KR101765773B1 - 전지용 전극 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

만곡량이 작은 권취형 전지용의 전극 시트(sheet) 및 그 제조 방법 등을 제공한다. 전극 시트는, 시트형의 금속박(S)으로 이루어지는 전극 시트 중 적어도 하나의 미도공부(未塗工部)(U)를 제외한 전체면에 활물질층(活物質層)이 압연(壓延)되어 이루어진다. 그리고, 이 미도공부(U)에서의 활물질층의 미도공부에 연신부(延伸部)를 구비한다. 이와 같이, 전극 시트의 미도공부에 연신부를 형성함으로써, 전극 시트의 만곡이 억제되고, 또한 장력을 부가하여 전극 시트를 권취할 때나 다음 공정으로 보낼 때, 전극 시트의 길이 방향으로 생기는 주름이나 균열이 쉽게 생기지 않는다.

Description

전지용 전극 시트 및 그 제조 방법{ELECTRODE SHEET FOR BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 전지용 전극 시트(sheet) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도 9는 종래의 권취형 전지의 구조의 일례를 나타낸 도면이다(특허 문헌 1). 도 9에 나타낸 바와 같이, 권취형 전지는, 일반적으로, 플러스극 활물질(活物質)[플러스극 합재층(合材層)(8)]이 형성된 시트형의 플러스극과, 세퍼레이터(separator)와, 마이너스극 활물질[마이너스극 합재층(10)]이 형성된 시트형의 마이너스극으로 이루어진다. 그리고, 마이너스극 및 플러스극의 한쪽의 끝둘레부에서의 미도공부(未塗工部)[합재층 미도포부(7, 9)]가 각각 역방향으로 세퍼레이터로부터 돌출하도록 중첩된 상태로 권취되어, 전지 용기에 수납되어 있다. 이 전극의 끝둘레부에는, 활물질(플러스극 합재층 및 마이너스극 합재층)이 형성되어 있지 않은 「미도공부[미도포부(7, 8)]」가 형성되어 있고, 이 부분에 집전체(集電體)[집전 부재(5, 6)]가 용접되는 등하여, 전지 용기의 각각의 단자와 접속되어 있다.

도 9의 예는 전극이 편평하게 권취된 「편평형」의 권취형 전지이지만, 원통형으로 권취된 「원통형」도, 양자는 전극의 권취 공정에서의 권심(卷芯)의 형상이 상이할뿐, 기본적인 구조나 제조 방법은 거의 마찬가지이다(특허 문헌 2).

일본공개특허 제2003-217667호 공보 일본특허공고 제1983-33666호 공보 일본공개특허 제1999-354103호 공보

전극 시트는, 시트형의 얇은 금속박(필름)의 표면에 활물질(活物質)을 도공(塗工)하고, 그 위로부터 프레스기 등에 의해 압력을 가하는 공정을 거쳐 얻어지는 것이 일반적이다. 이와 같은 제조 방법에 의해 얻어지는 전극 시트에서의 구조 상의 문제점 중 하나는, 전극 시트가 만곡되는 것이다. "만곡"은, 주로, 전극 시트에 장력(텐션)을 가하지 않는 상태에서 생기는 것이며, 예를 들면, 전극 시트에 장력을 계속 가하고 있으면, 만곡은 쉽게 생기지 않는다.

그러나, 장치를 정지했을 때 등, 장력이 가하여 지지 않으면 만곡의 문제가 생긴다. 만곡된 전극 시트를 권취하면 권취가 어긋나는 등의 공정 상의 문제점이 생기기 쉽다. 통상, 권취형 전지의 전극 제조 공정에서는, 롤 프레스기에 의해 플러스극 및 마이너스극 각각의 활물질층(活物質層)을 압연(壓延)한 후, 권취 장치에 보내고, 여기서 세퍼레이터를 끼워넣어, 플러스 마이너스의 전극 시트가 중첩된 상태로 권취된다. 전극 시트가 만곡된 상태에서는 권취 장치에 삽입할 때의 위치 정밀도를 확보할 수 없어, 변형되거나 구부러지거나 한 상태로 삽입되어, 정확하게 권취할 수 없다.

만곡된 전극 시트를 주의 깊게 관찰하면, 만곡은 전극 시트의 끝둘레부에서의 활물질층의 미도공부와 도공부와의 길이의 차이에 의해 발생하는 것을 알 수 있다. 이것은, 플러스극 및 마이너스극 각각의 활물질층의 프레스에 의해 활물질층은 압연(연신)되는 것에 대하여 미도공부는 압연되지 않기 때문에, 도공부와 미도공부에 「신장량」의 차이가 발생하기 때문인 것으로 생각된다. 본건 발명자들에 의한 실험에서는, 활물질층의 압연 전을 100으로 한 경우의 도공부의 신장율은 100.346%, 미도공부의 신장율은 100.031%였다.

이 대책으로서, 미도공부도 압연을 행하는 것을 생각할 수 있지만, 미도공부를 일률적으로 압연하면 압연 시에 어긋남이 생겨 소정 위치를 프레스할 수 없게 되는 문제가 있다. 반대로, 작은 하중으로 프레스를 행하면 전극 시트의 미도공부의 특히 길이 방향으로 주름 및/또는 균열이 생기는 데 더하여, 만곡도 작아지지 않는다. 또한, 미도공부와 도공부를 동시에 압연하기 위해서는, 프레스기의 롤 면에 전극 프레스부의 오목부를 형성할 필요가 있어, 두께가 상이한 전극을 프레스할 때는, 두께에 따른 오목부가 형성된 롤을 준비할 필요가 있었다.

또한, 특허 문헌 3에 기재된 바와 같이 미도공부에 간헐적으로 절입 즉 커트인(cut-in) 등을 형성하는 방법도 생각할 수 있지만, 그 경우, 전극 시트의 인장 강도가 저하되는 등의 문제도 발생한다. 또한, 일정한 장력을 부가하여 권취를 행하는 일반적인 권취 방식을 채용하면, 전극 시트의 주행 방향으로 강한 「권취 장력」이 가해진 상태에서 고속이며 또한 연속적으로 전극 시트의 압연 공정이 행해진다. 도공부에 대한 하중이 크게 만곡이 큰 경우, 전극의 불균일에 의한 주름이나 균열이 발생하기 쉽다. 이와 같이 만곡이 큰 전극 시트는 제조 공정을 자주 정지시켜, 수작업을 통하여 문제점의 수정 등을 행하는 것이 필요해진다.

본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 행해진 것으로서, 그 목적 중 하나는, 만곡이 작은 전지용의 전극 시트 및 그 제조 방법 등을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 전극 시트는, 시트형의 금속 박막을 적어도 표면에 가지는 전극 시트로서, 그 중앙부에 압연된 활물질층을 가지고, 또한 그 끝둘레부에 상기 활물질층의 미도공부를 가지고, 상기 미도공부 중 적어도 일부에 연신부(延伸部)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 전극 시트의 제조 방법은, 전극 시트의 중앙부에 활물질층의 도공부가 형성되고, 상기 전극 시트의 끝둘레부에 활물질층의 미도공부를 가지는 전극 시트에 대하여, 상기 미도공부의 일부를 프레스함으로써 연신부를 형성하는 공정과, 상기 도공부를 압연하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 제조 방법에 있어서는, 도공부를 압연하는 단계는, 미도공부에 연신부를 형성하는 단계의 전 또는 후에, 행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 활물질층의 미도공부에 연신부가 형성되는 것에 의해 불균일이 완화되므로, 만곡이 작은 전극 시트를 얻을 수 있다. 그러므로, 장력을 부가하여 전극 시트를 권취할 때나 전극 시트를 다음 공정으로 송출할 때도, 전극 시트의 특히 길이 방향으로 주름이나 균열이 쉽게 생기지 않는 효과를 얻을 수 있다. 그 이유 중 하나는, 연신부에 의해 길이 방향과는 상이한 방향으로 장력이 전해지므로, 주름을 발생시키는 힘이 분산되기 때문이다. 전극 시트의 특히 길이 방향으로 주름이 발생하는 메카니즘은 미도공부를 프레스할 때 적지 않게 프레스할 수 없는 개소가 발생하는 것에 기인하는 것으로 생각된다. 이 지견은, 본건 발명자들에 의해 처음으로 발견된 것이며, 사전에 예상할 수 없었던 효과이다.

또한, 그 제조 방법으로서도, 예를 들면, 기존의 텐션 컨트롤 프레스 시스템 등에 내장할 수 있으므로, 제조 공정이 대폭 증가하지 않아, 고속으로 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 권취형 전지용 전극 시트의 구조도이다.
도 2의 (a)는 권취형 전지용 전극 시트의 제조 장치, (b)는 간헐 롤 프레스기(21)의 구성도이다.
도 3은 간헐 롤 프레스기(21)의 확대도이다.
도 4의 (a)는 가압부의 형상(대략 직사각형), (b)는 가압부의 형상(대략 사다리꼴)이다.
도 5는 권취형 전지용 전극 시트의 제조 수순을 나타낸 도면이다.
도 6은 1매의 시트형의 금속박(S)에 3열의 활물질층(P)의 도공부를 설치한 실시 형태를 나타낸 도면이다.
도 7은 만곡량의 측정 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 간헐 롤 프레스기의 선압(線壓)과 만곡량과의 관계도를 나타낸 도면이다.
도 9는 종래의 권취형 전지의 구조의 일례를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하지만, 이들의 설명은 본 발명에 한정적인 해석을 부여하는 것은 아니다. 그리고, 도면에 있어서, 동일 또는 동종의 부재에는 동일한 부호를 사용하는 것으로 한다.

(제1 실시 형태) 권취형 전지용 전극 시트

도 1은, 제1 실시 형태의 권취형 전지용 전극 시트의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극 시트(30)는, 시트형의 금속박으로 이루어지는 전극 시트 중 적어도 하나의 끝둘레부를 제외한 전체면에 활물질층(P)이 압연되어 이루어진다. 그리고, 이 끝둘레부에서의 미도공부(U)에 대략 직사각형, 예를 들면, 대략 사다리꼴의 연신부(24a)를 전극 시트의 길이 방향으로 간헐적으로 설치하어 있다. 연신부(24a)는 예를 들면, 후술하는 간헐 롤 프레스기 등에 의해 형성되고, 가압에 의해 금속박이 연신되어 얻어지는 것이다. 미도공부(U)는, 활물질층(P)의 압연 방향을 따라 설치된다.

전극 시트(30)는 시트형의 금속 박막을 적어도 표면에 가지는 것이면 된다. 금속 박막에는, 금속박은 물론, 예를 들면, 금속으로 코팅된 수지성의 필름 등도 포함된다. 또한, 「전극 시트 중 적어도 하나의 끝둘레부를 제외한 전체면」이란, 전극 시트의 중앙부에 압연된 활물질층을 가지고, 전극 시트의 끝둘레부에 활물질층의 미도공부를 가지는 것을 의미한다.

도 1에 있어서, 연신부(24a)는, 간헐적으로 형성되어 있는 태양을 나타냈으나, 반드시 간헐적일 필요는 없고, 적어도 일부에 설치되어 있으면 된다. 단, 간헐적이면, 롤러 등에 의해 일정한 장력을 가하면서 반송(搬送)하는 제조 시스템에 내장하는 것이 용이해지고, 또한 그 경우에, 전극 시트의 반송 방향과는 상이한 방향으로 전극 시트가 위치가 어긋났다고 해도, 비가압 상태 시에 일정한 장력에 의해 자연스럽게 수정되는 장점이 있다.

도 1에서는, 연신부의 형상으로서, 도공부 측을 위에 보았을 때 역사다리꼴로 되는 예를 나타냈으나, 가압했을 때 신장량의 차이를 흡수하도록, 전극 시트의 금속박을 미리 부분적으로 가압하여 연신하여 둠으로써, 만곡의 원인으로 되는 불균일을 효과적으로 흡수할 수 있는 것이면, 어떠한 형상이라도 된다. 예를 들면, 도 1에 파선으로 나타낸 바와 같이, 직사각형의 모서리부가 둥근 형상이라도 된다. 이와 같이 직사각형의 모서리부를 둥글게 함으로써, 길이 방향과는 상이한 방향, 특히 길이 방향으로 직교하는 방향으로 장력이 전해지기 쉬우므로 장력을 가했을 때 생기는 길이 방향의 주름이나 균열의 발생이 억제되고, 또한 모서리부 부근에서 주름이나 균열 또는 기스의 발생도 억제되기 때문이다. 또한, 각각의 연신부는 반드시 도 1에 나타낸 바와 같이 서로 독립적으로 있을 필요는 없고, 예를 들면, 단부가 모두 프레스되어 있는 경우 등, 각각의 연신부끼리가 전극 시트의 단부에 있어서 길이 방향으로 연결되어 있어도 된다.

이와 같이, 활물질층의 미도공부에 연신부를 부분적으로 구비함으로써, 활물질층을 압연할 때 발생하는 도공부와 미도공부의 가압에 의한 「신장량」의 차이가 작아져, 만곡량을 작게 할 수 있어, 미도공부의 연속 가압에 의해 생기는 압연의 어긋남을 방지할 수 있다.

단, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연신부는 미도공부의 「일부」에 설치되는 것이 필요하며, 전형적으로는, 간헐적으로 연신부가 형성되어 있으면 되지만, 그와 같은 태양에 한정되지 않는다. 또한, 연신부의 크기는 도 1에 나타낸 것보다 더 커도 된다. 그 이유는, 미도공부의 일부에 연신부를 형성하면, 그 이외의 부분에는 연신되지 않는 미가압부(25)가 형성되는 것에 의해, 미가압부(25)에 의해 효과적으로 불균일을 완화할 수 있기 때문이다. 미가압부(25)를 형성하는 방법은 여러 가지 고려되고, 이미 설명한 바와 같이, 전극 시트의 길이 방향으로 소정 간격을 두고 연신부를 배치하면 되지만, 폭 방향 즉 연신부와 도공부와의 경계부에 연신부가 형성되지 않는 미가압부(25b)가 형성되는 것은 지장을 주지 않는다.

그리고, 전극 시트의 연신부는, 적어도 전극 시트의 한쪽면 측에만 설치되어 있으면 충분하다. 제1 실시 형태에 나타낸 구성에서도, 충분히 불균일이 완화되어 만곡량을 작게 할 수 있기 때문이다. 물론, 양면 측에 연신부를 형성하면 그만큼 불균일을 완화시키는 부분이 증대하므로, 이 경우에도 마찬가지로 만곡량을 작게 할 수 있는 것은 물론이다.

전극 시트(30)는, 비다공성(非多孔性)이라도, 다공성이라도 된다. 전지의 종류에 따라서는 전극 시트에 이른바 펀칭 메탈이라는 다공성의 강판 등이 사용되는 경우도 있지만, 그 경우, 미도공부 중 적어도 일부에 연신부를 형성하기 위해서는 보다 강한 힘으로 가압하는 것이 필요해진다. 그러므로, 연신부를 용이하게 형성하는 관점에서는, 전극 시트는 천공(穿孔)이 없는 비다공성의 금속박이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 전극 시트의 재질은 알루미늄 또는 동등한 것을 사용할 수 있다.

마이너스극 전극 시트의 기재(基材)로서 동박(銅箔)을 사용하는 경우, 두께 7~15 ㎛ 정도, 예를 들면, 10㎛으로 한다. 플러스극 전극 시트의 기재로서 알루미늄박을 사용하는 경우, 10~25 ㎛ 정도, 예를 들면, 20㎛으로 한다.

연신부의 깊이는 전극 시트의 기재(基材)로 되는 금속박의 두께 등에 따라 달라지지지만, 예를 들면, 마이너스극 전극 시트로서 10㎛의 동박을 사용한 경우, 연신부의 깊이는 0.03㎛으로 하고, 두께는 0.97㎛으로 한다.

연신부의 형상은, 대략 직사각형이면 일정한 효과를 얻을 수 있을 것으로 생각할 수 있지만, 그 중에서도 대략 사다리꼴, 특히, 도 1에 나타낸 바와 같이 도공부 측을 위에서 보았을 때 대략 역사다리꼴이라도 된다. 그 이유는, 미도공부 단부와 도공부 단부(미도공부와 도공부와의 경계부 근방)에서 신장량을 상이하게 하여 둠으로써 도공부를 압연하는 공정에서 신장량의 차이가 서서히 작아져, 주름이 쉽게 형성되기 때문이다. 또한, 연신부와 활물질층(P)와의 사이에 연신부가 형성되지 않는 미가압부(25)가 형성되어 있는 것은 지장을 주지 않는다.

이상과 같이, 전극 시트(30)의 미도공부(U)에 일정한 간격마다 연신부를 형성함으로써, 전극 시트 전체로서의 만곡량을 작게 할 수 있다.

그리고, 실시 형태 1에서는, 권취형 전지용의 전극 시트의 예를 설명하였으나, 미도공부를 가지고, 또한 활물질층을 압연할 필요가 있는 전극 시트이면, 권취형 전지용이 아니어도 된다. 왜냐하면, 활물질층을 압연하는 이상, 전극 시트의 신장량의 차이가 생기므로, 만곡 방지 또는 프레스 시의 위치 어긋남을 방지하는 효과가 얻어지기 때문이다.

(제2 실시 형태) 권취형 전지용 전극 시트의 제조 방법

다음에, 제1 실시 형태의 전극 시트의 제조 방법에 대한 실시 형태를 일례로 하여 설명한다.

도 5는 권취형 전지용 전극 시트를 제조하기 위한 개략적인 수순을 나타내고 있다. 먼저, 시트형의 금속박으로 이루어지는 전극 시트에 페이스트상의 활물질층을 도포한다(단계 S1). 또한, 단계 S1과 거의 동시에 전극 시트에 활물질층의 미도공부가 형성된다(단계 S2). 제3 단계에서는, 미도공부를 간헐적으로 프레스함으로써 직사각형의 연신부를 대략 등간격으로 형성한다(단계 S3). 마지막으로, 활물질층을 압연하는 단계 S4를 포함하는 것을 특징으로 한다(단계 S4).

그리고, 단계 S1 및 단계 S2를 생략하여, 미리 페이스트상의 활물질층이 도포되고, 도공부와 미도공부가 형성된 전극 시트를 준비하여 단계 S3로부터 스타트해도 된다.

도 2의 (a)는, 권취형 전지용 전극 시트의 프레스의 제조 장치를 나타내고 있다. 이 장치는, 텐션 롤러와 하중계에 의해 전극 시트에 가세되는 텐션(인장 장력)을 제어함으로써 권취 속도를 제어하는 텐션 컨트롤 프레스 시스템(20)이다. 롤형으로 권취된 전극 시트의 기재로 되는 시트형의 금속박(S)이, 텐션 롤러에 의해 소정의 하중을 가하면서 주행 방향 X를 향해 주행한다. 시트형의 금속박(S)은, 간헐 롤 프레스기(21)를 통과하여 미도공부(U)에 연신부(가압 자국)가 형성된다. 다음에, 메인 롤 프레스기(22)에 보내지고, 여기서 활물질의 압연이 행해진다.

도 2의 (b)는, 간헐 롤 프레스기(21)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 간헐 롤 프레스기(21)의 볼록 롤(21A)에는, 활물질층(P)의 미도공부(U)를 가압하여 연신부를 형성하기 위한 가압부(23)가, 일정 간격마다 설치되어 있다. 이 가압부(23)는, 전극 시트의 양단 둘레부에 형성된 대략 직사각형의 볼록부이며, 받침 롤(21B)이 볼록 롤(21A)과 함께 회전함으로써 전극 시트가 순방향으로 송출된다. 그리고, 시트형의 금속박(S)이 간헐 롤 프레스기(21)를 통과함으로써, 시트형의 금속박(S)의 미도공부(U)에 대략 직사각형의 연신부(24)가 형성된다.

이와 같이, 전극 시트의 미도공부를 가압하기 위한 가압부는, 예를 들면, 롤에 볼록 가공을 행한 볼록 롤과 볼록부를 받는 받침 롤에 의해 구성되며, 이들 롤이 회전함으로써 전극 시트의 미도공부에 연신부가 형성된다. 이로써, 고속의 가공 공정을 실현할 수 있다.

그리고, 텐션 롤러는, 통상, 메인 롤 프레스기(22)의 전후에 설치되는 것이며, 소정의 텐션으로 전극 시트를 송출하는 기구와, 인장하는 기구와 전극 시트를 권취하는 기구를 가지는 것이다.

일반적으로, 2개의 프레스 장치를 사용하여 전극 시트를 연속적으로 처리하는 경우에 있어서는, 전단(前段)의 프레스 장치의 출구에 있어서 전극 시트의 위치가 어긋나면 후단(後段)의 프레스 장치에는 위치어긋남이 생긴 채 이송되는 문제(이른바 압연 어긋남의 문제)가 발생한다. 이것은, 전극 시트는 2개의 프레스 장치에 의해 항상 가압되고 있으므로, 프레스 장치 사이의 전극 시트의 위치나 주행 방향을 수정하는 것은 극히 곤란했었다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 한쪽의 프레스 공정이 간헐적이므로, 가압 상태와 비가압 상태가 존재하게 된다. 그러므로, 주행 방향 X가 어긋난 경우에는, 전극 시트에 가해지는 텐션을 높이는 것에 의해 비가압 상태일 때 예정된 방향으로 수정할 수 있다. 따라서, 전극 시트의 위치 어긋남을 용이하게 해소할 수 있고, 그 결과 수율이 향상되어 제조 비용을 저감할 수 있다.

도 3은 간헐 롤 프레스기(21)의 구성을 나타낸 확대도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 간헐 롤 프레스기(21)는, 가압부(23)가 설치된 볼록 롤(21A)과 이것을 받는 받침 롤(21B)이 대향하여 설치되어 있다.

그리고, 간헐 롤 프레스기(21)를 통과한 후에, 시트형의 금속박(S)은 메인 롤 프레스기에 보내지고, 활물질층(P)이 압연된다. 종래에는, 이 압연 공정 시에 활물질층의 도공부와 미도공부에서 신장량이 상이하므로 불균일이 발생하여, 전극 시트가 만곡되지만, 간헐 롤 프레스기(21)에 의해 미도공부에 미리 신장량의 차이를 흡수하기 위한 연신부가 형성되므로, 불균일이 완화되어 만곡량이 작아진다.

메인 롤 프레스기(22)를 통과한 후에는, 전극 시트가 권취되어, 도 4의 일점 쇄선을 따라 절반으로 재단되고, 또한 적절한 치수로 재단된다. 그 후, 플러스극용의 전극 시트와 마이너스극용의 전극 시트와 세퍼레이터가 모두 권취 장치에 보내진다.

그리고, 단계 S3와 단계 S4의 순서를 반대로 해도 된다. 특히, 활물질층의 압연 공정(S4)과 미도공부의 프레스 공정(S3)과의 사이에, 권취 공정을 실시하는 경우, 단계 S4를 먼저 행하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 미도공부의 프레스 공정을 먼저 실시하면, 미도공부만이 신장된 상태로 권취할 필요가 있어, 도공부를 미려하게 권취할 수 없고, 또한 권취한 전극 시트의 체적이 증대하는 원인으로도 되기 때문이다. 단계 S4와 단계 S3와의 사이에 권취 공정을 행하는 경우에는, 연속적인 공정이 아니므로, 한쪽의 공정까지에서 중단해도 다른 쪽의 공정을 중단하거나 프레스 속도를 같게 하거나 할 필요가 없다는 장점이 있다. 단, 공정이 1개 증가하는 디메리트도 있으므로, 리드 타임을 감소시키는 관점에 있어서는, 단계 S3와 단계 S4를 연속 공정으로 행하는 것이 바람직하다.

상기 단계 S1~S4를 실시하여 플러스극 전극 시트 및 마이너스극 전극 시트를 각각 형성한 후, 권취 장치에 보내고, 여기서 세퍼레이터를 끼워넣어 권취함으로써 전지가 형성되어 간다. 플러스극 및 마이너스극의 각각에 대하여 집전 전극을 형성하고, 전지 하우징에 삽입하고, 밀폐함으로써 권취형 전지가 완성된다. 복수 개의 전극 시트를 한번에 제조하는 경우에는 권취 장치에 보내기 전에 전극 시트를 재단하는 공정을 필요로 한다.

도 4의 (a) 및 (b)는, 모두 연신부의 형상을 나타내고 있다. 도 4의 (a)와 같이, 대략 직사각형상이라도 되지만, 도 4의 (b)와 같이 대략 사다리꼴, 특히 도 4의 (b)와 같이 도공부 측을 위에서 보았을 때 대략 역사다리꼴이라도 된다. 또는, 도 4의 (b)에 있어서 파선으로 나타낸 바와 같이, 대략 직사각형의 모서리부가 둥근 연신부(24b)와 같은 형상이라도 된다. 또한, 모서리부의 곡률은 도 4의 (b)에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 연신부(24a, 24b)가 간헐적으로 설치되어 있으면, 인접하는 연신부 사이에는, 연신되지 않는 미가압부(25)가 형성되는 것에 의해, 미가압부(25)에 의해 효과적으로 불균일을 완화할 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 제조 상의 사정 등에 따라 폭 방향 즉 연신부와 도공부[활물질층(P)]와의 경계부와의 사이에 미가압부(25b)가 형성되어 있어도 된다. 전극 시트는 권취된 후, 도면 중의 일점 쇄선을 따라 재단되어 전지용 전극 시트의 크기로 재단하여 완성한다.

도 6은 1매의 시트형의 금속박(S)에 3열의 활물질층(P)의 도공부를 설치한 실시 형태를 나타내고 있다. 간헐 롤 프레스기(21)로 미도공부(U)에 직사각형 내지 사다리꼴의 연신부(24a)를 간헐적으로 형성한 후, 메인 롤 프레스기(22)로 활물질층(P)을 압연한다. 이와 같은 대면적의 전극 시트라도 간헐 롤 프레스기(21)에 의해 형성되는 연신부에 의해 불균일이 적절히 완화되어 만곡량을 작게 할 수 있다. 그러므로, 대량생산에 의해 제조 효율을 비약적으로 높일 수 있다.

[실시예]

메인 롤 프레스기(22) 및 간헐 롤 프레스기(22)의 각각의 롤러의 직경은 프레스 선압을 결정하기 때문에 중요하다. 본건 발명자들은, 각종 실험에 의해, 프레스 선압과 만곡량과의 관계를 조사 검토했다.

도 7은 만곡량의 측정 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 이 측정 방법은, 활물질층(P)을 압연한 후, 소정의 치수로 재단한 전극 시트(30)를 나타내고 있다. 만곡량을 측정하기 위해 전극 시트(30)의 일단(한 변)을 고정구(31)로 고정시킨 상태에서, 타단(한 변) 측에 850g의 추 등을 매달아 하중을 가한다. 그 상태에서, 도 7과 같이 1m의 금속자(32)를 대고, 중앙부에서 가장 만곡량이 커지도록 하여, 그 만곡량을 계측한다.

롤 프레스기는 일반적으로 롤러의 직경이 작을수록 연신부를 형성하기 위해 필요한 압력은 작아지지만, 너무 직경이 작으면 축부의 강도가 부족한 문제도 있다. 실험에서 사용한 간헐 롤 프레스기(21)(도 3)에서의 볼록 롤(21A)의 직경은 볼록부끼리에서 약 120㎜φ, 오목부에서 약 118㎜φ이며, 따라서, 가압부의 볼록부의 높이는 1㎜로 설정된 것을 사용하였다. 또한, 메인 롤 프레스기의 직경은 300㎜φ의 것을 사용하고, 선압 800kgf/cm²로 하였다.

도 8은 간헐 롤 프레스기의 선압과 만곡량과의 관계를 나타낸 도면이다. 여기서는, 메인 롤 프레스기의 선압을 800kgf/cm²로 한 경우에, 간헐 롤 프레스기에 가세한 선압과 그 결과 얻어진 전극 시트(30)의 만곡량과의 관계를 조사하였다. 그 결과, 연신부를 형성하지 않는 경우의 만곡량이 4.5㎜였는데, 선압을 증가시킴에 따라 만곡량이 대략 직선적으로 작아져, 300kgf/cm² 가한 시점에서 만곡량이 0㎜로 되었다. 이 때, 미도공부의 신장량은 미도공부의 폭에 대하여 0.31%였다. 그리고, 만곡이 0인 전극 시트는 그 때까지 육안으로 관찰할 수 있었던 미도공부의 주름을 볼 수 없게 되었다. 이 실험에서의 간헐 롤 프레스기의 가압부의 형상은 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같은 역사다리꼴 형상으로 하고, 시트형의 금속박(S)의 권취 속도는, 분속 20m 이상, 그 때 시트형의 금속박(S)에 가세한 텐션은 10N~60N 정도로 하였다. 특히, 20N~30N 정도일 때 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 반대로, 텐션이 60N을 넘으면 세로 방향(전극 시트의 주행 방향)으로 주름이 발생하였다.

그리고, 만곡량을 적어도 2.5㎜ 이하까지 억제한 전극 시트를, 다음 공정의 권취 장치에 공급한 바, 전극 시트의 파단 강도 및 인장 강도는 모두 신장 공정이 없는 경우와 비교하여 변함이 없었다. 또한, 권취 장치에 있어서의 권취 어긋남이 개선되었다.

이상의 실험 결과에 의하면, 만곡량을 0으로 하는데 필요한 프레스 선압, 즉 간헐 롤 프레스기에 의해 연신부를 형성하는 공정(단계 S3)에서의 프레스 선압은, 메인 롤 프레스기에 의해 압연하는 공정(단계 S4)에서의 프레스 선압 중 적어도 30% 이상인 것을 알았다.

간헐 롤 프레스기의 가압부의 간격(피치)가 너무 짧으면 전극 시트의 사행(蛇行)을 억제할 수 없고, 반대로, 피치가 길면 주름이 발생하고, 또한 사행을 수정할 수 없으므로 만곡된다. 시험 제작기에 있어서는, 피치가 15㎜~50㎜의 범위, 특히 30㎜정도일 때 양호한 결과를 얻었다.

이와 같이, 텐션 컨트롤 프레스 시스템에 의해 전극 시트에 적절한 텐션을 가하면서 미도공부를 가압하여 연신부를 형성함으로써, 가로 방향[금속박(S)의 폭 방향]으로의 성장을 억제하면서 세로 방향으로만 연신시킬 수 있다. 이로써, 단면의 변형을 억제할 수 있을 것으로 생각된다.

그리고, 전극 시트 중 적어도 하나의 끝둘레부를 제외한 전체면에 활물질층이 압연되는 것은, 대략 전체면의 활물질층이 압연되는 것을 의미하고 있고, 극히 일부의 활물질층에 박리면[활물질의 무도공면(無塗工面)]이 형성되어 있거나, 활물질층의 단면(端面)의 단면(斷面)이 1㎜ 정도의 폭으로 두께의 경사를 가지는 전극을 사용해도, 본 발명에 의해 마찬가지의 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. [부호의 설명]

20: 텐션 컨트롤 프레스 시스템

21: 간헐 롤 프레스기

21A: 볼록 롤

21B: 받침 롤

22: 메인 롤 프레스기

23: 가압부

24: 연신부

25: 미가압부

30: 전극 시트

31: 고정구

P: 활물질층

U: 미도공부

X: 주행 방향

Claims (13)

1. 시트(sheet)형의 금속 박막을 적어도 표면에 가지는 전극 시트로서, 그 중앙부에 활물질층(活物質層)이 압연(壓延)된 도공부를 가지고, 또한 그 끝둘레부에 상기 활물질층의 미도공부(未塗工部)를 가지고, 상기 미도공부 중 적어도 일부에 연신부(延伸部)가 형성되어 있으며,
   상기 연신부와 상기 도공부와의 사이에 연신부가 형성되지 않은 미가압부가 형성되어 있는, 전극 시트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연신부는 직사각형인, 전극 시트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연신부는 직사각형의 모서리부가 둥글게 되어 있는, 전극 시트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 연신부는 상기 전극 시트의 길이 방향으로 간헐적으로 형성되어 있는, 전극 시트.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극 시트의 연신부는, 전극 시트의 한쪽면 측에만 설치되어 있는, 전극 시트.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극 시트는 비다공성(非多孔性)인, 전극 시트.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극 시트의 재질은 알루미늄, 동 또는 금속 코팅된 수지성 필름으로부터 선택되는 어느 하나인, 전극 시트.
8. 전극 시트의 제조 방법으로서,
   상기 전극 시트의 중앙부에 활물질층의 도공부가 형성되고, 상기 전극 시트의 끝둘레부에 활물질층의 미도공부를 가지는 전극 시트에 대하여, 상기 미도공부의 일부를 프레스함으로써 연신부를 형성하는 공정;
   상기 도공부를 압연하는 공정; 및
   상기 연신부와 상기 도공부와의 사이에 상기 연신부가 형성되지 않은 미가압부를 형성하는 공정
   을 포함하는 전극 시트의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 도공부를 형성 및 압연하는 공정은, 상기 연신부를 형성하는 공정보다 전에 행하는, 전극 시트의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 도공부를 형성 및 압연하는 공정과 상기 연신부를 형성하는 공정과의 사이에, 상기 전극 시트를 권취하는 공정을 포함하는, 전극 시트의 제조 방법.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연신부를 형성하는 공정에서의 프레스 선압(線壓)은, 상기 도공부를 형성 및 압연하는 공정에서의 프레스 선압의 30% 이상인, 전극 시트의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 연신부를 형성하는 공정을 실시할 때의 텐션은, 10N 이상 60N 이하인, 전극 시트의 제조 방법.
13. 삭제

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