KR101707357B1 - 전기 디바이스, 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 장치 및 그 접합 방법 - Google Patents

전기 디바이스, 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 장치 및 그 접합 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 진동하거나 충격을 받거나 해도 세퍼레이터(30)의 내열재(32)의 비산을 방지할 수 있는 전기 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 전기 디바이스는, 제1 전극(10)과, 제1 전극과는 극성이 다른 제2 전극(20)을, 세퍼레이터(30)를 개재하여 적층하고 있는 발전 요소를 갖고 있다. 세퍼레이터(30)는 용융재(31)와, 용융재의 편면에만 적층되고 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열재(32)를 포함하고, 인접한 세퍼레이터(30)끼리는 내열재끼리를 대면시켜 접합되어 있다.

Description

전기 디바이스, 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 장치 및 그 접합 방법{ELECTRIC DEVICE, AND APPARATUS AND METHOD FOR BONDING SEPARATOR OF ELECTRIC DEVICE}
본 발명은, 전기 디바이스, 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 장치 및 그 접합 방법에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들어 이차 전지와 같은 전기 디바이스는, 외장재로 충방전이 행해지는 발전 요소를 밀봉하고 있다. 발전 요소는 전극과 세퍼레이터를 적층하여 구성되어 있다. 세퍼레이터는 가열되면 수축되기 쉽다. 세퍼레이터가 수축되면, 전기적인 단락이 국소적으로 발생하여, 전기 디바이스의 출력이 저하된다.
따라서, 내열성을 갖는 내열층에 그 내열층의 융점보다도 낮은 융점을 갖는 열용융층을 배치한 세퍼레이터를 사용하고, 그 세퍼레이터가 가열된 경우에서도 수축을 방지하는 적층식 전지의 구성이 있다. 적층식 전지의 세퍼레이터의 열용융층끼리는, 열용착에 의해 고정되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그런데, 전극과 세퍼레이터를 적층하는 장치로서, 제1 및 제2 세퍼레이터 소재가 흡착 드럼의 회동에 수반하여 인출되고, 흡착 드럼이 1회전하는 동안에 전극을 세퍼레이터로 패킹하여 성형하는 구성이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 또한, 전극판의 주위를 연속 세퍼레이터의 접착에 의해 둘러싸고, 그 전극판의 위치 어긋남을 방지하는 구성이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).
일본 특허 공개 제2011-210524호 공보(도 14 및 도 15 참조) 일본 특허 공개 제2011-003381호 공보 일본 특허 공개 제2009-009919호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1의 구성에 있어서, 도 14 및 도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 적층체의 양단부의 최외면에 있어서 세퍼레이터의 내열층이 각각 노출되어 있다. 또한, 각 세퍼레이터의 양단부에서도, 내열층이 노출되어 있다.
이와 같은 상태에서는, 적층식 전지가 진동하거나 충격을 받거나 한 경우에, 세퍼레이터의 내열재가 비산하여, 전기적인 특성이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 특허문헌 1의 도 3에 도시된 세퍼레이터는, 내열층의 양면에 열용융층을 형성한 구성이기 때문에, 내열재는 비산하지 않지만, 세퍼레이터의 층 두께가 두꺼워져 버린다.
또한, 상기 특허문헌 2 및 3의 어떤 경우에서도, 내열재와 용융재를 적층하여 형성한 세퍼레이터를 반송할 때에, 비산하기 쉬운 내열재를 비산시키지 않도록 고려한 구성으로는 되어 있지 않다.
이와 같은 구성에서는, 내열재와 용융재를 적층하여 형성한 세퍼레이터를 사용한 경우, 세퍼레이터의 내열재가, 세퍼레이터 접합 장치 내에 비산하게 될 우려가 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 진동하거나 충격을 받거나 해도 세퍼레이터의 내열재의 비산을 방지할 수 있는 전기 디바이스의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 세퍼레이터 접합 장치 내에서, 세퍼레이터의 내열재가 비산하는 것을 방지할 수 있는 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 장치 및 그 접합 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 전기 디바이스는, 발전 요소를 갖고 있다. 발전 요소는, 제1 전극과, 제1 전극과는 극성이 다른 제2 전극을, 세퍼레이터를 개재하여 적층하고 있다. 세퍼레이터는 용융재와, 용융재의 편면에 적층되고 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열재를 포함하고 있다. 인접한 세퍼레이터끼리는, 내열재끼리를 대면시켜 접합되어 있다. 제1 전극과 제2 전극 중, 내열재와의 마찰력이 상대적으로 높은 쪽의 전극을 인접한 세퍼레이터에 의해 끼움 지지하여 접합하고 있다.
삭제
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 장치는, 제1 전극과, 제1 전극과는 극성이 다른 제2 전극을, 세퍼레이터를 개재해서 적층하여 형성한 전기 디바이스의, 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합 장치이다. 용융재와, 용융재의 편면에만 적층되고 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열재를 포함하는 세퍼레이터를 사용한다. 여기서, 세퍼레이터의 용융재 측을 반송 장치에 의해 보유 지지하여 반송하고, 인접한 세퍼레이터의 내열재끼리를 대면시켜 인접한 세퍼레이터끼리를 접합한다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 방법은, 제1 전극과, 제1 전극과는 극성이 다른 제2 전극을, 세퍼레이터를 개재해서 적층하여 형성한 전기 디바이스의, 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합 방법이다. 용융재와, 용융재의 편면에만 적층되고 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열재를 포함하는 세퍼레이터를 사용한다. 여기서, 세퍼레이터의 용융재 측을 보유 지지하여 반송하고, 인접한 세퍼레이터의 내열재끼리를 대면시켜 인접한 세퍼레이터끼리를 접합한다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 전기 디바이스를 도시하는 사시도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 전기 디바이스를 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 정극을 한 쌍의 세퍼레이터로 패킹하여 형성한 패킹 전극의 양단부에 부극을 각각 적층한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 도 3에 도시한 4-4선에 있어서의 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 전기 디바이스의 세퍼레이터를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치를 도시하는 사시도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 전기 디바이스의 세퍼레이터를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치의 진공 흡인 반송 드럼 근방을 도시하는 측면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 전기 디바이스의 세퍼레이터를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치의 석션 컨베이어 근방을 도시하는 측면도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 전기 디바이스의 세퍼레이터를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치의 패킹 전극 흡착 패드 근방을 도시하는 측면도이다.
도 9는 제1 실시 형태에 관한 전기 디바이스의 세퍼레이터를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치의 가열 가압 부재 근방을 도시하는 사시도이다.
도 10은 제1 실시 형태에 관한 도 9의 10-10선에 있어서의 단면도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 부극을 한 쌍의 세퍼레이터로 패킹하여 형성한 패킹 전극의 양단부에 정극을 각각 적층한 상태에 있어서의 전기 디바이스의 일부를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 도면에 있어서의 각 부재의 크기나 비율은, 설명의 사정상 과장되어 실제의 크기나 비율과는 다른 경우가 있다.
(제1 실시 형태)
우선, 제1 실시 형태에 관한 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의해 세퍼레이터(30)끼리가 접합되는 전기 디바이스(1)의 구성에 대해, 도 1 내지 도 4를 참조하면서 설명한다.
도 1은 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의해 세퍼레이터(30)를 접합한 전기 디바이스(1)를 도시하는 사시도이다. 도 2는 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의해 세퍼레이터(30)를 접합한 전기 디바이스(1)를 도시하는 분해 사시도이다. 도 3은 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의해 정극(10)을 한 쌍의 세퍼레이터(30)로 패킹하여 형성한 패킹 전극(50)의 양단부에 부극(20)을 각각 적층한 상태를 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시한 4-4선에 있어서의 단면도이다.
전기 디바이스(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 예를 들어, 리튬 이온 이차 전지, 중합체 리튬 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-카드뮴 전지에 상당한다. 전기 디바이스(1)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 충방전이 행해지는 발전 요소(60)를 외장재(40)로 밀봉하고 있다. 발전 요소(60)는 정극(10)을 한 쌍의 세퍼레이터(30)로 끼움 지지하여 접합한 패킹 전극(50)과, 부극(20)을 교대로 적층하여 구성하고 있다.
정극(10)은, 제1 전극에 상당하고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 도전체인 정극 집전체(11)의 양면에 정극 활물질(12)을 결착해서 형성하고 있다. 전력을 취출하는 정극 전극 단자(11a)는 정극 집전체(11)의 일단부의 일부로부터 연장되어 형성되어 있다. 복수 적층된 정극(10)의 정극 전극 단자(11a)는 용접 또는 접착에 의해 서로 고정되어 있다.
정극(10)의 정극 집전체(11)의 재료에는, 예를 들어, 알루미늄제 익스팬드 메탈, 알루미늄제 메쉬 또는 알루미늄제 펀치드 메탈을 사용하고 있다. 정극(10)의 정극 활물질(12)의 재료에는, 전기 디바이스(1)가 리튬 이온 이차 전지인 경우, 다양한 산화물(LiMn2O4와 같은 리튬망간 산화물;이산화망간;LiNiO2와 같은 리튬니켈 산화물;LiCoO2와 같은 리튬코발트 산화물;리튬 함유 니켈코발트 산화물;리튬을 포함하는 비정질 오산화바나듐) 또는 칼코겐 화합물(이황화티탄, 이황화몰리브덴) 등을 사용하고 있다.
부극(20)은, 제1 전극[정극(10)]과는 극성이 다른 제2 전극에 상당하고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 도전체인 부극 집전체(21)의 양면에 부극 활물질(22)을 결착해서 형성되어 있다. 부극 전극 단자(21a)는 정극(10)에 형성한 정극 전극 단자(11a)와 겹치지 않도록, 부극 집전체(21)의 일단부의 일부로부터 연장되어 형성되어 있다. 부극(20)의 긴 방향의 길이는, 정극(10)의 긴 방향의 길이보다도 길다. 부극(20)의 짧은 방향의 길이는, 정극(10)의 짧은 방향의 길이와 마찬가지이다. 복수 적층된 부극(20)의 부극 전극 단자(21a)는 용접 또는 접착에 의해 서로 고정되어 있다.
부극(20)의 부극 집전체(21)의 재료에는, 예를 들어, 구리제 익스팬드 메탈, 구리제 메쉬 또는 구리제 펀치드 메탈을 사용하고 있다. 부극(20)의 부극 활물질(22)의 재료에는 전기 디바이스(1)가 리튬 이온 이차 전지인 경우, 리튬 이온을 흡장해서 방출하는 탄소 재료를 사용하고 있다. 이와 같은 탄소 재료에는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 활성탄, 탄소 섬유, 코크스 또는 유기 전구체(페놀 수지, 폴리아크릴로니트릴 또는 셀룰로오스)를 불활성 분위기 중에서 열처리해서 합성한 탄소를 사용하고 있다.
세퍼레이터(30)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 정극(10)과 부극(20) 사이에 설치되고, 그 정극(10)과 부극(20)을 전기적으로 격리하고 있다. 세퍼레이터(30)는 정극(10)과 부극(20) 사이에 전해액을 보유 지지하여, 이온의 전도성을 담보하고 있다. 세퍼레이터(30)는 직사각 형상으로 형성되어 있다. 세퍼레이터(30)의 긴 방향의 길이는, 부극 전극 단자(21a)의 부분을 제외한 부극(20)의 긴 방향의 길이보다도 길다.
이 세퍼레이터(30)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 예를 들어, 용융재(31)와 내열재(32)를 적층하여 형성된다. 내열재(32)는 용융재(31)보다도 용융 온도가 높다. 인접한 세퍼레이터(30)는 내열재(32)끼리가 대면한 상태로 접합되어 있다. 따라서, 내열재(32)가, 예를 들어, 용융재(31)에 도포해서 건조시킨 비산하기 쉬운 분체라도, 그 분체를 인접한 세퍼레이터(30)의 내부에 가둬서 밀봉할 수 있다. 즉, 전기 디바이스(1)가 진동하거나 충격을 받거나 해도, 그 전기 디바이스(1) 내에서, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)의 비산을 방지할 수 있다.
여기서, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)와, 정극(10)의 정극 활물질(12)은 접촉하고 있다. 이 내열재(32)와 정극 활물질(12) 사이에는, 마찰력이 발생한다. 따라서, 전기 디바이스(1)가 진동하거나 충격을 받거나 해도, 정극(10)을 세퍼레이터(30)로 패킹한 패킹 전극(50) 내에 있어서, 정극(10)의 이동을 억제할 수 있다. 즉, 전기 디바이스(1) 내에서, 정극(10)의 적층 어긋남을 억제함으로써, 전기 디바이스(1)의 손상을 방지하여, 전기적 특성을 유지할 수 있다.
세퍼레이터(30)의 용융재(31)의 재료에는, 예를 들어, 폴리프로필렌을 사용하고 있다. 용융재(31)에는 비수 용매에 전해질을 용해함으로써 조제한 비수 전해액을 함침시키고 있다. 비수 전해액을 보유 지지하기 위해, 중합체를 함유시키고 있다. 세퍼레이터(30)의 내열재(32)의 재료에는, 예를 들어, 무기 화합물을 고온에서 성형한 세라믹스를 사용한다. 세라믹스는 실리카, 알루미나, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 등의 세라믹 입자와 바인더의 결합에 의해 형성된 다공질로 이루어진다. 내열재(32)의 재료는 세라믹스에 한정되지 않고, 용융재(31)보다도 용융 온도가 높으면 좋다.
외장재(40)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 예를 들어, 내부에 금속판을 구비한 라미네이트 시트(41 및 42)로 구성하고, 발전 요소(60)를 양측으로부터 피복해서 밀봉하고 있다. 라미네이트 시트(41 및 42)로 발전 요소(60)를 밀봉할 때는, 그 라미네이트 시트(41 및 42)의 주위 일부를 개방하여, 그 밖의 주위를 열용착 등에 의해 밀봉한다. 라미네이트 시트(41 및 42)가 개방되어 있는 부분으로부터 전해액을 주입하고, 세퍼레이터(30) 등에 전하액을 함침시킨다. 라미네이트 시트(41 및 42)의 개방부로부터 내부를 감압함으로써 공기를 빼내면서, 그 개방부도 열융착하여 완전히 밀봉한다.
라미네이트 시트(41 및 42)의 재료에는, 예를 들어, 적층한 3종류의 재료를 사용하고 있다. 구체적으로는, 부극(20)에 인접하는 1층째의 열융착성 수지의 재료에는, 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 아이오노머 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA)를 사용하고 있다. 2층째의 금속박에는, 예를 들어, Al박 또는 Ni박을 사용하고 있다. 3층째의 수지 필름에는, 예를 들어, 강성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론을 사용하고 있다.
상술한 본 실시 형태에 관한 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의해 세퍼레이터(30)끼리를 접합한 전기 디바이스(1)에 의하면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.
전기 디바이스(1)는 발전 요소(60)를 갖고 있다. 발전 요소(60)는, 제1 전극[정극(10)]과, 제1 전극[정극(10)]은 극성이 다른 제2 전극[부극(20)]을, 세퍼레이터(30)를 개재하여 적층하고 있다. 세퍼레이터(30)는 용융재(31)와, 용융재(31)의 편면에만 적층되고 용융재(31)보다도 용융 온도가 높은 내열재(32)를 포함하고 있다. 인접한 세퍼레이터(30)는 내열재(32)끼리를 대면시켜 접합되어 있다.
이와 같이 구성한 전기 디바이스(1)에 의하면, 내열재(32)를 인접한 세퍼레이터(30)의 내부에 가둬서 밀봉할 수 있다. 따라서, 전기 디바이스(1)는 진동하거나 충격을 받거나 해도 세퍼레이터(30)의 내열재(32)의 비산을 방지할 수 있다. 따라서, 전기 디바이스(1)의 전기적 특성을 유지할 수 있다.
또한, 전기 디바이스(1)에 의하면, 제1 전극[정극(10)]과 제2 전극[부극(20)] 중 내열재(32)와의 마찰력이 상대적으로 높은 쪽의 전극을 인접한 세퍼레이터(30)로 끼움 지지하여 접합하도록 구성해도 좋다.
이와 같이 구성한 전기 디바이스(1)에 의하면, 예를 들어, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)와, 정극(10)의 정극 활물질(12)은 접촉하고 있고 마찰력이 발생한다. 따라서, 전기 디바이스(1)가 진동하거나 충격을 받거나 해도, 정극(10)을 세퍼레이터(30)로 패킹한 패킹 전극(50) 내에 있어서, 정극(10)의 이동을 억제할 수 있다. 즉, 전기 디바이스(1) 내에서, 정극(10)의 적층 어긋남을 억제함으로써, 전기 디바이스(1)의 손상을 방지하여, 전기적 특성을 유지할 수 있다.
또한, 전기 디바이스(1)에 의하면, 내열재(32)는 용융재(31)에 도포해서 건조시킨 분체를 포함하는 구성으로 해도 좋다.
이와 같이 구성한 전기 디바이스(1)에 의하면, 내열재(32)가, 특히, 분체와 같이 비산하기 쉬운 분체라도, 그 분체를 인접한 세퍼레이터(30)의 내부에 가둬서 밀봉할 수 있다. 즉, 전기 디바이스(1)가 진동하거나 충격을 받거나 해도, 그 전기 디바이스(1) 내에서, 분체로 이루어지는 내열재(32)의 비산을, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)로 효과적으로 차폐할 수 있다.
또한, 전기 디바이스(1)에 의하면, 분체를 세라믹스로 형성해도 좋다.
이와 같이 구성한 전기 디바이스(1)에 의하면, 내열재(32)가, 특히, 무기 화합물을 고온에서 성형한 세라믹스와 같이 비산하기 쉬운 다공질이라도, 그 세라믹스를 인접한 세퍼레이터(30)의 내부에 가둬서 밀봉할 수 있다. 즉, 전기 디바이스(1)가 진동하거나 충격을 받거나 해도, 그 전기 디바이스(1) 내에서, 입자와 바인더의 결합에 의해 형성된 다공질의 세라믹스로 이루어지는 내열재(32)의 비산을, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)로 효과적으로 차폐할 수 있다.
다음에, 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 접합 방법 및 그 접합 방법을 구현화한 세퍼레이터 접합 장치(100)에 대해, 도 5 내지 도 10을 참조하면서 설명한다.
도 5는 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치(100)를 도시하는 사시도이다. 도 6은 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치(100)의 진공 흡인 반송 드럼(540) 근방을 도시하는 측면도이다. 도 7은 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치(100)의 석션 컨베이어(310) 근방을 도시하는 측면도이다. 도 8은 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치(100)의 패킹 전극 흡착 패드(810) 근방을 도시하는 측면도이다. 도 9는 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)를 접합하는 세퍼레이터 접합 장치(100)의 가열 가압 부재(710) 근방을 도시하는 사시도이다. 도 10은 도 9의 10-10선에 있어서의 단면도이다.
여기서, 세퍼레이터(30)끼리를 가열 가압 부재(710)로 가압하면서 가열함에 의해 서로 접합시킨 후에, 그 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 사이에 정극(10)을 삽입해도 좋다. 그러나, 양산성이나 품질의 관점에서, 정극(10)을 끼움 지지한 세퍼레이터(30)끼리를 가열 가압 부재(710)로 가열하면서 가압함에 의해 서로 접합시키는 구성으로 설명한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터 접합 장치(100)에 있어서, 정극(10)은 정극 권취 롤러(210)에 롤 형상으로 권취되어 보유 지지되고 있다. 정극 권취 롤러(210)는 원기둥 형상으로 이루어지고, 후술하는 석션 컨베이어(310)의 회전에 종동하여, 시계 방향으로 회전한다. 정극 권취 롤러(210)로부터 반출된 정극(10)은 반송 롤러(220)를 통하여, 후술하는 진공 흡인 반송 드럼(540 및 640)의 방향을 향해 반송된다.
반송 장치에 상당하는 석션 컨베이어(310)는 무단상의 벨트로 이루어지고, 표면에 흡인구를 복수 설치하고 있다. 석션 컨베이어(310)의 내주면에는, 복수의 회전 롤러(320)를 설치하고 있다. 복수의 회전 롤러(320) 중, 하나가 동력을 설치한 구동 롤러이며, 그 밖에는 종동 롤러이다. 복수의 회전 롤러(320)에 의해 시계 방향으로 회전되는 석션 컨베이어(310)는, 예를 들어, 진공 흡인 반송 드럼(540 및 640)보다도 정극(10)의 반송 방향 하류측과 상류측에, 2조씩 배치되어 있다.
정극(10)을 절단하는 절단 부재(410 및 420)는 진공 흡인 반송 드럼(540 및 640)보다도 정극(10)의 반송 방향 하류측에 배치한 2조의 석션 컨베이어(310) 사이에 배치되어 있다. 절단 부재(410)는 선단에 직선 형상의 예리한 절단날을 설치하고 있고, 연속된 정극(10)의 일단부를 절단한다. 절단 부재(420)는 선단에 굴절된 예리한 절단날을 설치하고 있고, 일단부가 절단된 직후의 정극(10)의 타단부를 절단한다. 절단 부재(420)가 굴절된 절단날의 형상은 정극 전극 단자(11a)의 형상에 대응하고 있다.
한 쌍의 세퍼레이터(30) 중 하나의 세퍼레이터(30)는, 세퍼레이터 권취 롤러(510)에 롤 형상으로 권취되어 보유 지지되고 있다. 세퍼레이터 권취 롤러(510)의 축심에, 하나의 세퍼레이터(30)의 용융재(31)측이 접촉하고 있다. 세퍼레이터 권취 롤러(510)는 원기둥 형상으로 이루어지고, 반송 장치에 상당하는 진공 흡인 반송 드럼(540)의 회전에 종동하여, 반시계 방향으로 회전한다. 하나의 세퍼레이터(30)는 가압 롤러(520)와 닙 롤러(530)로 끼움 지지되어 일정한 장력이 가해진 상태로 반송되고, 진공 흡인 반송 드럼(540)에 진공 흡착된 상태에서 반시계 방향으로 회전된다. 진공 흡인 반송 드럼(540)은 원기둥 형상으로 이루어지고 흡인구를 복수 설치하고 있다. 하나의 세퍼레이터(30)는 진공 흡인 반송 드럼(540)에 근접해서 설치되고 선단에 예리한 절단날을 설치한 절단 부재(430)에 의해, 일정한 폭으로 절단된다.
마찬가지로, 한 쌍의 세퍼레이터(30) 중 다른 세퍼레이터(30)는, 세퍼레이터 권취 롤러(610)에 롤 형상으로 권취되어 보유 지지되고 있다. 세퍼레이터 권취 롤러(610)의 축심에, 다른 세퍼레이터(30)의 용융재(31)측이 접촉하고 있다. 세퍼레이터 권취 롤러(610)은, 원기둥 형상으로 이루어지고, 반송 장치에 상당하는 진공 흡인 반송 드럼(640)의 회전에 종동하여, 시계 방향으로 회전한다. 다른 세퍼레이터(30)는, 가압 롤러(620)와 닙 롤러(630)로 끼움 지지되어 일정한 장력이 가해진 상태로 반송되고, 진공 흡인 반송 드럼(640)에 진공 흡착된 상태에서 시계 방향으로 회전된다. 진공 흡인 반송 드럼(640)은 원기둥 형상으로 이루어져 흡인구를 복수 설치하고 있다. 다른 세퍼레이터(30)는 진공 흡인 반송 드럼(640)에 근접해서 설치되고 선단에 예리한 절단날을 설치한 절단 부재(440)에 의해, 일정한 폭으로 절단된다.
진공 흡인 반송 드럼(540 및 640)의 간극 부위에서, 한 쌍의 세퍼레이터(30)가 정극(10)을 끼움 지지하도록, 하나의 세퍼레이터(30), 정극(10) 및 다른 세퍼레이터(30)가 적층된 상태로 반송된다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 가열 가압 부재(710)는, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 긴 방향의 양단부의 상방 및 하방에 배치되고, 그 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 끼워 넣고 나서 이격되도록 상하로 이동한다. 또한, 도 9에 있어서, 본래, 하나의 세퍼레이터(30), 정극(10) 및 다른 세퍼레이터(30)는 적층된 상태이지만, 여기서는 이격시킨 상태로 도시하고 있다. 정극(10)을 끼움 지지한 한 쌍의 세퍼레이터(30)는, 서로 접합되고, 패킹 전극(50)이 형성된다. 한 쌍의 세퍼레이터(30)는, 서로 내열재(32)가 대면하도록 배치되어 있다. 가열 가압 부재(710)는, 예를 들어, 스테인리스나 구리로 이루어지고, 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 가열 가압 부재(710)는, 도시하지 않은 구동부에 의해 상하로 이동한다. 가열 가압 부재(710)는, 예를 들어, 전열선이나 히터 전구에 의해 가열되고 있다.
도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 복수의 가열 가압 부재(710)를, 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 긴 방향의 양단부를 상하 방향으로부터 끼워 넣도록 배치한다. 도 10의 (a)에 단면도에서 도시하는 구성은, 도 9에 사시도로 도시하는 구성에 상당한다. 또한, 도 10의 (a)에 있어서, 본래, 하나의 세퍼레이터(30), 정극(10) 및 다른 세퍼레이터(30)는 적층된 상태이지만, 여기서는 이격시킨 상태로 도시하고 있다.
도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, 복수의 가열 가압 부재(710)를 도면 중의 P1에 나타내는 방향으로 구동함으로써, 가열 가압 부재(710)가 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 긴 방향의 양단부를 상하 방향으로부터 끼움 지지하고, 그 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 접합한다. 이때, 한 쌍의 세퍼레이터(30)가, 가열 가압 부재(710)에 의해 가열 및 가압되어 접합된다.
도 10의 (c)에 도시하는 바와 같이, 복수의 가열 가압 부재(710)는, 도면 중의 P2에 나타내는 방향으로 구동되고, 접합 완료된 한 쌍의 세퍼레이터(30)로부터 이격된다. 도 11 및 도 10을 참조하면서 상술한 세퍼레이터 접합 방법에서는, 가열 가압 부재(710)가, 정극(10)을 끼움 지지한 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 가열하면서 가압하고, 그 한 쌍의 세퍼레이터(30)를 접합하고 있다. 이와 같은 한 쌍의 세퍼레이터(30)의 접합 공정은 양산성이나 품질의 면에서 우수한, 소위, 패킹 전극(50)을 형성하는 공정에 상당한다.
반송 장치에 상당하는 패킹 전극 흡착 패드(810)는, 완성한 패킹 전극(50)을 일시적으로 소정의 적재대(850)에 적재한다. 패킹 전극 흡착 패드(810)는 판 형상으로 이루어지고, 패킹 전극(50)과 접촉하는 면에 흡인구를 복수 설치하고 있다. 패킹 전극 흡착 패드(810)는, 예를 들어 도시하지 않은 에어 컴프레서 등을 동력으로서 신축 가능한 신축부(820)의 일단부에 연결되어 있다. 신축부(820)의 타단부는 판 형상의 지지 부재(830)에 연결되어 있다. 지지 부재(830)는, 예를 들어 도시하지 않은 회동 모터에 의해, 한 쌍의 레일(840)을 따라 왕복한다. 이와 같이, 패킹 전극 흡착 패드(810)는 신축부(820), 지지 부재(830) 및 한 쌍의 레일(840)에 의해, 석션 컨베이어(310)로 반송되어 온 패킹 전극(50)을 흡인하여 이동시켜, 적재대(850)에 적재한다.
도 6, 도 7 및 도 8에 각각 도시하는, 진공 흡인 반송 드럼(540), 석션 컨베이어(310) 및 패킹 전극 흡착 패드(810)는, 각각 세퍼레이터(30)를 흡착한 상태에서 반송하는 반송 장치에 상당한다. 여기서, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)는, 예를 들어, 폴리프로필렌으로 이루어지고, 비산하는 일은 없다. 한편, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)는, 예를 들어, 무기 화합물을 고온에서 성형한 세라믹스로 이루어지고, 분체로 되어 비산하기 쉽다. 따라서, 진공 흡인 반송 드럼(540), 석션 컨베이어(310) 및 패킹 전극 흡착 패드(810)는 세퍼레이터(30)의 내열재(32)가 아니라, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)측을 흡인하도록 구성된다. 이와 같이 구성한 전기 디바이스(1)에 의하면, 세퍼레이터(30)가 비산하기 어려운 용융재(31)측을 흡인하여 반송하기 때문에, 세퍼레이터 접합 장치(100) 내에서, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)가 비산하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 진공 흡인 반송 드럼(540), 석션 컨베이어(310) 및 패킹 전극 흡착 패드(810)의 각 반송 장치는, 세퍼레이터(30)가 비산하지 않는 용융재(31)측을 흡인하여 반송하므로, 그 흡인력을 일정하게 유지할 수 있다. 각 반송 장치에 의한 세퍼레이터(30)의 흡인력이 일정하게 유지되면, 그 세퍼레이터(30)의 이송 치수를 일정하게 할 수 있다. 또한, 각 반송 장치는 비산하기 쉬운 내열재(32)측을 흡인하지 않기 때문에, 그 내열재(32)가 비산하는 일은 없다. 이로 인해, 각 반송 장치의 주변에, 비산된 분체 등을 제거해서 청소하는 기구를 설치할 필요가 없다. 따라서, 세퍼레이터 접합 장치(100)의 구성을 소형화하고, 또한 비용을 억제할 수 있다. 또한, 각 반송 장치는 비산해서 박리되기 쉬운 내열재(32)측을 흡인하지 않기 때문에, 그 내열재(32)가 용융재(31)로부터 박리되거나, 흡인 자국이 생기거나 또는 접촉 손상이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 각 반송 장치는, 비산하기 쉬운 내열재(32)측을 흡인하지 않기 때문에, 분체로 막히는 일 없이, 그 각 반송 장치 내에 분체 제거용의 필터 등을 설치해서 정기적으로 교환 청소할 필요가 없다.
상술한 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 접합 방법 및 그 접합 방법을 구현화한 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의하면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.
전기 디바이스(1)의 세퍼레이터 접합 방법 및 그 접합 방법을 구현화한 세퍼레이터 접합 장치(100)는, 제1 전극[정극(10)]과, 제1 전극[정극(10)]은 극성이 다른 제2 전극[부극(20)]을, 교대로 적층하는 세퍼레이터(30)끼리를 접합하는 것이다. 용융재(31)와, 용융재(31)의 편면에만 적층되고 용융재(31)보다도 용융 온도가 높은 내열재(32)를 포함하는 세퍼레이터(30)를 사용한다. 여기서, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)의 측을 보유 지지하여 반송하고, 인접한 세퍼레이터(30)의 내열재(32)끼리를 대면시켜 인접한 세퍼레이터(30)끼리를 접합한다.
이와 같이 구성한 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터 접합 방법 및 그 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의하면, 세퍼레이터(30)가 비산하기 어려운 용융재(31)측을 반송 장치에 의해 보유 지지하여 반송하기 때문에, 세퍼레이터 접합 장치(100) 내에서, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)가 비산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 세퍼레이터 접합 장치(100) 내를 청정하게 유지하고, 또한, 세퍼레이터(30)를 접합한 전기 디바이스(1)의 전기적 특성을 유지할 수 있다.
또한, 진공 흡인 반송 드럼(540), 석션 컨베이어(310) 및 패킹 전극 흡착 패드(810)의 각 반송 장치는, 세퍼레이터(30)가 비산하지 않는 용융재(31)측을 흡인하여 반송하므로, 그 흡인력을 일정하게 유지할 수 있다. 각 반송 장치에 의한 세퍼레이터(30)의 흡인력이 일정하게 유지되면, 그 세퍼레이터(30)의 이송 치수를 일정하게 할 수 있다.
또한, 각 반송 장치는, 비산하기 쉬운 내열재(32)측을 흡인하지 않기 때문에, 그 내열재(32)가 비산하는 일은 없다. 이로 인해, 각 반송 장치의 주변에, 비산된 분체 등을 제거해서 청소하는 기구를 설치할 필요가 없다. 따라서, 세퍼레이터 접합 장치(100)의 구성을 소형화하고, 또한 비용을 억제할 수 있다.
또한, 각 반송 장치는, 비산해서 박리되기 쉬운 내열재(32)측을 흡인하지 않기 때문에, 그 내열재(32)가 용융재(31)로부터 박리되거나, 흡인 자국이 생기거나 또는 접촉 손상이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 각 반송 장치는, 비산되기 쉬운 내열재(32)측을 흡인하지 않기 때문에, 분체로 막히는 일 없이, 그 각 반송 장치 내에 분체 제거용의 필터 등을 설치해서 정기적으로 교환 청소할 필요가 없다. 따라서, 청소에 관한 공정수를 삭감할 수 있다.
또한, 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)의 접합에 있어서, 접합하는 세퍼레이터(30)의 내열재(32)에는 용융재(31)에 도포해서 건조시킨 분체를 사용해도 좋다.
이와 같이 구성하면, 내열재(32)가, 특히, 분체와 같이 비산하기 쉬운 분체라도, 세퍼레이터 접합 장치(100) 내에서, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)가 비산하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 각 반송 장치는 분체를 흡인하지 않기 때문에, 그 분체로 막히는 일은 없다.
또한, 전기 디바이스(1)의 세퍼레이터(30)의 접합에 있어서, 접합하는 세퍼레이터(30)의 내열재(32)에는 세라믹스를 사용해도 좋다.
이와 같이 구성하면, 내열재(32)가, 특히, 무기 화합물을 고온에서 성형한 세라믹스와 같이 비산하기 쉬운 다공질이라도, 세퍼레이터 접합 장치(100) 내에서, 세퍼레이터(30)의 내열재(32)가 비산하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 각 반송 장치는 세라믹스를 흡인하지 않기 때문에, 그 세라믹스로 막히는 일은 없다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에 관한 전기 디바이스에 대해, 도 11을 참조하면서 설명한다.
제2 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성으로 이루어지는 것에 대해, 동일한 부호를 사용하고, 전술한 설명을 생략한다.
도 11은 부극(20)을 한 쌍의 세퍼레이터(30)로 패킹하여 형성한 패킹 전극(70)의 양단부에 정극(10)을 각각 적층한 상태에 있어서의 전기 디바이스의 일부를 도시하는 단면도이다.
세퍼레이터(30)의 내열재(32)와, 부극(20)의 부극 활물질(22)은, 접촉하고 있고 마찰력이 발생한다. 따라서, 전기 디바이스가 진동하거나 충격을 받거나 해도, 부극(20)을 세퍼레이터(30)로 패킹한 패킹 전극(50) 내에서, 부극(20)의 이동을 억제할 수 있다. 즉, 전기 디바이스 내에서, 부극(20)의 적층 어긋남을 억제함으로써, 전기 디바이스의 손상을 방지하여, 전기적 특성을 유지할 수 있다.
상술한 제2 실시 형태에 관한 전기 디바이스는, 내열재(32)과 부극(20)의 부극 활물질(22) 사이에 발생하는 마찰력이, 내열재(32)와 정극(10)의 정극 활물질(12) 사이에 발생하는 마찰력보다도, 큰 경우에 유효하다.
그 밖에, 본 발명은, 특허 청구 범위에 기재된 구성에 기초하여 다양한 개변이 가능하고, 그들에 대해서도 본 발명의 범주이다.
제1 실시 형태에서는, 일례로서, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)측을 반송 장치[진공 흡인 반송 드럼(540), 석션 컨베이어(310) 및 패킹 전극 흡착 패드(810)]로 흡인하여 반송하는 구성으로 설명했지만, 이와 같은 구성으로 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)측을 반송 장치에 의해 끼움 지지하여 반송하거나, 세퍼레이터(30)의 용융재(31)측을 반송 장치에 의해 적재해서 반송하거나 하는 구성으로 해도, 내열재(32)를 인접한 세퍼레이터(30)의 내부에 가둬서 밀봉할 수 있다.
또한, 실시 형태에서는, 일례로서, 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의해 정극(10)을 한 쌍의 세퍼레이터(30)로 패킹하는 구성으로 설명했지만, 이와 같은 구성으로 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 세퍼레이터 접합 장치(100)에 의해 부극(20)을 한 쌍의 세퍼레이터(30)로 패킹하는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구성은, 내열재(32)와 부극(20)의 부극 활물질(22) 사이에 발생하는 마찰력이, 내열재(32)와 정극(10)의 정극 활물질(12) 사이에 발생하는 마찰력보다도, 큰 경우에 유효하다.
본 출원은, 2012년 12월 28일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2012-286988호 및 2012년 12월 28일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2012-286993호에 기초하고 있고, 그 개시 내용은 참조되고, 전체적으로 포함되어 있다.
1 : 전기 디바이스
10 : 정극(제1 전극)
11 : 정극 집전체
11a : 정극 전극 단자
12 : 정극 활물질
20 : 부극(제2 전극)
21 : 부극 집전체
21a : 부극 전극 단자
22 : 부극 활물질
30 : 세퍼레이터
31 : 용융재
32 : 내열재
40 : 외장재
41, 42 : 라미네이트 시트
50, 70 : 패킹 전극
60 : 발전 요소
100 : 세퍼레이터 접합 장치
210 : 정극 권취 롤러
220 : 반송 롤러
310 : 석션 컨베이어(반송 장치)
320 : 회전 롤러
410, 420, 430, 440 : 절단 부재
510, 610 : 세퍼레이터 권취 롤러
520, 620 : 가압 롤러
530, 630 : 닙 롤러
540, 640 : 진공 흡인 반송 드럼(반송 장치)
710 : 가열 가압 부재
810 : 패킹 전극 흡착 패드(반송 장치)
820 : 신축부
830 : 지지 부재
840 : 레일
850 : 적재대

Claims (12)

  1. 제1 전극과, 상기 제1 전극과는 극성이 다른 제2 전극을, 세퍼레이터를 개재해서 적층하여 형성된 전지 요소를 갖고,
    상기 세퍼레이터는, 미리 정해진 용융 온도에서 용융되어 상기 세퍼레이터를 열용착시키는 용융재와, 상기 용융재의 편면에만 적층되고 상기 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열재를 포함하고,
    인접한 상기 세퍼레이터끼리는, 상기 내열재끼리를 대면시켜 접합되고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중, 상기 내열재와의 마찰력이 상대적으로 높은 쪽의 전극을 인접한 상기 세퍼레이터에 의해 끼움 지지하여 접합하고 있고,
    상기 내열재는, 세라믹스와, 상기 세라믹스와 결합하는 바인더를 포함하는 다공질로 이루어지는, 전기 디바이스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 전극과, 상기 제1 전극과는 극성이 다른 제2 전극을, 세퍼레이터를 개재해서 적층하여 형성된 전기 디바이스의, 상기 세퍼레이터끼리를 접합하는 접합 방법이며,
    미리 정해진 용융 온도에서 용융되어 상기 세퍼레이터를 열용착시키는 용융재와, 상기 용융재의 편면에만 적층되고 상기 용융재보다도 용융 온도가 높은 내열재를 포함하는 상기 세퍼레이터를 사용하고,
    상기 세퍼레이터의 상기 용융재 측을 보유 지지하여 반송하고, 인접한 상기 세퍼레이터의 상기 내열재끼리를 대면시켜 인접한 상기 세퍼레이터끼리를 접합하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중, 상기 내열재와의 마찰력이 상대적으로 높은 쪽의 전극을 인접한 상기 세퍼레이터에 의해 끼움 지지하여 접합하며,
    접합하는 상기 세퍼레이터의 상기 내열재는, 세라믹스와, 상기 세라믹스와 결합하는 바인더를 포함하는 다공질로 이루어지는, 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 세퍼레이터의 상기 용융재 측을 흡인하여 반송하는, 전기 디바이스의 세퍼레이터 접합 방법.
  12. 삭제
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