KR101085668B1

KR101085668B1 - 전지

Info

Publication number: KR101085668B1
Application number: KR1020090069470A
Authority: KR
Inventors: 도모히코 요코야마; 마사토 후지카와
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-11-22
Also published as: JP2010033949A; US20100028762A1; KR20100013275A; CN101626093A; US8318337B2; CN101626093B

Abstract

본 발명의 전지는, 제1 전극과 제2 전극을 사이에 다공질 절연층을 두고 적층 또는 권회한 전극군; 비수 전해질; 상기 전극군 및 비수 전해질을 수납하는 전지 케이스; 상기 제1 전극과, 상기 전지 케이스의 저부(底部)를 접속하는 제1 리드; 상기 전지 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉 부재; 및 상기 제2 전극과, 상기 밀봉 부재를 접속하는 제2 리드를 구비한다. 상기 제1 및 제2 리드의 적어도 한쪽이 리드의 길이방향의 단위길이당의 저항이 다른 부분보다 높은 고저항부를 가지며, 상기 고저항부는, 상기 제1 리드의, 상기 전지 케이스의 저부와의 접속 부위보다 상기 제1 전극에 가까운 부위, 또는, 상기 제2 리드의, 상기 밀봉 부재와의 접속 부위보다 상기 제2 전극에 가까운 부위에 위치하고, 상기 고저항부가 상기 전지 케이스 또는 밀봉 부재에 접하고 있다. 본 발명의 전지는, 외부 단락시의 전극 리드의 발열에 의한 전지 온도의 상승이 억제되어, 뛰어난 안전성을 가진다.

Description

전지{BATTERY}

본 발명은, 전지 케이스 또는 밀봉 부재와 전극을 접속하는 전극 리드를 구비한 전지에 관한 것이다.

종래로부터, 양극, 음극 및 양 전극 사이에 배치되는 세퍼레이터로 이루어진 전극군과, 상기 전극군을 수납하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스를 밀봉하는 밀봉 부재와, 상기 음극과 상기 전지 케이스의 저부(底部)를 접속하는 음극 리드와, 상기 양극과 상기 밀봉 부재를 접속하는 양극 리드를 구비한 전지가 이용되고 있다. 음극 리드에는 예를 들면 니켈 리드가 이용된다.

상기 전지가 외부 단락한 경우, 가장 저항이 높은 니켈제 음극 리드가 발열하기 쉽다. 음극 리드 중에서도, 특히, 전지 케이스 내측면에 대향하는 부분과 전지 케이스 내저면에 대향하는 부분의 경계 및 그 근방 부분에서의 절곡 부분이, 소성변형에 의해 늘어나고 있기 때문에, 다른 부분보다 저항이 높고, 발열량이 크다. 또한, 이 부분은, 전지 케이스와 접촉하고 있지 않기 때문에, 음극 리드에서 발생한 열이 전지 케이스를 통하여 외부에 방출되기 어려워, 전지 온도가 대폭 상승한다.

그런데, 상기의 전지와는 구조가 다르지만, 외부 단락에 의한 발열을 억제하기 위해서, 예를 들면, 일본 공개특허공보 평성10-214614호에서는, 전극군, 상기 전극군을 수납하는 전지 케이스, 상기 전지 케이스에 설치된 양극 단자 및 음극 단자, 상기 전극군의 음극과 음극 단자를 접속하는 음극 리드, 및, 양극과 양극 단자를 접속하는 양극 리드를 구비한 전지에 있어서, 음극 리드의 일부에 폭이 좁은 잘록한 부분을 설치하여, 외부 단락시에 음극 리드를 그 부분에서 용단(溶斷)시켜, 전류를 차단하는 방법이 제안되어 있다.

그러나, 이러한 방법을 예를 들어 원통형 등과 같은 구조의 전지에 이용한 경우, 음극 리드의 잘록한 부분이 일단 용단하더라도, 용단한 부분이 재용착하여, 전류가 다시 계속 흘러 전지가 계속 발열한다고 하는 가능성이 있다. 이 경우, 잘록한 부분이 전지 케이스와 접촉하고 있지 않기 때문에, 음극 리드에서 발생한 열이 외부에 방출되기 어려워, 전지 온도가 대폭 상승한다.

본 발명은, 외부 단락시의 전극 리드의 발열에 의한 전지 온도의 상승이 억제되고, 뛰어난 안전성을 가진 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은,

제1 전극과 제2 전극을 사이에 다공질 절연층을 두고 적층 또는 권회한 전극군;

비수 전해질;

상기 전극군 및 비수 전해질을 수납하는 전지 케이스;

상기 제1 및 제2 전극 중의 한쪽과, 상기 전지 케이스의 저부를 접속하는 제1 리드;

상기 전지 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉 부재; 및

상기 제1 및 제2 전극의 다른쪽과, 상기 밀봉 부재를 접속하는 제2 리드를 구비한 전지로서,

상기 제1 및 제2 리드의 적어도 한쪽이 리드의 길이방향의 단위길이당의 저항이 다른 부분보다 높은 고저항부를 가지며,

상기 고저항부는, 상기 제1 리드의, 상기 전지 케이스의 저부와의 접속 부위보다 상기 제1 전극에 가까운 부위, 또는, 상기 제2 리드의, 상기 밀봉 부재와의 접속 부위보다 상기 제2 전극에 가까운 부위에 위치하고,

상기 고저항부는 상기 전지 케이스 또는 밀봉 부재에 접하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 상기 제1 리드는 얇은 부분을 가지며, 그 얇은 부분은 전지 케이스의 저부와 접하여, 고저항부로서 작용한다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 얇은 부분은, 상기 제1 리드의 폭방향의 적어도 일부에 형성되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 얇은 부분은, 상기 제1 리드의 폭방향의 한쪽의 단부로부터 다른쪽의 단부에 걸쳐 형성되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 제2 리드는 얇은 부분을 가지며, 그 얇은 부분은 밀봉 부재와 접하여, 고저항부로서 작용한다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 얇은 부분은, 상기 제2 리드의 폭방향의 적어도 일부에 형성되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 얇은 부분은, 상기 제2 리드의 폭방향의 한쪽의 단부로부터 다른쪽의 단부에 걸쳐 형성되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 얇은 부분은, 구부림 가공, 가압 가공, 절삭 가공, 또는 인장 가공에 의해 형성되고 있다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 제1 리드는 관통구멍 또는 절결부를 가지며, 그 관통구멍 또는 절결부의 근방의 영역이 상기 전지 케이스의 저부에 접하여, 고저항부로서 작용한다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 제1 리드는, 폭방향의 양단에 한 쌍의 절결부를 가지며, 그 한 쌍의 절결부의 사이에 좁은 폭부가 형성되어 있으며, 상기 좁은 폭부가 상기 전지 케이스의 저부에 접하여, 고저항부로서 작용한다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 제2 리드는 관통구멍 또는 절결부를 가지며, 그 관통구멍 또는 절결부의 근방의 영역이 상기 밀봉 부재에 접하여, 고저항부로서 작용한다.

본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 상기 제2 리드는, 폭방향의 양단에 한 쌍의 절결부를 가지며, 그 한 쌍의 절결부의 사이에 좁은 폭부가 형성되어 있으며, 상기 좁은 폭부가 상기 밀봉 부재에 접하여, 고저항부로서 작용한다.

본 발명에 의하면, 외부 단락시에, 전극 리드에서 발생하는 열이 효율적으로 외부에 방출되어, 전극 리드의 발열에 의한 전지 온도의 상승이 대폭 억제된다.

본 발명의 전지는, 전극군의 양극 및 음극 중의 한쪽과 전지 케이스의 저부를 접속하는 제1 전극 리드, 및, 그들 전극의 다른쪽과 전지 케이스의 밀봉 부재를 접속하는 제2 전극 리드를 구비한다. 이들 전극 리드의 적어도 한쪽이 리드의 길이방향의 단위길이당의 저항이 다른 부분보다 높은 고저항부를 가진다. 이 고저항부는, 제1 전극 리드의, 전지 케이스의 저부와의 접속 부위보다 제1 전극에 가까운 부위, 또는, 제2 전극 리드의, 밀봉 부재와의 접속 부위보다 제2 전극에 가까운 부위에 위치하고, 또한, 전지 케이스 또는 밀봉 부재에 접하고 있다.

이에 따라, 외부 단락시에, 전극 리드의 고저항부가 다른 부분보다 발열하기 쉬워진다. 전극 리드의 고저항부는, 전지 케이스 또는 밀봉 부재와 접촉하고 있기 때문에, 고저항부에서 발생한 열은, 전지 케이스 또는 밀봉 부재로부터 효율적으로 외부에 방출되고, 전극 리드의 발열에 의한 전지의 온도 상승이 효과적으로 억제된다. 상기에서, 제1 리드가 음극과 전지 케이스를 접속하는 음극 리드가 되는 경우, 제2 리드는 양극과 밀봉 부재를 접속하는 양극 리드가 된다. 또한, 제2 리드가 음극과 밀봉 부재를 접속하는 음극 리드가 되는 경우, 제1 리드가 양극과 전지 케이스를 접속하는 양극 리드가 된다.

양극 리드 또는 음극 리드는, 전극군의 하부 또는 상부로부터 연장되고, 그 연장되는 방향(상하 방향)이 전지 케이스의 저부 또는 밀봉 부재와의 용접면과 수직인 경우, 전극 리드를 절곡하여, 전극 리드의 선단부를 전지 케이스의 저부 또는 밀봉 부재와 접촉시켜 용접한다. 그리고, 전극 리드는, 전지 케이스의 저부 또는 밀봉 부재와의 용접에 의한 접속 부분보다 제1 전극 또는 제2 전극에 가까운 부분에 고저항부를 가진다. 이 고저항부가 전지 케이스 또는 밀봉 부재에 접촉하고 있다. 고저항부는, 적어도, 소성변형에 의해서 늘어나는 절곡부보다도, 리드의 길이방향의 단위길이당의 저항이 높으면 좋다. 이 고저항부는, 절곡부보다도 리드의 길이방향에 수직인 단면의 면적이 좁은 영역을 형성하는 것에 의해서, 용이하게 형성할 수 있다.

전극 리드의 바람직한 제1 형태에서는, 전극 리드의, 전지 케이스 또는 밀봉 부재와 대향하는 부분에 얇은 부분, 즉 다른 부분보다 두께가 얇은 부분을 가지며, 이 얇은 부분이 전지 케이스 또는 밀봉 부재와 접하여, 고저항부로서 작용한다. 이 얇은 부분은 다른 부분보다 발열하기 쉽다. 발생한 열은 접촉 부분을 지나 전지 케이스 또는 밀봉 부재에 전해지고, 전지 케이스 또는 밀봉 부재로부터 방산되므로, 전극군의 온도 상승이 대폭 억제된다. 얇은 부분은, 예를 들면, 구부림 가공, 가압 가공, 절삭 가공, 또는 인장 가공 등의 방법에 의해 형성된다.

전극 리드의 바람직한 제2 형태에서는, 전극 리드의 전지 케이스 또는 밀봉 부재와의 접촉 부분에 절결부 또는 관통구멍을 형성하는 것에 의해서, 리드의 길이방향에 수직인 단면의 면적이 좁아져, 고저항부가 형성된다. 이에 따라, 고저항부가 다른 부분보다 발열하기 쉽다. 고저항부에서 발생한 열은 접촉 부분을 지나 전 지 케이스 또는 밀봉 부재에 전해지고, 전지 케이스 또는 밀봉 부재로부터 방산되므로, 전극군의 온도 상승이 대폭 억제된다. 이 형태 2에 의하면, 전지 제작상의 취급이 용이하기 때문에, 상기 절결부는, 전극 리드의 폭방향의 양단에 형성되는 것이 바람직하다.

음극 리드에는, 예를 들어, 니켈박, 구리박, 니켈 도금된 구리박, 또는 니켈과 구리의 클래드판이 이용된다. 음극 리드는, 예를 들면, 두께 0.05∼0.2mm이다.

양극 리드에는, 예를 들어, 알루미늄박, 알루미늄합금박, 또는 알루미늄과 스테인리스강의 클래드판이 이용된다. 양극 리드는, 예를 들면, 두께 0.05∼0.2mm이다.

이하에, 본 발명의 전지의 하나의 실시형태로서 원통형 리튬 이온 이차전지에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하의 실시형태에 한정되지 않는다. 도 1은, 본 발명의 전지의 하나의 실시형태인 원통형 리튬 이온 이차전지의 개략 종단면도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 케이스(1)에는, 띠 형상의 양극(5)과, 띠 형상의 음극(6)을, 그들 사이에 띠 형상의 세퍼레이터(7)를 두고 권회한 전극군(4)이 수납되어 있다. 양극(5)은, 양극 집전체 및 양극 집전체상에 형성된 양극 활물질층을 가진다. 음극(6)은, 음극 집전체 및 음극 집전체상에 형성된 음극 활물질층을 가진다. 전극군(4)은, 비수전해액을 포함한다. 전극군 (4)의 상부 및 하부에는, 각각 링 형상의 상부 절연판(8a) 및 하부 절연판(8b)이 배치되어 있다. 전지 케이스(1)의 개구부를, 개스킷(3)을 사이에 두고, 전지덮개 (2)의 둘레가장자리부에 코킹시키는 것에 의해, 전지 케이스(1)가 밀봉되어 있다.

전지덮개(2)(밀봉 부재)는, 양극 단자를 겸하고 있으며, 배기구를 설치한 볼록부를 가진 밀봉판(2a)(양극 캡), 중앙부에서 서로 접합된 상부 밸브체(2b) 및 하부 밸브체(2c), 필터(2d), 및 PTC 소자(10)를 구비한다. 상부 밸브체(2b)와 하부 밸브체(2c)의 사이에는, 절연부재(2e)가 삽입되어 있다.

전지의 과충전 등에 의해 전지 내부의 가스 발생량이 증대하여, 전지의 내부 압력이 소정치를 넘으면, 상부 밸브체(2b)가 파단하고, 밀봉판(2a)의 배기구를 통하여, 가스가 전지의 외부로 방출된다. 동시에 상부 밸브체(2b)와 하부 밸브체(2c)의 전기적 접속이 끊어지므로, 출력 전류가 차단된다.

양극(5)과 밀봉판(2a)은, 양극 리드(5a)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 양극 리드(5a)의 한쪽의 단부는, 양극(5)의 중앙 부분에 설치된 집전체 노출부에 접속되어 있다. 양극 리드(5a)의 다른쪽의 단부는, 전지덮개(2)에 있어서의 필터(2d)의 하면에 접속되어 있다. 음극(6)과 전지 케이스(1)는, 음극 리드(6a)를 사이에 두고 전기적으로 접속되어 있다. 음극 리드(6a)의 다른쪽의 단부는, 음극(6)의 바깥둘레측 단부에 설치된 집전체 노출부에 접속되어 있다. 음극 리드(6a)의 다른쪽의 단부는, 전지 케이스(1)의 내저면에 접속되어 있다.

여기서, 도 2는, 도 1의 전지의 저부 부근을 확대하여 도시한 주요부 단면도이다. 또한, 도 3은, 음극 리드의 얇은 부분(9) 부근을 도시한 평면도이다.

도 2 및 3에 도시하는 바와 같이, 음극 리드(6a)는, 그 길이방향과 직각인 방향, 즉 폭방향에 따른 단면의 형상이 V자 형상인 얇은 부분(9)을 가진다. 얇은 부분(9)은, 음극 리드(6a)의 절곡 부분{전지 케이스(1)의 내측면에 대향하는 부분과 전지 케이스(1)의 내저면에 대향하는 부분과의 경계 부분}과, 음극 리드(6a)의 전지 케이스(1)의 내저면과의 용접 부분(리드 선단부분)의 사이에 설치되어 있다. 얇은 부분(9)은, 음극 리드(6a)의 폭방향의 한쪽의 단부로부터 다른쪽의 단부에 걸쳐, 전지 케이스(1)의 내저면측에 V자 형상으로 돌출하도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 음극 리드(6a)의 일부분에 구부림 가공을 실시하면, 이 가공 부분이 다른 부분보다도 얇아진다. 그에 따라 얇은 부분(9)이 형성되고 있다.

외부 단락시에, 주로, 음극 리드(6a)에 있어서 고저항부인 얇은 부분(9)에서 열이 발생한다. 얇은 부분(9)은 전지 케이스(1)와 접촉하고 있기 때문에, 얇은 부분(9)으로부터 전지 케이스(1)를 통하여 효율적으로 전지의 외부에 열이 방출되어, 음극 리드(6a)의 발열에 의한 전지 온도의 상승이 대폭 억제된다.

구부림 가공으로서는, 예를 들면, 음극 리드(6a)를 소정의 대(臺)상에 설치하고, 선단 형상이 V자형상의 구부림 펀치를 거기에 눌러 가압하는 방법을 들 수 있다. 음극 리드(6a)에서의 구부림 가공된 부분이 늘어나는 것에 의해, 단면 V자형상의 얇은 부분(9)이 형성된다. 전극군(4)을 전지 케이스(1)내에 수납할 때에, 음극 리드(6a)는 전지 케이스의 내저면측에 꽉 눌려진다. 그 때문에, 구부림 가공에 의해서 형성된, V자 형상으로 돌출한 부분은, 전지 케이스(1)에 용이하게 접촉하여, 그 접촉 상태가 확실하게 유지된다. 그리고, 음극 리드(6a)의 전지 케이스(1)의 내저면과 대향하는 부분에서, V자 형상으로 아래쪽으로 돌출하는 얇은 부분(9)의 근방은 전지 케이스(1)의 내저면과 접촉하지 않고, 음극 리드(6a)의 선단측 부 분이 전지 케이스(1)의 내저면과 접촉한다.

또한, 단면 V자 형상의 얇은 부분(9)을 가진 음극 리드(6a)에 대신하여, 도 4 및 5에 도시한 바와 같은, 폭방향으로 수직인 단면의 형상이 원호 형상인 얇은 부분(19)을 가진 음극 리드(16a)를 이용하여도 좋다. 이 얇은 부분(19)은, 거의 반원구형상으로 아래쪽으로 돌출하여 형성되어 있으며, 그 반원구의 정수리부 부분이 전지 케이스(11)의 내저면에 접하고 있다. 얇은 부분(19)은, 예를 들면, 음극 리드 (16a)를 소정의 대(臺)상에 두고, 선단이 대략 반구형상인 펀치를 음극 리드(16a) 소정 개소에 눌러 가압하는 것에 의해서 형성된다.

반원구형상의 얇은 부분(19)을 가진 음극 리드(16a) 대신에, 도 6 및 7에 도시한 바와 같은, 폭방향으로 수직인 단면의 형상이 거의 U자 형상인 얇은 부분(29)을 가진 음극 리드(26a)를 이용하여도 좋다. 얇은 부분(29)은, 거의 사각형상으로 아래쪽으로 돌출하여 형성되어 있다. 얇은 부분(29)은, 예를 들어, 음극 리드(26a)를 소정의 대상에 두고, 선단부분이 사각기둥형상의 펀치를 음극 리드(26a)의 소정 개소에 눌러 가압하는 것에 의해서 형성된다.

상술한 바와 같은 형상의 얇은 부분(9,19), 및 (29)에 의하면, 전지 케이스 (21)의 내저면에 확실히 접촉시키고, 또한 그 높이 방향의 데드 스페이스를 최소한으로 하기 위해서, 음극 리드의 전지 케이스내저면측의 주면과, 구부림 가공으로 형성된 얇은 부분(9,19), 및 (29)에 의한 돌출부의 정수리부의 단차를, 예를 들어, 0.05mm∼0.2mm의 범위내로 하는 것이 바람직하다.

도 8 및 9에 도시하는 바와 같이, 폭방향에서의 한쪽의 단부로부터 다른쪽의 단부에 걸쳐 연속적으로 형성된 얇은 부분(39)을 가진 음극 리드(36a)를 이용하여도 좋다. 얇은 부분(39)은, 절삭 가공, 가압 가공, 또는 인장 가공 등의 방법에 의해 형성된다.

음극 리드(6a,16a,26a), 및 (36a)은, 예를 들면, 두께 0.05mm∼0.2mm, 폭 2mm∼5mm이다. 얇은 부분(9,19,29), 및 (39)는, 예를 들면, 두께 0.03mm∼0.18mm이다.

상술한 예에서는, 두께 방향의 치수를 작게 하여 얇은 부분을 형성하는 것에 의해서, 고저항부를 형성하고 있다. 그 이외에, 음극 리드에 두께 방향을 따라서 1개 또는 그 이상의 절결부 또는 관통구멍을 형성하고, 리드의 길이방향과 직교하는 단면의 면적을 다른 부분보다 좁게 하는 것에 의해서, 고저항부를 형성해도 좋다.

예를 들면, 도 10 및 11에 도시하는 바와 같이, 폭방향의 중앙부에 원형상의 관통구멍(49)을 가진 음극 리드(46a)를 이용하여도 좋다. 도 12 및 13에 도시하는 바와 같이, 폭방향의 중앙부에 사각형상의 관통구멍(59)을 가진 음극 리드(56a)를 이용하여도 좋다. 그리고, 이들 관통구멍(49,59) 근방의 부분을 전지 케이스 (41,51)의 내저면에 각각 접하게 한다. 음극 리드(46a,56a)는, 예를 들면, 두께 0.05mm∼0.2mm, 폭 2mm∼5mm이다. 원형상의 관통구멍(49)은, 예를 들면, 직경 0.5mm∼2mm이다. 사각형상의 관통구멍(59)은, 예를 들면, 한 변이 길이 0.5mm∼2mm이다.

도 14 및 15에 도시하는 바와 같이, 폭방향의 양단에, 한 쌍의 사각 형상의 절결부(69)을 가진 음극 리드(66a)를 이용하여도 좋다. 한 쌍의 절결부(69)는, 음 극 리드(66a)의 폭방향의 중간점을 통과하는 길이방향에 평행한 직선에 관해서 대칭적으로 설치되어 있다. 그리고, 절결부(69)에 의해서 형성된 폭이 좁은 부분이 전지 케이스(61)의 내저면에 접하도록 가공되어 있다. 음극 리드(66a)는, 예를 들면, 두께 0.05mm∼0.2mm, 폭 2mm∼5mm이다. 절결부(69)는, 예를 들면, 폭 0.025mm∼1mm, 길이 1mm∼5mm이다.

양극 활물질층은, 예를 들면, 양극 활물질, 도전재, 및 결착제를 포함한다.양극 활물질로는, 예를 들면, LiCoO₂, LiNiO₂, Li₂MnO₄와 같은 리튬 함유 복합 산화물이 이용된다. 이들을, 단독으로 이용하여도 좋고, 2종 이상을 조합한 혼합물로서 이용하여도 좋다. 도전제로서는, 예를 들면, 천연 흑연 및 인조 흑연과 같은 그라파이트류, 또는, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 퍼니스블랙, 램프블랙, 및 서멀블랙과 같은 카본블랙류가 이용된다. 결착제로서는, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아라미드 수지, 폴리아미드, 폴리이미드가 이용된다. 양극 집전체로서는, 예를 들면, 알루미늄박과 같은 금속박, 또는 탄소 혹은 도전성 수지의 박막이 이용된다.

음극 활물질층은, 예를 들면, 음극 활물질, 도전재, 및 결착제를 포함한다. 또한, 음극 활물질층은, 예를 들면, 리튬 금속판 또는 리튬 합금판이라도 좋다. 음극 활물질로서는, 흑연과 같은 탄소 재료, 규소나 주석 등과 같은, 리튬 이온을 가역적으로 흡장·방출 가능한 재료를 이용할 수 있다. 음극의 도전재 및 결착제에는, 양극의 도전재 및 결착제와 같은 것을 이용하여도 좋다. 음극 집전체에는, 예 를 들면, 스테인리스강박, 니켈박, 및 구리박과 같은 금속박, 또는 탄소 혹은 도전성 수지의 박막이 이용된다.

비수 전해질에는, 예를 들면, 유기용매 및 유기용매속에 용해한 리튬염으로 이루어진 액상의 전해질이 이용된다. 리튬염으로서는, 예를 들어, LiPF₆, LiBF₄, L iClO₄, LiAlCl₄, LiSbF₆, LiSCN, LiCF₃SO₃, LiN(CF₃CO₂), LiN(CF₃SO₂)₂가 이용된다. 유기용매로서는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 또는 에틸메틸카보네이트가 이용된다.

세퍼레이터(7)로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과의 적층 구조물, 또는 에틸렌과 프로필렌과의 공중합체를 들 수 있다. 본 실시형태에서는, 다공질 절연층으로서 상기 세퍼레이터를 이용했지만, 상기 세퍼레이터 대신에, 유기용매 및 리튬염으로 이루어진 액상의 비수 전해질에 고분자 재료를 첨가하여 비유동화시킨 폴리머 전해질층을 다공질 절연층으로서 배치해도 좋다.

전지 케이스(1)의 재료에는, 철, 니켈, 또는 구리와 같은 금속재료가 이용된다.

상기 실시형태에서는, 음극 리드(6a)에 고저항부를 형성했지만, 양극 리드 (5a)에 고저항부를 형성하여도 좋다. 보다 구체적으로는, 양극 리드(5a)의, 필터 (2d)와의 접촉 부분 근방의 절곡부와, 필터(2d)와의 용접부의 사이에서의, 필터 (2d)와의 접촉 부분에 고저항부를 설치하여도 좋다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명은 실시예에 한정되 지 않는다.

≪실시예 1≫

이하의 순서에 의해 도 1에 도시한 원통형 리튬 이온 이차전지를 제작했다.

(1) 양극의 제작

양극 활물질로서 평균 입자지름 10㎛의 코발트산 리튬(LiCoO₂) 100중량부, 결착제로서 폴리불화비닐리덴 8중량부, 및 도전재로서 아세틸렌블랙 3중량부에, 적량의 N-메틸-2-피롤리돈을 첨가하여 혼합하고, 양극 합제 페이스트를 얻었다. 이 양극 합제 페이스트를, 알루미늄박(길이 600mm, 폭 54mm, 두께 20㎛)으로 이루어진 띠 형상의 양극 집전체의 양면에, 양극 리드를 접속하기 위해서 양극 집전체를 노출시키는 부분(양극 집전체의 노출부)을 빼고 도포한 후, 건조하여, 양극 집전체 및 양극 집전체의 양면에 형성된 양극 활물질층으로 이루어진 적층체를 얻었다. 적층체를 압연하여, 각 양극활물질층의 두께를 70㎛로 했다. 이와 같이 하여, 띠 형상의 양극(5)을 얻었다. 한편, 양극 집전체의 노출부는, 양극(5)의 중앙부 부근에 형성했다. 띠 형상의 알루미늄제 양극 리드(5a)(길이 50mm, 폭 3mm, 두께 0.1mm)를 준비하여, 초음파 용접법에 의해, 양극 리드(5a)의 한쪽의 끝단을 양극 집전체의 노출부의 한쪽의 면에 접속했다. 한편, 양극 리드(5a)는 저저항의 알루미늄으로 이루어져, 외부 단락시의 양극 리드(5a)의 발열량이 작기 때문에, 양극 리드(5a)에는 얇은 부분을 마련할 필요가 없었다.

(2) 음극의 제작

음극 활물질로서 평균 입자지름 20㎛의 인조 흑연 100중량부, 결착제로서 스티렌부타디엔 고무 1중량부, 및 증점제로서 카르복시메틸셀룰로오스 1중량부에, 적량의 물을 첨가하고 혼합하여, 음극 합제 페이스트를 얻었다. 이 음극 합제 페이스트를, 구리박(길이 630mm, 폭 56mm, 두께 10㎛)으로 이루어진 음극 집전체의 양면에, 음극 리드를 접속하기 위해서 음극 집전체를 노출시키는 부분(음극 집전체의 노출부)을 빼고 도포한 후, 건조하여, 음극 집전체 및 음극 집전체의 양면에 형성된 음극 활물질층으로 이루어진 적층체를 얻었다. 적층체를 압연하여, 각 음극 활물질층의 두께를 65㎛로 했다. 이렇게 해서, 띠 형상의 음극(6)을 얻었다. 한편, 음극 집전체의 노출부는, 음극 집전체의 감김이 끝나는 쪽의 단부에 마련했다. 띠 형상의 니켈제 음극 리드(6a)(길이 50mm, 폭 3mm, 두께 0.1mm)를 준비하고, 음극 리드(6a)에서의 전지 케이스(1)의 내저면과 접촉하는 부분에 구부림 가공을 실시하여 폭방향에 수직인 단면이 V자 형상인 얇은 부분(9){두께 0.08mm, V자 형상의 돌출측에서의 음극 리드(6a)의 주면으로부터의 높이 0.1mm}를 형성했다. 초음파 용접법에 의해, 음극 리드(6a)의 단부를 음극 집전체의 노출부의 한쪽의 면에 접속했다.

(3) 전지의 조립

상기와 같이 하여 제작한 양극(5)과 음극(6)을, 양 전극 사이에 두께 20㎛의 폴리에틸렌 미다공막으로 이루어진 세퍼레이터(7)(아사히화성(주) 제품)을 개재시키고 권회하여, 전극군(4)을 얻었다. 이 때, 음극(6)의 음극 리드(6a)가 접속된 단부측이 감김이 끝나는 쪽에 위치하도록 양극(5) 및 음극(6)을 배치했다. 또한, 양 극 리드(5a)는 전극군(4)으로부터 위쪽으로 연장되고, 음극 리드(6a)는 전극군(4)으로부터 아래쪽으로 연장되도록, 양극(5) 및 음극(6)을 배치했다.

전극군(4)을, 바닥이 있는 원통 형상의 철제의 전지 케이스(1)에 수용했다.레이저 용접법에 의해 양극 리드(5a)의 단부를 전지덮개(2)의 필터(2d)에 접속했다. 저항 용접법에 의해 음극 리드(6a)의 다른쪽의 단부를 전지 케이스(1)의 내저면에 접속했다. 이 때, 음극 리드(6a)를, 전지 케이스(1)의 내측면과 대향하는 부분과, 전지 케이스(1)의 내저면과 대향하는 부분의 사이를 절곡하여, 전지 케이스 (1)내에 배치했다. 그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 음극 리드(6a)의 얇은 부분(고저항부)(9)을 전지 케이스(1)의 내저면에 접촉시키도록 했다. 도시한 예에서는, 얇은 부분(9) 부근에는, 전극군(4)의 하중이 가해지기 때문에, 얇은 부분(9)은 전지 케이스와 열교환 가능하도록 충분히 접촉하고 있다. 음극 리드(6a)의 절곡 부분의 두께는 0.09mm이며, 절곡 부분보다도 얇은 부분(9)이 얇았다.

전극군(4)의 상부 및 하부에는, 각각 폴리프로필렌제의 상부 절연판(8a) 및 하부 절연판(8b)을 형성했다. 전지 케이스(1)내에, 비수 전해질을 주액했다. 비수 전해질은, 에틸렌카보네이트와 에틸메틸카보네이트를 1:1의 체적비로 포함한 혼합 용매에, LiPF₆를 1.0mol/L의 농도로 용해시키는 것으로 조제했다.

전지 케이스(1)의 개구단부로부터 5mm 아래쪽의 위치에 단차부를 형성했다. 전지 케이스(1)의 단차부 위에 링 형상의 개스킷(3)을 사이에 두고 전지덮개(2)를 얹어 놓은 후, 전지 케이스(1)의 개구단부를 전지덮개(2)의 둘레가장자리부에 개스 킷(3)을 사이에 두고 코킹시키는 것에 의해, 전지 케이스(1)의 개구부를 밀봉했다. 이렇게 해서, 원통형 리튬 이온 이차전지(직경 18mm, 높이 65mm, 설계 용량 2600mAh)를 제작했다.

≪비교예 1≫

음극 리드에서의 전지 케이스 내저면과 접촉하는 부분에 구부림 가공하지 않은(고저항부를 형성하지 않은) 것 이외에, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 전지를 제작했다.

[평가]

이하의 방법에 의해 외부 단락 시험을 실시했다. 실시예 1 및 비교예 1의 전지를 10개 준비하고, 25℃의 환경하에서, 전지 전압이 4.25V에 도달할 때까지, 1500mA의 정전류로 충전했다. 충전한 후, 전지를, 60℃의 환경하에서 1시간 방치했다. 그 후, 60℃의 환경하에서, 소정의 시험 회로(저항치:0.005Ω)를 이용하여, 충전후의 전지의 양극과 음극을 외부 단락시켰다. 이 때, 전지 표면의 온도(이하, 간단히 전지 온도)가 80℃를 넘은 전지의 수를 조사했다. 상기 외부 단락 시험에서는, 전지 온도가 80℃를 넘지 않는 전지를, 뛰어난 안전성을 가진 전지라고 판단했다. 그 시험 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

	전지 온도
	전지1	전지2	전지3	전지4	전지5	전지6	전지7	전지8	전지9	전지10
실시예 1	64℃	61℃	66℃	63℃	64℃	62℃	63℃	65℃	62℃	61℃
비교예 1	94℃	87℃	93℃	98℃	86℃	99℃	91℃	92℃	95℃	84℃

실시예 1에서는, 어느 전지나 전지 온도는 80℃ 이하였다. 이에 대해서, 비교예 1에서는, 어느 전지나 전지 온도는 80℃를 넘었다. 이와 같이, 상기 외부 단락 시험으로부터, 실시예 1의 전지는, 뛰어난 안전성을 가지는 것이 확인되었다.

본 발명의 전지는, 안전성이 뛰어나기 때문에, 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 모바일 기기, 휴대 정보 단말(PDA), 휴대용 게임기기, 비디오 카메라 등의 휴대용 전자기기의 전원으로서 적합하게 이용된다. 또한, 하이브리드 전기 자동차나 연료 전지 자동차 등의 전기 모터를 보조하는 전원, 전동 공구, 청소기, 로봇 등의 구동용 전원, 플러그 인형의 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 동력원으로서 적합하게 이용된다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태인 원통형 리튬 이온 이차전지의 개략 종단면도이다.

도 2는 도 1의 부근을 확대한 요부 종단면도이다.

도 3은 도 2의 음극 리드에서의 V자 형상의 구부림 가공에 의해 형성된 고저항부 부근을 도시한 평면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에서, 원호 형상의 구부림 가공에 의해 형성된, 음극 리드에서의 고저항부 부근을 도시한 평면도이다.

도 5는 도 4의 5-5선에 따른 단면도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시형태에서, U자 형상의 구부림 가공에 의해 형성된, 음극 리드의 고저항부 부근을 도시한 평면도이다.

도 7은 도 6의 7-7선에 따른 단면도이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시형태에서, 폭방향을 따라서 형성된 음극 리드의 고저항부 부근을 도시한 평면도이다.

도 9는 도 8의 9-9선에 따른 단면도이다.

도 10은 본 발명의 다른 실시형태에서, 원형상의 구멍을 형성하는 것에 의해 형성된 음극 리드의 고저항부의 평면도이다.

도 11은 도 10의 11-11선에 따른 종단면도이다.

도 12는 본 발명의 다른 실시형태에서, 사각형상의 구멍을 형성하는 것에 의해 형성된 음극 리드의 고저항부의 평면도이다.

도 13은 도 12의 13-13선에 따른 단면도이다.

도 14는 본 발명의 다른 실시형태에서, 절결부를 형성하는 것에 의해 형성된 음극 리드의 고저항부의 평면도이다.

도 15는 도 14의 15-15선에 따른 단면도이다.

Claims

제1 전극과 제2 전극을, 그 사이에 다공질 절연층을 두고, 적층 또는 권회한 전극군;

비수 전해질;

상기 전극군 및 비수 전해질을 수납하는 전지 케이스;

상기 제1 전극과, 상기 전지 케이스의 저부를 접속하는 제1 리드;

상기 전지 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉 부재; 및

상기 제2 전극과, 상기 밀봉 부재를 접속하는 제2 리드를 구비한 전지로서,

상기 제1 리드의 길이 방향의 한쪽의 단부는, 상기 제1 전극에 접속되어 있고,

상기 제1 리드의 길이 방향의 다른쪽의 단부는, 상기 전지 케이스의 저부와 접속되어 있고,

상기 제2 리드의 길이 방향의 한쪽의 단부는, 상기 제2 전극에 접속되어 있고,

상기 제2 리드의 길이 방향의 다른쪽의 단부는, 상기 밀봉 부재와 접속되어 있으며,

상기 제1 리드 및 제2 리드의 적어도 한쪽이 고저항부를 가지며, 상기 고저항부는, 리드의 길이방향의 단위길이당의 저항이 해당 리드의 다른 부분보다 높은 것이고,

상기 고저항부는, 상기 제1 리드의, 상기 전지 케이스의 저부와의 접속 부위보다 상기 제1 전극과의 접속부위에 가까운 부위, 또는, 상기 제2 리드의, 상기 밀봉 부재와의 접속 부위보다 상기 제2 전극과의 접속부위에 가까운 부위에 위치하고,

상기 고저항부는 상기 전지 케이스 또는 밀봉 부재에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 고저항부는, 상기 제1 리드에 형성된 얇은 부분이고, 그 얇은 부분은 전지 케이스의 저부와 접하고 있는, 전지.
제 2 항에 있어서, 상기 얇은 부분은, 상기 제1 리드의 폭방향의 적어도 일부에 형성되어 있는 전지.
제 2 항에 있어서, 상기 얇은 부분은, 상기 제1 리드의 폭방향의 한쪽의 단부로부터 다른쪽의 단부에 걸쳐 형성되어 있는 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 고저항부는, 상기 제2 리드에 형성된 얇은 부분이고, 그 얇은 부분은 밀봉 부재와 접하고 있는, 전지.
제 5 항에 있어서, 상기 얇은 부분은, 상기 제2 리드의 폭방향의 적어도 일부에 형성되어 있는 전지.
제 5 항에 있어서, 상기 얇은 부분은, 상기 제2 리드의 폭방향의 한쪽의 단부로부터 다른쪽의 단부에 걸쳐 형성되어 있는 전지.
제 2 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 얇은 부분은, 구부림 가공, 가압 가공, 절삭 가공, 또는 인장 가공에 의해 형성된 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 고저항부는, 상기 제1 리드에 형성된 관통구멍 또는 절결부를 가지는 부위인, 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 리드는, 폭방향의 양단에 한 쌍의 절결부를 가지며, 그 한 쌍의 절결부의 사이에 좁은 폭부가 형성되어 있으며, 상기 좁은 폭부가 상기 전지 케이스의 저부에 접하여, 고저항부로서 작용하는 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 고저항부는, 상기 제2 리드에 형성된 관통구멍 또는 절결부를 가지는 부위인, 전지.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 리드는, 폭방향의 양단에 한 쌍의 절결부를 가지며, 그 한 쌍의 절결부의 사이에 좁은 폭부가 형성되어 있고, 상기 좁은 폭부가 상기 밀봉 부재에 접하여, 고저항부로서 작용하는 전지.