KR101570587B1 - 리튬 이온 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

금속 이물에 기인하는 내부 단락을 억제하여 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 리튬 이온 전지를 제공한다. 본 발명에서는, 예를 들어 정극 PEL의 제1면에 형성된 정극 활물질과 접착하도록 세퍼레이터 SP1이 형성되면서, 정극 PEL의 제1면과는 반대측인 제2면에 형성된 정극 활물질과 접착하는 세퍼레이터 SP2가 형성되어 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 존재하지 않기 때문에, 정극 PEL에 부착되는 금속 이물의 침입을 방지할 수 있다.

Description

리튬 이온 전지 및 그 제조 방법{LITHIUM ION BATTERY AND PROCESS OF PRODUCING SAME}
본 발명은 리튬 이온 전지에 관한 것으로, 특히, 정극, 부극, 및 정극과 부극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비하는 리튬 이온 전지에 적용하는데 유효한 기술에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2005-276503호 공보(특허문헌 1)나 일본 특허 공개 제2006-351386호 공보(특허문헌 2)에는, 정극, 또는 부극과, 세퍼레이터를 별도 부품으로 구성하는 예가 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2005-276503호 공보 일본 특허 공개 제2006-351386호 공보
휴대 전자 기기의 발달에 수반하여, 이들 휴대 전자 기기의 전력 공급원으로서, 반복 충전이 가능한 소형 이차 전지가 사용되고 있다. 그 중에서도, 에너지 밀도가 높고, 사이클 라이프가 길면서 자기 방전성이 낮고, 또한 작동 전압이 높은 리튬 이온 전지가 주목받고 있다. 리튬 이온 전지는 전술한 이점을 갖기 때문에 디지털 카메라, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화기 등의 휴대 전자 기기에 다용되고 있다. 또한, 최근에는 전기 자동차용 전지나 전력 저장용 전지로서, 고용량, 고출력이면서 고에너지 밀도를 실현할 수 있는 대형 리튬 이온 전지의 연구 개발이 진행되고 있다. 특히, 자동차 산업에 있어서는, 환경 문제에 대응하기 위해 동력원으로서 모터를 사용하는 전기 자동차나, 동력원으로서 엔진(내연 기관)과 모터의 양쪽을 사용하는 하이브리드차의 개발이 진행되고 있다. 이러한 전기 자동차나 하이브리드차의 전원으로서도 리튬 이온 전지가 주목받고 있다.
리튬 이온 전지는, 예를 들어 정극 활물질을 코팅한 정극판과, 부극 활물질을 코팅한 부극판과, 정극판과 부극판의 접촉을 방지하는 세퍼레이터를 감은 전극 권회체(捲回體)를 구비하고 있다. 그리고, 리튬 이온 전지에서는, 이 전극 권회체가 외장 캔에 삽입됨과 함께, 외장 캔 내에 전해액이 주입되어 있다. 즉, 리튬 이온 전지에서는, 금속박에 정극 활물질을 코팅한 정극판과, 금속박에 부극 활물질을 코팅한 부극판이 띠 형상으로 형성되고, 띠 형상으로 형성된 정극판과 부극판이 직접 접촉하지 않도록, 세퍼레이터를 개재하여 단면 스파이럴 형상으로 감겨 전극 권회체가 형성된다.
이와 같이, 정극판과 부극판과 세퍼레이터를 축심의 주위로 감아 전극 권회체가 형성되지만, 통상의 리튬 이온 전지에서는 정극판과 부극판과 세퍼레이터가 별도 부품(별체)에 의해 구성되어 있기 때문에, 예를 들어 정극판과 세퍼레이터의 사이에 간극이 존재한다. 그리고, 리튬 이온 전지의 제조 공정에서는, 전술한 권회체를 형성하기 전에 정극판과 부극판을 소정의 크기로 절단하고, 추가로 정극과 부극의 집전 탭을 역시 정극판과 부극판을 절단하여 형성한다. 또한, 전술한 전극 권회체를 형성한 후, 예를 들어 정극판에 형성되어 있는 정극 집전 탭을 정극 집전 링에 초음파 용착하거나, 부극판에 형성되어 있는 부극 집전 탭을 부극 집전 링에 초음파 용착하는 공정이 존재한다. 나아가서는, 전극 권회체는 외장 캔(용기)에 삽입되고, 이 외장 캔에 전해액을 주입한 후, 외장 캔의 내부를 밀폐하기 위해 외장 캔과 덮개를 용접 등으로 접속하는 공정이 존재한다.
구체적으로, 정극 집전 탭과 정극 집전 링이란, 정극 집전 탭에 알루미늄 리본을 감아, 이 알루미늄 리본에 정극 집전 탭을 초음파 용착으로 접속하는 것이 행해지고 있다. 이때 사용되는 초음파 용착은, 알루미늄 리본과 정극 집전 탭을 세게 마찰함으로써 원자 상호 확산에 의해 알루미늄 리본과 정극 집전 탭을 접속하는 것이다. 따라서, 정극 집전 탭과 알루미늄 리본을 초음파 용착으로 접속하는 경우, 알루미늄 리본과 정극 집전 탭이 서로 마찰함으로써 금속 이물(알루미늄)이 발생할 우려가 높아진다. 마찬가지의 현상은, 부극 집전 탭과 구리 리본의 접속에서도 발생한다. 즉, 부극 집전 탭과 구리 리본을 초음파 용착으로 접속하는 경우, 구리 리본과 부극 집전 탭이 서로 마찰함으로써 금속 이물(구리)이 발생할 우려가 높아진다. 또한, 외장 캔과 덮개를 접속하는 공정에서 사용되는 용접(아크 용접)에서는, 예를 들어 용접 칩이 발생하기 쉬워진다.
이상의 점에서, 전극 권회체를 형성하기 전후에 실시되는 공정에 의해, 전극 권회체의 내부에 금속 이물이 침입할 포텐셜이 높아진다. 특히, 통상의 리튬 이온 전지에서는, 정극판과 부극판과 세퍼레이터가 별도 부품으로 구성되어 있기 때문에, 예를 들어 정극판과 세퍼레이터의 사이에 간극이 존재하고, 이 간극에 전술한 제조 공정에서 발생한 금속 이물이 침입하기 쉬워진다. 이와 같이 하여, 전극 권회체의 내부에 금속 이물이 침입하면, 침입한 금속 이물이 세퍼레이터를 뚫어서 정극과 부극이 금속 이물에 의해 단락하거나, 예를 들어 정극과 세퍼레이터의 간극에 침입한 금속 이물이 정극에 부착되면, 부착된 금속 이물이 전해액 중에 용해하고, 그 후, 부극에 석출하는 현상이 발생한다. 그리고, 부극으로부터의 석출에 의해 성장한 금속이 정극까지 달하면, 정극과 부극이 단락해버리는 문제점이 발생한다.
이상, 통상의 리튬 이온 전지인 전극 권회체를 형성하는 타입의 리튬 이온 전지를 이용하여 설명하였지만, 예를 들어 정극 활물질을 코팅한 정극판과, 부극 활물질을 코팅한 부극판과, 정극판과 부극판의 접촉을 방지하는 세퍼레이터로 이루어지는 리튬 이온 전지이면, 전극 권회체를 형성하지 않는 라미네이트 타입의 리튬 이온 전지에서도, 정극판과 부극판을 소정의 크기로 절단하기 위한 절단 공정에 의해 발생하는 금속 이물이, 정극판과 부극판과 세퍼레이터의 사이에 침입하면, 금속 이물이 세퍼레이터를 뚫어서 정극과 부극이 금속 이물에 의해 단락하거나, 예를 들어 정극과 세퍼레이터의 간극에 침입한 금속 이물이 정극에 부착되면, 부착된 금속 이물이 전해액 중에 용해하고, 그 후, 부극에 석출하는 현상이 발생한다. 그리고, 부극으로부터의 석출에 의해 성장한 금속이 정극까지 달하면, 정극과 부극이 단락해버리는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은, 금속 이물에 기인하는 내부 단락을 억제하여 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 리튬 이온 전지를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규의 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 밝혀질 것이다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.
본 발명에서의 리튬 이온 전지는, (a) 정극과, (b) 부극과, (c) 상기 정극과 상기 부극을 전기적으로 분리하는 제1 세퍼레이터와, (d) 상기 정극과 상기 부극을 전기적으로 분리하는 제2 세퍼레이터를 구비한다. 이때, 상기 제1 세퍼레이터와 상기 제2 세퍼레이터는 상기 정극, 또는 상기 부극과 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에서의 리튬 이온 전지는, (a) 정극과, (b) 부극과, (c) 상기 정극과 상기 부극을 전기적으로 분리하는 제1 세퍼레이터와, (d) 상기 정극과 상기 부극을 전기적으로 분리하는 제2 세퍼레이터를 구비한다. 이때, 상기 제1 세퍼레이터와 상기 제2 세퍼레이터는 상기 정극, 또는 상기 부극과 일체화하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법은, (a) 금속판 위에 전극재를 도포하고, 상기 전극재 위에 세퍼레이터재를 도포하는 공정과, (b) 상기 (a) 공정 후, 도포한 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재를 건조시키는 공정과, (c) 상기 (b) 공정 후, 건조시킨 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재에 대하여 가열하에서의 가압 처리를 실시하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 이하와 같다.
금속 이물에 기인하는 내부 단락을 억제하여, 리튬 이온 전지의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 리튬 이온 전지의 모식적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 원통형의 리튬 이온 전지의 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 전극 권회체를 구성하는 전 단계의 구성 요소를 나타낸 도면이다.
도 4는 정극, 제1 세퍼레이터, 부극 NEL, 및 제2 세퍼레이터를 축심의 주위로 감아 전극 권회체를 형성하는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5는 실시 형태 1에서의 정극 및 부극의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6은 실시 형태 1에서의 세퍼레이터를 구비한 정극과, 부극을 중첩한 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 축심의 주위로, 세퍼레이터를 구비한 정극과 부극을 감는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 제1 변형예의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 9는 제2 변형예의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 10은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 11은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 12는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 13은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 14는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 15는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 16은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 17은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 18은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 19는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 20은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 21은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 22는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 23은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 24는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 25는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 26은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 27은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 28은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 29는 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 30은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 31은 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 32는 실시 형태 2에서의 정극, 세퍼레이터 및 부극의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 33은 실시 형태 2에 있어서, 일체화한 정극, 세퍼레이터 및 부극을 나타낸 평면도이다.
도 34는 실시 형태 2에 있어서, 일체화한 정극, 세퍼레이터 및 부극을 축심의 주위로 감는 모습을 나타낸 도면이다.
도 35는 세퍼레이터에 요구되는 특성과 주된 기능을 나타낸 표이다.
도 36은 상분리법에 의해, 현상의 세퍼레이터를 제조하는 공정 흐름을 나타낸 도면이다.
도 37은 제조 용이형 리튬 이온 전지의 제조 공정의 일부를 나타낸 흐름도이다.
도 38은 비용 저감형 리튬 이온 전지의 제조 공정의 일부를 나타낸 흐름도이다.
도 39는 웨트 온 웨트 방식으로 현재화(顯在化)하는 문제점을 설명한 도면이다.
도 40은 웨트 온 웨트 방식으로 현재화하는 문제점을 설명한 도면이다.
도 41은 웨트 온 웨트 방식으로 현재화하는 문제점을 설명한 도면이다.
도 42는 입경 변동과 공공률의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 43은 복수 종류의 분말 각각의 입경 변동을 나타낸 그래프이다.
도 44는 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 45는 실시 형태 3에서 사용하는 도포 장치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 46은 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 47은 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 48은 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 49는 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
도 50은 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 공정을 나타낸 도면이다.
이하의 실시 형태에 있어서는 편의상 그 필요가 있을 때는, 복수의 섹션 또는 실시 형태로 나누어 설명하지만, 특별히 명시한 경우를 제외하고, 그들은 서로 무관계인 것이 아니라, 한쪽은 다른 쪽의 일부 또는 전부의 변형예, 상세, 보충 설명 등의 관계에 있다.
또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 요소의 수 등(개수, 수치, 양, 범위 등을 포함함)으로 언급하는 경우, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 특정한 수로 한정되는 경우 등을 제외하고, 그 특정한 수로 한정되는 것은 아니며, 특정한 수 이상이어도 이하이어도 된다.
또한, 이하의 실시 형태에 있어서, 그 구성 요소(요소 스텝 등도 포함함)는 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 필수적이라고 생각되는 경우 등을 제외하고, 반드시 필수적인 것이 아닌 것은 물론이다.
마찬가지로, 이하의 실시 형태에 있어서, 구성 요소 등의 형상, 위치 관계 등으로 언급할 때에는, 특별히 명시한 경우 및 원리적으로 명백하게 그렇지 않다고 생각되는 경우 등을 제외하고, 실질적으로 그 형상 등에 근사 또는 유사한 것 등을 포함하는 것으로 한다. 이것은, 상기 수치 및 범위에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 부재에는 원칙으로서 동일한 부호를 부여하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한, 도면의 이해를 돕기 위해 평면도에서도 해칭을 넣는 경우가 있다.
(실시 형태 1)
<리튬 이온 전지의 개요>
리튬은, 산화 환원 전위가 -3.03V(vs. NHE)이며, 지구상에 존재하는 가장 낮은 금속이다. 전지의 전압은, 정극과 부극의 전위차에 의해 정해지므로, 리튬을 부극 활물질에 사용하면, 가장 높은 기전력이 얻어진다. 또한, 리튬의 원자량은 6.94이며, 밀도도 0.534g/㎤인 동시에 작은 점에서, 단위 전기량당 중량이 작아, 에너지 밀도도 높아진다. 따라서, 리튬을 부극 활물질에 사용하면 소형이며 경량의 전지를 제조할 수 있다.
이와 같이, 리튬은 전지의 부극 활물질로서 매력적인 물질이지만, 충방전 가능한 이차 전지에 적용하는 경우에 문제가 발생한다. 즉, 리튬을 부극에 사용한 전지로 충방전을 반복하면, 리튬의 용해에 의한 방전 반응과, 리튬의 석출에 의한 충전 반응이 일어난다. 이 경우, 반복 충전에 의해 리튬의 석출 반응이 발생하기 때문에, 이차 전지의 성능 열화나 안전성에 문제가 발생한다. 예를 들어, 충전 과정에서 생성되는 리튬은 활성 표면에서 전해액 용매와 반응하고, 그 일부는 SEI(Solid Electrolyte Interface)(고정 전해질 계면)라 불리는 피막의 형성에 소비된다. 이로 인해, 전지의 내부 저항이 높아져서, 방전 효율도 저하된다. 즉, 충방전의 사이클을 반복할 때마다 전지 용량이 작아진다. 또한, 급속하게 충전하면, 리튬은 바늘 형상·나뭇가지 형상의 결정 형태(리튬 덴드라이트)로 석출되어, 이차 전지에서의 여러 트러블을 일으키는 원인이 된다. 예를 들어, 리튬 덴드라이트는 비표면적이 커서, 부반응에 의한 전류 효율의 저하를 가속함과 함께, 바늘 형상이기 때문에 세퍼레이터를 뚫어서 정극과 부극 사이의 내부 단락을 일으키는 경우도 있다. 이러한 상태가 되면, 자기 방전이 커서 전지로서 사용할 수 없게 되거나, 내부 단락에 의한 발열로 가스 분출이나 발화에 이르는 경우도 있다. 이상의 점에서, 리튬을 부극에 사용한 이차 전지에서는 성능 열화나 안전성에 문제가 발생하는 것을 알 수 있다.
따라서, 용해와 석출이라고 하는 종래의 원리와 상이한 원리인 신형 이차 전지가 검토되고 있다. 구체적으로는, 정극과 부극의 양쪽에 리튬 이온을 삽입·방출하는 활물질을 사용하는 이차 전지가 검토되고 있다. 이 이차 전지의 충방전 과정에서는, 리튬의 용해와 석출이라고 하는 현상은 일어나지 않고, 리튬 이온이 전극 활물질의 사이에서 삽입·탈리(脫離)될 뿐이다. 이 타입의 이차 전지는, 「록킹 체어」형, 또는 「셔틀콕」형이라 불리고 있으며, 충방전의 반복에 비하여 리튬 이온이 삽입·탈리될 뿐이므로 안정적이라는 특징이 있다. 이 종류의 전지를 본 명세서에서는 리튬 이온 전지라 부르기로 한다. 전술한 바와 같이, 리튬 이온 전지에서는 정극과 부극의 양쪽 모두 충방전에 있어서 그 구조는 변화하지 않고, 리튬 이온이 삽입·탈리될 뿐이므로(단, 활물질의 결정 격자는 리튬 이온의 삽입·탈리에 대하여 팽창 수축함), 현저히 장수명의 사이클 특성을 가짐과 함께, 전극에 금속 리튬을 사용하지 않으므로, 안전성도 비약적으로 높아지고 있다고 하는 특징을 갖는다.
여기서, 리튬 이온을 삽입·탈리할 수 있는 재료가 전극의 활물질로 사용되지만, 이 활물질에 요구되는 조건은 이하에 설명하는 바와 같은 것이다. 즉, 리튬 이온이라고 하는 유한한 크기의 이온이 삽입·탈리하므로, 리튬 이온이 받아들여질 사이트(위치)와, 리튬 이온이 확산 가능한 채널(경로)이 활물질에 필요해진다. 또한, 활물질에는 리튬 이온의 삽입(흡장)에 수반하여 전자가 재료 중에 도입될 필요가 있다.
이상과 같은 조건을 만족하는 정극 활물질로서는, 리튬 함유 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 예를 들어, 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬 등을 대표적인 정극 활물질로서 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 정극 활물질로서는, 리튬을 삽입·탈리 가능한 재료이며, 미리 충분한 양의 리튬을 삽입한 리튬 함유 전이 금속 산화물이면 되고, 전이 금속으로서 망간(Mn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe) 등의 단체, 또는 2종류 이상의 전이 금속을 주성분으로 하는 재료이어도 된다. 또한, 스피넬 결정 구조나 층 형상 결정 구조 등의 결정 구조에 대해서도, 전술한 사이트와 채널이 확보되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 또한, 결정 중의 전이 금속이나 리튬의 일부를 Fe, Co, Ni, Cr, Al, Mg 등의 원소로 치환한 재료나, 결정 중에 Fe, Co, Ni, Cr, Al, Mg 등의 원소를 도프한 재료를 정극 활물질로서 사용해도 된다.
또한, 전술한 조건을 만족하는 부극 활물질로서, 결정질의 탄소 재료나 비정질의 탄소 재료를 사용할 수 있다. 단, 부극 활물질은 이들 물질로 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 천연 흑연이나, 인조의 각종 흑연제, 코크스 등의 탄소 재료 등을 사용해도 된다. 그리고, 그 입자 형상에 있어서도, 비늘 조각 형상, 구 형상, 섬유 형상, 덩어리 형상 등 다양한 입자 형상의 것이 적용 가능하다.
<리튬 이온 전지의 모식적인 구성>
이하에, 전술한 리튬 이온 전지의 모식적인 구성에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 리튬 이온 전지의 모식적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 있어서, 리튬 이온 전지는 외장 캔 CS를 갖고 있으며, 이 외장 캔 CS의 내부에 전해액 EL이 충전되어 있다. 이 전해액 EL이 충전되어 있는 외장 캔 CS에는, 정극판 PEP와 부극판 NEP가 대향하여 설치되어 있으며, 대향하여 설치된 정극판 PEP와 부극판 NEP 사이에 세퍼레이터 SP가 배치되어 있다.
그리고, 정극판 PEP에는, 정극 활물질이 코팅되어 있으며, 부극판 NEP에는 부극 활물질이 코팅되어 있다. 예를 들어, 정극 활물질은, 리튬 이온을 삽입·탈리 가능한 리튬 함유 전이 금속 산화물로부터 형성되어 있다. 도 1에서는, 이 리튬 함유 전이 금속 산화물이 정극판 PEP에 코팅되어 있는 모습을 모식적으로 나타내고 있다. 즉, 도 1에는, 정극판 PEP에 코팅되어 있는 리튬 함유 전이 금속 산화물로서, 산소와 금속 원자와 리튬이 배치되어 있는 모식적인 결정 구조가 도시되어 있다. 이 정극판 PEP와 정극 활물질에 의해 정극이 구성되어 있다.
한편, 예를 들어 부극 활물질은, 리튬 이온을 삽입·탈리 가능한 탄소 재료로 형성되어 있다. 도 1에서는, 이 탄소 재료가 부극판 NEP에 코팅되어 있는 모습을 모식적으로 나타내고 있다. 즉, 도 1에는, 부극판 NEP에 도포되어 있는 탄소 재료로서, 탄소가 배치되어 있는 모식적인 결정 구조가 도시되어 있다. 이 부극판 NEP와 부극 활물질에 의해 부극이 구성되어 있다.
세퍼레이터 SP는, 정극과 부극의 전기적인 접촉을 방지하면서, 리튬 이온을 통과시키는 스페이서로서의 기능을 갖는다. 최근에는, 이 세퍼레이터 SP로서 고강도이며 얇은 미다공질막이 사용되고 있다. 이 미다공질막은, 전지 단락에 의한 이상 전류, 급격한 내압이나 온도의 상승 및 발화를 방지한다는 기능도 함께 갖는다. 즉, 현재의 세퍼레이터 SP는 정극과 부극의 전기적 접촉을 방지하면서, 리튬 이온을 통과시키는 기능 외에, 단락과 과충전 방지를 위한 열 퓨즈로서의 기능을 갖게 된다. 이 미다공질막이 갖는 셧 다운 기능에 의해 리튬 이온 전지의 안전성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 전지가 어떠한 원인으로 외부 단락을 일으킨 경우, 순간적이지만 대전류가 흘러 주울 열에 의해 매우 온도가 상승할 위험성이 있다. 이때, 세퍼레이터 SP로서 미다공질막을 사용하면, 미다공질막은 막 재료의 융점 근방에서 공공(空孔)(미다공)이 폐색하기 때문에, 정극과 부극 사이의 리튬 이온의 투과를 저지할 수 있다. 다시 말하면, 세퍼레이터 SP로서 미다공질막을 사용함으로써, 외부 단락 시에 전류를 차단하고, 리튬 이온 전지의 내부의 온도 상승을 멈추게 할 수 있다. 이 미다공질막으로 구성되는 세퍼레이터 SP로서는, 예를 들어 종래 기술로서 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 또는 이들 재료의 조합으로 구성되어 있다.
전해액 EL은 비수 전해액이 사용된다. 리튬 이온 전지는, 활물질에서의 리튬 이온의 삽입·탈리를 이용하여 충방전을 행하는 전지이며, 전해액 EL 중을 리튬 이온이 이동한다. 리튬은 강한 환원제이며, 물과 격렬하게 반응하여 수소 가스를 발생한다. 따라서, 리튬 이온이 전해액 EL 중을 이동하는 리튬 이온 전지에서는, 종래의 전지와 같이 수용액을 전해액 EL로 사용할 수 없다. 이러한 점에서, 리튬 이온 전지에서는, 전해액 EL로서 비수 전해액이 사용된다. 구체적으로, 비수 전해액의 전해질로서는, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, CH3SO3Li, CF3SO3Li 등이나 이들 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 유기 용매로서는 에틸렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 프로필렌카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, γ-부티로락톤, 테트라히드로푸란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 디에틸에테르, 술포란, 메틸술포란, 아세토니트릴, 프로피오니트릴 등이나, 이들 혼합액을 사용할 수 있다.
<충방전의 메커니즘>
리튬 이온 전지는 상기와 같이 구성되어 있으며, 이하에 충방전의 메커니즘에 대하여 설명한다. 우선, 충전의 메커니즘에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 전지를 충전할 때 정극과 부극 사이에 충전기 CU를 접속한다. 이 경우, 리튬 이온 전지에서는 정극 활물질 내에 삽입되어 있는 리튬 이온이 탈리하여 전해액 EL 중에 방출된다. 이때, 정극 활물질로부터 리튬 이온이 탈리함으로써, 정극으로부터 충전기로 전자가 흐른다. 그리고, 전해액 EL 중에 방출된 리튬 이온은, 전해액 EL 중을 이동하고, 미다공질막으로 이루어지는 세퍼레이터 SP를 통과하여 부극에 도달한다. 이 부극에 도달한 리튬 이온은, 부극을 구성하는 부극 활물질 내에 삽입된다. 이때, 부극 활물질에 리튬 이온이 삽입됨으로써, 부극에 전자가 유입된다. 이와 같이 하여, 충전기를 통해 정극으로부터 부극으로 전자가 이동함으로써 충전이 완료된다.
계속해서, 방전의 메커니즘에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 정극과 부극 사이에 외부 부하를 접속한다. 그러자, 부극 활물질 내에 삽입되어 있던 리튬 이온이 탈리하여 전해액 EL 중에 방출된다. 이때, 부극으로부터 전자가 방출된다. 그리고, 전해액 EL 중에 방출된 리튬 이온은, 전해액 EL 중을 이동하고, 미다공질막으로 이루어지는 세퍼레이터 SP를 통과하여 정극에 도달한다. 이 정극에 도달한 리튬 이온은, 정극을 구성하는 정극 활물질 내에 삽입된다. 이때, 정극 활물질에 리튬 이온이 삽입함으로써, 정극에 전자가 유입된다. 이와 같이 하여, 부극으로부터 정극으로 전자가 이동함으로써 방전이 행해진다. 다시 말하면, 정극으로부터 부극으로 전류가 흘러 부하를 구동할 수 있다. 이상과 같이 하여, 리튬 이온 전지에 있어서는, 리튬 이온을 정극 활물질과 부극 활물질의 사이에서 삽입·탈리함으로써 충방전할 수 있다.
<리튬 이온 전지의 구성>
다음으로, 실제의 리튬 이온 전지 LIB의 구성예에 대하여 설명한다. 도 2는, 원통형의 리튬 이온 전지 LIB의 내부 구조를 나타낸 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 저부를 갖는 원통형의 외장 캔 CS의 내부에는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1, SP2와 부극 NEL로 이루어지는 전극 권회체 WRF가 형성되어 있다. 구체적으로, 전극 권회체 WRF는 정극 PEL과 부극 NEL 사이에 세퍼레이터 SP1(SP2)을 끼우도록 적층되고, 외장 캔 CS의 중심부에 있는 축심 CR의 주위로 감겨 있다. 그리고, 부극 NEL은 외장 캔 CS의 저부에 설치되어 있는 부극 리드판 NT와 전기적으로 접속되어 있으며, 정극 PEL은 외장 캔 CS의 상부에 설치되어 있는 정극 리드판 PT와 전기적으로 접속되어 있다. 외장 캔 CS의 내부에 형성되어 있는 전극 권회체의 내부에는 전해액이 주입되어 있다. 그리고, 외장 캔 CS는 전지 덮개 CAP에 의해 밀폐되어 있다.
정극 PEL은, 정극 활물질 PAS와 결착제(바인더)를 함유하는 도액(塗液)을 정극판 (정극 집전체) PEP에 도포하여 건조시킨 후, 가압함으로써 형성되어 있다. 이 정극 PEL의 상단부에는 복수의 직사각형 형상의 정극 집전 탭 PTAB가 형성되어 있으며, 이 복수의 정극 집전 탭 PTAB가 정극 집전 링 PR과 접속되어 있다. 그리고, 이 정극 집전 링 PR이 정극 리드판 PT와 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 정극 PEL은, 정극 집전 탭 PTAB 및 정극 집전 링 PR을 개재하여 정극 리드판 PT와 전기적으로 접속되어 있게 된다. 복수의 정극 집전 탭 PTAB는, 정극 PEL의 저저항화 및 전류의 취출을 신속하게 하기 위해 설치되어 있다.
정극 PEL을 구성하는 정극 활물질 PAS는, 예를 들어 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬 등으로 대표되는 전술한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 결착제는, 예를 들어 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 사용할 수 있다. 또한, 정극판에는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 금속으로 이루어지는 금속박이나 망 형상 금속 등이 사용된다.
부극 NEL은, 부극 활물질 NAS와 결착제(바인더)를 함유하는 도액을 부극판 (부극 집전체) NEP에 도포하여 건조시킨 후, 가압함으로써 형성되어 있다. 이 부극 NEL의 하단부에는 복수의 직사각형 형상의 부극 집전 탭 NTAB가 형성되어 있으며, 이 복수의 부극 집전 탭 NTAB가 부극 집전 링 NR과 접속되어 있다. 그리고, 이 부극 집전 링 NR이 부극 리드판 NT와 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 부극 NEL은, 부극 집전 탭 NTAB 및 부극 집전 링 NR을 개재하여 부극 리드판 NT와 전기적으로 접속되어 있게 된다.
부극 NEL을 구성하는 부극 활물질 NAS는, 예를 들어 탄소 재료 등으로 대표되는 전술한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 결착제는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 사용할 수 있다. 또한, 부극판에는, 예를 들어 구리 등의 도전성 금속으로 이루어지는 금속박이나 망 형상 금속 등이 사용된다.
<본 발명자가 새롭게 알아낸 과제>
우선, 종래의 전극 권회체의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 도 3은 전극 권회체를 구성하는 전 단계의 구성 요소를 나타낸 도면이다. 도 3에 있어서, 전극 권회체를 구성하는 구성 요소는 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1, 부극 NEL, 및 세퍼레이터 SP2이다. 이때, 정극 PEL은 정극판 PEP의 양면에 정극 활물질 PAS가 도포된 구조를 하고 있으며, 부극 NEL은 부극판 NEP의 양면에 부극 활물질 NAS가 도포된 구조를 하고 있다. 그리고, 정극 PEL의 상변측에는 직사각형 형상의 정극 집전 탭 PTAB가 복수 형성되어 있다. 마찬가지로, 부극 NEL의 하변측에는 직사각형 형상의 부극 집전 탭 NTAB가 복수 형성되어 있다. 즉, 종래 기술에 있어서는, 정극 PEL이나 부극 NEL과, 세퍼레이터 SP1이나 세퍼레이터 SP2는, 별도 부품(별체)으로서 구성되어 있다.
구체적으로, 종래 기술에서의 전극 권회체 WRF의 구성에 대하여 설명한다. 도 4는 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1, 부극 NEL, 및 세퍼레이터 SP2를 축심 CR의 주위로 감아 전극 권회체 WRF를 형성하는 모습을 나타낸 모식도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 정극 PEL과 부극 NEL 사이에 별도 부품인 세퍼레이터 SP1을 끼우면서, 별도 부품인 세퍼레이터 SP1과 세퍼레이터 SP2 사이에 부극 NEL을 끼우도록 하여, 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1, 부극 NEL, 및 세퍼레이터 SP2가 감긴다. 이때, 정극 PEL에 형성되어 있는 정극 집전 탭 PTAB는 전극 권회체 WRF의 상부측에 배치되는 한편, 부극 NEL에 형성되어 있는 부극 집전 탭(도시생략)은 전극 권회체 WRF의 하부측에 배치된다. 이상과 같이 하여, 종래 기술에서의 전극 권회체 WRF가 구성되어 있다.
통상의 리튬 이온 전지에서는, 정극판과 부극판과 세퍼레이터가 별도 부품(별체)에 의해 구성되어 있기 때문에, 전극 권회체 WRF를 형성한 후에도, 예를 들어 정극판과 세퍼레이터의 사이에 간극이 존재한다. 그리고, 리튬 이온 전지의 제조 공정에서는, 전술한 권회체를 형성하기 전에 정극판과 부극판을 소정의 크기로 절단하고, 추가로 정극 및 부극의 집전 탭을 역시 정극판과 부극판을 절단하여 형성한다. 또한, 전극 권회체를 형성한 후, 예를 들어 정극판에 형성되어 있는 정극 집전 탭을 정극 집전 링에 초음파 용착하거나, 부극판에 형성되어 있는 부극 집전 탭을 부극 집전 링에 초음파 용착하는 공정이 존재한다. 나아가서는, 전극 권회체는 외장 캔(용기)에 삽입되고, 이 외장 캔에 전해액을 주입한 후, 외장 캔의 내부를 밀폐하기 위해서, 외장 캔과 덮개를 용접 등으로 접속하는 공정이 존재한다.
구체적으로, 정극 집전 탭과 정극 집전 링은, 정극 집전 탭에 알루미늄 리본을 감아, 이 알루미늄 리본에 정극 집전 탭을 초음파 용착으로 접속하는 것이 행해지고 있다. 이때 사용되는 초음파 용착은, 알루미늄 리본과 정극 집전 탭을 세게 마찰시킴에 따른 원자 상호 확산에 의해, 알루미늄 리본과 정극 집전 탭을 접속하는 것이다. 따라서, 정극 집전 탭과 알루미늄 리본을 초음파 용착으로 접속하는 경우, 알루미늄 리본과 정극 집전 탭이 서로 마찰함으로써 금속 이물(알루미늄)이 발생할 우려가 높아진다. 마찬가지의 현상은, 부극 집전 탭과 구리 리본의 접속에서도 발생한다. 즉, 부극 집전 탭과 구리 리본을 초음파 용착으로 접속하는 경우, 구리 리본과 부극 집전 탭이 서로 마찰에 의해 금속 이물(구리)이 발생할 우려가 높아진다. 또한, 외장 캔과 덮개를 접속하는 공정에서 사용되는 용접(아크 용접)에서는, 예를 들어 용접 칩이 발생하기 쉬워진다.
이상의 점에서, 전극 권회체를 형성하기 전후에 실시되는 공정에 의해, 전극 권회체의 내부에 금속 이물이 침입할 포텐셜이 높아진다. 특히, 통상의 리튬 이온 전지에서는, 정극판과 부극판과 세퍼레이터가 별도 부품으로 구성되어 있기 때문에, 예를 들어 정극판과 세퍼레이터의 사이에 간극이 존재하고, 이 간극에 전술한 제조 공정에서 발생한 금속 이물이 침입하기 쉬워진다고 하는 문제점이 있다는 사실을 본 발명자는 알아내었다.
이와 같이 하여 발생한 금속 이물이 전극 권회체 WRF의 내부에 침입하면, 정극과 부극 사이에서 내부 단락이 일어날 가능성이 있다. 구체적으로, 전극 권회체의 내부에 금속 이물이 침입하는 상태란, 정극판과 세퍼레이터의 사이에 형성되어 있는 간극이나 부극판과 세퍼레이터의 사이에 형성되어 있는 간극에 금속 이물이 침입하는 상태를 의미하고 있다. 예를 들어, 금속 이물이 구리인 경우, 간극에 침입한 구리가 정극에 부착되면, 정극의 높은 전위에 의해 구리가 산화되어(전자가 빼앗겨), 금속 이온으로 되어 전해액 중에 용해된다. 그리고, 이 금속 이온이 부극에 도달하면, 금속 이온이 환원되어(전자가 공급되어) 금속(구리)으로서 부극에 석출된다. 이러한 메커니즘에 의해 부극에 금속이 계속해서 석출되면, 부극으로부터 성장한 금속이 세퍼레이터의 구멍을 통과하여 정극에 달하고, 이 석출된 금속을 통해 정극과 부극이 내부 단락하는 것이다. 한편, 금속 이물이 알루미늄인 경우, 산화 환원 반응에 의한 용해·석출 현상은 발생하지 않지만, 침입하는 금속 이물의 크기가 커지면, 세퍼레이터를 뚫어서 정극과 부극이 금속 이물(알루미늄)에 의해 내부 단락한다. 정극과 부극이 내부 단락하면, 리튬 이온 전지로서 기능하지 않게 된다. 이와 같이, 리튬 이온 전지의 제조 공정에서는, 금속 이물이 발생할 가능성이 있고, 발생한 금속 이물이 정극판과 세퍼레이터의 사이에 형성되어 있는 간극이나 부극판과 세퍼레이터의 사이에 형성되어 있는 간극에 침입하면, 정극과 부극이 내부 단락할 우려가 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시 형태 1에서는, 금속 이물에 기인하는 내부 단락을 억제하여, 리튬 이온 전지의 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 고안을 실시하고 있다. 이하에, 이 고안을 실시한 본 실시 형태 1에서의 기술적 사상에 대하여 설명한다.
<본 실시 형태 1에서의 특징>
본 실시 형태 1에서의 기술적 사상은, 예를 들어 정극과 세퍼레이터가 별도 부품으로 되어 있기 때문에, 전극 권회체를 형성한 경우에, 정극과 세퍼레이터의 사이에 간극이 발생하고, 이 간극에 금속 이물이 침입함으로써, 리튬 이온 전지에 내부 단락이 발생할 포텐셜이 높아짐에 착안하고 있다. 그리고, 이 착안점을 고려하여, 본 실시 형태 1에서는, 전극 권회체를 구성한 경우에서도, 예를 들어 정극과 세퍼레이터의 사이에 형성되는 간극이 없어지면, 금속 이물이 리튬 이온 전지의 내부로 침입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상할 수 있음에 기초하여 이루어진 것이다. 그리고, 본 실시 형태 1에서의 기본 사상에 기초하여, 이하에 설명하는 본 실시 형태 1의 특징이 상도되어 있다. 이 본 실시 형태 1에서의 특징에 대하여 설명한다.
본 실시 형태 1에서의 특징은, 예를 들어 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하면, 애초부터 정극과 세퍼레이터의 사이에 간극이 발생하지 않게 되므로, 정극과 세퍼레이터의 사이에 금속 이물이 침입하는 것을 방지할 수 있으리라는 지식에 기초하여 이루어져 있다. 그리고, 본 실시 형태 1에서는, 이 지식을 구현화함으로써, 본 실시 형태 1의 특징을 실현하고 있다. 즉, 본 실시 형태 1에서는, 예를 들어 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하고, 정극과 세퍼레이터의 사이에 간극이 존재하지 않도록 구성함에 특징이 있다. 다시 말하면, 정극과 세퍼레이터가 일체화하고 있다고 함은, 정극과 세퍼레이터가 접착하고 있다고도 할 수 있다. 구체적으로, 정극과 세퍼레이터가 일체적으로 구성되어 있는 구성에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 5는, 본 실시 형태 1에서의 정극 PEL 및 부극 NEL의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 우선, 정극 PEL은, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지는 정극판 PEP를 갖고 있으며, 이 정극판 PEP의 양면에, 예를 들어 코발트산 리튬 등으로 이루어지는 정극 활물질 PAS가 형성되어 있다. 그리고, 정극판 PEP의 양면에 형성된 정극 활물질 PAS와 접착하도록, 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2가 형성되어 있다. 즉, 본 실시 형태 1에서는, 예를 들어 정극 PEL의 제1면에 형성된 정극 활물질 PAS와 접착하도록 세퍼레이터 SP1이 형성되면서, 정극 PEL의 제1면과는 반대측인 제2면에 형성된 정극 활물질 PAS와 접착하는 세퍼레이터 SP2가 형성되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태 1에서는, 정극판 PEP와 정극 활물질 PAS로 이루어지는 정극 PEL과, 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2가 일체적으로 형성되어 있다. 따라서, 본 실시 형태 1에 의하면, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 존재하지 않기 때문에, 정극 PEL에 부착되는 금속 이물의 침입을 방지할 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 부극 NEL은, 예를 들어 구리로 이루어지는 부극판 NEP의 양면에, 예를 들어 탄소 재료(카본 재료)로 이루어지는 부극 활물질 NAS가 형성된 구조를 하고 있다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태 1에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 정극 PEL과, 부극 NEL이 구성되어 있다.
예를 들어, 도 3에 도시한 종래 기술에서는, 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1, 세퍼레이터 SP2, 및 부극 NEL이 별도 부품(별체)으로 구성되어 있기 때문에, 도 4에 도시한 바와 같이, 전극 권회체 WRF를 형성한 경우, 반드시 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(세퍼레이터 SP2)의 사이에 간극이 발생된다. 이 결과, 종래 기술에서는, 그 후의 조립 공정에서 실시되는 초음파 용착이나 아크 용접으로 발생한 금속 이물이 전술한 간극에 침입할 포텐셜이 높아진다. 그리고, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(세퍼레이터 SP2)의 사이에 형성된 간극에 금속 이물이 침입하면, 금속 이물에 기인하는 리튬 이온 전지의 내부 단락이 발생하는 점에서, 리튬 이온 전지의 신뢰성이 저하된다.
이에 반하여, 본 실시 형태 1에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1과 세퍼레이터 SP2가 일체적으로 형성되어 있다. 다시 말하면, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2는 접착하고 있다. 이로 인해, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 및 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 발생할 여지는 없다. 따라서, 본 실시 형태 1에 의하면, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 존재하지 않기 때문에, 정극 PEL에 부착되는 금속 이물의 침입을 방지할 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 실시 형태 1에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 정극 PEL과 부극 NEL을 감아 전극 권회체 WRF를 형성하는 상태에 대하여 설명한다. 도 6은, 본 실시 형태 1에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 정극 PEL과, 부극 NEL을 중첩한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 이와 같이 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 정극 PEL과 부극 NEL을 중첩한 상태에서, 도 7에 도시한 바와 같이, 축심 CR의 주위로 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 정극 PEL과 부극 NEL을 감는다. 이때, 도 7에 도시한 바와 같이, 정극 PEL의 양면에는 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2가 접착하고 있으므로, 전극 권회체 WRF를 형성한 후에도 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 형성되지 않음을 알 수 있다.
여기서, 본 실시 형태 1에서 중요한 점은, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성하고 있는 점이다. 즉, 본 실시 형태 1에서는, 정극 PEL의 양면에 세퍼레이터 SP1과 세퍼레이터 SP2를 접착시키도록 구성함으로써, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 발생하지 않도록 하고 있다. 이와 같이 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1과 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성하고 있는 것은, 이하에 설명하는 이유에 의한다. 즉, 본 발명자가 새롭게 알아낸 과제의 란에서 설명한 바와 같이, 정극 PEL에, 예를 들어 구리 등의 금속 이물이 부착되면, 정극 PEL에 부착된 금속 이물이 전해액 중에 용해하고, 전해액에 용해한 금속 이물이 부극 NEL에 석출된다. 이 현상이 계속되면, 부극 NEL에 석출된 금속 이물이 정극 PEL에 달하고, 정극 PEL과 부극 NEL의 내부 단락을 일으키게 된다. 따라서, 금속 이물의 용해·석출이라고 하는 메커니즘에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락은, 정극 PEL에 금속 이물이 부착되는 것이 원인으로 된다. 이것은, 금속 이물의 용해·석출이라 하는 메커니즘에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락을 효과적으로 억제하기 위해서는, 정극 PEL에 금속 이물이 부착되지 않도록 함이 중요하다는 것을 알 수 있다. 이러한 점에서, 본 실시 형태 1에서는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성하고 있다. 이 구성에 의하면, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 없어지므로, 간극으로부터 금속 이물이 침입하여, 정극 PEL에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 실시 형태 1에서는, 리튬 이온 전지의 내부 단락을 발생시키는 하나의 요인으로서 생각되고 있는 금속 이물의 용해·석출을 방지하는 관점에서 이루어진 것으로, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성함으로써, 금속 이물의 용해·석출에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락을 효과적으로 방지할 수 있는 것이다.
단, 본 실시 형태 1에서의 특징 구성에 의하면, 간극을 없앨 수 있으므로, 금속 이물의 용해·석출에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 큰 금속 이물 자체의 침입도 방지할 수 있어, 이에 의해, 큰 금속 이물 자체가 세퍼레이터 SP1(SP2)을 뚫음으로써 정극 PEL과 부극 NEL의 단락도 방지할 수 있다. 즉, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성한다고 하는 본 실시 형태 1의 특징 구성은, 금속 이물의 용해·석출이라고 하는 메커니즘에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락을 방지할 수 있음과 함께, 큰 금속 이물이 직접 세퍼레이터 SP1(SP2)을 뚫음으로써 리튬 이온 전지의 내부 단락도 방지할 수 있는 것이다. 다시 말하면, 본 실시 형태 1에서의 특징 구성에 의하면, 주로 크기가 작은 금속 이물에 의한 용해·석출 현상에 의한 내부 단락으로부터, 주로 크기가 큰 금속 이물에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)을 직접 뚫음으로써 내부 단락이라고 하는 서로 다른 메커니즘에 기인하는 내부 단락을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 본 실시 형태 1에서의 특징에 의하면, 크기가 작은 금속 이물에 의한 내부 단락으로부터 크기가 큰 금속 이물에 의한 내부 단락까지, 폭 넓게 리튬 이온 전지의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이 결과, 리튬 이온 전지의 충분한 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1에서 사용되는 세퍼레이터 SP1이나 세퍼레이터 SP2의 재질은, 종래 기술에서의 재질과 다르다. 왜냐하면, 본 실시 형태 1에서는, 후술하는 바와 같이, 세퍼레이터 SP1이나 세퍼레이터 SP2의 제조 공정이 종래 기술과 다르면서, 세퍼레이터 SP1이나 세퍼레이터 SP2와 정극 PEL을 접착시킬 필요가 있기 때문이다. 즉, 종래 기술에서의 세퍼레이터는, 정극 PEL과 별도 부품(별체)으로 구성되어 있음과 함께, 정극 PEL과 접착하지 않은 구성을 하고 있음에 반하여, 본 실시 형태 1에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)은 정극 PEL과 접착하여 일체적으로 형성되어 있기 때문이다. 구체적으로, 본 실시 형태 1에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)은 예를 들어 바인더(결착제)와 절연 물질인 세라믹을 포함하는 재료로 구성할 수 있다. 이때의 세라믹으로서는, 예를 들어 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2)를 들 수 있다. 또한, 본 실시 형태 1에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)은 예를 들어 바인더와, 120℃ 이상의 내열성을 갖는 절연 수지를 포함하는 재료로 구성할 수도 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태 1에 의하면, 정극 PEL의 양면에 세퍼레이터 SP1과 세퍼레이터 SP2를 접착하여 일체화하도록 구성하고 있으므로, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 발생하는 간극을 없앨 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지에 의하면, 제조 공정(조립 공정) 중에 발생하는 금속 이물에 기인하는 내부 단락을 억제할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 이 결과, 본 실시 형태 1에 의하면, 리튬 이온 전지의 비용 삭감도 실현할 수 있다. 특히, 본 실시 형태 1에서는, 제조 수율의 향상에 따른 비용 삭감의 효과 외에, 세퍼레이터를 별도 부품으로서 준비할 필요가 없어진다는 관점에서도, 리튬 이온 전지의 비용 삭감을 도모할 수 있다. 예를 들어, 종래의 리튬 이온 전지에서는, 별도 부품인 세퍼레이터의 비용이 높기 때문에, 리튬 이온 전지의 비용 삭감을 도모하는 것이 곤란하였지만, 본 실시 형태 1에서는, 별도 부품인 세퍼레이터를 준비할 필요가 없어지면서, 별도 부품인 세퍼레이터를 제조하는 설비도 불필요해지기 때문에, 리튬 이온 전지의 대폭적인 비용 삭감 효과를 기대할 수 있다. 즉, 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태 1에서는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)을 일체적으로 형성하기 위해서, 정극 PEL을 제조하는 공정을 다소 변경하는 것만이어도 되고, 세퍼레이터 SP1(SP2) 자체를 제조하는 설비를 설치할 필요가 없어지므로, 리튬 이온 전지의 비용 삭감을 도모할 수 있다.
본 실시 형태 1에서는, 특히, 금속 이물의 용해·석출이라고 하는 메커니즘에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락을 방지하는 관점과, 큰 금속 이물이 직접 세퍼레이터 SP1(SP2)을 뚫음으로써 리튬 이온 전지의 내부 단락도 방지하는 관점의 양면에서, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성하는 구성을 취하고 있지만, 본 실시 형태 1에서의 기술적 사상은, 이것으로 한정되지 않는다. 즉, 본 실시 형태 1에서의 기술적 사상은, 간극을 없애는 것에 있으며, 이 간극이 없어짐으로써 금속 이물이 리튬 이온 전지의 내부로 침입하는 것을 방지함에 있다. 이로 인해, 전술한 본 실시 형태 1과 같이, 반드시 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성하는 구성으로 할 필요는 없으며, 간극을 없애는 다른 구성예도 생각할 수 있다. 이하에, 이 변형예에 대하여 설명한다.
<실시 형태 1에서의 변형예>
도 8은, 제1 변형예의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 8에 있어서, 상기 실시 형태 1과 다른 점은, 본 제1 변형예에서는, 부극 NEL과 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 일체적으로 형성하는 구성을 취하고 있는 점이다. 구체적으로, 부극 NEL은, 예를 들어 구리로 이루어지는 부극판 NEP를 갖고 있으며, 이 부극판 NEP의 양면에, 예를 들어 탄소 재료(카본 재료) 등으로 이루어지는 부극 활물질 NAS가 형성되어 있다. 그리고, 부극판 NEP의 양면에 형성된 부극 활물질 NAS와 접착하도록, 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2가 형성되어 있다. 즉, 본 제1 변형예에서는, 예를 들어 부극 NEL의 제1면에 부극 활물질 NAS에 접착하도록 세퍼레이터 SP1이 형성되면서, 부극 NEL의 제1면과는 반대측인 제2면에 부극 활물질 NAS에 접착하는 세퍼레이터 SP2가 형성되어 있다. 이와 같이, 본 제1 변형예에서는, 부극판 NEP와 부극 활물질 NAS로 이루어지는 부극 NEL과, 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2가 일체적으로 형성되어 있다. 따라서, 본 제1 변형예에 의하면 부극 NEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 부극 NEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 존재하지 않기 때문에, 부극 NEL에 부착되는 금속 이물의 침입을 방지할 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 정극 PEL은, 예를 들어 알루미늄으로 이루어지는 정극판 PEP의 양면에, 예를 들어 코발트산 리튬으로 이루어지는 정극 활물질 PAS가 형성된 구조를 하고 있다. 이와 같이 하여, 본 제1 변형예에서의 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 부극 NEL과, 정극 PEL이 구성되어 있다.
계속해서, 도 9는, 제2 변형예의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 9에 있어서, 상기 실시 형태 1과 다른 점은, 본 제2 변형예에서는, 정극 PEL의 한 면에 세퍼레이터 SP1이 접착하여 일체화되어 있음과 함께, 부극 NEL의 한 면에 세퍼레이터 SP2가 접착하여 일체화되고 있는 점이다. 구체적으로, 도 9에 도시한 바와 같이, 정극 PEL은, 정극판 PEP의 양면에 정극 활물질 PAS가 형성되어 있으며, 한쪽 면에 형성되어 있는 정극 활물질 PAS와 접착하도록 세퍼레이터 SP1이 형성되어 있다. 한편, 부극 NEL은 부극판 NEP의 양면에 부극 활물질 NAS가 형성되어 있으며, 한쪽 면에 형성되어 있는 부극 활물질 NAS와 접착하도록 세퍼레이터 SP2가 형성되어 있다. 이와 같이 구성되어 있는 본 제2 변형예에 있어서도, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 사이, 또는 부극 NEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에서 간극을 없앨 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 내부에의 금속 이물의 침입을 방지할 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
<본 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법>
본 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지는 상기와 같이 구성되어 있으며, 이하에, 그 제조 방법에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 본 실시 형태 1의 특징인 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 정극 PEL을 형성하는 공정에 대하여 설명한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 예를 들어 코발트산 리튬으로 이루어지는 정극 활물질 PAS와 도전 보조제로서의 카본을 혼합한다. 그리고, 도 11에 도시한 바와 같이, 예를 들어 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액을 형성하고, 이 용액에 정극 활물질 PAS 및 도전 보조제를 혼련(混練)하여 슬러리 SL1을 제작한다.
마찬가지로, 도 12에 도시한 바와 같이, 예를 들어 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2) 등의 세라믹 분체 CRS(입경은, 예를 들어 4㎛)와 필러를 혼합한다. 그리고, 도 13에 도시한 바와 같이, 예를 들어 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액을 형성하고, 이 용액에 세라믹 분체 CRS 및 필러를 혼련하여 슬러리 SL2를 제작한다.
그 후, 도 14에 도시한 바와 같이, 정극 활물질 PAS와 결착제(바인더)를 함유하는 슬러리 SL1을 정극판(정극 집전체) PEP에 도포한다. 구체적으로는, 도 15에 도시한 바와 같이, 예를 들어 다이 코터(die coater) DC를 사용하여, 알루미늄으로 이루어지는 정극판 PEP 위에 정극 활물질 PAS(도전 보조제도 포함함)를 도포한다. 계속해서, 도 16에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP에 도포한 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS를 혼련시킨 슬러리 SL2를 도포한다. 구체적으로는, 도 17에 도시한 바와 같이, 다이 코터 DC를 사용하여 정극판 PEP에 도포한 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS를 혼련시킨 슬러리 SL2를 도포함으로써, 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS와 바인더를 포함하는 세퍼레이터 SP1을 형성한다. 여기에서는, 우선, 다이 코터 DC를 사용하여, 정극판 PEP 위에 정극 활물질 PAS를 혼련시킨 슬러리 SL1을 도포한 후, 이 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS를 혼련시킨 슬러리 SL2를 도포하는 순서대로 도포법에 대하여 설명하였지만, 예를 들어 도 18에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP 위에 정극 활물질 PAS를 혼련시킨 슬러리 SL1과, 세라믹 분체 CRS를 혼련시킨 슬러리 SL2를 다이 코터 DC를 사용하여 동시에 정극판 PEP 위에 도포하는 동시 도포법을 사용할 수도 있다.
이어서, 정극판 PEP에 도포한 정극 활물질 PAS 및 세라믹 분체 CRS를 건조시킨다. 구체적으로는, 예를 들어 150℃ 이하(120℃ 정도)로 정극판 PEP를 가열함으로써, 정극판 PEP 위에 도포되어 있는 정극 활물질 PAS 및 세라믹 분체 CRS를 건조시킨다. 여기에서의 가열 처리는, 세퍼레이터 SP1을 내열성이 높은 세라믹으로 구성하는 경우에는 문제없지만, 예를 들어 세퍼레이터 SP1을 내열성이 낮은 수지로 구성하는 경우에는, 전술한 가열 처리에 의해서도 수지가 견딜 필요가 있다. 이 때문에, 예를 들어 세퍼레이터 SP1을 수지로 구성하는 경우에는, 120℃ 이상의 내열성을 갖는 수지를 사용할 필요가 있다.
그리고, 정극판 PEP의 한 면에 도포된 정극 활물질 PAS, 및 세퍼레이터 SP1을 구성하는 세라믹을 건조시킨 후, 도 19에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP의 다른 한쪽 면에 정극 활물질 PAS를 혼련시킨 슬러리 SL1과, 세라믹 분체 CRS를 혼련시킨 슬러리 SL2를 도포한다. 그 후, 예를 들어 150℃ 이하(120℃ 정도)로 정극판 PEP를 가열함으로써, 정극판 PEP의 다른 한쪽 면에 도포되어 있는 정극 활물질 PAS 및 세라믹 분체 CRS를 건조시킨다.
이와 같이 하여, 정극판 PEP의 양면에 정극 활물질 PAS 및 세퍼레이터 SP1(SP2)을 형성한 후, 정극판 PEP에 대하여 가열·가압 처리를 실시한다. 이 가열·가압 처리는, 예를 들어 150℃ 이하(100℃ 정도)로 실시된다. 이에 의해, 정극판 PEP에 코팅된 정극 활물질 PAS의 고밀도화를 도모할 수 있다. 이상과 같이 하여, 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2를 접착한 정극판 PEP를 형성할 수 있다. 다시 말하면, 세퍼레이터 SP1 및 세퍼레이터 SP2와 일체화한 정극판 PEP를 형성할 수 있다. 본 실시 형태 1에 의하면, 세퍼레이터 SP1(SP2)을 별도 부품으로서 형성하는 것이 아니라, 정극판 PEP와 일체적으로 형성하고 있으므로, 세퍼레이터 SP1(SP2) 자체를 제조하는 독자의 설비를 설치할 필요가 없어, 정극 PEL을 제작하는 공정을 다소 변경하는 것만으로 세퍼레이터 SP1(SP2)을 형성할 수 있다. 이러한 점에서, 본 실시 형태 1에 의하면, 리튬 이온 전지의 제조 비용을 대폭 삭감할 수 있는 이점이 얻어진다.
계속해서, 부극 NEL을 형성하는 공정에 대하여 설명한다. 도 20에 도시한 바와 같이, 예를 들어 탄소 재료(카본 재료)로 이루어지는 부극 활물질 NAS를 제작한다. 그리고, 도 21에 도시한 바와 같이, 예를 들어 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액을 형성하고, 이 용액에 부극 활물질 NAS를 혼련하여 슬러리 SL3을 제작한다.
그 후, 도 22에 도시한 바와 같이, 부극 활물질 NAS와 결착제(바인더)를 함유하는 슬러리 SL3을 부극판(부극 집전체) NEP에 도포한다. 구체적으로는, 도 23에 도시한 바와 같이, 예를 들어 다이 코터 DC를 사용하여, 구리로 이루어지는 부극판 NEP 위에 부극 활물질 NAS를 도포한다. 그리고, 부극판 NEP에 도포한 부극 활물질 NAS를 건조시킨다. 구체적으로는, 예를 들어 150℃ 이하(120℃ 정도)로 부극판 NEP를 가열함으로써, 부극판 NEP 위에 도포되어 있는 부극 활물질 NAS를 건조시킨다.
그리고, 부극판 NEP의 편면에 도포된 부극 활물질 NAS를 건조시킨 후, 부극판 NEP의 다른 한쪽 면에 부극 활물질 NAS를 혼련시킨 슬러리 SL3을 도포한다. 그 후, 예를 들어 150℃ 이하(120℃ 정도)로 부극판 NEP를 가열함으로써, 부극판 NEP의 다른 한쪽 면에 도포되어 있는 부극 활물질 NAS를 건조시킨다.
이와 같이 하여, 부극판 NEP의 양면에 부극 활물질 NAS를 형성한 후, 부극판 NEP에 대하여 가열·가압 처리를 실시한다. 이 가열·가압 처리는, 예를 들어 150℃ 이하(100℃ 정도)로 실시된다. 이에 의해, 부극판 NEP에 코팅된 부극 활물질 NAS의 고밀도화를 도모할 수 있다. 이상과 같이 하여, 부극판 NEP를 형성할 수 있다.
계속해서, 도 24에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터 SP1(SP2) 및 정극 활물질 PAS를 코팅한 정극판 PEP를 절단하여 가공한다. 이에 의해, 정극판 PEP의 1변(상변)에 직사각형 형상을 한 복수의 정극 집전 탭 PTAB를 형성할 수 있다. 이와 같이 하여, 세퍼레이터 SP1(SP2)과 일체화하여 가공된 정극 PEL을 형성할 수 있다.
마찬가지로, 부극 활물질 NAS를 코팅한 부극판 NEP를 절단하여 가공한다. 이에 의해, 부극판 NEP의 1변(하변)에 직사각형 형상을 한 복수의 부극 집전 탭 NTAB를 형성할 수 있다. 이와 같이 하여, 도 25에 도시한 바와 같이, 부극판 NEP에 부극 활물질 NAS를 코팅하여 가공된 부극 NEL을 형성할 수 있다.
이어서, 도 26에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터 SP1(SP2: 도시생략)과 일체화하여 형성된 정극 PEL과, 부극 NEL을 중첩한다. 이때, 정극 PEL에 형성되어 있는 정극 집전 탭 PTAB와, 부극 NEL에 형성되어 있는 부극 집전 탭 NTAB가 반대 방향으로 배치되도록 한다.
그 후, 도 27에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터 SP1(SP2)이 부착된 정극 PEL과, 부극 NEL을 중첩한 상태로 축심 CR로 감아 전극 권회체 WRF를 형성한다. 이와 같이 하여, 전극 권회체 WRF를 형성할 수 있다. 이때, 본 실시 형태 1에서는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)이 일체화하여 형성되어 있으므로, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 사이, 및 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 존재하지 않도록 구성할 수 있다. 이 결과, 전극 권회체 WRF를 형성한 후에도, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1 사이, 및 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 존재하지 않게 된다. 즉, 본 실시 형태 1에서는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)이 접착하여 형성되었으므로, 전극 권회체 WRF를 형성한 후에도, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 및 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 간극이 존재하지 않도록 할 수 있다.
계속해서, 도 28에 도시한 바와 같이, 전극 권회체 WRF의 상단부로부터 돌출되어 있는 정극 집전 탭 PTAB를 정극 집전 링 PR에 접속한다. 마찬가지로, 전극 권회체 WRF의 하단부로부터 돌출되어 있는 부극 집전 탭 NTAB를 부극 집전 링 NR에 접속한다. 여기서, 정극 집전 탭 PTAB의 정극 집전 링 PR로의 접속, 및 부극 집전 탭 NTAB의 부극 집전 링 NR에의 접속은, 예를 들어 초음파 용착에 의해 행해진다. 이로 인해, 정극 PEL과, 세퍼레이터 SP1(SP2)이 별도 부품으로 분리하여 구성되어 있는 경우, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)의 사이에 간극이 존재하게 되기 때문에, 전술한 초음파 용착 시에 금속 이물이 비산하여, 금속 이물이 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)의 사이에 형성되어 있는 간극에 침입할 가능성이 있다. 이에 반하여, 본 실시 형태 1에서는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)이 일체적으로 형성되어 간극이 존재하지 않기 때문에, 초음파 용착 시에 발생하는 금속 이물이 전극 권회체 WRF의 내부로 침입하여 정극 PEL에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 29에 도시한 바와 같이, 전극 권회체 WRF를 외장 캔 CS의 내부에 삽입한다. 그리고, 도 30에 도시한 바와 같이, 외장 캔 CS를 가공하여 홈 DT를 형성한다. 이 홈 DT는, 외장 캔 CS의 내부에 삽입되어 있는 전극 권회체 WRF가 상하 방향으로 이동하지 않도록 고정하기 위해 설치되는 것이다. 이 공정에서도, 금속 재료로 이루어지는 외장 캔 CS를 가공하고 있기 때문에, 금속 이물이 발생할 가능성이 있다. 그러나, 본 실시 형태 1에서는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)이 일체적으로 형성되어 간극이 존재하지 않기 때문에, 전극 권회체 WRF의 내부로 금속 이물이 침입하여 정극 PEL에 부착되는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 도 31에 도시한 바와 같이, 전극 권회체 WRF를 삽입한 외장 캔 CS의 내부에 전해액 EL을 주입한다. 그 후, 외장 캔 CS의 상부를 캡으로 밀봉함으로써, 본 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지를 제조할 수 있다. 여기서, 예를 들어 외장 캔 CS의 상부를 캡으로 밀봉하기 위해 용접(아크 용접)이 사용되는 경우가 있지만, 이 경우에도, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)이 일체적으로 형성되어 간극이 존재하지 않기 때문에, 용접시에 생성된 금속 이물(용접 칩)이 전극 권회체 WRF의 내부로 침입하여 정극 PEL에 부착되는 것을 억제할 수 있다.
<본 실시 형태 1에서의 효과>
이상과 같이 하여 제조되는 리튬 이온 전지에 의하면, 이하에 설명하는 효과가 얻어진다.
(1) 정극 PEL의 양면에 세퍼레이터 SP1과 세퍼레이터 SP2를 접착하여 일체화하도록 구성하고 있으므로, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1의 사이, 또는 정극 PEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에 발생하는 간극을 없앨 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
(2) 본 실시 형태 1에서의 리튬 이온 전지에 의하면, 제조 공정(조립 공정) 중에 발생하는 금속 이물에 기인하는 내부 단락을 억제할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 이 결과, 본 실시 형태 1에 의하면, 리튬 이온 전지의 비용 삭감도 실현할 수 있다. 특히, 본 실시 형태 1에서는, 제조 수율의 향상에 의한 비용 삭감의 효과 외에, 세퍼레이터를 별도 부품으로서 준비할 필요가 없어지는 관점에서도, 리튬 이온 전지의 비용 삭감을 도모할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 실시 형태 2에서는, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2) 뿐만 아니라, 부극 NEL도 모두 일체화하여 형성되는 예에 대하여 더 설명한다. 도 32는, 본 실시 형태 2에서의 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1(SP2) 및 부극 NEL의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 32에 도시한 바와 같이, 정극 PEL은, 예를 들어 알루미늄으로 형성된 정극판 PEP의 양면에 정극 활물질 PAS가 형성된 구조를 하고 있으며, 이 정극판 PEP의 한쪽 면(상면)에 형성되어 있는 정극 활물질 PAS 위에 세퍼레이터 SP1이 접착하고 있다. 한편, 정극판 PEP의 다른 쪽의 면(하면)에 형성되어 있는 정극 활물질 PAS에 접착하도록 세퍼레이터 SP2가 형성되어 있다. 그리고, 이 세퍼레이터 SP2는, 정극 PEL에 접착되어 있을 뿐만 아니라, 부극 NEL도 접착되어 있다. 구체적으로, 세퍼레이터 SP2는, 예를 들어 구리로 형성되고 부극판 NEP의 한쪽 면(상면)에 형성되어 있는 부극 활물질 NAS와 접착하고 있다. 그리고, 부극판 NEP의 다른 한쪽 면(하면)에도 부극 활물질 NAS가 형성되어 있다. 이상과 같이 구성되어 있는 본 실시 형태 2에서의 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1(SP2) 및 부극 NEL은 일체적으로 형성되어 있다. 이로 인해, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)의 사이뿐만 아니라, 부극 NEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에도 간극이 존재하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태 2에 의하면, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 효과적으로 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 실시 형태 2에서는, 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1(SP2) 및 부극 NEL의 전부가 일체적으로 형성되어 있으므로, 금속 이물에 의한 내부 단락의 가능성을 상기 실시 형태 1보다도 더 저감할 수 있다.
구체적으로, 도 33은 일체화된 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1(SP2: 도시생략) 및 부극 NEL을 나타낸 평면도이다. 이와 같이, 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1(SP2: 도시생략) 및 부극 NEL을 일체화한 구조로 형성하기 위해서는, 예를 들어 상기 실시 형태 1의 도 14 내지 도 19에서 설명한 바와 같이 하여, 우선, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)을 일체화한 구조를 제작하고, 그 후, 세퍼레이터 SP2를 건조시키기 전에 부극 NEL과 세퍼레이터 SP2를 접착시킴으로써 형성할 수 있다.
그리고, 도 34는 일체화한 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1(SP2: 도시생략) 및 부극 NEL을 축심 CR의 주위로 감는 모습을 나타낸 도면이다. 도 34에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태 2에서는, 정극 PEL, 세퍼레이터 SP1(SP2) 및 부극 NEL은 일체적으로 형성되어 있으며, 정극 PEL과 세퍼레이터 SP1(SP2)의 사이뿐만 아니라, 부극 NEL과 세퍼레이터 SP2의 사이에도 간극이 존재하지 않는 것을 알 수 있다. 이로 인해, 전극 권회체 WRF를 형성한 후에도 간극이 존재하지 않아, 전극 권회체 WRF를 형성한 후에 실시되는 리튬 이온 전지의 조립 공정에 있어서, 가령 금속 이물이 발생하여도, 전극 권회체 WRF의 내부에 금속 이물이 침입하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이 결과, 본 실시 형태 2에서의 리튬 이온 전지에 의해서도, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 효과적으로 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
(실시 형태 3)
<세퍼레이터에의 요구 특성 및 주된 기능>
리튬 이온 전지에서는, 정극과 부극 사이에 세퍼레이터가 삽입된다. 이 세퍼레이터에 요구되는 특성과 주된 기능에 대하여 설명한다. 도 35는, 세퍼레이터에 요구되는 특성과 주된 기능을 나타낸 표이다. 도 35에 도시한 바와 같이, 우선, 세퍼레이터에는 정극과 부극을 격리(분리)하는 특성이 요구되기 때문에, 세퍼레이터는 활물질의 통과 저지 기능과 전기 절연 기능을 갖는다. 한편, 세퍼레이터에는 리튬 이온을 투과하는 이온 투과성이 요구되고, 세퍼레이터는 전해액과의 친화성, 함침성 및 전해액 유지성이라고 하는 기능을 갖는다. 또한, 세퍼레이터에는, 화학적·전기적 안정성이라고 하는 특성도 요구되고 있으며, 이 요구를 충족시키기 위해 세퍼레이터에는 내알칼리성, 내산성, 내유기용제성이나 내열성을 갖는다. 또한, 세퍼레이터에는 전지 반응 저해물의 비용출이라고 하는 특성도 요구됨과 함께, 전지 조립 용이성이라고 하는 특성도 요구된다. 이러한 점에서, 세퍼레이터에는 불순물(중금속)을 포함하지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하면서, 기계적 강도나 절단성이 우수한 기능을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이상의 특성을 용이하게 실현하기 위해서, 현상(現狀)의 세퍼레이터는, 정극이나 부극과는 별도 부품(별체)으로 구성되며, 예를 들어 고강도이며 얇은 미다공질막이 사용되고 있다. 구체적으로, 현상의 세퍼레이터는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 또는 이들 재료의 조합으로 구성되어 있다.
<현상의 세퍼레이터의 제조 방법>
이하에, 정극이나 부극과는 별도 부품(별체)으로 구성되는 현상의 세퍼레이터의 제조 방법의 일례에 대하여, 도 36을 참조하면서 설명한다. 도 36은, 상분리법에 의해, 현상의 세퍼레이터를 제조하는 공정 흐름을 나타낸 도면이다. 도 36에 도시한 바와 같이, 우선, 수지를 용제에 혼련시킨 용액을 생성한 후, 이 용액을 가열한다. 이에 의해, 균일 조성의 용액이 생성된다. 그 후, 균일 조성의 용액을 냉각시키면 수지가 상분리하도록 석출한다. 이 후, 상분리한 수지로부터 용제를 추출하면, 다공 구조를 갖는 수지가 형성되고, 이것을 연신함으로써, 대구경의 다공 구조를 갖는 세퍼레이터를 형성할 수 있다. 한편, 상분리한 수지를, 우선 연신하면 다공 구조를 갖는 수지가 형성되고, 이 다공 구조를 갖는 수지로부터 용제를 추출하는 경우에는 소구경의 다공 구조를 갖는 세퍼레이터를 형성할 수 있다. 즉, 현상의 세퍼레이터의 제조 방법에서는, 상분리한 수지에 대한 연신 공정과 용제의 추출 공정의 순서를 바꿈으로써, 대구경이나 소구경의 다공 구조를 갖는 세퍼레이터가 형성된다.
<현상의 세퍼레이터의 문제점>
이상과 같이 제조되는 현상의 세퍼레이터는, 정극이나 부극과 별도 부품(별체)으로 구성되기 때문에, 리튬 이온 전지의 조립 공정에 있어서, 상기 실시 형태 1에서 설명한 문제점이 발생한다. 예를 들어, 리튬 이온 전지에서는, 정극판과 부극판의 사이에 별도 부품으로 구성되는 세퍼레이터를 끼운 상태에서 전극 권회체를 형성하지만, 전극 권회체를 형성하기 전후에 실시되는 공정에 의해, 전극 권회체의 내부에 금속 이물이 침입할 포텐셜이 높아진다. 특히, 통상의 리튬 이온 전지에서는, 정극판과 부극판과 세퍼레이터가 별도 부품으로 구성되어 있기 때문에, 예를 들어 정극판과 세퍼레이터의 사이에 간극이 존재하고, 이 간극에 전술한 제조 공정에서 발생한 금속 이물이 침입하기 쉬워지는 것이다. 이와 같이 하여, 금속 이물이 전극 권회체의 내부에 침입하면, 정극과 부극 사이에서 내부 단락이 야기될 가능성이 높아져서, 리튬 이온 전지의 신뢰성 저하를 초래하게 된다.
또한, 상기 실시 형태 1에서는, 강조하고 있지 않지만, 세퍼레이터를 별도 부품으로 구성하는 경우, 리튬 이온 전지의 비용 삭감을 도모하는 것이 곤란해지는 것이다. 즉, 세퍼레이터 자체의 비용을 삭감할 수 있으면, 리튬 이온 전지 전체의 비용 삭감을 효과적으로 실현할 수 있다.
따라서, 본 실시 형태 3에서는, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 리튬 이온 전지의 신뢰성 향상을 도모하는 것을 전제로 하여, 리튬 이온 전지의 비용 삭감에 착안한 고안을 더 실시하고 있다. 구체적으로, 본 실시 형태 3의 특징은, 리튬 이온 전지의 제조 공정에 존재한다. 이하에, 이 고안을 실시한 본 실시 형태 3에서의 기술적 사상에 대하여 설명한다.
<실시 형태 3에서의 기본 사상>
본 실시 형태 3에서의 기본 사상은, 상기 실시 형태 1에서의 기술적 사상과 마찬가지이다. 즉, 본 실시 형태 3에서의 기술적 사상에서도, 예를 들어 정극과 세퍼레이터가 별도 부품으로 되어 있기 때문에, 전극 권회체를 형성한 경우에, 정극과 세퍼레이터의 사이에 간극이 발생하고, 이 간극에 금속 이물이 침입함으로써, 리튬 이온 전지에 내부 단락이 발생할 포텐셜이 높아지는 것에 착안하고 있다. 그리고, 이 착안점을 고려하여, 본 실시 형태 3에서는, 전극 권회체를 구성한 경우에서도, 예를 들어 정극과 세퍼레이터의 사이에 형성되는 간극이 없어지면, 금속 이물이 리튬 이온 전지의 내부에 침입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상할 수 있다는 지식에 기초하여 이루어진 것이다. 구체적으로, 본 실시 형태 3에서의 특징은, 예를 들어 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하면, 애초부터 정극과 세퍼레이터의 사이에 간극이 발생하지 않게 되므로, 정극과 세퍼레이터의 사이에 금속 이물이 침입하는 것을 방지할 수 있으리라는 지식에 기초하여 이루어져 있다. 그리고, 본 실시 형태 3에서는, 이 지식을 구현화함으로써, 본 실시 형태 3의 특징을 실현하고 있다. 즉, 본 실시 형태 3에서도, 상기 실시 형태 1과 마찬가지로, 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하고, 정극과 세퍼레이터의 사이에 간극이 존재하지 않도록 구성함에 특징이 있다. 그리고, 이 특징적 구성을 구현화하는 리튬 이온 전지의 제조 방법에, 본 실시 형태 3의 특징점이 존재한다.
<실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(제조 용이형)>
우선, 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하는 것이 용이한 리튬 이온 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 37은, 제조 용이형 리튬 이온 전지의 제조 공정의 일부를 나타낸 흐름도이다. 도 37에 도시한 바와 같이, 우선 정극판의 한쪽 면에 전극재를 도포한다(S101). 이 전극재(슬러리)는 예를 들어 정극 활물질을 용제에 혼련함으로써 형성된다. 그 후, 전극재를 도포한 정극판을 가열함으로써, 전극재를 건조시킨다(S102). 즉, 정극판을 가열함으로써, 전극재로부터 용제를 제거하고, 정극판 위에 정극 활물질을 잔존시킨다. 그리고, 정극 활물질의 밀도를 상승시키기 위해, 예를 들어 롤러를 사용함으로써, 정극판 위에 부착되어 있는 정극 활물질에 대하여 가열하에서 가압 처리를 실시한다(S103). 이 가열하에서의 가압 처리는 캘린더라고도 불린다. 계속해서, 고밀도로 압축된 정극 활물질 위에 세퍼레이터재를 도포한다(S104). 이 세퍼레이터재(슬러리)는 예를 들어 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2) 등의 세라믹 분체(세라믹 입자)를 용제에 혼련함으로써 형성된다. 그 후, 정극 활물질 위에 세퍼레이터재를 도포한 정극판을 가열함으로써, 세퍼레이터재를 건조시킨다(S105). 이에 의해, 세퍼레이터재에 포함되는 용제가 제거되어, 세라믹 분체가 잔존하게 된다. 이와 같이 하여, 정극판 위에 정극 활물질을 형성하고, 이 정극 활물질 위에 세라믹 분체로 이루어지는 세퍼레이터를 일체적으로 형성할 수 있다. 이에 의해, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(제조 용이형)에 의하면, 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하도록 구성하고 있으므로, 정극과 세퍼레이터의 사이에 발생하는 간극을 없앨 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(제조 용이형)에 의하면, 세퍼레이터를 별도 부품으로서 구성하고 있지 않기 때문에, 세퍼레이터를 별도 부품으로서 구성하는 경우에 비하여, 비용의 저감을 도모할 수 있다. 특히, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(제조 용이형)에서는, 정극 활물질을 건조시킨 후, 이 건조시킨 정극 활물질 위에 세퍼레이터재(슬러리)를 도포하도록 구성하고 있기 때문에, 정극과 세퍼레이터의 일체화를 비교적 용이하게 실현할 수 있는 이점이 있다. 이러한 리튬 이온 전지의 제조 방법(제조 용이형)은 건조시킨 정극 활물질 위에 슬러리 형상의 세퍼레이터재를 도포하는 점에서, 웨트 온 드라이 방식이라 불리는 경우도 있다.
<웨트 온 드라이 방식의 문제점>
전술한 웨트 온 드라이 방식에서는, 예를 들어 도 37의 흐름도로 나타낸 바와 같이, 전극재를 도포하는 공정과, 세퍼레이터재를 도포하는 공정이 별도로 되어 있기 때문에, 도포 공정이 복수 존재하게 된다. 이로 인해, 전극재를 도포하여 정극판 위에 정극 활물질을 부착시켜 정극을 제조하는 종래의 제조 설비 외에, 세퍼레이터재를 도포하는 공정을 실현하는 새로운 제조 설비가 필요해진다. 이러한 점에서, 리튬 이온 전지의 제조 공정이 길어짐과 함께, 충분한 비용 저감을 도모할 수 없다는 문제점이 존재한다. 즉, 웨트 온 드라이 방식은, 제조 용이성에 중점을 둔 기술로서, 비용 저감을 더 추진하는 관점에서는 개량할 여지가 있는 기술이라 할 수 있다.
<실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(비용 저감형)>
따라서, 이하에서는, 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하는 것을 전제로 하여, 비용 저감을 중요시한 리튬 이온 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 38은, 비용 저감형의 리튬 이온 전지의 제조 공정의 일부를 나타낸 흐름도이다. 도 38에 도시한 바와 같이, 정극판 위에 전극재와 세퍼레이터재를 일괄하여 도포한다. 구체적으로는, 정극판 위에 전극재를 도포하면서, 이 전극재 위에 세퍼레이터재를 도포한다(S201). 전극재는, 예를 들어 정극 활물질을 용제에 혼련함으로써 형성된 슬러리이며, 세퍼레이터재는, 예를 들어 세라믹 분체를 용제에 혼련함으로써 형성된 슬러리이다. 계속해서, 정극판 위에 전극재를 도포하고, 이 전극재 위에 세퍼레이터재를 도포한 상태에서, 정극판을 일괄 가열한다. 이에 의해, 정극판 위에 도포된 전극재와, 전극재 위에 도포된 세퍼레이터재를 일괄 건조한다(S202). 이 결과, 전극재 및 세퍼레이터재로부터 용제가 제거되고, 정극판 위에 정극 활물질이 형성됨과 함께, 정극 활물질 위에 세라믹 분체로 이루어지는 세퍼레이터가 형성된다. 그 후, 정극판 위에 적층 형성된 정극 활물질과 세라믹 분체에 대하여 가열하에 있어서, 예를 들어 롤러를 사용하여 가압한다. 이에 의해, 정극 활물질의 밀도를 고밀도로 할 수 있다. 이와 같이 하여, 정극판 위에 정극 활물질을 형성하고, 이 정극 활물질 위에 세라믹 분체로 이루어지는 세퍼레이터를 일체적으로 형성할 수 있다. 이에 의해, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(비용 저감형)에 의하면, 정극과 세퍼레이터를 일체적으로 형성하도록 구성하고 있으므로, 정극과 세퍼레이터의 사이에 발생하는 간극을 없앨 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(비용 저감형)에 의하면, 전극재와 세퍼레이터재를 정극판 위에 일괄 도포하고 있다. 이러한 점에서, 따로따로 전극재와 세퍼레이터재를 도포하는 웨트 온 드라이 방식에 비하여, 한층 비용 저감을 도모할 수 있다. 즉, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(비용 저감형)에서는, 종래부터 존재하는 정극의 제조 설비를 그대로 응용하여, 세퍼레이터재도 전극재 위에 도포할 수 있다. 이러한 점에서, 세퍼레이터재의 도포만을 위한 별도의 제조 설비를 새롭게 설치할 필요가 없기 때문에, 비용 저감을 충분히 도모할 수 있는 것이다. 즉, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지의 제조 방법(비용 저감형)에서는, 전극의 제조 라인을 그대로 사용함으로써, 전극재 및 세퍼레이터재의 일괄 도포, 일괄 건조, 일괄 캘린더를 실현할 수 있기 때문에, 충분한 비용 저감을 도모할 수 있는 것이다. 이 비용 저감에 착안한 방식은, 전극재 위에 세퍼레이터재를 도포하기 때문에, 웨트 온 웨트 방식이라 불리는 경우도 있다.
<웨트 온 웨트 방식의 문제점>
그런데, 웨트 온 웨트 방식에서는, 웨트 온 드라이 방식에서는 문제로 되지 않던 것이 문제점으로서 현재화한다. 이하에, 이 현재화하는 문제점에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
우선, 웨트 온 웨트 방식에서는, 도 39에 도시한 바와 같이, 다이 코터 DC를 사용함으로써, 정극판 PEP 위에 전극재 ELM을 도포하고, 이 전극재 ELM 위에 세퍼레이터재 SPM을 도포한다. 이때, 전극재 ELM은, 용제 SV에 정극 활물질 PAS를 분산시킨 슬러리 SL1로 구성되며, 세퍼레이터재 SPM은, 용제 SV에 세라믹 분체 CRS를 분산시킨 슬러리 SL2로 구성된다. 또한, 도시를 생략하였지만, 전극재 ELM이나 세퍼레이터재 SPM에 포함되는 용제에는 결착제(바인더)도 용해되어 있다.
그 후, 도 40에 도시한 바와 같이, 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM을 도포한 정극판 PEP에 가열 처리를 실시함으로써, 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM을 건조시킨다. 구체적으로는, 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM으로부터 용제가 제거되어서, 정극판 PEP 위에 정극 활물질 PAS가 석출되고, 이 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS가 석출된다.
계속해서, 도 41에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP 위에 석출한 정극 활물질 PAS의 밀도를 높이기 위해서, 정극 활물질 PAS 위에 형성되어 있는 세라믹 분체 CRS의 표면을 롤러 RL로 가압한다. 이때, 정극판 PEP를 가열한 상태에서, 전술한 가압 처리가 행해진다. 이 가열하에서의 가압 처리는 캘린더라 불리며, 이 캘린더에 의해 정극 활물질 PAS가 압축되어 정극 활물질 PAS의 고밀도화를 도모할 수 있다. 이 정극 활물질 PAS의 고밀도화는, 리튬 이온 전지의 전류 밀도의 향상을 도모하기 위해 행해지는 것이다.
그런데, 웨트 온 웨트 방식에서는, 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS가 형성되어 있으며, 이 세라믹 분체 CRS의 표면에 롤러 RL을 회전시키면서 압력을 가함으로써, 간접적으로 정극 활물질 PAS의 가압 처리를 실시하게 된다. 이러한 점에서, 필연적으로 롤러 RL과 직접 접촉하고 있는 세라믹 분체 CRS에도 가압 처리가 가해지게 되어, 세라믹 분체 CRS의 밀도가 고밀도화하게 된다. 이것은, 세라믹 분체 CRS로 구성되는 세퍼레이터의 공공률이 저하되는 것을 의미한다. 여기서, 세퍼레이터의 중요한 기능으로서, 리튬 이온을 통과시키는 기능이 있고, 이 기능을 실현하기 위해서, 세퍼레이터에는 리튬 이온을 통과시킬 정도로 공공률이 높은 것이 요구된다. 그러나, 세라믹 분체 CRS가 가압 처리에 의해 고밀도화하면, 세라믹 분체 CRS로 구성되는 세퍼레이터의 공공률이 저하하게 된다. 이 결과, 세퍼레이터에 요구되는 이온 투과성이 저하되게 된다. 즉, 웨트 온 웨트 방식으로는, 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS가 형성된 상태에서 가압 처리를 실시하기 때문에, 필연적으로 정극 활물질 PAS뿐만 아니라, 세라믹 분체 CRS에도 가압 처리가 실시되게 된다. 이 결과, 세라믹 분체 CRS로 구성되는 세퍼레이터의 공공률의 저하를 초래하여, 이에 의해, 세퍼레이터의 이온 투과성이 저하된다고 하는 문제점이 현재화하는 것이다.
이 문제점은, 웨트 온 웨트 방식 특유의 문제로서, 웨트 온 드라이 방식에서는 발생하지 않는 문제이다. 왜냐하면, 웨트 온 드라이 방식에서는, 정극판에 전극재를 도포한 후, 이 전극재를 건조시킴으로써, 정극판에 정극 활물질을 석출시킨다. 그리고, 정극판에 형성되어 있는 정극 활물질에 가압 처리를 실시한 후, 정극 활물질 위에 세퍼레이터재를 도포하기 때문이다. 그 후는 세퍼레이터재를 건조시켜서 정극 활물질 위에 세라믹 분체를 석출시킨다. 이러한 점에서, 웨트 온 드라이 방식에서는, 세라믹 분체에 가압 처리가 실시되지 않기 때문에, 가압 처리에 의한 세퍼레이터의 공공률의 저하는 발생하지 않는 것이다. 따라서, 웨트 온 웨트 방식은 웨트 온 드라이 방식에 비하여, 비용 저감의 관점에서 우수한 기술이라고 할 수 있지만, 그 부작용으로서 가압 처리에 기인한 세퍼레이터의 공공률의 저하라고 하는 웨트 온 웨트 방식 특유의 과제가 현재화하는 것이다. 이러한 점에서, 본원 발명에서는 웨트 온 웨트 방식을 채용하고, 리튬 이온 전지의 제조 비용을 대폭 삭감하면서도, 세퍼레이터의 이온 투과성을 확보하는 고안을 실시하고 있는, 이하에, 이 고안점에 대하여 설명한다.
<실시 형태 3에서의 특징>
본 실시 형태 3의 특징점은, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체의 입경 변동을, 정극 활물질의 입경 변동보다도 작게 하는 점에 있다. 이에 의해, 가압 처리에 기인한 세퍼레이터의 공공률의 저하를 억제할 수 있다. 구체적으로, 가압 처리를 실시하였을 때, 입경 변동이 큰 물질 쪽이 입경 변동이 작은 물질보다도 충전율이 높아지는 것에 대하여 설명한다. 다시 말하면, 가압 처리를 실시하였을 때, 입경 변동이 큰 물질의 쪽이 입경 변동이 작은 물질보다도 공공률이 작아지는 것을 설명한다.
예를 들어, 입경 변동이 작은 물질에서는, 입경 이하의 간극을 매립할 수 없기 때문에, 어떤 일정한 간극이 형성되고, 이 결과, 입경 변동이 작은 물질에서는, 충전율이 어떤 일정값 이하로는 작아지지 않아, 공공률이 어떤 일정값 이상으로 된다. 이에 반하여, 입경 변동이 큰 물질에서는, 입경이 큰 물질 사이에 생긴 간극에, 입경이 작은 물질이 매립되기 때문에, 간극의 크기가 작아진다. 이 결과, 입경 변동이 큰 물질에서는 충전율이 높아진다. 다시 말하면, 입경 변동이 큰 물질에서는 공공률이 작아지는 것이다. 따라서, 고밀도화가 요구되는 정극 활물질에 있어서는, 정극 활물질의 입경 변동을 크게 하는 것이 바람직하며, 고공공률화가 요구되는 세라믹 분체에 있어서는, 세라믹 분체의 입경 변동을 작게 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시 형태 3에서는, 물질의 입경 변동을 제어함으로써, 가압 처리에 기인한 공공률을 제어할 수 있다고 하는 지식에 기초하여, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체의 입경 변동을, 정극 활물질의 입경 변동보다도 작아지도록 구성하고 있다. 이에 의해, 본 실시 형태 3에 의하면, 비용 저감의 관점에서 우수한 기술인 웨트 온 웨트 방식을 채용하면서, 가압 처리에 기인한 세퍼레이터의 공공률의 저하라고 하는 웨트 온 웨트 방식 특유의 과제도 해결할 수 있는 것이다.
이하에, 입경 변동과 공공률의 관계를 나타내는 실험 데이터에 대하여 설명한다. 도 42는, 입경 변동과 공공률의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 42에 있어서, 종축은 물질의 공공률(체적％)을 나타내고 있으며, 횡축은, 예를 들어 분말 B에의 미세 분말의 첨가량(체적％)을 나타내고 있다. 구체적으로, 도 42에서는, 다른 입경의 분말 A 내지 분말 D를 사용하여, 분말 B에 분말 C나 분말 D를 첨가하는 비율을 변화시킴으로써, 공공률이 어떻게 변화할지에 대한 실험 데이터가 도시되어 있다. 또한, 도 43은 분말 A 내지 분말 D의 입경 변동을 나타내는 그래프이다. 도 43에 있어서, 횡축은 입경(㎛)을 나타내고 있으며, 종축은, 각각의 입경에서의 입자수를 나타내고 있다. 도 43에 도시한 바와 같이, 분말 B의 평균 입경(피크값)은 분말 A 내지 분말 D 중에서 가장 크면서, 입경 변동(예를 들어, 반값폭)도 가장 작아지고 있다. 그리고, 분말 B의 다음으로 평균 입경이 큰 물질이 분말 A이며, 분말 A보다도 평균 입경이 작은 물질이 분말 C로 되어 있다. 또한, 분말 C보다도 평균 입경이 작은 물질이 분말 D로 되어 있다. 특히, 분말 C와 분말 D는, 입경 변동이 커지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 분말 A 내지 분말 D의 입경은, 예를 들어 광(레이저광)의 산란을 사용한 측정 기술에 의해 측정하는 것이 가능하게 되어 있으며, 분말 A 내지 분말 D의 평균 입경은, 입경 분포의 그 중 피크값을 나타내는 입경으로서 정의할 수 있다. 또한, 입경 변동은, 입경 분포 중 반값폭의 크기로서 정의할 수 있다.
이상의 전제 조건하에 도 42를 보면, 가압·가열 공정 후, 분말 B의 공공률은 분말 A의 공공률보다도 커지고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 예를 들어 도 4 3에 도시한 바와 같이, 분말 B의 입경 변동이, 분말 A의 입경 변동보다도 작아지고 있는 점에서 이해할 수 있다. 그리고, 분말 B에 입경 변동이 큰 분말 C나 분말 D를 첨가하는 비율을 크게 하면, 공공률이 저하되는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 분말 B에, 평균 입경과 입경 변동이 서로 다른 분말 C나 분말 D를 첨가함으로써, 분말 B의 입경 변동이 커진 결과, 공공률이 저하된 것이라고 생각할 수 있다. 특히, 도 43에 도시한 바와 같이, 분말 C의 입경 변동에 비하여, 분말 D의 입경 변동쪽이 크기 때문에, 분말 B에의 분말 C의 첨가량을 증가시키는 경우보다도, 분말 B에의 분말 D의 첨가량을 증가시키는 경우의 쪽이 공공률을 보다 낮게 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 가압 처리를 실시하였을 때, 입경 변동이 큰 물질의 쪽이, 입경 변동이 작은 물질보다도, 공공률이 작아진다라고 하는 지식이 타당하다고 하는 사실이, 도 42와 도 43에 도시한 실험 데이터로부터도 뒷받침되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태 3과 같이, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체의 입경 변동을, 정극 활물질의 입경 변동보다도 작아지도록 구성함으로써, 정극 활물질과 세라믹 분체에 대하여 일괄 가압 처리를 실시하는 경우에도, 정극 활물질의 고밀도화를 도모하면서, 세퍼레이터의 공공률을 충분히 확보할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시 형태 3에 의하면, 웨트 온 웨트 방식을 채용함으로써, 충분한 비용 삭감을 도모할 수 있음과 함께, 가압 처리에 기인한 세퍼레이터의 공공률의 저하라고 하는 웨트 온 웨트 방식 특유의 과제도 해결하여, 리튬 이온 전지의 성능 향상도 도모할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태 3은, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체의 입경 변동을 제어함으로써, 세퍼레이터의 공공률을 제어할 수 있는 점에 착안한 기술적 사상이며, 이에 의해, 세퍼레이터의 공공률을 10％(체적％) 내지 70％(체적％)로 할 수 있다. 이 경우, 세퍼레이터의 공공률의 상한은 세퍼레이터의 기계적 강도를 확보하는 관점에서 규정되는 한편, 세퍼레이터의 공공률의 하한은 리튬 이온의 투과성(이온 투과성)의 관점에서 규정된다. 따라서, 세퍼레이터의 기계적 강도의 확보와, 세퍼레이터의 이온 투과성을 양립하는 관점에서는, 예를 들어 세퍼레이터의 공공률을 30％(체적％) 내지 50％(체적％)의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
<웨트 온 웨트 방식의 상세 공정>
계속해서, 전술한 본 실시 형태 3의 특징을 도입한 웨트 온 웨트 방식에 의한 리튬 이온 전지의 제조 방법의 상세 공정에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 예를 들어 코발트산 리튬으로 이루어지는 정극 활물질 PAS와 도전 보조제로서의 카본을 혼합한다. 그리고, 예를 들어 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액을 형성하고, 이 용액에 정극 활물질 PAS 및 도전 보조제를 혼련하여 전극재 ELM(슬러리 SL1)을 제작한다.
마찬가지로, 예를 들어 알루미나(Al2O3)나 실리카(SiO2) 등의 세라믹 분체 CRS와 필러를 혼합한다. 그리고, 예를 들어 폴리불화비닐리덴으로 이루어지는 결착제(바인더)를 N메틸피롤리돈(NMP)에 용해시킨 용액을 형성하고, 이 용액에 세라믹 분체 CRS 및 필러를 혼련하여 세퍼레이터재 SPM(슬러리 SL2)을 제작한다. 여기서, 본 실시 형태 3에서는, 정극 활물질 PAS의 입경 변동이, 세라믹 분체 CRS의 입경 변동보다도 커지도록 조정된다. 다시 말하면, 세라믹 분체 CRS의 입경 변동이, 정극 활물질 PAS의 입경 변동보다도 작아지도록 조정된다.
이어서, 도 44에 도시한 바와 같이, 예를 들어 다이 코터 DC를 사용함으로써, 정극판 PEP의 제1면 위에 전극재 ELM1을 도포하고, 이 전극재 ELM1 위에 세퍼레이터재 SPM을 도포한다. 구체적으로, 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM의 일괄 도포 공정은, 예를 들어 도 45에 도시한 도포 장치에 의해 행해진다. 도 45는, 본 실시 형태 3에서 사용하는 도포 장치의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 45에 있어서, 도포 장치는, 예를 들어 회전 가능한 롤러 RL1을 갖고 있으며, 이 롤러 RL1의 표면에 정극판 PEP가 배치된다. 그리고, 롤러 RL1의 표면에 배치된 정극판 PEP에 대하여 다이 코터 DC1과 다이 코터 DC2가 배치된다. 이 다이 코터 DC1은, 예를 들어 공급 펌프 PMP1을 통해 전극재 ELM이 축적된 탱크와 접속되어 있으며, 탱크에 축적되어 있는 전극재 ELM은, 공급 펌프 PMP1에 의해 다이 코터 DC1에 유입하고, 이 다이 코터 DC1로부터 정극판 PEP 위에 전극재 ELM이 도포되도록 구성되어 있다. 마찬가지로, 다이 코터 DC2는, 예를 들어 공급 펌프 PMP2를 통해 세퍼레이터재 SPM이 축적된 탱크와 접속되어 있으며, 탱크에 축적되어 있는 세퍼레이터재 SPM은 공급 펌프 PMP2에 의해 다이 코터 DC2에 유입되고, 이 다이 코터 DC2로부터 정극판 PEP 위에 세퍼레이터재 SPM이 도포되도록 구성되어 있다. 이상과 같이 구성되어 있는 도포 장치를 사용함으로써, 우선, 정극판 PEP 위에 전극재 ELM을 도포하고, 이 전극재 ELM 위에 세퍼레이터재 SPM을 도포할 수 있다.
계속해서, 도 46에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP에 대하여 가열 처리를 실시함으로써, 제1면에 도포되어 있는 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM을 건조시킨다. 구체적으로는, 예를 들어 150℃ 이하(120℃ 정도)의 가열 처리를 실시함으로써, 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM에 포함되는 용제를 제거한다. 이 결과, 정극판 PEP 위에는, 정극 활물질 PAS가 형성되고, 이 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS가 형성된다.
이어서, 도 47에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP의 제1면과는 반대측인 제2면에, 예를 들어 도 45에 도시한 도포 장치를 사용함으로써, 전극재 ELM을 도포하고, 이 전극재 ELM 위에 세퍼레이터재 SPM을 도포한다. 그리고, 도 48에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP에 대하여 가열 처리를 실시함으로써, 제2면에 도포되어 있는 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM을 건조시킨다. 구체적으로는, 예를 들어 150℃ 이하(120℃ 정도)의 가열 처리를 실시함으로써, 전극재 ELM 및 세퍼레이터재 SPM에 포함되는 용제를 제거한다. 이 결과, 정극판 PEP 위에는, 정극 활물질 PAS가 형성되고, 이 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS가 형성된다. 이상과 같이 하여, 정극판 PEP의 양면에, 정극 활물질 PAS를 형성하고, 정극 활물질 PAS 위에 세라믹 분체 CRS를 형성할 수 있다.
그 후, 도 49에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP의 양면에 형성되어 있는 정극 활물질 PAS 및 세라믹 분체 CRS에 대하여 예를 들어 롤러 RL을 사용하여, 가열하에서의 가압 처리(캘린더)를 실시한다. 이에 의해, 도 50에 도시한 바와 같이, 정극판 PEP의 양면에 형성되어 있는 정극 활물질 PAS 및 세라믹 분체 CRS가 압축된다. 단, 본 실시 형태 3에서는, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체 CRS의 입경 변동을, 정극 활물질 PAS의 입경 변동보다도 작아지도록 구성하고 있으므로, 정극 활물질 PAS와 세라믹 분체 CRS에 대하여 일괄 가압 처리를 실시하는 경우에도, 정극 활물질 PAS의 고밀도화를 도모하면서, 세라믹 분체 CRS의 공공률을 충분히 확보할 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태 3에서는, 가압 처리 후의 단계에 있어서, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체 CRS의 공공률은, 정극 활물질 PAS의 공공률보다도 커지고 있다. 다시 말하면, 가압 처리 후의 단계에 있어서, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체 CRS의 충전율은, 정극 활물질 PAS의 충전율보다도 작아지고 있다. 따라서, 본 실시 형태 3에 의하면, 가압 처리에 기인한 세라믹 분체 CRS의 공공률의 저하라고 하는 웨트 온 웨트 방식 특유의 과제를 해결할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.
그 후의 공정은, 상기 실시 형태 1과 마찬가지이기 때문에, 이 이후의 공정의 설명은 생략한다. 이상과 같이 하여, 본 실시 형태 3에서의 리튬 이온 전지를 제조할 수 있다.
<실시 형태 3에서의 효과>
이상과 같이 하여 제조되는 리튬 이온 전지에 의하면, 이하에 나타내는 효과가 얻어진다.
(1) 본 실시 형태 3에 의하면, 정극의 양면에 세퍼레이터를 일체화하도록 구성하고 있으므로, 정극과 세퍼레이터의 사이에 발생하는 간극을 없앨 수 있다. 이 결과, 금속 이물에 의한 리튬 이온 전지 내의 내부 단락을 방지할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
(2) 또한, 본 실시 형태 3에 의하면, 제조 공정(조립 공정) 중에 발생하는 금속 이물에 기인하는 내부 단락을 억제할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 이 결과, 본 실시 형태 3에 의하면, 리튬 이온 전지의 비용 삭감도 실현할 수 있다. 특히, 본 실시 형태 3에서는, 제조 수율의 향상에 의한 비용 삭감의 효과 외에, 세퍼레이터를 별도 부품으로서 준비할 필요가 없어지는 관점에서도, 리튬 이온 전지의 비용 삭감을 도모할 수 있다. 나아가, 본 실시 형태 3에 의하면, 웨트 온 웨트 방식을 채용하고 있으므로, 세퍼레이터 자체를 제조하는 독자의 설비를 설치할 필요가 없어, 전극을 제작하는 공정을 이용하여, 세퍼레이터를 형성할 수 있다. 이러한 점에서, 본 실시 형태 3에 의하면, 리튬 이온 전지의 제조 비용을 대폭 삭감할 수 있다고 하는 이점을 얻을 수 있다.
(3) 또한, 본 실시 형태 3에 특유한 효과로서는, 세퍼레이터를 구성하는 세라믹 분체 CRS의 입경 변동을, 정극 활물질 PAS의 입경 변동보다도 작아지도록 구성하고 있으므로, 정극 활물질 PAS와 세라믹 분체 CRS에 대하여 일괄 가압 처리를 실시하는 경우에도, 정극 활물질 PAS의 고밀도화를 도모하면서, 세라믹 분체 CRS의 공공률을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태 3에 의하면, 가압 처리에 기인한 세라믹 분체 CRS의 공공률의 저하라고 하는 웨트 온 웨트 방식 특유의 과제를 해결할 수 있어, 이에 의해, 리튬 이온 전지의 성능 향상을 도모할 수 있다.
<실시 형태 3의 변형예>
상기 실시 형태 3에서는, 정극의 양면에 세퍼레이터를 일체적으로 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 본원 발명의 기술적 사상은, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 정극의 편면에 세퍼레이터를 일체적으로 형성하고, 또한, 부극의 편면에 또 하나의 세퍼레이터를 일체적으로 형성할 수도 있으며, 나아가, 부극의 양면에 세퍼레이터를 일체적으로 형성하는 경우에도, 본원 발명의 기술적 사상을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태 1에서도 설명한 바와 같이, 금속 이물의 용해·석출이라고 하는 메커니즘에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락은, 정극에 금속 이물이 부착되는 것이 원인이 된다. 따라서, 금속 이물의 용해·석출이라고 하는 메커니즘에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락을 효과적으로 억제하기 위해서는, 정극에 금속 이물이 부착되지 않도록 하는 것이 중요하다. 이러한 점에서, 본원 발명의 기술적 사상에 있어서, 세퍼레이터와 일체적으로 형성되는 전극은, 정극과 부극 중 어느 것이어도 상관없지만, 특히, 금속 이물의 용해·석출이라고 하는 메커니즘에 의한 리튬 이온 전지의 내부 단락을 효과적으로 억제하는 관점에서는, 상기 실시 형태 3에서 설명한 바와 같이, 정극의 양면에 세퍼레이터를 일체적으로 형성하는 구성이 바람직하다.
이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 그 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.
상기 실시 형태에서는, 리튬 이온 전지를 예로 들어, 본 발명의 기술적 사상에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상은 리튬 이온 전지로 한정되는 것은 아니며, 정극, 부극, 및 정극과 부극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비하는 축전 디바이스(예를 들어, 전지나 캐패시터 등)에 폭 넓게 적용할 수 있다.
본 발명은 예를 들어 리튬 이온 전지로 대표되는 전지를 제조하는 제조업에 폭 넓게 이용할 수 있다.
CAP: 전지 덮개
CR: 축심
CRS: 세라믹 분체
CS: 외장 캔
CU: 충전기
DC: 다이 코터
DC1: 다이 코터
DC2: 다이 코터
DT: 홈
EL: 전해액
ELM: 전극재
LIB: 리튬 이온 전지
NAS: 부극 활물질
NEL: 부극
NEP: 부극판
NR: 부극 집전 링
NT: 부극 리드판
NTAB: 부극 집전 탭
PAS: 정극 활물질
PEL: 정극
PEP: 정극판
PMP1: 공급 펌프
PMP2: 공급 펌프
PR: 정극 집전 링
PT: 정극 리드판
PTAB: 정극 집전 탭
RL: 롤러
RL1: 롤러
SP: 세퍼레이터
SPM: 세퍼레이터재
SP1: 세퍼레이터
SP2: 세퍼레이터
SL1: 슬러리
SL2: 슬러리
SL3: 슬러리
SV: 용제
WRF: 전극 권회체

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  14. (a) 금속판 위에 전극재를 도포하고, 상기 전극재 위에 세퍼레이터재를 도포하는 공정과,
    (b) 상기 (a) 공정 후, 도포한 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재를 건조시키는 공정과,
    (c) 상기 (b) 공정 후, 건조시킨 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재에 대하여, 가열하에서의 가압 처리를 실시하는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (a) 공정의 단계에서,
    상기 전극재는, 전극 활물질과, 상기 전극 활물질을 분산시킨 용제를 포함하고,
    상기 세퍼레이터재는, 세라믹 입자와, 상기 세라믹 입자를 분산시킨 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 세퍼레이터재에 포함되는 상기 세라믹 입자의 입경 변동은, 상기 전극재에 포함되는 상기 전극 활물질의 입경 변동보다도 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 (c) 공정 후의 단계에서,
    상기 세퍼레이터재의 공공률(空孔率)은, 상기 전극재의 공공률보다도 큰 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 (c) 공정 후의 단계에서,
    상기 세퍼레이터재의 충전율(充塡率)은, 상기 전극재의 충전율보다도 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  19. (a) 금속판의 제1면 위에 전극재를 도포하고, 상기 전극재 위에 세퍼레이터재를 도포하는 공정과,
    (b) 상기 (a) 공정 후, 상기 제1면 위에 도포한 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재를 건조시키는 공정과,
    (c) 상기 (b) 공정 후, 상기 금속판의 상기 제1면과는 반대측인 제2면 위에 상기 전극재를 도포하고, 상기 전극재 위에 상기 세퍼레이터재를 도포하는 공정과,
    (d) 상기 (c) 공정 후, 상기 제2면 위에 도포한 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재를 건조시키는 공정과,
    (e) 상기 (d) 공정 후, 상기 제1면에 형성되어 있는 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재와, 상기 제2면에 형성되어 있는 상기 전극재 및 상기 세퍼레이터재에 대하여, 가열하에서의 가압 처리를 실시하는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 (a) 공정의 단계에서,
    상기 전극재는, 전극 활물질과, 상기 전극 활물질을 분산시킨 용제를 포함하고,
    상기 세퍼레이터재는, 세라믹 입자와, 상기 세라믹 입자를 분산시킨 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 세퍼레이터재에 포함되는 상기 세라믹 입자의 입경 변동은, 상기 전극재에 포함되는 상기 전극 활물질의 입경 변동보다도 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 (c) 공정 후의 단계에서,
    상기 세퍼레이터재의 공공률은, 상기 전극재의 공공률보다도 큰 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 (c) 공정 후의 단계에서,
    상기 세퍼레이터재의 충전율은, 상기 전극재의 충전율보다도 작은 것을 특징으로 하는 리튬 이온 전지의 제조 방법.
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