KR20000075765A - 비수계 2차 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시트상 전극의 단면으로부터 활성 물질 입자가 떨어져 나가는 것을 방지하여 제조 공정에 기인하는 내부 단락이 발생하지 않도록 할 수 있으며, 또한 활성 물질층을 두껍게 하지 않고 동일한 크기의 전지 캔에 수납되는 전극판 적층체의 전지 용량을 크게 할 수 있는 비수계 2차 전지를 얻는 것을 과제로 한다.
이를 위하여, 양극 활성 물질층(1b) 및 음극 활성 물질층(2b) 중 적어도 한쪽 단면을 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층(3F)으로 코팅한다. 또한, 양극 활성 물질층(1b)을 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층(2b)으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성한다. 격벽은 절연성 물질 입자 집합체층(3B)으로 구성하여양극(1) 및 음극(2) 중 적어도 어느 한쪽에 고정한다. 이 격벽은 적어도 음극(2)과 대향되는 양극 활성 물질층(1b)의 표면 전체를 덮도록, 그리고 음양의 집전체(1a,2b)의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치한다.
Description
근래 전자 기기의 소형 경량화, 다기능화, 무선화의 요구에 따라 고성능 전지의 개발이 적극적으로 진행되고 있다. 최근에는, 종래부터 널리 이용되고 있는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지 등의 2차 전지에 비해 고전압, 고용량, 고출력이면서 중량이 가볍다는 이유로, 특히 리튬 이온 2차 전지가 커다란 시장을 구축하고 있다.
이러한 리튬 이온 2차 전지의 전극판 적층체는 통상 커다란 시트상 전극으로부터 추출된 소정 형상의 시트상 전극을 격벽과 함께 권취하거나 적층함으로써 제작되고 있다. 절단 전의 시트상 전극은 일반적으로 활성 물질 입자를 결합제 및 용매와 함께 혼련하여 슬러리로 만들고, 이것을 금속박(집전체 시트) 상에 도포한 후, 용매를 증발시켜 활성 물질 입자를 금속박 위에 고착함으로써 제작된다.
따라서, 전극판 적층체의 제작시 또는 전지 캔으로의 수납시 등에 시트상 전극의 단면(절단면) 부근의 활성 물질 입자가 떨어져 나가고, 이 떨어져 나간 활성 물질 입자때문에 내부 단락을 발생시킬 우려가 있다. 그 결과, 전지의 수율이 낮아져 제조 비용을 상승시키는 요인이 된다.
본 발명의 목적 중 하나는 시트상 전극의 단면에서 활성 물질 입자가 떨어져 나가는 것을 방지하여 제조 공정에 기인하는 내부 단락이 발생하지 않도록 하는 것이다.
또한, 종래의 권취형 전지의 전극판 적층체는 띠상의 양극, 음극 및 격벽을 소용돌이형으로 권취함으로써 제작되었다. 여기에서, 격벽으로는 통상 폴리에틸렌 미다공막이 사용되고 있으며, 이것은 예를 들면 미세한 빈 구멍을 막 내에 형성한 후 연신을 행함으로써 제조되었다.
이러한 권취형 전지에서는 권취시의 어긋남 등을 고려하여, 격벽의 폭(권취축 방향의 치수) 및 길이(권취 길이)를 양극 및 음극보다 크게 설계하고 있다. 또한, 특히 리튬 이온 2차 전지에서는 충·방전시의 전극 단부에서의 단락을 방지할 목적으로, 음극의 폭 및 길이가 양극보다 커지도록 설계되어 있다(일본 실용신안등록 제2506572호 참조).
따라서, 특히 리튬 이온 2차 전지에서 전극판 적층체의 실질적인 전극 면적은 양극 활성 물질층의 전체 면적과 동일하게 이루어지지만, 전극판 적층체의 크기(권취축 방향의 치수)는 격벽의 폭에 의해 결정되며, 양극의 폭은 격벽보다 작은 음극의 폭보다 더 작기 때문에, 동일한 크기의 전극판 적층체로 양극 활성 물질층의 면적을 크게 하는 것에는 한계가 있다. 또한, 동일한 크기의 전지 캔으로 전지 용량을 크게 하기 위해서는 음·양극의 활성 물질층을 두껍게 하는 것을 생각할 수 있지만, 활성 물질층이 두꺼워지면 막저항이 커지며 출력 특성의 저하로 이어진다.
본 발명의 목적 중 하나는 활성 물질층을 두껍게 하지 않고 동일한 크기의 전지 캔에 수납되는 전극판 적층체의 전지 용량을 크게 하는 것이다.
한편, 리튬 이온 2차 전지의 원리를 기본적으로 이용한 "폴리머 전지"라는 시트상 전지의 개발이 최근 진행되고 있다. 이 폴리머 전지의 양극 및 음극은 종래의 리튬 이온 2차 전지와 마찬가지의 재료로 구성되어 있으나, 양쪽극의 활성 물질 간에는 전해액 투과성을 갖는 격벽이 아니라, 격벽과 전해질을 겸한 고분자 고체 전해질이 개재되어 있다. 그리고, 이 폴리머 전지는 양쪽극과 고분자 고체 전해질을 일체화함으로써 평판상의 전극판 적층체를 제작하고, 이 전극판 적층체를 가요성 용기 중에 넣어, 전해액을 봉입하지 않고 밀봉함으로써 제작된다.
이러한 재료 및 제법 때문에, 폴리머 전지는 전지 형상의 자유도가 비교적 높고 박형화 및 경량화할 수 있으며 안전성이 향상된다는 잇점이 있다고 한다. 그러나, 고체 전해질은 리튬 이온 2차 전지에서 사용하는 액상의 전해질에 비해 이온 전도도가 낮기 때문에, 폴리머 전지는 리튬 이온 2차 전지에 비하여 고전류 밀도에서의 방전 특성에 문제가 있다.
또한, 고체 전해질 대신에 종래의 폴리 올레핀제 미다공막으로 이루어지는 격벽을 양쪽극 간에 일체화하여 평판상의 전극판 적층체를 제작하고, 이 전극판 적층체를 가요성 용기 중에 넣고, 전해액을 봉입하여 밀봉함으로써 리튬 이온 2차 전지를 제작하면, 이 전지는 종래의 금속제 전지 캔을 용기로 한 전지와 비교하여, 고전류 밀도에서의 방전 특성 및 사이클 특성이 떨어진다. 이것은 전극과 격벽 간의 압박이 가요성 용기내에서는 금속제 전지 캔에 비해 약하기 때문에, 격벽과 전극 간에 틈이 발생하기 쉽다는 것에 기인한다. 또한, 이 틈이 생기는 것을 방지하기 위하여 폴리올레핀제 미다공막으로 이루어지는 격벽을 전극에 일체화하는 것은 곤란하다.
이와 같이, 평판상의 전극판 적층체를 가요성 용기내에 구비하고 있는 전지 형상의 자유도가 비교적 높고 박형인 비수계 2차 전지(시트상 전지)로서, 금속제 전지 캔을 용기로 한 종래의 리튬 이온 2차 전지와 동등한 특성을 갖는 것은 아직 얻어지지 않고 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 평판상의 전극판 적층체를 가요성 용기내에 구비하고 있는 전지 형상의 자유도가 비교적 높고 박형인 비수계 2차 전지로서, 고전류 밀도에서의 방전 특성 및 사이클 특성이 우수한 것을 제공하는 것이다.
＜발명의 개시＞
본 발명은 집전체의 적어도 한쪽 면에 활성 물질층이 고정된 양극 및 음극과, 양쪽극의 활성 물질층 간에 개재된 전해액 투과성을 갖는 격벽을 적어도 가지는 전극판 적층체를 용기내에 구비하고, 이 용기내에 비수계 전해액이 봉입된 비수계 2차 전지에 있어서, 상기 격벽은 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로서, 양극 및 음극 중 적어도 어느 한쪽에 고정되어 있으며, 양극 활성 물질층 및 음극 활성 물질층 중 적어도 한쪽의 단면은 그의 적어도 일부가 상기 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지를 제공한다. 이 전지를 본 발명의 제1 전지로 한다.
이 전지에 의하면, 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있는 활성 물질 단면에서 활성 물질이 떨어져 나가는 것이 방지된다. 또한, 낙하 등의 충격이 가해질 때 전극 단면의 형상이 변형되어 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 코팅물이 전해액 투과성을 갖는 절연성 물질 입자 집합체층임으로써 이하와 같은 효과가 얻어진다.
즉, 전해액 투과성을 갖는 절연성 물질 입자 집합체층으로 활성 물질층의 단면이 코팅되어 있으면, 예를 들면 양쪽극과 격벽을 일체화시킨 일체화층이 1층 이상 적층된 전극판 적층체를 갖는 비수계 2차 전지인 경우, 단면에 코팅된 절연성 물질 입자 집합체층이 충·방전시에 일어나는 전극 활성 물질의 팽창 및 수축에 의해 출입하는 전해액의 통로가 될 수 있기 때문에 전해액 투과성이 없는 절연물로 코팅했을 때와 비교하여 사이클 특성이 우수하다.
또한, 활성 물질층의 단면을 전해액 투과성을 갖는 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅했을 경우에는 전극판 적층체 제작 후에 전해액을 함침시킬 수 있기 때문에, 전해액 투과성이 없는 절연물로 코팅했을 경우에 비하여 제조상 유리하다.
또한, 집전체의 단면까지 절연성 물질 입자 집합체층에 의한 코팅이 이루어져 있어도 좋다.
절연성 물질 입자 집합체층을 구성하는 절연성 물질 입자는 이하에 개시하는 바와 같은 무기물 또는 유기물일 수 있다.
무기물로서는, 예를 들면 Li2O, BeO, B2O3, Na2O, MgO, Al2O3, SiO2, P2O5, K2O, CaO, TiO2, Cr2O3, Fe2O3, ZnO, ZrO2및 BaO 등의 산화물, 제올라이트, BN, AlN, Si3N4및 Ba3N2등의 질화물, 탄화규소(SiC), MgCO3및 CaCO3등의 탄산염, CaSO4및 BaSO4등의 황산염, 자기의 일종인 지르콘(ZrO2·SiO2), 뮬라이트(3Al2O3·2SiO2), 스테아타이트(MgO·SiO2), 포스테라이트(2MgO·SiO2), 코젤라이트(2MgO·2Al2O3· 5SiO2) 등을 들 수 있다.
유기물로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메타크릴산 메틸, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리플루오르화비닐리덴 등의 불소 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리페닐렌 옥시드 수지, 규소 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌옥시드 및 폴리프로필렌옥시드 등의 폴리에테르 수지, 에폭시 수지, 아세탈 수지, AS 수지, ABS 수지 등의 수지 입자를 들 수 있다.
이러한 절연성 물질 입자 중 무기물 입자가 바람직하며, 특히 산화물 입자가 바람직하다.
절연성 물질 입자 집합체층을 형성하는 방법으로서는, 절연성 물질 입자와 결합제를 용매에 분산하고, 이것을 절연성 물질 입자 집합체층을 형성하는 면에 도포한 후 용매를 증발시키는 방법이 있다.
이 경우에 사용 가능한 결합제로서는, 라텍스(예를 들면, 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스, 메틸메타크릴레이트-부타디엔 공중합체 라텍스 및 아크릴로 니트릴-부타디엔 공중합체 라텍스), 셀룰로오즈 유도체(예를 들면, 카르복시메탈셀룰로오즈의 나트륨염 및 암모늄염), 불소 고무(예를 들면, 플루오르화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌과 테트라플루오로에틸렌과의 공중합체) 및 불소 수지(예를 들면, 폴리플루오르화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌) 등을 들 수 있다. 이들 중, 불소 고무 또는 불소 수지 등의 불소계 결합제가 바람직하다.
결합제의 양은 체적비로 절연성 물질 입자의 1/500 내지 3/5가 되도록 하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1/500 내지 1/2, 더욱 바람직하게는 1/500 내지 1/5로 한다.
또한, 용매로서는 아세트산 에틸, 2-에톡시에탄올(에틸렌글리콜모노에틸에테르), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 테트라히드로푸란(THF), 물 등을 들 수 있다.
여기에서, 시트상 전극의 단면 절연물에 의한 코팅은 전극판 적층체의 형성 전후 중 언제든지 행하여도 좋지만, 전극판 적층체 형성 후에 행하면 전극판 적층체의 단면의 기계적 강도가 증가하기 때문에, 전지 캔에 내장한 후의 전지 캔 상부에서 교축 가공 등을 하기 쉬워진다. 또한, 전지 캔의 상하에 절연판을 조립하는 것을 생략할 수 있다.
단면의 코팅을 전극판 적층체의 형성 전에 행하는 경우에는 예를 들면, 도 20에 도시한 바와 같이 코팅물(3F)의 두께 T를 활성 물질층(1b,2b)의 두께 Tk 이상[여기에서는, 시트상 전극(1, 2)의 전체 두께와 동일하게 되어 있다]으로서, 적어도 활성 물질층(1b, 2b)의 단면 전체를 덮도록 한다. 또한, 시트상 전극(1,2)의 두께 방향의 양측으로 비어져 나오지 않도록 한다.
코팅의 폭(W)은 특히 한정되지 않고 실질적으로 활성 물질층의 보호가 이루어지는 폭이면 좋은데, 기존의 전지 캔을 사용하는 경우에는 그 사이즈에 따라 최대치가 설정된다.
또한, 리튬 이온 2차 전지의 전극판 적층체는 음극의 폭을 양극의 폭보다 1㎜ 정도 크게 되어 있는데, 그 경우에는 도 21에 도시한 바와 같이, 음극의 시트상 전극(2)에 한하여, 절연물에 의한 코팅물(3E)을 단면 뿐만 아니라 음극 활성 물질층(2b)의 상부면 단부까지 행하여도 좋다. 단, 이 상부면 단부의 코팅 폭(H)는 양극의 시트상 전극(1)의 코팅 단면과 음극의 시트상 전극(2)의 활성 물질층 단면과의 거리(S) 이하로 한다. 또한, 음극의 시트상 전극(2)의 코팅물(3E)의 두께 T는 양 시트상 전극(1, 2)의 합계 두께 이하로 한다.
본 발명은, 또한 집전체의 적어도 한쪽 면에 활성 물질층이 고정된 양극 및 음극과, 양쪽극의 활성 물질층 간에 개재된 전해액 투과성을 갖는 격벽을 적어도 가지는 전극판 적층체를 용기내에 구비하고, 이 용기내에 비수계 전해액이 봉입된 비수계 2차 전지에 있어서, 양극 활성 물질층 및 음극 활성 물질층 중 적어도 한쪽의 단면은, 그 적어도 일부가 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있으며, 상기 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며, 상기 격벽은 절연성 물질 입자끼리가 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로서, 양극 및 음극 중 적어도 어느 한쪽에 고정되며, 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지를 제공한다. 이 전지를 본 발명의 제2 전지로 한다.
이 전지에서, 양극 활성 물질층 단면의 적어도 일부가 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 이 전지에서 전극판 적층체는 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 양쪽극의 활성 물질 간에 격벽으로서 개재시켜 이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층이 1층 이상 적층되어 있는 것이 바람직하다. 이 전지를 본 발명의 제4 전지로 칭한다.
이 전지에서는, 격벽을 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로 구성한다. 이 절연성 물질 입자 집합체층은 절연성 물질 입자가 막 두께 방향으로 여러개 배치되어 있는 것이어도 좋고, 절연성 물질 입자가 막면 내에 조밀하게 배치되어 있으면 막 두께 방향으로는 하나만 배치되어 있는 것이어도 좋다.
즉, 이 절연성 물질 입자 집합체층은 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 사이의 틈이 빈 구멍이 되어 전해액 중의 이온을 통과시킴과 동시에, 절연성 물질 입자의 존재에 의해서 양극 활성 물질층과 음극 활성 물질층을 단락시키지 않는다. 또한, 절연체 입자 간의 틈이 집합체층 내의 막 두께 방향 및 막 면 방향 중 어느 쪽으로도 연속되어 있기 때문에 전해액을 음양극 활성 물질층내로 침투시키기 쉽다.
리튬 이온 2차 전지 등의 비수 전해액 2차 전지는 수분의 혼입에 의해 전지 성능이 저하되기 때문에 제조 공정 전체를 수분이 혼입하지 않는 환경으로 준비하거나 전지 캔에 전해액을 넣기 전에 전극판 적층체를 건조시킬 필요가 있다. 건조시키는 경우에는 종래의 폴리올레핀계 수지제 미다공막은 내열성이 낮기 때문에, 전극판 적층체의 건조를, 예를 들면 진공 중에서 80 ℃정도의 낮은 온도로 행하지 않으면 막에 열수축이 생기거나 빈 구멍이 찌부러지거나 하여, 전지 특성을 손상시킨다는 문제점이 있다. 그 때문에, 건조 시간이 매우 길어지거나 건조 정도가 불충분해져 전해액 내에 수분이 혼입될 우려가 있었다.
그러나, 절연성 물질 입자로서 산화물 등을 사용하여 형성된 절연성 물질 입자 집합체층은 폴리올레핀계 수지제 미다공과 비교하여 내열성이 우수하기 때문에, 100℃ 이상의 온도에서도 건조가 가능하여 상기 문제를 해결할 수 있다. 이것은 특히 수분의 혼입에 의해 악영향을 받기 쉽다는 리튬-망간 복합 산화물을 양극에 사용했을 경우에 유효하다고 할 수 있다.
절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이 바람직하며, 10 ㎛ 내지 50 ㎛인 것이 보다 바람직하다.
또한, 이 전지에서 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되어 있다. 즉, 각 전지층에서 양극 활성 물질층 표면의 면적은 음극 활성 물질층 표면의 면적과 동일하거나 음극 활성 물질층의 표면의 면적보다 작게 이루어져 있다. 그리고, 격벽은 양극 및 음극 중 적어도 어느 한쪽에 고정되며 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있다.
그 때문에, 전극판 적층체의 외형 치수는 격벽의 크기가 아니라 음극의 크기에 의해서 결정된다. 따라서, 동일한 크기의 전극판 적층체를 제작했을 경우에 양극 및 음극의 크기를 종래보다 크게 할 수 있다.
또한, 격벽은 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록 배치되어 있기 때문에 양극과 음극 간의 단락은 방지된다.
또한, 이 전지에서 전극판 적층체가 양쪽극의 집전체 간에 개재된 절연층을 갖는 경우에는, 이 절연층은 음양의 집전체의 적어도 어느 한쪽에 고정되며 적어도 음극 집전체와 대향하는 양극 집전체의 표면 전체를 덮도록 또한 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
즉, 전극판 적층체가 집전체의 한쪽 면에만 활성 물질층이 고정된 양극 및 음극으로 구성되며, 음양의 집전체가 활성 물질층을 통하지 않고 대향하는 경우(예를 들면, 권취형으로 한쪽 면 활성 물질층의 양극 및 음극을 한장씩 이용한 경우)에는 음양의 활성 물질층이 고정되어 있지 않은 측의 집전체 사이를 절연할 필요가 있다. 이 부분은 이온 투과성을 필요로 하지 않으므로, 이온 투과성이 없는 절연층이 개재되어 있으면 좋고, 이 절연층이 음양의 집전체의 적어도 어느 한쪽에 상술한 배치로 고정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 절연층을 상술한 절연성 물질 입자 집합체층으로 구성하여도 좋다.
본 발명은, 또한 집전체의 적어도 한쪽 면에 활성 물질층이 고정된 양극 및 음극과, 양쪽극의 활성 물질층 간에 개재된 전해액 투과성을 갖는 격벽을 적어도 가지는 전극판 적층체를 용기내에 구비하고, 이 용기내에 비수계 전해액이 봉입된 비수계 2차 전지에 있어서, 전극판 적층체는 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 양쪽극의 활성 물질 간에 격벽으로서 개재시켜, 이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층이 1층 이상 적층되어 있는 것이며, 상기 용기는 가요성 용기인 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지를 제공한다. 이 전지를 본 발명의 제3 전지로 한다.
이와 같이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층으로 전극판 적층체를 구성하면, 전극판 적층체 제작시에 양극, 격벽, 음극 간에 어긋남이 발생하는 일이 없다. 또한, 전극판 적층체를 용기에 삽입하여 밀봉한 후에 충격등을 주어도 어긋남이 발생하는 일이 없다. 또한, 전극간 거리에 변화가 발생하지 않으므로, 고전류 밀도에서의 충방전시 특성 열화가 발생하기 어렵고 사이클성의 열화도 저감할 수 있다.
격벽, 즉 절연성 물질 입자의 집합체를 양극 활성 물질층 및 음극 활성 물질층의 양쪽 활성 물질층 표면에 일체화하는 방법으로서는, 예를 들면 다음 세가지 방법을 들 수 있다.
제1 방법으로서는, 우선 절연성 물질 입자와 결합제와의 혼합물을 용매로 분산하여 슬러리화하고, 이것을 한쪽 전극의 활성 물질층 표면에 도포한다. 그 후, 즉시 상기 표면 상에 다른쪽의 전극을 양쪽 전극 활성 물질층이 상기한 슬러리를 통하여 대향하도록 중첩시킨다. 그 후, 가열하여 분산매를 증발시킨다.
제2 방법으로서는, 우선 적어도 한쪽 전극의 활성 물질층 표면에 상기한 슬러리를 도포 후, 건조시켜 격벽층을 형성한다. 그 후, 이 격벽층을 통하여 양쪽 전극의 활성 물질층이 대향하도록 다른쪽 전극을 중첩시킨다. 그 후, 결합제가 용융되는 정도의 온도로 고온 압착시켜 접합한다.
제3 방법으로서는, 우선 적어도 한쪽 전극의 활성 물질층 표면에 상기한 분산액을 도포한 후 건조시켜서 격벽층을 형성한다. 그 후, 격벽층 상에 결합제를 용해하는 용매를 도포한다. 이어서, 이 격벽층을 통하여 양쪽극의 활성 물질층이 대향하도록 다른쪽 전극을 중첩시킨다. 그 후, 압착 및 건조시킴으로써 접합한다.
이 전지의 용기는 가요성 용기이며, 그의 재료로서는 물 및 비수용매의 증기가 실질적으로 통과할 수 없는 재료이며, 전지 성능을 열화시키지 않을 정도로 얇고 가벼운 것이 바람직하다. 예를 들면, 철 시트, 스테인레스 시트, 알루미늄 시트 등의 금속제 시트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아이오노머 수지, 에틸렌과 비닐 알코올의 공중합체, 나일론 수지, 방향족 폴리아미드 수지, 방향족 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 폴리페닐렌옥시드, 폴리옥시메틸렌, 폴리카르보네이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지, 폴리플루오르화비닐리덴 수지 등의 수지 제조 시트를 들 수 있으며, 필요에 따라 이들 2종 이상의 시트를 적층한 것 또는 2종 이상의 시트 성분이 혼합 또는 중합된 것 등을 사용하여도 좋다.
또한, 본 발명의 전지는 상술한 바와 같은 전극판 적층체의 구조에 특징을 갖는 것이며, 이 이외의 전지의 구성 재료(전해액 또는 양극 및 음극의 재료 등)에 대해서는 종래 기술에 따라서 구성할 수 있다.
여기에서, 비수계 전해액을 사용한 리튬 이온 2차 전지의 구성 재료 등에 대해서 설명한다.
리튬 이온 2차 전지에 사용되는 양극 활성 물질로서는 리튬을 이온 상태로 수장·방출 가능한 LixM1 (1-y)M11 yO2(0〈X≤1.1, 0≤y≤1, M1및 M11은 Cr, Mn, Fe, Ni로부터 선택되는 적어도 1종의 원소), LixMn(2-y)MyO4(0〈X≤1.1, 0≤y≤1, M은 Li, Al, Cr, Fe, Co, Ni, Ga로부터 선택되는 적어도 1종의 원소) 등의 리튬 복합 금속 산화물을 들 수 있다.
리튬 이온 2차 전지에 사용되는 음극 활성 물질로서는 리튬을 이온 상태로 수장·방출 가능한 코크, 흑연, 비정질 카본 등의 탄소질 재료, Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn 등의 원소를 포함하는 금속 산화물 및 합금을 들 수 있다.
상기 전극 활성 물질을 결합제 및 용매와 혼합하여 슬러리화하고, 집전체 상에 도포 후 건조시켜서 전극으로 하고 있는데, 그 때의 결합제의 예로서는 라텍스(예를 들면, 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스, 메틸 메타크릴레이트부타디엔 공중합체 라텍스 및 아크릴로니트릴부타디엔 공중합체 라텍스), 셀룰로오즈 유도체(예를 들면, 카르복시메틸셀룰로오즈의 나트륨염 및 암모늄염), 불소 고무(예를 들면, 플루오르화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌과 테트라플루오로에틸렌과의 공중합체) 또는 불소 수지(예를 들면, 폴리플루오르화비닐리덴 및 폴리테트라플로오로에틸렌)를 들 수 있다. 용매의 예로서는, 아세트산 에틸, 2-에톡시에탄올(에틸렌글리콜모노에틸에테르), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 테트라히드로푸란(THF), 물 등을 들 수 있다.
리튬 이온 2차 전지에 사용되는 비수계 전해액으로는, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, CF3SO3Li, (CF3SO2)2N·Li 등의 전해질을 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 유기 용매에 용해한 것을 사용할 수 있다.
비수계 전해액에서의 유기 용매로서는, 예를 들면 프로필렌카르보네이트, 에틸렌카르보네이트, γ-부티로락톤, 디메틸설폭시드, 디메틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라 히드로푸란 등을 들 수 있으며, 어느 것을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여(예를 들면, 유전률이 높은 용매와 점도가 낮은 용매와의 혼합 용매가) 사용된다.
여기서, 비수계 전해액 중의 전해질 농도는 0.1 내지 2.5 mol/l인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 시트상의 음극 집전체의 적어도 한쪽 면에 음극 활성 물질층을 고정하여 음극체를 형성하고, 이 음극체의 표면에 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 고정한 후, 이 음극체를 전지의 종류에 따른 소정 형상으로 절단함으로써, 전해액 투과성을 갖는 격벽이 고정된 음극을 제조하고, 이 음극과 시트상의 집전체의 적어도 한쪽 면에 양극 활성 물질층이 고정된 소정 형상의 양극을 사용하여, 양극 활성 물질층이 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않도록 하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법을 제공한다. 이 방법을 본 발명의 제1 제법으로 한다.
이 방법에 의하면, 본 발명의 비수계 2차 전지 중 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며, 격벽은 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로서, 양극 및 음극 중 적어도 어느 한쪽으로 고정되며, 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있는 비수계 2차 전지의 전극판 적층체가 용이하며 효율적으로 제작된다.
여기에서, 전극판 적층체에는 양극, 음극 및 격벽을 띠상으로 절단하여 권취기에 의해 소용돌이형으로 권취하는 권취형, 띠상으로 절단하여 소정폭으로 꺾어 접히면서 평행하게 중첩되는 구십구절(九十九折)형, 원형 또는 사각형으로 절단하여 중첩되는 단순 적층형 등이 있다.
따라서, 상기 방법으로 권취형의 전극판 적층체를 형성하는 경우에는 예를 들면, 양극의 폭이 음극의 폭보다도 작아지도록 절단하여 권취 시작 부분과 권취 종료 부분에, 양극 활성 물질층과 대향되지 않는 음극 활성 물질층이 배치되도록 권취한다.
구십구절형의 전극판 적층체를 형성하는 경우에는, 예를 들면 양극의 폭이 음극보다도 작아지도록 절단하여, 접기 시작 부분과 접기 종료 부분에, 양극 활성 물질층과 대향되지 않는 음극 활성 물질층이 배치되도록 겹쳐 포갠다. 단순 적층형의 전극판 적층체를 형성하는 경우에는 예를 들면, 양극을 외주선이 음극보다도 작아지도록 절단하고 중심을 맞추어 중첩한다.
본 발명은 또한, 시트상의 양극 집전체의 적어도 한쪽 면에 전극판 적층체용으로 설정된 집전체 치수내에서 주위에 여백 부분이 존재하도록 양극 활성 물질층을 형성하여 양극체를 형성하고, 이 양극체에 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 양극 활성 물질층의 표면과 단면을 덮도록 형성한 후, 이 절연성 물질 입자 집합체층이 일체화된 양극체를 상기 여백 부분의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써, 전해액 투과성을 갖는 격벽으로서 절연성 물질 입자 집합체층이 고정된 양극을 제조하고, 이 양극과, 시트상의 집전체의 적어도 한쪽 면에 음극 활성 물질층이 고정된 소정 형상의 음극을 이용하여, 양극 활성 물질층이 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않도록 하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법을 제공한다. 이 방법을 본 발명의 제2 제법으로 한다.
이 방법에 의하면, 본 발명의 비수계 2차 전지 중 양극 활성 물질층 단면의 적어도 일부가 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있으며, 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며, 격벽은 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층이며, 양극에 고정되고, 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있는 비수계 2차 전지의 전극판 적층체가 용이하며 효율적으로 제작된다.
본 발명은 또한, 시트상의 양극 집전체의 적어도 한쪽 면에, 전극판 적층체용으로 설정된 집전체 치수 내에서, 주위에 여백 부분이 존재하도록 양극 활성 물질층을 형성하여 양극체를 형성하고, 이 양극체에 양극 활성 물질층의 표면과 단면을 덮도록 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 형성한 후, 이 절연성 물질 입자 집합체층 상에 시트상 음극 집전체의 적어도 한쪽 면에 음극 활성 물질층을 갖는 음극체를 음극 활성 물질층측을 향하여 일체화하고, 그 후에 이 양극체와 음극체가 일체화된 것을 상기 여백 부분의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써 전해액 투과성을 갖는 격벽으로서 절연성 물질 입자 집합체층을 양쪽극의 활성 물질 간에 개재시켜, 이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층을 형성하고, 이것을 1층 이상 적층하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법을 제공한다. 이 방법을 본 발명의 제3 제법으로 한다.
이 방법에 의하면, 본 발명의 비수계 2차 전지 중 양극 활성 물질층의 단면의 적어도 일부가 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있으며, 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며, 격벽은 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로서 양극에 고정되며, 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되며, 전극판 적층체는 양쪽극과 양쪽극의 활성 물질층 간의 격벽을 일체화시킨 일체화층이 1층 이상 적층되어 있는 것인 비수계 2차 전지의 전극판 적층체가 용이하며 효율적으로 제작된다.
본 발명은 또한, 시트상의 양극 집전체의 적어도 한쪽 면에 전극판 적층체용으로 설정된 집전체 치수 내에서 주위에 여백 부분이 존재하도록 양극 활성 물질층을 형성하여 양극체를 형성하고, 이 양극체에 양극 활성 물질층의 표면과 단면을 덮도록 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 형성한 후, 이 절연성 물질 입자 집합체층 위에 음극 활성 물질층을 형성하고, 그 후에 상기 여백 부분의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써, 전해액 투과성을 갖는 격벽으로서 절연성 물질 입자 집합체층을 양쪽극의 활성 물질 간에 개재시켜, 이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층을 형성하고, 이것을 1층 이상 적층하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법을 제공한다. 이 방법을 본 발명의 제4 제법으로 한다.
여기에서, 음극 활성 물질은 집전체 없이도 전극으로서 기능시키는 것이 가능한데, 건조 후의 음극 활성 물질층에 집전체 등을 고착시키는 경우에는 예를 들면, 래스메쉬(두께가 통상의 집전체와 동등한 익스펜디드 메탈) 등과 같은 음극 활성 물질층에 대하여 압착 등에 의해 고정할 수 있는 것을 사용하여도 좋다.
이 방법에 의하면, 본 발명의 비수계 2차 전지 중 양극 활성 물질층의 단면의 적어도 일부가 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있으며, 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며, 격벽은 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로서 양극에 고정되며, 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면에서 비어져 나오지 않도록 배치되며, 전극판 적층체는 양쪽극과 양쪽극의 활성 물질층 간의 격벽을 일체화시킨 일체화층이 1층 이상 적층되어 있는 것인 비수계 2차 전지의 전극판 적층체가 용이하며 효율적으로 제작된다.
본 발명은 신규한 비수계 2차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제2 전지의 한 실시 형태에 상당하는 권취형의 전극판 적층체를 제작하는 방법을 나타내는 설명도로서, 띠상의 양극 및 음극에 절단하기 전의 광폭체를 나타내는 평면도이다. 도 1a는 양극에 관한 도면이며, 도 1b는 음극에 관한 도면이다.
도 2a는 도 1a의 A-A선 단면도이며, 도 2b는 도 1b의 B-B선 단면도이다.
도 3은 양극과 음극의 치수의 차이, 및 권취시 양극과 음극이 중첩되는 것을 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 전지의 한 실시 형태로서 제작한 전극판 적층체를 나타내는 단면도이며, 도 4a는 그 내주측 부분을, 도 4b는 외주측 부분을 나타낸다.
도 5는 전지 캔과 전극판 적층체의 관계, 전극판 적층체의 길이와 양극 폭과 음극 폭과 격벽 폭과의 관계를 나타내는 도면으로, 도 5a는 전지 캔의 외형을, 도 5b는 실시 형태의 전지의 전극판 적층체를, 도 5c는 종래의 전지의 전극판 적층체를 각각 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2 전지의 다른 실시 형태에 상당하는 전극판 적층체(양극 및 음극 모두 집전체의 한쪽 면에만 활성 물질층을 고정한 예)의 외주측 부분을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 전지의 다른 실시 형태에 상당하는 전극판 적층체(양극 및 음극 모두 양면에 격벽을 고정한 예)를 나타내는 단면도로, 도 7a는 그 내주측 부분을, 도 7b는 외주측 부분을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제2 전지의 다른 실시 형태에 상당하는 전극판 적층체(최외주에 집전체 노출부를 설치한 예)를 나타내는 단면도이며, 도 8a는 그 내주측 부분을, 도 8b는 외주측 부분을 나타낸다.
도 9는 활성 물질층에 대한 격벽의 고정 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 10은 활성 물질층에 대한 격벽의 고정 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11은 활성 물질층에 대한 격벽의 고정 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 12는 음극 활성 물질층에 대한 격벽의 고정 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 13은 음극 집전체에 대한 격벽의 고정 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 14는 코인형의 단순 적층형 전지의 전극판 적층체를 나타내는 평면도이다.
도 15는 사각형의 단순 적층형 전지의 전극판 적층체를 나타낸다.
도 16 및 도 17은 도 14 및 도 15의 전극판 적층체의 단면 구조의 예를 나타내는 단면도이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 제3 전지의 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제1 전지를 구성하는 전극의 한 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제2 제법의 실시 형태에 관한 것이며, 제조된 양극체 및 음극체를 나타내는 단면도이다.
도 22는 실시예 8에서의 전극판 적층체의 제작 순서를 나타내는 공정도이며, 도 22a는 광폭체의 제작 공정을 나타내고, 도 22b는 도 22a 공정에 의해 얻어진 띠상체를 나타내고, 도 22c는 절연물에 의한 코팅의 형성 공정을 나타내고, 도 22d는 전극판 적층체의 제작 공정을 나타낸다.
도 23은 본 발명의 제2 전지의 실시 형태에 관한 것이며, 그의 전극판 적층체의 예를 나타내는 단면도이다.
도 24는 실시예 9에서의 전극판 적층체의 제작 순서를 나타내는 공정도로서, 도 24a는 광폭체의 제작 공정을 나타내고, 도 24b는 도 24a 공정에 의해 얻어진 띠상체를 나타내고, 도 24c는 전극판 적층체의 제작 공정을 나타내며, 도 24d는 절연물에 의한 코팅의 형성 공정을 나타낸다.
도 25는 실시예 9에서 제작한 전극판 적층체의 단위 전지층을 나타내는 단면도이다.
도 26은 실시예 9에서 제작한 전극판 적층체의 단면 부근을 나타내는 부분 확대도이다.
도 27은 본 발명의 제1 전지에 관한 것이며, 그 전극판 적층체가 단순 적층형인 경우의 제작 순서를 나타내는 공정도로서, 도 27a는 광폭체의 제작 공정을 나타내고, 도 27b는 도 27a 공정에 의해 얻어진 띠상체를 나타내고, 도 27c는 절연물에 의한 코팅의 형성 공정을 나타내며, 도 27d는 전극판 적층체의 제작 공정을 나타낸다.
도 28 및 도 29는 본 발명의 제1 전지의 실시 형태에 관한 것이며, 권취형의 전극판 적층체의 양극 띠상체 및 음극 띠상체의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 30 및 도 31은 본 발명의 제2 제법의 실시 형태에 관한 것이며, 제조된 양극체 및 음극체를 나타내는 단면도이다.
도 32는 본 발명의 제3 제법의 실시 형태에 관한 것이며, 제조된 일체화층을 나타내는 단면도이다.
도 33 및 도 34는 본 발명의 제2 전지의 실시 형태에 관한 것이며, 그의 전극판 적층체의 예를 나타내는 단면도이다.
도 35는 본 발명의 제4 전지의 실시 형태에 관한 것이며, 그의 전극판 적층체의 예를 나타내는 단면도이다.
＜발명을 실시하기 위한 최선의 형태＞
〈제1 실시 형태〉
이하에, 본 발명의 전지의 제1 실시 형태에 대해서 설명한다. 이 실시 형태는 본 발명의 제2 전지 및 그의 제조 방법(본 발명의 제1 제법)에 관한 실시 형태에 상당한다.
도 1 내지 도 4에 의해 권취형의 전극판 적층체를 제작하는 방법을 나타낸다.
우선, 양극에 대해서는 도 1a(평면도) 및 도 2a(도 1a의 A-A선 단면도)에 도시한 바와 같이, 집전체박(1a)의 양면 전체에 양극 활성 물질층(1b)을 형성하여 양극 광폭체(10)를 제작한다.
음극에 대해서는, 도 1b(평면도) 및 도 2b(도 1b의 B-B선 단면도)에 도시한 바와 같이, 집전체박(2a)의 양면 전체에 음극 활성 물질층(2b)을 형성하여 음극 광폭체(20)를 제작하고, 각 음극 활성 물질층(2b)의 표면 전체에 절연성 물질 입자 집합체층(3B)을 형성한다.
이어서, 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 양극 광폭체(10)와, 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 형성된 음극 광폭체(20)를 폭 방향으로 여러개로 절단함으로써 각각 양극 띠상체(11) 및 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 형성된 음극 띠상체(21)를 얻는다. 이 절단은 도 3에 도시한 바와 같이, 길이 방향의 한쪽 끝에서 a, 다른쪽 끝에서 b(a〈b), 폭 방향의 각 끝에서 Δw1, Δw2(Δw1=Δw2)만큼, 양극 띠상체(11)보다 음극 띠상체(21) 쪽이 큰 치수가 되도록 행한다.
이어서, 양극 띠상체(11) 및 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 형성된 음극 띠상체(21)를 도 3에 도시한 바와 같이 중첩하면서, 음극을 내측으로 하여 소용돌이형으로 권취한다. 즉, 이 전극판 적층체의 권취 시작 부분(길이 a)은 음극 띠상체(21)만을 감고, 그 이후는 양극 띠상체(11)와 절연성 물질 입자 집합체층(3B)가 형성된 음극 띠상체(21)의 폭 방향 중심을 맞춰서 권취한다.
도 4a에 이 전극판 적층체의 내주측 부분(4a)을 도 4b에 외주측 부분(4b)을 나타낸다. 도 4b에서부터 알 수 있듯이, 이 전극판 적층체는 최외주부에 길이 d로 음극(2)만이 권취되어 있고, 음극의 길이는 이 최외주부 길이 d를 확보할 수 있도록 설정한다.
여기서, 길이 방향(전극판 적층체의 권취 방향)에서 최내주의 음극 활성 물질층(2b; 길이 c) 및 최외주의 음극 활성 물질층(2b; 길이 d)은 전지층을 구성하고 있지 않지만, 이들 이외의 부분에서는 격벽으로 이루어지는 절연성 물질 입자 집합체층(3B)을 사이에 두고 대향하는 양극 활성 물질층(1b)과 음극 활성 물질층(2b)에 의해 전지층 D가 구성되어 있다.
그리고, 최내주의 전지층 Da의 권취 시작 부분(길이 a)과, 최외주의 전지층 De의 권취 종료 부분(길이 e)은 음극 활성 물질층(2b)이 양극 활성 물질층(2b)과 상대되지 않는다. 즉, 최내주의 전지층 Da와 최외주의 전지층 De에는, 양극 활성 물질층(1b)과 상대되지 않는 음극 활성 물질층(2b)의 부분(단독 부분) F가 존재한다.
또한, 폭 방향(전극판 적층체의 권취축 방향)의 각 단부는 각각 △w1, △w2만큼 음극(2) 쪽이 크게 형성되어 있기 때문에, 여기에도 음극 활성 물질층(2b)의 단독 부분 F가 존재한다.
이와 같이, 본 실시 형태의 전극판 적층체는 길이 방향 및 폭 방향 중 어느 쪽에서도 음극(2)을 양극(1)보다 크게 절단하여, 양극(1)이 음극(2)에서 비어져 나오지 않도록 거듭 권취함으로써, 전지층 D로서 쌍을 이루는 음양극의 전체 단부에 음극 활성 물질층(2b)의 단독 부분 F가 형성되어 있다. 따라서, 이러한 구성의 전극판 적층체를 구비한 리튬 이온 2차 전지는 음극 활성 물질층(2b)의 단독 부분 F의 존재에 의해, 음극의 단부 부근에서 리튬 이온의 도핑량이 포화되기 어려워져 충·방전시의 내부 단락이 방지된다.
또한, 격벽인 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 음극 활성 물질층(2b)에 고정되어 있기 때문에, 격벽의 폭을 음극(2)의 폭과 동일하게 할 수 있다. 이에 따라, 상술한 목적으로 음극(2)보다 작게 설계되는 양극(1)의 폭을 종래보다 크게 할 수 있기 때문에, 동일한 크기의 전지 캔에 수납되는 전극판 적층체의 양극(1)의 면적을 크게할 수 있다.
즉, 도 5a에 도시한 바와 같이 전지 캔(5)의 크기에 따라 수납되는 전극판 적층체의 높이 α가 결정되는데, 이 실시 형태의 전극판 적층체(4)는 도 5b에 도시한 바와 같이, 음극(2)의 폭 M2와 격벽(절연성 물질 입자 집합체층; 3B)의 폭 S1을 전극판 적층체(4)의 높이 α와 같게 할 수 있다. 이에 대하여, 종래의 전극판 적층체(40)는 도 5c에 도시한 바와 같이, 격벽의 폭 S2를 전극판 적층체의 높이 α와 같게 하고, 음극(2)의 폭 M2를 이보다 예를 들면 2.0㎜ 정도의 차로 작게 하고 있다. 또한, 어떤 경우도 상술한 것과 같은 내부 단락 방지의 목적으로 양극(1)의 폭 P1, P2 음극판(1)의 폭 M1, M2보다 예를 들면 0.5 내지 2.0㎜의 범위에서 작게 한다.
그 결과, 동일한 두께로 활성 물질층을 형성하면 면적의 증가분만큼 활성 물질층의 양이 증가하기 때문에, 도 5b의 전극판 적층체(4)는 도 5c의 종래의 전극판 적층체(40)보다 전지 용량을 크게 할 수 있다. 또한, 동일 용적의 전지 캔에 수납하는 활성 물질량을 동일하게 하면 전지 용량을 저하되지 않고, 면적의 증가분만큼 활성 물질층의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 면적의 증가에 의해 단위 면적당 전류 밀도가 내려가 활성 물질층이 얇아지므로 막 저항이 감소하여 출력 특성이 향상된다.
여기에서, 종래의 대표적인 전지와 이 실시 형태에 상당하는 전지에 의해, 전지 용량을 비교한 실시예(실시예 1 내지 6, 비교예 1,2)에 대하여 이하에 설명한다.
우선, 전극으로서 이하의 것을 준비하였다.
양극으로서는 LiCoO2를 양극 활성 물질로서 인(燐)편상 그라파이트 및 아세틸렌 블랙을 도전성 충전재로 하고 불소 고무를 결합제로서 사용하였다. 이것들을 아세트산 에틸과 2-에톡시에탄올의 혼합 용매(체적비로 아세트산 에틸: 2-에톡시에탄올=1:3) 중에서, LiCoO2: 인편상 그라파이트 : 아세틸렌 블랙 : 불소 고무 = 100 : 2.5 : 2.5 : 1.98의 중량비로 혼합하여 슬러리로 하였다.
이 슬러리를 두께 15 ㎛의 알루미늄박(양극 집전체; 1a) 상의 양면에 도포 후, 건조 및 압착시켜, 1면 당 두께 87 ㎛의 양극 활성 물질층(1b)을 갖는 양극 광폭체(10)를 형성하였다.
음극으로서는 메조페이스 핏치 카본 화이버 그라파이트 및 인편상 그라파이트를 음극 활성 물질로 하고, 카르복시메틸셀룰로오즈를 분산제로 하며, 라텍스를 결합제로서 사용하였다. 이것들을 정제수 중에서 메조페이스 핏치 카본 화이버 그라파이트:인편상 그라파이트:카르복시메틸셀룰로오즈:라텍스=90:10:1.4:1.8의 중량비로 혼합하여 슬러리를 얻었다.
이 슬러리를 두께 12 ㎛의 동박(음극 집전체; 2a) 상의 양면에 도포한 후, 건조 및 압착시켜, 한쪽 면 당 두께 81 ㎛의 음극 활성 물질층(2b)을 갖는 음극 광폭체(20)를 형성하였다.
이어서, 절연성 물질 입자 집합체층(격벽)의 형성 및 전극판 적층체의 제작을 이하와 같이 하여 행하였다.
절연성 물질 입자로서 α-Al2O3분체(50 % 평균 입자경 0.7 ㎛), 결합제로서 폴리플루오르화 비닐리덴(PVDF)의 분체[구레하 화학 공업(주) 제품 KF#1100〕, 용매로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 준비하였다. 그리고, 중량비로 α-Al2O3: PVDF = 100 : 5가 되도록 분체 상태대로 혼합하고, 거기에 NMP를 첨가하여 다시 혼합하여 고형분율 56. 8 중량%의 슬러리를 얻었다.
이 슬러리를 다이코터를 사용하여 양극 광폭체의 양극 활성 물질층(1b) 및 음극 광폭체의 음극 활성 물질층(2b) 상에 균일하게 도포하고, 이것을 120 ℃의 건조로 중에서 2분간 건조함으로써, 두께 12 ㎛의 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽 3A를 양극 활성 물질층(1b) 상에, 격벽 3B를 음극 활성 물질층(2b) 상에 고정하였다.
전해액으로서, 에틸렌카르보네이트(EC)와 디에틸카르보네이트(DEC)의 체적비 1:1의 혼합 용매에 LiPF6을 1.0 mol/l 용해시킨 것을 준비하였다. 이 전해액과 함께, 상기 방법으로 제작한 이 실시 형태의 전극판 적층체를 전지 캔 내에 수납하여 밀봉하고, 18650 사이즈(직경 18 ㎜, 높이 65 ㎜)와 17500 사이즈(직경 17 ㎜, 높이 50 ㎜)의 원통형 리튬 이온 2차 전지를 제작하였다.
비교예로서, 폴리에틸렌제 미다공막을 격벽으로서 사용한 종래의 원통형 리튬 이온 2차 전지도 제작하였다.
또한, 실시예와 비교예의 전지는 양극, 음극의 폭 이외의 점(길이 또는 활성 물질층의 두께 등) 및 격벽의 폭과 종류에 대해서는 각 사이즈마다 전부 동일하게 되어 있다.
이와 같이 하여 제작한 전지의 충·방전을 20 ℃ 항온조 중에서 이하의 조건으로 1 사이클 행하였다.
충전 : 상한 전압 4.2 V, 전류 밀도 0.5 ㎃/㎠에서,
총 5시간의 정전류 정전압 충전
방전 : 전류 밀도 0.5 ㎃/㎠에서,
최종 전압 2.7 V까지의 정전류 방전
하기의 표 1 및 표 2에 전지 방전 용량을 비교한 결과를 나타냈다. 표 1은 18650 사이즈에 대하여, 표 2는 17500 사이즈에 대하여 나타냈다.
| 격벽폭 | 음극폭 | 양극폭 | 용량(상대치) | |
| 비교예 1 | 58.0㎜ | 56.0㎜ | 53.5㎜ | 100 |
| 실시예 1 | 57.0㎜ | 57.0㎜ | 54.5㎜ | 101.9 |
| 실시예 2 | 58.0㎜ | 58.0㎜ | 55.5㎜ | 103.7 |
| 실시예 3 | 57.0㎜ | 58.0㎜ | 55.5㎜ | 103.7 |
| 격벽폭 | 음극폭 | 양극폭 | 용량(상대치) | |
| 비교예 2 | 44.0㎜ | 41.5㎜ | 40.0㎜ | 100 |
| 실시예 4 | 43.0㎜ | 43.0㎜ | 41.5㎜ | 103.8 |
| 실시예 5 | 44.0㎜ | 44.0㎜ | 42.5㎜ | 106.3 |
| 실시예 6 | 43.0㎜ | 44.0㎜ | 41.5㎜ | 103.8 |
표 1 및 표 2의 결과로부터, 전지 캔의 사이즈에 의해 효과의 크기는 다르지만, 실시예의 전지는 비교예의 전지에 비하여 2 내지 10% 정도의 전지 용량의 증가가 가능해진다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 실시 형태에서는 음양극 모두 집전체의 양면에 활성 물질층을 고정한 것을 사용하여 전극판 적층체를 제작하고 있는데, 이에 한정되지 않고 양극 또는 음극 중 어느 하나 또는 양극 및 음극 모두 집전체의 한쪽 면에만 활성 물질층을 고정한 것을 사용하여도 좋다.
도 6은 양극 및 음극 모두 집전체의 한쪽 면에만 활성 물질층을 고정한 것을 1매씩 사용한 예인데, 이 경우에는 음양의 집전체 사이에 절연층을 형성할 필요가 있다. 그 때문에, 이 예에서는 음극(2)을 추출하는 광폭체를 집전체(2a)의 한쪽 면에 활성 물질층(2b)을 형성하고, 그 위에 격벽으로서의 절연성 물질 입자 집합체층(3B)을 형성함과 동시에, 집전체(2a)의 다른쪽 면에도 절연성 물질 입자 집합체층(3E)을 형성하여 제작하였다. 또한, 양극(1)으로서는 집전체(1a)의 한쪽 면에 활성 물질층(1b)을 고정한 것을 사용하였다.
그리고, 이러한 양극(1) 및 음극(2)을 도 4의 경우와 마찬가지로 권취함으로써 음양의 활성 물질층(1b,2b) 사이에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽(3B)이 배치됨과 동시에, 음양의 집전체(1a,2a) 사이에도 절연성 물질 입자 집합체층(3E)이 배치된다.
여기에서, 음양의 집전체(1a,2a) 사이의 절연성 물질 입자 집합체층(3E)에는 전해액 중의 이온을 통과시키는 기능은 필요없고, 양쪽 집전체 사이를 절연하는 기능이 있으면 되기 때문에, 이 절연성 물질 입자 집합체층(3E)을 절연성 물질 입자 집합체층으로 구성할 필요 없이 절연막을 집전체에 고정함으로써 구성하여도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 격벽을 이루는 절연성 물질 입자 집합체층(3B)을 음극 활성 물질층(2b)의 표면 전체에 형성하여 양극 활성 물질층(1b)에는 형성되어 있지 않지만, 도 7에 도시한 바와 같이 음양의 양쪽 활성 물질층(1b,2b)의 표면 전체에, 각각 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)을 형성하여도 좋다. 이와 같이 하면, 각 전지층 D에서 음양의 활성 물질층 사이(1b,2b)에 2층의 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)으로 이루어지는 격벽이 존재하게 된다. 이와 같이 2층의 격벽이 있으면 예를 들면, 어떤 절연성 물질 입자 집합체층에 핀홀 등의 결함이 있을 경우에도 격벽의 기능을 저하시키지 않게 할 수가 있다.
또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 전지층 D를 구성하지 않는 부분(전극판 적층체의 최외주 부분의 길이 d 및 최내주 부분의 길이 c)에는 미리 음극 집전체(2a)에 음극 활성 물질층(2b)을 형성하지 않도록(집전체 노출부 R을 형성하도록) 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 동일한 전지 캔용 전극판 적층체를 제작하는 경우에, 권취 길이를 길게 할 수 있기 때문에 그 만큼 용량을 올릴 수 있다.
또한, 이 도면에서의 전극판 적층체에는 터브 고정용 집전체 노출부 T도 형성되어 있으며, 이러한 집전체 노출부 T 및(또는) 상술한 집전체 노출부 R이 있는 경우에는 도 9에 도시한 바와 같이, 활성 물질층(1b;2b)의 단면 부분 M을 덮도록 절연성 물질 입자 집합체층(3A;3B)을 형성하여도 좋다. 또한, 도 10에 도시한 바와 같이 활성 물질층(1b;2b)의 단면 부분 M과 집전체 노출부 T(R) 전체를 덮도록 절연성 물질 입자 집합체층(3A;3B)을 형성하여도 좋다. 또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 활성 물질층(1b;2b)의 단면 부분 M과 집전체 노출부 T(R)의 일부 T1(R1)을 덮도록 절연성 물질 입자 집합체층(3A;3B)을 형성하여도 좋다.
이러한 집전체 노출부에는, 상술된 바와 같이 절연성 물질 입자 집합체층을 고정하여도 좋지만, 절연 필름을 절단하여 전극에서 비어져 나오지 않도록 접착함으로써도 끼워넣음으로써도 단락을 막을 수 있다.
또한, 음극 활성 물질층(2b)의 표면에 격벽(3B)를 고정하는 경우에는 반드시 해당 표면 전체에 고정할 필요 없이, 도 12에 도시한 바와 같이 이것에 상대시키는 양극 활성 물질층과 동일하거나 이보다 외측으로는 비어져 나오는 크기로 고정하면 좋다. 마찬가지로, 음극 집전체(2a)의 표면에 절연성 물질 입자 집합체층(3E)을 고정하는 경우에는 반드시 해당 표면 전체에 고정할 필요 없이, 도 13에 도시한 바와 같이 이것에 상대시키는 양극 집전체와 동일하거나 이보다 외측에는 비어져 나오는 크기로 고정하면 좋다.
또한, 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽은 양극(1)의 표면 전체에만 형성하고 음극(2)에는 형성하지 않도록 하여도 좋지만, 절단부에서의 떨어져나감 등을 고려하면 음극(2)의 표면에 형성되어 있는 쪽이 바람직하다.
즉, 상기 실시 형태의 방법과 같이, 음극의 광폭체(20)의 양면에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽(3B)를 형성하고, 이것을 절단한 음극(2)과, 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽이 형성되어 있지 않은 양극(1)을 이용하여 전극판 적층체를 제작함으로써, 양극(1)의 크기가 전지층으로서 쌍을 이루는 음극(2)보다 작은 전극판 적층체를 용이하며 효율 좋게 얻을 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는 권취형의 전지에 관해서 나타냈는데, 구십구절형 또는 단순 적층형의 전지에서도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 도 14에는 코인형의 단순 적층형 전지의 전극판 적층체를, 도 15에는 사각형의 단순 적층형 전지의 전극판 적층체를 나타냈다. 또한, 도 16은 이러한 전극판 적층체의 단면도이다.
이 경우에는, 예를 들면 상기한 바와 마찬가지로 하여 형성한 음양의 광폭체(10,20)로부터 원형 또는 사각형 형상으로 음극(2)을 추출하고, 이보다 1 바퀴 작게 양극(1)을 추출한 후, 음극(2)과 양극(1)을 중심을 맞춰서 교대로 중첩한다. 이에 따라, 전극판 적층체(4)의 전지층 D를 형성하고 있는 부분의 가장자리 전체에 음극 활성 물질층의 단독 부분 F가 존재하기 때문에, 상술한 단락 방지 효과가 얻어진다. 또한, 음극 활성 물질층(2b)에 고정된 절연성 물질 입자 집합체층(3B)에 의해 격벽이 음극(2)과 동일한 크기로 되어 있기 때문에, 상기와 마찬가지로 양극(1)을 크게 하여 전지 용량을 증대할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 전극판 적층체의 전지층 D를 형성하고 있는 부분에 음극 활성 물질층의 단독 부분 F를 마련하였는데, 본 발명은 이러한 것에 한정되지 않는다. 즉, 상술한 바와 같은 내부 단락이 커다란 문제가 되지 않는 경우에는 전극판 적층체의 전지층 D를 형성하는 양극 활성 물질층의 면적을 음극 활성 물질층 및 절연성 물질 입자 집합체층과 동일하게 함으로써 동일한 전지 캔에서의 전지 용량을 보다 크게할 수 있다.
또한, 도 16의 단순 적층형 전지의 전극판 적층체는 양극과 격벽이 고정된 음극을 복수 중첩함으로써 전지층 D가 복수층 형성된 것인데, 도 17에 도시한 바와 같이 양극(1)과, 격벽[절연성 물질 입자 집합체층(3B)]이 고정된 음극(2)을 1매씩 중첩한 것이어도 좋다.
〈제2 실시 형태〉
이하에, 본 발명 전지의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다. 이 실시 형태는 본 발명의 제3 전지에 관한 실시 형태에 상당한다.
본 발명의 제3 전지의 전극판 적층체로서는, 예를 들면 도 18에 도시하는 전극판 적층체(4)를 들 수 있다. 이 전극판 적층체(4)는 알루미늄박으로 이루어지는 양극 집전체(1a)의 한쪽 면에 리튬 함유 복합 산화물을 포함하는 재료가 양극 활성 물질층(1b)으로서 도포된 양극(1)과, 구리로 이루어지는 집전체박(2a)의 한쪽 면에 탄소 입자를 포함하는 재료가 음극 활성 물질층(2b)으로서 도포된 음극(2)과, 양극 활성 물질층(1b)과 음극 활성 물질층(2b) 간에 개재된 격벽(절연성 물질 입자 집합체층; 3C)로 구성되어 있으며, 격벽(3C)는 양극 활성 물질층(1b) 및 음극 활성 물질층(2b)의 양쪽 표면에 고정되어 있다. 즉, 이 전극판 적층체(4)는 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 세퍼레이트와 양쪽극을 일체화시킨 일체화층을 1층만 구비하고 있다.
〈실시예 7, 비교예 3 및 4〉
우선, 시트상 전지용 전극으로서 이하의 것을 준비하였다.
양극으로서는 실시예1 내지 6과 마찬가지로 하여 제작한 양극 광폭체로부터 4.0 ㎝×4.0 ㎝의 정방형의 전극 시트를 추출하였다.
음극으로서는, 니들 코크를 음극 활성 물질로 하고, 카르복시 메틸셀룰로오즈를 분산제로 하며, 라텍스를 결합제로서 준비하였다. 이들을 정제수 중에서, 니들 코크:카르복시메틸셀룰로오즈:라텍스=100:0.8:2.0의 중량비로 혼합하여 슬러리로 하였다. 이 슬러리를 두께 18 ㎛의 동박(음극 집전체;2a) 상의 한쪽 면에 도포 후, 건조 및 압착시켜, 두께 124 ㎛의 음극 활성 물질층(2b)을 갖는 음극 광폭체를 형성하였다. 이 음극 광폭체로부터 4.1 ㎝×4.1 ㎝의 정방형 전극 시트를 추출하였다.
이어서, 절연성 물질 입자 집합체층(격벽)의 형성 및 전극판 적층체의 제작을 이하와 같이 하여 행하였다.
절연성 물질 입자로서, α-Al2O3(50 % 평균 입자경 1.0 ㎛)를 준비하였다. 또한, 결합제로서 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF)의 분체[구레하 화학 공업(주) 제품 KF#1100]를 용매로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 준비하였다. 그리고, α-Al2O3: PVDF = 100 : 5(중량비)가 되도록 분체 상태 그대로 혼합하고, 거기에 NMP를 첨가하여 다시 혼합하여 고형분율 56.8 %의 슬러리를 얻었다.
이 슬러리를 닥터 블레이드를 이용하여, 상기에서 추출한 양극의 양극 활성 물질층(1b) 및 상기에서 추출한 음극의 음극 활성 물질층(2b) 위에 균일하게 도포하고, 이것을 즉시 1b와 2b가 대향하도록 맞붙여 130 ℃의 건조로 중에서 30분간 건조함으로써 전극판 적층체를 제작하였다. 이 때, 절연성 물질 입자 집합체층(3C)의 두께는 20 ㎛였다.
상기 전극판 적층체를 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트(PC), 에틸렌카르보네이트(EC), γ-부티로락톤(γ-BL)의 체적비 1:1:2의 혼합 용매에 LiBF4를 1.5 mol/l 용해시킨 전해액과 함께 알루미늄박 라미네이트 시트 패키지에 수납하고 밀봉하여 시트상 전지로 하였다.
이 시트상 전지의 충방전 시험을 20 ℃ 항온조 중에서 이하의 조건으로 행하였다.
충전 :
1 사이클째 :
상한 전압 4.2 V, 전류 밀도 1.0 ㎃/㎠에서, 총 6시간의 정전류 정전압 충전
2 내지 100 사이클 :
상한 전압 4.2 V, 전류 밀도 1.5 ㎃/㎠에서, 총 3시간의 정전류 정전압 충전
방전 :
10 사이클째 이외 :
전류 밀도 0.6 ㎃/㎠로, 시종 전압 2.7 V까지의 정전류 방전
10 사이클째만 :
전류 밀도 6.0 ㎃/㎠에서, 시종 전압 2.7 V까지의 정전류 방전
여기에서, 9 사이클째와 10 사이클째 사이의 방전 용량 변화율 및 1 사이클째 방전 용량을 기준으로 한 100 사이클째 방전 용량의 용량 유지율에 착안하였다. 방전 용량 변화율이 급속 방전 특성, 용량 유지율이 사이클 특성을 나타내는 지표가 된다.
또한, 고체 전해질로서 플루오르화비닐리덴 : 6플루오르화프로필렌 = 92 : 8 (중량비)인 공중합체를 실시예와 동일한 전해액으로 팽윤시킨 것을 제작하였다. 이 때, 공중합체:전해액=1:1의 중량비이고 두께는 100 ㎛였다. 이 고체 전해질을 실시예와 동일한 양극과 음극 사이에 끼워 넣어 양쪽 활성 물질층이 대향된 전극판 적층체를 제작하였다.
이 전극판 적층체를 실시예와 동일한 패키지 내에 밀봉하여 시트상 폴리머 전지로 하고, 실시예와 동일한 조건으로 충방전을 행하여 이것을 비교예 3으로 하였다.
또 하나의 비교예로서, 실시예와 동일한 양극과 음극 사이에, 종래의 리튬 이온 2차 전지에서 사용되고 있는 25 ㎛ 두께 폴리에틸렌제 미다공막 격벽을 사이에 넣어 양 활성 물질층이 대향된 전극판 적층체를 제작하였다. 이 전극판 적층체를 실시예와 동일한 패키지 내에 밀봉하여 시트상 전지로 하고, 실시예와 동일한 조건으로 충·방전을 행하였다. 이것을 비교예 4로 하였다.
상기한 결과를 표 3에 나타냈다.
| 9→10 사이클째 방전 용량 변화율(%) | 100 사이클째 용량 유지율(%) | |
| 실시예 7 | -38.3 | 94 |
| 비교예 3 | -77.5 | 91 |
| 비교예 4 | -61.6 | 79 |
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제3 전지는 폴리머 전지에 비하여 특히 급속 방전 특성 면에서 보다 우수하였다. 또한, 종래의 리튬 이온 2차 전지에서 사용되고 있는 25 ㎛ 두께의 폴리에틸렌제 미다공막 격벽을 사용한 시트상 전지에 비하여 급속 방전 특성 및 사이클 특성의 양면에서 우수하였다.
또한, 상기 실시 형태의 전극판 적층체는 양극과 격벽과 음극을 일체화시킨 일체화층을 1층 만큼 갖는 것인데, 도 19에 도시한 바와 같이 상기 일체화층이 2층 이상 적층된 것이어도 좋다.
도 19에 도시한 전극판 적층체(4)는 일체화층이 2층 이상 적층되어 있기 때문에, 전지층 D가 여러개 형성되어 있음과 동시에, 전지층 D를 형성하고 있는 부분의 가장자리 전체, 음극 활성 물질층의 단독 부분 F가 존재하기 때문에, 이 도 19에 도시하는 전극판 적층체(4)를 구비한 시트상 전지는 상술한 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같은 단락 방지 효과도 얻어진다. 또한, 음양의 활성 물질층(2b,1b)에 고정된 절연성 물질 입자 집합체층(3D)에 의해 격벽이 음극(2)과 동일한 크기로 되어 있기 때문에, 양극(1)을 크게 하여 전지 용량을 증대할 수도 있다.
〈제3 실시 형태〉
이하에, 본 발명 전지의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 이 실시 형태는 본 발명의 제1 전지에 관한 실시 형태에 상당한다.
〈실시예 8, 비교예 5〉
우선, 실시예 1 내지 6과 마찬가지로 하여, 양극 광폭체 및 음극 광폭체를 준비하고, 이 광폭체의 활성 물질층 전면에 각각 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)을 형성하였다.
이어서, 절연성 물질 입자 집합체층(3A)이 형성된 양극 광폭체(10) 및 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 형성된 음극 광폭체(20)를 도 22a에 도시한 바와 같이, 폭방향으로 절단함으로써 도 22b에 도시한 바와 같은 폭 38.75 ㎜ 길이 62 ㎝의 절연성 물질 입자 집합체층(3A)이 형성된 양극 띠상체(11) 및 폭 40.25 ㎜ 길이 59.8 ㎝의 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 형성된 음극 띠상체(21)를 얻었다. 이러한 띠상체의 폭방향 단면(절단면)에, 이하와 같이 하여 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 형성하였다.
절연성 물질 입자로서 α-Al2O3체(50 % 평균 입자경 0.7 ㎛), 결합제로서 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF)의 분체[구레하 화학 공업(주) 제품 KF#1100], 용매로서 N-메틸피롤리돈(NMP)을 준비하였다. 그리고, 이것들을 중량비로 α-Al2O3: PVDF = 100 : 5가 되도록 분체 상태인채 혼합하고, 거기에 NMP를 첨가하고 다시 혼합하여 고형분율 56.8 중량%의 슬러리를 얻었다.
상기 음양의 각 띠상체의 폭방향 단면에 이 슬러리를 도포한 후, 120 ℃에서 2분간 건조시켰다. 이에 따라, 도 22c 및 도 1에 도시한 바와 같이 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)을 형성한 음양의 띠상체(11,21)의 두께 방향의 양측으로 비어져 나오지 않도록 하여 활성 물질층(1b,2b)과 집전체 시트(1a,2a)의 단면 전체에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 띠상체 폭방향으로 10 ㎛의 두께로 형성하였다.
상기 음양의 띠상체와, 두께 12 ㎛의 폴리프로필렌제 절연막(3G)을 사용하여 양극측을 외측으로 하여 권취함으로써, 전극판 적층체(41)를 제작하였다(도 22d).
즉, 이 전극판 적층체(41)의 단위 전지층 D1은 도 25에 도시한 바와 같이, 알루미늄박(1a)의 한쪽 면에 양극 활성 물질층(1b)이 고정된 양극[1;양극 띠상체(11)]과, 동박(2a)의 한쪽 면에 음극 활성 물질층(2b)이 고정된 음극[2;음극 띠상체(21)]과, 각각의 활성 물질층상에 고정된 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)과, 음양의 양쪽 집전체(1a,2a) 사이에 개재된 절연막(3G)으로 구성된다.
이 전극판 적층체(41)를 에틸렌카르보네이트(EC)와 디에틸카르보네이트 (DEC)의 체적비 1:1의 혼합 용매에 LiPF6을 1.0 mol/l 용해시킨 전해액과 함께 직경 17 ㎜, 높이 5 ㎝의 전지 캔 내에 수납하고 밀봉하여 원통형 리튬 이온 2차 전지로 하였다.
또한, 비교예 5에서, 음양의 양 띠상체(11,21)의 폭 방향 단면에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 형성하지 않은 것 이외는 모두 실시예 8과 마찬가지로 하여 리튬 이온 2차 전지를 제작하였다.
이러한 전지를 각 100개 준비하고, 충·방전을 20 ℃ 항온조 중에서 이하의 조건으로 1 사이클 행하여 단락 이상이 발생한 전지의 갯수를 조사하였다.
충전 : 상한 전압 4.2 V, 전류 밀도 0.5 ㎃/㎠에서,
총 5시간의 정전류 정전압 충전
방전 : 전류 밀도 0.5 ㎃/㎠에서, 최종 전압 2.7 V까지의 정전류 방전
그 결과, 실시예 8에서는 100개 중 1개도 단락 이상이 발생하지 않았으나, 비교예 1에서는 100개 중 3개에 단락 이상이 발생하였다. 즉, 음양의 양쪽 띠상체(11,21)의 폭방향 단면에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 형성함으로써 단락 이상의 발생율이 대폭 감소되는 것을 알 수 있었다.
〈실시예 9, 비교예 6〉
우선, 실시예 8과 마찬가지로 하여, 양극 광폭체 및 음극 광폭체를 준비하였다. 이어서, 실시예 8과 마찬가지로 하여 절연성 물질 입자와 결합제와 용매로 이루어지는 슬러리를 얻었다.
이 슬러리를 다이코터를 사용하여 양극 광폭체의 양극 활성 물질층(1b) 및 음극 광폭체의 음극 활성 물질층(2b) 위에 균일하게 도포하고, 이것을 120 ℃의 건조로 중에서 2분간 건조함으로써 두께 12 ㎛의 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽(3A)를 양극 활성 물질층(1b) 상에 격벽(3B)를 음극 활성 물질층(2b) 상에 고정하였다.
또한, 도 24a에 도시한 바와 같이 이와 같이 제작한 양극 광폭체(10) 및 음극 광폭체(20)를 폭방향으로 절단함으로써, 도 24b에 도시한 바와 같은 폭 38.75 ㎜, 길이 62 ㎝의 양극 띠상체(11) 및 폭 40.25 ㎜, 길이 59.8 ㎝의 음극 띠상체(21)를 얻었다.
이 음양의 띠상체(11,21)와, 두께 12 ㎛의 폴리프로필렌제 절연막(3G)을 사용하여 양극측을 외측으로 하여 권취함으로써, 원통형의 전극판 적층체(42)를 제작하였다(도 24c).
즉, 이 전극판 적층체(42)의 단위 전지층 D2는 도 25에 도시한 바와 같이, 알루미늄박(1a)의 한쪽 면에 양극 활성 물질층(1b)이 고정된 양극(1)과, 동박(2a)의 한쪽 면에 음극 활성 물질층(2b)이 고정된 음극(2)과, 양극 활성 물질층(1b) 상에 고정된 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽(3A)와, 음극 활성 물질층(2b) 상에 고정된 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽(3B)와, 절연막(3G)으로 구성되어 있다. 그리고, 양극 띠상체(11)는 양극(1)과 양극측의 격벽(13A)로 구성되며, 음극 띠상체(21)는 음극(2)과 음극측의 격벽(13B)로 구성되어 있다.
이 전극판 적층체(42)의 양쪽 단면(원통체의 양쪽 저면)에, 이하와 같이 하여 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 형성한다.
즉, 격벽(3A,3B)의 제작시에 사용한 것과 동일한 슬러리를 전극판 적층체(42)의 양쪽 단면에 도포한 후, 120 ℃에서 2분간 건조시켜, 도 23d에 도시한 바와 같이 다수의 α-Al2O3입자끼리 PVDF로 결합된 코팅물(3F)을 형성하였다. 여기서, 이 코팅물(3F)은 예를 들면 도 26에 도시한 바와 같이 양극 띠상체(11), 음극 띠상체(21) 및 절연막(3G)의 모든 단면에, 음극 띠상체(21)의 단면에서의 폭 W가 10 ㎛가 되도록 고정되고 음극 활성 물질층(2b)의 상면 단부에도 형성되어 있다.
이와 같이 하여 양쪽 단면에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)이 형성된 전극판 적층체(42)를 실시예 8과 동일한 조성의 전해액과 함께 직경 17 ㎜, 높이 5 ㎝의 전지 캔 내에 수납하고 밀봉하여 리튬 이온 2차 전지를 제작하였다.
또한, 비교예 6으로 전극판 적층체(42)의 양쪽 단면에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 고정하지 않은 점 이외는 모두 실시예 9와 마찬가지로 하여 리튬 이온 2차 전지를 조립하였다.
이러한 각 전지를 100개 준비하여, 실시예 1과 동일한 조건으로 충·방전을 1회 행하여 단락 이상이 발생한 전지의 갯수를 조사하였다.
그 결과, 실시예 9에서는 100개 중 1개에만 단락 이상이 발생하였으나 비교예 2에서는 100개 중 5개로 단락 이상이 발생하였다. 즉, 전극판 적층체(42)의 양쪽 단면에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 형성함으로써 단락 이상의 발생율이 대폭 감소된다는 것을 알 수 있었다.
도 28은 권취형의 전극판 적층체의 양극 띠상체 및 음극 띠상체의 일례를 나타낸다. 이 예에서는 양극 띠상체(11) 및 음극 띠상체(21) 모두 집전체(1a,2a)의 양면의 길이 방향 단부를 제외한 부분에 활성 물질층(1b,2b)이 형성되며, 양쪽 활성 물질층의 표면 전체와 길이 방향 및 폭 방향의 전체 단면에 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)이 고정되어 있다. 이 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)은 격벽을 이루는 부분과 단면 코팅 부분이 동일한 두께로 되어 있다. 이에 따라, 양쪽 활성 물질층의 전체 단면이 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있다.
이에 대하여, 도 29는 집전체(1a,2a)의 양면의 길이 방향 단부를 제외한 부분에 활성 물질층(1b,2b)이 형성되어 있으며, 활성 물질층의 한쪽 면에만 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)이 형성되어 있는 예이다. 이와 같이, 활성 물질층의 한쪽 면에만 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)이 형성되어 있는 경우에는 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)을 집전체(1a,2a) 중 한쪽 면의 전면에 고정되어 있어도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는 양극, 음극 및 격벽을 띠상으로 절단하여 권취기에 의해 소용돌이형으로 권취하는 권취형의 전극판 적층체를 갖는 전지에 대하여 진술되어 있는데, 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 양극, 음극 및 격벽을 띠상으로 절단하여 소정폭으로 꺾어 접으면서 평행하게 중첩하는 구십구절형, 양극, 음극 및 격벽을 원형 또는 사각 형태로 절단하여 중첩하는 단순 적층형 등의 종래에서부터 공지인 다른 구조의 전극판 적층체를 갖는 전지에 대해서도 적용 가능하다.
도 27에 단순 적층형의 전극판 적층체 단면도의 일례를 나타냈다.
이 예의 제작 순서는 우선, 도 27a에 도시한 바와 같이, 음양의 각 광폭체(10,20)를 격자형으로 절단함으로써 도 27b에 도시한 바와 같은 사각 형태의 전극(12,22)을 얻었다. 이어서, 도 27c에 도시한 바와 같이, 이러한 전극(12,22)의 4개의 단면 전부에 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 코팅물(3F)을 형성한다. 이러한 시트상 전극(12,22)을 격벽을 개재하면서 음양 교대로 중첩함으로써 전극판 적층체(43)를 제작한다(도 27d).
〈제4 실시 형태〉
이 실시 형태는 본 발명의 제2 전지 및 그 제법(본 발명의 제2 제법)의 실시 형태에 상당한다.
우선, 전극으로서 이하의 것을 준비하였다.
양극으로서는 LiCoO2를 양극 활성 물질로 하고, 인편상 그라파이트 및 아세틸렌 블랙을 도전성 충전재로 하며 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF)을 결합제로서 사용하였다. 이것들을 N-메틸피롤리돈(NMP) 중에서 LiCoO2: 인편상 그라파이트 : 아세틸렌 블랙 : 폴리플루오르화비닐리덴 = 100 : 4.0 : 2.5 : 4.0의 중량비로 혼합하여 슬러리를 얻었다.
이 슬러리를 두께 20 ㎛의 알루미늄박(양극 집전체 ; 1a)의 한쪽 면에 도포 방향 및 그 방향과 수직인 방향에서 도포부와 비도포부가 교대로 나타나며, 각 방향에서 도포부끼리 및 비도포부끼리 각각 동일한 폭이 되도록 도포하였다. 단, 비도포부는 반드시 도포 방향으로 있을 필요는 없다. 이 슬러리를 건조시켜 프레스를 함으로써, 두께 87 ㎛의 양극 활성 물질층(1b)을 갖는 양극 광폭체(10)를 형성하였다.
이 양극 광폭체(양극체;10)는 도 30에 도시한 바와 같이, 전극판 적층체용으로 설정된 집전체폭보다 좁은 폭이며, 소정의 틈을 내어 병렬로 양극 활성 물질층(1b)이 형성된 것이다.
음극으로서는, 메조페이스 핏치 카본 화이버 그라파이트 및 인편상 그라파이트를 음극 활성 물질로 하고, 카르복시메틸셀룰로오즈를 분산제로 하며, 라텍스를 결합제로서 사용하였다. 이것들을 정제수 중에서 메조페이스 핏치 카본 화이버 그라파이트 : 인편상 그라파이트 : 카르복시메탈셀룰로오즈 : 라텍스 = 90 : 10 : 1.4 : 1.8의 중량비로 혼합하여 슬러리를 얻었다.
이 슬러리를 두께 12 ㎛의 동박(음극 집전체;2a)의 한쪽 면에 상술한 양극의 경우와 마찬가지로, 단 양극의 경우보다 각 방향에서 도포폭이 넓어지도록 도포하였다. 이 슬러리를 건조시켜서 프레스를 함으로써, 두께 81 ㎛의 음극 활성 물질층(2b)을 갖는 음극 광폭체(20)를 형성하였다.
이 음극 광폭체(음극체; 20)는 도 30에 도시한 바와 같이 전극판 적층체용으로 설정된 집전체폭보다 좁은 폭이며, 소정의 틈을 내어 병렬로 음극 활성 물질층(2b)이 형성된 것이다.
이러한 양극 광폭체(10) 및 음극 광폭체(20)의 활성 물질층이 형성되어 있는 면의 전면에, 상술한 실시예와 마찬가지의 절연성 물질 입자를 포함하는 슬러리를 도포한 후 건조시켰다. 이에 따라, 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)이 음양의 활성 물질층 표면 전체와 단면 전체에 고정되었다. 양쪽 활성 물질층의 표면에 형성된 절연성 물질 입자 집합체층의 두께(즉, 각 전극에 고정된 격벽의 두께)는 12 ㎛였다.
이 양극 광폭체와 음극 광폭체를 각각 틈의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써, 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)이 고정된 동일 치수의 양극(1) 및 음극(2)을 얻었다. 이러한 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)이 고정된 양극(1) 및 음극(2)을, 도 33에 도시한 바와 같이, 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)끼리를 대향시켜 중첩함으로써, 본 발명의 제2 전지에 상당하는 전지의 전극판 적층체(4)가 얻어졌다.
도 34는 본 발명의 제2 전지에 상당하는 전지의 다른 전극판 적층체를 나타내는 단면도이다. 이 전극판 적층체(4)의 양극 광폭체(10)로서는, 도 33과 마찬가지로 형성된 것을 사용하는데, 음극 광폭체(20)로서는 도 31에 도시한 바와 같이, 음극 활성 물질층(2b)을 음극 집전체(2a) 한쪽 면의 전면에 형성한 것을 이용하였다. 그리고, 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 고정된 음극(2)은 이 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 고정된 음극 광폭체(20)를, 절연성 물질 입자 집합체층(3A)이 고정된 양극(1)과 동일 치수로 시트면과 수직으로 절단함으로써 얻어졌다. 이러한 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)이 고정된 양극(1) 및 음극(2)을 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)끼리를 대향시켜 중첩함으로써, 도 34의 전극판 적층체(4)가 얻어진다.
또한, 도 33 및 도 34의 전극판 적층체(4)의 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며, 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽은 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있다.
또한, 본 발명의 제2 전지는 도 21 및 도 23에 도시한 바와 같이, 양극측에만 절연성 물질 입자 집합체층(3A)이 형성되며, 양극 활성 물질층(1b)의 단면이 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있고, 음극측에는 절연성 물질 입자 집합체층이 형성되어 있지 않은 것이어도 좋다.
〈제5 실시 형태〉
이 실시 형태는 본 발명의 제4 전지 및 그의 제법(본 발명의 제3 제법)의 실시 형태에 상당한다.
도 35는 본 발명의 제4 전지에 상당하는 전지의 전극판 적층체를 나타내는 단면도이다. 이 전극판 적층체(4)의 양극 광폭체(10)로서는 예를 들면 도 33과 마찬가지의 형성된 것을 사용하였다.
도 32에 도시한 바와 같이, 이 양극 광폭체(10)의 활성 물질층이 형성되어 있는 면의 전면에 상술한 실시예와 마찬가지의 절연성 물질 입자를 포함하는 슬러리를 도포한 후 건조시켰다. 이에 따라, 절연성 물질 입자 집합체층(3C)이 양극 활성 물질층(1b)의 표면 전체와 단면 전체에 고정되었다. 이 절연성 물질 입자 집합체층(3C)의 전면에 상술한 음극 활성 물질층(2b)용 슬러리를 도포하고, 이 슬러리를 건조시키기 전에 상술한 음극 집전체(2a)를 겹쳐서 건조시킨 후 압착함으로써 음극 활성 물질층(2b) 상에 음극 집전체(2a)를 일체화시켰다.
이에 따라, 양극 광폭체(10)와 음극 광폭체(20)가 절연성 물질 입자 집합체층(3C)을 통하여 일체화되기 때문에, 이 일체화된 것을 양극 활성 물질층(1b)의 틈의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써, 격벽과 양쪽극이 일체화된 일체화층이 얻어졌다.
도 35의 전극판 적층체(4)는 이 일체화층을 한층만 갖는 것이며, 그의 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며, 절연성 물질 입자 집합체층으로 이루어지는 격벽은 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있다.
또한, 상기 일체화층의 형성 방법으로서는 절연성 물질 입자 집합체층(3A)이 고정된 양극 광폭체(10)와, 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 고정된 음극 광폭체(20)를 일체화한 후 절단하는 방법도 들 수 있다. 즉, 도 30 및 도 32에 도시한 바와 같이 우선, 제4 실시 형태와 마찬가지로 하여 절연성 물질 입자 집합체층(3A)이 고정된 양극 광폭체(10)와, 절연성 물질 입자 집합체층(3B)이 고정된 음극 광폭체(20)을 형성한다. 이어서, 양자의 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B) 중 어느 한쪽 면에 결합제를 용해하는 용매를 도포한 후, 즉시 절연성 물질 입자 집합체층(3A,3B)끼리를 대향시켜 중합하고 압착 및 건조시켰다. 이와 같이 하여 양극 광폭체(10)와 음극 광폭체(20)가 일체화된 것을 상기 틈에서 시트면과 수직으로 절단하면 상기 일체화층이 형성된다.
또한, 상기 일체화층은 도 21에 도시한 바와 같이 절연성 물질 입자 집합체층(3A)이 고정된 양극 광폭체와, 절연성 물질 입자 집합체층이 형성되어 있지 않은 음극 광폭체를 이용하고, 양극 광폭체의 절연성 물질 입자 집합체층(3A)의 표면에 결합제를 용해하는 용매를 도포하여, 상술된 바와 같이 양극 광폭체(10)와 음극 광폭체(20)가 일체화된 것을 상기한 바와 마찬가지로 하여 절단함으로써 형성할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 전지에 의하면, 시트상 전극의 단면으로부터 활성 물질 입자가 떨어져 나가는 것을 방지하여, 제조 공정에 기인하는 내부 단락이 발생하지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 제2 전지 및 제4 전지에 의하면, 시트상 전극의 단면으로부터 활성 물질 입자이 떨어져 나가는 것을 방지하고, 제조 공정에 기인하는 내부 단락이 발생하지 않도록 할 수 있음과 동시에, 활성 물질층을 두껍게 하지 않고 동일한 크기의 전지 캔에 수납되는 전극판 적층체의 전지 용량을 크게 할 수 있다.
본 발명의 제3 전지에 의하면, 평판상의 전극판 적층체를 가요성 용기내에 구비하고 있으며 전지 형상의 자유도가 비교적 높고 박형인 비수계 2차 전지로서, 고전류 밀도에서의 방전 특성 및 사이클 특성이 우수한 것이 얻어진다.
본 발명의 비수계 2차 전지의 제조 방법에 의하면, 본 발명의 비수계 2차 전지가 용이하며 효율 좋게 얻을 수가 있다.
Claims (11)
- 집전체의 적어도 한쪽 면에 활성 물질층이 고정된 양극 및 음극과, 양쪽극의 활성 물질층 간에 개재된 전해액 투과성을 갖는 격벽을 적어도 가지는 전극판 적층체를 용기내에 구비하고, 이 용기내에 비수계 전해액이 봉입된 비수계 2차 전지에 있어서,상기 격벽은 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로서, 양극 및 음극 중 적어도 어느 한쪽에 고정되어 있으며,양극 활성 물질층 및 음극 활성 물질층의 적어도 한쪽 단면은 그의 적어도 일부가 상기 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지.
- 집전체의 적어도 한쪽 면에 활성 물질층이 고정된 양극 및 음극과, 양쪽극의 활성 물질층 간에 개재된 전해액 투과성을 갖는 격벽을 적어도 가지는 전극판 적층체를 용기내에 구비하고, 이 용기내에 비수계 전해액이 봉입된 비수계 2차 전지에 있어서,양극 활성 물질층 및 음극 활성 물질층의 적어도 한쪽 단면은 그의 적어도 일부가 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있으며,상기 양극 활성 물질층은 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않는 크기로 형성되며,상기 격벽은 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층으로서, 양극 및 음극 중 적어도 어느 한쪽에 고정되며, 적어도 음극과 대향하는 양극 활성 물질층의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지.
- 제2항에 있어서, 양극 활성 물질층 단면의 적어도 일부가 절연성 물질 입자 집합체층으로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지.
- 제2 또는 3항에 있어서, 양쪽극의 집전체 간에 개재된 절연층을 가지며, 이 절연층이 음양의 집전체 중 적어도 어느 한쪽에 고정되며, 적어도 음극 집전체와 대향하는 양극 집전체의 표면 전체를 덮도록, 그리고 집전체의 단면으로부터 비어져 나오지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전극판 적층체가, 양쪽극과 양쪽극의 활성 물질층 간의 격벽을 일체화시킨 일체화층이 1층 이상 적층되어 있는 것임을 특징으로 하는 비수계 2차 전지.
- 집전체의 적어도 한쪽 면에 활성 물질층이 고정된 양극 및 음극과, 양쪽극의 활성 물질층 간에 개재된 전해액 투과성을 갖는 격벽을 적어도 가지는 전극판 적층체를 용기내에 구비하고, 이 용기내에 비수계 전해액이 봉입된 비수계 2차 전지에 있어서,전극판 적층체는 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 양쪽극의 활성 물질 간에 격벽으로서 개재시켜, 이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층이 1층 이상 적층되어 있는 것이며, 상기 용기는 가요성 용기인 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 절연성 물질 입자 집합체층을 구성하는 절연성 물질 입자가 무기물인 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지.
- 시트상의 음극 집전체의 적어도 한쪽 면에 음극 활성 물질층을 고정하여 음극체를 형성하고, 이 음극체의 표면에 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 고정한 후, 이 음극체를 전지의 종류에 따른 소정 형상으로 절단함으로써 전해액 투과성을 갖는 격벽으로서 절연성 물질 입자 집합체층이 고정된 음극을 제조하고, 이 음극과, 시트상 집전체의 적어도 한쪽 면에 양극 활성 물질층이 고정된 소정 형상의 양극을 사용하고, 양극 활성 물질층이 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않도록 하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법.
- 시트상 양극 집전체의 적어도 한쪽 면에, 전극판 적층체용으로 설정된 집전체 치수 내에서 주위에 여백 부분이 존재하도록 양극 활성 물질층을 형성하여 양극체를 형성하고, 이 양극체에 양극 활성 물질층의 표면과 단면을 덮도록 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 형성한 후, 이 절연성 물질 입자 집합체층이 일체화된 양극체를 상기 여백 부분의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써, 전해액 투과성을 갖는 격벽으로서 절연성 물질 입자 집합체층이 고정된 양극을 제조하고, 이 양극과 시트상의 집전체의 적어도 한쪽 면에 음극 활성 물질층이 고정된 소정 형상의 음극을 사용하고, 양극 활성 물질층이 전지층으로서 쌍을 이루는 음극 활성 물질층으로부터 비어져 나오지 않도록 하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법.
- 시트상의 양극 집전체의 적어도 한쪽 면에, 전극판 적층체용으로 설정된 집전체 치수 내에서 주위에 여백 부분이 존재하도록 양극 활성 물질층을 형성하여 양극체를 형성하고, 이 양극체에 양극 활성 물질층의 표면과 단면을 덮도록 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 형성한 후, 이 절연성 물질 입자 집합체층 위에, 시트상의 음극 집전체의 적어도 한쪽 면에 음극 활성 물질층을 갖는 음극체를 음극 활성 물질층측을 향하여 일체화하고, 그 후에 이 양극체와 음극체가 일체화된 것을 상기 여백 부분의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써, 전해액 투과성을 갖는 격벽으로서 절연성 물질 입자 집합체층을 양쪽극의 활성 물질 간에 개재시키고, 이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층을 형성하고, 이것을 1층 이상 적층하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법.
- 시트상의 양극 집전체의 적어도 한쪽 면에 전극판 적층체용으로 설정된 집전체 치수 내에서 주위에 여백 부분이 존재하도록 양극 활성 물질층을 형성하여 양극체를 형성하고, 이 양극체에 양극 활성 물질층의 표면과 단면을 덮도록 절연성 물질 입자끼리 결합제로 결합된 절연성 물질 입자 집합체층을 형성한 후, 이 절연성 물질 입자 집합체층 위에 음극 활성 물질층을 형성하고, 그 후에 상기 여백 부분의 위치에서 시트면과 수직으로 절단함으로써, 전해액 투과성을 갖는 격벽으로서 절연성 물질 입자 집합체층을 양쪽극의 활성 물질 간에 개재시키고, 이 격벽과 양쪽극을 일체화시킨 일체화층을 형성하고, 이것을 1층 이상 적층하여 전극판 적층체를 형성하는 것을 특징으로 하는 비수계 2차 전지의 제조 방법.
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