KR102542206B1 - 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102542206B1
KR102542206B1 KR1020200155283A KR20200155283A KR102542206B1 KR 102542206 B1 KR102542206 B1 KR 102542206B1 KR 1020200155283 A KR1020200155283 A KR 1020200155283A KR 20200155283 A KR20200155283 A KR 20200155283A KR 102542206 B1 KR102542206 B1 KR 102542206B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
positive electrode
current collector
electrode
collector foil
electrode body
Prior art date
Application number
KR1020200155283A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210070187A (ko
Inventor
고시로 요네다
고스케 스즈키
다카시 나카자와
다카히로 사쿠라이
Original Assignee
도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 도요타지도샤가부시키가이샤 filed Critical 도요타지도샤가부시키가이샤
Publication of KR20210070187A publication Critical patent/KR20210070187A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102542206B1 publication Critical patent/KR102542206B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/38—Conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

이차 전지(100)는 전극체(20)과, 전지 케이스(30)과, 전극 단자(42, 44)를 구비한다. 상기 전극체(20)은 집박부(22, 24)를 갖는다. 정극(50) 및 부극(60)의 적어도 한쪽의 전극에 대응하는 전극 단자(42, 44)는 상기 집박부(22, 24)와, 집전 단자(42a, 44a)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 상기 집전 단자(42a, 44a)는 상기 집박부(22, 24)와 접합되어 있다. 상기 집박부(22, 24)는 상기 집전 단자(42a, 44a)와 접합되어 있는 면과 반대측의 면에, 복수의 오목부로부터 구성되는 접합 자국(56, 66)을 갖는다. 상기 접합 자국(56, 66)은 상기 전극체(20)의 내부측 및 상기 전극체(20)의 외부측에 각각(2)개의 코너부를 갖고, 상기 전극체(20)의 내부측의(2)개의 코너부만이, 모따기된 형상을 갖는다.

Description

이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지는, 개인용 컴퓨터, 휴대 단말기 등의 포터블 전원이나, 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHV) 등의 차량 구동용 전원 등에 적절하게 사용되고 있다.
이차 전지는, 전형적으로는, 정극과 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극체가, 전지 케이스에 수용되어 있는 구성을 갖는다. 이들의 전극은 일반적으로, 집전박 상에 활물질층이 마련된 구성을 갖고, 또한, 이들의 전극은, 집전 탭으로서 기능하는 집전박 노출부를 갖고 있다. 전극체는 집전박 노출부가 통합된 집박부를 갖는다. 이와 같은 구성에 있어서는 일반적으로, 전극체는, 집전 단자를 통해, 전지 케이스에 설치된 전극 단자와 전기적으로 접속되고 있다. 이 접속을 위해서, 집전 단자와 전극체의 집박부를 초음파 접합하는 것이 행하여지고 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2019-139954 참조). 이 초음파 접합은, 전극체의 집박부와 집전 단자를, 혼 및 앤빌로 끼워 넣고, 혼을 집박부에 대하여 앤빌의 방향으로 가압하면서 진동시킴으로써 행하여진다. 집박부에는 혼 선단의 볼록 형상에 대응한 오목 형상의 접합 자국이 형성된다.
차량 구동용 전원에 사용되는 이차 전지에는, 가일층의 고출력화 및 고에너지 밀도화가 요구되고 있다. 고출력화 및 고에너지 밀도화를 위해서는, 전지 케이스 내에 차지하는 활물질층의 체적을 크게 할 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 전지 케이스 내에 차지하는 활물질층 이외의 체적을 작게 할 필요가 있다.
본 발명자들은, 활물질층을 크게 하기 위하여 집박부와 활물질층의 거리를 작게 하는 것을 시도함과 함께, 활물질층 이외의 체적을 작게 하기 위해서, 세퍼레이터의 박형화를 시도하였다. 그 결과, 이하를 발견하였다. 차량 구동용 전원에 사용되는 이차 전지의 전극체는, 복수의 정극층과 복수의 부극층을 구비하는, 두께가 10㎜ 이상의 적층체이다. 그 때문에, 집박부와 활물질층의 거리를 작게 하면, 그 결과, 전극체의 최외층 전극에 있어서는, 집전박 노출부가 크게 절곡됨으로써, 최외층의 전극에 인접하는 세퍼레이터가, 집전박 노출부와 전극 사이에 끼워지고, 그 결과 세퍼레이터에 응력이 인가된다. 이 상태에서, 초음파 접합에 의해 전극체의 집박부와 집전 단자의 접합을 행한 경우에는, 접합 시의 진동과, 세퍼레이터가 얇아진 것에 기인하여, 세퍼레이터의 파손이 발생하기 쉬워진다. 또한 그 한편으로, 초음파 접합 장치의 혼 형상에 따라서는, 초음파 접합 시에 앤빌에 의해 집전 단자의 표면이 절삭됨으로써, 이물이 발생하는 것을 발견하였다. 이 이물은 도전성을 갖기 때문에, 이물이 일정 이상의 사이즈를 가지면, 단락의 원인이 된다.
이상과 같이, 전극체의 집박부와 집전 단자의 초음파 접합 시에, 세퍼레이터의 파손과 조대한 이물의 발생이 일어날 가능성이 있다.
본 발명은, 제조 시에 있어서의 초음파 접합 시에 세퍼레이터의 파손이 일어나기 어렵고, 또한 조대한 이물의 발생이 억제된, 이차 전지를 제공한다.
본 발명의 제1 양태는, 이차 전지에 관한 것이다. 상기 이차 전지는, 정극과, 부극과, 세퍼레이터를 포함하는 전극체와, 상기 전극체를 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스에 설치되고, 정극 단자 및 부극 단자를 포함하는 전극 단자를 구비한다. 상기 정극 및 상기 부극의 적어도 한쪽의 전극은, 전극 집전박과, 상기 전극 집전박 상에 마련된 전극 활물질층을 갖는다. 상기 적어도 한쪽의 전극은, 상기 전극 집전박이 노출된 노출부를 갖는다. 상기 전극체는, 상기 노출부가 통합된 집박부를 갖는다. 상기 적어도 한쪽의 전극에 대응하는 전극 단자는, 상기 집박부와, 집전 단자를 통해 전기적으로 접속되고 있다. 상기 집전 단자는, 상기 집박부와 접합되어 있다. 상기 집박부는, 상기 집전 단자와 접합되어 있는 면과 반대측의 면에, 복수의 오목부로 구성되는 접합 자국을 갖는다. 상기 접합 자국은, 상기 전극체의 내부측 및 상기 전극체의 외부측에 각각 2개의 코너부를 갖고, 상기 전극체의 내부측의 2개의 코너부만이, 모따기된 형상을 갖는다.
상기 양태에 의하면, 제조 시에 있어서의 초음파 접합 시에 세퍼레이터의 파손이 일어나기 어렵고, 또한 조대한 이물의 발생이 억제된, 이차 전지가 제공된다.
상기 제1 양태에 있어서, 상기 전극체의 두께가, 10㎜ 이상이어도 된다.
상기 양태에 있어서, 상기 이차 전지는, 차량 구동용 전원에 사용되는 이차 전지여도 된다.
상기 구성에 의하면, 전극체의 두께가 10㎜ 이상인 경우, 특히 이차 전지가 차량 구동용 전원에 사용되는 경우에는, 세퍼레이터의 파손이 보다 일어나기 쉽기 때문에, 본 발명의 효과가 보다 높아진다.
상기 양태에 있어서, 상기 세퍼레이터의 두께가, 5㎛ 이상 25㎛ 이하여도 된다. 상기 구성에 의하면, 상기 세퍼레이터의 두께가 5㎛ 이상 25㎛ 이하인 경우에는, 세퍼레이터의 파손이 보다 일어나기 쉽기 때문에, 본 발명의 효과가 보다 높아진다.
상기 양태에 있어서, 상기 전극체의 두께가, 25㎜ 이하여도 된다.
상기 양태에 있어서, 상기 세퍼레이터의 두께가, 10㎛ 이상 20㎛ 이하여도 된다.
상기 양태에 있어서, 상기 노출부의 길이는, 상기 전극체의 두께보다도 커도 된다.
상기 제1 양태에 있어서, 상기 정극은, 정극 집전박과, 상기 정극 집전박 상에 마련된 정극 활물질층을 가져도 된다. 상기 부극은, 부극 집전박과, 상기 부극 집전박 상에 마련된 부극 활물질층을 가져도 된다. 상기 정극은, 상기 정극 집전박의 일부가 노출된 정극 집전박 노출부를 가져도 된다. 상기 부극은, 상기 부극 집전박의 일부가 노출된 부극 집전박 노출부를 가져도 된다. 상기 전극체는, 상기 정극 집전박 노출부가 통합된 정극측 집박부와, 상기 부극 집전박 노출부가 통합된 부극측 집박부를 가져도 된다. 상기 정극에 대응하는 정극 단자는, 상기 정극측 집박부와, 정극 집전 단자를 통해 전기적으로 접속되고 있어도 된다. 상기 부극에 대응하는 부극 단자는, 상기 부극측 집박부와, 부극 집전 단자를 통해 전기적으로 접속되고 있어도 된다. 상기 정극 집전 단자는, 상기 정극측 집박부와 접합되어 있어도 된다. 상기 부극 집전 단자는, 상기 부극측 집박부와 접합되어 있어도 된다. 상기 정극측 집박부는, 상기 정극 집전 단자와 접합되어 있는 면과 반대측의 면에, 복수의 오목부로 구성되는 정극측 접합 자국을 가져도 된다. 상기 부극측 집박부는, 상기 부극 집전 단자와 접합되어 있는 면과 반대측의 면에, 부극측 접합 자국을 가져도 된다. 적어도 한쪽의 상기 정극측 접합 자국과 상기 부극측 접합 자국은, 상기 전극체의 내부측 및 상기 전극체의 외부측에 각각 2개의 코너부를 갖고, 상기 전극체의 내부측의 2개의 코너부만이, 모따기된 형상을 가져도 된다.
본 발명의 제2 양태는, 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 이차 전지의 제조 방법은, 정극과, 부극과, 세퍼레이터를 포함하는 전극체를 준비하는 것을 포함한다. 여기서, 상기 정극 및 상기 부극의 적어도 한쪽의 전극은, 전극 집전박과, 상기 전극 집전박 상에 마련된 전극 활물질층을 갖고, 상기 적어도 한쪽의 전극은, 상기 전극 집전박이 노출된 노출부를 갖고, 상기 전극체는, 상기 노출부가 통합된 집박부를 갖는다; 상기 이차 전지의 제조 방법은, 추가로 상기 전극체의 집박부와, 집전 단자를, 초음파 접합 장치의 혼과 앤빌로 끼워 넣는 것을 포함한다. 여기서, 상기 집박부는, 상기 혼과 접촉하고, 상기 집전 단자는 상기 앤빌과 접촉한다; 상기 이차 전지의 제조 방법은, 추가로 상기 혼을 상기 앤빌의 방향으로 압박하면서, 상기 혼을 진동시켜서, 상기 집박부와 상기 집전 단자를 초음파 접합하는 것과, 상기 집전 단자가 설치된 전극체를 사용하여, 리튬 이온 이차 전지를 구축하는 것을 포함한다. 여기서, 상기 혼의 선단은 복수의 볼록부를 갖고, 상기 혼의 선단 형상은, 상기 볼록부의 돌출 방향에 수직인 단면에 있어서, 4개의 코너부를 갖고, 상기 4개의 코너부 중 2개의 상기 코너부만이 모따기되어 있다. 상기 모따기된 2개의 코너부는 인접하고 있다. 상기 집박부와, 상기 집전 단자를 끼워 넣는 것에 있어서, 상기 전극체의 내부측에, 상기 모따기된 2개의 코너부가 위치하도록, 상기 혼을 배치한다.
상기 제2 양태에 있어서, 상기 정극은, 정극 집전박, 상기 정극 집전박 상에 마련된 정극 활물질층 및 상기 정극 집전박의 일부가 노출된 정극 집전박 노출부를 가져도 된다. 상기 부극은, 부극 집전박, 상기 부극 집전박 상에 마련된 부극 활물질층 및 상기 부극 집전박의 일부가 노출된 부극 집전박 노출부를 가져도 된다. 상기 전극체는, 상기 정극 집전박 노출부가 통합된 정극측 집박부와, 상기 부극 집전박 노출부가 통합된 부극측 집박부를 가져도 된다. 상기 전극체의 집박부와 집전 단자를, 초음파 접합 장치의 혼과 앤빌로 끼워 넣는 것은, 정극측 집박부와 정극 집전 단자를, 초음파 접합 장치의 혼과 앤빌로 끼워 넣는 것을 포함해도 된다. 상기 혼을 상기 앤빌의 방향으로 압박하면서, 상기 혼을 진동시켜서, 상기 집박부와 상기 집전 단자를 초음파 접합하는 것은, 상기 혼을 상기 앤빌의 방향으로 압박하면서, 상기 혼을 진동시켜서, 상기 정극측 집박부와 상기 정극 집전 단자를 초음파 접합하는 것을 포함해도 된다.
상기 양태에 있어서, 상기 전극체의 집박부와 집전 단자를, 초음파 접합 장치의 혼과 앤빌로 끼워 넣는 것은, 추가로 상기 전극체의 부극측 집박부와 부극 집전 단자를, 초음파 접합 장치의 혼과 앤빌로 끼워 넣는 것을 포함해도 된다. 상기 혼을 상기 앤빌의 방향으로 압박하면서, 상기 혼을 진동시켜서, 상기 집박부와 상기 집전 단자를 초음파 접합하는 것은, 추가로 상기 혼을 상기 앤빌의 방향으로 압박하면서, 상기 혼을 진동시켜서, 상기 부극측 집박부와 상기 부극 집전 단자를 초음파 접합하는 것을 포함해도 된다. 상기 정극측 집박부와 상기 정극 집전 단자를 끼워 넣는 것에 있어서, 상기 전극체의 내부측에, 상기 모따기된 2개의 코너부를 배치하지만 위치하도록, 상기 혼을 배치하는, 또는/및 상기 부극측 집박부와 상기 부극 집전 단자를 끼워 넣는 것에 있어서, 상기 전극체의 내부측에, 상기 모따기된 2개의 코너부가 위치하도록, 상기 혼을 배치해도 된다.
본 발명의 각 양태에 의하면, 제조 시에 있어서의 초음파 접합 시에 세퍼레이터의 파손이 일어나기 어렵고, 또한 조대한 이물의 발생이 억제된, 이차 전지가 제공된다.
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 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 정면 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지의 권회 전극체의 구성을 도시하는 모식 분해도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지에 있어서의 정극측 접합 자국의 일례의, 전극체의 두께 방향을 따라서 본 경우의 모식도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지에 있어서의 정극측 접합 자국의 형상의 다른 예를 도시하는 모식도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지에 있어서의 정극측 접합 자국의 형상 또한 다른 예를 도시하는 모식도이다.
도 7은, 세퍼레이터의 파손에 대하여 설명하기 위한 전극체의 부분도이다.
도 8은, 시험예 B1에 있어서의 접합 자국을 전극체의 두께 방향을 따라서 본 경우의 모식도이다.
도 9는, 시험예 B2에 있어서의 접합 자국을 전극체의 두께 방향을 따라서 본 경우의 모식도이다.
이하, 본 발명에 의한 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이며 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들어, 본 발명을 특징짓지 않는 이차 전지의 일반적인 구성 및 제조 프로세스)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에는 동일한 부호를 붙여서 설명하고 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
이하, 편평각형의 리튬 이온 이차 전지를 예로 하여, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명을 이러한 실시 형태에 기재된 것에 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 「이차 전지」란, 반복 충방전 가능한 축전 디바이스 일반을 말하고, 소위 축전지 그리고 전기 이중층 캐패시터 등의 축전 소자를 포함하는 용어이다. 또한, 본 명세서에 있어서 「리튬 이온 이차 전지」란, 전하 담체로서 리튬 이온을 사용하고, 정부극 간에 있어서의 리튬 이온에 수반하는 전하의 이동에 의해 충방전이 실현되는 이차 전지를 말한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 정면 단면도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지의 권회 전극체의 구성을 도시하는 모식 분해도이다. 도 3은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 리튬 이온 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 측면 단면도이다. 또한, 본 명세서에 있어서, 리튬 이온 이차 전지의 전지 케이스의 광폭면에 수직 방향으로부터 본 경우의 도면을 정면도라고 하고 있지만, 이것은 설명의 편의 때문이고, 리튬 이온 이차 전지의 사용 양태를 하등 한정하는 것은 아니다.
도 1에 도시하는 리튬 이온 이차 전지(100)는, 편평 형상의 권회 전극체(20)와 비수 전해질(80)이 편평한 각형의 전지 케이스(즉 외장 용기)(30)에 수용됨으로써 구축되는 밀폐형 전지이다. 전지 케이스(30)에는, 외부 접속용의 정극 단자(42) 및 부극 단자(44)가 설치되어 있다. 또한, 전지 케이스(30)에는, 전지 케이스(30)의 내압이 소정 레벨 이상으로 상승한 경우에 해당 내압을 개방하도록 설정된 박육의 안전 밸브(36)와, 비수 전해질(80)을 주입하기 위한 주입구(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 정극 단자(42)는, 집전 단자로서의 정극 집전판(42a)과 전기적으로 접속되어 있다. 부극 단자(44)는, 집전 단자로서의 부극 집전판(44a)과 전기적으로 접속되어 있다. 전지 케이스(30)의 재질로서는, 예를 들어 알루미늄 등의 경량으로 열전도성이 좋은 금속 재료가 사용된다. 정극 집전판(42a)의 재질로서는, 예를 들어 알루미늄이다. 부극 집전판(44a)의 재질로서는, 예를 들어 구리이다.
권회 전극체(20)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 정극(50)과, 부극(60)이, 2매의 긴 형상의 세퍼레이터(70)를 개재하여 중첩되어서 긴 변 방향으로 권회된 형태를 갖는다. 정극(50)은, 긴 형상의 정극 집전박(52)의 편면 또는 양면(도시예에서는 양면)에 긴 변 방향을 따라서 정극 활물질층(54)이 형성되어 있는 구성을 갖는다. 부극(60)은, 긴 형상의 부극 집전박(62)의 편면 또는 양면(도시 예에서는 양면)에 긴 변 방향을 따라서 부극 활물질층(64)이 형성되어 있는 구성을 갖는다.
정극(50) 및 부극(60)에는, 종래의 리튬 이온 이차 전지에 사용되고 있는 것과 마찬가지의 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 전형적인 일 양태를 이하에 나타내었다.
정극(50)을 구성하는 정극 집전박(52)으로서는, 예를 들어 알루미늄박 등을 들 수 있다. 정극 활물질층(54)은 정극 활물질을 함유한다. 정극 활물질의 예로서는, 리튬 전이 금속 산화물(예, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, LiNiO2, LiCoO2, LiFeO2, LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4 등), 리튬 전이 금속 인산 화합물(예, LiFePO4 등) 등을 들 수 있다. 정극 활물질층(54)은, 활물질 이외의 성분, 예를 들어 도전재나 바인더 등을 포함할 수 있다. 도전재로서는, 예를 들어 아세틸렌 블랙(AB) 등의 카본 블랙이나 기타(예, 그래파이트 등)의 탄소 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 바인더로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVDF) 등을 사용할 수 있다.
부극 시트(60)를 구성하는 부극 집전박(62)으로서는, 예를 들어 구리박 등을 들 수 있다. 부극 활물질층(64)은, 부극 활물질을 함유한다. 부극 활물질의 예로서는, 흑연, 하드 카본, 소프트 카본 등의 탄소 재료를 들 수 있다. 부극 활물질층(64)은, 활물질 이외의 성분, 예를 들어 바인더나 증점제 등을 포함할 수 있다. 바인더로서는, 예를 들어 스티렌부타디엔 러버(SBR) 등을 사용할 수 있다. 증점제로서는, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등을 사용할 수 있다.
세퍼레이터(70)로서는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르, 셀룰로오스, 폴리아미드 등의 수지로 이루어지는 다공성 시트(필름)를 들 수 있다. 이러한 다공성 시트는, 단층 구조여도 되고, 2층 이상의 적층 구조(예를 들어, PE층의 양면에 PP층이 적층된 3층 구조)여도 된다. 세퍼레이터(70)의 표면에는, 내열층(HRL)이 마련되어 있어도 된다. 세퍼레이터(70)의 두께는, 이차 전지의 고출력화 및 고에너지 밀도화의 관점에서, 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 세퍼레이터(70)의 두께는, 바람직하게는 5㎛ 이상 25㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상 20㎛ 이하이다. 이러한 두께의 세퍼레이터(70)는 보다 파손되어 쉽기 때문에, 본 발명의 효과가 보다 높아진다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 정극(50)은, 정극 활물질층(54)이 형성되지 않고 정극 집전박(52)이 노출된 부분(정극 집전박 노출부)(52a)을 갖는다. 정극 집전박 노출부(52a)는, 권회 전극체(20)의 권회 축 방향(즉, 상기 긴 변 방향에 직교하는 시트 폭 방향)의 한쪽의 단으로부터 외측으로 비어져 나와 있다. 마찬가지로, 부극(60)은, 부극 활물질층(64)이 형성되지 않고 부극 집전박(62)이 노출된 부분(부극 집전박 노출부)(62a)을 갖는다. 부극 집전박 노출부(62a)는, 권회 전극체(20)의 권회 축 방향의 다른 쪽의 단으로부터 외측으로 비어져 나와 있다. 전극체(20)의 폭 방향을 따른 정극 집전박 노출부(52a) 및 부극 집전박 노출부(62a)의 길이는, 특별히 한정되지 않지만, 전극체(20)의 두께보다도 큰 것이 바람직하다.
리튬 이온 이차 전지(100)는, 차량 구동용 전원 용도의 것이다. 그 때문에, 박형화가 요구되는 포터블 전원 용도와는 달리, 전극체(20)의 두께는 10mm 이상이고, 특히 10mm 이상 25mm 이하이다. 전극체(20)의 두께가 10mm 이상이면, 전극체(20)의 최외층 전극에 인접하는 세퍼레이터에 응력이 가해지기 쉬워져서, 세퍼레이터의 파손이 보다 일어나기 쉽기 때문에, 본 발명의 효과가 보다 높아진다.
여기서, 도 2는, 분해도이고, 정극 집전박 노출부(52a) 및 부극 집전박 노출부(62a)가 통합되어 있지 않은 상태를 나타내고 있다. 실제로는, 도 1 및 도 3(특히 도 3)에 도시하는 바와 같이, 정극(50)측에 있어서, 전극체(20)는, 정극 집전박 노출부(52a)가 통합된 정극측 집박부(22)를 갖는다. 정극측 집박부(22)에서는, 정극 집전박 노출부(52a)는, 전극체(20)의 주면의 폭 방향에 직교하는 방향(도면의 상하 방향)의 중앙부에 있어서, 밀하게 적층되어 있다. 그 때문에, 정극측 집박부(22)의 두께는, 전극체(20)의 두께보다 작게 되어 있다. 또한, 부극(60)측에 있어서도 마찬가지로, 전극체(20)는, 부극 집전박 노출부(62a)가 통합된 부극측 집박부(24)를 갖는다. 또한, 정극측 집박부(22)와 부극측 집박부(24)의 위치는, 전극체(20)의 주면의 폭 방향에 직교하는 방향(도면의 상하 방향)의 중앙부가 아니어도 된다. 그러나, 전극체(20)의 두께를 D로 한 경우에, 정극측 집박부(22)와 부극측 집박부(24)의 위치는, 전극체(20)의 주면 폭 방향에 직교하는 방향(도면의 상하 방향)의 양단부로부터, 각각 D 이상 이격되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 정극측 집박부(22)는, 초음파 접합(초음파 용접이라고도 불린다)에 의해, 정극 집전판(42a)과 접합되어 있다. 그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 정극측 집박부(22)는, 정극 집전판(42a)과 접합되어 있는 면과 반대측의 면에 정극측 접합 자국(56)을 갖는다. 부극측 집박부(24)은, 저항 용접에 의해 부극 집전판(44a)과 접합되어 있다. 그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 부극측 집박부(24)는, 부극 집전판(44a)과 접합되어 있는 면과 반대측의 면에 부극측 접합 자국(66)을 갖는다.
여기서, 정극측 접합 자국(56)에 대하여 상세하게 설명한다. 정극측 접합 자국(56)은, 복수의 오목부로 구성된다. 구체적으로는, 정극측 접합 자국(56)은, 초음파 접합 시에 초음파 접합 장치의 혼에 의해 형성되는 오목부의 집합이다. 따라서, 정극측 접합 자국(56)의 형상은, 오목부의 집합 전체 형상으로서 파악되는 형상이다.
도 4는, 전극체(20)의 두께 방향으로부터 본 경우의 일례의 모식도이다. 도시예에서는, 정극측 접합 자국(56)은, 초음파 접합이, 사각추가 2×4개 접하여 배열한 선단 형상의 혼에 의해 행하여진 것에 기인하여, 혼의 선단 형상에 대응한, 역사각추상의 오목부가 2×4개 접하여 배열한 형상을 하고 있다. 또한, 정극측 접합 자국(56)을 구성하는 오목부의 수는 복수인 한 이것에 한정되지 않는다. 정극측 접합 자국(56)을 구성하는 오목부의 배열도 이것에 한정되지 않는다.
정극측 접합 자국(56)의 형상(즉, 오목부의 집합 전체 형상)은, 평면으로 보아(즉, 전극체(20)의 두께 방향부터 본 경우에), 대략 사각형이다. 그 때문에, 정극측 접합 자국(56)은, 전극체(20)의 내부측 및 전극체(20)의 외부측에 각각 2개의 코너부(56a, 56b, 56c, 56d)를 갖고 있다. 전극체(20)의 내부측의 코너부(56a, 56b)는, 모따기된 형상을 갖고 있다. 도시예에서는, 모따기됨으로써, R 형상을 갖고 있다. 한편으로, 전극체(20)의 외부측의 코너부(56c, 56d)는, 모따기되어 있지 않은 형상을 갖고 있다. 따라서, 전극체(20)의 외부측의 코너부(56c, 56d)의 각도는, 대략 직각이다.
이 모따기된 코너부의 형상은, 특별히 한정되지 않고, 따라서 R 형상에 한정되지 않는다. 도 5에, 정극측 접합 자국의 다른 예를 나타낸다. 도 5에서는, 정극측 접합 자국(56')의, 전극체(20)의 내부측의 코너부는, 직선상으로 모따기된 형상을 갖고 있다.
도 6에, 정극측 접합 자국의 또 다른 예를 나타낸다. 도 6에 나타내는 정극측 접합 자국(56'')은, 2×4개의 역사각추상의 오목부로 형성되어 있지만, 오목부와 오목부 사이에 간극을 갖고 있다. 그러나, 8개의 오목부의 집합을 전체적으로 본 경우에는, 대략 사각형이다. 즉, 오목부와 오목부 사이에 간극이 있는 경우에는, 오목부의 집합 전체 형상은, 오목부의 외측 변을 신장하여 연결시킴으로써 얻어지는 윤곽의 형상이라고 할 수 있고, 도시예에서는, 대략 사각형이다. 따라서, 정극측 접합 자국(56'')의 코너부를 구성하는 것은, 평면으로 보아(즉, 전극체(20)의 두께 방향부터 본 경우에), 오목부의 집합에 있어서 코너에 있는 오목부의 코너측의 코너부이다. 정극측 접합 자국(56'')의, 전극체(20)의 내부측의 코너부는, 모따기되어 있고, R 형상을 갖고 있다. 이와 같이, 접합 자국이, 오목부의 집합으로서 전체 형상을 파악할 수 있는 한, 오목부와 오목부 사이에 간극이 있어도 된다. 이 간극의 치수는, 오목부의 배열 방향에 있어서 오목부의 치수의 100％ 이하인 것이 바람직하다.
이러한 형상을 갖는 정극측 접합 자국(56, 56', 56'')에 의하면, 제조 시에 있어서의 초음파 접합 시에 세퍼레이터의 파손이 일어나기 어렵고, 또한 조대한 이물의 발생이 억제된, 이차 전지를 구성할 수 있다. 이하, 이 이유에 대하여 설명한다. 도 7은, 세퍼레이터의 파손에 대하여 설명하기 위한 전극체(20)의 부분도이다. 전극체(20)는, 두께가 10mm 이상의 적층체이다. 전극체(20)의 폭 방향(도면의 좌우 방향)에 있어서의, 정극측 집박부(22)의, 전극체(20)의 내부측의 단부와 부극 활물질층(64)의 단부의 거리(도 7에 있어서의 거리 L)를 작게 하면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 전극체의 외층, 특히 최외층의 전극(도 7에서는 정극(50))에 있어서는, 정극 집전박 노출부(52a)가 크게 절곡된다. 그 결과, 최외층의 전극인 정극(50)에 인접하는 세퍼레이터(70)가 절곡되고, 부극(60)과 정극 집전박 노출부(52a) 사이에 끼인다. 이 때문에 세퍼레이터(70)가 끼인 부분에 있어서, 응력이 발생한다. 이 상태에서, 초음파 접합에 의해 전극체(20)의 정극측 집박부(22)와 정극 집전판(42a)의 접합을 행한 경우에는, 접합 시의 진동과, 세퍼레이터(70)가 얇아진 것에 기인하여, 세퍼레이터(70)의 파손이 발생하기 쉽다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 정극측 접합 자국(56)의 전극체(20)의 내부측의 코너부가, 모따기된 형상을 갖고 있다. 이러한 접합 자국이 형성되도록 초음파 용접을 행하면(즉, 이것에 대응한 형상의 혼을 사용하여 초음파 용접을 행하면), 이 세퍼레이터(70)의 응력이 발생한 부분에 전해지는 진동을 저감할 수 있다. 그 결과, 세퍼레이터(70)의 파손을 억제할 수 있다.
또한, 전극체(20)의 두께를 D로 한 경우, 두께 D와, 정극측 집박부(22)의, 전극체(20)의 내부측의 단부와 부극 활물질층(64)의 단부의 거리 L은, 0.5D≤L≤2D를 충족하는 것이 바람직하고, 0.7D≤L≤1.5D를 충족하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 초음파 접합에 있어서는, 정극 집전판(42a)이 초음파 접합 장치의 앤빌 상에 배치되고, 혼으로부터 앤빌의 방향으로 하중이 인가되기 때문에, 앤빌이 정극 집전판(42a)의 표면에 파고든다. 이 부분이 혼으로부터의 진동을 받으면, 정극 집전판(42a)이 절삭되어서 조대한(예를 들어, 입경이 100㎛ 이상의) 이물이 발생할 수 있다. 이 이물의 발생은, 정극 집전판(42a)의, 전극체(20)의 외부측의 부분에서 일어나기 쉽다. 그러나, 본 실시 형태에서는 정극측 접합 자국(56)의, 전극체(20)의 외부측의 코너부가, 모따기되어 있지 않은 형상이다. 이러한 접합 자국이 형성되도록 초음파 용접을 행하면(즉, 이것에 대응한 형상의 혼을 사용하여 초음파 용접을 행하면), 정극 집전판(42a)과 앤빌의 접촉 부분이며 전극체(20)의 외부측의 부분에, 혼으로부터 인가되는 하중이 충분히 전해져, 당해 부분에서의 과도한 진동을 억제할 수 있다. 따라서, 조대한(예를 들어, 입경이 100㎛ 이상의) 이물의 발생을 억제할 수 있다.
다른 쪽에서, 부극측 접합 자국(66)은, 저항 용접에 의해 형성된 것이고, 종래와 마찬가지의 형상을 갖는다. 일반적으로, 초음파 접합되는 것은, 정극측 집박부(22)와 정극 집전판(42a)이기 때문에, 도시예에서는, 정극측 접합 자국(56)만이, 전극체(20)의 내부측 및 전극체(20)의 외부측에 각각 2개의 코너부(56a, 56b), 코너부(56c, 56d)를 갖고, 전극체(20)의 내부측의 2개의 코너부(56a, 56b)만이, 모따기된 형상을 갖고 있다. 그러나, 부극측에 있어서도 초음파 접합을 채용하고, 정극측 접합 자국(56)뿐만 아니라 부극측 접합 자국(66)도, 전극체(20)의 내부측 및 전극체(20)의 외부측에 각각 2개의 코너부를 갖고, 전극체(20)의 내부측의 2개의 코너부만이, 모따기된 형상을 갖고 있어도 된다. 혹은, 부극측 접합 자국(66)만이, 전극체(20)의 내부측 및 전극체(20)의 외부측에 각각 2개의 코너부를 갖고, 전극체(20)의 내부측의 2개의 코너부만이, 모따기된 형상을 갖고 있어도 된다.
비수 전해질(80)은, 전형적으로는 비수 용매 및 지지염을 함유한다. 비수 용매로서는, 일반적인 리튬 이온 이차 전지의 전해액에 사용되는 각종 카르보네이트류, 에테르류, 에스테르류, 니트릴류, 술폰류, 락톤류 등의 유기 용매를, 특별한 한정 없이 사용할 수 있다. 그 중에서도, 카르보네이트류가 바람직하고, 그 구체예로서는, 에틸렌카르보네이트(EC), 프로필렌카르보네이트(PC), 디에틸카르보네이트(DEC), 디메틸카르보네이트(DMC), 에틸메틸카르보네이트(EMC), 모노플루오로에틸렌카르보네이트(MFEC), 디플루오로에틸렌카르보네이트(DFEC), 모노플루오로메틸디플루오로메틸카르보네이트(F-DMC), 트리플루오로디메틸카르보네이트(TFDMC) 등을 들 수 있다. 이러한 비수 용매는, 1종을 단독으로, 혹은 2종 이상을 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 지지염으로서는, 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiClO4 등의 리튬염(바람직하게는 LiPF6)을 적합하게 사용할 수 있다. 지지염의 농도는, 0.7mol/L 이상 1.3mol/L 이하가 바람직하다.
또한, 상기 비수 전해질(80)은, 본 발명의 효과를 현저하게 손상시키지 않는 한에 있어서, 예를 들어 비페닐(BP), 시클로헥실벤젠(CHB) 등의 가스 발생제; 붕소 원자 및/또는 인 원자를 포함하는 옥살라토 착체 화합물, 비닐렌카르보네이트(VC) 등의 피막 형성제; 분산제; 증점제 등의 각종 첨가제를 포함할 수 있다.
리튬 이온 이차 전지(100)의 제조 방법의 적합한 예에 대해서, 이하 설명한다. 이하의 방법은, 정극측에 있어서 초음파 접합을 행하는 예이다. 당해 제조 방법에 있어서는, 정극(50)과, 부극(60)과, 세퍼레이터(70)를 포함하는 전극체(20)를 준비하는 공정을 먼저 행한다. 이 전극체(20)는, 상기 설명한 전극체(20)이다. 따라서, 정극(50)은, 정극 집전박(52)과, 정극 집전박(52) 상에 마련된 정극 활물질층(54)을 갖는다. 정극(50)은, 정극 집전박(52)이 노출된 정극 집전박 노출부(52a)를 갖는다. 전극체(20)는, 정극 집전박 노출부(52a)가 통합된 정극측 집박부(22)를 갖는다. 당해 공정은, 공지 방법과 마찬가지로 하여, 행할 수 있다.
이어서, 전극체(20)의 정극측 집박부(22)와, 집전 단자로서의 정극 집전판(42a)을, 초음파 접합 장치의 혼과 앤빌로 끼워 넣는 공정을 행한다. 여기서, 정극측 집박부(22)는, 혼과 접촉하고, 정극 집전판(42a)은 앤빌과 접촉한다. 여기서, 사용되는 혼의 선단은 복수의 볼록부를 갖는다. 이 혼의 선단 형상은, 당해 볼록부의 돌출 방향(즉, 혼의 선단 방향)에 수직인 단면에 있어서, 4개의 코너부를 갖고 있다. 그 중 2개의 코너부만이 모따기되어 있고, 당해 모따기된 2개의 코너부는 인접하고 있다. 또한, 당해 공정에 있어서, 전극체(20)의 내부측에, 당해 모따기된 2개의 코너부를 배치한다. 이들 이외의 점에 대해서는, 공지 방법과 마찬가지로 하여 실시할 수 있다.
이어서, 혼을 앤빌의 방향으로 압박하면서, 혼을 진동시켜서, 정극측 집박부(22)와 정극 집전판(42a)을 초음파 접합하는 공정을 행한다. 당해 공정은, 공지 방법과 마찬가지로 하여, 행할 수 있다.
이어서, 정극 집전판(42a)이 설치된 전극체(20)를 사용하여, 리튬 이온 이차 전지(100)를 구축하는 공정을 행한다. 당해 공정은, 공지 방법과 마찬가지로 하여, 행할 수 있다. 또한, 이상에 있어서는, 정극측만 초음파 접합을 행하고 있지만, 부극측에 있어서 초음파 접합을 행하는 경우도, 상기의 선단 형상을 갖는 혼을 사용하여, 마찬가지로 하여 실시할 수 있다.
이상과 같이 하여 구성되는 리튬 이온 이차 전지(100)는, 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHV) 등의 차량에 탑재되는 구동용 전원으로서 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 가정용 또는 산업용의 전력 저장 시스템의 축전지로서 사용할 수도 있다. 리튬 이온 이차 전지(100)는, 전형적으로는 복수개를 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 이루어지는 조전지의 형태로도 사용될 수 있다.
또한, 일례로서 편평 형상의 권회 전극체(20)를 구비하는 각형의 리튬 이온 이차 전지(100)에 대하여 설명하였다. 그러나, 리튬 이온 이차 전지는, 복수의 정극 시트 및 복수의 부극 시트가 교대로 세퍼레이터를 개재하여 적층된 적층형 전극체를 구비하는 리튬 이온 이차 전지로서 구성할 수도 있다. 또한, 여기에 개시되는 기술은, 리튬 이온 이차 전지 이외의 이차 전지에도 적용 가능하다.
이하, 본 발명에 관한 시험예를 설명하지만, 본 발명을 이러한 시험예에 나타내는 것으로 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.
시험예 A1, A2 및 B1, B2
초음파 접합
알루미늄박 상에 정극 활물질층이 형성된 정극과, 구리박 상에 부극 활물질층이 형성된 부극과, 세퍼레이터로서 두께 20㎛의 PP/PE/PP의 3층 구조의 다공질 시트를 준비하였다. 또한, 정극 및 부극에는, 활물질층이 마련되지 않고 박이 노출되어 있는 집전박 노출부를 마련하였다. 정극과 부극과 세퍼레이터를 적층하고, 권회하여 권회 전극체를 준비하였다. 이 권회 전극체의 두께는 11.5㎜였다. 전극체의 단부에 있어서, 정극 집전박 노출부를 묶음으로써, 집전부를 형성하였다. 이 집전부에 대하여 도 4, 5, 8 및 9에 도시하는 형상의 접합 자국이 형성되도록, 초음파 접합을 행하였다. 구체적으로는, 도 4, 5, 8 및 9에 도시하는 형상에 대응하는 볼록 형상을 선단에 구비하는 혼을 준비하고, 앤빌을 갖는 초음파 접합 장치에 설치하였다. 전극체의 집전부의 하측에, 알루미늄제의 집전판을 배치하고, 상기 준비한 혼이 집전부에 접촉하고, 또한 앤빌이 집전판에 접촉하도록 해서, 이들을 혼과 앤빌로 끼워 넣었다. 이때, 도 4, 5, 8 및 9의 우측이 전극체의 내부측, 도면의 좌측이 전극체의 단부측이 되도록, 혼을 집전부에 접촉시켰다. 이 상태에서 초음파 금속 접합을 행하고, 정극의 집전부와 집전판을 접합하였다. 이 접합에 의해, 집전부에는 도 4, 5, 8 및 9에 도시하는 형상의 접합 자국이 형성되었다.
평가
상기 시험예의 초음파 접합후의 전극체에 대해서, 접합을 행한 측의 세퍼레이터 단부를, 확대경을 사용하여 관찰하고, 세퍼레이터의 찢어짐 유무를 조사하였다. 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 전극체에 접합된 전극판의 앤빌이 접촉하고 있었던 면에, 점착 테이프를 첩부하고, 압박한 후, 박리시켰다. 점착 테이프의 점착면을 현미경을 사용하여 관찰하고, 100㎛ 이상의 이물 발생 유무를 조사한, 결과를 표 1에 나타내었다.
Figure 112020124203996-pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 접합 자국이, 전극체의 내부측 및 상기 전극체의 외부측에 각각 코너부를 갖고, 또한 전극체의 내부측의 코너부만이, 모따기된 형상인 경우(즉 시험예 A1 및 A2)에, 세퍼레이터의 파손과 100㎛ 이상의 이물의 발생을 모두 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터, 여기에 개시되는 이차 전지에 의하면, 제조 시에 있어서의 초음파 접합 시에 세퍼레이터의 파손이 일어나기 어렵고, 또한 조대한 이물의 발생이 억제되고 있는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 청구범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.

Claims (17)

  1. 이차 전지(100)에 있어서,
    정극(50)과, 부극(60)과, 세퍼레이터(70)를 포함하는 전극체(20)와,
    상기 전극체(20)를 수용하는 전지 케이스(30)와,
    상기 전지 케이스(30)에 설치되고, 정극 단자(42) 및 부극 단자(44)를 포함하는 전극 단자를 포함하고,
    상기 정극(50)은, 정극 집전박(52)과, 상기 정극 집전박(52) 상에 마련된 정극 활물질층(54)을 갖고,
    상기 부극(60)은, 부극 집전박(62)과, 상기 부극 집전박(62) 상에 마련된 부극 활물질층(64)을 갖고,
    상기 정극(50)은, 상기 정극 집전박(52)이 노출된 정극 집전박 노출부(52a)를 갖고,
    상기 부극(60)은, 상기 부극 집전박(62)이 노출된 부극 집전박 노출부(62a)를 갖고,
    상기 전극체(20)는 권회 전극체이며,
    상기 전극체(20)는, 상기 정극 집전박 노출부(52a)가 통합된 정극측 집박부(22)와 상기 부극 집전박 노출부(62a)가 통합된 부극측 집박부(24)를 갖고,
    상기 정극 집전박 노출부(52a)는 상기 전극체(20)의 권회 축 방향의 한쪽의 단으로부터 외측으로 비어져 나와 있고, 상기 부극 집전박 노출부(62a)는 상기 전극체(20)의 권회 축 방향의 다른 쪽의 단으로부터 외측으로 비어져 나와 있으며,
    상기 정극 단자(42)는, 상기 정극측 집박부(22)와, 집전 단자(42a)를 통해 전기적으로 접속되고 있고,
    상기 집전 단자(42a)는, 상기 정극측 집박부(22)와 접합되어 있고,
    상기 정극 집전박(52)은 알루미늄박이고,
    상기 집전 단자(42a)는 알루미늄제이며,
    상기 정극측 집박부(22)는, 상기 집전 단자(42a)와 접합되어 있는 면과 반대측의 면에, 복수의 오목부로 구성되는 접합 자국(56)을 갖고,
    상기 접합 자국(56)은, 상기 전극체(20)의 내부측 및 상기 전극체(20)의 외부측에 각각 2개의 코너부를 갖고, 상기 전극체(20)의 내부측의 2개의 코너부만이, 모따기된 형상을 갖고,
    상기 전극체(20)의 두께가 10㎜ 이상이고,
    상기 세퍼레이터(70)의 두께가 10㎛ 이상 20㎛ 이하이며,
    상기 전극체(20)의 권회축 방향이, 상기 전극체(20)의 폭 방향이고, 상기 전극체(20)의 두께를 D로 한 경우에, 상기 폭 방향에 있어서의 상기 정극측 집박부(22)의 상기 전극체(20)의 내부측의 단부와, 상기 부극 활물질층(64)의 상기 정극측 집박부(22) 측의 단부와의 거리 L이, 0.7D≤L≤1.5D를 만족하고,
    차량 구동용 전원에 사용되는, 이차 전지(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극체(20)의 두께가, 10㎜ 이상 25㎜ 이하인, 이차 전지(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정극 집전박 노출부(52a) 및 부극 집전박 노출부(62a) 각각의 길이는, 상기 전극체(20)의 두께보다도 큰, 이차 전지(100).
  4. 이차 전지(100)의 제조 방법에 있어서,
    정극(50)과, 부극(60)과, 세퍼레이터(70)를 포함하는 전극체(20)를 준비하는 것과;
    상기 정극(50)은, 정극 집전박(52)과, 상기 정극 집전박(52) 상에 마련된 정극 활물질층(54)을 갖고,
    상기 부극(60)은, 부극 집전박(62)과, 상기 부극 집전박(62) 상에 마련된 부극 활물질층(64)을 갖고,
    상기 정극(50)은, 상기 정극 집전박(52)이 노출된 정극 집전박 노출부(52a)를 갖고,
    상기 부극(60)은, 상기 부극 집전박(62)이 노출된 부극 집전박 노출부(62a)를 갖고,
    상기 전극체(20)는, 정극 집전박 노출부(52a)가 통합된 정극측 집박부(22)와 상기 부극 집전박 노출부(62a)가 통합된 부극측 집박부(24)를 갖고,
    상기 정극 집전박 노출부(52a)는 상기 전극체(20)의 권회 축 방향의 한쪽의 단으로부터 외측으로 비어져 나와 있고, 상기 부극 집전박 노출부(62a)는 상기 전극체(20)의 권회 축 방향의 다른 쪽의 단으로부터 외측으로 비어져 나와 있으며,
    상기 정극측 집박부(22)와, 집전 단자(42a)를, 초음파 접합 장치의 혼과 앤빌로 끼워 넣는 것과;
    상기 정극측 집박부(22)는, 상기 혼과 접촉하고, 상기 집전 단자(42a)는 상기 앤빌과 접촉하고,
    상기 혼을 상기 앤빌의 방향으로 압박하면서, 상기 혼을 진동시켜서, 상기 정극측 집박부(22)와 상기 집전 단자(42a)를 초음파 접합하는 것과;
    상기 집전 단자(42a)가 설치된 전극체(20)를 사용하여, 리튬 이온 이차 전지(100)를 구축하는 것을 포함하고;
    상기 전극체(20)는 권회 전극체이고,
    상기 정극 집전박(52)은 알루미늄박이고,
    상기 집전 단자(42a)는 알루미늄제이며,
    상기 전극체(20)의 두께가 10㎜ 이상이고,
    상기 세퍼레이터(70)의 두께가 10㎛ 이상 20㎛ 이하이며,
    상기 전극체(20)의 권회축 방향이, 상기 전극체(20)의 폭 방향이고, 상기 전극체(20)의 두께를 D로 한 경우에, 상기 폭 방향에 있어서의 상기 정극측 집박부(22)의 상기 전극체(20)의 내부측의 단부와, 상기 부극 활물질층(64)의 상기 정극측 집박부(22) 측의 단부와의 거리 L이, 0.7D≤L≤1.5D를 만족하고,
    상기 혼의 선단은 복수의 볼록부를 갖고,
    상기 혼의 선단 형상은, 상기 볼록부의 돌출 방향에 수직인 단면에 있어서, 4개의 코너부를 갖고,
    상기 4개의 코너부 중, 2개의 상기 코너부만이 모따기되고 있고, 상기 모따기된 2개의 코너부는 인접하고 있고,
    상기 정극측 집박부(22)와, 상기 집전 단자(42a)를 끼워 넣는 것에 있어서, 상기 전극체(20)의 내부측에, 상기 모따기된 2개의 코너부가 위치하도록, 상기 혼을 배치하는, 차량 구동용 전원에 사용되는, 이차 전지(100)의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극체(20)의 두께가, 10㎜ 이상 25㎜ 이하인, 이차 전지(100)의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 정극 집전박 노출부(52a) 및 부극 집전박 노출부(62a) 각각의 길이는, 상기 전극체(20)의 두께보다도 큰, 이차 전지(100)의 제조 방법.

  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020200155283A 2019-12-04 2020-11-19 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법 KR102542206B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019219873A JP7236035B2 (ja) 2019-12-04 2019-12-04 二次電池およびその製造方法
JPJP-P-2019-219873 2019-12-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210070187A KR20210070187A (ko) 2021-06-14
KR102542206B1 true KR102542206B1 (ko) 2023-06-12

Family

ID=75962538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200155283A KR102542206B1 (ko) 2019-12-04 2020-11-19 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11563216B2 (ko)
JP (1) JP7236035B2 (ko)
KR (1) KR102542206B1 (ko)
CN (1) CN112909345B (ko)
DE (1) DE102020130475A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023170943A1 (ja) * 2022-03-11 2023-09-14 株式会社 東芝 電池及び電池の製造方法
WO2024039221A1 (ko) * 2022-08-18 2024-02-22 주식회사 엘지에너지솔루션 젤리-롤형 전극조립체 및 이의 제조방법
WO2024071875A1 (ko) * 2022-09-26 2024-04-04 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 셀 및 이를 제조하기 위한 접합 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105361A1 (ja) * 2012-01-12 2013-07-18 日立マクセル株式会社 超音波溶接用チップ、超音波溶接機、及び電池の製造方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4491747B2 (ja) 2007-07-23 2010-06-30 トヨタ自動車株式会社 電池
JP5472687B2 (ja) 2009-06-04 2014-04-16 トヨタ自動車株式会社 二次電池およびその製造方法
JP2011096485A (ja) 2009-10-29 2011-05-12 Honda Motor Co Ltd 二次電池
JP5589534B2 (ja) * 2010-04-28 2014-09-17 日産自動車株式会社 扁平型電池
JP5917407B2 (ja) * 2010-10-29 2016-05-11 三洋電機株式会社 角形二次電池
JP2013165054A (ja) 2012-01-12 2013-08-22 Hitachi Maxell Ltd 電池
JP5772753B2 (ja) * 2012-07-30 2015-09-02 トヨタ自動車株式会社 二次電池の製造方法
JP2014143230A (ja) 2013-01-22 2014-08-07 Ibiden Co Ltd 蓄電デバイス部品の製造方法、蓄電デバイスの製造方法、蓄電デバイス部品および蓄電デバイス。
US9991499B2 (en) 2013-01-29 2018-06-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Battery
JP6241676B2 (ja) * 2015-03-27 2017-12-06 トヨタ自動車株式会社 密閉型電池
KR102629053B1 (ko) * 2016-08-08 2024-01-23 삼성에스디아이 주식회사 집전부재를 갖는 이차 전지
JP6566265B2 (ja) 2016-09-09 2019-08-28 トヨタ自動車株式会社 密閉型二次電池
JP6878878B2 (ja) * 2016-12-26 2021-06-02 三洋電機株式会社 二次電池の製造方法および二次電池
JP6892496B2 (ja) 2017-02-28 2021-06-23 ビークルエナジージャパン株式会社 二次電池
JP2019008972A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 三洋電機株式会社 角形二次電池及びその製造方法
JP6975387B2 (ja) 2018-02-09 2021-12-01 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置の製造方法
JP7453740B2 (ja) 2018-03-29 2024-03-21 三洋電機株式会社 蓄電装置
CN112534637B (zh) 2018-09-26 2023-11-03 松下控股株式会社 二次电池

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013105361A1 (ja) * 2012-01-12 2013-07-18 日立マクセル株式会社 超音波溶接用チップ、超音波溶接機、及び電池の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021089856A (ja) 2021-06-10
CN112909345B (zh) 2024-05-03
CN112909345A (zh) 2021-06-04
US11563216B2 (en) 2023-01-24
DE102020130475A1 (de) 2021-06-10
JP7236035B2 (ja) 2023-03-09
US20210175510A1 (en) 2021-06-10
KR20210070187A (ko) 2021-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102542206B1 (ko) 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법
CN107431232B (zh) 包含位于空隙部分的电极接头与电极引线之间的联结部的电极组件
JP4158440B2 (ja) 二次電池及びそれを用いた組電池
JP5591569B2 (ja) 角形電池及びその製造方法ならびにこれを用いてなる組電池
US20120244423A1 (en) Laminate case secondary battery
JP6250921B2 (ja) 電池
US20120196172A1 (en) Stack type battery and method of manufacturing the same
KR20090006765A (ko) 적층형 전지
JP6757499B2 (ja) 二次電池
US10686182B2 (en) Secondary battery
AU2020313619B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
US11996509B2 (en) Battery including electrode collector laminated parts divided into groups shifted to not overlap and joined to single collector terminal
JP2002216846A (ja) シート状電池
US10158107B2 (en) Battery comprising insulative films
JP5704251B2 (ja) 組電池及び組電池の製造方法
US10312548B2 (en) Battery and battery manufacturing method
JPWO2019026672A1 (ja) 密閉型電池、組電池及び密閉型電池の製造方法
JP2019102215A (ja) 電池の製造方法
KR20200052234A (ko) 비수전해액 이차 전지
CN113130963B (zh) 二次电池
JP4984388B2 (ja) バイポーラ電池、組電池、複合電池およびこれらを搭載した車両
JP7168622B2 (ja) 電池およびその製造方法
JP7317877B2 (ja) 非水電解液二次電池
JP2024035862A (ja) 二次電池
WO2013051137A1 (ja) 組電池及び組電池の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant