KR20150088905A - 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치 - Google Patents

이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치 Download PDF

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Abstract

이차 전지(100)는 정극 집전체(221)와, 정극 집전체(221)에 도포 시공되어, 적어도 정극 활물질이 포함된 정극 활물질층(223)을 구비하고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지(100)는, 정극 집전체(221)에 대향하도록 배치된 부극 집전체(241)와, 부극 집전체(241)에 도포 시공되어, 적어도 부극 활물질이 포함된 부극 활물질층(243)을 구비하고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지(100)는, 정극 활물질층(223) 또는 부극 활물질층(243) 중 적어도 한쪽(여기서는, 부극 활물질층(243))을 덮도록, 절연성을 갖는 수지 입자를 적층한 다공질의 절연층(245)이 형성되어 있다. 또한, 이 리튬 이온 이차 전지(100)는, 이러한 절연층(245)의 테두리에, 수지 입자가 용융된 용융부(246)를 구비하고 있다.

Description

이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치 {SECONDARY BATTERY MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRODE SHEET CUTTING APPARATUS}
본 발명은 이차 전지 및 전극 시트의 절단 장치에 관한 것이다.
여기서, 본 명세서에서 "이차 전지"란, 반복 충전 가능한 축전 디바이스 일반을 말하며, 리튬 이온 이차 전지(lithium-ion secondary battery), 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 소위 축전지 및 전기 이중층 캐패시터 등의 축전 소자를 포함하는 용어이다.
또한, 본 명세서에서 "리튬 이온 이차 전지"란, 전해질 이온으로서 리튬 이온을 이용하여, 정부극간에서의 리튬 이온에 수반하는 전하의 이동에 의해 충방전이 실현되는 이차 전지를 말한다. 일반적으로 "리튬 이차 전지"라고 불리는 전지는, 본 명세서에서의 리튬 이온 이차 전지에 포함된다.
이와 같은 이차 전지에 대해서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 정극 및 부극으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1개의 전극의 표면에 접착된 다공질 전자 절연층을 구비하는 이차 전지가 개시되어 있다. 여기서, 다공질 전자 절연층은, 미립자 필러와 수지 결착제를 포함하고, 미립자 필러는, 복수개의 1차 입자가 연결 고착된 부정형 입자를 포함하는 입자이다. 여기서, 미립자 필러에는, 산화티타늄(티타니아), 산화알루미늄(알루미나), 산화지르코늄(지르코니아), 산화텅스텐이 예시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 정극 및/또는 부극의 표면에, 정극과 부극을 격리하기 위한 다공성의 격리재를 갖는 비수 전해질 이차 전지가 개시되어 있다. 여기서, 격리재는, 가교 수지를 함유하고 있어, 충분한 강도와 비수 전해액에 대한 내성을 갖고 있다. 가교 수지로는, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 공중합 폴리올레핀, 폴리올레핀 유도체(염소화 폴리에틸렌 등), 스티렌 부타디엔 공중합체, 아크릴 수지[폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트 등의 폴리알킬(메트)아크릴레이트 및 그의 유도체], 폴리알킬렌옥시드[폴리에틸렌옥시드(PEO) 등], 불소 수지[폴리불화비닐리덴(PVDF) 등] 및 이들의 유도체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 수지, 요소 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 등의 가교체가 예시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 격리재는, 그 강도를 높이기 위해서, 각종 무기 미립자를 함유시켜도 되는 것으로 기재되어 있다. 무기 미립자로는, 전기 화학적으로 안정되고 전기 절연성의 것이라면 특별히 제한은 없지만, 산화철, SiO2(실리카), Al2O3(알루미나), TiO2, BaTiO3 등의 산화물 분말; 질소화 알루미늄, 질소화 규소 등의 질소화물 분말; 실리콘, 다이아몬드 등의 공유 결합성 결정 분말; 황산바륨, 불화칼슘, 불화바륨 등의 난용성 이온 결정 분말; 몬모릴로나이트; 등을 들 수 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 전지에 셧 다운 특성을 부여하기 위해서, 폴리올레핀 미립자 등의, 80 내지 150℃에서 용융하는 미립자를 격리재에 함유시키는 것이 개시되어 있다. 또한, 이러한 미립자를 구성하는 수지로는, 예를 들어 PE, 공중합 폴리올레핀, 폴리올레핀 유도체(염소화 폴리에틸렌 등), 폴리올레핀 왁스, 석유 왁스, 카르나우바 왁스 등의 미립자가 예시되어 있다. 또한, 공중합 폴리올레핀으로는, 에틸렌-비닐 단량체 공중합체, 보다 구체적으로는, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-아크릴산 공중합체(에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체 등) 등이 예시되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 전극 활물질을 바인더와 혼합하여 전극 형성용 도포액을 조제하고, 이 도포액을 집전체에 도포한 후, 도포액을 건조시켜서, 집전체에 활물질 함유층을 형성한 시트 형상의 전극을 형성하는 것이 개시되어 있다. 또한, 시트 형상 전극은, 그 후, 압연되어, 소정의 치수로 절단되는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 시트 형상 전극의 절단시에, 집전체의 절단 부스러기가 상측 날 측면에 융착되는 것을 충분히 억제하고, 또한, 집전체의 절단면에 버어가 발생하는 것을 충분히 억제하는 것이 가능한 슬리터 장치가 제안되어 있다.
국제 공개 제05/078828호 일본 특허 출원 공개 제2010-170770호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-7404호 공보
그런데, 본 발명자는, 절연층으로서, 예를 들어 폴리에틸렌과 같은 절연성을 갖는 수지 입자를, 정극이나 부극의 활물질층에 적층하는 것을 생각하고 있다. 그리고 이러한 활물질층과 절연층이 형성된 집전 박을 소정의 치수로 절단하여, 활물질층에 절연층을 적층한 전극을 얻는 것을 생각하고 있다. 이와 같은 절연층은, 예를 들어 수지 입자끼리를 바인더에 의해 접합하는 것을 생각하고 있다.
또한, 제조 공정에서는, 폭이 넓은 집전체의 마더 시트를 준비하여, 활물질층, 절연층을 순서대로 형성하고, 그 후, 소정 치수로 절단하는 것을 생각하고 있다. 이때, 이와 같은 절연층은, 그대로 절단되면, 수지 입자끼리의 접합이 떨어져, 부분적으로 박리되는 경우가 일어날 수 있다고 생각된다.
또한, 제조 단계뿐만 아니라, 전극 시트의 테두리에, 수지 입자를 적층시킨 절연층의 테두리가 노출되어 있으면, 당해 절연층의 테두리로부터 절연층이 박리되기 쉬워, 이차 전지 내에서 이물을 발생시키는 요인이 될 수 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 이차 전지는, 정극 집전체와, 정극 집전체에 유지되고, 적어도 정극 활물질이 포함된 정극 활물질층과, 정극 집전체에 대향하도록 배치된 부극 집전체와, 부극 집전체에 유지되고, 적어도 부극 활물질이 포함된 부극 활물질층을 구비하고 있다. 이 이차 전지는, 또한 정극 활물질층 또는 부극 활물질층 중 적어도 한쪽을 덮도록, 절연성을 갖는 수지 입자를 적층한 다공질의 절연층을 구비하고 있다. 그리고, 당해 절연층의 테두리에는, 수지 입자가 용융된 용융부가 형성되어 있다.
이와 같은 이차 전지에 의하면, 절연층의 테두리에 수지 입자가 용융된 용융부가 형성되어 있으므로, 절연층의 테두리가 견고하다. 이로 인해, 수지 입자의 탈락이 적게 억제되어, 당해 절연층이 박리되기 어렵다. 절연층의 테두리는 절단 흔적을 가져도 된다. 또한, 절연층은, 부극 활물질층에 적층되어 있어도 된다. 절연층이 정극 활물질층을 덮고 있으면, 정극 활물질층으로부터 전지의 반응에 관계되는 전해질이 방출되는 것을 저해할 수 있다. 이로 인해, 절연층은, 부극 활물질층에 적층되어 있으면 된다.
예를 들어, 절연층은, 절연성을 갖는 무기 필러나 고무의 입자가 포함되어 있어도 된다. 또한, 예를 들어 부극 활물질층은, 정극 활물질층보다 폭이 넓고, 또한, 정극 활물질층에 대향시켜 배치되어 있고, 절연층이 정극 활물질층에 대향하는 측에서, 부극 활물질층에 적층되어 있어도 된다. 이 경우, 부극 활물질층은, 정극 활물질층보다 폭이 넓으므로, 부극 활물질층에 적층된 절연층의 테두리를 용융시켜도, 정극 활물질층에 대하여 부극 활물질층이 대향할 수 있으므로, 정극 활물질층의 기능이 저해되지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법에는, 전극 시트를 준비하는 공정과, 절연층을 용융시키는 용융 공정과, 전극 시트를 절단하는 절단 공정이 포함되어 있다. 상세하게는, 전극 시트를 준비하는 공정에서는, 집전체와, 당해 집전체의 표면에 형성되고, 전극 활물질이 포함된 활물질층과, 당해 활물질층을 덮도록, 절연성을 갖는 수지 입자를 적층한 다공질의 절연층을 구비한 전극 시트가 준비된다. 이어서, 용융 공정에서는, 미리 정해진 라인을 따라 절연층이 용융된다. 그리고, 절단 공정에서는, 용융 공정에 의해 절연층을 용융시킨 라인을 따라 전극 시트가 절단된다. 이와 같은 이차 전지의 제조 방법에 의하면, 전극 시트를 절단하기 전에, 절단되는 부분에서 절연층이 용융되어 있다. 이로 인해, 절단 공정에서, 절연층이 부분적으로 박리되기 어렵다.
이와 같은 이차 전지의 제조 방법에서는, 예를 들어 용융 공정에서는, 절연층에 레이저를 조사함으로써 절연층을 용융시키면 된다. 절연층이 용융된 부분은, 예를 들어 전해액이 통과할 수 있는 공극이 적다. 이 때문에 당해 부분은, 전지의 반응에 실질적으로 기여해야 할 활물질층의 작용을 저해할 수 있다고 생각된다. 이에 반해, 용융 공정에서, 레이저를 조사하여 절연층을 용융시킴으로써 절연층을 용융시키는 폭을 보다 적절하게 가늘게 제어할 수 있다. 이로 인해, 활물질층의 작용이 저해되는 정도를 작게 할 수 있다. 또한, 레이저로서 바람직한 일 형태는, 예를 들어 CO2 레이저이다. CO2 레이저는, 수지(예를 들어, 폴리에틸렌)가 에너지를 흡수하기 쉬운 파장(대략 10.6㎛)을 가지고 있다. 이로 인해, CO2 레이저는, 수지 입자를 용융시키기에 적합하여, 수지 입자를 효율적으로 용융시킬 수 있다. 또한, 용융 공정과 절단 공정의 사이에, 전극 시트를 냉각하는 냉각 공정을 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 용융 공정에서 용융된 수지를 절단 공정 전에, 보다 확실하게 고화시킬 수 있다. 이에 의해, 용융 공정과 절단 공정의 사이의 택트 타임을 짧게 할 수 있다.
또한, 전극 시트의 절단 장치는, 미리 정해진 라인을 따라 전극 시트를 가열하도록 배치된 히터와, 히터에 의해 가열된 전극 시트가 라인을 따라 절단되도록 배치된 커터를 구비하고 있다. 이 경우, 예를 들어 집전체에 활물질층이 형성되어 있어, 당해 활물질층에, 수지 입자를 적층한 절연층이 형성된 전극 시트를 절단하는 경우에, 절연층을 용융하고나서 절단할 수 있다.
또한 이 경우, 히터는, 예를 들어 전극 시트에 대하여 레이저를 조사하는 레이저 장치이면 좋다. 또한, 레이저는, 예를 들어 CO2 레이저이면 좋다. 또한, 전극 시트의 절단 장치는, 전극 시트를 미리 정해진 반송 경로를 따라 반송하는 반송 장치를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 히터와 커터가 반송 경로를 따라 고정적으로 배치되어 있는 경우에는, 히터와 커터에 대하여 전극 시트의 위치를 조정하는 위치 조정 기구를 구비하고 있으면 된다.
또한, 전극 시트는 띠 형상의 시트이며, 반송 장치는, 당해 전극 시트를 반송 경로를 따라 연속적으로 반송하는 장치이어도 된다. 이 경우, 반송 장치는, 전극 시트를 지지하면서 반송하는 가이드 롤을 복수 구비하고 있으면 된다. 그리고, 당해 가이드 롤에 의해 전극 시트가 지지된 부위로부터 반송 방향 하류측으로 어긋난 위치에서, 전극 시트가 가열되도록 히터가 배치되어 있으면 된다. 이에 의해, 가이드 롤에 대한 용융 수지의 부착을 방지할 수 있다. 이 경우, 히터는, 가이드 롤에 의해 전극 시트가 지지된 부위로부터 반송 방향 하류측으로 1㎜ 이상 10㎜ 이하의 범위에서 어긋나 있으면 된다.
또한, 히터에 의해 가열된 후, 커터에 의해 절단되기 전에, 상기 전극 시트를 냉각하는 냉각 장치를 구비하고 있어도 된다. 이에 의해 택트 타임을 단축할 수 있다. 이 경우, 냉각 장치는, 전극 시트에 공기를 분사하는 송풍기이어도 된다. 또한, 냉각 장치는, 전극 시트에 눌려지는 금속 롤과, 당해 금속 롤을 식히는 냉각부를 구비하고 있어도 된다.
도 1은 리튬 이온 이차 전지의 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 리튬 이온 이차 전지의 권회 전극체를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2 중의 III-III 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4는 리튬 이온 이차 전지의 충전시의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 리튬 이온 이차 전지의 방전시의 상태를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지에 있어서, 집전체에 활물질층과 절연층을 형성한 상태를 도시하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지에 있어서, 부극 시트의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 용융 공정과 절단 공정을 도시하는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극 시트의 절단 장치의 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 전극 시트의 절단 장치의 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 전극 시트의 절단 장치의 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 전극 시트의 절단 장치의 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극 시트의 단면을 도시하는 모식도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극 시트의 단면을 도시하는 모식도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극 시트의 평면도이다.
도 16은 도 15의 A-A 단면을 도시하는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 전극 시트의 평면도이다.
도 18은 도 17의 A-A 단면을 도시하는 단면도이다.
도 19는 도 17에 나타내는 전극 시트가 잘라내지는 마더 시트를 도시하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전극 시트의 절단 장치의 구성예를 도시하는 측면도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 냉각 공정을 도시하는 평면도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 이차 전지의 제조 방법에 있어서, 냉각 공정을 도시하는 평면도이다.
도 23은 리튬 이온 이차 전지를 탑재한 차량을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법을 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 동일한 작용을 발휘하는 부재, 부위에는 적절하게 동일한 부호를 부여하고 있다. 또한, 각 도면은 모식적으로 그려져 있으며, 반드시 실물을 반영하지는 않는다.
≪리튬 이온 이차 전지(100)의 구조≫
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지로서의 리튬 이온 이차 전지(100)를 나타내고 있다. 리튬 이온 이차 전지(100)는 도 1에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(200)와 전지 케이스(300)와 전해액(도시 생략)을 구비하고 있다. 또한, 도 2는, 권회 전극체(200)를 도시하는 도면이다. 도 3은, 도 2 중의 III-III 단면을 나타내고 있다. 이 실시 형태에서는, 권회 전극체(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 정극 시트(220)와 띠 형상의 부극 시트(240)가 겹쳐지고, 또한 권회되어 있다.
≪정극 시트(220)≫
정극 시트(220)는, 정극 집전체(221)와, 정극 활물질층(223)을 구비하고 있다. 정극 집전체(221)에는, 정극에 적합한 금속박이 적절하게 사용될 수 있다. 이 실시 형태에서는, 정극 집전체(221)에는, 소정의 폭을 갖고, 두께가 대략 10㎛인 띠 형상의 알루미늄박이 사용되어 있다. 정극 활물질층(223)은 정극 집전체(221)에 유지되고, 적어도 정극 활물질이 포함되어 있다. 이 실시 형태에서는, 정극 활물질층(223)은 정극 활물질을 포함하는 정극 합제가 정극 집전체(221)에 도포 시공된 층이다. 이 실시 형태에서는, 정극 집전체(221)의 폭 방향 편측의 테두리부를 따라 미도포 시공부(222)가 설정되어 있다. 정극 활물질층(223)은 정극 집전체(221)에 설정된 미도포 시공부(222)를 제외하고, 정극 집전체(221)의 양면에 형성되어 있다.
≪정극 활물질≫
정극 활물질층(223)에 포함되는 정극 활물질에는, 리튬 이온 이차 전지의 정극 활물질로서 사용되는 물질을 사용할 수 있다. 정극 활물질의 예를 들면, LiNiCoMnO2(리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물), LiNiO2(니켈 산 리튬), LiCoO2(코발트산 리튬), LiMn2O4(망간산 리튬), LiFePO4(인산철 리튬) 등의 리튬 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 여기서, LiMn2O4는, 예를 들어 스피넬 구조를 갖고 있다. 또한, LiNiO2나 LiCoO2는 층상의 암염 구조를 갖고 있다. 또한, LiFePO4는, 예를 들어 올리빈 구조를 갖고 있다. 올리빈 구조의 LiFePO4에는, 예를 들어 나노미터 오더의 입자가 있다. 또한, 올리빈 구조의 LiFePO4는, 또한 카본막으로 피복할 수 있다.
≪도전재≫
정극 활물질층(223)에는, 정극 활물질 외에, 도전재, 바인더(결착제) 등의 임의 성분을 필요에 따라서 함유할 수 있다. 도전재로는, 예를 들어 카본 분말이나 탄소 섬유 등의 카본 재료가 예시된다. 이러한 도전재에서 선택되는 1종을 단독으로 사용해도 되고 2종 이상을 병용해도 된다. 카본 분말로는, 다양한 카본 블랙(예를 들어, 아세틸렌 블랙, 오일 퍼니스 블랙, 흑연화 카본 블랙, 카본 블랙, 흑연, 케첸 블랙), 그래파이트 분말 등의 카본 분말을 사용할 수 있다.
≪바인더, 증점제, 용매≫
또한, 바인더로는, 사용하는 용매에 용해 또는 분산 가능한 중합체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수성 용매를 사용한 정극 합제에서는, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 등의 셀룰로오스계 중합체, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등의 불소계 수지, 아세트산 비닐 공중합체, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 아크릴산 변성 SBR 수지(SBR계 라텍스) 등의 고무류 등의 수용성 또는 수분산성 중합체를 바람직하게 채용할 수 있다. 또한, 비수 용매를 사용한 정극 합제에서는, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리염화비닐리덴(PVDC) 등의 중합체를 바람직하게 채용할 수 있다. 또한, 상기에서 예시한 중합체 재료는, 바인더로서의 기능 이외에, 상기 조성물의 증점제 그 밖의 첨가제로서의 기능을 발휘할 목적으로 사용될 수도 있다. 용매로는, 수성 용매 및 비수 용매 모두 사용 가능하다. 비수 용매의 적합예로서, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 들 수 있다.
≪정극 활물질층(223)의 두께≫
이 실시 형태에서는, 정극 활물질층(223)의 평균 두께(t1)는, 편면당 27㎛ 정도이다. 이와 같은 정극 활물질층(223)의 두께(t1)는, 예를 들어 정극 시트(220)의 미도포 시공부(222)를 기준으로 해서 측정하면 된다.
≪부극 시트(240)≫
부극 시트(240)는, 부극 집전체(241)와, 부극 활물질층(243)과, 절연층(245)을 구비하고 있다. 부극 집전체(241)에는, 부극에 적합한 금속박이 적절하게 사용될 수 있다. 이 실시 형태에서는, 이 부극 집전체(241)에는, 소정의 폭을 갖고, 두께가 대략 10㎛인 띠 형상의 동박이 사용되어 있다. 부극 활물질층(243)은 부극 집전체(241)에 유지되고, 적어도 부극 활물질이 포함되어 있다. 이 실시 형태에서는, 부극 활물질층(243)은 부극 활물질을 포함하는 부극 합제가 부극 집전체(241)에 도포 시공된 층이다. 부극 집전체(241)의 폭 방향 편측에는, 테두리부를 따라 미도포 시공부(242)가 설정되어 있다. 부극 활물질층(243)은 부극 집전체(241)에 설정된 미도포 시공부(242)를 제외하고, 부극 집전체(241)의 양면에 형성되어 있다.
≪부극 활물질≫
부극 활물질층(243)에 포함되는 부극 활물질에는, 종래부터 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 재료의 1종 또는 2종 이상을 특별히 한정 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 적어도 일부에 그래파이트 구조(층상 구조)를 포함하는 입자상의 탄소 재료(카본 입자)를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 소위 흑연질(그래파이트), 난흑연화 탄소질(하드 카본), 이흑연화 탄소질(소프트 카본), 이들을 조합한 탄소 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 천연 흑연과 같은 흑연 입자를 사용할 수 있다. 또한, 부극 합제에는, 부극 활물질의 분산을 유지하기 위해, 부극 합제에는 적당량의 증점제가 섞여 있다. 부극 합제에는, 정극 합제에 사용되는 것과 마찬가지의 증점제나 바인더나 도전재를 사용할 수 있다.
≪부극 활물질층(243)의 두께≫
이 실시 형태에서는, 부극 활물질층(243)의 평균 두께(t2)는, 편면당 35㎛ 정도이다. 이와 같은 부극 활물질층(243)의 두께(t2)는, 예를 들어 부극 활물질층(243)이 형성된 후에, 부극 시트(240)의 미도포 시공부(242)를 기준으로 해서 측정하면 된다.
≪절연층(245)≫
절연층(245)은 이 실시 형태에서는, 부극 활물질층을 덮도록, 절연성을 갖는 수지 입자를 적층한 다공질의 층이다. 절연층(245)에 사용되는 수지 입자는, 적합하게는 열가소성 수지의 입자이며, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 유래의 구조 단위가 85mol% 이상의 공중합 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 구동체 등을 사용할 수 있다. 또한, 수지 입자는, 복수의 다른 열가소성 수지의 입자를 적당한 비율로 혼합해도 된다. 또한, 수지 입자는, 무기 필러나 고무 등으로 절연성을 갖는 재료가 적당한 비율로 첨가되어 있어도 된다. 이 실시 형태에서는, 수지 입자에는 폴리에틸렌이 사용되어 있다. 수지 입자는, 예를 들어 바인더로 접착하면 된다. 이와 같은 바인더에는, 예를 들어 정극 활물질층 또는 부극 활물질층에 사용되는 바인더와 마찬가지의 바인더를 사용할 수 있다.
수지 입자의 입경은, 전해액의 유통이 충분히 가능할 정도의 다공질의 층이 형성되도록, 적층시켰을 때에 입자간에 적당한 간극이 형성되면 된다. 이로 인해, 수지 입자의 입경은, 예를 들어 약 1㎛ 내지 10㎛ 정도이다. 보다 바람직하게는 약 1㎛ 내지 3㎛이다. 또한, 여기서 입경에는, 광산란법에 기초하는 입도 분포 측정기에 의해 측정되는 입도 분포로부터 구해지는 메디안 직경(d50)이 채용되어 있다.
≪절연층(245)의 두께≫
이 실시 형태에서는, 절연층(245)의 평균 두께(t3)는, 편면당 25㎛ 정도이다. 이와 같은 절연층(245)의 두께(t3)는, 예를 들어 절연층(245)이 형성된 후에, 부극 시트(240)의 미도포 시공부(242)를 기준으로, 부극 활물질층(243)과 절연층(245)을 합한 두께(t4)를 측정하고, 상술한 부극 활물질층(243)의 두께(t2)와의 차분(t3=t4-t2)에 의해 산출하면 된다.
이와 같은 절연층(245)은, 상술한 바와 같이 수지 입자가 적층되어 있다. 전지 내부의 온도가 매우 높아졌을 때에, 소정의 온도에서 수지 입자가 용융되어, 부극 활물질층(243)의 표면에 전해액의 유통을 차단하는 막을 형성한다. 이에 의해, 전지 내에서 반응을 저하시킬 수 있다(이러한 기능을, 적절하게 "셧 다운"이라고 함).
≪용융부(246)≫
또한, 이 실시 형태에서는, 절연층(245)의 테두리에는 용융부(246)가 형성되어 있다. 용융부(246)는, 절연층(245)을 형성하는 수지 입자가 용융된 부분이다. 이와 같은 리튬 이온 이차 전지(100)에 의하면, 절연층(245)의 테두리에 수지 입자가 용융된 용융부(246)가 형성되어 있으므로, 절연층(245)의 테두리가 견고하게 굳어져 있어, 당해 테두리로부터 절연층(245)이 박리되기 어렵다. 도 2 및 도 3에 도시하는 예에서는, 부극 활물질층(243)의 폭(b1)(용융부(246)를 포함하지 않음)은 정극 활물질층(223)의 폭(a1)보다 조금 넓다.
≪권회 전극체(200)≫
이 예에서는, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)는 도 2에 도시한 바와 같이, 길이 방향을 정렬시켜 겹쳐져 있다. 이때, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)이 겹쳐진다. 또한, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)의 폭 방향에 있어서, 정극 시트(220)의 미도포 시공부(222)와 부극 시트(240)의 미도포 시공부(242)가 서로 반대측으로 비어져 나오게 겹쳐져 있다. 또한, 부극 활물질층(243)의 폭(b1)은 정극 활물질층(223)의 폭(a1)보다 조금 넓고, 부극 활물질층(243)은 정극 활물질층(223)을 덮도록 겹쳐져 있다. 겹쳐진 시트재(예를 들어, 정극 시트(220))는, 당해 시트재의 폭 방향으로 설정된 권회 축 주위에 권회되어 있고, 권회 후에도 부극 활물질층(243)이 정극 활물질층(223)을 덮는 상태가 유지되어 있다. 또한, 도 2는, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)를 권회하고, 편평하게 변형된 권회 전극체(200)의 일부 전개된 상태를 나타내고 있다.
이 권회 전극체(200)에서는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 부극 활물질층(243)을 덮는 절연층(245)에 의해, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)이 물리적으로 격리되어 있고, 또한, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)의 사이의 전기적인 절연이 유지되어 있다. 환언하면, 이러한 절연층(245)은 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)을 물리적 또한 전기적으로 격리하면서, 전해질의 왕래를 허용하는 세퍼레이터로서 기능할 수 있다. 이로 인해, 이 실시 형태에서는, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)의 사이에 세퍼레이터는 별도 배치되어 있지 않다.
≪전지 케이스(300)≫
또한, 이 예에서는, 전지 케이스(300)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 소위 각형의 전지 케이스이며, 용기 본체(320)와 덮개(340)를 구비하고 있다. 용기 본체(320)는, 바닥이 있는 4각 통 형상을 갖고 있으며, 일측면(상면)이 개구된 편평한 상자형의 용기이다. 덮개(340)는 당해 용기 본체(320)의 개구(상면의 개구)에 설치되어 당해 개구를 막는 부재이다.
차량 탑재용의 이차 전지에서는, 차량의 연비를 향상시키기 위해서, 중량 에너지 효율(단위 중량당의 전지의 용량)을 향상시킬 것이 요망된다. 이로 인해, 이 실시 형태에서는, 전지 케이스(300)를 구성하는 용기 본체(320)와 덮개(340)는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등의 경량 금속이 채용되어 있다. 이에 의해 중량 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이 전지 케이스(300)는, 권회 전극체(200)를 수용하는 공간으로서, 편평한 직사각형의 내부 공간을 갖고 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 당해 전지 케이스(300)의 편평한 내부 공간은, 권회 전극체(200)보다 가로 폭이 약간 넓다. 이 실시 형태에서는, 전지 케이스(300)의 내부 공간에는, 권회 전극체(200)가 수용되어 있다. 권회 전극체(200)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 권회 축에 직교하는 하나의 방향에서 편평하게 변형된 상태로 전지 케이스(300)에 수용되어 있다.
이 실시 형태에서는, 전지 케이스(300)는, 바닥이 있는 4각 통 형상의 용기 본체(320)와, 용기 본체(320)의 개구를 막는 덮개(340)를 구비하고 있다. 또한, 전지 케이스(300)의 덮개(340)에는, 전극 단자(420, 440)가 설치되어 있다. 전극 단자(420, 440)는, 전지 케이스(300)(덮개(340))를 관통하여 전지 케이스(300)의 외부로 나와 있다. 또한, 덮개(340)에는 안전 밸브(360)가 설치되어 있다.
이 예에서는, 전지 케이스(300)(이 예에서는, 덮개(340))에 전극 단자(420, 440)가 설치되어 있다. 권회 전극체(200)는, 이러한 전극 단자(420, 440)에 설치되어 있다. 권회 전극체(200)는, 권회 축에 직교하는 하나의 방향에서 편평하게 눌려 구부러진 상태로 전지 케이스(300)에 수납되어 있다. 또한, 권회 전극체(200)의 권회 축방향의 양측에는, 정극 시트(220)의 미도포 시공부(222)와 부극 시트(240)의 미도포 시공부(242)가 서로 반대측으로 비어져 나와 있다. 이 중, 한쪽의 전극 단자(420)는, 정극 집전체(221)의 미도포 시공부(222)에 고정되어 있고, 다른 쪽의 전극 단자(440)는 부극 집전체(241)의 미도포 시공부(242)에 고정(예를 들어, 용접)되어 있다.
또한, 이 권회 전극체(200)는, 편평하게 눌려 구부러진 상태에서, 덮개(340)에 고정된 전극 단자(420, 440)에 설치된다. 이와 같은 권회 전극체(200)는, 용기 본체(320)의 편평한 내부 공간에 수용된다. 용기 본체(320)는, 권회 전극체(200)가 수용된 후, 덮개(340)에 의해 막힌다. 덮개(340)와 용기 본체(320)의 이음매(322)(도 1 참조)는, 예를 들어 레이저 용접에 의해 용접되어 밀봉되어 있다. 이와 같이, 이 예에서는, 권회 전극체(200)는 덮개(340)(전지 케이스(300))에 고정된 전극 단자(420, 440)에 의해 전지 케이스(300) 내에 위치 결정되어 있다.
≪전해액≫
그 후, 덮개(340)에 설치된 주액 구멍으로부터 전지 케이스(300) 내에 전해액이 주입된다. 전해액은, 물을 용매로 하고 있지 않은, 소위 비수 전해액이 사용되고 있다. 이 예에서는, 전해액은, 에틸렌카르보네이트와 디에틸카르보네이트의 혼합 용매(예를 들어, 체적비 1:1 정도의 혼합 용매)에 LiPF6을 약 1mol/리터의 농도로 함유시킨 전해액이 사용되고 있다. 그 후, 주액 구멍에 금속제의 밀봉 캡을 설치해서(예를 들어 용접해서) 전지 케이스(300)를 밀봉한다. 또한, 전해액으로는, 이러한 실시예에 한정되지 않고, 종래부터 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 비수 전해액을 사용할 수 있다.
≪공공≫
여기서, 정극 활물질층(223)은 예를 들어 정극 활물질과 도전재의 입자간 등에, 공동이라고도 칭할 만한 미소한 간극을 갖고 있다. 이와 같은 정극 활물질층(223)의 미소한 간극에는 전해액(도시 생략)이 스며들 수 있다. 또한, 부극 활물질층(243)은 예를 들어 부극 활물질의 입자간 등에, 공동이라고도 칭할 만한 미소한 간극을 갖고 있다. 또한, 부극 활물질층(243)을 덮도록 형성된 절연층(245)은 수지 입자가 적층되어 있고, 전해액이 스며들 수 있는 공동이라고도 칭할 만한 미소한 간극을 갖고 있다. 여기에서는, 이러한 간극(공동)을 적절하게 "공공"이라고 칭한다. 이와 같이, 리튬 이온 이차 전지(100)의 내부에서는, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)에는 전해액이 스며들어 있다.
≪가스 빠짐 경로≫
또한, 이 예에서는, 당해 전지 케이스(300)의 편평한 내부 공간은, 편평하게 변형된 권회 전극체(200)보다 조금 넓다. 권회 전극체(200)의 양측에는, 권회 전극체(200)와 전지 케이스(300)의 사이에 간극(310, 312)이 형성되어 있다. 당해 간극(310, 312)은, 가스 빠짐 경로가 된다.
이러한 구성의 리튬 이온 이차 전지(100)는, 과충전이 발생한 경우에 온도가 높아진다. 리튬 이온 이차 전지(100)의 온도가 높아지면, 전해액이 분해되어 가스가 발생한다. 발생한 가스는, 권회 전극체(200)의 양측에서의 권회 전극체(200)와 전지 케이스(300)의 간극(310, 312) 및 안전 밸브(360)를 통해서 원활하게 외부로 배기된다. 이와 같은 리튬 이온 이차 전지(100)에서는, 정극 집전체(221)와 부극 집전체(241)는 전지 케이스(300)를 관통한 전극 단자(420, 440)를 통해 외부의 장치에 전기적으로 접속된다. 이하, 충전시와 방전시의 리튬 이온 이차 전지(100)의 동작을 설명한다.
≪충전시의 동작≫
도 4는, 이러한 리튬 이온 이차 전지(100)의 충전시의 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 충전시에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지(100)의 전극 단자(420, 440)(도 1 참조)는 충전기(290)에 접속된다. 충전기(290)의 작용에 의해, 충전시에는, 정극 활물질층(223) 중의 정극 활물질로부터 리튬 이온(Li)이 전해액(280)에 방출된다. 또한, 정극 활물질층(223)으로부터는 전하가 방출된다. 방출된 전하는, 도 4에 도시한 바와 같이, 도전재(도시 생략)를 통해 정극 집전체(221)에 보내지고, 또한, 충전기(290)를 통해 부극(240)에 보내진다. 또한, 부극(240)에서는 전하가 축적되는 동시에, 전해액(280) 중의 리튬 이온(Li)이 부극 활물질층(243) 중의 부극 활물질에 흡수되고, 또한, 저장된다.
≪방전시의 동작≫
도 5는, 이러한 리튬 이온 이차 전지(100)의 방전시의 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 방전시에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 부극(240)에서 정극(220)으로 전하가 보내지는 동시에, 부극 활물질층(243)에 저장된 리튬 이온(Li 이온)이 전해액(280)에 방출된다. 또한, 정극에서는, 정극 활물질층(223) 중의 정극 활물질에 전해액(280) 중의 리튬 이온(Li)이 도입된다.
이와 같이, 리튬 이온 이차 전지(100)의 충방전에 있어서, 전해액(280)을 통해 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)의 사이에서 리튬 이온(Li)이 오고 간다. 또한, 충전시에는, 정극 활물질로부터 도전재를 통해 정극 집전체(221)에 전하가 보내진다. 이에 반해, 방전시에는, 정극 집전체(221)로부터 도전재를 통해 정극 활물질에 전하가 복귀된다.
≪리튬 이온 이차 전지(100)≫
상술한 바와 같이, 이 리튬 이온 이차 전지(100)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 정극 집전체(221)와, 정극 집전체(221)에 도포 시공되어, 적어도 정극 활물질이 포함된 정극 활물질층(223)을 구비하고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지(100)는, 정극 집전체(221)에 대향하도록 배치된 부극 집전체(241)와, 부극 집전체(241)에 도포 시공되어, 적어도 부극 활물질이 포함된 부극 활물질층(243)을 구비하고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지(100)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 정극 활물질층(223) 또는 부극 활물질층(243) 중 적어도 한쪽(도 3에 도시하는 예에서는, 부극 활물질층(243))을 덮도록, 절연성을 갖는 수지 입자를 적층한 다공질의 절연층(245)이 형성되어 있다. 또한, 이 리튬 이온 이차 전지(100)는, 이러한 절연층(245)의 테두리에, 수지 입자가 용융된 용융부(246)를 구비하고 있다.
이와 같은 리튬 이온 이차 전지(100)에서는, 부극 활물질층(243)을 덮는 절연층(245)에 의해, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)이 물리적으로 격리되어 있다. 또한, 이러한 절연층(245)에 의해, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)의 전기적인 절연이 유지되어 있다. 또한, 절연층(245)은 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)의 사이에서 전해액(280)이 유통하는 것을 허용한다. 또한, 절연층(245)은 전지 내부의 온도가 매우 높아졌을 때에, 소정의 온도에서 수지 입자가 용융됨으로써 막을 형성한다. 이와 같은 막은 전해액의 유통이 차단되므로, 전지의 반응이 억제된다. 이와 같이, 절연층(245)은 전지 내부의 온도가 매우 높아졌을 때에 전지의 반응을 억제하는, 소위 셧 다운 기능을 갖고 있다.
특히, 이 실시 형태에서는, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)의 사이에 별도 세퍼레이터가 배치되어 있지 않다. 이로 인해, 절연층(245)의 일부가 박리됨으로써, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)의 전기적인 절연이 유지되지 않아, 리튬 이온 이차 전지(100)가 전지로서 기능하지 않게 될 가능성이 있다.
이에 반해, 이 리튬 이온 이차 전지(100)에서는, 절연층(245)의 테두리에 수지 입자가 용융된 용융부(246)가 형성되어 있다. 당해 용융부(246)에서는, 용융된 수지 입자의 일부가 부극 활물질층(243)이나 주위의 수지 입자와 결합하고 있다. 이로 인해, 용융부(246)는 부극 활물질층(243)이나 용융부(246)를 제외한 절연층(245)과의 접합력이 강하다. 또한, 절연층(245)의 테두리가 견고하기 때문에, 당해 절연층(245)의 테두리에서 절연층(245)이 박리되기 어렵다. 또한, 절연층(245)의 테두리로부터 수지 입자가 탈락하기 어려우므로, 절연층(245)의 테두리로부터 수지 입자가 탈락되어, 리튬 이온 이차 전지(100) 내의 이물이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, 부극 시트(240)의 미도포 시공부(242)가 설치된 측에서는, 절연층(245)의 테두리는 용융되어 있지 않지만, 그 이외의 부분에서 절연층(245)의 테두리는 용융되어 있다. 이와 같은 용융부(246)가 형성된 부위는, 후술하지만 부극 시트(240)가 제조되는 과정에서, 부극 시트(240)가 절단되는 부위일 수 있다. 절연층(245)을 형성하는 경우에는, 부극 활물질층(243)을 덮도록, 절연성을 갖는 수지 입자를 적층함으로써 다공질의 절연층(245)이 형성된다. 그러나, 이와 같은 다공질의 절연층(245)을 단순하게 형성한 것만으로는, 부극 시트(240)를 절단할 때에, 당해 절단 부위에서 수지 입자가 탈락하거나, 당해 절단 부위로부터 절연층(245)이 박리되는 경우가 있다. 따라서, 이와 같은 절연층(245)이 형성된 부극 시트(240)를 절단할 경우에는, 부극 시트(240)가 절단되기 전에, 당해 절단 부위에서 절연층(245)의 수지 입자를 용융시켜 두면 된다. 이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지의 제조 방법을 설명한다.
≪이차 전지의 제조 방법≫
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치를 설명한다. 이 실시 형태에서는, 이차 전지의 제조 방법은, 전극 시트를 준비하는 공정과, 용융 공정과, 절단 공정을 포함하고 있다. 이와 같은 이차 전지의 제조 방법은, 예를 들어 상술한 리튬 이온 이차 전지(100)(도 1 참조) 중 부극 시트(240)를 제조하는 공정에 적용할 수 있다. 이하, 상술한 리튬 이온 이차 전지(100)의 부극 시트(240)를 예로 들어, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치를 설명한다. 도 6은, 전극 시트를 준비하는 공정에서 준비되는 단계에서의 전극 시트(부극 시트(240))의 평면도이다.
≪전극 시트를 준비하는 공정≫
전극 시트를 준비하는 공정에서 준비되는 전극 시트(10A)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 집전체(10)(부극 집전체(241)의 마더 집전체)와, 활물질층(부극 활물질층(243))과, 절연층(절연층(245))을 구비하고 있다. 여기에서는, 전극 시트(10A)는, 복수의 부극 시트(240)가 잘라내지는 마더 시트를 의미하고 있다. 또한, 집전체(10)는 복수의 부극 시트(240)의 부극 집전체(241)가 잘라내질 수 있는 집전체를 의미하고 있다.
이 실시 형태에서는, 집전체(10)는 동박이며, 부극 활물질층(243)은 당해 부극 집전체(241)의 표면에 형성되어 있다. 절연층(245)은 당해 부극 활물질층(243)(활물질층)을 덮고, 절연성을 갖는 수지 입자가 적층되어 있다. 여기서, 본 발명자는, 도 6에 도시한 바와 같이, 집전체(10)(마더 시트)로부터 복수의 부극 시트(240)를 얻는 것을 생각하고 있다.
도 6에 나타내는 형태에서는, 폭이 넓은 띠 형상의 집전체(10)(마더 시트)에 대하여 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 복수 열(도 6에 나타내는 예에서는 3열)의 활물질층(243(a) 내지 (c))가 도포 시공되어 있다. 또한, 도 6에 나타내는 형태에서는, 집전체(10)(마더 시트)의 폭 방향의 양측 및 활물질층(243(a) 내지 (c))의 사이에, 미도포 시공부(242(a) 내지 (d))가 형성되어 있다. 활물질층(243(a) 내지 (c))는 집전체(10)(마더 시트)의 길이 방향을 따라 도포 시공되어 있다. 또한, 이 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 활물질층(243(a) 내지 (c))에는, 각각 절연층(245(a) 내지 (c))가 형성되어 있다. 절연층(245(a) 내지 (c))는 각각 활물질층(243(a) 내지 (c))를 덮고 있다. 또한, 본 명세서에서, 부호에 붙인 괄호 내의 알파벳은, 당해 부호로 나타나는 복수의 부재나 부위를 구별하기 위하여 붙이고 있다.
활물질층(243(a) 내지 (c))는 예를 들어 상술한 전극 활물질(정극 활물질, 부극 활물질)이나 도전재나 바인더나 증점제 등을 용매 중에서 혼합한 전극 합재를 준비한다(합재 준비 공정). 이어서, 이와 같은 합재 준비 공정에서 준비된 전극 합제를 집전체(10)에 도포한다(도포 공정). 이와 같은 도포 공정에는, 종래 공지의 적당한 도포 장치, 예를 들어 슬릿 코터, 다이 코터, 콤마 코터, 그라비아 코터 등을 사용할 수 있다. 이 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 긴 띠 모양의 집전체(10)(마더 시트)가 사용되고 있다. 이로 인해, 집전체(10)를 반송하면서, 반송되는 집전체(10)의 소정 위치에 전극 합제를 연속해서 도포하면 된다.
이어서, 이와 같은 도포 공정에서 집전체(10)에 도포된 전극 합재를 건조시킨다(건조 공정). 이와 같은 건조 공정에서는, 소정의 건조 조건으로 설정된 건조로에 집전체(10)을 반송하면 된다. 이때, 전극 합재 중에서 마이그레이션이 발생하는 것을 방지하고자, 적당한 건조 조건을 설정하면 된다. 이어서, 이와 같은 건조 공정에서 건조한 정극 활물질층(223)이나 부극 활물질층(243)을 두께 방향으로 프레스한다(압연 공정). 이와 같은 압연 공정에서는, 종래 공지된 롤 프레스법, 평판 프레스법 등을 적절하게 채용할 수 있다. 이렇게 집전체(10)에 소정의 활물질층(243(a) 내지 (c))를 형성할 수 있다.
절연층(245(a) 내지 (c))는 활물질층(243(a) 내지 (c))를 덮도록 형성되어 있다. 절연층(245(a) 내지 (c))는 수지 입자를 적층한 다공질의 층이다. 절연층(245(a) 내지 (c))의 제조 방법은, 예를 들어 수지 입자를 용매에 분산시킨 슬러리를 준비하고, 이러한 슬러리를 활물질층(243(a) 내지 (c)) 위에 소정의 두께로 도포하여, 그 후에 건조시키면 된다. 이때, 이와 같은 슬러리를 활물질층(243(a) 내지 (c)) 위에 소정의 두께로 도포하는 공정에서는, 슬러리를 그라비아 인쇄 기술에 의해 도포하면 된다. 또한, 절연층(245(a) 내지 (c))는 소정의 두께가 되도록 압연해도 된다. 도 7은, 전극 시트(10A)에 활물질층(243(a) 내지 (c))와 절연층(245(a) 내지 (c))가 도포 시공된 부위의 단면을 나타내고 있다. 이 전극 시트(10A)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 집전체(10)의 양면에, 활물질층(243(a) 내지 (c))와, 절연층(245(a) 내지 (c))가 도포 시공되어 있다.
이 경우, 활물질층(243(a) 내지 (c))의 폭 방향의 중간과, 활물질층(243(a) 내지 (c))의 사이의 미도포 시공부의 중간에 절단 라인(z1 내지 z5)이 형성되어 있다. 이와 같은 절단 라인(z1 내지 z5)을 따라 집전체(10)(마더 시트)를 절단함으로써, 폭 방향의 편측에 미도포 시공부를 갖는 전극 시트(여기서는, 부극 시트(240) (a) 내지 (f))를 폭 방향으로 복수개(도 6에 나타내는 예에서는 6개) 잘라낼 수 있다. 이 중, 활물질층(243(a) 내지 (c))의 사이의 미도포 시공부의 중간에 설정된 절단 라인(z2, z4)은, 집전체(10)가 노출되어 있으므로, 단순하게 커터(슬리터라고도 함)에 의해 절단하면 된다.
이에 반해, 활물질층(243(a) 내지 (c))에는, 수지 입자가 적층된 절연층(245(a) 내지 (c))가 활물질층(243(a) 내지 (c))를 덮도록 형성되어 있다. 이로 인해, 활물질층(243(a) 내지 (c))의 폭 방향의 중간에 설정된 절단 라인(z1, z3, z5)을 절단할 때에, 단순하게 커터에 의해 절단하면, 절연층(245(a) 내지 (c))를 형성하는 수지 입자의 일부가 탈락한다. 또한, 경우에 따라서는, 절연층(245(a) 내지 (c))의 일부가 박리되는 경우도 있다. 용융 공정은, 이러한 절연층(245(a) 내지 (c))가 형성된 활물질층(243(a) 내지 (c))의 폭 방향의 중간의 절단 라인(z1, z3, z5)을 절단하는 공정에서 필요하게 된다.
도 8은, 전극 시트의 절연층을 용융하는 공정과, 절단하는 공정을 도시하는 평면도이다. 이 실시 형태에서는, 도시는 생략하지만, 활물질층(243(a) 내지 (c))의 사이의 미도포 시공부의 중간에 설정된 절단 라인(z2, z4)을 따라, 전극 시트(10A)를 절단한다. 그 후, 도 8에 도시한 바와 같이, 절단된 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 용융 공정(S1), 절단 공정(S2)에 공급된다.
이 실시 형태에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 반송 장치(40)(도 9 참조)에 의해, 미리 정해진 반송 경로를 따라 반송된다. 히터(20)와 커터(30)는, 이러한 반송 경로에 고정적으로 배치되어 있다. 이 실시 형태에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 띠 형상의 시트이며, 반송 장치(40)는 당해 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 반송 경로를 따라 연속적으로 반송하는 장치이다. 이 실시 형태에서는, 반송 장치(40)는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 지지하면서 반송하는 가이드 롤(41, 42)(도 9 참조)을 복수 구비하고 있다.
≪용융 공정(Sm)≫
용융 공정은, 전극 시트를 준비하는 공정에서 준비된 전극 시트(10A(a), 10A(b), 10A(c))의 절연층(245(a) 내지 (c))를 미리 정해진 라인(z1, z3, z5)을 따라 용융시키는 공정이다.
이와 같은 용융 공정에서는, 절연층(245(a) 내지 (c))를 절단 공정에서 커터(30(a) 내지 (c))가 절단하는 폭에 따라서, 예를 들어 0.1㎜ 내지 5.0㎜ 정도의 폭(예를 들어, 0.5㎜ 내지 1.5㎜ 정도의 폭)으로, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융하면 된다. 이로 인해, 이 실시 형태에서는, 용융 공정은, 절연층(245(a) 내지 (c))에 레이저(20A(a) 내지 (c))를 조사함으로써, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키고 있다. 레이저는 지향성이 높다. 또한, 레이저에 의하면, 예를 들어 레이저의 초점 거리나 레이저의 출력(강도)을 조정함으로써, 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융하는 폭을 조정할 수 있다. 예를 들어, 0.1㎜ 내지 5.0㎜ 정도의 폭으로, 절연층(116)을 용융시키는 것이 가능하다. 또한, 레이저에 의하면, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 비접촉으로, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시킬 수 있다. 이로 인해, 활물질층(243(a) 내지 (c))가 거의 영향을 받지 않는다.
이 경우, 레이저는, 바람직하게는 CO2 레이저를 채용할 수 있다. 이 실시 형태에서는, 절연층(245(a) 내지 (c))에 폴리에틸렌의 수지 입자가 사용되고 있으며, 이러한 수지 입자를 용융시키기에 적합하도록, 예를 들어 CO2 레이저의 파장을 대략 10.6㎛, 출력을 5W 내지 25W로 하고 있다. CO2 레이저는, 수지(예를 들어, 폴리에틸렌)가 에너지를 흡수하기 쉬운 10.6㎛의 파장을 가지고 있다. 이로 인해, CO2 레이저는, 수지 입자를 용융시키기에 적합하여, 수지 입자를 효율적으로 용융시킬 수 있다. 이와 같은 CO2 레이저에 의하면, 절연층(245(a) 내지 (c))를 구성하는 수지 입자에 효율적으로 열을 부여할 수 있다.
이 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에 절연층(245(a) 내지 (c))가 형성되어 있다. 이로 인해, 도 9에 도시한 바와 같이, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에 레이저를 조사하여, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에서 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키고 있다. 절연층(245)은 다공질이며, 수지 입자간에 많은 공공을 갖고 있다. 이와 같은 절연층(245)이 용융되면 막 형상이 되어, 공공이 거의 없어진다. 이로 인해, 용융부(246)에서는, 절연층(245)의 체적이 줄어들고, 절연층(245)이 얇아진다.
≪레이저 장치의 배치≫
도 9에 나타내는 예에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 백 롤(41)(가이드 롤)에 지지시킨 상태에서, 백 롤(41)과는 반대측의 면에 형성된 절연층(245(a) 내지 (c))에 레이저(20A(a) 내지 (c))를 조사하고 있다. 그리고, 당해 레이저(20A(a) 내지 (c))가 조사된 면에 형성된 절연층(245(a) 내지 (c))(도 8 참조)을 용융시킨다. 이어서, 당해 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시킨 면을 백 롤(42)에 지지시킨다. 그리고, 당해 백 롤(42)에 지지시킨 상태에서, 백 롤(42)과는 반대측의 면에 형성된 절연층(245(a) 내지 (c))에 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하고 있다. 여기에서는, 부호 20A (a) 내지 (c) 및 20B (a) 내지 (c)는, 직접적으로는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 조사되는 레이저를 나타내고 있다. 또한, 당해 레이저를 조사하는 레이저 장치는, 도시의 편의상 생략되어 있다. 도시되는 레이저(20A(a) 내지 (c)) 및 레이저(20B(a) 내지 (c))는 당해 레이저를 조사하는 레이저 장치 및 레이저 장치를 제어하는 장치의 존재를 간접적으로 나타내고 있다.
이와 같이, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에 절연층(245(a) 내지 (c))가 형성되어 있는 경우에는, 당해 양면의 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키면 된다. 도 9에 나타내는 예에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에 순서대로 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하여, 양면의 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키고 있다. 또한, 도 9에 나타내는 예에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 백 롤(41)(가이드 롤)에 지지된 부위에서 레이저(20A(a) 내지 (c))를 조사하고 있다. 백 롤(41)(가이드 롤)에 지지된 부위에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 펄럭거림이 없어, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 대하여 보다 적절한 위치에 레이저(20A(a) 내지 (c))를 조사할 수 있다.
또한, 도 9에 나타내는 예에서는, 백 롤(41, 42)에 의해 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 지지되어 있는 부위에서, 백 롤(41, 42)과는 반대측의 면에 형성된 절연층(245(a) 내지 (c))에 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하고 있다. 이 경우, 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))의 출력을 너무 높게 하면, 백 롤(41, 42)에 지지된 측의 면의 절연층(245(a) 내지 (c))도 용융될 수 있다. 백 롤(41, 42)에 지지된 측의 면의 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융되면, 백 롤(41, 42)에 용융된 수지가 부착되어, 문제를 발생시키는 요인으로 될 수 있다.
이로 인해, 도 9에 도시한 바와 같이, 백 롤(41, 42)에 의해 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 지지되어 있는 부위에서, 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사할 경우에는, 레이저(20B(a) 내지 (c))의 출력을 조정할 필요가 있다. 이 경우, 레이저(20B(a) 내지 (c))가 직접 조사된 면의 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키지만, 백 롤(41, 42)에 용융된 수지가 부착되지 않을 정도로, 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))의 출력을 조정하면 된다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 백 롤(41)에 의해 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 지지된 부위로부터 어긋난 위치에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 레이저(20A(a) 내지 (c))가 조사되도록 레이저 장치(도시 생략)를 배치해도 된다. 또한, 백 롤(42)에 의해 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 지지된 부위로부터 어긋난 위치에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 대하여 레이저(20B(a) 내지 (c))가 조사되도록 레이저 장치(도시 생략)를 배치해도 된다. 이 경우, 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))의 출력을 높게 해도, 백 롤(41, 42)에 절연층(245(a) 내지 (c))의 용융된 수지가 부착되지 않는다. 이 경우, 레이저를 조사하는 위치가 백 롤(41, 42)에 너무 가까우면, 용융된 수지가 백 롤(41, 42)에 부착될 가능성이 높아진다. 또한, 백 롤(41, 42)로부터 이격된 위치에서는, 반송되는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 펄럭거리는 경우가 있다. 레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 위치에서 반송되는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 펄럭거리면, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))가 조사되는 위치가 안정되지 않을 가능성이 있다. 이로 인해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 대하여 레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 위치는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 백 롤(41, 42)에 지지된 부위로부터 너무 이격되지 않는 것이 좋다. 레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 위치는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 백 롤(41, 42)에 지지된 부위로부터, 예를 들어 1㎜ 내지 10㎜ 정도, 보다 바람직하게는 1.5㎜ 내지 8㎜ 정도 어긋나 있으면 된다.
백 롤(41, 42)에 지지된 부위로부터 어긋난 위치에 레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사할 경우에는, 도 10에 도시한 바와 같이, 백 롤(41, 42)의 하류측(전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 반송 방향 하류측)으로 레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 위치를 어긋나게 하면 된다. 백 롤(41, 42)의 하류측으로 레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 위치를 어긋나게 함으로써, 백 롤(41, 42)에 용융된 수지가 부착되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 도 9 및 도 10에 도시하는 형태에서는, 각각 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에 각각 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사한다. 이 경우, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 폭 방향에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 대하여 레이저(20A(a) 내지 (c))와 레이저(20B(a) 내지 (c))가 조사되는 위치를 정렬할 필요가 있다. 이로 인해, 이와 같은 위치 정렬은, EPC 장치(edge position control device)나 CPC 장치(center position control device) 등의 위치 조정 기구(62)(도 8 참조)에 의해 행하면 된다. 이 실시 형태에서는, 이러한 위치 조정 기구(62)에 의해, 라인(z1, z3, z5)을 따라 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융되도록, 레이저가 조사되는 위치에 공급되는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 폭 방향의 위치가 조정된다. 도 9 및 도 10에 도시하는 형태에서는, 위치 조정 기구(62)는 백 롤(41, 42) 앞에 배치하면 된다.
또한, 백 롤(41)에 지지된 부위로부터 어긋난 위치에 레이저를 조사할 경우에는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면의 절연층(245(a) 내지 (c))를 동시에 용융시켜도 된다. 예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이, 백 롤(41)에 지지된 부위로부터 어긋난 위치에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 편면에 레이저(20A(a) 내지 (c))가 조사되도록, 레이저 장치(도시 생략)를 배치하면 된다. 그리고, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면의 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융될 수 있도록, 레이저(20A(a) 내지 (c))의 출력을 조정하면 된다. 이에 의해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에서 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융된 위치가 어긋나기 어렵다.
또한, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 백 롤(41)에 지지된 부위로부터 어긋난 위치에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에 각각 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))가 조사되도록, 레이저 장치(도시 생략)를 배치해도 된다. 이 경우, 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))는 반송되는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 대하여 동일 위치에서 초점을 조정하면 되므로, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에서 레이저가 조사되는 위치가 어긋나기 어렵다. 또한, 이 경우, 레이저(20A(a) 내지 (c)), 레이저(20B(a) 내지 (c))의 출력을 조정함으로써, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에서 절연층(245(a) 내지 (c))를 동일 정도로 용융시킬 수 있다.
용융 공정에서는, 미리 정해진 라인(z1, z3, z5)을 따라 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키면 된다. 여기서, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 폭은, 후의 절단 공정(Sc)에서, 커터(30(a) 내지 (c))가 절단하는 폭에 따라서 조정되는 것이 바람직하다. 즉, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키면, 절연층(245(a) 내지 (c))의 공공이 소실되므로, 당해 부분에서는 전해액이 유통되지 않는다. 이로 인해, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 폭은, 커터(30(a) 내지 (c))가 절단하는 폭에 따라서, 또한, 수지 입자의 탈락을 적게 억제하는 효과나 절연층(245(a) 내지 (c))가 박리되기 어려워지는 효과가 인정될 정도로 가능한 한 좁은 것이 좋다. 레이저를 조사하는 방법은, 예를 들어 레이저의 초점 거리나 출력을 조정함으로써, 예를 들어 0.1㎜ 내지 5.0㎜ 정도의 폭으로 조정할 수 있는 것이 가능하다. 이와 같이, 레이저를 조사하는 방법은, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 위치나 폭을 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 이러한 용융 공정에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 가열하는 히터로서 레이저 장치를 예시하였다. 이와 같은 히터는 레이저 장치에 한정되지 않는다.
다른 형태로서, 예를 들어 히터는, 도시는 생략하지만, 전극 시트에 대하여 열풍을 쐬는 열풍 송풍기로 구성해도 된다. 이 경우, 열풍의 온도를 300℃ 정도, 풍속을 30m/s, 열풍을 집중적으로 쐬는 폭을 2㎜ 정도로 하는 것이 가능하다. 그러나, 열풍을 쐬는 경우에는, 열이 공기 중에 퍼지기 때문에, 좁은 범위에 집속되지 않는다. 이로 인해, 전극 시트의 좁은 범위만을 뜨겁게 하는 것이 어렵다. 또한, 이 경우, 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융되는 폭은 변동하기 쉽다. 이로 인해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에서 용융되는 부분이 어긋나기 쉽다. 이로 인해, 용융시키는 폭을 넓게 할 필요가 있다.
또한, 기타의 형태로서, 히터는, 도시는 생략하지만, 전극 시트에 눌려지는 금속 롤과, 당해 금속 롤을 가열하는 열원을 구비한 구성이어도 된다. 이 경우, 금속 롤의 폭을, 예를 들어 2㎜ 정도, 롤의 표면 온도를 300℃ 정도로 하는 것이 가능하다. 이 경우, 뜨거워진 금속 롤을 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 직접 누르므로, 금속 롤에 용융물이 부착되어 문제를 발생시키는 경우가 있다. 또한, 이 경우, 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융되는 폭은 변동하기 쉽다. 이로 인해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에서 용융되는 부분이 어긋나기 쉽다. 이로 인해, 용융시키는 폭을 넓게 할 필요가 있다.
이에 반해, 상술한 바와 같이 레이저를 조사하는 방법이나 장치에서는, 예를 들어 레이저의 초점 거리나 출력을 조정함으로써, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 위치나 폭을 보다 미세하게 조정할 수 있다. 또한, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 대하여 비접촉으로 절연층(245(a) 내지 (c))를 가열할 수 있어, 활물질층(243(a) 내지 (c))에 대한 영향은 작다. 이로 인해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 가열하는 히터로는, 레이저를 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 조사하는 레이저 장치가 적합하다. 이와 같은 용융 공정에서, 미리 설정된 라인(z1, z3, z5)을 따라 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시킨 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 절단 공정에 공급된다. 또한, 레이저를 조사하는 장치는, 비교적 공간 절약적으로 설치할 수 있고, 또한, 설비 비용도 저렴하게 할 수 있다. 또한, 레이저 장치는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 위치를 검출하여, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시켜야 할 부분에, 레이저를 추종시키는 제어 기구(도시 생략)를 부가해도 된다. 이에 의해, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시켜야 할 부분에 대하여 레이저를 적절하게 추종시킬 수 있다. 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 펄럭거림이나 이동에 대하여 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 위치나 폭을 보다 미세하게 조정할 수 있다.
≪모식도≫
도 13은, 레이저가 조사되기 전의 활물질층(243(a) 내지 (c))와 절연층(245(a) 내지 (c))의 상태를 도시하는 모식도이다. 또한, 도 14는, 레이저가 조사된 후의 활물질층(243(a) 내지 (c))와 절연층(245(a) 내지 (c))의 상태를 도시하는 모식도이다.
레이저가 조사되기 전의 절연층(245(a) 내지 (c))는 도 13에 도시한 바와 같이, 수지 입자(250)가 활물질층(243(a) 내지 (c)) 위에 대략 적층된 상태이다. 이에 반해, 레이저가 조사된 후에는, 절연층(245(a) 내지 (c))는 도 14에 도시한 바와 같이, 레이저가 조사된 부위(246)의 중심에, 수지 입자(250)가 용융된 부분(250a)이 형성되는 당해 부분에서는 용융된 수지의 일부가, 활물질층(243(a) 내지 (c))의 공공에 인입되고, 그 후 고화한다. 이로 인해, 부극 활물질층(243)과 견고하게 결합한다. 또한 그 주위에서 일부가 용융된 수지(250b)는 주위의 수지 입자(250)와 결합하고 있다.
이렇게 레이저(20A(a) 내지 (c))(도 8 참조)를 조사하여 용융시킨 경우, 절연층(245(a) 내지 (c))의 수지 입자가 용융된다. 용융된 수지의 일부는, 부극 활물질층(243)이나 주위의 수지 입자와 결합하고 있다. 이로 인해, 용융부(246)는, 부극 활물질층(243)이나 용융부(246)를 제외한 절연층(245)과의 접합력이 강하다. 또한, 용융부(246)는, 후의 절단 공정(Sc)에서, 커터(30(a) 내지 (c))로 절단된다. 이때, 절단된 절연층(245)의 테두리가 견고하기 때문에, 당해 절연층(245)의 테두리에서 절연층(245)이 박리되기 어렵다. 또한, 절연층(245)의 테두리로부터 수지 입자가 탈락하기 어려우므로, 절연층(245)의 테두리로부터 수지 입자가 탈락함으로써 리튬 이온 이차 전지(100) 내로 이물이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
≪절단 공정(Sc)≫
다음으로 절단 공정을 설명한다.
절단 공정은, 용융 공정에 의해 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시킨 라인(z1, z3, z5)을 따라 전극 시트(10A)를 절단하는 공정이다. 이 실시 형태에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 커터(30(a) 내지 (c))에 의해 절단된다. 당해 커터(30(a) 내지 (c))에는, 다양한 커터(슬리터라고도 함) 중에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 적절하게 절단할 수 있는 것을 채용하면 된다.
이 실시 형태에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 띠 형상의 시트이다. 반송 장치(40)는 당해 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 미리 정해진 반송 경로를 따라 연속적으로 반송한다. 커터(30(a) 내지 (c))는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 반송 경로에 대하여 고정적으로 배치되어 있다.
절단 공정에서는, 용융 공정에서 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시킨 라인(z1, z3, z5)을 따라 전극 시트(10A)가 절단되도록, 고정된 커터(30(a) 내지 (c))에 대하여 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 위치를 조정하면 된다. 이로 인해, 커터(30(a) 내지 (c)) 앞에 EPC 장치(edge position control device)나 CPC 장치(center position control device) 등의 위치 조정 기구(64)가 배치되어 있다. 위치 조정 기구(64)에 의해, 라인(z1, z3, z5)을 따라 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 절단되도록, 커터(30(a) 내지 (c))에 공급되는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 폭 방향의 위치가 조정된다.
이러한 커터(30(a) 내지 (c))에 의해 절단된 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 각각 절연층(245(a) 내지 (c))의 테두리에 수지 입자가 용융된 용융부(246)(a) 내지 (f)가 형성되어 있다. 또한, 이러한 절연층(245(a) 내지 (c))의 테두리는, 커터(30(a) 내지 (c))에 의해 절단되므로 절단 흔적(도시 생략)이 있다.
이렇게 절단 공정에서 절단되는 라인(z1, z3, z5)에서는, 전공정인 용융 공정에서, 양면에 형성된 절연층(245(a) 내지 (c))에서 수지 입자가 용융되어 있다. 이로 인해, 당해 라인(z1, z3, z5)을 따라 절단한 경우에도, 수지 입자의 입자는 실질적으로 탈락하지 않는다. 또한, 당해 라인(z1, z3, z5)에서는, 활물질층(243(a) 내지 (c))에 용융된 수지가 견고하게 부착되어 있다. 이로 인해, 절단 공정에서, 당해 라인(z1, z3, z5)을 따라 절단된 경우에도, 절연층(245(a) 내지 (c))는 실질적으로 박리되지 않는다.
이 실시 형태에서는, 커터(30(a) 내지 (c))에 의해 절단된 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 예를 들어 도 9 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 각각 상이한 권취 축(82(a) 내지 (c)), 권취 축(84(a) 내지 (c))에 권취되면 된다.
이와 같이, 이 이차 전지의 제조 방법에 의하면, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 절단하기 전에, 절단되는 부분에서 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융되어 있다. 이로 인해, 절단 공정에서, 절연층(245(a) 내지 (c))로부터 수지 입자가 탈락하기 어렵고, 또한 절연층(245(a) 내지 (c))가 부분적으로 박리되기 어렵다.
이 경우, 용융 공정에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 절연층(245(a) 내지 (c))에 레이저(20A(a) 내지 (c))를 조사함으로써, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키면 된다. 레이저를 조사하는 방법이나 장치에서는, 예를 들어 레이저의 초점 거리나 출력을 조정함으로써, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 위치나 폭을 보다 미세하게 조정할 수 있다. 이로 인해, 커터(30(a) 내지 (c))로 절단되는 폭에 따라, 용융시키는 폭을 적절하게 좁게 할 수 있다.
또한, 이러한 전극 시트의 절단 장치는, 히터(상술한 실시 형태에서는, 레이저 장치)와, 커터(30(a) 내지 (c))를 구비하고 있으면 된다. 여기서 히터는, 미리 정해진 라인(z1, z3, z5)을 따라 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 가열하도록 배치되어 있으면 된다. 또한, 커터(30(a) 내지 (c))는 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융된 라인(z1, z3, z5)을 따라, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 절단할 수 있도록 배치되어 있다. 이와 같은 전극 시트의 절단 장치에 의하면, 수지 입자가 적층된 절연층(245(a) 내지 (c))를 갖는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 절단하는 공정에서, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키고나서 절단할 수 있다.
이 경우, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 미리 정해진 반송 경로를 따라 반송하는 반송 장치(40)를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 히터(레이저 장치)와 커터(30(a) 내지 (c))를 반송 경로를 따라 고정해도 된다. 그리고, 히터(레이저 장치)와 커터(30(a) 내지 (c))에 대하여 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 위치를 조정하는 위치 조정 기구(62, 64)를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 위치 조정 기구(62, 64)에 의해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 적절하게 반송된다. 이로 인해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 적절한 위치에서 용융하고, 또한, 절단할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태와 같이, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 띠 형상의 시트일 경우에는, 반송 장치(40)는 당해 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 반송 경로를 따라 연속적으로 반송하는 장치이면 좋다. 이에 의해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 라인(z1, z3, z5)을 따라 연속적으로 용융하고, 또한, 절단할 수 있다. 이에 의해, 효율적으로 전극 시트를 얻을 수 있다.
또한, 반송 장치(40)는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 지지하면서 반송하는 가이드 롤(41, 42)을 복수 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 이러한 가이드 롤(41, 42)에 의해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 지지된 부위로부터 반송 방향 하류측으로 어긋난 위치에서, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 가열되도록 히터(레이저(20A(a) 내지 (c))를 조사하는 레이저 장치)를 배치하면 된다. 이에 의해, 가이드 롤(41, 42)에 용융된 수지가 부착되기 어렵다. 또한, 이 경우, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면의 절연층(245(a) 내지 (c))를 동시에 용융시킬 수 있다. 이로 인해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))의 양면에서 절연층(245(a) 내지 (c))가 용융된 위치가 어긋나기 어렵다.
상술한 예에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 띠 형상의 시트이며, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 반송하면서, 길이 방향으로 절단하는 경우에 대하여 설명하였다. 이 경우에, 도 15에 도시한 바와 같이, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 소정의 길이로 더 절단된다. 이 경우, 길이 방향의 단부를 절단할 때에도, 절단되는 부분에서, 절연층(245)의 수지 입자를 용융시키고나서 절단하면 된다. 이에 의해, 수지 입자가 탈락하기 어렵고, 또한, 절연층(245)의 테두리로부터 절연층(245)의 일부가 박리되기 어렵다. 도 16은, 도 15의 A-A 단면도이다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 전극 시트가 띠 형상의 시트이며, 폭 방향 편측의 테두리부를 따라 미도포 시공부(242)가 설정된 형태를 예시했지만, 전극 시트의 구조는, 이차 전지의 구조에 따라 상이하다. 예를 들어, 전극 시트의 다른 형태로서, 도 17에 나타내는 전극 시트(110A)는, 띠 형상의 집전체(110)의 길이 방향의 중간부에 미도포 시공부(112)가 형성되어 있고, 그 양측에 활물질층(114)(a), (b)가 형성되어 있다. 이와 같은 형태는, 집전체(110)의 길이 방향의 중간부에 형성된 미도포 시공부(112)에, 탭(120)(전기의 취출구로 되는 박)이 설치된다. 소위 센터 탭이라고도 불린다. 이와 같은 형태에서는, 미도포 시공부(112)의 양측에 형성된 활물질층(114)(a), (b)를 덮도록, 또한 절연층(116)(a), (b)가 형성되어 있다. 여기서 도 18은, 도 17 중의 A-A 단면을 도시하는 단면도이다.
이와 같은 형태에서는, 도 19에 도시한 바와 같이, 폭이 넓은 띠 형상의 집전체(110)(마더 집전체)를 준비하고, 이것에 간헐적으로 활물질층(114)을 형성하고, 이러한 활물질층(114)을 덮도록 절연층(116)을 형성한다. 그리고, 도 19에 파선으로 나타낸 바와 같이, 미도포 시공부(112)와 미도포 시공부(112)의 사이의 중간에 절단 라인(z21, z22)을 설정한다. 또한, 집전체(110)의 폭 방향으로 간격을 두고, 집전체(110)의 길이 방향을 따라 절단 라인(z23, z24)을 설정한다. 전극 시트(110A)는, 이러한 절단 라인(z21 내지 z24)을 따라 절단된다. 이때, 절단 라인(z21 내지 z24)을 절단할 때에는, 절단하기 전에, 당해 절단 라인(z21 내지 z24)을 따라 절연층(116)을 용융하면 된다. 이에 의해, 도 17에 도시한 바와 같이, 전극 시트(110A)의 폭 방향 양측의 테두리(110a, 110b) 및 길이 방향의 양측의 테두리(110c, 110d)에 용융부(118)가 형성된 전극 시트(110A)가 잘라내진다.
또한, 전극 시트(110A)의 길이 방향의 양측의 단부(110c, 110d)를 절단하는 경우에는, 예를 들어 도 20에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(200)를 제조하는 권회 장치(400)의 권취 축(410)의 근방에 위치에, 절연층(116)을 용융시키는 레이저(412)와, 용융된 부위를 절단하는 커터(414)를 설치하면 된다.
이와 같이, 전극 시트(110A)는, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 형태를 채용할 수 있다. 전극 시트(110A)는, 그 형태에 관계없이, 예를 들어 도 18에 도시한 바와 같이, 활물질층(114)을 덮도록 수지 입자를 적층한 절연층(116)이 형성되는 경우에, 당해 절연층(116)이 형성된 부위를 절단할 경우에는, 절연층(116)을 용융시키고나서 절단하면 된다. 이에 의해, 절연층(116)으로부터 수지 입자가 탈락하기 어려워, 절연층(116)의 테두리로부터 절연층(116)의 일부가 박리되기 어렵다. 또한, 상술한 바와 같이, 이때, 절연층(116)을 용융시키는 수단으로서 절연층(116)에 레이저를 조사하면 된다. 또한, 이때, 적합하게는 CO2 레이저를 사용하면 된다.
이하, 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치의 변형예를 설명한다.
상술한 실시 형태에서는, 히터(레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 레이저 장치)에 의해, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 부위와, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 절단하는 부위의 사이에는 약간 거리가 있다. 이로 인해, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 당해 거리를 진행하는 동안에 온도가 떨어져, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))가 절단되기 전에 용융 공정에서 용융된 수지가 충분히 고화할 수 있다. 이 경우, 절연층(245(a) 내지 (c))를 용융시키는 부위와, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 절단하는 부위의 사이는, 상온(약 25℃)에서 적어도 0.5초 이상, 보다 바람직하게는 0.8초 이상 걸려서 반송하면 된다.
≪냉각 공정≫
용융 공정에서 용융된 수지가 충분히 고화하기 전에 절단 공정에 공급되면, 커터(30(a) 내지 (c))에 수지가 부착되는 등 문제를 발생시킬 수 있다. 또한, 용융 공정과 절단 공정 사이에서 충분한 간격을 두기 위해서는, 택트 타임이 길어진다. 이로 인해, 이차 전지의 제조 방법은, 예를 들어 도 21에 도시한 바와 같이, 용융 공정(Sm)과 절단 공정(Sc)의 사이에, 전극 시트를 냉각하는 냉각 공정(Sr)을 구비하고 있어도 된다. 용융 공정(Sm)과 절단 공정(Sc)의 사이에, 전극 시트를 냉각하는 냉각 공정(Sr)을 설치함으로써, 용융 공정에서 용융된 수지를 절단 공정 전에 보다 확실하게 고화시킬 수 있다. 이에 의해, 용융 공정과 절단 공정의 사이의 택트 타임을 짧게 할 수 있다.
≪냉각 장치≫
예를 들어, 도 21에 나타내는 형태에서는, 히터(레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 레이저 장치)에 의해 가열된 후, 커터(30(a) 내지 (c))에 의해 절단되기 전에, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 냉각하는 냉각 장치(36)을 구비하고 있다. 이 실시 형태에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 띠 형상의 시트이며, 반송 장치(40)는 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 반송 경로를 따라 연속적으로 반송하는 장치이다. 냉각 장치(36)는 반송 경로를 따라, 히터(레이저(20A(a) 내지 (c))나 레이저(20B(a) 내지 (c))를 조사하는 레이저 장치)와, 커터(30(a) 내지 (c))의 사이에 설치되어 있다. 냉각 장치(36)는 예를 들어 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 공기를 분사하는 송풍기로 구성할 수 있다. 이 경우, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 비접촉으로 냉각된다.
≪냉각 장치의 다른 형태≫
또한, 냉각 장치(36)는, 도 22에 도시한 바와 같이, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 눌려지는 금속 롤(37)과, 금속 롤(37)을 식히는 냉각부(38)를 구비하고 있으면 된다. 당해 냉각부(38)는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 가압되어 있지 않은 부분에서 금속 롤(37)을 냉각하면 된다. 냉각부(38)의 구성으로는, 금속 롤(37)로부터 흡열하는 구조이면 된다. 냉각부(38)는 예를 들어 전극 시트(10A(a) 내지 (c))에 가압되어 있지 않은 부분에서, 금속 롤(37)로 냉기를 보내는 구조이어도 된다. 또한, 냉각부(38)는, 금속 롤(37)을 중공 구조로 하고, 금속 롤(37) 내에 냉매를 순환시키는 구조이어도 된다. 이 경우, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))를 신속하게 냉각할 수 있다. 이에 의해, 택트 타임이 짧아진다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 예를 들어 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 이 리튬 이온 이차 전지(100)는, 정극 활물질층(223)보다 부극 활물질층(243)의 폭이 넓다. 또한, 부극 활물질층(243)은 정극 활물질층(223)에 대향시켜서 배치되어 있다. 절연층(245)은 부극 시트(240)의 부극 활물질층(243)을 덮고 있다. 이에 의해, 정극 활물질층(223)으로부터 방출되는 리튬 이온(Li)이 부극 활물질층(243)에 흡수되기 쉬워, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)의 사이에서 리튬 이온(Li)이 보다 안정적으로 오고 간다. 또한, 이에 한정되지 않고, 절연층(245)은 정극 활물질층(223)을 덮도록 형성해도 되고, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)의 양쪽에 각각 형성해도 된다. 이와 같이, 절연층(245)은 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243) 중 어디에 형성해도 된다.
또한, 이차 전지의 구조는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에서는, 절연층(245)이 세퍼레이터로서 기능하고, 세퍼레이터가 별도 설치되어 있지 않다. 이차 전지의 구조는, 이러한 형태에 한정되지 않고, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243) 중 적어도 어느 한 쪽에 절연층(245)을 설치하는 것 외에, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)의 사이에 별도 세퍼레이터를 설치해도 된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지에서는, 절연층(245)의 테두리에 수지 입자가 용융된 용융부(246)가 형성되어 있다. 이와 같은 이차 전지는, 상술한 바와 같이, 절연층(245)의 테두리에 수지 입자가 용융된 용융부(246)가 형성되어 있으므로, 절연층(245)의 테두리로부터 절연층(245)이 박리되기 어려워, 안전성이 높다. 이것 외에도, 정극 시트(220)와 부극 시트(240)의 사이에 별도 세퍼레이터를 설치함으로써, 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
≪절연층의 다른 형태≫
또한, 절연층(245)은 예를 들어 상술한 바와 같이, 수지 입자가 적층되어 있어, 전지 내부의 온도가 매우 높아졌을 때에, 소정의 온도에서 수지 입자가 용융되어, 부극 활물질층(243)의 표면에 전해액의 유통을 차단하는 막을 형성한다. 이에 의해, 전지 내에서 반응을 정지시킬 수 있다. 절연층(245)은 부극 시트(240)의 양면에 각각 소정의 두께(예를 들어, 20㎛ 내지 40㎛ 정도의 두께)로 형성하면 된다.
이로 인해, 이 실시 형태에서는, 절연층(245)은 절연성을 갖는 수지 입자를 적층한 다공질의 층이다. 이와 같은 절연층(245)에는, 수지 입자 이외에도, 절연성을 갖는 입자가, 절연층(245)의 셧 다운 기능을 방해하지 않을 정도로 적당한 양(예를 들어, 50wt% 이하, 보다 적당하게는 40wt% 이하)이 혼합되어 있어도 된다. 이와 같은 절연층(245)에 섞이는 입자로는, 예를 들어 절연성을 갖는 무기 필러나 고무의 입자를 들 수 있다.
여기서, 무기 필러는, 리튬 이온 이차 전지의 이상 발열에 대하여 내열성이 있고, 또한 전지의 사용 범위 내에서 전기 화학적으로 안정되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 무기 필러에는, 금속 산화물의 입자나 그 밖의 금속 화합물의 입자가 포함된다. 이와 같은 무기 필러로는, 알루미나(Al2O3), 알루미나 수화물(예를 들어 베마이트(Al2O3·H2O)), 지르코니아(ZrO2), 마그네시아(MgO), 수산화알루미늄(Al(OH)3), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 탄산마그네슘(MgCO3) 등의 금속 화합물이 예시된다. 절연층(245)에 포함되는 무기 필러에는, 이러한 무기 필러를 1종 또는 2종 이상 첨가해도 된다. 또한, 절연층(245)에 고무의 입자를 첨가하는 경우에는, 1종 또는 2종 이상의 고무의 입자를 첨가해도 된다.
이 중, 절연층(245)에 절연성을 갖는 무기 필러가 섞여 있는 경우에는, 절연층(245)의 내열성이 향상된다. 이 경우, 무기 필러의 입경은, 예를 들어 약 0.1㎛ 내지 6㎛ 정도, 보다 바람직하게는 약 0.5㎛ 내지 4㎛ 정도라도 된다. 이렇게 절연성을 갖는 무기 필러가 혼합되어 있음으로써, 전지 내부의 온도가 매우 높아져서 수지 입자가 용융되었을 때라도, 절연층(245)에 포함되는 무기 필러가 풀리지 않고 잔류한다. 이와 같은 무기 필러에 의해, 정극 활물질층(223)과 부극 활물질층(243)이 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 절연층(245)의 내열성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 기능을 발휘하기 위해, 절연성을 갖는 무기 필러는, 예를 들어 5wt% 이상, 바람직하게는 10wt% 이상, 보다 바람직하게는 15wt% 이상 절연층(245)에 포함되어 있으면 된다. 절연층(245)에는 무기 필러만을 첨가해도 되고, 고무의 입자만을 첨가해도 된다. 또한, 절연층(245)에는 무기 필러와 고무의 입자를 모두 첨가해도 된다.
또한, 도 6에 나타내는 예에서는 활물질층(243(a) 내지 (c))는 3열이며, 부극 시트(240)를 폭 방향으로 6개 잘라낼 수 있는데, 도 6에 나타내는 예는 일례이며, 이것에 전혀 한정되는 것은 아니다. 보다 단순하게는, 도 8에 도시한 바와 같이, 전극 시트, 2개분의 폭을 갖는 집전체(10)의 폭 방향의 중앙부에 활물질층(243)을 형성하고, 이러한 활물질층(243)을 덮도록 절연층(245)을 형성해도 된다. 단순한 형태로서, 예를 들어 얻고자 하는 전극 시트(부극 시트(240)), 2개분의 폭을 갖는 집전체(10)의 폭 방향의 중앙부에 활물질층(243)을 형성하고, 이러한 활물질층(243)을 덮도록 절연층(245)을 형성한 형태이어도 된다.
≪다른 전지 형태≫
또한, 상기는 리튬 이온 이차 전지의 일례를 나타내는 것이다. 리튬 이온 이차 전지는 상기 형태에 한정되지 않는다. 또한, 마찬가지로 금속박에 전극 합제가 도포 시공된 전극 시트는, 그 밖에도 다양한 전지 형태에 사용된다. 예를 들어, 다른 전지 형태로서, 원통형 전지나 라미네이트형 전지 등이 알려져 있다. 원통형 전지는, 원통형의 전지 케이스에 권회 전극체를 수용한 전지이다. 또한, 라미네이트형 전지는, 정극 시트와 부극 시트를 세퍼레이터를 개재시켜 적층한 전지이다.
또한, 상술한 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치는, 상술한 바와 같이, 전극 시트의 활물질층을 덮도록, 수지 입자를 적층한 절연층을 형성하는 경우에, 이러한 전극 시트를 절단하는 공정에 널리 적용할 수 있다. 상술한 실시 형태에서는, 전극 시트(10A(a) 내지 (c))는 띠 형상의 시트이지만, 전극 시트는 띠 형상의 시트가 아니어도 된다. 예를 들어, 라미네이트형의 이차 전지에서는, 소정의 형상의 전극 시트를 복수매 준비한다. 이 경우, 전극 시트의 마더 시트는, 반드시 띠 형상이 아니어도 된다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지, 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치를 설명하였다. 또한, 본 발명은 특별히 언급이 없는 한 상술한 어느 실시 형태에도 한정되지 않는다.
또한, 상술한 바와 같이, 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치는, 활물질층을 덮도록, 수지 입자를 적층한 절연층이 형성되어 있는 경우에, 이러한 전극 시트를 절단하는 공정에 널리 적용할 수 있다. 이와 같은 이차 전지의 제조 방법 및 전극 시트의 절단 장치에서는, 수지 입자의 탈락에 의해 이물이 발생하기 어렵고, 또한, 절연층이 박리되기 어렵다. 이로 인해, 활물질층을 덮도록, 수지 입자를 적층한 절연층이 형성되어 있는 경우에 있어서, 이차 전지의 신뢰성 향상에 기여한다. 이로 인해, 고출력과 안정된 성능이 요구되는, 하이브리드 차나 전기 자동차 등의 차량용 이차 전지에도 특히 적절하게 적용될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차 전지는, 예를 들어 도 23에 도시한 바와 같이, 자동차 등의 차량(1)의 모터(전동기)를 구동시키는 전지(1000)(차량 구동용 전지)로서 적절하게 이용될 수 있다. 차량 구동용 전지(1000)는 복수의 이차 전지를 조합한 조전지로 해도 된다.
10 : 집전체 10A : 전극 시트
20 : 히터 20A : 레이저
20B : 레이저 30 : 커터
36 : 냉각 장치 37 : 금속 롤
38 : 냉각부 40 : 반송 장치
41, 42 : 가이드 롤(백 롤) 62, 64 : 위치 조정 기구
82, 84 : 권취 축 100 : 리튬 이온 이차 전지(이차 전지)
110 : 집전체 110A : 전극 시트
110a, 110b, 110c, 110d : 전극 시트의 테두리
112 : 미도포 시공부 114 : 활물질층
116 : 절연층 118 : 용융부
120 : 탭 200 : 권회 전극체
220 : 정극 시트 221 : 정극 집전체
222 : 미도포 시공부 223 : 정극 활물질층
240 : 부극 시트 241 : 부극 집전체
242 : 미도포 시공부 243 : 활물질층
243 : 부극 활물질층 245 : 절연층
246 : 용융부 250 : 수지 입자
250a : 수지 입자(250)가 용융된 부분
250b : 일부가 용융한 수지 280 : 전해액
290 : 충전기 300 : 전지 케이스
310 : 간극 320 : 용기 본체
322 : 덮개(340)와 용기 본체(320)의 이음매
340 : 덮개 360 : 안전 밸브
400 : 권회 장치 410 : 권취 축
412 : 레이저 414 : 커터
420 : 전극 단자 440 : 전극 단자
1000 : 차량 구동용 전지(이차 전지)
z1-z5 : 라인(절단 라인) z21-z24 : 라인(절단 라인)
Sm : 용융 공정 Sc : 절단 공정
Sf : 냉각 공정

Claims (16)

  1. 집전체, 상기 집전체의 표면에 형성되고, 전극 활물질이 포함된 활물질층, 및 절연성을 갖는 수지 입자와 바인더를 포함하고, 상기 수지 입자가 공공을 수반하여 상기 바인더로 접착됨과 함께, 상기 활물질층을 덮도록 결합하여 적층된 다공질의 절연층을 구비한 전극 시트를 준비하는 공정,
    상기 전극 시트를 준비하는 공정에서 준비된 상기 전극 시트의 절연층의 상기 수지 입자를, 미리 정해진 라인을 따라 용융시켜서 용융부를 형성하는 용융 공정, 및,
    상기 용융 공정에 의해 용융된 상기 수지 입자가 고화한 후, 상기 절연층을 용융시킨 상기 라인을 따라, 상기 전극 시트를 절단하는 절단 공정을 포함하는, 이차 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용융 공정에서는, 상기 절연층에 레이저를 조사함으로써 상기 절연층의 상기 수지 입자를 용융시키는, 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저는, CO2 레이저인, 이차 전지의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용융 공정과 상기 절단 공정의 사이에, 상기 전극 시트를 냉각하는 냉각 공정을 구비한, 이차 전지의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 시트를 준비하는 공정에서 준비되는 전극 시트는, 상기 절연층에 절연성을 갖는 무기 필러가 포함되어 있는, 이차 전지의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 시트를 준비하는 공정에서 준비되는 전극 시트는, 상기 절연층에 절연성을 갖는 고무의 입자가 포함되어 있는, 이차 전지의 제조 방법.
  7. 반송 경로를 따라 반송되고 있는 전극 시트를 절단하는 장치이며,
    상기 전극 시트는, 집전체, 상기 집전체의 표면에 형성되고, 전극 활물질이 포함된 활물질층, 및 절연성을 갖는 수지 입자와 바인더를 포함하고, 상기 수지 입자가 공공을 수반하여 상기 바인더로 접착됨과 함께, 상기 활물질층을 덮도록 결합하여 적층한 다공질의 절연층을 구비하고 있고,
    상기 절단 장치는,
    미리 정해진 라인을 따라 상기 전극 시트를 가열하도록 배치되고, 상기 절연층의 수지 입자를 용융하여 용융부를 형성하는 히터와,
    상기 히터의 반송 방향 하류측이며, 상기 용융된 수지 입자가 고화한 후에 상기 전극 시트를 상기 라인을 따라 절단하도록 배치된 커터를 구비한, 전극 시트의 절단 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 히터가, 상기 전극 시트의 상기 절연층에 대하여 레이저를 조사하는 레이저 장치인, 전극 시트의 절단 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레이저 장치가 CO2 레이저를 조사하는 장치인, 전극 시트의 절단 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 시트를 미리 정해진 반송 경로를 따라 반송하는 반송 장치를 구비하고 있고,
    상기 히터와 커터가 상기 반송 경로를 따라 고정적으로 배치되어 있고, 상기 히터와 커터에 대하여 전극 시트의 위치를 조정하는 위치 조정 기구를 구비한, 전극 시트의 절단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극 시트는 띠 형상의 시트이며, 상기 반송 장치는, 당해 전극 시트를 반송 경로를 따라 연속적으로 반송하는 장치인, 전극 시트의 절단 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 반송 장치는, 상기 전극 시트를 지지하면서 반송하는 가이드 롤을 복수 구비하고 있고,
    상기 가이드 롤에 의해 상기 전극 시트가 지지된 부위로부터 반송 방향 하류측으로 어긋난 위치에서, 상기 전극 시트가 가열되도록 상기 히터가 배치되어 있는, 전극 시트의 절단 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 가이드 롤에 의해 상기 전극 시트가 지지된 부위로부터 반송 방향 하류측으로 1㎜ 이상 10㎜ 이하의 범위에서 어긋나 있는, 전극 시트의 절단 장치.
  14. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터에 의해 가열된 후, 상기 커터에 의해 절단되기 전에, 상기 전극 시트를 냉각하는 냉각 장치를 구비한, 전극 시트의 절단 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 냉각 장치는, 전극 시트에 공기를 분사하는 송풍기인, 전극 시트의 절단 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 냉각 장치는, 상기 전극 시트에 눌려지는 금속 롤과, 당해 금속 롤을 식히는 냉각부를 구비한, 전극 시트의 절단 장치.
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