KR20040071613A - 2차 전지용 전극판, 그의 제조방법 및 이 전극판을 이용한2차 전지 - Google Patents

Abstract

절연 시트편의 접착재가 전극체의 제조장치 및 전지 사양에 악영향을 미치는 것을 저감시킨 2차 전지용 전극판을 제공한다.

전극의 소정의 폭보다 넓게 또한 소정의 길이에 걸쳐서 활물질 층 (22a∼22d 및 22a'∼22d')이 적어도 한쪽의 표면에 형성된 전극 시트재 (20)의, 다른 전극과 대향하는 단락 예상 부분에 절연 시트편 (13a)을 부착하고, 상기 전극 시트재 (20)와 절연 부재를 동시에 절단하여 소정 형상의 전극판을 형성한다. 절연 부재는, 그 한 면에 저온 열가소성 접착재를 부착한 것을 사용하고, 이러한 절연 부재를 상기 전극 시트재 (20)에 열용착시킨다.

Description

2차 전지용 전극판, 그의 제조방법 및 이 전극판을 이용한 2차 전지 {ELECTRODE FOR SECONDARY CELL, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND SECONDARY CELL USING THE SAME}

본 발명은, 비수전해질 (非水電解質) 2차 전지, 예를 들어 리튬 2차 전지 등에 매우 적합한 전극판 및 그 전극판의 제조방법, 또한 이러한 전극판을 사용한 2차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 단락방지용 절연 시트편을 효율적으로 정확하게 소정 위치에 부착한 전극판 및 이 전극판의 제조방법 등에 관한 것이다.

휴대형 전자 기기가 급속하게 보급됨에 따라，여기에 사용되는 전지에 대한 요구 사양은 매년 엄격해지고, 특히 소형 및 박형 (薄型)화, 고용량으로 사이클 특성이 우수하고 성능이 안정될 것이 요구되고 있으며, 2차 전지 분야에서는 다른 전지와 비교하여 고에너지 밀도의 리튬 2차 전지가 주목 받아, 2차 전지 시장에서 큰 신장을 나타내고 있다.

이러한 리튬 2차 전지는, 스트립 (strip) 형상의 동박 (銅箔) 등으로 된 부극 집전체의 양면에 부극용 활물질 (活物質)이 피막 상태로 도포되어 형성된 부극과, 스트립 형상의 알루미늄 박 등으로 된 정극 집전체의 양면에 정극용 활물질이 피막 상태로 도포되어 형성된 정극과의 사이에 미다공성 (微多孔性) 폴리프로필렌 필름 등으로 된 세퍼레이터를 위치시키고, 서로 절연한 상태에서 원주 또는 타원형상으로 감고, 각형 전지의 경우는 또한 롤 (roll) 전극체를 눌러서 납작하게 하여 편평한 상태로 성형하고 이어서, 상기 부극 및 정극의 각 소정 부분에 부극 리드 및 정극 리드가 각각 용접되어 소정 형상의 캔에 수납된 구성을 갖는다.

이때, 상기 편평 형상의 롤 전극체는 통상，이하의 제법으로 제작되고 있다.

우선，띠 모양의 부극 집전체의 양면에 길이 방향으로 부극용 활물질이 간헐적으로 도포되어 소정 두께 및 폭으로 가공되고, 다수의 부극이 연속된 부극재와, 마찬가지로 띠 모양의 정극 집전체의 양면에 길이 방향으로 정극용 활물질이 간헐적으로 도포되어 소정 두께 및 폭으로 가공되고 다수의 정극이 연속된 정극재가 형성된다. 이러한 부극재 및 정극재는 이들 사이에 개재된 2장의 세퍼레이터와 함께 소정의 롤링 (rolling) 위치에 보내진다.

롤링 위치에서는, 이 위치에 설치된 원주 형상 내지 타원주 형상의 롤 중심에, 부극재 및 제 1 세퍼레이터，정극재 및 제 2 세퍼레이터의 순서로 겹치면서 상기 부극재를 내측으로 하여 감고, 부극재에서 롤 중심으로 감긴 부극 부분을 잘라냄과 동시에 정극재에서 롤 중심으로 감긴 정극의 부분을 잘라내고, 또한 제 1 및 제 2 세퍼레이터에서 롤 중심으로 감긴 1개의 편평 롤 전극체에 이용된 길이 부분을 잘라내고, 이 롤링 처리를 순차적으로 반복함으로써, 대략 원주 형상 내지 타원주 형상의 롤 전극체가 순차적으로 형성된다. 또한, 부극 리드, 정극 리드는 롤링 직전에 부극재 및 정극재를 도포하지 않은 부분에 용접 또는 성형된다.

각형 전지를 제조하는 경우에는 또한, 소정의 프레스 장치를 이용하여, 원주 형상 내지 타원주 형상의 전극체를 지름 방향으로부터 끼워 넣어 눌러서 납작하게하여, 편평 형상의 전극체가 형성되는 것이다.

그러나, 이와 같은 전극체의 형성에 있어서，부극재 및 정극재로부터 롤 중심에 감긴 부극 및 정극이 절단되지만, 이 때에 부극 및 정극의 절단 단부, 즉 금속재로 된 부극 집전체 및 정극 집전체의 절단 단부에 버 (burr; 울퉁불퉁한 면)가 발생한다. 또한 제조 공정에 있어서, 활물질의 탈락이나 제조 장치의 마모에 의하여, 정극이나 부극의 활물질이 도포되지 않은 부분 상에 도전성의 입자가 부착하는 경우가 있다.

이러한 버 또는 도전성 입자가 발생하는 상태에서 타원주 형상의 전극체를 눌러서 성형하면, 인접한 세퍼레이터가 버 또는 입자에 의하여 파손되고, 이러한 버를 통해서 부극과 정극이 전기적으로 길이 통하여 단락 회로가 형성된다. 이렇게 형성된 단락 회로에 의하여，전지는 그 사용중에 비정상적인 열을 발생시키고, 용량 저하를 초래하고, 게다가 전지 수명을 단축시키는 원인도 되었다.

이에, 버에 기인한 장해를 없애는 방법으로서, 전극 리드를 롤군의 중심부와 롤군의 최외곽에 배치하는 방법, 또는 전극 리드의 접합부분에 극성이 다른 전극이 대향 (對向)하지 않도록 하는 방법, 나아가서는 정극, 세퍼레이터 및 부극 중 적어도 1개소의 정극 리드에 대향하는 부분에 절연 피복을 행하는 방법 등이 제안되고, 그 중 상기 마지막에 기재된 절연 피복을 행하는 방법이 많이 실시되고, 특허 문헌에도 많이 개시되고 있다 [예를 들면, 특허 문헌 1 : 일본 특개 2002-42881호 (제3면 오른쪽란∼제4면 왼쪽란 도 1, 도 2, 도 8) 및 특허 문헌 2 : 일본 특개평 10-241737호 (제3면∼제4면, 도 1) 참조].

상기 특허 문헌 1에는, 정극，세퍼레이터 및 부극 중 적어도 1개소의 정극 리드에 대향하는 부분에 절연 테이프를 접착한 테이프 접착 장치가 기재되어 있다. 도 4는 이러한 테이프 접착 장치를 나타내는 사시도, 도 5는 도 4의 테이프 접착 장치를 이용하여 절연 테이프를 부극재에 접착하는 공정을 설명한 측면도이다.

테이프 접착 장치 (60)는, 상측 테이프 접착 기구 (61) 및 이 테이프 접착 기구를 제어하는 제어부 (62)로 구성되어 있다. 또한, 상측 테이프 접착 기구 (61)에 대향하는 부극재 (71)의 아래쪽에는, 하측 테이프 접착 기구 및 이 접착 기구를 제어하는 제어부가 존재하지만, 도 4에는 생략되어 있다.

상측 테이프 접착 기구 (61)는 띠 모양 절연 테이프 (74)를 흡착하는 헤드 (63)와, 이 헤드 (63)를 소정의 방향으로 이동하는 이동 수단 (64)과, 띠 모양 절연 테이프 (74)를 절단하는 커터 (65)로 이루어지고, 또한 제어부 (62)는 활물질 검출 센서 (66) 및 측면 가장자리 검출 센서 (67)로부터의 신호와 로터리 인코더 (68)로부터의 신호에 근거하여, 상측 테이프 접착 기구 (61) 전체를 구동 제어하고, 절단된 절연 테이프 한쪽을 소정 부분에 부착하는 것이다.

이 테이프 접착 장치 (60)에 있어서는, 부극 집전체 (69)의 상하면 (上下面)에 부극용 활물질 (70)이 간헐적으로 도포되고, 미도포 영역 (69A)에 부극 리드 (72)가 순차적으로 용접되고 가이드 롤러 (73)에로 안내되어 주행하고 있다. 이 상태에서, 우선 흡착 헤드 (63)에 띠 모양 절연 테이프 (74)를 흡인 덕트 (63A)로부터의 부압으로 흡착시켜 부극재 (71) 위로 이동시킨다. 이어서, 도 5(a)에 나타낸 띠 모양 절연 테이프 (74)의 선단 (先端)을 커터 (65)의 날의 이동 궤적에 거의일치시킨 상태에서, 이동 수단 (64)에 의하여 흡착헤드 (63)를 접착 위치까지 이동시켜 띠 모양 절연 테이프 (74)의 선두 부분의 윗면 (74B)에 접촉시킨다.

그 후，도 5(b)에 나타낸 것처럼, 흡착 헤드 (63)를 부극재 (71) 측의 절단 위치까지 이동시킴으로써, 띠 모양 절연 테이프 (74)의 절단 대상 위치 (74C)를 커터 (65)의 날의 이동 궤적에 거의 일치시키고, 커터 (65)를 이동시켜 띠 모양 절연 테이프 (74)로부터 선두 부분의 스트립 형상으로 된 접착 대상 위치 (74D)를 잘라 낸다.

마지막으로 도 5(c)에 나타낸 것처럼, 흡착 헤드 (63)를 부극재 (71)의 상방 (上方)까지 이동시켜 스트립 형상의 절연 테이프 (74D)의 아랫면 (74A)을 부극재 (71)의 윗면과 대향시킨다. 계속하여 흡착 헤드 (63)를 하강시켜 스트립 형상의 절연 테이프 (74D)의 아랫면 (74A) (접착제가 도포되어 있는 면)을 부극재 (71)의 윗면에 접촉시키고, 상기 흡착 헤드 (63)에 부여된 부압을 해제함으로써, 부극재 (71)의 윗면에 스트립 형상의 절연 테이프 (74D)를 접착하게 하는 것이다.

이 테이프 접착 장치 (60)는 정극재에도 적용된다. 정극재는, 그 윗면 및 아랫면에 대하여, 상기 정극재의 정극 부분에 있어서 예를 들면 정극 집전체와 정극용 활물질의 도포 영역과의 경계 위치나, 정극 리드의 용접 위치 등과 같은 여러 가지의 단락 예상 위치에 스트립 형상의 절연 테이프가 부착된다. 또한, 상술한 바와 같은 전극에의 절연 테이프의 부착은, 도전성 입자에 의한 단락을 방지하는데도 유효한 수단이라고 생각된다.

이 테이프 접착 장치 (60)에 의하면, 편평 형상의 전극체를 형성할 때에 부극 집전체 및 정극 집전체의 절단 단부, 즉 부극 및 정극의 절단 단부에 발생한 버에 의하여 부극과 정극이 단락한다고 예상되는 단락 예상 부분에 미리 절연 테이프를 부착하여 둘 수 있다.

그러나, 단락 예상 부분에 부착되는 절연 테이프는, 이 테이프의 길이 방향에 따른 길이가 버의 높이에 따라 부극 및 정극 중, 어느 쪽의 전극의 폭 길이 (幅長)보다도 훨씬 길게 하고, 이 길이 방향에 따른 하나의 단측 (端側)을 전극 한편의 측면 가장자리에서 외측으로 돌출시키고, 또한 길이 방향에 따른 다른 단측을 전극의 다른 방향의 측면 가장자리에서 외측으로 돌출시켜서 부착시킨다. 즉，도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 스트립 형태의 절연 테이프 (74D)의 좌우 양단이 부극재 (71)로부터 길이 L만큼 돌출되어 있다. 또한, 전극의 측면 가장자리에서 돌출되지 않도록 부착하려고 하여도，동 치수의 절연 테이프를 꼭 맞게 부착하는 것은 불가능하였다.

그 때문에, 전극체에서 비어져 나온 부분의 절연 테이프는, 그 접착재가 제조 장치에 있어서 후처리 공정, 예를 들면 절연 테이프가 부착된 전극체를 눌러서 납작하게 하여 성형할 때에 비어져 나온 부분의 접착재가 프레스기에 부착되고, 그 때문에 빈번하게 프레스기 등의 청소를 해야 하며 생산 효율의 저하를 초래하고 있다.

또한, 전극체를 외장 캔에 삽입할 때에도, 절연 테이프의 접착재가 외장 캔에 부착되어 삽입이 곤란해진다． 또한, 종래의 방법으로는 전극폭을 소정 치수로가공 후, 전극체 롤링 공정 전에, 전극 1장마다 절연 테이프를 첨착 (添着)했기 때문에，전극체의 생산 효율이 매우 낮은 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술이 안고 있는 문제를 해결하기 위한 것이고, 본 발명의 제 1의 목적은 절연 시트편의 접착재가 전극체의 제조 장치 및 전지 사양에 미치는 악영향을 저감시킨 2차 전지용 전극판을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제 2의 목적은 실온에서의 접착재의 점착성을 억제하고 제조 장치에 접착재가 부착하는 것을 억제함과 동시에, 복수 전극판을 취합하여 가공하여 생산 효율을 높이는 2차 전지용 전극체의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제 3의 목적은 전술한 제조 방법에 의하여 제작한 전극판을 이용함으로써, 제조 수율이 높고, 또한 단락을 크게 줄인 신뢰성이 높은 2차 전지를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 2차 전지용 전극판의 제조방법을 설명한 개요도인데, 도 1(a)는 절연시트재, 절연시트편 및 전극 시트재의 위치관계를 나타내는 도면이고, 도 1(b)는 전극 시트재의 측면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 전극판을 나타내는데, 도 2(a)는 평면도, 도 2(b)는 측면도이다.

도 3은 도 1의 제조방법에 사용한 절연 테이프 부착 장치의 개요도이다.

도 4는 종래 기술의 테이프 접착 장치를 나타내는 사시도이다.

도 5는 도 4의 테이프 접착 장치를 이용하여 절연 테이프를 부극재에 접착하는 공정을 설명한 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 절연 시트재 11, 21 : 시트재

13a : 절연 시트편 20 : 전극 시트재

22a∼22d, 22a'∼22d' : 활물질 층 23 : 위치 검출 센서

L₁∼L₈: 폭 길이 (幅長) 30: 전극판

30a∼30h : 전극판

상기 발명의 목적은, 이하의 수단에 의하여 달성된다.

본 발명의 2차 전지 전극체는, 전극의 소정의 폭보다 넓게 또한 소정의 길이에 걸쳐서 활물질 층이 적어도 한쪽의 표면에 형성된 전극 시트재의, 다른 전극과 대향하는 단락 예상 부분에 절연 부재를 부착하고, 상기 전극 시트재와 절연 부재를 동시에 절단하여 소정 형상의 전극판을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 절연 부재는 그 한 면에 저온 열가소성 접착재가 부착되어 있고 상기 절연 부재를 상기 전극 시트재에 열용착시키는 것이 바람직하다.

이 구성에 있어서는, 내부 단락을 일으키기 쉬운 부분에 절연 시트편을 전극판의 세로 폭 (縱幅) 방향으로부터 돌출시키는 일 없이 전극판에 정확하게 부착할 수 있다.

따라서, 절연 시트편이 전극판으로부터 돌출한 절연 시트편이 없어지기 때문에, 전극체를 제조할 때에 프레스기 등에 절연 시트편을 접착하는 접착재가 부착되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 접착재에 저온 열가소성 접착재를 사용함으로써 실온에서의 접착재의 점착성을 억제할 수 있고 전극체 제조 장치에 접착재가 부착되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 2차 전지용 전극판의 제조방법은, 하기 각 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(1) 전극 시트재의 적어도 한쪽 표면에, 전극판의 소정의 폭보다 넓게 또한 소정의 길이에 걸쳐서 활물질을 소정 간격마다 간헐적으로 순차적 도포하는 공정,

(2) 한 면에 접착재가 부착된 절연 시트재로부터, 전극판의 소정의 폭 길이보다 넓은 절연 시트편을 순차적으로 타발 (打拔)하는 공정,

(3) 상기 전극 시트재의, 다른 전극판과 대향하는 단락 예상 부분에 상기 절연 시트편을 순차적으로 부착하는 공정, 및

(4) 이어서, 상기 전극 시트재와 상기 절연 시트편을 동시에 절단하여 소정형상의 전극판을 형성하는 공정.

또한, 상기 절연 시트편은, 그 한 면에 저온 열가소성 접착재가 부착되어 있고 그 절연 시트편을 상기 전극 시트재에 열용착시키는 것이 바람직하다.

이 제조방법에 있어서는, 전극 시트재에 절연 시트편을 부착한 다음 소정 형상의 전극체를 형성하기 때문에, 절연 시트편이 전극에서 비어져 나오는 일이 없어진다. 또한, 전극 시트재에 여러장분의 활물질을 도포하고, 소정의 처리를 행하여 활물질 층을 형성하고, 절연 시트편을 부착한 후에 소정 형상의 전극판으로 절단하기 때문에, 복수의 전극판을 취합하여 가공할 수 있고, 생산성을 높일 수 있다. 추가로，절연 시트편의 접착재를 가열 용융시켜서 부착하기 때문에, 실온에서의 접착재의 점착성을 억제할 수 있고 후처리 공정에서 장치에 접착재가 부착되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 2차 전지는, 상기의 전극판에 의하여 만들어진 전극체를 사용한 것을 특징으로 한다.

이 전극판을 사용하면 제조 수율이 높고 또한 단락을 크게 감소시킨 신뢰성이 높은 2차 전지가 실현될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 전극판 및 그 제조방법을 설명한다. 도 1은, 절연 시트편의 부착 방법을 설명한 개요도이고, 도 1(a)는 절연 시트재，절연 시트편 및 전극 시트재의 위치 관계를 나타내는 도면이고, 도 1(b)는 전극 시트재의 측면도이다. 도 2는, 도 1의 제조방법에 의하여 제작된 1장의 전극판을 나타내며, 도 2(a)는 평면도, 도 2(b)는 측면도이다.

미리 소정 형상을 갖는 절연 시트재 (10)와 전극 시트재 (20)가 준비된다. 절연 시트재 (10)는, 소정의 폭 길이 및 두께를 갖는 시트재 (11)와 이 시트재 (11)의 아랫면에 설치된 접착재 (12)로 이루어진다. 시트재 (11)에는, 종이 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; 폴리 염화 비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 폴리에스테르; 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리페닐렌 설파이드 등의 수지 재료 등이 사용된다. 그 세로 폭 길이 L₁은 전극 1장의 소정의 폭 길이 L₈보다 길고, 게다가 여러장 (n)의 전극의 경우는 L₈×n (n>1)의 길이보다 약간 길게 하고, 두께는 10∼200㎛로 선정되며, 20∼100㎛이 바람직하다. 물론 이 시트재의 두께는 버의 높이보다 두꺼운 것이 선정된다.

또한, 접착재 (12)로는 임의의 접착재를 사용할 수 있지만, 실온에서는 점착성이 거의 없고, 60∼120℃, 바람직하게는 70∼100℃에서 접착성이 증가되는 접착재를 사용할 수 있다. EVA (에틸렌 초산 비닐 공중합체), EEA (에틸렌 에틸 아크릴레이트), EMAA (에틸렌 메타크릴산)가 바람직하다.

이 절연 시트재 (10)는, 적절한 타발 장치 (도 3 참조)를 이용하여 소정의 세로 폭 길이 L₂와 가로 폭 길이 L₃의 절연 시트편 (13a)이 순차적으로 타발된다. 세로 폭 길이 L₂는 상기 L₈×n，L₁과의 관계에 있어, L₈×n < L₂≤L₁으로 설정되고 또한 가로 폭 길이 L₃은 폭이 좁은 임의의 길이로 선정된다.

이 절연 시트재 (10)는, 정부 (正負) 어느 쪽의 전극체에도 사용되지만 통상, 정극용 전극판의 폭 길이는 부극용의 폭 길이보다 약간 폭이 좁게 형성된다. 예를 들면 정극의 폭 길이를 56mm라고 한다면 부극의 폭 길이는 그보다 긴 57.5mm로 선정되기 때문에, 부극용의 절연 시트재 (l0)의 폭 길이는 정극용의 폭 길이보다 약간 폭넓게 형성된다.

전극 시트재 (20)는, 소정의 폭 및 두께를 갖는 시트재 (21)와, 이 시트재 (21)의 길이 방향의 상하면에 소정의 간격을 두고 간헐적으로 소정 폭에 걸쳐서 도포된 활물질 층 (22a∼22d)으로 이루어진다. 각 활물질 층 (22a∼22d)은, 활물질 층 (22a)이 순차적으로 소정의 처리가 행해져서 형성되는 것이다. 이 전극 시트재 (20)는, 정부 어느 쪽의 전극판의 제작에도 사용되는 것이다. 그 중 정극용의 전극 시트재 (20)는 이하의 구성을 갖는다.

정극용 시트재 (21)는, 알루미늄, 스테인리스 강, 니켈, 티탄 또는 이들의 합금 등 중에서 하나가 선택되는데, 이 중 알루미늄이 바람직하다. 그 세로 폭 길이 L₄는, 전극 1장의 소정의 폭 길이 L₈보다 길고, 게다가 여러장 (n)의 전극의 경우는, L₈×n (n>1)의 길이보다 약간 길고 길이 방향의 길이는 임의의 길이를 갖는 것을 이용한다. 그 두께는 1O∼1OO㎛, 바람직하게는 1O∼30㎛의 것을 사용한다.

시트재 (21)는, 그 상하면에 정극용 활물질이 도포된다. 도포되는 활물질은, 정극 활물질을 포함하는 정극 합제 (合劑)이고，그 정극용 활물질로서는, 리튬 코발트 복합 산화물 등과 같은 리튬 복합 산화물을 이용한다. 윗면의 정극용 활물질 층 (22a∼22d)과 아랫면의 활물질 층 (22a'∼22d')은 각각 대향하고, 도 1(b)에 보여지는 것처럼, 아랫면의 활물질 층 (22a'∼22d')의 길이 방향의 종단부가 윗면의 종단부보다 약간 짧게 형성되어 있다.

각 활물질 층 (22a∼22d와 22a'∼22d')은, 어느 것이나 소정의 세로 폭 길이 L₅와 가로 폭 길이 L₆을 갖고, 그 세로 폭 길이 L₅는 전극 1장의 소정의 폭 길이 L₈보다 길고, 게다가 여러장 (n)의 전극의 경우는 L₈×n (n>1)의 길이보다 약간 길고, 가로 폭 길이 L₆은 전극의 소정 가로 폭 길이 L₆과 동일한 길이로 선정된다. 활물질은 30∼100㎛, 바람직하게는 40∼80㎛ 두께로 도포한 것을 사용한다.

다음에, 상기의 구성을 갖는 절연 시트재 (10) 및 정극용 전극 시트재 (20)를 이용하여 정극용의 전극체를 제작하는 방법을 설명한다.

절연 시트재 (10) 및 정극 전극 시트재 (20)는, 각각 소정의 속도로 화살표 A 방향으로 주행된다.

시트재 (21)의 상하면에 미리 소정 범위로 정극 활물질이 도포된 상태에서 시트재 (21)가 화살표 방향 A로 이동되고, 위치 검출 센서 (23)로 시트재 (21)의 윗면에 도포된 정극 활물질 층 (22a)의 도포 경계를 검지하여, 그 신호가 타발 장치 (도 3 참조)에 보내진다. 이어서, 도포된 정극 활물질 층 (22a) 및 전극 시트재 (20)는 적절한 가열 장치 (도 3 참조)에 의해 절연 시트편 (13a)의 접착재를 용융할 수 있는 온도까지 가열된다.

한편, 타발 장치로는, 위치 검출 센서 (23)로부터의 신호를 받아 소정 형상의 절연 시트편 (13a)을 타발하고, 이 시트편 (13a)이 시트재 (2l)의 정극 활물질 층 (22b)의 선단 및 후단의 측면 가장자리에 접촉 내지 근접하여 부착되고, 절연 시트편 (13a)이 부착된 정극 활물질 층 (22c)이 다음 공정에 이송된다. 그 후, 정극 전극 시트재 (20)는 길이 방향으로 소정의 전극 폭 L₈로 절단 장치 (25a, 25b)에 의하여 절단되어 여러 장의 전극판 (30a∼30h)이 형성된다.

지금까지의 설명은 전극 시트재 (20)에 있어서 윗면의 정극 활물질 층의 형성에 관한 것이지만, 아랫면에도 동일한 부재 및 장치, 즉 절연 시트재 (10), 위치 검출 센서 등 (모두 윗면의 부재 및 장치와 동일하기 때문에 생략)이 설치되고, 정극 활물질 층 (22a'∼22d')에도 동일한 처리가 이루어진다.

도 2는, 상기의 방법으로 절단하여 제작된 여러 장의 전극판 (30a∼30h)을 대표하여 1장의 전극판 (30)을 나타내고 있고, 이 전극판 (30)은 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 절연 시트편 (13a)이 시트재 (21)의 정극 활물질 층 (22b)의 선단 및 후단의 측면 가장자리에 접촉 내지 근접하여 부착된 후에, 전극 시트재 (20)가 길이 방향으로 소정의 전극폭 L₈로 절단되어 정극 전극판 (30)이 형성되기 때문에, 절연 시트편 (13a)이 시트재 (21)의 세로 폭방향으로부터 비어져 나오는 일이 없이 정극용의 전극판을 형성할 수 있다.

또한, 부극의 전극판도 정극의 전극판과 동일한 방법으로 제작된다. 따라서 중복된 부분의 설명은 생략하고 다른 부분을 설명한다. 부극의 전극판의 폭 길이는 정극의 전극판의 폭 길이보다 약간 넓게 형성되는 것이 보통이기 때문에, 부극의 전극판을 형성하는 경우는, 그 전극 시트재 (20)는 그 폭 길이를 정극용의 것보다 약간 폭 넓게 한 것이 사용된다.

부극용의 시트재 (21)에는, 구리, 스테인리스 강, 니켈, 티탄 또는 이들의 합금 중 어느 것이나 사용할 수 있지만, 이 중 구리가 바람직하다. 그 두께는, 5∼100㎛, 바람직하게는 5∼30㎛의 것을 사용한다.

또한, 이 부극용 시트재 (21)에 도포되는 활물질은 부극 재료를 포함하는 부극 합제이고, 활물질은 흑연, 코크스 등의 탄소 재료 외에, 금속 산화물, 합금 등, 리튬 이온을 도프 및 탈도프 할 수 있는 물질이다. 활물질은 30∼100㎛, 바람직하게는 40∼80㎛ 두께로 도포한 것을 사용한다

이 방법에 의하면, 전극 시트재 (20)에 절연 시트편 (13a)을 부착하고 나서 소정 형상의 전극체를 형성하기 때문에, 절연 시트편 (13a)이 전극에서 비어져 나오는 일이 없어진다. 또한, 전극 시트재 (20)에 여러장분의 활물질을 도포하고, 소정의 처리를 가하여 활물질 층을 형성하고, 절연 시트편 (13a)을 부착한 후에 소정 형상의 전극판으로 절단하기 때문에, 여러 개의 전극판을 취합하여 가공할 수 있고, 생산성을 높일 수 있다.

도 3은, 절연 시트편의 부착 장치를 나타내는 개략도이다.

이 부착 장치 (40)는, 절연 시트재 (10)로부터 전극의 소정의 폭 길이보다 넓은 절연 시트편 (13a)를 순차적으로 타발하는 타발 장치 (42，43)와, 타발된 절연 시트편 (13a)을 반송하는 부착 롤 (46)과, 이송된 절연 시트편 (13a)을 순차적으로 전극 시트재 (20)의 다른 전극판과 대향하는 단락 예상 부분에 부착하는 시트편 부착기구 (47, 50)로 이루어진다. 타발 장치는 다이 실린더 (42)와 앤빌 (anvil) 실린더 (43)로 이루어지고, 시트편 부착기구는 히트 (heat) 롤 (47)과 가압 롤 (50)로 구성되어 있다.

이 부착 장치 (40)에 있어서는, 미리 절연 시트재 (10)가 감겨진 원반 롤 (41)을 설치하여 두고, 이 원반 롤 (41)에 감겨진 절연 시트재 (10)는 다이 실린더(42) 및 앤빌 실린더 (43)로 이루어진 로터리 다이 유닛에 이송되고, 여기에서 절연 시트재 (10)로부터 절연 시트편 (13a)이 타발된다. 타발된 절연 시트편 (13a)은 흡착에 의하여, 실리콘 고무로 이루어진 부착 롤 (46)에 인도되고, 남은 절연 시트재 (10)는 부스러기 또는 잔류물 권취용 롤 (44)에 감긴다. 부호 (45a∼45c)는 절연 시트재 (10)를 안내하는 가이드 롤이다.

한편, 전극 시트재 (20)는, 활물 도포 기구 (도시 생략)에 의하여 미리 그 상하면에 활물질이 소정 간격마다 간헐적으로 순차 도포되고, 화살표 A₁방향으로 가이드 롤 (45)에 안내되어 히트 롤 (47)을 거쳐 화살표 A₂의 방향으로 주행된다. 이 주행 경로에서, 전극 시트재 (20)는 도중에 가이드 롤 (45)을 지난 지점에서 원적외선 램프 (49)에 의하여 예비 가열되고, 이어서 히트 롤 (47)에 의해 더욱 가열되어, 절연 시트편 (13a)의 접착재 (12)를 용융시키기 시작하는 온도, 예를 들면 120℃로 승온된다.

또한, 이 주행 경로에서, 전극 시트재 (20)의 절연 시트편 (13a)의 부착 위치는 센서 (48)로 검출하고 이 검출 신호에 의하여, 부착한 절연 시트편 (13a)을 흡착하고 대기하고 있던 부착 롤 (46)을 부착 위치를 보정한 타이밍에서 회전시킨 후, 전극 시트재 (20)와 동기하여 회전시키고 절연 시트편 (13a)을 소정 부분에 부착한다. 절연 시트편 (13a)의 부착 부분을, 가열 수단 (51)에 의하여 절연 시트편 (13a)의 접착재 (12)가 용융하는 온도 이상으로 가열된 실리콘 고무제의 가압 롤 (50)로 가압하고, 절연 시트편 (13a)을 전극 시트재 (20)에 견고하게 열용착으로고착시킨다.

이 부착 장치 (40)에 의하여 절연 시트편 (13a)이 부착되었던 전극 시트재 (20)는，그 후 적절한 절단 장치 (25a, 25b) (도 1 참조)에 의하여 전극 시트재 (20)와 절연 시트편 (13a)이 동시에 절단되어 소정 형상의 전극판이 형성된다.

이 장치에 의하면, 전극 시트재 (20)에 절연 시트편 (13a)을 부착하고 나서 소정 형상의 전극체를 형성하기 때문에, 절연 시트편 (13a)이 전극에서 비어져 나오는 일이 없어진다. 또한, 전극 시트재 (20)에 여러장분의 활물질을 도포하고, 소정의 처리를 행하여 활물질 층을 형성하고, 절연 시트편 (13a)을 부착한 후에 소정 형상의 전극판으로 절단하기 때문에, 여러 개의 전극판을 취합하여 가공할 수 있고, 생산성을 높일 수 있다.

또한，절연 시트편 (13a)의 접착재를 가열 용융시켜서 부착하기 때문에, 실온에서 접착재의 점착성을 억제할 수 있고, 후처리 공정에서 장치에 접착재가 부착하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 절연 시트편 부착 장치 (40)는, 다이 유닛으로 전극 시트재 (20)의 폭 정도의 원반 롤로부터 잘라내는 대신에, 부착되는 절연 시트편 (13a)의 폭만큼 절개된 폭좁은 롤로부터 일정 치수를 인출하여 커트하고 부착하여 롤에 수송해도 된다. 이와 같이 하면, 폐재료를 적게 할 수 있다.

또한, 절연 시트편 부착 장치 (40)는, 절연 시트편 부착 장치 (40)의 원적외선 램프 (49)에 의한 예비 가열 대신에, 적외선 램프나 열풍 등의 가열 기기에 의하여 예비 가열하도록 해도 된다.

상기의 제조방법 또는 장치를 사용하여, 부극 및 정극용의 전극판을 제작하고, 이러한 전극판을 이용하여 2차 전지를 제작한다. 그 제조법은 종래의 제조법을 채용한다. 예를 들어, 부극용 전극판과 정극용 전극판과의 사이에 소정의 세퍼레이터를 위치시켜 서로 절연한 상태에서 원 형상이나 타원 형상으로 감는다. 이어서, 이 롤 전극판을 편평하게 눌러서 납작하게 하여 편평상의 전극체를 형성하고, 부극 및 정극 전극판에 설치한 부극 및 정극 리드를 소정 형상의 외장 캔이나 입구 밀봉판 (封口板)에 용접하고，소정의 전해액과 함께 외장 캔에 수납하여 제작한다.

이 전극판을 사용하면, 제조 수율이 높고 또한 단락을 크게 줄인 신뢰성이 높은 2차 전지를 실현할 수 있다.

본 발명의 전극판은, 절연 시트편이 전극판으로부터 돌출된 절연 시트편이 없어지기 때문에, 전극체를 제조할 때에 프레스기 등에 절연 시트편을 접착하는 접착재의 부착을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 접착재로 저온 열가소성 접착재를 사용함으로써, 실온에서 접착재의 점착성을 억제할 수 있고 전극체 제조 장치나 전지 조립 장치에 접착재가 부착하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 제조법은, 전극 시트재에 절연 시트편을 부착하고 나서 소정 형상의 전극체를 형성하기 때문에, 절연 시트편이 전극에서 비어져 나오는 일이 없게 된다. 또한, 전극 시트재에 여러장분의 활물질을 도포하고, 소정의 처리를 행하여 활물질 층을 형성하고, 절연 시트편을 부착한 후에 소정 형상의 전극판으로절단하기 때문에, 여러 개의 전극판을 취합하여 가공할 수 있고, 생산성을 높이는 것이 가능하다. 더욱이, 절연 시트편의 접착재를 가열 용융시켜서 부착하기 때문에, 실온에서의 접착재의 점착성을 억제할 수 있고, 후처리 공정에서 장치에 접착재가 부착되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 전지는, 제조 수율이 높고 또한 단락을 크게 줄인 신뢰성이 높은 2차 전지가 실현될 수 있다.

Claims (6)

1. 전극의 소정의 폭보다 넓게 또한 소정의 길이에 걸쳐서 활물질 층이 적어도 한쪽의 표면에 형성된 전극 시트재의, 다른 전극과 대향 (對向)하는 단락 예상 부분에 절연 시트편을 부착하고, 상기 전극 시트재와 절연 시트편을 동시에 절단하여 소정 형상의 전극판으로 형성한 것을 특징으로 하는 2차 전지용 전극판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 절연 시트편은 그 한 면에 저온 열가소성 접착재가 부착되어 있고, 그 절연 시트편을 상기 전극 시트재에 열용착시킨 것을 특징으로 하는 전극판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항의 전극판을 사용한 것을 특징으로 하는 2차 전지.
4. (1) 전극 시트재의 적어도 한쪽의 표면에, 전극판의 소정의 폭보다 넓게 또한 소정의 길이에 걸쳐서 활물질을 소정 간격마다 간헐적으로 순차적 도포하는 공정,

   (2) 한 면에 접착재가 부착된 절연 시트재로부터, 전극판의 소정의 폭 길이 (幅長)보다 넓은 절연 시트편을 순차적으로 타발 (打拔)하는 공정,

   (3) 상기 전극 시트재의, 다른 전극판과 대향하는 단락 예상 부분에 상기 절연 시트편을 순차적으로 부착하는 공정, 및

   (4) 이어서, 상기 전극 시트재와 상기 절연 시트편을 동시에 절단하여 소정형상의 전극판을 형성하는 공정을 포함하는 2차 전지용 전극판의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 접착재는 저온 열가소성 접착제이고, 이 접착재로 상기 절연 시트편을 상기 전극 시트재에 열용착시키는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 전극판의 제조방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항 기재의 제조방법에 의하여 만들어진 전극판을 사용한 것을 특징으로 하는 2차 전지.