KR20140002460A - 권회식 전지 및 그 제조방법 - Google Patents

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고우지 야마시타
아키라 가키누마
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Abstract

전지(1)는, 원통형 전지 케이스(2)에 수용된 권회체(捲回體)(4)를 구비한다. 권회체(4)는, 심재(芯材)(10)에 권회된 전극군(6)을 갖는다. 전극군(6)은, 음극판(20)이나 양극판(30), 세퍼레이터(40)를 갖는다. 심재(10)는, 가요성(可撓性)을 갖는 선상 도체(線狀導體)로 형성되며, 음극 리드를 겸한다.

Description

권회식 전지 및 그 제조방법{WOUND TYPE BATTERY AND METHOD FOR FABRICATING SAME}
본 발명은, 원통형상이나 핀형상을 한 소형의 권회식 전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
예를 들어, 리튬이온 이차전지 등, 이 종류의 권회식 전지에서는 음극이나 양극, 세퍼레이터 등으로 이루어진 전극군을 롤형으로 한 권회체(捲回體)가 전지 케이스에 수용되어 있다. 일반적으로, 권회체는, 막대상(狀)의 권심(卷芯)에 전극군을 감은 후, 권심을 빼내고 제조된다.
권심을 빼내지 않고, 권심을 음극 리드로써 이용한 전지도 있다(특허문헌 1이나 특허문헌 2).
특허문헌 1에는, 권심으로써, 축심 부분의 직경이 1.5㎜인 음극 핀이 이용되고 있다.
특허문헌 2에는, 더 가는 권심을 포함한, 최대 바깥지름이 0.5㎜ 이상 3.0㎜ 이하의 도전성 권심체(卷芯體)가 권심으로써 이용되고 있다. 그리고, 그 범위가 바람직한 이유로써, "스테인리스강(SUS)으로 이루어지는 도전성(導電性) 권심체를 이용한 경우에는, 권심체의 최대 바깥지름을 0.5㎜ 미만으로 하면 권심체 자체의 강도(强度)가 극단적으로 낮아지며, 만곡(灣曲)이나 균열 등 권심체의 파손으로 인한 내부 단락(短絡)의 발생을 초래하기 쉬워진다"는 것 등이 기재되어 있다(단락 0031).
일본 특허공개 2007-95499호 공보 일본 특허공개 2005-85556호 공보
최근, 권회(捲回)식 전지(이하, 단지 전지라고도 함)에서는, 소형화가 진행되는 가운데, 한층 에너지 밀도의 향상이 요구되고 있다. 작은 전지로 에너지 밀도의 향상을 도모하는 데에, 권심(卷芯)은 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
그러나, 권심의 직경이 작아질수록, 권심의 강성(剛性)이 저하되므로, 전극군을 권심에 감는 것이 어려워진다. 따라서, 권심에는 어느 정도의 강도(强度)가 필요해지며, 양산 시의 안전성을 생각하면, 현실적으로는 권심의 직경으로써는 1㎜ 정도가 한계이다.
가령 직경이 1㎜인 권심이 실현된다 하더라도, 전지의 소형화가 진행되면 상대적으로 스페이스 로스(space loss)가 증가하므로, 에너지 밀도의 향상이 어려워진다. 예를 들어, 직경이 18㎜의 전지라면, 직경이 3.5㎜의 권심을 이용하여도 권심에 의한 스페이스 로스(횡단면 비교)는 4％ 정도이다. 이에 반해, 전지가 소형화되어, 직경이 3.5㎜ 정도의 전지가 되면, 직경이 1㎜의 권심을 이용하여도 권심에 의한 스페이스 로스는 8％ 이상이 되며, 스페이스 로스의 영향이 커진다.
그래서, 본 발명의 목적은, 소형화를 용이하게 실현할 수 있고, 에너지 밀도의 향상도 도모할 수 있는 권회식 전지 등을 제공하는 데 있다.
본 발명의 전지는, 일단(一端)에 개구(開口)를 갖는 원통형 전지 케이스와, 상기 전지 케이스에 절연체를 개재하여 장착되고, 상기 개구를 막는 밀봉체와, 전해액과 함께 상기 전지 케이스에 수용된 권회체를 구비한다. 상기 권회체는, 심재(芯材)와, 상기 심재에 권회된 전극군을 갖는다. 상기 전극군은, 양극 리드를 개재하고 상기 밀봉체에 접속된 양극판과, 음극 리드를 개재하고 상기 전기케이스에 접속된 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터를 갖는다.
그리고, 상기 심재가, 가요성(可撓性)을 갖는 선상 도체(線狀導體)로 형성되며, 상기 음극 리드를 겸한다. 상기 심재로는, 예를 들어, 와이어를 이용할 수 있다.
이와 같은 구성의 권회식 전지에 의하면, 심재가 와이어 등의 가요성을 갖는 선상 도체로 구성되므로, 종래 이 종류의 전지의 권심과 달리, 그 자체로는 강성(剛性)이 부족하므로, 권심으로써는 기능할 수 없다.
그러나, 후술하는 바와 같이, 권회 시에 선상 도체를 당겨 직선상(狀)의 자세로 유지함으로써, 와이어 등이라도 권심으로써 기능시킬 수 있다. 권심의 직경을 1㎜보다 더 작게 할 수 있으므로, 전지의 소형화와 함께 에너지 밀도의 향상도 실현할 수 있다.
게다가, 심재는, 가요성을 가지므로, 용이하게 변형시킬 수 있다. 따라서, 심재가 권심으로써의 역할을 끝내고 음극 리드로써 이용될 시에는 취급이 용이해지므로, 생산성도 우수하다.
예를 들어, 이와 같은 전지는, 가요성을 갖는 선상체(線狀體)를 당기고, 소정의 장력(張力)으로 당겨진 인장(引張)상태로 상기 선상체를 유지하는 제 1 공정과, 인장상태의 상기 선상체에 상기 전극군을 권회하는 제 2 공정을 포함하는 방법에 의해, 제조할 수 있다.
이 제조방법에 의하면, 인장상태의 선상체에 전극군을 권회하므로, 가요성을 갖는 선상체라도 권심으로써 기능시킬 수 있다. 따라서, 종래보다 직경이 작은 선상체를 권심으로 이용할 수 있으므로, 전지의 소형화가 용이해지고, 에너지 밀도의 향상을 도모할 수 있다.
구체적으로는, 상기 제 2 공정은, 상기 음극판에 인장상태의 상기 선상체를 권회방향으로 직교하여 고정하여, 상기 선상체가 상기 음극판의 권회개시측의 단부에 위치한 상태의 제 1 접합체를 형성하는 제 1 처리와, 상기 제 1 접합체에 상기 세퍼레이터를 겹치고, 상기 제 1 접합체의 상기 선상체와의 고정부분이 상기 세퍼레이터에 접합된 제 2 접합체를 형성하는 제 2 처리와, 상기 선상체를 회전시켜 상기 제 2 접합체를 상기 선상체에 권회하는 제 3 처리와, 상기 제 3 처리의 도중에, 상기 양극판을 상기 제 2 접합체에 끼워 넣고, 상기 제 2 접합체에 상기 양극판을 겹치는 제 4 처리를 포함하도록 하면 된다.
상기 선상체에는, 전기 전도성을 갖는 선상 도체를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제 2 공정 후에, 상기 선상 도체의 단부를 소정의 길이로 조정하여 상기 권회체를 형성하는 제 3 공정과, 상기 권회체를 상기 전지 케이스에 삽입하고, 이 전지 케이스의 내면에 상기 선상 도체의 단부(端部)를 접합하는 제 4 공정을 설정하면 된다.
이 경우, 선상체는, 빼내지 않고, 그대로 음극 리드로써 이용할 수 있다. 이렇게 하면, 빼낼 시에 발생하기 쉬운 전극군의 위치 어긋남을 방지할 수 있고, 빼내는 작업이나 별도 집전(集電)리드를 장착하는 작업이 불필요해지고, 작업 공수의 삭감을 할 수 있다. 부재점수가 주는 이점도 있다.
예를 들어, 상기 선상 도체에는 와이어를 이용하고, 상기 선상 도체를 용접에 의해 상기 음극판 및 상기 전지 케이스에 접합하는 것이 바람직하다.
이렇게 하면, 접착 등에 비해 안정된 전기적 접속을 실현할 수 있고, 견고하게 고정할 수 있다.
본 발명의 전지 등에 의하면, 전지의 소형화를 용이하게 실현할 수 있고, 에너지 밀도의 향상도 도모할 수 있다.
도 1은, 본 발명을 적용한 전지의 개략 사시도이다.
도 2는, 도 1의 전지 단면을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 도 2의 I-I선에서의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 4는, 전극군의 기본구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는, 전지의 제조방법의 기본구성을 나타낸 흐름도이다.
도 6은, 제 1 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은, 제 2 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은, 제 2 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 9는, 제 2 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은, 제 2 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은, 제 2 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 12는, 제 2 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 13은, 제 3 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 14는, 제 3 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 15는, 제 4 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 16은, 제 4 공정 중의 처리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 17은, 변형예의 전지 단면(斷面)을 나타내는 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 단, 이하의 설명은, 본질적으로 예시에 지나지 않으며, 본 발명, 그 적용물 또는 그 용도를 제한하는 것은 아니다.
<권회식 전지>
도 1은, 본 발명을 적용한 전지(1)의 일례를 나타낸다. 이 전지(1)는, 핀형상 또는 원통형상을 한, 축방향으로 길게 연장된 매우 작은 리튬이온 이차전지(비수전해질 이차전지)이다. 도 2, 도 3에 상세하게 나타내듯이, 전지(1)는, 전지 케이스(2)나 밀봉체(3), 권회체(4) 등으로 구성된다.
전지 케이스(2)는, 전기 전도성이 우수한 금속을 이용하여 형성된 프레스 성형품이다. 전지 케이스(2)는, 주벽부(周壁部)(2a)와 저벽부(底壁部)(2b)를 가지며, 한쪽 단부(端部)에 개구(開口)(2c)를 갖는 가늘고 긴 원통형으로 형성된다. 전지 케이스(2)는 음극단자로써도 기능한다.
밀봉체(3)는, 전지 케이스(2)의 개구(2c)측에 배치되어, 주벽부(2a)를 크림핑(crimping)함으로써 전지 케이스(2)에 고정된다. 전지 케이스(2)와 밀봉체(3)와의 사이에는 절연성 가스켓(5)이 개재된다. 밀봉체(3)도 전기 전도성이 우수한 금속부재이다. 밀봉체(3)는 양극단자로써 기능한다. 밀봉체(3)에 의해 개구(2c)가 막히고, 전지 케이스(2)의 내부는 밀봉된다. 그리고, 전지 케이스(2)나 밀봉체(3)에는, 소정의 내압(耐壓) 이상이 되면 개방되는 안전밸브를 설치해도 된다.
밀봉된 전지 케이스(2)의 내부에는, 전해액(도시생략)과 함께 권회체(4)가 수용된다. 본 실시형태의 경우, 전해액에는 비수계 유기전해액이 이용된다. 권회체(4)는, 심재(10)나, 심재(10)에 권회된 전극군(6) 등으로 구성된다. 전극군(6)은, 음극판(20)이나 양극판(30), 세퍼레이터(40) 등으로 구성된다.
심재(10)로는, 쉽게 굽힐 수 있는 가용성을 가지며, 전기 전도성이 우수한 금속제 와이어(선상 도체의 일례)가 이용된다. 심재(10)는, 권심으로써도 이용되므로, 후술과 같이 강하게 당겨 직선상(狀) 자세로 유지된다. 따라서, 심재(10)는, 인장강도가 우수하고, 장력에 대해 신장(伸張)이 작은 성질을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 종탄성 계수(JIS 규격참조)가 150㎬ 이상의 와이어가 바람직하다. 구체적으로 예를 들면, 심재(10)에는 피아노선이나 스테인리스선, 경강(硬鋼)선 등을 이용할 수 있다. 금속제 와이어는, 용접을 할 수 있는 점에서도 유리하다.
심재(10)의 직경(바깥 지름)은 작은 것이 바람직하다. 심재(10)의 직경이 작을수록, 전지 케이스(2)에 수용할 수 있는 전극군(6)이나 전해액의 양이 증가하여, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 이 전지(1)의 경우, 종래 심재의 한계값인 1㎜ 이하로 할 수 있다. 실용성을 고려하면, 심재(10)의 직경은 0.2∼0.5㎜의 범위가 바람직하다.
심재(10)는, 권심으로써의 기능만이 아니라, 음극 리드로써의 기능도 갖는다. 즉, 심재(10)는, 음극판(20)과 전지 케이스(2)와의 사이에 개재되며, 이들을 전기적으로 접속한다. 심재(10)의 배치 등은 후술한다.
음극판(20), 양극판(30), 세퍼레이터(40)는, 모두 거의 동일 폭의 벨트형 시트이며, 이들을 겹쳐 맞추고 롤형으로 함으로써 전극군(6)이 형성된다. 따라서, 음극판(20) 및 양극판(30)은 유연성에 우수한 물성을 갖는 것이 바람직하다.
도 4에, 전극군(6)의 구성을 나타낸다. 음극판(20)은, 음극집전체(21)와, 이 양면에 형성된 한 쌍의 음극 활성층(22, 22)을 갖는다. 양극판(30)은, 양극 집전체(31)와, 그 양면에 형성된 한 쌍의 양극 활성층(32, 32)을 갖는다. 음극판(20)과 양극판(30) 사이에는 수지제(樹脂製) 세퍼레이터(40)가 배치되며, 음극판(20)과 양극판(30)은 절연된다.
음극 집전체(21)의 재료로는, 예를 들어, 구리, 스테인리스강, 니켈 등의 박막을 이용할 수 있다. 예를 들어, 구리 박을 음극 집전체(21)에 이용할 수 있다. 음극 활성층(22)은, 음극 활물질이나 결착제, 도전제 등으로 구성된다. 음극 활물질로는, 예를 들어, 흑연, 탄소섬유 등의 탄소재료나, SiOX 등의 규소화합물 등을 이용할 수 있다.
결착제로는, 예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), PVDF의 유도체, 고무계 결착제(예를 들어, 불소고무 및 아크릴 고무 등)를 이용할 수 있다. 도전제로는, 예를 들어, 흑연 등의 그라파이트(glaphite)류, 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙류 등을 이용할 수 있다.
양극 집전체(31)의 재료로는, 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄 등의 박막을 이용할 수 있다. 양극 활성층(32)은, 양극 활물질이나 결착제, 도전제 등으로 구성된다. 양극 활물질로는, 예를 들어, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiCoNiO2 등의 리튬 복합 금속산화물을 이용할 수 있다. 결착제나 도전제에는 음극 활성층(22)과 동일한 것을 이용할 수 있다.
음극판(20)은, 음극 집전체(21)의 표면에, 슬러리(slurry)상으로 한 음극 활성층(22)의 재료를 도포하여 건조시킨 후, 압연(壓延)하여 형성된다. 양극판(30)도 음극판(20)과 마찬가지로 하여 형성된다.
도 3에 나타내듯이, 음극판(20)의 둘레방향 한쪽의 단부(권회 개시측의 단부(20a)) 및 다른 쪽의 단부(권회 종료측의 단부(20b))로부터, 각각 권회방향으로 음극 집전체(21)가 돌출된다. 권회 개시 측의 단부(20a)로부터 돌출되는 음극 집전체(21)는, 심재(10)에 단독으로 복수회 권회된다. 또, 용접에 의해, 음극 집전체(21)와 심재(10)는 접합된다.
도 2에 나타내듯이, 심재(10)의 축방향 한쪽(전지 케이스(2)의 개구(2c)측)의 단부는, 소정의 길이로 형성되며, 전극군(6)으로부터 돌출되어 음극 리드를 구성한다(리드 단(端)(11)이라고도 함). 리드 단(11)의 선단(先端)부분은, 전극군(6) 외주면(外周面)의 거의 연장면 상에 위치하도록 굴곡 변형된다(이 선단부분을 접합단부(11a)라고도 함). 그리고, 접합단부(11a)는, 저항용접에 의해, 주벽부(2a)의 내면에 접합된다.
심재(10)의 다른 쪽(전지 케이스(2)의 바닥측)의 단부는, 수용 시에 방해가 되지 않는 치수로 형성된다. 본 실시형태의 경우, 이 단부는 전극군(6)으로부터 약간 돌출된다.
도 3에 나타내듯이, 음극판(20)의 권회 종료측 단부(20b)로부터 돌출되는 음극집전체(21)는, 양극판(30)이나 세퍼레이터(40)보다 권회방향으로 돌출된다. 이 부분을 포함해, 전극군(6)의 최외주면(最外周面)에는 고정 테이프(7)가 붙여진다. 전극군(6)의 롤형상은, 이 고정 테이프(7)에 의해 유지된다.
양극판(30)의 권회방향측 치수는, 음극판(20)보다 짧게 형성된다. 도 2에 나타내듯이, 양극판(30)의 축방향 한쪽(전지 케이스(2) 개구(2c)측) 측부의 소정부위로부터, 양극집전체(31)로 이어지는 양극 리드(33)가 돌출된다. 그리고, 양극 리드(33)는, 양극집전체(31)의 일부라도 되며, 다른 부재로 구성되어도 된다. 양극 리드(33)는 소정 길이의 벨트형상으로 형성된다. 그리고, 양극 리드(33)의 선단부분은 밀봉체(3)의 내면에 접합되며, 음극판(20)과 밀봉체(3)를 전기적으로 접속한다.
<권회식 전지의 제조방법>
도 5에 나타내듯이, 이 전지(1)의 제조방법은, 심재(10)가 되는 와이어를 당겨 권심으로써 이용하는 제 1 공정(P1)이나, 당긴 와이어에 전극군(6)을 권회하는 제 2 공정(P2), 음극 리드용으로 와이어 단부를 조정하여 권회체(4)를 형성하는 제 3 공정(P3), 권회체(4)를 전지 케이스(2)에 수용하는 제 4 공정(P4) 등을 포함한다. 예를 들어, 이들 공정은, 전용 장치를 이용함으로써, 연속적으로 행할 수 있다.
(제 1 공정)
도 6에 나타내듯이, 제 1 공정(P1)에서는, 심재(10)로써 이용되는 부분(심재용 와이어(10a)라 칭함)이, 와이어 롤(51)로부터 인출된다. 또, 음극판(20)이 되는 음극판 베이스(52)가 준비된다. 음극판 베이스(52)는, 음극판(20)이 직렬로 연속된 형태를 하며, 롤형으로 감기 가능한 벨트상(狀)의 음극 집전체(21)에, 일정 간격으로 양면에 음극 활성층(22)이 대향하여 형성된다. 음극판 베이스(52)의 소정부위를 잘라냄으로써 음극판(20)이 형성된다. 그리고, 음극판 베이스(52)의 음극 집전체(21)가 노출되는 부분의 상측에 심재용 와이어(10a)가 배치된다.
심재용 와이어(10a)의 양단(兩端) 부분은 한 쌍의 클램프(clamp)(53, 53)로 지지된다. 심재용 와이어(10a)는 소정의 장력이 가해질 때까지 당겨진 후, 그 인장상태가 유지되도록 클램프(53)로 고정된다. 이에 따라, 유연한 심재용 와이어(10a)는 직선상 자세로 유지되며, 권심으로써 기능한다. 와이어는, 예를 들어, 동일 도면에서 화살표로 나타내는 부위에서 절단되고, 심재용 와이어(10a)는 와이어 롤(51)로부터 잘라진다.
(제 2 공정)
제 2 공정(P2)에서는, 먼저, 도 7에 나타내듯이, 심재용 와이어(10a)와 음극판(20)과의 접합처리가 행해진다(제 1 처리). 구체적으로는, 음극판 베이스(52)의 길이방향(권회방향：동일 도면에서 화살표 X로 나타냄)에 직교하여 심재용 와이어(10a)가 배치된다. 투명 화살표로 나타내듯이, 음극집전체(21)에 심재용 와이어(10a)가 눌려지고, 저항용접이나 레이저용접, 초음파용접 등에 의해, 심재용 와이어(10a)와 음극 집전체(21)가 접합된다.
그리고, 도 8에 나타내듯이, 음극 집전체(21)의 심재용 와이어(10a)가 접합된 부위의 근방이, 심재용 와이어(10a)를 따라 절단 또는 용단(溶斷)된다. 이렇게 함으로써, 심재용 와이어(10a)가 음극판(20)의 단부(권회 개시측의 단부(20a))에 위치 결정되어 고정된 제 1 접합체(61)가 형성된다.
여기서, 심재용 와이어(10a)는 음극 집전체(21)를 음극판 베이스(52)로부터 잘라낸 후에 접합하여도 된다. 단, 음극 집전체(21)는 박막이므로, 생산성을 고려하면 먼저 접합하는 것이 바람직하다.
제 1 처리에서는, 마지막에, 저부하 상태로 음극 집전체(21)의 일부를 심재용 와이어(10a)에 감는 처리(가접합 처리)를 행하는 것이 바람직하다. 심재용 와이어(10a)의 직경이 작아지면, 접합면접이 작아지므로, 접합강도가 저하되기 쉽다. 권회 시에는, 접합부위에 장력이 가해지므로, 조건에 따라서는, 심재용 와이어(10a)가 파단(破斷)되거나 음극 집전체(21)로부터 빠질 우려가 있다.
그래서, 도 9에 나타내듯이, 안정되게 권회할 수 있도록, 권회 시에 가해지는 장력보다 작은 부하(무(無)부하 또는 저부하) 하에서 음극 집전체(21) 일부를 심재용 와이어(10a)에 복수회 감는다. 이렇게 하면, 음극 집전체(21)가 심재용 와이어(10a)에 감겨, 심재용 와이어(10a)로부터 음극 집전체(21)가 빠지기 어렵게 할 수 있다.
이어서, 제 1 접합체(61)와 세퍼레이터(40)와의 접합처리가 행해진다(제 2 처리). 구체적으로는, 도 10에 나타내듯이, 세퍼레이터(40)가 준비되고, 제 1 접합체(61)의 상측에 세퍼레이터(40)가 배치된다. 세퍼레이터(40)의 경우도, 세퍼레이터(40)가 한 줄로 이어진 부재의 소정부위를 잘라 내고 형성해도 된다.
제 1 접합체(61)에 세퍼레이터(40)가 겹쳐진다. 그리고, 제 1 접합체(61)의 심재용 와이어(10a)가 접합되는 부분이, 열 용착(溶着)에 의해, 세퍼레이터(40)에 접합된다. 이 때, 열 용착 부위는, 세퍼레이터(40)의 길이방향(권회방향)측의 중간부위에 위치한다. 상세하게는, 세퍼레이터(40)의 일부는, 제 1 접합체(61)의 권회개시측 단부(20a)로부터 권회방향과 반대방향으로 돌출된다.
이렇게 함으로써, 제 1 접합체(61)에 세퍼레이터(40)가 위치 결정되어 고정된 제 2 접합체(62)가 형성된다.
도 11에 나타내듯이, 계속해서, 제 2 접합체(62)를 권회하는 처리가 행해진다(제 3 처리). 구체적으로는, 세퍼레이터(40)측을 내측으로 감아 넣도록 하여 심재용 와이어(10a)가 회전하고, 제 2 접합체(62)가 심재용 외이어(10a)에 감겨진다.
또, 제 3 처리 도중에서, 제 2 접합체(62)에 양극판(30)을 겹치는 처리가 행해진다(제 4 처리). 구체적으로는, 제 2 접합체(62)의 세퍼레이터(40)측의 소정부위에 양극판(30)이 끼워진다. 양극판(30)을 세퍼레이터(40) 사이에 끼운 상태에서 더 권회된다.
그리고, 세퍼레이터(40) 등의 전체를 권회함으로써, 음극판(20) 등은 도 12에 나타내는 롤형이 된다. 그 결과, 도 3에 나타낸 다층의 단면 형상을 한 전극군(6)을 형성할 수 있다. 마지막에, 고정 테이프(7)가 전극군(6)의 최외주면에 붙여지고, 롤형상이 유지된다.
(제 3 공정)
도 13에 나타내듯이, 제 3 공정(P3)에서는, 심재용 와이어(10a) 단부의 길이가 조정되어 심재(10)가 형성된다. 구체적으로는, 클램프(53) 등으로부터 전극군(6) 등이 분리된다. 양극 리드(33)와 동일 측에 있는, 심재용 와이어(10a)의 단부가 소정이 길이로 절단된다. 이 단부는 리드 단(端)(11)으로써 이용된다. 그리고, 심재용 와이어(10a)의 다른 쪽 단부는, 수용 시에 방해가 되지 않는 치수로 절단된다. 이에 따라, 권회체(4)가 형성된다.
다음에, 도 14에 나타내듯이, 리드 단(11)을 굽힘으로써, 접합 단부(11a)가 형성된다. 상세하게는, 리드 단(11)의 선단부분을 "L"자형으로 절곡하여, 그 선단부분을 전극군(6) 외주면의 거의 연장면 상에 위치시킨다.
(제 4 공정)
제 4 공정(P4)에서는, 권회체(4)가 전지 케이스(2)에 삽입되고, 전지 케이스(2)에 리드 단(11)이 접합된다. 구체적으로는 도 15에 나타내듯이, 리드 단(11)이나 양극 리드(33)가 없는 측에서 권회체(4)가 전지 케이스(2)에 삽입되고, 전지 케이스(2) 내 소정위치에 권회체(4)가 위치 결정된다. 이 때, 리드 단(11)의 접합단부(11a)는 전지 케이스(2) 주벽부(2a)의 내면을 따라 접하거나, 그 근방에 위치한다.
이렇게 하여, 도 16에 화살표로 나타내듯이, 반지름 방향의 내외(內外)로부터 주벽부(2a) 및 접합단부(11a)가 끼워 넣어지며, 주벽부(2a)에 접합단부(11a)가 압착된다. 그리고, 저항용접 등에 의해, 접합단부(11a)가 주벽부(2a) 내면에 접합된다.
그 후는, 양극 리드(33)를 밀봉체(3)에 접속하는 처리나, 전지 케이스(2)에 전해액을 충전(充塡)하는 처리 등이 행해진다. 그리고, 마지막에, 주벽부(2a)를 크림핑함으로써, 밀봉체(3)가 전지 케이스(2)에 고정되고, 개구(2c)가 막힌다.
여기서, 본 발명에 관한 권회식 전지 등은, 전술한 실시형태에 한정되지 않으며, 그 이외의 여러 가지 구성을 포함한다.
예를 들어, 전술한 실시형태의 제조방법에서는, 심재(10)의 와이어를 음극 리드로써도 이용하는 예를 나타냈으나, 심재(10)의 와이어는 전극군(6)을 권회한 후, 뽑아내도 된다. 이 경우에도, 스페이스 로스를 저감시킬 수 있으므로, 전지를 소형화하여도 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
이 전지의 일례(부호 1A로 나타냄)를 도 17에 나타낸다. 이 경우, 음극 리드(동일 도면 중, 부호 70으로 나타냄)는, 예를 들어, 양극 리드(33)와 마찬가지로, 전극군(6)의 최외층에 위치하는 음극판(20)의 권회 종료측 단부(20b)(음극 집전체(21)의 부분)에 장착시킬 수 있다.
또, 본 발명은, 이차전지에 한정되지 않으며, 일차전지에도 적용할 수 있다. 전지의 재료도 리튬에 한정되지 않는다. 요는, 전극군이 권회되어 있는 전지라면 본 발명에 적용할 수 있다. 선상 도체는 금속선에 한정되지 않는다. 예를 들어, 탄소선이나, 전기 전도성을 갖는 복합선이라도 된다.
심재(10)와 음극판(20) 등과의 접합, 제 1 접합체(61)와 세퍼레이터(40)와의 접합은, 용접이나 열 용착(溶着)에 한정되지 않으며, 접착이나 압착 등이라도 된다. 또, 테이프에 의한 고정이나, 감아 넣음에 의한 고정(예를 들어, 제 1 접합체(61)의 권회 개시측 단부(20a)에 대해, 세퍼레이터(40)를 180° 접어 감아 넣은 상태로 한다) 등이라도 된다.
1 : 전지 2 : 전지 케이스
2c : 개구 3 : 밀봉체
4 : 권회체 5 : 가스켓(절연체)
6 : 전극군 10 : 심재
10a : 심재용 와이어 20 : 음극판
30 : 양극판 33 : 양극 리드
40 : 세퍼레이터 61 : 제 1 접합체
62 : 제 2 접합체

Claims (11)

  1. 일단(一端)에 개구(開口)를 갖는 원통형 전지 케이스와,
    상기 전지 케이스에 절연체를 개재하여 장착되고, 상기 개구를 막는 밀봉체와,
    전해액과 함께 상기 전지 케이스에 수용된 권회체(捲回體)를 구비하고,
    상기 권회체는,
    심재(芯材)와,
    상기 심재에 권회된 전극군을 가지며,
    상기 전극군은,
    양극 리드를 개재하여 상기 밀봉체에 접속된 양극판과,
    음극 리드를 개재하여 상기 전지 케이스에 접속된 음극판과,
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터를 구비하고,
    상기 심재는, 가요성(可撓性)을 갖는 선상 도체(線狀導體)로 형성되며, 상기 음극 리드를 겸하는
    권회식 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 심재에 와이어가 이용되는
    권회식 전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 심재의 한쪽 단부(端部)는 상기 전극군으로부터 돌출되며,
    상기 단부가 굽혀져 상기 전지 케이스의 내면에 고정되는
    권회식 전지.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심재의 직경은 1㎜ 이하인
    권회식 전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해액에 비수계 유기전해액이 이용되고, 이차전지로써 기능하는
    권회식 전지.
  6. 전극군이 권회된 권회체를 구비하는 권회식 전지의 제조방법에 있어서,
    가요성을 갖는 선상체(線狀體)를 당겨, 소정의 장력(張力)으로 당겨진 인장(引張)상태로 상기 선상체를 유지하는 제 1 공정과,
    인장상태의 상기 선상체에 상기 전극군을 권회하는 제 2 공정을 포함하는
    권회식 전지의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극군은 양극판과, 음극판과, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 배치된 세퍼레이터를 가지며,
    상기 제 2 공정은,
    상기 음극판에 인장상태의 상기 선상체를 권회방향으로 직교하여 고정하고, 상기 선상체가 상기 음극판의 권회 개시측 단부에 위치한 상태의 제 1 접합체를 형성하는 제 1 처리와,
    상기 제 1 접합체에 상기 세퍼레이터를 겹치고, 상기 제 1 접합체에 있어서의 상기 선상체와의 고정부분이 상기 세퍼레이터에 접합된 제 2 접합체를 형성하는 제 2 처리와,
    상기 선상체를 회전시켜 상기 제 2 접합체를 상기 선상체에 권회하는 제 3 처리와,
    상기 제 3 처리 도중에, 상기 양극판을 상기 제 2 접합체에 끼워 넣고, 상기 제 2 접합체에 상기 양극판을 겹치는 제 4 처리를 포함하는
    권회식 전지의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 권회식 전지는, 일단(一端)에 개구를 가지며, 상기 권회체를 수용하는 원통형 전지 케이스를 구비하며,
    상기 권회체는 상기 선상체를 가지며,
    상기 선상체에 전기 전도성(傳導性)을 갖는 선상 도체가 이용되며,
    상기 제 2 공정 후, 상기 선상 도체의 단부를 소정의 길이로 조정하여 상기 권회체를 형성하는 제 3 공정과,
    상기 권회체를 상기 전지 케이스에 삽입하고, 이 전지 케이스의 내면에 상기 선상 도체의 단부를 접합하는 제 4 공정을 포함하는
    권회식 전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 선상 도체에 와이어가 이용되고,
    상기 선상 도체가 용접에 의해 상기 음극판 및 상기 전지 케이스에 접합되는
    권회식 전지의 제조방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 처리는, 상기 음극판에 가해지는 장력이 권회 시에 상기 음극판에 가해지는 장력보다 작은 상태에서, 상기 음극판의 일부를 상기 선상체에 감는 가접합 처리를 포함하는
    권회식 전지의 제조방법.
  11. 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재한 제조방법을 이용하여 제조되는
    권회식 전지.
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