KR101787853B1 - 축전 디바이스의 제조 방법 및 축전 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 관한 축전 디바이스(100)의 제조 방법은, 정극(40)과, 부극(50)과, 권회 방향으로 간극(36)을 두고 배열된 복수의 부분(32, 34)을 갖는 리튬 이온 공급원(30)을 권회하고, 평탄부(22) 및 곡선부(24)를 갖는 권회체(20)를 형성하는 공정을 포함하고, 권회체(20)를 형성하는 공정에 있어서, 간극(36)이 곡선부(24)에 위치하도록 권회체(20)를 형성한다.

Description

축전 디바이스의 제조 방법 및 축전 디바이스 {METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRICITY-STORAGE DEVICE, AND ELECTRICITY-STORAGE DEVICE}
본 발명은, 축전 디바이스의 제조 방법 및 축전 디바이스에 관한 것이다
최근, 고에너지 밀도, 고출력 특성을 필요로 하는 용도에 대응하는 축전 디바이스로서, 리튬 이온 2차 전지와 전기 이중층 캐패시터의 축전 원리를 조합한 리튬 이온 캐패시터가 주목받고 있다. 리튬 이온 캐패시터는, 부극에, 미리 전기 화학적 방법 등으로 리튬 이온을 흡장, 담지(이하, 「도프」라고도 함)시켜, 부극 전위를 낮춤으로써, 에너지 밀도를 대폭 크게 할 수 있다.
예를 들어, 국제 공개 2010/073930호에는, 세퍼레이터를 개재하여 배치된 정극 및 부극과, 리튬 이온 공급원을 권회하여 이루어지는 권회체에 있어서, 부극과 리튬 이온 공급원의 전기 화학적 접촉에 의해, 리튬 이온을 부극에 도프하는 기술이 개시되어 있다. 국제 공개 2010/073930호에서는, 권회체는, 원형의 단면 형상을 갖는 외장체에 수용되어 있으므로, 권회체의 단면 형상은 대략 원형이다.
상기한 바와 같은 권회체는, 수용되는 외장체의 형상에 따라서, 예를 들어 원형 이외의 단면 형상을 갖는 경우가 있다. 이러한 권회체에 있어서, 리튬 이온 공급원으로부터의 리튬 이온을, 균일성 좋게 부극에 도프할 수 없는 경우가 있었다. 예를 들어, 리튬 이온이 부극에 과잉으로 도프되면, 충방전을 반복하는 동안에 리튬 덴드라이트가 석출되고, 상기 리튬 덴드라이트가 세퍼레이터를 관통하여, 정극과 부극이 단락되어 버리는 경우가 있었다. 그 결과, 축전 디바이스의 수명이 짧아져, 신뢰성이 저하되는 경우가 있었다.
본 발명의 몇 가지의 형태에 관한 목적 중 하나는, 리튬 이온을 균일성 좋게 도프할 수 있는 축전 디바이스의 제조 방법을 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명의 몇 가지의 형태에 관한 목적 중 하나는, 리튬 이온이 균일성 좋게 도프되어 있는 축전 디바이스를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다.
[적용예 1]
본 발명에 관한 축전 디바이스의 제조 방법의 일 형태는,
정극과, 부극과, 권회 방향으로 간극을 두고 배열된 복수의 부분을 갖는 리튬 이온 공급원을 권회하고, 평탄부 및 곡선부를 갖는 권회체를 형성하는 공정을 포함하고,
상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
상기 간극이, 상기 곡선부에 위치하도록, 상기 권회체를 형성한다.
[적용예 2]
적용예 1에 있어서
상기 리튬 이온 공급원의 적어도 일부가, 상기 정극 및 상기 부극보다도 외측에 위치하고 있어도 된다.
[적용예 3]
적용예 1 또는 2에 있어서,
상기 간극의 길이 S 및 상기 간극이 위치하는 상기 곡선부를 구성하는 상기 리튬 이온 공급원의 길이 L은, 상기 권회체를 전개한 상태에 있어서,
3/10≤S/(S＋L)≤7/10의 관계를 만족시켜도 된다.
[적용예 4]
본 발명에 관한 축전 디바이스의 제조 방법의 일 형태는,
정극과, 부극과, 권회 방향으로 배열된 박육부 및 후육부를 갖는 리튬 이온 공급원을 권회하고, 평탄부 및 곡선부를 갖는 권회체를 형성하는 공정을 포함하고,
상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
상기 박육부가, 상기 곡선부를 구성하도록 상기 권회체를 형성한다.
[적용예 5]
적용예 4에 있어서,
상기 리튬 이온 공급원의 적어도 일부가, 상기 정극 및 상기 부극보다도 외측에 위치하고 있어도 된다.
[적용예 6]
적용예 4 또는 5에 있어서,
상기 박육부의 두께 T1 및 상기 후육부의 두께 T2는,
3/10≤T1/T2≤7/10의 관계를 만족시켜도 된다.
[적용예 7]
적용예 1 내지 6 중 어느 한 일례에 있어서,
상기 권회체를 외장체에 수용하는 공정을 더 포함해도 된다.
[적용예 8]
적용예 1 내지 7 중 어느 한 일례에 있어서,
상기 리튬 이온 공급원으로부터 방출되는 리튬 이온을, 상기 부극에 도프하는 공정을 더 포함하고 있어도 된다.
[적용예 9]
적용예 1 내지 8 중 어느 한 일례에 있어서,
상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
상기 정극과 상기 부극 사이에, 세퍼레이터를 배치해도 된다.
[적용예 10]
적용예 1 내지 9 중 어느 한 일례에 기재된 축전 디바이스의 제조 방법에 의해 제조되는 축전 디바이스는, 리튬 이온 캐패시터여도 된다.
[적용예 11]
본 발명에 관한 축전 디바이스의 일 형태는,
정극과, 부극과, 권회 방향으로 간극을 두고 배열된 복수의 부분을 갖는 금속박이 권회된 권회체를 포함하고,
상기 권회체는, 평탄부 및 곡선부를 갖고,
상기 간극은, 상기 곡선부에 배치되어 있다.
[적용예 12]
상기 금속박의 적어도 일부는, 상기 정극 및 상기 부극보다도 외측에 배치되어 있어도 된다.
본 발명에 관한 축전 디바이스의 제조 방법에서는, 권회체의 곡선부를 구성하는 부극에, 리튬 이온이 과잉으로 도프되는 것을 억제할 수 있어, 리튬 이온을 균일성 좋게 도프할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 셀을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 셀 권회체를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 셀의 권회체가 전개된 상태를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 셀의 권회체가 전개된 상태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 셀의 권회체가 전개된 상태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 셀의 권회체가 전개된 상태를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 셀을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 셀을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 12는 제2 실시 형태에 관한 셀을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 13은 비교예에 관한 셀을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 하기에 기재된 실시 형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 실시되는 각종 변형 예도 포함하는 것으로서 이해되어야 한다.
1. 제1 실시 형태
1.1. 축전 디바이스
우선, 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스는, 리튬 이온 공급원으로부터 방출되는 리튬 이온을, 부극(50)에 도프(이하, 「프리 도프」라고도 함)함으로써 형성된다. 보다 구체적으로는, 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스는, 권회체를 외장체에 수용하고, 외장체에 전해액을 주입함으로써 프리 도프를 행함으로써 형성된다. 이하에서는, 우선, 프리 도프가 행해지기(전해액이 주입되기) 전의 상태(이하, 「셀」이라고도 함)에 대해 설명하고, 다음으로 축전 디바이스에 대해 설명한다.
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 셀(100a)을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 2는, 제1 실시 형태에 관한 셀(100a)의 권회체(20)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 3은, 제1 실시 형태에 관한 셀(100a)의 권회체(20)가 전개된 상태(권회되기 전의 상태)를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 도 4∼도 6은, 제1 실시 형태에 관한 셀(100a)의 권회체(20)가 전개된 상태를 모식적으로 도시하는 선 단면도이다.
또한, 도 1은, 도 2의 I-I선 단면도이다. 도 4는, 도 3의 IV-IV선 단면도이다. 도 5는, 도 3의 V-V선 단면도이다. 도 6은, 도 3의 VI-VI선 단면도이다. 또한, 편의상, 도 1에서는, 제1 세퍼레이터(60) 및 제2 세퍼레이터(62)를 생략하고 도시하고 있다. 또한, 도 2에서는, 권회체(20)를 간략화하여 도시하고 있다. 또한, 도 1 및 도 3∼도 6에서는, 서로 직교하는 3개의 축으로서, X축, Y축, Z축을 도시하고 있다.
셀(100a)는 도 1∼도 6에 도시하는 바와 같이, 외장체(10)와, 권회체(20)를 포함한다.
외장체(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)를 수용하고 있다. 외장체(10)는, 예를 들어 그 두께(Z축 방향의 크기)를, 가로 폭(X축 방향의 크기) 및 세로 폭(Y축 방향의 크기)보다 작게 한 대략 상자형의 형상을 갖고 있다. 외장체(10)는, 평탄면(12) 및 곡면(14)으로 이루어지는 외연을 갖고 있다. 도 1에 도시하는 예에서는, 곡면(14)은 X축 방향의 단부면을 구성하고 있다. 외장체(10)의 재질은, 예를 들어 알루미늄, 스테인리스, 철이다.
권회체(20)는, 외장체(10)에 수용되어 있다. 권회체(20)는, 외장체(10)의 형상에 대응한 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 권회체(20)는 평탄부(22)와, 곡선부(24)를 갖고 있다.
권회체(20)의 평탄부(22)는, 외장체(10)의 2개의 평탄면(12)의 사이에 배치되어 있다. 평탄부(22)는, 예를 들어 권회체(20)를 구성하는 리튬 이온 공급원(30)의 표면이 평탄한 부분이다. 도 1에 도시하는 예에서는, 평탄부(22)를 구성하는 리튬 이온 공급원(30)은 X축 방향으로 연장되어 있다.
권회체(20)의 곡선부(24)는, 예를 들어 권회체(20)를 구성하는 리튬 이온 공급원(30)의 표면이 곡면을 이루는 부분(곡률을 갖는 부분)이다. 곡선부(24)는, 2개 설치되어 있다. 도시의 예에서, 곡선부(24a)는, 평탄부(22)의 +X축 방향측에 배치되고, 곡선부(24b)는, 평탄부(22)의 -X축 방향측에 배치되어 있다.
권회체(20)는, 리튬 이온 공급원(30)과, 정극(40)과, 부극(50)과, 제1 세퍼레이터(60)와, 제2 세퍼레이터(62)가 권회되어 이루어진다. 보다 구체적으로는, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 공급원(30)이 압착된 제1 세퍼레이터(60), 정극(40), 제2 세퍼레이터(62) 및 부극(50)을 이 순서로 겹쳐 적층체(21)를 형성하고, 적층체(21)의 권회 개시측(2)으로부터 적층체(21)를 권회함으로써 권회체(20)는 형성된다.
리튬 이온 공급원(30)은, 제1 세퍼레이터(60)와 제2 세퍼레이터(62) 사이에 배치되어 있다. 리튬 이온 공급원(30)은, 예를 들어 제1 세퍼레이터(60)에 압착 또는 부착되어 있다. 리튬 이온 공급원(30)은, 정극(40) 및 부극(50)과 이격되어 있다. 리튬 이온 공급원(30)은, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)가 전개된 상태에 있어서, 적층체(21)의 권회 개시측(도시한 예에서는 -X축 방향측)(2)보다도 권회 종료측(도시한 예에서는 +X축 방향측)(4)에 배치되어 있다. 리튬 이온 공급원(30)은(리튬 이온 공급원(30)의 적어도 일부는), 도 1에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)에 있어서, 정극(40) 및 부극(50)보다도 외측에 배치되어 있다.
리튬 이온 공급원(30)은, 권회 방향(후술하는 도 8에 나타내는 R방향)으로 간극(36)을 두고 배열된 복수의 부분을 갖고 있다. 구체적으로는, 리튬 이온 공급원(30)은, 권회 방향으로 간극(36)을 두고 배열된 제1 부분(32) 및 제2 부분(34)을 갖고 있다. 도 3 및 도 4에 도시하는 예에서는, 제1 부분(32) 및 제2 부분(34)은, 이 순서로 간극(36)을 두고 권회 개시측(2)으로부터 권회 종료측(4)을 향해 배열되어 있다. 즉, 제1 부분(32)은 제2 부분(34)보다도 권회 개시측(2)에 배치되어 있다.
리튬 이온 공급원(30)의 제1 부분(32) 및 제2 부분(34)의 평면 형상(도시한 예에서는 Z축 방향으로부터 본 형상)은, 예를 들어 도 3에 도시하는 바와 같이, 직사각형이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 간극(36)의 길이 S 및 간극(36)이 위치하는 곡선부(24a)를 구성하는 리튬 이온 공급원(30)의 길이 L은, 권회체(20)가 전개된 상태에 있어서,
3/10≤S/(S＋L)≤7/10
의 관계를 만족시킨다. 보다 바람직하게는, S 및 L은,
2/5≤S/(S＋L)≤3/5
의 관계를 만족시킨다. 보다 더 바람직하게는, S 및 L은,
S/(S＋L)=1/2
의 관계를 만족시킨다.
또한, 도 4에 도시하는 예에서는, S는, 제1 부분(32)과 제2 부분(34)의 X축 방향에 있어서의 간격이다. L은, X축 방향의 크기이며, 제1 부분(32)의, 곡선부(24a)를 구성하는 부분(33)의 크기 L1과, 제2 부분(34)의, 곡선부(24a)를 구성하는 부분(35)의 크기 L2의 합계이다.
리튬 이온 공급원(30)의 제1 부분(32)은, 권회 개시측(2)의 제1 단부면(32a)과, 권회 종료측(4)의 제2 단부면(32b)을 갖고 있다. 리튬 이온 공급원(30)의 제2 부분(34)은 권회 개시측(2)의 제3 단부면(34a)과, 권회 종료측(4)의 제4 단부면(34b)을 갖고 있다.
도 1에 도시하는 예에서는, 제2 단부면(32b)과 점 Oa를 지나는 가상 직선 P1과, 점 Oa를 지나는 X축에 평행한 가상 직선 α가 이루는 각도 θ1은, 45도이다. 또한, 제3 단부면(34a)과 점 Oa를 지나는 가상 직선 P2와, 가상 직선 α가 이루는 각도 θ2는, 45도이다. 단, 점 Oa는, 평탄부(22)와 곡선부(24a)의 경계선 γ 상에 위치하는 점이며, 곡선부(24a)의 Z축 방향에 있어서의 중심이다.
마찬가지로, 제1 단부면(32a)과 점 Ob를 지나는 가상 직선 Q1과, 중심 Ob를 지나는 X축에 평행한 가상 직선 β가 이루는 각도 θ3은, 45도이다. 또한, 제4 단부면(34b)과 중심 Ob를 지나는 가상 직선 Q2와, 가상 직선 β가 이루는 각도 θ4는, 45도이다. 단, 점 Ob는, 평탄부(22)와 곡선부(24b)의 경계선 δ 상에 위치하는 점이며, 곡선부(24b)의 형상의 비대칭성에 의해, 점 Oa보다도 -Z축 방향측에 위치하고 있는 점이다.
또한, 각도 θ1∼θ4는, 45도에 한정되지 않고, 0도보다 크고 90도보다 작은 범위이면, 임의의 각도일 수 있다.
리튬 이온 공급원(30)의 제1 부분(32)과 제2 부분(34) 사이의 권회 방향에 있어서의 간극(36)은, 제2 단부면(32b)과 제3 단부면(34a) 사이의 간극이다. 간극(36)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)의 곡선부(24a)에 배치되어 있다. 즉, 곡선부(24a)를 구성하는 정극(40) 및 부극(50)은, 간극(36)에 의해, 리튬 이온 공급원(30)에 덮여 있지 않은 영역을 갖고 있다. 곡선부(24b)를 구성하는 정극(40) 및 부극(50)은, 제1 단부면(32a)과 제4 단부면(34b)이 이격되어 있음으로써, 리튬 이온 공급원(30)에 덮여 있지 않은 영역을 갖고 있다.
리튬 이온 공급원(30)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 리튬박(37)과, 리튬과는 다른 재질로 이루어지는 금속박(38)을 갖고 있다. 도시한 예에서는, 제1 세퍼레이터(60)측에 금속박(38)이 배치되어 있지만, 제1 세퍼레이터(60)측에 리튬박(37)이 배치되어 있어도 된다. 또한, 도시는 하지 않았지만, 리튬박(37)은 금속박(38)의 양면에 설치되어 있어도 된다. 리튬박(37)은, 예를 들어 금속박(38)에 압착되어 있다.
리튬 이온 공급원(30)의 금속박(38)은, 리튬박(37)이 압착되어 있지 않은 미배치부(39)를 갖고 있다. 미배치부(39)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(60)와, 리튬 이온 공급원(30)과, 제2 세퍼레이터(62)를 겹쳤을 때, 평면에서 보아(Z축 방향으로부터 보아), 세퍼레이터(60, 62)의 외연의 외측에 위치하는 부분이다.
리튬 이온 공급원(30)은, 리튬 이온의 공급원으로서 기능할 수 있다. 즉, 도 1에 도시하는 바와 같은 권회체(20)에 있어서, 리튬 이온 공급원(30)(보다 구체적으로는 미배치부(39))과 부극(50)(보다 구체적으로는 미도포 시공부(56))을 전기적으로 접속시켜 단락시킨 상태에서 전해액에 침지시킴으로써, 리튬박(37)은 전해액에 용해되어 리튬 이온으로 된다. 그리고, 리튬 이온은, 전기 화학적으로 전해액을 통해 부극(50)(보다 구체적으로는 부극 활물질층(52))에 도프된다. 그 결과, 부극(50)의 전위를 낮출 수 있다.
리튬 이온 공급원(30)의 크기(리튬박(37)의 크기)는, 부극(50)에 프리 도프되는 양을 고려하여 적절하게 정해진다. 리튬박(37)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 50㎛ 이상 300㎛ 이하이다. 금속박(38)으로서는, 다공성의 금속박을 사용한다. 이에 의해, 권회체(20)에 있어서, 리튬 이온은, 금속박(38)을 투과하여 부극(50)에 도프될 수 있다. 금속박(38)의 재질은, 예를 들어 구리, 스테인리스이다. 금속박(38)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10㎛ 이상 200㎛ 이하이다.
정극(40)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)에 있어서, 리튬 이온 공급원(30)보다도 내측에 배치되어 있다. 정극(40)은, 제1 세퍼레이터(60)와 제2 세퍼레이터(62) 사이에 배치되어 있다. 정극(40)은, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)를 전개한 상태에 있어서, 리튬 이온 공급원(30)보다도 권회 개시측(2)에 배치되어 있다. 정극(40)은 띠 형상의 형상을 갖고 있다. 정극(40)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 정극 활물질층(42)과, 정극 집전체(44)를 갖고 있다.
정극 활물질층(42)은, 정극 집전체(44)에 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 정극 활물질층(42)은 정극 집전체(44)의 양면에 설치되어 있지만, 한쪽 면에만 설치되어 있어도 된다. 정극 활물질층(42)의 재질은, 전해액과 정극 활물질층(42)의 계면 부근에, 전기 이중층을 형성할 수 있는 것을 사용한다. 보다 구체적으로는, 정극 활물질층(42)의 재질은, 활성탄, 도전성 고분자, 방향족계 축합 폴리머의 열처리물이며 폴리아센계 골격 구조를 갖는 폴리아센계 유기 반도체(PAS)이다.
정극 집전체(44)로서는, 다공성의 금속박을 사용한다. 이에 의해, 도 1에 도시하는 바와 같은 권회체(20)에 있어서, 리튬 이온은, 정극 집전체(44)를 투과하여 부극 활물질층(52)에 도프될 수 있다. 정극 집전체(44)의 재질은, 예를 들어 알루미늄이다. 정극 집전체(44)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10㎛ 이상 50㎛ 이하이다.
정극 집전체(44)는, 정극 활물질층(42)이 설치되어 있지 않은 미도포 시공부(46)를 갖고 있다. 미도포 시공부(46)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(60)와, 정극(40)과, 제2 세퍼레이터(62)를 겹쳤을 때, 평면에서 보아, 세퍼레이터(60, 62)의 외연의 외측에 위치하는 부분이다. 미도포 시공부(46)는, 도 1에 도시하는 바와 같은 권회체(20)에 있어서, 도시하지 않은 리드를 통해 축전 디바이스(100)의 정극 단자와 전기적으로 접속되어 있다.
부극(50)은, 도 1에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)에 있어서, 리튬 이온 공급원(30)보다도 내측에 배치되어 있다. 부극(50)은, 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)를 전개한 상태에 있어서, 제2 세퍼레이터(62)의 +Z축 방향측에 배치되어 있다. 부극(50)은 띠 형상의 형상을 갖고 있다. 부극(50)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 부극 활물질층(52)과, 부극 집전체(54)를 갖고 있다.
부극 활물질층(52)은, 부극 집전체(54)에 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 부극 활물질층(52)은 부극 집전체(54)의 양면에 설치되어 있지만, 한쪽 면에만 설치되어 있어도 된다. 부극 활물질층(52)의 재질로서는, 리튬 이온을 흡장 및 방출 가능한 탄소 재료를 사용한다. 보다 구체적으로는, 부극 활물질층(52)의 재질은, 흑연(그래파이트), 난흑연화 탄소, PAS이다.
부극 집전체(54)로서는, 다공성의 금속박을 사용한다. 이에 의해, 도 1에 도시하는 바와 같은 권회체(20)에 있어서, 리튬 이온은, 부극 집전체(54)를 투과하여 부극 활물질층(52)에 도프될 수 있다. 부극 집전체(54)의 재질은, 예를 들어 구리, 스테인리스, 니켈이다. 부극 집전체(54)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 20㎛ 이상 50㎛ 이하이다.
부극 집전체(54)는, 부극 활물질층(52)이 설치되어 있지 않은 미도포 시공부(56)를 갖고 있다. 미도포 시공부(56)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 세퍼레이터(60)와, 제2 세퍼레이터(62)와, 부극(50)을 겹쳤을 때, 평면에서 보아, 제1 세퍼레이터(60) 및 제2 세퍼레이터(62)의 외연의 외측에 위치하는 부분이다. 미도포 시공부(56)는, 도 1에 도시하는 바와 같은 권회체(20)에 있어서, 도시하지 않은 리드를 통해 축전 디바이스(100)의 부극 단자와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 미도포 시공부(56)는, 권회체(20)에 있어서, 도시하지 않은 도전 부재를 통해 리튬 이온 공급원(30)의 미배치부(39)와 전기적으로 접속되어 있다.
제1 세퍼레이터(60) 및 제2 세퍼레이터(62)는, 띠 형상의 형상을 갖고 있다. 세퍼레이터(60, 62)로서는, 전해액 및 활물질층(42, 52)에 대해 내구성이 있는 다공성 재료를 사용한다. 보다 구체적으로는, 세퍼레이터(60, 62)로서는, 셀룰로오스, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아라미드 수지, 아미드 이미드, 폴리페닐렌술피드, 폴리이미드 등을 포함하는 부직포나, 다공질의 필름 등을 사용한다. 세퍼레이터(60, 62)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 15㎛ 이상 50㎛ 이하이다. 세퍼레이터(60, 62)는, 도 1에 도시하는 바와 같은 권회체(20)에 있어서, 정극(40)과 부극(50) 사이에 배치되어, 정극(40)과 부극(50)을 격리할 수 있다. 세퍼레이터(60, 62)는, 전해액을 침윤할 수 있다.
다음으로, 축전 디바이스(100)에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 7은, 축전 디바이스(100)를 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 1에 대응하고 있다. 축전 디바이스(100)는, 상술한 바와 같이, 셀(101)에 있어서, 리튬 이온 공급원(30)으로부터 방출되는 리튬 이온을, 부극(50)에 도프함으로써 형성된다. 보다 구체적으로는, 축전 디바이스(100)는, 권회체(20)를 외장체(10)에 수용하고, 외장체(10)에 전해액을 주입함으로써 프리 도프를 행함으로써 형성된다.
즉, 축전 디바이스(100)는, 셀(101)에 있어서, 권회체(20)가 전해액에 침지됨으로써, 리튬 이온 공급원(30)의 리튬박(37)이 전해액에, 부극(50)에 프리 도프된 것이다.
축전 디바이스(100)에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)는 정극(40)과, 부극(50)과, 금속박(38)이 권회되어 이루어진다. 금속박(38)은(금속박(38)의 적어도 일부는), 정극(40) 및 부극(50)보다도 외측에 위치하고 있다.
축전 디바이스(100)에서는, 금속박(38)은 리튬 이온 공급원(30)과 마찬가지로, 권회 방향으로 간극(136)을 두고 배열된 복수의 부분(구체적으로는 제1 부분(38a) 및 제2 부분(38b))을 갖고 있다. 간극(136)은, 권회체(20)의 곡선부(24a)에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 금속박(38)의 단부(에지부)(138)는, 곡선부(24a)에 위치하고 있고, 권회체(20)의 평탄부(22)에는 위치하고 있지 않다.
축전 디바이스(100)에서는, 전해액(도시하지 않음)은, 외장체(10)에 수용되어 있다. 전해액으로서는, 비수계 전해액이 사용된다. 전해액의 용매로서는, 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, γ-부티로락톤, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 테트라히드로푸란, 디옥솔란, 염화메틸렌, 술포란 등을 들 수 있다. 이들 용매는, 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
전해액의 전해질로서는, 리튬염을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 전해질로서는, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등을 들 수 있다. 전해액 중의 전해질의 농도는, 예를 들어 0.5몰/L 이상 1.5몰/L 이하이다.
축전 디바이스(100)는, 예를 들어 이하의 특징을 갖는다.
축전 디바이스(100)에서는, 리튬 이온이 균일성 좋게 부극(50)에 도프되어 있다. 상세는, 후술한다.
축전 디바이스(100)에서는, 권회체(20)의 곡선부(24)에 금속박의 단부(에지)(138)가 위치하고 있다. 그로 인해, 축전 디바이스(100)의 사용시에 있어서, 축전 디바이스(100)를 폭 방향(Z축 방향)으로 가압해도, 권회체(20)에 국소적인 압력이 가해지지 않게 된다. 이에 의해, 덴드라이트의 석출이 발생하기 어려워져, 축전 디바이스(100)의 장수명화를 도모할 수 있다.
예를 들어, 축전 디바이스(100)를 사용할 때, 충방전을 반복하면 축전 디바이스(100)의 셀 사이즈가 바뀌므로, 축전 디바이스(100)를 폭 방향(Z축 방향)으로 가압하여 셀 사이즈를 유지하면서 사용하는 경우가 많다. 그로 인해, 금속박의 단부(에지)가 권회체의 평탄부에 위치하고 있으면, 단부(에지)의 위치에서 국소적으로 저항이 낮아지는 경우가 있다. 그 결과, 리튬 이온의 이동이 금속박의 단부(에지)의 위치만큼 국소적으로 많아져, 덴드라이트가 석출되기 쉬워지는 경우가 있다.
또한, 상술한 예에서는, 축전 디바이스(100)를 리튬 이온 캐패시터로서 설명하였지만, 축전 디바이스(100)는 리튬 이온 2차 전지여도 된다.
1.2. 축전 디바이스의 제조 방법
다음으로, 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스의 제조 방법에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 8은, 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스(100)의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9는, 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스(100)의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
축전 디바이스(100)의 제조 방법은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 권회체(20)를 형성하는 공정(S1)과, 권회체(20)를 외장체(10)에 수용하는 공정(S2)과, 리튬 이온을 부극(50)에 도프하는 공정(S3)을 포함한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 정극(40)과, 부극(50)과, 권회 방향으로 간극(36)을 두고 배열된 복수의 부분(구체적으로는 제1 부분(32) 및 제2 부분(34))을 갖는 리튬 이온 공급원(30)을 권회하고, 평탄부(22) 및 곡선부(24)를 갖는 권회체(20)를 형성한다(S1). 본 공정에 있어서, 리튬 이온 공급원(30)이 정극(40) 및 부극(50)보다도 외측에 위치하도록, 권회체(20)를 형성한다. 또한, 본 공정에 있어서, 간극(36)이 곡선부(24)에 위치하도록, 권회체(20)를 형성한다.
구체적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 공급원(30)이 압착된 제1 세퍼레이터(60), 정극(40), 제2 세퍼레이터(62) 및 부극(50)을 이 순서로 적층시켜, 적층체(21)를 형성한다. 다음으로, 도 8에 도시하는 바와 같이, 적층체(21)의 권회 개시측(2)에 심봉(70)을 배치하고, 심봉(70)을 화살표 방향 R(권회 방향 R)로 회전시킴으로써, 대략 원형의 단면 형상을 갖는 권회체(도시하지 않음)를 형성한다. 다음으로, 대략 원형의 단면 형상을 갖는 권회체를 테이프(도시하지 않음) 등으로 고정시켜, 심봉(70)을 뽑아낸다. 다음으로, 리튬 이온 공급원(30)의 미배치부(39)와, 부극(50)의 미도포 시공부(56)를 도전 부재(도시하지 않음)에 의해 단락시킨다. 도시한 예에서는, 심봉(70)의 형상은 원기둥이다. 심봉(70)의 재질은, 예를 들어 스테인리스, 구리, 니켈 등의 금속 재료나, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌술피드 등의 수지이다. 또한, 심봉(70)을 뽑아내지 않고, 그대로 남겨진 구성으로 해도 된다.
다음으로, 도 1에 도시하는 바와 같이, 평탄부(22) 및 곡선부(24)를 갖도록, 대략 원형의 단면 형상을 갖는 권회체를 변형시켜, 권회체(20)를 형성한다. 본 공정에 있어서, 간극(36)을 권회체(20)의 곡선부(24)에 배치한다. 구체적으로는, 대략 원형의 단면 형상을 갖는 권회체를, 성형기 등으로 압력을 가함으로써, 평탄부(22) 및 곡선부(24)를 갖는 권회체(20)를 형성한다.
또한, 도시는 하지 않았지만, 심봉(70)의 형상을 원하는 형상(예를 들어, 편평한 원기둥 형상)으로 하여 적층체(21)를 권회함으로써, 권회하는 공정에 있어서, 평탄부(22) 및 곡선부(24)를 갖는 권회체(20)를 형성해도 된다.
다음으로, 권회체(20)를 외장체(10)에 수용한다(S2). 권회체(20)는, 예를 들어 공지의 방법으로 외장체(10)에 수용된다. 이에 의해, 셀(100a)을 형성할 수 있다.
다음으로, 리튬 이온 공급원(30)으로부터 방출되는 리튬 이온을, 부극(50)에 도프한다(S3). 구체적으로는, 외장체(10)에 전해액을 주입하고, 권회체(20)를 전해액에 침지한다. 이에 의해, 리튬 이온이, 리튬 이온 공급원(30)의 리튬박(37)으로부터 방출되어, 부극 활물질층(42)에 도프된다. 또한, 미리 전해액이 주입되어 있는 외장체(10)에, 권회체(20)를 수용하고, 권회체(20)를 전해액에 침지해도 된다.
다음으로, 외장체(10)를 밀폐한다.
또한, 정극(40) 및 부극(50)은 집전체(44, 54)의 양면에 활물질층(42, 52)을 도포하여 형성된다. 활물질층(42, 52)의 형성 방법으로서는, 우선, 활성탄이나 흑연 등의 활물질 분말 및 바인더를 수계 매체 또는 유기 용매 중에 분산하여 슬러리를 조정한다. 필요에 따라서, 도전성 분말을 혼입시켜도 된다. 다음으로, 조정한 슬러리를 집전체(44, 54)의 표면에 도포하여 건조시킨다. 이와 같이 하여, 활물질층(42, 52)을 얻을 수 있다.
슬러리의 조정에 사용되는 바인더로서는, SBR(styrene butadiene rubber) 등의 고무계 바인더나, 폴리사불화에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등의 불소계 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지 등을 들 수 있다. 필요에 따라서 혼입되는 도전성 분말로서는, 아세틸렌 블랙, 그래파이트, 금속 분말 등을 들 수 있다.
이상의 공정에 의해, 도 7에 도시하는 바와 같은 축전 디바이스(100)를 제조할 수 있다.
축전 디바이스(100)의 제조 방법에 의하면, 예를 들어 이하의 특징을 갖는다.
축전 디바이스(100)의 제조 방법에서는, 권회체(20)를 형성하는 공정에 있어서, 간극(36)이 곡선부(24)에 위치하도록, 권회체(20)를 형성한다. 이에 의해, 축전 디바이스(100)의 제조 방법에서는, 곡선부(24)를 구성하는 부극(50)에, 리튬 이온이 과잉으로 도프되는 것을 억제할 수 있어, 리튬 이온을 균일성 좋게 도프할 수 있다. 따라서, 권회체(20)의 곡선부(24)에 있어서 리튬 덴드라이트가 석출되고, 상기 리튬 덴드라이트가 세퍼레이터(60, 62)를 관통하여, 정극(40)과 부극(50)이 단락되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 축전 디바이스(100)의 장수명화를 도모할 수 있어, 축전 디바이스(100)는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
여기서, 도 13은 비교예에 관한 셀(1000a)을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 셀(1000a)은, 외장체(1010)와, 외장체(1010)에 수용된 권회체(1020)를 포함한다. 권회체(1020)는, 리튬 이온 공급원(1030)과, 정극(1040)과, 부극(1050)을 갖고 있다. 리튬 이온 공급원(1030)에는, 권회 방향에 있어서, 간극이 형성되어 있지 않다. 이러한 셀(1000a)에서는, 곡선부(1024)를 구성하는 부극(1050)에, 평탄부(1022)를 구성하는 부극(1050)에 비해, 리튬 이온이 과잉으로 도프된다. 이하, 그 이유에 대해 설명한다.
평탄부(1022)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(1022a) 및 제2 영역(1022b)을 갖고 있다. 여기서, 곡선부(1024a)의 단면 형상을, 반경 A의 원을 이분한 반원으로 하고, 평탄부(1022)를 구성하는 리튬 이온 공급원(1030)의 길이(X축 방향의 크기)를 B로 하면, 영역(1022a, 1022b)의 각각의 면적(도 13에 나타내는 단면적)의 크기는, A×B이다. 따라서, 제1 영역(1022a)에 있어서의 리튬 이온의 도프를, 제1 영역(1022a)에 배치된 리튬 이온 공급원(1030a)이 담당하고, 제2 영역(1022b)에 있어서의 리튬 이온의 도프를, 제2 영역(1022b)에 배치된 리튬 이온 공급원(1030b)이 담당한다고 하면, 리튬 이온 공급원(1030a, 1030b) 각각이 도프를 담당하는 면적의 크기는, A×B로 된다. 따라서, 리튬 이온 공급원(1030a, 1030b)의 각각이 담당해야 하는 리튬 이온의 도프량은, 단위 길이당, 「A」로 나타낼 수 있다.
한편, 곡선부(1024a)에 있어서의 리튬 이온의 도프를, 곡선부(1024a)를 구성하는 리튬 이온 공급원(1030)이 담당하는 것으로 한다. 곡선부(1024a)의 면적(도 13에 나타내는 단면적)의 크기는, πA2/2이고, 곡선부(1024a)를 구성하는 리튬 이온 공급원(1030)의 길이는, 길이 πA이다. 따라서, 곡선부(1024a)를 구성하는 리튬 이온 공급원(1030)이 담당해야 하는 리튬 이온의 도프량은, 단위 길이당, 「A/2」로 나타낼 수 있다.
따라서, 셀(1000a)에서는, 곡선부(1024a)를 구성하는 부극(1050)의 단위 길이당 리튬 이온 도프량은, 평탄부(1022)를 구성하는 부극(1050)의 단위 길이당 리튬 이온 도프량의 2배로 된다. 즉, 축전 디바이스(1000)에서는, 리튬 이온이 곡선부(1024)에 과잉으로 도프되어, 리튬 이온을 균일성 좋게 도프할 수 없다.
제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스(100)의 제조 방법에서는, 상기한 바와 같은 문제를 피할 수 있다. 즉, 리튬 이온이 곡선부(24)에 과잉으로 도프되는 것을 억제할 수 있어, 리튬 이온을 균일성 좋게 도프할 수 있다.
축전 디바이스(100)의 제조 방법에서는, 간극(36)의 길이 S 및 간극(36)이 위치하는 곡선부(24a)를 구성하는 리튬 이온 공급원(30)의 길이 L은, 권회체(20)가 전개된 상태에 있어서,
3/10≤S/(S＋L)≤7/10
의 관계를 만족시키고, 보다 바람직하게는,
2/5≤S/(S＋L)≤3/5
의 관계를 만족시키고, 보다 더 바람직하게는,
S/(S＋L)=1/2
의 관계를 만족시킨다. 이에 의해, 리튬 이온을 보다 균일성 좋게 도프할 수 있다.
1.3. 축전 디바이스의 변형예
다음으로, 제1 실시 형태의 제1 및 제2 변형예에 관한 축전 디바이스에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 축전 디바이스는, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 셀에 있어서, 축전 디바이스(100)와 마찬가지로, 리튬 이온 공급원(30)으로부터 방출되는 리튬 이온을, 부극(50)에 도프함으로써 형성된다. 제2 실시 형태의 제2 변형예에 관한 축전 디바이스는, 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 셀에 있어서, 축전 디바이스(100)와 마찬가지로, 리튬 이온 공급원(30)으로부터 방출되는 리튬 이온을, 부극(50)에 도프함으로써 형성된다.
도 10은, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 셀(200a)을 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 1에 대응하고 있다. 도 11은, 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 셀(300a)을 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 1에 대응하고 있다. 이하, 제1 실시 형태의 제1 및 제2 변형예에 관한 셀(200a, 300a)에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 셀(100a)의 구성 부재와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 편의상, 도 10 및 도 11에서는, 제1 세퍼레이터(60) 및 제2 세퍼레이터(62)를 생략하고 도시하고 있다. 또한, 도 10 및 도 11에서는, 서로 직교하는 3개의 축으로서, X축, Y축, Z축을 도시하고 있다.
1.3.1. 제1 변형예
셀(100a)에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 공급원(30)은, 권회 방향으로 간극(36)을 두고 배열된 제1 부분(32) 및 제2 부분(34)을 갖고 있었다. 이에 반해, 셀(200a) 축전 디바이스(200)에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 공급원(30)은 권회 방향으로 간극을 두고 배열된, 제1 부분(32), 제2 부분(34), 제3 부분(232) 및 제4 부분(234)을 갖고 있다. 축전 디바이스(200)에서는, 권회체(20)가 전개된 상태에 있어서, 권회 개시측(2)으로부터 권회 종료측(4)을 향해(도 4 참조), 예를 들어 제1 부분(32), 제2 부분(34), 제3 부분(232) 및 제4 부분(234)이 차례로 배치되어 있다.
리튬 이온 공급원(30)의 제1 부분(32)은, 도 10에 도시하는 바와 같이 권회체(20)의 곡선부(24b)를 구성하고 있다. 제1 부분(32)은, 예를 들어 권회 방향에 있어서 πD/2(D는, 곡선부(24b)의 X축 방향의 크기)의 길이를 갖고, 가상 직선 β에 관하여 대칭으로 배치되어 있다.
리튬 이온 공급원(30)의 제2 부분(34) 및 제4 부분(234)은, 권회체(20)의 평탄부(22)를 구성하고 있다. 도시한 예에서는, 제2 부분(34)은 평탄부(22)에 있어서 -Z축 방향측에 배치되고, 제4 부분(234)은 평탄부(22)에 있어서 +Z축 방향측에 배치되어 있다.
리튬 이온 공급원(30)의 제3 부분(232)은, 권회체(20)의 곡선부(24a)를 구성하고 있다. 제3 부분(232)은, 예를 들어 권회 방향에 있어서 πC/2(C는, 곡선부(24a)의 X축 방향의 크기)의 길이를 갖고, 가상 직선 α에 관하여 대칭으로 배치되어 있다.
제1 부분(32)과 제2 부분(34) 사이의 권회 방향에 있어서의 간극(36)은, 곡선부(24b)에 배치되어 있다. 즉, 곡선부(24b)를 구성하는 정극(40) 및 부극(50)은, 간극(36)에 의해 리튬 이온 공급원(30)에 덮여 있지 않은 영역을 갖고 있다. 또한, 곡선부(24b)를 구성하는 정극(40) 및 부극(50)은, 제1 부분(32)과 제4 부분(234)이 이격되어 있음으로써, 리튬 이온 공급원(30)에 덮여 있지 않은 영역을 갖고 있다.
제2 부분(34)과 제3 부분(232) 사이의 권회 방향에 있어서의 간극(236)은, 곡선부(24a)에 배치되어 있다. 제3 부분(232)과 제4 부분(234) 사이의 권회 방향에 있어서의 간극(237)은, 곡선부(24a)에 배치되어 있다. 즉, 곡선부(24b)를 구성하는 정극(40) 및 부극(50)은 간극(236, 237)에 의해 리튬 이온 공급원(30)에 덮여 있지 않은 영역을 갖고 있다.
제1 부분(32)의 권회 개시측(2)의 제1 단부면(32a)과 점 Ob를 지나는 가상 직선 U1과, 경계선 δ가 이루는 각도 θ5는, 45도이다. 또한, 제1 부분(32)의 권회 종료측(4)의 제2 단부면(32b)과 점 Ob를 지나는 가상 직선 U2와, 경계선 δ가 이루는 각도 θ6은, 45도이다. 또한, 제3 부분(232)의 권회 개시측(2)의 제5 단부면(232a)과 점 Oa를 지나는 가상 직선 V1과, 경계선 γ가 이루는 각도 θ7은, 45도이다. 또한, 제3 부분(232)의 권회 종료측(4)의 제6 단부면(232b)과 점 Oa를 지나는 가상 직선 V2와, 경계선 γ가 이루는 각도 θ8은, 45도이다.
또한, 제1 부분(32), 제2 부분(34), 제3 부분(232) 및 제4 부분(234)의 권회 방향의 길이는, 각 부분(32, 34, 232, 234)이 서로 이격되어 있으면, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 각도 θ5∼θ8은, 45도에 한정되지 않고, 0도보다도 크고 90도보다도 작은 범위이면, 임의의 각도일 수 있다.
1.3.2. 제2 변형예
축전 디바이스(100)에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 공급원(30)의 제1 부분(32)의 제1 단부면(32a)은 가상 직선 β로부터 45도 기운 가상 직선 Q1 상에 배치되고, 제2 단부면(32b)은 가상 직선 α로부터 45도 기운 가상 직선 P1 상에 배치되어 있었다. 또한, 리튬 이온 공급원(30)의 제2 부분(34)의 제3 단부면(34a)은 가상 직선 α로부터 45도 기운 가상 직선 P2 상에 배치되고, 제4 단부면(34b)은 가상 직선 β로부터 45도 기운 가상 직선 Q2 상에 배치되어 있었다.
이에 반해, 축전 디바이스(300)에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 제1 부분(32)의 제1 단부면(32a)은 가상 직선 β에 배치되고, 제2 단부면(32b)은 가상 직선 γ 상에 배치되어 있다. 곡선부(24b)를 구성하는 제1 부분(32)은 예를 들어 권회 방향에 있어서 πD/2(D는, 곡선부(24b)의 X축 방향의 크기)의 길이를 갖고 있다.
제2 부분(34)의 제3 단부면(34a)은, 가상 직선 α 상에 배치되고, 제4 단부면(34b)은 가상 직선 δ에 배치되어 있다. 곡선부(24a)를 구성하는 제2 부분(34)은, 예를 들어 권회 방향에 있어서 πC/2(C는, 곡선부(24a)의 X축 방향의 크기)의 길이를 갖고 있다.
제1 부분(32)의 권회 종료측(4)의 제2 단부면(32b)과 점 Oa를 지나는 경계선 γ와 제2 부분(34)의 권회 개시측(2)의 제3 단부면(34a)과 점 Oa를 지나는 가상 직선 α가 이루는 각도 θ9는, 90도이다. 제1 부분(32)의 권회 개시측(2)의 제1 단부면(32a)과 점 Ob를 지나는 가상 직선 β과, 제2 부분(34)의 권회 종료측(4)의 제4 단부면(34b)과 점 Ob를 지나는 경계선 δ가 이루는 각도 θ10은, 90도이다.
2. 제2 실시 형태
2.1. 축전 디바이스
다음으로, 제2 실시 형태에 관한 축전 디바이스에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 축전 디바이스는, 제2 실시 형태에 관한 셀에 있어서, 축전 디바이스(100)와 마찬가지로, 리튬 이온 공급원(30)으로부터 방출되는 리튬 이온을, 부극(50)에 도프함으로써 형성된다.
도 12는, 제2 실시 형태에 관한 셀(400a)을 모식적으로 도시하는 단면도이며, 도 1에 대응하고 있다. 이하, 제2 실시 형태에 관한 셀(400a)에 있어서, 제1 실시 형태에 관한 셀(100a)의 구성 부재와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 편의상, 도 12에서는, 제1 세퍼레이터(60) 및 제2 세퍼레이터(62)를 생략하고 도시하고 있다. 또한, 도 12에서는, 서로 직교하는 3개의 축으로서, X축, Y축, Z축을 도시하고 있다.
셀(100a)에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 공급원(30)은 권회 방향으로 간극(36)을 두고 배열된 제1 부분(32) 및 제2 부분(34)을 갖고 있었다. 이에 반해, 셀(400a)에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 공급원(30)은 권회 방향으로 배열된 박육부(432) 및 후육부(434)를 갖고 있다. 축전 디바이스(400)에서는, 권회체(20)가 전개된 상태에 있어서, 권회 개시측(2)으로부터 권회 종료측(4)을 향해(도 4 참조), 예를 들어 박육부(432a), 후육부(434a), 박육부(432b), 후육부(434b), 박육부(432c)가 차례로 배열되어 있다.
박육부(432)는, 후육부(434)의 두께보다도 작은 두께를 갖는 부분이다. 박육부(432)는, 곡선부(24)를 구성하고 있다. 도시한 예에서는, 박육부(432a, 432c)는 곡선부(24b)를 구성하고, 박육부(432b)는 곡선부(24a)를 구성하고 있다. 후육부(434)는 평탄부(22)를 구성하고 있다.
박육부(432)의 두께 T1 및 후육부(434)의 두께 T2는,
3/10≤T1/T2≤7/10
의 관계를 만족시킨다. 보다 바람직하게는, T1 및 T2는,
2/5≤T1/T2≤3/5
의 관계를 만족시킨다. 또한 더욱 바람직하게는, T1 및 T2는,
T1/T2=1/2
의 관계를 만족시킨다.
2.2. 축전 디바이스의 제조 방법
다음으로, 제2 실시 형태에 관한 축전 디바이스의 제조 방법에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에 관한 축전 디바이스(400)의 제조 방법은, 정극(40)과, 부극(50)과, 권회 방향으로 배열된 박육부(432) 및 후육부(434)를 갖는 리튬 이온 공급원(30)을 권회하고, 박육부(432)가, 곡선부(24)를 구성하도록 권회체(20)를 형성하는 것 이외에는, 제1 실시 형태에 관한 축전 디바이스(100)의 제조 방법과 기본적으로 동일하다. 따라서, 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 박육부(432) 및 후육부(434)를 갖는 리튬 이온 공급원(30)은, 일정한 두께를 갖는 리튬 이온 공급원을 준비하고, 상기 리튬 이온 공급원의 박육부에 상당하는 부분을 에칭함으로써 형성해도 되고, 두께가 다른 리튬 이온 공급원을 부착함으로써 형성해도 된다.
축전 디바이스(400)의 제조 방법에서는, 축전 디바이스(100)의 제조 방법과 마찬가지로, 리튬 이온을 균일성 좋게 도프할 수 있다.
또한, 축전 디바이스(400)의 제조 방법에서는, 박육부(432)의 두께 T1 및 후육부(434)의 두께 T2가 상기한 관계를 만족시킴으로써, 리튬 이온을 보다 균일성 좋게 도프할 수 있다.
본 발명은, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 본 발명은, 상술한 각 실시 형태 및 각 변형예를 적절하게 조합하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 본 발명은, 실시 형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 구성(예를 들어, 기능, 방법 및 결과가 동일한 구성, 혹은 목적 및 효과가 동일한 구성)을 포함한다. 또한 본 발명은 상기한 실시 형태에서 설명한 구성이 본질적이지 않은 부분을 다른 구성으로 치환한 구성을 포함한다. 또한 본 발명은, 상기한 실시 형태에서 설명한 구성과 동일한 작용 효과를 발휘하는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성도 포함한다. 또한 본 발명은, 상기한 실시 형태에서 설명한 구성에 공지 기술을 부가한 구성도 포함한다.
2 : 권회 개시측
4 : 권회 종료측
10 : 외장체
12 : 평탄면
14 : 곡면
20 : 권회체
21 : 적층체
22 : 평탄부
24 : 곡선부
30 : 리튬 이온 공급원
32 : 제1 부분
32a : 제1 단부면
32b : 제2 단부면
33 : 곡선부를 구성하는 부분
34 : 제2 부분
34a : 제3 단부면
34b : 제4 단부면
35 : 곡선부를 구성하는 부분
36 : 간극
37 : 리튬박
38 : 금속박
39 : 미배치부
40 : 정극
42 : 정극 활물질층
44 : 정극 집전체
46 : 미도포 시공부
50 : 부극
52 : 부극 활물질층
54 : 부극 집전체
56 : 미도포 시공부
60 : 제1 세퍼레이터
62 : 제2 세퍼레이터
70 : 심봉
100 : 축전 디바이스
100a : 셀
136 : 간극
138 : 단부
200a : 셀
232 : 제3 부분
232a : 제5 단부면
232b : 제6 단부면
234 : 제4 부분
236 : 간극
237 : 간극
300a : 셀
400 : 축전 디바이스
400a : 셀
432 : 박육부
434 : 후육부
1000a : 셀
1010 : 외장체
1020 : 권회체
1022 : 평탄부
1024 : 곡선부
1030 : 리튬 이온 공급원
1040 : 정극
1050 : 부극

Claims (12)

  1. 정극과, 부극과, 권회 방향으로 간극을 두고 배열된 복수의 부분을 갖는 리튬 이온 공급원을 권회하고, 평탄부 및 곡선부를 갖는 권회체를 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
    상기 리튬 이온 공급원이 상기 곡선부를 구성하고, 또한, 상기 간극이, 상기 곡선부에 위치하도록 상기 권회체를 형성하고,
    상기 간극의 길이 S 및 상기 간극이 위치하는 상기 곡선부를 구성하는 상기 리튬 이온 공급원의 길이 L은, 상기 권회체를 전개한 상태에 있어서,
    3/10≤S/(S＋L)≤7/10의 관계를 만족시키는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
    상기 리튬 이온 공급원의 적어도 일부가, 상기 정극 및 상기 부극보다도 외측에 위치하도록 상기 권회체를 형성하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  3. 정극과, 부극과, 권회 방향으로 배열된 박육부 및 후육부를 갖는 리튬 이온 공급원을 권회하고, 평탄부 및 곡선부를 갖는 권회체를 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
    상기 박육부가, 상기 곡선부를 구성하도록 상기 권회체를 형성하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
    상기 리튬 이온 공급원의 적어도 일부가, 상기 정극 및 상기 부극보다도 외측에 위치하도록 상기 권회체를 형성하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 박육부의 두께 T1 및 상기 후육부의 두께 T2는,
    3/10≤T1/T2≤7/10의 관계를 만족시키는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 권회체를 외장체에 수용하는 공정을 더 포함하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 리튬 이온 공급원으로부터 방출되는 리튬 이온을, 상기 부극에 도프하는 공정을 더 포함하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 권회체를 형성하는 공정에 있어서,
    상기 정극과 상기 부극 사이에 세퍼레이터를 배치하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제3항에 기재된 축전 디바이스의 제조 방법에 의해 제조되는 축전 디바이스는, 리튬 이온 캐패시터인, 축전 디바이스의 제조 방법.
  10. 정극과, 부극과, 권회 방향으로 간극을 두고 배열된 복수의 부분을 갖는 금속박이 권회된 권회체를 포함하고,
    상기 권회체는, 평탄부 및 곡선부를 갖고,
    상기 간극은, 상기 곡선부에 배치되고,
    상기 금속박의 단부는 상기 곡선부에 배치되고,
    상기 금속박은 상기 곡선부를 구성하고 있는, 축전 디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속박의 적어도 일부는, 상기 정극 및 상기 부극보다도 외측에 배치되어 있는, 축전 디바이스.
  12. 삭제
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