 예를 들면 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 브틸렌카보네트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트등의 비수용매에, 과염소산리튬, 육불화린산리튬, 붕소사불화리튬, 육불화비소리튬, 트리풀루오로메탄슬폰산리튬등을 0.2∼2 mo1/ 1정도로 용해시킨 것을 유지시킨 것을 들 수 있다.
또한, 시트형상양극의 집전체로서는, 예를들면 알루미늄박, 알루미늄메쉬, 알루미늄제 엑기스밴드메탈, 알루미늄제 펀치메탈등을 들 수 있고, 시트형상음극의 집전체로서는, 동박, 동메쉬, 동제 엑기스밴드메탈, 동제 펀치메탈등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 전지요소를 수용하는 외장필름체는, 일끝단이 개구하고, 또한 적어도 밀봉·융착부가 열융착성의 수지로 형성된 자루형상체등이다. 예컨데 시트형상(판형상)의 전지요소의 각 전극단자를 밀봉·도출하고, 또한 수용할 수 있는 폭 및 길이를 가지는 일끝단 개구형임과 동시에, 그 길이가 개구부방향으로 통상의 경우보다도 길게 설정되어 있다. 또한 이 외장필름체는 미리 자루형상체에 형성해 놓아도 좋고, 외장필름을 두번접어 그 사이에 전극단자를 도출하면서 전지요소를 끼워, 외장필름의 양측 마주접하는면끼리를 열융착하여 조립하는 과정에서 자루형상체화하여도 좋다.
또, 외장필름체를 형성하는 필름으로서는, 예를들면 폴리이미드수지필름, 폴리프로필렌수지필름, 내습성등을 고려하여 금속층의 양면측에 수지층을 설치하여 이루어지는 라미네이트형등을 들 수 있다. 그리고 이들 필름을 소재로서의 외장필름체화, 혹은 전해액 주입후의 외장필름체의 융착·밀봉에 있어서는, 상호 마주접하여 밀봉하는 면에 열용융형의 접착제층을 개재시키든지, 혹은 적어도 상호 마주접하여 밀봉하는 면을 미리 열용융형의 수지층으로 한 필름의 사용이 바람직하다.
본 발명에서는, 폴리머전지의 제조공정으로, 소정량의 전해액을 용이하고 정밀도 좋게 주입할 수 있으므로, 고품질의 전지를 수율 좋게 제조할 수 있다. 즉,외장필름체의 일부를 전해액의 주입저장부를 이용하여 소정량의 전해액을 공급한 후는, 연속적인 제조공정이여도, 조작의 중단 또는 조작의 전환등이 불필요하여진다. 또한 전지요소등 전해액주입영역이 치밀하고, 전해액의 함침성이 낮은 경우라도, 그대로 감압함침처리를 실시할 수 있으므로, 양호한 생산성이 유지됨과 동시에, 전해액의 일정량주입이 가능하므로, 고품질의 전지가 제공된다.
이하, 도 1 및 도 2a∼도 2c를 참조하여 실시예를 설명한다.
도 1은 전해액의 주입조작전에 있어서 전지의 주요부 구성을 나타내는 정면도이다. 즉, 일끝단측에 전해액주입구로 이루어지는 개구부(3a)를 구비한 외장필름체(3)내에 전지요소(4)를 수용한 상태를 나타내는 것으로, 수용한 전지요소(4)에 대하여, 외장필름체(3)가 보다 긴 치수로 형성되어 있다.
여기서, 외장필름체(3)는, 예컨데 알루미늄박의 양면에 폴리에틸렌테레프탈레이트수지층, 또한 이 폴리에틸렌테레프탈레이트수지층의 한쪽면에 열융착성의 수지층(예를들면 폴리프로필렌수지층)이 형성된 라미네이트필름제이다. 그리고, 이 외장필름체(3)는 상기 열융착성의 수지층을 대향시켜 전지요소(4)를 끼우도록 적층하고, 전해액주입구를 이루는 일끝단부를 개구하여 개구부(3a)를 형성하며 다른 끝단가장자리부(3b)를 열융착으로 밀봉하여 형성되어 있다.
또한, 상기 외장필름체(3)내에 수용된 전지요소(4)는 마주하는 시트형상양극 및 시트형상음극과, 이들 양 전극사이에 기밀하게 삽입·배치된 시트형상의 전해질계와, 상기 시트형상의 양 전극에 각각 전기적으로 접하는 집전체시트와 상기 시트형상의 양극 및 음극의 집전체로부터 이격하고, 대응하는 전극단자(4a,4b)가 외장필름체(3)로부터 기밀하게 밀봉되어 연장설치(도출)되어 있다.
다음에, 상기 전지요소(4)를 위치 결정하여 수용한 외장필름체(3)에 대한 전해액의 주입에 관해서 설명한다. 도 2a는, 전해액주입공정의 실시형태예를 모식적으로 나타내는 것이다. 도 2a에서 5는 감압챔버, 6은 폴리머 전지요소(4)를 위치 결정하여 수용한 외장필름체(3)를 수납유지하는 수납유지구, 7은 전해액을 주입하는 노즐, 8은 전해액을 정량공급하는 정량펌프, 9는 전해액탱크, 10은 상기 감압챔버(5)를 감압화하는 진공펌프, 11은 감압·상압 전환밸브이다.
상기 감압챔버(5)내의 수납유지구(6)에, 전지요소(4)를 위치 결정하여 수용한 외장필름체(3)를 세트한 후, 진공펌프(10)를 동작시켜 감압챔버(5)내를 감압화한다. 감압챔버(5)내의 감압정도가 소정치에 도달한 후, 정량펌프(8)를 통해 전해액탱크(9)로부터 계량된 전해액(12)이 노즐(7)보다 외장필름체(3)의 개구부(3a)에 주입된다. 여기서, 전환펌프(11)를 조작하여, 감압챔버(5)내를 상압(대기압)으로 되돌리면, 외장필름체(3)의 개구부(3a)로 주입된 전해액(12)은 전지요소(4)보다 위쪽의 공간부를 전해액의 일차 저장부(3c)로하여 순차 전지요소(4)측으로 주입·함침된다.
상기 정량의 전해액 주입 종료후, 감압챔버(5)로부터 전지요소(4)를 위치 결정하여 수용한 외장필름체(3)를 취출한다. 여기서, 전지요소(4)를 위치 결정하여 수용한 외장필름체(3)의 감압챔버(5)로부터의 취출은, 외장필름체(3)의 액저장부 (3c)로 주입한 시점에서 행하고, 그 후 일정시간 방치하여 자연낙하 방식으로 함침을 진행시키더라도 좋다.
이렇게하여, 소정량의 전해액을 주입하여 함침시킨 후, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 외장필름체(3)의 개구부(3a) 끝단측을 열융착에 의해 밀봉한다. 요컨대, 위치 결정·수용한 전지요소(4)보다 바깥쪽에 연장하여 설치한 외장필름체(3)의 개구부(3a)측에서, 또한 상기 전지요소(4)에 근접한 영역(3d)을 열융착에 의해서 기밀하게 밀봉한다. 이어서, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 상기 열융착에 의해 기밀하게 밀봉한 외장필름체(3)의 영역(3d)을 남긴 상태에서 절단하여 분리함으로써 소정치수와 형상을 가지는 소정의 규격에 일치한 전지를 얻을 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 발명의 취지를 벗어나지 않은 범위에서 여러가지의 변형을 채용할 수 있다. 예를들면, 외장필름체의 구성소재를 다른 소재로 바꾸어도 좋고, 또한 외장필름체는 전지요소의 조립 공정에서, 외장필름을 겹쳐 열융착 또는 접착제의 접착작용등으로 형성하여도 좋다. 또한 본 발명은 폴리머전지등의 전지요소에 한정되는 것이 아니다.
그리고 상기 실시예에서는 챔버내에 전지를 세트한 후, 챔버내를 감압하고 나서 전해액을 주입하는 구성으로 하였지만, 챔버내에 전지를 세트한 후, 전해액을 주입하여 그 후에 챔버내를 감압하는 구성으로 하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 일정량의 전해액을 정밀도 좋게 주입하여 함침할 수 있으므로, 고품질의 전지를 수율좋게 제공할 수 있다. 즉, 외장필름체를 전지요소보다 긴 치수로 형성하여 두고, 그 일부를 이용하여 전해액의 일차 저장부를 형성하며,여기로 주입하여 충전하기 때문에 용이하고 확실하게 일정량의 전해액이 주입되어 충전된다. 더구나, 이 전해액의 주입과 충전의 공정에서, 예를들면 주입용 깔때기의 착탈등의 조작이 생략됨과 동시에, 전해액의 낭비 내지 누출 등도 없다. 따라서 저비용으로 수율좋게 고품질인 전지의 제공에 크게 기여한다.
비록 본 발명은 현재의 바람직한 실시예의 관점에서 기술되었으나, 그와 같은 기술이 한정적인 것으로서 해석되어서는 안됨은 이해 가능하다. 상술한 개시내용을 숙독한 후에는, 다양한 변경 및 변형이 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백함은 의심의 여지가 없다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 요지 및 범위내에 속하는 모든 변경 및 변형을 포함하는 것으로서 해석될 것을 의도한 것이다.

Claims (11)

  1. 일끝단측이 개구하여 전해액주입구를 이루는 외장필름체내에 전지요소를 수용하는 공정과,
    상기 외장필름체의 개구부로 전해액을 주입한 후에, 상기 개구부를 밀봉하는 공정을 가지는 전지의 제조방법으로서,
    상기 외장필름체의 개구부측에 인접하는 측에, 주입하는 전해액을 일차 저장하도록, 상기 전지요소를 수용하는 수용부보다 연장하여 설치되는 전해액 일차저장영역이 설치되고, 상기 전해액 주입후에 상기 전지요소를 밀봉한 후에 이것을 절단하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외장필름체가, 금속층의 양면에 수지층을 설치한 라미네이트필름으로 형성되어 있는 전지의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외장필름체의 밀봉이, 적어도 상기 전지요소 수용부의 바깥측의 밀봉영역에 설치된 열융착성수지를 열융착함으로써 행하여지는 전지의 제조방법.
  4. 일끝단측에 개구부를 가지고, 다른 끝단측에 폐쇄된 바닥부를 가지며, 전지요소를 수용하는 자루형상의 외장필름체로서, 상기 바닥부와 상기 개구부 사이의상기 바닥부 근방의 위치에 전지요소를 수용하는 수용부를 구비하여, 이 수용부와 상기 개구부와의 사이에 주입전해액의 일차 저장영역을 가지는 외장필름체내의 상기 수용부에, 전지요소를 수용하는 공정과,
    상기 외장필름체의 개구부로 전해액을 주입하는 공정과,
    상기 일차 저장영역과 상기 수용부 사이의 밀봉영역에서 상기 외장필름체를 밀봉하는 공정과,
    상기 밀봉영역에서 상기 외장필름체를 절단하는 공정을 구비하는 전지의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 외장필름체가, 금속층의 양면에 수지층을 설치한 라미네이트으로 형성되어 있는 전지의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 외장필름체의 밀봉이, 적어도 상기 밀봉영역에 설치된 열융착성수지를 열융착함으로써 행하여지는 전지의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 전해액을 주입하는 공정이, 상기 외장필름체를 감압하로 유지한 상태에서, 상기 개구부에서 전해액을 상압 또는 가압하여 공급함으로써 행하여지는 전지의 제조방법.
  8. 일끝단측에 개구부를 가지고, 다른 끝단측에 폐쇄된 바닥부를 가지며, 전지요소를 수용하는 자루형상의 외장필름체로서, 상기 바닥부와 상기 개구부 사이의 상기 바닥부 근방의 위치에 전지요소를 수용하는 수용부를 구비하여, 이 수용부와 상기 개구부 사이에 주입전해액의 일차 저장영역을 가지는 외장필름체내의 상기 수용부에, 전지요소를 수용하는 공정과,
    상기 외장필름체를 감압하로 유지하여, 상기 외장필름체의 개구부로 전해액을 주입하는 공정과,
    상기 외장필름체를 상압하로 유지하여 상기 전해액을 자연낙하시킴으로써 상기 전지요소에 함침시키는 공정과,
    상기 일차 저장영역과 상기 수용부 사이의 밀봉영역에서 상기 외장필름체를 밀봉하는 공정과,
    상기 밀봉영역에서 상기 외장필름체를 절단하는 공정을 구비하는 전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 외장필름체가, 금속층의 양면에 수지층을 설치한 라미네이트필름으로 형성되어 있는 전지의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 외장필름체의 밀봉이, 적어도 상기 밀봉영역에 설치된 열융착성수지를 열융착함으로써 행하여지는 전지의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 전해액을 주입하는 공정이, 상기 개구부에서 전해액을 상압 또는 가압하여 공급함으로써 행하여지는 전지의 제조방법.
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