KR102171838B1 - 전극 시트 제조 장치, 및 축전 장치의 제조 방법 - Google Patents

전극 시트 제조 장치, 및 축전 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전극 시트 제조 장치는, 전극 합재층과, 전극 합재층 상에 마련된 세퍼레이터를 구비한 적층체 시트(51)를 절단하여 전극 시트를 형성하는 전극 시트 제조 장치이며, 세퍼레이터가 흡수하는 파장을 갖는 제1 레이저 광(L1)과, 전극 합재층이 흡수하는 파장을 갖는 제2 레이저 광(L2)을 적층체 시트(51)에 조사하는 레이저 조사 장치(62)와, 레이저 조사 장치(62)의 구동을 제어하는 제어부(73)를 구비하고, 제어부(73)는, 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치를 적층체 시트(51)에 대하여 이동시키고, 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치의 궤적을 통과하도록 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치를 이동시킨다.

Description

전극 시트 제조 장치, 및 축전 장치의 제조 방법{ELECTRODE SHEET MANUFACTURING APPARATUS AND POWER STORAGE DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 개시는 전극 시트 제조 장치, 및 축전 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터 적층형의 전극체를 구비한 이차 전지가 알려져 있다. 적층형의 전극체는 복수의 정극 시트와 복수의 세퍼레이터와 복수의 부극 시트를 포함한다. 그리고 정극 시트와 세퍼레이터와 부극 시트와 세퍼레이터가 순차 적층되어 있다.
상기와 같은 전극체를 제작하기 위해서는, 긴 형상으로 형성된 정극 시트나 부극 시트 등을, 레이저 광 등을 사용하여 소정 길이로 절단하고, 절단한 정극 시트나 부극 시트 등을 순차 적층함으로써 형성한다.
예를 들어 일본 특허 공개 제2017-54793호에는, 세퍼레이터층을 갖는 적층체 시트의 절단 방법에 대하여 기재되어 있다. 세퍼레이터층을 갖는 적층체 시트는, 전극 합재층과, 전극 합재층의 상면에 배치된 세퍼레이터를 포함한다.
상기 적층체 시트를 절단할 때는, 먼저 세퍼레이터 중 레이저 조사 예정 위치를 히터로 데운다. 그 후, 가열된 레이저 조사 예정 위치에 레이저를 조사하여, 세퍼레이터층을 갖는 적층체 시트를 절단한다.
일본 특허 공개 제2015-188908호에 기재된 절단 장치는, 적층체의 워크에 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광을 조사하여 적층체를 절단한다. 제1 레이저 광과 제2 레이저 광은 서로 절단 방향으로 소정 거리 시프트되어 있다. 이 절단 장치는, 제1 레이저 광으로 적층체를 절단한 후 제2 레이저 광으로 버 등을 제거하고 있다.
일본 특허 공개 제2008-135717호에는, 반도체 장치의 제조 과정에 있어서의 패터닝 공정에 있어서, 복수의 재료층을 포함하는 적층체에 레이저 광을 조사하여 패터닝을 실시하는 것이 기재되어 있다.
적층체는, 제1 재료층과, 제1 재료층의 상면에 형성된 제2 재료층을 포함한다. 이 적층체에, 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광을 중첩시킨 상태에서 조사한다. 제2 레이저 광은, 제2 재료층에서 흡수되는 파장을 갖고 있다. 제2 레이저 광이 제2 재료층에 조사됨으로써 제2 재료층에 개구부가 형성된다. 그 결과, 제2 재료층에 형성된 개구부의 저부에 제1 재료층이 노출된다. 노출된 제1 재료층에 제1 레이저 광이 조사됨으로써 제1 재료층이 패터닝된다.
일본 특허 공개 제2017-54793호에 기재된 방법에 있어서는, 세퍼레이터를 데운 후에 레이저 광을 조사하고 있다. 레이저 광을 조사할 때는, 세퍼레이터는 전극 합재층의 상면에 존재하고 있다. 레이저 광이 전극 합재층을 가열하면, 전극 합재층 내의 활물질 입자에 에너지가 가해져, 활물질 입자는 고온으로 됨과 함께 외부로 비산되려고 한다.
한편, 전극 합재층의 활물질 입자는, 상면측에 존재하는 세퍼레이터에 의하여 외부로 비산되기 어렵게 되어 있다. 그 결과, 고온으로 된 전극 합재층에 의하여 세퍼레이터가 가열된다.
고온으로 된 전극 합재층에 의하여 세퍼레이터가 가열됨으로써 세퍼레이터가 손상을 받는다. 구체적으로는, 가열된 전극 합재층에 의하여 세퍼레이터가 용융되고, 용융 부분에 있어서 세퍼레이터가 파단된다. 세퍼레이터가 파단되면, 파단 부분의 주위에 위치하는 부분이 수축하여 산형 부분이 형성된다. 이것에 의하여, 제작된 전극 시트에는, 절단 부분을 따라, 상방으로 돌출하는 산형 부분이 연장되도록 형성된다.
산형 부분이 형성된 전극 시트를 적층하여 전극체를 형성하였다고 하면, 전극체의 중앙 부분과 단 부분에서 높이에 차가 생긴다.
본 개시는, 전극 합재층 및 세퍼레이터를 포함하는 적층체 시트를 절단하여 전극 시트를 형성할 때 세퍼레이터의 절단 부분에 산부 등이 형성되는 것을 억제할 수 있는 전극 시트 제조 장치, 및 축전 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 개시의 제1 양태에 관한 전극 시트 제조 장치는, 전극 합재층과, 상기 전극 합재층 상에 마련된 세퍼레이터를 구비한 적층체 시트를 절단하여 전극 시트를 형성하는 전극 시트 제조 장치에 관한 것이다. 상기 전극 시트 제조 장치는, 상기 세퍼레이터가 흡수하는 파장을 갖는 제1 레이저 광과, 상기 전극 합재층이 흡수하는 파장을 갖는 제2 레이저 광을 상기 적층체 시트에 조사하도록 구성되는 레이저 조사 장치와, 상기 레이저 조사 장치의 구동을 제어하도록 구성되는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 제1 레이저 광의 조사 위치를 상기 적층체 시트에 대하여 이동시키고, 상기 제1 레이저 광의 조사 위치의 궤적을 통과하도록 상기 제2 레이저 광의 조사 위치를 이동시키도록, 상기 레이저 조사 장치의 구동을 제어하도록 구성된다.
상기 전극 시트 제조 장치를 사용하여, 예를 들어 집전 박과, 집전 박 상에 형성된 전극 합재층과, 전극 합재층 상에 형성된 세퍼레이터를 포함하는 적층 시트를 절단할 때, 먼저 제1 레이저 광으로 세퍼레이터를 절단할 수 있다. 이것에 의하여 전극 합재층을 노출시킬 수 있으며, 이 전극 합재층을 제2 레이저 광으로 절단할 수 있다. 또한 제1 레이저 광의 에너지는 세퍼레이터에 양호하게 흡수되기 때문에, 작은 출력의 제1 레이저 광으로도 양호하게 세퍼레이터를 절단할 수 있다.
상기 전극 시트 제조 장치는, 적층체 시트를 반송 방향으로 반송하도록 구성되는 반송 장치를 더 구비해도 된다. 상기 레이저 조사 장치는, 상기 반송 장치에 의하여 상기 반송 방향으로 반송되는 상기 적층체 시트에 상기 제1 레이저 광 및 상기 제2 레이저 광을 조사하고, 상기 제어부는, 상기 적층체 시트의 상기 반송 방향으로의 이동과 함께 상기 제1 레이저 광의 조사 위치와 상기 제2 레이저 광의 조사 위치를 이동시킴과 함께, 상기 적층체 시트의 폭 방향으로 상기 제1 레이저 광의 조사 위치 및 상기 제2 레이저 광의 조사 위치를 이동시키도록, 상기 레이저 조사 장치의 구동을 제어하도록 구성되어도 된다.
상기 전극 시트 제조 장치에 의하면, 적층체 시트를 직선상으로 절단할 수 있다. 상기 전극 시트 제조 장치에 있어서, 상기 적층체 시트에 있어서의 상기 제1 레이저 광의 이동 방향에 있어서의, 상기 제1 레이저 광의 조사 위치와 상기 제2 레이저 광의 조사 위치 사이의 거리는, 상기 세퍼레이터에 상기 제1 레이저 광을 조사하고 나서 상기 세퍼레이터가 용융될 때까지의 시간과, 상기 적층체 시트에 있어서의 상기 제2 레이저 광의 조사 위치의 이동 속도를 곱한 값 이상이어도 된다.
상기 전극 시트 제조 장치에 의하면, 세퍼레이터를 절단하여 개구부를 형성한 후에 제2 레이저 광을 전극 활물질에 조사할 수 있다.
상기 제2 레이저 광의 출력은 상기 제1 레이저 광의 출력보다도 높아도 된다. 이 전극 시트 제조 장치에 의하면, 제1 레이저 광의 출력이 낮게 억제되어 있어, 세퍼레이터에 제1 레이저 광을 조사한 때 세퍼레이터가 과대하게 용융되는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의하여, 세퍼레이터의 절단 부분의 주위에 큰 산부가 형성되는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 레이저 광의 파장은 1500㎚ 이상 3000㎚ 이하여도 된다. 상기 제2 레이저 광의 파장은 300㎚ 이상 2000㎚ 이하여도 된다. 상기 제1 레이저 광의 파장은 상기 제2 레이저 광의 파장보다 커도 된다.
본 개시의 제2 양태에 따른 축전 장치의 제조 방법은, 전극 합재층과, 전극 합재층 상에 마련된 세퍼레이터를 포함하는 적층체 시트를 준비하는 것과, 적층체 시트의 세퍼레이터에, 세퍼레이터가 흡수하는 파장을 갖는 제1 레이저 광을 조사하고, 제1 레이저 광의 조사 위치를 적층체 시트에 대하여 이동시키는 것과, 제1 레이저 광이 조사된 적층체 시트에, 전극 합재층이 흡수하는 파장을 갖는 제2 레이저 광을 적층체 시트에 조사하고, 제2 레이저 광의 조사 위치를 적층체 시트에 대하여 이동시키는 것을 구비한다. 상기 제2 레이저 광의 조사 위치는 제1 레이저 광의 조사 위치의 궤적을 통과하도록 이동한다.
상기 축전 장치의 제조 방법은, 적층체 시트를 반송 방향으로 반송하는 것을 더 구비해도 된다. 상기 제1 레이저 광 및 제2 레이저 광은, 반송 방향으로 반송되는 적층체 시트에 조사되고, 제1 레이저 광의 조사 위치와 제2 레이저 광의 조사 위치는 반송 방향으로 이동함과 함께, 적층체 시트의 폭 방향으로 이동해도 된다.
상기 적층체 시트에 있어서의 제1 레이저 광의 이동 방향에 있어서, 제1 레이저 광의 조사 위치와 제2 레이저 광의 조사 위치 사이의 거리는, 세퍼레이터에 제1 레이저 광을 조사하고 나서 세퍼레이터가 용융될 때까지의 시간과, 제2 레이저 광의 조사 위치의 이동 속도를 곱한 값 이상이어도 된다. 상기 제2 레이저 광의 출력은 제1 레이저 광의 출력보다도 높아도 된다. 상기 제1 레이저 광의 파장은 1500㎚ 이상 3000㎚ 이하여도 된다. 상기 제2 레이저 광의 파장은 300㎚ 이상 2000㎚ 이하여도 된다. 상기 제1 레이저 광의 파장은 상기 제2 레이저 광의 파장보다 커도 된다.
본 개시에 관한 전극 시트 제조 장치, 및 축전 장치의 제조 방법에 의하면, 전극 합재층 및 세퍼레이터를 포함하는 적층체 시트를 절단하여 전극 시트를 형성할 때 세퍼레이터의 절단 부분에 산부 등이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는, 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조하여 후술될 것이다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 축전 장치(1)를 도시하며, 일부를 단면에서 본 정면도이다.
도 2는 전극체(3)를 도시하는 사시도이다.
도 3은 전극체(3)를 도시하는 평면도이다.
도 4는 전극체(3)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 5는 축전 장치(1)를 제조하는 제조 방법을 도시하는 제조 흐름도이다.
도 6은 덮개 유닛 형성 공정 S1을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 집전체 형성 공정 S2를 구체적으로 도시하며, 전극체(3)를 형성하는 제조 공정을 도시하는 제조 흐름도이다.
도 8은 시트 준비 공정 S10의 부극 시트를 준비하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 부극의 롤체를 준비하는 공정을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 10은 부극 적층체 시트(51)의 일부를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 11은 인출 공정 S21과 절단 공정 S22를 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 12는 절단 장치(62)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 13은 세퍼레이터 시트(56)의 흡수 파장율과 레이저 광의 파장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 부극 활물질의 흡수율과 레이저 광의 파장의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 주사 방향을 도시하는 평면도이다.
도 16은 부극 적층체 시트(51)에 있어서, 레이저 광 L1, L2의 조사 위치 P1, P2의 이동 경로를 도시하는 평면도이다.
도 17은 레이저 광 L1, L2를 주사 경로 R1 상에서 주사한 후에 다시 절단 장치(62)가 부극 적층체 시트(51)에 레이저 광 L1, L2를 주사시키는 주사 경로 R2를 도시하는 평면도이다.
도 18은 도 17에 나타내는 ⅩⅧ-ⅩⅧ 선에 있어서의 단면도이다.
도 19는 레이저 광 L1이 부극 적층체 시트(51)를 향하여 조사되고 있는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 20은 레이저 광 L1로 세퍼레이터 시트(56)를 절단한 상태를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 21은 레이저 광 L2를 조사하여 부극 적층체 시트(51)를 절단하고 있는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 22는 부극 적층체 시트(51)를 절단한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 23은 정극 시트를 형성하는 공정을 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 24는 정극 적층체 시트(101)를 도시하는 단면도이다.
도 25는 절단 장치(112)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 26은 정극 적층체 시트(101)를 절단한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 27은 적층 공정 S11을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 28은 집전체 용접 공정 S3을 도시하는 정면도이다.
도 29는 레이저 광의 조사 위치와 세퍼레이터 시트(56)의 용융점을 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 30은 비교예에 관한 절단 공정 S22를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 31은 실시예에 관한 절단 공정 S22의 절단 과정에 있어서, 레이저 광 L1의 조사를 정지한 때의 부극 적층체 시트(51)를 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 32는 비교예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)를 절단한 후의 상태를 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 33은 도 32에 도시하는 부극 적층체 시트(51)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 34는 비교예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)를 절단한 후에 있어서의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 35는 실시예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)를 절단한 후의 형상을 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 36은 도 35에 도시하는 부극 적층체 시트(51)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 37은 실시예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 38은 절단 공구로 부극 적층체 시트(51)를 절단한 때의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 38을 이용하여, 본 실시 형태에 관한 축전 장치(1)의 제조 방법 및 제조 장치 등에 대하여 설명한다. 도 1 내지 도 38에 나타내는 구성 중, 동일 또는 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 축전 장치(1)를 도시하며, 일부를 단면에서 본 정면도이다. 축전 장치(1)는 수용 케이스(2)와 전극체(3)와 정극 외부 단자(4)와 부극 외부 단자(5)와 정극 집전 단자(6)와 부극 집전 단자(7)와 전해액(8)과 절연 부재(9A, 9B)를 구비한다.
수용 케이스(2)는 케이스 본체(10)와 덮개(11)를 포함한다. 케이스 본체(10)는, 상방으로 개구되는 개구부가 형성되어 있다. 덮개(11)는 케이스 본체(10)의 개구 에지부에 용접되어 있다.
전극체(3)는 수용 케이스(2) 내에 수용되어 있다. 도 2는, 전극체(3)를 도시하는 사시도이고, 도 3은, 전극체(3)를 도시하는 평면도이다. 전극체(3)는 평탄면상으로 형성되어 있다. 전극체(3)는 복수의 정극 시트(12)와 복수의 세퍼레이터(13)와 복수의 부극 시트(14)와 복수의 세퍼레이터(15)를 포함한다.
도 4는, 전극체(3)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 정극 시트(12)와 세퍼레이터(13)와 부극 시트(14)와 세퍼레이터(15)는 두께 방향 TH로 순차 나열되도록 배치되어 있다.
정극 시트(12)는 금속 박(16)과 정극 합재층(17)을 포함한다. 금속 박(16)은, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의하여 형성되어 있다. 금속 박(16)은 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 정극 합재층(17)은 금속 박(16)의 표리면에 형성되어 있다. 정극 합재층(17)은 정극 활물질 및 바인더를 포함한다. 금속 박(16)에는, 정극 합재층(17)이 형성되어 있지 않은 미도포부(18)가 형성되어 있다.
정극 활물질로서는, 예를 들어 리튬 함유 금속 산화물, 리튬 함유 인산염 등을 들 수 있다. 리튬 함유 금속 산화물로서는, 예를 들어 LiCoO2, LiNiO2, 일반식 LiNiaCobO2(단, 식 중, a+b=1, 0<a<1, 0<b<1임)로 표시되는 화합물, LiMnO2, LiMn2O4, 일반식 LiNiaCobMncO2(단, 식 중, a+b+c=1, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1임)로 표시되는 화합물, LiFePO4 등을 들 수 있다. 여기서, 일반식 LiNiaCobMncO2로 표시되는 화합물로서는, 예를 들어 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 등을 들 수 있다. 리튬 함유 인산염으로서는, 예를 들어 LiFePO4 등을 들 수 있다. 정극 활물질의 평균 입경은, 예를 들어 1 내지 25㎛ 정도여도 된다. 또한 여기서의 「평균 입경」은, 레이저 회절·산란법에 의하여 측정된 체적 기준의 입도 분포에 있어서, 적산값 50%에서의 입경(D50)을 의미한다.
부극 시트(14)는 금속 박(20)과 부극 합재층(21)을 포함한다. 금속 박(20)은, 예를 들어 구리 또는 구리 합금에 의하여 형성되어 있다. 부극 합재층(21)은 금속 박(20)의 표리면에 형성되어 있다.
부극 합재층(21)은 부극 활물질 및 바인더를 포함한다. 예를 들어 부극 활물질로서 천연 흑연 입자를 채용할 수 있다. 이 천연 흑연 입자의 직경은 80㎛ 정도이다. 바인더는 CMC(카르복시메틸셀룰로오스나트륨)를 1wt% 및 SBR(스티렌부타디엔 고무)을 1wt% 포함한다. 금속 박(20)에는, 부극 합재층(21)이 형성되어 있지 않은 미도포부(22)가 형성되어 있다.
또한 부극 시트(14)의 미도포부(22)와 정극 시트(12)의 미도포부(18)는, 전극체(3)의 폭 방향 W에 있어서 반대측에 배치되어 있다. 세퍼레이터(13, 15)는 정극 시트(12) 및 부극 시트(14) 사이에 배치되어 있다. 세퍼레이터(13, 15)는 폴리에틸렌제 다공질 필름 등에 의하여 형성되어 있다.
도 2 및 도 3에 있어서, 복수의 정극 시트(12)에 의하여 정극이 형성되어 있고, 복수의 부극 시트(14)에 의하여 부극이 형성되어 있다.
도 1에 있어서, 정극 외부 단자(4) 및 부극 외부 단자(5)는 덮개(11)의 상면에 배치되어 있다. 정극 외부 단자(4) 및 부극 외부 단자(5)는 서로 축전 장치(1)의 폭 방향 W로 간격을 두고 배치되어 있다.
정극 외부 단자(4)는 절연 부재(30)와 금속 판(31)과 단자 볼트(32)를 포함한다. 절연 부재(30)는 덮개(11)의 상면에 배치되어 있다. 금속 판(31)은 절연 부재(30)의 상면에 배치되어 있다. 단자 볼트(32)는 금속 판(31)의 상면으로부터 상방으로 돌출하도록 마련되어 있다.
부극 외부 단자(5)는 절연 부재(33)와 금속 판(34)과 단자 볼트(35)를 포함한다. 절연 부재(33)는 덮개(11)의 상면에 배치되어 있다. 금속 판(34)은 절연 부재(33)의 상면에 배치되어 있다. 단자 볼트(35)는 금속 판(34)의 상면으로부터 상방으로 돌출하도록 마련되어 있다.
정극 집전 단자(6)는 받침대(40)와 다리부(41)와 축부(42)를 포함한다. 받침대(40)는 판상으로 형성되어 있다. 다리부(41)는 받침대(40)로부터 하방으로 연장되도록 형성되어 있으며, 전극체(3)의 정극(23)에 용접되어 있다. 축부(42)는 받침대(40)의 상면으로부터 상방으로 돌출하도록 형성되어 있다. 축부(42)의 상단부는 금속 판(31)의 상면에 도달해 있으며, 축부(42)의 상단부는 코킹되어 있다. 축부(42)의 상단부가 코킹됨으로써 정극 집전 단자(6)는 금속 판(31)과 걸림 결합되어 있다.
절연 부재(9A)는 받침대(40)와 덮개(11) 사이에 배치되어 있으며, 절연 부재(9A)는 정극 집전 단자(6)와 덮개(11) 사이의 절연성을 확보하고 있다.
부극 집전 단자(7)는 받침대(45)와 다리부(46)와 축부(47)를 포함한다. 받침대(45)는 판상으로 형성되어 있다. 다리부(46)는 받침대(45)로부터 하방으로 연장되도록 형성되어 있으며, 전극체(3)의 부극(24)에 용접되어 있다. 축부(47)는 받침대(45)의 상면으로부터 상방으로 돌출하도록 형성되어 있다. 축부(47)의 상단부는 금속 판(34)의 상면에 도달해 있으며, 축부(47)의 상단부는 코킹되어 있다. 축부(47)의 상단부가 코킹됨으로써 부극 집전 단자(7)는 금속 판(34)과 걸림 결합되어 있다.
절연 부재(9B)는 받침대(45)와 덮개(11) 사이에 배치되어 있으며, 절연 부재(9B)는 부극 집전 단자(7)와 덮개(11) 사이의 절연성을 확보하고 있다.
도 5는, 상기와 같이 구성된 축전 장치(1)를 제조하는 제조 방법을 도시하는 제조 흐름도이다. 축전 장치(1)를 제조하는 제조 공정은 덮개 유닛 형성 공정 S1과 집전체 형성 공정 S2와 집전체 용접 공정 S3과 수용 공정 S4와 주액 공정 S5와 밀봉 공정 S6을 포함한다.
도 6은, 덮개 유닛 형성 공정 S1을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 덮개 유닛 형성 공정 S1은, 덮개(11)와 정극 외부 단자(4)와 부극 외부 단자(5)와 정극 집전 단자(6)와 부극 집전 단자(7)를 일체화하여 덮개 유닛(48)을 형성하는 공정이다.
구체적으로는 정극 집전 단자(6)의 축부(42)를, 절연 부재(9A)에 형성된 관통 구멍과 덮개(11)에 형성된 관통 구멍과 절연 부재(30)에 형성된 관통 구멍과 금속 판(31)에 형성된 관통 구멍에 삽입한다. 그리고 금속 판(31)의 상면으로부터 돌출하는 축부(42)의 상단부를 코킹한다. 이것에 의하여 정극 외부 단자(4)와 덮개(11)와 절연 부재(9A)와 정극 집전 단자(6)가 일체적으로 결합된다.
또한 부극 집전 단자(7)의 축부(47)를, 절연 부재(9B)에 형성된 관통 구멍과 덮개(11)에 형성된 관통 구멍과 절연 부재(33)에 형성된 관통 구멍과 금속 판(34)에 형성된 관통 구멍에 삽입한다. 그리고 금속 판(34)의 상면으로부터 돌출하는 축부(47)의 상단부를 코킹하여 부극 외부 단자(5)와 절연 부재(9B)와 부극 집전 단자(7)를 일체적으로 연결한다. 이와 같이 하여 덮개 유닛(48)이 형성된다.
도 7은, 집전체 형성 공정 S2를 구체적으로 도시하며, 전극체(3)를 형성하는 제조 공정을 도시하는 제조 흐름도이다. 집전체 형성 공정 S2는 시트 준비 공정 S10과 적층 공정 S11을 포함한다.
시트 준비 공정 S10은, 정극 시트와 부극 시트를 준비하는 공정을 포함한다. 또한 본 실시 형태에 있어서는, 부극 시트는, 표리면에 세퍼레이터가 마련되어 있다.
도 8은, 시트 준비 공정 S10의 부극 시트를 준비하는 공정을 도시하는 흐름도이다. 부극 시트의 준비 공정은 롤체 준비 공정 S20과 인출 공정 S21과 절단 공정 S22를 포함한다.
도 9는, 부극의 롤체를 준비하는 공정(부극 적층체 시트(51)를 준비하는 공정)을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 롤체(50)는, 부극 적층체 시트(51)를 권회함으로써 형성되어 있다.
도 10은, 부극 적층체 시트(51)의 일부를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 부극 적층체 시트(51)는 부극 시트(52)와 세퍼레이터 시트(55)와 세퍼레이터 시트(56)를 포함한다. 세퍼레이터 시트(55, 56)는 부극 시트(52)에 접착되어 있다.
부극 시트(52)는 금속 박(54)과 부극 합재층(53A, 53B)을 포함한다. 금속 박(54)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의하여 형성되어 있다. 부극 합재층(53A, 53B)은 부극 활물질과 바인더를 포함한다. 부극 합재층(53A)은 금속 박(54)의 상면에 형성되어 있고, 부극 합재층(53B)은 금속 박(54)의 하면에 형성되어 있다. 또한 금속 박(54)에도 미도포부(57)가 형성되어 있다.
도 11은, 인출 공정 S21과 절단 공정 S22를 모식적으로 도시하는 모식도이다. 인출 공정 S21 및 절단 공정 S22는 전극 시트 제조 장치(60)에 의하여 실시된다.
전극 시트 제조 장치(60)는 인출 장치(61)와 절단 장치(62)를 포함한다. 인출 장치(61)는, 인출 방향 D1로 간격을 두고 배치된 롤러 장치(63) 및 롤러 장치(64)를 포함한다.
롤체(50)의 부극 적층체 시트(51)는 롤러 장치(63) 및 롤러 장치(64)에 의하여 인출 방향 D1로 인출되고 있다. 또한 인출 방향 D1은 본원 명세서의 「반송 방향」에 상당하고, 인출 공정 S21은 「부극 적층체 시트(51)를 반송 방향으로 반송하는 공정」에 상당한다.
절단 장치(62)는, 롤러 장치(63) 및 롤러 장치(64) 사이에 있어서 부극 적층체 시트(51)를 절단한다.
본 실시 형태에 있어서는, 절단 장치(62)는 레이저 절단 장치이며, 갈바노 타입의 레이저 절단 장치이다. 또한 플랫베드 타입의 레이저 절단 장치를 채용해도 된다. 도 12는, 절단 장치(62)를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
절단 장치(62)는 제1 레이저 발진기(65)와 제2 레이저 발진기(66)와 하프 미러(67)와 X축 주사용 미러(68)와 Y축 주사용 미러(69)와 fθ 렌즈(70)와 모터(71, 72)와 제어부(73)를 포함한다.
제1 레이저 발진기(65)는, 툴륨 파이버 레이저나 CO2 레이저 등을 채용할 수 있다. 제1 레이저 발진기(65)가 출사하는 레이저 광 L1의 파장은 1500㎚ 이상 3000㎚ 이하, 또는 10400㎚ 정도이다. 또한 바람직하게는 레이저 광 L1의 파장은 1500㎚ 이상 2500㎚ 이하이다. 더욱 바람직하게는 1800㎚ 이상 2100㎚ 이하이다. 또한 제1 레이저 발진기(65)로서 CO2 레이저를 채용하는 경우에는, 레이저 광 L1의 파장은 10400㎚로 한다.
도 13은, 세퍼레이터 시트(56)의 흡수 파장율과 레이저 광의 파장의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한 도 13에 나타내는 그래프의 종축은 흡수율(%)을 나타내고, 횡축은 레이저 광의 파장(㎚)을 나타낸다.
이 도 13에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터 시트(56)는 1500㎚ 이상 3000㎚ 이하에 있어서 높은 흡수율을 나타내는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 레이저 광 L1의 파장을 1500㎚ 이상 3000㎚ 이하로 함으로써 세퍼레이터 시트(56)를 양호하게 절단할 수 있다. 또한 세퍼레이터 시트(56)의 흡수율은, 1500㎚ 이상 2500㎚ 이하에 있어서도 충분히 높은 것을 알 수 있다.
또한 제1 레이저 발진기(65)로서 툴륨 파이버 레이저를 채용한 경우에는, 툴륨 파이버 레이저의 특성에 의하여 레이저 광 L1의 파장은 1500㎚ 이상 2500㎚ 이하로 된다. 툴륨 파이버 레이저에서 고출력의 레이저 광을 출사할 수 있는 범위로서는 1500㎚ 이상 2500㎚ 이하이기 때문이다. 또한 도 13에 나타낸 바와 같이, 당해 파장 영역에 있어서도 세퍼레이터 시트(56)의 흡수율이 높은 것을 알 수 있다.
제2 레이저 발진기(66)는, 이터븀 파이버 레이저 등을 채용할 수 있다. 제2 레이저 발진기(66)로부터 출사되는 레이저 광 L2의 파장은, 예를 들어 300㎚ 이상 2000㎚ 이하이다. 또한 본 실시 형태에 있어서는 1064㎚이다.
도 14는, 부극 활물질의 흡수율과 레이저 광의 파장의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한 그래프의 종축은 부극 활물질의 흡수율(%)을 나타내고, 횡축은 레이저 광의 파장(㎚)을 나타낸다.
이 그래프에 나타낸 바와 같이, 부극 활물질은, 300㎚ 이상 2000㎚ 이하의 파장의 레이저 광의 흡수율은 높은 것을 알 수 있다. 이 때문에, 레이저 광 L2의 파장을 300㎚ 이상 2000㎚ 이하로 함으로써 부극 활물질에 열 에너지를 양호하게 공급할 수 있다. 이것에 의하여 부극 합재층을 양호하게 절단할 수 있다.
도 12로 되돌아가, 하프 미러(67)는 광로 합성 소자로서 기능하고 있다. 모터(71)는 X축 주사용 미러(68)의 회전 위치를 조정한다. 모터(72)는 Y축 주사용 미러(69)의 회전 위치를 조정한다. fθ 렌즈(70)는 집광 렌즈이다. 또한 도 12에 있어서, 「X 방향」은 부극 적층체 시트(51)의 폭 방향이고, 「Y 방향」은 부극 적층체 시트(51)의 길이 방향이다.
상기와 같이 구성된 전극 시트 제조 장치(60)를 사용하여 부극 적층체 시트(51)를 절단할 때의, 전극 시트 제조 장치(60)의 동작에 대하여 설명한다. 인출 장치(61)가 구동됨으로써 롤체(50)로부터 부극 적층체 시트(51)가 인출 방향 D1로 인출된다(인출 공정 S21). 인출 방향 D1의 인출 속도는 40m/min이다. 그리고 절단 장치(62)는, 롤러 장치(63) 및 롤러 장치(64) 사이에 위치하는 부극 적층체 시트(51)를 절단한다(절단 공정 S22).
제1 레이저 발진기(65)로부터 레이저 광 L1이 출사되고 있다. 레이저 광 L1은 하프 미러(67)를 통과하여 X축 주사용 미러(68)에서 반사된다. X축 주사용 미러(68)에서 반사된 레이저 광 L1은 fθ 렌즈(70)로 집광되어 부극 적층체 시트(51)에 조사된다.
마찬가지로 레이저 광 L2는 제2 레이저 발진기(66)로부터 출사된다. 레이저 광 L2는 하프 미러(67)에서 반사되고, 하프 미러(67)에서 반사된 레이저 광 L2는 X축 주사용 미러(68)에서 반사된다. X축 주사용 미러(68)에서 반사된 레이저 광 L2는 Y축 주사용 미러(69)에서 반사되고, fθ 렌즈(70)를 통과하여 부극 적층체 시트(51)에 조사된다. 레이저 광 L2의 출력(W)은 레이저 광 L1의 출력(W)보다도 높다.
모터(71) 및 모터(72)를 구동시킴으로써 레이저 광 L1, L2의 조사 위치를 조정한다. fθ 렌즈(70)는 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 초점을 조정한다.
도 15는, 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 주사 방향을 도시하는 평면도이다. 부극 적층체 시트(51)는, 인출 방향 D1로 연장되는 측변(75, 76)을 포함한다. 측변(76)에는 미도포부(57)가 배치되어 있다. 이때, 부극 적층체 시트(51)는 인출 방향 D1로 이동하고 있다.
도 15에 도시하는 예에 있어서는, 절단 장치(62)는, 측변(75)측의 개시 위치(80)로부터 측변(76)측의 종료 위치(81)를 향하여 레이저 광 L1, L2를 주사한다.
개시 위치(80)로부터 종료 위치(81)를 향하는 주사 경로 R1은, 공간적으로 보아, 개시 위치(80)측으로부터 종료 위치(81)를 향함에 따라 인출 방향 D1을 향함과 함께, 부극 적층체 시트(51)의 폭 방향으로 연장되는 경로이다.
부극 적층체 시트(51)를 인출 방향 D1로 이동시키면서 레이저 광 L1, L2를 개시 위치(80)로부터 종료 위치(81)로 이동시킴으로써 부극 적층체 시트(51)가 절단된다.
또한 도 15에 있어서, 조사 위치 P1은 레이저 광 L1의 조사 위치이고, 조사 위치 P2는 레이저 광 L2의 조사 위치이다.
절단 장치(62)는 레이저 광 L1의 조사를 먼저 개시하고, 레이저 광 L1의 조사 위치 P1을 주사 경로 R1 상에서 이동시킨다. 그 후 레이저 광 L2의 조사도 개시하고, 레이저 광 L2의 조사 위치 P2를 주사 경로 R1 상에서 이동시킨다.
이와 같이 레이저 광 L2의 조사 위치 P2는, 부극 적층체 시트(51) 상에 있어서, 레이저 광 L1의 조사 위치 P1의 궤적을 통과하도록 이동한다.
도 16은, 부극 적층체 시트(51)에 있어서, 레이저 광 L1, L2의 조사 위치 P1, P2의 이동 경로를 도시하는 평면도이다.
인출 방향 D1로 부극 적층체 시트(51)를 인출하고 있는 상태에서 조사 위치 P1, P2를 인출 방향 D1로 이동시킴과 함께 부극 적층체 시트(51)의 폭 방향으로 이동시킴으로써, 부극 적층체 시트(51)의 측변(75, 76)에 수직인 방향에서 부극 적층체 시트(51)를 절단할 수 있다.
그리고 부극 적층체 시트(51)의 폭 방향으로 연장되는 절단 변에서 부극 적층체 시트(51)가 절단되고, 부극 적층체 시트(51)에 있어서, 조사 위치 P1 및 조사 위치 P2는, 절단 변으로 되는 부분을 통과하도록 이동한다.
그리고 부극 적층체 시트(51)에 있어서의 조사 위치 P1의 이동 방향은 부극 적층체 시트(51)의 폭 방향이며, 부극 적층체 시트(51)에 있어서의 조사 위치 P1 및 조사 위치 P2의 사이의 거리를 거리 L3이라 한다.
예를 들어 부극 적층체 시트(51)의 반송 속도(인출 속도)는, 예를 들어 20(m/분) 이상 80(m/분) 이하이다. 바람직하게는 40(m/분)이다. 또한 부극 적층체 시트(51)는 연속 반송되고 있다. 레이저 광 L1의 조사 위치 P1 및 레이저 광 L2의 조사 위치 P2의 주사 속도(레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 절단 속도)는, 예를 들어 500(㎜/초) 이상 4000(㎜/초) 이하이다. 또한 바람직하게는 2000(㎜/초)이다.
도 17은, 레이저 광 L1, L2를 주사 경로 R1 상에서 주사한 후에 다시 절단 장치(62)가 부극 적층체 시트(51)에 레이저 광 L1, L2를 주사시키는 주사 경로 R2를 도시하는 평면도이다. 주사 경로 R2의 개시 위치(82)는 측변(76)측에 위치하고 있고, 종료 위치(83)는 측변(75)측에 위치하고 있다.
절단 장치(62)는, 도 15에 도시하는 종료 위치(81)로부터 도 17에 도시하는 개시 위치(82)로 레이저 광 L1, L2를 이동시킬 때는 레이저 광 L1, L2의 출사를 정지한다. 그리고 X축 주사용 미러(68) 및 Y축 주사용 미러(69)를 회전시켜, 레이저 광 L1, L2를 조사하는 위치를 개시 위치(82)로 이동시킨다.
개시 위치(82)측으로부터 종료 위치(83)를 향함에 따라 주사 경로 R2는 인출 방향 D1을 향하도록 경사져 있다. 또한 예를 들어 부극 적층체 시트(51)의 폭 길이가 170㎜인 경우에는, 개시 위치(82) 및 종료 위치(83)까지의 거리는 174.8㎜이다. 그리고 개시 위치(82) 및 종료 위치(83)의 인출 방향 D1의 거리는 40.5㎜ 정도이다.
그리고 부극 적층체 시트(51)를 인출 방향 D1로 반송한 상태에서 절단 장치(62)는, 먼저 레이저 광 L1의 조사를 재개하여 레이저 광 L1을 개시 위치(82)에 조사한다. 그 후, 절단 장치(62)는 레이저 광 L1의 조사 위치 P1을 주사 경로 R2 상에서 주사 방향 D3로 이동시킨다. 그 후에 레이저 광 L2의 출사를 재개하여 레이저 광 L2를 개시 위치(82)에 조사하고, 조사 위치 P2를 주사 경로 R2 상에서 주사 방향 D3로 이동시킨다.
이와 같이 주사 경로 R2 상에 있어서도, 레이저 광 L2의 조사 위치 P2는 레이저 광 L1의 조사 위치 P1의 궤적을 통과하도록 이동한다.
도 18은, 도 17에 나타내는 ⅩⅧ-ⅩⅧ 선에 있어서의 단면도이다. 부극 적층체 시트(51)의 미도포부(57) 상에 개시 위치(82)가 위치하고 있다.
도 19는, 레이저 광 L1이 부극 적층체 시트(51)를 향하여 조사되고 있는 상태를 도시하는 단면도이다. 이 도 19에 도시하는 상태에 있어서는, 레이저 광 L1은, 개시 위치(82)에 조사된 후, 주사 방향 D3으로 주사되고 있으며, 레이저 광 L1이 세퍼레이터 시트(56)를 절단하고 있다.
여기서, 레이저 광 L1의 초점은 세퍼레이터 시트(56)의 표면에 위치하고 있다. 레이저 광 L1의 파장은, 세퍼레이터 시트(56)의 흡수율이 높은 범위에 설정되어 있기 때문에, 세퍼레이터 시트(56)는 레이저 광 L1로부터의 열에 의하여 용융되어 절단된다.
도 20은, 레이저 광 L1로 세퍼레이터 시트(56)를 절단한 상태를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 20에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터 시트(56)는 레이저 광 L1에 의하여 절단되고 있으며, 세퍼레이터 시트(56)에는, 주사 경로 R2를 통과하도록 절단구(90)가 형성되어 있다. 부극 합재층(53A)의 상면은 상기 절단구(90)로부터 외부에 노출되어 있다.
도 21은, 레이저 광 L2을 조사하여 부극 적층체 시트(51)를 절단하고 있는 상태를 도시하는 단면도이다. 레이저 광 L2의 초점은 부극 합재층(53A)의 표면에 설정되어 있다.
레이저 광 L1의 초점 위치와 레이저 광 L2의 초점 위치는 부극 적층체 시트(51)의 두께 방향으로 시프트되어 있다. 각 초점의 위치는, fθ 렌즈(70)의 광학 특성에 기초하여 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 파장 차에 의하여 조정되어 있다.
예를 들어 본 실시 형태에 있어서는, 레이저 광 L1의 파장은 1800㎚ 이상 2100㎚ 이하이고, 레이저 광 L2의 파장은 약 1064㎚ 정도이다.
일반적으로, 레이저 광 L1의 파장과 레이저 광 L2의 파장의 차에 의하여 초점이 시프트되는 것을 색 수차라 한다. 이 색 수차를 보정하기 위하여 색 수차 보정 렌즈를 fθ 렌즈(70)에 내장시키는 것을 생각할 수 있지만, 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 파장 차가 클 때는, 레이저 광 L1의 초점 위치 및 레이저 광 L2의 초점 위치를 각각 소정 위치에 배치하는 것은 곤란하다.
그래서, 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 파장 차를 500㎚ 이상 1000㎚ 이하의 범위 내에 들어가게 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 파장 차를 생성하기 위해서는, 제1 레이저 발진기(65)에 툴륨 파이버 레이저를 채용하고 제2 레이저 발진기(66)에는 이터븀 파이버 레이저를 채용하는 것이 바람직하다.
부극 합재층(53A)에 레이저 광 L1이 입사됨으로써 부극 합재층(53A)의 온도가 상승하여 부극 합재층(53A) 내의 바인더가 증발한다. 부극 합재층(53A) 내의 바인더가 증발함으로써 바인더에 의한 부극 활물질 입자의 고정이 해제된다. 고정 상태가 해제된 부극 활물질 입자의 일부는, 증발한 바인더과 함께 외부로 날려진다.
또한, 부극 활물질 입자에 레이저 광 L1이 조사됨으로써 부극 활물질 입자에 열 에너지가 가해져, 부극 활물질 입자가 진동하여 많은 부극 활물질 입자가 외부로 튀어나온다.
그리고 금속 박(54)에 레이저 광 L2가 도달하면, 금속 박(54)은 증발하여 부극 활물질 입자의 다수가 기체상의 금속과 함께 외부로 튀어나온다.
또한, 부극 합재층(53B)에 레이저 광 L2가 도달하면, 부극 합재층(53B)이 고온으로 되어 부극 합재층(53B)의 바인더가 증발하여, 부극 합재층(53B)의 부극 활물질 입자의 고정 상태가 해제된다. 그리고 부극 합재층(53B)에 있어서도, 부극 활물질 입자에 레이저 광 L2가 조사됨으로써 부극 활물질 입자가 외부로 튀어 날아간다. 이와 같이 하여 부극 시트(52)가 절단된다.
특히 본 실시 형태에 있어서는, 절단구(90)을 형성할 때는, 레이저 광 L2보다도 출력이 약한 레이저 광 L1로 세퍼레이터 시트(56)를 절단하고 있기 때문에 세퍼레이터 시트(56)의 용융량을 적게 억제할 수 있다.
일반적으로, 세퍼레이터 시트(56)에 레이저 광 L1을 조사하면, 세퍼레이터 시트(56)가 용융되고, 용융 부분이 파단된다. 세퍼레이터 시트(56)가 파단되면, 당해 파단 부분의 주위에 위치함과 동시에 용융된 부분이 응고하면서 수축한다. 그 결과, 세퍼레이터 시트(56)의 용융량이 많은 경우에는, 응고한 부분이 산형으로 솟아오른다.
한편, 출력이 작은 레이저 광 L1로 세퍼레이터 시트(56)를 절단함으로써, 세퍼레이터 시트(56)의 용융량이 과대해지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 세퍼레이터 시트(56)의 용융 부분의 주위가 수축하여 형성되는 산부의 높이를 낮게 억제할 수 있다.
또한 레이저 광 L1의 출력은 80W 내지 120W 정도이며, 바람직하게는 100W 정도이다. 레이저 광 L2의 출력은, 예를 들어 500W 내지 1㎾ 정도이며, 바람직하게는 700W 정도이다.
도 21에 있어서, 세퍼레이터 시트(55)는, 부극 합재층(53B)로부터의 열이 전달됨으로써 용융되어 절단된다. 이때, 부극 합재층(53B)의 부극 활물질 입자의 다수는 이미 비산되어 있기 때문에, 세퍼레이터 시트(55)에 전열되는 열량을 억제할 수 있다. 그 결과, 세퍼레이터 시트(55)의 용융량을 저감할 수 있다.
또한 제2 레이저 발진기(66)는, 이터븀 파이버 레이저를 채용하는 것이 바람직하다. CO2 레이저에서는, 1㎾ 정도의 고출력의 레이저 광을 조사하는 것은 곤란하기 때문이다.
도 22는, 부극 적층체 시트(51)를 절단한 상태를 도시하는 사시도이다. 부극 적층체 시트(51)를 상기와 같이 절단함으로써 부극 시트(14)와 세퍼레이터(13)와 세퍼레이터(15)를 형성할 수 있다.
부극 시트(14)는 부극 시트(52)가 절단됨으로써 형성되어 있고, 세퍼레이터(15, 13)는 세퍼레이터 시트(56, 55)를 절단함으로써 형성되어 있다.
상기와 같이, 전극 시트 제조 장치(60)를 사용하여 부극 적층체 시트(51)를 절단함으로써, 세퍼레이터 시트(56, 55)의 절단면의 근방에 있어서, 산부가 세퍼레이터 시트(56, 55)의 상면에 형성되는 것을 억제할 수 있다.
도 23은, 정극 시트를 형성하는 공정을 모식적으로 도시하는 모식도이다. 정극 시트를 형성하는 공정은, 롤체(100)를 준비하는 공정과, 정극 적층체 시트(101)를 인출하는 공정과, 정극 적층체 시트(101)를 절단하는 공정을 포함한다.
롤체(100)는, 정극 적층체 시트(101)를 권회함으로써 형성되어 있다. 도 24는, 정극 적층체 시트(101)를 도시하는 단면도이다. 정극 적층체 시트(101)는 금속 박(121)과 정극 합재층(120A, 120B)을 포함한다. 정극 합재층(120A, 120B)은 금속 박(121)의 표리면에 형성되어 있다.
도 23으로 되돌아가, 정극 시트를 형성할 때는 전극 시트 제조 장치(110)를 사용한다. 전극 시트 제조 장치(110)는 인출 장치(111)와 절단 장치(112)를 포함한다.
인출 장치(111)는 롤러 장치(113)와 롤러 장치(114)를 포함한다. 절단 장치(112)는, 롤러 장치(113) 및 롤러 장치(114) 사이에 위치하는 정극 적층체 시트(101)를 절단한다.
도 25는, 절단 장치(112)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 절단 장치(112)는 절단 장치(62)와 마찬가지로 형성되어 있다.
절단 장치(112)는 레이저 광 발진기(130)와 하프 미러(131)와 X축 주사용 미러(132)와 Y축 주사용 미러(133)와 fθ 미러(134)와 모터(135, 136)를 포함한다. 레이저 광 발진기(130)는, 예를 들어 이터븀 파이버 레이저이다. 레이저 광 L5는, 예를 들어 300㎚ 이상 2000㎚ 이하이다. 또한 본 실시 형태에 있어서는 1064㎚이다. 이 정극 합재층(120A, 120B)은, 파장이 300㎚ 이상 2000㎚ 이하인 레이저 광의 흡수율은 높다.
그리고 정극 적층체 시트(101)에 레이저 광 L5를 조사하여 정극 적층체 시트(101)를 절단한다. 도 26은, 정극 적층체 시트(101)를 절단한 상태를 도시하는 사시도이다. 정극 적층체 시트(101)를 소정의 길이로 절단함으로써 정극 시트(12)를 형성할 수 있다.
도 27은, 적층 공정 S11을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 적층 공정 S11에 있어서는, 시트 준비 공정 S10에서 형성한 각 시트를 적층함으로써 전극체(3)를 형성한다.
절단 공정 S22에 있어서, 세퍼레이터(15) 및 세퍼레이터(13)의 에지부에 산부가 형성되는 것이 억제되어 있으므로, 세퍼레이터(13, 15)를 복수 적층하였다고 하더라도, 제조한 전극체(3)의 치수가, 미리 설정된 전극체(3)의 치수로부터 크게 어긋나는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이 하여, 도 5에 도시하는 집전체 형성 공정 S2가 종료된다.
도 28은, 집전체 용접 공정 S3을 도시하는 정면도이다. 집전체 용접 공정 S3에 있어서는, 전극체(3)의 정극(23)에 정극 집전 단자(6)를 용접하고 부극 집전 단자(7)를 부극(24)에 용접한다.
도 5에 도시하는 수용 공정 S4에 있어서, 전극체(3)를 수용 케이스(2) 내에 수용함과 함께, 덮개(11)를 케이스 본체(10)의 개구 에지부에 배치한다. 그리고 덮개(11)를 케이스 본체(10)의 개구 에지부에 용접한다.
주액 공정 S5에 있어서, 덮개(11)에 형성된 주액구로부터 전해액(8)을 수용 케이스(2) 내에 주입한다. 밀봉 공정 S6에 있어서, 주입구를 밀봉한다. 이와 같이 하여 축전 장치(1)를 제조할 수 있다.
다음으로, 절단 공정 S22에 있어서, 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2 사이의 거리 L3에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 도 15에 있어서, 레이저 광 L1의 조사 위치 P1과 레이저 광 L2의 조사 위치 P2 사이의 주사 방향 D2의 거리 L3에 대하여, 도 29를 이용하여 설명한다.
도 29에 도시하는 실험에 있어서는, 거리 L3의 거리를 산출하기 위하여 실시한 실험이다. 도 29는, 레이저 광의 조사 위치와 세퍼레이터 시트(56)의 용융점을 모식적으로 도시하는 모식도이다.
이 도 29에 도시하는 실험에 있어서는, 레이저 광 L1을 세퍼레이터 시트(56)에 조사한 상태에서 소정 방향으로 주사하여, 세퍼레이터 시트(56)의 용융점과 레이저 광 L1의 조사 위치 사이의 거리를 측정하고 있다.
이 실험에 있어서는, 세퍼레이터 시트(56) 상에 있어서의 레이저 광 L1의 주사 속도(절단 속도)는 1000㎜/s이다. 도면 중의 용융점 P10은, 세퍼레이터 시트(56)가 용융되기 시작하고 있는 점이다. 거리 L4는, 주사 방향에 있어서, 조사 위치 P1과 용융점 P10 사이의 거리이다.
도 29에 있어서, 조사 위치 P1 및 용융점 P10 사이의 거리는 2.5㎜이다. 세퍼레이터 시트(56) 상에 있어서의 레이저 광 L1의 주사 속도는 1000㎜/s이기 때문에, 세퍼레이터 시트(56)에 레이저 광 L1이 조사되고 나서 세퍼레이터 시트(56)가 용융될 때까지는 2.5㎳의 시간의 어긋남이 있음을 알 수 있다. 그리고 세퍼레이터 시트(56)는 용융된 후, 레이저 광 L1의 주사 경로 R1의 양측으로 수축하여, 절단구(90)가 형성되어 가는 것을 알 수 있다.
본 실시 형태의 절단 공정 S22에 있어서는, 레이저 광 L2를 조사할 때는 절단구(90)가 형성되어 있을 필요가 있다. 그 때문에, 도 16에 나타내는 거리 L3은 하기 식 (1) 및 식 (2)에 의하여 설정할 수 있다.
거리 L3≥값 T … (1)
값 T=(레이저 광 L2의 절단 속도(㎜/s))×2.5㎳ … (2)
여기서, 레이저 광 L2의 절단 속도란, 세퍼레이터 시트(56) 상에 있어서의 레이저 광 L2의 조사 위치 P2의 이동 속도이다. 값 T는, 세퍼레이터 시트(56) 상에 있어서의 레이저 광 L2의 조사 위치 P2의 이동 속도와, 레이저 광 L1을 조사하고 나서 세퍼레이터 시트(56)가 용융될 때까지의 시간을 곱한 값이다.
상기와 같이 거리 L3을 설정함으로써, 절단구(90)가 형성된 후에 레이저 광 L2를 조사할 수 있어 레이저 광 L2를 양호하게 부극 시트(52)에 조사할 수 있다. 이와 같이 하여 부극 적층체 시트(51)를 양호하게 절단할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 절단 공정 S22에 있어서는, 갈바노 스캐너 타입의 절단 장치(62)를 사용하여 세퍼레이터 시트(56)를 절단하고 있다.
갈바노 스캐너 타입의 절단 장치(62)에 있어서는, 레이저 광 L1의 조사 위치와 레이저 광 L2의 조사 위치가 직선상으로 배열되게 된다. 이 때문에, 레이저 광 L1의 조사 위치와 레이저 광 L2의 조사 위치 사이의 거리 L3의 상한값은, 부극 적층체 시트(51)의 폭 방향의 길이로 된다.
또한 상기 실시 형태에 있어서는, 갈바노 스캐너 타입의 절단 장치(62)를 1대를 사용한 예에 대하여 설명하였지만, 레이저 광 L1을 조사하는 절단 장치와 레이저 광 L2를 조사하는 절단 장치를 준비하였다고 하면, 레이저 광 L1의 조사 위치 및 레이저 광 L2의 조사 위치는 적절히 설정할 수 있다.
따라서 레이저 광 L1의 조사 위치 및 레이저 광 L2의 조사 위치 사이의 거리 L3의 상한값은, 절단 장치(62)의 사양이나 사용하는 대수에 의하여 변동되는 것이다.
다음으로, 절단 공정 S22에 대하여, 실시예의 절단 공정 S22와 비교예의 절단 공정 S22에 대하여 대비하여 설명한다.
실시예 및 비교예 중 어느 것에 있어서도, 도 10에 도시하는 부극 적층체 시트(51)를 절단하고 있다. 실시예 및 비교예에 있어서, 부극 적층체 시트(51)는 구리박이며, 두께는 10㎛이다.
부극 합재층(53A)은 부극 활물질 및 바인더를 포함한다. 부극 활물질은, 예를 들어 입경이 80㎛ 정도인 천연 흑연 입자이다. 바인더는 CMC(Sodium Carboxymethylcellulose) 및 SBR(styrene-butadiene rubber)을 포함한다.
상기 CMC의 함유량은, 예를 들어 1wt%이고, SBR의 함유량은, 예를 들어 1wt%이다. 세퍼레이터 시트(56, 55)는 폴리에틸렌제 다공질 필름이며, 세퍼레이터 시트(55, 56)의 두께는, 예를 들어 20㎛이다.
실시예에 관한 절단 공정 S22에 있어서는, 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2를 사용하여 부극 적층체 시트(51)를 절단하였다. 레이저 광 L1의 조사 위치 및 레이저 광 L2의 조사 위치의 사이의 거리 L3은 1.2㎜이다.
비교예에 관한 절단 공정 S22에 있어서는, 레이저 광 L2를 사용하여 부극 적층체 시트(51)를 절단하였다. 또한 레이저 광 L1 및 레이저 광 L2의 발진기 및 파장 등에 대해서는 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112018116510669-pat00001
상기 실시예 및 비교예를 실시한 결과 평가를 하기 표 2에 나타낸다.
Figure 112018116510669-pat00002
상기 표 2에 나타낸 바와 같이 비교예에 관한 절단 공정 S22에 있어서는, 부극 적층체 시트(51)를 절단할 수 있는 레이저 광 L2의 주사 속도(절단 속도)는 0.5m/sec였다. 실시예에 관한 절단 공정 S22에 있어서는, 부극 적층체 시트(51)를 절단할 수 있는 레이저 광 L2의 주사 속도(절단 속도)는 2m/sec였다. 이와 같이, 실시예에 관한 절단 공정 S22 쪽이 비교예보다도 빠른 것을 알 수 있다.
다음으로, 실시예에 관한 절단 공정 S22의 절단 상황과 비교예에 관한 절단 공정 S22의 절단 상황에 대하여, 사진 등을 이용하여 설명한다.
도 30은, 비교예에 관한 절단 공정 S22를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 도 30에 있어서, 부위(200)는, 레이저 광 L2가 조사되고 있던 부분이고, 부위(201)는, 세퍼레이터 시트(56)가 절단되어 있는 부분이다. 또한, 부위(202)는, 부위(200)보다도 레이저 광 L2의 주사 방향의 후방측에 위치하고 있으며, 부위(202)에 있어서는, 용융 중인 세퍼레이터 시트(56)가 부위(201)에 덮이도록 형성되어 있다.
비교예에 관한 절단 공정 S22에 있어서는, 레이저 광 L2가 조사되면, 레이저 광 L2의 에너지는 세퍼레이터 시트(56)에서 흡수되지 않고 부극 합재층(53A)에 있어서 흡수된다.
부극 합재층(53A)에서 레이저 광 L2의 에너지가 흡수되면, 부극 합재층(53A)의 온도가 상승하여, 부극 합재층(53A)를 구성하는 천연 흑연 입자가 외부로 튀어나오고자 한다. 한편, 부극 합재층(53A)의 상면에 형성된 세퍼레이터 시트(56)는 잔류하고 있기 때문에 천연 흑연 입자는 외부로 튀어나올 수 없다.
고온으로 된 부극 합재층(53A)으로부터 세퍼레이터 시트(56)에 전열되어 세퍼레이터 시트(56)가 용융된다. 이 때문에, 부위(202)에 있어서, 용융된 세퍼레이터 시트(56)가 부위(202)에 걸쳐져 있도록 형성된다.
그 후, 용융된 세퍼레이터 시트(56)가 파단됨과 함께 수축함으로써, 부위(202)보다도 후방측에서 세퍼레이터 시트(56)가 파단된다.
도 31은, 실시예에 관한 절단 공정 S22의 절단 과정에 있어서, 레이저 광 L1의 조사를 정지한 때의 부극 적층체 시트(51)를 모식적으로 도시하는 모식도이다.
부위(210)는, 레이저 광 L1이 조사되고 있던 위치이다. 부위(211)는, 세퍼레이터 시트(56)가 절단되어 있는 부위이다.
도 31 등에 도시된 바와 같이, 레이저 광 L1의 조사 위치인 부위(210)의 곧바로 후방측에 있어서, 세퍼레이터 시트(56)가 절단되어 있다. 즉, 비교예와 달리, 레이저 광의 조사 위치의 후방측에서 용융된 세퍼레이터 시트(56)가 잔류하고 있는 부분이 눈에 띄지 않는다.
이와 같은 현상이 생긴 이유로서는, 레이저 광 L1은 세퍼레이터 시트(56)에서 흡수율이 높아, 레이저 광 L1의 에너지가 세퍼레이터 시트(56)에서 흡수되어 있는 것으로 추정할 수 있다. 즉, 비교예에 있어서는, 부극 합재층(53A)으로부터의 전열에 의하여 세퍼레이터 시트(56)가 용융되어 있는 한편, 실시예에 있어서는, 레이저 광 L1로부터의 에너지에 의하여 직접적으로 용융되어 있다. 그 결과, 실시예에 있어서는, 세퍼레이터 시트(56)가 양호하게 절단되어 있다.
도 32는, 비교예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)를 절단한 후의 상태를 모식적으로 도시하는 모식도이다.
도 33은, 도 32에 도시하는 부극 적층체 시트(51)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 34는, 비교예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)를 절단한 후에 있어서의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 35는, 실시예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)를 절단한 후의 형상을 모식적으로 도시하는 평면도이다. 도 36은, 도 35에 도시하는 부극 적층체 시트(51)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 37은, 실시예의 절단 공정 S22에 있어서, 부극 적층체 시트(51)의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
상기 도 32 내지 도 37을 참조하여, 비교예의 절단 공정 S22에 있어서는, 부극 적층체 시트(51)를 절단하면, 절단부(205)의 양측에 산부(206) 및 산부(207)가 형성되고 있다.
이 때문에, 부극 시트(14)의 상면에 있어서, 2개의 절단면(측면)의 일방측에는 산부(206)가 형성되어 있고 타방측에는 산부(207)가 형성되어 있다. 또한 산부(206) 및 산부(207)의 높이는 0.1㎜ 정도이다.
그 때문에, 비교예에 관한 절단 공정 S22에 의하여 형성된 복수의 부극 시트(14)와, 복수의 정극 시트(12)를 적층하였다고 하면, 복수의 산부(206, 207)가 서로 중첩되게 된다. 그 결과, 도 2에 있어서, 전극체(3)의 상면측 및 하면측이 부풀어 전극체(3)의 중앙부가 오목한 형상으로 된다.
한편, 도 35 내지 도 37에 나타낸 바와 같이, 실시예에 관한 절단 공정 S22에 있어서는, 절단부(205)의 양측에 큰 산부는 형성되어 있지 않다. 그 때문에, 적층 공정에 있어서, 세퍼레이터(13), 부극 시트(14) 및 세퍼레이터(15) 등을 복수 적층하였다고 하더라도 전극체(3)를 평탄면상으로 형성할 수 있다.
또한, 도 36이나 도 37 등에 나타난 바와 같이, 절단부(205)의 양측은 라운드 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 인출 장치(61) 등에서 반송할 때, 세퍼레이터(15, 13)의 절단 부분이 간섭하는 것이 억제되어 있어, 세퍼레이터(15, 13)가 말려올라가는 등의 폐해가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 실시예에 있어서, 레이저 광 L1의 출력과 레이저 광 L2의 출력의 합계 출력은 600W이다. 한편, 비교예에 관한 레이저 광 L2의 출력은 1300W이다. 이와 같이 본 실시예에 관한 절단 공정 S22는, 저출력으로 부극 적층체 시트(51)를 절단할 수 있다.
다음으로, 절단 공구로 부극 적층체 시트(51)를 절단한 경우에 대하여 설명한다. 도 38은, 절단 공구로 부극 적층체 시트(51)를 절단한 때의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 38에 나타낸 바와 같이, 절단 공구를 사용하여 부극 적층체 시트(51)를 절단하였다고 하더라도 어느 정도 양호하게 부극 적층체 시트(51)를 절단할 수 있음을 알 수 있다. 그러나 부극 적층체 시트(51)의 절단면이 상면에 대하여 수직이기 때문에, 롤러 장치(64) 등으로, 절단한 세퍼레이터(13, 15) 및 부극 시트(14)을 반송할 때, 세퍼레이터(13, 15)가 말려올라갈 우려가 있다. 또한, 절단 공구로 부극 적층체 시트(51)를 절단하였다고 하면, 반복하여 부극 적층체 시트(51)를 절단한 때 절단 공구가 열화된다.
그 결과, 절단 공구의 열화 정도에 따라서는 부극 적층체 시트(51)를 양호하게 절단하지 못하게 되어 수율이 나빠진다. 한편, 빈번히 절단 공구를 교환해서는 축전 장치(1)의 제조 비용이 높아진다.
한편, 실시예에 관한 절단 공정 S22에 의하면, 상기와 같은 폐해가 생기는 것을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명에 기초한 실시 형태 및 실시예에 대하여 설명하였지만, 금회 개시된 사항은 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니다. 본 발명의 기술적 범위는 특허 청구범위에 의하여 나타나며, 특허 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

Claims (10)

  1. 전극 시트 제조 장치에 있어서,
    전극 합재층 상에 마련된 세퍼레이터가 흡수하는 파장을 갖는 제1 레이저 광(L1)과, 상기 전극 합재층이 흡수하는 파장을 갖는 제2 레이저 광(L2)을, 상기 전극 합재층과 상기 세퍼레이터를 포함하는 적층체 시트(51)에 조사하도록 구성되는 레이저 조사 장치(62)와,
    상기 레이저 조사 장치(62)의 구동을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하고,
    전극 시트는, 상기 적층체 시트(51)에 상기 제1 레이저 광(L1)과 상기 제2 레이저 광(L2)이 조사됨으로써 상기 적층체 시트(51)가 절단되어, 형성되고,
    상기 제어부는, 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치를 상기 적층체 시트(51)에 대하여 이동시키고, 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치의 궤적을 통과하도록 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치를 이동시키도록, 상기 레이저 조사 장치(62)의 구동을 제어하도록 구성되고,
    상기 적층체 시트(51)에 있어서의 상기 제1 레이저 광(L1)의 이동 방향에 있어서의, 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치와 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치 사이의 거리는, 상기 세퍼레이터에 상기 제1 레이저 광(L1)을 조사하고 나서 상기 세퍼레이터가 용융될 때까지의 시간과, 상기 적층체 시트(51)에 있어서의 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치의 이동 속도를 곱한 값 이상인,
    전극 시트 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층체 시트(51)를 반송 방향으로 반송하도록 구성되는 반송 장치를 더 포함하고,
    상기 레이저 조사 장치(62)는, 상기 반송 장치에 의하여 상기 반송 방향으로 반송되는 상기 적층체 시트(51)에 상기 제1 레이저 광(L1) 및 상기 제2 레이저 광(L2)을 조사하고,
    상기 제어부는, 상기 적층체 시트(51)의 상기 반송 방향으로의 이동과 함께 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치와 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치를 이동시킴과 함께, 상기 적층체 시트(51)의 폭 방향으로 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치 및 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치를 이동시키도록, 상기 레이저 조사 장치(62)의 구동을 제어하도록 구성되는,
    전극 시트 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 레이저 광(L2)의 출력은 상기 제1 레이저 광(L1)의 출력보다도 높은,
    전극 시트 제조 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 레이저 광(L1)의 파장은 1500㎚ 이상 3000㎚ 이하이고,
    상기 제2 레이저 광(L2)의 파장은 300㎚ 이상 2000㎚ 이하이고,
    상기 제1 레이저 광(L1)의 파장은 상기 제2 레이저 광(L2)의 파장보다 큰,
    전극 시트 제조 장치.
  6. 축전 장치의 제조 방법에 있어서,
    전극 합재층과, 상기 전극 합재층 상에 마련된 세퍼레이터를 포함하는 적층체 시트(51)를 준비하는 것과,
    상기 적층체 시트(51)의 상기 세퍼레이터에, 상기 세퍼레이터가 흡수하는 파장을 갖는 제1 레이저 광(L1)을 조사하고, 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치를 상기 적층체 시트(51)에 대하여 이동시키는 것과,
    상기 제1 레이저 광(L1)이 조사된 상기 적층체 시트(51)에, 상기 전극 합재층이 흡수하는 파장을 갖는 제2 레이저 광(L2)을 조사하고, 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치를 상기 적층체 시트(51)에 대하여 이동시키는 것을 포함하고,
    상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치는 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치의 궤적을 통과하도록 이동하고,
    상기 적층체 시트(51)에 있어서의 상기 제1 레이저 광(L1)의 이동 방향에 있어서, 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치와 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치 사이의 거리는, 상기 세퍼레이터에 상기 제1 레이저 광(L1)을 조사하고 나서 상기 세퍼레이터가 용융될 때까지의 시간과, 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치의 이동 속도를 곱한 값 이상인,
    축전 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적층체 시트(51)를 반송 방향으로 반송하는 것을 더 포함하고,
    상기 제1 레이저 광(L1) 및 상기 제2 레이저 광(L2)은, 상기 반송 방향으로 반송되는 상기 적층체 시트(51)에 조사되고, 상기 제1 레이저 광(L1)의 조사 위치와 상기 제2 레이저 광(L2)의 조사 위치는 상기 반송 방향으로 이동함과 함께, 상기 적층체 시트(51)의 폭 방향으로 이동하는,
    축전 장치의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제2 레이저 광(L2)의 출력은 상기 제1 레이저 광(L1)의 출력보다도 높은,
    축전 장치의 제조 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 레이저 광(L1)의 파장은 1500㎚ 이상 3000㎚ 이하이고,
    상기 제2 레이저 광(L2)의 파장은 300㎚ 이상 2000㎚ 이하이고,
    상기 제1 레이저 광(L1)의 파장은 상기 제2 레이저 광(L2)의 파장보다 큰,
    축전 장치의 제조 방법.
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