KR101222284B1 - 전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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유키히로 오카다
기요미 고즈키
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Abstract

제 1 전극의 일단부는, 전극군의 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 세퍼레이터의 단부보다 돌출되어 있고, 돌출되는 제 1 전극의 단부는, 제 1 전극심재의 노출부를 갖고, 제 1 전극심재의 노출부는, 제 1 집전판의 한쪽의 면의 접속부와 용접되어 있고, 제 1 집전판의 다른쪽의 면에는, 접속부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 전지로 함으로써, 전극군의 일단면으로부터 돌출된 전극심재의 노출부를, 집전판의 원하는 접속부와 확실히 용접할 수 있다.

Description

전지 및 그 제조방법{BATTERY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은, 다양한 기기의 구동용 전원으로서 적합한 전지에 관한 것으로, 특히 저저항(低抵抗))이며 대전류 방전에 적합한 집전구조를 갖는 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
비수전해질 이차전지, 니켈 수소 이차전지, 니켈 카드뮴 이차전지 등의 이차전지는, 다양한 기기의 구동용 전원으로서 이용되고 있다. 이차전지의 용도는, 휴대전화를 비롯한 민생용 기기로부터 전기자동차나 전동공구 등, 다양하다. 그 중에서도 비수전해질 이차전지는, 소형, 경량으로 고에너지 밀도를 갖기 때문에 주목을 끌고 있다. 최근, 이차전지의 더 나은 고에너지 밀도화 및 고출력화를 향한 개발이 활발해지고 있다.
민생용 기기에 사용되고 있는 이차전지, 예를 들면 비수전해질 이차전지는, 일반적으로, 전극군 및 전해질을 수용하는 바닥이 있는 금속제 전지케이스와 전지케이스의 개구를 막는 밀봉판을 구비한다. 밀봉판은, 내부단자가 되는 금속제 필터와, 외부단자가 되는 금속제 캡을 갖고, 이들 사이에는, 통상, 안전밸브와 PTC 소자가 개재되어 있다. 안전밸브는, 예를 들면 금속 박막과 방폭(防爆) 밸브체로 이루어진다. 금속제 캡과 PTC 소자와 안전밸브의 둘레가장자리부에, 수지제 이너 개스킷을 사이에 끼워, 금속제 필터의 주위를 코킹하는 것에 의해, 밀봉판이 구성되어 있다.
안전밸브를 구성하는 금속 박막과 방폭 밸브체란, 각각의 중앙부에서 용접되어, 전기적으로 도통하고 있다. 전지가 잘못 과충전되어, 전지내 압력이 비정상으로 상승했을 때에는, 금속 박막이 파단되어, 전류경로가 차단된다. 그 때, 전지 내부의 가스는 외부로 방출된다. 대전류 방전을 필요로 하는 고출력 용도에서는, 이러한 안전기능을 확보하면서, 시간경과에 따른 변화나 온도변화에 대한 내부저항의 변동을 억제하여, 대전류를 효율적으로 출력시킬 필요가 있다.
대형 리튬이온 이차전지에 있어서 대전류를 효율적으로 출력시키는 기술로서, 특허문헌 1은, 전극을 구성하는 금속재료(심재)의 탭(tap) 부분(단부(端部))을 도전체 사이에 끼워, 상기 단부와 도전체를 용접하여 집전부를 형성하는 것을 제안하고 있다.
한편, 특허문헌 2는, 전극심재의 단부를 전극군으로부터 돌출시켜, 상기 돌출부를 집전판과 접합한 전지를 제안하고 있다. 집전판은 절결(切缺) 홈부를 갖고, 홈부의 둘레가장자리부에서 집전판과 돌출부의 선단이 접합된다. 이 제안에 의하면, 집전판과 돌출부와의 접합영역을 작게 설정하는 동시에, 접합부의 강도를 향상시킬 수 있도록 되어 있다.
일본 공개특허공보 평성7-263029호 일본 공개특허공보 2003-36834호
특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 전극군과 집전부재(도전체 혹은 집전판)를 용접하는 수단으로서, 아크 용접법, 레이저 용접법 및 전자빔 용접법을 나타내고 있다. 그러나, 용접시에는, 집전부재를 고정하는 치구가 소정 위치로부터 어긋나거나, 아크 등의 에너지원이 의도한 방향으로 날아가지 않거나 한다. 이러한 경우, 의도한 용접부로부터 빗나간 점(点:point)에서 전극심재와 집전부재가 용접될 가능성이 있다.
또한, 아크가 산란 혹은 난반사되면, 열에너지에 의해 집전판에 구멍이 뚫려, 집전판의 아래에 있는 전극심재를 손상시킬 가능성도 있다. 그 결과, 전극군과 집전판과의 용접부의 신뢰성이 저하한다. 아크의 에너지 강도를 제어하여, 산란 혹은 난반사를 방지하는 것은 용이하지 않다.
이상의 이유로부터, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 방법으로 전지를 양산하면, 제조 생산수율의 저하를 초래하게 된다.
본 발명은, 집전판과 전극군을, 의도한 접속부에서 확실히 용접하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층해서 이루어지는 전극군과, 제 1 전극과 전기적 접속을 갖는 제 1 집전판을 구비하고, 제 1 전극은, 제 1 전극심재 및 제 1 전극심재에 형성된 제 1 전극 합제층을 포함하고, 제 2 전극은, 제 2 전극심재 및 제 2 전극심재에 형성된 제 2 전극 합제층을 포함하고, 제 1 전극의 일단부(一端部)는, 상기 전극군의 일단면(一端面)에 있어서, 제 2 전극의 단부(端部) 및 상기 세퍼레이터의 단부(端部)보다 돌출되어 있고, 상기 돌출하는 제 1 전극의 단부는, 제 1 전극심재의 노출부를 갖고, 제 1 전극심재의 상기 노출부는, 제 1 집전판의 한쪽의 면의 접속부와 용접되어 있고, 제 1 집전판의 다른쪽의 면에는, 접속부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 전지에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층해서 이루어지는 전극군과, 제 1 전극과 전기적 접속을 갖는 제 1 집전판과, 제 2 전극과 전기적 접속을 갖는 제 2 집전판을 구비하고, 제 1 전극은, 제 1 전극심재 및 제 1 전극심재에 형성된 제 1 전극 합제층을 포함하고, 제 2 전극은, 제 2 전극심재 및 제 2 전극심재에 형성된 제 2 전극 합제층을 포함하고, 제 1 전극의 일단부는, 상기 전극군의 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 돌출되어 있고, 상기 돌출하는 제 1 전극의 단부는, 제 1 전극심재의 노출부를 갖고, 제 2 전극의 일단부는, 상기 전극군의 다른 단면에 있어서, 제 1 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 돌출되어 있고, 상기 돌출하는 제 2 전극의 단부는, 제 2 전극심재의 노출부를 갖고, 제 1 전극심재의 상기 노출부는, 제 1 집전판의 한쪽의 면의 접속부(제 1 접속부)와 용접되어 있고, 제 1 집전판의 다른쪽의 면에는, 제 1 접속부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있고, 제 2 전극심재의 상기 노출부는, 제 2 집전판의 한쪽의 면의 접속부(제 2 접속부)와 용접되어 있고, 제 2 집전판의 다른쪽의 면에는, 제 2 접속부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 전지에 관한 것이다.
본 발명은, (ⅱ) 제 1 전극심재에 제 1 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 1 전극심재의 노출부를 갖는 제 1 전극을 얻는 공정, (ⅱ) 제 2 전극심재에 제 2 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 제 2 전극을 얻는 공정, (ⅲ) 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층하는 것에 의해, 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 1 전극심재의 상기 노출부가 돌출된 전극군을 구성하는 공정, (ⅳ) 한쪽의 면에 접속 예정부를 갖고, 다른쪽의 면에, 상기 접속 예정부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 제 1 집전판을 준비하는 공정, (ⅴ) 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 1 전극심재의 상기 노출부를, 제 1 집전판의 상기 접속 예정부와 용접하는 공정을 갖는 전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, (ⅰ) 제 1 전극심재에 제 1 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 1 전극심재의 노출부를 갖는 제 1 전극을 얻는 공정, (ⅱ) 제 2 전극심재에 제 2 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 2 전극심재의 노출부를 갖는 제 2 전극을 얻는 공정, (ⅲ) 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층하는 것에 의해, 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 1 전극심재의 상기 노출부가 돌출되고, 다른 단면에 있어서, 제 1 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 2 전극심재의 상기 노출부가 돌출된 전극군을 구성하는 공정, (ⅳ) 한쪽의 면에 접속 예정부(제 1 접속 예정부)를 갖고, 다른쪽의 면에, 제 1 접속 예정부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 제 1 집전판과, 한쪽의 면에 접속 예정부(제 2 접속 예정부)를 갖고, 다른쪽의 면에, 제 2 접속 예정부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 제 2 집전판을 준비하는 공정,
(ⅴ) 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 1 전극심재의 상기 노출부를, 제 1 집전판의 제 1 접속 예정부와 용접하고, 제 2 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 2 전극심재의 상기 노출부를, 제 2 집전판의 제 2 접속 예정부와 용접하는 공정을 갖는 전지의 제조방법에 관한 것이다.
상기 구성에 있어서, 접속부(접속 예정부)의 이면부의 일부에도 절연층이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 접속부(접속 예정부)의 이면부를 제외한 영역의 적어도 일부에 절연층이 형성되어 있으면, 일정한 효과를 얻을 수 있다.
절연층은, 집전판의 둘레가장자리부 측면에도 형성되어 있는 것이 바람직하다. 둘레가장자리부 측면의 절연층은, 아크의 산란을 방지할 뿐만 아니라, 전지케이스와 집전판과의 전기적 접속을 방지하는 역할을 갖는다.
본 발명은, (ⅰ) 제 1 전극심재에 제 1 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 1 전극심재의 노출부를 갖는 제 1 전극을 얻는 공정, (ⅱ) 제 2 전극심재에 제 2 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 제 2 전극을 얻는 공정, (ⅲ) 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층하는 것에 의해, 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 1 전극심재의 상기 노출부가 돌출된 전극군을 구성하는 공정, (ⅳ) 한쪽의 면에 접속 예정부를 갖는 제 1 집전판을 준비하는 공정, (ⅴ) 제 1 집전판의 다른쪽의 면에, 상기 접속 예정부와 대향하는 개구를 갖는 절연성 마스크를 배치하는 공정, (ⅵ) 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 1 전극심재의 상기 노출부를, 제 1 집전판의 상기 접속 예정부와 용접하는 공정을 갖는 전지의 제조방법에 관한 것이다. 공정(ⅵ) 후, 절연성 마스크는, 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 철거된다.
본 발명은, 또한, (ⅰ) 제 1 전극심재에 제 1 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 1 전극심재의 노출부를 갖는 제 1 전극을 얻는 공정, (ⅱ) 제 2 전극심재에 제 2 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 2 전극심재의 노출부를 갖는 제 2 전극을 얻는 공정, (ⅲ) 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층하는 것에 의해, 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 1 전극심재의 상기 노출부가 돌출되고, 다른 단면에 있어서, 제 1 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 2 전극심재의 상기 노출부가 돌출된 전극군을 구성하는 공정, (ⅳ) 한쪽의 면에 접속 예정부(제 1 접속 예정부)를 갖는 제 1 집전판과, 한쪽의 면에 접속 예정부(제 2 접속 예정부)를 갖는 제 2 집전판을 준비하는 공정, (ⅴ) 제 1 집전판의 다른쪽의 면에, 제 1 접속 예정부와 대향하는 개구를 갖는 절연성 마스크를 배치하는 공정, (ⅵ) 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 1 전극심재의 상기 노출부를, 제 1 집전판의 제 1 접속 예정부와 용접하는 공정, (ⅶ) 제 2 집전판의 다른쪽의 면에, 제 2 접속 예정부와 대향하는 개구를 갖는 절연성 마스크를 배치하는 공정, (ⅷ) 제 2 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 2 전극심재의 상기 노출부를, 제 2 집전판의 제 2 접속 예정부와 용접하는 공정을 갖는 전지의 제조방법에 관한 것이다. 공정(ⅵ) 및 공정(ⅷ) 후, 절연성 마스크는, 제 1 집전판 및 제 2 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 철거된다.
절연층의 두께는, 5㎛ 이상이 적합하다.
절연층은, 세라믹스 입자를 포함할 수 있다.
제 1 집전판 및 제 2 집전판은, 파형(波形)의 요철을 두께방향으로 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 집전판 및 제 2 집전판의 접속부는, 상기 요철의 오목면으로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 집전판과 전극군을, 의도한 접속부에서 확실히 용접할 수 있다. 즉, 제 1 전극심재의 노출부와, 제 1 집전판의 접속부와의 접속을, 확실히 행할 수 있어, 신뢰성이 높은 전지를 얻을 수 있다.
도 1A는 제 1 전극의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1B는 제 2 전극의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1C는 권회형의 전극군의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 관한 전지의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 관한 집전판의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 관한 절연성 마스크의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시형태에 관한 전지의 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일실시형태에 관한 집전판의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시형태에 관한 집전판의 단면도이다.
도 8은 집전판에 설치하는 접속 예정부의 패턴을 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.
제 1 실시형태
도 1A～도 1C는, 본 실시형태에 관한 전극군의 구조 모식도이다. 도 2는, 본 실시형태에 관한 전지의 종단면 모식도이다.
본 실시형태에 관한 전지는, 이른바 탭(tab)이 없는 구조를 갖고, 원통형상의 전극군(4)과 원반형상의 제 1 집전판(10)과, 원반형상의 제 2 집전판(20)을 구비한다. 제 1 전극(1) 및 제 2 전극(2)은, 탭이 그 사이에 놓여지는 일 없이, 제 1 집전판(10) 및 제 2 집전판(20)에 각각 접속되어 있다.
전극군(4)은, 띠 형상의 제 1 전극(1)과, 띠 형상의 제 2 전극(2)을, 띠 형상의 세퍼레이터(3)를 사이에 끼우고, 권회하는 것에 의해 구성되어 있다.
제 1 전극(1)은, 시트형상의 제 1 전극심재와, 그 양면에 형성된 제 1 전극 합제층(1b)을 포함한다. 제 1 전극(1)의 길이방향을 따르는 일단부(一端部)에는, 제 1 전극심재의 노출부(1a)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 전극(2)은, 제 2 전극심재와, 그 양면에 형성된 제 2 전극 합제층(2b)을 포함한다. 제 2 전극(2)의 길이방향을 따르는 일단부에는, 제 2 전극심재의 노출부(2a)가 형성되어 있다.
각 전극심재의 노출부는, 집전판의 접속부에 용접하기 위한 부위이다. 전극군을 구성할 때에는, 제 1 전극심재의 노출부(1a)와 제 2 전극심재의 노출부(2a)를, 서로 반대측에 배치하고, 제 1 전극과 제 2 전극을 세퍼레이터를 사이에 끼우고 적층하여, 권회한다. 그 결과, 기둥형상의 전극군(4)의 일단면(一端面), 즉 한쪽의 저면에는, 제 1 전극심재의 노출부(1a)가 배치되고, 다른쪽의 저면에는, 제 2 전극심재의 노출부(2a)가 배치된다.
용접을 용이하게 하기 위한 관점으로부터, 전극군(4)의 한쪽의 저면에 있어서, 제 1 전극심재의 노출부(1a)는, 제 2 전극(2)의 단부(端部) 및 세퍼레이터(3)의 단부(端部)보다 바깥쪽으로 돌출되어 있다. 마찬가지로, 전극군(4)의 다른쪽의 저면에 있어서, 제 2 전극심재의 노출부(2a)는, 제 1 전극(1)의 단부 및 세퍼레이터(3)의 단부보다 바깥쪽으로 돌출되어 있다.
또한, 제 1 전극과 제 2 전극과의 단락을 확실히 방지하는 관점으로부터, 제 1 전극심재의 노출부(1a)가 배치된 전극군의 저면에서, 세퍼레이터(3)의 단부는, 제 2 전극(2)의 단부보다 바깥쪽으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제 2 전극심재의 노출부(2a)가 배치된 전극군의 저면에서는, 세퍼레이터(3)의 단부는, 제 1 전극(1)의 단부보다 바깥쪽으로 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
제 1 전극심재의 노출부(1a)는, 제 1 집전판(10)의 한쪽의 면에서, 접속부 (10a)에 용접되어 있다. 제 1 집전판(10)의 다른쪽의 면에는, 절연층(14)이 형성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 전극심재의 노출부(2a)는, 제 2 집전판(20)의 한쪽의 면에서, 접속부(20a)에 접속되어 있다. 제 2 집전판(20)의 다른쪽의 면에는, 절연층(24)이 형성되어 있다.
제 1 집전판(10) 및 제 2 집전판(20)은, 각각 금속제이며, 원반형상의 형상을 갖는다. 양극과 접속되는 집전판은, 알루미늄 등의 금속으로 이루어지고, 음극과 접속되는 집전판은, 동, 철 등의 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 집전판의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 접촉하게 되는 전극군의 단면(端面)을 완전하게 가리는 형상이 바람직하다. 따라서, 집전판의 형상은, 전극군의 단면의 형상에 따라 상이하다. 집전판의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5～2mm이다. 집전판에는, 1개 이상의 관통구멍이 형성되어 있어도 좋다.
도 3에 제 1 집전판(10)의 확대도를 도시한다. 제 1 집전판의 중앙에는, 관통구멍(10b)이 형성되어 있다. 관통구멍(10b)은, 가스의 배출을 촉진하거나, 전극군에 의한 전해액의 함침을 촉진하거나 하는 작용을 갖는다. 예를 들면, 전지의 저부에 모인 가스는, 전극군의 중공부분을 지나, 집전판의 관통구멍으로부터 전극군의 외부로 빠진다.
제 1 집전판의 한쪽의 면{전극군(4)과의 접촉면}은, 제 1 전극심재의 노출부 (1a)와의 접속부(10a)를 갖고, 제 1 집전판의 다른쪽의 면에는, 접속부(10a)의 이면부(15)를 제외하고, 절연층(14)이 형성되어 있다.
제 1 집전판은, 관통구멍(10b)이 전극군(4)의 중공부분에 연이어 통하도록, 전극군(4)의 한쪽의 저면에 배치되어 있다. 전극군(4)의 저면은, 제 1 집전판측으로부터 보아 완전하게 가려지는 것이 바람직하다. 이 상태에서 용접이 행하여진다. 즉, 제 1 집전판의 접속부(10a)에, 제 1 전극심재의 노출부(1a)를 접촉시켜, 절연층(14)이 형성된 쪽으로부터 아크방전 등에 의해 에너지를 방사한다. 그 때, 아크는 절연층(14)이 형성된 부분에는 방사되지 않는다. 아크는 접속부(10a)의 이면부 (15), 즉 절연층(14)이 배치되지 않은 제 1 집전판의 금속면에 집중하여 조사(照射)된다. 그 결과, 접속부(10a)를 의도한 부분에 한정하는 것이 가능해져, 효율적으로 용접이 완료된다.
제 2 집전판(20)은, 제 1 집전판(10)과 거의 같은 구조를 갖고, 제 2 전극심재의 노출부(2a)와의 접속부(20a)와, 접속부(20a)의 이면부(25)를 제외한 영역에 형성된 절연층(24)을 갖는다. 제 2 집전판(20)은, 중앙에 관통구멍을 갖지 않고, 전지케이스(5)의 저부와의 접속부가 되는 중앙 용접부(20b)를 갖지만, 제 2 집전판의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 제 2 집전판(20)은, 관통구멍을 가져도 좋고, 중앙 용접부(20b)가 없어도 좋다.
제 1 집전판의 접속부(10a) 및 제 2 집전판의 접속부(20a)는, 절연층의 형성 패턴에 의해서, 임의로 제어할 수 있다.
전극심재의 노출부와 집전판의 접속 예정부를 용접하는 수법으로서는, 아크 용접, 레이저 용접, 전자빔 용접 등의 용접법을 채용할 수 있다. 다만, 용접을 위한 에너지를, 절연층(14)으로 피복되어 있지 않은 접속 예정부의 이면부에 효율적으로 조사하는 관점에서는, 아크 용접을 채용하는 것이 바람직하다. 아크 용접으로서는, TIG(Tungsten Inert Gas) 용접, MIG 용접, MAG 용접, 탄산가스 아크 용접 등을 들 수 있지만, TIG 용접이 특히 바람직하다. TIG 용접은, 집전판이 동, 알루미늄 등으로 구성되어 있는 경우에 특히 유효하다. 또한, TIG 용접의 경우, 집전판만을 용융시킬 수 있기 때문에, 전극심재를 손상시키지 않고, 신뢰성이 높은 용접을 용이하게 행할 수 있다고 생각된다. 리튬이온 이차전지 등의 경우, 전극심재의 두께는, 예를 들면 10～30㎛ 정도이다. 따라서, 전극심재의 좌굴에 의한 단락 등의 불량을 억제하는 관점으로부터도, TIG 용접이 바람직하다.
집전판의 표면에 형성하는 절연층의 두께는, 5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 10～100㎛인 것이 더 바람직하다. 절연층의 두께가 5㎛ 미만인 경우, 아크 용접 시에, 아크가 절연층을 피해 금속면에 효율적으로 조사되지 않는 경우가 있다.
절연층은, 세라믹스 입자를 포함하는 것이 바람직하다. 세라믹스는 절연성이 양호하고, 융점이 높고, 반응성이 낮기 때문에, 절연층의 재료로서 적합하다. 세라믹스에는, 산화물, 탄화물, 질화물, 붕화물 등을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 알루미나, 마그네시아 등을 이용할 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 세라믹스 입자의 평균 입자지름은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.1～2㎛인 것이 바람직하다.
이하, 본 실시형태에 관한 전지의 제조방법에 대해서 순서를 따라 설명한다.
(ⅰ) 제 1 전극을 제작한다. 도 1A에 도시한 제 1 전극(1)은, 예를 들면, 제 1 전극심재에, 노출부(1a)를 남기고, 제 1 전극 합제층(1b)을 형성하는 것에 의해 얻을 수 있다.
(ⅱ) 제 2 전극을 제작한다. 도 1B에 도시한 제 2 전극(2)은, 예를 들면, 제 2 전극심재에, 노출부(2a)를 남기고, 제 2 전극 합제층(2b)을 형성하는 것에 의해 얻을 수 있다. 다만, 제 2 전극심재의 노출부(2a)를 남기는 것은 필수는 아니다.
전극심재는, 금속제이며, 양극의 경우, 알루미늄, 니켈, 마그네슘 등이 이용되고, 음극의 경우, 동, 철, 니켈 등이 이용된다. 전극심재의 형태는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 띠 형상의 박(箔), 시트 등의 형태를 갖는다. 이 경우, 제 1 전극심재의 노출부는, 띠 형상 전극의 길이방향을 따르는 일단부에 형성된다. 박이나 시트는, 다공질 재료로 구성되어 있어도 좋다.
(ⅲ) 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층하는 것에 의해, 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 세퍼레이터의 단부보다 제 1 전극심재의 노출부가 돌출된 전극군을 구성한다. 도 1C에 도시하는 전극군(4)은, 제 1 전극심재의 노출부(1a) 및 제 2 전극심재의 노출부(2a)가, 서로 반대 방향으로 배치되고, 또한, 세퍼레이터(3)의 단부보다 돌출되도록, 제 1 전극(1), 제 2 전극(2) 및 세퍼레이터(3)를 배치하고, 소용돌이형상으로 권회하여 형성한다.
여기서, 세퍼레이터(3)는, 수지제의 미다공막이더라도 좋고, 금속 산화물 등의 필러와 결착제를 포함한 다공질 절연막이더라도 좋고, 수지제의 미다공막과 다공질 절연막과의 적층체이더라도 좋다.
(ⅳ) 한쪽의 면에 접속 예정부를 갖고, 다른쪽의 면에 접속 예정부와 대향하는 부분을 제외하고 절연층이 형성되어 있는 집전판을 준비하고, (ⅴ) 집전판의 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 전극심재의 노출부와 집전판의 접속 예정부를 용접한다. 도 1C에 도시하는 전극군(4)을 이용하는 경우에는, 도 2, 도 3에 도시하는 제 1 집전판(10) 및 제 2 집전판(20)을 준비한다. 제 1 집전판(10) 및 제 2 집전판(20)의 전극군(4)과의 접촉면의 이면에는, 부분적으로 금속면(15,25)을 남기고, 절연층(14,24)이 각각 형성되어 있다.
절연층(14,24)을 형성하는 수법으로서는, 절연 재료의 도포, 분무, 스퍼터링 등을 들 수 있다. 예를 들면, 세라믹스 입자와 결착제와 액상 성분을 혼합하여 절연 페이스트를 조제하고, 절연 페이스트를 집전판의 소정면에 도포하여, 건조시킨다. 다만, 균일하게 절연층을 형성할 수 있는 수법이면, 이것들에는 한정되지 않는다.
다음에, 제 1 집전판(10)을, 전극군(4)의 일단면에, 절연층(14)을 바깥쪽으로 하여 배치한다. 계속하여, 제 1 집전판(10)과 제 1 전극심재의 노출부(1a)를, 아크 용접에 의해, 서로 접합한다. 구체적으로는, 제 1 집전판의 접속부(10a)의 이면부(15)로부터 떨어진 위치에, 용접용의 전극을 배치하고, 아크를 방사하여, 제 1 집전판의 접속부(10a)를 용융시킨다. TIG 용접 등의 아크 용접을 이용하면, 아크는 절연층(14)이 형성되어 있지 않은 금속면에 확실히 조사되어, 접속부(10a)를 용융시킬 수 있다. 이것에 의해, 제 1 집전판(10)과 전극군(4)을 접합할 수 있다.
그 후, 제 2 집전판(20)을, 전극군(4)의 다른쪽의 단면에, 절연층(24)을 바깥쪽으로 하여 배치한다. 그리고, 제 1 집전판의 경우와 같은 조작에 의해, 제 2 집전판(20)과 전극군(4)을 접합한다.
그 후, 양 집전판이 용접된 전극군(4)을, 전지케이스(5)에 수용한다. 이 때, 제 2 집전판(20)을 전지케이스(5)의 하면에 접촉시킨다. 제 1 집전판(10)은, 리드 (6)를 사이에 끼워, 밀봉판(7)에 접속한다. 그리고, 비수전해질을 전지케이스(5)내에 주입하고, 이어서, 밀봉판(7)의 둘레가장자리에 배치된 개스킷(8)에 전지케이스의 개구단을 코킹하는 것에 의해, 전지를 밀봉한다. 전지케이스(5)는, 개구 부근에, 안쪽으로 오목한 홈부를 갖고, 홈부에는, 제 1 집전판(10)과의 절연을 확보하기 위한 절연부재(17)가 설치되어 있다.
이상과 같이, 제 1 집전판(10) 및 제 2 집전판(20)에는, 전극군과의 접속부의 이면부를 제외하고, 절연층이 형성되어 있다. 따라서, 집전판을 전극군에 용접할 때, 절연층이 형성되어 있지 않은 금속면에만 아크가 조사된다. 이 경우, 아크는 확실히 집전판의 금속면에 조사된다. 따라서, 전극군과 집전판과의 상대적인 위치관계만 고정되어 있으면, 용접용의 전극의 설치위치가 다소 어긋나 있어도, 원하는 접합부에서 집전판과 전극군을 접합할 수 있다. 그 결과, 전극군과 집전판과의 접합불량을 큰 폭으로 저감할 수 있어, 생산수율의 저하를 회피하는 것이 가능하게 된다.
제 2 실시형태
도 4는, 본 실시형태에 관한 전지의 제조방법으로 이용하는 절연성 마스크의 단면도를 도시하고 있다. 도 5는, 본 실시형태에 관한 제조방법으로 제작된 전지의 종단면도이다.
본 실시형태에서는, 제 1 집전판 및 제 2 집전판의 적어도 한쪽의 구조가, 제 1 실시형태와는 다르고, 그 집전판과 전극군과의 용접방법도 다르다. 도 5에 도시하는 전지는, 제 1 집전판(10) 및 제 2 집전판(20)에 절연층이 형성되어 있지 않은 점 이외, 제 1 실시형태와 같은 구조를 갖는다.
본 실시형태에 있어서는, 제 1 집전판(10)과 전극군(4)과의 용접, 및, 제 2 집전판(20)과 전극군(4)과의 용접시, 집전판의 전극군(4)과의 접촉면의 이면에, 절연성 마스크(27)를 배치한다. 절연성 마스크(27)는, 집전판의 접속 예정부에 대응한 위치에, 1개이상의 개구(28)를 갖는다.
각 집전판의 한쪽의 면을, 전극군의 단면에 접촉시키고, 다른쪽의 면으로부터 절연성 마스크를 사이에 끼워 아크를 방사하는 것에 의해, 전극심재의 노출부를, 집전판의 접속 예정부에 용접한다. 그 때, TIG 용접 등의 아크 용접을 이용하면, 절연성 마스크의 개구(28)에 집중하여 아크가 조사된다. 따라서, 원하는 접합부에서 집전판과 전극군을 접합할 수 있다. 그 결과, 전극군과 집전판과의 접합 불량을 큰 폭으로 저감할 수 있어, 생산수율의 저하를 회피하는 것이 가능하게 된다. 용접의 종료후, 절연성 마스크(27)를 집전판의 다른쪽의 면으로부터 철거한다.
제 3 실시형태
본 실시형태에 관한 집전판은, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태와는 형상이 다르다. 도 6은, 본 실시형태에 관한 집전판의 일례의 단면도이다. 집전판(30)은, 파형(波形:corrugated form)의 요철을 두께방향으로 갖는다. 전극군이 원통형상이고, 집전판이 원반형상인 경우, 집전판의 한쪽의 면 또는 다른쪽의 면으로부터 보아, 동심원 형상으로 요철이 형성되어 있는 상태가 바람직하다. 다만, 집전판의 한쪽의 면 또는 다른쪽의 면에서 본 요철의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 전극군의 단면으로부터 돌출되는 전극심재의 노출부의 형상을 따른 형상이면 좋다. 단면(斷面)으로 본 파(波)의 형상도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 볼록부의 선단 및 오목부의 말단은, 예각 형상으로 날카로워져 있어도 좋고, 곡선이더라도 좋다.
집전판(30)의 한쪽의 면에는, 볼록면(30b)의 선단(33) 부근을 제외하고, 절연층(34)이 형성되어 있다. 전극군의 단면으로부터 돌출되는 전극심재의 노출부는, 집전판의 다른쪽의 면에서의 오목면(30a)에 수용되어, 전극심재의 노출부와 집전판의 오목면이 서로 감합(勘合)한 상태가 된다. 따라서, 전극심재의 노출부와 집전판의 접속부와의 위치 맞춤이 용이해질 뿐만 아니라, 용접 강도가 높아져, 집전효율이 향상된다. 이러한 집전판을 이용하여, 아크 용접을 행하는 경우, 볼록면(30b)의 선단(33) 부근에 집중하여 아크가 비산되기 때문에, 의도한 접속부(35)에서 확실한 용접이 가능해진다.
제 4 실시형태
본 실시형태에 관한 집전판은, 절연층을 갖지 않는 점 이외, 제 3 실시형태와 같은 구조를 갖는다. 도 7은, 본 실시형태에 관한 집전판의 일례의 단면도이다. 집전판(50)은, 파형의 요철을 두께방향으로 갖는다. 전극군의 단면으로부터 돌출되는 전극심재의 노출부는, 집전판의 다른쪽의 면에서의 오목면(50a)에 수용되고, 전극심재의 노출부와 집전판의 오목면이 서로 감합한 상태가 된다.
용접시에는, 볼록면의 선단(53) 부근, 즉 접속부(55)에 대응한 개구를 갖는 절연성 마스크를 사이에 끼워, 아크를 집전판에 조사한다. 아크는, 절연성 마스크에는 조사되지 않고, 개구로부터 노출되는 볼록면의 선단(53) 부근에 집중하여 조사된다. 따라서, 의도한 접속부(55)에서 확실한 용접이 가능해진다.
실시예
이하, 본 발명을 원통형 리튬이온 이차전지에 적용한 실시예에 대해서 설명한다.
?실시예 1?
(1) 양극의 제작
양극 활성물질인 코발트산 리튬 분말 85중량부와, 도전제인 탄소분말 10중량부와, 결착제인 폴리불화 비닐리덴(PVDF) 5중량부와, 적량(適量)의 N-메틸-2 피롤리돈(NMP)을 혼합하여, 양극합제 페이스트를 조제하였다.
양극합제 페이스트를, 두께 15㎛이고, 폭 56mm의 알루미늄박으로 이루어지는 양극 심재의 양면에 도포하였다. 다만, 양극 심재의 길이방향을 따르는 일단부에 폭 6mm의 양극 심재의 노출부를 남기고, 양극합제 페이스트의 도막의 폭은 50mm로 하였다. 그 후, 도막을 건조시키고, 압연하여, 두께 150㎛의 양극을 얻었다.
(2) 음극의 제작
음극 활성물질인 인조흑연분말 95중량부와, 결착제인 PVDF를 5중량부와, 적량의 NMP와 혼합하여, 음극합제 페이스트를 조제하였다.
음극합제 페이스트를, 두께 10㎛이고, 폭 57mm의 동박으로 이루어지는 음극 심재의 양면에 도포하였다. 다만, 음극 심재의 길이방향을 따르는 일단부에 폭 5mm의 음극 심재의 노출부를 남기고, 음극합제 페이스트의 도막의 폭은 52mm로 하였다. 그 후, 도막을 건조시키고, 압연하여, 두께 160㎛의 음극을 얻었다.
(3) 전극군의 제작
양극과 음극과의 사이에, 폭 53mm이고, 두께 25㎛의 폴리프로필렌 수지제 미다공막을 세퍼레이터로서 개재시켜, 이것들을 소용돌이 형상으로 권회하여 전극군을 제작하였다. 다만, 도 1C에 도시하는 바와 같이, 양극 심재의 노출부와 음극 심재의 노출부를, 서로 반대측에 배치하고, 양극 심재의 노출부를 한쪽의 저면으로부터, 음극 심재의 단면을 다른쪽의 저면으로부터 돌출시켰다.
양극과 음극과의 단락을 방지하는 관점으로부터, 양극 심재의 노출부가 배치된 전극군의 저면에서는, 세퍼레이터의 단부를 음극의 단부보다 바깥쪽에 돌출시켰다. 또한, 음극 심재의 노출부가 배치된 전극군의 저면에서는, 세퍼레이터(3)의 단부를 양극의 단부보다 바깥쪽으로 돌출시켰다.
(4) 집전판의 제작
두께 0.8mm의 알루미늄판으로부터, 프레스 가공에 의해, 직경 24mm의 원반형상의 양극 집전판을 타발하였다. 양극 집전판의 중앙에는 직경 7mm의 관통구멍을 형성하였다.
마찬가지로, 두께 0.6mm의 동판으로부터, 프레스 가공에 의해, 직경 24mm의 원반형상의 음극 집전판을 타발하였다. 다만, 음극 집전판에는 관통구멍은 형성하지 않았다.
양극 집전판 및 음극 집전판 각각의 한쪽의 면에, 직경 2mmφ의 접속 예정부를 상정하고, 다른쪽의 면의 소정 영역에는 절연층을 형성하였다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 접속 예정부(42)는, 집전판(40)의 지름 방향에 3점씩, 십자형상으로 설치하는 것으로 하였다. 여기서, 양극 집전판에는, 절연층을, 접속 예정부의 이면부 및 리드 용접 예정부를 제외한 영역에 형성하였다. 또한, 음극 집전판에는, 절연층을, 접속 예정부의 이면부 및 전지케이스 저부와의 용접 예정부를 제외한 영역에 형성하였다.
절연층은, 절연 페이스트를 이용하여 형성하였다. 우선, 세라믹스 입자인 평균 입자지름 0.5㎛의 알루미나 48중량부와, 폴리아크릴로니트릴 변성고무로 이루어지는 결착제 4중량부를, 약 40중량부의 NMP와 혼합하여, 절연 페이스트를 조제하였다. 얻어진 절연 페이스트를, 집전판의 소정면에 80㎛의 두께로 도포하여, 그 후, 도막을 건조하는 것에 의해, 절연층을 형성하였다.
(5) 집전판의 용접
양극 심재의 노출부가 돌출된 전극군의 단면에, 양극 집전판을 접촉시키고, TIG용접에 의해, 양극 심재의 노출부를 양극 집전판의 접속 예정부에 용접하였다. TIG용접의 조건은, 전류치를 100A로 하고, 용접시간을 100ms로 하였다.
마찬가지로, 음극 심재의 노출부가 돌출된 전극군의 단면에, 음극 집전판을 접촉시키고, TIG 용접에 의해, 음극 심재의 노출부를 음극 집전판의 접속 예정부에 용접하였다. TIG 용접의 조건은, 전류치를 130A로 하고, 용접시간을 50ms로 하였다.
(6) 전지의 제작
도 2에 도시하는 전지를 이하의 요령으로 제작하였다.
상기와 같이 집전구조를 형성한 전극군을, 상부가 개구한 원통형의 바닥이 있는 전지케이스에 삽입하였다. 그 때, 음극 집전판을 전지케이스의 저부측에 배치하였다. 그 후, 음극 집전판을 전지케이스의 저부에 저항 용접하였다. 또한, 알루미늄제의 양극 리드를 사이에 끼워, 양극 집전판을 밀봉판에 접속하였다. 양극 집전판과 밀봉판과의 사이에는, 단락 방지를 위한 절연부재를 배치하였다.
에틸렌카보네이트와 에틸메틸카보네이트와의 체적비 1 : 1의 혼합 용매에, 6불화 인산리튬(LiPF6)을 1mol/L의 농도로 용해시켜, 비수전해질을 조제하였다. 전지케이스를 가열하여 건조시킨 후, 전지케이스에 비수전해질을 주입하고, 전극군에 충분히 비수전해질을 함침시켰다.
그 후, 개스킷을 사이에 끼워 밀봉판에 전지케이스의 개구단을 코킹하여, 전지케이스의 개구를 밀봉하였다. 이렇게 하여 직경 26mm, 높이 65mm의 원통형 리튬이온 이차전지(샘플 1)를 완성시켰다. 샘플 1의 전지용량은 2600mAh로 하였다.
?실시예 2?
이하의 점 이외, 실시예 1과 같은 원통형 리튬이온 이차전지(샘플 2)를 제작하였다.
양극 집전판 및 음극 집전판에 절연층을 형성하는 공정을 각각 생략하였다. 다만, TIG 용접시, 접속 예정부를 갖는 한쪽의 면을 전극군의 단면에 접촉시키고, 다른쪽의 면에는, 두께 1mm의 질화규소로 이루어지는 절연 마스크를 배치하였다.
절연 마스크는, 직경 2mmφ의 접속 예정부의 이면부를 제외하고, 집전판의 다른쪽의 면을 완전하게 가리는 구조로 하였다. 용접 후, 절연성 마스크는 집전판으로부터 철거하였다.
?실시예 3?
집전판의 구조를 변경한 점 이외, 실시예 1과 같은 원통형 리튬이온 이차전지(샘플 3)를 제작하였다. 집전판은 이하의 요령으로 제작하였다.
두께 0.8mm의 알루미늄판으로부터 양극 집전판을 타발할 때, 프레스 금형을 변경하고, 단면 V자형상의 파형의 요철을 형성하였다. 요철의 진폭(높이)은 1mm로 하고, 볼록부의 선단 및 오목부의 말단의 각도는 120°로 하였다. 요철의 형상은, 집전판의 한쪽의 면으로부터 보아 동심원 형상이며, 원반의 지름방향에 인접한 오목부끼리 혹은 볼록부끼리의 간격은 2mm로 하였다.
마찬가지로, 두께 0.6mm의 동판으로부터 음극 집전판을 타발할 때, 프레스 금형을 변경하여, 양극 집전판과 같은 파형의 요철을 형성하였다.
양 집전판에서, 절연층을 형성하는 영역은, 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
?실시예 4?
절연층을 형성하지 않았던 점 이외, 실시예 3과 같은 양극 집전판 및 음극 집전판을 제작해, 실시예 2와 같이, 절연성 마스크를 이용하여, 원통형 리튬이온 이차전지(샘플 4)를 제작하였다.
?비교예 1?
절연성 마스크를 이용하지 않았던 점 이외, 실시예 2와 같이, 원통형 리튬이온 이차전지(샘플 5)를 제작하였다.
?비교예 2?
절연성 마스크를 이용하지 않았던 점 이외, 실시예 4와 같이, 원통형 리튬이온 이차전지(샘플 6)를 제작하였다.
[평가방법]
샘플 1～6의 리튬이온 이차전지를, 각 50개 준비하여, 이하와 같은 평가를 행하였다.
(극판군의 단면과 집전판과의 접합부의 외관 검사)
집전판을 용접한 직후에, 접합부를 시인(視認)에 의해 관찰하였다. 결과를 표 1의 '접합부 상태' 란에 나타낸다.
샘플 1～4에서는, 접속부에 있어서, 미접합 불량(집전판으로부터의 용융 금속이 전극군의 단면에 도달하지 않은 상태) 및 전극심재의 파손은 관찰되지 않았다. 한편, 샘플 5, 6에서는, 모든 전지에서, 접속부에 미접합 불량이 관찰되었다.
(인장강도의 측정)
샘플 1～6의 전지를 5개씩 빼내고, JIS Z2241에 기초하여, 접속부의 인장강도를 측정하였다. 구체적으로는, 인장 시험기의 한쪽의 치구에 전극군을 유지시키고, 인장 시험기의 다른쪽의 치구에 집전판을 유지시킨 상태에서, 일정한 속도로, 인장 시험기의 축방향(전극군과 집전판이 서로 멀어지는 방향)으로 잡아당겨, 접속부가 파괴되었을 때의 하중을 인장강도로 하였다. 측정결과를 표 1의 '인장강도' 란에 나타낸다.
샘플 1～4에서는, 모든 전지에서 인장강도가 50N 또는 55N 이상으로, 높은 강도였다. 한편, 샘플 5에서는, 5개 중 1개에서, 인장강도가 20N 이하인 것이 있었다. 또한, 샘플 6에서도, 5개 중 1개에서, 인장강도가 30N 이하인 것이 있었다.
(전지의 내부저항의 측정)
샘플 1～6의 전지의 내부저항을 측정하였다. 구체적으로는, 각 전지에 대해서, 1250mA의 정전류로 4.2V까지 충전한 후, 1250mA의 정전류로 3.0V까지 방전하는 충방전 사이클을 3회 반복하였다. 그 후, 1kHz의 교류를 전지에 인가하고, 전지의 내부저항을 측정하여, 접속상태를 평가하였다. 결과를 표 1의 '내부저항' 란에 나타낸다.
샘플 1, 2에서는, 내부저항의 평균치는 5mΩ, 샘플 3, 4에서는 내부저항의 평균치는 4mΩ이고, 그 편차는 전부 5% 정도였다. 한편, 샘플 5에서는, 내부저항의 평균치는 10mΩ이고, 그 편차는 30% 이상이었다. 또한, 샘플 6에서는, 내부저항의 평균치는 5mΩ이고, 그 편차는 10% 이상이었다.
(출력 전류의 측정)
샘플 1～6의 전지의 내부저항의 측정치(R)로부터, 평균 출력 전류(I)를 계산하였다. 전지를 4.2V까지 충전한 후, 3V까지 방전한 경우, R(저항)×I(전류)=Δ1.2V(전압)이다. 따라서, I(전류)=Δ1.2V(전압)/R(저항)이 된다. 결과를 표 1에 나타낸다.
집전판 접속부의 상태 인장강도 내부저항
(편차)		 출력전류
샘플 1 절연층 형성
이상 없음

 ≥50N 5mΩ(5%) 240A
샘플 2 절연마스크 형성 ≥50N 5mΩ(5%) 240A
샘플 3 절연층 형성 ≥55N 4mΩ(5%) 300A
샘플 4 절연마스크 사용 ≥55N 4mΩ(5%) 300A
샘플 5 -
미접합부 있음
 ≤20N
(1/5의 확률)		 10mΩ(30%) 120A
샘플 6 - ≤30N
(1/5의 확률)		 5mΩ(10%) 240A
표 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명을 적용한 전지는, 대전류 방전이 가능하고, 고성능 전지를 안정되게 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 발명은, 예를 들면 리튬이온 이차전지, 니켈 수소 전지 이차전지 등의 밀폐형 축전지에 적용할 수 있다. 본 발명은, 권회형 뿐만 아니라, 편평형이나 적층형의 전극군을 갖는 전지에도 적용할 수 있고, 나아가서는, 이차전지와 동일한 집전구조를 갖는 전기화학소자(예를 들면 건전지나 콘덴서 등)에 적용해도 좋다.
본 발명은, 대전류 방전에 적합한 집전구조를 갖는 밀폐형 이차전지에 있어서 특히 유용하고, 고출력을 필요로 하는 전동공구나 전기자동차 등의 구동용 전원, 대용량의 백업용 전원, 축전용 전원 등에 적용할 수 있다.
1 : 제 1 전극
1a : 제 1 전극심재의 노출부
1b : 제 1 전극 합제층
2 : 제 2 전극
2a : 제 2 전극심재의 노출부
2b : 제 2 전극 합제층
3 : 세퍼레이터
4 : 전극군
5 : 전지케이스
6 : 리드
7 : 밀봉판
8 : 개스킷
10 : 제 1 집전판
10a, 20a, 35, 55 : 접속부
10b : 관통구멍
14, 24, 34 : 절연층
15, 25 : 이면부(금속면)
17 : 절연부재
20 : 제 2 집전판
20b : 중앙 용접부
27 : 절연성 마스크
28 : 개구
30,50 : 집전판
30a, 50a : 오목면
30b, 50b : 볼록면
33, 53 : 볼록부의 선단
40 : 집전판
42 : 접속 예정부

Claims (10)

  1. 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층해서 이루어지는 전극군과, 제 1 전극과 전기적 접속을 갖는 제 1 집전판을 구비하고,
    제 1 전극은, 제 1 전극심재 및 제 1 전극심재에 형성된 제 1 전극 합제층을 포함하고,
    제 2 전극은, 제 2 전극심재 및 제 2 전극심재에 형성된 제 2 전극 합제층을 포함하고,
    제 1 전극의 일단부(一端部)는, 상기 전극군의 일단면(一端面)에 있어서, 제 2 전극의 단부(端部) 및 상기 세퍼레이터의 단부(端部)보다 돌출되어 있고, 상기 돌출하는 제 1 전극의 단부는, 제 1 전극심재의 노출부를 갖고,
    제 1 전극심재의 상기 노출부는, 제 1 집전판의 한쪽의 면의 접속부와 용접되어 있고,
    제 1 집전판의 다른쪽의 면에는, 상기 접속부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 전극심재의 상기 노출부와, 제 1 집전판의 접속부가, 아크 용접에 의해 접속되어 있는 전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연층의 두께가, 5㎛ 이상인 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 절연층이, 세라믹스 입자를 포함한 전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 집전판이 파형(波形)의 요철을 두께방향으로 갖고, 상기 접속부가 상기 요철의 오목면에 위치하는 전지.
  6. (ⅰ) 제 1 전극심재에 제 1 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 1 전극심재의 노출부를 갖는 제 1 전극을 얻는 공정,
    (ⅱ) 제 2 전극심재에 제 2 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 제 2 전극을 얻는 공정,
    (ⅲ) 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층하는 것에 의해, 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 1 전극심재의 상기 노출부가 돌출된 전극군을 구성하는 공정,
    (ⅳ) 한쪽의 면에 접속 예정부를 갖고, 다른쪽의 면에, 상기 접속 예정부의 이면부를 제외한 영역에, 절연층이 형성되어 있는 제 1 집전판을 준비하는 공정, 및
    (ⅴ) 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 1 전극심재의 상기 노출부를, 제 1 집전판의 상기 접속 예정부와 용접하는 공정을 갖는 전지의 제조방법.
  7. (ⅰ) 제 1 전극심재에 제 1 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 일단부에 제 1 전극심재의 노출부를 갖는 제 1 전극을 얻는 공정,
    (ⅱ) 제 2 전극심재에 제 2 전극 합제층을 형성하는 것에 의해, 제 2 전극을 얻는 공정,
    (ⅲ) 제 1 전극과 제 2 전극을, 세퍼레이터를 사이에 끼워, 권회 혹은 적층하는 것에 의해, 일단면에 있어서, 제 2 전극의 단부 및 상기 세퍼레이터의 단부보다 제 1 전극심재의 상기 노출부가 돌출된 전극군을 구성하는 공정,
    (ⅳ) 한쪽의 면에 접속 예정부를 갖는 제 1 집전판을 준비하는 공정,
    (ⅴ) 제 1 집전판의 다른쪽의 면에, 상기 접속 예정부와 대향하는 개구를 갖는 절연성 마스크를 배치하는 공정, 및
    (ⅵ) 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터 아크를 방사하여, 제 1 전극심재의 상기 노출부를, 제 1 집전판의 상기 접속 예정부와 용접하는 공정을 갖는 전지의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 공정(ⅵ) 후, 제 1 집전판의 상기 다른쪽의 면으로부터, 상기 절연성 마스크를 철거하는 공정을 갖는 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 집전판이 파형의 요철을 두께방향으로 갖고, 상기 접속 예정부가 상기 요철의 오목면에 위치하는 전지의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 집전판이 파형의 요철을 두께방향으로 갖고, 상기 접속 예정부가 상기 요철의 오목면에 위치하는 전지의 제조방법.
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