KR101244549B1 - 각형 전지 - Google Patents

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KR101244549B1
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사또미 가와세
도모노리 마끼노
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

이 전지는, 전극체(30)와, 전극체(30)가 수용되는 전지 케이스(40)를 구비하고, 전극체(30)와 전지 케이스(40) 사이에 절연성의 외장체(20)를 구비한다. 전극체(30)는, 전지 케이스(40)의 상단부(42)의 개구부(43)로부터, 정극 집전부(35)와 부극 집전부가 각각 전지 케이스(40)의 광폭면(46)의 양단부에 있어서 상단부(42)로부터 저부(44)에 걸쳐 배치되는 횡방향으로 전지 케이스(40) 내에 수용되고, 외장체(20)의 내부에 배치되어 외장체(20)와 함께 전극 삽입체(10)를 구성한다. 여기서, 전극 삽입체(10)에 있어서 횡방향의 양단부에 있어서의 두께(L1a)는 전지 케이스(40)의 상단부(42)로부터 저부(44)를 향해 점감하고 있다.

Description

각형 전지 {RECTANGULAR BATTERY}
본 발명은 편평 형상의 전극체와 상기 전극체 형상에 대응한 상자 형상으로 형성된 전지 케이스를 구비하는 각형 전지에 관한 것이다. 상세하게는, 차량 탑재용으로서 적합한 각형 전지의 구조에 관한 것이다. 또한, 본 출원은 2008년 5월 13일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-126346호에 기초하는 우선권을 주장하고 있고, 그 출원의 전체 내용은 본 명세서 중에 참조로서 포함되어 있다.
최근, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 그 밖의 2차 전지는, 차량 탑재용 전원, 혹은 퍼스널 컴퓨터 및 휴대 단말의 전원으로서 중요성이 높아지고 있다. 특히, 경량이고 고에너지 밀도가 얻어지는 리튬 이온 전지는, 차량 탑재용 고출력 전원으로서 바람직하게 사용되는 것으로서 기대되고 있다. 이러한 종류의 전지에 있어서는, 시트 형상 정극(正極)(이하,「정극 시트」라 하는 경우도 있음)과 시트 형상 부극(負極)(이하,「부극 시트」라 하는 경우도 있음)을 시트 형상의 세퍼레이터와 함께 적층하여 권회시킨 권회 전극체를 구비한 전지 구조가 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2003-249423호 공보(특허문헌 1)에는, 정극 시트와 부극 시트가 세퍼레이터를 개재하여 권회되어 있는 편평한 형상의 권회 전극체를 구비한 전지가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2003-249423호 공보
그런데, 이러한 종류의 전지에 있어서는 편평한 형상의 전극체와 전지 케이스를 각각 제조하고, 계속해서 상기 전극체를 전지 케이스에 수용할 필요가 있다. 전지 케이스로서는 물리적 강도가 크다고 하는 관점으로부터 금속제의 케이스가 통상 사용되고 있고, 이 경우에는 금속제 케이스와 전극체를 절연하기 위해, 전형적으로는 전극체를 외장체(예를 들어, 절연성 필름)로 포장하는 공정이 행해지고 있다. 이러한 포장 공정을 포함하는 전지의 제조 공정의 일례로서, 전지는 이하와 같이 구축된다. 즉, 우선 편평 전극체를 이것과 대응하는 편평 상자 형상의 외장체에 수용(포장)하고, 계속해서 상기 전극체와 함께 상기 외장체를 전지 케이스에 수용하고, 그 후 상기 전지 케이스의 상단부의 개구부를 덮개로 폐색함으로써 전지가 구축된다.
그러나 종래의 전지의 구성에서는 외장체가 각부(角部)를 갖는 상자 형상이므로, 외장체(및 전극체)를 전지 케이스에 삽입하기 어렵다고 하는 문제가 있었다. 예를 들어, 전지 케이스의 평면시(平面視)에 있어서의 4코너(코너부)가 라운딩 처리된 형상인 경우에는, 외장체의 각부가 전지 케이스의 코너부에 간섭할 수 있으므로 외장체에 수용된 전극체의 삽입성이 악화되어 있었다. 또한 이러한 구성의 전극체에서는 전지 케이스에의 삽입시에 있어서, 경우에 따라서는 상기 외장체에 주름, 꺾임(좌굴), 파열 등이 발생할 우려가 있었다. 이러한 경우에는 상기 외장체의 절연 기능이 손상되어, 상기 전극체와 전지 케이스 사이의 절연을 취할 수 없어 내부 단락될 우려가 있으므로, 상기 외장체의 주름 등의 발생을 방지할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것으로, 그 주된 목적은, 전지 케이스에의 삽입성을 양호하게 하는 편평한 전극체 및 동일 형상의 외장체를 구비한 각형 전지이며, 상기 전극체와 전지 케이스 사이의 절연이 양호하게 확보되는 전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 실현하기 위해 본 발명에 의해 제공되는 각형 전지는, 편평한 형상의 전극체와, 상기 전극체가 수용되는 상자 형상의 전지 케이스(전형적으로는 편평한 상자 형상 케이스)를 구비한다. 상기 전극체에 있어서의 광폭면으로부터 보아 소정의 방향의 중앙 부분은 정극 활물질층이 부여된 부분과 부극 활물질층이 부여된 부분이 적층되어 있는 활물질층 부여부를 형성하고 있다. 또한, 상기 광폭면으로부터 보아 상기 활물질층 부여부의 양단부 중 한쪽 단부는 정극 활물질층이 부여되지 않고 정극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 있는 정극 집전부를 형성하고 있고, 다른 쪽 단부는 부극 활물질층이 부여되지 않고 부극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 있는 부극 집전부를 형성하고 있다. 그리고 상기 전극체와 상기 전지 케이스 사이에는, 상기 전극체와 전지 케이스를 격리하는 절연성 외장체이며 상기 전극체의 형상에 대응한 외장체가 구비되어 있다. 상기 전극체는, 상기 전지 케이스의 상단부에 형성되는 개구부로부터, 상기 정극 집전부와 상기 부극 집전부가 각각 상기 전지 케이스의 광폭면의 양단부에 있어서 상단부로부터 저부에 걸쳐 배치되는 횡방향으로 상기 전지 케이스 내에 수용되는 동시에, 상기 전지 케이스 내에 있어서는 상기 외장체의 내부에 배치되어 상기 외장체와 함께 편평한 상자 형상의 전극 삽입체를 구성하고 있다. 여기서, 상기 전극 삽입체에 있어서, 상기 횡방향의 양단부에 있어서의 두께는 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향해 점감하고 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 전지에 따르면, 전극체의 형상에 대응한(전형적으로는 편평한 상자 형상으로 형성된) 외장체와 상기 외장체의 내부에 배치(수용)된 편평한 형상의 전극체로 이루어지는 전극 삽입체에서는, 상기 횡방향의 양단부에 있어서의 두께가 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향해 점감하고 있다. 즉, 상기 전극 삽입체의 횡방향의 양단부(및 상기 양단부를 포함하는 소정의 영역)에서는, 그 단부면(또는, 상기 횡방향과 직교하는 두께 방향을 따라 절단하여 얻어지는 종단면)의 형상이 테이퍼 형상(V자 형상)을 나타내고 있다. 따라서, 상기 저부측의 상기 양단부의 두께는, 상기 전지 케이스의 내벽면의 상단부에 형성되는 개구부에 있어서의 상기 두께 방향의 길이보다도 작게 되어 있다. 이것에 의해, 이하의 효과가 발휘된다. 우선, 이러한 전극 삽입체는, 상기와 같은 형상의 양단부를 가지므로, 단순한 직육면체 형상인(즉, 상기 양단부의 단부면 또는 상기 종단면이 직사각형인) 전극 삽입체에 비해, 상기 전지 케이스의 상기 개구부로부터 용이하게 수용할 수 있다. 또한, 상기 전극 삽입체를 구성하는 상기 외장체는, 전형적으로는 그 상단부가 개방되어 있어 당해 개구 부분으로부터 전극체를 예를 들어 삽입함으로써 배치 가능하다. 상기 전극 삽입체와 동일 형상인 상기 외장체의 두께 방향의 길이에 대해서도 그 상단부(개구)측이 저부측보다도 크게 확대되어 있으므로, 상기 전극체를 상기 외장체에 용이하게 삽입하여 내부에 배치할 수 있다.
또한, 이러한 구성의 전지에 따르면, 상기 전극 삽입체의 전지 케이스에의 삽입시에 있어서, 상기 전극 삽입체가 상기 전지 케이스의 상단부에 있어서의 개구부나 상기 케이스의 내부 공간을 구성하는 내벽면 등과 간섭하는 것이 회피될 수 있으므로, 상기 전극 삽입체의 외장체(예를 들어, 시트 형상의 수지 재료로 이루어지는 절연 필름)에 있어서의 주름, 꺾임, 파열 등의 발생이 방지될 수 있다. 이로 인해, 전극 삽입체의 삽입시에 발생할 수 있는 주름 등이 전지 성능에 미치는 악영향(예를 들어, 내부 단락 등)을 미연에 방지할 수 있다.
여기서 개시되는 전지의 바람직한 일 형태로서, 상기 전극 삽입체에 있어서, 상기 횡방향의 상기 양단부를 제외한 중앙 부분의 두께는 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부에 걸쳐 거의 일정한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 전지에 따르면, 전극 삽입체에 있어서 횡방향의 양단부를 제외한 중앙 부분(상기 양단부 사이에 끼워진 부분이며 상기 횡방향의 중앙을 중심으로서 포함하는 소정의 부분)의 두께는, 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부에 걸쳐 일정하고, 상기 전지 케이스의 개구부에 있어서의 두께 방향을 따르는 길이에 대응하고 있다. 즉, 상기 양단부를 제외한 중앙 부분에서는, 그 두께 방향을 따라 절단하여 얻어지는 종단면 형상은, V자 형상(테이퍼 형상)이 아니라 U자 형상으로 되어 있다. 이로 인해, 전극체를 외장체의 내부에 배치할 때에, 상기 전극체의 양단부의 두께를 점감시키는 것만으로 상기 전극체를 상기 외장체의 형상에 대응시킬 수 있다. 이것에 의해, 상기 전극체를 과도하게 변형시키는 일 없이 상기 전극체를 상기 외장체의 내부에 용이하게 배치할 수 있는 동시에, 상기 전극체의 과도한 변형에 수반되는 전지 성능에의 악영향도 회피할 수 있다.
여기서 개시되는 전지의 바람직한 다른 일 형태로서, 상기 전극 삽입체에 있어서, 상기 횡방향의 상기 양단부를 포함하는 소정의 영역에서는, 상기 전극 삽입체의 두께는 상기 횡방향의 중앙에 가까운 측으로부터 상기 양단부를 향해 점감하고 있고, 또한 그 점감의 정도는 상기 횡방향과 직교하는 방향이며 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향하는 방향으로 감에 따라서 서서히 커져 가는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 전지에 따르면, 상기 횡방향의 양단부를 포함하는 소정의 영역에서는, 그 전극 삽입체의 두께는, 상기 횡방향의 중앙에 가까운 쪽의 측으로부터 상기 양단부를 향해 점감하고 있다. 즉, 상기 전극 삽입체의 상기 횡방향을 따르는 횡단면 형상은, 편평한 직사각형의 4코너의 외측 코너 부분(각부)이 잘라내어진 편평한 8각 형상으로 되어 있다. 이것에 더하여, 상기 두께의 점감의 정도는 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향해 커지고 있으므로, 상기 점감의 정도가 가장 큰 저부에 있어서의 횡단면은, 상기 외측 코너 부분의 절결부(잘라내어진 부분)가 가장 커지는 형상으로 되어 있다. 이것에 의해, 예를 들어 저부의 코너부가 라운딩 처리된 형상으로 되어 있는 전지 케이스에 대해 상기 형상의 전극 삽입체를 (예를 들어, 삽입에 의해) 수용할 때에는, 상기 전극 삽입체의 특히 저부에 있어서의 횡방향의 양단부가 상기 전지 케이스의 상기 코너부에 간섭하는 일 없이, 상기 전극 삽입체를 매끄럽게 삽입하여 수용할 수 있다. 이것에 의해, 상기 전극 삽입체를 구성하는 외장체나 전극체의 횡방향의 양단부에 있어서 상기 간섭에 의한 주름이나 꺾임, 파열, 나아가서는 변형 등의 문제의 발생이 방지될 수 있다.
또한, 편평하고 단순한 직육면체 형상의 전극 삽입체의 경우에는, 그 횡단면 형상은 직사각형이므로, 그 4코너의 각 외측 코너 부분이 상기 전지 케이스의 코너부에 간섭하지 않도록 상기 전극 삽입체를 구성하는 전극체의 사이즈를 전체적으로 작게 하고 있었다. 그러나 이러한 구성의 전지에 따르면, 전극 삽입체의 특히 저부의 횡단면 형상에 있어서, 상기 직사각형의 4개의 외측 코너 부분이 절결된 것과 같이 되어 있으므로, 상기 외측 코너 부분이 코너부에 간섭하는 것을 피할 수 있다. 따라서, 상기 전극체의 치수를 그만큼 크게 할 수 있어, 이러한 구성의 전지는 용량이 큰 전지로 될 수 있다.
여기서 개시되는 기술의 보다 바람직한 적용 대상으로서, 상기 전극체는, 시트 형상의 정극 집전체에 정극 활물질층이 부여되어 이루어지는 정극과, 시트 형상의 부극 집전체에 부극 활물질층이 부여되어 이루어지는 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층되어 함께 권회되어 이루어지는 권회 전극체가 예시된다. 이러한 전극체의 권회축 방향은, 상기 횡방향에 평행하다. 그리고 상기 전극체에 있어서의 상기 권회축 방향의 중앙 부분은 정극 활물질층이 부여된 부분과 부극 활물질층이 부여된 부분이 적층되어 있는 활물질층 부여부를 형성하고 있다. 상기 권회축 방향의 양단부 중 한쪽은, 정극 활물질층이 부여되지 않고 정극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 이루어지는 정극 집전부를 형성하고 있고, 상기 권회축 방향의 양단부 중 다른 쪽은, 부극 활물질층이 부여되지 않고 부극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 이루어지는 부극 집전부를 형성하고 있다.
이러한 구성의 전극체를 구비한 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 전극 삽입체에 있어서의 권회축 방향의 양단부의 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향해 두께가 점감하고 있는 부분은, 각각 상기 정극 집전부 및 부극 집전부에 상당하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성의 전지에 따르면, 상기 전극 삽입체를 구성하는 외장체의 내부에 상기 전극체를 삽입하여 배치할 때에, 상기 전극 삽입체의 권회축 방향(즉, 횡방향)의 양단부를 포함하는 소정의 영역은 용이하게 상기와 같은 형상으로 형성되고, 또한 그 형상은 유지될 수 있다. 따라서 전지 케이스에 수용하기 쉬운 전극 삽입체의 형상이 유지될 수 있다.
또한, 상기와 같은 구성의 전극체를 직접 전지 케이스에 수용할 때에는, 특히 정극 집전부 및 부극 집전부에 있어서 상기 전지 케이스와 상기 전극체가 간섭하기 쉬워, 상기 각 집전부의 파열 등의 문제가 발생할 우려가 있었다. 그러나 이러한 구성의 전지에 따르면, 상기 전극체는 상기 형상의 전극 삽입체로서 상기 전지 케이스에 수용될 수 있으므로, 상기 우려는 해소되고 상기 전극체의 문제도 회피될 수 있다.
여기서, 상기 전극 삽입체에 있어서, 전형적으로는 그 권회축 방향의 중앙 부분은 상기 전극체의 활물질층 부여부에 상당하고 있고, 상기 중앙 부분에 있어서의 상기 전극 삽입체의 두께는 상기 활물질층 부여부의 두께에 대응하고 있다. 상기 전극체의 활물질층 부여부는 정극 및 부극의 각 활물질층이 세퍼레이터를 개재하여 적층되어 있는 부분이므로, 그 부분을 변형시켜 그 두께를 조정하는 것은 어렵다. 그러나 상기 전극 삽입체의 상기 중앙 부분의 두께는 전지 케이스의 상단부로부터 저부에 걸쳐 일정하고 상기 활물질층 부여부의 두께에 대응하기 때문에, 상기 전극체의 상기 외장체의 내부에의 수용시에는 상기 전극체를 수용(삽입)하기 쉽고, 또한 삽입 후에도 상기 전극체를 크게 변형시키지 않고 상기 전극 삽입체의 전체 형상을 유지할 수 있다.
여기서 개시되는 전지의 바람직한 다른 일 형태로서, 상기 외장체는 시트 형상의 절연성 수지 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 전지에 따르면, 상기 외장체가 시트 형상의 절연성 수지 재료로 이루어짐으로써, 상기 수지 재료제의 시트를 절곡하거나 하면, 외장체를 상기 전지 케이스에 삽입하기 쉽고 또한 주름 등의 발생이 방지될 수 있는 형상으로 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 상기 외장체에 시트 형상의 수지 재료가 사용됨으로써, 상기 전지 케이스의 내부에 있어서의 상기 외장체가 차지할 수 있는 공간(즉, 전극체와 전지 케이스의 내벽면과의 간극)을 최소한으로 억제할 수 있다. 이로 인해, 그만큼 상기 전극체를 크게 하여 용량이 큰 전지를 제작할 수 있다.
여기서 개시되는 어느 하나의 전지는, 상기와 같이 외장체를 구비한 구성이라도 외장체와 전지 케이스의 간섭이 회피되어, 전지 케이스와 전극체의 절연이 확보된 양호한 전지 성능을 발휘할 수 있으므로, 차량에 탑재되는 전지(예를 들어, 자동차 등의 차량의 전원)로서 적절하게 이용될 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 여기서 개시되는 어느 하나의 전지를 구비한 차량이 제공된다.
도 1은 전극체와 상기 전극체가 내부에 배치된 외장체로 이루어지는 전극 삽입체가 전지 케이스 내에 수용된 상태를 설명하는 모식적인 정면 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서의 II-II선 단면도이다.
도 3은 도 1에 있어서의 III-III선 단면도이다.
도 4는 도 1에 있어서의 IV-IV선 단면도이다.
도 5는 전극 삽입체의 모식적인 전체 사시도이다.
도 6은 가이드체를 사용하여 전극체(혹은 전극 삽입체)를 외장체(혹은 전지 케이스)에 수용하는 방법을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 전지를 구비한 차량을 모식적으로 도시하는 측면도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이며 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들어, 전지의 구성이나 구축 수순, 전지의 구축에 관한 일반적 기술 등)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다.
본 명세서에 있어서「전지」라 함은, 소정의 전기 에너지를 취출할 수 있는 축전 장치를 말하며, 특정한 축전 기구(전극체나 전해질의 구성)에 한정되지 않는다. 즉, 리튬 2차 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지, 납축 전지 등의 이른바 화학 전지 외에, 전기 이중층 캐패시터와 같이 각종 화학 전지와 동일한 산업 분야에서 동일하게 사용될 수 있는 축전 소자(물리 전지)를 포함하는 용어이다.
이하, 도면을 참조로 하면서 본 발명에 따른 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일한 작용을 발휘하는 부재ㆍ부위에는 동일한 부호를 부여하여 설명하고 있다.
이하, 각형 형상의 리튬 이온 전지(100)를 예로 하여, 본 발명에 관한 전지에 대해 상세하게 설명하지만, 본 발명을 이러한 실시 형태에 기재된 것에 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 5를 참조로 하면서 본 실시 형태에 관한 전지(100)의 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 전극체(30)와 상기 전극체(30)가 내부에 배치된 외장체(20)로 이루어지는 전극 삽입체(10)가 전지 케이스(40) 내에 수용된 상태를 설명하는 모식적인 정면 단면도이다. 도 2는 도 1에 있어서의 II-II선 단면도이다. 도 3은 도 1에 있어서의 III-III선 단면도이다. 도 4는 도 1에 있어서의 IV-IV선 단면도이다. 도 5는 전극 삽입체(10)의 모식적인 전체 사시도이다.
전지(100)의 바람직한 일 실시 형태(본 실시 형태)를 나타내는 도 1에 도시되는 바와 같이, 여기서 개시되는 리튬 이온 전지(100)는, 정극 및 부극을 구비한 편평한 형상의 전극체(30)와, 상기 전극체(30) 및 전해질이 수용되어 상기 전극체(30)의 형상에 대응한 편평한 상자 형상의 전지 케이스(40)를 구비한다. 전극체(30)는, 상기 전극체(30)의 형상에 대응한 편평한 상자 형상의 외장체(20)의 내부에 배치(수용)되어 있고, 상기 외장체(20)와 함께 전극 삽입체(10)를 구성하고 있다. 전극체(30)는, 외장체(20)에 수용된 상태로, 즉 전극 삽입체(10)로서 전지 케이스(40)의 내부에 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 전지 케이스(40)에서는 후술하는 바와 같이 상단부(42)에 개구부(43)가 형성되어 있고, 전지(100)는 상기 개구부(43)를 폐색하는 덮개를 구비할 수 있지만, 본 발명을 특징짓는 것은 아니므로, 상기 덮개를 도시하고 있지 않다.
도 1 내지 도 4에 도시되는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전지 케이스(40)에서는, 그 내벽면으로 둘러싸인 공간(내부 공간)이 편평한 전극 삽입체(10)의 형상에 대응한 편평한 상자 형상(각형)으로 형성되어 있다. 전지 케이스(40)의 상기 내벽면은, 편평한 대략 직사각형의 저면[저부(44)]과, 상기 저부(44)의 길이 방향을 따르는 양단부로부터 직립한 서로 대향하는 2매의 광폭면(46)과, 상기 저부(44)의 짧은 방향을 따르는 양단부로부터 직립한 서로 대향하는 2매의 협폭면(48)으로 구성되어 있다. 광폭면(46)과 협폭면(48)의 각 면끼리로 구성되는 4코너에는 코너부(45)가 형성되어 있고, 상기 코너부(45)는 라운딩 처리된 형상으로 되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이 전지 케이스(40)의 상단부(42)는 전극 삽입체(10)[전극체(30)]가 삽입될 수 있는 개구부(43)로 되어 있다.
전지 케이스(40)의 재질로서는, 경량이며 열전도성이 양호하고 고강도인 금속 재료를 바람직하게 채용할 수 있다. 이러한 금속 재료로서, 예를 들어 알루미늄(알루미늄 합금을 포함함), 스테인리스, 니켈 도금 강 등을 들 수 있고, 전형적으로는 알루미늄이 사용된다.
편평한 형상의 전극체(30)는, 시트 형상의 정극 집전체에 정극 활물질층이 부여되어 이루어지는 정극(정극 시트)(34)과, 시트 형상의 부극 집전체에 부극 활물질층이 부여되어 이루어지는 부극(부극 시트)(36)이 세퍼레이터(39)를 개재하여 적층됨으로써 구성되어 있다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 전극체(30)는 그 광폭면(32)으로부터 보아 소정 방향의 중앙 부분에 형성되어 있는 활물질층 부여부(38)와, 상기 광폭면(32)으로부터 보아 활물질층 부여부(38)의 양측 중 한쪽 측의 단부에 형성된 정극 집전부(35)와, 다른 쪽 측의 단부에 형성된 부극 집전부(37)를 구비하고 있다. 활물질층 부여부(38)에서는, 정극 활물질층이 부여된 부분과 부극 활물질층이 부여된 부분이 적층되어 있다. 또한, 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)에서는, 정극 활물질층 및 부극 활물질층이 부여되지 않고 정극 집전체 및 부극 집전체가 노출된 부분이며 활물질층 부여부(38)의 양단부 중 각 단부로부터 각각 밀려 나온 부분이 적층되어 있다.
전극체(30)는, 전극 삽입체(10)로서 전지 케이스(40)에 수용되어 있다. 이때 전극체(30)는, 그 광폭면(32)이 전지 케이스(40)의 광폭면(46)에 대향하도록 하여, 또한 상기 정극 집전부(35)와 부극 집전부(37)의 각각이 전지 케이스(40)의 광폭면(46)의 양단부에 있어서 상단부(42)로부터 저부(44)에 걸쳐 배치되도록 하여 전지 케이스(40)의 내부에 수용되어 있다. 또한, 상기 전지 케이스(40)에 수용되어 있는 전극체(30)에 있어서, 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)는, 그 광폭면(32)으로부터 보아 전지 케이스(40)의 상단부(42)로부터 저부(44)에 걸쳐 (띠 형상으로) 배치되고, 당해 정극 집전부(35), 활물질층 부여부(38) 및 부극 집전부(37)는 상기 상단부(42)로부터 저부(44)를 향하는 종방향과 직교하는 방향이며 광폭면(32)에 평행한 방향을 따르고(병렬되어) 있다. 이 방향을 횡방향 P로 한다.
전극체(30)의 구성은, 편평한 형상을 갖고, 그 광폭면(32)으로부터 보아 횡방향 P의 중앙 부분에 활물질층 부여부(38)와, 그 양측의 단부에 정극 집전부(35)와 부극 집전부(37)를 구비하는 구성이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 복수매의 정극 시트와 복수매의 부극 시트를 복수매의 시트 형상 세퍼레이터(혹은 세퍼레이터로서 기능할 수 있는 고체 또는 겔상 전해질)와 함께 교대로 적층하여 얻어지는 적층형 전극체라도 좋다. 또한, 장척(長尺) 형상의 정극 시트와 부극 시트를 세퍼레이터를 개재하여 적층하여 길이 방향을 따라 권회함으로써 얻어지는 권회형 전극체(권회 전극체)라도 좋다. 본 실시 형태에 관한 전극체(30)로서, 권회 전극체를 채용하고, 권회축 방향과 직교하는 방향을 따라 눌러 찌부러뜨림으로써 편평한 형상으로 한 전극체를 바람직하게 사용할 수 있다. 여기서, 본 실시 형태에 관한 전극체(권회 전극체)(30)의 권회축 방향은 상기 횡방향 P와 평행(동일)하다.
또한, 전지 케이스(40)에 수용되어 있는 전극체(30)의 배치에 대해서는, 상기 전극체(30)의 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)(의 길이 방향)가 그 광폭면(32)으로부터 보아 상기 횡방향 P를 따라 (띠 형상으로) 배치되고, 상기 정극 집전부(35), 활물질층 부여부(38) 및 부극 집전부(37)가, 횡방향 P와 직교하는 방향이며 전지 케이스(40)의 상단부(42)[또는 저부(44)]로부터 저부(44)[또는 상단부(42)]를 향하는 종방향(전형적으로는 수직 방향)을 따르는 배치라도 좋다. 즉, 상기 전극체(30)가 권회 전극체이면, 그 권회축 방향이 상기 종방향(수직 방향)과 평행(동일)하게 되는 배치라도 좋다. 또한, 이러한 경우에 있어서, 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)는, 상기 상단부(42)측 및 상기 저부(44)측의 각각에 배치되지만, 어느 집전부가 상기 상단부(42)[또는 저부(44)]측에 배치될지에 대해서서는 적절하게 설정되면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 여기서, 상기 저부(44)측에 배치될 수 있는 정극 집전부(35) 또는 부극 집전부(37) 중 어느 한쪽은, 다른 쪽[즉, 상단부(42)측]에 배치되는 집전부의 두께보다도 얇아지도록 두께 방향 Q로 찌부러져 있는 것[특히 횡방향 P의 양단부(18, 19)에 있어서 찌부러져 있는 것]이 바람직하다. 이와 같이 저부(44)측에 배치되는 집전부를 찌부러뜨려 두께를 얇게 함으로써, 전지 케이스(40)에의 삽입성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전지 케이스(40)의 높이 치수(상기 수직 방향을 따르는 길이)와 전극체(30)의 높이 치수의 관계에 대해서는, 상기 전지 케이스(40)에 수용된 상태에 있는 상기 전극체(30)가 상기 전지 케이스(40)의 상단부(42)에 있어서의 개구면[개구부(43)]으로부터 돌출되지 않으면, 특별히 한정되지 않는다.
상기 전극체(30)는, 상기 정극 집전부(35)에는 도시하지 않은 정극 리드 단자(정극 집전 단자) 및 상기 부극 집전부(37)에는 도시하지 않은 부극 리드 단자(부극 집전 단자)가 (예를 들어 각 단부에 있어서의 종방향의 중앙 부분 부근에) 각각 접속된 상태에서 외장체(20)와 함께 전지 케이스(40) 내에 수용될 수 있다.
다음에 외장체(20)에 대해 설명한다. 도 1 내지 도 5에 도시되는 바와 같이, 외장체(20)는 전극체(30)의 형상에 대응한 편평한 상자 형상으로 형성되어 있고, 그 상단부는 개방되어 있다. 또한, 외장체(20)는 전극체(30)를 내부에 배치한 상태에서[즉, 전극 삽입체(10)로서] 전지 케이스(40) 내에 수용되므로, 전극체(30)와 전지 케이스(40)의 내벽면[광폭면(46) 및 협폭면(48)] 사이에 배치되어, 상기 전극체(30)와 전지 케이스(40)를 전기적으로 격리하고 있다. 본 실시 형태에 관한 외장체(20)는, 시트 형상(필름 형상)의 절연성 수지 재료로 형성되어 있고, 예를 들어 소정 형상으로 잘라내어진 수지제 필름이 상기 편평한 상자 형상으로 절곡되어 조립됨으로써 형성되어 있다. 또한, 상기 외장체(20)는 상기 전극체(30)와 전지 케이스(40)의 절연성이 확보되는 한에 있어서, 예를 들어 그 일부(저부라도 좋음)에, 단자를 취출하기 위한 단자 취출 구멍 등을 구비한 구성이라도 좋다.
다음에 전극 삽입체(10)에 대해 도 2 내지 도 5를 참조로 하면서 설명한다. 전극 삽입체(10)는 전극체(30)와 상기 전극체(30)가 내부에 배치(수용)된 외장체(20)로 구성되고, 편평한 상자 형상으로 형성되어, 전지 케이스(40) 내에 수용되어 있다.
도 3 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 전극 삽입체(10)의 형상은, 상기 횡방향 P의 양단부(18, 19)[여기서,「양단부(18 및 19)」는, 특별히 한정하지 않는 한, 횡방향 P의「양단부」및「상기 양단부를 포함하는 소정 영역」의 양쪽을 포함하는 것으로 함]에 있어서의 두께(두께 방향 Q의 길이)(L1a)가 전지 케이스(40)의 상단부(42)로부터 저부(44)를 향해 점감한 형상으로 되어 있다. 즉, 전극 삽입체(10)의 횡방향 P의 양단부(18, 19)에 있어서의 두께 방향 Q를 따른 종단면은, 상기 상단부(42)에 대응하는 전극 삽입체(10)의 상단부(12)로부터 상기 저부(44)에 대응하는 전극 삽입체(10)의 저부(14)에의 종방향(전형적으로는 수직 방향)을 따라 테이퍼 형상(또는 V자 형상)을 나타내고 있다. 이로 인해, 상기 상단부(12)에 있어서의 상기 양단부(18, 19)의 두께(L1a)는, 전지 케이스(40)의 내부 공간[또는 협폭면(48)]의 두께 방향 Q의 길이(L2)에 대응하고 있지만(거의 일치, 혹은 매우 근소하게 작음), 점감됨으로써 상기 저부(14)에서는 상기 길이(L2)보다도 작게 되어 있다.
또한, 도 2 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기한 전극 삽입체(10)에 있어서, 횡방향 P의 양단부(18, 19)를 제외한 중앙 부분(16)의 두께(L1b)는 전지 케이스(40)의 상단부(42)로부터 저부(44)에 걸쳐 거의 일정하고, 전지 케이스(40)의 상기 협폭면(48)의 두께 방향 Q의 길이(L2)에 대응하고 있다. 즉, 전극 삽입체(10)의 상기 중앙 부분(16)에 있어서의 두께 방향 Q를 따른 종단면은, 상기 상단부(42)로부터 저부(44)를 향해 U자 형상을 나타내고 있다.
따라서, 전극 삽입체(10)의 두께, 즉 횡방향 P의 양단부(18, 19)에 있어서의 두께(L1a)와 상기 양단부(18, 19)를 제외한 중앙 부분(16)의 두께(L1b)는, 전지 케이스(40)의 상단부(12)에 있어서는 서로 일치(L1a＝L1b)하고, 상기 두께 방향 Q의 길이(L2)에 대응하고 있지만, 저부(14)를 향함에 따라서 서서히 양자에 차이가 발생하여 상기 양단부(18, 19)에 있어서의 두께(L1a)가 작아져(점감해) 간다(L1a＜L1b). 이것에 의해, 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 상기 양단부(18, 19)(를 포함하는 소정의 영역)에 있어서의 전극 삽입체(10)의 두께(L1a)는, 상기 중앙 부분(16)측으로부터 양단부(18, 19)측으로의 횡방향 P를 향해 점감하고, 또한 그 점감의 정도는 상기 상단부(12)로부터 저부(14)[즉, 전지 케이스(40)의 상단부(42)로부터 저부(44)]를 향함에 따라 서서히 커져 간다. 즉, 횡방향 P를 따라 전극 삽입체(10)를 절단하여 얻어지는 횡단면의 형상은, 편평한 직사각형의 4코너의 외측 코너 부분이 잘라내어진 편평한 8각 형상으로 되어 있다. 이것에 더하여, 상기 점감의 정도가 가장 커질 수 있는 상기 저부(14) 근방에 있어서의 전극 삽입체(10)의 횡단면 형상은, 상기 외측 코너 부분의 절결부(잘라내어진 부분)가 가장 큰 8각 형상으로 되어 있다. 이것에 의해, 전지 케이스(40)에 있어서의 라운딩 처리된 형상의 코너부(45)와 전극 삽입체(10)의 양단부(18, 19)는 특히 저부(44)[혹은 저부(14)] 부근에 있어서 서로의 간섭이 회피되어, 상기 전극 삽입체(10)는 상기 전지 케이스(40) 내에 수용되어 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 전극 삽입체(10)에 있어서, 그 구성 요소인 전극체(30)로서 권회 전극체가 바람직하게 채용된다. 이러한 경우에는, 상기 횡방향 P는 권회 전극체(30)의 권회축 방향과 평행(동일)하다. 이것에 의해, 전극 삽입체(10)에 있어서의 횡방향 P의 양단부(18, 19)를 제외한 중앙 부분(16)이며 두께(L1b)가 상단부(12)로부터 저부(14)를 향해 거의 일정한 부분은, 전극체(30)의 활물질층 부여부(38)에 상당하고 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 횡방향(권회축 방향) P의 양단부(18, 19) 중 한쪽 단부(18)측 및 다른 쪽 단부(19)측은 전극체(30)의 각각 정극측 및 부극측에 상당하고 있는 것이 바람직하고, 또한 상기 양단부(18, 19)를 포함하는 소정의 영역이며 두께(L1a)가 상기 상단부(12)로부터 저부(14)를 향해 점감하고 있는 부분(영역)은, 각각 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)에 상당하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 어느 단부가 상기 정극(또는 부극)측에 상당하는 것인지는 특별히 한정되지 않는다[도 1 내지 도 4에 있어서는, 단부(18)는 정극 집전부(35), 단부(19)는 부극 집전부(37)에 상당하고 있음]. 전극체(30)와 전극 삽입체(10)의 각 부분이 상기와 같은 대응 관계에 있음으로써, 전극체(30)는 상기 활물질층 부여부(38)의 양측으로부터 밀려 나온 상태에 있는 정극 집전부(35)와 부극 집전부(37)에 있어서의 상기 저부(14) 부근의 두께가 약간 찌부러져 있을(얇아져 있을) 뿐이며 큰 변형이나 좌굴을 발생하는 일 없이, 외장체(20) 내에 배치되어, 상기 외장체(20)와 함께 전극 삽입체(10)를 구성하고 있다.
전극 삽입체(10)의 전체 형상에 있어서, 그 저부(14)(저면 부분)의 형상은 상기 전극 삽입체(10)를 구성하는 전극체(30)의 형상에 대응시키면 되며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2 또는 도 3에 도시되는 바와 같이, 전극체(30)가 권회 전극체인 경우에는, 라운딩 처리된 형상, 혹은 눌러 찌부러져 편평한 권회 전극체(30)에 있어서의 상기 저부(14)측의 측면의 곡률에 대응시킨 형상으로 하면 좋다. 또한, 전극체(30)가 적층형 전극체인 경우에는, 전극 삽입체(10)의 저부의 형상은 플랫(평탄)하게 되어 있어도 좋다.
또한, 전극 삽입체(10)는, 그 전체 형상으로서 상기와 같은 형상을 갖고 있으면 되며, 전극 삽입체(10)의 구성 요소인 전극체(30) 자체가 상기와 같은 전극 삽입체(10)의 전체 형상에 일치할 필요는 없다. 따라서, 전극체(30) 단일 부재의 전체(외관) 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 외장체(20) 내에 배치되어 전극 삽입체(10)로서 전지 케이스(40) 내에 수용되어 있는 전극체(30)는, 그 횡방향(권회축 방향) P의 양단부(18, 19)[즉, 정극 집전부(35)와 부극 집전부(37)에 상당하는 부분]에는 도시하지 않은 정극 및 부극용 단자가 각각 접속될 수 있다. 이로 인해, 예를 들어 상기 양 집전부(35, 37)가 권회축 중심 부분에 있어서 두께 방향 Q의 양측으로부터 끼워지도록 하여 상기 단자를 접속시키고 있는 형태에 있어서의 전극체(30)에서는, 그 단부면 형상은 중심이 잘록한 표주박 형상으로 될 수 있다. 이러한 형상의 전극체(30)가 외장체(20) 내에 배치되어 있어도, 전극 삽입체(10)로서의 형상이, 상기와 같이 두께(L1a)가 점감하는 양단부(18, 19)를 구비하는 형상이면 된다.
다음에, 본 실시 형태의 전지(100)의 구축(제작) 방법에 대해 도 1 내지 도 6을 참조로 하면서 설명한다. 도 6은 가이드체(52a, 52b)를 사용하여 전극체(30)의 권회축 방향의 양단부에 있어서의 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)의 두께를[혹은 전극 삽입체(10)의 횡방향 P의 양단부(18, 19)의 두께를] 줄여 외장체(20)[혹은 전지 케이스(40)]에 수용하는 방법을 모식적으로 도시한 도면이다.
우선, 본 실시 형태에 관한 권회 전극체(30)는, 통상의 리튬 이온 전지의 권회 전극체와 마찬가지로 하여 구축할 수 있다. 즉, 장척 형상의 정극 시트(34)와 장척 형상의 부극 시트(36)를 2매의 장척 시트 형상 세퍼레이터(39)와 함께 적층하여 길이 방향을 따라 권회하고, 얻어진 권회체를 권회축 방향에 대해 직교하는 방향으로부터 눌러 찌부러뜨림으로써 편평한 형상으로 제작될 수 있다.
정극 시트(34)는 장척 시트 형상의 정극 집전체의 길이 방향의 한쪽 단부측에 소정 폭으로 길이 방향을 따라 정극 활물질층을 부여(전형적으로는 도포)하고, 또한 다른 쪽 단부측에 정극 활물질층을 도포하지 않고 정극 집전체를 노출시킨 부분을 설치함으로써 제작될 수 있다. 부극 시트(36)에 대해서도 마찬가지이며, 장척 시트 형상의 부극 집전체의 길이 방향의 일단부측에 부극 활물질층을 부여한 부분과, 타단부측에 부극 집전체가 노출된 부분을 설치함으로써 제작될 수 있다.
여기서, 정극 시트(34)와 부극 시트(36)의 권회 방법에 대해서는, 우선 정극 시트(34), 세퍼레이터(39), 부극 시트(36), 세퍼레이터(39)의 순으로 함께 적층하고, 또한 상기 정극 시트(34)와 부극 시트(36)를 폭 방향(짧은 방향)으로 위치를 어긋나게 한 상태에서 권회한다. 이 결과로서, 얻어진 권회 전극체(30)의 권회축 방향의 중앙 부분에는 정극 활물질층이 부여된 부분과 부극 활물질층이 부여된 부분이 적층되어 있는 활물질층 부여부(38)가 형성된다. 또한 상기 활물질층 부여부(38)의 양측, 즉 권회축 방향의 양단부 중 한쪽에는, 정극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 이루어지는 정극 집전부(35)가 활물질층 부여부(38)로부터 외측으로 밀려 나오도록 형성되고, 다른 한쪽에는, 부극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 이루어지는 부극 집전부(37)가 활물질층 부여부(38)로부터 외측으로 밀려 나오도록 형성된다. 또한, 이와 같이 하여 얻어진 권회 전극체(30)에 있어서, 전형적으로는 그 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)에는 도시하지 않은 정극 리드 단자 및 부극 리드 단자가 각각 부설되고, 이들 리드 단자는 또한 정극(외부) 단자 및 부극(외부) 단자의 각각에 전기적으로 접속될 수 있다.
이러한 권회 전극체(30)를 구성하는 재료 및 부재 자체는, 종래의 리튬 이온 전지의 전극체와 동일해도 되고, 특별히 제한은 없다. 정극 시트(34)에 있어서, 정극 집전체에는 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti) 등의 금속으로 이루어지는 박재를 적절하게 사용할 수 있다. 정극 활물질로서는 종래부터 리튬 이온 전지에 사용되는 물질의 1종 또는 2종 이상을 특별히 한정하는 일 없이 사용할 수 있다. 적합예로서, 리튬 니켈계 복합 산화물(리튬과 니켈을 구성 금속 원소로서 포함하는 산화물이며, 니켈사이트의 일부가 코발트나 알루미늄 등의 다른 금속 원소로 치환된 것을 포함함. 전형적으로는 LiNiO2), 리튬 코발트계 복합 산화물(전형적으로는 LiCoO2), 리튬 망간계 복합 산화물(전형적으로는 LiMn2O4) 등의 리튬 천이 금속 복합 산화물을 들 수 있다. 예를 들어, 두께 5㎛ 내지 20㎛(예를 들어, 15㎛) 정도의 장척 형상 알루미늄박을 정극 집전체로서 사용하고, 그 표면의 소정 영역에 통상의 방법에 의해 리튬 니켈계 복합 산화물을 주체로 하는 정극 활물질층을 형성함으로써 적합한 정극 시트(34)가 얻어진다.
한편, 부극 시트(36)에 있어서, 부극 집전체에는 구리박, 그 밖의 부극에 적합한 금속박을 적절하게 사용할 수 있다. 부극 활물질로서는 종래부터 리튬 이온 전지에 사용되는 물질의 1종 또는 2종 이상을 특별히 한정하는 일 없이 사용할 수 있다. 적합예로서, 그라파이트 카본이나 아몰퍼스 카본 등의 탄소계 재료, 리튬 천이 금속 산화물(리튬 티탄 산화물 등), 리튬 천이 금속 질화물 등을 들 수 있다. 예를 들어, 두께 5㎛ 내지 20㎛(예를 들어, 10㎛) 정도의 장척 형상 구리박을 사용하고, 그 표면의 소정 영역에 통상의 방법에 의해 탄소계 재료(전형적으로는 그라파이트)를 주체로 하는 부극 활물질층을 형성함으로써 적합한 부극 시트(36)가 얻어진다.
또한, 정극 시트(34) 및 부극 시트(36) 사이에 사용되는 적합한 세퍼레이터(39)로서는, 합성 수지(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀)에 의해 구성된 것이 예시된다. 예를 들어, 폴리올레핀계 수지로 이루어지는 두께 5㎛ 내지 30㎛(예를 들어, 25㎛) 정도의 다공질 세퍼레이터 시트를 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 전해질로서 고체 전해질 혹은 겔상 전해질을 사용하는 경우에는, 일반적으로 사용되고 있는 합성 수지제(예를 들어, 폴리프로필렌제)의 세퍼레이터가 불필요한 경우(즉, 이 경우에는 전해질 자체가 세퍼레이터로서 작용함)가 있을 수 있다.
본 실시 형태에 관한 외장체(20)는, 시트 형상(필름 형상)의 절연성 수지 재료를 바람직하게 사용하여 제작할 수 있다. 예를 들어, 상기 시트 형상의 수지 재료를 소정 형상(예를 들어, 상기 편평한 상자체를 전개하여 얻어지는 형상)으로 잘라내고, 계속해서 이 잘라내어진 시트를 절곡하여 편평한 상자 형상으로 조립함으로써 적합한 외장체(20)가 얻어진다. 복수매의 시트 혹은 복수 부품을 용접 등에 의해 접합하여(조합하여) 상기 상자 형상으로 형성해도 좋다. 외장체(20)에 사용되는 적합한 시트 형상 절연성 수지 재료로서는, 절연성이 양호하고 내열성이 높은 수지 재료인 것이 바람직하고, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지 재료를 적절하게 사용할 수 있다. 이러한 수지 재료의 두께로서는, 100㎛ 정도인 것이 바람직하지만, 전지(100)의 구성 조건 등[전극체(30)가 전지 케이스(40)의 내부 공간에 차지하는 비율 등]에 의해 적절하게 변경될 수 있다. 또한, 상기 시트 재료끼리를 접합하는 경우에는, 히트 바 등에 의한 열용착이 바람직하게 채용될 수 있지만 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 초음파 용접이나 레이저 용접 등의 용접 방법에 대해서도 적절하게 사용할 수 있다. 두께가 얇은 시트 형상의 재료로 형성되는 외장체(20)는, 전지 케이스(40)에 전극체(30)와 함께 수용되어도, 외장체(20) 자체가 차지하는 공간을 최소한으로 억제할 수 있으므로, 바람직하게 사용할 수 있다.
상기 편평한 상자 형상의 외장체(20) 내에 편평한 형상의 전극체(30)를 수용할 때에는, 전극체(30)의 권회축 방향이 외장체(20)의 상단부에 있어서의 개구면(횡방향 P 및 두께 방향 Q를 포함하는 평면)에 대해 평행하게 되도록 하여, 또한 외장체(20)의 광폭면과 전극체(30)의 광폭면(32)이 대향하도록(평행하게 되도록) 하여 전극체(30)를 수용(전형적으로는 삽입)한다. 이에 의해 전극 삽입체(10)가 구성된다. 또한 이때의 전극 삽입체(10)에서는, 그 횡방향 P의 양단부(18, 19)를 포함하는 영역이며 중앙 부분(16)측으로부터 양단부(18, 19)를 향해 두께(L1a)가 점감하고 있는 영역은, 상기 전극체(30)에 있어서의 정극 집전부(35) 및 부극 집전부(37)의 각각에 상당하고 있다.
여기서, 상기 전극체(30)를 상기 외장체(20)에 삽입하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 도 6에 도시되는 바와 같은 한 쌍의 롤러 형상의 가이드체(52a, 52b)를 채용하고, 이들을 외장체(20)의 상단부에 설치되어 있는 개구보다 상방의 2개소에 배치함으로써 용이하게 삽입할 수 있다. 즉, 대향하는 가이드체(52a, 52b)끼리의 사이에 끼워지는 공간부의 간격을, 외장체(20)의 상기 횡방향 P의 양단부에 있어서의 저부의 두께 방향 Q의 길이[즉, 전극 삽입체(10)의 상기 양단부(18, 19)에 있어서의 저부(14)의 두께(L1a)]로 설정해 둔다. 계속해서 전극체(30)의 삽입시에, 전극체(30)의 권회축 방향의 양단부를 각각 상기 가이드체(52a, 52b) 사이의 상기 공간부에 배치하고, 상기 공간부에 전극체(30)의 상기 양단부를 밀어 넣으면서 상기 전극체(30)를 외장체(20) 내에 삽입하면, 정극 집전부(35)와 부극 집전부(37)에 있어서의 적어도 가이드체(52a, 52b) 사이에 끼워져 있었던 부분의 두께는 상기 공간부의 간격에 일치하므로, 외장체(20)의 상단부에 있어서의 개구로부터 전극체(30)를 용이하게 수용할 수 있다.
외장체(20)가 상기와 같이 시트 형상의 절연성 수지 재료로 형성되는 경우에는, 소정 형상으로 잘라내어진 상기 재료제의 시트 상의 소정 위치에 전극체(30)를 배치하고, 상기 전극체(30)를 배치한 상태에서 외장체(20)를 조립해도 좋다. 이러한 경우에는, 편평한 형상의 외장체(20)에 상기 전극체(30)를 삽입에 의해 수용하는 번잡함이 해소될 수 있다.
상기와 같이 하여 얻어진 전극 삽입체(10)를 전지 케이스(40) 내에 수용한다. 이때, 전극 삽입체(10)는, 그 횡방향 P의 양단부(18, 19)의 두께(L1a)가 상기 전극 삽입체(10)의 상단부(12)로부터 저부(14)를 향해 점감하고 있고, 또한 양단부(18, 19)[즉, 전극체(30)의 정극 집전부(35)와 부극 집전부(37)에 상당하는 부분]에 있어서도, 상기 두께(L1a)는 중앙 부분(16)측으로부터 양단부(18, 19)를 향해 점감하고 있고, 또한 그 점감의 정도는 상단부(12)로부터 저부(14)를 향하는 세로(수직) 방향으로 감에 따라서 서서히 커지고 있다. 전극 삽입체(10)가 이러한 형상을 하고 있으므로, 상기 전극 삽입체(10)를 전지 케이스(40)의 상단부(42)에 형성된 개구부(43)로부터 용이하게 수용할 수 있다. 또한, 이 수용시에 있어서 전극 삽입체(10)가 전지 케이스(40)의 내벽면[광폭면(46) 및 협폭면(48)]이나 코너부(45)에 간섭하는 일이 없어, 매끄럽게 삽입할 수 있는 동시에, 상기 전극 삽입체(10)의 횡방향 P의 양단부(18, 19)에 있어서 상기 전극 삽입체(10)를 구성하는 외장체(20)나 전극체(30)의 상기 간섭에 의한 주름이나 꺾임, 파열, 나아가서는 변형 등의 문제의 발생이 효과적으로 방지될 수 있다. 따라서, 이러한 문제가 전지 성능에 미치는 악영향(예를 들어, 내부 단락 등)을 미연에 방지할 수 있다.
전지 케이스(40) 내에 전극 삽입체(10)를 수용함에 있어서, 상기와 같이 전극 삽입체(10)에 대해 횡방향 P의 양단부(18, 19)의 두께(L1a)를 점감시킨 형상(단부 형상)으로 미리 형성해 두고, 그 후 상기 전극 삽입체(10)를 상기 전지 케이스(40) 내에 수용(삽입)해도 된다. 즉, 상기 형상의 외장체(20)를 채용하여 상기 단부 형상의 전극 삽입체(10)를 미리 형성하고 있어도 된다. 혹은 전지 케이스(40)에의 삽입과 동시(또는 그 직전)에 상기 양단부(18, 19)를 상기 형상으로 형성해도 된다. 후자의 경우에는, 횡방향 P의 양단부의 두께가 점감되어 있지 않은 단순한 편평한 직육면체 형상의 외장체를 사용할 수 있다. 또한, 이러한 경우에는, 예를 들어 상술한 도 6에 도시되는 바와 같은 가이드체(52a, 52b) 등을 이용함으로써, 상기 단부 형상을 바람직하게 형성할 수 있다. 이러한 외장체의 내부에 전극체(30)를 배치하여 얻어지는 전극 삽입체이며 단순한 편평한 직육면체 형상의 전극 삽입체에 대해, 상기 가이드체(52a, 52b)를 적용함으로써, 전지 케이스(40)에의 삽입시에 상기 단부 형상이 형성되므로, 당해 형상을 구비하는 전극 삽입체로서 전지 케이스(40) 내에 용이하게 삽입할 수 있다.
상기와 같이 전극 삽입체(10)를 전지 케이스(40) 내에 수용한 후, 예를 들어 전지 케이스(40)에 형성된 도시하지 않은 주액구로부터 적당한 전해질(전형적으로는 전해액)을 주입한다. 그리고 전지 케이스(40)를 밀봉함으로써 전지(100)가 구축된다. 상기 전해질로서, 예를 들어 비수용매(디에틸카보네이트와 에틸렌카보네이트의 혼합 용매 등) 중에 적당한 지지염[헥사플루오로인산리튬(LiPF6) 등의 리튬염]을 적당량[예를 들어, 농도 1M] 용해시킨 비수전해액을 바람직하게 사용할 수 있다.
이상, 본 발명을 적합한 하나의 실시 형태에 의해 설명해 왔지만, 이러한 기술은 한정 사항은 아니며, 각종 개변이 가능하다. 예를 들어, 상기한 실시 형태와는 다른 별도의 실시 형태로서, 예를 들어 이하에 나타내는 전극 삽입체를 구비한 전지를 들 수 있다. 예를 들어, 이러한 전극 삽입체로서는, 열경화성 절연성 수지 재료 등을 사용하여 편평한 상자 형상으로 성형 가공(예를 들어, 사출 성형)된 외장체로 구성되는 것이라도 좋다. 혹은 알루미늄 등의 금속판을 상자 형상으로 절곡하여 가공하고, 그 측면을 용접하거나 하여 소정 형상으로 형성한 후에, 그 내벽면에 절연성 수지 코팅을 실시함으로써 얻어지는 외장체로 구성될 수 있는 전극 삽입체라도 좋다. 이러한 외장체에 전극체를 수용하여 전극 삽입체를 구성하기 위해서는, 상술한 바와 같이 가이드체(52a, 52b)를 이용함으로써 용이하게 행할 수 있다. 이러한 실시 형태에 관한 전지에서는, 외장체를 시트 형상 재료로부터 상자 형상으로 조립할 필요가 없어지는 동시에, 상기 외장체와 전극체으로 이루어지는 전극 삽입체를 전지 케이스에 삽입할 때에 상기 전지 케이스와의 간섭에 의해 발생할 수 있는 상기 전극 삽입체(외장체)의 주름이나 꺾임 등의 발생이 보다 높은 차원에서 방지될 수 있다. 이로 인해, 이러한 전지는 주름 등의 발생에 기인하는 전지 성능(예를 들어, 전지 케이스와 전극체 사이의 절연 기능)의 저하가 보다 효과적으로 회피되어, 양호한 성능을 갖는 전지로 될 수 있다.
또한, 전지의 종류는 상술한 리튬 이온 전지에 한정되지 않고, 전극체의 구성 재료나 전해질이 다른 각종 내용의 전지, 예를 들어 리튬 금속이나 리튬 합금을 부극으로 하는 리튬 2차 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지, 혹은 전기 이중층 캐패시터라도 좋다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전지(100)는, 도 7에 도시되는 바와 같이, 특히 자동차 등의 차량에 탑재되는 모터(전동기)용 전원으로서 적절하게 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은, 도 7에 모식적으로 도시되는 바와 같이, 이러한 전지(100)를 단전지로서 복수개 배열하여 조전지(100A)를 구축하고, 이러한 조전지(100A)를 전원으로서 구비하는 차량(전형적으로는 자동차, 특히 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차와 같은 전동기를 구비하는 자동차)(1)을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 편평한 형상의 전극체와, 상기 전극체가 수용되는 상자 형상의 전지 케이스를 구비하는 각형 전지이며,
    상기 전극체에 있어서의 광폭면으로부터 보아 횡방향의 중앙 부분은 정극 활물질층이 부여된 부분과 부극 활물질층이 부여된 부분이 적층되어 있는 활물질층 부여부를 형성하고 있고, 상기 광폭면으로부터 보아 상기 활물질층 부여부의 양단부 중 한쪽 단부는 정극 활물질층이 부여되지 않고 정극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 있는 정극 집전부를 형성하고 있고, 다른 쪽 단부는 부극 활물질층이 부여되지 않고 부극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 있는 부극 집전부를 형성하고 있고,
    상기 전극체와 상기 전지 케이스 사이에는, 상기 전극체와 전지 케이스를 격리하는 절연성의 외장체이며 상기 전극체의 형상에 대응한 외장체가 구비되어 있고,
    상기 전극체는, 상기 전지 케이스의 상단부에 형성되는 개구부로부터, 상기 정극 집전부와 상기 부극 집전부가 각각 상기 전지 케이스의 광폭면의 양단부에 있어서 상단부로부터 저부에 걸쳐 배치되는 횡방향으로 상기 전지 케이스 내에 수용되는 동시에, 상기 전지 케이스 내에 있어서는 상기 외장체의 내부에 배치되어 상기 외장체와 함께 편평한 상자 형상의 전극 삽입체를 구성하고 있고,
    상기 전극 삽입체에 있어서, 상기 횡방향의 양단부에 있어서의 두께는 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향해 점감하고 있는 것을 특징으로 하는, 각형 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 삽입체에 있어서, 상기 횡방향의 상기 양단부를 제외한 중앙 부분의 두께는 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부에 걸쳐 일정한 것을 특징으로 하는, 각형 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극 삽입체에 있어서, 상기 횡방향의 상기 양단부를 포함하는 영역에서는, 상기 전극 삽입체의 두께는 상기 횡방향의 중앙에 가까운 측으로부터 상기 양단부를 향해 점감하고 있고, 또한 그 점감의 정도는 상기 횡방향과 직교하는 방향이며 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향하는 방향으로 감에 따라서 서서히 커져 가는 것을 특징으로 하는, 각형 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극체는, 시트 형상의 정극 집전체에 정극 활물질층이 부여되어 이루어지는 정극과, 시트 형상의 부극 집전체에 부극 활물질층이 부여되어 이루어지는 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층되어 함께 권회되어 이루어지는 권회 전극체이며,
    상기 전극체의 권회축 방향은 상기 횡방향과 평행하고,
    상기 전극체에 있어서의 상기 권회축 방향의 중앙 부분은 정극 활물질층이 부여된 부분과 부극 활물질층이 부여된 부분이 적층되어 있는 활물질층 부여부를 형성하고 있고, 상기 권회축 방향의 양단부 중 한쪽은 정극 활물질층이 부여되지 않고 정극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 이루어지는 정극 집전부를 형성하고 있고, 상기 권회축 방향의 양단부 중 다른 쪽은 부극 활물질층이 부여되지 않고 부극 집전체가 노출된 부분이 적층되어 이루어지는 부극 집전부를 형성하고 있고,
    상기 전극 삽입체에 있어서의 상기 권회축 방향의 양단부의 상기 전지 케이스의 상단부로부터 저부를 향해 두께가 점감하고 있는 부분은, 각각 상기 정극 집전부 및 부극 집전부에 상당하는 것을 특징으로 하는, 각형 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외장체는 시트 형상의 절연성 수지 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 각형 전지.
  6. 제1항에 기재된 전지를 구비하는, 차량.
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