KR20080079200A - 전극 구조체 및 그 제조 방법과, 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

전기적 성능의 편차(variations)를 억제하고, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율(yield)을 향상시키는 것이 가능한 전극 구조체를 제공한다. 상기 전극 구조체는 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지며, 여기서 상기 전극 및 상기 전극 리드를 관통하도록 천공(hole)이 형성되고, 그 전극 및 전극 리드는 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여(folded back) 있으며, 상기 전극 리드가 설치되어 있지 않은 영역에서의 상기 활물질층의 두께는 균일하고, 상기 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서의 상기 활물질층의 두께는 불균일하다.

전극, 집전체, 활물질층, 개구, 되접어꺾인 부분, 전극 리드, 하측 보존유지용 플레이트, 슬릿

Description

전극 구조체 및 그 제조 방법과, 전지 및 그 제조 방법{ELECTRODE STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 그 전체 내용이 본원 명세서에 참고용으로 병합되어 있는, 2007년 02월 26일자로 일본 특허청에 출원된 일본특허출원 제2007-045299호에 관련된 주제를 포함한다.

본 발명은, 전극과 전극 리드를 가지는 전극 구조체 및 그 제조 방법과, 전극 구조체를 구비한 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근에, 카메라 일체형 VTR(videotape recorder), 휴대전화 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터 등의 포터블 전자기기가 널리 보급되어 있으며, 그의 소형화, 경량화 및 긴 수명화(長壽命化)가 강하게 요구되고 있다. 이것에 수반해서, 포터블 전자기기의 전원으로서 전지, 특히 경량 및 고에너지 밀도로 반복해서 사용가능한 2차 전지의 개발이 진행되고 있다.

그 중에서도, 충방전 반응에 리튬의 흡장 및 방출을 이용하는 2차 전지(이른바, 리튬 이온 2차 전지)는, 납 전지나 니켈-카드뮴 전지보다도 큰 에너지 밀도가 얻어지기 때문에, 많이 기대되고 있다.

이 리튬 이온 2차 전지는, 전극 구조체로서, 정극 및 그 정극에 부착(取付; attach)된 정극 리드를 가지는 정극 구조체와, 부극 및 그 부극에 부착된 부극 리드를 가지는 부극 구조체를 구비하고 있다. 정극 및 부극은, 어느 것이나(모두) 집전체에 활물질층이 설치된 구성을 가지고 있다. 리튬 이온 2차 전지의 대표예로서는, 정극 활물질로서 리튬 코발트 산화물 등의 리튬함유 복합 산화물을 이용하고, 부극 활물질로서 탄소 재료를 이용한 것이 알려져 있으며, 이들 전극은, 이른바 도포법(塗布法; coating method)에 의해 제작되고 있다. 이 도포법이라 함은, 분말형상(粉末狀)의 활물질과 함께 결합제 등을 유기 용제에 용해시켜서 합제 슬러리로 한 후, 그 합제 슬러리를 집전체에 도포해서 건조시키는 것에 의해 활물질층을 형성하는 방법이다.

이 도포형 전극에서는, 용접법 등을 이용해서 전극 리드를 활물질층에 접합시키면, 양자(兩者)의 재료 물성 사이의 상성(相性)이 좋지 않기 때문에, 접합 강도가 약해짐과 동시에 접합부의 전기 저항이 커질 경향에 있다. 이 경우에는, 내부 저항이 증대하기 때문에, 용량 특성이나 사이클 특성이 저하하기 쉽게 된다.

이 때문에, 도포형 전극을 이용하는 경우에는, 합제 슬러리를 집전체에 간헐(間歇) 도포해서 활물질층을 패턴 형성하고, 그 집전체에 도포부와 미(未)도포부를 설치하는 것에 의해, 미도포부에서의 집전체의 노출면에 전극 리드를 접합시키고 있다.

그런데, 최근에는, 포터블 전자기기의 고성능화 및 다기능화에 수반해서, 고 용량화가 더욱더 요망되고 있다. 그래서, 부극의 활물질로서, 탄소 재료 대신에 규소 등을 이용하는 것이 검토되고 있다. 규소의 이론 용량(4199㎃h/g)은 흑연의 이론 용량(372㎃h/g)보다도 현격히 크기 때문에, 대폭적인 용량 증가가 예측(見入)되기 때문이다.

또, 최근에는, 상기한 규소 등을 활물질로서 이용하는 경우에, 도포법 대신에, 기상법(氣相法; vapor-phase method), 액상법(液相法; liquid-phase method) 또는 용사법(溶射法; spraying method) 등에 의해 활물질층을 형성하는 것도 검토되고 있다. 이들 방법에 의하면, 집전체와 활물질층과의 밀착성이 향상되고, 양자 사이의 전기 전도성이 극히 높아지기 때문에, 고용량화가 예측된다.

그런데, 기상법 등을 이용한 경우에는, 집전체의 전면(全面)에 활물질층이 형성되기 때문에, 도포법을 이용한 경우와 같이 활물질층을 패턴 형성하는 것이 곤란하다. 그래서, 전극 리드를 집전체에 접합시키기 위해서, 활물질층을 형성한 후, 그의 일부를 제거해서 집전체를 노출시키는 것이 검토되고 있다. 단, 활물질층을 형성 후에 제거하기 위해서는, 그 제거 단계가 새롭게 필요하게 되기 때문에, 단계수의 증가를 초래해 버린다.

그밖에, 활물질층을 패턴 형성하는 일 없이 전극 리드를 집전체에 강제적으로 접합시키기 위해, 코킹법, 저항 용접법 또는 초음파 용접법 등의 일반적인 접합 방법을 이용하는 것도 검토되고 있다.

또한, 전극 리드를 전극에 부착하는 방법에 대해서는, 그밖에도 몇 가지 방법이 제안되어 있다. 구체적으로는, 집전 효율, 생산성 및 수율(步留; yield)을 향상시키기 위해서, 다공체 매트에 페이스트형태 활물질이 충전(充塡)된 극판에, 집전용 리드판을 코킹에 의해 부착하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 평(特開平)02-223153호 참조). 또, 경량화 및 안전화를 도모하기 위해서, 집전체를 수지막과 전자 전도성의 박막으로 이루어지는 층상체(層狀體)로 하고, 그 전자 전도성의 박막에 리드를 부착하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 평10-302753호 참조). 이 경우에는, 전자 전도성의 박막의 용해를 수반하지 않는 고정 수단으로 리드가 고정되어 있다.

코킹법은, 전극과 전극 리드를 물리적으로 변형시켜서 고정시키는 방법이며, 유용한 접합 방법의 하나이다. 그렇지만, 종래의 코킹법은, 전극 리드를 전극에 고정시키는 관점에서는 문제없지만, 양자의 전기적 도통을 확보하는 관점에서는 아직 충분하다고는 말할 수 없다. 왜냐하면, 집전체와 전극 리드 사이에 활물질층이 개재(삽입)되어 있으면, 그 활물질층이 양자 사이의 전기적 도통을 방해하기 때문이다. 이것에 의해, 종래의 코킹법에서는, 전극과 전극 리드와의 접합 상태에 기인해서 전기 전도성 등의 전기적 성능의 편차(variations)가 생기기 쉽기 때문에, 코킹법을 이용한 전지의 성능이나 수율이 충분하지 않다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시키는 것이 가능한 전극 및 그 제조방법과, 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지고, 전극 및 전극 리드를 관통하도록 천공(穿孔; hole)이 형성(설치)되고, 그 전극 및 전극 리드가 천공 주위에서 천공으로부터 멀어지는(떨어지는) 방향으로 되접어꺾여(折返; folded back) 있는 전극 구조체가 제공된다. 제1 전극 구조체에서는, 전극 및 전극 리드가 전극을 내측으로 하면서 되접어꺾여 있으며, 전극 리드가 설치되어 있지 않은 영역에서의 활물질층의 두께가 균일하며, 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서의 활물질층의 두께가 불균일하다. 또, 제2 전극 구조체에서는, 전극 및 전극 리드가 전극을 내측으로 하면서 되접어꺾여 있으며, 전극 리드의 되접어꺾인 부분(折返部分; folded-back portion)이 전극의 되접어꺾인 부분의 선단(선단; tip)에 노출된 집전체와 접촉하고 있다. 또한, 제3 전극 구조체에서는, 전극 및 전극 리드가 전극 리드를 내측으로 하면서 되접어꺾여 있으며, 전극 리드의 되접어꺾인 부분이 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 집전체와 접촉하고 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 전극 구조체의 제조 방법이 제공된다. 이 전극 구조체는 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 것이다. 이 전극 및 전극 리드를 코킹하는 단계는, 전극 및 전극 리드에 천공용 도구(穿孔用具; punching tool)를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 및 전극 리드를 천공 주위에서 관통 방향으로 절곡(折曲; fold; 접어구부림)하는 단계와, 전극 및 전극 리드의 절곡된 부분을 천공으 로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계를 포함한다. 제1 전극 구조체의 제조 방법에서는, 전극 리드 및 전극에 이 순(order)으로 천공용 도구를 관통시키고, 그 전극 리드 및 전극을 전극을 내측으로 하면서 절곡하고, 천공용 도구를 천공에 관통시킨 상태인 채로 전극 및 전극 리드의 절곡된 부분을 되접어꺾는다. 또, 제2 전극 구조체의 제조 방법에서는, 개구를 가지는 전극(개구가 형성된 전극)을 이용해서 천공용 도구가 개구를 통과하도록 전극 리드 및 전극에 이 순으로 천공용 도구를 관통시키고, 그 전극 리드 및 전극을 전극을 내측으로 하면서 절곡한다. 또한, 제3 전극 구조체의 제조 방법에서는, 전극 및 전극 리드에 이 순으로 천공용 도구를 관통시키고, 그 전극 및 전극 리드를 전극 리드를 내측으로 하면서 절곡한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 전극 구조체와 함께 전해액을 구비한 전지가 제공된다. 이 전극 구조체는, 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지고, 전극 및 전극 리드를 관통하도록 천공이 형성(설치)되고, 그 전극 및 전극 리드가 천공 주위에서 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있는 것이다. 제1 전지에서는, 전극 및 전극 리드가 전극을 내측으로 하면서 되접어꺾여 있으며, 전극 리드가 설치되어 있지 않은 영역에서의 활물질층의 두께가 균일하며, 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서의 활물질층의 두께가 불균일하다. 또, 제2 전지에서는, 전극 및 전극 리드가 전극을 내측으로 하면서 되접어꺾여 있으며, 전극 리드의 되접어꺾인 부분이 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 집전체와 접촉하고 있다. 또한, 제3 전지에서는, 전극 및 전극 리드가 전극 리드를 내측으로 하면서 되접어꺾여 있으며, 전극 리드의 되접어꺾인 부분이 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 집전체와 접촉하고 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 전지의 제조 방법이 제공된다. 이 전지는 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 전극 구조체와 함께, 전해액을 구비한 것이다. 이 전극 및 전극 리드를 코킹하는 단계는, 전극 및 전극 리드에 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 및 전극 리드를 천공 주위에서 관통 방향으로 절곡하는 단계와, 전극 및 전극 리드의 절곡된 부분을 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계를 포함한다. 제1 전지의 제조 방법에서는, 전극 리드 및 전극에 이 순으로 천공용 도구를 관통시키고, 그 전극 리드 및 전극을 전극을 내측으로 하면서 절곡하고, 천공용 도구를 천공에 관통시킨 상태인 채로 전극 및 전극 리드의 절곡된 부분을 되접어꺾는다. 또, 제2 전지의 제조 방법에서는, 개구를 가지는 전극을 이용해서 개구를 통과하도록 전극 리드 및 전극에 이 순으로 천공용 도구를 관통시키고, 그 전극 리드 및 전극을 전극을 내측으로 하면서 절곡한다. 또한, 제3 전지의 제조 방법에서는, 전극 및 전극 리드에 이 순으로 천공용 도구를 관통시키고, 그 전극 및 전극 리드를 전극 리드를 내측으로 하면서 절곡한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 제1 전극 구조체 또는 그 제조 방법에 따르면, 전극 리드 및 전극에 이 순으로 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하고, 그 전 극 리드 및 전극을 천공 주위에서 전극을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한 후, 천공용 도구를 관통시킨 상태인 채로 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾도록 했다. 이것에 의해, 전극 리드가 설치되어 있지 않은 영역에서의 활물질층의 두께가 균일하게 되는데 대해서, 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서의 활물질층의 두께가 불균일하게 된다. 이 경우에는, 예를 들면 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서 전극이 좌굴(座屈; buckle)해서 다중으로 되접어꺾이면, 그 전극이 신장한 개소에서 활물질층의 두께가 국소적으로 얇아지기 때문에, 그 개소에서 전극 리드가 집전체에 근접한다(가까워진다). 또, 활물질층이 도중에서(중간에) 끊어지기 때문에, 그 개소를 접점으로 해서 전극 리드가 집전체와 접촉한다. 따라서, 전극과 전극 리드가 충분히 코킹되고, 그 전극 및 전극 리드 사이에 충분한 전기적 도통이 얻어지기 때문에, 전기 전도성 등의 전기적 성능의 편차가 억제된다. 이것에 의해, 제1 전극 구조체 또는 그 제조 방법을 이용한 전지 또는 그 제조 방법에 의하면, 용량 특성 등의 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 제2 전극 구조체 또는 그 제조 방법에 따르면, 전극 리드 및 개구를 가지는 전극에 이 순으로 개구를 통과하도록 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하고, 그 전극 리드와 전극을 천공 주위에서 전극을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한 후, 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾도록 했다. 이것에 의해, 전극 리드의 되접어꺾인 부분이 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 집전체와 접촉한다. 따라서, 전극과 전극 리드가 충분히 코킹되고, 그들 사이에 충 분한 전기적 도통이 얻어지기 때문에, 전기 전도성 등의 전기적 성능의 편차가 억제된다. 이것에 의해, 제2 전극 구조체 또는 그 제조 방법을 이용한 전지 또는 그 제조 방법에 의하면, 용량 특성 등의 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 제3 전극 구조체 또는 그 제조 방법에 따르면, 전극 및 전극 리드에 이 순으로 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하고, 그 전극 및 전극 리드를 천공 주위에서 전극 리드를 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한 후, 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾도록 했다. 이것에 의해, 전극 리드의 되접어꺾인 부분이 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 집전체와 접촉한다. 따라서, 전극과 전극 리드가 충분히 코킹되고, 그들 사이에 충분한 전기적 도통이 얻어지기 때문에, 전기 전도성 등의 전기적 성능의 편차가 억제된다. 이것에 의해, 제3 전극 구조체 또는 그 제조 방법을 이용한 전지 또는 그 제조 방법에 의하면, 용량 특성 등의 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시킬 수가 있다.

본 발명의 그밖의 또다른 목적, 특징 및 이점은 이하의 설명으로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

[제1 실시형태]

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전극 구조체의 구성을 도시하는 것으로서, 도 1의 (a)에는 평면 구성을, 도 1의 (b)에는 도 1의 (a)에 도시한 B-B선을 따른 단면 구성을 각각 도시하고 있다. 이하의 설명에서는, 전극 구조체의 긴쪽(長手) 방향에서의 치수를 「길이」, 짧은쪽(短手) 방향에서의 치수를 「폭」이라고 각각 칭한다.

이 전극 구조체는, 정극 구조체 또는 부극 구조체로서 전지 등의 전기화학 디바이스에 이용되는 것이며, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 전극(1)과, 그 전극에 부착된 전극 리드(2)를 가지고 있다. 이 전극(1)은, 집전체(1A)와, 그 집전체에 설치된 활물질층(1B)을 포함하고 있으며, 전극 리드(2)는 활물질층(1B) 상에 설치되어 있다.

집전체(1A)는, 양호한 전기 전도성, 전기화학적 안정성 및 기계적 강도를 가지는 금속 재료에 의해 구성되어 있으며, 예를 들면 대향하는 한 쌍의 면을 가지는 금속박으로 이루어진다. 이 금속 재료로서는, 예를 들면 알루미늄 또는 구리 등을 들 수 있다. 단, 금속 재료에 대해서는, 전극(1)의 종류나 그 용도 등의 조건에 따라서 임의로 선택가능하다.

특히, 금속 재료로서는, 전극 반응 물질과 금속간 산화물을 형성하지 않는 1종 또는 2종 이상의 금속 원소를 함유하는 것이 바람직하다. 전극 반응 물질과 금속간 산화물을 형성하면, 전기화학 디바이스의 동작시(예를 들면, 전지의 충방전시)에 있어서 집전체(1A)가 활물질층(1B)의 팽창 및 수축에 의한 응력의 영향을 받기 쉬워지기 때문에, 집전성이 저하하거나, 활물질층(1B)이 박리될 가능성이 있기 때문이다.

또, 금속 재료로서는, 활물질층(1B)과 합금화하는 1종 또는 2종 이상의 금속 원소를 함유하는 것이 바람직하다. 집전체(1A)와 활물질층(1B) 사이의 밀착성이 향상되기 때문에, 그 활물질층(1B)이 박리되기 어려워지기 때문이다.

이 집전체(1A)는, 단층 구조 또는 다층 구조의 어느 것이더라도 좋다. 다층 구조인 경우에는, 활물질층(1B)에 인접하는 층이 그것과 합금화하는 금속 재료에 의해 구성되어 있으며, 활물질층(1B)에 인접하지 않는 층이 다른 금속 재료에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.

집전체(1A)의 표면은, 조면화(粗面化; roughen)되어 있는 것이 바람직하다. 이른바, 앵커 효과에 의해, 집전체(1A)와 활물질층(1B) 사이의 밀착성이 향상되기 때문이다. 이 경우에는, 적어도 활물질층(1B)에 인접하는 부분의 표면이 조면화되어 있으면 좋다. 조면화의 방법으로서는, 예를 들면 전해 처리에 의해 미세입자를 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 이 전해 처리라 함은, 전해조 중(속)에서 전해법에 의해 금속의 표면에 미세입자를 형성해서 요철(凹凸; asperities; 꺼칠꺼칠함)을 형성하는 방법이다. 이 금속으로서 동박(銅箔)을 이용한 경우, 전해 처리가 실시된 동박은 전해 동박이라고 불리고 있다.

또한, 집전체(1A)의 평면 형상이나 치수(길이, 폭 및 두께) 등에 대해서는, 전극(1)의 종류나 용도 등의 조건에 따라서 임의로 설정가능하다. 도 1의 (a) 및 (b)에서는, 예를 들면 집전체(1A)의 평면 형상이 직사각형(矩形; rectangular)인 경우를 도시하고 있다. 단, 집전체(1A)의 두께는, 가능한 한 얇은 것이 바람직하 다. 전극(1) 전체의 체적을 일정하게 하는 경우에, 그 체적중에서 차지하는 활물질층(1B)의 비율이 커지기 때문이다.

활물질층(1B)은, 전극 반응에 기여하는 1종 또는 2종 이상의 활물질을 포함하고 있다. 이 활물질의 종류에 대해서는, 전극(1)의 종류나 그 용도 등의 조건에 따라서 임의로 선택가능이다. 1예를 들면, 전극 구조체가 전지에 이용되는 경우에는, 활물질로서 금속 재료 또는 합금 재료 등이 바람직하다. 이 활물질층(1B)은, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이 집전체(1A)의 양면(兩面)에 설치되어 있어도 좋고, 한면(片面)에만 설치되어 있어도 좋다.

이 활물질층(1B)은, 예를 들면 집전체(1A)의 양면 전체를 피복(被覆)하도록 설치되어 있으며, 기상법, 액상법, 용사법 또는 그들중에서 선택된 2종 이상의 조합을 이용한 방법 등의 전면(全面) 형성이 가능한 방법에 의해 형성되어 있다. 단, 전극 리드(2)가 활물질층(1B)에 설치되어 있으면, 그 활물질층(1B)은 도포법 등의 패턴 형성이 가능한 방법에 의해 형성되어 있어도 좋다.

또한, 활물질층(1B)의 두께나 체적 밀도 등은, 전극(1)의 종류나 용도 등의 조건에 따라서 임의로 설정가능하다. 단, 활물질층(1B)의 두께는, 가능한 한 두꺼운 것이 바람직하다. 전극 반응에 기여하는 활물질의 양이 많아지기 때문에, 전극(1)의 성능이 향상되기 때문이다. 또, 전극(1)의 성능을 향상시키기 위해서는, 체적 밀도는 가능한 한 높은 것이 바람직하다.

전극 리드(2)는, 예를 들면 집전체(1A)와 마찬가지 금속 재료에 의해 구성되어 있으며, 금속박으로 이루어진다.

또한, 전극 리드(2)의 평면 형상이나 치수(길이, 폭 및 두께) 등에 대해서는, 전극(1)의 종류나 용도 등의 조건에 따라서 임의로 설정가능하다. 도 1의 (a) 및 (b)에서는, 예를 들면 전극 리드(2)의 평면 형상이 직사각형인 경우를 도시하고 있다. 단, 전극 리드(2)는, 적어도 일부에서 전극(1)보다도 외측으로 도출(導出)되어 있는 것이 바람직하다. 전극(1)이 전극 리드(2)를 거쳐서 외부와 전기적으로 접속하기 쉬워지기 때문이다.

이 전극 구조체에서는, 전극(1)과 전극 리드(2)가 코킹되어 고정되어 있다. 구체적으로는, 전극(1) 및 전극 리드(2)를 관통하도록 천공(H)이 형성(설치)되어 있으며, 그 전극 및 전극 리드는 천공(H) 주위에서 전극(1)을 내측으로 하면서 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있다. 즉, 전극(1) 및 전극 리드(2)는, 각각 천공(H) 주위에서 되접어꺾인 부분(1T 및 2T)을 가지고 있다. 이 경우에는, 전극 리드(2)의 되접어꺾인 부분(2T)의 선단(위치 P2)은, 전극(1)의 되접어꺾인 부분(1T)의 선단(위치 P1)보다도 천공(H)에 가까운 측에 위치하고 있다.

또한, 천공(H)의 형상 및 수(數)(코킹점 수)나 되접어꺾인 부분(1T 및 2T)의 수 등에 대해서는, 전극 구조체의 종류나 용도 등의 조건에 따라서 임의로 설정가능하다. 도 1의 (a) 및 (b)에서는, 예를 들면 천공(H)의 형상이 직사각형, 코킹점 수가 1점, 되접어꺾인 부분(1T 및 2T)의 수가 어느 것이나 4개인 경우를 도시하고 있다.

도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 도 1의 (b)에 도시한 전극 구조체의 주요부(코킹 부분 R)의 구성을 설명하기 위한 것으로서, 도 2의 (a)에는 주사형 전자 현미 경(scanning electron microscope: SEM) 사진을 도시하고, 도 2의 (b)에는 도 2의 (a)에 도시한 SEM 사진을 모식적(模式的)으로 도시하고 있다.

전극(1)에서는, 전극 리드(2)가 설치되어 있지 않은 영역(전극(1)과 전극 리드(2)가 코킹되어 있지 않은 영역)에서의 활물질층(1B)의 두께가 균일한 것에 대해서, 전극 리드(2)가 설치되어 있는 영역(전극(1)과 전극 리드(2)가 코킹되어 있는 영역)에서의 활물질층(1B)의 두께가 불균일하게 되어 있다. 이 「균일」이라 함은, 집전체(1A)에 활물질층(1B)이 형성되었을 때의 두께(전극(1)과 전극 리드(2)가 코킹되기 전에 있어서의 활물질층(1B)의 두께)를 기준으로 한 경우에, 그 두께가 영역내에서 거의 유지(維持; maintain, keep)되고 있는 상태를 말한다. 이것에 대해서, 「불균일」이라 함은, 상기한 활물질층(1B)의 두께가 영역내에서 유지되고 있지 않은 상태를 말하고, 이 상태는, 활물질층(1B)의 두께가 국소적으로 얇아져 있는 상태나 활물질층(1B)이 도중에서 끊어져 있는 상태를 포함한다.

전극 리드(2)가 설치되어 있는 영역에서는, 예를 들면 전극(1)이 좌굴해서 다중(예를 들면, 이중)으로 되접어꺾여 있다. 이 경우에는, 활물질층(1B)의 일부가 신장하고, 그 두께가 국소적에 얇아져 있기 때문에, 전극 리드(2)가 집전체(1A)에 근접해(가까워져) 있다. 또, 활물질층(1B)의 일부가 집전체(1A)로부터 탈락하고, 그 활물질층(1B)이 도중에서 끊어져 있기 때문에, 집전체(1A)가 활물질층(1B)으로부터 부분적으로 노출해서 전극 리드(2)와 접촉하고 있다. 즉, 집전체(1A)와 전극 리드(2)는, 활물질층(1B)이 도중에서 끊어진 개소를 접점 C로 해서 전기적으로 도통하고 있다.

이 전극 구조체는, 예를 들면 이하의 단계에 의해 제조된다. 도 3∼도 8은 전극 구조체의 제조 단계를 설명하기 위한 것으로서, 도 1의 (b)에 대응하는 단면 구성을 도시하고 있다.

전극 구조체를 제조할 때에는, 전극(1) 및 전극 리드(2)를 준비한 후, 우선 도 3에 도시한 바와 같이, 하측 유지용(押; retaining) 플레이트(3) 및 상측 유지용 플레이트(4)를 이용해서 전극(1)을 고정시킨다. 이 하측 유지용 플레이트(3)는, 중심 근방에 개구(3K)를 가지고 있다. 또, 상측 플레이트(4)는, 개구(3K)와 연통(連通)하는 개구(4K)를 가지고 있음과 동시에, 하측 유지용 플레이트(3)와 대향하는 면에 슬릿(4S)을 가지고 있다. 전극(1)을 고정시킬 때에는, 하측 유지용 플레이트(3) 위에 전극(1)을 얹어놓고(mount)한 후, 그 전극(1) 위에 상측 유지용 플레이트(4)를 얹어놓고, 그들 사이에 전극(1)을 끼워넣는다.

계속해서, 도 4에 도시한 바와 같이, 상측 유지용 플레이트(4)의 슬릿(4S)에 전극 리드(2)를 삽입하고, 전극(1) 위에 겹쳐 놓는다.

계속해서, 도 5에 도시한 바와 같이, 리드 유지기(retainer; 리테이너)(5)를 이용해서 전극 리드(2)를 고정시킨다. 이 리드 유지기(5)는, 개구(4K)의 내경보다도 작은 외경을 가지는 선단부분(5P)을 가지고 있음과 동시에, 개구(3K 및 4K)와 연통하는 개구(5K)를 가지고 있다. 전극 리드(2)를 고정시킬 때에는, 리드 유지기(5)의 선단부분(5P)을 개구(4K)에 삽입해서 전극 리드(2)와 접촉시키는 것에 의해, 하측 유지용 플레이트(3)와 리드 유지기(5) 사이에 전극(1)을 거쳐서 전극 리드(2)를 끼워 넣는다.

계속해서, 도 6에 도시한 바와 같이, 천공용 도구(예를 들면, 천공용 침(針)(6))를 이용해서, 개구(3K∼5K)를 통해서 전극 리드(2) 및 전극(1)에 이 순으로 천공용 침(6)을 찔러서 관통시키는 것에 의해, 천공(H)을 형성한다. 이 천공용 침(6)은, 다각추(多角錐)(예를 들면, 사각추(四角錐))형상의 선단부분(6P)을 가지고 있다. 천공(H)을 형성할 때에는, 선단부분(6P)이 전극(1) 및 전극 리드(2)를 통과하고, 천공용 침(6)을 찌른 측의 반대측까지 뚫고 나가도록(관통하도록) 한다. 이것에 의해, 전극(1) 및 전극 리드(2)가 천공(H) 주위에서 전극(1)을 내측으로 하면서 천공용 침(6)의 관통 방향으로 절곡된다. 이 경우에는, 전극(1)이 내측으로 되도록 절곡되는 것에 수반해서, 전극(1)의 절곡된 부분(절곡부)의 선단은 전극 리드(2)의 절곡된 부분의 선단보다도 관통 방향에 있어서 돌출된다.

계속해서, 도 7에 도시한 바와 같이, 천공용 침(6)을 천공(H)에 관통시킨 상태인 채로, 코킹 펀치(7)를 이용해서 전극(1) 및 전극 리드(2)의 절곡된 부분을 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는다. 이 코킹 펀치(7)는, 개구(3K)의 내경보다도 작은 외경을 가지고 있음과 동시에, 개구(3K∼5K)와 연통하는 개구(7K)를 가지고 있다. 전극(1) 및 전극 리드(2)를 되접어꺾을 때에는, 천공용 침(6)이 개구(7K)에 삽입되도록 코킹 펀치(7)를 개구(3K)에 삽입해서 전극(1) 및 전극 리드(2)와 접촉시키는 것에 의해, 그들의 절곡된 부분(절곡부)을 압압(押壓; press; 누름)한다(1차 프레스). 이 1차 프레스의 프레스압은, 임의로 설정가능하다.

마지막으로, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아내고, 전극(1) 및 전극 리드(2)를 취출(取出; take out; 꺼냄)한 후, 도 8에 도시한 바와 같이, 하측 프레스 판(pressing plate)(8) 및 상측 프레스판(9)을 이용해서 전극(1) 및 전극 리드(2)를 압압한다(누른다)(2차 프레스). 이 2차 프레스의 프레스압은, 임의로 설정가능하다. 이들을 압압할 때에는, 하측 프레스판(8)과 상측 프레스판(9) 사이에 전극(1) 및 전극 리드(2)를 끼워넣고 가압(加壓)한다. 이것에 의해, 전극(1)과 전극 리드(2)가 코킹되어 고정되기 때문에, 도 1의 (a) 및 (b)와, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 전극 구조체가 완성된다. 이 경우에는, 전극(1) 및 전극 리드(2)를 되접어꺾었을 때의 일그러짐(歪; strain)이 교정(矯正)되기 때문에, 그 되접어꺾은 부분이 평탄화 및 박형화됨과 동시에, 전극 리드(2)가 전극(1)에 안정적으로 접합된다.

이 전극 구조체 및 그 제조 방법에 따르면, 전극 리드(2) 및 전극(1)에 이 순으로 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H)을 형성하고, 그 전극 리드(2) 및 전극(1)을 천공(H) 주위에서 전극(1)을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한 후, 천공용 침(6)을 천공(H)에 관통시킨 상태인 채로 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾도록 했다. 이것에 의해, 전극 리드(2)가 설치되어 있지 않은 영역에서의 활물질층(1B)의 두께가 균일하게 되는데 대해서, 전극 리드(2)가 설치되어 있는 영역에서의 활물질층(1B)의 두께가 불균일하게 된다. 따라서, 이하의 이유에 의해, 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시킬 수가 있다.

도 9는 비교예의 전극 구조체의 제조 단계를 설명하기 위한 것으로서, 도 7에 대응하는 단면 구성을 도시고 있다. 또, 도 10의 (a) 및 (b)는 비교예의 전극 구조체의 구성 및 문제점을 설명하기 위한 것으로서, 도 2의 (a) 및 (b)에 대응하 는 SEM 사진 및 그의 모식적 구성을 도시하고 있다. 이 비교예의 전극 구조체는, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후에 코킹 펀치(7)로 전극(1) 및 전극 리드(2)를 되접어꺾은 것을 제외하고, 본 실시형태의 전극 구조체의 제조 방법과 마찬가지 단계에 의해 제조된 것이다.

비교예에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, 천공(H)내에 천공용 침(6)이 존재하고 있지 않은 상태에서 코킹 펀치(7)가 전극(1) 및 전극 리드(2)를 압압하기 위한, 그의 프레스압(押壓力; press pressure)이 전극(1) 및 전극 리드(2)에 충분히 미치지 않아, 그 전극(1) 및 전극 리드(2)가 천공(H)내로 도망(逃; escaping)하면서 되접어꺾인다. 이 경우에는, 도 10의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 전극 리드(2)가 설치되어 있는 영역에서, 전극 리드(2)가 설치되어 있지 않은 영역과 마찬가지로 활물질층(1B)의 두께가 균일한 채 유지(維持; keep)되기 때문에, 집전체(1A)와 전극 리드(2)가 활물질층(1B)을 거쳐서 분단(分斷; separate)되고, 그 전극 리드(2)가 집전체(1A)로부터 멀어지게(떨어지게) 된 채이다. 즉, 전극(1)과 전극 리드(2)가 충분히 코킹되지 않기 때문에, 그들 사이에 충분한 전기적 도통이 얻어지지 않는다. 이것에 의해, 전기 전도성 등의 전기적 성능의 편차가 생기기 쉬워지기 때문에, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시키는 것이 곤란하다.

이것에 대해서, 본 실시형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 천공(H)내에 천공용 침(6)이 존재하고 있는 상태에서 코킹 펀치(7)가 전극(1) 및 전극 리드(2)를 압압하고, 천공용 침(6)이 전극(1) 및 전극 리드(2)의 도망을 방지하는 장벽으로서 작용하기 때문에, 그의 압압력이 전극(1) 및 전극 리드(2)에 충분히 미쳐, 그 전극(1) 및 전극 리드(2)가 천공(H)내로 도망가지 않고 되접어꺾인다. 이 경우에는, 도 2의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 전극 리드(2)가 설치되어 있는 영역에서 전극(1)이 좌굴되고, 그 전극(1)이 다중으로 되접어꺾이기 때문에, 활물질층(1B)의 두께가 불균일하게 된다. 이것에 의해, 전극(1)이 신장한 개소에서 활물질층(1B)의 두께가 국소적으로 얇아지기 때문에, 그 개소에서 전극 리드(2)가 집전체(1A)에 근접한다. 또, 활물질층(1B)이 도중에서 끊어지기 때문에, 그 개소를 접점 C로 해서 전극 리드(2)가 집전체(1A)와 접촉한다. 즉, 전극(1)과 전극 리드(2)가 충분히 코킹되기 때문에, 그들 사이에 충분한 전기적 도통이 얻어진다. 따라서, 전기 전도성 등의 전기적 성능의 편차가 생기기 어려워지기 때문에, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시킬 수가 있는 것이다.

특히, 코킹법을 이용한 경우에서도, 활물질층(1B)의 일부를 제거하고 나서 용접법 등을 이용해서 전극 리드(2)를 집전체(1A)의 노출면에 직접적으로 접합시킨 경우와 마찬가지 전기 전도성이 얻어지기 때문에, 작업 내용이 간단한 코킹법을 이용해서 뛰어난 전기 전도성을 얻을 수가 있다.

이 경우에는, 전극(1) 전체의 체적을 유지하면서 전기적 성능을 향상시키기 위해서, 집전체(1A)의 두께를 얇게 하는 반면에 활물질층(1B)의 두께를 두껍게 하면, 그 활물질층(1B)을 거친 집전체(1A)와 전극 리드(2) 사이의 전기 전도성이 저하하기 쉬워지기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수가 있다. 또, 활물질층(1B)이 도포법 등의 패턴 형성가능한 방법에 의해 형성되어 있지 않고, 기상법 등의 전면 형성이 가능한 방법에 의해 형성되어 있으면, 그 활물질층(1B)을 거쳐서 집전 체(1A)와 전극 리드(2)를 코킹하지 않을 수 없기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수가 있다.

[제2 실시형태]

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 전극 구조체의 구성을 도시하는 것으로서, 도 1의 (b)에 대응하는 단면 구성을 도시하고 있다. 도 11에서는, 제1 실시형태에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에, 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 전극 구조체는, 전극(1) 및 전극 리드(2)가 천공(H) 주위에서 전극(1)을 내측으로 하면서 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있으며, 전극 리드(2)의 되접어꺾인 부분(2T)이 전극(1)의 되접어꺾인 부분(1T)의 선단에 노출된 집전체(1A)와 접촉하고 있는 것을 제외하고, 제1 실시형태의 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지고 있다. 즉, 집전체(1A)와 전극 리드(2)는, 되접어꺾인 부분(1T)의 선단에 노출된 집전체(1A)의 노출 개소를 접점 C로 해서 전기적으로 도통하고 있다. 이 경우에는, 전극 리드(2)의 되접어꺾인 부분(2T)의 선단(위치 P2)은, 전극(1)의 되접어꺾인 부분(1T)의 선단(위치 P1)보다도 천공(H)으로부터 먼 측에 위치하고 있다.

이 전극 구조체는, 예를 들면 이하의 단계에 의해 제조된다. 도 12∼도 15는 전극 구조체의 제조 단계를 설명하기 위한 것으로서, 도 11에 대응하는 단면 구성을 도시하고 있다.

전극 구조체를 제조할 때에는, 중앙 근방에 개구(1K)를 가지는 전극(1)을 준비한 후, 우선 도 12에 도시한 바와 같이, 도 3 및 도 4를 참조해서 설명한 단계에 의해, 하측 유지용 플레이트(3) 및 상측 유지용 플레이트(4)를 이용해서 전극(1)을 고정시킴과 동시에, 슬릿(4S)에 전극 리드(2)를 삽입해서 전극(1) 위에 겹쳐놓는다. 전극(1)을 고정시킬 때에는, 개구(1K)가 개구(3K 및 4K)와 연통하도록 위치맞춤한다.

계속해서, 도 13에 도시한 바와 같이, 도 5 및 도 6을 참조해서 설명한 단계에 의해, 리드 유지기(5)를 이용해서 전극 리드(2)를 고정시킨 후, 개구(3K∼5K)를 통해서 개구(1K)를 통과하도록 전극 리드(2) 및 전극(1)에 이 순으로 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H)을 형성하는 것에 의해, 전극(1) 및 전극 리드(2)를 천공(H) 주위에서 전극(1)을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한다. 이 경우에는, 미리 개구(1K)를 가지는 전극(1)이 내측으로 되도록 절곡되는 것에 수반해서, 전극 리드(2)의 절곡된 부분(절곡부)의 선단이 전극(1)의 절곡된 부분의 선단보다도 관통 방향에 있어서 돌출된다. 또한, 개구(1K)의 내경은, 임의로 설정가능하다.

계속해서, 도 14에 도시한 바와 같이, 도 7을 참조해서 설명한 단계에 의해, 코킹 펀치(7)를 이용해서 전극(1) 및 전극 리드(2)의 절곡된 부분(절곡부)을 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는다(1차 프레스). 이 경우에는, 천공용 침(6)을 천공(H)에 관통시킨 상태인 채로 되접어꺾어도 좋고, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후에 되접어꺾어도 좋다.

마지막으로, 도 15에 도시한 바와 같이, 도 8을 참조해서 설명한 단계에 의해, 하측 프레스판(8) 및 상측 프레스판(9)을 이용해서 전극(1) 및 전극 리드(2)를 압압한다(2차 프레스). 이것에 의해, 전극(1) 및 전극 리드(2)가 코킹되어 고정되 기 때문에, 도 11에 도시한 전극 구조체가 완성된다.

이 전극 구조체 및 그 제조 방법에 따르면, 전극 리드(2) 및 개구(1K)를 가지는 전극(1)에 이 순으로 개구(1K)를 통과하도록 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H)을 형성하고, 그 전극 리드(2) 및 전극(1)을 천공(H) 주위에서 전극(1)을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한 후, 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾도록 했다. 이것에 의해, 전극 리드(2)의 되접어꺾인 부분(2T)이 전극(1)의 되접어꺾인 부분(1T)의 선단에 노출된 집전체(1A)와 접촉한다. 따라서, 전극(1)과 전극 리드(2)가 충분히 코킹되고, 그들 사이에 충분한 전기적 도통이 얻어지기 때문에, 상기한 제1 실시형태와 마찬가지로, 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시킬 수가 있다.

특히, 코킹 펀치(7)를 이용해서 전극(1) 및 전극 리드(2)를 되접어꺾을 때에, 천공용 침(6)을 천공(H)에 관통시킨 상태인 채로 되접어꺾으면, 상기한 제1 실시형태와 마찬가지 작용에 의해, 전극(1) 및 전극 리드(2)가 천공(H)내로 도망가지 않고 되접어꺾이기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수가 있다.

[제3 실시형태]

도 16은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 전극 구조체의 구성을 도시하는 것으로서, 도 1의 (b)에 대응하는 단면 구성을 도시하고 있다. 도 16에서는, 제1 실시형태에서 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에, 동일한 부호를 붙이고 있다.

이 전극 구조체는, 전극(1) 및 전극 리드(2)가 천공(H) 주위에서 전극 리드(2)를 내측으로 하면서 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있으며, 전극 리드(2)의 되접어꺾인 부분(2T)이 전극(1)의 되접어꺾인 부분(1T)의 선단에 노출된 집전체(1A)와 접촉하고 있는 것을 제외하고, 제1 실시형태의 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지고 있다. 즉, 집전체(1A)와 전극 리드(2)는, 되접어꺾인 부분(1T)의 선단에 노출된 집전체(1A)의 노출 개소를 접점 C로 해서 전기적으로 도통하고 있다. 이 경우에는, 전극 리드(2)의 되접어꺾인 부분(2T)의 선단(위치 P2)은, 전극(1)의 되접어꺾인 부분(1T)의 선단(위치 P1)보다도 천공(H)으로부터 먼 측에 위치하고 있다.

이 전극 구조체는, 예를 들면 이하의 단계에 의해 제조된다. 도 17∼도 20은 전극 구조체의 제조 단계를 설명하기 위한 것으로서, 도 16에 대응하는 단면 구성을 도시하고 있다.

전극 구조체를 제조할 때에는, 우선 도 17에 도시한 바와 같이, 하측 유지용 플레이트(3) 및 상측 유지용 플레이트(4)를 이용해서 전극(1)을 고정시킨다. 여기서는, 상측 유지용 플레이트(4) 대신에, 하측 유지용 플레이트(3)가 상측 유지용 플레이트(4)와 대향하는 면에 슬릿(3S)을 가지고 있다. 전극(1)을 고정시킬 때에는, 하측 유지용 플레이트(3) 위에 전극(1)을 얹어놓은 후, 그 전극(1) 위에 상측 유지용 플레이트(4)를 재치하고, 그들 사이에 전극(1)을 끼워넣는다. 그 후, 하측 유지용 플레이트(3)의 슬릿(3S)에 전극 리드(2)를 삽입해서 전극(1)에 겹쳐놓는다.

계속해서, 도 18에 도시한 바와 같이, 도 5 및 도 6을 참조해서 설명한 단계에 의해, 리드 유지기(5)를 이용해서 전극 리드(2)를 고정시킨 후, 개구(3K∼5K)를 통해서 전극(1) 및 전극 리드(2)에 이 순으로 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H) 을 형성하는 것에 의해, 전극(1) 및 전극 리드(2)를 천공(H) 주위에서 전극 리드(2)를 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한다. 이 경우에는, 전극 리드(2)가 내측으로 되도록 절곡되는 것에 수반해서, 전극 리드(2)의 절곡된 부분(절곡부)의 선단이 전극(1)의 절곡된 부분의 선단보다도 관통 방향에 있어서 돌출된다.

계속해서, 도 19에 도시한 바와 같이, 코킹 펀치(7)를 이용해서 전극(1) 및 전극 리드(2)의 절곡된 부분을 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는다(1차 프레스). 이 경우에는, 천공용 침(6)을 천공(H)에 관통시킨 상태인 채로 되접어꺾어도 좋고, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후에 되접어꺾어도 좋다.

마지막으로, 도 20에 도시한 바와 같이, 도 8을 참조해서 설명한 단계에 의해, 하측 프레스판(8) 및 상측 프레스판(9)을 이용해서 전극(1) 및 전극 리드(2)를 압압한다(2차 프레스). 이것에 의해, 전극(1) 및 전극 리드(2)가 코킹되어 고정되기 때문에, 도 16에 도시한 전극 구조체가 완성된다.

이 전극 구조체 및 그 제조 방법에 따르면, 전극(1) 및 전극 리드(2)에 이 순으로 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H)을 형성하고, 그 전극(1) 및 전극 리드(2)를 천공(H) 주위에서 전극 리드(2)를 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡한 후, 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾도록 했다. 이것에 의해, 전극 리드(2)의 되접어꺾인 부분(2T)이 전극(1)의 되접어꺾인 부분(1T)의 선단에 노출된 집전체(1A)와 접촉한다. 따라서, 전극(1)과 전극 리드(2)가 충분히 코킹되고, 그들 사이에 충분한 전기적 도통이 얻어지기 때문에, 상기한 제1 실시형태와 마찬가지로, 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시 킬 수가 있다.

특히, 천공용 침(6)을 천공(H)에 관통시킨 상태인 채로 전극(1) 및 전극 리드(2)를 되접어꺾도록 하면, 상기한 제2 실시형태와 마찬가지 작용에 의해, 보다 높은 효과를 얻을 수가 있다.

다음에, 상기한 일련의 실시형태의 전극 구조체의 사용예에 대해서 설명한다. 여기서, 전기화학 디바이스의 1예로서 전지를 예로 들면, 전극 구조체는 이하와 같이 해서 전지에 이용된다.

도 21 및 도 22는 전지의 구성을 도시하는 것으로서, 도 21에는 단면 구성을, 도 22에는 도 21에 도시한 주요부의 확대 단면 구성을 각각 도시하고 있다. 여기서 설명하는 전지는, 예를 들면 부극의 용량이 전극 반응 물질인 리튬의 흡장 및 방출에 의거하는 용량 성분에 의해 나타내어지는 리튬 이온 2차 전지이다.

이 2차 전지는, 도 21에 도시한 바와 같이, 거의 중공 원주형상(中空圓柱狀)의 전지캔(11)의 내부에, 정극(21) 및 부극(22)이 세퍼레이터(23)를 사이에 두고 권회(卷回; spirally wound)된 권회 전극체(20)와, 한쌍의 절연판(12 및 13)이 수납된 것이며, 이른바 원통형(圓筒型) 구조를 가지고 있다. 전지캔(11)은, 예를 들면 니켈(Ni)도금된 철(Fe)에 의해 구성되어 있으며, 그의 일단부 및 타단부는 각각 폐쇄 및 개방되어 있다. 한쌍의 절연판(12 및 13)은, 권회 전극체(20)를 사이에 두고, 그의 권회 둘레면(卷回周面; peripheral winding surface)에 대해서 수직으로 연장(延在)하도록 배치되어 있다. 이 권회 전극체(20)의 중심에는, 센터 핀(24)이 삽입되어 있다.

전지캔(11)의 개방 단부에는, 전지 뚜껑(蓋; cover)(14)과, 그의 내측에 설치된 안전밸브 기구(15) 및 열감 저항 소자(Positive Temperature Coefficient: PTC 소자)(16)가 개스킷(17)을 거쳐서 코킹되는 것에 의해 부착되어 있으며, 전지캔(11)의 내부는 밀폐되어 있다. 전지 뚜껑(14)은, 예를 들면 전지캔(11)과 마찬가지 재료에 의해 구성되어 있다. 안전밸브 기구(15)는, 열감 저항 소자(16)를 거쳐서 전지 뚜껑(14)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 안전밸브 기구(15)에서는, 내부 단락(短絡) 또는 외부로부터의 가열 등에 기인해서 전지의 내압(內壓)이 일정 이상으로 된 경우에 디스크판(15A)이 반전(反轉)하는 것에 의해, 전지 뚜껑(14)과 권회 전극체(20) 사이의 전기적 접속이 절단되도록 되어 있다. 열감 저항 소자(16)는, 온도의 상승에 따라서 저항이 증대하는 것에 의해 전류를 제한하고, 대전류에 기인하는 이상한(비정상적인) 발열을 방지하는 것이다. 개스킷(17)은, 예를 들면 절연 재료에 의해 구성되어 있으며, 그의 표면에는 아스팔트가 도포되어 있다.

정극(21) 및 정극 리드(25)의 조합은, 예를 상기한 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지고 있다. 이 경우에서의 전극 구조체의 구성은, 제1∼제3 실시형태에서의 어느 구성이더라도 좋다. 구체적으로는, 정극(21)은, 예를 들면 도 22에 도시한 바와 같이, 대향하는 한쌍의 면을 가지는 정극 집전체(21A)의 양면에 정극 활물질층(21B)이 설치된 것이다. 정극 집전체(21A)는, 예를 들면 알루미늄, 니켈 또는 스텐레스 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있으며, 그 중에서도 알루미늄에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 높은 내식성(耐食性; corrosion resistance) 이 얻어지기 때문이다. 정극 활물질층(21B)은, 정극 활물질로서 전극 반응 물질인 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료 중 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있으며, 필요에 따라서 도전제 등의 다른 재료를 포함하고 있어도 좋다. 정극 리드(25)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있으며, 안전밸브 기구(15)에 용접되어 전지 뚜껑(14)과 전기적으로 접속되어 있다.

리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료로서는, 예를 들면 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈 산화물 또는 이들을 포함하는 고용체(固溶體; solid solution)(Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂: x, y 및 z의 값은 각각 0＜x＜1, 0＜y＜1, 0＜z＜1, x+y+z=1이다), 또는 스피넬 구조를 가지는 리튬 망간 산화물(LiMn₂O₄) 또는 그의 고용체(Li(Mn_{2 - v}Ni_v)O₄: ｖ의 값은 ｖ＜2이다) 등의 리튬 복합 산화물이나, 인산 철 리튬(LiFePO₄) 등의 올리빈 구조를 가지는 인산 화합물 등이 바람직하다. 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다. 그밖에, 상기한 정극 재료로서는, 예를 들면 티탄 산화물, 바나듐 산화물 또는 이산화 망간 등의 산화물이나, 이황화 철, 이황화 티탄 또는 황화 몰리브덴 등의 이황화물이나, 황(硫黃)이나, 폴리아닐린 또는 폴리티오펜 등의 도전성 고분자도 들 수 있다.

부극(22) 및 부극 리드(26)의 조합은, 상기한 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지고 있다. 이 경우에서의 전극 구조체의 구성은, 제1∼제3 실시형태에서의 어느 구성이더라도 좋다. 구체적으로는, 부극(22)은, 예를 들면 도 22에 도시한 바와 같이, 대향하는 한쌍의 면을 가지는 부극 집전체(22A)의 양면에 부극 활물질 층(22B)이 설치된 것이다. 부극 집전체(22A)는, 예를 들면 구리, 니켈 또는 스텐레스 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있으며, 그 중에서도 구리에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 높은 전기 전도성이 얻어지기 때문이다. 부극 활물질층(22B)은, 부극 활물질로서 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료 중 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있으며, 필요에 따라서 도전제 등의 다른 재료를 포함하고 있어도 좋다. 부극 리드(26)는, 예를 들면 니켈 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있으며, 전지캔(11)에 용접되어 전기적으로 접속되어 있다.

리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료로서는, 예를 들면 리튬을 흡창 및 방출하는 것이 가능함과 동시에 금속 원소 및 반금속(半金屬) 원소 중의 적어도 1종을 구성원소로서 포함하는 재료를 들 수 있다. 이와 같은 부극 재료는, 높은 에너지 밀도가 얻어지므로 바람직하다. 이 부극 재료는, 금속 원소 또는 반금속 원소의 단체(單體)라도 합금이라도 화합물이라도 좋고, 또는 이들중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 상(相)을 적어도 일부에 가지는 바와 같은 것이라도 좋다. 여기서, 합금에는, 2종 이상의 금속 원소로 이루어지는 것에 부가해서, 1종 이상의 금속 원소와 1종 이상의 반금속 원소를 포함하는 것도 포함시킨다. 또, 합금은, 비금속 원소를 포함하고 있어도 좋다. 이 합금의 조직에는, 고용체, 공정(共晶)(공융 혼합물), 금속간 화합물 또는 그들중에서 선택된 2종 이상이 공존하는 것이 있다.

이 부극 재료를 구성하는 금속 원소 또는 반금속 원소로서는, 예를 들면 리튬과 합금을 형성하는 것이 가능한 금속 원소 또는 반금속 원소를 들 수 있다. 구 체적으로는, 마그네슘(Mg), 붕소(B), 알루미늄, 갈륨(Ga), 인듐(In), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 은(Ag), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 팔라듐(Pd) 또는 백금(Pt) 등을 들 수 있다. 이 중, 특히 바람직한 것은, 규소 및 주석 중의 적어도 1종이다. 리튬을 흡장 및 방출하는 능력이 크기 때문에, 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다.

규소 및 주석 중의 적어도 1종을 포함하는 부극 재료로서는, 예를 들면 규소의 단체, 합금 또는 화합물, 주석의 단체, 합금 또는 화합물, 또는 이들중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 상을 적어도 일부에 가지는 재료를 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용되어도 좋고, 복수종이 혼합되어 이용되어도 좋다.

규소의 합금으로서는, 예를 들면 규소 이외의 제2 구성원소로서, 주석, 니켈, 구리, 철, 코발트(Co), 망간(Mn), 아연, 인듐, 은, 티타늄(Ti), 게르마늄, 비스무트, 안티몬(Sb) 및 크롬(Cr)으로 이루어지는 군 중의 적어도 1종을 포함하는 것을 들 수 있다. 주석의 합금으로서는, 예를 들면 주석 이외의 제2 구성원소로서, 규소, 니켈, 구리, 철, 코발트, 망간, 아연, 인듐, 은, 티타늄, 게르마늄, 비스무트, 안티몬 및 크롬으로 이루어지는 군 중의 적어도 1종을 포함하는 것을 들 수 있다.

규소의 화합물 또는 주석의 화합물로서는, 예를 들면 산소 또는 탄소를 포함하는 것을 들 수 있고, 규소 또는 주석에 부가해서, 상기한 제2 구성원소를 포함하고 있어도 좋다.

그 중에서도, 규소 및 주석 중의 적어도 1종을 포함하는 부극 재료로서는, 예를 들면 주석을 제1 구성원소로 하고, 그 주석에 부가해서 제2 구성원소와 제3 구성원소를 포함하는 것이 바람직하다. 제2 구성원소는, 코발트, 철, 마그네슘, 티타늄, 바나듐(V), 크롬, 망간, 니켈, 구리, 아연, 갈륨, 지르코늄, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 은, 인듐, 세륨(Ce), 하프늄, 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 비스무트 및 규소로 이루어지는 군 중의 적어도 1종이다. 제3 구성원소는, 붕소, 탄소, 알루미늄 및 인으로 이루어지는 군 중의 적어도 1종이다. 제2 원소 및 제3 원소를 포함하는 것에 의해, 사이클 특성이 향상되기 때문이다.

이 중, 부극 재료로서는, 주석, 코발트 및 탄소를 구성원소로서 포함하고, 탄소의 함유량이 9.9중량% 이상 29.7중량% 이하의 범위내, 주석 및 코발트의 합계에 대한 코발트의 비율(Co/(Sn+Co))이 30중량% 이상 70중량% 이하의 범위내인 CoSnC함유 재료가 바람직하다. 이와 같은 조성 범위에서, 높은 에너지 밀도가 얻어짐과 동시에 뛰어난 사이클 특성이 얻어지기 때문이다.

이 CoSnC함유 재료는, 필요에 따라서, 또 다른 구성원소를 포함하고 있어도 좋다. 다른 구성원소로서는, 예를 들면 규소, 철, 니켈, 크롬, 인듐, 니오븀, 게르마늄, 티타늄, 몰리브덴, 알루미늄, 인, 갈륨 또는 비스무트 등이 바람직하고, 그들중에서 선택된 2종 이상을 포함하고 있어도 좋다. 용량 또는 사이클 특성이 더욱 향상되기 때문이다.

또한, CoSnC함유 재료는, 주석, 코발트 및 탄소를 포함하는 상을 가지고 있으며, 이 상은 결정성이 낮거나 또는 비정질인 구조를 가지고 있는 것이 바람직하다. 또, CoSnC함유 재료에서는, 구성원소인 탄소의 적어도 일부가, 다른 구성원소 인 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있는 것이 바람직하다. 사이클 특성의 저하는, 주석 등이 응집 또는 결정화하는 것에 의한 것이라고 생각되지만, 탄소가 다른 원소와 결합하는 것에 의해, 그와 같은 응집 또는 결정화가 억제(抑制; prevent)되기 때문이다.

원소의 결합 상태를 조사하는 측정 방법으로서는, 예를 들면 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS)을 들 수 있다. 이 XPS에서는, 금 원자의 4f 궤도(Au4f)의 피크가 84.0eV에서 얻어지도록(관찰되도록) 에너지 교정된 장치에서, 그래파이트이면, 탄소의 1s 궤도(C1s)의 피크는 284.5eV에서 관찰된다(나타난다). 또, 표면 오염 탄소이면, 284.8eV에서 관찰된다. 이것에 대해서, 탄소 원소의 전하 밀도가 높아지는 경우, 예를 들면 탄소가 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있는 경우에는, C1s의 피크는 284.5eV보다도 낮은 영역에서 관찰된다. 즉, CoSnC함유 재료에 대해서 얻어지는 C1s의 합성파 피크가 284.5eV보다도 낮은 영역에서 출현하는 경우에는, CoSnC함유 재료에 포함되는 탄소의 적어도 일부가 다른 구성원소인 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합하고 있다.

또한, XPS에서는, 예를 들면 스펙트럼의 에너지축 보정에, C1s의 피크를 이용한다. 통상, 표면에는 표면 오염 탄소가 존재하고 있으므로, 표면 오염 탄소의 C1s의 피크를 284.8eV로 하고, 이것을 에너지 기준으로 한다. XPS에서, C1s의 피크 파형은, 표면 오염 탄소의 피크와 CoSnC함유 재료중의 탄소의 피크를 포함한 형(形)으로서 얻어지므로, 예를 들면 시판중인 소프트웨어를 이용해서 파형을 해석하는 것에 의해, 표면 오염 탄소의 피크와, CoSnC함유 재료중의 탄소의 피크를 분 리한다. 파형의 해석에서는, 최저 속박(束縛) 에너지 측에 존재하는 주(主)피크의 위치를 에너지 기준(284.8eV)으로 한다.

이 부극 활물질층(22B)은, 예를 들면 기상법, 액상법 또는 용사법, 또는 그들중에서 선택된 2종 이상의 방법을 이용해서 형성된 것이며, 부극 활물질층(22B)과 부극 집전체(22A)가 계면의 적어도 일부에서 합금화하고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 계면에서 부극 집전체(22A)의 구성원소가 부극 활물질층(22B)으로 확산되고, 또는 부극 활물질층(22B)의 구성원소가 부극 집전체(22A)로 확산되고, 또는 양자의 구성원소가 서로 확산되고 있는 것이 바람직하다. 충방전에 수반하는 부극 활물질층(22B)의 팽창 및 수축에 의한 파괴가 억제됨과 동시에, 부극 활물질층(22B)과 부극 집전체(22A) 사이의 전자 전도성이 향상되기 때문이다.

또한, 기상법으로서는, 예를 들면 물리 증착법 또는 화학 증착법, 구체적으로는 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 레이저 애블레이션법, 열 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)법 또는 플라즈마 화학 기상 증착법 등을 들 수 있다. 액상법으로서는, 전기 도금(電氣鍍金) 또는 무전해 도금 등의 공지의 수법을 이용할 수가 있다. 소성법(燒成法)이라 함은, 예를 들면 입자형상(粒子狀)의 부극 활물질을 결합제 등과 혼합해서 용제에 분산시키는 것에 의해 도포한 후, 결합제 등의 융점보다도 높은 온도에서 열처리하는 방법이다. 소성법에 관해서도 공지의 수법이 이용가능하며, 예를 들면 분위기 소성법, 반응 소성법 또는 핫 프레스 소성법을 들 수 있다.

이 2차 전지에서는, 예를 들면 정극 활물질과 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료 사이에서 양이 조정되는 것에 의해, 정극 활물질에 의한 충전 용량보다도 부극 활물질의 충전 용량이 커지며, 완전 충전시에 있어서도 부극(22)에 리튬 금속이 석출(析出; deposition)되지 않도록 되어 있다.

세퍼레이터(23)는, 정극(21)과 부극(22)을 격리하고, 양극의 접촉에 의한 전류의 단락을 방지하면서 리튬 이온을 통과시키는 것이다. 이 세퍼레이터(23)는, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 등으로 이루어지는 합성 수지제 다공질막, 또는 세라믹제 다공질막에 의해 구성되어 있으며, 이들중에서 선택된 2종 이상의 다공질막을 적층한 구조로 되어 있어도 좋다. 그 중에서도, 폴리올레핀제 다공질막은, 쇼트(단락) 방지 효과가 뛰어나고, 또한 셧다운(shutdown) 효과에 의한 전지의 안전성 향상을 도모할 수 있으므로 바람직하다. 특히, 폴리에틸렌은, 100℃ 이상 160℃ 이하의 범위내에서 셧다운 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 전기화학적 안정성도 뛰어나므로 바람직하다. 또, 폴리프로필렌도 바람직하고, 그밖에도 화학적 안정성을 구비한 수지이면, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 공중합시킨 것이거나, 블렌드화한(섞은) 것이더라도 좋다.

이 세퍼레이터(23)에는, 예를 들면 액상의 전해질로서 전해액이 함침(含浸)되어 있다. 이 전해액은, 용매와, 그 용매에 용해된 전해질염을 포함하고 있다.

용매는, 예를 들면 유기 용제 등의 비수(非水) 용매의 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있다. 이 비수 용매로서는, 예를 들면 탄산 에틸렌, 탄산 프로필렌, 탄산 부틸렌, 탄산 디메틸, 탄산 디에틸, 탄산 에틸 메틸 또는 탄산 메틸 프로필 등의 탄산 에스테르계 용매를 들 수 있다. 뛰어난 용량 특성, 보존(保存; storage) 특성 및 사이클 특성이 얻어지기 때문이다. 이들은 단독으로 이용되어도 좋고, 복수종이 혼합되어 이용되어도 좋다. 그 중에서도, 용매로서는, 탄산 에틸렌 또는 탄산 프로필렌 등의 고점도(高粘度) 용매와, 탄산 디메틸, 탄산 에틸 메틸 또는 탄산 디에틸 등의 저점도 용매를 혼합한 것이 바람직하다. 전해질염의 해리성(解離性) 및 이온의 이동도(移動度)가 향상되므로, 보다 높은 효과가 얻어지기 때문이다.

특히, 용매는, 할로겐화 탄산 에스테르를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 부극(22)의 표면에 안정한 피막이 형성되어 전해액의 분해 반응이 억제되기 때문에, 사이클 특성이 향상되기 때문이다. 이 할로겐화 탄산 에스테르로서는, 4-플루오로-1, 3-디옥소란-2-원이나 4, 5-디플루오로-1, 3-디옥소란-2-원 등의 불소화 탄산 에스테르가 바람직하다. 보다 높은 효과가 얻어지기 때문이다.

또, 용매는, 불포화 결합을 가지는 환상(環狀; 고리형상) 탄산 에스테르를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 사이클 특성이 향상되기 때문이다. 이 불포화 결합을 가지는 환상 탄산 에스테르로서는, 예를 들면 탄산 비닐렌 또는 탄산 비닐 에틸렌 등을 들 수 있다.

전해질염은, 예를 들면 리튬염 등의 경금속염의 1종 또는 2종 이상을 포함하고 있다. 이 리튬염으로서는, 예를 들면 6불화 인산 리튬(LiPF₆), 과염소산 리튬(LiClO₄) 또는 6불화 비산 리튬(LiAsF₆) 등을 들 수 있다. 뛰어난 용량 특성, 보존 특성 및 사이클 특성이 얻어지기 때문이다. 이들은 단독으로 이용되어도 좋고, 복수종이 혼합되어 이용되어도 좋다. 그 중에서도, 전해질염으로서는, 6불화 인산 리튬이 바람직하다. 내부 저항이 저하하므로,보다 높은 효과가 얻어지기 때문이다. 용매중에서의 전해질염의 함유량은, 예를 들면 0.3㏖/㎏ 이상 3.0㏖/㎏ 이하의 범위내이다. 뛰어난 용량 특성이 얻어지기 때문이다.

또한, 이 2차 전지에서는, 액상의 전해질(전해액) 대신에, 고체형태(固體狀) 또는 겔상(겔형태)의 전해질을 이용해도 좋다.

고체형태의 전해질은, 이온 전도성을 가지고 있으면, 무기 고체 전해질이라도 좋고, 고분자 고체 전해질이라도 좋다. 무기 고체 전해질로서는, 예를 들면 질화 리튬 또는 요오드화(沃化) 리튬 등을 들 수 있다. 고분자 고체 전해질로서는, 예를 들면 전해질염과 그 전해질염을 보존유지(保持; hold)하는 고분자 화합물을 포함하는 것을 들 수 있다. 이 고분자 화합물로서는, 예를 들면 폴리에틸렌 산화물 또는 그의 가교체 등의 에테르계 고분자나, 폴리메타크릴레이트 에스테르계 고분자나, 아크릴레이트계 고분자나, 그들의 공중합체 또는 혼합물 등을 들 수 있다.

겔상의 전해질은, 전해액과 그 전해액을 보존유지하는 고분자 화합물을 포함하고 있으며, 그 고분자 화합물이 전해액을 보존유지해서 겔화하고 있는 것이다. 이 고분자 화합물로서는, 예를 들면 폴리 불화 비닐리덴 또는 불화 비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌을 성분으로 하는 공중합체 등의 불소계 고분자나, 폴리에틸렌 산화물산화물의 가교체 등의 에테르계 고분자나, 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 산화 환원에 대한 안정성의 관점에서 보면, 불소계 고분자가 바람직하다.

이 2차 전지는, 예를 들면 이하의 단계에 의해 제조된다.

우선, 기상법, 액상법, 용사법 또는 그들중에서 선택된 2종 이상의 방법을 이용해서 정극 집전체(21A)의 양면에 정극 활물질층(21B)을 형성하는 것에 의해, 정극(21)을 제작한다. 그 후, 상기한 전극 구조체의 제조 단계와 마찬가지 단계에 의해, 정극(21)과 정극 리드(25)를 코킹해서 고정시킨다.

또, 상기한 정극(21)의 제작 단계와 마찬가지 단계에 의해, 부극 집전체(22A)의 양면에 부극 활물질층(22B)을 형성해서 부극(22)을 제작한 후, 상기한 전극 구조체의 제조 단계와 마찬가지 단계에 의해, 부극(22)과 부극 리드(26)를 코킹해서 고정시킨다.

다음에, 정극(21)과 부극(22)을 세퍼레이터(23)를 사이에 두고 권회시키는 것에 의해, 권회 전극체(20)를 형성한다. 이 경우에는, 부극(22)이 외측으로 되도록 한다. 계속해서, 정극 리드(25)의 선단(선단부)을 안전밸브 기구(15)에 용접함과 동시에 부극 리드(26)의 선단을 전지캔(11)에 용접한 후, 권회 전극체(20)를 한쌍의 절연판(12 및 13) 사이에 끼워넣으면서 전지캔(11)의 내부에 수납한다.

마지막에, 전지캔(11)의 내부에 전해액을 주입해서 세퍼레이터(23)에 함침시킨 후, 그 전지캔(11)의 개구 단부에 전지 뚜껑(14), 안전밸브 기구(15) 및 열감 저항 소자(16)를 개스킷(17)을 거쳐서 코킹하는 것에 의해 고정시킨다. 이것에 의해, 도 21 및 도 22에 도시한 2차 전지가 완성된다.

이 2차 전지에서는, 충전을 행하면, 정극(21)으로부터 리튬 이온이 방출되고, 전해액을 거쳐서 부극(22)에 흡장된다. 한편, 방전을 행하면, 예를 들면 부 극(22)으로부터 리튬 이온이 방출되고, 전해액을 거쳐서 정극(21)에 흡장된다.

이 2차 전지에 의하면, 정극(21) 및 정극 리드(25)의 조합이 상기한 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지고 있으므로, 그들 사이에 충분한 전기적 도통이 얻어진다. 이 작용은, 정극(21) 및 정극 리드(25) 뿐만 아니라, 역시 상기한 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지고 있는 부극(22) 및 부극 리드(26)에 대해서도 얻어진다. 따라서, 용량 특성 등의 전기적 성능의 편차를 억제하여, 성능을 안정화시킴과 동시에 수율을 향상시킬 수가 있다.

또한, 이 2차 전지에서는, 정극(21) 및 정극 리드(25)의 조합, 부극(22) 및 부극 리드(26)의 조합이 어느것이나(모두) 상기한 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지도록 했지만, 반드시 이것에 한정되지 않고, 어느 것인가 한쪽만이 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지도록 해도 좋다. 단, 쌍방이 전극 구조체와 마찬가지 구성을 가지고 있으면, 2차 전지 전체로서의 전기 전도성이 향상되기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수가 있다.

본 발명의 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

(실시예 1-1∼1-4)

제1 실시형태에서 설명한 단계(도 3∼도 8 참조)에 의해, 전극 구조체를 제작했다. 도 23은, 평가용 전극 구조체의 구성을 도시하는 것으로서, 도 1의 (a)에 대응하는 평면 구성을 도시하고 있다. 여기서는, 전극 구조체가 도 1의 (a) 및 (b) 대신에 도 23에 도시한 구성을 가지도록 했다.

전극 구조체를 제작할 때에는, 띠형상(帶狀)의 전해 동박(두께=18㎛, 길이=50㎜, 폭=15㎜)으로 이루어지는 집전체와, 띠형상의 니켈박(두께=50㎛, 길이=38㎜,폭=4㎜)으로 이루어지는 전극 리드(102)를 준비한 후, 우선 전자선 가열 방식의 진공 증착법에 의해서 집전체의 양면에 규소를 퇴적시켜서 활물질층을 형성하는 것에 의해, 전극(101)을 제작했다. 이 경우에는, 집전체의 한면 측에서의 활물질층의 두께를 4단계(4㎛, 6㎛, 8㎛, 10㎛)로 변화시켰다.

계속해서, 하측 유지용 플레이트(3) 및 상측 유지용 플레이트(4)를 이용해서 전극(101)을 고정시킨 후, 그 상측 유지용 플레이트(4)에 형성(설치)된 슬릿(4S)에 전극 리드(102)를 삽입해서 전극(101) 위에 겹쳐놓았다. 이 경우에는, 전극(101) 및 전극 리드(102)를 긴쪽 방향을 따라서 부분적으로 겹쳐놓음과 동시에, 그 전극 리드(102)의 돌출 길이(L1)를 10㎜로 했다. 계속해서, 리드 유지기(5)를 이용해서 전극 리드(102)를 고정시킨 후, 전극 리드(102) 및 전극(101)에 이 순으로 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H)을 형성하는 것에 의해, 전극 리드(102) 및 전극(101)을 천공(H) 주위에서 전극(101)을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡했다. 이 경우에는, 천공용 침(6)의 외경을 1㎜, 그의 선단부분(6P)의 3-차원 형상을 사각추, 천공(H)의 형성수를 3개, 각 천공(H) 사이의 간격(L2)을 5㎜로 했다.

계속해서, 천공용 침(6)을 천공(H)에 관통시킨 상태인 채로, 코킹 펀치(7)를 이용해서 전극(101) 및 전극 리드(102)를 1차 프레스하는 것에 의해, 그들의 절곡된 부분을 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾었다. 이 경우에는, 1차 프레스압을 1kN으로 했다. 마지막으로, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후, 하측 프레스판(8) 및 상측 프레스판(9)을 이용해서 전극(101) 및 전극 리드(102)를 2차 프레스했다. 이 경우에는, 2차 프레스압을 4kN으로 했다. 이것에 의해, 전극(101)과 전극 리드(102)가 3개소(코킹점 수=3점)에서 코킹되는 것에 의해 고정되고, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 구성에 대응하는 구성을 가지는 전극 구조체가 완성되었다.

(비교예 1-1∼1-4)

제1 실시형태에서 비교예로서 설명한 단계(도 9 참조)을 거친 것을 제외하고, 실시예 1-1∼1-4와 마찬가지로 전극 구조체를 제작했다. 즉, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후에 1차 프레스했다.

이들 실시예 1-1∼1-4 및 비교예 1-1∼1-4의 전극 구조체에 대해서 전기 저항 특성을 조사한 결과, 표 1에 나타낸 결과가 얻어졌다. 이 전기 저항 특성을 조사할 때에는, 4단자 측정법에 의해, 전극(101)의 일단부(E1)와 전극 리드(102)의 일단부(E2) 사이에서의 전기 저항값(mΩ)을 측정한 후, 그의 평균(평균 저항값)을 구했다. 이 경우에는, 샘플수(이른바, n수)를 20으로 했다. 또한, 전기 저항 특성을 조사할 때의 단계은, 이후의 일련의 실시예 및 비교예에 대해서도 마찬가지이다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1-1∼1-4에서는, 활물질층의 두께마다 비교예 1-1∼1-4보다도 평균 저항값이 낮아졌다. 이 경우에는, 특히 활물질층의 두께가 커짐에 따라서, 비교예 1-1∼1-4에서는 평균 저항값이 대폭 증가했지만, 실시예 1-1∼1-4에서는 평균 저항값이 거의 일정했다. 이 결과는, 비교예 1-1∼1-4보다도 실시예 1-1∼1-4에서, 전극(101)과 전극 리드(102)가 충분히 코킹되어 있기 때문에, 그들 사이의 전기 전도성이 향상되고 있는 것을 나타내고 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시형태의 전극 구조체에서는, 전기 전도성이 안정적으로(안정하게) 향상되는 것이 확인됨과 동시에, 그 효과는 활물질층의 두께를 변경한 경우에 있어서도 얻어지는 것이 확인되었다.

(실시예 2-1, 2-2)

활물질층의 두께를 5㎛로 하고, 집전체의 두께를 2단계(15㎛, 18㎛)로 변화시킨 것을 제외하고, 실시예 1-1∼1-4와 마찬가지 단계에 의해 전극 구조체를 제작했다.

(비교예 2-1, 2-2)

비교예 1-1∼1-4와 마찬가지로 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후에 1차 프레스한 것을 제외하고, 실시예 2-1 및 2-2와 마찬가지 단계에 의해 전극 구조체를 제작했다.

이들 실시예 2-1 및 2-2와 비교예 2-1 및 2-2의 전극 구조체에 대해서 전기 저항 특성을 조사한 결과, 표 2에 나타낸 결과가 얻어졌다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-1 및 2-2에서는, 평균 저항값이 거의 일정했다. 물론, 비교예 2-1 및 2-2에서도 평균 저항값은 거의 동등하며, 실시예 2-1 및 2-2에서는 비교예 2-1 및 2-2보다도 평균 저항값이 낮아졌다. 따라서, 본 발명의 제1 실시형태의 전극 구조체에서는, 집전체의 두께를 변경한 경우에 있어서도 전기 전도성이 안정적으로 향상되는 것이 확인되었다.

(실시예 3-1∼3-16)

활물질층의 두께를 5㎛로 하고, 1차 프레스압 및 2차 프레스압을 각각 4단계(1kN, 2kN, 3kN, 4kN)로 변화시켜서 조합한 것을 제외하고, 실시예 1-1∼1-4와 마찬가지 단계에 의해 전극 구조체를 제작했다.

이들 실시예 3-1∼3-16의 전극 구조체에 대해서 전기 저항 특성을 조사했더니, 표 3에 나타낸 결과가 얻어졌다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 3-1∼3-4에서는, 2차 프레스압이 커짐에 따라서 평균 저항값이 대체로 저하하는 경향을 나타냈다. 이 경향은, 실시예 3-1∼3-4와는 1차 프레스압이 다른 실시예 3-5∼3-16에서도 마찬가지였다. 또, 실시예 3-1∼3-16에서는, 1차 프레스압이 커짐에 따라서 평균 저항값이 저하했다. 이 경우에는, 특히 2차 프레스압이 3kN 이상으로 되면, 평균 저항값이 거의 일정하게 되었다. 따라서, 본 발명의 제1 실시형태의 전극 구조체에서는, 1차 프레스압 및 2차 프레스압을 변경한 경우에 있어서도 전기 전도성이 안정적으로 향상되는 것이 확인됨과 동시에, 그 효과는 양(兩)프레스압을 크게 하면 높아지는 것이 확인되었다.

(실시예 4-1∼4-5)

활물질층의 두께를 5㎛로 하고, 코킹점 수를 5단계(1점, 2점, 3점, 4점, 5점)로 변화시킨 것을 제외하고, 실시예 1-1∼1-4와 마찬가지 단계에 의해 전극 구조체를 제작했다. 또한, 코킹점 수를 변경할 때에는, 전극 리드(102)의 길이를 일정하게 한 채로(상태에서), 각 천공(H) 사이의 간격(L2)을 조정했다.

이들 실시예 4-1∼4-5의 전극 구조체에 대해서 전기 저항 특성을 조사했더니, 표 4에 나타낸 결과가 얻어졌다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 4-1∼4-5에서는, 코킹점 수가 증가함에 따라서 평균 저항값이 대체로 저하하는 경향을 나타냈다. 이 경우에는, 특히, 코킹점 수가 2점 이상으로 되면, 평균 저항값이 거의 일정하게 되었다. 따라서, 본 발명의 제1 실시형태의 전극 구조체에서는, 코킹점 수를 변경한 경우에 있어서도 전기 전도성이 안정적으로 향상되는 것이 확인됨과 동시에, 그 효과는 코킹점 수를 증가시키면 높아지는 것이 확인되었다.

(실시예 5)

활물질층의 두께를 5㎛로 하고, 천공용 침(6)의 외경을 1.5㎜로 변경한 것을 제외하고, 실시예 1-1∼1-4와 마찬가지 단계에 의해 전극 구조체를 제작했다.

(비교예 3)

비교예 1-1∼1-4와 마찬가지로 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후에 1차 프레스한 것을 제외하고, 실시예 5와 마찬가지 단계에 의해 전극 구조체를 제작했다.

이들 실시예 5 및 비교예 3의 전극 구조체에 대해서 전기 저항 특성을 조사했더니, 표 5에 나타낸 결과가 얻어졌다. 또한, 표 5에는, 실시예 2-2 및 비교예 2-2의 결과도 아울러 나타냈다.

표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 2-2 및 5에서는, 평균 저항값이 거의 일정했다. 물론, 실시예 2-2 및 5에서는, 비교예 2-2 및 3보다도 평균 저항값이 낮아졌다. 이 경우에는, 특히 비교예 2-2 및 3에서는, 천공용 침(6)의 외경이 커지면 평균 저항값이 저하했다. 이 결과는, 천공용 침(6)의 외경을 크게 하면, 전극(101) 및 전극 리드(102)의 되접어꺾인 부분의 길이(되접어꺾인 부분의 면적)가 커지기 때문에, 저항값이 저하한 것이라고 생각된다. 따라서, 본 발명의 제1 실시형태의 전극 구조체에서는, 천공용 침(6)의 외경을 변경한 경우에 있어서도 전기 전도성이 안정적으로 향상되는 것이 확인되었다.

(실시예 6)

제2 실시형태에서 설명한 단계(도 12∼도 15 참조)에 의해, 도 23에 도시한 평가용 전극 구조체를 제작했다.

전극 구조체를 제작할 때에는, 전극(101)을 제작한 후, 우선 YAG 레이저에 의해 전극(101)의 중앙 근방에 개구(1K)를 형성했다. 이 경우에는, 레이저 출력을 1.7W, 개구(1K)의 내경을 0.8㎜로 했다. 계속해서, 하측 유지용 플레이트(3) 및 상측 유지용 플레이트(4)로 전극(101)을 고정시킨 후, 그 위에 전극 리드(102)를 겹쳐놓고 리드 유지기(5)를 고정시켰다. 계속해서, 전극(101)에 형성된 개구(1K)를 통과하도록 전극 리드(102) 및 전극(101)에 이 순으로 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H)을 형성하는 것에 의해, 전극 리드(102) 및 전극(101)을 천공(H) 주위에서 전극(101)을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡했다. 계속해서, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후, 코킹 펀치(7)로 전극(101) 및 전극 리드(102)를 1차 프레스하는 것에 의해, 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾었다. 마지막으로, 하측 프레스판(8) 및 상측 프레스판(9)으로 전극(101) 및 전극 리드(102)를 2차 프레스했다. 이것에 의해, 전극(101)과 전극 리드(102)가 코킹되어 고정되고, 도 11에 도시한 구성에 대응하는 구성을 가지는 전극 구조체가 완성되었다. 또한, 상기 이외의 단계 및 조건은, 실시예 1-1∼1-4와 마찬가지로 했다.

(실시예 7)

제3 실시형태에서 설명한 단계(도 17∼도 20 참조)에 의해, 도 23에 도시한 평가용 전극 구조체를 제작했다.

전극 구조체를 제작할 때에는, 우선 하측 유지용 플레이트(3) 및 상측 유지용 플레이트(4)로 전극(101)을 고정시킨 후, 그 아래에 전극 리드(102)를 겹쳐놓고 리드 유지기(5)로 고정시켰다. 계속해서, 전극(101) 및 전극 리드(102)에 이 순으로 천공용 침(6)을 관통시켜서 천공(H)을 형성하는 것에 의해, 전극(101) 및 전극 리드(102)를 천공(H) 주위에서 전극 리드(102)를 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡했다. 계속해서, 천공용 침(6)을 천공(H)으로부터 뽑아낸 후, 코킹 펀치(7)로 전극(101) 및 전극 리드(102)를 1차 프레스하는 것에 의해, 전극(101) 및 전극 리드(102)를 천공(H)으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾었다. 마지막으로, 하측 프레스판(8) 및 상측 프레스판(9)으로 전극(101) 및 전극 리드(102)를 2차 프레스했다. 이것에 의해, 전극(101)과 전극 리드(102)가 코킹되어 고정되고, 도 16에 도시한 구성에 대응하는 구성을 가지는 전극 구조체가 완성되었다. 또한, 상기 이외의 단계 및 조건은, 실시예 1-1∼1-4와 마찬가지로 했다.

이들 실시예 6 및 7의 전극 구조체에 대해서 전기 저항 특성을 조사했더니, 표 6에 나타낸 결과가 얻어졌다. 또한, 표 6에는, 실시예 2-2 및 비교예 2-2의 결과도 아울러 나타냈다.

표 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 6 및 7에서는, 실시예 2-2와 마찬가지로, 비교예 2-2보다도 평균 저항값이 낮아졌다. 이 경우에는, 특히 실시예 7, 6 및 2-2의 순으로 평균 저항값이 낮아졌다. 따라서, 본 발명의 제2 및 제3 실시형태의 전극 구조체에서도, 상기한 본 발명의 제1 실시형태의 전극 구조체와 마찬가지로, 전기 전도성이 안정적으로 향상되는 것이 확인되었다. 또, 상기한 효과는, 제3, 제2 및 제1 실시형태의 순으로 높아지는 것이 확인되었다.

(실시예 8-1∼8-4)

이하의 단계에 의해, 실시예 2-2의 전극 구조체를 부극(22) 및 부극 리드(26)로서 이용해서 도 21 및 도 22에 도시한 원통형 2차 전지를 제작한 후, 충방전시켰다.

우선, 정극(21)을 제작했다. 이 경우에는, 우선 탄산 리튬(Li₂CO₃)과 탄산 코발트(CoCO₃)를 0.5:1의 몰비로 혼합한 후, 공기중에서 900℃로 5시간 소성해서 리튬·코발트 복합 산화물(LiCoO₂)을 얻었다. 계속해서, 정극 활물질로서 리튬·코발트 복합 산화물(평균 입경(粒徑)=5㎛) 92질량부와, 도전제로서 카본 블랙 3질량부와, 결합제로서 폴리 불화 비닐리덴 5질량부를 혼합해서 정극 합제로 한 후, N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜서 페이스트형태의 정극 합제 슬러리로 했다. 계속해서, 알루미늄박(두께=15㎛)으로 이루어지는 띠형상의 정극 집전체(21A)의 양면에 정극 합제 슬러리를 균일하게 도포해서 건조시킨 후, 롤 프레스기로 압축 성형해서 정극 활물질층(21B)을 형성했다. 그 후, 정극 집전체(21A)의 일단에, 알루미늄제의 정극 리드(25)를 용접했다.

다음에, 2차 전지를 조립했다. 이 경우에는, 우선 세퍼레이터(23)(두께=23㎛)를 준비하고, 정극(21)과 부극(22)을 세퍼레이터(23)를 거쳐서 교대로(번갈아) 적층시킨 후, 그 적층체를 다수회(여러번) 권회시켜서 권회 전극체(20)를 제작했다. 이 세퍼레이터(23)로서는, 다공성 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 필름 사이에 다공성 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 중심재 필름을 끼운 3층 구조품을 이용했다. 계속해서, 정극 리드(25)를 안전밸브 기구(15)에 용접함과 동시에 부극 리드(26)를 전지캔(11)에 용접한 후, 니켈도금된 철제 전지캔(11)의 내부에 권회 전극체(20)를 한쌍의 절연판(12 및 13) 사이에 권회 전극체(20)를 끼우면서 수납했다. 계속해서, 감압 방식에 의해 전지캔(11)의 내부에 전해액을 주입해서 세퍼레이터(23)에 함침시켰다. 이 경우에는, 용매로서 탄산 에틸렌과 탄산 디메틸을 1:1의 질량비로 혼합한 후, 전해질염으로서 6불화 인산 리튬을 농도가 1㏖/d㎥로 되도록 용해시킨 것을 전해액으로서 이용했다. 마지막으로, 아스팔트가 도포된 개스킷(17)을 거쳐서 전지캔(11)을 코킹하는 것에 의해, 안전밸브 기구(15), 열감 저항 소자(16) 및 전지 뚜껑(14)을 고정시켰다. 이것에 의해, 전지캔(11)의 내부의 기밀성이 확보되고, 부극(22)의 용량이 리튬의 흡장 및 방출에 의거하는 용량 성분에 의해 나타내어지는 원통형 2차 전지(리튬 이온 2차 전지)가 완성되었다.

마지막으로, 충방전 사이클수를 4단계(0사이클, 2사이클, 100사이클, 200사이클)로 변화시키면서 2차 전지를 충방전시켰다. 이 충방전 조건(25℃ 환경중)은, 이하와 같다. 1사이클째에 대해서는, 0.2㎃/㎠의 정전류(定電流) 밀도로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 충전하고, 또한 4.2V의 정전압(定電壓)으로 전류 밀도가 0.05㎃/㎠에 도달할 때까지 충전한 후, 0.2㎃/㎠의 정전류 밀도로 전지 전압이 2.5V에 도달할 때까지 방전했다. 또, 2사이클째 이후에 대해서는, 2㎃/㎠의 정전류 밀도로 전지 전압이 4.2V에 도달할 때까지 충전하고, 또 4.2V의 정전압으로 전류 밀도가 0.1㎃/㎠에 도달할 때까지 충전한 후, 2㎃/㎠ 의 정전류 밀도로 전지 전압이 2.5V에 도달할 때까지 방전했다.

(비교예 4-1∼4-4)

이하의 단계에 의해 제작한 전극 구조체를 부극(22) 및 부극 리드(26)로서 이용한 것을 제외하고, 실시예 8-1∼8-4와 마찬가지 단계에 의해 2차 전지를 제작했다. 전극 구조체를 제작할 때에는, 그라인더로 전극(101)의 활물질층을 연삭해서 집전체를 노출시킨 후, 저항 용접법에 의해 집전체의 노출면에 전극 리드(102)를 접합시켰다.

이들 실시예 8-1∼8-4 및 비교예 4-1∼4-4의 2차 전지에 대해서, 정극(21)과 부극(22) 사이에서의 전기 저항 특성을 조사했더니, 표 7에 나타낸 결과가 얻어졌다. 이 전기 저항 특성을 조사할 때에는, 복수의 샘플(n수=20)에 대해서 임피던스값(mΩ)을 측정한 후, 그의 평균(평균 임피던스값)을 구했다.

표 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 8-1∼8-4에서는, 충방전 사이클수 마다 평균 임피던스값이 비교예 4-1∼4-4와 거의 동등하게 되며, 엄밀하게는보다 낮아졌다. 이 결과는, 실시예 8-1∼8-4에서는, 형식적으로는 전극 리드(102)를 집전체에 직접적으로 접합시키지 않는 코킹법을 이용하고 있음에도 불구하고, 전극 리드(102)를 집전체에 직접적으로 접합시키는 저항 용접법을 이용한 경우와 동일한 정도까지 임피던스값이 저하하는 것을 나타내고 있다. 따라서, 본 발명의 2차 전지에서는, 충분한 전기 전도성이 얻어지는 것이 확인되었다.

이상, 실시형태 및 실시예를 들어서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기한 실시형태 및 실시예에서 설명한 양태(態樣)에 한정되지 않고, 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 전극 구조체의 용도는, 반드시 전지에 한정되지 않고, 전지 이외의 다른 전기화학 디바이스이더라도 좋다. 그 밖의 용도로서는, 예를 들면 캐패시터 등을 들 수 있다.

또, 상기한 실시형태 및 실시예에서는, 전지의 종류로서, 부극의 용량이 리튬의 흡장 및 방출에 의거하는 용량 성분에 의해 나타내어지는 리튬 이온 2차 전지에 대해서 설명했지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 전지는, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료의 충전 용량을 정극의 충전 용량보다도 작게 하는 것에 의해, 부극의 용량이 리튬의 흡장 및 방출에 의거하는 용량 성분과 리튬의 석출 및 용해에 의거하는 용량 성분을 포함하고, 또한 그들 용량 성분의 합(和)에 의해 나타내어지는 2차 전지에 대해서도 마찬가지로 적용가능하다.

또, 상기한 실시형태 및 실시예에서는, 전지의 구조가 원통형인 경우를 예로 들어서 설명했지만, 본 발명의 전지는, 정극 및 부극이 권회된 상태로 이용되는 각형(角型; prismatic type) 또는 라미네이트 필름형 등의 다른 구조에 대해서도 마찬가지로 적용가능하다. 이 라미네이트 필름형이라 함은, 권회 전극체가 필름형상의 외장 부재에 수납된 구조이다. 또, 본 발명의 전지는, 2차 전지에 한정되지 않고, 1차 전지 등의 다른 종류의 전지에 대해서도 마찬가지로 적용가능하다.

또, 상기한 실시형태 및 실시예에서는, 전극 반응 물질로서 리튬을 이용하는 경우에 대해서 설명했지만, 나트륨(Na) 또는 칼륨(K) 등의 다른 1A족 원소나, 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca) 등의 2A족 원소나, 알루미늄 등의 다른 경금속을 이용해도 좋다. 이들 경우에 있어서도, 부극 활물질로서, 상기한 실시형태에서 설명한 부극 재료를 이용하는 것이 가능하다.

본 발명은 첨부하는 특허청구범위 또는 그 균등물의 범위내에서, 설계 요구조건 및 그 밖의 요인에 의거하여 각종 변형, 조합, 수정 및 변경 등을 행할 수 있다는 것은 당업자라면 당연히 이해할 수 있을 것이다.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전극 구조체의 구성을 도시하는 평면도 및 단면도,

도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 (a) 및 (b)에 도시한 전극 구조체의 주요부의 SEM 사진 및 그의 모식도,

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전극 구조체의 제조 단계에서의 한 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 4는 도 3의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 5는 도 4의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 6은 도 5의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 7은 도 6의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 8은 도 7의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 9는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전극 구조체에 대한 비교예의 전극 구조체의 제조 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 10의 (a) 및 (b)는 비교예의 전극 구조체의 주요부의 SEM 사진 및 그의 모식도,

도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 전극 구조체의 구성을 도시하는 단면도,

도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 전극 구조체의 제조 단계에서의 한 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 13은 도 12의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 14는 도 13의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 15는 도 14의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 16은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 전극 구조체의 구성을 도시하는 단면도,

도 17은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 전극 구조체의 제조 단계에서의 한 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 18은 도 17의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 19는 도 18의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 20은 도 19의 단계에 후속되는 단계를 설명하기 위한 단면도,

도 21은 본 발명의 전극 구조체를 이용한 전지의 구성을 도시하는 단면도,

도 22는 도 21에 도시한 전지의 주요부를 확대해서 도시하는 단면도,

도 23은 평가용 전극 구조체의 구성을 도시하는 평면도.

[부호의 설명]

1: 전극, 1A: 집전체, 1B: 활물질층, 1K, 3K, 4K, 5K, 7K: 개구, 1T, 2T: 되접어꺾인 부분 , 2: 전극 리드, 3: 하측 유지용 플레이트, 3S, 4S: 슬릿, 4: 상측 유지용 플레이트, 5: 리드 유지기, 5P, 6P: 선단부분, 6: 천공용 침, 7: 코킹 펀치, 8: 하측 프레스판, 9: 상측 프레스판, 11: 전지캔, 12, 13: 절연판, 14: 전지 뚜껑, 15: 안전밸브 기구, 15A: 디스크판, 16: 열감 저항 소자, 17: 개스킷, 20: 권회 전극체, 21: 정극, 21A: 정극 집전체, 21B: 정극 활물질층, 22: 부극, 22A: 부극 집전체, 22B: 부극 활물질층, 23: 세퍼레이터, 24: 센터 핀, 25: 정극 리드, 26: 부극 리드, C: 접점, H: 천공, P1, P2: 위치, R: 코킹 부분.

Claims (17)

1. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가진 전극 구조체로서,

   상기 전극 및 상기 전극 리드를 관통하도록 천공(穿孔; hole)이 형성되고, 그 전극 및 전극 리드는 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여(折返; folded back) 있으며,

   상기 전극 리드가 설치되어 있지 않은 영역에서의 상기 활물질층의 두께는 균일하며, 상기 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서의 상기 활물질층의 두께는 불균일한, 전극 구조체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서, 상기 전극은 다중으로 되접어꺾여 있는, 전극 구조체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서, 상기 집전체는 상기 활물질층으 로부터 부분적으로 노출되어 상기 전극 리드와 접촉하고 있는, 전극 구조체.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전극 리드의 되접어꺾인 부분(折返部分; folded-back portion)의 선단(先端; tip)은 상기 전극의 되접어꺾인 부분의 선단보다도 상기 천공에 가까운 측에 위치하는, 전극 구조체.
5. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가진 전극체로서,

   상기 전극 및 상기 전극 리드를 관통하도록 천공이 형성되고, 그 전극 및 전극 리드는 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있으며,

   상기 전극 리드의 되접어꺾인 부분은 상기 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 상기 집전체와 접촉하고 있는

   , 전극 구조체.
6. 제5항에 있어서,

   상기 전극 리드의 되접어꺾인 부분의 선단은 상기 전극의 되접어꺾인 부분의 선단보다도 상기 천공으로부터 먼 측에 위치하는, 전극 구조체.
7. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가진 전극체로서,

   상기 전극 및 상기 전극 리드를 관통하도록 천공이 형성되고, 그 전극 및 전극 리드는 상기 천공 주위에서 상기 전극 리드를 내측으로 하면서 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있으며,

   상기 전극 리드의 되접어꺾인 부분은 상기 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 상기 집전체와 접촉하고 있는

   , 전극 구조체.
8. 제7항에 있어서,

   상기 전극 리드의 되접어꺾인 부분의 선단은 상기 전극의 되접어꺾인 부분의 선단보다도 상기 천공으로부터 먼 측에 위치하는, 전극 구조체.
9. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 전극 구조체의 제조 방법으로서,

   상기 전극 및 상기 전극 리드를 코킹하는 단계를 포함하고, 상기 코킹 단계는,

   상기 전극 리드 및 상기 전극에 이 순으로 천공용 도구(穿孔用具; punching tool)를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 리드 및 전극을 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡(折曲; fold; 접어구 부림)하는 단계와,

   상기 천공용 도구를 상기 천공에 관통시킨 상태인 채로, 상기 전극 및 상기 전극 리드의 절곡된 부분을 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계

   를 포함하는, 전극 구조체의 제조 방법.
10. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 전극 구조체의 제조 방법으로서,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 코킹하는 단계를 포함하고, 상기 코킹하는 단계는,

    개구를 가지는 상기 전극을 이용해서, 상기 개구를 통과하도록 상기 전극 리드 및 상기 전극에 이 순으로 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 리드 및 전극을 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡하는 단계와,

    상기 전극 및 상기 전극 리드의 절곡된 부분을 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계

    를 포함하는, 전극 구조체의 제조 방법.
11. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과, 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 전극 구조체의 제조 방법으로서,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 코킹하는 단계를 포함하고, 상기 코킹하는 단계는,

    상기 전극 및 상기 전극 리드에 이 순으로 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 및 전극 리드를 상기 천공 주위에서 상기 전극 리드를 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡하는 단계와,

    상기 전극 및 상기 전극 리드의 절곡된 부분을 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계

    를 포함하는, 전극 구조체의 제조 방법.
12. 전극 구조체와 함께 전해액을 구비한 전지로서,

    상기 전극 구조체는, 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과,

    상기 활물질층에 설치된 전극 리드와,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 관통하도록 배치된 천공으로서, 그 전극 및 전극 리드는 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있는, 천공을 포함하고,

    상기 전극 리드가 설치되어 있지 않은 영역에서의 상기 활물질층의 두께는 균일하며, 상기 전극 리드가 설치되어 있는 영역에서의 상기 활물질층의 두께는 불균일한, 전지.
13. 전극 구조체와 함께 전해액을 구비한 전지로서,

    상기 전극 구조체는,

    집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과,

    상기 활물질층에 설치된 전극 리드와,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 관통하도록 배치된 천공으로서, 그 전극 및 전극 리드는 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있는, 천공을 포함하고,

    상기 전극 리드의 되접어꺾인 부분은 상기 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 상기 집전체와 접촉하고 있는, 전지.
14. 전극 구조체와 함께 전해액을 구비한 전지로서,

    상기 전극 구조체는,

    집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과,

    상기 활물질층에 설치된 전극 리드와,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 관통하도록 배치된 천공으로서, 그 전극 및 전극 리드는 상기 천공 주위에서 상기 전극 리드를 내측으로 하면서 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾여 있는 천공을 포함하고,

    상기 전극 리드의 되접어꺾인 부분은 상기 전극의 되접어꺾인 부분의 선단에 노출된 상기 집전체와 접촉하고 있는, 전지.
15. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 전극 구조체와 함께, 전해액을 구비한 전지의 제조 방법으로서,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 코킹하는 단계를 포함하고, 상기 코킹하는 단계는,

    상기 전극 리드 및 상기 전극에 이 순으로 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 리드 및 전극을 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡하는 단계와,

    상기 천공용 도구를 상기 천공에 관통시킨 상태인 채로, 상기 전극 및 상기 전극 리드의 절곡된 부분을 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계

    를 포함하는, 전지의 제조 방법.
16. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 전극 구조체와 함께, 전해액을 구비한 전지의 제조 방법으로서,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 코킹하는 단계를 포함하고, 상기 코킹하는 단계는,

    개구를 가지는 상기 전극을 이용해서, 상기 개구를 통과하도록 상기 전극 리드 및 상기 전극에 이 순으로 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 리드 및 전극을 상기 천공 주위에서 상기 전극을 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡하는 단계와,

    상기 전극 및 상기 전극 리드의 절곡된 부분을 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계

    를 포함하는, 전지의 제조 방법.
17. 집전체 및 그 집전체에 설치된 활물질층을 포함하는 전극과 상기 활물질층에 설치된 전극 리드를 가지는 전극 구조체와 함께, 전해액을 구비한 전지의 제조 방법으로서,

    상기 전극 및 상기 전극 리드를 코킹하는 단계를 포함하고, 상기 코킹하는 단계는,

    상기 전극 및 상기 전극 리드에 이 순으로 천공용 도구를 관통시켜서 천공을 형성하는 것에 의해, 그 전극 및 전극 리드를 상기 천공 주위에서 상기 전극 리드를 내측으로 하면서 관통 방향으로 절곡하는 단계와,

    상기 전극 및 상기 전극 리드의 절곡된 부분을 상기 천공으로부터 멀어지는 방향으로 되접어꺾는 단계

    를 포함하는, 전지의 제조 방법.

Images