KR100936859B1

KR100936859B1 - 비수전해질 전지, 전지팩 및 자동차

Info

Publication number: KR100936859B1
Application number: KR1020080028996A
Authority: KR
Inventors: 하루찌까 이시이; 히로끼 이나가끼; 노리오 다까미
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2010-01-14
Also published as: JP2008251256A; US20080241687A1; CN101276942B; JP4296205B2; KR20080088505A; CN101276942A

Abstract

본 발명은 출력 특성이 우수한 비수전해질 전지, 전지팩 및 자동차를 제공한다.

각각 벨트 형상인 정극 (8)과 부극 (9)가 세퍼레이터 (10)을 통해 편평한 형상으로 권회된 전극군 (3), 및 상기 전극군 (3)에 유지되는 비수전해질을 구비하는 비수전해질 전지이며, 상기 부극 (9)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 부극 집전체 (15), 및 상기 부극 집전체 (15)의 적어도 폭 방향 양단부 (16a), (16b)를 제외하고 형성되며 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 부극 평균 작동 전위가 높아지는 부극 활성 물질을 포함하는 부극 활성 물질 함유층 (17)을 포함하고, 상기 부극 (9)는 상기 부극의 길이 방향의 일단에 정점 (Y)를 향해 폭이 점차 감소되는 선단부 (18)을 갖고, 상기 선단부 (18)은 상기 부극 활성 물질 함유층의 최대폭 (G)의 1/2에 상당하는 위치에 상기 정점 (Y)가 존재하면서 또한 상기 위치에 대하여 대칭인 형상을 갖고, 상기 부극 (9)의 상기 선단부 (18)은 상기 정극 (8)의 권취 개시 부분과 이보다 1주(周) 후의 정극 (8) 사이에 위치하고, 상기 정점이 상기 권취 개시 부분보다 후방에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

비수전해질 전지, 전지팩, 벨트 형상

Description

비수전해질 전지, 전지팩 및 자동차 {NONAQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY, BATTERY PACK AND VEHICLE}

본 발명은 비수전해질 전지, 비수전해질 전지를 이용한 전지팩 및 자동차에 관한 것이다.

최근 일렉트로닉스 분야에서의 급속한 기술 발전에 따라 전자 기기의 소형·경량화가 진행되고 있다. 그 결과, 전자 기기의 휴대용화, 무선화가 진행되고, 그의 구동원이 되는 이차 전지에도 소형, 경량, 고파워 밀도화가 절실하게 요구되고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해 대출력 밀도의 리튬 이차 전지가 개발되고 있다.

고출력의 리튬 이차 전지를 만들기 위해서, 특허 문헌 1에는 탭의 갯수를 늘리지 않고, 전지의 저항을 감소시키는 수단으로서, 벨트 형상 전극의 폭 방향의 일단에 무지부(無地部)를 준비하고, 권회한 후 그 무지부를 통합하여 접합시키는 방법이 개시되었다. 또한, 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 높은 전위로 평균 충방전 전위를 갖는 미소한 입경을 갖는 부극을 이용함으로써, 부극 도전 기판에 종래의 구리보다 경량인 알루미늄을 사용하여 전지의 중량 파워 밀도를 향상시키는 방 법이 개시되었다(예를 들면 일본 특허 문헌 2). 이들 방법을 조합한 경우, 보다 고중량 파워 밀도의 전지를 제조할 수 있다고 생각된다. 실제로 고파워 밀도의 전지를 양산하는 경우, 전해액은 전극군 측면으로부터 주입하게 된다. 전해액은 정극 및 부극의 집전체에 형성된 활성 물질 함유층 표면의 빈 구멍으로부터 모세관 현상에 의해서 내부로 침투됨에도 불구하고, 전극군 측면에는 활성 물질 함유층 표면이 노출되지 않으며, 전해액 유지력이 없는 집전체를 통해 전해액의 침투가 행해질 수밖에 없다. 이것은, 전해액의 함침 공정의 장시간화, 용장화(冗長化)로 이어진다. 또한, 이 함침 공정 중에 전극군에 수분이 혼입되면 전지 성능에 큰 영향을 주기 때문에, 함침 공정에 장시간을 요하는 것은 수율 저하로도 이어진다.

부극 활성 물질에 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 평균 작동 전위가 높은 물질(예를 들면, 티탄산리튬, 칼코게나이트계 화합물 등)을 이용한 경우, 부극 활성 물질에 카본 재료를 이용하는 것보다 함침이 열악한 것을 발견하였다. 또한, 이들 부극 활성 물질은, 비표면적이 큰 쪽이 대전류 특성이 유리한 것으로 알려져 있지만, 비표면적을 크게 하면, 전해액 함침이 더욱 어려워지고, 부극 이용률이 낮아 높은 출력을 얻는 것이 어려웠다.

그런데, 특허 문헌 3은 리튬 이온 이차 전지의 전극 시트를 권회할 때의 권취 주름의 발생을 방지하기 위해서, 전극 시트의 선단을 원호 형상 또는 산 형상으로 하는 것을 개시하였다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2005-93242

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 2005-123183

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 (평)9-169456

본 발명은 출력 특성이 우수한 비수전해질 전지, 전지팩 및 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 비수전해질 전지는, 각각 벨트 형상인 정극과 부극이 세퍼레이터를 통해 편평한 형상으로 권회된 전극군, 및 상기 전극군에 유지되는 비수전해질을 구비하는 비수전해질 전지이며,

상기 부극은 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 부극 집전체, 및 상기 부극 집전체의 적어도 폭 방향 양단부를 제외하고 형성되며 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 부극 평균 작동 전위가 높아지는 부극 활성 물질을 포함하는 부극 활성 물질 함유층을 포함하고,

상기 부극은, 상기 부극의 길이 방향의 일단에 정점을 향해 폭이 점차 감소되는 선단부를 갖고, 상기 선단부는 상기 부극 활성 물질 함유층의 최대폭의 1/2에 상당하는 위치에 상기 정점이 존재하면서 상기 위치에 대하여 대칭인 형상을 가지며,

상기 부극의 상기 선단부는 상기 정극의 권취 개시 부분과 이보다 1주(周) 후의 정극 사이에 위치하고, 상기 정점이 상기 권취 개시 부분보다 후방에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전지팩 및 자동차는 각각 상기 비수전해질 전지를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 출력 특성이 우수한 비수전해질 전지, 전지팩 및 자동차를 제공할 수 있다.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

(제1 실시 형태)

이하, 제1 실시 형태에 따른 비수전해질 전지를 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 1은 제1 실시 형태에 따른 비수전해질 전지의 분해 사시도이다. 도 2(a)는 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 전극군의 모식적인 평면도이고, 도 2(b)는 전극군의 모식적인 상면도이며, 도 2(c)는 전극군에 있어서의 정부극 선단부의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 도 3은 도 2(b)에 나타낸 전극군의 확대 상면도이다. 도 4는 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 전극군의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 5(a)는 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 정부극 중앙부의 평면도이고, 도 5(b)는 정부극 중앙부의 사시도이다. 도 6은 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 전극군을 VI-VI선으로 절단하였을 때 얻어지는 모식적인 단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 비수전해질 전지 (1)은 용기 (2), 용기 (2) 내에 수납되는 전극군 (3), 및 용기 (2)의 개구부를 막는 밀봉판 (4)를 구비한다. 용기 (2)는 바닥이 있는 직사각형 통형상이고, 예를 들면 금속으로 형성되어 있다. 용기를 구성하는 금속 재료로는, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 스테인레스 등을 들 수 있다. 용기의 판 두께는 0.5 mm 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 0.2 mm 이하이다.

밀봉판 (4)는 직사각형의 금속판이며, 예를 들면 레이저 용접에 의해 용기 (2)의 개구부에 부착된다. 밀봉판 (4)를 형성하기 위한 금속 재료로는, 용기 (2)에서 설명한 것과 동일한 것을 들 수 있다. 밀봉판 (4)의 중앙 부근에는 주액구 (5)가 개구되어 있다. 또한, 밀봉판 (4)의 한쪽 단부 부근(도 1의 좌측)에는 정극 단자가 인출되는 정극 단자 구멍 (6)이 개구되어 있다. 밀봉판 (4)의 다른쪽 단부 부근(도 1의 우측)에는 부극 단자가 인출되는 부극 단자 구멍 (7)이 개구되어 있다.

전극군 (3)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 벨트 형상 정극 (8) 및 벨트 형상 부극 (9) 사이에 세퍼레이터 (10)이 개재되어 이들이 편평한 형상으로 권회된 구조를 갖는다. 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 정극 (8)은 정극 집전체 (11), 및 정극 집전체 (11)의 적어도 한쪽면(이 경우, 양면)에 폭 방향 양단부(장변측 양단부) (12a), (12b)를 제외하고 형성된 정극 활성 물질 함유층 (13)을 구비하고 있다. 장변측 단부 (12a)의 폭(단변 방향의 길이)은 장변측 단부 (12b)의 폭(단변 방향의 길이)에 비해 크다. 정극 (8)은 그 길이 방향의 일단에, 정점 (X)를 향해 폭이 점차 감소되는 이등변 삼각형상의 선단부 (14), 다시 말하면, 정극 활성 물질 함유층 (13)의 폭이 한쪽 단변을 향하는 방향 (A)로 감소되는 이등변 삼각형상의 선단부 (14)를 갖는다. 정극 (8)의 선단부 (14)의 정점 (X)는 정극 활성 물질 함유층 (13)의 최대폭 (E)의 1/2에 상당하는 위치(점선 (L₁)로 나타냄)에 존재한다. 또한, 정극 (8)의 선단부 (14)의 형상은 점선 (L₁)에 대하여 대칭인 형상이다. 선단부 (14)가 비대칭 형상을 갖는 경우, 예를 들면 삼각형의 2변 길이가 다르면, 짧은 쪽의 전해액 침입의 개구가 좁기 때문에, 그쪽의 함침이 지연된다. 또한, 장변측 양단부 (12a), (12b)의 폭은 선단부 (14)보다 후방 위치로부터 방향 (A)를 향해 직선적으로 감소한다.

한편, 부극 (9)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 부극 집전체 (15), 및 부극 집전체 (15)의 적어도 한쪽면(이 경우, 양면)에 폭 방향 양단부(장변측 양단부) (16a), (16b)를 제외하고 형성되며, 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 부극 평균 작동 전위가 높아지는 부극 활성 물질을 포함하는 부극 활성 물질 함유층 (17)을 구비하고 있다. 상기 부극 집전체 (15) 및 부극 활성 물질의 사용에 의해 높은 중량 출력 밀도가 얻어진다. 장변측 단부 (16a)의 폭(단변 방향의 길이)은 장변측 단부 (16b)의 폭(단변 방향의 길이)에 비해 크다. 부극 (9)는 그의 길이 방향의 일단에, 정점 (Y)를 향해 폭이 점차 감소되는 이등변 삼각형상의 선단부 (18), 다시 말하면 부극 활성 물질 함유층 (17)의 폭이 한쪽 단변을 향하는 방향 (A)로 감소되는 이등변 삼각형상의 선단부 (18)을 갖는다. 부극 (9)의 선단부 (18)의 정점 (Y)는 부극 활성 물질 함유층 (17)의 최대폭 (G)의 1/2에 상당하는 위치(점선 (L₂)로 나타냄)에 존재한다. 또한, 부극 (9)의 선단부 (18)의 형상은 점선 (L₂)에 대하 여 대칭인 형상이다. 선단부 (18)이 비대칭 형상을 갖는 경우, 예를 들면 삼각형의 2변 길이가 다르면, 짧은 쪽의 전해액 침입의 개구가 좁기 때문에, 그쪽의 함침이 진행되기 어렵다. 또한, 장변측 양단부 (16a), (16b)의 폭은 선단부 (18)보다 후방 위치로부터 방향 (A)를 따라서 직선적으로 감소한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 전극군 (3)의 최내주 부분에서는 이중으로 중첩된 세퍼레이터 (10)이 몇주 권회되어 있다. 부극 (9)의 선단부 (18)의 정점 (Y)는 정극 (8)의 선단부 (14)의 정점 (X)(권취 개시 부분)보다 후방에 위치한다. 또한, 부극 (9)의 선단부 (18)의 정점 (Y)는 정극 (8)의 선단부 (14)와 이보다 1주 후의 정극 (8) 사이에 위치한다. 또한, 부극 (9)의 선단부 (18)은 정극 (8)의 최초 절곡부 (19)보다 선행한 위치에 존재하는 것이 바람직하다.

전극군 (3)의 권회 방법의 일례를 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 도 4에서는, 정극과 부극의 위치 관계를 알기 쉽게 하기 위해서, 일부러 세퍼레이터를 생략한다. 우선, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 정극 (8) 및 부극 (9)를, 정극 (8)의 선단부 (14)의 정점 (X)가 부극 (9)의 선단부 (18)의 정점 (Y)보다 선행하도록 배치한다. 이어서, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 정극 (8)의 장변측 단부 (12a)를 부극 (9) 및 세퍼레이터보다 외측(도 4에서는 상측)으로 이동시키고, 부극 (9)의 장변측 단부 (16a)를 정극 (8) 및 세퍼레이터보다 반대 외측(도 4에서는 하측)으로 이동시킨다. 이들을 편평한 형상의 권심(券芯) (20)을 이용하여 도 4(c), (d), (e)에 나타낸 바와 같이 편평한 형상으로 권회한다.

얻어진 전극군 (3)으로부터 권심 (20)을 빼낸 후, 가열 프레스를 실시할 수 도 있다. 또한, 접착성을 갖는 고분자를 이용함으로써 정극 (8), 부극 (9) 및 세퍼레이터 (10)을 일체화시키는 것도 가능하다.

정극 (8)의 장변측 단부 (12a)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극군 (3)의 한측(도 1의 좌측) 단면에서 부극 (9) 및 세퍼레이터 (10)보다도 돌출되어 있다. 정극 리드 (21)은 전극군 (3)의 한측 단면 상의 장변측 단부 (12a)에 용접되어 있다. 정극 단자로서의 정극 탭 (22)는 한쪽 단부가 정극 리드 (21)에 용접되어 있고, 다른쪽 단부가 밀봉판 (4)의 정극 단자 구멍 (6)을 통해 외부로 인출되어 있다. 부극 (9)의 장변측 단부 (16a)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전극군 (3)의 다른 측(도 1의 우측) 단면에서 정극 (8) 및 세퍼레이터 (10)보다도 돌출되어 있다. 부극 리드 (23)은 전극군 (3)의 다른 측 단면 상의 장변측 단부 (16a)에 용접되어 있다. 부극 단자로서의 부극 탭 (24)는 한쪽 단부가 부극 리드 (23)에 용접되어 있고, 다른쪽 단부가 밀봉판 (4)의 부극 단자 구멍 (7)을 통해 외부로 인출되어 있다. 정극 탭 (22)가 통과하는 정극 단자 구멍 (6)은 수지 하메틱에 의해서 밀봉이 행해져 있고, 전지 내와 전지 외의 기밀성이 유지되어 있다. 이 수지 하메틱 구조에 의해 정극 탭 (22) 및 밀봉체 (4)는 전기적으로 절연이 이루어져 있다. 부극 탭 (24) 및 부극 단자 구멍 (7)에 대해서도 수지 하메틱 구조에 의해 밀봉 및 절연이 이루어져 있다.

정극 리드 (21) 및 정극 탭 (22)는 리튬 이온 금속에 대한 전위가 3 V 이상 5 V 이하의 범위에서의 전기적 안정성과 도전성을 구비한 재료로 형성할 수 있다. 구체적으로는 Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, Si 등의 원소를 포함하는 알루미늄 합금, 알루미늄을 들 수 있다. 접촉 저항을 감소시키기 위해서, 정극 집전체와 동일한 재료가 바람직하다. 한편, 부극 리드 (23) 및 부극 탭 (24)는 리튬 이온 금속에 대한 전위가 0.4 V 이상 3 V 이하인 범위에서의 전기적 안정성과 도전성을 구비한 재료로 형성할 수 있다. 구체적으로는 Mg, Ti, Zn, Mn, Fe, Cu, Si 등의 원소를 포함하는 알루미늄 합금, 알루미늄을 들 수 있다. 접촉 저항을 감소시키기 위해서, 부극 집전체와 동일한 재료가 바람직하다.

예를 들면, 비수전해액과 같은 액상 비수전해질(도시하지 않음)은 전극군 (3)에 유지되어 있다.

이상 설명한 구성의 비수전해질 전지에서는, 상술한 도 1에 나타낸 바와 같이, 비수전해액이 주액구 (5)를 통해 전극군 (3)에 공급되기 때문에, 비수전해액은 전극군 (3)의 최외주면을 따라서 전극군 (3)의 단면으로 확산되고, 전극군 (3)의 단면(전극군 (3)의 권회축 방향의 양측)으로부터 전극군 (3)의 내부로 침투되어 가는 경로가 가장 빠르다. 그러나, 이 단면에는, 전해액이 거의 침투되지 않는 정극 집전체와 부극 집전체가 돌출되어 있다. 또한, 전지 전체의 중량 출력 밀도를 향상시키기 위해서는, 부극 활성 물질에 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 부극 평균 작동 전위가 높아지는 물질을 이용하여, 이 부극 활성 물질의 비표면적을 1 내지 10 m²/g로 하고, 또한 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 부극 집전체를 이용하고, 또한 부극 활성 물질 함유층의 두께를 정극 활성 물질 함유층의 두께에 비해 두껍게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 구성을 갖는 부극은 전해액 함침성이 열악 하다.

상기 선단부 (18)을 갖는 부극 (9)를 상술한 바와 같이 전극군 (3)의 중심 부근에 배치함으로써, 전극군 (3)의 중심 부근에 공간이 설치되기 때문에, 전극군 (3) 중심 부근으로의 전해액 침투를 촉진시킬 수 있다. 또한, 이 선단부 (18)은, 정점 (Y)가 부극 활성 물질 함유층 (17)의 최대폭 (G)의 1/2에 상당하는 위치 (L₂)에 존재하고, 또한 이 위치 (L₂)에 대하여 대칭인 형상을 갖고 있기 때문에, 전해액이 빠르면서 균일하게 확산된다. 이상으로부터, 부극에 전해액을 충분히 함침시킬 수 있기 때문에, 저항을 낮출 수 있어 고출력 밀도의 비수전해질 전지가 실현된다.

정극 (8)에 대해서도 선단부 (14)를 가짐으로써 높은 부피 용량 밀도를 얻을 수 있다. 또한, 전극군 (3)의 중심 부근에 충분한 공간이 설치되기 때문에, 전극군 (3) 중심 부근으로의 전해액의 침투를 더욱 촉진시키는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 이 선단부 (14)는, 정점 (X)가 정극 활성 물질 함유층 (13)의 최대폭 (E)의 1/2에 상당하는 위치 (L₁)에 존재하고, 또한 위치 (L₁)에 대하여 대칭인 형상을 갖고 있기 때문에, 전해액이 빠르면서 균일하게 확산된다. 따라서, 정극 (8) 및 부극 (9)에 전해액이 충분히 함침되기 때문에, 비수전해질 전지의 출력 특성 개선을 한층 더 기대할 수 있다.

상술한 바와 같이, 부극 (9)의 선단부 (18)이 정극 (8)의 선단부 (14)와 이보다 1주 후의 정극 (8) 사이에, 또한 정점 (Y)가 정극 (8)의 선단부 (14)의 정점 (X)(권취 개시 부분)보다 후방에 위치하도록 배치함으로써 높은 출력을 얻을 수 있 다. 출력 특성을 더욱 개선하기 위해서, 정극 (8)의 선단부 (14)를, 전극군 (3)의 높이 (H)의 단부(권회축과 평행한 단부)로부터 전극군 (3)의 두께 (T)의 1/2 이상의 거리를 갖는 부분 (B)에 배치하는 것이 바람직하다. 여기서, 전극군 (3)의 높이 (H)란, 정극 집전체(12a) 또는 부극 집전체 (16a)가 돌출되어 있는 방향(권회축 방향)과 수직인 방향의 길이이다. 또한, 전극군 (3)의 두께 (T)는 전극군 (3)의 단면에서의 단변 길이이다.

정극 (8)의 선단부 (14)의 적어도 일부가 전극군 (3)의 높이 (H)의 단부, 또는 이 단부로부터 전극군 (3)의 두께 (T)의 1/2 미만의 거리를 갖는 부분에 위치하면, 전극군 (3)의 곡률이 큰 부분에 정극 (8)의 선단부 (14)와 부극 (9)의 선단부 (18)이 위치하게 된다. 그 결과, 정극 (8)의 선단부 (14)와 부극 (9)의 선단부 (18) 사이에 끼워진 세퍼레이터 (10)에 강한 인장 응력이 가해지기 때문에, 세퍼레이터 (10)에 꼬임이 생겨, 세퍼레이터 (10)에 전해액이 균등하게 함침되지 않게 된다. 이 때문에, 높은 출력 특성을 얻을 수 없을 우려가 있다.

정극 (8)의 선단부 (14)를, 전극군 (3)의 높이 (H)의 단부로부터 전극군 (3)의 두께 (T)의 1/2 이상의 거리를 갖는 부분 (B)에 배치함으로써, 세퍼레이터 (10)에 꼬임이 생기지 않게 되어 높은 출력 특성을 얻을 수 있다. 이 때, 정극 (8)의 선단부 (14)의 정점 (X)와 부극 (9)의 선단부 (18)의 정점 (Y)와의 거리 (C)를 0.5 mm(0.05 cm) 이상 50 mm(5 cm) 이하로 하는 것이 바람직하다. 거리 (C)를 0.5 mm 이상으로 함으로써, 전극군 (3)의 중심 부근에 충분한 공간을 설치할 수 있다. 또한, 거리 (C)를 50 mm 이하로 함으로써 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있다.

정극 (8) 및 부극 (9)는, 도 5에 나타낸 바와 같이 단변 방향을 따라서 절단하였을 때 얻어지는 단면 (25)가 만곡 형상을 갖도록 만곡시킬 수도 있다. 이 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이 만곡에 의해 돌출된 면이 전극군 (3)의 외주측에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 하면, 전극군 (3)에 양쪽 단면으로부터 내부를 향하는 방향으로 넓어진 공간 (26)이 설치되기 때문에, 전극군 (3)의 단면으로부터 침투한 전해액이 내부로 확산되는 것을 더욱 촉진시킬 수 있다.

정극 (8) 및 부극 (9)가 만곡 형상을 갖는 경우, 정극 (8)의 선단부 (14)의 길이 (D)와 정극 활성 물질 함유층 (13)의 단변 방향 최대폭 (E)와의 비를 E:D=1:1.001 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 E:D=1:1.001 내지 1.004이다. 또한, 부극 (9)의 선단부 (18)의 길이 (F)와 부극 활성 물질 함유층 (18)의 단변 방향 최대폭 (G)과의 비를 G:F=1:1.001 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 G:F=1:1.001 내지 1.004이다. E:D 또는 G:F가 1:1.001 미만이면, 전해액의 폭 방향으로의 침투에 비해 전해액 침입구의 폭이 좁기 때문에, 전해액이 잘 침입되지 않는다. 또한, E:D 또는 G:F가 1:1.004보다 크면 전해액 함침시에 탈포를 목적으로 한 감압을 행할 때 공극이 너무 커서 시간이 소요된다.

정극 (8)의 장변측 양단부 (12a), (12b) 각각의 폭과, 부극 (9)의 장변측 양단부 (16a), (16b) 각각의 폭은 1 mm 내지 40 mm로 하는 것이 바람직하다. 폭이 1 mm 미만이면, 전극의 만곡을 유지할 수 없고, 필요한 전해액의 침입 경로를 전극군 내에 유지할 수 없다. 한편, 폭이 40 mm를 초과해버리면, 충방전에 기여하지 않는 부분의 부피가 너무 커서 전지의 부피 출력 밀도가 저하될 우려가 있다.

정극 (8)의 정극 집전체 (11)의 두께를, 정극 활성 물질 함유층 (13)이 형성되어 있는 부분의 두께가 장변측 양단부 (12a), (12b) 두께에 대하여 1.001 내지 1.004배이도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 부극 (9)의 부극 집전체 (15)의 두께를, 부극 활성 물질 함유층 (17)이 형성되어 있는 부분의 두께가 장변측 양단부 (16a), (16b)의 두께에 대하여 1.001 내지 1.004배이도록 하는 것이 바람직하다. 두께 비율을 1.001배 미만으로 하면, 전극의 만곡이 충분하지 않아서, 필요한 전해액의 침입 경로를 전극군 내에 유지할 수 없다. 한편, 두께 비율이 1.004배보다 크면 전극군이 팽창되어, 전지의 크기가 커지므로 부피 출력 밀도가 저하된다.

이하, 부극, 정극, 세퍼레이터 및 비수전해질에 대하여 설명한다.

1) 부극

부극 집전체에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 예를 들면, 구리를 이용하면 비중차로 인해 전지가 무거워지므로 바람직하지 않다. 또한, 프레스 후의 집전체 왜곡이 정극의 알루미늄 집전체와 정합하지 않기 때문에, 정극과 부극의 층간에 불필요한 공극이 생성되어, 전해액 함침을 저해하기 때문에 바람직하지 않다.

부극 집전체에 사용되는 알루미늄 합금으로는, 마그네슘, 아연, 규소 등의 원소를 포함하는 합금이 바람직하다. 또한, 부극 집전체에 이용되는 알루미늄박의 순도는 99 ％ 이상이 바람직하다. 또한, 부극 집전체에서의 철, 구리, 니켈, 크롬 등의 전이 금속의 함유량은 1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

부극 집전체의 두께는 20 μm 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15 μm 이하이다.

알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 부극 평균 작동 전위가 높아지는 부극 활성 물질은, 정극의 권취 개시 단변(선단부의 정점)을 부극 선단부의 정점에 선행시킴으로써 리튬의 석출을 억제할 수 있다. 이러한 부극 활성 물질로는, 예를 들면 황화철, 산화철, 산화티탄, 티탄산리튬, 산화니켈, 산화코발트, 산화텅스텐, 산화몰리브덴, 황화티탄, 티탄산리튬 등을 사용할 수 있다. 특히, 티탄산리튬은 사이클 특성이 우수하고, 그 중에서도 화학식 Li_4+xTi₅O₁₂(x는 충방전 반응에 의해 0≤x≤3의 범위에서 변화할 수 있음)로 표시되고, 스피넬형 구조를 갖는 티탄산리튬이 바람직하다. 여기서, 부극의 평균 작동 전위란, 전지의 권장 작동 전압 범위에서 충방전시켰을 때의 부극의 충방전 전위 상한과 하한으로 충방전한 경우의 충방전 전력량을 충방전 전기량으로 나눈 값을 말한다.

부극 활성 물질의 N₂ 흡착에서의 BET법에 의한 비표면적은 1 내지 10 m²/g인 것이 바람직하다. 비표면적이 1 m²/g 미만이면, 전극 반응에 기여하는 유효 면적이 작고, 대전류 방전 특성이 저하될 우려가 있다. 한편, 비표면적이 10 m²/g를 초과하면, 부극과 비수전해질과의 반응량이 증가하기 때문에, 충방전 효율의 저하 또는 저장시의 가스 발생을 유발할 우려가 생긴다.

부극 활성 물질 함유층은 필요에 따라 도전제, 결착제를 포함할 수도 있다.

상기 도전제로는 탄소질 물질이 이용된다. 또한, 활성 물질 그 자체의 도전성이 높은 경우, 도전제가 불필요한 경우가 있다.

상기 결착제로는, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 불소계 고무 등을 들 수 있다.

상기 부극 활성 물질, 도전제 및 결착제의 배합비는 부극 활성 물질 70 내지 96 중량％, 도전제 2 내지 28 중량％, 결착제 2 내지 28 중량％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 도전제량이 2 중량％ 미만이면, 집전성이 결여되어 대전류 특성이 저하된다. 그러나, 부극 활성 물질의 도전성이 매우 높은 경우, 도전제가 불필요한 경우가 있다. 그 경우에는 배합비는 결착제 2 내지 29 중량％로 하는 것이 바람직하다. 결착제량이 2 중량％ 미만이면, 합제층과 집전체의 결착성이 결여되고, 사이클 성능이 저하된다. 한편, 고용량화의 관점에서, 도전제 및 결착제량은 각각 28 중량％ 이하인 것이 바람직하다.

부극은, 부극 활성 물질에 도전제와 결착제를 적당한 용매로 현탁시키고, 이 현탁물을 알루미늄박 등의 집전체에 도포, 건조, 프레스하여 벨트 형상 전극으로 함으로써 제조된다.

2) 정극

정극 집전체는, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금으로 형성된다. 알루미늄 합금으로는, 마그네슘, 아연, 규소 등의 원소를 포함하는 합금이 바람직하다. 알루미늄박의 순도는 99 ％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, 정극 집전체에서의 철, 구리, 니켈, 크롬 등의 전이 금속 함유량은 1 ％ 이하로 하는 것이 바람직하 다.

정극 집전체의 두께는 20 μm 이하, 보다 바람직하게는 15 μm 이하이다.

정극 활성 물질 함유층에 이용되는 정극 활성 물질은 각종 산화물, 황화물 등을 들 수 있다. 예를 들면 이산화망간(MnO₂), 산화철, 산화구리, 산화니켈, 리튬 망간 복합 산화물(예를 들면 Li_xMn₂O₄ 또는 Li_xMnO₂), 리튬 니켈 복합 산화물(예를 들면 Li_xNiO₂), 리튬 코발트 복합 산화물(Li_xCoO₂), 리튬 니켈 코발트 복합 산화물(예를 들면 LiNi_1-yCo_yO₂), 리튬 망간 코발트 복합 산화물(예를 들면 LiMn_yCo_1-yO₂), 스피넬형 리튬 망간 니켈 복합 산화물(Li_xMn_2-yNi_yO₄), 올리빈 구조를 갖는 리튬 인산화물(Li_xFePO₄, Li_xFe_1-yMn_yPO₄, Li_xCoPO₄등), 황산철(Fe₂(SO₄)₃), 바나듐 산화물(예를 들면 V₂O₅) 등을 들 수 있다. 또한, x, y는 0 내지 1의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 폴리아닐린이나 폴리피롤 등의 도전성 중합체 재료, 디술피드계 중합체 재료, 황(S), 불화카본 등의 유기 재료 및 무기 재료도 들 수 있다. 보다 바람직한 이차 전지용 정극 활성 물질로는 리튬 망간 복합 산화물, 리튬 니켈 복합 산화물, 리튬 코발트 복합 산화물, 리튬 니켈 코발트 복합 산화물, 스피넬형 리튬 망간 니켈 복합 산화물, 리튬 망간 코발트 복합 산화물, 리튬 인산철 등을 들 수 있다. 이들 활성 물질에 의해, 높은 전지 전압이 얻어지기 때문이다.

정극 활성 물질 함유층은 필요에 따라 도전제, 결착제를 포함할 수 있다.

상기 도전제로는, 예를 들면 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 흑연 등을 들 수 있 다. 또한, 활성 물질 그 자체의 도전성이 높은 경우, 도전제가 불필요한 경우가 있다.

상기 정극 활성 물질, 도전제 및 결착제의 배합비는 정극 활성 물질 80 내지 95 중량％, 도전제 3 내지 18 중량％, 결착제 2 내지 17 중량％의 범위로 하는 것이 바람직하다.

3) 세퍼레이터

세퍼레이터에는 다공질 세퍼레이터를 이용한다. 다공질 세퍼레이터로는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀룰로오스 또는 폴리불화비닐리덴(PVdF)을 포함하는 다공질 필름, 합성 수지제 부직포 등을 들 수 있다. 그 중에서도 폴리에틸렌이나 또는 폴리프로필렌, 또는 둘다로 이루어지는 다공질 필름은 이차 전지의 안전성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

4) 비수전해질

비수전해질로는, 전해질을 유기 용매에 용해시킴으로써 제조되는 비수전해액을 사용할 수 있다. 또한, 비수전해질로서, 리튬 이온을 함유한 상온 용융염도 사용할 수 있다.

상기 전해질로는, 예를 들면 과염소산리튬(LiClO₄), 6불화인산리튬(LiPF₆), 4불화붕산리튬(LiBF₄), 6불화비소리튬(LiAsF₆), 트리플루오로메타술폰산리 튬(LiCF₃SO₃), 비스트리플루오로메틸술포닐이미드리튬[LiN(CF₃SO₂)₂] 등의 리튬염을 들 수 있다. 상기 전해질은 유기 용매에 대하여 0.5 내지 3 몰/L의 범위에서 용해시키는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 1.5 내지 3 몰/L이다.

전해질 농도가 높으면 이온 확산 속도의 관점에서 유리하지만, 점도가 상승되기 때문에, 전해액 함침이라는 점에서 종래와 같은 문제가 있었다. 그러나 본 발명을 이용함으로써 함침성 향상을 기대할 수 있기 때문에, 1.5 내지 3 몰/L의 고농도에서의 사양이 가능해진다. 비수전해질은 20 ℃에서의 점도가 5 cp 이상이면, 함침성 향상이 보다 현저하게 나타난다. 20 ℃에서의 점도 상한값은 30 cp로 할 수 있다.

상기 유기 용매로는, 예를 들면 에틸렌카르보네이트(EC), 프로필렌카르보네이트(PC), 비닐렌카르보네이트(VC) 등의 환상 카르보네이트, 디메틸카르보네이트(DMC), 메틸에틸카르보네이트(MEC), 디에틸카르보네이트(DEC) 등의 쇄상 카르보네이트, 테트라히드로푸란(THF), 2메틸테트라히드로푸란(2MeTHF) 등의 환상 에테르, 디메톡시에탄(DME) 등의 쇄상 에테르, γ-부티로락톤(BL), 아세토니트릴(AN), 술포란(SL) 등을 들 수 있다. 이들 유기 용매는 단독 또는 2종 이상의 혼합물 형태로 사용할 수 있다.

전해액은 적어도 γ-부티로락톤을 포함하는 것이 바람직하다. 전해액의 증기압이 매우 낮으므로 안전성이 높기 때문이다. 또한, 이 전해액을 주성분으로서 이용하는 경우, 점도가 높아 전해액 함침이 행해지기 어려운 것이 난점이지만, 본 발명의 방법을 이용한 경우에는 함침이 향상되기 때문에 매우 바람직하다.

상온 용융염이란, 상온에서 적어도 일부가 액상을 나타내는 염을 말하고, 상온이란 전원이 통상 작동한다고 상정되는 온도 범위를 말한다. 전원이 통상 작동한다고 상정되는 온도 범위란, 상한이 120 ℃ 정도, 경우에 따라서는 60 ℃ 정도이고, 하한은 -40 ℃ 정도, 경우에 따라서는 -20 ℃ 정도이다.

상온 용융염은 리튬염과 유기물 양이온의 조합으로 이루어진다.

용융염을 포함하는 비수전해질은 점도가 높기 때문에, 부극으로의 함침이라는 점에서 종래와 같은 문제가 있었다. 그러나 본 발명을 이용함으로써 함침성 향상을 기대할 수 있기 때문에 고출력화가 가능해진다.

리튬염으로는, 리튬 이차 전지에 일반적으로 이용되는 것과 같은 넓은 전위창을 갖는 리튬염이 이용된다. 예를 들면, LiBF₄, LiPF₆, LiClO₄, LiCF₃SO₃, LiN(CF₃SO₂)₂, LiN(C₂F₅SO₂), LiN(CF₃SC(C₂F₅SO₂)₃등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 이들은 단독으로 이용할 수도 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

리튬염의 함유량은 0.1 내지 3 몰/L인 것, 특히 1 내지 2 몰/L인 것이 바람직하다. 리튬염의 함유량이 0.1 몰/L 미만이면, 전해질의 저항이 커서 대전류·저온 방전 특성이 저하되고, 3.0 몰/L를 초과하면 전해질의 융점이 상승하여 상온에서 액상을 유지하는 것이 곤란해지기 때문이다.

상온 용융염은, 예를 들면 화학식 1로 표시되는 골격을 갖는 4급 암모늄 유 기물 양이온을 갖는 것, 또는 화학식 2로 표시되는 골격을 갖는 이미다졸륨 양이온을 갖는 것이다.

단, 화학식 2에 있어서 R1, R2는 C_nH_2n ₊₁(n=1 내지 6)이고, R3는 H 또는 C_nH_2n+1(n=1 내지 6)이다.

또한, 이들 양이온을 갖는 상온 용융염은 단독으로 이용할 수도 있고, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.

화학식 1로 표시되는 골격을 갖는 4급 암모늄 유기물 양이온으로는, 디알킬이미다졸륨, 트리알킬이미다졸륨 등의 이미다졸륨 이온, 테트라알킬암모늄 이온, 알킬피리디늄 이온, 피라졸륨 이온, 피롤리디늄 이온, 피페리디늄 이온 등을 들 수 있다. 특히, 화학식 2로 표시되는 골격을 갖는 이미다졸륨 양이온이 바람직하다.

또한, 테트라알킬암모늄 이온으로는, 트리메틸에틸암모늄 이온, 트리메틸에틸암모늄 이온, 트리메틸프로필암모늄 이온, 트리메틸헥실암모늄 이온, 테트라펜틸 암모늄 이온 등을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 알킬피리듐 이온으로는 N-메틸피리듐 이온, N-에틸피리디늄 이온, N-프로필피리디늄 이온, N-부틸피리디늄 이온, 1-에틸-2-메틸피리디늄 이온, 1-부틸-4-메틸피리디늄 이온, 1-부틸-2,4-디메틸피리디늄 이온 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

화학식 2로 표시되는 골격을 갖는 이미다졸륨 양이온으로는, 디알킬이미다졸륨 이온으로서 1,3-디메틸이미다졸륨 이온, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 이온, 1-메틸-3-에틸이미다졸륨 이온, 1-메틸-3-부틸이미다졸륨 이온, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 이온 등을 들 수 있고, 트리알킬이미다졸륨 이온으로서 1,2,3-트리메틸이미다졸륨 이온, 1,2-디메틸-3-에틸이미다졸륨 이온, 1,2-디메틸-3-프로필이미다졸륨 이온, 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸륨 이온 등을 들 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 상술한 도 1 내지 도 6에서는 금속제 용기를 이용하는 예를 설명하였지만, 외장 부재로는 라미네이트 필름제 용기를 사용할 수 있다. 라미네이트 필름에는, 알루미늄과 같은 금속박에 수지 필름으로 피복된 다층 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 수지로서 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 고분자를 사용할 수 있다. 라미네이트 필름의 두께는 0.2 mm 이하로 할 수 있다.

상술한 도 1 내지 도 6에서는 정부극 (8), (9)의 선단부 (14), (18)의 형상을 이등변 삼각형으로 하였지만, 선단부 (14), (18)의 정점이 활성 물질 함유층 (13), (17)의 단변 방향 최대폭 (E), (G)의 1/2에 상당하는 위치에 존재하고, 또한 이 위치에 대하여 선대칭이 되는 형상이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 도 7에 예시된 바와 같이 선단부 (14), (18)을 반원 형상으로 할 수도 있다. 또는, 도 8에 예시된 바와 같이, 선단부 (14), (20)이 반원 형상이 되도록 집전체도 포함하여 곡선 형상으로 가공하는 것도 가능하다.

제1 실시 형태에 따른 비수전해질 전지의 충방전 시스템에 대한 적용으로는, 전기 자동차의 구동 모터를 드라이브하는 제어 시스템의 전원으로서의 사용을 들 수 있다.

(제2 실시 형태)

제2 실시 형태에 따른 전지팩은 제1 실시 형태에 따른 비수전해질 전지를 구비한다. 비수전해질 전지의 수는 복수개로 할 수 있다. 제1 실시 형태에 따른 비수전해질 전지를 단전지로 하고, 단전지를 전기적으로 직렬 또는 병렬로 접속시켜 조전지를 구성하는 것이 바람직하다.

제1 실시 형태에 따른 비수전해질 전지는 조전지로서 사용하기에 적합하고, 제2 실시 형태에 따른 전지팩은 출력 특성 및 사이클 특성이 우수하다. 이에 대하여 설명한다.

부극에 있어서 비수전해질 함침성이 향상되면, 부극에 과전압이 걸리기 어려워지기 때문에, 즉 국소적인 과충전과 방전이 발생하기 어려워지기 때문에, 활성 물질의 이용률을 균등하게 할 수 있다. 이에 의해, 전지의 용량 개체차 또는 임피던스의 개체차를 매우 작게 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 예를 들면 직렬 접속 의 조전지에 있어서, 전지 용량의 개체차에 수반하는 만충전시의 전지 전압 변동을 감소시킬 수 있다. 이 때문에, 제2 실시 형태에 따른 전지팩은 출력 특성이 우수하고, 또한 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.

도 9의 전지팩에 있어서의 단전지 (1)은, 예를 들면 도 1에 나타낸 편평한 형상의 비수전해질 전지 (1)로 구성되어 있지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 복수개의 단전지 (1)은 정극 단자 (24)와 부극 단자 (26)이 인출되어 있는 방향을 정렬하여 적층되어 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 단전지 (1)은 직렬로 접속되어 조전지 (31)을 이루고 있다. 조전지 (31)은 도 9에 나타낸 바와 같이 점착 테이프 (32)에 의해 일체화되어 있다.

정극 단자 (24) 및 부극 단자 (26)이 돌출되는 측면에 대해서는, 프린트 배선 기판 (33)이 배치되어 있다. 프린트 배선 기판 (33)에는, 도 10에 나타내는 바와 같이 서미스터 (34), 보호 회로 (35) 및 외부 기기로의 통전용 단자 (36)이 탑재되어 있다.

도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 조전지 (31)의 정극측 배선 (37)은 프린트 배선 기판 (33)의 보호 회로 (35)의 정극측 커넥터 (38)에 전기적으로 접속되어 있다. 조전지 (31)의 부극측 배선 (39)는 프린트 배선 기판 (33)의 보호 회로 (35)의 부극측 커넥터 (40)에 전기적으로 접속되어 있다.

서미스터 (34)는 단전지 (1)의 온도를 검지하기 위한 것이며, 검지 신호는 보호 회로 (35)에 송신된다. 보호 회로 (35)는 소정의 조건에서 보호 회로와 외부 기기로의 통전용 단자 사이의 플러스측 배선 (41) 및 마이너스측 배선 (42)를 차단 할 수 있다. 소정의 조건이란, 예를 들면 서미스터의 검출 온도가 소정 온도 이상이 되었을 때, 단전지 (1)의 과충전, 과방전, 과전류 등을 검지하였을 때 등이다. 이 검지 방법은 개개의 단전지 (1) 또는 단전지 (1) 전체에 대하여 행해진다. 개개의 단전지 (1)을 검지하는 경우, 전지 전압을 검지할 수도 있고, 정극 전위 또는 부극 전위를 검지할 수도 있다. 후자의 경우, 개개의 단전지 (1) 중에 참조극으로서 이용되는 리튬 전극이 삽입된다. 도 10의 경우, 단전지 (1) 각각에 전압 검지를 위한 배선 (43)을 접속시키고, 이들 배선 (43)을 통해 검지 신호가 보호 회로 (35)에 송신된다.

조전지 (31)에 대하여, 정극 단자 (24) 및 부극 단자 (26)이 돌출되는 측면 이외의 3측면에는, 고무 또는 수지로 이루어지는 보호 시트 (44)가 배치된다. 정극 단자 (24) 및 부극 단자 (26)이 돌출되는 측면과 프린트 배선 기판 (33) 사이에는, 고무 또는 수지로 이루어지는 블럭상 보호 블럭 (45)가 배치된다.

이 조전지 (31)은 각 보호 시트 (44), 보호 블럭 (45) 및 프린트 배선 기판 (33)과 함께 수납 용기 (46)에 수납된다. 즉, 수납 용기 (46)의 장변 방향의 양쪽 내측면과 단변 방향의 내측면 각각에 보호 시트 (44)가 배치되고, 단변 방향의 반대측 내측면에 프린트 배선 기판 (33)이 배치된다. 조전지 (31)은 보호 시트 (44) 및 프린트 배선 기판 (33)으로 둘러싸인 공간 내에 위치한다. 수납 용기 (46)의 상면에는, 뚜껑 (47)이 부착된다.

또한, 조전지 (31)의 고정에는, 점착 테이프 (32) 대신에 열 수축 테이프를 사용할 수도 있다. 이 경우, 조전지의 양측면에 보호 시트를 배치하여 열 수축 튜 브를 주회시킨 후, 상기 열 수축 튜브를 열 수축시켜 조전지를 결속시킨다.

또한, 도 9, 10에 나타낸 단전지 (1)은 직렬로 접속되어 있지만, 전지 용량을 증대시키기 위해서는 병렬로 접속시킬 수도 있다. 물론, 조립된 전지팩을 직렬, 병렬로 접속시킬 수도 있다.

또한, 전지팩의 양태는 용도에 의해 적절하게 변경된다.

제2 실시 형태의 전지팩 용도로서는, 대전류에 의한 사이클 성능이 요구되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 디지탈 카메라 전원용이나 이륜 내지 사륜 하이브리드 전기 자동차, 이륜 내지 사륜 전기 자동차, 어시스트 자전거 등의 차량 탑재용을 들 수 있다. 특히, 차량 탑재용이 바람직하다.

(제3 실시 형태)

제3 실시 형태에 따른 자동차는 제2 실시 형태에 따른 전지팩을 구비하기 때문에 구동원의 특성 유지가 우수하다. 여기서 말하는 자동차로는, 이륜 내지 사륜 하이브리드 전기 자동차, 이륜 내지 사륜 전기 자동차, 어시스트 자전거 등을 들 수 있다.

도 11 내지 13은 내연 기관과 전지 구동의 전동기를 조합하여 주행 동력원으로 한 하이브리드 타입의 자동차를 나타낸 것이다. 하이브리드 자동차는 내연 기관과 전동기의 조합 방법에 의해 크게 3 가지로 분류할 수 있다.

도 11은, 일반적으로 시리즈 하이브리드 자동차라 불리는 하이브리드 자동차 (50)을 나타낸 것이다. 내연 기관 (51)의 동력을 일단 전부 발전기 (52)에서 전력으로 변환시키고, 이 전력을 인버터 (53)을 통해 전지팩 (54)에 축적시킨다. 전지 팩 (54)에는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전지팩이 사용된다. 전지팩 (54)의 전력은 인버터 (53)을 통해 전동기 (55)에 공급되고, 전동기 (55)에 의해 차륜 (56)이 구동된다. 전기 자동차에 발전기가 복합된 것과 같은 시스템이다. 내연 기관은 고효율의 조건에서 운전될 수 있고, 전력 회생도 가능하다. 그 반면, 차륜의 구동은 전동기에 의해서만 행해지기 때문에, 고출력의 전동기가 필요하다. 또한, 전지팩도 비교적 대용량의 것이 필요하다. 전지팩의 정격 용량은 5 내지 50 Ah의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 10 내지 20 Ah이다. 여기서, 정격 용량이란, 0.2 C 속도로 방전시켰을 때의 용량을 의미한다.

도 12는, 패러렐 하이브리드 자동차라 불리는 하이브리드 자동차 (57)을 나타낸 것이다. 부호 번호 58은 발전기를 겸한 전동기를 나타낸다. 내연 기관 (51)은 주로 차륜 (56)을 구동시키고, 경우에 따라서 그 동력의 일부를 발전기 (58)에서 전력으로 변환시키고, 그 전력으로 전지팩 (54)가 충전된다. 부하가 가중되는 발진이나 가속시에는 전동기 (58)에 의해 구동력이 보조된다. 통상적인 자동차가 베이스가 되며, 내연 기관 (51)의 부하 변동을 적게 하여 고효율화를 도모하고, 전력 회생 등도 함께 행하는 시스템이다. 차륜 (56)의 구동은 주로 내연 기간 (51)에 의해서 행해지기 때문에, 전동기 (58)의 출력은 필요한 보조 비율에 의해 임의로 결정할 수 있다. 비교적 작은 전동기 (58) 및 전지팩 (54)를 이용하더라도 시스템을 구성할 수 있다. 전지팩의 정격 용량은 1 내지 20 Ah의 범위로 할 수 있다. 보다 바람직한 범위는 3 내지 10 Ah이다.

도 13은, 시리즈·패러렐 하이브리드차라 불리는 하이브리드 자동차 (59)를 나타낸 것이다. 시리즈와 패러렐의 양방을 조합한 방식이다. 동력 분할 기구 (60)은 내연 기관 (51)의 출력을 발전용과 차륜 구동용으로 분할한다. 패러렐 방식보다 섬세하게 엔진의 부하 제어를 행하므로 에너지 효율을 높일 수 있다.

전지팩의 정격 용량은 1 내지 20 Ah의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 3 내지 10 Ah이다.

상술한 도 11 내지 도 13에 나타낸 바와 같은 하이브리드 자동차에 탑재되는 전지팩의 공칭 전압은 200 내지 600 V의 범위로 하는 것이 바람직하다.

전지팩 (54)는 일반적으로 외기 온도 변화의 영향을 받기 어렵고, 충돌시 등에 충격을 받기 어려운 장소에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 14에 나타낸 바와 같은 세단 타입의 자동차에서는, 후부 좌석 (61) 후방의 트렁크 룸 (62) 내 등에 배치할 수 있다. 또한, 좌석 (61)의 아래나 뒤에 배치할 수 있다. 전지 중량이 큰 경우에는, 차량 전체를 저중심화하기 위해서 좌석 아래나 바닥 아래 등에 배치하는 것이 바람직하다.

전기 자동차(EV)는, 자동차 외부로부터 전력을 공급하여 충전된 전지팩에 축적된 에너지로 주행한다. 주행시의 동력은 전부 전동기이기 때문에, 고출력의 전동기가 필요하다. 일반적으로는 1회 주행에 필요한 모든 에너지를 한번의 충전으로 전지팩에 축적하여 주행할 필요가 있기 때문에, 매우 큰 용량의 전지가 필요하다. 전지팩의 정격 용량은 100 내지 500 Ah의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 200 내지 400 Ah이다.

또한, 차량의 중량에서 차지하는 전지 중량의 비율이 크기 때문에, 전지팩은 바닥 아래에 까는 등, 낮은 위치이면서 또한 차량의 중심으로부터 크게 벗어나지 않는 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 1회 주행에 상당하는 큰 전력량을 단시간 중에 충전하기 위해서는, 대용량의 충전기와 충전 케이블이 필요하다. 이 때문에, 전기 자동차는 이들을 접속시키는 충전 커넥터를 구비하는 것이 바람직하다. 충전 커넥터에는, 전기 접점에 의한 통상적인 커넥터를 사용할 수 있지만, 전자 결합에 의한 비접촉식 충전 커넥터를 사용할 수도 있다.

도 15는 하이브리드 오토바이 (63)의 일례를 나타낸 것이다. 이륜차의 경우에도, 하이브리드 자동차와 동일하게 내연 기관 (64), 전동기 (65), 전지팩 (54)를 구비한 에너지 효율이 높은 하이브리드 오토바이를 구성할 수 있다. 내연 기관 (64)는 주로 차륜 (66)을 구동시키고, 경우에 따라서 그 동력의 일부로 전지팩 (54)가 충전된다. 부하가 가중되는 발진이나 가속시에는 전동기 (65)에 의해 구동력이 보조된다. 차륜 (66)의 구동은 주로 내연 기관 (64)에 의해서 행해지기 때문에, 전동기 (65)의 출력은 필요한 보조의 비율에 따라서 임의로 결정할 수 있다. 비교적 작은 전동기 (65) 및 전지팩 (54)를 이용하더라도 시스템을 구성할 수 있다. 전지팩의 정격 용량은 1 내지 20 Ah의 범위로 할 수 있다. 보다 바람직한 범위는 3 내지 10 Ah이다.

도 16은 전동 오토바이 (67)의 일례를 나타낸 것이다. 전동 오토바이 (67)은 외부로부터 전력을 공급하여 충전된 전지팩 (54)에 축적된 에너지로 주행된다. 주행시의 동력은 전부 전동기 (65)이기 때문에 고출력 전동기 (65)가 필요하다. 일반적으로는 1회 주행에 필요한 모든 에너지를 한번의 충전으로 전지팩에 축적하 여 주행할 필요가 있기 때문에, 비교적 큰 용량의 전지가 필요하다. 전지팩의 정격 용량은 10 내지 50 Ah의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 15 내지 30 Ah이다.

(제4 실시 형태)

도 17 및 도 18은 제4 실시 형태에 따른 충전식 청소기의 일례를 나타낸 것이다. 충전식 청소기는 운전 모드를 선택하는 조작부 (75), 먼지 수집하기 위한 흡인력을 만들어내는 팬 모터 등으로 구성된 전동송풍 장치 (74) 및 제어 회로 (73)을 구비한다. 이들을 구동하는 전원으로서 제2 실시 형태에 따른 전지팩 (72)가 청소기의 케이스 (70) 내에 수용되어 있다. 이러한 가반식(可搬式) 장치에 전지팩을 수용하는 경우, 진동에 의한 영향을 피하기 위해서 완충재를 개재하여 전지 팩을 고정시키는 것이 바람직하다. 또한, 전지팩을 적정한 온도로 유지하기 위해서 주지된 기술을 적용할 수 있다. 받침대 겸용 충전기 (71)은, 충전기 기능의 일부 또는 전부가 케이스 (70) 내에 수용되어 있어도 상관없다.

충전식 청소기의 소비 전력은 크지만, 운반 용이성과 운전 시간을 고려하면, 전지팩의 정격 용량은 2 내지 10 Ah의 범위로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 범위는 2 내지 4 Ah이다. 또한, 전지팩의 공칭 전압은 40 내지 80 V의 범위로 하는 것이 바람직하다.

이하에 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 발명의 주지를 넘지 않는 한 본 발명은 이하에 게재되는 실시예로 한정되는 것이 아니다.

(실시예 1)

부극을 다음과 같이 제조하였다.

부극 활성 물질로서, N₂ 흡착에서의 BET법에 의한 비표면적이 3 m²/g이며, 스피넬 구조를 갖고, Li₄Ti₅O₁₂(Li₄ _/3Ti₅ _/3O₁₂ _/3)로 표시되는 티탄산리튬 입자를 준비하였다. 이 부극 활성 물질, 도전제로서 평균 입경 1.12 μm, 비표면적 82 m²/g의 코우크스, 및 폴리불화비닐리덴(PVdF)을 중량비 90:5:5가 되도록 N-메틸피롤리돈(NMP) 용액에 첨가하여 혼합하고, 슬러리를 제조하였다. 얻어진 슬러리를 두께가 15 μm인 알루미늄박에 폭 방향 양단부(장변측 양단부)를 제외하고 도포하여 건조시킨 후, 프레스함으로써 두께 40 μm이며 길이 40 cm인 벨트 형상 부극을 제조하였다.

슬러리가 도포되지 않은 폭 방향 양단부(장변측 양단부)의 폭은 한쪽을 17 mm로 하고, 다른쪽을 2 mm로 하였다. 부극 활성 물질 함유층의 최대폭(도포폭) (G)는 5 cm로 하였다. 또한, 부극 집전체의 부극 활성 물질 함유층이 형성되어 있는 부분의 두께에 대한 폭 방향 양단부(장변측 양단부)의 두께비(부극 집전체 두께비)를 SEM 관찰로써 행한 결과, 1.001배의 두께였다. 부극은 단변 방향을 따라서 절단하였을 때 얻어지는 단면이 만곡 형상을 갖도록 만곡되어 있었다.

부극의 한쪽 단변측을 재단하고, 상술한 도 2에 나타낸 이등변 삼각형상의 선단부를 형성시켰다. 선단부의 길이 (F)를 5.005 cm로 하였다.

또한, 하기에 설명하는 방법으로 측정한 부극의 평균 작동 전위는 1.55 V이 며, 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 높았다.

정극을 다음과 같이 제조하였다.

정극 활성 물질로서 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂) 분말 90 중량％, 아세틸렌블랙 3 중량％, 흑연 3 중량％ 및 폴리불화비닐리덴(PVdF) 4 중량％를 N-메틸피롤리돈(NMP)에 첨가하여 혼합하여 슬러리로 하고, 이 슬러리를 15 μm의 알루미늄박으로 이루어지는 집전체의 양면에 폭 방향 양단부(장변측 양단부)를 제외하고 도포한 후, 건조시켜 프레스함으로써 두께가 34 μm이며 길이가 50 cm인 벨트 형상 정극을 제조하였다. 얻어진 정극의 정극 활성 물질 함유층의 두께는 부극 활성 물질 함유층의 두께에 비해 얇았다.

슬러리가 도포되지 않은 폭 방향 양단부(장변측 양단부)의 폭은 한쪽이 15 mm이며 다른쪽이 2 mm였다. 정극 활성 물질 함유층의 최대폭(도포폭)(E)는 5 cm로 하였다. 또한, 정극 집전체의 정극 활성 물질 함유층이 형성되어 있는 부분의 두께에 대한 폭 방향 양단부(장변측 양단부)의 두께비(정극 집전체 두께비)를 SEM 관찰로써 행한 결과, 1.003배의 두께였다. 정극은 단변 방향을 따라서 절단하였을 때 얻어진 단면이 만곡 형상을 갖도록 만곡되어 있었다.

정극의 한쪽 단변측을 재단하고, 상술한 도 2에 나타낸 이등변 삼각형상의 선단부를 형성시켰다. 선단부의 길이 (F)를 5.0125 cm로 하였다.

정극, 두께 25 μm의 폴리에틸렌제 다공질 필름으로 이루어지는 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터의 순서대로 적층한 후, 정극 및 부극의 만곡에 의해 돌출된 면이 외주측에 위치하고, 또한 부극 선단부가 정극 선단부와 이에 의해 1주 후의 정극 사이에 위치하며, 정극 선단부의 정점이 부극 선단부의 정점보다 선행하도록 소용돌이 형상으로 권회하였다. 이것을 90 ℃에서 가열 프레스함으로써 상술한 도 3에 나타낸 구조를 갖고, 폭이 72 mm이며 두께 (T)가 1.5 mm, 높이 (H)가 8 cm인 편평한 형상의 전극군을 제조하였다. 전극군 높이 (H)의 단부로부터 정극 선단부의 정점까지의 거리는 1 cm이고, 전극군 두께 (T)의 1/2(0.75 mm)보다 컸다. 이것은, 정극의 선단부가 전극군 높이 (H)의 단부로부터 전극군 두께 (T)의 1/2 이상의 거리를 갖는 부분 (B)에 배치되어 있는 것을 의미한다. 또한, 정극 선단부의 정점과 부극 선단부의 정점과의 거리 (C)는 5 mm(0.5 cm)였다. 따라서, 부극의 선단부는 정극이 최초로 절곡되는 부분보다 선행되었다.

얻어진 전극군을 알루미늄 함유의 라미네이트 필름제 용기에 수납하고, 주액구 이외를 밀봉하였다. 이어서, γ-부티로락톤(GBL)에 2 M의 LiBF₄를 용해시킨 것을 전해액으로서 준비하였다. 전해액의 20 ℃에서의 점도는 10 cp였다. 이 전해액을 아르곤 케이스 내에서 주액하고, 1 Torr.까지의 감압 탈기를 5 분간에 걸쳐 행하는 조작을 10회 반복한 후, 주액구를 밀봉하여 시험에 사용하였다.

시험은 2 가지 방법으로 행하였다.

2종의 실험용 전지를 준비하였다.

하나는, 전해액의 함침 공정 후에 개봉하여 세퍼레이터의 전해액 함침도를 확인하는 데 이용하였다. 세퍼레이터는 전해액이 함침되면 휘도가 변하기 때문에, 휘도가 낮은 부분의 화상 해석에 의해 전체에 대한 면적비를 측정하고, 이것을 함침도라 하였다.

다른 하나는, 상기 전지를 10개 만들어 2.8 V에서 0.2 C 12 시간의 첫회 충전시킨 후, 만충전으로부터 1 C, 10 C, 20 C, 30 C로 방전을 행한 경우의 각각에 대한 10 초 후의 전압으로부터 외삽하여, 10 초간 전압 2 V를 유지할 수 있는 전류를 구하였다. 이 전류값을 전지 중량으로 나눈 값을 표 1에 기재하였다.

이들 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(실시예 2 내지 7, 11)

부극 집전체의 장변측 양단부의 폭, 부극 집전체 두께비, 부극 활성 물질 함유층의 단변 방향 최대폭 (G), 부극 선단부의 길이 (F), 전극군 높이 (H)의 단부와 정극 선단부의 정점과의 거리, 정극 선단부의 정점과 부극 선단부의 정점과의 거리 (C)를 하기 표 1, 2에 나타낸 바와 같이 설정한 것 이외에는, 상술한 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 제조하고, 시험도 동일하게 행하였다.

(실시예 8)

부극 활성 물질로서, N₂ 흡착에서의 BET법에 의한 비표면적이 3 m²/g이며, 람스델라이트 구조를 갖고, Li₂Ti₃O₇로 표시되는 티탄산리튬 입자를 이용한 것 이외에는, 상술한 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 제조하고, 시험도 동일하게 행하였다. 또한, 부극의 평균 작동 전위는 1.6 V이며, 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 높았다.

(실시예 9)

부극 활성 물질로서, N₂ 흡착에서의 BET법에 의한 비표면적이 2 m²/g이며, FeS로 표시되는 황화철 입자를 이용한 것 이외에는, 상술한 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 제조하고, 시험도 동일하게 행하였다. 또한, 부극의 평균 작동 전위는 1.4 V이며, 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 높았다.

(실시예 10)

비수전해질에 용융염인 1 M 농도의 LiBF₄를 포함하는 EMI·BF₄를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 전지를 제조하고, 시험도 동일하게 행하였다. 또한, 비수전해질의 20 ℃에서의 점도는 30 cp였다.

(비교예 1)

부극 선단부의 정점을 정극 선단부의 정점보다도 선행시키고, 또한 부극 집전체의 장변측 양단부의 폭, 부극 집전체 두께비, 부극 활성 물질 함유층의 단변 방향 최대폭 (G), 부극 선단부의 길이 (F)를 하기 표 1, 2에 나타낸 바와 같이 설정한 것 이외에는, 상술한 실시예 1과 동일하게 하여 전지를 제조하고, 시험도 동일하게 행하였다. 또한, 전극군 높이 (H)의 단부와 부극 선단부의 정점과의 거리는 3 cm로 하고, 정극 선단부의 정점과 부극 선단부의 정점과의 거리는 10 mm로 하였다.

(비교예 2)

부극 집전체로서 동박을 이용한 것, 및 부극 집전체 두께비를 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 설정한 것 이외에는, 비교예 1과 동일하게 전지를 제조하고, 시험도 동일하게 행하였다.

(비교예 3)

정극 (8)의 선단부 (14)의 형상과 부극 (9)의 선단부 (18)의 형상을, 도 19에 예시한 바와 같이 정부극의 활성 물질 함유층 (13), (17)의 단변 방향 최대폭의 1/2에 상당하는 위치(직선 L로 나타냄)를 경계로 하여 2개의 이등변 삼각형이 나란히 서 있는 형상으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 거의 동일한 구성의 전지를 제조하는 경우, 권회시에 꼬임이 발생하고, 이에 의해 코일 제조 후의 프레스시에 세퍼레이터에 구멍이 개방되어 쇼트가 발생하였기 때문에, 전지 제조가 불가능하였다. 비교예 3에서 이용한 정부극 (8), (9)의 선단부 (14), (18)의 형상은 위치 (L)에 대하여 선대칭인 형상이지만, 위치 (L) 상이 아닌 정점 (Z)가 2개 존재하는 앞 부분이 갈라진 형상이고, 선단부 (14), (18)의 강도가 부족하였기 때문이라고 추측된다.

표 1 및 표 2로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 내지 11의 전지는 세퍼레이터의 전해액 함침도가 비교예 1, 2보다 높고, 출력 특성도 우수하였다. 실시예 1 내지 4를 비교함으로써, 전극군 높이 (H)의 단부(권회축과 평행한 단부)로부터 정극 선단부의 정점까지의 거리가 전극군 높이 (H)의 1/2 이하인 실시예 1 내지 3에 있어서 고출력이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 8, 9, 10의 결과로부터, 부극 활성 물질의 종류를 변경하거나, 용융염을 포함하는 비수전해질을 사용하더라도, 실시예 1과 동일한 효과를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 부극 선단부를 정극 선단부보다 선행시킨 비교예 1, 부극 집전체에 Cu 박을 사용한 비교예 2에서는, 세퍼레이터의 전해액 함침도가 낮을 뿐만 아니라 출력 특성도 열악하였다.

실시예에서 이용한 부극의 평균 작동 전위의 측정은 이하에 설명하는 방법으로 행하였다.

부극을 2 cm x 2 cm의 크기로 잘라내어 작용극으로 하였다. 작용극과 2.2 cm x 2.2 cm의 리튬 금속박을 포함하는 반대극을 유리 필터(세퍼레이터)를 통해 대향시키고, 작용극과 반대극이 접촉하지 않도록 리튬 금속을 참조극으로서 삽입하였다. 이들 전극을 3극식 유리 셀에 넣어, 작용극, 반대극, 참조극의 각각을 유리 셀의 단자에 접속시키고, 전해액(에틸렌카르보네이트와 γ-부티로락톤을 1:2의 부피비로 혼합한 용매에 1.5 M/L의 4불화붕산리튬(LiBF₄)을 용해시킨 전해액)을 25 mL 부어, 세퍼레이터 및 전극에 충분히 전해액이 함침된 상태로 하여 유리 용기를 밀폐시켰다. 제조한 유리 셀을 25 ℃의 항온조 내에 배치하고, 0.1 mA/cm²의 전류 밀도로 충전을 0.5 V까지 행하고, 그 후 2 V까지 방전시켰을 때의 방전 전력량을 방전전기량으로 나눈 값을 평균 작동 전위로 하였다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로로 한정되지 않고, 실시 단계에서는 그의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형시켜 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수개의 구성 요소의 적당한 조합에 의해 각종 발명을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실시 형태에 나타낸 전체 구성 요소로부터 몇개 정도의 구성 요소를 삭제할 수도 있다. 또한, 다른 실시 형태에 걸친 구성 요소를 적절하게 조합할 수도 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 따른 비수전해질 전지의 분해 사시도.

도 2는 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 전극군의 구조를 설명하기 위한 모식도.

도 3은 도 2에 나타낸 전극군의 확대 상면도.

도 4는 도 1의 비수전해질 전지에 사용되는 전극군의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도.

도 5는 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 정부극의 형상을 설명하기 위한 모식도.

도 6은 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 전극군을 VI-VI선으로 절단하였을 때 얻어지는 모식적인 단면도.

도 7은 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 정부극의 선단부 형상의 다른 예를 나타낸 평면도.

도 8은 도 1의 비수전해질 전지에 이용되는 정부극의 선단부 형상의 또다른 예를 나타낸 평면도.

도 9는 제2 실시 형태에 따른 전지팩의 분해 사시도.

도 10은 도 9의 전지팩의 전기 회로를 나타내는 블럭도.

도 11은 제3 실시 형태에 따른 시리즈 하이브리드 자동차를 나타낸 모식도.

도 12는 제3 실시 형태에 따른 패러렐 하이브리드 자동차를 나타낸 모식도.

도 13은 제3 실시 형태에 따른 시리즈·패러렐 하이브리드 자동차를 나타낸 모식도.

도 14는 제3 실시 형태에 따른 자동차를 나타낸 모식도.

도 15는 제3 실시 형태에 따른 하이브리드 오토바이를 나타낸 모식도.

도 16은 제3 실시 형태에 따른 전동 오토바이를 나타낸 모식도.

도 17은 제4 실시 형태에 따른 충전식 청소기를 나타낸 모식도.

도 18은 도 17의 충전식 청소기의 구성도.

도 19는 비교예 3의 비수전해질 전지에 이용되는 정부극의 선단부 형상을 나타낸 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1… 비수전해질 전지(단전지), 2… 용기, 3… 전극군, 4… 밀봉판, 5… 주액구, 6… 정극 단자 인출 구멍, 7… 부극 단자 인출 구멍, 8… 정극, 9… 부극, 10… 세퍼레이터, 11… 정극 집전체, 12a, 12b… 정극 집전체의 장변측 양단부, 13… 정극 활성 물질 함유층, 14… 정극 선단부, 15… 부극 집전체, 16a, 16b… 부극 집전체의 장변측 양단부, 17… 부극 활성 물질 함유층, 18… 부극 선단부, 19… 정극의 최초 절곡부, 20… 권심, 21… 정극 리드, 22… 정극 탭, 23… 부극 리드, 24… 부극 탭, 31… 조전지, 32… 점착 테이프, 33… 프린트 배선 기판, 34… 서미스터, 35… 보호 회로, 36… 통전용 단자, 37… 정극측 배선, 38… 정극측 커넥터, 39… 부극측 배선, 40… 부극측 커넥터, 41, 42, 43… 배선, 44… 보호 블럭, 46… 수납 용기, 47… 뚜껑, 50, 57, 59… 하이브리드 자동차, 51, 64… 내연 기관, 52… 발전기, 53… 인버터, 54… 전지팩, 55, 65… 전동기, 56, 66… 차륜, 58… 발전기를 겸한 전동기, 60… 동력 분할 기구, 61… 후부 좌석, 62… 트렁크 룸, 63… 하이브리드 오토바이, 67… 전동 오토바이, 70… 케이스, 71… 받침대를 겸한 충전기, 72… 전지팩, 73… 제어 회로, 74… 전동 송풍 장치, 75… 조작부.

Claims

각각 벨트 형상인 정극과 부극이 세퍼레이터를 통하여 편평한 형상으로 권회된 전극군, 및 상기 전극군에 유지되는 비수전해질을 구비하는 비수전해질 전지이며,

상기 부극은 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 부극 집전체, 및 상기 부극 집전체의 적어도 폭 방향 양단부를 제외하고 형성되며 알루미늄의 리튬 합금화 전위보다 부극 평균 작동 전위가 높아지는 부극 활성 물질을 포함하는 부극 활성 물질 함유층을 포함하고,

상기 부극은 상기 부극의 길이 방향의 일단에 정점을 향해 폭이 점차 감소되는 선단부를 갖고, 상기 선단부는 상기 부극 활성 물질 함유층의 최대폭의 1/2에 상당하는 위치에 상기 정점이 존재하면서 상기 위치에 대하여 대칭인 형상을 가지며,

상기 부극의 상기 선단부는 상기 정극의 권취 개시 부분과 이보다 1주(周) 후의 정극 사이에 위치하고, 상기 정점이 상기 권취 개시 부분보다 후방에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비수전해질 전지.
제1항에 있어서, 상기 정극이 상기 정극의 길이 방향의 일단에 정점을 향해 폭이 점차 감소되는 선단부를 갖고, 상기 선단부가 상기 정극 활성 물질 함유층의 최대폭의 1/2에 상당하는 위치에 상기 정점이 존재하면서 상기 위치에 대하여 대칭 인 형상을 갖고,

상기 부극의 상기 선단부가 상기 정극의 상기 선단부와 이보다 1주 후의 상기 정극 사이에 위치하고, 상기 부극의 상기 선단부의 상기 정점이 상기 정극의 상기 선단부의 상기 정점보다 후방에 위치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비수전해질 전지.
제2항에 있어서, 상기 정극의 상기 선단부가 상기 전극군의 권회축과 평행한 단부로부터 상기 전극군 두께의 1/2 이상의 거리를 갖는 부분에 배치되고, 상기 정극의 상기 선단부의 상기 정점과 상기 부극의 상기 선단부의 상기 정점과의 거리가 0.5 mm 이상 50 mm 이하인 것을 특징으로 하는 비수전해질 전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부극 활성 물질의 비표면적이 1 m²/g 이상 10 m²/g 이하인 것을 특징으로 하는 비수전해질 전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비수전해질은 20 ℃에서의 점도가 5 cp 이상인 것을 특징으로 하는 비수전해질 전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 비수전해질 전지를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 비수전해질 전지를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차.