KR101075693B1 - 쌍극형 2차 전지, 쌍극형 2차 전지를 복수개 접속한 전지 조립체 및 그들 전지를 탑재한 차량 - Google Patents

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Abstract

적층된 쌍극형 전지 적층체끼리의 사이나 쌍극형 전지 적층체와 전극 탭의 사이의 어긋남을 방지한다.
쌍극형 전지 적층체(40)의 적층 방향 양 단부에 위치하는 집전체가 전극 탭(50, 60)에 접하는 접착면의 일부에는 접착부(90)가 형성되고, 이 접착부에 의해 전극 탭과 집전체가 고정되어 있다. 또한, 인접하는 쌍극형 전지 적층체(40)가 접하는 접착면의 일부에는 접착부(90)가 형성되고, 이 접착부에 의해 적층 방향 상하에 위치하는 쌍극형 전지와 쌍극형 전지가 고정된다.
쌍극형 전지 적층체, 집전체, 접착면, 전극 탭, 접착부

Description

쌍극형 2차 전지, 쌍극형 2차 전지를 복수개 접속한 전지 조립체 및 그들 전지를 탑재한 차량{BIPOLAR SECONDARY BATTERY, BATTERY ASSEMBLY FORMED BY CONNECTING SAID BATTERIES AND VEHICLE MOUNTING SAME}
본 발명은 쌍극형 2차 전지, 쌍극형 2차 전지를 복수개 접속한 전지 조립체 및 그들 전지를 탑재한 차량에 관한 것이다.
최근, 환경 보호의 관심이 높아지고 있고, 각 산업계에 있어서는 이산화탄소 배출량의 저감에 주목하고 있다. 자동차업계에 있어서는 이산화탄소 배출량의 저감에 주목하여 하이브리드 전기 자동차(ＨＥＶ), 전기 자동차(ＥＶ), 연료 전지 자동차의 조기의 보급을 목표로 삼고 있다. 이들 자동차를 조기에 보급시키기 위해서는 고성능의 2차 전지의 개발이 반드시 필요하다. 현재, 2차 전지 중에서는 고에너지 밀도, 고출력 밀도를 달성할 수 있는 적층형의 쌍극형 2차 전지에 주목하고 있다.
일반적인 쌍극형 2차 전지는 복수개의 쌍극형 전극을 전해질층을 개재시켜 적층한 전지 요소와, 전지 요소의 전체를 감싸 밀봉하는 외장재와, 전류를 취출하기 위해 외장재로부터 외부로 도출된 단자를 포함하고 있다. 쌍극형 전극은 집전 체의 한쪽 면에 정극 활물질층을 형성하여 정극을 형성하고, 다른 쪽의 면에 부극 활물질층을 형성하여 부극을 형성하고 있다. 정극 활물질층, 전해질층 및 부극 활물질층을 순서대로 적층한 것이 단전지층이며, 이 단전지층이 한 쌍의 집전체의 사이에 끼워져 있다. 쌍극형 전지 적층체는 전지 요소 내에 있어서는 쌍극형 전극을 적층하는 방향, 즉 전지의 두께 방향으로 전류가 흐르기 때문에 전류의 패스가 짧아 전류 손실이 적다고 하는 이점이 있다.
종래, 적층형의 쌍극형 2차 전지로서는, 하기 특허 문헌1에 기재되어 있는 바와 같은 구조의 쌍극형 2차 전지를 예로 들 수 있다. 특허 문헌1에 기재되어 있는 쌍극형 2차 전지는 쌍극형 2차 전지의 적층 방향의 양 단부면에 엔드 플레이트를 위치시키고 있다. 그리고, 이들 엔드 플레이트에 의해 쌍극형 2차 전지의 적층 방향으로부터 쌍극형 2차 전지를 가압한다. 이렇게 쌍극형 2차 전지를 가압함으로써 고에너지 밀도, 고출력 밀도의 쌍극형 2차 전지가 얻어지게 하고 있다.
<특허 문헌1> 일본 특허 공개2006-073772호 공보
그러나, 이와 같은 쌍극형 2차 전지를 수많은 진동이 가해지는 자동차에 탑재한 경우에는 진동에 의해 쌍극형 2차 전지의 성능이 저하되는 경우가 있다. 이것은, 예를 들어 노면 또는 동력원으로부터의 진동이 쌍극형 2차 전지를 형성하고 있는 복수의 적층된 쌍극형 전지 적층체끼리의 사이나 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전극 사이에 어긋남을 발생시키는 경우가 있기 때문이다. 이 어긋남이 발생하 면 쌍극형 2차 전지 내의 내부 저항이 증가하여 출력할 수 있는 전력량이 감소하는 등 쌍극형 2차 전지의 성능이 저하된다.
또한, 자동차에 탑재할 경우에는 쌍극형 2차 전지의 성능의 저하를 예측하여 원래 필요한 쌍극형 전지 적층체의 수보다도 많은 수의 쌍극형 전지 적층체를 적층시켜 쌍극형 2차 전지를 형성할 필요가 발생한다.
본 발명은 적층된 쌍극형 전지 적층체끼리의 사이나 쌍극형 전지 적층체와 전극 탭의 사이의 어긋남을 방지할 수 있는 쌍극형 2차 전지, 그 쌍극형 2차 전지를 복수개 접속한 전지 조립체 및 그들 전지를 탑재한 차량의 제공을 목적으로 한다.
쌍극형 2차 전지는 쌍극형 전지 적층체와, 전극 탭으로 형성되어 있다.
쌍극형 전지 적층체는 전지 요소를 구비하고 있다. 전지 요소는 정극 활물질층, 전해질층, 부극 활물질층이 적층된 단전지층을 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층 사이에 집전체를 개재시켜 복수 적층하고, 적층 방향 양 단부에 위치하는 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층에 상기 집전체를 접속하여 형성한다.
상기 쌍극형 전지 적층체의 적층 방향 양 단부에 위치하는 집전체에는 전극 탭이 고정된다.
상기 쌍극형 전지 적층체의 상기 적층 방향 양 단부에 위치하는 집전체에 대하여 상기 전극 탭과 상기 집전체가 접하는 접착면에는 접착부가 형성되고, 이 접착부에 의해 상기 전극 탭과 상기 집전체가 고정되어 있다.
쌍극형 전지 적층체를 복수 적층하여 쌍극형 2차 전지를 형성할 때에는 인접하는 쌍극형 전지 적층체가 접하는 접착면에는 접착부가 형성되고, 이 접착부에 의해 적층 방향 상하에 위치하는 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체가 고정된다.
본 발명에 관한 전지 조립체는 상기 쌍극형 2차 전지를 복수개 전기적으로 접속하여 구성한다.
본 발명에 관한 차량은 상기 쌍극형 2차 전지 또는 상기 전지 조립체를 구동용 전원으로서 탑재한다.
본 발명에 관한 쌍극형 2차 전지에 따르면 진동이 부여되는 환경 하에서 사용된 경우에도 쌍극형 전지 적층체끼리의 어긋남이나 쌍극형 전지 적층체와 전극 탭 사이의 어긋남을 억제할 수 있기 때문에 어긋남에 의해 발생하는 저항의 증가를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 쌍극형 2차 전지에 따르면 쌍극형 2차 전지의 중량, 체적을 억제할 수 있기 때문에 출력 밀도가 높은 쌍극형 2차 전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 전지 조립체에 따르면 쌍극형 2차 전지끼리의 전기적인 접속을 직렬화하여 접속, 병렬화하여 접속, 또는 직렬과 병렬을 조합하여 접속할 수 있기 때문에 전지 조립체의 용량 및 전압을 자유롭게 조정할 수 있다.
본 발명에 관한 차량에 따르면, 상기 쌍극형 2차 전지 또는 상기 전지 조립체를 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차 등의 차량에 탑재할 수 있기 때문에 수명이 길고 신뢰성이 높은 차량을 제공할 수 있다.
본 발명은 쌍극형 2차 전지를 구성하는 복수의 쌍극형 전지 적층체 각각을 적층 방향에서 접착하고, 쌍극형 전지 적층체와 전극 탭을 접착하여 내진동성이 우수한 쌍극형 2차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 내진동성이 우수한 쌍극형 2차 전지를 제공하기 위해 쌍극형 전지 적층체끼리 및 쌍극형 전지 적층체와 전극 탭의 접착에 다양한 접착 패턴을 채용하고 있다.
이하에, 접착 패턴별로 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태로 나누어 본 발명의 쌍극형 2차 전지를 설명한다.
또한, 도면에서는 쌍극형 2차 전지를 구성하는 각 층의 두께나 형상을 과장하여 도시하고 있다. 이것은 발명의 내용의 이해를 쉽게 하기 위해서이며, 실제의 쌍극형 2차 전지의 구성과 정합하고 있는 것은 아니다.
<제1 실시 형태>
도1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍극형 2차 전지의 단면도, 도1b는 도1a에 도시한 쌍극형 2차 전지의 접착부를 도시하는 도면이다. 도2는 도1a 및 도1b에 도시한 쌍극형 2차 전지를 구성하는 쌍극형 전지 적층체의 단면도이다. 도3은 도2에 도시한 쌍극형 전지 적층체를 구성하는 쌍극형 전극의 단면도이다. 도4는 도2에 도시한 쌍극형 전지 적층체가 갖는 단전지층의 설명을 위한 도면이다. 도5는 도3에 도시한 쌍극형 전극의 외주부에 시일 전구체를 배치하는 모습을 도시하는 도면이다. 도6은 시일 전구체를 배치한 쌍극형 전극 상에 세퍼레이터를 설치하고, 세퍼레이터 상으로부터 전극의 외주부 상(상기 시일 전구체를 형성한 부분과 동일한 부분)에 시일 전구체를 배치하는 모습을 도시한 도면이다.
(쌍극형 2차 전지)
도1a에 도시하는 쌍극형 2차 전지(10)는 도2에 도시한 바와 같은 쌍극형 전지 적층체(40)를 복수개(도1a에서는 4개) 적층함으로써 형성된다. 쌍극형 2차 전지(10)의 적층 방향의 양 단부면에는 복수개의 쌍극형 전지 적층체(40)를 끼워 넣도록 한 쌍의 전극 탭(50, 60)이 설치되어 있다.
쌍극형 전지 적층체(40)와 쌍극형 전지 적층체(40)의 사이 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)의 사이에는 도1b에 도시한 바와 같이 접착제를 전체면에 점 형상으로 규칙적으로 도포한 접착부(90)가 형성된다. 이 접착부(90)에 의해 쌍극형 전지 적층체(40)끼리 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 탭(50, 60)을 서로 고정한다. 도1a에서는 쌍극형 2차 전지(10)가 복수의 쌍극형 전지 적층체(40)를 적층함으로써 형성되어 있는 경우를 예시하고 있으나, 쌍극형 2차 전지(10)가 1개인 쌍극형 전지 적층체(40)로 형성되는 것도 가능하다.
(쌍극형 전지 적층체)
쌍극형 전지 적층체(40)는 도2에 도시한 바와 같이 집전체(22), 정극 활물질층(23), 부극 활물질층(24)으로 이루어지는 복수의 쌍극형 전극(21)을 전해질층(25)을 개재시켜 적층하여 형성한다. 정극 활물질층(23), 전해질층(25), 부극 활물질층(24)에 의해 전지 요소(20)(도4에 도시한다)가 형성되고, 전지 요소(20)의 적층 방향 양 단부면에 집전체(22)를 포함시킴으로써 단전지층(26)이 형성된다. 각각의 단전지층(26)을 구성하는 전지 요소(20)의 주위에는 전지 요소(20)와 외기의 접촉을 차단하는 시일부(30)가 형성된다. 도2에 도시되는 쌍극형 전지 적층체(40)는 5층의 단전지층(26)이 형성되어 있으나, 층의 수는 임의로 선택할 수 있다.
제1 실시 형태에서는 4개의 쌍극형 전지 적층체(40)가 쌍극형 전극(21)을 적층하는 방향(도1a에 있어서 상하 방향)으로 적층되고, 전기적으로 직렬로 접속되어 쌍극형 2차 전지(10)를 구성하고 있다. 쌍극형 2차 전지(10)는 또한 한 쌍의 전극 탭(50, 60)에 의해 복수개의 쌍극형 전지 적층체(40)를 끼워 넣고, 외장재를 이용하여 진공 밀봉된다. 도1a에 있어서 상측에 도시되는 전극 탭(50)은 최상위의 쌍극형 전지 적층체(40)의 정극측을 전기적으로 접속하는 정극 단자가 접속된다. 또한, 도1a에 있어서 하측에 도시되는 전극 탭(60)은 최하위의 쌍극형 전지 적층체(40)의 부극측을 전기적으로 접속하는 부극 단자가 접속된다.
(쌍극형 전극)
상기 쌍극형 전극(21)은 도3에 도시한 바와 같이 집전체(22)의 한쪽 면에 정극 활물질층(23)을 배치하여 정극이 형성되고, 다른 쪽의 면에 부극 활물질층(24)을 배치하여 부극이 형성되어 있다. 전지 요소(20)의 정극 말단극은 집전체(22)의 한쪽 면에 정극 활물질층(23)만이 형성되고, 도2에 있어서 최상위의 쌍극형 전극(21) 상에 전해질층(25)을 개재하여 적층된다. 전지 요소(20)의 부극 말단극은 집전체(22)의 한쪽 면에 부극 활물질층(24)만이 형성되고, 도2에 있어서 최하위의 쌍극형 전극(21) 하에 전해질층(25)을 개재하여 적층된다. 정극 말단극 및 부극 말단극도 쌍극형 전극(21)의 일종이다.
(집전체)
본 실시 형태에서 이용할 수 있는 집전체의 재료는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 종래 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어 알루미늄박, 스테인레스 박(ＳＵＳ), 니켈과 알루미늄의 클래드재, 동과 알루미늄의 클래드재, 혹은 이들 금속의 조합의 도금재 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 금속 표면에 알루미늄을 피복시킨 집전체이어도 된다. 또한, 경우에 따라서는 2개 이상의 금속박을 접합시킨 집전체를 사용해도 된다.
집전체의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 1㎛ 내지 100㎛ 정도이다.
(정극 활물질층)
정극은 정극 활물질을 포함한다. 이외에도 도전 조제, 바인더 등이 포함될 수 있다. 화학 가교 또는 물리 가교에 의해 겔 전해질로서 정극 및 부극 내에 충분히 침투시키고 있다.
정극 활물질로서는 용액계의 리튬 이온 전지에서도 사용되는 천이 금속과 리튬의 복합 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는 ＬｉＣｏＯ2 등의 Ｌｉ·Ｃｏ계 복합 산화물, ＬｉＮｉＯ2 등의 Ｌｉ·Ｎｉ계 복합 산화물, 첨정석 ＬｉＭｎ2Ｏ4 등의 Ｌｉ·Ｍｎ계 복합 산화물, ＬｉＦｅＯ2 등의 Ｌｉ·Ｆｅ계 복합 산화물 등을 들 수 있다. 이밖에 ＬｉＦｅＰＯ4 등의 천이 금속과 리튬의 인산 화합물이나 황산 화합물 ; V2O5, ＭｎＯ2, ＴｉＳ2, ＭｏＳ2, ＭｏＯ3 등의 천이 금속 산화물이나 황화물 ; ＰｂＯ2, ＡｇＯ, ＮｉＯＯＨ 등을 들 수 있다.
정극 활물질의 입경은 제법상, 정극 재료를 페이스트화하여 스프레이 코트 등에 의해 제막할 수 있는 것이면 괜찮으나, 또한 쌍극형 전지의 전극 저항을 저감시키기 위해 전해질이 고체가 아닌 용액 타입의 리튬 이온 전지에서 이용되는 일반적으로 이용되는 입경보다도 작은 것을 사용하면 좋다. 구체적으로는 정극 활물질의 평균 입경이 0.1㎛ 내지 10㎛이면 좋다.
고분자 겔 전해질은 이온 도전성을 갖는 고체 고분자 전해질에 통상 리튬 이온 전지에서 이용되는 전해액을 포함한 것이나, 더욱 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자의 골격 중에 마찬가지의 전해액을 유지시킨 것도 포함된다.
여기서, 고분자 겔 전해질에 포함되는 전해액(전해질염 및 가소제)으로서는 통상 리튬 이온 전지에서 이용되는 것이면 된다. 예를 들어 ＬｉＰＦ6, ＬｉＢＦ4, ＬｉＣｌＯ4, ＬｉＡｓＦ6, ＬｉＴａＦ6, ＬｉＡｌＣｌ4, Ｌｉ2B10Ｃｌ10 등의 무기산 음이온염, ＬｉＣＦ3ＳＯ3, Ｌｉ(ＣＦ3ＳＯ2)2N, Ｌｉ(C2F5ＳＯ2)2N 등의 유기산 음이온염 중에서 선택되는, 적어도 1종류의 리튬염(전해질염)을 포함하고, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트 등의 고리 형상 카보네이트류 ; 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 사슬 형상 카보네이트류 ; 테트라히드로 푸란, 2-메틸 테트라히드로푸란, 1, 4-디옥산, 1, 2-디메톡시에탄, 1, 2-디브톡시에탄 등의 에테르류 ; γ-부틸올락톤 등의 락톤류 ; 아세트니트릴 등의 니트릴류 ; 프로피온산메틸 등의 에스테르류 ; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 ; 아세트산 메틸, 포름산메틸 중에서 선택되는 적어도 1종류 또는 2종 이상을 혼합한 비플로톤성 용매 등의 유기 용매(가소제)를 이용한 것 등을 사용할 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다.
이온 전도성을 갖는 고분자로서는 폴리에틸렌옥시드(ＰＥＯ), 폴리프로필렌옥시드(ＰＰＯ), 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.
고분자 겔 전해질에 이용되는 리튬 이온 도전성을 갖지 않는 고분자로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(ＰＶＤＦ), 폴리비닐크롤라이드(ＰＶＣ), 폴리아크릴로니트릴(ＰＡＮ), 폴리메틸메타크릴레이트(ＰＭＭＡ) 등을 사용할 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한，ＰＡＮ, ＰＭＭＡ 등은 어느 쪽인가 하면 이온 전도성이 거의 없는 부류에 들어가는 것이기 때문에 상기 이온 전도성을 갖는 고분자라고 할 수도 있으나, 여기에서는 고분자 겔 전해질에 이용되는 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자로서 예시한 것이다.
상기 리튬염으로서는, 예를 들어 ＬｉＰＦ6, ＬｉＢＦ4, ＬｉＣｌＯ4, ＬｉＡｓＦ6, ＬｉＴａＦ6, ＬｉＡｌＣｌ4, Ｌｉ2B10Ｃｌ10 등의 무기산 음이온염, Ｌｉ(ＣＦ3ＳＯ2)2N, Ｌｉ(C2F5ＳＯ2)2N 등의 유기산 음이온염, 또는 이들 혼합물 등을 사용할 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도전 조제로서는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 그라파이트 등을 들 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 실시 형태에서는 이들 전해액, 리튬염 및 고분자(폴리머)를 혼합하여 프리 겔 용액을 작성하여, 정극 및 부극에 함침시키고 있다.
정극에 있어서의 정극 활물질, 도전 조제, 바인더의 배합량은 전지의 사용 목적(출력 중시, 에너지 중시 등), 이온 전도성을 고려하여 결정해야 한다. 예를 들어, 정극 내에 있어서의 전해질, 특히 고체 고분자 전해질의 배합량이 지나치게 적으면 활물질층 내에서의 이온 전도 저항이나 이온 확산 저항이 커져 전지 성능이 저하되어 버린다. 한편, 정극 내에 있어서의 전해질, 특히 고체 고분자 전해질의 배합량이 지나치게 많으면 전지의 에너지 밀도가 저하되어 버린다. 따라서, 이들 요인을 고려하여 목적에 합치한 고체 고분자 전해질량을 결정한다.
정극의 두께는 특별히 한정하는 것은 아니며 배합량에 대하여 설명한 바와 같이 전지의 사용 목적(출력 중시, 에너지 중시 등), 이온 전도성을 고려하여 결정해야 한다. 일반적인 정극 활물질층의 두께는 10 내지 500㎛ 정도이다.
(부극 활물질층)
부극은 부극 활물질을 포함한다. 이외에도 도전 조제, 바인더 등이 포함될 수 있다. 부극 활물질의 종류 이외에는 기본적으로 「정극」의 항에서 기재한 내용과 마찬가지이기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.
부극 활물질로서는 용액계의 리튬 이온 전지에서도 사용되는 부극 활물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물, 리튬-금속 복합 산화물 금속, 카본 등 이 바람직하다. 더 바람직하게는 카본, 천이 금속 산화물, 리튬-천이 금속 복합 산화물이다. 더 바람직하게는 티탄산화물, 리튬-티탄 복합 산화물, 카본이다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
특히, 본 실시 형태에 있어서는 정극 활물질층은 정극 활물질로서 리튬-천이 금속 복합 산화물을 이용하고, 부극 활물질층은 부극 활물질로서 카본 또는 리튬-천이 금속 복합 산화물을 이용함으로써 용량, 출력 특성에 우수한 전지를 구성할 수 있다.
(전해질층)
전해질층은 이온 전도성을 갖는 고분자로 구성되는 층이며, 이온 전도성을 나타내는 것이면 재료는 한정되지 않는다.
본 실시 형태의 전해질은 고분자 겔 전해질이며, 기재로서 세퍼레이터에 프리 겔 용액을 함침시킨 후, 화학 가교 또는 물리 가교에 의해 고분자 겔 전해질로서 이용하고 있다.
이러한 고분자 겔 전해질은 폴리에틸렌옥시드(ＰＥＯ) 등의 이온 도전성을 갖는 전체 고체 고분자 전해질에 통상 리튬 이온 전지에서 이용되는 전해액을 포함한 것이다. 또한, 폴리불화비닐리덴(ＰＶＤＦ) 등의 리튬 이온 도전성을 갖지 않는 고분자의 골격 중에 마찬가지의 전해액을 유지시킨 것도 고분자 겔 전해질에 포함된다. 이들에 대해서는 정극에 포함되는 전해질의 일종으로서 설명한 고분자 겔 전해질과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다. 고분자 겔 전해질을 구성하는 폴리머와 전해액의 비율은 폭넓게, 폴리머 100％를 전체 고체 고분자 전 해질로 하고, 전해액 100％를 액체 전해질로 하면 그 중간체는 전부 고분자 겔 전해질에 해당한다. 또한, 폴리머 전해질로 할 경우에는 고분자 겔 전해질 및 전체 고체 고분자 전해질 양쪽이 포함된다. 또한, 세라믹 등의 이온 전도성을 갖는 무기 고체형 전해질도 전체 고체형 전해질에 해당한다.
고분자 겔 전해질은 전지를 구성하는 고분자 전해질 외에 상기한 바와 같이 정극 또는 부극에도 포함될 수 있다. 전지를 구성하는 고분자 전해질, 정극, 부극에 따라 상이한 고분자 전해질을 사용해도 되고, 동일한 고분자 전해질을 사용해도 되고, 층에 따라 상이한 고분자 전해질을 사용해도 된다.
여기서, 상기 고분자 겔 전해질, 고체 고분자형 전해질, 무기 고체형 전해질 전부를 포함시켜 고체 전해질이라고 한다.
전지를 구성하는 전해질의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 콤팩트한 쌍극형 전지를 얻기 위해서는 전해질로서의 기능을 확보할 수 있는 범위에서 최대한 얇게 하는 것이 바람직하다. 일반적인 고체 고분자 전해질층의 두께는 10 내지 100㎛ 정도이다. 단, 전해질의 형상은 제법상의 특징을 살려 전극(정극 또는 부극)의 상면 및 측면 외주부도 피복하도록 형성하는 것도 용이하여 기능, 성능면에서도 부위에 상관없이 항상 거의 일정한 두께로 할 필요는 없다.
쌍극형 2차 전지의 전해질층으로서 고체 전해질을 사용함으로써 누액을 방지하는 것이 가능해져 쌍극형 전지 특유의 문제인 액락을 방지하여 신뢰성이 높은 쌍극형 전지를 제공할 수 있다. 또한, 누액이 없기 때문에 시일부(30)의 구성을 간이하게 할 수도 있다. 따라서, 쌍극형 2차 전지를 용이하게 작성하는 것이 가능하 게 된다. 또한, 쌍극형 전지 적층체의 신뢰성을 높일 수 있다.
고체 전해질로서는 폴리에틸렌옥시드(ＰＥＯ), 폴리프로필렌옥시드(ＰＰＯ), 이들 공중합체와 같은 공지의 고체 고분자 전해질을 들 수 있다. 고체 고분자 전해질층 중에는 이온 전도성을 확보하기 위해 지지염(리튬염)이 포함된다. 지지염으로서는 ＬｉＢＦ4, ＬｉＰＦ6, ＬｉＮ(ＳＯ2ＣＦ3)2, ＬｉＮ(ＳＯ2C2F5)2, 또는 이들 혼합물 등을 사용할 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니다. ＰＥＯ, ＰＰＯ와 같은 폴리아킬렌옥시드계 고분자는 ＬｉＢＦ4, ＬｉＰＦ6, ＬｉＮ(ＳＯ2ＣＦ3)2, ＬｉＮ(ＳＯ2C2F5)2 등의 리튬염을 잘 용해할 수 있다. 또한, 가교 구조를 형성함으로써 우수한 기계적 강도가 발현된다.
상기 전지 요소(20)는 도4에 도시한 바와 같이 정극 활물질층(23), 전해질층(25) 및 부극 활물질층(24)이 적층됨으로써 구성되어 있다. 전지 요소(20)는 인접하는 집전체(22)의 사이에 끼워진다. 전해질층(25)은 정극 및 부극의 포러스에 전해질 재료를 스며들게 해도 되고, 기재를 이루는 세퍼레이터(25a)(도6)에 전해질을 유지시켜 구성시켜도 된다.
(시일부)
시일부(30)는 도2에 도시한 바와 같이 단전지층(26)의 외주부에 형성되고, 전해질의 이온 전도도를 저하시키지 않기 위해 도4에 도시한 전지 요소(20)와 외기의 접촉이 차단되어 있다. 전해질로서 액체 또는 반고체의 겔 형상의 전해질뿐만 아니라, 고체 형상의 전해질을 사용하고 있다. 시일부(30)를 형성함으로써 공기 혹은 공기 중에 포함되는 수분과 활물질이 반응하는 것을 방지하고 있다. 또한, 액체 또는 반고체의 겔 형상의 전해질을 사용할 경우에 생길 수 있는 누액에 의한 액락도 방지하고 있다.
시일부(30)는 도5 및 도6에 도시한 바와 같이 시일 전구체(27)와 세퍼레이터(25a)를 설치한 쌍극형 전극(21)을 복수 적층하고 압축함으로써 형성한다. 상세하게는 도5에 도시한 바와 같이 쌍극형 전극(21)의 집전체(22) 상의 부극(24)의 외주부에 시일 전구체(27)를 설치하고, 다음에 도6에 도시한 바와 같이 쌍극형 전극(21)을 덮도록 세퍼레이터(25a)를 설치한다. 그리고, 또한 그 세퍼레이터(25a)의 상부에 상기 시일 전구체(27)와 동일한 부분에 위치시켜 시일 전구체(27)를 설치한다. 세퍼레이터(25a)의 상하에 시일 전구체(27)를 설치한 쌍극형 전극을 복수 적층하여 단전지층(26)이 적층된 쌍극형 전지 구조체를 작성한다. 도2에 있어서는, 쌍극형 전극을 6매 겹치게 함으로써 단전지층이 5층 적층되어 있으나, 층의 수는 임의로 선택할 수 있다. 쌍극형 전지 구조체를 열 프레스기 등으로 압축하고, 시일 전구체(27)를 으깨 경화시킴으로써 시일부(30)를 형성하고, 쌍극형 전지 적층체(40)를 작성한다. 형성된 시일부(30)에 의해 전해질이 단전지층(26)으로부터 외부로 누출되지 않게 되며, 또한 단전지층(26)과 외기의 접촉이 차단되어 있다. 또한, 시일부(30)는 세퍼레이터(25a)를 관통 또는 세퍼레이터(25a)의 측면 전체 둘레를 덮고 있는 것이 바람직하다. 세퍼레이터(25a)의 내부를 통해 단전지층(26)과 외기가 접촉하는 것을 확실하게 차단할 수 있기 때문이다.
쌍극형 전지 구조체의 최상면 또는 최하면에는 정극 활물질층 또는 부극 활 물질층이 위치되게 되나, 최상면 및 최하면에 위치되는 쌍극형 전지 적층체로부터는 정극 활물질층 또는 부극 활물질층이 제거된다. 도5 및 도6에서는 부극의 외주부에 시일 전구체(27), 세퍼레이터(25a)를 설치하는 것이 도시되어 있으나, 이것과는 반대로 부극 활물층(24)을 정극 활물층(23)으로 치환하여 시일부를 형성해도 상관없다.
시일 전구체로서, 예를 들어 가압 변형시킴으로써 집전체(22)에 밀착하는 고무계 수지, 또는 가열 가압하여 열융착시킴으로써 집전체(22)에 밀착하는 올레핀계 수지 등의 열융착 가능한 수지를 적합하게 이용할 수 있다.
시일 전구체로서 고무계 수지를 사용할 수 있다. 고무계 수지를 이용하는 고무계의 시일부(30)에 있어서는 고무계 수지의 탄성을 이용하여 단전지층(26)과 외기의 접촉을 차단할 수 있다. 또한, 진동이나 충격 등에 의한 응력이 반복적으로 쌍극형 전지 적층체(40)에 작용하는 환경 하에서도 고무계 시일부(30)는 쌍극형 전지 적층체(40)의 트위스트나 변형에 추종하여 용이하게 트위스트나 변형을 할 수 있으므로 시일 효과를 유지할 수 있다. 또한, 열융착 처리를 행할 필요가 없어 전지 제조 공정이 간략화되는 점에서도 유리하다. 고무계 수지로서는 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 실리콘계 고무, 불소계 고무, 올레핀계 고무, 니트릴계 고무로 이루어지는 군에서 선택되는 고무계 수지이다. 이들 고무계 수지는 시일성, 내알칼리성, 내약품성, 내구성·내후성, 내열성 등이 우수하여, 사용 환경 하에서도 이들 우수한 성능, 품질을 열화시키지 않고 장기간 유지할 수 있다. 이로 인해, 단전지층(26)과 외기의 접촉의 차단, 즉 단전지층(26)의 시일을 효과적이 고 또한 장기에 걸쳐 행할 수 있기 때문이다. 단, 예시한 고무계 수지에 제한되는 것은 아니다.
열융착 가능한 수지를 이용하는 열융착 수지계 시일부에 있어서는 전해질층(25)과 2매의 쌍극형 전극(21)을 적층한 전지 요소(20)를 적층 방향을 따르는 양측으로부터 가압 및 가열하면 열융착에 의해 단전지층(26)과 외기의 접촉을 차단할 수 있다. 열융착 가능한 수지로서는 시일부로서 쌍극형 전지 적층체(40)의 모든 사용 환경 하에서 우수한 시일 효과를 발휘할 수 있는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 실리콘, 에폭시, 우레탄, 폴리부타디엔, 올레핀계 수지(폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등), 파라핀 왁스로 이루어지는 군에서 선택되는 수지이다. 이들 열융착 가능한 수지는 시일성, 내알칼리성, 내약품성, 내구성·내후성, 내열성 등이 우수하여 사용 환경 하에서도 이들의 우수한 성능, 품질을 열화시키지 않고 장기간 유지할 수 있다. 이것은, 단전지층(26)과 외기의 접촉의 차단, 즉 단전지층(26)의 시일을 효과적이고 또한 장기에 걸쳐 방지할 수 있기 때문이다. 단, 예시한 열융착 가능한 수지에 제한되는 것은 아니다. 더 바람직하게는 집전체(22)와의 접착성을 향상시킨 수지가 바람직하고, 예를 들어 변성 폴리프로필렌 등을 들 수 있다. 또한, 가열할 때의 온도 조건으로서는 열융착 가능한 수지의 열융착 온도보다도 높은 온도이며 다른 전지 부품에 영향을 미치지 않는 범위의 온도이면 되고, 열융착 가능한 수지의 종류에 따라 적절하게 결정하면 된다. 예를 들어, 변성 폴리프로필렌 등에서는 200℃ 정도가 적합하나, 이것에 제한되는 것은 아니다. 가압하는 개소 및 가열하는 개소에 대해서는 고무계 시일부(30)의 경우와 마찬가지이다.
시일부(30)는 비융착층을 융착층 사이에 둔 3층 필름으로 구성할 수도 있다.
시일부(30)의 크기는 도2에 도시된 바와 같이 집전체(22)의 단부로부터 면 방향으로 돌출되지 않을 정도의 크기로는 한정되지 않고, 집전체(22)의 단부로부터 면 방향으로 돌출될 정도의 크기를 갖고 있어도 된다. 집전체(22)의 외주연부끼리의 접촉에 의한 내부 쇼트를 확실하게 방지할 수 있기 때문이다.
시일부를 전해질층으로부터 독립시켜 단전지층의 주위에 배치할 수도 있으나, 이 경우에는 전지 제조 시에 있어서는 전해질층의 적층과 시일부의 적층을 별개로 행해야 하며 제조 공정이 복잡화 또는 번잡화될 우려가 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 시일부(30)를 전해질층(25) 상에 형성되어 있으므로, 전지 제조 시에 있어서는 전해질층(25)의 적층과 시일부(30)의 적층을 동시에 행할 수 있다. 전지 제조 공정이 복잡하게 되지 않은 결과, 제품의 비용 저감을 도모할 수도 있다.
(세퍼레이터)
세퍼레이터(25a)에는 미다공막 세퍼레이터 및 부직포 세퍼레이터 모두 이용할 수 있다.
미다공막 세퍼레이터로서는, 예를 들어 전해질을 흡수 유지하는 폴리머로 이루어지는 다공성 시트를 이용할 수 있다. 폴리머의 재질로서는, 예를 들어 폴리에틸렌(ＰＥ), 폴리프로필렌(ＰＰ), ＰＰ/ＰＥ/ＰＰ의 3층 구조를 한 적층체, 폴리이미드 등을 들 수 있다.
부직포 세퍼레이터로서는, 예를 들어 섬유를 얽어서 시트화한 것을 이용할 수 있다. 또한, 가열에 의해 섬유끼리를 융착함으로써 얻어지는 스판 본드 등도 이용할 수 있다. 즉, 섬유를 적당한 방법으로 웹(박면) 형상 또는 매트 형상으로 배열시켜, 적당한 접착제 혹은 섬유 자신의 융착력에 의해 접합하여 만든 시트 형상의 것이면 된다. 사용하는 섬유로서는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 면, 레이온, 아세테이트, 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀, 폴리이미드, 아라미드 등 종래 공지의 것을 이용할 수 있다. 이들은 사용 목적[전해질층(25)에 요구되는 기계 강도 등]에 따라 단독 또는 혼합하여 이용한다.
세퍼레이터(25a)의 외주부에 배치되는 시일용의 시일 전구체의 형상은 단전지층(26)을 시일하는 효과를 유효하게 발현할 수 있는 것이면 되고 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 단면 사각형 형상, 단면 반원 형상이나 단면 타원 형상으로 되도록 시일용의 시일 전구체를 배치할 수 있다.
(접착부)
접착부(90)는 도1a에 도시한 바와 같이 적층하는 쌍극형 전지 적층체(40)끼리나 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)을 접착한다. 이렇게 접착부(90)를 형성하고, 적층하는 쌍극형 전지 적층체(40)끼리나 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)을 접착함으로써 접착을 행하지 않는 종래 기술과 달리 복수의 적층하는 쌍극형 전지 적층체(40)끼리의 사이나 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60) 사이에 어긋남이 발생하기 어려워진다. 따라서, 이 어긋남에 의해 발생하는 저항의 증가를 방지할 수 있다. 접착부(90)는 전지 성능을 향상시키기 위해 접착면 전체에 도포하지 않도록 하여 접착한다. 여기서, 접착부(90)는 도1b에 도시한 바와 같이 쌍극형 전지 적층체(40)끼리를 쌍극형 전지 적층체(40)끼리가 접하는 접착면의 전체면에서 접착되어 있지 않고, 접착면의 일부에서 접착되어 있다. 마찬가지로, 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)의 양쪽 모두 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)이 접하는 접착면의 전체면에서 접착되어 있지 않고, 접착면의 일부에서 접착되어 있다. 접착면의 전체면에서 접착되어 있지 않기 때문에 전기 절연성이 높은 접착제(예를 들어, 에폭시 수지계 접착제)의 사용에 있어서도 쌍극형 전지 적층체(40)끼리 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)의 접착제를 도포하지 않은 비접착부가 전기적으로 접촉하고 있기 때문에 전류는 흐른다. 이것은 전기 절연성이 높은 에폭시 수지를 사용해도 쌍극형 전지 적층체(40)끼리 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)을 접착하기 위한 접착제가 접착면(집전체)의 표면의 미소한 요철에 들어가기 때문에 접착면끼리의 사이에는 매우 많은 접촉 개소가 존재하기 때문이다. 더 구체적으로는, 쌍극형 전지 적층체(40)의 전지 요소(20)에 있어서는 쌍극형 전지 적층체(40)의 표면적의 5 내지 80％까지의 면적에 접착부를 형성하고, 상세하게는 5 내지 30％까지의 면적에 접착부를 형성하면 출력 밀도가 좋다.
각 쌍극형 전지 적층체(40) 사이에는 도1b에 도시한 바와 같은 접착부(90)가 형성되고, 쌍극형 전지 적층체(40)끼리 서로 고정한다. 접착부(90)는 쌍극형 전지 적층체(40)의 최외층의 집전체(22)의 표면에 다음에 나타내는 패턴으로 형성되어 있다. 여기서, 본원 발명의 접착부(90)는 접착하는 표면의 전체면이 아니고 적어도 일부에 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
도7에는 제1 실시 형태에 관한 접착 패턴이 도시되어 있다. 이 접착 패턴은 접착부(90)를 쌍극형 전지 적층체(40)의 표면 전체면에 형성하는 것이 아니라, 쌍극형 전지 적층체의 표면 일부분 혹은 수 개소에 형성하는 것이다. 구체적인 설치 패턴으로서 베리에이션1 내지 3이 도시되어 있다.
도7의 베리에이션1은 접착부를 소정의 크기의 사각형으로 형성하고, 접착부를 쌍극형 전지 적층체(40)의 표면의 임의의 복수의 위치에 형성한 것이다. 여기서, 접착부의 형상을 사각형으로서 나타냈으나 이것에 제한되는 것은 아니며, 다각형 등 임의의 형상이어도 되고, 그들 임의의 형상을 조합해도 된다.
도7의 베리에이션2는 접착부를 점 형상으로 형성하고, 접착부를 쌍극형 전지 적층체(40)의 표면의 임의의 복수의 위치에 설치한 것이다.
도7의 베리에이션3은 접착부를 소정의 길이 및 굵기를 갖는 선 형상으로 형성하고, 접착부를 쌍극형 전지 적층체(40)의 표면 상에 일필휘지와 같이 형성한 것이다.
도7에 도시한 바와 같은 접착부(90)를 형성함으로써 어긋남에 의해 발생하는 저항의 증가를 방지할 수 있다. 또한, 중량, 체적이 감소하여 출력 밀도의 향상도 가능하다.
<제2 실시 형태>
제2 실시 형태에 관한 쌍극형 전지(10)의 기본적인 구조는 상기한 도1a 및 도1b 내지 도6에 의해 설명한 제1 실시 형태와 동일하므로 그 구조의 설명은 생략한다. 제1 실시 형태와 제2 실시 형태에서 유일하게 다른 것은 쌍극형 전지 적층체(40) 상호간 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)을 접착하기 위한 접착 패턴뿐이다.
도8에는 제2 실시 형태에 관한 접착 패턴이 도시되어 있다. 이 접착 패턴은 접착부(90)를 쌍극형 전지 적층체(40)의 전지 반응부가 아니라 시일부에 형성한 것이다. 구체적인 설치 패턴으로서 베리에이션1 내지 3이 도시되어 있다.
도8의 베리에이션1은 시일부 상의 네 코너에 소정의 크기로 접착부를 설치한 것이다.
도8의 베리에이션2는 시일부 상에 소정의 크기로 일정한 간격을 유지하면서 복수의 위치에 접착부를 설치한 것이다. 여기서, 베리에이션2에서는 일정한 간격으로 접착부를 설치하고 있으나, 이것에 제한되는 것은 아니라 임의의 간격으로 접착부를 설치해도 좋다. 그러나, 그들 접착부의 무게 중심 위치가 쌍극형 전지 적층체(40)의 무게 중심 위치에 일치하고 있음으로써 방진 성능이 향상되기 때문에 일정한 간격으로 접착부를 형성하는 쪽이 바람직하다.
도8의 베리에이션3은 시일부의 전체 둘레에 1개의 소정의 굵기로 접착부를 설치한 것이다. 여기서, 접착부는 1개의 고리 형상으로 형성했으나, 이것에 제한되는 것은 아니며 복수 개의 고리 형상으로 형성해도 좋고, 고리 형상을 형성하는 선도 실선이 아니라 파선으로 해도 좋다.
도8에 도시한 바와 같은 접착부(90)에 의해 전지 반응부에 접착부가 없어지 기 때문에 저항 증가가 없어져 가진(加振) 성능이 향상되면서 전지의 출력 밀도가 높은 쌍극형 2차 전지를 구성할 수 있다.
<제3 실시 형태>
제3 실시 형태에 관한 쌍극형 전지(10)의 기본적인 구조는 상기한 도1a 및 도1b 내지 도6에 의해 설명한 제1 실시 형태와 동일하므로 그 구조의 설명은 생략한다. 제1 실시 형태와 제3 실시 형태에서 유일하게 다른 것은 쌍극형 전지 적층체(40) 상호간 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)을 접착하기 위한 접착 패턴뿐이다.
도9에는 제3 실시 형태에 관한 접착 패턴이 도시되어 있다. 이 접착 패턴은 쌍극형 전지 적층체(40)의 접착면 상에 형성한 접착부(90)의 당해 접착면 상의 무게 중심 위치가 쌍극형 전지 적층체(40)의 무게 중심 위치와 맞도록 설치한 것이다. 구체적인 설치 패턴으로서 베리에이션1 내지 3이 도시되어 있다.
도9의 베리에이션1은 접착부를 소정의 크기의 사각형으로 형성하고, 쌍극형 전지 적층체의 무게 중심 위치와 4개소에 설치한 접착부(90)에 형성되는 면 상의 무게 중심 위치가 겹치는 설치 패턴이다. 여기서, 접착부의 형상을 사각형으로 도시했으나 이것에 제한되는 것은 아니며, 다각형 등 임의의 형상이어도 되고, 그들 임의의 형상을 조합하여 도9의 베리에이션2에 도시한 바와 같이 설치해도 된다.
도9의 베리에이션3은 소정의 길이 및 굵기를 갖는 선 형상의 접착부를 접착면의 대각선 상에 2개 형성하고, 쌍극형 전지 적층체의 무게 중심 위치와 형성된 접착부의 무게 중심 위치가 일치하는 설치 패턴이다. 여기서, 접착부가 대각선 상 에 2개 위치하는 것을 도시했으나, 이것에 제한되는 것은 아니며 복수개의 선 형상의 접착부가 소정의 위치에 설치되어 있어도 되고, 쌍극형 전지 적층체의 무게 중심 위치와 형성된 접착부의 무게 중심 위치가 일치하면 된다.
도9에 도시한 바와 같이 접착부(90)를 형성하면 접착면의 무게 중심 위치와 쌍극형 전지 적층체(40)의 무게 중심 위치가 일치하므로 방진 성능이 향상된다. 또한, 접착 개소가 필요 최저한이므로 접착제의 사용량이 적어도 되고, 그만큼 중량, 체적이 감소되어 출력 밀도가 향상된다.
<제4 실시 형태>
제4 실시 형태에 관한 쌍극형 전지(10)의 기본적인 구조는 상기한 도1a 및 도1b 내지 도6에 의해 설명한 제1 실시 형태와 동일하므로 그 구조의 설명은 생략한다. 제1 실시 형태와 제4 실시 형태에서 유일하게 다른 것은 쌍극형 전지 적층체(40) 상호간 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)을 접착하기 위한 접착 패턴뿐이다.
도10에는 제4 실시 형태에 관한 접착 패턴이 도시되어 있다. 이 접착 패턴은 쌍극형 전지 적층체(40)의 접착부를 복수의 점 형상으로 형성한 것이다.
도10의 베리에이션1은 접착면의 대각선을 따라 접착면의 중심에 대하여 점 대상으로 2개소의 접착부(90)를 점 형상으로 형성한 것이다. 이와 같이, 점 형상으로 2점 형성한 것만으로도 쌍극형 전지 적층체(40) 상호간 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)의 위치 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.
도10의 베리에이션2는 접착면의 중심에 대하여 점 대상으로 3개소의 접착 부(90)를 점 형상으로 형성한 것이다. 이와 같이, 점 형상으로 3점 형성함으로써 면 상을 회전하는 방향의 위치 어긋남을 효과적으로 방지할 수 있다.
도10의 베리에이션3은 접착면에 일정한 간격으로 규칙적으로 점 형상의 접착부(90)를 형성한 것이다. 이와 같이, 접착부(90)를 형성함으로써 견고한 접착력을 얻을 수 있고, 쌍극형 전지 적층체(40) 상호간 및 쌍극형 전지 적층체(40)와 전극 탭(50, 60)의 위치 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.
도10에 도시한 바와 같이 접착부(90)를 형성함으로써 중량 증가, 전류 저해를 최소한으로 하면서 회전 방향의 어긋남을 방지하여 저항의 증가를 방지할 수 있다.
이상, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서 설명한 접착부(90)에는 시일부와 마찬가지의 접착제 외에 도전성을 갖는 접착제를 이용할 수 있다. 도전성을 갖는 접착제에는, 예를 들어 도전성 필러로서 Ａｇ 미립자, Ａｕ 미립자, Ｃｕ 미립자, Ａｌ 금속 미립자, ＳＵＳ 미립자, Ｔｉ 미립자, 카본 미립자를 이용할 수 있다. 쌍극형 전지 적층체(40)의 접착면에 있어서 전지 반응에 기여하는 부분에 접착제를 배치할 경우에 특히 유효하다. 접착제가 도전성을 가지면, 접착제부가 전자 전도성을 가져 저항의 증대를 방지하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 또한, 진동이 가해져도 접착부가 도전성을 갖기 때문에 저항의 증대를 방지하는 것이 가능하게 되기 때문이다.
이와 같이, 접착부가 도전성을 가지면 접촉 저항이 저감되어 전지의 출력 밀도가 향상된다. 또한, 가진 성능이 향상된다.
이상의 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태는 쌍극형 2차 전지에 관한 것이나, 다음 제5 실시 형태는 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에 기재된 쌍극형 2차 전지를 복수 접속하여 형성한 전지 조립체에 관한 것이다.
이하에, 이 전지 조립체에 대하여 설명한다.
<제5 실시 형태>
이상 설명해 온 쌍극형 2차 전지(10)를 직렬로 또는 병렬로 복수 접속하여 전지 조립체(250)(도11 참조)를 형성하고，이 전지 조립체(250)를 또한 복수, 직렬로 또는 병렬로 접속하여 복수의 전지 조립체(300)를 형성할 수도 있다. 도시하는 전지 조립체(250)는 상기 쌍극형 2차 전지(10)를 복수개 적층하여 케이스 내에 수납하고, 각 쌍극형 2차 전지(10)를 병렬로 접속한 것이다. 정극측 또는 부극측의 버스 바아는 각각 접속 홀에 도전 바아를 통해 접속되어 있다. 도11은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 복수의 전지 조립체(300)의 평면도(도A), 정면도(도B), 측면도(도C)를 도시하고 있으나, 작성한 전지 조립체(250)는 버스 바아와 같은 전기적인 접속 수단을 이용하여 서로 접속하고, 전지 조립체(250)는 접속 지그(310)를 이용하여 복수단 적층된다. 몇개의 쌍극형 2차 전지(10)를 접속하여 전지 조립체(250)를 작성할지, 또한 몇 단의 전지 조립체(250)를 적층하여 복수의 전지 조립체(300)를 작성할지는 탑재되는 차량(전기 자동차)의 전지 용량이나 출력에 따라 정하면 된다.
제5 실시 형태에 따르면 쌍극형 2차 전지(10)를 직렬, 병렬, 또는 직병렬로 접속하여 전지 조립체화함으로써 용량 및 출력을 자유롭게 조정할 수 있는 전지를 제작할 수 있다. 게다가, 쌍극형 전지 적층체(40)를 이용한 쌍극형 2차 전지(10) 각각은 전지 요소(20) 내에 있어서는 적층 방향으로 전류가 흐른다는 쌍극형 전지 적층체(40)의 이점을 살린 구조를 갖고 있다. 그리고, 쌍극형 2차 전지(10)의 형성이 용이한 것으로 되어 있기 때문에 이것을 통하여 쌍극형 2차 전지(10)를 복수개 전기적으로 접속하여 이루어지는 복수의 전지 조립체(300)의 형성도 용이한 것으로 된다. 또한, 쌍극형 2차 전지(10)는 수명이 길고 신뢰성이 높기 때문에 복수의 전지 조립체(300)도 긴 수명과 높은 신뢰성을 갖는다. 또한 일부의 전지 조립체(250)가 고장나도 그 고장 부분을 교환하기만 해도 수리가 가능하게 된다.
<제6 실시 형태>
제6 실시 형태는 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서 설명한 쌍극형 2차 전지(10) 또는 제5 실시 형태에서 설명한 복수의 전지 조립체(300)를 탑재한 차량에 관한 것이다.
도12는 본 발명에 관한 쌍극형 2차 전지 및 쌍극형 2차 전지를 복수개 접속한 전지 조립체를 탑재한 차량(400)을 도시한다. 상술한 쌍극형 2차 전지(10) 및 복수의 전지 조립체(300)를 자동차나 전철 등의 차량에 탑재하여 모터 등의 전기 기기의 구동용 전원으로 사용할 수 있다. 상술한 바와 같이 쌍극형 2차 전지(10) 및 복수의 전지 조립체(300)의 형성은 용이하므로 차량에 탑재되는 구동용 전원의 형성이 용이한 것으로 된다.
복수의 전지 조립체(300)를 차량(400)에 탑재하기 위해서는 도12에 도시한 바와 같이 차량(400)의 차체 중앙부의 좌석 밑에 탑재한다. 좌석 밑에 탑재하면 차내 공간 및 트렁크 룸을 넓게 차지할 수 있기 때문이다. 또한, 복수의 전지 조립체(300)를 탑재하는 장소는 좌석 밑으로 한정되지 않고, 후방부 트렁크 룸의 하부이어도 좋고, 차량 전방의 엔진 룸이어도 좋다. 이상과 같은 복수의 전지 조립체(300)를 하이브리드카, 전기 자동차, 연료 전지차 등의 차량(400)에 사용함으로써 높은 내구성을 갖고, 장기간 사용해도 충분한 출력을 갖는 신뢰성이 높은 차량을 제공할 수 있다. 또한, 연비, 주행 성능이 우수한 차량(400)을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 복수의 전지 조립체(300)뿐만 아니라, 사용 용도에 따라서는 도11에 도시한 전지 조립체(250), 도1a에 도시한 쌍극형 2차 전지(10)만을 탑재하도록 해도 되고, 이들 복수의 전지 조립체(300), 전지 조립체(250)와 쌍극형 2차 전지(10)를 조합하여 탑재하도록 해도 좋다. 또한, 본 발명의 전지 조립체 또는 전지 조립체를 탑재할 수 있는 차량으로서는 상기의 하이브리드카, 전기 자동차, 연료 전지차가 바람직하나, 이들 자동차에 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태에서 설명한 각 구성의 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 평가 항목은 각 구성의 쌍극형 2차 전지의 중량 및 충방전 및 열 진동을 가한 시험의 전후에 있어서의, 실험으로부터 얻어진 용량 유지율, 저항, 저항 증가율이다. 이하, 본 실시예에 관한 쌍극형 2차 전지 및 쌍극형 2차 전지의 작성법에 대해 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하나, 예시한 실시예에 의해 본 발명은 한정되는 것은 아니다.
(쌍극형 전지 요소의 제작)
(집전체)
집전체로서 두께 20㎛의 ＳＵＳ박을 사용했다.
(정극)
집전체 상의 일측면에 정극을 형성하기 위해, 우선 정극 활물질, 도전 조제, 아세틸렌 블랙, 바인더를 소정의 비로 혼합하여 정극 슬러리를 제작한다. 정극 활물질로서 ＬｉＭｎ2O4을 85ｗｔ％, 도전 조제로서 아세틸렌 블랙을 5ｗｔ％, 바인더로서 ＰＶＤＦ를 10ｗｔ％ 이용했다. 슬러리 점도 조정 용매로서, ＮＭＰ를 이용하여 도포 공정에 최적의 점도가 될 때까지 첨가하여 정극 슬러리를 제작했다. 집전체인 ＳＵＳ박(두께 20㎛)의 편면에 상기 정극 슬러리를 도포하고 건조시켜 30㎛의 전극층의 정극을 형성했다.
(부극)
집전체 상의 정극에 대향하는 타측면에 부극을 형성하기 위해, 우선 부극 활물질, 바인더를 소정의 비로 혼합하여 부극 슬러리를 제작한다. 부극 활물질로서 하드 카본을 90ｗｔ％, 바인더로서 ＰＶＤＦ를 10ｗｔ％ 이용했다. 슬러리 점도 조정 용매로서 ＮＭＰ를 이용해 도포 공정에 최적의 점도가 될 때까지 첨가하여 부극 슬러리를 제작했다. 정극을 도포한 ＳＵＳ박의 반대면에 상기 부극 슬러리를 도포하고 건조시켜 30㎛의 전극층의 부극을 형성했다.
(쌍극형 전극)
집전체인 ＳＵＳ박의 양면에 정극과 부극이 각각 형성됨으로써 쌍극형 전극을 형성했다.
이들 쌍극형 전극을 160×130(㎜)로 잘라 내고, 정극, 부극 모두 외주부를 10㎜ 박리함으로써 집전체인 ＳＵＳ 표면을 노출시켰다. 이에 의해 정극과 부극의 전극면이 각각 140×110(㎜)이고, 외주부에 10㎜의 집전체인 ＳＵＳ박이 노출된 시일부를 구비하는 쌍극형 전극을 제작했다(도3 참조).
(전해질층의 형성)
쌍극형 전극을 복수 적층해 전지 요소로 하기 위해 우선 쌍극형 전극의 정극과 부극의 전극면에 전해질층을 형성한다. 전해질층의 형성을 위해 우선 전해액과 호스트 폴리머를 소정의 비로 혼합하여 전해질 재료를 제작했다. 전해액으로서 ＰＣ-ＥＣ　1ＭＬｉＰＦ6을 90ｗｔ％, 호스트 폴리머로서 ＨＦＰ 코폴리머를 10％ 포함하는 ＰＶｄＦ-ＨＦＰ를 10ｗｔ％ 사용했다. 점도 조제 용매로서 ＤＭＣ를 도포 공정에 최적의 점도가 될 때까지 첨가하여 프리 겔 전해질을 제작했다. 이 프리 겔 전해질을 양면의 정극과 부극의 전극부에 도포하고 ＤＭＣ를 건조시킴으로써 겔 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다.
(시일 전구체의 형성)
쌍극형 전극의 정극 주변부의 전극 미도포 부분에 디스펜서를 이용하여, 도5와 같이 쌍극형 전극의 외주부에 시일 전구체(1액성 미경화 에폭시 수지)를 도포했다.
다음에 170×140(㎜)의 세퍼레이터(폴리에틸렌 세퍼레이터 : 12㎛)를 정극측에 집전체인 ＳＵＳ박 전부를 덮도록 설치했다.
그 후, 세퍼레이터 상으로부터 전극 미도포 부분(상기 시일재를 도포한 부분과 동일한 부분)에 디스펜서를 이용하여, 도6과 같이 쌍극형 전극의 외주부에 시일 전구체(1액성 미경화 에폭시 수지)를 도포했다.
(적층 공정)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전극을 6매 겹치게 함으로써 단전지층이 5층 적층된 쌍극형 전지 구조체를 제작했다.
(쌍극형 전지의 프레스)
상기 쌍극형 전지 구조체를 열 프레스기에 의해 면압 1㎏/㎠, 80℃에서 1시간 열 프레스함으로써 미경화의 시일부(에폭시 수지)를 경화하였다. 이 공정에 의해 시일부를 소정의 두께까지 프레스, 또한 경화를 행하는 것이 가능하게 된다(도2 참조). 이상과 같이 하여 단전지층이 5층 적층된 쌍극형 전지 적층체를 완성시켰다.
(제1 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도7의 베리에이션1과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제2 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도7의 베리에이션2와 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제3 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도7의 베리에이션3과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제4 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직 렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도9의 베리에이션1과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제5 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도9의 베리에이션2와 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제6 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도9의 베리에이션3과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제7 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도10의 베리에이션1과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제8 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도10의 베리에이션2와 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제9 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직 렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도10의 베리에이션3과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제10 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도10의 베리에이션3과 같은 배치로 도전성 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시는 페이스트 분산 타입)을 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제11 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도8의 베리에이션1과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제12 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도8의 베리에이션2와 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제13 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도8의 베리에이션3과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제14 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직 렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도7의 베리에이션1과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제15 실시예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 도7의 베리에이션1과 같은 배치로 접착제(상온 경화성 2액 혼합 타입 에폭시)를 디스펜서에 의해 코팅하여 접착부를 작성했다.
(제1 비교예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 제1 실시예 내지 제13 실시예와는 달리, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이 모두 접착을 행하고 있지 않다.
(제2 비교예)
이상과 같이 하여 제작한 쌍극형 전지 적층체를 전기적으로 직렬로 접속되도록 4개 겹치게 한다. 그리고, 그 양 단부에 전류 출력용의 알루미늄 탭을 끼우고, 외장재로서 알루미늄 라미네이트를 이용하여 진공 밀봉함으로써 단전지층이 20 직렬인 쌍극형 2차 전지를 제작했다. 이때, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이 및 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에 탄성체를 전체면에 삽입했다. 탄성체로서 도전성 고분자 재료를 이용했다. 도전성 고분자 재료는 폴리프로필렌에 도전성 필러로서 카본 재료를 분산시킨 재료를 이용했다.
(평가)
제1 실시예 내지 제13 실시예, 제1 비교예, 제2 비교예 각각의 전지로 충방전 시험을 행했다. 실험은 0.5㎃의 전류로 84V까지 정전류 충전(ＣＣ)하고, 그 후 정전압으로 충전(ＣＶ)하여 총 10시간 충전했다. 그 후, 진동(입력 가속도를 24.5m/s2로 하고 10 내지 100㎐까지의 진동을 항상 인가)과 열사이클(25℃에서 1시간과 60℃에서 1시간을 1 사이클)을 2주일 가했다. 그 후, 방전을 행하여 쌍극형 2차 전지의 용량을 확인했다. 가진 전의 용량을 100％로 하고 가진 후의 방전 용량을 표 1에 나타낸다[충방전은 정전류(ＣＣ) 충방전에 의해 행하고 만충전을 84V, 방전말을 50V로 했다].
또한, 가진 전과 가진 후에 각각 전지의 내부 저항을 측정했다. 측정 방법은 교류 임피던스 측정이며 1㎑의 주파수로 측정했다. 제1 비교예의 가진 전의 초기 저항값을 100％로 하고 그 밖에의 전지의 저항값을 표 2에 나타낸다. 가진 전의 저항값을 100％로 하고 가진 후의 저항값을 표 3에 나타낸다. 또한, 제2 비교예의 전지 중량을 100％로 하고 그 밖의 전지의 중량을 표 4에 나타낸다.
가진 후의 용량 유지율(전 100％)
제1 실시예 92％
제2 실시예 93％
제3 실시예 94％
제4 실시예 95％
제5 실시예 96％
제6 실시예 94％
제7 실시예 94％
제8 실시예 95％
제9 실시예 94％
제10 실시예 96％
제11 실시예 94％
제12 실시예 95％
제13 실시예 94％
제14 실시예 96％
제15 실시예 94％
제1 비교예 전압 저하에 의해 측정 불가
제2 비교예 93％
　
가진 전의 초기 저항
제1 실시예 105％
제2 실시예 105％
제3 실시예 104％
제4 실시예 104％
제5 실시예 104％
제6 실시예 105％
제7 실시예 104％
제8 실시예 103％
제9 실시예 102％
제10 실시예 102％
제11 실시예 100％
제12 실시예 100％
제13 실시예 100％
제14 실시예 104％
제15 실시예 102％
제1 비교예 100％
제2 비교예 101％
가진 후의 저항 유지율(전 100％)
제1 실시예 131％
제2 실시예 130％
제3 실시예 130％
제4 실시예 119％
제5 실시예 118％
제6 실시예 119％
제7 실시예 117％
제8 실시예 118％
제9 실시예 118％
제10 실시예 117％
제11 실시예 117％
제12 실시예 118％
제13 실시예 117％
제14 실시예 136％
제15 실시예 140％
제1 비교예 전압 저하에 의해 측정 불가
제2 비교예 156％
　
전지 중량(제2 비교예를 100％)
제1 실시예 95％
제2 실시예 94％
제3 실시예 95％
제4 실시예 94％
제5 실시예 93％
제6 실시예 92％
제7 실시예 87％
제8 실시예 87％
제9 실시예 89％
제10 실시예 89％
제11 실시예 89％
제12 실시예 92％
제13 실시예 93％
제14 실시예 94％
제15 실시예 92％
제1 비교예 87％
제2 비교예 100％
(결과)
제1 비교예와 제1 실시예 내지 제13 실시예를 비교하면 접착제, 탄성체가 없기 때문에 전지 중량은 가벼우나 가진 후에 전압이 없어져 있으며, 제1 비교예의 전지에서는 방진 성능이 매우 낮은 것이 분명해졌다. 제1 비교예의 쌍극형 2차 전지를 해체하면 쌍극형 전지 적층체끼리 쌍극형 전지 적층체와 전류 출력 탭의 사이에서 어긋남이 발생되어 있었다. 이것으로부터, 본원 발명이 방진 성능을 높이는 것이 분명해졌다.
또한, 제2 비교예와 제1 실시예 내지 제13 실시예를 비교하면 제2 비교예에서는 가진 후의 쌍극형 2차 전지의 저항이 크게 증가하였다. 제1 비교예과 마찬가지로 쌍극형 2차 전지를 해체하면 가진 후에는 제1 비교예과 마찬가지로 쌍극형 전지 적층체끼리 쌍극형 전지 적층체와 전류 출력 탭의 사이에서 어긋남이 발생되어 있었다.
상세한 메커니즘은 분명하지 않으나 이 어긋남이 저항 증대의 원인이라고 생각된다. 따라서 금회의 발명과 같이 쌍극형 전지 적층체끼리 쌍극형 전지 적층체와 전류 출력 탭을 접착, 접합시킴으로써 방진 성능이 높아지는 것을 알았다. 또한, 쌍극형 전지의 중량을 비교해도 금회의 발명의 전지쪽이 접착, 접합 부분이 전체면뿐만 아니라 일부분이기 때문에 경량인 것을 알았다.
제1 실시예 내지 제3 실시예와 제4 실시예 내지 제13 실시예를 비교하면 제1 실시예 내지 제3 실시예쪽이 가진 후의 저항 증대가 더 크다. 이것은 쌍극형 전지 적층체의 무게 중심 위치와 접착부의 무게 중심 위치가 일치하고 있기 때문에 방진 효과가 향상되어 있기 때문이라고 생각된다. 따라서, 제4 실시예 내지 제13 실시예의 전지쪽이 방진 효과가 더 높은 것이 분명해졌다.
제1 실시예 내지 제6 실시예와 제7 실시예 내지 제9 실시예를 비교하면 제1 실시예 내지 제6 실시예쪽이 전지 중량이 더 무겁다. 이것으로부터, 접착부를 점으로 하여, 2점 이상에서 고정함으로써 방진 효과를 유지하면서 전지 중량을 줄이게 하는 것이 분명해졌다.
제1 실시예 내지 제9 실시예와 제10 실시예를 비교하면 제10 실시예쪽이 초기의 전지 저항이 더 낮다. 특히 제9 실시예와 제10 실시예를 비교하면 접착부의 위치는 변하지 않으나 제10 실시예쪽이 초기의 전지 저항이 더 작은 것을 알 수 있다. 이것은, 접착부에서 사용한 접착제가 도전 성능을 갖기 때문에 접착부의 저항 증대를 억제하는 것이 가능하게 되어 있는 것으로 생각된다.
제1 실시예 내지 제6 실시예와 제11 실시예 내지 제13 실시예를 비교하면 제11 실시예 내지 제13 실시예쪽이 초기의 전지 저항은 더 낮다. 제11 실시예 내지 제13 실시예는 초기의 전지 저항은 제1 비교예과 동등했다. 이것으로부터 전지 반응에 관여하지 않는 부분, 즉 시일부에 접착제가 배치되면 전지의 접촉 저항을 올리는 일 없이 방진 성능이 높은 전지가 되는 것을 알았다.
제14 실시예, 제15 실시예와 제2 비교예의 저항 증가율을 비교하면 제2 비교예보다도 실험예14, 15쪽이 저항 증가율이 더 낮고, 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체의 사이에만 혹은 전류 출력용 탭과 쌍극형 전지 적층체의 사이에서만 방진 효과가 있는 것을 알았다.
본 발명은 진동이 있는 환경에서 사용하기에 적합한 쌍극형 2차 전지의 제조에 이용할 수 있다.
도1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 쌍극형 2차 전지의 단면도.
도1b는 도1a에 도시한 쌍극형 2차 전지의 접착부를 도시하는 도면.
도2는 도1a 및 도1b에 도시한 쌍극형 2차 전지를 구성하는 쌍극형 전지 적층체의 단면도.
도3은 도2에 도시한 쌍극형 전지 적층체를 구성하는 쌍극형 전극의 단면도.
도4는 도2에 도시한 쌍극형 전지 적층체가 갖는 단전지층의 설명을 위한 도면.
도5는 도3에 도시한 쌍극형 전극의 외주부에 시일 전구체를 배치하는 모습을 도시하는 도면.
도6은 시일 전구체를 배치한 쌍극형 전극 상에 세퍼레이터를 설치하고, 세퍼레이터 상으로부터 전극의 외주부 상(상기 시일 전구체를 형성한 부분과 동일한 부분)에 시일 전구체를 배치하는 모습을 도시한 도면.
도7은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 접착 패턴을 도시하는 도면.
도8은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 접착 패턴을 도시하는 도면.
도9는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 접착 패턴을 도시하는 도면.
도10은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 접착 패턴을 도시하는 도면.
도11은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 전지 조립체를 도시하는 도면.
도12는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 차량으로서 자동차를 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 쌍극형 2차 전지
20 : 전지 요소
21 : 쌍극형 전극
22 : 집전체
23 : 정극 활물질층
24 : 부극 활물질층
25 : 전해질층
25a　: 세퍼레이터
26 : 단전지층
30 : 시일부
40 : 쌍극형 전지 적층체
50, 60 : 전극 탭
90 : 접속부
250 : 전지 조립체
300 : 복수의 전지 조립체
400 : 차량

Claims (11)

  1. 정극 활물질층, 전해질층, 부극 활물질층이 적층된 단전지층을 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층 사이에 집전체를 개재시켜 복수 적층하고, 적층 방향 양 단부에 위치하는 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층에 상기 집전체를 접속한 전지 요소를 포함하는 쌍극형 전지 적층체와,
    상기 쌍극형 전지 적층체의 상기 적층 방향 양 단부에 위치하는 집전체에 고정되는 전극 탭을 구비한 쌍극형 2차 전지이며,
    상기 전극 탭은 상기 쌍극형 전지 적층체의 상기 적층 방향 양 단부에 위치하는 집전체에 대하여, 상기 전극 탭과 상기 집전체가 접하는 접착면에 형성한 접착부에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쌍극형 전지 적층체는 상기 전극 탭과 상기 전극 탭 사이에 복수개 적층되고, 인접하는 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체는 양 쌍극형 전지 적층체가 접하는 접착면에 형성한 접착부에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착부는, 상기 접착부가 형성하는 형상의 무게 중심 위치가 상기 쌍극형 전지 적층체의 접착면의 무게 중심 위치에 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착부는 점 형상으로 2개소 이상 형성하는 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착부는 도전성을 갖는 도전성 접착제로 이루어지는 접착제로 형성하는 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전해질은 고체 전해질인 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  7. 제1항, 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 정극 활물질층의 활물질은 리튬-천이 금속 복합 산화물로 이루어지고,
    부극 활물질층의 활물질은 카본 또는 리튬-천이 금속 복합 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  8. 제1항, 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 기재된 쌍극형 2차 전지를 복수 전기적으로 접속하여 구성한 것을 특징으로 하는 전지 조립체.
  9. 제1항, 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 기재된 쌍극형 2차 전지를 구동용 전원으로서 탑재한 것을 특징으로 하는 차량.
  10. 정극 활물질층, 전해질층, 부극 활물질층이 적층된 단전지층을 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층의 사이에 집전체를 개재시켜 복수 적층하고, 적층 방향 양 단부에 위치하는 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층에 상기 집전체를 접속한 전지 요소를 포함하는 쌍극형 전지 적층체와,
    상기 쌍극형 전지 적층체의 상기 적층 방향 양 단부에 위치하는 집전체에 고정되는 전극 탭을 구비한 쌍극형 2차 전지이며,
    상기 쌍극형 전지 적층체는, 상기 전극 탭과 상기 전극 탭 사이에 복수개 적층되고, 인접하는 쌍극형 전지 적층체와 쌍극형 전지 적층체는 양 쌍극형 전지 적층체가 접하는 접착면에 형성한 접착부에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 쌍극형 2차 전지.
  11. 제8항에 기재된 전지 조립체를 구동용 전원으로서 탑재한 것을 특징으로 하는 차량.
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