KR20060041641A

KR20060041641A - 박형 이차전지셀 및 그 제조 방법, 및 이차전지 모듈

Info

Publication number: KR20060041641A
Application number: KR1020050009955A
Authority: KR
Inventors: 가즈노리 오자와; 가즈히로 다카하시; 유우지 단조우; 다케시 미야모토
Original assignee: 에낙스 가부시키가이샤; 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-05-12
Also published as: EP1562242B1; US7914925B2; JP4426861B2; KR101144879B1; CN1652381A; US20050170243A1; CN100340027C; EP1562242A3; JP2005222787A; EP1562242A2

Abstract

전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가지는 판형 세퍼레이터를 이용하여, 두께의 편차가 없고, 품질안정성이 우수하고, 모듈화에 바람직하며, 방열성이 우수한 대용량의 박형 이차전지셀을 제공한다. 전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가지는 판형 세퍼레이터를 판형 전극 쌍의 사이에 협지시키는 공정과, 개구부를 가지는 박형 외포체에, 상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터를 삽입하고, 상기 전해액을 주입하는 공정과, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태에서 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키는 공정과, 상기 개구부를 밀봉 상태로 밀봉하는 공정을 포함하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.

박형, 이차전지셀, 이차전지 모듈, 배터리팩, 세퍼레이터, 전해액

Description

박형 이차전지셀 및 그 제조 방법, 및 이차전지 모듈 {THIN-TYPE SECONDARY BATTERY AND METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 이차전지셀의 사시도이다.

도 2는 도 1의 좌측면도이다.

도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 도 2에서의 원 Ⅲ으로 둘러싸인 부분만을 확대하여 나타내는 것이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 관한 이차전지셀의 전극 접속 구조를 나타내는 사시도이다.

도 5는 제2 실시예의 이차전지셀 3개로 이루어지는 배터리팩이 케이싱 내에 격납된 이차전지 모듈의 개략적인 단면도이다.

도 6은 세퍼레이터(5c)의 최대 연신 방향과 전해액의 침투 방향이 대략 수직인 경우에, 세퍼레이터(5c)에 그 최대 연신 방향(최대 팽창 방향)에 대하여 수직의 방향으로 터널형의 주름이 형성된 상태를 나타낸 개략도이다.

도 7은 세퍼레이터(5c)의 최대 연신 방향과 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 경우에는 세퍼레이터(5c)에 주름이 형성되기 어려운 상태를 나타낸 개략도이다.

본 발명은 전기자동차용, UPS(무정전 전원장치)용, 전력의 로드레벨링(load leveling)용 등의 대용량 용도에 적합하게 이용되는 이차전지셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

근래, 환경 문제 등에 의해 전기자동차가 주목되고, 또한 지진 등의 재해 시의 전력확보나 야간전력의 유효이용 등을 목적으로, 대용량으로 비용이 저렴하고, 박형이면서 방열성이 우수하고, 또한, 유지보수가 필요없는 이차전지에 대한 요구가 높아지고 있다.

리튬이온 이차전지는 고에너지 밀도화에 우수하고, 복수의 리튬이온 이차전지셀(개별 전지)을 직렬로 접속하여 배터리팩을 구성하고, 이 배터리팩을 케이싱 내에 조립하여 모듈화한 대용량의 이차전지 모듈이 제안되어 있다(일본 특개평07-282841호 공보 등). 그러나, 대용량의 이차전지 모듈에서는 그 용기 본체가 복수의 블록형의 개별 전지를 수용해야 하기 때문에, 그 윤곽 형상이 필연적으로 비교적 큰 블록 형상이 되지 않으면 안 되어, 용기 본체의 형상 설계 상의 자유도가 매우 제약을 받는 것 외에 이 용기 본체에는 배터리팩을 구성하는 각 개별 전지 사이를 절연하기 위한 격벽이 필요하게 되기 때문에 불가피하게 대형화되고, 또한 그 만큼 중량이 증가되는 문제가 있다.

전자 기기 등의 소형화, 경량화가 강하게 요망되는 분야에서는 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 통하여 절연된 극판 군을 장력(텐션)을 걸어 나선 형상으로 감아 구성된 권취형의 이차전지가 제안되어 있다(일본 특개2003-045495호 공보 등 ). 그러나, 권취형 이차전지를 이용하여 배터리팩으로 하여 대용량화하는 데에는 방열성의 점에서 난점이 있다

비교적 소용량의 이차전지, 특히 리튬이온 이차전지에 관해서, 그 전지케이스로서 라미네이트 필름을 이용한 자루 모양 외포체를 형성하고, 이 자루 모양 외포체의 내부에 판형의 내부 전극 쌍과 전해액을 봉입하여 형성한, 경량이고 박형인 리튬이온 이차전지가 제안되어 있다(재공개 WO 98/42036호 공보, 일본 특개2000-133220호 공보, 일본 특개2001-176546호 공보 등).

이들 이차전지에 이용되는 세퍼레이터로는 연신 가공된 다공성 폴리올레핀 시트가 제안되어 있다(일본 특개2003-082139호 공보, 일본 특개2003-103624호 공보 등).

예를 들면, 전기자동차 등에 이용하는 이차전지의 용도에서는 이 이차전지 모듈이 지나치게 대형화되면 이것을 설치하기 위해서 다른 부품의 배치 관계를 대폭 변경하지 않으면 안되게 되어, 이차전지 모듈을 탑재할 때의 설치 공간이 매우 제약을 받고 있다. 또, 이차전지 모듈의 중량이 증가하면 그만큼 자동차의 연비가 악화되기 때문에, 될 수 있는 한 소형·경량이며, 또한, 형상 설계 상의 자유도가 높은 것이 요구되고 있다.

연신 가공된 세퍼레이터를 판형 리튬이온 이차전지셀(개별 전지)에 적용하여, 이것을 배터리팩으로 구성함으로써, 공간이 절약되고 방열성이 우수하고, 경량이며 또한 대용량이다, 예를 들면 전기자동차 등의 분야에서 사용되는 이차전지로 서 기대된다.

그러나, 연신 가공된 판형 세퍼레이터를 이용하여 이차전지를 제작할 때에, 수분 제거를 위한 고온건조에 의한 열수축이나, 전해액이 침투하여 세퍼레이터가 젖는 것에 의한 팽창 시의 팽창 이방성의 영향 때문에, 연신 가공된 판형 세퍼레이터에 주름이 형성되어 있었다. 이로 인하여 전극 사이의 거리가 증대되고, 충방전 특성의 불량이 되거나, 판형 이차전지에서는 두께의 불균일이나 외관 불량의 원인이 되기도 했다.

따라서, 본 발명의 목적은 전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가지는 판형 세퍼레이터를 이용하여, 두께의 불균일이 없고, 품질안정성이 우수하여, 모듈화에 바람직한, 방열성이 우수한 대용량의 박형 이차전지셀을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 세퍼레이터의 주름이 박형 이차전지셀의 두께의 불균일이나, 품질안정성에 강하게 영향을 미치는 것을 밝혀내어, 연신 가공된 판형 세퍼레이터의 주름발생 기구를 상세하게 검토했다. 이 주름은 연신 가공된 판형 세퍼레이터가 열처리 등에 의해 완화 수축하고, 그 후 전해액이 침투함으로써 팽윤되기 때문에 발생한다. 특히, 세퍼레이터의 최대 연신 방향이 특히 크게 팽창한다. 그 결과, 세퍼레이터가 만곡되어, 터널같은 선형의 주름이 세퍼레이터의 연신 방향에 대하여 수직으로 형성된다(도 6).

또, 세퍼레이터에 발생하는 주름은 전해액이 침투하기 시작하는 에지의 변을 기점으로 하여, 전해액이 침투하는 방향과 동일한 방향으로(평행하게) 터널형의 공기층이 형성되어 주름이 성장한다. 공기의 층은 전해액이 침투한 세퍼레이터의 층 내에서 독립하고, 나머지 공기의 층으로서 주름이 형성된다(도 6). 이 현상은 특히 전해액의 침투 방향과 세퍼레이터의 최대 연신 방향이 수직인 경우, 또는 세퍼레이터가 전해액의 침투 속도 이방성을 가지고, 그 최대 침투 속도 방향과 전해액의 침투 방향이 대략 평행한 경우에 특히 현저했다. 한번 형성된 공기의 층인 주름은 그 후의 진공 탈포 처리나 진공 압착의 공정에서도 용이하게 제거할 수 없다. 한편, 전해액의 침투 방향과 세퍼레이터의 최대 연신 방향이 이루는 각도가 0∼30°인 경우, 세퍼레이터의 최대 침투 속도 방향과 전해액의 침투 방향이 이루는 각도가 60∼90°인 경우에는 대부분 주름은 형성되지 않았다(도 7).

세퍼레이터의 최대 연신 방향이 전해액의 침투 방향에 대하여 수직이더라도, 판형 이차전지의 외장에 면압을 가하면서 주입하는 등의 방법으로 주름의 발생을 물리적으로 억지하는 것은 가능하지만, 외장에 면압을 가한 상태라면, 전해액이 삼방 밀봉체 내부에 침투하기 어려워 침투에 시간이 걸리는 데에다, 사방 밀봉 시에 전해액이 분출되는 등 전해액량의 제어가 곤란해진다. 침투시키기 위해서는 진공 또는 감압 하에서 일정 시간 유지하고, 삼방 밀봉체 내의 공기를 제거하는 것으로 촉진시킬 수 있지만, 면압을 개방하면 주름이 형성되기 때문에, 면압을 걸면서 감압하지 않으면 안 된다. 그 결과, 탈포(defoaming)에 장시간을 요하게 되어, 용매가 휘발하여 전해액 조성이 변화되는 문제가 있다.

따라서, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행의 상태에서 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키는 고안을 한 바, 주름발생이 없는 세퍼 레이터를 형성할 수 있어, 박형이고 또한 방열성이 우수한 대용량의 이차전지셀에 적용하여, 본 발명을 완성한 것이다.

즉, 본 발명의 박형 이차전지셀의 제조 방법은 전해액이 침투에 의한 팽창 이방성을 가지는 판형 세퍼레이터를 판형 전극 쌍으로써 사이에 협지시키는 공정과, 개구부를 가지는 박형 외포체에 상기 전극 쌍에 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 삽입하고 상기 전해액을 주입하는 공정과, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태에서 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키는 공정과, 상기 개구부를 밀봉 상태로 밀봉하는 공정을 포함한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 세퍼레이터의 삽입 및 상기 전해액의 주입 후, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향이 대략 수직 방향으로 향하는 상태로 10∼60분간 에이징하여, 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시킨다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 전극 쌍의 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 상기 박형 외포체에 삽입하고, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태에서 상기 전해액을 상기 박형 외포체에 주입하여 상기 세퍼레이터에 침투시킨다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 전해액을 상기 박형 외포체에 주입하고, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태에서 상기 전극 쌍의 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 상기 전해액이 주입된 상기 박형 외포체에 삽입하여 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 침투시킨다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 전해액 침투 시에 있어, 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향과 상기 침투 방향이 이루는 각도가 0∼30°이다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 세퍼레이터가 다공성 연신 시트로 이루어지고, 상기 세퍼레이터의 최대 연신 방향을 상기 최대 팽창 방향으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 세퍼레이터는 상기 전해액의 침투 속도 이방성을 가지고, 상기 세퍼레이터의 최대 침투 속도 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 수직인 상태에서 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시킨다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 전해액 침투 시에 있어, 상기 세퍼레이터의 상기 최대 침투 속도 방향과 상기 침투 방향이 이루는 각도가 60∼90°이다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 전극 쌍의 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 복수 적층하여 상기 박형 외포체에 삽입한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 박형 외포체가 가요성을 가지는 판형 외포체이다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 판형 외포체가 대략 직사각형이다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 판형 외포체는 한 변이 밀봉되지 않은 자루 모양이며, 전해액을 주입하여 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키고, 상기 한 변을 밀봉 상태로 밀봉한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 전극 쌍의 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 라미네이트 필름으로써 형성된 대략 직사각형의 판형 외포체 쌍의 사이에 협지시켜, 상기 판형 외포체 쌍의 에지 부분을 그 한 변을 남기고 밀봉하고, 전해액을 주입하여 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키고, 상기 한 변을 밀봉 상태로 밀봉한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 전극 쌍이 각각 양극 단자 및 음극 단자에 접속되고, 상기 전극 쌍에 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 상기 양 단자가 외부로 인출된 형태로 상기 판형 외포체 쌍의 사이에 낀다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 양극 단자를 상기 판형 외포체 쌍의 한 변으로부터 외부로 인출된 형태로 상기 판형 외포체 쌍의 사이에 낀다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 한 변과 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향을 대략 평행으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 한 변과 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향을 대략 수직으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 양극 단자를 상기 판형 외포체 쌍이 상대하는 두 변으로부터 외부로 인출된 형태로 상기 판형 외포체 쌍의 사이에 낀다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀의 제조 방법은 상기 두 변과 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향을 대략 평행으로 한다.

또, 본 발명의 박형 이차전지셀은 전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가지고 상기 전해액이 침투된 판형 세퍼레이터와, 상기 세퍼레이터를 사이에 협지시키는 판형 전극 쌍과, 상기 세퍼레이터 및 상기 전극 쌍을 밀봉 상태로 수용하는 박형 외포체로 구성된 박형 이차전지셀로서, 제조 공정 중, 전해액 침투 시에 있어, 상기 세퍼레이터는 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고 상기 전극 쌍의 사이에 협지되고, 또한, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행하게 되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀은 상기 전극 쌍에 사이에 낀 상기 세퍼레이터가 복수 적층되고, 상기 박형 외포체에 밀봉 상태로 수용된다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀은 상기 박형 외포체가 가요성을 가지는 판형 외포체이다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀은 상기 판형 외포체는 대략 직사각형이며, 상기 전극 쌍에 접속되어 상기 판형 외포체의 외부로 인출된 양극 단자 및 음극 단자를 구비한다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀은 상기 양 단자가 상기 판형 외포체의 한 변으로부터 외부로 인출된 형태의 이차전지로서, 상기 세퍼레이터는 그 최대 팽창 방향과 상기 한 변이 대략 평행하게 되도록 구성된다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀은 상기 양 단자가 상기 판형 외포체의 한 변으로부터 외부로 인출된 형태의 이차전지로서, 상기 세퍼레이터는 그 최대 팽창 방향과 상기 한 변이 대략 수직이 되도록 구성된다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀은 상기 양 단자가 상기 판형 외포체가 상대하는 두 변으로부터 외부로 인출된 형태의 이차전지로서, 상기 세퍼레이터는 그 최대 팽창 방향과 상기 두 변이 평행하게 되도록 구성된다.

본 발명의 다른 형태에 있어서, 박형 이차전지셀은 상기 양 단자가 외부로 인출된 상기 판형 외포체의 상기 변에 평행한 절곡선에 의해 되접힌(folded back) 형상을 가진다.

또한, 본 발명의 이차전지 모듈은 상기 기재의 본 발명의 박형 이차전지셀을 직렬 및 또는 병렬로 접속하여 배터리팩을 구성하고, 상기 배터리팩을 케이싱 내에 수용하여 이루어진다.

본 명세서에 있어서, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향이란, 전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가지는 판형 세퍼레이터의 팽창이 최대인 방향을 말한다. 판형 세퍼레이터는 통상, 전해액의 침투에 의해서 표면에너지가 저하되어 팽창한다. 전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가지는 판형 세퍼레이터는 그 팽창이 최대인 방 향과는 수직인 방향의 주름이 형성되기 쉽다. 예를 들면, 연신된 판형 세퍼레이터는 열처리에 의해서 완화 수축하고, 그 후, 전해액이 침투함으로써 팽창하여, 그 세퍼레이터의 최대 팽창 방향에 대하여 수직인 방향의 주름이 형성하기 쉽다(도 6).

그러나, 본 발명의 박형 이차전지셀의 제조 방법에서는 전해액을 세퍼레이터에 침투시킬 때에, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태를 유지함으로써, 세퍼레이터의 단부로부터 전극에 부착되도록 하여 전해액이 침투하기 때문에, 세퍼레이터의 움직임이 고정되어 있지 않음에도 불구하고 세퍼레이터에 주름이 형성되기 어렵다(도 7).

즉, 연신된 판형 세퍼레이터의 주름을 방지하기 위해서는 판형 이차전지를 제작할 때에 세퍼레이터의 최대 연신 방향이 전해액의 침투 방향과 대략 평행하게 되도록 공정을 설계하는 것이 가장 유효하다. 전해액의 침투 방향은 전해액의 주입 방법과 그 때의 주입 방향에 의해 결정된다. 가장 단순한 전지 설계 및 주입 방법의 예로서는 양극 내지 음극의 단자를 내지 않는 한 변 측을 남기고 삼방을 밀봉하고, 밀봉하지 않은 한 변을 개구시켜 전해액을 주입하는 방법이다. 이 때에, 박형 외포체의 개구된 변(개구변)으로부터 전해액을 주입하기 때문에, 박형 외포체의 개구 방향과 세퍼레이터의 최대 연신 방향을 대략 평행하게 하는 것(개구변과 세퍼레이터의 최대 연신 방향을 대략 수직으로 하는 것)에 의해 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태가 된다.

이 때에 개구변의 일부를 밀봉하여 개구부를 좁게 할 수도 있다. 또한, 예 를 들면 직사각형의 박형 외포체의 사방 중 이미 밀봉되어 있는 변에 세퍼레이터의 연신 방향을 향한 판형 전지를 제작한 경우에도, 주사기 등을 삽입하여 전해액을 주입하는 등의 방법을 이용하여, 본 발명의 제조 방법을 실현할 수 있다. 또, 이들 이외에도, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태가 되도록 설계할 수 있다.

전해액 주입의 위치에 관해서는 삼방 밀봉체로 이루어지는 박형 외포체의 개구변이 마지막으로 밀봉되도록 설계된 박형 이차전지셀의 개구변의 주입 위치는 중앙 또는 단부로부터 주입하도록 특정되는 것은 아니다. 주입 후의 전해액의 침투에 대해, 개구부를 위로 향해서 주입하면, 전해액은 아래를 향해서 침투해 나가기 때문에, 이것을 고려하여, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 전해액의 침투 방향을 대략 평행인 상태로 할 수 있다. 이것에 대하여, 개구 방향으로 세퍼레이터의 연신 방향이 있는 경우에, 전해액이 판형 세퍼레이터 및 판형 전극 쌍으로 이루어지는 적층체에 걸리지 않도록 박형 외포체의 바닥 측에 한번에 전해액을 주입했다고 해도, 전해액은 모세관현상의 원리에 의해 박형 외포체의 바닥 측으로부터 상방의 개구부 측으로 침투됨에 따라, 이 경우에도, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 전해액의 침투 방향을 대략 평행인 상태로 할 수 있다.

본 발명자들이 행한 실험에서는, 전해액의 주입 방법에 대해, 개구부를 상부로 향한 상태의 삼방 밀봉체에 전해액을 주입하는 경우, 전해액이 적층체에 접촉하는 것을 피하도록 삼방 밀봉체 바닥 측에 한번에 전해액을 주입하여, 바닥 측으로부터 상방의 개구부를 향해 전해액을 침투시키는 것이 적층체의 내부에 남아 있는 공기가 개구부를 향해서 배출되기 쉽고, 그 결과 주름도 형성되기 어렵다고 하는 결과를 얻었다.

본 발명의 박형 이차전지셀의 제조 방법에서는, 전해액을 세퍼레이터에 침투시킬 때에, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임을 고정하지 않기 때문에, 박형 이차전지셀의 내부 구조에 있어서 세퍼레이터의 고정 지그(jig)를 특별히 필요로 하지 않아, 제조설비 투자의 비용이 저가로 될 수 있고, 소형 경량으로 형상 설계 상의 자유도가 높은 박형 이차전지셀의 제공이 가능하게 된다.

본 발명의 박형 이차전지셀의 제조 방법에서는, 팽창 이방성을 가지는 판형 세퍼레이터를 판형 전극 쌍의 사이에 협지시키는 것에 따라, 판형 세퍼레이터 및 판형 전극 쌍으로 이루어지는 적층체를 형성한다. 이 적층체를 개구부를 가지는 박형 외포체에 삽입하고, 이어서 전해액을 주입할 수도 있다. 이 경우, 전극 쌍의 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 상기 박형 외포체에 삽입하고, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행의 상태에서 상기 전해액을 상기 박형 외포체에 주입하여 상기 세퍼레이터에 침투시킨다.

개구부를 가지는 박형 외포체에 적층체를 삽입한 후, 전해액을 주입하기 전에, 적층체가 삽입된 박형 외포체를 진공 건조하는 것이 바람직하다.

순서를 반대로 하여, 전해액을 상기 박형 외포체에 주입하고, 이어서 적층체를 박형 외포체에 삽입할 수도 있다. 이 경우, 전해액을 상기 박형 외포체에 주입하고, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세 퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태에서 상기 전극 쌍의 사이에 낀 상기 세퍼레이터를 상기 전해액이 주입된 상기 박형 외포체에 삽입하여 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 침투시킨다.

전해액의 주입 방법으로는, 전해액을 적층체의 위로부터 떨어뜨리는 경우, 적층체 내에 기포가 남기 쉽고, 경우에 따라서는 침투가 불균일하게 될 우려가 있기 때문에, 삼방 밀봉된 박형 외포체에, 전해액을 일단 하부에 모아, 아래로부터 위를 향해 전해액이 적층체에 침투하도록 하는 것이 바람직하다.

전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키는 공정은, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태로 행한다. 이 공정(에이징)을 거치지 않거나 불충분한 경우, 전해액이 분출된다. 반대로, 에이징 시간의 과다는 전지를 해방한 상태로 되어 있기 때문에, 전해액의 용매성분이 휘발하여, 전해액 조성 변화의 원인이 되기 때문에 바람직하다고는 할 수 없다. 이 에이징 시간은 상기 개구부를 밀봉 상태로 밀봉하기 전, 10∼60분간이 바람직하고, 15∼50분간이 보다 바람직하며, 20∼40분간이 특히 바람직하다.

면압이 결려 있지 않는 삼방 밀봉체에서의 전해액의 침투의 진행은 적층체 내부에서 국소적인 침투를 진행시킬 우려가 있다. 따라서, 전극 사이 및 세퍼레이터에의 전해액의 전체적이고 충분한 침투는 사방 밀봉 후에 행하여지는 것도 바람직하다.

본 발명의 박형 이차전지셀에 있어서, 판형 세퍼레이터와 판형 전극 쌍은 적 층체를 형성하는 것이 바람직하다. 이 적층체는 판형의 내부 전극 쌍이 판형의 양극 집전체(current collector) 및 그 표면에 도포된 양극 활성 물질로 구성된 판형의 +전극과, 판형의 음극 집전체 및 그 표면에 도포된 음극활성 물질로 구성된 판형의 -전극을 세퍼레이터를 통하여 적층함으로써 형성할 수 있다.

또, 이 판형의 내부 전극 쌍과 전해액을 내부에 밀봉 상태로 수용하는 박형 외포체는 가요성의 자루 모양 외포체인 것이 바람직하다. 이 가요성의 자루 모양 외포체는 판형의 이차전지셀에 있어서 그 개별 전지케이스로서 사용 가능한 강도를 가지는 동시에, 수용되는 전해액에 대하여 우수한 전해액 내성을 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로는 내면 측에는 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아미드, 아이오노머 등의 전해액 내성 및 가열 압착성이 우수한 열가소성 수지제의 내면층을, 또한 중간에는 예를 들면 알루미늄박, SUS박 등의 가요성 및 강도가 우수한 금속박제의 중간층을, 또한 외면 측에는 예를 들면 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 등의 전기절연성이 우수한 절연수지제의 외면층을 각각 가지는 3층 구조의 라미네이트 필름을 이용하여 형성되는 가요성의 자루 모양 외포체를 예시할 수 있다.

본 발명의 박형 이차전지셀을 직렬 및 또는 병렬로 접속하여 배터리팩을 구성하고, 이 배터리팩을 케이싱 내에 수용하여 이차전지 모듈을 구성할 수 있다. 다수의 이차전지셀을 효율적으로 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 배터리팩을 구성하는 데에 있어서, 그 양극 단자와 음극 단자가 판형으로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 또, 이들 이차전지셀의 양극 단자 및 음극 단자는 박형 외포체의 어떤 위치 에 설치되어 있더라도 좋지만, 다수의 이차전지셀을 효율적으로 직렬로 접속하여 배터리팩을 구성하는 데에 있어서, 이들 양극 단자와 음극 단자가 박형 외포체로부터 서로 반대의 방향을 향해서 연장되어 있는 것이 바람직하고, 배터리팩을 구성하는 각 이차전지셀이 대략 동일 형상 및 크기로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 박형 이차전지셀의 양극 단자 및 음극 단자를 판형으로 형성하는 경우에는 통상, 판 두께 50∼200㎛ 정도의 비교적 얇은 알루미늄판, 구리판, 또는 니켈판 등으로 만들어져 있는 것이 된다.

본 발명의 이차전지 모듈에 있어서, 서로 상하 방향으로 적층되는 셀적층 쌍 및/또는 서로 좌우방향으로 위치하는 셀인접 쌍을 구성시켜, 각 박형 이차전지셀의 열적 환경이 서로 대략 동일하게 되도록 배치함으로써, 그 충방전 시에는 삽입(도핑) 측에서 온도가 상승(발열)하고, 탈리(탈도핑) 측에서 온도가 강하(흡열)하지만, 셀적층대 전체에서의 열적 밸런스를 유지할 수 있어, 케이싱 내에 수납된 배터리팩에 있어서 충방전 시에 부분적으로 온도가 높은 영역이 생기는 경우가 없게 되어, 그 만큼 배터리팩을 구성하는 모든 이차전지셀을 보다 낮은 온도로 유지 할 수 있는 외에, 수지의 충전 등의 방열 수단을 병용함으로써 이 배터리팩의 열방산을 보다 효율적으로 행할 수 있다.

또, 본 발명의 이차전지 모듈에 있어서, 상기 각 박형 이차전지셀에 관해서는 1개 또는 2개 이상의 제2 박형 이차전지셀을 서로 동일한 극의 단자가 마주보도록 적층하고, 이들 단자 사이를 병렬로 접속하여 셀 단위를 구성하고, 이 셀 단위 를 기준으로 하여 배터리팩을 구성하도록 할 수도 있다. 이와 같이 복수의 박형 이차전지셀이 병렬로 접속된 셀 단위를 구성하고, 이 셀 단위에 의해 배터리팩을 구성시킴으로써 효과적인 방열성을 유지할 수 있어, 보다 대용량의 이차전지 모듈을 조립할 수 있다.

이상과 같이 하여 구성되는 배터리팩은 통상, 그 전체의 윤곽 형상이 대략 두께가 두꺼운 얇은 직방체 형상(얇은 직사각형)이 되고, 이 얇은 직사각형의 배터리팩을 기본으로, 예를 들면, 보다 대용량의 리튬이온 이차전지 모듈이 요구되는 경우에는 복수의 배터리팩을 서로 좌우방향으로 나란히 배치하여 그 사이를 직렬로 접속하거나, 또는 복수의 배터리팩을 하나의 단위(배터리팩 단위)로 하여, 이 배터리팩 단위를 모든 배터리팩 단위의 열적 환경이 동일하게 되도록 상하 방향의 적층 및/또는 좌우방향의 배치에 의해 보다 큰 배터리팩을 구성할 수도 있다. 이 배터리팩에 관해서는 이차전지 모듈의 박형화와 균일한 방열성을 확보하는 데에 있어서, 최대의 면(통상은 평면)의 면적을 A㎠, 두께를 t㎝로 했을 때 A/t≥400㎝인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 이차전지 모듈에 있어서, 배터리팩을 구성하기 위해서 사용하는 박형 이차전지셀의 수나 형성되는 셀적층대의 수에 관해서는 특별히 제한되는 것이 아니고, 사용하는 박형 이차전지셀의 용량(Ah), 에너지(Wh), 파워(W) 등이나, 제조되는 이차전지 모듈에 대하여 요구되는 용량, 허용되는 크기나 중량 등 이외에, 제조되는 이차전지 모듈에 있어서 케이싱으로부터 외부에 전력을 인출하기 위한 외부단자를 케이싱의 어느 위치에 설치하는 등의 이차전지 모듈 설계상의 조건 에 의해 적절하게 선택되는 것이다. 따라서, 예를 들면 사용하는 박형 이차전지셀의 수가 홀수인 경우에는 그 자체 하나의 박형 이차전지셀은 셀적층대를 구성하지 않고 이용되게 된다.

또한, 서로 좌우방향으로 인접하여 인접대를 구성하는 각 박형 이차전지셀에 관해서는 그 박형 외포체의 압착부를 서로 겹쳐, 이로 인해 배터리팩을 보다 치밀하게 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

이하에, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

<제1 실시예>

(판형 양극의 제작)

시판되고 있는 망간산리튬 LiMn₂O₄(양극활성 물질, 평균입경 10㎛와, 아세틸렌 블랙(도전제)과, 폴리비닐리덴플루오르(결착제)를 89:6:5의 질량비로 N-메틸피롤리돈을 이용하여 혼합했다. 두께 15㎛의 알루미늄시트(양극 집전체)의 양면에, 두께가 약 130㎛가 되도록 이 혼합물을 도포한 후, 건조시켜 판형 양극을 제작했다. 이 양극을 14.3㎝×12.9㎝로 잘라내었다.

(판형 음극의 제작)

시판되고 있는 흑연분말(음극 활성물질, 평균입경 12㎛와, 폴리비닐리덴플루오르(결착제)를 93:7의 질량비로 N-메틸피롤리돈을 이용하여 혼합했다. 두께 14㎛의 구리시트(음극 집전체)의 양면에, 두께가 약 80㎛가 되도록 이 혼합물을 도포한 후, 건조시켜 판형 음극을 제작했다. 이 음극을 14.8㎝×13.0㎝로 잘라내었다.

(비수계(nonaqueous) 전해액의 조제)

EC(ethylenecarbonate)와 DMC(dimethylcarbonate)를 50:50의 질량비로 혼합한 용매에, LiPF₆을 1mol/L의 농도로 용해하여 유기전해액을 조제했다.

(세퍼레이터)

시판되고 있는 다공성 연신 폴리프로필렌시트(우베흥산주식회사제, UP3025)를 세퍼레이터로서 이용했다. 이 세퍼레이터를 14.8㎝×12.8㎝로 잘라내었다. 이 세퍼레이터는 상기 비수계 전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가진다. 그 최대 팽창 방향과 시트의 최대 연신 방향은 대략 평행이며, 또한 그들의 방향은 14.8㎝의 변과도 대략 평행하다.

(적층체)

상기 세퍼레이터(4매)와, 상기 판형 양극(2매)과, 상기 판형 음극(3매)을 양 최외층이 음극으로, 세퍼레이터가 양극에 사이에 협지되도록 교대로 적층하여, 판형 세퍼레이터 및 판형 전극 쌍으로 이루어지는 적층체를 제작했다. 또, 양극 단자는 양극 단자끼리, 음극 단자는 음극 단자끼리, 각각 상대하는 변의 측에서 겹치도록 했다.

(양극 단자의 접합)

폭 3㎝ × 길이 4㎝ × 두께 0.15㎜의 알루미늄박으로 이루어지는 양극 단자를 양극의 14.3㎝의 변으로부터 외측으로 인출된 형태로, 그 양극의 변의 에지로부 터 7.15㎝의 위치에 양극 단자의 중앙이 위치하도록, 초음파 용접에 의해 접합했다.

(음극 단자의 접합)

폭 3㎝ × 길이 4㎝ × 두께 0.15㎜의 니켈박으로 이루어지는 음극 단자를 음극의 14.8㎝의 변으로부터 외측으로 인출된 형태로, 그 음극의 변의 에지로부터 7.4㎝의 위치에 음극 단자의 중앙이 위치하도록, 초음파 용접에 의해 접합했다.

(외포체 쌍)

내면 측에 폴리에틸렌제의 내면층과, 중간에 알루미늄박제의 중간층과, 외면 측에 폴리아미드계 수지제의 외면층을 가지는 3층 구조의 가요성 라미네이트 필름을 준비하고, 이것을 17㎝×16㎝로 잘라낸 것의 2매를 외포체 쌍으로서 이용했다.

(삼방 압착)

외포체 쌍의 양 내면 측이 대향하는 구조로, 또한 양극 단자가 외포체 쌍이 상대하는 17㎝의 두 변으로부터 외측으로 인출된 형태로 적층했다. 그리고, 상기 17㎝의 두 변을 가열 압착하여 라미네이트의 수지층을 접합하였다. 다음에, 나머지의 단자가 외측으로 인출되어 있지 않은 두 변 중의 한 변을 가열 압착하여, 전극 쌍의 사이에 낀 세퍼레이터가 삽입된 한 변이 밀봉되지 않은 개구부를 가지는 자루 모양의 박형 외포체(4c)로 했다. 이 때, 세퍼레이터는 전극 쌍의 사이에서 탈락하지 않는 정도로, 또한 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않는 정도로 사이에 낀 상태로 했다.

(진공 건조)

전해액 주입 전에, 상기 전극 쌍 및 상기 세퍼레이터가 삽입된 상기 박형 외포체(4c)(셀)를 진공 건조기로써 20torr, 80℃에서 8시간 동안 건조 처리했다. 이차전지 내에 잔류하는 수분은 전지 특성에 약영향을 주기 때문이다. 진공 중에서 가열건조를 행하는 것은 수분의 제거와 동시에 전극재나 구리박 등을 산화시키지 않기 때문이다.

(전해액 주입)

진공 건조된 셀에 소정량의 전해액을 주입했다(도 6). 또한, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향(최대 연신 방향)을 대략 수직방향을 향하게 두고, 셀을 30분간 방치(에이징)했다. 이때, 전해액을 일단 하방에 모아, 하방으로부터 상방을 향해서 세퍼레이터에 전해액이 침투하도록 했다. 즉, 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 전해액의 침투 방향이 대략 평행인 상태로 방치했다. 그 후, 전해액 중에 남아 있는 기포를 제거하기 위해서 진공챔버에서 탈포를 행했다. 이 진공 탈포에 요하는 시간은 5분 정도이며, 이 탈포 공정에 의한 주름형성에의 영향은 거의 없다.

(봉입)

개구부의 한 변을 진공 밀봉기(sealer)로 열 압착하여, 밀봉 상태로 밀봉하여, 본 발명의 판형 이차전지셀(3)을 얻었다.

이 판형 이차전지의 사시설명도를 도 1에, 상면도를 도 2에 나타낸다. 또, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이며, 도 2에서의 원 Ⅲ으로 둘러싸인 부분만을 확대하여 나타내는 것이다.

도 1∼도 3에 있어서, 참조부호 3은 판형의 리튬이온 이차전지셀이며, 가요 성의 자루 모양 외포체(4c)의 내부에는 내부 전극 쌍(4a) 및 전해액(4b)이 밀봉 상태로 수용되어 있다.

내부 전극 쌍(4a)은 도 3에 도시한 바와 같이, 알루미늄제의 양극 집전체의 양면에 양극 활성물질을 적층하여 형성된 판형의 +전극(5b)과 구리제의 음극 집전체의 양면에 음극 활성물질을 적층하여 형성된 판형의 -전극(5a)을 세퍼레이터(5c)를 통하여 교대로 적층하여 판형으로 형성되어 있고, 상기 내부 전극 쌍(4a)에서의 -전극(5a)과 각각 개별적으로 연결하는 음극 단자(8a)가 자루 모양 외포체(4c)의 가열 압착부(7)를 기밀 상태로 관통하는 동시에 이 가열 압착부(7)에 고착되고, 가열 압착부(7)를 관통하여 외부로 돌출되어, 인출된 부분이 외부단자로서 이용되고 있다. 또, 도시를 생략하고 있지만, +전극(5b)에도 양극 단자(8b)가 각각 개별적으로 연결되어 있어, 상기 음극 단자(8b)는 자루 모양 외포체(4c)로부터 기밀 상태로 인출되어 있다.

양극 단자(8b) 및 음극 단자(8a)에는 구리로 된 판형의 버스 바(bus-bar)(12a 및 12b)가 각각 접속되어 있다. 음극 단자(8a)와 버스 바(12a)와의 사이 및 양극 단자(8b)와 버스 바(12b) 사이의 접속은 본 실시예에서는 초음파 용접에 의해 이루어져 있다. 또, 양극 단자(8b)는 상기 양극 집전체와 동일한 알루미늄제이며, 또한 음극 단자(8a)는 상기 음극 집전체와 동일한 구리제 또는 니켈제이다. 그 재질로는 특별히 한정되지 않지만, 전기화학적으로 안정된 금속 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 양극 단자(8b)에 관해서는 음극 집전체를 형성하는 재질과 동일한 재질, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄합금 등을 이용하는 것이 바람직하고, 음극 단자(8a)에 관해서는 구리 및/또는 니켈을 이용하는 것이 바람직하다.

각 단자(8a 및 8b)의 두께로는 제1 실시예에서는 150㎛의 것을 사용했지만, 예를 들면 50㎛ 정도 이상, 바람직하게는 100∼200㎛의 띠형으로 형성된 것을 사용할 수 있다.

이 제1 실시예에 있어서, 상기 자루 모양 외포체(4c)는 내면 측에 폴리에틸렌제의 내면층(6a)을, 중간에 알루미늄박제의 중간층(6b)을, 또한 외면 측에 나일론제의 외면층(6c)을 가지는(3)층 구조의 라미네이트 필름으로 형성되어 있다. 또, 세퍼레이터(5c)는 전자 절연성으로 -전극(5a) 및 +전극(5b)의 밀착에 대하여 충분한 강도를 가지는 것이면, 예를 들면 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등에 의한 단층 또는 다층의 다공질막, 부직포, 망 등, 어떠한 것이라도 사용 가능하지만, 이 제1 실시예에서는 접착성 및 안전성 등의 관점에서 폴리프로필렌이 이용되고 있다.

또한, 이온전도체로서 이용하는 전해액(4b)에 제공하는 용제 및 전해질염으로는, 종래의 전지에 사용되고 있는 비수계의 용제 및 리튬을 함유하는 전해질염이 사용 가능하며, 구체적으로는 용제로서, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 탄산디메틸, 탄산디에틸, 탄산메틸에틸 등의 에스테르계용제, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디에틸에테르, 디메틸에테르 등의 에테르계용제의 단독액, 및 전술한 동일 계통의 용제끼리 또는 이종 계통의 용제로 이루어지는 2종의 혼합액 등이 사용 가능하지만, 탄산에틸렌과 탄산디에틸의 혼합액이 사용되며, 또한 전해질염으로서, LiPF₆, LiAsF₆, LiClO₄, LiBF₄, LiCF₃SO₃, LiN(CF₃SO₂)₂, LiC(CF₃SO₂)₃, LiN(C₂F ₅SO₂)₂ 등이 사용 가능하지만, LiPF₆이 사용되고 있다.

제1 실시예의 판형 이차전지셀(3)의 제조 방법에 의하면, 두께의 편차가 없고, 품질안정성이 우수하고, 모듈화에 바람직한, 방열성이 우수한 박형 이차전지셀(3)을 제공할 수 있었다. 이에 따라 대용량화가 용이한 것 외에, 형상 설계 상의 자유도가 높고 생산성도 우수하다고 하는 이점이 있다.

세퍼레이터(5c)가 최대 팽창 방향으로 장력이 작용하고 있는 상태로 고정되거나 세퍼레이터(5c)의 말단이 고정된 권취형 이차전지 등과 비교하여, 설비투자의 비용이 저가로 할 수 있고, 또한, 방열성이 우수한, 대용량의 적층형 판형 이차전지를 제공할 수 있었다.

<제2 실시예>

제1 실시예의 판형 이차전지셀(3)의 제조 방법과 같이 하여, 상기 세퍼레이터(4매)와, 상기 판형 양극(2매)과, 상기 판형 음극(3매)을 적층했다. 폭 3㎝ × 길이 4㎝ × 두께 0.15㎜의 알루미늄박으로 이루어지는 양극 단자를 양극의 14.3㎝의 변으로부터 외측으로 인출된 형태로, 그 양극의 변의 에지로부터 7.15㎝의 위치에 양극 단자의 중앙이 위치하도록, 초음파 용접에 의해 접합하고, 동일한 크기의 니켈박으로 이루어지는 음극 단자를 음극의 14.8㎝의 변으로부터 외측으로 인출된 형태로, 그 음극의 변의 에지로부터 7.4㎝의 위치에 음극 단자의 중앙이 위치하도록, 초음파 용접에 의해 접합했다.

(삼방 압착)

제1 실시예와 동일한 외포체 쌍을 이용하여, 외포체 쌍의 양 내면 측이 대향하는 구조로, 양극 단자가 겹쳐지지 않도록, 또한 양극 단자가 외포체 쌍의 17㎝의 한 변으로부터 외측으로 인출된 형태로 적층했다. 그리고, 상기 17㎝의 두 변을 가열 압착하여 라미네이트의 수지층을 접합하였다. 다음에, 단자가 외측으로 인출되어 있지 않은 나머지 두 변 중의 한 변을 가열 압착하여, 전극 쌍의 사이에 낀 세퍼레이터가 삽입된 한 변이 밀봉되지 않은 개구부를 가지는 자루 모양의 박형 외포체(4c)로 했다. 이 때, 세퍼레이터는 전극 쌍의 사이에서 탈락하지 않는 정도로, 또한 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않는 정도로 사이에 낀 상태로 했다.

제1 실시예와 마찬가지로, 진공 건조, 전해액 주입, 및 봉입을 하고, 또한 각 단자(8b, 8a)에 버스 바(12a, 12b)를 장착하여, 도 4의 사시도에 나타내는 본 발명의 판형 이차전지셀(3)을 제작했다.

<제3 실시예>

제2 실시예의 이차전지셀(3)을 3개 병렬로 접속하여 배터리팩을 구성하고, 이것을 케이싱(2) 내에 격납하여 이차전지 모듈을 제작했다. 이 이차전지 모듈의 단면도를 도 5에 나타낸다.

제3 실시예에 관한 이차전지 모듈에서는 그 배터리팩을 구성하는 각 리튬이온 이차전지(개별 전지)는, 금속 재료에 양극 활성물질을 도포한 양극과 금속 재료에 음극 활성물질을 도포한 음극을, 세퍼레이터를 사이에 협지시켜 교대로 적층함 으로써, 그 윤곽 형상이 대략 블록형상으로 형성되어 있고, 또한 이러한 개별 전지의 2개 이상을 병렬로 접속하여 구성되고, 용기 본체(케이싱) 내에 수용된 배터리팩의 각 개별 전지의 사이는 용기 본체에 설치된 격벽에 의해 구획되고, 이에 따라 각 개별 전지 사이의 절연을 행하도록 구성되어 있고, 대용량화에 바람직한 것이 된다.

이 제3 실시예에 관한 이차전지 모듈에 의하면, 단자(8a, 8b)에 의해 효율적으로 각 전극(4a)의 열을 버스 바(12a, 12b)에 전달할 수 있는 동시에, 이들 각 단자(8a, 8b) 자체에도 방열(放熱) 효과를 부여할 수 있다.

제3 실시예에 관한 이차전지 모듈에서는 판형 이차전지셀(3)을 3매 적층하여, 이들을 병렬 접속한 양태의 것을 예시했지만, 판형 이차전지셀(3)의 적층은 3매로 한정되는 것이 아니고, 2매 또는 4매 이상이어도 상관없다. 또, 병렬 접속에 한정되는 것이 아니라, 각 판형 이차전지셀(3)의 양극과 음극을 접속하여, 일련으로 하는 직렬 접속으로 하거나, 직렬 접속과 병렬 접속을 혼재시키는 것도 전혀 상관없다.

제3 실시예에 관한 이차전지 모듈에서는 구조가 간단해서 소형화나 경량화가 가능하고, 또한 필요에 의해 박형화가 가능하여, 전지 내부에 발생하는 열을 효율적으로 외부에 방산할 수 있었다. 그리고, 전기·전자기기, 통신기기, 광학기기, 음향기기 등의 분야에서 사용되는 비교적 소용량의 이차전지에서는 물론, 전기자동차 등의 분야에서 사용되는 비교적 대용량의 이차전지에 있어서도, 그 소형화, 경량화, 박형화, 형상의 자유도 등의 특성을 이용하여, 적합하게 응용하는 것이 기대 될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 두께의 편차가 없고, 품질안정성이 우수하여, 모듈화에 바람직한, 방열성이 우수한 대용량의 박형 이차전지셀을 제조할 수 있다. 세퍼레이터가 최대 팽창 방향으로 장력이 작용하고 있는 상태로 고정되거나 세퍼레이터의 말단이 고정된 권취형 이차전지와 비교하여, 제조설비 투자의 비용을 저가로 할 수 있다.

Claims

전해액의 침투에 의한 팽창 이방성(anisotropy)을 가지는 판형 세퍼레이터를 판형 전극 쌍의 사이에 협지시키는 공정,

개구부를 가지는 박형 외포체에, 상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터를 삽입하고 상기 전해액을 주입하는 공정,

상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 실질적으로 평행인 상태에서, 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키는 공정, 및

상기 개구부를 밀봉 상태로 밀봉하는 공정

을 포함하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 세퍼레이터의 삽입 및 상기 전해액의 주입 후, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향이 실질적으로 수직방향으로 향하는 상태로 10∼60분간 에이징(aging)하여, 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터를 상기 박형 외포체에 삽입 하고, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 실질적으로 평행인 상태에서, 상기 전해액을 상기 박형 외포체에 주입하여 상기 세퍼레이터에 침투시키는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 전해액을 상기 박형 외포체에 주입하고, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고 또한, 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 실질적으로 평행인 상태에서, 상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터를 상기 전해액이 주입된 상기 박형 외포체에 삽입하여 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 침투시키는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

전해액 침투 시에, 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향과 상기 침투 방향이 이루는 각도가 0∼30°인 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 세퍼레이터가 다공성 연신판(porous stretched sheet)으로 이루어지고, 상기 세퍼레이터의 최대 연신 방향을 상기 최대 팽창 방향으로 하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 세퍼레이터는 상기 전해액의 침투 속도 이방성을 갖고, 상기 세퍼레이터의 최대 침투 속도 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 실질적으로 수직인 상태에서 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제7항에 있어서,

전해액 침투 시에, 상기 세퍼레이터의 상기 최대 침투 속도 방향과 상기 침투 방향이 이루는 각도가 60∼90°인 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터를 복수 적층하여 상기 박형 외포체에 삽입하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 박형 외포체가 가요성을 가지는 판형 외포체인 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제10항에 있어서,

상기 판형 외포체가 실질적으로 직사각형인 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 판형 외포체는 한 변이 밀봉되지 않은 자루 모양이며, 전해액을 주입하고 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키고, 상기 한 변을 밀봉 상태로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터를 라미네이트 필름으로써 형성된 실질적으로 직사각형인 판형 외포체 쌍의 사이에 협지시키고, 상기 판형 외포체 쌍의 에지 부분을 그 한 변을 남긴 채 밀봉하고, 전해액을 주입하여 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 침투시키고, 상기 한 변을 밀봉 상태로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 전극 쌍을 각각 양극 단자 및 음극 단자에 접속하고, 상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터를 상기 양 단자가 외측으로 인출된 형태로 상기 판 형 외포체 쌍의 사이에 협지시키는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 양극 단자를 상기 판형 외포체 쌍의 한 변으로부터 외측으로 인출된 형태로 상기 판형 외포체 쌍의 사이에 협지시키는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제15항에 있어서,

상기 한 변과 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향을 실질적으로 평행하게 하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제15항에 있어서,

상기 한 변과 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향을 실질적으로 수직으로 하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 양극 단자를, 상기 판형 외포체 쌍이 상대하는 두 변으로부터 외측으로 인출된 형태로 상기 판형 외포체 쌍의 사이에 협지시키는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
제18항에 있어서,

상기 두 변과 상기 세퍼레이터의 상기 최대 팽창 방향을 실질적으로 평행하게 하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀의 제조 방법.
전해액의 침투에 의한 팽창 이방성을 가지며 상기 전해액이 침투된 판형 세퍼레이터,

상기 세퍼레이터를 그 사이에 협지시키는 판형 전극 쌍, 및

상기 세퍼레이터 및 상기 전극 쌍을 밀봉 상태로 수용하는 박형 외포체

로 구성된 박형 이차전지셀로서,

제조 공정 중, 전해액 침투 시에, 상기 세퍼레이터는 최대 팽창 방향의 움직임이 고정되지 않고 상기 전극 쌍의 사이에 협지되고, 또한 상기 세퍼레이터의 최대 팽창 방향과 상기 전해액의 침투 방향이 실질적으로 평행하게 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
제20항에 있어서,

상기 전극 쌍의 사이에 협지된 상기 세퍼레이터가 복수 적층되고, 상기 박형 외포체에 밀봉 상태로 수용된 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
제20항에 있어서,

상기 박형 외포체가 가요성을 가지는 판형 외포체인 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
제22항에 있어서,

상기 판형 외포체는 실질적으로 직사각형이며, 상기 전극 쌍에 접속되어 상기 판형 외포체의 외측으로 인출된 양극 단자 및 음극 단자를 구비하는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
제23항에 있어서,

상기 양 단자가 상기 판형 외포체의 한 변으로부터 외측으로 인출된 형태의 이차전지로서, 상기 세퍼레이터는 그 최대 팽창 방향과 상기 한 변이 실질적으로 평행하게 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
제24항에 있어서,

상기 양 단자가 상기 판형 외포체의 한 변으로부터 외측으로 인출된 형태의 이차전지로서, 상기 세퍼레이터는 그 최대 팽창 방향과 상기 한 변이 실질적으로 수직이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
상기 양 단자가 상기 판형 외포체가 상대하는 두 변으로부터 외측으로 인출된 형태의 이차전지로서, 상기 세퍼레이터는 그 최대 팽창 방향과 상기 두 변이 평 행하게 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
상기 양 단자가 외측으로 인출된 상기 판형 외포체의 상기 변과 평행한 절곡선에서 되접힌(folded back) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 박형 이차전지셀.
제20항 기재의 박형 이차전지셀을 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 배터리팩을 구성하고, 상기 배터리팩을 케이싱 내에 수용하여 이루어지는 이차전지 모듈.