KR20120022773A - 편평형 이차전지용 전극군 및 그 제조방법 그리고 편평형 이차전지용 전극군을 구비한 편평형 이차전지 - Google Patents

편평형 이차전지용 전극군 및 그 제조방법 그리고 편평형 이차전지용 전극군을 구비한 편평형 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20120022773A
KR20120022773A KR1020117024274A KR20117024274A KR20120022773A KR 20120022773 A KR20120022773 A KR 20120022773A KR 1020117024274 A KR1020117024274 A KR 1020117024274A KR 20117024274 A KR20117024274 A KR 20117024274A KR 20120022773 A KR20120022773 A KR 20120022773A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode group
flat
secondary battery
electrode
electrode plate
Prior art date
Application number
KR1020117024274A
Other languages
English (en)
Inventor
마유미 가네다
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 KR20120022773A publication Critical patent/KR20120022773A/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
    • H01M10/05—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
    • H01M10/05—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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

전극군(1)에서, 절곡부에 있어서의 최내주 부위(8A, 9A)는 중심선(6)에 대해 서로 반대측에 위치한다.

Description

편평형 이차전지용 전극군 및 그 제조방법 그리고 편평형 이차전지용 전극군을 구비한 편평형 이차전지{FLAT SECONDARY BATTERY ELECTRODE GROUP, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND FLAT SECONDARY BATTERY WITH FLAT SECONDARY BATTERY ELECTRODE GROUP}
본 발명은, 리튬이온 이차전지로 대표되는 이차전지에 관한 것이며, 특히 편평형 이차전지용 전극군(이하에서는, 「편평형상 전극군」이라 기재함) 및 그 제조방법 그리고 편평형상 전극군을 구비한 편평형 이차전지에 관한 것이다.
최근, 휴대용 전자기기의 전원으로서 이용이 확대되고 있는 리튬이온 이차전지에는, 음극 활물질로서 리튬을 흡장(吸藏) 및 방출 가능한 탄소계 재료 등을 이용하며, 양극 활물질로서 천이금속과 리튬의 복합산화물(예를 들어, LiCoO2 등)을 이용하고 있다. 이에 따라, 고전위이며 고방전 용량의 리튬이온 이차전지를 실현하고 있다.
리튬이온 이차전지는, 다음에 나타내는 방법에 따라 제작된다. 먼저, 양극판과 음극판을 세퍼레이터(다공질 절연체)를 개재하여 소용돌이 형상으로 권회(卷回)한다. 이와 같이 제작된 전극군을 비수(非水) 전해액과 함께 스테인리스제, 니켈 도금을 실시한 철제, 또는, 알루미늄제 등의 전지 케이스에 수납한다. 이어서, 전지 케이스의 개구 단부를 밀봉판으로 밀폐한다.
전극판(양극판 또는 음극판)은 다음에 나타내는 방법에 따라 제작된다. 구성재료(활물질, 결착제, 필요한 경우 도전제)가 도료화된 합제도료를 집전체 상에 도포하고 나서 건조시키고(전극판 베이스체의 제작), 프레스 등에 의해 규정의 두께까지 전극판 베이스체를 압축시킨다. 집전체로의 활물질 도포량을 증가시키면, 전극판의 활물질 밀도가 높아지고, 따라서, 리튬이온 이차전지의 고용량화를 도모할 수 있다.
그러나, 최근 전자기기 및 통신기기의 다기능화 그리고 소형화에 따라, 리튬이온 이차전지의 소형화, 그리고 고용량화가 더욱 요구되고 있다. 특히 박형(薄形)의 전자기기 및 통신기기는, 전지를 수용하는 공간의 낭비를 없애기 위해, 또는, 이차전지를 탑재하는 기기의 형상 등으로부터, 발전(發電)요소(전극군 등)가 전지 케이스에 수용된 편평형 리튬이온 이차전지가 사용되는 경우가 많다.
예를 들어 특허문헌 1에는, 편평형상 전극군의 제작방법이 제안되어 있다. 도 6(a)?(b)는, 특허문헌 1에서의 편평형상 전극군의 제작방법의 일부분을 공정 순으로 나타낸 모식 단면도이다.
먼저, 원주형 권심(卷芯)(도시 생략)에 양극판, 음극판 및 다공질 절연체를 권회시켜, 원통형 전극군(91)을 제작한다. 다음에, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 원주형 지그(93, 94)를 전극군(91)의 중공부(中空部)(92)에 삽입하여, 지그(93, 94)를 전극군(91)의 직경방향 외측으로 이동시킨다. 이에 따라, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 전극군(91)의 횡단면 형상이 거의 원형으로부터 긴 원형으로 변형한다. 그 후, 전극군(91)을 가압하면 편평형상 전극군(도시 생략)이 제작된다.
일본 특허공개 제2006-278184호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 방법에서는, 도 6(b)에 나타내는 전극군(91)에서, 지그(93, 94)에 접촉하는 부위는 전극군(91)의 장축(長軸)상에 위치한다. 이 때문에, 이 전극군(91)을 가압했을 때에는, 지그(93, 94)에 접촉하는 부위에서는, 전극 합제층의 균열, 또는, 집전체로부터의 전극 합제층의 들뜸(이를 단지 「전극 합제층의 들뜸」이라 기재함)이 일어나는 경우가 있다. 이에 따라, 이차전지의 용량 저하를 초래한다.
또, 전극 합제층의 균열 또는 들뜸이 계기가 되어, 집전체로부터의 전극 합제층의 탈락(이를 단지 「전극 합제층의 탈락」이라 기재함)을 일으키는 경우가 있다. 탈락된 전극 합제층이 다공질 절연체를 관통하면, 내부단락의 발생을 초래한다.
본 발명은, 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 전극 합제층의 균열 또는 들뜸을 일으키는 일없이 제조 가능한 안정성이 우수한 편평형 이차전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에 관한 편평형상 전극군은, 다공질 절연체를 개재하여 양극판 및 음극판을 권회하고 나서 가압함으로써 편평형상으로 성형된 것이다. 이 전극군의 긴 직경방향에 있어서 각 단부에는 절곡부가 형성되며, 절곡부 중 편평형상 전극군의 최내주(最內周)에 위치하는 부위(이하에서는, 「절곡부의 최내주 부위」라 기재함)는, 편평형상 전극군의 두께 방향 중점(中點)을 지나 긴 직경방향으로 연장되는 중심선에 대해 서로 반대측에 위치하며, 중심선상의 일 점에 대해 점대칭으로 위치하여도 된다. 여기서, 「중심선」은, 예를 들어, 편평형상 전극군의 장축이다. 「중심선상의 일 점」은 예를 들어, 편평형상 전극군의 장축과 단축(短軸)(단축은 편평형상 전극군의 짧은 직경방향으로 연장되는 직선임)의 교점이며, 다르게 표현하면, 편평형상인 전극군 횡단면의 중심이다.
이와 같은 편평형상 전극군은, 전극 합제층의 균열 또는 들뜸을 일으키는 일없이 제조되므로, 안전성이 우수한 편평형 이차전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 편평형상 전극군은 다음에 나타내는 방법에 따라 제작된다. 먼저, 다공질 절연체를 개재하여 양극판 및 음극판을 권회하여, 횡단면의 형상이 평행사변형인 전극군 중간체를 제작한다. 다음에, 전극군 중간체를 가압하여 편평형상 전국군을 제작한다. 이 때, 편평형상 전극군의 긴 직경방향에 있어서 각 단부에는 절곡부가 형성되며, 절곡부의 최내주 부위는 중심선에 대해 서로 반대측에 위치한다.
길이방향 단부에 R부를 갖는 스페이서(spacer)를 전극군 중간체의 중공부에 삽입한 상태에서 이 전극군 중간체를 가압해도 된다. 이에 따라, 중공부의 크기를 확보할 수 있다. 따라서, 충방전 시 전극군의 체적증가가 중공부에서 흡수되기 쉬워지므로, 전극판의 팽창에 따른 전지 팽창을 억제할 수 있고, 따라서, 전지 팽창에 기인하는 내부단락의 발생 등을 방지할 수 있다.
본 명세서에서는, 「평행사변형」에는, 엄밀한 의미의 평행사변형으로부터 약간 벗어난 형상도 포함되며, 「점대칭」에는 엄밀한 의미의 점대칭으로부터 약간 벗어난 위치관계도 포함되고, 「중점」에는 엄밀한 의미의 중점으로부터 약간 벗어난 위치도 포함된다. 본 발명이 발휘하는 효과를 일탈하지 않는 범위 내에서, 편평형상 전극군, 전극군 중간체, 전극군 중간체의 중공부 혹은 권심 등의 형상, 또는 절곡부의 최내주 부위의 위치 등을 변경하는 것이 가능하다.
또, 본 명세서에서는, 2개의 부위가 특정의 점에 대해 점대칭으로 위치하고 있다란, 2개의 부위가 편평형상 전극군, 전극군 중간체 또는 권심 등의 장축상에 존재하지 않으며, 또, 특정 점에 대해 점대칭으로 위치하고 있는 것을 의미한다.
본 발명에 의하면, 전극 합제층의 균열 및 들뜸을 일으키는 일없이 편평형상 전극군을 제조할 수 있으므로, 안정성이 우수한 편평형 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1(a)?(c)는 본 발명에 관한 편평형상 전극군의 모식 단면도,
도 2(a)?(d)는 본 발명에 관한 편평형상 전극군의 제조방법을 공정 순으로 나타내는 모식 단면도,
도 3(a)?(b)는 본 발명에 관한 편평형상 전극군의 다른 제조방법의 일부분을 공정 순으로 나타내는 모식 단면도,
도 4는 본 발명에 관한 편평형 이차전지의 일부 절개 사시도,
도 5(a)?(c)는 비교예에 있어서의 편평형상 전극군의 제조방법을 공정 순으로 나타내는 모식 단면도,
도 6(a)?(b)는 종래의 편평형상 전극군의 제조방법의 일부분을 공정 순으로 나타내는 모식 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태에 한정되지 않는다.
도 1(a)?(c)는 본 발명의 실시형태에 관한 편평형상 전극군(1)의 모식 단면도이다. 본 실시형태에 관한 편평형상 전극군(1)은, 다공질 절연체(4)를 개재하여 음극판(2) 및 양극판(3)을 권회하고 나서 가압함으로써 편평형상으로 성형된 것이며, 중공부(7)를 갖는다. 편평형상 전극군(1) 횡단면의 길이방향(긴 직경방향) 양단에는, 음극판(2), 양극판(3) 및 다공질절연체(4)가 절곡된다[절곡부(8, 9)]. 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는, 편평형상 전극군(1)의 장축(6)상에 존재하지 않으며, 장축(6)에 대해 서로 반대측에 위치한다.
구체적으로는, 도 1(a)에 나타내는 전극군(1)에서, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는, 편평형상 전극군(1)의 단축(5)과 장축(6)의 교점(X)[편평형상 전극군(1) 횡단면에 있어서 거의 중심점]에 대해 점대칭으로 위치한다. 장축(6)으로부터 절곡부 최내주 부위의 어긋난 양(H1)은 장축(6)으로부터 절곡부 최내주 부위의 어긋난 양(H2)과 거의 동일하다.
도 1(b)에 나타내는 전극군(1)에서, 장축(6)으로부터 절곡부 최내주 부위의 어긋난 양(H1)은 장축(6)으로부터 절곡부 최내주 부위의 어긋난 양(H2)보다 크다.
도 1(c)에 나타내는 전극군(1)에서, 장축(6)으로부터 절곡부 최내주 부위의 어긋난 양(H1)은 장축(6)으로부터 절곡부 최내주 부위의 어긋난 양(H2)보다 작다.
그리고, 도 1(a)?(c)에 나타내는 어느 전극군(1)이라도, 본 실시형태의 효과(후술)를 얻을 수 있다.
도 2(a)?(d)는 본 실시형태에 관한 편평형상 전극군(1)의 제조방법을 공정 순으로 나타내는 모식 단면도이다.
도 2(a)에는, 편평형상 전극군(1)의 제조방법에 있어서 권회(卷回) 공정을 나타내며, 다공질 절연체(4)를 음극판(2)과 양극판(3) 사이에 끼워서 형성된 것(적층체)을 권회하는 초기상태를 나타낸다. 적층체를 권회하는 권심(33)은 상측 권심(32)과 하측 권심(30)에 의해 구성된다. 상측 권심(32) 및 하측 권심(30)의 횡단면 형상은 평행사변형이며, 상측 권심(32)은 코너부(36)를 구비하고, 하측 권심(30)은 코너부(35)를 구비한다. 상측 권심(32)은 권회개시 시에 적층체를 사이에 끼워 유지하기 위한 중축(中軸)(34)을 구비한다. 또한, 권심(33)은 권회체(卷回體)(적층체가 권회된 것)를 누르기 위한 누름 실린더(31)를 구비한다. 도 2(a)에 나타내는 A방향으로 권심(33)을 회전시키면 적층체가 권회되며, 도 2(b)에 나타내는 전극군 중간체(1a)가 제작된다. 이 전극군 중간체(1a)는, 권심(33)의 코너부(35, 36)에 대응하는 위치에 코너부(8a, 9a)를 가지며, 또, 중공부(7a)를 가진다. 도 2(c)에는, 전극군 중간체(1a)를 그 단축방향으로부터 가압하는 상태를 나타내며, 도 2(d)에는 가압 성형을 거쳐 제작된 편평형상 전극군(1)의 횡단면을 나타낸다.
상세하게는, 권심(33)의 코너부(35, 36)가 권심(33)의 장축(L)에 대해 반대측에 형성되므로, 코너부(8a, 9a)는 전극군 중간체(1a)의 장축(6)에 대해 서로 반대측에 위치한다. 도 2(c)에 나타내는 공정에서는, 전극군 중간체(1a)를 그 단축방향으로부터 가압하므로, 코너부(8a, 9a)만이 절곡되는 일은 없고, 코너부(8a, 9a)를 포함하며 또 코너부(8a, 9a)보다 넓은 영역에 절곡부(8b, 9b)가 형성된다. 이 절곡부(8b, 9b)는 가압 후에는 편평형상 전극군(1)의 절곡부(8, 9)의 일부가 되며, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는 장축(6)에 대해 서로 반대측에 위치하게 된다. 이와 같이 하여 절곡부(8, 9)가 형성되므로, 가압 시에 새로운 굽힘 응력이 절곡부(8, 9)에 가해지더라도, 코너부(8a, 9a)가 갖는 권회 시의 절곡 정도 또는 그 정도에 따른 잔류 응력이 완화된다. 이 때문에, 음극판(2) 및 양극판(3)에 있어서 전극 합제층의 균열 폭을 작게 할 수 있으며, 또, 전극 합제층의 들뜸을 억제할 수 있다.
이와 같이 하여 제작된 편평형상 전극군(1)에서는, 전극 합제층의 균열 또는 들뜸에 기인하는 전극 합제층의 탈락이 방지되므로, 전극 합제층의 탈락에 기인하는 내부단락 발생이 방지된다. 따라서, 안전성이 우수한 편평형 이차전지를 제공할 수 있다.
편평형상 전극군(1)의 제조방법을 구체적으로 설명한다. 도 2(a)에 나타내는 권회 공정은 본 권취공정와 잔여 권취공정으로 구성된다. 본 권취공정에서는, 적층체를, 상측 권심(32)과 하측 권심(30) 사이에 끼우넣어, 중축(34)과 하측 권심(30)에 의해 유지한다. 그리고, 음극판(2), 양극판(3) 및 다공질 절연체(4)에 각각 소정의 장력을 가해, 도 2(a)에 나타내는 A방향으로 권심(33)을 소정 회수 회전시킨다. 이에 따라, 적층체가 권회된다.
잔여 권취공정에서는, 적층체의 나머지 부분을 권취한다. 설비상의 제약으로, 적층체에 본 권취공정과 마찬가지 장력을 가하면서 이 적층체를 권회하는 것은 어렵다. 이 때문에, 적층체의 길이방향 단부를 권취할 때에 무장력 상태로 될 우려가 있고, 이에 따라 적층체의 느슨함이 생기는 경우가 있다. 이러한 느슨함의 발생을 억제하기 위해, 적층체를 누름 실린더(31)와 권심(33) 사이에 끼워넣고, 적층체를 가압한 상태에서 권심(33)을 적어도 1회 이상 회전시켜 적층체를 권취하고, 또, 누름 실린더(31)에 의해 권회체를 가압하면서 폴리프로필렌제의 접착 테이프(이 테이프는 적층체의 권취 종단부에 접착됨)를 권회체 외주면에 접착한다. 이와 같이 하여 제작된 권회체를 권심(33)으로부터 빼내면, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이 횡단면의 형상이 평행사변형인 전극군 중간체(1a)가 제작된다. 그 후, 도 2(c)에 나타내는 가압 공정에서 전극군 중간체(1a)를 단축방향으로부터 가압하여, 도 2(d)에 나타내는 편평현상 전극군(1)이 제작된다.
도 3(a)에는, 전극군 중간체(1a)의 중공부(7a)에 스페이서(37)를 삽입한 상태에서 전극군 중간체(1a)를 단축방향으로부터 가압하는 상태를 모식적으로 나타낸다. 스페이서(37)의 길이방향 양단에는 R부(37A)가 형성되며, 이 R부(37A)가 전극군 중간체(1a)의 중공부(7a) 장축방향의 단부에 위치하도록 스페이서(37)를 중공부(7a)에 삽입한다. 이에 따라, 스페이서(37)를 중공부(7a)에 삽입하는 일없이 가압한 경우에 비해, 중공부(7)가 넓어진다[도 3(b) 참조]. 따라서, 충방전에 기인하는 음극판(2) 및 양극판(3)의 팽창[이하에서는 단지 「음극판(2) 및 양극판(3)의 팽창」이라 기재함]이 중공부(7)에서 흡수되기 쉬워지고, 충방전에 따른 음극판(2) 및 양극판(3)의 휨이 억제된다.
본 실시형태에서는, 전극군 중간체(1a)의 횡단면 형상은 도 1(a)?(c)에 나타내는 형상에 한정되지 않는다. 전극군 중간체(1a)의 대각에 위치하는 2개의 코너부가 전극군 중간체(1a)의 가압방향과 직교하는 동일 직선상에 존재하고 있지 않으면 된다. 이 경우에도, 본 실시형태에서 얻어지는 효과와 마찬가지 효과가 얻어진다. 그러나, 상기 2개의 코너부가 전극군 중간체(1a)의 가압방향과 직교하는 동일 직선상에 존재하고 있으면, 가압 시에 전극 합제층의 균열 또는 들뜸을 일으키며, 따라서, 내부단락 발생을 초래할 우려가 있다.
다르게 표현하면, 전극군 중간체(1a)를 가압하는 방향은, 전극군 중간체(1a)의 단축방향에 한정되지 않으며, 전극군 중간체(1a)의 대각에 위치하는 코너부를 연결한 선에 대해 직교하는 방향 이외의 방향이면 된다. 이 경우에도, 본 실시형태에서 얻어지는 효과와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 그러나, 상기 2개의 코너부를 연결한 선에 대해 직교하는 방향으로 전극군 중간체(1a)를 가압하면, 가압 시에 전극 합제층의 균열 또는 들뜸을 일으키며, 따라서, 내부단락의 발생을 초래할 우려가 있다.
권심(33)의 설계 용이성 또는 권회 용이성 등을 고려하면, 코너부(35, 36)가 권심(33)의 중심점에 대해 점대칭으로 위치하는 권심(33)을 이용하여 전극군(1)을 제작하는 것이 바람직하다. 따라서, 전극군(1)은 도 1(a)에 나타내는 전극군(1)인 것이 바람직하다. 그러나, 도 1(a)에 나타내는 전극군(1)을 수율 좋게 제작하는 것은 용이하지 않다. 이 때문에, 상기 권심[코너부(35, 36)가 권심(33)의 중심점에 대해 점대칭으로 위치하는 권심(33)]을 이용하여 전극군(1)을 제작함에도 불구하고, 도 1(b) 또는 도 1(c)에 나타내는 전극군(1)이 제작되는 경우가 있다. 그러나, 도 1(b) 또는 도 1(c)에 나타내는 전극군(1)이라도, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는 장축(6)에 대해 서로 반대측에 위치하므로, 도 1(a)에 나타내는 전극군(1)이 발휘하는 효과와 거의 동일한 효과를 발휘한다.
전극군 중간체(1a)의 대각에 위치하는 2개의 코너부가 전극군 중간체(1a)의 장축(6)에 대해 서로 반대측에 위치하면, 상기 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 전극군 중간체(1a)의 중공부(7a) 횡단면 형상이 평행사변형이면 되고, 전극군 중간체(1a)의 횡단면 형상은 평행사변형이 아니라도 된다.
이하에서는, 편평형 이차전지를 구성하는 재료에 대해 설명한다.
양극판(3)은, 페이스트상의 양극합제를 양극 집전체의 편면 또는 양면에 도포하고 나서 건조시키고, 그 후, 소정의 두께가 되도록 압연함으로써 제작된 것이다. 양극 집전체는, 예를 들어, 알루미늄제 혹은 알루미늄합금제의 박(箔) 또는 부직포로 이루어지며, 5㎛?30㎛의 두께를 갖는다. 페이스트상의 양극합제는, 플라네터리 믹서(Planetary mixer) 등의 분산기에 의해, 양극 활물질, 도전제 및 결착제를 분산매(分散媒) 중에 혼합 분산시킨 것이다.
양극 활물질은, 코발트산 리튬 또는 그 변성체[예를 들어, 코발트산 리튬에 알루미늄 또는 마그네슘을 고용(固溶)시킨 것 등]이라도 좋고, 니켈산 리튬 또는 그 변성체(예를 들어, 니켈의 일부를 코발트로 치환시킨 것 등)라도 좋으며, 망간산 리튬 또는 그 변성체 등이라도 좋다.
도전제는, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 및 서멀 블랙 등의 카본 블랙이면 좋고, 각종 흑연을 단독 또는 조합하여 이용해도 좋다.
양극용 결착제는, 예를 들어, 폴리불화 비닐리덴(PVdF, poly(vinylidene fluoride)), 폴리불화 비닐리덴의 변성체, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 또는 아크릴레이트 단위를 갖는 고무입자 결착제 등이면 좋다.
음극판(2)은, 페이스트상의 음극합제를 음극 집전체의 편면 또는 양면에 도포하고 나서 건조시키고, 그 후, 소정의 두께가 되도록 압연함으로써 제작된 것이다. 음극 집전체는, 예를 들어, 압연 구리박, 전해 구리박, 또는 구리섬유의 부직포이며, 5㎛?25㎛의 두께를 갖는다. 페이스트상의 음극합제는, 플라네터리 믹서 등의 분산기에 의해, 음극 활물질 및 결착제(필요에 따라 도전제 및 증점제)를 분산매 중에 혼합 분산시킨 것이다.
음극 활물질은, 예를 들어, 각종 천연흑연, 인조흑연, 실리사이드 등의 실리콘계 복합재료 또는 각종 합금 조성 재료이면 된다.
음극용 결착제는, 폴리불화 비닐리덴(PVdF) 및 그 변성체를 비롯해, 각종 바인더를 이용할 수 있다. 리튬이온의 수입성(受入性) 향상이라는 관점에서는, 음극용 결착제로서 스틸렌 부타디엔 공중합체 고무입자(SBR, styrene-butadiene-rubber) 또는 그 변성체 등을 이용하는 것이 바람직하다.
증점제는, 폴리에틸렌 옥시드(PEO, Poly(ethylene oxide)) 또는 폴리비닐 알코올(PVA, poly(vinyl alcohol)) 등 점성을 갖는 용액이면 좋다. 합제도료의 분산성 및 증점성의 관점에서, 증점제로서 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC, carboxymethylcellulose)를 비롯한 셀룰로오스계 수지 또는 그 변성체를 이용하는 것이 바람직하다.
다공질 절연체(4)는, 편평형 이차전지의 사용에 견딜 수 있는 조성이면 되나, 특히 폴리에틸렌 혹은 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지로 이루어지는 미세다공 필름이 단일 또는 적층된 것이 바람직하다. 또, 필름 표면에 다공질 절연층을 형성해도 되며, 다공질 절연체(4)의 두께는 10?25㎛로 하는 것이 좋다.
여기서, 본 실시형태에 관한 편평형 이차전지를 설명한다. 도 4는 본 실시형태에 관한 편평형상 전극군(1)을 구비한 편평형 이차전지(25)의 일부 절개 사시도이다. 편평형 이차전지(25)는 다음에 나타내는 방법에 따라 제작된다. 절연 프레임체(27)와 함께 편평형상 전극군(1)을 바닥이 있는 편평형 전지 케이스(21) 내부에 수용한다. 편평형상 전극군(1)의 상부로부터 인출된 음극 리드(23)를 단자(20)[단자(20)의 주연(周緣)에는 절연 가스켓(29)이 장착됨]에 접속하고, 편평형상 전극군(1)의 상부로부터 인출된 양극 리드(22)를 밀봉판(26)에 접속한다. 전지 케이스(21) 개구부에 밀봉판(26)을 삽입하고, 전지 케이스(21) 개구부의 외주를 따라 밀봉판(26)과 전지 케이스(21)를 용접한다. 이에 따라, 전지 케이스(21)가 밀봉된다. 밀봉판(26)의 주액구(注液口)로부터 소정량의 비수 전해액(도시 생략)을 전지 케이스(21) 내에 공급하고, 주액구를 마개(24)로 막는다. 이에 따라, 편평형 이차전지(25)가 제작된다. 이 제조방법은 일 예에 지나지 않으며, 편평형 이차전지(25)의 제조방법은 이에 한정되지 않는다.
여기서, 비수 전해액의 전해질염으로서, LiPF6 및 LiBF4 등 각종 리튬화합물을 이용할 수 있다. 또, 비수 전해액의 용매로는, 에틸렌 카보네이트(EC, ethylene carbonate), 디메틸 카보네이트(DMC, dimethyl carbonate), 디에틸 카보네이트(DEC, diethyl carbonate) 또는 메틸에틸 카보네이트(MEC, methyl ethyl carbonate)를 단독으로 이용해도 되며, 이들을 조합하여 이용해도 좋다. 또, 양극판과 음극판 상에 양호한 피막을 성형시키거나 과충전 시의 안전성을 보증하기 위해, 비수 전해액 용매로서, 비닐렌 카보네이트(VC, vinylene carbonate), 시클로 헥실벤젠(CHB, cyclohexylbenzene) 또는 시클로 헥실벤젠의 변성체를 이용하는 것이 바람직하다.
[실시예]
본 실시예에서는, 전극군 횡단면의 형상이 도 1(a)에 나타내는 형상인 경우를 예로 들어, 편평형 이차전지의 안전성을 평가한다.
1. 편평형 이차전지의 제작방법
<실시예 1>
(a) 양극판(3)의 제작
먼저, 코발트산 리튬(양극 활물질)을 100중량부와, 아세틸렌 블랙(도전제)를 2중량부와, 폴리불화 비닐리덴(결착제)을 2중량부, 적량의 N-메틸 2-피롤리돈과 함께 혼합기(twin-arm kneader)에서 교반시킨다. 이에 따라, 양극 합제 페이스트를 제작한다.
다음에, 이 양극합제 페이스트를 두께가 15㎛인 알루미늄박(양극 집전체)의 양면에 도포하고 나서 건조시키고, 알루미늄박 편면에서의 양극 합제층의 두께(각 양극 합제층의 두께)가 100㎛인 양극판 베이스체를 제작한다.
그 후, 총 두께가 165㎛이 되도록 양극판 베이스체를 프레스한다. 이에 따라, 각 양극 합제층의 두께가 75㎛이 된다. 그 후, 프레스된 양극판 베이스체를 소정의 폭으로 절단하여, 양극판(3)을 제작한다.
(b) 음극판(2)의 제작
먼저, 인조흑연(음극 활물질)을 100중량부와, 스틸렌 부타디엔 공중합체 고무입자 분산체(고형분 40중량％, 결착제)를 2.5중량부(결착제의 고형분 환산으로 1중량부)와, 카르복시 메틸셀룰로오스(증점제)를 1중량부, 적량의 물과 함께 혼합기에서 교반시킨다. 이에 따라, 음극합제 페이스트를 제작한다.
다음에, 이 음극합제 페이스트를 두께가 10㎛인 구리박(음극 집전체)의 양면에 도포하고 나서 건조시키고, 구리박 편면에서의 음극 합제층의 두께(각 음극 합제층의 두께)가 100㎛인 음극판 베이스체를 제작한다.
그 후, 총 두께가 170㎛이 되도록 음극판 베이스체를 프레스한다. 이에 따라, 각 음극 합제층의 두께가 80㎛가 된다. 그 후, 프레스된 음극판 베이스체를 소정의 폭으로 절단하여, 음극판(2)을 제작한다.
(c) 편평형상 전극군(1)의 제작
도 2(a)?(d)에 나타내는 방법에 따라, 편평형상 전극군(1)을 제작한다.
구체적으로는, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 다공질 절연체(4)를 음극판(2)과 양극판(3) 사이에 끼워 형성된 적층체를, 상측 권심(32)과 하측 권심(30) 사이에 끼워넣어, 중축(34)과 하측 권심(30)에 의해 유지한다.
다음에, 음극판(2)과 양극판(3)에 1000gf의 장력을 가하고, 다공질 절연체(4)에 500gf의 장력을 가하여, 도 2(a)에 나타내는 A방향으로 권심(33)을 회전시킨다. 본 권취공정에서 7번 권취하고, 그 후 잔여 권취공정에서 누름 압력을 0.06㎫로 하여 누름 실린더(31)에 의해 권회체를 누르면서, 3회전 권취한다. 그 후, 권회체 외주면에 폴리프로필렌제의 접착 테이프를 붙여 적층체의 길이방향 단부를 그 외주면에 고정하고, 권회체를 권심(33)으로부터 빼낸다. 이로써, 도 2(b)에 나타내는 전극군 중간체(1a)가 얻어진다.
이어서, 도 2(c)에 도시하는 바와 같이, 전극군 중간체(1a)를 그 단축방향으로부터 가압하여 편평형상으로 성형한다. 이에 따라, 도 2(d)에 나타내는 편평형상 전극군(1)이 얻어진다. 얻어진 편평형상 전극군(1)에서는, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는 교점(X)를 중심으로 하여 점대칭으로 위치한다.
(d) 편평형 이차전지(25)의 제작
얻어진 편평형상 전극군(1)을 절연 프레임체(27)와 함께 바닥이 있는 편평형 전지 케이스(21) 내부에 수용한다. 음극 리드(23)를 단자(20)에 접속하고, 양극 리드(22)를 밀봉판(26)에 접속한다. 전지 케이스(21) 개구부에 밀봉판(26)을 삽입하여, 전지 케이스(21) 개구부의 외부를 따라 밀봉판(26)과 전지 케이스(21)를 용접한다. 그 후, 주액구로부터 소정량의 비수 전해액을 전지 케이스(21) 내에 공급하고, 주액구를 마개(24)로 막는다. 이와 같이 하여 편평형 이차전지(25)가 제작된다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에 있어서 적층체를 권회할 시 장력의 크기 이외는 상기 실시예 1의 방법에 따라, 실시예 2의 편평형 이차전지를 제작한다.
구체적으로는, 상기 실시예 1의 적층체를 권심(33)에 유지시키고 나서, 음극판(2)과 양극판(3)에 800gf의 장력을 가하고, 다공질 절연체(4)에 200gf의 장력을 가하여, 권심(33)을 도 2(a)에 나타내는 A방향으로 회전시킨다. 이와 같이 하여 얻어진 편평형상 전극군(1)에서도, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는 교점(X)을 중심으로 하여 점대칭으로 위치한다.
<실시예 3>
도 3(a)?(b)에 나타내는 방법에 따라 전극군 중간체(1a)를 가압한 것 이외는 상기 실시예 1의 방법에 따라, 실시예 3의 편평형 이차전지를 제작한다.
구체적으로는, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 0.5㎜의 두께를 갖는 스페이서(37)를 전극군 중간체(1a)의 중공부(7a)에 삽입한다. 스페이서(37)의 길이방향 양단에는 R부(37A)가 형성되며, R부(37A)가 전극군 중간체(1a)의 중공부(7a)의 장축방향 양단에 위치하도록 스페이서(37)를 전극군 중간체(1a)의 중공부(7a)에 삽입한다. 그 후, 스페이서(37)를 전극군 중간체(1a)의 중공부(7a)에 삽입한 상태에서, 전극군 중간체(1a)를 단축방향으로부터 가압한다. 이에 따라, 도 3(b)에 나타내는 편평형상 전극군(1)이 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어진 편평형상 전극군(1)에서도, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는 교점(X)을 중심으로 하여 점대칭으로 위치한다.
(비교예 1)
도 5(a)?(c)에 나타내는 방법에 따라 상기 실시예 1의 적층체를 권회한 것 이외는 상기 실시예 1의 방법에 따라, 비교예 1의 편평형 이차전지를 제작한다.
도 5(a)는 상기 실시예 1에 있어서 적층체를 권회하는 공정의 초기 상태를 나타내는 모식 단면도이다. 이 적층체를 권회하는 권심(47)은 좌측 권심(43)과 우측 권심(45)에 의해 구성된다. 좌측 권심(43) 및 우측 권심(45)의 횡단면 형상은 마름모형이며, 좌측 권심(43)은 코너부(44)를 구비하고, 우측 권심(45)은 코너부(48)를 구비한다. 또, 우측 권심(45)은 권회개시 시에 상기 적층체를 끼워 유지하기 위한 중축(46)을 구비한다. 또한, 권심(47)은 권회체를 누르기 위한 누름 실린더(31)를 구비한다. 도 5(a)에 나타내는 A방향으로 권심(47)을 회전시켜 적층체를 권회시키면, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 코너부(44, 48)에 대응하는 위치에 코너부(58a, 59a)가 형성된 전극군 중간체(49a)가 제작된다. 즉, 전극군 중간체(49a)의 횡단면 형상은 마름모형이다. 도 5(c)에는, 도 5(b)에 나타내는 전극군 중간체(49a)를 가압하여 편평형상으로 성형한 편평형상 전극군(49)의 횡단면을 모식적으로 나타낸다. 이 편평형상 전극군(49)에서는, 절곡부의 최내주 부위(58A, 59A)는 장축(56)상에 존재한다.
(c) 편평형상 전극군(49)의 제작
도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 상기 실시예 1의 적층체를, 좌측 권심(43)과 우측 권심(45) 사이에 끼워, 중축(46)과 우측 권심(45)에 의해 유지한다.
다음에, 음극판(2)과 양극판(3)에는 1000gf의 장력을 가하고, 다공질 절연체(4)에는 500gf의 장력을 가하여, 도 5(a)에 나타내는 A방향으로 권심(47)을 회전시킨다. 본 권취공정에서 7회 권취하고, 추가로 잔여 권취공정에서 누름 압력을 0.06㎫로 하여 누름 실린더로 권회체를 누르면서, 3회전 권취한다. 그 후, 권회체의 외주면에 폴리프로필렌제의 접착 테이프를 붙여 적층체의 길이방향 단부를 그 외주면에 고정하고, 권회체를 권심(47)으로부터 빼낸다. 이로써, 도 5(b)에 나타내는 전극군 중간체(49a)가 얻어진다.
이어서, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이, 전극군 중간체(49a)를 단축방향으로부터 가압하여 편평형상 전극군(49)을 얻는다. 얻어진 편평형상 전극군(49)에서는, 절곡부(58, 59)가 장축방향 양단에 형성되며, 절곡부의 최내주 부위(58A, 59A)는 장축(56)상에 존재한다.
여기서, 실시예 1?3 및 비교예 1의 소요 내용을 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
2. 평가방법(1)
실시예 1?3 및 비교예 1에서는, 각각, 편평형상 전극군을 100개 제작하여, 그 중 60개의 편평형상 전극군을 이용하여 편평형 이차전지를 제작하고(제작된 편평형 이차전지의 개수는 60개), 40개의 편평형상 전극군은 전지 케이스에 넣은 상태로 한다. 그리고, 이하에 나타내는 평가를 실시한다.
(a) 전지 두께의 증가 유무
제작 직후와 충방전을 500 사이클 실행한 후에 편평형 이차전지의 두께를 측정하여, 이들의 평균값을 구한다. 그리고, 500 사이클 후의 두께가 제작 직후의 두께에 대해 20％ 이상 증가한 경우를 전지의 두께가 증가하는 것(「유」)으로 판정한다.
(b) 전극군의 휨 유무
제작 직후와 충방전을 500 사이클 실행한 후에, 편평형 이차전지의 높이 방향 중심부의 단면사진을 X선에 의한 컴퓨터 단층촬영[이하, CT(computerized tomography)로 약칭함]에 의해 촬영한다. 촬영된 사진을 눈으로 보아, 휨의 유무를 확인한다.
(c) 전극 합제층의 균열 및 들뜸의 유무
열경화 수지를 이용하여, 편평형상 전극군이 전지 케이스에 수용된 상태를 고착시킨다. 그 후, 이 편평형상 전극군을 축방향에 대해 수직인 방향으로부터 절단한다. 이 절단면(편평형상 전극군의 횡단면)을 측정 현미경으로 관찰하여, 전극 합제층의 균열 폭을 측정한다. 균열 폭이 0.1㎜ 미만인 경우를 전극 합제층이 균열되지 않은 것(「무」)으로 판정하고, 균열 폭이 0.1㎜ 이상인 경우를 전극 합제층이 균열된 것(「유」)으로 판정한다. 또, 이 절단면을 현미경으로 관찰하여, 전극 합제층의 들뜸 유무를 확인한다.
상기 (a)?(c)의 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
3. 평가방법(1)에 대한 고찰
표 2의 결과에 따라, 실시예 1?3 중 어느 것에 있어서도, 음극판(2) 및 양극판(3)에는 휨이 발생하지 않으며, 충방전을 500 사이클 실행한 후의 전지 두께의 증가는 상당히 작고, 제품(편평형 이차전지를 탑재하는 제품)에 대한 영향은 거의 없었다.
그 이유로서는, 다음에 나타내는 것을 생각할 수 있다. 전극군 중간체(1a)에서, 코너부(8a, 9a)는 전극군 중간체(1a)의 단축(5)과 장축(6)의 교점에 대해 점대칭으로 위치한다. 이 때문에, 전극군 중간체(1a)를 그 단축방향으로부터 가압했을 때에는 발생하는 응력이 분산되므로, 절곡부(8, 9)가 편평형상 전극군(1)에 완만하게 형성된다고 생각된다. 따라서, 편평형상 전국군(1)은 전지 케이스(21)에 삽입되면, 가압 전의 형상으로 돌아가고자 하여 전지 케이스(21)의 내측면에 가까워지도록 변형된다. 이로써, 편평형상 전극군(1)에는 중공부(7)가 형성된다. 충방전을 반복해서 실시하면 음극판(2) 및 양극판(3)이 팽창되나, 편평형상 전극군(1)에는 충분한 크기의 중공부(7)가 형성되므로 음극판(2) 및 양극판(3)의 팽창이 중공부(7)에 흡수된다. 그 결과, 음극판(2) 및 양극판(3)에 있어서 휨 발생이 억제되며, 또, 전지 두께의 증가가 억제된다.
표 2에는 나타내지 않으나, 전지 두께의 증가량은, 실시예 1에 비해 실시예 2 및 3이 작았다. 전지 두께의 증가량이 실시예 2에서 작았던 이유로서는, 권회 시의 장력을 작게 한 것이 생각된다. 권회 시의 장력이 작으면, 권회 시에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있으므로, 절곡부(8, 9)에 있어서 전극군 잔류 응력이 경감된다. 따라서, 충방전 시에 음극판(2) 및 양극판(3)이 팽창됨으로 인해 편평형상 전극군(1)의 체적이 증가하면, 집전체는 편평형상 전극군(1)의 체적증가에 추종하도록 신장된다. 이로써, 음극판(2) 및 양극판(3)에 있어서 휨 발생이 억제되며, 전지 두께의 증가가 억제된다.
전지 두께의 증가량이 실시예 3에서 작았던 이유로서는, 스페이서(37)를 이용하여 전극군 중간체(1a)를 가압한 것을 생각할 수 있다. 스페이서(37)를 중공부(7a)에 삽입한 상태에서 전극군 중간체(1a)를 가압하면, 스페이서(37)를 이용하는 일없이 전극군 중간체(1a)를 가압한 경우에 비해, 절곡부(8, 9)가 편평형상 전극군(1)에 완만하게 형성된다. 이에 따라, 전지 케이스(21)로 삽입 후의 편평형상 전극군(1)의 복원량이 크게 되므로, 중공부(7)가 크게 된다. 따라서, 음극판(2) 및 양극판(3)의 팽창이 중공부(7)에서 흡수되기 쉬워지므로, 음극판(2) 및 양극판(3)에서의 휨 발생이 더욱 억제되며, 전지 두께의 증가가 더욱 억제된다.
또, 표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1?3 중 어느 것에 있어서도, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)에서의 전극 합제층의 균열 폭은 상당히 작고, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)에서의 전극 합제층의 들뜸은 거의 관찰되지 않으며, 제품에 대한 영향을 거의 없었다.
그 이유로서는 다음에 나타내는 것을 생각할 수 있다. 권심(33)에서는 코너부(35, 36)가 권심(33)의 횡단면 중심에 대해 점대칭으로 위치하므로, 전극군 중간체(1a)에서는 코너부(8a, 9a)가 전극군 중간체(1a)의 단축(5)과 장축(6)의 교점에 대해 점대칭으로 위치하게 된다. 이와 같은 전극군 중간체(1a)를 그 단축방향으로부터 가압하면, 코너부(8a, 9a)만이 절곡되는 일은 없으며, 코너부(8a, 9a)를 포함하며 또 코너부(8a, 9a)보다 넓은 절곡부(8b, 9b)가 형성된다. 따라서, 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는 교점(X)에 대해 점대칭으로 위치한다.
또, 이와 같이 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)를 형성하면, 가압 시 새로운 굽힘 응력이 절곡부(8, 9)에 가해지더라도, 코너부(8a, 9a)가 갖는 권회 시의 절곡 주름 및 그 주름에 따른 잔류 응력이 경감된다. 이 때문에, 전극 합제층의 균열 폭이 작고, 또, 전극 합제층의 들뜸을 억제할 수 있다고 생각된다.
한편, 비교예 1에서는, 음극판(2) 및 양극판(3)에 있어서 휨이 발생하고, 전지 두께가 증가한다. 구체적으로는, 전지 두께가 0.6㎜ 증가한다. 이 두께 증가는 제품에 대해 큰 영향을 주며, 예를 들어 편평형 이차전지가 기기로부터 빠지는 등의 문제 발생을 생각할 수 있다.
그 이유로서는 다음에 나타내는 것이 생각된다. 도 5(a)에 나타내는 공정에서는, 장력을 부분적으로 약하게 하는 일없이 적층체를 권회한다. 이 때문에, 편평형상 전극군(49)에서는, 절곡부의 최내주 부위(58A, 59A)의 형상 변형이 어렵게 된다. 따라서, 전지 케이스(21)로의 삽입 후에 편평형상 전극군은 거의 복원되지 않고, 중공부(57)의 크기는 실시예 1?3에 비해 작았다. 따라서, 음극판(2) 및 양극판(3)의 팽창을 중공부(57)에서 흡수시키는 것이 어렵고, 음극판(2) 및 양극판(3)에서 휨이 발생한다. 휨의 발생에 의해, 편평형상 전극군(1)이 직경방향 외측을 향해 크게 팽창되며, 그 결과, 전지 두께는 크게 증가된다.
또, 절곡부의 최내주 부위(58A, 59A)에서 전극 합제층의 균열이 발생하며, 그 균열 폭은 1.1㎜이다. 이 균열 폭은 미세한 이물질이 혼입 가능한 폭이다. 따라서, 비교예 1에서는, 실시예 1?3에 비해 내부단락의 발생을 초래하여, 과열에 이르기 쉽다. 또, 전극 합제층의 들뜸은, 용량저하로 인한 품질저하를 일으킬 뿐만 아니라, 부유(浮遊)된 합제의 탈락에 의해 집전체의 노출을 초래하며, 따라서, 내부단락을 일으키기 쉽다.
이들 이유로서는 다음에 나타내는 것을 생각할 수 있다. 비교예 1에서는, 권심(47)의 코너부(44, 48)를 기점으로 하여 전극군 중간체(49a)의 코너부(58a, 59a)가 형성된다. 때문에, 이 코너부(58a, 59a) 근방에는 권회 중의 잔류 응력 또는 일그러짐이 강하게 존재한다. 이와 같은 전극군 중간체(49a)를 가압하기 위해, 전극 합제층의 균열 또는 들뜸이 발생한 것이라 생각된다.
4. 평가방법(2)
충방전을 500 사이클 실행한 편평형 이차전지로부터 30개를 꺼내어, 그 중 10개씩을 이용하여 낙하시험, 둥근 막대에 의한 압괴(壓壞)시험 및 150도에서의 가열시험을 실시한다.
(d) 낙하시험
편평형 이차전지에 대해, 상한 전압을 4.2V로 하고 전류를 2A로 하여, 2시간 충전을 실행한다. 그 후, 1.5m의 높이로부터 콘크리트면 상에 편평형 이차전지를 낙하시킨다. 이 낙하시험을, 편평형 이차전지의 6면에 대해 각 10회 실시한다. 그 후, 실온 25℃에서 발열온도를 측정하고, 그 평균값을 구한다.
(e) 둥근 막대에 의한 압괴시험
편평형 이차전지에 대해, 상한 전압을 4.2V로 하고 전류를 2A로 하여, 2시간 충전을 실행한다. 그 후, 전지를 옆으로 하여, 전지의 길이방향에 대해 수직으로 둥근 막대(직경이 10㎜)를 배치하고, 소정의 높이로부터 둥근 막대를 낙하시켜 전지를 압괴시킨다. 실온 25℃에서 발열온도를 측정하고, 그 평균값을 구한다.
(f) 150도에서의 가열시험
편평형 이차전지에 대해, 상한 전압을 4.2V로 하고 전류를 2A로 하여, 2시간 충전을 실행한다. 그 후, 전지를 항온층에 삽입하여, 상온에서 5℃/분의 조건으로 항온층의 온도를 150℃까지 승온시킨다. 그 때의 전지 발열온도를 측정하고, 그 평균값을 구한다.
Figure pct00003
5. 평가방법(2)에 대한 고찰
표 3의 결과에 따라, 실시예 1?3에서는, 상기 낙하시험, 상기 둥근 막대에 의한 압괴시험 및 상기 150℃에서의 가열시험에 대해서는, 문제가 확인되지 않았다. 그 이유로서는, 양극판(3) 및 음극판(2)에 있어서의 휨이 억제되므로, 전극판의 휨에 기인하는 내부단락의 발생을 억제할 수 있었기 때문이라 생각된다.
한편, 비교예 1에서는, 충방전을 500 사이클 실행했을 때에 분해하여 관찰하면, 리튬 석출, 전극군의 파단, 전극판의 좌굴(buckling), 및 전극 합제층의 탈락 등의 문제가 확인되었다. 또, 상기 낙하시험, 상기 둥근 막대에 의한 압괴시험, 및, 상기 150℃에서의 가열시험 중 어느 시험에 있어서도, 발열온도가 높았다. 그 이유로서, 권회 시의 전극 합제층의 탈락, 전극판의 파단, 또는 전극판의 좌굴에 기인하여, 내부단락이 발생되는 것이 생각된다.
이상의 결과로부터, 적층체를 권회하여 횡단면이 평행사변형인 전극군 중간체(1a)를 제작함으로써, 그 전극군 중간체(1a)를 가압했을 때에는 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)에서 전극 합제층의 균열 및 들뜸을 억제할 수 있는 것이 판명되었다.
도 2(a)에 나타내는 권회공정에서 권심(33)의 코너부(35, 36)가 권심(33)의 횡단면 중심점에 대해 점대칭이 되는 위치에 배치되므로, 도 2(b)에서는 코너부(8a, 9a)가 전극군 중간체(1a)의 단축(5)과 장축(6)의 교점에 대해 점대칭으로 위치한다. 도 2(c)에 나타내는 가압공정에서는, 전극군 중간체(1a)를 그 단축방향으로부터 가압하므로, 코너부(8a, 9a)만이 절곡되는 일은 없고, 코너부(8a, 9a)를 포함하며 또 코너부(8a, 9a)보다 넓은 절곡부(8b, 9b)가 형성된다. 따라서, 편평형상 전극군(1)에서는, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)는 교점(X)에 대해 점대칭으로 위치하게 된다.
절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)가 이와 같이 하여 형성되므로, 가압 시에 새로운 굽힘 응력이 절곡부(8, 9)에 가해져도 코너부(8a, 9a)가 갖는 권회 시의 절곡 주름 또는 그 주름에 따른 잔류 응력이 경감된다. 따라서, 음극판(2) 및 양극판(3)의 전극 합제층의 균열이 작고, 또, 전극 합제층의 들뜸을 억제할 수 있다고 생각할 수 있다.
한편, 도 5(a)?(c)에 도시하는 바와 같이, 단축(55)에 대해 좌우대칭이며, 또, 장축(56)에 대해 상하대칭인 마름모형상을 횡단면으로 하는 권심(47)을 이용한 경우는, 권심(47)의 코너부(44, 48)에서 접혀진 부위를 기점으로 하여 절곡부 최내주 부위(58A, 59A)가 성형된다. 이 때문에, 절곡부의 최내주 부위(58A, 59A)에는, 권회 시의 잔류 응력 또는 왜곡이 존재한다고 추측된다. 이 부위를 가압함으로써, 음극판(2) 및 양극판(3)에 있어서 전극 합제층의 균열 또는 들뜸이 발생하기 쉽다고 생각할 수 있다.
여기서, 상기 실시예 1?3에서는 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)가 교점(X)에 대해 점대칭으로 위치하는 경우에 대해 서술하나, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)의 위치관계는 상기 실시예 1?3에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 1(b) 또는 도 1(c)에서 나타낸 바와 같이, 절곡부의 최내주 부위(8A, 9A)가 장축(6)에 대해 서로 반대측에 위치하는 경우라도, 상기 실시예 1?3과 마찬가지 효과가 얻어진다.
또, 도 1(a)?(c), 도 2(b)?(d), 도 3(a)?(b) 및 도 5(b)?(c)에서는, 도면이 번잡해지는 것을 방지하기 위해 편평형상 전극군의 횡단면을 모식적으로 도시한다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 절곡부의 최내주 부위가 편평형상 전극군의 장축에 대해 서로 반대측에 위치하므로, 가압 시의 전극 합제층의 들뜸 또는 탈락이 억제되며, 이에 따라, 안전성이 높은 편평형 이차전지가 제공된다. 따라서, 본 발명은 안전성이 요구되는 기기(예를 들어, 휴대용 단말 또는 차량)에 탑재되는 전지로서 유용하다.
1 : 전극군 1a : 전극군 중간체
2 : 음극판 3 : 양극판
4 : 다공질 절연체 5 : 단축
6 : 장축 7 : 중공부
8, 9, 8b, 9b : 절곡부
8A, 9A : 절곡부의 최내주 부위 8a, 9a : 코너부
25 : 편평형 이차전지 30 : 하측 권심
31 : 실린더 32 : 상측 권심
33 : 권심 34 : 중축
35, 36 : 코너부 37 : 스페이서

Claims (5)

  1. 다공질 절연체를 개재하여 양극판 및 음극판을 권회(卷回)하고 나서 가압함으로써 편평형상으로 성형된 편평형 이차전지용 전극군에 있어서,
    상기 전극군의 긴 직경방향에 있어서의 각 단부에는, 절곡부가 형성되며,
    상기 절곡부 중 상기 전극군의 최내주(最內周)에 위치하는 부위는, 상기 전극군의 두께방향에 있어서의 중점(中點)을 지나 상기 긴 직경방향으로 연장되는 중심선에 대해 서로 반대측에 위치하는
    편평형 이차전지용 전극군.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절곡부 중 상기 전극군의 최내주에 위치하는 부위는 상기 중심선상의 일 점에 대해 점대칭으로 위치하는
    편평형 이차전지용 전극군.
  3. 다공질 절연체를 개재하여 양극판 및 음극판을 권회하고, 횡단면의 형상이 평행사변형인 전극군 중간체를 제작하는 공정과,
    상기 전극군 중간체를 가압하여 편평형상 전극군을 제작하는 공정을 구비하며,
    상기 전극군 중간체의 가압에 의해,
    상기 전극군의 긴 직경방향에 있어서의 각 단부에, 절곡부가 형성되며,
    상기 절곡부 중 상기 전극군의 최내주에 위치하는 부위가, 상기 전극군의 두께방향에 있어서의 중점을 지나 상기 긴 직경방향으로 연장되는 중심선에 대해 서로 반대측에 위치하는
    편평형 이차전지용 전극군의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    길이방향 단부에 R부를 갖는 스페이서를 상기 전극군 중간체의 중공부에 삽입한 상태에서 상기 전극군 중간체를 가압하는
    편평형 이차전지용 전극군의 제조방법.
  5. 제 1 항에 기재된 편평형 이차전지용 전극군이 전해액과 함께 전지 케이스 내에 수용되어 구성된
    편평형 이차전지.
KR1020117024274A 2009-10-22 2010-10-08 편평형 이차전지용 전극군 및 그 제조방법 그리고 편평형 이차전지용 전극군을 구비한 편평형 이차전지 KR20120022773A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009243005 2009-10-22
JPJP-P-2009-243005 2009-10-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120022773A true KR20120022773A (ko) 2012-03-12

Family

ID=43900014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117024274A KR20120022773A (ko) 2009-10-22 2010-10-08 편평형 이차전지용 전극군 및 그 제조방법 그리고 편평형 이차전지용 전극군을 구비한 편평형 이차전지

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120034504A1 (ko)
JP (1) JPWO2011048769A1 (ko)
KR (1) KR20120022773A (ko)
CN (1) CN102473965A (ko)
WO (1) WO2011048769A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101842032B1 (ko) * 2013-09-09 2018-05-14 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 구비한 배터리 팩
CN107004892B (zh) * 2014-12-03 2019-08-02 株式会社Lg化学 用于制造二次电池用的电极组件的方法
CN106532136B (zh) * 2016-12-12 2020-03-20 惠州亿纬创能电池有限公司 方形软包电池及其制造方法
US10396315B2 (en) * 2016-12-30 2019-08-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Hollow-core rolled-electrode battery cell
KR102516225B1 (ko) * 2019-04-08 2023-03-30 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그의 제조방법
JP7330156B2 (ja) * 2020-09-17 2023-08-21 株式会社東芝 電極、電極群、二次電池、電池パック、及び車両

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4496445B2 (ja) * 1999-05-26 2010-07-07 株式会社デンソー 扁平形状巻回型電極体の成形方法および扁平形状巻回型電極体
JP4972824B2 (ja) * 2001-03-21 2012-07-11 新神戸電機株式会社 扁平捲回群製造方法及び捲回装置
JP3614807B2 (ja) * 2001-10-12 2005-01-26 シーケーディ株式会社 巻回素子の巻取装置及び製造方法
JP2006278184A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Sanyo Electric Co Ltd 角型電池及びその製造方法
JP4951876B2 (ja) * 2005-05-13 2012-06-13 パナソニック株式会社 角型非水電解液電池の製造法
CN101356685A (zh) * 2006-02-21 2009-01-28 松下电器产业株式会社 方形扁平二次电池的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20120034504A1 (en) 2012-02-09
CN102473965A (zh) 2012-05-23
JPWO2011048769A1 (ja) 2013-03-07
WO2011048769A1 (ja) 2011-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5594548B2 (ja) 電池用電極の製造方法
JP5257700B2 (ja) リチウム二次電池
WO2011052126A1 (ja) 電極、二次電池、および二次電池の製造方法
JP2009158376A (ja) 巻回型電気化学デバイス及びその製造方法
JPWO2012014422A1 (ja) 扁平形非水系二次電池
JP4988169B2 (ja) リチウム二次電池
KR20120022773A (ko) 편평형 이차전지용 전극군 및 그 제조방법 그리고 편평형 이차전지용 전극군을 구비한 편평형 이차전지
US20230083371A1 (en) Secondary battery
JP3786349B2 (ja) 非水二次電池
JP2011070932A (ja) リチウム二次電池
JPWO2019054312A1 (ja) 円筒形非水電解質二次電池
WO2018100853A1 (ja) 円筒形電池
KR101170172B1 (ko) 리튬 2차전지용 정극합재도료의 제작방법 및 리튬2차전지용 정극
JP2013098022A (ja) 電池用電極板およびこれを用いた電池
JP3508455B2 (ja) リチウムイオン電池用負極板及びその製造方法
JP2006261059A (ja) 非水電解質二次電池
JP7003775B2 (ja) リチウムイオン二次電池
EP4099433A1 (en) Lithium ion battery
CN114242935A (zh) 一种电极组件及其应用
JP2009272120A (ja) 負極材料、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池
JP2017004764A (ja) 非水電解質二次電池用正極、その製造方法、及び非水電解質二次電池
JP2014241267A (ja) 非水電解液二次電池及びその製造方法
JP5776948B2 (ja) リチウム二次電池およびその製造方法
JP2012059490A (ja) 扁平形二次電池用電極群およびこれを用いた扁平形二次電池
JP2011060656A (ja) 非水電解質二次電池用電極群の製造方法および非水電解質二次電池

Legal Events

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