KR20130018962A

KR20130018962A - 쌍극형 전지의 제조 방법 및 쌍극형 전지

Info

Publication number: KR20130018962A
Application number: KR1020127034323A
Authority: KR
Inventors: 겐 다까야마; 겐지 호사까; 데루오 세가와; 하지메 사또오; 히데아끼 호리에; 다까히로 이와사끼; 요시오 시모이다
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2013-02-25
Also published as: JP2009224309A; EP2214247A1; US8734984B2; US20100255371A1; CN101836323A; EP2214247B1; EP2214247A4; CN101836323B; KR101363763B1; JP5552731B2; KR20100075533A; WO2009054334A1

Abstract

쌍극형 전지를 제조할 때에, 우선 쌍극형 전극 및 세퍼레이터를 준비한다. 계속해서, 정극 및 부극 중 한쪽의 전극(예를 들어, 정극)에, 한쪽의 전극의 표면에 노출되는 양의 전해질을 도포한다. 계속해서, 전해질을 도포한 한쪽의 전극의 표면에 세퍼레이터를 설치하여, 서브 어셈블리 유닛을 형성한다. 그리고, 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 한쪽의 전극에 도포한 전해질을, 세퍼레이터를 통해 다른 쪽의 전극까지 침투시켜, 어셈블리 유닛을 형성한다.

Description

쌍극형 전지의 제조 방법 및 쌍극형 전지 {BIPOLAR BATTERY MANUFACTURING METHOD, AND BIPOLAR BATTERY}

본 발명은 쌍극형 전지의 제조 방법 및 쌍극형 전지에 관한 것이다.

최근, 환경 보호를 위해 이산화탄소 배출량의 저감이 간절히 요구되고 있다. 자동차 업계에서는 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차의 도입에 의한 이산화탄소 배출량의 저감에 기대가 모아지고 있고, 그 실용화의 열쇠를 쥐고 있는 모터 구동용 전원으로서, 쌍극형(바이폴라) 전지가 주목되고 있다.

쌍극형 전지는 집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고, 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극에 대해 전해질층을 설치하고, 이들을 적층하여 적층체를 형성함으로써 제조하고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1, 2 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평11-204136호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 평9-232003호 공보

쌍극형 전극에 대해 전해질층을 설치할 때, 혹은 이들을 적층하여 적층체를 형성할 때에, 정극 또는 부극과 세퍼레이터 사이의 전해질에 기포가 혼입되어 잔류하는 경우가 있다. 여기서, 전해질층은 전해질이 침투하고 또한 정극과 부극을 구분하는 세퍼레이터의 층 및 정극 또는 부극과 세퍼레이터 사이의 전해질의 층을 포함하고 있다.

기포가 남아 있으면, 그 부위에서는 이온 투과 및 전자의 이동을 할 수 없는 데드 스페이스가 발생하여, 출력 저하의 요인이 되기도 하므로, 출력 밀도를 향상시킬 때의 과제로 되어 있다.

본 발명은 상기 종래 기술에 수반하는 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 기포 혼입을 억제함으로써 출력 밀도를 향상시켜, 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제조할 수 있는 쌍극형 전지의 제조 방법 및 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 쌍극형 전지의 제조 방법에 있어서는, 우선 집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하여, 전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비한다. 계속해서, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록, 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성한다. 그리고, 상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하여, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 상기 정극 또는 상기 부극까지 침투시켜, 어셈블리 유닛을 형성한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명에 관한 쌍극형 전지는 집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극과, 적층하는 상기 쌍극형 전극 사이에 개재하여, 전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 포함하는 전해질층을 갖고 있다. 여기서, 상기 전해질층은 상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 전해질이 위치하도록, 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹침으로써 형성하고, 상기 정극 및 상기 부극 중 한쪽의 전극과 상기 세퍼레이터 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층과, 상기 한쪽의 전극에 도포한 전해질을 상기 세퍼레이터 내에 침투시킴으로써 형성하는 제2 층과, 상기 제1 면에 위치하는 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 다른 쪽의 전극까지 침투시킴으로써 형성하고, 상기 다른 쪽의 전극과 상기 세퍼레이터 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제3 층을 갖고 있다.

본 발명에 따르면, 기포 혼입을 억제함으로써 출력 밀도를 향상시켜, 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제조할 수 있는 쌍극형 전지의 제조 방법 및 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제공할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 쌍극형 전지를 도시하는 사시도이다.
도 2는 쌍극형 전지의 주요부를 도시하는 단면도이다.
도 3a는 쌍극형 전극을 도시하는 단면도이다.
도 3b는 단전지층의 설명에 제공하는 단면도이다.
도 4는 어셈블리 유닛, 전해질층 및 시일부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a는 서브 어셈블리 유닛 및 제1과 제2 시일재를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5b는 서브 어셈블리 유닛 및 제1과 제2 시일재를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5c는 서브 어셈블리 유닛을 적층하여, 세퍼레이터를 통해 부극의 표면에 노출되도록 전해질을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도이다.
도 6은 제1과 제2 시일재를 가압하여 시일부를 형성하는 모습을 도시하는 단면도이다.
도 7a는 쌍극형 전극과 세퍼레이터를 교대로 적층할 때에 기포가 혼입되는 모습을 도시하는 단면도이다.
도 7b는 쌍극형 전극과 세퍼레이터를 교대로 적층할 때에 기포가 혼입되는 모습을 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시 형태에 관한 쌍극형 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 전체 공정도이다.
도 11은 도 10에 도시하는 서브 어셈블리 유닛 형성 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 12는 도 11에 도시하는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 13은 도 11에 도시하는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 도 11에 도시하는 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 도 11에 도시하는 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 16은 도 11에 도시하는 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 17은 도 11에 도시하는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 18은 도 11에 도시하는 세퍼레이터 상으로의 제2 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 도 10에 도시하는 어셈블리 유닛 형성 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 20은 도 19에 도시하는 서브 어셈블리 유닛 세트 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 21은 도 19에 도시하는 적층 공정 및 프레스 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 22는 도 19에 도시하는 시일재 침투 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 23은 도 19에 도시하는 시일층 형성 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 24는 도 19에 도시하는 계면 형성 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 25는 도 19에 도시하는 초충전(初充電) 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 26a는 제2 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 26b는 제2 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 26c는 제2 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 적층하여, 세퍼레이터를 통해 부극의 표면에 노출되도록 전해질을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도이다.
도 27은 제2 실시 형태에 있어서의, 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 28은 제2 실시 형태에 있어서의, 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 29는 제2 실시 형태에 있어서의, 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 30은 제2 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 31a는 제3 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 31b는 제3 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 31c는 제3 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 적층하여, 세퍼레이터를 통해 정극의 표면에 노출되도록 전해질을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도이다.
도 32는 제3 실시 형태에 있어서의, 서브 어셈블리 유닛 형성 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 33은 제3 실시 형태에 있어서의, 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 34는 제3 실시 형태에 있어서의, 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 35는 제3 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 36은 제3 실시 형태에 있어서의, 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 37은 제3 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 상으로의 제2 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 38은 제4 실시 형태에 있어서의, 어셈블리 유닛 및 전해질층을 설명하기 위한 단면도이다.
도 39a는 제4 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 39b는 제4 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 39c는 제4 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛을 적층하여, 세퍼레이터를 통해 부극의 표면에 노출되도록 액전해질을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도이다.
도 40은 제4 실시 형태에 있어서의, 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 41은 제4 실시 형태에 있어서의, 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도이다.
도 42는 제4 실시 형태에 있어서의, 집전체 상으로의 제1 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 43은 제4 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 44는 제4 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 상으로의 제2 시일재의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 45는 전극 내의 이온 확산을 측정하는 측정 장치를 도시하는 원리도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이해를 쉽게 하기 위해, 도면에는 각 구성 요소를 과장하여 도시하고 있다.

(제1 실시 형태)

도 1은 실시 형태에 관한 쌍극형 전지(10)를 도시하는 사시도, 도 2는 쌍극형 전지(10)의 주요부를 도시하는 단면도, 도 3a는 쌍극형 전극(110)을 도시하는 단면도, 도 3b는 단전지층(110a)의 설명에 제공하는 단면도, 도 4는 어셈블리 유닛(109), 전해질층(120) 및 시일부(119)를 설명하기 위한 단면도, 도 5a 및 도 5b는 서브 어셈블리 유닛(108) 및 제1과 제2 시일재(114, 116)를 설명하기 위한 단면도, 도 5c는 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 전해질(127)을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도, 도 6은 제1과 제2 시일재(114, 116)를 가압하여 시일부(119)를 형성하는 모습을 도시하는 단면도, 도 7a 및 도 7b는 쌍극형 전극(110)과 세퍼레이터(121)를 교대로 적층할 때에 기포(30)가 혼입되는 모습을 도시하는 단면도이다.

본 발명의 쌍극형 전지(10)는 개략적으로 설명하면, 집전체(111)의 한쪽의 면에 정극(113)을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극(112)을 형성한 쌍극형 전극(110)과, 적층하는 쌍극형 전극(110) 사이에 개재하여, 전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터(121)를 포함하는 전해질층(120)을 갖고 있다(도 3a, 도 3b 및 도 4 참조). 전해질층(120)은 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층(124)과, 세퍼레이터(121) 내에 전해질을 침투시킨 제2 층(123)과, 다른 쪽의 전극과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제3 층(125)을 갖고 있다. 제1 층(124)은 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)의 측에 전해질이 위치하도록 쌍극형 전극(110), 세퍼레이터(121) 및 전해질을 겹침으로써 형성한다. 제2 층(123)은 제1 면(121A)에 위치하는 전해질을 세퍼레이터(121) 내에 침투시킴으로써 형성한다. 제3 층(125)은 제1 면(121A)에 위치하는 전해질을, 세퍼레이터(121)를 통해, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제2 면(121B)의 측에 겹치는 다른 쪽의 전극까지 침투시킴으로써 형성한다(도 5a 및 도 5c 참조). 이들 제1 내지 제3 층(124, 123, 125)을 형성함으로써, 전해질층(120)으로서의 기능을 충분히 발휘한다.

이 쌍극형 전지(10)를 제조할 때에는, 우선 쌍극형 전극(110) 및 세퍼레이터(121)를 준비한다. 계속해서, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)의 측에 전해질(126)이 위치하도록 쌍극형 전극(110), 세퍼레이터(121) 및 전해질(126)을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛(108)을 형성한다(도 5b 참조). 그리고, 서브 어셈블리 유닛(108)을 복수 적층하여(도 5c 참조), 전해질(126)을, 세퍼레이터(121)를 통해, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제2 면(121B)의 측에 겹치는 정극(113) 또는 부극(112)까지 침투시켜, 어셈블리 유닛(109)을 형성한다(도 4 참조). 도 5c에는 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 전해질(127)을 침투시킨 상태를 도시하고 있다.

서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 전해질(126)의 양은, 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극에 담지시키는 양, 세퍼레이터(121) 내에 침투시키는 양 및 세퍼레이터(121)를 통해 다른 쪽의 전극까지 침투시키는 양을 더한 양이다. 전해질층(120)으로서의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서이다.

세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은 쌍극형 전극(110)에 겹치는 측의 면 또는 쌍극형 전극(110)에 겹친 측과는 반대측의 외표면이다. 따라서, 전해질은 쌍극형 전극(110)과 세퍼레이터(121) 사이 또는 쌍극형 전극(110)에 겹친 세퍼레이터(121)의 외표면에 위치한다.

제1 실시 형태에서는, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은 쌍극형 전극(110)에 겹치는 측의 면이고, 전해질은 쌍극형 전극(110)과 세퍼레이터(121) 사이에 위치하고 있다. 또한, 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 겹치기 전에, 정극(113) 및 부극(112) 중 세퍼레이터(121)를 겹치는 측의 전극에 전해질을 도포하고 있다(도 5a 참조).

따라서, 제1 실시 형태의 전해질층(120)에 있어서는, 제1 층(124)은 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극에 당해 한쪽의 전극의 표면에 노출되는 양의 전해질을 도포함으로써 형성한다. 제2 층(123)은 한쪽의 전극에 도포한 전해질을 세퍼레이터(121) 내에 침투시킴으로써 형성한다. 제3 층(125)은 한쪽의 전극에 도포한 전해질을, 세퍼레이터(121)를 통해 다른 쪽의 전극의 표면에 노출되도록 침투시킴으로써 형성한다(도 4 참조).

제1 실시 형태의 쌍극형 전지(10)를 제조할 때에는, 우선 쌍극형 전극(110) 및 세퍼레이터(121)를 준비한다. 계속해서, 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극에, 한쪽의 전극의 표면에 노출되는 양의 전해질(126)을 도포한다(도 5a 참조). 계속해서, 전해질을 도포한 한쪽의 전극의 표면에, 세퍼레이터(121)를 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛(108)을 형성한다(도 5b 참조). 그리고, 서브 어셈블리 유닛(108)을 복수 적층하여(도 5c 참조), 한쪽의 전극에 도포한 전해질(126)을, 세퍼레이터(121)를 통해 다른 쪽의 전극까지 침투시켜, 어셈블리 유닛(109)을 형성한다(도 4 참조). 도 5c에는 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 전해질(127)을 침투시킨 상태를 도시하고 있다.

어셈블리 유닛(109)을 형성하는 공정에 있어서, 한쪽의 전극과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층(124)과, 세퍼레이터(121) 내에 전해질을 침투시킨 제2 층(123)과, 다른 쪽의 전극과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제3 층(125)을 갖는 전해질층(120)을 형성하고 있다(도 4 참조).

본 실시 형태에서는, 정극(113)에 전해질을 미리 도포하고, 이 전해질을, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)까지 침투시키고 있다. 따라서, 정극(113)이 「한쪽의 전극」에 상당하고, 부극(112)이 「다른 쪽의 전극」에 상당한다. 또한, 전해질은 액체상 또는 반고체의 겔상의 전해질이다. 본 실시 형태에서는, 고분자 겔 전해질을 사용하고 있다. 고분자 겔 전해질을 구성하는 폴리머와 전해액의 비율은 폭넓게, 폴리머 100％를 전체 고체 고분자 전해질, 전해액 100％를 액전해질로 하면, 그 중간체는 모두 고분자 겔 전해질에 해당한다. 고분자 겔 전해질에 따르면, 세퍼레이터(121)를 통한 전해질의 침투를 적절하게 행할 수 있다. 이하, 상세하게 서술한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 쌍극형 전지(10)는 전지 요소(100)를 외장 케이스(104)에 수납하여, 외부로부터의 충격이나 환경 열화를 방지하고 있다.

도 2 및 도 3a를 참조하여, 쌍극형 전극(110)은 집전체(111)의 한쪽의 면에 정극 활물질층을 설치하여 정극(113)을 형성하고, 다른 쪽의 면에 부극 활물질층을 설치하여 부극(112)을 형성하고 있다. 도 3b를 참조하여, 인접하는 한 쌍의 집전체(111, 111) 사이에 끼워지는, 정극(113), 전해질층(120) 및 부극(112)에 의해 단전지층(110a)을 구성하고 있다. 단전지층(110a)의 적층수는 요구되는 전압에 따라서 정해진다.

집전체(111)는 전자를 통과시키는 한편, 이온을 차단하므로, 이온 격벽이라고도 지칭된다. 전해질층(120)은 이온 투과층이라고도 지칭된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 전해질층(120)은 정극(113)과 부극(112)을 구분하는 세퍼레이터(121)에 전해질을 침투시킨 제2 층(123), 정극(113)과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층(124) 및 부극(112)과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제3 층(125)을 갖고 있다. 세퍼레이터(121)는 정극(113)과 부극(112)을 구분하는 절연체이지만, 세퍼레이터(121)의 다공 내부에 전해질이 침투함으로써, 이온 및 전류가 흐르게 된다.

도 2를 다시 참조하여, 전지 요소(100)의 최상위의 쌍극형 전극(110)의 위에 부극 단자 플레이트(102)를 배치하고, 최하위의 쌍극형 전극(110)의 아래에 정극 단자 플레이트(101)를 배치하고 있다. 단자 플레이트(101, 102)는 고도전성 부재로 이루어지고, 최외층의 전극 투영면 전체를, 적어도 덮도록 구성하고 있다. 면 방향의 전류 취출에 있어서의 저저항화를 도모할 수 있어, 전지의 고출력화가 가능해진다. 고도전성 부재는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스, 이들의 합금이다.

전지 요소(100)의 최상위 및 최하위는 쌍극형 전극(110)이 아니라도 좋다. 정극 활물질층 또는 부극 활물질층만을 편면에 배치한 말단극을 적층해도 좋다.

쌍극형 전지(10)에 있어서는, 전해질층(120)에 포함되는 전해질이 베어나오면, 단전지층(110a)끼리가 전기적으로 접속되어 버려, 전지로서 충분히 기능하지 않게 된다. 이를 액간 접촉이라고 칭한다. 액간 접촉이 발생하는 것을 방지하기 위해, 전해질의 누설을 방지하는 시일부(119)를 설치하고 있다.

도 4를 참조하여, 시일부(119)는 이웃하는 집전체(111)끼리의 사이의 공간을 세퍼레이터(121)에 의해 2개로 구획하고, 구획된 각각의 공간에 제1과 제2 시일재(114, 116)를 배치한 형태를 갖고 있다. 세퍼레이터(121)와 집전체(111) 사이의 공간에 있어서, 정극(113)의 주위를 둘러싸도록 제1 시일재(114)를 배치하고, 부극(112)의 주위를 둘러싸도록 제2 시일재(116)를 배치하고 있다. 따라서, 이웃하는 집전체(111)끼리의 사이의 공간에, 세퍼레이터(121)를 사이에 두고, 제1 시일재(114)와 제2 시일재(116)를 2단에 걸쳐서 배치하고 있다.

어셈블리 유닛(109)을 형성하는 공정에 있어서, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층한 방향으로 제1과 제2 시일재(114, 116)를 가압한다. 이에 의해, 집전체(111), 세퍼레이터(121) 및 제1과 제2 시일재(114, 116)를 밀착시켜, 시일부(119)를 형성하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 제1 시일재(114)에 의해 형성하는 시일층을 제1 시일층(115)이라고 하고, 제2 시일재(116)에 의해 형성하는 시일층을 제2 시일층(117)이라고 한다(도 2 및 도 4 참조).

제1과 제2 시일재(114, 116)는 1액성 미경화 에폭시 수지이지만, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 그 밖의 열경화형 수지(폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등)나, 열가소형 수지를 적용하는 것이 가능하다. 사용 환경 하에 있어서 양호한 시일 효과를 발휘하는 것을, 용도에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.

도 7a 및 도 7b에 쌍극형 전극(110)과 세퍼레이터(121)를 교대로 적층할 때에, 거품 형상의 공기인 기포(30)가 혼입되는 상태를 도시하고 있다. 도 7a는 시일재(114a)가 전극(113)의 두께보다도 두껍기 때문에, 쌍극형 전극(110) 상에 세퍼레이터(121)를 적층했을 때에, 내부 공간(31) 중 시일재(114a)의 근방에 기포(30)가 혼입된 상태를 도시하고 있다. 도 7b는 도 7a에 도시하는 세퍼레이터(121) 상에 시일재(116a)를 배치하고, 쌍극형 전극(110)을 더 적층했을 때에, 상위의 쌍극형 전극(110)과 하위의 세퍼레이터(121) 사이의 내부 공간(31)에 기포(30)가 혼입된 상태를 도시하고 있다.

전술한 바와 같이, 공기가 기포(30)로 되어 남으면 전지의 출력 저하의 요인으로 되기도 하므로, 적층 시에 세퍼레이터(121)를 바싹 당기는 것 등의 기포 제거 작업을 행하고 있다. 이와 같은 번잡한 작업을 없애고, 쌍극형 전지(10)의 제조의 간소화를 실현하기 위해서는, 쌍극형 전극(110)을 적층할 때의 가스(30)의 잔류를 억제하는 것이 중요하다.

따라서, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 쌍극형 전지(10)에 있어서는, 서브 어셈블리 유닛(108)을 형성하는 공정에 있어서, 집전체(111) 상에 배치하는 제1 시일재(114)의 두께를, 정극(113)의 두께와, 정극(113)의 표면에 노출된 전해질(126)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 또한, 세퍼레이터(121) 상에 배치하는 제2 시일재(116)의 두께를, 부극(112)의 두께와, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 침투시키는 전해질(127)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 이와 같은 치수 설정에 의해, 세퍼레이터(121)를 설치했을 때에, 세퍼레이터(121)와 제1 시일재(114) 사이에 간극을 형성한다. 이에 의해, 제1 시일재(114)에 의해 둘러싸인 내부에, 기포가 잔류하는 것을 억제한다(도 5a 및 도 5b 참조). 세퍼레이터(121)를 설치할 때에 전해질(126)과의 사이에 공기가 혼입되는 경우가 있지만, 이 공기는 통기성을 가진 세퍼레이터(121) 자신을 통해 빠지므로, 기포로 되어 잔류하는 경우는 없다.

또한, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 전해질(127)이 노출되도록 침투시켰을 때에, 집전체(111)와 제2 시일재(116) 사이에는 간극을 형성한다. 이에 의해, 제2 시일재(116)에 의해 둘러싸인 내부에, 기포가 잔류하는 것을 억제한다(도 5c 참조).

이와 같이 쌍극형 전극(110)을 적층할 때의 기포(30)의 잔류를 억제할 수 있으므로, 적층 시에 세퍼레이터(121)를 바싹 당기는 것 등의 기포 제거 작업이 불필요해진다. 번잡한 작업이 없어지는 것을 통해, 쌍극형 전지(10)의 양산화에 기여할 수 있다.

또한, 정극(113)의 표면에 노출된 전해질(126)은 제1 층(124)을 형성하기 위한 양에 추가하여, 세퍼레이터(121) 내에 침투시키는 양 및 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 양을 포함하고 있다. 이로 인해, 전해질(126)의 두께는 제1 층(124)보다도 두꺼운 치수를 갖고 있다. 부극(112)의 표면에 노출된 전해질(127)은 제3 층(125)을 형성하기 위한 양에 추가하여, 부극(112)의 내부에 침투하는 양을 포함하고 있다. 이로 인해, 전해질(127)의 두께는, 전해질이 부극(112)의 내부에 충분 내지 균일하게 침투할 때까지는 제3 층(125)보다도 두꺼운 치수를 갖고 있다.

서브 어셈블리 유닛(108)을 적층함으로써, 집전체(111)와 전해질층(120) 사이의 공간에, 정극(113)의 주위 및 부극(112)의 주위를 둘러싸도록, 제1과 제2 시일재(114, 116)를 배치한다.

서브 어셈블리 유닛(108)의 적층체(108a)를 평면적으로 가압해도, 제1과 제2 시일재(114, 116)를 배치한 부위에는 가압력이 충분히 전달되지 않으므로, 시일 부족이 발생할 우려가 있다. 따라서, 어셈블리 유닛(109)을 형성하는 공정에 있어서, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층한 방향으로 제1과 제2 시일재(114, 116)를 가압하여, 집전체(111), 세퍼레이터(121) 및 제1과 제2 시일재(114, 116)를 밀착시켜, 시일부(119)를 형성하고 있다(도 6 참조).

쌍극형 전지(10)의 구성은 특별히 설명한 것을 제외하고, 일반적인 리튬 이온 2차 전지에 사용하는 공지의 재료를 사용하면 좋고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 이하에, 이 쌍극형 전지(10)에 사용할 수 있는 집전체(111), 부극 활물질층, 정극 활물질층, 세퍼레이터(121), 전해질 등에 대해 참고로 설명한다.

집전체(111)는, 예를 들어 스테인리스 스틸박이다. 그러나, 이것으로 특별히 한정되지 않고, 알루미늄박, 니켈과 알루미늄의 클래드재, 구리와 알루미늄의 클래드재, 혹은 이들 금속의 조합의 도금재를 이용하는 것도 가능하다.

부극(112)의 부극 활물질은, 예를 들어 하드카본(난흑연화 탄소 재료)이다. 그러나, 이것으로 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 관점에서 바람직하다.

정극(113)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 관점에서, 리튬-천이 금속 복합 산화물을 적용하는 것이 바람직하다.

정극(113) 및 부극(112)의 두께는 특별히 한정되지 않고, 전지의 사용 목적(예를 들어, 출력 중시, 에너지 중시)이나, 이온 전도성을 고려하여 설정한다.

제1과 제2 시일층(115, 117)을 구성하는 제1과 제2 시일재(114, 116)는, 예를 들어 1액성 미경화 에폭시 수지이다. 그러나, 이것으로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 열경화형 수지(폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등)나, 열가소형 수지를 적용하는 것도 가능하다. 또한, 사용 환경 하에 있어서 양호한 시일 효과를 발휘하는 것을, 용도에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다.

전해질층(120)의 일부인 세퍼레이터(121)의 소재는, 예를 들어 전해질을 침투할 수 있는 통기성을 갖는 다공질 형상의 PE(폴리에틸렌)이다. 그러나, 이것으로 특별히 한정되지 않고, PP(폴리프로필렌) 등의 다른 폴리올레핀, PP/PE/PP의 3층 구조를 한 적층체, 폴리아미드, 폴리이미드, 아라미드, 부직포를 이용하는 것도 가능하다. 부직포는, 예를 들어 솜, 레이온, 아세테이트, 나일론, 폴리에스테르, 아라미드 등이다. 세퍼레이터의 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, 이것으로 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 PAN(폴리아크릴로니트릴), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)이다. 이온 전도성을 갖는 고분자는, 예를 들어 PEO(폴리에틸렌옥시드)나 PPO(폴리프로필렌옥시드)이다.

호스트 폴리머에 의해 유지하는 전해액은, 예를 들어, PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매, 지지염으로서의 리튬염(LiPF₆)을 포함하고 있다. 유기 용매는 PC 및 EC로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 환형상 카보네이트류, 디메틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 적용하는 것이 가능하다. 리튬염은 LiPF₆으로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 무기산 음이온염, LiCF₃SO₃ 등의 유기산 음이온염을 적용하는 것이 가능하다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 전지 요소(100)는 단전지층(110a)의 적층체의 형태로 외장 케이스(104)에 수용되어 있다. 전지 요소(100)의 최외층에 위치하는 집전체(111)에는 고도전성 부재로 이루어지는 단자 리드(101, 102)를 접속하고 있다. 고도전성 부재는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스, 이들의 합금이다.

단자 플레이트(101, 102)는 외장 케이스(104)의 외부로 연장되어 있고, 전지 요소(100)로부터 전류를 인출하기 위한 전극 탭을 겸용하고 있다. 또한, 독립된 별체의 전극 탭을 배치하여, 직접적 혹은 리드를 이용하여, 단자 플레이트(101, 102)와 접속함으로써, 전지 요소(100)로부터 전류를 인출하는 것도 가능하다.

외장 케이스(104)는 경량화 및 열전도성의 관점에서, 알루미늄, 스테인리스, 니켈, 구리 등의 금속(합금을 포함함)을 폴리프로필렌 필름 등의 절연체로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름 등의 시트재로 이루어진다. 시트재의 외주부의 일부 또는 전부를 열융착에 의해 접합함으로써, 외장 케이스(104)는 전지 요소(100)를 밀봉한다.

다음에, 쌍극형 전지(10)의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 10은 실시 형태에 관한 쌍극형 전지(10)의 제조 방법을 설명하기 위한 전체 공정도이다.

실시 형태에 관한 쌍극형 전지(10)의 제조 방법은 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 설치하여 이루어지는 서브 어셈블리 유닛(108)을 형성하는 서브 어셈블리 유닛 형성 공정, 서브 어셈블리 유닛(108)을 복수 적층하여 일체화한 어셈블리 유닛(109)을 형성하는 어셈블리 유닛 형성 공정 및 어셈블리 유닛(109)을 외장 케이스(104)에 수용하기 위한 케이싱 공정을 갖는다.

도 11은 도 10에 도시하는 서브 어셈블리 유닛 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도 12는 도 11에 도시하는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 평면도, 도 13은 도 11에 도시하는 전극 형성 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 14는 도 11에 도시하는 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 15는 도 11에 도시하는 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도, 도 16은 도 11에 도시하는 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 17은 도 11에 도시하는 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 18은 도 11에 도시하는 세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 서브 어셈블리 유닛 형성 공정은 전극 형성 공정, 전해질 배치 공정, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정, 세퍼레이터 배치 공정 및 세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정을 갖는다.

전극 형성 공정에 있어서는, 우선 정극 슬러리를 조정한다. 정극 슬러리는, 예를 들어 정극 활물질 [85중량％], 도전조제 [5중량％] 및 바인더 [10중량％]를 갖고, 점도 조정 용매를 첨가함으로써, 소정의 점도로 한다. 정극 활물질은 LiMn₂O₄이다. 도전조제는 아세틸렌블랙이다. 바인더는 PVDF(폴리불화비닐리덴)이다. 점도 조정 용매는 NMP(N-메틸-2-피롤리돈)이다. 정극 슬러리는 스테인리스 스틸박으로 이루어지는 집전체(111)의 한쪽의 면에 도포한다.

도전조제는, 예를 들어 카본블랙이나 그라파이트를 이용하는 것도 가능하다. 바인더 및 점도 조정 용매는 PVDF 및 NMP로 한정되지 않는다.

다음에, 부극 슬러리를 조정한다. 부극 슬러리는, 예를 들어 부극 활물질 [90중량％] 및 바인더 [10중량％]를 갖고, 점도 조정 용매를 첨가함으로써, 소정의 점도로 한다. 부극 슬러리는 집전체(111)의 다른 쪽의 면에 도포한다. 부극 활물질은 하드카본이다. 바인더 및 점도 조정 용매는 PVDF 및 NMP이다. 부극 슬러리는 집전체(111)의 다른 쪽의 면에 도포한다.

정극 슬러리의 도막 및 부극 슬러리의 도막은, 예를 들어 진공 오븐을 이용하여 건조시켜, 정극 활물질층으로 이루어지는 정극(113) 및 부극 활물질층으로 이루어지는 부극(112)을 형성한다(도 12 및 도 13 참조). 이때, NMP는 휘발함으로써 제거한다.

전해질 배치 공정에 있어서는, 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 겹치기 전에, 정극(113) 및 부극(112) 중 세퍼레이터(121)를 겹치는 측의 한쪽의 전극에, 한쪽의 전극의 표면에 노출되는 양의 전해질(126)을 도포한다. 제1 실시 형태에서는 전해질을 도포하는 공정에 있어서, 한쪽의 전극에 상당하는 정극(113)에만 전해질(126)을 도포하고, 다른 쪽의 전극에 상당하는 부극(112)에는 전해질을 도포하고 있지 않다(도 14 참조).

이 전해질을 도포하는 공정에 있어서, 정극(113)에 도포하는 전해질의 양은 정극(113)에 담지시키는 양, 세퍼레이터(121) 내에 침투시키는 양 및 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 양을 더한 양이다. 정극(113)에 담지시키는 양은, 구체적으로는 정극(113)의 내부에 침투하는 양과, 정극(113)의 표면에 노출시켜 제1 층(124)을 형성하기 위한 양을 포함하고 있다. 세퍼레이터(121) 내에 침투시키는 양은, 구체적으로는 세퍼레이터(121) 내에 침투시켜 제2 층(123)을 형성하기 위한 양을 포함하고 있다. 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 양에는, 구체적으로는 부극(112)의 내부에 침투하는 양과, 부극(112)의 표면에 노출시켜 제3 층(125)을 형성하기 위한 양을 포함하고 있다.

본 실시 형태에서는, 겔 전해질을 사용하고 있다. 이 전해질은, 예를 들어 전해액 [90중량％] 및 호스트 폴리머 [10중량％]를 갖고, 점도 조정 용매를 첨가함으로써 도포에 적합한 점도로 조제하고 있다.

전해액은 PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매, 지지염으로서의 리튬염(LiPF₆)을 포함하고 있다. 리튬염 농도는, 예를 들어 1M이다.

호스트 폴리머는, 예를 들어 HFP(헥사플루오로프로필렌)코폴리머를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다. 점도 조제 용매는 DMC(디메틸 카보네이트)이다. 점도 조제 용매는 DMC로 한정되지 않는다.

집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정에 있어서는, 집전체(111)가 노출되어 있는 정극측 외주부 또한 정극(113)의 주위를 둘러싸도록 연장되고, 제1 시일재(114)를 배치한다(도 15, 도 16 참조). 제1 시일재(114)의 두께는 정극(113)의 두께와, 정극(113)의 표면에 노출된 전해질(126)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다(도 5a 참조).

세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)를, 정극(113)측의 면의 전체를 덮도록 배치한다(도 17 참조). 세퍼레이터(121)는 다공질 형상의 PE이다. 세퍼레이터(121)를 설치했을 때에는, 세퍼레이터(121)와 제1 시일재(114) 사이에 간극을 형성한다. 이에 의해, 제1 시일재(114)에 의해 둘러싸인 내부에 기포가 잔류하는 것을 억제한다. 세퍼레이터(121)를 설치할 때에 전해질(126)과의 사이에 혼입된 공기는 세퍼레이터(121) 자신을 통해 빠져, 기포로 되어 잔류하는 경우가 없다.

세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121) 상에 제2 시일재(116)를 배치한다(도 18 참조). 제2 시일재(116)의 두께는 부극(112)의 두께와, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 침투시키는 전해질(127)의 두께와의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 제2 시일재(116)는 제1 시일재(114)의 배치 부위와 마주보도록[세퍼레이터(121)를 사이에 두고 겹치도록] 위치 결정한다(도 18 참조). 제1과 제2 시일재(114, 116)는, 예를 들어 1액성 미경화 에폭시 수지로 이루어진다.

이상의 공정에 의해, 서브 어셈블리 유닛(108)의 형성이 종료된다. 이 서브 어셈블리 유닛(108)에 있어서는, 전해질을 도포한 정극(113)의 표면에는 세퍼레이터(121)를 설치하고 있다. 또한, 서브 어셈블리 유닛(108)을 형성한 단계에서는, 부극(112)의 표면에는 전해질을 노출시키고 있지 않다. 이로 인해, 전해질에 접촉하는 것을 방지하기 위한 보호 필름을 부극(112)의 표면에 부착할 필요가 없다. 따라서, 보호 필름을 사용하지 않고 서브 어셈블리 유닛(108)을 간단하게 취급하는 것이 가능해진다.

또한, 세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)와 정극(113) 사이에 갇힌 기포는, 방치하고 있는 동안에 세퍼레이터(121) 자신을 통해 외부로 빠지지만, 기포를 적극적으로 흡인 배출하도록 해도 좋다. 즉, 세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 진공 펌프에 접속한 다공질반(porous stone) 상에 세퍼레이터(121)를 흡인하면서 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 설치하도록 해도 좋다. 다공질반으로서, 다공질 소결 금속반을 사용할 수 있다. 세퍼레이터(121)와 정극(113) 사이에 갇힌 기포를 세퍼레이터(121)를 통해 적극적으로 흡인 배출함으로써, 기포의 잔류를 가일층 적게 할 수 있다.

도 19는 도 10에 도시하는 어셈블리 유닛 형성 공정을 설명하기 위한 공정도, 도 20은 도 19에 도시하는 서브 어셈블리 유닛 세트 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 21은 도 19에 도시하는 적층 공정 및 프레스 공정을 설명하기 위한 개략도, 도 22는 도 19에 도시하는 시일재 침투 공정을 설명하기 위한 개략도, 도 23은 도 19에 도시하는 시일층 형성 공정을 설명하기 위한 개략도, 도 24는 도 19에 도시하는 계면 형성 공정을 설명하기 위한 개략도, 도 25는 도 19에 도시하는 초충전(初充電) 공정을 설명하기 위한 개략도이다.

어셈블리 유닛 형성 공정은 서브 어셈블리 유닛 세트 공정, 적층 공정, 프레스 공정, 시일재 침투 공정, 시일층 형성 공정, 계면 형성 공정, 초충전 공정 및 기포 배출 공정을 갖는다.

서브 어셈블리 유닛 세트 공정에 있어서는, 매거진(150)에 복수의 서브 어셈블리 유닛(108)을 순차적으로 세트한다(도 20 참조).

매거진(150)은 서브 어셈블리 유닛(108)의 세트 시의 간섭을 피하기 위해, 프레임 형상이고, 서브 어셈블리 유닛(108)의 외주부의 파지 가능한 클램프 기구(152)를 갖는다.

클램프 기구(152)는 서브 어셈블리 유닛(108)이 서로 접촉하지 않도록 적층 방향으로 간격으로 두고 배치한다. 적층 방향은 서브 어셈블리 유닛(108)의 면 방향에 대해 수직인 방향이다.

클램프 기구(152)는, 예를 들어 스프링으로 이루어지는 탄성 부재를 갖고 있고, 탄성력에 기초하여 주름 등이 발생하지 않도록, 서브 어셈블리 유닛(108)에 장력을 부여한 상태로 유지 가능하게 구성되어 있다.

적층 공정에 있어서는, 매거진(150)을 진공 처리 장치(160)의 내부에 배치하여, 진공 하에서 서브 어셈블리 유닛(108)의 적층체(108a)를 형성한다(도 21 참조). 진공도는, 예를 들어 0.2 × 10⁵ 내지 0.5 × 10⁵㎩이다. 정극(113) 및 부극(112)의 양면에 고분자 겔 전해질을 도포한 경우에는, 서브 어셈블리 유닛을 적층할 때에, 상위의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 고분자 겔 전해질이 노출된 전극이 하위의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 세퍼레이터에 겹친다. 이로 인해, 점착성이 있는 고분자 겔 전해질에 의해 기포가 갇히게 하는 경우가 있다. 이에 대해, 제1 실시 형태에 있어서는, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층할 때에는 세퍼레이터(121)와, 고분자 겔 전해질이 노출되어 있지 않은 부극(112)의 표면이 겹친다. 이로 인해, 점착성이 있는 고분자 겔 전해질에 의한 기포가 갇히는 것은 발생하지 않는다. 또한, 진공 하이기 때문에, 세퍼레이터(121)를 설치할 때에 정극(113) 표면의 전해질과의 사이에 혼입된 공기가 세퍼레이터(121) 자신을 통해 용이하게 빠진다. 이에 의해, 기포의 혼입을 더욱 억제하고 있다.

적층체(108a)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 받침대를 향해 매거진(150)을 이동시키면서 서브 어셈블리 유닛(108)을 파지하는 클램프 기구(152)를 제어하고, 받침대에 접촉하는 타이밍에서 서브 어셈블리 유닛(108)의 파지를 순차적으로 해소함으로써 적층체(108a)를 형성하는 것이 가능하다.

진공 처리 장치(160)는 진공 수단(162), 프레스 수단(170) 및 제어부(178)를 갖는다.

진공 수단(162)은 진공 챔버(163), 진공 펌프(164) 및 배관계(165)를 갖는다. 진공 챔버(163)는 착탈 가능(개방 가능)한 덮개부와, 매거진(150) 및 프레스 수단(170)이 배치되는 고정식의 기부를 갖는다. 진공 펌프(164)는, 예를 들어 원심식이고, 진공 챔버(163)의 내부를 진공 상태로 하기 위해 사용한다. 배관계(165)는 진공 펌프(164)와 진공 챔버(163)를 연결하기 위해 사용한다. 배관계(165)에는 리크 밸브(도시하지 않음)를 배치하고 있다.

프레스 수단(170)은 기부 플레이트(171) 및 기부 플레이트(171)에 대해 근접 이격 가능하게 배치한 프레스 플레이트(173)를 갖는다. 제어부(178)는 프레스 플레이트(173)의 이동이나 압박력을 제어하기 위해 사용한다. 기부 플레이트(171) 및 프레스 플레이트(173)에 시트 형상의 탄성체를 배치하는 것도 가능하다.

프레스 공정에 있어서는, 적층체(108a)는 진공 상태를 유지한 상태로, 프레스 플레이트(173) 및 기부 플레이트(171)에 의해, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층한 방향으로 가압한다(도 21 참조). 가압 조건은, 예를 들어 1 × 10⁶ 내지 2 × 10⁶㎩이다. 이 가압에 의해, 정극(113)에만 도포한 겔 전해질은 정극(113)의 내부에 침투하는 동시에, 세퍼레이터(121) 내에 침투한다. 겔 전해질은 또한, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 측까지 침투하고, 부극(112)의 내부에 침투한다. 정극(113)의 표면에는 제1 층(124)을 형성하기 위해 필요한 양의 겔 전해질이 노출된다. 세퍼레이터(121) 내에는 제2 층(123)을 형성하기 위해 필요한 양의 겔 전해질이 침투한다. 또한, 부극(112)의 표면에는 제3 층(125)을 형성하기 위해 필요한 양의 겔 전해질이 노출된다. 겔 전해질의 상기와 같은 침투 작용은 적층 공정에 있어서도 어느 정도 진행되어 있다.

적층한 복수의 서브 어셈블리 유닛(108), 즉 적층체(108a)를 가열하는 것이 더욱 바람직하다. 가열함으로써 겔 전해질이 용해되므로, 정극(113), 세퍼레이터(121) 및 부극(112)의 각각의 내부에 전해질을 충분하고 또한 균등하게 침투시킬 수 있기 때문이다. 또한, 가압뿐인 경우에 비하면, 전해질의 침투 작용을 촉진할 수 있기 때문이다.

적층체(108a)를 가열하는 가열 수단으로서, 예를 들어 프레스 플레이트(173) 및 기부 플레이트(171)의 내부에 저항 발열체를 배치할 수 있다. 프레스 플레이트(173) 및 기부 플레이트(171)의 온도를 상승시켜, 적층체(108a)를 가열할 수 있다. 프레스 플레이트(173) 및 기부 플레이트(171) 중 어느 한쪽의 내부에 가열 수단을 배치하거나, 프레스 플레이트(173) 및 기부 플레이트(171)의 외부에 가열 수단을 배치하는 것도 가능하다.

제1과 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸인 내부에, 기포가 잔류하는 것을 억제하기 위해, 제1 시일재(114)의 두께를 정극(113)과 정극(113)의 표면에 노출된 전해질(126)의 합계 두께보다도 작게 하고, 제2 시일재(116)의 두께를 부극(112)과 부극(112)의 표면에 노출된 전해질(127)의 합계 두께보다도 작게 하고 있다. 이 경우, 적층체(108a)를 평면적으로 가압해도, 충전부[제1과 제2 시일재(114, 116)를 배치하고 있는 부위]에, 가압력이 충분히 전달되지 않으므로, 시일 부족이 발생할 우려가 있다.

그로 인해, 프레스 수단(280)을 사용하여, 적층체(108a)에 있어서의 제1과 제2 시일재(114, 116)를 주로 가압하기 위한 시일재 침투 공정을 추가함으로써, 세퍼레이터(121)에 제1과 제2 시일재(114, 116)를 충분히 침투시키고 있다(도 22 참조). 이에 의해, 시일부(119)를 형성한다(도 6 참조).

제1과 제2 시일재(114, 116)가 침투한 부위는 시일층 형성 공정에 있어서, 가열함으로써 열경화되므로, 제1과 제2 시일층(115, 117)의 밀착성이 향상된다(도 4 참조).

프레스 수단(280)은 적층체(108a)를 배치하는 기부 플레이트(281), 기부 플레이트(281)에 대해 근접 이격 가능하게 배치하는 프레스 플레이트(283) 및 제어부(도시하지 않음)를 갖는다. 프레스 플레이트(283)는 분할되어 있고, 중앙 프레스 플레이트(284) 및 외주 프레스 플레이트(285)를 갖는다.

중앙 프레스 플레이트(284)는 적층체(108a)의 전극부[정극(113) 및 부극(112)을 배치하고 있는 부위]가 위치하는 부위를 지지하기 위해 사용한다. 외주 프레스 플레이트(285)는 적층체(108a)에 있어서의 충전부를 가압하기 위해 사용한다. 제어부는 중앙 프레스 플레이트(284) 및 외주 프레스 플레이트(285)의 이동이나 압박력을 제어하기 위해 사용한다.

따라서, 프레스 수단(280)은 기부 플레이트(281)에 배치한 적층체(108a)에 대해, 외주 프레스 플레이트(285)를 사용하여 충전부만을 가압하는 것이 가능하다. 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층한 방향으로 제1과 제2 시일재(114, 116)를 가압함으로써 집전체(111), 세퍼레이터(121) 및 제1과 제2 시일재(114, 116)를 밀착시켜, 전해질의 누설을 방지하는 시일부(119)를 형성하고 있다.

중앙 프레스 플레이트(284)에 의해 적층체(108a)의 전극부를 누른 후에, 외주 프레스 플레이트(285)에 의한 가압을 실시하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전극부에 위치하는 기포를 외주부로 이동시키는 것이 가능하므로, 전극부에 기포가 잔류하는 것을 억제한다.

이온 투과 및 전자의 이동이 불가능한 데드 스페이스의 발생이 억제되므로, 사용 시의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않으므로, 고출력 밀도를 달성할 수 있다. 즉, 기포(30)의 혼입을 억제한 쌍극형 전지(10)가 얻어지므로, 사용 시에 있어서의 이온의 이동은 방해되지 않고, 전지 저항은 증대되지 않는다.

또한, 프레스 공정 및 시일재 침투 공정을, 필요에 따라서 적절하게 일체화하는 것도 가능하다.

시일층 형성 공정에 있어서는, 적층체(108a)를 오븐(190)에 배치하여 가열한다. 이에 의해, 적층체(108a)에 포함되는 제1과 제2 시일재(114, 116)가 열경화되어, 제1과 제2 시일층(115, 117)을 형성한다(도 23, 도 4 참조). 가열 조건은, 예를 들어 80℃이다. 적층체(108a)의 가열 방법은 오븐을 사용하는 형태로, 특별히 한정되지 않는다.

리튬 2차 전지는 수분을 기피하지만, 제1과 제2 시일층(115, 117)을 수지로 구성하고 있으므로, 수분의 혼입은 피할 수 없다. 그로 인해, 프레스 공정에 있어서의 제1과 제2 시일재(114, 116)의 상기 소정의 두께는 제1과 제2 시일층(115, 117)의 외기에 접촉하는 두께의 치수를 극소로 하여, 침입하는 수분을 줄이는 관점으로부터 설정하고 있다.

제1과 제2 시일재(114, 116)는 열가소성 수지를 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 제1과 제2 시일재(114, 116)는 가열함으로써 소성 변형되어, 제1과 제2 시일층(115, 117)을 형성하게 된다.

계면 형성 공정에 있어서는, 적층체(108a)를 프레스 수단(180)에 배치하여 가열 하에서 가압한다(도 24 참조). 겔 전해질의 침투 작용이 충분히 진행되어, 정극(113)과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층(124)과, 세퍼레이터(121) 내에 전해질을 침투시킨 제2 층(123)과, 부극(112)과 세퍼레이터(121) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제3 층(125)을 갖는 전해질층(120)을 형성한다(도 4 참조). 가열 온도 및 가압 조건은, 예를 들어 80℃ 및 1 × 10⁶ 내지 2 × 10⁶㎩이다. 이에 의해, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층하여 일체화한 어셈블리 유닛(109)을 얻는다.

프레스 수단(180)은 기부 플레이트(181), 기부 플레이트(181)에 대해 근접 이격 가능하게 배치하는 프레스 플레이트(183), 하부 가열 수단(185), 상부 가열 수단(187) 및 제어부(188)를 갖는다. 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)은, 예를 들어 저항 발열체를 갖고 있고, 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)의 내부에 배치하여, 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)의 온도를 상승시키기 위해 사용한다. 제어부(188)는 프레스 플레이트(183)의 이동이나 압박력, 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)의 온도를 제어하기 위해 사용한다.

하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)의 한쪽을 생략하거나, 하부 가열 수단(185) 및 상부 가열 수단(187)을 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)의 외부에 배치하는 것도 가능하다. 기부 플레이트(181) 및 프레스 플레이트(183)에 시트 형상의 탄성체를 배치하는 것도 가능하다.

초충전 공정에 있어서는, 어셈블리 유닛(109)과 전기적으로 접속한 충방전 장치(192)에 의해, 첫회 충전이 행해져 기포가 발생한다(도 25 참조). 초충전 조건은, 예를 들어 정극(113)의 도포 중량으로부터 개산한 용량 베이스에서 21V － 0.5C에서 4시간이다.

기포 배출 공정에 있어서는, 예를 들어 롤러를 어셈블리 유닛(109)의 표면에 누름으로써, 어셈블리 유닛(109)의 중앙부에 위치하는 기포를 외주부로 이동하여 제거된다. 따라서, 전지의 출력 밀도를 향상시키는 것이 가능하다. 이 공정을 경유한 어셈블리 유닛(109)은 전지 요소(100)를 구성한다.

도 10에 도시하는 케이싱 공정에 있어서는, 어셈블리 유닛(109)에 의해 구성하는 전지 요소(100)가 외장 케이스(104)(도 2 참조)에 수용된다. 이에 의해, 쌍극형 전지(10)를 제조한다(도 1 및 도 2 참조). 외장 케이스(104)는 전지 요소(100)를 2매의 시트 형상의 외장재 사이에 배치하여, 외장재의 외주부를 접합함으로써 형성한다. 외장재는 폴리프로필렌 필름 등의 절연체로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름이고, 그 접합에는 열융착을 적용한다.

또한, 전지 요소(100)를, 복수 더 적층한 후에, 외장 케이스(104)에 수용함으로써, 쌍극형 전지(10)의 가일층 대용량 및/또는 고출력을 도모하는 것도 가능하다. 적층 공정 및 프레스 공정을 대기 하에서 실시하거나, 시일층 형성 공정 및 계면 형성 공정을 진공 하에서 실시하는 것도 가능하다.

전해질(124, 125), 제1과 제2 시일재(114, 116)를 적절하게 선택함으로써, 시일층 형성 공정 및 계면 형성 공정을 일체화해도 좋다. 제1과 제2 시일재(114, 116)의 경화 및 전해질층(120)의 완성을 동시에 실시함으로써, 제조 공정의 단축을 도모하는 것도 가능하다. 시일층 형성 공정과 계면 형성 공정 사이에, 각 쌍극형 단전지의 전위를 모니터하기 위한 탭(리드선)을 설치하기 위한 공정을 추가하는 것도 가능하다.

이상과 같이, 제1 실시 형태는 기포 혼입을 억제함으로써 출력 밀도를 향상시켜, 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제조하는 쌍극형 전지의 제조 방법 및 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제공할 수 있다.

또한, 고분자 겔 전해질은 폴리머 골격에 전해액을 유지한 열가소형이므로, 액누설을 방지하고, 액간 접촉을 방지하여 신뢰성이 높은 쌍극형 전지(10)를 구성하는 것이 가능하다. 또한, 겔 전해질은 열가소형으로 한정되지 않고, 열경화형을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에도 가열 하에서의 가압에 의해, 전해질층(120)을 경화시키고 액누설을 방지하여 액간 접촉을 방지하는 것이 가능하다.

프레스 공정 및 계면 형성 공정에 있어서의 면압은 1 × 10⁶ 내지 2 × 10⁶㎩로 한정되지 않고, 전지 요소(100)의 구성 재료의 강도 등의 물성을 고려하여 적절하게 설정하는 것이 가능하다. 시일층 형성 공정에 있어서의 가열 온도는 80℃로 한정되지 않고, 전해액의 내열성이나, 제1 시일재(114)[제1 시일층(115)] 및 제2 시일재(116)[제2 시일층(117)]의 경화 온도 등의 물성을 고려하여, 예를 들어 60℃ 내지 150℃인 것이 바람직하다.

전해질은 겔 전해질로 한정되지 않고, 전해액계를 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 전해질 배치 공정(도 14 참조)에 있어서, 예를 들어 마이크로 피펫을 사용하여 전해액을, 한쪽의 전극, 예를 들어 정극(113)에 도포하여 스며들게 한다(도 14 참조).

전해액은 PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매, 지지염으로서의 리튬염(LiPF₆) 및 소량의 계면 활성제를 포함하고 있다. 리튬염 농도는, 예를 들어 1M이다.

유기 용매는 PC 및 EC로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 환형상 카보네이트류, 디메틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 적용하는 것이 가능하다. 리튬염은 LiPF₆으로 특별히 한정되지 않고, 그 밖의 무기산 음이온염, LiCF₃SO₃ 등의 유기산 음이온염을 적용하는 것이 가능하다.

(제1 실시 형태의 변경예)

상술한 제1 실시 형태에서는, 전해질을 도포하는 공정에 있어서, 한쪽의 전극인 정극(113)에만 겔 전해질을 도포하고 있지만, 본 발명은 이 경우로 한정되는 것은 아니다. 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 정극(113) 및 부극(112) 중 세퍼레이터(121)를 겹치는 전극과는 반대측의 전극에, 전극 내에 침투하여 전극의 표면에 노출되지 않는 양의 전해질을 미리 도포할 수도 있다. 전해질의 침투 부족을 방지할 수 있다. 또한, 전해질이 전극 표면에 노출되지 않으므로, 서브 어셈블리 유닛(108)의 적층 시에 기포가 혼입되는 경우도 없다. 제1 실시 형태의 변경예로서, 전해질을 도포하는 공정에 있어서, 또한 다른 쪽의 전극인 부극(112)에, 부극(112) 내에 침투하여 부극(112)의 표면에 노출되지 않는 양의 전해질을 도포할 수도 있다. 정극(113)에 도포하는 전해질의 양은 정극(113)에 담지시키는 양, 세퍼레이터(121) 내에 침투시키는 양 및 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 양을 더한 양이다. 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 양은 상술한 실시 형태에 비하면, 부극(112)에 미리 도포한 양을 뺀 양으로 된다.

이와 같은 변경예에 있어서도, 서브 어셈블리 유닛(108)을 형성한 단계에서는, 부극(112)의 표면에는 전해질을 노출시키고 있지 않다. 이로 인해, 전해질에 접촉하는 것을 방지하기 위한 보호 필름을 부극(112)의 표면에 부착할 필요가 없다. 따라서, 보호 필름을 사용하지 않고 서브 어셈블리 유닛(108)을 간단하게 취급하는 것이 가능해진다. 또한, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층할 때에는 세퍼레이터(121)와, 전해질이 노출되어 있지 않은 부극(112)의 표면이 겹친다. 이로 인해, 점착성이 있는 겔 전해질에 의한 기포가 갇히는 것은 발생하지 않는다.

(제2 실시 형태)

도 26a 및 도 26b는 제2 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛(208)을 설명하기 위한 단면도, 도 26c는 서브 어셈블리 유닛(208)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 전해질(127)을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 부재에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명은 일부 생략한다.

제2 실시 형태는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은 쌍극형 전극(110)에 겹치는 측의 면이고, 전해질은 쌍극형 전극(110)과 세퍼레이터(121) 사이에 위치하고 있다. 단, 제2 실시 형태는 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 겹치기 전에, 세퍼레이터(121)에 있어서의 쌍극형 전극(110)에 겹치는 측의 면[제1 면(121A)으로 됨]에 전해질을 도포하고 있다. 이 점에 있어서, 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 겹치기 전에, 정극(113) 및 부극(112) 중 세퍼레이터(121)를 겹치는 측의 전극인 정극(113)에 전해질을 도포하는 제1 실시 형태와 상이하다.

제2 실시 형태의 쌍극형 전지(10)를 제조할 때에는, 우선 쌍극형 전극(110) 및 세퍼레이터(121)를 준비한다. 계속해서, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)에 전해질(126)을 도포한다(도 26a 참조). 도시예에서는, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은 세퍼레이터(121)의 양면 중 정극(113)에 접하는 측의 면이다. 계속해서, 전해질을 도포한 세퍼레이터(121)를, 정극(113)에 제1 면(121A)이 마주 보도록 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛(208)을 형성한다(도 26b 참조). 그리고, 서브 어셈블리 유닛(208)을 복수 적층하여(도 26c 참조), 세퍼레이터(121)에 도포한 전해질(126)을, 세퍼레이터(121)를 통해, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제2 면(121B)의 측에 겹치는 부극(112)까지 침투시켜, 어셈블리 유닛(109)을 형성한다(도 4 참조). 도 26c에는 서브 어셈블리 유닛(208)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 전해질(127)을 침투시킨 상태를 도시하고 있다.

제2 실시 형태는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전해질(126)이 쌍극형 전극(110)과 세퍼레이터(121) 사이에 위치하고 있다. 이 경우에는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 도 26a 및 도 26b에 도시한 바와 같이 집전체(111) 상에 배치하는 제1 시일재(114)의 두께를, 정극(113)의 두께와, 세퍼레이터(121)에 도포한 전해질(126)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 또한, 세퍼레이터(121) 상에 배치하는 제2 시일재(116)의 두께를, 부극(112)의 두께와, 세퍼레이터(121)를 통해 부극(112)의 표면으로 노출되도록 침투시키는 전해질(127)의 두께와의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다.

도 27은 제2 실시 형태에 있어서의, 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 28 및 도 29는 제2 실시 형태에 있어서의, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도 및 단면도, 도 30은 제2 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.

제2 실시 형태는 전해질 배치 공정, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정 및 세퍼레이터 배치 공정이 제1 실시 형태와 상이하다.

도 27을 참조하여, 전해질 배치 공정에 있어서는, 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 겹치기 전에, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)에 전해질을 도포한다. 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은 세퍼레이터(121)의 양면 중 정극(113)에 접하는 측의 면이다. 전해질(126)은 세퍼레이터(121)의 제1 면(121A) 중, 정극(113)이 접하는 부분에만 도포한다. 정극(113), 부극(112), 세퍼레이터(121)의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포한다. 제2 실시 형태에서는 세퍼레이터(121)의 제1 면(121A)에만 전해질(126)을 도포하고, 정극(113)이나 부극(112)에는 전해질을 도포하고 있지 않다.

도 28 및 도 29를 참조하여, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정에 있어서는, 집전체(111)가 노출되어 있는 정극측 외주부 또한 정극(113)의 주위를 둘러싸도록 연장하여 제1 시일재(114)를 배치한다.

도 30을 참조하여, 세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 전해질(126)을 도포한 세퍼레이터(121)를, 정극(113)측의 면의 전체를 덮도록 배치한다. 제1 시일재(114)의 두께는 정극(113)의 두께와, 정극(113)의 표면에 노출된 전해질(126)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 따라서, 세퍼레이터(121)를 설치했을 때에는, 세퍼레이터(121)와 제1 시일재(114) 사이에 간극을 형성한다. 이에 의해, 제1 시일재(114)에 의해 둘러싸인 내부에 기포가 잔류하는 것을 억제한다. 세퍼레이터(121)를 설치할 때에 전해질(126)과의 사이에 혼입된 공기는 세퍼레이터(121) 자신을 통해 빠져, 기포로 되어 잔류하는 경우가 없다.

이후의 제조 수순은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명은 생략한다.

이상과 같이, 세퍼레이터(121)의 양면 중 쌍극형 전극(110)에 겹치는 측인 제1 면(121A)에 전해질을 도포하는 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 기포 혼입을 억제함으로써 출력 밀도를 향상시켜, 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제조할 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 31a 및 도 31b는 제3 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛(308)을 설명하기 위한 단면도, 도 31c는 서브 어셈블리 유닛(308)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 정극(113)의 표면에 노출되도록 전해질(127)을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 부재에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명은 일부 생략한다.

제3 실시 형태는 제1, 제2 실시 형태와 달리, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은 쌍극형 전극(110)에 겹친 측과는 반대측의 외표면이고, 전해질은 쌍극형 전극(110)에 겹친 세퍼레이터(121)의 외표면에 위치하고 있다. 이로 인해, 제3 실시 형태는 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 겹친 후에, 세퍼레이터(121)에 있어서의 쌍극형 전극(110)에 겹친 측과는 반대측의 외표면[제1 면(121A)으로 됨]에 전해질을 도포하고 있다.

제3 실시 형태의 쌍극형 전지(10)를 제조할 때에는, 우선 쌍극형 전극(110) 및 세퍼레이터(121)를 준비한다. 계속해서, 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극에 세퍼레이터(121)를 겹친다(도 31a 참조). 도시예에서는 정극(113)에 세퍼레이터(121)를 겹치고 있다. 계속해서, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)에 전해질(126)을 도포하여, 서브 어셈블리 유닛(308)을 형성한다(도 31b 참조). 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은 세퍼레이터(121)의 양면 중 쌍극형 전극(110)에 겹친 측과는 반대측의 외표면이다. 그리고, 서브 어셈블리 유닛(308)을 복수 적층하여(도 31c 참조), 세퍼레이터(121)에 도포한 전해질(126)을, 세퍼레이터(121)를 통해, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제2 면(121B)의 측에 겹치는 정극(113)까지 침투시켜, 어셈블리 유닛(109)을 형성한다(도 4 참조). 도 31c에는 서브 어셈블리 유닛(308)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 정극(113)의 표면에 노출되도록 전해질(127)을 침투시킨 상태를 도시하고 있다.

제3 실시 형태는 전해질(126)이 쌍극형 전극(110)에 겹친 세퍼레이터(121)의 외표면에 위치하고 있다. 이 경우에는, 도 31b 및 도 31c에 도시한 바와 같이 집전체(111) 상에 배치하는 제1 시일재(114)의 두께를, 정극(113)의 두께와, 세퍼레이터(121)를 통해 정극(113)의 표면에 노출되도록 침투시키는 전해질(127)의 두께와의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 또한, 세퍼레이터(121) 상에 배치하는 제2 시일재(116)의 두께를, 부극(112)의 두께와, 전해질(126)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다.

도 32는 제3 실시 형태에 있어서의, 서브 어셈블리 유닛 형성 공정을 설명하기 위한 공정도이다. 도 33 및 도 34는 제3 실시 형태에 있어서의, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도 및 단면도, 도 35는 제3 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 36은 제3 실시 형태에 있어서의, 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 37은 제3 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.

도 32에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태의 서브 어셈블리 유닛 형성 공정은 전극 형성 공정, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정, 세퍼레이터 배치 공정, 전해질 배치 공정 및 세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정을 갖는다. 제3 실시 형태에서는 세퍼레이터 배치 공정 후에, 전해질 배치 공정을 실시한다.

도 33 및 도 34를 참조하여, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정에 있어서는, 집전체(111)가 노출되어 있는 정극측 외주부 또한 정극(113)의 주위를 둘러싸도록 연장하여 제1 시일재(114)를 배치한다.

도 35를 참조하여, 세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121)를, 정극(113)측의 면의 전체를 덮도록 배치한다. 정극(113) 및 세퍼레이터(121)에는 아직 전해질(126)을 도포하고 있지 않으므로, 세퍼레이터(121)를 설치했을 때에 기포가 전해질에 갇히게 하는 경우는 없다.

도 36을 참조하여, 전해질 배치 공정에 있어서는, 쌍극형 전극(110)에 세퍼레이터(121)를 겹친 후에, 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)에 전해질을 도포한다. 세퍼레이터(121)에 있어서의 제1 면(121A)은, 세퍼레이터(121)의 양면 중 정극(113)에 겹친 측과는 반대측의 외표면이다. 전해질(126)은 세퍼레이터(121)의 제1 면(121A) 중, 부극(112)이 접하는 부분에만 도포한다. 정극(113), 부극(112), 세퍼레이터(121)의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포한다. 제3 실시 형태에서는, 세퍼레이터(121)의 제1 면(121A)에만 전해질(126)을 도포하고, 정극(113)이나 부극(112)에는 전해질을 도포하고 있지 않다.

도 37을 참조하여, 세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(121) 상에 제2 시일재(116)를 배치한다. 제2 시일재(116)는 제1 시일재(114)의 배치 부위와 마주보도록[세퍼레이터(121)를 사이에 두고 겹치도록] 위치 결정한다. 제1과 제2 시일재(114, 116)는, 예를 들어 1액성 미경화 에폭시 수지로 이루어진다.

제1 시일재(114)의 두께는 정극(113)의 두께와, 세퍼레이터(121)를 통해 정극(113)의 표면에 노출되도록 침투시키는 전해질(127)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 따라서, 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 전해질(126)을, 세퍼레이터(121)를 통해 정극(113)까지 침투시켰을 때에, 세퍼레이터(121)와 제1 시일재(114) 사이에 간극을 형성한다. 이에 의해, 제1 시일재(114)에 의해 둘러싸인 내부에 기포가 잔류하는 것을 억제한다.

또한, 제2 시일재(116)의 두께는 부극(112)의 두께와, 잔존하는 전해질(126)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 따라서, 서브 어셈블리 유닛(108)을 적층하여, 세퍼레이터(121)를 통해 정극(113)의 측에 전해질(127)을 침투시켜도, 집전체(111)와 제2 시일재(116) 사이에 간극을 형성한다. 이에 의해, 제2 시일재(116)에 의해 둘러싸인 내부에, 기포가 잔류하는 것을 억제한다(도 31c 참조).

이상과 같이, 세퍼레이터(121)의 양면 중 쌍극형 전극(110)에 겹친 측과는 반대측의 외표면인 제1 면(121A)에 전해질을 도포하는 제3 실시 형태는, 제1, 제2 실시 형태와 마찬가지로 기포 혼입을 억제함으로써 출력 밀도를 향상시켜, 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제조할 수 있다.

(실시예)

이하, 제1 내지 제3 실시 형태에 관한 실시예를 설명한다. 제작한 쌍극형 전지는 하기와 같다.

<쌍극형 전극의 제작>

정극 활물질로서 LiNiO₂(85중량％, 평균 입경 15㎛)에 도전조제로서 아세틸렌 블랙(5중량％), 바인더로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)(10중량％), 슬러리 점도 조정 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 도포 공정에 최적인 점도로 될 때까지 첨가하여 정극 슬러리를 제작하였다. 집전체인 스테인리스박(두께 20㎛)의 편면에 정극 슬러리를 도포하고, 건조시켜 정극을 형성하였다.

부극 활물질로서 하드카본(90중량％, 평균 입경 20㎛)에, 바인더로서 PVDF(10중량％), 슬러리 점도 조정 용매로서 NMP를 도포 공정에 최적인 점도로 될 때까지 첨가하여 부극 슬러리를 제작하였다. 정극을 도포한 스테인리스박의 반대면에 부극 슬러리를 도포하고, 건조시켜 부극을 형성하였다.

집전체인 스테인리스박의 양면에 정극과 부극을 각각 형성하여, 쌍극형 전극을 형성하였다. 이 쌍극형 전극에 가열 롤 프레스를 추가하여 전극을 프레스하였다. 프레스 후의 각 전극의 두께는 정극이 20㎛, 부극이 30㎛였다.

쌍극형 전극을 240㎜ × 290㎜로 절단하여, 정극 및 부극 모두 외주부를 20㎜ 박리하여 취함으로써, 집전체인 스테인리스박 표면을 노출시켰다. 이상에 의해, 전극면이 200㎜ × 250㎜이고, 그 외주부에 20㎜의 집전체인 스테인리스박을 노출시킨 쌍극형 전극을 제작하였다.

<고분자 겔 전해질의 형성>

PC 및 EC로 이루어지는 유기 용매와, 1M의 LiPF₆을 포함하는 전해액(90중량％)에, 호스트 폴리머로서 HFP 코폴리머를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(10중량％), 점도 조정 용매로서 DMC를 도포 공정에 최적인 점도로 될 때까지 첨가하여 프레겔 전해질을 제작하였다. 이 고분자 겔 전해질을 표 1에 나타낸 바와 같이 정극 전극부, 부극 전극부, 세퍼레이터의 정극측의 면, 혹은 세퍼레이터의 부극측의 면에 도포하고, DMC를 건조시킴으로써 고분자 겔 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다. 도포하는 전해질의 양은 정극, 부극, 세퍼레이터의 공공률(空孔率)을 계산하여, 충분히 필요한 양을 도포하였다.

더욱 상세하게는, 비교예에서는 전해질을 정극 전극부 및 부극 전극부의 양면에 도포하여, DMC를 건조시킴으로써, 양면에 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다.

제1 실시예에서는 부극 전극부의 면 상에만 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포하였다. 이에 의해, 부극 전극부에만 각 층에 필요한 충분한 양의 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다.

제2 실시예에서는 정극 전극부의 면 상에만 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포하였다. 이에 의해, 정극 전극부에만 각 층에 필요한 충분한 양의 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다.

제3 실시예에서는 세퍼레이터의 양면 중 부극면에 접하는 측의 면이고, 부극 전극부가 접하는 부분에만 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포하였다. 이에 의해, 세퍼레이터의 부극면에 접하는 측의 면에만 각 층에 필요한 충분한 양의 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다.

제4 실시예에서는 세퍼레이터의 양면 중 정극면에 접하는 측의 면이고, 정극 전극부가 접하는 부분에만 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포하였다. 이에 의해, 세퍼레이터의 정극면에 접하는 측의 면에만 각 층에 필요한 충분한 양의 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다.

제5 실시예에서는, 이 공정에서는 전해질을 도포하지 않았다.

제6 실시예에서도 마찬가지로, 이 공정에서는 전해질을 도포하지 않았다.

<충전재(시일부 전구체)의 형성>

쌍극형 전극의 전해질 도포면측(양면 도포의 경우에는 정극면)의 주변부의 전극 미도포 부분에 디스펜서를 사용하여, 전극의 외주부에 시일 전구체(1액성 미경화 에폭시 수지)를 도포하였다(도 15, 도 16을 참조). 제5 실시예 및 제6 실시예는, 전해질은 아직 도포되어 있지 않으므로, 제5 실시예에서는 정극측, 제6 실시예에서는 부극측에 시일 전구체를 도포하였다.

다음에, 250㎜ × 300㎜의 세퍼레이터(아라미드제 부직포 세퍼레이터 : 12㎛)를 전해질 도포면측에 집전체인 스테인리스박 전체를 덮도록 설치하였다(도 17을 참조). 이 공정에서는 진공 펌프에 접속한 다공질반 상에 세퍼레이터를 흡인하면서 쌍극형 전극에 세퍼레이터를 설치하였다. 다공질반으로서, 다공질 소결 금속반을 사용하였다. 세퍼레이터와 전극 사이에 갇히게 한 기포를 세퍼레이터를 통해 흡인 배출함으로써 기포가 남지 않도록 세퍼레이터를 부착할 수 있었다. 제5 실시예에서는 정극측, 제6 실시예에서는 부극측에 세퍼레이터를 설치하였다.

더욱 상세하게는, 비교예에서는 정극의 외주부에 시일 전구체를 도포하였다. 세퍼레이터를 다공질반 상에 설치하여 흡인하면서, 정극의 측에 세퍼레이터를 부착하였다.

제1 실시예에서는 부극의 외주부에 시일 전구체를 도포하였다. 세퍼레이터를 다공질반 상에 설치하여 흡인하면서 부극의 측에 세퍼레이터를 부착하였다.

제2 실시예에서는 정극의 외주부에 시일 전구체를 도포하였다. 세퍼레이터를 다공질반 상에 설치하여 흡인하면서 정극의 측에 세퍼레이터를 부착하였다.

제3 실시예에서는 부극의 외주부에 시일 전구체를 도포하였다. 세퍼레이터의 양면 중 전해질을 도포하고 있지 않은 측의 면을 다공질반 상에 설치하여 흡인하면서 부극의 측에 세퍼레이터를 부착하였다.

제4 실시예에서는 정극의 외주부에 시일 전구체를 도포하였다. 세퍼레이터의 양면 중 전해질을 도포하고 있지 않은 측의 면을 다공질반 상에 설치하여 흡인하면서 정극의 측에 세퍼레이터를 부착하였다.

제5 실시예에서는, 전해질은 아직 도포하고 있지 않다. 제5 실시예에서는 정극의 외주부에 시일 전구체를 도포하였다. 세퍼레이터를 다공질반 상에 설치하여 흡인하면서 정극의 측에 세퍼레이터를 부착하였다. 그 후, 설치한 세퍼레이터 상으로부터 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍으로 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포하였다.

제6 실시예에서는, 전해질은 아직 도포하고 있지 않다. 제6 실시예에서는 부극의 외주부에 시일 전구체를 도포하였다. 세퍼레이터를 다공질반 상에 설치하여 흡인하면서 부극의 측에 세퍼레이터를 부착하였다. 그 후, 설치한 세퍼레이터 상으로부터 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍으로 골고루 퍼지는 충분한 양의 전해질을 도포하였다.

그 후, 세퍼레이터 상으로부터 전극 미도포 부분(상기한 시일 전구체를 도포한 부분과 동일한 부분)에 디스펜서를 사용하여 전극의 외주부에 시일 전구체(1액성 미경화 에폭시 수지)를 도포하였다(도 18을 참조).

<매거진으로의 세트>

제작한 쌍극형 전극을 부극면을 위로 한 상태에서, 각 전극이 접촉하지 않고 또한 전극의 면 방향에 대해 수직 방향으로 어긋나지 않고 전극 및 시일 부위의 외측을 파지할 수 있는 쌍극형 전극 유지용 매거진에 6매 세트하였다(도 20을 참조).

가장 아래의 쌍극형 전극은 시일 부위 및 세퍼레이터를 설치하고 있지 않고, 전해질을 정극면에 도포하고 있지 않다. 또한, 가장 위의 쌍극형 전극은 전해질을 부극면에 도포하고 있지 않다.

<진공 챔버 내로의 도입>

매거진을 적층 부위 및 가압, 가열 프레스 부위를 갖는 진공 챔버 내로 도입하여, 진공 챔버 내를 진공 펌프에 의해 진공으로 하였다(도 21을 참조).

<전극의 적층>

진공 중에서, 받침대를 향해 매거진을 하강 이동시키면서 쌍극형 전극의 파지를 순차적으로 해소하여, 받침대 상에 쌍극형 전극을 어긋남이 없도록 적층하였다. 이상에 의해, 단전지를 5적층한 쌍극형 전지 구조체를 제작하였다(도 21을 참조).

<쌍극형 전지의 프레스>

쌍극형 전지 구조체를 진공 중에서 전극 받침대마다 프레스 부위로 이동하여, 열프레스기에 의해 면압 1㎏/㎠, 80℃에서 1시간 열프레스하였다. 이에 의해, 전해질을 가소화시켜 전극간 거리(정극-부극간)를 세퍼레이터의 두께까지 프레스하는 동시에 미경화의 시일부(에폭시 수지)를 경화하였다. 이 공정에 의해, 시일부를 소정의 두께까지 프레스하여 더욱 경화하였다.

<진공 챔버로부터의 취출>

진공 챔버 내를 리크하여 대기압으로 복귀시킨 후, 쌍극형 전지 구조체를 취출하여, 고분자 겔 전해질형의 쌍극형 전지를 완성시켰다.

표 1에는 비교예 및 각 실시예에 있어서의, 고분자 겔 전해질을 도포한 전해질 도포면을 나타내고 있다. 비교예에서는 정극 및 부극의 양면에 고분자 겔 전해질을 도포하였다. 제1 내지 제6 실시예에서는 정극 혹은 부극의 어느 한쪽의 면, 세퍼레이터의 양면 중 전극에 접하는 측의 면, 혹은 세퍼레이터의 외표면에 고분자 겔 전해질을 도포하였다. 표 1에는 후술하는 방전 용량의 평가 및 내부 저항의 평가의 각각의 결과도 더불어 나타내고 있다.

<평가 1>

쌍극형 전지의 해체에 의한 육안 관찰에 대해 설명한다.

제작한 쌍극형 전지를 분해하여, 육안 관찰에 의해 기포의 혼입 상태를 확인하였다.

비교예에서는 정극과 세퍼레이터 사이에 기포가 남아 있는 것을 확인할 수 있었다.

제1 내지 제4 실시예에서는, 전극과 세퍼레이터의 층 사이에는 기포는 없었다. 이에 의해, 본 제1 내지 제4 실시예는 비교예에 대해, 기포의 혼입이 감소되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

상세한 메커니즘은 반드시 명백하지 않지만, 비교예와 같이 전해질을 전극의 양면에 도포하고 있으면, 서브 어셈블리 유닛끼리를 적층할 때에, 한쪽의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 전극과 다른 쪽의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 세퍼레이터 사이에 한번 들어간 기포가 전해질의 점착에 의해 용이하게는 외부로 빠지지 않기 때문이라고 생각된다. 한편, 제1 내지 제4 실시예에서는 서브 어셈블리 유닛끼리를 적층할 때에, 한쪽의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 전해질을 도포하고 있지 않은 표면을, 다른 쪽의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 세퍼레이터에 적층하고 있다. 이와 같이 하면, 층 사이의 점착이 없으므로 용이하게 기포를 제거하면서 서브 어셈블리 유닛끼리를 적층할 수 있기 때문이라고 생각된다.

<평가 2>

1C 방전 용량 평가에 대해 설명한다.

비교예 및 제1 내지 제6 실시예에 대해 방전 용량의 평가를 행하였다. 정극의 도포 중량으로부터 개산한 용량 베이스에서 21V-1C에서 2시간 충전을 행한 후, 하한 전압 12.5V에서 1C 정전류 방전을 행하여 용량 측정을 행하였다. 용량의 측정 결과도 상기한 표 1에 나타낸다. 표 1 중의 방전 용량은 정극의 도포 중량으로부터 개산한 이론 용량을 100％로 했을 때의 방전 용량의 비율(％)을 나타내고 있다.

표 1에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 내지 제6 실시예의 전지는 용량이 완전히 나오지 않은 비교예의 쌍극형 전지에 대해, 대략 이론치와 같은 설계 용량을 방전할 수 있는 것을 알 수 있었다.

따라서, 실시예의 제조 방법을 사용함으로써, 용이하게 기포를 제거하여 기포의 영향이 거의 없는 쌍극형 전지를 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다.

<평가 3>

만충전 시의 내부 저항 평가에 대해 설명한다.

비교예 및 제1 내지 제6 실시예의 각 전지에 대해, 만충전 상태(SOC 100％, 21V)로부터 2C 방전을 행하여, 10초 후의 전압을 측정하고, 전압 저하분으로부터 전지의 내부 저항을 측정하였다. 저항 측정 결과도 상기한 표 1에 나타낸다. 표 1 중의 저항치는 비교예의 저항치를 100％로 했을 때의 저항치의 비율(％)을 나타내고 있다.

표 1에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 내지 제6 실시예의 전지는 비교예의 전지에 대해, 모두 저항치가 감소되어 있었다.

따라서, 실시예의 제조 방법을 사용함으로써, 용이하게 기포를 제거할 수 있고, 그 결과, 저항이 감소되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

비교예와, 제1 실시예 및 제2 실시예의 비교 결과로부터, 적층 시에 전해질에 의한 점착이 없는 층간끼리를 적층하는 쪽이 기포의 혼입은 적고, 또한 정극측, 부극측의 어느 쪽에 도포해도, 대략 동등한 효과가 있는 것을 알 수 있었다.

제1, 제2 실시예와, 제3, 제4 실시예의 비교 결과로부터, 세퍼레이터 상에 전해질층을 제작함으로써도, 동일한 효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

제1, 제2 실시예와, 제5, 제6 실시예의 비교 결과로부터, 세퍼레이터를 설치한 후에, 세퍼레이터 상에 전해질층을 제작함으로써도, 동일한 효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

(제4 실시 형태)

도 38은 제4 실시 형태에 있어서의, 어셈블리 유닛(409) 및 전해질층(420)을 설명하기 위한 단면도, 도 39a 및 도 39b는 제4 실시 형태에 관한 서브 어셈블리 유닛(408)을 설명하기 위한 단면도, 도 39c는 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층하여, 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 액전해질(427)을 침투시킨 상태를 도시하는 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 공통되는 부재에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명은 일부 생략한다.

전술한 바와 같이, 쌍극형 전지는 각 층의 전해질끼리가 접촉하면 액간 접촉으로 되어 전지로서 기능하지 않는다. 따라서, 전해질에 전해액을 포함하는 쌍극형 전지를 제작할 때에는, 각 층의 전해질이 접촉하지 않도록 각 층에 시일 기재(基材)를 설치하여 액간 접촉을 방지하고 있다. 전해질로서 고분자 겔 전해질을 사용함으로써, 상기한 액간 접촉을 방지할 수는 있다. 그러나, 고분자 겔 전해질을 사용하면, 액전해질과 비교하여 이온 전도도가 저하되므로 전지 저항이 커진다. 이에 의해, 전지의 출력 밀도가 저하되어 버린다는 문제가 있다.

따라서, 제4 실시 형태에서는 기포 혼입을 억제함으로써 출력 밀도를 향상시키는 것에 추가하여, 이온 전도도의 증가를 도모함으로써 출력 밀도를 향상시키고 있다.

제4 실시 형태의 세퍼레이터(421)는 고분자 겔 전해질에 있어서의 액전해질이 스며드는 한편, 고분자 겔 전해질의 폴리머가 스며들지 않는 다공질 형상의 세퍼레이터로 구성되어 있다. 상술한 제1, 제2 및 제3 실시 형태에 있어서는, 고분자 겔 전해질에 있어서의 폴리머가 세퍼레이터(121)를 통과하는 것을 배제하는 것은 아니다. 제4 실시 형태는, 제1 실시 형태의 구성에 추가하여, 액전해질을 선택적으로 투과시키는 기능을 세퍼레이터(421)에 부가하고 있다. 즉, 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 고분자 겔 전해질에 있어서의 액전해질을, 세퍼레이터(421)를 통해, 세퍼레이터(421)에 있어서의 제2 면(421B)의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시키고 있다. 세퍼레이터(421)에 있어서의 제1 면(421A)은 제1 실시 형태와 마찬가지로 쌍극형 전극(110)에 겹치는 측의 면이다. 또한, 제2, 제3 실시 형태의 구성에 추가하여, 액전해질을 선택적으로 투과시키는 기능을 세퍼레이터(421)에 부가할 수도 있다.

제4 실시 형태의 쌍극형 전지(10)는 개략적으로 설명하면, 쌍극형 전극(110)에 대해 전해질층(420)을 설치하고, 이들을 복수 적층함으로써 형성한 적층체를 갖고 있다(도 38 참조). 특히, 정극(113) 및 부극(112) 중 어느 한쪽의 전극 내에 고분자 겔 전해질이 스며들고, 다른 쪽의 전극 내에 액전해질만이 포함되어 있다.

전해질층(420)은 고분자 겔 전해질에 있어서의 액전해질이 스며드는 한편, 고분자 겔 전해질의 폴리머가 스며들지 않는 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터(421)를 포함하고 있다. 전해질층(420)은 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극과 세퍼레이터(421) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층(424)과, 세퍼레이터(421) 내에 전해질을 침투시킨 제2 층(423)과, 다른 쪽의 전극과 세퍼레이터(421) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제3 층(425)을 갖고 있다. 제1 층(424)은 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극에 고분자 겔 전해질을 도포함으로써 형성한다. 제2 층(423)은 한쪽의 전극에 도포한 고분자 겔 전해질에 있어서의 전해질을 세퍼레이터(421) 내에 침투시킴으로써 형성한다. 제3 층(425)은 한쪽의 전극에 도포한 고분자 겔 전해질에 있어서의 액전해질을 세퍼레이터(421)를 통해 다른 쪽의 전극의 표면에 노출되도록 침투시킴으로써 형성한다(도 38 참조). 제1, 제2 층(424, 423)의 전해질은 액체상 또는 반고체의 겔상의 전해질이지만, 제3 층(425)의 전해질은 액체상의 전해질이다.

이 쌍극형 전지(10)를 제조할 때에는, 우선 쌍극형 전극(110) 및 세퍼레이터(421)를 준비한다. 계속해서, 정극(113) 및 부극(112) 중 어느 한쪽의 전극에 고분자 겔 전해질(426)을 도포한다(도 39a 참조). 계속해서, 고분자 겔 전해질(426)을 도포한 한쪽의 전극의 표면에 세퍼레이터(421)를 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛(408)을 형성한다(도 39b 참조). 그리고, 서브 어셈블리 유닛(408)을 복수 적층하여(도 39c 참조), 한쪽의 전극에 도포한 고분자 겔 전해질(426)에 있어서의 액전해질(427)을, 세퍼레이터(421)를 통해 다른 쪽의 전극까지 침투시켜, 어셈블리 유닛(409)을 형성한다(도 38 참조). 도 39c에는 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층하여, 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 액전해질(427)을 침투시킨 상태를 도시하고 있다.

어셈블리 유닛(409)을 형성하는 공정에 있어서, 한쪽의 전극과 세퍼레이터(421) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층(424)과, 세퍼레이터(421) 내에 전해질을 침투시킨 제2 층(423)과, 다른 쪽의 전극과 세퍼레이터(421) 사이에서 이온을 전도하는 액전해질을 포함한 제3 층(425)을 갖는 전해질층(420)을 형성하고 있다(도 38 참조).

본 실시 형태에서는 정극(113)에 고분자 겔 전해질(426)을 도포하여, 고분자 겔 전해질(426)에 있어서의 액전해질(427)을 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)까지 침투시키고 있다. 따라서, 정극(113)이 「한쪽의 전극」에 상당하고, 부극(112)이 「다른 쪽의 전극」에 상당한다. 또한, 전술한 바와 같이, 고분자 겔 전해질을 구성하는 폴리머와 전해액의 비율은 폭 넓게, 폴리머 100％를 전체 고체 고분자 전해질, 전해액 100％를 액전해질로 하면, 그 중간체는 모두 고분자 겔 전해질에 해당한다.

액전해질을 선택적으로 투과시키는 기능은 세퍼레이터(421)의 미세 구멍의 직경의 범위를 규정함으로써, 이 세퍼레이터(421)에 부가할 수 있다. 세퍼레이터(421)의 소재는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 예를 들어 전해질을 침투할 수 있는 통기성을 갖는 다공질 형상의 PE(폴리에틸렌)이다. 그러나, 이것으로 특별히 한정되지 않고, PP(폴리프로필렌) 등의 다른 폴리올레핀, PP/PE/PP의 3층 구조를 한 적층체, 폴리아미드, 폴리이미드, 아라미드, 부직포를 이용하는 것도 가능하다. 부직포는, 예를 들어 솜, 레이온, 아세테이트, 나일론, 폴리에스테르, 아라미드 등이다. 미세 구멍막 세퍼레이터의 미세 구멍의 직경은 0.1㎛ 내지 0.5㎛, 부직포 세퍼레이터의 미세 구멍의 직경은 1㎛ 내지 5㎛ 정도가 일반적이고, 폴리머 입자의 크기에 의해 적절하게 선정할 수 있다.

액전해질의 입경은 종류에도 의하지만, 0.01㎛ 이하로 매우 작다. 이로 인해, 액전해질은 다공질 형상 세퍼레이터 혹은 부직포 세퍼레이터를 간단하게 투과한다.

고분자 겔 전해질의 폴리머 입자의 크기는 일률적으로는 말할 수 없는 것이지만, 분자쇄(molecular chain)가 늘어나 1㎛ 정도로 되었다고 가정한다. 이 경우에는, 폴리머 입자의 크기가, 부직포 세퍼레이터에 있어서의 미세 구멍의 직경 치수와 미세 구멍막 세퍼레이터에 있어서의 미세 구멍의 직경 치수의 사이로 된다. 따라서, 부직포 세퍼레이터를 적용한 경우에는 폴리머도 액전해질도 투과하고, 미세 구멍막 세퍼레이터를 적용한 경우에는 폴리머가 투과하지 않고 액전해질만이 투과하는 결과로 된다. 세퍼레이터의 소재로서 부직포를 사용하는 것을 제외하는 것은 아니고, 폴리머 입자의 크기를 조정함으로써, 부직포 세퍼레이터라도, 액전해질을 선택적으로 투과시키는 기능을 부가할 수 있다. 폴리머 입자의 크기는 분자량으로 조정할 수 있어, 분자량이 큰 쪽이 폴리머 입자의 크기가 커진다. 따라서, 폴리머 입자의 크기가 5㎛를 초과하도록 분자량을 크게 함으로써, 부직포 세퍼레이터를 사용하여, 액전해질만을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또한, 폴리머 입자의 크기 자체의 측정은 곤란하므로, 폴리머의 분자량을 바꾸면서 액전해질을 선택적으로 투과시키는 기능의 불량을 판정하는 작업을 반복하는 시행 착오에 의해, 폴리머의 적절한 분자량을 결정한다.

도 39a 내지 도 39c에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태와 마찬가지로 서브 어셈블리 유닛(408)을 형성하는 공정에 있어서, 집전체(111) 상에 배치하는 제1 시일재(114)의 두께를, 정극(113)의 두께와, 정극(113)의 표면에 노출된 고분자 겔 전해질(426)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 또한, 세퍼레이터(421) 상에 배치하는 제2 시일재(116)의 두께를, 부극(112)의 두께와, 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 침투시키는 액전해질(427)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 이와 같은 치수 설정에 의해, 세퍼레이터(121)를 설치했을 때에, 세퍼레이터(121)와 제1 시일재(114) 사이에 간극을 형성한다. 이에 의해, 제1 시일재(114)에 의해 둘러싸인 내부에 기포가 잔류하는 것을 억제한다(도 39a 및 도 39b 참조). 세퍼레이터(421)를 설치할 때에 고분자 겔 전해질(426) 사이에 공기가 혼입되는 경우가 있지만, 이 공기는 통기성을 가진 세퍼레이터(421) 자신을 통해 빠지므로, 기포로 되어 잔류하는 경우는 없다.

또한, 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층하여, 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)의 표면에 전해질(427)이 노출되도록 침투시켰을 때에, 집전체(111)와 제2 시일재(116) 사이에는 간극을 형성한다. 이에 의해, 제2 시일재(116)에 의해 둘러싸인 내부에 기포가 잔류하는 것을 억제한다(도 39c 참조).

이와 같이 쌍극형 전극(110)을 적층할 때의 기포(30)의 잔류를 억제할 수 있으므로, 적층 시에 세퍼레이터(421)를 바싹 당기는 것 등의 기포 제거 작업이 불필요해진다. 번잡한 작업이 없어지는 것을 통해, 쌍극형 전지(10)의 양산화에 기여할 수 있다.

또한, 정극(113)의 표면에 노출된 고분자 겔 전해질(426)은 제1 층(424)을 형성하기 위한 양에 추가하여, 세퍼레이터(421) 내에 침투시키는 양 및 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 액전해질(427)의 양을 포함하고 있다. 이로 인해, 고분자 겔 전해질(426)의 두께는 제1 층(424)보다도 두꺼운 치수를 갖고 있다. 부극(112)의 표면에 노출된 액전해질(427)은 제3 층(425)을 형성하기 위한 양에 추가하여, 부극(112)의 내부에 침투하는 양을 포함하고 있다. 이로 인해, 액전해질(427)의 두께는 액전해질(427)이 부극(112)의 내부에 충분하고 또한 균일하게 침투할 때까지는 제3 층(425)보다도 두꺼운 치수를 갖고 있다.

서브 어셈블리 유닛(408)을 적층함으로써, 집전체(111)와 전해질층(420) 사이의 공간에, 정극(113)의 주위 및 부극(112)의 주위를 둘러싸도록, 제1과 제2 시일재(114, 116)를 배치한다.

서브 어셈블리 유닛(408)의 적층체(108a)를 평면적으로 가압해도, 제1과 제2 시일재(114, 116)를 배치한 부위에는 가압력이 충분히 전달되지 않으므로, 시일 부족이 발생할 우려가 있다. 따라서, 어셈블리 유닛(409)을 형성하는 공정에 있어서, 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층한 방향으로 제1과 제2 시일재(114, 116)를 가압하여, 집전체(111), 세퍼레이터(421) 및 제1과 제2 시일재(114, 116)를 밀착시켜, 시일부(119)를 형성하고 있다(제1 실시 형태에 있어서의 도 6 참조).

제4 실시 형태의 쌍극형 전지(10)의 구성은 특별히 설명한 것을 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지로 일반적인 리튬 이온 2차 전지에 사용하는 공지의 재료를 사용하면 좋고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 따라서, 설명은 생략한다.

제4 실시 형태의 서브 어셈블리 유닛(408)은 제1 실시 형태와 동일한 수순에 의해 형성한다. 즉, 서브 어셈블리 유닛 형성 공정은 전극 형성 공정, 전해질 배치 공정, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정, 세퍼레이터 배치 공정 및 세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정을 갖는다(제1 실시 형태에 있어서의 도 11 참조).

도 40은 제4 실시 형태에 있어서의, 전해질 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 41 및 도 42는 제4 실시 형태에 있어서의, 집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정을 설명하기 위한 평면도 및 단면도, 도 43은 제4 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터 배치 공정을 설명하기 위한 단면도, 도 44는 제4 실시 형태에 있어서의, 세퍼레이터(121) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정을 설명하기 위한 단면도이다.

전극 형성 공정은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 따라서, 설명은 생략한다.

전해질 배치 공정에 있어서는, 정극(113) 및 부극(112) 중 한쪽의 전극에, 한쪽의 전극의 표면에 노출되는 양의 고분자 겔 전해질(426)을 도포한다. 제4 실시 형태에서는, 전해질을 도포하는 공정에 있어서, 한쪽의 전극에 상당하는 정극(113)에만 고분자 겔 전해질(426)을 도포하고, 다른 쪽의 전극에 상당하는 부극(112)에는 전해질을 도포하고 있지 않다(도 40 참조).

이 전해질을 도포하는 공정에 있어서, 정극(113)에 도포하는 고분자 겔 전해질(426)의 양은 정극(113)에 담지시키는 양, 세퍼레이터(421) 내에 침투시키는 양 및 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 액전해질(427)의 양을 추가한 양이다. 정극(113)에 담지시키는 양은, 구체적으로는 정극(113)의 내부에 침투하는 양과, 정극(113)의 표면에 노출시켜 제1 층(424)을 형성하기 위한 양을 포함하고 있다. 세퍼레이터(421) 내에 침투시키는 양은, 구체적으로는 세퍼레이터(421) 내에 침투시켜 제2 층(423)을 형성하기 위한 양을 포함하고 있다. 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 액전해질(427)의 양에는, 구체적으로는 부극(112)의 내부에 침투하는 액전해질(427)의 양과, 부극(112)의 표면에 노출시켜 제3 층(425)을 형성하기 위한 액전해질(427)의 양을 포함하고 있다.

제4 실시 형태에서 사용하는 고분자 겔 전해질(426)은, 예를 들어 전해액 [90중량％] 및 호스트 폴리머 [10중량％]를 갖고, 점도 조정 용매를 첨가함으로써 도포에 적합한 점도로 조제하고 있다.

호스트 폴리머는, 예를 들어 HFP(헥사플루오로프로필렌)코폴리머를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다. 점도조제 용매는 DMC(디메틸 카보네이트)이다. 점도조제 용매는 DMC로 한정되지 않는다.

집전체(111) 상으로의 제1 시일재(114)의 배치 공정에 있어서는, 집전체(111)가 노출되어 있는 정극측 외주부 또한 정극(113)의 주위를 둘러싸도록 연장되어, 제1 시일재(114)를 배치한다(도 41, 도 42 참조). 제1 시일재(114)의 두께는 정극(113)의 두께와, 정극(113)의 표면에 노출된 고분자 겔 전해질(426)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다(도 39a도 참조).

세퍼레이터 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(421)를, 정극(113)측의 면의 전체를 덮도록 배치한다(도 43 참조). 세퍼레이터(421)는 다공질 형상의 PE이다. 세퍼레이터(421)를 설치했을 때에, 세퍼레이터(421)와 제1 시일재(114) 사이에 간극을 형성한다. 이에 의해, 제1 시일재(114)에 의해 둘러싸인 내부에, 기포가 잔류하는 것을 억제한다. 세퍼레이터(421)를 설치할 때에 고분자 겔 전해질(426)과의 사이에 혼입된 공기는, 세퍼레이터(421) 자신을 통해 빠져, 기포로 되어 잔류하는 경우는 없다.

세퍼레이터(421) 상으로의 제2 시일재(116)의 배치 공정에 있어서는, 세퍼레이터(421)의 상에 제2 시일재(116)를 배치한다(도 44 참조). 제2 시일재(116)의 두께는 부극(112)의 두께와, 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)의 표면에 노출되도록 침투시키는 액전해질(427)의 두께의 합계 두께를 초과하지 않는 두께로 설정하고 있다. 제2 시일재(116)는 제1 시일재(114)의 배치 부위와 마주보도록[세퍼레이터(421)를 사이에 두고 겹치도록] 위치 결정한다(도 44 참조). 제1과 제2 시일재(114, 116)는, 예를 들어 1액성 미경화 에폭시 수지로 이루어진다.

이상의 공정에 의해, 서브 어셈블리 유닛(408)의 형성이 종료된다. 이 서브 어셈블리 유닛(408)에 있어서는, 고분자 겔 전해질(426)을 도포한 정극(113)의 표면에는 세퍼레이터(421)를 설치하고 있다. 또한, 서브 어셈블리 유닛(408)을 형성한 단계에서는, 부극(112)의 표면에는 전해질을 노출시키고 있지 않다. 이로 인해, 전해질에 접촉하는 것을 방지하기 위한 보호 필름을 부극(112)의 표면에 부착할 필요가 없다. 따라서, 보호 필름을 사용하지 않고 서브 어셈블리 유닛(408)을 간단하게 취급하는 것이 가능해진다.

어셈블리 유닛(409)은 제1 실시 형태와 동일한 수순에 의해 형성한다. 즉, 어셈블리 유닛 형성 공정은 서브 어셈블리 유닛 세트 공정, 적층 공정, 프레스 공정, 시일재 침투 공정, 시일층 형성 공정, 계면 형성 공정, 초충전 공정 및 기포 배출 공정을 갖는다(제1 실시 형태에 있어서의 도 19 참조).

서브 어셈블리 유닛 세트 공정에 있어서는, 매거진(150)에 복수의 서브 어셈블리 유닛(408)을 순차적으로 세트한다(제1 실시 형태에 있어서의 도 20 참조).

적층 공정에 있어서는, 매거진(150)을 진공 처리 장치(160)의 내부에 배치하여, 진공 하에서 서브 어셈블리 유닛(408)의 적층체(108a)를 형성한다(제1 실시 형태에 있어서의 도 21 참조). 진공도는, 예를 들어, 0.2 × 10⁵ 내지 0.5 × 10⁵㎩이다. 정극(113) 및 부극(112)의 양면에 고분자 겔 전해질을 도포한 경우에는 서브 어셈블리 유닛을 적층할 때에, 상위의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 고분자 겔 전해질이 노출된 전극이, 하위의 서브 어셈블리 유닛에 있어서의 세퍼레이터에 겹친다. 이로 인해, 점착성이 있는 고분자 겔 전해질에 의해 기포가 갇히게 하는 경우가 있다. 이에 대해, 제4 실시 형태에 있어서는, 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층할 때에는 세퍼레이터(421)와, 고분자 겔 전해질이 노출되어 있지 않은 부극(112)의 표면이 겹친다. 이로 인해, 점착성이 있는 고분자 겔 전해질에 의한 기포가 갇히는 것은 발생하지 않는다. 또한, 진공 하이기 때문에, 세퍼레이터(421)를 설치할 때에 정극(113) 표면의 고분자 겔 전해질(426)과의 사이에 혼입된 공기가 세퍼레이터(421) 자신을 통해 용이하게 빠진다. 이에 의해, 기포의 혼입을 더욱 억제하고 있다.

프레스 공정에 있어서는, 적층체(108a)는 진공 상태를 유지한 상태로 프레스 플레이트(173) 및 기부 플레이트(171)에 의해, 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층한 방향으로 가압한다(제1 실시 형태에 있어서의 도 21 참조). 가압 조건은, 예를 들어 1 × 10⁶ 내지 2 × 10⁶㎩이다. 이 가압과 진공 처리 장치(160)의 내부의 부압에 의해, 정극(113)에만 도포한 고분자 겔 전해질(426)은 정극(113)의 내부에 침투하는 동시에, 세퍼레이터(421) 내에 침투한다. 고분자 겔 전해질(426)에 있어서의 액전해질(427)은 또한, 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)의 측까지 침투하고, 부극(112)의 내부에 침투한다. 정극(113)의 표면에는 제1 층(424)을 형성하기 위해 필요한 양의 전해질이 노출된다. 세퍼레이터(421) 내에는 제2 층(423)을 형성하기 위해 필요한 양의 전해질이 침투한다. 또한, 부극(112)의 표면에는 제3 층(425)을 형성하기 위해 필요한 양의 액전해질(427)이 노출된다. 고분자 겔 전해질(426) 및 그 중의 액전해질(427)의 상기와 같은 침투 작용은 적층 공정에 있어서도 어느 정도 진행되어 있다.

정극(113) 내에 고분자 겔 전해질(426)이 스며들고, 부극(112) 내에 액전해질(427)만이 포함되어 있으므로, 양쪽의 전극(113, 112)에 고분자 겔 전해질을 스며들게 한 경우에 비교하여, 이온 전도도가 증가하므로 전지 저항이 작아진다. 이와 같이 이온 전도도의 증가를 도모함으로써, 전지의 출력 밀도를 향상시킬 수 있다.

고분자 겔 전해질(426)의 폴리머는 열가소계이고, 이 경우에는 적층한 복수의 서브 어셈블리 유닛(408), 즉 적층체(108a)를 가열(예를 들어, 80℃)하는 것이 보다 바람직하다. 가열함으로써 고분자 겔 전해질(426)의 겔 성분이 연화되어, 액전해질과 폴리머를 분리할 수 있는 상태로 된다. 이로 인해, 정극(113) 및 세퍼레이터(421)의 각각의 내부에 전해질을 충분하고 또한 균등하게 침투시킬 수 있고, 또한 부극(112)의 내부에 액전해질(427)을 충분하고 또한 균등하게 침투시킬 수 있기 때문이다. 또한, 가압뿐인 경우에 비하면, 전해질(426, 427)의 침투 작용을 촉진할 수 있기 때문이다.

제1과 제2 시일재(114, 116)에 의해 둘러싸인 내부에 기포가 잔류하는 것을 억제하기 위해, 제1 시일재(114)의 두께를 정극(113)과 정극(113)의 표면에 노출된 고분자 겔 전해질(426)과의 합계 두께보다도 작게 하고, 제2 시일재(116)의 두께를 부극(112)과 부극(112)의 표면에 노출된 액전해질(427)과의 합계 두께보다도 작게 하고 있다. 이 경우, 적층체(108a)를 평면적으로 가압해도, 충전부[제1과 제2 시일재(114, 116)를 배치하고 있는 부위]로 가압력이 충분히 전달되지 않으므로, 시일 부족이 발생할 우려가 있다.

그로 인해, 프레스 수단(280)을 사용하여 적층체(108a)에 있어서의 제1과 제2 시일재(114, 116)를 주로 가압하기 위한 시일재 침투 공정을 추가함으로써, 세퍼레이터(121)에 제1과 제2 시일재(114, 116)를 충분히 침투시키고 있다(제1 실시 형태에 있어서의 도 22 참조). 이에 의해, 시일부(119)를 형성한다(제1 실시 형태에 있어서의 도 6 참조).

시일층 형성 공정에 있어서는, 적층체(108a)를 오븐(190)에 배치하여 가열한다. 이에 의해, 적층체(108a)에 포함되는 제1과 제2 시일재(114, 116)가 열경화되어, 제1과 제2 시일층(115, 117)을 형성한다(도 38 참조). 가열 조건은, 예를 들어 80℃이다. 적층체(108a)의 가열 방법은 오븐을 사용하는 형태로, 특별히 한정되지 않는다.

계면 형성 공정에 있어서는, 적층체(108a)를 프레스 수단(180)에 배치하여, 가열 하에서 가압한다(제1 실시 형태에 있어서의 도 24 참조). 전해질(426, 427)의 침투 작용이 충분히 진행되어, 정극(113)과 세퍼레이터(421) 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층(424)과, 세퍼레이터(421) 내에 전해질을 침투시킨 제2 층(423)과, 부극(112)과 세퍼레이터(421) 사이에서 이온을 전도하는 액전해질(427)을 포함한 제3 층(425)을 갖는 전해질층(420)을 형성한다(도 38 참조). 가열 온도 및 가압 조건은, 예를 들어 80℃ 및 1 × 10⁶ 내지 2 × 10⁶㎩이다. 이에 의해, 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층하여 일체화한 어셈블리 유닛(409)을 얻는다.

초충전 공정 및 기포 배출 공정은 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 따라서, 설명은 생략한다.

또한, 고분자 겔 전해질(426), 제1과 제2 시일재(114, 116)를 적절하게 선택함으로써, 시일층 형성 공정 및 계면 형성 공정을 일체화해도 좋다. 제1과 제2 시일재(114, 116)의 경화 및 전해질층(420)의 완성을 동시에 실시함으로써, 제조 공정의 단축을 도모하는 것도 가능하다. 시일층 형성 공정과 계면 형성 공정 사이에, 각 쌍극형 단전지의 전위를 모니터하기 위한 탭(리드선)을 설치하기 위한 공정을 추가하는 것도 가능하다.

이상과 같이, 제4 실시 형태는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 기포 혼입을 억제함으로써 출력 밀도를 향상시키고 있다. 이것에 추가하여, 제4 실시 형태는 정극(113) 내에 고분자 겔 전해질(426)이 스며들고, 부극(112) 내에 액전해질(427)만이 포함되어 있으므로, 양쪽의 전극(113, 112)에 고분자 겔 전해질을 스며들게 한 경우에 비교하여, 이온 전도도가 증가하므로 전지 저항이 작아진다. 이와 같이 이온 전도도의 증가를 도모함으로써 출력 밀도를 향상시켜, 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제조하는 쌍극형 전지의 제조 방법 및 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 제공할 수 있다.

또한, 고분자 겔 전해질(426)은 폴리머 골격에 전해액을 유지한 열가소형이므로, 액누설을 방지하여, 액간 접촉을 방지하여 신뢰성이 높은 쌍극형 전지(10)를 구성하는 것이 가능하다. 또한, 고분자 겔 전해질(426)은 열가소형으로 한정되지 않고, 열경화형을 적용하는 것도 가능하다. 이 경우에도, 가열 하에서의 가압에 의해, 전해질층(420)을 경화시켜 액누설을 방지하여, 액간 접촉을 방지하는 것이 가능하다.

프레스 공정 및 계면 형성 공정에 있어서의 면압은 1 × 10⁶ 내지 2 × 10⁶㎩로 한정되지 않고, 전지 요소(100)의 구성 재료의 강도 등의 물성을 고려하여, 적절하게 설정하는 것이 가능하다. 시일층 형성 공정에 있어서의 가열 온도는 80℃로 한정되지 않고, 전해액의 내열성이나, 제1 시일재(114)[제1 시일층(115)] 및 제2 시일재(116)[제2 시일층(117)]의 경화 온도 등의 물성을 고려하여, 예를 들어 60℃ 내지 150℃인 것이 바람직하다.

부극(112) 내에 액전해질(427)이 포함되어 있는 실시 형태를 도시하였지만, 정극(113) 및 부극(112) 중 전극 내에 있어서의 이온 확산이 낮은 쪽의 전극 내에 액전해질만이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 이온 확산이 낮은 쪽의 전극에 액전해질을 포함시켜 이온 전도도를 증가하고, 다른 쪽의 전극의 이온 전도도와의 밸런스를 도모함으로써, 전지의 출력밀도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

이온 확산이 낮은 쪽의 전극은, 일반적으로 거리가 길어지는 막 두께가 두꺼운 쪽의 전극이나, 전해질을 유지하는 구멍의 체적이 적은 쪽의 전극이다. 따라서, 정극(113) 및 부극(112) 중, 전극의 막 두께가 두꺼운 쪽의 전극 내 및/또는 전극의 구멍 체적이 적은 쪽의 전극 내에 액전해질만이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 전지의 출력 밀도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

도 45는 전극 내의 이온 확산을 측정하는 측정 장치를 도시하는 원리도이다.

이온 확산의 대소는 전극의 막 두께나 구멍 체적 외에, 활물질이나 전해질의 재질 등의 영향도 받는다. 따라서, 도 45에 도시하는 측정 장치(500)를 사용하여, 정극 및 부극 중 이온 확산이 낮은 쪽의 전극을 결정할 수 있다.

도시한 바와 같이, 평가 대상의 전극(501)-전해질(502)-Li 금속(503)을 적층한 테스트용 셀(504)을 정극 및 부극의 각각에 대해 제작한다. 전극 이외의 구성[예를 들어, 셀 면적, 전해질, 세퍼레이터, 집전체(505), 혹은 Li 금속 등]은 모두 마찬가지로 한다. 제작한 테스트용 셀(504)을 한 쌍의 스테인리스제 플레이트(506)에 의해 끼움 지지하여, 1㎑의 교류 임피던스 측정을 행하여, Li 이온의 확산을 측정하면, 정극 및 부극 중 이온 확산이 낮은 쪽의 전극을 결정할 수 있다. 측정에는 교류 임피던스계(507)[예를 들어, 미리옴하이테스터(히오키 전기 주식회사제)] 등을 사용한다.

(제4 실시 형태의 변경예)

상술한 제4 실시 형태에서는 정극(113)에 도포한 고분자 겔 전해질(426)에 있어서의 액전해질(427)을 부극(112) 내까지 침투시키고 있지만, 본 발명은 이 경우로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 고분자 겔 전해질(426)을 도포하는 공정에 있어서, 또한 다른 쪽의 전극인 부극(112)에, 부극(112) 내에 침투하여 부극(112)의 표면에 노출되지 않는 양의 액전해질을 미리 도포하고 있어도 좋다. 정극(113)에 도포하는 고분자 겔 전해질(426)의 양은 정극(113)에 담지시키는 양, 세퍼레이터(421) 내에 침투시키는 양 및 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 액전해질(427)의 양을 더한 양이다. 세퍼레이터(421)를 통해 부극(112)까지 침투시키는 양은 상술한 실시 형태에 비하면, 부극(112)에 미리 도포한 액전해질의 양을 뺀 양으로 된다.

더욱 상세하게는, 전해질 배치 공정(도 40 참조)에 있어서, 예를 들어 마이크로 피펫을 사용하여 액전해질을 부극(112)에 도포하여 스며들게 한다.

액전해질은 PC(프로필렌카보네이트) 및 EC(에틸렌카보네이트)로 이루어지는 유기 용매, 지지염으로서의 리튬염(LiPF₆) 및 소량의 계면 활성제를 포함하고 있다. 리튬염 농도는, 예를 들어 1M이다.

이와 같은 변경예에 있어서도, 부극(112) 내에 액전해질(427)만이 포함되어 있으므로, 양쪽의 전극(113, 112)에 고분자 겔 전해질을 스며들게 한 경우에 비교하여, 이온 전도도가 증가하므로 전지 저항이 작아진다. 또한, 서브 어셈블리 유닛(408)을 형성한 단계에서는 부극(112)의 표면에는 전해질을 노출시키고 있지 않다. 이로 인해, 전해질에 접촉하는 것을 방지하기 위한 보호 필름을 부극(112)의 표면에 부착할 필요가 없다. 따라서, 보호 필름을 사용하지 않고 서브 어셈블리 유닛(408)을 간단하게 취급하는 것이 가능해진다. 또한, 서브 어셈블리 유닛(408)을 적층할 때에는, 세퍼레이터(421)와, 전해질이 노출되어 있지 않은 부극(112)의 표면이 겹친다. 이로 인해, 전해질에 의한 기포가 갇히는 것은 발생하지 않는다.

(실시예)

이하, 제4 실시 형태에 관한 실시예를 설명한다. 제작한 쌍극형 전지는 하기와 같다.

<쌍극형 전극의 제작>

정극 활물질로서 LiMn₂O₄(85중량％, 평균 입경 15㎛)에, 도전조제로서 아세틸렌 블랙(5중량％), 바인더로서 폴리불화비닐리덴(PVDF)(10중량％), 슬러리 점도 조정 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 도포 공정에 최적인 점도로 될 때까지 첨가하여 정극 슬러리를 제작하였다. 집전체인 스테인리스박(두께 20㎛)의 편면에 정극 슬러리를 도포하고, 건조시켜 정극을 형성하였다.

집전체인 스테인리스박의 양면에 정극과 부극을 각각 형성하여 쌍극형 전극을 형성하였다. 이 쌍극형 전극에 가열 롤 프레스를 추가하여 전극을 프레스하였다. 프레스 후의 각 전극의 두께 및 공공률을 후술하는 표 2에 나타낸다.

<고분자 겔 전해질의 형성>

PC 및 EC로 이루어지는 유기 용매와, 1M의 LiPF₆을 포함하는 전해액(90중량％)에, 호스트 폴리머로서 HFP 코폴리머를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(10중량％), 점도 조정 용매로서 DMC를 도포 공정에 최적인 점도로 될 때까지 첨가하여 프레겔 전해질을 제작하였다. 이 고분자 겔 전해질을 표 2에 나타낸 바와 같이 정극 전극부, 부극 전극부, 세퍼레이터의 정극측의 면, 혹은 세퍼레이터의 부극측의 면에 도포하여, DMC를 건조시킴으로써 고분자 겔 전해질이 스며든 쌍극형 전극을 완성시켰다. 도포하는 전해질의 양은 정극, 부극, 세퍼레이터의 공공률을 계산하여, 충분히 필요한 양을 도포하였다. 세퍼레이터에는 미세 구멍의 직경이 0.1㎛ 내지 0.5㎛이며, 액전해질을 선택적으로 투과시키는 기능을 구비하고 있는 미세 구멍막 세퍼레이터를 사용하였다.

<충전재(시일부 전구체)의 형성>

쌍극형 전극의 전해질 도포면측(양면 도포의 경우에는 정극면)의 주변부의 전극 미도포 부분에 디스펜서를 사용하여, 전극의 외주부에 시일 전구체(1액성 미경화 에폭시 수지)를 도포하였다(도 41, 도 42를 참조). 다음에, 250㎜ × 300㎜의 세퍼레이터(폴리에틸렌 세퍼레이터 : 12㎛)를 전해질 도포면측에 집전체인 스테인리스박 전체를 덮도록 설치하였다(도 43을 참조).

그 후, 세퍼레이터 상으로부터 전극 미도포 부분(상기한 시일 전구체를 도포한 부분과 동일한 부분)에 디스펜서를 사용하여, 전극의 외주부에 시일 전구체(1액성 미경화 에폭시 수지)를 도포하였다(도 44를 참조).

<매거진으로의 세트>

제작한 쌍극형 전극을 부극면을 위로 한 상태에서, 각 전극이 접촉하지 않고 또한 전극의 면 방향에 대해 수직 방향으로 어긋남 없이 전극 및 시일 부위의 외측을 파지할 수 있는 쌍극형 전극 유지용의 매거진에 6매 세트하였다(제1 실시 형태에 있어서의 도 20을 참조).

<진공 챔버 내로의 도입>

매거진을 적층 부위 및 가압, 가열 프레스 부위를 갖는 진공 챔버 내로 도입하여, 진공 챔버 내를 진공 펌프에 의해 진공으로 하였다(제1 실시 형태에 있어서의 도 21을 참조).

<전극의 적층>

진공 중에서, 받침대를 향해 매거진을 하강 이동시키면서 쌍극형 전극의 파지를 순차적으로 해소하여, 받침대 상에 쌍극형 전극을 어긋남이 없도록 적층하였다. 이상에 의해, 단전지를 5층 적층한 쌍극형 전지 구조체를 제작하였다(제1 실시 형태에 있어서의 도 21을 참조).

<쌍극형 전지의 프레스>

쌍극형 전지 구조체를 진공 중에서 전극 받침대마다 프레스 부위로 이동하여, 열프레스기에 의해 면압 1㎏/㎠, 80℃에서 1시간 열프레스하였다. 이에 의해, 전해질을 가소화시켜 전극간 거리(정극-부극간)를 세퍼레이터의 두께까지 프레스하는 동시에 미경화의 시일부(에폭시 수지)를 경화하였다. 이 공정에 의해, 시일부를 소정의 두께까지 프레스하고, 또한 경화하였다.

<진공 챔버로부터의 취출>

표 2에는 비교예 및 각 실시예에 있어서의, 각 전극의 두께와 공공률, 고분자 겔 전해질을 도포한 전해질 도포면을 도시하고 있다. 비교예에서는 정극 및 부극의 양면에 고분자 겔 전해질을 도포하였다. 제1 내지 제10 실시예에서는 정극 혹은 부극의 어느 한쪽의 면에만 고분자 겔 전해질을 도포하였다. 제11 실시예에서는 세퍼레이터의 양면 중 정극면에 접하는 측의 면이고, 정극 전극부가 접하는 부분에만 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 고분자 겔 전해질을 도포하였다. 제12 실시예에서는 세퍼레이터의 양면 중 부극면에 접하는 측의 면이고, 부극 전극부가 접하는 부분에만 정극, 부극, 세퍼레이터의 구멍에 골고루 퍼지는 충분한 양의 고분자 겔 전해질을 도포하였다. 전해질 도포면이라 함은, 고분자 겔 전해질을 도포한 극의 면이고, 다공질 형상의 세퍼레이터를 통해 반대측의 극에 액전해질이 침투하므로, 전해질 도포면과 반대의 극이 액전해질이다.

<평가>

비교예 및 제1 내지 제10 실시예에 대해, 방전 용량의 평가를 행하였다. 정극의 도포 중량으로부터 개산한 용량 베이스에서, 21V-1C에서 2시간 충전을 행한 후, 저항 측정을 행하였다. 200㎃에서 방전을 행하여, 5초 후의 전압을 측정하고, 전압 저하분으로부터 저항을 측정하였다. 저항 측정 결과도 상기한 표 2에 나타낸다. 표2 중 저항치는 비교예의 저항치를 100％로 했을 때의 저항치의 비율(％)을 나타내고 있다.

표 2에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 내지 제10 실시예의 전지는 비교예의 전지에 비해, 모두 저항치가 감소되어 있었다. 이는, 제1 내지 제10 실시예의 전지에 있어서는 한쪽의 전극이 전해액만을 함유하고 있으므로, 전극 내에 있어서의 이온 전도도가 증가하여, 양쪽의 전극 내에 고분자 겔 전해질이 포함되어 있는 비교예의 전지보다도 전지 저항이 저감되었기 때문이라고 생각된다.

따라서, 본 발명과 같은 쌍극형 전지 및 쌍극형 전지의 제조 방법으로 함으로써, 이온 전도도의 증가를 도모함으로써 출력 밀도를 향상시켜, 전지 성능이 우수한 쌍극형 전지를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.

제1 및 제2 실시예를 비교하여, 정극, 부극의 막 두께, 공공률이 동일한 경우에는 정극이든, 부극이든 어느 한쪽만이 액전해질이면, 대략 동등한 효과가 있는 것을 알 수 있었다.

제3, 제4, 제5 및 제6 실시예를 비교하여, 정극, 부극의 공공률이 모두 동일한 경우에는, 막 두께가 두꺼운 쪽에 액전해질을 배치하는 쪽이, 전지 저항을 저감시킬 수 있는 효과가 큰 것을 알 수 있었다.

*제7, 제8, 제9 및 제10 실시예를 비교하여, 정극, 부극의 막 두께가 모두 동일한 경우에는, 공공률이 낮은 쪽에 액전해질을 배치하는 쪽이, 전지 저항을 저감시킬 수 있는 효과가 큰 것을 알 수 있었다.

제1 실시예와 제11 실시예, 제2 실시예와 제12 실시예를 비교하여, 동일한 전극 사양이면, 고분자 겔 전해질을 전극 상에 도포해도, 세퍼레이터 상에 도포해도, 동일한 효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

(그 밖의 실시 형태)

제4 실시 형태에서는 어셈블리 유닛(409)을 형성하는 공정에 있어서, 한쪽의 전극[정극(113)]에 도포한 고분자 겔 전해질(426)에 있어서의 액전해질(427)만을, 세퍼레이터(421)를 통해 다른 쪽의 전극[부극(112)]까지 침투시켰다. 본 발명은 고분자 겔 전해질에 있어서의 폴리머가 세퍼레이터(121)를 통과하는 것을 배제하는 것은 아니고, 한쪽의 전극에 도포한 고분자 겔 전해질(426)에 있어서의 액전해질(427)을, 폴리머와 함께 세퍼레이터(421)를 통해 다른 쪽의 전극까지 침투시켜도 좋다. 그리고, 어셈블리 유닛(409)을 형성하는 공정에 있어서, 정극(113) 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도와, 부극(112) 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도를 다르게 해도 좋다. 이에 의해, 정극(113) 및 부극(112)의 양쪽에 고분자 겔 전해질의 폴리머가 존재하고, 또한 정극(113) 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도와, 부극(112) 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도가 다른 쌍극형 전지를 얻을 수 있다.

정극(113) 및 부극(112) 중 전극 내에 있어서의 이온 확산이 낮은 쪽의 전극 내에 있어서의 폴리머 농도의 쪽을 낮게 하는 것이 바람직하다. 이온 확산이 낮은 쪽의 전극 내에 있어서의 액전해질의 농도를 다른 쪽의 전극 내에 있어서의 액전해질의 농도보다도 상대적으로 높임으로써 이온 전도도를 증가시키고, 다른 쪽의 전극의 이온 전도도와의 밸런스를 도모함으로써 전지의 출력 밀도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

폴리머 농도를 다르게 하는 구체적 제조 방법으로서, 다음의 2가지가 있다. 제1 방법으로서, 폴리머 길이가 다른 2종류 이상의 폴리머를 고분자 겔 전해질에 섞어 두고, 이 고분자 겔 전해질을 쌍극형 전극 또는 세퍼레이터의 한쪽에만 도포한다. 그것으로부터, 가열 진공 프레스에 의해 폴리머 길이가 짧은 폴리머를 전해액과 함께 세퍼레이터의 반대측에 침투시킨다. 제2 방법으로서, 가열 진공 프레스 앞에 쌍극형 전극의(1)의 면에, 폴리머 농도가 낮은 고분자 겔 전해질을 도포하여, 동일한 쌍극형 전극의 다른 면에 폴리머 농도가 높은 고분자 겔 전해질을 도포하고, 적층 후에 가열 진공 프레스한다. 이 두번째의 방법에 있어서, 세퍼레이터의 구멍보다도 큰 1종류의 폴리머를 세퍼레이터의 양측에 배치하여 농도만 다르게 해도 좋고, 첫번째의 방법과 같이 길이가 다른 2종류 이상의 폴리머를 사용하여 폴리머 농도를 다르게 해도 좋다.

10: 쌍극형 전지
101, 102: 단자 플레이트
108: 서브 어셈블리 유닛
109: 어셈블리 유닛
110: 쌍극형 전극
111: 집전체
112: 부극
113: 정극
114: 제1 시일재
116: 제2 시일재
120: 전해질층
121: 세퍼레이터
123: 제2 층
124: 제1 층
125: 제3 층
126: 전해질

Claims

집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하는 공정과,
전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정과,
상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시켜 어셈블리 유닛을 형성하는 공정을 갖고,
상기 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 상기 전해질의 양은 상기 정극 및 상기 부극 중 한쪽의 전극에 담지시키는 양, 상기 세퍼레이터 내에 침투시키는 양 및 상기 세퍼레이터를 통해 다른 쪽의 전극까지 침투시키는 양을 더한 양인, 쌍극형 전지의 제조 방법.
집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하는 공정과,
전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정과,
상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시켜 어셈블리 유닛을 형성하는 공정을 갖고,
상기 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극 중 상기 세퍼레이터를 겹치는 전극과는 반대측의 전극에, 전극 내에 침투하여 전극의 표면에 노출되지 않는 양의 전해질을 미리 도포하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하는 공정과,
전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정과,
상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시켜 어셈블리 유닛을 형성하는 공정을 갖고,
상기 전해질이 상기 쌍극형 전극과 상기 세퍼레이터 사이에 위치하는 경우, 상기 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서,
상기 정극 및 상기 부극 중 한쪽의 전극의 두께와, 상기 전해질의 두께의 합계 두께를 초과하지 않도록, 또한 상기 한쪽의 전극의 주위를 둘러싸도록 상기 집전체 상에 제1 시일재를 배치하고,
다른 쪽의 전극의 두께와, 상기 세퍼레이터를 통해 상기 다른 쪽의 전극의 표면에 노출되도록 침투시키는 전해질의 두께의 합계 두께를 초과하지 않도록, 또한 상기 다른 쪽의 전극의 주위를 둘러싸도록 상기 세퍼레이터 상에 제2 시일재를 배치하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하는 공정과,
전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정과,
상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시켜 어셈블리 유닛을 형성하는 공정을 갖고,
상기 전해질이 상기 쌍극형 전극에 겹친 상기 세퍼레이터의 외표면에 위치하는 경우, 상기 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서,
상기 정극 및 상기 부극 중 한쪽의 전극의 두께와, 상기 세퍼레이터를 통해 상기 한쪽의 전극의 표면에 노출되도록 침투시키는 전해질의 두께의 합계 두께를 초과하지 않도록, 또한 상기 한쪽의 전극의 주위를 둘러싸도록 상기 집전체 상에 제1 시일재를 배치하고,
다른 쪽의 전극의 두께와, 상기 전해질의 두께의 합계 두께를 초과하지 않도록, 또한 상기 다른 쪽의 전극의 주위를 둘러싸도록 상기 세퍼레이터 상에 제2 시일재를 배치하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 상기 서브 어셈블리 유닛을 적층한 방향으로 상기 제1과 제2 시일재를 가압하여, 상기 집전체, 상기 세퍼레이터 및 상기 제1과 제2 시일재를 밀착시켜, 상기 전해질의 누설을 방지하는 시일부를 형성하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하는 공정과,
전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정과,
상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시켜 어셈블리 유닛을 형성하는 공정을 갖고,
상기 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극 중 한쪽의 전극과 상기 세퍼레이터 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제1 층과, 상기 세퍼레이터 내에 전해질을 침투시킨 제2 층과, 다른 쪽의 전극과 상기 세퍼레이터 사이에서 이온을 전도하는 전해질을 포함한 제3 층을 갖는 전해질층을 형성하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하는 공정과,
전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정과,
상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시켜 어셈블리 유닛을 형성하는 공정을 갖고,
상기 전해질은 고분자 겔 전해질이고,
상기 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 상기 고분자 겔 전해질에 있어서의 액전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 상기 제2 면의 측에 겹치는 상기 정극 또는 상기 부극까지 침투시키는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극 중 전극 내에 있어서의 이온 확산이 낮은 쪽의 전극 내에 상기 액전해질만을 침투시키는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극을 준비하는 공정과,
전해질이 침투하도록 통기성을 가진 다공질 형상의 세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 세퍼레이터에 있어서의 제1 면의 측에 상기 전해질이 위치하도록 상기 쌍극형 전극, 상기 세퍼레이터 및 상기 전해질을 겹쳐서, 서브 어셈블리 유닛을 형성하는 공정과,
상기 서브 어셈블리 유닛을 복수 적층하고, 상기 전해질을, 상기 세퍼레이터를 통해, 상기 세퍼레이터에 있어서의 제2 면의 측에 겹치는 정극 또는 부극까지 침투시켜 어셈블리 유닛을 형성하는 공정을 갖고,
상기 전해질은 고분자 겔 전해질이고,
상기 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 상기 정극 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도와, 상기 부극 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도를 다르게 하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극 중 전극 내에 있어서의 이온 확산이 낮은 쪽의 전극 내에 있어서의 폴리머 농도를 낮게 하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 고분자 겔 전해질의 폴리머가 열가소계이고,
상기 어셈블리 유닛을 형성하는 공정에 있어서, 적층한 복수의 상기 서브 어셈블리 유닛을 가열하는, 쌍극형 전지의 제조 방법.
집전체의 한쪽의 면에 정극을 형성하고 다른 쪽의 면에 부극을 형성한 쌍극형 전극에 대해 전해질층을 설치하고, 이들을 복수 적층함으로써 형성한 적층체를 갖는 쌍극형 전지이고,
상기 정극 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도와, 상기 부극 내에 스며들게 한 고분자 겔 전해질의 폴리머 농도가 다르게 되어 있는, 쌍극형 전지.
제12항에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극 중 전극 내에 있어서의 이온 확산이 낮은 쪽의 전극 내에 있어서의 폴리머 농도가 낮은, 쌍극형 전지.
제12항에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극 중 어느 한쪽의 전극 내에 고분자 겔 전해질이 스며들고, 다른 쪽의 전극 내에 액전해질만이 포함되어 있는, 쌍극형 전지.
제14항에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극 중 전극 내에 있어서의 이온 확산이 낮은 쪽의 전극 내에 상기 액전해질만이 포함되어 있는, 쌍극형 전지.