KR20110105799A - 전기 화학 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

전기 화학 소자를 수용하는 외장 필름에 있어서의 리드 단자 인출 부위의 시일성의 향상을 도모할 수 있는 전기 화학 디바이스를 제공한다. 적어도 최내층(41)이 열 접착성 합성 수지로 이루어지는 적층 형상의 외장 필름(4)에 전기 화학 소자(10)를 수용하여 상기 외장 필름(4)의 시일부(4d)를 히트 시일하는 전기 화학 디바이스이며, 전기 화학 소자(10)에 접속되어 있는 리드 단자(5, 6)에, 외장 필름(4)의 시일부(4d)에 대응하여 적층 형상의 리드 단자용 피복 필름(7)을 형성하고, 이 리드 단자용 피복 필름(7)에 있어서의 최외층(73)의 융점을 외장 필름(4)의 최내층(41)의 융점 미만으로 설정한다.

Description

전기 화학 디바이스 및 그 제조 방법{ELECTROCHEMICAL DEVICE AND PROCESS OF MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 예를 들어 전기 자동차나 휴대 전화 등의 전원에 사용되는 리튬 이온 2차 전지 또는 은 전기 이중층 캐패시터 등에 적용되는 전기 화학 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 의약품이나 식품 분야 등의 포장재로서 널리 사용되고 있는 포장용 라미네이트 재료는, 그 응용으로서, 전극이나 전해액을 봉입함으로써 전지를 비롯한 전기 화학 디바이스의 외장 필름으로서도 이용되고 있고, 그들 경량화 및 박층화에 크게 공헌하고 있다.
종래, 예를 들어, 전극이나 전해질을 포함하는 발전 요소를 외장 필름에 수용함과 함께, 리드 단자를 인출한 상태에서 외장 필름의 주연부에 대하여 히트 시일을 실시하여 융착함으로써, 상기 발전 요소를 봉입하는 구조가 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
이와 같은 포장용 라미네이트 재료로 이루어지는 외장 필름은, 복수층으로 이루어지고, 그 최외층이 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 나일론으로 구성되는 한편, 전해액 등과 접하는 최내층이 열 용착성의 재료(예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌계의 아이오노머, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지)로 구성되어 있다.
또한, 외장 필름에는, 전기 화학 디바이스에 대한 외부로부터의 수분의 침입이나 내부로부터의 전해액의 증발을 방지하기 위하여, 중간층으로서 알루미늄박 혹은 SUS박 등의 금속박을 형성하고 있다. 또한, 최외층은, 기계적 강도를 유지하여, 중간층의 금속박을 보호하는 것을 목적으로 하여, 찌름 등의 외력으로부터 보호하는 역할을 하고 있다.
이와 같은 전기 화학 디바이스를 제작하기 위해서는, 포장용 라미네이트 재료를, 예를 들어 사각형 형상으로 잘라내어 외장 필름으로 하고, 전극이나 전해액 등을 포함하는 소자를 수용한 상태에서 상기 외장 필름에 있어서의 주연부 등의 시일부를 열 압착하고, 이에 의해, 상기 전극이나 전해액 등의 전기 화학 소자가 외장 필름 내에 봉입되게 된다.
그런데, 이 전기 화학 디바이스에 있어서의 한 쌍의 리드 단자는, 각 외측 단부가 외장 필름에 있어서의 시일부로부터 외부로 인출됨과 함께, 상기 시일부에 대응하는 부위가 히트 시일에 의해 외장 필름에 있어서의 최내층의 열 용착성 합성 수지에 접착되어 있지만, 시일시에 리드 단자가 외장 필름에 있어서의 최내층을 뚫어, 중간층의 금속박에 접촉하여, 단락해 버리는 경우가 있다.
이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 종래, 외장 필름에 있어서의 시일부에 대응하여 리드 단자에 대하여 합성 수지 필름으로 피복하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 구체적으로는, 예를 들어 정극측 리드 단자 혹은 부극 리드 단자에 있어서의 상기 시일부에 대응하는 부위를 미리 절연성의 열 융착성 합성 수지의 필름으로 피복해 두는 것이다.
그러나, 이와 같이 리드 단자에 피복 필름을 형성하는 기술을 적용한 것이어도, 피복 필름의 구성재인 합성 수지와 상기 리드 단자의 구성재인 금속과의 밀착성 부족에 의해 충분한 시일성이 얻어지지 않고, 전지의 사이클 수명을 연장시키는 장해로 되어 있었다.
이 문제를 해결하기 위하여, 이미, 리드 단자에 대하여, 금속과 밀착성이 좋은 접착성 합성 수지층을 최내층으로 하여, 그 위에 절연성 합성 수지층, 최외층에 올레핀 수지층을 순차 적층하는 기술이 개시되어 있다(예를 들어, 특허문헌 3 참조).
일본 특허 공고 소59-38708호 공보 일본 특허 공개 평10-302756호 공보 일본 특허 공개 제2001-57184호 공보
그러나, 상기 구성의 전기 화학 디바이스에 있어서도, 외장 필름에 있어서의 최내층의 합성 수지와 리드 단자 상에 형성된 최외층의 올레핀 수지층 사이에서 충분한 시일성을 확보할 수 없다는 문제가 있었다. 이 문제는, 히트 시일할 때에, 시일부의 온도에 편차가 있는 것에 기인하고 있다고 생각된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태는, 관련 기술에 있어서의 상술한 및/또는 다른 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 바람직한 실시 형태는, 기존의 방법 및/또는 장치를 현저하게 향상시킬 수 있는 것이다.
본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 리드 단자용 피복 필름과 외장 필름의 밀착성을 높여, 적정한 시일성을 확보할 수 있고, 내구 성능의 향상을 도모할 수 있는 전기 화학 디바이스 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 그 밖의 목적 및 이점은, 이하의 바람직한 실시 형태로부터 명백할 것이다.
상기 과제는, 이하의 수단에 의해 해결된다.
[1] 적어도 최내층이 열 접착성 합성 수지로 이루어지는 적층 형상의 외장 필름과,
상기 외장 필름에 수용된 전기 화학 소자와,
내측 단부가 상기 전기 화학 소자에 전기적으로 접속되어, 외측 단부가 외장 필름으로부터 외부에 인출된 리드 단자와,
최외층이 상기 외장 필름의 최내층과 상용성을 갖는 열 접착성 합성 수지로 구성되고, 상기 외장 필름에 의한 시일부에 대응하여 형성된 적층 형상의 리드 단자용 피복 필름을 구비하고,
상기 리드 단자를 상기 피복 필름을 통하여 끼운 상태에서 상기 외장 필름에 의한 시일부가 히트 시일에 의해 융착되고,
상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층의 융점이 상기 외장 필름의 최내층의 융점 미만으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
[2] 상기 외장 필름에 있어서의 최내층의 융점과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층의 융점의 차가 9℃ 이상인 전항 1에 기재된 전기 화학 디바이스.
[3] 상기 외장 필름에 있어서의 최내층의 융점이 124℃ 이상인 전항 1 또는 2에 기재된 전기 화학 디바이스.
[4] 상기 리드 단자용 피복 필름의 두께가 0.08 내지 0.25㎜인 전항 1 내지 3 중 어느 하나의 항에 기재된 전기 화학 디바이스.
[5] 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층의 융점이 168℃ 이하인 전항 1 내지 4 중 어느 하나의 항에 기재된 전기 화학 디바이스.
[6] 상기 외장 필름에 있어서의 최내층과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층이 동일 계통의 합성 수지로 구성되어 있는 전항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 전기 화학 디바이스.
[7] 상기 외장 필름에 있어서의 최내층과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층은, 올레핀계의 합성 수지로 구성되어 있는 전항 6에 기재된 전기 화학 디바이스.
[8] 상기 리드 단자의 두께가 0.2 내지 0.5㎜인 전항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 전기 화학 디바이스.
[9] 상기 전기 화학 소자는, 적어도 정극, 부극 및 정부 양극간에 개재되는 전해질을 포함하는 전지용 발전 요소를 구비한 것인 전항 1 내지 8 중 어느 하나의 항에 기재된 전기 화학 디바이스.
[10] 적어도 최내층이 열 접착성 합성 수지로 이루어지는 적층 형상의 외장 필름과, 전기 화학 소자와, 리드 단자와, 최외층이 상기 외장 필름의 최내층과 상용성을 갖는 열 접착성 합성 수지에 의해 구성되고, 또한 그 최외층의 융점이 상기 외장 필름의 최내층의 융점 미만으로 설정된 적층 형상의 리드 단자용 피복 필름을 준비하는 공정과,
상기 리드 단자의 일부를 상기 피복 필름으로 피복하는 공정과,
상기 외장 필름에, 전기 화학 소자를 수용하는 공정과,
리드 단자를 그 외측 단부를 상기 외장 필름으로부터 인출한 상태에서 내측 단부를 상기 전기 화학 소자에 전기적으로 접속하는 공정과,
상기 리드 단자를 부분적으로 피복한 상기 피복 필름에, 상기 외장 필름에 의한 시일부를 히트 시일로 융착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스의 제조 방법.
[11] 상기 외장 필름에 있어서의 시일부에 대하여, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층의 융점보다도 20℃ 이상의 온도로 히트 시일을 실시하도록 한 전항 10에 기재된 전기 화학 디바이스의 제조 방법.
[12] 상기 외장 필름에 있어서의 시일부에 대한 히트 시일 시간이 3 내지 8초인 전항 10 또는 11에 기재된 전기 화학 디바이스의 제조 방법.
전항 [1]에 기재된 발명에 따르면, 리드 단자용 피복 필름의 최외층의 융점이 외장 필름의 최내층의 융점 미만이므로, 외장 필름의 시일부를 히트 시일하였을 때, 외장 필름의 최내층과 리드 단자용 피복 필름의 최외층 사이에, 외장 필름측이 높아지는 온도차가 발생한다고 해도, 상기 외장 필름의 최내층과 리드 단자용 피복 필름의 최외층의 용융이 대략 병행하여 진행된다. 이로 인해, 시일부에 있어서 상기 리드 단자용 피복 필름의 최외층과 외장 필름의 최내층의 양쪽이 균일하게 서로 용융하여 굳어지게 되어, 시일 부위에 있어서의 밀봉성이 효과적으로 높아진다.
전항 [2]에 기재된 발명에 따르면, 리드 단자용 피복 필름의 최외층과 외장 필름의 최내층의 융점차가 9℃ 이상이므로, 상기 히트 시일을 행하였을 때의 리드 단자용 피복 필름의 최외층과 외장 필름의 최내층이 보다 균일하게 용융되어, 시일 상태가 한층 양호해진다.
전항 [3]에 기재된 발명에 따르면, 외장 필름의 최내층의 융점이 124℃ 이상이므로, 전기 화학 소자로서의 내열성이 확보된다.
전항 [4]에 기재된 발명에 따르면, 리드 단자용 피복 필름의 두께가 소정의 두께로 설정되어 있으므로, 피복 필름을 리드 단자에 간극없이 밀착시켜 피복할 수 있어, 밀봉성을 한층 향상시킬 수 있다.
전항 [5]에 기재된 발명에 따르면, 리드 단자용 피복 필름의 최외층의 융점이 168℃ 이하이므로, 히트 시일시에 있어서의 작업성이 향상된다.
전항 [6]에 기재된 발명에 따르면, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층이 동일 계통의 합성 수지이므로, 히트 시일시의 양 층의 상용성이 유효하게 발휘된다.
전항 [7]에 기재된 발명에 따르면, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층은, 올레핀계의 합성 수지이므로, 히트 시일시의 양자의 상용성이 한층 유효하게 발휘되는 데다가, 전해질 등에 대한 내약품성이 한층 더 향상된다.
전항 [8]에 기재된 발명에 따르면, 리드 단자의 두께가 0.2 내지 0.5㎜이므로, 상기 히트 시일시의 리드 단자의 방열 억제가, 대전류를 흘리는 전기 화학 디바이스 등에 있어서 효과적으로 이루어지는 데다가, 가공 시간의 단축화도 도모할 수 있다.
전항 [9]에 기재된 발명에 따르면, 상기 전기 화학 소자는, 전지용 발전 요소를 구비한 것이므로, 리드 단자 인출 부위에서의 시일성이 높은 박형 전지를 용이하게 제공 가능하게 된다.
전항 [10]에 기재된 발명에 따르면, 본 발명의 전기 화학 디바이스를 확실하게 제작할 수 있다.
전항 [11]에 기재된 발명에 따르면, 외장 필름에 있어서의 시일부에 대하여, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층의 융점보다도 20℃ 이상의 온도로 히트 시일을 실시하므로, 상기 리드 단자의 방열에 좌우되지 않고, 정확한 시일성을 부여할 수 있다.
전항 [12]에 기재된 발명에 따르면, 상기 외장 필름에 있어서의 시일부에 대한 히트 시일 시간이 3 내지 8초이므로, 시일부가 확실하게 밀폐된 고품질의 전기 화학 디바이스를 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 전기 화학 디바이스가 적용된 박형 전지를 밀봉 상태에서 도시하는 단면도이다.
도 2는 마찬가지로 박형 전지를 밀봉 전의 상태에서 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 마찬가지로 박형 전지를 밀봉 상태에서 도시하는 분해 단면도이다.
도 4는 도 3의 A의 부분의 확대 단면도이다.
도 5는 박형 전지의 리드 단자에 있어서의 시일부 부근을 도시하는 사시도이다.
도 6은 마찬가지로 리드 단자에 있어서의 시일부 부근을 밀봉한 상태에서 도시하는 단면도이다.
도 7은 주머니 형상으로 가공된 외장 필름에 전기 화학 소자를 수용한 상태를 도시하는 사시도이다.
도 8은 실시예 및 비교예에 있어서의 밀봉성 평가의 결과를 나타내는 표이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 전기 화학 디바이스가 적용된 박형 전지를 밀봉 상태에서 도시하는 단면도, 도 2는, 동일하게 박형 전지를 밀봉 전의 상태에서 도시하는 분해 사시도, 도 3은, 동일하게 박형 전지를 밀봉 상태에서 도시하는 분해 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 있어서, 이 박형 전지는, 주연부가 용착되어 내부가 밀폐되는 2매의 외장 필름(4, 4)과, 외장 필름(4, 4) 내에 수용되는 전기 화학 소자(10)와, 일단부로서의 내측 단부(5a, 6a)가 전기 화학 소자(10)에 접속되고, 타단부로서의 외측 단부(5b, 6b)가 외장 필름(4, 4)의 외부에 배치되는 한 쌍의 리드 단자(5, 6)와, 리드 단자(5, 6)에 있어서의 외장 필름(4, 4)의 인출부(시일부(4d))에 대응한 위치에 피복되는 밀봉 필름(7, 7)을 구비하고 있다.
전기 화학 소자(10)는, 정극(1)과 부극(2)이, 전해질부(3)를 개재하여 적층되어 구성되어 있다. 전해질부(3)는, 예를 들어 세퍼레이트 및 전해액을 조합한 것, 세퍼레이터 및 겔 전해질을 조합한 것, 겔 전해질 단체로 이루어지는 것, 고체 전해질 단체로 이루어지는 것 등으로 구성되어 있다. 물론, 전해질부(3)는, 예시한 구성에 한정되는 것은 아니다.
또한 정극(1) 및 부극(2)은, 금속박, 예를 들어 알루미늄박 또는 동박 등의 표면에 LiCoO2나 LiCoMn2O4 등의 정극 재료 및 LiC6Ti5O12 등의 부극 재료가 탄소 도전 조재나 바인더와 함께 도포된 구성으로 되어 있다.
그리고 한 쌍의 리드 단자(5, 6)의 각 내측 단부(5a, 5b)가, 전기 화학 소자(10)의 정극(1) 및 부극(2)에 용접 등에 의해 각각 고정되어, 전기적으로 각각 접속되어 있다.
상기 외장 필름(4)은, 적층 형상의 구조, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이 최내층(41), 중간층(42) 및 최외층(43)을 갖는 3층 구조이다. 최내층(41)은, 열 접착성(열 가소성) 합성 수지, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌계의 아이오노머, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지 등으로부터 선택된 것으로 구성되어 있다. 최외층(43)은, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 나일론으로 선택된 것으로 구성되어 있다.
외장 필름(4)에 있어서의 중간층(42)은, 금속박, 예를 들어 알루미늄박 또는 SUS박으로부터 선택된 것으로 구성되어 있다. 이 중간층(42)에 의해, 외부로부터의 수분의 침입이나 내부로부터의 전해액의 증발이 유효하게 방지되어 있다. 또한, 최외층(43)은, 기계적 강도를 확보하고, 중간층(42)을 보호하는 역할을 갖고 있다.
이 예에 있어서의 외장 필름(4)은, 최내층(41)으로서, 융점이 예를 들어 168℃인 폴리프로필렌 미연신 필름을 사용하여 드라이 라미네이트한 포장용 라미네이트 재료를 주머니 형상으로 가공한 것이 사용되고 있다.
상기 정극측 및 부극측 리드 단자(5, 6)는, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 등의 금속박으로 구성되어 있고, 그 두께는 0.2 내지 0.5㎜로 설정되어 있다.
즉, 이 리드 단자(5, 6)에는, 대전류를 흘리기 위하여 저항을 낮출 필요가 있고, 그 두께는, 0.2㎜ 이상이 바람직하지만, 최대라도 0.5㎜ 이하로 하는 것이 좋다. 두께가 0.5㎜를 초과하는 경우, 리드 단자(5, 6)의 폭 방향의 양 단부 테두리에 대하여 피복 필름(7) 등의 합성 수지로 매립하는 것이 곤란해져, 밀착성의 저하를 초래할 우려가 있기 때문이다.
상기 외장 필름(4)에서 히트 시일되는 부위(4d)에 대응하고, 양 리드 단자(5, 6)에는, 두께가 0.08 내지 0.25㎜인 피복 필름(7, 7)으로 각각 미리 피복되어 있다. 이 피복 필름(7)은, 최내층(71), 중간층(72) 및 최외층(73)을 갖는 3층 구조를 갖고 있다. 그리고 이 피복 필름(7)에 의해, 리드 단자(5, 6)가 외장 필름(4)의 중간층(42)에 접촉하여 단락 사고를 일으키는 것을 방지하고 있다.
이 피복 필름(7)에 있어서의 최내층(71)은, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 리드 단자 구성재인 금속에 대하여 밀착성이 좋은 접착성의 합성 수지로 구성되어 있다. 이 최내층(71)을 덮는 중간층(72)은, 절연성 수지로 구성되어 있다. 또한, 외장 필름(4)의 최내층(41)에 접촉하는 최외층(73)은, 상기 외장 필름(4)의 최내층(41)과 동일 계통으로 상용성의 합성 수지, 예를 들어 올레핀 수지로 구성되어 있다.
그리고, 이 피복 필름(7)에 있어서의 최외층(73)의 융점은, 외장 필름(4)의 최내층(41)의 융점 미만으로 설정되어 있고, 이 예에서는, 융점차가 9℃ 이상이 되도록, 예를 들어 외장 필름(4)의 최내층(41)의 융점이 168℃에 대하여, 피복 필름(7)에 있어서의 최외층(73)의 융점이, 예를 들어 134℃로 설정되어 있다.
상기 외장 필름(4, 4)에 전기 화학 소자(10)를 수용한 후, 외장 필름(4, 4)에 있어서의 시일부(4d)를 히트 시일하여 밀봉하지만, 그 경우, 상기 외장 필름(4, 4)에 있어서의 최내층(41)의 융점(여기서는, 168℃)보다도 20℃ 이상의 온도(188℃)로 히트 시일을 행한다.
여기서, 히트 시일을 행할 때에는, 외장 필름(4)의 외측으로부터 열을 가하기 위하여, 외장 필름(4)의 최내층(41)에 대하여 피복 필름(7)의 최외층(73)에는 열이 전달되기 어렵게 되어 있다. 게다가, 금속재인 리드 단자(5, 6)로부터 방열되므로, 이 점에 있어서도, 피복 필름(7)의 최외층(73)측의 온도가 저하되어 버린다. 이로 인해, 외장 필름(4)의 최내층(41)과 피복 필름(7)의 최외층(73) 사이에, 외장 필름(4)의 최내층(41)측이 높아지는 온도차가 발생해 버린다. 또한, 이 현상은, 리드 단자(5, 6)의 두께가 커질수록 현저하게 나타난다.
따라서 본 실시 형태에 있어서는, 리드 단자(5, 6)에 있어서의 피복 필름(7)의 최외층(73)의 융점을 외장 필름(4)의 최내층(41)의 융점 미만으로 설정하고 있다. 이로 인해, 외장 필름(4)에 있어서의 리드 단자(5, 6)에 대응하는 부위를 히트 시일하였을 때에, 외장 필름(4)의 최내층(41)과 리드 단자용 피복 필름(7)의 최외층(73) 사이에, 외장 필름(4)측이 높아지는 온도차가 발생한다고 해도, 외장 필름(4)의 최내층(41)과 리드 단자용 피복 필름(7)의 최외층(73)의 용융이 거의 동시에 개시되어, 양 층(41, 73)의 용융이 병행하여 진행되어 간다.
따라서, 시일부(4d)에 있어서 피복 필름(7)에 있어서의 최외층(73)이 외장 필름(4)의 최내층(41)에 대하여 균일적으로 용융하고, 양 층(41, 73)이 양호하게 서로 용융하여 고결하게 되고, 외장 필름(4)의 시일부(4a)에 있어서의 밀봉성이 유효하게 강화된다.
그런데, 피복 필름(7)의 최외층(73)의 구성재와 외장 필름(4)의 최내층(41)의 구성재는, 열 접착성(열 가소성) 합성 수지로부터 임의로 선택하여 설정 가능하지만, 이 예와 같이, 양 층(73, 41)을 동일 계통의 수지, 예를 들어 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 올레핀계 수지를 채용하고 있으면, 양 층(73, 41)의 상용성이 양호하게 발휘된다. 특히, 올레핀계 수지는 내약품성이 우수하여, 전해액과의 접촉을 고려하면, 적극적으로 사용할 수 있다.
또한, 피복 필름(7)의 최외층(73)의 융점과 외장 필름(4)의 최내층(41)의 융점의 차는 임의로 설정 가능하지만, 이 예와 같이 융점차를 9℃ 이상으로 설정함으로써, 외장 필름(4)의 최내층(41)의 용융과 피복 필름(7)의 최외층(73)의 용융이 효과적으로 행해져, 시일 성능을 한층 높일 수 있다.
또한, 리드 단자(5, 6)에 대한 피복 필름(7)의 최외층(73)의 융점이 124℃ 미만인 경우에는, 전지의 내열 성능에의 영향이 우려되지만, 이 예와 같이, 피복 필름(7)의 최외층(73)의 융점을 124℃ 이상으로 설정하고 있으면, 내열성의 저하의 우려도 해소된다.
외장 필름(4)의 최내층(41)의 융점이 168℃를 초과하는 경우에는, 히트 시일에 에너지와 시간이 걸리고, 생산성이 저하되므로, 168℃ 이하인 것이 바람직하다.
또한 히트 시일 시간은, 3 내지 8초, 바람직하게는 4 내지 6초로 설정하는 것이 좋다. 즉 히트 시일 시간이 지나치게 짧은 경우에는, 가열 부족에 의해, 확실하게 시일하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 반대로, 히트 시일 시간이 너무 긴 경우에는, 생산성이 저하됨과 함께, 가열 과다에 의한 열 열화에 의해, 양호한 시일 상태를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있다.
<실시예>
다음에, 상기 구성의 박형 전지에 의한 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다.
또한, 실시예와 비교예는, 포장용 라미네이트 재료로 이루어지는 외장 필름(4)의 최외층(43), 중간층(42)의 재질ㆍ두께, 리드 단자(5, 6)의 두께 및 폭은 같은 것으로 하고, 각각 다음과 같다.
『외장 필름(4)의 최외층(43)과 중간층(42)에 대하여』
나일론 25㎛로 이루어지는 최외층(43)과, 알루미늄박(AA 규격 8079, O재)으로 이루어지는 중간층(42)을 드라이 라미네이트하여 사용한다.
『리드 단자에 대하여』
두께: 0.2㎜
폭: 50㎜
『히트 시일 조건에 대하여』
온도: 외장 필름(4)의 최내층(41)의 융점+30℃
압력: 0.2MPa
〔실시예 1〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 168℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 도 7에 도시한 바와 같이 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서(EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액 10g을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 134℃의 폴리프로필렌으로 이루어지는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후, 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔실시예 2〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 168℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서(EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액 10g을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 143℃의 폴리프로필렌으로 되는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후, 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔실시예 3〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 143℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서(EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액 10g을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 134℃의 폴리프로필렌으로 되는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후, 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔실시예 4〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 134℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서(EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액 10g을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 124℃의 폴리프로필렌으로 되는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔실시예 5〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 134℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서(EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액(10g)을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 126℃의 폴리프로필렌으로 이루어지는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후, 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔비교예 1〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 168℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서(EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액 10g을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 168℃의 폴리프로필렌으로 이루어지는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후, 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔비교예 2〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 143℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서(EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액 10g을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 143℃의 폴리프로필렌으로 되는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후, 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔비교예 3〕
상기 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)의 구성재로서, 융점이 134℃인 폴리프로필렌 미연신 필름 30㎛를 선택하고, 이것을 최외층(43)이 되는 나일론과 중간층(42)이 되는 알루미늄박에 드라이 라미네이트하여 포장용 라미네이트 재료를 형성하고, 이 포장용 라미네이트 재료를 사각형으로 성형함과 함께, 주머니 형상으로 가공하여 외장 필름(4)으로 하였다.
이 외장 필름(4)의 내용물로서 (EC:DEC=1:1+1moILiPF6)의 조성의 유사 전해액 10g을 투입한 후, 최외층(73)이 융점 134℃의 폴리프로필렌으로 이루어지는 피복 필름(7)에 의해 리드 단자(5, 6)에 있어서의 시일 대응 부위를 피복하였다. 그 후, 상기 외장 필름(4)에 있어서의 시일부(4d)에 대하여 5초의 히트 시일을 실시하여 밀봉 상태로 하였다.
〔비교예 4〕
비교예 2와 동일 조건이지만, 히트 시일 시간을 20초로 행하였다.
<밀봉성 평가>
각 검체에 탭부가 하향으로 되도록 정치하여 85℃에서 1주일간 보존 테스트를 행하고, 그 후 각 검체 내부에 주사 바늘로부터 압력을 계측하면서 공기를 송입하여, 파열되는 데 이르는 압력을 측정하였다. 그 결과를 도 8에 나타낸다.
도 8의 표로부터도 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 5에 있어서는, 모두 공기 압입 장치의 최대 압력인 0.2MPa에 이르러도 파열되는 일은 없었다. 이에 대하여, 비교예 1 내지 3에 있어서는, 파열되어, 밀봉성이 떨어지는 것이 확인되었다. 또한 비교예 1 내지 3에 있어서, 파열의 기점을 확인한 결과, 외장 필름(4)에 있어서의 최내층(41)과, 리드 단자(5, 6)의 피복 필름(7)에 있어서의 최외층(73)의 계면인 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 전기 화학 디바이스로서, 박형 전지에 적용한 예에서 설명하였지만, 박형 전지에 한하지 않고, 전기 이중 캐패시터 등의 각종 전기 화학 디바이스에 적용 가능하다.
본원은, 2009년 1월 13일자로 출원된 일본 특허 출원의 특허 출원 제2009-4913호의 우선권 주장을 수반하는 것이며, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 사용된 용어 및 표현은, 설명을 위하여 사용된 것이며 한정적으로 해석하기 위하여 사용된 것은 아니고, 여기에 개시되고 또한 설명된 특징 사항이 어떠한 균등물도 배제하는 것은 아니며, 본 발명의 청구 범위 내에 있어서의 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되어야 한다.
본 발명은, 많은 상이한 형태로 구현화될 수 있는 것이지만, 이 개시는 본 발명의 원리의 실시예를 제공하는 것으로 간주되어야 하며, 그들 실시예는, 본 발명을 여기에 기재하고 또한/또는 도시한 바람직한 실시 형태에 한정하는 것을 의도하는 것이 아니라는 이해를 기초로, 많은 도시 실시 형태가 여기에 기재되어 있다.
본 발명의 도시 실시 형태를 몇 가지 여기에 기재하였지만, 본 발명은, 여기에 기재한 각종 바람직한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 이 개시에 기초하여 소위 당업자에 의해 인식될 수 있는, 균등한 요소, 수정, 삭제, 조합(예를 들어, 각종 실시 형태에 걸친 특징의 조합), 개량 및/또는 변경을 갖는 모든 실시 형태도 포함하는 것이다. 클레임의 한정 사항은 그 클레임에서 사용된 용어에 기초하여 넓게 해석되어야 하며, 본 명세서 혹은 본원의 프로시큐션 중에 기재된 실시예에 한정되어서는 안 되고, 그와 같은 실시예는 비배타적이라고 해석되어야 한다.
<산업상 이용가능성>
본 발명의 전기 화학 디바이스는, 전기 자동차나 휴대 전화 등의 전원으로서 이용 가능하다.
1: 정극
2: 부극
3: 전해질
4: 외장 필름
4d: 외장 필름의 시일부
5: 정극측 리드 단자
5a: 정극측 리드 단자의 내측 단부
5b: 정극측 리드 단자의 외측 단부
6: 부극측 리드 단자
6a: 부극측 리드 단자의 내측 단부
6b: 부극측 리드 단자의 외측 단부
7: 리드 단자용 피복 필름
10: 전기 화학 소자
41: 외장 필름의 최내층
73: 리드 단자용 피복 필름의 최외층

Claims (12)

  1. 적어도 최내층이 열 접착성 합성 수지로 이루어지는 적층 형상의 외장 필름과,
    상기 외장 필름에 수용된 전기 화학 소자와,
    내측 단부가 상기 전기 화학 소자에 전기적으로 접속되어, 외측 단부가 외장 필름으로부터 외부에 인출된 리드 단자와,
    최외층이 상기 외장 필름의 최내층과 상용성을 갖는 열 접착성 합성 수지로 구성되고, 상기 외장 필름에 의한 시일부에 대응하여 형성된 적층 형상의 리드 단자용 피복 필름을 구비하고,
    상기 리드 단자를 상기 피복 필름을 통하여 끼운 상태에서 상기 외장 필름에 의한 시일부가 히트 시일에 의해 융착되고,
    상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층의 융점이 상기 외장 필름의 최내층의 융점 미만으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층의 융점과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층의 융점의 차가 9℃ 이상인 전기 화학 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층의 융점이 124℃ 이상인 전기 화학 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리드 단자용 피복 필름의 두께가 0.08 내지 0.25㎜인 전기 화학 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층의 융점이 168℃ 이하인 전기 화학 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층이 동일 계통의 합성 수지로 구성되어 있는 전기 화학 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층과 상기 리드 단자용 피복 필름에 있어서의 최외층은, 올레핀계의 합성 수지로 구성되어 있는 전기 화학 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리드 단자의 두께가 0.2 내지 0.5㎜인 전기 화학 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 화학 소자는, 적어도 정극, 부극 및 정부 양극간에 개재되는 전해질을 포함하는 전지용 발전 요소를 구비한 것인 전기 화학 디바이스.
  10. 적어도 최내층이 열 접착성 합성 수지로 이루어지는 적층 형상의 외장 필름과, 전기 화학 소자와, 리드 단자와, 최외층이 상기 외장 필름의 최내층과 상용성을 갖는 열 접착성 합성 수지에 의해 구성되고, 또한 그 최외층의 융점이 상기 외장 필름의 최내층의 융점 미만으로 설정된 적층 형상의 리드 단자용 피복 필름을 준비하는 공정과,
    상기 리드 단자의 일부를 상기 피복 필름으로 피복하는 공정과,
    상기 외장 필름에, 전기 화학 소자를 수용하는 공정과,
    상기 리드 단자를 그 외측 단부를 상기 외장 필름으로부터 인출한 상태에서 내측 단부를 상기 전기 화학 소자에 전기적으로 접속하는 공정과,
    상기 리드 단자를 부분적으로 피복한 상기 피복 필름에, 상기 외장 필름에 의한 시일부를 히트 시일로 융착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 외장 필름에 있어서의 시일부에 대하여, 상기 외장 필름에 있어서의 최내층의 융점보다도 20℃ 이상의 온도로 히트 시일을 실시하도록 한 전기 화학 디바이스의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 외장 필름에 있어서의 시일부에 대한 히트 시일 시간이 3 내지 8초인 전기 화학 디바이스의 제조 방법.
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