KR20120076349A - 절연성 불량 검사장치, 및 그것을 이용한 절연성 불량 검사방법, 전기화학 셀의 제조방법 - Google Patents

절연성 불량 검사장치, 및 그것을 이용한 절연성 불량 검사방법, 전기화학 셀의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 정밀하게 절연 불량품을 배제가능하며, 절연 불량 검사 후, 다시 사용가능한 전기화학 셀의 제조방법을 제공하기 위해서, 금속 단자(21)의 선단부가 외장체(10) 외부에 돌출되도록 전기화학 셀 본체(20)를 밀봉 수납해서 구성되는 전기화학 셀(1)의 제조방법에 있어서, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 임펄스 전압을 인가하고, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이의 정전용량에 인가된 전압의 파형을 측정해서 절연 불량 검사공정을 행한다.

Description

절연성 불량 검사장치, 및 그것을 이용한 절연성 불량 검사방법, 전기화학 셀의 제조방법{INSULATION FAILURE INSPECTING APPARATUS, INSULATION FAILURE INSPECTING METHOD USING SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTROCHEMICAL CELL}
본 발명은 절연성 불량 검사장치, 및 그것을 이용한 절연성 불량 검사방법, 전기화학 셀의 제조방법에 관한 것으로, 특히 정밀하게 절연 불량품을 배제 가능하며, 절연 불량 검사 후, 다시 사용가능한 전기화학 셀(즉, 전기화학 전지)의 제조방법에 관한 것이다.
리튬 이온 전지란, 리튬 이차전지라고도 일컬어지며, 그 예로는 액체 형태, 겔 형태 또는 고분자 폴리머 형태의 전해질을 포함하고, 정극?부극 활물질로서 고분자 폴리머를 이용하는 것을 포함하는 것이다. 리튬 이온 전지의 구성은, 정극 집전재료/정극 활성 물질층/전해질층/부극 활성 물질층/부극 집전재료 및 이들을 포장하는 외장체로 이루어지고, 외장체를 형성하는 포장 재료로서 다층 필름이 이용된다.
도 10은 종래의 리튬 이온 전지의 사시도이며, 도 11은 도 10에 나타낸 리튬 이온 전지의 A-A'선에 있어서의 단면도이다. 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 리튬 이온 전지(101)는 적어도 기재층(111), 금속 박층(112) 및 열접착성 수지층(113)로 구성되는 외장체(110) 내부에 리튬 이온 전지 본체(120)를 밀봉 수납해서 구성된다.
또, 리튬 이온 전지 본체(120)는, 정극 활물질 및 정극 집전체로 이루어진 정극과, 부극 활물질 및 부극 집전체로 이루어진 부극과, 정극 및 부극 사이에 충전되는 전해질(모두 도시 생략)을 포함하는 셀(축전부)과, 셀 내의 정극 및 부극에 연결되는 동시에 선단부가 외장체(110)의 외부에 돌출되는 금속 단자(121)로 구성되어 있다.
여기에서, 리튬 이온 전지(101)의 제조공정에 있어서, 외장체(110)의 열접착성 수지층(113)을 중첩시키고 그 주변부를 가열 밀봉하여 리튬 이온 전지 본체(120)를 밀봉 수납하지만, 가열 밀봉 시의 열과 가압에 의해 열접착성 수지층(113)이 얇게 되어, 금속 단자(121)와 금속 박층(112)이 단락되는 일이 있었다. 또, 가열 밀봉 후, 외장체(110)를 꺾어 구부렸을 때 열접착성 수지층(113)에서 균열이 발생하여, 외장체(110) 내부에 충전된 전해질이 열접착성 수지(113)의 일부로부터 금속 박층(112)에 침투해서 단락되거나, 금속 단자(121)와 금속 박층(112)이 단락되어 있지 않을 경우더라도, 장래 단락의 원인으로 되는 미소한 균열이 열접착성 수지층(113)에 발생할 경우가 있었다.
종래, 이 문제에 대해서, 완성된 리튬 이온 전지 중에서 소정의 빈도로 검사용 리튬 이온 전지를 골라내어, 금속 단자(121)와 금속 박층(112) 사이에 소정의 고전압을 인가하여, 열접착성 수지층(113)이 절연 파괴된 리튬 이온 전지(101)를, 단락의 원인으로 되는 균열을 지니는 불량품인 것으로 해서, 일률적으로 생산 라인으로부터 배제시키고 있었다. 그러나, 이 검사 방법에서는 골라낸 리튬 이온 전지밖에 검사할 수 없는 동시에, 검사 정밀도가 낮아, 단락의 원인으로 되지 않는 미소한 균열을 분별하는 것이 곤란하였다. 또한, 고전압을 인가하기 때문에 불량품이 아닌 리튬 이온 전지(101)도 새롭게 절연 파괴가 발생하고 있을 가능성이 높아, 검사 후 사용할 수는 없었다.
또, 특허문헌 1에서는, 도금법에 의해 외장체를 구성하는 금속 박층에 금속을 석출시키고, 이 금속 석출물의 형성의 유무를 육안 등으로 확인해서 절연성 저하 부위를 특정하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 검사방법에서는, 리튬 이온 전지를 도금욕에 담글 필요가 있어, 이 방법에 있어서도 검사의 결과에 관계없이, 검사 후의 리튬 이온 전지를 사용할 수 없었다.
JP 2007-257974 A
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여, 정밀하게 절연 불량품을 배제가능한 절연 불량 검사장치 및 그것을 이용한 절연성 불량 검사방법, 전기화학 셀의 제조방법으로서, 절연 불량 검사 후, 다시 사용가능한 전기화학 셀의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 금속 박층과, 열접착성 수지층을, 적어도 순차 적층해서 구성되는 외장체 내부에, 정극 활물질 및 정극 집전체로 이루어진 정극과, 부극 활물질 및 부극 집전체로 이루어진 부극과, 정극과 부극 사이에 충전되는 전해질을 포함하는 전기화학 셀 본체를, 정극 및 부극의 각각에 연결되는 금속 단자의 선단부가 외부에 돌출되도록 밀봉 수납해서 구성되는 전기화학 셀의 제조방법으로서, 금속 단자와 금속 박층 사이에 임펄스(impulse) 전압을 인가하여, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량에 인가된 전압의 파형을 측정하는 절연 불량 검사공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 금속 단자와 금속 박층 간에는 소정의 정전용량을 지니고, 금속 단자와 금속 박층 사이에 절연 불량이 있을 경우, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량이 현저하게 저하하는 것을 이용해서, 금속 단자와 금속 박층 사이에 전압을 인가한 후, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량에 인가된 전압의 파형을 측정함으로써, 금속 단자와 금속 박층 간의 절연 불량을 검출할 수 있다. 또, 인가하는 전압을 임펄스 전압으로 함으로써, 금속 단자와 금속 박층 사이에 전압을 장시간 인가할 필요가 없고, 열접착성 수지층의 일부가 용융되어 절연 파괴되어서, 새로운 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전압 파형을 측정함으로써, 약간의 전압 파형의 차이로부터, 장래 단락의 원인으로 되는 균열의 발생을 검출할 수 있다. 이와 같이, 절연 불량 검사의 정밀도를 높이는 동시에, 절연 불량 검사공정에 있어서의 전기화학 셀의 파괴를 회피할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 전기화학 셀의 제조방법에 있어서, 절연 불량 검사공정이, 금속 단자를 외장체에 의해 샌드위치 방식으로 유지해서, 해당 금속 단자가 유지된 유지 부분을 가열 밀봉한 후이면서 전해질을 외장체 내부에 충전하기 전에, 수행되는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 전기화학 셀의 제조공정에 있어서, 금속 단자를 외장체에 의해 샌드위치 방식으로 유지하고, 이와 같이 해서 얻어진 유지 부분을 가열 밀봉했을 때, 가열 밀봉의 열과 가압에 의해 열접착성 수지가 두꺼워져서 금속 단자와 금속 박층이 단락되는 일이 있지만, 상기 절연 불량 검사공정에 의해, 금속 단자 근방의 단락 및 균열을 검출할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 전기화학 셀의 제조방법에 있어서, 상기 절연 불량 검사공정이, 상기 전해질을 상기 외장체 내부에 충전시킨 후에 행해지는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 외장체 내부에 전해질을 충전시킨 후, 가열 밀봉된 외장체 주변부에 발생하는 단락 및 균열을, 상기 절연 불량 검사공정에 의해 검출할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 전기화학 셀의 제조방법에 있어서, 절연 불량 검사공정이, 전압 인가 정지 직후의, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압과, 전압 인가 정지로부터 소정 시간 경과 후의, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압을 측정해서 행하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 임펄스 전압의 인가 직후, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량에 전하가 충전되어, 이 정전용량이 보유하는 보유 전압이 최대로 된다. 그러나, 금속 단자와 금속 박층 간에 절연 불량이 있으면, 목적으로 하는 최대치 근방까지 전압이 상승되지 않는다. 또, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량에 인가된 전압은 절연 불량이 없으면, 완만하게 감소하지만, 절연 불량이 있을 경우, 전하를 보유할 수 없으므로, 전압이 급격히 감소한다. 이와 같이, 전압 인가 정지 직후의 보유 전압과, 전압 인가 정지 직후로부터 소정 시간 경과 후의 보유 전압을 측정함으로써, 정밀하게 절연 불량을 검출할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 전기화학 셀의 제조방법에 있어서, 금속 단자와 금속 박층 간에 인가하는 전압이 10V 이하인 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 외장체 내부에 밀봉 수납되는 전기화학 셀 본체와 연결하는 금속 단자와, 외장체의 금속 박층을 절연하는 것은 외장체 최내층의 열접착성 수지층이며, 금속 단자와 금속 박층 간에 고전압을 인가하면, 열접착성 수지층이 용융되어서, 외장체 내부에 충전시킨 전해질과 금속 박층이 도통되어 절연 파괴를 일으킬 가능성이 있지만, 절연 불량 검사공정에 있어서, 인가하는 임펄스 전압을 10V 이하로 함으로써, 새로운 절연 파괴의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 전기화학 셀의 제조방법에 있어서, 외장체의 주변부를 가열 밀봉해서 열접착성 수지층을 접착하는 가열 밀봉 공정에 있어서, 가열 밀봉 영역에 대해서 외주 측에 가열 밀봉되지 않은 여백 영역을 남기고, 절연 불량 검사공정에 있어서, 여백 영역의 금속 박층과 금속 단자 사이에 임펄스 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 가열 밀봉 영역에 대해서 외주 측에 여백 영역을 형성하고, 이 여백 영역의 금속 박층에 접속 단자를 접속하면, 여백 영역의 외장체 표면에 흠집이 발생해도, 절연성 불량 검사공정 후, 여백 영역을 재단해서 제거함으로써, 외장체 표면의 흠집을 제거할 수 있다.
또, 본 발명은, 절연성 불량 검사장치로서, 피측정물에 임펄스 전압을 인가하는 전압 발생 수단과, 피측정물이 보유하는 전압의 경시적 변화를 측정하는 전압 측정 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 피측정물에 임펄스 전압을 인가한 후, 피측정물이 보유하는 전압의 변화를 측정함으로써, 피측정물이 지니는 절연 불량의 유무를 정밀하게 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 구성의 절연성 불량 검사장치로서, 전압 발생 수단의 인가 전압이 10V 이하인 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 인가 전압을 10V 이하로 함으로써, 열접착성 수지층의 용융 발생을 방지하여, 절연 불량 검사공정에 있어서의 전기화학 셀의 절연 불량발생을 방지할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 구성의 절연성 불량 검사장치로서, 절연성 불량 검사장치와 피측정물을 접속하는 접속 단자는 피측정물을 샌드위치 방식으로 유지하기 위한 유지부를 지니고, 해당 유지부는 피측정물 표면에 형성된 기재층을 관통해서 파고들어가는 날카로운 형상부를 지니는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 최외층에 기재층을 지니는 외장체를 유지부에서 샌드위치 방식으로 유지함으로써, 날카로운 형상부가 기재층을 관통해서 금속 박층에 파고들어가므로, 접속 단자로부터 금속 박층에 용이하게 전압을 인가할 수 있다.
또, 본 발명은, 상기 구성의 절연성 불량 검사장치를 이용하는 절연 불량 검사방법으로서, 금속 박층과 열접착성 수지층을 적어도 순차 적층해서 구성되는 외장체 내부에, 정극 활물질 및 정극 집전체로 이루어진 정극과, 부극 활물질 및 부극 집전체로 이루어진 부극과, 정극 및 부극 사이에 충전되는 전해질을 포함하는 전기화학 셀 본체를, 정극 및 부극의 각각에 연결되는 금속 단자의 선단부가 외부에 돌출되도록 밀봉 수납해서 구성되는 전기화학 셀의 금속 단자와 금속 박층 사이에 임펄스 전압을 인가하고, 전압 인가 정지 직후의, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압과, 전압 인가 정지로부터 소정 시간 경과 후의, 금속 단자와 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압을 측정해서 행하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 임펄스 전압의 인가에 의한 전기화학 셀의 새로운 절연 불량의 발생을 방지하면서, 검사 후, 피측정물인 전기화학 셀을 사용할 수 있는 절연 불량 검사방법을 제공할 수 있다.
도 1A는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 1B는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 1C는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 1D는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 2는 본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 사시도;
도 3은 도 2에 나타낸 리튬 이온 전지의 B-B'선에 있어서의 단면도;
도 4는 본 발명의 절연 불량 검사공정에서 이용하는 절연 불량 검사장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면;
도 5는 절연 불량 검사장치의 동작 설명도;
도 6은 절연 불량 검사공정에서 측정된 전압 파형의 일례를 나타낸 도면;
도 7A는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 7B는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 7C는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 7D는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 일부를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 8은 도 7C에 나타낸 절연 불량 검사공정에 있어서의 리튬 이온 전지의 단면도;
도 9는 본 발명의 리튬 이온 전지의 제조공정의 변형예를 모식적으로 나타낸 평면도;
도 10은 종래의 리튬 이온 전지의 사시도;
도 11은 도 10에 나타낸 리튬 이온 전지의 A-A'선에 있어서의 단면도.
본 발명은, 전기화학 셀의 절연 불량품을 배제하여, 절연 불량 검사 후, 다시 사용가능한 전기화학 셀의 제조방법이다. 본 발명의 전기화학 셀의 제조방법의 일 실시형태에 대해서 도면 등을 이용해서 더욱 상세히 설명한다. 또, 종래예의 도 10 및 도 11과 공통되는 부분은 설명을 생략한다.
도 1A 내지 도 1D는 본 실시형태의 리튬 이온 전지의 제조공정을 모식적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 리튬 이온 전지의 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 리튬 이온 전지의 B-B'선 단면도이다. 리튬 이온 전지(1)는 본 발명의 "전기화학 셀"의 일례이다. 본 실시형태의 리튬 이온 전지(1)의 제조공정은, 도 1A에 나타낸 바와 같이, 우선, 필름을 자른 포장 재료를 프레스 성형하고, 리튬 이온 전지 본체(20)의 수납 공간(10a)을 확보한 외장체(10)를 형성한다. 다음에, 도 1B에 나타낸 바와 같이, 외장체(10)를 반으로 꺾어서 접어서 수납 공간(10a)에 리튬 이온 전지 본체(20)를 수납해서 폐쇄한다. 이때, 도 1C에 나타낸 바와 같이, 금속 단자(21)를 외부에 돌출하도록 외장체(10)에 의해 샌드위치 방식으로 유지하여, 얻어진 금속 단자 유지 부분(10b)을 가열 밀봉한다. 그리고, 절연 불량 검사장치(30)에 의해 금속 단자(21)(부극)와 외장체(10)를 구성하는 금속 박층(12)(금속 단자 유지부분(10b)에 있어서, 금속 단자(21)를 샌드위치 방식으로 유지하는 영역 상의 금속 박층(12)) 사이에 임펄스 전압을 인가하는 동시에, 인가한 전압 파형을 절연 불량 검사장치(30)로 측정하여, 금속 단자 유지부분(10b)에 있어서의 제1의 절연 불량 검사를 행한다. 다음에, 도 1D에 나타낸 바와 같이, 외장체(10) 내부에 전해질을 충전시켜 금속 단자 유지부분(10b) 이외의 각 변을 모두 가열 밀봉해서 외장체(10) 내부에 리튬 이온 전지 본체(20)를 밀봉 봉합하여 리튬 이온 전지(1)가 완성된다. 그리고, 최후에, 절연 불량 검사장치(30)에 의해 금속 단자(21)(부극)와 금속 박층(12) 사이에 임펄스 전압을 인가하는 동시에, 인가한 전압 파형을 절연 불량 검사장치(30)로 측정하여, 제2의 절연 불량 검사를 행한다.
이때, 제1의 절연 불량 검사공정에 있어서, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에는 전해질이 충전되어 있지 않고, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이의 정전용량은 작다. 이 때문에, 제1의 절연 불량 검사공정에 있어서 인가하는 임펄스 전압은 고전압인 것이 바람직하며, 구체적으로는 약 1000V의 전압을 90mSec 인가해서 절연 불량을 검출할 수 있다. 또, 인가하는 전압은 임펄스 전압이기 때문에, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 장시간 전압을 인가할 필요가 없다. 이 때문에, 열접착성 수지층(13)의 일부가 용융되어 절연 파괴되어서, 새로운 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2의 절연 불량 검사공정에 있어서, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에는 전해질이 충전되어 있어, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이의 정전용량이 크다. 이 때문에, 제2의 절연 불량 검사공정에 있어서 인가하는 임펄스 전압을 저전압으로 하는 것이 가능하고, 구체적으로는 약 10V의 전압을 90mSec 인가해서 절연 불량을 검출할 수 있다. 이때, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이의 정전용량에 인가된 전압 파형을 측정함으로써, 약간의 전압 파형의 차이로부터, 절연 불량을 검출할 수 있다. 이 때문에, 저전압의 임펄스 전압에 의해 절연 불량을 검사하고, 절연 불량 검사공정에 있어서의 전기화학 셀(1)의 파괴를 회피할 수 있다.
다음에, 제1 및 제2의 절연 불량 검사공정에 대해서 보다 상세히 설명한다. 도 4는 절연 불량 검사공정에서 이용하는 절연 불량 검사장치의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 절연 불량 검사장치의 동작 설명도이며, 도 6은 절연 불량 검사공정에서 측정된 전압 파형의 일례를 나타낸 도면이다. 절연 불량 검사장치(30)는 전압 발생 수단(31)과 피측정물의 정전용량에 인가한 전압 파형을 측정할 수 있는 전압 측정 수단(32)을 구비한다. 또, 피측정물인 리튬 이온 전지(1)는 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 정전용량(C)을 지닌다. 이 구성에 의해, STEP1(T0?T1)에 있어서, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 전압 발생 수단(31)으로부터 임펄스 전압을 인가했을 때, 정전용량(C)에 전하가 충전되어, 소정의 파형으로 전압이 상승된다. 이 전압 파형은 전압 측정 수단(32)에 있어서 관측된다. 그 후, STEP2(T1?T2)에 있어서, 전압 인가의 정지 후, 정전용량(C)에 충전된 전압이 서서히 강하하고, STEP3(T2?T3)에 있어서, 저항(R)을 개재해서 완전히 방전된다. 이때의 파형을 OK 파형으로 하면, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이가 단락하고 있을 경우, STEP1에 있어서, 전압이 급강하하여, 소정의 파형으로 전압이 상승하지 않는다(NG 파형 1). 또한, 임펄스 전압의 인가 후, 절연 파괴가 생긴 경우, STEP2에 있어서, 전압이 급강하한다(NG 파형 2).
이와 같이, 본 실시형태의 절연 불량 검사공정에서는 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이가 지니는 정전용량을 이용해서, 그 정전용량에 인가된 전압의 파형의 차이를 관측함으로써, 제조공정에 있어서 이미 단락이 발생하고 있는 리튬 이온 전지(1)뿐만 아니라, 장래 단락의 원인으로 되는 균열을 지니는 리튬 이온 전지(1)를 정밀하게 검출할 수 있다.
다음에, 절연 불량 검사장치(30)에 대해서 설명한다. 절연 불량 검사장치(30)는 전압 발생 수단(31)과 전압 측정 수단(32)을 구비하고, 전압 발생 수단(31)에 있어서, 임펄스 전압을 접속 단자(35)를 개재해서 피측정물인 리튬 이온 전지(1)의 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 인가하고, 전압 측정 수단(32)에 의해, 리튬 이온 전지(1)의 정전용량에 보유된 전압의 경시적 변화를 측정한다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 임펄스 전압은 코일(33)에 소정 전류를 공급한 후, 그 공급을 정지함으로써, 코일(33)에 소정 전압이 유기된다. 그리고, 이 전압이 임펄스 전압으로 되어, 다이오드(34), 접속 단자(35)를 개재해서 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 전류(I)가 인가되어, 리튬 이온 전지(1)의 정전용량(C)에 전하가 충전된다. 이때, 리튬 이온 전지(1)가 절연 불량을 지니고 있지 않은 정상인 상태이면, 충전되는 보유 전압의 최대치는 일정한 값에 도달하지만(도 6의 OK 파장 참조), 리튬 이온 전지(1)가 절연 불량을 지닐 경우, 충전되는 보유 전압은 소망의 최대치까지 상승하지 않는다.
또, 전압 측정 수단(32)은 정상인 리튬 이온 전지(1)에 충전된 보유 전압이 최대치(V1)로 되는 타이밍(T1)에서, 리튬 이온 전지(1)의 보유 전압을 판독하고, 타이밍(T1)에서부터 소정 시간 경과 후의 타이밍(T2)에서, 또 한번 보유 전압을 판독한다. 그러나, 리튬 이온 전지(1)의 정전용량에 보유되는 보유 전압은 절연 불량이 없으면, 완만하게 감소하지만, 절연 불량이 있을 경우, 전하를 보유할 수 없으므로 보유 전압이 급격히 감소한다(도 6의 NG파장 2 참조). 이것에 의해, 전압 측정 수단(32)은 보유 전압이 최대로 되는 타이밍(T1)과 소정 시간 경과 후의 타이밍(T2)에서, 리튬 이온 전지(1)의 보유 전압(V1), (V2)을 판독하여, 타이밍(T1), (T2)에 있어서의 보유 전압(V1), (V2)에 의거해서 리튬 이온 전지(1)의 절연 불량을 평가할 수 있다.
즉, 절연 불량을 지니는 리튬 이온 전지(1)는 타이밍(T1)에 있어서의 전압(V1)이 소망의 최대치 부근까지 상승하지 않지만, 타이밍(T2)에 있어서의 전압(V2)이 현저하게 전압강하를 일으킨다. 또, 리튬 이온 전지(1)는 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이의 정전용량은 매우 작고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전해질 및 전지 셀과 접속되는 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에는 열접착성 수지층(13)만을 개재해서 절연되어 있다. 열접착성 수지층(13)은, 예를 들어, 폴리프로필렌이 적합하게 이용되며, 열접착성 수지층(13)의 두께는 10㎛ 내지 100㎛이기 때문에, 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 고전압을 인가하면 열접착성 수지층(13)이 용이하게 용융되어, 새로운 절연 불량이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 인가하는 전압은 10V 이하인 것이 바람직하다. 또한, 금속 박층(12)과 열접착성 수지층(13) 사이에 산변성 폴리올레핀 수지층을 개재시킬 경우에 있어서도, 인가하는 전압은 10V 이하인 것이 바람직하다.
다음에, 본 실시형태의 리튬 이온 전지의 제조공정의 변형예에 대해서 설명한다. 도 7A 내지 도 7D는 이 변형예에 따른 리튬 이온 전지의 제조공정을 모식적으로 나타낸 평면도이다. 본 실시형태의 리튬 이온 전지(1)의 제조공정은, 도 7A에 나타낸 바와 같이, 우선, 여백 영역(10e)을 마련해서 필름을 크게 자른 외장체(10)를 프레스 성형하여, 반으로 꺾어 접어서 수납 공간(10a)에 리튬 이온 전지 본체(20)를 수납하고, 도 7B에 나타낸 바와 같이, 금속 단자 유지부분(10b)을 포함하는 두 변을 가열 밀봉해서, 여백 영역(10e) 측에 개구부를 형성한 후, 외장체(10) 내부에 전해질을 충전시킨다. 다음에, 도 7C에 나타낸 바와 같이, 여백 영역(10e)을 외주 측에 남기고 외장체(10)의 개구부를 가열 밀봉해서 가열 밀봉부(10c)를 형성하여, 외장체(10) 내부에 전해질을 포함하는 리튬 이온 전지 본체(20)를 밀봉 봉합한다. 다음에, 절연 불량 검사장치(30)의 접속 단자(35)를 여백 영역(10e)의 금속 박층(12)에 파고들게 하고, 또 한쪽의 접속 단자(35)를 금속 단자(21)(부극)에 접속하여, 절연 불량 검사장치(30)를 이용해서 절연 불량 검사를 행한 후, 도 7D에 나타낸 바와 같이, 가열 밀봉부(10c)의 외주 측을 절단해서 여백 영역(10e)을 잘라내어 리튬 이온 전지(1)가 완성된다.
또, 도 8은 도 7C에 나타낸 절연 불량 검사공정에 있어서의 리튬 이온 전지의 단면도이며, 도 8에 나타낸 바와 같이, 여백 영역(10e)은 가열 밀봉부(10c)에 대해서 외주 측에 형성되어 있지만, 금속 박층(12)의 부분은 가열 밀봉부(10c)에 대해서 내주 측의 금속 박층(12)의 부분과 도통하고 있기 때문에, 여백 영역(10e)에 있어서, 접속 단자(35)로부터 인가된 임펄스 전압은 가열 밀봉 내주 측의 금속 박층(12)과 금속 단자(21) 사이의 정전용량에 충전된다. 또한, 접속 단자(35)는 피측정물을 샌드위치 방식으로 유지하기 위한 유지부(36)를 지니고, 해당 유지부(36)는 피측정물 표면에 형성된 기재층(11)을 관통해서 파고들어가는 날카로운 형상부(36a)를 지닌다. 이것에 의해, 접속 단자(35)는 외장체(10)를 유지부(36)에 의해 샌드위치 방식으로 유지하고, 날카로운 형상부(36a)를 금속 박층(12)에 파고들어가게 함으로써, 접속 단자(35)와 금속 박층(12)을 용이하게 접속할 수 있다. 또, 이때, 기재층(11)의 일부가 날카로운 형상부(36a)에 의해 파손되어 외장체(10) 표면의 흠집으로 되지만, 검사 후, 여백 영역(10e)을 제거함으로써, 리튬 이온 전지(1)의 완성품에는 기재층(11)의 흠집이 남지 않는다. 또한, 접속단자(35)는 2개의 유지부(36)를 이용해서 외장체(10)를 샌드위치 방식으로 유지할 경우로 한정되지 않고, 날카로운 형상부(36a)를 지니는 유지부(36)만으로 외장체(10)를 누르고, 날카로운 형상부(36a)를 금속 박층(12)에 도통시키게 해도 된다.
또, 리튬 이온 전지의 제조방법은, 상기 제조공정으로 한정되지 않고, 이하에 나타낸 공정에 의해 행하는 것도 가능하다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 우선, 외장체(10) 내부에 전해질을 충전시킨 후, 여백 영역(10e)의 외주 측에 있는 개구부를 가열 밀봉하여, 절연 불량 검사공정을 행하고, 포메이션(formation)을 행한 후(포메이션 조건: 60℃, 5h), 재차 절연 불량 검사공정을 행한다. 다음에, 여백 영역(10e)의 내주 측의 가열 밀봉부(10c)를 가열 밀봉하여, 절연 불량 검사공정을 행하고, 여백 영역(10c)을 잘라내어 리튬 이온 전지(1)가 완성된다. 또한, 완성된 리튬 이온 전지(1)의 가열 밀봉부(10c), (10d)는 리튬 이온 전지(1)를 수납 케이스에 수납할 때, 꺾어 구부리는 일이 있지만, 가열 밀봉부(10c), (10d)를 꺾어 구부릴 때, 열접착성 수지층(13)에 균열이 발생할 경우가 있어서, 가열 밀봉부(10c), (10d)를 꺾어 구부리는 가열 밀봉부 구부림 공정 후, 절연 불량 검사를 최후에 행해도 된다. 또, 전술한 바와 같이, 절연성 불량 검사공정은, 리튬 이온 전지의 제조공정에 있어서, 각 가열 밀봉 공정 후 또는 가열 밀봉부의 구부림 공정 후 등, 절연 불량이 발생할 가능성이 있는 공정 후, 순차 행하는 것이 가능하고, 리튬 이온 전지의 제조공정에 있어서, 적어도 한 번의 절연성 불량 검사공정을 포함할 경우, 이 제조방법은 본 발명의 기술범위에 포함된다. 또한, 절연 불량 검사공정에 있어서, 외장체 내부에 전해질을 충전시킨 후에는 10V 이하의 임펄스 전압을 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 인가하는 것이 바람직하며, 외장체 내부에 전해질을 충전하기 전에는 1000V 이하의 임펄스 전압을 금속 단자(21)와 금속 박층(12) 사이에 인가하는 것이 바람직하다. 또, 외장체 내부에 전해질을 충전시키기 전의 절연 불량 검사공정은, 접속 단자(35)의 한쪽을, 금속 단자(21)를 샌드위치 방식으로 유지하는 영역 상의 금속 박층(12)에 접속하는 것이 바람직하다.
실시예
다음에, 본 발명의 작용 및 효과에 대해서, 실시예를 이용해서 구체적으로 설명한다. 본 실시예는, 리튬 이온 전지에 임펄스 전압을 인가했을 경우에 새롭게 발생하는 절연 불량에 대해서 평가한 것이다.
[외장체의 제작]
기재층으로 되는 연신 나일론 필름(두께 25㎛)이 적층되어 있지 않은 알루미늄 박(두께 40㎛)의 상부면에 산변성 폴리프로필렌(두께 20㎛)을 용융 압출하는 동시에 그 위에서부터 폴리프로필렌(두께 15㎛)을 접합시켜서, 연신 나일론 필름/알루미늄 박/산변성 폴리프로필렌/폴리프로필렌으로 구성되는 외장체를 얻었다.
다음에, 상기 외장체를 60㎜(MD방향)×60㎜(TD방향)의 시트 조각으로 재단하여, 이 시트 조각을 MD방향으로 둘로 접어, 대향하는 2변을 7㎜ 폭으로 가열 밀봉시켜 한쪽에 개구를 지니는 파우치 타입의 외장체를 작성하고, 개구되는 1변으로부터 금속 단자가 외부로 연장되도록 셀을 포함하는 리튬 이온 전지 본체를 봉입하여, 전해액을 넣어 금속 단자를 샌드위치 방식으로 유지하면서, 개구부를 3㎜ 폭으로 밀폐해서 봉합하여, 리튬 이온 전지를 제작하였다. 이때, 가열 밀봉은, 면압 2.0㎫, 밀봉 온도 170℃, 밀봉 시간 5.0초의 조건에서 행하였다.
다음에, 상기 리튬 이온 전지를 100개 준비하고, 각 리튬 이온 전지의 부극단자와 알루미늄박 사이에 인가 전압 10V의 임펄스 전압을 90msec 인가해서 절연 불량 검사를 행하였다. 마찬가지 방법에 의해 인가 전압 300V 및 500V의 임펄스 전압으로 각각 100개의 리튬 이온 전지에 대해서 절연 불량 검사를 행하였다. 그 후, 이들 300개의 절연 불량 검사 후의 리튬 이온 전지에, 또 한번 인가 전압 10V의 임펄스 전압을 인가해서 다시 절연 불량 검사를 행하였다. 이 방법에 의해, 1회째의 절연 불량 검사공정에 있어서 발생하는 절연 불량의 빈도를 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타낸다.
인가전압(V) 평가
10V 양호
300V 보통
500V 불량
표 1에 나타낸 바와 같이, 500V의 전압을 인가했을 경우, 시료 전체의 10%에서 절연 불량이 발견되었고(불량), 300V의 전압을 인가했을 경우, 시료 전체의 3%에서 절연 불량이 발견되었지만(보통), 10V의 전압을 인가했을 경우, 절연 불량은 발견되지 않았다(양호). 이 결과로부터, 절연 불량 검사에서 인가하는 임펄스 전압을 약 10V로 함으로써 검사 불량공정에 있어서의 새로운 절연 파괴의 발생을 방지할 수 있는 것이 확인되었다.
또, 본 발명은 전술한 각 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 각종 변경이 가능하며, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합시켜서 얻어지는 실시형태에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 예를 들어, 리튬 이온 전지 이외에도 외장체에 커패시터, 전기 2중층 커패시터 등의 전기화학 셀 본체를 수납한 전기화학 셀에 대해서도 본 실시형태의 전기화학 셀의 제조방법, 절연 불량 검사방법 및 절연 불량 검사장치를 이용할 수 있다.
1: 리튬 이온 전지 10: 외장체
10a: 수납 공간 10b: 금속 단자 유지부분
11: 기재층 12: 금속 박층
13: 열접착성 수지층 20: 리튬 이온 전지 본체
21: 금속 단자 30: 절연 불량 검사장치
31: 전압 발생 수단 32: 전압 측정 수단
33: 코일 34: 다이오드
35: 접속 단자 36: 유지부
36a: 날카로운 형상부

Claims (10)

  1. 금속 박층과 열접착성 수지층을 적어도 순차 적층하여 구성되는 외장체 내부에,
    정극 활물질 및 정극 집전체로 이루어진 정극과, 부극 활물질 및 부극 집전체로 이루어진 부극과, 상기 정극과 상기 부극 사이에 충전되는 전해질을 포함하는 전기화학 셀 본체를,
    상기 정극 및 상기 부극의 각각에 연결되는 금속 단자의 선단부가 외부에 돌출되도록 밀봉 수납해서 구성되는 전기화학 셀의 제조방법으로서,
    상기 금속 단자와 상기 금속 박층 사이에 임펄스 전압을 인가하고, 상기 금속 단자와 상기 금속 박층 간의 정전용량에 인가된 전압의 파형을 측정하는 절연 불량 검사공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연 불량 검사공정은, 상기 금속 단자를 외장체에 의해 샌드위치 방식으로 유지해서, 해당 금속 단자가 유지된 유지 부분을 가열 밀봉한 후이면서 상기 전해질을 상기 외장체 내부에 충전하기 전에, 수행되는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 절연 불량 검사공정은, 상기 전해질을 상기 외장체 내부에 충전시킨 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 불량 검사공정은, 전압 인가 정지 직후의, 상기 금속 단자와 상기 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압과, 전압 인가 정지로부터 소정 시간 경과 후의, 상기 금속 단자와 상기 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압을 측정해서 행하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 단자와 상기 금속 박층 간에 인가하는 전압이 10V 이하인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외장체의 주변부를 가열 밀봉해서 상기 열접착성 수지층을 접착하는 가열 밀봉 공정에 있어서, 가열 밀봉 영역에 대해서 외주 측에 가열 밀봉되지 않은 여백 영역을 남기고,
    상기 절연 불량 검사공정에 있어서, 상기 여백 영역의 금속 박층과 상기 금속 단자 사이에 임펄스 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀의 제조방법.
  7. 피측정물에 임펄스 전압을 인가하는 전압 발생 수단과, 상기 피측정물이 보유하는 전압의 경시적 변화를 측정하는 전압 측정 수단을 지니는 것을 특징으로 하는 절연성 불량 검사장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전압 발생 수단의 인가 전압이 10V 이하인 것을 특징으로 하는 절연성 불량 검사장치.
  9. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 절연성 불량 검사장치와 피측정물을 접속하는 접속 단자는 피측정물을 샌드위치 방식으로 유지하기 위한 유지부를 지니고,
    상기 유지부는 상기 피측정물 표면에 형성된 기재층을 관통해서 파고들어가는 날카로운 형상부를 지니는 것을 특징으로 하는 절연성 불량 검사장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 기재된 절연성 불량 검사장치를 이용해서 행하는 절연 불량 검사방법으로서,
    금속 박층과 열접착성 수지층을 적어도 순차 적층해서 구성되는 외장체 내부에, 정극 활물질 및 정극 집전체로 이루어진 정극과, 부극 활물질 및 부극 집전체로 이루어진 부극과, 상기 정극과 상기 부극 사이에 충전되는 전해질을 포함하는 전기화학 셀 본체를, 상기 정극 및 상기 부극의 각각에 연결되는 금속 단자의 선단부가 외부에 돌출되도록 밀봉 수납해서 구성되는 전기화학 셀에 대해서, 상기 금속 단자와 상기 금속 박층 사이에 임펄스 전압을 인가하는 단계; 및
    전압 인가 정지 직후의, 상기 금속 단자와 상기 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압과, 전압 인가 정지로부터 소정 시간 경과 후의, 상기 금속 단자와 상기 금속 박층 간의 정전용량이 보유하는 보유 전압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 불량 검사방법.
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