KR20120109329A - 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
하나의 실시형태에 관한 이차 전지의 제조 방법에 의하면, 정극판과, 부극판과, 상기 정극판과 상기 부극판 사이에 설치된 세퍼레이터를 갖는 발전 요소를 외측 프레임체 내에, 상기 세퍼레이터에 상기 전해액이 소정의 속도로 침투하는 상태로 적층시켜서 수납하고, 상기 외측 프레임체 내를 감압한 상태에서, 상기 외측 프레임체 내의 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 공급함과 함께, 상기 전해액을 공급한 후, 상기 외측 프레임체를 밀봉하여, 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 함침시킨 후, 상기 외측 프레임체를 상기 발전 요소의 적층 방향으로 가압하여, 상기 외측 프레임체 및 적층한 상기 발전 요소를 소정 형상으로 형성한다.
Description
〈관련 출원〉
본 출원은, 2011년 3월 24일에 출원된 선행하는 일본 특허출원 제2011-066663호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며 그 내용 전체가 본원에서 원용된다.
본 발명의 실시형태는, 전반적으로 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지로서, 정극판과 부극판 사이에 세퍼레이터(separator)를 설치한 발전 전극체를 코일(coil) 형상으로 감아, 용기 내에 수납시킨 형식의 것이 알려져 있다. 세퍼레이터에는 전해액이 함침되어 있고, 용기 상면에 설치한 덮개로 발전 전극체를 용기 내에 밀봉하고, 덮개에 설치된 정부의 전극 단자를 통해서 충방전을 행하게 한다.
이차 전지는, 기본적으로 발전 전극체의 면적에 따라 충방전량이 결정되는 점에서, 소형이고 충방전량이 큰 이차 전지를 형성하기 위해서는, 발전 전극체를 용기 내에 많이 수납하는 것이 요망된다.
한편, 많은 발전 전극체를 좁은 용기 내에 수납하면, 발전 전극체를 밀하게 감아, 정극판과 부극판의 간극이 감소하여, 전해액이 세퍼레이터 내부에 침투하기 어려워진다.
또한, 세퍼레이터는, 감기 작업 등을 원활하게 행하게 하기 위해서, 세퍼레이터의 길이 방향을 따른 방향의 인장 강도를, 섬유나 분자를 정렬시키거나 해서 폭 방향의 인장 강도보다 강하게 하는 경우가 있다. 그러면, 예를 들어 섬유가 배열된 긴 방향으로는 전해액이 침투되기 쉽지만, 세퍼레이터의 폭 방향으로는 전해액이 세퍼레이터의 내부에 용이하게 침투되기 어려워지는 등, 세로 방향과 가로 방향으로는 전해액의 침투성이 다른 이방성을 갖는 경우가 있다.
그로 인해, 감겨진 발전 전극체를 용기에 수납하고, 세퍼레이터에 전해액을 침투시키고자 했을 때, 밀하게 감겨 있고, 또한 발전 전극체의 상하 단부면에는 전해액이 침투하기 어려운 단부 테두리가 노출되기 때문에, 전해액을 공급해도 세퍼레이터의 내부에 전해액이 침투되는 데 많은 시간이 걸리는 경우가 있었다.
그래서 종래는, 정극판의 표면에 오목부를 형성하거나, 전극체를 수납한 용기 내부의 압력을 저감시키거나, 저감시킨 후 높이거나 해서 전해액의 세퍼레이터로의 침투 속도를 상승시키는 것이 알려져 있다. 또한, 프리겔(pregel) 전해질 용액에 계면 활성제를 함유시켜서 전해액과의 습윤성을 향상시키거나, 감겨진 정부의 전극체에 전압을 인가해서 전해액의 침투 속도를 빠르게 하거나 한 것이 알려져 있다.
그러나, 발전 전극체의 세퍼레이터의 내부에 원하는 속도로 전해액을 침투시킬 수 없어, 전해액을 세퍼레이터에 함침시키는 작업에 많은 시간이 걸려, 이차 전지의 제조에 많은 수고와 시간을 필요로 하고 있었다.
본 발명의 실시형태는, 발전 전극체의 세퍼레이터의 내부에 원하는 속도로 전해액을 침투시킬 수 있고, 전해액을 세퍼레이터에 함침시키는 작업을 효율적으로 행할 수 있으며, 이차 전지의 제조를 간이하면서 또한 단시간에 행할 수 있는 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법을 제공한다.
하나의 실시형태에 관한 이차 전지의 제조 방법은, 정극판과, 부극판과, 상기 정극판과 상기 부극판 사이에 설치된 세퍼레이터를 갖는 발전 요소를 외측 프레임체 내에, 상기 세퍼레이터에 상기 전해액이 소정의 속도로 침투하는 상태로 적층시켜서 수납하고, 상기 외측 프레임체 내를 감압한 상태에서, 상기 외측 프레임체 내의 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 공급함과 함께, 상기 전해액을 공급한 후, 상기 외측 프레임체를 밀봉하여, 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 함침시킨 후, 상기 외측 프레임체를, 상기 발전 요소의 적층 방향으로 가압하여, 상기 외측 프레임체 및 적층한 상기 발전 요소를 소정 형상으로 형성한다.
하나의 실시형태에 관한 이차 전지는, 정극판과, 부극판과, 상기 정극판과 상기 부극판 사이에 설치된 세퍼레이터를 갖는 발전 요소를 적층해서 형성된 발전 전극체와, 상기 발전 전극체를 적층한 상태에서 수납하는 외측 프레임체를 구비하고, 상기 외측 프레임체 내에, 상기 세퍼레이터에 전해액이 소정의 속도로 침투하는 상태에서 상기 발전 전극체를 수납시켜, 감압 장치로 상기 외측 프레임체 내를 감압시킨 상태에서, 상기 발전 전극체에 공급한 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 함침시킴과 함께, 감압시킨 상태에서 덮개에 의해 밀봉한 상기 외측 프레임체를, 가압 장치에 의해 상기 발전 요소의 적층 방향으로부터 가압하여, 상기 외측 프레임체를 소정 형상으로 형성했다.
상술한 구성에 의하면, 발전 전극체의 세퍼레이터의 내부에 원하는 속도로 전해액을 침투시킬 수 있고, 전해액을 세퍼레이터에 함침시키는 작업을 효율적으로 행할 수 있어, 이차 전지의 제조를 손쉽게, 또한 단시간에 행할 수 있는 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 이차 전지의 일 실시형태를 도시하는 사시도.
도 2는 상기 이차 전지의 가압 이전의 상태를 도시하는 사시도.
도 3은 이차 전지의 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 분해 사시도.
도 4는 상기 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 사시도.
도 5는 상기 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 사시도.
도 6은 이차 전지의 발전 전극체의 일 실시형태를 도시하는 사시도.
도 7은 상기 이차 전지의 일 실시형태를 도시하는 단면도.
도 8은 상기 이차 전지의 일 실시형태를 도시하는 단면도.
도 2는 상기 이차 전지의 가압 이전의 상태를 도시하는 사시도.
도 3은 이차 전지의 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 분해 사시도.
도 4는 상기 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 사시도.
도 5는 상기 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 사시도.
도 6은 이차 전지의 발전 전극체의 일 실시형태를 도시하는 사시도.
도 7은 상기 이차 전지의 일 실시형태를 도시하는 단면도.
도 8은 상기 이차 전지의 일 실시형태를 도시하는 단면도.
이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법의 일 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1에 이차 전지(10)를 나타낸다. 이차 전지(10)는, 편평한 직육면체 형상이고, 상면에 정부 각각의 전극 단자(32, 34)를 구비하고 있다. 도 3에 이차 전지(10)의 분해도를 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이 이차 전지(10)는, 외측 프레임체(12)와 발전 전극체(14)와 덮개(16) 등으로 구성되어 있다.
외측 프레임체(12)는 금속 재료로 이루어지고, 발전 전극체(14)를 수납 가능한 형상을 갖고 있다. 외측 프레임체(12)는 깊이 방향(화살표 a로 나타낸다)의 두께가 폭 방향(화살표 b로 나타낸다)의 길이보다 짧게 형성되어 있고, 깊이를 따라서 설치된 측벽(20)에는 주름 상자 구조를 갖는 가변부(22)를 구비하고 있다. 가변부(22)는 외측 프레임체(12)의 상하 좌우의 모든 벽면에 형성되어 있고, 가변부(22)의 절첩 작용에 의해 측벽(20)은, 깊이 방향으로 축소 가능하게 되어 있다.
또한, 가변부(22)는 깊이 방향의 길이가 변경 가능하면, 주름 상자 구조에 한하지 않고 다른 구조이어도 좋다. 또한 가변부(22)는 측벽(20)의 양측이 아닌, 어느 한쪽에만 형성되어 있으면 된다. 또한, 외측 프레임체(12)는, 깊이 방향 이외에, 폭 방향(화살표b로 나타낸다), 혹은 높이 방향으로 변형 가능할지라도, 적어도 발전 전극체(14)의 적층 방향을 따른 가변부(22)를 구비하며, 이와 같은 방향으로 축소 가능하면 된다.
발전 전극체(14)는, 단면 타원의 원통 형상을 갖고, 도 6에 도시한 바와 같이, 정극판(26)과, 부극판(28)과, 세퍼레이터(30)로 이루어진 발전 요소(13)로 구성되어 있다. 세퍼레이터(30)에는 전해액이 함침되어 있고, 정극판(26)과 부극판(28) 사이에 전해액을 함침한 세퍼레이터(30)를 끼워 발전 요소(13)는 충방전 가능하게 되어 있다. 발전 전극체(14)는 연속된 발전 요소(13)를 타원형상으로 감아서 형성되어 있다. 세퍼레이터(30)는, 예를 들어 유리 섬유나 수지재로 이루어지고, 전해액을 함침하는 소재로 형성되어 있다.
덮개(16)는 상술한 정부 각각의 전극 단자(32, 34)를 구비하고, 외측 프레임체(12)의 상면에 설치된다. 정의 전극 단자(32)는 발전 전극체(14)의 정극판(26)에, 부의 전극 단자(34)는 부극판(28)에 각각 접속되어 있다. 발전 전극체(14)는 감겨진 상태에서, 외측 프레임체(12) 내에 수납되고, 덮개(16)가 설치된, 용기로서의 외측 프레임체(12) 내에 밀봉되어 있다. 이차 전지(10)는, 외부로부터 전력이 가해지면 발전 요소(13)로 전기 화학 반응을 일으켜 축전하고, 부하가 접속되면 역반응에 의해 방전하여, 충방전이 반복해서 행해진다.
이어서, 이차 전지(10)를 제조하는 이차 전지의 제조 방법에 대해서 설명한다.
정극판(26)의 표면에 세퍼레이터(30)를 배치하고, 세퍼레이터(30)의 표면에 부극판(28)을 배치해서 발전 요소(13)를 형성하며, 형성된 발전 요소(13)를 순차 권취부에 둘러 감는다. 권취부는 단면 타원형으로 구동 기구에 의해 회전 구동하고, 소정의 인장 강도로 발전 요소(13)를 감아 발전 전극체(14)를 형성한다.
발전 요소(13)를 감는 소정의 인장 강도는, 이러한 인장 강도로 발전 요소(13)를 소정의 감기수 만큼 권취부에 권취하고, 발전 전극체(14)를 형성한 후, 권취부로부터 발전 전극체(14)를 벗기고, 발전 전극체(14)의 상하 단부면, 즉 정극판(26)과 부극판(28)과 세퍼레이터(30)의 적층 상태가 노출되어 있는 단부면으로부터 전해액을 소정의 감압 하에서 공급했을 때, 세퍼레이터(30) 내에 전해액이 소정 속도로 침투하여, 소정 시간 내에 전해액이 세퍼레이터(30)의 전체에 함침되도록 정극판(26)과 부극판(28) 사이에 간극이 형성되는 상태를 구성하는 강도이다.
이와 같은 인장 강도로 감겨진 발전 전극체(14)를, 도 1에 도시한 바와 같이 외측 프레임체(12) 내에 수납한다. 외측 프레임체(12)는, 가압 이전의 확대된 형상의 외측 프레임체(12)이다. 발전 전극체(14)를 외측 프레임체(12)에 수납했다면 외측 프레임체(12)에 덮개(16)를 설치한다. 덮개(16)는, 외측 프레임체(12)에 밀착시켜, 덮개(16)에 형성된 주입구(40)를 남기고 외측 프레임체(12)의 내부를 밀폐한다.
덮개(16)를 설치하면, 발전 전극체(14)를 수납한 외측 프레임체(12)를, 도 4에 도시한 바와 같이 감압 장치(42) 내에 수용하고, 감압 장치(42)를 작동시킨다. 감압 장치(42)는, 진공 펌프에 접속하고 있어, 외측 프레임체(12)의 내부를 소정의 감압 상태로 유지한다. 감압 장치(42)에 의해 감압 분위기를 유지한 상태에서 외측 프레임체(12)의 내부에, 덮개(16)에 형성된 주입구(40)를 통해서 주입 장치(44)로부터 전해액을 주입한다. 전해액을 외측 프레임체(12) 내에 주입한 후, 주입구(40)를 봉한다. 주입구(40)는 외측 프레임체(12)에 있어서의 내외의 압력차에는 용이하게 개구되지 않는 강도로 밀봉한다.
발전 전극체(14)를 수납하고 주입구(40)를 폐쇄한 외측 프레임체(12)를 감압 장치(42)로부터 취출하고, 소정 시간, 예를 들어 전해액이 세퍼레이터(30) 전체에 침투했다고 추정되는 시간이 경과한 후 프레스기(46)로 가압한다. 프레스(press)기(46)는 외측 프레임체(12)를 깊이 방향을 따라 가압하고, 외측 프레임체(12)의 깊이 폭을 소정의 길이로 형성한다. 외측 프레임체(12)의 형성은, 외측 프레임체(12)의 측벽(20)에 형성되어 있는 주름 상자 구조의 가변부(22)가 프레스기(46)에 의한 가압으로 변형되어 행한다. 그와 함께 외측 프레임체(12) 내에 수납되어 있는 발전 전극체(14)가, 도 7의 상태에서 도 8에 도시한 바와 같은 보다 편평한 타원형상으로 가압 변형된다.
도 1 및 도 8에 나타내는 이차 전지(10)의 상태는, 이차 전지(10)로서 원하는 형상, 상태이며, 이러한 상태가 이차 전지(10)로서 완성된 형상이다. 따라서, 상기 이차 전지의 제조 방법에 의하면, 감겨진 발전 전극체(14)가 외측 프레임체(12) 내부에, 전해액이 세퍼레이터(30) 내에 소정의 속도로 침투하는 상태로 수납되어 있으므로, 공급한 전해액을 세퍼레이터(30)에 소정 시간 함침시킬 수 있다.
이에 의해, 전해액의 세퍼레이터(30)로의 함침 시간이 원하는 시간에 완료되고, 이차 전지를 단시간, 저비용(cost)으로 제조할 수 있다. 이차 전지(10)는 소정의 형상으로 가압 성형되어 있으므로, 원하는 형상으로 소형화되어 있다.
또한, 외측 프레임체(12)의 내부가 감압된 상태를 유지하고 프레스기(46)로 가압되어 있으므로, 프레스기(46)에 의한 가압 변형에 의해 외측 프레임체(12) 내의 압력이 과대 상승할 일은 없다. 또한, 외측 프레임체(12)가 소정 형상의 폭으로 가압되도록, 외측 프레임체(12) 내로의 전해액의 주입량을 설정하고, 외측 프레임체(12)와 덮개(16) 사이에 소정 용량의 공간을 형성시켜도 좋다. 또한, 외측 프레임체(12)를 금속제로 했지만, 다른 재질이라도 좋고, 외측 프레임체(12)를 다른 재질로 형성해도 마찬가지 효과를 얻는 것이 가능하다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이들 신규 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되고, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
Claims (5)
- 이차 전지의 제조 방법으로서,
정극판과, 부극판과, 상기 정극판과 상기 부극판 사이에 설치된 세퍼레이터를 갖는 발전 요소를 외측 프레임체 내에, 상기 세퍼레이터에 상기 전해액이 소정의 속도로 침투하는 상태로 적층시켜서 수납하는 단계와,
상기 외측 프레임체 내를 감압한 상태에서, 상기 외측 프레임체 내의 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 공급함과 함께, 상기 전해액을 공급한 후, 상기 외측 프레임체를 밀봉하는 단계와,
상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 함침시킨 후, 상기 외측 프레임체를, 상기 발전 요소의 적층 방향으로 가압하여 상기 외측 프레임체 및 적층한 상기 발전 요소를 소정 형상으로 형성하는 단계를 포함하는, 이차 전지의 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 발전 요소는, 타원형상으로 감기고, 감겨진 상기 발전 요소를 상기 타원형상의 짧은 직경 방향으로 가압하는, 이차 전지의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 발전 요소는, 상기 세퍼레이터에 상기 전해액을 공급했을 때, 상기 전해액이 소정의 속도로 상기 세퍼레이터에 침투하는 장력으로 감겨진, 이차 전지의 제조 방법.
- 이차 전지로서,
정극판과, 부극판과, 상기 정극판과 상기 부극판 사이에 설치된 세퍼레이터를 갖는 발전 요소를 적층해서 형성된 발전 전극체와,
상기 발전 전극체를 적층한 상태에서 수납하는 외측 프레임체를 구비하고,
상기 외측 프레임체 내에, 상기 세퍼레이터에 전해액이 소정의 속도로 침투하는 상태로 상기 발전 전극체를 수납시키고, 감압 장치로 상기 외측 프레임체 내를 감압시킨 상태에서, 상기 발전 전극체에 공급한 상기 전해액을 상기 세퍼레이터에 함침시킴과 함께, 감압시킨 상태에서 덮개에 의해 밀봉한 상기 외측 프레임체를, 가압 장치에 의해 상기 발전 요소의 적층 방향으로부터 가압하여, 상기 외측 프레임체를 소정 형상으로 형성한, 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 발전 전극체는, 상기 발전 요소를 타원형상으로 연속해서 감고, 상기 발전 요소를 적층시키며,
상기 외측 프레임체는, 상기 외측 프레임체의 외주면 중 적어도 한 면에, 상기 일면과 대향하는 대향면 사이에서, 상기 일면과 상기 대향면의 간격이 변경되도록 변형 가능한 가변부를 상기 일면의 주연에 갖고,
상기 발전 전극체를, 상기 발전 요소가 적층된 방향과 상기 가변부의 변형 방향을 맞춰서 상기 외측 프레임체 내에 수납한, 이차 전지.
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