KR100586472B1 - 2차전지, 그 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 출력 및 수명이 향상되는 2차전지를 제공하는 것이다.

2차전지(100)는 축(110), 전지 케이스(120), 양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)와 세퍼레이터 시트(204, 208)로 이루어지는 셀(A, B) 및 전해액을 포함한다. 셀 A에 포함되는 양전극 시트(202)의 끝부는, 인접하는 셀 B에 포함되는 음전극 시트(206)의 끝부에 겹쳐져 접합되어 있다. 셀 A에 포함되는 음전극 시트(206)의 끝부는, 인접하는 셀 B에 포함되는 양전극 시트(202)의 끝부에 겹쳐져 접합되어 있다.

Description

2차전지, 그 제조장치 및 제조방법{SECONDARY BATTERY, MANUFACTURING APPARATUS THEREOF AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 2차전지의 구성도(그 1),

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 2차전지의 구성도(그 2),

도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 2차전지의 제조시스템의 구성도,

도 4는 도 3에 나타내는 제조시스템에 포함되는 권회장치의 구성도(그 1),

도 5는 도 4에 나타내는 제조시스템에 포함되는 권회장치의 구성도(그 2),

도 6은 도 4에 나타내는 제조시스템에 포함되는 절연시트 권회장치의 구성도,

도 7은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 2차전지의 제조방법을 나타내는 플로우차트,

도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 2차전지의 구성도,

도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 2차전지의 제조시스템의 구성도,

도 10은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 2차전지의 제조방법을 나타내는 플로우차트,

도 11은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 2차전지의 구성도,

도 12는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 2차전지의 제조시스템의 구성도,

도 13은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 2차전지의 제조방법을 나타내는 플로우차트,

도 14는 종래의 2차전지의 구성도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100, 800, 1100, 1400 : 2차전지 110 : 축

120, 820, 1120, 1410 : 전지 케이스 130 : 코킹부

202 : 양전극 시트 204, 208 : 세퍼레이터 시트

206 : 음전극 시트 210 : 절연시트

300 : 시스템 제어기 302 : 리니어가이드 제어기

304 : 로더 306 : 반송장치

308 : 척 312 : 축 공급장치

314 : 반송레일 332 : 전지 케이스 랙

334 : 삽입기 340 : 벨트 컨베이어

350 : 코킹기 360 : 전해액 주입기

362 : 노즐 370 : 밀폐기

400 : 권회장치 402 : 가압롤러

404 : 공급롤러 406 : 유압 피스톤

408 : 시트 커터

410, 420, 430, 440, 610 : 시트롤러

412, 414, 612 : 시트가압부 416, 616 : 접착제 도포부

600 : 절연시트 권회장치 830 : 링

950 : 링 공급기 952 : 링 가압기

1130 : 용접부 1250 : 용접기

1420 : 양극 집전체 1422 : 양극 판

1430 : 음극 집전체 1432 : 음극 판

1440 : 세퍼레이터 1450 : 절연 가스킷

1460 : 캡 1470 : 안전밸브

1480 : 밀봉판 1490 : 절연 링

본 발명은 2차전지, 그 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 셀이 일 방향으로 복수 접속된 2차전지, 그 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

하이브리드차량에 탑재되는 2차전지로서, 예를 들면, 도 14의 구조를 가지는 원통형상의 밀폐형 니켈-수소 2차전지가 알려져 있다(비특허문헌 1).

도 14를 참조하여, 2차전지(1400)는 케이스(1410), 양극 집전체(1420), 양극 판(1422), 음극 집전체(1430), 음극 판(1432), 세퍼레이터(1440), 절연 가스킷(1450), 캡(1460), 안전밸브(1470), 밀봉판(1480) 및 절연 링(1490)을 포함한다. 이 2차전지(1400)에 있어서는, 캡(1460)이 양극이 되고, 케이스(1410)가 음극이 된다.

이와 같이 구성되는 2차전지(1400)로부터 고전압을 얻기 위해서는, 그 전압에 알맞은 수의 2차전지를 접속할 필요가 있다. 이 경우, 2차전지(1400)의 캡(1460)과 다른 2차전지의 케이스 사이에 있어서 접속저항이 생기기 때문에, 기전압이 저하되어 2차전지로서의 효율이 저하된다는 문제가 있었다.

이와 같은 문제에 대하여, 일본국 특개평4-341766호 공보(특허문헌 1)는, 셀사이에 있어서의 전압손실 및 전지 바깥 둘레부에 있어서의 활성물질 이용율의 저하를 방지하고 2차전지로서의 효율을 향상시키기 위하여, 소용돌이식 다셀 밀폐형 2차전지를 개시한다. 이 2차전지는 1매의 띠형상의 집전체의 좌우에 양·음극 활성물질을 구비하고, 집전체의 중앙부에 셀 사이를 격리하기 위한 돌출형상체를 설치한 바이폴라극판과, 1매의 띠형상의 집전체의 좌우 어느 한쪽에 일정 폭을 남겨 양극 또는 음극 활성물질을 구비하고, 셀을 상부 또는 하부와 격리하기 위한 돌출형상체를 일정 폭 부분에 설치한 제 1 셀용 및 최종 셀용의 극판을 포함한다. 이들 3종류의 극판은 극판군으로 하여, 세퍼레이터를 거쳐 양극 판과 음극 판이 대향하도록 배치하여 겹쳐져 있다. 이 극판군은 소용돌이형상으로 감겨져, 일체가 된 복수의 셀을 형성하고 있다.

이 특허문헌 1에 개시된 2차전지에 의하면, 셀 사이의 접속부분에 있어서의 전압손실이 억제되기 때문에, 방전시의 전압을 고전압으로 유지할 수 있다. 이에 의하여, 방전시에 있어서 2차전압의 효율을 향상할 수 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개평4-341766호 공보

[비특허문헌 1]

전기자동차 핸드북 편집위원회편(2001년), 전기자동차 핸드북 p261 내지 262, 마루젠

그러나 특허문헌 1에 개시된 2차전지에 의하면, 소용돌이형상으로 감겨진 전극군을 집전체에 의하여 접속하면, 내부저항의 증가 때문에 출력전압이 저하된다는 문제가 있었다. 또 이와 같이 접속하면, 부품점수가 증가하여 결과적으로 제조공정수도 증가한다는 문제가 있었다.

또한 고전압을 출력하는 2차전지의 경우, 냉각의 정도에 따라서는 발열 때문에 수명이 저하된다는 문제도 있었다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 출력 및 수명을 향상시킬 수 있고, 또 부품점수 및 제조공정수를 줄일 수 있는 2차전지, 그 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.

제 1의 발명에 관한 2차전지는, 복수의 셀이 일 방향으로 나열된 형상을 가지는 2차전지이다. 이 셀은 평판형상의 형상을 가지는 양극 및 음극이 세퍼레이터를 거쳐 적층된 전극으로 구성되어 있다. 이 셀에 포함되는 전극의 끝부는, 인접하는 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부에 겹쳐져 접합되어 있다. 그 셀에 포함되는 적층된 전극의 끝부의 극성은, 인접하는 다른 셀에 포함되는 적층된 전극의 끝부의 극성과 다르다.

제 1의 발명에 의하면, 2차전지를 구성하는 복수의 셀의 각각은 양극 및 음극이 적층된 전극을 포함한다. 이 2차전지의 셀의 전극의 끝부는, 인접하는 다른 셀에 포함되는, 동일하게 적층된 전극의 끝부에 겹쳐져 있다. 이 때, 소정 셀의 전극의 끝부가 양극일 때, 그 셀에 인접하는 다른 셀의 전극의 끝부는 음극이 되고, 소정 셀의 전극의 끝부가 음극일 때, 그 셀에 인접하는 다른 셀의 전극의 끝부는 양극이 되도록 겹쳐져 있다. 이와 같이 하면, 각 셀의 전극이 직접 접속되기 때문에, 셀의 접속에 의한 내부저항을 저감할 수 있다. 그 결과, 2차전지의 출력은 향상한다. 또 셀을 접속하기 위한 부품 및 그 부품을 조립하기 위한 공정도 불필요하게 된다. 이에 의하여 출력을 향상시킬 수 있어, 부품점수 및 제조공정수를 줄일 수 있는 2차전지를 제공할 수 있다.

제 2의 발명에 관한 2차전지는, 제 1 발명의 구성에 더하여, 적층된 전극은 일 방향에 대하여 양극 및 음극을 서로 어긋나게 하여 적층함으로써 형성되어 있는 것이다. 양극의 형상과 음극의 형상은, 서로 동일한 평판형상이다.

제 2의 발명에 의하면, 적층된 전극의 끝부를 확실하게 양극과 음극으로 할 수 있으므로, 그 끝부를 셀끼리의 접속을 위하여 사용할 수 있다. 이에 의하여, 셀의 접속에 의한 내부저항은 저감된다.

제 3의 발명에 관한 2차전지는, 제 1 또는 제 2 발명의 구성에 더하여, 적층된 전극은 감겨져 있는 것이다.

제 3의 발명에 의하면, 적층된 전극을 감아 들임으로써, 각 셀의 끝부의 접속을 확실하게 할 수 있다. 이에 의하여 2차전지의 내부저항을 저감할 수 있고, 또한 2차전지에 포함되는 전해액에 의한 액락(液絡)을 방지할 수 있다.

제 4의 발명에 관한 2차전지는, 제 3 발명의 구성에 더하여, 축형상부재를 더욱 포함한다. 적층된 전극은 축형상부재의 주위에 감겨져 있는 것이다.

제 4의 발명에 의하면, 적층된 전극을 축형상부재(예를 들면, 중공축, 중실축 등)에 감아 들이면, 그 전극은 확실하게 감겨진다. 따라서 셀의 내부에 있어서 전극의 늘어짐 또는 느슨함 등을 방지할 수 있음과 동시에, 전극을 감아 들이는 효율을 향상할 수 있다.

제 5의 발명에 관한 2차전지는, 제 4의 발명의 구성에 더하여, 축형상부재는 중공축인 것이다.

제 5의 발명에 의하면, 중공축의 내부에 매체(예를 들면, 냉각액 외의 액체 등)를 주입할 수 있으므로, 2차전지를 냉각할 수 있다. 이에 의하여, 2차전지의 수명의 저하를 방지할 수 있다.

제 6의 발명에 관한 2차전지는, 제 4 또는 제 5의 발명의 구성에 더하여, 축형상부재의 적어도 표면은 수지이다.

제 6의 발명에 의하면, 축형상부재의 내부와 축형상부재의 외부 사이에서 절연할 수 있다.

제 7의 발명에 관한 2차전지는, 제 1 내지 6의 발명의 구성에 더하여, 각 셀에 포함되는 전극의 끝부와, 인접하는 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부는 코킹됨으로써 접합되어 있는 것이다.

제 7의 발명에 의하면, 인접하는 셀끼리는 각각의 전극의 끝부에 있어서 확 실하게 접속되므로, 2차전지의 내부저항은 저감한다. 이에 의하여, 2차전지의 출력을 향상시킬 수 있다.

제 8의 발명에 관한 2차전지는, 제 1 내지 6의 발명의 구성에 더하여, 링부재를 더욱 포함한다. 각 셀에 포함되는 전극의 끝부와, 인접하는 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부는 링부재의 압착에 의하여 접합되어 있는 것이다.

제 8의 발명에 의하면, 각 셀의 전극의 끝부가 인접하는 다른 셀의 전극의 끝부로부터 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 셀끼리가 확실하게 접속되므로, 2차전지의 내부저항은 저감한다.

제 9의 발명에 관한 2차전지는, 제 1 내지 제 6의 발명의 구성에 더하여, 각 셀에 포함되는 전극의 끝부와, 인접하는 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부는 용접에 의하여 접합되어 있는 것이다.

제 9의 발명에 의하면, 셀의 전극의 끝부의 접속이 강고하게 되므로, 2차전지의 내부저항이 저감한다.

제 10의 발명에 관한 2차전지는, 제 1 내지 6의 발명의 구성에 더하여, 복수의 셀을 수용하기 위한 박스체를 더욱 포함한다. 각 셀에 포함되는 전극의 끝부와, 인접하는 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부는 박스체의 외부로부터 가압됨으로써 접합되어 있다.

제 10의 발명에 의하면, 적층된 전극이 박스체에 의하여 외부로부터 보호되므로, 전극의 열화를 방지함과 동시에, 외부와의 절연을 확실하게 할 수 있다. 또 전극이 겹쳐진 부분이 가압에 의하여 확실하게 접속되므로, 셀의 접속에 의한 내부 저항을 저감하여, 2차전지의 출력을 향상시킬 수 있다.

제 11의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 복수의 셀이 일방향으로 나열된 형상을 가지는 2차전지를 제조하기 위한 장치이다. 이 제조장치는, 평판형상의 형상을 가지는 양극 및 음극이 세퍼레이터를 거쳐 적층된 전극으로 이루어지는 셀을 형성하기 위한 제 1 형성수단과, 제 1 형성수단에 의하여 형성된 셀의 전극의 끝부에, 셀의 전극의 끝부의 극성과 다른 극성을 가지는 전극의 끝부가 겹쳐지도록 적층된 전극으로 이루어지는 다른 셀을 형성하기 위한 제 2 형성수단을 포함한다.

제 11의 발명에 의하면, 2차전지의 제조장치의 제 1 형성수단은, 적층된 전극의 끝부가 양극의 끝부 및 음극의 끝부가 되도록, 예를 들면 전극을 옵셋함으로써 셀을 형성한다. 제 2 형성수단은, 그 셀의 전극의 끝부에, 셀의 전극의 끝부의 극성과 다른 극성을 가지는 전극의 끝부가 겹치도록(예를 들면, 양극의 끝부에는 음극의 끝부가 겹치도록), 동일하게 적층된 전극을 가지는 다른 셀을 형성한다. 이와 같이 하면, 셀의 접속부분에 있어서, 양극의 끝부와 음극의 끝부가 접속되기 때문에, 복수의 셀을 접속하기 위한 부품이 불필요하게 된다. 그 결과, 셀의 접속에 의한 내부저항이 저감되어, 2차전지의 출력은 향상한다. 또 제 2 형성수단이 셀을 형성할 때에, 제 1 형성수단에 의하여 형성된 셀과의 접속이 행하여지기 때문에, 셀끼리의 접속을 위한 공정수가 불필요하게 된다. 이에 의하여 출력을 향상시킬 수 있고, 또한 부품점수 및 제조공정수를 줄일 수 있는 2차전지의 제조장치를 제공할 수 있다.

제 12의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 11의 발명의 구성에 더하여, 제 1 형성수단은 복수의 셀이 나열되는 일방향에 대하여 미리 정해진 간격마다 셀을 복수 형성하기 위한 수단을 포함한다.

제 12의 발명에 의하면, 복수의 셀을 동시에 형성할 수 있으므로, 2차전지의 제조효율을 향상할 수 있다.

제 13의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 11의 발명의 구성에 더하여, 제 1 형성수단 및 제 2 형성수단 중 어느 하나는, 일 방향에 대하여 양극 및 음극을 서로 어긋나게 하여 적층함으로써 셀을 형성하기 위한 수단을 포함한다. 양극의 형상과 음극의 형상은 서로 동일한 평판형상이다.

제 13의 발명에 의하면, 형성된 셀은 확실하게 양극의 끝부와 음극의 끝부를 가지므로, 셀끼리의 접속을 확실하게 할 수 있다. 그 결과, 2차전지의 내부저항은 저감한다.

제 14의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 11의 발명의 구성에 더하여, 제 1 형성수단 및 제 2 형성수단 중 어느 하나는 적층된 전극을 감아 들임으로써 셀을 형성하기 위한 셀 형성수단을 포함한다.

제 14의 발명에 의하면, 셀의 전극의 끝부와 그 셀에 인접하는 다른 셀의 끝부가 겹치는 부분은 확실하게 가압되므로, 2차전지의 내부저항을 저감할 수 있다. 또 적층된 전극이 감아 들여짐으로써 전해액을 소정의 영역에 유지할 수 있으므로, 액락을 방지할 수 있다.

제 15의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 14의 발명의 구성에 더하여, 축형상부재를 포함하는 2차전지를 제조하는 장치이다. 이 제조장치의 셀 형성수단 은 축형상부재의 주위에 적층된 전극을 감아 들임으로써 셀을 형성하기 위한 수단을 포함한다.

제 15의 발명에 의하면, 적층된 전극을 확실하게 감아 들일 수 있으므로, 권회처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

제 16의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 11 내지 15 중 어느 한 항의 발명의 구성에 더하여, 셀에 포함되는 전극의 끝부와 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부가 겹치는 부분을 접합하기 위한 접합수단을 더욱 포함한다.

제 16의 발명에 의하면, 셀에 포함되는 전극의 끝부와 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부가 겹치는 부분을 확실하게 접합할 수 있다. 이에 의하여, 셀 사이의 접속저항이 저감되므로, 2차전지의 출력은 향상한다.

제 17의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 16의 발명의 구성에 더하여, 접합수단은 코킹함으로써 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함한다.

제 17의 발명에 의하면, 예를 들면 용접 등 야금적 결합 또는 링부재 등의 가압에 의하여 셀끼리를 접합할 수 없는 경우에도, 인접하는 셀의 전극의 끝부끼리가 겹치는 부분을 확실하게 접합할 수 있다.

제 18의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 16의 발명의 구성에 더하여, 링부재를 포함하는 2차전지를 제조하기 위한 장치이다. 이 제조장치의 접합수단은 링부재에 의하여 압착함으로써 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함한다.

제 18의 발명에 의하면, 예를 들면 코킹 등에 의하여 셀 사이의 접속부분을 소성 변형시킬 수 없는 재료(예를 들면, 수지필름 등)가 전극에 사용되고 있는 경 우에도, 링부재에 의하여 인접하는 셀의 전극의 끝부끼리가 겹치는 부분을 확실하게 접합할 수 있다.

제 19의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 16의 발명의 구성에 더하여, 접합수단은 용접함으로써 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함한다.

제 19의 발명에 의하면, 인접하는 셀의 전극의 끝부끼리가 겹치는 부분은 용융되어 접합되기 때문에, 셀의 접속을 강고한 것으로 할 수 있다. 그 결과, 전해액의 누출이 방지되고, 또 2차전지의 출력 및 수명이 향상된다.

제 20의 발명에 관한 2차전지의 제조장치는, 제 16의 발명의 구성에 더하여, 박스체에 수용된 2차전지를 제조하는 장치이다. 이 제조장치의 접합수단은, 박스체의 외부로부터 가압함으로써 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함한다.

제 20의 발명에 의하면, 박스체에 의하여 2차전지를 보호하면서 셀 사이의 접속을 확실하게 할 수 있으므로, 2차전지의 출력 및 수명은 향상한다.

제 21의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 복수의 셀이 일 방향으로 나열된 형상을 가지는 2차전지를 제조하기 위한 방법이다. 이 제조방법은, 평판형상의 형상을 가지는 양극 및 음극이 세퍼레이터를 거쳐 적층된 전극으로 이루어지는 셀을 형성하는 제 1 형성단계와, 제 1 형성단계에 의하여 형성된 셀의 전극의 끝부에, 셀의 전극의 끝부의 극성과 다른 극성을 가지는 전극의 끝부가 겹치도록 적층된 전극으로 이루어지는 다른 셀을 형성하는 제 2 형성단계를 포함한다.

제 21의 발명에 의하면, 2차전지의 제조방법의 제 1 형성단계에서, 적층된 전극의 끝부가 양극의 끝부 및 음극의 끝부가 되도록, 예를 들면 전극을 옵셋함으 로써 셀이 형성된다. 제 2 형성단계에서, 그 셀의 전극의 끝부에, 셀의 전극의 끝부의 극성과 다른 극성을 가지는 전극의 끝부가 겹치도록(예를 들면, 양극의 끝부에는 음극의 끝부가 겹치도록), 동일하게 적층된 전극을 가지는 다른 셀이 형성된다. 이와 같이 하면, 셀의 접속부분에 있어서, 양극의 끝부와 음극의 끝부가 접속되므로, 복수의 셀을 접속하기 위한 부품이 불필요하게 된다. 그 결과, 셀의 접속에 의한 내부저항이 저감되어, 2차전지의 출력은 향상한다. 또 제 2 형성단계가 셀을 형성할 때에, 제 1 형성단계에 의하여 형성된 셀과의 접속이 행하여지므로, 셀끼리의 접속을 위한 공정수가 불필요하게 된다. 이에 의하여, 출력을 향상시킬 수 있고, 또한 부품점수 및 제조공정수를 줄일 수 있는 2차전지의 제조방법을 제공할 수 있다.

제 22의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 21의 발명의 구성에 더하여, 제 1 형성단계는, 일 방향에 대하여 미리 정해진 간격마다 셀을 복수 형성하는 단계를 포함한다.

제 22의 발명에 의하면, 복수의 셀을 동시에 형성할 수 있으므로, 2차전지의 제조효율을 향상할 수 있다.

제 23의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 21의 발명의 구성에 더하여, 제 1 형성단계 및 제 2 형성단계 중 어느 하나는, 일 방향에 대하여 양극 및 음극을 서로 어긋나게 하여 적층함으로써 셀을 형성하는 단계를 포함한다. 이 양극의 형상과 음극의 형상은 서로 동일한 평판형상이다.

제 23의 발명에 의하면, 형성된 셀은 확실하게 양극의 끝부와 음극의 끝부를 가지기 때문에, 셀끼리의 접속을 확실하게 할 수 있다. 그 결과, 2차전지의 내부저항은 저감한다.

제 24의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 21의 발명의 구성에 더하여, 제 1 형성단계 및 제 2 형성단계 중 어느 하나는 적층된 전극을 감아 들임으로써 셀을 형성하는 셀 형성단계를 포함한다.

제 24의 발명에 의하면, 셀의 전극의 끝부와 그 셀에 인접하는 다른 셀의 끝부가 겹치는 부분은 확실하게 가압되므로, 2차전지의 내부저항을 저감할 수 있다. 또 적층된 전극이 감아 들여짐으로써 전해액을 소정의 영역에 유지할 수 있으므로, 액락을 방지할 수 있다.

제 25의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 24의 발명의 구성에 더하여, 축형상부재를 포함하는 2차전지를 제조하는 방법이다. 이 제조방법의 셀 형성단계는, 축형상부재의 주위에 적층된 전극을 감아 들임으로써 셀을 형성하는 단계를 포함한다.

제 25의 발명에 의하면, 적층된 전극을 확실하게 감아 들일 수 있으므로, 권회처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

제 26의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 21 내지 25 중 어느 하나의 발명의 구성에 더하여, 셀에 포함되는 전극의 끝부와 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부가 겹치는 부분을 접합하는 접합단계를 더욱 포함한다.

제 26의 발명에 의하면, 셀에 포함되는 전극의 끝부와 다른 셀에 포함되는 전극의 끝부가 겹치는 부분을 확실하게 접합할 수 있다. 이에 의하여, 셀 사이의 접속저항이 저감되므로, 2차전지의 출력은 향상한다.

제 27의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 26의 발명의 구성에 더하여, 접합단계는 코킹함으로써 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함한다.

제 27의 발명에 의하면, 예를 들면 용접 등 야금적 결합 또는 링부재 등의 가압에 의하여 셀끼리를 접합할 수 없는 경우에도, 인접하는 셀의 전극의 끝부끼리가 겹치는 부분을 확실하게 접합할 수 있다.

제 28의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 26의 발명의 구성에 더하여, 링부재를 포함하는 2차전지를 제조하는 방법이다. 이 제조방법의 접합단계는, 링부재에 의하여 압착함으로써 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함한다.

제 28의 발명에 의하면, 예를 들면 코킹 등에 의하여 셀 사이의 접속부분을 소성 변형시킬 수 없는 재료(예를 들면, 수지필름 등)가 전극에 사용되고 있는 경우에도, 링부재에 의하여 인접하는 셀의 전극의 끝부끼리가 겹치는 부분을 확실하게 접합할 수 있다.

제 29의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 26의 발명의 구성에 더하여, 접합단계는 용접함으로써 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함한다.

제 29의 발명에 의하면, 인접하는 셀의 전극의 끝부끼리가 겹치는 부분은 용융되어 접합되기 때문에, 셀의 접속을 강고한 것으로 할 수 있다. 그 결과, 전해액의 누출이 방지되고, 또 2차전지의 출력 및 수명이 향상한다.

제 30의 발명에 관한 2차전지의 제조방법은, 제 26의 발명의 구성에 더하여, 박스체에 수용된 2차전지를 제조하는 방법이다. 이 제조방법의 접합단계는, 박스 체의 외부로부터 가압함으로써 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함한다.

제 30의 발명에 의하면, 박스체에 의하여 2차전지를 보호하면서, 셀 사이의 접속을 확실하게 할 수 있으므로, 2차전지의 출력 및 수명은 향상한다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 동일한 부품에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 그들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서 그들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다

<제 1 실시형태>

도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 2차전지(100)를 나타낸다. 이 2차전지(100)는 복수의 셀이 일 방향으로 나열된 형상을 가진다. 이 전지는, 예를 들면 하이브리드차량에 탑재되는 전동기(도시 생략)에 전력을 공급하기 위하여, 또는 가정용 전기제품 등의 전원으로서 사용된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 2차전지(100)는 축(110)과, 전지 케이스(120)와, 양전극 시트(202)와, 음전극 시트(206)와, 세퍼레이터 시트(204, 208)와, 절연시트(도시 생략)와, 전해액(도시 생략)을 포함한다. 전지 케이스(120)의 안쪽에는 절연시트가 감겨져 있다. 절연시트의 안쪽에는, 뒤에서 설명하는 바와 같이 양전극 시트(202)와, 음전극 시트(206)와, 세퍼레이터 시트(204, 208)가 축(110)에 감겨져 있다. 이 2차전지(100)는 미리 정해진 코킹부(130)에 있어서, 코킹되어 있다.

축(110)의 내부에는 냉각액(도시 생략)이 충전되어 있다. 이에 의하여 2차 전지가 냉각되므로, 발열에 의한 성능의 열화(예를 들면, 수명의 단축) 등을 방지할 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(100)의 단면구조에 대하여 설명한다. 도 2는 축(110)을 지나는 단면에 의하여 도 1에 나타낸 2차전지(100)를 절단한 도면이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 2차전지(100)는 셀 A와 셀 B를 복수 포함한다. 이 셀 A와 셀 B는 교대로 배치되어 있다. 셀 A 및 셀 B에서, 양전극 시트(202)와 세퍼레이터 시트(204)와 음전극 시트(206)와 세퍼레이터 시트(208)가 감겨져 있다.

양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)는, 셀의 접속방향〔즉, 축(110)의 축방향〕에 대하여 반대의 위치에 끝부를 형성하고 있다. 이 끝부의 폭(즉, 축방향의 길이)은, 예를 들면 적층된 시트의 감김수〔또는 2차전지(100)의 바깥 지름〕, 또는 셀 사이의 접속방법(코킹, 용접, 링부재에 의한 가압 등)에 의거하여 미리 설정할 수 있다.

양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)는 각각 전기전도성을 가지는 물질이다. 양전극 시트(202)는, 예를 들면 소결 니켈이 도포된 시트이고, 음전극 시트(206)는, 예를 들면 페이스트형상의 수소흡장합금이 도포된 시트이나, 특별히 이것에 한정되지 않는다.

세퍼레이터 시트(204, 208)는 양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)를 분리하기 위한 시트이다. 이 세퍼레이터 시트(204, 208)는, 예를 들면 부직포 또는 미세 다공필름으로 이루어지는 시트이나, 이것에 한정되지 않고, 전해액에 대하여 안 정적이고, 함침율이 소정의 조건을 만족하는 시트이면 된다.

셀 B는 셀 A가 형성된 후에 형성되어 있다. 셀 A와의 접속부분에 있어서, 셀 B에 포함되는 전극의 끝부는 셀 A에 포함되는 전극의 끝부에 겹치도록, 그 끝부의 상면으로부터 감아 들인다. 따라서 셀 A에 포함되는 전극의 끝부는, 인접하는 셀 B의 전극의 끝부에 의하여 축(110)의 방향으로 가압된다. 이에 의하여 셀 A와 셀 B와의 접속이 확실하게 된다.

또한 각각의 시트의 감김수는 특별히 한정되지 않고, 2차전지(100)의 용량 등에 의거하여 미리 정해진다. 또 셀 A 또는 셀 B의 수는, 도 2에 나타낸 수에 한정되지 않는다. 이 수는, 예를 들면 2차전지(100)에 요구되는 전압 등에 의거하여 정해진다.

이와 같은 구조로 함으로써, 종래의 2차전지에 있어서 필요로 하고 있던 집전체가 불필요하게 된다. 그 결과, 소정의 전압을 얻기 위하여 복수의 셀을 접속하는 경우에도, 셀의 접속에 의한 내부저항을 저감할 수 있다. 이에 의하여 2차전지의 출력이 향상되고, 또한 부품점수는 줄어든다.

도 3을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 2차전지를 제조하기 위한 제조시스템(1000)에 대하여 설명한다. 이 제조시스템(1000)은, 2차전지의 구성재료(축, 전극시트, 세퍼레이터 시트, 절연시트, 전해액, 케이스 등)의 투입으로부터 전지 케이스의 밀봉까지의 처리를 실행하는 제조설비로 구성된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 제조시스템(1000)은 시스템 제어기(300)와, 리니어가이드 제어기(302)와, 반송장치(306)와, 축 공급장치(312)와, 삽입기(334)와, 전지 케이스 랙(332)과, 벨트 컨베이어(340)와, 2대의 코킹기(350)와, 노즐(362)을 구비한 전해액 주입기(360)와, 2대의 밀폐기(370)와, 2대의 권회(捲回)장치(400)와, 절연시트 권회장치(600)를 포함한다.

시스템 제어기(300)는 제조시스템(1000)에 포함되는 각 설비에 접속되어, 소정의 조건에 의거하여 이들 설비에 의한 처리를 제어한다.

리니어가이드 제어기(302)는, 시스템 제어기(300)로부터의 지령에 의거하여 반송장치(306)의 동작을 제어한다.

반송장치(306)는 리니어가이드 제어기(302)로부터의 지령에 의거하여 반송레일(314) 상을 이동함과 동시에, 각 시트가 감겨진 축(110)을 삽입기(334)에 공급하기 위하여, 소정의 위치에서 반전한다(도 3에 있어서의 점선부분). 이 반송장치(306)에는 로더(304)가 설치되어 있다. 이 로더(304)에는, 척(308)이 설치되어 있다. 로더(304)는 리니어가이드 제어기(302)로부터의 지령에 의거하여 척(308)을 거쳐 축(110)을 착탈한다. 반송장치(306)가 반전하면, 축(110)은 척(308)으로부터 해방되어 소정의 위치에 공급된다.

척(308)은 축 공급장치(312)로부터 축(110)을 인출하여, 삽입기(334)에 공급할 때까지 축(110)을 유지한다.

축(110)은, 예를 들면 튜브와 같은 중공축이나, 중실축이어도 된다. 중공축을 사용하는 경우, 그 내부에 냉각매체를 주입할 수 있다. 이 주입은, 예를 들면 2차전지가 사용되는 장소(예를 들면, 차량)에 설치되었을 때에 행하여진다. 또 축(110)은, 예를 들면 금속제의 강체로서, 바깥쪽이 절연 코팅되어 있으면 좋다.

권회장치(400)는, 뒤에서 설명하는 바와 같이 양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)와 세퍼레이터 시트(204, 208)를 축(110)에 감아 들인다. 도 3에 있어서는, 권회장치(400)는 2대 설치되어 있으나, 대수는 이것에 한정되지 않고, 2차전지의 크기(즉, 축방향의 길이) 또는 생산속도 등의 조건 등에 의거하여 대수를 증감하여도 좋다.

축 공급장치(312)는 2차전지를 구성하는 축(110)을 공급한다. 이 공급은 시스템 제어기(300)의 지시에 의거하여 소정의 사이클 타임마다 행하여진다.

삽입기(334)는 양전극 시트(202), 세퍼레이터 시트(206), 음전극 시트(204, 208) 및 절연시트(210)가 감겨진 축(110)을 전지 케이스(120)에 삽입한다. 이 삽입은, 시스템 제어기(300)의 지령에 의거하여 행하여진다. 전지 케이스(120)는 전지 케이스 랙(332)으로부터 공급된다. 이 공급은 시스템 제어기(300)의 지령에 의거하여 행하여진다.

코킹기(350)는 각 시트가 감겨진 축(110)이 전지 케이스(120)에 삽입되면, 소정의 위치마다 전지 케이스(120)를 코킹함으로써 각 셀(도 2)을 접합한다. 또한 소정의 위치는 셀이 다른 셀과 접속되는 부분〔각 셀의 전극의 끝부(옵셋부분)이 겹치는 부분〕이다. 이에 의하여 셀 사이의 접속이 확실한 것이 된다.

전해액 주입기(360)는 전지 케이스(120)의 내부에 전해액을 공급한다. 이 전해액은, 예를 들면 희석 황산, 수산화칼륨수용액 등이나, 이것에 한정되지 않고, 이온 용해성 및 이온 전도성이 높고, 전자전도성을 가지지 않으며, 안정온도영역 또는 분해전압이 높은 전해액이면 좋다.

밀폐기(370)는 전해액이 주입된 2차전지를 밀폐한다. 이에 의하여 전해액의 누출이 방지된다. 밀폐의 방법으로는, 예를 들면 프레스, 또는 입구 밀봉판 또는 시일의 삽입 등이 포함되나, 이들의 방법에 특별히 한정되지 않는다.

이상의 각 제조설비에 있어서의 소정의 공정을 거쳐, 각 시트가 감겨진 축(110) 및 전해액이 전지 케이스(120)에 봉입되고, 셀끼리가 접합되면 2차전지의 조립이 완료된다. 그 후, 2차전지는 벨트 컨베이어(340)에 의하여 반송되고, 다음 공정(예를 들면, 검사공정 등)으로 공급된다.

도 4를 참조하여, 본 실시형태에 관한 제조시스템(1000)을 구성하는 권회장치(400)에 대하여 설명한다. 도 4는 권회장치(400)를 수평방향에서 나타낸 도면이다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 이 권회장치(400)는 가압롤러(402), 유압 피스톤(406), 시트 커터(408), 시트가압부(412, 414), 접착제 도포부(416), 2개의 공급롤러(404), 및 4개의 시트롤러(410, 420, 430, 440)를 포함한다.

가압롤러(402)는 유압 피스톤(406)이 부여하는 유압에 의하여 각 시트를 축(110)에 압착한다. 시트의 감아 들임이 개시되면, 가압롤러(402)는 조정된 유압에 의하여 시트를 축(110)에 계속 가압한다.

공급롤러는 각 시트를 소정의 상태로 유지하면서 각 시트롤러로부터 시트가압부(412, 414)에 공급한다.

시트 커터(408)는 소정의 감아 들임이 완료되면, 각 시트를 절단한다. 시트가압부(412, 414)는 시트의 감아 들임이 실행되지 않는 동안, 다음 권회처리에 대 비하여 각 시트를 소정의 상태로 유지한다.

시트롤러(410)에는 양전극 시트(202)가 감겨져 있다. 시트롤러(420)에는 세퍼레이터 시트(204)가 감겨져 있다. 시트롤러(430)에는 음전극 시트(206)가 감겨져 있다. 시트롤러(440)에는 세퍼레이터 시트(208)가 감겨져 있다. 이들 시트에는, 소정의 장력이 가해져 있어, 시트의 늘어짐이 방지되고 있다.

시트롤러(410, 420, 430, 440)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 양전극 시트(202)의 끝부와 음전극 시트(206)의 끝부가 어긋나도록 배치되어 있다. 이 배치에 대해서는 도 5에서 상세하게 설명한다.

각 시트롤러로부터 공급되는 시트는 공급롤러(404)를 거쳐 소정의 위치에 정렬되고, 시트가압부(412, 414) 사이를 지나 축(110)에 공급된다. 여기서, 시트의 선단이 축(110)으로부터 떨어지는 것을 방지하기 위하여, 접착제 도포부(416)가 시트의 선단에 접착제를 도포한다. 그 후, 시트의 선단부가 축(110)에 송출된다. 가압롤러(402)는 유압 피스톤(406)으로부터의 유압을 받아, 시트를 축(110)에 가압한다. 이에 의하여, 그 시트의 선단은 축(110)에 접착된다.

도 5를 참조하여, 권회장치(400)가 양·음전극 시트의 끝부를 어긋나게 하면서, 이들 시트를 축(110)에 감아 들이는 구조에 대하여 설명한다. 도 5는 각 시트가 소정의 위치에 배치된 권회장치(400)를 윗쪽에서 나타낸 도면이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 축(110)에 감겨지는 시트는, 안쪽에서 바깥쪽을 향하여 양전극 시트(202), 세퍼레이터 시트(204), 음전극 시트(206), 및 세퍼레이터 시트(208)의 순으로 감겨진다. 양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)는 각각의 끝부가 어긋나도록 배치되어 있다. 이와 같이 배치된 각 시트를 축(110)에 감아 들이면, 도 2에 나타낸 셀 A 또는 셀 B가 형성된다. 셀 A 또는 셀 B의 끝부는 각각 양극 및 음극의 극성을 가지도록, 어느 하나의 극성을 가지는 시트만으로 형성되어 있다. 따라서 이 끝부를 인접하는 셀끼리의 접합에 사용할 수 있다.

도 6을 참조하여, 제조시스템(1000)을 구성하는 절연시트 권회장치(600)에 대하여 설명한다. 도 6은 도 3에 나타낸 절연시트 권회장치(600)를 수평방향에서 나타낸 도면이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 이 절연시트 권회장치(600)는 가압롤러(602)와, 2개의 공급롤러(604)와, 유압 피스톤(606)과, 2개의 시트 커터(608)와, 시트롤러(610)와, 시트가압부(612)를 포함한다. 시트롤러(610)에는 절연시트(210)가 감겨져 있다. 이 절연시트(210)에는 늘어짐을 방지하기 위하여, 소정의 장력이 가해져 있다.

또한 각 롤러, 유압 피스톤(606), 시트 커터(608), 시트가압부(612)의 각 기능은 도 4에 나타낸 각 롤러, 유압 피스톤(406), 시트 커터(408) 및 시트가압부(412)의 각 기능과 동일하기 때문에, 여기서는 그것들에 대한 설명은 반복하지 않는다.

이 절연시트 권회장치(600)는, 권회장치(400)에 의하여 시트가 감겨진 축(110)이 소정의 위치에 공급되면, 절연시트(210)를 축(110)의 바깥 둘레부에 감아 들인다. 이에 의하여, 권회장치(400)에 있어서 감겨진 양전극 시트(202) 또는 음전극 시트(206)와 외부를 절연할 수 있다.

도 7을 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(100)의 제조방법을 플로우차트에 의거하여 설명한다. 이 제조방법은, 예를 들면 도 3에 나타낸 제조시스템(1000)에 있어서 사용된다.

단계(이하, 단계를 S라고 함)(702)에서, 시스템 제어기(300)는 제어 데이터를 초기화한다. 이 제어 데이터에는, 예를 들면 시트의 감김회수를 나타내는 카운터(p), 2차전지를 구성하는 셀의 수 등이 포함된다.

S704에서, 축 공급장치(312)는 시스템 제어기(300)의 지령에 의거하여 축(110)을 소정의 위치에 공급한다. 이 소정의 위치는 척(308)이 축(110)을 잡을 수 있는 위치이다. 이 위치는, 축(110)의 길이, 중공축, 중실축 외의 축의 종류 등에 의거하여 변경할 수 있다.

S706에서, 로더(304)는 축(110)을 소정의 초기상태로 설정한다. 이 초기상태는 로더(304)에 설치되어 있는 척(308)이 축(110)의 양쪽 끝부를 잡은 상태이다.

S708에서, 시스템 제어기(300)는 리니어가이드 제어기(302)를 거쳐 반송장치(306)를 권회장치(400)의 소정의 위치에 이동시킨다. 이 소정의 위치란, 권회장치(400)가 각 시트를 축(110)에 감아 들일 수 있는 위치이다.

S710에서, 권회장치(400)는 양전극 시트(202), 음전극 시트(206) 및 세퍼레이터 시트(204, 208)의 각각을 초기상태로 설정한다. 이 초기상태란, 각 시트의 선단부가 정렬되고, 접착제가 그 선단부에 도포된 상태이다.

S712에서, 권회장치(400)는 각 시트를 축(110)에 설정한다. 이에 의하여, 양전극 시트(202), 음전극 시트(206) 및 세퍼레이터 시트(204, 208)의 각 선단부는 축(110)에 접착되고, 가압롤러(402)에 의하여 선단부가 축(110)으로부터 빠지지 않도록 가압된다.

S714에서, 권회장치(400)는 소정의 속도에 의거하여 축(110)을 회전시키면서 양전극 시트(202), 음전극 시트(206) 및 세퍼레이터 시트(204, 208)를 축(110)에 감아 들인다. 이 때, 양전극 시트(202) 및 음전극 시트(206)는 각각의 끝부가 어긋나도록 공급된다. 그 때문에, 축(110)에 형성되는 셀에 있어서, 축의 일 방향에는 양전극 시트(202)의 끝부만이 돌출되고, 반대방향에는 음전극 시트(206)의 끝부만이 돌출되어 있다.

S716에서, 권회장치(400)는 권회종료처리를 실행한다. 이 권회종료처리는 소정의 감아 들임이 종료하였을 때에 실행된다. 이 처리에는 각 시트를 시트 커터(618)(도 6)로 절단하는 처리, 다음 권회처리에 대비하여 시트가압부(412, 414)에 의하여 시트를 소정의 상태로 유지하는 처리 등이 포함된다.

S718에서, 시스템 제어기(300)는 카운터(p)를 1 증분한다. 이에 의하여, 축(110)에 대한 1회째의 권회처리의 종료가 기록된다.

S720에서, 시스템 제어기(300)는 카운터(p)가 1과 동일한지의 여부를 판단한다. 카운터(p)가 1이라고 판단하면(S720에서 YES), 처리는 S722로 이동된다. 그렇지 않으면(S720에서 NO), 처리는 S724로 이동된다.

S722에서, 시스템 제어기(300)는 리니어가이드 제어기(302)를 거쳐 소정간격만큼 반송장치(306)를 이동시킨다. 이 소정간격이란, 양전극 시트(202) 또는 음전극 시트(206)의 폭이다. 이 이동에 의하여 축(110)은 다음에 각 시트가 감겨지는 위치에 배치된다. 그 후, 처리는 S710으로 되돌아간다.

S724에서, 절연시트 권회장치(600)는 절연시트를 감아 들인다. 이 권회처리는 양전극 시트(202), 음전극 시트(206) 및 세퍼레이터 시트(204, 208)의 감아 들임이 완료하면 실행된다.

S726에서, 삽입기(334)는 절연시트가 감겨진 축(110)을 전지 케이스(120)에 삽입한다. 이 삽입은, 축(110)에 절연시트가 감겨져 있는 것이 확인된 후에 실행된다. 이에 의하여, 시트가 감겨져 있지 않은 축의 전지 케이스(120)에의 삽입을 방지할 수 있다.

S728에서, 전해액 주입기(360)는 시스템 제어기(300)로부터의 지령에 의거하여, 노즐(362)을 거쳐 소정량의 전해액을 전지 케이스(120)에 주입한다. 그 후, 전지 케이스(120)는 코킹기(350)에 반송된다.

S730에서, 코킹기(350)는 시스템 제어기(300)로부터의 지령에 의거하여, 전지 케이스(120)의 외부의 소정의 위치를 코킹한다. 이 소정의 위치는, 2차전지를 구성하는 셀의 크기(축방향의 길이)에 의거하여 미리 설정된 위치이다. 그 후, 전지 케이스(120)는 밀폐기(370)에 반송된다.

S732에서, 밀폐기(370)는 시스템 제어기(300)로부터의 지령에 의거하여 전지 케이스(120)의 개구부를 밀폐한다. 이에 의하여, 전지 케이스(120)에 주입된 전해액의 누출이 방지된다.

이상의 구조 및 플로우차트에 의거하여, 본 실시형태에 관한 제조시스템(1000)의 동작에 대하여 참조하여 설명한다.

시스템 제어기(300)의 제어 데이터가 초기화되고(S702), 축(110)이 축 공급장치(312)에 의하여 소정의 위치에 공급된다(S704). 척(308)은 리니어가이드 제어기(302)의 지령에 의거하여 축(110)을 잡고, 초기상태로 설정한다(S706). 반송장치(306)는 척(308)이 축(110)을 잡은 것을 확인하면, 권회장치(400)로 이동한다 (S708).

축(110)이 소정의 위치에 배치되면, 양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)와 세퍼레이터 시트(207, 208)와의 선단에 접착제가 도포된다(S710). 각 시트의 선단이 가압롤러(402)에 의하여 축(110)에 접착되면(S712), 축(110)을 잡은 척(308)이 회전하여, 양전극 시트(202) 및 음전극 시트(206)의 각 끝부를 어긋나게 하면서 각 시트의 감아 들임을 개시한다.

각각의 시트가 소정의 감김수만큼 감기면, 각 시트는 시트 커터(408)에 의하여 절단되고, 권회처리가 종료한다(S716). 각 시트는 시트가압부(412, 414)에 의하여 소정의 위치에 유지된다.

시스템 제어기(300)의 제어 데이터가 1 증가되어(S718), 최초의 권회처리가 종료된 것이 확인되면(S720에서 YES), 리니어가이드 제어기(302)는 소정의 간격만 큼 반송장치(306)를 이동한다(S722). 그 후, 접착제가 시트에 도포되어 초기상태로 설정되면(S710), 시트가 축(110)에 접착되어(S712), 권회처리가 다시 실행된다 (S714, S716).

시스템 제어기의 카운터가 1 증분되고(S718), 2회째의 권회처리가 완료되었다고 판단되면(S720에서 NO), 리니어가이드 제어기(302)는 반송장치(306)를 절연시 트 권회장치(600)의 소정의 위치로 이동한다. 절연시트(210)가 축(110)에 감겨지면(S724), 반송장치(306)는 소정의 위치로 이동하여 반전한다. 척(308)이 축(110)을 해방하면, 그 축(110)은 삽입기(334)의 소정의 위치에 배치된다.

삽입기(334)가 축(110)을 전지 케이스(120)에 삽입하면(S726), 그 전지 케이스(120)는 그 개구부가 윗쪽을 향하도록 회전된다. 전해액 주입기(360)가 전해액을 그 개구부에 주입하면(S728), 전지 케이스(120)는 코킹기(350)에 반송된다. 코킹기(350)가 전지 케이스(120)의 소정의 위치를 코킹하면, 각 셀의 접속부분이 접합된다(S730). 그 후, 전지 케이스(120)는 벨트 컨베이어(340)에 의하여 밀폐기(370)의 소정의 위치에 반송된다. 밀폐기(370)가 전지 케이스(120)의 개구부를 밀폐하면(S732), 전지 케이스(120)는 다음 공정으로 반송된다.

이상에 의하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 2차전지(100), 제조시스템(1000) 및 제조방법에 의하면, 양전극 시트(202)와 음전극 시트(206)는 세퍼레이터 시트(204, 208)를 거쳐 셀이 접속되는 방향에 대하여, 각각의 끝부가 다른 끝부와 어긋나도록 2차전지의 축(110)에 감겨진다. 이와 같이 하면, 양전극 시트(202)의 끝부와 음전극 시트(206)의 끝부를 사용하여 셀끼리를 접속할 수 있으므로, 접속을 위한 부재 및 공정은 불필요하게 된다. 그 결과, 셀 사이의 접속에 의한 내부저항이 저감되어, 2차전지의 출력은 향상한다. 이에 의하여 출력을 향상시킬 수 있고, 또한 부품점수 및 제조공정수를 줄일 수 있는 2차전지, 그 제조장치 및 제조방법을 제공할 수 있다.

또한 본 실시형태에 관한 2차전지의 제조장치 및 제조방법에 있어서는, 셀이 접속되는 방향에 대하여 양전극 시트(202)의 끝부 및 음전극 시트(206)의 끝부가 어긋나도록 셀을 형성하는 제 1 형성단계(S714)는, 권회장치(400)에 의하여 실행되었다. 또 제 1 형성수단에 의하여 형성된 셀의 전극의 끝부에, 그 셀의 전극의 끝부의 극성과 다른 극성을 가지는 전극의 끝부가 겹치도록 다른 셀을 형성하는 제 2 형성단계(S722가 실행된 후의 S714)도, 마찬가지로 권회장치(400)에 의하여 실행되었다.

즉, 제 1 형성단계에 있어서의 시트의 감아 들임(S714)이 종료한 후, 축(110)을 유지하는 반송장치를 이동하여(S722), 제 2 형성단계에 있어서의 시트의 감아 들임(S714)이 실행되었다. 이 대신에, 축(110)의 위치를 변경하지 않고, 제 2 형성단계를 실행하도록 하여도 좋다. 이 경우, 권회장치(400)에 의한 시트의 감아 들임의 위치에 인접하도록, 권회장치(400)와 동일한 기능을 가지는 다른 권회장치를 설치함으로써, 제 2 형성단계(S722가 실행된 후의 S714)를 실행할 수 있다. 이와 같이 하면, 축(110)을 이동하는 시간이 불필요하게 되기 때문에, 권회처리의 효율을 향상시킬 수 있다.

<제 2 실시형태>

이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.

도 8을 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(800)의 구조에 대하여 설명한다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 변형예에 관한 2차전지(800)는 축(110)과, 그 주위에 감겨진 양·음전극 시트 및 세퍼레이터 시트와, 절연시트(도시 생략)와, 전 지 케이스(820)와, 소정의 간격마다 끼워진 링(830)과, 충전된 전해액(도시 생략)을 포함한다.

또한 양·음전극 시트, 세퍼레이터 시트 및 절연시트는 제 1 실시형태에 관한 2차전지(100)와 마찬가지로, 축(110)에 감겨져 있다. 따라서, 여기서는 그 설명은 반복하지 않는다.

도 9를 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(800)를 제조하기 위한 제조시스템(2000)에 대하여 설명한다. 이 제조시스템(2000)은 코킹기(350)(도 3) 대신에 링 공급기(950) 및 링 가압기(952)를 포함하는 점에서, 제 1 실시형태에 관한 제조시스템(1000)과 다르다. 그 밖의 제조설비에 대해서는 제조시스템(1000)을 구성하는 설비와 동일하기 때문에, 여기서는 그것들에 대한 설명은 반복하지 않는다.

링 공급기(950)는 2차전지(800)의 소정의 위치에 링(830)(도 8)을 공급한다. 링 가압기(952)는 그 링(830)의 바깥쪽으로부터 2차전지(800)를 향하여 가압함으로써, 셀 끼리의 접속부분을 접합한다.

이와 같이 셀의 접합부분에 링(830)을 끼움으로써, 전극의 접촉부분의 접합상태를 강고한 것으로 할 수 있다. 또 코킹에 의한 접합〔도 1에 있어서의 코킹부(130)〕을 할 수 없는 경우에도 내부저항을 줄일 수 있으므로, 출력전압의 저하를 방지할 수 있다.

도 10을 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(800)의 제조방법을 플로우차트에 의거하여 설명한다. 이 제조방법은, 예를 들면 도 9에 나타낸 제조시스템(2000)에 있어서 사용된다.

또한 본 실시형태에 관한 2차전지를 제조하기 위한 방법은, 전해액의 주입(S728) 후에 셀 사이의 접속부분을 링으로 접합하는 처리(S1030)가 실행되는 점에서, 상기의 제 1 실시형태에 관한 2차전지를 제조하기 위한 방법(도 7)과 다르다. 그 이외의 처리는 제 1 실시형태에 관한 방법에 있어서의 처리와 동일하기 때문에, 그것들에 대한 설명은 반복하지 않는다.

S1030에서, 링 가압기(952)는 링 공급기(950)에 의하여 소정의 위치에 공급된 링(830)을 가압한다. 이 소정의 위치란, 2차전지(800)를 구성하는 복수의 셀의 접속부분이다. 링(830)의 가압은, 예를 들면 2차전지(800)의 폐구부(도시 생략)로부터 개구부(도시 생략)를 향하여 각각의 접속부분마다 행하여진다. 이에 의하여, 링(830)의 가압에 의하여 2차전지 케이스(820)에 생기는 응력을 개구부로부터 해방할 수 있다.

이상의 구조 및 플로우차트에 의거하는 본 실시형태에 관한 제조시스템(2000)의 동작에 대하여 설명한다. 또한 상기의 제 1 실시형태에 관한 제조시스템(1000)의 동작과 동일한 동작은 여기서는 반복하지 않는다.

전해액 주입기(360)가 전해액을 2차전지(800)의 개구부에 주입하면(S728), 벨트 컨베이어(340)에 의하여 링 가압기(952)에 반송된다. 링(830)이 공급되면, 링 가압기(952)는 2차전지(800)의 소정의 위치를 가압함으로써 각 셀의 접속부분을 접합한다(S1030). 그 후, 전지 케이스(820)의 개구부가 밀폐되고, 2차전지(800)는 다음 공정으로 반송된다.

이상과 같이 하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 2차전지(800), 제조시스 템(2000) 및 제조방법에 의하면, 2차전지(800)를 구성하는 복수의 셀의 접속부분은 외부에 배치된 링(830)이 가압됨으로써 접합된다. 이 경우, 링(830)은 가압에 의하여 변형되기 때문에, 외부로부터 압력을 제거하여도 셀끼리의 접속부분은 접합된 상태를 유지한다. 이와 같이 하면, 전지 케이스(120)의 재질이 소성변형의 이용에 적절하지 않은 경우이어도 셀끼리를 확실히 접속할 수 있으므로, 2차전지(800)의 내부저항을 저감할 수 있다.

<제 3 실시형태>

이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.

도 11을 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(1100)의 구조에 대하여 설명한다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 2차전지(1100)는 축(110)과, 그 주위에 감겨진 양·음전극 시트, 세퍼레이터 시트 및 절연시트와, 전지 케이스(1120)와, 충전된 전해액(도시 생략)을 포함한다. 이 2차전지(1100)는 소정의 간격마다 용접부(1130)에 있어서 용접되어 있다.

또한 양·음전극 시트, 세퍼레이터 시트 및 절연시트는, 제 1 실시형태에 관한 2차전지(100)와 마찬가지로 축(110)에 감겨져 있다. 따라서, 여기서는 그 설명은 반복하지 않는다.

도 12를 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(1100)를 제조하기 위한 제조시스템(3000)에 대하여 설명한다. 이 제조시스템(3000)은, 코킹기(350)(도 3) 대신에 2대의 용접기(1250)를 포함하는 점에서, 제 1 실시형태에 관한 제조시스템(1000)과 다르다. 그 밖의 제조설비는 제조시스템(1000)을 구성하는 설비와 동일하기 때문에, 그것들에 대한 설명은 반복하지 않는다.

용접기(1250)는 2차전지(1100)의 소정의 위치를 용접한다. 용접방법으로서는, 예를 들면 초음파 용접, 레이저 용접 등이 있으나, 특별히 이들에 한정되지 않는다.

이와 같이 셀의 접합부분을 용접함으로써, 전극의 접촉부분의 접합상태를 강고한 것으로 할 수 있다. 또 코킹에 의한 접합〔도 1에 있어서의 코킹부(130)〕을 할 수 없는 경우에도 내부저항을 저감할 수 있으므로, 출력전압의 저하를 방지할 수 있다.

도 13을 참조하여, 본 실시형태에 관한 2차전지(1100)의 제조방법을 플로우차트에 의거하여 설명한다. 이 제조방법은, 예를 들면 도 12에 나타낸 제조시스템(3000)에 있어서 사용된다.

또한 본 실시형태에 관한 2차전지를 제조하기 위한 방법은, 전해액의 주입(S728) 후에 셀 사이의 접속부분을 용접하는 처리(S1330)가 실행되는 점에서, 상기의 제 1 실시형태에 관한 2차전지를 제조하기 위한 방법(도 7)과 다르다. 그 이외의 처리에 대해서는, 제 1 실시형태에 관한 방법에 있어서의 처리와 동일하기때문에, 그것들에 대한 설명은 반복하지 않는다.

S1330에서, 용접기(1250)는 2차전지(1100)의 소정의 위치를 용접한다. 이 위치는 2차전지(1100)를 구성하는 셀 끼리가 접속되는 부분이다.

이상의 구조 및 플로우차트에 의거하는 본 실시형태에 관한 제조시스템(3000)의 동작에 대하여 설명한다. 또한 상기의 제 1 실시형태에 관한 제조시스템의 동작과 동일한 동작은 여기서는 반복하지 않는다.

전해액 주입기(360)가 전해액을 2차전지(1100)의 개구부에 주입하면(S728), 벨트 컨베이어(340)에 의하여 용접기(1250)에 반송된다. 용접기(1250)가 2차전지(1100)의 소정의 위치를 용접하면(S1330), 각 셀의 접속부분이 접합된다.

이상과 같이 하여 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 2차전지(1100), 그 제조시스템(3000) 및 제조방법에 의하면, 2차전지(1100)에 포함되는 셀끼리가 접속되는 부분은 용접에 의하여 접합되기 때문에, 그 접속을 확실하게 할 수 있다. 이에 의하여 내부저항이 저감되어, 2차전지(1100)의 출력을 향상시킬 수 있다. 또 접속부재가 불필요하게 되기 때문에, 그 부재를 설치하기 위한 공정수도 불필요하게 된다. 그 결과 출력을 향상할 수 있고, 또한 부품점수 및 제조공정수를 줄일 수 있는 2차전지를 제공할 수 있다.

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것이 아니라고 생각해야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의하여 나타나고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 출력 및 수명이 향상되는 2차전지를 제공할 수 있다.

Claims (30)

1. 복수의 셀이 일 방향으로 나열된 형상을 가지는 2차전지에 있어서,

   상기 셀은 평판형상의 형상을 가지는 양극 및 음극이 세퍼레이터를 거쳐 적층된 전극으로 구성되고,

   상기 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부는, 인접하는 다른 셀에 포함되는 상기전극의 끝부에 겹쳐져 접합되고,

   상기 셀에 포함되는 상기 적층된 전극의 끝부의 극성은, 상기 인접하는 다른 셀에 포함되는 상기 적층된 전극의 끝부의 극성과 다른 것을 특징으로 하는 2차전지.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 양극의 형상과 상기 음극의 형상은 서로 동일한 평판형상으로서,

   상기 적층된 전극은, 상기 일 방향에 대하여 상기 양극 및 상기 음극을 서로 어긋나게 하여 적층함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 적층된 전극은 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 2차전지.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 2차전지는 축형상부재를 더욱 포함하고,

   상기 적층된 전극은 상기 축형상부재의 주위에 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 2차전지.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 축형상부재는 중공축인 것을 특징으로 하는 2차전지.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 축형상부재의 적어도 표면은 수지인 것을 특징으로 하는 2차전지.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 각 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부와, 상기 인접하는 다른 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부는 코킹됨으로써 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 2차전지는 링부재를 더욱 포함하고,

   상기 각 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부와, 상기 인접하는 다른 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부는 상기 링부재의 압착에 의하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 각 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부와, 상기 인접하는 다른 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부는 용접에 의하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 2차전지는, 상기 복수의 셀을 수용하기 위한 박스체를 더욱 포함하고,

    상기 각 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부와, 상기 인접하는 다른 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부는 상기 박스체의 외부로부터 가압됨으로써 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지.
11. 복수의 셀이 일 방향으로 나열된 형상을 가지는 2차전지를 제조하기 위한 제조장치에 있어서,

    평판형상의 형상을 가지는 양극 및 음극이 세퍼레이터를 거쳐 적층된 전극으로 이루어지는 셀을 형성하기 위한 제 1 형성수단과,

    상기 제 1 형성수단에 의하여 형성된 셀의 전극의 끝부에, 상기 셀의 전극의 끝부의 극성과 다른 극성을 가지는 전극의 끝부가 겹치도록, 상기 적층된 전극으로 이루어지는 다른 셀을 형성하기 위한 제 2 형성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1 형성수단은, 상기 일 방향에 대하여 미리 정해진 간격마다 상기 셀을 복수 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 양극의 형상과 상기 음극의 형상은 서로 동일한 평판형상으로서,

    상기 제 1 형성수단 및 상기 제 2 형성수단 중 어느 하나는, 상기 일 방향에 대하여 상기 양극 및 상기 음극을 서로 어긋나게 하여 적층함으로써 상기 셀을 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
14. 제 11항에 있어서,

    상기 제 1 형성수단 및 상기 제 2 형성수단 중 어느 하나는, 상기 적층된 전극을 감아 들임으로써 상기 셀을 형성하기 위한 셀 형성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 2차전지는 축형상부재를 포함하는 전지이고,

    상기 셀 형성수단은, 상기 축형상부재의 주위에 상기 적층된 전극을 감아 들 임으로써 상기 셀을 형성하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
16. 제 11항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제조장치는, 상기 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부와 상기 다른 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부가 겹치는 부분을 접합하기 위한 접합수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 접합수단은, 코킹함으로써 상기 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
18. 제 16항에 있어서,

    상기 2차전지는 링부재를 포함하는 전지이고,

    상기 접합수단은, 상기 링부재에 의하여 압착함으로써 상기 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
19. 제 16항에 있어서,

    상기 접합수단은, 용접함으로써 상기 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
20. 제 16항에 있어서,

    상기 2차전지는, 상기 복수의 셀이 박스체에 수용된 전지이고,

    상기 접합수단은 상기 박스체의 외부로부터 가압함으로써, 상기 겹치는 부분을 접합하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조장치.
21. 복수의 셀이 일 방향으로 나열된 형상을 가지는 2차전지를 제조하기 위한 제조방법에 있어서,

    평판형상의 형상을 가지는 양극 및 음극이 세퍼레이터를 거쳐 적층된 전극으로 이루어지는 셀을 형성하는 제 1 형성단계와,

    상기 제 1 형성단계에 의하여 형성된 셀의 전극의 끝부에, 상기 셀의 전극의 끝부의 극성과 다른 극성을 가지는 전극의 끝부가 겹치도록 상기 적층된 전극으로 이루어지는 다른 셀을 형성하는 제 2 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
22. 제 21항에 있어서,

    상기 제 1 형성단계는, 상기 일 방향에 대하여 미리 정해진 간격마다 상기 셀을 복수 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
23. 제 21항에 있어서,

    상기 양극의 형상과 상기 음극의 형상은 서로 동일한 평판형상으로서,

    상기 제 1 형성단계 및 상기 제 2 형성단계 중 어느 하나는, 상기 일 방향에 대하여 상기 양극 및 상기 음극을 서로 어긋나게 하여 적층함으로써 상기 셀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
24. 제 21항에 있어서,

    상기 제 1 형성단계 및 상기 제 2 형성단계 중 어느 하나는, 상기 적층된 전극을 감아 들임으로써 상기 셀을 형성하는 셀 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
25. 제 24항에 있어서,

    상기 2차전지는, 축형상부재를 포함하는 전지이고,

    상기 셀 형성단계는, 상기 축형상부재의 주위에 상기 적층된 전극을 감아 들임으로써 상기 셀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
26. 제 21항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제조방법은, 상기 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부와 상기 다른 셀에 포함되는 상기 전극의 끝부가 겹치는 부분을 접합하는 접합단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
27. 제 26항에 있어서,

    상기 접합단계는, 코킹함으로써 상기 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
28. 제 26항에 있어서,

    상기 2차전지는, 링부재를 포함하는 전지이고,

    상기 접합단계는, 상기 링부재에 의하여 압착함으로써 상기 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
29. 제 26항에 있어서,

    상기 접합단계는, 용접함으로써 상기 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.
30. 제 26항에 있어서,

    상기 2차전지는, 상기 복수의 셀이 박스체에 수용된 전지이고,

    상기 접합단계는, 상기 박스체의 외부로부터 가압함으로써 상기 겹치는 부분을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 제조방법.

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