KR100727201B1

KR100727201B1 - 리튬 이온 2차 전지

Info

Publication number: KR100727201B1
Application number: KR1020067001343A
Authority: KR
Inventors: 히로시 카네타
Original assignee: 닛본 덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2007-06-13
Also published as: EP1655797A1; EP1655797B1; EP1655797A4; JPWO2005013408A1; US20060188777A1; WO2005013408A1; JP4605389B2; EP1655797B9; CN100550502C; CN1830114A; KR20060039010A

Abstract

정극 집전체의 양면에 정극 활물질층을 형성한 정극 전극과, 부극 집전체의 양면에 부극 활물질층을 형성한 부극 전극을, 정극 활물질층과 부극 활물질층이 각각 대향하도록 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 복수 적층한 전지 요소에, 액체 전해질을 함침시키고, 래미네이트 외장으로 지지한 리튬 이온 2차 전지로서, 이하의 구성으로 이루어지는 방전 심도 50%, 25℃에서의 10초 출력치가 3000W/㎏ 이상인 리튬 이온 2차 전지. (1) 정극 활물질의 평균 입경이 3 내지 10㎛이고, 정극 전극의 집전체를 제외한 두께가 30 내지 110㎛, (2) 부극 활물질의 평균 입경이 5 내지 10㎛이고, 정극 전극의 집전체를 제외한 두께가 30 내지 100㎛, (3) 정극 단자 및 부극 단자가 서로 격리하여 외주 단연부에 도출되고, 상기 정극 단자 및 부극 단자가 각각, B/A≥0,57(단, A는 전류의 방향에 대해 수직한 방향의 활물질 영역의 폭, B는 전류의 방향에 대해 수직한 방향의 전극 단자 폭을 나타낸다)을 충족시킨다.

리튬 이온 2차 전지

Description

리튬 이온 2차 전지{LITHIUM ION SECONDARY CELL}

본 발명은 리튬 이온 2차 전지에 관한 것으로, 특히 고출력의 리튬 이온 2차 전지에 관한 것이다.

종래, 소형, 경량의 휴대 전자 기기의 전원으로서, 충전 가능한 여러가지의 2차 전지가 제안되어 있다. 그 중에서도 리튬 이온 2차 전지는, 전지 전압이 높고, 고에너지 밀도를 가지며, 자기(自己) 방전이 적고, 또한 사이클 특성에 우수하고, 소형 경량 전지로서 가장 유망시되고 있다.

최근에는, 휴대 전자 기기용의 전원으로서의 용도뿐만 아니라, 대기오염이나 지구 온난화의 한 원인이 되는 내연 기관 엔진을 탑재한 자동차에 대신하는, 전기자동차나 하이브리드 자동차의 동력원으로서 리튬 이온 2차 전지의 적용이 기대되고 있다. 또한, 인공 위성 등의 우주 개발이나, 전력 저장 용도에의 적용도 검토되기 시작하고 있다. 이와 같은 대형 용도로는, 더욱 고출력, 고수명의 리튬 이온 2차 전지가 요구된다.

리튬 이온 2차 전지에 있어서의 정극 재료로서는, 리튬과 천이금속 원소와의 복합 산화물이 제안되어 있고, 주로 코발트산 리튬이 사용되고 있지만, 코발트 자체가 희소 금속이고, 가격이 높아서, 대형 용도로는 염가의 망간산 리튬이 기대되 고 있다. 부극재료로서는 기본적으로는 리튬 금속이지만, 충방전을 반복함에 의한 전극 용해의 문제 때문에, 리튬 합금이나, 리튬을 흡장(吸藏)할 수 있는 물질, 특히 탄소 재료가 주로 사용되고 있다. 이들 정부극 재료는, 통상, 분쇄·분급을 경유하여 적당한 입자를 갖는 분체로 한 후, 필요에 응하여 도전제, 결착제와 혼합하여 합제(合劑)로 하고, 이것을 집전체에 도포, 건조하고, 압연, 가압, 절단 등의 각 공정을 경유하여 전극이 제작된다.

리튬 이온 2차 전지에 있어서 중요한 특성인, 에너지 밀도, 출력 밀도, 사이클 특성 등을 개선하는 제안이 수많이 되어 있는데, 예를 들면, 특허 문헌1(일본 특개2000-30745호 공보)에서는, 급속 충방전 가능하고, 고 내전압이며 도한 고용량, 고에너지 밀도, 충방전 사이클 신뢰성이 높은 리튬 이온 2차 전지를 제공하기 위해, 정극 전극과 부극 전극의 두께를 규정하고 있다. 구체적으로는, 정극이 80 내지 250㎛의 두께인데 대해, 부극을 정극 두께의 7 내지 60%이고, 10 내지 150㎛의 두께 범위 내에서 형성하는 것을 제안하고 있다. 일반적으로, 리튬 이온 2차 전지의 에너지 밀도를 향상시키기 위해서는, 활물질 도포 두께를 100㎛ 정도까지 두껍게 하고, 20㎛ 정도의 입경이 큰 활물질을 이용하고 있다. 특허 문헌1에서는 활물질 입경에 관해 기재는 없고, 대신에 비표면적이 800 내지 3000㎡/g의 활성탄을 정극에 사용하는 것, X선 회절에 의한 [002]면의 면 간격이 0.335 내지 0.410㎚의 탄소 재료를 부극에 사용하는 것이 기재되어 있다.

이에 대해, 하이브리드 자동차 등의 전원 용도에 고출력의 리튬 이온 2차 전지가 제안되어 있다. 특허 문헌2(일본 특개평11-329409호 공보), 특허 문헌3(일본 특개2002-151055호 공보)에서는 고출력 밀도의 리튬 이온 2차 전지를 제공하기 위해, 활물질 도포 두께를 80㎛ 이하로 하고, 동시에 활물질 입경을 5㎛ 이하로 규정하고 있다. 또한, 특허 문헌3에서는, 전극 내의 전해액량이 증가함에 의해, 막두께 방향의 전극 내 전해액중의 리튬 이온 수송력이 증가하여, 보다 출력 밀도를 향상시키는 것이 가능하다고 하여, 공극률을 50 내지 60%로 하는 것이 바람직하다고 기재되어 있다. 또한, 활물질층을 공극률이 다른 2층으로 구성함으로써, 에너지 밀도를 희생하는 일 없이 출력 밀도를 향상할 수 있다고 하고 있고, 구체적으로는, 집전체측의 활물질층의 공극률을 30 내지 50%, 세퍼레이터측의 활물질층의 공극률을 50 내지 60%로 하는 것을 제안하고 있다. 한편, 정극 활물질로서 망간산 리튬을 사용하는데 즈음하여, 특허 문헌4(일본 특개평11-185821호 공보)에서는, 정극 합제층의 두께를 집전체 두께의 4배 이하로 하고, 망간산 리튬의 50% 적산(積算) 입자경을 5 내지 15㎛으로 함에 의해, 대형 전지에 대응한 고출력의 전지 시스템을 얻을 수 있는 것이 기재되어 있다. 이와 같이, 고출력화를 위해서는, 에너지 밀도 향상 목적과는 역으로, 작은 입경의 활물질을 이용하고, 고공극률로 얇은 활물질층을 형성하는 방법이 제안되어 있다.

특허 문헌5(일본 특개평11-297354호 공보)에서는, 망간 산화물 또는 리튬과 망간과의 복합 산화물을 함유하는 정극과, 리튬 금속, 리튬 합금 또는 리튬을 도프, 탈도프 가능한 재료를 함유하는 부극을 구성 요소로 하는 비수(非水) 전해액 2차 전지에 있어서, 비수 전해액으로서 에틸렌카보네이트를 20용량% 내지 30용량% 함유하고, 적어도 LiBF₄가 2.0mol/ℓ 내지 5.0mol/ℓ의 농도로 용해되어 이루어지는 비수 전해액을 사용하면, 고온하에 있어서, 보존 특성이나 사이클 특성이 현저하게 악화한다는 문제를 해소할 수 있다고 기재되어 있다.

그런데, 집전체에 전극 활물질을 도포하여 형성되는 정극 및 부극은, 폴리올레핀계 등의 다공질막으로 이루어지는 세퍼레이터를 사이에 두고 겹쳐서 전지 요소를 구성한다. 이 전지 요소는, 감겨지고, 원통형상의 외장 캔의 캔 바닥에 절연판을 삽입한 후, 감겨진 전지 요소를 삽입하고, 부극 리드 단자가 외장 캔 바닥에, 또한 정극 리드 단자가 정극 캡에 용접되고, 그 후, 전해액이 주입되고, 최후로 정극 캡이 외장 캔의 입구가 밀봉되어 완성품으로 된다. 각형(角形) 전지의 경우도, 타원형으로 감겨진 전지 요소를 각형의 외장 캔에 삽입하고 있다. 단, 외장 캔이 원통형상 외장 캔인 경우의 니켈 도금한 철 또는 스테인리스 강이 아니라 알루미늄 캔을 이용하여 경량화를 도모하고 있기 때문에, 입구 밀봉에 즈음하여서는 통상의 용접법을 적용할 수 없어서, 레이저 용착이 행하여진다.

전기 자동차나 하이브리드 자동차용의 전원으로 사용되는 대형 전지에서는, 고전류 방전으로 사용하는 경우가 많아서, 전지의 내부 저항에 의한 발열의 효율적인 방열 처리가 중요 과제이다. 통상, 단전지(單電池) 1개로는 필요한 전류량을 얻을 수가 없기 때문에, 복수의 전지를 직렬로 조합시켜서 조전지(組電池)로서 사용되고 있다. 이와 같은 단전지 또는 조전지를 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 탑재할 때에, 방열성을 고려하여 외부 냉각 수단을 갖는 지지 부재가 사용되고 있 다.

외부 냉각 수단에 의하면, 전지 표면상의 열을 제열(除熱)하는 것은 가능하지만, 대형 전지로서는, 전지 설계가 휴대 기기용 소형 전지의 연장이고, 원통형이나 각형 등 외장 캔에 권회(卷回)한 전지 요소를 삽입하여 전지를 구성하고 있기 때문에, 충방전시의 전지의 내부 저항에 의한 줄 열, 리튬 이온의 활물질 내로의 출입에 의한 엔트로피 변화에 의한 발열에 의해, 전지 내부에 열이 축열되기 쉽고, 전지 내부와 전지 표면과의 온도차가 커지고, 내부 저항의 변동이나, 그 결과, 충전량이나 전압의 편차가 생기기 쉽다.

이에 대해, 전지 자체의 방열성을 개선하는 방법으로서, 예를 들면, 특허 문헌6(일본 특개평11-144771호 공보)에서는, 시트형상 또는 침상(針狀)의 히트 싱크를 정부 전극이나 세퍼레이터와 함께 권회하여, 전지 내부의 열을 이 히트 싱크를 통하여 전지 케이스 등으로 전하는 방법을 제안하고 있다. 동 특허 문헌중에는, 정극 집전체 자체를 히트 싱크로 하여 부극 집전체보다도 폭이 넓은 것을 사용하는 것도 제안되어 있다. 집전체 형상을 변경하여 방열성을 개량하는 제안이 특허 문헌7(일본 특개2000-277087호 공보)에 기재되어 있다. 동 특허 문헌에서는, 집전체의 두께를 국소적으로 두껍게 하고, 이 두꺼운 부분을 이용하여 전지 내에서 발생하는 열을 적층면과 평행한 방향으로 효율적으로 달아나게 하는 전극판 구조가 제안되어 있다.

특허 문헌8(WO99/60652)에는, 전지의 외장 형상을 편평 형상으로 하여 방열 특성에 우수한, 에너지 용량 30Wh 이상이면서 체적 에너지 밀도 180Wh/ℓ 이상의 비수계 2차 전지가 개시되어 있다. 동 특허 문헌에서는, 두께를 12㎜ 미만으로 함 으로써 고용량 2차 전지에 있어서의 전지 표면 온도의 상승이 거의 없다고 기재하고 있다. 단, 이 특허 문헌에서의 전지 두께에 관해, 그 수치에 임계적인 의의는 인정되지 않는다.

그러나, 이들의 제안의 대부분이, 금속제의 전지 캔을 이용한 전지이기 때문에, 경량화, 박형화에 한계가 있다. 특히 전기 자동차나 하이브리드 자동차용의 전원으로서, 조전지(組電池)(전지 유닛)로서의 중량이나 설치 용적의 저감을 도모하는 것은 중요하지만, 이에 충분히 대응할 수 있다고는 말하기 어렵다.

그런데, 근래, 수지 필름과 금속 필름을 적층하여 일체화한 래미네이트 필름을 열 밀봉함에 의해 구성되는 외장체(이른바, 래미네이트 외장)를 이용한 전지가 활발하게 연구 개발되고, 대폭적인 경량화, 박형화를 달성한 래미네이트 외장 전지가, 소형 휴대 기기용 전원으로서 실용화되는데 이르고 있다. 그러나, 이와 같은 래미네이트 외장을 단순하게 고출력, 고용량 목적의 2차 전지에 그대로 적용하면, 여러가지 문제가 발생한다.

래미네이트 외장을 이용한 리튬 이온 2차 전지로서는, 통상의 리튬 이온 2차 전지의 액체 유기 전해질을 각종의 폴리머 재료로 대체한 폴리머 전해질 2차 전지로서 개발이 진행되어 왔다. 고용량, 고출력을 달성하기 위해서는, 예를 들면, 특허 문헌9(일본 특개평9-259859호 공보)에 나타내여저 있는 바와 같이, 폴리머 전해질을 갖는 단전지를 복수 직렬, 병렬, 직렬-병렬로 조합시켜서 조전지로서 사용되고 있다. 해당 특허 문헌에서는, 정극 단자 및 부극 단자를 서로 격리하여 외주 단연부(端緣部)에 도출시켜서 이루어지는 시트형상의 박형 전지의 외주 단연에 한 쌍의 요설부(凹設部)를 마련하고, 이 요설부 내에 양 단자를 각각 도출시킴으로써, 전지 요소부가 상대적으로 크게 확보됨과 함께, 외주 단연 요설부 내로 단자가 각각 도출되어 있음으로써, 병렬, 직렬, 병렬-직렬 등의 조합이 용이하게 되는 조전지가 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 조전지로서 사용하는 경우, 단전지로서 사용하는 경우와 비교하여 대전류가 흐르기 때문에 발열이 현저하고, 조전지 전체의 온도 상승이 현저하게 되어, 온도 상승이 너무 커지면, 전지의 수명이 짧아지거나, 전지가 파손되거나 할 우려가 있다. 특히 단자부에서의 발열을 때문에, 래미네이트 외장의 밀봉부에 벗겨짐이 생기기 쉽다는 문제가 있다.

특허 문헌10(일본 특개2003-27024호 공보)에서는, 소형, 경량의 전지에 있어서, 리드에 충분한 허용 전류를 확보하여 리드의 용단(溶斷)이나 외장 케이스의 융해의 가능성을 저감함과 함께, 외장 케이스의 밀봉 불량이나 불충분한 밀봉이 발생하는 것을 방지하기 위해, 외장 케이스의 한 변으로부터 취출되는 리드의 폭의 합계치(X)와 그 변의 길이(Y)의 비(X/Y)가 0.4 이하이며, 또한, 이 변의 길이(Y)가 20㎜ 이하이고, 리드가 전지를 1시간률 방전(충전)시킬 때의 방전(충전) 전류치의 5배에 상당하는 허용 전류를 확보할 수 있는 단면적을 갖도록 구성하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 이 예에서는, 변의 길이 20㎜ 이하라는 소형의 전지에 관해 개시하고 있는 것이고, 대전력을 취출하는 대형의 전지에 적용할 수 있는 것이 아니다. 또한, 여기에 명시된 전지도 폴리머 전해질의 사용을 전제로 하고 있다. 또한, 소형 전지를 상정하고 있기 때문에, 전지의 방열, 특히 조전지로서 사용하는 경우의 방열성의 확보에 관해서는 전혀 검토되어 있지 않다.

폴리머 전해질을 이용한 2차 전지는, 소정 전압을 정량적으로 방출하는 소형·경량의 2차 전지를 제조하는 데는 유리하지만, 대형 전지, 특히 단시간에 대전류를 필요로 하는 하이브리드 자동차용의 전원으로서 사용하는 데는, 리튬 이온의 이동도(移動度)가 낮아서, 충분히 대응할 수 없다.

특허 문헌1 : 일본 특개2000-30745호 공보

특허 문헌2 : 일본 특개평11-329409호 공보

특허 문헌3 : 일본 특개2002-151055호 공보

특허 문헌4 : 일본 특개평11-185821호 공보

특허 문헌5 : 일본 특개평11-297354호 공보

특허 문헌6 : 일본 특개평11-144771호 공보

특허 문헌7 : 일본 특개2000-277087호 공보

특허 문헌8 : WO99/60652

특허 문헌9 : 일본 특개평9-259859호 공보

특허 문헌10 : 일본 특개2003-27024호 공보

본 발명의 목적은, 종래의 2차 전지에 있어서의 각 문제점을 종합적으로 검토하여, 경량화, 박형화에 유리한 래미네이트 외장을 사용하면서, 전지 자체의 방열성을 높이면서, 고출력을 얻을 수 있는 리튬 이온 2차 전지를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 이하의 본 발명에 도달한 것이다.

즉, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지는, 정극 집전체의 양면에 정극 활물질층을 형성한 정극 전극과, 부극 집전체의 양면에 부극 활물질층을 형성한 부극 전극을, 정극 활물질층과 부극 활물질층이 각각 대향하도록 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 복수 적층한 전지 요소에, 액체 전해질을 함침시키고, 래미네이트 외장으로 지지한 리튬 이온 2차 전지로서, 이하의 구성으로 이루어지는 방전 심도 50%, 25℃에서의 10초 출력치가 3000W/㎏ 이상인 리튬 이온 2차 전지에 있어서,

(1) 정극 활물질의 평균 입경이 3 내지 10㎛이고, 정극 전극의 집전체를 제외한 두께가 30 내지 110㎛,

(2) 부극 활물질의 평균 입경이 5 내지 10㎛이고, 부극 전극의 집전체를 제외한 두께가 30 내지 100㎛,

(3) 정극 단자 및 부극 단자가 서로 격리하여 외주 단연부에 도출되고, 상기 정극 단자 및 부극 단자가 각각

B/A≥0.57

(단, A는 전류의 방향에 대해 수직한 방향의 활물질 영역의 폭, B는 전류의 방향에 대해 수직한 방향의 전극 단자 폭을 나타낸다)을 충족시킨다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 고출력, 고용량의 리튬 이온 2차 전지의 경량화, 박형화를 달성하고, 방열성에도 우수한 2차 전지를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 전지 요소를 설명하는 개략 단면도.

도 2는 본 발명의 전극과 리드 단자와의 관계의 한 예를 도시한 개념도.

도 3은 전극 취출 폭에 대한 단자 폭의 비율과 전류 통과 거리와의 관계를 도시한 그래프.

도 4는 본 발명의 전극과 리드 단자와의 관계의 다른 한 예를 도시한 개념도.

도 5는 본 발명의 전극과 리드 단자와의 관계의 또다른 한 예를 도시한 개념도.

도 6은 리드 단자를 방열판으로서 사용하는 경우의 한 예를 도시한 개략도.

도 7은 리드 단자를 방열판으로서 사용하는 경우의 다른 한 예를 도시한 개략도.

도 8은 본 발명의 래미네이트 외장 리튬 이온 2차 전지의 밀봉 전의 사시도.

도 9는 실시예 및 각 비교예에 있어서의 2.5A 내지 75A에서의 용량(%)을 도시한 그래프.

<부호의 설명>

1 : 정극 활물질층 2 : 부극 활물질층

3 : 정극 집전체 4 : 부극 집전체

5 : 세퍼레이터 6 : 정극 리드 단자

7 : 부극 리드 단자 8 : 열 밀봉부

11 : 활물질 영역 12 : 집전부

13 : 리드 단자 21 : 리드 단자

211 : 열 밀봉부 22 : 전극

23 : 래미네이트 외장 31 : 래미네이트 필름(컵형상 케이스)

32 : 래미네이트 필름(덮개) 33 : 전극군

331 : 집전부 34 : 리드 단자

341 : 열 밀봉부

본 발명의 리튬 이온 2차 전지의 구성에 관해 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 리튬 이온 2차 전지의 전지 요소의 개략 단면도이다. 정극 집전체(3)의 양면에 정극 활물질층(1)이 마련되어 정극 전극이 구성되고, 부극 집전체(4)의 양면에 부극 활물질층(2)이 마련되어 부극 전극이 구성된다. 이들 정극 전극 및 부극 전극은 교대로 세퍼레이터(5)를 사이에 두고 적층되고, 전극군을 구성한다. 정극 및 부극 집전체의 일부는 활물질층이 도포되지 않고, 집전부를 구성하고 있고, 동 도면에서는, 정극 집전체(3)의 집전부와 부극 집전체(4)의 집전부가 대향하는 측으로 연장하여 나오도록 정극 전극과 부극 전극이 적층되어 있다. 정극 집전체(3)의 집전부는 정극 리드 단자(6)에, 부극 집전체(4)의 집전부는 부극 리드 단자(7)에 각각 접속되어 있다. 동 도면에서는, 정극 및 부극 리드 단자에는 미리 열 밀봉부(8)가 도설(塗說)되어 있다.

본 발명의 리튬 이온 2차 전지의 정극 활물질로서는, 리튬계의 정극 활물질, 일반적으로는 리튬과 천이금속 원소와의 복합 산화물이라면, 특히 한정되지 않고, 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬, 또는 이들의 혼합물, 나아가서는 이들 복합 산화물에 이종(異種) 금속 원소를 일종 이상 첨가한 계(系) 등등을 사용할 수 있고, 특히 대형 전지 용도로서 안정적으로 공급할 수 있고, 열분해 온도도 높은 망간산 리튬이 바람직하다.

한편, 부극 활물질로서는, 리튬 이온을 흡장, 방출 가능한 부극재료라면 특히 한정되지 않고, 종래 공지의 그래파이트(천연 또는 인조 흑연), 어모퍼스 카본 등의 탄소 재료가 알맞게 사용된다.

본 발명에 있어서의 정부극 재료는, 소정의 평균 입경을 갖고 있을 것이 필요하다. 평균 입경이 너무 크면, 고출력, 고용량을 달성하기 위한 활물질층 두께를 달성하는 것이 곤란해지기 때문에, 정극 활물질 및 부극 활물질은 함께 10㎛ 이하의 평균 입경을 갖을 것이 필요하다. 한편, 평균 입경이 너무 작으면, 1㎛ 이하의 미분도 많이 포함하게 되어, 전극으로서 지지하기 위해 첨가되는 결착제 등의 첨가제의 양도 많게 할 필요가 있고, 그 결과, 활물질층의 내부 저항이 커지고, 보다 발열하기 쉬워지기 때문에, 정극 활물질로는 3㎛ 이상, 부극 활물질로는 5㎛ 이상의 평균 입경을 갖는 것을 사용한다.

본 발명에 있어서의 정극 전극 및 부극 전극은, 각각 집전체(금속박)의 양면에 활물질층을 형성한 것으로, 정극 전극에서는, 집전체를 제외한 두께가 30㎛ 이상, 110㎛ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하이고, 부극 전극에서는, 집전체를 제외한 두께가 30㎛ 이상, 100㎛ 이하, 바람직하게는 80㎛ 이하로 되도록, 활물질층을 형성한다. 또한, 적층의 최외부에 배치하는 전극에 관해서는, 그 외측에 대향하는 전극이 존재하지 않기 때문에, 내측이 되는 편면만에 활물질층을 마련한 전극을 이용하여도 좋다. 그 경우, 활물질층 두께는 상기 범위의 1/2로 하면 좋다.

여기서, 집전체의 두께는 허용 전류치를 확보할 수 있는 두께라면 특히 제한되는 것이 아니지만, 너무 얇으면 충분히 단자부로 열을 전도하는 것이 곤란해지기 때문에, 정극 집전체는 정극 활물질층 두께의 20% 이상인 것이 바람직하고, 부극 집전체는 부극 활물질층 두께의 10% 이상인 것이 바람직하다. 상한에 관해서는, 집전체의 두께에 응하여 전지 중량 및 전지 전체의 두께가 커지기 때문에, 필요 이상으로 두껍게 하는 것은 불리하다. 통상, 정극 집전체로서 알루미늄박을 이용하는 것이면, 입수의 용이성 등을 고려하여, 10㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 15㎛ 내지 30㎛이고, 부극 집전체로서 구리박을 이용하는 것이면, 5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 20㎛이다.

활물질층을 집전체상에 형성할 때는, 정부극 활물질 각각을, 적당한 결착제 수지 용액에 균일하게 분산시켜서, 슬러리를 조제한다. 이 때, 필요에 응하여, 각종 탄소질의 도전성 부여재, 각종 성형 조제 등을 첨가하여도 좋다. 뒤이어, 얻어진 슬러리를 집전체상에 코터를 이용하여 균일한 두께로 도포하고, 건조하고, 양면에 형성하는 경우는 또한쪽의 면에도 마찬가지로 도포, 건조한 후, 활물질의 형상을 파괴하지 않을 정도의 압력으로 프레스하여, 상기 막두께의 활물질층을 형성한다. 이 때, 집전체상에 활물질을 도포하지 않은 미도포부를 줄무늬 모양으로 형성 하고, 이 미도포부에 맞추어 끊어냄으로써, 각각의 전극을 얻을 수 있다. 이와 같이 줄무늬 모양의 미도포부를 형성하여 둠으로써, 활물질층 폭의 미도포부를 형성할 수 있고, 이것이 후처리 공정에서 리드 단자와의 접속에 이용되는 집전부로 된다. 특히, 본 발명에서는, 후술하는 리드 단자가 종래보다 폭 넓게 형성되기 때문에, 활물질층 폭의 미도포부를 그대로 집전부로서 이용하는 것이 바람직하다. 물론, 필요에 응하여, 리드 단자 폭에 맞추어서 집전부를 탭형상으로 성형하는 것을 막는 것은 아니다.

이와 같이 형성한 정부극 전극은, 각각, 정극 활물질층과 부극 활물질층이 대향하도록 세퍼레이터를 사이에 두고 복수 적층함으로써 전지 요소를 구성하는데, 이 때, 정극 전극의 집전부와 부극 전극의 집전부가 서로 격리한 영역으로 도출할 수 있도록, 예를 들면 각각 대향하는 측이 되도록 적층한다.

여기서 사용되는 세퍼레이터는, 리튬 이온 2차 전지에서, 통상 사용되는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀류(類)나, 불소 치환 폴리올레핀류, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아라미드 등을 사용할 수 있다. 세퍼레이터의 두께는 특히 제한은 없지만, 너무 두꺼우면, 레이트 특성이 불충분하게 되고 체적 에너지 밀도도 저하되는데다가, 상대적으로 함침시키는 전해액량도 증가하고, 전지 중량의 증대, 나아가서는, 전지 내부의 축열의 원인도 된다. 역으로 너무 적으면, 자기 방전하기 쉬워진다. 통상, 상한으로서는 50㎛ 이하, 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 하한으로서는 5㎛ 이상, 바람직하게는 10㎛ 이상이다.

다음에, 이와 같이 적층한 전지 요소의 정극, 부극 집전부에 각각 정극 리드 단자 및 부극 리드 단자를 접속한다. 본 발명에서의 리드 단자는, 방열성에 중점을 두어, 종래보다도 폭 넓게 형성한다. 상기한 특허 문헌10에서는, 하나의 변으로부터 2극을 취출하고 있기 때문에, 각 극의 리드 단자는 전지 폭의 50% 미만으로 밖에 형성할 수 없고, 게다가 2극 사이의 간격이 좁아지면 밀봉이 불충분하게 되기 때문에 리드 단자 폭 합계로 전지 폭의 40% 이하로 하고 있지만, 본 발명에서는, 하나의 변으로부터 1극의 단자밖에 취출하지 않고, 게다가 폭 넓게 형성함으로써 전류 통과 거리가 짧아지고, 단자부에서의 발열이 억제되기 때문에, 밀봉 불량이 일어나기 어려운 구조로 되어 있다. 본 발명에서는, 활물질층의 폭(A)에 대해 단자의 폭(B)를, B/A의 값이 57% 이상이 되도록 구성한다.

일본 특원2002-26147에 있어서, 본 발명자는 이 단자 폭에 관해 상세히 검토하고 있다. 그곳에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 직사각형의 전극(정극 및 부극)를 상정하고, 집전체상의 활물질이 도포된 영역(활물질 영역)(11)의 폭을 A,길이를 C로 하고, 집전체의 활물질의 미도포부인 집전부(12)에는 리드 단자(13)가 부착되어 있고, 이 리드 단자의 폭을 B로서 나타낸다.

도 3은, 도 2의 모델에 있어서 시뮬레이션에 의해 전류 통과 거리를 구하고, B/A의 관계를 그래프화한 것이다. 도면중, 전류 통과 거리는, B/A비 1%인 때의 전류 통과 거리를 100%로 하였을 때의 비율로 나타냈다. 전류 통과 거리와 발열량은 거의 비례 관계에 있기 때문에, 전류 통과 거리가 단축될수록, 발열량이 억제되게 된다. 여기서, 도 3을 참조하면, A에 대한 C의 비율(C/A)에 관계없이, B/A 값이 57% 이상인 경우에 전류 통과 거리가 짧아지고 있는 것을 알 수 있다. 따라서 B/A 값이 57% 이상인 경우에 발열량이 효과적으로 억제된다. 또한, 전류 통과 거리의 단축은, 전지의 내부 저항을 저하시키는 효과를 더불어 갖는다. 이 점에 있어서도 전지 요소로부터의 발열 억제에 기여한다.

상기한 예에서는 직사각형 전극이기 때문에, 활물질 영역의 폭(A)은 일정하지만, 다른 형상의 집전체를 이용하는 경우, 활물질 영역의 폭은 일정하지 않은 경우도 있고, 그 경우는, 리드 단자가 연장하여 나오는 방향에 대해 수직한 방향의 폭중, 가장 좁은 폭(가령 A'라고 한다)를 활물질 영역의 폭으로 한다. 이것은, 상기한 전류 통과 거리가 활물질 영역(11)의 폭중 가장 좁은 폭에 의존하여 정해지는 것에 의한다. 단, 가장 좁은 폭으로 되는 영역이 전류 통과 경로의 도중에 있는 경우, 그 부분의 집전체 단면적이 허용 전류치를 확보할 수가 없을 정도로 그 폭이 좁아지는 것이 아닌 것은 자명하다. 예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같은 전극 형상에서는, 전류 통과 경로의 기점이 되는 리드 단자 접속부의 대향측의 변이 가장 좁은 폭(A')으로 되어 있고, 도 5에 도시한 예에서는, 전류 통과 경로의 도중이 잘록해진 구조로 되고, 그 폭이 가장 좁은 폭(A')으로 되어 있다. 따라서 경우에 따라서는 B>A'로 되는 경우도 있지만, 통상 리드 단자의 폭(B)은 집전부의 폭보다 넓게 되는 일은 없다.

래미네이트 외장을 열 밀봉 등으로 밀봉할 때, 리드 단자를 타고넘어 밀봉되게 되는데, 통상, 이 리드 단자에는, 밀봉를 안전하게 행하기 위해, 밀봉부에 래미네이트 재료와의 밀착성을 개량하는 수단이 시행되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 금속 재료로 이루어지는 리드 단자와 열가소성 수지로 이루어지는 래미네이트 재료 와의 밀착성을 강화하기 위해, 공지의 프라이머 처리를 시행하거나, 래미네이트 재료에 사용되는 열가소성 수지를 밀봉재로서 미리 리드 단자에 도설(塗說)을 실시하여 둔다. 이 때, 리드 단자의 집전체 접합부 및 밀봉부의 표면적보다 외부에 노출하는 리드 단자부의 표면적을 크게 함에 의해, 리드 단자를 방열판으로서 기능시킬 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, 리드 단자(21)의 길이(전류의 방향, 상기 폭에 대해 수직한 방향)를 노출부쪽이 길게 되도록 구성하거나, 도 7에 도시한 바와 같이, 노출부에서의 폭을 집전체 접합부로부터 연속적 또는 단계적으로 넓게 하여, 표면적이 커지도록 구성할 수 있다. 이들의 도면에 있어서, 211은, 래미네이트 필름과의 밀착성을 개량할 목적으로 도설된 열 밀봉부이고, 이 부분에서 래미네이트 필름의 열 밀봉(seal)이 행하여진다. 22는, 전극이고, 23은 래미네이트 외장을 나타낸다.

이와 같이 리드 단자를 부착한 전극군을, 래미네이트 외장에 의해 밀봉한다. 래미네이트 외장에 사용되는 래미네이트 필름으로서는, 통상, 기재, 금속박, 실런트의 3층으로 구성된다. 기재는, 래미네이트 외장의 외측이 되는 것으로서, 폴리에스테르(PET)나 나일론 등의 내약품성이나 기계적 강도에 우수한 수지가 사용된다. 중간의 금속박은, 가스나 수분의 침입 방지나 형상 유지성을 부여하는 것으로서, 알루미늄, 철, 구리, 니켈, 티탄, 몰리브덴, 금(金) 등의 단(單)금속이나 스테인리스, 하스텔로이 등의 합금 등을 사용할 수 있다. 특히, 가공성에 우수한 알루미늄이 바람직하다. 실런트로는, 폴리에틸렌(PE), 변성 폴리프로필렌(PP), 아이오노머, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 등의, 열 밀봉에 의한 밀봉를 가능하게 하는 내약 품성에 우수한 열가소성 수지가 바람직하다. 기재의 두께는, 10 내지 50㎛, 바람직하게는 15 내지 30㎛ 정도이다. 금속박은, 너무 두꺼우면, 래미네이트 외장의 이점인 가공성이나 경량성을 손상시키고, 역으로 너무 얇으면, 래미네이트 필름으로서의 가공이 곤란하거나, 수분 등의 침입 방지나 형상 유지성에 뒤떨어지기 때문에, 통상, 10 내지 50㎛, 바람직하게는 20 내지 40㎛의 두께의 것을 사용한다. 실런트는 열 밀봉(통상, 160 내지 180℃, 5초 정도)에 의해 충분한 밀봉가 가능한 두께라면 특히 제한되지 않지만, 통상, 100㎛ 이하, 바람직하게는 80㎛ 이하이고, 밀봉를 보다 강고하게 하기 위해서는 50㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 너무 얇으면, 기계적 강도가 부족하기 때문에 10㎛ 이상은 필요하다.

이와 같은 래미네이트 필름을 이용하여 전지를 구성하는데는, 래미네이트 필름을 미리 외장 케이스상에 성형하고, 또는 래미네이트 필름으로 직접 전극군을 덮어서 밀봉하는 방법을 적용할 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시한 바와 같이, 컵형상으로 디프 드로잉 성형한 케이스 부재(31)에 상기 리드 단자(34)를 집전부(331)에 부착한 전극군(33)을 수납한다. 이 때, 리드 단자(34)의 열 밀봉부(341)가, 케이스 부재(31)의 차양부에 올라타도록 배치한다. 덮개재의 래미네이트 필름(32)를 덮고, 컵의 차양부의 일부(리드 단자를 취출하는 변이 아닌)를 열 밀봉한다. 계속해서, 리드 단자 취출 변의 열 밀봉를 행하고, 나머지 한 변으로부터 소정의 전해액을 주입하고, 주액 후, 감압 탈포를 행하고, 최후로, 진공 실기를 이용하여 감압 상태에서 나머지 한 변의 열 밀봉를 행함으로써 본 발명의 리튬 이온 2차 전지를 얻을 수 있다. 리드 단자 취출 변이 아닌 2변에서는, 래미네이트 필름을 되접어서 열 밀봉할 수도 있다.

본 발명에서는, 래미네이트 외장을 이용한 종래의 폴리머 전해질 전지와는 달리, 고출력, 고용량을 달성하기 위해, 액상 전해질을 이용한다. 액상 전해질로서는, 통상, 리튬 이온 2차 전지에 사용되는 비수 전해액을 사용할 수 있고, 용매로서 환상(環狀) 탄산 에스테르, 쇄상(鎖狀) 탄산 에스테르, 환상 에테르, 쇄상 에테르, 환상 에스테르, 쇄상 에스테르 및 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있고, 또한 지지 전해질로서 여러가지의 리튬 염을 사용할 수 있다.

본 발명에서는, 이와 같이 하여, 방전 심도 50%, 25℃에서의 10초 출력치가 3000W/㎏ 이상인 리튬 이온 2차 전지를 제조할 수 있다. 본 발명의 리튬 이온 2차 전지는 단전지로서도 극히 고용량의 전지이지만, 또한 복수의 전지를 접속하여 소망하는 전압, 용량의 조전지를 구성할 수 있다. 예를 들면, 정, 부극을 정돈하여 적층하고 접속함에 의해 병렬 접속에 의한 조전지를 얻을 수 있다. 또한, 적층할 때에 정, 부극을 교대로 접속하면 직렬 접속에 의한 조전지를 얻을 수 있다. 또한, 병렬 접속과 직렬 접속을 병용하여 조전지를 구성하는 것도 가능하고, 자유로운 레이아웃이며 도한 공간을 유효 이용한, 직렬, 병렬, 직병렬형 조전지를 얻을 수 있다. 본 발명의 리튬 이온 2차 전지는, 단전지당의 용량이 종래보다도 크기 때문에, 조전지로 한 때에 소정의 전압 및 용량을 얻는데 있어서 적은 단전지 수로 구성할 수 있고, 게다가 래미네이트 외장을 채용하였기 때문에, 극히 경량의 조전지로 할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 리드 단자의 노출부에 대해 냉각풍이 닿도록 함으로써, 리드 단자의 방열판으로서의 효과를 높일 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예만으로 한정되는 것이 아니다.

실시예 1

평균 입경 5㎛의 스피넬 구조를 갖는 망간산 리튬 분말, 탄소질 도전성 부여재, 및 폴리 불화 비닐리덴을 90 : 5 : 5의 중량비로 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 혼합, 분산, 교반하여 슬러리로 하였다. NMP의 량은 슬러리가 적당한 점도가 되도록 조정하였다. 이 슬러리를 독터 블레이드를 이용하여, 정극 집전체가 되는 두께 20㎛의 알루미늄박의 편면에 균일하게 도포하였다. 도포시에는, 약간의 미도포부(집전체가 노출하여있는 부분)가 줄무늬 모양으로 만들어지도록 하였다. 다음에 이것을 100℃에서 2시간 진공 건조시켰다. 마찬가지로 또한쪽의 면에도 슬러리를 도포하고, 진공 건조시켰다. 이 때, 표리의 미도포부가 일치하도록 하였다. 이와 같이 하여 양면에 활물질을 도포한 시트를 롤프레스하였다. 이 때 프레스 압력을 조정하여, 집전체를 제외한 정극의 두께가, 75 미크론이 되도록 하였다. 이것을 미도포부를 포함하여 직사각형(폭 90㎜ × 길이 150㎜)으로 잘라낸 것을 18장 준비하였다. 활물질 미도포부는 리드 단자에의 접속 예정부로 하는 것으로서, 단변측에 마련하였다. 이와 같이 하여, 합계의 이론 용량이 3Ah로 되는 정극을 준비하였다.

한편, 평균 입경 10㎛의 어모퍼스 카본 분말, 폴리 불화 비닐리덴을 91 : 9의 중량비로 NMP에 혼합, 분산, 교반하여 슬러리로 하였다. NMP의 량은 슬러리가 적당한 점도가 되도록 조정하였다. 독터 블레이드를 이용하여, 이 슬러리를 부극 집전체가 되는 두께 10미크론의 구리박의 편면에 균일하게 도포하였다. 도포시에는, 약간의 미도포부(집전체가 노출하여 있는 부분)가 줄무늬 모양으로 만들어지도록 하였다. 다음에 이것을 100℃ 2시간 진공 건조하였다. 또한, 이때 부극층의 단위 면적당의 이론 용량과 정극층의 단위 면적당의 이론 용량을 1 ; 1이 되도록 활물질의 도포량을 조정하였다. 마찬가지로 또한쪽의 면에도 슬러리를 도포하고 진공건조하였다. 이와 같이 하여 양면에 활물질을 도포한 시트를 롤 프레스하였다. 이때 프레스 압력을 조정하여, 집전체를 제외한 부극의 두께가, 70미크론이 되도록 하였다. 이것을 정극의 사이즈보다도 종횡 2㎜씩 큰 사이즈로, 미도포부를 포함하여 직사각형으로 잘라낸 것을 18장 준비하였다. 활물질 미도포부는 리드 단자에의 접촉 예정부로 하는 것이다. 이와 같이 하여 부극을 준비하였다.

상기한 바와 같이 하여 준비한 전극과 부극의 사이에, 부극의 사이즈보다도 종횡 2㎜씩 큰 사이즈의 직사각형의 폴리 프로필렌제의 두께 30㎛의 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하였다. 전극의 최외측은 부극이 되도록 하고, 그 부극의 더욱 외측에 세퍼레이터를 설치하였다(세퍼레이터/부극/세퍼레이터/정극/세퍼레이터/……/부극/세퍼레이터, 라는 순번). 정극의 활물질 미도포부와 부극의 활물질 미도포부는 대향하는 측이 되는 방향으로 정돈하였다(정부 리드 단자를 반대 방향으로 하기 위해). 전(全)층을 적층 완료한 곳에서, 4개소 점착 테이프 마감을 하여 층간 어긋남이 일어나지 않도록 하였다. 다음에 정극 리드 단자가 되는 두께 0.2㎜, 폭 60㎜, 길이 50㎜(정류 방향을 「길이」의 방향으로 하고 있다. B/A=0.67)의 알루미늄 판과, 전극 8장의 활물질 미도포부를 일괄하여 초음파 용접하였다. 마찬가지로 부극 리드 단자가 되는 두께 0.2㎜, 폭 60㎜ 길이 50㎜(B/A=0.65)의 니켈 도금 구리판과, 부극 9장의 활물질 미도포부를 일괄하여 초음파 용접하였다. 또한 정극 리드 단자 및 부극 리드 단자는 상기 용접 접속에 앞서서, 내장체에 의한 밀봉 예정부에 미리 전자선 가교 폴리프로필렌(50㎛) 및 산변성 폴리프로필렌(50㎛, 융점 130 내지 140℃)의 적층체로 이루어지는 수지막(이하 리드 피복 수지)를, 후자를 리드측을 향하여 양면에 열융착하여 두었다. 그 크기는, 리드 단자의 폭 방향으로 2㎜씩 양측으로 비어져 나오도록 하고(비어져 나온 부분은 산변성 폴리프로필렌층끼리가 융착한다), 리드 길이 방향으로 12㎜이다.

한편, 외장체용의 래미네이트 필름으로서, 나일론 25㎛, 연질 알루미늄 40㎛, 산변성 폴리프로필렌 40㎛(융점 160℃)의 적층체로 이루어지는 필름을 준비하고, 소정의 사이즈로 잘라내고, 전극 적층체가 수납될 수 있는 사이즈(리드 접속부 즉 활물질 미도포부를 포함하는 전극 적층체의 종횔 사이스와 개략 같은 크기, 두께는 같음)로 컵형상으로 디프 드로잉 성형하였다. 이 성형 후, 모자의 차양과 같이 되어 있는 컵의 주위의 필름을, 10㎜ 폭의 변이 되도록 남기고 트리밍하였다. 이와 같이 하여 성형한 래미네이트 필름의 컵 성형부에, 상기한 전극 적층체를 수납하였다. 트리밍된 필름의 차양부의 2개소에, 리드 단자가 올라타도록 하였다. 미리 융착하여 두었던 수지막이, 차양부를 타고넘어 전지의 내측과 외측에 1㎜씩 비어저 나오도록 위치를 맞추었다.

다음에 상기한 래미네이트 필름을 성형하지 않고 소정의 사이즈로 잘라내었 을 뿐의 것을, 상기한 발전 요소가 수납된 컵 성형부의 위에 실 면을 내측으로 향하여 덮개가 되도록 놓았다. 이 덮개의 사이즈는 상기한 성형·트리밍 후의 사이즈와 같은 사이즈로 하고, 겹친 때에 일치하도록 하였다.

다음에 트리밍된 필름의 차양부의 위를 경유하여 인출되어 있는 리드 단자를, 외장체의 단변(차양부)에 의해 이하와 같이 하여 밀봉하였다. 리드 단자 통과부에 선택적으로 강한 압력이 인가되도록, 리드의 두께에 대응하여 설계한 우묵한 단차(段差)를 형성한, 폭 9.5㎜의 히터를 준비하였다. 우묵한 단차의 형성 길이는, 각각의 리드 단자의 리드 피복 수지의 리드 단자 폭방향의 길이와 같게 하였다. 이 히터를 이용하여, 리드 밀봉 예정부를 래미네이트 필름의 외측에서 소정의 온도·압력·시간 조건으로 히트 프레스하였다. 압력·시간 조건은 모든 실시예(비교예)에서 일정하게 하고, 온도 조건만 바꾸었다. 시간 조건을 일정하게 한 것은, 택트 타임을 일정하게 하여 실시예와 비교예를 비교하기 위해서이다. 히트 프레스할 때, 히터의 가로 위치는, 히터의 우묵한 단차와 리드 단자 통과부(또는 리드 피복 수지)를 정밀하게 위치맞춤하고, 히터의 세로 위치는, 필름 단부로부터 히터 단부가 0.5㎜ 내측이 되도록 위치를 맞추었다(히터의 반대측의 단부는 래미네이트 필름의 컵 성형부의 측면에 맞달도록 하였다). 이와 같이 하여, 래미네이트 필름이 폭 9.5 내지 10㎜로 열융착 밀봉되고, 리드 단자도 액밀(液密)로 밀봉된 상태로 형성하였다. 이 때의 래미네이트 최외층(나일론)의 상태를 관찰하고, 또한 래미네이트 필름 내 알루미늄박과 리드 단자 사이의 단락의 유무를 조사하였다.

다음에, 리드 단자 인출부가 아닌 변(이하 긴 변(Q)이라고 한다)중 한 변(이 하 긴 변(P)이라고 한다)를 히트 실 하였다.

다음에, 긴 변(P)을 아래로 하여 기울이고, 최후의 양 실 부인 긴 변(Q)의 간극으로부터, 전극 적층체에 전해액을 주액(注液)하였다. 전해액은 1mol/리터의 LiPF₆를 지지염(支持鹽)으로 하고, 푸로필렌카보네이트와 메틸에틸카보네이트의 혼합 용매(중량비 50 : 50)를 용매로 하는 것이다. 주액 후, 감압 탈포를 행하였다. 최후로, 진공 실 기를 이용하여 감압 상태에서 긴 변(Q)의 히트 실을 행하고, 적층 래미네이트 전지를 완성시켰다. 용량은 2.5Ah이다.

비교예 1

롤 프레스 후의 집전체를 제외한 정극의 두께가, 130미크론, 부극의 두께가 120미크론 이외는, 실시예와 똑같이 하여 적층 래미네이트 전지를 완성시켰다. 용량은 5Ah이다.

비교예 2

실시예와 마찬가지로 정극, 부극을 작성하였다. 정극 및 부극을, 세퍼레이터를 사이에 두고 대향시켜서 감는 것에 의해 롤 모양의 권회식(卷回式) 전극을 얻었다. 권회식 전극에서는, 세퍼레이터의 폭이 가장 넓고, 부극, 정극의 순서로 폭이 좁아진다. 권회식 전극의 감기 종료부, 즉, 최외주는, 세퍼레이터만을 몇회 감던지, 또는, 외장 캔과 접한 부분에는, 활물질을 형성하지 않은 부극(즉, 외 캔과 접하는 부분은 부극 집전체로 된다)을 이용한다.

권회식 전극을, 직경 33㎜ 길이 l000㎜의 원통형상의 외장 캔에 삽입하고 부 극 단자와 외장 캔, 정극 단자와 윗덮개를 접속한다. 외장 캔은, 니켈 도금한 철 또는 스테인리스강으로 이루어지고, 부극 단자와 접속함에 의해 전압을 외부로 취출하고 있다. 윗덮개부는, 외장 캔과 절연하기 위한 절연판부 및 정극 단자와 접속하여 전압을 외부로 취출하기 위한 도전부로 이루어진다.

상술한 바와 같이 하여 조립한 전지에 전해액을, 함침하여 윗덮개와 외장 캔을 코킹 밀봉하여 금속 캔 전지를 완성시켰다. 용량은 2.5Ah이다.

비교예 3

리드 단자의 폭을 30㎜(B/A=0.33)로 한 이외는, 실시예 1과 똑같이 하여 적층 래미네이트 전지를 완성시켰다. 용량은 2.5Ah이다.

상기 전지를 이용하여, 4.2V(풀 충전)로부터 2.5V(풀 방전)까지, 75A 연속 방전을 행한 경우의 1C 용량에 대한 용량 비율, 및 방전시의 셀 표면의 온도 상승을 조사한 결과를 아래표에 나타낸다.

또한, 각각 방전 심도 50%(전 용량에 대해 50% 방전을 행한다)로, 10초간 전류 방전을 행하고, 10초 후의 전압 강하를 측정하였다. I-V 특성으로부터, 방전 하한 전압시의 최대 전류를 구하고, 10초 출력치를, 이하의 산출식으로부터 구하였다.

파워 밀도(W/㎏)={전압(V1)×Imax(A)}/Cell 중량(g)

전압(V1) : 2.5(V)

도 9에는, 2.5A 내지 75A에서의 용량(%)를 나타낸다.

[표 1]

	용량(%)	셀 표면의 온도상승 (℃/분)	방전심도50%, 25℃에서의 10초 출력치(W/㎏)
실시예	84	6	3200
비교예1	32	10	2700
비교예2	77	16	2200
비교예3	82	12	2900

실시예와 비교예 1의 비교에 의해, 전극 두께를 얇게 하면 대전류에서의 용량이 향상하고, 방전 가능한 시간이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 셀 표면의 온도 상승에 관해서도, 전극 두께를 얇게 함에 의해 개선되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예와 비교예 2의 비교로부터, 적층 래미네이트형으로 함에 의해, 같은 전극 두께라도 셀의 표면의 온도 상승은, 적층 래미네이트형쪽이, 작은 것을 알 수 있다. 더하여, 실시예와 비교예 3과의 비교에 의해, 단자 폭이 본 발명의 규정보다 좁아지면, 셀의 표면 온도 상승이 높고, 또한, 고출력의 전지를 얻을 수 없게 되는 것을 알 수 있다. 적층 래미네이트형은, 전지의 외형 면적이 크고, 적층 중심과 외부와의 거리가 짧기 때문에, 원통형에 비하여 방열성이 우수하다. 따라서 자동차의 어시스트 전원으로서 이용하는 전지를 다수개 접속하여 사용하는 조전지에 있어서, 전지의 설치 간격을 작게 할 수 있고, 컴팩트한 조전지 시스템으로 할 수 있다.

Claims

정극 집전체의 양면에 정극 활물질층을 형성한 정극 전극과, 부극 집전체의 양면에 부극 활물질층을 형성한 부극 전극을, 정극 활물질층과 부극 활물질층이 각각 대향하도록 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 복수 적층한 전지 요소를 액체 전해질을 함침시키고, 래미네이트 외장으로 지지한 리튬 이온 2차 전지에 있어서, 이하의 구성으로 이루어지며 방전 심도 50%, 25℃에서의 10초 출력치가 3000W/㎏ 이상이고,

(1) 정극 활물질의 평균 입경이 3 내지 10㎛이고, 정극 전극의 집전체를 제외한 두께가 30 내지 110㎛이고,,

(2) 부극 활물질의 평균 입경이 5 내지 10㎛이고, 부극 전극의 집전체를 제외한 두께가 30 내지 100㎛이고,

(3) 정극 단자 및 부극 단자가 서로 격리하여 외주 단연부에 도출되고, 상기 정극 단자 및 부극 단자가 각각

B/A≥0.57을 충족시키며,

단, A는 전류의 방향에 대해 수직한 방향의 활물질 영역의 폭, B는 전류의 방향에 대해 수직한 방향의 전극 단자 폭을 나타내는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1항에 있어서,

상기 정극 단자와 부극 단자를 서로 대향하여 도출시킨 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 1항에 있어서,

상기 정극 단자 및 부극 단자의 래미네이트 외장으로부터의 노출부가, 래미네이트 외장 내부에 위치하는 상기 정극 단자 및 부극 단자의 표면적보다도 넓은 표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
제 2항에 있어서,

상기 정극 단자 및 부극 단자의 래미네이트 외장으로부터의 노출부가, 래미네이트 외장 내부에 위치하는 상기 정극 단자 및 부극 단자의 표면적보다도 넓은 표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 2차 전지.
정극 단자 또는 부극 단자를 이용하여 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 리튬 이온 2차 전지의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 조전지.
제 5항에 있어서,

상기 정극 단자 및 부극 단자를 냉각풍에 의해 냉각 가능하게 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 조전지.