KR101182071B1

KR101182071B1 - 스파이럴식 전극의 각형 전지

Info

Publication number: KR101182071B1
Application number: KR1020050126529A
Authority: KR
Inventors: 다꾸야 모리모또; 류우지 오오시따
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2012-09-11
Also published as: US8298702B2; KR20060105417A; JP4863636B2; US20060222937A1; CN100533842C; CN1841834A; JP2006278142A

Abstract

본 발명의 과제는 전극체의 양면을 이상적인 평탄면으로 하면서 최외주 극판의 엣지부의 내부 쇼트를 유효하게 방지하는 것이다.

스파이럴식 전극의 각형 전지는 정극과 부극으로 이루어지는 제1 극판(1)과 제2 극판(2)이 세퍼레이터(3)를 협지하고 적층하여 권취된 전극체(10)를 외장체(20)에 수납하고 있다. 스파이럴 형상으로 권취한 전극체(10)는 양면에 대향하는 면을 평탄면(11)으로 하고, 양 평탄면(11)의 양측을 연결하는 코너부를 소정의 곡률 반경으로 만곡하는 만곡 코너부(12)로 하고, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 평탄면(11)과 만곡 코너부(12)에 연속하도록 권취하고, 최외주 극판(6)의 종단부를 만곡 코너부(12)에 배치하고 있다. 또한, 최외주 극판(6)의 종단부의 양측 모서리와 선단부 모서리의 코너각인 엣지부(8)에 모따기부(7)를 설치하고 있다.

극판, 세퍼레이터, 전극체, 만곡 코너부, 엣지부, 모따기부

Description

스파이럴식 전극의 각형 전지{PRISMATIC BATTERY OF SPIRAL TYPE ELECTRODE}

도1은 본 발명의 일실시예에 관한 스파이럴식 전극의 각형 전지의 일부 단면 사시도.

도2는 도1에 도시하는 각형 전지의 전극체를 도시하는 확대 수평 단면도.

도3은 도1에 도시하는 각형 전지의 전극체이며, 최외주 극판을 전개한 상태를 도시하는 평면도 및 정면도.

도4는 도1에 도시하는 각형 전지의 전극체의 사시도.

도5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 스파이럴식 전극의 각형 전지의 전극체의 사시도.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 관한 스파이럴식 전극의 각형 전지의 전극체의 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 제1 극판

2 : 제2 극판

3 : 세퍼레이터

4 : 코어 부재

5 : 활물질층

6 : 최외주 극판

7 : 모따기부

8 : 엣지부

9 : 되접기 부재

10 : 전극체

11 : 평탄면

12 : 만곡 코너부

13 : 권취 해제 방지 절연 테이프

14 : 절연 보호 테이프

15 : 리드

20 : 외장체

21 : 밀봉판

22 : 볼록부 전극

[문헌 1] JP 2001-266946 A

[문헌 2] JP H9-171809 A

본 발명은 전극체의 스파이럴식 전극을 각형의 외장체에 수납하고 있는 각형 전지에 관한 것이다.

각형 전지의 전극체는 정극과 부극 사이에 세퍼레이터를 협지하여 적층하고 있다. 정극과 부극을 적층하는 구조로서, 사각형으로 절단한 정극과 부극을 세퍼레이터를 협지하여 적층하는 샌드위치 구조와, 띠형상으로 가늘고 긴 정극과 부극 사이에 세퍼레이터를 협지하여 스파이럴 형상으로 권취하고, 이를 양면으로부터 프레스하여 양면을 평탄면으로 하는 스파이럴식 전극이 있다(문헌 1 및 2 참조).

이들 문헌에 기재되는 스파이럴식 전극의 각형 전지는 얇은 정극과 부극의 권취하는 회수를 많게 하고, 전지의 내부 저항을 작게 하면서 능률적으로 다량 생산할 수 있는 특징이 있다. 이로 인해, 극판이 얇은 리튬 이온 2차 전지 등에 자주 사용된다. 이 구조의 전극체는 스파이럴 형상으로 권취한 상태에서 양면으로부터 프레스하여 제조되므로, 바람직하게는 최외주 극판의 종단부를 평탄면이 아닌 만곡 코너부에 위치시킨다. 만곡 코너부에 종단부가 있는 전극체는 양면을 이상적인 상태에서 평면 형상으로 프레스할 수 있다. 이에 대해, 최외주 극판의 종단부가 평탄면에 있으면, 최외주 극판의 종단부의 내측에 적층되는 극판이 단차가 있는 형상으로 프레스된다.

또한, 문헌 2의 공보에 기재된 바와 같이, 최외주 극판의 평탄면에 절결부를 설치하고, 이 절결부의 극판을 되접어 집전체에 사용하는 전극체는 종단부를 만곡 코너부에 위치시킴으로써 집전체를 충분한 폭으로 할 수 있다. 폭이 넓은 집전체는 전기 저항이 작아 외장체에 확실하게 연결할 수 있는 특징이 있다.

그러나, 최외주 극판의 종단부를 만곡 코너부에 위치시키는 각형 전지는 최외주 극판의 종단부가 세퍼레이터를 돌파하여 내부 쇼트하기 쉬워지는 결점이 있다. 특히, 최외주 극판의 종단부가 약간 상하로 어긋나게 권취된 경우, 최외주 극판의 양측과 종단부의 코너각에 있는 뾰족한 엣지가 세퍼레이터를 돌파하거나, 혹은 이 엣지부에 있어서 정극과 부극 사이에 분체나 먼지 등이 침입하고, 이것이 세퍼레이터를 관통하여 단락하기 쉬우지는 결점이 있다. 또한, 각형 전지가 낙하하여 외장체의 코너에 충격을 받으면, 외장체가 전극체의 코너에 충격을 부여하여 최외주 극판의 엣지부가 세퍼레이터를 돌파하여 내부 쇼트하기 쉬워지는 폐해도 발생한다.

본 발명은 또한 이와 같은 결점을 해결하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은 전극체의 양면을 이상적인 평탄면으로 할 수 있는 것 외에 최외주 극판의 엣지부의 내부 쇼트를 유효하게 방지할 수 있는 스파이럴식 전극의 각형 전지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 전술한 목적을 달성하기 위해 이하의 구성을 구비한다.

스파이럴식 전극의 각형 전지는 정극과 부극으로 이루어지는 제1 극판(1)과 제2 극판(2)이 세퍼레이터(3)를 협지하고 적층하여 권취한 전극체(10)를 외장체(20)에 수납하고 있다. 스파이럴 형상으로 권취된 전극체(10)는 양면에 대향하는 면을 평탄면(11)으로 하고, 양 평탄면(11)의 양측을 연결하는 코너부를 소정의 곡 률 반경으로 만곡하는 만곡 코너부(12)로 하고, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 평탄면(11)과 만곡 코너부(12)에 연속하도록 권취하고, 최외주 극판(6)의 종단부를 만곡 코너부(12)에 배치하고 있다. 또한, 최외주 극판(6)의 종단부의 양측 모서리와 선단부 모서리의 코너각인 엣지부(8)에 모따기부(7)를 설치하고 있다.

본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 최외주 극판(6)의 코어 부재(4)의 종단부를 만곡 코너부(12)에 위치시킬 수 있다. 본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 최외주 극판(6)의 측모서리와 모따기부(7)의 경계를 전극체(10)의 평탄면(11)에 위치시킬 수 있다. 본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 비수전해질 2차 전지로 할 수 있다.

본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 최외주 극판(6)의 종단부가 위치하는 만곡 코너부(12)와 반대측의 만곡 코너부(12)의 최외주 극판(6)의 내면에 절연 보호 테이프(14)를 부착할 수 있다. 또한, 본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 최외주 극판(6)을 평탄면(11)의 일부에서 절단하여 되접기 부재(9)를 설치하고, 이 되접기 부재(9)를 외장체(20)에 연결할 수 있다. 또한, 본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 최외주 극판(6)의 종단부를 커버하도록 만곡 코너부(12)에 권취 해제 방지 절연 테이프(13)를 부착할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 기초로 하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 스파이럴식 전극의 각형 전지를 예시하는 것이며, 본 발명은 스파이럴식 전극의 각형 전지를 이하의 것으로 특정하지 않는다.

또한, 본 명세서는 특허청구의 범위를 이해하기 쉽도록 실시예에 나타내는 부재에 대응하는 번호를「특허청구의 범위」및「과제를 해결하기 위한 수단의 란」에 나타내는 부재에 부기하고 있다. 단, 특허청구의 범위에 나타내는 부재를 실시예의 부재로 특정하는 것에서는 절대 없다.

도1에 도시하는 스파이럴식 전극의 각형 전지는 정극과 부극으로 이루어지는 제1 극판(1)과 제2 극판(2)이 세퍼레이터(3)를 협지하고 적층하여 권취된 전극체(10)를 외장체(20)에 수납하고 있다. 리튬 이온 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지는, 도2의 단면도에 도시한 바와 같이 금속박으로 이루어지는 코어 부재(4)의 표면에 활물질층(5)을 적층하여 제1 극판(1)과 제2 극판(2)으로 하고 있다. 코어 부재(4)는 전기 저항을 작게 하기 위해, 알루미늄박이나 동박 등의 금속박을 사용한다. 예를 들어, 리튬 이온 2차 전지는 정극의 코어 부재(4)에 알루미늄박을, 부극의 코어 부재(4)에 동박을 사용한다. 이와 같이 코어 부재(4)를 금속박으로 하는 비수전해질 2차 전지는 최외주 극판(6)의 코어 부재(4)가 세퍼레이터(3)를 돌파하여 내부 쇼트를 일으킬 가능성이 있다. 본 발명의 각형 전지는 최외주 극판(6)이 세퍼레이터(3)를 돌파하여 일으키는 내부 쇼트를 유효하게 저지할 수 있으므로, 비수전해질 2차 전지에 적합한 구조이다. 단, 비수전해질 2차 전지로 한정되지 않고, 최외주 극판(6)을 금속박의 코어 부재(4)로 하는 전지의 내부 쇼트도 유효하게 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 각형 전지를 비수전해질 2차 전지로 특정하는 것은 아니다.

코어 부재(4)에 활물질층(5)을 적층하고 있는 제1 극판(1)이나 제2 극판(2) 은 활물질 페이스트를 코어 부재(4)의 표면에 도포하고, 이를 건조시켜 활물질층(5)을 설치한다. 활물질층(5)은 코어 부재(4) 양면의 전체면에는 설치되지 않는다. 활물질층(5)은 제1 극판(1)과 제2 극판(2)이 대향하는 면에 설치되고, 대향하는 제1 극판(1)과 제2 극판(2)의 활물질층(5)은 세퍼레이터(3)로 절연된다.

제1 극판(1)과 제2 극판(2)과 세퍼레이터(3)를 적층하여 스파이럴 형상으로 권취된 전극체(10)는 대향하는 면을 평탄면(11)으로 하고, 양 평탄면(11)의 양측을 연결하는 코너부를 소정의 곡률 반경으로 만곡하는 만곡 코너부(12)로 하고 있다. 이 전극체(10)는 세퍼레이터(3)를 사이에 협지하여 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 스파이럴 형상으로 권취하고, 이를 양면으로부터 평면 형상의 압박판으로 협착하도록 프레스하여 대향면을 평탄면(11)으로 가공한다. 세퍼레이터(3)는 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이에 있어서, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 절연한다. 도면의 전극체(10)는 세퍼레이터(3)의 폭을 제1 극판(1)과 제2 극판(2)보다도 넓게 하고 있다. 이 전극체(10)는 제1 극판(1)과 제2 극판(2)의 권취 위치가 다소 어긋나도 세퍼레이터(3)로 확실하게 절연할 수 있다.

스파이럴 형상으로 권취한 것을 양면으로부터 프레스하여 소정의 두께로 가공한 전극체(10)는, 도2 내지 도4에 도시한 바와 같이 제1 극판(1)과 제2 극판(2)이 평탄면(11)과 만곡 코너부(12)에 연속하도록 권취된 구조가 된다. 프레스 가공은 최외주 극판(6)의 종단부가 만곡 코너부(12)에 배치하도록 스파이럴 형상으로 권취한 전극체(10)를 양면으로부터 프레스한다. 그것은 프레스 가공할 때의 압박력을 전체면에 균일하게 작용시키고, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 평면 형상으로 보유 지지하면서 소정의 두께로 가공하기 때문이다. 최외주 극판(6)의 종단부가 평탄면(11)에 있으면 이 종단부의 경계선을 따라서 제1 극판(1)이나 제2 극판(2)이 단차가 있는 형상으로 프레스되기 때문이다.

도면의 전극체(10)는 제1 극판(1)을 최외주 극판(6)으로 하고 있다. 최외주 극판(6)인 제1 극판(1)은 코어 부재(4)의 표면에 활물질층(5)을 설치한 것이지만, 종단부에는 활물질층(5)을 설치하고 있지 않고, 활물질층(5)이 없는 코어 부재(4)의 종단부를 만곡 코너부(12)에 위치시키고 있다. 활물질층(5)이 없는 금속박의 코어 부재(4)는 딱딱한 금속이므로, 엣지부(8)가 세퍼레이터(3)를 돌파할 가능성이 있다. 이로 인해, 코어 부재(4)를 만곡 코너부(12)에 위치시키는 전극체(10)는 엣지부(8)가 세퍼레이터(3)를 돌파하여 내부 쇼트하는 것을 저지하는 것이 특히 중요하다.

최외주 극판(6)의 엣지부(8)가 세퍼레이터(3)를 돌파하는 것을 방지하기 위해, 최외주 극판(6)의 제1 극판(1)은 도3 내지 도5에 도시한 바와 같이 종단부의 양측 모서리와 선단부 모서리의 코너각인 엣지부(8)에 모따기부(7)를 설치하고 있다. 도1과 도2의 전극체(10)는 최외주 극판(6)의 코어 부재(4)의 엣지부(8)에 모따기부(7)를 설치하고 있다. 엣지부(8)에 설치한 모따기부(7)는 코어 부재(4)가 세퍼레이터(3)를 돌파하여 내부 쇼트하는 것을 유효하게 저지한다. 뾰족한 엣지부(8)가 만곡 코너부(12)에 없어지기 때문이다.

도3 내지 도5의 전극체(10)는 최외주 극판(6)의 측 모서리와 모따기부(7)의 경계를 전극체(10)의 평탄면(11)에 위치하도록 하고 있다. 이 구조는 최외주 극판 (6)의 엣지부(8)가 세퍼레이터(3)를 돌파하여 내부 쇼트하는 것을 더 유효하게 저지할 수 있는 특징이 있다. 그것은 모따기부(7)를 길고 크게 하고 있으므로, 모따기부(7)와 최외주 극판(6)의 양측 모서리와의 경계에 생기는 돌출부를 충격으로 내부 쇼트할 가능성이 있는 만곡 코너부(12)로부터 평탄면(11)으로 이동할 수 있기 때문이다.

도3과 도4의 전극체(10)는 최외주 극판(6)의 엣지부(8)를 직선 형상으로 절단하여 모따기부(7)를 설치하고 있다. 이 형상은 엣지부(8)를 날붙이로 절단하여 모따기부(7)를 간단하게 설치할 수 있다. 도5의 전극체(10)는 엣지부(8)를 L자 형상으로 잘라내어 모따기부(7)를 설치하고 있다. 이 구조는 만곡 코너부(12)에 있어서의 최외주 극판(6)의 폭을 좁게 하기 때문에, 만곡 코너부(12)에 있어서의 최외주 극판(6)의 내부 쇼트를 유효하게 방지할 수 있다. 도6의 전극체(10)는 엣지부(8)를 만곡하도록 잘라내어 모따기부(7)를 설치하고 있다. 이 구조는 엣지부(8)에 뾰족한 돌출부가 없고, 뾰족한 부분이 세퍼레이터(3)를 돌파하는 것을 유효하게 저지할 수 있는 특징이 있다. 이상과 같이, 본 발명은 최외주 극판(6)의 엣지부(8)에 설치하는 모따기부(7)의 형상을 특정하는 것은 아니고, 엣지부(8)의 일부를 잘라내어 내부 쇼트를 저지할 수 있는 모든 형상으로 할 수 있다.

도면의 전극체(10)는 평탄면(11)에 위치하는 최외주 극판(6)의 코어 부재(4)의 일부를 절단하여 되접기 부재(9)를 설치하고 있다. 코어 부재(4)의 되접기 부재(9)는 최외주 극판(6)을 외장체(20)에 접속하는 리드에 사용된다. 이 전극체(10)는 코어 부재(4)의 되접기 부재(9)를 거쳐서 최외주 극판(6)을 저저항인 상태 에서 안정적으로 외장체(20)에 전기 접속할 수 있다. 되접기 부재(9)를 설치하고 있는 최외주 극판(6)의 평탄면(11)은 활물질층(5)을 설치하고 있지 않은 코어 부재(4)이다. 이로 인해, 되접기 부재(9)는 활물질층(5)을 거치지 않고, 코어 부재(4)를 직접적으로 저저항인 상태에서 외장체(20)에 접속할 수 있다. 되접기 부재(9)가 있는 전극체(10)는 스파이럴 형상으로 권취한 전극체(10)를 소정의 두께로 프레스한 후, 되접기 부재(9)를 180도 절곡하여 리드에 사용할 수 있는 상태로 한다. 스파이럴 형상의 전극체(10)를 프레스 가공할 때, 코어 부재(4)의 되접기 부재(9)는 평탄면(11)에 있다. 이 전극체(10)는 되접기 부재(9)가 있는 최외주 극판(6)의 평탄면(11)을 균일한 압박력으로 평면 형상으로 프레스할 수 있다. 되접기 부재(9)는, 도1에 도시한 바와 같이 외장체(20)와 밀봉판(21) 사이에 접착되어 외장체(20)와 밀봉판(21)에 용접된다.

도2의 전극체(10)는 최외주 극판(6)의 종단부를 커버하도록 만곡 코너부(12)에 권취 해제 방지 절연 테이프(13)를 부착하고 있다. 권취 해제 방지 절연 테이프(13)는 만곡 코너부(12)의 내부 폭의 플라스틱 필름에 점착층을 설치한 것으로, 한쪽 만곡 코너부(12)를 따라서 전극체(10)의 표면에 부착되어 최외주 극판(6)의 종단부를 전극체(10)에 고정한다. 또한, 이 권취 해제 방지 절연 테이프(13)는 최외주 극판(6)과 외장체(20) 사이에 있고, 외장체(20)의 충격의 완충층이 된다. 따라서 이 전극체(10)는 외장체(20)의 만곡 코너부(12)에 작용하는 충격을 권취 해제 방지 절연 테이프(13)로 흡수하여 전극체(10)의 충격에 의한 손상을 방지할 수 있다.

또한, 도2의 단면도에 도시하는 전극체(10)는 최외주 극판(6)의 종단부가 위치하는 만곡 코너부(12)의 반대측의 만곡 코너부, 도면에 있어서 좌측의 만곡 코너부(12)에 절연 보호 테이프(14)를 부착하고 있다. 도2에 도시하는 전극체(10)는 최외주 극판(6)인 제1 극판(1)의 좌측의 만곡 코너부(12)의 내면에 절연 보호 테이프(14)를 부착하고 있다. 또한, 도2의 전극체(10)는 최외주 극판(6)으로부터 1회 내측으로 권취된 제1 극판(1)의 좌측의 만곡 코너부(12)의 외면에도 절연 보호 테이프(14)를 부착하고 있다. 이들 절연 보호 테이프(14)도 만곡 코너부(12)의 내부 폭의 플라스틱 필름의 내면에 점착층을 설치한 것으로, 제1 극판(1)의 표면에 부착하고 있다. 이들 절연 보호 테이프(14)는 최외주 극판(6)의 제1 극판(1)과 대향하여 적층되는 제2 극판(2)의 종단부 모서리를 커버하는 위치에 있다. 이 전극체(10)는 제2 극판(2)의 종단부 모서리와 제1 극판(1) 사이에 절연 보호 테이프(14)가 있으므로, 이 만곡 코너부(12)에 있어서 제2 극판(2)이 세퍼레이터(3)를 돌파하여 제1 극판(1)에 접촉하는 내부 쇼트를 유효하게 방지할 수 있다. 이 전극체(10)는 절연 보호 테이프(14)를 최외주 극판(6)의 제1 극판(1)의 내면과, 최외주 극판(6)으로부터 1회 내측으로 권취된 제1 극판(1)의 외면과 부착하고 있다. 이 제1 극판(1)은 절연 보호 테이프(14)를 부착하는 상태에서 세퍼레이터(3)와 제2 극판(2)에 적층하여 스파이럴 형상으로 권취하고 프레스할 수 있다. 단, 절연 보호 테이프는 제2 극판의 표면에 부착할 수도 있다.

도면의 각형 전지는 최외주 극판(6)의 제1 극판(1)을 되접기 부재(9)를 거쳐서 외장체(20)에 접속하고 있다. 제2 극판(2)은 되접기 부재(9)로부터 떨어진 위 치가 되도록 코어 부재(4)에 리드(15)를 접속하고, 이 리드(15)가 밀봉판(21)의 볼록부 전극(22)에 접속된다. 밀봉판(21)은 본체부로부터 절연하여 볼록부 전극(22)을 설치하고 있다. 이 각형 전지는 볼록부 전극(22)과 외장체(20)를 정부(正負)의 전극으로 한다. 리튬 이온 2차 전지의 경우, 되접기 부재(9)를 거쳐서 제1 극판(1)을 접속하고 있는 외장체(20)를 정극, 리드(15)를 거쳐서 제2 극판(2)을 접속하고 있는 밀봉판(21)의 볼록부 전극(22)을 부극으로 한다. 단, 본 발명의 각형 전지는 외장체를 부극으로 하고, 볼록부 전극을 정극으로 할 수도 있다.

(제1 실시예)

리튬 이온 2차 전지인 스파이럴식 전극의 각형 전지는 이하와 같이 하여 제조한다.

[정극 슬러리의 제작]

정극 활물질로서, 평균 입경 5 ㎛의 LiCoO₂ 분말과, 정극 도전제로서의 인조 흑연 분말을 질량비 9 : 1로 혼합하여 정극합제를 조제한다. 이 정극합제와 폴리불화비닐리덴을 N-메틸-2-피롤리든(NMP)에 5 질량 ％ 용해한 결착제 용액을 고형 분 질량비 95 : 5로 혼련하여 정극 극판 제작용 슬러리를 조제한다.

[정극 극판의 제작]

이 슬러리를 제1 극판(1)인 정극 코어 부재(4)로서 알루미늄박(박 두께 : 15 ㎛)에 닥터 블레이드를 이용하여 도포한다. 도포 질량은 양면 도포부의 건조 후 질량 500 g/㎡(편면 도포 250 g/㎡, 집전체 제외)으로 한다. 도포한 후, 건조시켜 그 극판을 가압하고 압축하여 활물질의 충전 밀도 3.7 g/cc의 정극 극판을 제작한다. 그 후, 극판을 전지 폭에 맞도록 절단하여 제1 극판(1)이 되는 전지용 정극 극판으로 한다.

이 정극 극판인 제1 전극(1)을 최외주 극판(6)으로 하므로, 이 극판의 최외주부 알루미늄박 부분의 엣지부(8)를 도4 내지 도6에 도시한 바와 같이 커트하여 모따기부(7)를 설치한다. 최외주 극판(6)의 엣지부(8)에 도4의 모따기부(7)를 설치한 전극체(10)의 각형 전지를 제1 실시예, 도5의 모따기부(7)를 엣지부(8)에 설치한 각형 전지를 제2 실시예, 도6의 모따기부(7)를 엣지부(8)에 설치한 각형 전지를 제3 실시예로 한다.

[부극 극판의 제작]

인 편형상 천연 흑연(d₀₀₂치: 0.3356 ㎚, Lc치 : 100 ㎚, 평균 입경 : 20 ㎛)과, 스틸렌-부타디엔 고무(SBR)의 디스퍼젼(고형분 : 48 ％)을 물에 분산시키고, 증점제(增粘劑)인 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 첨가하여 슬러리를 조제한다. 또한, 이 부극의 건조 후의 고형분 질량 조성비가 흑연 : SBR : CMC ＝ 95 : 3 : 2가 되도록 조제한다. 부극 집전체로서의 동박(박 두께 : 10 ㎛)의 양면에 건조 후 질량 200 g/㎡(편면 도포 100 g/㎡, 집전체 제외)이 되도록 도포한다. 그 후, 건조시켜 그 극판을 가압하여 압축하여 활물질의 충전 밀도 1.7 g/cc의 부극 극판을 제작하여 제2 극판(2)으로 한다. 그 후, 극판을 전지 폭에 맞도록 절단하여 전지용 부극 극판을 얻는다.

[전해액과 세퍼레이터]

비수전해액으로서 에틸렌카보네이트(EC)와 디에틸카보네이트(DEC)를 체적비 50/50의 혼합 용매에 LiPF₆을 1 몰/리터 용해한 용액을 사용한다. 또한, 세퍼레이터로서는 폴리프로필렌제의 미다공막을 사용한다.

[전지의 제작]

이상과 같이 하여 얻게 된 제1 극판(1)의 정극과, 제2 극판(2)의 부극 및 세퍼레이터(3)를 스파이럴 형상으로 권취한 후, 가압 성형하여 편평(扁平) 형상으로 하고, 대향면을 평탄면(11)으로 하고, 평탄면(11)의 양측을 만곡 코너부(12)로 하는 전극체(10)로 한다. 이 전극체(10)를 외장체(20)에 삽입한다. 외장체(20)는 내형을 전극체(10)의 외형보다도 약간 크게 하는 알루미늄이나 알루미늄 합금의 금속 케이스이다. 전극체(10)를 삽입한 외장체(20)는 개구부에 밀봉판(21)을 용접하여 폐색한다. 그 후, 밀봉판(21)에 설치한 주액구로부터 외장체(20)의 내부로 전해액을 주액하고, 그 후, 주액구를 기밀하게 밀봉한다.

이상의 공정에서 두께 : 10 ㎜, 폭 : 34 ㎜, 높이 : 50 ㎜(공칭 용량 : 1700 mAh)의 각형 전지를 제작한다.

(비교예)

비교예의 각형 전지로서 최외주 극판이 되는 제1 극판의 엣지부를 도4의 쇄선으로 나타낸 바와 같이 하여 모따기부를 설치하지 않는 것 이외에는 마찬가지로 하여 리튬 이온 2차 전지를 제작하여 비교예의 전지로 한다.

[낙하 시험 방법]

이상의 공정에서 제조한 각형 전지로서 제1, 제2, 제3 실시예와 비교예의 전지로서 각각 5개의 전지를 제작한다. 이들 전지는 0 ％ 충전의 상태에서 낙하 시험 전후의 전압을 측정한다. 낙하 시험은 재질을 콘크리트로 하는 바닥면을 향해 높이 1.65 m로부터 전지를 자연 낙하시키고, 그때마다 전지 전압과 내부 저항을 측정한다.

전지 전압이 낙하 전의 전압에 비교하여 0.3 V 이상 저하된 각형 전지를 전압 이상이라 판정한다. 이상 전압으로 저하되기까지의 낙하 회수와, 그 낙하 회수에 있어서의 5개의 전지 전압의 평균치를 측정하면 이하와 같이 된다.

[낙하 시험 결과]

제1 실시예의 각형 전지는 28.8회의 낙하 회수이고, 전지 전압이 3.38 V 내지 2.26 V로 저하된다.

제2 실시예의 각형 전지는 27.2회의 낙하 회수이고, 전지 전압이 3.38 V 내지 2.36 V로 저하된다.

제3 실시예의 각형 전지는 32.6회의 낙하 회수이고, 전지 전압이 3.38 V 내지 2.58 V로 저하된다.

비교예의 각형 전지는 불과 13.6회의 낙하 회수이고, 전지 전압이 3.38 V 내지 0.96 V로 저하된다.

이상의 낙하 시험으로부터 본 발명의 각형 전지는 전지 전압이 0.3 V 이상 저하되기까지의 낙하 회수가 2배 이상으로도 되고, 또한 그 낙하 회수에 있어서의 전지 전압의 저하도 매우 작아진다. 이는 낙하 시험에 있어서 내부 쇼트가 매우 유효하게 저지된 것을 명확하게 한다.

본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 전극체의 양면을 이상적인 평탄면으로 할 수 있는 것 외에, 최외주 극판의 엣지부에 기인하는 내부 쇼트를 유효하게 방지할 수 있는 특징이 있다. 그것은 본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지가 스파이럴 형상으로 권취한 전극체의 최외주 극판의 종단부를 만곡 코너부에 배치하는 동시에, 최외주 극판의 종단부의 양측 모서리와 선단부 모서리의 코너각인 엣지부에 모따기부를 설치하고 있기 때문이다. 이 구조의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 만곡 코너부에 배치되는 최외주 극판의 종단부의 엣지부를 모따기하고 있으므로, 최외주 극판의 권취 어긋남이나, 낙하의 충격 등에 의해 최외주 극판의 엣지부가 세퍼레이터를 돌파하는 것을 최대로 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 스파이럴식 전극의 각형 전지는 최외주 극판의 종단부를 만곡 코너부에 배치하고, 전극체의 양면을 이상적인 평탄면으로 하면서 최외주 극판의 엣지부에 기인하는 내부 쇼트를 유효하게 방지할 수 있다.

Claims

정극과 부극으로 이루어지는 제1 극판(1)과 제2 극판(2)이 세퍼레이터(3)를 사이에 두고 적층되어 권취된 전극체(10)를 외장체(20)에 수납하고 있는 스파이럴식 전극의 각형 전지이며,

스파이럴 형상으로 권취된 전극체(10)는 양면에 대향하는 면을 평탄면(11)으로 하고, 양 평탄면(11)의 양측을 연결하는 코너부를 소정의 곡률 반경으로 만곡한 만곡 코너부(12)로 하고, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 평탄면(11)과 만곡 코너부(12)에 연속하도록 권취하고, 최외주 극판(6)의 종단부를 만곡 코너부(12)에 배치하고 있고,

또한, 최외주 극판(6)의 종단부의 양측 모서리와 선단부 모서리의 코너각인 엣지부(8)에 모따기부(7)를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 스파이럴식 전극의 각형 전지.
제1항에 있어서, 최외주 극판(6)의 코어 부재(4)의 종단부가 만곡 코너부(12)에 위치하는 스파이럴식 전극의 각형 전지.
제1항에 있어서, 최외주 극판(6)의 측모서리와 모따기부(7)의 경계가 전극체(10)의 평탄면(11)에 위치하는 스파이럴식 전극의 각형 전지.
제1항에 있어서, 전지가 비수전해질 2차 전지인 스파이럴식 전극의 각형 전지.
제1항에 있어서, 최외주 극판(6)이, 종단부가 위치하는 만곡 코너부(12)의 반대측의 만곡 코너부(12)의 내면에 절연 보호 테이프(14)를 부착하고 있는 스파이럴식 전극의 각형 전지.
제1항에 있어서, 최외주 극판(6)이 평탄면(11)의 일부에서 절단되어 되접기 부재(9)를 마련하고, 이 되접기 부재(9)가 외장체(20)에 연결되어 있는 스파이럴식 전극의 각형 전지.
제1항에 있어서, 최외주 극판(6)의 종단부를 커버하도록 만곡 코너부(12)에 권취 해제 방지 절연 테이프(13)가 부착되어 있는 스파이럴식 전극의 각형 전지.