KR101251135B1 - 바이폴라 전지 제조 방법 및 바이폴라 전지를 제조하는 장치 - Google Patents

바이폴라 전지 제조 방법 및 바이폴라 전지를 제조하는 장치 Download PDF

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 기포의 흡인을 억제할 수 있어 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지의 제조 장치 및 제조 방법에 대한 것이다. 집전체의 일측에 캐소드가 형성되고 타측에 애노드가 형성된 바이폴라 전극에 대해 전해질이 침투하도록 통기성을 가진 세퍼레이터를 포함하는 전해질층을 설치하는 바이폴라 전지에 대한 것이다. 바이폴라 전극에 전해질층을 설치할 때, 전해질층 내의 기포는 세퍼레이터를 통해 세퍼레이터의 일측으로부터 타측을 향해 배출된다.

Description

바이폴라 전지 제조 방법 및 바이폴라 전지를 제조하는 장치 {METHOD FOR MANUFACTURING BIPOLAR BATTERY AND APPARATUS FOR MANUFACTURING BIPOLAR BATTERY}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2006년 12월 8일자로 출원된 일본 특허 출원 제2006-332344호 및 2007년 8월 1일자로 출원된 일본 특허 출원 제2007-201171호를 우선권 주장하고, 이들의 개시 내용은 본 명세서에서 전체적으로 참조되어 수록된다.
본 발명은 바이폴라 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 바이폴라 전지는 집전체의 한쪽의 면에 캐소드가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드가 형성된 바이폴라 전극에 전해질층을 설치한 구조를 갖는다. 또한, 이러한 구조에서 전해질층은 복수 적층된다.
일본 특허 공개 평11-204136호 공보에서, 바이폴라 전지의 집전체는 캐소드, 애노드 및 전해질층을 갖는다. 전해질층은 전해질이 함침되고 또한 캐소드와 애노드를 구분하는 층이거나, 캐소드 또는 애노드와 세퍼레이터 사이의 전해질의 층이다. 그러나, 전해질을 설치할 때, 캐소드 또는 애노드와 세퍼레이터 사이의 전해질에 기포가 유입되어 잔류한다.
자세하게는, 세퍼레이터가 캐소드 또는 애노드와 접촉한 전해질층과 중첩될 때, 기포가 발생한다. 세퍼레이터 상에 주름이 형성되어, 전해질층에 미소 간극을 형성한다. 전술된 바와 같이 층이 적층될 때 기포가 남아 있는 경우에는, 이온 투과 및 전자의 이동이 불가능한 데드 스페이스(dead space)가 발생된다. 데드 스페이스는 출력 저하의 요인이다. 이는 출력 밀도를 향상시키고자 할 때 큰 문제가 될 수 있다.
도면을 참조로 설명된 본 발명에 따른 실시예는 이러한 기포를 최소화하거나 제거한다.
본 명세서에서는, 전지로부터 기포를 제거하여 향상된 출력 밀도에 의해 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지를 개시한다. 또한, 상기 바이폴라 전지를 제조하는 방법 및 장치도 개시한다.
바이폴라 전지의 일 실시예는 전해질층과, 집전체의 한쪽의 면에 캐소드가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드가 형성된 바이폴라 전극을 포함하며, 캐소드와 애노드는 집전체에 대향하는 측에서 전해질과 대면한다. 바이폴라 전극의 전해질 표면이 통기성 세퍼레이터와 접촉하고 전해질의 일부가 세퍼레이터를 투과할 때 전해질층이 형성된다. 세퍼레이터와의 접촉 중에 발생된 기포는 전지로부터 배출된다.
본 명세서에 개시된 바이폴라 전지의 제조 방법은 전해질층에 구비된 통기성 세퍼레이터를 통해 전해질층 내에 형성된 기포를 배출하는 단계를 포함한다. 전해질층의 형성은 세퍼레이터의 일측면을 세퍼레이터 흡인부에 흡인 및 유지하고, 컨베이어 상의 바이폴라 전극을 전해질면이 위를 향하도록 구성된 바이폴라 전극에 유지하고, 세퍼레이터 흡인부에 대향하는 세퍼레이터의 측면을 전해질면과 중첩하는 것을 포함한다. 기포의 배출은 중첩하는 동안 세퍼레이터 흡인부에 흡인을 제공하는 흡인장치로 세퍼레이터 상에 부압을 인가하는 것을 포함한다.
바이폴라 전지의 제조 장치의 일 실시예는 전해질층을 형성할 때 세퍼레이터를 통해 기포를 배출하는 기포 배출 기구를 포함한다. 기포 배출 기구는 세퍼레이터를 유지하는 세퍼레이터 유지판을 포함하고, 세퍼레이터 유지판은 세퍼레이터를 통해 배출된 기포가 외부로 배출되도록 통기성을 갖는다.
본 명세서에 따르면, 전지로부터 기포가 제거되어 향상된 출력 밀도에 의해 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지를 얻을 수 있다.
이하의 설명은, 여러 도면에 걸쳐서, 유사한 부분에는 유사한 도면 부호를 붙인 첨부 도면을 참조로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이폴라 전지의 제조 방법을 이용하여 세퍼레이터와 전해질층 사이의 기포(N)를 배출하는 것을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바이폴라 전지의 제조 방법에 의해 제조되는 바이폴라 전지를 도시하는 사시도이다.
도 3은 바이폴라 전지를 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 바이폴라 전지를 이용하는 조전지를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 조전지가 장착된 차량의 개략도이다.
도 6은 바이폴라 전지의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 도 6에 따른 집성체 형성 공정의 흐름도이다.
도 8은 도 7에 따른 공정에 의해 형성된 전극의 평면도이다.
도 9는 도 7에 따른 공정에 의해 형성된 전극의 단면도이다.
도 10은 도 7에 따른 공정에 의해 배치된 전해질의 단면도이다.
도 11은 도 7에 따른 공정에 의해 형성된 제1 밀봉재의 평면도이다.
도 12는 도 7에 따른 공정에 의해 형성된 제1 밀봉재의 단면도이다.
도 13은 도 7에 따른 공정에 의해 형성된 세퍼레이터재 배치의 단면도이다.
도 14는 도 7에 따른 공정에 의해 형성된 제2 밀봉재 배치의 단면도이다.
도 15는 도 6에 따른 접합체 형성 공정의 흐름도이다.
도 16은 도 15에 따른 공정에 의한 집성체 세트의 단면도이다.
도 17은 도 15에 따른 적층 공정 및 프레스 공정의 개략도이다.
도 18은 도 15에 따른 공정에 의해 형성된 밀봉층의 개략도이다.
도 19는 도 15에 따른 공정에 의해 형성된 계면의 개략도이다.
도 20은 도 15에 따른 초기 충전의 개략도이다.
도 21은 집성체의 변형예의 단면도이다.
도 22는 집성체의 또다른 변형예의 단면도이다.
도 23은 도 22의 집성체를 적층하는 것을 도시하는 단면도이다.
도 24는 바이폴라 전극을 적재하는 팰릿의 사시도이다.
도 25는 팰릿의 분해 사시도이다.
도 26은 도 24의 A-A선을 따르는 단면도이다.
도 27의 (a) 내지 (c)는 제1 실시예의 반전 장치의 사시도이다.
도 28은 제1 실시예의 세퍼레이터 공급 장치의 상면도이다.
도 29는 세퍼레이터 공급 장치의 측면도이다.
도 30은 제1 실시예의 세퍼레이터 배치 장치의 사시도이다.
도 31은 세퍼레이터 배치 장치의 정면도이다.
도 32는 세퍼레이터 배치 장치의 측면도이다.
도 33은 도 32의 B-B선을 따르는 흡인 본체부의 정면도이다.
도 34는 도 32의 C-C선을 따르는 세퍼레이터 흡인부의 정면도이다.
도 35는 세퍼레이터 흡인부를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 36은 도 30의 세퍼레이터 배치 장치의 세퍼레이터 흡인부 근방의 확대 측면도이다.
도 37의 (a)는 밸브가 개방되어 있을 때의 플런저 밸브의 단면도이다.
도 37의 (b)는 밸브가 외부로 개방되어 있을 때의 플런저 밸브의 단면도이다.
도 38은 모든 플런저 밸브가 개방되어 있을 때의 세퍼레이터 흡인부의 부분 측면도이다.
도 39는 몇몇 플런저 밸브가 개방되어 있을 때의 세퍼레이터 흡인부의 부분 측면도이다.
도 40은 모든 플런저 밸브가 외부로 개방되어 있을 때의 세퍼레이터 흡인부의 부분 측면도이다.
도 41은 세퍼레이터를 설치할 때의 세퍼레이터 흡인부의 측면도이다.
도 42는 세퍼레이터 공급 장치의 또 다른 예의 정면도이다.
도 43은 세퍼레이터 공급 장치의 또 다른 예의 측면도이다.
도 44는 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이폴라 전지의 제조 장치의 세퍼레이터 배치 장치의 정면도이다.
도 45는 세퍼레이터 배치 장치의 측면도이다.
도 46은 도 45의 D-D선을 따르는 흡인 롤러의 단면도이다.
도 47은 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이폴라 전지의 제조 장치의 세퍼레이터 배치 장치의 측면도이다.
도 48은 도 47의 E-E선을 따르는 단면도이다.
도 49는 도 47의 F-F선을 따르는 단면도이다.
도 50은 도 47의 G-G선을 따르는 단면도이다.
도 51은 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이폴라 전지의 제조 장치의 세퍼레이터 배치 장치의 측면도이다.
도 52는 도 51의 H-H선을 따르는 단면도이다.
도 53은 도 51의 I-I선을 따르는 단면도이다.
도 54는 제4 실시예에 따라 구성된 세퍼레이터 유지판의 측면도이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 바이폴라 전지의 제조 방법에서 전해질층 내의 기포의 배출을 도시하는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 바이폴라 전지의 제조 방법에 의해 제조되는 바이폴라 전지를 도시하는 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 바이폴라 전지를 도시하는 단면도이다. 도 4는 도 2에 도시된 바이폴라 전지를 이용하는 조전지를 도시하는 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시된 조전지가 장착된 차량의 개략도이다.
본 명세서에 개시된 제조 방법에 의해 제조되는 바이폴라 전지(10)는, 예를 들어 리튬 이차 전지이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 바이폴라 전지(10)는 캐소드(113), 애노드(112) 및 집전체(111)를 갖는 바이폴라 전극(110)을 포함한다. 바이폴라 전지(10)는 또한 전해질층(120), 제1 밀봉층(충전부)(115) 및 제2 밀봉층(충전부)(117)을 포함한다. 캐소드(113)는 집전체(111)의 일측면에 형성된다. 애노드(112)는 집전체(111)의 타측면에 형성된다. 즉, 집전체(111)는 캐소드(113) 및 애노드(112) 사이에 위치한다.
제1 밀봉층(115)은 캐소드(113)와 집전체(111)의 동측면 상에 배치되고 또한 캐소드(113)를 둘러싸도록 연장된다. 전해질층(120)은 캐소드(113) 및 제1 밀봉층(115)을 덮도록 배치된다. 제2 밀봉층(117)은 제1 밀봉층(115)과 위치 맞춤되어 애노드(112)와 집전체(111)의 동측면 상에 배치되고 또한 애노드(112)를 둘러싸도록 연장된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전해질층(120)은 캐소드와 애노드를 구분하는 통기성을 가진 다공형의 세퍼레이터(121) 내에 겔 폴리머 전해질을 침투시킨 층을 갖는다. 전해질층(120)은 또한 세퍼레이터(121)와 캐소드(113) 또는 애노드(112)와의 사이에서 이온을 전도하는 전해질(124)의 층을 갖는다.
집전체(111)는 예를 들어, 스테인리스 스틸 박이다. 그러나, 집전체(111)는 이에 특별히 제한되지는 않고, 알루미늄 박, 니켈과 알루미늄의 클래드재, 구리와 알루미늄의 클래드재, 또는 이들 금속의 조합의 도금재를 포함할 수도 있다.
애노드(112)의 애노드 활물질은 예를 들어, 하드 카본(난흑연화 탄소 재료)이다. 그러나, 애노드 활물질은 이에 특별히 제한되지는 않고, 흑연계 탄소 재료나, 리튬-천이 금속 복합 산화물을 포함할 수도 있다. 카본 및 리튬-천이 금속 복합 산화물로 이루어지는 애노드 활물질은 최적의 용량 및 출력을 제공한다.
캐소드(113)의 캐소드 활물질은 예를 들어, LiMn2O4이지만, 이에 특별히 제한되지 않는다. 리튬-천이 금속 복합 산화물은 최적의 용량 및 출력을 제공한다.
캐소드(113) 및 애노드(112)의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 이들 두께는 출력 또는 에너지 중시, 혹은 이온 전도성 중시 등의 사용 목적을 고려하여 설정될 수 있다.
도 3에 도시된 제1 밀봉층(115) 및 제2 밀봉층(117)을 구성하는 밀봉재는, 예를 들어, 1액성 미경화 에폭시 수지이다. 그러나 밀봉재는 이에 특별히 제한되지는 않고, 예를 들어, 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 다른 열경화형 수지 또는 열가소형 수지를 포함할 수 있다. 밀봉재의 선택은 용도에 기초할 수 있다.
전해질층(120)의 일부인 세퍼레이터(121)의 재료는 다공성 또는 통기성을 갖는 PE(폴리에틸렌)이다. 그러나, 이에 특별히 제한되지는 않고, 예를 들어, PP(폴리프로필렌) 등의 다른 폴리올레핀, PP/PE/PP의 3층 구조를 한 적층체, 폴리아미드, 폴리이미드, 아라미드, 또는 부직포를 포함할 수 있다. 부직포는, 예를 들어, 면, 레이온, 아세테이트, 나일론, 폴리에스테르를 포함할 수 있다. 세퍼레이터(121)는 캐소드와 애노드를 구분하는 절연체이다. 그러나, 세퍼레이터(121)의 많은 구멍 내로 전해질이 침투하기 때문에, 이온 및 전류가 흐를 수 있다.
전해질의 전해액은 예를 들어, PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매와, 지지 염으로서의 리튬 염(LiPF6)을 포함한다. 유기 용매는 PC 및 EC로 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 그 밖의 고리형 카보네이트류, 디메틸카보네이트 등의 쇄사슬 형상 카보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 포함할 수 있다. 리튬 염도 LiPF6로 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 그 밖의 무기산 음이온 염 및 LiCF3SO3 등의 유기산 음이온 염을 포함할 수 있다.
전해질의 호스트 폴리머는, 예를 들어, HFP(헥사플루오로프로필렌) 코폴리머를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다. 그러나, 이에 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 다른 고분자나, 이온 전도성을 갖는 고분자(고체 고분자 전해질)를 포함할 수 있다. 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 다른 고분자는, 예를 들어 PAN(폴리아크릴로니트릴) 및 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)를 포함할 수 있다. 이온 전도성을 갖는 고분자는, 예를 들어 PEO(폴리에틸렌옥사이드)나 PPO(폴리프로필렌옥사이드)이다.
도 2에 도시된 바이폴라 전지(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이 단전지의 적층체(100)의 형태로 외장 케이스(104)에 수용된다. 외장 케이스(104)는 외부로부터의 충격이나 환경 열화를 방지하는 기능을 한다. 적층체(100)의 최외층(최상위 및 최하위)에는 각각 단자판(101, 102)이 배치된다. 또한, 단자판(101, 102)의 더 외측에 보강판을 배치할 수도 있다.
단자판(101, 102)은 고도전성 부재로 이루어지고, 적어도 적층체(100)의 최외층의 전극 투영면 전체를 덮도록 구성된다. 따라서, 최외층의 전류 취출부는 저저항을 획득하여, 면 방향에 따른 전류 취출부의 저항을 감소시킨다. 이에 따라, 고출력의 전지를 얻을 수 있다. 고도전성 부재는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스 또는 이들의 합금을 포함한다.
단자판(101, 102)은 외장 케이스(104)의 외부로 연장되고, 적층체(100)로부터 전류를 취출하기 위한 전극 탭으로 기능한다. 독립된 별개 부재의 전극 탭을 배치하고, 직접적 혹은 리드를 이용하여 단자판(101, 102)에 접속함으로써, 적층체(100)로부터 전류를 취출하는 것이 가능하다. 또한, 적층체(100)의 최외층에 위치하는 집전체(111)로 단자판(101, 102)을 구성하는 것도 가능하다.
중량 및 열전도성을 감소시키기 위해, 외장 케이스(104)는 알루미늄, 스테인리스, 니켈, 구리 등의 금속(합금을 포함함)을 폴리프로필렌 필름 등의 절연체로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름 등의 시트재로 이루어진다. 외장 케이스(104)는 그 외주부의 일부 또는 전부를 열융착으로 접합함으로써 형성된다.
외장 케이스(104)는 단독으로 사용하는 것이 가능하다. 임의적으로는, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 조전지(136)의 형태로 외장 케이스(104)를 이용하는 것이 가능하다. 조전지(136)는 외장 케이스(104)를 직렬화 및/또는 병렬화하고, 복수 접속하여 구성되어 있다. 조전지(136)는 도전 바아(132, 134)를 갖는다. 도전 바아(132, 134)는 외장 케이스(104)의 내부로부터 연장되는 단자판(101, 102)에 접속된다.
외장 케이스(104)를 접속할 때, 적절하게 직렬 혹은 병렬화함으로써 용량 및 전압을 자유자재로 조정할 수 있다. 접속 방법은, 예를 들어 초음파 용접, 열 용접, 레이저 용접, 리벳, 코오킹 또는 전자빔을 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 조전지(136)를 직렬화 및/또는 병렬화하여 복수 접속함으로써, 조전지 모듈(130)의 형태로 대형 조전지를 제공하는 것도 가능하다.
조전지 모듈(130)은 큰 출력을 확보할 수 있으므로, 예를 들어 차량(138)의 모터 구동용 전원으로서 장착되는 것이 가능하다(도 5 참조). 차량은, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 또는 전차를 포함한다.
조전지 모듈(130)은, 예를 들어 외장 케이스(104)마다 혹은 조전지(136) 마다의 충전 제어를 행하는 등의 매우 치밀하게 제어될 수 있다. 이에 따라, 1회의 충전당 주행 거리의 연장 또는 차량에 장착된 전지의 수명 연장 등의 성능의 향상을 도모할 수 있다.
도 6은 바이폴라 전지의 제조 방법의 흐름도이다. 제1 실시예의 바이폴라 전지의 제조 방법은 바이폴라 전극(110)의 양면에 전해질이 도포된 서브 어셈블리 유닛으로서의 집성체를 형성하는 단계와, 바이폴라 전극(100) 중 어느 한쪽에 상기 전해질을 통해 통기성의 세퍼레이터를 중첩하는 단계와, 집성체(서브 어셈블리 유닛)의 적층체를 형성함으로써 접합체를 형성하는 단계와, 적층체를 외장 케이스에 수용하기 위한 조립 단계를 포함한다.
도 7은 도 6에 따른 집성체 형성 공정의 흐름도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 집성체 형성 공정은 전극 형성 단계, 전해질 배치 단계, 제1 밀봉재 배치 단계, 세퍼레이터재 배치 단계 및 제2 밀봉재 배치 단계를 포함한다. 도 8은 도 7에 따라 형성된 전극의 평면도이고, 도 9는 그의 단면도이다. 도 10은 도 7에 따라 배치된 전해질의 단면도이다. 도 11은 도 7에 따라 배치된 제1 밀봉재의 평면도이고, 도 12는 그의 단면도이다. 도 13은 도 7에 따라 배치된 세퍼레이터재의 단면도이다. 도 14는 도 7에 따라 배치된 제2 밀봉재의 단면도이다.
전극 형성 공정에 있어서는, 우선 캐소드 슬러리가 준비된다. 캐소드 슬러리는 85 중량%의 캐소드 활물질, 5 중량%의 도전 조제 및 10 중량%의 바인더를 갖도록 준비된다. 여기에 점도 조정 용매를 첨가함으로써 캐소드 슬러리는 소정의 점도를 얻는다. 예로써, 캐소드 활물질은 LiMn2O4이고, 도전 조제는 아세틸렌 블랙이고, 바인더는 PVDF(폴리불화비닐리덴)이고, 점도 조정 용매는 NMP(N-메틸-2-피롤리돈)이다. 캐소드 슬러리는 예를 들어, 스테인리스 스틸 박으로 이루어지는 집전체(111)의 일측면에 도포된다. 이 예는 제한적인 것은 아니다. 도전 조제는 예를 들어, 카본 블랙이나 그래파이트를 포함할 수 있다. 바인더 및 점도 조정 용매는 PVDF 및 NMP로 제한되지 않는다.
다음에, 애노드 슬러리가 준비된다. 애노드 슬러리는 예를 들어, 90 중량%의 애노드 활물질 및 10 중량%의 바인더를 갖도록 준비된다. 여기에 점도 조정 용매를 첨가함으로써 애노드 슬러리는 소정의 점도를 갖는다. 애노드 슬러리는 집전체(111)의 타측면에 도포된다. 비제한적인 예로, 애노드 활물질은 하드 카본이고, 바인더 및 점도 조정 용매는 PVDF 및 NMP이다. 애노드 슬러리는 집전체(111)의 타측 면에 도포된다.
캐소드 슬러리 및 애노드 슬러리의 도포막은 예를 들어, 진공 오븐을 이용하여 건조되어, 캐소드(113) 및 애노드(112)를 형성한다(도 9 참조). 이때, NMP는 휘발됨으로써 제거된다. 캐소드(113) 및 애노드(112)의 두께는 특별히 제한되지 않고, 전지의 사용 목적(예를 들어, 출력 또는 에너지 중시)이나, 이온 전도성에 따라 설정된다.
전해질(124, 125)이 캐소드(113) 및 애노드(112)의 전극부에 각각 도포된다(도 10 참조). 전해질(124, 125)은 90 중량%의 전해액 및 10 중량%의 호스트 폴리머를 갖도록 준비된다. 여기에 점도 조정 용매를 첨가함으로써, 전해질(124, 125)이 도포에 적절한 점도를 얻는다. 전해액은, PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매와, 지지 염으로서의 리튬 염(LiPF6)을 포함한다. 예를 들어, 리튬 염의 농도는 1M이다. 호스트 폴리머는 HFP(헥사플루오로프로필렌) 공중합체를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다. 점도 조제 용매는 DMC(디메틸카보네이트)이다. 점도 조제 용매는 DMC에 제한되지 않는다.
전해질(124, 125)을 도포하기 위해서, 캐소드(113) 및 애노드(112)가 형성된 집전체(111)를 애노드(112) 측을 상면으로 하여 적재대에 설치한다. 그 후, 애노드(112)에 전해질(125)을 도포한다. 그런 다음, 바이폴라 전극(110)을 반전시키기 전에, 도포된 전해질(125) 상에 보호 필름이 접착된다. 이 반전은 후술하는 반전 장치를 이용함으로써, 용이하게 실시될 수 있다. 보호 필름을 설치함으로써, 바이폴라 전극(110)이 반전되더라도, 전해질이 하면으로 될 때 보호된다. 이 보호 필름은 폴리에틸렌 등의 수지로 형성된다. 그 후, 반전 후에 상면이 되는 캐소드(113)에 전해질을 도포한다.
제1 밀봉재(114)의 배치 공정에 있어서, 집전체(111)의 노출된 잔부 상의 캐소드(113)의 외주부를 지나 1액성 미경화 에폭시 수지가 도포된다(도 11, 도 12 참조). 제1 밀봉재(114)의 배치에서, 예를 들어 디스펜서에 의한 도포가 적용될 수 있다.
세퍼레이터재 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)가 집전체(111)의 캐소드 측면의 전체를 덮도록 배치된다(도 13 참조). 이를 위해, 세퍼레이터(121)가 전해질 및 제1 밀봉재(114)에 중첩된다. 세퍼레이터(121)의 배치에서, 후술하는 세퍼레이터 배치 장치(240, 340)가 사용된다(도 30, 도 44 참조).
제2 밀봉재(116)의 배치 공정에 있어서는, 충전재로서의 1액성 미경화 에폭시 수지가 제1 밀봉재(114)에 대향하는 세퍼레이터(121)의 측 상에 배치된다(도 14 참조). 제2 밀봉재(116)의 배치에서, 예를 들어 디스펜서에 의한 도포가 적용될 수 있다.
이를 위해, 바이폴라 전극(110)의 일측에 전해질(125)이 설치된다. 바이폴라 전극(110)의 타측에는 집성체(서브-어셈블리 유닛)가 형성된다. 집성체에는, 전해질(124), 제1, 제2 밀봉재(114, 116) 및 세퍼레이터(121)가 순차적으로 설치된 다.
제1 및 제2 밀봉재(114, 116)의 배치 공정에 있어서, 제1 밀봉재(114)의 두께는 일 예에 따라 캐소드(113) 및 전해질(124)의 합계 두께 미만이도록 설정된다. 제2 밀봉재(116)의 두께는 소정의 예에서, 애노드(112) 및 전해질(125)의 합계 두께 미만이도록 설정된다. 자세하게는, 세퍼레이터(121)가 외주부에 위치하는 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)에 접촉하기 전에 전해질(124, 125)이 설치된 중앙 부위와 접촉하므로, 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)에 의해 둘러싸인 내부에 가스 잔류를 억제하는 것이 가능하다.
도 15는 도 6에 따른 접합체 형성 공정의 흐름도이다. 접합체 형성 공정은 집성체 세팅 단계, 적층 단계, 프레싱 단계, 밀봉층 형성 단계, 계면 형성 단계, 초기 충전 단계 및 가스 배출 단계를 포함한다. 도 16은 도 15에 따른 집성체 세트의 단면도이다. 도 17은 도 15에 따른 적층 공정 및 프레스 공정의 개략도이다. 도 18은 도 15에 따라 형성된 밀봉층의 개략도이다. 도 19는 도 15에 따른 계면 형성 공정의 개략도이다. 도 20은 도 15에 따른 초기 충전 공정의 개략도이다.
집성체 세팅 공정에 있어서, 도 16에 도시된 매거진(150)에 복수의 집성체(108)가 순차적으로 세팅된다. 이때, 집성체(108)로부터 보호 필름이 제거된다. 또한, 집성체(108)는 상하가 비대칭 구조이다. 따라서, 최상부 집성체(108A)에는 바이폴라 전극(110)에 제1 밀봉재(114) 만이 설치된다. 최하부 집성체(108B)에는 집성체(108)의 구성 외에 애노드(112) 측에도 밀봉재가 설치된다. 또한, 집성체(108A) 상에는 단자판(102)이 배치된다. 또한, 집성체(108B) 아래에는 단자판(101)이 배치된다.
집성체(108)의 설정시의 간섭을 피하기 위해, 매거진(150)은 프레임 형상이고, 집성체(108)의 외주부를 파지가능한 클램프 기구(152)를 갖는다. 클램프 기구(152)는 집성체(108)가 서로 접촉하지 않도록 적층 방향에 간격을 두고 배치된다. 적층 방향은 집성체(108)의 면 방향에 대해 수직이다. 클램프 기구(152)는, 예를 들어 스프링으로 이루어지는 탄성 부재를 가지며, 주름 등이 생기지 않도록 탄성력을 기초로 하여 집성체(108)에 장력을 부여할 때 유지 및 지지가능하도록 구성된다.
집성체의 적층 공정에 있어서는, 도 17에 도시된 바와 같이, 매거진(150)이 진공 처리 장치(160) 내에 배치되고, 진공 하에서 집성체(108)의 적층체(100)가 형성된다. 진공은 0.2 내지 0.5 × 105㎩의 범위 내에서 작동한다.
진공 상태이므로, 전극 및 전해질층의 적층 계면에 대한 가스의 도입이 제거될 수 있다. 기포가 도입되지 않기 때문에, 이온의 이동이 방해되지 않고, 전지 저항이 증대되지 않으므로, 고출력 밀도를 달성할 수 있다.
적층체(100)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 적층체(100)는 받침대를 향해 매거진(150)을 이동시키면서 집성체(108)를 보유하는 클램프 기구(152)를 제어하고, 받침대에 접촉할 때 집성체(108)를 순차적으로 해제함으로써 형성될 수 있다.
진공 처리 장치(160)는 진공 수단(162), 프레싱 수단(170) 및 제어기(178)를 갖는다. 제어기(178)는 예를 들어, 다양한 입출력 접속에 부가하여 임의 접근 기억 장치(RAM)와, 판독 전용 기억 장치(ROM) 및 중앙 처리 장치(CPU)를 포함하는 마이크로 컴퓨터일 수 있다. 일반적으로, 제어 기능은 ROM에 저장된 하나 이상의 프로그램의 CPU에 의해 실행된다.
진공 수단(162)은 진공 챔버(163), 진공 펌프(164) 및 배관계(165)를 갖는다. 진공 챔버(163)는 착탈가능한 덮개부와, 매거진(150) 및 프레싱 수단(170)이 배치되는 고정식 기부를 갖는다. 진공 펌프(164)는 예를 들어, 원심식이고, 진공 챔버(163)의 내부를 진공 상태로 하기 위해 사용된다. 배관계(165)는 진공 펌프(164)와 진공 챔버(163)를 연결하고, 리크 밸브(도시하지 않음)가 배치된다.
프레싱 수단(170)은 기부판(171) 및 기부판(171)에 대해 근접 이격 가능하도록 배치된 프레스판(173)을 갖는다. 제어기(178)는 프레스판(173)의 이동이나 압박력을 제어하기 위해 사용된다. 임의적으로, 기부판(171) 및 프레스판(173) 상에 시트형의 탄성체를 배치할 수 있다. 압박하는 동안, 적층체(100)는 진공 상태를 유지하면서 프레스판 및 기부판(171)에 의해 압박된다(도 17 참조). 이에 의해, 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)는 소정의 두께를 갖도록 압박된다. 압박 압력은 예를 들어, 1 내지 2 × 106㎩이다.
밀봉층 형성 공정에 있어서는, 도 18에 도시된 적층체(100)가 오븐(190)에 배치되어 가열됨으로써, 적층체(100)에 포함된 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)가 열경화되어 제1 및 제2 밀봉층(115, 117)을 형성한다. 가열 온도는 예를 들어, 80℃이다. 적층체(100)의 가열 방법은 오븐을 사용하는 형태로 특별히 제한되지 않는다.
리튬 이차 전지는 수분을 싫어하지만, 밀봉층 구성으로 인해 수분의 도입은 피할 수 없다. 수분에의 노출을 최소화하기 위해, 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)의 두께는 제1 및 제2 밀봉층(115, 117)과 외기 사이의 접촉을 최소화하는 정도로 작다.
임의적으로는, 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)에 열가소성 수지가 적용될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)는 가열함으로써 소성 변형되어 제1 및 제2 밀봉층(115, 117)을 형성한다.
계면 형성 공정에 있어서, 적층체(100)가 압박되고 가열됨으로써, 적층체(100)에 포함되는 세퍼레이터(121, 122)에 전해질(124, 125)이 침투하여 겔 계면이 형성된다(도 19 참조). 가열 온도 및 압박 압력은 예를 들어, 80℃ 및 1 내지 2 × 106㎩이다. 이 공정에 의해, 집성체(108)가 적층되어 일체화된 적층체(접합체)(100)가 얻어진다.
도 19에 도시된 바와 같이, 프레싱 수단(180)은 기부판(181), 기부판(181)에 대해 근접 이격 가능하도록 배치된 프레스판(183), 하부 가열 수단(185), 상부 가열 수단(187) 및 제어기(188)를 갖는다. 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)은 예를 들어, 저항 발열체를 갖고, 기부판(181) 및 프레스판(183) 내에 배치되고, 기부판(181) 및 프레스판(183)의 온도를 상승시키기 위해 사용된다. 제어기(188)는 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)의 온도를 제어함과 함께 프레스판(183)의 이동 및 프레스력을 제어하기 위해 사용된다. 제어기(188)는, 제어기(178)와 마찬가지로, 다양한 입출력 접속에 부가하여 RAM, ROM 및 CPU를 포함하는 마이크로 컴퓨터일 수 있다.
임의적으로는, 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)의 한쪽이 생략될 수 있다. 다르게는, 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)을 기부판(181) 및 프레스판(183)의 외부에 배치할 수도 있다. 또한, 기부판(181) 및 프레스판(183)에 시트형의 탄성체가 배치될 수 있다.
적층체(100)의 초기 충전 공정에 있어서, 적층체(100)에 전기적으로 접속된 충방전 장치(192)에 의해 첫 회 충전이 행해져 기포를 발생한다(도 20 참조). 초기 충전 조건은 예를 들어, 캐소드의 도포 중량으로부터 대략 계산된 용량 베이스이고, 21V-0.5C에서 4시간이다.
기포를 제거 또는 배출하기 위해, 예를 들어 롤러를 적층체(100)의 표면으로 압박함으로써, 적층체(100) 중앙부의 가스가 외주부로 이동되어 제거된다. 이는 전지의 출력 밀도를 향상시킨다.
케이싱 공정에 있어서는, 일체화된 적층체(100)가 외장 케이스(104)(도 3 참조) 내에 수용되어 바이폴라 전지(10)를 제조한다(도 2 및 도 3 참조). 외장 케이스(104)는 적층체(100)를 2매의 시트형의 외장재 사이에 배치하고, 외장재의 외주부를 접합함으로써 형성된다. 외장재는 폴리프로필렌 필름 등의 절연체로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름이고, 열융착을 적용하여 접합된다.
또한, 일체화된 적층체(100)를 더 복수 적층한 후에 외장 케이스(104)에 수용함으로써 바이폴라 전지의 더 큰 용량 및/또는 출력을 도모하는 것도 가능하다. 임의적으로, 적층 공정 및 압박 공정을 대기 하에서 실시하거나, 밀봉층 형성 공정 및 계면 형성 공정을 진공 상태에서 실시하는 것도 가능하다.
전해질(124, 125), 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)를 적절하게 선택함으로써 밀봉층 형성 공정 및 계면 형성 공정을 일체화한다. 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)의 경화 및 전해질층의 완성은 동시에 실시된다. 이에 의해, 제조 단계를 단축하는 것이 가능하다. 임의적으로, 밀봉층 형성 공정과 계면 형성 공정 사이에 적층체(100)의 각 층(바이폴라 단전지)의 전위를 관찰하는 탭(리드선) 부착 공정을 추가하는 것도 가능하다.
제1 및 제2 밀봉재(114, 116)는 집전체(111)와 세퍼레이터(121) 사이에 배치되고, 캐소드(113) 및 애노드(112)를 둘러싸도록 연장한다. 그러나, 밀봉 구조는 이 형태로 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 21에 도시된 바와 같이, 캐소드(113), 집전체(111) 및 애노드(112) 주위로 연장하도록 밀봉재(118)를 배치하는 것도 가능하다.
겔 폴리머계 전해질은 폴리머 골격 내에 전해질을 유지한 열가소형이므로, 누액이 방지되어 바이폴라 전지의 신뢰성을 향상시킨다. 겔 폴리머계 전해질은 열가소형으로 제한되지 않고, 예를 들어, 열경화형일 수도 있다. 이 경우에도 가열 하에서의 압박에 의해 전해질층을 경화시킴으로써 누액이 방지되어 누액을 방지하는 것이 가능하다.
압박 공정에 있어서의 면압은 1 내지 2 × 106㎩로 제한되지 않고, 적층체(100)를 구성하는 재료의 강도 등의 물성을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다. 밀봉층 형성 공정에 있어서의 가열 온도는 80℃로 제한되지 않는다. 가열 온도는 전해액의 내열성이나, 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)의 경화 온도 등의 물성을 고려하여 결정된 작동 온도로 60℃ 내지 150℃의 범위일 수 있다.
또한, 전해질(124, 125)은 겔 폴리머계로 제한되지 않고, 전해액계를 포함할 수도 있다. 이 경우, 전해질 배치 공정에 있어서, 예를 들어 마이크로 피펫을 이용하여 전해액이 캐소드(113) 및 애노드(112)의 전극부에 각각 도포되어 그 내부에 스며든다(도 10 참조). 또한, 전해액은 PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매와, 지지 염으로서 리튬 염(LiPF6) 및 소량의 계면 활성제를 포함한다. 리튬 염의 농도는 예를 들어 1M이다. 유기 용매는 PC 및 EC로 특별히 제한되지 않고, 다른 고리형 카보네이트류, 디메틸카보네이트 등의 쇄사슬 형상 카보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 포함할 수 있다. 리튬 염은 LiPF6으로 특별히 제한되지 않고, 다른 무기산 음이온 염과, LiCF3SO3 등의 유기산 음이온 염을 포함할 수 있다.
도 22는 집성체(360)의 다른 변형예의 단면도이다. 도 23은 도 22의 집성체로 구성된 적층체의 단면도이다. 또한, 본 명세서 중의 도면에서, 특징을 보다 쉽게 설명하기 위해, 경우에 따라서 치수가 과장된 것임을 알 수 있다. 예를 들어, 세퍼레이터(121)나 바이폴라 전극(110)은 실제보다도 두껍게 표시되어 있다. 그러나, 세퍼레이터(121)의 단부는 실제로는 자중에 의해 현수된다.
도 22에 도시된 바와 같이, 전해질(124)은 임의적으로 캐소드(113) 및 애노드(112) 양측 보다는 캐소드(113) 측에만 설치될 수 있다. 이와 같은 집성체(360)를 적층 공정에서 사용하여 도 23에 도시된 장치를 얻는 경우에, 전해질(124)은 통기성의 세퍼레이터(121)에 세퍼레이터(121)의 대향측까지 침투하여, 전해질이 설치되어 있지 않은 애노드(112)에 침투한다. 집성체(360)를 적층할 때, 바이폴라 전극(110)의 애노드(112)측이 인접하는 다른 집성체(360)의 세퍼레이터(121)에 접촉하면, 애노드(112)에 전해질이 설치되어 있지 않으므로 세퍼레이터(121)와 애노드(112) 사이에 기포(N)가 발생되지 않는다. 따라서, 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지(10)를 제조할 수 있다. 이 적층 공정에 있어서, 소정의 실시예에서는, 진공 용기 내의 압력은 1㎪ 이하인 것이 바람직하다.
다음에, 제1 실시예에 따른 바이폴라 전지의 제조 장치에 대해 설명한다.
도 24는 바이폴라 전극을 적재하는 팰릿의 사시도이다. 도 25는 팰릿의 분해 사시도이다. 도 26은 도 24의 A-A선을 따르는 단면도이다.
바이폴라 전지의 제조 장치는 도 27의 (a) 내지 (c)에 도시된 전해질을 배치하는 반전 장치(210)와, 도 28 및 도 29에 도시된 세퍼레이터재를 배치하는 세퍼레이터 공급 장치(230)와, 도 30에 도시된 세퍼레이터 배치 장치(240)를 포함한다.
집성체 형성 공정에 있어서, 바이폴라 전극(110)에 전해질(124, 125), 밀봉재(114, 116) 및 세퍼레이터(121)를 배치하는 공정은 바이폴라 전극(110)마다 준비된 팰릿(270) 상에서 실시된다(도 24 내지 26 참조). 도 30에 도시된 바와 같이, 팰릿(270)은 컨베이어(280) 상에 설치되는 위치 결정 기구(281)에 유지되어 각각의 공정마다 이동된다. 작업이 컨베이어(280) 상에서 실시됨으로써, 복수의 집성체(108)를 효율적으로 순차 제작하는 것이 가능하다.
도 24 내지 도 26을 참조하면, 팰릿(270)은 팰릿 본체부(272) 및 다공질판(279)을 갖는다. 도 25에 도시된 바와 같이, 공기를 흡인하는 통로가 되는 공기 배출 홈(271)이 팰릿 본체부(272)에 형성된다. 다공질판(279)은 팰릿 본체부(272)의 공기 배출 홈(271)이 형성되는 면에 나사(273)에 의해 고정된다. 팰릿 본체부(272)의 측면에 공기 배출 홈(271)에 연통하는 진공 인입 구멍(274)이 형성된다. 도 30에 도시된 에어 튜브 호스(275)의 선단부에 형성된 흡인 이음매(276)가 진공 인입 구멍(274)에 끼워맞춤될 수 있다. 에어 튜브 호스(275)는 진공 펌프(도시되지 않음)에 접속된다. 다공질판은 복수의 구멍을 갖는 천공 금속, 발포 다공질 수지 또는 발포 다공질 금속 등일 수 있다.
도 30에 도시된 팰릿(270)이 컨베이어(280)에 의해 이동할 때, 흡인 이음매(276)가 에어 튜브 호스(275)의 선단부 상에 형성되어 있으므로, 팰릿(270)에 흡인 이음매(276)를 연결한 상태 그대로 이동시키는 것이 가능하다. 임의적으로, 흡인 이음매(276)를 작동기 등의 구동원(도시되지 않음)에 연결하는 것이 가능하다. 또한, 팰릿(270)에 부압을 인가해야 하는 공정에서, 흡인 이음매(276)는 팰릿(270)의 진공 인입 구멍(274)와 연결하도록 진퇴이동할 수 있다.
흡인 이음매(276)가 진공 인입 구멍(274)에 연결되도록 바이폴라 전극(110)이 팰릿(270) 상에 배치되고, 진공 인입 구멍(274)이 진공 펌프(도시되지 않음)에 연통된다. 이에 의해, 바이폴라 전극(110)이 팰릿(270)의 다공질판(279)에 흡인 되어 위치 결정된다. 이후, 바이폴라 전극(110)의 일면에 겔 전해질이 도포되고, 보호 필름이 접착된다. 그리고 나서, 바이폴라 전극(110)이 반전된다. 이 반전에는 반전 장치(210)가 사용되는 것이 바람직하다.
도 27에 도시된 바와 같이, 반전 장치(210)는 팰릿(270) 상의 바이폴라 전극(110)을 흡인함으로써 팰릿(270)으로부터 바이폴라 전극(110)을 수취하는 제1 흡인부(211)를 가진다. 또한, 반전 장치(210)는 제1 흡인부(211)에 유지된 바이폴라 전극(110)을 수취하는 제2 흡인부(212)도 가진다.
제1 흡인부(211)는 만곡된 제1 흡인면(213)을 가진다. 제1 흡인면(213)은 팰릿(270) 상에 유지된 바이폴라 전극(110)을 제1 흡인부(211)와 팰릿(270)과의 사이에 소정 폭의 선 형상의 범위에 끼워맞추면서 회전가능하게 이동하도록 구성된다. 복수의 제1 흡인 구멍(도시되지 않음)이 제1 흡인면(213) 상에 형성된다. 제1 흡인 구멍이 진공 펌프(도시되지 않음)와 연통할 수 있어, 팰릿(270) 상에 배치된 바이폴라 전극(110)을 흡인한다. 제1 흡인부(211)의 흡인력이 밸브를 조정함으로써 팰릿(270)의 흡인력보다 크게 설정된다. 이에 의해, 팰릿(270)에 바이폴라 전극(110)을 흡인하면서 바이폴라 전극(110)이 제1 흡인부(211)로 이동된다[도 27의 (a) 참조]. 이와 같이, 제1 흡인부(211)와 팰릿(270)의 양쪽으로부터 바이폴라 전극(110)을 흡인하면서 흡인력의 차에 의해 바이폴라 전극(110)이 이동된다. 따라서, 바이폴라 전극(110)에서 주름의 발생이 방지될 수 있다.
제1 흡인부(211)와 마찬가지로, 제2 흡인부(212)는 복수의 제2 흡인 구멍이 형성되어 만곡된 제2 흡인면(215)을 가진다. 제2 흡인 구멍이 진공 펌프(도시되지 않음)와 연통할 수 있다. 제2 흡인부(212)는, 제1 흡인면(213)과 제2 흡인부(212)의 사이에서 바이폴라 전극(110)을 소정 폭의 선 형상의 범위에서 끼워맞추면서 회전하도록 구성된다[도 27의 (b) 참조].
제2 흡인부(212)의 흡인력이 밸브를 조정함으로써 제1 흡인부(211)의 흡인력보다도 크게 설정될 수 있어, 제1 흡인부(211)에 유지된 바이폴라 전극(110)에 제2 흡인부(212)를 접촉시키면서 제1 흡인부(211)와 제2 흡인부(212)가 각각 반대 방향으로 회전된다. 이에 의해, 제1 흡인부(211)에 유지된 바이폴라 전극(110)이 제2 흡인부(212)로 이동될 수 있다.
또한, 제2 흡인부(212)는 바이폴라 전극(110)을 유지하면서 팰릿(270)에 대해 회전가능하게 이동되어, 바이폴라 전극(110)을 팰릿(270)으로 이동시킨다[도 27의 (c) 참조]. 이때, 제2 흡인부(212)의 흡인력보다 팰릿(270)의 흡인력이 크게 설정된다.
흡인되는 측보다도 큰 흡인력에 의해 흡인하면서 바이폴라 전극(110)이 이동된다. 따라서, 매우 얇은 바이폴라 전극(110)에 주름 등을 발생시키지 않고 바이폴라 전극(110)이 반전될 수 있다.
도 28, 도 29에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터 공급 장치(230)는 세퍼레이터가 롤형으로 권취된 세퍼레이터 롤(231)과, 세퍼레이터 롤(231)로부터 인출된 세퍼레이터(121)를 유도하는 가이드 롤러(232)와, 인출된 세퍼레이터(121)가 적재되는 세퍼레이터 적재대(233)와, 인출된 세퍼레이터(121)에 대해 진퇴 이동하여 세퍼레이터(121)를 소정의 길이로 절단하는 절단 날(234)과, 세퍼레이터(121)를 파지하여 인출하는 세퍼레이터 인출부(도시되지 않음)를 구비한다.
세퍼레이터 롤(231)은 고정적으로 설치되는 롤 지지부(235) 상에 회전 가능하게 설치된다. 또한, 서보 모터(236)가 감속기(237)를 통해 세퍼레이터 롤(231)에 연결되고, 제어 장치[제어기(178, 188) 등]에 의해 회전이 제어된다.
세퍼레이터(121)는 세퍼레이터 인출부(도시되지 않음)에 의해 파지되어 세퍼레이터 적재대(233) 상에 인출된다. 세퍼레이터 인출부는 파지하거나 흡인함으로써 세퍼레이터를 파지할 수 있다. 그 후, 절단 날(234)이 세퍼레이터(121)를 따라 진퇴이동되어 세퍼레이터(121)를 소정의 길이로 절단한다. 절단된 세퍼레이터(121)는 후술하는 세퍼레이터 배치 장치(240)에 의해 흡인되어 유지된다.
도 30은 제1 실시예에 따른 세퍼레이터 배치 장치의 사시도이고, 도 31은 세퍼레이터 배치 장치의 정면도, 도 32는 세퍼레이터 배치 장치의 측면도이다. 도 33은 도 32의 B-B선을 따르는 흡인 본체부의 정면도이다. 도 34는 도 32의 C-C선을 따르는 세퍼레이터 흡인부의 정면도이다. 도 35는 세퍼레이터 흡인부를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 도 36은 세퍼레이터 배치 장치의 세퍼레이터 흡인부 주변의 확대 측면도이다. 도 37의 (a)는 밸브가 개방되어 있을 때의 플런저 밸브의 단면도이고, (b)는 밸브가 외부로 개방되어 있을 때의 단면도이다. 도 38은 플런저 밸브가 모두 개방되어 있을 때의 세퍼레이터 흡인부의 부분 측면도이고, 도 39는 플런저 밸브의 일부가 개방되어 있을 때의 세퍼레이터 흡인부의 부분 측면도이다. 도 40은 플런저 밸브가 모두 외부로 개방되어 있을 때의 세퍼레이터 흡인부의 부분 측면도이다. 도 41은 세퍼레이터를 설치할 때의 세퍼레이터 흡인부의 측면도이다.
도 30의 세퍼레이터 배치 장치(240)는 전해질이 도포된 바이폴라 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 배치하도록 구성된다. 도 30 내지 32에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터 배치 장치(240)는 세퍼레이터(121)를 흡인하고, 컨베이어(280) 상의 팰릿(270)을 향해 돌출되도록 만곡된 세퍼레이터 흡인면(241)을 갖는 세퍼레이터 흡인부(242)를 구비한다. 또한, 세퍼레이터 배치 장치(240)는 세퍼레이터 흡인부(242)를 3차원 방향으로 이동시키는 이동 기구(243)를 포함한다. 마지막으로, 세퍼레이터 배치 장치(240)는 세퍼레이터 흡인부(242)를 회전시키는 회전 기구(244)를 포함한다. 세퍼레이터 배치 장치(240)는 기포 배출 기구로서 기능한다.
도 30 및 도 31에 도시된 이동 기구(243)는 컨베이어(280)에 걸쳐 고정적으로 설치된 프레임 본체(245)와, 프레임 본체(245) 상에 컨베이어(280)와 교차하는 수평 방향으로 연장되어 설치된 가이드 레일(246)에 이동가능하게 설치된 수평 이동 부재(247)와, 수평 이동 부재(247)에 설치되는 가이드가 부착된 실린더(248)에 의해 승강가능한 승강 부재(249)와, 승강 부재(249)에 설치되는 서보 리니어 작동기(250)에 의해 컨베이어(280)의 진행 방향을 따라서 이동가능한 흡인부 유지 부재(251)를 구비한다. 흡인부 유지 부재(251)에는 컨베이어(280)와 교차하는 수평 방향으로 연장되는 회전축에 의해 회전가능한 세퍼레이터 흡인부(242)가 설치된다. 이동 기구(243)를 제어 장치에 의해 제어함으로써, 세퍼레이터 흡인부(242)를 3차원 방향으로 자유자재로 이동시키는 것이 가능하다.
회전 기구(244)는 흡인부 유지 부재(251)에 설치되고, 감속기(252)에 의해 세퍼레이터 흡인부(242)에 연결된 서보 모터(253)를 가진다. 회전 기구(244)를 제어 장치에 의해 제어함으로써, 회전축을 중심으로 세퍼레이터 흡인부(242)를 자유자재로 이동시키는 것이 가능하다.
세퍼레이터 흡인부(242)는, 도 33에 자세하게 도시된 공기를 흡인하는 통로가 되는 공기 유로 홈(254)이 형성된 유로 형성면(255)을 갖는 흡인 본체(256)를 구비하고, 만곡부(257)를 가진다. 세퍼레이터 흡인부(242)의 만곡부(257)는 유로 형성면(255) 대향하여 세퍼레이터 흡인면(241)의 면을 형성한다(도 32, 도 34 참조). 도 35에 도시된 바와 같이, 흡인 본체(256)의 유로 형성면(255)에 형성된 공기 유로 홈(254)은 1방향으로 배열되는 복수의 흡인 영역(R1 내지 R4)으로 분할된다. 도 36에 도시된 바와 같이, 각각의 흡인 영역(R1 내지 R4)의 공기 유로 홈(254)이 연결 튜브(268A, 268B, 268C 및 268D)를 통해 각 별개 플런저 밸브(258A, 258B, 258C 및 258D)에 연결된다. 따라서, 각 흡인 영역(R1 내지 R4)의 공기 유로 홈(254)은 별개로 흡인이 가능하다. 또한, 본 실시예에서는, 흡인 영역(R1 내지 R4)은 4개이지만, 실시형태는 이러한 흡인 영역의 수에 제한되지 않는다. 또한, 흡인 영역의 수가 증가할수록, 후술하는 진공 파괴 영역이 보다 미세하게 설정될 수 있다.
만곡부(257)는 흡인 영역(R1 내지 R4)의 배치 방향의 양 단부측에 있어서 휘어진 만곡 형상을 가진다. 유로 형성면(255)(도 33에 도시)으로부터 세퍼레이터 흡인면(241)(도 32에 도시)까지 관통하는 복수의 세퍼레이터 흡인 구멍(259)(도 34 참조)이 만곡부(257)에 형성된다. 세퍼레이터 흡인 구멍(259)은 세퍼레이터 흡인면(241)의 대략 전체면에 걸쳐서 형성되고 3㎜의 직경 및 약 20㎜의 피치를 가진다. 각 세퍼레이터 흡인 구멍(259)은 흡인 본체(256)의 공기 유로 홈(254)에 연통된다. 또한, 임의적으로, 만곡부(257)에 세퍼레이터 흡인 구멍(259)을 형성하지 않고, 발포 다공질 수지나 발포 다공질 금속 등의 통기성 있는 재료로 만곡부(257)를 제작하는 것도 가능하다. 또한, 유로 형성면(255)이 만곡하여 형성될 수 있어, 유로 형성면(255)에 설치되는 만곡부(257)로서 일정한 판 두께를 갖는 만곡 천공 금속을 적용할 수도 있다.
도 36에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터 흡인부(242)의 흡인 영역(R1 내지 R4)의 배치 방향을 따르는 측에 밸브가 형성된 원기둥 형상의 밸브 형성부(260)가 고정된다. 세퍼레이터 흡인부(242)와 밸브 형성부(260)가 흡인부 유지 부재(251)로 회전가능하게 연결된다.
도 37의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 밸브 형성부(260)에 미끄럼 이동부(262)가 설치된다. 미끄럼 이동부(262)는 직경 방향으로 진퇴이동할 수 있고, 스프링(261)으로 압박된다. 미끄럼 이동부(262)가 돌출상태에서는 밸브를 개방함으로써, 진공 펌프(269)에 연통하는 유로(265)가 세퍼레이터 흡인 구멍(259)에 연통하는 유로(264)에 접속된다[도 37의 (a) 참조]. 미끄럼 이동부(262)가 압입된 상태에서는 외기로 개방되는 유로(263)가 유로(264)에 접속된다[도 37의 (b) 참조]. 플런저 밸브(258A 내지 258D)는 각 흡인 영역(R1 내지 R4)에 설치된다. 각 플런저 밸브(258A 내지 258D)는 흡인 영역(R1 내지 R4)와 동일한 순서로 주위 방향으로 나란하게 배치된다.
도 36에 도시된 흡인부 유지 부재(251)에는, 압입부(266)가 설치된다. 도 38 및 도 39에 도시된 바와 같이, 압입부(266)는 밸브 형성부(260)의 외주에서 소정 각도 범위를 덮는다. 세퍼레이터 흡인부(242)가 회전됨으로써, 압입부(266)는 밸브 형성부(260)에 설치된 미끄럼 이동부(262)를 단부에 형성되는 테이퍼부(267)에 의해 압입하고, 미끄럼 이동부(262)를 접촉된 상태로 유지하도록 구성된다.
세퍼레이터(121)를 설치할 때에는, 세퍼레이터 공급 장치(230)에 의해 공급된 세퍼레이터(121)를 세퍼레이터 흡인부(242)에서 발생된 부압에 의해 흡인하여 유지한다. 이때, 모든 플런저 밸브(258)가 개방되고, 모든 흡인 영역(R1 내지 R4)에 의해 세퍼레이터(121)가 흡인된다.
도 41에 도시된 바와 같이, 만곡부(257)는 팰릿(270) 상에 배치된 바이폴라 전극(110) 위를 도 41에서 백색 화살표로 도시된 흡인 영역(R1 내지 R4)의 배열 방향을 따라 회전하면서 이동한다. 이때, 팰릿(270)으로부터 소정 거리(L)로 이격된 이격면(S)과 세퍼레이터 흡인면(241)이 선접촉하면서 만곡부(257)가 흡인 영역(R1 내지 R4)의 배열 방향으로 이동된다. 이 경우, 접촉 이동 거리(X1)는 이격면(S)에서의 선접촉 위치(P)가 흡인 영역(R1 내지 R4)의 배열 방향을 따라서 이동되는 거리이다. 접촉 이동 거리(X1)는 세퍼레이터 흡인면(241)의 선접촉한 영역의 흡인 영역(R1 내지 R4)의 배열 방향을 따르는 세퍼레이터 접촉 길이(X2)에 일치한다. 팰릿(270)에 끼워지는 부재는 팰릿(270)에 수직 방향인 협입력을 세퍼레이터 흡인면(241)로부터 받는 반면, 팰릿(270)에 수평 방향인 힘을 받지 않는다. 이에 따라, 세퍼레이터(121)가 팰릿(270) 및 컨베이어(280)로부터 어긋나지 않는다.
팰릿(270)과 세퍼레이터 흡인면(241) 사이의 소정 거리(L)는 세퍼레이터 흡인면(241)에 의해 유지된 세퍼레이터(121)가 팰릿(270) 상에 설치된 바이폴라 전극(110)에 도포된 전해질과 접촉하도록 설정된다. 따라서, 세퍼레이터 흡인부(242)에 의해 유지된 세퍼레이터(121)는 세퍼레이터 흡인면(241)의 최하부[팰릿(270)에 가장 가까운 부위]에서 전해질과 소정 폭의 선 형상으로 접촉한다.
또한, 도 38 내지 도 40에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(121)를 설치할 때에는 세퍼레이터 흡인부(242)가 회전되는 동안, 플런저 밸브(258A 내지 258D)의 미끄럼 이동부(262)가 1개씩 압입된다. 세퍼레이터의 전해질(124)과 접촉한 부위를 흡인하는 흡인 영역으로부터 순서대로 흡인이 정지되어 진공을 해제한다. 그리고 나서, 세퍼레이터(121)의 전해질(124)이 바이폴라 전극(110) 측으로 이동된다. 이와 같이, 세퍼레이터 흡인부(242)의 최하부에서 세퍼레이터(121)가 전해질(124)과 소정 폭의 선 형상으로 접촉하고, 세퍼레이터(121)와 전해질 사이의 기포(N)가 배출될 수 있다.
세퍼레이터(121)와 전해질(124) 사이에 기포(N)가 유입되더라도, 통기성의 세퍼레이터(121)가 세퍼레이터 흡인부(242)에 의해 흡인되기 때문에, 세퍼레이터(121)의 일측(M1)으로부터 타측(M2)으로 흡인력이 인가되어, 세퍼레이터(121)를 통해 기포(N)를 배출한다(도 1 참조). 이때, 세퍼레이터(121)와 접촉한 전해질(124)이 흡인력에 의해 세퍼레이터 내에 조밀하게 침투한다. 이와 같이, 세퍼레이터(121)와 전해질(124) 사이의 기포(N)의 유입을 최소화함으로써, 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지(10)를 제조한다. 기포(N)를 배출할 때, 세퍼레이터(121)를 손으로 팽팽하게 당겨질 필요가 없어, 세퍼레이터(121)의 손상을 방지함을 알 수 있다. 전해질이 세퍼레이터(121)에 조밀하게 침투되고, 전지 작동 시의 이온 및 전류가 효율적으로 흘러, 출력 밀도를 증가시킨다. 또한, 본 실시예에서는 세퍼레이터(121)를 설치하는 공정에 있어서 팰릿(270)에 의해 바이폴라 전극(110)이 흡인되어 유지된다. 그러나, 조건에 따라서는 반드시 흡인하지 않아도 좋다.
도 42는 세퍼레이터 공급 장치의 또다른 예의 정면도이고, 도 43은 세퍼레이터 공급 장치의 또다른 예의 측면도이다. 또한, 전술한 세퍼레이터 흡인 장치와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
세퍼레이터 공급 장치(230)의 또다른 예는, 도 28 및 도 29에 도시된 세퍼레이터 적재대(233)를 설치하지 않는다. 대안으로는, 세퍼레이터 흡인면(241)을 상면으로 하여 유지된 세퍼레이터 흡인부(242) 상에 세퍼레이터(121)를 직접 적재하도록 구성된다.
세퍼레이터 흡인부(242)는 세퍼레이터 흡인부 고정 부재(290)에 유지되어 고정된다. 그리고 나서, 세퍼레이터 흡인부(242)의 흡인 영역(도 3에 나타내는 R1 내지 R4)가 흡인되어, 세퍼레이터(121)를 세퍼레이터 흡인면(241) 상에 유지한다. 그런 다음, 세퍼레이터 흡인부(242)가 반전되고, 세퍼레이터 흡인부(242)가 이동 기구(243)에 고정된다. 그 후, 세퍼레이터가 재설치된다.
다음에, 제2 실시예에 따라 구성된 바이폴라 전지의 제조 장치(300)에 대해 설명한다.
도 44는 제2 실시예의 바이폴라 전지의 제조 장치의 세퍼레이터 배치 장치를 도시하는 정면도이고, 도 45는 그 측면도이다. 도 46은 도 45의 D-D선을 따르는 흡인 롤러의 단면도이다.
제2 실시예에 관한 바이폴라 전지의 제조 장치(300)는 세퍼레이터재를 배치하는데 이용되는 세퍼레이터 배치 장치(340)가 제1 실시예와 다르다. 제1 실시예와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 44 및 도 45에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 있어서의 세퍼레이터 배치 장치(340)는 팰릿(270)에 대해 평행한 회전축을 가진 통형상의 흡인 롤러(342)(세퍼레이터 흡인부)와, 흡인 롤러(342)에 세퍼레이터(121)를 공급하는 세퍼레이터 롤(331)과, 흡인 롤러(342)를 이차원 방향으로 이동시키는 이동 기구(343)를 구비한다. 세퍼레이터 배치 장치(340)는 기포 배출 기구로서 기능한다.
이동 기구(343)는 컨베이어(280) 상을 컨베이어(280)의 진행 방향을 따라 연장되는 프레임 본체(345)와, 프레임 본체(345)에 있어서 컨베이어(280)의 진행 방향으로 연장하는 가이드 레일(346)에 이동가능하게 설치되는 수평 방향 이동 부재(347)와, 수평 방향 이동 부재(347)에 설치되는 면압 제어 실린더(348)에 의해 승강가능한 승강 부재(349)를 구비한다. 흡인부 유지 부재(351)가 승강 부재(349)에 고정된다. 세퍼레이터 롤(331) 및 흡인 롤러(342)가 흡인부 유지 부재(351)에연결된다. 이에 따라, 이동 기구(343)를 제어 장치에 의해 제어됨으로써, 세퍼레이터 롤(331) 및 흡인 롤러(342)가 상하 방향 및 컨베이어의 진행 방향의 2방향으로 자유자재로 이동될 수 있다.
세퍼레이터 롤(331)은 컨베이어(280)와 교차하는 수평 방향으로 연장되는 회전축에 의해 흡인부 유지 부재(351)에 회전가능하게 설치된다. 서보 모터(336)가 감속기(337)를 통해 세퍼레이터 롤(331)에 연결된다. 서보 모터(336)를 제어 장치를 통해 제어함으로써, 세퍼레이터 롤(331)이 회전될 수 있다.
또한, 세퍼레이터 압박부(333)가 흡인부 유지 부재(351)에 설치된다. 세퍼레이터 압박부(333)는 흡인부 유지 부재(351) 상에 고정된 세퍼레이터 압박 구동 실린더(332)에 의해 흡인 롤러(342)로부터 근접 이격하면서 세퍼레이터 압박부(333)와 흡인 롤러(342)와의 사이에 세퍼레이터(121)를 끼워맞추도록 구성된다. 세퍼레이터 롤(331)로부터 세퍼레이터(121)가 공급되는 경우에는 세퍼레이터 압박부(333)가 이격되어 세퍼레이터(121)가 이동되게 한다. 세퍼레이터(121)가 공급되지 않는 동안은 세퍼레이터(121)가 흡인 롤러(342)와 세퍼레이터 압박부(333) 사이에 끼워맞춰져 유지된다.
흡인 롤러(342)는 컨베이어(280)와 교차하는 수평 방향으로 연장되는 도 46에 도시된 회전축(344A, 344B)에 의해 흡인부 유지 부재(351)에 회전가능하게 설치된다. 서보 모터(353)가 감속기(352)를 통해 흡인 롤러에 연결된다. 서보 모터(353)를 제어 장치를 통해 제어함으로써, 흡인 롤러(342)가 회전될 수 있다.
도 46에 도시된 바와 같이, 흡인 롤러(342)는 흡인부 유지 부재(351) 상에 고정되는 2개의 회전축(344A, 344B)에 베어링(354)을 통해 연결된다. 일 회전축(344A)은 중공이고, 공기 흡인 튜브(355)에 연결된다. 공기 흡인 튜브는 일단부에서 흡인 롤러(342)의 내부와 연통하고, 타단부에서 밸브를 통해 진공 펌프와 연통한다.
복수의 세퍼레이터 흡인 구멍(359)이 흡인 롤러(342)에 형성된다. 복수의 세퍼레이터 흡인 구멍(359)은 내면으로부터 흡인 롤러(342)의 내면으로부터 외면으로 관통하고, 흡인 롤러(342)의 외측의 공기를 내부로 흡인할 수 있다.
흡인 롤러(342)는 외면과 팰릿(270) 사이에 소정 거리(L2)를 유지하면서 평행하게 이동될 수 있다(도 45 참조).
세퍼레이터(121)를 설치할 때는, 우선 세퍼레이터(121)의 선단부를 바이폴라 전극(110)의 단부에 설치하여 클램프 등에 의해 고정한다. 그 후, 그 위에 흡인 롤러(342)를 배치한다. 그리고 나서, 흡인 롤러(342)에 의해 흡인되면서 흡인 롤러(342)가 회전되어 이동된다. 이때, 흡인 롤러(342)의 이동 거리는 회전된 흡인 롤러(342)의 전체 둘레 길이와 일치한다.
여기서, 팰릿(270)과 흡인 롤러(342)의 외주면과의 사이의 소정 거리(L2)는 흡인 롤러(342)에 유지된 세퍼레이터(121)가 팰릿(270)에 설치된 바이폴라 전극(110)에 도포된 전해질과 접촉되도록 설정된다. 흡인 롤러(342)에 유지된 세퍼레이터(121)는 팰릿(270)과 가장 가까운 흡인 롤러(342)의 최하부에서 전해질과 소정 폭을 갖고 선접촉한다. 이와 같이, 세퍼레이터 흡인면(241)의 최하부에 있어서 세퍼레이터(121)가 전해질(124)과 소정 폭의 선접촉하여 접촉 면적을 증가시켜 세퍼레이터(121)와 전해질(124) 사이의 기포(N)의 유입을 억제한다.
또한, 세퍼레이터(121)와 전해질(124) 사이에 기포(N)가 유입되더라도, 세퍼레이터(121)의 통기성이 세퍼레이터(121)의 일측(M1)으로부터 타방측(M2)에 인가되는 흡인력을 허용하여, 기포(N)를 배출한다(도 1 참조). 이때, 세퍼레이터(121)와 접촉한 전해질(124)이 흡인력에 의해 세퍼레이터(121) 내에 조밀하게 침투하여, 세퍼레이터(121)와 전해질(124)의 기포(N)의 형성을 제한하고, 바이폴라 전지(10) 성능을 향상시킨다. 또한, 기포(N)를 제거하려고 세퍼레이터(121)를 손으로 팽팽하게 당길 필요가 없으므로, 세퍼레이터(121)가 손상되지 않고 전해질이 세퍼레이터(121)에 조밀하게 침투할 수 있다. 또한, 전지 작동 시의 이온 및 전류가 효율적으로 흘러, 출력 밀도를 향상시킨다.
제2 실시예에서는 세퍼레이터 배치 장치(340)에 세퍼레이터 롤(331)이 설치되므로, 제1 실시예의 세퍼레이터 공급 장치(230)는 불필요하다.
다음에, 제3 실시예에 관한 바이폴라 전지의 제조 장치(400)에 대해 설명한다.
도 47은 제3 실시예의 바이폴라 전지의 제조 장치의 세퍼레이터 배치 장치의 측면도이다. 도 48은 도 47의 E-E선을 따르는 단면도이다. 도 49는 도 47의 F-F선을 따르는 단면도이다. 도 50은 도 47의 G-G선을 따르는 단면도이다.
도 47에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(121)가 세퍼레이터 유지판(402) 상에 배치되고, 바이폴라 전극(110)이 세퍼레이터(121) 상에 배치된다. 제1, 제2 실시예에서는, 전해질 배치 공정, 제1 밀봉재 배치 공정, 세퍼레이터재 배치 공정 및 제2 밀봉재 배치 공정이 바이폴라 전극(110)마다 팰릿(270) 상에서 실시된다. 그러나, 제3 실시예에서는 세퍼레이터재 배치 공정을 또다른 세퍼레이터 유지판(402) 상에서 실시된다. 또한, 제1, 제2 실시예와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 47 내지 도 50에 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 세퍼레이터 배치 장치(401)는 세퍼레이터(121)를 유지하는 세퍼레이터 유지판(402)과, 세퍼레이터 유지판(402)을 적재하여 반송하는 컨베이어와, 컨베이어(403) 상의 소정 위치에 설치되고, 컨베이어(403)에 적재된 세퍼레이터 유지판(402)을 압박하고 그로부터 이격가능한 압박부(404)를 구비한다. 세퍼레이터 배치 장치(401)는 기포 배출 기구로서 기능한다.
세퍼레이터 유지판(402)은 통기성의 평판이고, 천공 금속, 발포 다공질 수지 또는 발포 다공질 금속 등으로 형성된다. 모터 등에 연결되어 회전하는 반송 롤러(405)가 컨베이어(403)에 설치된다. 반송 롤러(405)를 회전시킴으로써 세퍼레이터 유지판(402)이 반송될 수 있다. 압박부(404)는 컨베이어(403) 상에 적재된 세퍼레이터 유지판(402)을 압박하고 세퍼레이터 유지판(402)으로부터 이격가능하다.
다음에, 제3 실시예에 따라 구성된 세퍼레이터 배치 장치(401)의 사용 방법에 대해 설명한다. 우선, 도 47에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(121)가 컨베이어(403) 상에 배치된 세퍼레이터 유지판(402)에 설치된다. 그 후, 양극에 전해질(124, 125)이 도포되고 일측면에 제1 밀봉재(114)가 도포된 바이폴라 전극(110)을, 제1 밀봉재(114)가 설치되는 측이 세퍼레이터(121)와 접하도록 세퍼레이터(121)에 포갠다. 세퍼레이터(121) 및 바이폴라 전극(110)의 배치는 로봇이나 수작업에 의해 행해진다.
반송 롤러(405)를 구동시켜 세퍼레이터 유지판(402)을 압박부(404)가 설치되는 위치까지 이동시킨 후, 반송 롤러(405)를 정지시킨다. 이후, 도 50에 도시된 바와 같이, 압박부(404)를 구동하여 세퍼레이터 유지판(402) 상에 적재된 바이폴라 전극(110)을 세퍼레이터(121)에 대해 압박한다. 이에 의해, 세퍼레이터(121)의 일방측(M1)으로부터 타방측(M2)을 향해 기포(N)가 압출되고, 또한 세퍼레이터 유지판(402) 및 세퍼레이터(121)가 통기성을 갖고 있으므로, 전해질(124)과 세퍼레이터(121) 내의 기포(N)가 세퍼레이터(121)를 통해 반대측의 세퍼레이터 유지판(402)의 미세 구멍 내로 배출된다(도 1 참조). 또한, 이때에 세퍼레이터(121)와 접촉한 전해질(124)이 압박력에 의해 세퍼레이터(121) 내에 침투된다.
압박부(404)에 의해 압박할 때, 바이폴라 전극(110)의 압박부(404)와 접하는 측에도 전해질(125)이 도포되어 있으므로, 바이폴라 전극(110)의 전해질(125)에, 예를 들어 PET 필름을 접착하는 것이 바람직하다. 임의적으로는, 압박 시에 바이폴라 전극(110)의 압박부(404)와 접하는 측에 전해질(125)이 도포되어 있지 않아도 좋다. 이때에는, PET 필름은 불필요하다.
압박부(404)는 실린더, 모터, 또는 수동으로 구동된다. 압박력은 약 400㎩이지만, 이에 특별히 제한되지는 않는다. 압박부(404)를 후퇴시켜 바이폴라 전극(110)이 압박력으로부터 해제된다. 그 후, 반송 롤러(405)가 구동되어 바이폴라 전극(110)을 다음 공정인 제2 밀봉재 배치 공정으로 반출한다.
제3 실시예의 세퍼레이터 배치 장치(401)에서, 기포가 흡인 작업이 아닌 압박 작업에 의해 세퍼레이터(121)의 일방측(M1)으로부터 타방측(M2)을 향해 압출되어, 기포(N)가 세퍼레이터(121)를 통해 배출된다(도 1 참조). 이에 따라, 세퍼레이터(121)와 전해질(124) 사이의 기포(N)의 혼입이 방지될 수 있어, 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지(10)가 제조된다. 또한, 기포(N)를 제거할 때, 기포(N)를 제거하려고 세퍼레이터(121)를 손으로 팽팽하게 당길 필요가 없다. 따라서, 세퍼레이터(121)에 손상이 생길 우려가 없고, 전해질이 세퍼레이터(121) 내에 조밀하게 침투할 수 있다. 전지 작동 시의 이온 및 전류가 효율적으로 흐를 수 있어, 출력 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 핸들링성이 나쁜 세퍼레이터(121)를 미리 세퍼레이터 유지판(402) 상에 핸들링성이 좋은 바이폴라 전극(110)과 배치하기 때문에 위치 결정 작업성이 좋다. 또한, 제1, 제2 실시예와 달리, 흡인 장치가 필요하지 않으므로, 소규모 설비가 사용될 수 있어 설비 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 세퍼레이터 유지판에 흡인용 호스 등의 탈착 커넥터 등도 필요하지 않아, 고장이 감소되어 설비의 신뢰성이 향상된다.
다음에, 제4 실시예에 관한 바이폴라 전지의 제조 장치(500)에 대해 설명한다.
도 51은 제4 실시예에 관한 바이폴라 전지의 제조 장치의 세퍼레이터 배치 장치를 도시하는 측면도, 도 52는 도 51의 H-H선을 따르는 단면도, 도 53은 도 51의 I-I선을 따르는 단면도, 도 54는 제4 실시예에 있어서의 세퍼레이터 유지판의 측면도이다.
제1 및 제2 실시예의 세퍼레이터재 배치 공정에서, 팰릿(270)에 배치된 바이폴라 전극(110)에 세퍼레이터(121)가 설치된다. 그러나, 제4 실시예의 세퍼레이터재 배치 공정에서는, 제3 실시예와 마찬가지로, 세퍼레이터(121)가 세퍼레이터 유지판(502)에 배치되고, 바이폴라 전극(110)이 세퍼레이터(121)에 대해 설치된다. 또한, 제1 내지 3 실시예와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 51 내지 도 54에 도시된 바와 같이, 제4 실시예의 세퍼레이터 배치 장치(501)는 세퍼레이터(121)를 유지하는 세퍼레이터 유지판(502)과, 세퍼레이터 유지판(502)을 적재하여 반송하는 컨베이어(403)와, 세퍼레이터 유지판(502)에 부압을 공급하는 제1 및 제2 부압 공급부(503A, 503B)를 구비한다. 세퍼레이터 배치 장치(501)는 기포 배출 기구로서 기능한다.
평판의 중앙부에서 통기성을 갖는 통기부(504)가 세퍼레이터 유지판(502) 상에 형성된다. 세퍼레이터 유지판(502)의 한쪽의 면에 외측부(506)가 형성된다. 외측부(506)는 통기부(504)의 외주에서 세퍼레이터 유지판(502)에 연결되어 통기부(504)와의 사이에 흡인 공간(505)을 형성한다. 외측부(506)에는 통기부(504)와 대향하는 위치에서 관통 구멍부(507)가 형성된다. 통기부는 천공 금속, 발포 다공질 수지 또는 발포 다공질 금속 등으로 형성된다.
제1 및 제2 부압 공급부(503A, 503B)는 삼방향 밸브(도시하지 않음)를 통해 진공 펌프(도시하지 않음)에 접속된다. 제1 및 제2 부압 공급부(503A, 503B)는 컨베이어(403)에 설치된 세퍼레이터 유지판(502)의 하면에 근접하여 형성된 부압 공급 구멍(508)으로부터 부압을 공급할 수 있다. 세퍼레이터 유지판(502)으로서, 제1 및 제2 실시예에서 사용한 팰릿(270)을 이용해도 좋다. 또한, 통기성의 컨베이어 벨트를 세퍼레이터 유지판(502)으로서 사용하는 것도 가능하다.
다음에, 제4 실시예에 따라 구성된 세퍼레이터 배치 장치(501)의 사용 방법에 대해 설명한다. 우선, 도 51에 도시된 바와 같이 컨베이어(403)에 배치된 세퍼레이터 유지판(502)에 세퍼레이터(121)가 설치된다. 이때, 세퍼레이터 유지판(502)의 관통 구멍부(507)가 제1 부압 공급부(503A)의 부압 공급 구멍(508)에 일치한다. 이후, 제1 부압 공급부(503A)를 통해 흡인 공간(505)에 부압을 공급한다. 이로써, 통기부(504)의 외측[세퍼레이터(121)측]에 부압이 발생되고, 세퍼레이터(121)가 통기부(504)에 흡인된다. 이에 의해, 세퍼레이터(121)의 주름이 연신될 수 있다.
다음에, 바이폴라 전극(110)이 세퍼레이터(121)와 접촉된다. 이로써 제1 밀봉재(114)가 설치되는 측이 세퍼레이터(121)와 접촉된다. 전해질(124, 125)이 세퍼레이터(121)의 양극에 도포되고, 세퍼레이터(121)의 일측면에 제1 밀봉재(114)가 도포된다. 상술한 세퍼레이터(121) 및 바이폴라 전극(110)의 배치는 로봇에 의해 또는 수동으로 행해진다.
이후, 제2 부압 공급부(503B)에 의해 관통 구멍부(507)를 통해 흡인 공간(505)에 부압이 공급된다. 이때, 세퍼레이터 유지판(502) 및 세퍼레이터(121)가 통기성이므로, 전해질(124)과 세퍼레이터(121) 내의 기포(N)가 세퍼레이터(121) 및 통기부(504)에 의해 흡인되어 배출된다(도 1 참조). 이때, 세퍼레이터(121)와 접촉하는 전해질(124)이 세퍼레이터(121) 내에 조밀하게 침투된다. 확실하게 기포(N)를 배출하기 위해, 바이폴라 전극측으로부터 롤러 작동을 행하거나, 또는 제3 실시예와 마찬가지로 바이폴라 전극(110)을 세퍼레이터(121)로 압박하는 것이 효과적이다. 이후, 반송 롤러(405)가 구동되어 다음 공정인 제2 밀봉재 배치 공정으로 반출한다.
이와 같이, 제4 실시예에 따라 구성된 세퍼레이터 배치 장치(501)에서는 제3 실시예와 같이 압박하는 것이 아닌, 세퍼레이터(121)를 흡인함으로써 세퍼레이터(121)의 일방측(M1)으로부터 타방측(M2)을 향해 흡인력이 작용한다. 이로써 기포(N)를 세퍼레이터(121)를 통해 배출한다. 따라서, 세퍼레이터(121) 내측과 전해질(124)에서 기포(N)의 혼입이 방지될 수 있어, 바이폴라 전지(10)가 우수한 전지 성능을 가진다. 또한, 기포(N)를 배출할 때, 기포(N)를 제거하기 위해 세퍼레이터(121)를 손으로 팽팽하게 당길 필요가 없다. 따라서, 세퍼레이터(121)가 손상되지 않는다. 전해질이 세퍼레이터(121)에 조밀하게 침투하고, 전지 작동 시의 이온 및 전류가 효율적으로 흐를 수 있다. 따라서, 출력 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 내주측에 흡인 공간이 형성된 통기성의 벨트 컨베이어를 사용할 수 있다. 이로써 이 벨트를 세퍼레이터 유지판으로서 이용한다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예로 제한되는 것은 아니고, 특허청구 범위의 범위 내에서 변경 또는 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는, 도 14에 도시된 집성체(108)를 마련하기 위해, 제1 및 제2 밀봉재(114, 116)나 세퍼레이터(121)를 적층하는 순서가 정해진다. 그러나, 적층하는 순서나 구성이 이에 제한되는 것은 아니다. 전해질(124, 125)이 도포된 캐소드(113) 또는 애노드(112)에 세퍼레이터(121)를 배치하는 공정을 적용하는 것도 바람직하다.
전술된 실시예는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 기술된 것으로 본 발명을 제한하지는 않는다. 반면에, 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 포함되는 다양한 변형예 및 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 법하에 인정되는 그러한 모든 변형예 및 균등물을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 전극과 통기성 세퍼레이터를 전해질을 개재시켜 세트된 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하여 얻는 바이폴라 전지 제조 방법이며,
    서브 어셈블리 유닛 상태에서 바이폴라 전극과 중첩한 통기성 세퍼레이터 간에 형성된 기포를 상기 통기성 세퍼레이터를 통해 배출하는 것을 특징으로 하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    세퍼레이터가 통기성이 되도록 세퍼레이터 유지판에 세퍼레이터를 유지하는 단계와,
    바이폴라 전극을 세퍼레이터와 포개는 단계를 더 포함하고,
    기포를 배출하는 단계는 세퍼레이터 유지판에 유지된 세퍼레이터에 대해 바이폴라 전극을 압박하는 단계를 포함하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 바이폴라 전극을 세퍼레이터에 대해 압박하는 단계는 세퍼레이터가 유지된 세퍼레이터 판의 배면측으로부터 부압을 인가하는 것인, 바이폴라 전지 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    세퍼레이터의 일측면을 세퍼레이터 흡인부로 흡인하여 유지하는 단계와,
    전해질면을 위로 향하도록 구성된 바이폴라 전극을 컨베이어 상에 유지하는 단계와,
    세퍼레이터 흡인부와 대향하는 세퍼레이터의 측면과 전해질면을 중첩하는 단계를 더 포함하고,
    기포를 배출하는 단계는 중첩시에 세퍼레이터 상에서 세퍼레이터 흡인부에 흡인을 제공하는 흡인 장치로 부압을 인가하는 단계를 포함하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    세퍼레이터 흡인부는 컨베이어에 걸쳐 위치된 이동 기구 상에 배치되고 컨베이어에 걸쳐 선형으로 이동하도록 구성되며, 이동 기구는 기포 배출시에 전해질면 상으로 세퍼레이터를 중첩하면서 세퍼레이터 흡인부를 세퍼레이터와 함께 바이폴라 전극에 걸쳐 위치 결정하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    세퍼레이터 흡인부는 흡인 장치와 연통하여 복수의 흡인 구멍을 갖는 세퍼레이터 흡인면을 구비하며 컨베이어의 이동방향으로 만곡되고,
    기포를 배출하는 단계는 부압을 흡인 장치로 인가할 시에 세퍼레이터 흡인부 상에 구성된 회전 기구로 곡선을 따라 세퍼레이터 흡인면을 회전시키는 단계를 더 포함하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    복수의 흡인 구멍이 컨베이어의 이동 방향에 따라 복수의 흡인 영역에 형성되고,
    기포를 배출하는 단계는 세퍼레이터 흡인면의 회전 각도에 따라 흡인 영역을 통해 흡인하는 단계를 더 포함하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    흡인 장치와 연통하여 내부 공간을 갖고 흡인 장치가 세퍼레이터를 흡인하는 복수의 흡인 구멍을 갖는 흡인 롤러인 세퍼레이터 흡인부로 세퍼레이터의 일측면을 흡인하는 단계와,
    전해질 면을 위로 하여 구성된 바이폴라 전극을 컨베이어 상에 유지하는 단계와,
    세퍼레이터 흡인부와 대향하는 세퍼레이터의 일측면과 전해질면을 중첩하는 단계를 더 포함하고,
    기포를 배출하는 단계는 중첩시에 세퍼레이터 상에 흡인 롤러로 부압을 인가하는 단계를 더 포함하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    바이폴라 전극은 집전체의 일측 상에 형성된 캐소드와 집전체의 대향측 상에 형성된 애노드를 포함하고, 전해질은 폴리머 겔 전해질 또는 전해액이고,
    바이폴라 전지는 캐소드 및 애노드를 둘러싸도록 집전체와 세퍼레이터 사이의 공간에 충전재가 배치된 충전부를 더 포함하는, 바이폴라 전지 제조 방법.
  10. 전극과 통기성 세퍼레이터를 전해질을 개재시켜 세트된 서브 어셈블리 유닛을 구비하는 바이폴라 전지를 제조하는 장치이며,
    서브 어셈블리 유닛 상태에서 바이폴라 전극과 중첩한 통기성 세퍼레이터 간에 형성된 기포를 상기 통기성 세퍼레이터를 통해 배출하는 기포 배출 기구를 포함하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    기포 배출 기구는 세퍼레이터를 유지하는 세퍼레이터 유지판을 포함하고, 세퍼레이터 유지판은 세퍼레이터를 통해 배출된 기포가 외부로 배출되도록 통기성인, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    기포 배출 기구는 바이폴라 전극에 대하여 세퍼레이터 유지판 상에 유지된 세퍼레이터를 압박하는 압박부를 더 포함하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    기포 배출 장치는 세퍼레이터 유지판을 통해 세퍼레이터 상에 부압을 인가하는 부압 공급부를 더 포함하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    세퍼레이터 유지판은 천공 금속, 발포 다공질 수지 또는 발포 다공질 금속으로 형성되는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    기포 배출 기구는 세퍼레이터의 일측면을 흡인하여 유지하도록 구성된 세퍼레이터 흡인부를 더 포함하고, 흡인되어 유지된 세퍼레이터는 캐소드 또는 애노드에 미리 형성된 전해질면과 중첩되고 흡인되어 세퍼레이터를 통해 기포를 배출하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    세퍼레이터 흡인부에 결합되고, 컨베이어에 걸쳐 위치하며, 컨베이어에 걸쳐 선형으로 이동하도록 구성된 이동 기구를 더 포함하고,
    이동 기구는 전해질면 상에 세퍼레이터를 중첩하면서 바이폴라 전극에 걸쳐 세퍼레이터와 세퍼레이터 흡인부를 위치 결정하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    세퍼레이터 흡인부는 세퍼레이터 흡인부와 연통하는 복수의 흡인 구멍을 갖고, 컨베이어의 이동 방향으로 만곡된 세퍼레이터 흡인면을 구비하고,
    기포 배출 기구는 세퍼레이터 흡인부를 회전가능하게 이동시키도록 세퍼레이터 흡인부에 연결된 회전 기구를 더 포함하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    복수의 흡인 구멍은 컨베이어의 이동 방향에 따라 복수의 흡인 영역으로 분할되고,
    기포 배출 기구는 세퍼레이터 흡인면의 회전 각도에 따라 흡인 영역을 통해 흡인을 제어하도록 구성된 복수의 밸브를 갖는 세퍼레이터 흡인부에 연결된 밸브 형성부를 더 구비하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    밸브는 흡인 영역에 대응하도록 설치된 플런저 밸브이며, 밸브 형성부의 주연방향에 따라 병렬로 배치되고, 각 플런저 밸브는 직경 방향을 따라 미끄럼가능한 미끄럼 이동부를 갖고,
    기포 배출 기구는 세퍼레이터 흡인부와 회전하도록 구성된 가압부를 더 포함하고, 가압부의 회전은 미끄럼 이동부를 미끄럼 이동시켜 밸브 형성부에 대해 세퍼레이터 흡인부의 회전 각도에 따라 밸브를 절환하는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    기포 배출 기구는 흡인 장치를 더 포함하고,
    세퍼레이터 흡인부는 흡인 장치와 연통하는 내부 공간을 갖는 흡인 롤러이며, 흡인 롤러의 표면에는 내부 공간과 연통하는 복수의 흡인 구멍을 갖는, 바이폴라 전지를 제조하는 장치.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5552731B2 (ja) * 2007-10-25 2014-07-16 日産自動車株式会社 双極型電池の製造方法、および双極型電池
JP5381078B2 (ja) * 2008-12-19 2014-01-08 日産自動車株式会社 電極およびその製造方法
DE102009005498A1 (de) * 2009-01-21 2010-07-29 Li-Tec Battery Gmbh Galvanische Zelle mit Umhüllung
JP5343663B2 (ja) * 2009-03-30 2013-11-13 日産自動車株式会社 双極型二次電池の製造方法および製造装置
JP5375263B2 (ja) * 2009-03-30 2013-12-25 日産自動車株式会社 電池の製造方法および製造装置
EP2317593A1 (de) * 2009-10-30 2011-05-04 ads-tec GmbH Fertigungsanlage für eine Akkuflachzelle
KR101304870B1 (ko) * 2010-12-02 2013-09-06 주식회사 엘지화학 전지셀의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 전지셀
KR101334623B1 (ko) * 2010-12-02 2013-11-29 주식회사 엘지화학 원심력을 이용한 이차전지의 탈기 방법
JP5893461B2 (ja) * 2011-04-07 2016-03-23 日産自動車株式会社 位置検出装置および位置検出方法
JP6063131B2 (ja) * 2012-02-13 2017-01-18 日産自動車株式会社 電池押圧装置および電池押圧方法
CN102677118B (zh) * 2012-05-03 2014-12-31 武汉威蒙环保科技有限公司 板状金属氧化物电极的复极式电沉积方法
KR101627061B1 (ko) * 2012-06-11 2016-06-03 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 2차 전지의 제조 방법 및 제조 장치
KR102106111B1 (ko) * 2016-12-20 2020-04-29 주식회사 엘지화학 파우치형 전지의 전해액 주액방법
KR102135266B1 (ko) 2017-02-06 2020-07-17 주식회사 엘지화학 배터리 셀 제조 장치 및 방법
KR102270868B1 (ko) * 2017-12-18 2021-07-01 주식회사 엘지에너지솔루션 전해액 제거장치, 그를 포함하는 이차전지 제조장치 및 제조방법, 이차전지
JP7085390B2 (ja) * 2018-04-09 2022-06-16 日産自動車株式会社 電池の製造方法
JPWO2020045009A1 (ja) * 2018-08-27 2021-08-10 日本ゼオン株式会社 電極構造体の製造方法
CN110170496A (zh) * 2019-06-04 2019-08-27 山东魔方新能源科技有限公司 一种燃料电池双极板清洗堆叠装置
US11881580B2 (en) * 2021-03-19 2024-01-23 Global Graphene Group, Inc. Flame-resistant bipolar electrodes, bipolar lithium batteries, and manufacturing method
US11619604B2 (en) 2021-05-14 2023-04-04 Sandisk Technologies Llc Bipolar electrode bubble detection method and apparatus

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040107372A (ko) * 2003-06-12 2004-12-20 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 바이폴라 전지 및 관련 방법

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3862862A (en) * 1970-01-20 1975-01-28 Electric Power Storage Ltd Process of making sheathed battery electrodes
JP3184071B2 (ja) * 1995-09-06 2001-07-09 キヤノン株式会社 リチウム二次電池
US5871865A (en) * 1997-05-15 1999-02-16 Valence Technology, Inc. Methods of fabricating electrochemical cells
JPH11204136A (ja) * 1998-01-08 1999-07-30 Toyota Motor Corp バイポーラ型リチウムイオン２次電池及びその製造方法
JP4491843B2 (ja) * 1998-02-24 2010-06-30 ソニー株式会社 リチウムイオン二次電池、およびリチウムイオン二次電池の容器の封じ方法
US6419712B1 (en) * 2000-05-10 2002-07-16 Delphi Technologies, Inc. Lithium polymer consistent lamination process
US6503658B1 (en) * 2001-07-11 2003-01-07 Electro Energy, Inc. Bipolar electrochemical battery of stacked wafer cells
JP4135473B2 (ja) * 2002-11-07 2008-08-20 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
SE525541C2 (sv) * 2002-11-29 2005-03-08 Nilar Int Ab Ett bipolärt batteri och en metod för att tillverka ett biopolärt batteri.
JP4622294B2 (ja) * 2004-04-23 2011-02-02 日産自動車株式会社 バイポーラ電池、バイポーラ電池の製造方法、組電池およびこれらを搭載した車両
US20060115718A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-01 Delphi Technologies, Inc. Lithium ion polymer multi-cell and method of making
JP2007280907A (ja) * 2006-04-12 2007-10-25 Seiko Epson Corp 電極の製造方法、電極の製造装置、および二次電池の製造方法
JP5157354B2 (ja) * 2006-11-30 2013-03-06 日産自動車株式会社 バイポーラ電池およびその製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040107372A (ko) * 2003-06-12 2004-12-20 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 바이폴라 전지 및 관련 방법

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Publication number Publication date
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