KR101269265B1 - 2차 전지 및 전지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 2차 전지(101)는, 정극 단자(8) 및 부극 단자(9)를 구비한 각형 전지 캔(1)과, 각형 전지 캔(1) 내에 배치되고, 정극 단자(8)에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극(2) 및 부극 단자(9)에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극(3)이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군(G)과, 각형 전지 캔(1)의 정극 단자(8) 및 부극 단자(9)가 형성된 면의 긴 변측으로부터 전극군(G)을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치된 제1 및 제2 절연성 보조 시트(4)를 구비한다. 상기 면의 짧은 변 방향의 각형 전지 캔 안치수와 실질적으로 동일 치수 폭이고, 상기 짧은 변측으로부터 전극군(G)을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치되고, 또한 복수 개소에서 각형 전지 캔(1)과 접하여 전극군(G)을 지지하는 제1 및 제2 보유 지지기(5)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지 및 전지 시스템 {RECHARGEABLE BATTERY AND BATTERY SYSTEM}

본 발명은, 정극(正極) 전극과 부극(負極) 전극을 세퍼레이터를 개재하여 적층한 2차 전지 및 동 전지를 사용한 급전ㆍ축전 시스템에 관한 것이다.

주지와 같이, 충전 가능한 전지로서의 2차 전지 중, 특히 리튬 이온 2차 전지는, 높은 에너지 밀도를 갖고 고용량이므로, 가전 제품의 전원으로서 사용되고 있다. 또한, 최근에 있어서는, 전기 자동차용 전원, 주택용 전원, 발전소 등의 잉여 전력 보존용 축전지로서도 주목받고 있다.

이 리튬 이온 2차 전지의 형태로서는, 한 쌍의 띠 형상의 시트 형상 정극 전극과 시트 형상 부극 전극을 세퍼레이터를 개재하여 소용돌이 형상으로 권회한 권회형 리튬 이온 2차 전지와, 복수의 시트 형상 정극과 시트 형상 부극을 복수의 세퍼레이터를 개재하여 적층한 적층형 리튬 이온 2차 전지가 있다.

적층형 리튬 이온 2차 전지에서는, 상기 복수의 시트 형상 정극과 시트 형상 부극으로 이루어지는 전극군은, 단면이 대략 직사각형인 각형의 전지 캔에 봉입되는 것이 통상이다. 한편, 권회형 리튬 이온 2차 전지에서는, 단면이 대략 원형인 원통형의 전지 캔에 봉입되는 경우가 있는가 하면, 각형 전지 캔에 봉입되는 경우도 있다.

그런데, 적층형, 권회형의 어느 리튬 이온 2차 전지에 있어서도, 각형 전지 캔을 사용한 경우에는, 시트 형상 정극과 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층되는 구조이므로, 각형 전지 캔 내에서 정극과 부극의 위치가 어긋나는 경우, 즉,「적층 어긋남」이 발생하는 경우가 있다. 이 적층 어긋남이 발생하면, 정극과 부극이 접촉하여 전지 내에서 쇼트되거나 하여 고장이 발생할 위험성이 있다. 또한, 각형 전지 캔은 도전체이므로, 정극, 부극과의 절연을 할 필요도 있다.

따라서, 각형 전지 캔에 적층형 리튬 이온 2차 전지의 전극군을 봉입하는 경우에, 절연성 보조 시트를 전극군의 최단부에 있는 시트 형상 전극면 상에 설치하여, 전극군과 함께 테이프 고정하는 제안이 이루어져 있다(하기 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2008-91099호 공보

상기 제안에 따르면 적층면 방향의 절연을 도모하는 동시에, 보조 시트와 적층된 전극이 테이프 고정됨으로써 적층 어긋남을 방지할 수 있다고 하지만, 이것으로는 적층 어긋남 방지가 불충분하며, 이로 인해 설계대로의 성능을 충분히 발휘할 수 없다는 지식을 얻었다. 이에 대해 도 7의 (a), 도 7의 (b), 도 7의 (c)를 사용하여 설명한다.

도 7의 (a)에 각형 전지 캔(1)의 면 중, 도시하지 않은 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 면 방향(제1 방향)에 교차하는 단면을 도시한다. 시트 형상의 정극(2)과 부극(3)이 도시하지 않은 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군(G)은 각형 전지 캔(1) 내에 삽입되어 있다. 전극군(G)과 도전체인 각형 전지 캔(1)의 절연을 하기 위해, 전극군의 4변에는 절연성 보조 시트(4, 6)가 상기 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향과 짧은 변 방향에 각각 도면과 같이 배치된다. 전극면 폭(a)을 상기 긴 변 방향의 안치수(b)와 동일 치수로 하면, 각형 전지 캔 코너부(1c)가 라운딩 처리되어 있으므로 코너부(1c) 부근의 전극이 압박되어 변형되고, 이에 의해 세퍼레이터 파열 등이 발생하여, 결과적으로 쇼트 등 고장을 야기시킬 위험성이 높다. 이러한 시트 형상 전극의 변형을 회피하기 위해 전극면 폭(a)은 상기 긴 변 방향의 안치수(b)보다 약간 작아, 전지 캔 코너부(1c)의 라운딩 부분에 영향을 받지 않는 치수로 설계되어 있다.

또한, 각형 전지 캔(1)에는 전해액을 축적할 필요가 있으므로, 전극군(G)과 각형 전지 캔(1) 사이에는 일정한 공간을 형성해야 한다. 이로 인해 절연성 보조 시트(6)는 절연에 최저한 견딜 수 있는 정도의 두께, 환언하면 극히 얇고 탄성이 없는 절연체가 사용되고 있다.

그런데, 이 구성에서는, 예를 들어 전기 자동차용 전원으로서 사용된 경우, 각형 전지 캔(1)에 계속적인 진동이 가해지면, 전극군(G)이 테이프 고정되어 있어도 전해액에 침지된 환경에서는 테이프가 느슨해지는 경우가 있다. 이것에 기인하여, 절연성 보조 시트(6)가 전극군(G)의 무게에 의해 각형 전지 캔(1)의 형상을 따라 변형되는 동시에, 정극(2), 부극(3)이 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이 면 방향으로 적층 어긋남을 발생한다. 이 적층 어긋남이 발생하면, 각형 전지 캔(1)의 코너부(1c)를 확대한 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 전극군(G)의 단부에 있는 정극(2), 부극(3)이 각형 전지 캔(1)을 따라 변형되고, 이 변형된 상태에서 진동이 더 가해지면 세퍼레이터 파열 등이 발생하여, 결과적으로 쇼트 등의 고장이 발생하는 것이 판명되었다. 또한, 전극군(G)의 중앙부의 전극은, 가령 어긋났다고 해도 상기 각형 전지 캔(1)의 내벽에 수직한 각도로 이 내벽과 접촉할 뿐이며, 전극이 구부러지는 등의 변형은 발생하기 어려워, 고장의 원인으로 될 가능성은 작다.

본 발명은 상기 문제에 비추어, 계속적인 진동이 가해진 경우라도, 각형 전지 캔 코너부에서의 전극 변형을 최대한 방지하여, 설계대로의 성능을 최대한 발휘할 수 있는 2차 전지 및 동 전지를 사용한 급전 또는 축전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 2차 전지는 이하의 구성을 채용한다.

즉, 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 각형 전지 캔과, 상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과, 상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치된 제1 및 제2 절연성 보조 시트와, 상기 면의 짧은 변 방향의 상기 각형 전지 캔 안치수와 실질적으로 동일 치수의 폭을 상기 면의 짧은 변 방향에 구비하고, 상기 짧은 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치되고, 또한 복수 개소에서 상기 각형 전지 캔과 접하여 상기 전극군을 지지하는 제1 및 제2 보유 지지기를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 급전 시스템으로서의 전기 자동차는, 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 각형 전지 캔과, 상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과, 상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치된 제1 및 제2 절연성 보조 시트와, 상기 면의 짧은 변 방향의 상기 각형 전지 캔 안치수와 실질적으로 동일 치수의 폭을 상기 면의 짧은 변 방향에 구비하고, 상기 짧은 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치되고, 또한 복수 개소에서 상기 각형 전지 캔과 접하여 상기 전극군을 지지하는 제1 및 제2 보유 지지기를 구비한 2차 전지와, 차륜을 구동하는 모터를 갖고, 상기 모터는 상기 2차 전지로부터 급전을 받아 구동하는 것을 특징으로 한다.

전기 자동차로서는, 전기로 구동 가능한 자동차이면 좋고, 하이브리드 자동차라도 좋다.

또한, 본 발명에 따른 축전 시스템은, 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 각형 전지 캔과, 상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과, 상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치된 제1 및 제2 절연성 보조 시트와, 상기 면의 짧은 변 방향의 상기 각형 전지 캔 안치수와 실질적으로 동일 치수의 폭을 상기 면의 짧은 변 방향에 구비하고, 상기 짧은 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치되고, 또한 복수 개소에서 상기 각형 전지 캔과 접하여 상기 전극군을 지지하는 제1 및 제2 보유 지지기를 구비한 2차 전지와, 발전 설비를 갖고, 상기 2차 전지는 상기 발전 설비로부터 급전을 받아 축전하는 것을 특징으로 한다.

발전 설비로서는, 태양 전지, 연료 전지, 풍차, 화력 발전 설비, 수력 발전 설비, 원자력 발전 설비 등, 발전을 행하는 설비이면 어떠한 것이라도 좋고, 자동차, 자전거 등에 구비되는 단순한 발전기라도 좋다. 발전소가 아니어도, 일반 가정에 설치되는 발전 설비라도 좋다.

시트 형상 전극의 단부는 용이하게 절곡되는 등 물리적으로 약한 구조이므로, 전극군을 각형 전지 캔에 삽입할 때에는 상기 단부를 각형 전지 캔에 접촉하지 않도록 주의가 필요하다. 그러나 보유 지지기와 함께 전극군을 각형 전지 캔에 삽입함으로써 보유 지지기가 삽입 가이드의 기능을 하므로, 상기 주의를 필요로 하지 않고 용이하게 전극군을 각형 전지 캔에 삽입할 수 있다. 이로 인해, 제조를 고속으로 또한 용이하게 할 수 있다.

상기 보유 지지기는 절연성을 갖고, 형성 용이라고 하는 점에서 플라스틱 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 각형 전지 캔(1)과 보유 지지기 사이에 전해액을 충분히 축적할 공간을 형성할 필요가 있으므로, 보유 지지기는 전극군의 전극을 면으로 지지하는 면 부분에 의해 전극이 각형 전지 캔(1)의 코너의 라운딩 처리된 부분으로 진입하지 않도록 하는 동시에, 각형 전지 캔과 접하여 상기 면 부분을 지지하는 지지 부분은 점으로 접하는 구조로 하는 것이 바람직하다.

또한, 전극군에 충분히 전해액을 침투시키기 위해, 보유 지지기 자체에 전해액을 침투시키는 기능이 있는 것이 바람직하다. 보유 지지기에 관통 구멍을 형성하여 당해 침투 기능을 갖게 해도 좋다.

상기 지지 부분은, 탄성이 있는 절연성 시트의 단부를 절곡하여 형성해도 좋고, 당초부터 상기 면 부분과 복수의 상기 지지 부분을 갖는 형(型)에 의해 성형해도 좋다.

상기 지지 부분은 반구 형상으로 해도 좋다. 반구 형상의 형성에 대해서는, 탄성이 있는 시트 형상의 플라스틱재에 복수의 볼록부가 있는 형을 달구어 압박하는 열프레스 성형에 의해 반구 형상을 복수 형성한 구조라도 좋다. 또는 진공 성형하여 상기 반구 형상을 복수 형성한 구조라도 좋다.

상기 절연성 보조 시트는, 전극군과 각형 전지 캔의 전기적 절연을 하기 위한 것일 뿐이므로, 탄성이 있어도 되고 없어도 된다.

상기 2차 전지를 직렬 또는 병렬로 복수 접속함으로써, 조전지(組電池)를 구성해도 좋다.

본 발명에 따르면, 각형 전지 캔에 계속적인 진동이 가해진 경우나, 충방전이 반복됨으로써 전극이 팽창하여 전극군을 고정하는 테이프가 느슨해진 경우에 있어서도, 전극군의 단부의 각 전극이 각형 전지 캔의 코너부의 라운딩 처리된 부분을 따라 변형되는 것을 방지할 수 있으므로, 결과적으로 고장이 적어, 설계대로의 성능을 발휘하는 2차 전지 및 동 전지를 사용한 급전ㆍ축전 시스템을 얻을 수 있다. 이 효과는, 적층형과 권회형의 어느 2차 전지라도, 예를 들어 적층형 리튬 이온 2차 전지나 권회형 리튬 이온 2차 전지 중 어느 것에 있어서도 얻어지는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(101)의 개략 구성도로, 도 1의 (a)는 각형 전지 캔 단면도이고, 도 1의 (b)는 내부 구성 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(102)의 개략 구성 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(103)의 개략 구성 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(104)의 보유 지지기(13)의 개략 구성도로, 도 4의 (a)는 상면도이고, 도 4의 (b)는 II-II선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(105)의 보유 지지기(15)의 개략 구성 상면도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 2차 전지를 사용한 급전ㆍ축전 시스템 개요도이다.
도 7은 본 발명의 전제 기술에 관한 적층형 2차 전지의 개략 구성도로, 도 7의 (a)는 통상시의 단면도이고, 도 7의 (b)는 적층 어긋남시의 단면도이고, 도 7의 (c)는 도 7의 (b)의 주요부 I의 확대 단면도이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 관한 2차 전지에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하에 설명하는 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.

(제1 실시 형태)

도 1의 (a), 도 1의 (b)는, 각각 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(101)에 있어서의 각형 전지 캔(1)의 정극 단자(8), 부극 단자(9)가 형성된 면 방향(이하,「제1 방향」이라 함)에서의 단면도 및 동 전지 캔의 내부 사시도이다. 또한, 도 1의 (b)에서는, 각 전극 단자(8, 9)의 위치도 도시하고 있다.

도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 적층형 2차 전지(101)는 각형 전지 캔(1)과, 전극군(G)과, 이들 각형 전지 캔(1)과 전극군(G) 사이에 설치된 제1 절연성 보조 시트(제1 절연성 보조 부재)(4) 및 보유 지지기(5)와, 도시하지 않은 전해액으로 개략 구성된다.

전지 캔(1)은, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 캔벽(1a)이 상자 형상체를 구성하는 각형의 것이고, 제1 방향의 일측에 있어서의 캔벽(1a)에 전극 단자(8, 9)가 설치되어 있다.

이 전지 캔(1)은, 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 방향에 직교하는 폐단면에 있어서, 서로 교차하는 방향(후술하는 적층 방향 및 제2 방향)으로 신장되는 동시에, 서로 인접하는 2개의 캔 평벽부(平壁部)(1b)가 곡률을 갖는 코너부(1c)를 통해 연속되는 구성으로 되어 있다.

알루미늄 등으로 성형된 각형 전지 캔(1)의 내부에는, 정극 단자(8)에 전기적으로 접속된 대략 직사각형의 시트 형상 정극(2)과 부극 단자(9)에 전기적으로 접속된 대략 직사각형의 시트 형상 부극(3)이 도시하지 않은 세퍼레이터를 개재하여 복수 적층된 전극군(G)이 수용되어 있다.

그리고 각형 전지 캔(1)의 각 전극 단자(8, 9)가 형성된 면 방향의 단면 긴 변 방향(이하,「제2 방향」이라 함)으로부터 전극군을 끼워 넣도록 배치된 2개의 절연성 보조 시트(4)와, 상기 단면의 짧은 변 방향(이하,「적층 방향」이라 함)으로부터 전극군을 끼워 넣도록 배치된 2개의 보유 지지기(5)가 삽입된다.

환언하면, 각 시트 형상 정극(2)의 단부와 각 시트 형상 부극(3)의 단부가 연속되어 이루어지는 2개의 적층 단부면(23)이, 2개의 보유 지지기(5)에 의해 제2 방향을 따르는 방향으로부터 끼워져 있다.

이들 2개의 적층 단부면(23)은, 제2 방향에 있어서 각각 캔벽평부(1b)와 간극(7)을 통해 대향하고 있다. 그리고 이 간극(7)에는, 상술한 도시하지 않은 전해액이 축적된다.

보유 지지기(5)는, 전극군(G)의 각 시트 형상 전극의 단부, 즉 적층 단부면(23)에 접하여 이들을 지지하는 면 부분[지지면부(5a)]을 갖는다. 또한, 각형 전지 캔(1)에 점으로 접하는 지지 부분[지지 다리부(5b)]을 2개 갖는다. 지지 다리부(5b)는 지지면부(5a)의 적층 방향 양단부로부터 캔 평벽부(1b)까지 연장되어, 이 캔 평벽부(1b)와 접하고 있다.

이 형상의 보유 지지기(5)에서는, 1개의 탄성이 있는 절연 시트의 양단부를 절곡함으로써, 상기 면 부분과 대략 일본어「く」자 형상의 상기 지지 부분이 형성된다. 물론, 당초부터 상기 면 부분과, 상기 면 부분과 일체로 형성되고 또한 상기 단면의 짧은 변에서 각형 전지 캔과 접하여 상기 면을 지지하는 상기 단면 짧은 변 방향의 형상이 대략 일본어「く」자 형상의 상기 지지 부분을 2개 갖도록 형 성형해도 좋다. 절연성을 갖고 또한 형성 용이의 점에서, 보유 지지기(5)는 플라스틱 수지로 형성되는 것이 바람직하다.

보유 지지기(5)의 상기 지지면부(5a)의 상기 적층 방향의 치수는, 상기 적층 방향의 각형 전지 캔 안치수(f)와 실질적으로 동일한 치수인 것이 바람직하다.

보유 지지기(5)의 각형 전지 캔(1)과 접하는 개소로부터 상기 지지면부(5a)까지의 수직 거리(c)는, 상기 단면의 긴 변 방향(제2 방향)의 전극면 폭을 a, 상기 단면 긴 변 방향 안치수를 b, 보유 지지기(5)의 상기 지지면부(5a)의 두께를 e로 하면,

c≒(b－2e－a)÷2

로 되도록 설계된다. 전극면 폭(a)은 전기 용량을 최대한 크게 하기 위해, 각형 전지 캔(1)의 상기 단면 긴 변 방향의 코너의 라운딩 처리된 부분[코너부(1c)]을 제외한 편평한 면[캔 평벽부(1b)]의 폭 치수와 대략 동일해지도록 설계된다.

또한, 상기 지지면부(5a)의 두께(e)는 전극군(G)의 각 전극을 지지하는 데 충분한 탄성을 갖도록 설계된다. 구부러짐, 휨 등의 변형 곤란한 판 형상의 두께로 해도 좋다.

또한, 보유 지지기(5)를 사이에 두고 전극군의 적층 단부면(23)과 각형 전지 캔(1)으로 형성되는 간극(7)은 전해액을 충분히 축적할 수 있는 치수로 할 필요가 있다. 상기 대략「く」자 형상의 지지 다리부(5b)의 체적이 작은 쪽이 전해액을 축적할 수 있는 양을 많게 할 수 있으므로, 각형 전지 캔(1)의 단부로부터 상기 대략「く」자 형상의 지지 다리부(5b)가 각형 전지 캔(1)에 접하는 개소까지의 상기 단면 짧은 변 방향(적층 방향)의 거리(d)는 가능한 한 짧은 쪽이 바람직하다. 따라서, 상기 단면 짧은 변 방향 안치수를 f, 각형 전지 캔(1)의 상기 단면 짧은 변 방향의 코너의 라운딩 처리된 부분을 제외한 편평한 면의 폭 치수를 g로 하면,

(f－g)÷2≒d

로 설계하는 것이 바람직하다.

본 구성에 따르면, 보유 지지기(5)의 전극군(G)을 끼워 넣는 지지면부(5a)가 전극군(G)을 지지하고, 또한 대략「く」자 형상의 지지 다리부(5b)가 상기 지지면부(5a)를 지지함으로써, 진동이 발생한 경우에도 전극군 단부의 각 시트 형상 전극(2, 3)이 각형 전지 캔(1)의 코너의 라운딩 처리된 부분으로 진입하는 것이 방지되어, 결과적으로 전지의 고장을 방지할 수 있다.

또한, 보유 지지기(5)가 전극군(G)을 각형 전지 캔(1)에 삽입할 때에 삽입 가이드의 역할을 하므로, 전극군을 각형 전지 캔(1)에 고속으로 또한 안전하게 삽입할 수 있다. 따라서, 제조 속도의 개선을 도모할 수 있다.

절연성 보조 시트(4)는, 각형 전지 캔(1)과 전극군(G)의 전기적 절연을 하기 위한 것일 뿐이므로, 탄성이 없는 것, 예를 들어 절연성 플라스틱막이라도 좋다.

보유 지지기(5)는 적어도 탄성이 있는 재료, 두께인 것이 필요하다. 휨이나 절곡이 발생하기 어려운 변형 곤란한 재료를 사용해도 된다.

본 제1 실시 형태에서는, 적층형의 2차 전지 전극군을 각형 전지 캔에 봉입하는 경우를 나타냈지만, 권회형의 2차 전지 전극군을 각형 전지 캔에 봉입하는 경우에도 동일한 효과가 얻어지는 것은 물론이다. 2차 전지로서는, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지를 대상으로 할 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 발명의 제2 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(102)에 대해, 도 2를 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다. 또한, 도 1과 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

도 2에서는, 적층형 2차 전지(102)는 도 1의 보유 지지기(5)와 다른 보유 지지기(10)를 갖고 있다. 보유 지지기(10)는, 전극군(G)의 각 시트 형상 전극을 사이에 두고 지지하는 지지면부(5a)와, 이 지지면부(5a)와 일체로 되어 있고 또한 각형 전지 캔(1)의 코너부(1c)의 라운딩 처리된 부분(내측 코너)을 메워 각형 전지 캔(1)과 접하는 2개의 지지 다리부(10b)를 구비하고 있다. 그 점 이외에는, 상기 제1 실시 형태와 동일하다.

본 구성에서는, 보유 지지기(10)가 각형 전지 캔(1)의 코너부(1c)의 라운딩 처리된 부분을 메워 각형 전지 캔(1)과 접하는 2개의 지지 다리부(10b)를 구비하고, 이 지지 다리부(10b)가 각각 2점에서 상기 지지면부(5a)를 지지하고 있으므로, 도 1의 보유 지지기(5)와 달리, 전극군(G)의 시트 형상 전극(2, 3)이 각형 전지 캔(1)의 코너부(1c)의 라운딩 처리된 부분으로 진입하는 것을 보다 강고하게 저지할 수 있다.

(제3 실시 형태)

본 발명의 제3 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(103)에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다. 또한, 도 1, 도 2와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

도 3에서는, 적층형 2차 전지(103)는, 도 2의 보유 지지기(10)의 2개의 지지 다리부(10b) 사이에 위치하고, 지지면부(5a)로부터 캔 평벽부(1b)로 연장되어 이 캔 평벽부(1b)에 접하고 있는 판 형상의 보조 지지 다리부(12)를 더 구비한 보유 지지기(11)를 설치한 구성으로 하고 있다. 그 점 이외에는, 상기 제1, 제2 실시 형태와 동일하다.

본 구성에서는, 상기 판 형상의 보조 지지 다리부(12)에 의해, 제2 실시 형태보다도 전극군(G)을 지지하는 보유 지지기(11)의 지지면부(5a)를 더욱 확실히 지지할 수 있다.

도 3에서는, 상기 판 형상의 보조 지지 다리부(12)를 각형 전지 캔(1)의 단면 짧은 변 방향의 대략 중간 위치에 1개만 나타내고 있지만, 전해액을 충분히 축적할 수 있는 경우에는, 상기 판 형상의 보조 지지 다리부(12)를 복수 형성하여, 보다 확실히 보유 지지기(11)의 지지면부(5a)를 지지하는 구성으로 해도 좋다.

(제4 실시 형태)

본 발명의 제4 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(104)에 대해, 도 4의 (a), 도 4의 (b)를 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다. 또한, 도 1, 도 2 및 도 3과 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

도 4의 (a)는 보유 지지기(5, 10, 11)와 마찬가지로 각형 전지 캔(1)에 배치되는 보유 지지기(13)의 평면도이다. 도 4의 (b)는 보유 지지기(13)의 반구 형상 부분(14)의 정점에서 각형 전지 캔의 전극 단자가 설치된 면과 평행하게 절단한 경우의 단면도, 즉 II-II선 단면도이다.

도시된 보유 지지기(13)의 상부가 각형 전지 캔(1)의 전극 단자(8, 9)가 형성된 면측에, 그 하부가 각형 전지 캔(1)의 저면측에 배치된다.

보유 지지기(13)는 복수의 반구 형상 부분(14)을 구비하고 있다. 반구 형상 부분(14)이 각형 전지 캔(1)에 접하는 지지 다리부로 된다. 그 점 이외에는, 상기 제1 실시 형태와 동일하다.

복수의 반구 형상 부분(14)의 각각은, 탄성이 있는 시트 형상의 플라스틱 재료에 복수의 볼록부가 정렬되어 형성된 금형을 달구어 압박하는 방법, 즉 열프레스 성형법에 의해 형성된다. 진공 성형법을 이용하여 동일하게 성형해도 좋다.

본 구성의 보유 지지기(13)의 형성시, 상기 제1, 제2 및 제3 실시 형태와 달리, 보유 지지기(5)로 되는 절연성 시트의 절곡 가공의 공정이나, 보유 지지기(10), 보유 지지기(11)의 형상을 플라스틱으로 형 성형하는 경우의 형뜨기 공정과 같은 복잡한 공정을 필요로 하지 않는다. 단순히, 시트 형상의 플라스틱 재료의 편면으로부터 금형을 프레스하는 것만으로 보유 지지기(13)가 형성된다. 따라서, 제조 공정이 간이해지고, 제조 비용도 저감할 수 있다.

(제5 실시 형태)

본 발명의 제5 실시 형태에 관한 적층형 2차 전지(105)에 대해, 도 5를 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다. 또한, 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

도 5는 보유 지지기(5, 10, 11, 13)와 마찬가지로 각형 전지 캔(1)에 배치되는 보유 지지기(15)의 평면도이다. 도 5에 있어서 보유 지지기(15)의 상부가 각형 전지 캔(1)의 전극 단자가 형성된 면측에, 그 하부가 각형 전지 캔(1)의 저면측에 배치된다.

보유 지지기(15)는 복수의 반구 형상 부분(14)이 지그재그 형상으로 배치된 점에서, 보유 지지기(13)와 다르다. 그 점 이외에는, 상기 제4 실시 형태와 동일하다.

시트 형상 전극(2, 3)은 도 5의 상하 방향에서 지지면부(5a)에 접촉하여 보유 지지기(15)에 의해 지지되게 되지만, 이 상하 방향의 반구 형상 부분(14)의 수를 일치시키도록 반구 형상 부분(14)이 지그재그 형상으로 형성되어 있다. 반구 형상 부분(14)이 형성됨으로써, 보유 지지기(15)가 전극군(G)을 면으로 지지하는 지지면부(5a)에는 오목부가 형성되게 되지만, 각 시트 형상 전극의 상기 오목 부분을 제외한 상기 면 부분에 접촉하는 면적을 각각 대략 동일하게 함으로써, 각 시트 형상 전극과 보유 지지기(15) 사이의 압력차를 대략 균일하게 완화할 수 있다. 따라서, 제4 실시 형태에 있어서의 보유 지지기(13)보다도 고장 발생률 저감의 효과를 기대할 수 있다.

(제6 실시 형태)

본 발명의 제6 실시 형태에 관한 2차 전지를 이용한 축전ㆍ급전 시스템에 대해, 도 6을 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.

전기 자동차(121)에 탑재된 2차 전지(122) 및 가옥(115) 외부에 배치된 예비 2차 전지(117)는, 상기 제1 내지 제5 실시 형태에서 서술한 본 발명에 관한 2차 전지이다.

우선, 축전 시스템에 대해 설명한다. 풍력 발전, 화력 발전, 수력 발전, 원자력 발전, 태양 전지, 연료 전지 등의 발전 설비(120)로부터 발전된 전력은, 공급 전력 계통(119)을 경유하여 사용자가 이용하는 제어 박스(118)로 공급된다. 제어 박스(118)에서 사용자가 전환 조작함으로써, 전기 자동차(121)의 구동용 전원인 2차 전지(122), 예비 2차 전지(117), 배전반(116) 중 어느 하나에 발전 설비(120)로부터 송전된 전력을 공급한다. 예비 2차 전지(117) 또는 전기 자동차(121)의 2차 전지(122)는 전력 공급이 이루어지면 충전ㆍ축전을 행한다. 재해 등에 의해 발전 설비(120)로부터의 급전이 정지한 경우에 예비 전원으로 하기 위해, 예비 2차 전지(117)에는 충분한 축전을 행해 두는 것이 바람직하다.

주간에는 배전반(116), 야간에는 예비 2차 전지(117) 또는 전기 자동차(121)의 2차 전지(122)에 전력 공급하도록 제어 박스를 프로그램 제어해도 된다.

다음에 급전 시스템에 대해 설명한다. 상기 축전 시스템에 의해 충전이 이루어진 예비 2차 전지(117)는, 제어 박스(118)를 통해 가옥(115) 내의 배전반(116)에 전기적으로 접속되어 있다. 배전반(116)은, 가옥(115) 내의 플러그에 접속된 에어컨, 텔레비전 등의 전자 제품과 전기적으로 접속되어 있다. 사용자는 급전 전력 계통(119)으로부터의 전력을 받아 가옥(115) 내의 전자 제품을 구동할지 또는 상기 축전 시스템에 의해 축전한 예비 2차 전지(117)의 전력을 이용하여 전자 제품을 구동할지를 선택할 수 있고, 이 선택ㆍ전환을 제어 박스(118)에 의해 행한다.

제어 박스(118)에 있어서의 전환에 의해, 예비 2차 전지(117)가 배전반(116)에 전기적으로 접속된 경우에는, 예비 2차 전지(117)로부터 배전반(116)으로 급전되어, 상기 전자 제품의 구동이 가능해진다.

전기 자동차(121)는 상기 축전 시스템에 의해 축전된 2차 전지(122)로부터 차륜을 구동하는 모터에 급전함으로써 주행 가능해진다. 전기 자동차(21)는 전기 모터로 차륜을 구동하는 것이 가능한 자동차이면 좋고, 하이브리드 자동차라도 좋다.

본 발명에 관한 2차 전지를 이용한 축전ㆍ급전 시스템에서는, 동 2차 전지에 있어서 고장의 한 요인인 진동에 의한 각형 전지 캔 내 코너부에서의 적층 어긋남 및 전극 구부러짐을 최대한 방지할 수 있으므로, 진동이 많은 자동차에 있어서의 급전 시스템으로서도, 지진 다발국에 있어서의 급전ㆍ축전 시스템으로서도, 고장이 적은 안정된 동작이 가능해진다.

1 : 각형 전지 캔
1a : 캔벽
1b : 캔 평벽부
1c : 코너부
2 : 시트 형상 정극
3 : 시트 형상 부극
4 : 절연성 보조 시트
5, 10, 11, 13, 15 : 보유 지지기
5a : 지지면부
5b, 10b : 지지 다리부
7 : 간극
8 : 정극 단자
9 : 부극 단자
12 : 보조 지지 다리부
14 : 반구 형상 부분
101, 102, 103, 104, 105 : 적층형 2차 전지
115 : 가옥
116 : 배전반
117 : 예비 2차 전지
118 : 제어 박스
119 : 급전 전력 계통
120 : 발전 설비
121 : 전기 자동차
122 : 2차 전지
G : 전극군

Claims (5)

1. 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 각형 전지 캔과,
   상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과,
   상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치된 제1 및 제2 절연성 보조 시트와,
   상기 면의 짧은 변 방향의 상기 각형 전지 캔 안치수와 동일 치수의 폭을 상기 면의 짧은 변 방향에 구비하고, 상기 짧은 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치되고, 또한 복수 개소에서 상기 각형 전지 캔과 접하여 상기 전극군을 지지하는 제1 및 제2 보유 지지기를 갖는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 보유 지지기의 상기 복수 개소에서 접하는 부위는, 각각 반구 형상인 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
3. 제2항에 있어서, 상기 보유 지지기는 플라스틱 재료의 열프레스 성형에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
4. 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 각형 전지 캔과,
   상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과,
   상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치된 제1 및 제2 절연성 보조 시트와,
   상기 면의 짧은 변 방향의 상기 각형 전지 캔 안치수와 동일 치수의 폭을 상기 면의 짧은 변 방향에 구비하고, 상기 짧은 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치되고, 또한 복수 개소에서 상기 각형 전지 캔과 접하여 상기 전극군을 지지하는 제1 및 제2 보유 지지기를 구비한 2차 전지와,
   차륜을 구동하는 모터를 갖고,
   상기 모터는 상기 2차 전지로부터 급전을 받아 구동하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차.
5. 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 각형 전지 캔과,
   상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과,
   상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치된 제1 및 제2 절연성 보조 시트와,
   상기 면의 짧은 변 방향의 상기 각형 전지 캔 안치수와 동일 치수의 폭을 상기 면의 짧은 변 방향에 구비하고, 상기 짧은 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 각각 배치되고, 또한 복수 개소에서 상기 각형 전지 캔과 접하여 상기 전극군을 지지하는 제1 및 제2 보유 지지기를 구비한 2차 전지와,
   발전 설비를 갖고,
   상기 2차 전지는 상기 발전 설비로부터 급전을 받아 축전하는 것을 특징으로 하는, 축전 시스템.

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