KR20230085070A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230085070A
KR20230085070A KR1020220152046A KR20220152046A KR20230085070A KR 20230085070 A KR20230085070 A KR 20230085070A KR 1020220152046 A KR1020220152046 A KR 1020220152046A KR 20220152046 A KR20220152046 A KR 20220152046A KR 20230085070 A KR20230085070 A KR 20230085070A
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cylindrical portion
resin
secondary battery
terminal
cover
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KR1020220152046A
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Inventor
사다오 후지사키
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도요타 지도샤（주）
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Publication date
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Abstract

이차전지(100, 101, 102, 103)는, 발전 요소(10, 310)와, 발전 요소(10, 310)를 내부에 수용하는 외장부(20, 320)를 구비하며, 외장부(20, 320)는 대향하는 2면에 개구부(21a, 322l, 325a)를 갖는 통상부(21, 121, 221, 321)와, 각각의 개구부(21a, 322l, 325a)에 배치되는 덮개 단자(22, 222, 322)와, 통상부(21, 121, 221, 321)와 덮개 단자(22, 222, 322)와의 사이에 배치되는 수지(23, 323)를 갖고, 통상부(21, 121, 221, 321)와 덮개 단자(22, 222, 322)가 수지(23, 323)에 의해 일체화되어 있고, 발전 요소(10, 310)의 집전체(11, 311)와 덮개 단자(22, 222, 322)가 전기적으로 접속되어 있다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}
본 개시는 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차전지 등의 전지는, 퍼스널 컴퓨터나 휴대 단말의 포터블 전원이나 차량구동용 전원으로서 널리 이용되고 있다. 전지의 일례로서, 라미네이트형 전지가 알려져 있다. 라미네이트형 전지는, 필름상(狀)의 라미네이트 시트를 겹쳐 형성된 라미네이트 외장체의 내부에 발전 요소를 밀봉한 구조를 갖고 있다. 또, 라미네이트형 전지는 발전 요소에 전기적으로 접합되는 단자가, 라미네이트 외장체의 내부로부터 외방(外方)으로 돌출된 상태에서, 대향 배치된 라미네이트 외장체의 연부(緣部)끼리가 용착되어 형성된 시일 영역을 갖고 있다. 이에 의해, 발전 요소가 라미네이트 외장체의 내부에 밀봉된다. 또, 라미네이트형 전지는, 발전 요소의 외측에, 라미네이트 시트가 겹쳐져 용착되어 형성된 시일 영역을 구비하고 있다.
전지 구조의 소형화가 검토되고 있다. 예를 들면, 일본 공개특허 특개2020-173900은, 라미네이트형 전지에 있어서, 그 단부(端部)에 마련된 시일 영역을 절곡(折曲)하여 소형화하는 기술을 개시하고 있다. 일본 공개특허 특개평2-37661은, 덮개를 사용한 라미네이트형 전지에 있어서, 그 단부에 마련된 시일 영역을 절곡하여 소형화하는 기술을 개시하고 있다. 일본 공개특허 특개2011-108623은 리튬 폴리머 이차전지에 있어서, 전극 조립체의 외부를 둘러싸는 외장재와, 외장재를 밀봉하는 제 1 및 제 2 커버를 포함하는 구조가 개시되어 있다.
일본 공개특허 특개2020-173900, 일본 공개특허 특개평2-37661, 일본 공개특허 특개2011-108623의 기술에 의해 라미네이트형 전지의 소형화가 가능하지만, 추가적인 이차전지의 구조 효율화가 요망되고 있었다.
라미네이트형 전지는, 예를 들면 전극 단자를 사이에 둔 시일 영역의 폭(시일 폭)을 짧게 함으로써 소형화를 실현할 수 있지만, 통상, 시일 폭은 3 ㎜를 초과하는 길이로 설정할 필요가 있다. 이것은 이하의 이유에 의한다. (1) 시일 폭이 짧으면, 적절히 열용착할 수 없고, 시일 불량이 되는 경우가 있다. (2) 라미네이트 외장체는 강성이 높지 않기 때문에, 시일 폭이 짧으면, 외부로부터의 충격에 의해 시일 영역의 접착이 벗겨지고, 접착면을 보지(保持)할 수 없는 경우가 있다. 또, 덮개를 갖는 라미네이트형 전지는, 외부로부터의 충격에 의해 덮개가 기울어졌을 때에, 시일 폭이 짧으면 상기 기울어짐을 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 접착면을 적절히 유지할 수 없는 경우가 있다. (3) 열용착시에 있어서, 단자 또는 덮개의 외주면이 라미네이트 외장체의 접착면에 대하여 평행하지 않은 경우, 시일 폭이 짧으면 상기 기울어짐을 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 적절히 열용착을 할 수 없고 시일 불량이 될 확률이 보다 높아진다. (4) 열용착시에 있어서, 시일 폭이 짧으면, 열용착 헤드에 의해 시일 영역에 적용되는 면적당의 압력이 커지고, 라미네이트 외장체 내부의 금속층이 절연층을 넘어 단자에 파고 들어갈 우려가 있다. 금속층이 단자에 파고 들어가면, 단락을 야기하기 때문에 바람직하지 않다. 이상의 이유로부터, 시일 폭을 짧게 하고, 라미네이트형 전지를 소형화하기는 곤란했다.
본 개시는 구조 효율을 향상할 수 있는 이차전지를 제공한다.
본 개시의 태양의 이차전지는, 발전 요소와, 발전 요소를 내부에 수용하는 외장부를 구비하며, 외장부는 대향하는 2면에 개구부를 갖는 통상(筒狀)부와, 각각의 개구부에 배치되는 덮개 단자와, 통상부와 덮개 단자와의 사이에 배치되는 수지를 갖고, 통상부와 덮개 단자가 수지에 의해 일체화되어 있고, 발전 요소의 집전체와 덮개 단자가 전기적으로 접속되어 있다.
본 개시의 태양에 있어서, 덮개 단자의 폭 또는 두께는 발전 요소의 폭 또는 두께 이하여도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 통상부의 두께, 통상부의 내면의 두께, 발전 요소의 두께, 덮개 단자의 두께의 관계는, 통상부의 내면의 두께는 통상부의 두께보다 작고, 발전 요소의 두께는 통상부의 내면의 두께 이하이고, 덮개 단자의 두께는 발전 요소의 두께 이하여도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 통상부의 폭, 통상부의 내면의 폭, 발전 요소의 폭, 덮개 단자의 폭의 관계는, 통상부의 내면의 폭은 통상부의 폭보다 작고, 발전 요소의 폭은 통상부의 내면의 폭 이하이고, 덮개 단자의 폭은 발전 요소의 폭 이하여도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 집전체는 만곡한 상태에서 덮개 단자에 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 발전 요소는 적어도 1개의 집전체를 갖고, 덮개 단자의 내측의 면은 적어도 1개의 슬릿부를 갖고, 슬릿부에 집전체가 배치됨으로써, 집전체와 덮개 단자가 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 발전 요소와 덮개 단자와의 사이에 절연 시트가 배치되어 있어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 덮개 단자는 외측으로 돌출하는 볼록부를 갖고 있고, 볼록부의 외주면의 적어도 일부에 수지가 배치되어 있어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 덮개 단자는, 당해 덮개 단자의 내측의 면의 단부로부터 내측으로 돌출하는 돌출부를 갖고 있어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 외장부는 그 내부에 충전된 제 2 수지를 갖고, 통상부와, 덮개 단자와, 발전 요소가 제 2 수지에 의해 일체화되어 있어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 통상부는 통상의 금속체 또는 통상으로 성형하여 이루어지는 금속 라미네이트 필름이어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 통상부는 2매의 금속판 및 제 3 수지로 구성되어 있고, 금속판은 저면과 저면의 대향하는 단부로부터 동일한 방향으로 돌출한 돌출부를 갖고 있고, 금속판은 반대 방향으로 겹쳐져 있고, 통상부의 대향하는 각각의 측면에 있어서, 돌출부가 겹쳐져 있고, 제 3 수지는 통상부의 각각의 측면을 덮도록 배치되어 있고, 겹쳐져 있는 금속판의 단부는 제 3 수지에 의해 일체화되어 있어도 된다.
본 개시의 태양에 있어서, 통상부는 1매의 금속판 및 제 3 수지로 구성되어 있고, 금속판은 통상으로 성형되어 있고, 통상부의 일방의 측면에 있어서, 금속판의 단부가 겹쳐져 있고, 제 3 수지는 단부가 겹쳐져 있는 측면을 덮도록 배치되어 있고, 겹쳐져 있는 금속판의 단부는 제 3 수지에 의해 일체화되어 있어도 된다.
본 개시의 태양의 이차전지에 의하면, 구조 효율을 향상할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이고, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 이차전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II에서 절단한 길이 방향 단면도이다.
도 3a는 통상부의 평면도이다.
도 3b는 통상부의 폭 방향 단면도이다.
도 3c는 폭 방향에서 본 통상부의 측면도이다.
도 4a는 두께 방향의 면의 각각의 단부에 돌출부가 마련된 통상부의 개구부 부근의 단면도이다.
도 4b는 내부측으로 절곡된 돌출부가 마련된 통상부의 개구부 부근의 단면도이다.
도 5a는 덮개 단자의 사시도이다.
도 5b는, 도 5a의 b의 방향에서 관찰한 덮개 단자의 정면도이다.
도 5c는, 도 5a의 c의 방향에서 관찰한 덮개 단자의 측면도이다.
도 6은 볼록부를 갖지 않는 덮개 단자의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7a는 면의 두께 방향의 양단부(兩端部)에 돌출부가 배치된 덮개 단자의 측면도이다.
도 7b는 덮개 단자의 사용례를 나타낸 도면이다.
도 8은 종래의 라미네이트형 전지(위 도면)와 이차전지(아래 도면)와의 길이 방향 단면도를 비교한 도면이다.
도 9는 종래의 라미네이트형 전지(위 도면)와 이차전지(아래 도면)와의 평면도를 비교한 도면이다.
도 10은 외장부의 내부 전체에 제 2 수지가 충전되어 있는 이차전지의 길이 방향 단면도이다.
도 11은 발전 요소가 수지 필름에 둘러싸여 있는 이차전지의 길이 방향 단면도이다.
도 12는 수지 필름에 둘러싸인 발전 요소의 평면도이다.
도 13a는 통상부의 평면도이다.
도 13b는 통상부의 폭 방향 단면도이다.
도 14a는 통상부의 평면도이다.
도 14b는 통상부의 폭 방향 단면도이다.
도 15는 통상부를 이용한 이차전지의 1개의 냉각 태양을 나타낸 도면이다.
도 16은 이차전지의 사시도이다.
도 17a는 도 16의 XVIIa-XVIIa에서 절단한 길이 방향 단면도이다.
도 17b는 도 16의 XVIIb-XVIIb에서 절단한 길이 방향 단면도이다.
도 17c는 도 16의 XVIIc-XVIIc에서 절단한 길이 방향 단면도이다.
도 18a는 덮개 단자의 사시도이다.
도 18b는 도 18a의 b의 방향에서 관찰한 덮개 단자의 정면도이다.
도 18c는 도 18a의 c의 방향에서 관찰한 덮개 단자의 배면도이다.
도 19a는 측면으로부터 집전체를 삽입하기 위한 슬릿부를 구비한 덮개 단자의 정면도 및 평면도이며, 볼록부를 2개 갖는 덮개 단자의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19b는 측면으로부터 집전체를 삽입하기 위한 슬릿부를 구비한 덮개 단자의 정면도 및 평면도이며, 볼록부를 1개 갖는 덮개 단자의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은 1개의 슬릿부에 2개의 집전체가 배치된 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 21a는 발전 요소와 덮개 단자와의 사이에 절연 시트가 배치된 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 21b는 1개의 슬릿부에 2개의 집전체를 배치하는 경우의 절연 시트의 배치 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 21c는 1개의 슬릿부에 2의 집전체를 배치하는 경우로서, 절연 시트의 슬릿의 개구부가 두께 방향으로 넓은 형상을 갖는 경우의 절연 시트의 배치 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22는 발전 요소의 두께 방향의 면과 통상부의 두께 방향의 내면과의 사이에 절연 시트가 배치된 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 23은 종래의 라미네이트형 전지(위 도면)와 이차전지(두번째의 도면)와, 이차전지(아래 도면)의 길이 방향 단면도를 비교한 도면이다.
도 24는 수지 내부의 수증기 확산을 설명하는 도면이다.
도 25a는 발전 요소의 두께 방향의 면과 외장부의 두께 방향의 내면과의 사이에 제 2 수지가 배치된 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 25b는 덮개 단자와 발전 요소와의 사이에 절연 시트를 배치한 형태의 일례를 나타낸 도면이다.
본 개시의 이차전지에 대하여, 일 실시 형태인 이차전지(100∼103)를 이용하여 설명한다. 도 1에 이차전지(100)의 사시도를 나타냈다. 도 2에 도 1의 II-II에서 절단한 길이 방향 단면도를 나타냈다. 여기에서, 도 1, 도 2에 있어서, 이차전지(100)의 길이 방향을 x로 나타내고, 이차전지(100)의 폭 방향을 y로 나타내고, 이차전지(100)의 두께 방향을 z로 나타내고 있다. 전술의 방향은 각각 직교하는 관계에 있다.
이차전지(100)는 발전 요소(10)와 발전 요소(10)를 내부에 수용하는 외장부(20)를 구비하고 있다. 외장부(20)는 대향하는 2면에 개구부(21a)를 갖는 통상부(21)와, 각각의 개구부(21a)에 배치되는 덮개 단자(22)(정극 덮개 단자(22a) 및 부극 덮개 단자(22b))와, 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 배치되는 수지(23)(이하, 「제 1 수지(23)」라고 하는 경우가 있다.)를 갖고 있으며, 통상부(21)와 덮개 단자(22)가 수지(23)에 의해 일체화되어 있다. 또, 발전 요소(10)가 갖는 집전체(11)(정극 집전체(11a) 및 부극 집전체(11b))는 덮개 단자(22)에 전기적으로 접속되어 있다.
발전 요소(10)
발전 요소(10)는 정극 집전체(11a), 정극 활물질층, 전해질층, 부극 활물질층, 부극 집전체(11b)(이하, 전술을 합쳐서 「전극 요소」라고 하는 경우가 있다.)를 적층하고 있다. 전극 요소는 두께 방향으로 적층된다. 적층되는 각각의 전극 요소의 수는 특별히 한정되지 않는다. 도 2의 발전 요소(10)는 전술의 전극 요소가 복수 적층된 형태이다. 또, 전술의 전극 요소는 전기적으로 직렬로 되도록 적층되어 있어도 되고, 전기적으로 병렬로 되도록 적층되어 있어도 된다.
도 2의 발전 요소(10)는 시트상의 형상을 갖고 있으며, 평면시에 있어서 직사각형의 형상이다. 단, 발전 요소(10)는 외장부(20)의 내부에 수용 가능한 형상을 갖고 있으면 특별히 한정되지 않는다. 또, 도 2에 나타낸 대로, 발전 요소(10)의 각 집전체(11)는 집전체 탭을 개재하여 각 덮개 단자(22)에 전기적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, 정극 집전체(11a)는 정극 집전체 탭을 개재하여 정극 덮개 단자(22a)에 전기적으로 접속되어 있다. 부극 집전체(11b)는 부극 집전체 탭을 개재하여 부극 덮개 단자(22b)에 전기적으로 접속되어 있다. 단, 각 집전체(11)는 집전체 탭을 개재하지 않고 덮개 단자(22)와 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
상술한 대로, 발전 요소(10)는, 전극 요소가 적층되어 있는 전극 적층체와 당해 전극 적층체로부터 연장되는 집전체 탭을 갖는다. 본 명세서에 있어서, 발전 요소(10)라고 기재한 경우, 전극 적층체 및 집전체 탭을 포함하는 발전 요소(10) 전체를 의미하는 경우도 있으면, 전극 적층체만을 의미하는 경우도 있다. 발전 요소(10)가 전극 적층체만을 의미하는 경우, 「발전 요소(10)(전극 적층체)」라고 기재하는 경우가 있다. 또, 본 명세서에 있어서, 집전체 탭(정극 집전체 탭, 부극 집전체 탭)에 대하여, 집전체(11)(정극 집전체(11a), 부극 집전체(11b))라고 기재하여 설명하는 경우가 있다.
발전 요소(10)는 통상부(21)와의 접촉에 의한 단락을 억제하기 위하여, 소정의 절연 처리가 실시되어 있어도 된다. 예를 들면, 발전 요소(10)는 절연 필름으로 둘러싸여 있어도 되고, 발전 요소(10)와 통상부(21)와의 사이에 절연 시트가 배치되어 있어도 되고, 발전 요소(10) 또는 통상부(21)의 내면에 절연 테이프가 첩합(貼合)되어 있어도 된다. 이와 같이, 발전 요소(10)의 외주부에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행해도 된다.
두께 방향에 있어서, 발전 요소(10)와 통상부(21)는, 전술의 어느 것인가에 절연 처리가 되어 있으면, 접촉되어 있어도 된다. 이 경우, 덮개 단자(22)의 두께는, 발전 요소(10)의 두께보다 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 충전되는 제 1 수지(23)의 두께분만큼 얇게 해도 된다. 구체적으로는, 발전 요소(10)의 두께는 덮개 단자(22)의 두께 이상으로 해도 되고, 덮개 단자(22)의 두께보다 크게 해도 된다. 또한, 발전 요소(10)의 두께 방향의 양면은 통상부(21)의 내면에 접촉되어 있어도 된다. 환언하면, 발전 요소(10)의 두께는, 통상부(21)의 두께＞통상부(21)의 내면의 두께≥발전 요소(10)의 두께≥덮개 단자의 두께를 만족시키고 있어도 된다. 이에 의해, 여분의 공간을 삭제할 수 있고, 이차전지(100)의 구조 효율을 보다 향상할 수 있다.
마찬가지로, 폭 방향에 있어서, 발전 요소(10)와 통상부(21)는, 전술의 어느 것인가에 절연 처리가 되어 있으면, 접촉되어 있어도 된다. 이 경우, 덮개 단자(22)의 폭은, 발전 요소(10)의 폭보다 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 충전되는 제 1 수지(23)의 두께분만큼 얇게 해도 된다. 구체적으로는, 발전 요소(10)의 폭은 덮개 단자(22)의 폭 이상으로 해도 되고, 덮개 단자(22)의 폭보다 크게 해도 된다. 또한, 발전 요소(10)의 폭 방향의 양면은 통상부(21)의 내면에 접촉되어 있어도 된다. 환언하면, 발전 요소(10)의 폭은, 통상부(21)의 폭＞통상부(21)의 내면의 폭≥발전 요소(10)의 폭≥덮개 단자의 폭을 만족시키고 있어도 된다. 이에 의해, 여분의 공간을 삭제할 수 있고, 이차전지(100)의 구조 효율을 보다 향상할 수 있다.
발전 요소(10)는 고체 전지여도 되고, 액계 전지여도 된다. 바람직하게는 고체 전지이다. 또, 발전 요소(10)의 종류는 특별히 한정되지 않고, 어느 이차전지에도 적용 가능하다. 예를 들면, 리튬 이온 이차전지용의 발전 요소여도 되고, 나트륨 이온 이차전지용의 발전 요소여도 된다. 이하에서는, 리튬 이온 이차전지의 발전 요소의 재료에 대하여 설명한다.
정극 집전체(11a), 부극 집전체(11b)
정극 집전체(11a) 및 부극 집전체(11b)는 시트상의 금속박이다. 정극 집전체(11a) 및 부극 집전체(11b)를 구성하는 금속은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, 스테인리스강 등을 들 수 있다. 정극 집전체(11a)를 구성하는 금속으로서는 Al이 바람직하다. 부극 집전체(11b)를 구성하는 재료로서는 Cu가 바람직하다. 또, 정극 집전체(11a) 및 부극 집전체(11b)는 각각 집전체 탭을 갖고 있어도 된다. 각 집전체 탭은 각 집전체와 마찬가지의 재료로 구성되어 있어도 된다.
정극 집전체(11a) 및 부극 집전체(11b)는, 그 표면에 저항을 조정하기 위한 어떠한 코팅층(예를 들면, 카본 코팅층)을 갖고 있어도 된다. 정극 집전체(11a) 및 부극 집전체(11b)의 두께는, 예를 들면 0.1 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하로 해도 된다.
정극 활물질층
정극 활물질층은, 정극 활물질을 포함하는 시트상의 층이다. 정극 활물질은 리튬 이온 이차전지에 이용할 수 있는 정극 활물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬, 니켈코발트망간산 리튬, 스피넬계 리튬 화합물 등의 각종의 리튬 함유 복합 산화물을 들 수 있다.
정극 활물질층은 임의로 도전 조제나 바인더를 포함하고 있어도 된다. 바인더는 리튬 이온 이차전지에 이용할 수 있는 바인더라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 부타디엔 고무(BR), 부틸렌고무(IIR), 아크릴레이트부타디엔고무(ABR), 폴리불화비닐리덴(PVdF) 등을 들 수 있다. 도전 조제는 리튬 이온 이차전지에 이용할 수 있는 도전 조제라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 아세틸렌블랙이나 케첸블랙 등의 탄소 재료나 니켈, 알루미늄, 스테인리스강 등의 금속 재료를 들 수 있다.
이차전지(100)가 전고체 전지인 경우, 정극 활물질층은 임의로 고체 전해질을 포함해도 된다. 고체 전해질은 리튬 이온 이차전지에 이용할 수 있는 고체 전해질이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 유기 폴리머 전해질이어도 되고, 무기 고체 전해질이어도 된다. 바람직하게는 무기 고체 전해질이다. 유기 폴리머 전해질과 비교하여 이온전도도가 높고, 내열성이 우수하기 때문이다. 무기 고체 전해질은 산화물 고체 전해질이어도 되고, 황화물 고체 전해질이어도 된다. 바람직하게는 황화물 고체 전해질이다. 산화물 고체 전해질로서는, 예를 들면 란탄지르콘산 리튬, LiPON, Li1+XAlXGe2-X(PO4)3, Li-SiO계 유리, Li-Al-S-O계 유리 등을 들 수 있다. 황화물 고체 전해질로서는, 예를 들면 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2, LiI-Si2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiI-LiBr, LiI-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-P2O5, LiI-Li3PO4-P2S5, Li2S-P2S5-GeS2 등을 들 수 있다.
정극 활물질층에 있어서의 각 성분의 함유량은 목적에 따라서 적절히 설정하면 된다. 또, 정극 활물질의 표면은 니오브산 리튬층이나 티탄산 리튬층, 인산 리튬층 등의 산화물층으로 피복되어 있어도 된다. 정극 활물질층의 두께는, 예를 들면 0.1 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하로 해도 된다.
부극 활물질층
부극 활물질층은, 부극 활물질을 포함하는 시트상의 층이다. 부극 활물질은 리튬 이온 이차전지에 이용할 수 있는 부극 활물질이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, Si 및 Si 합금이나, 산화규소 등의 실리콘계 활물질, 그라파이트나 하드 카본 등의 탄소계 활물질, 티탄산 리튬 등의 각종 산화물계 활물질, 금속 리튬 및 리튬 합금 등을 들 수 있다.
부극 활물질층은 임의로 도전 조제나 바인더를 포함해도 된다. 도전 조제 및 바인더는, 정극 활물질층에 이용할 수 있는 도전 조제 및 바인더로부터 적절히 선택할 수 있다. 또, 이차전지(100)가 전고체 전지인 경우, 부극 활물질층은 임의로 고체 전해질을 포함해도 된다. 고체 전해질은 정극 활물질층에 이용할 수 있는 고체 전해질로부터 적절히 선택할 수 있다.
부극 활물질층에 있어서의 각 성분의 함유량은 목적에 따라서 적절히 설정하면 된다. 부극 활물질층의 두께는, 예를 들면 0.1 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하로 해도 된다.
전해질층
이차전지(100)가 전고체 전지인 경우, 전해질층은 시트상의 고체 전해질층이다. 고체 전해질층은 고체 전해질을 포함한다. 고체 전해질은 정극 활물질층에 이용할 수 있는 고체 전해질로부터 적절히 선택할 수 있다. 또, 고체 전해질층은 임의로 바인더를 포함해도 된다. 바인더는, 정극 활물질층에 이용할 수 있는 바인더로부터 적절히 선택할 수 있다. 고체 전해질층에 있어서의 각 성분의 함유량은 목적에 따라서 적절히 설정하면 된다. 고체 전해질층의 두께는, 예를 들면 0.1 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하로 해도 된다.
이차전지(100)가 액계 전지인 경우, 전해질층은 전해액과 세퍼레이터를 포함한다. 전해액 및 세퍼레이터는 리튬 이온 이차전지에 이용할 수 있는 전해액 및 세퍼레이터라면 특별히 한정되지 않는다. 세퍼레이터는, 예를 들면 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀제의 다공성 시트(필름)를 들 수 있다. 세퍼레이터의 두께는, 예를 들면 0.1 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하로 해도 된다. 전해액은 통상, 비수계 용매 및 지지염을 함유한다. 비수계 용매는, 예를 들면 카보네이트류, 에테르류, 에스테르류, 니트릴류, 술폰류, 락톤류 등을 들 수 있다. 지지염은, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, 리튬비스(플루오로술포닐)이미드(LiFSI), 리튬비스(트리플루오로메탄)술폰이미드(LiTFSI) 등을 들 수 있다. 전해액 중의 지지염의 농도는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5 mol/L 이상 5 mol/L 이하로 해도 된다. 또, 전해액은 가스 발생제나 피막 형성제, 분산제, 증점제 등의 임의의 성분을 첨가해도 된다.
외장부(20)
외장부(20)는 대향하는 2면에 개구부(21a)를 갖는 통상부(21)와, 각각의 개구부(21a)에 배치되는 덮개 단자(22)(정극 덮개 단자(22a) 및 부극 덮개 단자(22b))와, 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 배치되는 제 1 수지(23)를 갖고 있으며, 통상부(21)와 덮개 단자(22)가 제 1 수지(23)에 의해 일체화되어 있다.
통상부(21)
통상부(21)는 대향하는 2면에 개구부(21a)를 갖는 중공(中空) 형상을 갖고 있다. 개구부(21a)는 통상부(21)의 길이 방향의 양측의 면에 각각 마련되어 있다. 통상부(21)의 폭 방향 단면의 형상은 직사각형이다. 단, 통상부의 단면 형상은 이것에 한정되지 않는다. 도 3a에 통상부(21)의 평면도, 도 3b에 통상부(21)의 폭 방향 단면도, 도 3c에 폭 방향에서 본 통상부(21)의 측면도를 나타냈다.
통상부(21)는, 발전 요소의 열화를 방지하는 관점에서, 높은 수증기 배리어성을 갖는 금속으로 구성되어 있다. 높은 수증기 배리어성을 갖는 금속이란, 예를 들면 수증기 투과도가 1.0×10-4 g/㎡·24h 미만의 금속이다. 수증기 투과도가 낮을수록 수증기 배리어성이 높은 것을 나타낸다. 이와 같은 금속으로서는, 예를 들면 알루미늄, 스테인리스, SUS 및 두랄루민 등을 들 수 있다. 경량성이나 가공성의 관점에서, 통상부(21)의 재료로서 알루미늄을 채용해도 된다. 또, 알루미늄은 값싼 것도 이점이다.
수증기 투과도는 JISZ0208에 준한 컵법이나, JISK7129에 준한 가스 크로마토그래프법을 이용하여 측정할 수 있다.
여기서, 통상부(21)는 발전 요소(10)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 소정의 절연 처리가 실시되어 있어도 된다. 예를 들면, 발전 요소(10)와 통상부(21)와의 사이에 절연 시트 등의 절연성 재료를 배치해도 된다. 발전 요소(10)의 두께 방향의 면과 통상부(21)와의 사이에 각각 절연성 재료를 배치해도 된다. 또, 발전 요소(10)의 폭 방향의 면과 통상부(21)와의 사이에 각각 절연성 재료를 배치해도 된다. 이에 의해, 발전 요소(10)와 통상부(21)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하고, 이차전지(100)의 단락을 억제할 수 있다. 또, 적어도 통상부(21)의 내측의 면을 절연성 수지로 덮은 금속 라미네이트 필름(예를 들면, 알루미늄라미네이트 필름)을 이용해도 된다. 이에 의해, 절연성 재료의 배치를 필요로 하지 않고, 발전 요소(10)와 통상부(21)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하고, 이차전지(100)의 단락을 억제할 수 있다. 금속 라미네이트 필름이란 금속층의 표면에 수지(예를 들면, 폴리프로필렌, 나일론, PET 등)를 배치한 다층체이다. 이와 같이, 통상부(21)의 내주부에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행해도 된다.
단, 일반적인 금속 라미네이트 필름의 금속층의 두께는 통상 0.04 ㎜ 정도이며, 비교적 얇기 때문에 강도가 낮은 문제가 있다. 그 때문에, 통상부(21)는, 예를 들면 두께가 0.05 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하의 금속으로 구성되어 있는 것이 바람직하고, 0.1 ㎜ 이상 0.2 ㎜ 이하의 금속으로 구성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또, 통상부(21)로서, 상기 범위의 두께를 갖는 금속층을 포함하는 금속 라미네이트 필름을 이용해도 된다. 또한, 금속 라미네이트 필름을 통상부(21)에 이용하는 경우, 금속 라미네이트 필름은 통상으로 성형되어 있는 것을 이용한다.
통상부(21)는 길이 방향의 단부에 돌출부(21b)를 구비하고 있어도 된다. 상세하게는, 통상부(21)는 길이 방향의 단부에 있어서, 두께 방향의 면 및 폭 방향의 면 중 적어도 1개에 돌출부(21b)를 마련해도 된다. 돌출부(21b)를 마련함으로써, 제 1 수지(23)와의 접착 면적을 확보하고, 접착력을 향상하는 역할을 갖는다. 돌출부(21b)는, 덮개 단자(22)의 기재층(22c)보다 외측으로 돌출해 있는 부분을 가리킨다.
도 4a에 두께 방향의 면의 각각의 단부에 돌출부(21b)가 마련된 통상부(21)의 개구부(21a) 부근의 단면도를 나타냈다. 또, 도 4b에 내부측으로 절곡된 돌출부(21b)가 마련된 통상부(21)의 개구부(21a) 부근의 단면도를 나타냈다.
도 4a에 나타낸 통상부(21)는, 두께 방향의 면의 각각의 단부에 돌출부(21b)가 마련되어 있다. 즉, 통상부(21)의 폭 방향의 면의 단부보다 두께 방향의 면의 단부가 돌출된 구조를 갖고 있다. 도 4a에 나타낸 대로, 통상부(21)는 돌출부(21b)를 가짐으로써, 제 1 수지(23)와의 접착 면적을 증가할 수 있고, 접착력을 향상할 수 있다. 환언하면, 제 1 수지(23)의 벗겨짐을 억제할 수 있다. 제 1 수지(23)가 벗겨지면, 수증기 배리어성을 확보할 수 없게 되기 때문에, 바람직하지 않다. 또, 도 4b에 나타낸 대로, 돌출부(21b)는 통상부(21)의 내부측으로 절곡된 형상을 갖고 있어도 된다. 이에 의해, 덮개 단자(22)의 위치 결정이 용이해진다. 이 경우, 2개의 돌출부(21b)로부터 형성되는 개구가 개구부(21a)로 된다.
돌출부(21b)와 통상부(21)의 면(돌출부(21b)를 갖는 면)과의 각도는 특별히 한정되지 않고, 0°∼180°의 어느 각도도 취할 수 있다. 예를 들면 15°∼135°이다. 돌출부(21b)의 길이는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5 ㎜∼2 ㎜의 범위이다. 단, 덮개 단자(22)의 개구부(21a)측의 면(22f)을 넘어가지 않도록 조정한다.
덮개 단자(22)
덮개 단자(22)(정극 덮개 단자(22a) 및 부극 덮개 단자(22b))는 통상부(21)의 각각의 개구부(21a)에 배치되고, 통상부(21)의 덮개로서 기능한다. 또, 덮개 단자(22)는 이차전지(100)의 전극 단자로서도 기능한다. 이와 같이, 덮개 단자(22)는 덮개와 전극 단자라는 2개의 기능을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 도 5a에 덮개 단자(22)의 사시도, 도 5b에 도 5a의 b의 방향에서 관찰한 덮개 단자(22)의 정면도, 도 5c에 도 5a의 c의 방향에서 관찰한 덮개 단자(22)의 측면도를 나타냈다.
덮개 단자(22)는 기재층(22c)과, 당해 기재층(22c)으로부터 외측으로 돌출하는 볼록부(22d)를 갖고 있다. 기재층(22c)은 직사각형의 외주 형상을 갖고 있으며, 그 내측에 각 집전체(11)와 접속 가능한 면(22e)을 갖고 있다. 볼록부(22d)는 기재층(22c)보다 한 단계 작은 직사각형 형상을 갖고 있으며, 볼록부(22d)는 그 외측에 외부의 전원이나 전력 부하와 전기적으로 접속하기 위한 면(22f)을 갖고 있다. 또, 덮개 단자(22)는 기재층(22c)과 볼록부(22d)와의 접속 부분에 소정의 단차부(22g)를 갖고 있다. 단차부(22g)란, 볼록부(22d)의 외주부와 기재층(22c)의 외측의 면과의 조합이다. 단, 기재층(22c)의 외주 형상은 특별히 한정되지 않고, 통상부(21)의 폭 방향 단면 형상을 따른 형상을 갖고 있으면 된다. 볼록부(22d)의 외주 형상도 특별히 한정되지 않는다. 또, 덮개 단자(22)는 볼록부(22d)를 갖고 있지 않아도 된다. 이 경우, 기재층(22c)의 외측의 면이 외부의 전원이나 전력 부하와 전기적으로 접속된다. 도 6에 볼록부(22d)를 갖지 않는 덮개 단자(122)의 일례를 나타냈다. 이와 같은 형태도 본 개시의 이차전지에 포함된다. 또한, 덮개 단자(22)는 볼록부(22d)를 복수 갖고 있어도 된다. 상기 형태에 대해서는 후술한다.
덮개 단자(22)는 전극 단자로서 기능하기 때문에, 전기전도성을 갖는 재료로 구성된다. 또, 덮개 단자(22)는 통상부(21)의 덮개로서 기능하기 때문에, 발전 요소(10)의 열화를 방지하는 관점에서, 높은 수증기 배리어성을 갖는 재료로 구성된다. 높은 수증기 배리어성을 갖는 재료란, 예를 들면 수증기 투과도가 1.0×10-4 g/㎡·24h 미만의 재료이다. 전술의 조건을 만족시키는 덮개 단자(22)의 재료는, 예를 들면 금속이다. 덮개 단자(22)에 이용할 수 있는 금속은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, 스테인리스강 등을 들 수 있다. 덮개 단자(22)를 구성하는 금속은 집전체(11)를 구성하는 금속과 동일해도 되고, 달라도 된다. 정극 덮개 단자(22a)를 구성하는 금속으로서는 Al이 바람직하다. 부극 덮개 단자(22b)를 구성하는 재료로서는 Cu가 바람직하다. 또, 덮개 단자(22)는 전기적인 접속에 사용되는 부분 이외의 부분을 금속 이외의 재료로 구성하고 있어도 된다. 예를 들면, 전기적인 접속에 사용되지 않는 부분의 재료에 알루미늄 필름 일체화 수지나 공지의 수지를 이용해도 된다.
여기서, 덮개 단자(22)와 발전 요소(10) 및 통상부(21)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 소정의 절연 처리를 행해도 된다. 예를 들면, 덮개 단자(22)는 발전 요소(10)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 덮개 단자(22)와 발전 요소(10)(전극 적층체)와의 사이에 절연 시트 등의 절연성 재료를 배치해도 된다. 이에 의해, 발전 요소(10)와 덮개 단자(22)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하고, 이차전지(100)의 단락을 억제할 수 있다.
또, 덮개 단자(22)와 통상부(21)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 적어도 통상부(21)의 내측의 면을 절연성 수지로 덮은 금속 라미네이트 필름을 이용해도 된다. 이에 의해, 덮개 단자(22)에 절연성 재료의 배치를 필요로 하지 않고, 덮개 단자(22)와 통상부(21)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하고, 이차전지(100)의 단락을 억제할 수 있다. 또, 통상부(21)와의 접촉에 의한 단락을 억제하기 위하여, 덮개 단자(22)의 외주부(기재층(22c)의 외주부 및 단차부(22g))를 절연 필름으로 둘러싸도 되고, 덮개 단자(22)의 외주부에 절연 테이프를 붙여도 되고, 절연 표면 처리를 실시해도 된다. 이와 같이, 덮개 단자(22)의 외주부에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행해도 된다. 또, 덮개 단자(22) 중, 면(22e) 및 면(22f) 이외의 부분에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행해도 된다.
덮개 단자(22)의 기재층(22c)의 길이(L1)는 특별히 한정되지 않고, 제 1 수지(23)에 의해 통상부(21)와 덮개 단자(22)를 일체화하였을 때, 충분한 수증기 배리어성을 발휘할 수 있으면 된다. 예를 들면 0.2 ㎜ 이상으로 해도 되고, 0.5 ㎜ 이상으로 해도 되고, 3 ㎜ 이하로 해도 되고, 2 ㎜ 이하로 해도 된다. 덮개 단자(22)의 볼록부(22d)의 길이(L2)는 특별히 한정되지 않지만, 도 2에 나타낸 대로, 볼록부(22d)의 외주부에 제 1 수지(23)를 배치하여, 통상부(21)와 덮개 단자(22)를 제 1 수지(23)에 의해 일체화하였을 때, 충분한 수증기 배리어성을 발휘할 수 있으면 된다. 예를 들면, 0.5 ㎜ 이상으로 해도 되고, 1 ㎜ 이상으로 해도 되고, 3 ㎜ 이하로 해도 되고, 2 ㎜ 이하로 해도 된다.
종래의 라미네이트형 전지에 있어서, 전극 단자는 외측으로 돌출하도록 배치된다. 전극 단자는 통상 얇은 금속이기 때문에, 외부의 부재와의 접속은 전극 단자의 두께 방향으로 배치되어 있는 면이 사용된다. 한편으로, 덮개 단자(22)는 길이 방향으로 배치되어 있는 면(22f)이 외부의 부재와의 접속에 사용된다. 어떤 의미에서는, 덮개 단자(22)의 면(22f)은, 종래의 전극 단자의 방향을 90° 변경한 단자라고 할 수 있다. 이와 같이, 덮개 단자(22)는 길이 방향으로 배치되어 있는 면(22f)을 가짐으로써, 외부의 부재와의 접속이 용이해진다.
덮개 단자(22)는 발전 요소(10)의 집전체(11)와 전기적으로 접속되지만, 전술의 접속 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 프레스에 의한 압착 접합, 레이저 접합, 초음파 접합 및 도전재를 이용한 접합 등의 공지의 접합 방법에 의해 덮개 단자(22)의 면(22e)과 집전체(11)를 접합해도 된다. 또, 도 2에 나타낸 대로, 집전체(11)는 1개의 방향으로 만곡한 상태에서 덮개 단자(22)에 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이와 같이, 집전체(11)가 만곡한 상태에서 덮개 단자(22)에 전기적으로 접속됨으로써, 구조 효율을 향상할 수 있다. 이에 대해서는, 하기에서 상세하게 설명한다. 또, 집전체(11)가 만곡한 상태인 경우, 집전체(11)는 만곡을 개방하는 방향으로 힘이 작용한다. 그 때문에, 집전체(11)의 만곡을 개방하는 방향으로 덮개 단자(22)를 배치함으로써, 집전체(11)가 덮개 단자에 눌리고, 집전체(11)와 덮개 단자(22)와의 접속을 강고하게 할 수 있다.
또, 덮개 단자(22)는 기재층(22c)의 내측의 면(22e)의 단부로부터 내측으로 돌출하는 돌출부(22h)를 갖고 있어도 된다. 돌출부(22h)는 면(22e)의 적어도 1개의 단부(두께 방향 및/또는 폭 방향)에 배치되어도 되고, 복수의 단부에 배치되어 있어도 된다. 바람직하게는, 돌출부(22h)가 면(22e)의 대향하는 단부에 각각 배치되는 것이고, 보다 바람직하게는 돌출부(22h)가 면(22e)의 두께 방향 및 폭 방향의 각각의 단부에 배치되는 것이고, 더 바람직하게는 돌출부(22h)가 면(22e)의 외주 전체에 배치되는 것이다. 도 7a, b에, 면(22e)의 두께 방향의 양단부에 돌출부(22h)가 배치된 덮개 단자(222)의 일례를 나타냈다. 도 7a는 덮개 단자(222)의 측면도이고, 도 7b는 덮개 단자(222)의 사용례이다. 이와 같이, 덮개 단자(222)가 돌출부(22h)를 가짐으로써, 제 1 수지(23)와의 접촉 면적을 증가시키고, 통상부(21)와의 접착성을 향상할 수 있다. 또, 덮개 단자(222)는 면(22e) 및 돌출부(22h)에 둘러싸인 공간을 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 이차전지(100)의 구조 효율을 향상하는 것이 가능하다. 돌출부(22h)의 길이(L3)는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5 ㎜ 이상으로 해도 되고, 1 ㎜ 이상으로 해도 되고, 3 ㎜ 이하로 해도 되고, 2 ㎜ 이하로 해도 된다.
도 2에서는, 덮개 단자(22)는 통상부(21)의 개구부(21a)의 내부에 배치되는 내 덮개 단자로서 사용하고 있지만, 본 개시의 덮개 단자는 이것에 한정되지 않고, 통상부(21)의 개구부(21a)를 덮도록 그 외측에 배치되는 외 덮개 단자로 해도 된다. 구조 효율을 향상하는 관점에서, 덮개 단자(22)는 내 덮개 단자로 해도 된다.
덮개 단자(22)의 폭 또는 두께는 발전 요소(10)의 폭 또는 두께 이하여도 된다. 덮개 단자(22)의 폭 또는 두께란, 덮개 단자(22)의 폭 또는 두께의 최대값이며, 전형적으로는 덮개 단자(22)의 기재층(22c)의 폭 또는 두께이다.
먼저, 덮개 단자(22)의 폭에 대하여 설명한다. 덮개 단자(22)의 폭은 발전 요소(10)의 폭 이하로 해도 된다. 이것은, 환언하면, 발전 요소(10)의 폭을 덮개 단자(22)의 폭 이상으로 하는 것이다. 이에 의해, 여분의 공간을 삭제할 수 있고, 보다 구조 효율을 향상할 수 있다. 마찬가지로, 덮개 단자(22)의 두께는 발전 요소(10)의 두께 이하로 해도 된다. 이것은, 환언하면, 발전 요소(10)의 두께를 덮개 단자(22)의 두께 이상으로 하는 것이다. 이에 의해, 여분의 공간을 삭제할 수 있고, 보다 구조 효율을 향상할 수 있다. 발전 요소(10), 덮개 단자(22), 및 통상부(21)의 폭 및 두께의 상세한 관계에 대해서는 상술한 대로이다.
제 1 수지(23)
제 1 수지(23)는 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 배치되어 있으며, 통상부(21)와 덮개 단자(22)를 일체화한다. 이와 같이 통상부(21)와 내 덮개 단자(22)가 제 1 수지(23)에 의해 일체화되어 있음으로써, 이차전지(100)는 충분한 수증기 배리어성을 확보할 수 있다. 또, 제 1 수지(23)는, 덮개 단자(22)와 외부부재와의 접속시에 있어서, 절연 부재로서 사용해도 된다.
도 2에 나타낸 대로, 제 1 수지(23)는 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 존재하는 간극을 메우고 있다. 「통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 존재하는 간극」이란, 통상부(21)의 내측의 면과 덮개 단자(22)의 외주부와의 사이에 존재하는 간극이다. 이와 같은 간극을 형성하기 위하여, 덮개 단자(22)는 통상부(21)의 외형 형상보다 한 단계 소형으로 제작해도 된다. 예를 들면, 간극은 0.01 ㎜∼3 ㎜로 해도 되고, 0.05 ㎜∼0.5 ㎜의 범위로 설정해도 된다. 상술한 바와 같이 제 1 수지(23)가 상기의 간극에 배치됨으로써, 통상부(21)와 덮개 단자(22)는 제 1 수지(23)에 의해 일체화된다. 여기에서, 제 1 수지(23)는 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 존재하는 간극 중 적어도 일부를 메우고 있으면 되지만, 수증기 배리어성을 확보하는 관점에서, 도 2와 같이 간극 전체를 메우는 것이 바람직하다. 단, 후술하는 바와 같이, 통상부(21)의 내부에 제 2 수지(24)를 충전하는 경우, 통상부(21)와 덮개 단자(22)로부터 형성되는 간극에 제 1 수지(23)에 추가하여 제 2 수지(24)가 배치되어 있어도 된다.
또, 덮개 단자(22)가 볼록부(22d)를 갖는 경우, 제 1 수지(23)는 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 추가하여, 볼록부(22d)의 외주면의 적어도 일부에 배치되어 있어도 된다. 도 2에 나타낸 대로, 볼록부(22d)의 외주면 전체에 제 1 수지(23)를 배치하고, 기재층(22c)과 볼록부(22d)로부터 형성되는 단차부(22g)를 제 1 수지(23)로 메우는 것이다. 즉, 단차부(22g)를 메우도록 제 1 수지(23)가 배치되어 있어도 된다. 이 때, 제 1 수지(23)의 개구부(21a)측의 면은 덮개 단자(22)의 면(22f)과 평탄해지도록 배치되어 있어도 된다. 이와 같이, 제 1 수지(23)에 의해 기재층(22c)과 볼록부(22d)로부터 형성되는 단차부(22g)를 메움으로써, 수증기 배리어성을 높일 수 있다.
이와 같이 외장부(20)는, 외부로부터 내부로 수증기가 침입하는 경로(간극)를 제 1 수지(23)로 메우고 있기 때문에, 외장부(20)의 내부로의 수증기의 침입을 충분히 억제할 수 있다. 이것은, 환언하면, 외장부(20)는 통상부(21)와 덮개 단자(22)와의 사이에 수증기가 침입할 수 있는 간극이 존재하고 있어도 되는 것을 의미한다. 제 1 수지(23)에 의해 이와 같은 간극이 메워지기 때문에, 통상부(21)와 덮개 단자(22)는 엄밀하게 설계될 필요가 없다.
여기서, 「일체화」란, 각 재료가 수지에 의해 접착되고, 1개의 부재로서 인식할 수 있을 정도로 일체로 되어 있는 것을 의미한다. 제 1 수지(23)에 의한 「일체화」는, 발전 요소(10)를 내부에 수용한 통상부(21) 및 통상부(21)의 개구부(21a)에 덮개 단자(22)를 배치한 중간 부재를 소정의 금형에 배치하고, 제 1 수지를 금형에 주입하여 경화시킴으로써 가능하다. 이와 같이, 제 1 수지(23)를 이용한 일체 성형에 의해, 외장부(20)를 제조할 수 있다.
이와 같이 이차전지(100)는 종래의 라미네이트 외장체 대신에 외장부(20)를 이용하여 발전 요소(10)를 밀봉하고 있고, 이에 의해 종래의 라미네이트 외장체와 동등 또는 그 이상의 수증기 배리어성을 갖는다. 또, 종래의 라미네이트 외장체는, 발전 요소를 내부에 수용한 후, 그 단부를 열용착할 때에, 밀봉 불량이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 밀봉 불량 부위로부터 수증기가 침입할 수 있기 때문에, 수증기 배리어성을 담보할 수 없다. 이에 대하여, 이차전지(100)는 제 1 수지(23)를 이용하여 외장부(20)의 내부에 발전 요소(10)를 밀봉하고 있기 때문에, 밀봉에 의한 불량이 매우 발생하기 어렵다. 그 때문에, 이차전지(100)의 제조 후에 수증기 배리어성의 검사(리크 검사)를 실시하지 않아도 된다.
제 1 수지(23)는 발전 요소의 열화를 방지하는 관점에서, 수증기 배리어성을 갖는 수지를 이용한다. 수증기 배리어성을 갖는 수지란, 예를 들면 수증기 투과도가 1.0×10-4 g/㎡·24h 이상 50×10-4 g/㎡·24h 이하의 수지이다. 이와 같은 수지의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 열가소성 수지를 들 수 있다. 열가소성 수지는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 폴리프로필렌이나 폴리에스테르 등을 들 수 있다.
구조 효율화
다음으로 이차전지(100)에 의한 구조 효율화에 대하여 설명한다. 도 8, 도 9에 종래의 라미네이트형 전지와 이차전지(100)를 비교한 도면을 나타냈다. 도 8은 종래의 라미네이트형 전지(위 도면)와 이차전지(100)(아래 도면)와의 길이 방향 단면도를 비교한 도면이다. 도 9는 종래의 라미네이트형 전지(위 도면)와 이차전지(100)(아래 도면)와의 평면도를 비교한 도면이다.
도 8의 위 도면에 기재되어 있는 대로, 종래의 라미네이트형 전지는, 라미네이트 외장체로부터 돌출하는 단자부(영역 A), 라미네이트 외장체가 열용착된 열용착부(영역 B), 전극 단자와 집전체가 접합된 접합부(영역 C), 및 발전 요소에 접속된 복수의 집전체가 존재하는 집전체부(영역 D)를 갖고 있다.
도 8의 아래 도면에 나타낸 대로, 이차전지(100)는 외장부(20)를 이용함으로써, 모든 영역의 길이를 종래의 라미네이트형 전지보다 짧게 할 수 있다. 구체적으로는 다음과 같다.
먼저, 영역 A에 대응하는 부분의 길이가 짧아지는 이유에 대하여 설명한다. 이차전지(100)는 덮개 단자(22)를 이용하고 있기 때문에, 단자부(면(22f))가 길이 방향에 직교하고 있다. 따라서, 이차전지(100)는 영역 A에 대응하는 부분을 갖지 않는다. 또, 덮개 단자(22)의 단차부(22g)에 배치되는 제 1 수지(23)의 형태에 의해, 덮개 단자(22)의 볼록부(22d)가 제 1 수지(23)보다 돌출되어 배치되는 경우도 있다. 이와 같은 경우이더라도, 영역 A에 대응하는 부분을 종래의 라미네이트형 전지보다 극히 짧게 할 수 있다.
다음으로, 영역 B에 대응하는 부분의 길이가 짧아지는 이유에 대하여 설명한다. 종래의 라미네이트형 전지의 영역 B(시일 폭)는, 통상, 3 ㎜를 초과하는 길이로 설정할 필요가 있다. 이것은 이하의 이유에 의한다. (1) 시일 폭이 짧으면, 적절히 열용착할 수 없고, 시일 불량으로 되는 경우가 있다. (2) 라미네이트 외장체는 강성이 높지 않기 때문에, 시일 폭이 짧으면, 외부로부터의 충격에 의해 시일 영역의 접착이 벗겨지고, 접착면을 유지할 수 없는 경우가 있다. (3) 열용착시에 있어서, 단자가 라미네이트 외장체의 접착면에 대하여 평행하지 않은 경우, 시일 폭이 짧으면 그 기울어짐을 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 적절히 열용착을 할 수 없고, 시일 불량이 될 확률이 보다 높아진다. (4) 열용착시에 있어서, 시일 폭이 짧으면, 열용착 헤드에 의해 시일 영역에 적용되는 면적당의 압력이 커지고, 라미네이트 외장체 내부의 금속층이 절연층을 넘어 단자에 파고 들어갈 우려가 있다. 금속층이 단자에 파고 들어가면, 단락을 야기하기 때문에 바람직하지 않다.
한편으로, 이차전지(100)에서는, 통상부(21) 및 덮개 단자(22)가 제 1 수지(23)에 의해 일체화된 외장부(20)를 이용하고 있다. 이와 같이, 제 1 수지(23)에 의해 일체화함으로써, 통상부(21)와 덮개 단자(22)의 접착 불량을 매우 높게 억제할 수 있다. 또, 덮개 단자(22)가 기울어지고, 통상부(21)와 덮개 단자(22)가 평행하지 않은 경우이더라도, 적절히 접착할 수 있다. 또한, 열용착을 행하지 않기 때문에, 단락도 거의 생기지 않는다. 이에 추가하여, 제 1 수지(23)에 의해 일체화함으로써, 강성이 확보되기 때문에, 접착부의 박리도 억제된다. 따라서, 이차전지(100)는, 종래의 라미네이트형 전지의 영역 B에 대응하는 부분의 길이(L1＋L2)를 3 ㎜ 이하로 설정하는 것이 가능하다. 또, 2 ㎜ 이하여도 되고, 0.5 ㎜ 이상이어도 되고, 1 ㎜ 이상이어도 된다. 따라서, 이차전지(100)는, 종래의 라미네이트형 전지에 비하여, 영역 B에 대응하는 부분의 길이를 짧게 할 수 있다.
계속해서, 영역 C에 대응하는 부분의 길이가 짧아지는 이유에 대하여 설명한다. 도 8의 아래 도면에 나타낸 대로, 이차전지(100)의 덮개 단자(22)의 면(22e)은 길이 방향에 직교하고 있기 때문에, 집전체(11)는 만곡한 상태에서 덮개 단자(22)의 면(22e)에 접합된다. 그 때문에, 접합 부분의 길이는 매우 짧아진다. 따라서, 이차전지(100)는, 종래의 라미네이트형 전지에 비하여, 영역 C에 대응하는 부분의 길이를 짧게 할 수 있다.
마지막으로, 영역 D에 대응하는 부분의 길이가 짧아지는 이유에 대하여 설명한다. 상술한 대로, 집전체(11)는 만곡한 상태에서 덮개 단자(22)의 면(22e)에 접합되어 있다. 그 때문에, 집전체(11)가 존재하는 부분의 길이도 매우 짧아진다. 따라서, 이차전지(100)는, 종래의 라미네이트형 전지에 비하여, 영역 D에 대응하는 부분의 길이를 짧게 할 수 있다.
계속해서, 도 9에 대하여 설명한다. 도 9에 나타낸 대로, 종래의 라미네이트형 전지는 외주의 최대 4변에 열용착부(S)를 필요로 한다. 이에 대하여, 이차전지(100)의 길이 방향의 양단부는, 상술한 대로, 외장부(20)에 의해 구조 효율화되어 있다. 또, 이차전지(100)는 통상의 금속체인 통상부(21)를 이용하고 있기 때문에, 폭 방향의 양측에 열용착부가 필요없다. 따라서, 이차전지(100)는 이 점에서 구조 효율화되어 있다. 또, 폭 방향의 양측에 열용착부가 없는 것에 의해, 수증기 배리어성도 향상하고 있다.
또한, 여기에서 일본 공개특허 특개평2-37661, 일본 공개특허 특개2011-108623에 기재되어 있는 것과 같은 덮개를 이용한 라미네이트형 전지에 대한 이차전지(100)의 이점에 대해서도 설명한다. 덮개를 이용한 라미네이트 전지이더라도, 영역 A 및 영역 D의 길이는 종래의 라미네이트형 전지의 길이와 동등하다. 또, 영역 B의 길이도 종래의 라미네이트형 전지의 길이(시일 폭: 3 ㎜를 초과하는 길이)와 동등하게 된다. 이것은 종래의 라미네이트형 전지가 갖는 이유와 거의 마찬가지이지만, 구체적으로는 다음과 같다. (1) 시일 폭이 짧으면, 시일 불량으로 되는 경우가 있다. (2) 라미네이트 외장체는 강성이 높지 않기 때문에, 시일 폭이 짧으면, 외부로부터의 충격에 의해 시일 영역의 접착이 벗겨지고, 접착면을 유지할 수 없는 경우가 있다. (3) 또, 외부로부터의 충격에 의해 덮개가 기울어졌을 때에, 상기 기울어짐을 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 접착면을 적절히 유지할 수 없는 경우가 있다. (4) 열용착시에 있어서, 덮개의 외주면이 라미네이트 외장체의 용착면에 대하여 평행하지 않은 경우, 시일 폭이 짧으면 상기 기울어짐을 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 시일 불량이 될 확률이 보다 높아진다. 또한, 영역 C의 길이도, 덮개의 형태에 따라서도 다르지만, 종래의 라미네이트형 전지의 길이와 동등하게 된다. 이에 추가하여, 라미네이트 외장체를 통상으로 성형하면, 측면에 시일 영역이 필요한 경우가 있다. 이상의 이유로부터, 이차전지(100)는 덮개를 갖는 라미네이트형 전지와 비교하더라도, 구조 효율이 향상되어 있다.
이상과 같이, 이차전지(100)는 종래의 라미네이트형 전지에 비하여, 대폭적으로 구조 효율이 향상할 수 있다.
발전 요소(10)와 외장부(20)와의 단락 억제
통상부(21) 및 덮개 단자(22)가 금속으로 이루어지는 경우, 발전 요소(10)와 전술의 부재와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 상술한 대로, 발전 요소(10)와 전술의 부재와의 사이에 절연성 재료를 배치해도 되는 것이다. 이하에 있어서, 절연성 재료를 배치하는 구체적인 형태를 설명한다.
먼저, 외장부(20)의 내부에 제 2 수지(24)를 충전한 이차전지(101)를 설명한다. 도 10에 외장부(20)의 내부 전체에 제 2 수지(24)가 충전되어 있는 이차전지(101)의 길이 방향 단면도를 나타냈다.
도 10에 나타낸 대로, 외장부(20)가 그 내부에 충전된 제 2 수지(24)를 구비하고 있다. 제 2 수지(24)는 제 1 수지(23)와 마찬가지의 수지를 이용할 수 있다. 도 10에 있어서, 제 2 수지(24)는 외장부(20)의 내부 전체에 배치되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 발전 요소(10)와 외장부(20)가 접촉할 수 있는 위치에 배치되어 있으면 된다. 바람직하게는, 제 2 수지(24)는 외장부(20)의 내부 전체에 배치되어 있는 형태이다.
이와 같이, 외장부(20)는 그 내부에 제 2 수지(24)를 구비함으로써, 통상부(21)와, 덮개 단자(22)와, 발전 요소(10)를 제 2 수지(24)에 의해 일체화할 수 있다. 이에 의해, 발전 요소(10)와 외장부(20)와의 접촉에 의한 단락을 억제할 수 있다. 예를 들면, 발전 요소(10) 또는 외장부(20)에 소정의 절연층이 배치되어 있는 경우이더라도, 외부로부터의 충격에 의해 절연층이 깨지고, 발전 요소(10)와 외장부(20)가 접촉되고, 단락될 우려가 있다. 이에 대하여, 외장부(20)의 내부에 제 2 수지(24)를 배치함으로써, 절연층만을 배치한 경우에 비하여, 보다 발전 요소(10)와 외장부(20)와의 접촉을 억제할 수 있고, 전지의 단락을 억제할 수 있다.
또, 이차전지(101)는 제 2 수지(24)를 구비함으로써, 수증기 배리어성을 더 향상할 수 있다. 또한, 제 2 수지(24)에 의해 각 부재를 일체화함으로써, 외부 충격에 의한 발전 요소(10)의 이동을 억제할 수 있기 때문에, 발전 요소(10)의 이동에 의한 집전체(11)의 절단을 억제할 수 있다. 이에 추가하여, 외부 충격에 의한 발전 요소(10)의 부스러짐(chipping)이나 활락(滑落)도 억제할 수 있다.
제 2 수지(24)를 외장부(20)의 내부에 충전하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 통상부(21)의 소정의 개소에 제 2 수지(24)를 주입하는 구멍을 마련해도 된다. 구멍의 형상은 특별히 한정되지 않고, 원형이어도 되고 타원형이어도 되고 직사각형이어도 된다. 구멍은 통상부(21)에 적어도 1개 마련해도 된다. 예를 들면, 도 3c에 나타낸 대로, 통상부(21)의 측면에 형상이 다른 복수의 구멍(21c, 21d)을 마련해도 된다. 또, 구멍은 덮개 단자(22)에 적어도 1개 마련해도 된다. 예를 들면, 도 5b에 나타낸 대로, 덮개 단자(22)에 복수의 구멍(22i)을 마련해도 된다. 또한, 발전 요소(10)로서 액계 전지용의 발전 요소를 이용하는 경우는, 당해 제 2 수지(24)를 충전한 후, 소정의 전해액을 구멍으로부터 주입하면 된다.
다음으로, 발전 요소(10)를 절연성 및 수증기 배리어성을 갖는 수지 필름(12)으로 둘러싼 이차전지(102)를 설명한다. 도 11에, 발전 요소(10)가 수지 필름(12)에 둘러싸여 있는 이차전지(102)의 길이 방향 단면도를 나타냈다. 도 12에 수지 필름(12)에 둘러싸인 발전 요소(10)의 평면도를 나타냈다.
도 11, 도 12에 나타낸 대로, 수지 필름(12)은 통상 형상을 갖고 있으며, 덮개 단자(22)가 배치되어 있는 측에 각각 개구를 갖고 있다. 그리고, 수지 필름(12)은 발전 요소(10) 전체(탭인 집전체(11)를 제외함)를 둘러싸고 있다. 도 12에서는, 수지 필름(12)의 내부에 배치되어 있는 부재를 점선으로 나타내고 있다. 이와 같이 발전 요소(10)를 수지 필름(12)으로 전체적으로 둘러쌈으로써, 발전 요소(10)와 외장부(20)(특히 통상부(21))와의 접촉에 의한 단락을 억제할 수 있다. 또, 이차전지(102)는 수지 필름(12)을 구비함으로써, 수증기 배리어성을 더 향상할 수 있다.
수지 필름(12)은 절연성 및 수증기 배리어성을 갖는 수지 필름이면 된다. 예를 들면, 알루미늄이나 실리카가 증착된 수지 필름을 들 수 있다. 수지의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.
또한, 발전 요소(10)를 수지 필름(12)으로 둘러싸고, 또한, 제 2 수지(24)를 외장부(20)의 내부에 충전해도 된다.
통상부의 그 외의 형태
통상부(21)는 구조 효율화의 관점에서, 도 3a, b, c에 나타낸 대로, 통상의 금속체 또는 통상으로 성형하여 이루어지는 금속 라미네이트 필름으로 해도 된다. 바람직하게는 통상의 금속체이다. 한편으로, 이와 같은 통상부에서는 발전 요소(10)를 내부에 수용하기 어려운 문제가 있다. 그래서, 발전 요소(10)를 수용하기 쉬운 다음의 통상부(121, 221)를 이용해도 된다.
먼저, 통상부(121)에 대하여 설명한다. 도 13a에 통상부(121)의 평면도, 도 13b에 통상부(121)의 폭 방향 단면도를 나타냈다. 도 13a, b에 나타낸 대로, 통상부(121)는 2매의 금속판(121a) 및 제 3 수지(121d)로 구성되어 있다. 금속판(121a)은 저면(121b)과, 저면(121b)의 대향하는 단부로부터 동일한 방향으로 돌출된 돌출부(121c)를 구비한, 소위 U자상의 부재이다. 도 13b에 나타낸 대로, 2매의 금속판(121a)은 반대 방향으로 겹쳐져 있고, 통상부(121)의 대향하는 각각의 측면(폭 방향의 면)에 있어서, 2매의 금속판(121a)의 돌출부(121c)가 겹쳐져 있다. 그리고, 통상부(121)의 각각의 측면을 덮도록 제 3 수지(121d)가 배치되어 있다. 구체적으로는, 제 3 수지(121d)는 겹쳐져 있는 금속판(121a)의 돌출부(121c)의 측면측을 전체적으로 덮고, 또한, 겹쳐져 있는 금속판(121a)의 돌출부(121c)의 간극을 메우고 있다. 이에 의해, 겹쳐져 있는 금속판(121a)의 단부가 제 3 수지(121d)에 의해 일체화되어 있다.
통상부(121)는 2개의 금속판(121a)을 구비하고 있으므로, 발전 요소(10)를 일방(一方)의 금속판(121a)의 내부에 배치한 후, 타방(他方)의 금속판(121a)을 반대 방향으로 겹치고, 금속판(121a)의 돌출부(121c)를 제 3 수지(121d)에 의해 일체화함으로써, 통상부(121)를 제작할 수 있다. 이와 같이, 통상부(121)를 이용함으로써, 용이하게 발전 요소(10)를 통상부(121)의 내부에 수용할 수 있다.
다음으로, 통상부(221)에 대하여 설명한다. 도 14a에 통상부(221)의 평면도, 도 14b에 통상부(221)의 폭 방향 단면도를 나타냈다. 도 14a, b에 나타낸 대로, 통상부(221)는 1매의 금속판(221a) 및 제 3 수지(221d)로 구성되어 있다. 금속판(221a)은 통상으로 성형되어 있고, 통상부(221)의 일방의 측면에 있어서 금속판(221a)의 단부(221b)가 겹쳐져 있다. 그리고, 제 3 수지(221d)는 단부(221b)가 겹쳐져 있는 측면을 덮도록 배치된다. 구체적으로는, 제 3 수지(221d)는, 겹쳐져 있는 단부(221b)의 측면측을 전체적으로 덮고, 또한, 겹쳐져 있는 금속판(221a)의 단부(221b)의 간극을 메우고 있다. 이에 의해, 겹쳐져 있는 금속판(221a)의 단부(221b)가 제 3 수지(221d)에 의해 일체화되어 있다.
통상부(221)는 1매의 금속판(221a)으로 구성되어 있기 때문에, 발전 요소(10)를 통상의 금속판(221a)의 내부에 배치한 후, 단부(221b)를 제 3 수지(221d)에 의해 일체화함으로써, 통상부(221)를 제작할 수 있다. 이와 같이, 통상부(221)를 이용함으로써, 용이하게 발전 요소(10)를 통상부(221)의 내부에 수용할 수 있다. 또, 도 15에 나타낸 바와 같이, 통상부(221)의 제 3 수지(221d)가 배치되어 있지 않은 측면을 소정의 냉각부(X)에 접촉시킴으로써, 용이하게 이차전지를 냉각할 수 있다. 또한, 이와 같은 냉각 태양은 통상부(21)를 이용한 이차전지에도 적용할 수 있다.
상기 2개의 형태에서 이용한 금속판은, 단순한 금속판이어도 되고, 금속 라미네이트 필름이어도 된다. 도시한 실시 형태에서는 금속판을 이용하였다. 금속의 종류는, 높은 수증기 배리어성을 갖는 금속이어도 된다. 상기 2개의 형태에서 이용한 제 3 수지는, 제 1 수지(23)와 마찬가지의 수지를 이용할 수 있다. 또, 제 3 수지에 의한 「일체화」는, 겹친 금속판(121a) 또는 통상으로 성형한 금속판(221a)을 소정의 금형에 배치하고, 제 3 수지를 금형에 주입하여 경화시킴으로써 가능하다. 이에 의해, 통상부(121, 221)를 제조 가능하다.
덮개 단자의 그 외의 형태
이차전지(100)의 구조 효율을 더 향상하는 관점에서, 덮개 단자(22) 대신에 슬릿부(322j)를 구비한 덮개 단자(322)를 사용해도 된다. 이하에, 슬릿부(322j)를 구비한 덮개 단자(322)를 갖는 이차전지(103)에 대하여 설명한다.
도 16에 이차전지(103)의 사시도를 나타냈다. 도 17a에 도 16의 XVIIa-XVIIa에서 절단한 길이 방향 단면도, 도 17b에 도 16의 XVIIb-XVIIb에서 절단한 길이 방향 단면도, 도 17c에 도 16의 XVIIc-XVIIc에서 절단한 길이 방향 단면도를 나타냈다. 도 18a에 덮개 단자(322)의 사시도, 도 18b에 도 18a의 b의 방향에서 관찰한 덮개 단자(322)의 정면도, 도 18c에 도 18a의 c의 방향에서 관찰한 덮개 단자(22)의 배면도를 나타냈다.
이차전지(103)는 이차전지(100)와 다음의 점에서 주로 다르다. 즉, 발전 요소(310)는 복수의 집전체(311)를 갖고, 덮개 단자(322)의 내측의 면(322e)은 복수의 슬릿부(322j)를 갖고, 슬릿부(322j)에 집전체(311)가 배치됨으로써, 집전체(311)와 덮개 단자(322)가 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 형태를 채용하는 것에 의해, 발전 요소(310)(전극 적층체)와 덮개 단자(322)와의 거리를 짧게 할 수 있고, 구조 효율을 더 향상할 수 있다. 상세한 효과는 후술한다.
발전 요소(310)의 형태는, 상기한 발전 요소(10)의 만곡한 집전체(11)를 곧은 집전체(311)로 변경한 것이다. 이에 의해, 도 17a의 점선 프레임 내에 나타낸 것과 같이, 집전체(311)를 슬릿부(322j)에 삽입, 배치할 수 있다. 여기에서, 도 17a에 있어서, 발전 요소(310)는 복수의 집전체(311)를 갖고 있다. 단, 본 개시의 이차전지는 이것에 한정되지 않고, 집전체(311)는 적어도 1개여도 된다.
덮개 단자(322)는 기재층(322c)과 기재층(322c)의 폭 방향의 단부에 각각 배치된 볼록부(322d)를 갖고 있다. 볼록부(322d)는 외부 부재와의 접속을 용이하게 하기 위하여, 대략 원 형상의 오목부(322k)를 구비하고 있다. 오목부(322k)는 예를 들면, 외부 부재와의 접속용의 나사 구멍이어도 되고, 위치 결정용의 스트레이트 구멍이어도 되고, 압입·리벳 등의 접속용의 스트레이트 구멍 등이어도 된다. 또, 도 17a, 도 18c에 나타낸 대로, 덮개 단자(322)의 기재층(322c)의 내측의 면(322e)은 복수의 슬릿부(322j)를 갖고 있다. 그리고, 슬릿부(322j)에 집전체(311)가 배치됨으로써, 집전체(311)와 덮개 단자(322)가 전기적으로 접속된다.
이차전지(103)에서는, 2개의 볼록부(322d)를 갖는 덮개 단자(322)를 채용하고 있지만, 덮개 단자의 형태는 이것에 한정되는 것이 아니며, 덮개 단자(322)의 내측의 면(322e)이 슬릿부(322j)를 갖고 있으면 되고, 외측의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 또, 이차전지(103)에서는, 복수의 슬릿부(322j)를 갖는 덮개 단자(322)를 사용하고 있지만, 슬릿부(322j)의 수는 적어도 1개여도 된다.
슬릿부(322j)는 덮개 단자(322)의 길이 방향으로 관통하고 있고, 그 내부에 집전체(311)가 배치된다. 단, 슬릿부(322j)는 관통되어 있지 않아도 된다. 슬릿부(322j)를 관통시킬지 여부는, 집전체(311)와의 접합 방법에 따라서 적절히 설정할 수 있다.
집전체(311)는 덮개 단자(322)의 내측의 면(322e)으로부터 삽입되어도 되고, 측면(두께 방향 또는 폭 방향의 면)으로부터 삽입되어도 된다. 즉, 덮개 단자(322)의 기재층(322c)는 측면에도 슬릿부(322j)의 개구부(322l)를 갖고 있어도 된다. 슬릿부(322j)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 집전체(311)를 배치할 수 있는 두께이면 된다. 예를 들면, 0.1 ㎛ 이상 1 ㎜ 이하이다. 슬릿부(322j)는 집전체(311)을 삽입하기 위한 개구부(322l)를 구비하고 있고, 집전체(311)의 삽입을 용이하게 하기 위하여, 개구부(322l)는 내부보다 두께 방향으로 넓은 형상(예를 들면, V자 형상)을 가져도 된다. 도 17a의 점선 내에서는, 집전체(311)를 덮개 단자(322)의 내측의 면(322e)으로부터 삽입하는 모습을 나타내고 있다.
또, 도 19a, b에 측면으로부터 집전체(311)를 삽입하기 위한 슬릿부를 구비한 덮개 단자의 정면도 및 평면도를 나타냈다. 도 19a는 볼록부를 2개 갖는 덮개 단자의 일례이다. 도 19b는 볼록부를 1개 갖는 덮개 단자의 일례이다. 도 19a에 나타낸 것과 같이, 볼록부의 뒤쪽에 슬릿부를 마련하는 것은 기술적으로 실현 가능하지만, 곤란해지기 쉽다. 따라서, 도 19b에 나타낸 것과 같이, 슬릿부에 겹쳐지지 않는 위치에만 볼록부를 마련하는 것이 일반적이다.
덮개 단자(322)가 길이 방향으로 관통하는 슬릿부(322j)를 갖는 경우, 제 1 수지(323)가 각 슬릿부(322j)의 외측의 개구부 전체를 덮도록 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 도 16에 나타낸 대로, 제 1 수지(323)는 기재층(322c)의 외측의 면 전체를 덮도록 배치되어 있어도 된다. 이에 의해, 슬릿부(322j)로부터 외장부(320) 내부로의 외기(수증기)의 침입을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 수지(323)가 슬릿부(322j)에 들어가고, 그 내부의 적어도 일부가 제 1 수지(323)로 메워져 있어도 된다.
집전체(311)와 덮개 단자(322)와의 접속 형태는 특별히 한정되지 않고, 단지 슬릿부(322j)에 집전체(311)가 배치되어 있으면 된다. 단, 집전체(311)와 덮개 단자(322)와의 접속을 강고하게 하는 관점에서, 슬릿부(322j)에 집전체(311)가 배치된 상태에서, 슬릿부(322j)(덮개 단자(322))와 집전체(311)를 접합해도 된다. 접합 방법은 특별히 한정되지 않고, 프레스에 의한 압착, 레이저 접합, 초음파 접합 및 도전재 고정법 등의 공지의 접합 방법을 채용할 수 있다. 슬릿부(322j)가 관통하고 있는 경우, 레이저 접합 또는 도전재 고정법을 채용해도 된다. 슬릿부(322j)가 관통하고 있지 않은 경우, 프레스 가공 또는 초음파 가공을 채용해도 된다.
여기서, 슬릿부(322j)에 대하여 더 설명한다. 도 17a에서는, 1개의 슬릿부(322j)에 1개의 집전체가 배치되어 있는 형태를 나타내고 있다. 이와 같은 형태를 채용함으로써, 발전 요소(310)(전극 적층체)와 덮개 단자(322)와의 거리를 가깝게 할 수 있다. 또, 발전 요소(310)(전극 적층체)와 덮개 단자(322)와의 거리를 거의 제로 또는 제로로 하는 것도 가능하다(도 17a 참조). 한편으로, 덮개 단자(322)의 형상에 따라서는, 1개의 슬릿부(322j)에 1개의 집전체가 배치되어 있는 것이 어려운 경우도 있다. 따라서, 1개의 슬릿부(322j)에 2개 이상의 집전체를 배치해도 된다. 예를 들면, 1개의 슬릿부(322j)에 2개의 집전체를 배치해도 되고, 3개의 집전체를 배치해도 되고, 4개의 집전체를 배치해도 된다. 단, 1개의 슬릿부(322j)에 배치되는 집전체(311)의 수가 많아질수록, 발전 요소(310)와 덮개 단자(322)와의 거리가 길어질 우려가 있다. 따라서, 1개의 슬릿부(322j)에 배치되는 집전체의 수는 10 이하로 해도 되고, 8 이하로 해도 된다.
도 20에 1개의 슬릿부(322j)에 2개의 집전체(311)를 배치한 예를 나타냈다. 도 20에 나타낸 대로, 1개의 슬릿부(322j)에 2개의 집전체(311)를 배치하면, 2개의 집전체(311)를 겹치는 영역이 필요하게 된다. 상기 영역은 겹치는 집전체(311)의 수가 많아질수록, 길어지는 경향이 있다. 따라서, 구조 효율을 향상하는 관점에서, 1개의 슬릿부(322j)에 배치되는 집전체(311)의 수는 적을수록 좋고, 1개의 슬릿부(322j)에 1개의 집전체(311)가 배치되어 있는 형태가 가장 좋다.
덮개 단자(322)와 발전 요소(310)(전극 적층체)와의 거리는 특별히 한정되지 않고, 가까우면 가까울수록 구조 효율이 향상하지만, 예를 들면 2 ㎜ 이하로 해도 되고, 0.5 ㎜ 이하로 해도 되고, 0 ㎜, 즉 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)가 접촉되어 있어도 된다. 단, 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)가 접촉되어 있는 경우는, 덮개 단자(322) 및 발전 요소(310)의 적어도 일방에 소정의 절연 처리가 실시되어 있을 필요가 있다.
도 18c에서는, 슬릿부(322j)가 두께 방향으로 나란히 배치되어 있는 형태를 나타내고 있다. 이것은 발전 요소(310)의 집전체(311)가 두께 방향으로 나란히 배치되기 때문이다. 이와 같이 슬릿부(322j)의 배열 방향은 발전 요소(310)의 집전체(311)의 배열 방향을 따라서 설정할 수 있다. 따라서, 본 개시의 이차전지에 있어서, 슬릿부의 배열 방향은 두께 방향에 한정되지 않고, 발전 요소의 집전체의 배열 방향에 따라서 적절히 설정할 수 있다.
또, 도 18c에 나타낸 대로, 슬릿부(322j)는 기재층(322c)의 내측의 면(322e)의 중앙에 배치되어 있지만, 이것은 볼록부(322d)가 갖는 오목부(322k)를 피하기 위함이다. 따라서, 본 개시의 이차전지에 있어서, 슬릿부의 위치는 특별히 한정되지 않고, 덮개 단자의 형상 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다.
상술한 대로, 슬릿부(322j)를 갖는 덮개 단자(322)를 사용함으로써, 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)(전극 적층체)와의 거리를 짧게 설정할 수 있다. 한편으로, 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)(전극 적층체)와의 거리가 짧아지면, 접촉에 의한 단락의 문제가 생긴다. 그래서, 덮개 단자(322)에 소정의 절연 처리를 실시해도 된다.
덮개 단자(322)에의 절연 처리는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 덮개 단자(322)의 외주부를 절연 필름으로 둘러싸도 되고, 덮개 단자(322)의 외주부에 절연 테이프를 붙여도 되고, 덮개 단자(322)의 외주부에 절연 시트를 배치해도 된다. 이와 같이, 덮개 단자(322)의 외주부에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행해도 된다. 특히, 발전 요소(310)와 덮개 단자(322)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 발전 요소(310)(전극 적층체)와 덮개 단자(322)와의 사이에 절연 시트를 배치해도 된다. 절연 시트는, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀(PO), 및 불소 수지 등의 절연성 수지를 들 수 있다.
도 21a에 발전 요소(310)와 덮개 단자(322)와의 사이에 절연 시트(325)가 배치된 형태를 나타냈다. 집전체(311)는 슬릿부(322j)에 배치되기 때문에, 절연 시트(325)는 집전체(311)를 통과시키는 개구부(325a)를 구비하고 있다. 절연 시트(325)의 개구부(325a)는 집전체(311)를 슬릿부(322j)에 삽입하기 위한 가이드로서도 기능한다. 개구부(325a)의 위치 및 수는 슬릿부(322j)의 위치 및 수에 맞추어 설정된다. 또, 도 21a의 점선부에 나타낸 대로, 절연 시트(325)는 집전체(311)를 삽입하기 위한 개구부(325a)를 구비하고 있으며, 집전체(311)의 삽입을 용이하게 하기 위하여, 개구부(325a)는 내부보다 두께 방향으로 넓은 형상(예를 들면, V자 형상)을 가져도 된다. 또한, 집전체(311)를 덮개 단자(322)의 측면으로부터 삽입하는 경우, 절연 시트(325)의 측면에도 개구부가 배치된다.
또, 도 21b에 1개의 슬릿부(322j)에 2개의 집전체(311)를 배치하는 경우의 절연 시트(325)의 배치 형태의 일례를 나타냈다. 이와 같이, 1개의 슬릿부(322j)에 2 이상의 집전체(311)를 배치하는 경우이더라도, 발전 요소(310)와 덮개 단자(322)와의 사이에 절연 시트(325)를 배치할 수 있다. 여기에서, 절연 시트(325)의 개구부(325a)가 두께 방향으로 넓은 형상을 갖는 경우, 집전체(311)를 겹치는 영역을 개구부(325a)의 내부에 배치하는 것도 가능하게 된다. 따라서, 1개의 슬릿부(322j)에 2 이상의 집전체(311)를 배치하는 경우이더라도, 절연 시트(325)와 발전 요소(310)(전극 적층체)의 거리를 짧게 할 수 있다. 도 21c에 1개의 슬릿부(322j)에 2개의 집전체(311)를 배치하는 경우로서, 절연 시트(325)의 개구부(325a)가 두께 방향으로 넓은 형상을 갖는 경우의 절연 시트(325)의 배치 형태의 일례를 나타냈다. 도 21c에 나타낸 대로, 발전 요소(310)(전극 적층체)를 절연 시트(325)에 거의 접촉 또는 접촉하는 위치에 배치할 수 있다.
절연 시트(325)는, 발전 요소(310)와 통상부(321)와의 절연을 위하여, 발전 요소(310)의 폭 방향 또는 두께 방향의 면과 통상부(321)의 폭 방향 또는 두께 방향의 내면과의 사이에 배치되어 있어도 되고, 발전 요소(310)의 폭 방향 및 두께 방향의 면과 통상부(321)의 폭 방향 및 두께 방향의 내면과의 사이에 배치되어 있어도 된다. 일례로서, 도 21a, b, c에 발전 요소(310)의 두께 방향의 면과 통상부(321)의 두께 방향의 내면과의 사이에 절연 시트(325)가 배치된 형태의 일례를 나타냈다.
구조 효율화
이차전지(103)의 구조 효율화에 대하여 설명한다. 도 23에 도 8에 대응하는 도면으로서, 아래 도면에 이차전지(103)의 길이 방향 단면도를 추가하고, 위 도면에 종래의 라미네이트형 전지와 두번째에 이차전지(100)와, 아래 도면에 이차전지(103)의 길이 방향 단면도를 비교한 도면을 나타냈다. 또한, 아래 도면에서 나타낸 이차전지(103)에는 비교를 용이하게 하기 위하여, 집전체를 기재하고 있다.
라미네이트형 전지와 이차전지(100)와의 비교 결과는 상술한 대로이다. 그래서, 여기에서는 이차전지(100)와 이차전지(103)를 비교 검토한다. 도 23으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이차전지(103)는 이차전지(100)에 비하여, 영역 D가 더 짧아져 있다. 그 이유는, 이차전지(100)에서는 집전체(11)를 만곡한 상태에서 덮개 단자(22)에 접합하고 있는 것에 대하여, 이차전지(103)는 집전체(311)를 덮개 단자(332)의 슬릿부(322j)에 배치하고 있고, 이에 의해 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)와의 거리를 더 짧게 할 수 있기 때문이다. 따라서, 이차전지(103)에 의하면, 구조 효율을 더 향상할 수 있다. 또, 상기 구조 효율화에 따라서, 외장부(320)의 내부에 잉여의 공간이 존재하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 이차전지(103)의 강성을 향상할 수 있다.
내부로의 수지 충전
이차전지(103)에 있어서, 그 내부에 제 2 수지(324)를 충전하는 경우, 제 2 수지(324)는 외장부(320)의 내부 전체에 배치해도 되지만, 수지는 미량이기는 하지만 수증기가 내부에서 확산한다는 성질을 갖기 때문에, 외부의 수증기가 제 1 수지 및 제 2 수지의 내부를 확산하여, 발전 요소의 단면(端面)에 도달할 우려가 있다. 구체적으로는, 도 24에 나타낸 것과 같이, 제 1 수지로부터 가장 가까운 발전 요소(310)(전극 적층체)의 길이 방향의 면에 수증기가 도달할 우려가 있다.
그래서, 수지 내부의 수증기 확산을 고려하여, 제 2 수지(324)는 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)와의 사이에 배치되어 있지 않은 쪽이 좋다. 환언하면, 제 2 수지(324)는 발전 요소(310)와 외장부(20)가 접촉할 수 있는 위치에만 배치되어 있으면 된다. 구체적으로는, 제 2 수지(324)는 발전 요소(310)의 폭 방향 또는 두께 방향의 면과 통상부(321)의 폭 방향 또는 두께 방향의 내면과의 사이에만 배치되어 있으면 되고, 제 2 수지(324)는 발전 요소(310)의 폭 방향 및 두께 방향의 면과 통상부(321)의 폭 방향 및 두께 방향의 내면과의 사이에만 배치되어 있으면 된다. 일례로서, 도 25a에 발전 요소(310)의 두께 방향의 면과 외장부의 두께 방향의 내면과의 사이에 제 2 수지(324)가 배치된 형태의 일례를 나타냈다. 이와 같은 형태가 가능한 이유는, 상술한 대로, 이차전지(103)는 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)(전극 적층체)와의 거리를 짧게 할 수 있기 때문이다. 또, 이와 같은 형태이더라도, 통상부(321)와, 덮개 단자(322)와, 발전 요소(310)를 제 2 수지(324)에 의해 일체화할 수 있다.
또, 도 25b에 추가로 덮개 단자(322)와 발전 요소(310)와의 사이에 절연 시트(325)를 배치한 형태의 일례를 나타냈다. 이와 같이, 절연 시트(325)를 배치함으로써, 수지 내부를 확산하고 있는 수증기가 발전 요소(310)(전극 적층체)에 침투하는 것을 더 억제할 수 있다.
또, 발전 요소(310)와 통상부(321)가 접촉할 수 있는 위치에만 제 2 수지(324)를 배치함으로써, 제 2 수지(324) 충전시에 집전체(311)가 끊어지거나 깨지거나 하는 것을 억제할 수 있다.
이상, 본 개시의 이차전지에 대하여, 일 실시 형태인 이차전지(100∼103)를 이용하여 설명하였다. 본 개시의 이차전지는 상술한 대로, 구조 효율화가 가능하다. 본 개시의 이차전지는 어느 용도에도 이용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 이차전지는 차재(車載)용 이차전지로서 사용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 이차전지(100, 101, 102, 103)로서,
    발전 요소(10, 310); 및
    상기 발전 요소(10, 310)를 내부에 수용하는 외장부(20, 320)를 포함하며,
    상기 외장부(20, 320)는 대향하는 2면에 개구부(21a, 322l, 325a)를 갖는 통상부(21, 121, 221, 321)와, 각각의 상기 개구부(21a, 322l, 325a)에 배치되는 덮개 단자(22, 222, 322)와, 상기 통상부(21, 121, 221, 321)와 상기 덮개 단자(22, 222, 322)와의 사이에 배치되는 수지(23, 323)를 갖고,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)와 상기 덮개 단자(22, 222, 322)가 상기 수지(23, 323)에 의해 일체화되어 있고,
    상기 발전 요소(10, 310)의 집전체(11, 311)와 상기 덮개 단자(22, 222, 322)가 전기적으로 접속되어 있는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 덮개 단자(22, 222, 322)의 폭 또는 두께는 상기 발전 요소(10, 310)의 폭 또는 두께 이하인 이차전지(100, 101, 102, 103).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 두께, 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 내면의 두께, 상기 발전 요소(10, 310)의 두께, 상기 덮개 단자(22, 222, 322)의 두께의 관계는, 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 내면의 두께는 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 두께보다 작고, 상기 발전 요소(10, 310)의 두께는 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 내면의 두께 이하이고, 상기 덮개 단자(22, 222, 322)의 두께는 상기 발전 요소(10, 310)의 두께 이하인 이차전지(100, 101, 102, 103).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 폭, 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 내면의 폭, 상기 발전 요소(10, 310)의 폭, 상기 덮개 단자(22, 222, 322)의 폭의 관계는, 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 내면의 폭은 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 폭보다 작고, 상기 발전 요소(10, 310)의 폭은 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 내면의 폭 이하이고, 상기 덮개 단자(22, 222, 322)의 폭은 상기 발전 요소(10, 310)의 폭 이하인 이차전지(100, 101, 102, 103).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전체(11, 311)는 만곡한 상태에서 상기 덮개 단자(22, 222, 322)에 전기적으로 접속하고 있는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전 요소(10, 310)는 적어도 1개의 상기 집전체(11, 311)를 갖고,
    상기 덮개 단자(22, 222, 322)의 내측의 면(22e, 322e)은 적어도 1개의 슬릿부(322j)를 갖고,
    상기 슬릿부(322j)에 상기 집전체(11, 311)가 배치됨으로써, 상기 집전체(11, 311)와 상기 덮개 단자(22, 222, 322)가 전기적으로 접속되는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전 요소(10, 310)와 상기 덮개 단자(22, 222, 322)와의 사이에 절연 시트(325)가 배치되어 있는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개 단자(22, 222, 322)는 외측으로 돌출하는 볼록부(22d, 322d)를 갖고 있고,
    상기 볼록부(22d, 322d)의 외주면의 적어도 일부에 상기 수지(23, 323)가 배치되어 있는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개 단자(22, 222, 322)는, 당해 덮개 단자(22, 222, 322)의 내측의 면(22e, 322e)의 단부로부터 내측으로 돌출하는 돌출부(21b, 22h, 121c)를 갖는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외장부(20, 320)는 그 내부에 충전된 제 2 수지(24, 324)를 갖고,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)와, 상기 덮개 단자(22, 222, 322)와, 상기 발전 요소(10, 310)가 제 2 수지(24, 324)에 의해 일체화되어 있는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)는 통상의 금속체 또는 통상으로 성형되어 이루어지는 금속 라미네이트 필름인 이차전지(100, 101, 102, 103).
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)는 2매의 금속판(121a, 221a) 및 제 3 수지(121d, 221d)로 구성되어 있고,
    상기 금속판 (121a, 221a)은 저면(121b)과 상기 저면(121b)의 대향하는 단부로부터 동일한 방향으로 돌출한 돌출부(21b, 22h, 121c)를 갖고 있고,
    상기 2매의 금속판(121a, 221a)은 반대 방향으로 겹쳐져 있고,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 대향하는 각각의 측면에 있어서, 상기 돌출부(21b, 22h, 121c)가 겹쳐져 있고,
    상기 제 3 수지(121d, 221d)는 상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 각각의 측면을 덮도록 배치되어 있고,
    겹쳐져 있는 상기 금속판(121a, 221a)의 단부는 상기 제 3 수지(121d, 221d)에 의해 일체화되어 있는 이차전지(100, 101, 102, 103).
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)는 1매의 금속판(121a, 221a) 및 제 3 수지(121d, 221d)로 구성되어 있고,
    상기 금속판(121a, 221a)은 통상으로 성형되어 있고,
    상기 통상부(21, 121, 221, 321)의 일방의 측면에 있어서, 상기 금속판(121a, 221a)의 단부(221b)가 겹쳐져 있고, 상기 제 3 수지(121d, 221d)는 상기 단부(221b)가 겹쳐져 있는 측면을 덮도록 배치되어 있고,
    겹쳐져 있는 상기 금속판(121a, 221a)의 단부(221b)는 상기 제 3 수지(121d, 221d)에 의해 일체화되어 있는 이차전지(100, 101, 102, 103).
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