KR101193123B1 - 밀폐형 전지 - Google Patents

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KR101193123B1
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겐지 나카이
히데키 시노하라
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히다치 비클 에너지 가부시키가이샤
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Abstract

전극군을 안정되게 유지함과 함께, 밀폐 후에, 그 지지 상황을 파악한다.
축심(7)의 둘레에 양극(14), 음극(15), 세퍼레이터(16)를 권회하여 이루어지는 권회 전극군(8)이 원통 형상의 전지 용기(1)에 수용되어 있다. 전지 용기(1)의 개구단(20)에는 밀봉체(22)가 코킹 고정되어 있다. 코킹 고정 시에, 축심(7)을 전지 용기(1)의 저면(1T)을 향하여 가압하고, 저면(1T)을 축 방향 바깥쪽으로 탄성 변형시켜, 그 상태에서 밀봉체(22)를 전지 용기에 코킹한다. 이에 의하여, 축심(7)은, 밀봉체(22)와 전지 용기 저면(1T)과의 사이에서 끼워 유지되고, 저면(1T)의 탄성 반발력에 의해 권회 전극군(8)이 전지 용기 내에서 안정되게 유지된다.

Description

밀폐형 전지{SEALED BATTERY}
본 발명은, 양극과 음극과 세퍼레이터가 적층되어 이루어지는 전극군이 전지 용기에 수납된 밀폐형 전지에 관한 것이다.
심재(芯材)에 전극을 권회(捲回)하여 구성된 전극군을 전지 용기에 수납하여 밀폐하는 종래의 밀폐형 전지에서는, 전지에 진동이 가해진 경우에 전극군이 요동하여, 전극의 파손이나 양극, 음극이 단락될 염려가 있었다. 이 전극군의 유지를 위하여, 심재의 일단을 축 방향으로 구속함과 함께 심재의 타단을 탄성부재에 의해 탄성적으로 지지하는 구조가 제안되어 있다(특허문헌 1).
일본국 특개2001-266947호 공보
특허문헌 1의 밀폐형 전지는, 심재를 상부 덮개부와 용기 저부(底部)와의 사이에 탄성 지지하기 위한 탄성부재가 필요가 되어, 고비용이 되었다. 또한, 전지 밀폐 후에는 탄성 지지 상태의 확인이 어렵다.
(1) 청구항 1의 발명에 의한 밀폐형 전지는, 축심(軸芯)의 둘레에 양극, 음극, 세퍼레이터를 권회하여 이루어지는 권회 전극군과, 상기 권회 전극군을 수용하는 원통형상의 전지 용기와, 상기 전지 용기의 개구단에 코킹(caulking)되고, 상기 개구단을 밀봉하는 밀봉체를 구비하고, 상기 축심은, 축 방향 바깥쪽으로 탄성 변형한 상기 전지 용기의 저면과 상기 밀봉체와의 사이에서 끼워 유지되어 있는 것을 특징으로 한다.
(2) 청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 축심의 일단에 장착되어, 상기 권회 전극군의 양극과 접속된 양극 집전부품과, 상기 축심의 타단에 장착되어, 상기 권회 전극군의 음극과 접속된 음극 집전부품을 더 가지고, 상기 밀봉체는 상기 양극 집전부품 상에 배치되고, 상기 음극 집전부품은 상기 전지 용기의 저면 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(3) 청구항 3의 발명은, 청구항 2에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 음극 집전부품은, 상기 전지 용기의 저면에 음극 리드를 거쳐 용접되고, 상기 축심은 상기 음극 집전부품에 감합하여 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.
(4) 청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3항 중 어느 한 항에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 탄성 변형 후의 상기 전지 용기의 저면 중앙부는, 상기 전지 용기의 축 방향 단면(端面)을 구성하는 것을 특징으로 한다.
(5) 청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3항 중 어느 한 항에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 탄성 변형 후의 상기 전지 용기의 저면 중앙부는, 상기 전지 용기의 축 방향 단면(端面)으로부터 축 방향 내측에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.
(6) 청구항 6의 발명에 의한 밀폐형 전지는, 양극, 음극, 세퍼레이터를 적층 하여 이루어지는 편평 전극군과, 상기 편평 전극군을 수용하는 편평 형상의 전지 용기와, 상기 전지 용기의 개구단에 고착되고, 상기 개구단을 밀봉하는 상부 덮개와, 일단 측이 상부 덮개에 지지되고, 타단 측이 상기 편평 전극군의 양/음극 접속부에 접속되어 상기 편평 전극군을 상기 상부 덮개에 지지하는 양/음 1쌍의 전극군 지지부재와, 상기 1쌍의 전극군 지지부재와 상기 전지 용기의 상대하는 측면과의 사이에 각각 개재되고, 상기 전지 용기를 바깥쪽으로 탄성 변형시켜 상기 전극군 지지부재에 구속력을 주는 1쌍의 유지부재를 구비하는 것을 특징으로 한다
(7) 청구항 7의 발명은, 청구항 6에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 전지 용기는, 2개의 광폭(廣幅) 직사각형 측면과, 2개의 세폭(細幅) 직사각형 측면과, 상기 4개의 측면으로 형성되어 상기 편평 전극군이 삽입되는 가늘고 긴 개구와, 상기 가늘고 긴 개구와 대향하는 세폭 직사각형 저면에 의하여 편평 직육면체로 형성되고, 상기 2개의 세폭 직사각형 측면과 상기 1쌍의 전극군 지지부재와의 사이에 상기 유지부재가 각각 개재되어 상기 2개의 세폭 직사각형 측면을 용기 바깥쪽으로 탄성 변형 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 별도의 부재를 새롭게 이용하는 일 없이 전극군을 용기에 탄성 지지할 수 있고, 밀폐 후에, 그 지지 상황을 외부에서 육안으로 볼 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 밀폐형 전지의 제 1 실시형태의 분해 사시도,
도 2는 도 1의 밀폐형 전지의 종단면도,
도 3(a)는 탄성 변형 전의 전지 용기를, (b)는 탄성 변형 후의 전지 용기를 나타내는 종단면도,
도 4는 양/음극 집전부품을 장착한 제 1 실시형태에서의 권회 전극군의 종단면도,
도 5는 제 1 실시형태에서의 밀봉체와, 권회 전극군을 수용한 전지 용기를 나타내는 종단면도,
도 6은 제 1 실시형태에서의 2차 전지를 케이싱에 설치하는 일례를 설명하는 종단면도,
도 7은 본 발명에 의한 밀폐형 전지의 제 1 실시형태의 변형예 1을 나타내는 단면도,
도 8은 본 발명에 의한 밀폐형 전지의 제 1 실시형태의 변형예 2를 나타내는 단면도,
도 9(a)는, 본 발명에 의한 밀폐형 전지의 제 2 실시형태를 나타내는 종단면도, (b)는 전지 용기의 사시도,
도 10은 제 2 실시형태의 밀폐형 전지의 내부를 나타내는 사시도,
도 11은 제 2 실시형태의 밀폐형 전지 편평 권회 전극군을 나타내는 사시도,
도 12는 제 2 실시형태의 밀폐형 전지의 편평 권회 전극군의 변형예를 나타내는 사시도이다.
[제 1 실시형태]
본 발명에 의한 밀폐형 전지를 원통형 리튬 이온 2차 전지에 적용한 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
(전체 구성)
도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이 원통형 리튬 이온 2차 전지(11)는, 일단에 개구부(20)가 설치된 전지 용기(1)의 내부에 권회 전극군(8)을 수납하고, 전지 용기(1)의 내부에 전해액을 주입함과 함께, 개구부(20)를 밀봉체(22)에 의해 막아 구성되어 있다.
제 1 실시형태의 2차 전지(11)에서는, 밀봉체(22)로 전지 용기(1)를 밀봉할 때, 권회 전극군(8)의 축심(7)을 원통형의 전지 용기(1)의 저면(1T)에 가압하고, 저면(1T)을 축 방향 바깥쪽으로 팽출시켜 생기는 반력에 의해, 전지 용기(1) 내의 권회 전극군(8)을 축 방향으로 구속하도록 구성한 것이다.
(전지 용기)
조립 전의 전지 용기(1)를 도 3(a)에 나타낸다. 전지 용기(1)는, 상부에 개구부(20)을 가지는 바닥이 있는 원통으로, 압연 강판제이고, 니켈 도금되어 있다. 원통(1)의 저면(1T)은, 대략 중앙부에 펼쳐지는 원형 평판(1TA)과, 원형 평판(1TA)의 외주 측에 접하여 측벽(1S)에 이어지는 원환(圓環) 평판(1TB)으로 구성되어 있다. 원형 평판(1TA)과 원환 평판(1TB)의 사이에는 단차(1TD)가 설치되어 있다.
상세한 것은 후술하나, 조립 후의 전지 용기(1)의 저면의 팽출부(1TE)에 대하여 설명한다. 도 3(b)는, 조립 지그(JG)를 사용하여 밀봉체(22)를 전지 용기(1)에 코킹(caulking;기구 등의 이음매를 공구로 단단히 밀착시키는 것)할 때에 변형되는 전지 용기(1)의 저면을 설명하는 도면이다. 전지 지그(JG)는 원판 형상으로 형성되고, 작은 지름 구멍과 큰 지름 구멍에 의하여 환형(環形) 단부(段部)(JGD)가 설치되어 있다. 단부(JGD)에는 환형 볼록부(JGT)가 설치되어 있다. 밀봉체(22)를 전지 용기(1)에 코킹 고정할 때, 전지 용기(1)를 환형 볼록부(JGT)에 탑재하고, 지그(JG)로 축 방향의 하중을 받으면서 밀봉체(22)를 전지 용기(1)에 코킹한다. 코킹 공정에 의해, 전지 용기(1)의 저면(1T)은 팽출하여 저면(1TE)이 된다. 즉, 전지 용기 저면(1T)의 변형 전 형상은 평탄[도 3(a) 참조]하고, 밀봉체(22)를 전지 용기(1)에 코킹 고정하였을 때, 0.1～0.3 mm 정도 축 방향 바깥쪽으로 팽출한다. 또한, 용기(1) 내의 권회 전극군(8) 등의 구성 부품은 도시를 생략하고 있다. 따라서, 팽출부(1TE)가 전지 축 단면(端面)을 구성한다.
(권회 전극군)
도 1을 참조하여 권회 전극군(8)을 설명한다. 권회 전극군(8)은, 양극 전극(14)과 음극 전극(15)을, 파이프 형상의 수지로 만든 축심(7)의 주위에, 세퍼레이터(18)를 거쳐 권회함으로써 구성된다. 세퍼레이터(18)는 절연성을 가지는 다공질 재료로 형성되어 있다. 세퍼레이터(18)의 최외주의 단부(端部)는 점착 테이프(18a)에 의해 고정되어 있다. 양극 전극(14)은, 알루미늄 등의 금속박의 양면에 양극 합제(16)를 도포하여 구성되어 있다. 양극 전극(14)의 개구부(20) 측의 긴 변부에는 양극 탭(12)이 복수 설치되어 있다. 음극 전극(15)은 구리 등의 금속박의 양면에 음극 합제(17)를 도포하여 구성되어 있다. 음극 전극(15)의 전지 용기(1)의 저부 측의 긴 변부에는 음극 탭(13)이 복수 설치되어 있다.
축심(7)의 양단에는 양극 집전부품(5)과 음극 집전부품(6)이 감합(嵌合)에 의해 고정되어 있다.
(양극 집전부품)
도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 양극 집전부품(5)은, 중앙부에서 전지 용기(1)의 저부 방향으로 돌출하여 축심(7)에 끼워 넣는 환형 볼록부(51)와, 주변부에서 밀봉체(22)를 향하여 돌출하는 환형 볼록부(52)와, 환형 볼록부(51, 52)를 접속하는 원환 평판의 중간 환형 판(53)에 의해 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 양극 집전부품(5)은, 환형 볼록부(51)를 축심(7)의 상단 내주에 감합함으로써 권회 전극군(8)과 일체화되어 있다.
양극 집전부품(5)의 외주면에는 양극 탭(12)이, 예를 들면, 초음파 용접법에 의해 용접되어 있다. 양극 집전부품(5)의 중간 환형 판(53)의 상면에는, 직사각형 띠 형상의 양극 리드(9)의 일단부가 용접되어 있다. 양극 리드(9)의 타단(9a)은 밀봉체(22)의 이면에 설치한 양극 접속판(22c)(도 2 참조)에 용접되고, 양극 전극(14)이 밀봉체(22)에 전기적으로 접속된다. 밀봉체(22)는 후술한다.
(음극 집전부품)
도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 음극 집전부품(6)은, 전지 용기(1)의 저부를 향하여 개구하는 박형 원통 형상으로 형성되고, 중앙부에 축 지지부가 돌출 설치되어 있다. 축 지지부에는 축심(7)이 끼워 넣어져 있다. 음극 집전부품(6)의 외주면에는 음극 탭(13)이 초음파 용접법에 의해 용접되어 있다. 음극 집전부품(6)의 저면에는 모자(hat) 단면 형상을 나타내는 음극 리드(10)가 용접되어 있다. 음극 리드(10)의 중앙 오목부에는, 축심(7)의 하단이 삽입된 음극 집전부품(6)의 축지지부가 감합되어 있다. 음극 리드(10)의 저면이 전지 용기(1)의 저면(1T)에 용접되고, 음극 집전부품(6)이 전지 용기(1)와 전기적으로 접속됨과 함께, 축심(7)을 전지 용기(1)로 고정한다. 그 결과, 권회 전극군(8)이 음극 측에서 구속된다.
(밀봉체)
도 5에 나타내는 바와 같이, 밀봉체(22)는, 배기구(22h)(도 1 참조)를 가지는 캡(22a)과, 캡(22a)에 장착되어 개열홈(開裂溝)(도시 생략)을 가지는 상부 덮개 케이스(다이어프램)(22b)와, 상부 덮개 케이스(22b)의 중앙부 이면에 스폿 용접된 양극 접속판(22c)과, 양극 접속판(22c)의 주연 상면과 상부 덮개 케이스(22b)의 이면과의 사이에 끼워 유지되는 절연링(22d)을 구비하고 있다.
캡(22a)은, 중앙부에 전지 용기(1)의 상방으로 돌출하는 볼록부를 구비하고, 모자 형상을 나타내고 있다. 캡(22a)의 볼록부는 전지의 양전극(陽電極) 단자가 된다. 상부 덮개 케이스(22b)는, 캡(22a)의 주연부에 코킹 가공에 의하여 고착된다. 캡(22a)은 철(SPCC)에 니켈 도금을 실시하여 제작되고, 상부 덮개 케이스(22b) 및 양극 접속판(22c)은 알루미늄을 소재로 하여 제작되어 있으며, 상부 덮개 케이스(22b)와 캡(22a)과 양극 접속판(22c)은 전기적으로 접속된다.
상술한 바와 같이, 양극 접속판(22c)의 이면에는 양극 리드(9)가 접속되고, 캡(22a)은 상부 덮개 케이스(22b), 양극 접속판(22c), 양극 리드(9), 양극 집전부품(5)을 거쳐, 양극 전극(14)에 전기적으로 접속된다.
밀봉체(22)는, 그 주연부를 절연 가스킷(2)을 거쳐 코킹 가공함으로써 전지 용기(1)에 고정되기 때문에, 캡(22a)의 주연부에 코킹된 상부 덮개 케이스(22b)의 주연부의 외경은, 전지 용기(1)의 내주면의 내경과 대략 같다.
밀봉체(22)는 방폭(放爆)기구를 구성하고 있다. 전지 용기(1)의 내부에 발생한 가스에 의해, 내부 압력이 이상하게 높아졌을 때에는, 개열홈에서 상부 덮개 케이스(22b)에 균열이 발생하고, 내부의 가스가 캡(22a)의 배기구(22h)로부터 배출되어 전지 용기(1) 내의 압력이 저감된다. 또한, 전지 용기(1)의 내압에 의하여 다이어프램이라 불리우는 상부 덮개 케이스(22b)가 용기 바깥쪽으로 팽출하여 양극 접속판(22c)과의 전기적 접속이 끊어져, 과전류를 억제한다.
(전지조립 순서)
이상 설명한 각 구성요소의 조립 방법에 대하여 설명한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 양/음극 집전부품(5, 6)이 장착된 권회 전극군(8)을 전지 용기(1)에 수용하고, 축심(7)의 중공 관통구멍(1c)을 통하여 음극 리드(10)를 전지 용기(1)의 저면(1T)에 용접하여 고착한다. 개구부(20) 근방의 전체 둘레를 조임 지그(19)에 의해 용기 중심 방향으로 좁혀, 용기(1)의 상부에 넥(neck)부(1b)를 형성한다.
양극 집전부품(5)의 중간 환형 판(53)에 용접되어 있는 양극 리드(9)의 타단(9a)을 밀봉체(22)의 양극 접속판(22c)의 이면에 용접한다. 전지 용기(1) 내에 전해액을 주입한 후, 전지 용기(1)를 지그(JG) 상에 탑재한다. 밀봉체(22)를 화살표 방향으로 움직여 양극 집전부품(5) 상에 탑재하고, 도시 생략한 가압 지그에 의해 밀봉체(22)로부터 축 방향으로 소정의 부하(F1)를 가한다. 양극 집전부품(5)의 하면 중앙의 환형 볼록부(51)는 축심(7)에 감합되어 있기 때문에, 부하(F1)는 축심(7)을 거쳐 전지 용기(1)의 저면(1T)에 작용하고, 저면(1T)은 도3(b)에 팽출부(1TE)로 나타내는 바와 같이 팽출한다.
축 방향으로 소정의 부하(F1)를 가한 채, 개구부(20)에 절연 가스킷(2)을 배치시킨 상태에서, 개구부(20)를 내측으로 접어 넣어 밀봉체(22)를 조이고, 개구부(20)를 밀봉한다. 이와 같은 코킹 가공에 의해, 밀봉체(22)가 절연 가스킷(2)을 거쳐 전지 용기(1)에 고착된다. 절연 가스킷(2)은, 밀봉체(22)와 전지 용기(1)를 전기적으로 절연함과 함께, 밀봉체(22)의 주위를 물 밀봉(封水)한다.
또한, 절연 가스킷(2)은, 퍼플루오로알콕시불소수지(PFA)에 의해 제작할 수 있다.
이상 설명한 제 1 실시형태의 원통형 2차 전지는, 축심(7)의 둘레에 양극(8E), 음극(8D), 세퍼레이터(8C)를 권회하여 이루어지는 권회 전극군(8)과, 권회 전극군(8)을 수용하는 원통 형상의 전지 용기(1)와, 전지 용기(1)의 개구단(20)에 코킹되어, 개구단을 밀봉하는 밀봉체(22)를 구비하고, 축심(7)은, 축 방향 바깥쪽으로 탄성 변형한 전지 용기(1)의 저면(ITE)과 밀봉체(22)의 사이에서 끼워 유지되어 있다.
이상과 같이 하여 밀봉체(22)를 전지 용기(1)에 코킹 고정하면, 밀봉체(22)와 저면(1TE) 사이에서 축심(7), 양극 집전부품(5) 및 음극 집전부품(6)이 저 면(1TE)의 반력으로 축 방향으로 끼워 유지되고, 권회 전극군(8)이 전지 용기(1) 내에서 유지 구속된다. 이 탄성 지지에 의하여, 원통형 리튬 이온 2차 전지(11)에 충격이나 진동이 가해졌을 때에, 권회 전극군(8)은 안정되게 지지, 고정되고, 요동하지 않아, 전극 그 밖의 구성요소의 파손이나 단락을 방지할 수 있다.
또한, 전지 용기 저면(1TE)의 탄성 변형은 외부에서 확인할 수 있기 때문에, 밀폐 후에도 유지 상황을 파악할 수 있다.
이상과 같이 구성된 복수개의 원통형 리튬 이온 2차 전지(11)는, 예를 들면 케이싱에 수용되어 전원장치로서 사용할 수 있다. 도 6은, 2차 전지(11)를 케이싱(35)에 설치하는 일례를 나타내는 도면이다. 모듈 케이싱(35)에는 전지 설치 구멍(35H)이 형성되어 있다. 이 전지 설치 구멍(35T)에는 작은 지름 구멍과 큰 지름 구멍에 의해 단부(段部)(35D)가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이, 원형 평판(1TA)과 원환 평판(1TB)의 사이에는 단차(1TD)가 설치되어 있고, 이 단차(1TD)가 단부(35D)에 감합되어 2차 전지(11)가 케이싱(35)에 안정되게 지지된다.
[제 1 실시형태의 변형예 1]
도 7(a)에 나타내는 바와 같이 작성한 전지 용기(51)를 사용하여도 된다. 전지 용기(51)의 저면(51T)은, 저면 중앙부에 펼쳐지는 원형부(51TS)의 외주에 환형부(51TK)를 연달아 설치한 것이다. 도 7(b)는, 조립 지그(JG)를 사용하여 밀봉체(22)를 전지 용기(1)에 코킹할 때에 변형되는 전지 용기(51)의 저면을 설명하는 도면이다. 전지 지그(JG)는 도 3(b)에 나타낸 지그(JG)와 동일한 것이다. 밀봉체(22)를 전지 용기(51)에 코킹 고정할 때, 전지 용기(51)를 환형 볼록부(JGT)에 탑재하고, 지그(JG)로 축 방향의 하중을 받으면서 밀봉체(22)를 전지 용기(51)에 코킹한다. 코킹 공정에 의하여, 전지 용기(51)의 원형부(51TS)는 변형되어 저면(51TSH)이 된다.
이 변형예 1의 전지 용기(51)에서는, 밀봉체(22)를 전지 용기(51)에 코킹 고정하였을 때, 원형부(51T)가 0.1～0.3 mm 정도 축 방향 바깥쪽으로 팽출하여도, 변형 후의 원형부(51TDE)는 전지 용기(1)의 축 방향 단면으로부터 돌출하지 않아, 용기 저면이 대략 평탄면이 된다.
[제 1 실시형태의 변형예 2]
도 8(a)에 나타내는 바와 같이 작성한 전지 용기(61)를 사용하여도 된다. 전지 용기(61)의 저면(61T)은, 저면 중앙부를 돔 형상으로 오목하게 하여 원형 오목부(61TD)를 형성한 것이다. 도 8(b)는, 조립 지그(JG)를 사용하여 밀봉체(22)를 전지 용기(61)에 코킹할 때에 변형되는 전지 용기(61)의 저면을 설명하는 도면이다. 전지 지그(JG)는 도 3(b)에 나타낸 지그(JG)와 동일한 것으로, 변형예 1에서 설명한 바와 같이, 전지 용기(61)를 환형 볼록부(JGT)에 탑재하고, 지그(JG)로 축 방향의 하중을 받으면서 밀봉체(22)를 전지 용기(61)에 코킹한다. 코킹 공정에 의하여, 전지 용기(61)의 원형 오목부(61TD)는 변형되어 저면(61TDE)이 된다.
이 변형예 2의 전지 용기(61)에서는, 밀봉체(22)를 전지 용기(61)에 코킹 고정하였을 때, 원형부(61TS)가 0.1～O.3 mm 정도 축 방향 바깥쪽으로 팽출하여도, 원형부(61TDE)는 전지 용기 축 단면의 내측에 위치하여 돌출하지 않는다.
[제 2 실시형태]
본 발명에 의한 2차 전지를 각형 편평 2차 전지에 적용한 제 2 실시형태를, 도 9～도 12를 참조하여 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 9, 도 10에 나타내는 바와 같이, 밀폐형 전지(111)는 편평 직육면체 형상의 전지 용기(71)를 구비하고, 전지 용기(71)의 내부에 권회 전극군(81)이 수납되어 있다. 편평 직육면체 형상으로 형성된 전지 용기(71)는, 편평 직사각 형상의 측면(71S1, 71S2)과, 이들 측면(71S1, 71S2)을 연결하는 광폭(廣幅)의 측면(71S3, 71S4)과, 측면(71S1～71S4)에 의해 획정(劃定)된 개구부(71A)와, 전지 용기 저면(71B)을 구비한다. 그리고, 개구부(71A)는 상부 덮개(72)에 의해 막혀져 있다. 또한, 상부 덮개(72)에는, 전해액을 전지 용기(71) 내에 주입하는 주액구(73)가 뚫려 설치되어 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 권회 전극군(81)은, 양극판(81E) 및 음극판(81D)을 세퍼레이터(81C)를 거쳐 권회함으로써 형성된다. 권회 시에는, 세퍼레이터(81C), 음극판(81D), 세퍼레이터(81C), 양극판(81E)의 순으로 적층하고, 일측으로부터 단면(斷面)이 긴 원 형상이 되도록 권회한다. 이 때, 양극판(81E)의 미도공부(未塗工部)(81A)와 음극판(81D)의 미도공부(81B)가 서로 반대측에 배치되도록 한다. 또한, 감김 시작 부분 및 감김 끝 부분에는, 세퍼레이터(81C)만을 2～3바퀴 정도 권회한다.
권회 전극군(81)을 구성하는 양극판(81E)은, 양극 집전박(集電箔)으로서 알루미늄박이 사용되고, 알루미늄박의 양면에, 양극 활물질로서 망간산 리튬 등의 리튬 함유 천이 금속 복산화물(複酸化物)을 포함하는 양극 활물질 합제가 대략 균등하고 또한 대략 균일하게 도포되어 있다. 양극 활물질 합제에는, 양극 활물질 이외에, 탄소재료 등의 도전재 및 폴리불화비닐리덴(이하, PVDF라 약기한다.) 등의 바인더(결착재)가 배합되어 있다. 알루미늄박에 대한 양극 활물질 합제의 도포 공정 시에는, N-메틸피롤리돈(이하, NMP라 약기한다.) 등의 분산 용매로 점도 조정된다.
이 때, 알루미늄박의 길이가 긴 방향 일측의 측 가장자리에 양극 활물질 합제를 도공하지 않은 미도공부(81A)를 형성한다. 즉, 미도공부(81A)에서는, 알루미늄박이 노출되어 있다. 양극판(81E)은, 건조 후 롤프레스로 밀도를 조정하고 있다.
한편, 음극판(81D)은, 음극 집전박으로서 구리박을 가지고 있다. 구리박의 양면에는, 음극 활물질로서 리튬 이온을 가역(可逆)으로 흡장, 방출 가능한 흑연 등의 탄소재를 포함하는 음극 활물질 합제가 대략 균등하고 또한 대략 균일하게 도포되어 있다. 음극 활물질 합제에는, 음극 활물질 이외에, 아세틸렌블랙 등의 도전재나 PVDF 등의 바인더가 배합되어 있다. 구리박에의 음극 활물질 합제의 도공 시에는, NMP 등의 분산 용매로 점도 조정된다. 이 때, 구리박의 길이가 긴 방향 일측의 측 가장자리에 음극 활물질 합제가 도공되지 않은 미도공부(81B)가 형성된다.
즉, 미도공부(81B)에서는 구리박이 노출되어 있다. 음극판(81D)은, 건조 후 롤프레스로 밀도를 조정하고 있다. 또한, 음극판(81D)의 길이는, 양극판(81E) 및 음극판(81D)을 권회하였을 때에, 권회 최내주 및 최외주에서 권회 방향으로 양극판(81E)이 음극판(81D)으로부터 밀려 나오지 않도록, 양극판(81E)의 길이보다 길게 설정하고 있다.
미도공부(81A, 81B)는, 전지 용기(71)의 상대하는 편평한 측면(71S1, 71S2)에 대향하여 배치되어 있다. 미도공부(81A, 81B)에는, 도전성의 전극군 지지부재(82)가 각각 접속되어 있고, 전극군 지지부재(82)는, 상부 덮개(72)에 의해 지지되어 있다. 즉, 미도공부(81A, 81B)는, 각각 양/음극 접속부를 구성한다.
상부 덮개(72)에는, 내측으로부터 볼트 형상의 접속 단자(74, 75)가 설치되고, 접속 단자(74, 75)는 각각 양/음극 외부 단자로서 기능한다. 접속 단자(74, 75)는 전극군 지지부재(82)와 상부 덮개(72)를 관통하여 외부에서 너트(76)에 의해 고착되고, 접속 단자(74, 75)와 전극군 지지부재(82)는 강고하게 상부 덮개(72)에 고정된다.
너트(76)와 전극군 지지부재(82)와 상부 덮개(72)의 사이에는 절연성 재료로 제작된 가스킷(83)이 삽입되고, 접속 단자(74, 75)의 주위에는, 전지 용기(71) 내부의 전해액에 대한 시일 구조가 구성되어 있다. 상부 덮개(72)는 전지 용기(71)에 용접하여 고정되어 있다.
전극군 지지부재(82)에는, 옆쪽으로 돌출하는 유지 부품(84)이 각각 고정 설치되어 있고, 측면(71S1, 71S2)은, 유지 부품(84)에 의해 외측을 향하여 가압되어, 측면(71S1, 71S2)이 탄성 변형되어 있다.
전극군 지지부재(82)는, 측면(71S1, 71S2)의 탄성 변형 반발력에 의해 탄성지지되고, 이것에 의하여 권회 전극군(81)은 전지 용기(71) 내에서 지지, 고정된다. 측면(71S1, 71S2)은 편평 직사각형 형상(직사각형 형상)이고, 광폭의 측면(71S3, 71S4)에 비교하여 강성이 높고, 높은 탄성 지지력을 발생할 수 있다. 권회 전극군(81)은, 양극(81E), 음극(81D), 세퍼레이터(81C)를 권회한 비교적 취약한 구조이며, 직접 부하를 인가하는 것은 바람직하지 않다. 이 때문에, 전극군 지지부재(82)를 강도, 강성이 높은 것으로서 권회 전극군(81)을 보호하고 있다.
이상 설명한 제 2 실시형태의 편평형 2차 전지는, 양극(81E), 음극(81D), 세퍼레이터(81C)를 적층하여 이루어지는 편평 전극군(81)과, 편평 전극군(81)을 수용하는 편평 형상의 전지 용기(71)와, 전지 용기(71)의 개구단(71A)에 고착되고, 개구단(71A)을 밀봉하는 상부 덮개(72)와, 일단 측이 상부 덮개(72)에 지지되고, 타단 측이 편평 전극군(81)의 양/음극 접속부(81A, 81B)에 접속되어 편평 전극군(81)을 상부 덮개(72)에 지지하는 양/음 1쌍의 전극군 지지부재(82)와, 1쌍의 전극군 지지부재(82)와 전지 용기(71)의 상대하는 측면(71S1, 71S2)과의 사이에 각각 개재하고, 전지 용기(71)를 바깥쪽으로 탄성 변형시켜 전극군 지지부재(82)에 구속력을 주는 1쌍의 유지부재(84)를 구비한다.
상기한 구성에 의하면, 권회 전극군(81)이 전극군 지지부재(82)에 의해 지지되고, 또한 유지 부품(84)을 거쳐 전지 용기(71)로 가압되어 있기 때문에, 밀폐형 전지(111)에 진동이 가해진 경우에, 권회 전극군(81)이 크게 요동하지 않고, 전극의 파손이나 단락을 방지할 수 있다.
또한, 유지 부품(84)은 전극군 지지부재(82)에 고정 설치하지 않고, 전지 용기(71)의 측면(71S1, 71S2)의 내측에 고정 설치하여도 된다.
제 2 실시형태에 의한 편평형 2차 전지에 의하면, 제 1 실시형태의 효과와 마찬가지로, 전극군을 안정되게 유지할 수 있다는 효과를 가진다.
[제 2 실시형태의 변형예]
권회 전극군(81)으로서, 도 11의 양/음극판을 권회하여 형성하는 구성 대신, 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같은 구성도 채용할 수 있다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 적층식의 권회 전극군(91)에서는, 직사각 형상의 양극판(91E)과, 직사각 형상의 음극판(91D)이, 직사각 형상의 세퍼레이터(91C)를 거쳐 교대로 적층되어 있다. 이 때, 미도공부(91A, 91B)가 권회 전극군(91)의 양 단면에 각각 위치하도록 적층되어 있다.
이 변형예의 적층형 전극군(91)에서도, 미도공부(91A)에 양극 측의 전극 지지부재(82)가 접속되고, 미도공부(91A)에 음극 측의 전극 지지부재(82)가 접속되며, 이들 1쌍의 전극 지지부재(82)가 상부 덮개(72)에 고정된다. 1쌍의 전극 지지부재(82)와 편평 직사각형 형상의 측면(71S1,71S2)과의 사이에 유지부재(84)가 개재되어 측면(71S1, 71S2)이 외측으로 탄성 변형되고, 전극 지지부재(82), 나아가서는 전극군(91)이 전지 용기 내에서 안정되게 지지된다.
본 발명의 특징을 손상하지 않는 한, 본 발명은 상기 실시형태에 조금도 한정되는 것은 아니다.
1, 15, 61, 71, 91 : 전지 용기 1T, 72B : 저면
1TA : 원형부 1TB : 환형부
1TE : 팽출부 2 : 가스킷
5 : 양극 집전부품 6 : 음극 집전부품
8, 81, 91 : 권회 전극군 9 : 도전 리드
11, 111 : 2차 전지 22 : 밀봉체
35 : 케이싱 72 : 상부 덮개
71S1, 71S2 : 협폭 측면 71S3, 73S4 : 광폭 측면
JG : 지그

Claims (7)

  1. 축심(軸芯)의 둘레에 양극, 음극, 세퍼레이터를 권회하여 이루어지는 권회 전극군과,
    상기 권회 전극군을 수용하는 원통 형상의 전지 용기와,
    상기 전지 용기의 개구단에 코킹(caulking)되고, 상기 개구단을 밀봉하는 밀봉체를 구비하고,
    상기 축심은, 축 방향 바깥쪽으로 탄성 변형한 상기 전지 용기의 저면과 상기 밀봉체와의 사이에서 끼워 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 축심의 일단에 장착되어, 상기 권회 전극군의 양극과 접속된 양극 집전부품과,
    상기 축심의 타단에 장착되어, 상기 권회 전극군의 음극과 접속된 음극 집전부품을 더 가지고,
    상기 밀봉체는 상기 양극 집전부품 상에 배치되고, 상기 음극 집전부품은 상기 전지 용기의 저면 상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 음극 집전부품은, 상기 전지 용기의 저면에 음극 리드를 거쳐 용접되고, 상기 축심은 상기 음극 집전부품에 감합하여 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성 변형 후의 상기 전지 용기의 저면 중앙부는, 상기 전지 용기의 축 방향 단면(端面)을 구성하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성 변형 후의 상기 전지 용기의 저면 중앙부는, 상기 전지 용기의 축 방향 단면(端面)으로부터 축 방향 내측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  6. 양극, 음극, 세퍼레이터를 적층하여 이루어지는 편평 전극군과,
    상기 편평 전극군을 수용하는 편평 형상의 전지 용기와,
    상기 전지 용기의 개구단에 고착되고, 상기 개구단을 밀봉하는 상부 덮개와,
    일단 측이 상기 상부 덮개에 지지되고, 타단 측이 상기 편평 전극군의 양/음극 접속부에 접속되어 상기 편평 전극군을 상기 상부 덮개에 지지하는 양/음 1쌍의 전극군 지지부재와,
    상기 1쌍의 전극군 지지부재와 상기 전지 용기의 상대하는 측면과의 사이에 각각 개재되고, 상기 전지 용기를 바깥쪽으로 탄성 변형시켜 상기 전극군 지지부재에 구속력을 주는 1쌍의 유지부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전지 용기는, 2개의 광폭(廣幅) 직사각형 측면과, 2개의 세폭(細幅) 직사각형 측면과, 상기 4개의 측면으로 형성되어 상기 편평 전극군이 삽입되는 가늘고 긴 개구와, 상기 가늘고 긴 개구와 대향하는 세폭 직사각형 저면에 의하여 편평 직육면체로 형성되고,
    상기 2개의 세폭 직사각형 측면과 상기 1쌍의 전극군 지지부재와의 사이에 상기 유지부재가 각각 개재되어 상기 2개의 세폭 직사각형 측면을 용기 바깥쪽으로 탄성 변형시키는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
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