KR20090108633A - 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090108633A
KR20090108633A KR1020097016962A KR20097016962A KR20090108633A KR 20090108633 A KR20090108633 A KR 20090108633A KR 1020097016962 A KR1020097016962 A KR 1020097016962A KR 20097016962 A KR20097016962 A KR 20097016962A KR 20090108633 A KR20090108633 A KR 20090108633A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current collector
collector plate
plate
exposed end
secondary battery
Prior art date
Application number
KR1020097016962A
Other languages
English (en)
Inventor
기요미 고즈키
쥰지 간자키
야스시 히라카와
Original Assignee
파나소닉 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 파나소닉 주식회사 filed Critical 파나소닉 주식회사
Publication of KR20090108633A publication Critical patent/KR20090108633A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/74—Terminals, e.g. extensions of current collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/008—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/10—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with wound or folded electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Abstract

이차 전지에서는, 집전판(10)과 전극군(4)이 접합부(19)를 개재하여 서로 접합된다. 집전판(10)에는 피복부(13)와 수용부(14)가 형성되며, 피복부(13)에는 피용융부(11)와 유도부(12)가 형성된다. 피용융부(11)는 노출단을 수용부(14) 내에 수용했을 때의 노출단 선단면(S)보다 전극군(4)의 외측에 위치하고, 유도부(12)는 그 선단면(S)보다 전극군(4)의 내측에 위치한다. 접합부(19)에서는, 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 서로 근접되도록 배치되어 집전판(10)에 접합된다.

Description

이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이며, 특히 탭레스(tabless) 구조의 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 구동용 전원으로서 이용되는 이차 전지는 중요한 키디바이스의 하나이며, 그 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도 니켈수소 축전지 또는 리튬이온 이차 전지는 가볍고, 소형이며 또 에너지 밀도가 높으므로 휴대 전화를 비롯해 민생용 기기에서 전기 자동차 또는 전동 공구의 구동용 전원에까지 폭 넓게 이용되고 있다. 최근에는 특히 리튬이온 이차 전지가 구동용 전원으로서 주목되고 있어, 고용량화, 고출력화를 향한 리튬이온 이차 전지의 개발이 활발해지고 있다.
구동용 전원으로서 이용되는 이차 전지에는 큰 출력 전류가 요구된다. 이를 위해, 이차 전지의 구조, 특히 집전(集電) 구조(전극군에 집전판이 접합된 것)에 개량을 한 이차 전지가 제안되고 있다.
예를 들어, 양극판 및 음극판의 폭 방향에 있어서 일단을 각각 집전판에 접 합시킨 탭레스 집전 구조에서는 집전시의 전기 저항을 작게 할 수 있다. 따라서, 이 탭레스 집전 구조는 대전류를 방전하는 경우에 적합하다. 그러나 탭레스 집전을 행하기 위해서는 양극판 및 음극판의 폭 방향 일단을 각각 집전판에 확실하게 접합시킬 필요가 있다.
도 20(a)는 특허 문헌 1에 기재된 집전판(210)의 단면도이며, 도 20(b)는 양극판(또는 음극판)(211)의 폭 방향 일단을 집전판(210)에 접합시킨 상태의 단면도이다.
도 20(a)에 나타내는 바와 같이, 집전판(210)의 표면에는 홈부(210a, 210a, …)가 형성된다. 이 각 홈부(210a)로 양극판(또는 음극판)(211)의 폭 방향 일단을 삽입시켜 각 홈부(210a)의 주연(周緣)을 용융시킴으로써, 도 20(b)에 나타내는 바와 같이 양극판(또는 음극판)(211)의 폭 방향 일단이 집전판(210)에 접합된다.
이와 같은 방법으로 형성된 집전 구조에서는, 접합부(212)에서 양극판(또는 음극판)(211)의 폭 방향 일단은, 집전판(210)의 재료인 금속으로 매입된 상태로 집전판(210)에 접합된다. 따라서, 양극판(또는 음극판)(211)의 폭 방향 일단을 집전판(210)에 확실하게 접합시킬 수 있다.
그러나 상기 방법에서는, 전극군의 양극판(또는 음극판)(211) 배열에 맞추어 홈부(210a, 210a, …)를 집전판(210)에 형성해야 한다. 또, 양극판(또는 음극판)(211)의 폭 방향 일단을 각각 홈부(210a, 210a, …)로 삽입시키기 위한 위치 조정 기술이 필요하게 된다. 그 결과, 이차 전지의 제조 공정이 복잡해지고 이차 전지의 제조 원가가 높아진다는 문제가 있다.
특허 문헌 2에는, 상기 위치 조정 기술이 필요없으며, 또 간단한 방법으로 양극판(또는 음극판)의 폭 방향 일단을 집전판에 접합하는 방법이 기재되어 있다.
도 21은 특허 문헌 2에 기재된 이차 전지의 단면도이다. 특허 문헌 2에 기재된 이차 전지는 가스켓(234)을 개재하여 밀봉판(233)으로 밀봉된 전지 케이스(232)를 구비하며, 이 전지 케이스(232) 내에서는 양극판(221) 및 음극판(222)이 서로 상하 방향으로 어긋난 상태에서 분리막(223)을 개재하여 감기며, 분리막(223)에서 돌출된 양극판(221)의 단부(노출단)(221a)가 집전판(230)에 접합되고, 음극판(222)의 단부(노출단)(222a)가 집전판(231)에 접합된다. 구체적으로는, 양극판(221)의 단부(221a)를 집전판(230)에 대해 감김용 막대의 축 방향(도 21의 상하 방향)으로 누름으로써 평탄부가 그 단부(221a)에 형성되며, 이 평탄부가 집전판(230)에 접합된다. 마찬가지로, 음극판(222)의 단부(222a)를 집전판(231)에 대해 감김용 막대의 축 방향으로 누름으로써 평탄부가 그 단부(222a)에 형성되며, 이 평탄부가 집전판(231)에 접합된다.
이와 같은 집전 구조에서는, 양극판(221)의 단부(221a) 및 음극판(222)의 단부(222a)를 집전판(230, 231)에 각각 위치 조정하는 일 없이, 또 간단한 방법으로 양극판(221)의 단부(221a) 및 음극판(222)의 단부(222a)를 집전판(230, 231)에 각각 접합할 수 있다.
그러나 상기 방법에는 이차 전지의 대용량화와 소형화를 도모하는데 이하와 같은 과제가 있다. 즉, 양극판(221) 또는 음극판(222)을 구성하는 집전체가 박막화되면 집전체의 기계적 강도가 저하된다. 때문에 양극판(221)의 단부(221a) 및 음극판(222)의 단부(222a)를 눌러도, 그 단부(221a, 222a)에 균일하게 절곡된 평탄부를 각각 형성하는 것이 어려워진다. 특히 리튬이온 이차 전지의 양극판(221) 및 음극판(222)을 구성하는 집전체의 재료로는 알루미늄 또는 구리가 이용되므로, 집전체의 두께가 예를 들어 20㎛ 정도 이하가 되면, 가압에 의해 평탄부를 형성하는 것은 매우 어려워진다. 또, 가압할 때에 양극판(221)의 단부(221a) 및 음극판(222)의 단부(222a)에 발생한 왜곡에 기인하여, 양극판(221)의 합제 도포부(221b) 및 음극판(222)의 합제 도포부(222b)에서 각각 합제가 집전체로부터 박리되거나 합제가 파손된다는 문제도 생긴다.
특허 문헌 3 및 4에는 각각 양극판 또는 음극판을 구성하는 집전체가 박막화되어도, 양극판 또는 음극판의 폭 방향 일단을 집전판에 접합 가능한 기술이 개시되어 있다.
도 22는 특허 문헌 3에 기재된 집전 구조 제조 공정의 한 공정을 나타내는 사시도이다. 도 22에 나타내는 바와 같이, 집전판(240)에는 파형(240a)이 형성되며, 또 두께 방향으로 관통하는 홈부(240b)가 형성된다. 양극판(또는 음극판)(250)의 폭 방향 일단을 파형(240a)으로 수속시켜 홈부(240b)의 주연을 용융시킴으로써, 양극판(또는 음극판)(250)의 폭 방향 일단을 집전판(240)에 접합할 수 있다.
특허 문헌 3에 기재된 방법에서는 양극판(또는 음극판)(250)의 폭 방향 일단을 집전판(240)의 파형(240a)으로 수속시키는 것만으로, 집전판(240)이 용융된 용융 부재에 의해 양극판(또는 음극판)(250)을 집전판(240)에 접합할 수 있다. 때문 에, 이와 같은 방법으로 형성된 집전 구조에서는, 양극판(또는 음극판)(250)을 구성하는 집전체가 박막화되어 집전체의 기계적 강도가 약해져도, 집전체에 부하를 주지 않고 양극판(또는 음극판)(250)의 폭 방향 일단을 집전판(240)에 접합할 수 있다.
도 23은 특허 문헌 4에 기재된 집전 구조의 단면도이다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 집전판(260)에는 슬릿부(260a, 260a, …)가 형성되며, 이 각 슬릿부(260a)로 양극판(또는 음극판)(270)의 폭 방향 일단을 삽입하여, 각 슬릿부(260a)에 양극판(또는 음극판)(270)을 접합시킨다. 이와 같은 방법으로 형성된 집전 구조에서는, 양극판(또는 음극판)(270)을 구성하는 집전체가 박막화되어 집전체의 기계적 강도가 약해지더라도 집전체에 부하를 주지 않고 양극판(또는 음극판)(270)의 폭 방향 일단을 집전체(260)에 접합할 수 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 제 2006-172780 호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 제 2000-294222 호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 제 2003-36834 호 공보
(특허 문헌 4) 일본 특허 공개 평 10-261441 호 공보
(발명이 해결하고자 하는 과제)
특허 문헌 3 및 4에 기재된 방법에서는, 양극판 또는 음극판을 구성하는 집전체가 박막화된 경우라도 양극판 또는 음극판의 폭 방향 일단을 집전판에 접합시킬 수 있으므로, 이차 전지의 대용량 및 소형화를 도모할 수 있다. 그러나 이들 방법을 적용할 경우, 이하에 나타내는 문제가 있다.
특허 문헌 3에 기재된 방법에서는, 홈부(240b)의 주연을 가열하는 수단으로, 아크 용접법, 레이저 용접법 및 전자빔 용접법 등을 들 수 있다. 그러나 홈부(240b)를 용융할 때에 집전판(240) 표면에서 아크 광원으로부터의 빛의 산란 또는 에너지선의 난반사가 발생하면, 산란광 또는 난반사된 에너지가 집전판(240)을 관통하며, 그 결과, 집전판(240)에 구멍이 생김과 동시에 집전판(240) 아래에 있는 전극군이 손상되어버린다.
집전판(240)에 미치는 에너지 강도를 제어하면 집전판(240) 표면에서의 산란 또는 난반사를 방지할 수 있으나, 에너지를 그와 같이 제어하는 것은 용이하지 않다. 이상의 이유로 특허 문헌 3에 기재된 방법을 이용하여 이차 전지를 양산하면, 이차 전지의 성능 저하 및 이차 전지의 제조 수율 악화를 초래한다.
또 특허 문헌 4에 기재된 방법에서도 슬릿부(260a)를 용융시킬 때에 집전판(260) 표면에서 산란 또는 난반사가 발생해버리면, 산란광 또는 난반사된 에너지가 집전판(260)을 관통하며, 그 결과, 집전판(260)에 구멍이 생김과 동시에 집전판(260) 아래에 있는 전극군이 손상되어버린다. 또한, 집전판(260) 표면에서의 산란 또는 난반사를 방지하도록 슬릿부(260a)에 조사(照射)되는 에너지의 강도를 제어하는 것은 어렵다. 따라서, 특허 문헌 4에 기재된 방법을 이용하여 이차 전지를 양산한 경우라도, 이차 전지의 성능 저하 및 이차 전지의 제조 수율 악화를 초래한다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은 양극판(또는 음극판)과 집전판이 서로 확실하게 접합되며, 또 대전류 방전에 적합한 이차 전지를 제공하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명의 이차 전지의 제조 방법은, 전극군을 준비하는 공정(a), 집전판을 준비하는 공정(b), 전극군의 노출단이 집전판 수용부 내에 수용되는 공정(c), 및 집전판과 전극군을 서로 접합하는 공정(d)을 구비한다.
공정(a)에서 준비하는 전극군에는, 양극판 및 음극판의 적어도 한쪽 극판의 폭 방향 일단인 노출단이 다공질 절연층에서 돌출되도록 양극판, 음극판, 및 다공질 절연층이 배치된다.
공정(b)에서 준비하는 집전판은, 노출단을 수용하는 적어도 하나 이상의 수용부와 수용부 측벽인 피복부를 갖는다. 수용부에는 개구가 형성된다. 또 피복부는 노출단을 수용부 내에 수용시켰을 때에 노출단의 선단면보다 전극군의 외측에 위치하는 피용융부와, 피용융부에 접속되며 노출단을 수용부 내에 수용시켰을 때에 노출단의 선단면보다 전극군 내측에 위치하는 유도부를 갖는다.
공정(c)에서는, 수용부 쪽이 피복부보다 노출단의 선단면 쪽에 위치하도록 전극군과 집전판을 서로 배치한다.
공정(d)에서는, 피용융부를 용융시켜, 피용융부의 용융에 의해 집전판과 전극군을 서로 용접시킨다.
상기 방법에서는, 공정(d)에서 극판의 폭 방향 일단과 집전판을 접합한다. 따라서, 상기 방법을 이용하여 제조된 이차 전지에서는 집전시의 저항을 저감시킬 수 있다.
또 상기 방법에서는, 공정(c)에서 집전판의 자체 무게에 의해 노출단이 수용부 내에 수용된다. 따라서, 집전판에 형성된 관통공 등에 노출단을 삽입하여 그 노출단과 집전판을 접합시키는 방법과는 달리, 접합시에 집전판에 구멍이 생기는 것을 방지할 수 있으며, 또한 접합시에 전극군이 손상되는 것(예를 들어, 집전체에 구멍이 생기는 것, 합제가 집전체 표면으로부터 박리되는 것)을 방지할 수 있다. 이로써, 이차 전지를 수율 좋게 제조할 수 있으며, 또 제조된 이차 전지의 성능 저하를 억제할 수 있다.
또한 상기 방법을 이용하여 이차 전지를 제조하면, 전극군 단면을 집전판으로 눌러 노출단과 집전판을 접합시키는 방법에 비해, 공정(c)에서 노출단이 절곡되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 노출단을 집전판에 확실하게 접합시킬 수 있다. 또 공정(c)에서의 노출단의 절곡을 방지할 수 있으므로, 노출단에 왜곡이 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 그 결과, 합제의 파손 및 집천제 표면으로부터의 합제 박리를 방지할 수 있다.
후술하는 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판은 폭 방향으로 오목 볼록한 적어도 하나 이상의 요철(凹凸)부를 가지며, 피복부는 요철부이다.
후술하는 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판 피복부는 한 쌍의 유도부를 가지며, 유도부는 공정(c)에서 수용부 내에 수용되는 노출단의 길이 방향에 대해 수직인 단면(斷面)에서, 피용융부 양단에 접속되어 쌍을 이루며, 공정(c)에서 한 쌍의 유도부는 노출단의 길이 방향에 대해 거의 수직인 방향으로부터 노출단을 끼우듯이 노출단을 수용부 내에 수용시키는 것이 바람직하다. 이로써, 공정(c)에서 노출단이 절곡되는 것을 추가로 방지할 수 있다.
본 발명의 이차 전지의 제조 방법에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서 수용부는 오목하게 형성되며, 수용부가 오목해짐에 따라 한 쌍의 유도부 간격이 좁아지는 것이 바람직하다. 이로써, 노출단의 절곡을 수반하는 일 없이 노출단을 수용부 내에 수용시킬 수 있다.
후술하는 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서 수용부가 오목해지는 방향에서 수용부의 선단을 중심으로 하는 중심각은 예각이며, 그 집전판은 알루미늄(Al)으로 이루어진다.
후술하는 다른 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서 수용부가 오목해지는 방향에서 수용부의 선단을 중심으로 하는 중심각은 둔각이며, 그 집전판은 구리(Cu)로 이루어진다.
후술하는 다른 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서 피복부는 공정(c)에서 수용부 내에 수용되는 노출단의 길이 방향에 대해 수직인 단면에 있어서 "V"자형, "U"자형, 사각형 또는 사다리꼴이다.
후술하는 다른 바람직한 실시 형태에서는, 공정(a)에서 양극판과 음극판, 다공질 절연층이 감기며, 그 형상이 원통인 전극군을 준비하고, 공정(b)에서 준비하는 집전판은 원반형이며, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서는 한 쌍의 유도부 중 한쪽 유도부는, 다른 쪽의 유도부보다 집전판 중앙쪽으로 배치되며, 한쪽 유도부의 경사 각도 중 작은 쪽의 경사 각도는 다른 쪽 유도부의 경사 각도 중 작은 쪽의 경사 각도보다 크다.
후술하는 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서 수용부는 공정(c)에서 수용부 내에 수용되는 노출단 길이 방향의 적어도 일부분을 따라 이어진다.
후술하는 다른 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서 수용부는 공정(c)에서 수용부 내에 수용되는 노출단 길이 방향의 일부분에 형성되며, 길이 방향에 대해 수직인 방향으로 나열 배치된다. 이 경우, 공정(a)에서 준비하는 전극군에는 노출단이 복수 존재하며, 공정(b)와 공정(c) 사이에는 복수의 노출단을 수속하는 공정(e)을 구비하고, 공정(c)에서는 공정(e)에서 수속된 복수의 노출단을 개구로부터 수용부 내로 삽입시켜도 된다. 또 공정(b)에서 준비하는 집전판에서, 피용융부는 공정(c)에서 수용부 내에 수용되는 노출단 선단면에 대해 평행으로 이어져도 된다.
후술하는 바람직한 실시 형태에서는, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서, 공정(c)의 수용부 내에 수용되는 노출단 선단면에 대향하는 면에는 원추형 부재 또는 각추형 부재가 배치되며, 원추형 부재 또는 각추형 부재는 유도부이다.
본 발명의 이차 전지 제조 방법에서는, 공정(d)에서 아크 용접, 레이저 용접 및 전자빔 용접 중 어느 하나의 용접 방법을 이용하여 전극군과 집전체를 서로 용접하는 것이 바람직하다. 또, 공정(b)에서 준비하는 집전판에서 수용부는 프레스 성형법으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 이차 전지는 전극군, 집전판, 및 접합부를 구비한다.
전극군에서는 양극판 및 음극판의 적어도 한 쪽 극판의 폭 방향의 일단인 노출단이 다공질 절연층에서 돌출되도록 양극판, 음극판, 및 다공질 절연층이 배치된다.
집전판은 노출단을 수용하는 적어도 하나 이상의 수용부와, 수용부의 측벽인 피복부를 갖는다. 수용부에는 노출단을 수용부 내로 삽입시키기 위한 개구가 형성된다. 또 피복부는 노출단을 수용부 내에 수용시켰을 때에 노출단의 선단면보다 전극군 외측에 위치하는 피용융부와, 피용융부에 접속되며 노출단을 수용부 내에 수용시켰을 때에 노출단의 선단면보다 전극군의 내측에 위치하는 유도부를 갖는다.
접합부에서는 피용융부의 용융에 의해 집전판과 전극군이 서로 접합된다.
본 발명의 이차 전지에서는 접합부에서 노출단의 선단면은 집전판으로 피복되는 것이 바람직하다. 이로써, 전극군 내로 이물질이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 이차 전지에서 피용융부는 에너지가 조사되면 용융되며, 접합부는 용융된 피용융부가 노출단을 향해 흐름으로써 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 이차 전지에서는 집전판 중 접합부와 반대측 부분은 오목하게 형성된다. 이 오목함은 피용융부의 용융에 의해 형성된 것이다.
본 발명의 이차 전지에서는 노출단의 길이 방향에 대해 수직인 단면에서 유도부는 피용융부의 양단에 접속되어 쌍을 이루며, 노출단은 길이 방향에 대해 거의 수직인 방향에서 유도부로 끼인 상태로 집전판에 접합되는 것이 바람직하다.
접합부는 후술하는 바람직한 실시 형태에서 노출단 길이 방향의 적어도 일부분을 따라 형성되며, 후술하는 다른 바람직한 실시 형태에서는 노출단 길이 방향에 대해 수직으로 형성된다. 이와 같은 접합부에서는 노출단의 선단면이 집전판에 접합된다.
(발명의 효과)
본 발명에서는 전극판과 집전판을 서로 확실하게 접합할 수 있으며, 집전시의 저항을 작게 할 수 있다.
도 1(a)는 양극판(1)의 평면도이며, 도 1(b)는 음극판(2)의 평면도이고, 도 1(c)는 전극군(4)의 사시도,
도 2(a)는 제 1 실시 형태의 양극 집전판(10) 및 음극 집전판(20)의 평면도이며, 도 2(b)는 도 2(a)에 나타내는 ⅡB-ⅡB선의 단면도,
도 3(a)는 제 1 실시 형태의 복수 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 3(b)는 제 1 실시 형태의 접합부(19)가 형성된 상태를 나타내는 단면도,
도 4는 제 1 실시 형태에 관한 이차 전지의 단면도,
도 5(a)는 제 1 변형예에 있어서 집전판(30)과 전극판(4)이 서로 접합되기 전의 상태를 나타내는 사시도이며, 도 5(b)는 도 5(a)에 나타내는 VB선에서 보았을 때 집접판(30)의 정면도,
도 6은 제 2 변형예에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 집전판(40) 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 정면도,
도 7은 제 3 변형예에 있어서 집전판(50)의 평면도,
도 8은 제 4 변형예에 있어서 집전판(60)의 평면도,
도 9(a)∼도 9(e)는 각각 제 5 변형예에 있어서 집전판의 평면도,
도 10(a)∼도 10(e)는 각각 제 6 변형예에 있어서 피복부(13) 및 수용부(14)의 단면도,
도 11(a)는 제 7 변형예에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 11(b)는 제 7 변형예에 있어서 접합부(19)가 형성된 상태를 나타내는 단면도,
도 12(a)는 제 2 실시 형태에 있어서 양극 집전판(100) 및 음극 집전판(110)의 평면도이며, 도 12(b)는 도 12(a)에 나타내는 XⅡB-XⅡB선의 단면도,
도 13(a)는 제 2 실시 형태에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 13(b)는 제 2 실시 형태에 있어서 접합부(19)가 형성된 상태를 나타내는 단면도,
도 14(a)는 제 8 변형예에 있어서 집전판(120)의 구성을 나타내는 평면도이 며, 도 14(b)는 도 14(a)에 나타내는 XⅣB-XⅣB선의 단면도,
도 15(a)는 제 8 변형예에 있어서 집전판(121)의 평면도이며, 도 15(b)는 도 15(a)에 나타내는 XⅤB-XⅤB선의 단면도,
도 16(a)는 제 9 변형예에 있어서 집전판(130)과 전극군(4)이 서로 접합되기 전의 상태를 나타내는 사시도이며, 도 16(b)는 도 16(a)에 나타내는 XⅥB선에서 보았을 때 집전판(130)의 정면도,
도 17(a)는 제 10 변형예에 있어서 집전판(140)의 평면도이며, 도 17(b)는 도 17(a)에 나타내는 XⅦB-XⅦB선의 단면도,
도 18(a)는 제 10 변형예에 있어서 집전판(141)의 평면도이며, 도 18(b)는 도 18(a)에 나타내는 XⅧB-XⅧB선의 단면도,
도 19(a)는 제 11 변형예에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내며, 도 19(b)는 제 11 변형예에 있어서 접합부(19)가 형성된 상태를 나타내는 도면,
도 20(a)는 제 1 종래예에 있어서 집전판(210)의 단면도이며, 도 20(b)는 제 1 종래예에서 복수의 노출단(211, 211, …)이 집전판(210)에 접합된 상태를 나타내는 단면도,
도 21은 제 2 종래예에 있어서 이차 전지의 단면도,
도 22는 제 3 종래예에 있어서 집전 구조를 제조하는 공정을 나타내는 사시도,
도 23은 제 4 종래예에 있어서 집전 구조의 단면도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 양극판 1a : 양극 노출단(노출단)
2 : 음극판 2a : 음극 노출단
3 : 다공질 절연층 4 : 전극군
10, 100 : 양극 집전판(집전판) 11 : 피용융부
12 : 유도부 13 : 피복부
14 : 수용부 14b : 개구
19 : 접합부 20, 110 : 음극 집전판
30, 40, 50, 60, 70∼74, 80∼84, 120, 121, 130, 140, 141, 150 : 집전판
S : 노출단을 수용부 내에 수용했을 때의 노출단 선단면
본 발명에 관한 실시 형태를 설명하기 전에 본 발명을 완성시키기에 이른 경위를 설명한다.
탭레스 집전 구조를 형성하는 경우, 복수의 노출단을 수속시켜 집전판에 접합시킬 수 있다면, 접합에 필요한 시간을 단축할 수 있다는 이점이 있다. 예를 들어, 집전판에 슬릿 또는 절개부를 형성하여 그 슬릿 또는 절개부에 복수의 노출단을 삽입하면, 복수의 노출단을 간단하게 수속할 수 있다. 그러나 집전판에 슬릿 또는 절개부를 형성하면, 용접시 집전판에 조사되는 에너지가 슬릿 또는 절개부를 통해 전극군 단면으로 직접 조사될 우려가 있어, 전극군의 손상을 초래한다. 그 때문에, 집전판에는 전극군의 노출단을 수속시키기 위한 슬릿 등이 형성되지 않은 것이 바람직하다.
그러나 슬릿 등이 형성되지 않은 평판의 집전판을 이용하여 전극군의 노출단을 수속시키려고 하면, 이하에 나타내는 2가지 문제가 부상한다.
첫째는, 집전판이 평판이면 복수의 노출단을 수속시켜 그 집전판에 접합시키는 것이 어렵다는 것이다. 때문에, 적당한 지그를 이용하여 복수의 노출단을 수속시키고, 그 노출단의 다발을 집전판 일부분에 접합하게 된다. 그러나 지그를 이용하여 복수의 노출단을 수속시키기 위해서는 노출단에 마진이 필요하므로 노출단을 길게 할 필요가 있다. 때문에, 극판 폭이 넓게 되어버려 이차 전지의 대형화를 초래해버린다.
또 원통형 이차 전지에서는 각형 이차 전지 또는 편평형 이차 전지에 비해, 복수의 노출단을 수속시키는 것이 더욱 어려워진다. 왜냐하면, 원통형 이차 전지의 전극군 단면에는 전극의 직선 부분이 존재하지 않으므로, 둘레 방향의 전극 길이가 둘레마다 서로 다르기 때문이다. 때문에, 원통형 이차 전지에서는 적당한 지그를 이용하여 복수의 노출단을 수속시키려고 하면, 스트레스가 상시 전극군 둘레의 내측에 걸리므로 노출단 전체에 구김이 발생하며 그 결과 전극군의 수속이 나빠진다. 따라서, 제조 수율 저하를 초래해버린다.
그래서 원통형 이차 전지에 대한 해결책으로는 집전판을 전극군 단면으로 누름으로써, 그 집전판을 전극군의 단면에 접합시키는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 이 방법을 이용하면 전극군의 폭 방향 일단이 절곡되며, 이 절곡에 기인하여 합 제가 집전체 표면으로부터 박리되어버릴 우려가 있다. 따라서, 이차 전지의 성능저하를 초래해버린다.
두 번째는, 용융된 금속의 유동성을 제어하기 어렵다는 것이다. 용융된 금속은 집전판의 표면을 따라 유동된다고 생각할 수 있다. 때문에, 집전판이 평면인 경우에 용융된 금속은 수평 방향으로 유동하며 수직 방향으로 거의 유동하지 않으므로, 용융된 금속을 개재하여 노출단과 평판의 집전판을 서로 접합시키는 것은 어렵다. 한편, 집전판을 극단하게 기울이면 용융된 금속은 전극군 내의 합제에까지 유동될 우려가 있으며, 이차 전지의 성능 저하를 초래해버린다.
본원 발명자들은 이상의 2가지 문제를 해결하기 위해 집전판의 형상을 검토하여 이하에 나타내는 집전판이 바람직하다는 것을 발견했다. 이하에서는 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 여기서 이하에서는 실질적으로 동일 구성 요건에는 동일 부호를 붙이며 그 설명을 생략한다. 또 본 발명은 이하에 나타내는 실시 형태에 한정되지 않는다.
(제 1 실시 형태)
도 1(a)는 제 1 실시 형태에 있어서 양극판(1)의 평면도이며, 도 1(b)는 본 실시 형태에 있어서 음극판(2)의 평면도이고, 도 1(c)는 본 실시예에 있어서 전극군(4)의 사시도이다. 도 2(a)는 본 실시 형태에 있어서 양극 집전판(10) 및 음극 집전판(20)의 평면도이며, 도 2(b)는 도 2(a)에 나타내는 ⅡB-ⅡB선의 단면도이다. 도 3(a)는 본 실시 형태에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 3(b)는 본 실시 형태의 접합부(19)가 형성된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 실시 형태의 이차 전지 단면도이다.
본 실시 형태에 관한 이차 전지는 원통형의 전극군(4)과 원반형의 양극 집전판(10)과 원반형의 음극 집전판(20)과 접합부(19)를 구비하며, 그 집전 구조는 탭레스 집전 구조이다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 전극군(4)의 양극판(1) 폭 방향 일단(양극 노출단(1a))이 양극 집전판(10)에 접합되며, 전극군(4)의 음극판(2) 폭 방향 일단(음극 노출단(2a))이 음극 집전판(20)에 접합된다. 전극군(4)에서는 도 1(c) 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 양극판(1)과 음극판(2)이 다공질 절연층(3)(도 4에 도시)을 개재하여 감기며, 양극 노출단(1a) 및 음극 노출단(2a)이 각각 다공질 절연층(3)에서 서로 반대 방향으로 돌출하도록 양극판(1), 음극판(2) 및 다공질 절연층(3)이 배치된다. 양극판(1)에서는 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 그 대부분에는 양극 합제가 도포되어 양극 도포부(1b)가 형성되지만, 양극 노출단(1a)에는 양극 합제가 도포되지 않는다. 또, 음극판(2)에서는 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 그 대부분에는 음극 합제가 도포되어 음극 도포부(2b)가 형성되지만, 음극 노출단(2a)에는 음극 합제가 도포되지 않는다.
여기서 다공질 절연층(3)은 수지로 이루어진 미세 다공질막 필름이라도 좋고, 금속 산화물 등의 절연성 재료로 이루어진 층이라도 좋으며, 미세 다공질막 필름과 절연성 재료로 이루어진 층의 적층체라도 좋다.
양극 집전판(10) 및 음극 집전판(20)에 대해 설명한다. 여기서 이하에서 극성을 구별할 필요가 없는 경우에는 "극판", "집전판" 및 "노출단" 등으로 극성을 명기하지 않고 기재하며, 양극용 부재에 붙인 부호를 붙인다.
집전판(10) 중앙에는 도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 관통공(10a)이 형성된다. 집전판(10)은 관통공(10a)이 전극군(4)의 중공 부분(감김용 막대가 관통된 부분)으로 연통되도록 전극군(4)의 단면 위에 배치된다. 때문에, 이 관통공(10a)은 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수속시키기 위해 형성된 것이 아니며, 또 집전판(10)에는 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수속시키기 위한 슬릿, 절개부 및 관통공 등은 형성되지 않는다. 따라서, 전극군(4)의 단면에 집전판(10)을 씌우면 전극군(4)의 단면(상세하게는 복수 노출단(1a, 1a, …)의 선단면)은 집전판(10)으로부터 노출되지 않는다.
이와 같은 집전판(10)은, 접합부(19)를 개재하여 전극군(4)의 단면에 용접된다. 접합부(19)는 전극군(4)의 노출단(1a) 둘레 방향(다르게 표현을 하면, 노출단(1a)의 길이 방향)을 따라 형성되며, 에너지(광 에너지 또는 열 에너지 등) 조사에 의해 용융된 집전판(10)의 일부분이 노출단(1a)의 선단면을 향해 유동함으로써 형성된다. 또, 하나의 접합부(19)에서는 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 서로 근접하도록 배치된다.
여기서 복수의 노출단(1a, 1a, …)은, 본 실시 형태와 같이 원통형 전지 또는 후술하는 제 3 변형예와 같이 편평형 전지에서는, 한 장의 극판(1)을 감음으로써 나열 배치된 노출단(1a, 1a, …)이다. 구체적으로는 한 장의 극판(1)을 감아 통을 형성하고 그 통의 단면이 있는 지름 방향에 착안하면, 그 지름 방향에서는 둘레가 서로 다른 노출단(1a, 1a, …)이 나열 배치된다. 이와 같이 지름 방향에서 나열 배치된 노출단(1a, 1a, …)이 복수 노출단(1a, 1a, …)이다. 또 후술하는 제 1 변형예와 같이 적층형 전지에서 복수의 노출단(1a, 1a, …)은 각각 극판(1, 1, …)의 노출단(1a, 1a, …)이다.
도 2 및 도 3을 이용하여 집전판(10)을 추가로 나타낸다.
집전판(10)은 피복부(13, 13, …)와 수용부(14, 14, …)를 갖는다. 또 집전판(10)은 관통공(10a)의 주연 부분을 기준으로 집전판(10)의 두께 방향으로 요철하는 요철부를 가지며, 이 요철부는 집전판(10)의 둘레 방향을 따라 형성된다. 때문에, 집전판(10)을 한쪽 표면에서 보아도 다른 쪽 표면에서 보아도 동심원상으로 배치된 복수의 오목부를 확인할 수 있다. 그리고 집전판(10)을 한쪽 표면(도 2(b)에 나타내는 경우에는 하면)에서 보았을 때 오목부가 각각 수용부(14, 14, …)이다. 또, 각 수용부(14)의 측벽이 피복부(13)이므로 각 피복부(13)는 상기 요철부이며, 그 때문에 집전판(10)의 다른 쪽 표면(도 2(b)의 상면)에서는 피복부(13, 13, …)의 돌출 선단(13a, 13a, …)이 동심원상으로 배치된다. 이와 같이 피복부(13, 13, …) 및 수용부(14, 14, …)는 전극군(4)의 노출단(1a) 둘레 방향을 따라 형성된다.
이와 같은 각 피복부(13) 및 각 수용부(14)는 프레스 성형법에 의해 성형되는 것이 바람직하다. 도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 집전판(10)의 경우, 집전판(10)의 두께가 0.5㎜이면, 0.2㎜ 정도 돌출하도록 프레스 성형을 하면 된다. 또 각 수용부(14)의 개구(14b) 폭이 1㎜정도가 되도록 프레스 성형을 하는 것이 바람직하며, 이에 따라 각 수용부(14)에는 약 5개의 노출단(1a, 1a, …)을 수용시킬 수 있다.
각 피복부(13)에 대하여 추가로 설명한다. 각 피복부(13)에는 피용융부(11)와 한 쌍의 유도부(12, 12)가 형성된다. 각 피용융부(11)는 피복부(13)를 돌출 선단(13a)보다 위에서 봤을 때의 피복부(13) 중앙 부분이며, 노출단(1a)을 수용부(14) 내에 수용했을 때의 노출단(1a) 선단면(S)보다 전극군(4)의 외측에 돌출되는 부분이다. 피용융부(11)는 에너지가 조사됨으로써 용융된다.
그리고 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 각 수용부(14) 내에서 전극군(4) 축 방향에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)의 선단면 위치는 서로 다르다. 노출단(1a)을 수용부(14) 내에 수용했을 때의 노출단(1a) 선단면(S)으로는 전극판(4)의 가장 외측에 배치된 노출단(1a)의 선단면을 채용하면 된다.
유도부(12, 12)는 피복부(13)의 횡단면에 있어서 피용융부(11) 양단에 각각 접속됨으로써 쌍을 이룬다. 각 한 쌍의 유도부(12, 12)는 피복부(13)를 돌출 선단(13a)보다 위에서 봤을 때의 피복부(13) 주연 부분이며, 수용부(14) 내에서 복수의 노출단(1a, 1a, …) 선단면(S)보다 전극군(4) 내측에 위치하는 부분이다.
각 한 쌍의 유도부(12, 12)는 수용부(14)가 오목해짐에 따라 그 간격이 좁아지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 각 수용부(14)가 오목해짐에 따라 각 한 쌍의 유도부(12, 12) 간격이 넓어지는 경우에 비해, 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 절곡하는 일 없이 각 수용부(14) 내에 수용시킬 수 있다.
이와 같은 집전판(10)을 전극군(4) 단면 위에 배치하면, 집전판(10)은 자체 무게에 의해 약간 하방(전극군(4) 단면에 근접하는 방향)으로 이동한다. 집전판(10)의 이 이동에 의해, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 각 한 쌍의 유도부(12) 에는 노출단(1a)의 길이 방향에 대해 수직인 방향에서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 삽입되며, 이로써 각 한 쌍의 유도부(12, 12) 사이로 삽입된 복수의 노출단(1a, 1a, …)은 서로 근접하여 각 수용부(14) 내에 수용된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 복수 노출단(1a, 1a, …)을 수속시키는 공정을 거치지 않아도 집전판(10)을 전극군(4)의 단면 위에 배치하는 것만으로 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 하나의 수용부(14) 내에 수속시켜 수용할 수 있다. 그 후, 각 피용융부(11)로 에너지가 조사되면 각 피용융부(11)가 용융되어 노출단(1a)까지 유동되며, 도 3(b)에 나타내는 접합부(19)가 형성된다. 접합부(19)에서 복수 노출단(1a, 1a, …)은 길이 방향에 대해 수직인 방향에서 각 한 쌍의 유도부(12, 12) 사이로 삽입된 상태로 집전판(10)에 접합된다.
각 수용부(14)에 대하여 설명한다. 각 수용부(14)는 각 수용부(14)가 오목해지는 방향에서 선단(14a)을 중심으로 하는 중심각(θ)이 둔각이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 그 중심각(θ)이 예각인 경우에 비해, 각 피복부(13)(특히, 각 유도부(12))의 경사가 완만하게 된다. 이로써, 각 한 쌍의 유도부(12, 12)는 복수 노출단(1a, 1a, …)을 절곡하는 일 없이 복수 노출단(1a, 1a, …)을 삽입할 수 있다. 또한, 그 중심각(θ)이 둔각이면, 그 중심각(θ)이 예각인 경우에 비해 각 수용부(14)의 개구(14b)가 넓어지므로, 각 수용부(14) 내에 수용 가능한 노출단(1a)의 개수가 많아진다.
중심각(θ)이 둔각이면, 집전판(10)이 구리(Cu) 등 표면 장력이 큰 금속으로 이루어진 경우에 바람직하다. 중심각(θ)이 둔각이면 각 피복부(13)의 경사는 완 만하므로, 용융된 금속은 피복부(13)를 따라 유동되기 어렵다. 또, 일반적으로 표면 장력이 큰 금속을 용융시키면, 용융된 금속은 수평 방향보다 직선 방향으로 유동되기 쉽다. 이로써, 중심각(θ)이 둔각인 경우에는 집전판(10) 재료가 표면 장력이 큰 금속이면, 용융된 금속이 복수 노출단(1a, 1a, …)의 선단면까지 유동되며, 그 결과 복수의 노출단(1a, 1a, …)과 집전판(10)을 서로 접합할 수 있다.
반대로 집전판(10)이 알루미늄(Al) 등의 표면 장력이 작은 금속으로 이루어진 경우, 그 중심각(θ)은 예각인 것이 바람직하다(도시하지 않음). 중심각(θ)이 둔각이면 피복부(13)는 급경사가 되므로, 용융된 금속은 피복부(13)를 따라 유동되기 쉽다. 또 일반적으로 표면 장력이 작은 금속을 용융시키면, 용융된 금속은 직선 방향보다 수평 방향으로 유동되기 쉽다. 이로써, 중심각(θ)이 예각인 경우에는 집전판(10) 재료가 표면 장력이 작은 금속이면, 용융된 금속이 피복부(13)를 따라 복수의 노출단(1a, 1a, …) 선단면까지 유동되며, 그 결과 복수의 노출단(1a, 1a, …)과 집전판(10)을 서로 접합할 수 있다.
만일 중심각(θ)이 둔각인 경우에 집전판(10)이 표면 장력이 작은 금속으로 이루어진 경우, 용용된 금속은 거의 유동되지 않는다. 따라서, 복수 노출단(1a, 1a, …)과 집전판(10)을 서로 접합하는 것이 어려우므로 바람직하지 않다.
또, 만일 중심각(θ)이 예각인 경우에 집전판(10)이 표면 장력이 큰 금속으로 이루어진 경우, 용융된 금속은 복수의 노출단(1a, 1a, …)의 선단면만이 아니라 양극 도포부(1b) 또는 음극 도포부(2b)에도 부착되어버린다. 때문에, 이차 전지의 성능 저하를 초래하므로 바람직하지 않다.
중심각(θ)에 대해 더 설명하면, 집전판(10)이 구리로 이루어진 경우에 그 중심각(θ)은, 각 한 쌍의 유도부(12, 12)에 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 삽입될 때에 복수의 노출단(1a, 1a, …)의 절곡을 억제하기 위해서는 180도에 가까운 쪽이 바람직하며, 용융된 금속을 복수의 노출단(1a, 1a, …)의 선단면까지 유동시키기 위해서는 90도에 가까운 쪽이 바람직하다. 때문에, 그 중심각(θ)은 바람직하게는 90도 이상 160도 이하이며, 보다 바람직하게는 110도 이상 150도 이하이고, 예를 들어 120도이다.
집전판(10)이 알루미늄으로 이루어진 경우에 그 중심각(θ)은, 용융된 금속을 복수의 노출단(1a, 1a, …) 선단면까지 유동시키기 위해서는 0도에 가까운 쪽이 바람직하지만, 중심각(θ)을 너무 작게 하면 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수용부(14) 내에 수용시키는 것이 어려워지고, 게다가 수용부(14) 내에 수용되는 노출단(1a)의 개수가 적게 되어버린다. 때문에 그 중심각(θ)은 바람직하게는 30도 이상 90도 미만이며, 보다 바람직하게는 40도 이상 80도 이하이며, 예를 들어 60도이다.
여기서 중심각(θ)은, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 횡단면에 있어서 수용부(14)의 형상이 다각형인 경우에는 수용부(14) 선단(14a)을 중심으로 하는 서로 인접한 두 변이 이루는 각도이지만, 예를 들어 횡단면에 있어서 수용부(14)의 형상이 반원일 경우에는 수용부(14)의 선단(14a) 부근에 있어서 2점에 각각 접하는 접선이 서로 교차하는 각도이다.
다음은 도 1에서 도 3을 이용하여 본 실시 형태에 관한 이차 전지의 제조 방 법을 나타낸다.
먼저 도 1(a)에 나타내는 양극판(1)과 도 1(b)에 나타내는 음극판(2)을 준비한다.
다음은 양극판(1)의 노출단(1a) 및 음극판(2)의 음극 노출단(2a)이 서로 반대 방향으로 다공질 절연층(3)에서 돌출되도록 양극판(1), 음극판(2) 및 다공질 절연층(3)을 배치하며, 다공질 절연층(3)을 개재하여 양극판(1) 및 음극판(2)을 원통형으로 감아 도 1(c)에 나타내는 전극군(4)을 형성한다(공정(a)).
계속해서 도 2에 나타내는 양극 집전판(10) 및 음극 집전판(20)을 준비한다. 여기서 양극 집전판(10) 및 음극 집전판(20)에는 각각 각 피복부(13) 및 각 수용부(14)가 형성되며, 각 피복부(13)에는 피용융부(11) 및 한 쌍의 유도부(12, 12)가 형성된다(공정(b)).
이어서 피복부(13)의 돌출 선단(13a)을 위쪽으로 하여 양극 집전판(10)을 전극군(4) 상면 위에 배치한다. 이와 같이 양극 집전판(10)을 전극군(4) 상면 위에 배치하면, 복수의 노출단(1a, 1a, …) 선단면은 양극 집전판(10)에 피복되며, 양극 집전판(10)은 자체 무게에 의해 전극군(4)의 단면보다 전극군(4) 측으로 약간 가라앉고, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 한 쌍의 유도부(12, 12) 사이로 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)을 삽입하여 수용부(14) 내로 수용시킨다. 이 때, 한 쌍의 유도부(12, 12) 사이에 삽입된 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)은 수용부(14)의 개구(14b)로부터 수용부(14) 내로 삽입되어 수용부(14) 내에 수용된다(공정(c)).
계속해서 양극 집전판(10)과 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)을 서로 접합시 킨다. 구체적으로는 피용융부(11) 상면에 에너지를 조사하여 피용융부(11)를 용융시킨다. 용접 방법으로는 아크 용접법(TIG(Tungsten Inert Gas) 용접법), 레이저 용접법 또는 전자 빔 용접법을 이용할 수 있다. 그러면 용융된 금속은 수용부(14) 내로 유동되어 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)에 부착된다. 이로써, 도 3(b)에 나타내는 접합부(19)가 형성되며 양극 집전판(10)과 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)을 서로 접합시킬 수 있다(공정(d)).
그 후, 전극군(4)을 상하 반전시켜 양극 집전판(10)을 전극군(4)보다 아래로 배치한다. 그리고 나서, 피복부(13)의 돌출 선단(13a)을 위쪽으로 하여 음극 집전판(20)을 전극군(4)의 상면 위에 배치하며(공정(c)), 음극 집전판(20)과 음극 노출단(2a, 2a, …)을 서로 접합시킨다(공정(d)). 이 경우도, 용접 방법으로는 아크 용접법(TIG 용접법), 레이저 용접법 또는 전자 빔 용접법을 이용할 수 있다. 이로써, 본 실시 형태의 집전 구조를 제조할 수 있다.
그 후, 집전 구조를 전지 케이스(5) 내에 수용한다. 이 때, 음극 집전판(20)을 전지 케이스(5)의 하면에 접촉시켜 양극 리드(6)를 개재하여 양극 집전판(10)을 밀봉판(7)에 접속한다. 그리고 비수 전해질을 전지 케이스(5) 내로 주입한 후, 가스켓(8)을 개재하여 밀봉판(7)으로 전지 케이스(5)를 밀봉한다. 이로써, 도 4에 나타내는 본 실시 형태에 관한 이차 전지를 제조할 수 있다.
이상 본 실시 형태에서는 양극 노출단(1a)이 양극 집전판(10)에 접합되며, 음극 노출단(2a)이 음극 집전판(20)에 접합된다. 따라서 본 실시 형태에서는 양극판(1) 및 음극판(2)의 폭 방향을 따라 집전되므로, 집전시의 저항을 작게 할 수 있 다. 이로써 본 실시 형태에 관한 이차 전지는 대전류를 방전시킬 때에 적합하다.
본 실시 형태에서는 집전판(10)에 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수속시키기 위한 슬릿, 절개부 및 관통공 등이 형성되지 않는다. 또 피용융부(11)는 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수용부(14) 내에 수용시켰을 때의 복수 노출단(1a, 1a, …) 선단면보다 전극군(4) 외측에 위치한다. 따라서, 피용융부(11)에 에너지를 조사해도 그 에너지가 전극군(4)에 조사되는 것을 억제할 수 있으므로, 용접시의 전극군(4) 손상을 방지할 수 있다. 또한 집전판(10)에는 상기 슬릿, 상기 절개부 및 상기 관통공 등이 형성되지 않으므로, 제조 중에 이물질이 전극군(4) 내로 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에서는 전극군(4) 단면에 집전판(10)을 씌우면 집전판(10)의 자체 무게에 의해 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 서로 모아진다. 이로써, 지그를 이용하는 일 없이 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수속할 수 있으므로, 각 노출단(1a)에 마진을 형성할 필요가 없으며 그 결과 이차 전지의 대형화를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에서는 전극군(4) 단면에 집전판(10)을 씌우면 되므로 집전판(10)을 전극군(4) 단면에 위치 결정할 필요가 없으며, 따라서 비교적 간단하며 또 저원가로 이차 전지를 제조할 수 있다. 또, 본 실시 형태에서는 집전체가 얇아져도 복수 노출단(1a, 1a, …)의 절곡을 수반하는 일 없이 이차 전지를 제조할 수 있으므로, 집전판(10)과 전극군(4)을 확실하게 접합시킬 수 있음과 더불어, 이차 전지의 대용량화와 소형화를 도모할 수 있다. 그리고 본 실시 형태에서는 전극군(4) 단면에 전극의 직선 부분이 존재하지 않아도 전극군(4)에 스트레스를 주는 일 없이 전극군(4)과 집전판(10)을 서로 접합시킬 수 있으므로, 노출단(1a)에 구김을 발생시키는 일 없이 이차 전지를 제조할 수 있다. 따라서 전극군(4)을 집전판(10)에 확실하게 접합시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이차 전지의 제조 수율 저하 및 이차 전지의 성능 저하를 억제할 수 있다.
또한 집전판(10) 재료에 맞추어 중심각(θ)을 변경하면, 용융된 금속의 유동성을 제어할 수 있다. 따라서 집전판(10) 재료에 의존하지 않고 전극군(4)과 집전판(10)을 확실하게 접합시킬 수 있다.
그리고 본 실시예에 관한 이차 전지는 이하 제 1∼제 7 변형예에 관한 이차 전지라도 된다.
(제 1 변형예)
도 5(a)는 제 1 변형예에 있어서 전극군(4)과 집전판(30)이 서로 접합되기 전의 상태를 나타내는 사시도이며, 도 5(b)는 도 5(a)에 나타내는 VB선에서 보았을 때의 집전판(30) 정면도이다.
본 변형예에 관한 이차 전지는 이른바 적층형이다. 그 전극군(4)에서는 양극 노출단(1a) 및 음극 노출단(2a)이 다공질 절연층(3)(도시하지 않음)으로부터 서로 반대 방향으로 돌출되도록 양극판(1), 음극판(2) 및 다공질 절연층(3)이 배치되며, 양극판(1) 및 음극판(2)이 다공질 절연층(3)을 개재하여 적층된다.
적층형 이차 전지의 경우, 집전판(30)은 평면에서 보아 사각형인 것인 바람직하고, 상기 제 1 실시 형태의 집전판(10)과 마찬가지로 피복부(13, 13, …) 및 수용부(14, 14, …)를 갖는다. 그리고 도 5(b)에 나타내는 집전판(30)을 이용하여 적층형 이차 전지를 제조하면, 상기 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
그리고 본 변형예의 집전판(30)을 이용하여 편평형 이차 전지를 제조해도 되며, 그 경우라도 상기 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
(제 2 변형예)
도 6은 제 2 변형예에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 집전판(40) 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 정면도이다.
본 변형예에 관한 이차 전지는 상기 제 1 변형예와 마찬가지로 적층형이다. 그리고 집전판(40)은 하나의 피복부(13) 및 하나의 수용부(14)를 갖는다. 전극판(4)을 구성하는 극판(1)의 매수가 적은 경우에는, 도 6에 나타내는 집전판(40)을 이용하여 적층형 이차 전지를 제조해도 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
여기서 본 변형예에 있어서 집전판(40)을 이용하여 편평형 이차 전지를 제조해도 되며, 그 경우라도 상기 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 3 변형예)
도 7은 제 3 변형예에 있어서 집전판(50)의 평면도이다.
본 변형예에 관한 이차 전지는 이른바 편평형이다. 그 전극군(4)에서는 양극 노출단(1a) 및 음극 노출단(2a)이 다공질 절연층(3)(도시하지 않음)으로부터 서로 반대 방향으로 돌출되도록 양극판(1), 음극판(2) 및 다공질 절연층(3)이 배치되며, 양극판(1) 및 음극판(2)이 다공질 절연층(3)을 개재하여 감긴다. 그리고 전극군(4) 단면의 형상은 편평하다.
편평형 이차 전지의 경우, 집전판(50)은 평면에서 보아 사각형인 것이 바람직하며, 상기 제 1 실시 형태에 나타내는 바와 같이 피복부(13, 13, …) 및 수용부(14, 14, …)를 갖는다. 피복부(13)는 상기 제 1 실시 형태에 기재한 바와 같이 노출단(1a) 선단면의 길이 방향(전극군(4)의 둘레 방향)을 따라 형성되는 것이 바람직하며, 도 7에 나타내는 바와 같이 집전판(50)의 길이 방향 및 너비 방향으로 각각 이어지도록 형성되는 것이 바람직하지만, 집전판(50)의 길이 방향으로 이어지도록 형성되는 것만으로도 된다. 피복부(13, 13, …)가 도 7에 나타내는 바와 같이 집전판(50)의 길이 방향 및 너비 방향으로 각각 이어지도록 형성되는 경우에는, 피복부(13) 중 집전판(50)의 길이 방향으로 이어지는 부분은 전극군(4) 단면에서 전극의 직선 부분에 접합되며, 피복부(13) 중 집전판(50)의 너비 방향으로 이어지는 부분은 전극군(4)의 단면에서 전극의 곡선 부분의 일부분에 접합된다. 그리고 도 7에 나타내는 집전판(50)을 이용하여 편평형 이차 전지를 제조하면, 상기 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
여기서 본 변형예의 집전판(50)을 이용하여 적층형 이차 전지를 제조해도 되며, 그 경우라도 상기 제 1 실시예와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 4 변형예)
도 8은 제 4 변형예에 있어서 집전판(60)의 단면도이며, 본 변형예에 관한 이차 전지는 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지로 원통형이다.
본 변형예에서 피복부(13, 13, …)는 돌출 선단(13a)보다 위에서 집전판(60)을 보았을 때에는 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지로 동심원상으로 나열 배치되지만, 집전판(60) 지름 방향에 있어서 서로 간격을 두고 형성된다. 이와 같이 집전판(60)의 지름 방향에 있어서 피복부(13)와 평탄한 부분이 교대로 배치되므로, 본 실시예에서는 노출단(1a)의 길이 방향 일부분이 집전판(60)에 접합된다.
집전판(60)과 전극군(4)의 접합 강도를 충분하게 확보할 수 있다면, 본 변형예와 같이 피복부(13, 13, …)가 집전판(60)의 지름 방향에서 서로 간격을 두고 형성되어도 좋다. 이와 같은 집전판(60)을 이용하면, 상기 제 1 실시 형태의 집전판(10)에 비해 집전판(60)의 가공 시간을 단축할 수 있음과 동시에 집전판(60)과 전극판(4)과의 접합 시간을 단축할 수 있다. 따라서, 본 변형예에서는 상기 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있음과 더불어 집전판(60)의 가공 시간 단축 및 집전판(60)과 전극군(4)과의 접합 시간 단축을 도모할 수 있다.
여기서 편평형 이차 전지 또는 적층형 이차 전지에서도 노출단(1a)의 길이 방향 일부분만이 집전판에 접합되어도 좋으며, 그 경우라도 본 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 5 변형예)
도 9(a)∼도 9(e)는 제 5 변형예에 있어서 집전판의 평면도이며, 본 변형예에 관한 이차 전지는 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지로 원통형이다.
피복부(13)는 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 집전판(70)의 주연 부분에만 형성되어도 좋다. 또 도 9(b)∼도 9(e)에 나타내는 바와 같이, 집전판(71, 72, 73, 74)은 각각 전극군(4) 단면의 일부분을 피복하도록 형성되어도 된다.
집전판과 전극군(4)의 접합 강도를 충분하게 확보할 수 있다면, 집전판으로 집전판(70∼74)을 이용해도 좋다. 이로써, 상기 제 4 변형예와 마찬가지로 상기 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 집전판의 가공 시간 단축 및 집전판과 전극군의 접합 시간 단축을 도모할 수 있다.
또 도 9(b)∼도 9(e)에 나타내는 집전판에서는 도 9(a)에 나타내는 집전판에 비해 집전판을 가볍게 할 수 있으므로, 이차 전지의 경량화라는 효과도 얻을 수 있다.
여기서, 편평형 이차 전지 또는 적층형 이차 전지에서 사용하는 집전판에 대해서도, 피복부(13)가 집전판 주연 부분에만 형성되어도 좋으며, 또 전극군(4) 단면의 일부분을 피복하도록 집전판이 형성되어도 좋다. 그 경우라도 본 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 6 변형예)
도 10(a)∼도 10(e)는 제 6 변형예에 있어서 피복부(13) 및 수용부(14)의 단 면도이며, 본 변형예에 관한 이차 전지는 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지로 원통형이다.
도 10(a)에 나타내는 집전판(80)과 같이, 피복부(13)의 횡단면 형상과 수용부(14)의 횡단면 형상이 서로 달라도 된다.
또 피복부(13)의 횡단면 형상은, 도 10(b)에 나타내는 집전판(81)과 같이 "U"자형이라도 좋으며, 도 10(c)에 나타내는 집전판(82)과 같이 사각형이라도 되고, 도 10(d)에 나타내는 집전판(83)과 같이 사다리꼴이라도 좋다. 도 10(b) 및 도 10(d)에 나타내는 집전판(81, 83)과 같이 각 수용부(14)가 오목해짐에 따라 각 한 쌍의 유도부(12, 12) 간격이 좁으며 또 각 수용부(14)의 선단(14a)을 중심으로 하는 중심각(θ)이 둔각이면, 복수 노출단(1a, 1a, …)을 절곡시키는 일 없이 각 수용부(14) 내에 수용시킬 수 있으므로 바람직하다.
또 피복부(13)는 도 10(e)에 나타내는 집전판(84)과 같이, 제 1 각(θ1)이 제 2 각(θ2)보다 커지도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 제 1 각(θ1)은 한 쌍의 유도부(12, 12) 중 집전판(84)의 중앙 쪽에 배치된 유도부(12A)의 경사 각도 중 작은 쪽의 각도이며, 제 2 각(θ2)은 한 쌍의 유도부(12, 12) 중 집전판(84) 주연 쪽에 배치된 유도부(12B)의 경사 각도 중 작은 쪽의 각도이다. 이로써, 상기 제 1 실시 형태의 경우에 비해 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 각 수용부(14) 내로 용이하게 수용시킬 수 있다.
여기서 편평형 이차 전지 또는 적층형 이차 전지에서 사용하는 집전판이 본 변형예의 피복부(13, 13, …) 및 수용부(14, 14, …)를 구비해도 좋으며, 그 경우라도 본 변형예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 7 변형예)
도 11(a)는 제 7 변형예에 있어서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 11(b)는 본 변형예에서 접합부(19)가 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.
본 변형예에서 피복부(13)가 이어지는 방향(도 11(a)에 나타내는 X 방향)은 노출단(1a)의 길이 방향(도 11(a)에 나타내는 Y 방향)에 대해 거의 수직이다. 이와 같은 경우라도, 상기 제 1 실시 형태의 효과와 거의 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 2 실시 형태)
상기 제 1 실시 형태 및 상기 제 1∼제 7 변형예에 있어서 집전판은 요철이 형성되지 않은 부분(예를 들어, 도 2(b)의 관통공(10a)의 주연 부분)에 대해 두께 방향으로 요철 형상을 이루도록 형성된다. 그러나 제 2 실시 형태 및 후술하는 제 8∼제 11 변형예에 있어서 집전판은 요철이 형성되지 않은 부분에 대해 두께 방향으로 돌출하거나 오목해지도록 형성된다. 이하에서는 상기 제 1 실시 형태와 서로 다른 부분을 주로 설명한다.
도 12(a)는 본 실시 형태의 양극 집전판(100) 및 음극 집전판(110)의 평면도 이며, 도 12(b)는 도 12(a)에 나타내는 XⅡB-XⅡB선의 단면도이다. 도 13(a)는 본 실시 형태의 복수 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내는 단면도이며, 도 13(b)는 본 실시 형태의 접합부(19)가 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.
본 실시 형태에서는 전극군(4)(도시하지 않음)은 상기 제 1 실시 형태와 거의 동일하나 집전판(100)은 상기 제 1 실시 형태와는 다르다. 구체적으로 집전판(100)은 도 12(b)에 나타내는 바와 같이 관통공(10a)의 주연 부분을 기준으로 집전판(100)의 두께 방향으로 돌출하거나 오목해지도록 형성된다. 이 요철부는 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지로 피복부(13)이나, 도 12(a) 및 도 12(b)에 나타내는 바와 같이 집전판(100) 둘레 방향의 일부분에 배치되는 것에 지나지 않고, 또 집전판(100) 지름 방향으로 나열 배치된다. 때문에 집전판(100)의 대부분은 평탄하다. 여기서, 본 실시 형태의 각 피복부(13)는 상기 제 1 실시 형태의 피용융부(11) 및 한 쌍의 유도부(12, 12)를 가지며, 본 실시 형태의 각 수용부(14)는 상기 제 1 실시 형태의 수용부(14)와 마찬가지이다.
본 실시 형태에서도 각 피복부(13) 및 각 수용부(14)는 상기 제 1 실시 형태 및 상기 제 1∼제 7 변형예와 마찬가지로 프레스 성형법으로 형성되는 것이 바람직하며, 도 2(b)에 나타내는 집전판(100)의 경우 집전판(100)의 두께가 0.8㎜이면, 1㎜ 이상 돌출하도록 프레스 성형을 하면 된다. 또한 각 수용부(14)의 개구(14b) 폭이 0.4㎜가 되도록 프레스 성형을 하면, 각 수용부(14)는 10개 정도의 노출단(1a, 1a, …)을 수용할 수 있다.
이와 같은 집전판(100)을 전극군(4) 단면 위에 배치하면 상기 제 1 실시 형태 또는 상기 제 1∼상기 제 7 변형예와 마찬가지로 집전판(100)은 자체 무게에 의해 약간 하방(전극군(4) 단면에 가까워지는 방향)으로 이동한다. 이 이동에 의해, 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 각 한 쌍의 유도부(12, 12) 사이에 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 삽입되며, 이로써 각 한 쌍의 유도부(12, 12) 사이로 삽입된 복수 노출단(1a, 1a, …)은 서로 근접하여 각 수용부(14) 내에 수용된다. 따라서, 본 실시 형태에서는 수속시키는 공정을 거치지 않아도 집전판(100)을 전극군(4) 단면 위에 배치하는 것만으로 복수 노출단(1a, 1a, …)을 하나의 수용부(14) 내에 수속시켜 수용할 수 있다. 그 후, 각 피용융부(11)에 에너지가 조사되면 각 피용융부(11)가 용융되어 노출단(1a)까지 유동하며, 도 13(b)에 나타내는 접합부(19)가 형성된다. 접합부(19)에서 복수 노출단(1a, 1a, …)은 길이 방향에 대해 수직인 방향에서 각 한 쌍의 유도부(12, 12) 사이로 삽입된 상태로 집전판(100)에 접합된다.
본 실시 형태에 관한 이차 전지의 제조 방법에서는, 먼저 상기 제 1 실시 형태에 기재한 방법에 따라 전극군(4)을 준비하며(공정(a)), 다음에 도 12(a) 및 도 12(b)에 나타내는 양극 집전판(100) 및 음극 집전판(110)을 준비한다(공정(b)).
이어서, 상기 제 1 실시 형태에 기재된 방법에 따라 양극 집전판(100)을 전극군(4) 단면 위에 배치하며(공정(c)), 양극 집전판(100)과 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)을 접합한다.
여기서 상기 제 1 실시 형태의 집전판(10)에서는 피복부(13, 13, …) 및 수 용부(14, 14, …)가 둘레 방향을 따라 형성되므로, 복수 노출단(1a, 1a, …)을 수속하고 나서 수용부(14) 내에 수용시키면 노출단(1a)에 구김이 발생할 우려가 있다. 그러나 본 실시 형태의 집전판(100)에서는 피복부(13, 13, …) 및 수용부(14, 14, …)가 둘레 방향의 일부분 밖에 형성되지 않으므로, 복수 노출단(1a, 1a, …)을 수속하고 나서 수용부(14) 내에 수용시켜도 노출단(1a)에 구김이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 때문에 양극 집전판(100)을 전극군(4) 단면 위에 배치하기 전에, 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수속시켜도 되고(공정(e)), 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)을 수속시킨 후, 수속된 복수의 양극 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용되도록 양극 집전판(100)을 전극군(4) 단면 위에 배치하면 된다.
이어서 양극 집전판(100)이 접합된 전극군(4)을 상하 반대로 한다. 그 후, 상기 제 1 실시 형태에 기재한 방법에 따라 음극 집전판(110)을 전극군(4) 단면 위에 배치하여(공정(c)), 음극 집전판(110)과 음극 노출단(2a, 2a, …)을 접합한다. 이 때 양극의 경우와 마찬가지로 음극 집전판(110)을 전극군(4) 단면 위에 배치하기 전에, 복수의 음극 노출단(2a, 2a, …)을 수속해도 된다(공정(e)).
그리고 상기 제 1 실시 형태에 기재한 방법에 따라 이 발전(發電) 구조를 전지 케이스(5) 내에 수용하고, 비수 전해질을 전지 케이스(5) 내에 주입한 후, 가스켓(8)을 개재하여 밀봉판(7)으로 전지 케이스(5)를 밀봉한다. 이와 같이 하여, 본 실시 형태에 관한 이차 전지가 제조된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 집전판(100)의 형상은 상기 제 1 실시 형태의 집전판(10) 형상과는 다르지만, 본 실시 형태의 집전판(100)을 이용하여 이차 전지를 제조하면 상기 제 1 실시 형태와 거의 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
여기서 본 실시 형태에 관한 이차 전지는 이하에 나타내는 제 8∼제 11 변형예에 관한 이차 전지이어도 된다.
(제 8 변형예)
제 8 변형예에 관한 이차 전지는 상기 제 2 실시 형태에 관한 이차 전지와 마찬가지로 원통형이며, 본 변형예에서는 2종류의 집전판을 설명한다.
도 14(a)는 본 변형예에 있어서 집전판(120)의 평면도이며, 도 14(b)는 도14(a)에 나타내는 XⅣB-XⅣB선의 단면도이다. 도 15(a)는 본 변형예에 있어서 집전판(121)의 평면도이며, 도 15(b)는 도 15(a)에 나타내는 XⅤB-XⅤB선의 단면도이다.
집전판(120)에서는 복수 노출단(1a, 1a, …)의 선단면이 대향하는 면(도 14(b)의 하면)에 복수의 원추형 부재가 배치되며, 이 원추형 부재는 집전판(120)의 그 면에서 방사형으로 배치됨과 동시에 그 면의 지름 방향으로 나열되어 서로 간격을 두고 배치된다.
집전판(120)은 상기 제 2 실시 형태의 집전판(100)과 마찬가지로 피복부(13, 13, …) 및 수용부(14, 14, …)를 가지며, 각 피복부(13)는 피용융부(11)와 한 쌍의 유도부(12, 12)를 구비한다. 각 유도부(12)는 집전판(120)에 형성된 원추형 부재이며, 각 피용융부(11)는 집전판(120) 중 서로 인접하는 유도부(12, 12) 사이의 부분이며, 각 수용부(14)는 서로 인접하는 유도부(12, 12) 사이에 존재하는 공간이다.
여기서 예를 들어 도 14(b)에 나타내는 집전판(120)과 같이 5개의 유도부(12, 12, …)가 집전판(120)에 형성된 경우, 수용부(14)는 4개 존재하며 피복부(13)도 4개 존재한다. 구체적으로 관통공(10a)측에서 집전판(120) 주연측을 향함에 따라 유도부(12) 및 피복부(113)에 번호를 붙이면, 첫 번째 피복부(13)는 첫 번째 유도부(12)와 두 번째 유도부(12)를 가지며, 두 번째 피복부(13)는 두 번째 유도부(12)와 세 번째 유도부(12)를 구비하고, 세 번째 피복부(13)는 세 번째 유도부(12)와 네 번째 유도부(12)를 갖는다. 이와 같이, 도 14(a) 및 도 14(b)에 나타내는 집전판(120)에서는 상기 제 1 및 제 2 실시 형태와 같이 하나의 유도부(12)가 하나의 피복부(13)에만 속하는 경우도 있으며, 하나의 유도부(12)가 2개의 피복부(13, 13)에 속하는 경우도 있다.
이와 같은 집전판(120)이어도 전극군(4) 단면에 집전판(120)을 씌우면 유도부(12)가 서로 인접하는 노출단(1a, 1a, …) 사이로 삽입되며, 그 결과 복수 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14)의 개구(14b)로부터 수용부(14) 내로 삽입되어 수용부(14) 내에 수용된다. 따라서, 본 변형예의 집전판(120)을 이용하여 원통형 이차 전지를 제조하면, 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
집전판(120)과 집전판(121)의 상이점은 각 유도부(12)의 형상뿐이며, 구체적으로 집전판(121)에서 각 유도부(12)의 형상은 각추(예를 들어 사각추)이다. 따라서 집전판(121)을 이용하여 원통형 이차 전지를 제조하면, 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
여기서 집전판(120, 121)을 제조할 때, 집전판(120, 121) 중에 각 유도부(12)와는 반대측에 오목함이 형성되는 경우가 있다. 이와 같은 오목함이 형성된 집전판을 이용하여 원통형 이차 전지를 제조한 경우라도 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 9 변형예)
도 16(a)는 제 9 변형예의 전극군(4)과 집전판(130)이 서로 접합되기 전의 상태를 나타내는 사시도이며, 도 16(b)는 도 16(a)에 나타내는 XⅥB선에서 보았을 때의 집전판(130) 정면도이다. 본 변형예에 관한 이차 전지는 상기 제 1 변형예와 마찬가지로 적층형이다.
이와 같은 적층형 이차 전지의 경우, 집전판(130)은 도 16(a)에 나타내는 바와 같은, 평면에서 보아 사각형인 것이 바람직하며, 상기 제 2 실시 형태의 피복부(13, 13, …) 및 수용부(14, 14, …)를 갖는다.
적층형 이차 전지에서 각 피복부(13)는 노출단(1a)의 길이 방향을 따라 이어지도록 형성되어도 좋으며, 또 노출단(1a) 길이 방향의 일부분에만 배치되며 그 길이 방향에 직교하는 방향으로 나열 배치되어도 좋다. 어느 쪽의 경우라도 집전판(130)의 자체 무게에 의해 복수 노출단(1a, 1a, …)을 수용부(14) 내에 수용해도 좋으며, 복수 노출단(1a, 1a, …)을 수속한 후 수용부(14) 내에 수용시켜도 좋다. 적층형 이차 전지에서는 전극군(4)의 단면에 전극의 직선 부분이 존재하므로, 각 피복부(13)가 노출단(1a, 1a, …)의 길이 방향을 따라 이어지도록 형성되는 경우에 복수의 노출단(1a, 1a, …)을 수속한 후 수용부(14) 내에 수용시켜도, 노출단(1a)에 구김이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 어느 쪽의 경우라도 본 변형예의 집전판(130)을 이용하여 이차 전지를 제조하면, 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
여기서, 본 변형예의 집전판(130)을 이용하여 편평형 이차 전지를 제조해도 좋다.
(제 10 변형예)
제 10 변형예에 관한 이차 전지는 상기 제 9 변형예에 관한 이차 전지와 마찬가지로 적층형이며, 본 변형예에서는 2종류의 집전판을 설명한다.
도 17(a)는 본 변형예의 집전판(140) 평면도이며, 도 17(b)는 도 17(a)에 나타내는 XⅦB-XⅦB선의 단면도이다. 도 18(a)는 본 변형예의 집전판(141) 평면도이며, 도 18(b)는 도 18(a)에 나타내는 XⅧB-XⅧB선의 단면도이다.
집전판(140)은 상기 제 8 변형예의 집전판(120)의 변형이며, 원통형 이차 전지가 아닌 적층형 이차 전지에서 사용되는 집전판이다. 때문에, 원추형 유도부(12, 12, …)는 노출단(1a)의 길이 방향에 대해 직교하는 방향에서 서로 간격을 두고 형성된다.
마찬가지로 집전판(141)은 상기 제 8 변형예의 집전판(121)의 변형이며, 원통형 이차 전지가 아닌 적층형 이차 전지에서 사용되는 집전판이다. 때문에 각추 형 유도부(12, 12, …)는 전극군(4)에 있어서 극판의 적층 방향으로 직교하는 방향에서 서로 간격을 두고 형성된다.
이와 같은 집전판(140, 141)의 어느 쪽을 이용하여 이차 전지를 제조한 경우라도 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
여기서 상기 제 8 변형예와 마찬가지로 집전판(140, 141)을 제조할 때, 집전판(140, 141) 중 각 피복부(13)와 반대측에 오목함이 형성되는 경우가 있다. 이와 같은 오목함이 형성된 집전판을 이용하여 원통형 이차 전지를 제조한 경우라도 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제 11 변형예)
도 19(a)는 제 11 변형예에서 복수의 노출단(1a, 1a, …)이 수용부(14) 내에 수용된 상태를 나타내며, 도 19(b)는 제 11 변형예에서 접합부(19)가 형성된 상태를 나타낸다.
본 변형예의 집전판(150)에서는 상기 제 2 실시 형태와 마찬가지로 각 수용부(14)는 오목하게 형성되며, 각 수용부(14)가 오목해짐에 따라 한 쌍의 각 유도부(12, 12)는 그 간격이 좁아지도록 형성된다. 그러나 각 피용융부(11)는 각 수용부(14)가 오목해지는 방향에 대해 거의 수직으로 이어지며, 각 수용부(14) 내에 수용되는 노출단(1a)의 선단면에 대해 거의 평행으로 이어진다.
본 변형예의 집전판(150)에서는 복수 노출단(1a, 1a, …)의 선단면을 피용융부(11) 하면에 접촉시킬 수 있다. 따라서, 집전판(150)을 이용하여 이차 전지를 제조하면 상기 제 1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 집전판(150)과 전극군(4)의 접합 강도를 더욱 확보할 수 있다는 새로운 효과를 얻을 수 있다.
이와 같은 집전판(150)은 상기 제 1 실시 형태에 기재한 바와 같이 프레스 성형법을 이용하여 성형되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 평판 모재를 도 19(a) 상방에서 프레스하면 된다. 이 때, 모재가 도 19(a)의 하방으로 약간 신장되므로, 각 유도부(12)에는 본체부(12a) 이외에 연장부(12b)가 형성된다. 이와 같이 집전판(150)에 각 피복부(13) 및 각 수용부(14)를 형성할 때에 연장부(12b)가 형성되어버리지만, 연장부(12b)가 집전판에 형성되지 않아도 상기 효과를 발휘할 수 있다.
(그 밖의 실시 형태)
본 발명은 이하에 나타내는 구성이라도 된다.
집전판에는 한 쌍의 유도부가 형성된다고 했으나, 어느 한 쪽 유도부에만 형성되어도 된다. 원통형 이차 전지에서 사용하는 집전판에서는 한 쌍의 유도부 중 집전판 주연쪽으로 배치된 유도부는 형성되는 것이 바람직하나, 집전판 중앙쪽에 배치된 유도부는 형성되지 않아도 된다.
수용부가 오목해지는 방향에서 수용부 중심각(θ)은 집전판 재료에 따라 결정하면 된다.
이차 전지를 제조할 때, 전극군 단면 위에 집전판을 씌우기 전에, 노출단을 기울어진 상태로 해 두어도 좋다. 이로써, 수용부 내에 노출단을 수용시키기 쉬워 진다.
또 양극 노출단으로의 양극 집전판의 접합과 음극 노출단으로의 음극 집전판의 접합을 동시에 행해도 좋다. 이로써, 이차 전지의 제조 시간을 단축할 수 있다.
본 발명은 이차 전지에 적용할 수 있으며, 후술하는 실시예에 기재하는 리튬이온 이차 전지에 적용해도 되며, 니켈수소 축전지 등에 적용해도 된다. 또, 본 발명은 이차 전지와 마찬가지의 집전 구조를 갖는 전기 화학 소자(예를 들어 콘덴서 등)에 적용해도 좋다.
(실시예)
이하 본 발명을 리튬이온 이차 전지에 적용한 실시예를 설명한다.
1. 리튬이온 이차 전지의 제작 방법
(실시예 1)
(1) 양극판의 제작
먼저 양극 활물질로 코발트산리튬 분말을 85중량부 준비하며, 도전제로 탄소 분말을 10중량부 준비하고, 결착제로 폴리불화바이닐리덴(PVDF; poly(vinylidene fluoride))을 5중량부 준비했다. 그리고 준비한 양극 활물질, 도전제 및 결착제를 혼합하여 양극 합제를 제작했다.
다음은 양극 합제를 두께가 15㎛이며 폭이 56㎜인 알루미늄박의 양극 집전체 양면에 도포했다. 이 때 양극 집전체의 폭 방향 일단에는 양극 합제를 도포하지 않았다. 양극 합제가 건조한 후, 양극 합제를 도포한 부분(양극 도포부)을 압연하여 두께가 100㎛인 양극판을 제작했다. 이 때 양극 도포부 폭은 50㎜이며, 양극 노출단 폭은 6㎜이었다.
(2) 음극판의 제작
먼저 음극 활물질로 인조 흑연 분말을 96중량부 준비하며 결착제로 PVDF를 5중량부 준비했다. 그리고 음극 활물질 및 결착제를 혼합하여 음극 합제를 제작했다.
다음은 음극 합제를 두께가 10㎛이며 폭이 57㎜인 구리박의 음극 집전체 양면에 도포했다. 이 때, 음극 집전체의 폭 방향 일단에는 음극 합제를 도포하지 않았다. 음극 합제가 건조한 후, 음극 합제를 도포한 부분(음극 도포부)을 압연하여 두께가 100㎛인 음극판을 제작했다. 이 때 음극 도포부 폭은 52㎜이며, 음극 노출단 폭은 5㎜이었다.
(3) 전극군의 제작
양극 도포부와 음극 도포부와의 사이에 폭이 53㎜이며 두께가 25㎛인 폴리프로필렌 수지제의 미세 다공질막 필름(분리막)을 개재시켰다. 그 후, 양극, 음극 및 분리막을 나선형으로 감아 전극군을 제작했다.
(4) 집전판의 제작
먼저 두께가 1㎜인 50㎜각의 알루미늄판을 프레스 가공했다. 이로써, 알루미늄판을 원반형으로 성형함과 동시에 높이가 1㎜이며 중심각(θ)이 60°인 단면 "V"자형 요철부를 알루미늄판의 지름 방향에서 2㎜ 간격으로 동심원상으로 형성했다.
다음은 이 알루미늄 판을 프레스 가공하여, 원반 중앙에 직경 7㎜의 구멍을 형성했다. 여기서 알루미늄 판의 직경은 24㎜이었다. 이와 같이 하여 양극 집전판을 제작했다.
같은 방법을 이용하여 두께가 0.6㎜인 구리제의 음극 집전판을 제작했다. 이 음극 집전판에서는 단면 "V"자형 요철부의 높이는 1㎜이며, 그 중심각(θ)은 120°이었다. 이와 같이 하여 음극 집전판을 제작했다.
(5) 집전 구조의 제작
전극군 단면에 양극 집전판 및 음극 집전판을 각각 접촉시켜 TIG 용접으로 양극 노출단을 양극 집전판에 용접시키며, 음극 노출단을 음극 집전판에 용접시켰다. 이로써, 집전 구조를 제작했다. 이 때, TIG 용접의 조건으로서 양극 집전판을 접합시킬 때의 전류값을 150Ａ로 하고 용접 시간을 100㎳로 했다. 음극 집전판을 접합시킬 때에는 전류값을 200Ａ로 하고 용접 시간을 50㎳로 했다.
(6) 원통형 리튬이온 이차 전지의 제작
먼저 상기와 같이 제작한 집전 구조를, 한쪽만 개구된 원통형 전지 용기에 넣었다. 그 후, 음극 집전판을 전지 용기에 저항 용접시킨 후, 절연판을 사이에 배치하며, 알루미늄제의 양극 리드를 개재하여 양극 집전판과 밀봉판을 전지 용기에 레이저 용접했다.
다음은 비수용매로 에틸렌카보네이트와 에틸메틸카보네이트를 체적비 1:1로 혼합하여 제조하며, 이 비수용매에 6불화인산리튬(LiPF6; 용질)을 용해시켜 비수전해질을 제조했다.
이어서 전지 용기를 가열하여 건조시킨 후, 전지 용기에 비수전해질을 주입했다. 그 후 가스켓을 개재하여 밀봉판을 전지 용기에 코킹하여 전지 용기를 봉입하고, 직경이 26㎜이며 높이가 65㎜인 원통형 리튬이온 이차 전지(샘플(1))를 제작했다. 이 샘플(1)의 전지 용량은 2600㎃h이었다.
(실시예 2)
(1) 양극판의 제작
먼저 양극 활물질로 코발트산리튬 분말을 85중량부 준비하며, 도전제로 탄소 분말을 10중량부 준비하고, 결착제로 폴리불화바이닐리덴(PVDF)을 5중량부 준비했다. 그리고 준비한 양극 활물질, 도전제, 및 결착제를 혼합시켜 양극 합제를 제작했다.
다음은 양극 합제를 두께가 15㎛이며 폭이 83㎜인 알루미늄박의 양극 집전체 양면에 도포했다. 이 때, 양극 집전체 폭 방향 일단에는 양극 합제를 도포하지 않았다. 양극 합제가 건조한 후, 양극 도포부를 압연하여 두께가 83㎛인 양극판을 제작했다. 이 때의 양극 도포부 폭은 77㎜이며, 양극 노출단의 폭은 6㎜이었다.
(2) 음극판의 제작
먼저 음극 활물질로 인조 흑연 분말을 95중량부 준비하고, 결착제로 PVDF를 5중량부 준비했다. 그리고 준비한 음극 활물질 및 결착제를 혼합하여 음극 합제를 제작했다.
다음은 음극 합제를 두께가 10㎛이며 폭이 85㎜인 구리박의 음극 집전체 양면에 도포했다. 이 때, 음극 집전체의 폭 방향 일단에는 음극 합제를 도포하지 않았다. 음극 합제가 건조한 후, 음극 도포부를 압연하여 두께가 100㎛의 음극판을 제작했다. 이 때의 음극 도포부 폭은 80㎜이며, 음극 노출단의 폭은 5㎜이었다.
(3) 전극군의 제작
폭이 81㎜이며 두께가 25㎛인 폴리프로필렌 수지제의 미세 다공질막 필름을 준비하여 분리막으로 했다. 그리고 그 분리막을 양극과 음극 사이에 배치하며, 또 양극 도포부를 음극 도포부로 피복하도록 하여 양극판 및 음극판을 배치했다. 그 후, 양극판, 음극판 및 분리막을 편평형으로 감아 전극군을 제작했다.
(4) 집전판의 제작
두께가 0.5㎜이고 폭이 8㎜이며 길이가 55㎜인 알루미늄판을 프레스 가공했다. 이로써, 높이가 1㎜이며 중심각(θ) 각도가 60°인 단면 "V"자형 볼록부를 집전판의 길이 방향으로 이어지도록 형성했다. 이와 같이 하여 양극 집전판을 제작했다.
같은 방법으로 두께가 0.6㎜인 구리제 음극 집전판을 제작했다. 이 음극 집전판에서는 단면 "V"자형 볼록부 높이는 1㎜이며, 그 중심각(θ)은 120°이었다.
(5) 집전 구조의 제작
전극군의 단면에 양극 집전판 및 음극 집전판을 각각 접촉시키고, TIG 용접 으로 양극 노출단을 양극 집전판에 용접시키고 음극 노출단을 음극 집전판에 용접시켰다. 이로써, 집전 구조를 제작했다. 이 때, TIG 용접의 조건으로서, 양극 집전판을 접합시킬 때 전류값을 150Ａ로 하며 용접 시간을 100㎳로 했다. 음극 집전판을 접합시킬 때에는 전류값을 200Ａ로 하며 용접 시간을 50㎳로 했다.
(6) 편평형 리튬이온 이차 전지의 제작
먼저 양측이 개구된 각형의 전지 용기를 준비했다. 편평형으로 감은 전극군의 음극 노출단을 전지 용기의 한 쪽 개구로부터 돌출시킨 상태에서 전극군을 전지 용기 내로 삽입했다.
다음은 음극 집전판과 "コ"자형의 판금을 저항 용접시키며, "コ"자형의 판금을 평판(전지 용기의 밑판)에 저항 용접시켰다. 그리고 그 밑판이 전지 용기의 한 쪽 개구를 덮을 수 있도록 전극군을 눌러, 그 밑판을 전지 용기의 한 쪽 개구에 레이저 용접시켰다. 이로써, 전지 용기의 한 쪽 개구가 봉입되었다.
그러면 전지 용기의 다른 한쪽의 개구로부터 양극 노출단이 돌출하므로, 양극 집전판과 평판을 레이저 용접시키며, 덮개가 되는 밀봉판과 그 평판을 레이저 용접시켜, 그 평판을 접어 전지 용기 내에 수용했다. 이 때, 밀봉판에는 주입공이 형성되나 이 주입공을 봉입하지 않도록 했다.
이어서 비수용액으로서, 에틸렌카보네이트와 에틸메틸카보네이트를 체적비 1:1로 혼합했다. 그리고, 비수용매에 6불화인산리튬(LiPF6)을 용해시켜, 비수전해질을 제작했다.
그리고 전지 용기를 가열하여 건조한 후, 주입공으로부터 비수전해질을 전지 용기 내로 주입하여 주입공을 봉입했다. 이로써, 편평형 리튬이온 이차 전지(샘플(2))가 제작되었다.
이 때 편평형 리튬이온 이차 전지에서는 두께가 10㎜이며, 폭이 58㎜이고, 높이가 100㎜이며 설계 용량이 2600㎃h이었다.
(실시예 3)
실시예 3에서는 도 14에 기재한 집전판을 제작했다.
(1) 집전판의 제작
두께가 1㎜인 50㎜각의 알루미늄판을 프레스 가공하여 원반형으로 성형하고, 원반 중앙에 직경 7㎜의 구멍을 형성했다. 다음은 직경이 2㎜이며 높이가 1㎜이고 중심각이 40°인 원추형 부재를 2㎜ 간격으로 방사형으로 형성했다. 알루미늄판의 직경은 24㎜이었다. 이와 같이 하여 양극 집전판을 형성했다.
같은 방법을 이용하여 두께가 0.6㎜인 구리제의 음극 집전판에 직경이 2㎜이며 높이가 1㎜이고 중심각이 90°인 원추형 부재를 2㎜ 간격으로 방사형으로 형성했다.
이상의 방법으로 제작된 양극 집전판 및 음극 집전판을 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 원통형 리튬이온 이차 전지(샘플(3))를 제작했다.
(실시예 4)
(1) 집전판의 제작
실시예 3에서는 도 18에 기재한 집전판을 제작했다.
먼저 두께가 1㎜이며 폭이 8㎜이고 길이가 55㎜인 알루미늄판을 준비했다. 한 변이 2㎜이며 높이가 1㎜이고 중심각이 40°인 사각추형 부재를 이 알루미늄판의 폭 방향으로 2㎜ 간격으로 형성하여 양극 집전판을 제작했다. 같은 방법으로 두께가 0.6㎜인 구리판의 폭 방향으로 한 변이 2㎜이며 높이가 1㎜이고 중심각이 90°인 사각추형 부재를 2㎜ 간격으로 형성했다. 그리고 실시예 2와 같은 방법으로 편평형 리튬이온 이차 전지(샘플(4))를 제작했다.
(비교예 1)
비교예 1에서는 도 21에 기재한 리튬이온 이차 전지를 제작했다.
구체적으로는 먼저 실시예 1과 같은 양극판 및 음극판을 이용하여 전극군을 제작했다.
그 후에 양극판 단부 및 음극판 단부를 각각 감김 축의 축 방향으로 눌러, 양극판 단부 및 음극판 단부에 평탄면을 각각 형성했다. 그리고 양극판 단부에 형성된 평탄면을 알루미늄으로 된 양극 집전판(두께 0.5㎜, 직경 24㎜)에 접촉시키며, TIG 용접으로 그 평탄면을 양극 집전판에 용접했다. 마찬가지로 음극판 단부에 형성된 평탄면을 구리로 된 음극 집전판(0.3㎜, 직경 24㎜)에 접촉시키며, TIG 용접으로 그 평탄면을 음극 집전판에 용접했다.
이 때, TIG 용접 조건은 양극 집전판을 접합시킬 때에 전류값을 100Ａ로 하며 용접 시간을 100㎳로 했다. 음극 집전판을 접합시킬 때에는 전류값을 130Ａ로 하며 용접 시간을 50㎳로 했다. 이상의 방법으로 제작된 집전 구조를 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 원통형 리튬이온 이차 전지(샘플(5))를 제작했다.
(비교예 2)
비교예 2에서는 도 22에 기재한 리튬이온 이차 전지를 제작했다.
먼저 두께가 0.5㎜이며 폭이 8㎜이고 길이가 55㎜인 알루미늄판을 프레스 가공하여, 높이가 1㎜이며 중심각이 120°인 단면 "V"자형 산부를 2㎜의 간격을 두고 알루미늄판의 면 위에 서로 평행으로 형성했다.
다음에 알루미늄판의 폭 방향 일부를 절단하여 홈부를 형성함으로써, 양극 집전판을 제작했다. 같은 방법으로 두께 0.3㎜의 구리판으로 이루어진 음극 집전판을 제작했다.
이상의 방법으로 제작된 양극 집전판 및 음극 집전판을 이용하여 실시예 3과 같은 방법으로 편평형 리튬이온 이차 전지(샘플(6))를 제작했다.
2. 리튬이온 이차 전지의 평가 방법
이상과 같이 제작한 샘플(1)∼(6)의 리튬이온 이차 전지를 각 50개 준비하여 이하와 같은 평가를 했다.
(극판의 폭 방향 일단과 집전판의 접합부의 외관 검사)
제작한 리튬이온 이차 전지의 전지 용기로부터 전극군을 꺼내어 접합부를 직접 눈으로 관찰했다.
관찰한 결과를 표 1의 접합부 상태에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 샘플(1)∼(4) 중 어느 것에서도 접합부에 구멍은 관찰되지 않고, 또 집전체(극판)의 파손은 관찰되지 않았다.
한편, 샘플(5)에서는 리튬이온 이차 전지 50개당 수개의 접합부에서 구멍이 관찰되었다. 샘플(6)에서는 모든 리튬이온 이차 전지에서 집전체의 파손이 관찰되었다. 또 샘플(6)에서는 용융된 금속이 노출단에 도달하지 않은 경우도 있었다.
(극판의 절곡 상태의 관찰)
전술한 바와 마찬가지로 제작한 리튬이온 이차 전지의 전지 용기로부터 전극군을 꺼내어 극판을 직접 눈으로 관찰했다.
관찰한 결과를 표 1의 극판 상태에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 샘플(1)∼(4)에서 극판이 약간 구부러져 있었다. 이 약간의 구부러짐은 용접시에 집전판을 전극군 단면에 접촉시킨 것에 기인한 것으로 생각할 수 있다. 또 극판에는 합제부에 왜곡이 발생할 정도의 절곡은 거의 관찰되지 않았다. 또 샘플(1)∼(4)의 어느 것에서도 집전체로부터의 합제의 박리 또는 합제의 손상은 전혀 관찰되지 않았다.
한편, 샘플(5)에서는 합제의 파손이 다수 관찰되었다. 이것은 극판의 폭 방향 일단을 집전판으로 눌러 극판 단부에 평탄면을 성형했을 때에 발생한 것으로 생 각할 수 있다.
또 샘플(6)에서는 집전체의 절곡이 관찰되지 않았다.
(인장 강도의 측정)
각 샘플에서 5개씩 빼내어, JIS Z2241에 기초하여 용접부의 인장 강도를 측정했다. 구체적으로는 인장 시험기의 한쪽 유지구에 전극군을 유지시키며 인장 시험기의 다른 쪽 유지구에 집전판을 유지시킨 상태에서, 일정 속도로 인장 시험기의 축방향(전극군과 집전판이 서로 떨어지는 방향)으로 한쪽 유지구와 다른 쪽 유지구를 서로 당겨 접합부가 파괴되었을 때의 하중을 인장 강도로 했다.
측정 결과를 표 1의 인장 강도에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 샘플(1)∼(4) 중 어느 것에서도 인장 강도는 50Ｎ 이상이었다. 한편, 샘플(5)에서는 5개 중 3개에서 인장 강도가 10Ｎ 이하로 되며 접합부가 파괴되었다. 또 샘플(6)에서는 5개 중 1개에서 인장 강도가 10Ｎ 이하로 되며 접합부가 파괴되었다.
(전지 내부 저항의 측정)
샘플(1)∼(6)에 대해 내부 저항을 측정했다. 구체적으로는 먼저 각 샘플에 대해, 1250㎃의 정전류로 4.2Ｖ까지 충전한 후에 1250㎃의 정전류로 3.0Ｖ까지 방전하는 충방전 주기를 3회 반복했다. 다음은 1㎑의 교류를 샘플(1)∼(6)에 대해 인가하여 이차 전지의 내부 저항을 측정했다.
측정 결과를 표 1의 내부 저항에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 샘플(1) 및 (2)에서 내부 저항의 평균값은 5㏁ 이며, 그 편차는 10％ 정도이었다. 또 샘플(3) 및 (4)에서는 내부 저항의 평균값은 5.8㏁이며, 그 편차는 5％ 정도이었다.
한편, 샘플(5)에서 내부 저항의 평균값은 11㏁이며, 그 편차는 20％이었다. 또 샘플(6)에서 내부 저항 평균값은 13.5㏁이며, 그 편차는 30％이상이었다.
또 각 샘플의 내부 저항 측정값(Ｒ)으로 평균 출력 전류(Ｉ)를 계산했다. 전지를 4.2Ｖ까지 충전한 후 1.5Ｖ까지 방전한 경우에는 Ｒ(저항)×Ｉ(전류)＝Δ2.7Ｖ(전압)이므로, Ｉ(전류)는 Ｉ(전류)＝Δ2.7(전압)／Ｒ(저항)이 된다.
계산 결과를 표 1의 출력 전류로 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 샘플(1)∼(4)는 대전류의 방전에 적합하다는 것을 알았다.
Figure 112009049599964-PCT00001
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 대전류 방전에 적합한 집전 구조를 갖는 이차 전지에 유용하며, 예를 들어 고출력을 필요로 하는 전동 공구나 전기 자동차 등의 구동용 전원, 대용량의 백업용 전원, 축전용 전원 등에 적용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 양극판 및 음극판의 적어도 한 쪽 극판의 폭 방향 일단인 노출단이 다공질 절연층에서 돌출되도록 상기 양극판과 상기 음극판과 상기 다공질 절연층이 배치된 전극군을 준비하는 공정(a)과,
    상기 노출단을 수용하는 적어도 하나 이상의 수용부와 상기 수용부의 측벽인 피복부를 가지며 상기 수용부에 개구가 형성된 집전판을 준비하는 공정(b)과,
    상기 노출단이 상기 수용부의 상기 개구로부터 삽입되어 상기 수용부 내에 수용되는 공정(c)과,
    상기 집전판과 상기 전극군을 서로 접합하는 공정(d)
    을 구비하고,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판의 상기 피복부는, 상기 노출단을 상기 수용부 내에 수용시켰을 때에 상기 노출단의 선단면보다 상기 전극군 외측에 위치하는 피용융부와, 상기 피용융부에 접속되며 상기 노출단을 상기 수용부 내에 수용시켰을 때에 상기 노출단의 상기 선단면보다 상기 전극군 내측에 위치하는 유도부를 가지며,
    상기 공정(c)에서는, 상기 수용부가 상기 피복부보다 상기 노출단의 상기 선단면 쪽에 위치하도록 상기 전극군과 상기 집전판을 서로 배치하며,
    상기 공정(d)에서는, 상기 피용융부를 용융시켜, 상기 피용융부의 용융에 의해 상기 집전판과 상기 전극군을 서로 용접시키는
    이차 전지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판은 폭 방향으로 요철되는 적어도 하나 이상의 요철부를 가지며,
    상기 피복부는 상기 요철부인
    이차 전지의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 피복부는 한 쌍의 상기 유도부를 가지며, 상기 유도부는 상기 공정(c)에서 상기 수용부 내에 수용되는 상기 노출단의 길이 방향에 대해 수직인 단면(斷面)에서 상기 피용융부의 양단에 접속되어 쌍을 이루며,
    상기 공정(c)에서, 상기 한 쌍의 유도부는 상기 노출단의 길이 방향에 대해 수직인 방향으로부터 상기 노출단을 끼듯이 하여 상기 노출단을 상기 수용부 내에 수용시키는
    이차 전지의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 수용부는 오목하게 형성되며, 상기 수용부가 오목해짐에 따라 상기 한 쌍의 유도부 간격이 좁아지는 이차 전지의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 수용부가 오목해지는 방향에서 상기 수용부의 선단을 중심으로 하는 중심각은 예각인 이차 전지의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판은 알루미늄(Al)으로 이루어지는 이차 전지의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 수용부가 오목해지는 방 향에서 상기 수용부의 선단을 중심으로 하는 중심각은 둔각인 이차 전지의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 접전판은 구리(Cu)로 이루어지는 이차 전지의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 수용부는 상기 공정(c)에서 상기 수용부 내에 수용되는 상기 노출단 길이 방향의 적어도 일부분을 따라 이어지는 이차 전지의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 수용부는 상기 공정(c)에서 상기 수용부 내에 수용되는 상기 노출단 길이 방향의 일부분에 형성되며, 상기 길이 방향에 대해 수직인 방향으로 나열 배치되는 이차 전지의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공정(a)에서 준비하는 상기 전극군에는 상기 노출단이 복수 존재하며,
    상기 공정(b)과 상기 공정(c)의 사이에는, 상기 복수의 노출단을 수속시키는 공정(e)을 구비하고,
    상기 공정(c)에서는, 상기 공정(e)에서 수속된 상기 복수의 노출단을 상기 개구로부터 상기 수용부 내로 삽입시키는
    이차 전지의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 피용융부는 상기 공정(c)에서 상기 수용부 내에 수용되는 상기 노출단의 상기 선단면에 대해 평행으로 이어지는 이차 전지의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 공정(b)에서 준비하는 상기 집전판에서, 상기 공정(c)에서 상기 수용부 내에 수용되는 상기 노출단의 상기 선단면에 대향하는 면에는 원추형 부재 또는 각추형 부재가 배치되며, 상기 원추형 부재 또는 상기 각추형 부재는 상기 유도부인 이차 전지의 제조 방법.
  14. 양극판 및 음극판의 적어도 한 쪽 극판의 폭 방향 일단인 노출단이 다공질 절연층에서 돌출되도록 상기 양극판과 상기 음극판과 상기 다공질 절연층이 배치된 전극군과,
    상기 노출단을 수용하는 적어도 하나 이상의 수용부와 상기 수용부의 측벽인 피복부를 가지며, 상기 수용부에는 상기 노출단을 상기 수용부 내로 삽입시키기 위한 개구가 형성된 집전판과,
    상기 집전판과 상기 전극군이 서로 접합된 접합부
    를 구비하며,
    상기 집전판의 상기 피복부는, 상기 노출단을 상기 수용부 내에 수용시켰을 때에 상기 노출단의 선단면보다 상기 전극군의 외측에 위치하는 피용융부와, 상기 피용융부에 접속되며 상기 노출단을 상기 수용부 내에 수용시켰을 때에 상기 노출단의 상기 선단면보다 상기 전극군 내측에 위치하는 유도부를 가지며,
    상기 피용융부의 용융에 의해 상기 접전판과 상기 전극군이 서로 용접되는 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 접합부에서, 상기 노출단의 상기 선단면은 상기 집전판으로 피복되는 이차 전지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 피용융부는 에너지가 조사되면 용융되며,
    상기 접합부는, 용융된 상기 피용융부가 상기 노출단을 향해 흐름으로써 형성된
    이차 전지.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 집전판 중 상기 접합부와 반대측 부분은 오목하게 형성되는 이차 전지.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 노출단 길이 방향에 대해 수직인 단면에서, 상기 유도부는 상기 피용융부 양단에 접속되어 쌍을 이루며,
    상기 노출단은 길이 방향에 대해 수직인 방향으로부터 상기 유도부 사이로 끼인 상태로 상기 집전판에 접합되는 이차 전지.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 노출단 길이 방향의 적어도 일부분을 따라 형성되며,
    상기 접합부에서는 상기 노출단의 상기 선단면이 상기 집전판에 접합되는
    이차 전지.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 접합부는, 상기 노출단의 길이 방향에 대해 수직으로 형성되며,
    상기 접합부에서는, 상기 노출단의 상기 선단면이 상기 집전판에 접합되는
    이차 전지.
KR1020097016962A 2007-03-15 2008-02-27 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법 KR20090108633A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2007-066163 2007-03-15
JP2007066163 2007-03-15
PCT/JP2008/000358 WO2008111284A1 (ja) 2007-03-15 2008-02-27 二次電池および二次電池の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090108633A true KR20090108633A (ko) 2009-10-15

Family

ID=39759228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097016962A KR20090108633A (ko) 2007-03-15 2008-02-27 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20100104945A1 (ko)
EP (1) EP2133942A1 (ko)
JP (1) JP2008258145A (ko)
KR (1) KR20090108633A (ko)
CN (1) CN101636858A (ko)
WO (1) WO2008111284A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009110751A (ja) * 2007-10-29 2009-05-21 Panasonic Corp 二次電池
DE102009020803A1 (de) * 2009-05-09 2010-11-11 Varta Microbattery Gmbh Knopfzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
KR101321260B1 (ko) * 2009-09-28 2013-10-28 도요타지도샤가부시키가이샤 전지의 제조 방법
TW201145647A (en) * 2010-02-05 2011-12-16 Gs Yuasa Int Ltd Battery
US9343726B2 (en) 2010-12-30 2016-05-17 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery
CN107636882B (zh) 2015-09-07 2020-04-03 松下知识产权经营株式会社 非水电解质二次电池
EP3258519A1 (de) * 2016-06-16 2017-12-20 VARTA Microbattery GmbH Elektrochemische zelle mit optimiertem innenwiderstand
CN107394247B (zh) * 2017-07-06 2023-12-19 海目星激光科技集团股份有限公司 一种电芯包膜方法和包膜机构

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69802597T2 (de) * 1997-03-13 2002-08-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Lithium Sekundär Polymerbatterie
JP3804702B2 (ja) 1997-03-18 2006-08-02 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 非水電解質二次電池
JP4866496B2 (ja) 1999-04-08 2012-02-01 パナソニック株式会社 二次電池の製造方法
JP2001155711A (ja) * 1999-11-30 2001-06-08 Sanyo Electric Co Ltd 電気エネルギー蓄積デバイス
JP4075339B2 (ja) 2001-07-23 2008-04-16 株式会社デンソー 電池及びその製造方法
JP4822647B2 (ja) * 2002-05-31 2011-11-24 三洋電機株式会社 電池
JP4401065B2 (ja) * 2002-09-30 2010-01-20 三洋電機株式会社 二次電池及びその製造方法
JP5050313B2 (ja) 2004-12-14 2012-10-17 トヨタ自動車株式会社 電池及び電池の製造方法
JP4876444B2 (ja) * 2005-06-16 2012-02-15 トヨタ自動車株式会社 電池と電池製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008111284A1 (ja) 2008-09-18
EP2133942A1 (en) 2009-12-16
CN101636858A (zh) 2010-01-27
US20100104945A1 (en) 2010-04-29
JP2008258145A (ja) 2008-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5137918B2 (ja) 二次電池の製造方法及び二次電池
KR101057954B1 (ko) 이차전지 및 이차전지의 제조방법
US20100316897A1 (en) Secondary battery
KR100675700B1 (ko) 비수 전해액 이차 전지 및 그 제조 방법
JP5082256B2 (ja) 密閉型蓄電池
KR100742496B1 (ko) 비수 전해액 이차 전지
KR20090108633A (ko) 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법
JP5470142B2 (ja) 二次電池およびその製造方法
JP5006603B2 (ja) 非水電解質二次電池
KR20110093608A (ko) 각형 밀폐 2차 전지 및 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법
US9095924B2 (en) Welded construction and resistance welding method
KR101222284B1 (ko) 전지 및 그 제조방법
JP2008293681A (ja) リチウムイオン二次電池
JP5179103B2 (ja) 二次電池および二次電池の製造方法
JP2010080081A (ja) 二次電池
JP4679046B2 (ja) 電池及びこれを用いた電池ユニット
KR100599713B1 (ko) 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
JP2014053072A (ja) 角形二次電池及びその製造方法
WO2009153962A1 (ja) 二次電池の製造方法および二次電池
JP2008258596A (ja) コンデンサおよびコンデンサの製造方法
JP5641390B2 (ja) 電池およびその製造方法
JP2009277596A (ja) 二次電池用電極群の製造方法および二次電池。

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application