KR100677020B1 - 전기화학소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

극판군을 가진 전기화학소자로서, 상기 극판군은, (a) 적어도 1개의 제 1 전극, (b) 적어도 1개의 제 2 전극, 및 (c) 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 개재하는 세퍼레이터로 이루어지며, 상기 제 1 전극은, 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 상기 제 2 전극은, 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 상기 제 1 집전체 시트 및 상기 제 2 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 도전부와 절연부를 가진 전기화학소자.

Description

전기화학소자 및 그 제조방법{ELECTROCHEMICAL DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 전기화학소자에 관한 것이며, 특히 리튬이온 2차전지 등의 고에너지 밀도를 가진 2차 전지의 극판군의 개량에 관한 것이다.
전자·전기기기의 소형화·경량화에 따라, 2차전지 등의 전기화학소자에 대한 소형화·경량화로의 요망이 강해지고 있다. 한편, 현행의 전기화학소자는, 내부 구조가 복잡하고, 일정 용적당의 제품이 가진 전기용량을 향상시키는 데에는 한계가 있다.
복잡한 구조가, 전기화학소자의 신뢰성의 향상을 방해하고 있는 면도 있다. 예를 들면, 전극에 접속된 집전을 위한 탭 또는 리드가, 전극면에 있어서의 균일한 전극반응을 방해하는 경우가 있다. 만일, 리드의 절단면에 통상보다도 큰 금속의 버(burr)가 생겼을 경우에는, 내부 단락의 발생이 우려된다.
전기화학소자는, 일반적으로, 양극, 음극 및 세퍼레이터로 구성되는 극판군을 가진다. 극판군에는, 적층형과 권회형이 있다. 적층형의 극판군은, 양극과 음극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층하여 얻어진다. 또한, 권회형의 극판군은, 길이가 긴 양극과 음극을 세퍼레이터를 통하여 권회하여 얻어진다. 이러한 극판군 으로부터 단락을 일으키지 않고 전기를 뽑으려면, 집전을 위한 탭이나 리드가 필요하다.
따라서, 전기화학소자의 내부구조를 간략화하는 관점으로부터, 극판군의 측면의 하나로부터 양극을 돌출시키고, 상기 측면과는 반대측의 측면으로부터 음극을 돌출시켜, 탭이나 리드를 통하지 않고, 각 측면에서 직접 전기를 뽑아내는 것이 제안되고 있다.
예를 들면, 적층형의 극판군을 가진 전지에서는, 돌출시킨 동일한 극성의 극판을, 금속부재를 사용하여 일체로 접합하는 기술이 제안되어 있다(일본 특허공개 2001-126707호 공보). 또한, 권회형의 극판군을 가진 전지에서는, 돌출시킨 동일한 극성의 극판의 심재와 판형상의 집전판을 접합하는 기술이 제안되어 있다(일본 특허공개 2000-294222호 공보).
그러나, 극판군의 측면의 하나로부터 양극을 돌출시키고, 상기 측면과는 반대측의 측면으로부터 음극을 돌출시키는 경우, 극판군의 제조 공정이 복잡해지기 때문에, 1개씩 극판군을 제작해야만 하고, 복수의 극판군을 동시에 제작할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 상황을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명에 의하면, 구조가 간략하고, 신뢰성이 높고, 높은 전기용량을 가진 전기화학소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 동시에 복수의 전기화학소자를 효율적으로 제조할 수 있다.
즉, 본 발명은, 극판군을 가진 전기화학소자로서, 상기 극판군은, (a)적어도 1개의 제 1 전극, (b)적어도 1개의 제 2 전극, 및 (c)제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 개재하는 세퍼레이터로 이루어지며, 제 1 전극은, 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극 합제층으로 이루어지고, 제 2 전극은, 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극 합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 도전부와 절연부를 가진 전기화학소자에 관한 것이다.
상기 전기화학소자는, 더욱이, 제 1 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 1 단자, 및 제 2 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 2 단자를 가지며, 극판군은, 제 1 단자가 배치되는 제 1 측면 및 제 2 단자가 배치되는 제 2 측면을 가지며, 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 1 집전체 시트의 도전부는, 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 1 집전체 시트의 절연부는, 제 2 측면에 배향하고 있으며, 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 2 집전체 시트의 도전부는, 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 절연부는, 제 1 측면에 배향하고 있는 것이 바람직하다.
제 1 측면과 제 2 측면은, 서로 극판군의 반대측에 위치하는 것이 바람직하다.
제 1 측면에는, 제 1 단자와 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있고, 제 2 측면에는, 제 2 단자와 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
제 1 측면 및 제 2 측면 이외의 극판군의 측면에도, 제 1 집전체 시트의 절연부 및/또는 제 2 집전체 시트의 절연부가 배치되어 있어도 좋다.
도전부와 절연부를 가진 집전체 시트는, 시트형상의 절연성기재와, 그 적어도 한쪽 면에 형성된 적어도 하나의 도전층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 도전부와 절연부를 가진 집전체 시트의 절연부는, 절연성기재의 일끝단부로 이루어지며, 도전부는 도전층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제 1 단자 및 제 2 단자는, 예를 들면, 제 1 측면 및 제 2 측면에 각각 금속 등의 도전성 피막을 배치함으로써 설치할 수 있다.
제 1 집전체 시트가 절연부를 가진 경우에는, 그 절연부를 제 2 단자에 고정하는 것이 가능하고, 제 2 집전체 시트가 절연부를 가진 경우에는, 그 절연부를 제 1 단자에 고정하는 것이 가능하다.
본 발명은, 또한, 제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 권회한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 제 1 전극은, 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 제 2 전극은, 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 도전부와 절연부를 가지며, 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 1 집전체 시트의 도전부는, 극판군의 제 1 저면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 1 집전체 시트의 절연부는, 극판군의 제 2 저면에 배치되며, 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 2 집전체 시트의 도전부는, 극판군의 제 2 저면에 있어서 제 2 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 절연부는, 극판군의 제 1 저면에 배치되어 있는 전기화학소자에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, 복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 도전부와 절연부를 가지며, 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 1 집전체 시트의 도전부는, 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 1 집전체 시트의 절연부는, 극판군의 제 2 측면에 배치되며, 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 2 집전체 시트의 도전부는, 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 절연부는, 극판군의 제 1 측면에 배치되어 있는 전기화학소자에 관한 것이다.
상기 전기화학소자에 있어서는, 도전부와 절연부를 가진 집전체 시트가, 도전부의 일부로 이루어짐과 동시에 전극합제층을 담지하지 않은 제 1 끝단부를 가지고, 제 1 끝단부에 있어서, 도전부가 제 1 단자 또는 제 2 단자와 접속하고 있으며, 제 1 끝단부의 적어도 일부는, 제 1 단자 또는 제 2 단자에 매몰되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 높은 집전성능을 얻을 수 있다. 한편, 집전판을 사용하여, 전극의 끝단부를 집전판에 접속하는 구성의 경우에는, 전극과 끝단부의 접촉면적이 작아지기 때문에, 상기 구성에 비해서, 집전성능이 낮아지는 경향이 있다. 또한, 도전성이 낮은 전극합제층과 집전판을 접촉시키는 경우, 상기 구성에 비하여 집전성능이 불충분하게 되는 경향이 있다.
또한, 도전부와 절연부를 가진 집전체 시트가, 절연부의 일부로 이루어짐과 동시에 상기 전극합제층을 담지하지 않은 제 2 끝단부를 가지며, 제 2 끝단부가, 제 1 측면 또는 제 2 측면에 배향하고 있으며, 제 2 끝단부의 적어도 일부는, 제 1 단자 또는 제 2 단자에 매몰되어 있는 것이 바람직하다.
상기 극판군이, 또한, 제 3 측면 및 제 4 측면을 가진 경우, 제 1 측면, 제 2 측면, 제 3 측면 및 제 4 측면의 각각에 있어서, 제 1 집전체 시트의 끝단부, 제 2 집전체 시트의 끝단부 및 세퍼레이터의 끝단부가, 실질적으로 면이 일치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 제 1 집전체 시트의 한 면당의 면적 S(1), 제 2 집전체 시트의 한 면당의 면적 S(2) 및 세퍼레이터의 한 면당의 면적 S(s)가, 이하의 관계 : S(1)≤S(s)≤S(1)×1.05, 및 S(2)≤S(s)≤S(2)×1.05를 만족하고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 간략하고 균일조정이 취해진 구조에 의하면, 전기화학소자의 체적효율이 높아짐과 동시에, 신뢰성도 높아진다.
상기 전기화학소자에 있어서는, 또한, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층이, 각각 절연재료로 피복된 끝단부를 가진 것이 바람직하다. 그리고, 절연재료로 피복된 제 1 전극합제층의 끝단부는, 제 2 측면에 배치되어 있고, 절연재료로 피복된 제 2 전극합제층의 끝단부는, 제 1 측면에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 1 집전체 시트의 절연부는, 절연재료로 피복된 제 1 전극합제층의 끝단부에 인접하고 있고, 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 제 2 집전체 시트의 절연부는, 절연재료로 피복된 제 2 전극합제층의 끝단부에 인접하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 극판군의 측면에 단자를 설치할 때에, 단락을 방지하는 것이 용이해진다.
본 발명은, 또한, 상기 극판군을 수용하는 케이스를 가진 전기화학소자에 관한 것이다. 상기 케이스의 내면은, 극판군의 제 1 측면 및 제 2 측면과 맞닿고 있는 것이 바람직하다.
상기 케이스는, 틀체 및 2개의 평탄한 시트로 구성할 수 있다. 이 경우, 틀체가, 극판군을 둘러싸는 동시에, 제 1 측면 및 제 2 측면과 맞닿고 있으며, 2개의 평탄한 시트는, 틀체의 2개의 개구면을 덮어 극판군의 윗면 및 아랫면과 맞닿고 있는 것이 바람직하다.
상기 케이스는, 또한, 바닥이 있는 용기 및 평탄한 시트로 구성할 수 있다. 이 경우, 용기가, 극판군을 수용함과 동시에, 제 1 측면 및 제 2 측면과 맞닿는 측벽 및 극판군의 윗면 및 아랫면의 한쪽과 맞닿는 저부를 가지고 있으며, 평탄한 시트는, 용기의 개구면을 덮어 극판군의 윗면 및 아랫면의 다른쪽과 맞닿고 있는 것이 바람직하다.
제 1 단자 및 제 2 단자의 적어도 한쪽에, 리드편이 접속되어 있으며, 리드편이 케이스의 외부로 도출되어 있는 경우, 리드편은, 상기 틀체 혹은 용기의 측벽에 설치된 슬릿으로부터 케이스의 외부로 도출되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전기화학소자에 있어서는, 제 1 단자 및 제 2 단자의 적어도 한쪽으로서, 이하를 사용할 수 있다.
(a) 입자상태 금속이 연속적으로 접합하여 이루어지는 다공질 금속막.
(b) 도전성 페이스트.
(c) 250℃이하의 융점을 가진 저융점 금속.
여기서, 상기 도전성 페이스트는, 수지 및 수지에 분산한 도전성 재료로이루어지며, 도전성재료는, 미립자 형상 및/또는 섬유 형상인 것이 바람직하다.
상기 전기화학소자에 있어서, 도전부의 일부로 이루어짐과 동시에 전극합제층을 담지하지 않은 집전체 시트의 제 1 끝단부의 적어도 일부가, 금속 리드가 용접되어 있는 제 1 단자 또는 제 2 단자에 매몰되어 있는 경우, 집전체 시트의 제 1 끝단부와 상기 금속 리드가 접촉하고 있는 것이 바람직하다.
가장 바깥쪽의 2개의 전극의 집전체 시트의 적어도 한쪽이, 양면에 도전부를 가짐과 동시에, 안쪽의 전극과 대향하는 한쪽의 면에만 전극합제층을 담지하고 있는 경우, 다른 한쪽면의 도전부는, 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자와 전기적으로 도통하여, 그 단자의 연장부로서 기능할 수 있다.
본 발명의 전기화학소자에 있어서, 극판군이 제 3 측면 및 제 4 측면을 가진 경우, 제 3 측면 및 제 4 측면의 적어도 1개가, 전자절연성의 다공성 재료로 덮여져 있는 것이 바람직하다. 상기 다공성 재료는, 폴리올레핀, 폴리알킬렌옥사이드, 불소폴리머 및 세라믹스로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 다공성 재료는, 막형상 부재 또는 페이스트의 도포막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 다공성 재료로 덮여져 있는 극판군의 측면에 있어서는, 세퍼레이터의 끝단부와 다공성 재료가 접합되어 있는 것이 바람직하다. 세퍼레이터의 끝단부와 다공성 재료가 접합되는 경우, 다공성 재료와 세퍼레이터는, 서로 동일한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
전극합제층의 끝단부가 절연성 재료로 피복되어 있는 경우, 절연성재료는, 수지도포막 및 수지테이프로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다.
수지도포막은, 절연수지를 함유한 용액 또는 분산액을, 전극합제층의 끝단부에 도공(塗工)하고, 건조함으로써, 형성할 수 있다. 여기서, 절연수지로는, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 폴리메타크릴산메틸 및 이들의 적어도 1개를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 수지도포막은, 중합성 화합물을 함유한 용액 또는 분산액을, 전극합제층의 끝단부에 도공하고, 중합성 화합물을 중합시킴으로써, 형성할 수 있다. 여기서, 중합성 화합물로는, 아크릴레이트기 및 메타크릴레이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 관능기(官能基)를 가진 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
수지테이프는, 절연기재 및 상기 절연기재에 담지된 절연성 점착제로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 절연기재는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 아라미드 수지 및 이들의 적어도 1개를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은, 또한, (a) 시트형상의 절연성기재의 양면에 도전층을 형성하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정, (b) 상기 제 1 집전체 시트 및 상기 제 2 집전체 시트의 상기 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을, 평행하게 나열된 띠모양으로 틈을 설치하여 형성하여, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 얻는 공정, (c) 세퍼레이터를 통하여 상기 제 1 전극의 집합체 및 상기 제 2 전극의 집합체를, 상기 제 1 전극합제층 및 상기 제 2 전극합제층의 길이 방향으로 공급하여 동심원 형상으로 권회하여, 권회체를 얻는 공정, (d) 상기 권회체를, 상기 틈에서 절단함으로써, 복수개의 권회형 극판군을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법(제조방법 A)에 관한 것이다.
제조방법 A는, 공정 (b)의 후, 공정 (c)의 전에, 상기 틈에서, 도전층상에 절연재료부를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 제조방법 A는, 상기 권회형 극판군의 제 1 저면 및 제 2 저면을 금속으로 피복하여, 제 1 단자 및 제 2 단자를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명은, 또한, 긴 자 형상의 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를, 세퍼레이터를 통하여 적층하면서 연속적으로 적층체로서 공급하는 공정과, 상기 적층체를 평판 형상의 보빈으로 감아 두는 공정과, 상기 보빈에 감긴 적층체를 절단하여, 복수개의 적층형 극판군을 얻는 공정을 포함한 전기화학소자의 제조방법(제조방법 B)에 관한 것이다.
제조방법 B에 있어서는, 시트형상의 절연성기재의 양면에 소정의 패턴에 기초하여 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정과, 상기 도전층 위에, 각각 상기 패턴에 대응시킴과 동시에 틈을 설치하여 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을 형성하는 공정에 의해, 제 1 전극 및 제 2 전극을 얻는 것이 바람직하다.
제조방법 B는, 상기 틈에서 도전층 위에, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을 사이에 두는 위치에, 절연재료부를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 제조방법 B는, 상기 적층형 극판군의 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 금속으로 피복하여, 제 1 단자 및 제 2 단자를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명은, 또한, (a) 시트형상의 절연성기재의 양면에 소정의 패턴에 기초하여 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정, (b) 상기 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을, 상기 패턴에 대응시킴과 동시에 틈을 설치하여 형성하여, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 얻는 공정, (c) 상기 제 1 전극의 집합체 및 상기 제 2 전극의 집합체를 세퍼레이터를 통하여 적층하여, 적층체를 얻는 공정, (d) 상기 적층체를, 상기 틈에서 절단함으로써, 복수개의 적층형 극판군을 얻는 공정을 포함한 전기화학소자의 제조방법(제조방법 C)에 관한 것이다.
제조방법 B 및 C에 있어서, 상기 소정의 패턴은, 매트릭스 상태 또는 평행하게 나열된 띠모양인 것이 바람직하다.
제조방법 C에 있어서는, 공정 (b)의 후, 공정 (c)의 전에, 상기 틈에서 도전층상에, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을 사이에 끼우는 위치에, 절연재료부를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 또한, 제조방법 C는, 상기 적층형 극판군의 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 금속으로 피복하여, 제 1 단자 및 제 2 단자를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명은, 예를 들면 이하의 형태를 포함한다.
제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 권회한 권회형 극판군을 가진 전기화학소자로서, 제 1 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 제 2 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 1 저면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 2 저면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 제 1 집전체 시트의 절연부가 제 2 저면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 절연부가 제 1 저면에 배치되어 있는 전기화학소자.
제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 권회한 권회형 극판군을 가진 전기화학소자로서, 제 1 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 제 2 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 1저면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 2 저면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 제 1 집전체 시트의 절연부가 제 2 저면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 절연부가 제 1 저면에 배치되며, 제 1 저면에는, 제 1 단자와 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있으며, 제 2 저면에는, 제 2 단자와 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 제 1 집전체 시트의 절연부가 제 2 측면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 절연부가 상기 제 1 측면에 배치되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되고, 제 1 집전체 시트의 절연부가 제 2 측면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 절연부가 상기 제 1 측면에 배치되며, 제 1 측면에는, 제 1 단자와 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있으며, 제 2 측면에는, 제 2 단자와 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 제 1 집전체 시트의 절연부가 극판군의 제 1 측면 이외의 전체측면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 절연부가 극판군의 제 2 측면 이외의 전체측면에 배치되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가 상기 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 제 1 집전체 시트의 절연부가 극판군의 제 1 측면 이외의 전체측면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 절연부가 극판군의 제 2 측면 이외의 전체측면에 배치되며, 제 1 측면에는, 제 1 단자와 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있고, 제 2 측면에는, 제 2 단자와 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있는 전기화학소자.
제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 권회한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 제 1 전극은, 표면에 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 제 2 전극은, 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트가, 절연 시트로 이루어지고, 도전부가 절연 시트의 표면에 형성된 도전층으로 이루어지고, 절연부가 절연 시트의 표면에 남겨진 그 노출부로 이루어지고, 제 2 집전체 시트가, 도전 시트로 이루어지고, 제 1 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 1 저면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트가 극판군의 제 2 저면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 제 1 집전체 시트의 절연부가 제 2 저면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 제 1 저면에 배치되어 있는 끝단부가 절연재료로 피복되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 표면에 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 제 2 집전체 시트가 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 제 1 집전체 시트의 절연부가 제 2 측면에 배치되고, 제 2 집전체 시트의 제 1 측면에 배치되어 있는 끝단부가 절연재료로 피복되어 있는 전기화학소자.
제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 권회한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 제 1 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 제 2 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 각 집전체 시트의 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부는, 전극합제층의 미도공부(未塗工部)이며, 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부에 있어서는, 각각 도전부 및 절연부가 노출하고 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 1 저면에 있어 제 1 단자와 접속되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 2 저면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 절연부가, 제 2 저면에 배치되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 절연부가, 제 1 저면에 배치되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 1 단자에 매몰되어 있고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 2 단자에 매몰되어 있는 전기화학소자.
제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 권회한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 제 1 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 제 2 전극은, 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 각 집전체 시트의 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부는, 전극합제층의 미도공부(未塗工部)이며, 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부에 있어서는, 각각 도전부 및 절연부가 노출하고 있고, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 1 저면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 2 저면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 절연부가, 제 2 저면에 배치되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 절연부가, 제 1 저면에 배치되며, 제 1 저면에는, 제 1 단자와 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있고, 제 2 저면에는, 제 2 단자와 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 1 단자에 매몰되어 있으며, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 2 단자에 매몰되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 각 집전체 시트의 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부는, 전극합제층의 미도공부(未塗工部)이며, 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부에 있어서는, 각각 도전부 및 절연부가 노출하고 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 절연부가, 제 2 측면에 배치되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 절연부가, 제 1 측면에 배치되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 1 단자에 매몰되어 있고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 2 단자에 매몰되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 각 집전체 시트의 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부는, 전극합제층의 미도공부(未塗工部)이며, 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부에 있어서는, 각각 도전부 및 절연부가 노출하고 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 절연부가, 제 2 측면에 배치되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 절연부가, 제 1 측면에 배치되며, 제 1 측면에는, 제 1 단자와 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있고, 제 2 측면에는, 제 2 단자와 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 1 단자에 매몰되어 있고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 2 단자에 매몰되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 각 집전체 시트의 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부를 포함한 둘레가장자리부는, 전극합제층의 미도공부(未塗工部)이며, 제 1 끝단부에 있어서는, 도전부가 노출하고 있고, 제 1 끝단부 이외의 끝단부에 있어서는, 절연부가 노출하고 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 절연부가, 극판군의 제 1 측면 이외의 전체측면에 배치되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 절연부가, 극판군의 제 2 측면 이외의 전체측면에 배치되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 1 단자에 매몰되어 있고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 2 단자에 매몰되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 각각 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 각 집전체 시트의 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부를 포함한 둘레가장자리부는, 전극합제층의 미도공부(未塗工部)이며, 제 1 끝단부에 있어서는, 도전부가 노출하고 있고, 제 1 끝단부 이외의 끝단부에 있어서는, 절연부가 노출하고 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 2 측면에 있어 제 2 단자와 접속되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 절연부가, 극판군의 상기 제 1 측면 이외의 전체측면에 배치되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 절연부가, 극판군의 제 2 측면 이외의 전체측면에 배치되며, 제 1 측면에는, 제 1 단자와 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있고, 제 2 측면에는, 제 2 단자와 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있으며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 1 단자에 매몰되어 있고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부가, 제 2 단자에 매몰되어 있는 전기화학소자.
복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서, 복수의 제 1 전극은, 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 복수의 제 2 전극은, 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트가, 각각 도전부와 절연부를 가지며, 제 1 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 1 측면에 있어서, 제 1 단자와 접속되어 있고, 제 2 집전체 시트의 도전부가, 극판군의 제 2 측면에 있어서, 제 2 단자와 접속되어 있으며, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층이, 각각 절연재료로 덮여진 끝단부를 가지며, 제 1 전극합제층의 절연재료로 덮여진 끝단부가, 제 1 집전체 시트의 절연부에 인접하고 있고, 제 2 전극합제층의 절연재료로 덮여진 끝단부가, 제 2 집전체 시트의 절연부에 인접하고 있으며, 제 1 단자와 제 2 단자가, 서로 극판군의 반대측에 위치하는 전기화학소자.
(a) 적어도 1개의 제 1 전극, (b) 적어도 1개의 제 2 전극, 및 (c) 제 1 전극과 제 2 전극의 사이에 개재한 세퍼레이터로 이루어지는 극판군을 가지며, 제 1 전극(a)은, 도전부와 절연부를 가진 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고, 제 2 전극(b)은, 도전부와 절연부를 가진 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며, 각 집전체 시트의 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부는, 전극합제층의 미도공부(未塗工部)이며, 제 1 끝단부 및 제 2 끝단부에 있해서는, 각각 도전부 및 절연부가 노출하고 있고, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부는, 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부는, 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되며, 노출하고 있는 제 1 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부는, 제 1 단자에 매몰되어 있고, 노출하고 있는 제 2 집전체 시트의 도전부의 적어도 일부는, 제 2 단자에 매몰되어 있는 전기화학소자.
도 1은, 실시형태 1에 관한 적층형 극판군의 종단면도이다.
도 2는, 도 1의 극판군의 a-a선 단면도이다.
도 3은, 도 1의 극판군의 다른 a-a선 단면도이다.
도 4는, 실시형태 2에 관한 권회형 극판군의 종단면 개념도이다.
도 5는, 집전체 시트의 일례의 상면도이다.
도 6은, 제 1 전극의 집합체와 제 2 전극의 집합체의 사시도이다.
도 7은, 다른 제 1 전극의 집합체와 제 2 전극의 집합체의 사시도이다.
도 8은, 시트형상의 절연성 기재에 도전층 및 제 1 전극합제층을 소정의 패턴으로 형성하여, 제 1 전극의 집합체를 얻는 공정을 도시한 도면이다.
도 9는, 시트형상의 절연성 기재에 도전층 및 제 2 전극합제층을 소정의 패턴으로 형성하여, 제 2 전극의 집합체를 얻는 공정을 도시한 도면이다.
도 10은, 도 1(b) 및 도 2(b)에 도시한 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 11은, 긴 형상의 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를, 세퍼레이터를 통하여 적층하여, 연속적으로 적층체로서 공급하는 모양을 도시한 도면이다.
도 12는, 도 4의 파선 X로 둘러싸인 부분의 확대도이다.
도 13은, 보빈에 감겨진 세퍼레이터, 제 1 전극의 집합체, 세퍼레이터 및 제 2 전극의 집합체의 적층체의 모양을 도시한 도면이다.
도 14는, 보빈에 감겨진 적층체의 양 끝단부를 절단하는 모양을 설명하기 위 한 도면이다.
도 15는, 양 끝단부를 절단한 후의 적층체의 모양을 도시한 도면이다.
도 16은, 실시형태 4에 관한 적층형 극판군의 종단면도이다.
도 17은, 실시형태 5에 관한 권회형 극판군의 제조공정도이다.
도 18은, 도 17(2)에 도시한 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 보다 상세하게 도시한 도면이다.
도 19는, 실시형태 6에 관한 적층형 극판군의 종단면도이다.
도 20은, 도 19의 극판군의 a-a선 단면도의 일례이다.
도 21은, 실시형태 6에 관한 다른 적층형 극판군의 종단면도이다.
도 22는, 실시형태 7에 관한 도 1의 극판군의 a-a선 단면도이다.
도 23은, 실시형태 7에 관한 도 1의 극판군의 다른 a-a선 단면도이다.
도 24는, 케이스에 수용하기 전의 극판군의 일례의 상면도이다.
도 25는, 케이스에 수용하기 전의 극판군의 일례의 측면도이다.
도 26은, 극판군을 수용하는 3개의 부품으로 이루어지는 케이스의 일례의 사시도이다.
도 27은, 극판군을 수용하는 2개의 부품으로 이루어지는 케이스의 다른 일례의 사시도이다.
도 28은, 개구에 대하여 수직인 한 방향에서 본 케이스의 틀체 혹은 용기의 단면도의 일례이다.
도 29는, 개구에 대하여 평행한 한 방향에서 본 3개의 부품으로 이루어지는 케이스의 단면도의 일례이다.
도 30은, 개구에 대하여 평행한 한 방향에서 본 2개의 부품으로 이루어지는 케이스의 단면도의 일례이다.
도 31은, 본 발명에 관한 전지의 일례의 상면도이다.
도 32는, 3개의 부품으로 이루어지는 케이스를 구비하는 전지의 일례의 사시도이다.
도 33은, 2개의 부품으로 이루어지는 케이스를 구비하는 전지의 일례의 사시도이다.
도 34는, 실시형태 9에 관한 적층형 극판군의 종단면도이다.
도 35는, 도 34의 극판군의 제조 공정도이다.
도 36은, 실시형태 9에 관한 권회형 극판군의 제조공정도이다.
실시형태 1
도 1에, 본 발명에 관한 적층형 극판군의 일례의 종단면도를 도시한다. 도 2에는, 그 극판군의 a-a선 단면도를 도시한다. 극판군(10)은, 교대로 적층된 복수의 제 1 전극(15a)과 제 2 전극(15b)으로 이루어지고, 제 1 전극(15a)과 제 2 전극(15b)의 사이에는, 세퍼레이터(16)가 개재하고 있다.
제 1 전극(15a)은, 제 1 집전체 시트(13a) 및 2개의 제 1 전극합제층(14a)으로 이루어지고, 제 1 집전체 시트(13a)는, 수지 시트(11a) 및 그 양면에 설치된 소정의 형상 패턴을 가진 도전층(12a)으로 이루어진다. 도전층(12a)의 표면은 제 1 집전체 시트의 도전부가 되고, 수지 시트(11a)의 노출부는 절연부가 된다.
제 1 집전체 시트의 끝단부(11x, 11x' 및 11x")를 제외한 전체 면에는 도전층(12a)이 설치되어 있다. 도전층(12a)의 표면은 도전부가 되기 때문에, 그 위에 제 1 전극합제층(14a)이 설치되어 있다. 도전층(12a)을 갖지 않는 제 1 집전체 시트의 끝단부(11x, 11x' 및 11x")는 절연부가 된다. 끝단부(11x)의 반대측에 위치하는 끝단부(12x)에는, 집전을 위해서 사용하는 도전층(12a)의 노출부가 남아 있다.
극판군(10)은, 2종류의 제 2 전극(15b, 15b')를 포함하고 있다. 2개의 제 1 전극(15a)으로 끼워 지지되고 있는 내부의 제 2 전극(15b)은, 극판군에 있어서의 배치가 반대인 것 이외에, 제 1 전극(15a)과 같은 구조를 가진다. 즉, 내부의 제 2 전극(15b)은, 제 2 집전체 시트(13b) 및 2개의 제 2 전극합제층(14b)으로 이루어지며, 제 2 집전체 시트(13b)는, 수지 시트(11b) 및 그 양면에 설치된 소정의 형상 패턴을 가진 도전층(12b)으로 이루어진다. 가장 바깥쪽의 2개의 제 2 전극(15b')은, 수지 시트(11b)의 양면이 아니라, 한 면에 도전층(12b)과 제 2 전극합제층(14b)이 설치되어 있는 것 이외에는, 내부의 제 2 전극과 같은 구조를 가진다.
제 2 집전체 시트의 끝단부(11y, 11y' 및 11y")를 제외한 전체 면에는 도전층(12b)이 설치되어 있다. 도전층(12b)의 표면은 도전부가 되기 때문에, 그 위에 제 2 전극합제층(14b)이 설치되어 있다. 도전층(12b)을 갖지 않는 제 2 집전체 시트의 끝단부(11y, 11y' 및 11y")는 절연부가 된다. 끝단부(11y)의 반대측에 위치하는 끝단부(12y)에는, 집전을 위해서 사용하는 도전층(12b)의 노출부가 남아 있 다.
도 1, 2에 있어서, 극판군(10)의 각 측면에서는, 각 집전체 시트의 끝단부와 세퍼레이터의 끝단부가 면이 일치하도록 배치되어 있으며, 도 2에 있어서도, 극판군(10)의 각 측면에서는, 각 집전체 시트의 끝단부와 세퍼레이터의 끝단부가 면이 일치하도록 배치되어 있다.
한편, 각 측면에 있어서 각 집전체 시트의 끝단부와 세퍼레이터의 끝단부가 완전하게 면이 일치하도록 배치되어 있을 필요는 없지만, 실질적으로 면이 일치하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
각 측면에 있어서 각 집전체 시트의 끝단부와 세퍼레이터의 끝단부가 완전하게 면이 일치하도록 배치되어 있는 경우에는, 제 1 집전체 시트의 한 면당의 면적 S(1)과, 제 2 집전체 시트의 한 면당의 면적 S(2)와, 세퍼레이터의 한 면당의 면적 S(s)와는 동일하게 되고, S(1)=S(s)=S(2)가 만족된다.
한편, S(1)≤S(s)≤S(1)×1.05 및 S(2)≤S(s)≤S(2)×1.05가 만족되는 경우에는, 각 측면에 있어서 각 집전체 시트의 끝단부와 세퍼레이터의 끝단부가, 실질적으로 면이 일치하도록 배치되어 있다고 생각할 수 있다.
이러한 극판군에 있어서는, 그 측면으로부터 세퍼레이터나 극판의 끝단부가 돌출하고 있지 않기 때문에, 체적효율이 높고, 고용량을 얻는 것이 가능하다. 이러한 극판군은, 균일조정이 취해진 간략한 구조를 가지기 때문에, 신뢰성을 확보하기 쉽다. 게다가, 많은 극판군을 동시에 제조할 수 있기 때문에, 제조 비용을 삭감하는 것이 가능하다.
제 1 집전체 시트(13a)의 도전층(12a)의 노출부{끝단부(12x)}는, 극판군(10)의 제 1 측면(도 1의 좌측)에 배치되어 있고, 그 반대측의 절연부{끝단부(11x)}는, 극판군(10)의 제 2 측면(도 1우측)에 배치되어 있다. 한편, 제 2 집전체 시트(13b)의 도전층(12b)의 노출부{끝단부(12y)}는, 극판군(10)의 제 2 측면에 배치되어 있고, 그 반대측의 절연부{끝단부(11y)}는, 극판군(10)의 제 1 측면에 배치되어 있다. 또, 도 1에서는, 제 1 측면과 제 2 측면이 서로 극판군의 반대측에 위치하고 있지만, 이들의 배치는 특히 한정되지 않는다.
상기와 같이, 제 1 전극과 제 2 전극이, 서로 역방향으로 배치되어 있는 경우, 제 1 집전체 시트(13a)의 도전층(12a)의 노출부{끝단부(12x)}는, 세퍼레이터(16)의 끝단부를 통하여, 제 2 집전체 시트(13b)의 절연부{끝단부(11y)}와 인접한다. 제 2 집전체 시트(13b)의 도전층(12b)의 노출부{끝단부(12y)}는, 세퍼레이터(16)의 끝단부를 통하여, 제 1 집전체 시트(13a)의 절연부{끝단부(11x)}와 인접한다. 이러한 배치라면, 제 1 전극과 제 2 전극의 단락을 방지하는 것이 용이하고, 복수의 제 1 집전체 시트 또는 제 2 집전체 시트의 도전층의 노출부를 병렬로 접속하여, 고용량의 극판군을 얻는 것도 용이하다.
단락을 확실히 방지하는 관점으로부터, 제 1 집전체 시트(13a)의 도전층(12a)의 노출부{끝단부(12x)}에 인접하는 제 2 집전체 시트의 절연부{끝단부(11y)} 및 제 2 집전체 시트(13b)의 도전층(12b)의 노출부{끝단부(12y)}에 인접하는 제 1 집전체 시트(13a)의 절연부{끝단부(11x)}는, 각각 폭 O.001mm 이상, 또 O.1mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
도 1과 같이 복수의 제 1 집전체 시트(13a) 또는 제 2 집전체 시트(13b)의 도전층(12a, b)의 노출부를 병렬로 접속하여 고용량의 극판군을 얻는 경우, 어떠한 방법으로 노출부끼리를 접속하여도 좋지만, 예를 들면, 도전성 재료의 피막으로 제 1 측면과 제 2 측면을 피복하는 방법을 사용할 수 있다. 도전성 재료의 피막의 두께는, 예를 들면 0.01∼1mm 정도로 충분하다. 이렇게 해 얻어진 도전성 재료의 피막은, 각각 제 1 단자(17a) 및 제 2 단자(17b)로서 집전에 이용할 수 있다.
양호한 집전상태를 얻기 위해서는, 도전층(12a, b)의 노출부와 도전성 재료의 피막과의 접촉 면적이 클수록 바람직하고, 도전층(12a, b)의 노출부가 도전성 재료의 피막{단자(17a, b)}의 내부에 0.001∼1mm의 깊이까지 매몰되어 있는 것이 바람직하고, O.01∼1mm의 깊이까지 매몰되어 있는 것이, 더욱 바람직하다.
각 집전체 시트의 노출부가 각 단자에 매몰되어 있기 때문에, 예를 들면, 극판 자체를 단자에 매몰시키는 종래의 전기화학소자와는 달리, 전극합제층의 도전성이나 집전체 시트의 두께에 상관없이, 높은 집전성능을 확보할 수 있다. 그리고, 돌출시킨 동일극성의 극판의 심재와, 판형상의 집전판을 접합하는 경우와 같이, 심재와 집전판의 접촉 면적을 충분히 확보할 수 없다고 하는 문제도 생기지 않는다.
도전성 재료의 피막으로 이루어지는 제 1 단자 및 제 2 단자의 적어도 한쪽은, 어느 실시형태에 있어서나, 입자형상 금속이 연속적으로 접합하여 이루어지는 다공질 금속막으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 다공질 금속막은, 용융금속 혹은 반용융 상태의 금속 입자를, 압착 공기로 노즐로부터 내뿜게 하여, 극판군의 소정의 측면에 내뿜는 것에 의해, 얻을 수 있다. 예를 들면, 소위 메타리콘 (metalikon)을 채용할 수 있다.
제 1 단자 혹은 제 2 단자가, 양극단자가 되는 경우에는, 다공질 금속막은, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 제 1 단자 혹은 제 2 단자가, 음극단자가 되는 경우에는, 다공질 금속막은, 강철, 구리합금 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도전성재료의 피막으로 이루어지는 제 1 단자 및 제 2 단자의 적어도 한쪽은, 다른 실시형태에 있어서는, 도전성 페이스트로 이루어지는 것이 바람직하다. 도전성 페이스트로는, 수지와, 상기 수지에 분산시킨 도전성 미립자 및 도전성 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 도전성 페이스트는, 극판군의 소정의 측면에 도공(塗工)하는 것이 용이하기 때문에, 도전성 페이스트를 사용함으로써, 극판군의 제조공정을 간략화할 수 있다. 극판군의 소정의 측면에 도공된 도전성 페이스트는, 가열이나 광조사에 의해, 경화시키는 것이 바람직하다. 도전성 페이스트를 경화시킴으로써, 제 1 단자 혹은 제 2 단자의 강도를 향상시킬 수 있다.
수지에는, 열가소성 수지를 사용하여도 좋고, 열경화성 수지를 사용하여도 좋다.
제 1 단자 혹은 제 2 단자가, 양극단자가 되는 경우에는, 도전성 페이스트의 수지로서, 폴리아미드이미드 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 양극단자에는, 카본, 알루미늄 등으로 이루어지는 도전성 미립자나 도전성 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 제 1 단자 혹은 제 2 단자가, 음극단자가 되는 경우에도, 도전 성 페이스트의 수지로서, 폴리아미드이미드 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 음극단자에는, 구리, 은, 은도금 된 강, 니켈, 카본 등으로 이루어지는 도전성 미립자나 도전성 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
도전성 입자의 평균 입자지름은, 1∼100㎛인 것이 바람직하다. 또한, 도전성 섬유의 직경은, 1∼100㎛인 것이 바람직하고, 섬유의 길이는 특히 한정되지 않는다.
도전성 페이스트에 있어서의 도전성 미립자 및/또는 도전성 섬유의 함유율은, 50∼90중량%인 것이 바람직하다. 도전성을 높이기 위해서는, 도전성 미립자 및/또는 도전성 섬유의 양이 많은 것이 바람직하지만, 수지의 함유율이 너무 적어지면, 도전성 페이스트의 조제나 도공이 곤란하게 된다.
도전성 재료의 피막으로 이루어지는 제 1 단자 및 제 2 단자의 적어도 한쪽은, 또 다른 실시형태에 있어서는, 융점 250℃ 이하, 바람직하게는 180℃ 이하의 저융점 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 저융점 금속으로, 수지를 플럭스로서 첨가하면, 땜납이 얻어진다. 땜납은 취급이 용이하므로, 땜납을 사용하면, 다공질 금속막이나 도전성 페이스트에 비해, 양호한 도전성을 가진 단자를 형성하는 것이 가능하다. 다만, 저융점 합금의 융점이 250℃를 넘으면, 극판군의 소정의 측면에 저융점 금속으로 이루어지는 단자를 설치할 때에, 전기화학소자를 열화시킬 우려가 있다.
저융점금속으로서는, Pb-Sn계 합금, Pb-Sn-Bi계 합금, Pb-Sn-Sb계 합금, Sn-Ag-Cu계 합금, Sn-Zn-Bi계 합금 등이 알려져 있지만, 다른 조성의 금속을 사용할 수도 있다.
측면에 단자를 가진 극판군(10)에 있어서는, 집전을 위한 탭이나 리드를 필요로 하지 않기 때문에, 균일조정이 취해진 간략한 구조를 취하기 쉽다.
도 1, 2에서는, 제 1 전극합제층(14a) 및 제 2 전극합제층(14b)의 끝단부는, 제 3 측면 및 제 4 측면보다 오목한 위치에 배치되어 있지만, 각 전극합제층의 끝단부가, 각 집전체 시트의 도전부 혹은 절연부의 끝단부 및 세퍼레이터의 끝단부와 면이 일치하도록 배치되어 있어도 좋다. 그러한 구조로서도, 제 3 측면 및 제 4 측면을 절연성의 재료로 덮는 것에 의해, 충분히 단락을 방지하는 것이 가능하다.
수지 시트(11a, b)의 두께는, 예를 들면 O.5∼500㎛이다. 평탄한 표면을 가진 통상의 수지 시트를 사용하여도 좋고, 천공체, 라스체, 다공질체, 네트, 발포체, 직포, 부직포 등을 사용하여도 좋다. 또한, 표면에 요철을 가진 수지 시트를 사용할 수도 있다.
수지 시트(11a, b)에는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 등의 올레핀계 폴리머, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리스클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트 등의 에스테르계 폴리머, 폴리페닐렌 설파이드 등의 티오에테르계 폴리머, 폴리스틸렌 등의 방향족 비닐계 폴리머, 폴리이미드, 아라미드 수지 등의 질소함유폴리머, 폴리4불화에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소폴리머 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합한 코폴리머, 폴리머 얼로이, 폴리머 브랜드 등을 사용하여도 좋다.
도전층(12a, b)의 두께는, 예를 들면 0.01∼100㎛이다.
도전층(12a, b)에는, 구성된 전지에 있어서 화학변화를 일으키지 않는 전자 전도체를 특히 한정 없이 사용할 수 있다. 제 1 전극 혹은 제 2 전극이 양극인 경우에는, 예를 들면, 스테인리스 강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티탄, 탄소 등을 사용할 수 있고, 특히, 알루미늄, 알루미늄 합금 등이 바람직하다. 제 1 전극 혹은 제 2 전극이 음극인 경우에는, 예를 들면, 스테인리스 강, 니켈, 구리, 구리합금, 티탄 등을 사용할 수 있고, 특히, 구리, 구리합금 등이 바람직하다.
도전층(12a, b)을 형성하는 방법은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 도전성 재료를 수지 시트(11a, b)의 표면에 증착하면 도전층을 얻을 수 있다. 소정의 형상 패턴의 증착막을 형성하려면, 수지 시트에 소정 형상의 개구부를 가진 마스크를 씌우고 나서 증착을 실시한다.
극판군(10)의 제 1 측면에는, 제 1 단자(17a)와 제 2 전극(15b, b')을 절연하기 위한 제 1 절연재료부(18a)를 설치할 수 있고, 제 2 측면에는, 제 2 단자(17b)와 제 1 전극(15a)을 절연하기 위한 제 2 절연재료부(18b)를 설치할 수 있다. 제 1 측면에는, 제 2 집전체 시트(13b)의 절연부{끝단부(11y)}가 배치되고, 제 2 측면에는, 제 1 집전체 시트(13a)의 절연부{끝단부(11x)}가 배치되어 있기 때문에, 절연재료부를 설치하지 않아도 단락을 방지하는 것은 가능하지만, 더욱이 절연재료부(18a, b)를 설치함으로써, 단락의 가능성은 큰 폭으로 저감한다. 절연재료부(18a, b)의 두께는 특히 한정되지 않지만, 0.001mm 이상, 또는 0.01mm 이상인 것이 바람직하다.
절연재료부(18a, b)를 설치하는 방법은 특히 한정되지 않지만, 미리 극판의 제조 공정에 있어서, 스크린 인쇄법 등에 의해, 페이스트상 혹은 액상의 절연재료를, 전극합제층(14a, b)의 주위의 집전체 시트(13a, b) 위에 도포해 두는 방법을 채용할 수 있다. 필름 형상 혹은 테이프 형상의 절연재료를, 전극합제층(14a, b)의 주위의 집전체 시트(13a, b)상에 붙이는 것에 의해, 절연재료부를 설치할 수도 있다.
도 2에서는, 극판군(10)의 제 3 측면 및 제 4 측면에는 절연재료부가 설치되어 있지 않지만, 도 3과 같이, 제 3 측면(도 3 좌측) 및 제 4 측면(도 3 우측)에 배치된 전극합제층의 끝단부를, 각각 제 3 절연재료부(18c) 및 제 4 절연재료부(18d)로 덮는 것도 가능하다. 이러한 구성에 의하면, 확실히 단락을 방지하는 것이 가능하다.
절연재료부(18a, b)에 사용하는 절연재료로서는, 수지, 유리조성물, 세라믹스 등을 들 수 있다. 또한, 직포나 부직포에 수지를 함침시킨 복합물 등을 이용할 수도 있다. 수지로는, 열가소성 수지를 사용하여도 좋고, 열경화성 수지를 사용하여도 좋다. 열경화성 수지를 이용하는 경우에는, 수지의 도포막을 가열하여 경화시키는 공정을 필요로 한다.
절연재료부(18a, b)에 사용할 수 있는 수지로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 등의 올레핀계 폴리머, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트 등의 에스테르계 폴리머, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리아 세탈, 폴리페닐렌에테르, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드 등의 에테르계 폴리머, 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등의 술폰계 폴리머, 폴리아크릴로니트릴, AS수지, ABS수지 등의 아크릴로니트릴계 폴리머, 폴리페닐렌설파이드 등의 티오에테르계 폴리머, 폴리스티렌 등의 방향족 비닐계 폴리머, 폴리이미드, 아라미드 수지 등의 질소함유폴리머, 폴리4불화에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소폴리머, 폴리메타크릴산메틸 등의 아크릴계 폴리머 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합한 코폴리머, 폴리머 얼로이, 폴리머 브랜드 등을 사용하여도 좋다. 또한, 가열이나 UV조사에 의해 중합·경화하여 얻어지는 폴리머를 사용하여도 좋다.
보다 상세하게는, 절연재료부에는, 수지도포막이나 수지 테이프를 이용할 수 있다.
수지도포막은, 절연수지를 함유한 용액 또는 분산액을, 전극합제층의 끝단부에 도공하고, 건조함으로써, 형성할 수 있다. 도공방법은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 스크린 인쇄법, 다이코트법 등에 의해, 용액 또는 분산액을, 전극합제층 주위의 집전체 시트상에 도공할 수 있다. 용액이나 분산액은, 액상(液狀)이어도 페이스트상이어도 좋고, 이러한 점도는 임의로 제어하면 된다.
용액 또는 분산액에 함유시킨 절연수지로는, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌에테르, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드 등의 에테르계 수지; 폴리아크릴로니트릴, AS수지, ABS수지 등의 아크릴로니트릴계 수지; 폴리불화비닐리덴 등의 불소수지; 폴리메타크릴산메틸 등의 아크릴계 수지; 이들 폴리머를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 이들 중에서는, 특히, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 폴리메타크릴산메틸, 이들의 폴리머를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드 등을 사용하는 것이 바람직하다.
수지도포막은, 중합성 화합물을 함유한 용액 또는 분산액을, 전극합제층의 끝단부에 도공하고, 상기 중합성 화합물을 중합시킴으로써, 형성할 수도 있다. 도공 방법은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 스크린 인쇄법에 의해 실시할 수 있다. 용액이나 분산액은, 액상이어도 페이스트상이어도 좋고, 이들의 점도는 임의로 제어하면 된다. 중합성 화합물은, 열, 자외선 및 전자선으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 수단으로 중합하는 것이 바람직하다.
중합성 화합물은, 예를 들면 분자 중에 1∼3개의 중합성 관능기를 가진다. 중합성 관능기는, 아크릴레이트기 및 메타크릴레이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 또한, 중합성 관능기 이외의 부분은, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리알킬렌옥시드 쇄(鎖) 등이면 좋다.
중합성 화합물을 열로 중합시키는 경우에는, 아조비스이소부티로니트릴, 과산화벤조일, 과산화아세틸 등의 중합개시제를 사용한다. 중합성 화합물을 자외선으로 중합시키는 경우에는, 벤질디메틸케탈, 벤조인이소프로필에테르 등의 중합개시제를 사용한다. 중합성 화합물을 전자선으로 중합시키는 경우에는, 중합개시제는 특별히 필요로 하지 않는다.
수지테이프를, 전극합제층 주위의 집전체 시트형상에 붙이는 것에 의해, 절연재료부를 설치할 수도 있다. 수지테이프에는, 절연기재 및 거기에 담지된 절연성 점착제로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
절연기재로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 등의 올레핀계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트 등의 에스테르계 수지·폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리아세탈, 폴리페닐렌에테르, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드 등의 에테르계 수지; 폴리술폰, 폴리에테르술폰 등의 술폰계 수지; 폴리아크릴로니트릴, AS수지, ABS수지 등의 아크릴로니트릴계 수지; 폴리페닐렌설파이드 등의 티오에테르계 수지; 폴리스틸렌 등의 방향족 비닐계 수지; 폴리이미드, 아라미드 수지 등의 질소함유수지; 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소 수지; 폴리메타크릴산메틸 등의 아크릴계 수지; 이들의 폴리머를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드 등을 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 이들 중에서는, 특히, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 아라미드 수지, 이들 폴리머를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드 등이 바람직하다.
절연성 점착제는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 아크릴계 수지, 부틸고무계 수지 등을 이용할 수 있다.
절연기재의 두께는, 예를 들면 1∼1000㎛이며, 절연성 점착제층의 두께는, 예를 들면 0.1∼100㎛이다. 절연성 점착제는, 기재의 한 면에만 설치해도 좋고, 양면에 설치해도 좋다.
도 1에서는, 제 1 전극합제층(14a)에 비해, 제 2 전극합제층(14b) 쪽이 큰 면적을 가지고 있다. 이러한 구조는, 제 1 전극합제층(14a)을 양극으로 하고, 제 2 전극합제층(14b)을 음극으로 하는 리튬이온 2차전지의 극판군에 적합하다. 제 1 전극합제층(14a)을 음극으로 하고, 제 2 전극합제층(14b)을 양극으로 하는 경우에는, 제 2 전극합제층(14b)에 비해 제 1 전극합제층(14a)의 면적을 크게 한다.
전극합제층(14a, b)의 두께는, 예를 들면 1∼1000㎛이지만, 이들 두께는 특히 한정되지 않는다.
전극합제는, 전극활물질을 함유하며, 도전재, 결착제 등을 임의로 함유하여도 좋다. 제 1 전극 또는 제 2 전극이 리튬이온 2차 전지의 양극인 경우, 활물질로서는, 예를 들면, 리튬함유 천이금속 산화물을 바람직하게 이용할 수 있다. 리튬함유 천이금속 산화물로서는, 예를 들면, LixCoOz , LixNiOz, LixMnOz, LixCoyNi1-yOz, LixCOfV1-fOz, LixNi1-yMyOz(M=Ti, V, Mn, Fe), LixCoaNibMcOz(M=Ti, Mn, Al, Mg, Fe, Zr), LixMn2O4, LixMn2(1-y)M2yO4(M=Na, Mg, Sc, Y, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Cu, Zn, Al, Pb, Sb) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 다만, x값은 전지의 충전 및 방전에 의해, O≤x≤1.2의 범위에서 변화한다. 또한, 0≤y≤1, O.9≤f≤O.98, 1.9≤z≤2.3, a+b+c=1, O≤a≤1, 0≤b≤1, 0≤c<1을 만족한다.
제 1 전극 또는 제 2 전극이 리튬 이온 2차 전지의 음극인 경우, 활물질로서는, 예를 들면, 리튬, 리튬합금, 금속간 화합물, 탄소재료, 리튬이온을 흡수저장·방출 가능한 유기화합물이나 무기화합물, 금속착체, 유기고분자 화합물 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 탄소재료로서는, 코크스, 열분해탄소, 천연흑연, 인조흑연, 메소카본마이크로비즈, 흑연화 메소페즈 소구체(小球體), 기상성장(氣相成長)탄소, 유리상 탄소, 탄소섬유(폴리아크릴로니트릴계, 피치계, 셀룰로오스계, 기상성장계), 부정형 탄소, 유기화합물 소성체 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 특히, 천연흑연이나 인조흑연이 바람직하다.
도전재로는, 예를 들면, 아세틸렌블랙 등의 카본블랙, 흑연 등이 이용된다.
결착제로는, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오르에틸렌 등의 불소수지, 아크릴계 수지, 스틸렌부타디엔 고무, 에틸렌프로필렌터폴리머 등을 이용할 수 있다.
세퍼레이터로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머나 유리섬유 등으로 이루어지는 직포나 부직포를 이용할 수 있다. 고체전해질이나 겔전해질을 세퍼레이터로서 이용할 수도 있다. 고체전해질로는, 예를 들면, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 등을 매트릭스 재료로서 이용할 수 있다. 겔전해질로서는, 예를 들면, 후술의 비수전해액을 폴리머 재료로 이루어진 매트릭스에 유지시킨 것을 이용할 수 있다. 매트릭스를 형성하는 폴리머 재료로는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴과 헥사플루오르프 로필렌과의 코폴리머 등을 이용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 이들 중에서는, 특히, 불화비닐리덴과 헥사플루오르프로필렌과의 코폴리머, 폴리불화비닐리덴과 폴리에틸렌옥사이드와의 혼합물을 이용하는 것이 바람직하다.
극판군은, 일반적으로, 전해액과 함께 소정의 케이스에 수용하여 이용된다. 전해액의 조성은, 전기화학소자의 종류에 따라 달라진다. 케이스의 형상, 재질 등은 특히 한정되지 않는다.
전기화학소자가, 예를 들면 리튬이온 2차전지의 경우, 전해액으로는, 비수용매에 리튬염을 용해시킨 것이 이용된다. 전해액에 있어서의 리튬염 농도는, 예를 들면 O.5∼1.5mol/L로 하는 것이 바람직하다.
비수용매로는, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상(環狀) 카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 디프로필카보네이트 등의 비환상 카보네이트, 포름산메틸, 초산메틸, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸 등의 지방족 카르본산에스테르, γ-부틸올락톤, γ-발레로락톤 등의 ??-락톤, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 에톡시메톡시에탄 등의 비환상 에테르, 테트라히드로프란, 2-메틸-테트라히드로프란 등의 환상 에테르, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소란, 인산 트리메틸, 인산트리에틸, 인산트리옥틸 등의 알킬인산에스테르나 그들의 불화물 등을 이용할 수 있다. 이들은 복수종을 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 환상 카보네이트와 비환상 카보네이트를 함유한 혼합물, 환상 카보네이트와 비환상 카보네이트와 지방족 카르본산에스테르를 함유한 혼합물 등이 바람직하다.
리튬염에는, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAlCl4, LiSbF6, LiSCN, LiCl, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiN(CF3S02)2, Li2B10Cl10, LiN(C2F5SO2)2, LiPF3(CF3)3, LiPF3(C2F5)3 등을 이용할 수 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 다만, 전해액은, 적어도 LiPF6를 함유하는 것이 바람직하다.
실시형태 2
권회형 극판군의 일례에 대하여 설명한다. 도 4는, 제 1 전극을 중심으로 도시된 권회형 극판군(30)의 일부의 세로 개념 단면도이다. 더 바깥둘레측의 합제층이나 집전체 시트는 생략되어 있다.
권회형 극판군(30)은, 적층되어 권회된 제 1 전극(3a)과 제 2 전극(3b)으로 이루어지며, 제 1 전극(3a)과 제 2 전극(3b)의 사이에는, 세퍼레이터(39)가 개재하고 있다.
제 1 전극(3a)은, 제 1 집전체 시트(31a) 및 그 양면에 설치된 2개의 제 1 전극합제층(32a)으로 이루어지며, 제 1 집전체 시트(31a)는, 수지시트 및 그 양면에 설치된 도전층으로 이루어진다. 도전층의 표면은 제 1 집전체 시트의 도전부가 되고, 수지시트의 노출부는 절연부가 된다.
제 1 집전체 시트의 끝단부(35a)를 제외한 전체 면에는 도전층이 설치되어 있다. 도전층의 표면은 도전부가 되기 때문에, 그 위에 제 1 전극합제층(32a)이 설치되어 있다. 도전층을 갖지 않는 제 1 집전체 시트의 끝단부(35a)는 절연부가 된다. 끝단부(35a)의 반대측에 위치하는 끝단부(34a)에는, 집전을 위해서 이용하는 도전층의 노출부가 남아 있다.
제 2 전극(3b)은, 극판군에 있어서의 배치가 반대인 것 이외에는, 제 1 전극(3a)과 같은 구조를 가진다. 즉, 내부의 제 2 전극(3b)은, 제 2 집전체 시트(31b) 및 그 양면에 설치된 2개의 제 2 전극합제층(32b)으로 이루어지고, 제 2 집전체 시트(31b)는, 수지 시트 및 그 양면에 설치된 도전층으로 이루어진다.
제 2 집전체 시트의 끝단부(35b)를 제외한 전체 면에는 도전층이 설치되어 있다. 도전층의 표면은 도전부가 되기 때문에, 그 위에 제 2 전극합제층(32b)이 설치되고 있다. 도전층을 갖지 않는 제 2 집전체 시트의 끝단부(35b)는 절연부가 된다. 끝단부(35b)의 반대측에 위치하는 끝단부(34b)에는, 집전을 위해서 사용하는 도전층의 노출부가 남아 있다.
도 4에 있어서, 극판군의 각 저면에서는, 각 집전체 시트의 끝단부와 세퍼레이터의 끝단부가, 거의 면이 일치하도록 배치되어 있다.
제 1 집전체 시트(31a)의 도전층의 노출부{끝단부(34a)}는, 극판군의 제 1 저면(도 4 위쪽)에 배치되어 있고, 그 반대측의 절연부{끝단부(35a)}는, 극판군의 제 2 저면(도 1 아래쪽)에 배치되어 있다. 한편, 제 2 집전체 시트(31b)의 도전층의 노출부{끝단부(34b)}는, 극판군의 제 2 저면에 배치되어 있고, 그 반대측의 절연부{끝단부(35b)}는, 극판군의 제 1 저면에 배치되어 있다.
각 저면에 배치되어 있는 각 집전체 시트의 절연부는, 실시형태 1의 극판군 과 마찬가지로, 폭 0.001mm 이상이 바람직하고, O.1mm 이상이 더욱 바람직하다.
제 1 집전체 시트(31a) 또는 제 2 집전체 시트(31b)의 도전층의 노출부는, 각각 일체적으로 접속하는 것이 바람직하다. 어떠한 방법으로 접속을 실시하여도 좋지만, 도 4에 도시한 바와 같이, 예를 들면 0.01∼1mm 정도의 두께의 도전성 재료의 피막으로, 제 1 저면과 제 2 저면을 피복하는 것이 바람직하다. 이렇게 해서 얻어진 도전성 재료의 피막은, 각각 제 1 단자(37) 및 제 2 단자(38)로서 집전에 이용할 수 있다. 도전성 재료의 피막은, 실시형태 1의 극판군과 마찬가지로 형성할 수 있다.
도전층의 노출부와 도전성 재료의 피막과의 접촉면적은 클수록 바람직하다. 실시형태 1의 극판군과 같이, 도전층의 노출부는, 도전성 재료의 피막{단자(37, 38)}의 내부에 0.001∼1mm의 깊이까지 매몰되어 있는 것이 바람직하다.
극판군의 제 1 저면에는, 제 1 단자(37)와 제 2 전극(3b)을 절연하기 위한 제 1 절연재료부(36b)를 설치할 수 있고, 제 2 저면에는, 제 2 단자(38)와 제 1 전극(3a)을 절연하기 위한 제 2 절연재료부(36a)를 설치할 수 있다.
제 1 저면에는, 제 2 집전체 시트의 절연부{끝단부(35b)}가 배치되고, 제 2 저면에는, 제 1 집전체 시트의 절연부{끝단부(35a)}가 배치되어 있기 때문에, 절연재료부를 설치하지 않아도 단락을 방지하는 것은 가능하지만, 더욱 절연재료부(36a, b)를 설치함으로써, 단락의 가능성은 큰 폭으로 줄어든다.
절연재료부는, 실시형태 1의 극판군과 같은 방법에 의해 설치할 수 있다. 절연재료부의 두께는 특히 한정되지 않지만, 실시형태 1의 극판군과 마찬가지로, 0.001mm 이상이 바람직하고, 0.01mm 이상인 것이 더욱 바람직하다.
이러한 극판군에 있어서는, 집전을 위한 탭이나 리드를 필요로 하지 않기 때문에, 균일조정이 취해진 간략한 구조가 되어, 신뢰성을 확보하기 쉽다. 또한, 체적효율이 높고, 고용량을 얻는 것이 가능하다. 게다가, 이러한 극판군은, 동시에 많이 제조할 수 있기 때문에, 제조 비용을 삭감하는 것이 가능하다.
실시형태 3
복수의 적층형 극판군을 동시에 제조하는 방법의 일례에 대하여, 도 5를 참조하면서 설명한다. 이하의 방법에 의하면, 예를 들면, 세로 1∼300mm, 폭 1∼300mm, 두께 0.01∼20mm의 크기의 극판군을, 효율적으로 제조할 수 있다.
본 실시형태의 제조방법은,
(a) 시트형상의 절연성기재의 양면에 소정의 패턴에 기초하여 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정,
(b) 제 1 집전체 시트의 도전층 및 제 2 집전체 시트의 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을, 상기 패턴에 대응시킴과 동시에 틈을 설치하여 형성하고, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 얻는 공정,
(c) 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 세퍼레이터를 통하여 적층하여, 적층체를 얻는 공정, 및
(d) 적층체를, 상기 틈에서 절단함으로써, 복수개의 적층형 극판군을 얻는 공정을 포함한다.
이하, 공정(a)∼(d)를, 공정순으로 설명한다. 또한, 그 외의 공정에 대해서 도 적절히 설명한다. 또, 그 외의 공정은, 전기화학소자의 구조 및 용도 등에 따라서 당업자라면 적절히 선택하고, 조합하여 실시할 수 있다. 또한, 적층형 극판군의 제조법은, 이하에 한정되는 것은 아니다.
공정(a)
공정(a)에서는, 시트형상의 절연성기재의 양면에 소정의 패턴으로 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는다.
여기에서는, 소정의 패턴으로서 도 5에 도시한 바와 같은 복수행, 복수열로 이루어진 매트릭스 형상의 패턴을 설명한다.
먼저, 원하는 수의 집전체 시트(50)를 공급할 수 있는 크기의 시트형상의 절연성기재인 수지 시트(51)를 준비하고, 수지 시트(51)의 양면의 동일 위치에, 복수의 소정의 패턴의 도전층을 설치한다.
도 5의 경우, 수지 시트(51)에는, 전극 2개분의 크기의 도전층(52)이 복수개 형성되어 있다. 2n개의 전극을 얻고자 할 때에는, 수지 시트에, 한면당 n개의 도전층을 형성한다. 즉, 전극 2개분의 집전체 시트(52')와 그들 사이의 중앙부(53)를, 일체로 형성한다. 중앙부(53)는, 후속 공정에 의해, 전극합제층을 담지하지 않은 도전층의 노출부가 된다. 이렇게 해서 제 1 집전체 시트(50)를 얻는다. 제 2 집전체 시트도 마찬가지로 제작한다.
이러한 도전층은, 수지 시트에 매트릭스 형상의 마스크를 피복하고, 마스크로부터 노출하는 수지 시트에 금속을 증착시키는 방법에 의해 얻을 수 있다. 마스크로 피복된 부분에는, 수지 시트의 노출부(54)가 남는다.
마스크에는, 매트릭스 형상의 개구부를 가진 시트, 증착 금속의 부착을 저해하는 목적으로 수지시트 위에 매트릭스 형상으로 도포된 오일 등을 이용할 수 있다. 또한, 수지시트에 매트릭스 형상으로 잉크를 인쇄하고, 금속을 증착한 후, 잉크와 잉크 위의 증착금속을 세정·제거하는 방법도 채용할 수 있다. 또한, 수지 시트에 금속을 증착한 후, 레이저 등의 금속제거수단을 이용하여, 소정의 형상 패턴의 도전층을 얻는 방법 등도 있다. 다만, 특히 이들 방법에 한정되는 것은 아니다.
공정(b)
다음에, 각 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층 또는 제 2 전극합제층을, 상기 패턴에 대응시킴과 동시에 틈을 설치하여 형성하고, 제 1 전극의 집합체(60a) 및 제 2 전극의 집합체(60b)를 얻는다.
도 6의 경우, 제 1 집전체 시트의 각 도전층 위에는, 제 1 전극합제층(61a)이 2개씩 형성되어 있다. 2개의 제 1 전극합제층(61a)의 사이에는, 틈으로서 합제를 담지하지 않은 도전층의 노출부(53a)가 남아 있다. 또한, 도전층을 갖지 않는 수지 시트의 노출부(54a)도 남아 있다.
제 1 전극합제층은, 제 1 전극 합제로 이루어지는 페이스트를, 중앙부(53)를 제외한 도전층의 전체 면에 도공함으로써 형성된다. 도공 방법은 특히 한정되지 않지만, 스크린인쇄, 패턴도공 등을 채용하는 것이 바람직하다. 이 때 페이스트가 도공되지 않았던 도전층의 노출부(53a)는, 극판군의 구성 후에, 제 1 단자와의 접속부(53x)가 된다. 또한, 페이스트가 도공되지 않았던 수지 시트의 노출부(54a) 는, 극판군의 구성 후에, 단락 방지를 위해서 제 2 단자에 배치되는 절연부(54x)가 된다.
도 6에는, 3행 3열의 전극합제층이 도시되어 있지만, 통상적으로는 보다 큰 수지시트 위에, 보다 많은 도전층과 전극합제층이 형성된다.
제 1 전극 합제로 이루어지는 페이스트는, 제 1 전극의 활물질, 도전재, 결착제 등을, 분산매와 혼합함으로써 조제된다. 그 후, 페이스트의 도포막을 건조하고, 건조 후의 도포막을 롤러로 압연하여, 합제 밀도를 높일 수 있다.
공정(b)의 후에, 후술하는 공정(c)의 전에, 제 1 전극합제층 또는 제 2 전극합제층의 끝단부를 덮는 위치에, 절연재료부를 형성하는 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
즉, 극판군을 구성했을 경우에 제 2 집전체 시트의 도전층의 노출부와 인접하게 되는 제 1 전극합제층의 둘레가장자리부를 따라서, 절연재료를 도공한다. 여기에서도 패턴 도공을 하는 것이 바람직하다.
제 1 전극합제층의 둘레가장자리부의 그 외의 부분에도, 절연재료를 피복하여도 좋다. 다만, 제 1 집전체 시트의 도전층의 노출부의 전체가 덮이지 않도록 한다.
도 6과 같은 극판군을 얻는 경우에는, 적어도 수지 시트의 노출부(54a)에 인접하는 제 1 전극합제층의 끝단부에, 절연재료를 도공한다. 또한, 절연재료의 도공은 반드시 필요하지 않고, 임의로 실시하면 된다. 여기서 도공한 절연 수지는, 극판군에 있어서, 제 1 절연재료부를 형성한다.
제 2 전극의 집합체도 상기 제 1 전극의 집합체와 같이 제작하면 된다.
도 6의 경우, 제 2 집전체 시트의 각 도전층 위에는, 제 2 전극합제층(61b)이 2개씩 형성되어 있다. 2개의 제 2 전극합제층(61b)의 사이에는, 틈으로서 합제를 담지하지 않은 도전층의 노출부(53b)가 남아 있다. 또한, 도전층을 갖지 않는 수지 시트의 노출부(54b)도 남아 있다.
제 2 전극합제의 페이스트가 도공되지 않았던 도전층의 노출부(53b)는, 극판군의 구성후에, 제 2 단자와의 접속부(53y)가 된다. 또한, 페이스트가 도공되지 않았던 수지 시트의 노출부(54b)는, 극판군의 구성후에, 단락 방지를 위해서 제 1 단자에 배치되는 절연부(54y)가 된다.
적층체의 양끝단부에 배치하는 극판으로서, 한 면에만 제 1 전극합제층을 가진 제 1 전극의 집합체 또는 한 면에만 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극의 집합체를 제작하여도 좋다. 이들 전극의 집합체는, 최외층에 전극합제층을 노출시키지 않기 위해서 이용된다. 이 경우, 적층체의 최외층에 도전층이 노출하여도 되지만, 도전층을 설치하지 않고, 수지 시트를 노출시켜도 된다.
공정(c)
이어서, 제 1 전극의 집합체(60a) 및 제 2 전극의 집합체(60b)를 세퍼레이터를 통하여 적층하여, 적층체를 얻는다.
공정(b)에 의해서 제작된 제 1 전극의 집합체와 제 2 전극의 집합체를, 세퍼레이터를 통하여 적층한다. 이 때, 제 1 전극의 집합체에 포함되는 제 1 전극합제층(61a)과 제 2 전극의 집합체에 포함되는 제 2 전극합제층(61b)이 서로 대면하도 록, 이것들을 적층한다.
제 1 전극의 집합체에 있어서의 도전층의 노출부(53a)가, 제 2 전극의 집합체에 있어서의 수지 시트의 노출부(54b)와 대면하고, 제 1 전극의 집합체에 있어서의 수지 시트의 노출부(54a)가, 제 2 전극의 집합체에 있어서의 도전층의 노출부(53b)와 대면하도록, 양극판을 배치한다. 그리고, 양쪽 최외면에, 한 면에만 전극합제층을 가진 한 쌍의 전극의 집합체를 배치하고, 이들로 안쪽의 전극의 집합체를 끼워 지지하고, 전체를 프레스한다. 그 결과, 복수의 적층형 극판군을 포함한 적층체를 얻을 수 있다.
공정(d)
상기 적층체를, 전극합제층의 틈에서 절단함으로써, 복수개의 적층형 극판군을 얻는다.
도 6의 경우, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체는, 화살표 X, Y방향을 따라서, 상기 틈에서 절단된다. 도전층의 노출부인 틈에 대응하는 집전체 시트의 절단부는, 단자와의 접속부(53x, y)가 되고, 그 반대측의 수지 시트의 노출부에 대응하는 절단부는 절연부(54x, y)가 된다.
종래로부터 일반적으로 이용되고 있는 금속박으로 이루어지는 집전체의 경우, 절단할 때에 생기는 금속 버(burr)가 문제가 된다. 금속 버는, 세퍼레이터를 찢어, 내부 단락을 일으키는 큰 원인이 되기 때문이다. 따라서, 금속 버의 발생을 막는 것이 중요하게 되지만, 금속 버를 일으키지 않고 금속박을 절단하는 것은 현저히 곤란하다.
한편, 수지 시트로 이루어지는 집전체 시트를 사용하는 경우, 절단면의 대부분이 수지로 채워져 있기 때문에, 금속 버를 일으키는 경우가 없다. 따라서, 전기화학소자의 신뢰성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
계속해서, 적층형 극판군의 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 도전성 재료로 피복하고, 제 1 단자 및 제 2 단자를 형성하는 공정을 실시하는 것이 바람직하다.
제 1 집전체 시트의 도전층의 노출부{접속부(53x)}와 제 2 집전체 시트의 절연부(54y)가 교대로 배열하는 제 1 측면을, 도전성 재료의 피막으로 피복하면, 제 1 단자를 얻을 수 있다. 이렇게 해서 형성된 금속 피막은, 제 1 집전체 시트의 도전층의 노출부와만 전기적으로 접속된다. 제 1 측면에 있어서, 제 2 전극합제층의 단면에 절연재료가 도공되어 있는 경우에는, 도전성 재료의 피막과 제 2 전극과의 단락은 확실히 방지된다.
제 2 집전체 시트의 도전층의 노출부{접속부(53y)}와 제 1 집전체 시트의 절연부(54x)가 교대로 배열하는 제 2 측면에 대해서도, 상기와 같이 도전성 재료로 피복하면, 제 2 단자를 얻을 수 있다.
단자를 형성하지 않는 극판군의 측면은, 그대로의 상태라도 좋지만, 될 수 있으면 다공질인 절연재료로 피복하는 것이 바람직하다.
다음에, 공정(a)에 있어서의 소정의 패턴이, 병행으로 늘어선 띠(스트립)모양인 경우에 대해서, 도 7을 참조하면서 설명한다.
먼저, 제 1 전극의 집합체(70a)와 제 2 전극의 집합체(70b)를 제작한다.
제 1 전극의 집합체(70a)를 얻는 경우, 원하는 수의 집전체 시트를 공급할 수 있는 크기의 수지 시트의 양면의 동일한 위치에, 복수행의 띠모양의 도전층을 형성한다. 이러한 도전층은, 예를 들면, 수지 시트에 띠모양의 마스크를 씌워, 마스크로부터 노출하는 수지 시트 부분에 금속을 증착시킴으로써, 얻을 수 있다. 여기에서도, 1개의 띠모양 도전층을 띠모양 전극합제층 2개분의 집전체 시트에 걸치도록 형성한다. 즉, 2n개의 띠모양 집전체 시트를 공급할 수 있는 크기의 수지 시트를 이용하는 경우, 수지 시트의 한 면당, n개의 띠모양 도전층을 형성한다.
다음에, 각 띠모양 도전층 위에, 띠모양의 제 1 전극합제층(71a)을 2개씩 형성한다. 2개의 띠모양 제 1 전극합제층(71a)의 사이에는, 합제를 담지하지 않은 도전층의 노출부(53a')를 틈으로서 남겨 둔다. 띠모양의 제 1 전극합제층(71a)은, 상기와 같은 제 1 전극합제로 이루어지는 페이스트를, 도전층의 중앙부를 제외한 전체 면에 도공함으로써 형성된다. 도공 방법은 상술한 경우와 같다. 페이스트가 도공되지 않았던 도전층의 노출부(53a')는, 제 1 단자와의 접속부(53x')가 된다.
또한, 제 2 전극의 집합체(70b)를 얻는 경우, 원하는 수의 집전체 시트를 공급할 수 있는 크기의 수지 시트의 양면의 같은 위치에, 복수행의 띠모양의 도전층을 설치하여, 각 도전층의 위에, 띠모양의 제 2 전극합제층(71b)을 2개씩 형성한다. 2개의 띠모양의 제 2 전극합제층의 사이에는, 합제를 담지하지 않은 도전층의 노출부(53b')를 남겨 둔다. 페이스트가 도공되지 않았던 도전층의 노출부(53b')는, 극판군의 구성 후에는, 제 2 단자와의 접속부(53y')가 된다.
이러한 극판군의 집합체인 적층체를, 도 7에 나타내는 화살표 X, Y 방향을 따라서, 개개의 적층형 극판군마다 분할하면, 수지 시트의 노출부에 대응하는 절단부는, 절연부(54x',y')를 형성한다.
다른 절단부에 있어서는, 전극합제층의 단면이 노출하게 된다. 전극합제층의 단면이 노출하는 극판군의 측면은, 다공질인 절연재료로 밀봉하는 것이 바람직하다.
실시형태 4
복수의 적층형 극판군을 동시에 제조하는 다른 방법에 대하여, 도 8∼16 을 참조하면서 설명한다.
본 실시형태의 제조법은,
(C) 긴 형상의 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를, 세퍼레이터를 통하여 적층함과 동시에 연속적으로 적층체로서 공급하는 공정과,
(D) 상기 적층체를 평판형상의 보빈으로 감아 두는 공정과,
(E) 상기 보빈에 감아둔 적층체를 절단하여, 복수개의 적층형 극판군을 얻는 공정을 포함한다.
여기에서도, 시트형상의 절연성기재의 양면에, 소정의 패턴에 기초하여 도전층을 설치하여, 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정(A)과, 상기 도전층 위에, 각각 상기 패턴에 대응시킴과 동시에 틈을 형성하여 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을 형성하는 공정(B)에 의해, 제 1 전극 및 제 2 전극을 얻는 것이 바람직하다.
이하, 공정(A)∼(E)를, 공정순으로 설명한다. 또한, 그 외의 공정에 대해서 도 적절히 설명한다. 또한, 그 외의 공정은, 전기화학소자의 구조 및 용도 등에 따라 당업자라면 적절히 선택하고, 조합하여 실시할 수 있다.
공정(A)
공정(A)에서는, 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 시트형상의 절연성기재인 수지 시트(80a)의 양면에 도전층(81a)을 소정의 패턴으로 형성하여, 제 1 집전체 시트(8a)를 얻는다. 또한, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 시트형상의 절연성기재인 수지 시트(80b)의 양면에 도전층(81b)을 소정의 패턴으로 형성하여, 제 2 집전체 시트(8b)를 얻는다.
이 때, 소정의 패턴은, 후술의 도 16에 도시한 바와 같이, 최종적으로 얻어지는 적층형 극판군(160)에 있어서, 제 1 집전체 시트(8a)의 도전층(81a)만이 제 1 측면으로 노출하고, 제 2 집전체 시트(8b)의 도전층(81b) 만이 제 2 측면으로 노출하도록 결정한다.
또한, 도 8, 9에 있어서의 수지 시트{(80a) 및 (80b)}는, 편의상, 일정한 길이를 가진 시트형상으로서 나타냈지만, 실제로는 긴 형상이다. 긴 형상이면, 예를 들면 후프형상으로 감은 원반 등으로 연속하여 공급할 수 있다. 따라서, 연속하여 시트 위에 금속을 증착시킬 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
여기에서도, 적어도 1개의 띠모양 도전층은 2개의 띠모양의 시트형상의 집전체에 걸치도록 형성한다. 도전층의 형성은, 실시형태 3과 같이 실시하면 된다. 또한, 소정의 패턴은, 상술한 바와 같이, 최종적으로 제작하는 적층형 극판군의 수에 따라 적절히 조정하면 된다.
공정(B)
다음에, 도 1(b) 및 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 제 1 집전체 시트(8a) 및 제 2 집전체 시트(8b)의 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층(82a) 및 제 2 전극합제층(82b)을, 평행하게 나열되는 띠모양으로 틈{(83a) 및 (83b)}을 설치하여 형성하여, 제 1 전극의 집합체(14) 및 제 2 전극의 집합체(15)를 얻는다.
전극합제층을 담지하지 않은 도전층의 노출부{(83a) 및 (83b)}는, 극판군의 구성 후에, 각각 제 1 단자와의 접속부(83x) 및 제 2 단자와의 접속부(83x')가 된다. 또한, 수지 시트의 노출부{(84a) 및 (84b)}는, 극판군의 구성 후에, 각각 단락 방지를 위해서 제 1 단자에 배치되는 절연부(84y) 및 제 2 단자에 배치되는 절연부(84y')가 된다(도 16 참조).
집전체 시트가 긴 형상이기 때문에, 끝단부로부터 연속하여 전극합제를 도공할 수 있어, 생산성을 향상시키는 것이 가능하다. 집전체 시트를 후프형상으로 하여 공급하여도 좋다.
여기에서도, 한 면에만 제 1 전극합제층을 가진 제 1 전극의 집합체 또는 한 면에만 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극의 집합체를 이용하는 것도 가능하다.
도 10에, 도 8(b) 및 도 9(b)에 도시한 제 1 전극의 집합체(85a) 및 제 2 전극의 집합체(85b)를 보다 상세하게 나타낸 도면을 도시한다. 도 10의 경우, 공정(A)에서 형성한 띠모양의 각 도전층{(81a) 및 (81b)} 위에, 띠모양의 제 1 전극합제층(82a) 및 제 2 전극합제층(82b)이 각각 3개씩 형성되어 있다.
공정(C)에 앞서, 제 1 전극합제층(82a) 및 제 2 전극합제층(82b)의 끝단부를 따라서, 절연재료를 도공하여, 절연재료부{(168a) 및 (168b)}를 형성할 수 있다(도 16 참조). 이에 따라, 최종적으로 얻어지는 극판군의 측면에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극의 단락을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 도 8∼10에 있어서는, 절연재료부는 생략되어 있다. 절연재료의 도공은 반드시 필요하지 않고, 임의로 실시하면 좋다.
공정(C)
다음에, 얻어진 긴 형상의 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를, 세퍼레이터를 통하여 적층하면서, 연속적으로 적층체로서 공급한다. 도 11은, 그 공정의 설명도이다.
세퍼레이터(20), 제 1 전극의 집합체(85a), 세퍼레이터(22) 및 제 2 전극의 집합체(85b)는, 예를 들면, 각각 후프형상으로 감겨진 원반으로부터 공급한다. 그리고, 이것들을 롤러{(24a , 24b) 및 (24c)}를 통하여 적층하면서 연속적으로 공급한다. 이 때, 제 1 전극의 집합체(85a)의 제 1 전극합제층(82a)과 제 2 전극의 집합체(85b)의 제 2 전극합제층(82b)이 서로 대면하도록, 이들을 적층한다. 또한, 제 1 전극의 집합체(85a)에 있어서의 도전층의 노출부(83a)가, 제 2 전극의 집합체(85b)에 있어서의 수지 시트의 노출부(84b)와 대면하고, 제 1 전극의 집합체(85a)에 있어서의 수지 시트의 노출부(84a)가, 제 2 전극의 집합체(85b)에 있어서의 도전층의 노출부(83b)와 대면하도록, 양 전극의 집합체를 배치한다.
세퍼레이터, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체의 공급방법에 대해서는, 특히 제한은 없지만, 얻고자 하는 적층형 극판군의 구조를 고려한다. 공정 (D)에 있어서, 평판형상의 보빈(25)으로 감아 두기 쉬운 모양으로 공급하는 것이 바람직하다.
여기서, 도 11의 파선 X로 둘러싸인 부분의 확대도를 도 12에 도시한다. 평판형상의 보빈(25)에 공급되는 적층체는, 세퍼레이터(20), 제 1 전극의 집합체(85a), 세퍼레이터(22) 및 제 2 전극의 집합체(85b)로 이루어지며, 제 1 전극합제층과 제 2 전극합제층이 대립되는 위치 관계를 가지고 있다.
공정(D)
도 13에 도시한 바와 같이, 공정(C)에 의해서 공급되는 적층체는, 상술한 바와 같이 평판형상의 보빈(25)으로 감아 둔다. 이 때, 보빈(25)은, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층의 길이 방향(도 12의 화살표)을 따라서 상기 적층체를 감아 둔다.
최초로 감아두게 되는 적층체의 선단부, 즉 도 13에 도시한 파선 Y로 둘러싸인 부분은, 보빈(25)의 끝단부보다도 약간 바깥쪽(도 13 좌측)으로 돌출시켜 두는 것이 바람직하다. 이것은, 공정(E)에서 설명한 바와 같이, 보빈(25)에 감아둔 적층체 중, 양 끝단의 절곡부를 절단하여 폐기하기 때문이다. 이렇게 하면, Y의 부분에 있어서, 제 1 전극과 제 2 전극이 단락하는 것을 방지할 수 있다.
공정(E)
다음에, 상기 보빈에 감아둔 적층체를 절단하여, 복수개의 적층형 극판군을 얻는다. 도 14에 도시한 바와 같이, 보빈(25)에 감아둔 적층체 중, 적층부분{(26a) 및 (26b)}은, 규칙적인 적층구조를 가지고 있기 때문에, 유효하게 이용할 수 있다. 그러나, 화살표 Y1 및 Y2에서 절단되는 양 끝단의 절곡부(26c)는, 각 구성부분이 만곡하거나 구부러져 있기 때문에, 절단하여 폐기하는 것이 바람직하다. 또한, 도 14에 있어서는, 적층구조의 자세한 내용은 생략하였다.
적층 부분(26a, 26b) 상태를 도 15에 도시한다. 적층부분{(26a) 및 (26b)}은, 보빈(25)상에 배치되어 있다. 도 15에 도시한 바와 같이, 이 적층체에 있어서는, 틈(28)이 적층 방향에 있어서 동일한 위치에 나열되어 있다. 따라서, 이 틈(28)에 있어서, 전극합제층의 길이 방향(P방향)으로 상기 적층체를 절단함으로써, 도 16에 도시한 적층형 극판군(160)의 전구체(前驅體)를 얻을 수 있다.
또한, 원하는 적층형 극판군의 치수나 용량에 따라, 도 15에 도시한 Q방향에 있어서도, 소정의 위치에서 상기 적층체를 절단하더라도 좋다. 이 절단 공정은, 적층 부분{(26a) 및 (26b)}을 보빈(25)으로부터 분리시키고 나서 실시할 수도 있지만, 보빈(25)상에서 실시하는 것도 가능하다.
적층 부분{(26a) 및 (26b)}은, 복수의 적층형 극판군을 포함한 집합체이다. 이 집합체를 개개의 적층형 극판군마다 분할하면, 도전층의 노출부인 틈에 대응하는 집전체 시트의 절단부는, 단자와의 접속부가 되고, 그 반대측의 수지 시트의 노출부에 대응하는 절단부는 절연부가 된다.
공정(F)
절단공정에 계속하여, 도 16에 도시한 바와 같이, 적층형 극판군의 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을, 도전성 재료로 피복하고, 제 1 단자(167a) 및 제 2 단 자(167b)를 형성하는 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 단자를 형성하지 않는 극판군의 측면은, 그대로인 상태라도 좋지만, 다공질인 절연재료로 피복 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기에 있어서는, 소정의 패턴이 띠모양인 경우에 대하여 설명했지만, 실시형태 3에서 도시한 바와 같은, 매트릭스 형상의 패턴에도 상기 방법을 응용할 수 있다.
실시형태 5
복수의 권회형 극판군을 동시에 제조하는 방법의 일례에 대해서, 도 17을 참조하면서 설명한다.
본 실시형태의 제조법은,
(a) 시트형상의 절연성기재의 양면에 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정,
(b) 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트의 상기 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을, 평행하게 나열된 띠모양으로 틈을 설치하여 형성하여, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 얻는 공정,
(c) 세퍼레이터를 통하여 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층의 길이 방향으로 공급하고, 동심원 형상으로 권회하여, 권회체를 얻는 공정, 및
(d) 상기 권회체를, 상기 틈에서 절단함으로써, 복수개의 권회형 극판군을 얻는 공정을 포함한다.
이하, 공정(a)∼(d)를, 공정순으로 설명한다. 또한, 그 외의 공정에 대해서도 적절히 설명한다. 또한, 기타 공정은, 전기화학소자의 구조 및 용도 등에 따라 당업자라면 적절히 선택하고, 조합하여 실시할 수 있다. 또한, 권회형 극판군의 제조법은, 이하에 한정되는 것은 아니다.
도 17은, 본 실시형태의 제조법의 공정도이다. 도 18은, 이 제조법에 있어서 이용하는 제 1 전극의 집합체, 세퍼레이터 및 제 2 전극의 집합체의 개략적인 사시도이다. 도 4는, 본 실시형태의 제조법으로 얻어지는 전기화학소자의 단면도에 해당한다.
공정(a)
도 17 (1)에 도시한 바와 같이, 먼저, 수지 시트{(170a) 및 (170b)}의 양면에, 각각 도전층{(171a) 및 (171b)}을 소정의 패턴으로 형성하여, 제 1 집전체 시트(171A) 및 제 2 집전체 시트(171B)를 얻는다.
제 1 집전체 시트(171A) 및 제 2 집전체 시트(171B)의 제조법은, 실시형태 3, 4에서 설명한 바와 같다.
소정의 패턴은, 도 17 (6)에 있어서, 제 1 집전체 시트의 도전층만이 제 1 저면에 노출하고, 제 2 집전체 시트의 도전층만이 제 2 저면에 노출하도록 결정하면 좋다. 여기에서는, 수지 시트의 노출부{(174a) 및 (174b)}를 남겨 도전층이 형성되어 있다.
또한, 도 17에 있어서의 집전체 시트{(171A) 및 (171B)}는, 편의상, 일정한 길이로 나타냈지만, 실제로는 긴 형상이다. 긴 형상이면, 후프형상으로 감은 원반 등으로부터 연속하여 공급할 수 있기 때문이다.
공정(b)
다음에, 도 17 (2)에 도시한 바와 같이, 제 1 집전체 시트(171A) 및 제 2 집전체 시트(171B)의 상기 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층(172a) 및 제 2 전극합제층(172b)을, 평행하게 나열된 띠모양으로 틈{(173a) 및 (173b)}을 설치하여 형성하여, 제 1 전극의 집합체(175a) 및 제 2 전극의 집합체(175b)를 얻는다.
여기서, 제 1 전극합제층{(172a) 및 (172b)}의 끝단부를 따라서, 절연재료를 도공하여, 절연재료부를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 도 17 및 18에 있어서는, 절연재료부는 도시하고 있지 않다. 이에 따라, 얻어지는 권회형 극판군의 저면을 도전성 재료로 피복할 때에, 제 1 전극과 제 2 전극의 단락을 방지할 수 있다. 절연재료부의 형성도, 실시형태 3, 4와 같이 실시하면 좋다.
공정(c)
그 다음에, 도 17(3)에 도시한 바와 같이, 제 1 전극의 집합체(175a) 및 제 2 전극의 집합체(175b)를, 세퍼레이터(176)을 통하여 적층한다. 그리고, 도 17 (4)에 도시한 바와 같이, 적층체(177)을 화살표 X의 방향으로 권회한다. 이에 따라, 도 17 (5)에 나타내는 권회체(178)를 얻는다. 권회체(178)는, 제 1 전극합제층(172a) 및 제 2 전극합제층(172b)의 수에 대응하는 수의 권회형 극판군을 포함하고 있으며, 각 극판군은 서로 역방향으로 배열하고 있다.
긴 형상의 제 1 전극의 집합체, 세퍼레이터 및 제 2 전극의 집합체를 사용하면, 이것들을 연속적으로 공급하고, 적층하고, 권회하고, 적당한 위치에서 절단함 으로써, 연속하여 복수의 권회체(178)를 얻는 것이 가능하다.
공정(d)
권회체(178)는, 화살표 Y로 도시된 바와 같이, 상기 틈{(173a) 및 (174b)}이 배열하는 위치, 및 틈{(173b) 및 (174a)}이 배열하는 위치에서 절단된다. 그 결과, 도 17 (6)에 도시되는 권회형 극판군(179)이 복수개 얻어진다. 도 17 (6)에서는, 권회형 극판군(179)의 제 1 저면(위쪽)에, 제 1 집전체 시트의 도전층의 노출부가 배치되어 있고, 제 2 저면(아래쪽)에, 제 2 집전체 시트의 도전층의 노출부가 배치되어 있다. 이들의 저면을 도전성 재료로 피복함으로써, 제 1 단자 및 제 2 단자를 설치할 수 있다.
실시형태 6
도 19에, 본 실시형태에 관한 적층형 극판군(10a)의 종단면도를 나타낸다. 도 20에는, 극판군(10a)의 a-a선 단면도를 도시한다.
여기에서는, 가장 바깥쪽의 2개의 제 2 전극(15b')은, 수지 시트(11b)의 양면에 도전층(12b)을 가지지만, 안쪽의 전극과 대향하는 도전층(12b)에만 전극합제층이 담지되어 있다. 바깥쪽의 도전층(12b)에는, 전극합제층이 담지되지 않고, 도전층(12b)이 노출하고 있다. 이 부분을 다른 도전층의 끝단부(12y)와 접속하면, 제 2 단자가 확대되게 되어, 극판군의 측면뿐만 아니라, 상하면으로부터도 집전이 가능해진다.
극판군(10a)은, 가장 바깥쪽의 2개의 전극 이외에 대해서는, 실시형태 1에서 설명한 극판군(10)과 같은 구조를 가진다.
도 21에 도시한 극판군(10a')과 같이, 가장 바깥쪽의 2개의 전극으로서, 각각 다른 극성을 가진 전극을 이용할 수도 있다. 극판군(10a')은, 앞서 설명한 극판군(10a)과 거의 같은 구조를 가지고 있지만, 가장 바깥쪽의 전극의 한쪽으로서, 양면에 도전층(12a)을 갖지만 안쪽의 전극과 대향하는 도전층(12a)에만 제 1 전극합제층(14a)이 담지되어 있는 제 1 전극(15a')을 가진다.
제 1 전극합제층을 담지하지 않은 도전층(12a)을 제 1 단자와 접속하면, 제 1 단자가 확대되게 되고, 제 2 전극합제층을 담지하지 않은 도전층(12b)을 제 2 단자와 접속하면, 제 2 단자가 확대되게 된다.
실시형태 7
도 22에, 실시형태 1에 관한 적층형 극판군(10)의 a-a선 단면도의 다른 모양을 나타낸다.
극판군(10b)의 제 3 측면(도 22 좌측)에는, 제 1 집전체 시트(13a)의 절연부{끝단부(11x")} 및 제 2 집전체 시트(13b)의 절연부{끝단부(11y')}가 면이 일치하도록 배치되고, 제 4 측면(도 22 우측)에는, 제 1 집전체 시트(13a)의 절연부{끝단부(11x')} 및 제 2 집전체 시트(13b)의 절연부{끝단부(11y")}가 면이 일치하도록 배치되어 있다.
상술한 바와 같이, 이러한 구조에 의하면, 제 1 전극과 제 2 전극과의 단락을 유효하게 방지할 수 있다. 다만, 확실하게 단락을 방지하려면, 제 3 측면 및 제 4 측면을, 각각 전자절연성 재료로 피복하는 것이 효과적이다. 또한, 전기화학소자의 신뢰성을 향상시킴과 동시에, 제조공정의 복잡화를 막으려면, 극판군의 제 3 측면 및 제 4 측면을, 전자절연성 재료로 덮는 것이 극히 효과적이다. 또한, 극판군에 전해액을 함침시키는 공정을 간단하고 쉽게 실시할 수 있도록 하려면, 전자절연성 재료가 다공성인 것을 필요로 한다.
따라서, 극판군(10b)에 있어서는, 제 3 측면 및 제 4 측면이, 각각 전자 절연성의 다공성 재료(19)로 피복되어 있다. 또한, 도 22에서는, 다공성 재료(19)가, 세퍼레이터의 끝단부와 용착에 의해 접합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 전기화학소자의 신뢰성을, 비약적으로 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 다공성 재료로 덮인 측면으로, 가열한 치구를 압착함으로써, 다공성 재료와 세퍼레이터를 용착시킬 수 있다. 세퍼레이터의 끝단부와 다공성 재료를 용착시키는 경우, 다공성 재료로는, 세퍼레이터와 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 동일한 재료를 사용하면, 세퍼레이터의 끝단부와 다공성 재료를 용이하게 용착시킬 수 있음과 동시에, 높은 용착강도를 얻을 수 있다.
상기 다공성 재료로는, 폴리올레핀, 폴리알킬렌옥사이드, 불소폴리머, 세라믹스 등을 이용할 수 있다. 여기서, 폴리올레핀으로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 이용할 수 있고, 폴리알킬렌옥사이드로는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 등을 이용할 수 있으며, 불소폴리머로는, 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴과 헥사플루오르프로필렌의 코폴리머 등을 이용할 수 있고, 세라믹스로는, 무기필러, 유리섬유 등을 이용할 수 있다. 이들 재료는, 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
또한, 이들의 재료로 이루어지는 막형상 부재를 사용하여도 좋고, 이들의 재 료를 함유한 원료 페이스트의 도포막을 이용할 수도 있다. 원료 페이스트는, 분산매를 이용하여 적당한 유동성을 부여하여 이용하는 것이 가능하다. 다공성 재료로서, 종래로부터 폴리머 전지 등에서 이용되고 있는 폴리머 전해질을 이용할 수도 있다. 폴리머 전해질은, 예를 들면, 전해액과 매트릭스 부재를, 혼합함으로써 조제할 수 있다. 상기 매트릭스 부재로는, 상술의 폴리알킬렌옥사이드나 불소폴리머 등을 이용할 수 있다.
도 23에, 실시형태 1에 관한 적층형 극판군(10)의 a-a선 단면도의 또 다른 모양을 나타낸다.
도 23에서는, 극판군(10c)의 제 3 측면 및 제 4 측면이, 다공성 재료의 원료 페이스트의 도포막(19')으로 덮여 있다. 다공성 재료의 원료 페이스트는, 유동성을 가졌기 때문에, 일반적인 도공장치를 사용하여 용이하게 극판군의 측면에 도공할 수 있다. 또한, 원료 페이스트의 액면에 극판군의 측면을 부착시키는 것만으로도, 그 측면을 원료 페이스트로 덮는 것이 가능하다. 극판군의 측면을 덮는 원료 페이스트로부터, 불필요한 분산매를 휘산시키면, 극판군의 측면에 밀착한 도포막을 얻을 수 있다.
도 22, 23에서는, 제 1 전극합제층(14a) 및 제 2 전극합제층(14b)의 끝단부는, 제 3 측면 및 제 4 측면보다 오목한 위치에 배치되어 있지만, 각 전극합제층의 끝단부가, 각 집전체 시트의 절연부 및 세퍼레이터의 끝단부와 면이 일치하도록 배치되어 있어도 좋다. 그러한 구조라 하더라도, 제 3 측면 및 제 4 측면을 전자절연성의 다공성 재료로 덮기 때문에, 충분히 단락을 방지하는 것이 가능하다. 특 히, 다공성 재료를 극판군의 측면에 배치된 세퍼레이터의 끝단부와 용착시키거나, 극판군의 측면에 밀착한 다공성 재료의 도포막을 형성하는 경우에는, 단락의 가능성은 크게 줄어든다.
실시형태 8
다음에, 상기 극판군을 수용하는 간단하고 쉬운 패키지에 대해서, 도 24∼33을 참조하면서 설명한다.
도 24는, 케이스에 수용하기 전의 극판군(101)의 상면도이며, 도 25는, 그 극판군을 도 24 좌측에서 본 측면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 케이스에 수용하기 전에, 극판군(101)의 제 1 단자(102a) 및 제 2 단자(102b)에는, 각각 제 1 리드편(103a) 및 제 2 리드편(103b)을 접속한다. 제 1 단자 혹은 제 2 단자가 양극단자가 되는 경우에는, 알루미늄 등으로 구성된 리드편을 그 단자에 접속하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 단자 혹은 제 2 단자가 음극단자가 되는 경우에는, 구리, 니켈 등으로 구성된 리드편을 그 단자에 접속하는 것이 바람직하다. 각 리드편은, 각 단자에 여러 가지의 용접공정에 의해 접합할 수 있다.
본 발명의 전지의 바람직한 제 1 형태에 있어서는, 도 26에 도시한 바와 같은 3개의 부품으로 이루어지는 케이스(180)에 극판군을 수용한다.
케이스(180)는, 틀체(106), 평탄한 제 1 시트(110a) 및 평탄한 제 2 시트(110b)로 이루어진다. 틀체(106)는, 극판군(101)을 둘러쌈과 동시에, 제 1 단자(102a)가 설치된 제 1 측면 및 제 2 단자(102b)가 설치된 제 2 측면과 맞닿고 있다. 2개의 평탄한 시트는, 틀체(106)의 2개의 개구면을 덮어 극판군의 윗면 및 아 랫면과 맞닿고 있다.
2개의 시트(110a, b)의 둘레가장자리부는, 각각 틀체(106)의 한쪽 및 다른 쪽의 개구끝단부와 접합된다. 틀체(106)와 2개의 시트(110a, b)의 둘레가장자리부와의 접합은, 어떠한 방법으로 행하여도 좋다.
틀체(106)에는, 제 1 슬릿(107a) 및 제 2 슬릿(107b)이 설치되어 있고, 제 1 리드편(103a) 및 제 2 리드편(103b)이, 이들 슬릿을 통과하여 케이스의 외부로 도출된다. 각 리드편을 도출한 후, 각 슬릿의 틈은 밀봉재에 의해 채워지게 된다.
본 발명의 전지의 바람직한 제 2의 형태에 있어서는, 도 27에 도시한 바와 같은 2개의 부품으로 이루어지는 케이스(190)에 극판군을 수용한다.
케이스(190)는, 바닥이 있는 용기(106') 및 평탄한 시트(110a')로 이루어진다. 용기(106')는, 극판군(101)을 수용한다. 또한, 용기(106')는, 제 1 단자(102a)가 설치된 제 1 측면 및 제 2 단자(102b)가 설치된 제 2 측면과 맞닿는 측벽 및 극판군(101)의 윗면 및 아래면의 한쪽과 맞닿는 저부를 가진다. 평탄한 시트(110a')는, 용기(106')의 개구면을 덮어서 극판군(101)의 윗면 및 아래면의 다른 한쪽과 맞닿고 있다.
시트(110a')의 둘레가장자리부는, 용기(106')의 개구끝단부와 접합된다. 용기(106')와 시트(110a')의 둘레가장자리부와의 접합은, 어떠한 방법으로 행하여도 좋다.
용기(106')에는, 제 1 슬릿(107a') 및 제 2 슬릿(107b')이 설치되어 있고, 제 1 리드편(103a) 및 제 2 리드편(103b)이, 이들 슬릿을 통과하여 케이스의 외부 로 도출된다. 각 리드편을 도출한 후, 각 슬릿의 틈은 밀봉재에 의해 채워지게 된다.
케이스의 형상, 재질 등은 특히 한정되지 않지만, 적어도, 극판군의 제 1 단자를 가진 제 1 측면 및 제 2 단자를 가진 제 2 측면과 맞닿는 틀체(106)나 용기(106')의 내면은, 절연성을 가진 것이 바람직하다. 예를 들면, 수지재료, 세라믹스 등의 절연성 재료로 이루어진 틀체(106)나 용기(106')를 이용하는 것이 바람직하다. 다만, 절연성재료는, 전해액이나 수분을 투과시킬 가능성이 있기 때문에, 절연성 재료로 이루어지는 제 1 층과 전해액이나 수분을 투과시키지 않는 금속박으로 이루어지는 제 2 층을 가진 틀체(106)나 용기(106')를 이용하는 것이, 더욱 바람직하다. 그 경우, 제 1 층은, 케이스의 안쪽에 배치한다. 또한, 금속박의 바깥쪽에, 더욱 절연성 재료로 이루어지는 제 3 층을 설치할 수도 있다.
극판군의 제 1 측면 및 제 2 측면과 맞닿지 않는 시트(110a, 110b, 110a')에는, 금속박 등의 도전성 재료를 그대로 이용할 수도 있지만, 당연히 틀체(106), 용기(106')와 같은 재료를 이용할 수도 있다.
절연성재료로 이루어지는 제 1 층에는, 폴리프로필렌층 등을 이용할 수 있다. 전해액을 투과시키지 않는 금속박으로 이루어지는 제 2 층에는, 알루미늄박 등을 이용할 수 있다. 틀체(106)나 용기(106')에 있어서의 제 1 층의 두께는, 1∼1000㎛가 바람직하고, 제 2 층의 두께는, 0.01∼100㎛가 바람직하다. 또한, 시트(110a, 110b, 110a')에 있어서의 제 1 층의 두께는, 1∼1000㎛가 바람직하고, 제 2 층의 두께는, 0.01∼100㎛가 바람직하다.
개구에 대해서 수직인 방향에서 본 틀체(106) 혹은 용기(106')의 단면도의 일례를 도 28에 도시한다. 틀체(106) 혹은 용기(106')는, 안쪽의 절연성 재료로 이루어지는 제 1 층(104, 104') 및 바깥쪽의 금속박으로 이루어지는 제 2 층(105, 105')을 가지고 있다. 또한, 개구에 대해서 평행한 한쪽 방향에서 본 케이스(180) 및 케이스(190)의 단면도의 일례를, 각각 도 29 및 도 30에 도시한다.
제 1 시트(110a, 110a')는, 안쪽의 절연성 재료로 이루어지는 제 1 층(108a, 108a') 및 바깥쪽의 금속박으로 이루어지는 제 2 층(109a, 109a')을 가지고 있으며, 제 2 시트(110b)는, 안쪽의 절연성 재료로 이루어지는 제 1 층(108b) 및 바깥쪽의 금속박으로 이루어지는 제 2 층(109b)을 가지고 있다.
케이스{(180) 혹은 (190)}에 극판군을 수용하여 완성한 전지의 패키지의 상면도를 도 31에 도시한다. 또한, 케이스{(180) 및 (190)}에 극판군을 수용하여 완성한 전지의 패키지의 사시도를, 각각 도 32 및 도 33에 도시한다.
어느 패키지에 있어서도, 제 1 리드편(103a) 및 제 2 리드편(103b)이, 각각 외부로 도출되고 있으며, 각 슬릿의 틈은 밀봉재{(112a, 112a') 및 (112b, 112b')}에 의해 채워지게 된다. 밀봉재로는, 전해액에 대해서 내성을 가진 수지 재료 등이 이용된다.
상기와 같은 패키지는, 부품개수가 적기 때문에, 적은 제조공정수로 효율적으로 얻는 것이 가능하고, 게다가 극판군 자체가 간단하고 용이한 구조를 가졌기 때문에, 체적 효율이 높고, 우수한 신뢰성을 가진 전지를 얻는 것이 가능하다.
실시형태 9
도 34에, 본 실시 형태에 관한 극판군(100)의 종단면도를 도시한다.
극판군(100)은, 교대로 적층된 복수의 제 1 전극(110)과 복수의 제 2 전극(120)으로 이루어지며, 제 1 전극(110)과 제 2 전극(120)과의 사이에는, 세퍼레이터(130)가 개재하고 있다.
제 1 전극(110)은, 제 1 집전체 시트(112) 및 2개의 제 1 전극합제층(114)으로 이루어지고, 제 1 집전체 시트(112)는, 수지 시트(116) 및 그 양면에 설치된 도전층(118)으로 이루어진다. 제 1 집전체 시트(112)는, 도전층의 형상 패턴에 따라 도전부와 절연부를 가진다.
한편, 도 1의 극판군에는, 2종류의 제 2 전극((120a) 및 (120b)}이 포함되어 있다. 2개의 제 1 전극(110)으로 끼워 지지되고 있는 내부의 제 2 전극(120a)은, 도전 시트(122)로 이루어지는 제 2 집전체 시트 및 2개의 제 2 전극합제층(124)으로 이루어진다. 최외부의 2개의 제 2 전극(120b)은, 안쪽의 한 면에만 제 2 전극합제층(124)이 설치되어 있는 것 이외에는, 내부의 제 2 전극(120a)과 같은 구조를 가진다.
도 34에 있어서는, 제 2 전극이 최외부의 2개의 전극을 구성하고 있지만, 제 1 집전체 시트의 안쪽의 한 면에만 제 1 전극합제층이 설치된 제 1 전극을 최외부의 2개의 전극으로 할 수도 있다. 또한, 최외부의 2개의 전극 중, 한쪽을 제 1 전극으로 하고, 다른 한쪽을 제 2 전극으로 할 수도 있다.
제 1 전극(110)에 있어서는, 수지 시트의 일끝단부(116x)를 제외한 전체 면 혹은 끝단부(116x)와 도 34의 종이면 안팎에 위치하는 끝단부를 제외한 전체 면에 도전층(118)이 설치되어 있다. 도전층(118) 위에는, 제 1 전극합제층(114)이 설치되어 있다. 도 34의 제 1 집전체 시트(112)에 있어서는, 도전층(118)을 갖지 않는 수지 시트의 끝단부(116x) 혹은 끝단부(116x)와 도 34의 종이면 안팎에 위치하는 끝단부가 절연부로서 기능한다. 끝단부(116x)의 반대측에 위치하는 도전층의 끝단부(118x)에는, 도전층(118)의 노출부가 남아 있다.
제 2 전극(120)을 구성하는 제 2 집전체 시트에 있어서는, 도전 시트(122)의 한쪽의 끝단부(122x) 혹은 끝단부(122x)와 도 34의 종이면 안팎에 위치하는 끝단부가, 절연재료(126)로 피복되어 있다. 또한, 끝단부(122x)의 반대측에 위치하는 도전 시트의 끝단부(122y)에서는, 도전 시트(122)가 노출하고 있다.
도전 시트(122)의 두께는, 예를 들면 O.5∼500㎛인 것이 바람직하다. 평탄한 표면을 가진 통상의 도전 시트를 사용하여도 좋고, 천공체, 라스체, 다공질체, 네트, 발포체, 직포, 부직포 등을 사용하여도 좋다. 또한, 표면에 요철을 가진 도전 시트를 이용할 수도 있다.
도전 시트의 재질로는, 제 2 전극이 양극인 경우에는, 예를 들면, 스테인리스 강, 알루미늄, 알루미늄합금, 티탄, 탄소 등을 이용할 수 있고, 특히, 알루미늄, 알루미늄합금 등이 바람직하다. 또한, 제 2 전극이 음극인 경우에는, 예를 들면, 스테인리스 강, 니켈, 구리, 구리합금, 티탄 등을 이용할 수 있고, 특히, 구리, 구리합금 등이 바람직하다.
절연재료(126)의 두께는, 예를 들면 O.5∼500㎛인 것이 바람직하다.
절연재료(126)에는, 예를 들면 수지 도포막을 이용할 수 있다. 수지 도포막 은, 절연수지를 함유한 용액 또는 분산액을, 도전 시트(122)의 끝단부에 도공하고, 건조함으로써, 형성할 수 있다. 도공 방법은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 스크린 인쇄법, 다이코트법 등을 채용할 수 있다. 용액이나 분산액은, 액상이어도 페이스트상이어도 좋고, 이러한 점도는 임의로 제어하면 된다.
수지도포막은, 중합성 화합물을 함유한 용액 또는 분산액을, 전극합제층의 끝단부에 도공하고, 상기 중합성 화합물을 중합시킴으로써, 형성할 수도 있다.
수지테이프로 도전 시트(122)의 끝단부를 피복함으로써, 절연재료(126)를 설치할 수도 있다.
이상의 절연재료로는, 전극합제층의 끝단부를 따라서 형성하는 절연재료부와 같은 것을 이용할 수 있다.
제 1 집전체 시트의 도전층의 끝단부(118x)는, 극판군의 제 1 측면, 즉 도 34의 좌측에 배치되어 있고, 그 반대측에 위치하는 수지 시트의 끝단부(116x)는, 극판군의 제 2 측면, 즉 도 34의 우측에 배치되어 있다. 또한, 도전 시트(122)의 끝단부(122y)는, 극판군의 제 1 측면에 배치되어 있으며, 그 반대측의 절연재료(126)로 피복되어 있는 끝단부는, 극판군의 제 2 측면에 배치되고 있다.
단락을 확실히 방지하는 관점으로부터, 수지 시트의 끝단부(116x)의 폭은, 0.001mm 이상, 바람직하게는 0.1mm 이상인 것이 바람직하다. 절연재료(126)로 피복되어 있는 도전 시트의 끝단부(122x)의 폭에 대해서도, 마찬가지이다.
전기화학소자의 안전성을 손상시키는 원인의 하나는, 양극집전체 시트와 음극 합제층의 단락이기 때문에, 양극집전체 시트에 절연 시트로 이루어진 제 1 집전 체 시트를 이용하고, 음극집전체 시트에 도전 시트로 이루어진 제 2 집전체 시트를 이용하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 34의 극판군(100)의 효율적인 제조법의 일례에 대해서, 도 35 및 36을 참조하면서 설명한다.
먼저, 원하는 수의 집전체 시트를 공급할 수 있는 크기의 수지 시트를 준비하여, 수지 시트의 양면의 같은 위치에, 복수의 소정 형상의 도전층을 형성한다. 이 때, 수지 시트의 노출부(210a)를 남겨 둔다.
다음에, 도 35(a)에 도시한 바와 같이, 각 도전층 위에, 제 1 전극합제층(310)을 2개씩 형성한다. 2개의 제 1 전극합제층(310)의 사이에는, 전극합제층을 담지하지 않은 도전층의 노출부(220a)를 남겨 둔다. 전극 합제층을 담지하고 있지 않는 도전층의 노출부(220a)는, 나중에 제 1 단자와의 접속부(220b)가 된다. 또한, 수지 시트의 노출부(210a)는, 나중에 극판군의 제 2 측면에 배치되는 절연부(210b)가 된다.
도 35에는 도시하지 않지만, 제 1 전극합제층의 형성 후, 극판군에 있어서 제 2 측면에 배치되는 제 1 전극합제층의 끝단부를 절연재료로 피복해도 좋다.
여기까지의 공정은, 실시형태 3, 4와 마찬가지로 실시할 수 있다.
그 후, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 집전체 시트의 집합체를 일렬마다 분할한다.
한편, 제 2 전극은, 도전 시트를 이용하는 것 이외에는, 제 1 전극과 거의 같게 제작한다. 즉, 원하는 수의 전극을 공급할 수 있는 크기의 도전 시트의 양면 의 같은 위치에, 제 1 전극의 경우와 마찬가지로 복수의 소정 형상의 제 2 전극합제층을 형성한다. 그 후, 도전 시트를 전극마다 분할한다.
다음에, 극판군의 제 1 측면에 배치될 예정의 도전 시트의 끝단부를 절연재료로 피복한다. 또한, 극판군의 제 1 측면에 배치될 예정의 제 1 전극합제층의 끝단부를 절연재료로 피복해도 좋다.
한 면에만 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극에 대해서도, 다른 한쪽의 면에 제 2 전극합제층을 설치하지 않는 것 이외에는, 상기와 같은 방법으로 제작할 수 있다.
다음에, 도 35(c)에 도시한 바와 같이, 각 제 1 전극의 제 1 전극합제층(310)과 각 제 2 전극의 제 2 전극합제층(320)을 세퍼레이터(330)를 통하여 대향시켜 적층한다. 적층수는 임의이다. 또한, 제 1 전극의 제 1 단자와의 접속부(220b)가, 제 2 전극의 도전 시트(321)의 끝단부를 피복하는 절연재료(322)와 대면하도록, 양쪽 극판을 배치한다. 그리고, 양쪽 최외면에, 한 면에만 제 2 전극합제층을 가진 한 쌍의 제 2 전극을 배치하고, 이것들로 안쪽의 전극을 끼워 지지하여, 전체를 프레스 한다.
그 결과, 복수의 극판 스택으로 이루어지는 집합체를 얻을 수 있다. 마지막으로, 극판 스택으로 이루어지는 집합체를 극판 스택마다 분할한다. 이 때, 제 1 집전체 시트의 절단면에 큰 금속 버가 발생할 경우는 없다.
다음에, 권회형 극판군에 대하여 설명한다.
권회형 극판군의 경우, 도 36(a)에 도시한 바와 같은 띠모양의 형상을 가진 제 1 전극(410) 및 제 2 전극(420)을 이용한다. 제 1 전극(410) 및 제 2 전극(420)은, 형상은 다르지만, 적층형 극판군에 이용하는 제 1 전극 및 제 2 전극과 같은 구조를 가진다. 따라서, 제 1 전극 및 제 2 전극의 제조법은, 적층형의 경우와 거의 같다.
도 36(a)에 있어서, 제 1 전극(410)의 길이방향을 따른 한쪽의 끝단부에는, 도전층의 노출부로 이루어진 제 1 단자와의 접속부(412)가 설치되어 있다. 또한, 제 1 전극(410)의 다른 한쪽의 끝단부에는, 수지 시트로 이루어지는 절연부(413)가 설치되어 있다.
또한, 제 2 전극(420)의 길이방향을 따른 한쪽의 끝단부에 있어서는, 도전 시트(422)의 끝단부가 노출하고 있으며, 도전 시트(422)의 다른 한쪽의 끝단부는 절연재료(423)로 피복되어 있다.
그 다음에, 도 36(b)에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(410)과 제 2 전극(420)을 세퍼레이터(430)를 통하여 적층하고, 권회한다. 그 결과, 도 36(c)에 도시한 바와 같은 권회형 극판군(400)을 얻을 수 있다.
이러한 극판군의 한쪽의 저면(제 1 저면)에는, 제 1 집전체 시트의 제 1 단자와의 접속부(412)와 제 2 집전체 시트의 절연재료(423)가 교대로 동심원 형상으로 배열하고 있으며, 다른 쪽의 저면(제 2 저면)에는, 도전 시트(422)의 노출부와 제 1 집전체 시트의 절연부(413)가 교대로 동심원 형상으로 배열하고 있다. 따라서, 제 1 저면 및 제 2 저면을, 상기와 같이 각각 제 1 단자 및 제 2 단자로 피복할 수 있다.
실시예 1
본 실시예에서는, 이하의 요령으로 적층형의 리튬 이온 2차 전지를 제작하였다.
(a) 제 1 전극의 제작
가로 198mm, 세로 282mm, 두께 7㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라고 한다)의 시트를 준비하였다. 다음에, 매트릭스 형상의 개구부를 가진 마스크를 이용하여, PET 시트의 양면의 동일한 위치에, 3행 6열로 배열하는 복수의 직사각형(65mm×46mm)의 구리의 증착막을 형성하였다. 구리의 증착막의 두께는, 0.1㎛로 하였다.
활물질의 구(球)형상 흑연(흑연화 메소페즈 소구체) 100중량부와??결착제인 스틸렌부타디엔 고무 3중량부와, 분산매인 적정량의 카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 혼합함으로써, 제 1 전극합제로 이루어지는 페이스트를 조제하였다. 이 페이스트를 각 증착막의 중앙부를 제외한 전체 면에 도공하였다. 그 결과, 각 증착막 위에, 32mm×46mm의 제 1 전극합제층이 2개씩 형성되었다. 2개의 제 1 전극합제층의 사이에는, 폭 1mm의 홈형상으로, 전극합제층을 갖지 않는 구리의 증착막의 노출부를 남겼다. 그 후, 페이스트의 도포막을 건조하고, 건조 후의 도포막을 두께 70㎛가 될 때까지 롤러로 압연하였다.
10중량부의 폴리불화비닐리덴(이하, PVDF)을, 90중량부의 N-메틸-2-피롤리돈(이하, NMP)에 녹이고, PVDF의 NMP용액을 조제하였다. 제 1 전극합제층의 둘레가장자리부 중, 증착막의 노출부에 인접하는 부분의 반대측 부분에, 상기 NMP 용액을 스크린 인쇄법으로 도공하고, 80℃로 건조시켜, 폭 O.3mm, 건조 후의 두께 70㎛의 폴리불화비닐리덴의 도포막을 형성하여, 절연재료부로 하였다. 이렇게 해서 양면에 6행 6열의 제 1 전극합제층을 가진 제 1 전극의 집합체를 얻었다.
(b) 제 2 전극의 제작
양면에 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극을 제작하였다.
가로 198mm, 세로 282mm, 두께 7㎛의 PET 시트를 준비하였다. 이어서, 매트릭스 형상의 개구부를 가진 마스크를 이용하여, PET 시트의 양면의 동일한 위치에, 3행 6열로 배열하는 복수의 직사각형(64mm×45mm)의 알루미늄의 증착막을 형성하였다. Al 증착막의 두께는 0.1㎛로 하였다.
활물질의 코발트산리튬(LiCo02) 100중량부와, 도전재의 아세틸렌블랙 3중량부와, 결착제인 폴리불화비닐리덴 7중량부와, 분산매인 적정량의 카르복시메틸 셀룰로오스 수용액을 혼합함으로써, 제 2 전극합제로 이루어지는 페이스트를 조제하였다. 이 페이스트를 각 증착막의 중앙부를 제외한 전체 면에 도공하였다. 그 결과, 각 증착막 위에, 31mm×45 mm의 제 2 전극합제층이 2개씩 형성되었다. 2개의 제 2 전극합제층의 사이에는, 폭 2mm의 홈 형상으로, 합제를 갖지 않는 Al의 증착막의 노출부를 남겼다. 그 후, 페이스트의 도포막을 건조하고, 건조 후의 도포막을 두께 70㎛가 될 때까지 롤러로 압연하였다.
얻어진 제 2 전극합제층의 둘레가장자리부 중, 증착막의 노출부에 인접한 부분의 반대측 부분에, 상기 NMP 용액을 스크린 인쇄법으로 도공하고, 80℃로 건조시 켜, 폭 0.3mm, 건조 후의 두께 70㎛의 폴리불화비닐리덴의 도포막을 형성하여, 절연재료부로 하였다. 이렇게 해서 양면에 6행 6열의 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극의 집합체를 얻었다.
다음에, 한 면에만 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극을, 다른 쪽 면에 도전층, 제 2 전극합제층 및 절연재료를 설치하지 않는 것 이외에는, 상기와 같은 방법으로 제작하였다.
(c) 극판군의 제작
양면에 제 1 전극합제층을 가진 제 1 전극으로 이루어지는 집합체 2개로, 양면에 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극으로 이루어지는 집합체 1개를, 세퍼레이터를 통하여 끼워 지지하였다. 이 때 제 1 전극합제층과 제 2 전극합제층을 서로 대면시켰다. 또한, 제 1 전극에 있어서의 증착막의 노출부 및 폴리불화비닐리덴의 도포막으로 이루어지는 절연재료부를, 각각 제 2 전극에 있어서의 폴리불화비닐리덴의 도포막으로 이루어지는 절연재료부 및 증착막의 노출부와 대면시켰다. 양쪽 최외면에, 한 면에만 제 2 전극합제층을 가진 한 쌍의 제 2 전극을 배치하고, 이것들로 안쪽의 전극을 끼워 지지하고, 전체를 프레스 하였다. 그 결과, 복수의 극판 스택으로 이루어지는 집합체를 얻을 수 있었다.
절단 위치를, 제 1 전극에 있어서의 증착막의 노출부의 중심, 제 2 전극에 있어서의 증착막의 노출부의 중심에 맞추어, 복수의 극판 스택으로 이루어지는 집합체를 극판 스택마다 분할하였다. 그 결과, 일련의 도공·적층 공정에 의해, 한 번에 36개의 극판 스택을 얻을 수 있었다. 이렇게 해서 얻어진 극판 스택의 4개의 측면에 있어서는, 각 집전체 시트의 끝단부와 세퍼레이터의 끝단부가 면이 일치하도록 배치되어 있었다.
1개의 측면(제 1 측면)에는, 제 1 집전체 시트의 증착막의 노출부와 제 2 집전체 시트의 PET의 노출부가 교대로 배열되고 있었다. 그 반대측의 제 2 측면에는, 제 2 집전체 시트의 증착막의 노출부와 제 1 집전체 시트의 PET의 노출부가 교대로 배열되고 있었다. 나머지 2개의 측면에는, 각 집전체 시트의 PET의 노출부가 배열되고 있었다.
제 1 집전체 시트의 구리의 증착막의 노출부와 제 2 집전체 시트의 PET 의 노출부가 교대로 배열하는 제 1 측면에, 반용융 상태의 구리 미립자를 내뿜었다. 그 결과, 제 1 측면에, 두께 O.5mm의 구리막이 형성되었다. 구리의 증착막의 노출부는, 구리막의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 제 1 측면에 배치되어 있는 제 2 전극합제층의 단면은, 폴리불화비닐리덴의 도포막으로 덮여 있기 때문에, 내뿜는 것에 의해 형성된 구리막과 제 2 전극이 접촉할 경우는 없었다. 이 구리막은 그대로 음극단자로서 이용하였다.
제 2 집전체 시트의 Al의 증착막의 노출부와 제 1 집전체 시트의 PET의 노출부가 교대로 배열하는 제 2 측면에, 반용융 상태의 알루미늄 미립자를 내뿜었다. 그 결과, 제 2 측면에, 두께 0.5mm의 알루미늄막이 형성되었다. Al의 증착막의 노출부는, 알루미늄막의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 제 2 측면에 배치되어 있는 제 1 전극합제층의 단면은, 폴리불화피니리덴의 도포막으로 덮여 있기 때문에, 내뿜는 것에 의해 형성된 알루미늄막과 제 1 전극이 접촉하는 경우는 없었 다. 이 알루미늄막은 그대로 양극단자로서 이용하였다.
[충전 및 방전시험]
얻어진 극판군의 구리막과 알루미늄막에, 각각 리드선을 접속하고, 외부의 충전 및 방전 장치를 이용하여, 충전 및 방전시험을 실시하였다. 여기서 이용한 전해액은, 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 체적비 30:70으로 혼합한 혼합 용매에, LiPF6를 1몰/L의 농도로 용해하여 조제하였다.
충전 및 방전은, 20℃ 분위기 중에서 실시하였다. 충전 및 방전은, 각각 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류모드로 행하였다. 충전 종료 전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료 전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 전기용량은 900mAh였다.
[단락 발생율]
같은 전지를 100개 제작하고, 그들 전지의 집전단자 부근을 금속의 둥근 봉으로 압괴(壓壞)시키고, 그 후, 전지 전압을 측정하여, 내부단락발생의 가능성이 있는 전지의 개수를 조사하였다. 내부단락발생의 가능성이 있는 전지는 O개였다.
[내충격성]
실시예 1의 극판군을 낙하시켜 기계적 충격을 주어도, 내부 단락에 유래하는 전압강하 등의 이상은 인정받지 못하였다.
비교예 1
종래로부터 이용되고 있는 구리박으로 이루어진 심재를 이용하여, 실시예 1 과 같은 조성·두께의 제 1 전극합제층을 가진 제 1 전극을 제작하고, 알루미늄박으로 이루어지는 심재를 이용하여, 실시예 1과 같은 조성·두께의 제 2 전극합제층으로 이루어지는 제 2 전극을 제작하고, 이것들을 적층하여 실시예 1과 같은 용량 900의 전지를 제작하였다. 극판군의 제 1 측면에서는 제 1 전극의 끝단부를 돌출시키고, 제 1 측면의 반대측에 위치하는 제 2 측면에서는 제 2 전극의 끝단부를 돌출시켰다. 전극합제층의 끝단부를 덮는 절연재료부는, 제 1 전극에도 제 2 전극에도 설치하지 않았다. 동일한 극성의 극판끼리를 리드로 접속하여, 전지를 완성하였다. 얻어진 전지의 용량은 실시예 1과 같았지만, 전지의 용적은 실시예 1의 전지의 약 1.2배가 되었다. 같은 전지를 100개 제작하여, 단락 발생율을 조사한 바, 2개의 전지에서 단락의 발생이 확인되었다.
실시예 2
본 실시예에서는, 이하의 요령으로 권회형의 리튬 이온 2차 전지를 제작하였다.
(a) 제 1 전극의 제작
가로 198mm, 세로 506mm, 두께 7㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라고 한다)의 시트를 준비하였다. 이어서, 매트릭스 형상의 개구부를 가진 마스크를 이용하여, PET 시트의 양면의 동일한 위치에, 3열로 배열하는 복수의 띠모양(65mm×506mm)의 구리 증착막을 형성하였다. 구리 증착막의 두께는, 0.1㎛로 하였다.
활물질의 구형상 흑연(흑연화 메소페즈 소구체) 100중량부와, 결착제인 스틸렌부타디엔 고무 3중량부와, 분산매인 적정량의 카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 혼합함으로써, 제 1 전극합제로 이루어지는 페이스트를 조제하였다. 이 페이스트를 각 증착막의 중앙부를 제외한 전체 면에 도공하고, 각 증착막의 위에, 32mm×506mm의 띠모양의 제 1 전극합제층을 2열씩 형성하였다. 2열의 띠모양의 제 1 전극합제층의 사이에는, 폭 1mm의 홈 형상으로, 제 1 전극합제를 갖지 않는 구리의 증착막의 노출부를 남겼다. 그 후, 페이스트의 도포막을 건조하고, 건조후의 도포막을 두께 70㎛가 될 때까지 롤러로 압연하였다.
제 1 전극합제층의 둘레가장자리부 중, 증착막의 노출부에 인접한 부분의 반대측 부분에, 실시예 1과 같은 방법으로, 폭 0.3mm, 건조후의 두께 70㎛의 폴리불화비닐리덴의 도포막을 형성하여, 절연재료부로 하였다. 이렇게 해서, 양면에 6열의 띠모양의 제 1 전극합제층을 가진 제 1 전극의 집합체를 얻었다.
(b) 제 2 전극의 제작
양면에 띠모양의 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극을 제작하였다.
가로 198mm, 세로 506mm, 두께 7㎛의 PET 시트를 준비하였다. 이어서, 매트릭스 형상의 개구부를 가진 마스크를 이용하여, PET 시트의 양면의 동일한 위치에, 3열로 배열하는 복수의 띠모양(64mm×506mm)의 알루미늄의 증착막을 형성하였다. Al 증착막의 두께는 0.1㎛로 하였다.
활물질의 코발트산리튬(LiCoO2) 100중량부와, 도전재인 아세틸렌블랙 3중량부와, 결착제인 폴리불화비닐리덴 7중량부와, 분산매인 적정량의 카르복시메틸 셀룰로오스 수용액을 혼합함으로써, 제 2 전극합제로 이루어지는 페이스트를 조제하 였다. 이 페이스트를 각 증착막의 중앙부를 제외한 전체 면에 도공하고, 각 증착막의 위에, 31mm×506mm의 띠모양의 제 2 전극합제층을 2열씩 형성하였다. 2열의 제 2 전극합제층의 사이에는, 폭 2mm의 홈 형상으로, 제 2 전극합제를 갖지 않는 Al의 증착막의 노출부를 남겼다. 그 후, 페이스트의 도포막을 건조하고, 건조후의 도포막을 두께 70㎛가 될 때까지 롤러로 압연하였다.
제 2 전극합제층의 둘레가장자리부 중, 증착막의 노출부에 인접한 부분의 반대측 부분에, 실시예 1과 같은 방법으로, 폭 0.3 mm, 건조후의 두께 70㎛의 폴리불화비닐리덴의 도포막을 형성하여, 절연재료부로 하였다. 이렇게 해서, 양면에 6열의 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극의 집합체를 얻었다.
(c) 극판군의 제작
제 1 전극의 집합체와, 제 2 전극의 집합체를, 세퍼레이터를 통하여 겹치면서 권회하였다. 이 때, 제 1 전극합제층과 제 2 전극합제층을 서로 대면시키고, 제 1 전극에 있어서의 증착막의 노출부 및 폴리불화비닐리덴의 도포막으로 이루어지는 절연재료부를, 각각 제 2 전극에 있어서의 폴리불화비닐리덴의 도포막으로 이루어지는 절연재료부 및 증착막의 노출부와 대면시켰다. 그 결과, 교대로 역방향으로 배열한 복수의 권회형 극판군으로 이루어지는 길다란 통형상의 집합체를 얻을 수 있었다.
이렇게 해서 얻어진 집합체는, 제 1 전극에 있어서의 증착막의 노출부의 중심, 제 2 전극에 있어서의 증착막의 노출부의 중심에서 절단하여, 극판군마다 분할하였다. 그 결과, 일련의 도공·권회 공정에 의해, 한 번에 6개의 극판군을 얻을 수 있었다.
제 1 집전체 시트의 구리의 증착막의 노출부와 제 2 집전체 시트의 PET 수지부가 교대로 배열하는 측면(제 1 저면)에는, 반용융 상태의 구리 미립자를 내뿜었다. 다만, 극판군의 내부에 전해액을 주입하기 위한 주입구멍을 형성하기 위해서, 상기 개소에 마스크를 씌웠다. 그 결과, 제 1 저면에, 두께 0.5mm의 구리막이 형성되었다. 이 때, 구리 증착막의 노출부가, 구리막의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 제 1 저면에 배치되어 있는 제 2 전극합제층의 단면은, 폴리불화비닐리덴의 도포막으로 덮여 있기 때문에, 내뿜는 것에 의해 형성된 구리막과 제 2 전극이 접촉하는 경우는 없었다. 이 구리막은, 그대로 음극단자로서 이용하였다.
제 2 집전체 시트의 Al의 증착막의 노출부와 제 1 집전체 시트의 PET수지부가 교대로 배열하는 측면(제 2 저면)에는, 반용융 상태의 알루미늄 미립자를 내뿜었다. 다만, 극판군의 내부에 전해액을 주입하기 위한 주입구멍을 형성하기 위해서, 상기 개소에 마스크를 씌웠다. 그 결과, 제 2 저면에, 두께 0.5mm의 알루미늄막이 형성되었다. 이 때, Al의 증착막의 노출부가, 알루미늄막의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 제 2 저면에 배치되어 있는 제 1 전극합제층의 단면은, 폴리불화비닐리덴의 도포막으로 덮여 있기 때문에, 내뿜는 것에 의해 형성된 알루미늄막과 제 1 전극이 접촉하는 경우는 없었다. 이 알루미늄막은, 그대로 양극단자로서 이용하였다.
이렇게 해서 얻어진 극판군을 스테인리스 강 제품의 원통형 전지 케이스에 수용하고, 극판군 저면의 구리막을 케이스내의 저면에 접속하였다. 극판군 윗면의 알루미늄막은, 알루미늄 리드를 통하여, 주위에 절연 개스킷을 배치한 밀봉판의 뒤쪽에 접속하였다. 이어서, 전해액을 케이스내로 부어, 전해액을 극판군의 내부에 함침시켰다. 그 후, 밀봉판으로 케이스의 개구부를 밀봉하여, 원통형 전지를 완성하였다. 여기서 이용한 전해액은, 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 체적비 30:70로 혼합한 혼합 용매에, LiPF6를 1몰/L의 농도로 용해하여 조제하였다.
비교예 2
종래와 같은 방법으로, 권회형의 리튬이온 2차전지를 제작하였다.
즉, 32×506mm의 띠모양의 구리박 및 그 양면에 담지된 실시예 2와 같은 조성·두께의 제 1 전극합제층으로 이루어지는 제 1 전극을 제작하고, 31×506mm의 띠모양의 알루미늄박 및 그 양면에 담지된 실시예 2와 같은 조성·두께의 제 2 전극합제층으로 이루어지는 제 2 전극을 제작하였다. 각각의 극판에는, 집전 탭을 접속하기 위한 전극합제층의 미도공부(未塗工部)를 설치하고, 거기에 집전탭을 접속하였다. 이들 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 통하여 권회하여, 극판군을 제작하였다.
이렇게 해서 얻어진 극판군을, 실시예 2에서 이용한 것보다 직경이 1.2배 큰 스테인리스 강 제품의 원통형 전지 케이스에 수용하고, 제 2 전극리드를 케이스내의 저면에 용접하였다. 또한, 제 1 전극리드는, 주위에 절연 개스킷을 배치한 밀봉판의 뒤쪽에 접속하였다. 이어서, 전해액을 케이스내로 부어, 실시예 2와 같은 전해액을 극판군의 내부에 함침시켰다. 그 후, 밀봉판으로 케이스의 개구부를 밀봉하여, 원통형 전지를 완성하였다. 또한, 비교예 2에서 실시예 2보다 큰 전지 케이스를 필요로 하는 것은, 집전 탭이 극판군의 내부에 개재하고 있기 때문에 극판군의 직경이 증가했기 때문이다. 실시예 2 및 비교예 2의 전지의 용량은 같지만, 비교예 2의 전지는, 실시예 2의 전지보다 1.2배 커졌다.
[충전 및 방전시험]
실시예 2 및 비교예 2의 전지의 충전 및 방전을, 각각 20℃ 분위기 중에서 실시하였다. 충전 및 방전은, 각각 전극 면적에 대하여 2.5mA/㎠의 전류 모드로 실시하였다. 충전 종료전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 실시예 2 및 비교예 2의 전지의 전기용량은, 모두 900mAh였다.
[레이트 특성]
다음에, 20℃ 분위기 중에서, 실시예 2 및 비교예 1의 전지의 충전을, 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류모드로 충전 종료전압 4.2V까지 실시하고, O.2C(0.5mA/㎠)의 전류값으로 방전하였다. 그 후, 다시 실시예 2 및 비교예 1의 전지의 충전을, 상기와 같은 전류 모드로, 충전 종료전압 4.2V까지 실시하고, 2C(5mA/㎠)의 전류값으로 방전하였다. 그 결과, 실시예 2의 전지의 경우, 2C로 방전했을 때의 용량은 O.2C로 방전했을 때의 용량의 90%였지만, 비교예 1의 전지의 경우, 2C로 방전했을 때의 용량은 O.2C로 방전했을 때의 용량의 80%였다.
[내충격성]
실시예 2의 전지를 낙하시켜 기계적 충격을 주어도, 내부 단락에 기인하는 전압강하 등의 이상은 인정되지 않았지만, 비교예 1의 전지에서는 약간의 전압강하가 인정되었다.
[단락 발생율]
실시예 2 및 비교예 2의 전지를 각각 100개 제작하여, 이들 전지의 집전단자 부근을 압괴시키고, 그 후, 전지 전압을 측정하여, 내부 단락 발생의 가능성이 있는 전지의 개수를 조사하였다. 내부단락 발생의 가능성이 있는 전지는, 실시예 2에서는 O개였지만, 비교예 2에서는 2개였다.
실시예 3
(a) 극판군의 제작
실시예 1과 같은 적층형 극판군을 제작하고, 구리막으로 이루어지는 음극단자에는, 니켈제 음극리드(두께 100㎛, 치수 2mm×30mm)의 일끝단을 용접에 의해 접합하였다. 알루미늄막으로 이루어지는 양극단자에는, 알루미늄제 양극리드(두께 100㎛, 치수 2mm×30 mm)의 일끝단을 용접에 의해 접합하였다. 각 리드의 다른 끝단은, 각각 극판군의 일측면에서 5mm 정도 돌출시켰다.
(b) 케이스의 제작
도 26에 도시된 바와 같은 3개의 부품으로 이루어지는 케이스를 제작하였다. 틀체(106)에는, 케이스의 안쪽에 배치되는 두께 500㎛의 폴리프로필렌층과, 케이스의 바깥쪽에 배치되는 두께 20㎛의 알루미늄박을 가진 2층의 적층재료를 이용하였다. 틀체의 바깥치수는 34mm×50mm×5mm로 하였다. 2개의 평탄한 시트(110a, b) 에는, 케이스의 안쪽에 배치되는 두께 80㎛의 폴리프로필렌층과, 케이스의 바깥쪽에 배치되는 두께 20㎛의 알루미늄박을 가진 2층의 적층 재료를 이용하였다. 평탄한 시트의 바깥치수는, 틀체와 마찬가지로 34×50으로 하였다. 틀체의 측벽의 하나에는, 폭 100㎛의 2개의 슬릿(107a, b)을 형성하였다.
(c) 전지의 조립
극판군에 접합된 양극리드 및 음극리드의 돌출부를, 각각 틀체의 슬릿(107a, b)으로 통과시킴과 동시에, 극판군을 틀체로 둘러쌌다. 그리고, 폴리프로필렌층을 안쪽에 배치한 2개의 시트(110a, b)로, 틀체와 극판군을 함께 끼워 지지하였다. 시트(110a, b)의 둘레가장자리부를 가열하여 폴리프로필렌층을 용융시켜, 각 시트와 틀체의 개구끝단부를 용착시켰다. 케이스내에 전해액을 주액하고, 극판군에 전해액을 충분히 함침시킨 후, 슬릿의 틈을 피치로 밀봉하였다. 여기서 이용한 전해액은, 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 체적비 30: 70으로 혼합한 혼합 용매에, LiPF6를 1몰/L의 농도로 용해하여 조제하였다. 이렇게 해서 전지를 완성하였다.
[충전 및 방전시험]
얻어진 전지의 충전 및 방전시험을 20℃ 분위기 중에서 실시하였다. 충전 및 방전은, 각각 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류 모드로 실시하였다. 충전 종료전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 전기용량은 900mAh였다.
[내충격성]
실시예 1의 전지를 낙하시켜 기계적 충격을 주어도, 내부 단락에 기인하는 전압강하는 인정되지 않았다.
실시예 4
도 27에 도시되는 바와 같은 2개의 부품으로 이루어지는 케이스를 제작하였다. 용기(106')에는, 케이스의 안쪽에 배치되는 폴리프로필렌층과, 케이스의 바깥쪽에 배치되는 두께 20㎛의 알루미늄박을 가진 2층의 적층재료를 이용하였다. 용기의 측벽에 있어서의 폴리프로필렌층의 두께는 500㎛, 용기의 저부에 있어서의 폴리프로필렌층의 두께는 80㎛로 하였다. 용기의 바깥치수는 34mm×50mm×5mm로 하였다. 평탄한 시트(110a')로는, 케이스의 안쪽에 배치되는 두께 80㎛의 폴리프로필렌층과, 케이스의 바깥쪽에 배치되는 두께 20㎛의 알루미늄박을 가진 2층의 적층재료를 이용하였다. 평탄한 시트의 바깥치수는, 용기 개구의 바깥치수와 마찬가지로 34×50으로 하였다. 용기의 측벽의 하나에는, 폭 100㎛의 2개의 슬릿(107a', b')을 형성하였다.
상기 케이스를 이용한 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지로 전지를 제작하였다. 즉, 극판군에 접합된 양극리드 및 음극리드의 돌출부를, 각각 용기의 슬릿(107a', b')에 통과시킴과 동시에, 극판군을 용기내에 수용하였다. 그리고, 폴리프로필렌층을 안쪽에 배치한 시트(11Oa')로 용기의 개구측으로부터 극판군을 덮었다. 시트(110a')의 둘레가장자리부를 가열하여 폴리프로필렌층을 용융시켜, 시트와 용기의 개구 끝단부를 용착시켰다. 케이스내에 상기와 같은 조성의 전해액을 주액하고, 극판군에 전해액을 충분히 함침시킨 후, 슬릿의 틈을 피치로 밀봉하였다.
얻어진 전지의 용량 및 전지의 용적은 실시예 3과 같았다. 또한, 실시예 4의 전지를 낙하시켜 기계적 충격을 주어도, 내부 단락에 기인하는 전압강하는 인정되지 않았다.
비교예 3
종래로부터 이용되고 있는 구리박으로 이루어지는 심재를 이용하여, 실시예 3과 같은 조성·두께의 제 1 전극합제층을 가진 제 1 전극을 제작하고, 알루미늄박으로 이루어지는 심재를 이용하여, 실시예 1과 같은 조성·두께의 제 2 전극합제층으로 이루어지는 제 2 전극을 제작하고, 이들을 적층하여 실시예 3과 같은 용량 900mAh의 전지를 제작하였다. 극판군의 제 1 측면에서는 제 1 전극의 끝단부를 돌출시키고, 제 1 측면의 반대측에 위치하는 제 2 측면에서는 제 2 전극의 끝단부를 돌출시켰다. 각 측면으로부터 돌출하는 극판의 끝단부에 집전판을 용접하고, 집전판에 리드를 접속하여 극판군을 완성하였다. 이 극판군을 세퍼레이터로 덮은 후, 종래로부터 이용되고 있는 알루미늄제의 각형 케이스에 수용하여, 전지를 완성하였다.
얻어진 전지의 용량은, 실시예 3과 같았지만, 전지의 용적은 실시예 3의 전지의 약 1.2배가 되었다. 또한, 비교예 3의 전지를 낙하시켜 기계적 충격을 주었는데, 내부 단락에 기인하는 약간의 전압강하가 인정되었다.
실시예 5
실시예 1과 같은 극판군을 제작하고, 극판군의 제 1 단자와 제 2 단자에, 각각 니켈로 이루어지는 음극리드와 알루미늄으로 이루어지는 양극리드를 초음파용접에 의해 용접하였다. 각 단자와 각 리드와의 접합면적은, 0.5㎠로 하였다. 리드가 접합된 극판군은, 소정의 전해액에 침지하고, 극판군 내부에 충분히 전해액을 함침시켰다. 여기서 이용한 전해액은, 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 체적비 30:70으로 포함한 혼합용매에, LiPF6를 1몰/L의 농도로 용해하여 조제하였다. 이렇게 해서 리튬이온 2차전지 X를 완성하였다.
실시예 6
실시예 1과 같은 극판 스택을 제작하였다. 또한, 수지인 폴리아미드이미드 30중량부와 도전성 미립자의 구리분말(평균 입자지름 20㎛) 70중량부로 이루어지는 도전성 페이스트 A를 조제하였다. 그리고, 제 1 집전체 시트의 구리 증착막의 노출부와 제 2 집전체 시트의 PET의 노출부가 교대로 배열하는 제 1 측면에, 도전성 페이스트 A를 도공하고, 70℃로 극판 스택을 가열하여 수지를 경화시켰다. 그 결과, 제 1 측면에, 두께 0.5mm의 제 1 단자가 형성되었다. 구리 증착막의 노출부는, 제 1 단자의 내부에 깊이 0.5mm까지 매몰하고 있었다. 또한, 구리 증착막의 노출부는, 제 1 단자를 관통하여 바깥면에 노출하고 있었다. 제 1 단자는 음극단자로서 이용하였다.
수지인 폴리아미드이미드 30중량부와 도전성 미립자의 알루미늄 분말(평균 입자지름 20㎛) 70중량부로 이루어지는 도전성 페이스트 B를 조제하였다. 그리고, 제 2 집전체 시트의 Al의 증착막의 노출부와 제 1 집전체 시트의 PET의 노출부가 교대로 배열하는 제 2 측면에, 도전성 페이스트 B를 도공하고, 70℃로 극판 스택을 가열하여 수지를 경화시켰다. 그 결과, 제 2 측면에, 두께 0.5mm의 제 2 단자가 형성되었다. Al의 증착막의 노출부는, 제 2 단자의 내부에 깊이 0.5mm까지 매몰하고 있었다. 또한, Al의 증착막의 노출부는, 제 2 단자를 관통하여 바깥면에 노출하고 있었다. 제 2 단자는 양극단자로서 이용하였다.
이렇게 해서 얻어진 극판군의, 구리의 증착막의 노출부가 노출하는 제 1 단자와, Al의 증착막의 노출부가 노출하는 제 2 단자에, 각각 니켈로 이루어지는 음극리드와 알루미늄으로 이루어지는 양극리드를 레이저 용접에 의해 용접하였다. 각 단자와 각 리드와의 접합 면적은, O.5㎠로 하였다. 리드선이 접합된 극판군은, 소정의 전해액에 침지하여, 극판군 내부에 충분히 전해액을 함침시켰다. 여기에서는 실시예 5와 같은 전해액을 이용하였다. 이렇게 해서 리튬이온 2차 전지 Y를 완성하였다.
실시예 7
실시예 1과 같은 극판 스택을 제작하였다. 또한, Pb-Sn-Bi계의 합금(융점 100℃)으로 이루어지는 땜납을 준비하여, 욕조내에서 용융시켰다. 그리고, 제 1 집전체 시트의 구리 증착막의 노출부와 제 2 집전체 시트의 PET의 노출부가 교대로 배열하는 제 1 측면을, 이 용융땜납의 액면과 접촉시키고, 즉시 끌어올렸다. 그 결과, 제 1 측면에, 두께 0.5mm 의 제 1 단자가 형성되었다. 구리 증착막의 노출부는, 제 1 단자의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 제 1 단자는 음극단 자로서 이용하였다.
제 2 집전체 시트의 Al의 증착막의 노출부와 제 1 집전체 시트의 PET의 노출부가 교대로 배열하는 제 2 측면을, 상기 용융땜납의 액면과 접촉시키고, 즉시 끌어올렸다. 그 결과, 제 2 측면에, 두께 0.5mm의 제 2 단자가 형성되었다. Al의 증착막의 노출부는, 제 2 단자의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 제 2 단자는 양극단자로서 이용하였다.
이렇게 해서 얻어진 극판군의 제 1 단자와 제 2 단자에, 각각 니켈로 이루어지는 음극리드와 알루미늄으로 이루어지는 양극리드를 저항용접에 의해 용접하였다. 각 단자와 각 리드와의 접합면적은, O.5㎠로 하였다. 리드선이 접합된 극판군은, 소정의 전해액에 침지하여, 극판군 내부에 충분히 전해액을 함침시켰다. 여기에서는 실시예 5와 같은 전해액을 이용하였다. 이렇게 해서 리튬이온 2차전지 Z를 완성하였다.
[충전 및 방전시험]
리튬이온 2차 전지 X, Y 및 Z의 충전 및 방전시험을, 외부의 충전 및 방전장치를 이용하여 실시하였다. 충전 및 방전은, 20℃ 분위기 중에서 실시하였다. 충전 및 방전은, 각각 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류모드로 실시하였다. 충전 종료전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 전지 X, Y 및 Z의 전기용량은, 각각 900mAh였다.
[내충격성]
전지 X, Y 및 Z를 낙하시켜 기계적 충격을 주어도, 내부 단락에 기인하는 전 압강하 등의 이상은 인정되지 않았다.
[레이트 특성]
다음에, 20℃ 분위기 중에서, 전지 X, Y 및 Z의 충전을, 전극면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류 모드로 충전 종료전압 4.2V까지 실시하고, 0.2C(0.5mA/㎠)의 전류값으로 방전하였다. 그 후, 다시 X, Y 및 Z의 충전을, 상기와 같은 전류 모드로, 충전 종료전압 4.2V까지 실시하여, 2C(5mA/㎠)의 전류값으로 방전하였다. 그 결과, 전지 X의 경우, 2C로 방전했을 때의 용량은 0.2C로 방전했을 때의 용량의90%이며, 전지 Y의 경우, 2C로 방전했을 때의 용량은 0.2C로 방전했을 때의 용량의 90%이며, 전지 Z의 경우, 2C로 방전했을 때의 용량은 0.2C로 방전했을 때의 용량의 89%였다.
실시예 8
한 면에만 제 2 전극합제층을 가진 제 2 전극으로서, 다른 한쪽의 면에 도전층만을 설치한 전극을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 적층형 극판군을 제작하였다(도 19 참조). 상기 다른 한쪽의 면에는, 제 2 전극합제층 및 절연재료는 설치하지 않았다.
[충전 및 방전시험]
얻어진 극판군의 구리막과 알루미늄막에, 각각 리드선을 접속하고, 전지를 구성하여, 외부의 충전 및 방전장치를 이용하여, 충전 및 방전시험을 실시하였다. 여기서 이용한 전해액, 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 체적비 30: 70으로 혼합한 혼합 용매에, LiPF6를 1몰/L의 농도로 용해하여 조제하였다. 충전 및 방전은, 20℃ 분위기 중에서 실시하였다. 충전 및 방전은, 각각 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류 모드로 실시하였다. 충전 종료전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 전기용량은 900mAh였다.
[레이트 특성]
20℃ 분위기 중에서, 전지의 충전을, 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류 모드로 충전 종료전압 4.2V까지 실시하고, O.2C(0.5mA/㎠)의 전류값으로 방전하였다. 그 후, 다시 전지의 충전을, 상기와 같은 전류 모드로, 충전 종료전압 4.2V까지 실시하고, 2C(5mA/㎠)의 전류값으로 방전하였다. 그 결과, 2C로 방전했을 때의 용량은 0.2C로 방전했을 때의 용량의 90%였다.
[내충격성]
같은 전지를 낙하시켜 기계적 충격을 주어도, 내부 단락에 기인하는 전압강하 등의 이상은 인정되지 않았다.
실시예 9
실시예 1과 같은 적층형 극판군을 제작하였다. 그리고, 각 집전체 시트의 PET의 노출부 및 세퍼레이터의 끝단부가 배열하는 제 3 측면 및 제 4 측면은, 세퍼레이터와 동일한 다공성 재료로 완전히 피복하였다. 세퍼레이터 및 상기 다공성 재료에는, 각각 두께 50㎛의 폴리에틸렌으로 이루어지는 미다공막(微多孔膜)을 이 용하였다. 그 다음에, 제 3 측면 및 제 4 측면을 덮는 다공성 재료에, 바깥쪽으로부터, 100℃로 가열한 치구의 평탄면을 눌러, 세퍼레이터의 끝단부와 다공성 재료를 용착시켰다. 그 후, 다공성 재료를 통하여 전해액을 극판군의 내부에 충분히 침투시켰다. 여기서 이용한 전해액은, 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 체적비 30:70으로 혼합한 혼합 용매에, LiPF6를 1몰/L의 농도로 용해하여 조제하였다.
[충전 및 방전시험]
얻어진 극판군의 구리막과 알루미늄막에, 각각 리드선을 접속하여, 전지를 구성하고, 외부의 충방전장치를 이용하여, 충전 및 방전시험을 실시하였다. 충전 및 방전은, 20℃ 분위기 중에서 실시하였다. 충전 및 방전은, 각각 전극면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류모드로 실시하였다. 충전 종료전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 전기용량은 900mAh였다.
[단락 발생율]
같은 전지를 100개 제작하고, 그들 전지의 제 3, 제 4 측면 부근을 압괴시켜, 그 후, 전지전압을 측정하여, 내부단락 발생의 가능성이 있는 전지의 개수를 조사하였다. 내부단락 발생의 가능성이 있는 전지는 0개였다.
실시예 10
각 집전체 시트의 PET의 노출부 및 세퍼레이터의 끝단부가 배열하는 제 3 측면 및 제 4 측면을, 다공성 재료의 원료 페이스트의 도포막으로 피복 한 것 이외에 는, 실시예 9와 같은 극판군을 제작하였다. 즉, 원료 페이스트로 극판군의 제 3 측면 및 제 4 측면을 완전하게 덮어, 건조시키는 것에 의해, 각 측면을 두께 50㎛의 다공성 재료로 피복하였다. 원료 페이스트에는, 알루미나 10중량부와, 폴리불화비닐리덴 10중량부와, 메틸에틸케톤 80중량부를 혼합하여 조제한 것을 이용하였다.
[단락 발생율]
얻어진 전지의 용량 및 전지의 용적은 실시예 9와 같았다. 같은 전지를 100개 제작하여, 단락발생 비율을 조사한 바, 내부단락 발생의 가능성이 있는 전지는 O개였다.
실시예 11
100중량부의 폴리에틸렌옥시드디아크릴레이트에, 0.1중량부의 벤질디메틸 케탈을 녹여서, 자외선조사에 의해 중합을 개시하는 아크릴레이트 용액을 조제하였다.
PVDF의 NMP용액 대신에, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층의 소정의 둘레가장자리부에, 스크린 인쇄법에 의해, 상기 아크릴레이트 용액을, 각각 폭 0.3mm로 도공하였다. 그 후, 최대출력파장 365nm의 고압수은등을 이용하여, 도포막에 1분간의 자외선 조사를 실시하여, 도포막을 경화시켰다. 경화 후의 도포막의 두께는 70㎛로 하였다. 이렇게 해서 절연재료부를 설치한 것 이외에는, 실시예 1과 같이, 극판군을 제작하였다.
실시예 12
폴리불화비닐리덴의 도포막 대신에, 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층의 소정의 둘레가장자리부에, 각각 폭 0.3mm, 두께 70㎛의 수지 테이프를 붙인 것 이외에는, 실시예 1과 같이, 극판군을 제작하였다. 여기에서는, 두께 60㎛의 폴리프로필렌제의 기재(基材)와, 그 양면에 각각 담지된 두께 5㎛의 점착제층으로 이루어지는 수지테이프를 이용하였다. 점착제로는 아크릴계 수지를 이용하였다.
[충전 및 방전시험]
실시예 11, 12의 전지의 충전 및 방전을, 실시예 1과 같이, 각각 20℃ 분위기 중에서 실시하였다. 즉, 충전 및 방전은, 각각 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류모드로 실시하였다. 충전 종료전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 실시예 11, 12의 전지의 전기용량은, 모두 900mAh였다.
[단락 발생율]
실시예 11, 12의 전지를 각각 100개 제작하고, 이들 전지의 집전단자 부근을 압괴시키고, 그 후, 전지 전압을 측정하여, 내부단락 발생의 가능성이 있는 전지의 개수를 조사하였다. 내부단락 발생의 가능성이 있는 전지는, 어느 실시예에 있어서나 O개였다.
실시예 13
본 실시예에서는, 이하의 요령으로 적층형의 리튬이온 2차전지를 제작하였다.
(a) 양극의 제작
실시예 1과 같은, 양면에 6행 6열의 양극합제층을 가진 양극집합체를 얻었다. 이 양극집합체를 1열마다 분할하였다. 분할된 양극집합체의 길이방향에 따른 한쪽의 끝단부에는, 폭 1mm의 Al 증착막을 가진 PET시트의 끝단부가 존재하고, 다른 한쪽의 끝단부에는, 폭 1mm의 Al 증착막을 갖지 않는 PET 시트의 끝단부가 존재하였다.
(b) 음극의 제작
가로 198mm, 세로 282mm, 두께 7㎛의 구리박을 준비하였다.
다음에, 활물질의 구형상 흑연(흑연화 메소페즈 소구체) 100중량부와, 결착제인 스틸렌부타디엔고무 3중량부와, 분산매인 적정량의 카르복시메틸셀룰로오스 수용액을 혼합함으로써, 음극합제로 이루어지는 페이스트를 조제하였다. 이 페이스트를 구리박의 양면에 양극의 경우와 같은 패턴으로 도공하고, 건조하여, 32mm×46mm의 음극합제층을 복수개 형성하였다. 그 후, 음극합제층을 두께 70㎛가 될 때까지 롤러로 압연하였다.
다음에, 양극단자와 인접할 예정의 음극합제층의 끝단부를 폭 0.3mm의 PVDF의 도포막으로 피복하였다. 이렇게 해서, 양면에 6행 6열의 음극합제층을 가진 음극집합체를 얻었다. 이 음극 집합체를 1열마다 분할하였다. 분할된 음극 집합체의 길이방향에 따른 양끝단부에는, 폭 0.5mm의 구리박 노출부가 존재하였다.
그 후, 양극단자측에 배치될 예정의 구리박 끝단부의 폭 0.5mm의 영역을 두께 25㎛의 PVDF로 피복하였다.
또한, 한 면에만 음극 합제층을 가진 음극에 대해서도, 한쪽의 면에 음극 합 제층 등을 설치하지 않는 것 이외에는, 상기와 같은 방법으로 제작하였다.
(c) 극판군의 제작
양면에 음극합제층을 가진 음극집합체 2개로, 양극 집합체 1개를 세퍼레이터를 통하여 끼워 지지하였다. 이 때 양극합제층과 음극합제층을 서로 대면시켰다. 또한, 양극의 Al증착막을 가진 PET 시트의 끝단부와, 음극의 구리박의 PVDF 도포막으로 피복된 끝단부를 같은 쪽에 배치하였다. 그리고, 양 최외면에, 한 면에만 음극 합제층을 가진 한 쌍의 음극을 배치하고, 이것들로 안쪽의 전극을 끼워 지지하여, 전체를 프레스하였다. 그 결과, 복수의 극판 스택으로 이루어지는 집합체가 얻어졌다. 이 집합체는 극판 스택마다 분할하였다. 그 결과, 일련의 도공·적층 공정에 의해, 한 번에 6개의 극판 스택을 얻을 수 있었다.
양극의 Al 증착막을 가진 PET 시트의 끝단부와, 음극의 구리박의 PVDF 도포막으로 피복된 끝단부가 교대로 배열하는 측면에, 반용융 상태의 Al미립자를 내뿜어, 두께 0.5mm의 Al막을 형성하였다. 이 때, Al 증착막이 Al막의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 이 Al막을 양극단자로 하였다.
다음에, Al 증착막을 갖지 않는 PET 시트의 끝단부와, 음극의 구리박의 PVDF 도포막으로 피복되어 있지 않은 끝단부가 교대로 배열하는 측면에, 반용융 상태의 구리미립자를 내뿜어, 두께 0.5mm의 Cu막을 형성하였다. 이 때, 구리박의 끝단부가 Cu막의 내부에 깊이 0.2mm까지 매몰하고 있었다. 이 Cu막을 음극단자로 하였다.
비교예 4
종래로부터 이용되고 있는 두께 7㎛의 Al박으로 이루어지는 심재를 이용하여 양극을 제작하고, 이 양극을 이용한 것 이외에는 실시예 13과 같은 리튬 이온 2차 전지를 제작하였다. 다만, Al박으로 이루어지는 심재와 음극단자와의 단락을 방지하기 위해서, 양극단자와의 접속부 이외에는 Al박의 끝단부를 PVDF의 도포막으로 피복하였다.
[충전 및 방전시험]
각 전지의 Al막과 Cu막에 각각 리드선을 접속하고, 외부의 충전 및 방전장치를 이용하여, 20℃ 분위기 중에서 충전 및 방전시험을 실시하였다. 여기서 이용한 전해액은, 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)를 체적비 30:70으로 혼합한 혼합용매에, LiPF6를 1몰/L의 농도로 용해하여 조제하였다.
충전 및 방전은, 각각 전극 면적에 대해서 2.5mA/㎠의 전류모드로 실시하였다. 충전 종료전압은 4.2V로 하였다. 방전 종료전압은 3.0V로 하였다. 상기 조건에 의해서 얻어진 전기용량은 900mAh였다.
[안전성]
실시예 13 및 비교예 4의 전지를, 더욱 이하의 순서로 평가하였다.
(i) 각 전지를, 각각 100개 준비하고, 이것들을 900mA로, 전지 전압이 4.2V의 충전 상태가 될 때까지 충전하였다.
(ⅱ) 그 다음에, 충전 상태의 전지에, 극판면에 대해서 수직으로 못을 관통시켰다.
(ⅲ) 못을 관통시킨 후의 전지의 발열에 의한 최고도달 온도를 조사하였다.
결과를 이하에 나타낸다.
실시예 13의 전지의 최고도달 온도는, 모두 42℃이하였다.
비교예 4의 전지 중에는, 최고도달 온도가 110℃에 이르는 것이 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 양극단자나 음극단자의 구조가 간략하고, 집전 탭이나 집전 리드를 이용할 필요는 없기 때문에, 소형이어도 높은 전기용량을 가지며, 신뢰성이 높은 전기화학소자를 제공할 수 있다. 그리고, 본 발명에 의하면, 동시에 복수의 전기화학소자를 효율적으로 제조할 수 있다. 이러한 전기화학소자를 포함한 비수전해액 2차전지를 이용함으로써, 신뢰성이 높은 휴대전화, 휴대정보 단말기기, 캠코더, 퍼스널 컴퓨터, PDA, 휴대음향기기, 전기자동차, 로드레벨링용 전원 등의 기기를 제공하는 것이 가능해진다.

Claims (50)

  1. 극판군을 가진 전기화학소자로서,
    상기 극판군은,
    (a) 적어도 1개의 제 1 전극,
    (b) 적어도 1개의 제 2 전극, 및
    (c) 제 1 전극과 제 2 전극과의 사이에 개재하는 세퍼레이터로 이루어지고,
    상기 제 1 전극은, 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지며,
    상기 제 2 전극은, 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지고,
    상기 제 1 집전체 시트 및 상기 제 2 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 도전부와 절연부를 가진 전기화학소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기화학소자는,
    상기 제 1 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 1 단자, 및
    상기 제 2 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 2 단자를 더 갖고,
    상기 극판군은, 상기 제 1 단자가 배치되는 제 1 측면 및 상기 제 2 단자가 배치되는 제 2 측면을 가지며,
    상기 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 1 집 전체 시트의 도전부는, 상기 제 1 측면에 있어서 상기 제 1 단자와 접속되고, 상기 제 1 집전체 시트의 절연부는, 상기 제 2 측면에 배향하고 있으며,
    상기 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 2 집전체 시트의 도전부는, 상기 제 2 측면에 있어서 상기 제 2 단자와 접속되고, 상기 제 2 집전체 시트의 절연부는, 상기 제 1 측면에 배향하고 있는 전기화학소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 측면과 상기 제 2 측면이, 서로 상기 극판군의 반대측에 위치하는 전기화학소자.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 측면에는, 상기 제 1 단자와 상기 제 2 전극을 절연하기 위한 제 1 절연재료부가 설치되어 있고, 상기 제 2 측면에는, 상기 제 2 단자와 상기 제 1 전극을 절연하기 위한 제 2 절연재료부가 설치되어 있는 전기화학소자.
  5. 제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 권회한 극판군을 가진 전기화학소자로서,
    상기 제 1 전극은, 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고,
    상기 제 2 전극은, 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며,
    상기 제 1 집전체 시트 및 상기 제 2 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 도전부와 절연부를 갖고,
    상기 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 1 집전체 시트의 도전부는, 상기 극판군의 제 1 저면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 상기 제 1 집전체 시트의 절연부는, 상기 극판군의 제 2 저면에 배치되며,
    상기 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 2 집전체 시트의 도전부는, 상기 극판군의 제 2 저면에 있어서 제 2 단자와 접속되고, 상기 제 2 집전체 시트의 절연부는, 상기 극판군의 제 1 저면에 배치되어 있는 전기화학소자.
  6. 복수의 제 1 전극과 복수의 제 2 전극을 세퍼레이터를 통하여 교대로 적층한 극판군을 가진 전기화학소자로서,
    상기 복수의 제 1 전극은, 각각 제 1 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 1 전극합제층으로 이루어지고,
    상기 복수의 제 2 전극은, 각각 제 2 집전체 시트 및 이것에 담지된 적어도 1개의 제 2 전극합제층으로 이루어지며,
    상기 제 1 집전체 시트 및 상기 제 2 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 도전부와 절연부를 갖고,
    상기 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 1 집전체 시트의 도전부는, 상기 극판군의 제 1 측면에 있어서 제 1 단자와 접속되고, 상기 제 1 집전체 시트의 절연부는, 상기 극판군의 제 2 측면에 배치되며,
    상기 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 2 집전체 시트의 도전부는, 상기 극판군의 제 2 측면에 있어서 제 2 단자와 접속되고, 상기 제 2 집전체 시트의 절연부는, 상기 극판군의 제 1 측면에 배치되어 있는 전기화학소자.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 도전부와 절연부를 가진 집전체 시트가, 상기 도전부의 일부로 이루어짐과 동시에 상기 전극합제층을 담지하지 않은 제 1 끝단부를 가지며, 상기 제 1 끝단부에 있어서, 상기 도전부가 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자와 접속하고 있고, 상기 제 1 끝단부의 적어도 일부는, 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자에 매몰하고 있는 전기화학소자.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 도전부와 절연부를 가진 집전체 시트가, 상기 절연부의 일부로 이루어짐과 동시에 상기 전극합제층을 담지하지 않은 제 2 끝단부를 가지며, 상기 제 2 끝단부가, 상기 제 1 측면 또는 상기 제 2 측면에 배향하고 있으며, 상기 제 2 끝단부의 적어도 일부는, 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자에 매몰하고 있는 전기화학소자.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 극판군은, 제 3 측면 및 제 4 측면을 더 가지며,
    상기 제 1 측면, 상기 제 2 측면, 상기 제 3 측면 및 제 4 측면의 각각에 있 어서, 상기 제 1 집전체 시트의 끝단부, 상기 제 2 집전체 시트의 끝단부 및 상기 세퍼레이터의 끝단부가, 실질적으로 면이 일치하도록 배치되어 있는 전기화학소자.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 집전체 시트의 한 면당의 면적 S(1), 상기 제 2 집전체 시트의 한 면당의 면적 S(2) 및 상기 세퍼레이터의 한 면당의 면적 S(s)가, 이하의 관계:
    S(1)≤S(s)≤S(1)×1.05, 및
    S(2)≤S(s)≤S(2)×1.05
    를 만족하고 있는 전기화학소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전기화학소자는,
    상기 제 1 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 1 단자, 및
    상기 제 2 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 2 단자를 더 갖고,
    상기 극판군은, 상기 제 1 단자가 배치되는 제 1 측면 및 상기 제 2 단자가 배치되는 제 2 측면을 가지며,
    상기 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 1 집전체 시트의 도전부는, 상기 제 1 측면에 있어서 상기 제 1 단자와 접속되고, 상기 제 1 집전체 시트의 절연부는, 상기 제 2 측면에 배향하고 있고,
    상기 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 2 집전체 시트의 도전부는, 상기 제 2 측면에 있어서 상기 제 2 단자와 접속되고, 상기 제 2 집전체 시트의 절연부는, 상기 제 1 측면에 배향하고 있으며,
    상기 제 1 전극합제층 및 상기 제 2 전극합제층이, 각각 절연재료로 피복된 끝단부를 가진 전기화학소자.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 절연재료로 피복된 제 1 전극합제층의 끝단부는, 상기 제 2 측면에 배치되어 있고,
    상기 절연재료로 피복된 제 2 전극합제층의 끝단부는, 상기 제 1 측면에 배치되어 있는 전기화학소자.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 1 집전체 시트의 절연부는, 상기 절연재료로 피복된 제 1 전극합제층의 끝단부에 인접하고 있고,
    상기 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 2 집전체 시트의 절연부는, 상기 절연재료로 피복된 제 2 전극합제층의 끝단부에 인접하고 있는 전기화학소자.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전기화학소자는,
    상기 제 1 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 1 단자,
    상기 제 2 집전체 시트와 전기적으로 도통하는 제 2 단자, 및
    상기 극판군을 수용하는 케이스를 더 갖고,
    상기 극판군은, 상기 제 1 단자가 배치되는 제 1 측면 및 상기 제 2 단자가 배치되는 제 2 측면을 가지며,
    상기 제 1 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 1 집전체 시트의 도전부는, 상기 제 1 측면에 있어서 상기 제 1 단자와 접속되고, 상기 제 1 집전체 시트의 절연부는, 상기 제 2 측면에 배향하고 있고,
    상기 제 2 집전체 시트가, 도전부와 절연부를 가진 경우에는, 상기 제 2 집전체 시트의 도전부는, 상기 제 2 측면에 있어서 상기 제 2 단자와 접속되고, 상기 제 2 집전체 시트의 절연부는, 상기 제 1 측면에 배향하고 있으며,
    상기 케이스의 내면이, 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면과 맞닿고 있는 전기화학소자.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 케이스가, 틀체 및 2개의 평탄한 시트로 이루어지며,
    상기 틀체가, 상기 극판군을 둘러쌈과 동시에, 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면과 맞닿고 있고,
    상기 2개의 평탄한 시트는, 상기 틀체의 2개의 개구면을 덮어 상기 극판군의 윗면 및 아래면과 맞닿고 있는 전기화학소자.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 케이스가, 바닥이 있는 용기 및 평탄한 시트로 이루어지고,
    상기 용기가, 상기 극판군을 수용함과 동시에, 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면과 맞닿는 측벽 및 상기 극판군의 윗면 및 아래면의 한쪽과 맞닿는 저부를 가지고 있으며,
    상기 평탄한 시트는, 상기 용기의 개구면을 덮어 상기 극판군의 윗면 및 아래면의 다른 한쪽과 맞닿고 있는 전기화학소자.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자의 적어도 한쪽에, 리드편이 접속되어 있고, 상기 리드편이, 상기 케이스의 외부로 도출되어 있는 전기화학소자.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자의 적어도 한쪽에, 리드편이 접속되어 있고, 상기 리드편이, 상기 틀체에 설치된 슬릿으로부터 상기 케이스의 외부로 도출되어 있는 전기화학소자.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자의 적어도 한쪽에, 리드편이 접속되어 있고, 상기 리드편이, 상기 측벽에 설치된 슬릿으로부터 상기 케이스의 외부로 도출되어 있는 전기화학소자.
  20. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자의 적어도 한쪽이, 입자 형상 금속이 연속적으로 접합하여 이루어지는 다공질 금속막으로 이루어지는 전 기화학소자.
  21. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자의 적어도 한쪽이, 도전성 페이스트로 이루어지고, 상기 도전성 페이스트가, 수지 및 상기 수지에 분산한 도전성 재료로 이루어지며, 상기 도전성 재료가, 미립자 형상 및 섬유 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 형상인 전기화학소자.
  22. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자의 적어도 한쪽이, 250℃ 이하의 융점을 가진 저융점 금속으로 이루어지는 전기화학소자.
  23. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 끝단부의 적어도 일부가 매몰하고 있는 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자에, 금속 리드가 용접되어 있고, 상기 제 1 끝단부와 상기 금속 리드가 접촉하고 있는 전기화학소자.
  24. 제 2 항에 있어서, 가장 바깥쪽의 2개의 전극의 집전체 시트의 적어도 한쪽은, 양면에 도전부를 가짐과 동시에, 안쪽의 전극과 대향하는 한쪽 면에만 전극합제층을 담지하고 있으며, 다른 한쪽 면의 도전부는, 상기 제 1 단자 또는 상기 제 2 단자와 전기적으로 도통하여, 그 단자의 연장부로서 기능하는 전기화학소자.
  25. 제 9 항에 있어서, 상기 제 3 측면 및 제 4 측면의 적어도 1개가, 전자 절연 성의 다공성 재료로 덮여 있는 전기화학소자.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 다공성 재료가, 폴리올레핀, 폴리알킬렌옥사이드, 불소폴리머 및 세라믹스로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종으로 이루어지는 전기화학소자.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 다공성 재료가, 막형상 부재 또는 페이스트의 도포막으로 이루어지는 전기화학소자.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 다공성 재료로 덮여져 있는 극판군의 측면에 있어서, 상기 세퍼레이터의 끝단부와 상기 다공성 재료가 접합되어 있는 전기화학소자.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 다공성 재료와 상기 세퍼레이터가, 서로 동일한 재료로 이루어지는 전기화학소자.
  30. 제 11 항에 있어서, 상기 절연성 재료가, 수지도포막 및 수지 테이프로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 전기화학소자.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 수지도포막이, 절연수지를 포함한 용액 또는 분산액을, 상기 전극합제층의 끝단부에 도공하고, 건조함으로써, 형성되어 있는 전기화 학소자.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 절연수지가, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리불화비닐리덴, 폴리메타크릴산메틸 및 이들 중의 적어도 1개를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 전기화학소자.
  33. 제 30 항에 있어서, 상기 수지도포막이, 중합성 화합물을 함유한 용액 또는 분산액을, 상기 전극합제층의 끝단부에 도공하고, 상기 중합성 화합물을 중합시킴으로써, 형성되어 있는 전기화학소자.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 중합성 화합물이, 아크릴레이트기 및 메타크릴레이트기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 관능기를 가진 전기화학소자.
  35. 제 30 항에 있어서, 상기 수지테이프가, 절연기재 및 상기 절연기재에 담지된 절연성 점착제로 이루어지는 전기화학소자.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 절연기재가, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리이미드, 아 라미드 수지 및 이들의 적어도 1개를 함유한 코폴리머, 폴리머 얼로이 혹은 폴리머 브랜드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 전기화학소자.
  37. (a) 시트형상의 절연성기재의 양면에 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정,
    (b) 상기 제 1 집전체 시트 및 상기 제 2 집전체 시트의 상기 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을, 평행하게 나열된 띠모양으로 틈을 설치하여 형성하여, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 얻는 공정,
    (c) 세퍼레이터를 통하여 상기 제 1 전극의 집합체 및 상기 제 2 전극의 집합체를, 상기 제 1 전극합제층 및 상기 제 2 전극합제층의 길이 방향으로 공급하여 동심원 형상으로 권회하여, 권회체를 얻는 공정,
    (d) 상기 권회체를, 상기 틈에서 절단함으로써, 복수개의 권회형 극판군을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재된 전기화학소자의 제조방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 공정(b)의 후, 상기 공정(c)의 전에, 상기 틈에 있어서, 상기 도전층 위에 절연재료부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 권회형 극판군의 제 1 저면 및 제 2 저면을 금속으로 피복하고, 제 1 단자 및 제 2 단자를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  40. 긴 형상의 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를, 세퍼레이터를 통하여 적층함과 동시에 연속적으로 적층체로서 공급하는 공정과, 상기 적층체를 평판형상의 보빈으로 감아 두는 공정과, 상기 보빈에 감아둔 적층체를 절단하여, 복수개의 적층형 극판군을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재된 전기화학소자의 제조방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 시트형상의 절연성기재의 양면에 소정의 패턴에 기초하여 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정과, 상기 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트의 상기 도전층 위에, 각각 상기 패턴에 대응시킴과 동시에 틈을 설치하여 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을 형성하는 공정에 의해, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 얻는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  42. 제 41 항에 있어서, 상기 소정의 패턴이, 매트릭스 형상인 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  43. 제 41 항에 있어서, 상기 소정의 패턴이, 평행하게 나열된 띠모양인 것을 특 징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  44. 제 41 항에 있어서, 상기 틈에 있어서, 상기 도전층 위에, 상기 제 1 전극합제층 및 상기 제 2 전극합제층을 끼운 위치에, 절연재료부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  45. 제 40 항에 있어서, 상기 적층형 극판군의 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 금속으로 피복하고, 제 1 단자 및 제 2 단자를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  46. (a) 시트형상의 절연성기재의 양면에 소정의 패턴에 기초하여 도전층을 설치하여 제 1 집전체 시트 및 제 2 집전체 시트를 얻는 공정,
    (b) 상기 도전층 위에, 각각 복수개의 제 1 전극합제층 및 제 2 전극합제층을, 상기 패턴에 대응시킴과 동시에 틈을 설치하여 형성하여, 제 1 전극의 집합체 및 제 2 전극의 집합체를 얻는 공정,
    (c) 상기 제 1 전극의 집합체 및 상기 제 2 전극의 집합체를 세퍼레이터를 통하여 적층하여, 적층체를 얻는 공정,
    (d) 상기 적층체를, 상기 틈에서 절단함으로써, 복수개의 적층형 극판군을 얻는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재된 전기화학소자의 제조방법.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 소정의 패턴이, 매트릭스 형상인 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  48. 제 46 항에 있어서, 상기 소정의 패턴이, 평행하게 나열된 띠모양인 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  49. 제 46 항에 있어서, 상기 공정(b)의 후, 상기 공정(c)의 전에, 상기 틈에있어서 상기 도전층 위에, 상기 제 1 전극합제층 및 상기 제 2 전극합제층을 사이에 끼우는 위치에, 절연재료부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
  50. 제 46 항에 있어서, 상기 적층형 극판군의 대향하는 제 1 측면 및 제 2 측면을 금속으로 피복하여, 제 1 단자 및 제 2 단자를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자의 제조방법.
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