特表 2024-540904 電池部材の保護方法及び機器、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-06

(54)【発明の名称】電池部材の保護方法及び機器、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/571 20210101AFI20241029BHJP

   H01M 50/586 20210101ALI20241029BHJP

   H01M 50/591 20210101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

H01M50/571

H01M50/586

H01M50/591 101

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024523426

(86)(22)【出願日】2022-06-16

(85)【翻訳文提出日】2024-04-18

(86)【国際出願番号】 CN2022099136

(87)【国際公開番号】W WO2023240530

(87)【国際公開日】2023-12-21

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524304976

【氏名又は名称】香港時代新能源科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＣＯＮＴＥＭＰＯＲＡＲＹ ＡＭＰＥＲＥＸ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ （ＨＯＮＧ ＫＯＮＧ） ＬＩＭＩＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】ＬＥＶＥＬ １９， ＣＨＩＮＡ ＢＵＩＬＤＩＮＧ， ２９ ＱＵＥＥＮ’Ｓ ＲＯＡＤ ＣＥＮＴＲＡＬ， ＣＥＮＴＲＡＬ， ＣＥＮＴＲＡＬ ＡＮＤ ＷＥＳＴＥＲＮ ＤＩＳＴＲＩＣＴ， ＨＯＮＧ ＫＯＮＧ， ＣＨＩＮＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100167689

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 征二

(72)【発明者】

【氏名】李▲ティン▼

(72)【発明者】

【氏名】金▲海▼族

(72)【発明者】

【氏名】牛少▲軍▼

(72)【発明者】

【氏名】唐▲懐▼超

(72)【発明者】

【氏名】彭▲龍▼▲慶▼

【テーマコード（参考）】

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H043AA04

5H043AA07

5H043BA19

5H043CA03

5H043CA04

5H043CA08

5H043CA12

5H043CA13

5H043GA22

5H043HA22E

5H043HA36E

5H043KA01E

5H043KA05E

5H043KA09E

5H043KA10E

5H043LA02E

(57)【要約】

本願は、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の保護方法に関する。前記方法は、電池部材をキャビティ内に置き、キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（１）と、圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、キャビティ内に第１の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（２）と、任意選択的に、キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（３）と、圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、キャビティ内に第２の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（４）と、を含み、それにより、電池部材の表面に保護層を形成する。本願は、更に電池部材の保護機器、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置に関する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極組立体（３０）及びトップキャップ組立体（１０）を含む電池部材の保護方法であって、
前記電池部材をキャビティ内に置き、前記キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（１）と、
圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、前記キャビティ内に第１の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（２）と、任意選択的に、
前記キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（３）と、
圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、前記キャビティ内に第２の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（４）と、を含み、
それにより、前記電池部材の表面に保護層を形成し、
前記第２の反応物は、前記第１の反応物と反応して前記保護層を形成することができる電池部材の保護方法。

【請求項2】

前記第１の反応物は、ガス状のアルミニウム化合物、ケイ素化合物、スズ化合物、ゲルマニウム化合物、クロム化合物、ホウ素化合物、チタン化合物、バナジウム化合物、亜鉛単体及び亜鉛化合物、ジルコニウム化合物、ハフニウム化合物及びタンタル化合物のうちの少なくとも１つを含み、選択的にガス状のＡｌＣｌ_３、トリメチルアルミニウム、Ａｌ（ＣＨ_３）_２Ｃｌ、Ａｌ（Ｃ_２Ｈ_５）_３、Ａｌ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、（ＣＨ_３）_２ＡｌＯＣＨ（ＣＨ_３）_２、（ＣＨ_３ＣＨ_２）_２ＡｌＯＣ_２Ｈ_５、Ａｌ（ＣＨ_３）_２ＯＣ_２Ｈ_５、Ａｌ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_３、Ａｌ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＣｌ_２Ｈ_２、Ｓｉ_２Ｃｌ_６、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２Ｈ_２、Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ（ＯＣＨ_２ＣＨ_３）_４、Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４、ＳｉＨ（ＯＣＨ_３）_３、ＳｉＨ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、（ＣＨ_３）_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、Ｓｉ（ＮＣＯ）_４、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｈ_２Ｎ（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、ＣＨ_２＝ＣＨＳｉ（ＯＣＨ_３）_３、（ＣＨ_２＝ＣＨ）_３ＳｉＯＣＨ_３、（（ＣＨ_３）_３ＣＯ）_３ＳｉＯＨ、（ＣＨ_３ＣＨ_２Ｃ（ＣＨ_３）_２Ｏ）_３ＳｉＯＨ、ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３、ＳｉＨ_２［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_２、ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、ＳｉＨ_２［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２、ＳｉＨ_２［ＮＣ_２Ｈ_５ＣＨ_３］_２、ＳｉＨ_３Ｎ（Ｃ_４Ｈ_９）_２、［Ｓｉ（ＮＨＣ_２Ｈ_５）_３］_２、Ｓｉ（ＮＨＣ_２Ｈ_５）_４、ＳｉＨ_３Ｎ（Ｃ_３Ｈ_７）_２、［ＳｉＨ_２Ｎ（Ｃ_３Ｈ_７）_２］_２、Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、（ＣＨ_３）_３ＳｉＮ（ＣＨ_３）_２、Ｃ_７Ｈ_１７ＮＳｉ、Ｃ_８Ｈ_２０Ｎ_２Ｓｉ、Ｃ_８Ｈ_１７ＮＯ_２Ｓｉ、Ｃ_７Ｈ_１８Ｎ_２Ｏ_２Ｓｉ、ＳｉＣｌ_３Ｈ、ＳｎＣｌ_４、ＧｅＣｌ_３、ＣｒＯ_２Ｃｌ_２、ＢＢｒ_３、ＴｉＦ_４、ＴｉＣｌ_４、ＴｉＩ_４、Ｔｉ（ＯＣＨ_３）_４、Ｔｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｔｉ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、ＶＯＣｌ_３、Ｚｎ、ＺｎＣｌ_２、Ｚｎ（ＣＨ_３）_２、Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２、ＺｎＩ_２、ＺｒＣｌ_４、ＺｒＩ_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、ＨｆＣｌ_４、ＨｆＩ_４、Ｈｆ（ＮＯ_３）_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｈｆ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、ＴａＣｌ_５、ＴａＦ_５、ＴａＩ_５、Ｔａ（Ｏ（Ｃ_２Ｈ_５））_５、Ｔａ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_５、Ｔａ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_５及びＴａＢｒ_５のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の保護方法。

【請求項3】

前記第２の反応物は、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２、Ｓ、（ＮＨ_４）_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、Ｓｅ、Ｈ_２Ｔｅ、Ｔｅ、ＨＦ、ＴｉＦ_４、ＴａＦ_５、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨＣｌ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ及びＨ_２Ｓのうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを含む請求項１又は２に記載の保護方法。

【請求項4】

前記ステップ（１）～（４）において、前記キャビティの温度を０℃～２００℃の間の温度に維持する請求項１～３の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項5】

前記ステップ（１）～（４）を１～１００，０００回繰り返す請求項１～４の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項6】

まず前記ステップ（１）～（２）を１～１０回繰り返し、その後に前記ステップ（１）～（４）を１～１００，０００回繰り返す請求項１～４の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項7】

前記第１の反応物及び前記第２の反応物は、キャリアガスにより導入され、前記キャリアガスは、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素及びヘリウムガスのうちの少なくとも１つを含む請求項１～６の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項8】

前記ステップ（１）の前に、前記電池部材の表面に前処理を行うステップを更に含み、前記前処理ステップは、前記キャビティ内にＡｒ、Ｎ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２、Ｓ、（ＮＨ_４）_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、Ｓｅ、Ｈ_２Ｔｅ、Ｔｅ、ＨＦ、ＴｉＦ_４、ＴａＦ_５、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨＣｌ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ及びＨ_２Ｓのうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを導入することを含む請求項１～７の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項9】

前記電池部材は、タブ（４１、４２）及びアダプタープレート（２１、２２）を更に含み、前記保護層は、前記タブ（４１、４２）と前記アダプタープレート（２１、２２）との接続箇所、前記アダプタープレート（２１、２２）と前記トップキャップ組立体（１０）との接続箇所、前記トップキャップ組立体（１０）の内壁、前記アダプタープレート（２１、２２）上及び前記電極組立体（３０）の外周面に形成される請求項１～８の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項10】

前記保護層は、アルミニウム、ケイ素、スズ、ゲルマニウム、クロム、ホウ素、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウム又はタンタルの炭化物、窒化物、硫化物、酸化物、フッ化物、セレン化物及びテルル化物のうちの少なくとも１つを含み、選択的に酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン及び酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含む請求項１～９の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項11】

前記ステップ（２）及び／又は前記ステップ（４）の後に、パージガスで前記電池部材をパージするステップを更に含み、前記パージガスは、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２及び前記第２の反応物のうちの少なくとも１つを含む請求項１～１０の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項12】

前記保護層の厚さは、１ｎｍ～１０００μｍ、選択的に５０ｎｍ～５００ｎｍである請求項１～１１の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項13】

前記保護層に後処理を行うステップを更に含み、前記後処理ステップは、特定の雰囲気での温度アニール処理、プラズマアニール処理又は光放射アニール処理を含み、前記特定の雰囲気は、ピリジン、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２及び前記第２の反応物のうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを含む請求項１～１２の何れか一項に記載の保護方法。

【請求項14】

電極組立体（３０）及びトップキャップ組立体（１０）を含む電池部材の保護機器であって、
前記電池部材を収容するためのキャビティと、
第１の反応物を格納するための第１の反応物タンクと、
第２の反応物を格納するための第２の反応物タンクと、
真空ポンプと、
前記キャビティの圧力をリアルタイムに検出するための圧力計と、
前記第１の反応物及び前記第２の反応物の流量を調節するための流量調節弁と、を含み、
前記第２の反応物は、前記第１の反応物と反応して保護層を形成することができ、
前記第１の反応物タンク及び前記第２の反応物タンクは、前記第１の反応物及び前記第２の反応物を前記キャビティの内部に導入するように、それぞれ前記キャビティに連通し、前記真空ポンプは、前記キャビティを真空引きするように、前記キャビティに連通する電池部材の保護機器。

【請求項15】

請求項１～１３の何れか一項に記載の保護方法により保護された電池部材を含む二次電池。

【請求項16】

請求項１５に記載の二次電池を含む電池モジュール。

【請求項17】

請求項１６に記載の電池モジュールを含む電池パック。

【請求項18】

請求項１５に記載の二次電池、請求項１６に記載の電池モジュール又は請求項１７に記載の電池パックから選択される少なくとも１つを含む電力消費装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、二次電池の技術分野に関し、特に電池部材の保護方法及び機器、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、二次電池の適用範囲が益々広くなるにつれて、二次電池は、水力、火力、風力及び太陽光発電所などのエネルギー貯蔵電源システム、並びに電動工具、電気自転車、電動バイク、電気自動車、軍用機器、航空宇宙などの多くの分野に広く適用されている。二次電池が飛躍的に発展してきたが、そのエネルギー密度、サイクル性能及び安全性能などに対してもより高く要求している。しかしながら、従来の二次電池の安全性能はまだ改善される余地がある。

【発明の概要】

【0003】

本願は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電池部材の表面、特にトップキャップ組立体の内壁及び電極組立体とトップキャップ組立体との溶接箇所に保護層を同時に形成し、二次電池の腐食及び短絡の発生確率を低減することができる、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の保護方法を提供することを目的とする。

【0004】

上記目的を達成するために、本願は、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の保護方法及び機器、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置を提供する。

【0005】

本願の第１の態様は、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の保護方法を提供し、前記方法は、
前記電池部材をキャビティ内に置き、前記キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（１）と、
圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、前記キャビティ内に第１の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（２）と、任意選択的に、
前記キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（３）と、
圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、前記キャビティ内に第２の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（４）と、を含み、
それにより、前記電池部材の表面に保護層を形成し、
前記第２の反応物は、前記第１の反応物と反応して前記保護層を形成することができる。

【0006】

それにより、本願は、気固界面反応技術を利用して電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材を保護し、電池部材の表面、特にトップキャップ組立体の内壁及び電極組立体とトップキャップ組立体との溶接箇所に保護層を同時に形成し、二次電池の腐食及び短絡の発生確率を低減し、二次電池の安全性能及び防腐食性能を高めることができる。

【0007】

任意の実施形態において、前記第１の反応物は、ガス状のアルミニウム化合物、ケイ素化合物、スズ化合物、ゲルマニウム化合物、クロム化合物、ホウ素化合物、チタン化合物、バナジウム化合物、亜鉛単体及び亜鉛化合物、ジルコニウム化合物、ハフニウム化合物及びタンタル化合物のうちの少なくとも１つを含み、選択的にガス状のＡｌＣｌ_３、トリメチルアルミニウム、Ａｌ（ＣＨ_３）_２Ｃｌ、Ａｌ（Ｃ_２Ｈ_５）_３、Ａｌ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、（ＣＨ_３）_２ＡｌＯＣＨ（ＣＨ_３）_２、（ＣＨ_３ＣＨ_２）_２ＡｌＯＣ_２Ｈ_５、Ａｌ（ＣＨ_３）_２ＯＣ_２Ｈ_５、Ａｌ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_３、Ａｌ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＣｌ_２Ｈ_２、Ｓｉ_２Ｃｌ_６、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２Ｈ_２、Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ（ＯＣＨ_２ＣＨ_３）_４、Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４、ＳｉＨ（ＯＣＨ_３）_３、ＳｉＨ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、（ＣＨ_３）_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、Ｓｉ（ＮＣＯ）_４、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｈ_２Ｎ（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、ＣＨ_２＝ＣＨＳｉ（ＯＣＨ_３）_３、（ＣＨ_２＝ＣＨ）_３ＳｉＯＣＨ_３、（（ＣＨ_３）_３ＣＯ）_３ＳｉＯＨ、（ＣＨ_３ＣＨ_２Ｃ（ＣＨ_３）_２Ｏ）_３ＳｉＯＨ、ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３、ＳｉＨ_２［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_２、ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、ＳｉＨ_２［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２、ＳｉＨ_２［ＮＣ_２Ｈ_５ＣＨ_３］_２、ＳｉＨ_３Ｎ（Ｃ_４Ｈ_９）_２、［Ｓｉ（ＮＨＣ_２Ｈ_５）_３］_２、Ｓｉ（ＮＨＣ_２Ｈ_５）_４、ＳｉＨ_３Ｎ（Ｃ_３Ｈ_７）_２、［ＳｉＨ_２Ｎ（Ｃ_３Ｈ_７）_２］_２、Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、（ＣＨ_３）_３ＳｉＮ（ＣＨ_３）_２、Ｃ_７Ｈ_１７ＮＳｉ、Ｃ_８Ｈ_２０Ｎ_２Ｓｉ、Ｃ_８Ｈ_１７ＮＯ_２Ｓｉ、Ｃ_７Ｈ_１８Ｎ_２Ｏ_２Ｓｉ、ＳｉＣｌ_３Ｈ、ＳｎＣｌ_４、ＧｅＣｌ_３、ＣｒＯ_２Ｃｌ_２、ＢＢｒ_３、ＴｉＦ_４、ＴｉＣｌ_４、ＴｉＩ_４、Ｔｉ（ＯＣＨ_３）_４、Ｔｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｔｉ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、ＶＯＣｌ_３、Ｚｎ、ＺｎＣｌ_２、Ｚｎ（ＣＨ_３）_２、Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２、ＺｎＩ_２、ＺｒＣｌ_４、ＺｒＩ_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、ＨｆＣｌ_４、ＨｆＩ_４、Ｈｆ（ＮＯ_３）_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｈｆ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、ＴａＣｌ_５、ＴａＦ_５、ＴａＩ_５、Ｔａ（Ｏ（Ｃ_２Ｈ_５））_５、Ｔａ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_５、Ｔａ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_５及びＴａＢｒ_５のうちの少なくとも１つを含む。

【0008】

任意の実施形態において、前記第２の反応物は、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２、Ｓ、（ＮＨ_４）_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、Ｓｅ、Ｈ_２Ｔｅ、Ｔｅ、ＨＦ、ＴｉＦ_４、ＴａＦ_５、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨＣｌ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ及びＨ_２Ｓのうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを含む。

【0009】

第１の反応物及び第２の反応物を選択することにより、保護層の成分を制御することができ、且つ保護層が均一で緻密であり、基体との結合力が強く、二次電池の腐食及び短絡の発生確率が低減される。

【0010】

任意の実施形態において、前記ステップ（１）～（４）において、前記キャビティの温度を０℃～２００℃の間の温度に維持する。キャビティの温度を所定の範囲内に維持することにより、具体的な反応物の物理的パラメータに適応する。

【0011】

任意の実施形態において、前記ステップ（１）～（４）を１～１００，０００回繰り返す。ステップ（１）～（４）の繰り返し回数を制御することにより、保護層の厚さを制御することができる。

【0012】

任意の実施形態において、まず前記ステップ（１）～（２）を１～１０回繰り返し、その後に前記ステップ（１）～（４）を１～１００，０００回繰り返す。それにより、電池部材自体の水分を反応物として十分に利用することができる。

【0013】

任意の実施形態において、前記第１の反応物及び前記第２の反応物は、キャリアガスにより導入され、前記キャリアガスは、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素及びヘリウムガスのうちの少なくとも１つを含む。キャリアガスにより第１の反応物及び第２の反応物を導入することで、反応物がキャビティ内によりスムーズに入ることができる。

【0014】

任意の実施形態において、前記ステップ（１）の前に、前記電池部材の表面に前処理を行うステップを更に含み、前記前処理ステップは、前記キャビティ内にＡｒ、Ｎ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２、Ｓ、（ＮＨ_４）_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、Ｓｅ、Ｈ_２Ｔｅ、Ｔｅ、ＨＦ、ＴｉＦ_４、ＴａＦ_５、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨＣｌ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ及びＨ_２Ｓのうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを導入することを含む。前処理ステップにより、保護層と基体の結合力を向上させることができる。

【0015】

任意の実施形態において、前記電池部材は、タブ及びアダプタープレートを更に含み、前記保護層は、前記タブと前記アダプタープレートとの接続箇所、前記アダプタープレートと前記トップキャップ組立体との接続箇所、前記トップキャップ組立体の内壁、前記アダプタープレート上及び前記電極組立体の外周面に形成される。保護層は、バリやバンプなどの欠陥を含めた電極組立体の外周面を覆い、安全上のリスクを軽減することができる一方、トップキャップ組立体の内壁を覆い、腐食の発生を防ぐことができる。

【0016】

任意の実施形態において、前記保護層は、アルミニウム、ケイ素、スズ、ゲルマニウム、クロム、ホウ素、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウム又はタンタルの炭化物、窒化物、硫化物、酸化物、フッ化物、セレン化物及びテルル化物のうちの少なくとも１つを含み、選択的に酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン及び酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含む。保護層の組成を制御することにより、保護層をより均一且つ緻密にし、保護層と基体の結合力を増やすことができる。

【0017】

任意の実施形態において、前記ステップ（２）及び／又は前記ステップ（４）の後に、パージガスで前記電池部材をパージするステップを更に含み、前記パージガスは、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２及び前記第２の反応物のうちの少なくとも１つを含む。前記パージステップにより、保護層の純度及び結合力を更に向上させることができる。

【0018】

任意の実施形態において、前記保護層の厚さは、１ｎｍ～１０００μｍ、選択的に５０ｎｍ～５００ｎｍである。保護層を適切な厚さ範囲に制御することにより、絶縁保護の作用を果たすと同時に、二次電池全体の質量エネルギー密度及び体積エネルギー密度に殆ど影響を与えない。

【0019】

任意の実施形態において、前記保護層に後処理を行うステップを更に含み、前記後処理ステップは、特定の雰囲気での温度アニール処理、プラズマアニール処理又は光放射アニール処理を含み、前記特定の雰囲気は、ピリジン、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２及び前記第２の反応物のうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを含む。前記後処理ステップにより、保護層の品質を更に向上させることができる。

【0020】

本願の第２の態様は、更に、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の保護機器を提供し、前記保護機器は、
前記電池部材を収容するためのキャビティと、
第１の反応物を格納するための第１の反応物タンクと、
第２の反応物を格納するための第２の反応物タンクと、
真空ポンプと、
前記キャビティの圧力をリアルタイムに検出するための圧力計と、
前記第１の反応物及び前記第２の反応物の流量を調節するための流量調節弁と、を含み、
前記第２の反応物は、前記第１の反応物と反応して保護層を形成することができ、
前記第１の反応物タンク及び前記第２の反応物タンクは、前記第１の反応物及び前記第２の反応物を前記キャビティの内部に導入するように、それぞれ前記キャビティに連通し、前記真空ポンプは、前記キャビティを真空引きするように、前記キャビティに連通する。

【0021】

それにより、保護反応の要件を実現することができ、且つ機器が簡単であり、電池部材の保護プロセスを簡略化し、効率を高めることができると同時に、コストを削減することができ、工業的生産を行いやすい。

【0022】

本願の第３の態様は、本願の第１の態様に記載の保護方法により保護された電池部材を含む二次電池を提供する。

【0023】

本願の第４の態様は、本願の第３の態様による二次電池を含む電池モジュールを提供する。

【0024】

本願の第５の態様は、本願の第４の態様による電池モジュールを含む電池パックを提供する。

【0025】

本願の第６の態様は、本願の第３の態様による二次電池、本願の第４の態様による電池モジュール又は本願の第５の態様による電池パックから選択される少なくとも１つを含む電力消費装置を提供する。

【0026】

本願の電池モジュール、電池パック及び電力消費装置は、本願による二次電池を含むため、少なくとも前記二次電池と同じメリットを有する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本願の一実施形態による電池部材の分解図である。

【図2】本願の一実施形態による二次電池の模式図である。

【図3】本願の一実施形態による電池モジュールの模式図である。

【図4】本願の一実施形態による電池パックの模式図である。

【図5】図４に示される本願の一実施形態による電池パックの分解図である。

【図6】本願の一実施形態による二次電池を電源として用いる電力消費装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を適宜に参照しながら、本願の電池部材の保護方法及び機器、二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置を具体的に開示する実施形態を詳細に説明する。しかしながら、不必要な詳細説明を省略する場合がある。例えば、周知の事項に対する詳細な説明、実質的に同じ構造に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを回避し、当業者が容易に理解できるようにするためである。また、図面及び以下の説明は、当業者が本願を十分に理解するために提供され、特許請求の範囲に記載の主旨を限定することを意図しない。

【0029】

本願に開示された「範囲」は、下限と上限の形態で限定され、所定の範囲は、１つの下限と１つの上限を選択することで限定され、選択された下限と上限によって所定の範囲の境界が限定される。このように限定された範囲は、両端値を含んでもよく、又は両端値を含まなくてもよく、且つ任意に組み合わせることができ、即ち、任意の下限は、任意の上限と組み合わせて１つの範囲を形成することができる。例えば、所定のパラメータに対して６０～１２０及び８０～１１０の範囲が列挙された場合、６０～１１０及び８０～１２０の範囲も予想されると理解される。また、最小範囲の値として１と２が列挙され、最大範囲の値として３、４及び５が列挙された場合、１～３、１～４、１～５、２～３、２～４及び２～５の範囲は、全て予想可能である。本願において、別途説明されていない限り、数値範囲「ａ～ｂ」は、ａとｂの間の任意の実数の組み合わせの省略表現を表し、ａとｂは何れも実数である。例えば、数値範囲「０～５」は、本明細書に「０～５」の間の全ての実数が列挙されていることを意味し、「０～５」は、単にこれらの数値の組み合わせの省略表現である。なお、あるパラメータが≧２の整数であると記述した場合、当該パラメータが例えば整数２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２などであることを開示したことに相当する。

【0030】

特に説明されていない限り、本願の全ての実施形態及び選択的な実施形態は、互いに組み合わせて新しい技術的解決手段を形成することができる。

【0031】

特に説明されていない限り、本願の全ての技術的特徴及び選択的な技術的特徴は、互いに組み合わせて新しい技術的解決手段を形成することができる。

【0032】

特に説明されていない限り、本願の全てのステップは、順に行われてもよく、ランダムに行われてもよく、好ましくは順に行われる。例えば、前記方法がステップ（ａ）及び（ｂ）を含むことは、前記方法が順に行われるステップ（ａ）及び（ｂ）を含んでもよく、順に行われるステップ（ｂ）及び（ａ）を含んでもよいことを意味する。例えば、方法がステップ（ｃ）を更に含んでもよいことに言及した場合、ステップ（ｃ）が任意の順序で前記方法に追加できることを意味し、例えば、前記方法は、ステップ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を含んでもよく、ステップ（ａ）、（ｃ）及び（ｂ）を含んでもよく、ステップ（ｃ）、（ａ）及び（ｂ）を含んでもよい。

【0033】

特に説明されていない限り、本願で言及された「含む」及び「包含」は、オープンエンド形式を表し、クローズドエンド形式であってもよい。例えば、前記「含む」及び「包含」は、列挙されていない他の成分を更に含むか又は包含してもよく、列挙された成分のみを含むか又は包含してもよいことを表すことができる。

【0034】

特に説明されていない限り、本願において、「又は」という用語は、包括的である。例えば、「Ａ又はＢ」という語句は、「Ａ、Ｂ、又はＡとＢの両者」を意味する。より具体的には、Ａが真で（又は存在し）Ｂが偽である（又は存在しない）という条件、Ａが偽で（又は存在せず）Ｂが真である（又は存在する）という条件、又はＡとＢが何れも真である（又は存在する）という条件のうちの何れか１つも、条件「Ａ又はＢ」を満たす。

【0035】

電子化及びインテリジェント機器の発展につれて、二次電池、特に高エネルギー密度の二次電池に対する人々のニーズが益々高くなっている。リチウムイオン電池を例とし、エネルギー密度が益々高まると、安全上のリスクの増加が伴われる場合が多い。主に以下の点がある。その一、アルミニウム箔は正極集電体として、その大面積の面が正極活物質で覆われているが、その端面にバリが生じやすく、短絡の発生確率が増やされ、更に発火などの安全上の問題の発生確率が増やされる。その二、電池内部の複数の箇所に露出した金属があり、外部の極端な濫用状況に遭う場合、同様に短絡を引き起こしやすい。

【0036】

従来より開示された特許や文献などでは、主に正負極板やセパレータなどの電池内部の要素に単一の保護を行い、即ち極板又はセパレータを予め処理してから、電池に組み立てる。しかしながら、このような処理方法は以下の欠点がある。その一、それぞれ正負極板やセパレータなどを処理した後に組み立て、製造工程数及びかかる時間が２倍になり、最も重要なのは、多段階の処理によって保護の信頼性が低下し、欠陥の発生確率を増やす。その二、タブ溶接プロセスなどの後続のプロセスに影響を与えないように、この方法では、タブ部を特別に保護してからこそ実施可能になり、生産効率に影響を与え、歩留まりが低下する。その三、この方法では、極板の切断部位及び後続のプロセスに生じる溶接領域に保護処理を行うことができず、この部分の構造の安全上のリスク問題を排除することができない。その四、トップキャップの内壁の腐食問題を解決することができず、トップキャップの内壁、特に防爆口が電解液の環境に直接曝され、その後の電気サイクルにおいて、腐食されやすい。

【0037】

従って、従来の工業的生産において、如何に電池内部に複数の保護構造を同時に形成できる効率的で低コストの方法を見つけ出すかは問題点となっている。

【0038】

本願は保護方法を提案し、従来の電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材を保護し、電池部材の表面に保護層を同時に形成することで、絶縁保護を効率的に行うことができ、それにより、短絡の確率を低減し、電池の安全性を向上させ、腐食を防ぎ、電池の後続の使用信頼性を増やす。

【0039】

本願の一実施形態において、本願は、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の保護方法を提案し、方法は、
電池部材をキャビティ内に置き、キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（１）と、
圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、キャビティ内に第１の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（２）と、任意選択的に、
キャビティを１００ｋＰａ以内、選択的に１００Ｐａ以内に真空引きするステップ（３）と、
圧力が１Ｐａ以上だけ上昇し、選択的に１ｋＰａ以上だけ上昇するまで、キャビティ内に第２の反応物を導入し、１ｍｓ以上、選択的に０．１ｓ～６００ｓ維持するステップ（４）と、を含み、
それにより、電池部材の表面に保護層を形成し、
第２の反応物は、第１の反応物と反応して保護層を形成することができる。

【0040】

メカニズムがまだ明らかではないが、出願人は、本願において気固界面反応技術を利用して電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の表面を保護し、第１、この方法では、電極組立体及びトップキャップ組立体を同時に処理し、製造工程数及びかかる時間の倍増を回避し、多段階の処理による保護信頼性が低下する問題を回避することができるだけでなく、トップキャップの内壁の腐食を軽減することもでき、第２、この方法では、短絡の確率を低減するように、電極組立体とトップキャップ組立体の溶接領域を処理することができることを意外に見出した。

【0041】

図１は、本願の一実施形態による電池部材の分解図である。図１を参照し、電池部材は、電極組立体３０、正極タブ４１、負極タブ４２、正極アダプタープレート２１、負極アダプタープレート２２及びトップキャップ組立体１０を含む。トップキャップ組立体１０は、正極ポスト１１、負極ポスト１２、注液口１３及び防爆弁１４を含む。電極組立体３０は、正極板、負極板及びセパレータに巻取又は積層プロセスを行うことで形成される。

【0042】

本願の実施例において、電池部材は、電極組立体３０、正極タブ４１、負極タブ４２、正極アダプタープレート２１、負極アダプタープレート２２及びトップキャップ組立体１０を溶接してなる。例えば、まず電極組立体３０をそれぞれ正極タブ４１及び負極タブ４２に溶接し、その後に正極タブ４１及び負極タブ４２をそれぞれ正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２に溶接し、最後に正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２をそれぞれトップキャップ組立体１０の正極ポスト１１及び負極ポスト１２に溶接し、電池部材を得る。

【0043】

幾つかの実施形態において、電極組立体３０自体に正極タブ４１及び負極タブ４２が付いており、即ち、電極組立体３０と正極タブ４１及び負極タブ４２とは一体的構造である。

【0044】

幾つかの実施形態において、正極タブ４１及び負極タブ４２は、それぞれアルミニウムタブ及び銅タブである。正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２は、それぞれアルミニウムアダプタープレート及び銅アダプタープレートである。

【0045】

幾つかの実施形態において、電池部材の表面は、トップキャップ組立体１０の内壁、正極板及び負極板の端面、セパレータの縁部、正極タブ４１及び負極タブ４２の表面、正極タブ４１及び負極タブ４２のそれぞれと正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２との溶接箇所、正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２の表面、並びに正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２のそれぞれとトップキャップ組立体１０の正極ポスト１１及び負極ポスト１２との溶接箇所を含む。

【0046】

幾つかの実施形態において、第１の反応物は、ガス状のアルミニウム化合物、ケイ素化合物、スズ化合物、ゲルマニウム化合物、クロム化合物、ホウ素化合物、チタン化合物、バナジウム化合物、亜鉛単体及び亜鉛化合物、ジルコニウム化合物、ハフニウム化合物及びタンタル化合物のうちの少なくとも１つを含み、選択的にガス状のＡｌＣｌ_３、トリメチルアルミニウム、Ａｌ（ＣＨ_３）_２Ｃｌ、Ａｌ（Ｃ_２Ｈ_５）_３、Ａｌ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、（ＣＨ_３）_２ＡｌＯＣＨ（ＣＨ_３）_２、（ＣＨ_３ＣＨ_２）_２ＡｌＯＣ_２Ｈ_５、Ａｌ（ＣＨ_３）_２ＯＣ_２Ｈ_５、Ａｌ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_３、Ａｌ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＣｌ_２Ｈ_２、Ｓｉ_２Ｃｌ_６、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_２Ｈ_２、Ｓｉ_２Ｈ_６、Ｓｉ（ＯＣＨ_２ＣＨ_３）_４、Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_４、ＳｉＨ（ＯＣＨ_３）_３、ＳｉＨ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、（ＣＨ_３）_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_２、Ｓｉ（ＮＣＯ）_４、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｈ_２Ｎ（ＣＨ_２）_３Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、ＣＨ_２＝ＣＨＳｉ（ＯＣＨ_３）_３、（ＣＨ_２＝ＣＨ）_３ＳｉＯＣＨ_３、（（ＣＨ_３）_３ＣＯ）_３ＳｉＯＨ、（ＣＨ_３ＣＨ_２Ｃ（ＣＨ_３）_２Ｏ）_３ＳｉＯＨ、ＳｉＨ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_３、ＳｉＨ_２［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_２、ＳｉＨ_２［ＮＨ（Ｃ_４Ｈ_９）］_２、ＳｉＨ_２［Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２］_２、ＳｉＨ_２［ＮＣ_２Ｈ_５ＣＨ_３］_２、ＳｉＨ_３Ｎ（Ｃ_４Ｈ_９）_２、［Ｓｉ（ＮＨＣ_２Ｈ_５）_３］_２、Ｓｉ（ＮＨＣ_２Ｈ_５）_４、ＳｉＨ_３Ｎ（Ｃ_３Ｈ_７）_２、［ＳｉＨ_２Ｎ（Ｃ_３Ｈ_７）_２］_２、Ｓｉ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、（ＣＨ_３）_３ＳｉＮ（ＣＨ_３）_２、Ｃ_７Ｈ_１７ＮＳｉ、Ｃ_８Ｈ_２０Ｎ_２Ｓｉ、Ｃ_８Ｈ_１７ＮＯ_２Ｓｉ、Ｃ_７Ｈ_１８Ｎ_２Ｏ_２Ｓｉ、ＳｉＣｌ_３Ｈ、ＳｎＣｌ_４、ＧｅＣｌ_３、ＣｒＯ_２Ｃｌ_２、ＢＢｒ_３、ＴｉＦ_４、ＴｉＣｌ_４、ＴｉＩ_４、Ｔｉ（ＯＣＨ_３）_４、Ｔｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４、Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｔｉ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、ＶＯＣｌ_３、Ｚｎ、ＺｎＣｌ_２、Ｚｎ（ＣＨ_３）_２、Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２、ＺｎＩ_２、ＺｒＣｌ_４、ＺｒＩ_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、Ｚｒ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、ＨｆＣｌ_４、ＨｆＩ_４、Ｈｆ（ＮＯ_３）_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）（Ｃ_２Ｈ_５））_４、Ｈｆ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_４、Ｈｆ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_４、ＴａＣｌ_５、ＴａＦ_５、ＴａＩ_５、Ｔａ（Ｏ（Ｃ_２Ｈ_５））_５、Ｔａ（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_５、Ｔａ（Ｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）_５及びＴａＢｒ_５のうちの少なくとも１つを含む。

【0047】

本願の実施例において、第１の反応物は、ガス状の形態で導入される。第１の反応物が常温で固体又は液体である場合、加熱やマグネトロンスパッタリングなどによりそれを気体にすることができる。

【0048】

幾つかの実施形態において、第２の反応物は、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２、Ｓ、（ＮＨ_４）_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、Ｓｅ、Ｈ_２Ｔｅ、Ｔｅ、ＨＦ、ＴｉＦ_４、ＴａＦ_５、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨＣｌ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ及びＨ_２Ｓのうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを含む。

【0049】

第１の反応物及び第２の反応物を選択することにより、保護層の成分を制御することができ、且つ保護層が均一で緻密であり、基体との結合力が強く、二次電池内部の腐食及び短絡の発生確率が低減される。

【0050】

本願の実施形態において、基体は電池部材の表面を指す。

【0051】

幾つかの実施形態において、ステップ（１）～（４）において、キャビティの温度を０℃～２００℃の間の温度に維持する。キャビティの温度を所定の範囲内に維持することにより、具体的な反応物の物理的パラメータに適応する。

【0052】

幾つかの実施形態において、ステップ（１）～（４）を１～１００，０００回繰り返す。ステップ（１）～（４）の繰り返し回数を制御することにより、保護層の厚さを制御することができる。

【0053】

幾つかの実施形態において、まずステップ（１）～（２）を１～１０回繰り返し、その後にステップ（１）～（４）を１～１００，０００回繰り返す。まずステップ（１）～（２）を繰り返すことで、電池部材自体の水分を反応物として十分に利用することができる。

【0054】

幾つかの実施形態において、第１の反応物及び第２の反応物は、キャリアガスにより導入され、キャリアガスは、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素及びヘリウムガスのうちの少なくとも１つを含む。キャリアガスにより第１の反応物及び第２の反応物を導入することで、反応物がキャビティによりスムーズに入ることができる。

【0055】

幾つかの実施形態において、ステップ（１）の前に、電池部材の表面に前処理を行うステップを更に含み、前処理ステップは、前記キャビティ内にＡｒ、Ｎ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｈ_２、Ｓ、（ＮＨ_４）_２Ｓ、Ｈ_２Ｓｅ、Ｓｅ、Ｈ_２Ｔｅ、Ｔｅ、ＨＦ、ＴｉＦ_４、ＴａＦ_５、Ｃ_２Ｈ_４、ＣＨＣｌ_３、Ｈ_２Ｏ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｈ_４、ＨＣＯＯＨ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ及びＨ_２Ｓのうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを導入することを含む。

【0056】

保護層と基体の結合力を更に向上させるために、前処理を行うことができる。前処理として、本願において、保護層を形成する前に、電池部材の表面に酸素、水や窒素などのガスを含むプラズマ処理、有機化合物モノマーのプラズマ化による表面処理、コロナ放電処理、ＵＶ照射処理、オゾン処理などを行い、これにより結合強度の高い化合物層を形成することに役立つ。処理強度及び時間に応じて反応基の活性及び数を調節することができる。

【0057】

幾つかの実施形態において、前処理ステップは、ガスの種類を調節することで堆積される表面の洗浄を行うことを含むことができ、Ａｒ、Ｎ_２、Ｈ_２、Ｏ_２などでプラズマ洗浄を行うことを含み、例えばＮ_２でプラズマ洗浄を行い、このプラズマは高周波プラズマガンにより生成され、電力が１０～１０００Ｗであり、周波数が１３．５６ＭＨｚであり、維持時間が１ｓ～６０ｓである。

【0058】

幾つかの実施形態において、保護層は、タブ４１、４２とアダプタープレート２１、２２との接続箇所、アダプタープレート２１、２２とトップキャップ組立体１０との接続箇所、トップキャップ組立体１０の内壁、アダプタープレート２１、２２上及び電極組立体３０の外周面に形成される。

【0059】

幾つかの実施形態において、保護層は、トップキャップ組立体１０の内壁、正極板及び負極板の端面、セパレータの縁部、正極タブ４１及び負極タブ４２の表面、正極タブ４１及び負極タブ４２のそれぞれと正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２との溶接箇所、正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２の表面、並びに正極アダプタープレート２１及び負極アダプタープレート２２のそれぞれとトップキャップ組立体１０の正極ポスト１１及び負極ポスト１２との溶接箇所に形成される。

【0060】

保護層は、表面のバリやバンプなどの欠陥を含めた電極組立体の表面を覆い、安全上のリスクを軽減することができるだけでなく、トップキャップ組立体の内壁を覆い、トップキャップ組立体の腐食問題を緩和することもできる。また、保護層は、各部分の間の溶接箇所の表面を覆うことで、短絡や重ね接続の時に発生した熱を減らして安全上のリスクを軽減することができる。

【0061】

幾つかの実施形態において、保護層は、アルミニウム、ケイ素、スズ、ゲルマニウム、クロム、ホウ素、チタン、バナジウム、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウム又はタンタルの炭化物、窒化物、硫化物、酸化物、フッ化物、セレン化物及びテルル化物のうちの少なくとも１つを含み、選択的に酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン及び酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含む。保護層の組成を制御することにより、保護層をより均一且つ緻密にし、保護層と基体の結合力を増やすことができる。

【0062】

幾つかの実施形態において、ステップ（２）及び／又はステップ（４）の後に、パージガスで電池部材をパージするステップを更に含み、パージガスは、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２及び第２の反応物のうちの少なくとも１つを含む。前記パージステップにより、保護層の純度及び結合力を更に向上させることができる。

【0063】

幾つかの実施形態において、パージステップは、第１の反応物及び／又は第２の反応物を導入した後、パージガスを導入して抽出するステップを含み、パージのパラメータとしては、通気流量が電池の大きさに関連し、０．０１～１０００ｓｃｃｍであってもよく、導入時間が選択的に０．１ｍｓ～１２０ｍｉｎである。

【0064】

幾つかの実施形態において、保護層の厚さは、１ｎｍ～１０００μｍ、選択的に５０ｎｍ～５００ｎｍである。保護層を適切な厚さ範囲に制御することにより、絶縁保護の作用を果たすと同時に、二次電池全体の質量エネルギー密度及び体積エネルギー密度に殆ど影響を与えない。

【0065】

幾つかの実施形態において、保護層に後処理を行うステップを更に含み、後処理ステップは、特定の雰囲気での温度アニール処理、プラズマアニール処理又は光放射アニール処理を含み、前記特定の雰囲気は、ピリジン、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２及び第２の反応物のうちの少なくとも１つ及び／又はそのうちの少なくとも１つのプラズマを含む。前記後処理ステップにより、保護層の品質を更に向上させることができる。

【0066】

幾つかの実施形態において、温度アニール処理は、定温（８０～１２０℃）アニール（１０ｍｉｎ～１２ｈ）、高温と低温交互アニール（高温が８０～１２０℃であってもよく、低温が２５～８０℃であってもよく、処理時間が１０ｍｉｎ～１２ｈであってもよい）などを含む。

【0067】

幾つかの実施形態において、プラズマアニール処理は、直流パルスプラズマ、高周波プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマ処理を含み、電力が一般的に５～２０００Ｗであり、処理時間が一般的に１～１２０ｓである。

【0068】

幾つかの実施形態において、光放射アニール処理は、レーザアニールを含み、具体的に、連続ファイバーレーザであり、電力Ｐ_ｍａｘ＝５Ｗであり、集束スポットｒ＝２００μｍであり、走査速度が０．０１～１ｍｍ／ｓであり、単位面積当たりの累積処理時間が１～３００ｓであることを特徴とする。

【0069】

本願の一実施形態において、更に、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の保護機器を提供し、保護機器は、
電池部材を収容するためのキャビティと、
第１の反応物を格納するための第１の反応物タンクと、
第２の反応物を格納するための第２の反応物タンクと、
真空ポンプと、
キャビティの圧力をリアルタイムに検出するための圧力計と、
第１の反応物及び第２の反応物の流量を調節するための流量調節弁と、を含み、
第２の反応物は、第１の反応物と反応して保護層を形成することができる。

【0070】

第１の反応物タンク及び第２の反応物タンクは、第１の反応物及び第２の反応物をキャビティの内部に導入するように、それぞれキャビティに連通し、真空ポンプは、キャビティを真空引きするように、キャビティに連通する。

【0071】

本願の機器によれば、第１、電池部材の温度の調節、気圧のリアルタイムな検出、各反応物の量の調節、管路の高気密性を含む保護反応の要件を達成することができる。第２、機器が簡単であり、電池部材の保護プロセスを簡略化すると同時に、効率を高め、コストを削減し、工業的生産を行いやすい。

【0072】

幾つかの実施形態において、前記機器は、第１及び第２の反応物タンクの圧力をリアルタイムに検出するための圧力計を更に含む。

【0073】

幾つかの実施形態において、反応物タンクの数は、反応物の種類に応じて増減可能である。例えば、堆積しやすいように、第３の反応物を格納するための第３の反応物タンクを更に含むことができる。

【0074】

また、以下、図面を適宜に参照しながら、本願の二次電池、電池モジュール、電池パック及び電力消費装置を説明する。

【0075】

本願の一実施形態において、本願の第１の態様に記載の保護方法により保護された電池部材を含む二次電池を提供する。

【0076】

通常の場合、二次電池は、正極板、負極板、電解質及びセパレータを含む。電池の充放電過程で、活性イオンは、正極板と負極板の間で挿入・脱離を繰り返す。電解質は、正極板と負極板の間においてイオンを伝導する役割を果たす。セパレータは、正極板と負極板の間に設けられ、主に正負極の短絡を防止する役割を果たし、同時にイオンを通過させることができる。

【0077】

［正極板］
正極板は、正極集電体及び正極集電体の少なくとも１つの表面に設けられる正極膜層を含み、前記正極膜層は、正極活物質を含む。

【0078】

一例として、正極集電体は、その自体の厚さ方向に対向する２つの表面を有し、正極膜層は、正極集電体の対向する２つの表面の何れか一方又は両方に設けられる。

【0079】

幾つかの実施形態において、前記正極集電体としては、金属箔又は複合集電体を採用することができる。例えば、金属箔としては、アルミニウム箔を採用することができる。複合集電体は、高分子材料基層及び高分子材料基層の少なくとも１つの表面に形成される金属層を含むことができる。複合集電体は、金属材料（アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀及び銀合金など）を高分子材料基材（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの基材）に形成することで形成することができる。

【0080】

幾つかの実施形態において、正極活物質としては、当分野で公知の電池用の正極活物質を採用することができる。例えば、正極活物質は、オリビン構造のリチウム含有リン酸塩、リチウム遷移金属酸化物及びその各々の改質化合物といった材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。しかし、本願は、これらの材料に限定されず、ナトリウムイオン電池用正極材料などの、電池の正極活物質として用いることができる他の材料を使用してもよい。これらの正極活物質は、単独で使用してもよく、２つ以上を組み合わせて使用してもよい。リチウム遷移金属酸化物の例としては、リチウムコバルト酸化物（例えばＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（例えばＬｉＮｉＯ_２）、リチウムマンガン酸化物（例えばＬｉＭｎＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、リチウムニッケルコバルト酸化物、リチウムマンガンコバルト酸化物、リチウムニッケルマンガン酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（例えばＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２（ＮＣＭ３３３と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．３Ｏ_２（ＮＣＭ５２３と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２５Ｍｎ_０．２５Ｏ_２（ＮＣＭ２１１と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．６Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．２Ｏ_２（ＮＣＭ６２２と略称されてもよい）、ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２（ＮＣＭ８１１と略称されてもよい）、リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物（例えばＬｉＮｉ_０．８５Ｃｏ_０．１５Ａｌ_０．０５Ｏ_２）及びその改質化合物などのうちの少なくとも１つを含むことができるが、これらに限定されない。オリビン構造のリチウム含有リン酸塩の例としては、リン酸鉄リチウム（例えばＬｉＦｅＰＯ_４（ＬＦＰと略称されてもよい））、リン酸鉄リチウムと炭素の複合材料、リン酸マンガンリチウム（例えばＬｉＭｎＰＯ_４）、リン酸マンガンリチウムと炭素の複合材料、リン酸マンガン鉄リチウム、リン酸マンガン鉄リチウムと炭素の複合材料のうちの少なくとも１つを含むことができるが、これらに限定されない。

【0081】

幾つかの実施形態において、正極膜層は、選択的にバインダを更に含む。一例として、前記バインダは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン・プロピレン三元共重合体、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン・テトラフルオロエチレン三元共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体及びフッ素含有アクリレート樹脂のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0082】

幾つかの実施形態において、正極膜層は、選択的に導電剤を更に含む。一例として、前記導電剤は、超伝導カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの１つ以上を含むことができる。

【0083】

幾つかの実施形態において、以下の方法によって正極板を製造することができる。上記した正極板を製造するための成分、例えば正極活物質、導電剤、バインダ及び任意の他の成分を溶媒（例えば、Ｎ－メチルピロリドン）に分散させ、正極スラリーを形成する。正極スラリーを正極集電体に塗布し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経た後、正極板を得ることができる。

【0084】

［負極板］
負極板は、負極集電体及び負極集電体の少なくとも１つの表面に設けられる負極膜層を含み、前記負極膜層は、負極活物質を含む。

【0085】

一例として、負極集電体は、その自体の厚さ方向に対向する２つの表面を有し、負極膜層は、負極集電体の対向する２つの表面のうちの何れか一方又は両方に設けられる。

【0086】

幾つかの実施形態において、前記負極集電体としては、金属箔又は複合集電体を採用することができる。例えば、金属箔としては、銅箔を採用することができる。複合集電体は、高分子材料基層及び高分子材料基層の少なくとも１つの表面に形成される金属層を含むことができる。複合集電体は、金属材料（銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、銀及び銀合金など）を高分子材料基材（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの基材）に形成することで形成することができる。

【0087】

幾つかの実施形態において、負極活物質としては、当分野で公知の電池用の負極活物質を採用することができる。一例として、負極活物質は、人工黒鉛、天然黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、シリコン系材料、スズ系材料、チタン酸リチウム及び金属リチウム負極などの材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。前記シリコン系材料は、ケイ素単体、シリコン酸素化合物、シリコン炭素複合体、シリコン窒素複合体及びシリコン合金のうちの少なくとも１つから選択することができる。前記スズ系材料は、スズ単体、酸化スズ化合物及びスズ合金のうちの少なくとも１つから選択することができる。しかし、本願は、これらの材料に限定されず、電池の負極活物質として用いることができる他の従来の材料を使用してもよい。これらの負極活物質は、単独で使用してもよく、２つ以上を組み合わせて使用してもよい。

【0088】

幾つかの実施形態において、負極膜層は、選択的にバインダを更に含む。前記バインダは、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリアクリル酸ナトリウム（ＰＡＡＳ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アルギン酸ナトリウム（ＳＡ）、ポリメタクリル酸（ＰＭＡＡ）及びカルボキシメチルキトサン（ＣＭＣＳ）のうちの少なくとも１つから選択することができる。

【0089】

幾つかの実施形態において、負極膜層は、選択的に導電剤を更に含む。導電剤は、超伝導カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン及びカーボンナノファイバーのうちの少なくとも１つから選択することができる。

【0090】

幾つかの実施形態において、負極膜層は、選択的に例えば増粘剤（例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ－Ｎａ））などの他の助剤を更に含む。

【0091】

幾つかの実施形態において、以下の方法によって負極板を製造することができる。上記した負極板を製造するための成分、例えば負極活物質、導電剤、バインダ及び任意の他の成分を溶媒（例えば、脱イオン水）に分散させ、負極スラリーを形成する。負極スラリーを負極集電体に塗布し、乾燥、冷間プレスなどの工程を経た後、負極板を得ることができる。

【0092】

［電解質］
電解質は、正極板と負極板の間においてイオンを伝導する役割を果たす。本願において、電解質の種類は具体的に制限されておらず、ニーズに応じて選択することができる。例えば、電解質は、液体、ゲル状態又は全固体であってもよい。

【0093】

幾つかの実施形態において、前記電解質としては、電解液を採用する。前記電解液は、電解質塩及び溶媒を含む。

【0094】

幾つかの実施形態において、電解質塩は、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウム、リチウムビス（フルオロスルホニル）イミド、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウム、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムビスオキサラトボレート、リチウムジフルオロジオキサラトホスフェート及びリチウムテトラフルオロオキサラトホスフェートのうちの少なくとも１つから選択することができる。

【0095】

幾つかの実施形態において、溶媒は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、１，４－ブチロラクトン、スルホラン、ジメチルスルホン、メチルエチルスルホン及びジエチルスルホンのうちの少なくとも１つから選択することができる。

【0096】

幾つかの実施形態において、前記電解液は、選択的に添加剤を更に含む。例えば、添加剤は、負極成膜添加剤、正極成膜添加剤を含むことができ、電池の過充電性能を改善する添加剤、電池の高温性能又は低温性能を改善する添加剤などの電池の特定の性能を改善可能な添加剤を含むこともできる。

【0097】

［セパレータ］
幾つかの実施形態において、二次電池には、セパレータが更に含まれる。本願は、セパレータの種類について特に制限しておらず、良好な化学的安定性と機械的安定性を有する任意の公知の多孔質構造のセパレータを選択することができる。

【0098】

幾つかの実施形態において、セパレータの材質は、ガラス繊維、不織布、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリフッ化ビニリデンのうちの少なくとも１つから選択することができる。セパレータは、単層フィルムであってもよく、多層複合フィルムであってもよく、特に制限されない。セパレータが多層複合フィルムである場合、各層の材料は、同じであってもよく、又は異なってもよく、特に制限されない。

【0099】

幾つかの実施形態において、正極板、負極板及びセパレータは、巻取プロセス又は積層プロセスにより電極組立体として製造されることができる。

【0100】

幾つかの実施形態において、二次電池は、外装体を含むことができる。当該外装体は、上記電極組立体及び電解質をパッケージングするために使用することができる。

【0101】

幾つかの実施形態において、二次電池の外装体は、例えば硬質プラスチックケース、アルミニウム製ケース、鋼製ケースなどの硬質ケースであってもよい。二次電池の外装体は、例えば袋式ソフトパックなどのソフトパックであってもよい。ソフトパックの材質は、プラスチックであってもよく、プラスチックとして、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート及びポリブチレンサクシネートなどが挙げられる。

【0102】

本願において、二次電池の形状は、特に制限されず、円柱形、方形又は他の任意の形状であってもよい。例えば、図２は、一例としての方形構造の二次電池５である。また、本願の二次電池は、硬質ケース類電池に限定されず、ソフトパック類電池などの電池形態を含んでもよい。

【0103】

幾つかの実施形態において、外装体は、ケース及びトップキャップ組立体１０を含むことができる。ケースは、底板及び底板に接続される側板を含むことができ、底板と側板は収容室を形成するように囲んでいる。ケースは、収容室に連通する開口を有し、トップキャップ組立体１０は、前記収容室を密閉するように、前記開口を覆うことができる。電極組立体３０は、前記収容室内にパッケージングされる。電解液は、電極組立体３０に浸潤する。リチウムイオン電池５に含まれる電極組立体３０の数は、１つ又は複数であってもよく、当業者は、具体的な実際の要求に応じて選択することができる。

【0104】

幾つかの実施形態において、二次電池は、電池モジュールに組み立てることができ、電池モジュールに含まれる二次電池の数は、１つ又は複数であってもよく、具体的な数は、電池モジュールの適用及び容量に応じて当業者によって選択することができる。

【0105】

図３は、一例としての電池モジュール４である。図３を参照し、電池モジュール４において、複数の二次電池５は、電池モジュール４の長手方向に沿って順に配列されて設けられてよい。勿論、他の任意の形態で配列されてもよい。更に、締結部材によって当該複数の二次電池５を固定してもよい。

【0106】

選択的に、電池モジュール４は、収容空間を有するハウジングを更に含むことができ、複数の二次電池５は、当該収容空間に収容される。

【0107】

幾つかの実施形態において、上記電池モジュールは、更に電池パックに組み立てることができ、電池パックに含まれる電池モジュールの数は、１つ又は複数であってもよく、具体的な数は、電池パックの適用及び容量に応じて当業者によって選択することができる。

【0108】

図４及び図５は、一例としての電池パック１である。図４及び図５を参照し、電池パック１には、電池ボックス及び電池ボックスに設けられる複数の電池モジュール４を含むことができる。電池ボックスは、上部ボックス２及び下部ボックス３を含み、上部ボックス２は、下部ボックス３を覆い、電池モジュール４を収容するための密閉空間を形成することができる。複数の電池モジュール４は、任意の形式に応じて電池ボックスに配列することができる。

【0109】

また、本願は、本願により提供される二次電池、電池モジュール又は電池パックのうちの少なくとも１つを含む電力消費装置を更に提供する。前記二次電池、電池モジュール又は電池パックは、前記電力消費装置の電源として使用されてもよく、前記電力消費装置のエネルギー貯蔵ユニットとして使用されてもよい。前記電力消費装置は、移動機器（例えば、携帯電話、ノートパソコンなど）、電動車両（例えば、二次電池式電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電動自転車、電動スクータ、電動ゴルフカート、電動トラックなど）、電気車、船舶及び衛星、エネルギー貯蔵システムなどを含むことができるが、これらに限定されない。

【0110】

前記電力消費装置として、その使用上のニーズに応じて二次電池、電池モジュール又は電池パックを選択することができる。

【0111】

図６は、一例としての電力消費装置である。当該電力消費装置は、二次電池式電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグインハイブリッド電気自動車などである。当該電力消費装置の二次電池に対する高出力及び高エネルギー密度の要求を満たすために、電池パック又は電池モジュールを採用することができる。

【0112】

別の例としての装置は、携帯電話、タブレット、ノートパソコンなどであってもよい。当該装置は、通常、軽量化・薄型化を要求しており、二次電池を電源として採用することができる。

【0113】

実施例
以下、図面に合わせて本願の実施例を説明する。以下に説明される実施例は、例示的なものであり、単に本願を解釈するためのものであり、本願を制限するものとして理解してはいけない。実施例に具体的な技術又は条件が明記されていない場合、当分野の文献に記載の技術又は条件に応じて、又は製品仕様書に応じて行われる。使用される試薬又は機器についてメーカーが明記されていない場合、いずれも商業的に入手可能な従来の製品である。

【0114】

実施例１
［正極板の製造］
正極活物質のＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２（ＮＣＭ３３３）、導電性カーボンブラック、バインダのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を９３：２：５の重量比で適量のＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒において十分に撹拌して混合し、均一な正極スラリーを形成し、正極スラリーを厚さ１２μｍのアルミニウム箔に塗布し、ベーキングなどの工程を経た後、正極板を得た。

【0115】

［負極板の製造］
負極活物質である黒鉛、導電性カーボンブラック、増粘剤であるカルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ）、バインダであるスチレンブタジエンゴムエマルジョン（ＳＢＲ）を９６．５：１．０：１．０：１．５の重量比で適量の脱イオン水において十分に撹拌して混合し、均一な負極スラリーを形成し、負極スラリーを厚さ８μｍの銅箔に塗布し、ベーキングなどの工程を経た後、負極板を得た。

【0116】

［電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材の製造］
正極板、セパレータ（厚さ２０μｍのＰＰ／ＰＥ／ＰＰ複合薄膜）、負極板を順に積層して設け、その後、巻き取って電極組立体を得て、電極組立体自体にアルミニウム正極タブ及び銅負極タブが付いており、正極タブ及び負極タブをそれぞれアルミニウム正極アダプタープレート及び銅負極アダプタープレートに溶接し、その後、正極アダプタープレート及び負極アダプタープレートをそれぞれトップキャップ組立体の正極ポスト及び負極ポストに溶接し、電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材を得た。

【0117】

［電池部材の表面を保護する］
保護機器により電池部材の表面を保護し、前記保護機器は、電池部材を収容するためのキャビティと、第１の反応物を格納するための第１の反応物タンクと、第２の反応物を格納するための第２の反応物タンクと、キャビティを真空引きするように、キャビティに連通可能な真空ポンプと、キャビティ内の圧力をリアルタイムに検出するための圧力計と、第１の反応物及び第２の反応物の流量を調節するための流量調節弁と、を含み、第１及び第２の反応物タンクは、第１及び第２の反応物をキャビティの内部に導入するように、それぞれキャビティに連通することができる。電池部材の表面を保護することは、以下のステップを含む。

【0118】

ステップ（１）において、電池部材をキャビティ内に置き、キャビティの温度を７０℃に制御し、キャビティを５０Ｐａに真空引きする。

【0119】

ステップ（２）において、圧力が５０Ｐａ上昇するまで、キャビティ内に第１の反応物であるガス状のトリメチルアルミニウムを導入し、１０ｓ維持する。

【0120】

ステップ（３）において、キャビティを５０Ｐａに真空引きする。

【0121】

ステップ（４）において、圧力が５０Ｐａ上昇するまで、キャビティ内に第２の反応物である水蒸気を導入し、５ｓ維持する。

【0122】

電池部材の表面にナノオーダーの厚さの酸化アルミニウムの保護層を形成するように、ステップ（１）～（４）を合計で５００回繰り返す。

【0123】

［製品の二次電池の製造］
上記保護された電池部材のトップキャップ組立体とケースをレーザ溶接により溶接し、注液されていない二次電池を得て、電解液（ＥＣ：ＥＭＣの体積比が３：７であり、ＬｉＰＦ_６が１ｍｏｌ／Ｌである）を注液されていない二次電池に注入し、その後、封止、静置、熱間プレスと冷間プレス、化成などの工程を経て、リチウムイオン二次電池を得た。

【0124】

実施例２～１１
実施例２～１１の二次電池は、実施例１の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、電池部材の表面を保護する際に、条件を調整したことにあり、具体的に表１を参照する。

【0125】

実施例１２
実施例１２の二次電池は、実施例１の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、電池部材の表面を保護することが以下のステップを含むことにある。

【0126】

ステップ（１）において、電池部材をキャビティ内に置き、キャビティの温度を７０℃に制御し、キャビティを１００Ｐａに真空引きする。

【0127】

ステップ（２）において、圧力が１００Ｐａ上昇するまで、キャビティ内に第１の反応物であるガス状のトリス（ジメチルアミノ）シラン（ＴＤＭＡＳ）を導入し、１ｓ維持する。

【0128】

ステップ（３）において、キャビティを５０Ｐａに真空引きする。

【0129】

ステップ（４）において、プラズマを導入し、プラズマは、ＡｒとＯ_２の混合ガスを１３．５６ＭＨｚで高周波放電することにより実現され、高周波電力は１０００Ｗであり、キャリアガスＡｒの流量は８０ｍＬ／ｍｉｎであり、Ｏ_２の流量は１００ｍＬ／ｍｉｎである。

【0130】

電池部材の表面にナノオーダー及びミクロンオーダーの厚さの酸化ケイ素保護層を形成するように、ステップ（１）～（４）を合計で１００００回繰り返す。

【0131】

実施例１３
実施例１３の二次電池は、実施例１２の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、電池部材の表面を保護する際に、プロセス条件を調整したことにあり、具体的に表１を参照する。

【0132】

実施例１４
実施例１４の二次電池は、実施例１の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、電池部材の表面を保護する際に、まず電池部材自体の水分を第２の反応物として使用するように、ステップ（１）～（２）を１０回繰り返し、その後、ステップ（１）～（４）を６９９０回繰り返すことにあり、水蒸気を第２の反応物として使用し、他のプロセス条件の詳細は表１を参照する。

【0133】

実施例１５
実施例１５の二次電池は、実施例１の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、電池部材の表面を保護する前に、電池部材の表面に前処理ステップを行い、前処理ステップがＮ_２プラズマ洗浄を行うことを含み、このプラズマが高周波プラズマガンにより生成され、電力が１５０Ｗであり、周波数が１３．５６ＭＨｚであり、維持時間が１０ｓであることにある。

【0134】

実施例１６
実施例１６の二次電池は、実施例１の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、ステップ（２）及びステップ（４）の後に、パージガスを導入して抽出するパージステップを追加し、パージのパラメータとしては、パージガスがＮ_２であり、流量が１ｓｃｃｍであり、導入時間が１０ｓであることにあり、他のプロセス条件の詳細は表１を参照する。

【0135】

実施例１７
実施例１７の二次電池は、実施例１の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、製造完了後、保護層に高温処理を行い、温度が１０５℃であり、８ｈ維持することにある。

【0136】

比較例１
比較例１の二次電池は、実施例１の二次電池の製造方法と類似し、相違点は、電池部材の表面を保護しないことにある。

【0137】

パラメータ試験
１．保護層の厚さ
走査型電子顕微鏡ＺＥＩＳＳｓｉｇｍａ３００を使用し、被験サンプルから１０個の異なる位置をランダムに選択して試験し、平均値を取って保護層の厚さを得る。

【0138】

２．保護層の組成
ＺＥＩＳＳｓｉｇｍａ３００とセットになるエネルギー分散型Ｘ線分析法（ｅｎｅｒｇｙ－ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＥＤＳ）を利用し、関連領域の表面に元素分析を行う。

【0139】

３．抵抗値
従来の商業用Ｇ２Ａ型ダイアフラム抵抗計を使用し、被験サンプルから１０個の異なる位置をランダムに選択して試験し、平均値を取る。

【0140】

上記過程に従ってそれぞれ上記実施例及び比較例で得られた二次電池を試験し、具体的な数値は表２を参照する。

【0141】

【表1】

【0142】

【表2】

【0143】

表１及び表２から分かるように、本願に記載の保護方法により電極組立体及びトップキャップ組立体を含む電池部材を保護し、電池部材の表面、特にトップキャップ組立体の内壁及びタブとアダプタープレートとの溶接箇所の表面に一体的処理を行い、即ち、前記表面に保護層を形成し、この保護層により表面の抵抗値が高くなり、電池内部の短絡によって熱暴走を引き起こすリスクを効果的に低減することができると共に、この保護層により、電解液などの電池内部の成分による腐食を軽減し、二次電池の安全性能を向上させることもできる。

【0144】

本願は、上記実施形態に限定されないことを説明しておく。上記実施形態は単なる例に過ぎず、本願の技術的解決手段の範囲内で技術的思想と実質的に同じ構成を有し、同じ作用と効果を発揮する実施形態は、全て本願の技術範囲内に包含される。なお、本願の主旨から逸脱していない範囲内で、実施形態に当業者が想到できる様々な変形を加え、実施形態における一部の構成要素を組み合わせて構成された他の形態も本願の範囲内に包含される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】