KR20180048310A - 이차전지, 및 이차전지의 제조 방법 - Google Patents

이차전지, 및 이차전지의 제조 방법 Download PDF

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KR20180048310A
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마코토 아베
에츠코 니시무라
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Abstract

본 발명의 과제는 체적당의 이용 효율이 좋은 이차전지의 제공을 목적으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 이차전지이며, 정극층과 부극층이 절연층을 개재하여 적층된 전극 적층체와, 상기 전극 적층체를 협지하는 한 쌍의 지지판과, 상기 지지판에 양단이 협지되어, 상기 지지판과 고착되는 기둥체를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지, 및 이차전지의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이차전지, 및 이차전지의 제조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 리튬 이온 이차전지 모듈에 관한 기술이 개시되어 있다. 동(同) 문헌의 단락 [0016]에는,「본 발명에 따른 리튬 이온 이차전지 모듈(100)은, 복수의 각형(角型)의 리튬 이온 이차전지(셀)(1)의 적층체(14)와, 이 적층체(14)를 협지(挾持)하는 한 쌍의 지지판(2a 및 2b)과, 한 쌍의 지지판(2a 및 2b)을 고정하는 지지봉(13)과, 지지봉(13)의 단부에 마련되어진 고정 부재(12) 및 스프링(3)을 갖는다. 지지봉(13)의 일단은, 지지판 중 한쪽(2b)에 고정되고, 타단은, 지지판 중 다른 쪽(2a, 압압판)에 삽입되어, 고정 부재(12)가 고정되어 있다. 지지판(2a)과 고정 부재(12) 사이에, 스프링(3)이 고정되어 있다.」라고 기재되어 있다. 또한 단락 [0019]에는,「스프링(3)은, 지지판의 한 쌍의 변에 적어도 4개씩 배치되는 것이 바람직하다.」라고 기재되어 있다. 또한 단락 [0023]에는,「고정 부재(12)는, 체결 부재(예를 들면, 나사)인 것이 바람직하다.」라고 기재되어 있다.
일본국 특개 2016-85895호 공보
특허문헌 1에 기재된 리튬 이차전지 모듈은, 적층체를 협지하는 지지판의 외측에 스프링을 개재하여 고정 부재가 설치되기 때문에, 고정 부재의 높이만큼의 데드 스페이스(dead space)가 생겨, 이차전지 전체의 체적에 대한 에너지 효율의 악화를 초래한다.
본 발명은, 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 체적당의 이용 효율이 좋은 이차전지의 제공을 목적으로 한다.
본원은 상기 과제의 적어도 일부를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 예를 들면, 다음과 같다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 태양에 따른 이차전지는, 정극층과 부극층이 절연층을 개재하여 적층된 전극 적층체와, 상기 전극 적층체를 협지하는 한 쌍의 지지판과, 상기 지지판에 양단이 협지되어, 상기 지지판과 고착되는 기둥체를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 체적당의 이용 효율이 좋은 이차전지를 제공할 수 있다.
상기한 것 이외의 과제, 구성, 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명백해진다.
도 1은 제 1 실시형태에 있어서의 이차전지의 일례를 나타내는 모식도.
도 2는 전극 적층체의 일례를 나타내는 모식도.
도 3은 제 1 실시형태의 변형예에 있어서의 이차전지의 일례를 나타내는 모식도.
도 4는 제 2 실시형태에 있어서의 이차전지의 일례를 나타내는 모식도.
도 5는 오목형 부재의 단면의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 볼록형 부재의 단면의 일례를 나타내는 도면.
<제 1 실시형태>
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시형태의 예를 설명한다. 또, 도면에 있어서는, 구성을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 단면도여도 해칭을 생략할 경우가 있다. 도 1은, 제 1 실시형태에 있어서의 이차전지(100)의 일례를 나타내는 모식도이다. 이차전지(100)는 전극 적층체(1)와, 한 쌍의 지지판(지지판(10) 및 지지판(11))과, 기둥체(12)를 갖는다. 전극 적층체(1)는, 지지판(10·11)과 기둥체(12)로 이루어지는 전극 적층체의 유지 구조(9)에 의해 유지된다.
지지판(10·11)은, 고내열성이면 재료는 불문하지만, 예를 들면 수지 또는 금속에 의해 구성된다. 지지판(10·11)으로는, 예를 들면 스테인레스강이나, 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디아릴프탈레이트 수지 등을 사용할 수 있다. 지지판(10·11)은, 예를 들면 바닥면이 직사각형인 얇은 판자형상이며, 바람직하게는, 두께(도 1의 Y 방향)가 0.5mm 이상 10mm 이하이고, 깊이(도 1의 Z 방향)가 50mm 이상 1020mm 이하이며, 폭(도 1의 X 방향)이 50mm 이상 1020mm 이하이다.
기둥체(12)는 열가소성 수지에 의해 구성된다. 기둥체(12)로는, 예를 들면 비닐계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리아미드계 수지, 불소계 수지 등을 사용할 수 있다. 기둥체(12)는, 예를 들면 각기둥 또는 원기둥 형상이며, 바람직하게는, 높이(도 1의 Y 방향)가 0.035mm 이상 400mm 이하이고, 바닥면적은 20mm2 이상∼20000mm2 이하이다. 기둥체(12)는, 적어도 지지판(10·11)의 네 귀퉁이에 설치된다.
기둥체(12)의 길이 방향의 양단은, 지지판(10) 및 지지판(11)에 고착되어 있다. 기둥체(12)의 양단은, 예를 들면 레이저 용착, 접착제, 또는 초음파 용착 등에 의해 지지판(10) 및 지지판(11)에 고착된다.
전극 적층체(1)는 정극 전극(2)과, 부극 전극(3)을 포함하는 적층체이지만, 상세한 것은 후술한다.
도 2는 전극 적층체(1)의 일례를 나타내는 모식도이다. 전극 적층체(1)는 정극 전극(2)과, 부극 전극(3)이 교대로, 절연층을 개재하여 적층되어 있다. 전극 적층체(1)를 구성하는 정극 전극(2)과 부극 전극(3)의 수는, 도 2에 나타내는 수에 한정되지 않음은 물론이다.
먼저, 정극 전극(2)에 대하여 설명한다. 정극 전극(2)은, 정극 집전박(5)과, 정극 도공층(6)을 포함한다. 정극 집전박(5)은 금속박이며, 예를 들면 스테인레스나 알루미늄을 사용할 수 있다. 정극 집전박(5)은 5㎛ 이상 20㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
정극 도공층(6)은 정극 합제를 이용하여 형성된다. 정극 합제는 정극 활물질, 결착제, 도전 조제, 및 반고체 전해질을 포함한다. 정극 활물질은 리튬을 삽입 및 탈리 가능한 재료이면 된다. 예를 들면, Mn, Ni, Co, Fe 등의 단일체 또는 2종류 이상의 천이 금속에 대하여, 미리 충분한 양의 리튬을 함유시킨 리튬 함유 천이 금속산화물을 정극 활물질로 사용할 수 있다.
또한, 정극 활물질의 결정구조에 관해서도 특별히 한정되지 않으며, 스피넬 결정구조나 층상 결정구조 등, 리튬 이온을 삽입 및 탈리 가능한 구조이면 된다. 또한, 결정 중의 천이 금속이나 리튬의 일부를, Fe, Co, Ni, Cr, Al, Mg 등의 원소로 치환한 재료나, 결정 중에 Fe, Co, Ni, Cr, Al, Mg 등의 원소를 도프(dope)한 재료를 이용하여, 정극 활물질을 형성해도 된다.
결착제에 관해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 또는 폴리불화비닐리덴―헥사플루오로프로필렌 공중합체를 사용할 수 있다. 도전 조제로는 탄소 재료를 사용한다. 도전 조제로는, 예를 들면 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 인조흑연, 카본나노튜브 등을 사용할 수 있다.
반고체 전해질은, 전해액과, 전해액을 표면에 흡착하는 담지체를 포함한다. 이차전지(100)가 리튬 이온 전지일 경우, 수용액계의 전해액을 사용하면, 리튬이 물과 반응해서 수소 가스를 발생시켜버린다. 그 때문에, 전해액으로 비수(非水)전해액을 사용하는 것이 바람직하다.
전해액으로는,(CF3SO2)2NLi, (SO2F)2NLi, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, CH3SO3Li, 또는 CF3SO3Li 등의 리튬염이나, 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한 전해액으로는, 용매로서, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, γ-부티로락톤, 테트라히드로푸란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3디옥솔란, 디에틸에테르, 술포란, 메틸술포란, 아세트니트릴, 프로피오니트릴 등의 유기용매나, 이들의 혼합액을 사용할 수 있다.
담지체로는 이산화실리콘, 산화알루미늄, 이산화티탄, 산화지르코늄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌이나 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 담지체는 전해액의 흡착량을 늘리기 위해서, 단위 체적당의 표면적이 큰 것이 바람직하다. 따라서, 담지체는 입경이 작은 미립자인 것이 바람직하다.
또, 담지체의 재료는 이것에 한정되지 않는다. 담지체는 도전 조제로서의 성질을 갖는 것이어도 된다.
정극 도공층(6)의 형성 방법의 일례로서, 정극 활물질, 도전 조제(전술한 담지체로서의 역할을 겸비함), 결착제, 및 전해액을 혼합하여, N-메틸―2-피롤리돈(NMP) 등의 분산 용매에 분산시킴으로써, 정극 슬러리를 만든다. 정극 슬러리를 정극 집전박(5)의 양면에 도포하고, 가열(예를 들면 120℃ 이하)함으로써, 정극 집전박(5) 상의 정극 슬러리를 건조시킨다.
또, 가열에 사용하는 온도는, 전해액이 분해되지 않는 온도이다. 그 후에, 건조된 정극 슬러리의 도공막을 프레스 압축함으로써 정극 도공층(6)을 얻을 수 있다. 정극 도공층(6)의 두께는, 용량에 따라 적절하게 변경이 가능하다. 두께는, 10㎛ 이상 200㎛ 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, 반고체 전해질층(4)에 대해서 설명한다. 반고체 전해질층(4)은, 정극 전극(2)과 부극 전극(3) 간을 절연하여 전기적인 접촉을 방지하는 절연층으로서의 기능과, 리튬 이온을 통과시키는 스페이서로서의 기능을 갖는다. 반고체 전해질층(4)은, 겔(gel)상(반고체 상태, 고체 상태, 유사 고체 상태를 포함함)이며, 정극 전극(2) 및 부극 전극(3)의 표면에 형성된다. 반고체 전해질층(4)은 5㎛ 이상 30㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
반고체 전해질층(4)은 반고체 전해질과, 결착제를 포함하는 재료를 이용하여 형성된다. 반고체 전해질은, 전술한 정극 도공층(6)의 반고체 전해질과 마찬가지로, 전해액과 담지체를 포함하며, 정극 도공층(6)의 반고체 전해질과 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 그러나, 정극 도공층(6)의 반고체 전해질은, 담지체로서 도전 조제로서의 성질을 갖는 입자를 사용할 수 있지만, 반고체 전해질층(4)은 절연층이기 때문에, 도전 조제로서의 성질을 갖는 재료를 사용할 수는 없다.
결착제에 관해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드, 스티렌부타디엔고무, 폴리불화비닐리덴―헥사플루오로프로필렌 공중합체나 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
반고체 전해질층(4)의 형성 방법의 일례로서, 전해액과, 담지체와, 결착제를 혼합하고, N-메틸―2-피롤리돈(NMP) 등의 분산 용매에 분산시킴으로써 반고체 전해질 슬러리를 만든다. 반고체 전해질 슬러리를 정극 도공층(6)에 도공하고, 건조로에서 가열(예를 들면 120℃ 이하)함으로써, 반고체 전해질 슬러리를 건조시킨다. 또, 가열에 사용하는 온도는, 전해액이 분산되지 않는 온도이다. 이에 따라, 정극 전극(2)에 반고체 전해질층(4)을 형성할 수 있다.
또, 반고체 전해질층(4)의 형성 방법은 이것에 한정되지 않으며, 예를 들면 자율막으로서 형성한 후에, 정극 도공층(6)에 적층해도 된다.
반고체 전해질층(4)이 양면에 형성된 정극 전극(2)은, 임의의 사이즈로 구멍이 뚫어진다. 반고체 전해질층(4)이 형성된 정극 전극(2)은, 폭(도 2의 Ⅹ방향)이 50mm 이상 1000mm 이하이며, 높이(도 2의 Y 방향)가 50mm 이상 1000mm 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, 부극 전극(3)에 대하여 설명한다. 부극 전극(3)은 부극 집전박(7)과, 부극 집전박(7)에 도공되는 부극 도공층(8)을 포함한다. 부극 집전박(7)은 금속박이며, 예를 들면 스테인레스나 동을 사용할 수 있다. 부극 집전박(7)은, 두께가 5㎛ 이상 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.
부극 도공층(8)은 부극 합제를 부극 집전박(7)의 양면에 도포함으로써 형성된다. 부극 합제는 부극 활물질, 결착제, 도전 조제, 및 반고체 전해질을 포함한다. 부극 활물질의 재료는 불문하지만, 예를 들면 결정질 또는 비정질의 탄소 재료, 또는 천연흑연, 흑연제, 코크스 등의 탄소 재료를 사용할 수 있다.
부극 도공층(8)의 입자형상에 있어서도 한정하지 않으며, 예를 들면 비늘 조각 모양, 둥근 모양, 섬유 모양, 덩어리로 된 모양 등 각종 입자형상의 재료를 사용할 수 있다.
결착제에 관해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴―헥사플루오로프로필렌 공중합체 등을 사용할 수 있다. 도전 조제로는 탄소 재료를 사용한다. 도전 조제로는, 예를 들면 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 인조흑연, 카본나노튜브 등을 사용할 수 있다. 반고체 전해질은, 정극 도공층(6)에 사용하는 반고체 전해질과 같기 때문에, 설명을 생략한다.
부극 도공층(8)의 형성 방법의 일례로서, 부극 활물질, 도전 조제(반고체 전해질의 담지체로서의 역할을 겸비함), 결착제, 및 전해액을 혼합하고, N-메틸―2-피롤리돈(NMP) 등의 분산 용매에 분산시킴으로써 부극 슬러리를 만든다. 부극 슬러리를 부극 집전박(7) 상에 도공하고, 가열(예를 들면 120℃ 이하)함으로써, 부극 집전박(7) 상의 부극 슬러리를 건조시킨다.
또, 가열에 사용하는 온도는, 전해액이 분해되지 않는 온도이다. 그 후에, 건조된 부극 슬러리의 도공막을 프레스 압축함으로써 부극 도공층(8)을 얻을 수 있다. 부극 도공층(8)의 두께는, 용량에 따라 적절하게 변경이 가능하다. 부극 도공층(8)의 두께는 10㎛ 이상 200㎛ 이하인 것이 바람직하다.
그 후에, 부극 전극(3)에 반고체 전해질층(4)을 형성한다. 형성 방법은, 정극 전극(2)에 반고체 전해질층(4)을 형성한 방법과 마찬가지이다. 반고체 전해질층(4)이 형성된 부극 전극(3)은, 임의의 사이즈로 구멍이 뚫어진다. 반고체 전해질층(4)이 형성된 부극 전극(3)은, 폭이 50mm 이상 1000mm 이하이며, 높이가 50mm 이상 1000mm 이하인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 정극 전극(2)과 부극 전극(3)을, 절연층(반고체 전해질층(4))을 개재하여 교대로 적층함으로써, 전극 적층체(1)를 얻는다. 전극 적층체(1)는, 두께가 0.035mm 이상 400mm 이하인 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에서는 정극 전극(2)과 부극 전극(3)의 각각에 반고체 전해질층(4)을 적층하고 있지만, 적층방법에 관해서는 이것에 한정되지 않는다. 정극 전극(2)과 부극 전극(3)이 반고체 전해질층(4)을 개재하여 적층되면 된다.
본 실시형태에서는 정극 전극(2)과 부극 전극(3)을 사용하여 전극 적층체(1)를 얻는다(적층 공정). 그 후에, 지지판(10) 및 지지판(11)에, 전극 적층체(1)와 기둥체(12)의 양단을 협지시킨다(협지 공정). 이 때, 기둥체(12)의 양단과 지지판(10·11)을 고착한다.
다음으로, 지지판(10) 또는 지지판(11) 중의 적어도 한쪽을 통해 이차전지(100)를 가열하고(가열 공정), 지지판(10) 또는 지지판(11)을 서로의 방향으로 가압한다. 즉, 지지판(10)을 도 1에 있어서의 -y 방향으로, 지지판(11)을 도 1에 있어서의 +y 방향으로 향하도록, 지지판(10) 또는 지지판(11) 중의 적어도 한쪽을 가압한다. 이에 따라, 기둥체(12)는 높이 방향에서 수축하도록 변형한다. 또, 가열 공정은, 기둥체(12)의 연화점(軟化點) 이상의 온도에서 행해진다.
그 후 이차전지(100)를 냉각하면(냉각 공정), 기둥체(12)가 수축 상태를 유지한 채 경화한다. 냉각 공정 후, 지지판(10) 또는 지지판(11)의 가압을 정지한다. 이에 따라, 전극 적층체(1) 사이, 및 전극 적층체(1)와 지지판(10·11) 사이의 공극이 가압 전과 비교해서 감소하여, 전극 적층체(1)가 고박(固縛)된다.
또, 리튬 이온 전지를 포함하는 이차전지(100)에 있어서, 집전박의 박리에 의한 공극이나 전극층을 구성하는 입자 간의 공극은, 고저항의 요인으로 된다. 특히, 전해질에 유동성이 적은 재료를 사용할 경우, 공극에 전해질이 유동하는 것을 기대할 수 없으며, 전지 성능의 저하를 초래할 우려가 있다.
본 실시형태에 의하면, 기둥체(12)의 수축에 의해, 한 쌍의 지지판(10·11)이 가압된 상태에서 고정되기 때문에, 공극에 의한 전기 성능의 저하를 경감하는 것이 가능해진다. 또한, 예를 들면 기둥체가 지지판을 관통하여, 지지판의 외측으로 기둥체의 끝단이 돌출한 이차전지에 비하여, 각 지지판(10·11)의 외측으로 부재가 돌출하지 않기 때문에, 체적당의 이용 효율이 향상된다. 또한, 기둥체(12)에 절연성의 수지를 사용함으로써, 전극 적층체(1)가 기둥체(12)에 접할 경우여도, 전극 간의 단락을 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 기둥체(12)를 열가소성 수지로 구성하고 있지만, 기둥체(12)의 구성은 이것에 한정되지 않는다. 기둥체(12)는 조건에 따라 수축하는 재료로 구성되면 된다. 예를 들면, 기둥체(12)로는, 열경화성 수지, 또는 자외선경화 수지를 사용할 수 있다. 재료의 유동성이 높아, 경화 전에 기둥체(12)의 형상을 유지할 수 없을 경우에는, 폴리우레탄 등의 다공질의 물질에 기둥체(12)의 재료를 스며들게 해서 기둥체(12)를 형성해도 된다.
<변형예>
도 3은 제 1 실시형태의 변형예에 있어서의 이차전지(100)의 일례를 나타내는 모식도이다. 본 변형예에 있어서의 기둥체(14)는, 수축부(14a)와 본체부(14b)에 의해 구성되는 점이, 전술한 실시형태와 다르다. 지지판(10·11)과, 기둥체(14)에 의해서, 전극 적층체의 유지 구조(13)를 구성한다.
수축부(14a)는, 조건에 따라 연화되는 재료로 형성된다. 수축부(14a)는, 예를 들면 열가소성 수지에 의해 형성된다. 본체부(14b)는, 수축부(14a)의 연화 조건에서 연화되지 않는 재료로 형성된다. 본체부(14b)는, 예를 들면 고내열성 수지이다.
기둥체(14)의 양단과 전극 적층체(1)를 지지판(10·11)에 의해서 협지하고, 수축 조건하에서 가압하면, 수축부(14a)가 연화된다. 그 후 수축부(14a)를 경화시킴으로써, 이차전지(100) 내부의 공극이 감소한 상태에서 전극 적층체(1)가 고박된다.
본 변형예에 따라, 외면으로 부재가 돌출하지 않아, 부재가 돌출할 경우에 비해서 체적당의 이용 효율이 높은 이차전지(1)를 제공할 수 있다. 또한, 지지판(10·11)이 가압된 상태에서 고정되기 때문에, 공극에 의한 전기 성능의 저하를 경감할 수 있다.
<제 2 실시형태>
도 4는, 제 2 실시형태에 있어서의 이차전지(100)의 일례를 나타내는 모식도이다. 본 실시형태에 있어서의 기둥체는, 오목형 부재(18)와, 볼록형 부재(19)에 의해 구성되며, 오목형 부재(18)와 볼록형 부재는, 지지판이 서로 떨어지는 방향으로 이동하지 않도록 계지하는 계지 기구를 갖는 점이, 전술한 실시형태와 다르다. 이하, 전술한 실시형태와 다른 점에 대하여 설명한다.
전극 적층체(1)는, 협지 부재(16) 및 협지 부재(17)에 의해 협지된다. 협지 부재(16)는, 지지판과 복수의 오목형 부재(18)에 의해 구성된다.
협지 부재(17)는, 지지판과 복수의 볼록형 부재(19)에 의해 구성된다. 오목형 부재(18)와 볼록형 부재(19)는 쌍을 이루어 기둥체로서 기능한다. 즉, 협지 부재(16)를 구성하는 지지판과, 협지 부재(17)를 구성하는 지지판에 의해서 쌍을 이루어, 오목형 부재(18) 및 볼록형 부재(19)에 의해 구성되는 기둥체의 양단을 협지한다고 할 수 있다.
또한, 오목형 부재(18)와 지지판, 및 볼록형 부재(19)와 지지판은, 일체로 성형된 것이어도 되고, 별개로 성형된 것을 조합시킨 것이어도 된다. 즉, 기둥체의 일단(오목형 부재(18) 측)과 지지판, 및 기둥체의 타단(볼록형 부재(19) 측)과 지지판은, 각각 고착되어 있다고 할 수 있다.
오목형 부재(18)는, 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서 주위가 둘러싸여진 중공 부분을 갖는, 중공 형상이다. 볼록형 부재(19)는, 오목형 부재(18)의 중공 부분에 감합(嵌合)하도록 형성된 부재이다. 오목형 부재(18)와 볼록형 부재(19)는, 예를 들면 수지, 또는 금속에 의해 형성된다.
도 5는 오목형 부재(18)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다. 도 5는 오목형 부재(18)를 길이 방향에 평행하게 절단한 상태의 단면도이다. 오목형 부재(18)는 내부에 돌기부(20)를 갖는다. 돌기부(20)는, 볼록형 부재(19)의 후술하는 오목부에 감합된 돌기부(20)가 빠지지 않도록, 도 5에 나타내는 오른쪽 비스듬이 상방향으로 돌출되어 있다. 돌기부(20)의 단면에 있어서의 돌출 각도 θ1은, 예를 들면 예각이다.
즉, 돌기부(20)는 협지 부재(16)의 지지판과 협지 부재(17)의 지지판이 서로 떨어지는 방향(협지 부재(16)가 도 4의 +y 방향, 협지 부재(17)가 도 4의 -y 방향)으로 이동하지 않도록 계지하는 계지 기구로서 기능한다.
도 6은 볼록형 부재(19)의 단면의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6은 볼록형 부재(19)를 길이 방향에 평행하게 절단한 상태의 단면도이다. 볼록형 부재(19)는 내부에 오목부(21)를 갖는다. 오목부(21)에는, 오목형 부재(18)의 돌기부(20)가 감합된다. 오목부(21)는 감합된 돌기부(20)를 계지하도록, 도 6에 있어서의 오른쪽 비스듬이 상방향으로 베어져 들어가 있다. 오목부(21)의 베어져 들어간 자국 각도 θ2는 예를 들면 예각이다.
즉, 오목부(21)는 협지 부재(16)의 지지판과 협지 부재(17)의 지지판이 서로 떨어지는 방향(협지 부재(16)가 도 4의 +y 방향, 협지 부재(17)가 도 4의 -y 방향)으로 이동하지 않도록 계지하는 계지 기구로서 기능한다.
또, 도 5 및 도 6에서는, 오목형 부재(18)가 돌기부(20)를 갖고, 볼록형 부재(19)가 오목부(21)를 갖지만, 오목형 부재(18)가 오목부(21)를 갖고, 볼록형 부재(19)가 돌기부(20)를 갖는 것이어도 된다. 또한, 도 5 및 도 6에서는, 오목형 부재(18) 및 볼록형 부재(19)는 각각 복수의 돌기부(20)와 오목부(21)를 갖고 있지만, 돌기부(20)와 오목부(21)의 수는 이것에 한정되지 않는다.
본 실시형태에 있어서의 전극 적층체의 유지 구조(15)를 형성할 때, 예를 들면 협지 부재(17)에 전극 적층체(1)를 포개고, 협지 부재(17)의 볼록형 부재(18)와 협지 부재(16)의 오목형 부재(18)의 위치를 맞추면서, 협지 부재(17)에 협지 부재(16)를 포갠다. 협지 부재(16·17)가 서로의 방향(협지 부재(16)가 도 4의 -y 방향, 협지 부재(17)가 도 4의 +y 방향)으로 향하도록, 협지 부재(16·17)의 적어도 한쪽을 가압한다.
즉, 오목형 부재(18)의 중공 부분에 볼록형 부재(19)가 감합되어, 기둥체가 형성된다. 그러면, 전극 적층체(1)를 협지하는 상태에서, 돌기부(20)와 오목부(21)가 감압된다. 그 후에, 가압을 정지한다. 돌기부(20)와 오목부(21)의 감합에 의해, 협지 부재(16·17)는 전극 적층체(1)를 고박한 상태에서 고정된다.
본 실시형태에 따르면, 가열을 행하지 않을 경우여도, 지지판의 외면으로 기둥체의 끝단이나 다른 부재를 돌출시키지 않고 전극 적층체(1)를 고박할 수 있기 때문에, 이차전지(100)의 체적당의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 실시형태에서는 리튬 이온 전지를 예로 들어서 설명을 행하였지만, 본 실시형태는 리튬 이온 전지에 한정되는 것이 아니며, 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절하게 변경이 가능하다. 예를 들면 정극, 부극, 및 정극과 부극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비하는 축전 디바이스(예를 들면 다른 이차전지, 및 커패시터 등)에 적용할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 각 실시형태 및 변형예의 설명을 행하였지만, 본 발명은, 상기한 실시형태의 일례에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시형태의 일례는, 본 발명을 이해하기 쉽게 하기 위해서 상세하게 설명한 것이며, 본 발명은, 여기에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않는다. 또한, 임의의 실시형태의 일례의 구성의 일부를 다른 일례의 구성으로 대체하는 것이 가능하다. 또한, 임의의 실시형태의 일례의 구성에 다른 일례의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시형태의 일례의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것도 가능하다.
1: 전극 적층체, 2: 정극 전극, 3: 부극 전극, 4: 반고체 전해질층, 5: 정극 집전박, 6: 정극 도공층, 7: 부극 집전박, 8: 부극 도공층, 9·13·15: 전극 적층체의 유지 구조, 10·11: 지지판, 12·14: 기둥체, 14a: 수축부, 14b: 본체부, 16·17: 협지 부재, 18: 오목형 부재, 19: 볼록형 부재, 20: 돌기부, 21: 오목부, 100: 이차전지

Claims (10)

  1. 정극(正極)층과 부극(負極)층이 절연층을 개재하여 적층된 전극 적층체와,
    상기 전극 적층체를 협지(挾持)하는 한 쌍의 지지판과,
    상기 지지판에 양단이 협지되어, 상기 지지판과 고착(固着)되는 기둥체를 갖는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기둥체의 적어도 일부는, 열에 응답하여 변형하는 수지인 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기둥체의 적어도 일부는, 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지판은, 상기 전극 적층체를 형성하는 각 층에 평행한 직사각형이며,
    상기 기둥체는, 적어도 상기 지지판의 네 귀퉁이에 설치되는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기둥체는, 상기 지지판이 서로 떨어지는 방향으로 이동하지 않도록 계지(係止)하는 계지 기구를 갖는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기둥체는, 오목형 부재와, 상기 오목형 부재에 감합(嵌合)하는 볼록형 부재로 이루어지고,
    상기 오목형 부재 또는 상기 볼록형 부재 중 한쪽에는, 돌기부가 형성되고, 다른 쪽에는 상기 돌기부를 계지하는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기둥체는, 비닐계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리아세탈 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리아미드계 수지, 또는 불소계 수지 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은, 겔(gel)상의 전해질로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층은,(CF3SO2)2NLi,(SO2F)2NLi, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiB(C6H5)4, CH3SO3Li, 또는 CF3SO3Li 중의 적어도 하나를 포함하는 리튬염과, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, γ-부티로락톤, 테트라히드로푸란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3디옥솔란, 디에틸에테르, 술포란, 메틸술포란, 아세트니트릴, 또는 프로피오니트릴 중의 적어도 하나를 포함하는 용매를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 이차전지.
  10. 정극층과 부극층을 절연층을 개재해서 적층시켜, 전극 적층체를 얻는 적층 공정과,
    기둥체의 양단과 상기 전극 적층체를 한 쌍의 지지판으로 협지하는 협지 공정과,
    상기 협지 공정 후에, 가열해서 상기 기둥체를 변형시키는 가열 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 이차전지의 제조 방법.
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