KR20200135347A - 이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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KR20200135347A
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히로시 오모리
나루미 스즈키
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니폰 제온 가부시키가이샤
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Abstract

제조 장치(100)는, 볼록부 형성 부재 배치 기구(90), 첩합 기구로서의 장력 댐퍼(70), 증속 장치(80), 금속 롤러(30) 및 고무 롤러(40), 그리고 절단 기구(50)를 구비한다. 그리고, 세퍼레이터 원단(20)과, 전극 원단(10)을 볼록부 형성 부재(35)를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 볼록부 형성 부재(35)가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 첩합한다.

Description

이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법
본 발명은, 이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 이차 전지용 적층체의 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지는, 소형이고 경량이며, 또한 에너지 밀도가 높고, 나아가 반복 충방전이 가능하다는 특성이 있어, 폭넓은 용도로 사용되고 있다. 그리고, 이차 전지는, 일반적으로, 정극, 부극, 및 정극과 부극을 격리하여 정극과 부극 사이의 단락을 방지하는 세퍼레이터 등의 전지 부재를 구비하고 있다.
여기서, 이차 전지의 구조로는, 정극, 세퍼레이터, 및 부극을 번갈아 적층하여 이루어지는 적층형, 그리고, 장척의 정극, 세퍼레이터, 및 부극을 겹쳐 동심원상으로 감아 이루어지는 권회형 등이 알려져 있다. 그 중에서도, 근년에는, 에너지 밀도, 안전성, 품질, 및 내구성이 우수한 관점에서, 적층형 이차 전지가 주목받고 있다.
그리고, 적층형 이차 전지의 제조 방법으로는, 예를 들어, 세퍼레이터로 감싸진 제 1 전극과, 제 2 전극을 번갈아 적층하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 구체적으로는, 특허문헌 1에서는, 제 1 띠상 전극 원단을, 폭 방향으로 형성되어 있는 복수의 산모양 접힘부를 갖는 띠상 세퍼레이터 원단으로 양면으로부터 끼워 넣어 제 1 띠상 전극 원단과 띠상 세퍼레이터 원단의 접촉부를 접착한 후, 산모양 접힘부의 위치에서 제 1 띠상 전극 원단 및 띠상 세퍼레이터 원단을 절단하고, 또한, 제 1 띠상 전극 원단의 절단편(제 1 전극)을 세퍼레이터의 산모양 접힘부를 구성하고 있던 부분으로 봉지하여, 얻어진 제 1 전극의 세퍼레이터 봉지물과 제 2 전극을 번갈아 적층함으로써, 적층형 이차 전지를 제조하고 있다.
일본 공개특허공보 2017-63002호
그러나, 특허문헌 1에 기재된 적층형 이차 전지의 제조 방법에서는, 미리 준비해 둔, 길이 방향의 길이가 대략 동등한 제 1 띠상 전극 원단 및 산모양 접힘부를 갖는 띠상 세퍼레이터 원단을 접착 그리고 절단하여 제 1 전극과 세퍼레이터의 적층체를 제작하고 있다. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 적층형 이차 전지를 연속적으로 제조하기 위하여 다수의 적층체가 필요한 경우에는, 각 부재(원단)의 준비와, 접착, 및 절단을 번갈아 반복할 필요가 있어, 적층형 이차 전지를 연속적으로 또한 효율적으로 제조할 수 없었다.
이러한 문제에 대하여, 롤상으로 감긴 장척의 전극 원단과, 롤상으로 감긴 장척의 세퍼레이터 원단을 사용하여, 롤·투·롤로 전극과 세퍼레이터의 적층체를 제조하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 통상, 적층형 이차 전지에 있어서는, 단락 방지 등의 안전성의 관점에서 세퍼레이터의 사이즈가 전극보다 큰 적층체가 요구되고 있는 바, 롤·투·롤로 적층체를 제조할 때에는, 중첩한 전극 원단과 세퍼레이터 원단을 절단하게 되기 때문에, 절단 위치 간에 있어서 전극과 세퍼레이터의 치수가 동일해져 버린다는 문제가 있었다.
이에, 본 발명은, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조를 가능하게 하는 이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법으로서, 세퍼레이터와 전극을 구비하는 이차 전지용 적층체를 효율적으로 제조하기 위한 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명은, 상기 과제를 유리하게 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치는, 장척의 전극 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 전극 롤과, 장척의 세퍼레이터 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 세퍼레이터 롤과, 상기 세퍼레이터 롤로부터 권출되는 세퍼레이터 원단의 주면 상 및 상기 전극 롤로부터 권출되는 전극 원단의 주면 상 중 적어도 일방에 볼록부 형성 부재를 배치하는 볼록부 형성 부재 배치 기구와, 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 상기 볼록부 형성 부재를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 상기 볼록부 형성 부재가 배치되어 있는 부분에서 상기 세퍼레이터 원단을 굴곡 또는 만곡시켜 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재(延在)하는 볼록부를 형성하는 동시에 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 첩합하는 첩합 기구와, 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단의 첩합체의 적어도 전극 원단 부분을, 상기 볼록부가 형성되어 있는 부분에서 절단하는 절단 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 첩합 기구 및 절단 기구를 설치하여, 세퍼레이터 롤로부터 권출되는 세퍼레이터 원단과, 전극 롤로부터 권출되는 전극 원단을 첩합하여 절단하면, 이차 전지용 적층체를 연속적으로 제조할 수 있다. 또한, 첩합 기구에 있어서 세퍼레이터 원단에 볼록부(굴곡부 또는 만곡부)를 형성한 상태에서 세퍼레이터 원단과 전극 원단을 첩합하고, 볼록부가 형성되어 있는 부분에서 절단 기구가 적어도 전극 원단 부분을 절단하면, 세퍼레이터의 사이즈가 전극보다 큰 이차 전지용 적층체가 얻어진다. 따라서, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조를 가능하게 하는 이차 전지용 적층체를 효율적으로 제조할 수 있다.
여기서, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치는, 표면적이 다른 복수의 상기 볼록부 형성 부재를 구비하는 동시에, 상기 볼록부 형성 부재 배치 기구는, 각 볼록부 형성 부재의 표면적이, 상기 세퍼레이터 원단 및 상기 전극 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 배치하는 것이 바람직하다. 볼록부 형성 부재를 세퍼레이터 원단 및 전극 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 배치하는 볼록부 형성 부재 배치 기구를 사용하면, 장척의 세퍼레이터에, 복수의 전극이 첩합되고, 또한, 전극 간의 거리가 점증 또는 점감되는 적층체가 얻어진다. 그리고, 당해 적층체를 사용하면, 적층형 이차 전지를 효율적이고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치는, 상기 첩합 기구와 상기 절단 기구 사이에, 상기 볼록부 형성 부재를 제거하는 제거 기구를 더 구비하는 것이 바람직하다. 볼록부 형성 부재를 제거하는 제거 기구를 더 구비하는 구성으로 하면, 볼록부 형성 부재가 개재하는 상태에서 첩합체를 절단한 후에 볼록부 형성 부재를 제거하는 경우와 비교하여, 제조 시간을 단축화할 수 있다.
그리고, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치에 있어서, 상기 제거 기구는, 상기 볼록부 형성 부재를 뽑아내어 제거하는 인발 제거부를 구비하는 것이 바람직하다. 제거 기구에 있어서 볼록부 형성 부재를 뽑아내어 제거하면, 제조 시간을 보다 단축화할 수 있는 동시에, 볼록부 형성 부재를 재이용할 수 있다.
혹은, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치에 있어서, 상기 볼록부 형성 부재는, 용해, 융해, 또는 승화 가능한 재료로 형성되어 있고, 상기 제거 기구는, 상기 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화시켜 제거하는 제거부를 구비하는 것으로 해도 된다. 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화 가능한 재료로 형성하고, 제거 기구에 있어서 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화시켜 제거하면, 첩합체에 기계적인 부하를 주지 않고, 볼록부 형성 부재를 용이하게 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치는, 상기 첩합 기구가, 세퍼레이터 원단측 누름 부재와 전극 원단측 누름 부재로 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 끼워 넣어 첩합하는 압착기를 구비하고, 상기 세퍼레이터 원단측 누름 부재의 탄성률이, 상기 볼록부 형성 부재의 탄성률보다 낮고, 상기 전극 원단측 누름 부재의 탄성률이, 상기 볼록부 형성 부재의 탄성률보다 높은 것이 바람직하다. 세퍼레이터 원단측 누름 부재의 탄성률이, 볼록부 형성 부재의 탄성률보다 낮고, 전극 원단측 누름 부재의 탄성률이, 볼록부 형성 부재의 탄성률보다 높은 압착기를 구비함으로써, 세퍼레이터 원단을 볼록부 형성 부재의 외형을 따라 양호하게 굴곡 또는 만곡시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치는, 상기 세퍼레이터 원단측 누름 부재 및 전극 원단측 누름 부재가 압착 롤러인 것이 바람직하다. 압착 롤러를 사용하면, 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 연속적인 첩합을 보다 효율적으로 행할 수 있다.
그리고, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치에 있어서, 상기 볼록부가, 상기 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 제 1 볼록부 및 제 2 볼록부와, 상기 제 1 볼록부 및 상기 제 2 볼록부 사이에 위치하는 골짜기부를 갖는 것이 바람직하다. 볼록부가 제 1 볼록부, 제 2 볼록부, 및 골짜기부를 갖고 있으면, 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 첩합체를 골짜기부에 있어서 용이하게 절단할 수 있다.
또한, 이 발명은, 상기 과제를 유리하게 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 방법은, 장척의 세퍼레이터 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 세퍼레이터 롤로부터 권출된 세퍼레이터 원단의 주면 상 및 장척의 전극 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 전극 롤로부터 권출된 전극 원단의 주면 상 중 적어도 일방에 볼록부 형성 부재를 배치하는 공정(A)와, 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 상기 볼록부 형성 부재를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 상기 볼록부 형성 부재가 배치되어 있는 부분에서 상기 세퍼레이터 원단을 굴곡 또는 만곡시켜 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부를 형성하는 동시에 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 첩합하는 공정(B)와, 상기 공정(B)에서 얻은 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단의 첩합체의 적어도 전극 원단 부분을, 상기 볼록부가 형성되어 있는 부분에서 절단하는 공정(C)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 세퍼레이터 롤로부터 권출되는 세퍼레이터 원단과, 전극 롤로부터 권출되는 전극 원단을 첩합하여 절단하면, 이차 전지용 적층체를 연속적으로 제조할 수 있다. 또한, 공정(B)에 있어서 세퍼레이터 원단에 볼록부(굴곡부 또는 만곡부)를 형성한 상태에서 세퍼레이터 원단과 전극 원단을 첩합하고, 공정(C)에 있어서 볼록부가 형성되어 있는 부분에서 적어도 전극 원단 부분을 절단하면, 세퍼레이터의 사이즈가 전극보다 큰 이차 전지용 적층체가 얻어진다. 따라서, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조를 가능하게 하는 이차 전지용 적층체를 효율적으로 제조할 수 있다.
여기서, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 방법은, 상기 공정(B) 후 또한 상기 공정(C) 전에, 상기 볼록부 형성 부재를 제거하는 공정(D)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 볼록부 형성 부재를 제거하는 공정(D)를 더 구비하면, 제조 시간을 단축화할 수 있다.
한편, 상기 공정(D)에서는, 상기 볼록부 형성 부재를 뽑아내어 제거하는 것이 바람직하다. 볼록부 형성 부재를 뽑아내어 제거하면, 제조 시간을 보다 단축화할 수 있는 동시에, 볼록부 형성 부재를 재이용할 수 있다.
또한, 상기 볼록부 형성 부재가, 용해, 융해, 또는 승화 가능한 재료로 형성되어 있는 경우, 상기 공정(D)에서는, 상기 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화시켜 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 방법은, 상기 공정(B)에서는, 상기 볼록부 형성 부재보다 탄성률이 높은 전극 원단측 누름 부재와, 상기 볼록부 형성 부재보다 탄성률이 낮은 세퍼레이터 원단측 누름 부재로 상기 세퍼레이터 원단 및 전극 원단을 끼워 넣어 첩합하는 것이 바람직하다. 볼록부 형성 부재보다 탄성률이 높은 전극 원단측 누름 부재와, 이러한 볼록부 형성 부재보다 탄성률이 낮은 세퍼레이터 원단측 누름 부재로 세퍼레이터 원단 및 전극 원단을 끼워 넣어 첩합하면, 세퍼레이터 원단을 볼록부 형성 부재의 외형을 따라 양호하게 굴곡 또는 만곡시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 방법은, 상기 세퍼레이터 원단측 누름 부재 및 전극 원단측 누름 부재가 압착 롤러인 것이 바람직하다. 압착 롤러를 사용하면, 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 연속적인 첩합을 보다 효율적으로 행할 수 있다.
그리고, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 방법은, 상기 공정(A)에서는, 표면적이 다른 복수의 볼록부 형성 부재를 각 볼록부 형성 부재의 표면적이 상기 세퍼레이터 원단 및 상기 전극 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 배치하고, 상기 공정(B)에서는, 복수의 볼록부를, 각 볼록부의 표면적이 상기 세퍼레이터 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 형성하는 것이 바람직하다. 공정(A)에 있어서 표면적이 다른 복수의 볼록부 형성 부재를 각 볼록부 형성 부재의 표면적이 세퍼레이터 원단 및 전극 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 배치하고, 공정(B)에 있어서 복수의 볼록부를, 각 볼록부의 표면적이 세퍼레이터 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 형성하면, 장척의 세퍼레이터에, 복수의 전극이 첩합되고, 또한, 전극 간의 거리가 점증 또는 점감되는 적층체가 얻어진다. 그리고, 당해 적층체를 사용하면, 적층형 이차 전지를 효율적이고 또한 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 방법은, 상기 볼록부가, 상기 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 제 1 볼록부 및 제 2 볼록부와, 상기 제 1 볼록부 및 상기 제 2 볼록부 사이에 위치하는 골짜기부를 갖는 것이 바람직하다. 볼록부가 제 1 볼록부, 제 2 볼록부, 및 골짜기부를 갖고 있으면, 공정(C)에 있어서 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 첩합체를 골짜기부에서 용이하게 절단할 수 있다.
본 발명에 의하면, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조를 가능하게 하는 이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법에 의해, 세퍼레이터와 전극을 구비하는 이차 전지용 적층체를 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1(a)는, 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 첩합체의 제 1 예의 길이 방향을 따른 단면도이고, 도 1(b)는, 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 첩합체의 제 2 예의 길이 방향을 따른 단면도이고, 도 1(c)는, 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 첩합체의 제 3 예의 길이 방향을 따른 단면도이다.
도 2(a)는, 이차 전지용 적층체의 제 1 예의 적층 방향을 따른 단면도이고, 도 2(b)는, 이차 전지용 적층체의 제 2 예의 적층 방향을 따른 단면도이다.
도 3은 이차 전지용 적층체의 제 3 예의 길이 방향을 따른 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 이차 전지용 적층체를 사용하여 형성한 전극 구조체의 일례의 구조를 나타내는 설명도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 이차 전지용 적층체를 사용하여 전극 구조체를 형성하는 과정을 나타내는 설명도이다.
도 6(a) ~ 도 6(c)는, 세퍼레이터 원단을 굴곡 또는 만곡시켜 형성한 볼록부의 변형예의 형상을 나타내는, 세퍼레이터 원단의 길이 방향을 따른 단면도이다.
도 7은 이차 전지용 적층체의 제조 장치의 제 1 예의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 8(a)는, 볼록부 형성 부재 배치 기구의 제 1 예의 개략 구성을 나타내는 설명도이고, 도 8(b)는, 볼록부 형성 부재 배치 기구의 제 2 예의 개략 구성을 나타내는 설명도이고, 도 8(c)는, 볼록부 형성 부재 배치 기구의 제 3 예의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 9는 도 7에 나타내는 압착 롤러의 변형예의 사시도이다.
도 10은 이차 전지용 적층체의 제조 장치의 제 2 예의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 방법은, 예를 들어 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치를 사용하여, 이차 전지용 적층체를 제조할 때에 이용할 수 있다. 그리고, 제조된 이차 전지용 적층체는, 적층형 이차 전지를 제조할 때에 호적하게 사용할 수 있다.
여기서, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법에서는, 통상, 장척의 전극 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 전극 롤과, 장척의 세퍼레이터 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 세퍼레이터 롤을 사용하여, 이차 전지용 적층체를 연속적으로 제조한다. 구체적으로는, 본 발명의 제조 장치 및 제조 방법에서는, 세퍼레이터 롤로부터 권출된 세퍼레이터 원단과, 전극 롤로부터 권출된 전극 원단을, 예를 들어 첩합 기구를 사용하여, 세퍼레이터 원단을 굴곡 또는 만곡시켜 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부를 형성한 상태에서, 볼록부가 전극 원단측과는 반대측에 위치하도록 첩합함으로써, 세퍼레이터 원단과 전극 원단의 첩합체를 제작한다. 그리고, 그 후, 예를 들어 절단 기구를 사용하여, 볼록부가 형성되어 있는 부분에서, 세퍼레이터 원단 및 전극 원단의 쌍방을, 혹은 전극 원단만을 절단함으로써, 이차 전지용 적층체를 제조할 수 있다.
<전극 원단>
한편, 전극 원단으로는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 장척의 집전체의 편면 또는 양면에 전극 활물질 및 바인더를 포함하는 전극 합재층을 형성하여 이루어지는 전극 원단 등을 사용할 수 있다. 그리고, 집전체 및 전극 합재층의 재료로는, 기지의 재료를 사용할 수 있다.
<세퍼레이터 원단>
또한, 세퍼레이터 원단으로는, 특별히 한정되지 않고, 폴리올레핀 수지(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 방향족 폴리아미드 수지 등의 수지를 포함하는 미다공막 또는 부직포 등의 유기 재료로 이루어지는 장척의 다공성 부재를 사용할 수 있다.
한편, 세퍼레이터 원단은, 세퍼레이터 롤로부터 권출되는 방향(반송 방향)의 인장 탄성률이 400 MPa 이상 4500 MPa 이하인 것이 바람직하다. 또한, 세퍼레이터 원단의 두께는, 통상 0.5μm 이상, 바람직하게는 1μm 이상이고, 통상 40μm 이하, 바람직하게는 30μm 이하, 보다 바람직하게는 20μm 이하이다. 여기서, 본 발명에 있어서, 「세퍼레이터 원단의 인장 탄성률」이란, JIS K7127에 준하여 측정한, 온도 23℃에서의 인장 탄성률을 가리킨다.
<첩합체>
그리고, 본 발명의 제조 장치 및 제조 방법에 있어서 상술한 전극 원단 및 세퍼레이터 원단을 사용하여 형성되는 첩합체는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 도 1(a) ~ (c)에 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 바와 같은 구조를 갖고 있다.
여기서, 도 1(a)에 나타내는 첩합체(1)는, 집전체(11)의 양면에 전극 합재층(12)을 형성하여 이루어지는 전극 원단(10)의 일방(도 1(a)에서는 상측)의 표면에, 전체 폭에 걸쳐 연재하는 단면 반원호상의 볼록부(만곡부)(21)를 소정의 간격으로 복수 형성하여 이루어지는 세퍼레이터 원단(20)이 첩합된 구조를 갖고 있다. 한편, 세퍼레이터 원단(20)은, 볼록부(21) 사이의 부분이 전극 원단(10)과 접착되어 있다.
또한, 도 1(b)에 나타내는 첩합체(1A)는, 집전체(11)의 양면에 전극 합재층(12)을 형성하여 이루어지는 전극 원단(10)의 양면에, 전체 폭에 걸쳐 연재하는 단면 반원호상의 볼록부(만곡부)(21)를 소정의 간격으로 복수 형성하여 이루어지는 세퍼레이터 원단이 첩합된 구조를 갖고 있다. 한편, 첩합체(1A)에서는, 전극 원단(10)의 제 1 표면에 첩합된 세퍼레이터 원단(20)의 볼록부(21)의 형성 위치와, 전극 원단(10)의 제 2 표면에 첩합된 세퍼레이터 원단(20)의 볼록부(21)의 형성 위치가 일치하고 있다. 즉, 전극 원단(10)의 제 1 표면에 첩합된 세퍼레이터 원단(20)의 볼록부(21)와, 전극 원단(10)의 제 2 표면에 첩합된 세퍼레이터 원단(20)의 볼록부(21)는, 전극 원단(10)을 사이에 두고 대향하고 있다. 또한, 세퍼레이터 원단(20)은, 볼록부(21) 사이의 부분이 전극 원단(10)과 접착되어 있다.
또한, 도 1(c)에 나타내는 첩합체(1B)는, 집전체(11)의 양면에 전극 합재층(12)을 형성하여 이루어지는 전극 원단(10)의 일방(도 1(c)에서는 상측)의 표면에, 전체 폭에 걸쳐 연재하는 단면 반원호상의 볼록부(만곡부)(21)를 소정의 간격으로 복수 형성하여 이루어지는 세퍼레이터 원단(20)이 첩합된 구조를 갖고 있다. 그리고, 첩합체(1B)에서는, 볼록부(21)의 크기가 길이 방향의 제 1 측(도 1(c)에서는 좌측)으로부터 제 2 측(도 1(c)에서는 우측)을 향하여 점증되는 패턴(예를 들어, 도시예에서는 점점 커지는 3개의 볼록부(21A, 21B, 21C)의 조합으로 이루어지는 패턴)이 반복하여 형성되어 있다. 한편, 세퍼레이터 원단(20)은, 볼록부(21A, 21B, 21C) 사이의 부분이 전극 원단(10)과 접착되어 있다.
한편, 도 1(a) ~ (c)에서는, 전극 원단(10)이, 집전체(11)의 양면에 전극 합재층(12)을 갖고 있는 경우에 대하여 나타내었으나, 전극 원단은, 집전체의 일방의 표면에만 전극 합재층이 형성된 것이어도 된다.
또한, 도 1(a) ~ (c)에서는, 볼록부(21)가 단면 반원호상인 경우에 대하여 나타내었으나, 볼록부의 형상은, 도 6(a) ~ (c)에 나타내는 바와 같은 형상 등, 임의의 형상으로 할 수 있다. 여기서, 도 6(a)에 나타내는 볼록부(21D)는, 삼각형상을 하고 있고, 도 6(b)에 나타내는 볼록부(21E)는, 사각형상을 하고 있고, 도 6(c)에 나타내는 볼록부(21F)는, 제 1 볼록부(21a) 및 제 2 볼록부(21c)와, 제 1 볼록부(21a) 및 제 2 볼록부(21c) 사이에 위치하는 골짜기부(21b)를 갖는 형상을 하고 있다. 그 중에서도, 도 6(c)에 나타내는 바와 같은, 서로 인접하는 제 1 볼록부(21a) 및 제 2 볼록부(21c)와, 제 1 볼록부(21a) 및 제 2 볼록부(21c) 사이에 위치하는 골짜기부(21b)를 갖는 형상으로 하면, 골짜기부(21b)에 있어서 세퍼레이터 원단(20)을 절단하기 쉽게 할 수 있다.
<이차 전지용 적층체>
그리고, 본 발명의 제조 장치 및 제조 방법에 있어서 상술한 첩합체의 적어도 전극 원단 부분을, 볼록부가 형성되어 있는 부분에서 절단함으로써 얻어지는 이차 전지용 적층체는, 전극 원단의 절단편으로 이루어지는 전극의 편면 또는 양면에, 세퍼레이터 원단의 절단편으로 이루어지고 치수가 전극보다 큰 세퍼레이터가 첩합되어 이루어지는 구조, 혹은 세퍼레이터 원단의 절단편으로 이루어지는 장척의 세퍼레이터의 일방의 표면에, 전극 원단의 절단편으로 이루어지는 복수의 전극이 첩합되어 이루어지는 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 이차 전지용 적층체는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 도 2(a), (b)에 적층 방향을 따른 단면을 나타내는 바와 같은 구조, 혹은 도 3에 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 바와 같은 구조를 갖고 있다.
여기서, 도 2(a)에 나타내는 이차 전지용 적층체(2)는, 예를 들어 도 1(a)에 나타내는 첩합체(1)의 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)을 볼록부(21)의 대략 중앙(정상부) 위치에서 절단함으로써 얻어진다. 그리고, 이차 전지용 적층체(2)는, 전극 원단(10)의 절단편으로 이루어지고, 집전체(11a)의 양면에 전극 합재층(12a)이 형성되어 있는 전극(10a)과, 세퍼레이터 원단(20)의 절단편으로 이루어지고, 전극(10a)보다 큰 치수를 갖고 전극(10a)의 일방(도 2(a)에서는 상측)의 표면에 첩합되어 있는 세퍼레이터(20a)를 갖고 있다.
한편, 도 2(a)에 있어서 세퍼레이터(20a)가 전극(10a)의 양단으로부터 돌출되어 있는 부분의 길이는, 각각, 첩합체(1)에 있어서 절단된 볼록부(21)의 길이와, 당해 볼록부(21)에 대향하는 위치의 전극 원단(10)의 길이의 차의 대략 1/2이다.
또한, 도 2(b)에 나타내는 이차 전지용 적층체(2A)는, 예를 들어 도 1(b)에 나타내는 첩합체(1A)의 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)을 볼록부(21)의 대략 중앙(정상부) 위치에서 절단함으로써 얻어진다. 그리고, 이차 전지용 적층체(2A)는, 전극 원단(10)의 절단편으로 이루어지고, 집전체(11a)의 양면에 전극 합재층(12a)이 형성되어 있는 전극(10a)과, 세퍼레이터 원단(20)의 절단편으로 이루어지고, 전극(10a)보다 큰 치수를 갖고 전극(10a)의 양면에 첩합되어 있는 세퍼레이터(20a)를 갖고 있다.
한편, 도 2(b)에 있어서 세퍼레이터(20a)가 전극(10a)의 양단으로부터 돌출되어 있는 부분의 길이는, 각각, 첩합체(1A)에 있어서 절단된 볼록부(21)의 길이와, 당해 볼록부(21)에 대향하는 위치의 전극 원단(10)의 길이의 차의 대략 1/2이다.
그리고, 상술한 이차 전지용 적층체(2) 및 이차 전지용 적층체(2A)를 사용하면, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같이 적층하여, 적층형 이차 전지에 사용할 수 있는 전극 구조체를 제작할 수 있다.
여기서, 도 4에 있어서, 부호 2'은 부극 적층체, 10a'은 부극, 11a'은 부극 집전체, 12a'은 부극 합재층, 2''은 정극 적층체, 10a''은 정극, 11a''은 정극 집전체, 12a''은 정극 합재층, 20a는 세퍼레이터를 나타낸다. 한편, 이 예에서는, 이차 전지의 안전성을 높이는 관점에서, 정극(10a'')의 치수는, 부극(10a')의 치수보다 작게 되어 있다. 또한, 11b는, 전류 취출 단자 장착의 정극 집전체이고, 11c는, 전류 취출 단자 장착의 부극 집전체이다.
또한, 도 3에 나타내는 이차 전지용 적층체(2B)는, 예를 들어 도 1(c)에 나타내는 첩합체(1B)에 대하여, 볼록부(21A)의 대략 중앙(정상부) 위치에서 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)을 절단하고, 볼록부(21B) 및 볼록부(21C)의 대략 중앙(정상부)에 대향하는 위치에서 전극 원단(10)만을 절단함으로써 얻어진다. 그리고, 이차 전지용 적층체(2B)는, 전극 원단(10)의 절단편으로 이루어지고, 집전체(11a)의 양면에 전극 합재층(12a)이 형성되어 있는 전극(10a)이, 세퍼레이터 원단(20)의 절단편으로 이루어지는 장척의 세퍼레이터(20a)의 일방의 표면에 복수(도시예에서는 하측의 표면에 3개) 첩합된 구조를 갖고 있다.
한편, 도 3에 있어서 전극(10a) 간의 거리(L1, L2)는, 각각, 첩합체(1B)에 있어서 절단되지 않은 볼록부(21B, 21C)의 길이에 대응한다.
그리고, 상술한 이차 전지용 적층체(2B)를 사용하면, 예를 들어 도 5에 나타내는 바와 같이 적층 및 권회하여, 적층형 이차 전지에 사용할 수 있는 전극 구조체를 제작할 수 있다. 이 전극 구조체는, n개의 제 1 전극(부극 또는 정극; 도시예에서는 부극(10a'))과, n-1개의 제 2 전극(정극 또는 부극; 도시예에서는 정극(10a''))이 번갈아 적층된 구조를 갖고 있고, 장척의 세퍼레이터의 일방의 표면에 n-1개의 제 1 전극이 소정의 간격으로 첩합되어 이루어지는 제 1 적층체와, 장척의 세퍼레이터의 일방의 표면에 n-1개의 제 2 전극이 소정의 간격으로 첩합되고, 또한, 세퍼레이터의 길이 방향 일단측에 위치하는 제 2 전극에 대향하도록 세퍼레이터의 타방의 표면에 제 1 전극이 1개 첩합되어 이루어지는 제 2 적층체를, 제 1 적층체의 세퍼레이터를 개재하여 제 1 적층체의 길이 방향 일단측에 위치하는 제 1 전극과, 제 2 적층체의 길이 방향 일단측에 위치하는 제 2 전극이 대향하도록 적층하고, 길이 방향 타단측을 향하여 권회하여 이루어지는 구조를 갖고 있다.
바꾸어 말하면, 도 5에 나타내는 전극 구조체에서는, 장척의 제 1 세퍼레이터의 일방의 표면에 복수의 제 1 전극이 제 1 세퍼레이터의 길이 방향으로 서로 이격시켜 첩합되어 이루어지는 제 1 적층체와, 장척의 제 2 세퍼레이터의 일방의 표면에 복수의 제 2 전극이 제 2 세퍼레이터의 길이 방향으로 서로 이격시켜 첩합되고, 또한, 제 2 세퍼레이터의 길이 방향 일단측에 위치하는 제 2 전극에 대향하도록 제 2 세퍼레이터의 타방의 표면에 제 1 전극이 1개 첩합되어 이루어지는 제 2 적층체를 구비하고, 제 2 적층체의 제 1 전극으로부터 적층 방향 일방을 향하여, 제 2 세퍼레이터, 제 2 전극, 제 1 세퍼레이터, 및 제 1 전극이 이 순서로 적층되고, 제 2 적층체의 제 1 전극으로부터 적층 방향 타방을 향하여, 제 2 세퍼레이터, 제 2 전극, 제 1 세퍼레이터, 및 제 1 전극이 이 순서로 적층되어 있다. 또한, 제 1 세퍼레이터 및 제 2 세퍼레이터는, 제 2 적층체의 제 1 전극을 권회 중심으로 하여 권회되어 있다.
한편, 전극 구조체를 형성할 때에는, 권회시에, 세퍼레이터를 느슨해지게 하거나, 세퍼레이터를 잡아당겨 늘리거나 해도 되는데, 인접하는 전극 간의 「소정의 간격」이란, 통상, 권회하였을 때에 당해 전극 사이에 끼워지는 모든 전극 및 세퍼레이터의 합계 두께 이상이며 제 1 전극 및 제 2 전극이 상하로 정렬할 수 있는 길이이다.
여기서, 도 5에 있어서, 부호 2'은 부극 적층체, 10a'은 부극, 2''은 정극 적층체, 10a''은 정극, 20a는 세퍼레이터를 나타낸다. 한편, 이 예에 있어서, 정극 적층체(2'')의 일단측에 위치하여 세퍼레이터(20a)를 개재하여 정극(10a'')에 대향하는 부극(10a')은, 이차 전지의 제조에 있어서 이용되는 임의의 방법을 이용하여 세퍼레이터(20a) 상에 배설(配設)할 수 있다. 또한, 각 전극(부극(10a'), 정극(10a'')) 간의 거리는, 권회하였을 때에 당해 전극 사이에 끼워지는 부극(10a'), 정극(10a''), 및 세퍼레이터(20a)의 합계 두께 이상이며 부극(10a') 및 정극(10a'')이 상하로 정렬할 수 있는 길이로 할 수 있다. 그리고, 이 예에 있어서도, 이차 전지의 안전성을 높이는 관점에서, 정극(10a'')의 치수는, 부극(10a')의 치수보다 작게 되어 있다.
<이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법>
그리고, 상술한 바와 같은 이차 전지용 적층체는, 예를 들어, 도 7에 나타내는 바와 같은 제조 장치(100)를 사용하여 제조할 수 있다.
도 7에 나타내는 제조 장치(100)는, 장척의 전극 원단(10)을 롤상으로 감아 이루어지는 전극 롤(10')과, 장척의 세퍼레이터 원단(20)을 롤상으로 감아 이루어지는 세퍼레이터 롤(20')과, 전극 롤(10')로부터 권출되는 전극 원단(10)의 주면 상에 볼록부 형성 부재(35)를 배치하는 볼록부 형성 부재 배치 기구(90)와, 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)을 협지하여 압착하는 압착 롤러로서의 금속 롤러(30) 및 고무 롤러(40)와, 볼록부 형성 부재(35)를 제거하는 제거 기구(95)와, 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)의 첩합체를 절단하는 절단 기구(50)를 구비하고 있다. 제거 기구(95)는, 볼록부 형성 부재(35)를 뽑아내는 인발부(도시 생략)를 구비하고 있다. 또한, 제조 장치(100)는, 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)을 반송하는 반송 롤러(60)와, 세퍼레이터 원단(20)의 장력을 조정하는 장력 댐퍼(70)와, 세퍼레이터 원단(20)의 반송 속도를 증가시키는 증속 장치(80)를 더 구비하고 있다. 그리고, 장력 댐퍼(70), 증속 장치(80), 금속 롤러(30), 및 고무 롤러(40)는, 세퍼레이터 롤(20')로부터 권출되는 세퍼레이터 원단(20)과, 전극 롤(10')로부터 권출되는 전극 원단(10)을, 볼록부 형성 부재(35)를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 볼록부 형성 부재(35)가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부(21)가 형성된 상태에서, 볼록부(21)가 전극 원단(10)측과는 반대측에 위치하도록 첩합하는 첩합 기구로서 기능한다. 한편, 첩합 기구에 있어서, 금속 롤러(30) 및 고무 롤러(40)는, 금속 롤러(30)가 전극 원단(10)측 누름 부재이고, 고무 롤러(40)가 세퍼레이터 원단(20)측 누름 부재인 압착기로서 기능한다. 또한, 금속 롤러(30)는 볼록부 형성 부재(35)보다 탄성률이 높고, 고무 롤러(40)는 볼록부 형성 부재(35)보다 탄성률이 낮다. 그리고, 금속 롤러(30) 및 고무 롤러(40)로 이루어지는 압착 롤러에서는, 전극 원단(10), 볼록부 형성 부재(35), 및 세퍼레이터 원단(20)을 사이에 두었을 때에, 고무 롤러(40)가 볼록부 형성 부재(35)의 형상에 따른 형상으로 변형되는 한편, 금속 롤러(30)가 실질적으로 변형되지 않음으로써, 볼록부 형성 부재(35)가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부(21)를 형성할 수 있다.
여기서, 볼록부 형성 부재(35), 볼록부 형성 부재 배치 기구(90), 및 제거 기구(95)에 대하여, 상기에서 설명한 도면 및 도 8을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 8(a) ~ (c)는, 볼록부 형성 부재 배치 기구(90)의 제 1 ~ 제 3 예의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
먼저, 도 8(a)을 참조하여 설명하면, 볼록부 형성 부재 배치 기구는, 전극 원단(10)의 주면 상에 볼록부 형성 부재(35)를 배치하는 배치부(15)를 구비하고 있다. 한편, 이 예에서는, 배치부(15)는, 전극 원단(10)과 같은 속도로 이동하면서 볼록부 형성 부재(35)를 전극 원단(10)의 주면 상에 배치하지만, 본 발명의 제조 장치에서는, 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)의 반송을 정지시킨 상태에서 볼록부 형성 부재(35)를 전극 원단(10)의 주면 상에 배치해도 된다.
볼록부 형성 부재(35)는, 제조 장치(100)에 있어서 형성 및 절단되는 첩합체(1)의 볼록부(21)에 대응한 형상(반원호상)의 볼록부를 갖고 있다. 그리고, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 볼록부 형성 부재(35)는, 전극 원단(10)의 전체 폭에 걸쳐 배치되어 있다. 한편, 볼록부 형성 부재(35)는, 예를 들어 테플론(등록상표) 등의 난(難)접착성 표면을 갖는 재료, 혹은 표면에 난접착성 코트가 처리된 재료 등에 의해 형성되어 있다.
또한, 제거 기구(95)는, 볼록부 형성 부재(35)를 뽑아내어 제거하는 인발 제거부(도시 생략)를 구비하고 있다. 인발 제거부가 볼록부 형성 부재(35)를 뽑아냄으로써, 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10) 사이에 개재하고 있는 볼록부 형성 부재(35)는 제거된다. 한편, 제거한 볼록부 형성 부재(35)는, 볼록부 형성 부재 배치 기구(90)에 있어서 재이용할 수 있다. 또한, 인발 제거부는, 예를 들어, 리니어 가이드, 볼 나사, 당해 볼 나사를 돌리는 모터를 갖는 스테이지, 및 당해 스테이지를 움직이게 하는 리니어 서보 모터를 포함하는 구성으로 할 수 있다.
그리고, 제조 장치(100)에 의하면, 예를 들어 도 1(a)에 나타내는 바와 같은 첩합체(1)를 형성해 절단 기구(50)로 절단하여, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2)를 얻을 수 있다.
이 제조 장치(100)에 의하면, 전극 롤(10')로부터 권출된 전극 원단(10)의 주면 상에 볼록부 형성 부재(35)를 배치할 수 있다(공정(A)). 또한, 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)을, 볼록부 형성 부재(35)를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 볼록부 형성 부재(35)가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부(21)를 형성한 상태에서, 볼록부(21)가 전극 원단(10)과는 반대측에 위치하도록 첩합할 수 있다(공정(B)). 또한, 공정(B)에서 얻어진 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)의 첩합체를 볼록부(21)가 형성되어 있는 부분에서 절단함으로써, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2)를 얻을 수 있다(공정(C)). 또한, 공정(B) 후 또한 공정(C) 전에, 볼록부 형성 부재(35)를 제거할 수 있다(공정(D)). 따라서, 세퍼레이터의 사이즈가 전극보다 큰 이차 전지용 적층체를 연속적으로 제조할 수 있다. 그리고, 그 결과, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조가 가능해진다.
여기서, 상술한 제조 장치(100)에서는, 도 1(a)에 나타내는 바와 같은 첩합체(1)를 형성해 절단 기구(50)로 절단하여, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2)를 제조할 수 있도록, 볼록부 형성 부재 배치 기구(90)를 사용하였으나, 도 1(c)에 나타내는 바와 같은 첩합체(1B)를 형성하여 도 3에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2B)를 제조하는 경우에는, 볼록부 형성 부재 배치 기구(90) 대신에, 도 8(b)에 나타내는 바와 같은 볼록부 형성 부재 배치 기구를 사용하면 된다.
다음으로, 도 8(b)를 참조하여 설명하면, 볼록부 형성 부재 배치 기구는, 복수(도시예에서는 4개)의 볼록부 형성 부재(35A, 35B, 35C, 35D)를 구비하고 있다. 전극 원단(10)의 주면 상에 배치되는 볼록부 형성 부재(35A, 35B, 35C, 35D)의 표면적은, 각각, 전극 원단(10)의 반송 방향을 향하여 점감되고 있다. 즉, 전극 원단(10)의 주면 상에 배치되는 볼록부 형성 부재(35A, 35B, 35C, 35D)는, 표면적의 크기가, 점점 커지고 있다.
그리고, 도 8(b)에 나타내는 볼록부 형성 부재 배치 기구를 사용하여 도 3에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2B)를 제조하는 경우에는, 예를 들어, 도 7에 나타내는 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)을, 볼록부 형성 부재(35A, 35B, 35C, 35D)를 개재시킨 상태에서 접합시킨다. 즉, 볼록부 형성 부재(35A, 35B, 35C, 35D)를 예를 들어 전극 원단(10)의 주면 상에 소정의 간격을 두어 순차 배치하고, 볼록부 형성 부재(35A, 35B, 35C, 35D)가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부를 형성하면서 첩합하는 조작을 반복한다. 또한, 임의로 볼록부 형성 부재(35A, 35B, 35C, 35D)를 제거한 후, 볼록부 형성 부재(35A)로 형성한, 표면적의 크기가 가장 작은 볼록부가 위치하는 부분에 있어서 절단 기구(50)가 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)을 절단하고, 볼록부 형성 부재(35B, 35C, 35D)로 형성한 볼록부가 위치하는 부분에 있어서 절단 기구(50)가 전극 원단(10)만을 절단한다. 이와 같이 하면, 도 3에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2B)를 효율적으로 얻어, 도 5에 나타내는 바와 같은 전극 구조체를 제작하고, 적층형 이차 전지를 연속적이고 또한 효율적으로 제조할 수 있다.
한편, 절단 기구(50)에 의한 전극 원단(10)의 절단은, 예를 들어, 전극 원단(10)의 세퍼레이터 원단(20)측과는 반대측에 절단날(도시 생략)을 설치하고, 당해 절단날을 전극 원단(10)과 세퍼레이터 원단(20)의 볼록부 사이의 위치까지 움직이게 함으로써 행할 수 있다.
또한, 도 6(c)에 나타내는 바와 같은 형상의 볼록부(21F)를 갖는 첩합체를 형성하여 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2)를 제조하는 경우에는, 도 7에 나타내는 볼록부 형성 부재 배치 기구(90) 대신에, 도 8(c)에 나타내는 바와 같은 볼록부 형성 부재 배치 기구를 사용하면 된다.
그리고, 도 8(c)을 참조하여 설명하면, 볼록부 형성 부재 배치 기구는, 도 6(c)에 나타내는 제 1 볼록부(21a) 및 제 2 볼록부(21c)에 대응하는 형상의 제 1 볼록부(35a) 및 제 2 볼록부(35c)와, 서로 인접하는 제 1 볼록부(35a) 및 제 2 볼록부(35c) 사이에 위치하여 도 6(c)에 나타내는 골짜기부(21b)에 대응하는 형상을 갖는 홈부(35b)를 갖는 볼록부(35F)를 구비하고 있다.
그리고, 도 8(c)에 나타내는 볼록부 형성 부재 배치 기구를 사용하여 도 6(c)에 나타내는 바와 같은 형상의 볼록부(21F)를 갖는 첩합체를 형성하여, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2)를 제조하는 경우에는, 예를 들어, 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)을 볼록부 형성 부재(35F)를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 볼록부 형성 부재(35F)가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부를 형성하면서 첩합하는 동시에, 볼록부(21F)의 골짜기부(21b)의 위치에서 절단 기구가 전극 원단(10) 및 세퍼레이터 원단(20)을 절단한다. 이와 같이 하면, 세퍼레이터의 사이즈가 전극보다 큰 이차 전지용 적층체(2)를 연속적으로 제조할 수 있다. 그리고, 그 결과, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조가 가능해진다.
한편, 상기에서는, 전극 원단(10)의 주면 상에 배치된 볼록부 형성 부재(35)를 사용하여 볼록부가 형성된 이차 전지용 적층체(2)를 제조하는 경우에 대하여 설명하였으나, 예를 들어, 상술한 제조 장치(100)에 있어서, 고무 롤러(40) 대신에 도 9에 나타내는 바와 같은 금속 롤러(40A)를 사용해도, 도 1 등에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체를 제조할 수 있다.
여기서, 도 1, 7, 및 9를 참조하여 구체적으로 설명하면, 금속 롤러(40A)는, 제조 장치(100)에 있어서 형성 및 절단되는 첩합체(1)의 볼록부(21)에 대응한 형상(반원호상)의 오목부(41)를 갖고 있다. 한편, 도 9에 나타내는 바와 같이, 금속 롤러(40A)의 오목부(41)는, 금속 롤러(40A)의 전체 폭에 걸쳐 형성되어 있다.
그리고, 장력 댐퍼(70), 증속 장치(80), 금속 롤러(30), 및 금속 롤러(40A)는, 세퍼레이터 롤(20')로부터 권출되는 세퍼레이터 원단(20)과, 전극 롤(10')로부터 권출되는 전극 원단(10)을, 세퍼레이터 원단(20)을 금속 롤러(40A)의 오목부(41)에 볼록부 형성 부재(35)로 밀어 넣어 만곡시킴으로써 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부(21)를 형성한 상태에서, 볼록부(21)가 전극 원단(10)측과는 반대측에 위치하도록 첩합하는 첩합 기구로서 기능한다.
이러한 금속 롤러(40A)를 구비한 제조 장치에 의하면, 도 7에 나타내는 세퍼레이터 롤(20')로부터 권출된 세퍼레이터 원단(20)과, 전극 롤(10')로부터 권출된 전극 원단(10)을, 금속 롤러(40A)의 오목부(41) 및 볼록부 형성 부재(35)를 사용하여 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부(21)를 형성한 상태에서, 볼록부(21)가 전극 원단(10)측과는 반대측에 위치하도록 첩합할 수 있다. 또한, 얻어진 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)의 첩합체를 볼록부(21)가 형성되어 있는 부분에서 절단함으로써, 도 2(a)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2)를 얻을 수 있다. 따라서, 세퍼레이터의 사이즈가 전극보다 큰 이차 전지용 적층체를 연속적으로 제조할 수 있다. 그리고, 그 결과, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조가 가능해진다.
또한, 상기에서는, 전극 원단(10)의 일방의 표면에 세퍼레이터 원단(20)이 첩합되어 이루어지는 첩합체를 형성해 절단 기구로 절단하여, 전극의 일방의 표면에 세퍼레이터가 첩합되어 이루어지는 이차 전지용 적층체를 제조하는 경우에 대하여 설명하였으나, 전극 원단(10)의 양면에 세퍼레이터 원단(20)이 첩합되어 이루어지는 첩합체를 형성하여 도 2(b)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2A)를 제조하는 경우에는, 예를 들어 도 10에 나타내는 바와 같은 제조 장치(100A)를 사용할 수 있다.
여기서, 도 10에 있어서, 도 7과 동일한 구성을 갖는 부재에는, 도 7과 동일한 부호를 붙이고, 이하에서는 설명을 생략한다.
그리고, 제조 장치(100A)에 의하면, 전극 롤(10')로부터 권출된 전극 원단(10)의 주면 양면 상에 볼록부 형성 부재(35)를 배치할 수 있다(공정(A)). 또한, 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)을, 볼록부 형성 부재(35)를 개재시킨 상태에서 2개의 고무 롤러(40)로 이루어지는 압착 롤러로 접합시켜, 볼록부 형성 부재(35)가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단(20)을 만곡시켜 세퍼레이터 원단(20)의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부(21)를 형성한 상태에서, 볼록부(21)가 전극 원단(10)과는 반대측에 위치하도록 첩합할 수 있다(공정(B)). 또한, 공정(B)에서 얻어진 세퍼레이터 원단(20)과 전극 원단(10)의 첩합체를 볼록부(21)가 형성되어 있는 부분에서 절단함으로써, 도 2(b)에 나타내는 바와 같은 이차 전지용 적층체(2A)를 얻을 수 있다(공정(C)). 또한, 공정(B) 후 또한 공정(C) 전에, 볼록부 형성 부재(35)를 제거할 수 있다(공정(D)). 따라서, 세퍼레이터의 사이즈가 전극보다 큰 이차 전지용 적층체를 연속적으로 제조할 수 있다. 그리고, 그 결과, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조가 가능해진다.
한편, 제조 장치(100A)에 있어서, 양면에 볼록부(21)를 갖는 첩합체의 반송은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 볼록부(21)의 형상에 대응한 형상의 오목부를 갖는 반송 롤러나, 에어 리프트 롤러 등의 리프트 업식 반송 기구를 사용하여 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법에 대하여 예를 이용하여 설명하였으나, 본 발명의 이차 전지용 적층체의 제조 장치 및 제조 방법은 상술한 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상술한 볼록부 형성 부재는, 당해 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화 가능한 재료로 형성하는 동시에, 당해 볼록부 형성 부재를 제거하는 임의의 제거 기구는, 당해 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화시켜 제거하는 제거부를 구비하는 구성으로 해도 된다. 그 때, 볼록부 형성 부재를 형성하는 재료로는, 예를 들어, 상술한 테플론(등록상표) 등의 난접착성 표면을 갖는 재료나, 표면에 난접착성 코트가 처리된 재료 외에, 드라이아이스 등을 들 수 있다. 또한, 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화시키는 방법으로는, 볼록부 형성 부재를, 볼록부 형성 부재를 개재시킨 상태에서 접합한 전극 원단 및 세퍼레이터 원단과 함께 침지조에 반입하여 전해액(에틸렌카보네이트) 등의 용매에 침지하는 방법이나, 볼록부 형성 부재를, 볼록부 형성 부재를 개재시킨 상태에서 접합한 전극 원단 및 세퍼레이터 원단과 함께 가열로에 반입하여 가열하는 방법 등을 들 수 있다. 이들 방법을 채용하면, 볼록부 형성 부재를 뽑아내는 경우와 비교하여, 뽑아낼 때에 세퍼레이터 원단이나 전극 원단에 응력이나 마찰력 등의 기계적인 부하를 주지 않고, 볼록부 형성 부재를 제거할 수 있다.
또한, 첩합 기구로서 사용할 수 있는 압착 롤러는, 상술한 것에 한정되는 것은 아니며, 전극 원단, 볼록부 형성 부재, 및 세퍼레이터 원단을 사이에 두었을 때에, 세퍼레이터 원단측에 위치하는 롤러가 볼록부 형성 부재의 형상에 따른 형상으로 변형되는 한편, 전극 원단측에 위치하는 롤러가 실질적으로 변형되지 않음으로써, 볼록부 형성 부재가 배치되어 있는 부분에서 세퍼레이터 원단을 만곡시켜 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부를 형성할 수 있는 것이면, 임의의 롤러를 조합하여 사용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 볼록부 형성 부재를, 세퍼레이터 원단의 주면에 배치되는 제 1 부재와, 전극 원단의 주면에 배치되는 제 2 부재로 구성하고, 세퍼레이터 원단과 전극 원단을 접합시킬 때에 비로소, 제 1 부재와 제 2 부재가 합체되어, 볼록부 형성 부재를 구성하도록 해도 된다.
또한, 예를 들어, 세퍼레이터 원단과 전극 원단을 끼워 넣어 첩합하는 압착기로는, 금형 등을 사용해도 된다.
또한, 세퍼레이터 원단의 반송 방향의 인장 탄성률이 400 MPa 이상 4500 MPa 이하인 경우, 및/또는, 세퍼레이터 원단의 두께가 0.5μm 이상 40μm 이하인 경우 등, 세퍼레이터 원단이 유연하여 볼록부의 형상을 유지한 채 첩합체를 형성, 반송, 및 절단하는 것이 어려운 경우에는, 세퍼레이터 원단은, 오목부 내에서 가열하여 형상을 잡아주어도 된다. 또한, 볼록부 형성 부재는, 제거하지 않고 절단 기구로 전극 원단(10)을 절단하였을 때에 꺼내도 되고, 전극 원단 및 세퍼레이터 원단(20)과 함께 절단해도 된다. 나아가서는, 본 발명의 제거 기구를, 첩합 기구와 절단 기구 사이가 아니라, 절단 기구의 하류측에 구비해도 된다. 이와 같이 하면, 절단 기구로 절단할 때에는, 세퍼레이터 원단과 전극 원단 사이에 볼록부 형성 부재가 개재함으로써, 세퍼레이터 원단과 전극 원단 사이에 중공 부분이 존재하지 않기 때문에, 절단하기 쉬워진다. 또한, 볼록부 형성 부재를 용해 등에 의해 제거하는 경우에는, 상기와 같은 중공 부재가 존재하지 않음으로써 절단하기 쉬워지는 것에 더하여, 절단시의 단면의 금속 버를 방지하거나, 버를 보호할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명의 제조 장치 및 제조 방법에 의하면, 적층형 이차 전지의 연속적이고 또한 효율적인 제조를 가능하게 하는, 세퍼레이터와 전극을 구비하는 이차 전지용 적층체를 효율적으로 제조할 수 있다.
1, 1A, 1B 첩합체
2, 2A, 2B 이차 전지용 적층체
2' 부극 적층체
2'' 정극 적층체
10 전극 원단
10a 전극
10a' 부극
10a'' 정극
10' 전극 롤
11 집전체
11a 집전체
11a' 부극 집전체
11a'' 정극 집전체
11b 전류 취출 단자 장착의 정극 집전체
11c 전류 취출 단자 장착의 부극 집전체
12 전극 합재층
12a 전극 합재층
12a' 부극 합재층
12a'' 정극 합재층
15 배치부
20 세퍼레이터 원단
20a 세퍼레이터
20' 세퍼레이터 롤
21 볼록부
21A, 21B, 21C, 21D, 21E, 21F 볼록부
21a 제 1 볼록부
21b 골짜기부
21c 제 2 볼록부
30 금속 롤러
35 볼록부 형성 부재
35a 제 1 볼록부
35b 홈부
35c 제 2 볼록부
40A 금속 롤러
41a 제 1 오목부
41c 제 2 오목부
50 절단 기구
60 반송 롤러
70 장력 댐퍼
80 증속 장치
90 볼록부 형성 부재 배치 기구
95 제거 기구
100, 100A 제조 장치

Claims (16)

  1. 장척의 전극 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 전극 롤과,
    장척의 세퍼레이터 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 세퍼레이터 롤과,
    상기 세퍼레이터 롤로부터 권출되는 세퍼레이터 원단의 주면 상 및 상기 전극 롤로부터 권출되는 전극 원단의 주면 상 중 적어도 일방에 볼록부 형성 부재를 배치하는 볼록부 형성 부재 배치 기구와,
    상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 상기 볼록부 형성 부재를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 상기 볼록부 형성 부재가 배치되어 있는 부분에서 상기 세퍼레이터 원단을 굴곡 또는 만곡시켜 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재(延在)하는 볼록부를 형성하는 동시에 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 첩합하는 첩합 기구와,
    상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단의 첩합체의 적어도 전극 원단 부분을, 상기 볼록부가 형성되어 있는 부분에서 절단하는 절단 기구
    를 구비하는, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    표면적이 다른 복수의 상기 볼록부 형성 부재를 구비하는 동시에, 상기 볼록부 형성 부재 배치 기구는, 각 볼록부 형성 부재의 표면적이, 상기 세퍼레이터 원단 및 상기 전극 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 배치하는, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 첩합 기구와 상기 절단 기구 사이에, 상기 볼록부 형성 부재를 제거하는 제거 기구를 더 구비하는, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제거 기구는, 상기 볼록부 형성 부재를 뽑아내어 제거하는 인발 제거부를 구비하는, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼록부 형성 부재는, 용해, 융해, 또는 승화 가능한 재료로 형성되어 있고, 상기 제거 기구는, 상기 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화시켜 제거하는 제거부를 구비하는, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첩합 기구가, 세퍼레이터 원단측 누름 부재와 전극 원단측 누름 부재로 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 끼워 넣어 첩합하는 압착기를 구비하고, 상기 세퍼레이터 원단측 누름 부재의 탄성률이, 상기 볼록부 형성 부재의 탄성률보다 낮고, 상기 전극 원단측 누름 부재의 탄성률이, 상기 볼록부 형성 부재의 탄성률보다 높은, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터 원단측 누름 부재 및 전극 원단측 누름 부재가 압착 롤러인, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼록부가, 상기 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 제 1 볼록부 및 제 2 볼록부와, 상기 제 1 볼록부 및 상기 제 2 볼록부 사이에 위치하는 골짜기부를 갖는, 이차 전지용 적층체의 제조 장치.
  9. 장척의 세퍼레이터 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 세퍼레이터 롤로부터 권출된 세퍼레이터 원단의 주면 상 및 장척의 전극 원단을 롤상으로 감아 이루어지는 전극 롤로부터 권출된 전극 원단의 주면 상 중 적어도 일방에 볼록부 형성 부재를 배치하는 공정(A)와,
    상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 상기 볼록부 형성 부재를 개재시킨 상태에서 접합시켜, 상기 볼록부 형성 부재가 배치되어 있는 부분에서 상기 세퍼레이터 원단을 굴곡 또는 만곡시켜 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 볼록부를 형성하는 동시에 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단을 첩합하는 공정(B)와,
    상기 공정(B)에서 얻은 상기 세퍼레이터 원단과 상기 전극 원단의 첩합체의 적어도 전극 원단 부분을, 상기 볼록부가 형성되어 있는 부분에서 절단하는 공정(C)
    를 포함하는, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공정(B) 후 또한 상기 공정(C) 전에, 상기 볼록부 형성 부재를 제거하는 공정(D)를 더 구비하는, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공정(D)에서는, 상기 볼록부 형성 부재를 뽑아내어 제거하는, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 볼록부 형성 부재가, 용해, 융해, 또는 승화 가능한 재료로 형성되어 있고,
    상기 공정(D)에서는, 상기 볼록부 형성 부재를 용해, 융해, 또는 승화시켜 제거하는, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정(B)에서는, 상기 볼록부 형성 부재보다 탄성률이 높은 전극 원단측 누름 부재와, 상기 볼록부 형성 부재보다 탄성률이 낮은 세퍼레이터 원단측 누름 부재로 상기 세퍼레이터 원단 및 전극 원단을 끼워 넣어 첩합하는, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 세퍼레이터 원단측 누름 부재 및 전극 원단측 누름 부재가 압착 롤러인, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정(A)에서는, 표면적이 다른 복수의 볼록부 형성 부재를 각 볼록부 형성 부재의 표면적이 상기 세퍼레이터 원단 및 상기 전극 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 배치하고, 상기 공정(B)에서는, 복수의 볼록부를, 각 볼록부의 표면적이 상기 세퍼레이터 원단의 반송 방향을 향하여 점증 또는 점감되도록 형성하는, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼록부가, 상기 세퍼레이터 원단의 전체 폭에 걸쳐 연재하는 제 1 볼록부 및 제 2 볼록부와, 상기 제 1 볼록부 및 상기 제 2 볼록부 사이에 위치하는 골짜기부를 갖는, 이차 전지용 적층체의 제조 방법.
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