KR20120068815A

KR20120068815A - 박형 배터리의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120068815A
Application number: KR1020127001906A
Authority: KR
Inventors: 쇼우준 리
Original assignee: 엔퓨셀 엘티디
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2012-06-27
Also published as: WO2010149850A1; EP2446496A1; CN102576880A; EP2446496A4; JP2012531023A; US20120208071A1; FI20095728A0

Abstract

본 발명은 박형 배터리의 제조에 관한 것이다. 신속하고 단순한 제조 공정을 성취하기 위하여, 본 방법은 각각의 상부에 도포된 다중 물질 층으로 이루어져 있으며, 층들은 상호간에 정렬되고 박형 배터리에 사용하기 위한 크기인, 음극 반쪽 전지를 포함하는 음극 웹을 사용하는 단계(A,B,C,D,E), 각각의 상부에 도포된 다중 물질 층으로 이루어져 있으며, 층들은 상호간에 정렬되고 박형 배터리에 사용하기 위한 크기인, 양극 반쪽 전지를 포함하는 양극 웹을 사용하는 단계(F,G,H,I,J), 상기 음극 웹과 상기 양극 웹을 상호간에 미리 결정된 위치에 정렬시키는 단계, 및 상기 음극 웹(K)과 상기 양극 웹을 서로 접촉시켜, 박형 배터리의 제조를 위하여 상기 음극 반쪽 전지를 대응하는 양극 반쪽 전지에 접착시키는 단계(K)를 포함한다.

Description

박형 배터리의 제조 방법{A METHOD OF PRODUCING THIN BATTERIES}

본 발명은 박형 배터리, 다시 말해서 배터리의 성능에 영향을 주지 않으면서 어느 정도 구부릴 수 있는 박형이고 가요성인 배터리 (thin and flexible batteries)의 제조에 관한 것이다.

박형 배터리는 층들이 미리 결정된 위치로 상호간에 정렬되도록 서로의 상부에 배열된 다수의 물질층들을 포함한다. 박형 배터리 내에서 한 층에서 다른 층으로의 전기적 단락을 피하기 위하여, 배터리의 층들을 의도한 위치에 배열하는 것이 중요하다. 미리 결정되고 의도된 위치로 물질층들을 상호간에 정렬하는 것에 대한 다른 이유는 배터리 성능의 균일성을 보장하고 박형 배터리의 균일한 외관을 보장하는 것이다.

배터리의 층들을 미리 결정된 형태 및 크기로 절단하는 박형 배터리의 제조 방법은 이미 존재한다. 절단 단계 후, 절달된 조각들을 박형 배터리내의 목적하는 위치에 배치하고 배터리의 층들을 서로 접착시킨다.

상기 언급한 제조 방법에는 몇 가지 문제점이 있는데, 이에 기해 현재의 제조 방법은 복잡하고 느리다.

첫번째 문제는 목적하는 위치에 층들을 상호간에 정렬시키기 어렵다는 것이다. 실제로, 정렬시켜 조립할 조각들의 크기가 작아 그 조각들을 배터리내의 정확한 위치에 배치하는 것이 어렵다.

두번째 문제는 이들 별개의 작은 조각들을 미리 결정된 위치로 어떻게 비용경제적이면서도 정확하게 운반하는가이다.

세번째로, 물질층들을 미리 결정하고 의도한 위치로 상호간에 정렬하는 공정에 수많은 문제점이 있기 때문에 현재 배터리 성능의 균일성 및 박형 배터리의 외관의 균일성이 보장되지 않는다.

본 발명의 목적은 상기 언급한 문제점들을 해결하는 것과 종래 기술의 해결방안보다 덜 복잡하면서도 더욱 효과적인 박형 배터리의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 상기 제조 방법으로 제조된 박형 배터리에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 독립항 1의 방법, 독립항 12의 박형 배터리 및 독립항 13의 장치에 의해 달성된다.

본 발명에서는, 음극 반쪽 전지 (anode half cell)를 포함하는 음극 웹 (anode web)과 양극 반쪽 전지 (cathod half cell)를 포함하는 양극 웹 (cathode web)이 박형 배터리의 제조에 이용된다. 이들 두 개의 웹을 정렬시키고 서로 접촉시켜 박형 배터리를 제조할 수 있다. 또한, 이들 웹은 둘 다 각각의 웹상에 물질층을 도포하여 개별적으로 제조하여 박형 배터리의 각각의 부분으로, 즉, 박형 배터리의 음극과 양극, 즉, 음극 및 양극 반쪽 전지로 두 개의 웹을 제조할 수 있다. 그러한 제조방법은 필수적인 층을 각각의 웹에 직접 도포하여, 웹에 부착된 상태로, 후에 목적하는 형태로 절단할 수 있기 때문에, 서로에 대해 각각의 조각을 정렬할 필요가 없도록 만든다. 이는 제조 공정을 단순화시키며, 단일 박형 배터리를 생산하는데 필요한 시간을 단축시킨다.

본 발명의 바람직한 양태는 종속항들에 개시되어 있다.

이하, 일례로서 첨부되는 도면을 참고로 하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 및 도 2는 박형 배터리의 물질층을 설명한다.
도 3은 박형 배터리의 제조 방법을 설명하는 분해도이다.
도 4는 음극을 갖는 웹의 생산을 설명하는 웹 라인이다.
도 5는 양극 반쪽 전지의 생산을 설명하는 웹 라인이다.
도 6은 음극과 양극을 함께 적층시키는 방법을 설명하는 웹 라인이다.

도 1 및 도 2는 박형 배터리의 물질층을 설명한다. 이들 도면은 일정한 비율로 된 것이 아니며 층의 두께는 물질층의 실제적인 두께를 반영하고자 함이 아니다. 박형 배터리의 전체 두께는 3 mm 보다 작으며, 전형적으로 0.3 내지 1.0 mm, 더욱 전형적으로는 0.6 내지 0.8 mm이다.

배터리 밀봉

도 1 및 도 2에서 제1 커버층(1)을 최상부층으로 배열하고 제2 커버층(2)을 최하부층으로 배열한다. 여기서, 일례로서, 제1 물질층(1) 및 제2 물질층(2)이 박형 배터리의 최외부층이고, 이들 층이 접착제층에 의해 서로 접착되어 박형 배터리의 내부를 보호하고 배터리를 원피스 (one piece)로 유지하는 것으로 간주된다. 그러나, 어플리케이션 웹 (application webs)과 같은 자연적인 추가의 층을 상기 층(1)과 층(2) 위에서 박형 배터리에 부착시킬 수 있다. 상기 어플리케이션 웹은 예를 들어 RFID (Radio Frequency Indentifyer) 태그 또는 기타 전자 부품, 예로서 센서 또는 데이타 로거 (data loggers)를 전달할 수 있다.

음극 및 양극

음극 물질(anode material; 4)을 접착제층(3) (도 2에는 나타나 있지 않음)에 의해 제1 커버층(1)에 접착시킨다. 제1 분리막층(5)을 음극 물질(4)과 전해질 결합제(6) 사이에 배열시킨다. 도면에서, 제2 분리막층(7)은 전해질 결합제(6) 아래 그리고 양극 물질(cathode material; 8) 위에 배열되어 있다. 마지막으로, 양극 집전체 물질(9)을 제2 커버 물질(2)와 양극 물질(8) 사이에 배열시킨다.

단자 ( terminals )

배터리 단자 (battery terminals)를 제조하기 위하여, 2개의 단자 홀 (terminal holes) (10)과 (11)을 제1 커버층(1)과 접착제층(3)에 만들었다. 제1 홀(10)은 음극 물질(4) 위에 배치되며, 제1의 배터리 극 (pole)으로 작용한다. 도 2의 층(4), (5) 및 (7)로 설명된 절단 외부 (cut outs; 12), 및 더 작은 크기의 층(6) 및 (8)로 인하여, 제2 단자 홀(11)은 양극 집전체 물질(9)를 겹치도록 배치되며, 이는 제2의 배터리 극으로 작용한다.

분리막의 크기 및 전해질 결합제

도 1에는 제1 (5) 및 제2 (7)의 분리막층들 중 하나 또는 둘 다가 약간 더 길게/더 크게, 즉 이들 사이에 있는 둘러싸는 층 및 전해질 결합제(6)보다 더 큰 표면적을 갖고 있어, 박형 배터리의 음극과 양극 (면들)간의 전기적 접촉을 효과적으로 방지하도록 나타나 있다. 그러나, 이는 물질층이 미리 결정된 위치로 충분한 정확도를 가지고 상호간에 정렬될 수 있는 경우의 모든 양태에서 필수적인 것은 아니다.

도 3은 박형 배터리의 제조 방법을 설명하는 분해도이다. 하기에서 음극 반쪽 전지 웹의 생산을 먼저 설명하지만, 실제로는, 양극 반쪽 전지 웹의 생산으로 개시하거나, 동시에 두 웹을 생산할 수 있다.

제1 분리막(5) 층은 예를 들어, 롤로부터 풀려나오는, 종이 또는 중합체 필름(polymer films)으로 이루어질 수 있다.

방법 단계 A에서, 도 3에서 상부 표면인, 제1면(13)에 바니쉬, 라커 또는 실리콘 또는 이들의 배합물일 수 있는 접착성 이형제(adhesive release agent) (도면에는 나타나 있지 않음)를 제공한다. 상기 접착성 이형제를 제1 분리막층(5)의 제1면(13) 위에 예를 들어, 인쇄, 코팅, 스프레이 또는 브러슁으로 도포할 수 있다. 접착성 이형제를 배열시켜 음극(4)용으로 예약된 면적을 제외하고, 제1면(13)을 실질적으로 전면 커버한다. 분리막(5)의 접착성 이형제 커버된 면적 - 이후 스크랩 부분 - 은 이형 라이너 (release liner)로 작용한다.

방법 단계 B에서 음극 물질(4)을 상기 제1 분리막층(5)의 제1면(13)의 제1 면 위에 도포하는데, 이들 면적에는 음극(4) 용으로 예약되어 있는, 접착성 이형제로 커버되지 않은 면적이 있다. 음극 물질은 예를 들어, 아연 분말, 결합제 물질 및 탄소를 함유하는 음극 잉크로 이루어질 수 있다. 음극 잉크는 예를 들어 인쇄에 의해 도포할 수 있다. 도포 후 음극 물질(4)을 건조시킨다.

방법 단계 C에서는 롤로부터 풀려나온 연속 웹일 수 있는, 제1 커버층(1)을 사용한다. 상기 제1 커버층(1)의 물질은 예를 들어, PP (폴리프로필렌) 또는 PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트) 또는 MPET (금속화된 폴리에틸렌 테레프탈레이트)일 수 있다. 그러한 경우 박형 배터리의 내부가 환경으로부터 효율적으로 밀봉된다. 상기 롤 상의 커버층(1)에 접착제층(3) (도 3에서 이의 하부 표면 위에)이 제공될 수 있다. 또는, 상기 제1 커버층을 롤로부터 풀어낸 후 접착제층(3)을 도포할 수 있다. 접착제층(3)은 예를 들어, 아크릴계 글루 (acrylic glue) 또는 고무 글루 (rubber glue)로 이루어질 수 있다. 접착제층(3)이 있는 커버층(1)을, 제1 커버층(1)의 접착제가 음극 물질(4) (이는 상기 제1 분막리층에 접착되어 있다)에 접착되도록, 제1 분리막층(5)에 접착된다. 이 단계에서 제1 분리막층(5)의 제1면(13) 위의 접착성 이형제는 접착제층(3)이, 접착성 이형제와, 이형 라이너를 형성하는, 상기 분리막층(5)의, 이후의 스크랩 부분이 존재하는 면적중의 제1 분리막층(5)에 강력하게 부착되는 것을 방지한다.

단계 D에서 상기 제1 분리막층(5)에 제1 분리막층(5)의 제2의 면(14)의 방향으부터의 절단부(15)가 제공되며, 이는 도 3에서 제1 분리막층(5)의 기저면이다. 절단부(15)는 제1 분리막층(5)을 통하여 관통하며, 가능하게는 제1 분리막층(5)의 제1면(13) 위에 위치하는 접착성 이형제를 통하여, 그러나, 접착제층(3) 까지 보다는 더 깊지 않게 관통한다. 상기 절단부는 하나의 음극의 음극 물질(4)를 포함하는 음극 반쪽 전지의 범위를 정하도록 배열된다. 실제로 절단부(15)가 배열된 다음 음극(4)의 외부 경계면이 배열된다.

단계 E에서 제1 분리막층(5)의 스크랩 부분 (scrap part)은 상기 스크랩 부분을 음극 반쪽 전지가 접착되어 있는 제1 커버층(1)과 다른 방향으로 끌어당겨 제거한다. 접착제층(3)이 상기 제1 분리막층에 강력하는 접착되는 것을 방지한 접착성 이형제로 인하여 제거가 용이하다. 스크랩 부분을 제거하기 전에 웹을 가열하면 제거가 용이할 수 있다. 실제로 이형 라이너를 형성하는, 접착성 이형제가 도포되어 있는 (범위가 정해진 음극 물질(4) 부분을 제외하고 모두) 제1 분리막층(5)의 전체 부분이 실질적으로 하나의 부분으로 제거된다.

단계 E 다음으로, 음극 반쪽 전지가 있는 웹, 즉, 음극을 마무리하였다. 이 웹을 양극 반쪽 전지가 있는 웹에 접착시키기 위하여 직접 사용하는 경우, 추가적인 수단은 필요하지 않다. 그러나, 양극 반쪽 전지가 있는 웹으로의 접착을 즉시 수행하지 않는 경우, 및 음극 반쪽 전지가 있는 웹 대신 중간 보관을 위하여 다시 권취시킬 필요가 있는 경우, 음극 반쪽 전지가 있는 웹을 이형 라이너와 접촉하도록 할 수 있다. 그러한 경우, 이형 라이너가 도 3에서 제1 커버층(1)의 기저표면에 위치하는 접착제층(3)을 커버한다. 일단 롤로부터 끌어당긴 후, 상기 이형 라이너를 제거하여 접착제층(3)이 드러나 양극 반쪽 전지가 있는 웹에 접착용으로 사용될 수 있도록 할 수 있다.

단계 F에서 양극이 있는 웹, 즉, 양극 반쪽 전지의 생산이 개시된다. 이 실시예에서 제2 커버층(2)는 예를 들어, 롤로부터 이를 풀어서 (unwinding) 사용한다. 상기 제2 커버층(2)의 물질은 예를 들어, PP (폴리프로필렌) 또는 PET (폴리에틸렌 테레프탈레이트)일 수 있다. 그러한 경우, 박형 배터리의 내부가 환경으로부터 효과적으로 밀봉된다. 제2 커버층(2)의 제1면(16)에는 양극용으로 예약된 면적 상에 양극 집전체 물질(9)이 제공된다. 상기 제1면(16)이 도 3에서는 위쪽으로 향하고 있으며 양극용으로 예약된 면적에는 도 3에서 양극 집전체 물질(9)가 제공되어 있다. 양극 집전체 물질(9)은 예를 들어 인쇄에 의해 도포된, 전도성 잉크, 예를 들어 카본 잉크 또는 실버 잉크, 또는 기타 전도성 물질로 이루어질 수 있다.

단계 G에서 양극 물질(8)은 상기 양극 집전체 물질(9) 위에 배열된다. 양극 물질(8)의 크기와 형태는 양극 집전체 물질(9)와 비교하고 도 3에도 나타낸 바와 같이 상이하다. 이는 양극 집전체 물질(9)이 도 1과 관련하여 설명된 바와 같이, 박형 배터리의 제2의 극으로 작용할 수 있도록 한다. 양극 물질(8)은 예를 들어, 인쇄에 의해 도포되는, MnO₂를 함유하는 양극 페이스트, 전해질 및 첨가제로 이루어질 수 있다. 또한 다른 타입의 도포 방법이 음극 생산과 관련하여 설명된 바와 같이 가능하다.

단계 H에서 제2 분리막층(7)은 예를 들어, 롤로부터 이를 끌어당겨 사용한다. 제2 분리막층(7)은 예를 들어, 종이로 이루어질 수 있다. 전해질 결합제(6)는 상기 제2 분리막층(7)의 제1면(17)의 미리 결정된 결합제 면적상에 도포된다. 도 3에서 상기 제1면(17)은 위로 향해 있다. 전해질 결합제(6)는 예를 들어, 염화아연 (ZnCl₂), 물, 결합제 및 목적하는 첨가제를 함유할 수 있으며, 이는 예를 들어, 인쇄에 의해 제2의 분리막층 위에 도포될 수 있다.

단계 I에서 제2의 커버층(2)과 제2의 분리막층(7)을 미리 결정된 상호 위치에 정렬시켜 제2 커버층(2)의 제1면(16)이 상기 제2 분리막층(7)의 제2면(18)과 대면하는 위치에서 양극 물질(8)에 의해 서로 이들이 접착되도록 서로 접촉시킨다. 도 3에서 상기 제2 분리막층의 제2면(18)은 아래쪽으로 향하고 있다. 이런 정렬로 인하여, 양극 물질(8)은 전해질 결합제(6) 면적으로서 대응하는 위치이지만, 제2 분리막층(7)의 반대면상에 위치한다.

단계 J에서 제2 분리막층의 제1면(17)으로부터 제2 분리막층(7)을 통하여 절단부가 생성된다. 이들 절단부가 생성되어 단계 H 중 전해질 결합제(6)가 인쇄된 제2 분리막층(7)의 면적의 범위가 정해진다. 절단부는 제2 분리막층(7)을 통하여 관통하지만 제2 분리막층 보다 실질적으로 더 깊지는 않다. 이와 관련하여 문장 "실질적으로 더 깊지 않게"는 절단 도구, 예를 들어, 제2 분리막층(7)의 두께 보다 약간 더 긴, 플레이트를 사용할 수 있지만, 추가의 층이 절단부에 의해 관통되지 않음을 명확히 하기 위함이다.

단계 K에서 제2 분리막층(7)의 스크랩 부분은 이를 제2 커버층(2)과 다른 방향으로 끌어당김으로써 제거된다. 절단부가 양극, 즉, 양극 집전체 물질(9), 양극 물질(8), 전해질 결합제(6) 및 제2 분리막층(7)의 일부를 포함하는 양극 반쪽 전지의 범위를 정함에 따라, 상기 분리막층(7)의 스크랩 부분은 더이상 상기 생성된 양극 반쪽 전지에 접착되지 않는다. 이 단계 후, 양극 웹은 상기 웹이 상호간에 미리 결정된 위치로 정렬되도록 음극 웹과 접촉할 준비가 되어 있다.

박형 배터리 내부에는 양극 반쪽 전지의 전해질 결합제(6)가 음극 반쪽 전지의 제1 분리막층(5)의 제2면 (표면 14)에 접착된다. 또한, 제1 커버층(1) 상의 접착제층(3)은 제2 커버층(2)에 접착되어 배터리의 외부 환경으로부터 박형 배터리의 내부가 밀봉되도록 한다.

도 4는 음극이 있는 웹의 생산을 설명한다. 도 4에 나타낸 장치를 사용하여 도 3와 관련하여 설명된 바와 같은 방법으로 음극을 제조할 수 있다.

분리막층(5)는 롤(19)로부터 풀려나와 접착성 이형제를 제1 분리막층(5)의 제1면(13) 위에 도포하는 접착성 이형제 인쇄 장치(20)로 향한다. 건조기(21)를 사용하여 상기 접착성 이형제를 건조시킨다. 접착성 이형제를 여러개 연속층으로 사용하여 층들이 각각 연속적으로 도포되어 건조될 수도 있다.

건조시킨 후 웹을 음극 잉크 인쇄 장치(22)로 공급하는데 이 장치는 음극 물질(4)을 음극용으로 예약되어 있으며, 접착성 이형제가 인쇄되어 있지 않은, 제1 분리막층(5)의 면적에 도포한다. 건조기(23)를 사용하여 음극 물질(4)을 건조시킨다.

이 실시예에서는 제1 커버층(1)에 먼저 접착제층(3)이 제공되고, 롤상에 제1 커버층(1)이 웹으로 보관될 수 있도록 하기 위하여, 이형 라이너, 예를 들어, 실리콘 종이를 접착시켜 접착제층을 커버하는 것으로 간주된다. 상기 웹을 롤로부터 풀어내 홀펀치(hole punch; 24)로 보내고, 홀펀치는 제1 커버층(1)과 접착제층(3) 위에 단자홀(terminal hole; 10)을 뚫는다. 이후 상기 이형 라이너를 가이딩롤 (guiding roll; 25)로 제거하고 이형 라이너를 롤(26)에, 즉, 이형 라이너 재권취기(release liner rewinder; 26)에 다시 귄취시킨다.

접착제층(3)이 있는 제1 커버층(1)과 접착성 이형제가 있는 분리막층(5)를 서로 합하여 적층기(27)를 사용하여 서로 접착시킨다. 적층기(27)는 절단부가 있는 음극의 범위를 정하기 위하여 분리막층(5)에 절단부를 생성시키는 절단 플레이트(cutting plate; 29)가 있는 롤(28)을 포함한다. 롤(28)과 절단 플레이트(29)의 확대된 정면도가 도 4에서 점으로 표시된 타원으로 제시되어 있다. 이 실시예에서는 절단 플레이트(29)는 일반적으로 직사각형의 형태를 갖지만, 코너로부터 제거된 조각의 경우 (도 2에서 참고 번호 12로 표시된 바와 같이), 제1 분리막층(5)에 대해 바람직한 형태를 생산하기 위하여, 일단 절단 플레이트가 분리막층(5)를 통하여 관통하는 것으로 추정된다. 그 결과 절단 플레이트가 분리막(5)과 접착성 이형제에 돌출부를 형성하는, 일종의 키스 절단(kiss cutting)이 된다. 그러나, 이런 키스 절단은 제1 분리막층(5) 외의 다른 물질층을 절단하지 않고 수행된다.

상기 생성된 절단부에 의해 음극 반쪽 전지로부터 제한된, 분리막층(5)의 스크랩 부분(46)이 음극 웹으로부터 분리되어 적층기(27)를 거친 후 스크랩 재권취기(45)로 향하게 된다.

적층기(27) 후 음극 웹은 양극 웹과 함께 즉시 사용되게 되어 박형 배터리가 생산된다. 그러나, 음극 웹의 중간 보관이 필요한 경우, 새로운 이형 라이너를 이형 라이너 풀어내기(release liner unwinder; 30)로부터 풀어내어 상기 음극 웹에 접착시켜 달리 노출될 수 있는 접착제층(3)을 커버할 수 있다. 이후 새로운 이형 라이너가 있는 음극 웹을 음극 재권취기(31)에 다시 권취시킬 수 있다.

도 5는 양극이 있는 웹, 즉, 양극 반쪽 전지의 생산을 설명한다. 도 5에 나타낸 장치는 도 3과 관련하여 설명한 바와 같은 방법으로 양극 반쪽 전지를 생산하고 도 4와 관련하여 설명한 바와 같은 장치를 사용하여 생산된 음극 웹과 함께 사용하기 위하여 사용될 수 있다.

제2 커버층(2)을 롤(32)로부터 풀어내 인쇄 장치(33)로 향하게 하는데 인쇄 장치는 양극 집전체 물질(9)을 제2 커버층(2)의 제1면(16) 위에 도포시킨다. 건조기(34)를 사용하여 양극 집전체 물질(9)을 신속하게 건조시킨다. 건조 후 양극 집전체 웹을 양극 집전체 재권취기(47)에 다시 권취시킨다.

도 6은 음극과 양극 집전체를 함께 적층시키는 방법을 나타낸 것으로, 즉, 도 6는 박형 배터리 제조 방법의 최종 단계를 나타낸다. 이후 웹 운반 양극 집전체를 재권취기(47)로부터 풀어내어 인쇄에 의해 양극 물질(8)을 양극 집전체 물질(9) 위에 도포하는 장치(35)로 향하게 한다.

제2 분리막층(7)을 제2 분리막 풀어내기 (unwinder; 36)로부터 풀어내어 전해질 결합제 인쇄기(37)로 향하도록 하는데, 전해질 결합제 인쇄기에서는 전해질 결합제(6)가 제2 분리막층(7)의 표면(17)에 인쇄된다.

양극 집전체 물질(9)과 양극 물질(8)이 있는 제2 커버층(2)와, 전해질 결합제(6)가 있는 제2 분리막(6)을 합하여 다이 절단기 (die cutter; 38)를 사용하여 서로 접착시킨다. 상기 다이 절단기(38)는 또한 도 4와 관련하여 상기 설명된 바와 같은 절단 플레이트(29)가 있는 유사한 롤(28)을 포함한다. 따라서, 제2 분리막층(7)에 절단부가 제공되어 양극, 즉, 절단부가 있는 양극 반쪽 전지의 범위가 정해지도록 키스 절단(kiss cutting) 형태가 적용된다. 제2 분리막층(7)의 스크랩 부분(48)이 롤(39)로 제거된다. 이후, 양극 웹은 음극 웹에 연결될 준비가 된다.

본 실시예에서는 음극 웹에 롤 (31)로부터 풀려나온다. 이어서 상기 웹은 제2 이형 라이너를 이형 라이너 재권취기 (41)로 제거하는 가이딩 롤(40)으로 향하게 된다. 도 6에서 이 부분의 장치는 음극 웹이 어떠한 중간 보관도 필요없이 양극 웹과 동시에 생산되는 경우 자연적으로 필수적이지 않게 된다. 음극 웹과 양극 웹은 적층기(43)에서 함께 적층된다.

최종적으로, 도 6에서 박형 배터리가 있는 생산된 웹은 배터리 웹 재권취기(44)에서 다시 권취된다. 이 방법으로 박형 배터리의 전체 롤은 경우에 따라, 상기 박형 배터리를 추가로 연속 웹으로, 예를 들어, 박형 배터리를 상기 웹으로부터 자동적으로 절단하여 이들을 제품으로 장착시키는 장치로 처리하는 것을 원하는 소비자에게 운반될 수 있다. 달리, 웹을 롤에 말아올리는 대신, 박형 배터리가 서로 분리되도록 박형 배터리 사이의 웹을 절단하는 절단 장치를 사용할 수 있다. 이 방법으로 단일, 즉, 각각의 박형 배터리가 추가 처리용으로 수득된다.

상기 설명에서, 상이한 층의 물질은 박형 배터리의 상이한 층에 사용되는 재료가 당해 분야로부터 공지된 바와 같이, 일례로 표시된 것이다. 자연적으로 박형 배터리에 사용하기에 적합한 다른 재료가 언급된 재료 대신 또는 언급된 재료 외에 사용될 수 있다.

상기 설명에서, 상이한 웹이 서로 상호간에 미리 결정된 위치로 정렬된다고 언급한 바 있다. 그러한 정렬은

- 음극 물질(4)이 있는 제1 분리막층(5)과 제1 커버층(1),

- 전해질 결합제(6)가 있는 제2 분리막층(7)과 양극 집전체 물질(9) 및 양극 물질(8)이 있는 제2 커버층(2), 및

- 음극 웹과 양극 웹에 대해 수행된다.

상기 언급한 정렬 공정에서는 자동 검출기를 사용할 수 있는데, 이는 정렬 마크 또는 각각의 웹상에 특정 물질을 갖는 면적을 모니터한다. 도 6에 참고 번호 42로 일례로 표시된 바와 같은, 그러한 자동 검출기는 예를 들어, 광학적 또는 초음파 검출기일 수 있다.

상기 설명 및 동반되는 도면들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 본 발명이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 변화되고 개량될 수 있음은 당해 기술 분야의 숙련가에게 자명할 것이다.

1: 제1 커버층 11: 제2 단자홀
2: 제2 커버층 12: 절단 외부 (cut outs)
3: 접착제층 13: 제1 분리막층(5)의 제1면
4: 음극 물질 14: 제1 분리막층(5)의 제2면
5: 제1 분리막층 15: 절단부 (cuts)
6: 전해질 결합제 16: 제2 커버층의 제1면
7: 제2 분리막층 17: 제2 분리막층(7)의 제1면
8: 양극 물질 18: 제2 분리막층의 제2면
9: 양극 집전체 물질 19: 롤
10: 제1 단자홀(terminal holes)20: 인쇄 장치
21: 건조기
22: 음극 잉크 인쇄 장치
23: 건조기
24: 홀펀치 (hole punch)
25: 가이딩롤(guiding roll)
26: 이형 라이너 재권취기 (release liner rewinder)
27: 적층기
28: 롤
29: 절단 플레이트 (cutting plate)
30: 이형 라이너 풀어내기 (release liner unwinder)
31: 음극 재권취기
32: 롤
33: 인쇄장치
34: 건조기
35: 도포 장치
36: 제2 분리막 풀어내기
37: 전해질 결합제 인쇄기
38: 다이 절단기 (die cutter)
39: 롤
40: 가이딩 롤
41: 이형 라이너 재권취기
42: 자동 검출기
43: 적층기
44: 배터리 웹 재권취기
45: 스크랩 재권취기
46: 스크랩 부분 (scrap part)
47: 양극 집전체 재권취기
48: 스크랩 부분

Claims

박형 배터리의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은
다중 물질 층들(1,3,4,5)로 이루어진 음극을 포함하는 음극 웹을 사용하는 단계로서, 상기 다중 물질 층들(1,3,4,5)은 각 층의 상부에 도포된 것이며 상호간에 정렬되고 박형 배터리에 사용하기 위한 크기인 단계,
다중 물질 층들(2,6,7,8,9)로 이루어진 양극 집전체를 포함하는 양극 웹을 사용하는 단계(F,G,H,I,J)로서, 상기 다중 물질 층들(2,6,7,8,9)은 각 층의 상부에 도포된 것이며 상호간에 정렬되고 박형 배터리에 사용하기 위한 크기인 단계,
상기 음극 웹과 상기 양극 웹을 상호간에 미리 결정된 위치에 정렬시키는 단계,
상기 음극 웹과 상기 양극 웹을 서로 접촉시키는 단계(K), 및
상기 접촉에 대한 반응으로, 박형 배터리의 제조를 위하여 상기 음극을 대응하는 양극 집전체에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 박형 배터리의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 음극 웹을 사용하는 단계가,
접착성 이형제가 음극용으로 예약된 면적에는 도포되지 않도록, 제1 분리막층(5)의 제1면 (13)에 접착성 이형제를 도포하는 단계(A,B),
음극용으로 예약된 상기 면적을 커버하기 위하여 상기 제1 분리막층(5)의 상기 제1면(13) 상에 음극 물질(4)을 도포하는 단계,
상기 음극 물질(4)과 상기 접착성 이형제가 제1 커버층(1)과 제1 분리막층(5) 사이에 위치하도록, 상기 제1 분리막층(5)의 상부에 제1 커버층(1)과 접착제층(3)을 상호간의 정렬로 배열시키는 단계(C),
절단부(15)가 적어도 상기 제1 분리막층(5)을 관통하지만 접착제층(3)까지 보다 더 깊지 않도록, 제1 분리막층(5)의 스크랩 부분(46)으로부터 상기 음극 물질(4)을 포함하는 음극을 절단부(15)를 사용하여 범위를 정하기 위하여, 상기 제1 분리막층(5)의 제2면(14)으로부터 제1 분리막층(5)을 통하여 절단부(15)를 생성시키는 단계(D), 및
상기 제1 분리막층(5)의 상기 스크랩 부분(46)을 제거하는 단계(E)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 접착성 이형제와 상기 음극 물질(4) 중 적어도 하나를 인쇄(20,22)에 의해 도포함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 단자홀 (terminal holes; 10,11)을 상기 제1 커버층(1)에 절단(24)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음극 웹을 사용하는 단계가,
이형 라이너가 상기 제1 커버층 위에 위치하는 상기 접착제층(3)을 커버하도록, 상기 음극 웹을 이형 라이너와 접촉시키는 단계,
일시적으로 음극 웹을 롤(31) 위에 권취 (winding up)시키는 단계,
이어서 상기 음극 웹을 상기 롤(31)로부터 끌어당기는 단계, 및
상기 이형 라이너를 상기 제1 커버층(1) 위에 위치하는 상기 접착제층(3)으로부터 제거하는 단계(40,41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극 웹을 사용하는 단계가,
양극 집전체 물질(9)을 양극용으로 예약된 면적상의 제2 커버층(2)의 제1면(16) 상에 도포하는 단계(F),
양극 물질(8)을 상기 양극 집전체 물질(9) 위에 도포하는 단계(G),
전해질 결합제(6)를 제2 분리막층(7) 제1면(17)의 미리 결정된 전해질 결합제 면적(6)에 도포하는 단계(H),
상기 제2 커버층(2)과 상기 제2 분리막층(7)을 상호간 미리 결정된 위치로 서로의 상부에 정렬시키는 단계(I)로서, 여기서 상기 제2 커버층(2)의 상기 제1면(16)이 제2 분리막층(7)의 제2면(18)과 대면하고 있으며, 전해질 결합제(6) 면적으로서 대응하는 위치에 위치하지만 전해질 결합제(6) 면적과 비교할 때 제2 분리막층(7)의 반대면에 위치하는 것인 양극 물질(8)이 상기 제2 커버층(2)과 상기 제2 분리막층(7)을 서로 접착시키는 것인 단계(I),
상기 양극 집전체 물질(9), 상기 양극 물질(8), 상기 전해질 결합제(6) 및 상기 양극 물질(8)과 상기 전해질 결합제(6) 사이의 제2 분리막층(7)을 포함하는 양극의 범위를 정하기 위하여, 상기 제2 분리막층(7) 보다는 실질적으로 더 깊게 관통하지 않는 절단부(cuts)를 상기 제2 분리막층(7)의 상기 제1면(17)으로부터 상기 제2 분리막층(7)을 통하여 생성시키는 단계(J), 및
상기 절단부에 의해 범위가 정해진 양극의 일부가 아닌 상기 제2 분리막층(7)의 스크랩 부분(48)을 제거하는 단계(K)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 양극 집전체 물질(9), 상기 양극 물질(8) 또는 상기 전해질 결합제(6) 중 적어도 하나가 인쇄 (33, 35, 37)에 의해 도포됨을 특징으로 하는 방법.
제6항 또는 7항에 있어서, 상기 전해질 결합제 면적 및 그 위에 도포된 전해질 결합제(6)가 상기 제1 및 제2 분리막층(5,7) 보다 각각 더 작은 표면적을 가짐을 특징으로 하는 방법.
제2항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절단부 생성 단계가, 절단부가 생성되는 물질층(5,7)의 두께보다 약간 더 큰 거리로 기판(28)으로부터 돌출되도록 배열된 플레이트(29)를 사용하고, 상기 플레이트(29)와 기판(28)을 절단부가 생성되는 물질층(5,7) 쪽으로, 기판(28)이 상기 물질층(5,7)과 접촉할 때까지 압착시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커버층(1,2)과 상기 제1 및 제2 분리막층(5,7)을 각각의 롤로부터 풀어냄(unwound)을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 접착되어 있는 상기 음극 및 양극 웹을 롤(44)에 다시 권취시킴을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 11항 중 어느 한 항의 방법에 따라서 제조된 박형 배터리.
제1항 내지 11항 중 어느 한 항의 방법에 따르는 박형 배터리를 제조하기 위한 장치.