KR20160021716A - 박형 축전 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20160021716A
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코지 미나미타니
유우지 미나미보리
켄스케 나가타
??스케 사이토
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쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤
쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

제1 금속박층(2)과, 그 제1 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 정극 활물질층(3)을 포함하는 정극부(22)와, 제2 금속박층(12)과, 그 제2 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 부극 활물질층(13)을 포함하는 부극부(23)와, 정극부와 부극부의 사이에 배치된 세퍼레이터(21)를 구비하고, 제1 금속박층(2)과 세퍼레이터(21)의 사이에 정극 활물질층(3)이 배치되고, 제2 금속박층(12)과 세퍼레이터(21)의 사이에 부극 활물질층(13)이 배치되고, 정극부(22)의 제1 금속박층의 상기 일방의 면에서의 정극 활물질층(3)이 형성되지 않은 주연부 영역과, 부극부(23)의 제2 금속박층의 상기 일방의 면에서의 부극 활물질층(13)이 형성되지 않은 주연부 영역이, 열가소성 수지를 함유하여 이루어지는 주연 밀봉층(31)을 통하여 접합된 구성으로 한다. 본 구성으로 함으로써, 경량화 및 박형화된 박형 축전 디바이스를 제공할 수 있다.

Description

박형 축전 디바이스 및 그 제조 방법{THIN TYPE POWER STORAGE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THEROF}
본 발명은, 경량화, 박육화, 스페이스 절약화가 이루어진 박형 축전 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에서, 「알루미늄」의 용어는, Al 및 Al 합금을 포함하는 의미로 사용하고, 「구리」의 용어는, Cu 및 Cu 합금을 포함하는 의미로 사용하고, 「니켈」의 용어는, Ni 및 Ni 합금을 포함하는 의미로 사용하고, 「티탄」의 용어는, Ti 및 Ti 합금을 포함하는 의미로 사용하고 있다. 또한, 본 명세서에서, 「금속」의 용어는, 단체의 금속 및 합금을 포함하는 의미로 사용한다.
근래, 스마트 폰, 태블릿 단말 등의 휴대 기기의 박형화, 경량화에 수반하여, 이들에 탑재되는 리튬 이온 2차 전지나 리튬 폴리머 2차 전지의 외장재로서는, 종래의 금속 캔에 대신하여, 금속박의 양면에 수지 필름을 맞붙인 라미네이트 외장재가 사용되고 있다. 마찬가지로, 콘덴서, 커패시터 등도 라미네이트 외장재를 사용한 것을 백업 전원으로서 IC 카드나 전자 기기에 탑재되는 것이 검토되고 있다.
금속박의 양면에 수지 필름을 맞붙인 라미네이트 외장재 내에 전지 본체부를 수용한 것으로서, 예를 들면, 플렉시블한 필름으로 이루어지는 밀폐 외장재 내에, 적층된 정극, 세퍼레이터, 및 부극, 및, 전해액으로 이루어지는 전지 구성 물질을 수용한 카드 전지로서, 상기 외장재로서, 열가소성 수지, 금속박, 및 열가소성 수지를 순차적으로 적층한 구성으로 이루어지는 라미네이트 필름이 사용되고 이루어지는 박형 전지가 공지이다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개2005-56854호 공보
그리고, 특허 문헌 1에 기재된 박형 전지에서는, 전극 본체부와 라미네이트 외장재가 제각기 구성되어 있고, 라미네이트 외장재로 외장한 축전 디바이스로서의 전체 두께는, 전극 본체부의 두께와 라미네이트 외장재의 두께의 합계가 되기 때문에, 두께 제한이나 중량 제한이 있는 용도(IC 카드, 스마트 폰 등)에의 탑재는 곤란하였다.
또한, 전극으로부터 도출되는 탭 리드선(리드선)을 마련할 필요가 있기 때문에, 그 만큼 부품 개수가 많아진다는 문제가 있다. 또한, 이 탭 리드선은, 라미네이트 외장재의 주연의 히트 실 부분에서 고정시킬 필요가 있기 때문에, 그 만큼 제조시의 공정수가 많아지고 수고가 든다는 문제가 있고, 박형 전지로서의 중량(질량)도 보다 커진다는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 기술적 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 경량화 및 박형화된 박형 축전 디바이스 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제공한다.
[1] 제1 금속박층과, 그 제1 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 정극 활물질층을 포함하는 정극부와,
제2 금속박층과, 그 제2 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 부극 활물질층을 포함하는 부극부와,
상기 정극부와 상기 부극부의 사이에 배치된 세퍼레이터를 구비하고,
상기 제1 금속박층과 상기 세퍼레이터의 사이에 상기 정극 활물질층이 배치되고, 상기 제2 금속박층과 상기 세퍼레이터의 사이에 상기 부극 활물질층이 배치되고,
상기 정극부의 제1 금속박층의 상기 일방의 면에서의 정극 활물질층이 형성되지 않은 주연부(周緣部) 영역과, 상기 부극부의 제2 금속박층의 상기 일방의 면에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역이, 열가소성 수지를 함유하여 이루어지는 주연 밀봉층(周緣封止層)을 통하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
[2] 상기 제1 금속박층의 타방의 면에, 그 제1 금속박층이 노출한 제1 금속 노출부를 남긴 양태로, 제1 절연 수지 필름이 적층됨과 함께,
상기 제2 금속박층의 타방의 면에, 그 제2 금속박층이 노출한 제2 금속 노출부를 남긴 양태로, 제2 절연 수지 필름이 적층되어 있는 전항 1에 기재된 박형 축전 디바이스.
[3] 상기 제1 절연 수지 필름 및 상기 제2 절연 수지 필름이, 내열성 수지 연신 필름으로 형성되어 있는 전항 2에 기재된 박형 축전 디바이스.
[4] 상기 제1 금속박층의 상기 일방의 면에 바인더층을 통하여 상기 정극 활물질층이 적층되고, 상기 제2 금속박층의 상기 일방의 면에 바인더층을 통하여 상기 부극 활물질층이 적층되고, 상기 바인더층은, 폴리불화비닐리덴, 스티렌부타디엔 고무, 카르복시메틸셀룰로스나트륨염 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 바인더재로 형성되어 있는 전항 1∼3의 어느 한 항에 기재된 박형 축전 디바이스.
[5] 상기 주연 밀봉층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되어 있는 전항 1∼4의 어느 한 항에 기재된 박형 축전 디바이스.
[6] 상기 세퍼레이터와 상기 정극 활물질층의 사이에 전해액이 봉입되고, 상기 세퍼레이터와 상기 부극 활물질층의 사이에 전해액이 봉입되어 있는 전항 1∼5의 어느 한 항에 기재된 박형 축전 디바이스.
[7] 상기 제1 금속박층이 알루미늄박으로 형성되고,
상기 제2 금속박층이, 알루미늄박, 구리박, 스테인리스박, 니켈박 또는 티탄박으로 형성되어 있는 전항 1∼6의 어느 한 항에 기재된 박형 축전 디바이스.
[8] 상기 제1 금속박층에서의 적어도 상기 정극 활물질층이 적층되는 측의 면에 화성 피막이 형성되고, 상기 제2 금속박층에서의 적어도 상기 부극 활물질층이 적층되는 측의 면에 화성 피막이 형성되어 있는 전항 1∼7의 어느 한 항에 기재된 박형 축전 디바이스.
[9] 제1 금속박층과, 그 제1 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 정극 활물질층과, 상기 제1 금속박층의 상기 일방의 면에서의 정극 활물질층이 형성되지 않은 주연부에 마련된 제1 열가소성 수지층을 구비한 정극측 시트체를 준비하는 공정과,
제2 금속박층과, 그 제2 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 부극 활물질층과, 상기 제2 금속박층의 상기 일방의 면에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부에 마련된 제2 열가소성 수지층을 구비한 부극측 시트체를 준비하는 공정과,
세퍼레이터를 준비하는 공정과,
상기 정극측 시트체와 상기 부극측 시트체를 서로의 열가소성 수지층으로 접촉시킴과 함께 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층과의 사이에 상기 세퍼레이터를 끼워 넣은 상태에서, 상기 정극측 시트체의 제1 열가소성 수지층과 상기 부극측 시트체의 제2 열가소성 수지층을 히트 실 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스의 제조 방법.
[10] 상기 제1 열가소성 수지층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되고, 상기 제2 열가소성 수지층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되어 있는 전항 9에 기재된 박형 축전 디바이스의 제조 방법.
[1]의 발명에서는, 정극부를 구성하는 제1 금속박층 및 부극부를 구성하는 제2 금속박층이, 축전 디바이스의 외장재로서의 기능도 다하는 것이고, 즉, 제1, 이 금속박층이, 전극 및 외장재의 양 기능을 다하는 것이고, 따라서 본 구성에 다시 외장재를 필요로 하는 일은 없기 때문에(외장재가 불필요해지기 때문에), 축전 디바이스로서, 경량화, 박형화, 스페이스 절약화를 도모할 수 있음과 함께, 비용도 저감할 수 있다.
[2]의 발명에서는, 제1 금속박층의 타방의 면에, 그 제1 금속박층이 노출한 제1 금속 노출부를 남긴 양태로, 제1 절연 수지 필름이 적층됨과 함께, 제2 금속박층의 타방의 면에, 그 제2 금속박층이 노출한 제2 금속 노출부를 남긴 양태로, 제2 절연 수지 필름이 적층된 구성이고, 이들 절연 수지 필름이 디바이스의 양측에 적층되어 있음에 의해, (금속 노출부를 제외하고) 절연성을 충분히 확보할 수 있음과 함께, 물리적 강도도 확보할 수 있다. 따라서, 절연성을 구비하고 있을 것이 요구된 개소나 요철이 있는 개소에의 (본 박형 축전 디바이스의) 탑재에도 충분히 대응할 수 있다.
또한, 정극과 전기적으로 도통하고 있는 제1 금속 노출부 및 부극과 전기적으로 도통하고 있는 제2 금속 노출부가 존재하고 있음으로써, 이들 금속 노출부를 통하여 전기의 수수(授受)를 행할 수가 있기 때문에, 종래의 리드선을 불필요로 할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 박형 축전 디바이스의 부품 개수를 적게 할 수 있고, 또한 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 종래의 리드선이 불필요하게 되기 때문에, 축전 디바이스의 충방전시의 발열이 리드선 주위에 집중하는 현상도 생기지 않고, 정극부를 구성하는 제1 금속박층 및 부극부를 구성하는 제2 금속박층을 통하여 발열을 박형 축전 디바이스의 전체에 걸쳐서(면적으로) 확산시킬 수 있기 때문에, 축전 디바이스의 수명을 연장시킬 수 있다(장수명의 축전 디바이스를 얻을 수 있다). 또한, 리드선이 불필요하게 됨으로써, 그 만큼 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 건전지와 같이, 홀더에 축전 디바이스를 감입한다는 간단한 장착 수법을 채용하는 것도 가능하다.
[3]의 발명에서는, 제1 절연 수지 필름 및 제2 절연 수지 필름이, 내열성 수지 연신 필름으로 형성되어 있기 때문에, 강도 및 성형성을 향상시킬 수 있다.
[4]의 발명에서는, 폴리불화비닐리덴, 스티렌부타디엔 고무, 카르복시메틸셀룰로스나트륨염 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 바인더재로 형성된 바인더층을 마련하고 있기 때문에, 제1 금속박층과 정극 활물질층의 결착성(結着性)을 향상할 수 있음과 함께, 제2 금속박층과 부극 활물질층의 결착성을 향상할 수 있다.
[5]의 발명에서는, 주연 밀봉층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되어 있기 때문에, 내약품성(전해액에 대한 내성을 포함한다)을 향상할 수 있음과 함께, 주연 밀봉층에서의 히트 실 성능을 향상할 수가 있어서 전해액의 액 누설 등을 충분히 방지할 수 있다.
[6]의 발명에서는, 세퍼레이터와 정극 활물질층의 사이에 전해액이 봉입되고, 세퍼레이터와 부극 활물질층의 사이에 전해액이 봉입된 구성이기 때문에, 세퍼레이터를 끼우고 있어도 전해액에 의해 정극, 부극 사이의 전하를 이동시킬 수 있다.
[7]의 발명에서는, 제1 금속박층이 알루미늄박으로 형성되어 있기 때문에, 정극 활물질의 도포성이 좋아지고, 열가소성 수지를 함유하여 이루어지는 주연 밀봉층의 제1 금속박층에의 적층을 용이화할 수 있다. 또한, 제2 금속박층이, 알루미늄박, 구리박, 스테인리스박, 니켈박 또는 티탄박으로 형성되어 있기 때문에, 전지나 커패시터 등의 여러가지의 축전 디바이스에 용도를 넓힐 수 있다.
[8]의 발명에서는, 제1 금속박층 및 제2 금속박층의 내식성을 향상시킬 수 있음과 함께, 양 금속박층의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
[9]의 발명에서는, 경량화, 박형화, 스페이스 절약화된 고품질의 박형 축전 디바이스를 효율적으로 제조할 수 있다.
[10]의 발명에서는, 제1 및 제2 열가소성 수지층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되어 있기 때문에, 박형 축전 디바이스의 주연 밀봉층의 내약품성(전해액에 대한 내성을 포함한다)을 향상할 수 있고, 주연 밀봉층에서의 히트 실 성능을 향상할 수 있고 전해액의 액 누설 등을 충분히 방지할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 박형 축전 디바이스의 한 실시 형태를 도시하는 사시도.
도 2는, 도 1에서의 A-A선에서의 단면도.
도 3은, 본 발명에 관한 박형 축전 디바이스의 다른 실시 형태를 도시하는 사시도.
도 4는, 도 3에서의 B-B선에서의 단면도.
도 5는, 본 발명의 박형 축전 디바이스를 복수개 이용하여 구성되는 축전 디바이스 모듈의 한 실시 형태를 도시하는 사시도.
도 6은, 도 5에서의 C-C선에서의 단면도.
도 7은, 본 발명에 관한 박형 축전 디바이스의 제조 방법의 한 예를 도시하는 단면도.
도 8은, 실시례에서의 제조 방법을 도시하는 평면도로서, (A)는, 알루미늄박의 일방의 면에 적층된 바인더층의 표면의 3개소에 정극 활물질층이 형성된 상태를 도시하는 평면도, (B)는, 정극측 시트체를 얻기 위한 절단 위치(2점 쇄선)를 도시한 평면도, (C)는, 절단한 3편(片)을 나열하여 도시하는 평면도.
도 9는, 본 발명의 축전 디바이스 모듈의 한 실시 형태를 도시하는 도면으로서, (A)는, 정면측에서의 사시도, (B)는 배면측에서의 사시도.
도 10은, 비교례 1에서의 제조 방법을 도시하는 평면도로서, (A)는, 세퍼레이터를 정극과 부극으로 끼워 넣은 상태를 도시하는 사시도, (B)는, 전지 본체부를 그 양측에서 외장재로 끼워 넣은 상태를 도시하는 사시도, (C)는, 한 쌍의 외장재의 주연부끼리를 히트 실하여 얻어진 비교례 1의 박형 축전 디바이스를 도시하는 사시도.
본 발명에 관한 박형 축전 디바이스의 제1 실시 형태를 도 1, 2에 도시한다. 이 박형 축전 디바이스(1)는, 정극부(22)와, 부극부(23)와, 세퍼레이터(21)를 구비하여 이루어진다(도 2 참조). 상기 정극부(22)와 상기 부극부(23)의 사이에 세퍼레이터(21)가 배치되어 있다(도 2 참조).
상기 정극부(22)는, 제1 금속박층(2)과, 그 제1 금속박층(2)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)에서의 일부의 영역에 적층된 정극 활물질층(3)을 포함한다. 본 실시 형태에서는, 상기 제1 금속박층(2)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)에서의 중앙부(주연부를 제외한 영역)에 정극 활물질층(3)이 적층되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 제1 금속박층(2)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)의 전면에 바인더층(7)이 적층되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 상기 제1 금속박층(2)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)에 상기 바인더층(7)을 통하여 상기 정극 활물질층(3)이 적층되어 있다(도 2 참조).
상기 부극부(23)는, 제2 금속박층(12)과, 그 제2 금속박층(12)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)에서의 일부의 영역에 적층된 부극 활물질층(13)을 포함한다. 본 실시 형태에서는, 상기 제2 금속박층(12)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)에서의 중앙부(주연부를 제외한 영역)에 부극 활물질층(13)이 적층되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 제2 금속박층(12)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)의 전면에 바인더층(17)이 적층되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 상기 제2 금속박층(12)의 일방의 면(세퍼레이터측의 면)에 상기 바인더층(17)을 통하여 상기 부극 활물질층(13)이 적층되어 있다(도 2 참조).
상기 제1 금속박층(2)과 상기 세퍼레이터(21)의 사이에 상기 정극 활물질층(3)이 배치되고, 상기 제2 금속박층(12)과 상기 세퍼레이터(21)의 사이에 상기 부극 활물질층(13)이 배치되어 있다(도 2 참조).
상기 정극부(22)의 제1 금속박층(2)의 상기 일방의 면(세퍼레이터(21) 측의 면)의 주연부에는, 정극 활물질층이 형성되지 않은 영역이 존재하고, 상기 부극부(23)의 제2 금속박층(12)의 상기 일방의 면(세퍼레이터(21) 측의 면)의 주연부에는, 부극 활물질층이 형성되지 않은 영역이 존재한다. 그리고, 상기 정극부(22)의 제1 금속박층(2)의 상기 일방의 면에서의 정극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역과, 상기 부극부(23)의 제2 금속박층(12)의 상기 일방의 면에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역이, 열가소성 수지를 함유하여 이루어지는 주연 밀봉층(31)을 통하여 접합되어 밀봉되어 있다(도 2 참조). 상기 세퍼레이터(21)의 주연부는, 상기 주연 밀봉층(31)의 내주면의 높이 방향(두께 방향)의 중간부에 침입하여 계합한 양태로 되어 있다(도 2 참조).
본 실시 형태에서는, 상기 정극부(22)의 제1 금속박층(2)의 상기 일방의 면에 적층된 바인더층(7)에서의 정극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역에 제1 주연 접착제층(6)이 적층되고, 상기 부극부(23)의 제2 금속박층(12)의 상기 일방의 면에 적층된 바인더층(17)에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역에 제2 주연 접착제층(16)이 적층되고, 이들 양 접착제층(6, 16)끼리가, 상기 주연 밀봉층(31)을 통하여 접합되어 밀봉된 구성이 채용되어 있다(도 2 참조).
상기 세퍼레이터(21)와 상기 정극 활물질층(3)의 사이에 전해액(5)이 봉입되어 있다. 또한, 상기 세퍼레이터(21)와 상기 부극 활물질층(13)의 사이에 전해액(15)이 봉입되어 있다(도 2 참조). 상기 제1 금속박층(2)에서의 정극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역과, 제2 금속박층(12)에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역이, 상기 주연 밀봉층(31)을 통하여 접합되어 밀봉되어 있기 때문에, 전해액(5, 15)의 누출을 방지할 수 있다. 즉, 상기 제1 금속박층(2)의 내면측의 바인더층(7)과 상기 제2 금속박층(12)의 내면측의 바인더층(17)과의 사이에서의 상기 주연 밀봉층(31), 제1 주연 접착제층(6) 및 제2 주연 접착제층(16)으로 둘러싸여진 밀봉 공간 내에, 제1 금속박층(2)측부터 차례로, 정극 활물질층(3), 전해액(5), 세퍼레이터(21), 전해액(15), 부극 활물질층(13)이 배치되어 봉입되어 있다(도 2 참조).
상기 구성의 박형 축전 디바이스(1)에서는, 정극부(22)를 구성하는 제1 금속박층(2) 및 부극부(23)를 구성하는 제2 금속박층(12)이, 축전 디바이스의 외장재로서의 기능도 다하는 것이고, 즉, 제1, 제2 금속박층이, 전극 및 외장재의 양 기능을 다하는 것이고, 따라서 본 구성에 다시 외장재를 필요로 하는 일은 없기 때문에(외장재가 불필요해지기 때문에), 박형 축전 디바이스로서, 경량화, 박형화, 스페이스 절약화를 도모할 수 있음과 함께, 비용도 저감할 수 있다.
본 발명에 관한 박형 축전 디바이스의 제2 실시 형태(알맞는 실시 형태)를 도 3, 4에 도시한다. 이 박형 축전 디바이스(1)는, 상술한 제1 실시 형태의 구성을 구비한 다음, 또한 다음과 같은 구성을 구비하고 있다.
즉, 상기 제1 금속박층(2)의 타방의 면(세퍼레이터측의 면과는 반대측의 면)에, 그 제1 금속박층이 노출한 제1 금속 노출부(9)를 남긴 양태로, 제1 절연 수지 필름(8)이 적층됨과 함께, 상기 제2 금속박층(12)의 타방의 면(세퍼레이터측의 면과는 반대측의 면)에, 그 제2 금속박층이 노출한 제2 금속 노출부(19)를 남긴 양태로, 제2 절연 수지 필름(18)이 적층되어 있다. 본 실시 형태에서는, 상기 제1 금속박층(2)의 타방의 면(세퍼레이터측의 면과는 반대측의 면)에, 그 제1 금속박층이 노출한 제1 금속 노출부(9)를 남긴 양태로, 제3 접착제층(41)을 통하여 제1 절연 수지 필름(8)이 적층됨과 함께, 상기 제2 금속박층(12)의 타방의 면(세퍼레이터측의 면과는 반대측의 면)에, 그 제2 금속박층이 노출한 제2 금속 노출부(19)를 남긴 양태로, 제4 접착제층(42)을 통하여 제2 절연 수지 필름(18)이 적층되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 제1 금속 노출부(9)는, 제1 금속박층(2)의 타방의 면에서의 중앙 영역에 마련되고, 상기 제2 금속 노출부(19)는, 제2 금속박층(12)의 타방의 면에서의 중앙 영역에 마련되어 있다(도 3, 4 참조).
이 제2 실시 형태의 박형 축전 디바이스(1)에서는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1, 이 금속박층이, 전극 및 외장재의 양 기능을 다하는 것이고, 따라서 본 구성에 다시 외장재를 필요로 하는 일은 없기 때문에(즉 외장재가 불필요해지기 때문에), 축전 디바이스로서, 경량화, 박형화, 스페이스 절약화를 도모할 수 있음과 함께, 비용도 저감할 수 있다.
또한, 절연 수지 필름(8, 18)이 디바이스의 양측에 적층되어 있음에 의해, (금속 노출부를 제외하고) 절연성을 충분히 확보할 수 있음과 함께, 물리적 강도도 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)를, 절연성을 구비하고 있을 것이 요구되는 개소나 요철이 있는 개소에 탑재하는 것에도 충분히 대응할 수 있다.
또한, 정극과 전기적으로 도통하고 있는 제1 금속 노출부(9) 및 부극과 전기적으로 도통하고 있는 제2 금속 노출부(19)가 존재하고 있음으로써, 이들 금속 노출부(9, 19)를 통하여 전기의 수수(授受)를 행할 수가 있기 때문에, 종래의 리드선(도 10에서 도시하는 탭 리드(131, 141) 등)을 불필요하게 할 수 있는(사용하지 않고 끝나는) 이점이 있다. 따라서, 박형 축전 디바이스의 부품 개수를 저감할 수 있고, 또한 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 종래의 리드선이 불필요하게 되기 때문에, 축전 디바이스의 충방전시의 발열이 리드선 주위에 집중하는 현상이 생기지 않고, 정극부를 구성하는 제1 금속박층(2) 및 부극부를 구성하는 제2 금속박층(12)을 통하여 발열을 박형 축전 디바이스(1)의 양면의 전체에 걸쳐서 확산시킬 수 있기 때문에, 축전 디바이스(1)의 수명을 연장시킬 수 있다(즉 장수명의 축전 디바이스를 얻을 수 있다). 또한, 리드선이 불필요하게 됨으로써, 그 만큼 제조 비용을 저감할 수 있다.
더하여, 건전지와 같이, 홀더에 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)를 감입(嵌入)한다는 간단한 장착 수법을 채용할 수도 있다.
본 발명에서, 상기 제1 금속박층(2)은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 알루미늄박으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제1 금속박층(2)의 두께는 7㎛∼150㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 특히 박형 리튬 2차 전지로서 사용되는 경우에는, 제1 금속박층(2)은, 두께가 7㎛∼50㎛의 경질의 알루미늄박으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 정극 활물질층(3)은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로스나트륨염(CMC), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등의 바인더에, 염(예를 들면, 코발트산리튬, 니켈산리튬, 인산철리튬, 망간산리튬 등)을 첨가한 혼합 조성물 등으로 형성된다. 상기 정극 활물질층(3)의 두께는, 2㎛∼300㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 정극 활물질층(3)에는, 카본블랙, 카본나노튜브(CNT) 등의 도전 보조제를 또한 함유시켜도 좋다.
상기 바인더층(7)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로스나트륨염(CMC), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등으로 형성된 층을 들 수 있고, 예를 들면, 제1 금속박층(2)의 상기 일방의 면(세퍼레이터(21) 측의 면)에 도포함에 의해 형성할 수 있다.
상기 바인더층(7)에는, 제1 금속박층(2)과 정극 활물질층(3)의 사이의 도전성을 향상시키기 위해, 카본블랙, 카본나노튜브(CNT) 등의 도전 보조제가 또한 첨가되어 있어도 좋다.
상기 바인더층(7)의 두께는, 0.2㎛∼10㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 10㎛ 이하로 함으로써, 바인더 자체가 축전 디바이스(1)의 내부 저항을 증대시키는 것을 극력 억제할 수 있다.
상기 바인더층(7)은, 마련되어 있지 않아도 좋지만, 제1 금속박층(2)과 정극 활물질층(3)의 결착성을 향상시키기 위해, 제1 금속박층(2)과 정극 활물질층(3)의 사이에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제1 주연 접착제층(6)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리올레핀계 접착제, 일래스토머계 접착제, 불소계 접착제 등에 의해 형성된 접착제층을 들 수 있다. 그 중에서도, 아크릴계 접착제, 폴리올레핀계 접착제를 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우에는, 내전해액성 및 수증기 배리어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 2액 경화형의 올레핀계 접착제에 의해 형성된 층인 것이 특히 바람직하다. 2액 경화형의 올레핀계 접착제를 사용하는 경우에는, 전해액에 의한 팽윤으로 접착성이 저하되는 것을 충분히 방지할 수 있다. 또한, 축전 디바이스(1)로서 전지를 구성하는 경우에는, 상기 제1 주연 접착제층(6)은, 산변성(酸變性) 폴리프로필렌 접착제, 산변성 폴리에틸렌 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제1 주연 접착제층(6)의 두께는, 0.5㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제2 금속박층(12)은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 알루미늄박, 구리박, 스테인리스박, 니켈박 또는 티탄박으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제2 금속박층(12)의 두께는, 7㎛∼50㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 부극 활물질층(13)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로스나트륨염(CMC), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등의 바인더에, 첨가물(예를 들면, 흑연, 티탄산리튬, Si계 합금, 주석계 합금 등)을 첨가한 혼합 조성물 등으로 형성된다. 상기 부극 활물질층(13)의 두께는, 1㎛∼300㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 부극 활물질층(13)에는, 카본블랙, 카본나노튜브(CNT) 등의 도전 보조제를 또한 함유시켜도 좋다.
상기 부극 활물질층(13)이나 상기 정극 활물질층(3)을 당해 활물질의 도공(塗工)에 의해 형성하는 경우에는, 활물질을 도공하지 않은 부분(주연부 등)에 미리 마스킹 테이프로 마스킹을 행하고 나서 도공함에 의해, 활물질을 도공하지 않은 부분(주연부 등)에 활물질을 부착시키는 일 없이, 소정 영역에 활물질층을 형성할 수 있다. 상기 마스킹 테이프로서는, 폴리에스테르 수지 필름, 폴리에틸렌 수지 필름, 폴리프로필렌 수지 필름 등의 필름에 점착제를 도포한 것을 사용할 수 있다.
상기 바인더층(17)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로스나트륨염(CMC), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등으로 형성된 층을 들 수 있고, 예를 들면, 제2 금속박층(12)의 상기 일방의 면(세퍼레이터측의 면)에 도포함에 의해 형성할 수 있다.
상기 바인더층(17)에는, 제2 금속박층(12)과 부극 활물질층(13)의 사이의 도전성을 향상시키기 위해, 카본블랙, 카본나노튜브(CNT) 등의 도전 보조제가 또한 첨가되어 있어도 좋다.
상기 바인더층(17)의 두께는, 0.2㎛∼10㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 10㎛ 이하로 함으로써, 바인더 자체가 축전 디바이스(1)의 내부 저항을 증대시키는 것을 극력 억제할 수 있다.
상기 바인더층(17)은, 마련되어 있지 않아도 좋지만, 제2 금속박층(12)과 부극 활물질층(13)의 결착성을 향상시키기 위해, 제2 금속박층(12)과 부극 활물질층(13)의 사이에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
상기 제2 주연 접착제층(16)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리올레핀계 접착제, 일래스토머계 접착제, 불소계 접착제 등에 의해 형성된 접착제층을 들 수 있다. 그 중에서도, 아크릴계 접착제, 폴리올레핀계 접착제를 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우에는, 내전해액성 및 수증기 배리어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 2액 경화형의 올레핀계 접착제에 의해 형성된 층인 것이 특히 바람직하다. 2액 경화형의 올레핀계 접착제를 사용하는 경우에는, 전해액에 의한 팽윤으로 접착성이 저하되는 것을 충분히 방지할 수 있다. 또한, 축전 디바이스(1)로서 전지를 구성하는 경우에는, 상기 제2 주연 접착제층(16)은, 산변성 폴리프로필렌 접착제, 산변성 폴리에틸렌 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 제2 주연 접착제층(16)의 두께는, 0.5㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 실시 형태에서는, 상기 주연 밀봉층(열가소성 수지를 함유하여 이루어지는 주연 밀봉층)(31)은, 제1 금속박층(2)의 일방의 면의 주연부에 적층된 제1 열가소성 수지층(4)과, 제2 금속박층(12)의 일방의 면의 주연부에 적층된 제2 열가소성 수지층(14)이 맞겹쳐져서 열에 의해 융착되어 형성된 것이다. 상기 제1 열가소성 수지층(4)으로서는, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 열가소성 수지층(14)으로서는, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 수지 미연신 필름(4, 14)은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀계 공중합체, 이들의 산변성물 및 아이오노머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지로 이루어지는 미연신 필름에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 수지 미연신 필름(4, 14)의 두께는, 각각, 20㎛∼150㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 세퍼레이터(21)로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면,
·폴리에틸렌제 세퍼레이터
·폴리프로필렌제 세퍼레이터
·폴리에틸렌 필름과 폴리프로필렌 필름으로 이루어지는 복층 필름으로 형성되는 세퍼레이터
·상기한 어느 하나에 세라믹 등의 내열 무기물을 도포한 습식 또는 건식의 다공질 필름으로 구성되는 세퍼레이터
등을 들 수 있다. 상기 세퍼레이터(21)의 두께는, 5㎛∼50㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 전해액(5, 15)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 디에틸카보네이트 및 디메톡시에탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 2종의 전해액과, 리튬염을 포함하는 혼합 비수계 전해액을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 리튬염으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 헥사플루오로인산리튬, 테트라플루오로붕산리튬 등을 들 수 있다. 상기 전해액(5, 15)으로서는, 전술한 혼합 비수계 전해액이, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리에틸옥사이드(PEO) 등과 겔화한 것을 사용하여도 좋다.
상기 세퍼레이터(21)와 상기 전해액(5, 15)은, 상기 제1 금속박층(2)과 상기 제2 금속박층(12)의 사이의 공간 내에서 주위를 주연 밀봉층(31) 등으로 둘러싸여서 속에 밀폐 상태로 봉입되어 있기 때문에(도 2, 4 참조), 전해액의 누출을 방지할 수 있다.
상기 제1 절연 수지 필름(8) 및 제2 절연 수지 필름(18)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 연신 폴리아미드 필름(연신 나일론 필름 등) 또는 연신 폴리에스테르 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 2축연신 폴리아미드 필름(2축연신 나일론 필름 등), 2축연신 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름, 2축연신 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 또는 2축연신 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 상기 제1 절연 수지 필름(8) 및 제2 절연 수지 필름(18)은, 모두, 단층으로 형성되어 있어도 좋고, 또는, 예를 들면 연신 폴리에스테르 필름/연신 폴리아미드 필름으로 이루어지는 복층(연신 PET 필름/연신 나일론 필름으로 이루어지는 복층 등)으로 형성되어 있어도 좋다.
상기 제1 절연 수지 필름(8)에는, 제1 금속 노출부(9)를 확보하기 위한 개구부(8X)가 일부에 마련된다(도 4 참조). 상기 실시 형태에서는, 개구부(8X)는, 제1 절연 수지 필름(8)의 중앙부에 마련되어 있지만, 특히 이와 같은 위치로 한정되는 것은 아니다. 상기 개구부(8X)의 평면시(平面視) 형상도 사각형상으로 한정되지 않는다.
마찬가지로, 상기 제2 절연 수지 필름(18)에는, 제2 금속 노출부(19)를 확보하기 위한 개구부(18X)가 일부에 마련된다(도 4 참조). 상기 실시 형태에서는, 개구부(18X)는, 제2 절연 수지 필름(18)의 중앙부에 마련되어 있지만, 특히 이와 같은 위치로 한정되는 것은 아니다. 상기 개구부(18X)의 평면시 형상도 사각형상으로 한정되지 않는다.
상기 제1 절연 수지 필름(8)의 두께 및 상기 제2 절연 수지 필름(18)의 두께는, 모두, 0.02㎜∼0.1㎜로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 제3 접착제층(41), 상기 제4 접착제층(42)을 마련하는 경우에, 이들 접착제(41, 42)로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 폴리에스테르우레탄계 접착제 및 폴리에테르우레탄계 접착제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리에스테르우레탄계 접착제로서는, 예를 들면, 주제로서의 폴리에스테르 수지와, 경화제로서의 다관능 이소시아네이트 화합물에 의한 2액 경화형 폴리에스테르우레탄계 수지 접착제를 들 수 있다. 상기 폴리에테르우레탄계 접착제로서는, 예를 들면, 주제로서의 폴리에테르 수지와, 경화제로서의 다관능 이소시아네이트 화합물에 의한 2액 경화형 폴리에테르우레탄계 수지 접착제를 들 수 있다. 상기 제3 접착제층(41)의 두께, 상기 제4 접착제층(42)의 두께는, 모두, 0.5㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 상기 제1 금속박층(2)의 타방의 면(세퍼레이터측과 반대측의 면)에 상기 제3 접착제(41)을 도포한 후, 제1 절연 수지 필름(8)을 맞붙여서 양자를 접착 일체화하는 것이 좋다. 또한, 상기 제2 금속박층(12)의 타방의 면(세퍼레이터측과 반대측의 면)에 상기 제4 접착제(42)를 도포한 후, 제2 절연 수지 필름(18)을 맞붙여서 양자를 접착 일체화하는 것이 좋다.
상기 제3 접착제층(41) 및 상기 제4 접착제층(42)에서의 접착제 미도포부(개구부(8X, 18X)에 대응하는 영역)는, 절연 수지 필름(내열성 수지 연신 필름 등)을 통하여서 바깥에서 보아도(外觀) 접착제 도포 영역과는 광택도가 다르기 때문에, 개구부가 없는 절연 수지 필름을 맞붙인 상태에서도 외측에서 접착제 미도포부의 위치 및 형상을 판별할 수 있다. 그래서, 상기 맞붙인 절연 수지 필름에서의 접착제 미도포부에 대응하는 부분을 제거함에 의해, 상기 개구부(8X, 18X)를 형성시켜서 상기 금속 노출부(9, 19)를 노출시킨 구성으로 할 수 있다. 예를 들면, 상기 맞붙인 절연 수지 필름에서의 접착제 미도포부의 주연에 레이저를 조사하여, 접착제 미도포부에 대응한 부분의 절연 수지 필름을 절단함에 의해, 상기 개구부(8X, 18X)를 형성시켜서 상기 금속 노출부(9, 19)를 노출시킨 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 제3 접착제층(41) 및 상기 제4 접착제층(42)은, 접착제 미도포부를 판별하기 쉽게 하기 위해 상기 접착제에 유기계 안료, 무기계 안료, 색소 등의 착색제를 수지 성분 100질량부에 대해 0.1질량부∼ 5질량부의 범위에서 첨가하여도 좋다. 상기 유기계 안료로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 레이크레드, 나프톨류, 한자옐로, 디스아조옐로, 벤즈이미다졸론 등의 아조계 안료, 퀴노프탈론, 이소인돌린, 피롤로피롤, 디옥사진, 프탈로시아닌블루, 프탈로시아닌그린 등의 다환식계 안료, 레이크레드C, 왓충레드 등의 레이크 안료 등을 들 수 있다. 또한, 상기 무기계 안료로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 카본블랙, 산화티탄, 탄산칼슘, 카올린, 산화철, 산화아연 등을 들 수 있다. 또한, 상기 색소로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 트리나트륨염(황색4호) 등의 황색 색소류, 디나트륨염(적색3호) 등의 적색 색소류, 디나트륨염(청색1호) 등의 청색 색소류 등을 들 수 있다.
또한, 착색제의 첨가의 유무에 관계없이, 투명한 절연 수지 필름(내열성 수지 연신 필름 등)을 맞붙임으로써, 접착제 미도포부를 판별하기 쉽게 할 수 있다. 상기 제3 접착제층(41)이나 상기 제4 접착제층(42)의 접착제에 상기 착색제를 첨가하고, 또한 투명한 절연 수지 필름(내열성 수지 연신 필름 등)을 맞붙인 구성으로 하면, 접착제 미도포부의 판별은 극히 용이한 것으로 된다.
본 발명에서, 상기 제1 금속박층(2)에서의 적어도 상기 정극 활물질층(3)이 적층되는 측의 면에 화성 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 마찬가지로, 상기 제2 금속박층(12)에서의 적어도 상기 부극 활물질층(13)이 적층되는 측의 면에 화성 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 화성 피막은, 금속박의 표면에 화성 처리를 시행함에 의해 형성된 피막이고, 이와 같은 화성 처리가 시행되어 있음에 의해, 내용물(전해액 등)에 의한 금속박 표면의 부식을 충분히 방지할 수 있다. 예를 들면, 다음과 같은 처리를 행함에 의해, 금속박에 화성 처리를 시행한다. 즉, 탈지 처리를 행한 금속박의 표면에,
1) 인산과,
크롬산과,
불화물의 금속염 및 불화물의 비금속염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 포함하는 혼합물의 수용액
2) 인산과,
아크릴계 수지, 키토산 유도체 수지 및 페놀계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 수지와,
크롬산 및 크롬(Ⅲ)염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 포함하는 혼합물의 수용액
3) 인산과,
아크릴계 수지, 키토산 유도체 수지 및 페놀계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 수지와,
크롬산 및 크롬(Ⅲ)염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물과,
불화물의 금속염 및 불화물의 비금속염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 포함하는 혼합물의 수용액
상기 1)∼3) 중의 어느 하나의 수용액을 금속박의 표면에 도공한 후, 건조함에 의해, 화성 처리를 시행한다.
상기 화성 피막은, 크롬 부착량(편면당)으로서 0.1㎎/㎡∼50㎎/㎡가 바람직하고, 특히 2㎎/㎡∼20㎎/㎡가 바람직하다.
다음에, 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)를 전기 2중층 커패시터로서 사용하는 경우에 있어서의 그 박형 축전 디바이스의 알맞는 구성에 관해 설명하지만, 어디까지나 알맞는 구성에 관해 설명하는 것이고, 이들 예시의 구성으로 한정되는 것은 아니다.
즉, 전기 2중층 커패시터로서 사용하는 경우에는, 상기 제1 금속박층(2) 및 상기 제2 금속박층(12)은, 모두, 두께가 7㎛∼50㎛의 경질의 알루미늄박으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 정극 활물질층(3) 및 상기 부극 활물질층(13)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 어느 층도, 예를 들면, 카본블랙, 카본나노튜브(CNT) 등의 도전제를 함유하는 구성인 것이 바람직하다.
상기 세퍼레이터(21)로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 두께 5㎛∼100㎛의 다공질의 폴리셀룰로스막, 두께 5㎛∼100㎛의 부직포 등이 알맞게 사용된다.
상기 전해액(5, 15)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 물(水), 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 및 아세토니트릴로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 유기 용매와, 헥사플루오로인산리튬, 테트라플루오로붕산리튬 및 테트라플루오로붕산4급암모늄염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 염을 포함하는 전해액을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 4급암모늄염으로서는, 예를 들면, 테트라메틸암모늄염 등을 들 수 있다.
이상, 전기 2중층 커패시터로서 사용하는 경우에 있어서의 본 발명의 박형 축전 디바이스의 알맞는 구성에 관해 설명하였다. 이하는, 전기 2중층 커패시터 이외의 다른 용도도 전부 포함한 설명이다.
본 발명의 박형 축전 디바이스(1)는, 통상은, 두께 0.08㎜∼0.3㎜로 설정된다. 그 중에서도, 박형 축전 디바이스(1)의 두께는, 0.1㎜∼0.2㎜로 설정되는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)를 사용하여 구성되는 축전 디바이스 모듈에 관해 설명한다. 이 축전 디바이스 모듈(50)의 한 실시 형태를 도 5, 6에 도시한다.
상기 축전 디바이스 모듈(50)은, 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)가 복수장 두께 방향으로 적층된(쌓아서 맞겹쳐진) 구성이다(도 5, 6 참조). 본 실시 형태의 축전 디바이스 모듈(50)에서는, 각 박형 축전 디바이스(1)에서의 제1 금속 노출부(9) 및 제1 금속 노출부(19)의 각각에 도전성 수지가 도포되어 있다. 즉, 각 박형 축전 디바이스(1)에서의 제1 금속 노출부(9)의 표면에, 도전성 수지를 함유하여 이루어지는 정극측 도전층(51)이 형성됨과 함께, 제2 금속 노출부(19)의 표면에, 도전성 수지를 함유하여 이루어지는 부극측 도전층(52)이 형성되어 있다(도 6 참조). 그리고, 상기 축전 디바이스 모듈(50)에서는, 이웃하는 박형 축전 디바이스(1)에서, 일방의 축전 디바이스(1)의 정극측 도전층(51)과, 타방의 축전 디바이스(1)의 부극측 도전층(52)이 서로 충분히 접촉하는 것으로 되어, 복수장의 박형 축전 디바이스(1)가 직렬로 접속된 구성으로 되어 있다(도 6 참조). 상기 도전성 수지로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 카본을 함유한 수지 등을 들 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 금속 노출부(9, 19)에 도전성 수지가 도포된 구성이지만, 특히 이와 같은 구성으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 금속 노출부(9, 19)에, 100㎛ 이하의 금속박(알루미늄박, 스테인리스박, 구리박, 니켈 박 등)이 적층된 구성을 채용하여도 좋다. 즉, 제1 금속 노출부(9)의 표면에, 금속박으로 이루어지는 정극측 도전층(51)이 형성됨과 함께, 제2 금속 노출부(19)의 표면에, 금속박으로 이루어지는 부극측 도전층(52)이 형성된 구성이라도 좋다.
이와 같이 정극측 도전층(51) 및 부극측 도전층(52)이 마련되어 있음으로써, 단지 맞겹쳐서 적층 배치할 뿐으로, 이웃하는 축전 디바이스(1)끼리에서 충분히 전기적 도통 상태를 확보할 수 있는 이점이 있다.
또는, 이와 같은 도전층(51, 52)을 마련하는 일 없이, 두께 방향으로 이웃하는 박형 축전 디바이스(1)에서, 일방의 축전 디바이스(1)의 제1 금속 노출부(9)와, 타방의 축전 디바이스(1)의 제2 금속 노출부(19)를 서로 접촉시켜서, 복수장의 박형 축전 디바이스(1)가 직렬로 접속된 구성이라도 좋다. 상기 절연 수지 필름층(8, 18)의 두께가 작은 경우에는, 정극측 도전층(51) 및 부극측 도전층(52)을 마련하지 않아도, 이웃하는 축전 디바이스(1)끼리에서 충분히 전기적 도통 상태를 확보할 수 있다.
다음에, 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)가 복수장 두께 방향으로 적층되어 이루어지는 상기 축전 디바이스 모듈(50)(도 5, 6 참조)의 사용례에 관해 설명한다.
상기 축전 디바이스 모듈(50)은, 박형 축전 디바이스(1)가 복수장 적층된 구성이기 때문에, 변형하는 것이 가능하다. 예를 들면, 축전 디바이스 모듈(50)을 구부려서 원통형상으로 하는 것도 가능하고, 또한 작게 구부려서 복수회 권회(卷回)하여 원통형상으로 형성하는 것도 가능하다. 상기 축전 디바이스 모듈(50)의 이와 같은 특성을 살려서 이하에 설명한 구성(도 9 참조)을 채용할 수도 있다.
도 9에서는, 축전 디바이스(1)가 긴 사각형상으로 구성됨과 함께, 제1 금속 노출부(9) 및 제2 금속 노출부(19)가, 축전 디바이스의 길이 방향의 단부에 마련되어 있지만, 그 밖의 구성은, 도 5, 6의 축전 디바이스와 마찬가지이다. 그리고, 도 9에서는, 박형 축전 디바이스(1)가 복수장 두께 방향으로 적층되어 이루어지는 축전 디바이스 모듈(50)이, 권회되어 원통형상으로 구성되어 있다. 제1 금속 노출부(9) 및 제2 금속 노출부(19)가, 축전 디바이스(1)의 길이 방향의 단부에 마련되어 있기 때문에, 기기(전자 담배, 펜 라이트 등) 등의 단자(정극측 접속단자, 부극측 접속단자)와의 접속이 용이하다. 또한, 모듈(50)의 외면이 절연 수지 필름(8, 18)으로 형성되어 있기 때문에, 충분한 절연성을 확보할 수 있다.
다음에, 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)의 제조 방법의 한 예를
설명한다. 우선, 정극측 시트체(61), 부극측 시트체(62) 및 세퍼레이터(21)를 각각 준비한다(도 7 참조).
즉, 제1 금속박층(2)의 일방의 면에서의 일부의 영역에 바인더층(7)을 통하여 정극 활물질층(3)이 적층되고, 상기 제1 금속박층(2)의 상기 일방의 면에 적층된 바인더층(7)에서의 정극 활물질층이 형성되지 않는 주연부에 제1 주연 접착제층(6)을 통하여 제1 열가소성 수지층(4)이 적층됨과 함께, 상기 제1 금속박층(2)의 타방의 면에, 제1 금속박층(2)이 노출한 제1 금속 노출부(9)를 남긴 양태로, 제3 접착제층(41)을 통하여 제1 절연 수지 필름층(8)이 적층되어 이루어지는 정극측 시트체(61)를 준비한다(도 7 참조). 상기 제1 열가소성 수지층(4)은, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 절연 수지 필름층(8)은, 내열성 수지 연신 필름으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 금속박층(12)의 일방의 면에서의 일부의 영역에 바인더층(17)을 통하여 부극 활물질층(13)이 적층되고, 상기 제2 금속박층(12)의 상기 일방의 면에 적층된 바인더층(17)에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부에 제2 주연 접착제층(16)을 통하여 제2 열가소성 수지층(14)이 적층됨과 함께, 상기 제2 금속박층(12)의 타방의 면에, 제2 금속박층(12)이 노출한 제2 금속 노출부(19)를 남긴 양태로, 제4 접착제층(42)을 통하여 제2 절연 수지 필름층(18)이 적층되어 이루어지는 부극측 시트체(62)를 준비한다(도 7 참조). 상기 제2 열가소성 수지층(14)은, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 절연 수지 필름층(18)은, 내열성 수지 연신 필름으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 세퍼레이터(21)를 준비한다. 그리고, 정극측 시트체(61)와 부극측 시트체(62)를 서로의 열가소성 수지층(4, 14)로 접촉시킴과 함께, 정극 활물질층(3)과 부극 활물질층(13)과의 사이에 세퍼레이터(21)를 끼워 넣고, 이들 맞붙여진 정극측 시트체(61)와 부극측 시트체(62)의 주연부를 열판 등을 이용하여 협압(挾壓)함에 의해, 제1 열가소성 수지층(4)과 제2 열가소성 수지층(14)을 히트 실 접합한다.
상기 히트 실 접합은, 맞붙여진 정극측 시트체(61)와 부극측 시트체(62)의 주연부의 4변중 3변에 대해 먼저 행하여 가밀봉을 행하도록 하고, 뒤이어 나머지 미밀봉의 1변부로부터서 세퍼레이터(21)와 정극 활물질층(3)과의 사이 및 세퍼레이터(21)와 부극 활물질층(13)과의 사이에 전해액(5, 15)을 주입하고, 그러고 나서, 양 실 부분의 나머지 1변을 상하로부터 한 쌍의 열판 등으로 협압함에 의해, 4변을 완전히 밀봉 접합하여, 도 3, 4에 도시하는 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)를 얻는다. 얻어진 박형 축전 디바이스(1)에서는, 제1 절연 수지 필름층(8)의 중앙부의 개구부(8X)를 통하여 제1 금속 노출부(9)가 노출함과 함께, 제2 절연 수지 필름층(18)의 중앙부의 개구부(18X)를 통하여 제2 금속 노출부(19)가 노출하고 있다(도 3, 4 참조).
상기 제조 방법은, 그 한 예를 든 것에 지나지 않고, 특히 이와 같은 제조 방법으로 한정되는 것은 아니다.
[실시례]
다음에, 본 발명의 구체적 실시례에 관해 설명하는데, 본 발명은 이들 실시례의 것으로 특히 한정되는 것은 아니다.
<실시례 1>
(정극측 시트체(61)의 작성)
세로 20㎝, 가로 30㎝, 두께 15㎛의 경질 알루미늄박(JIS H4160에서 분류되는 A1100의 경질 알루미늄박)(2)의 일방의 면(의 전면)에, 바인더로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 용매인 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시킨 바인더액을 도포한 후, 100℃로 30초간 건조시킴에 의해, 건조 후의 두께가 0.5㎛의 바인더층(7)을 형성하였다.
코발트산리튬을 주성분으로 하는 정극 활물질 60질량부, 결착제 겸 전해액 유지제로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF) 10질량부, 아세틸렌블랙(도전재) 5질량부, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)(유기 용매) 25질량부가 혼련 분산되어 이루어지는 페이스트를 75㎜×44㎜의 사이즈로 상기 바인더층(7)의 표면의 3개소에 도포한 후, 100℃로 30분간 건조시키고, 뒤이어 열 프레스를 행함에 의해, 밀도 4.8g/㎤, 건조 후의 두께가 30.2㎛의 정극 활물질층(3)을 형성하였다(도 8(A) 참조).
다음에, 3개소의 정극 활물질층(3)의 각각의 위에, 동일 사이즈의 폴리에스테르 점착 테이프를 부착함에 의해 정극 활물질층(3)의 마스킹을 행한 후, 이 마스킹을 행한 측의 면에, 2액 경화형의 올레핀계 접착제(제1 주연 접착제층)(6)를 두께 2㎛로 도포하여 100℃로 15초간 건조시키고, 뒤이어 또한 이 제1 주연 접착제의 위에 두께 25㎛의 미연신 폴리프로필렌 필름(4A)을 맞붙이고, 40℃의 항온조에 3일간 방치하여 양생을 행한 후, 상기 폴리에스테르 점착 테이프의 외연(정극 활물질층(3)의 외연)에 맞춘 위치에서 미연신 폴리프로필렌 필름층(4A)에만 칼자국을 넣고, 뒤이어 폴리에스테르 점착 테이프와 함께 미연신 폴리프로필렌 필름(칼자국의 내측 부분만 ; 점착 테이프에 대응하는 영역만)을 제거함에 의해, 정극 활물질층(3)의 표면을 노출시켰다(도 8(B) 참조).
다음에, 정극 활물질층(3)의 노출면의 외연으로부터 바깥쪽을 향하여 5㎜의 위치(도 8(B)에서 2점 쇄선의 위치)에서 전둘레에 걸쳐서 절출(切出)함에 의해, 85㎜×54㎜의 사이즈의 정극측 시트체(61)를 3편(片) 작성하였다(도 8(C) 참조, 참고도 ; 도 7).
상기 미연신 폴리프로필렌 필름에 의해 형성된 제1 열가소성 수지층(4)의 폭(M)은 5㎜였다(도 8(C) 참조).
(부극측 시트체(62)의 작성)
세로 20㎝, 가로 30㎝, 두께 15㎛의 경질 구리박(JIS H3100에서 분류되는 C1100R의 경질 구리박)(2)의 일방의 면(의 전면)에, 바인더로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 용매인 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시킨 바인더액을 도포한 후, 100℃로 30초간 건조시킴에 의해, 건조 후의 두께가 0.5㎛의 바인더층(17)을 형성하였다.
카본 분말을 주성분으로 하는 부극 활물질 57질량부, 결착제 겸 전해액 유지제로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 5질량부, 헥사플루오로프로필렌과 무수말레산의 공중합체 10질량부, 아세틸렌블랙(도전재) 3질량부, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)(유기 용매) 25질량부가 혼련 분산되어 이루어지는 페이스트를 75㎜×44㎜의 사이즈로 상기 바인더층(17)의 표면의 3개소에 도포한 후, 100℃로 30분간 건조시키고, 뒤이어 열 프레스를 행함에 의해, 밀도 1.5g/㎤, 건조 후의 두께가 20.1㎛의 부극 활물질층(13)을 형성하였다.
다음에, 3개소의 부극 활물질층(13)의 각각의 위에, 동일 사이즈의 폴리에스테르 점착 테이프를 부착함에 의해 부극 활물질층(13)의 마스킹을 행한 후, 이 마스킹을 행한 측의 면에, 2액 경화형의 올레핀계 접착제(제2 주연 접착제층)(16)를 두께 2㎛로 도포하여 100℃로 15초간 건조시키고, 뒤이어 또한 이 제2 주연 접착제의 위에 두께 25㎛의 미연신 폴리프로필렌 필름을 맞붙이고, 40℃의 항온조에 3일간 방치하여 양생을 행한 후, 상기 폴리에스테르 점착 테이프의 외연(부극 활물질층(13)의 외연)에 맞춘 위치에서 미연신 폴리프로필렌 필름층에만 칼자국을 넣고, 뒤이어 폴리에스테르 점착 테이프와 함께 미연신 폴리프로필렌 필름(칼자국의 내측 부분만 ; 점착 테이프에 대응하는 영역만)을 제거함에 의해, 부극 활물질층(13)의 표면을 노출시켰다.
다음에, 부극 활물질층(13)의 노출면의 외연으로부터 바깥쪽을 향하여 5㎜의 위치에서 전둘레에 걸쳐서 절출함에 의해, 85㎜×54㎜의 사이즈의 부극측 시트체(62)(참고도 ; 도 7)를 3편 작성하였다.
상기 미연신 폴리프로필렌 필름에 의해 형성된 제2 열가소성 수지층(14)의 폭은 5㎜였다.
(박형 축전 디바이스(1)의 작성)
다음에, 상기 정극측 시트체(61)와 부극측 시트체(62)의 사이에, 세로 85㎜×옆 54㎜×두께 8㎛의 다공질의 습식 세퍼레이터(21)를 배치하였다(참고도 ; 도 7). 이 때, 정극측 시트체(61)는, 세퍼레이터(21)측에 정극 활물질층(3)이 존재하도록 배치함과 함께, 부극측 시트체(62)는, 세퍼레이터(21)측에 부극 활물질층(13)이 존재하도록 배치하였다(참고도 ; 도 7).
뒤이어, 정극측 시트체(61)와 부극측 시트체(62)의 사이에 세퍼레이터(21)를 끼운 상태로, 평면시에 있어서의 4변 중의 3변을 상하로부터 한 쌍의 200℃의 열판으로 0.2㎫의 압력으로 3초간 협압하여 열 실을 행함에 의해, 3변을 밀봉 접합하였다.
다음에, 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC)가 등량 체적비로 배합된 혼합 용매에, 헥사플루오로인산리튬(LiPF6)이 농도 1몰/ℓ로 용해된 전해액을, 양 실 개소의 1변에서 실린지를 이용하여, 세퍼레이터(21)와 정극 활물질층(3)과의 사이 및 세퍼레이터(21)와 부극 활물질층(13)과의 사이에 각각 0.5㎖ 주입한 후, 진공 실함에 의해, 가밀봉을 행하였다.
그러고 나서, 4.2V의 전지 전압이 발생할 때까지 충전을 행하여, 전극이나 세퍼레이터 등으로부터의 가스를 발생시킨 후, 3.0V의 방전 상태이면서 0.086㎫의 감압하에서, 양 실 부분의 나머지 1변을 상하로부터 한 쌍의 200℃의 열판으로 0.2㎫의 압력으로 협압하여 3초간 열 실을 행함에 의해, 4변을 완전히 밀봉 접합하여, 도 1, 2에 도시하는 구성의 전지 용량 20㎃h의 카드형의 박형 축전 디바이스(박형 모의 전지)(1)를 얻었다.
<실시례 2>
부극부의 제2 금속박층으로서, 경질의 구리박에 대신하여, 경질의 스테인리스박(SUS304)을 사용한 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 도 1, 2에 도시하는 구성의 전지 용량 20㎃h의 카드형의 박형 축전 디바이스(박형 모의 전지)(1)를 얻었다.
<실시례 3>
실시례 1에서 얻은 정극측 시트체(61)에 또한 다음과 같은 부가(附加) 구성을 마련한 것 이외는, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 도 3, 4에 도시하는 구성의 전지 용량 20㎃h의 카드형의 박형 축전 디바이스(박형 모의 전지)(1)를 얻었다.
다음과 같이 하여 부가 구성을 마련하였다. 즉, 실시례 1에서 얻은 정극측 시트체(61)의 경질 알루미늄박(제1 금속박층)(2)의 타방의 면(정극 활물질층(3)이 형성된 측과 반대측의 면)의 중앙부에, 5㎜×5㎜의 사이즈의 폴리에스테르 점착 테이프를 부착하여 마스킹을 행한 후, 이 마스킹을 행한 측의 면의 전면에, 폴리에스테르우레탄계 접착제(제3 접착제층)(41)을 두께 2㎛로 도포하여 100℃로 15초간 건조시키고, 뒤이어 이 제3 접착제층(41)의 위에 두께 12㎛의 2축연신 폴리에스테르 필름(제1 절연 수지 필름층)(8)을 맞붙여서, 40℃의 항온조에 3일간 방치하여 양생을 행한 후, 상기 폴리에스테르 점착 테이프의 외연에 맞춘 위치에서 2축연신 폴리에스테르 필름에만 칼자국을 넣고, 뒤이어 폴리에스테르 점착 테이프와 함께 당해 부분의 2축연신 폴리에스테르 필름을 제거하여 2축연신 폴리에스테르 필름의 중앙부에 개구부(8X)를 마련함에 의해, 경질 알루미늄박(제1 금속박층)(2)의 타방의 면의 중앙부에 5㎜×5㎜의 사이즈의 제1 금속 노출부(9)를 노출시켜서, 도 7에 도시하는 정극측 시트체(61)를 얻었다.
또한, 마찬가지로, 실시례 1에서 얻은 부극측 시트체(62)의 경질 구리박(제2 금속박층)(12)의 타방의 면(부극 활물질층(13)이 형성된 측과 반대측의 면)의 중앙부에, 5㎜×5㎜의 사이즈의 폴리에스테르 점착 테이프를 부착하여 마스킹을 행한 후, 이 마스킹을 행한 측의 면의 전면에, 폴리에스테르우레탄계 접착제(제4 접착제층)(42)를 두께 2㎛로 도포하여 100℃로 15초간 건조시키고, 뒤이어 이 제4 접착제층(42)의 위에 두께 12㎛의 2축연신 폴리에스테르 필름(제2 절연 수지 필름층)(18)을 맞붙여서, 40℃의 항온조에 3일간 방치하여 양생을 행한 후, 상기 폴리에스테르 점착 테이프의 외연에 맞춘 위치에서 2축연신 폴리에스테르 필름에만 칼자국을 넣고, 뒤이어 폴리에스테르 점착 테이프와 함께 당해 부분의 2축연신 폴리에스테르 필름을 제거하여 2축연신 폴리에스테르 필름의 중앙부에 개구부(18X)를 마련함에 의해, 경질 구리박(제2 금속박층)(12)의 타방의 면의 중앙부에 5㎜×5㎜의 사이즈의 제2 금속 노출부(19)를 노출시켜서, 도 7에 도시하는 부극측 시트체(62)를 얻었다.
이렇게 하여 얻어진 정극측 시트체(61), 부극측 시트체(62)를 사용하여, 실시례 1과 마찬가지로 하여, 박형 축전 디바이스의 작성 공정을 실시함에 의해, 도 3, 4에 도시하는 구성의 박형 축전 디바이스(박형 모의 전지)(1)를 얻었다.
<비교례 1>
우선, 하기한 바와 같이 하여 라미네이트 외장재(151, 152), 정극 탭 리드(131), 부극 탭 리드(141)를 각각 준비하였다.
(라미네이트 외장재)
두께 20㎛의 연질 알루미늄박(JIS H4160에서 분류되는 A8021의 연질 알루미늄박)의 일방의 면에, 폴리에스테르우레탄계 접착제를 통하여 두께 12㎛의 폴리에스테르 필름을 맞붙이고, 상기 연질 알루미늄박의 타방의 면에, 폴리올레핀계 접착제를 통하여 두께 25㎛의 폴리프로필렌 필름을 맞붙이고, 뒤이어 40℃의 항온조 내에서 3일간 양생한 후, 재단함에 의해, 85㎜×54㎜의 사이즈의 라미네이트 외장재(151, 152)를 얻었다.
(정극 탭 리드)
길이 40㎜, 폭 3㎜, 두께 500㎛의 경질의 알루미늄판(JIS H4000에서 분류되는 A1050의 경질 알루미늄박)의 길이 방향의 일단부터 5㎜ 중의 위치로부터 내측의 부분 영역의 양면에, 길이 10㎜, 폭 5㎜, 두께 50㎛의 무수말레산변성 폴리프로필렌 필름(융점 140℃, 멜트플로레이트(MFR)는 3.0g/10분)으로 이루어지는 절연 필름(132)를 히트 실에 의해 협착(挾着)하여, 도 10에 도시하는 정극 탭 리드(131)를 얻었다.
(부극 탭 리드)
길이 40㎜, 폭 3㎜, 두께 500㎛의 니켈판의 길이 방향의 일단부터 5㎜ 중의 위치로부터 내측의 부분 영역의 양면에, 길이 10㎜, 폭 5㎜, 두께 50㎛의 무수말레산변성 폴리프로필렌 필름(융점 140℃, 멜트플로레이트(MFR)는 3.0g/10분)으로 이루어지는 절연 필름(142)을 히트 실에 의해 협착하여, 도 10에 도시하는 부극 탭 리드(141)를 얻었다.
(박형 축전 디바이스(160)의 작성)
세로 20㎝, 가로 30㎝, 두께 15㎛의 경질 알루미늄박(JIS H4160에서 분류되는 A1100의 경질 알루미늄박)의 일방의 면(의 전면)에, 바인더로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 용매인 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시킨 바인더액을 도포한 후, 100℃로 30초간 건조시킴에 의해, 건조 후의 두께가 0.5㎛의 바인더층을 형성하였다.
코발트산리튬을 주성분으로 하는 정극 활물질 60질량부, 결착제 겸 전해액 유지제로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF) 10질량부, 아세틸렌블랙(도전재) 5질량부, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)(유기 용매) 25질량부가 혼련 분산되어 이루어지는 페이스트를, 상기 경질 알루미늄박의 바인더층의 표면에 도포한 후, 100℃로 30분간 건조시키고, 뒤이어 열 프레스를 행함에 의해, 밀도 4.8g/㎤, 건조 후의 두께가 30.2㎛의 정극 활물질층을 형성한 후, 재단하여, 75㎜×45㎜의 사이즈의 정극(122)을 얻었다.
상기 정극(122)에서의 활물질 미도포면(정극 활물질층이 형성된 측과 반대측의 면)의 길이 방향의 일단부에, 상기 정극 탭 리드(131)의 길이 방향의 일단부(절연 필름(132)이 장착된 측의 일단부)를 겹쳐서, 당해 중첩부분을 초음파 용접기로 용접하였다(도 10(A) 참조). 도 10(A)에서 부호 133이 용접 고정부이다.
세로 20㎝, 가로 30㎝, 두께 15㎛의 경질 구리박(JIS H3100에서 분류되는 C1100R의 경질 구리박)(2)의 일방의 면(의 전면)에, 바인더로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 용매인 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시킨 바인더액을 도포한 후, 100℃로 30초간 건조시킴에 의해, 건조 후의 두께가 0.5㎛의 바인더층을 형성하였다.
카본 분말을 주성분으로 하는 부극 활물질 100질량부, 결착제 겸 전해액 유지제로서의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 5질량부, 헥사플루오로프로필렌과 무수말레산의 공중합체 10질량부, 아세틸렌블랙(도전재) 3질량부, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)(유기 용매) 25질량부가 혼련 분산되어 이루어지는 페이스트를, 상기 경질 구리박의 바인더층의 표면에 도포한 후, 100℃로 30분간 건조시키고, 뒤이어 열 프레스를 행함에 의해, 밀도 1.5g/㎤, 건조 후의 두께가 20.1㎛의부극 활물질층을 형성한 후, 재단하여, 75㎜×45㎜의 사이즈의 부극(123)을 얻었다.
상기 부극(123)에서의 활물질 미도포면(부극 활물질층이 형성된 측과 반대측의 면)의 길이 방향의 일단부에, 상기 부극 탭 리드(141)의 길이 방향의 일단부(절연 필름(142)이 장착된 측의 일단부)를 겹쳐서, 당해 중첩부분을 초음파 용접기로 용접하였다(도 10(A) 참조). 도 10(A)에서 부호 143이 용접 고정부이다.
다음에, 도 10(A)에 도시하는 바와 같이, 정극 탭 리드(131)가 접합된 정극(122)과, 부극 탭 리드(141)가 접합된 부극(123)과의 사이에, 세퍼레이터(121)를 끼워 넣어서 적층 배치하여 전극 본체부(110)를 구성하였다(도 10(B) 참조). 이 때, 정극(122)에서의 세퍼레이터(121)측에 정극 활물질층이 위치함과 함께, 부극(123)에서의 세퍼레이터(121)측에 부극 활물질층이 위치하도록 배치하고, 정극 탭 리드(131)와 부극 탭 리드(141)가 맞겹치지 않도록 이들 탭 리드(131, 141)는, 서로 좌우 반대에 위치하도록 하였다(도 10(B) 참조).
다음에, 도 10(B)에 도시하는 바와 같이, 상하 한 쌍의 라미네이트 외장재(151, 152)의 사이에, 상기 전극 본체부(110)를 배치하였다. 이 때, 라미네이트 외장재(151, 152)인 폴리프로필렌 필름(히트 실 층)이 내측(전극 본체부(110) 측)에 위치하도록 배치하였다.
그러고 나서, 상하 한 쌍의 라미네이트 외장재(151, 152)의 사이에 전극 본체부(110)를 끼운 상태로, 평면시에 있어서의 4변 중의 3변을 상하로부터 한 쌍의 200℃의 열판으로 0.2㎫의 압력으로 3초간 협압하여 열 실을 행함에 의해, 3변을 밀봉 접합하였다.
다음에, 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC)가 등량 체적비로 배합된 혼합 용매에, 헥사플루오로인산리튬(LiPF6)이 농도 1몰/ℓ로 용해된 전해액을, 양 실 부분의 1변에서 실린지를 이용하여, 세퍼레이터(121)와 정극 활물질층과의 사이 및 세퍼레이터(121)와 부극 활물질층과의 사이에 각각 0.5㎖ 주입한 후, 진공 실함에 의해, 가밀봉을 행하였다.
그러고 나서, 4.2V의 전지 전압이 발생할 때까지 충전을 행하고, 전극이나 세퍼레이터 등으로부터의 가스를 발생시킨 후, 3.0V의 방전 상태이면서 0.086㎫의 감압하에서, 양 실 부분의 나머지 1변을 상하로부터 한 쌍의 200℃의 열판으로 0.2㎫의 압력으로 협압하여 3초간 열 실을 행함에 의해, 4변을 완전히 밀봉 접합하여, 도 10(C)에 도시하는 구성의 전지 용량 20㎃h의 카드형의 박형 축전 디바이스(박형 모의 전지)(160)을 얻었다.
Figure pat00001
<경량성 및 박형성의 평가법>
각 박형 축전 디바이스의 전체 질량(g)을 측정하여 경량성을 조사함과 함께, 박형 축전 디바이스에서의 가장 두꺼운 부분의 두께(㎛)를 측정하여 박형성을 조사하였다.
<방전 용량 비율의 평가법>
각 박형 축전 디바이스에 관해 각각 샘플을 4개 준비하였다. 각 박형 축전 디바이스의 제1 샘플에 대해 10㎃의 충전 전류로 4.2V가 될 때까지 충전한 후, 10㎃ 전류치로 3.0V까지 방전한 때의 방전 용량 비율(충전 직후의 방전 용량 비율)을 측정함과 함께, 내부 저항 측정기를 이용하여 박형 축전 디바이스의 내부 저항치의 측정을 행하였다.
또한, 각 실시례에서의 상기 「충전 직후의 방전 용량 비율」은,
방전 용량 비율(%)=(각 실시례의 충전 직후의 방전 용량 측정치)÷(비교례 1의 충전 직후의 방전 용량 측정치)×100
상기 계산식으로 계산되는 값이다.
(40℃ 방치 후의 방전 용량 비율)
또한, 각 박형 축전 디바이스의 제2 샘플에 대해 10㎃의 충전 전류로 4.2V가 될 때까지 충전한 후, 40℃의 항온조 내에 7일간 방치하고, 뒤이어 이것을 취출하여, 10㎃ 전류치로 3.0V까지 방전한 때의 방전 용량 비율(40℃ 방치 후의 방전 용량 비율)을 측정하였다.
또한, 각 실시례에서의 상기 「40℃ 방치 후의 방전 용량 비율」은,
40℃ 방치 후의 방전 용량 비율(%)=(각 실시례의 40℃ 방치 후의 방전 용량 측정치)÷(비교례 1의 충전 직후의 방전 용량 측정치)×100
상기 계산식으로 계산되는 값이고, 한편,
비교례 1에서의 「40℃ 방치 후의 방전 용량 비율」은,
40℃ 방치 후의 방전 용량 비율(%)=(비교례 1의 40℃ 방치 후의 방전 용량 측정치)÷(비교례 1의 충전 직후의 방전 용량 측정치)×100
상기 계산식으로 계산되는 값이다.
(60℃ 방치 후의 방전 용량 비율)
각 박형 축전 디바이스의 제3 샘플에 대해 10㎃의 충전 전류로 4.2V가 될 때까지 충전한 후, 60℃의 항온조 내에 7일간 방치하고, 뒤이어 이것을 취출하여, 10㎃ 전류치로 3.0V까지 방전한 때의 방전 용량 비율(60℃ 방치 후의 방전 용량 비율)을 측정하였다. 또한, 「60℃ 방치 후의 방전 용량 비율」의 계산식은, 상기 「40℃ 방치 후의 방전 용량 비율」의 계산식에 준한다.
(80℃ 방치 후의 방전 용량 비율)
또한, 각 박형 축전 디바이스의 제3 샘플에 대해 10㎃의 충전 전류로 4.2V가 될 때까지 충전한 후, 80℃의 항온조 내에 7일간 방치하고, 뒤이어 이것을 취출하여, 10㎃ 전류치로 3.0V까지 방전한 때의 방전 용량 비율(80℃ 방치 후의 방전 용량 비율)을 측정하였다. 또한, 「80℃ 방치 후의 방전 용량 비율」의 계산식은, 상기 「40℃ 방치 후의 방전 용량 비율」의 계산식에 준한다.
표 1로부터 분명한 바와 같이, 실시례 1∼3의 박형 축전 디바이스는, 비교례 1의 종래의 타입과 비교하여, 보다 경량임과 함께, 보다 박형화가 도모되어 있다. 비교례 1의 축전 디바이스에서는, 탭 리드를 필요로 하기 때문에(존재하고 있기 때문에), 실시례 1∼3의 것과 비교하여 질량이 상당히 큰 것으로 되어 있고, 탭 리드(131, 141)를 상하의 외장재(151, 152)로 끼워 넣은 히트 실 부분에서 두께가 대폭적으로 증대하여 있어서 박형화할 수가 없다.
또한, 충전 직후의 방전 용량 비율이 100%이고, 80℃ 방치 후의 방전 용량 비율이 92%이고, 일반적인 금속 캔을 외장으로 한 리튬 이온 전지와 비교하여도 전혀 문제 없는 레벨이다. 또한, 내부 저항치도 낮게 억제되어 있다.
본 발명의 박형 축전 디바이스는, 경량화 및 박육화되어 있고, 또한 리튬 이온 전지로서의 기본 성능에도 우수함을 알 수 있다.
Figure pat00002
다음에, 실시례 1의 박형 축전 디바이스 3장을 도 5, 6에 도시하는 바와 같은 양태로 직렬로 적층하여 이루어지는 모듈을 작성하였다. 단, 정극측 도전층(51), 부극측 도전층(52)을 마련하는 일 없이 직렬로 접속하였다.
표2로부터 분명한 바와 같이, 상기 모듈의 전압은, 11.85V이고, 용량치는 19.8㎃h이고, 이와 같이 본 발명의 박형 축전 디바이스를 복수장 겹치고 직렬 접속된 모듈은, 리튬 이온 전지로서의 기본 성능에 우수함을 알 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 관한 박형 축전 디바이스는, 구체례로서, 예를 들면,
·박형 리튬 2차 전지(리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등) 등의 박형 전기 화학 디바이스
·박형 리튬 이온 커패시터
·박형 전기 2중층 콘덴서
등을 들 수 있다.
본 발명에 관한 박형 축전 디바이스는, 예를 들면, IC 카드의 백업용 전원으로서 알맞게 이용할 수 있는데, 특히 이와 같은 용도로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 박형 축전 디바이스를 복수개 적층하여 접속함에 의해, 스마트 폰이나 태블릿형 단말 등의 여러가지의 휴대형 전자 기기의 전원으로서 알맞게 이용할 수 있는데, 특히 이와 같은 용도로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 박형 축전 디바이스(1)가 복수장 두께 방향으로 적층되고 이루어지는 축전 디바이스 모듈로서 도 9에 도시하는 바와 같은 원통형상으로 구성되는 축전 디바이스 모듈(50)은, 예를 들면, 전자 담배의 전지, 펜 라이트의 전지, 퍼스널 컴퓨터의 보조 배터리 등으로서 사용할 수 있다.
본 출원은, 2014년 8월 18일자로 출원된 일본 특허출원 특원2014-165690호 및 2015년 7월 8일자로 출원된 일본 특허출원 특원2015-137011호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은, 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기서 사용된 용어 및 설명은, 본 발명에 관한 실시 형태를 설명하기 위해 사용된 것이고, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 청구의 범위 내라면, 그 정신을 일탈하는 것이 아닌 한 어떠한 설계적 변경도 허용하는 것이다.
1 : 박형 축전 디바이스 2 : 제1 금속박층
3 : 정극 활물질층 4 : 제1 열가소성 수지층
5 : 전해액 8 : 제1 절연 수지 필름층
9 : 제1 금속 노출부 12 : 제2 금속박층
13 : 부극 활물질층 14 : 제2 열가소성 수지층
15 : 전해액 18 : 제2 절연 수지 필름층
19 : 제2 금속 노출부 21 : 세퍼레이터
22 : 정극부 23 : 부극부
31 : 주연 밀봉층 61 : 정극측 시트체
62 : 부극측 시트체

Claims (10)

  1. 제1 금속박층과, 그 제1 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 정극 활물질층을 포함하는 정극부와,
    제2 금속박층과, 그 제2 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 부극 활물질층을 포함하는 부극부와,
    상기 정극부와 상기 부극부의 사이에 배치된 세퍼레이터를 구비하고,
    상기 제1 금속박층과 상기 세퍼레이터의 사이에 상기 정극 활물질층이 배치되고, 상기 제2 금속박층과 상기 세퍼레이터의 사이에 상기 부극 활물질층이 배치되고,
    상기 정극부의 제1 금속박층의 상기 일방의 면에서의 정극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역과, 상기 부극부의 제2 금속박층의 상기 일방의 면에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부 영역이, 열가소성 수지를 함유하여 이루어지는 주연 밀봉층을 통하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 금속박층의 타방의 면에, 그 제1 금속박층이 노출한 제1 금속 노출부를 남긴 양태로, 제1 절연 수지 필름이 적층됨과 함께,
    상기 제2 금속박층의 타방의 면에, 그 제2 금속박층이 노출한 제2 금속 노출부를 남긴 양태로, 제2 절연 수지 필름이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 절연 수지 필름 및 상기 제2 절연 수지 필름이, 내열성 수지 연신 필름으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 금속박층의 상기 일방의 면에 바인더층을 통하여 상기 정극 활물질층이 적층되고, 상기 제2 금속박층의 상기 일방의 면에 바인더층을 통하여 상기 부극 활물질층이 적층되고, 상기 바인더층은, 폴리불화비닐리덴, 스티렌부타디엔 고무, 카르복시메틸셀룰로스나트륨염 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 바인더재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 주연 밀봉층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 세퍼레이터와 상기 정극 활물질층의 사이에 전해액이 봉입되고, 상기 세퍼레이터와 상기 부극 활물질층의 사이에 전해액이 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 금속박층이 알루미늄박으로 형성되고,
    상기 제2 금속박층이, 알루미늄박, 구리박, 스테인리스박, 니켈박 또는 티탄박으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 금속박층에서의 적어도 상기 정극 활물질층이 적층되는 측의 면에 화성 피막이 형성되고, 상기 제2 금속박층에서의 적어도 상기 부극 활물질층이 적층되는 측의 면에 화성 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스.
  9. 제1 금속박층과, 그 제1 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 정극 활물질층과, 상기 제1 금속박층의 상기 일방의 면에서의 정극 활물질층이 형성되지 않은 주연부에 마련된 제1 열가소성 수지층을 구비한 정극측 시트체를 준비하는 공정과,
    제2 금속박층과, 그 제2 금속박층의 일방의 면에서의 일부의 영역에 적층된 부극 활물질층과, 상기 제2 금속박층의 상기 일방의 면에서의 부극 활물질층이 형성되지 않은 주연부에 마련된 제2 열가소성 수지층을 구비한 부극측 시트체를 준비하는 공정과,
    세퍼레이터를 준비하는 공정과,
    상기 정극측 시트체와 상기 부극측 시트체를 서로의 열가소성 수지층으로 접촉시킴과 함께 상기 정극 활물질층과 상기 부극 활물질층의 사이에 상기 세퍼레이터를 끼워 넣은 상태로, 상기 정극측 시트체의 제1 열가소성 수지층과 상기 부극측 시트체의 제2 열가소성 수지층을 히트 실 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 열가소성 수지층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되고, 상기 제2 열가소성 수지층이, 열가소성 수지 미연신 필름으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박형 축전 디바이스의 제조 방법.
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