KR101892846B1 - 전극 구조체, 이차 전지, 전지 팩 및 차량 - Google Patents

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도모코 스기자키
야스히로 하라다
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Abstract

본 발명의 실시 형태는, 전극 구조체, 이차 전지, 전지 팩 및 차량에 관한 것이다.
우수한 수율을 달성할 수 있는 전극 구조체, 이 전극 구조체를 구비한 이차 전지, 이 이차 전지를 구비한 전지 팩, 및 이 전지 팩을 구비한 차량을 제공하는 것이다.
하나의 실시 형태에 의하면, 전극 구조체가 제공된다. 이 전극 구조체는, 집전체와, 활물질층과, 세퍼레이터층을 포함한다. 활물질층은, 집전체 중 적어도 한쪽 면의 일부를 피복하고 있다. 세퍼레이터층은, 활물질층의 표면을 피복함과 함께, 활물질층의 제1 단부면을 걸치도록 하여 집전체 중 적어도 한쪽 면을 피복하고, 집전체 중 적어도 한쪽 면과 접한 제1 단부를 갖고 있다. 활물질층의 제1 단부면부터 세퍼레이터층의 제1 단부까지의 거리(a)와, 활물질층의 표면과 활물질층의 제1 단부면이 교차하는 제1 변부터, 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 집전체의 상기 면과 평행한 방향에 대한 거리(b)의 비(b/a)는, 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있다.

Description

전극 구조체, 이차 전지, 전지 팩 및 차량{ELECTRODE STRUCTURE, SECONDARY BATTERY, BATTERY PACK AND VEHICLE}
본 발명의 실시 형태는, 전극 구조체, 이차 전지, 전지 팩 및 차량에 관한 것이다.
리튬 이온을 흡장 방출 가능한 정극 및 부극을 포함하는 비수전해질 이차 전지는, 고에너지 밀도 전지로서, 전기 자동차, 전력 축전 및 정보 기기 등 여러 분야에 널리 보급하기에 이르렀다. 이에 따라, 시장으로부터의 요구도 더욱 증가하여, 활발하게 연구가 진행되고 있다.
비수전해질 이차 전지를, 전기 자동차용 전원의 용도로 사용하기 위해서는, 에너지 밀도가 높을 것, 즉 단위 중량 또는 단위 체적당의 방전 용량이 클 것이 요구된다.
한편, 단위 중량 또는 단위 체적당의 방전 용량이 커지면 커질수록, 안전성이 문제가 되어, 보다 한층 우수한 안전성을 갖는 이차 전지가 요구된다. 이 문제를 해결하기 위한 하나의 대답이 전고체 이차 전지이다. 전고체 이차 전지는, 문자 그대로 지금까지의 비수전해질 이차 전지, 즉 유기계 전해액 대신에 고체 전해질을 사용하는 이차 전지이다. 유기계 전해액은 발화성이기 때문에, 유기계 전해액을 사용한 경우의 안전성을 높이기 위한 기술 개발이 활발히 행해지고 있다. 그래도, 충분한 안전성을 확보하는 것은 어렵다. 전고체 이차 전지는 유기계 전해액을 사용하지 않으므로, 발화의 가능성이 없다. 그로 인해, 전고체 이차 전지는, 매우 안정성이 높은 이차 전지이다.
또한, 전고체 이차 전지에 의하면, 전해액을 사용하지 않으므로, 집전체의 표리에 정극과 부극을 형성해서 얻어지는 바이폴라 구조의 전극에 대하여, 그 위에 고체 전해질층을 슬러리의 도포에 의해 형성하여 스택함으로써, 바이폴라 전지를 적합하게 형성할 수 있다. 이러한 바이폴라 전지에서는, 셀 내부에서 전압을 높이는 것이 용이하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 우수한 수율을 달성할 수 있는 전극 구조체, 이 전극 구조체를 구비한 이차 전지, 이 이차 전지를 구비한 전지 팩, 및 이 전지 팩을 구비한 차량을 제공하는 것이다.
제1 실시 형태에 의하면, 전극 구조체가 제공된다. 이 전극 구조체는, 집전체와, 활물질층과, 세퍼레이터층을 포함한다. 활물질층은, 집전체 중 적어도 한쪽 면의 일부를 피복하고 있다. 세퍼레이터층은, 활물질층의 표면을 피복함과 함께, 상기 활물질층의 제1 단부면을 걸치도록 하여 상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면을 피복하고, 상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면과 접한 제1 단부를 갖고 있다. 활물질층의 제1 단부면부터 세퍼레이터층의 제1 단부까지의 거리(a)와, 활물질층의 표면과 활물질층의 제1 단부면이 교차하는 제1 변부터, 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 집전체의 상기 면과 평행한 방향에 대한 거리(b)의 비(b/a)는, 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있다.
제2 실시 형태에 의하면, 이차 전지가 제공된다. 이 이차 전지는, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체를 포함한다.
제3 실시 형태에 의하면, 전지 팩이 제공된다. 이 전지 팩은, 제2 실시 형태에 관한 이차 전지를 포함한다.
제4 실시 형태에 의하면, 차량이 제공된다. 이 차량은, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩을 포함한다.
상기 구성에 의하면, 우수한 수율을 달성할 수 있는 전극 구조체, 이 전극 구조체를 구비한 이차 전지, 이 이차 전지를 구비한 전지 팩, 및 이 전지 팩을 구비한 차량을 제공할 수 있다.
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체의 일례를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 전극 구조체의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 3은, 도 2의 A부의 확대 단면도이다.
도 4는, 도 2의 A부의 변형예를 도시하는 확대 단면도이다.
도 5는, 도 2의 B부의 확대 단면도이다.
도 6은, 도 2의 B부의 변형예를 도시하는 확대 단면도이다.
도 7은, 도 1에 도시한 전극 구조체의 VII-VII선에 따른 단면도이다.
도 8은, 도 7의 C부의 확대 단면도이다.
도 9는, 도 7의 C부의 변형예를 도시하는 확대 단면도이다.
도 10은, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체의 제조 공정의 하나의 공정을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 11은, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체의 제조 공정의 다른 공정을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 12는, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체의 제조 공정의 송풍 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 13은, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체의 제조 공정의 건조 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 14는, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체의 제조 공정의 다른 공정을 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 15는, 제2 실시 형태에 관한 이차 전지의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 16은, 도 15의 A부의 확대 단면도이다.
도 17은, 제2 실시 형태에 관한 이차 전지의 다른 예를 도시하는 사시도이다.
도 18은, 도 17에 관한 이차 전지가 포함하는 적층형 전극군의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 19는, 제2 실시 형태에 관한 이차 전지가 포함하는 바이폴라형의 전극군의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 20은, 제2 실시 형태에 관한 이차 전지의 다른 예를 도시하는 단면도이다.
도 21은, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩의 일례를 도시하는 분해 사시도이다.
도 22는, 도 21의 전지 팩의 전기 회로를 도시하는 블록도이다.
도 23은, 제4 실시 형태에 관한 차량의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 실시 형태를 통해서 공통된 구성에는 동일한 부호를 부여하기로 하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 각 도면은 실시 형태의 설명과 그 이해를 촉진시키기 위한 모식도이며, 그 형상이나 치수, 비 등은 실제의 장치와 상이한 개소가 있으나, 이들은 이하의 설명과 공지된 기술을 참작하여, 적절히 설계 변경할 수 있다.
(제1 실시 형태)
제1 실시 형태에 의하면, 전극 구조체가 제공된다. 이 전극 구조체는, 집전체와, 활물질층과, 세퍼레이터층을 포함한다. 활물질층은, 집전체 중 적어도 한쪽 면의 일부를 피복하고 있다. 세퍼레이터층은, 활물질층의 표면을 피복함과 함께, 활물질층의 제1 단부면을 걸치도록 하여 집전체 중 적어도 한쪽 면을 피복하고, 집전체 중 적어도 한쪽 면과 접한 제1 단부를 갖고 있다. 활물질층의 제1 단부면부터 세퍼레이터층의 제1 단부까지의 거리(a)와, 활물질층의 표면과 활물질층의 제1 단부면이 교차하는 제1 변부터, 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 집전체의 상기 면과 평행한 방향에 대한 거리(b)의 비(b/a)는, 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있다.
종래, 집전체 중 적어도 1면에 활물질층이 설치된 전극에 대하여, 또한 이 활물질층 상에 고체 세퍼레이터층을 설치하는 경우, 예를 들어 도포에 의해 세퍼레이터층을 형성하고 있다. 이들 활물질층 및 고체 세퍼레이터층을 포함한 전극 구조체는, 예를 들어 이하와 같이 제조한다. 먼저, 집전체 표면의 일부에 활물질층을 설치하고, 이 활물질층의 전체면을 피복하도록 또한 활물질층보다도 넓은 범위를 피복하도록 세퍼레이터 층을 형성한다. 이 때, 집전체는, 어느 층도 설치되어 있지 않은 부분을 포함하고 있다. 그 후, 이 적층체를, 상기 활물질층 및 세퍼레이터층을 포함한 부분, 및, 이들 층이 설치되어 있지 않은 부분을 포함하도록, 금형 등으로 잘라낸다. 이와 같이 하여 전극 구조체를 제조하고 있다.
이러한 제조 방법의 경우, 활물질층의 상면은 세퍼레이터층에 의해 덮여 있으나, 활물질층의 측면(단부면)은 세퍼레이터층에 의해 덮여 있지 않다. 그로 인해, 이 전극 구조체를 다수 적층시켜서 이차 전지를 구성하면, 정극 활물질층과 부극 활물질층이 접촉해서 전기적으로 단락될 가능성이 높다.
또한, 전극 구조체를 다수 적층시킬 경우, 각 전극 구조체가 갖고 있는 집전 탭은, 하나로 묶인다. 이 때, 집전체의 집전 탭 부분은 절곡되기 때문에, 절곡되어 있는 부분에 응력이 집중된다. 이 결과, 복수의 집전 탭 중, 1매라도 끊어져버리면, 탭이 끊어진 전극 구조체는 전기적으로 접속되어 있지 않은 상태가 된다. 즉, 전지의 용량은, 탭이 끊어진 전극 구조체가 있으면, 그 수에 비례해서 저하된다. 소정의 용량에 차지 않는 이차 전지는, 제품으로서 출하할 수 없다.
이상 설명한 단락 및 탭의 파단이 발생하면, 수율이 저하된다. 실시 형태에 따른 전극 구조체에 의하면, 단락 및 탭의 파단을 억제할 수 있고, 그 결과, 우수한 수율을 달성하는 것이 가능해진다. 이 전극 구조체에 대해서, 이하, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 실시 형태에 따른 전극 구조체의 일례를 도시한 평면도이다. 도 2는, 도 1에 도시한 전극 구조체의 II-II선에 따른 단면도이다.
또한, 이하의 설명에 있어서, X 방향 및 Y 방향은, 집전체의 주면에 대하여 평행하면서 서로 교차하는 방향이다. X 방향 및 Y 방향은 서로 직교하고 있다. 또한, Z 방향은, X 방향 및 Y 방향에 대하여 수직인 방향이다. 즉, Z 방향은, 두께 방향이다.
전극 구조체(10)는, 집전체(11)와, 활물질층(12)과, 세퍼레이터층(13)을 포함하고 있다.
도 1 및 도 2에서는, 집전체(11)가 X 방향 및 Y 방향으로 신장된 호일의 형태인 경우를 그리고 있다. 집전체(11)는, 다공체 또는 메쉬의 형태이어도 좋다. 도 1에 도시한 바와 같이, 집전체(11)는, 예를 들어 직사각형의 호일의 4변 중 1변에 있어서, 그 일부가 X 방향으로 돌출된 형상을 갖고 있다. 집전체(11)의 형상은, 이것에 한정되지 않는다. 집전체(11) 중 적어도 한쪽 면은, 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)을 지지하고 있다. 도 1 및 도 2에서는, 일례로서, 집전체(11)의 편면이 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)을 지지하고 있는 경우를 도시하고 있다. 집전체(11)의 양면에 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)이 설치되어 있어도 된다.
전극 구조체(10)는, 집전체(11)의 상기 돌출된 부분에 대응한 제1 부분(101)과, 나머지 부분에 대응한 제2 부분(102) 및 제3 부분(103)을 포함하고 있다. 제1 부분(101)은, 집전체(11) 및 세퍼레이터층(13)을 포함하고 있다. 제2 부분(102)은, 집전체(11), 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)을 포함하고 있다. 제3 부분(103)은, 집전체(11) 및 세퍼레이터층(13)을 포함하고 있다. 제3 부분(103)은, 후술하는 바와 같이, 집전체(11)를 포함하지 않아도 된다.
활물질층(12)은, 집전체(11)의 주면을 부분적으로 피복하고 있다. 집전체(11)의 주면 중, 활물질층(12)이 피복하고 있는 면에 대응한 부분을 제2 부분(102)이라 한다.
활물질층(12)은, 예를 들어 시트 형상의 층이다. 활물질층(12)은, 집전체(11)와 접하고 있는 접촉면(120)과, 이 접촉면(120)과 대향한 표면(121)을 포함하고 있다. 활물질층(12)은, 제1 부분(101)과 제2 부분(102)의 경계면에 위치하는 제1 단부면(122)과, 이 제1 단부면(122)과 대향한 제2 단부면(123)을 더 포함하고 있다.
세퍼레이터층(13)은, 활물질층(12)의 표면(121)을 피복하고 있다. 세퍼레이터층(13)은, 활물질층(12)의 표면(121)의 전체면을 피복하고 있어도 되고, 이 표면(121)의 일부를 피복하고 있어도 된다. 또한, 세퍼레이터층(13)은, 집전체(11)의 주면 중, 제1 부분(101)의 면 일부를 피복하고 있다. 바꾸어 말하면, 세퍼레이터층(13)은, 이어져 있는 층으로 하여, 활물질층(12)의 표면(121)과, 제1 부분(101)이 포함하고 있는 집전체(11)의 주면 일부를 피복하고 있다. 이와 같이, 세퍼레이터층(13)이, 활물질층(12)의 표면(121)을 피복함과 함께, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)을 걸치도록 하여 집전체(11)의 주면을 피복하고 있으면, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)은 노출되어 있지 않다. 그로 인해, 이러한 전극 구조체를 복수 적층시킨 경우, 활물질층이, 다른 전극 구조체가 포함하고 있는 활물질층과 접촉될 가능성을 낮출 수 있다. 즉, 단락이 발생할 가능성을 낮출 수 있어, 우수한 수율을 달성하는 것이 가능하다.
또한, 이 경우, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)은, 그 일부가 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있어도 되고, 그 전부가 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있어도 된다. 도 2에서는 일례로서, 세퍼레이터층(13)이 활물질층(12)의 제1 단부면(122)의 전체면을 피복하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 세퍼레이터층(13)과 활물질층(12)의 접착성이 높아져, 세퍼레이터층(13)이 박리되기 어렵기 때문에 바람직하다.
세퍼레이터층(13)은, 제1 부분(101)에서 집전체(11)와 접촉하고 있는 부분 중, 활물질층(12)으로부터 가장 떨어진 위치인 제1 단부(131)를 갖고 있다. 그리고, 세퍼레이터층(13)의 표면 중, 집전체(11) 및 활물질층(12)의 어느 것과도 접하고 있지 않은 표면(130)은, 제1 부분(101)과 제2 부분(102)의 경계면의 근방으로부터, 제1 단부(131)를 향해서 경사져 있다.
세퍼레이터층(13)의 표면(130)이 경사져 있는 것에 대해서, 도 3 및 도 4를 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 3은, 도 2의 A부를 확대해서 도시한 단면도이다. 도 4는, 도 2의 A부의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 3 중, a는, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)부터, 세퍼레이터층(13)의 제1 단부(131)까지의 거리를 나타내고 있다. b는, 활물질층(12)의 표면(121)과 활물질층(12)의 제1 단부면(122)이 교차하는 제1 변(124)부터, 세퍼레이터층(13)의 표면(130)까지의 거리 중, 집전체(11)의 주면과 평행한 방향에 대한 거리이다. 거리 a는, 거리 b보다도 큰 값이다. 거리 a에 대한 거리 b의 비(b/a)는, 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있다. 거리 a에 대한 거리 b의 비(b/a)는, 바람직하게는 0.001 이상 0.1 이하의 범위 내에 있다.
비(b/a)가 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있으면, 예를 들어 전극 구조체(10)를 다수 적층시켜서, 제1 부분(101), 즉 집전 탭을 묶었을 때에 집전 탭이 파단되기 어렵다. 이것은, 전극 구조체(10)의 제1 부분(101)에서 세퍼레이터층(13)이 경사져서 설치되어 있음으로써, 집전 탭이 절곡될 때에 집전체(11)에 걸리는 응력이 분산되기 때문이다. 가령, 세퍼레이터층(13)이 제1 부분(101)에 설치되어 있지 않은 경우, 집전 탭이 절곡되면, 그 응력은, 활물질층(12) 및 집전체(11)가 접촉되어 있는 접촉면(120)과, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)이 교차하는 변에 집중된다. 그렇게 하면, 응력이 분산되지 않으므로, 집전 탭이 파단되기 쉽다. 비(b/a)가 0.0001 미만이면, 제1 부분(101)의 집전체(11)의 주면을 피복하는 세퍼레이터층(13)이 넓어지므로, 집전부에 세퍼레이터층이 덮혀, 전기 저항이 상승될 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 비(b/a)가 0.5를 초과하면, 집전 탭의 응력이 분산되기 어려워져 파단되기 쉬워지므로 바람직하지 않다.
상술한 바와 같이, 집전체(11)는, 그 양면에 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)을 갖고 있어도 된다. 집전체(11)의 양면에 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)이 설치되어 있는 경우, 집전 탭을 어느 방향으로 절곡했다고 해도, 집전 탭의 파단을 억제할 수 있다.
실시 형태에 따른 세퍼레이터층에 있어서, 상기 비(b/a)를 만족하고 있으면, 세퍼레이터층(13)의 표면(130)의 경사의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 부분(102)측으로부터 제1 부분(101)측을 향하여, Z 방향의 두께가 서서히 변화되는 형상이어도 되고, 도 4에 도시한 바와 같이, 시그모이드 곡선과 같은 형상이어도 된다.
계속해서, 도 5를 참조하면서, 도 2에 도시한 전극 구조체(10)의 제3 부분(103)에 대해서 설명한다. 도 5는, 도 2의 B부를 확대해서 도시한 단면도이다.
제3 부분(103)은, 집전체(11)를 포함하고 있어도 되고, 포함하고 있지 않아도 된다. 도 5에는, 제3 부분(103)이 집전체(11)를 포함하고 있는 경우를 그리고 있다. 이 경우, 집전체(11)는, 제3 부분에 대응한 위치에서 세퍼레이터층(13)의 일부를 지지하고 있다. 세퍼레이터층(13)은, 이어져 있는 층으로 하여, 활물질층(12)의 표면(121)과, 집전체(11)의 주면 중 제3 부분(103)에 대응한 면을 피복하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 세퍼레이터층(13)이, 활물질층(12)의 표면(121)을 피복함과 함께, 활물질층(12)의 제2 단부면(123)을 걸치도록 해서 집전체(11)의 주면을 피복하고 있으면, 활물질층(12)의 제2 단부면(123)은 노출되어 있지 않으므로 바람직하다. 이러한 전극 구조체를 복수 적층시킨 경우, 활물질층이, 다른 전극 구조체가 포함하는 활물질층과 접촉될 가능성을 낮출 수 있다. 즉, 단락이 발생될 가능성을 낮출 수 있어, 우수한 수율을 달성하는 것이 가능하다.
또한, 이 경우, 활물질층(12)의 제2 단부면(123)은, 그 일부가 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있어도 되고, 그 전부가 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있어도 된다. 도 2 및 도 5에서는 일례로서, 세퍼레이터층(13)이 활물질층(12)의 제2 단부면(122)의 전체면을 피복하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 세퍼레이터층(13)과 활물질층(12)의 접착성이 높아져서, 세퍼레이터층(13)이 박리되기 어렵기 때문에 바람직하다.
세퍼레이터층(13)은, 제3 부분에서 집전체(11)와 접촉하고 있는 부분 중, 활물질층(12)로부터 가장 떨어진 위치인 제2 단부(132)를 갖고 있다. 세퍼레이터층(13)의 표면(130)은, 제2 부분(102)과 제3 부분(103)의 경계면의 근방으로부터, 세퍼레이터층(13)의 제2 단부(132)를 향해서 경사져 있어도 되고, 경사져 있지 않아도 된다. 이 경사에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다.
도 5 중, c는, 활물질층(12) 및 집전체(11)의 접촉면(120)과, 활물질층(12)의 제2 단부면(123)이 교차하는 제2 변(125)부터, 세퍼레이터층(13)의 표면(130)까지의 거리 중, 집전체(11)의 주면과 평행한 방향에 대한 거리이다. d는, 활물질층(12)의 표면(121)과 활물질층(12)의 제2 단부면(123)이 교차하는 제3 변(126)부터, 세퍼레이터층(13)의 표면(130)까지의 거리 중, 집전체(11)의 주면과 평행한 방향에 대한 거리이다. 거리 c는, 거리 d와 동일값이어도 되고, 거리 c쪽이 거리 d보다 큰 값이어도 된다. 거리 c에 대한 거리 d의 비(d/c)는, 예를 들어 0.6 이상 1 이하이다. 비(d/c)가 0.6 이상 1 이하의 범위 내에 있으면, 세퍼레이터층(13)과 활물질층(12)의 제2 단부면(123)의 결착성이 높아지는 것 외에, 세퍼레이터층(13)과 집전체(11)의 주면 또는 단부면(110)의 결착성이 높아지므로, 절연 신뢰성이 향상되는 효과를 발휘한다. 거리 c에 대한 거리 d의 비(d/c)는, 바람직하게는 0.7 이상 0.9 이하의 범위 내에 있다.
도 5에서는 일례로서, 제3 부분(103)에서 세퍼레이터층(13)의 표면(130)이 경사져 있지 않은 경우, 즉, 거리 c와 거리 d가 동등한 경우를 도시하고 있다.
도 6은, 전극 구조체(10)의 제3 부분(103)의 변형예를 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 전극 구조체(10)는, 제3 부분이 집전체(11)를 포함하고 있지 않으며, 이 제3 부분에는, 세퍼레이터층(13)만이 존재하고 있다. 이 전극 구조체(10)에 있어서는, 세퍼레이터층(13)이, 활물질층(12)의 표면(121)을 피복함과 함께, 활물질층(12)의 제2 단부면(123)을 걸치도록 하여 집전체(11)의 단부면(110)을 피복하고 있다. 이 경우에도, 활물질층(12)의 제2 단부면(123)은 노출되어 있지 않으므로 바람직하다. 세퍼레이터층(13)은, 집전체(11)의 단부면(110)의 전체면을 피복하고 있어도 되고, 집전체(11)의 단부면(110)의 일부를 피복하고 있어도 된다.
도 6에 도시한 전극 구조체(10)는, 상술한 구조를 갖고 있는 것을 제외하고는, 도 5에 도시한 전극 구조체(10)와 동일한 구조를 갖고 있다.
제3 부분(103)의 구조가 도 5에 도시한 구조를 갖고 있는 경우, 제3 부분(103)의 구조가 도 6에 도시한 구조를 갖고 있는 경우와 비교하여, 보다 단락을 억제할 수 있다.
전극 구조체(10)는, 제3 부분(103)을 갖고 있지 않아도 된다. 즉, 전극 구조체(10)는 제1 부분(101) 및 제2 부분(102)만을 포함하고 있어도 된다. 전극 구조체(10)가 제3 부분(103)을 갖고 있지 않은 경우, 활물질층(12)의 제2 단부면(123)은 노출되어 있다. 활물질층이 노출부를 포함하고 있으면, 전극 구조체를 적층시켰을 때에 단락을 발생시킬 가능성이 높아지므로, 전극 구조체(10)는 제3 부분(103)을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
상기 거리(a 내지 d)는, 예를 들어 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)을 이용하여 이하와 같이 해서 측정할 수 있다.
먼저, 전지로부터 전극 구조체를 취출하고, 에폭시 수지 등의 수지를 사용하여 전체를 굳힌다. 이어서, 관찰하고 싶은 부위를 회전날로 잘라낸 후, 연마한다. 그 후, SEM을 이용해서 이 부위를 관찰하고, SEM의 측장 기능을 이용하여 측정한다.
이 때, 거리 a가, 가장 짧은 길이가 되도록 측정한다. 예를 들어, 도 1에 도시한 전극 구조체(10)의 경우, 상기 설명에서는, II-II선에 따른 단면의 위치에서 거리 a를 정했으나, 이 단면의 위치가 Y 방향을 따라 이동한 경우, 거리 a도 변화한다. 따라서, 어떤 전극 구조체에 대해서 거리 a를 측정할 경우, 거리 a가 가장 작아지는 것 같은 단면의 위치를 선택하고, 그 단면의 위치에서의 거리 a를 측정한다. 그리고, 이 단면의 위치에서 거리 b 내지 거리 d 각각을 측정한다.
도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 단면도는, 도 1에 도시한 전극 구조체(10)의 X 방향에 따른 단면 중, 집전 탭으로서의 제1 부분(101)을 포함하고 있는 부분의 단면을 도시하고 있다. 계속해서, 도 7 내지 도 9를 참조하면서, 도 1에 도시한 전극 구조체(10)의 X 방향에 따른 단면 중, 제1 부분(101)을 포함하고 있지 않은 단면의 위치에서의 단면도를 설명한다.
도 7은, 도 1에 도시한 전극 구조체(10)의 VII-VII선에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 7에는, 전극 구조체(10)가, 이 단면의 위치에 있어서, 제1 부분(101)을 포함하고 있지 않고, 제2 부분(102) 및 제3 부분(103)을 포함하고 있는 경우를 그리고 있다.
도 7에 도시한 전극 구조체(10)의 단면은, 제1 부분(101)을 포함하고 있지 않은 것을 제외하고, 도 1 내지 도 6에서 설명한 것과 동일한 구조를 갖고 있다. 즉, 도 7에 도시한 단면의 위치에 있어서, 전극 구조체(10)의 제2 부분(102) 및 제3 부분(103)은, 도 1 내지 도 6에서 설명한 것과 동일한 구조를 갖고 있다.
도 8은, 도 7의 C부를 확대해서 도시한 단면도이다. 도 7에 도시한 전극 구조체(10)의 단면은, 제1 부분을 포함하고 있지 않으므로, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)은 도 8에 도시한 바와 같이 노출되어 있다.
그러나, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)이 노출되어 있으면, 상술한 바와 같이, 복수의 전극 구조체(10)를 적층시켰을 때, 활물질층이, 다른 전극 구조체의 활물질층과 접촉함으로써 단락될 가능성이 높아진다. 그로 인해, 이 활물질층(12)의 제1 단부면(122)은, 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있는 것이 바람직하다. 도 9에, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)이 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있는 예를 도시한다.
도 9는, 도 7의 C부의 변형예를 확대해서 도시한 단면도이다. 도 9에는, 도 1의 VII-VII선에서의 단면의 위치에 있어서, 세퍼레이터층(13)이 활물질층(12)의 제1 단부면(122)을 피복하고 있는 경우를 그리고 있다. 이 경우, 집전체(11)는, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)으로부터, X 방향으로 돌출된 부분(111)을 포함하고 있다.
세퍼레이터층(13)은, 집전체(11)의 주면 중, 상기 부분(111)의 면의 적어도 일부를 피복하고 있다. 바꾸어 말하면, 세퍼레이터층(13)은, 이어져 있는 층으로 하여, 활물질층(12)의 표면(121)과, 집전체(11)의 주면 중 상기 부분(111)의 면의 적어도 일부를 피복하고 있다. 이와 같이, 세퍼레이터층(13)이, 활물질층(12)의 표면(121)을 피복함과 함께, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)을 걸치도록 하여 집전체(11)의 주면을 피복하고 있으면, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)은 노출되어 있지 않다. 그로 인해, 이러한 전극 구조체를 복수 적층시킨 경우, 활물질층이, 다른 전극 구조체가 포함하고 있는 활물질층과 접촉될 가능성을 낮출 수 있다. 즉, 단락이 발생될 가능성을 낮출 수 있어, 우수한 수율을 달성하는 것이 가능하다.
또한, 이 경우, 활물질층(12)의 제1 단부면(122)은, 그 일부가 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있어도 되고, 그 전부가 세퍼레이터층(13)에 의해 피복되어 있어도 된다. 도 9에서는 일례로서, 세퍼레이터층(13)이 활물질층(12)의 제1 단부면(122)의 전체면을 피복하고 있는 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 세퍼레이터층(13)과 활물질층(12)의 접착성이 높아져서, 세퍼레이터층(13)이 박리되기 어렵기 때문에 바람직하다.
세퍼레이터층(13)은, 집전체(11)의 상기 부분(111)에서 집전체(11)의 주면과 접촉되어 있다. 세퍼레이터층(13)의 표면(130)은, 제2 부분(102)으로부터, 집전체(11)의 주면을 향하여 경사져 있어도 되고, 경사져 있지 않아도 된다.
도 1에 도시한 전극 구조체(10)는, Y 방향의 양단부에서도 활물질층(12)이 노출되어 있지 않은 것이 바람직하다. 이 경우, 복수의 전극 구조체를 적층시켰을 때의 단락 가능성을 더욱 낮출 수 있다.
이어서, 실시 형태에 따른 전극 구조체가 포함하고 있는 집전체, 활물질층 및 세퍼레이터층의 재료, 치수 등을 설명한다.
집전체는, 예를 들어 알루미늄 호일 또는 알루미늄 합금 호일 등의 금속 호일이다. 알루미늄 호일 및 알루미늄 합금 호일의 두께는, 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 15㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 전극의 강도를 유지하면서 경량화할 수 있다. 알루미늄 호일의 순도는 99질량% 이상인 것이 바람직하다. 알루미늄 합금으로서는, Mg, Zn, Si 등의 원소를 포함하는 합금이 바람직하다. 반면, Fe, Cu, Ni, Cr 등의 전이 금속을 포함하는 경우, 그 함유량은 1질량% 이하인 것이 바람직하다.
활물질층은, 예를 들어 5㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖고 있다.
전극 구조체를 부극으로서 사용하는 경우에는, 활물질층은, 예를 들어 이하의 구성으로 할 수 있다.
부극 활물질로서는, 예를 들어 리튬 금속에 대하여 0.4V 이상의 전위에서 리튬 이온의 삽입이 발생하는 화합물을 사용할 수 있다. 이러한 화합물을 사용함으로써, 전극의 표면에서 금속 리튬이 석출되는 것을 억제할 수 있다. 그로 인해, 대전류로 충방전을 행했을 때, 내부 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그러한 화합물의 예에는, 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 질화물 및 합금이 포함된다. 부극 활물질로서는, 예를 들어 3V(vs.Li/Li+) 이하의 전위에서 리튬 이온의 삽입이 발생하는 화합물을 사용할 수 있고, 2V(vs.Li/Li+) 이하의 전위에서 리튬 이온의 삽입이 발생하는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
금속 산화물의 예로서는, 리튬 티타늄 산화물, 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 니오븀 티타늄 산화물, 나트륨 니오븀 티타늄 산화물, 실리콘 산화물 등을 들 수 있다.
리튬 티타늄 산화물로서는, 예를 들어 스피넬 구조의 Li4 + xTi5O12(-1≤x≤3), 람스델라이트 구조의 Li2 + xTi3O7(0≤x≤1), Li1 + xTi2O4(0≤x≤1), Li1 .1+ xTi1 . 8O4(0≤x≤1), Li1 .07+ xTi1 . 86O4(0≤x≤1), LixTiO2(0≤x≤1), LixM11 - yM2yTi6 - zM3zO14 +δ(M1은 Sr, Ba, Ca, 및 Mg로부터 선택되는 적어도 1종, M2는 Cs, K, 및 Na로부터 선택되는 적어도 1종, M3은 Al, Fe, Zr, Sn, V, Nb, Ta, 및 Mo로부터 선택되는 적어도 1종, 2≤x≤6, 0<y<1, 0<z≤6, -0.5≤δ≤0.5), Li2 + wNa2 - xM1yTi6 - zM2zO14 +δ(M2는, Cs 및 K로부터 선택되는 적어도 1종, M2는, Zr, Sn, V, Nb, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn 및 Al로부터 선택되는 적어도 1종, 0≤w≤4, 0<x<2, 0≤y<2, 0<z≤6, δ은 -0.5≤δ≤0.5) 등을 사용할 수 있다. 이들 리튬 티타늄 산화물은, 리튬 흡장 방출 시의 체적 변화가 작기 때문에 바람직하다.
티타늄 산화물로서는, 예를 들어 아나타제 구조 TiO2, 단사정계 TiO2(B) 등을 들 수 있다.
니오븀 산화물로서는, 예를 들어 Nb2O5를 들 수 있다.
니오븀 티타늄 산화물로서는, 예를 들어 LiaTiMbNb2 ± βO7±σ(0≤a≤5, 0≤b≤0.3, 0≤β≤0.3, 0≤σ≤0.3, M은 Fe, V, Mo 및 Ta로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소)로 표현되는 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 리튬 흡장 방출 전위가 1.0V(vs.Li/Li+)보다도 높아지는 Nb2TiO7 등을 들 수 있다.
나트륨 니오븀 티타늄 산화물로서는, 예를 들어 일반식 Li2 + vNa2 - wM1xTi6 -y-zNbyM2zO14+δ(0≤v≤4, 0<w<2, 0≤x<2, 0<y<6, 0≤z<3, -0.5≤δ≤0.5, M1은 Cs, K, Sr, Ba, Ca에서 선택되는 적어도 하나를 포함하고, M2는 Zr, Sn, V, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn, Al에서 선택되는 적어도 하나를 포함함)로 표현되는 사방정형 Na 함유 니오븀 티타늄 복합 산화물을 들 수 있다.
실리콘 산화물로서는, 예를 들어 SiO, Si-SiO 복합물 등을 들 수 있다.
금속 황화물로서는, 예를 들어 TiS2, FeS, FeS2, NiS, MoS2 등을 들 수 있다.
합금으로서는, 리튬 합금 및 실리콘 합금 등을 사용할 수 있다. 리튬 합금은, Si, Al, Zn, Sn 및 In으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 구체예로서, Li-Al, Li-Bi-Cd, Li-Sn-Cd 등을 들 수 있다. 실리콘 합금으로서는, 예를 들어 Si-Sn, Si-Li 등을 들 수 있다.
이들 부극 활물질은, 1종이어도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.
부극 활물질은, 예를 들어 입자의 형태로 부극에 포함되어 있다. 부극 활물질 입자는, 단독의 1차 입자, 1차 입자의 응집체인 2차 입자, 또는, 단독의 1차 입자와 2차 입자의 혼합물일 수 있다. 입자의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 구상, 타원 형상, 편평 형상, 섬유 형상 등으로 할 수 있다.
도전제는, 집전 성능을 높이고, 또한 활물질과 집전체의 접촉 저항을 억제하기 위해서, 필요에 따라 배합된다. 도전제의 예에는, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 흑연 및 코크스 등의 탄소 질물이 포함된다. 도전제는, 1종이어도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.
결착제는, 활물질, 도전제 및 집전체를 결착시키는 작용을 갖는다. 결착제로서는, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 셀룰로오스계 부재, 예를 들어 카르복실메틸셀룰로스나트륨(CMC), 불소계 고무, 스티렌부타디엔 고무, 아크릴 수지 또는 그 공중합체, 폴리아크릴산 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 결착제는, 1종이어도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.
이러한 결착제를 사용함으로써, 집전체와 활물질층의 접착성이 향상된다. 이에 의해, 전극의 강도를 향상시킬 수 있다.
전극중에 포함되는 아크릴계 중합체의 총 질량은, 활물질의 총 질량에 대하여 0.01질량% 이상 10질량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 함유량이 0.01질량% 이상인 것에 의해, 집전체와 활물질층의 접착성을 향상시킬 수 있다. 함유량이 10질량% 이하인 경우, 전극의 도전성을 손상시키기 어렵다.
부극 활물질층에서의 부극 활물질, 도전제 및 결착제의 배합비는, 부극 활물질이 82중량% 이상 97중량% 이하, 부극 도전제가 2중량% 이상 18중량% 이하, 결착제가 1중량% 이상 16중량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 도전제가 2중량% 미만이면, 부극 활물질층의 집전 성능이 저하되어, 전지의 대전류 성능이 저하될 우려가 있다. 또한, 결착제가 1중량% 미만이면, 부극 활물질층과 부극 집전체의 결착성이 저하되어, 사이클 성능이 저하될 우려가 있다. 한편, 고용량화의 관점에서, 도전제 및 결착제는 각각 10중량% 이하, 5중량% 이하인 것이 바람직하다.
부극 활물질층의 밀도는, 2.0g/cm3 내지 3.0g/cm3의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
전극 구조체를 정극으로서 사용하는 경우에는, 활물질층은, 예를 들어 이하의 구성으로 할 수 있다.
정극 활물질에는, 리튬을 흡장 방출 가능한 것이 사용될 수 있다. 정극은, 1종의 정극 활물질을 포함하고 있어도 되고, 2종 이상의 정극 활물질을 포함하고 있어도 된다. 정극 활물질의 예에는, 리튬 망간 복합 산화물, 리튬 니켈 복합 산화물, 리튬 코발트 알루미늄 복합 산화물, 리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물, 스피넬형 리튬 망간 니켈 복합 산화물, 리튬 망간 코발트 복합 산화물, 리튬 철 산화물, 리튬 불소화 황산철, 올리빈 결정 구조의 인산 화합물(예를 들어, LixFePO4(0<x≤1), LixMnPO4(0<x≤1)) 등이 포함된다. 올리빈 결정 구조의 인산 화합물은, 열 안정성이 우수하다.
높은 정극 전위를 얻을 수 있는 정극 활물질의 예를 이하에 기재한다. 예를 들어 스피넬 구조의 LixMn2O4(0<x≤1), LixMnO2(0<x≤1) 등의 리튬 망간 복합 산화물, 예를 들어 LixNi1 - yAlyO2(0<x≤1, 0<y<1) 등의 리튬 니켈 알루미늄 복합 산화물, 예를 들어 LixCoO2(0<x≤1) 등의 리튬 코발트 복합 산화물, 예를 들어 LixNi1 -y-zCoyMnzO2(0<x≤1, 0<y<1, 0≤z<1) 등의 리튬 니켈 코발트 복합 산화물, 예를 들어 LixMnyCo1-yO2(0<x≤1, 0<y<1) 등의 리튬 망간 코발트 복합 산화물, 예를 들어 LixMn2 -yNiyO4(0<x≤1, 0<y<2) 등의 스피넬형 리튬 망간 니켈 복합 산화물, 예를 들어 LixFePO4(0<x≤1), LixFe1 - yMnyPO4(0<x≤1, 0≤y≤1), LixCoPO4(0<x≤1) 등의 올리빈 구조를 갖는 리튬 인 산화물, 불소화 황산철(예를 들어 LixFeSO4F(0<x≤1))을 들 수 있다. 이들 정극 활물질은, 1종이어도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.
정극 활물질은, 예를 들어 입자의 형태로 정극에 포함되어 있다. 정극 활물질 입자는, 단독의 1차 입자, 1차 입자의 응집체인 2차 입자, 또는, 단독의 1차 입자와 2차 입자의 혼합물일 수 있다. 입자의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 구상, 타원 형상, 편평 형상, 섬유 형상 등으로 할 수 있다.
도전제는, 집전 성능을 높이고, 또한 활물질과 집전체의 접촉 저항을 억제하기 위해서, 필요에 따라 배합된다. 도전제의 예에는, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 흑연 및 코크스 등의 탄소질물이 포함된다. 도전제는, 1종이어도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.
결착제로서는, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 불소계 고무, 에틸렌-부타디엔 고무, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리이미드(PI), 폴리아크릴이미드(PAI) 등을 들 수 있다. 결착제는, 1종이어도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.
정극 활물질층에서의 정극 활물질, 도전제 및 결착제의 배합비는, 정극 활물질이 80중량% 이상 95중량% 이하, 도전제가 3중량% 이상 18중량% 이하, 결착제가 2중량% 이상 17중량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 도전제의 배합비가 3중량% 이상이면 정극의 도전성을 양호하게 할 수 있고, 18중량% 이하이면 도전제 표면에서의 전해질의 분해를 저감시킬 수 있다. 결착제의 배합비가 2중량% 이상이면 충분한 전극 강도를 얻을 수 있고, 17중량% 이하이면 전극의 절연부를 감소시킬 수 있다.
정극 활물질층의 밀도는, 2.5g/cm3 내지 4.0g/cm3의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
세퍼레이터층은, 예를 들어 1㎛ 내지 30㎛의 두께를 갖고 있다.
세퍼레이터층은, 예를 들어 무기 재료, 고체 전해질 및 결착제를 포함하고 있다.
무기 재료로서는, 절연체 및 유전체 재료 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 산화티타늄, 수산화 티타늄, 티타늄산 바륨, 알루미나, 산화철, 산화규소, 수산화알루미늄, 깁사이트, 베마이트, 바이어라이트, 산화마그네슘, 실리카, 산화지르코늄, 수산화마그네슘, 실리카, 티타늄산 바륨, 4붕산 리튬, 탄탈산 리튬, 운모, 질화규소, 질화알루미늄 및 불석 등을 들 수 있다. 무기 재료로서, 1종의 화합물만을 사용해도 되고, 2종 이상의 화합물의 혼합물이어도 된다.
고체 전해질은, 예를 들어 Li 이온 도전성을 갖는 무기 고체 입자 등의 고체 전해질을 사용할 수 있다. 이 고체 전해질로서는, 1종만을 사용해도 되고, 2종 이상을 조합해서 사용해도 된다. Li 이온 도전성을 갖는 무기 고체 입자에는, Li 이온 도전성이 높고 내환원성의 차이나, 전기 화학 창이 넓은 이점이 있는 점에서, 가닛형 구조의 무기 고체 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 가닛형 구조의 무기 고체 입자로서 La5 + xAxLa3 - xM2O12(A는 Ca, Sr, 및 Ba 중 적어도 1종, M은 Nb 및 Ta 중 적어도 1종), Li3M2 - xL2O12(M은 Ta 및 Nb 중 적어도 1종, L은 Zr을 포함함), Li7 -3xAlxLa3Zr3O12, Li7La3Zr2O12를 들 수 있다. x는 0 내지 0.5의 범위가 바람직하다.
그 중에서도 Li6 . 25Al0 . 25La3Zr3O12 및 Li7La3Zr2O12는 Li 이온 도전성(이온 전도성)이 높고, 전기 화학적으로 안정적이므로 방전 성능과 사이클 수명 성능이 우수하기 때문에 바람직하다. 또한, 이들 조성을 갖는 무기 고체 입자는, 후술하는 바와 같이 비수 전해액의 전해질로서 사용한 경우에는, 미립자화해도 유기 용매에 대하여 화학적으로 안정적인 이점이 있다.
결착제(바인더)는, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스프로필(HPMC), 아세트산 셀룰로오스, 암모니아염 셀룰로오스, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 불소계 고무 및 스티렌·부타디엔 고무, 폴리아크릴산 화합물, 폴리아미드이미드 및 이미드 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나이다.
이러한 결착제를 사용함으로써, 활물질층과 세퍼레이터층의 접착성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 전극의 강도를 향상시킬 수 있다.
세퍼레이터층에 고체 전해질을 사용한 경우, 액상의 비수전해질을 사용하지 않아도 된다. 단, 이온 전도성을 더욱 향상시키기 위해서, 전해질과 유기 용매를 포함한 액상의 비수전해질, 또는 액상 비수전해질과 고분자 재료를 복합화한 겔상 비수전해질을 사용해도 된다. 액상 비수전해질 및/또는 겔상 비수전해질은, 예를 들어 세퍼레이터층에 함침될 수 있다. 세퍼레이터층에 고체 전해질을 사용한 경우, 자기 방전이 적은 바이폴라 전지를 형성하는 것이 가능해진다.
액상의 비수전해질은, 전해질을 0.5몰/L 이상 2.5몰/L 이하의 농도로 유기 용매에 용해한 것인 것이 바람직하다.
전해질의 예에는, 과염소산리튬(LiClO4), 육불화인산리튬(LiPF6), 사불화붕산리튬(LiBF4), 육불화비소리튬(LiAsF6), 트리플루오로메탄술폰산리튬(LiCF3SO3) 및 비스트리플루오로메틸술포닐이미드리튬(LiN(CF3SO2)2)과 같은 리튬염 및 이들 혼합물이 포함된다. 전해질은, 고전위이어도 산화되기 어려운 것인 것이 바람직하며, LiPF6이 가장 바람직하다.
유기 용매의 예에는, 프로필렌카르보네이트(PC), 에틸렌카르보네이트(EC), 비닐렌카르보네이트와 같은 환상 카르보네이트; 디에틸카르보네이트(DEC), 디메틸카르보네이트(DMC), 메틸에틸카르보네이트(MEC)와 같은 쇄상 카르보네이트; 테트라히드로푸란(THF, 2메틸테트라히드로푸란(2MeTHF), 디옥솔란(DOX)과 같은 환상 에테르; 디메톡시에탄(DME), 디에톡시에탄(DEE)과 같은 쇄상 에테르; γ-부티로락톤(GBL), 아세토니트릴(AN) 및 술포란(SL)이 포함된다. 이들 유기 용매는, 단독으로, 또는 혼합 용매로서 사용할 수 있다.
고분자 재료의 예로는, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리에틸렌옥시드(PEO)가 포함된다.
또는, 비수전해질로서, Li 이온을 함유한 상온 용융염(이온성 융체)을 사용해도 된다.
상온 용융염(이온성 융체)은, 유기물 양이온과 음이온의 조합을 포함하는 유기염 중, 상온(15 내지 25℃)에서 액체로서 존재할 수 있는 화합물을 가리킨다. 상온 용융염에는, 단체로 액체로서 존재하는 상온 용융염, 전해질과 혼합시킴으로써 액체가 되는 상온 용융염, 유기 용매에 용해시킴으로써 액체가 되는 상온 용융염이 포함된다. 일반적으로, 비수전해질 전지에 사용되는 상온 용융염의 융점은, 25℃ 이하이다. 또한, 유기물 양이온은, 일반적으로 4급 암모늄 골격을 갖는다.
실시 형태에 따른 전극 구조체는, 예를 들어 이하와 같이 해서 제조할 수 있다.
실시 형태에 따른 전극 구조체의 제조 방법은,
집전체 중 적어도 하나의 면에 제1 슬러리를 도포하는 제1 도포 공정과,
상기 제1 슬러리를 건조시켜서 활물질층을 형성하는 제1 건조 공정과,
상기 활물질층의 적어도 일부를 피복하도록 제2 슬러리를 도포하는 제2 도포 공정과,
상기 제2 슬러리를 건조시켜서 세퍼레이터층을 형성하는 제2 건조 공정과,
상기 세퍼레이터층이, 이어져 있는 층으로 하여 상기 집전체 및 상기 활물질층을 피복하고 있는 부분을 포함하도록, 상기 집전체, 상기 활물질층 및 상기 세퍼레이터층을 재단하는 재단 공정과,
상기 집전체, 상기 활물질층 및 상기 세퍼레이터층을 포함하는 적층체를, 단체로 또는 복수매 적층시켜서 프레스하는 공정을 포함하고 있다.
또한, 이 제조 방법은, 상기 제2 도포 공정과 상기 제2 건조 공정의 사이에, 상기 제2 슬러리에 바람을 쐬게 해서, 상기 집전체의 상기 면을 피복하도록 연장시키는 송풍 공정을 더 포함한다.
이하, 도 10 내지 도 14를 참조하면서, 실시 형태에 따른 전극 구조체의 제조 방법을 설명한다.
도 10은, 집전체(11) 상에, 제1 슬러리(S1)가 도포된 직후의 적층체(100)의 평면도의 일례를 도시하고 있다.
집전체(11)는, 예를 들어 롤 형상으로 감긴 상태의 호일이, 도시하지 않은 집전체 공급 장치로부터 인출되는 것에 의해 공급된다. 도 10에서는, 집전체(11)의 반송 방향(T)의 단부의 도시를 생략하고 있다.
집전체 공급 장치로부터 공급된 집전체(11) 상에는, 활물질층의 재료를 포함한 제1 슬러리(S1)가 도포된다. 제1 슬러리(S1)의 도포는, 예를 들어 다이 코터 방식에 의해 행할 수 있다. 제1 슬러리의 도포는, 콤마 코터 방식 및 리버스 롤 코터 방식 등에 의해 행해도 된다.
제1 슬러리(S1)는, 집전체(11)의 반송 방향(T)을 따라 도포된다. 제1 슬러리(S1)는, 집전체(11)의 주면에, 제1 슬러리 도포부(S1)와 슬러리 미도포부(11)가 설치되도록 도포된다.
제1 슬러리(S1)가 도포된 적층체(100)는, 도시하지 않은 건조로에 반송되고, 제1 슬러리(S1)를 건조하기 위한 제1 건조 공정에 제공된다. 제1 슬러리(S1)를 건조함으로써, 활물질층(12)이 형성된다.
도 11은, 활물질층(12) 상에, 제2 슬러리(S2)를 도포한 직후의 적층체(100)의 일례를 도시하고 있다. 집전체(11)의 주면에 형성된 활물질층(12) 상에, 세퍼레이터층의 재료를 포함한 제2 슬러리(S2)가 도포된다. 제2 슬러리(S2)의 도포는, 예를 들어 그라비아 방식에 의해 행할 수 있다. 제2 슬러리의 도포는, 그라비아 오프셋 방식 및 키스 코트 방식 등에 의해 행해도 된다.
제2 슬러리(S2)는, 집전체(11)의 반송 방향(T)을 따라 도포된다. 제2 슬러리(S2)가 도포되는 폭은, 예를 들어, 먼저의 공정에 의해 형성된 활물질층(12)의 폭 방향(W)의 치수와 대략 동일하다. 제2 슬러리(S2)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 제2 슬러리 도포부(S2)와 슬러리 미도포부(11)가 설치되도록 도포된다. 또한, 폭 방향(W)은, 반송 방향(T)과 직교하는 방향이다.
제2 슬러리(S2)가 도포된 적층체(100)는, 다시 건조로에 반송된다. 적층체(100)는, 예를 들어 건조로에서 송풍 공정에 제공된다. 송풍 공정은, 건조로에서 행하여지지 않아도 된다. 송풍 공정에 대해서, 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 12는, 송풍 공정에서의 적층체(100)의 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 12는, 활물질층(12) 상에 도포된 제2 슬러리(S2)가, 면내 방향으로 연장되어 있는 모습을 도시하고 있다.
송풍 노즐(90)은, 예를 들어 건조로 내에 설치되어 있다. 송풍 노즐(90)은, 슬러리(S2)의 표면보다 상부에 배치되어 있다. 송풍 노즐(90)은, 활물질층(12)이 포함하는 제1 변(124) 및 제3 변(126)을 향해서 바람을 보낼 수 있는 위치에 배치되어 있다. 송풍 노즐(90)은, 풍량, 바람을 보내는 시간, 송풍의 각도, 바람을 보내는 범위 및 슬러리(S2)와의 거리 등을 적절히 변경할 수 있다. 활물질층(12) 상에 도포된 제2 슬러리(S2)는, 송풍 노즐(90)로부터 제1 변(124) 및 제3 변(126)을 향해서 보내지는 바람에 의해, 집전체(11)의 주면 상에 대하여, 주로 송풍 방향으로 연장될 수 있다. 결과적으로, 제2 슬러리(S2)는, 활물질층(12)의 제1 단부면(122) 및 제2 단부면(123)을 피복한다. 이와 같이, 제2 슬러리(S2)를 면내 방향으로 연장한 결과, 제2 슬러리(S2)는, 이어져 있는 층으로 하여 활물질층(12)의 표면 위와 집전체(11)의 주면 일부를 피복할 수 있다.
상술한 바와 같이, 송풍 노즐(90)의 풍량, 바람을 보내는 시간, 송풍의 각도, 바람을 보내는 범위 및 슬러리(S2)와의 거리 등은 적절히 변경할 수 있다. 그 때문에, 이들을 조절함으로써, 제2 슬러리(S2)가 원하는 형상이 되도록 조절할 수 있다.
제2 슬러리(S2)의 형상을 조절하는 송풍 공정을 거친 후, 적층체(100)는, 제2 건조 공정에 제공된다. 제2 건조 공정은, 예를 들어 송풍 공정을 행한 건조로와 동일한 화로 내에서 행하여진다. 도 13은, 제2 건조 공정에서의 적층체(100)의 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다.
적층체(100)는, 건조로 내에 설치된 온풍 노즐 박스(91)로부터 분출되는 온풍에 의해 건조된다. 제2 건조 공정에 의해, 제2 슬러리(S2)가 면내 방향으로 연장된 상태에서 건조되어, 집전체(11)와 활물질층(12)을 이어져 있는 층으로 하여 피복한 세퍼레이터층(13)이 형성된다.
또한, 지금까지의 제조 방법의 설명에서는, 집전체(11)의 편면 상에 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)을 형성하는 경우를 설명했으나, 집전체(11)의 양면 상에 이들을 형성해도 된다. 집전체(11)의 양면 상에 이들을 형성하는 경우, 예를 들어 편면에 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)을 형성한 후, 다른 한쪽 면에 활물질층(12) 및 세퍼레이터층(13)을 형성할 수 있다. 또는, 집전체(11)의 양면 상에 활물질층(12)을 형성한 후에, 또한, 양면 상에 세퍼레이터층(13)을 형성해도 된다.
도 14는, 제2 건조 공정을 거친 후의 적층체(100)의 일례를 도시한 도면이다. 세퍼레이터층(13)은, 슬러리의 상태로 송풍 공정을 거친 것에 의해, 활물질층(12)의 표면을 피복함과 함께, 집전체(11)의 주면의 일부를 또한 피복하고 있다. 이 적층체(100)는, 계속해서, 재단 공정에 제공된다.
재단 공정에 있어서, 적층체(100)는, 예를 들어 도 14에 도시한 재단 위치(P)에서 재단된다. 이 재단은, 재단 후의 적층체(100)가, 집전체(11) 및 활물질층(12)을, 이어져 있는 층으로 하여 피복하고 있는 세퍼레이터층(13)을 포함하도록 행하여진다. 이 재단은, 예를 들어 금형 및 슬리터 등을 사용해서 행할 수 있다.
도 14에 도시한 재단 위치(P)에서 적층체(100)를 재단한 후, 이 적층체(100)를 단체로 프레스에 제공함으로써, 도 1에 도시한 전극 구조체(10)를 얻을 수 있다. 재단 후의 적층체는, 복수매를 적층시켜서 프레스에 제공해도 된다.
제1 실시 형태에 따른 전극 구조체는, 집전체와, 활물질층과, 세퍼레이터층을 포함하고, 활물질층이 집전체 중 적어도 한쪽 면의 일부를 피복하고 있고, 세퍼레이터층이, 활물질층의 표면을 피복함과 함께, 활물질층의 제1 단부면을 걸치도록 하여 집전체 중 적어도 한쪽 면을 피복하고, 집전체 중 적어도 한쪽 면과 접한 제1 단부를 갖고, 활물질층의 제1 단부면부터 세퍼레이터층의 제1 단부까지의 거리(a)와, 활물질층의 표면과 활물질층의 제1 단부면이 교차하는 제1 변부터, 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 집전체의 상기 면과 평행한 방향에 대한 거리(b)의 비(b/a)는, 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있다. 그로 인해, 단락 및 집전 탭의 파단을 억제할 수 있다. 그 결과, 이 전극 구조체를 사용하여 이차 전지를 형성하는 경우, 우수한 수율을 달성할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에 의하면, 이차 전지가 제공된다. 이 이차 전지는, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체를 포함한다. 이 이차 전지는, 예를 들어 부극으로서의 전극 구조체와, 정극을 포함한다. 이차 전지는, 외장재, 정극 단자 및 부극 단자를 더 구비하고 있어도 된다. 전극 구조체를 부극 또는 정극으로서 사용하는 경우, 제1 실시 형태에서 기재한 집전체 및 활물질을 사용할 수 있다.
(외장재)
외장재로서는, 예를 들어 라미네이트 필름 또는 금속제 용기를 사용할 수 있다.
외장재의 형상은, 편평형(박형), 각형, 원통형, 코인형, 버튼형, 시트형 및 적층형 등을 들 수 있다. 외장재는, 전지 치수에 따른 크기를 갖고 있어도 된다. 외장재는, 예를 들어 휴대용 전자 기기 등에 적재되는 소형 전지, 이륜 내지 사륜의 자동차 등의 차량에 적재되는 대형 전지에 사용되는 치수를 갖고 있다.
라미네이트 필름은, 수지 필름간에 금속층을 개재시킨 다층 필름이 사용된다. 라미네이트 필름의 두께는, 0.2mm 이하인 것이 바람직하다. 금속층은, 경량화를 위해서 알루미늄 호일 또는 알루미늄 합금 호일이 바람직하다. 수지 필름은, 예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 고분자 재료를 사용할 수 있다. 라미네이트 필름은, 열 융착에 의해 시일을 행하여 외장재의 형상으로 성형할 수 있다.
금속제 용기는, 두께 0.5mm 이하인 것이 바람직하고, 두께 0.2mm 이하인 것이 보다 바람직하다.
금속제 용기는, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등으로 형성된다. 알루미늄 합금은, 마그네슘, 아연, 규소 등의 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 합금 내에 철, 구리, 니켈, 크롬 등의 전이 금속을 포함하는 경우, 그 함유량은 100ppm 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 고온 환경 하에서의 장기 신뢰성, 방열성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
(정극 단자)
정극 단자는, 예를 들어 리튬에 대한 전위가 3V 내지 4.5V(vs Li/Li+)의 범위 내에 있는 전기적 안정성과 도전성을 구비하는 재료로 형성할 수 있다. 구체적으로는, Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, Si 등의 원소를 포함하는 알루미늄 합금, 알루미늄을 들 수 있다. 접촉 저항을 저감시키기 위해서, 정극 집전체와 동일한 재료가 바람직하다.
(부극 단자)
부극 단자는, 예를 들어 리튬에 대한 전위가 0.4V 내지 3V(vs Li/Li+)의 범위 내에 있는 전기적 안정성과 도전성을 구비하는 재료로 형성할 수 있다. 구체적으로는, Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, Si 등의 원소를 포함하는 알루미늄 합금, 알루미늄을 들 수 있다. 접촉 저항을 저감시키기 위해서, 부극 집전체와 동일한 재료가 바람직하다.
이어서, 도면을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 이차 전지의 몇 가지 예를 설명한다.
먼저, 도 15 및 도 16을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 이차 전지의 일례인, 편평형 이차 전지에 대해서 설명한다.
도 15는, 본 실시 형태에 따른 편평형 이차 전지의 일례를 도시한 단면 모식도이다. 도 16은, 도 15의 A부의 확대 단면도이다.
도 15 및 도 16에 도시한 이차 전지(50)는, 편평 형상의 권회 전극군(1)을 구비한다.
편평 형상의 권회 전극군(1)은, 도 16에 도시한 바와 같이, 전극 구조체로서의 부극(3) 및 정극(5)을 구비한다. 이러한 편평 형상의 권회 전극군(1)은, 부극(3) 및 정극(5)을 적층하여 형성한 적층물을, 도 16에 도시한 바와 같이 부극(3)을 외측으로 하여 와권상으로 권회하고, 프레스 성형함으로써 형성할 수 있다.
부극(3)은, 부극 집전체(3a)와 부극 활물질층(3b)과 부극 세퍼레이터층(3c)을 포함한다. 여기에서는, 부극 집전체(3a)의 양면에, 부극 활물질층(3b) 및 부극 세퍼레이터층(3c)이 이 순서대로 형성되어 있다. 정극(5)은, 정극 집전체(5a) 및 정극 활물질층(5b)을 포함한다. 정극 집전체(5a)의 양면에, 정극 활물질층(5b)이 형성되어 있다.
도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 권회 전극군(1)의 외주 단부 근방에 있어서, 부극 단자(6)가 최외각의 부극(3)의 부극 집전체(3a)에 접속되고, 정극 단자(7)가 내측의 정극(5)의 정극 집전체(5a)에 접속되어 있다.
권회형 전극군(1)은, 2매의 수지층의 사이에 금속층이 개재된 라미네이트 필름을 포함하는 주머니 형상 용기(2) 내에 수납되어 있다.
부극 단자(6) 및 정극 단자(7)는, 주머니 형상 용기(2)의 개구부로부터 외부에 연장되어 있다. 예를 들어, 액상 비수전해질이 주머니 형상 용기(2) 내에 수납되어 있다. 액상 비수전해질은, 주머니 형상 용기(2)의 개구부로부터 주입될 수 있다.
주머니 형상 용기(2)의 개구부를 부극 단자(6) 및 정극 단자(7)를 끼워서 히트 시일함으로써, 권회형 전극군(1) 및 액상 비수전해질이 완전 밀봉되어 있다.
이어서, 도 17 및 도 18을 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 이차 전지의 적층형 이차 전지의 예에 대해서 설명한다.
도 17은, 본 실시 형태에 따른 이차 전지의 다른 예를 모식적으로 도시한 사시도이다. 도 18은, 도 17에 관한 이차 전지가 포함하고 있는 적층형 전극군(1)을 도시한 모식도이다.
도 17 및 도 18에 도시한 이차 전지(50)는, 적층형 전극군(1)을 구비한다. 적층형 전극군(1)은, 2매의 수지 필름의 사이에 금속층을 개재한 라미네이트 필름을 포함하는 외장재(12) 내에 수납되어 있다. 도 18에 도시한 바와 같이, 적층형 전극군(1)은, 정극(10a)과 부극(10b)이 교대로 적층된 구조를 갖는다. 여기에서는, 정극(10a)은 복수매 존재하고, 각각이 정극 집전체와, 정극 집전체의 양면에 담지된 정극 활물질층을 구비하고 있다. 전극 구조체로서의 부극(10b)은 복수매 존재한다. 각각의 부극(10b)은 부극 집전체, 부극 활물질층 및 부극 세퍼레이터층을 구비하고 있다. 부극 활물질층 및 부극 세퍼레이터층은, 부극 집전체의 양면에 이 순서대로 담지되어 있다.
복수의 정극(10a)의 집전 탭은, 초음파 용접에 의해 1개로 묶인 뒤에, 끼움 지지 부재(23a)에 의해 보유 지지되어 있다. 또한, 복수의 부극(10a)의 집전 탭은, 초음파 용접에 의해 1개로 묶인 뒤에, 끼움 지지 부재(23b)에 의해 보유 지지되어 있다. 끼움 지지 부재(23a 및 23b)에는, 각각 정극 단자(21) 및 부극 단자(22)가 전기적으로 접속되어 있다. 띠 형상의 부극 단자(22)의 선단은, 외장재(12)로부터 외부로 인출되어 있다. 또한, 띠 형상의 정극 단자(21)의 선단은, 부극 단자(22)와는 반대측에 위치하고, 외장재(12)의 변으로부터 외부로 인출되어 있다.
본 실시 형태에 따른 이차 전지는, 다른 형태로서, 도 19에 도시한 바이폴라 전극 구조를 갖는 전극체(210)를 포함하고 있어도 된다.
전극체(210)는, 이하와 같이 구성되어 있다. 전극체(210)는, 집전체(14)의 한쪽 면에 정극 활물질층(5b)이 형성되고, 다른 쪽의 면에 부극 활물질층(3b)이 형성된 제1 적층체를 포함한다. 전극체(210)는, 제1 적층체의 양면 상에, 또한 세퍼레이터층(13)이 형성된 제2 적층체를 포함한다. 제2 적층체의 양면에 형성되어 있는 세퍼레이터층(13)은, 모두 비(b/a)가 0.0001 이상 0.5 이하를 만족하는 것이다.
전극체(210)는, 복수의 제1 적층체 및 복수의 제2 적층체가 교대로 적층되어 있다. 이 결과, 복수의 제1 적층체 및 복수의 제2 적층체가 직렬로 접속된다. 이들을 적층시키는 수는, 전지의 형상 및 크기의 설계에 따라 적절히 변경할 수 있다.
전극체(210)의 양단에 위치하는 적층체에 있어서는, 예를 들어 도 19의 상부 및 하부에 도시한 바와 같이, 집전체(14)의 편면에만 활물질층(및 세퍼레이터층)이 적층되어 있다.
바이폴라 전극 구조를 갖는 전극체(210)에 의하면, 정극 활물질층(5b), 세퍼레이터층(13) 및 부극 활물질층(3b)을 각각 밀착시켜서 박형으로 할 수 있다. 그 때문에, 이들을 다수 적층함으로써, 컴팩트하면서 고용량이며, 수명 성능, 열 안정성 및 전기 화학적 안정성이 우수한 이차 전지를 얻을 수 있다.
도 20에, 바이폴라형 이차 전지의 일례를 개략적으로 도시한 단면 모식도를 도시한다. 도 20에 도시한 이차 전지(50)는, 도 19를 참조하면서 설명한 전극체(210)를 포함하고 있다. 전극체(210)는, 2매의 수지 필름 사이에 금속층을 개재한 라미네이트 필름을 포함하는 외장재(15) 내에 수납되어 있다. 그리고, 도 20의 상부에 위치하는 가장 끝의 집전체(14)에는, 이것과 전기적으로 접속된 정극 단자(21)가 설치되어 있다. 또한, 도 20의 하부에 위치하는 가장 끝의 집전체(14)에는, 이것과 전기적으로 접속된 부극 단자(22)가 설치되어 있다. 도 20에서는 도시하고 있지 않으나, 상기 정극 단자(21) 및 부극 단자(22)는, 외장재(15)부터 외부로 인출되어 있다.
제2 실시 형태에 관한 이차 전지는, 제1 실시 형태에 따른 전극 구조체를 포함하고 있다. 그로 인해, 단락 및 집전 탭의 파단을 억제할 수 있어, 우수한 수율을 달성할 수 있다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태에 의하면, 전지 팩이 제공된다. 이 전지 팩은, 제2 실시 형태에 관한 이차 전지와, 이차 전지의 충방전을 제어하기 위한 회로부를 구비하고 있다.
본 실시 형태에 따른 전지 팩은, 1개의 이차 전지를 구비해도 되고, 복수개의 이차 전지를 구비해도 된다. 전지 팩에 포함될 수 있는 복수의 이차 전지는, 전기적으로 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬을 조합해서 접속될 수 있다. 복수의 이차 전지는, 전기적으로 접속되어 조전지를 구성할 수도 있다. 전지 팩은, 복수의 조전지를 포함하고 있어도 된다.
전지 팩은, 보호 회로를 더 구비할 수 있다. 보호 회로는, 이차 전지의 충방전을 제어하는 것이다. 또는, 전지 팩을 전원으로서 사용하는 장치(예를 들어, 전자 기기, 자동차 등)에 포함되는 회로를, 전지 팩의 보호 회로로서 사용할 수 있다.
또한, 전지 팩은, 통전용의 외부 단자를 더 구비할 수도 있다. 통전용의 외부 단자는, 이차 전지로부터의 전류를 외부에 출력하기 위해서, 및/또는, 이차 전지에 전류를 입력하기 위한 것이다. 바꿔 말하면, 전지 팩을 전원으로서 사용할 때, 전류가 통전용의 외부 단자를 통해서 외부에 공급될 수 있다. 또한, 전지 팩을 충전할 때, 충전 전류(자동차 등의 동력의 회생 에너지를 포함함)는 통전용의 외부 단자를 통해서 전지 팩에 공급될 수 있다.
회로부는, 전지 팩이 자동차 등의 차량 또는 전자 기기에 탑재되는 시점보다 전에, 이차 전지에 접속되어 있어도 된다. 또는, 자동차 등의 차량이 구비하는 회로부를, 전지 팩이 구비하고 있는 이차 전지에 접속해도 된다. 실시 형태의 전지 팩은, 어느 것의 형태도 포함한다.
이어서, 본 실시 형태에 따른 전지 팩의 일례를, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 21은, 본 실시 형태에 따른 전지 팩의 일례를 도시한 분해 사시도이다. 도 22는, 도 21에 도시한 전지 팩의 전기 회로를 도시한 블록도이다.
도 21에 도시한 전지 팩(20)은, 도 15 내지 도 20을 참조하면서 설명한 이차 전지(50)를 복수개 포함하고 있다.
복수개의 이차 전지(50)는, 외부에 연장한 부극 단자(22) 및 정극 단자(21)가 동일한 방향으로 정렬되도록 적층되어, 점착 테이프(24)로 체결되어 있고, 그것에 의해 조전지(25)를 구성하고 있다. 이들 이차 전지(50)는, 도 22에 도시한 바와 같이 서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.
프린트 배선 기판(26)이, 복수의 이차 전지(50)의 부극 단자(22) 및 정극 단자(21)가 연장하고 있는 측면에 대향하여 배치되어 있다. 프린트 배선 기판(26)에는, 도 22에 도시한 서미스터(27), 보호 회로(28) 및 외부 기기에의 통전용 단자(29)가 탑재되어 있다. 프린트 배선 기판(26)의 조전지(25)와 대향하는 면에는, 조전지(25)의 배선과의 불필요한 접속을 회피하기 위해서 절연판(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
조전지(25)의 최하층에 위치하는 이차 전지(50)의 정극 단자(21)에 정극측 리드(30)가 접속되어 있고, 그 선단은, 프린트 배선 기판(26)의 정극측 커넥터(31)에 삽입되어 전기적으로 접속되어 있다. 조전지(25)의 최상층에 위치하는 이차 전지(50)의 부극 단자(22)에 부극측 리드(32)가 접속되어 있고, 그 선단은, 프린트 배선 기판(26)의 부극측 커넥터(33)에 삽입되어 전기적으로 접속되어 있다. 이들 커넥터(31 및 33)는, 프린트 배선 기판(26)에 형성된 배선(34 및 35)을 각각 통해서 보호 회로(28)에 접속되어 있다.
서미스터(27)는, 이차 전지(50)의 각각 온도를 검출하고, 그 검출 신호를 보호 회로(28)에 송신한다. 보호 회로(28)는, 소정의 조건에서 보호 회로(28)와 외부 기기에의 통전용 단자(29)의 사이의 플러스측 배선(36a) 및 마이너스측 배선(36b)을 차단할 수 있다. 소정의 조건의 예는, 서미스터(27)로부터, 이차 전지(50)의 온도가 소정 온도 이상이라는 신호를 수신했을 때이다. 또한, 소정의 조건의 다른 예는, 이차 전지(50)의 과충전, 과방전, 과전류 등을 검출했을 때이다. 이 과충전 등의 검출은, 개개의 이차 전지(50) 또는 조전지(25)에 대해서 행하여진다. 개개의 이차 전지(50)를 검출하는 경우, 전지 전압을 검출해도 되고, 정극 전위 또는 부극 전위를 검출해도 된다. 후자의 경우, 참조극으로서 사용하는 리튬 전극을 개개의 이차 전지(50)에 삽입한다. 도 21 및 도 22의 전지 팩(20)에서는, 이차 전지(50) 각각에 전압 검출을 위한 배선(37)이 접속되어 있고, 이들 배선(37)을 통해서 검출 신호가 보호 회로(28)에 송신된다.
조전지(25)의 4측면 중, 정극 단자(21) 및 부극 단자(22)가 돌출되어 있는 측면을 제외한 3측면에는, 고무 또는 수지를 포함하는 보호 시트(38)가 각각 배치되어 있다.
조전지(25)는, 각 보호 시트(38) 및 프린트 배선 기판(26)과 함께 수납 용기(39) 내에 수납되어 있다. 상기 보호 시트(38)는, 수납 용기(39)의 긴 변 방향의 양쪽 내측면과, 짧은 변 방향의 내측면의 한쪽에 배치되어 있다. 수납 용기(39)의 짧은 변 방향의 내측면의 다른 쪽에, 프린트 배선 기판(26)이 배치되어 있다. 조전지(25)는, 보호 시트(38) 및 프린트 배선 기판(26)으로 둘러싸인 공간 내에 위치하고 있다. 덮개(40)는, 수납 용기(39)의 상면에 설치되어 있다.
또한, 조전지(25)의 고정에는, 점착 테이프(24) 대신에, 열수축 테이프를 사용해도 된다. 이 경우, 조전지(25)의 양측면에 보호 시트를 배치하고, 열수축 테이프를 주회시킨 후, 열수축 테이프를 열 수축시켜서 조전지를 결속시킨다.
도 21에 도시한 전지 팩(20)은 복수의 이차 전지(50)를 구비하고 있으나, 전지 팩(20)은, 1개의 이차 전지(50)를 구비하는 것이어도 된다.
또한, 전지 팩의 실시 형태는 용도에 따라 적절히 변경된다. 본 실시 형태에 따른 전지 팩은, 대전류를 취출했을 때에 수명 특성이 우수한 것이 요구되는 용도로 적합하게 사용된다. 구체적으로는, 예를 들어 디지털 카메라의 전원으로서, 또는, 이륜 내지 사륜의 하이브리드 전기 자동차, 이륜 내지 사륜의 전기 자동차 및 어시스트 자전거 차량의 차량 탑재용 전지, 정치용 전지 및 철도용 차량용의 전지로 해서 사용된다. 특히, 차량 탑재용 전지로서 적합하게 사용된다.
본 실시 형태에 따른 전지 팩을 탑재한 자동차 등의 차량에 있어서, 전지 팩은, 예를 들어 차량의 동력 회생 에너지를 회수하는 것이다.
제3 실시 형태에 관한 전지 팩은, 제2 실시 형태에 관한 이차 전지를 구비하고 있다. 그로 인해, 단락 및 집전 탭의 파단을 억제할 수 있어, 이차 전지를 형성하는 경우에 우수한 수율을 달성할 수 있다.
(제4 실시 형태)
제4 실시 형태에 의하면, 차량이 제공된다. 이 차량은, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩을 구비한다.
차량의 예는, 이륜 내지 사륜의 하이브리드 전기 자동차, 이륜 내지 사륜의 전기 자동차 및 어시스트 자전거 및 전동차를 포함한다.
도 23에, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩을 구비한 차량의 일례를 도시한다.
도 23에 도시한 자동차(41)는, 차체 전방의 엔진룸 내에, 전지 팩(42)을 탑재하고 있다. 자동차에서의 전지 팩의 탑재 위치는, 엔진룸에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전지 팩은, 자동차의 차체 후방 또는 좌석 밑에 탑재되어 있어도 된다.
(실시예)
이하에 실시예를 설명하지만, 실시 형태는, 이하에 기재되는 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
<전극 구조체의 제작>
다음과 같이 하여, 부극으로서의 전극 구조체를 제작하였다.
먼저, 부극 활물질로서, 평균 입자 직경이 5㎛인 Nb2TiO7을 준비하였다. 부극 활물질층의 재료로서는, 이 부극 활물질과, 도전재로서 아세틸렌 블랙 분말 및 흑연 분말과, 결착제로서 카르복시메틸셀룰로오스암모늄염 분말 및 스티렌·부타디엔 고무를 사용하였다. 또한, 이들 부극 재료의 배합비는, 중량비로 93:1.5:3.5:1:1로 하였다. 부극 재료는, 다음 순서로 혼합하였다. 먼저, 카르복시메틸셀룰로오스암모늄염을 순수에 용해시키고, 거기에 아세틸렌 블랙을 분산시키고, 다음으로 흑연을 분산시키고, 거기에 Nb2TiO7을 분산시키고, 마지막으로 스티렌·부타디엔 고무를 혼합하였다. 이와 같이 하여 얻어진 슬러리를, 두께가 15㎛, 평균 결정 입자 직경이 30㎛인, 집전체로서의 알루미늄 호일의 양면에 도포하였다. 도포한 슬러리를 건조로에서 건조시켜서, 알루미늄 호일의 양면에 부극 활물질층을 형성하였다.
계속해서, 양면에 형성한 부극 활물질층의 상면에, 다음과 같이 하여, 무기 재료, 고체 전해질 및 바인더를 포함하는 세퍼레이터층을 형성하였다. 무기 재료로서는 산화티타늄을, 고체 전해질의 재료로서는, 1차 입자 사이즈(평균 입경) 1㎛의 Li7La3Zr2O12 입자를, 바인더로서는 아세트산 셀룰로오스 및 폴리불화비닐리덴을 사용하였다. 세퍼레이터층에서의 이들 재료의 배합비는, 중량비로 49:49:1:1로 하였다. 이들 재료는, 다음 순서로 혼합하였다. 먼저, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 아세트산 셀룰로오스를 용해시켜, 산화티타늄과 Li7La3Zr2O12 입자를 분산시키고, 마지막으로 폴리불화비닐리덴을 혼합하였다. 이에 의해 얻어진 슬러리를, 부극 활물질층 위에 그라비아 방식으로 도포하였다. 슬러리를 도포한 후, 이 적층체를 건조로에 반송하였다. 그리고, 부극 활물질층 상에 도포된 슬러리에 대하여, 파카코포레이션사제의 송풍 노즐(포터블 열풍기 PHS9형)을 사용하여, 부극 활물질층이 포함하고 있는 대향된 2변을 향하여, 슬러리가 집전체의 주면을 피복하는 방향으로 연장되도록 온풍을 불어대었다. 이에 의해, 부극 활물질층 상에 도포된 슬러리를 연장시켜서, 집전체의 슬러리 미도포부를 이 슬러리에 의해 피복시켰다. 이와 같이 면내 방향으로 슬러리를 연장시킴으로써, 슬러리가 부극 활물질층의 표면과 집전체의 면 일부를 이어져 있는 층으로 하여 피복하고 있는 상태로 하였다. 계속해서, 이 적층체를 상기 건조로 내에서 충분히 건조시켜, 집전체의 양면 상에 세퍼레이터층을 형성하였다. 그 후, 금형을 사용하여 적층체를 적절한 형상으로 재단하였다.
건조해서 얻어진 적층체를 프레스에 제공함으로써, 부극으로서의 전극 구조체를 제작하였다. 여기서, 전극 구조체 전체의 밀도가 2.6g/cm3의 사이에 들어가도록, 프레스압을 조정하였다.
제작한 전극 구조체에 대해서, 집전 탭 부분의 세퍼레이터층의 경사 상태를 관찰하기 위해서, 제1 실시 형태에서 설명한 방법으로 SEM에 의한 측정을 행하였다. 그 결과, 거리 a는 10000㎛이며, 거리 b는 1㎛이었다. 따라서, 비(b/a)는 0.0001이었다.
이 전극 구조체의 집전 탭과는 반대측의 단부에 대해서도 SEM에 의한 관찰을 행한바, 이 단부의 구조는, 상기 도 6의 구조이었다. 또한, 이 단부에서의 거리 c는 10㎛이며, 거리 d는 7㎛이었다. 따라서, 비(d/c)는 0.7이었다.
<라미네이트 셀의 제작>
이하에 설명하는 방법으로 라미네이트 셀을 제작하였다.
먼저, 상기 전극 구조체의 대향 전극으로서의 정극을, 이하와 같이 하여 제작하였다.
정극 활물질 입자로서, 평균 입자 직경(Da)이 4㎛인 리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물(LiNi0 . 5Co0 . 2Mn0 . 3O2: NCM)의 분말(D10=2㎛, D50=4㎛(=Da), D90=10㎛, 입자 직경의 범위: 0.5㎛ 내지 50㎛)을 준비하였다. 정극 활물질층의 재료로서는, 이 정극 활물질과, 도전제로서의 흑연 분말(평균 입자 직경이 6㎛)과, 결착재로서의 폴리불화비닐리덴(PVdF)을 사용하였다.
상기 준비한 재료를, NCM:흑연:PVdF=100:5:3의 질량비로, 다음 순서로 혼합하였다. 먼저, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 PVdF를 용해시켜, 거기에 흑연을 넣어서 분산시키고, 분산체를 얻었다. 계속해서, 이 분산체에, NCM의 분말을 혼합 분산시켜, 혼합물을 얻었다. 그 후, 용매로서 NMP를 사용해서 고형분 농도를 60%로 조정하고, 정극 재료의 슬러리를 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 슬러리를, 두께가 15㎛이고, 평균 결정 입자 직경이 30㎛인 정극 집전체로서의 알루미늄 호일의 양쪽 표면에 도포하였다.
계속해서, 도막을 건조시켜서 적층체를 얻었다. 또한, 이 적층체를 프레스에 제공해서 정극을 얻었다. 정극 집전체는, 정극 활물질층을 담지하고 있지 않은 정극 탭을 포함하고 있었다. 정극 활물질층의 밀도는, 3.0g/cm3이었다.
제작한 부극으로서의 전극 구조체 및 대향 전극으로서의 정극 각각을, 집전 탭으로서의 집전부 이외의 사이즈가 10cm×5cm의 크기가 되도록, 집전부를 남겨서 잘라냈다. 이들을, 각각 10장씩 합계 20장 겹쳤다. 이때 , 부극 및 정극 각각의 집전부는 서로 반대 방향이 되도록 겹쳤다. 복수의 부극 집전부 및 복수의 정극 집전부를 각각 통합하여, 초음파 용착에 의해 외부 단자에 용착시켰다. 이 전극군을 라미네이트 컵에 수납하고, 개구부로서 1군데 남겨서 주위를 열 용착하였다. 이 라미네이트 셀을, 24시간에 걸쳐서, 100℃에서 건조시켰다.
이어서, 이하와 같이 하여 전해액을 준비하였다.
글로브 박스 내에서 에틸렌카르보네이트와 디에틸카르보네이트를 1:2의 체적비로 혼합한 용매에, 1mol/L의 육불화인산리튬(LiPF6)을 용해시켜서 전해액을 조제하였다.
이 전해액을 라미네이트 셀에 25mL 주입하고, 전극군에 전해액을 함침시켰다. 그 후, 라미네이트 셀의 개구부를 열 용착해서 밀폐하고, 도 18에 도시한 구조를 갖는, 실시예 1에 관한 비수전해질 이차 전지를 제작하였다.
<수율의 평가>
이상에서 기재한 것과 동일한 방법에 의해, 실시예 1에 관한 비수전해질 이차 전지를 100개 제작하였다. 제작한 100개의 전지 각각에 대해서 저항 측정을 행하고, 저항값이 1MΩ 이상인 것을 양품으로 하고, 1MΩ 미만인 것을 불량품으로 하여 수율을 카운트하였다.
그 결과, 실시예 1에 관한 비수전해질 전지의 수율은 81이었다. 이상의 결과를 하기 표 1에 정리하였다. 또한, 표 1에는, 후술하는 실시예 2 내지 20 및 비교예 1 내지 9의 결과도 기재하고 있다.
(실시예 2 내지 16 및 비교예 1 내지 5)
비 b/a, 비 d/c 및 집전 탭 부분과 반대인 단부의 구조를, 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고, 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 방법으로 비수전해질 전지를 제작하였다. 또한, 이들 비수전해질 전지에 대해서 수율을 평가하였다.
또한, 표 1에서의 「반대측의 구조」의 열은, 부극으로서 제작한 전극 구조체에 있어서, 집전 탭 부분과 반대측의 단부 구조가, 실시 형태에서 설명한 도면 중 어느 도면의 형태로 되어 있는지를 나타내고 있다.
또한, 표 1 중, 「송풍 없음」은, 전극 구조체를 제작할 때, 활물질층 상에 도포한 슬러리에 대하여 송풍 공정을 행하지 않았기 때문에, 세퍼레이터층이 활물질층의 단부면을 피복하고 있지 않음을 나타내고 있다. 비교예 1 내지 5에 관한 전극 구조체는, 집전 탭 부분과 반대측의 단부에 대하여 송풍 공정이 행하여지지 않았다. 그로 인해, 이들 전극 구조체의 집전 탭 부분과 반대측의 단부에 있어서는, 활물질층의 단부면이 세퍼레이터층에서 피복되어 있지 않았다. 표 1 중, 「피복하지 않음」은, 집전 탭 부분과 반대측의 단부에 있어서, 활물질층의 단부면이 세퍼레이터층에서 피복되지 않았음을 나타내고 있다.
각 예의 전극 구조체에 관한 비(b/a)는, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 송풍 노즐의 풍량(L/min), 바람을 쐬게 하는 시간(초) 및 송풍 노즐과 슬러리의 거리(cm)를 변경함으로써 조정하였다. 또한, 각 예의 전극 구조체에 관한 비(d/c)는, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이 송풍 노즐의 풍량(L/min), 바람을 쐬게 하는 시간(초) 및 송풍 노즐과 슬러리의 거리(cm)를 변경함으로써 조정하였다. 표 2 및 표 3에 있어서, 「시간」의 열은, 송풍 노즐을 사용해서 바람을 쐬게 한 시간을 나타내고 있다. 「거리」의 열은, 송풍 노즐과 슬러리의 거리를 나타내고 있다.
(실시예 17)
이하와 같이 하여 바이폴라형 전지를 제작하였다.
실시예 1에 기재한 방법에 따라, 집전체의 편면 상에 부극 활물질층을 형성하였다. 이어서, 전해질 재료로서, 평균 입자 직경(Da)이 0.7㎛인 LLZ(Li7La3Zr2O12)의 분말과, 결착재로서의 PVdF(폴리불화비닐리덴) 분말을 준비하였다.
상기 준비한 재료를, LLZ:PVdF=100:2의 질량비로, 다음 순서로 혼합하였다. 먼저, PVdF 분말을 N-메틸-2-피롤리돈에 용해시키고, 이 분산액에 LLZ를 분산시켜, 전해질 재료의 슬러리를 얻었다. 얻어진 슬러리를, 먼저 형성한 부극 활물질층 상에 도포하고, 이 적층체를 건조로에 반송하였다. 그리고, 부극 활물질층 상에 도포된 슬러리에 대하여, 파카코포레이션사제의 송풍 노즐(포터블 열풍기 PHS9형)을 사용하여, 부극 활물질층이 포함하고 있는 대향된 2변을 향하여, 슬러리가 집전체의 주면을 피복하는 방향으로 연장되도록 온풍을 불어대었다. 이에 의해, 부극 활물질층 상에 도포된 슬러리를 연장시켜서, 집전체의 슬러리 미도포부를 이 슬러리에 의해 피복시켰다. 이와 같이 면내 방향으로 슬러리를 연장시킴으로써, 슬러리가 부극 활물질층의 표면과 집전체의 면 일부를 이어져 있는 층으로 하여 피복하고 있는 상태로 하였다. 계속해서, 이 적층체를 상기 건조로 내에서 충분히 건조시켜, 집전체의 편면 상에 부극 활물질층 및 세퍼레이터층을 형성하였다.
계속해서, 실시예 1에 기재한 정극 활물질층의 재료를 사용하여, 집전체의 다른 한쪽 면 상에, 정극 활물질층을 형성하였다. 이 정극 활물질층 상에도, 부극 활물질층 상에 형성한 것과 동일한 세퍼레이터층을 형성하였다. 이와 같이 하여, 집전체의 한쪽 면 상에 부극 활물질층 및 세퍼레이터층이 이 순서대로 형성되고, 다른 한쪽 면 상에 정극 활물질층 및 세퍼레이터층이 이 순서대로 형성된 전극 구조체를 제작하였다.
제작한 전극 구조체에 대해서, 집전 탭 부분의 세퍼레이터층의 경사 상태를 관찰하기 위해서, 제1 실시 형태에서 설명한 방법으로 SEM에 의한 측정을 행하였다. 그 결과, 거리 a는 10000㎛이며, 거리 b는 1㎛이었다. 따라서, 비(b/a)는 0.0001이었다.
이 전극 구조체의 집전 탭과는 반대측의 단부에 대해서도 SEM에 의한 관찰을 행한 바, 이 단부의 구조는, 상기 도 6의 구조이었다. 또한, 이 단부에서의 거리 c는 10㎛이며, 거리 d는 7㎛이었다. 따라서, 비(d/c)는 0.7이었다.
또한, 세퍼레이터층을 형성하지 않는 것을 제외하고, 상기 전극 구조체와 동일한 방법으로 전극 유닛을 제작하였다. 즉, 이 전극 유닛은, 집전체의 한쪽 면 상에 부극 활물질층이 형성되고, 다른 한쪽 면 상에 정극 활물질층이 형성된 것이다.
이들 전극 구조체 및 전극 유닛을, 각각 10장씩 교대로 겹쳐서, 도 19에 도시한 전극체를 제작하였다. 이 전극체를, 2매의 수지 필름 사이에 금속층을 개재한 라미네이트 필름을 포함하는 외장재에 수납하여, 바이폴라형 전지를 제작하였다.
<수율의 평가>
이상에서 기재한 것과 동일한 방법에 의해, 실시예 17에 관한 바이폴라형 전지를 100개 제작하였다. 제작한 100개의 전지 각각에 대해서 저항 측정을 행하고, 저항값이 1MΩ 이상인 것을 양품으로 하고, 1MΩ 미만인 것을 불량품으로 하여 수율을 카운트하였다.
그 결과, 실시예 17에 관한 바이폴라형 전지의 수율은 98이었다. 이상의 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
(실시예 18 내지 20 및 비교예 6 내지 9)
비 b/a, 비 d/c 및 집전 탭 부분과 반대인 단부의 구조를, 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고, 실시예 17에서 설명한 것과 동일한 방법으로 바이폴라형 전지를 제작하였다. 또한, 이들 바이폴라형 전지에 대해서 수율을 평가하였다.
Figure 112017019311085-pat00001
Figure 112017019311085-pat00002
Figure 112017019311085-pat00003
표 1에 의하면, 전지의 종류에 상관없이, 비(b/a)가 0.0001 이상 0.5 이하이면, 송풍 공정을 행하지 않은 것에 기인해서 활물질층의 단부면이 피복되어 있지 않은 경우와 비교하여, 현저하게 우수한 수율을 달성할 수 있었음을 알 수 있다. 또한, 비(b/a)가 0.001 이상 0.1 이하이면, 보다 우수한 수율, 즉 단락에 의한 저항 상승과 집전체의 파단을 억제하는 것을 달성할 수 있었음을 알 수 있다.
또한, 전극 구조체의 집전 탭 부분과 반대측의 단부 구조가, 도 5에 도시한 구조이면, 도 6에 도시한 구조인 경우와 비교하여 보다 우수한 수율을 달성할 수 있었음을 알 수 있다.
송풍 공정을 완전히 행하지 않은 비교예 1 및 비교예 6에 관한 전지는, 활물질층의 단부면이 완전히 피복되어 있지 않았기 때문에, 수율이 현저하게 낮았다.
이상 설명한 적어도 하나의 실시 형태에 따르면, 전극 구조체가 집전체, 활물질층 및 세퍼레이터층을 포함하고, 활물질층은, 집전체 중 적어도 한쪽의 면 일부를 피복하고 있고, 세퍼레이터층은, 활물질층의 표면을 피복함과 함께, 활물질층의 제1 단부면을 걸치도록 하여 집전체 중 적어도 한쪽 면을 피복하고, 집전체 중 적어도 한쪽 면과 접한 제1 단부를 갖고, 활물질층의 제1 단부면부터 세퍼레이터층의 제1 단부까지의 거리(a)와, 활물질층의 표면과 활물질층의 제1 단부면이 교차하는 제1 변부터, 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 집전체 중 적어도 한쪽 면과 평행한 방향에 대한 거리(b)의 비(b/a)는, 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있기 때문에, 단락 및 집전체의 파단을 억제할 수 있어, 우수한 수율을 달성할 수 있다.
본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명했으나, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 동시에, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.
100: 적층체
11: 집전체
12: 활물질층
13: 세퍼레이터층
S1: 제1 슬러리
S2: 제2 슬러리

Claims (12)

  1. 집전체와, 활물질층과, 세퍼레이터층을 포함하는 전극 구조체이며,
    상기 활물질층은, 상기 집전체 중 적어도 한쪽 면의 일부를 피복하고 있고,
    상기 세퍼레이터층은, 상기 활물질층의 표면을 피복함과 함께, 상기 활물질층의 제1 단부면을 걸치도록 하여, 상기 활물질층의 상기 제1 단부면 중 적어도 일부와 상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면의 다른 일부를 피복하고, 상기 다른 일부와 접한 제1 단부를 갖고,
    상기 활물질층의 상기 제1 단부면부터 상기 세퍼레이터층의 제1 단부까지의 거리(a)와,
    상기 활물질층의 상기 표면과 상기 활물질층의 상기 제1 단부면이 교차하는 제1 변부터, 상기 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면과 평행한 방향에 대한 거리(b)의 비(b/a)는, 0.0001 이상 0.5 이하의 범위 내에 있으며,
    상기 활물질층은, 상기 제1 단부면과 대향한 제2 단부면을 갖고,
    상기 세퍼레이터층은, 상기 다른 일부, 상기 활물질층의 상기 제1 단부면의 상기 적어도 일부, 상기 활물질층의 상기 표면, 및 상기 활물질층의 상기 표면과 상기 활물질층의 상기 제2 단부면이 교차하는 제3 변을 하나로 연속되어 피복하고 있는, 전극 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비(b/a)는 0.001 이상 0.1 이하의 범위 내에 있는, 전극 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터층은, 상기 활물질층의 상기 제1 단부면의 전체면을 피복하고 있는, 전극 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세퍼레이터층은, 상기 활물질층의 상기 제2 단부면을 걸치도록 하여 상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면을 또한 피복하고 있고,
    상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면과 상기 활물질층의 상기 제2 단부면이 교차하는 제2 변부터, 상기 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면과 평행한 방향에 대한 거리(c)와,
    상기 제3 변부터, 상기 세퍼레이터층의 표면까지의 거리 중, 상기 집전체의 상기 적어도 한쪽 면과 평행한 방향에 대한 거리(d)의 비(d/c)는, 0.6 이상 1 이하의 범위 내에 있는, 전극 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 비(d/c)는 0.7 이상 0.9 이하의 범위 내에 있는, 전극 구조체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 세퍼레이터층은, 상기 활물질층의 상기 제2 단부면의 전체면을 피복하고 있는, 전극 구조체.
  7. 정극과,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 전극 구조체를 포함하는 부극과,
    전해질을 포함하는 이차 전지.
  8. 제7항에 기재된 이차 전지를 포함하는 전지 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    통전용의 외부 단자와, 보호 회로를 더 포함하는, 전지 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    복수의 상기 이차 전지를 구비하고, 상기 복수의 이차 전지가, 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬을 조합해서 전기적으로 접속되어 있는, 전지 팩.
  11. 제8항에 기재된 전지 팩을 구비한 차량.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전지 팩은, 상기 차량의 동력 회생 에너지를 회수하는 것인, 차량.
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