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KR20170040747A - 축전 디바이스 - Google Patents

축전 디바이스 Download PDF

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KR20170040747A
KR20170040747A KR1020160126304A KR20160126304A KR20170040747A KR 20170040747 A KR20170040747 A KR 20170040747A KR 1020160126304 A KR1020160126304 A KR 1020160126304A KR 20160126304 A KR20160126304 A KR 20160126304A KR 20170040747 A KR20170040747 A KR 20170040747A
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KR
South Korea
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heat
resin layer
electrode
negative electrode
metal foil
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020160126304A
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English (en)
Inventor
타케시 나카무라
코지 미나미타니
Original Assignee
쇼와 덴코 가부시키가이샤
쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쇼와 덴코 가부시키가이샤, 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤 filed Critical 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Publication of KR20170040747A publication Critical patent/KR20170040747A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

제1 외장재(10) 및 제2 외장재(20) 중의 적어도 일방은, 제1 내측 도통부(43a, 43b) 및 제2 내측 도통부(53)를 포함하는 영역에 2단 이상의 엠보스부(51)를 가지며, 상기 제1 외장재(10)의 제1 열융착성 수지층과 제2 외장재(20)의 제2 열융착성 수지층이 마주 대하고, 실 내에 제1 내측 도통부(43a, 43b) 및 제2 내측 도통부(53)가 임하는 전극체실(31)을 갖는 외장체(30)가 형성되고, 상기 전극체실(31) 내에 전해질과 함께 봉입된 전극체(100)는, 정극 요소(114, 144)가 제1 내측 노출 부(43a, 43b)에 도통함과 함께 부극 요소(124)가 제2 내측 도통부(53)에 도통하고, 상기 외장체(30)의 외면에 제1 외측 도통부(44) 및 제2 외측 도통부(54)가 마련되어 있다.

Description

축전 디바이스{ELECTRICITY STORAGE DEVICE}
본 발명은, 리튬 이온 배터리, 전기(電氣) 2중층 커패시터, 전고체(全固體) 전지 등으로서 사용되는, 라미네이트재로 외장된 축전 디바이스에 관한 것이다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차의 전지, 가정용 또는 공업용의 고정용 축전지에 사용되는 리튬 이온 2차 전지나 리튬 폴리머 2차 전지는 소형화, 경량화에 수반하여, 종래 사용되고 있던 금속제의 외장체에 대신하여, 금속박의 양면에 수지 필름을 맞붙인 라미네이트 외장재가 사용되는 것이 많아지고 있다. 또한, 라미네이트 외장재를 사용한 전기 2중층 콘덴서나 리튬 이온 커패시터 등도 자동차나 버스에 탑재하는 것이 검토되고 있다(특허 문헌 1, 2 참조).
현행의 축전 디바이스는, 상기 특허 문헌 1, 2에 기재되어 있는 바와 같이, 전극체에 탭 리드를 접합하여, 탭 리드의 선단을 외부에 인출한 상태에서 외장재를 히트 실 접합함에 의해 전극체가 외장체 내에 밀봉되어 있다.
일본 특개평10-302756호 공보 일본 특개2001-57184호 공보
현행의 축전 디바이스는 직방체의 외장체로부터 탭 리드가 돌출한 형상이고, 장치 내의 수납 공간에는 탭 리드와의 접속 스페이스가 필요하다. 그러나, 축전 디바이스를 탑재하는 장치는 다종다양한 한편으로, 현행의 축전 디바이스는 형상의 자유도가 낮기 때문에, 장치 내의 수납용 공간에 낭비가 나타나는 일이 있고, 장치의 박형화 및 소형화의 방해가 되어 있다.
또한, 외장체의 탭 리드의 인출 개소는 열봉지부(熱封止部)의 접합 강도의 저하를 피할 수 없고, 다른 부분보다도 액 누출이 일어나기 쉽다. 이 때문에, 코드나 다른 디바이스를 탭 리드에 접속하기 위한 초음파 접합이나 솔더링 등의 작업에는 높은 정밀도가 요구된다.
본 발명은, 상술한 배경 기술을 감안하여, 장치 내의 공간에 효율 좋게 수납할 수 있고, 또한 접속 작업을 경감할 수 있는 축전 디바이스의 제공을 목적으로 한다.
즉 본 발명은 하기 [1]∼[6]에 기재된 구성을 갖는다.
[1] 제1 금속박의 일방의 면에 제1 내열성 수지층이 맞붙여지고, 타방의 면에 제1 열융착성 수지층이 맞붙여지고, 상기 제1 열융착성 수지층측의 면에 제1 금속박에 도통하는 제1 내측 도통부를 갖는 제1 외장재와,
제2 금속박의 일방의 면에 제2 내열성 수지층이 맞붙여지고, 타방의 면에 제2 열융착성 수지층이 맞붙여지고, 상기 제2 열융착성 수지층측의 면에 제2 금속박에 도통하는 제2 내측 도통부를 갖는 제2 외장재와,
정극 활물질을 포함하는 정극 요소와, 부극 활물질을 포함하는 부극 요소와, 이들의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 갖는 전극체를, 1개 이상 구비하고,
상기 제1 외장재 및 제2 외장재 중의 적어도 일방은, 제1 내측 도통부 또는 제2 내측 도통부를 포함하는 영역에 2단(段) 이상의 엠보스부를 가지며, 상기 제1 외장재의 제1 열융착성 수지층과 제2 외장재의 제2 열융착성 수지층이 마주 대하고, 제1 열융착성 수지층과 제2 열융착성 수지층이 융착한 열봉지부에 둘러싸임에 의해, 실(室) 내에 제1 내측 도통부 및 제2 내측 도통부가 임(臨)하는 전극체실(電極體室)을 갖는 외장체가 형성되고,
상기 전극체실 내에 전해질과 함께 봉입된 전극체는, 정극 요소가 제1 내측 도통부에 도통함과 함께 부극 요소가 제2 내측 도통부에 도통하고,
상기 외장체의 외면에, 상기 제1 금속박에 도통하는 제1 외측 도통부 및 상기 제2 금속박에 도통하는 제2 외측 도통부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
[2] 상기 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부는 열봉지부보다도 내측에 마련되어 있는 전항 1에 기재된 축전 디바이스.
[3] 복수개의 전극체를 구비하는 전항 1 또는 2에 기재된 축전 디바이스.
[4] 상기 복수개의 전극체가 상기 외장체의 두께 방향으로 적층되어 있는 전항 3에 기재된 축전 디바이스.
[5] 상기 복수개의 전극체가 상기 외장체의 면방향으로 병치(竝置)되어 있는 전항 3에 기재된 축전 디바이스.
[6] 상기 복수개의 전극체가 상기 2단 이상의 엠보스부의 형상에 맞추어서 배치되어 있는 전항 3에 기재된 축전 디바이스.
상기 [1]에 기재된 축전 디바이스는, 외장체가 2단 이상의 엠보스부를 가지며 형상이 다양화되기 때문에, 축전 디바이스를 탑재하는 장치의 수납용 공간에 맞추기 쉽게 되고, 수납용 공간 내의 데드 스페이스를 가급적 작게 할 수 있다. 또한, 외장체로부터 탭 리드를 인출할 필요가 없기 때문에 컴팩트하다. 이들에 의해, 장치 내에서의 축전 디바이스의 수납용 공간을 작게 할 수 있고, 나아가서는 장치의 박형화, 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 외장체의 외면 형상을 수납용 공간에 맞춤으로써 축전 디바이스가 수용용 공간의 벽면에 구속되어 공간 내에서의 덜컹거림이 없어지고, 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부에 접속된 접속부재가 벗겨진다는 도통 장해가 발생하기 어렵게 된다.
상기 [2]에 기재된 축전 디바이스는, 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부가 열봉지부보다도 내측에 마련되어 있기 때문에, 외부와의 접속에 지장을 초래하는 일 없이 열봉지부를 절곡할 수 있다. 그리고, 열봉지부를 절곡함에 의해 축전 디바이스의 외형을 작게 할 수 있고, 또한 주연부의 두께가 증가함으로써 외장체 강도를 높일 수 있다.
상기 [3]∼[6]에 기재된 축전 디바이스는, 복수개의 전극체를 외장체의 엠보스부의 형상에 맞추어서 배치함으로써 전극체실 내에서의 전(全) 전극체의 점유 용적을 가능한 한 크게할 수가 있어서, 디바이스의 고용량화를 도모할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 축전 디바이스의 한 실시 형태의 사시도.
도 1B는 도 1A에서의 1B-1B선 단면시도(斷面視圖).
도 2는 도 1A 및 도 1B의 축전 디바이스의 외장체를 구성하는 제1 외장재 및 제2 외장재의 단면도.
도 3은 전극체의 사시도.
도 4A는 극체를 구성하는 정극의 사시도.
도 4B는 전극체를 구성하는 부극의 사시도.
도 4C는 전극체를 구성하는 세퍼레이터의 사시도.
도 5는 하단 전극체의 분해 사시도.
도 6은 상단 전극체의 분해 사시도.
도 7은 도 1A 및 도 1B의 축전 디바이스의 변형례를 도시하는 단면도.
도 8은 도 1A 및 도 1B의 축전 디바이스의 다른 변형례를 도시하는 단면도.
도 9는 도 1A 및 도 1B의 축전 디바이스의 또 다른 변형례를 도시하는 단면도.
도 10은 도 1A 및 도 1B의 축전 디바이스의 또 다른 변형례를 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명의 축전 디바이스의 다른 실시 형태의 단면도.
도 1A, 1B, 11에 본 발명의 축전 디바이스의 2 타입의 실시 형태를 도시한다.
이하의 설명에서, 동일 부호를 붙인 부재는 동일물 또는 동등물을 나타내고 있고, 중복되는 설명을 생략한다.
[제1 외장재 및 제2 외장재]
도 2에 각 축전 디바이스(1, 2)의 외장체를 구성하는 제1 외장재(10) 및 제2 외장재(20)의 적층 구조 및 도통부의 형성례를 도시한다.
제1 외장재(10)는 제1 금속박(11)의 일방의 면에 접착제층(12)에 의해 제1 내열성 수지층(13)이 맞붙여지고, 타방의 면에 접착제층(14)에 의해 제1 열융착성 수지층(15)이 맞붙여지어 있다. 상기 제1 내열성 수지층(13)측의 면에, 제1 내열성 수지층(13) 및 접착제층(12)이 없고 제1 금속박(11)이 노출하여 제1 금속박(11)에 도통하는 도통부(16)가 형성되어 있다. 상기 제1 열융착성 수지층(15)측의 면에, 제1 열융착성 수지층(15) 및 접착제층(14)이 없고 제1 금속박(11)이 노출하는 도통부(17)가 형성되어 있다. 외장체에서, 상기 제1 열융착성 수지층(15)측의 도통부(17)는 외장체의 형태에 관계없이 적어도 하나 존재하고, 전극 요소 실 내에 임하는 제1 내측 도통부가 된다. 상기 제1 내측 도통부는 2개 이상 마련되는 일이 있고, 이들은 전부 제1 열융착성 수지층(15)측에 마련된다. 또한, 상기 제1 열융착성 수지층(15)이 외장체의 외면의 일부가 되는 경우는, 제1 열융착성 수지층(15)측의 면에 제1 외측 도통부가 마련되는 일이 있다. 한편, 제1 내열성 수지층(13)측의 도통부(16)는 외장체의 형태에 의해 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우가 있고, 존재하는 경우는 외장체의 외면에 형성되어 제1 외측 도통부가 된다.
마찬가지로, 제2 외장재(20)는 제2 금속박(21)의 일방의 면에 접착제층(22)에 의해 제2 내열성 수지층(23)이 맞붙여지고, 타방의 면에 접착제층(24)에 의해 제2 열융착성 수지층(25)이 맞붙여지어 있다. 상기 제2 내열성 수지층(23)측의 면에, 제2 내열성 수지층(23) 및 접착제층(22)이 없고 제2 금속박(21)이 노출하여 제2 금속박(21)에 도통하는 도통부(26)가 형성되어 있다. 상기 제2 열융착성 수지층(25)측의 면에, 제2 열융착성 수지층(25) 및 접착제층(24)이 없고 제2 금속박(21)이 노출하는 도통부(27)가 형성되어 있다. 외장체에서, 상기 제2 열융착성 수지층(25)측의 도통부(27)는 외장체의 형태에 관계없이 적어도 하나 존재하고, 전극 요소 실 내에 임하는 제2 내측 도통부가 된다. 상기 제2 내측 도통부는 2개 이상이 마련되는 일이 있고, 이들은 전부 상기 제2 열융착성 수지층(25)측에 마련된다. 또한, 상기 제2 열융착성 수지층(25)이 외장체의 외면의 일부가 되는 경우는, 제2 열융착성 수지층(25)측의 면에 제2 외측 도통부가 마련되는 일이 있다. 한편, 제2 내열성 수지층(23)측의 도통부(26)는 외장체의 형태에 의해 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우가 있고, 존재하는 경우는 외장체의 외면에 형성되어 제2 외측 도통부가 된다.
본 발명에서 도통부(16, 17, 26, 27)는 제1 금속박(11) 또는 제2 금속박(21)에 도통하는 것이 요건이고, 제1 금속박(11) 또는 제2 금속박(21)이 노출하여 있는 것은 요건이 아니다. 예를 들면, 접착제층(12, 14, 22, 24)이 도전성 접착제로 형성되어 있는 경우는, 제1 금속박(11) 또는 제2 금속박(21)상의 접착제층(12, 14, 22, 24)이 노출하여 있어도 도통부가 형성된다.
상기 도통부(16, 17)는 제1 외장재(10)의 임의의 위치에 임의의 형상으로 형성할 수 있다. 제2 외장재(20)의 도통부(26, 27)도 마찬가지이다.
도통부는 이하의 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 도통부의 형성 방법을 포함하는 제1 외장재(10) 및 제2 외장재(20)의 제조 방법을 한정하는 것이 아니고, 이하는 도통부 형성 방법의 한 예에 지나지 않는다.
(1) 주지의 방법에 의해, 접착제로 내열성 수지층, 금속박층, 열융착성 수지층을 맞붙이고, 레이저를 조사하여 수지층 및 접착제층을 소작(燒灼) 제거한다.
(2) 금속박에 접착제를 도포할 때에 도통부를 형성하는 부분에 접착제를 도포하지 않은 미도포부를 형성하고, 내열성 수지층 또는 열융착성 수지층을 맞붙인다. 그 후, 미도포부상의 수지층을 절제(切除)한다.
(3) 금속박의 도통부를 형성하는 부분에 마스킹 테이프를 붙여 두고, 접착제를 도포하고 내열성 수지층 또는 열융착성 수지층 수지층을 맞붙인다. 그 후, 마스킹 테이프와 함께 수지층 및 접착제를 제거한다.
[축전 디바이스]
본 발명의 축전 디바이스는, 제1 외장재(10)의 제1 열융착성 수지층(15)과 제2 외장재(20)의 제2 열융착성 수지층(25)이 마주 대하고, 제1 열융착성 수지층(15)과 제2 열융착성 수지층(25)이 융착한 열봉지부에 둘러싸임에 의해, 실 내에 제1 내측 도통부 및 제2 내측 도통부가 임하는 전극체실을 갖는 외장체가 형성되고, 전극체실 내에서, 전극체의 정극 요소가 제1 내측 도통부에 도통함과 함께 부극 요소가 제2 내측 도통부에 도통하고 있다. 또한, 외장체의 외면에서는 제1 금속박(11)에 도통하는 제1 외측 도통부 및 제2 금속박(21)에 도통하는 제2 외측 도통부를 갖고 있다.
이하에 상세히 기술하는 제1의 축전 디바이스는 제1 금속박(11) 및 제2 금속박(21)을 전극체를 외장체 외면에 도통시키는 도통체로서 이용하고, 제2의 축전 디바이스는 제1 금속박(11) 및 제2 금속박(21)을 집전체로서 이용하고 있다.
(제1의 축전 디바이스)
도 1A 및 도 1B에 도시하는 축전 디바이스(1)는, 전극체(100)와 이 전극체(100)를 수납하여 밀봉하는 외장체(30)를 구비하고 있다. 또한, 도 1B는 제1 외장재(10) 및 제2 외장재(20)의 적층 구조의 도시를 생략하고 도통부만을 도시하고 있다.
(외장체)
상기 외장체(30)는, 엠보스부(41)를 갖는 제1 외장재(10)와 플랫한 제2 외장재(20)로 구성되어 있다.
상기 외장체(30)에서의 제1 외장재(10)는, 후술하는 위치에 도통부를 형성한 플랫 시트에 대해, 제1 내열성 수지층(13)측이 볼록하게 되는 엠보스 가공을 시행함에 의해, 전극체실(31)이 되는 평면시(平面視) 사각형의 엠보스부(41)가 형성되어 있다. 상기 엠보스부(41)는, 개구측에 형성된 하단 엠보스부(41a)와, 상기 하단 엠보스부(41a)의 윗면에 형성되어 상기 하단 엠보스부(41a)보다도 작은 상단 엠보스부(41b)로 이루어지는 2단 구조이다. 또한, 하단 엠보스부(41a)의 4변의 개구연(開口緣)으로부터 외방으로 거의 수평하게 늘어나는 플랜지(42)가 형성되어 있다. 상기 제1 외장재(10)는, 하단 엠보스부(41a)의 윗면 및 상단 엠보스부(41b)의 윗면의 내측, 즉 제1 열융착성 수지층(15)측의 면에 도통부(17)를 가지며, 각각이 하단 제1 내측 도통부(43a) 및 상단 제1 내측 도통부(43b)로서 기능한다. 또한, 4변의 플랜지(42)의 하나에는 제1 내열성 수지층(13)측의 면에 도통부(16)가 형성되어 제1 외측 도통부(44)로서 기능한다.
상기한 2단 구조의 엠보스부(41)는 각 단의 엠보스 가공을 순차적으로 행함에 의해 형성할 수 있다. 하단 엠보스부(41a)와 상단 엠보스부(41b)의 성형 순서는 묻지 않지만, 먼저 하단 엠보스부(41a)를 성형하는 것이 일반적이다.
상기 외장체(30)에서의 제2 외장재(20)는 플랫 시트이고, 제2 열융착성 수지층(25)측의 면에 도통부(27)를 가지며, 상기 도통부(27)가 제2 내측 도통부(53)로서 기능한다. 또한, 제2 내열성 수지층(23)측의 면에 도통부(26)를 가지며, 상기 도통부(26)가 제2 외측 도통부(54)로서 기능한다.
(전극체)
도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 전극체(100)는 큰 하단 전극체(100a)의 상면에 작은 상단 전극체(100b)를 겹쳐서 결합한 스텝형이다. 상기 하단 전극체(100a) 및 상기 상단 전극체(100b)는, 각각, 금속박으로 이루어지는 정극 집전체에 정극 활물질부를 도공(塗工)한 정극과, 금속박으로 이루어지는 부극 집전체에 부극 활물질부를 도공한 부극과의 사이에 세퍼레이터를 개재시켜서 적층한 적층형 셀이다. 상기 정극 및 부극은 본 발명에서 정극 요소 및 부극 요소에 대응한다. 또한, 상기 하단 전극체(100a) 및 상단 전극체(100b)는, 상기 제1 외장재(10)의 하단 엠보스부(41a) 및 상단 엠보스부(41b)의 내측 형상을 모방한 형상으로 제작되어 있다. 이하에, 도 3∼6을 참조하면서 전극체(100)의 구조를 상세히 기술한다.
도 4A∼4C에 하단 전극체(100a)의 구성 부재의 일부를 도시하고, 도 5에 하단 전극체(100a)의 분해 사시도를 도시한다. 또한, 도 4A∼4C는 구성 부재의 노치부 및 활물질의 미(未)도공부의 위치를 나타내기 위한 도면이고, 치수가 다른 하단 전극체(100a)와 상단 전극체(100b)의 구성 부재를 일괄하여 나타내고 있기 때문에 도 5 및 도 6과는 구성 부재의 전체 치수에 대한 노치부 및 활물질의 미도공부의 치수 비율이 정합(整合)하지 않는다. 또한, 도 5 및 도 6은, 정극 활물질부 및 부극 활물질부의 도시를 생략하고, 정극 집전체 및 부극 집전체의 형상을 가지고 정극 및 부극을 도시하고 있다.
도 4A에 도시하는 바와 같이, 정극(110)은, 사각형의 한 귀퉁이(隅)에 사각형의 노치부(112)를 갖는 정극 집전체(111)의 양면에, 상기 노치부(112)의 옆의 한 귀퉁이를 제외한 영역에 정극 활물질을 도공하여 정극 활물질부(113)가 형성되어 있다. 칠하지 않고 남겨둔 한 귀퉁이는 정극 집전체(111)가 노출하여 있고, 적층한 복수의 정극(110)을 서로 접속하기 위한 접속부(114)가 된다.
도 4B에 도시하는 바와 같이, 부극(120)은, 사각형의 한 귀퉁이에 사각형의 노치부(122)를 갖는 부극 집전체(121)의 양면에, 상기 노치부(122)의 옆의 한 귀퉁이를 제외한 영역에 부극 활물질을 도공하여 부극 활물질부(123)가 형성되어 있다. 칠하지 않고 남겨둔 한 귀퉁이는 부극 집전체(121)가 노출하여 있고, 적층한 복수의 부극(120)을 서로 접속하기 위한 접속부(124)가 된다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터(134)를 제외하고 맨 위에 배치되는 부극(125a)은 상기 부극 집전체(121)와 동형의 부극 집전체의 하단 전극체(100a)의 내측을 향한 면(도 5에서는 하측의 면)에만 부극 활물질부가 형성되고, 또한 상기 부극(120)과 같은 귀퉁이에 노치부(122) 및 접속부(124)가 형성되어 있다. 한편, 맨 아래에 배치되는 부극(125b)은 상기 부극 집전체(121)와 동형의 부극 집전체의 하단 전극체(100a)의 내측을 향한 면(도 5에서는 상측의 면)에만 부극 활물질부가 형성되고, 또한 상기 부극(120)과 같은 귀퉁이에 노치부(122) 및 접속부(124)가 형성되어 있다.
상기 정극(110)의 노치부(112)와 부극(120, 125a, 125b)의 노치부(122)는 서로 반대의 귀퉁이에 형성되고, 정극(110)의 노치부(112)와 부극(120, 125a, 125b)의 접속부(124)가 겹쳐지고, 부극(120, 125a, 125b)의 노치부(122)와 정극(110)의 접속부(114)가 겹쳐진다.
세퍼레이터는 배치 위치에 의해 형상이 다르다. 도 4C에 도시하는 바와 같이, 중간에 배치한 세퍼레이터(130)는, 사각형의 2개의 귀퉁이에 노치부(131, 132)를 갖고 있다. 상기 노치부(131, 132)는 각각 정극(110)의 노치부(112) 및 부극(120)의 노치부(122)에 대응하는 귀퉁이에 형성되어 있다. 맨 위에 배치한 세퍼레이터(134)는, 부극(120)의 노치부(122)에 대응하는 귀퉁이에 노치부(132)가 형성되고, 또한 상단 전극체(100b)의 정극 노치부(142)와 겹쳐지는 부분에 사각형의 창(135)이 천공(穿設)되어 있다.
상술한 각 부재를 아래로부터 위로의 순서로, 부극(125b), 세퍼레이터(130), 정극(110), 세퍼레이터(130), 부극(120), 세퍼레이터(130) …, 부극(120), 세퍼레이터(130), 정극(110), 세퍼레이터(130), 부극(125a), 세퍼레이터(134)를 겹쳐서 조립한다. 상기 조립체에서, 정극(110)의 접속부(114)가 존재하는 한 귀퉁이는 부극(120)의 노치부(122)와 세퍼레이터(130)의 노치부(132)에 대응하고 있기 때문에 복수의 정극(110)의 접속부(114)가 직접 맞겹쳐져 있다. 또한, 부극(120, 125a, 125b)의 접속부(124)가 존재하는 한 귀퉁이는 정극(110)의 노치부(112)와 세퍼레이터(130)의 노치부(131)에 대응하고 있기 때문에 복수의 부극(120, 125a, 125b)의 접속부(124)가 직접 맞겹쳐져 있다. 맞겹쳐진 정극(110)의 접속부(114) 및 맞겹쳐진 부극(120, 125a, 125b)의 접합부(124)는, 각각에 초음파 접합 등에 의해 접합한다. 또한, 접합 방법은 한정되지 않는다. 그리고, 맨 위의 부극(125a)의 위에 세퍼레이터(134)를 겹침에 의해 하단 전극체(100a)가 완성된다.
상기 하단 전극체(100a)는, 상면에서 세퍼레이터(134)의 창(135)으로부터 부극(125a)이 엿보여져 그 부극(125a)의 부극 집전체가 노출하고, 노치부(132)로부터 정극(110)의 접속부(114)가 엿보여져 정극 집전체(111)가 노출하여 있다. 하면은 부극(125b)의 부극 집전체가 노출하여 있다.
도 4A∼4C에 상단 전극체(100b)의 구성 부재의 일부를 도시하고, 도 6에 상단 전극체(100b)의 분해 사시도를 도시한다.
상단 전극체(100b)의 정극(140), 부극(150), 세퍼레이터(160)는, 하단 전극체(100a)의 정극(110), 부극(120), 세퍼레이터(130)와는 치수만이 다르다. 즉, 상기 정극(140)은 한 귀퉁이에 노치부(142)를 갖는 정극 집전체(141)의 양면에 정극 활물질부(143)를 가지며, 상기 노치부(142)의 옆의 귀퉁이는 정극 집전체(141)가 노출하여 접속부(144)로 되어 있다. 상기 부극(150)은 한 귀퉁이에 노치부(152)를 갖는 부극 집전체(151)의 양면에 부극 활물질부(153)를 가지며, 상기 노치부(152)의 옆의 귀퉁이는 부극 집전체(151)가 노출하여 접속부(154)로 되어 있다. 중간에 배치한 세퍼레이터(160)는 정극(140)의 노치부(142) 및 부극(150)의 노치부(152)에 대응하는 귀퉁이에 각각 노치부(161, 162)를 갖는다.
또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터를 제외하고 맨 위에 배치되는 정극(145)은 상기 정극 집전체(141)와 동형의 정극 집전체의 상단 전극체(100b)의 내측을 향한 면(도 6에서는 하측의 면)에만 정극 활물질부가 형성되고, 또한 상기 정극(140)과 같은 귀퉁이에 노치부(142) 및 접속부(144)가 형성되어 있다. 맨 밑에 배치되는 부극(155)은 상기 부극 집전체(151)와 동형의 부극 집전체의 상단 전극체(100b)의 내측을 향한 면(도 6에서는 상측의 면)에만 부극 활물질부가 형성되고, 또한 상기 부극(150)과 같은 귀퉁이에 노치부(152) 및 접속부(154)가 형성되어 있다.
상술한 각 부재를 아래로부터 위로의 순서로, 부극(155), 세퍼레이터(160), 정극(140), 세퍼레이터(160), 부극(150), 세퍼레이터(160) …, 세퍼레이터(160), 정극(140), 세퍼레이터(160), 부극(150), 세퍼레이터(160), 정극(145)을 겹쳐서 조립한다. 상기 조립체에서, 정극(140, 145)의 접속부(144)가 존재하는 한 귀퉁이는 부극(150, 155)의 노치부(152)와 세퍼레이터(160)의 노치부(162)에 대응하고 있기 때문에 복수의 정극(140, 145)의 접속부(144)가 직접 맞겹쳐져 있다. 또한, 부극(150, 155)의 접속부(154)가 존재하는 한 귀퉁이는 정극(140, 145)의 노치부(142)와 세퍼레이터(160)의 노치부(161)에 대응하고 있기 때문에 복수의 부극(150, 155)의 접속부(154)가 직접 맞겹쳐져 있다. 맞겹쳐진 정극(140, 145)의 접속부(144), 및 맞겹쳐진 부극(150, 155)의 접속부(154)는, 하단 전극체(100b)와 같이 접합함에 의해, 상단 전극체(100b)가 완성된다.
상기 상단 전극체(100b)는, 상면이 정극(145)의 정극 집전체가 노출하고, 하면은 부극(155)의 부극 집전체가 노출하여 있다.
상기 전극체(100)는, 하단 전극체(100a)의 상면의 세퍼레이터(134)의 창(135)과 상단 전극체(100b)의 부극(155)의 접속부(154)가 겹쳐지도록, 하단 전극체(100a)상에 상단 전극체(100b)를 실어서 조립한다. 상기 창(135)으로부터 부극(125a)의 부극 집전체가 노출하여 있기 때문에, 부극(125a)의 부극 집전체와 부극(155)의 접속부(154)를 도전성 접착제나 솔더 등에 의해 접합하면서 도통시킨다. 이에 의해, 하단 전극체(100a)와 상단 전극체(100b)로 이루어지는 전극체(100)가 제작된다. 또한, 상기한 창(135)의 위치는 한 예이고, 정극(125a)의 부극 집전체와 접촉하는 위치라면 어디라도 좋다.
상기 전극체(100)는, 하면에 부극(125b)의 부극 집전체가 노출하고, 하단 전극체(100a)의 상면에 정극(110)의 접속부(114)가 노출하고, 상단 전극체(100b)의 상면에 정극(145)의 정극 집전체가 노출하여 있다.
또한, 상기한 전극체에서의 정극, 부극 및 세퍼레이터의 적층 형태는 한 예이고, 접속부의 위치에 활물질이 배치되지 않는다면, 정극 및 부극의 활물질부는 집전체의 편면(片面)에만 형성되어 있어도 좋지만, 정극 및 부극의 활물질이 세퍼레이터를 통하여 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.
(축전 디바이스의 조립)
상기 외장체(30)의 제1 외장재(10)의 상하를 역전시켜서 개구부를 상향으로 놓고, 엠보스부(41)에 전극체(100)를 장전(裝塡)하여, 상단 엠보스부(41b)의 상단 제1 내측 도통부(43b)에 상단 전극체(100b)의 상면(역전에 의해 하면)에 노출하는 정극(145)의 접속부(144)를 맞춤과 함께, 하단 엠보스부(41a)의 하단 제1 내측 도통부(43a)에 하단 전극체(100a)의 상면(역전에 의해 하면)에 노출하는 정극(110)의 접속부(114)를 맞춘다. 그리고, 상기 정극(145)의 접속부(144)를 상단 제1 내측 도통부(43b)에 도전성 접착제나 솔더 등을 이용하여 도통 가능하게 접합하고, 마찬가지로, 상기 정극(110)의 접속부(114)를 하단 제1 내측 도통부(43a)에 도통 가능하게 접합한다. 또한, 상단 제1 내측 도통부(43b)의 위치는 한 예이고, 정극(145)의 정극 집전체와 접촉하는 위치라면 어디라도 좋다. 뒤이어, 하단 전극체(100a)의 하면(역전에 의해 상면)에 노출한 부극(125b)의 접속부(124)를 제2 외장재(20)의 제2 내측 도통부(53)에 맞추고, 부극(125b)의 접속부(124)를 제2 내측 도통부(53)에 도통 가능하게 접속한다. 또한, 제2 내측 도통부(53)의 위치는 한 예이고, 부극(125b)의 부극 집전체와 접촉하는 위치라면 어디라도 좋다.
그리고, 제2 외장재(20)를 제1 외장재(10)에 씌우고 플랜지(42)에 제2 외장재(10)의 주연부를 맞겹쳐서, 전극체실(31)을 갖는 외장체(30)를 조립함과 함께, 전극체실(31)에 전극체(100)를 수납한다.
상기 조립체의 전극체실(31)에 전해질을 주입한 상태에서 전극체실(31)의 주위를 가열하여 제1 열융착성 수지층(15)과 제2 열융착성 수지층(25)을 히트 실 접합하여 열봉지부(32)를 형성한다. 이에 의해, 도 1A 및 도 1B에 도시하는 축전 디바이스(1)가 제작된다.
상기 축전 디바이스(1)는, 전극체(100)의 정극(110, 145)의 접속부(114, 144)가 제1 외장재(10)의 하단 제1 내측 도통부(43a) 및 상단 제1 내측 도통부(43b)에 접합되어 제1 금속박(11)에 도통하고, 부극(125b)의 접합부(124)가 제2 내측 도통부(53)에 접합되어 제2 금속박(21)에 도통하고, 외장체(30) 외면에 마련된 제1 외측 도통부(44) 및 제2 외측 도통부(54)에서 외부와의 전기의 수수(授受)를 행한다.
본 발명의 축전 디바이스에서는, 제1 외장재 및 제2 외장재의 적어도 일방에 2단 이상의 엠보스부를 마련함에 의해 다양한 형상의 외장체를 얻을 수 있다. 엠보스부의 단수, 각 단의 치수, 요철 방향은 임의로 설정할 수 있고, 축전 디바이스를 탑재하는 장치의 수납용 공간에 데드 스페이스를 만들지 않도록 적절히 설정할 수 있다. 엠보스부의 평면 형상도 사각형으로 한정되지 않고, 사각형 이외의 다각형, 원형 등 임의의 형상으로 형성할 수 있다. 또한, 복수단의 엠보스부가 상사형인 것으로도 한정되지 않는다. 외장체의 형상이 다양화됨에 의해 수납용 공간에 맞추기 쉽게 되고, 수납용 공간을 효율 좋게 이용하여 데드 스페이스를 가급적 작게 함으로써 수납용 공간을 작게 할 수 있고, 나아가서는 장치의 박형화, 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 외장체에 수납용 공간의 형상에 맞춘 엠보스부를 형성하면, 장전한 축전 디바이스가 수용용 공간의 벽면에 구속되어 공간 내에서의 덜컹거림이 없어지기 때문에, 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부에 접속된 접속 부재가 벗겨진다는 도통 장해가 발생하기 어렵게 된다. 또한, 2단 이상의 엠보스부를 형성함으로써 외장체의 표면적이 확대되기 때문에 방열 효율이 높아진다.
또한, 본 발명의 축전 디바이스는 탭 리드를 이용하지 않고서 전기의 수수가 행하여지고, 열봉지부는 전둘레에서 제1 열융착성 수지층과 제2 열융착성 수지층이 직접 접합되어 있기 때문에, 높은 실(seal)성을 갖고 있다. 또한, 탭 리드를 외장체로부터 인출할 필요가 없기 때문에, 탭 리드에 의한 치수 확대도 없다.
본 발명의 축전 디바이스는, 상기 축전 디바이스(1)와 같이 내열성 수지층측의 면에 외측 도통부를 마련하는 것으로 한정되지 않는다. 외장체를 열융착성 수지층의 일부가 외면이 되는 형태로 변경함에 의해 열융착성 수지층측의 면에 외측 도통부를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 외장재와 제2 외장재의 단부를 어긋내어 겹치면 열융착성 수지층이 외장체의 외면에 나타난다. 또한, 제1 외장재 또는 제2 외장재의 단부를 되접음으로서도 열융착성 수지층이 외장체의 외면에 나타난다. 그리고, 열융착성 수지층이 외장체의 외면에 나타난 부분에 제1 외측 도통부 또는 제2 외측 도통부를 마련할 수가 있다. 단, 제1 내열성 수지층 및 제2 내열성 수지층은 원래 외장체의 외면을 구성하는 면이기 때문에, 이들의 면에는 상술한 각별한 조립이나 가공을 행하지 않아도 제1 외측 도통부 또는 제2 외측 도통부를 마련할 수 있다. 상술한 제1 외장재와 제2 외장재의 단부를 어긋내어 겹친 외장체에서는 외장체 치수가 확대하고, 제1 외장재 또는 제2 외장재의 단부를 되접는 외장체에서는 되접기 위해 공정이 추가되지만, 제1 내열성 수지층 및 제2 내열성 수지층에 외측 도통부를 마련하는 것이라면, 외장체 치수의 확대나 공정의 추가를 수반하는 일 없이 축전 디바이스를 제작할 수 있다.
또한, 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부는 열봉지부보다도 내측, 즉 전극체실의 외측의 면에 마련할 수도 있다. 열봉지부는 전극체실의 주연부터 외방으로 연출(延出)하는 형태로 형성되는데 간단하게 절곡할 수 있고, 열봉지부의 절곡에 의해 외장체를 작게 할 수 있고, 또한 전극체실의 주위가 두꺼워짐으로써 외장체 강도를 높일 수 있다. 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부를 전극체실의 외측의 면에 마련하면, 절곡한열봉지부가 전기의 수수의 방해가 된 일 없이, 외부와의 접속에 지장을 초래하는 일 없인 상기한 효과를 이룰 수 있다.
본 발명에서, 엠보스부를 갖는 전극체실의 형상과 전극체의 형상을 일치시키는 것은 필수 요건은 아니지만, 전극체실 내의 데드 스페이스를 만들지 않도록 엠보스부의 형상을 모방한 전극체인 것이 바람직하다. 데드 스페이스를 가능한 한 작게 하여 전극체의 점유 용적을 가능한 한 크게 함으로써 디바이스의 고용량화를 도모할 수 있다. 전극체는, 상기 전극체(100)와 같이 복수개의 전극체를 일체로 결합한 적층형의 전극체를 엠보스부의 형상에 맞추는 외에, 1장의 정극박과 1장의 부극박을 세퍼레이터와 동시에 권회(卷回)한 전극체를 엠보스부의 형상에 맞추어 변형시켜서 데드 스페이스를 없앨 수도 있다. 전극체를 구성하는 정극, 부극 및 세퍼레이터는 모두 가요성이 있기 때문에, 적층 후라도 변형시킬 수 있다. 또한 복수개의 전극체를 나열하여 배치할 수도 있고, 복수의 전극체는 외장체의 두께 방향으로 적층되어도, 또는 외장체의 면방향으로 병치(竝置)되어도 좋다. 또한, 전극체실 내에 전극체와 전해질을 넣는 대신에 복수개의 단(單)셀(cell)을 엠보스부의 형상에 맞추어서 배치하고, 병렬 또는 직렬로 접속한 하나의 조(組)셀을 수납하여도 좋다. 각 전극체 및 조셀은 치수나 용량이 동일할 필요는 없고, 각 엠보스부의 형상에 맞춘 치수로 형성할 수 있다. 복수개의 전극체는 동극(同極)의 외장재에 있는 금속층이나 탭 리드를 통하여 적절히 접속한다.
도 7∼10은 외장체 및 전극체의 다른 형상례이다. 도 7, 8에는 복수의 전극체가 외장체의 면방향으로 병치되어 있는 예를 도시하고, 도 9, 10에는 복수의 전극체가 외장체의 두께 방향으로 적층되어 있는 예를 도시한다. 여기서, 외장체의 두께 방향이란 열봉지부의 면에 수직한 방향을 말하고, 또한 외장체의 면방향이란 열봉지부의 면에 평행한 면방향을 말한다. 도 7의 외장체(60)는, 제1 외장재(10)가 높이가 다른 3개의 엠보스부(61a, 61b, 61c)를 가지며, 플랫한 제2 외장재(20)와 조합시키고 있다. 상기 외장체(60)에 대해, 높이가 다른 3개의 전극체( 62a, 62b, 62c)를 나열하여 배치한 예이다. 도 8의 외장체(65)는, 제1 외장재(10)가 엠보스부(66a)에 윗면에 내측으로 돌출한 반대 엠보스부(66b)를 가지며, 플랫한 제2 외장재(20)를 합친 예이다. 상기 외장체(65)에 대해, 높이가 높은 2개의 전극체(67a)의 사이에 높이가 낮은 전극체(67b)를 나열하여 배치한 예이다. 도 9의 외장체(70)는, 제1 외장재(10)가 하단 엠보스부(71a)의 윗면에 상단 엠보스부(71b)를 가지며, 제2 외장재(20)가 전극체실 내로 돌출한 엠보스부(72)를 갖고 있다. 상기 외장체(70)에 대해, 하단 전극체(73a)상에 작은 상단 전극체(73b)를 겹쳐서 배치한 예이다. 도 10의 외장체(75)는, 제1 외장재(10) 및 제2 외장재(20)의 양쪽이, 하단 엠보스부(76a, 77a)의 윗면에 상단 엠보스부(76b, 77b)가 형성된 2단 엠보스부를 갖고 있다. 상기 외장체(75)에 대해, 큰 전극체(78a)의 양면에 각각 작은 전극체(78b)를 겹쳐서 배치한 예이다.
도 7∼도 10의 외장체(60, 65, 70, 75)는 내외의 도통부의 도시를 생략하고 있지만, 상기 축전 디바이스(1)와 마찬가지로, 내면에 전극체에 도통시키는 제1 내측 도통부 및 제2 내측 도통부를 형성하고, 외면에 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부를 형성한다.
(제2의 디바이스)
도 11의 축전 디바이스(2)는, 상기 제1 외장재(10) 및 제2 외장재(20)를 이용하고 정극 부재(80) 및 부극 부재(90)를 제작하고, 세퍼레이터(170) 및 전해질과 함께 조립한 것이다. 상기 축전 디바이스(2)는, 상기 정극 부재(80) 및 부극 부재(90)로 외장체(33)를 형성함과 함께, 각각의 금속박(11, 21)을 정극 집전체 및 부극 집전체로서 이용한 박형 디바이스이다.
상기 정극 부재(80)는, 제1 외장재(10)의 제1 열융착성 수지층(15)측의 면의 중앙에 도통부(17)를 가지며, 이 도통부(17)에 언더코트층(81)과 정극 활물질부(82)가 도공되고, 제1 가소성 수지층(15)측의 면에 정극 활물질부(82)가 노출하고 있다. 상기 도통부(17)는 축전 디바이스(2)에서의 제1 내측 도통부(83)이다. 한편, 제1 내열성 수지층(13)측의 면에서는, 단부 가까이에 도통부(16)가 형성되어 있다. 상기 도통부(16)는 축전 디바이스(2)에서의 제1 외측 도통부(84)이다. 또한, 상기 정극 부재(80)는 제1 내열성 수지층(13)측의 면으로 돌출하는 하단 엠보스부(85a) 및 상단 엠보스부(85b)로 이루어지는 2단 구조의 엠보스부(85)가 형성되고, 상단 엠보스부(85b)의 윗면에 정극 활물질부(82)가 배치되어 있다. 상기 형상의 정극 부재(80)는, 플랫 시트의 상태에서 정극 활물질부(82)를 형성한 후에 엠보스 가공함에 의해 제작한다.
상기 부극 부재(90)는, 제2 외장재(20)의 제2 열융착성 수지층(25)측의 면의 중앙에 도통부(27)를 가지며, 이 도통부(27)에 언더코트층(81)과 부극 활물질부(92)가 도공되고, 제2 열융착성 수지층(25)측의 면에 부극 활물질부(92)가 노출하고 있다. 상기 도통부(27)는 축전 디바이스(2)에서의 제2 내측 도통부(93)이다. 한편, 제2 내열성 수지층(23)측의 면에서는, 단부 가까이에 도통부(26)가 형성되어 있다. 상기 도통부(26)는 축전 디바이스(2)에서의 제2 외측 도통부(94)이다. 또한, 상기 부극 부재(90)는 제2 열융착성 수지층(23)측의 면이 돌출하는 하단 엠보스부(95a) 및 상단 엠보스부(95b)로 이루어지는 2단 구조의 엠보스부(95)가 형성되고, 상단 엠보스부(95b)의 윗면에 부극 활물질부(92)가 배치되어 있다. 상기 형상의 정극 부재(90)는, 플랫 시트의 상태에서 부극 활물질부(92)를 형성한 후에 엠보스 가공 함에 의해 제작한다.
상기한 플랫 시트의 정극 부재(80)는, 예를 들면, 도 2의 제1 외장재(10)를 제작하고, 그 도통부(17)에 언더코트층(81) 및 정극 활물질부(82)를 형성함에 의해 제작할 수 있다. 또한, 다른 제작 방법으로서, 제1 금속박(11)의 소요 부분에 언더코트층(81) 및 정극 활물질부(82)를 도공하고, 형성한 정극 활물질부(82)의 표면을 점착 테이프 등으로 마스킹하여 접착제층(14)을 형성하고 열융착성 수지층(15)을 접합한 후, 정극 활물질부(82)상의 열융착성 수지층(15)에 칼집(切り入み)을 넣어서 접착제층(14) 및 점착 테이프와 동시에 열융착성 수지층(15)을 제거하여 정극 활물질부(82)를 노출시키는 방법을 예시할 수 있다. 상기 부극 부재(90)도 정극 부재(80)와 같은 수법으로 제작할 수 있다. 또한, 본 발명의 축전 디바이스는 정극 부재(80) 및 부극 부재(90)의 제조 방법을 한정하는 것이 아니고, 다른 방법에 의해 제작한 정극 부재(80) 및 부극 부재(90)도 적용할 수 있다.
상기 축전 디바이스(2)는, 정극 부재(80)의 엠보스부(85)에 부극 부재(90)의 엠보스부(95)를 감입(嵌入)하고, 정극 활물질부(82)와 부극 활물질부(92)로 세퍼레이터(170)를 끼움과 함께 전해질을 주입하고, 정극 부재(80)의 제1 열융착성 수지층(15)과 부극 부재(90)의 제2 열융착성 수지층(15)을 히트 실 접합하여 열봉지부(34)를 형성함에 의해 제작되어 있다. 상기 세퍼레이터(170)는 정극 활물질부(82) 및 부극 활물질부(92)보다도 크고, 세퍼레이터(170)의 주연은 제1 열융착성 수지층(15) 및 제2 열융착성 수지층(25)에 융착하여 이들과 함께 열봉지부(34)의 일부를 형성하고 있다. 상기 정극 활물질부(82) 및 부극 활물질부(92)는 본 발명의 축전 디바이스에서의 정극 요소 및 부극 요소에 대응하고, 이들과 세퍼레이터(170)(주연의 융착부분을 제외한다) 및 상하의 언더코트층(81)이 차지하는 공간은 전극체실에 대응한다.
[제1 및 제2 외장재 및 축전 디바이스의 구성 재료]
본 발명은 제1 외장재, 제2 외장재 및 축전 디바이스의 재료를 한정하는 것은 아니지만, 바람직한 재료로서 이하의 재료를 들 수 있다.
(제1 금속박 및 제2 금속박)
상기 제1 금속박(11) 및 제2 금속박(21)은, 축전 디바이스의 도통부임과 함께, 제1 외장재(10) 및 제2 외장재(20)에, 산소나 수분의 침입, 전해질이 반응하여 발생하는 가스의 방출을 저지하는 가스 배리어성을 부여하는 역할을 담당한다. 도전성이 좋은 금속박을 사용하고, 예를 들면, 알루미늄박, 구리박, 니켈박, 스테인리스박, 또는 이것의 클래드(clad)박, 이들의 소둔(燒鈍)박 또는 미(未)소둔박 등을 들 수 있다. 또한, 니켈, 주석, 구리, 크롬 등의 도전성 금속으로 도금한 금속박, 예를 들면 도금한 알루미늄박을 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 상기 제1 금속박(11) 및 제2 금속박(21)의 두께는 7∼150㎛가 바람직하다.
또한, 상기 제1 금속박(11) 및 제2 금속박(21)에는 화성 피막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 화성 피막은, 금속박의 표면에 화성 처리를 시행함에 의해 형성된 피막이고, 이와 같은 화성 처리가 시행되어 있음에 의해, 전해액에 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 어는 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.
(내열성 수지층)
제1 내열성 수지층(13) 및 제2 내열성 수지층(23)을 구성하는 내열성 수지로서는, 열봉지할 때의 열봉지 온도에서 용융하지 않는 내열성 수지를 사용한다. 상기 내열성 수지로서는, 상기 제1 열융착성 수지층(15) 및 제2 열융착성 수지층(25)을 구성하는 열융착성 수지의 융점보다 10℃ 이상 높은 융점을 갖는 내열성 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 열융착성 수지의 융점보다 20℃ 이상 높은 융점을 갖는 내열성 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들면, 연신(延伸) 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 내열성 수지층(13) 및 제2 내열성 수지층(23)은 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 제2 내일 열성 수지층(13) 및 제2 내열성 수지층(23)의 두께는 20㎛∼100㎛가 바람직하다.
또한, 상기 제1 내열성 수지층(13) 및 제2 내열성 수지층(23)을 맞붙이는 접착제층(12, 22)을 구성하는 접착제는, 폴리에스테르우레탄계 접착제 및 폴리에테르우레탄계 접착제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 접착제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 접착제층(12, 22)의 두께는, 0.5㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
(열융착성 수지층)
제1 열융착성 수지층(15) 및 제2 열융착성 수지층(25)을 구성하는 열융착성 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀계 공중합체, 이들의 산 변성물 및 아이오노머로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 열융착성 수지로 이루어지는 미연신 필름에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 상기 열융착성 수지층(15, 25)의 두께는 20㎛∼150㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 열융착성 수지층(15) 및 제2 열융착성 수지층(25)을 맞붙이는 접착제층(14, 24)을 구성하는 접착제는, 올레핀계 접착제에 의해 형성된 층인 것이 바람직하다. 2액 경화형의 올레핀계 접착제를 사용한 경우에는, 전해액에 의한 팽창으로 접착성이 저하되는 것을 충분히 방지할 수 있다. 상기 접착제층(14, 24)의 두께는, 0.5㎛∼5㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
(전극체)
정극 집전체(111, 141) 및 부극 집전체(121, 151)로서 사용하는 금속박은 상기한 제1 금속박(11) 및 제2 금속박(21)에 준한다.
정극 활물질부(82, 113, 143)는, 예를 들면, PVDF(폴리불화비닐리덴), 불화비닐리덴과 하이드록실기, 카르복실기, 카르보닐기, 에폭시기, 등을 갖는 모노머와의 공중합체, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), SBR(스티렌부타디엔 고무), 스티렌과 아크릴산의 공중합체, CMC(카르복시메틸셀룰로스나트륨염 등), PAN(폴리아크릴로니트릴) 등의 바인더와, 정극 활물질(예를 들면, 리튬을 함유하고, 또한 코발트, 니켈, 망간, 알루미늄으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 함유하는 층상 암염형의 결정 구조를 갖는 금속 산화물, 또는 리튬을 함유하고, 또한 철, 망간으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 함유하는 오리빈형의 결정 구조를 갖는 금속 산화물, 또는 리튬을 함유하고, 또한 망간, 니켈로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 함유하는, 스피넬형의 결정 구조를 갖는 금속 산화물 등)을 첨가한 혼합 조성물 등으로 형성된다. 상기 정극 활물질부(82, 113, 143)의 두께는, 2㎛∼300㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 정극 활물질부(82, 113, 143)에는, 아세틸렌 블랙, 퍼네이스 블랙, 케첸 블랙 등의 카본 블랙, 흑연 미립자, CNT(카본나노튜브) 등의 도전 보조제를 함유시켜도 좋다. 또한, 부극 활물질부(92, 123, 153)로서, 예를 들면, PVDF, 불화비닐리덴과 하이드록실기, 카르복실기, 카르보닐기, 에폭시기, 등을 갖는 모노머와의 공중합체, SBR, 스티렌과 아크릴산의 공중합체, CMC, PAN 등의 바인더에, 부극 활물질(예를 들면, 흑연, 이(易)흑연화성 탄소, 난(難)흑연화성 탄소, 티탄산리튬, 실리콘, 주석 등의 리튬과 합금화 가능한 원소를 포함하는 금속 등)을 첨가한 혼합 조성물 등으로 형성된다. 상기 부극 활물질부(92, 123, 153)의 두께는, 1㎛∼300㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 부극 활물질부(92, 123, 153)에는, 아세틸렌 블랙, 퍼네이스 블랙, 케첸 블랙 등의 카본 블랙, CNT(카본나노튜브), 흑연 미립자 등의 도전 보조제를 함유시켜도 좋다.
세퍼레이터(130, 134, 160, 170)로서는, 폴리에틸렌제 세퍼레이터, 폴리프로필렌제 세퍼레이터, 폴리에틸렌 필름과 폴리프로필렌 필름으로 이루어지는 복층 필름으로 형성된 세퍼레이터, 또는 이것의 수지제 세퍼레이터에 세라믹 등의 내열 무기물을 도포한 습식 또는 건식의 다공질 필름으로 구성되는 세퍼레이터 등을 들 수 있다. 상기 세퍼레이터(130, 134, 160, 170)의 두께는, 5㎛∼50㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
전해질은, 6불화인산리튬, 리튬비스-트리플루오로메탄술포닐이미드, 리튬비스-플루오로술포닐이미드 등의 리튬염으로부터 선택된 염을 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 아세토니트릴, γ부틸로락톤 등의 유기 용매를 단독 또는 혼합한 것에 용해시킨 것이 바람직하다.
집전체와 활물질부의 접촉 저항을 저감시키기 위해 집전체와 활물질부의 사이에 언더코트층을 마련하여도 좋다. 도 11의 축전 디바이스(2)는 집전체로서의 제1 금속박(11) 및 제2 금속박(21)에 언더코트층(81)을 마련하여 정극 활물질부(82) 및 부극 활물질부(92)를 형성한 예이다. 언더코트층은 정극(110, 140, 145) 및 부극(120, 125a, 125b, 150, 155)에서도 정극 집전체(111, 141)와 정극 활물질부(113, 143)의 사이, 부극 집전체(121, 151)와 부극 활물질부(123, 153)의 사이에 마련할 수 있다. 상기 언더코트층의 조성은 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, PVDF(폴리불화비닐리덴), SBR(스티렌부타디엔 고무), PAN(폴리아크릴로니트릴), 키토산 등의 다당류, CMC(카르복시메틸셀룰로스나트륨염 등)의 다당류 유도체 등의 바인더에 도전성을 향상시키기 위해, 카본 블랙, CNT(카본나노튜브) 등의 도전 보조제를 첨가시킨 혼합물이 바람직하다. 배치하는 경우, 두께는 0.01㎛∼10㎛로 설정되는 것이 바람직하다.
본원은, 2015년 10월 5일에 출원된 일본 특허출원의 특원2015-197569호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 사용되는 용어 및 표현은, 설명을 위해 사용되는 것이고 한정적으로 해석하기 위해 사용되는 것이 아니고, 여기에 나타나며 또한 진술된 특징 사항의 어떤 균등물도 배제하는 것이 아니고, 이 발명의 클레임된 범위 내에서의 각종 변형도 허용하는 것이라고 인식되지 않으면 안 된다.
본 발명의 축전 디바이스는, 리튬 이온 배터리, 전기 2중층 커패시터, 전고체 전지 등으로서 이용된다.
1, 2 : 축전 디바이스
10 : 제1 외장재
11 : 제1 금속박
13 : 제1 내열성 수지층
15 : 제1 열융착성 수지층
16, 17 : 도통부
20 : 제2 외장재
21 : 제2 금속박
23 : 제2 내열성 수지층
25 : 제2 열융착성 수지층
26, 27 : 도통부
30 : 외장체
31 : 전극체실
32 : 열봉지부
33 : 외장체
34 : 열봉지부
41 : 엠보스부
41a : 하단 엠보스부
41b : 상단 엠보스부
43a : 하단 제1 내측 도통부(제1 내측 도통부)
43b : 상단 제1 내측 도통부(제1 내측 도통부)
44, 84 : 제1 외측 도통부
53 : 제2 내측 도통부
54, 94 : 제2 외측 도통부
82, 113, 143 : 정극 활물질부
83 : 제1 내측 도통부
92, 123, 153 : 부극 활물질부
100 : 전극체
100a : 하단 전극체
100b : 상단 전극체
110, 140, 145 : 정극
111, 141 : 정극 집전체
120, 125a, 125b, 150, 155 : 부극
121, 151 : 부극 집전체
130, 134, 160, 170 : 세퍼레이터

Claims (6)

  1. 제1 금속박의 일방의 면에 제1 내열성 수지층이 맞붙여지고, 타방의 면에 제1 열융착성 수지층이 맞붙여지고, 상기 제1 열융착성 수지층측의 면에 제1 금속박에 도통하는 제1 내측 도통부를 갖는 제1 외장재와,
    제2 금속박의 일방의 면에 제2 내열성 수지층이 맞붙여지고, 타방의 면에 제2 열융착성 수지층이 맞붙여지고, 상기 제2 열융착성 수지층측의 면에 제2 금속박에 도통하는 제2 내측 도통부를 갖는 제2 외장재와,
    정극 활물질을 포함하는 정극 요소와, 부극 활물질을 포함하는 부극 요소와, 이들의 사이에 배치되는 세퍼레이터를 갖는 전극체를, 1개 이상 구비하고,
    상기 제1 외장재 및 제2 외장재 중의 적어도 일방은, 제1 내측 도통부 또는 제2 내측 도통부를 포함하는 영역에 2단 이상의 엠보스부를 가지며, 상기 제1 외장재의 제1 열융착성 수지층과 제2 외장재의 제2 열융착성 수지층이 마주 대하고, 제1 열융착성 수지층과 제2 열융착성 수지층이 융착한 열봉지부에 둘러싸임에 의해, 실 내에 제1 내측 도통부 및 제2 내측 도통부가 임하는 전극체실을 갖는 외장체가 형성되고,
    상기 전극체실 내에 전해질과 함께 봉입된 전극체는, 정극 요소가 제1 내측 도통부에 도통함과 함께 부극 요소가 제2 내측 도통부에 도통하고,
    상기 외장체의 외면에, 상기 제1 금속박에 도통하는 제1 외측 도통부 및 상기 제2 금속박에 도통하는 제2 외측 도통부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 외측 도통부 및 제2 외측 도통부는 열봉지부보다도 내측에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수개의 전극체를 구비하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수개의 전극체가 상기 외장체의 두께 방향으로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수개의 전극체가 상기 외장체의 면방향으로 병치되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수개의 전극체가 상기 2단 이상의 엠보스부의 형상에 맞추어서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
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Patent event date: 20160930

PG1501 Laying open of application
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