KR101218893B1 - 쌍극형 2차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 제1 수지를 기재로 하는 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 집전체와, 집전체의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 쪽 면에 형성된 부극 활물질층을 갖는 제1 및 제2 쌍극형 전극과, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 사이에 배치되고, 제2 수지를 기재로 하여 전해질을 내부에 유지하여 전해질층을 형성하는 세퍼레이터를 구비하고, 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과, 전해질층과, 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층으로 구성되는 단전지층이 설치된 발전 요소를 포함하고, 제1 수지의 융점이 제2 수지의 융점 이하이고, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부와 세퍼레이터의 주연부가 융착되어 단전지층의 외주부를 밀봉하는 쌍극형 2차 전지가 제공된다.

Description

쌍극형 2차 전지 및 그 제조 방법 {BIPOLAR SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 단전지층으로부터의 전해액 누설을 방지하기 위해서 설치된 밀봉 부분이 우수한 시일 내구성을 갖는 쌍극형 2차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 환경이나 연비의 관점으로부터 하이브리드 자동차(HEV)나 전기 자동차(EV), 나아가 연료 전지 자동차가 제조·판매되고, 새로운 개발이 계속되고 있다. 이들 소위 전동 차량에 있어서는 방전·충전을 할 수 있는 전원 장치의 활용이 불가결하다. 이 전원 장치로서는 리튬 이온 전지나 니켈 수소 전지 등의 2차 전지나 전기 이중층 캐패시터 등이 이용된다. 특히, 리튬 이온 2차 전지는 그 에너지 밀도의 높이나 반복 충방전에 대한 내구성의 높이로부터 전동 차량에 적합하다고 생각되어 각종 개발이 예의 진행되고 있다. 단, 각종 자동차의 모터 구동용 전원에 적용하기 위해서는 대출력을 확보하기 위해서 복수의 2차 전지를 직렬로 접속하여 이용할 필요가 있다.
그러나, 접속부를 통하여 전지를 접속한 경우, 접속부의 전기 저항에 의해 출력이 저하된다. 또한, 접속부를 갖는 전지는 공간적으로도 불이익을 갖는다. 즉, 접속부에 의해 전지의 출력 밀도나 에너지 밀도의 저하가 초래된다.
이 문제를 해결하는 것으로서 쌍극형 리튬 이온 2차 전지 등의 쌍극형 2차 전지가 개발되어 있다. 쌍극형 2차 전지는 집전체의 한쪽 면에 정극 활물질층이 형성되고, 다른 쪽 면에 부극 활물질층이 형성된 쌍극형 전극이 전해질층이나 세퍼레이터를 통하여 복수 적층된 발전 요소를 갖는다. 다시 말하면, 정극 활물질층, 전해질층 및 부극 활물질층이 하나의 단전지층을 형성하고, 상기 단전지층이 집전체를 통하여 복수 적층한 구조로 되어 있다.
쌍극형 2차 전지에 액체 전해질이나 고분자 겔 전해질 등의 전해액을 포함하는 전해질을 이용하는 경우, 단전지층으로부터 전해액이 외부에 누설되어 다른 단전지층의 전해액과 접촉하여 액락을 일으킨다고 하는 문제가 발생할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면 특허 문헌 1에서는 쌍극형 2차 전지의 단전지층의 외주부를 포위하도록 불소 수지 고무, 부틸 고무, 실리콘 고무 등의 고분자 재료로 이루어지는 시일 부재를 배치하고, 단전지층을 밀봉함으로써 액락을 방지하고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 출원 공개 평9-232003호 공보
쌍극형 2차 전지에 있어서, 집전체는 전지의 단위 질량당 출력 밀도 향상의 관점으로부터 보다 경량인 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 최근 종래의 금속박을 대신하여 도전성 필러가 첨가된 수지 또는 도전성 고분자 재료로 구성되는 집전체가 제안되어 있다.
수지를 기재로 한 집전체를 이용한 경우에도 전술한 시일 부재를 설치한다고 하는 단전지층을 밀봉하기 위한 밀봉 수단이 필수적이다. 그러나, 집전체와 시일 부재를 열 융착시켜도 집전체 표면과 시일 부재 표면이 접하는 부분에 계면이 잔존한다. 접착면에 있어서 계면이 존재하면, 충방전을 반복하는 동안에 접착면이 벗겨지기 쉬워지기 때문에, 원하는 시일 내구성이 얻어지지 않는다고 하는 문제점을 갖고 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 시일 내구성이 우수한 단전지층의 밀봉 수단을 갖는 쌍극형 2차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기한 문제를 해결하기 위해서 예의 연구를 행하였다. 그 과정에서 단전지층을 밀봉하기 위해서 시일 부재를 별도로 설치한다고 하는 종래의 발상을 전환하여 집전체끼리를 접착함으로써 시일부를 형성하는 것을 착상하였다. 그리고, 대향하는 2개의 집전체와, 상기 집전체의 사이에 설치되는 세퍼레이터를 열 융착에 의해 접착함으로써, 종래의 시일 부재를 설치하는 경우보다도 현저하게 우수한 시일 내구성을 달성할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명의 쌍극형 2차 전지는, 제1 수지를 기재로 하는 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 집전체와, 집전체의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 쪽 면에 형성된 부극 활물질층을 각각 갖는 제1 및 제2 쌍극형 전극과, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 사이에 배치되고, 제2 수지를 기재로 하여 전해질을 내부에 유지하여 전해질층을 형성하는 세퍼레이터를 구비하고, 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과, 전해질층과, 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층으로 구성되는 단전지층이 설치된 발전 요소를 포함하고, 제1 수지의 융점이 제2 수지의 융점 이하이고, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부와 세퍼레이터의 주연부가 융착되어 단전지층의 외주부를 밀봉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 쌍극형 2차 전지는, 제1 수지를 기재로 하는 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 집전체와, 집전체의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 쪽 면에 형성된 부극 활물질층을 각각 갖는 제1 및 제2 쌍극형 전극과, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 사이에 배치되고, 제2 수지를 기재로 하여 전해질을 내부에 유지하여 전해질층을 형성하는 세퍼레이터를 구비하고, 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과, 전해질층과, 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층으로 구성되는 단전지층이 설치된 발전 요소를 포함하고, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부에 있어서의 제1 수지와 세퍼레이터의 주연부에 있어서의 제2 수지가 분자간력으로 결합되어 단전지층의 외주부를 밀봉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 쌍극형 2차 전지의 제조 방법은, 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 집전체와, 집전체의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 쪽 면에 형성된 부극 활물질층을 갖는 제1 및 제2 쌍극형 전극을 준비하는 공정과, 수지를 기재로서 포함하는 세퍼레이터를 준비하는 공정과, 세퍼레이터를 통하여 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층이 대향하도록 적층하는 공정과, 세퍼레이터의 내부에 전해질을 주입하여 전해질층을 형성하는 공정과, 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과, 전해질층과, 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층으로 구성되는 단전지층의 외주부를 가열 프레스하여 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부와 세퍼레이터의 주연부를 융착하는 공정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 쌍극형 2차 전지의 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 쌍극형 2차 전지의 단전지층의 밀봉 수단의 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 조전지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 조전지의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 조전지의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 조전지를 탑재한 차량의 모식도이다.
도 7은 실시예 1의 쌍극형 2차 전지에 있어서의 열 융착부의 단면의 전자 현미경 사진이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위는 특허 청구의 범위의 기재에 기초하여 정해져야 하고, 이하의 실시 형태에만 제한되지 않는다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 편의상 과장되어 있어 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.
[쌍극형 2차 전지]
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 쌍극형 2차 전지(10)의 전체 구조를 도시하는 단면 개략도이다. 도 2는 쌍극형 2차 전지(10)의 부분 확대 단면도이다. 쌍극형 2차 전지(10)는 실제로 충방전 반응이 진행하는 대략 직사각형의 발전 요소(21)가, 전지 외장재인 라미네이트 필름(29)의 내부에 밀봉된 구조를 갖는다.
발전 요소(21)는 집전체(11)와, 집전체(11)의 한쪽 면에 전기적으로 결합한 정극 활물질층(13)과, 집전체(11)의 반대측 면에 전기적으로 결합한 부극 활물질층(15)으로 이루어지는 복수의 쌍극형 전극(23)과, 면 방향 중앙부에 전해질을 유지하여 전해질층(17)을 형성하는 복수의 세퍼레이터(32)를 갖는다. 본 실시 형태에서는 집전체(11)는 제1 수지를 기재로 하는 도전성을 갖는 수지층을 포함하고, 세퍼레이터(32)는 제2 수지를 기재로 한다.(상세한 것은 후술한다.)
쌍극형 전극(23) 및 세퍼레이터(32)는 하나의 쌍극형 전극(23)의 정극 활물질층(13)과 상기 하나의 쌍극형 전극(23)에 인접하는 다른 쌍극형 전극(23)의 부극 활물질층(15)이 전해질층(17)을 통하여 마주 향하도록 교대로 적층되어 있다. 즉, 하나의 쌍극형 전극(23)의 정극 활물질층(13)과 상기 하나의 쌍극형 전극(23)에 인접하는 다른 쌍극형 전극(23)의 부극 활물질층(15)의 사이에 전해질층(17)이 끼워져서 배치되어 있다. 이들 인접하는 정극 활물질층(13), 전해질층(17) 및 부극 활물질층(15)은 하나의 단전지층(19)을 구성한다. 따라서, 쌍극형 2차 전지(10)는 단전지층(19)이 적층되어 이루어지는 구성을 갖는다고도 말할 수 있다. 또한, 발전 요소(21)의 최외층에 위치하는 정극측의 최외층 집전체(11a)에는 편면에만 정극 활물질층(13)이 형성되어 있다. 또한, 발전 요소(21)의 최외층에 위치하는 부극측의 최외층 집전체(11b)에는 편면에만 부극 활물질층(15)이 형성되어 있다. 단, 정극측의 최외층 집전체(11a)의 양면에 정극 활물질층(13)이 형성되어도 되고, 부극측의 최외층 집전체(11b)의 양면에 부극 활물질층(15)이 형성되어도 된다.
쌍극형 2차 전지(10)에서는 정극측의 최외층 집전체(11a)에 인접하도록 정극 집전판(25)이 배치되고, 이것이 연장되어 라미네이트 필름(29)으로부터 도출하고 있다. 한편, 부극측의 최외층 집전체(11b)에 인접하도록 부극 집전판(27)이 배치되고, 마찬가지로 이것이 연장되어 라미네이트 필름(29)으로부터 도출하고 있다.
또한, 단전지층(19)의 적층 횟수는 원하는 전압에 따라 조절한다. 쌍극형 2차 전지(10)에서는 전지(10)의 두께를 최대한 얇게 하여도 충분한 출력을 확보할 수 있으면, 단전지층(19)의 적층 횟수를 적게 해도 된다. 쌍극형 2차 전지(10)에서도 사용할 때의 외부로부터의 충격, 환경 열화를 방지하기 위해서, 발전 요소(21)를 라미네이트 필름(29)에 감압 봉입하고, 정극 집전판(25) 및 부극 집전판(27)을 라미네이트 필름(29)의 외부에 취출한 구조로 하는 것이 좋다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 인접하는 2개의 쌍극형 전극(23)의 집전체(11)의 주연부가 세퍼레이터(32)의 주연부와 열 융착에 의해 접착되어 단전지층(19)의 외주부(31)를 밀봉하고 있다. 이 밀봉 부분에서는 열 융착 시에 용융한 집전체(11)의 기재인 제1 수지가 세퍼레이터(32)의 구멍부(33)에 들어가서 경화하여 앵커 효과가 발현하고 있다. 열 융착에 의해, 집전체(11)의 제1 수지를 형성하는 분자와 세퍼레이터(32)의 제2 수지를 형성하는 분자가 분자간력으로 결합함으로써, 집전체(11)의 주연부와 세퍼레이터(32)의 주연부의 사이에는 계면이 형성되어 있지 않다. 그 때문에, 집전체(11)와 세퍼레이터(32)의 접착성이 강해져서 우수한 시일 내구성을 발휘할 수 있다. 이러한 단전지층(19)의 밀봉 수단에 의해, 단전지층(19)으로부터 전해액이 누출되어 다른 단전지층(19)의 전해액과 접촉하는 액락을 방지할 수 있다. 또한, 전지(10)의 내부에서 이웃하는 집전체(11)끼리가 접촉하거나 발전 요소(21)에 있어서의 단전지층(19)의 단부의 약간의 불일치 등에 기인하는 단락이 일어나는 것을 방지할 수도 있다. 따라서, 본 실시 형태의 밀봉 수단에 의해 장기간의 신뢰성 및 안전성이 확보되어 고품질의 쌍극형 2차 전지(10)가 제공될 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 쌍극형 2차 전지(10)는 대략 직사각형의 적층형(편평형) 전지로서 구성하였으나, 쌍극형 2차 전지(10)의 구조는 특별히 제한되지 않고, 권회형(원통형) 전지 등, 다른 종래 공지의 구조에도 적용될 수 있다. 또한, 쌍극형 2차 전지(10)의 형태도 특별히 제한되지 않고, 리튬 이온 2차 전지, 나트륨 이온 2차 전지, 칼륨 이온 2차 전지, 니켈 수소 2차 전지, 니켈 카드뮴 2차 전지, 니켈 수소 전지 등으로서 구성될 수 있다. 쌍극형 2차 전지(10)는 셀(단전지층(19))의 전압을 크게 하여 고 에너지 밀도, 고 출력 밀도를 달성할 수 있다는 점으로부터 리튬 이온 2차 전지인 것이 바람직하다.
이하, 쌍극형 2차 전지(10)의 주요 구성 요소에 대하여 상세하게 설명한다.
[쌍극형 전극]
쌍극형 전극(23)은 집전체(11)와, 집전체(11)의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층(13)과, 집전체(11)의 다른 쪽 면에 부극 활물질층(15)을 갖는다.
(집전체)
집전체(11)는 정극 활물질층(13)과 접하는 한쪽 면으로부터 부극 활물질층(15)과 접하는 다른 쪽 면으로 전자의 이동을 매개하는 기능을 갖는다. 본 실시 형태의 집전체(11)는 적어도 1개의 도전성을 갖는 수지층을 포함하고, 필요에 따라 그 외의 층을 더 포함할 수 있다. 집전체(11)에 있어서, 도전성을 갖는 수지층은 필수적인 구성 요소이고, 전자 이동 매체로서의 기능을 달성하는 것 외에 집전체의 경량화에 기여할 수 있다. 상기 수지층은 제1 수지로 이루어지는 기재와, 필요에 따라 도전성 필러 등의 그 외의 부재를 포함할 수 있다.
기재에 사용되는 제1 수지는 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 비도전성 고분자 재료 또는 도전성 고분자 재료를 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직한 비도전성 고분자 재료로서는 예를 들면 폴리에틸렌(PE;고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르니트릴(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리아미드(PA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리플루오르화비닐리덴(PVdF) 및 폴리스티렌(PS) 등을 들 수 있다. 이러한 비도전성 고분자 재료는 우수한 내전위성 또는 내용매성을 가질 수 있다. 그 밖에도 페놀 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 요소 수지 및 알키드 수지 등의 열경화성 수지를 사용할 수도 있다. 또한, 바람직한 도전성 고분자 재료로서는 예를 들면 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리옥사디아졸 등을 들 수 있다. 이러한 도전성 고분자 재료는 도전성 필러를 첨가하지 않아도 충분한 도전성을 갖기 때문에, 제조 공정의 용이화나 집전체의 경량화의 점에서 유리하다. 이들 비도전성 고분자 재료 또는 도전성 고분자 재료는 1종을 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 조합하여 혼합물로서 사용하여도 상관없다.
이들 고분자 재료 중 집전체(11)와 세퍼레이터(32)의 융착을 쉽게 하는 관점으로부터는 열가소성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 열가소성 수지는 열에 의해 간단히 용융하기 때문에 핫 프레스 등에 의해 단전지층(19)의 밀봉을 용이하게 행할 수 있다.
수지층의 도전성을 확보하기 위해서 기재에는 필요에 따라 도전성 필러가 첨가될 수 있다. 특히, 제1 수지가 비도전성 고분자만으로 이루어지는 경우에는, 제1 수지에 도전성을 부여하기 위해서 도전성 필러가 필수로 된다. 도전성 필러는 도전성을 갖는 물질이면 특별히 제한 없이 이용할 수 있다. 예를 들면 도전성, 내전위성이 우수하고, 쌍극형 2차 전지(10)가 리튬 이온 2차 전지인 경우에는 높은 리튬 이온 차단성을 갖는 재료로서, 금속 및 도전성 카본 등을 들 수 있다.
금속으로서는 특별히 제한은 없지만, Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Sb 및 K로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속, 혹은 이들 금속을 포함하는 합금 또는 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 금속은 집전체 표면에 형성되는 정극 또는 부극의 전위에 대하여 내성을 갖는다. 이들 중 Ni, Ti, Al, Cu, Pt, Fe 및 Cr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 합금인 것이 보다 바람직하다.
합금으로서는 구체적으로는 스테인리스강(SUS), 인코넬(등록 상표), 하스텔로이(등록 상표), 및 그 외 Fe-Cr계 합금, Ni-Cr 합금 등을 들 수 있다. 이들 합금을 이용함으로써 보다 높은 내전위성이 얻어질 수 있다.
도전성 카본으로서는 특별히 제한은 없지만, 아세틸렌 블랙, 발칸, 블랙 펄, 카본 나노 파이버, 케첸 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 혼, 카본 나노 벌룬 및 풀러렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 도전성 카본은 전위창이 매우 넓어 정극 전위 및 부극 전위의 양쪽에 대하여 폭넓은 범위에서 안정적이고, 또한 우수한 도전성을 갖는다. 또한, 이들 금속 및 도전성 카본 등의 도전성 필러는 1종을 단독으로 혹은 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
도전성 필러의 형상은 특별히 제한은 없고, 입자 형상, 섬유 형상, 판 형상, 덩어리 형상, 천 형상 및 메시 형상 등의 공지의 형상을 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 수지에 대하여 광범위에 걸쳐 도전성을 부여하고자 하는 경우에는, 입자 형상의 도전성 필러를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 수지에 있어서 특정 방향으로의 도전성을 보다 향상시키고자 하는 경우에는, 섬유 형상 등의 형상에 일정한 방향성을 갖도록 하는 도전성 필러를 사용하는 것이 바람직하다.
도전성 필러의 크기는 특별히 제한은 없고, 수지층의 크기나 두께 또는 도전성 필러의 형상에 따라 여러 가지 크기의 필러를 사용할 수 있다. 일례로서, 도전성 필러가 입자 형상인 경우의 평균 입자 직경은 수지층의 성형을 쉽게 하는 관점으로부터 0.1 내지 10㎛ 정도인 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서 중에 있어서 「입자 직경」이란 도전성 필러의 윤곽선 상의 임의인 2점 간의 거리 중 최대의 거리(L)를 의미한다. 「평균 입자 직경」의 값으로서는 주사형 전자 현미경(SEM)이나 투과형 전자 현미경(TEM) 등의 관찰 수단을 이용하여 수 내지 수십 시야 중에 관찰되는 입자의 입자 직경의 평균값으로서 산출되는 값을 채택하는 것으로 한다. 후술하는 활물질 등의 입자 직경이나 평균 입자 직경도 마찬가지로 정의할 수 있다.
수지층에 포함되는 도전성 필러의 함유량도 특별히 제한은 없다. 특히, 수지가 도전성 고분자 재료를 포함하여 충분한 도전성을 확보할 수 있는 경우에는 도전성 필러를 반드시 첨가할 필요는 없다. 그러나, 수지가 비도전성 고분자 재료만으로 이루어지는 경우에는, 도전성을 부여하기 위해서 도전성 필러의 첨가가 필수가 된다. 이때의 도전성 필러의 함유량은 비도전성 고분자 재료의 전체 질량에 대하여 바람직하게는 5 내지 35질량%이고, 보다 바람직하게는 5 내지 25질량%이고, 더욱 바람직하게는 5 내지 15질량%이다. 이러한 양의 도전성 필러를 수지에 첨가 함으로써, 수지층의 질량 증가를 억제하면서 비도전성 고분자 재료에도 충분한 도전성을 부여할 수 있다.
수지층 중의 도전성 필러의 분산의 형태는 특별히 제한은 없고, 기재인 수지 중에 균일하게 분산되어 있는 형태이어도 되고, 부분적으로 존재하여 분산되어 있어도 물론 된다. 수지층 전체에 걸쳐 균일하게 도전성을 부여하고자 하는 경우에는, 도전성 필러는 수지 전체에 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는 집전체(11)의 주연부와 세퍼레이터(32)의 주연부를 융착함으로써 단전지층(19)의 외주부(31)을 밀봉하고 있기 때문에, 밀봉 부분이 되는 집전체(11)의 주연부에 도전성 필러를 첨가하지 않고, 활물질층(13, 15)이 형성되는 부분에만 도전성 필러를 첨가하는 것도 효과적이다. 이와 같은 구성에 의해, 밀봉 부분에 있어서의 집전체(11)끼리의 단락을 방지할 수 있고, 또한 밀봉 부분의 시일 내구성이 보다 강해진다.
도전성을 갖는 수지층의 1층분의 두께는 1 내지 200㎛인 것이 바람직하고, 10 내지 100㎛인 것이 보다 바람직하고, 10 내지 50㎛인 것이 더욱 바람직하다. 수지층의 두께가 이러한 범위에 있으면, 두께 방향의 저항을 충분히 낮게 억제할 수 있다. 그 때문에 집전체(11)의 도전성을 확보한 상태에서 경량화에 의한 전지(10)의 출력 밀도를 높일 수 있다. 또한, 액락 저감에 의한 전지(10) 수명 특성 향상이나 내진동성 향상을 도모할 수 있다.
집전체(11)의 형태는 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 것이면, 특별히 제한은 없고, 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 수지층 외에 필요에 따라 그 밖의 층을 포함하는 적층체이어도 된다. 수지층 이외의 그 밖의 층으로서는 금속층 또는 접착층 등을 들 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다. 단, 본 실시 형태에 있어서는 도전성을 갖는 수지층이 집전체(11)의 표면에 존재하는 것이 필수인 것은 말할 필요도 없다.
집전체의 두께는 경량화에 의해 전지의 출력 밀도를 높이는 데 있어서는 얇은 쪽이 바람직하다. 쌍극형 2차 전지(10)에 있어서는 쌍극형 전극(23)의 정극 활물질층(13)과 부극 활물질층(15)의 사이에 존재하는 집전체(11)는 적층 방향에 수평한 방향의 전기 저항이 높아도 되기 때문에 집전체(11)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 구체적으로는 집전체(11)의 두께는 1 내지 200㎛인 것이 바람직하고, 5 내지 150㎛인 것이 보다 바람직하고, 10 내지 100㎛인 것이 더욱 바람직하다. 집전체(11)의 두께가 이러한 범위에 있으면, 출력 특성 및 장기 신뢰성이 우수한 전지(10)를 구축할 수 있다.
(정극 활물질층)
정극 활물질층(13)은 정극 활물질을 포함한다. 정극 활물질은 방전시에 이온을 흡장하고, 충전시에 이온을 방출하는 조성을 갖는다. 바람직한 정극 활물질로서는, 쌍극형 2차 전지(10)가 리튬 이온 2차 전지인 경우, 천이 금속과 리튬의 복합 산화물인 리튬-천이 금속 복합 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는 LiCoO2 등의 Li·Co계 복합 산화물, LiNiO2 등의 Li·Ni계 복합 산화물, 스피넬 LiMn2O4 등의 Li·Mn계 복합 산화물, LiFeO2 등의 Li·Fe계 복합 산화물 및 이들 천이 금속의 일부를 다른 원소에 의해 치환한 것 등을 사용할 수 있다. 이들 리튬-천이 금속 복합 산화물은 반응성, 사이클 특성이 우수하고, 저비용인 재료이다. 그 때문에 이들 재료를 전극(23)의 정극 활물질로서 이용함으로써, 출력 특성이 우수한 전지(10)를 형성하는 것이 가능하다. 그 외에 정극 활물질로서는 LiFePO4 등의 천이 금속과 리튬의 인산 화합물이나 황산 화합물; V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoO3 등의 천이 금속 산화물이나 황화물; PbO2, AgO, NiOOH 등을 이용할 수도 있다. 상기 정극 활물질은 단독으로 사용되어도 혹은 2종 이상의 혼합물의 형태로 사용되어도 된다.
정극 활물질의 평균 입자 직경은 특별히 제한되지 않지만, 정극 활물질의 고용량화, 반응성, 사이클 내구성의 관점으로부터는 바람직하게는 1 내지 100㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 20㎛이다. 정극 활물질의 평균 입자 직경이 이러한 범위이면, 고출력 조건 하에서의 충방전시에 있어서의 전지(10)의 내부 저항의 증대가 억제되어 2차 전지(10)로부터 충분한 전류를 취출할 수 있다. 또한, 정극 활물질이 2차 입자인 경우에는 상기 2차 입자를 구성하는 1차 입자의 평균 입자 직경이 10㎚ 내지 1㎛의 범위인 것이 바람직하다고 할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 반드시 상기 범위에 제한되는 것은 아니다. 단, 제조 방법에 따라 다르지만, 정극 활물질이 응집, 덩어리 형상 등에 의해 2차 입자화한 것이 아니어도 됨은 말할 필요도 없다. 이러한 정극 활물질의 입경 및 1차 입자의 입경은 레이저 회절법을 이용하여 얻어진 메디안 직경을 사용할 수 있다. 또한, 정극 활물질의 형상은 그 종류나 제조 방법 등에 따라 취할 수 있는 형상이 상이하고, 예를 들면 구 형상(분말 형상), 판 형상, 침 형상, 기둥 형상, 각 형상 등을 들 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니고, 어느 형상이건 문제없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 충방전 특성 등의 전지 특성을 향상시킬 수 있는 최적의 형상을 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
(부극 활물질층)
부극 활물질층(15)은 부극 활물질을 포함한다. 부극 활물질은 방전시에 이온을 방출하고, 충전시에 이온을 흡장할 수 있는 조성을 갖는다. 부극 활물질은 쌍극형 2차 전지(10)가 리튬 이온 2차 전지인 경우, 리튬을 가역적으로 흡장 및 방출할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 바람직한 부극 활물질로서는 Si나 Sn 등의 금속, 혹은 TiO, Ti2O3, TiO2 혹은 SiO2, SiO, SnO2 등의 금속 산화물, Li4/3Ti5/3O4 혹은 Li7MnN 등의 리튬과 천이 금속의 복합 산화물, Li-Pb계 합금, Li-Al계 합금, Li, 또는 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 활성탄, 카본 파이버, 코크스, 소프트 카본 혹은 하드 카본 등의 탄소 재료 등을 들 수 있다. 또한, 부극 활물질은 리튬과 합금화하는 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 리튬과 합금화하는 원소를 이용함으로써, 종래의 탄소계 재료에 비교하여 높은 에너지 밀도를 갖는 고용량 및 우수한 출력 특성의 전지(10)를 얻는 것이 가능해진다. 상기 부극 활물질은 단독으로 사용되어도 혹은 2종 이상의 혼합물의 형태로 사용되어도 된다.
리튬과 합금화하는 원소로서는 이하에 제한되는 것은 아니지만, 구체적으로는 Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 용량 및 에너지 밀도가 우수한 전지(10)를 구성할 수 있는 관점으로부터 탄소 재료, 및/또는 Si, Ge, Sn, Pb, Al, In 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 포함하는 것이 바람직하고, 탄소 재료, Si 또는 Sn의 원소를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 이들은 1종 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 병용하여도 된다.
부극 활물질의 평균 입자 직경은 특별히 제한되지 않지만, 부극 활물질의 고용량화, 반응성, 사이클 내구성의 관점으로부터는 바람직하게는 1 내지 100㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 20㎛이다. 부극 활물질의 평균 입자 직경이 이러한 범위이면, 고출력 조건 하에서의 충방전시에 있어서의 전지(10)의 내부 저항의 증대가 억제되어 2차 전지(10)로부터 충분한 전류를 취출할 수 있다. 또한, 부극 활물질이 2차 입자인 경우에는 상기 2차 입자를 구성하는 1차 입자의 평균 입자 직경이 10㎚ 내지 1㎛의 범위인 것이 바람직하다고 할 수 있으나, 본 형태에서는 반드시 상기 범위에 제한되는 것은 아니다. 단, 제조 방법에 따라 다르지만, 부극 활물질이 응집, 덩어리 형상 등에 의해 2차 입자화한 것이 아니어도 됨은 말할 필요도 없다. 이러한 부극 활물질의 입경 및 1차 입자의 입경은 레이저 회절법을 이용하여 얻어진 메디안 직경을 사용할 수 있다. 또한, 부극 활물질의 형상은 그 종류나 제조 방법 등에 따라 취할 수 있는 형상이 상이하고, 예를 들면 구 형상(분말 형상), 판 형상, 침 형상, 기둥 형상, 각 형상 등을 들 수 있으나 이들에 한정되는 것은 아니고, 어느 형상이건 문제없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 충방전 특성 등의 전지 특성을 향상시킬 수 있는 최적의 형상을 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
활물질층(13, 15)에는 필요하면 그 밖의 물질이 포함되어도 된다. 예를 들면 도전 조제, 바인더 등이 포함될 수 있다. 또한, 이온 전도성 폴리머가 포함되는 경우에는 상기 폴리머를 중합시키기 위한 중합 개시제가 포함되어도 된다.
도전 조제란 활물질층(13, 15)의 도전성을 향상시키기 위해서 배합되는 첨가물을 말한다. 도전 조제로서는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 그라파이트 등의 카본 분말이나, 기상 성장 탄소 섬유(VGCF; 등록 상표) 등의 여러 탄소 섬유, 팽창 흑연 등을 들 수 있다. 그러나, 도전 조제가 이들에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.
바인더로서는 폴리플루오르화비닐리덴(PVdF), 폴리이미드, PTFE, SBR, 합성 고무계 바인더 등을 들 수 있다. 그러나, 바인더가 이들에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 바인더와 겔 전해질로서 이용하는 매트릭스 폴리머가 동일한 경우에는 바인더를 사용할 필요는 없다.
활물질층(13, 15)에 포함되는 성분의 배합비는 특별히 한정되지 않는다. 배합비는 2차 전지에 대한 공지의 지식을 적절히 참조함으로써 조정될 수 있다. 활물질층(13, 15)의 두께에 대해서도 특별히 제한은 없고, 2차 전지에 대한 종래 공지의 지식이 적절히 참조될 수 있다. 일례를 들면, 활물질층(13, 15)의 두께는 바람직하게는 10 내지 100㎛ 정도이고, 보다 바람직하게는 20 내지 50㎛이다. 활물질층(13, 15)이 10㎛ 정도 이상이면, 전지 용량이 충분히 확보될 수 있다. 한편, 활물질층(13, 15)이 100㎛ 정도 이하이면, 전극 심부(집전체측)에 리튬 이온이 확산하기 어려워지는 것에 수반하는 내부 저항의 증대라고 하는 문제의 발생이 억제될 수 있다.
집전체(11)의 표면 상에의 활물질층(13, 15)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지의 방법을 마찬가지로 하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기한 바와 같이 활물질, 및 필요하면 이온 전도성을 높이기 위한 전해질염, 전자 전도성을 높이기 위한 도전 조제 및 바인더를 적당한 용제에 분산, 용해 등 하여 활물질 슬러리를 조제한다. 용제로서는 특별히 제한되지 않지만, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 메틸포름아미드, 시클로헥산, 헥산 등이 이용될 수 있다. 바인더로서 폴리플루오르화비닐리덴(PVdF)을 채택하는 경우에는 NMP를 용매로서 이용하면 좋다. 이 활물질 슬러리를 집전체(11) 상에 도포, 건조하여 용제를 제거한 후에 프레스함으로써, 활물질층(13, 15)이 집전체(11) 상에 형성된다. 이때, 프레스 조건을 조절함으로써 활물질층(13, 15)의 공극률이 제어될 수 있다.
프레스 처리의 구체적인 수단이나 프레스 조건은 특별히 제한되지 않고, 프레스 처리 후의 활물질층(13, 15)의 공극률이 원하는 값이 되도록 적절히 선택할 수 있다. 프레스 처리의 구체적인 형태로서는, 예를 들면 핫 프레스기나 캘린더 롤 프레스기 등을 들 수 있다. 또한, 프레스 조건(온도, 압력 등)도 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 지식이 적절히 참조될 수 있다.
[전해질층]
전해질층(17)은 전극 간에서 리튬 이온이 이동할 때의 매체로서의 기능을 갖는다. 본 실시 형태에 있어서, 전해질층(17)을 구성하는 전해질은 전해액으로서 용매를 포함하는 것이면 특별히 제한은 없고, 종래 공지의 액체 전해질 및 고분자 겔 전해질을 적절히 채택할 수 있다. 쌍극형 2차 전지(10)가 리튬 이온 2차 전지인 경우, 하기 액체 전해질이나 고분자 겔 전해질이 적절하게 이용된다.
액체 전해질은 용매에 지지염인 리튬염이 용해한 것이다. 용매로서는, 예를 들면 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트(DPC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 프로피온산메틸(MP), 아세트산메틸(MA), 포름산메틸(MF), 4-메틸디옥소란(4MeDOL), 디옥소란(DOL), 2-메틸테트라히드로푸란(2MeTHF), 테트라히드로푸란(THF), 디메톡시에탄(DME), 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 부틸렌카보네이트(BC) 및 γ-부티로락톤(GBL) 등을 들 수 있다. 이들 용매는 1종을 단독으로 사용하여도 되고, 2종 이상을 조합한 혼합물로서 사용하여도 된다.
지지염(리튬염)으로서는 특별히 제한은 없지만, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiSbF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF2, LiSCN 등의 무기산 음이온염, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, LiBOB(리튬비스옥사이드보레이트), LiBETI(리튬비스(퍼플루오로에틸렌술포닐이미드); Li(C2F5SO2)2N이라고도 기재) 등의 유기산 음이온염 등을 들 수 있다. 이들 전해질염은 단독으로 사용되어도 혹은 2종 이상의 혼합물의 형태로 사용되어도 된다.
한편, 고분자 겔 전해질은 리튬 이온 전도성을 갖는 매트릭스 폴리머에 상기 액체 전해질이 주입되어 이루어지는 구성을 갖는다. 리튬 이온 전도성을 갖는 매트릭스 폴리머로서는, 예를 들면 폴리에틸렌옥시드를 주쇄 또는 측쇄에 갖는 폴리머(PEO), 폴리프로필렌옥시드를 주쇄 또는 측쇄에 갖는 폴리머(PPO), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메타크릴산에스테르, 폴리플루오르화비닐리덴(PVdF), 폴리플루오르화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체(PVdF-HFP), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리(메틸아크릴레이트)(PMA), 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA) 등을 들 수 있다. 또한, 상기 폴리머 등의 혼합물, 변성체, 유도체, 랜덤 공중합체, 교호 공중합체, 그라프트 공중합체, 블록 공중합체 등도 사용할 수 있다. 이들 중 PEO, PPO 및 그들의 공중합체, PVdF, PVdF-HFP를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 매트릭스 폴리머에는 리튬염 등의 전해질염이 잘 용해할 수 있다. 또한, 매트릭스 폴리머는 가교 구조를 형성함으로써 우수한 기계적 강도를 발휘할 수 있다.
[세퍼레이터]
세퍼레이터(32)는 전해질을 유지하기 위해서 설치되는 부재이고, 기재로서 제2 수지를 포함한다. 특히, 본 실시 형태에 있어서는 집전체(11)와 세퍼레이터(32)를 융착함으로써 단전지층(19)을 밀봉하는 밀봉 수단을 형성하기 때문에, 세퍼레이터(32)는 필수적인 구성 요소이다. 세퍼레이터(32)의 기재가 되는 제2 수지는 집전체(11)끼리를 절연하기 위해서 비도전성 고분자 재료일 것이 필요하다. 제2 수지로서 사용되는 비도전성 고분자 재료는, 집전체(11)의 기재로서 사용되는 제1 수지에서 설명한 비도전성 고분자 재료와 마찬가지의 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
세퍼레이터(32)의 형태는 특별히 제한은 없고, 미세한 구멍을 다수 갖는 다공질막(다공질 필름)이나 부직포 또는 이들의 적층체일 수 있다. 그 외에 폴리올레핀계 수지 부직포 또는 폴리올레핀계 수지 다공막을 보강재층에 이용하고, 상기 보강재층 중에 플루오르화비닐리덴 수지 화합물을 충전한 복합 수지막 등도 들 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는 집전체(11)의 기재인 제1 수지의 융점이 세퍼레이터(32)의 기재인 제2 수지의 융점 이하인 것이 필수적이다. 이 조건을 만족함으로써, 집전체(11)와 세퍼레이터(32)를 열 융착할 때에 세퍼레이터(32) 표면에 존재하는 미세한 구멍(33)에 집전체(11)의 기재인 제1 수지가 들어가서 그대로 경화함으로써 접착된다. 즉, 세퍼레이터(32)의 구멍(33) 안에 집전체(11)의 수지의 일부가 매립됨으로써, 앵커 효과가 발현하여 현저한 접착력이 발현되는 것이다. 또한, 제1 수지의 융점은 제2 수지의 융점보다도 20℃ 이상 낮은 것이 바람직하고, 50℃ 이상 낮은 것이 보다 바람직하다.
제1 수지와 제2 수지의 바람직한 조합은 이하와 같다. 제1 수지로서는 폴리에틸렌(융점 110 내지 130℃) 및 폴리프로필렌(융점 160 내지 170℃) 등의 폴리올레핀으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 제2 수지로서는 폴리에틸렌(융점 110 내지 130℃) 및 폴리프로필렌(융점 160 내지 170℃) 등의 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트(융점 250 내지 260℃) 및 폴리에테르니트릴(융점 269℃) 등의 폴리에스테르; 열가소성 폴리이미드(380℃), 폴리아미드(176 내지 275℃) 및 폴리플루오르화비닐리덴(134 내지 169℃)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 제1 수지 및 제2 수지를 이들 수지로부터 선택함으로써 시일 신뢰성을 보다 높일 수 있다.
또한, 제1 수지의 융점을 제2 수지의 융점 이하로 하는 점으로부터, 제2 수지로서 열에 의해 용융하지 않는 페놀 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 요소 수지 및 알키드 수지 등의 열경화성 수지를 사용하는 것도 바람직하다. 제2 수지로서 열경화성 수지를 사용함으로써, 핫 프레스 처리 등에 의해서도 제2 수지가 용융하지 않고 2개의 집전체(11) 간에서의 절연성을 확보할 수 있기 때문이다.
본 실시 형태의 밀봉 수단에서는 종래의 밀봉 수단으로 사용하고 있던 시일 부재를 사용하지 않고, 집전체(11)와 세퍼레이터(32)를 융착함으로써 단전지층(19)을 밀봉하는 밀봉 부분을 형성하는 점이 특징이다. 집전체(11)의 수지는 한번에 용융하여 세퍼레이터(32)의 구멍(33)에 들어가지만, 점도는 매우 높아 완전히 구멍(33)의 내부에 들어가는 일은 없다. 예를 들면, 세퍼레이터(32)로서 미다공막 세퍼레이터를 이용한 경우, 미다공막 세퍼레이터에는 종방향의 관통 구멍이 뚫려 있지만 면방향에 공극의 패스는 없기 때문에 시일 누설을 방지하는 것은 가능하다.
또한, 종래의 시일 부재는 집전체끼리나 집전체와 세퍼레이터를 접착시키기 위한 역할 외에도 집전체끼리를 단락시키지 않기 위한 절연층으로서의 역할도 담당하고 있었다. 당연한 것이지만, 본 실시 형태의 밀봉 수단에서도 2개의 집전체(11)끼리의 단락을 방지하는 것이 가능하다. 전술한 바와 같이 용융한 집전체(11)의 수지의 점도가 높기 때문에, 세퍼레이터(32)의 구멍(33) 안에 완전히 들어가서 구멍(33)의 내부에서 집전체(11)끼리가 단락한다고 하는 일은 통상은 없다. 그러나, 보다 엄밀하게 단락을 방지하기 위한 수단으로서는 이하의 방법을 들 수 있다.
단락 방지의 제1 방법으로서는, 집전체(11)와 세퍼레이터(32)를 융착할 때의 조건을 적절히 조정하는 것이다. 보다 구체적으로는 핫 프레스 처리의 온도나 압력, 시간을 조절하여 집전체끼리가 세퍼레이터(32)의 구멍(33) 내에서 접촉하지 않도록 하는 것이다. 본 실시 형태에 있어서는, 세퍼레이터(32)의 구멍(33)에 조금이라도 집전체(11)의 수지가 들어가 있으면 충분히 앵커 효과가 발현하고, 원하는 시일 내구성이 얻어지기 때문에 과도한 핫 프레스 조건은 바람직하지 않다. 조건은 각 부재의 두께나 적층 횟수에 따라서도 달라기지 때문에 일률적으로 말할 수는 없지만, 예를 들면 집전체(11) 및 세퍼레이터(32)의 기재로서 폴리에틸렌을 사용한 경우에는 압력; 0.1 내지 0.5㎫, 온도; 130 내지 180℃, 시간; 3 내지 20초 정도가 바람직하다.
단락 방지의 제2 방법으로서는, 집전체(11)에 포함되는 도전성을 갖는 수지층에 도전성 필러가 첨가되는 경우에 있어서, 도전성 필러를 상기 수지층의 밀봉 부분에 첨가하지 않도록 하는 것이다.
단락 방지의 제3 방법으로서는, 집전체(11)에 포함되는 도전성을 갖는 수지층에 도전성 필러가 첨가되는 경우에 있어서, 도전성 필러의 입자 직경을 세퍼레이터(32)의 구멍 직경보다도 크게 하는 것이다. 일반적인 세퍼레이터의 구멍 직경은 100 내지 1000㎚ 정도이기 때문에, 도전성 필러의 평균 입자 직경을 500 내지 5000㎚ 정도로 설정하는 것이 바람직하다.
이상, 본 실시 형태의 밀봉 수단에 있어서의 집전체(11) 간의 단락 방지의 방법에 대하여 나타냈으나, 집전체(11) 간의 단락 방지 방법은 상기 실시 형태에 제한되지 않고, 적절하게 변경, 생략 및 추가 등을 할 수 있음은 말할 필요도 없다.
[전지 외장재]
본 실시 형태에서는 전지 외장재로서 고출력화나 냉각 성능이 우수하고, EV, HEV용 등의 대형 기기용 전지에 적절하게 이용할 수 있는 라미네이트 필름(29)이 적절하게 이용된다. 라미네이트 필름(29)으로서는 알루미늄을 포함하는 라미네이트 필름, 예를 들면 폴리프로필렌, 알루미늄, 나일론을 이 순서대로 적층하여 이루어지는 3층 구조의 라미네이트 필름 등을 들 수 있고, 발전 요소(21)를 덮을 수 있는 주머니 형상의 케이스로 형성할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 전혀 아니다. 혹은 전지 외장재로서 종래 공지의 금속통 케이스를 이용하여도 된다.
[쌍극형 2차 전지의 제조 방법]
쌍극형 2차 전지(10)의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 쌍극형 전극(23) 및 세퍼레이터(32)를 각각 준비하는 공정과, 세퍼레이터(32)를 통하여 하나의 쌍극형 전극(23)의 정극 활물질층(13)과 상기 하나의 쌍극형 전극(23)에 인접하는 다른 쌍극형 전극(23)의 부극 활물질층(15)이 대향하도록 적층하는 공정과, 세퍼레이터(32)에 전해질을 주입하여 전해질층(17)을 형성하는 공정과, 얻어진 단전지층(19)(발전 요소(21))의 외주부를 가열 프레스하여 집전체(11)의 주연부와 세퍼레이터(32)의 주연부를 융착하는 공정에 의해 쌍극형 2차 전지(10)는 제조된다. 이때, 제조의 효율화를 도모하기 위해서, 단전지층(19)(발전 요소(21))의 외주부의 3변(1변을 제외한 나머지 모든 변)을 가열 프레스하여 집전체(11)의 주연부와 세퍼레이터(32)의 주연부의 대응 부분을 융착하고, 세퍼레이터(32)에 전해질을 주입한 후에 단전지층(19)(발전 요소(21))의 외주부의 1변을 가열 프레스하여 집전체(11)의 주연부와 세퍼레이터(32)의 주연부의 나머지 부분을 융착할 수 있다.
[조전지]
본 실시 형태의 쌍극형 2차 전지(10)를 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 접속함으로써 조전지를 구성할 수 있다. 조전지의 용량 및 전압은 2차 전지(10)를 직렬 및/또는 병렬로 접속함으로써 자유롭게 조절할 수 있다.
도 3, 도 4, 도 5는 조전지의 일례의 외관을 도시하는 평면도, 정면도, 측면도이다. 도 3, 도 4, 도 5에 도시한 바와 같이 복수의 쌍극형 2차 전지(10)를 직렬로 또는 병렬로 접속하여 탈착 가능한 소형의 조전지(250)를 형성하고, 이 조전지(250)를 또한 복수, 직렬로 또는 병렬로 접속하여 고 체적 에너지 밀도, 고 체적 출력 밀도가 요구되는 차량 구동용 전원이나 보조 전원에 적합한 대용량, 대출력을 갖는 조전지(300)를 형성하고 있다. 조전지(250)는 부스바와 같은 전기적인 접속 수단을 이용하여 서로 접속하고, 이 조전지(250)는 접속 지그(310)를 이용하여 복수단 적층된다. 몇 개의 쌍극형 2차 전지(10)를 접속하여 조전지(250)를 제작할지, 또한 몇 단의 조전지(250)를 적층하여 조전지(300)를 제작할지는 탑재되는 차량(전기 자동차)의 전지 용량이나 출력에 따라 정하면 된다.
[차량]
본 실시 형태의 쌍극형 2차 전지(10) 또는 이들을 복수개 조합하여 이루어지는 조전지는 차량에 적절하게 탑재할 수 있다. 본 실시 형태의 쌍극형 2차 전지(10)는 장기 신뢰성 및 출력 특성이 우수하고, 고수명을 실현할 수 있는 점으로부터, 이러한 전지(10)를 탑재하면 EV 주행 거리가 긴 플러그인 하이브리드 전기 자동차나 1 충전 주행 거리가 긴 전기 자동차를 구성할 수 있다. 다시 말하면, 본 실시 형태의 쌍극형 2차 전지(10) 또는 이들을 복수개 조합하여 이루어지는 조전지는 차량의 구동용 전원으로서 적절하게 사용되고, 차량 예를 들면 자동차이면 하이브리드차, 연료 전지차, 전기 자동차(모두 4륜차(승용차, 트럭, 버스 등의 상용차, 경자동차 등) 외에 이륜차(바이크)나 삼륜차를 포함함)에 이용함으로써, 고수명이고 신뢰성이 높은 자동차를 제공할 수 있다. 단, 용도가 자동차에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 다른 차량, 예를 들면 전차 등의 이동체의 각종 전원이어도 적용은 가능하고, 무정전 전원 장치 등의 적재용 전원으로서 이용하는 것도 가능하다.
도 6은 도 3, 도 4, 도 5의 조전지(300)를 탑재한 차량의 일례로서 전기 자동차(400)를 도시한 개념도이다. 도 6에 도시한 바와 같이 조전지(300)는 전기 자동차(400)의 차체 중앙부의 좌석 아래에 탑재한다. 좌석 아래에 탑재하면, 차내 공간 및 트렁크 룸을 넓게 취할 수 있기 때문이다. 또한, 조전지(300)를 탑재하는 장소는 좌석 아래에 한하지 않고, 후방부 트렁크 룸의 하부이어도 되고, 차량 전방의 엔진 룸이어도 된다. 이러한 조전지(300)를 이용한 전기 자동차(400)는 높은 내구성을 갖고, 장기간 사용해도 충분한 출력을 제공할 수 있고, 우수한 연비·주행 성능을 나타낸다. 조전지를 탑재한 차량으로서는 도 4에 도시한 전기 자동차 외에 하이브리드 자동차, 연료 전지 자동차 등에 폭넓게 적용할 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[쌍극형 전극의 제작]
(실시예 1)
정극 활물질로서 LiMn2O4 85질량%, 도전 조제로서 아세틸렌 블랙 5질량%, 바인더로서 폴리플루오르화비닐리덴(PDDF) 10질량%, 및 슬러리 점도 조정 용매로서의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 적당량을 혼합하여 정극 활물질 페이스트를 조제하였다. 또한, 부극 활물질로서 Li4Ti5O12 85질량%, 도전 조제로서 아세틸렌 블랙 5질량%, 바인더로서 폴리플루오르화비닐리덴(PDDF) 10질량%, 및 슬러리 점도 조정 용매로서의 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 적당량을 혼합하여 부극 활물질 페이스트를 조제하였다. 폴리에틸렌을 기재로 하고, 도전성 필러로서 카본 입자(평균 입경 0.8㎛)를 첨가한 도전성을 갖는 수지층을 집전체로서 사용하였다(두께 30㎛, 두께 방향의 체적 저항률 1×10-2Ω·cm). 집전체의 한쪽 면에 정극 활물질 페이스트를 도포, 건조시킴으로써 정극 활물질층을 형성하고, 그 후 집전체의 다른 쪽 면에 부극 활물질 페이스트를 도포, 건조시킴으로써 부극 활물질층을 형성하였다. 이 집전체-활물질층(이하, 「전극 합재」라고도 칭함)에 가열 롤 프레스 처리를 행하여 활물질층이 집전체를 뚫지 않을 정도로 가열 프레스를 행하였다. 얻어진 전극 합재를 140×90㎜로 절단하고, 전극 합재의 주연부의 폭 10㎜의 활물질층을 제거하였다. 이에 의해, 140×90㎜의 집전체 표면에 120×70㎜의 활물질층이 형성되고, 집전체의 주연부의 폭 10㎜를 밀봉용 시일 여유분으로 한 쌍극형 전극이 얻어졌다.
(실시예 2)
집전체의 기재로서 폴리프로필렌을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 쌍극형 전극을 제작하였다.
(실시예 3)
집전체의 기재로서 폴리이미드를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 쌍극형 전지를 제작하였다.
(비교예 1)
집전체로서 SUS박(두께 30㎛)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 쌍극형 전지를 제작하였다.
[쌍극형 2차 전지의 제조]
(실시예 1 내지 3)
상기에서 얻어진 쌍극형 전극의 정극 활물질층측에 세퍼레이터로서 150×100㎜의 다공질 필름(구멍 직경 500㎚ 이하)을 쌍극형 전극 전체면이 덮이도록 포갰다. 세퍼레이터의 기재는 표 1에 나타내는 바와 같다. 그리고, 그 위에 쌍극형 전극의 부극 활물질층측을 포갰다. 이와 같이 하여 세퍼레이터를 통하여 쌍극형 전극 5매를 적층하고, 3변의 주연부를 상하로부터 프레스(0.2㎫, 160℃, 5초간)하여 집전체와 세퍼레이터를 융착시켰다. 나머지 1변으로부터 전해액(프로필렌카보네이트:에틸렌카보네이트=1:1(용적비) 혼합 용매에 LiPF6을 1몰/L의 농도로 혼합한 것)을 주입하였다. 이것을 진공 챔버 내에서 전체를 진공으로 한 상태에서 상기와 마찬가지의 조건으로 프레스하여 진공 밀봉함으로써, 각 단전지층의 주연부가 밀봉되어 이루어지는 발전 요소를 형성하였다. 집전판으로서 일부에 전기 취출용 단자가 설치된 130×80㎜의 알루미늄판(두께 100㎛)을 2매 준비하고, 상기 집전판으로 발전 요소를 끼웠다. 그리고, 이들 전체를 덮도록 알루미늄 라미네이트 시트로 진공 밀봉함으로써 쌍극형 전지를 제작하였다.
(비교예 1)
상기에서 얻어진 쌍극형 전극의 정극 활물질층측의 노출된 집전체 상의 3변에 시일 부재로서 폭 12㎜의 폴리에틸렌제 필름을 배치하였다. 그 위에 세퍼레이터(기재 PE, 구멍 직경 500㎚ 이하)로서 150×100㎜의 다공질 필름을 포개고, 그 주위의 3변에 시일 부재로서 폭 12㎜의 폴리에틸렌제 필름을 배치하였다. 그리고, 그 위에 쌍극형 전극의 부극 활물질층측을 포갰다. 이와 같이 하여 세퍼레이터 및 시일 부재를 통하여 쌍극형 전극 5매를 적층하고, 3변의 주연부를 상하로부터 프레스(0.2㎫, 160℃, 5초간)하여 집전체와 시일 부재를 융착시켰다. 나머지 1변으로부터 전해액(프로필렌카보네이트:에틸렌카보네이트=1:1(용적비) 혼합 용매에 LiPF6을 1몰/L의 농도로 혼합한 것)을 주입하였다. 그리고, 그 나머지 1변에 각층 2매씩의 시일 부재를 배치하였다. 이것을 진공 챔버 내에서 전체를 진공으로 한 상태에서 상기와 마찬가지의 조건으로 프레스하여 진공 밀봉함으로써, 각 단전지층의 주연부가 밀봉되어 이루어지는 발전 요소를 형성하였다. 집전판으로서 일부에 전기 취출용 단자가 설치된 130×80㎜의 알루미늄판(두께 100㎛)을 2매 준비하고, 상기 집전판으로 발전 요소를 끼웠다. 그리고, 이들 전체를 덮도록 알루미늄 라미네이트 시트로 진공 밀봉함으로써 쌍극형 전지를 제작하였다.
[충방전 시험]
각 쌍극형 2차 전지에 대하여 60℃의 분위기 하, 정전류 방식(CC, 전류:1C)으로 13.5V까지 충전하고, 10분간 휴지시킨 후, 정전류(CC, 전류:1C)로 7.5V까지 방전하고, 방전 후 10분간 휴지시켰다. 이 충방전 과정을 1 사이클로 하여 충방전 시험을 행하고, 단전지층의 밀봉 부분의 시일 내구성을 평가하였다. 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112011068214973-pct00001
비교예 1의 쌍극형 2차 전지는 500 사이클을 초과한 시점에서 전압이 현저하게 저하되어 충방전의 사이클이 불가능한 상태가 되었다. 전지 내부를 조사한 결과, 밀봉 부분의 접착이 불충분한 점으로부터 단전지층으로부터 전해액이 누출되고 있었다. 한편, 실시예 1 내지 3은 1000 사이클 후에도 전압이 유지되어 밀봉 부분으로부터의 액 누설은 관찰되지 않았다.
[현미경 분석]
실시예 1 내지 3의 쌍극형 2차 전지에 대하여 전자 현미경에 의해 열 융착부(밀봉부)의 관찰을 행하였다. 도 7은 실시예 1의 쌍극형 2차 전지에 있어서의 열 융착부의 단면의 전자 현미경 사진이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 열 융착에 의해, 집전체의 기재 수지가 다공질 필름으로 이루어지는 세퍼레이터의 구멍부에 들어가서 집전체의 수지 분자와 세퍼레이터의 수지 분자가 결합하여 경화되어 있었다. 그 때문에, 열 융착부에서는 집전체와 세퍼레이터의 사이에 계면이 형성되어 있지 않았다. 실시예 2 내지 3에서도 마찬가지로 열 융착에 의해 집전체의 기재 수지가 다공질 필름으로 이루어지는 세퍼레이터의 구멍부에 들어가서 경화되어 있었다.
이상의 결과로부터, 본 발명에 따르면, 세퍼레이터에 대한 집전체의 기재 수지의 앵커 효과에 의해 우수한 시일성 내구성을 나타내는 단전지층의 밀봉 수단을 갖는 쌍극형 2차 전지를 제공할 수 있는 것이 확인되었다.

Claims (10)

  1. 제1 수지를 기재로 하는 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 집전체와, 집전체의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 쪽 면에 형성된 부극 활물질층을 각각 갖는 제1 및 제2 쌍극형 전극과, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 사이에 배치되고, 제2 수지를 기재로 하여 전해질을 내부에 유지하여 전해질층을 형성하는 세퍼레이터를 구비하고, 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과, 전해질층과, 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층으로 구성되는 단전지층이 설치된 발전 요소를 포함하고, 제1 수지의 융점이 제2 수지의 융점 이하이고, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부와 세퍼레이터의 주연부가 융착되어 단전지층의 외주부를 밀봉하는 쌍극형 2차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 수지가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하고, 상기 제2 수지가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리플루오르화비닐리덴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 쌍극형 2차 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 수지층이 열경화성 수지인 쌍극형 2차 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도전성을 갖는 수지층이 도전성 필러를 포함하고, 상기 도전성 필러의 입자 직경이 상기 세퍼레이터의 구멍 직경보다도 큰 쌍극형 2차 전지.
  5. 제1항에 있어서, 리튬 이온 2차 전지인 쌍극형 2차 전지.
  6. 제1 수지를 기재로 하는 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 집전체와, 집전체의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 쪽 면에 형성된 부극 활물질층을 각각 갖는 제1 및 제2 쌍극형 전극과, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 사이에 배치되고, 제2 수지를 기재로 하여 전해질을 내부에 유지하여 전해질층을 형성하는 세퍼레이터를 구비하고, 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과, 전해질층과, 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층으로 구성되는 단전지층이 설치된 발전 요소를 포함하고,
    제1 수지의 융점이 제2 수지의 융점 이하이고, 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부에 있어서의 제1 수지와 세퍼레이터의 주연부에 있어서의 제2 수지가 분자간력으로 결합되어 단전지층의 외주부를 밀봉하는 쌍극형 2차 전지.
  7. 삭제
  8. 제1 수지를 기재로 하는 도전성을 갖는 수지층을 포함하는 집전체와, 집전체의 한쪽 면에 형성된 정극 활물질층과, 집전체의 다른 쪽 면에 형성된 부극 활물질층을 갖는 제1 및 제2 쌍극형 전극을 준비하는 공정과, 제2 수지를 기재로서 포함하는 세퍼레이터를 준비하는 공정과, 세퍼레이터를 통하여 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층이 대향하도록 적층하는 공정과, 세퍼레이터의 내부에 전해질을 주입하여 전해질층을 형성하는 공정과, 제1 쌍극형 전극의 정극 활물질층과, 전해질층과, 제2 쌍극형 전극의 부극 활물질층으로 구성되는 단전지층의 외주부를 가열 프레스하여 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부와 세퍼레이터의 주연부를 융착하는 공정을 포함하고,
    제1 수지의 융점이 제2 수지의 융점보다 낮은 쌍극형 2차 전지의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 단전지층의 외주부의 1변을 제외한 나머지 모든 변을 가열 프레스하여 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부와 세퍼레이터의 주연부의 대응 부분을 융착하는 쌍극형 2차 전지의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 세퍼레이터에 전해질을 주입한 후에 상기 단전지층의 외주부의 1변을 가열 프레스하여 제1 및 제2 쌍극형 전극의 집전체의 주연부와 세퍼레이터의 주연부의 나머지 부분을 융착하는 쌍극형 2차 전지의 제조 방법.

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Families Citing this family (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4274256B2 (ja) * 2006-08-25 2009-06-03 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置用電極及び蓄電装置
US20100221965A1 (en) * 2008-01-29 2010-09-02 Hitachi Maxell, Ltd. Slurry for forming insulating layer, separator for electrochemical device, method for producing the same, and electrochemical device
WO2012014780A1 (ja) * 2010-07-28 2012-02-02 日産自動車株式会社 双極型電極およびそれを用いた双極型二次電池並びに双極型電極の製造方法
JP5754002B2 (ja) * 2011-03-25 2015-07-22 国立研究開発法人産業技術総合研究所 耐熱可撓性電池、および耐熱可撓性電池の製造方法
US10230112B2 (en) * 2011-05-23 2019-03-12 Nissan Motor Co., Ltd. Conductive film, current collector using same, battery and bipolar battery
WO2012161180A1 (ja) * 2011-05-23 2012-11-29 株式会社カネカ 複層導電性フィルム、これを用いた集電体、電池および双極型電池
US10615393B2 (en) 2011-10-24 2020-04-07 Advanced Battery Concepts, LLC Bipolar battery assembly
KR20150013272A (ko) * 2011-10-24 2015-02-04 어드밴스드 배터리 컨셉츠, 엘엘씨 바이폴라 배터리 조립체
US10141598B2 (en) 2011-10-24 2018-11-27 Advanced Battery Concepts, LLC Reinforced bipolar battery assembly
US9685677B2 (en) 2011-10-24 2017-06-20 Advanced Battery Concepts, LLC Bipolar battery assembly
US10446822B2 (en) 2011-10-24 2019-10-15 Advanced Battery Concepts, LLC Bipolar battery assembly
KR101968640B1 (ko) * 2012-04-03 2019-04-12 삼성전자주식회사 가요성 2차전지
CN104919639B (zh) * 2013-01-15 2019-02-01 阿莫绿色技术有限公司 聚合物电解质、利用其的锂二次电池及其制备方法
KR101595644B1 (ko) * 2013-02-15 2016-02-26 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 전극 조립체 및 그 제조방법
PL2999358T3 (pl) 2013-05-22 2021-12-20 Glycom A/S Syntetyczna mieszanina oligosacharydów do leczenia mikrobioty ssaka
JP6048312B2 (ja) * 2013-05-27 2016-12-21 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池
WO2015033958A1 (ja) * 2013-09-03 2015-03-12 大日本印刷株式会社 電池用包装材料のシーラント層用の樹脂組成物
JP5704202B2 (ja) * 2013-09-03 2015-04-22 大日本印刷株式会社 電池用包装材料
CN105612637B (zh) * 2013-10-07 2018-10-09 日产自动车株式会社 非水电解质二次电池用电极材料、以及使用了其的非水电解质二次电池用电极和非水电解质二次电池
US9577250B2 (en) * 2014-02-11 2017-02-21 Battelle Memorial Institute Thick electrodes including nanoparticles having electroactive materials and methods of making same
KR102303569B1 (ko) * 2014-09-23 2021-09-16 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
US10314852B2 (en) 2014-10-24 2019-06-11 Glycom A/S Mixtures of HMOs
US11040050B2 (en) 2014-10-29 2021-06-22 Glycom A/S Composition comprising HMSs/HMOs and use thereof
EP3212198B1 (en) 2014-10-29 2020-12-23 Glycom A/S Synthetic composition and method for promoting mucosal healing
US10828313B2 (en) 2014-12-08 2020-11-10 Glycom A/S Synthetic composition for treating metabolic disorders
WO2016157108A1 (en) 2015-03-31 2016-10-06 Glycom A/S Mixtures of human milk oligosaccharides comprising 3 '-o-sialyllactose
US11296361B2 (en) 2015-07-07 2022-04-05 Apple Inc. Bipolar battery design
TWI607599B (zh) * 2015-07-14 2017-12-01 國立臺灣科技大學 電極結構及其製造方法以及鋰電池
EP3133671A1 (de) * 2015-08-21 2017-02-22 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Galvanisches element
CN105390629A (zh) * 2015-10-28 2016-03-09 广东烛光新能源科技有限公司 一种电化学电池及其制备方法
CN108348536B (zh) 2015-11-17 2021-09-24 格礼卡姆股份公司 治疗抗生素相关性并发症的合成组合物
CN108475813B (zh) * 2016-01-06 2021-07-02 株式会社村田制作所 非水二次电池、用于非水二次电池的正极活性物质及其制造方法
EP3419630A4 (en) 2016-02-24 2019-11-06 Glycom A/S SYNTHETIC COMPOSITION OF MICROBIOTIC MODULATION
ES2924137T3 (es) 2016-05-05 2022-10-04 Glycom As Composición que comprende HMOS para uso en el tratamiento de la hipersensibilidad y/o dolor visceral mediados por mastocitos
WO2017190754A1 (en) 2016-05-05 2017-11-09 Glycom A/S Composition comprising hmos for the treatment of non-infectious diarrhoea
US11224605B2 (en) 2016-05-19 2022-01-18 Glycom A/S Synthetic composition
WO2018057566A1 (en) * 2016-09-22 2018-03-29 Cougeller Research Llc Current collector for a stacked battery design
JP6705358B2 (ja) * 2016-10-17 2020-06-03 株式会社豊田自動織機 蓄電装置の製造方法
US10505175B2 (en) * 2016-12-22 2019-12-10 Murata Manufacturing Co., Ltd. Secondary battery, battery pack, electric vehicle, electric power storage system, electric power tool, and electronic apparatus
WO2018155240A1 (ja) * 2017-02-23 2018-08-30 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン電池用正極およびリチウムイオン電池
WO2018195372A1 (en) 2017-04-21 2018-10-25 Cougeller Research Llc Battery cell with electrolyte diffusion material
WO2018213601A2 (en) 2017-05-19 2018-11-22 Cougeller Research Llc Rechargeable battery with anion conducting polymer
US11018343B1 (en) 2017-06-01 2021-05-25 Apple Inc. Current collector surface treatment
US10923728B1 (en) 2017-06-16 2021-02-16 Apple Inc. Current collector structures for rechargeable battery
US10916741B1 (en) 2017-08-08 2021-02-09 Apple Inc. Metallized current collector devices and materials
US11189834B1 (en) 2017-08-09 2021-11-30 Apple Inc. Multiple electrolyte battery cells
US11862801B1 (en) 2017-09-14 2024-01-02 Apple Inc. Metallized current collector for stacked battery
US11335977B1 (en) 2017-09-21 2022-05-17 Apple Inc. Inter-cell connection materials
US11043703B1 (en) 2017-09-28 2021-06-22 Apple Inc. Stacked battery components and configurations
KR20200096263A (ko) 2017-11-30 2020-08-11 글리콤 에이/에스 밀 민감증을 치료하기 위한 hmo 혼합물
EP3720446A4 (en) 2017-12-05 2021-09-15 Glycom A/S HUMAN MILK OLIGOSACCHARIDES FOR THE TREATMENT OF MIGRAINE
US11296351B1 (en) 2018-01-12 2022-04-05 Apple Inc. Rechargeable battery with pseudo-reference electrode
KR102311427B1 (ko) * 2018-01-24 2021-10-12 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지 및 그 제조 방법
US10916796B1 (en) 2018-02-02 2021-02-09 Apple Inc. Selective charging matrix for rechargeable batteries
JP6981378B2 (ja) * 2018-07-31 2021-12-15 トヨタ自動車株式会社 全固体電池の製造方法
US11367877B1 (en) 2018-09-19 2022-06-21 Apple Inc. Aqueous battery current collectors
US20220072017A1 (en) 2018-12-19 2022-03-10 Glycom A/S Composition and method for treating humans using low-fodmap diets
CN109786755A (zh) * 2018-12-26 2019-05-21 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种双极性电池复合集流体结构及制备方法
CN111435761B (zh) * 2019-01-11 2021-08-10 荣盛盟固利新能源科技有限公司 一种全固态锂离子电池及其多层电解质膜热压制备的方法
EP3977550A1 (en) 2019-05-24 2022-04-06 Advanced Battery Concepts, LLC Battery assembly with integrated edge seal and methods of forming the seal
CN114450842A (zh) * 2019-10-31 2022-05-06 株式会社村田制作所 二次电池以及电池包
JP2023503694A (ja) * 2019-12-02 2023-01-31 ホーフェイ ゴション ハイテク パワー エナジー カンパニー リミテッド リチウムイオン電池に用いられる高配向性コレクタおよびその製造方法並びに使用
US11677120B2 (en) 2020-09-08 2023-06-13 Apple Inc. Battery configurations having through-pack fasteners
US11588155B1 (en) 2020-09-08 2023-02-21 Apple Inc. Battery configurations for cell balancing
US11600891B1 (en) 2020-09-08 2023-03-07 Apple Inc. Battery configurations having balanced current collectors
US11923494B2 (en) 2020-09-08 2024-03-05 Apple Inc. Battery configurations having through-pack fasteners
CN112290027A (zh) * 2020-09-22 2021-01-29 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种轻量化双极性集流体及双极性电池
US20220231486A1 (en) * 2021-01-19 2022-07-21 Divergent Technologies, Inc. Bus bars for printed structural electric battery modules
WO2022223430A1 (en) 2021-04-19 2022-10-27 Dsm Ip Assets B.V. A composition of enzymes and human milk oligosaccharides

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004185813A (ja) 2002-11-29 2004-07-02 Nissan Motor Co Ltd バイポーラ電池、バイポーラ電池の製造方法、組電池および車両
WO2006062204A1 (ja) 2004-12-10 2006-06-15 Nissan Motor Co., Ltd. バイポーラ電池
JP2006190649A (ja) 2004-12-07 2006-07-20 Nissan Motor Co Ltd バイポーラ電池およびその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09232003A (ja) 1995-12-18 1997-09-05 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd リチウム二次電池
JP4135473B2 (ja) 2002-11-07 2008-08-20 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
DE10328255A1 (de) * 2003-06-24 2005-01-13 Daimlerchrysler Ag Brennstoffzelle mit Kurzschlussmittel
JP4670275B2 (ja) * 2004-08-12 2011-04-13 日産自動車株式会社 バイポーラ電池および組電池
CN100483831C (zh) * 2004-12-07 2009-04-29 日产自动车株式会社 双极性电极电池组及其制备方法
JP5279018B2 (ja) * 2008-12-02 2013-09-04 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 リチウムイオン二次電池およびその製造方法
US8486160B2 (en) * 2009-12-17 2013-07-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004185813A (ja) 2002-11-29 2004-07-02 Nissan Motor Co Ltd バイポーラ電池、バイポーラ電池の製造方法、組電池および車両
JP2006190649A (ja) 2004-12-07 2006-07-20 Nissan Motor Co Ltd バイポーラ電池およびその製造方法
WO2006062204A1 (ja) 2004-12-10 2006-06-15 Nissan Motor Co., Ltd. バイポーラ電池

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EP2405524B1 (en) 2015-10-07

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