KR101769252B1 - 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법 및 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치 - Google Patents

세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법 및 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 빔에 의한 세퍼레이터층을 갖는 전극의 절단 시간을 단축할 수 있는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법 및 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치를 제공한다. 절단 공정(S2)은 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 전극(140A)의 레이저 조사 예정부(140b)에 대해, 표면측 세퍼레이터층(152) 측으로부터 레이저 빔(LB)을 조사하고, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 전극(140A)을 절단하는 공정이다. 절단 공정(S2)에 앞서, 레이저 조사 예정부(140b) 중 표면측 세퍼레이터층(152)을 예열하는 예열 공정(S1)을 구비한다.

Description

세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법 및 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치{MANUFACTURING METHOD FOR AN ELECTRODE WITH A SEPARATOR LAYER AND MANUFACTURING APPARATUS FOR AN ELECTRODE WITH A SEPARATOR LAYER}
본 발명은 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법 및 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 정극 집전 부재 및 상기 정극 집전 부재의 표면 및 이면에 적층된 정극 합재층을 갖는 정극과, 부극 집전 부재 및 상기 부극 집전 부재의 표면 및 이면에 적층된 부극 합재층을 갖는 부극을 구비하는 전극체가 개시되어 있다. 또한, 이 전극체를 구비하는 이차 전지가 개시되어 있다. 이 전극체에서는, 상기 정극 중 상기 정극 합재층의 표면 또는 상기 부극 중 상기 부극 합재층의 표면에, 열가소성 수지 입자(예를 들어, 폴리에틸렌 입자)를 적층하여 이루어지는 세퍼레이터층이 형성되어 있다.
구체적으로는, 띠 형상의 부극 집전 부재의 표면 및 이면에 부극 합재층을 형성한 후, 이 부극 합재층 위에 열가소성 수지 입자를 용매로 분산시킨 슬러리를 도포하고, 건조시킨다(용매를 기화시킨다). 이에 의해, 띠 형상의 부극 집전 부재와, 부극 집전 부재의 표면 위에 적층된 표면측 부극 합재층과, 표면측 부극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층과, 부극 집전 부재의 이면 위에 적층된 이면측 부극 합재층과, 이면측 부극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 이면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 부극을 제작한다. 그 후, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 부극을 절단하여, 소정 길이의 세퍼레이터층을 갖는 부극을 제작한다.
국제공개 제98/38688호 공보
그런데, 본 발명자는, 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 방법으로서, 레이저 빔 절단을 검토하고 있다. 그러나, 레이저 빔 절단으로는, 세퍼레이터층을 갖는 전극을 단시간에 절단할 수 없었다. 구체적으로는, 열가소성 수지 입자(예를 들어, 폴리에틸렌 입자)를 포함하는 세퍼레이터층은, 레이저 빔의 투과율이 낮다. 이 때문에, 예를 들어 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 레이저 빔을 조사하여, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 경우, 표면측 세퍼레이터층을 투과해서 표면측 전극 합재층 및 집전 부재에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)이 적어져서, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 단시간에 절단할 수 없었다.
본 발명은, 이러한 현 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 레이저 빔에 의한 세퍼레이터층을 갖는 전극의 절단 시간을 단축할 수 있는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법 및 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 표면 및 이면을 갖는 띠 형상의 집전 부재와, 상기 집전 부재의 상기 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 상기 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 폭 방향 전체에 걸친(폭 방향을 따라 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극을 횡단하는 형태의) 레이저 조사 예정부에 대해, 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하여, 소정 길이(규정 길이)의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작하는 절단 공정을 구비하는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법이며, 상기 절단 공정은, 상기 레이저 조사 예정부에 대해, 상기 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 상기 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 공정이며, 상기 절단 공정에 앞서, 상기 레이저 조사 예정부 중 상기 표면측 세퍼레이터층을 예열하는 예열 공정을 구비하는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법이다.
상술한 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법에서는, 절단 공정에 있어서, 띠 형상의 집전 부재와, 이 집전 부재의 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 이 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의(긴) 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 레이저 빔 절단하여, 소정 길이(예를 들어, 직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작한다.
보다 구체적으로는, 절단 공정에 있어서, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극의 레이저 조사 예정부(레이저 빔을 조사할 예정인 부위, 즉 레이저 빔에 의해 절단될 예정인 부위)에 대해, 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 집전 부재 측을 향하는 방향으로 레이저 빔을 조사하여, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단한다.
또한, 상술한 제조 방법은, 절단 공정에 앞서, 레이저 조사 예정부 중 표면측 세퍼레이터층을 예열하는 예열 공정을 구비한다. 이에 의해, 절단 공정에 있어서 레이저 조사 예정부에 레이저 빔을 조사하기 전에, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층을 구성하는 열가소성 수지 입자를 가열해 둔다.
열가소성 수지 입자를 가열함으로써, 열가소성 수지 입자를 구성하는 분자에 열에너지를 부여하고, 이에 의해, 열가소성 수지 입자를 구성하는 분자의 열 운동을 활발하게 할 수 있다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(열가소성 수지 입자)의 레이저 빔 투과율을 향상시킬 수 있으므로, 표면측 세퍼레이터층을 투과해서 표면측 전극 합재층 및 집전 부재에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 상술한 제조 방법에 따르면, 레이저 빔에 의해, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 단시간에 절단할 수 있다.
또한, 열가소성 수지 입자로서는, 열가소성 폴리올레핀 입자(폴리에틸렌 입자, 폴리프로필렌 입자 등)가 적합하다.
또한, 상기 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법이며, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극은, 상기 집전 부재의 상기 이면 위에 적층된 이면측 전극 합재층과, 상기 이면측 전극 합재층 위에 적층된 상기 열가소성 수지 입자를 포함하는 이면측 세퍼레이터층을 갖는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법으로 하면 된다.
상술한 제조 방법에서는, 띠 형상의 집전 부재와, 이 집전 부재의 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 이 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층과, 집전 부재의 이면 위에 적층된 이면측 전극 합재층과, 이 이면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 이면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극(이하, 이것을, 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극이라고도 함)을 레이저 빔 절단하여, 소정 길이(규정 길이)의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작한다.
보다 구체적으로는, 절단 공정에 있어서, 상술한 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극의 레이저 조사 예정부에 대해, 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 집전 부재 측을 향하는 방향으로 레이저 빔을 조사하여, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단한다. 이 경우에도, 앞의 예열 공정에 있어서, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(열가소성 수지 입자)의 레이저 빔 투과율을 향상시켜 둘 수 있으므로, 절단 공정에 있어서, 표면측 세퍼레이터층을 투과해서 표면측 전극 합재층, 집전 부재 및 이면측 전극 합재층에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 상술한 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 단시간에 절단할 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법이며, 상기 절단 공정은, 상기 레이저 조사 예정부에 대해, 상기 표면측 세퍼레이터층 측 및 상기 이면측 세퍼레이터층 측의 양측으로부터 상기 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 공정이며, 상기 예열 공정은, 상기 절단 공정에 앞서, 상기 레이저 조사 예정부 중 상기 표면측 세퍼레이터층 및 상기 이면측 세퍼레이터층을 예열하는 공정인 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법으로 하면 된다.
상술한 제조 방법에서는, 띠 형상의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 레이저 빔 절단하여, 소정 길이(예를 들어, 직사각 형상)의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작한다. 보다 구체적으로는, 상술한 제조 방법에서는, 절단 공정에 있어서, 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극의 레이저 조사 예정부에 대해, 표면측 세퍼레이터층 측 및 이면측 세퍼레이터층 측의 양측으로부터 집전 부재 측을 향하는 방향으로 레이저 빔을 조사하여, 띠 형상의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단한다. 이와 같이, 표면측 세퍼레이터층 측 및 이면측 세퍼레이터층 측의 양측으로부터 레이저 빔을 조사함으로써, 단시간에 띠 형상의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단할 수 있다.
게다가, 상술한 제조 방법에서는, 예열 공정에 있어서, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층 및 이면측 세퍼레이터층의 양쪽을 가열한다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부 중 표면측 세퍼레이터층(여기에 포함되는 열가소성 수지 입자) 및 이면측 세퍼레이터층(여기에 포함되는 열가소성 수지 입자)의 레이저 빔 투과율을 향상시켜 둘 수 있다. 이에 의해, 절단 공정에 있어서, 표면측 세퍼레이터층을 투과해서 표면측 전극 합재층 및 집전 부재에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있음과 함께, 이면측 세퍼레이터층을 투과해서 이면측 전극 합재층 및 집전 부재에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 상술한 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 보다 단시간에 절단할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는, 표면 및 이면을 갖는 띠 형상의 집전 부재와, 상기 집전 부재의 상기 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 상기 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 폭 방향 전체에 걸친(폭 방향을 따라 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극을 횡단하는 형태의) 레이저 조사 예정부에 대해, 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하여, 소정 길이(규정 길이)의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작하는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치이며, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 길이 방향에 관한 일방측으로부터 타방측을 향하는 반송 방향으로 반송하는 반송 장치와, 상기 반송 장치에 의해 반송되고 있는 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 상기 레이저 조사 예정부 중 상기 표면측 세퍼레이터층을 예열하는 예열 장치와, 상기 반송 방향에 대해서 상기 예열 장치보다 하류측으로 배치된 레이저 조사 장치를 구비하고, 상기 레이저 조사 장치는, 상기 반송 장치에 의해 반송되고 있는 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 상기 예열 장치에 의해 상기 표면측 세퍼레이터층이 예열된 상기 레이저 조사 예정부에 대해, 상기 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 상기 레이저 빔을 조사함으로써, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치이다.
상술한 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치는, 띠 형상의 집전 부재와, 이 집전 부재의 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 이 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의(긴) 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 레이저 빔 절단하여, 소정 길이(예를 들어, 직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작하는 장치이다.
이 제조 장치는, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 길이 방향에 관한 일방측으로부터 타방측(환언하면, 길이 방향을 따른 반송 라인의 상류측으로부터 하류측)을 향해서 반송하는 반송 장치를 구비하고 있다. 또한, 반송 장치에 의해 반송되고 있는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 레이저 조사 예정부(레이저 빔을 조사할 예정인 부위, 즉 레이저 빔에 의해 절단될 예정인 부위) 중 표면측 세퍼레이터층을 예열하는 예열 장치를 구비하고 있다.
또한, 반송 장치에 의해 반송되고 있는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해, 상기 예열 장치보다, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 길이 방향의 타방측(환언하면, 세퍼레이터층을 갖는 전극의 반송 라인에 대해서, 예열 장치보다 하류측)으로 배치된 레이저 조사 장치를 구비하고 있다. 즉, 세퍼레이터층을 갖는 전극의 반송 방향에 대해서, 예열 장치보다 하류측으로 배치된 레이저 조사 장치를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 장치는, 반송 장치에 의해 반송되고 있는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 예열 장치에 의해 표면측 세퍼레이터층이 예열된 레이저 조사 예정부에 대해, 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 레이저 빔을 조사함으로써, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단한다.
따라서, 상술한 제조 장치에서는, 레이저 조사 장치에 의해 레이저 조사 예정부에 레이저 빔을 조사하기 전에, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층을 구성하는 열가소성 수지 입자를 가열해 둘 수 있다. 열가소성 수지 입자를 가열함으로써, 열가소성 수지 입자를 구성하는 분자에 열에너지를 부여하고, 이에 의해, 열가소성 수지 입자를 구성하는 분자의 열 운동을 활발하게 할 수 있다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(열가소성 수지 입자)의 레이저 빔 투과율을 향상시킬 수 있으므로, 표면측 세퍼레이터층을 투과해서 표면측 전극 합재층 및 집전 부재에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상술한 제조 장치에서는, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(열가소성 수지 입자)의 레이저 빔 투과율을 향상시킨 상태에서, 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 레이저 빔을 레이저 조사 예정부에 조사할 수 있다. 따라서, 상술한 제조 장치에 따르면, 레이저 빔에 의해, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 단시간에 절단할 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치이며, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극은, 상기 집전 부재의 상기 이면 위에 적층된 이면측 전극 합재층과, 상기 이면측 전극 합재층 위에 적층된 상기 열가소성 수지 입자를 포함하는 이면측 세퍼레이터층을 갖는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치로 하는 것이 바람직하다.
상술한 제조 장치는, 띠 형상의 집전 부재와, 이 집전 부재의 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 이 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층과, 집전 부재의 이면 위에 적층된 이면측 전극 합재층과, 이 이면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 이면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극(양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극)을 레이저 빔 절단하여, 소정 길이(규정 길이)의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작하는 장치이다.
보다 구체적으로는, 레이저 조사 장치에 의해, 상술한 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극의 레이저 조사 예정부에 대해, 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 집전 부재 측을 향하는 방향으로 레이저 빔을 조사하여, 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단한다. 이 제조 장치에서도, 레이저 조사 장치에 의해 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하기 전에, 예열 장치에 의해, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(열가소성 수지 입자)의 레이저 빔 투과율을 향상시켜 둘 수 있으므로, 표면측 세퍼레이터층을 투과해서 표면측 전극 합재층, 집전 부재 및 이면측 전극 합재층에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 상술한 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 단시간에 절단할 수 있다.
또한, 상기 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치이며, 상기 예열 장치는, 상기 레이저 조사 예정부 중 상기 표면측 세퍼레이터층 및 상기 이면측 세퍼레이터층을 가열하고, 상기 레이저 조사 장치는, 상기 예열 장치에 의해 상기 표면측 세퍼레이터층 및 상기 이면측 세퍼레이터층이 예열된 상기 레이저 조사 예정부에 대해, 상기 표면측 세퍼레이터층 측 및 상기 이면측 세퍼레이터층 측의 양측으로부터 상기 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치로 하는 것이 바람직하다.
상술한 제조 장치는, 띠 형상의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 레이저 빔 절단하여, 소정 길이(예를 들어, 직사각 형상)의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작하는 장치이다. 보다 구체적으로는, 레이저 조사 장치에 의해, 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극의 레이저 조사 예정부에 대해, 표면측 세퍼레이터층 측 및 이면측 세퍼레이터층 측의 양측으로부터 집전 부재 측을 향하는 방향으로 레이저 빔을 조사하여, 띠 형상의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단한다. 이와 같이, 표면측 세퍼레이터층 측 및 이면측 세퍼레이터층 측의 양측으로부터 레이저 빔을 조사함으로써, 단시간에 띠 형상의 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단할 수 있다.
게다가, 상술한 제조 장치에서는, 예열 장치에 의해, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층 및 이면측 세퍼레이터층의 양쪽을 가열한다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부 중 표면측 세퍼레이터층(여기에 포함되는 열가소성 수지 입자) 및 이면측 세퍼레이터층(여기에 포함되는 열가소성 수지 입자)의 레이저 빔 투과율을 향상시켜 둘 수 있다. 이에 의해, 표면측 세퍼레이터층을 투과해서 표면측 전극 합재층 및 집전 부재에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있음과 함께, 이면측 세퍼레이터층을 투과해서 이면측 전극 합재층 및 집전 부재에 도달하는 레이저 빔의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 상술한 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 보다 단시간에 절단할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 정극의 사시도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 세퍼레이터층을 갖는 부극(절단 후)의 사시도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 전극체의 평면도이다.
도 4는 이 전극체의 단면도이고, 도 3의 B-B 단면도이다.
도 5는 실시예 1에 따른 리튬 이온 이차 전지의 평면도이다.
도 6은 이 전지의 내부를 도시하는 도면이다.
도 7은 실시예 1에 따른 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(절단 전)의 사시도이다.
도 8은 실시예 1, 2에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치의 개략도이다.
도 9는 실시예 1 내지 3에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 실시예 2, 3에 따른 정극의 사시도이다.
도 11은 실시예 2, 3에 따른 세퍼레이터층을 갖는 부극(절단 후)의 사시도이다.
도 12는 실시예 2, 3에 따른 전극체의 평면도이다.
도 13은 이 전극체의 단면도이고, 도 12의 C-C 단면도이다.
도 14는 실시예 2, 3에 따른 리튬 이온 이차 전지의 종단면이다.
도 15는 실시예 2, 3에 따른 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(절단 전)의 사시도이다.
도 16은 실시예 3에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치의 개략도이다.
도 17은 종래의 전극체 단면도이다.
(실시예 1)
이어서, 본 발명의 실시예 1에 대해서 설명한다. 도 1은 실시예 1에 따른 정극(130)의 사시도이다. 도 2는 실시예 1에 따른 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)(절단 후)의 사시도이다. 도 3은 실시예 1에 따른 전극체(110)의 평면도이다. 도 4는 전극체(110)의 단면도이고, 도 3의 B-B 단면도이다. 도 5는 실시예 1에 따른 리튬 이온 이차 전지(100)의 평면도이다. 도 6은 리튬 이온 이차 전지(100)의 내부를 도시하는 도면이고, 전지 케이스(170)를 이루는 라미네이트 필름(170A)을 개방하고 있는 상태의 도면이다.
본 실시예 1의 리튬 이온 이차 전지(100)는 도 5에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때 직사각 형상의 전지 케이스(170)와, 전지 케이스(170)의 내부에서부터 외부로 연장되는 정극 단자(180)와, 전지 케이스(170)의 내부에서부터 외부로 연장되는 부극 단자(190)를 구비하고 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 전지 케이스(170)의 내부에는, 전극체(110) 및 전해액(도시없음)이 수용되어 있다.
전지 케이스(170)는, 내측 수지 필름과 금속 필름과 외측 수지 필름이 적층된 라미네이트 필름(170A)에 의해 형성되어 있다. 이 전지 케이스(170)는, 수용 공간(G1) 내에 전극체(110)를 배치시킨 라미네이트 필름(170A)을, 접는 위치(170g)에서 접어 젖혀서, 필름 겹침부(170b)[전지 케이스(170)의 주연부]에서 중첩한 상태에서, 필름 겹침부(170b)를 열 용착함으로써, 평면에서 볼 때 직사각 형상으로 형성되고 있다.
전극체(110)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 시트 형상(직사각 형상)의 정극(130)과 시트 형상(직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)을, 이들 두께 방향(도 4에 있어서 상하 방향)으로 적층하여 이루어지는 적층형의 전극체이다.
정극(130)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 알루미늄박으로 이루어지는 정극 집전 부재(138)와, 이 정극 집전 부재(138)의 표면(138b) 위에 적층된 표면측 정극 합재층(131)을 갖고 있다. 표면측 정극 합재층(131)은, 정극 활물질(137)과, 도전재와, 바인더를 포함하고 있다. 또한, 정극(130) 중 표면측 정극 합재층(131)이 도포 시공되어 있지 않은 부위[즉, 정극 집전 부재(138)만으로 이루어지는 부위]를 정극 미도포 시공부(130b)라고 한다. 이 정극 미도포 시공부(130b)에는, 정극 단자(180)가 접합되어 있다(도 6 참조).
세퍼레이터층을 갖는 부극(140)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 구리박으로 이루어지는 부극 집전 부재(128)와, 이 부극 집전 부재(128)의 표면(128b) 위에 적층된 표면측 부극 합재층(121)과, 이 표면측 부극 합재층(121) 위에 적층된 표면측 세퍼레이터층(152)을 갖는다. 표면측 부극 합재층(121)은, 흑연으로 이루어지는 부극 활물질(127)과, SBR로 이루어지는 바인더와, CMC로 이루어지는 증점제를 포함하고 있다.
또한, 세퍼레이터층을 갖는 부극(140) 중 부극 집전 부재(128)와 표면측 부극 합재층(121)이란, 부극(120)을 형성하고 있다. 즉, 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)은, 부극(120)과 표면측 세퍼레이터층(152)에 의해 형성되어 있다. 또한, 부극(120) 중 부극 합재층(121)이 도포 시공되어 있지 않은 부위[즉, 부극 집전 부재(128)만으로 이루어지는 부위]를 부극 미도포 시공부(120b)라고 한다. 이 부극 미도포 시공부(120b)에는, 부극 단자(190)가 접합되어 있다(도 6 참조).
또한, 표면측 세퍼레이터층(152)은, 열가소성 수지 입자(151)가 CMC로 이루어지는 증점제에 의해 형성되어 있다. 또한, 본 실시예 1에서는, 열가소성 수지 입자(151)로서, 열가소성 폴리올레핀 입자(구체적으로는, 폴리에틸렌 입자)를 사용하고 있다.
또한, 본 실시예 1에서는, 열가소성 수지 입자(151)(폴리에틸렌 입자)의 평균 입경 D50을, 2 내지 10㎛로 하고 있다. 또한, 표면측 세퍼레이터층(152)의 두께(도 4에 있어서 상하 방향의 치수)를 10 내지 30㎛(예를 들어, 25㎛)로 하고 있다. 또한, 표면측 세퍼레이터층(152)은, 열가소성 수지 입자(151)와 CMC(증점제)를 99.8:0.2(중량비)의 비율로 포함하고 있다.
또한, 본 실시예 1에서는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 표면측 부극 합재층(121) 및 표면측 세퍼레이터층(152)의 도포 시공 면적을, 표면측 정극 합재층(131)의 도포 시공 면적보다 크게 하고 있다. 전극체(110)를 형성했을 때, 표면측 세퍼레이터층(152) 중 표면측 정극 합재층(131)과 대향하는 부위를 대향부(152b), 대향하는 표면측 정극 합재층(131)이 존재하지 않는 부위를 비대향부(152c)라 한다(도 2 참조). 본 실시예 1에서는, 도 2에 파선으로 나타낸 바와 같이, 비대향부(152c)가 대향부(152b) 주위에 위치하는 형태로 되어 있다. 또한, 도 2의 파선은, 비대향부(152c)와 대향부(152b)의 경계선이다.
이어서, 본 실시예 1에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극[세퍼레이터층을 갖는 부극(140)]의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 7은 실시예 1에 따른 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)(절단 전)의 사시도이다. 또한, 도 8은 실시예 1에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극[세퍼레이터층을 갖는 부극(140)]의 제조 장치(10)의 개략도이다.
먼저, 본 실시예 1의 제조 장치(10)에 대해서 설명한다. 제조 장치(10)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 긴 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을, 레이저 빔(LB)으로 절단하여, 소정 길이(직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)을 제작하는 장치이다. 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 구리박으로 이루어지는 띠 형상의 부극 집전 부재(128)와, 이 부극 집전 부재(128)의 표면(128b) 위에 적층된 띠 형상의 표면측 부극 합재층(121)과, 이 표면측 부극 합재층(121) 위에 적층된 띠 형상의 표면측 세퍼레이터층(152)을 갖는다.
이 제조 장치(10)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)의 길이 방향(DA)(도 8에 있어서 좌우 방향)에 관한 일방측(도 8에 있어서 우측)으로부터 타방측(도 8에 있어서 좌측)을 향하는 방향[반송 방향(DC)라 함]으로, 일정한 속도로 반송하는 반송 장치(11)를 구비하고 있다. 이 반송 장치(11)는, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 반송하기 위한 이송 롤러(11b, 11c 및 11d)를 갖고 있다. 이 반송 장치(11)는, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을, 길이 방향(DA)을 따른 반송 라인(11A)의 상류측(도 8에 있어서 우측)으로부터 하류측(도 8에 있어서 좌측)을 향하여, 일정한 속도로 반송한다.
또한, 제조 장치(10)는, 예열 장치(12)를 구비하고 있다. 이 예열 장치(12)는, 반송 장치(11)에 의해 반송 방향(DC)으로 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)에 대해서, 레이저 조사 예정부(140b)[레이저 빔(LB)을 조사할 예정인 부위, 즉 레이저 빔(LB)에 의해 절단될 예정인 부위] 중 표면측 세퍼레이터층(152)을 예열한다. 또한, 본 실시예 1에서는, 예열 장치(12)로서, IH 히터를 사용하고 있다. 또한, 레이저 조사 예정부(140b)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)의 폭 전체에 걸쳐 폭 방향(DB)으로 연장되는 형태의[폭 방향(DB)을 따라 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 횡단하는 형태의] 부위이다.
또한, 제조 장치(10)는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)에 대해, 예열 장치(12)보다, 길이 방향(DA)의 타방측(도 8에 있어서 좌측)으로 배치된 레이저 조사 장치(15)를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 장치(15)는, 반송 라인(11A)에 대해서, 예열 장치(12)보다 하류측(도 8에 있어서 좌측)으로 배치되어 있다. 즉, 레이저 조사 장치(15)는, 반송 방향(DC)에 대해서 예열 장치(12)보다 하류측으로 배치되어 있다. 이 레이저 조사 장치(15)는, 레이저 발진기(13)와 미러(14)를 갖고 있다. 또한, 레이저 발진기(13)는, YAG 레이저 발진기(파나소닉 디바이스 SUNX사 제조 형식 LP-MA05)이고, 파장 1060㎚의 레이저광을 발생시킨다.
이 레이저 조사 장치(15)는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)에 대해서, 예열 장치(12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152)이 예열된 레이저 조사 예정부(140b)에 대해, 표면측 세퍼레이터층(152) 측(도 8에 있어서 상측)으로부터 레이저 빔(LB)을 조사한다. 이에 의해, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 절단하여, 소정 길이(직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)(도 2 참조)을 제작한다.
구체적으로는, 레이저 발진기(13)에서 발생시킨 레이저 빔(LB)을, 미러(14)를 향해서 조사하여, 미러(14)에 있어서 반사시킨 레이저 빔(LB)을, 예열 장치(12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152)이 예열된 레이저 조사 예정부(140b)에 조사한다. 또한, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)은, 일정한 속도로 반송 방향(DC)(도 8에 있어서 오른쪽에서 왼쪽을 향하는 방향)으로 연속해서 반송되고 있기 때문에, 레이저 조사 예정부(140b)도, 일정한 속도로 반송 방향(DC)으로 이동해 간다. 이로 인해, 레이저 조사 예정부(140b)의 이동 속도에 맞추어, 미러(14)를 움직임으로써, 레이저 조사 예정부(140b)의 전체에 걸쳐서 레이저 빔(LB)을 조사할 수 있도록 하고 있다.
이상으로, 본 실시예 1의 제조 장치(10)에서는, 레이저 조사 장치(15)에 의해 레이저 조사 예정부(140b)에 레이저 빔(LB)을 조사하기 전에, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)을 구성하는 열가소성 수지 입자(151)를 가열해 둘 수 있다. 열가소성 수지 입자(151)를 가열함으로써, 열가소성 수지 입자(151)를 구성하는 분자에 열에너지를 부여하고, 이에 의해, 열가소성 수지 입자(151)를 구성하는 분자의 열 운동을 활발하게 할 수 있다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[열가소성 수지 입자(151)]에 있어서의 레이저 빔(LB)의 투과율을 향상시킬 수 있으므로, 표면측 세퍼레이터층(152)을 투과해서 표면측 부극 합재층(121) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예 1의 제조 장치(10)에서는, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[열가소성 수지 입자(151)]의 레이저 빔(LB)의 투과율을 향상시킨 상태에서, 표면측 세퍼레이터층(152) 측으로부터 레이저 빔(LB)을 레이저 조사 예정부(140b)에 조사할 수 있다. 따라서, 본 실시예 1의 제조 장치(10)에 따르면, 레이저 빔(LB)에 의해, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을, 단시간에 절단할 수 있다.
이어서, 본 실시예 1에 따른 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)의 제조 방법에 대해서, 구체적으로 설명한다. 먼저, 도 9에 도시한 바와 같이, 스텝 S1(예열 공정)에 있어서, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)을 예열한다. 구체적으로는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)에 대해, 예열 장치(12)(IH 히터)를 사용하여, 소정의 위치(예열 위치)에 있어서, 레이저 조사 예정부(140b)에 포함되는 표면측 세퍼레이터층(152)을 가열한다.
보다 구체적으로는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)의 레이저 조사 예정부(140b)가, 소정의 위치(예열 위치)에 도달하면, 예열 장치(12)(IH 히터)를 ON으로 해서, 레이저 조사 예정부(140b)에 포함되는 표면측 세퍼레이터층(152)을 가열한다. 본 실시예 1에서는, 예를 들어 레이저 조사 예정부(140b)에 포함되는 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도가 105℃가 되도록 가열한다.
계속해서, 스텝 S2(절단 공정)로 진행하여, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)에 대해서, 예열 장치(12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152)이 예열된 레이저 조사 예정부(140b)에 대해, 표면측 세퍼레이터층(152) 측(도 8에 있어서 상측)으로부터 레이저 빔(LB)을 조사함으로써, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 절단한다. 구체적으로는, 예열 장치(12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152)이 예열된 레이저 조사 예정부(140b)가, 소정의 위치(조사 위치)에 도달하면, 레이저 발진기(13)에서 발생시킨 레이저 빔(LB)을 미러(14)를 향해서 조사하고, 미러(14)에 있어서 반사시킨 레이저 빔(LB)을, 표면측 세퍼레이터층(152)이 예열된 레이저 조사 예정부(140b)에 조사한다. 이에 의해, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 절단하여, 소정 길이(직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)(도 2 참조)을 제작한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예 1의 제조 방법에서는, 절단 공정(스텝 S2)에 앞서, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)을 예열하는 예열 공정(스텝 S1)을 설치하고 있다. 이에 의해, 절단 공정(스텝 S2)에 있어서 레이저 조사 예정부(140b)에 레이저 빔(LB)을 조사하기 직전에, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)을 구성하는 열가소성 수지 입자(151)를 가열해 둘 수 있다.
열가소성 수지 입자(151)를 가열함으로써, 열가소성 수지 입자(151)를 구성하는 분자에 열에너지를 부여하고, 이에 의해, 열가소성 수지 입자(151)를 구성하는 분자의 열 운동을 활발하게 할 수 있다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[열가소성 수지 입자(151)]의 레이저 빔(LB)의 투과율을 향상시킬 수 있으므로, 표면측 세퍼레이터층(152)을 투과해서 표면측 부극 합재층(121) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예 1의 제조 방법에 따르면, 레이저 빔(LB)에 의해, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을, 단시간에 절단할 수 있다.
또한, 본 실시예 1에서는, 이하와 같이 해서 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 제조하고 있다. 구체적으로는, 먼저, 부극 활물질(127)(흑연)과 SBR(스티렌부타디엔 고무)과 CMC(카르복시메틸셀룰로오스)를 용매 안에서 혼합하여, 부극 슬러리를 제작한다. 계속해서, 이 부극 슬러리를, 구리박으로 이루어지는 띠 형상의 부극 집전 부재(128)의 표면(128b)에 도포 시공하고, 건조시킨 후, 프레스 가공을 실시한다. 이에 의해, 부극 집전 부재(128)의 표면(128b)에, 표면측 부극 합재층(121)이 형성된 띠 형상의 부극(120)을 얻는다.
계속해서, 띠 형상의 부극(120)의 표면측 부극 합재층(121) 위에 표면측 세퍼레이터층(152)을 형성한다. 구체적으로는, 먼저, 열가소성 수지 입자(151)(폴리에틸렌 입자)와 CMC가 수중에 분산(또는 용해)된 수지 페이스트를 제작한다. 상세하게는, 열가소성 수지 입자(151)(폴리에틸렌 입자)가 수중에 분산되어 있는 PE 분산액을 준비하고, 이 PE 분산액에 CMC를 혼합하여, 수지 페이스트(고형분 36%)를 제작한다. 또한, 본 실시예 1에서는, 이 수지 페이스트에 포함되는 열가소성 수지 입자(151)와 CMC(증점제)의 비율(중량비)을, 99.8:0.2로 하고 있다. 또한, 본 실시예 1에서는, PE 분산액으로서, 미쯔이가가꾸 제조의 케미펄(상품명)을 사용하고 있다.
계속해서, 제작한 수지 페이스트를, 띠 형상의 부극(120)의 표면측 부극 합재층(121) 위에 도포하고, 건조시켜서, 표면측 세퍼레이터층(152)을 형성한다. 또한, 본 실시예 1에서는, 공지된 그라비아 도포 시공 장치를 사용하여, 상술한 수지 페이스트를, 띠 형상의 부극(120)의 표면측 부극 합재층(121)의 표면에 도포하고 있다. 그 후, 표면측 부극 합재층(121) 위에 도포 시공한 수지 페이스트를 건조시킴으로써, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 얻을 수 있다.
이어서, 본 실시예 1의 리튬 이온 이차 전지(100)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 먼저, 상술한 바와 같이 해서 제작한 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)을 준비한다(도 2 참조). 또한, 알루미늄박으로 이루어지는 정극 집전 부재(138)와, 이 정극 집전 부재(138)의 표면(138b) 위에 적층된 표면측 정극 합재층(131)을 갖는 정극(130)을 준비한다(도 1 참조). 계속해서, 정극(130)과 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)을, 이들 두께 방향(도 4에 있어서 상하 방향)으로 적층하여, 적층형의 전극체(110)를 제작한다(도 3 및 도 4 참조).
이어서, 전극체(110)의 정극 미도포 시공부(130b)에, 정극 단자(180)를 용접한다. 또한, 부극 미도포 시공부(120b)에, 부극 단자(190)를 용접한다. 그 후, 정극 단자(180) 및 부극 단자(190)가 접합된 전극체(110)를, 라미네이트 필름(170A)[나중에 전지 케이스(170)가 된다] 내에 배치한다(도 6 참조). 계속해서, 수용 공간(G1) 내에 전극체(110)를 배치시킨 라미네이트 필름(170A)을, 접는 위치(170g)에서 접어 젖혀서, 필름 겹침부(170b)에서 중첩한 상태에서, 필름 겹침부(170b)를 열 용착하여, 전지 케이스(170)를 형성한다. 그 후, 전지 케이스(170) 내에 전해액을 주입하여, 리튬 이온 이차 전지(100)가 완성된다.
그런데, 본 실시예 1에서는, 전술한 바와 같이, 표면측 세퍼레이터층(152)의 도포 시공 면적을, 표면측 정극 합재층(131)의 도포 시공 면적보다 크게 하고 있다(도 3 및 도 4 참조). 보다 구체적으로는, 도 2에 파선으로 나타낸 바와 같이, 표면측 세퍼레이터층(152)의 비대향부(152c)[대향하는 표면측 정극 합재층(131)이 존재하지 않는 부위]가, 대향부(152b)[표면측 정극 합재층(131)과 대향하는 부위] 주위에 위치하는 형태로 되어 있다. 이와 같이 함으로써, 전극체(110)에 있어서, 정극 합재층(131)의 주연부가 부극 합재층(121)에 접촉하지 않도록 해서, 내부 단락의 방지를 도모하고 있다(도 4 참조).
그런데, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 레이저 빔에 의해 절단하는 절단 공정에 있어서, 장시간, 레이저 빔(LB)이 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)에 조사되면, 레이저 빔(LB)의 조사에 의해 발생하는 열량이 커지고, 절단면 근방의 표면측 세퍼레이터층(152)을 구성하는 열가소성 수지 입자(151)의 용융량(용융폭)이 커진다. 이에 의해, 절단 후의 세퍼레이터층을 갖는 부극에 있어서, 절단면 근방의 표면측 세퍼레이터층(152)의 두께가 크게 감소하고 있으면, 당해 개소에 있어서, 정극 합재층(131)의 주연부가 부극 합재층(121)에 접촉할 우려가 있었다.
예를 들어, 종래와 같이, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층을 예열하지 않고, 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 레이저 빔을 조사하여, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극을 절단해서 세퍼레이터층을 갖는 부극(540)을 제작하는 경우, 표면측 세퍼레이터층에 있어서의 레이저 빔의 투과율이 낮기 때문에, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극의 절단에 시간이 걸려서, 장시간, 레이저 빔이 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극에 조사된다. 이로 인해, 절단면 근방(레이저 조사 예정부의 근방)의 표면측 세퍼레이터층(552)의 용융량[용융폭(W)]이 커지고, 절단면 근방의 표면측 세퍼레이터층(552)의 두께가 크게 감소하는 경우가 있었다(도 17 참조). 보다 구체적으로는, 표면측 세퍼레이터층(552)의 대향부[정극 합재층(131)과 두께 방향으로 대향하는 부위]의 일부가 용융하는 경우가 있었다. 이에 의해, 도 17에 도시한 바와 같이, 정극(130)과 세퍼레이터층을 갖는 부극(540)을, 이들 두께 방향(도 17에 있어서 상하 방향)으로 적층하여, 적층형의 전극체(510)를 제작했을 때, 정극 합재층(131)의 주연부가 부극 합재층(121)에 접촉할 우려가 있었다.
이에 비해, 본 실시예 1에서는, 전술한 바와 같이, 절단 공정(스텝 S2)에 앞서, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)을 예열한다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[열가소성 수지 입자(151)]의 레이저 빔(LB)의 투과율을 향상시킬 수 있으므로, 표면측 세퍼레이터층(152)을 투과해서 표면측 부극 합재층(121) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예 1의 제조 방법에 따르면, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)을 단시간에 절단하는 것이 가능해지므로, 레이저 빔(LB)을 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(140A)에 조사하는 시간을 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 레이저 절단면 근방[레이저 조사 예정부(140b)의 근방]의 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융량[용융폭(W)]을 작게 할 수 있다(도 4 참조). 보다 구체적으로는, 표면측 세퍼레이터층(152)의 대향부(152b)의 용융을 방지할 수 있다. 이에 의해, 도 4에 도시한 바와 같이, 정극(130)과 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)을, 이들 두께 방향으로 적층하여, 적층형의 전극체(110)를 제작했을 때, 정극 합재층(131)의 주연부가 부극 합재층(121)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
(실시예 2)
이어서, 본 발명의 실시예 2에 대해서 설명한다. 도 10은 실시예 2에 따른 정극(230)의 사시도이다. 도 11은 실시예 2에 따른 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)(절단 후)의 사시도이다. 도 12는 실시예 2에 따른 전극체(210)의 평면도이다. 도 13은 전극체(210)의 단면도이고, 도 12의 C-C 단면도이다. 도 14는 실시예 2에 따른 리튬 이온 이차 전지(200)의 종단면도이다.
본 실시예 2의 리튬 이온 이차 전지(200)는, 도 14에 도시한 바와 같이, 전극체(210)와, 이것을 수용하는 전지 케이스(270)를 구비한다. 이 중, 전지 케이스(270)는, 알루미늄으로 이루어지고, 직육면체 형상을 이루고 있다. 이 전지 케이스(270)는, 전지 케이스 본체(271)와 밀봉 덮개(272)를 갖는다.
이 중, 전지 케이스 본체(271)는, 바닥이 있는 직사각형 상자 형상을 이루고 있다. 또한, 전지 케이스 본체(271)와 전극체(210) 사이에는, 수지로 이루어지고, 상자 모양으로 절곡된 절연 필름(도시 생략)을 개재시키고 있다. 또한, 밀봉 덮개(272)는, 직사각형 판상이며, 전지 케이스 본체(271)의 개구를 폐색하여, 이 전지 케이스 본체(271)에 용접되어 있다. 이 밀봉 덮개(272)에는, 직사각형 판상의 안전 밸브(274)가 봉착되어 있다.
전극체(210)는, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 시트 형상(직사각 형상)의 정극(230)과 시트 형상(직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)을, 이들 두께 방향(도 13에 있어서 상하 방향)으로 적층하여 이루어지는 적층형의 전극체이다. 또한, 본 실시예 2에서는, 정극(230)과 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)을, 교대로, 각각 복수매 적층하고 있다. 즉, 전극체(210)는, 1매의 정극(230)과 1매의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)이 적층된 조를, 복수 조 갖고 있다.
본 실시예 2의 정극(230)은, 실시예 1의 정극(130)과 비교하여, 정극 집전 부재(138)의 표면(138b) 위뿐만 아니라, 이면(138c) 위에도 정극 합재층[이면측 정극 합재층(133)]을 형성하고 있는 점이 다르고, 그 외는 마찬가지이다. 구체적으로는, 정극(230)은, 양면 적층형의 정극이며, 도 10에 도시한 바와 같이, 알루미늄박으로 이루어지는 정극 집전 부재(138)와, 이 정극 집전 부재(138)의 표면(138b) 위에 적층된 표면측 정극 합재층(131)과, 정극 집전 부재(138)의 이면(138c) 위에 적층된 이면측 정극 합재층(133)을 갖고 있다.
본 실시예 2의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)은, 실시예 1의 세퍼레이터층을 갖는 부극(140)과 비교하여, 부극 집전 부재(128)의 표면(128b)측뿐만 아니라, 이면(128c)측에도, 부극 합재층[이면측 부극 합재층(122)] 및 세퍼레이터층[이면측 세퍼레이터층(154)]을 형성하고 있는 점이 다르고, 그 외는 마찬가지이다. 구체적으로는, 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)은, 양면 적층형의 세퍼레이터층을 갖는 부극이며, 도 11에 도시한 바와 같이, 구리박으로 이루어지는 부극 집전 부재(128)와, 이 부극 집전 부재(128)의 표면(128b) 위에 적층된 표면측 부극 합재층(121)과, 이 표면측 부극 합재층(121) 위에 적층된 표면측 세퍼레이터층(152)과, 부극 집전 부재(128)의 이면(128c) 위에 적층된 이면측 부극 합재층(122)과, 이 이면측 부극 합재층(122) 위에 적층된 이면측 세퍼레이터층(154)을 갖는다.
또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 전극체(210)의 정극(230)[상세에는, 정극 미도포 시공부(230b)]에는, 정극 단자 부재(280)의 정극 접속 부재(282)가 용접되어 있다. 또한, 부극(120)[상세에는, 부극 미도포 시공부(220b)]에는, 부극 단자 부재(290)의 부극 접속 부재(292)가 용접되어 있다. 정극 단자 부재(280) 및 부극 단자 부재(290) 중, 각각의 선단측에 위치하는 정극 단자부(281) 및 부극 단자부(291)는, 밀봉 덮개(272)를 관통해서 외부로 돌출되어 있다.
이어서, 본 실시예 2에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극[세퍼레이터층을 갖는 부극(240)]의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 15는 실시예 2에 따른 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)(절단 전)의 사시도이다. 이 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)은, 양면 적층형의 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극이며, 도 15에 도시한 바와 같이, 구리박으로 이루어지는 띠 형상의 부극 집전 부재(128)와, 이 부극 집전 부재(128)의 표면(128b) 위에 적층된 띠 형상의 표면측 부극 합재층(121)과, 이 표면측 부극 합재층(121) 위에 적층된 띠 형상의 표면측 세퍼레이터층(152)과, 부극 집전 부재(128)의 이면(128c) 위에 적층된 띠 형상의 이면측 부극 합재층(122)과, 이 이면측 부극 합재층(122) 위에 적층된 띠 형상의 이면측 세퍼레이터층(154)을 갖는다.
본 실시예 2에서는, 실시예 1과 마찬가지 제조 장치(10)(도 8 참조)를 사용하여, 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)을 제작한다. 구체적으로는, 먼저, 도 9에 도시한 바와 같이, 스텝 T1(예열 공정)에 있어서, 레이저 조사 예정부(240b) 중 표면측 세퍼레이터층(152)을 예열한다. 구체적으로는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해, 예열 장치(12)(IH 히터)를 사용하여, 소정의 위치(예열 위치)에 있어서, 레이저 조사 예정부(240b)에 포함되는 표면측 세퍼레이터층(152)을 가열한다. 본 실시예 2에서도, 실시예 1과 마찬가지로, 예를 들어 레이저 조사 예정부(240b)에 포함되는 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도가 105℃가 되도록 가열한다.
계속해서, 스텝 T2(절단 공정)로 진행하고, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해서, 예열 장치(12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152)이 예열된 레이저 조사 예정부(240b)에 대해, 실시예 1과 마찬가지로, 표면측 세퍼레이터층(152) 측(도 8에 있어서 상측)으로부터 부극 집전 부재(128)측(도 8에 있어서 하측)을 향하는 방향(도 8에 있어서 상방으로부터 하방)으로 레이저 빔(LB)을 조사함으로써, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을 절단한다. 이에 의해, 소정 길이(직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)(도 11 참조)을 제작한다.
본 실시예 2에서도, 실시예 1과 마찬가지로, 앞의 예열 공정(스텝 T1)에 있어서, 레이저 조사 예정부(240b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[열가소성 수지 입자(151)]의 레이저 빔(LB)의 투과율을 향상시켜 둘 수 있으므로, 절단 공정(스텝 T2)에 있어서, 표면측 세퍼레이터층(152)을 투과해서 표면측 부극 합재층(121), 부극 집전 부재(128) 및 이면측 부극 합재층(122)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예 2에서도, 양면 적층형의 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을, 단시간에 절단할 수 있다.
(절단 시험)
이어서, 양면 적층형의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)을 7개(샘플 1 내지 7) 준비하고, 다른 조건의(예열 조건을 다르게 해서) 절단 시험을 행하였다. 또한, 본 시험에 제공하는 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)(샘플 1 내지 7)의 폭 치수(레이저 조사 예정부의 길이에 일치)는 100㎜이다.
구체적으로는, 샘플 1에서는, 예열 공정을 행하지 않고, 절단 공정을 행하였다. 즉, 레이저 조사 예정부를 예열 장치(12)에 의해 가열하지 않고, 25℃의 온도 환경 하에서, 레이저 조사 장치(15)에 의해, 레이저 조사 예정부에 대해 표면측 세퍼레이터층(152) 측으로부터 레이저 빔을 조사하여, 샘플 1의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)을 절단하였다. 또한, 절단 공정을 행하기 직전의 샘플 1의 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도는, 25℃였다.
또한, 절단 공정을 행하기 직전의 샘플 1의 표면측 세퍼레이터층(152)(표면 온도 25℃)에 대해서, 레이저 빔(LB)(파장 1060㎚)의 투과율을 파악하였다. 구체적으로는, 무색 투명한 유리판 위에 표면측 세퍼레이터층(152)을 형성한 샘플 A를 제작하고, 25℃의 온도 환경 하에서, 공지된 분광 광도계를 사용하여, 파장 1060㎚의 광을 샘플 A에 조사하여, 표면측 세퍼레이터층(152)의 광 투과율을 측정한 바, 광 투과율은 10%였다. 이 결과로부터, 절단 공정을 행하기 직전의 샘플 1의 표면측 세퍼레이터층(152)(표면 온도 25℃)에 있어서의 레이저 빔(LB)(파장 1060㎚)의 투과율은, 10%로 할 수 있다.
이 샘플 1에 대해서 절단 공정을 행한 바, 절단 시간이 1.0초가 되었다. 즉, 레이저 조사 장치(15)에 의해, 레이저 조사 예정부에 대해 표면측 세퍼레이터층(152) 측으로부터, 1.0초간 레이저 빔(LB)을 조사함으로써, 샘플 1의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)의 절단이 완료되었다. 또한, 절단 후, 샘플 1의 절단부 근방(레이저 조사 예정부의 근방)의 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융폭(W)(도 13 참조)을 측정한 바, W=4.2㎜였다.
한편, 샘플 2에서는, 예열 공정을 행한 후, 절단 공정을 행하였다. 구체적으로는, 레이저 조사 예정부를 예열 장치(12)에 의해 가열하여, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도를 70℃로 한 후, 레이저 조사 장치(15)에 의해, 레이저 조사 예정부에 대해 표면측 세퍼레이터층(152) 측으로부터 레이저 빔을 조사하여, 샘플 2의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)을 절단하였다.
또한, 절단 공정을 행하기 직전의 샘플 2의 표면측 세퍼레이터층(152)(표면 온도 70℃)에 있어서의 레이저 빔(LB)(파장 1060㎚)의 투과율을 파악하였다. 구체적으로는, 무색 투명한 유리판 위에 표면측 세퍼레이터층(152)을 형성한 샘플 B를 제작하고, 예열 장치(12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152)을 가열하여, 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도를 70℃로 한 상태에서, 공지된 분광 광도계를 사용하여, 파장 1060㎚의 광을 샘플 B에 조사하여, 표면측 세퍼레이터층(152)의 광 투과율을 측정한 바, 광 투과율은 55%였다. 이 결과로부터, 절단 공정을 행하기 직전의 샘플 2의 표면측 세퍼레이터층(152)(표면 온도 70℃)에 있어서의 레이저 빔(LB)(파장 1060㎚)의 투과율은, 55%로 할 수 있다.
이 샘플 2에 대해서 절단 공정을 행한 바, 절단 시간이 0.3초가 되었다. 즉, 레이저 조사 장치(15)에 의해, 레이저 조사 예정부에 대해 표면측 세퍼레이터층(152) 측으로부터, 0.3초간 레이저 빔(LB)을 조사함으로써, 샘플 2의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)의 절단이 완료되었다. 또한, 절단 후, 샘플 2의 절단부 근방(레이저 조사 예정부의 근방)의 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융폭(W)(도 13 참조)을 측정한 바, W=0.3㎜였다.
또한, 샘플 3에서도, 예열 공정을 행한 후, 절단 공정을 행하였다. 단, 이 샘플 3에서는, 샘플 2와 비교하여, 예열 공정에 있어서 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도를 85℃로 한 점만을 다르게 하여, 본 시험을 행하고 있다. 또한, 예열 공정에서의 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도는, 예열 장치(12)의 출력을 변경함으로써 조정하고 있다.
이 샘플 3에서도, 샘플 2와 마찬가지로 하여, 절단 공정을 행하기 직전의 표면측 세퍼레이터층(152)(표면 온도 85℃)에 있어서의 레이저 빔(LB)(파장 1060㎚)의 투과율을 구한 바, 60%였다. 이 샘플 3에 대해서 절단 공정을 행한 바, 절단 시간이 0.3초가 되었다. 또한, 절단 후, 샘플 3의 절단부 근방(레이저 조사 예정부의 근방)의 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융폭(W)을 측정한 바, W=0.3㎜였다.
또한, 샘플 4 내지 7에서도, 예열 공정을 행한 후, 절단 공정을 행하였다. 단, 이 샘플 4 내지 7에서는, 샘플 2와 비교하여, 예열 공정에 있어서 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도를 다른 온도로 한 점만이 다르고, 그 외는 마찬가지로 하여 본 시험을 행하고 있다. 구체적으로는, 예열 공정을 행함으로써, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층(152)의 표면 온도를, 샘플 4에서는 105℃, 샘플 5에서는 135℃, 샘플 6에서는 155℃, 샘플 7에서는 175℃로 하였다.
이들 샘플 4 내지 7에서도, 샘플 2와 마찬가지로 하여, 절단 공정을 행하기 직전의 표면측 세퍼레이터층(152)(표면 온도 105 내지 175℃)에 있어서의 레이저 빔(LB)(파장 1060㎚)의 투과율을 구한 바, 모두 65%가 되었다. 이들 샘플 4 내지 7에 대해서 절단 공정을 행한 바, 절단 시간이 모두 0.2초가 되었다. 또한, 절단 후, 샘플 4 내지 7의 절단부 근방(레이저 조사 예정부의 근방)의 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융폭(W)을 측정한 바, 모두 W=0.2㎜였다. 이들 시험 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112016087237851-pat00001
표 1에 나타내는 결과로부터, 절단 공정에 앞서, 예열 공정을 행함으로써, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극을 단시간에 절단할 수 있다고 할 수 있다. 구체적으로는, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극을 절단하기 위한 레이저 빔을 레이저 조사 예정부에 조사하기 전에, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층을 가열함으로써, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층에 있어서의 레이저 빔 투과율이 향상되어, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극을 단시간에 절단할 수 있다고 할 수 있다.
그 이유는, 표면측 세퍼레이터층을 가열함으로써, 표면측 세퍼레이터층에 포함되는 열가소성 수지 입자(151)가 가열되어, 열가소성 수지 입자(151)를 구성하는 분자에 열에너지를 부여할 수 있고, 이에 의해, 열가소성 수지 입자(151)를 구성하는 분자의 열 운동을 활발하게 할 수 있기 때문이라고 생각된다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부(140b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[열가소성 수지 입자(151)]에 있어서의 레이저 빔(LB)의 투과율을 향상시킬 수 있으므로, 표면측 세퍼레이터층(152)을 투과해서 표면측 부극 합재층(121) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다고 생각된다. 그 결과, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극을 단시간에 절단하는 것이 가능해졌다고 생각된다.
또한, 표 1에 나타내는 결과로부터, 절단 공정에 앞서, 예열 공정을 행함으로써, 레이저 절단면 근방(레이저 조사 예정부의 근방)의 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융폭(W)을 작게 할 수 있다고 할 수 있다. 그 이유는, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극의 절단 시간이 짧아지는 것으로, 레이저 빔(LB)을 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극에 조사하는 시간을 짧게 할 수 있기 때문이다. 이에 의해, 레이저 빔(LB)의 조사에 의해 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극에 있어서 발생하는 열량을 저감할 수 있어, 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융폭(W)을 작게 할 수 있었다고 생각된다.
이와 같이, 표면측 세퍼레이터층(152)의 용융폭(W)을 작게 함으로써, 정극(130, 230)과 세퍼레이터층을 갖는 부극(140, 240)을 이들 두께 방향으로 적층하여, 적층형의 전극체(110, 210)를 제작했을 때, 정극 합재층(131)의 주연부가 부극 합재층(121)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다고 할 수 있다(도 4, 도 13 참조). 그 결과, 리튬 이온 이차 전지(100, 200)에 있어서, 내부 단락을 방지할 수 있다고 할 수 있다.
또한, 이상 설명한 점에서, 예열 공정에서는, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층의 표면 온도가 70 내지 175℃의 범위 내의 온도가 될 때까지 가열하는 것이 바람직하고, 레이저 조사 예정부의 표면측 세퍼레이터층의 표면 온도가 105 내지 175℃의 범위 내의 온도가 될 때까지 가열하는 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다.
(실시예 3)
이어서, 본 발명의 실시예 3에 대해서 설명한다. 본 실시예 3은, 실시예 2와 비교하여, 세퍼레이터층을 갖는 부극의 제조 장치 및 제조 방법의 일부만이 다르고, 그 외는 마찬가지이다. 이로 인해, 여기에서는, 실시예 2와 다른 점을 중심으로 설명하여, 마찬가지인 점에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화한다.
먼저, 실시예 3에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극[세퍼레이터층을 갖는 부극(240)]의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 15는 실시예 3에 따른 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)(절단 전)의 사시도이다. 또한, 도 16은 실시예 3에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극[세퍼레이터층을 갖는 부극(240)]의 제조 장치(20)의 개략도이다.
먼저, 본 실시예 3의 제조 장치(20)에 대해서 설명한다. 실시예 3의 제조 장치(20)는, 실시예 1의 제조 장치(10)와 비교하여, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)의 표면측뿐만 아니라, 이면측에도, 예열 장치(12) 및 레이저 조사 장치(15)를 설치하고 있는 점이 다르고, 그 외에 대해서는 마찬가지이다.
구체적으로는, 제조 장치(20)는, 도 16에 도시한 바와 같이, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을, 길이 방향(DA)을 따른 반송 라인(11A)의 상류측(도 16에 있어서 우측)으로부터 하류측(도 16에 있어서 좌측)을 향해서 일정한 속도로 반송하는 반송 장치(11)를 갖는다. 또한, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)은, 도 15에 도시한 바와 같이, 구리박으로 이루어지는 띠 형상의 부극 집전 부재(128)와, 이 부극 집전 부재(128)의 표면(128b) 위에 적층된 띠 형상의 표면측 부극 합재층(121)과, 이 표면측 부극 합재층(121) 위에 적층된 띠 형상의 표면측 세퍼레이터층(152)과, 부극 집전 부재(128)의 이면(128c) 위에 적층된 띠 형상의 이면측 부극 합재층(122)과, 이 이면측 부극 합재층(122) 위에 적층된 띠 형상의 이면측 세퍼레이터층(154)을 갖는다.
또한, 제조 장치(20)는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해서, 레이저 조사 예정부(240b)의 표면측 세퍼레이터층(152)을 예열하는 예열 장치(12)(IH 히터)와, 레이저 조사 예정부(240b)의 이면측 세퍼레이터층(154)을 예열하는 예열 장치(12)(IH 히터)를 구비하고 있다. 2개의 예열 장치(12, 12)는, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해서 그 두께 방향(도 16에 있어서 상하 방향)에 대칭인 위치에 배치되어 있다. 또한, 레이저 조사 예정부(240b)는, 도 15에 도시한 바와 같이, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)의 폭 전체에 걸쳐서 폭 방향(DB)으로 연장되는 형태의[폭 방향(DB)을 따라 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을 횡단하는 형태의] 부위이다.
또한, 제조 장치(20)는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해서, 예열 장치(12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152) 및 이면측 세퍼레이터층(154)이 예열된 레이저 조사 예정부(140b)에 대해, 표면측 세퍼레이터층(152) 측(도 16에 있어서 상측)으로부터 레이저 빔(LB)을 조사하는 레이저 조사 장치(15)와, 이면측 세퍼레이터층(154)측(도 16에 있어서 하측)으로부터 레이저 빔(LB)을 조사하는 레이저 조사 장치(15)를 구비하고 있다. 2개의 레이저 조사 장치(15, 15)는, 반송 라인(11A)에 대해서[반송 방향(DC)에 대해서] 예열 장치(12)보다 하류측(도 16에 있어서 좌측)이고, 또한 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해서 그 두께 방향(도 16에 있어서 상하 방향)에 대칭인 위치에 배치되어 있다.
따라서, 본 실시예 3의 제조 장치(20)에서는, 레이저 조사 장치(15, 15)에 의해, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)의 레이저 조사 예정부(240b)에 대해, 표면측 세퍼레이터층(152) 측 및 이면측 세퍼레이터층(154)측의 양측으로부터 부극 집전 부재(128)를 향하는 방향으로 레이저 빔(LB)을 조사하여, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을 절단한다. 이와 같이, 표면측 세퍼레이터층(152) 측 및 이면측 세퍼레이터층(154)측의 양측으로부터 레이저 빔(LB)을 조사함으로써, 단시간에 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을 절단할 수 있다.
게다가, 본 실시예 3의 제조 장치(20)에서는, 예열 장치(12, 12)에 의해, 레이저 조사 예정부(240b)의 표면측 세퍼레이터층(152) 및 이면측 세퍼레이터층(154)의 양쪽을 가열한다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부(240b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[여기에 포함되는 열가소성 수지 입자(151)] 및 이면측 세퍼레이터층(154)[여기에 포함되는 열가소성 수지 입자(151)]에 대해서, 레이저 빔(LB)의 투과율을 향상시켜 둘 수 있다. 이에 의해, 표면측 세퍼레이터층(152)을 투과해서 표면측 부극 합재층(121) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있음과 함께, 이면측 세퍼레이터층(154)을 투과해서 이면측 부극 합재층(122) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예 2의 제조 장치(20)에 따르면, 실시예 1의 제조 장치(10)에 비하여, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을, 보다 단시간에 절단할 수 있다.
이어서, 본 실시예 3에 따른 세퍼레이터층을 갖는 전극[세퍼레이터층을 갖는 부극(240)]의 제조 방법에 대해서 설명한다. 먼저, 도 9에 도시한 바와 같이, 스텝 U1(예열 공정)에 있어서, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해서, 레이저 조사 예정부(240b) 중 표면측 세퍼레이터층(152) 및 이면측 세퍼레이터층(154)을 예열한다. 구체적으로는, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해, 예열 장치(12, 12)를 사용하여, 소정의 위치(예열 위치)에 있어서, 레이저 조사 예정부(240b)에 포함되는 표면측 세퍼레이터층(152) 및 이면측 세퍼레이터층(154)을 가열한다. 본 실시예 3에서도, 실시예 1과 마찬가지로, 예를 들어 레이저 조사 예정부(240b)에 포함되는 표면측 세퍼레이터층(152) 및 이면측 세퍼레이터층(154)의 표면 온도가 105℃가 되도록 가열한다.
계속해서, 스텝 U2(절단 공정)로 진행하여, 반송 장치(11)에 의해 반송되고 있는 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)에 대해서, 예열 장치(12, 12)에 의해 표면측 세퍼레이터층(152) 및 이면측 세퍼레이터층(154)이 예열된 레이저 조사 예정부(240b)에 대해, 표면측 세퍼레이터층(152) 측(도 8에 있어서 상측) 및 이면측 세퍼레이터층(154)측(도 8에 있어서 하측)의 양측으로부터 레이저 빔(LB)을 조사함으로써, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을 절단한다. 이에 의해, 소정 길이(직사각 형상)의 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)(도 11 참조)을 제작한다.
본 실시예 3에서는, 절단 공정(스텝 U2)에 있어서, 양면 적층형의 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)의 레이저 조사 예정부(240b)에 대해, 표면측 세퍼레이터층(152) 측 및 이면측 세퍼레이터층(154)측의 양측으로부터 부극 집전 부재(128)측을 향하는 방향으로 레이저 빔(LB)을 조사하여, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을 절단한다. 이와 같이, 표면측 세퍼레이터층(152) 측 및 이면측 세퍼레이터층(154)측의 양측으로부터 레이저 빔(LB)을 조사함으로써, 단시간에 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을 절단할 수 있다.
게다가, 본 실시예 3에서는, 예열 공정(스텝 U1)에 있어서, 레이저 조사 예정부(240b)의 표면측 세퍼레이터층(152) 및 이면측 세퍼레이터층(154)의 양쪽을 가열한다. 이에 의해, 레이저 조사 예정부(240b)의 표면측 세퍼레이터층(152)[여기에 포함되는 열가소성 수지 입자(151)] 및 이면측 세퍼레이터층(154)[여기에 포함되는 열가소성 수지 입자(151)]에 대해서, 레이저 빔 투과율을 향상시켜 둘 수 있다. 이로 인해, 절단 공정(스텝 U2)에 있어서, 표면측 세퍼레이터층(152)을 투과해서 표면측 부극 합재층(121) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있음과 함께, 이면측 세퍼레이터층(154)을 투과해서 이면측 부극 합재층(122) 및 부극 집전 부재(128)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 광량(에너지양)을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예 3의 제조 방법에 따르면, 실시예 1의 제조 방법에 비하여, 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(240A)을, 보다 단시간에 절단할 수 있다.
이상에 있어서, 본 발명을 실시 형태(실시예 1 내지 3)에 의거해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 적절히 변경해서 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
예를 들어, 실시예 1 내지 3에서는, 세퍼레이터층을 갖는 전극으로서, 세퍼레이터층을 갖는 부극(140, 240)을 나타냈다. 그러나, 본 발명은 세퍼레이터층을 갖는 정극에도 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은 정극 집전 부재(138)와, 이 정극 집전 부재(138)의 표면(138b) 위에 적층된 표면측 정극 합재층(131)과, 이 표면측 정극 합재층(131) 위에 적층된 표면측 세퍼레이터층을 갖는 세퍼레이터층을 갖는 정극의 제조 방법에 적용할 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 3에서는, 표면측 세퍼레이터층(152)[이면측 세퍼레이터층(154)]을 구성하는 열가소성 수지 입자(151)로서, 폴리에틸렌 입자를 사용하였다. 그러나, 폴리프로필렌 입자 등, 폴리에틸렌과는 다른 다른 열가소성 폴리올레핀 입자를 사용하도록 해도 된다.
또한, 실시예 2에서는, 전극체로서, 양면 적층형 정극(230)과 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 부극(240)을, 이들 두께 방향으로 적층하여, 적층형 전극체를 제작하였다. 그러나, 양면 적층형 정극과 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한 양면 적층형 세퍼레이터층을 갖는 부극을, 중첩하도록 해서 권회하여, 권회형 전극체를 제작하도록 해도 된다.
10, 20 : 제조 장치(세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치)
11 : 반송 장치
11b, 11c, 11d : 이송 롤러
12 : 예열 장치
13 : 레이저 발진기
14 : 미러
15 : 레이저 조사 장치
100, 200 : 리튬 이온 이차 전지
110, 210 : 전극체
120, 220 : 부극
121 : 표면측 부극 합재층(표면측 전극 합재층)
122 : 이면측 부극 합재층(이면측 전극 합재층)
128 : 부극 집전 부재(집전 부재)
130, 230 : 정극
131 : 표면측 정극 합재층
133 : 이면측 정극 합재층
138 : 정극 집전 부재
140, 240 : 세퍼레이터층을 갖는 부극(세퍼레이터층을 갖는 전극)
140A, 240A : 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 부극(띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극)
140b, 240b : 레이저 조사 예정부
151 : 열가소성 수지 입자
152 : 표면측 세퍼레이터층
154 : 이면측 세퍼레이터층
DA : 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 전극의 길이 방향
DB : 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 전극의 폭 방향
DC : 띠 형상 세퍼레이터층을 갖는 전극의 반송 방향
LB : 레이저 빔
S1, T1, U1 : 예열 공정
S2, T2, U2 : 절단 공정
W : 용융폭

Claims (4)

  1. 표면 및 이면을 갖는 띠 형상의 집전 부재와, 상기 집전 부재의 상기 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 상기 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 폭 방향 전체에 걸치는 레이저 조사 예정부에 대해, 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하여, 소정 길이의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작하는 절단 공정을 구비하는
    세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법이며,
    상기 절단 공정은, 상기 레이저 조사 예정부에 대해, 상기 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 상기 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 공정이며,
    상기 절단 공정에 앞서, 상기 레이저 조사 예정부 중 상기 표면측 세퍼레이터층을 예열하는 예열 공정을 구비하는,
    세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극은, 상기 집전 부재의 상기 이면 위에 적층된 이면측 전극 합재층과, 상기 이면측 전극 합재층 위에 적층된 상기 열가소성 수지 입자를 포함하는 이면측 세퍼레이터층을 갖는,
    세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절단 공정은, 상기 레이저 조사 예정부에 대해, 상기 표면측 세퍼레이터층 측 및 상기 이면측 세퍼레이터층 측의 양측으로부터 상기 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는 공정이며,
    상기 예열 공정은, 상기 절단 공정에 앞서, 상기 레이저 조사 예정부 중 상기 표면측 세퍼레이터층 및 상기 이면측 세퍼레이터층을 예열하는 공정인,
    세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 방법.
  4. 표면 및 이면을 갖는 띠 형상의 집전 부재와, 상기 집전 부재의 상기 표면 위에 적층된 표면측 전극 합재층과, 상기 표면측 전극 합재층 위에 적층된 열가소성 수지 입자를 포함하는 표면측 세퍼레이터층을 갖는 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 폭 방향 전체에 걸치는 레이저 조사 예정부에 대해, 레이저 빔을 조사하여, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하여, 소정 길이의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 제작하는
    세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치이며,
    상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을, 당해 세퍼레이터층을 갖는 전극의 길이 방향에 관한 일방측으로부터 타방측을 향하는 반송 방향으로 반송하는 반송 장치와,
    상기 반송 장치에 의해 반송되고 있는 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 상기 레이저 조사 예정부 중 상기 표면측 세퍼레이터층을 예열하는 예열 장치와,
    상기 반송 방향에 대해서 상기 예열 장치보다 하류측으로 배치된 레이저 조사 장치를 구비하고,
    상기 레이저 조사 장치는,
    상기 반송 장치에 의해 반송되고 있는 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극에 대해서, 상기 예열 장치에 의해 상기 표면측 세퍼레이터층이 예열된 상기 레이저 조사 예정부에 대해, 상기 표면측 세퍼레이터층 측으로부터 상기 레이저 빔을 조사함으로써, 상기 띠 형상의 세퍼레이터층을 갖는 전극을 절단하는,
    세퍼레이터층을 갖는 전극의 제조 장치.
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