KR100819977B1 - 필름 외장 전지 및 필름 외장 전지의 제조 방법 - Google Patents

필름 외장 전지 및 필름 외장 전지의 제조 방법 Download PDF

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KR100819977B1
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마키히로 오토하타
히로시 야게타
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닛본 덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

필름 외장 전지(1)의 외장체 필름(2a, 2b)의 열융착된 접합부에는 두께(t1)의 평탄면(6')과 두께(t2)의 홈(6)이 형성되어 있다. 홈(6)은 이 홈(6)을 모서리부로 하고 변(2c)을 수납부(2a1)측으로 절곡하여 필름 외장 전지(1)의 투영 면적을 작게 하기 위한 것이고, 평탄면(6')보다 △t=t1-t2만큼 얇게 형성되어 있다. 이 때문에, 두께(t1)의 부분을 절곡한 경우에 비하여 외장체 필름(2a, 2b)의 외주측(6a)의 신장이 적어진다.
필름 외장 전지

Description

필름 외장 전지 및 필름 외장 전지의 제조 방법{FILM-CLAD BATTERY AND METHOD OF PRODUCING FILM-CLAD BATTERY}
본 발명은 가요(可撓)성을 갖는 외장재에 전지 요소를 수납한 필름 외장 전지 및 필름 외장 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
근년(近年), 휴대 기기 등의 전원으로서의 전지에는 경량화, 박형화가 강하게 요구되고 있다. 그래서, 전지의 외장재에 관해서도 경량화, 박형화에 한계가 있는 종래의 금속 캔에 대신하여, 더욱더 경량화, 박형화가 가능한 래미네이트 필름이 사용되도록 되어 왔다. 이 래미네이트 필름은 금속 캔에 비하여 자유로운 형상을 채택하는 것이 가능하고, 금속 박막 필름 또는 금속 박막과 열융착성 수지 필름을 적층(積層)하여 이루어지는 것이다.
전지의 외장재에 이용되는 래미네이트 필름의 대표적인 예로서는, 금속 박막인 알루미늄 박막의 한쪽 면에 히트 실 층인 열융착성 수지 필름을 적층함과 함께, 다른쪽의 면에 보호 필름을 적층한 3층 래미네이트 필름을 들 수 있다.
외장재에 래미네이트 필름을 사용한 필름 외장 전지는, 일반적으로 정극, 부극 및 전해질 등으로 구성되는 전지 요소를 열융착성 수지 필름이 내측이 되도록 하여 외장재로 둘러 싸고, 전지 요소의 주위에서 외장재를 열융착함에 의해 전지 요소를 기밀(氣密) 밀봉(이하, 단지 '밀봉'이라고 한다)하고 있다. 열융착성 수지 필름으로는, 예를 들면 폴리에틸렌 필름이나 폴리프로필렌 필름이 사용되고, 보호 필름으로는, 예를 들면 나일론 필름이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이 사용된다.
또한, 전지 요소로서는 리튬 전지나 니켈수소 전지 등의 화학 전지 외에, 커패시터와 같은 축전 기능을 갖는 것도 래미네이트 필름이 외장재로서 사용된다.
필름 외장 전지는, 전지 요소의 정극 및 부극을 외장재의 외부로 인출하기 위해, 정극 및 부극에는 각각 리드 단자가 접속되고, 이들 리드 단자를 외장재로부터 돌출시키고 있다. 전지 요소에의 리드 단자의 접속은 전지 요소의 밀봉에 앞서 초음파 용접 등에 의해 행하여진다. 또한, 전지 요소의 밀봉은 2장의 외장재로 전지 요소를 끼우고 외장재의 주변부를 열융착한다. 외장재의 열융착은 우선 외장재의 3변을 먼저 열융착하여 주머니 모양으로 한다. 그 후, 외장재의 내부로부터 공기를 배기함으로써 외장재의 내부를 진공으로 하고, 대기압에 의해 외장재를 전지 요소에 밀착시키고, 이 상태에서 나머지 1변을 열융착한다.
전지 요소가 어느 정도의 두께를 갖고 있는 경우에는, 한쪽의 외장재를 전지 요소를 수납하기 쉽도록, 디프드로잉 성형에 의해 플랜지가 붙은 용기 형상으로 형성하여 두고, 이 용기 형상으로 형성한 외장재를 전지 요소의 위로부터 씌우고, 플랜지부를 열융착에 의해 접합하는 것이 일반적으로 행하여지고 있다.
필름 외장 전지 내부에의 외부의 수분 등의 침입이나 필름 외장 전지 내부의 전해액 등 외부로의 일산(逸散)을 막기 위해, 외장체 필름에는 배리어(barrier)층 으로서 알루미늄 등의 금속 박막이 사용되고 있지만, 전지 요소 주위의 접합부의 단부(端部)는 열융착 수지 필름층이 노출하기 때문에, 수지 그 자체의 분자수송(分子輸送) 현상에 의거한 리크 패스의 원인으로 되어 버린다. 그래서, 필름 외장 전지의 밀봉 신뢰성 향상을 위해서는, 접합부의 폭을 넓게 하여 투과 경로를 길게 하고 저항을 크게 함에 의해 리크를 감소시키는 것이 가능하지만, 그 때문에 필름 외장 전지의 투영 면적이 커진다는 문제가 있다. 그래서 접합부를 전지 요소 수납부측으로 절곡(折曲)하여 투영 면적을 작게 하는 것이 일본 특개2002-255140공보에서 제안되어 있다.
발명의 개시
그러나, 상술한 종래의 필름 외장 전지의 접합부의 절곡은 래미네이트 필름의 두께에 의해 절곡의 내측과 외측에서 필름의 신장이 다르기 때문에, 외측의 층이 신장에 완전히 추종할 수 없기 때문에, 절곡 부분에 크랙 등의 데미지가 생겨 버리는 일이 있다는 문제가 있다. 이하에, 이 현상에 관해 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 필름 외장 전지(101)는 투영 면적을 작게 하기 위해, 대향한 2변의 접합부를 전지 요소 수납부측으로 거의 직각으로 절곡된 형상을 갖고 있다. 도 2에 도시한 절곡 전의 접합부 부근의 단면도와 같이, 래미네이트 필름을 구성하는 보호 필름(102c), 금속 박막(102d), 열융착제 수지 필름(102e)의 각 층 모두 접합부의 두께 변동은 거의 없다.
그러나, 도 3에 도시한 바와 같이, 이 접합부를 근원으로부터 거의 직각으로 전지 요소 수납부측으로 절곡하면, 절곡부의 외주측(106a)의 층이 얇게 늘어나서, 크랙이 발생하는 원인이 될 우려가 있다. 금속 박막(102d)층에 크랙이 발생하면 그 크랙을 통한 리크 패스가 발생하고, 그 크랙으로부터의 전지 내부에의 짧은 투과 경로가 생겨 버려 필름 외장 전지(101)로서의 성능이나 신뢰성이 손상될 우려가 있다.
이상의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 접합부를 절곡할 때에 생기는 외장재의 손상을 방지하는 것이 가능한 가요성을 갖는 외장재에 전지 요소를 수납한 필름 외장 전지 및 필름 외장 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 필름 외장 전지는, 정극과 부극을 대향시킨 구조를 갖는 전지 요소와, 적어도 열융착성 수지층과 금속 박막층이 적층되고, 상기 열융착성 수지층을 내측으로 하여 상기 전지 요소를 둘러 싸고, 주변의 접합부가 열융착됨으로써 상기 전지 요소를 밀봉하는 외장체 필름을 가지며, 상기 접합부의 적어도 1변이 절곡되어 있는 필름 외장 전지에 있어서, 접합부에 적어도 하나의 절곡부가 형성되어 있고, 절곡부의 두께가 접합부에 있어서의 절곡부 주위의 두께보다도 얇은 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 필름 외장 전지는, 접합부에 두께가 얇게 되어 있는 절곡부가 형성되어 있다. 즉, 절곡부는 그 두께가 얇게 되어 있기 때문에, 절곡부에서 절곡할 때에 절곡의 외주측이 과도하게 늘어나지 않는다. 이 때문에, 외장체 필름의 늘어남에 의한 크랙의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 절곡부가 존재함에 의해 구부리는 위치가 확정되기 때문에, 부적당한 위치를 절곡하여 버리는 일이 없다. 이로써, 절곡 후의 필름 외장 전지의 치수를 일치시키는 것이 용이해진다.
또한, 본 발명의 필름 외장 전지는, 절곡부가 홈이라도 좋고, 접합부의 적어도 한쪽의 면에 홈이 형성되어 있는 것이라도 좋다.
또한, 본 발명의 필름 외장 전지는, 접합부에 복수의 절곡부가 형성되어 있고, 각 절곡부마다 접합부가 절곡되어 있는 것이라도 좋다.
본 발명의 필름 외장 전지는, 정극과 부극을 대향시킨 구조를 갖는 전지 요소와, 적어도 열융착성 수지층과 금속 박막층이 적층되고, 열융착성 수지층을 내측으로 하여 전지 요소를 둘러 싸고, 주변의 접합부가 열융착됨으로써 전지 요소를 밀봉하는 외장체 필름을 가지며, 접합부의 적어도 1변이 절곡되어 있는 필름 외장 전지에 있어서, 접합부에 복수의 절곡부가 형성되어 있고, 절곡부의 두께가 접합부에 있어서의 절곡부 주위의 두께보다도 얇고, 절곡부가 접합부의 적어도 한쪽의 면에 형성된 홈이고, 각 절곡부마다 접합부가 절곡되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 필름 외장 전지는, 전지 요소가 화학 전지, 커패시터중 어느 것이라도 좋다.
본 발명의 필름 외장 전지의 제조 방법은, 내부에 전지 요소를 수납하고 있는 외장체 필름의 전지 요소의 주변에 형성되어 있는 접합부의 적어도 하나가 절곡되어 있는 필름 외장 전지의 제조 방법에 있어서, 접합부에, 접합부에 있어서의 주위의 두께보다도 얇은, 적어도 하나의 절곡부를 형성하는 공정과, 접합부를 절곡부에서 절곡하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 필름 외장 전지는, 접합부에 두께가 얇게 되어 있는 절곡부를 형성한다. 이 때문에 절곡에 필요로 하는 힘이 경감된다. 또한, 절곡부가 존재함에 의해 구부리는 위치가 확정되기 때문에, 부적당한 위치를 절곡하여 버리는 일이 없다. 이로써 절곡 후의 필름 외장 전지의 치수를 일치시키는 것이 용이해진다. 나아가서는, 절곡부에서 절곡한 때에 절곡의 외주측이 과도하게 늘어나는 일이 없기 때문에, 외장체 필름의 늘어남에 의한 크랙이 발생하기 어려운, 신뢰성이 있는 필름 외장 전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 필름 외장 전지의 제조 방법은, 접합부의 적어도 한쪽의 면을 볼록부를 갖는 부재로 가압함으로써 절곡부를 형성하는 공정을 포함하는 것이라도 좋고, 열융착성을 갖는 외장체 필름의 접합부를 부재에 의한 가열 및 가압에 의해 열융착하여 접합하는 공정을 포함하는 것이라도 좋다.
또한, 본 발명의 필름 외장 전지의 제조 방법은, 전지 요소로서 화학 전지, 커패시터의 어느 하나를 준비하는 공정을 포함하는 것이라도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 외장체 필름 접합부가 절곡되는 부분을 얇게 형성하고 있기 때문에 절곡 작업이 용이해지고, 또한 절곡한 때의 외주측의 신장이 적어지기 때문에 외장재의 손상을 방지할 수 있다. 본 발명은, 이로써 접합부의 도중에 크랙이 생겨 전지 내부에의 짧은 투과 경로가 생기는 것을 방지할 수 있고, 또한 수분 침입이나 전해액 일산이 가속되어 버리는 것을 방지할 수 있기 때문에 전지의 성능이나 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
다음에, 본 발명의 실시의 형태에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
[제 1의 실시 형태]
도 4는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 외관을 도시한 사시도, 도 5는 도 4에 도시한 필름 외장 전지의 구성을 도시한 분해 사시도, 도 6은 도 4에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도이다. 또한, 도 5에는 본 발명의 특징인 홈이 형성되어 있지 않은 상태의 필름 외장 전지를 도시하고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 필름 외장 전지(1)는, 세퍼레이터(10)를 사이에 두고 적층된 정극 전극판(8) 및 부극 전극판(9)을 갖는 적층형의 전지 요소(5)(도 20 참조)와, 전지 요소(5)를 전해액과 함께 수납하는 직사각형 형상의 외장체 필름(2a, 2b)과, 전지 요소(5)의 정극체 및 부극체의 각각에 접속된 정극 리드 단자(3) 및 부극 리드 단자(4)를 갖는다.
외장체 필름(2a, 2b)으로서는, 금속 박막과 열융착성 수지를 적층한 래미네이트 필름 등, 필름 외장 전지에 일반적으로 사용되는 주지의 외장재를 이용할 수 있다. 본 실시 형태의 외장체 필름(2a, 2b)은 보호 필름(2f), 금속 박막(2d) 및 열융착성 필름(2e)이 적층되어 이루어지는(도 8 참조) 것이다.
이 외장체(2a)는 전지 요소(5)를 수납하기 위한 수납부(2a1)가 형성되어 있다. 수납부(2a1)는, 예를 들면 디프드로잉 성형에 의해 형성되는 것이라도 좋다. 전지 요소(5)는, 외장체(2a)의 수납부(2a1)에 수납되고, 외장체 필름(2b)과 함께 전지 요소(5)를 상하로부터 끼워서 둘러 싸고, 이들 외장체 필름(2a, 2b)의 주변부를 열융착함으로써 밀봉된다. 이때, 외장체 필름(2a, 2b)은 그 3변을 먼저 열융착하여 주머니 모양으로 해 둔다. 주머니 모양으로 된 외장체 필름(2a, 2b)은 그 속에 전해액을 주액(注液)한 후, 개방되어 있는 나머지 1변으로부터 내부의 공기가 배기된다. 주머니 모양의 외장체 필름(2a, 2b)은, 그 후 나머지 1변을 열융착함으로써 기밀 밀봉된다.
외장체 필름(2a, 2b)은, 도 7의 접합부 열융착시의 단면도에 도시한, 볼록부(7a) 및 평탄부(7b)를 갖는 열융착 헤드(7)를 이용하여 열융착이 이루어진다. 열융착 헤드(7)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 외장체 필름(2a, 2b)을 양측에서 끼워 넣어 열융착한다. 도 8에 열융착 후의 접합부의 일부 단면도를 도시한다. 평탄부(7b)에 의해 열융착된 부분은 두께(t1)의 평탄면(6')으로서 형성되고, 볼록부(7a)에 의해 열융착된 부분은 두께(t2)의 홈(6)으로서 형성된다. 즉, 외장체 필름(2a, 2b)의 홈(6)의 부분은 평탄면(6')보다 △t=t1-t2만큼 얇게 된다. 홈(6)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 정극 리드 단자(3) 및 부극 리드 단자(4)가 돌출하지 않는, 마주 대하는 2개의 긴 변인 변(2c)에 형성되어 있다. 이 홈(6)은, 변(2c)을 수납부(2a1)측으로 절곡하여 필름 외장 전지(1)의 투영 면적을 작게 하기 위한 절곡부이다.
본 실시 형태의 필름 외장 전지(1)의 경우, 변(2c)에 평탄면(6')보다도 △t만큼 얇게 된 부분인 홈(6)을 절곡함으로써, 절곡에 필요로 하는 힘이 경감된다. 또한, 홈(6)이 존재함에 의해 구부리는 위치가 확정되기 때문에 부적당한 위치를 절곡하여 버리는 일이 없다. 이로써, 절곡 후의 필름 외장 전지(1)는 그 치수를 일치시키는 것이 용이해진다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 이상과 같이 작업성을 향상시키는 효과가 있는 외에, 홈(6)이 평탄면(6')보다도 △t만큼 얇은 두께(t2)로 되어 있기 때문에, 두께(t1)의 부분을 절곡한 경우에 비하여 외장체 필름(2a, 2b)의 외주측(6a)의 신장을 적게 할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태는, 절곡한 부분의 외주측(6a)의 과도한 늘어남에 의한 크랙의 발생을 방지할 수 있고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 변(2c)에 홈(6)을 형성한 본 실시 형태의 필름 외장 전지(1)는, 절곡 작업성이 향상하는 것, 치수를 정돈할 수 있는 것, 나아가서는 필름 외장 전지(1)로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시 형태에서는, 대향하는 2개의 변(2c)에 홈(6)을 형성하여 절곡한 구성을 나타냈지만, 홈(6)의 형성은 임의의 1변 이상으로 하여도 좋다. 또한, 홈(6)은 변의 길이 전부에 걸쳐서 형성되어 있지 않아도 좋고, 예를 들면 변의 단부에는 형성하지 않아도 좋다. 또한, 정극 리드 단자(3)와 부극 리드 단자(4)는 다른 2변 이상으로부터 돌출시켜도 좋다. 또한, 접합부의 절곡은 전지 요소(5) 수납부와는 반대측으로 약 180° 절곡하는 등, 임의의 방향이나 각도로 하여도 좋다. 또한, 본 실시 형태는, 변(2c)의 양면에 볼록부(7a)를 갖는 열융착 헤드(7)에 의해 홈(6)을 형성한 예를 나타냈지만, 한쪽 면만으로 형성하는 것이라도 좋다.
[제 2의 실시 형태]
다음에, 도 10 내지 도 15를 이용하여 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지에 관해 설명한다. 그리고 본 실시 형태의 필름 외장 전지의 기본적 구조, 홈의 형성 방법 및 구조는 제 1의 실시 형태에서의 필름 외장 전지와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
제 1의 실시 형태는, 2장의 외장체 필름으로 전지 요소를 수납하고 그 주위 4변을 열융착하여 밀봉하는 구성을 나타냈지만, 본 실시 형태의 필름 외장 전지(11, 21)는, 1장의 외장체 필름(12, 22)을 절곡하여 전지 요소(15, 25)를 수납하고, 주위 3변을 열융착하여 밀봉하고 있다.
도 10 내지 도 12의 예는, 외장체 필름(12)을 절곡하여 이루어지는 변에 대향하는 1변에 홈(16)을 형성하고, 그 접합부를 전지 요소(15)를 수납하고 있는 수납부(12a1)측으로 절곡하고 있다. 도 10은 필름 외장 전지의 외관을 도시한 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도이고, 도 12는 도 10에 도시한 필름 외장 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 10 내지 도 12에 도시한 필름 외장 전지(11)는, 도 12의 분해 사시도에 도시한 바와 같이 외장체 필름(12)이 정극 리드 단자(13) 및 부극 리드 단자(14)가 돌출하고 있는 변에 인접하는 변(12c')의 되접음 부(折返部)(12')에서 절곡되어 있다. 이 필름 외장 전지(11)는, 도 11에 도시한 바와 같이 되접음 부(12') 이외의 3변이 열융착에 의해 접합되어 있고, 되접음 부(12')에 대향하는 변(12c)에만 홈(16)이 형성되어 있다. 이 홈(16)의 형성 방법 및 구성은 제 1의 실시 형태에서 나타낸 방법과 기본적으로 같다. 필름 외장 전지(11)도, 홈(16)에 따라 변(12c)이 수납부(12a1)측으로 절곡됨으로써, 도 10에 도시한 1변만이 절곡된 필름 외장 전지(11)로 된다.
한편, 도 13 내지 도 15의 예는, 외장체 필름(22)을 절곡하여 이루어지는 변과 대향하는 변에 정극 리드 단자(23) 및 부극 리드 단자(24)의 돌출부를 마련하고, 그 밖의 2변에 홈(26)을 마련하고, 이들 그 외의 2변을 절곡하고 있다. 그 밖의 구성은 제 1의 실시 형태와 같기 때문에 그 설명은 생략한다. 도 13은 필름 외장 전지의 외관을 도시한 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도, 도 15는 도 13에 도시한 필름 외장 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 13 내지 도 15에 도시한 필름 외장 전지(21)는, 도 15의 분해 사시도에 도시한 바와 같이, 외장체 필름(22)이, 정극 리드 단자(23) 및 부극 리드 단자(24)가 돌출하고 있는 변에 대향하는 변(22c')의 되접음 부(22')에서 절곡되어 있다. 필름 외장 전지(21)는, 도 14에 도시한 바와 같이 되접음 부(22') 이외의 3변이 열융착에 의해 접합되어 있다. 그리고 이 변(22c')과, 정극 리드 단자(23) 및 부극 리드 단자(24)가 돌출하는 변 이외의 2개의 변(22c)의 각각에 홈(26)이 형성되어 있다. 이들 홈(26)의 형성 방법 및 구성도 제 1의 실시 형태에서 나타낸 방법과 기본적으로 같다. 필름 외장 전지(21)도, 홈(26)에 따라 각 변(22c)이 수납부(22a1)측으로 절곡됨으로써, 도 13에 도시한 바와 같이 제 1의 실시 형태의 필름 외장 전지(1)와 마찬가지로 2변이 절곡된 필름 외장 전지(21)로 된다.
이상, 변(12c), 변(22c)에 홈(16, 26)이 형성된 본 실시 형태의 필름 외장 전지(11, 21)는, 제 1의 실시 형태의 필름 외장 전지(1)와 마찬가지로, 절곡 작업성의 향상 및 치수를 정돈할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 필름 외장 전지(11, 21)는, 1장의 외장체 필름(12, 22)을 절곡하여 전지 요소를 수납함으로써, 2장의 외장체 필름을 이용하여 전지 요소를 수납한 때에 비하여, 리크 패스가 될 수 있는 열융착성 수지 필름(2e)의 노출하는 변을 줄일 수 있고, 외부 수분의 침입이나 전해액의 일산에 의한 필름 외장 전지(11, 22)의 성능이나 신뢰성의 저하를 보다 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서도, 홈은 변의 길이 전부에 걸쳐서 형성되어 있지 않아도 좋고, 예를 들면 변의 단부에는 형성하지 않아도 좋다. 또한, 본 실시 형태의 필름 외장 전지는 정극 리드 단자와 부극 리드 단자를 다른 2변 이상으로부터 돌출시켜도 좋다. 또한, 접합부의 절곡은 전지 요소 수납부와는 반대측으로 약 180°절곡하는 등, 임의의 방향이나 각도로 하여도 좋다. 또한, 홈(16, 26)은 양면에의 형성, 또는 한쪽 면만으로의 형성중 어느 것이라도 좋다.
다음에, 도 16 내지 도 19를 이용하여 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지에 관해 설명한다. 그리고, 본 실시 형태의 필름 외장 전지의 기본적 구조, 홈의 형성 방법 및 구조는 제 1의 실시 형태에서 필름 외장 전지와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지는, 외장체 필름의 열융착부를 복수회 되접어서 필름 외장 전지의 투영 면적을 보다 작게 한 것이고, 도 16 및 도 17에는 하나의 변에 홈이 2개 형성된 예를, 또한, 도 18 및 도 19에는 하나의 변에 홈이 3개 형성된 예를 각각 도시한다.
도 16은 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 하나의 변에 홈이 2개 형성된 필름 외장 전지의 외관을 도시한 사시도이고, 도 17은 도 16에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도이다.
도 17에 도시한 바와 같이, 정극 리드 단자(33) 및 부극 리드 단자(34)가 돌출하지 않은 2개의 변(32c)에는 각각 2개의 홈(36a, 36b)이 개략 평행하게 형성되어 있다. 홈(36a)은 상술한 각 실시 형태와 마찬가지로 변(32c)을 수납부(32a1)측으로 절곡하기 위한 것이다. 홈(36a)보다도 외측에 형성된 홈(36b)은, 홈(36a)을 모서리부로 하여 절곡하여 세운 변(32c)을 다시 되접기 위한 것이다. 즉, 홈(36b)은 산형상(山狀)으로 절곡된 변(32c)의 정부(頂部)에 위치하게 된다. 필름 외장 전지(31)는, 이들 홈(36a, 36b)에 따라 변(32c)을 절곡하고 있기 때문에 투영 면적이 보다 작아진다.
한편, 도 18은 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한, 하나의 변에 홈이 3개 형성된 필름 외장 전지의 외관을 도시한 사시도이고, 도 19는 도 18에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도이다.
도 18에 도시한 바와 같이, 정극 리드 단자(43) 및 부극 리드 단자(44)가 돌출하지 않은 2개의 변(42c)에는 각각 3개의 홈(46a, 46b, 46c)이 거의 평행하게 형성되어 있다. 홈(46a)은 상술한 각 실시 형태와 마찬가지로 변(42c)을 수납부(42a1)측으로 절곡하기 위한 것이다. 홈(46a)보다도 외측에 형성된 홈(46b, 46c)은, 서로 근접하여 형성되어 있고, 홈(46a)을 모서리부로 하여 절곡하여 세운 변(42c)을 다시 되접기 위한 것이다. 즉, 본 예도 변(42c)을 산형상으로 되접는 것이지만, 도 16 및 도 17에 도시한 예와 같이 1개소에서 180°가깝게 절곡하는 것이 아니라, 홈(46b, 46c)의 2개소를 각각 90°가깝게 절곡함으로써, 예각(銳角)의 절곡에 의한 외장체 필름에의 데미지를 보다 저감하고 있다. 필름 외장 전지(41)도, 이들 홈(46a, 46b, 46c)에 따라 변(42c)을 절곡하고 있기 때문에 투영 면적이 보다 작아진다.
이상, 변(32c)에 홈(36a, 36b), 변(42c)에 홈(46a, 46b, 46c)이 형성된 본 실시 형태의 필름 외장 전지(31, 41)는, 제 1의 실시 형태의 필름 외장 전지(1)와 마찬가지로, 절곡 작업성의 향상, 치수를 일치시키는 것 및 필름 외장 전지로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 필름 외장 전지는, 외장체 필름(32, 42)을 산형상으로 절곡하여 전지 요소를 수납함으로써 투영 면적이 보다 작아진다.
또한, 본 실시 형태에서도, 홈은 변의 길이 전부에 걸쳐서 형성되어 있지 않아도 좋고, 예를 들면 변의 단부에는 형성하지 않은 것이라도 좋다. 또한, 정극 리드 단자와 부극 리드 단자는 다른 2변 이상으로부터 돌출시켜도 좋다. 또한, 접합부의 절곡은 전지 요소 수납부와는 반대측으로 절곡하는 등을 하여도 좋고, 형성하는 홈의 갯수는 3개 이상이라도 좋다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 절곡부를 이른바 홈 형상의 것으로 하였지만, 절곡부의 두께가 절곡부 이외의 접합부의 두께보다도 얇으면 어떤 형상이라도 좋다. 예를 들면, 절곡부는 완만한 오목형상이라도 좋다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 홈이 절곡의 외주측과 내주측의 홈 형상이 대강 같은 형상의 것을 한 예로 나타냈지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 외주측의 홈과 내주측의 홈의 단면(斷面) 형상이 다른 것이라도 좋다. 예를 들면, 외주측의 홈의 바닥부를 내주측보다 넓게 형성하는 또는 그 반대라도 좋다. 또한, 각 실시 형태에서는, 양면이 오목형상의 홈을 예로 나타냈지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 절곡의 외주측 또는 내주측의 어느 한쪽만이 오목형상으로 되어 있는 것이라도 좋다.
도 1은 종래의 필름 외장 전지의 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 필름 외장 전지의 긴 변 접합부의 절곡 전의 단면도.
도 3은 도 1에 도시한 필름 외장 전지의 긴 변 접합부의 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 사시도.
도 5는 도 4에 도시한 필름 외장 전지의 분해 사시도.
도 6은 도 4에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도.
도 7은 도 4에 도시한 필름 외장 전지의 긴 변 접합시의 상태를 도시한 단면도.
도 8은 도 4에 도시한 필름 외장 전지의 긴 변 접합부의 절곡 전의 단면도.
도 9는 도 4에 도시한 필름 외장 전지의 긴 변 접합부의 단면도.
도 10은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 사시도.
도 11은 도 10에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도.
도 12는 도 10에 도시한 필름 외장 전지의 분해 사시도.
도 13은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 다른 필름 외장 전지의 사시도.
도 14는 도 13에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도.
도 15는 도 13에 도시한 필름 외장 전지의 분해 사시도.
도 16은 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 사시도.
도 17은 도 16에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도.
도 18은 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 다른 필름 외장 전지의 사시도.
도 19는 도 18에 도시한 필름 외장 전지의 접합부 절곡 전의 상태를 도시한 사시도.
도 20은 본 발명의 실시예에 있어서의 전지 요소의 구성을 도시한 분해 사시도.
다음에, 본 발명의 구체적인 실시예에 관해, 상술한 제 1의 실시 형태의 필름 외장 전지(1)를 예로 들어, 제 1의 실시 형태의 설명에 이용한 도면을 참조하면 서 설명한다.
<정극의 제작>
본 실시예에서는, 스피넬 구조를 갖는 망간산 리튬 분말, 탄소질이고 도전성을 부여하는 재료 및 폴리 불화 비닐리덴을 90:5:5의 질량비로 N-메틸피롤리돈(NMP로 표시하는 일이 있다)에 혼합 분산, 교반(攪拌)하여 슬러리로 하였다. NMP의 량은 슬러리가 적당한 점도가 되도록 조정하였다. 이 슬러리는 독터 블레이드를 이용하여 정극 전극판(8)이 되는 두께 20㎛의 알루미늄박의 한쪽 면에 균일하게 도포되었다. 도포시에는, 약간의 미도포부(未塗布部)(알루미늄박이 노출하고 있는 부분)가 줄무늬 모양으로 생기도록 하였다. 다음에, 이 슬러리가 도포된 알루미늄박을 100℃에서 2시간 진공 건조하였다. 그 후, 알루미늄박의 또다른 한쪽의 면에도 마찬가지로 슬러리를 도포하고, 진공 건조시켰다. 이때, 표리의 미도포부가 일치하도록 슬러리의 도포를 행하였다.
이와 같이 하여 양면에 활(活)물질을 도포한 알루미늄박을 롤 프레스 하였다. 이것을 활물질의 미도포부를 포함하여 직사각형으로 잘라내어, 정극 전극판(8)으로 하였다. 활물질의 미도포부는 편측의 일부를 직사각형으로 남긴 외는 잘라버리고, 남은 부분을 탭 부로 하였다.
<부극의 제작>
무정형 카본 분말, 폴리 불화 비닐리덴을 91:9의 질량비로 NMP에 혼합, 분산, 교반하여 슬러리로 하였다. NMP의 량은 슬러리가 적당한 점도가 되도록 조정하였다. 이 슬러리를, 독터 블레이드를 이용하여, 부극 전극판(9)이 되는 두께 10㎛ 의 구리박의 한쪽 면에 균일하게 도포하였다. 도포시에는, 약간의 미도포부(구리박이 노출하고 있는 부분)가 줄무늬 모양으로 되도록 하였다. 다음에, 이 슬러리가 도포된 알루미늄박을 100℃로 2시간 진공 건조하였다. 또한, 이때 부극 전극판(9)의 단위면적당의 이론 용량과 정극 전극판(8)의 단위 면적당의 이론 용량이 1:1이 되도록, 활물질의 도포 두께를 조정하였다. 그 후, 구리박의 또다른 한쪽의 면에도 마찬가지로 슬러리를 도포하고 진공 건조하였다.
이와 같이 하여 양면에 활물질을 도포한 구리박을 롤 프레스 하였다. 이것을 정극 전극판(8)의 사이즈보다도 종횡 2㎜씩 큰 사이즈로 미도포부를 포함하여 직사각형으로 잘라내고, 부극 전극판(9)으로 하였다. 활물질의 미도포부는 한쪽의 일부를 직사각형으로 남긴 외는 잘라버리고, 남은 부분을 탭 부로 하였다.
<전지 요소의 제작>
상기한 바와 같이 하여 제작한 정극 전극판(8)과 부극 전극판(9) 및 폴리프로필렌층/폴리에틸렌층/폴리프로필렌층의 3층 구조를 갖는 마이크로포러스 시트로 이루어지는 세퍼레이터(10)를 도 20에 도시한 바와 같이 교대로 적층하였다. 이때, 가장 외측의 전극판은 부극 전극판(9)이 되도록 하고, 그 부극 전극판(9)의 또한 외측에 세퍼레이터(10)를 설치하였다(즉, 세퍼레이터/부극 전극판/세퍼레이터/정극 전극판/세퍼레이터/……/부극 전극판/세퍼레이터라는 순번으로 적층하였다).
뒤이어, 정극 전극판(8)의 탭 부와 두께 0.1㎜의 알루미늄판으로 이루어지는 정극 리드 단자(3)를 일괄하여 초음파 용접하여 정극 집전부로 하였다. 마찬가지로, 부극 전극판(9)의 탭 부와 두께 0.1㎜의 니켈판으로 이루어지는 부극 리드 단 자(4)를 일괄하여 초음파 용접하여 부극 집전부로 하였다.
<전지 요소의 밀봉>
외장재로서는, 나일론층/알루미늄층/산 변성 폴리프로필렌층/폴리프로필렌층의 4층 구조를 갖는 알루미늄 래미네이트 필름인 2장의 외장체 필름(2a, 2b)을 이용하였다. 외장체 필름(2a)에, 디프드로잉 성형에 의해 폴리프로필렌층측이 오목형상이 되도록 전지 요소(5)보다 한결 큰 오목부를 형성하는 것으로 수납부(2a1)로 하였다.
상기한 전지 요소(5)를, 정극 리드 단자(3) 및 부극 리드 단자(4)만이 외장체 필름(2a, 2b)으로부터 돌출하도록, 2장의 외장체 필름(2a, 2b)을 맞겹처서 전지 요소(5)를 수납시키고, 외장체 필름(2a, 2b)의 주위 3변을 열융착에 의해 접합하였다. 리드 단자가 돌출하는 변과 인접하는 2개가 대향하는 긴 변은, 도 7에 도시한 바와 같이 열융착 헤드(7)의 융착부 표면에 볼록부를 갖는 열융착 장치를 이용하여 열융착하여, 도 6의 사시도 및 도 8의 단면도에 도시한 홈(6)을 갖는 접합부를 얻었다.
다음에, 접합하지 않은 나머지 1변으로부터 전지 요소(5)를 수납한 외장체 필름(2a, 2b)의 내부로 전해액을 주입하였다.
전해액은 1mol/리터의 LiPF6을 지지염(支持鹽)으로 하고, 프로필렌카보네이트와 에틸렌카보네이트의 혼합 용매(질량비 50:50)를 용매로 한 것을 이용하였다. 전해액의 주입 후, 외장체 필름(2a, 2b)의 개방된 나머지 1변으로부터 내부의 공기 를 배기하고, 나머지 1변을 열융착함에 의해 전지 요소(5)를 밀봉하였다.
최후로, 도 9의 단면도에 도시한 바와 같이, 홈(6)이 모서리부가 되도록 접합부를 수납부(2a1) 방향으로 거의 직각으로 절곡함으로써, 래미네이트 필름으로 이루어지는 외장체를 갖는 리튬 2차전지인 필름 외장 전지(1)가 제작되었다.
이상, 대표적인 몇 가지의 실시 형태 및 구체적인 실시 예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 적절히 변경될 수 있는 것은 분명하다.
예를 들면, 가요성을 갖는 외장재로서 금속 박막과 열융착성 수지와의 래미네이트 필름을 이용하였지만, 전지 요소를 밀봉하는데 충분한 배리어성을 갖는 것이라면 다른 재료를 이용할 수도 있다.
또한, 전지 요소로서는, 정극판과 부극판을 교대로 적층한 적층형의 것을 예로 들었지만, 본 발명은 권회형(捲回型)에도 적용할 수 있다. 또한, 전지 요소로서 리튬 2차전지의 전지 요소를 예로 하여 설명하였지만, 니켈수소 전지, 니켈카드늄 전지, 리튬 메탈 1차전지 또는 2차전지, 리튬 폴리머 전지 등 다른 종류의 화학 전지의 전지 요소, 나아가서는 커패시터 요소 등에도 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 정극과 부극을 대향시킨 구조를 갖는 전지 요소와, 적어도 열융착성 수지층과 금속 박막층이 적층되고, 상기 열융착성 수지층을 내측으로 하여 상기 전지 요소를 둘러 싸고, 주변의 접합부가 열융착됨으로써 상기 전지 요소를 밀봉하는 외장체 필름을 가지며, 상기 접합부의 적어도 1변이 절곡되어 있는 필름 외장 전지에 있어서,
    상기 접합부에 적어도 하나의 절곡부가 형성되어 있고, 상기 절곡부의 두께가 상기 접합부에 있어서의 상기 절곡부 주위의 두께보다도 얇고,
    상기 절곡부에서의 상기 금속 박막층 사이의 거리가 상기 접합부에서의 금속 박막층 사이의 거리보다 더 가까운 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 절곡부가 홈인 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 접합부의 적어도 한쪽의 면에 상기 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 접합부에 복수의 상기 절곡부가 형성되어 있고, 상기 각 절곡부마다 상 기 접합부가 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 접합부에 복수의 상기 절곡부가 형성되어 있고, 상기 각 절곡부마다 상기 접합부가 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  6. 정극과 부극을 대향시킨 구조를 갖는 전지 요소와, 적어도 열융착성 수지층과 금속 박막층이 적층되고, 상기 열융착성 수지층을 내측으로 하여 상기 전지 요소를 둘러 싸고, 주변의 접합부가 열융착됨으로써 상기 전지 요소를 밀봉하는 외장체 필름을 가지며, 상기 접합부의 적어도 1변이 절곡되어 있는 필름 외장 전지에 있어서,
    상기 접합부에 복수의 절곡부가 형성되어 있고, 상기 절곡부의 두께가 상기 접합부에 있어서의 상기 절곡부 주위의 두께보다도 얇고, 상기 절곡부가 상기 접합부의 적어도 한쪽 면에 형성된 홈이고, 상기 각 절곡부마다 상기 접합부가 절곡되어 있고,
    상기 절곡부에서의 상기 금속 박막층 사이의 거리가 상기 접합부에서의 금속 박막층 사이의 거리보다 더 가까운 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전지 요소가 화학 전지, 커패시터중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  8. 정극과 부극을 대향시킨 구조를 갖는 전지 요소와, 적어도 열융착성 수지층과 금속 박막층이 적층되고, 상기 열융착성 수지층을 내측으로 하여 상기 전지 요소를 둘러 싸고, 주변의 접합부가 열융착됨으로써 상기 전지 요소를 밀봉하는 외장체 필름을 가지며, 상기 접합부의 적어도 1변이 절곡되어 있는 필름 외장 전지의 제조 방법에 있어서,
    상기 접합부에, 상기 접합부 주위의 두께보다도 얇은 적어도 하나의 절곡부를 형성하는 공정과,
    상기 접합부를 상기 절곡부에서 절곡하는 공정을 포함하고,
    상기 절곡부를 형성하는 공정은 상기 절곡부에서의 상기 금속 박막층 사이의 거리가, 상기 접합부에서의 금속 박막층 사이의 거리보다 더 가깝게 형성하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 접합부의 적어도 한쪽의 면을 볼록부를 갖는 부재로 가압함으로써 상기 절곡부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지의 제조 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    열융착성을 갖는 상기 외장체 필름의 상기 접합부를 상기 부재에 의한 가열 및 가압에 의해 열융착하여 접합하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지의 제조 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 전지 요소로서 화학 전지, 커패시터중 어느 하나를 준비하는 공정을 포 함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지의 제조 방법.
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