KR101251868B1 - 라미네이트 외장 축전 디바이스 - Google Patents

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노부오 안도
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제이에무에나지 가부시키가이샤
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Abstract

외장체의 내부에 가스가 발생해도, 그 가스를, 액 누설이 발생하는 일 없이 특정한 부위로부터 확실하게 배출할 수 있는 라미네이트 외장 축전 디바이스를 제공한다. 이 라미네이트 외장 축전 디바이스는, 서로 겹친 외장 필름이, 각각의 외주연부에 형성된 접합부에 있어서 서로 기밀하게 접합되어 이루어지는 외장체를 갖고, 당해 외장체의 내부에 형성된 수용부에 축전 디바이스 요소 및 전해액이 수용되어 이루어지고, 외장체를 구성하는 서로 겹친 외장 필름의 각각의 외주연부에, 접합부에 포위되고, 수용부에 연통하는 비접합 부위가 형성되고, 비접합 부위가 형성된 영역에는, 외장 필름 중 적어도 한쪽을 관통하는 공개구부와, 공개구부를 포위하도록 형성된, 외장 필름의 일부분이 서로 접합되어 이루어지는 시일부가 형성되어 있고, 공개구부는, 비접합 부위가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있다.

Description

라미네이트 외장 축전 디바이스 {LAMINATE OUTER PACKAGING STORAGE DEVICE}
본 발명은, 라미네이트 외장 축전 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지나 캐패시터(콘덴서) 등의 축전 디바이스 요소가, 2매의 외장 필름으로 이루어지는 외장체에 의해 수용되어 이루어지는 라미네이트 외장 축전 디바이스에 관한 것이다.
최근, 정극판과 부극판이 세퍼레이터를 통해 권회, 또는 교대로 적층되어 구성된 전지 요소 등의 축전 디바이스 요소를, 전해액과 함께 2매의 외장 필름으로 이루어지는 외장체 내에 수용하여 이루어지는 라미네이트 외장 축전 디바이스(전지나 캐패시터)가, 휴대 기기나 전기 자동차 등의 전원으로서 사용되고 있다.
이러한 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 과충전되거나, 고온에 노출됨으로써, 전해액이 전기 분해 또는 가열 분해되는 것에 기인하여, 외장체의 내부에 가연성 가스 등의 가스가 발생하고, 이에 의해 외장체의 내부 압력이 상승하는 경우가 있다. 그러나 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 외장체에 있어서의 2매의 외장 필름의 접합부의 일부분에 접합력이 약한 부분(이하, 「약접합 부분」이라고도 함)을 형성하고, 내부의 가스압이 상승한 경우에, 이 약접합 부분을 가스 배출용의 안전 밸브로서 기능시키는 구성의 안전 기구나, 내부 압력이 소정의 값 이상으로 상승하였을 때 자동적으로 개방되어, 가연성 가스 등을 외부로 배기하는 안전 밸브를 갖는 안전 기구 등이 설치된 라미네이트 외장 축전 디바이스가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 특허문헌 5 참조).
도 15에 외장체에 있어서의 접합 부위에 약접합 부분이 형성되어 이루어지는 안전 기구가 설치된 라미네이트 외장 축전 디바이스의 일례에 있어서의 구성을 분해하여 도시한다. 이 라미네이트 외장 축전 디바이스(50)의 외장체는, 상부 외장 필름(51A)과 하부 외장 필름(51B)이 겹쳐진 상태에서, 각각의 외주연부가 그 전체 둘레에 걸쳐 열 시일되어 접합부(52)가 형성됨으로써, 내부에 축전 디바이스 요소를 수용하는 수용부가 형성되어 이루어지는 것이고, 외장체의 수용부 내에는, 박형의 축전 디바이스 요소(예를 들어, 전지 요소나 캐패시터 요소)(55)가 유기 전해액과 함께 수용되어 있다.
이 라미네이트 외장 축전 디바이스(50)에는, 접합부(52)의 일부분에, 약접합 부분(53)이 설치되어 있고, 이 약접합 부분(53)이 안전 밸브로서 작용함으로써 외장체 내에 있어서 다량의 가스가 발생한 경우에도, 그 가스를 약접합 부분(53)으로부터 방출시켜 압력 개방을 행함으로써, 외장체가 파열되는 것이 방지된다. 구체적으로는, 약접합 부분(53)은, 접합부(52)에 있어서의 다른 부분보다 시일 강도가 낮게 되어 있어, 외장체에 있어서의 축전 디바이스 요소(전지 요소나 캐패시터 요소)가 수용된 수용부의 내부 압력이 소정의 값에 도달하면, 약접합 부분(53)이 우선적으로 박리되어 배기구가 형성되는 것이다.
또한, 이 도면의 예에 있어서는, 외장체는 직사각형의 윤곽 형상을 갖고 있고, 단변측의 2변의 각각으로부터, 축전 디바이스 요소(전지 요소나 캐패시터 요소)(55)를 구성하는 복수의 정극판의 각각에 전기적으로 접속된 공통의 정극 리드 부재인 정극용 전원 탭(56) 및 복수의 부극판의 각각에 전기적으로 접속된 공통의 부극 리드 부재인 부극용 전원 탭(57)이 인출되어 있다.
이와 같은 구성의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 안전 기구를 구성하는 약접합 부분에는, 수용용 공간의 내부 압력이 소정의 값에 도달하였을 때에 확실하게 박리되어 배기구가 형성되고, 또한 통상의 사용 상태에 있어서는, 확실하게 밀폐되어 충분한 신뢰성이 확보되는 정도의 시일 강도가 요구된다. 그러나 제조상의 관점으로부터, 이와 같은 시일 강도를 갖는 약접합 부분을 확실하게 형성하는 것은 용이하지는 않다.
또한, 라미네이트 외장 축전 디바이스의 안전 기구로서는, 접합부가 형성된 영역 중 적어도 1개소에, 비접합 부위가 축전 디바이스 요소가 수용되는 수용부에 연속하고, 또한 수용부에 대해 안으로 들어간 형상으로 설치됨으로써, 압력 집중부가 형성되고, 이 비접합 부위가 형성된 영역에, 외장 필름의 박리에 의해 내부와 외부를 연통시키는 압력 개방부가 형성되어 이루어지는 것이 제안되어 있다(특허문헌 6 참조).
그러나 이와 같은 안전 기구에 있어서는, 내부 압력이 상승하였을 때에, 압력 개방부의 외주연의 전체 영역에 걸쳐 비교적 균일하게 응력이 가해지므로, 당해 압력 개방부에 있어서 외장 필름이 박리되는 위치가 정해지지 않고, 박리되는 위치에 따라서는, 수용부 내의 전해액이 누설되어 버리는 경우가 있다. 또한, 외장체의 내부 압력이 낮아도 압력 개방부에 있어서 외장 필름이 박리되는 경우가 있기 때문에, 외장체 내의 기밀성을 확보하는 것이 곤란하다.
일본 특허 제3554155호 공보 일본 특허 출원 공개 평05-013061호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-086823호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-236605호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-157678호 공보 일본 특허 제3859645호 공보
본 발명은, 이상의 사정에 기초하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 라미네이트 외장 축전 디바이스의 외장체의 내부에 있어서 가스가 발생한 경우이어도, 그 가스를, 액 누설이 발생하는 일 없이 특정한 부위로부터 확실하게 배출할 수 있는 라미네이트 외장 축전 디바이스를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스는, 서로 겹친 외장 필름이, 각각의 외주연부에 형성된 접합부에 있어서 서로 기밀하게 접합되어 이루어지는 외장체를 갖고, 당해 외장체의 내부에 형성된 수용부에 축전 디바이스 요소 및 전해액이 수용되어 구성된 라미네이트 외장 축전 디바이스이며, 상기 외장체를 구성하는 서로 겹친 상기 외장 필름의 각각의 외주연부에, 상기 접합부에 포위되고, 상기 수용부에 연통하는 비접합 부위가 형성되고, 상기 비접합 부위가 형성된 영역에는, 상기 외장 필름 중 적어도 한쪽을 관통하는 공개구부와, 상기 공개구부를 포위하도록 형성된, 상기 외장 필름의 일부분이 서로 접합되어 이루어지는 시일부가 형성되어 있고, 상기 공개구부는, 상기 비접합 부위가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 상기 비접합 부위는, 상기 수용부에 연통하는 한변을 갖는 대략 직사각형의 형상이고, 당해 비접합 부위에 있어서의 수용부에 연통하는 한변에 수직한 다른 변에 있어서, 상기 시일부가 상기 접합부에 일체로 형성되고, 당해 시일부의 일부가 상기 접합부로부터 연속해서 상기 비접합 부위로 돌출되도록 형성되어도 된다.
또한, 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 상기 비접합 부위는, 상기 접합부에 포위되고, 그 영역에 공개구부가 형성된 기능 부분 및 상기 기능 부분과 상기 수용부를 연통시키는 연통 부분으로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 비접합 부위에 있어서의 연통 부분이 굴곡되어 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 이와 같은 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 상기 시일부가 상기 접합부에 일체로 형성되고, 당해 시일부의 일부가 접합부로부터 연속해서 상기 비접합 부위로 돌출되도록 형성되어 있어도 된다.
또한, 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 공개구부의 윤곽 형상이 n각형(단, n≥3)이고, 당해 n각형의 외접원과 시일부의 외주 사이의 접합 폭이 0.2 내지 2.0㎜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 서로 겹친 상기 외장 필름의 각각에 있어서의 상기 비접합 부위의 사이에, 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드 또는 셀룰로오스로 이루어지는 비열융착성 시트가 개재되어 있는 것이 바람직하고, 상기 비열융착성 시트는, 점착제층에 의해 적어도 한쪽의 외장 필름에 고정되어 있는 것이, 보다 바람직하다. 구체적으로는, 1매의 비열융착성 시트가 어느 한쪽의 외장 필름에 고정되어 있어도 되고, 2매의 비열융착성 시트가 양쪽의 외장 필름에 고정되어 있어도 된다.
본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서는, 외장체 내에 있어서의 축전 디바이스 요소가 수용되는 수용부 내에 가스가 발생한 경우에는, 이 가스는 외주연부에 형성된 비접합 부위 내로 진입하므로, 가스의 발생량에 따라, 수용부뿐만 아니라, 비접합 부위 내부도 충분히 팽창하고, 이에 수반하여, 시일부에는 응력이 작용한다. 그러나 공개구부는, 비접합 부위가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있으므로, 이 공개구부를 포위하는 시일부에는, 그 특정한 부분에 집중적으로 응력이 가해지기 때문에, 당해 시일부의 특정한 부분이 그 외의 부분이나 접합부보다도 우선적으로 박리된다. 그리고 시일부가 박리됨으로써, 공개구부로부터 외장체 내의 가스가 외부로 배출된다.
따라서 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 따르면, 외장체의 내부에 있어서 가스가 발생한 경우에, 그 가스의 발생에 수반하여 내부가 팽창하였을 때에는, 시일부는, 그 특정한 부분에 큰 응력이 가해짐으로써, 제품마다 편차가 없어 항상 시일부의 특정한 부분으로부터 박리되기 때문에, 당해 가스를, 액 누설이 발생하는 일 없이 공개구부로부터 외부로 확실하게 배출할 수 있다. 또한, 외장체의 내부 압력이 저압인 상태에서는 시일부가 박리되기 어려우므로, 외장체 내의 높은 기밀성이 얻어진다.
또한, 비접합 부위가, 안전 밸브가 형성된 기능 부분 및 이 기능 부분과 수용부를 연통시키는 연통 부분으로 이루어지는 구성에 따르면, 안전 밸브에 있어서의 시일부가 박리되었을 때에, 수용부의 내부 압력이 급격하게 저하되는 것이 방지되므로, 전해액의 액 누설을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 비접합 부위에 있어서의 연통 부분이 굴곡되어 있음으로써, 수용부로부터 시일부까지의 거리가 충분히 확보되므로, 전해액의 액 누설을 가일층 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 공개구부의 윤곽 형상이 n각형(단, n≥3)이고, 당해 n각형의 외접원과 시일부의 외주 사이의 접합 폭이 0.2 내지 2.0㎜인 구성에 따르면, 외장체가 팽창하였을 때에는 시일부의 특정한 개소에 집중적으로 응력이 가해지게 되므로, 외장체가 급격하게 팽창한 경우에도, 당해 외장체의 내부가 소기의 압력에 도달하였을 때에 시일부가 확실하게 박리되고, 따라서 외장체의 급격한 팽창에 대한 높은 응답성이 얻어진다.
또한, 외장 필름의 각각에 있어서의 비접합 부위의 사이에 비열융착성 시트가 개재되어 있는 구성에 따르면, 가열 또는 고온 환경 하에서 사용하였을 때에, 외장 필름의 각각의 비접합 부위가 서로 융착되거나, 혹은 외장 필름의 일부가 전해액에 용해되어 비접합 부위가 서로 접착되는 것이 방지되어, 라미네이트 외장 축전 디바이스의 작동 신뢰성의 확보를 도모할 수 있다.
또한, 비열융착성 시트가 점착제층에 의해 한쪽의 외장 필름에 고정되어 있는 구성에 따르면, 비접합 부위나 공개구부의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있어, 그들의 형상ㆍ치수의 정밀도가 향상되어, 가스 배출을 행하는 내부 압력의 편차를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스의 일례의 구성을 도시하는 설명용 평면도이다.
도 2는 도 1의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구를 도시하는 설명도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 안전 기구를 도시하는 설명용 단면도이다.
도 4는 축전 디바이스 요소의 일례의 구성을 도시하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스의 다른 예의 구성을 도시하는 설명용 평면도이다.
도 6은 도 5의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구를 도시하는 설명도이다.
도 7은 도 6에 도시하는 안전 기구를 도시하는 설명용 단면도이다.
도 8은 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구의 변형예를 도시하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구의 다른 변형예를 도시하는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구의 또 다른 변형예를 도시하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구의 변형예를 도시하는 설명도이다.
도 12는 제2 실시예에서 사용한 비열압착 시트의 확대 평면도이다.
도 13은 제3 실시예 및 제4 실시예에 있어서 상부 외장 필름에 형성한 공개구부의 윤곽 형상을 도시하는 설명도이다.
도 14는 비교예 1에서 사용한 비열압착 시트의 확대 평면도이다.
도 15는 종래의 안전 기구가 설치된 라미네이트 외장 축전 디바이스의 일례의 구성을 도시하는 설명용 분해도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스의 일례의 구성을 도시하는 설명용 평면도이고, 도 2는 도 1의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구를 도시하는 설명도, 도 3은 도 2에 도시하는 안전 기구를 도시하는 설명용 단면도이다.
이 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)에 있어서는, 외장체(20)는, 각각 열융착성을 갖는 직사각형의 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)이, 서로 겹친 상태에서, 각각의 외주연부의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 접합부(22)에 있어서 서로 기밀하게 접합되어 구성되어 있다. 외장체(20)의 내부에는, 축전 디바이스 요소가 수용되는 수용부(23)가 형성되고, 당해 수용부(23) 내에는, 축전 디바이스 요소가 유기 전해액과 함께 수용되어 있다.
또한, 도시의 예에서는, 상부 외장 필름(21A)에 있어서의 수용부(23)를 형성하는 부분에는, 교축 가공이 실시되어 있다.
외장체(20)에 있어서의 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 외주연부에는, 그 한변이 수용부(23)에 연통하고, 그 외의 변이 접합부(22)에 포위된, 평면이 대략 직사각형인 비접합 부위(24)가 형성되어 있다. 이 비접합 부위(24)가 형성된 영역에는, 상부 외장 필름(21A)을 관통하는 공개구부(26)와, 이 공개구부(26)를 포위하도록 형성된, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 일부분이 서로 접합되어 이루어지는 시일부(25)로 이루어지는 안전 밸브(27)가, 비접합 부위(24)가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있다. 도시의 예에서는, 비접합 부위(24)에 있어서의 수용부(23)에 연통하는 한변과 수직한 다른 변에 있어서, 안전 밸브(27)의 시일부(25)가 접합부(22)에 일체로 형성되고, 당해 시일부(25)의 일부가 접합부(22)로부터 연속해서 비접합 부위(24)에 반원 형상으로 돌출되도록 형성되어 있다.
또한, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 각각의 비접합 부위(24)의 사이에는, 당해 비접합 부위(24)와 동일한 평면 형상을 갖는 비열융착성 시트(30)가 개재되어 있고, 이 비열융착성 시트(30)는, 점착제층(31)에 의해, 예를 들어 상부 외장 필름(21A)에 고정되어 있다.
외장체(20)를 구성하는 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)으로서는, 예를 들어 내측으로부터 폴리프로필렌(이하, 「PP」이라 함)층, 알루미늄층 및 나일론층 등이 이 순서대로 적층되어 이루어지는 것을 적절하게 사용할 수 있다.
상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)으로서, 예를 들어 PP층, 알루미늄층 및 나일론층이 적층되어 이루어지는 것을 사용하는 경우에는, 그 두께는, 통상 50 내지 300㎛이다.
상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 종횡의 치수는, 수용부(23)에 수용되는 축전 디바이스 요소(11)의 치수에 따라 적절하게 선택되지만, 예를 들어 종방향의 치수가 40 내지 200㎜, 횡방향의 치수가 60 내지 300㎜이다.
또한, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 접합부(22)의 접합 폭은, 예를 들어 바람직하게는 2 내지 50㎜이고, 보다 바람직하게는 2 내지 40㎜이고, 더욱 바람직하게는 2 내지 15㎜이다. 또한, 접합부(22)에 있어서의 비접합 부위(24)에 인접하는 한변에 형성된 협착 부분(22a)의 접합 폭은, 다른 3변의 접합 폭과 동일해도, 달라도 된다.
또한, 비접합 부위(24)의 치수로서는, 접합부(22) 및 수용부(23)의 치수에도 의하지만, 수용부(23)에 연통하는 한변의 치수가, 5 내지 40㎜, 이 한변에 수직한 다른 변(도 1에 있어서 상하 방향의 변)의 치수는 예를 들어 3 내지 12㎜이다.
안전 밸브(27)에 있어서의 공개구부(26)의 윤곽 형상은, 원형이어도 되지만, 5각형 및 6각형 등의 n이 3 이상인 n각형, 바람직하게는 정n각형인 것이 바람직하다. 여기서, n의 값이 작은 경우에는, 가스 배출을 행하는 내부 압력에 편차가 발생할 가능성이 있다. 이와 같은 관점으로부터, n은 5 이상인 것이 바람직하다. 또한, n의 값이 큰 경우에는, 당해 공개구부(26)의 윤곽 형상이 원형에 가까운 형상으로 되어, 윤곽 형상을 n각형으로 하는 것에 의한 효과가 작으므로, n은 8 이하인 것이 바람직하다.
안전 밸브(27)에 있어서의 공개구부(26)의 직경은, 0.5 내지 8㎜인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0 내지 6㎜이다.
여기서, 공개구부(26)의 직경이라 함은, 윤곽 형상이 원형인 경우에는 원의 직경을 의미하고, 윤곽 형상이 n각형인 경우에는 n각형의 외접원의 직경을 의미한다.
또한, 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)의 접합 폭은, 0.2 내지 2㎜인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3 내지 1.2㎜이다. 이 접합 폭이 과소한 경우에는, 가스 배출을 행하는 내부 압력의 편차가 발생하고, 혹은 밀폐 상태를 확보하는 것이 곤란해지는 경우가 있어, 신뢰성이 저하되기 때문에, 바람직하지 않다. 한편, 이 접합 폭이 과대한 경우에는, 당해 시일부(25)가 박리되기 전에, 접합부(22)가 박리하기 쉬워지기 때문에, 바람직하지 않다.
여기서, 시일부(25)의 접합 폭이라 함은, 공개구부(26)의 윤곽 형상이 원형인 경우에는, 당해 공개구부(26)의 주연으로부터 시일부(25)의 외주까지의 거리를 의미하고, 공개구부(26)의 윤곽 형상이 n각형인 경우에는, 당해 n각형의 외접원으로부터 시일부(25)의 외주까지의 거리를 의미한다.
비열융착성 시트(30)를 구성하는 재료로서는, 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드 또는 셀룰로오스를 사용하는 것이 바람직하다.
비열융착성 시트(30)의 두께는, 예를 들어 0.01 내지 0.05㎜이다.
또한, 점착제층(31)을 구성하는 점착제로서는, 다양한 것을 사용할 수 있다.
라미네이트 외장 축전 디바이스(10)를 구성하는 축전 디바이스 요소(11)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(S)를 개재하여, 각각 정극 집전체(12a) 상에 정극층(12)이 형성되어 이루어지는 복수의 정극판과, 각각 부극 집전체(13a) 상에 부극층(13)이 형성되어 이루어지는 복수의 부극판이 교대로 적층되어 구성된 전극 적층체(11a)를 갖고, 이 전극 적층체(11a)의 상면에는, 리튬 이온의 공급원인 리튬 금속(리튬극층)(18)이 배치되고, 이 리튬 금속(18) 상에는, 리튬극 집전체(18a)가 적층되어 있다. 또한, 부호 19는, 리튬극 취출 부재이다.
복수의 정극판의 각각은, 취출 부재(16)를 통해, 공통의 정극 리드 부재인, 예를 들어 알루미늄제의 정극용 전원 탭(14)에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 복수의 부극판의 각각은, 취출 부재(17)를 통해, 공통의 부극 리드 부재인, 예를 들어 동제의 부극용 전원 탭(15)에 전기적으로 접속되어 있다.
그리고 정극용 전원 탭(14) 및 부극용 전원 탭(15)의 각각은, 외장체(20)에 있어서의 일단부 및 타단부로부터 외부로 돌출되도록 인출되어 있다.
축전 디바이스 요소(11)를 구성하는 정극층(12)으로서는, 전극 재료를, 필요에 따라 도전재(예를 들어, 활성탄, 카본 블랙 등) 및 바인더 등을 더하여 성형한 것이 사용된다. 정극층(12)을 구성하는 전극 재료로서는, 리튬을 가역적으로 담지 가능하면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 LiCoO2, LiNiO2, LiFeO2 등의 일반식:LixMyOz(단, M은 금속 원자를 나타내고, x, y 및 z는 정수임)으로 나타내는 금속 산화물 등의 정극 활물질, 활성탄 등을 들 수 있다.
또한, 축전 디바이스 요소(11)를 구성하는 부극층(13)으로서는, 전극 재료를 바인더로 성형한 것이 사용된다. 부극층(13)의 전극 재료로서는, 리튬을 가역적으로 담지할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 그라파이트, 각종 탄소 재료, 폴리아센계 물질, 주석 산화물, 규소산 화합물 등의 분말 형상, 입상의 부극 활물질 등을 들 수 있다.
또한, 전해액으로서는, 적절한 유기 용매 중에 전해질이 용해되어 이루어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 용매의 구체예로서는, 예를 들어 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 아세토니트릴, 디메톡시에탄 등의 비프로톤성 유기 용매를 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 전해질로서는, 리튬 이온을 생성할 수 있는 것이 사용되고, 그 구체예로서는, LiI, LiCIO4, LiAsF4, LiBF4, LiPF6 등을 들 수 있다.
이와 같은 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)는, 예를 들어 이하와 같이 하여 제조할 수 있다.
하부 외장 필름(21B) 상에 있어서의 수용부(23)로 되는 위치에, 축전 디바이스 요소(11)를 배치하는 동시에, 이 축전 디바이스 요소(11) 상에 비접합 부위(24)로 되는 위치에 점착제층(31)을 개재하여 비열융착성 시트(30)가 고정된, 공개구부(26)를 갖는 상부 외장 필름(21A)을 겹치고, 상부 외장 필름 및 하부 외장 필름의 외주연부에 있어서의 3변을 열융착한다.
그리고 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 사이에 전해액을 주입한 후, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 외주연부에 있어서의 미융착된 한변을 열융착함으로써, 외장체(20)를 형성함으로써, 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)가 얻어진다.
상기한 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)에 있어서는, 외장체(20) 내에 있어서의 축전 디바이스 요소(11)가 수용되는 수용부(23) 내에 가스가 발생한 경우에는, 이 가스는 외주연부에 형성된 비접합 부위(24) 내로 진입하므로, 가스의 발생량에 따라, 수용부(23)뿐만 아니라, 비접합 부위(24) 내부도 충분히 팽창하고, 이에 수반하여, 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)에는 응력이 작용한다. 그러나 안전 밸브(27)는, 비접합 부위(24)가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있는, 구체적으로는 비접합 부위(24)에 있어서의 수용부(23)에 연통하는 한변에 수직한 다른 변에 있어서, 안전 밸브(27)의 시일부(25)가 접합부(22)에 일체로 형성되고, 당해 시일부(25)의 일부가 접합부(22)로부터 연속해서 비접합 부위(24)로 돌출되도록 형성되어 있으므로, 이 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)에는, 그 특정한 부분에 집중적으로 응력이 가해지기 때문에, 당해 시일부(25)의 특정한 부분이 그 외의 부분이나 접합부(22)보다도 우선적으로 박리된다. 그리고 안전 밸브(27)에는, 상부 외장 필름(21A)을 관통하는 공개구부(26)가 시일부(25)에 의해 포위되도록 형성되어 있으므로, 시일부(25)가 박리됨으로써, 공개구부(26)로부터 외장체 내의 가스가 외부로 배출된다.
따라서 상기한 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)에 따르면, 외장체(20)의 내부에 있어서 가스가 발생한 경우에, 그 가스의 발생에 수반하여 내부가 팽창하였을 때에는, 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)는, 그 특정한 부분에 큰 응력이 가해짐으로써, 제품마다 편차가 없어 항상 시일부의 특정한 부분에서 박리되기 때문에, 당해 가스를, 액 누설이 발생하는 일 없이 공개구부(26)로부터 외부로 확실하게 배출할 수 있다. 또한, 외장체(20)의 내부 압력이 저압의 상태에서는 시일부(25)가 박리되기 어려우므로, 외장체(20) 내의 높은 기밀성이 얻어진다.
또한, 공개구부(26)의 윤곽 형상이 n각형(단, n≥3)이고, 당해 n각형의 외접원과 시일부(25)의 외주 사이의 접합 폭이 0.2 내지 2.0㎜인 것에 의해, 외장체(20)가 팽창하였을 때에는 시일부(25)의 특정한 개소에 집중적으로 응력이 가해지게 되므로, 외장체(20)가 급격하게 팽창한 경우에도, 당해 외장체(20)의 내부가 소기의 압력에 도달하였을 때에 시일부(25)가 확실하게 박리되고, 따라서 외장체(20)의 급격한 팽창에 대한 높은 응답성이 얻어진다.
또한, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 각각에 있어서의 비접합 부위(24)의 사이에 비열융착성 시트(30)가 개재되어 있으므로, 가열 또는 고온 환경 하에서 사용하였을 때에, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 각각에 있어서의 비접합 부위(24)가 서로 융착되거나, 혹은 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 일부가 전해액에 용해되어 각각의 비접합 부위(24)가 서로 접착되는 것이 방지되어, 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)의 작동 신뢰성의 확보를 도모할 수 있다. 또한, 비열융착성 시트(30)가 점착제층(31)에 의해 상부 외장 필름(21A)에 고정되어 있는 구성에 따르면, 비접합 부위(24)나 공개구부(26)의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있어, 그들의 형상ㆍ치수의 정밀도가 향상되어, 가스 배출을 행하는 내부 압력의 편차를 저감시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스는, 리튬 이온 캐패시터등의 유기 전해질 캐패시터인 것 외에, 유기 전해질 전지인 것에도 적용할 수 있지만, 유기 전해질 캐패시터가, 유기 전해질 전지에 비해 충전 용량이 작지만 순식간에 충전, 방전할 수 있는 구성을 갖는 것인 점에서, 가스압 변화가 커질 가능성이 있으므로, 특히 라미네이트 외장 축전 디바이스가 유기 전해질 캐패시터로 이루어지는 것인 경우에 유효하다.
도 5는 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스의 다른 예의 구성을 도시하는 설명용 평면도이고, 도 6은 도 5의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 있어서의 안전 기구를 도시하는 설명도, 도 7은 도 6에 도시하는 안전 기구를 도시하는 설명용 단면도이다.
이 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)의 외장체(20)에 있어서의 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 외주연부에는, 접합부(22)에 포위된 평면이 대략 직사각형인 기능 부분(24a) 및 이 기능 부분(24a)과 수용부(23)를 연통시키는 연통 부분(24b)으로 이루어지는 비접합 부위(24)가 형성되어 있다. 이 비접합 부위(24)에 있어서의 기능 부분(24a)이 형성된 영역에는, 상부 외장 필름(21A)을 관통하는 원형의 공개구부(26)와, 이 공개구부(26)를 포위하도록 형성된, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 일부분이 서로 접합되어 이루어지는 원환상의 시일부(25)로 이루어지는 안전 밸브(27)가, 비접합 부위(24)가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있다. 도시의 예에서는, 안전 밸브(27)는, 비접합 부위(24)에 있어서의 기능 부분(24a)이 형성된 영역에 있어서의 중심 위치에 형성되어 있다.
또한, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 각각의 비접합 부위(24)의 사이에는, 당해 비접합 부위(24)와 동등한 평면 형상을 갖는 비열융착성 시트(30)가 개재되어 있고, 이 비열융착성 시트(30)는, 점착제층(31)에 의해, 예를 들어 상부 외장 필름(21A)에 고정되어 있다.
비접합 부위(24)에 있어서의 기능 부분(24a)의 치수로서는, 접합부(22) 및 수용부(23)의 치수에도 의하지만, 수용부(23)의 한변에 평행한 한변의 치수가, 5 내지 40㎜, 이 한변에 수직한 다른 변(도 1에 있어서 상하 방향의 변)의 치수는, 예를 들어 3 내지 12㎜이다.
또한, 비접합 부위(24)에 있어서의 연통 부분(24b)의 폭은, 예를 들어 3 내지 30㎜이고, 연통 부분(24b)의 길이는, 접합부(22) 및 수용부(23)의 치수에 따라 적절하게 설정된다.
이 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)에 있어서의 그 외의 구성은, 도 1에 도시하는 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)와 기본적으로 마찬가지이다.
상기한 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)에 있어서는, 외장체(20) 내에 있어서의 축전 디바이스 요소(11)가 수용되는 수용부(23) 내에 가스가 발생한 경우에는, 이 가스는 외주연부에 형성된 비접합 부위(24) 내로 진입하기 때문에, 가스의 발생량에 따라, 수용부(23)뿐만 아니라, 비접합 부위(24) 내부도 팽창하고, 이에 수반하여, 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)에는 응력이 작용한다. 그러나 안전 밸브(27)는, 비접합 부위(24)가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있는, 구체적으로는 비접합 부위(24)에 있어서의 기능 부분(24a)에 형성되어 있으므로, 이 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)에는, 그 특정한 부분에 집중적으로 응력이 가해지기 때문에, 당해 시일부(25)의 특정한 부분이 그 외의 부분이나 접합부(22)보다도 우선적으로 박리된다. 그리고 안전 밸브(27)에는, 상부 외장 필름(21A)을 관통하는 공개구부(26)가 시일부(25)에 의해 포위되도록 형성되어 있으므로, 시일부(25)가 박리됨으로써, 공개구부(26)로부터 외장체 내의 가스가 외부로 배출된다.
따라서, 상기한 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)에 따르면, 외장체(20)의 내부에 있어서 가스가 발생한 경우에, 그 가스의 발생에 수반하여 내부가 팽창하였을 때에는, 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)는, 그 특정한 부분에 큰 응력이 가해짐으로써, 제품마다 편차가 없어 항상 시일부의 특정한 부분에서 박리되기 때문에, 당해 가스를, 액 누설이 발생하는 일 없이 공개구부(26)로부터 외부로 확실하게 배출할 수 있다. 또한, 외장체(20)의 내부 압력이 저압의 상태에서는 시일부(25)가 박리되기 어려우므로, 외장체(20) 내의 높은 기밀성이 얻어진다.
또한, 비접합 부위(24)가, 안전 밸브(27)가 형성된 기능 부분(24a) 및 이 기능 부분(24a)과 수용부(23)를 연통시키는 연통 부분(24b)으로 이루어지므로, 안전 밸브(27)에 있어서의 시일부(25)가 박리되었을 때에, 수용부(23)의 내부 압력이 급격하게 저하되는 것이 방지되므로, 전해액의 액 누설을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 비접합 부위(24)에 있어서의 연통 부분(24b)이 굴곡되어 있음으로써, 수용부(23)로부터 안전 밸브(27)까지의 거리가 충분히 확보되므로, 전해액의 액 누설을 가일층 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 각각에 있어서의 비접합 부위(24)의 사이에 비열융착성 시트(30)가 개재되어 있으므로, 가열 또는 고온 환경 하에서 사용하였을 때에, 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 각각에 있어서의 비접합 부위(24)가 서로 융착되거나, 혹은 상부 외장 필름(21A) 및 하부 외장 필름(21B)의 일부가 전해액에 용해되어 각각의 비접합 부위(24)가 서로 접착되는 것이 방지되어, 라미네이트 외장 축전 디바이스(10)의 작동 신뢰성의 확보를 도모할 수 있다. 또한, 비열융착성 시트(30)가 점착제층(31)에 의해 상부 외장 필름(21A)에 고정되어 있는 구성에 따르면, 비접합 부위(24)나 공개구부(26)의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있어, 그들의 형상ㆍ치수의 정밀도가 향상되어, 가스 배출을 행하는 내부 압력의 편차를 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 라미네이트 외장 축전 디바이스에 대해, 그 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경을 가할 수 있다.
예를 들어, 기능 부분(24a) 및 연통 부분(24b)으로 이루어지는 비접합 부위(24)를 갖는 구성에 있어서는, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 연통 부분(24b)이 굴곡되어 있는 것은 필수적이지 않고, 직선 형상의 것이어도 되고, 또한 연통 부분(24b)의 위치도 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 기능 부분(24a) 및 연통 부분(24b)으로 되는 비접합 부위(24)를 갖는 구성에 있어서도, 도 10에 도시한 바와 같이, 안전 밸브(27)의 시일부(25)가 접합부(22)에 일체로 형성되고, 당해 시일부(25)의 일부가 접합부(22)로부터 연속해서 비접합 부위(24)로 돌출되도록 형성되어 있어도 된다.
또한, 기능 부분(24a)의 평면 형상은 대략 직사각형인 것은 필수적이지 않아 적절하게 선택할 수 있고, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, 만곡한 변을 갖는 형상이어도 된다.
또한, 공개구부는, 하부 외장 필름만을 관통하도록 형성되어 있어도, 상부 외장 필름 및 하부 외장 필름의 양쪽을 관통하도록 형성되어 있어도 된다.
또한, 안전 밸브에 있어서의 시일부 및 공개구부의 윤곽 형상은, 원형, n각형으로 한정되지 않고, 타원형, 그 외의 적절한 형상으로 할 수 있다.
또한, 비열융착성 시트는, 하부 외장 필름에 고정되어 있어도 된다.
또한, 비열융착성 시트는, 본 발명에 있어서 필수적인 것은 아니다. 단, 비열융착성 시트를 설치하지 않은 경우에는, 가열 또는 고온 환경 하에서 사용하였을 때에, 2매의 외장 필름의 비접합 부위가 서로 융착되거나, 혹은 외장 필름의 일부가 용해되어 비접합 부위가 서로 접착됨으로써, 안전 밸브가 정상적으로 기능하지 않는 경우가 있기 때문에, 비열융착성 시트를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 비열융착성 시트를 사용하지 않고 라미네이트 외장 축전 디바이스를 제조하기 위해서는, 2개의 외장 필름을 각각의 비접합 부위로 되는 부분의 사이에 히트 블록을 개재한 상태에서 겹치고, 당해 2개의 외장 필름의 외주연부의 3변을 열융착함으로써, 소요의 비접합 부위를 형성한 후, 히트 블록을 제거하면 된다.
실시예
<제1 실시예>
(1) 정극판의 제작:
200㎜, 두께 15㎛의 띠 형상의 알루미늄박에, 펀칭 방식에 의해, 개구 면적 0.79㎟의 원형의 복수의 관통 구멍을 지그재그 형상으로 배열되도록 형성함으로써, 개구율 42％의 집전체 전구체를 제작하였다. 이 집전체 전구체의 일부분에, 도전 도료를, 종형 다이 방식의 양면 도포 시공기를 사용하고, 도포 시공 폭 130㎜, 도포 시공 속도 8m／min의 도포 시공 조건에 의해, 양면 맞댄 도포 두께의 목표값을 20㎛로 설정하여 양면 도포 시공한 후, 200℃로 24시간의 조건에서 감압 건조시킴으로써, 집전체 전구체의 표리면에 도전층을 형성하였다.
계속해서, 집전체 전구체의 표리면에 형성된 도전층 상에 정극 도료를, 종형 다이 방식의 양면 도포 시공기를 사용하고, 도포 시공 속도 8m／min의 도포 시공 조건에 의해, 양면 맞댄 도포 두께의 목표값을 150㎛로 설정하여 양면 도포 시공한 후, 200℃로 24시간의 조건에서 감압 건조시킴으로써, 도전층 상에 정극층을 형성하였다.
이와 같이 하여 얻어진, 집전체 전구체의 일부분에 도전층 및 정극층이 적층되어 이루어지는 재료를, 도전층 및 정극층이 적층되어 이루어지는 부분(이하, 정극판에 대해 「도포 시공부」라고도 함)이 98㎜×128㎜, 어느 층도 형성되어 있지 않는 부분(이하, 정극판에 대해 「미도포 시공부」라고도 함)이 98㎜×15㎜로 되도록, 98㎜×143㎜의 크기로 절단함으로써, 정극판을 제작하였다.
(2) 부극판의 제작:
폭 200㎜, 두께 10㎛의 띠 형상의 동박에, 펀칭 방식에 의해, 개구 면적 0.79㎟의 원형의 복수의 관통 구멍을 지그재그 형상으로 배열되도록 형성함으로써, 개구율 42％의 집전체 전구체를 얻었다. 이 집전체 전구체의 일부분에, 부극 도료를, 종형 다이 방식의 양면 도포 시공기를 사용하고, 도포 시공 폭 130㎜, 도포 시공 속도 8m／min의 도포 시공 조건에 의해, 양면 맞댄 도포 두께의 목표값을 80㎛로 설정하여 양면 도포 시공한 후, 200℃로 24시간의 조건에서 감압 건조시킴으로써, 집전체 전구체의 표리면에 부극층을 형성하였다.
이와 같이 하여 얻어진, 집전체 전구체의 일부분에 부극층이 형성되어 이루어지는 재료를, 부극층이 형성되어 이루어지는 부분(이하, 부극판에 대해 「도포 시공부」라고 함)이 100㎜×128㎜, 부극층이 형성되어 있지 않는 부분(이하, 부극판에 대해 「미도포 시공부」라고 함)이 100㎜×15㎜로 되도록, 100×143㎜의 크기로 절단함으로써, 부극판을 제작하였다.
(3) 리튬 이온 캐패시터 요소의 제작:
우선, 정극판 10매, 부극판 11매, 두께가 50㎛의 세퍼레이터 22매를 준비하고, 정극판과 부극판을, 각각의 도포 시공부는 겹치지만, 각각의 미도포 시공부는 반대측으로 되어 겹치지 않도록, 세퍼레이터, 부극판, 세퍼레이터, 정극판의 순서대로 적층하고, 적층체의 4변을 테이프에 의해 고정함으로써, 전극 적층 유닛을 제작하였다.
계속해서, 두께 260㎛의 리튬박을 준비하고, 전극 적층체 유닛을 구성하는 각 부극 활물질 1g당 550mAh／g으로 되도록 하여 리튬박을 절단하고, 이 절단한 리튬박을, 두께 40㎛의 스테인리스 그물에 압착함으로써, 리튬 이온 공급 부재를 제작하고, 이 리튬 이온 공급 부재를 전극 적층 유닛의 상측에 부극과 대향하도록 배치하였다.
그리고 제작한 전극 적층 유닛의 10매의 정극판의 각각의 미도포 시공부에, 미리 시일 부분에 실란트 필름을 열융착한, 폭 50㎜, 길이 50㎜, 두께 0.2㎜의 알루미늄제의 정극용 전원 탭을 겹쳐 초음파 용접하였다. 한편, 전극 적층 유닛의 11매의 부극판의 각각의 미도포 시공부 및 리튬 이온 공급 부재의 각각에, 미리 시일 부분에 실란트 필름을 열융착한 폭 50㎜, 길이 50㎜, 두께 0.2㎜의 동제의 부극용 전원 탭을 겹쳐 저항 용접하였다. 이상과 같이 하여, 리튬 이온 캐패시터 요소를 제작하였다.
(4) 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터의 제작:
계속해서, PP층, 알루미늄층 및 나일론층이 적층되어 이루어지고, 치수가 125㎜(종폭)×160㎜(횡폭)×0.15㎜(두께)이고, 중앙 부분에, 105㎜(종폭)×140㎜(횡폭)의 교축 가공이 실시된 상부 외장 필름(접합부로 되는 외주연부의 폭이 10㎜)과, PP층, 알루미늄층 및 나일론층이 적층되어 이루어지고, 치수가 125㎜(종폭)×160㎜(횡폭)×0.15㎜(두께)의 하부 외장 필름을 제작하고, 상부 외장 필름의 외주연부에, 직경 d가 2㎜인 공개구부를 형성하였다. 한편, 치수가 6㎜(종폭)×140㎜(횡폭)×0.02㎜(두께)이고, 종방향의 한변의 중앙 위치에, 직경이 3.5㎜인 반원형의 절결이 형성된, 일면에 점착제층을 갖는 폴리이미드제의 비열융착성 시트를 제작하였다.
그리고 상부 외장 필름의 외주연부에 있어서의 한변의 중앙 위치(비접합 부위로 되는 위치)에, 비열융착성 시트를 점착재층을 개재하여 고정하는 동시에, 당해 한변에 대향하는 다른 변의 중앙 위치에, 직경 1㎜인 시험용의 가스 유입구를 형성하였다.
계속해서, 하부 외장 필름 상에 있어서의 수용부로 되는 위치에, 리튬 이온 캐패시터 요소를, 그 정극용 전원 탭 및 부극용 전원 탭의 각각이, 하부 외장 필름의 단부로부터 외측으로 돌출되도록 배치하고, 이 리튬 이온 캐패시터 요소에, 상부 외장 필름을 겹치고, 상부 외장 필름 및 하부 외장 필름의 외주연부에 있어서의 3변(정극용 전원 탭 및 부극용 전원 탭이 돌출되는 2변 및 열융착성 시트가 배치된 한변)을 열융착함으로써, 당해 3변에 수용부를 둘러싸는 접합부를 형성하는 동시에, 열융착성 시트가 배치된 한변에 수용부에 연통하는 비접합 부위 및 안전 밸브를 형성하였다.
계속해서, 관 형상의 가스 주입구가 형성된 스테인리스판과 통상의 스테인리스판에 의해, 상부 외장 필름 및 하부 외장 필름의 외주연부에 있어서의 미융착된 한변을 끼움 지지하여 고정하였다. 이때, 스테인리스판을, 그 가스 주입구가 상부 외장 필름에 형성된 가스 유입구에 겹치도록 배치하였다.
이상과 같이 하여, 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터를 합계 3개 제작하였다.
(5) 시험:
3개의 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터의 각각을, 10㎜의 간격으로 이격하여 배치된 2매의 아크릴판의 사이에 배치하고, 스테인리스판의 가스 주입구로부터 내부로 질소 가스를 주입하고, 주입된 질소 가스가 외부로 배출된 시점의 내부 압력을 측정하는 동시에, 상부 외장 필름 및 하부 외장 필름에 있어서의 질소 가스가 배출되는 부위를 조사하였다.
그 결과, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 안전 밸브에 있어서의 시일부가 박리되어 당해 안전 밸브로부터 질소 가스가 배출되었다. 가스 배출 시의 내부 압력은 평균으로 0.8㎫이었다.
또한, 시일부의 박리 상태를 조사한 바, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 시일부에 있어서의 수용부에 가까운 특정한 부분이 박리되어 있는 것이 확인되었다.
<제2 실시예>
비열융착성 시트로서, 도 12에 도시하는 평면 형상을 갖고, 치수 A 내지 F가, A＝30㎜, B＝6㎜, C＝10㎜, D＝2㎜, E＝2㎜, F＝3.5㎜인 것을 사용한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터를 합계 3개 제작하고, 이들에 대해 시험을 행하였다.
그 결과, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 안전 밸브에 있어서의 시일부가 박리되어 당해 안전 밸브로부터 질소 가스가 배출되었다. 가스 배출 시의 내부 압력은 평균으로 0.8㎫이었다.
또한, 시일부의 박리 상태를 조사한 바, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 시일부에 있어서의 수용부에 가까운 특정한 부분이 박리되어 있는 것이 확인되었다.
<제3 실시예>
상부 외장 필름에, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 외접원의 직경 d1이 2㎜인 정5각형의 윤곽 형상을 갖는 공개구부(26)를 형성하고, 비열융착성 시트로서, 도 12에 도시하는 평면 형상을 갖고, 치수 A 내지 F가, A＝30㎜, B＝6㎜, C＝10㎜, D＝2㎜, E＝2㎜, F＝2.9㎜인 것을 사용한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터를 합계 3개 제작하고, 이들에 대해 시험을 행하였다.
그 결과, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 안전 밸브에 있어서의 시일부가 박리되어 당해 안전 밸브로부터 질소 가스가 배출되었다. 가스 배출 시의 내부 압력은 평균으로 0.8㎫이었다.
또한, 시일부의 박리 상태를 조사한 바, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 시일부에 있어서의 수용부에 가까운 특정한 부분이 박리되어 있는 것이 확인되었다.
<제4 실시예>
상부 외장 필름에, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 외접원의 직경 d1이 2㎜인 정6각형의 윤곽 형상을 갖는 공개구부(26)를 형성하고, 비열융착성 시트로서, 도 12에 도시하는 평면 형상을 갖고, 치수 A 내지 F가, A＝30㎜, B＝6㎜, C＝10㎜, D＝2㎜, E＝2㎜, F＝2.9㎜인 것을 사용한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터를 합계 3개 제작하고, 이들에 대해 시험을 행하였다.
그 결과, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 안전 밸브에 있어서의 시일부가 박리되어 당해 안전 밸브로부터 질소 가스가 배출되었다. 가스 배출 시의 내부 압력은 평균으로 0.8㎫이었다.
또한, 시일부의 박리 상태를 조사한 바, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 시일부에 있어서의 수용부에 가까운 특정한 부분이 박리되어 있는 것이 확인되었다.
<비교예 1>
비열융착성 시트로서, 중앙 위치에 관통 구멍이 형성된 도 14에 도시하는 평면 형상을 갖고, 치수 A 내지 C가, A＝30㎜, B＝7㎜, C＝3.5㎜인 것을 사용한 것 외에는, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터를 합계 3개 제작하고, 이들에 대해 시험을 행하였다.
그 결과, 3개의 모든 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 안전 밸브에 있어서의 시일부가 박리되어 당해 안전 밸브로부터 질소 가스가 배출되었다. 가스 배출 시의 내부 압력은 평균으로 0.4㎫이었다.
또한, 시일부의 박리 상태를 조사한 바, 3개의 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서, 박리된 부분에 편차가 있는 것이 확인되었다.
이상, 제1 실시예 내지 제4 실시예 및 비교예 1에 관한 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터의 시험 결과를, 하기 표 1에 정리하여 나타낸다. 하기 표 1에 있어서, 가스 배출 시의 내부 압력의 값은, 3개의 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터의 평균값을 나타낸다.
Figure 112012079497889-pct00001
이상의 결과로부터 명백해진 바와 같이, 제1 실시예 내지 제4 실시예에 관한 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 따르면, 외장체의 내부 압력이 0.8㎫이 되었을 때에, 안전 밸브에 있어서의 시일부의 특정한 부분이 박리되어 질소 가스가 배출되었다. 이에 대해, 비교예 1에 관한 시험용 라미네이트 외장 리튬 이온 캐패시터에 있어서는, 안전 밸브에 있어서의 시일부가 박리되었지만, 박리 시의 외장체의 내부 압력이 0.4㎫로 제1 실시예 내지 제4 실시예보다도 상당히 낮고, 또한 박리된 부분에 편차가 있었다.
또한, 본 발명을 실시한 후에, 제3 실시예 및 제4 실시예와 같이, 상부 외장 필름에 형성되는 공개구부의 윤곽 형상이, n이 3 이상의 n각형인 것이 바람직하고, n이 5 내지 8의 n각형인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 공개구부를 가지는 경우에는, n각형의 외접원과 시일부의 외주 사이의 접합 폭이 0.2 내지 2㎜의 범위인 것이 바람직하고, 0.3 내지 1.2㎜인 것이 더욱 바람직하다.
제3 실시예 및 제4 실시예와 같이, 구멍의 중심점으로부터 구멍의 주연까지의 거리가 다른 다각 형상의 공개구부를 가지는 것은, 구멍의 중심점으로부터 구멍의 주연까지의 거리가 균등한 공개구부를 갖는 것보다, 코너부에의 응력이 가해지기 쉬워, 외장체의 내부가 소기의 압력에 도달하였을 때에 시일부를 확실하게 박리시키는 것이 가능해진다.
또한, 시일부의 접합 폭이 0.2 내지 2㎜의 범위인 것에 의해, 가스가 외부로 배출된 시점의 내부 압력의 편차를 작게 하는 것이 가능해진다.
10 : 라미네이트 외장 축전 디바이스
11 : 축전 디바이스 요소
11a : 전극 적층체
12 : 정극층
12a : 정극 집전체
13 : 부극층
13a : 부극 집전체
14 : 정극용 전원 탭
15 : 부극용 전원 탭
16, 17 : 취출 부재
18 : 리튬 금속(리튬극층)
18a : 리튬극 집전체
19 : 리튬극 취출 부재
20 : 외장체
21A : 상부 외장 필름
21B : 하부 외장 필름
22 : 접합부
22a : 협착 부분
23 : 수용부
24 : 비접합 부위
24a : 기능 부분
24b : 연통 부분
25 : 시일부
26 : 공개구부
27 : 안전 밸브
30 : 비열융착성 시트
31 : 점착제층
50 : 라미네이트 외장 축전 디바이스
51A : 상부 외장 필름
51B : 하부 외장 필름
52 : 접합부
53 : 약접합 부분
55 : 축전 디바이스 요소
56 : 정극용 전원 탭
57 : 부극용 전원 탭
S : 세퍼레이터

Claims (13)

  1. 서로 겹친 외장 필름이, 각각의 외주연부에 형성된 접합부에 있어서 서로 기밀하게 접합되어 이루어지는 외장체를 갖고, 당해 외장체의 내부에 형성된 수용부에 축전 디바이스 요소 및 전해액이 수용되어 구성된 라미네이트 외장 축전 디바이스이며,
    상기 외장체를 구성하는 서로 겹친 상기 외장 필름의 각각의 외주연부에, 상기 접합부에 포위되고, 상기 수용부에 연통하는 비접합 부위가 형성되고, 상기 비접합 부위가 형성된 영역에는, 상기 외장 필름 중 적어도 한쪽을 관통하는 공개구부와, 상기 공개구부를 포위하도록 형성된, 상기 외장 필름의 일부분이 서로 접합되어 이루어지는 시일부가 형성되어 있고,
    상기 공개구부는, 상기 비접합 부위가 형성된 영역에 있어서의 중심 위치 이외의 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비접합 부위는, 상기 수용부에 연통하는 한변을 갖는 직사각형의 형상이고, 당해 비접합 부위에 있어서의 수용부에 연통하는 한변에 수직한 다른 변에 있어서, 상기 시일부가 상기 접합부에 일체로 형성되고, 당해 시일부의 일부가 상기 접합부로부터 연속해서 상기 비접합 부위로 돌출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비접합 부위는, 상기 접합부에 포위되고, 그 영역에 공개구부가 형성된 기능 부분 및 상기 기능 부분과 상기 수용부를 연통시키는 연통 부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비접합 부위에 있어서의 연통 부분이 굴곡되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 시일부가 상기 접합부에 일체로 형성되고, 당해 시일부의 일부가 접합부로부터 연속해서 상기 비접합 부위로 돌출되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공개구부의 윤곽 형상이 n각형(단, n≥3)이고, 당해 n각형의 외접원과 시일부의 외주 사이의 접합 폭이 0.2 내지 2.0㎜인 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  7. 제5항에 있어서, 공개구부의 윤곽 형상이 n각형(단, n≥3)이고, 당해 n각형의 외접원과 시일부의 외주 사이의 접합 폭이 0.2 내지 2.0㎜인 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 서로 겹친 상기 외장 필름의 각각에 있어서의 상기 비접합 부위의 사이에, 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드 또는 셀룰로오스로 이루어지는 비열융착성 시트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  9. 제5항에 있어서, 서로 겹친 상기 외장 필름의 각각에 있어서의 상기 비접합 부위의 사이에, 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드 또는 셀룰로오스로 이루어지는 비열융착성 시트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  10. 제6항에 있어서, 서로 겹친 상기 외장 필름의 각각에 있어서의 상기 비접합 부위의 사이에, 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드 또는 셀룰로오스로 이루어지는 비열융착성 시트가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  11. 제8항에 있어서, 상기 비열융착성 시트는, 점착제층에 의해 적어도 한쪽의 외장 필름에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  12. 제9항에 있어서, 상기 비열융착성 시트는, 점착제층에 의해 적어도 한쪽의 외장 필름에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
  13. 제10항에 있어서, 상기 비열융착성 시트는, 점착제층에 의해 적어도 한쪽의 외장 필름에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는, 라미네이트 외장 축전 디바이스.
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