KR20190122737A - 모노 셀의 제조 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 인비젼 에이이에스씨 재팬
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Abstract

본 발명의 모노 셀(1)의 제조 방법에 있어서, 모노 셀(1)은, 서로 접합된 세퍼레이터(4), 정극(6), 세퍼레이터(8) 및 부극(10)을 포함한다. 세퍼레이터(4, 8)는, 정극(6)에 대향하는 면에 세라믹스층(22, 23)을 갖고 있다. 정극(6)의 하면(6a) 및 상면(6b)에는, 모노 셀 반송 방향(D)과 직교하는 폭 방향(W)을 따라 일직선 상으로 정렬된 복수의 점에 있어서 접착제(46, 48)가 각각 도포된다. 폭 방향(W)으로 배열된 접착제(46, 48)의 도포점 수와 각각의 접착제의 도포 직경의 곱을 도포 길이로 하였을 때, 흡착 반송 시에 있어서의 세퍼레이터(4) 등의 중량 및 가속도에 기초하여 세라믹스층(22, 23)에 가해지는 힘을 상기 도포 길이로 나눈 값이, 세라믹스층(22, 23)의 단위 길이당의 필요 박리 강도보다 작아지도록, 상기 도포점 수와 상기 도포 직경을 설정한다.

Description

모노 셀의 제조 방법
본 발명은 세라믹스층을 구비한 세퍼레이터의 양면에 정극 및 부극을 각각 접합하여 이루어지는 모노 셀의 제조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 리튬 이차 전지에 사용하는 전극 적층체의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에서는, 리튬 이차 전지의 생산성을 향상시키기 위해, 전극인 시트형 정극을 사이에 끼워 넣은 상태에서 한 쌍의 시트형 세퍼레이터끼리를 접합하여 이루어지는 주머니 포장 전극과, 주머니 포장 전극에 접합된 전극인 시트형 부극으로 구성되는 기본 적층체를 복수 적층함으로써 발전 요소로 되는 전극 적층체를 형성하고 있다. 정극과 세퍼레이터의 사이 및 부극과 주머니 포장 전극(즉 세퍼레이터)의 사이의 접합은, 정극 및 부극에 각각 접착제를 점형으로 도포하고, 가압함으로써 행해지고 있다.
한편, 세퍼레이터로서 내열 절연층인 세라믹스층을 갖는 것이 알려져 있다. 이러한 세퍼레이터와 전극을, 상기와 같이 점형으로 도포한 접착제로 접합하면, 세라믹스층이 박리될 우려가 있다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 모노 셀의 흡착 반송 시에 있어서의 세라믹스층의 박리를 억제하는 모노 셀 제조 방법을 제공하는 것이다.
일본 특허 공개 제2012-160352호 공보
본 발명에 있어서의 모노 셀 제조 방법에서는, 적어도 한쪽 면에 내열층을 구비한 세퍼레이터의 양면에 시트형 정극 및 부극을 각각 접합함으로써 모노 셀이 형성된다. 모노 셀 반송 방향과 직교하는 폭 방향에 있어서의 접착제의 도포점 수와 각각의 접착제의 도포 직경의 곱을 도포 길이로 하였을 때, 흡착 반송 시에 있어서의 중량 및 가속도에 기초하여 내열층에 가해지는 힘을 상기 도포 길이로 나눈 값이, 내열층의 단위 길이당의 필요 박리 강도보다 작아지도록, 상기 도포점 수와 상기 도포 직경을 설정한다.
본 발명에 따르면, 흡착 반송 시에 진동에 의해 세퍼레이터에 있어서의 내열층에 힘이 가해졌다고 해도, 내열층의 박리를 억제할 수 있고, 전극과 세퍼레이터의 접합을 유지할 수 있다.
도 1은, 일 실시예의 전극 적층 장치의 사시도.
도 2는, 모노 셀의 분해 사시도.
도 3은, 모노 셀의 분해 단면도.
도 4는, 흡착 컨베이어에 의해 반송되고 있는 모노 셀을 도시하는 설명도.
도 5는, 정극에 도포된 접착제의 배치의 일례를 도시하는 평면도.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은, 기본 적층체로 되는 모노 셀(1)을 연속해서 제조하는 전극 적층 장치(2)를 개략적으로 도시하고 있고, 도 2 및 도 3은, 전극 적층 장치(2)에 의해 제조된 모노 셀(1)을 개략적으로 도시하고 있다. 여기서, 이하의 설명에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해, 모노 셀(1) 및 전극 적층 장치(2)에 대하여, 도 1 내지 도 3의 자세를 기준으로 하여, 「상하」라고 하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에서는, 모노 셀(1)은, 위에서부터, 시트형 세퍼레이터(4), 전극인 시트형 정극(6), 시트형 세퍼레이터(8) 및 전극인 시트형 부극(10)의 순으로 적층되며, 서로 접합함으로써 4층 구조로서 일체로 형성되어 있다.
정극(6)은, 예를 들어 알루미늄을 포함하는 집전체의 양면에 활물질층을 결착함으로써, 시트형으로 형성되어 있다. 정극(6)은, 긴 변을 따른 한 쌍의 측부(12, 13)와, 짧은 변을 따른 한 쌍의 단부(14, 15)를 가지며, 단부(14)의 측부(12) 근방의 위치에 정극 탭(16)을 갖고 있다.
부극(10)은, 예를 들어 구리를 포함하는 집전체의 양면에 활물질층을 결착함으로써, 시트형으로 형성되어 있다. 부극(10)의 치수는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 정극(6)의 치수보다 약간 크다. 부극(10)은, 긴 변을 따른 한 쌍의 측부(17, 18)와, 짧은 변을 따른 한 쌍의 단부(19, 20)를 갖고, 정극 탭(16)과 겹치지 않도록, 정극 탭(16)이 위치하는 측과 반대측으로 되는 측부(18) 근방의 위치에 부극 탭(21)을 갖고 있다.
세퍼레이터(4, 8)는, 정극(6)과 부극(10)을 전기적으로 격리함과 함께, 정극(6)과 부극(10)의 사이에 전해액을 보유하도록 기능한다. 세퍼레이터(4, 8)는, 동일한 구성이며, 예를 들어 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 합성 수지로 직사각 형상으로 형성되어 있다. 세퍼레이터(4, 8)의 치수는, 부극 탭(21)을 제외한 부극(10)의 치수보다 크다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 각각의 세퍼레이터(4, 8)는, 정극(6)에 대향하는 면 즉 세퍼레이터(4)의 하면(4a) 및 세퍼레이터(8)의 상면(8a)에, 용융 온도가 상대적으로 높고 내열층으로 되는 세라믹스층(22, 23)을 각각 갖고 있다. 세라믹스층(22, 23)은, 예를 들어 세라믹스를 세퍼레이터(4, 8)(즉 수지층)에 도포하여 건조시킴으로써 형성되어 있다. 세라믹스층(22, 23)은, 실리카, 알루미나, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 등의 세라믹 입자와 바인더의 결합에 의해 형성된 다공질 재료를 포함한다.
이와 같이 형성된 모노 셀(1)을 복수 적층함으로써 전극 적층체 즉 발전 요소가 형성된다. 전극 적층체는, 전해액과 함께 라미네이트 필름을 포함하는 외장체 내에 수용되어 필름 외장 전지가 형성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 모노 셀(1)을 연속적으로 제조하는 전극 적층 장치(2)는, 장치(2)의 길이 방향으로 띠형으로 연속된 세퍼레이터(8)를 사이에 두고 대향하도록 마련된 흡착 드럼(28) 및 닙 롤러(30)를 갖는다. 이 흡착 드럼(28)의 상류측에는 흡착 드럼(28)과 대향하도록 배치된 부극용 디스펜서(32)가 배치되어 있다. 부극용 디스펜서(32)는, 세퍼레이터(8)의 폭 방향을 따라 등간격으로 배치된 복수(본 실시예에서는 3개)의 노즐(32a)을 갖고 있다. 이 부극용 디스펜서(32)는, 미리 소정의 치수로 재단되어 장치(2)로 반송되는 부극(10)의 상면(10a)에 접착제(34)를 점형으로 도포한다(도 2 참조). 흡착 드럼(28)은, 접착제(34)가 도포된 부극(10)을 흡착 반송하고, 부극 탭(21)이 장치(2)의 측방을 향한 자세로 부극(10)을 세퍼레이터(8)의 하면(8b)에 순차적으로 적층한다. 닙 롤러(30)는, 서로 적층된 부극(10) 및 세퍼레이터(8)를 흡착 드럼(28)에 대하여 압박하고, 이에 의해, 부극(10)이 세퍼레이터(8)에 접합된다.
닙 롤러(30)의 하류측에, 흡착 드럼(38)과, 세퍼레이터(8)를 사이에 끼워 흡착 드럼(38)의 하방에 마련된 닙 롤러(40)와, 흡착 드럼(38)과 대향하도록 마련된 정극용 제1 디스펜서(42)와, 흡착 드럼(38)의 하류측에 마련된 정극용 제2 디스펜서(44)가 배치되어 있다. 디스펜서(42, 44)는, 세퍼레이터(8)의 폭 방향을 따라 등간격으로 배치된 복수(본 실시예에서는 3개)의 노즐(42a, 44a)을 각각 갖고 있다. 정극용 제1 디스펜서(42)는, 미리 소정의 치수로 재단되어 장치(2)로 반송되는 정극(6)의 하면(6a)에 접착제(46)를 점형으로 도포한다(도 2 참조). 흡착 드럼(38)은, 접착제(46)가 도포된 정극(6)을 흡착 반송하고, 세퍼레이터(8)에 접합된 부극(10)의 위치에 대응하도록, 정극 탭(16)이 장치(2)의 측방을 향한 자세로 정극(6)을 세퍼레이터(8)의 상면(8a)에 순차적으로 적층한다. 닙 롤러(40)는, 서로 적층된 부극(10), 세퍼레이터(8) 및 정극(6)을 흡착 드럼(38)에 대하여 압박하고, 이에 의해, 세라믹스층(23)을 구비한 세퍼레이터(8)의 상면(8a)에 정극(6)이 접합된다. 정극용 제2 디스펜서(44)는, 세퍼레이터(8)에 접합된 정극(6)의 상면(6b)에 접착제(48)를 점형으로 도포한다.
닙 롤러(40)의 하류측에는, 반송 롤러(52)와, 닙 롤러(54)가 마련되어 있고, 정극(6)의 상면(6b)에, 닙 롤러(54)를 통하여 띠형으로 연속된 세퍼레이터(4)가 공급된다. 이에 의해, 부극(10), 세퍼레이터(8), 정극(6), 세퍼레이터(4)의 4자가 적층된 상태로 된다. 세퍼레이터(4)는 세라믹스층(22)을 구비한 하면(4a)이 정극(6)에 접합된다.
닙 롤러(54)의 하류측에는 커터(56)가 마련되어 있다. 커터(56)는, 인접하는 부극(10)과 부극(10)의 사이에 있어서 세퍼레이터(8, 4)를 동시에 절단한다. 이에 의해, 소정의 치수를 갖는 모노 셀(1)이 형성된다.
도 4는, 상기와 같이 개별적으로 형성된 모노 셀(1)을, 전극 적층 장치(2)의 하류측에 있어서 반송하는 흡착 컨베이어(60)를 도시하고 있다. 흡착 컨베이어(60)는, 한 쌍의 풀리(62)와, 한 쌍의 풀리(62)에 감아 걸린 무단형 컨베이어 벨트(64)를 갖는다. 흡착 컨베이어(60)는, 도시하지 않은 반전 장치에 의해 180°반전된 모노 셀(1)의 최상부에 위치하는 부극(10)을 흡착하고, 도 4에 도시하는 모노 셀 반송 방향(D)을 따라 모노 셀(1)을 반송한다.
이와 같이, 모노 셀(1)을 흡착 반송하므로, 접착제의 도포 면적이 작으면, 반송 중에 내열층인 세라믹스층(22, 23)에 가해지는 하중에 의해, 세라믹스층(22, 23)이 세퍼레이터(4, 8)의 모재로부터 박리될 우려가 있다. 본 발명에서는, 접착제의 도포 면적 및 도포점 수를 적절한 것으로 함으로써, 세라믹스층(22, 23)의 박리를 억제한다.
일 실시예에 있어서는, 도 2, 3에 도시하는 바와 같이, 부극(10)의 상면(10a)에 도포되는 접착제(34), 그리고 정극(6)의 하면(6a) 및 상면(6b)에 각각 도포되는 접착제(46, 48)는, 예를 들어 3×3의 9점에 각각 도포되어 있다.
도 5는, 일례로서, 정극(6)의 하면(6a)에 도포되는 접착제(46a)의 배치를 도시하고 있다. 도시하는 바와 같이, 모노 셀 반송 방향(D)에 직교하는 폭 방향(W)을 따라 배열된 3개의 접착제(46a)는, 모노 셀 반송 방향(D)에 관하여 동등한 위치에 있다. 즉, 접착제(46a)는 일직선 상으로 정렬되어 있다. 폭 방향(W)을 따라 배열된 3개의 접착제(46b, 46c)도 마찬가지로 각각 일직선 상으로 정렬되어 있다. 또한, 접착제(34, 48)도 마찬가지로 배열되어 있다. 또한, 이 실시예에서는, 모노 셀 반송 방향(D)은, 전극 적층 장치(2)에 있어서의 세퍼레이터(8) 등의 반송 방향과 동일한 방향으로 되어 있다.
각각의 접착제(34, 46, 48)는, 소정의 도포 직경 b를 갖는 원형을 이루고 있다. 이 도포 직경 b는, 디스펜서(32, 42, 44), 즉 노즐(32a, 42a, 44a)로부터의 토출량에 의해 조절할 수 있다.
이어서, 도 4 및 도 5를 참조하여, 폭 방향(W)을 따라 일직선 상으로 배치되는 접착제의 도포점 수 a 및 각각의 접착제의 도포 직경 b를 설정하는 방법을, 정극(6)의 하면(6a)에 도포되는 접착제(46a)를 예로 들어 설명한다.
전술한 바와 같이, 일체화된 모노 셀(1)은, 흡착 컨베이어(60)에 의해 모노 셀 반송 방향(D)을 따라 흡착 반송된다. 이때, 도 4에 있어서 화살표 B로 나타내는 바와 같이 컨베이어 벨트(64)가 상하 방향으로 진동하면, 모노 셀(1)에 가속도 A가 생긴다.
이 가속도 A와, 정극(6) 및 세퍼레이터(4)의 자중의 곱에 의해, 흡착 반송 시에 세퍼레이터(8)의 세라믹스층(23)에 가해지는 힘 X가 정해진다. 이 세라믹스층(23)에 가해지는 힘 X는, 이하의 식에 의해 구해진다.
X(N)=(m1+m2)×A×9.8 … (1)
여기서, m1은 세퍼레이터(4)의 질량, m2는 정극(6)의 질량, A는 흡착 반송 시의 진동에 의한 가속도이다.
또한, 상기 세라믹스층(23)에 가해지는 힘 X를, 도 5에 도시하는 정극(6)의 폭 방향(W)을 따라 일직선 상으로 도포되는 접착제(46a)의 도포점 수 a와 각각의 접착제(46a)의 도포 직경 b의 곱인 도포 길이로 제산함으로써, 흡착 반송 시에 폭 방향(W)을 따른 선 상에서 세라믹스층(23)에 걸리는 선압 P가 구해진다.
P=X/(a×b) … (2)
이 세라믹스층(23)에 걸리는 선압 P가, 세라믹스층(23)의 단위 길이당의 필요 박리 강도 Y보다 작아지도록, 폭 방향(W)을 따른 접착제(46a)의 도포점 수 a 및 개개의 접착제(46a)의 도포 직경 b를 설정한다.
일례로서, 질량 m1을 1g, 질량 m2를 20g, 가속도 A를 3G로 하여, 상기 식 (1)을 풀면, 흡착 반송 시에 세라믹스층(23)에 가해지는 힘 X는, 0.617N으로 된다.
한편, 접착제(46a)의 도포점 수 a를 3개, 개개의 접착제(46a)의 도포 직경 b를 12mm로 하여, 상기 식 (2)를 풀면, 흡착 반송 시에 세라믹스층(23)에 걸리는 선압 P는, 0.017N/mm로 된다. 따라서, 세라믹스층(23)의 단위 길이당의 필요 박리 강도 Y는, 0.017N/mm 이상으로 된다. 또한, 실제의 세라믹스층의 필요 박리 강도는 0.01N/mm 내지 0.03N/mm 정도이다.
또한, 세라믹스층(23)의 단위 길이당의 필요 박리 강도 Y가 0.017N/mm이고, 흡착 반송 시에 세라믹스층(23)에 가해지는 힘 X가 0.617N인 경우에, 접착제(46a)의 개개의 도포 직경 b를 5mm로 설정하면, 폭 방향(W)을 따라 도포되는 접착제(46a)의 도포점 수 a는 이하의 식 (3)에 의해 구해진다.
a=X/(b×Y) … (3)
상기 식 (3)을 풀면, a는 7.25로 된다. 따라서, 폭 방향(W)을 따라 도포되는 접착제(46a)의 도포점 수 a는 8개로 설정된다.
상기와 같이, 접착제(46a)의 도포점 수 a 및 각각의 접착제의 도포 직경 b를 설정함으로써, 모노 셀(1)의 흡착 반송 시에 있어서의 세라믹스층(23)의 박리를 억제할 수 있다.
이상, 접착제의 도포점 수 a 및 각각의 접착제의 도포 직경 b를 설정하는 방법을, 정극(6)의 하면(6a)에 도포되는 접착제(46a)를 예로 들어 설명하였지만, 정극(6)의 상면(6b)에 있어서 폭 방향(W)을 따라 동일 직선 상으로 도포되는 접착제(48)의 도포점 수 a 및 도포 직경 b에 대해서도, 접착제(46a)와 마찬가지로 설정할 수 있다.
또한, 모노 셀 반송 시 즉 모노 셀(1)의 반전 후에 최하부에 위치하는 세퍼레이터(4)의 세라믹스층(22)에 걸리는 선압 P는, 세퍼레이터(8)의 세라믹스층(23)에 걸리는 선압 P보다 작다. 따라서, 접착제(48)의 도포점 수 a 및 도포 직경 b를 접착제(46a)의 도포점 수 a 및 도포 직경 b와 동등하게 설정하면, 모노 셀(1)의 흡착 반송 시에 있어서의 세라믹스층(22)의 박리를 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 다양한 변경이 가능하다.
본 실시예에서는, 모노 셀(1)이 세퍼레이터(4), 정극(6), 세퍼레이터(8) 및 부극(10)의 4층 구조로서 형성되어 있지만, 3층 구조를 갖는 모노 셀이라도 본 발명에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 일체화된 모노 셀(1)이 흡착 컨베이어(60)에 의해 흡착 반송되지만, 모노 셀(1)을 다른 형식의 반송 장치로 흡착 반송하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 도포한 접착제가 타원형이라도, 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 적어도 한쪽 면에 내열층을 구비한 세퍼레이터의 양면에, 모노 셀 반송 방향과 직교하는 폭 방향으로 이격된 복수의 점에 있어서 접착제를 도포한 시트형 정극 및 부극을 각각 접합하는 모노 셀의 제조 방법에 있어서,
    상기 폭 방향에 있어서의 접착제의 도포점 수와 각각의 접착제의 도포 직경의 곱을 도포 길이로 하였을 때,
    흡착 반송 시에 중량 및 가속도에 기초하여 내열층에 가해지는 힘을 상기 도포 길이로 나눈 값이, 내열층의 단위 길이당의 필요 박리 강도보다 작아지도록, 상기 도포점 수와 상기 도포 직경을 설정한, 모노 셀의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정극은 한 쌍의 세퍼레이터의 사이에 배치되어 있는, 모노 셀의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 상기 정극에 대향하는 면에 내열층을 구비하고 있는, 모노 셀의 제조 방법.
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