KR20080053210A - 바이폴라 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20080053210A
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 기포의 혼입을 억제할 수 있어, 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
바이폴라 전지는 집전체(111)의 한쪽의 면에 캐소드가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드가 형성된 바이폴라 전극을, 전해질층을 개재시켜 복수 적층한 전지 요소와, 인접하는 집전체끼리의 사이의 공간에 적어도 캐소드의 주위 및 애노드의 주위를 둘러싸도록 충전 재료(114)를 배치한 충전부(20)와, 충전부에 설치되어, 바이폴라 전극을 적층할 때에 집전체, 전해질층 및 충전 재료에 의해 둘러싸이는 내부 공간에 잔류하는 가스를 내부 공간의 외부로 배출하는 배기부(32)를 갖는다.
바이폴라 전지, 집전체, 캐소드, 애노드, 세퍼레이터

Description

바이폴라 전지 및 그 제조 방법{BIPOLAR BATTERY AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 바이폴라 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
바이폴라 전지는 1개의 집전체의 일면에 캐소드를 설치하면서 다른 면에 애노드를 설치한 바이폴라 전극을, 전해질층을 통해 복수 적층한 구조를 갖고 있고, 예를 들어 특허문헌 1에는 전술한 바이폴라 전극을, 전해질이 함침된 세퍼레이터를 통해 복수 적층한 구조가 개시되어 있다.
이 바이폴라 전극을 적층할 때에는 캐소드와 애노드를 갖는 집전체, 전해질층(전해질이 침투되고 또한 캐소드와 애노드를 구분하는 세퍼레이터의 층 및 캐소드 또는 애노드와 세퍼레이터 사이의 전해질의 층)을 형성하는 것이지만, 적층한 부위의 미묘한 간극에 의해 가스(기포)가 잔류되는 경우가 있다.
그로 인해, 적층 작업은 신중하게 행할 필요가 있고, 또한 신중하게 행하여도 충분히 전부 제거되지 않고 남게 되는 경우가 있다. 이와 같이 적층한 부위에 기포가 남으면, 그 부위에서는 이온 투과 및 전자의 이동이 불가능한 데드 스페이스(dead space)가 발생하여 출력 저하의 요인이 되기도 한다. 이와 같이 기포의 혼입이 출력 밀도를 향상시킬 때의 과제로 되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평11-204136호 공보
본 발명은 상기 종래 기술에 수반하는 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 기포의 혼입을 억제할 수 있어, 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 바이폴라 전지는 집전체의 한쪽의 면에 캐소드가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드가 형성된 바이폴라 전극을, 전해질층을 개재시켜 복수 적층한 전지 요소와,
인접하는 상기 집전체끼리의 사이의 공간에 적어도 상기 캐소드의 주위 및 상기 애노드의 주위를 둘러싸도록 충전 재료를 배치한 충전부와,
상기 충전부에 설치되어, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에 상기 충전 재료에 의해 둘러싸이는 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 내부 공간의 외부로 배출하는 배기부를 갖는다.
상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 바이폴라 전지의 제조 방법은 집전체의 한쪽의 면에 캐소드가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드가 형성된 바이폴라 전극과, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에 개재시키는 전해질층과, 인접하는 상기 집전체끼리의 사이의 공간에 적어도 상기 캐소드의 주위 및 상기 애노드의 주위를 둘 러싸도록 배치되는 충전 재료를 준비하고,
상기 충전 재료를 배치한 충전부에 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에, 상기 충전 재료에 의해 둘러싸이는 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 내부 공간의 외부로 배출하기 위한 배기부를 형성하고,
상기 배기부를 통해 상기 가스를 외부로 배출한 후에 상기 배기부의 배기 기능을 정지하는 처리를 실시한다.
본 발명에 따르면, 바이폴라 전극을 적층할 때에는 충전 재료에 의해 둘러싸이는 내부 공간에 잔류하는 가스가 배기부를 통해 외부로 배출되므로, 기포의 혼입을 억제할 수 있어, 전지 성능이 우수한 바이폴라 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 가능하다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위해, 도면에는 각 구성 요소가 과장되어 도시되어 있다.
(제1 실시 형태)
도1은 제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)를 도시하는 사시도, 도2는 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 단면도, 도3a는 바이폴라 전극(110)을 도시하는 단면도, 도3b는 단전지(單電池)층(110a)의 설명에 제공하는 단면도, 도4a, 도4b는 충전부(20)에 있어서의 충전 재료(114, 116)의 배치의 형태를 설명하기 위한 단면도, 도5는 충전부(20)가 간극부(21)를 포함하고 있는, 제1 실시 형태에 관 한 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 평면도, 도6은 간극부(21)를 폐색한 상태를 나타내는 평면도, 도7a, 도7b는 바이폴라 전극(110)과 전해질층(120)을 교대로 적층할 때에 가스(30)가 혼입되는 모습을 도시하는 단면도이다. 도8은 도1에 도시되는 바이폴라 전지(10)를 이용하는 조전지(130)를 설명하기 위한 사시도, 도9는 도8에 도시되는 조전지(130)가 탑재되어 있는 차량(138)의 개략도이다.
제1 실시 형태의 바이폴라 전지(10)는, 대략 설명하면, 집전체(111)의 한쪽의 면에 캐소드(113)가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드(112)가 형성된 바이폴라 전극(110)을, 전해질층(120)을 개재시켜 복수 적층한 전지 요소(100)와, 인접하는 집전체(111)끼리의 사이의 공간에 적어도 캐소드(113)의 주위 및 애노드(112)의 주위를 둘러싸도록 충전 재료(114, 116)를 배치한 충전부(20)(도4 참조)와, 충전부(20)의 일부에 설치되어, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때에 충전 재료(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 내부 공간(31)의 외부로 배출하는 배기부(32)를 갖고 있다. 또한, 충전 재료(114, 116)는, 도2에 도시하는 바이폴라 전지(10)의 제1 시일층(115), 제2 시일층(117)으로서 구성된다.
상기 바이폴라 전지(10)를 제조할 때에는, 우선 바이폴라 전극(110)과, 전해질층(120)과, 충전 재료(114, 116)를 준비한다. 계속해서, 충전 재료(114, 116)를 배치한 충전부(20)의 일부에 바이폴라 전극(110)을 적층할 때에, 충전 재료(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 내부 공간(31)의 외부로 배출하기 위한 배기부(32)를 형성한다. 그리고, 배기부(32)를 통해 가스(30)를 외부로 배출한 후에 배기부(32)의 배기 기능을 정지하는 처리를 실시한다. 이 하, 상세하게 서술한다.
도1에 도시한 바와 같이, 바이폴라 전지(10)는 전지 요소(100)를 외장 케이스(104)에 수납하여 구성되고, 외부로부터의 충격이나 환경 열화가 방지되어 있다.
도2 및 도3a를 참조하여, 바이폴라 전극(110)은 집전체(111)의 한쪽의 면에 캐소드 활물질층을 설치하여 캐소드(113)가 형성되고, 다른 쪽의 면에 애노드 활물질층을 설치하여 애노드(112)가 형성되어 있다. 도3b를 참조하여, 인접하는 한 쌍의 집전체(111, 111) 사이에 끼워지는 캐소드(113), 전해질층(120) 및 애노드(112)에 의해 단전지층(110a)이 구성되어 있다. 단전지층(110a)의 적층 수는 요구되는 전압에 따라서 정해진다.
집전체(111)는 전자를 통과시키는 한편, 이온을 차단하므로 이온 격벽이라고도 지칭된다. 전해질층(120)은 이온 투과층이라고도 지칭된다. 도4에 도시한 바와 같이, 전해질층(120)은 캐소드(113)와 애노드(112)를 구분하는 포러스형의 세퍼레이터(121)에 전해질을 침투시킨 층과, 세퍼레이터(121)와 캐소드(113) 또는 애노드(112) 사이에서 이온을 전도하는 전해질의 층(124, 125)을 갖고 있다. 전해질은, 예를 들어 고분자 겔 전해질(겔 폴리머계 전해질)이다.
도2를 다시 참조하여, 전지 요소(100)의 최상위의 바이폴라 전극(110) 위에 애노드 단자 플레이트(102)가 배치되고, 최하위의 바이폴라 전극(110) 아래에 캐소드 단자 플레이트(101)가 배치되어 있다. 단자 플레이트(101, 102)는 고도전성 부재로 이루어지고, 최외층의 전극 투영면 모두를, 적어도 덮도록 구성되어 있다. 따라서, 최외층의 전류 취출부는 저저항화되어 면 방향의 전류 취출에 있어서의 저 저항화를 도모함으로써 전지의 고출력화가 가능해진다. 고도전성 부재는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스, 이들의 합금이다.
전지 요소(100)의 최상위 및 최하위는 바이폴라 전극(110)이 아니라도 좋다. 캐소드 활물질층 또는 애노드 활물질층만을 편면에 배치한 말단극을 적층해도 좋다.
도4a, 도4b도 참조하여, 충전부(20)에 있어서, 충전 재료는 인접하는 집전체(111)끼리의 사이의 공간에 적어도 캐소드(113)의 주위 및 애노드(112)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다.
도4a에 도시되는 충전부(20)는 인접하는 집전체(111)끼리의 사이의 공간을 전해질층(120)에 의해 2개로 구획하고, 구획된 각각의 공간에 충전 재료(114, 116)를 배치한 형태를 갖고 있다. 전해질층(120)과 집전체(111) 사이의 공간에 있어서, 캐소드(113)의 주위를 둘러싸도록 충전 재료(114)가 배치되고, 애노드(112)의 주위를 둘러싸도록 충전 재료(116)가 배치되어 있다. 따라서, 인접하는 집전체(111)끼리의 사이의 공간에 전해질층(120)을 사이에 끼우고, 충전 재료(114, 116)가 2단에 걸쳐서 배치되어 있다.
도4b에 도시되는 충전부(20)는 인접하는 집전체(111)끼리의 사이의 공간에 캐소드(113)의 주위, 전해질층(120)의 주위 및 애노드(112) 주위의 모두를 둘러싸도록 충전 재료(118)를 배치한 형태, 즉 1개의 단전지층(110a)의 주위를 둘러싸도록 충전 재료(118)를 배치한 형태를 갖고 있다.
본 발명의 충전부(20)에 있어서는, 충전 재료의 배치는 어떠한 형태라도 좋 고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
바이폴라 전지(10)에 있어서는, 전해질층(120)에 포함되는 전해질이 스며나오면, 단전지층(110a)끼리가 전기적으로 접속되어 전지로서 충분히 기능하지 않게 된다. 이를 액락(液絡, liquid junction)이라고 칭한다. 전해질층(120)이 액체형 또는 반고체인 겔형의 전해질을 포함하는 경우, 액락이 생기는 것을 방지하기 위해, 충전 재료(114, 116, 118)에는 전해질의 누설을 방지하는 시일재가 이용된다. 전해질층(120)이, 액락이 생기지 않는 전고체 고분자 전해질을 포함하는 경우라도, 인접하는 집전체(111)끼리가 접촉하여 단락하지 않도록 하는 관점으로부터 충전부(20)가 설치되어 있다. 이 경우에 있어서의 충전 재료(114, 116, 118)의 배치도 도4a 또는 도4b에 도시한 어떠한 형태라도 좋다.
제1 실시 형태에서는 전해질로서, 고분자 겔 전해질 또는 전해액을 이용하고 있다. 따라서, 충전 재료(114, 116)에는 시일재를 이용하고 있다. 또한, 충전부(20)에 있어서의 시일재(114, 116)의 배치는 도4a에 도시한 형태를 채용하고 있다(도2도 참조). 또한, 이하의 설명에 있어서는, 설명의 편의상 캐소드(113)의 주위를 둘러싸도록 연장되어 있는 시일재를 제1 시일재(114)라고 하고, 애노드(112)의 주위를 둘러싸도록 연장되어 있는 시일재를 제2 시일재(116)라고 한다. 또한, 제1 시일재(114)에 의해 형성되는 시일층을 제1 시일층(115)이라고 하고, 제2 시일재(116)에 의해 형성되는 시일층을 제2 시일층(117)이라고 한다.
시일재(114, 116)는 1액성 미경화 에폭시 수지이지만, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 그 밖의 열경화형 수지(폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등)나, 열가 소형 수지를 적용하는 것이 가능하다. 사용 환경 하에 있어서 양호한 시일 효과를 발휘하는 것을, 용도에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
도7a, 도7b에 바이폴라 전극(110)과 전해질층(120)을 교대로 적층할 때에 거품형의 공기인 가스(30)가 혼입되는 상태가 나타난다. 도7a는 충전 재료(114, 116)가 전극의 두께보다도 두껍기 때문에, 바이폴라 전극(110) 상에 전해질층(120)을 적층하였을 때에 충전 재료(114, 116)의 근방에 가스(30)가 혼입된 상태를 나타내고 있다. 도7b는 도7a에 도시되는 전해질층(120) 위에 바이폴라 전극(110)을 더 적층하였을 때에 상위의 바이폴라 전극(110)과 하위의 전해질층(120) 사이에 가스(30)가 혼입된 상태를 나타내고 있다.
전술한 바와 같이, 혼입된 가스(30)가 기포가 되어 남으면 전지의 출력 저하의 요인이 되기도 하므로, 적층 시에 세퍼레이터(121)를 바싹 당기는 등의 기포 제거 작업을 행하고 있다. 이와 같은 번잡한 작업을 없애고, 바이폴라 전지(10)의 제조의 간소화를 실현하기 위해서는, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때의 가스(30)의 잔류를 억제하는 것이 중요하다.
그래서, 본 발명의 바이폴라 전지(10)에 있어서는, 충전부(20)의 일부에 배기부(32)를 형성하여, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때에, 충전 재료(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 내부 공간(31)의 외부로 배출하고 있다. 배기부(32)를 형성하는 위치, 크기, 개수 등은 배기 기능을 충분히 달성하는 범위에서 적절하게 선택 가능하다.
도5 및 도6을 참조하여, 제1 실시 형태의 충전부(20)는, 바이폴라 전극(110) 을 적층할 때에는 내부 공간(31)과 외부를 연통하는 동시에 바이폴라 전극(110)을 적층한 방향(이하, 「적층 방향」이라고도 함)으로 충전부(20)를 압박함으로써 폐색되는 간극부(21)를 포함하고 있다. 그리고, 제1 실시 형태의 배기부(32)는 상기한 간극부(21)로 구성되어 있다. 배기부(32)의 배기 기능은 충전부(20)가 압박되고, 간극부(21)가 폐색됨으로써 정지한다.
바이폴라 전극(110)과 전해질층(120)을 교대로 적층할 때에 공기가 거품형이 된 가스(30)가 혼입되어도[도7a, 도7b 참조], 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)는 간극부(21)로 이루어지는 배기부(32)를 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출된다. 충전부(20)를 적층 방향으로 압박하여 간극부(21)가 폐색될 때까지의 동안에, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)의 배기가 더 촉진된다. 간극부(21)가 폐색될 때까지 충전부(20)를 적층 방향으로 압박하면(도6), 배기부(32)의 배기 기능이 정지된다.
이와 같이, 배기부(32)의 배기 기능에 의해, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때의 가스(30)의 잔류를 억제할 수 있어, 적층 시에 세퍼레이터(121)를 바싹 당기는 등의 기포 제거 작업이 불필요해진다. 번잡한 작업이 없어지는 것을 통해, 바이폴라 전지(10)의 제조의 간소화에 기여할 수 있다.
바이폴라 전지(10)의 구성은, 특별히 설명한 것을 제외하고, 일반적인 리튬 이온 이차 전지에 이용되고 있는 공지의 재료를 이용하면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 이하에, 이 바이폴라 전지(10)에 사용할 수 있는 집전체(111), 애노드 활물질층, 캐소드 활물질층, 세퍼레이터(121) 등에 대해 참고로 설명한다.
집전체(111)는, 예를 들어 스테인리스 스틸 박이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않고, 알루미늄 박, 니켈과 알루미늄의 클래드재, 구리와 알루미늄의 클래드재, 혹은 이들 금속의 조합의 도금재를 이용하는 것도 가능하다.
애노드(112)의 애노드 활물질은, 예를 들어 하드 카본(난흑연화 탄소 재료)이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않고, 흑연계 탄소 재료나, 리튬-천이 금속 복합 산화물을 이용하는 것도 가능하다. 특히, 카본 및 리튬-천이 금속 복합 산화물로 이루어지는 애노드 활물질은 용량 및 출력 특성의 관점으로부터 바람직하다.
캐소드(113)의 캐소드 활물질은, 예를 들어 LiMn2O4이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않는다. 또한, 용량 및 출력 특성의 관점으로부터 리튬-천이 금속 복합 산화물을 적용하는 것이 바람직하다.
캐소드(113) 및 애노드(112)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 전지의 사용 목적(예를 들어, 출력 중시, 에너지 중시)이나, 이온 전도성을 고려하여 설정된다.
제1 및 제2 시일층(115, 117)을 구성하는 시일재(114, 116)는, 예를 들어 1액성 미경화 에폭시 수지이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 열경화형 수지(폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등)나, 열가소형 수지를 적용하는 것도 가능하다. 또한, 사용 환경 하에 있어서 양호한 시일 효과를 발휘하는 것을 용도에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.
전해질층(120)의 일부인 세퍼레이터(121)의 소재는, 예를 들어 전해질을 침투할 수 있는 통기성을 갖는 포러스형의 PE(폴리에틸렌)이다. 그러나, 이에 특별 히 한정되지 않고, PP(폴리프로필렌) 등의 다른 폴리올레핀, PP/PE/PP의 3층 구조를 한 적층체, 폴리아미드, 폴리이미드, 아라미드, 부직포를 이용하는 것도 가능하다. 부직포는, 예를 들어 면, 레이온, 아세테이트, 나일론, 폴리에스테르이다.
전해질의 호스트 폴리머는, 예를 들어 HFP(헥사플루오로프로필렌) 코폴리머를 10 ％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자나, 이온 전도성을 갖는 고분자(고체 고분자 전해질)를 적용하는 것도 가능하다. 그 밖의 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자는, 예를 들어 PAN(폴리아크릴로니트릴), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)다. 이온 전도성을 갖는 고분자는, 예를 들어 PEO(폴리에틸렌옥사이드)이나 PPO(폴리프로필렌옥사이드)이다.
호스트 폴리머에 유지되는 전해액은, 예를 들어 PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매, 지지 염으로서의 리튬 염(LiPF6)을 포함하고 있다. 유기 용매는 PC 및 EC로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 고리형 카보네이트류, 디메틸카보네이트 등의 쇄사슬 형상 카보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 적용하는 것이 가능하다. 리튬 염은 LiPF6으로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 무기산 음이온 염, LiCF3SO3 등의 유기산 음이온 염을 적용하는 것이 가능하다.
도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 바이폴라 전지(10)는 단전지층(110a)의 적층체[전지 요소(100)에 상당함]의 형태로, 외장 케이스(104)에 수용되어 있고, 외 부로부터의 충격이나 환경 열화가 방지되어 있다. 적층체(100)의 최외층에 위치하는 집전체(111)에는 고도전성 부재로 이루어지는 단자 리드(101, 102)가 접속되어 있다. 고도전성 부재는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스, 이들의 합금이다.
단자 플레이트(101, 102)는 외장 케이스(104)의 외부로 연장되어 있고, 적층체(100)로부터 전류를 인출하기 위한 전극 탭을 겸용하고 있다. 또한, 독립된 별개의 부재의 전극 탭을 배치하고, 직접적 혹은 리드를 이용하여 단자 플레이트(101, 102)와 접속함으로써, 적층체(100)로부터 전류를 인출하는 것도 가능하다.
외장 케이스(104)는 경량화 및 열전도성의 관점으로부터, 알루미늄, 스테인리스, 니켈, 구리 등의 금속(합금을 포함함)을 폴리프로필렌 필름 등의 절연체로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름 등의 시트재로 이루어지고, 그 외주부의 일부 또는 전부가 열융착에 의해 접합됨으로써 형성된다.
도8을 참조하여, 바이폴라 전지(10)는 단독으로 사용하는 것이 가능하지만, 예를 들어 조전지(130)의 형태에서 이용하는 것이 가능하다. 조전지(130)는 바이폴라 전지(10)를 직렬화 및/또는 병렬화하고, 복수 접속하여 구성되어 있고, 도전 바아(132, 134)를 갖는다. 도전 바아(132, 134)는 바이폴라 전지(10)의 내부로부터 연장되는 단자 플레이트(101, 102)에 접속되어 있다.
바이폴라 전지(10)를 접속하여 구성할 때에, 적절하게 직렬 혹은 병렬화함으로써 용량 및 전압을 자유자재로 조정할 수 있다. 접속 방법은, 예를 들어 초음파 용접, 열 용접, 레이저 용접, 리벳, 코오킹, 전자빔이다.
도9를 참조하여, 조전지(130) 자체를 직렬화 및/또는 병렬화하여 복수 접속함으로써 조전지 모듈(대형의 조전지)(136)로서 제공하는 것도 가능하다.
조전지 모듈(136)은 큰 출력을 확보할 수 있으므로, 예를 들어 차량(138)의 모터 구동용 전원으로서 탑재하는 것이 가능하다. 차량은, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 전차이다.
조전지 모듈(136)은, 예를 들어 내장하는 바이폴라 전지(10)마다 혹은 조전지(130)마다의 충전 제어를 행하는 등, 매우 치밀한 제어를 할 수 있으므로, 1회의 충전당 주행 거리의 연장, 차량 탑재 전지로서의 수명의 장기화 등의 성능의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
다음에, 제1 실시 형태의 바이폴라 전지(10)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도10은 제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 전체 공정도이다.
제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 제조 방법은 바이폴라 전극(110), 전해질층(120), 충전 재료로서의 시일재(114, 116) 및 세퍼레이터(121)가 배치된 서브 어셈블리 유닛으로서의 집성체(108)(후술하는 도18을 참조)를 형성하기 위한 집성체 형성 공정, 집성체(108)(서브 어셈블리 유닛)가 적층되어 어셈블리 유닛으로서의 일체화된 적층체(100)(접합체)를 형성하기 위한 접합체 형성 공정 및 어셈블리 유닛으로서의 일체화된 적층체(100)를 외장 케이스(104)에 수용하기 위한 케이싱 공정을 갖는다.
도11은 도10에 도시되는 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도12는 도11에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도, 도13은 도11에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 단면도, 도14는 도11에 도시되는 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도15는 도11에 도시되는 시일재 배치(배기부 형성) 공정에 있어서 이용되고, 충전 재료로서의 시일재(114, 116)를 도포하는 도포 장치(40)를 도시하는 사시도, 도16은 도11에 도시되는 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도, 도17은 도11에 도시되는 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 단면도, 도18은 도11에 도시되는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
집성체 형성 공정은 전극 형성 공정, 전해질 배치 공정, 시일재 배치(배기부 형성) 공정 및 세퍼레이터 배치 공정을 갖는다.
전극 형성 공정에 있어서는, 우선 캐소드 슬러리가 조정된다. 캐소드 슬러리는, 예를 들어 캐소드 활물질 [85 중량 ％]、 도전 조제 [5 중량 ％] 및 바인더 [10 중량 ％]를 갖고, 점도 조정 용매를 첨가함으로써 소정의 점도가 된다. 캐소드 활물질은 LiMn2O4이다. 도전 조제는 아세틸렌 블랙이다. 바인더는 PVDF(폴리불화비닐리덴)이다. 점도 조정 용매는 NMP(N-메틸-2-피롤리돈)이다. 캐소드 슬러리는 스테인리스 스틸 박으로 이루어지는 집전체(111)의 한쪽의 면에 도포된다.
도전 조제는, 예를 들어 카본 블랙이나 그래파이트를 이용하는 것도 가능하다. 바인더 및 점도 조정 용매는 PVDF 및 NMP로 한정되지 않는다.
다음에, 애노드 슬러리가 조정된다. 애노드 슬러리는, 예를 들어 애노드 활 물질 [90 중량 ％] 및 바인더 [10 중량 ％]를 갖고, 점도 조정 용매를 첨가함으로써 소정의 점도가 된다. 애노드 슬러리는 집전체(111)의 다른 쪽의 면에 도포된다. 애노드 활물질은 하드 카본이다. 바인더 및 점도 조정 용매는 PVDF 및 NMP이다. 애노드 슬러리는 집전체(111)의 다른 쪽의 면에 도포된다.
캐소드 슬러리의 도포막 및 애노드 슬러리의 도포막은, 예를 들어 진공 오븐을 이용하여 건조시켜, 캐소드 활물질층으로 이루어지는 캐소드(113) 및 애노드 활물질층으로 이루어지는 애노드(112)를 형성한다(도12 및 도13 참조). 이때, NMP는 휘발함으로써 제거된다.
캐소드(113) 및 애노드(112)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 전지의 사용 목적(예를 들어, 출력 중시, 에너지 중시)이나, 이온 전도성을 고려하여 설정된다.
전해질 배치 공정에 있어서는, 전해질(124, 125)이 캐소드(113) 및 애노드(112)의 전극부에 각각 도포된다(도14 참조).
전해질(124, 125)은, 예를 들어 전해액 [90 중량 ％] 및 호스트 폴리머 [10 중량 ％]를 갖고, 점도 조정 용매를 첨가함으로써 도포에 적절한 점도로 되어 있다.
전해액은, PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매, 지지 염으로서의 리튬 염(LiPF6)을 포함하고 있다. 리튬 염 농도는, 예를 들어 1 M이다.
호스트 폴리머는, 예를 들어 HFP(헥사플루오로프로필렌) 코폴리머를 10 ％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다. 점도 조제 용매는 DMC(디메틸카보네이트)이다. 점도 조제 용매는 DMC로 한정되지 않는다.
시일재 배치(배기부 형성) 공정에 있어서는, 시일재(114, 116)를, 간극부(21)를 이격하여 도포하고, 간극부(21)로 배기부(32)를 형성한다. 제1 및 제2 시일재(114, 116)는 캐소드(113) 및 애노드(112)의 주위를 불연속으로 연장하고 있고, 제1 및 제2 시일재(114, 116)가 배치되어 있지 않은 절결형의 간극부(21)가 형성된다. 제1 시일재(114)의 도포에 대해 설명한다. 제2 시일재(116)도 마찬가지로 도포된다.
도15를 참조하여, 시일재 배치(배기부 형성) 공정에 있어서 사용되는 도포 장치(40)는 시일재(114)의 도포 및 도포 정지가 가능한 도포 헤드(41, 42, 43)를 갖고 있다. 상기 도포 헤드(41, 42, 43)를 집전체(111)에 대해 상대적으로 이동시킴으로써, 다른 방향으로 도포된 시일재(114)끼리의 사이에 간극부(21)를 형성하고 있다. 도포 장치(40)에는 집전체(111)를 길이 방향으로 연속적으로 반송하기 위한 롤러 등의 도시하지 않은 반송 기구도 설치되어 있다.
도포 장치(40)에는 집전체(111)가 반송되는 길이 방향에 대해 직교하는 방향으로 이동 가능한 제1 도포 헤드(41)와, 상기 직교하는 방향의 양단부에 배치된 제2, 제3 도포 헤드(42, 43)가 배치되어 있다. 집전체(111)를 소정 위치까지 반송하면, 집전체(111)의 반송을 정지하고, 제1 도포 헤드(41)를 이동한다. 이에 의해, 도16에 부호 114a로 나타낸 바와 같이, 상기 직교하는 방향에 따라서 시일재(114) 가 도포된다. 계속해서, 제1 도포 헤드(41)에 의한 도포를 정지하고, 집전체(111)의 반송을 개시하고, 제2, 제3 도포 헤드(42, 43)에 의한 도포를 개시한다. 집전체(111)를 소정 거리만큼 반송하면, 집전체(111)의 반송 및 제2, 제3 도포 헤드(42, 43)에 의한 도포를 정지한다. 이에 의해, 부호 114b, 114c로 나타낸 바와 같이, 길이 방향을 따라서 시일재(114)가 도포된다. 그리고 다시 제1 도포 헤드(41)를 이동한다. 이에 의해, 도16에 부호 114d로 나타낸 바와 같이, 상기 직교하는 방향을 따라서 시일재(114)가 도포된다. 이와 같이 하여, 다른 2방향에 도포된 시일재(114)끼리의 사이의 4군데에 간극부(21)가 형성된다.
간극을 비우지 않도록 시일재(114)를 도포하는 경우에는 코너부에 시일재(114)가 오버랩되는 부분이 생겨, 그만큼만 두께가 불균일해져, 시일성의 저하를 초래할 우려가 있다. 본 실시 형태에서는, 코너부에 있어서 시일재(114)는 오버랩되지 않아, 시일성의 저하를 초래할 우려는 없다.
또한, 각 도포 헤드(41, 42, 43)의 위치를 고정하여 집전체(111)의 측을 2방향으로 이동함으로써도, 간극부(21)를 이격하여 시일재(114)를 도포하고, 이들 간극부(21)로 배기부(32)를 형성할 수도 있다.
시일재(114, 116)는 집전체(111)의 양면에 도포된다. 우선, 집전체(111)가 노출되어 있는 캐소드측 외주부이고 또한 캐소드(113)의 주위를 연장하도록 제1 시일재(114)가 배치된다(도16 참조).
다음에, 집전체(111)가 노출되어 있는 애노드측 외주부이고 또한 애노드(112)의 주위를 연장하도록 제2 시일재(116)가 배치된다. 이때, 제2 시일 재(116)는 제1 시일재(114)의 배치 부위와 마주 대하도록(포개어지도록) 위치 결정된다(도17 참조). 제1 및 제2 시일재(114, 116)는 1액성 미경화 에폭시 수지로 이루어지는 충전 재료이다.
시일재(116)의 도포가 종료되면, 긴 집전체(111)는 도16에 일점 쇄선에 의해 나타내는 부분에서 재단된다.
또한, 시일재 배치 공정에 있어서, 제1 시일재(114)의 두께는 캐소드(113) 및 전해질(124)의 합계 두께 미만이고, 또한 제2 시일재(116)의 두께는 애노드(112) 및 전해질(125)의 합계 두께 미만이 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 세퍼레이터(121)가 외주부에 위치하는 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 접촉하기 전에, 전해질(124, 125)이 배치되는 중앙 부위와 접촉하므로, 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸인 내부에 기포가 잔류되는 것이 억제되기 때문이다.
세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)가 집전체(111)의 한쪽의 전극측(예를 들어, 캐소드측)의 면의 모두를 덮도록 배치된다(도18 참조). 이에 의해, 바이폴라 전극(110), 전해질(124, 125), 시일재(114, 116) 및 세퍼레이터(121)가 배치된 집성체(108)(서브 어셈블리 유닛)가 형성된다. 세퍼레이터(121)는 포러스형의 PE이다.
집성체(108)를 적층함으로써, 집전체(111)와 전해질층(120) 사이의 공간에 캐소드(113)의 주위 및 애노드(112)의 주위를 둘러싸도록 충전 재료(114, 116)를 배치한 충전부(20)가 형성된다.
도19는 도10에 도시되는 접합체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도20은 도19에 도시되는 집성체 세트 공정을 설명하기 위한 단면도, 도21은 도19에 도시되는 적층 공정 및 프레스 공정을 설명하기 위한 개략도, 도22는 도19에 도시되는 시일층 형성 공정을 설명하기 위한 개략도, 도23은 도19에 도시되는 계면 형성 공정을 설명하기 위한 개략도, 도24는 도19에 도시되는 초기 충전 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
접합체 형성 공정은 집성체 세트 공정, 적층 공정, 프레스 공정, 시일층 형성 공정, 계면 형성 공정, 초기 충전 공정 및 기포 배출 공정을 갖는다.
집성체 세트 공정에 있어서는, 매거진(150)에 복수의 집성체(108)가 순차적으로 세트된다(도20 참조).
매거진(150)은 집성체(108)의 세트 시의 간섭을 피하기 위해, 프레임 형상이고, 집성체(108)의 외주부를 파지 가능한 클램프 기구(152)를 갖는다.
클램프 기구(152)는 집성체(108)가 서로 접촉하지 않도록 적층 방향에 간격을 두고 배치된다. 적층 방향은 집성체(108)의 면 방향에 대해 수직인 방향이다.
클램프 기구(152)는, 예를 들어 스프링으로 이루어지는 탄성 부재를 갖고 있고, 탄성력을 기초로 하여 주름 등이 생기지 않도록 집성체(108)에 장력을 부여한 상태에서 유지 가능하게 구성되어 있다.
적층 공정에 있어서는, 매거진(150)이 진공 처리 장치(160)의 내부에 배치되고, 진공 상태에서 집성체(108)의 적층체(100)가 형성된다(도21 참조). 진공도는, 예를 들어 0.2 내지 0.5 × 105 ㎩이다. 적층 공정은 공기 배출 공정을 갖고, 적층체(100)를 형성할 때에, 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 간극부(21)를 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출된다. 또한, 진공 상태이므로, 전극 및 전해질층(120)의 적층 계면에 대한 기포의 혼입이 더 억제된다.
적층체(100)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 받침대를 향해 매거진(150)을 이동시키면서 집성체(108)를 파지하는 클램프 기구(152)를 제어하고, 받침대에 접촉하는 타이밍에서 집성체(108)의 파지를 순차적으로 해소함으로써 적층체(100)를 형성하는 것이 가능하다.
진공 처리 장치(160)는 진공 수단(162), 프레스 수단(170) 및 제어부(178)를 갖는다.
진공 수단(162)은 진공 챔버(163), 진공 펌프(164) 및 배관계(165)를 갖는다. 진공 챔버(163)는 착탈 가능한(개방 가능함) 덮개부와, 매거진(150) 및 프레스 수단(170)이 배치되는 고정식 기부를 갖는다. 진공 펌프(164)는, 예를 들어 원심식이고, 진공 챔버(163)의 내부를 진공 상태로 하기 위해 사용된다. 배관계(165)는 진공 펌프(164)와 진공 챔버(163)를 연결하기 위해서 사용되고, 리크 밸브(도시하지 않음)가 배치되어 있다.
프레스 수단(170)은 기부 플레이트(171) 및 기부 플레이트(171)에 대해 근접 이격 가능하게 배치되는 프레스 플레이트(173)를 갖는다. 제어부(178)는 프레스 플레이트(173)의 이동이나 압박력을 제어하기 위해 사용된다. 기부 플레이트(171) 및 프레스 플레이트(173)에 시트형의 탄성체를 배치하는 것도 가능하다.
프레스 공정은 공기 배출 공정 및 간극 폐색 공정을 갖고, 적층체(100)는 진공 상태를 유지한 상태에서 프레스 플레이트 및 기부 플레이트(171)에 의해 바이폴라 전극(110)을 적층한 방향으로 가압된다(도21 참조). 이때, 적층체(100)에 있어서의 제1 및 제2 시일재(114, 116)가 배치되어 있는 충전부(20)가 가압된다. 가압 조건은, 예를 들어 1 내지 2 × 106 ㎩이다.
이에 의해, 가압 초기에 있어서는 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 공기가 간극부(21)를 통해 배출된다. 그리고, 가압이 진행됨으로써, 간극부(21)의 근방에 위치하는 제1 및 제2 시일재(114, 116)가 간극부(21)를 향해 유동되어 간극부(21)를 피복함으로써, 간극부(21)를 폐색시키기 위해, 배기 기능이 정지된다. 즉, 충전부(20)를 압박하여 간극부(21)를 폐색하는 처리에 의해 배기부(32)의 기능을 정지한다. 충전부(20)의 압박에 의해 제1 및 제2 시일재(114, 116)는 소정의 두께를 갖게 된다.
이 경우, 충전부(20)를 적층 방향으로 압박하여 간극부(21)가 폐색될 때까지의 동안에, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를, 간극부(21)를 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출시키는 것이 가능하기 때문에, 전극부에 기포가 잔류되는 것이 더 억제된다.
따라서, 이온 투과 및 전자의 이동이 불가능한 데드 스페이스의 발생이 억제 되므로, 사용 시의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않으므로, 고출력 밀도를 달성할 수 있다. 즉, 가스(30)의 혼입이 억제된 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있으므로, 사용 시에 있어서의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않는다.
시일층 형성 공정에 있어서는, 적층체(100)가 오븐(190)에 배치되어 가열됨으로써 적층체(100)에 포함되는 제1 및 제2 시일재(114, 116)가 열경화되어 제1 및 제2 시일층(115, 117)을 형성한다(도22 참조). 가열 조건은, 예를 들어 80 ℃이다. 적층체(100)의 가열 방법은 오븐을 사용하는 형태로 특별히 한정되지 않는다.
리튬 이차 전지는 수분을 싫어하지만, 제1 및 제2 시일층(115, 117)이 수지로 구성되므로, 수분의 혼입은 피할 수 없다. 그로 인해, 프레스 공정에 있어서의 제1 및 제2 시일재(114, 116)의 상기 소정의 두께는 제1 및 제2 시일층(115, 117)의 외기에 닿는 두께의 치수를 극소로 하여, 침입하는 수분을 줄이는 견지로부터 설정되어 있다.
제1 및 제2 시일재(114, 116)는 열가소성 수지를 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1 및 제2 시일재(114, 116)는 가열함으로써 소성 변형되고, 제1 및 제2 시일층(115, 117)을 형성하게 된다.
계면 형성 공정에 있어서는, 적층체(100)가 프레스 수단(180)에 배치되고, 가열 하에서 가압됨으로써 적층체(100)에 포함되는 세퍼레이터(121)에 전해질(124, 125)이 침투되어 겔 계면이 형성된다(도23 참조). 가열 온도 및 가압 조건은, 예 를 들어 80 ℃ 및 1 내지 2 × 106 ㎩이다. 이에 의해, 집성체(108)가 적층되어 어셈블리 유닛으로서의 일체화된 적층체(100)(접합체)를 얻을 수 있다.
프레스 수단(180)은 기부 플레이트(181), 기부 플레이트(181)에 대해 근접 이격 가능하게 배치되는 프레스 플레이트(183), 하부 가열 수단(185), 상부 가열 수단(187) 및 제어부(188)를 갖는다. 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)은, 예를 들어 저항 발열체를 갖고 있고, 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)의 내부에 배치되고, 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)의 온도를 상승시키기 위해 사용된다. 제어부(188)는 프레스 플레이트(183)의 이동이나 압박력, 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)의 온도를 제어하기 위해 사용된다.
하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)의 한쪽을 생략하거나, 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)을 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)의 외부에 배치하는 것도 가능하다. 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)에 시트형의 탄성체를 배치하는 것도 가능하다.
초기 충전 공정에 있어서는, 적층체(100)와 전기적으로 접속된 충방전 장치(192)에 의해 첫회 충전이 행해져 기포가 발생된다(도24 참조). 초기 충전 조건은, 예를 들어 캐소드(113)의 도포 중량으로부터 개산된 용량 베이스이고, 21V-0.5C에서 4시간이다.
기포 배출 공정에 있어서는, 예를 들어 롤러를 적층체(100)의 표면으로 압박 함으로써, 적층체(100)의 중앙부에 위치하는 기포가 외주부로 이동되어 제거된다. 따라서, 전지의 출력 밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
도10에 도시한 케이싱 공정에 있어서는, 어셈블리 유닛으로서의 일체화된 적층체(100)(접합체)가 외장 케이스(104)(도2 참조)에 수용되어 바이폴라 전지(10)가 제조된다(도1 및 도2 참조). 외장 케이스(104)는 적층체(100)를 2매의 시트형의 외장재 사이에 배치하고, 외장재의 외주부를 접합함으로써 형성된다. 외장재는 폴리프로필렌 필름 등의 절연체로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름이고, 그 접합은 열융착이 적용된다.
또한, 일체화된 적층체(100)를 복수 더 적층한 후에 외장 케이스(104)에 수용함으로써 바이폴라 전지(10)의 한층 대용량 및/또는 고출력을 도모하는 것도 가능하다. 적층 공정 및 프레스 공정을 대기 하에서 실시하거나, 시일층 형성 공정 및 계면 형성 공정을 진공 하에서 실시하는 것도 가능하다.
전해질(124, 125), 제1 및 제2 시일재(114, 116)를 적절하게 선택함으로써 시일층 형성 공정 및 계면 형성 공정을 일체화하고, 제1 및 제2 시일재(114, 116)의 경화 및 전해질층(120)의 완성을 동시에 실시함으로써 제조 공정의 단축을 도모하는 것도 가능하다. 시일층 형성 공정과 계면 형성 공정 사이에 적층체(100)의 각 층(바이폴라 단전지)의 전위를 모니터하기 위한 탭(리드선)을 설치하기 위한 공정을 추가하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 제1 실시 형태는 기포 혼입이 억제된 바이폴라 전지(10) 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 고분자 겔 전해질은 폴리머 골격에 전해액을 유지한 열가소형이므로, 누액이 방지되고 액락을 방지하여 신뢰성이 높은 바이폴라 전지(10)를 구성하는 것이 가능하다. 또한, 고분자 겔 전해질은 열가소형으로 한정되지 않고, 열경화형을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에도 가열 하에서의 가압에 의해 전해질층(120)을 경화시킴으로써 누액이 방지되어 액락을 방지하는 것이 가능하다.
프레스 공정 및 계면 형성 공정에 있어서의 면압은 1 내지 2 × 106 ㎩로 한정되지 않고, 적층체(100)의 구성 재료의 강도 등의 물성을 고려하여 적절하게 설정하는 것이 가능하다. 시일층 형성 공정에 있어서의 가열 온도는 80 ℃로 한정되지 않고, 전해액의 내열성이나, 제1 시일재(114)[제1 시일층(115)] 및 제2 시일재(116)[제2 시일층(117)]의 경화 온도 등의 물성을 고려하여, 예를 들어 60 ℃ 내지 150 ℃인 것이 바람직하다.
전해질(124, 125)은 겔 폴리머계로 한정되지 않고, 전해액계를 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 전해질 배치 공정에 있어서, 예를 들어 마이크로 피펫을 이용하여 전해액이 캐소드(113) 및 애노드(112)의 전극부에 각각 도포되어 스며든다(도14 참조).
전해액은 PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매, 지지 염으로서의 리튬 염(LiPF6) 및 소량의 계면 활성제를 포함하고 있다. 리튬 염 농도는, 예를 들어 1 M이다.
유기 용매는 PC 및 EC로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 고리형 카보네이트 류, 디메틸카보네이트 등의 쇄사슬 형상 카보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 적용하는 것이 가능하다. 리튬 염은 LiPF6로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 무기산 음이온 염, LiCF3SO3 등의 유기산 음이온 염을 적용하는 것이 가능하다.
(제2 실시 형태)
도25a, 도25b는 재료 저장부(22, 23)가 간극부(21)에 면하여 배치되어 있는, 제2 실시 형태에 관한 충전부(20)를 도시하는 평면도이다.
제2 실시 형태는 간극부(21)에 공급하는 재료를 축적한 재료 저장부(22, 23)를 구비하는 점에 있어서 제1 실시 형태와 상이하다.
제2 실시 형태에서는, 충전부(20)는 간극부(21)를 폐색하기 위해 간극부(21)에 공급하는 재료를 축적한 재료 저장부(22, 23)가 간극부(21)에 면하여 배치되어 있다. 도25a의 재료 저장부(22)는 직사각형 형상을 갖고, 시일재(114)의 도포 단부로부터 약간의 치수만큼 이격되어 간극부(21)를 마주 대하도록 배치되어 있다. 한편, 도25b의 재료 저장부(23)는 대략 원 형상을 갖고, 시일재(114)의 도포 단부에 연속하여 간극부(21)를 형성하도록 배치되어 있다. 어떠한 형상의 재료 저장부에 있어서도, 시일재(114)의 배치량이 증가함으로써 시일재(114)의 유동성이 향상된다. 후자의 형상의 재료 저장부인 경우에는, 간극부(21)의 폭이 일정하지 않아, 간극부(21)의 폭이 좁아진 부위가 존재하므로, 간극부(21)를 보다 용이하게 폐색시키는 것이 가능하다. 시일재(116)에 대해서도 마찬가지이다. 재료 저장부(22, 23)는 시일재 배치(배기부 형성) 공정에 있어서 형성된다.
프레스 공정에 있어서 충전부(20)를 적층 방향으로 압박할 때에 간극부(21)에 면하여 배치한 재료 저장부(22, 23)에 축적된 재료는 간극부(21)를 향해 공급되어 간극부(21)를 폐색한다. 간극부(21)를 폐색함으로써 배기부(32)의 배기 기능이 정지되는 점은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
(제3 실시 형태)
도26은 충전부(20)가 미경화부(24)를 포함하고 있고, 제3 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 평면도, 도27은 제3 실시 형태에 관한 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도28은 제3 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도29는 유도 가열에 의해 충전 재료(114, 116)를 가열하는 모습을 도시하는 도면, 도30은 레이저 가열에 의해 충전 재료(114, 116)를 가열하는 모습을 도시하는 도면이다.
제3 실시 형태는 미경화부(24)로부터 배기부(32)를 구성한 점에서 간극부(21)로부터 배기부(32)를 구성한 제1, 제2 실시 형태와 상이하다.
도26을 참조하여, 제3 실시 형태의 충전 재료로서의 시일재(114, 116)는 열경화성을 갖고, 충전부(20)는, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때에는 내부 공간(31)과 외부를 연통하는 동시에 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 내부 공간(31)의 외부로 배출한 후에 경화되는 미경화부(24)를 포함하고 있다. 미경화부(24)의 재료 자체나, 미경화부(24)와 세퍼레이터(121) 사이 등에는 미소한 간극이 존재하고 있다. 그리고, 제3 실시 형태의 배기부(32)는 상기한 미경화부(24)로 구성되어 있 다. 배기부(32)의 배기 기능은 미경화부(24)가 경화됨으로써 정지한다.
열경화성의 충전 재료(114, 116)로서, 일반적인 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
바이폴라 전극(110)과 전해질층(120)을 교대로 적층할 때에 가스(30)가 혼입되어도 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)는 미경화부(24)로 이루어지는 배기부(32)에 존재하는 미소한 간극을 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출된다. 미경화부(24)를 경화시키면 배기부(32)의 배기 기능이 정지된다.
이와 같이, 배기부(32)의 배기 기능에 의해 바이폴라 전극(110)을 적층할 때의 가스(30)의 잔류를 억제할 수 있어, 적층 시에 세퍼레이터(121)를 바싹 당기는 등의 기포 제거 작업이 불필요해진다. 번잡한 작업이 없어지는 것을 통해, 바이폴라 전지(10)의 제조의 간소화에 기여할 수 있다.
도27을 참조하여, 제3 실시 형태에 관한 집성체 형성 공정은 전극 형성 공정, 전해질 배치 공정, 시일재 배치 공정 및 세퍼레이터 배치 공정을 갖는다.
시일재 배치 공정에 있어서, 캐소드(113) 및 애노드(112)의 주위를 연속해서 연장하도록 시일재(114, 116)를 간극없이 도포한다. 다른 공정의 순서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도28을 참조하여, 제3 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정은 집성체 세트 공정, 적층 공정, 프레스 공정, 시일재 일부 경화(배기부 형성) 공정, 계면 형성 공정, 초기 충전 공정 및 시일층 형성 공정을 갖는다.
집성체 세트 공정 및 적층 공정의 순서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 시일재(114, 116)에는 간극부(21)를 형성하고 있지 않으므로, 적층 공정에 있어서 간극부(21)를 통해 가스(30)가 배출되지 않는다.
프레스 공정은 공기 배출 공정을 갖고, 적층체(100)는 진공 상태를 유지한 상태에서 프레스 플레이트 및 기부 플레이트(171)에 의해 바이폴라 전극(110)을 적층한 방향으로 가압된다.
이에 의해, 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 경화되어 있지 않은 시일재(114, 116) 자체를 통하거나, 혹은 시일재(114, 116)와 집전체(111)가 전해질층(120) 사이의 미소 간극을 통해 배출된다.
시일재 일부 경화(배기부 형성) 공정에 있어서, 적층체(100)를 적층 방향으로 가압하면서 시일재(114, 116)의 일부를 열경화시키지 않고 미경화부(24)를 형성하고, 미경화부(24)로 배기부(32)를 형성한다. 미경화부(24)를 일부분만으로 설정하는 것은 후공정의 시일층 형성 공정에 있어서, 배기부(32)의 배기 기능을 정지하기 위한 처리를 신속하게 행하여 기포를 배제한 상태를 유지하기 위해서이다.
시일재 일부 경화(배기부 형성) 공정은 공기 배출 공정도 갖고, 적층체(100)를 형성할 때에, 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 미경화부(24)를 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출되어 전극부에 기포가 잔류되는 것이 억제된다.
따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 이온 투과 및 전자의 이동이 불가능한 데드 스페이스의 발생이 억제되므로, 사용 시의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전 지 저항은 증대되지 않으므로, 고출력 밀도를 달성할 수 있다. 즉, 가스(30)의 혼입이 억제된 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있으므로, 사용 시에 있어서의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않는다.
계면 형성 공정, 초기 충전 공정의 순서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
시일층 형성 공정은 공기 배출 공정도 갖고, 적층체(100)를 적층 방향으로 가압하면서 미경화부(24)의 시일재(114, 116)를 가열한다. 이에 의해, 초기 충전에 의해 발생한 가스(30)를 배기부(32)를 통해 외부로 배출하면서 적층체(100)에 포함되는 제1 및 제2 시일재(114, 116)가 열경화되어 제1 및 제2 시일층(115, 117)을 형성한다. 제1 실시 형태의 기포 배출 공정, 즉 초기 충전 후에 적층체(100)의 중앙부에 위치하는 기포를 롤러에 의해 바싹 당겨서 외주부로 이동시키는 작업을 폐지할 수 있다. 미경화부(24)의 시일재(114, 116)를 열경화시키는 처리에 의해 배기부(32)의 배기 기능을 정지한다.
제3 실시 형태에서는 초기 충전에 의해 발생한 가스(30)를, 배기부(32)를 통해 외부로 배출한 후에 미경화부(24)의 시일재(114, 116)를 열경화시키는 처리를 실시하고 있다. 이로 인해, 초기 충전에 의해 발생한 가스(30)가 잔류되는 것이 더 억제된다. 따라서, 가스(30)의 혼입이 한층 억제되어 전지의 출력 밀도를 향상시킨 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있다.
시일재 일부 경화(배기부 형성) 공정 및 시일층 형성 공정에 있어서 시일재(114, 116)를 가열하는 방식은 한정되지 않지만, 예를 들어 유도 가열에 의해 가열하는 방식(도29 참조)이나, 레이저 가열에 의해 가열하는 방식(도30 참조)을 예 시할 수 있다. 또한, 마이크로 웨이브를 이용하여 열경화성 수지에 포함되는 수분을 가열하여 경화시키는 방식이라도 좋다.
도29를 참조하여, 유도 가열 방식에 있어서는, 시일재(114, 116)의 위치에 대응하여 배치된 유도 가열 코일(51)과, 유도 가열 코일(51)에 고주파 전류를 인가하는, 도시하지 않은 고주파 전류 발생 장치가 설치된다. 시일재(114, 116)에는 열경화성 수지로서 일반적인 에폭시 수지에 자성 재료를 혼입시킨 것이 사용된다. 예를 들어, 1액성 열경화형 접착제인 플레인 세트 AE-300(상품명, 아지노모또 파인 테크노 주식회사 제품)을 사용할 수 있다.
유도 가열 코일(51)에 고주파 전류를 흐르게 하여 변동 자계를 발생시키면, 이 변동 자계에 의한 유도 와전류가 시일재(114, 116)에 발생하고, 혼입된 자성 재료가 와전류에 의해 줄 발열한다. 이에 의해, 시일재(114, 116)는 가열되어 열경화된다. 유도 가열에 의해 시일재(114, 116)를 집중적으로 가열할 수 있으므로, 주위 부재의 가열을 가급적으로 억제할 수 있다. 또한, 유도 가열로 인해 혼입되는 자성 재료의 함유량이나 입도가 시일재(114, 116)의 전기 절연성을 저해하는 일은 없다.
도30을 참조하여, 레이저 가열 방식에 있어서는, 시일재(114, 116)를 향해 레이저를 조사하는 레이저 조사기(52)와, 레이저 조사기(52)를 정해진 궤적을 따라서 이동하는 도시하지 않은 로봇이 설치된다. 시일재(114, 116)에는 열경화성 수지로서 일반적인 에폭시 수지가 사용된다.
로봇에 의해 시일재(114, 116)를 트레이스하면서 레이저 조사기(52)를 이동 하여 레이저 조사기(52)로부터 발한 레이저광을 시일재(114, 116)에 닿게 한다. 이에 의해, 시일재(114, 116)는 가열되어 열경화된다. 레이저 가열에 의해 시일재(114, 116)를 집중적으로 가열할 수 있으므로, 주위의 부재의 가열을 가급적으로 억제할 수 있다.
(제4 실시 형태)
도31은 충전부(20)가 연화부(25)를 포함하고 있는, 제4 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 평면도, 도32는 제4 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
제4 실시 형태는 연화부(25)로 배기부(32)를 구성한 점에서, 간극부(21)로 배기부(32)를 구성한 제1, 제2 실시 형태, 미경화부(24)로 배기부(32)를 구성한 제3 실시 형태와 상이하다.
도31을 참조하여, 제4 실시 형태의 충전 재료로서의 시일재(114, 116)는 열가소성을 갖고, 충전부(20)는, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때에는 내부 공간(31)과 외부를 연통하는 동시에 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 내부 공간(31)의 외부로 배출한 후에 경화되는 연화부(25)를 포함하고 있다. 연화부(25)의 재료 자체나, 연화부(25)와 세퍼레이터(121) 사이 등에는 미소한 간극이 존재하고 있다. 그리고, 제4 실시 형태의 배기부(32)는 상기한 연화부(25)로 구성되어 있다. 배기부(32)의 배기 기능은 연화부(25)가 경화됨으로써 정지한다.
열가소성의 충전 재료(114, 116)로서, 일반적인 실리콘계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴로니트릴부타디엔스틸렌 수지(ABS 수지)를 사용할 수 있다.
바이폴라 전극(110)과 전해질층(120)을 교대로 적층할 때에 가스(30)가 혼입되어도 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)는 연화부(25)로 이루어지는 배기부(32)에 존재하는 미소한 간극을 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출된다. 연화부(25)를 경화시키면 배기부(32)의 배기 기능이 정지된다.
이와 같이, 배기부(32)의 배기 기능에 의해 바이폴라 전극(110)을 적층할 때의 가스(30)의 잔류를 억제할 수 있어, 적층 시에 세퍼레이터(121)를 바싹 당기는 등의 기포 제거 작업이 불필요해진다. 번잡한 작업이 없어지는 것을 통해, 바이폴라 전지(10)의 제조의 간소화에 기여할 수 있다.
제4 실시 형태에 관한 집성체 형성 공정은 제3 실시 형태와 마찬가지로 전극 형성 공정, 전해질 배치 공정, 시일재 배치 공정 및 세퍼레이터 배치 공정을 갖는다(도27 참조). 시일재 배치 공정에 있어서, 캐소드(113) 및 애노드(112)의 주위를 연속해서 연장하도록 시일재(114, 116)를 간극없이 도포한다.
도32를 참조하여 제4 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정은 집성체 세트 공정, 적층 공정, 프레스 공정, 시일재 일부 연화(배기부 형성) 공정, 계면 형성 공정, 초기 충전 공정 및 시일층 형성 공정을 갖는다.
집성체 세트 공정 및 적층 공정의 순서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 시일재(114, 116)에는 간극부(21)를 형성하고 있지 않으므로, 적층 공정에 있어서 간극부(21)를 통해 가스(30)가 배출되지 않는다.
프레스 공정은 공기 배출 공정을 갖고, 적층체(100)는 진공 상태를 유지한 상태에서 프레스 플레이트 및 기부 플레이트(171)에 의해 바이폴라 전극(110)을 적 층한 방향으로 가압된다.
이에 의해, 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 경화되어 있지 않은 시일재(114, 116) 자체를 통하거나, 혹은 시일재(114, 116)와 집전체(111)가 전해질층(120) 사이의 미소 간극을 통해 배출된다.
시일재 일부 연화(배기부 형성) 공정에 있어서, 적층체(100)를 적층 방향으로 가압하면서, 우선 시일재(114, 116)의 전체를 경화 온도에서 경화시킨다. 그 후, 시일재(114, 116)의 일부를 연화 온도까지 가열하고, 연화시켜 연화부(25)를 형성하고, 연화부(25)로 배기부(32)를 형성한다. 연화부(25)를 일부분만으로 설정하는 것은 후공정의 시일층 형성 공정에 있어서, 배기부(32)의 배기 기능을 정지하기 위한 처리를 신속하게 행하여 기포를 배제한 상태를 유지하기 위해서이다.
시일재 일부 경화(배기부 형성) 공정은 공기 배출 공정도 갖고, 적층체(100)를 형성할 때에, 제1 및 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 연화부(25)를 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출되어 전극부에 기포가 잔류되는 것이 억제된다.
따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 이온 투과 및 전자의 이동이 불가능한 데드 스페이스의 발생이 억제되므로, 사용 시의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않으므로, 고출력 밀도를 달성할 수 있다. 즉, 가스(30)의 혼입이 억제된 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있으므로, 사용 시에 있어서의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않는다.
계면 형성 공정, 초기 충전 공정의 순서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
시일층 형성 공정은 공기 배출 공정도 갖고, 적층체(100)를 적층 방향으로 가압하면서 연화부(25)의 시일재(114, 116)를 경화 온도에서 재경화한다. 이에 의해, 초기 충전에 의해 발생한 가스(30)를 배기부(32)를 통해 외부로 배출하면서 적층체(100)에 포함되는 제1 및 제2 시일재(114, 116)가 경화되어 제1 및 제2 시일층(115, 117)을 형성한다. 제1 실시 형태의 기포 배출 공정, 즉 초기 충전 후에 적층체(100)의 중앙부에 위치하는 기포를 롤러에 의해 바싹 당겨서 외주부로 이동시키는 작업을 폐지할 수 있다. 연화부(25)의 시일재(114, 116)를 경화시키는 처리에 의해 배기부(32)의 배기 기능을 정지한다.
제4 실시 형태에서는 초기 충전에 의해 발생한 가스(30)를, 배기부(32)를 통해 외부로 배출한 후에 연화부(25)의 시일재(114, 116)를 경화시키는 처리를 실시하고 있다. 이로 인해, 제3 실시 형태와 마찬가지로 초기 충전에 의해 발생한 가스(30)가 잔류되는 것이 더 억제된다. 따라서, 가스(30)의 혼입이 한층 억제되어 전지의 출력 밀도를 향상시킨 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있다.
시일재 일부 연화(배기부 형성) 공정 및 시일층 형성 공정에 있어서 시일재(114, 116)를 가열하는 방식은 한정되지 않지만, 상술한, 유도 가열에 의해 가열하는 방식(도29 참조)이나, 레이저 가열에 의해 가열하는 방식(도30 참조)을 예시할 수 있다. 이들 방식에 따르면, 시일재(114, 116)를 집중적으로 가열할 수 있으므로, 주위의 부재의 가열을 가급적 억제할 수 있다. 또한, 마이크로 웨이브를 이용하여 열가소성 수지에 포함되는 수분을 가열하여 연화시키는 방식이라도 좋다.
도33은 제4 실시 형태의 개변예에 관한 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 평면도이다.
제4 실시 형태에서는 시일재(114, 116)의 전체를 열가소성 수지 혹은 열가소성 접착제로 형성하고, 시일재(114, 116)를 부분적으로 가열함으로써, 그 부위를 연화부(25)로 하여 배기부(32)로 하였지만, 본 발명은 이 경우로 한정되는 것은 아니다.
도33에 도시한 바와 같이, 배기부(32)를 형성하는 부위만으로 열가소성 수지(114a)를 도포하고, 그 밖의 부위에는 열경화성 수지(114b)를 도포해 두고, 열가소성 수지(114a)를 도포한 부위만을 가열함으로써, 그 부위를 연화부(25)로 하여 배기부(32)로 해도 좋다.
(제5 실시 형태)
도34a는 충전부(20)가 간극부(221)를 포함하고 있는, 제5 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 평면도, 도34b는 도34a의 34B-34B선을 따르는 단면도이다. 도35는 배기부(32)의 위치를 개념적으로 도시하는 도면이다. 도36은 제5 실시 형태에 있어서의 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도37은 도36에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도, 도38은 도36에 도시되는 제1 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도, 도39는 도36에 도시되는 제1 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 단면도, 도40은 도36에 도시되는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도41은 도36에 도시되는 제2 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도34를 참조하여, 제5 실시 형태는 제1 실시 형태와 마찬가지로 충전부(20)가 간극부(221)를 포함하고, 이 간극부(221)로부터 배기부(32)를 구성하고 있다. 제5 실시 형태는 간극부(221)의 형상(도34 참조), 서브 어셈블리 유닛으로서의 집성체(208)의 구조(도34, 도41 참조)의 점에 있어서, 제1 실시 형태와 상이하다.
간극부(221)는, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때에는 내부 공간(31)과 외부를 연통하는 동시에 바이폴라 전극(110)의 적층 방향으로 충전부(20)를 압박함으로써 폐색되는 한에 있어서, 적당한 형상을 채용할 수 있다. 제1 실시 형태에서는 제1 시일재(114)를 도중에 끊기도록 배치하여, 도포 단부끼리의 사이를 간극부(21)로 하고 있다. 제2 시일재(116)에 대해서도 마찬가지로 배치하여, 도포 단부끼리의 사이를 간극부(21)로 하고 있다. 한편, 제5 실시 형태에서는 도중에 끊기지 않도록 배치한 제1, 제2 시일재(114, 116)에 간극부(221)를 형성하고 있다. 즉, 도34a, 도34b를 참조하여, 제5 실시 형태에서는 도중에 끊기지 않도록 배치한 제1, 제2 시일재(114, 116)의 일부에 두께 방향의 높이가 다른 부위보다도 낮은 부위(221a)를 형성하고, 이 높이가 낮은 부위(221a)를 간극부(221)로 하고 있다.
프레스 공정에 있어서 충전부(20)를 바이폴라 전극(110)의 적층 방향으로 압박함으로써 간극부(221)가 폐색되어 배기부(32)의 배기 기능이 정지되는 점은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
도35를 참조하여, 제5 실시 형태에서는 집성체(208)마다 위치를 어긋나게 하면서 간극부(221)를 형성하고 있다. 따라서, 복수의 집성체(208)를 적층하였을 때, 간극부(221)로 구성되는 배기부(32)는 바이폴라 전극(110)을 적층하는 방향에 서 볼 때 다른 위치로 어긋나게 하여 배치된 상태가 된다. 도35에서는 적층되어 있는 복수의 집성체(208) 중, 최상위의 집성체(208)에 있어서의 배기부(32)의 위치를 2점 쇄선에 의해 둘러싸이는 영역(209a)에 의해 나타내고, 1개 하위측의 집성체(208)에 있어서의 배기부(32)의 위치를 2점 쇄선에 의해 둘러싸이는 영역(209b)에 의해 나타내고, 이하 차례로 하위측의 집성체(208)에 있어서의 배기부(32)의 위치를 2점 쇄선에 의해 둘러싸이는 영역(209c, 209d, 209e)에 의해 나타내고 있다. 도35에는 이해의 용이를 위해 5개의 집성체(208)를 적층하였을 때의 배기부(32)의 위치만을 개념적으로 도시하고 있다. 실제로 사용되는 바이폴라 전지는 보다 다수의 집성체(208)를 적층하고 있다. 따라서, 배기부(32)는 바이폴라 전극(110)을 적층하는 방향에서 볼 때, 직사각형 프레임 형상으로 균등하게 흩어져서 배치된 상태가 된다.
복수의 간극부(221)는 바이폴라 전극(110)의 적층 방향에서 볼 때 1군데에 집중하여 존재하지 않고, 직사각형 프레임 형상으로 균등하게 흩어져서 배치된 상태가 된다. 이로 인해, 적층한 집성체(208)를 바이폴라 전극(110)의 적층 방향으로 압박할 때, 각각의 충전부(20)를 보다 균등하게 압박할 수 있다. 따라서, 각각의 집성체(208)에 있어서의 간극부(221)를 확실하게 폐색하여 배기부(32)의 배기 기능을 보다 확실하게 정지할 수 있다. 또한, 어셈블리 유닛으로서의 적층체(100)의 두께도 균등해진다.
또한, 도34b에 도시되는 1개의 집성체(208)에 있어서는, 제1 시일재(114)에 형성한 간극부(221)와, 제2 시일재(116)에 형성한 간극부(221)가 바이폴라 전 극(110)의 적층 방향에서 볼 때 동일한 위치에 존재하고 있다. 1개의 집성체(208)에 있어서, 제1 시일재(114)의 간극부(221)와, 제2 시일재(116)의 간극부(221)를, 위치를 어긋나게 하여 형성할 수도 있다.
제5 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 제조 방법은 제1 실시 형태와 마찬가지로 집성체 형성 공정, 접합체 형성 공정 및 케이싱 공정을 포함한다(도10 참조).
도36을 참조하여, 제5 실시 형태에 관한 집성체 형성 공정은 전극 형성 공정, 전해질 배치 공정, 제1 시일재 배치(배기부 형성) 공정, 세퍼레이터 배치 공정 및 제2 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 갖는다.
제5 실시 형태에서는 미리 직사각형 형상으로 절단한 집전체(111)를 이용하고 있고, 이 점에서 긴 집전체(111)를 이용하고 있는 제1 실시 형태와 상이하다.
전극 형성 공정의 순서는 도37에 도시되는 직사각형 형상의 집전체(111)를 이용하는 점을 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지이다(도13 참조).
전해질 배치 공정에 있어서, 전해질(124, 125)을 도포하기 위해서는, 우선 캐소드(113) 및 애노드(112)가 형성된 집전체(111)의 한쪽 면인 애노드(112)측을 상면으로 하여 적재대에 설치하고, 애노드(112)에 전해질(125)을 도포한다. 이후, 도포된 전해질(125) 상에 보호 필름을 접착하고, 바이폴라 전극(110)의 표리를 반전시킨다. 보호 필름을 설치함으로써, 바이폴라 전극(110)을 반전해도 전해질이 도포된 면을 하면으로 하여 적재대에 설치할 수 있다. 이 보호 필름은 폴리에틸렌 등의 수지에 의해 제작된다. 이후, 상면이 된 다른 쪽 면의 캐소드(113)에도 전해 질(124)을 도포한다. 전해질(124, 125)의 재료 등은 제1 실시 형태와 마찬가지이다(도14 참조).
제1 시일재 배치(배기부 형성) 공정에 있어서는, 집전체(111)가 노출되어 있는 캐소드측 외주부, 또한 캐소드(113)의 주위를 연장하도록 충전 재료로서의 제1 시일재(114)가 부여된다(도38, 도39를 참조). 제1 시일재(114)의 부여는, 예를 들어 디스펜서를 이용하는 도포가 적용된다. 제1 시일재(114)의 부여의 도중에 있어서, 도포량을 줄임으로써, 제1 시일재(114)의 일부에 두께 방향의 높이가 다른 부위보다도 낮은 부위(221a)를 형성한다. 이 높이가 낮은 부위(221a)가 간극부(221)가 된다[도34b 참조].
세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)가 집전체(111)의 캐소드측의 면의 모두를 덮도록 배치한다(도40을 참조). 이에 의해, 세퍼레이터(121)가 전해질(124) 및 제1 시일재(114)에 포개어진다. 세퍼레이터(121)는 포러스형의 PE이다.
제2 시일재 배치(배기부 형성) 공정에 있어서는, 세퍼레이터 배치 공정에 있어서 배치된 세퍼레이터(121)의 제1 시일재(114)와 접하는 측과 반대측에 충전 재료로서의 제2 시일재(116)가 부여된다(도41 참조). 이때, 제2 시일재(116)는 제1 시일재(114)의 부여 부위와 마주 대하도록(포개어지도록) 위치 결정된다. 제2 시일재(116)의 부여는, 예를 들어 디스펜서를 이용하는 도포가 적용된다. 제2 시일재(116)의 부여의 도중에 있어서, 도포량을 줄임으로써 제2 시일재(116)의 일부에 두께 방향의 높이가 다른 부위보다도 낮은 부위(221a)를 형성한다. 이 높이가 낮 은 부위(221a)가 간극부(221)가 된다[도34b 참조].
이에 의해, 바이폴라 전극(110)의 한쪽에는 전해질(125)이 형성되고, 다른 쪽에는 전해질(124), 제1, 제2 시일재(114, 116) 및 세퍼레이터(121)가 배치된 집성체(208)(서브 어셈블리 유닛)가 형성된다.
다른 집성체(208)를 형성할 때에는 간극부(221)를 형성하는 위치를 어긋나게 한다(도35 참조). 제1, 제2 시일재(114, 116)의 부여의 도중에 있어서, 도포량을 줄이는 타이밍을 제어함으로써 간극부(221)를 원하는 위치로 어긋나게 할 수 있다.
제5 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정은 제1 실시 형태와 마찬가지로 집성체 세트 공정, 적층 공정, 프레스 공정, 시일층 형성 공정, 계면 형성 공정, 초기 충전 공정 및 기포 배출 공정을 갖는다(도19를 참조). 제5 실시 형태는 집성체 세트 공정이 제1 실시 형태와 약간 다르고, 다른 공정은 제1 실시 형태와 동일하다. 따라서, 이하에서는 집성체 세트 공정만을 설명한다.
도42는 제5 실시 형태에 관한 집성체 세트 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
제5 실시 형태에 집성체 세트 공정에 있어서는, 도42에 도시하는 매거진(150)에 복수의 집성체(208)가 순차적으로 세트된다. 이때에는, 집성체(208)로부터 보호 필름이 제거된다. 또한, 최상부의 집성체(208A)는 바이폴라 전극(110)에 제1 시일재(114)만이 설치되고, 최하부의 집성체(208B)는 집성체(208)의 구성 외에 애노드(112)측에도 시일재가 설치된다. 또한, 집성체(208A) 위에는 단자 플레이트(102)가 배치되고, 집성체(208B) 아래에는 단자 플레이트(101)가 배치된다. 매거진(150)이나 클램프 기구(152)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다.
배기부(32)를 바이폴라 전극(110)을 적층하는 방향에서 볼 때 다른 위치로 어긋나게 하여 배치하는 점은, 배기부(32)를 간극부(221)로 구성하는 경우로 한정되는 것은 아니다. 미경화부(24)로 구성되는 배기부(32)(제3 실시 형태), 연화부(25)로 구성되는 배기부(32)(제4 실시 형태)의 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 배기부(32)를 어긋나게 하여 배치함으로써, 각각의 충전부(20)를 보다 균등하게 압박할 수 있어, 어셈블리 유닛으로서의 적층체(100)의 두께를 균등하게 할 수 있다.
(제6 실시 형태)
도43a는 충전부(20)가 핫멜트 접착부(301)를 포함하고 있고, 제6 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 평면도, 도43b는 도43a의 43B-43B를 따르는 단면도이다. 도44는 제6 실시 형태에 있어서의 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도45a는 도44에 도시되는 집전체 전처리(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도, 도45b는 도45a의 45B-45B선을 따르는 단면도, 도46a는 도44에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도, 도46b는 도46a의 46B-46B선을 따르는 단면도, 도47a는 도44에 도시되는 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 평면도, 도47b는 도47a의 47B-47B선을 따르는 단면도, 도48a는 도44에 도시되는 제1 시일재 배치 공정을 설명하기 위한 평면도, 도48b는 도48a의 48B-48B선을 따르는 단면도, 도49a는 도44에 도시되는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 평면도, 도49b는 도49a의 49B-49B선을 따르는 단면도, 도50a는 도44에 도시되는 핫멜트 접 착제 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도, 도50b는 도50a의 50B-50B선을 따르는 단면도이다. 도43a는 도44에 도시되는 제2 시일재 배치 공정을 설명하기 위한 도면이기도 하다.
제6 실시 형태는 핫멜트 접착부(301)로 배기부(32)를 구성한 점에서 제1 내지 제5 실시 형태와 상이하다.
도43a, 도43b를 참조하여, 제6 실시 형태의 충전 재료는, 접착 처리 전에는 점착성이 없는 핫멜트 접착 기능을 갖고, 충전부(20)는, 바이폴라 전극(110)을 적층할 때에는 내부 공간(31)과 외부를 연통하는 동시에 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 내부 공간(31)의 외부로 배출한 후에 경화되는 핫멜트 접착부(301)를 포함하고 있다. 핫멜트 접착부(301)의 재료 자체나, 핫멜트 접착부(301)와 세퍼레이터(121) 사이 등에는 미소한 간극이 존재하고 있다. 그리고, 제6 실시 형태의 배기부(32)는 상기한 핫멜트 접착부(301)로 구성되어 있다. 배기부(32)의 배기 기능은 핫멜트 접착부(301)가 경화됨으로써 정지한다.
핫멜트 접착 기능을 갖는 충전 재료로서, 일반적인 핫멜트 접착제를 사용할 수 있다. 핫멜트 접착제는 열가소성 수지를 주성분으로 하여 유기 용매를 포함하지 않는 고형 접착제이고, 폴리에스테르계, 변성 올레핀계 등 다양하다. 핫멜트 접착제는 가열 용융하여 도포하고, 냉각에 의해 고화되어 부재끼리의 접착 처리가 완료된다. 핫멜트 접착제는, 접착 처리 전에는 점착성을 갖고 있지 않다. 핫멜트 접착제, 예를 들어 상온 경화성의 핫멜트 접착제의 연화 온도는 150 ℃ 정도이다.
제6 실시 형태에서는 충전부(20)의 일부를 핫멜트 접착부(301)로 하고 있다. 이로 인해, 핫멜트 접착부(301)를 형성하는 부위에만 핫멜트 접착제(304, 306)를 도포하고, 다른 부위에는 다른 도포재(314, 316)를 도포하고 있다. 다른 도포재에는, 예를 들어 열가소성 수지 혹은 열가소성 접착제로 형성한 시일재를 이용할 수 있다. 열가소성의 재료로서, 일반적인 실리콘계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴로니트릴부타디엔스틸렌 수지(ABS 수지)를 사용할 수 있다.
집전체(111)에는 캐소드(113) 및 애노드(112)를 형성하기 전에 핫멜트 접착제(304)를 미리 도포하고 있다. 핫멜트 접착제(304)는 도43b에 있어서 집전체(111) 상의 우측 모서리에 도포하고 있다. 시일재(314)는 핫멜트 접착제(304)와 함께 캐소드(113)의 주위를 둘러싸도록 도43a에 있어서 캐소드(113)의 상측, 좌측 및 하측에 도포하고 있다. 시일재(316)는 핫멜트 접착제(306)와 함께 애노드(112)의 주위를 둘러싸는 것이 가능하도록 도43a에 있어서 애노드(112)의 상측, 좌측 및 하측이 되는 부분에 도포하고 있다.
세퍼레이터(121)의 도면 중 우측 모서리는 핫멜트 접착제(304) 상에 오버랩되어 있다. 핫멜트 접착제(304, 306)는, 접착 처리 전에는 점착성을 갖고 있지 않으므로, 핫멜트 접착제와 그 위에 오버랩된 세퍼레이터(121) 사이 등에는 미소한 간극이 존재하고 있다.
핫멜트 접착제(304, 306)는 도포한 후, 상온에서 경화된 상태가 된다. 이 상태에서 바이폴라 전극(110)과 전해질층(120)이 적층된다. 그리고, 적층한 후에 실시되는 프레스 공정에 있어서, 핫멜트 접착제(304, 306)가 가열되어 용해되고, 부재끼리[집전체(111) 및 세퍼레이터(121), 혹은 집전체(111)끼리]를 접착한다.
기재(基材)에 핫멜트 접착제를 도포한 필름형의 핫멜트재를 사용해도 좋지만, 본 실시 형태에서는 핫멜트 접착제(304, 306)를 직접 도포하는 방식을 채용하고 있다. 필름형의 핫멜트재는 두께가 비교적 크기 때문에, 핫멜트 접착제(304, 306)를 직접 도포함으로써, 서브 어셈블리 유닛으로서의 집성체(308)의 두께, 나아가서는 집성체(308)를 적층한 어셈블리 유닛으로서의 적층체(100)(접합체)의 두께를 작게 하기 위해서이다.
또한, 제6 실시 형태의 설명에 있어서는, 설명의 편의상 캐소드(113)의 주위를 둘러싸도록 연장되는 핫멜트 접착제(304) 및 시일재(314)를 각각 제1 핫멜트 접착제(304) 및 제1 시일재(314)라고 하고, 애노드(112)의 주위를 둘러싸도록 연장하는 핫멜트 접착제(306) 및 시일재(316)를 각각 제2 핫멜트 접착제(306) 및 제2 시일재(316)라고 한다. 또한, 제1 핫멜트 접착제(304) 및 제1 시일재(314)에 의해 형성되는 시일층을 제1 시일층(315)이라고 하고, 제2 핫멜트 접착제(306) 및 제2 시일재(316)에 의해 형성되는 시일층을 제2 시일층(317)이라고 한다.
바이폴라 전극(110)과 전해질층(120)을 교대로 적층할 때에 가스(30)가 혼입되어도, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)는 핫멜트 접착부(301)로 이루어지는 배기부(32)에 존재하는 미소한 간극을 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출된다. 핫멜트 접착부(301)를 경화시키면 배기부(32)의 배기 기능이 정지된다.
이와 같이, 배기부(32)의 배기 기능에 의해 바이폴라 전극(110)을 적층할 때의 가스(30)의 잔류를 억제할 수 있어, 적층 시에 세퍼레이터(121)를 바싹 당기는 등의 기포 제거 작업이 불필요해진다. 번잡한 작업이 없어지는 것을 통해, 바이폴 라 전지(10)의 제조의 간소화에 기여할 수 있다.
제6 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 제조 방법은 제5 실시 형태와 마찬가지로 집성체 형성 공정, 접합체 형성 공정 및 케이싱 공정을 갖는다.
도44를 참조하여, 제6 실시 형태에 관한 집성체 형성 공정은 집전체 전처리(배기부 형성) 공정, 전극 형성 공정, 전해질 배치 공정, 제1 시일재 배치 공정, 세퍼레이터 배치 공정, 핫멜트 접착제 배치(배기부 형성) 공정 및 제2 시일재 배치 공정을 갖는다.
집전체 전처리(배기부 형성) 공정에 있어서, 집전체(111) 상에 제1 핫멜트 접착제(304)를 도포한다. 제1 핫멜트 접착제(304)의 도포에 의해 핫멜트 접착부(301)로 이루어지는 배기부(32)가 형성된다. 제1 핫멜트 접착제(304)는 도45b에 있어서 집전체(111)의 우측 모서리에 도포한다. 제6 실시 형태에서는 제5 실시 형태와 마찬가지로 미리 직사각형 형상으로 절단한 집전체(111)를 이용하고 있다. 그 밖의 순서는 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 제1 핫멜트 접착제(304)의 부여는, 예를 들어 디스펜서를 이용하는 도포가 적용된다.
전극 형성 공정은, 도46에 도시한 바와 같이 제1 핫멜트 접착제(304)가 집전체(111) 상에 미리 도포되어 있는 점을 제외하고, 제5 실시 형태와 마찬가지이다.
전해질 배치 공정은, 도47에 도시한 바와 같이 제1 핫멜트 접착제(304)가 집전체(111) 상에 미리 도포되어 있는 점을 제외하고, 제5 실시 형태와 마찬가지이다.
제1 시일재 배치 공정에 있어서는, 우선 집전체(111)가 노출되어 있는 캐소 드측 외주부, 또한 캐소드(113)의 주위를 연장하도록 제1 시일재(314)가 부여된다(도48 참조). 제1 시일재(314)의 부여는, 예를 들어 디스펜서를 이용하는 도포가 적용된다. 제1 시일재(314)는 제1 핫멜트 접착제(304)와 함께 캐소드(113)의 주위를 둘러싸도록 도48a에 있어서 캐소드(113)의 상측, 좌측 및 하측에 도포한다.
세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)가 집전체(111)의 캐소드측의 면을 덮도록 배치된다(도49 참조). 세퍼레이터(121)의 도면 중 우측 모서리는 제1 핫멜트 접착제(304) 상에 오버랩되어 있다. 이에 의해, 세퍼레이터(121)가 전해질(124), 제1 핫멜트 접착제(304) 및 제1 시일재(314)에 포개어진다. 세퍼레이터(121)는 포러스형의 PE이다.
핫멜트 접착제 배치(배기부 형성) 공정에 있어서는, 세퍼레이터 배치 공정에 있어서 배치된 세퍼레이터(121)의 제1 시일재(314)와 접하는 측과 반대측에 제2 핫멜트 접착제(306)가 부여된다(도50 참조). 이때, 제2 핫멜트 접착제(306)는 집전체(111) 상의 제1 핫멜트 접착제(304)의 부여 부위와 마주 대하도록(포개어지도록) 위치 결정된다. 제2 핫멜트 접착제(306)의 부여는, 예를 들어 디스펜서를 이용하는 도포가 적용된다. 제2 핫멜트 접착제(306)의 도포에 의해 핫멜트 접착부(301)로 이루어지는 배기부(32)가 형성된다.
제2 시일재 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)의 제1 시일재(314)와 접하는 측과 반대측에 제2 시일재(316)가 부여된다(도43 참조). 이때, 제2 시일재(316)는 제1 시일재(314)의 부여 부위와 마주 대하도록(포개어지도록) 위치 결정된다. 제2 시일재(316)의 부여는, 예를 들어 디스펜서를 이용하는 도포가 적용된 다.
이에 의해, 바이폴라 전극(110)의 한쪽에는 전해질(125)이 형성되고, 다른 쪽에는 전해질(124), 제1, 제2 시일재(314, 316), 제1, 제2 핫멜트 접착제(304, 306) 및 세퍼레이터(121)가 배치된 집성체(308)(서브 어셈블리 유닛)가 형성된다.
제6 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정은 제1 실시 형태와 마찬가지로 집성체 세트 공정, 적층 공정, 프레스 공정, 시일층 형성 공정, 계면 형성 공정, 초기 충전 공정 및 기포 배출 공정을 갖는다(도19를 참조). 제6 실시 형태는 프레스 공정 및 시일층 형성 공정이 제1 실시 형태와 약간 다르고, 다른 공정은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 따라서, 이하에서는 프레스 공정 및 시일층 형성 공정만을 설명한다.
도51은 제6 실시 형태에 관한 시일층 형성 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
프레스 공정은 공기 배출 공정을 갖고, 적층체(100)는 진공 상태를 유지한 상태에서 프레스 플레이트 및 기부 플레이트(171)에 의해 바이폴라 전극(110)을 적층한 방향으로 가압된다.
이에 의해, 제1 및 제2 시일재(314, 316), 제1 및 제2 핫멜트 접착제(304, 306)에 의해 둘러싸이는 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 핫멜트 접착부(301)로 이루어지는 배기부(32)를 통해 외부로 배출된다. 즉, 가스(30)는 제1 및 제2 핫멜트 접착제(304, 306) 자체를 통하거나, 혹은 제1 및 제2 핫멜트 접착제(304, 306)와 집전체(111)나 전해질층(120)과의 사이의 미소한 간극을 통해 배출 된다.
도51을 참조하여, 시일층 형성 공정은 공기 배출 공정도 갖고, 적층체(100)를 적층 방향으로 가압하면서 제1 및 제2 핫멜트 접착제(304, 306) 및 제1 및 제2 시일재(314, 316)를 가열한다. 이에 의해, 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)를 배기부(32)를 통해 외부로 배출하면서 적층체(100)에 포함되는 제1 및 제2 핫멜트 접착제(304, 306), 제1 및 제2 시일재(314, 316)를 가열 용융하고, 냉각에 의해 더 고화하여 제1 및 제2 시일층(315, 317)을 형성한다. 핫멜트 접착부(301)의 제1 및 제2 핫멜트 접착제(304, 306)를 경화시키는 처리에 의해 배기부(32)의 배기 기능을 정지한다. 핫멜트 접착부(301)를 일부분만으로 설정하고 있으므로, 배기부(32)의 배기 기능을 정지하기 위한 처리를 신속하게 행하여 기포를 배제한 상태를 유지할 수 있다.
이와 같이 하여 전극부에 기포가 잔류되는 것이 억제된다. 따라서, 제1 실시 형태와 마찬가지로 이온 투과 및 전자의 이동이 불가능한 데드 스페이스의 발생이 억제되므로, 사용 시의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않으므로, 고출력 밀도를 달성할 수 있다. 즉, 가스(30)의 혼입이 억제된 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있으므로, 사용 시에 있어서의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않는다.
또한, 충전 재료로서 핫멜트 접착제(304, 306)만을 사용하여 충전부(20) 모두를 핫멜트 접착부(301)로 할 수도 있다.
또한, 제5 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이, 핫멜트 접착부(301)로 구 성되는 배기부(32)를, 바이폴라 전극(110)을 적층하는 방향에서 볼 때 다른 위치로 어긋나게 하여 배치해도 좋다. 배기부(32)를 어긋나게 하여 배치함으로써, 각각의 충전부(20)를 보다 균등하게 압박할 수 있어, 어셈블리 유닛으로서의 적층체(100)의 두께를 균등하게 할 수 있기 때문이다.
(제7 실시 형태)
도52a 내지 도52c는 제7 실시 형태에 있어서, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 배기부(32)를 향해 이동하는 모습을 도시하는 도면, 도53a, 도53b는 가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치(410)의 개략 구성을 도시하는 정면도 및 주요부를 도시하는 사시도이다.
제7의 실시 형태는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 외부로 배출하기 쉽게 하기 위한 개변을 포함하고 있다.
도52a 내지 도52c를 참조하여, 제7 실시 형태는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를, 배기부(32)를 통해 배출하는 처리를 실시하기 전에 롤러 부재(401, 402)를 압박하면서 이동함으로써, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 배기부(32)를 향해 이동하는 처리(가스 이동 처리)를 실시하는 공정을 포함하고 있다.
도시예에서는 충전부(20)의 2군데에 배기부(32)를 형성하고 있다. 배기부(32)의 구체적인 형태는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 제1 실시 형태에 있어서 설명한 간극부(21)로 형성되어 있다. 이 경우, 가스 이동 처리는, 예를 들어 세퍼레이터 배치 공정(도11, 도18 참조) 후에 실시한다. 롤러 부재(401, 402)는 세퍼레이터(121)의 측으로부터 바이폴라 전극(110)을 향해 압박된다.
도53a, 도53b를 참조하여 가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치(410)는 서브 어셈블리 유닛으로서의 집성체(408)를 적재하는 팔레트(411)와, 세퍼레이터(121)로 압박되는 롤러 부재(412)를 구비하는 롤러 유닛(413)과, 롤러 유닛(413)을 선회 가능한 선회 유닛(414)과, 선회 유닛(414)이 설치되어 X축-Y축의 2 방향으로 슬라이드 이동 가능한 슬라이드 유닛(415)을 갖는다. 팔레트(411)를 걸치도록 문형의 프레임(416)이 배치되고, 이 프레임(416)에 슬라이드 유닛(415)이 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 있다.
팔레트(411)에는, 도시하지 않은 흡인 장치에 연통하는 다수의 흡인 구멍이 형성되어 있다. 흡인 구멍을 통해 집성체(408)를 흡인함으로써 팔레트(411) 상에 적재되는 집성체(408)를 흡착 유지한다.
롤러 유닛(413)은 롤러 부재(412)를 회전 가능하게 유지하는 프레임(421)과, 프레임(421)에 접속된 가압 실린더(422)를 갖는다. 가압 실린더(422)는 압축 에어 등의 유체압에 의해 작동하는 유체압 실린더로 구성되어 있다. 유체압 실린더로의 공급 압력을 제어함으로써, 세퍼레이터(121)에 대한 롤러 부재(412)의 압박력을 조정한다.
선회 유닛(414)은 롤러 유닛(413)을, 종축을 중심으로 선회 가능하게 유지한다. 선회 유닛(414)에는 롤러 유닛(413)을 선회하기 위한 서보 모터가 내장되어 있다. 서보 모터의 회전 이동에 의해 롤러 유닛(413)은 롤러 부재(412)의 회전축이 X축에 평행하게 되는 위치와, 롤러 부재(412)의 회전축이 Y축에 평행하게 되는 위치로 선회한다. 전자의 선회 위치에서는, 롤러 부재(412)는 Y축 방향으로 이동 가능해지고, 후자의 선회 위치에서는, 롤러 부재(412)는 X축 방향으로 이동 가능해진다.
슬라이드 유닛(415)은 X축 방향으로 이동 가능한 슬라이더(423)와, Y축 방향으로 이동 가능한 슬라이더(424)를 갖고 있다. 각각의 슬라이더(423, 424)에는 볼 스쿠류, 가이드 레일, 구동 모터 등으로 구성되는 도시하지 않은 슬라이드 기구가 설치되어 있다.
도시한 롤러 부재(412)의 축 방향 길이는 상기 롤러 부재(412)를 압박해야 할 영역[전해질(124)의 크기에 거의 동등함]의 X축 방향 치수 및 Y축 방향 치수에 비해 작다. 이로 인해, X축 방향으로 가스(30)를 이동할 때에는 롤러 부재(412)를 Y축 방향으로 위치를 어긋나게 하면서 X축 방향으로 복수회 이동한다. 또한, Y축 방향으로 가스(30)를 이동할 때에는 롤러 부재(412)를, X축 방향으로 위치를 어긋나게 하면서 Y축 방향으로 복수회 이동한다.
도52를 참조하여, 제7 실시 형태의 작용을 설명한다. 또한, 이해의 용이를 위해, 도52b에 있어서는 축 방향 길이가 다른 2개의 롤러 부재(401, 402)를 이용하여 가스 이동 처리를 실시하고 있는 모습을 도시하고 있다.
도52a에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(121)를 배치할 때에 전해질(124) 사이에 가스(30)가 기포가 되어 혼입되는 경우가 있다.
도52b에 도시한 바와 같이, 우선 화살표 431에 의해 나타낸 바와 같이 전해질(124)의 도면 중 높이 방향의 대략 중앙 위치로부터 전해질(124)의 도면 중 하단부 모서리까지 롤러 부재(401)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(401)를 세퍼레이터(121)로부터 이격하여 상기 높이 방향의 대략 중앙 위치까지 복귀시킨다. 화살표 432에 의해 나타낸 바와 같이, 상기 높이 방향의 대략 중앙 위치로부터 전해질(124)의 도면 중 상단부 모서리까지 롤러 부재(401)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(401)를 세퍼레이터(121)로부터 이격한다. 다음에, 화살표 433에 의해 나타낸 바와 같이, 전해질(124)의 도면 중 폭 방향의 대략 중앙 위치로부터 전해질(124)의 도면 중 좌측 단부 모서리까지 롤러 부재(402)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(402)를 세퍼레이터(121)로부터 이격하여 상기 폭 방향의 대략 중앙 위치까지 복귀시킨다. 화살표 434에 의해 나타낸 바와 같이, 상기 폭 방향의 대략 중앙 위치로부터 전해질(124)의 도면 중 우측 단부 모서리까지 롤러 부재(402)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(402)를 세퍼레이터(121)로부터 이격한다.
도52c에 도시한 바와 같이, 롤러 부재(401, 402)의 상기한 동작에 의해 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)가 배기부(32)로서의 간극부(21)의 전방까지 이동한다.
이후, 접합체 형성 공정에 있어서의 적층 공정 및 프레스 공정(도19, 도21 참조)에 있어서, 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 간극부(21)를 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출된다. 여기에, 가스(30)가 간극부(21)의 전방까지 이미 이동하고 있으므로, 간극부(21)를 통해 가스(30)를 외부로 배출하기 쉬워진다. 그 결과, 가스(30)의 혼입을 한층 억제한 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있어, 전지 저항이 증대되어 않아, 고출력 밀도를 달성할 수 있다.
또한, 롤러 부재(401, 402)의 이동 방향은 배기부(32)의 위치에 따라서 변하는 것이고, 설명한 동작으로 한정되는 것은 아니다.
도54는 가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치의 개변예의 주요부를 도시하는 사시도이다.
가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치는 롤러 부재(412)를 1개만 사용하는 경우로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도54에 도시한 바와 같이 가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치에 복수개(도시예에서는 4개)의 롤러 부재(441, 442, 443, 444)를 설치해도 좋다. 각각의 롤러 부재(441 내지 444)는 다른 방향으로 이동함으로써 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 배기부(32)를 향해 이동한다. 이 개변예에서는 가스(30)를 이동시키는 방향마다 롤러 부재(441 내지 444)를 설치하고 있으므로, 가스 이동 처리에 필요로 하는 시간의 단축화를 도모할 수 있다.
(제8 실시 형태)
도55a 내지 도55c는 제8 실시 형태에 있어서, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 중앙부를 향해 이동하여 집약되어 있는 모습을 도시하는 도면이고, 도56은 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를, 세퍼레이터(121)를 통해 흡인 부재(550)에 의해 흡인하고 있는 모습을 도시하는 단면도이다.
제8 실시 형태는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를, 세퍼레이터(121)가 구비하는 통기성을 이용하여 외부로 배출하기 위한 개변을 포함하고 있다.
제8 실시 형태는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 배기부(32)를 통해 배출하는 처리를 실시하기 전에, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 세퍼레이 터(121)를 통해 배출하는 처리를 실시하는 공정을 포함하고 있다. 전해질층은 전해질이 침투되는 포러스형의 세퍼레이터(121)를 포함하고 있다.
도55a 내지 도55c를 참조하여, 본 실시 형태에서는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를, 세퍼레이터(121)를 통해 배출하는 처리를 실시하기 전에 롤러 부재(501, 502)를 압박하면서 이동함으로써, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 집약하는 처리(가스 집약 처리)를 실시하는 공정을 포함하고 있다. 그리고, 도56을 참조하여, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를, 세퍼레이터(121)를 통해 흡인 부재(550)에 의해 흡인함으로써 배출하고 있다(가스 배출 처리). 흡인 부재(550)는 노즐 형상을 갖고 있다.
도시예에서는 충전부(20)의 2군데에 배기부(32)를 형성하고 있다. 배기부(32)의 구체적인 형태는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 제1 실시 형태에 있어서 설명한 간극부(21)로 형성되어 있다. 이 경우, 가스 집약 처리 및 가스 배출 처리는, 예를 들어 세퍼레이터 배치 공정(도11, 도18 참조) 후에 실시한다. 롤러 부재(501, 502)는 세퍼레이터(121)의 측으로부터 바이폴라 전극(110)을 향해 압박된다.
가스 집약 처리를 실시할 때에는 제7 실시 형태에 있어서 설명한 가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치(410)가 사용된다[도53a, 도53b를 참조].
도56을 참조하여, 흡인 부재(550)는 흡인 노즐(551)로 구성되어 있다. 흡인 노즐(551)은 공기 흡인 튜브(552)를 통해, 도시하지 않은 흡인 장치에 연통되어 있다. 흡인 장치를 작동함으로써, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)는 통기성을 갖는 세퍼레이터(121)를 통해 흡인 노즐(551)에 의해 흡인된다.
도55 및 도56을 참조하여, 제8 실시 형태의 작용을 설명한다. 또한, 이해의 용이를 위해, 도55b에 있어서는 축 방향 길이가 다른 2개의 롤러 부재(501, 502)를 이용하여 가스 이동 처리를 실시하고 있는 모습을 도시하고 있다.
도55a에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(121)를 배치할 때에 전해질(124) 사이에 가스(30)가 기포가 되어 혼입되는 경우가 있다.
도55b에 도시한 바와 같이, 우선 화살표 531에 의해 나타낸 바와 같이 전해질(124)의 도면 중 하단부 모서리로부터 전해질(124)의 도면 중 높이 방향의 대략 중앙 위치까지 롤러 부재(501)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(501)를 세퍼레이터(121)로부터 이격하여 도면 중 상단부 모서리까지 이동한다. 화살표 532에 의해 나타낸 바와 같이, 전해질(124)의 도면 중 상단부 모서리로부터 상기 높이 방향의 대략 중앙 위치까지 롤러 부재(501)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(501)를 세퍼레이터(121)로부터 이격한다. 다음에, 화살표 533에 의해 나타낸 바와 같이, 전해질(124)의 도면 중 우측 단부 모서리로부터 전해질(124)의 도면 중 폭 방향의 대략 중앙 위치까지 롤러 부재(502)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(502)를 세퍼레이터(121)로부터 이격하여 도면 중 좌측 단부 모서리까지 이동한다. 화살표 534에 의해 도시된 바와 같이, 전해질(124)의 도면 중 좌측 단부 모서리로부터 상기 폭 방향의 대략 중앙 위치까지 롤러 부재(502)를 세퍼레이터(121)로 압박하면서 이동한다. 롤러 부재(502)를 세퍼레이터(121)로부터 이격한다.
도55c에 도시한 바와 같이, 롤러 부재(501, 502)의 상기한 동작에 의해 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)가 대략 중앙 영역까지 이동하여 집약된다.
계속해서, 도56에 도시한 바와 같이 흡인 노즐(551)을 집약된 가스(30)에 세퍼레이터(121)를 통해 마주보는 위치에 배치한다. 그리고, 흡인 장치를 작동하면, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)는 통기성을 갖는 세퍼레이터(121)를 통해, 흡인 노즐(551)에 의해 흡인되어 외부로 배출된다.
이후, 접합체 형성 공정에 있어서의 적층 공정 및 프레스 공정(도19, 도21 참조)에 있어서, 내부 공간(31)에 잔류되어 있던 가스(30)가 간극부(21)를 통해 내부 공간(31)의 외부로 배출된다. 여기에, 세퍼레이터(121)를 배치할 때에 전해질(124) 사이에 혼입된 가스(30)는 흡인 노즐(551)에 의해 흡인되어 배출되고 있으므로, 간극부(21)를 통해 배출되는 가스(30)는 주로 집성체(508)를 적층할 때에 상위의 바이폴라 전극(110)과 하위의 전해질층(120) 사이에 혼입된 가스(30)가 된다[도7b 참조]. 간극부(21)를 통해 배출해야 할 가스(30)의 양이 감소되므로, 내부 공간(31)에 잔존하는 가스(30)의 양도 가급적 감소된다. 그 결과, 가스(30)의 혼입을 한층 억제한 바이폴라 전지(10)를 얻을 수 있어, 전지 저항이 증대되지 않아, 고출력 밀도를 달성할 수 있다.
또한, 가스(30)를 집약할 때의 롤러 부재(501, 502)의 이동 방향은 설명한 동작으로 한정되는 것은 아니다.
도57a, 도57b는 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를, 중앙부를 향해 이동하여 집약하고 있는 것 외의 모습을 도시하는 도면이다.
도57a에 도시한 바와 같이 복수개(도시예에서는 8개)의 롤러 부재(541 내지 548)를 이용하여 가스 집약 처리를 실시해도 좋다. 독립된 8개의 롤러 부재(541 내지 548)는 주위로부터 교대로 중앙부를 향해 굴러 가고, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 중앙부로 집약한다.
도57b에 도시한 바와 같이, 롤러 부재(501, 502)의 이동은 직선 방향으로 한정되는 것은 아니다. 1개의 롤러 부재(549)는 주위로부터 중앙부를 향하도록 나선형에 굴러 가고, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)를 중앙부에 집약한다.
도58a, 도58b는 세퍼레이터(121)를 통한 가스 배출 처리를 실시하기 위한 장치(510)의 개략 구성을 도시하는 정면도 및 주요부를 도시하는 사시도, 도59는 흡입 롤러(512)를 도시하는 단면도이다.
흡인 부재(550)는 노즐 형상으로 한정되지 않고, 롤러 형상을 갖고 있어도 좋다.
도58a, 도58b를 참조하여, 세퍼레이터(121)를 통한 가스 배출 처리를 실시하기 위한 장치(510)는 서브 어셈블리 유닛으로서의 집성체(508)를 적재하는 팔레트(511)와, 세퍼레이터(121)로 압박되는 흡인 부재(550)로서의 흡입 롤러(512)를 구비하는 롤러 유닛(513)과, 롤러 유닛(513)이 설치되어 X축 방향으로 슬라이드 이동 가능한 슬라이드 유닛(515)을 갖는다. 팔레트(511)를 걸치도록 문형의 프레임(516)이 배치되고, 이 프레임에 슬라이드 유닛(515)이 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 있다.
팔레트(511)에는 도시하지 않은 흡인 장치에 연통하는 다수의 흡인 구멍이 형성되어 있다. 흡인 구멍을 통해 집성체(508)를 흡인함으로써, 팔레트(511) 상에 적재되는 집성체(508)를 흡착 유지한다.
롤러 유닛(513)은 흡입 롤러(512)를 회전 가능하게 유지하는 프레임(521)과, 프레임(521)에 접속된 가압 실린더(522)를 갖는다. 가압 실린더(522)는 압축 에어 등의 유체압에 의해 작동하는 유체압 실린더로 구성되어 있다. 유체압 실린더로의 공급 압력을 제어함으로써, 세퍼레이터(121)에 대한 흡입 롤러(512)의 압박력을 조정한다.
슬라이드 유닛(515)은 X축 방향으로 이동 가능한 슬라이더(523)를 갖고 있다. 슬라이더(523)에는 볼 스쿠류, 가이드 레일, 구동 모터 등으로 구성되는 도시하지 않은 슬라이드 기구가 설치되어 있다.
흡입 롤러(512)는, 도59에 도시한 바와 같이 다수의 공기 구멍(553)이 형성된 중공 롤러로 구성되어 있다. 흡입 롤러(512)는 베어링(554)을 통해 프레임(521)에 회전 가능하게 유지되어 있다. 흡입 롤러(512)의 내부는 공기 흡인 튜브(555)를 통해 도시하지 않은 흡인 장치에 연통되어 있다. 흡인 장치를 작동하면서 흡입 롤러(512)를 이동함으로써, 내부 공간(31)에 잔류하는 가스(30)는 통기성을 갖는 세퍼레이터(121)를 통해, 흡입 롤러(512)에 의해 흡인된다. 흡입 롤러(512)를 사용하는 경우에는 굴러가면서 가스(30)를 흡인하기 때문에, 가스 집약 처리를 실시하지 않아도 좋다.
세퍼레이터(121)를 통해 가스(30)를 흡인하는 실시 형태에 대해 설명하였지만, 세퍼레이터(121)를 통해 가스(30)를 배출하는 처리는 이 경우로 한정되는 것은 아니다. 세퍼레이터(121)가 구비하는 통기성을 이용함으로써 다음과 같이 개변할 수도 있다. 즉, 세퍼레이터(121)의 상부로부터 압박력을 가함으로써, 세퍼레이터(121)를 통해 가스(30)를 배출할 수 있다. 또는, 집성체(508)를 방치해 둠으로써도, 세퍼레이터(121)를 통해 가스(30)를 배출할 수 있다.
도1은 제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지를 도시하는 사시도.
도2는 바이폴라 전지의 주요부를 도시하는 단면도.
도3a는 바이폴라 전극을 도시하는 단면도, 도3b는 단전지층의 설명에 제공하는 단면도.
도4a, 도4b는 충전부에 있어서의 충전 재료의 배치의 형태를 설명하기 위한 단면도.
도5는 충전부가 간극부를 포함하고 있는, 제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지의 주요부를 도시하는 평면도.
도6은 간극부를 폐색한 상태를 나타내는 평면도.
도7a, 도7b는 바이폴라 전극과 전해질층을 교대로 적층할 때에 가스가 혼입되는 모습을 도시하는 단면도.
도8은 도1에 도시되는 바이폴라 전지를 이용하는 조전지를 설명하기 위한 사시도.
도9는 도8에 도시되는 조전지가 탑재되어 있는 차량의 개략도.
도10은 제1 실시 형태에 관한 바이폴라 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 전체 공정도.
도11은 도10에 도시되는 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도.
도12는 도11에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도.
도13은 도11에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 단면도.
도14는 도11에 도시되는 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도.
도15는 도11에 도시되는 시일재 배치(배기부 형성) 공정에 있어서 이용되고, 충전 재료로서의 시일재를 도포하는 도포 장치를 도시하는 사시도.
도16은 도11에 도시되는 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도.
도17은 도11에 도시되는 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 단면도.
도18은 도11에 도시되는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도.
도19는 도10에 도시되는 접합체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도.
도20은 도19에 도시되는 집성체 세트 공정을 설명하기 위한 단면도.
도21은 도19에 도시되는 적층 공정 및 프레스 공정을 설명하기 위한 개략도.
도22는 도19에 도시되는 시일층 형성 공정을 설명하기 위한 개략도.
도23은 도19에 도시되는 계면 형성 공정을 설명하기 위한 개략도.
도24는 도19에 도시되는 초기 충전 공정을 설명하기 위한 개략도.
도25a, 도25b는 재료 저장부가 간극부에 면하여 배치되어 있는, 제2 실시 형태에 관한 충전부를 도시하는 평면도.
도26은 충전부가 미경화부를 포함하고 있는, 제3 실시 형태에 관한 바이폴라 전지의 주요부를 도시하는 평면도.
도27은 제3 실시 형태에 관한 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도.
도28은 제3 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도.
도29는 유도 가열에 의해 충전 재료를 가열하는 모습을 도시하는 도면.
도30은 레이저 가열에 의해 충전 재료를 가열하는 모습을 도시하는 도면.
도31은 충전부가 연화부를 포함하고 있는, 제4 실시 형태에 관한 바이폴라 전지의 주요부를 도시하는 평면도.
도32는 제4 실시 형태에 관한 접합체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도.
도33은 제4 실시 형태의 개변예에 관한 바이폴라 전지의 주요부를 도시하는 평면도.
도34a는 충전부가 간극부를 포함하고 있는, 제5 실시 형태에 관한 바이폴라 전지의 주요부를 도시하는 평면도, 도34b는 도34a의 34B-34B선을 따르는 단면도.
도35는 배기부의 위치를 개념적으로 도시하는 도면.
도36은 제5 실시 형태에 있어서의 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도.
도37은 도36에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도.
도38은 도36에 도시되는 제1 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도.
도39는 도36에 도시되는 제1 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 단면도.
도40은 도36에 도시되는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도.
도41은 도36에 도시되는 제2 시일재 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 단면도.
도42는 제5 실시 형태에 관한 집성체 세트 공정을 설명하기 위한 단면도.
도43a는 충전부가 핫멜트 접착부를 포함하고 있는, 제6 실시 형태에 관한 바이폴라 전지(10)의 주요부를 도시하는 평면도, 도43b는 도43a의 43B-43B를 따르는 단면도.
도44는 제6 실시 형태에 있어서의 집성체 형성 공정을 설명하기 위한 공정도.
도45a는 도44에 도시되는 집전체 전처리(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도, 도45b는 도45a의 45B-45B선을 따르는 단면도.
도46a는 도44에 도시되는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도, 도46b는 도46a의 46B-46B선을 따르는 단면도.
도47a는 도44에 도시되는 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 평면도, 도47b는 도47a의 47B-47B선을 따르는 단면도.
도48a는 도44에 도시되는 제1 시일재 배치 공정을 설명하기 위한 평면도, 도48b는 도48a의 48B-48B선을 따르는 단면도.
도49a는 도44에 도시되는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 평면도, 도49b는 도49a의 49B-49B선을 따르는 단면도.
도50a는 도44에 도시되는 핫멜트 접착제 배치(배기부 형성) 공정을 설명하기 위한 평면도, 도50b는 도50a의 50B-50B선을 따르는 단면도.
도51은 제6 실시 형태에 관한 시일층 형성 공정을 설명하기 위한 단면도.
도52a 내지 도52c는 제7 실시 형태에 있어서, 내부 공간에 잔류하는 가스를 배기부를 향해 이동하는 모습을 도시하는 도면.
도53a, 도53b는 가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치의 개략 구성을 도시하는 정면도 및 주요부를 도시하는 사시도.
도54는 가스 이동 처리를 실시하기 위한 장치의 개변예의 주요부를 도시하는 사시도.
도55a 내지 도55c는 제8 실시 형태에 있어서, 내부 공간에 잔류하는 가스를 중앙부를 향해 이동하여 집약하고 있는 모습을 도시하는 도면.
도56은 내부 공간에 잔류하는 가스를, 세퍼레이터를 통해, 흡인 부재에 의해 흡인하고 있는 모습을 도시하는 단면도.
도57a, 도57b는 내부 공간에 잔류하는 가스를 중앙부를 향해 이동하여 집약하고 있는 것 외의 모습을 도시하는 도면.
도58a, 도58b는 세퍼레이터를 통한 가스 배출 처리를 실시하기 위한 장치의 개략 구성을 도시하는 정면도 및 주요부를 도시하는 사시도.
도59는 흡입 롤러를 도시하는 단면도.
<부호의 설명>
10 : 바이폴라 전지
20 : 충전부
21, 221 : 간극부
22, 23 : 재료 저장부
24 : 미경화부
25 : 연화부
30 : 가스
31 : 내부 공간
32 : 배기부
40 : 도포 장치
41 내지 43 : 도포 헤드
51 : 유도 가열 코일
52 : 레이저 조사기
100 : 전지 요소, 적층체, 어셈블리 유닛
104 : 외장 케이스
108 : 집성체, 서브 어셈블리 유닛
110 : 바이폴라 전극
110a : 단전지층
111 : 집전체
112 : 애노드
113 : 캐소드
114, 314 : 제1 시일재(충전 재료)
115, 315 : 제1 시일층
116, 316 : 제2 시일재(충전 재료)
117, 317 : 제2 시일층
118 : 시일재(충전 재료)
120 : 전해질층
121 : 세퍼레이터
124, 125 : 전해질
130 : 조전지
132, 134 : 도전 바아
136 : 조전지 모듈
138 : 차량
208, 308, 408, 508 : 집성체
221 : 간극부
221a : 높이가 낮은 부위
301 : 핫멜트 접착부
304 : 제1 핫멜트 접착제(충전 재료)
306 : 제2 핫멜트 접착제(충전 재료)
412 : 롤러 부재
512 : 흡입 롤러(흡인 부재)
550 : 흡인 부재
551 : 흡인 노즐(흡인 부재)

Claims (32)

  1. 집전체의 한쪽의 면에 캐소드가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드가 형성된 바이폴라 전극을, 전해질층을 개재시켜 복수 적층한 전지 요소와,
    인접하는 상기 집전체끼리의 사이의 공간에 적어도 상기 캐소드의 주위 및 상기 애노드의 주위를 둘러싸도록 충전 재료를 배치한 충전부와,
    상기 충전부에 설치되어, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에 상기 충전 재료에 의해 둘러싸이는 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 내부 공간의 외부로 배출하는 배기부를 갖는 바이폴라 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충전부는, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에는 상기 내부 공간과 상기 외부를 연통하는 동시에 상기 바이폴라 전극을 적층한 방향으로 상기 충전부를 압박함으로써 폐색되는 간극부를 포함하고,
    상기 배기부는 상기 간극부로 구성되어 이루어지는 바이폴라 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 간극부를 폐색하기 위해 상기 간극부에 공급하는 재료를 축적한 재료 저장부가 상기 간극부에 면하여 배치되어 있는 바이폴라 전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 재료 저장부에 축적된 재료는 상기 바이폴라 전극을 적층한 방향으로 상기 충전부를 압박할 때에 상기 간극부에 공급되는 바이폴라 전 지.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기부의 배기 기능은 상기 간극부가 폐색됨으로써 정지하는 바이폴라 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 충전 재료는 열경화성을 갖고,
    상기 충전부는, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에는 상기 내부 공간과 상기 외부를 연통하는 동시에 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 내부 공간의 외부로 배출한 후에 경화되는 미경화부를 포함하고,
    상기 배기부는 상기 미경화부로 구성되어 이루어지는 바이폴라 전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배기부의 배기 기능은 상기 미경화부가 경화됨으로써 정지하는 바이폴라 전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충전 재료는 열가소성을 갖고,
    상기 충전부는, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에는 상기 내부 공간과 상기 외부를 연통하는 동시에 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 내부 공간의 외부로 배출한 후에 경화되는 연화부를 포함하고,
    상기 배기부는 상기 연화부로 구성되어 이루어지는 바이폴라 전지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 배기부의 배기 기능은 상기 연화부가 경화됨으로써 정지하는 바이폴라 전지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 충전 재료는, 접착 처리 전에는 점착성이 없는 핫멜트 접착 기능을 갖고,
    상기 충전부는, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에는 상기 내부 공간과 상기 외부를 연통하는 동시에 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 내부 공간의 외부로 배출한 후에 경화되는 핫멜트 접착부를 포함하고,
    상기 배기부는 상기 핫멜트 접착부로 구성되어 이루어지는 바이폴라 전지.
  11. 제10항에 있어서, 상기 배기부의 배기 기능은 상기 핫멜트 접착부가 경화됨으로써 정지하는 바이폴라 전지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 배기부는 상기 바이폴라 전극을 적층하는 방향에서 볼 때 다른 위치로 어긋나게 하여 배치되어 있는 바이폴라 전지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은 상기 캐소드와 상기 애노드를 구분하는 포러스형의 세퍼레이터에 전해질을 침투시킨 층과, 상기 세퍼레이터와 상기 캐소드 또는 상기 애노드와의 사이에서 이온을 전도하는 전해질의 층을 갖는 바이폴라 전지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전해질층은 액체형 또는 겔형의 전해질을 포함하고,
    상기 충전 재료는 상기 전해질의 누설을 방지하는 시일재인 바이폴라 전지.
  15. 집전체의 한쪽의 면에 캐소드가 형성되고 다른 쪽의 면에 애노드가 형성된 바이폴라 전극과, 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에 개재시키는 전해질층과, 인접하는 상기 집전체끼리의 사이의 공간에 적어도 상기 캐소드의 주위 및 상기 애노드의 주위를 둘러싸도록 배치되는 충전 재료를 준비하고,
    상기 충전 재료를 배치한 충전부에 상기 바이폴라 전극을 적층할 때에, 상기 충전 재료에 의해 둘러싸이는 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 내부 공간의 외부로 배출하기 위한 배기부를 형성하고,
    상기 배기부를 통해 상기 가스를 외부로 배출한 후에 상기 배기부의 배기 기능을 정지하는 처리를 실시하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 충전 재료를 간극부를 이격하여 도포하고, 상기 간극부로 상기 배기부를 형성하고,
    상기 바이폴라 전극을 적층한 방향으로 상기 충전부를 압박하여 상기 간극부를 폐색하는 처리에 의해 상기 배기부의 기능을 정지하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 바이폴라 전극을 적층한 방향으로 상기 충전부를 압박할 때에, 상기 간극부에 면하여 배치한 재료 저장부에 축적된 재료를 상기 간극부에 공급하여 상기 간극부를 폐색하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 충전 재료의 도포 및 도포 정지가 가능한 도포 헤드를 상기 집전체에 대해 상대적으로 이동시킴으로써 다른 방향으로 도포된 상기 충전 재료끼리의 사이에 상기 간극부를 형성하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 충전 재료는 열경화성을 갖고,
    상기 충전 재료의 일부를 경화시키지 않고 미경화부를 형성하고, 상기 미경화부로 상기 배기부를 형성하고,
    상기 미경화부의 상기 충전 재료를 경화시키는 처리에 의해 상기 배기부의 배기 기능을 정지하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 초기 충전에 의해 발생한 가스를 상기 배기부를 통해 외부로 배출한 후에 상기 미경화부의 상기 충전 재료를 경화시키는 처리를 실시하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  21. 제15항에 있어서, 상기 충전 재료는 열가소성을 갖고,
    상기 충전 재료의 일부를 연화시켜 연화부를 형성하고, 상기 연화부로 상기 배기부를 형성하고,
    상기 연화부의 상기 충전 재료를 경화시키는 처리에 의해 상기 배기부의 배기 기능을 정지하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 초기 충전에 의해 발생한 가스를 상기 배기부를 통해 외부로 배출한 후에 상기 연화부의 상기 충전 재료를 경화시키는 처리를 실시하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 유도 가열 또는 레이저 가열에 의해 상기 충전 재료를 가열하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  24. 제15항에 있어서, 상기 충전 재료는, 접착 처리 전에는 점착성이 없는 핫멜트 접착 기능을 갖고,
    상기 충전 재료를 도포하여 핫멜트 접착부를 형성하고, 상기 핫멜트 접착부로 상기 배기부를 형성하고,
    상기 핫멜트 접착부의 상기 충전 재료를 경화시키는 처리에 의해 상기 배기부의 배기 기능을 정지하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  25. 제15항에 있어서, 상기 배기부를, 상기 바이폴라 전극을 적층하는 방향에서 볼 때 다른 위치로 어긋나게 하여 배치하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  26. 제15항에 있어서, 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 배기부를 통해 배출하는 처리를 실시하기 전에 롤러 부재를 압박하면서 이동함으로써, 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 배기부를 향해 이동하는 처리를 실시하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  27. 제15항에 있어서, 상기 전해질층은 전해질이 침투하는 포러스형의 세퍼레이터를 포함하고,
    상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 배기부를 통해 배출하는 처리를 실시하기 전에 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 세퍼레이터를 통해 배출하는 처리를 실시하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 상기 세퍼레이터를 통해 배출하는 처리를 실시하기 전에 롤러 부재를 압박하면서 이동함으로써, 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를 집약하는 처리를 실시하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 내부 공간에 잔류하는 가스를, 상기 세퍼레이터를 통해 흡인 부재에 의해 흡인함으로써 배출하는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 흡인 부재는 롤러 형상 또는 노즐 형상을 갖고 있는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  31. 제15항에 있어서, 상기 전해질층은 상기 캐소드와 상기 애노드를 구분하는 포러스형의 세퍼레이터에 전해질을 침투시킨 층과, 상기 세퍼레이터와 상기 캐소드 또는 상기 애노드와의 사이에서 이온을 전도하는 전해질의 층을 갖는 바이폴라 전지의 제조 방법.
  32. 제15항에 있어서, 상기 전해질층은 액체형 또는 겔형의 전해질을 포함하고,
    상기 충전 재료는 상기 전해질의 누설을 방지하는 시일재인 바이폴라 전지의 제조 방법.
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