KR20120041804A - 쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법, 쌍극형 전지의 제조 방법, 쌍극형 전지의 시일 구조 및 쌍극형 전지 - Google Patents

쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법, 쌍극형 전지의 제조 방법, 쌍극형 전지의 시일 구조 및 쌍극형 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체와 시일재의 접합을 견고하게 하여 시일성을 향상시키는 쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법, 쌍극형 전지의 제조 방법 및 이들 방법에 의해 각각 제조되는 쌍극형 전지의 시일 구조, 쌍극형 전지를 제공하는 것이다.
쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법은 경화 반응 전의 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)와 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)를 접합시켜 시일 어셈블리(80)를 제작하는 공정과, 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리를 접합시켜 시일 어셈블리와 수지 집전체 사이를 시일한 집전체 어셈블리(90)를 제작하는 공정을 포함한다.

Description

쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법, 쌍극형 전지의 제조 방법, 쌍극형 전지의 시일 구조 및 쌍극형 전지 {PROCESS FOR PRODUCTION OF SEAL STRUCTURE FOR BIPOLAR BATTERY, PROCESS FOR PRODUCTION OF BIPOLAR BATTERY, SEAL STRUCTURE FOR BIPOLAR BATTERY, AND BIPOLAR BATTERY}
본 발명은 쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법, 쌍극형 전지의 제조 방법, 쌍극형 전지의 시일 구조 및 쌍극형 전지에 관한 것이다.
최근, 환경 보호 운동의 고조를 배경으로 하여, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV) 및 연료 전지차(FCV)의 개발이 진행되고 있다. 이들 모터 구동용 전원으로서, 반복하여 충방전 가능한 쌍극형 전지가 주목되고 있다.
쌍극형 전지의 전극에는 집전체의 한쪽의 면에 부극을 형성하고, 다른 쪽의 면에 정극을 형성한 쌍극형 전극이 사용되고 있다. 집전체에는 정극 및 부극에 침투시킨 전해질의 누설이나 휘발 등을 방지하기 위한 시일부를 설치하고 있다. 시일부는 수지 재료로 이루어지는 핫멜트 타입의 시일재를 집전체에 겹치고, 열을 가하여 접합시켜 형성한다.
쌍극형 전극에 이용되는 집전체는 쌍극형 전지의 성능을 향상하는 관점으로부터, 다양한 재료 중에서 선택하여 구성한다. 집전체의 경량화를 도모하기 위해, 금속박 대신에 고분자 재료를 이용한 집전체가 제안되어 있다(특허 문헌 1을 참조). 특허 문헌 1은 고분자 재료로서, 열경화성 수지를 선택하는 것을 개시하고 있다. 시일재로서 핫멜트 타입의 열가소성 수지를 이용하여, 핫프레스에 의해 집전체에 접합하여 시일부를 형성하고 있다.
일본 특허 출원 공개 제2006-190649호 공보
열가소성 수지를 이용하는 시일 방법은 가열한 고분자 재료(수지)와 집전체의 시일부에 있어서의 고분자 재료를 상용시킨 후, 냉각하고 고화시켜 행한다. 수지끼리를 접합시켜 시일부를 형성시키는 경우, 접합부에 있어서의 물질의 혼합 용이성을 나타내는 SP값(용해도 파라미터)이 시일성에 큰 영향을 미친다.
SP값은 물질의 친화성을 나타내는 물성값이다. SP값이 가까운 물질끼리는 혼합되기 쉽고, SP값의 차가 커지는 물질끼리일수록 혼합되기 어렵다. 물질끼리가 혼합되기 쉬운 쪽이, 경화되었을 때의 결합이 견고해지므로, 큰 접합력을 얻을 수 있다.
일반적으로, 열경화성 수지와 열가소성 수지에서는, 열경화성 수지끼리를 비교한 경우와 비교하여, SP값의 차가 커진다. 열경화성 수지를 포함하는 집전체와 열가소성 수지를 재료로 하는 시일재는 혼합되기 어려워, 접합력이 저하된다.
열가소성 수지로 이루어지는 기존의 핫멜트 타입의 시일재를 이용하는 경우, 열경화성 수지를 포함하는 집전체와의 사이에 있어서의 접합력이 저하된다. 이 접합력의 저하가 시일부에 있어서의 시일성의 저하를 초래하고, 전해질의 누설이나 휘발 등에 의한 쌍극형 전지의 사이클 특성의 저하를 발생시킨다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 쌍극형 전지의 시일 구조에 관하여, 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체와 시일재의 접합을 견고하게 하여 시일성을 향상시키는 쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법, 쌍극형 전지의 제조 방법 및 이들 방법에 의해 각각 제조되는 쌍극형 전지의 시일 구조, 쌍극형 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법은 경화 반응 전의 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재와 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재를 적어도 적층하는 공정을 포함한다. 또한, 제1 시일재의 경화 반응이 발생하는 온도보다도 낮은 온도에 의해 제1 시일재 및 제2 시일재를 가열하고, 제1 시일재와 제2 시일재를 접합시켜, 시일 어셈블리를 제작하는 공정을 포함한다. 또한, 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체에 있어서 전극이 형성된 면의 외주부에 제1 시일재를 마주 보게 하여, 시일 어셈블리를 겹치는 공정을 포함한다. 그리고, 제1 시일재의 경화 반응이 발생하는 온도에 의해 시일 어셈블리 및 수지 집전체를 가열하여, 시일 어셈블리와 수지 집전체 사이를 시일한 집전체 어셈블리를 제작하는 공정을 포함한다.
본 발명에 따르면, 시일 어셈블리를 제작하는 공정에 있어서, 제1 시일재와 제2 시일재의 접합을, 제1 시일재에 경화 반응이 발생하는 온도보다도 낮은 온도에 의해 가열하여 행한다. 이로 인해, 수지 집전체에 시일 어셈블리를 접합시키는 공정에 있어서, 제1 시일재에 경화 반응을 진행시켜 접합을 행할 수 있다. 이에 의해, 수지 집전체와 시일 어셈블리의 접합을 견고하게 하여 쌍극형 전지의 시일성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태에 관한 쌍극형 전지 전체의 개략 단면도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 쌍극형 전지의 제조 방법의 전체 공정도이다.
도 3a는 실시 형태에 관한 스텝 11을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 3b는 실시 형태에 관한 스텝 12를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 4a는 실시 형태에 관한 스텝 13을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 4b는 실시 형태에 관한 스텝 14를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 5a는 실시 형태에 관한 스텝 15를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 5b는 실시 형태에 관한 스텝 16 및 스텝 17을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 6은 비교예의 시일 구조를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7a는 변형예에 관한 쌍극형 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7b는 변형예에 관한 쌍극형 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7c는 변형예에 관한 쌍극형 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
우선, 바람직한 실시 형태인 리튬 이온 2차 전지의 전체 구조에 대해 설명한다. 쌍극형 전지는 특별히 설명한 것을 제외하고, 일반적인 리튬 이온 2차 전지에 대한 공지의 형태로 제작할 수 있고, 설명한 형태만으로 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 번호를 부여하여, 중복되는 설명을 생략한다. 도면의 치수 비율은 설명의 사정상 과장되어 있어, 실제의 비율과는 다른 경우가 있다.
도 1을 참조하여, 쌍극형 전지(10)는 충방전 반응이 진행되는 대략 직사각형의 발전 요소(20)를 외장재인 라미네이트 시트(55)의 내부에 밀봉하여 형성하고 있다.
발전 요소(20)는 적층체(40)를 복수 적층하여 구성하고 있다. 적층체(40)는 수지 집전체(60)의 제1 면(61)(한쪽의 면에 상당함)에 정극(65)(전극에 상당함)을 형성하고, 제2 면(62)(다른 쪽의 면에 상당함)에 부극(67)(전극에 상당함)을 형성한 쌍극형 전극(50) 및 정극(65), 부극(67)에 침투시키는 전해질을 포함하는 전해질층을 구비한다. 전해질층은 기재로서의 세퍼레이터(70)의 면 방향 중앙부에 전해질을 보유 지지시켜 형성하고 있다.
인접하는 정극(65), 전해질층, 부극(67)은 하나의 단전지층(30)을 구성한다. 따라서, 쌍극형 전지(10)는 단전지층(30)이 복수 적층된 구성을 구비한다. 발전 요소(20)에 있어서의 정극측의 최외층에 위치하는 수지 집전체(60a)에는 정극(65)만을 형성하고 있다. 한편, 발전 요소(20)에 있어서의 부극측의 최외층에 위치하는 수지 집전체(60b)에는 부극(67)만을 형성하고 있다. 최외층에 위치하는 수지 집전체(60a)의 제1, 제2 면(61, 62)에 각각 정극(65)을 형성하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 최외층에 위치하는 수지 집전체(60b)의 제1, 제2 면(61, 62)에 각각 부극(67)을 형성하는 것도 가능하다.
발전 요소(20)의 최외층에 위치하는 수지 집전체(60a, 60b)에는 고도전성 부재로 이루어지는 집전판(57)을 접속하고 있다. 도면 중 생략하지만, 집전판(57)의 일부를 외장재인 라미네이트 시트(55)의 외부로 인출하여 배치하고 있다. 발전 요소(20)로부터 외부로 전류를 인출하기 위한 전극 탭으로서 이용하는 것을 가능하게 하기 위해서이다.
전해질층으로부터의 전해질의 누설이나 휘발 등을 방지하는 것을 목적으로 하여 시일부(88)를 형성하고 있다. 시일부(88)는 전해질의 누설이나 휘발 등을 방지하여, 쌍극형 전지(10)에 사이클 특성의 저하가 발생하는 것을 방지한다. 인접하는 수지 집전체(60) 사이에 액간 접촉이 발생하는 것을 방지하는 기능이나, 전지 외부로부터 내부로 물 등이 침입하는 것을 방지하는 기능도 발휘한다.
여기서, 도 5a, 도 5b에는 제조 과정에 있어서의 쌍극형 전지(10)의 일부를 확대한 단면도를 도시한다. 쌍극형 전지(10)는 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)와, 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)와 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)를 접합하여 형성된 시일 어셈블리(80)를 갖고 있다. 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)의 제1 시일재(81)를 접합함으로써, 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60) 사이를 시일하고 있다. 수지 집전체(60)에 있어서 정극(65)이 형성된 제1 면(61) 및 부극(67)이 형성된 제2 면(62)의 각각에, 제1 시일재(81)를 통해 시일 어셈블리(80)를 각각 접합시키고 있다. 그리고, 쌍극형 전지(10)는 수지 집전체(60)에 전해질이 침투하는 다공질 형상의 세퍼레이터(70)를 겹친 적층체(40)와, 복수의 적층체(40)를, 제2 시일재(82)끼리를 마주 보게 하여 적층시켜 이루어지는 발전 요소(20)를 갖고 있다. 제2 시일재(82)끼리를 융착하여, 시일 어셈블리(80) 사이를 시일하고 있다.
수지 집전체(60)에 접합시킨 각 시일 어셈블리(80)는 시일부(88)를 형성하기 위한 시일 구조(85)를 구성한다. 시일부(88)는 수지 집전체(60)에 접합한 인접하는 2개의 시일 어셈블리(80) 사이를 제2 시일재(82)에 의해 시일하여 형성하고 있다.
다음에, 쌍극형 전지의 각 구성 요소에 대해 설명한다.
[수지 집전체]
수지 집전체(60)는 도전성을 갖는 수지층을 포함한다. 적합하게는, 수지 집전체(60)는 도전성을 갖는 수지층으로 이루어진다. 수지층은 도전성을 갖고, 필수로 열경화성 수지를 포함하여, 집전체의 역할을 발휘한다. 열경화성 수지로서는, 예를 들어 폴리이미드계 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 사용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 열경화성 수지 재료를 소정비로 혼합한 것을 경화시켜 성형하고, 수지층으로서 사용하는 것이 가능하다. 수지 집전체(60)의 구체적인 구성에 대해 설명한다.
수지층이 도전성을 갖기 위해서는, 구체적인 형태로서, 1) 수지를 구성하는 고분자 재료가 도전성 고분자인 형태, 2) 수지층이 수지 및 도전성 필러(도전재)를 포함하는 형태를 들 수 있다.
상기 1)의 형태에 있어서의 도전성 고분자는, 도전성을 갖고, 전하 이동 매체로서 사용되는 이온에 관하여 전도성을 갖지 않는 재료로부터 선택된다. 이들 도전성 고분자는 공역의 폴리엔계가 에너지대를 형성하여 전도성을 나타낸다고 생각되고 있다. 대표적인 예로서는 전해 콘덴서 등에서 실용화가 진행되고 있는 폴리엔계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리옥사디아졸, 또는 이들의 혼합물 등이 바람직하다. 전자 전도성 및 전지 내에서 안정적으로 사용할 수 있다고 하는 관점으로부터, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌이 보다 바람직하다.
상기 2)의 형태에 사용되는 도전성 필러(도전재)는 도전성을 갖는 재료로부터 선택된다. 바람직하게는, 도전성을 갖는 수지층 내의 이온 투과를 억제하는 관점으로부터, 전하 이동 매체로서 사용되는 이온에 관하여 전도성을 갖지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 알루미늄재, 스테인리스(SUS)재, 카본재, 은재, 금재, 구리재, 티탄재 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 이들 도전성 필러는 1종 단독으로 사용되어도 좋고, 2종 이상 병용해도 좋다. 또한, 이들의 합금재가 사용되어도 좋다. 바람직하게는 은재, 금재, 알루미늄재, 스테인리스재, 카본재, 보다 바람직하게는 카본재이다. 또한, 이들 도전성 필러(도전재)는 입자계 세라믹 재료나 수지 재료의 주위에 도전성 재료(상기 도전재)를 도금 등으로 코팅한 것이라도 좋다.
상기 카본재로서는, 예를 들어 아세틸렌 블랙, 발칸, 블랙 펄, 카본 나노 파이버, 케첸 블랙, 카본 나노 튜브, 카본 나노 혼, 카본 나노 벌룬, 하드 카본 및 풀러렌으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 이들 카본재는 전위창이 매우 넓어, 정극 전위 및 부극 전위의 양쪽에 대해 폭넓은 범위에서 안정적이고, 또한 도전성이 우수하다. 또한, 카본재는 매우 경량이므로, 질량의 증가가 최소한으로 된다. 또한, 카본재는 전극의 도전조제로서 사용되는 경우가 많으므로, 이들 도전조제와 접촉해도, 동일 재료이기 때문에 접촉 저항이 매우 낮아진다. 또한, 카본재를 도전성 입자로서 사용하는 경우에는, 카본의 표면에 소수성 처리를 실시함으로써 전해질의 친밀성을 내려, 집전체의 구멍에 전해질이 스며들기 어려운 상황을 만드는 것도 가능하다.
도전성 필러(도전재)의 형상은 특별히 제한은 없고, 입자 형상, 분말 형상, 섬유 형상, 판 형상, 덩어리 형상, 천 형상, 또는 메쉬 형상 등의 공지의 형상을 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들어, 수지에 대해 광범위에 걸쳐서 도전성을 부여하고 싶은 경우에는, 입자 형상의 도전 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 수지에 있어서 특정 방향으로의 도전성을 보다 향상시키고 싶은 경우에는, 섬유 형상 등의 형상으로 일정한 방향성을 갖는 도전 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 수지층이 도전성 필러를 포함하는 형태의 경우, 수지층을 형성하는 수지는 상기 도전성 필러에 추가하여, 당해 도전성 필러를 결착시키는 도전성이 없는 고분자 재료를 포함하고 있어도 된다. 수지층의 구성 재료로서 도전성이 없는 고분자 재료를 사용함으로써, 도전성 필러의 결착성을 높여, 전지의 신뢰성을 높일 수 있다. 고분자 재료는 인가되는 정극 전위 및 부극 전위에 견딜 수 있는 재료로부터 선택된다.
도전성이 없는 고분자 재료의 예로서는, 바람직하게는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르니트릴(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리아미드(PA), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 또는 이들 혼합물을 들 수 있다. 이들 재료는 전위창이 매우 넓어 정극 전위, 부극 전위 중 어느 것에 대해서도 안정적이다. 또한 경량이기 때문에, 전지의 고출력 밀도화가 가능해진다. 이들 중에서도, 바람직하게는 폴리이미드이다.
도전성 필러의 함유량도 특별히 제한은 없다. 특히, 수지가 도전성 고분자 재료를 포함하여, 충분한 도전성을 확보할 수 있는 경우에는, 도전성 필러를 반드시 첨가할 필요는 없다. 그러나, 수지가 비도전성 고분자 재료만으로 이루어지는 경우에는 도전성을 부여하기 위해 도전성 필러의 첨가가 필수로 된다. 이때의 도전성 필러의 함유량은, 비도전성 고분자 재료의 전체 질량에 대해, 바람직하게는 5 내지 35wt％이고, 보다 바람직하게는 5 내지 25wt％이고, 더욱 바람직하게는 5 내지 15wt％이다. 이러한 양의 도전성 필러를 수지에 첨가함으로써, 수지의 질량 증가를 억제하면서, 비도전성 고분자 재료에도 충분한 도전성을 부여할 수 있다.
상기 수지층에는 도전성 필러 및 수지 외에, 다른 첨가제를 포함하고 있어도 되지만, 바람직하게는 도전성 필러 및 수지로 이루어진다.
수지층은 종래 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 스프레이법 또는 코팅법을 사용함으로써 제조 가능하다. 구체적으로는, 고분자 재료를 포함하는 슬러리를 조제하고, 이를 도포하여 경화시키는 방법을 들 수 있다. 슬러리의 조제에 사용되는 고분자 재료의 구체적인 형태에 대해서는 상술한 바와 같으므로, 여기서는 설명을 생략한다. 상기 슬러리에 포함되는 다른 성분으로서는, 도전성 필러를 들 수 있다. 도전성 필러의 구체예에 대해서도 상술한 바와 같으므로, 여기서는 설명을 생략한다. 혹은, 고분자 재료 및 도전성 필러, 그 밖의 첨가제를 종래 공지의 혼합 방법으로 혼합하고, 얻어진 혼합물을 필름 형상으로 성형함으로써 얻어진다. 또한, 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2006-190649호 공보에 기재된 방법과 같이, 잉크젯 방식에 의해 수지층을 제작해도 좋다. 또한, 시판의 도전성을 갖는 수지 필름을 사용해도 좋다. 시판품의 예로서는, 예를 들어 우베흥산 주식회사제의 유피렉스(등록 상표)-S 50S, 주식회사 가네카제의 아피칼(등록 상표), 토레이ㆍ듀퐁 주식회사제의 카프톤(등록 상표) 등의 도전성을 갖는 열경화성 폴리이미드 필름을 들 수 있다.
예를 들어, 수지층이 열경화성 폴리이미드인 수지 집전체를 제조하는 경우에는, 수지층의 전구체로서 폴리아믹산을 사용하여, 다음과 같은 방법으로 제조할 수도 있다. 즉, 폴리아믹산과 도전 재료를 혼합한 용액을, 평활한 지지체 상에 도포하고 가열 건조하여 필름 형상으로 한 후, 또한 열처리에 의해 전구체를 중합시켜 집전체로 하는 방법이다.
폴리아믹산의 필름을 제작할 때의 가열 수단은 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들어 열풍 건조기, 열질소 건조기, 원적외선 건조기, 고주파 유도 가열 장치 등을 들 수 있다. 또한, 가열 시간도 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 5 내지 180분, 보다 바람직하게는 10 내지 120분이다. 또한, 가열 온도도 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 70 내지 150℃, 보다 바람직하게는 80 내지 120℃이다.
얻어진 폴리아믹산의 필름을 폴리이미드 필름으로 하는 경우의 열처리는, 2단계로 행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 1단째의 열처리를 100 내지 250℃에서 1 내지 10분간 행하고, 2단째의 열처리를 400 내지 600℃에서 0.1 내지 15분간 행한다. 또한, 1단째의 열처리 종료 후에 2단째의 열처리 개시까지의 승온 조건은 1 내지 15℃/초가 바람직하다. 일반적으로는, 상기 폴리아믹산의 필름을 제작할 때의 건조 온도보다도 고온에서 열처리함으로써, 이미드화 반응이 진행되어, 폴리이미드 필름을 얻을 수 있다.
수지 집전체(60)의 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전지의 출력 밀도를 높이기 위해서는 얇을수록 바람직하다. 쌍극형 전지(10)에 있어서는, 정극(65) 및 부극(67) 사이에 존재하는 수지 집전체(60)는, 적층 방향으로 수평인 방향의 전기 저항이 높아도 되므로, 수지 집전체(60)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 수지 집전체(60)의 두께는 0.1 내지 150㎛인 것이 바람직하고, 10 내지 100㎛인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 수지 집전체(60)는 단층 구조라도 좋고, 2층 이상의 다층 구조라도 좋다.
[정극]
정극(65)의 정극 활물질은, 예를 들어 LiMn2O4 등의 리튬-망간 복합 산화물, LiNiO2 등의 리튬-니켈 복합 산화물, LiCoO2 등의 리튬-코발트 복합 산화물 등이다. 그러나, 이들로 특별히 한정되지 않는다. 또한, 용량 및 출력 특성의 관점으로부터, 리튬-천이 금속 복합 산화물을 적용하는 것이 바람직하다.
[부극]
부극(67)의 부극 활물질은, 예를 들어 하드 카본(난흑연화 탄소 재료)이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않고, 흑연계 탄소 재료나, 리튬-천이 금속 복합 산화물을 이용하는 것도 가능하다. 특히, 카본 및 리튬-천이 금속 복합 산화물로 이루어지는 부극 활물질은 용량 및 출력 특성의 관점으로부터 바람직하다.
[전해질층]
전해질층의 일부인 세퍼레이터(70)의 소재는, 예를 들어 전해질을 침투할 수 있는 통기성을 갖는 다공질 형상의 폴리에틸렌 수지(PE)이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않고, 폴리프로필렌 수지(PP), 그 밖에도 폴리올레핀 수지, PP/PE/PP의 3층 구조를 한 적층물, 폴리아미드, 폴리이미드, 아라미드, 부직포를 이용하는 것도 가능하다. 부직포는, 예를 들어 솜, 레이온, 아세테이트, 나일론, 폴리에스테르 등이다. 세퍼레이터(70)의 미세 구멍의 직경은 최대 1㎛ 이하(통상, 수십㎚ 정도의 구멍 직경임)인 것이 바람직하다.
전해질의 호스트 폴리머는, 예를 들어 HFP(헥사플루오로프로필렌) 코폴리머를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다. 그러나, 이에 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자나, 이온 전도성을 갖는 고분자(고체 고분자 전해질)를 적용하는 것도 가능하다. 그 밖의 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자는, 예를 들어 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트이다. 이온 전도성을 갖는 고분자는, 예를 들어 폴리에틸렌옥시드나 폴리프로필렌옥시드이다.
호스트 폴리머에 의해 보유 지지하는 전해액은, 예를 들어 프로필렌카보네이트(PC) 및 에틸렌카보네이트(EC)로 이루어지는 유기 용매, 지지염으로서의 리튬염(LiPF6)을 포함하고 있다. 유기 용매는 폴리프로필렌카보네이트 및 에틸렌카보네이트로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 환형상 카보네이트류, 디메틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 적용하는 것이 가능하다. 리튬염은 LiPF6로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 무기산 음이온염, LiCF3SO3 등의 유기산 음이온 염을 적용하는 것이 가능하다.
[외장재]
외장재로서는, 예를 들어 라미네이트 시트(55)가 사용될 수 있다. 라미네이트 시트(55)는 폴리프로필렌 수지(PP), 알루미늄, 나일론이 이 순서대로 적층되어 이루어지는 3층 구조로서 구성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는, 종래 공지의 금속캔 케이스를 외장재로서 사용할 수 있다.
[집전판]
고도전성 부재로 이루어지는 집전판(57)에는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스, 이들 합금을 사용할 수 있다.
[시일부]
시일부(88)는 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)로 이루어지는 2층 구조의 시일 어셈블리(80)를 이용하여 형성하고 있다.
제1 시일재(81)에는 열경화성 수지를 이용하고 있다. 예를 들어, 폴리이미드, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지 및 이들을 혼합한 것을 적절하게 선택할 수 있다.
제2 시일재(82)에는 공지의 핫멜트 타입의 열가소성 수지를 이용하고 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 수지(PE), 폴리프로필렌 수지(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN) 등의 폴리에스테르 수지 등을 이용하는 것이 가능하다. 내식성, 내약품성, 제작 용이성(제막성), 경제성 등의 관점으로부터, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트가, 제2 시일재(82)로서 바람직하다. 또한, 제2 시일재(82)는 1종만을 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 시일 어셈블리(80)는 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 접합하여 제작하고 있다.
수지 집전체(60)로의 시일재의 접합에 앞서, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 가접합하는 시일 어셈블리(80)를 제작하고 있다. 시일 어셈블리(80)의 제작 시에, 열에 의한 경화 반응이 발생하기 전의 열경화성 수지를 제1 시일재(81)로서 준비하고 있다.
제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)의 접합은 핫프레스기(100a)에 의해 가열하고 제1 시일재(81) 및 제2 시일재(82)를 연화시켜 행한다. 사용하는 핫프레스기(100a)는 특별히 한정되는 것은 아니고, 수지 재료의 열 융착 등에 사용되는 공지의 것을 적절하게 채용할 수 있다. 후술하는 핫프레스기(100b, 100c)에 대해서도 마찬가지이다.
연화된 제1 시일재(81)와 연화된 제2 시일재(82)는 물리적으로 밀착한다. 밀착시킨 상태에서 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)를 냉각하여 고화시킨다. 제2 시일재(82)가 고화되어, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)가 접합한다.
가열 조건은 제1 시일재(81)의 경화 반응이 수％ 정도 진행되는 온도 및 시간으로 설정하고 있다. 제1 시일재(81)의 경화 반응이 과도하게 진행되는 것을 방지하기 위해서이다. 이후에 행해지는 수지 집전체(60)에 제1 시일재(81)를 접합하는 공정에 있어서, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 충분히 진행시켜 접합을 행하는 것을 가능하게 하고 있다(도 4b를 참조).
시일 어셈블리(80)를 제작하는 공정에 있어서의 제1 시일재(81)의 경화 반응의 진행의 정도는 수지 집전체(60)에 제1 시일재(81)를 접합하는 공정에 있어서 경화 반응을 이용한 접합을 행하는 것이 가능해지는 범위 내에 들어가면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
시일 어셈블리(80)의 두께는 5 내지 200㎛인 것이 바람직하고, 10 내지 150㎛인 것이 보다 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같이, 시일부(88)의 형성에 앞서, 시일 어셈블리(80)를 수지 집전체(60)에 접합시켜 집전체 어셈블리(90)를 제작하고 있다.
집전체 어셈블리(90)의 제작은 수지 집전체(60)에 제1 시일재(81)를 마주 보게 하여 시일 어셈블리(80)를 겹친 후, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 진행시켜 행한다. 전술한 시일 어셈블리(80)를 제작하는 공정에 있어서 가열 조건을 조정하여, 제1 시일재(81)의 경화 반응이 과도하게 진행되는 것을 방지하고 있다. 이로 인해, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 충분히 진행시켜 접합을 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
수지 집전체(60)에 있어서 정극(65)을 형성한 제1 면(61)의 외주부(63) 및 부극(67)을 형성한 제2 면(62)의 외주부(63)에 시일 어셈블리(80)를 겹친 상태로 하고, 시일 어셈블리(80) 및 수지 집전체(60)를 핫프레스기(100b)에 의해 가열하여 접합하고 있다. 가열 조건은 제1 시일재(81)의 경화 반응이 충분히 진행되는 온도 및 시간으로 설정하고 있다.
수지 집전체(60)에는 구성 재료로서 경화 반응 후의 열경화성 수지가 포함되어 있다. 열경화성 수지는 열에 의한 분자간의 가교 반응으로 경화되어 불용불융으로 되므로, 재가열해도 연화되지 않는다. 이로 인해, 수지 집전체(60)와 제1 시일재(81)를 연화시켜 서로 물리적으로 밀착시킨 상태로 접합을 행하는 것이 어렵다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 열경화성 수지끼리의 SP값의 차가 작은 것에 착안하여, 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)의 경화 반응의 진행을 이용한 접합 방법을 채용하고 있다.
수지끼리의 접합에 의해 시일부를 형성시키는 경우, 접합부에 있어서의 물질의 혼합 용이성을 나타내는 SP값이 시일부의 시일성에 큰 영향을 미친다. SP값은 물질의 친화성을 나타내는 물성값이다. SP값이 가까운 물질끼리는 혼합되기 쉽고, SP값의 차가 커지는 물질끼리일수록 혼합되기 어려워진다. 일반적으로, 열경화성 수지끼리는 SP값의 차가 작기 때문에 혼합되기 쉬워, 견고하게 접합을 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 이에 대해, 열경화성 수지와 열가소성 수지에서는 SP값의 차가 커지기 때문에 혼합되기 어려워, 접합력이 저하된다. 이에 의해, 시일부에 있어서의 시일성의 저하를 초래하게 된다.
수지 집전체(60)에 겹친 경화 전의 제1 시일재(81)는 경화 반응이 진행되는 과정에 있어서 연화된다. 따라서, 고분자 재료인 제1 시일재(81)를 연화시킴으로써, 고분자 재료인 수지 집전체(60)와 상용시킬 수 있다. 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)와 수지 집전체(60)에 포함되는 열경화성 수지에서는 SP값의 차가 작기 때문에, 제1 시일재(81)가 수지 집전체(60)에 혼합되기 쉽게 되어 있다. 혼합된 상태에서 가열하는 온도를 올려, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 진행시킨다. 제1 시일재(81)의 경화 반응이 충분히 진행됨으로써, 수지 집전체(60)와 제1 시일재(81)가 견고하게 접합되게 된다. 이와 같이, 제1 시일재(81)를 수지 집전체(60)에 접합시켜, 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60) 사이를 시일한 집전체 어셈블리(90)를 제작하고 있다.
시일 어셈블리(80)는 수지 집전체(60)의 정극(65)을 형성한 제1 면(61) 및 부극(67)을 형성한 제2 면(62)에 접합하고 있다.
수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 수지 집전체(60)의 제2 면(62)의 양면에 한번의 가열 작업에 의해 시일 어셈블리(80)를 접합시키고 있다. 수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 수지 집전체(60)의 제2 면(62)에 따로따로 시일 어셈블리(80)를 접합시키는 작업을 행하는 경우에 비해, 쌍극형 전지(10)의 제조 공정수를 줄일 수 있다. 또한, 세퍼레이터(70)와 함께 수지 집전체(60)를 적층하여 적층체(40)를 형성할 때, 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60)가 일체화된 집전체 어셈블리(90)로서 취급하는 것이 가능해진다. 쌍극형 전지의 제작 시에, 시일재와 집전체를 별도로 준비하여 적층하는 경우에 비해, 작업을 간략화하여 행하는 것이 가능하게 되어 있다.
도 5a, 도 5b에 도시한 바와 같이, 시일부(88)는 전해질층의 기재가 되는 세퍼레이터(70)와 집전체 어셈블리(90)를 적층하여 형성한 적층체(40)를 복수 적층시킨 후, 제2 시일재(82)끼리를 융착하여 시일함으로써 형성하고 있다.
적층체(40)는 시일 어셈블리(80)의 제2 시일재(82)끼리가 마주 보도록 적층되어 있다. 전해질에 겔상 전해질, 액 전해질을 이용하는 경우에는, 제2 시일재(82)에 의해 세퍼레이터(70)의 외주부를 끼워 넣도록 적층을 행한다. 세퍼레이터(70)의 외주부를 끼워 넣음으로써, 전해질의 누설 및 수지 집전체(60) 사이의 액간 접촉을 적절하게 방지하는 것이 가능해지기 때문이다. 전해질에 고체 고분자 전해질을 이용하는 경우에는, 제2 시일재(82)에 의해 세퍼레이터(70)의 외주부를 끼워 넣어 적층을 행할 필요는 없고, 세퍼레이터(70)의 외주부를 끼워 넣지 않은 형태에 의해 적층시키는 것이 가능하다.
제2 시일재(82)를 마주 보게 한 상태에서 핫프레스기(100c)에 의해 가열하여, 제2 시일재(82)를 녹여서 융착하고 있다. 융착된 제2 시일재(82)가 냉각하여 고화되고, 인접하는 시일 어셈블리(80) 사이를 시일한다. 이와 같이 하여, 시일부(88)를 형성시킨다. 시일부(88)를 형성할 때의 가열 조건은 열가소성 수지인 제2 시일재(82)의 융점보다도 높은 온도로 하고, 융착이 가능한 가열 시간으로 설정하고 있다. 제2 시일재(82)를 융착하여 형성한 시일부(88)는 정극(65) 및 부극(67)에 침투시키는 전해질의 누설이나 휘발, 외부로부터의 물의 침입 등을 적절하게 방지한다.
제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 적층한 2층 구조의 시일 어셈블리(80)를 이용하여 시일부(88)를 형성하고 있다. 이로 인해, 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)(제1층)에 의해 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60)의 접합력을 향상시키는 동시에, 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)(제2층)에 의한 가스 배출 기능을 시일부(88)에 구비시키는 것이 가능하게 되어 있다. 제2 시일재(82)를 열가소성 수지에 의해 형성하고 있으므로, 한번 융착시킨 제2 시일재(82)끼리의 접합을 절단하고, 다시 재접합시킬 수 있다. 쌍극형 전지(10)의 제조 과정 및 충방전 시에 쌍극형 전지(10)의 내부에 가스가 발생했을 때, 제2 시일재(82)를 절단하여 가스를 배출할 수 있고, 가스의 체류에 수반하는 성능 열화를 방지할 수 있다.
쌍극형 전지(10)의 충방전 시에, 수지 집전체(60)에 팽창, 수축이 발생하는 경우가 있다. 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)는 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)에 비해 신장되기 쉽다. 수지 집전체(60)가 팽창, 수축할 때, 제2 시일재(82)가 유연하게 변형됨으로써, 제1 시일재(81)와 수지 집전체(60)의 접합 계면에서 발생하는 응력을 완화시킬 수 있다. 이에 의해, 수지 집전체(60)로부터 제1 시일재(81)가 박리되는 것을 적절하게 방지할 수 있고, 시일부(88)에 있어서의 시일성을 장기간에 걸쳐서 유지하는 것이 가능하게 되어 있다.
다음에, 실시 형태에 관한 쌍극형 전지의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2를 참조하여, 쌍극형 전지(10)의 제조 방법은, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 적층하는 공정(S11)과, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 접합하여 시일 어셈블리(80)를 제작하는 공정(S12)과, 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)를 겹치는 공정(S13)과, 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)를 접합시켜 집전체 어셈블리(90)를 제작하는 공정(S14)과, 집전체 어셈블리(90)와 세퍼레이터(70)를 적층하여 적층체(40)를 형성하는 공정(S15)과, 적층체(40)를 적층하는 공정(S16)과, 제2 시일재(82)끼리를 융착시키는 공정(S17)을 포함한다.
도 3a를 참조하여, 경화 반응 전의 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)와, 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)를 적층한다(S11).
도 3b를 참조하여, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 적층한 상태에서 핫프레스기(100a)에 의해 가열한다(S12).
가열을 행하는 온도는 제1 시일재(81)의 경화 반응이 수％ 정도 진행되는 온도로 한다. 이에 의해, 제1 시일재(81)의 경화 반응이 과도하게 진행되는 것을 방지한다. 집전체 어셈블리(90)를 제작하는 공정(S14)에 있어서, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 충분히 진행시켜 접합을 행하는 것을 가능하게 하고 있다.
가열에 의해 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)가 연화되어, 제1 시일재(81) 및 제2 시일재(82)가 물리적으로 밀착한다. 밀착한 상태에서 제2 시일재(82)를 냉각하여 고화시킨다. 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 접합시켜, 시일 어셈블리(80)를 완성시킨다.
도 4a를 참조하여, 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)를 겹친다(S13).
시일 어셈블리(80)는 정극(65)을 둘러싸도록 수지 집전체(60)의 제1 면(61)의 외주 부분(63)에 겹친다. 시일 어셈블리(80)의 제1 시일재(81)는 수지 집전체(60)의 제1 면(61)에 마주 보게 한다. 마찬가지로 하여, 부극(67)을 둘러싸도록 수지 집전체(60)의 제2 면(62)의 외주 부분(63)에도 시일 어셈블리(80)를 겹친다. 이때, 시일 어셈블리(80)의 제1 시일재(81)를 수지 집전체(60)의 제2 면(62)에 마주 보게 한다.
제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 접합시킨 시일 어셈블리(80)를 미리 준비하고 있으므로, 수지 집전체(60)에 시일재를 겹치는 작업을 간략화하여 행하는 것이 가능하게 되어 있다. 작업 시에 있어서의 시일 어셈블리(80)의 취급이 용이하므로, 시일 위치를 정하면서 고정밀도로 적층시킬 수 있다. 이에 의해, 수지 집전체(60)와 시일 어셈블리(80) 사이의 시일성의 향상을 도모할 수 있다.
도 4b를 참조하여, 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)를 접합시켜 집전체 어셈블리(90)를 제작한다(S14).
수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)를 겹친 상태에서 핫프레스기(100b)에 의해 가열한다. 고분자 재료인 제1 시일재(81)를 연화시켜, 고분자 재료인 수지 집전체(60)와 상용시킨다. 가열하는 온도를 서서히 올려, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 진행시킨다. 경화 반응이 충분히 진행되어 제1 시일재(81)가 수지 집전체(60)에 접합한다. 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60) 사이를 시일한 집전체 어셈블리(90)를 완성시킨다. 집전체 어셈블리(90)에 접합한 각 시일 어셈블리(80)는 시일부(88)를 형성하기 위한 시일 구조(85)를 구성한다.
수지 집전체(60)에 있어서 정극(65)이 형성된 제1 면(61) 및 부극(67)이 형성된 제2 면(62)의 각각에 시일 어셈블리(80)를 겹친 상태에서 가열하여 접합을 행하고 있다. 수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 수지 집전체(60)의 제2 면(62)의 양면에 동시에 시일 어셈블리(80)를 접합시킬 수 있고, 수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 수지 집전체(60)의 제2 면(62)에 따로따로 시일 어셈블리(80)를 접합시키는 작업을 행하는 경우에 비해, 쌍극형 전지(10)의 제조 공정수를 줄일 수 있어, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서 도 6에는 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(260)에 핫멜트 타입의 열가소성 수지로 이루어지는 시일재(280)를 접합시킨 비교예에 관한 시일 구조를 도시한다.
수지 집전체(260)에는 제작 단계에 있어서 경화시킨 경화 반응 후의 열경화성 수지가 포함되어 있다. 수지 집전체(260)가 가열해도 연화되지 않으므로, 시일재(280)와 수지 집전체(260)를 물리적으로 밀착시킨 상태에서 접합을 행하는 것이 어렵게 되어 있다. 또한, 수지 집전체(260)에 포함되는 열경화성 수지와, 열가소성 수지로 이루어지는 시일재(280)에서는 SP값의 차가 크기 때문에, 연화된 시일재(280)가 수지 집전체(260)에 혼합되기 어렵다. 따라서, 핫멜트 타입의 열가소성 수지로 이루어지는 시일재(280)를 이용한 비교예에 관한 시일 구조에 있어서는, 시일재(280)와 수지 집전체(260)의 접합력이 현저하게 저하된다. 이에 의해, 시일부의 시일성이 저하되기 때문에, 전해질의 누설이나 휘발 등에 의한 쌍극형 전지의 사이클 특성의 저하를 초래하게 된다.
이에 대해, 본 실시 형태에 있어서는, 경화 반응 전의 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)와 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)를 접합하여 제작한 시일 어셈블리(80)를, 당해 시일 어셈블리(80)의 제1 시일재(81)의 경화 반응의 진행을 이용한 접합 형태에 의해, 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)에 적절하게 접합하는 것을 가능하게 하고 있다.
제1 시일재(81)에 경화 반응 전의 열경화성 수지를 이용하고, 제2 시일재(82)에 열가소성 수지를 이용하고 있으므로, 시일 어셈블리(80)를 제작하는 공정에 있어서, 제1 시일재(81) 및 제2 시일재(82)를 연화시켜, 제1 시일재(81) 및 제2 시일재(82)를 물리적으로 밀착시킨 상태에서 접합을 행할 수 있다. 또한, 시일 어셈블리(80)를 제작하는 공정에 있어서, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)의 접합을, 제1 시일재(81)에 과도한 경화 반응이 진행되는 온도보다도 낮은 온도에서 가열하여 행하고 있다. 이로 인해, 집전체 어셈블리(90)를 제작하는 공정에 있어서, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 충분히 진행시켜 수지 집전체(60)에 제1 시일재(81)를 접합시킬 수 있다. 그리고, 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)와 제1 시일재(81)에서는 SP값의 차가 작기 때문에, 제1 시일재(81)의 경화 반응이 진행되는 과정에 있어서, 고분자 재료인 제1 시일재(81)를 연화시켜, 고분자 재료인 수지 집전체(60)에 상용시켜 접합을 행할 수 있다. 이에 의해, 수지 집전체(60)와 시일 어셈블리(80)의 접합을 견고하게 할 수 있다.
도 5a를 참조하여, 집전체 어셈블리(90)에 세퍼레이터(70)를 적층하여 적층체(40)를 형성한다(S15).
적층체(40)를 형성할 때, 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60)가 일체화된 집전체 어셈블리(90)로서 취급하는 것이 가능하게 되어 있다. 시일재와 집전체를 별도로 준비하여 적층하는 경우에 비해, 작업을 간략화하여 행할 수 있다.
도 5b를 참조하여, 시일 어셈블리(80)의 제2 시일재(82)끼리를 마주 보게 하여 적층체(40)를 복수 적층시킨다(S16).
복수 적층한 적층체(40)는 쌍극형 전지(10)의 발전 요소(20)를 구성한다.
다음에, 시일 어셈블리(80) 및 수지 집전체(60)를 제2 시일재(82)의 융점보다도 높은 온도에 의해 가열하여, 제2 시일재(82)끼리를 융착시킨다(S17).
전해질을 주입하기 위한 주입구를 형성하도록 일부를 제외하고 융착하여 주머니 형상으로 밀봉한다. 밀봉된 상태에서 액 전해질을 주입하고, 정극(65) 및 부극(67)에 침투시킨다. 융착시키기 위한 가열은 핫프레스기(100c)에 의해 행한다.
전해질을 주입한 후, 제2 시일재(82)의 나머지 부분을 융착시킨다. 제2 시일재(82)를 융착시켜, 인접하는 시일 어셈블리(80) 사이를 시일한다. 이와 같이 하여, 시일부(88)를 완성시킨다. 시일부(88)는 전해질의 누설이나 휘발, 외부로부터의 물의 침입을 적절하게 방지하는 시일 기능을 발휘한다.
이상의 공정을 행함으로써, 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)와 시일 어셈블리(80)의 접합을 견고하게 할 수 있고, 시일부(88)에 있어서의 시일성을 향상시킨 쌍극형 전지(10)를 제공하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이 본 실시 형태에 따르면, 경화 반응 전의 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)와 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)를 접합하여 제작한 시일 어셈블리(80)를, 경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)에 접합시켜 집전체 어셈블리(90)를 제작하고 있다. 시일 어셈블리(80)를 제작하는 공정에 있어서, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)의 접합을, 제1 시일재(81)에 경화 반응이 발생하는 온도보다도 낮은 온도에 의해 가열하여 행한다. 이로 인해, 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)를 접합시키는 공정에 있어서, 제1 시일재(81)의 경화 반응을 충분히 진행시켜 접합을 행할 수 있다. 이에 의해, 수지 집전체(60)와 시일 어셈블리(80)의 접합을 견고하게 하여 쌍극형 전지(10)의 시일성을 향상시킬 수 있고, 쌍극형 전지(10)의 사이클 특성의 저하를 억제할 수 있다.
수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 수지 집전체(60)의 제2 면(62)에 시일 어셈블리(80)를 접합한 집전체 어셈블리(90)를 제작하고 있다. 수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 수지 집전체(60)의 제2 면(62)의 양면에 동시에 시일 어셈블리(80)를 접합시키고 있다. 이로 인해, 수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 수지 집전체(60)의 제2 면(62)에 따로따로 시일 어셈블리(80)를 접합시키는 작업을 행하는 경우에 비해, 쌍극형 전지(10)의 제조 공정수를 줄일 수 있어, 제조 효율을 향상시킬 수 있다. 적층체(40)를 형성할 때, 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60)가 일체화된 집전체 어셈블리(90)로서 취급할 수 있다. 시일재와 집전체를 별도로 준비하여 적층하는 경우에 비해, 작업을 간략화하여 행할 수 있다.
경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)와 시일 어셈블리(80)의 접합을 견고하게 할 수 있어, 시일부(88)에 있어서의 시일성을 향상시킨 쌍극형 전지(10)를 제공할 수 있다.
상술한 실시 형태는 적절하게 변경하는 것이 가능하다. 시일 어셈블리(80)의 형상이나, 시일 어셈블리(80)를 접합하는 위치는 실시 형태에 있어서 설명한 것으로 한정되는 것은 아니고, 제1 시일재의 경화 반응을 진행시켜 수지 집전체와의 접합을 행하는 것이 가능한 범위 내에 있어서, 적절하게 변경하는 것이 가능하다.
또한, 하기의 변형예에 나타내는 바와 같이, 시일 어셈블리(80)는 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)가 적층되어 이루어지는 2층을 적어도 갖고 있으면 좋고, 또한 복수의 시일재를 적층시킨 3층 이상의 다층 구조로 형성하는 것도 가능하다.
(변형예)
도 7a 내지 도 7c에는 전술한 실시 형태의 변형예를 도시한다. 본 변형예에 있어서는, 시일 어셈블리(80)를, 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)(제1층), 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)(제2층) 및 열경화성 수지로 이루어지는 제3 시일재(83)(제3층)의 3층 구조로 형성하고 있다. 이와 같은 점에 있어서, 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 적층한 2층 구조의 시일 어셈블리(80)를 이용하는 전술한 실시 형태와 상이하다. 전술한 실시 형태와 동일한 부재 및 동일한 공정에 대해서는, 그 설명을 일부 생략한다.
도 7a를 참조하여, 시일 어셈블리(80)는 제1 시일재(81), 제2 시일재(82), 제3 시일재(83)를 적층한 상태에서 가열하여 형성하고 있다.
가열 조건은 제1 시일재(81) 및 제3 시일재(83)의 경화 반응이 수％ 정도 진행되는 온도 및 시간으로 설정하고 있다.
적층한 상태에서 가열함으로써, 제1 시일재(81), 제2 시일재(82) 및 제3 시일재(83)가 연화되어, 인접하는 층끼리가 밀착한다. 밀착된 상태에서 제2 시일재(82)를 냉각하여 고화시키고 있다. 이에 의해, 제1 시일재(81)와 제3 시일재(83)가 제2 시일재(82)를 통해 접합한 상태로 된다.
도 7b를 참조하여, 수지 집전체(60)의 제1 면(61)에 3층 구조의 시일 어셈블리(80)를 접합시켜 집전체 어셈블리(90)를 제작한다. 시일 어셈블리(80)에 의해 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60) 사이를 시일시킨다.
도 7c를 참조하여, 집전체 어셈블리(90)에 세퍼레이터(70)를 겹쳐서 적층체(40)를 형성한다. 적층체(40)를 복수 적층시켜 전지 요소(20)를 형성한다.
적층한 후, 핫프레스기에 의해 가열을 행한다. 가열 조건은 제1 시일재(81) 및 제3 시일재(83)의 경화 반응을 충분히 진행시키는 것이 가능한 온도 및 시간으로 설정한다.
시일 어셈블리(80)의 제1 시일재(81)와 수지 집전체(60)를 접합시켜 시일을 행한다. 마찬가지로 하여, 시일 어셈블리(80)의 제3 시일재(83)와 인접하는 다른 수지 집전체(60)를 접합시켜 시일을 행한다. 전해질의 누설이나 휘발, 외부로부터의 물의 침입 등을 방지하는 시일부(88)를 형성시킨다.
열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재(82)는 수지 집전체(60)에 접합한 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)에 비해 신장되기 쉽다. 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 수지 집전체(60)가 팽창, 수축할 때, 제2 시일재(82)가 유연하게 변형됨으로써, 수지 집전체(60)로부터 제1 시일재(81)가 박리되는 것을 적절하게 방지하는 것이 가능하게 되어 있다.
본 변형예에 따르면, 수지 집전체(60)에 3층 구조의 시일 어셈블리(80)를 접합시키고 있으므로, 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81)(제1층)에 의해 하나의 수지 집전체(60)와의 접합을 행하면서, 열경화성 수지로 이루어지는 제3 시일재(83)(제3층)에 의해 하나의 수지 집전체(60)에 인접하는 다른 수지 집전체(60)와의 접합을 행하는 것이 가능해진다. 따라서, 2층 구조의 시일 어셈블리를 수지 집전체(60)의 제1 면(61) 및 제2 면(62)의 양면에 각각 접합시키는 실시 형태와 비교하여, 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재(81) 및 열경화성 수지로 이루어지는 제3 시일재(83)를 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체(60)에 접합시키므로, 시일 어셈블리(80)와 수지 집전체(60)의 접합력을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 수지 집전체(60) 사이의 시일성을 보다 향상시킬 수 있고, 사이클 특성의 저하를 적절하게 억제할 수 있다.
(실시예)
이하, 제1 시일재와 제2 시일재로 이루어지는 2층 구조의 시일 어셈블리를 사용한 쌍극형 전지에 관한 실시예를 설명한다. 실시예에 관한 쌍극형 전지는 이하와 같이 제조하였다.
<수지 집전체의 제작>
폴리이미드 등의 열경화성 수지 재료를 기재로 하였다. 기재에 아세틸렌 블랙 등의 도전조제를 혼합하였다. 그 후, 압출 성형법에 의해 박막화하여 직사각 형상으로 제작하였다.
<정극의 제작>
이하의 재료를 소정의 비로 혼합하여 정극 재료를 제작하였다.
정극 활물질로서, LiMn204(85wt％)를 사용하였다. 도전조제로서, 아세틸렌 블랙(5wt％)을 사용하였다. 바인더로서, PVDF(10wt％)를 사용하였다. 슬러리 점도 조정 용매로서, NMP를 사용하고, 이에 의해 도포를 위한 점도 조정을 실시하였다. 수지 집전체(60)의 편면에 상기의 슬러리를 도포하고, 건조시켜 정극(65)을 제작하였다.
<부극의 제작>
이하의 재료를 소정의 비로 혼합하여 부극 재료를 제작하였다.
정극 활물질로서, 하드 카본(85wt％)을 사용하였다. 도전조제로서, 아세틸렌 블랙(5wt％)을 사용하였다. 바인더로서, PVDF(10wt％)를 사용하였다. 슬러리 점도 조정 용매로서, NMP를 사용하고, 이에 의해 도포를 위한 점도 조정을 실시하였다. 수지 집전체(60)의 편면에 상기의 슬러리를 도포하고, 건조시켜 수지 집전체(60)의 제1 면(61)에 정극(65), 제2 면(62)에 부극(67)을 도포한 쌍극형 전극(50)을 완성시켰다.
<전해질 재료의 제작>
전해액으로서 폴리카보네이트와 에틸렌카보네이트를 1:1로 혼합하고, 리튬염에는 1MLiPF6(90wt％)를 사용하여 전해질 재료를 제작하였다.
<시일 어셈블리의 제작>
제1 시일재(81)에는 경화 반응 전의 열경화성 수지인 에폭시 수지를 사용하였다. 제2 시일재(82)에는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 혼합한 열가소성 수지를 사용하였다. 제1 시일재(81)와 제2 시일재(82)를 적층하고, 가열함으로써 2층 구조의 시일 어셈블리(80)를 제작하였다. 온도 조건을 80℃로 하고, 압력 조건을 0.2㎫로 하여 10초간 가열하였다.
<집전체 어셈블리의 제작>
정극(65) 및 부극(67)을 형성한 수지 집전체(60)에 시일 어셈블리(80)를 접합시켜, 집전체 어셈블리(90)를 제작하였다. 수지 집전체(60)의 4변(사방)의 외주를 따라서 시일 어셈블리(80)를 겹친 상태에서 가열하고, 제1 시일재(81)를 경화시켜 접합하였다. 온도 조건을 140℃로 하고, 압력 조건을 1.0㎫로 하여 15분간 가열하였다.
<시일부의 형성>
집전체 어셈블리(60)와 세퍼레이터(70)를 교대로 복수 적층하여 발전 요소(20)를 형성하였다. 수지 집전체(60)에 겹친 시일 어셈블리(80) 중, 3변에 열 프레스를 실시하였다. 열 프레스에 의해 시일 어셈블리(80)의 제2 시일재(82)끼리를 융착시켜 주머니 형상으로 시일하였다. 시일을 하지 않은 1변으로부터 전해질 재료를 주입하였다.
그 후, 나머지 1변을 열 프레스에 의해 융착시키고 시일하여 시일부(88)를 형성하였다. 제2 시일재(82)의 융착은 온도 조건을 200℃로 하고, 압력 조건을 0.2㎫로 하여 1분간 실시하였다.
<쌍극형 전지의 제작>
시일부(88)를 형성한 발전 요소에 A1판의 크기를 구비한 강전 집전판(57)을 접속시켰다. 강전 집전판(57)이 구비하는 인출부를, 발전 요소(20)의 투영면 외부로 인출하여 배치하였다. 강전 집전판(57)은 발전 요소(20)를 끼워 넣도록 최외층에 위치하는 수지 집전체(60a, 60b)의 각각에 접속시켰다.
발전 요소(20) 및 강전 집전판(57)을 알루미늄 라미네이트(55)에 의해 덮어 진공 밀폐하고, 발전 요소(20) 전체를 대기압에 의해 압박하였다. 강전 집전판(57)-발전 요소(20) 사이의 접촉이 가압에 의해 높아진 쌍극형 전지(10)를 완성시켰다.
다음에, 제조한 쌍극형 전지의 평가 시험에 대해 설명한다.
<쌍극형 전지의 평가 시험>
상기의 수순에 의해 제조한 쌍극형 전지(10)에 대해, 이하의 방법에 의해 성능 평가를 행하였다.
25℃의 분위기 하, 정전류 방식(CC, 전류:0.5C)으로 4.2V까지 충전하고, 10분간 중지시킨 후, 정전류 방식(CC, 전류 0.5C)으로 2.5V까지 방전하고, 방전 후 10분간 중지시켰다. 이 충방전 과정을 1사이클로 하여, 50사이클의 충방전 시험을 행하였다.
비교예로서, 열가소성 수지로 이루어지는 종래의 핫멜트 타입의 시일재를 이용한 시일 구조를 구비하는 쌍극형 전지를 준비하였다. 시일재 및 시일 구조 이외에는 본 실시예에 관한 공정과 동일한 수순에 의해 제작하였다. 비교예에 대해 상기의 충방전 시험을 실시하여, 본 실시예의 시험 결과와 비교 검토하였다.
본 실시예에 관한 쌍극형 전지(10)에 있어서는, 50사이클 후에 90％ 이상의 용량 유지율을 나타냈다. 한편, 비교예에 있어서는, 충방전 시험의 초기에 시일재의 박리에 의한 전해액의 누설이 발생하고, 방전 유지율이 현저하게 저하되었다. 본 실시예에 관한 쌍극형 전지(10)는 종래의 시일 구조를 구비하는 쌍극형 전지와 비교하여, 시일부(88)의 시일성이 향상되기 때문에, 사이클 특성이 향상된다고 하는 결과가 나타났다.
상술한 실시 형태 및 실시예를 통해 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시 형태 및 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 출원은 2010년 3월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2010-078740호에 기초하고 있고, 그 개시 내용은 참조에 의해 전체적으로 인용되어 있다.
10 : 쌍극형 전지
20 : 발전 요소
30 : 단전지층
40 : 적층체
50 : 쌍극형 전극
60 : 수지 집전체
60a, 60b : 최외층에 위치하는 수지 집전체
61 : 제1 면(한쪽의 면)
62 : 제2 면(다른 쪽의 면)
63 : 외주부
65 : 정극(전극)
67 : 부극(전극)
70 : 세퍼레이터
80 : 시일 어셈블리
81 : 제1 시일재
82 : 제2 시일재
83 : 제3 시일재
85 : 시일 구조
88 : 시일부
90 : 집전체 어셈블리

Claims (6)

  1. 경화 반응 전의 열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재와 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재를 적어도 적층하는 공정과,
    상기 제1 시일재의 경화 반응이 발생하는 온도보다도 낮은 온도에 의해 상기 제1 시일재 및 상기 제2 시일재를 가열하고, 상기 제1 시일재와 상기 제2 시일재를 접합시켜, 시일 어셈블리를 제작하는 공정과,
    경화 반응 후의 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체에 있어서 전극이 형성된 면의 외주부에 상기 제1 시일재를 마주 보게 하여, 상기 시일 어셈블리를 겹치는 공정과,
    상기 제1 시일재의 경화 반응이 발생하는 온도에 의해 상기 시일 어셈블리 및 상기 수지 집전체를 가열하고, 상기 시일 어셈블리의 상기 제1 시일재를 상기 수지 집전체에 접합시켜, 상기 시일 어셈블리와 상기 수지 집전체 사이를 시일한 집전체 어셈블리를 제작하는 공정을 포함하는, 쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시일 어셈블리를 겹치는 공정에 있어서, 상기 수지 집전체에 있어서 정극이 형성된 한쪽의 면의 외주부 및 부극이 형성된 다른 쪽의 면의 외주부의 각각에, 상기 시일 어셈블리를 겹치고,
    상기 집전체 어셈블리를 제작하는 공정에 있어서, 상기 수지 집전체의 상기 한쪽의 면 및 상기 다른 쪽의 면의 각각에, 상기 시일 어셈블리의 상기 제1 시일재를 접합시키는, 쌍극형 전지의 시일 구조의 제조 방법.
  3. 제2항에 기재된 방법에 의해 제작된 집전체 어셈블리에, 전해질이 침투하는 다공질 형상의 세퍼레이터를 겹쳐서 적층체를 형성하는 공정과,
    복수의 상기 적층체를, 상기 제2 시일재끼리를 마주 보게 하여 적층하는 공정과,
    상기 제2 시일재의 융점보다도 높은 온도에 의해 상기 시일 어셈블리 및 상기 수지 집전체를 가열하여, 상기 제2 시일재끼리를 융착시키는 공정을 포함하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
  4. 열경화성 수지를 포함하는 수지 집전체와,
    열경화성 수지로 이루어지는 제1 시일재와 열가소성 수지로 이루어지는 제2 시일재를 접합하여 형성된 시일 어셈블리를 갖고,
    상기 수지 집전체에 상기 시일 어셈블리의 상기 제1 시일재가 접합되고, 상기 시일 어셈블리와 상기 수지 집전체 사이가 시일된, 쌍극형 전지의 시일 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수지 집전체에 있어서 정극이 형성된 한쪽의 면 및 부극이 형성된 다른 쪽의 면의 각각에, 상기 제1 시일재를 통해 상기 시일 어셈블리가 각각 접합된, 쌍극형 전지의 시일 구조.
  6. 제5항에 기재된 시일 구조를 갖는 쌍극형 전지이며,
    상기 수지 집전체에 전해질이 침투하는 다공질 형상의 세퍼레이터를 겹친 적층체와,
    복수의 상기 적층체를, 상기 제2 시일재끼리를 마주 보게 하여 적층시킨 발전 요소를 갖고,
    상기 제2 시일재끼리가 융착하여 시일된, 쌍극형 전지.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2993710B1 (fr) * 2012-07-17 2014-08-15 Commissariat Energie Atomique Batterie li-ion bipolaire a etancheite amelioree et procede de realisation associe
CN104823314B (zh) * 2012-11-22 2017-11-28 株式会社钟化 双极型锂离子二次电池用集电体以及双极型锂离子二次电池
FR3006116B1 (fr) * 2013-05-21 2015-06-26 Commissariat Energie Atomique Batterie li-on bipolaire a etancheite amelioree et procede de realisation associe.
JP6567260B2 (ja) 2013-09-26 2019-08-28 株式会社半導体エネルギー研究所 二次電池
JP6601217B2 (ja) * 2013-12-02 2019-11-06 デクセリアルズ株式会社 イオン伝導膜、ポリマー素子、電子機器、カメラモジュールおよび撮像装置
KR102443793B1 (ko) * 2014-04-18 2022-09-19 유비이 가부시키가이샤 전극의 제조 방법
JP6579694B2 (ja) * 2015-06-30 2019-09-25 日産自動車株式会社 二次電池
JP6659254B2 (ja) * 2015-06-30 2020-03-04 日産自動車株式会社 二次電池およびその製造方法
CN105390629A (zh) * 2015-10-28 2016-03-09 广东烛光新能源科技有限公司 一种电化学电池及其制备方法
CN107946597A (zh) * 2017-10-22 2018-04-20 北京卫蓝新能源科技有限公司 一种高分子膜集流体及锂离子电池
JP6888516B2 (ja) * 2017-10-24 2021-06-16 株式会社豊田自動織機 蓄電モジュール
DE102018201693A1 (de) * 2018-02-05 2019-08-08 Thyssenkrupp Ag Bipolarbatteriezellen-Stapel und Verfahren zu seiner Herstellung
JP7024492B2 (ja) * 2018-02-22 2022-02-24 株式会社豊田自動織機 蓄電装置の製造方法
JP7209475B2 (ja) * 2018-04-09 2023-01-20 日産自動車株式会社 電池の製造方法
JP7085127B2 (ja) * 2018-05-30 2022-06-16 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
CN112154561A (zh) 2018-05-30 2020-12-29 罗伯特·博世有限公司 包括具有由支撑框架支撑的边缘绝缘装置的双极电池单元的电池
DE112019004787T5 (de) * 2018-09-25 2021-09-09 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Leistungsspeichermodul und Herstellungsverfahren dafür
DE102020004787A1 (de) 2020-07-16 2022-01-20 Michael Roscher Bipolarbatterie mit Dichtungssystem
US20230416456A1 (en) * 2021-02-25 2023-12-28 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Resin composition, coating film using same, and electrolyte

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4135473B2 (ja) * 2002-11-07 2008-08-20 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
JP4042613B2 (ja) * 2003-04-14 2008-02-06 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
JP5098150B2 (ja) 2004-12-07 2012-12-12 日産自動車株式会社 バイポーラ電池およびその製造方法
JP4635589B2 (ja) * 2004-12-08 2011-02-23 日産自動車株式会社 バイポーラ電池、組電池、複合電池およびこれらを搭載した車両
US8076021B2 (en) * 2004-12-10 2011-12-13 Nissan Motor Co., Ltd. Bipolar battery
JP4956777B2 (ja) * 2005-10-24 2012-06-20 日産自動車株式会社 バイポーラ電池、組電池及びそれらの電池を搭載した車両
JP2008097940A (ja) * 2006-10-10 2008-04-24 Nissan Motor Co Ltd 双極型二次電池
EP2116360A1 (en) * 2008-05-09 2009-11-11 Quatee AS Method for combination of a thermoset composite and a thermoplastic for edge sealing of distinct forms
JP5326450B2 (ja) * 2008-09-12 2013-10-30 日産自動車株式会社 電極およびその製造方法
JP2010078740A (ja) 2008-09-25 2010-04-08 Fujitaka Kogyo:Kk 廃棄紙再生用の処理装置

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