KR101363438B1 - 편평형 비수 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
높은 신뢰성을 가지는 편평형 비수 이차 전지를 제공한다. 편평형 비수 이차 전지(1)는, 외장 케이스(2)와 밀봉 케이스(3)에 의해 형성된 공간 내에 배치되는 전극군을 구비한다. 전극군은, 번갈아 적층되는 복수의 정극(5) 및 부극(6)과, 세퍼레이터(7)를 가진다. 세퍼레이터(7)는, 주연부의 적어도 일부에서 서로 용착된 접합부(7c)를 가지고 있다. 세퍼레이터(7) 및 정극(5)을 두께 방향의 단면에서 보아, 당해 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)에 있어서의 정극(5) 측의 단부와 당해 세퍼레이터(7)에 의해 끼워 넣어진 당해 정극(5)의 외주면의 최단 거리 A와, 당해 정극(5)의 두께 B의 비 A/B을 1 이상으로 한다.
Description
본 발명은, 높은 신뢰성을 가지는 편평형 비수 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 코인형 전지나 버튼형 전지라고 불리는 편평형의 비수 이차 전지는, 정극(正極) 및 부극(負極)이 세퍼레이터를 거쳐 적층된 전극체와, 비수 전해액이, 외장 케이스 및 밀봉 케이스에 의해 형성된 공간 내에 수용된 구조를 가지고 있다.
상기와 같은 편평형 비수 이차 전지로서는, 정극 및 부극에 있어서, 집전체의 편면 또는 양면에 정극 합제층이나 부극 합제층을 형성함과 함께, 집전체의 일부를, 정극 합제층이나 부극 합제층을 형성하지 않고 노출시켜서, 집전 태브로서 이용하는 구성이 알려져 있다. 이와 같은 편평형 비수 이차 전지에서는, 상기 집전 태브를, 전극과 단자를 겸하는 외장 케이스나 밀봉 케이스의 전기적인 접속에 이용하고 있다.
한편, 상기와 같은 구성을 가지는 정극을, 자루 형상으로 성형한 세퍼레이터 내에 삽입한 상태로 부극과 적층함으로써 전극군(電極群)을 형성한 구성이 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허공표 제2004-509443호 공보나 일본 특허공개 제2008-91100호 공보). 이 자루 형상의 세퍼레이터는, 2매의 세퍼레이터의 사이에, 표면에 접착 성분을 가지는 폴리에스테르 수지 필름 등의 절연성 고분자 필름을 배치하여, 당해 접착 성분에 의해 필름과 세퍼레이터를 접착하거나(예를 들면, 일본 특허공표 제2004-509443호 공보), 2매의 세퍼레이터끼리를 용착함으로써(예를 들면, 일본 특허공개 제2008-91100호 공보) 형성된다.
그런데, 정극을 끼워 넣도록 2매의 세퍼레이터를 겹치고, 이들 세퍼레이터의 주연부(周緣部)를 프레스나 가열 프레스에 의해 접합함으로써 상기 서술한 자루 형상의 세퍼레이터를 형성하는 경우, 세퍼레이터의 내면이 정극 단부(端部)의 모서리부(정극 합제층 단부의 모서리부)에 맞닿는다. 그러면, 세퍼레이터에 흠집이 생기거나, 정극 합제층의 모서리부가 결락하는 등의 결함이 생길 우려가 있다. 이러한 결함은, 전지의 내부 단락이나 용량 저하를 일으켜서, 전지의 신뢰성을 손상시키는 원인이 되는 경우가 있다. 그 때문에, 상기와 같은 자루 형상의 세퍼레이터를 가지는 편평형 비수 이차 전지에서는, 상기 서술한 바와 같은 결함의 발생을 억제하는 것이 요구된다.
본 발명은, 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 높은 신뢰성을 가지는 편평형 비수 이차 전지를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 편평형 비수 이차 전지는, 외장 케이스와 밀봉 케이스에 의해 형성되는 공간 내에 배치되는 전극군을 구비하고, 당해 전극군은, 번갈아 적층되는 복수의 정극 및 복수의 부극과, 당해 정극과 당해 부극 사이에 위치하고, 또한, 당해 정극을 끼워 넣어서 덮도록 배치된, 열가소성 수지제의 미다공막으로 이루어지는 세퍼레이터를 구비하고 있고, 상기 정극을 끼워 넣도록 배치된 세퍼레이터는, 당해 정극을 끼워 넣은 상태로, 세퍼레이터끼리가 주연부의 적어도 일부에서 서로 용착됨으로써 형성되는 접합부를 가지고 있고, 상기 세퍼레이터 및 정극을 두께 방향의 단면에서 보아, 당해 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 당해 정극 측의 내단(內端)과 당해 세퍼레이터에 의해 끼워 넣어진 당해 정극의 외주면의 최단 거리 A와, 당해 정극의 두께 B의 비 A/B가 1 이상이다.
또한, 전지 업계에서는, 높이보다 직경 쪽이 큰 편평형 전지를, 코인형 전지 또는 버튼형 전지라고 부르고 있다. 그러나, 코인형 전지와 버튼형 전지 사이에 명확한 차이는 없고, 본 발명의 편평형 비수 이차 전지에는, 코인형 전지 및 버튼형 전지가 모두 포함된다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 높은 신뢰성을 가지는 편평형 비수 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 편평형 비수 이차 전지의 일례를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 도 1의 부분 확대 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 편평형 비수 이차 전지의 정극의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 편평형 비수 이차 전지의 세퍼레이터의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는, 도 1 및 도 2에 나타내는 편평형 비수 이차 전지의 정극 및 그 양면에 배치된 세퍼레이터의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은, 편평형 비수 이차 전지의 다른 예를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 7은, 도 6의 부분 확대 단면도이다.
도 8은, 도 6 및 도 7에 나타내는 편평형 비수 이차 전지의 정극 및 그 양면에 배치된 세퍼레이터의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, (a)가 정극에 대하여 대략 평행하게 연장되는 세퍼레이터를 전극군의 일방 측에 위치시킨 경우를, (b)가 정극에 대하여 대략 평행하게 연장되는 세퍼레이터를 전극군의 다른 측에 각각 위치시킨 경우를, 각각 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 2는, 도 1의 부분 확대 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 편평형 비수 이차 전지의 정극의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 편평형 비수 이차 전지의 세퍼레이터의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는, 도 1 및 도 2에 나타내는 편평형 비수 이차 전지의 정극 및 그 양면에 배치된 세퍼레이터의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은, 편평형 비수 이차 전지의 다른 예를 모식적으로 나타내는 종단면도이다.
도 7은, 도 6의 부분 확대 단면도이다.
도 8은, 도 6 및 도 7에 나타내는 편평형 비수 이차 전지의 정극 및 그 양면에 배치된 세퍼레이터의 일부를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, (a)가 정극에 대하여 대략 평행하게 연장되는 세퍼레이터를 전극군의 일방 측에 위치시킨 경우를, (b)가 정극에 대하여 대략 평행하게 연장되는 세퍼레이터를 전극군의 다른 측에 각각 위치시킨 경우를, 각각 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2에, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 편평형 비수 이차 전지의 일례를 모식적으로 나타낸다. 도 1은, 편평형 비수 이차 전지(1)(이하, 간단히 전지라고도 한다)의 전지 케이스[외장 케이스(2) 및 밀봉 케이스(3)] 및 절연 개스킷(4)을 단면으로 나타낸 종단면도이다. 도 2는, 도 1의 일부를 확대함과 함께, 전극군을 단면으로 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 편평형 비수 이차 전지(1)는, 외장 케이스(2), 밀봉 케이스(3) 및 절연 개스킷(4)에 의해 형성되는 공간(밀폐 공간) 내에, 정극(5) 및 부극(6)이, 그것들의 평면이 전지의 편평면(도 1에 있어서의 상하의 면)에 대략 평행(평행을 포함한다)해지도록 적층된 적층형의 전극군과, 비수 전해액(도시 생략)이 수용됨으로써 구성된다.
밀봉 케이스(3)는, 외장 케이스(2)의 개구부에, 당해 외장 케이스(2)와의 사이에 절연 개스킷(4)을 끼워 넣은 상태로 감합(嵌合)되어 있다. 외장 케이스(2)의 개구 단부는, 전지 내방(內方)으로 변형되도록 구부러져 있다. 이것에 의해, 절연 개스킷(4)은, 밀봉 케이스(3)와 외장 케이스(2) 사이에 끼워 넣어진 상태가 되기 때문에, 당해 외장 케이스(2)의 개구부가 밀봉되어서, 전지 내부에 밀폐 공간이 형성된다. 외장 케이스(2) 및 밀봉 케이스(3)는, 스테인리스강 등의 금속 재료에 의해 구성된다. 절연 개스킷(4)은, 나일론 등의 절연성을 가지는 수지에 의해 구성된다.
정극(5)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 판 형상의 집전체(52)와, 당해 집전체(52)의 편면 상 또는 양면 상에 형성된 정극 합제층(51)을 구비하고 있다. 도 3에, 정극(5)의 평면도를 모식적으로 나타낸다. 정극(5)은, 본체부(5a)(정극 본체부)와, 평면에서 보아, 당해 본체부(5a)로부터 돌출되어 있고, 당해 본체부(5a)보다 폭(도 3에 있어서의 상하 방향의 길이)이 좁은 집전 태브부(5b)(정극 집전 태브부)를 가지고 있다.
정극(5)의 본체부(5a)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 집전체(52)의 편면 또는 양면에, 정극 합제층(51)을 형성함으로써 구성된다. 한편, 정극(5)의 집전 태브부(5b)에서는, 집전체(52)의 표면에 정극 합제층(51)이 형성되어 있지 않고, 당해 집전체(52)가 노출되어 있다.
부극(6)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 판 형상의 집전체(62)와, 당해 집전체(62)의 편면 상 또는 양면 상에 형성된 부극제층(61)를 구비하고 있다.
부극(6)에 대해서도, 정극(5)과 마찬가지로, 본체부(6a)와, 평면에서 보아, 당해 본체부(6a)로부터 돌출되어 있고, 당해 본체부(6a)보다 폭이 좁은 집전 태브부(6b)를 가지고 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 집전체(62)의 양면에 부극제층(61)이 형성된 부극을, 부극 6A로 나타냄과 함께, 집전체(62)의 편면에만 부극제층(61)이 형성된 부극을, 부극 6B로 나타낸다(도 1 참조).
부극(6)의 본체부(6a)는, 집전체(62)의 편면 또는 양면에, 부극제층(61)을 형성함으로써 구성된다. 한편, 부극(6)의 집전 태브부(6b)에서는, 집전체(62)의 표면에 부극제층(61)이 형성되어 있지 않고, 당해 집전체(62)가 노출되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 편평형 비수 이차 전지(1)에서는, 전극군의 상하 양단이 부극(6B, 6B)이 되어 있다. 이들 부극(6B, 6B)은, 집전체(62)의 전지 내방 측의 면에 부극제층(61)이 위치하도록, 전지 내에 배치되어 있다. 그리고, 도 1의 상측에 위치하는 부극(6B)의 집전체(62)의 노출면은, 밀봉 케이스(3)의 내면에 용접되어 있거나, 또는 접촉하고 있고, 이것에 의해, 당해 밀봉 케이스(3)와 부극(6B)이 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 본 실시 형태의 편평형 비수 이차 전지(1)에서는, 밀봉 케이스(3)가 부극 단자를 겸하고 있다.
부극(6)[집전체(62)의 양면에 부극제층(61)이 형성된 부극(6A) 및 집전체(62)의 편면에 부극제층(61)이 형성된 부극(6B)]은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 집전 태브부(6b)에서 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 각 부극(6)의 집전 태브부(6b)는, 예를 들면, 용접에 의해 서로 접속된다.
정극(5)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 집전 태브부(5b)가 서로 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 서로 접속된 집전 태브부(5b)는, 외장 케이스(2)의 내면에 용접되어 있거나, 또는 접촉하고 있고, 이것에 의해, 당해 외장 케이스(2)와 정극(5)이 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 본 실시 형태의 편평형 비수 이차 전지(1)에서는, 외장 케이스(2)가 정극 단자를 겸하고 있다. 또한, 전극군의 최하부에 위치하는 부극(6B)과, 정극 단자를 겸하는 외장 케이스(2)의 사이에는, 양자를 절연할 목적으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리이미드 등에 의해 구성된 절연 시일(8)이 배치되어 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 정극(5)은, 본체부(5a)와 집전 태브부(5b)의 일부가, 열가소성 수지제의 미다공막으로 이루어지는 세퍼레이터(7)에 의해 덮여 있다. 도 4에, 세퍼레이터(7)의 평면도를 모식적으로 나타낸다. 또한, 이 도 4에서는, 세퍼레이터(7)에 의해 덮인 정극(5)과 부극(6)이 적층된 적층형의 전극군의 경우를 상정하고 있고, 세퍼레이터(7)에 의해 덮이는 정극(5)을 점선으로 나타내며, 그것들의 하측에 배치되는 부극(6)의 집전 태브부(6b)를 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 또, 도 4에 있어서, 전극군의 각 구성 요소의 위치 어긋남을 억제하기 위한 결속 테이프(9)를 이점 쇄선으로 나타내고 있다. 특히 도시 생략하나, 본 실시 형태에서는, 정극(5)을 끼워 넣도록 부극이 배치되기 때문에, 도 4에 나타내는 상태에서는, 세퍼레이터(7)의 상측(도면 중 앞 방향)에도 부극이 배치된다.
세퍼레이터(7)는, 정극(5)(도면 중 점선으로 표시)의 반대 측에 배치되는 다른 세퍼레이터(7)와 주연부에서 서로 용착되어 있다. 이것에 의해, 2매의 세퍼레이터(7)에 의해, 내부에 정극(5)을 수납 가능한 자루 형상의 부재가 형성된다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 정극(5)을 사이에 끼워 넣는 2매의 세퍼레이터(7)는, 각각의 주연부에, 서로 용착됨으로써 접합부(7c)(도 4에서 격자 형상의 해칭을 붙인 부분)가 형성된다.
각 세퍼레이터(7)는, 정극(5)의 본체부(5a)의 전체 면을 덮는 주체부(7a)와, 정극(5)의 집전 태브부(5b)에 있어서의 본체부(5a)와의 경계 부분을 덮도록 주체부(7a)로부터 돌출되는 돌출부(7b)를 가지고 있다. 주체부(7a)는, 평면에서 보아 정극(5)의 본체부(5a)를 덮도록 당해 본체부(5a)보다 면적이 크다. 이 주체부(7a)의 주연부의 적어도 일부는, 상기 서술한 접합부(7c)를 구성한다.
본 실시 형태에서는, 상기 서술한 바와 같이, 정극(5)의 양면에 배치된 2매의 세퍼레이터(7)를 접합하는 접합부(7c)를, 당해 세퍼레이터(7)의 주체부(7a)의 주연부에 설치하고 있다. 그러나, 세퍼레이터(7)의 돌출부(7b)의 주연부[세퍼레이터(7)의 돌출부(7b)의 주연부 중, 주체부(7a)로부터의 돌출 방향을 따르는 부분]에도 접합부를 설치해도 된다.
또, 본 실시 형태에서는, 접합부(7c)를, 2매의 세퍼레이터(7)에 있어서의 주체부(7a)의 주연부끼리를 직접 용착함으로써 형성하고 있다. 그러나, 2매의 세퍼레이터(7)의 사이에 열가소성 수지로 구성된 층을 개재시키고, 이 층을 이용하여 2매의 세퍼레이터(7)를 용착함으로써, 접합부를 형성해도 된다. 다만, 후자의 경우에는, 세퍼레이터(7) 사이에 개재시키는 층을 구성하는 열가소성 수지의 종류, 및, 세퍼레이터(7)를 구성하는 열가소성 수지의 종류에 따라서는, 접합부의 강도가 작아지는 경우가 있다. 그 때문에, 세퍼레이터(7) 사이에 개재시키는 층은, 세퍼레이터(7)를 구성하는 열가소성 수지와 동종의 수지에 의해 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 세퍼레이터(7)끼리를 직접 용착하거나, 세퍼레이터(7)를 구성하는 열가소성 수지와 동종의 수지에 의해 구성되는 층을 거쳐 세퍼레이터(7)끼리를 용착하는 경우, 접합부의 강도가 세퍼레이터 자신의 강도와 대략 동등해진다. 그 때문에, 예를 들면, 전지의 사용 시에 진동 등에 의해 세퍼레이터(7)끼리의 접합부에서 박리가 생기는 것을 양호하게 억제할 수 있어, 더욱 신뢰성이 높은 전지로 할 수 있다.
여기서, 2매의 세퍼레이터(7)끼리를 직접 용착하여 접합부(7c)를 형성하는 경우에는, 예를 들면, 1매의 세퍼레이터(7) 상에 정극(5)을 겹치고, 추가로 그 위에 다른 세퍼레이터(7)를 겹친 후, 이들 세퍼레이터(7)의 주연부를 용착하는 방법을 채용할 수 있다. 또, 2매의 세퍼레이터(7)를 겹친 상태로 주연부를 용착함으로써 세퍼레이터(7)끼리를 접합하고, 그 후, 이들 세퍼레이터(7) 사이에 정극(5)을 삽입하는 방법을 채용할 수도 있다.
한편, 2매의 세퍼레이터(7)끼리의 사이에 세퍼레이터(7)의 구성 수지와 동종의 수지로 구성된 층을 개재시키고, 이것들을 용착하여 접합부(7c)를 형성하는 경우에는, 이하의 방법을 생각할 수 있다. 예를 들면, 1매의 세퍼레이터(7) 상의 접합부(7c)가 되는 지점에 상기 층으로서의 필름을 배치함과 함께, 세퍼레이터(7)의 주체부(7a) 상에 정극(5)을 배치하고, 추가로 그 위에 세퍼레이터(7)를 겹친 후, 이들 세퍼레이터(7)의 주연부를 용착하는 방법을 채용할 수 있다. 또, 1매의 세퍼레이터(7) 상의 접합부(7c)가 되는 지점에 상기 층으로서의 필름을 배치함과 함께, 세퍼레이터(7)와 필름을 미리 용착해 두고, 그 후, 정극(5) 및 다른 세퍼레이터(7)를 순서대로 배치하여 주연부를 용착하는 방법을 채용할 수 있다. 또한, 2매의 세퍼레이터(7) 사이에 상기 층으로서의 필름을 배치하고, 당해 세퍼레이터(7)끼리를 용착하여 접합부(7c)를 형성한 후에, 이들 세퍼레이터(7) 사이에 정극(5)을 삽입하는 방법을 채용할 수도 있다.
세퍼레이터(7)의 주연부의 용착은, 예를 들면, 가열 프레스에 의해 행할 수 있다. 이 경우, 가열 온도는, 세퍼레이터(7)를 구성하는 열가소성 수지의 융점보다 높은 온도이면 된다. 예를 들면, 가열 프레스는, 열가소성 수지의 융점보다 10℃∼50℃ 높은 온도로 행하는 것이 바람직하다. 또, 가열 프레스의 시간에 대해서는, 양호하게 접합부를 형성할 수 있으면 특별히 제한은 없지만, 1초∼10초 정도가 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 세퍼레이터(7)의 주체부(7a)의 주연부의 일부에 접합부(7c)를 설치하고 있다. 그러나, 세퍼레이터(7)의 주체부(7a)의 주연부를, 모두 접합부(7c)로 해도 된다. 본 실시 형태와 같이 세퍼레이터(7)의 주체부(7a)의 주연부의 일부에만 접합부(7c)를 설치하는 경우에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 주연부의 일부를, 세퍼레이터끼리를 용착하지 않고 비용착부(7d, 7d)로서 남겨도 된다. 예를 들면, 2매의 세퍼레이터(7)를 용착하여 자루 형상으로 한 후에, 그 중에 정극(5)을 수용한 경우나, 1매의 세퍼레이터(7) 상에 정극(5)을 배치하고, 당해 정극(5) 상에 다른 세퍼레이터(7)를 배치한 상태로 세퍼레이터(7)의 주연부를 용착하여 자루 형상으로 한 경우에는, 세퍼레이터(7)에 의해 형성되는 자루 형상의 부재 내에 공기가 잔류하는 경우가 있다. 그러나, 이와 같은 경우에도, 상기 서술한 비용착부(7d)를 설치함으로써, 외장 케이스(2)와 밀봉 케이스(3)를 코킹할 때에 정극(5)과 부극(6) 사이에서 세퍼레이터(7)가 압박되어서, 상기 잔류 공기가 비용착부(7d, 7d)를 통해 세퍼레이터(7) 밖으로 양호하게 배출된다. 그 때문에, 세퍼레이터 내의 잔류 공기에 의한 문제(예를 들면, 발전 시의 반응이 불균일해져서 용량이 저하되는 등의 문제)의 발생을 방지할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이 세퍼레이터(7)의 주연부에 비용착부(7d)를 설치하는 경우에는, 전지(1)의 생산성의 저하를 억제하는 관점에서, 비용착부(7d)의 개수는 1개∼5개 정도로 하는 것이 바람직하다. 또, 세퍼레이터(7)의 주연부에 비용착부(7d)를 설치하는 경우, 세퍼레이터(7)의 주체부(7a)와 관련되는 비용착부(7d)의 외연(外緣)의 길이가, 세퍼레이터(7)의 주체부(7a)의 외연의 전체 길이(돌출부를 제외하는 외연의 전체 길이)의 15%∼60% 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 세퍼레이터(7)의 주체부(7a)에 있어서는, 그 외연의 전체 길이 중 40% 이상(바람직하게는 70% 이상)이 접합부인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 세퍼레이터(7)끼리의 접합 강도를 양호하게 확보할 수 있다.
도 5에, 편평형 비수 이차 전지(1)의 정극(5)[정극(5)의 본체부(5a)] 및 그 양면에 배치된 세퍼레이터(7)[세퍼레이터(7)의 주체부(7a)]의 부분 단면을 모식적으로 나타낸다. 구체적으로는, 도 5의 (a)는, 정극(5) 및 세퍼레이터(7)의 일부를 나타내는 부분 단면도이고, 도 5의 (b)는, 도 5의 (a)의 일부를 더 확대하여 나타내는 도면이다. 또한, 도 5에 나타내는 각 단면은, 예를 들면, 도 4에 있어서의 I-I선 단면의 일부[접합부(7c)를 포함하는 부분]에 상당한다. 도 5에 있어서, 2매의 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)의 내단[정극(5) 측의 단부]과, 2매의 세퍼레이터(7)의 사이에 존재하는 정극(5)의 본체부(5a)에 있어서의 외연(외주면)의 최단 거리를 A(㎛)라고 하고, 정극(5)의 두께를 B(㎛)라고 하자.
예를 들면, 1매의 세퍼레이터(7) 상에 정극(5)을 두고, 추가로 그 위에 세퍼레이터(7)를 겹쳐, 양 세퍼레이터(7)의 주연부를 가열 프레스 등에 의해 용착하여 접합부(7c)를 형성하는 경우, 세퍼레이터(7)의 내면이 정극(5)의 정극 합제층(51)의 모서리부[도 5(a)에 있어서, 원으로 둘러싼 부분]에 맞닿는다. 이 경우, 도 5의 상측에 위치하는 세퍼레이터(7)가 정극(5)의 외연[본체부(5a)의 외연]의 모서리 부분에 의해 도 5의 왼쪽 아래로 연장되도록 방향을 바꾼 부분의 각도(내각), 및, 도 5의 하측에 위치하는 세퍼레이터(7)가 정극(5)의 외연[본체부(5a)의 외연]의 모서리 부분에 의해 도 5의 왼쪽 위로 연장되도록 방향을 바꾼 부분의 각도(내각)가, 전지(1)의 신뢰성에 큰 영향을 미친다. 구체적으로는, 이들 각도가 작아지면, 정극 합제층(51)의 모서리부와 세퍼레이터(7)의 내면의 맞닿음 지점(도 5 중에 원으로 나타내는 부분)에 있어서, 세퍼레이터(7)의 내면에 흠집이 생기거나, 정극 합제층(51)의 모서리부가 결락될 우려가 있다. 즉, 정극(5)의 두께 B가, 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)의 내단과 정극(5)의 본체부(5a)의 최단 거리 A보다 커지면, 당해 세퍼레이터(7)는 상기 맞닿음 지점이 정극(5)의 모서리부에 대하여 파고들도록 구부러지게 된다. 그렇게 하면, 상기 맞닿음 지점의 응력 집중이 커져서, 세퍼레이터(7)가 손상을 입거나, 정극 합제층(51)의 모서리부가 결락될 가능성이 있다.
그 때문에, 본 실시 형태에서는, 상기 A와 B의 비인 A/B 값이, 1 이상, 바람직하게는 1.7 이상이 되도록, 편평형 비수 이차 전지(1)를 구성한다. 이렇게 함으로써, 상기 맞닿음 지점에 있어서, 정극 합제층(51)의 모서리부에 맞닿는 세퍼레이터(7)의 내면의 내각을 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 세퍼레이터(7)의 내면이, 정극 합제층(51)의 모서리부에 대하여 파고들도록 강하게 눌리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(7)의 내면에 있어서의 흠집의 발생이나, 정극 합제층(51)의 모서리부의 결락을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 서술한 구성에 의해, 세퍼레이터(7)의 손상에 의한 내부 단락의 발생이나 정극 합제층(51)의 결락에 의한 용량 저하를 억제할 수 있어, 편평형 비수 이차 전지(1)의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
다만, 상기 A/B의 값이 너무 커지면, 세퍼레이터(7)의 주체부(7a) 중, 정극(5)의 본체부(5a)와 접하지 않는 영역[당해 본체부(5a)로부터 돌출된 영역]이 커진다. 그렇게 하면, 전지(1) 내에서의 세퍼레이터(7)의 점유 체적이 증대하여, 전지(1)의 용량 저하의 원인이 된다. 따라서, 상기 A/B의 값이 5 이하, 바람직하게는 2.7 이하가 되도록, 정극(5) 및 세퍼레이터(7)를 구성한다.
따라서, 본 실시 형태의 편평형 비수 이차 전지(1)에서는, A와 B의 비 A/B가 1 이상, 바람직하게는 1.7 이상이고, 5 이하, 바람직하게는 2.7 이하가 되도록, 정극(5) 및 세퍼레이터(7)가 설치되어 있다.
또한, 도 5에 나타내는 단면에서는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 정극(5)의 본체부(5a)의 외연의 양 모서리부와 2매의 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)의 내단에 의해, 당해 세퍼레이터(7)와 정극(5)의 사이에, 단면 삼각 형상의 공간이 형성된다. 즉, 이 단면 삼각 형상의 공간은, 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)에 있어서의 정극(5) 측의 단부와, 당해 정극(5)의 본체부(5a)의 외주면의 사이에 형성된다. 더 상세하게는, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 상기 단면 삼각 형상의 공간은, 정극(5)의 본체부(5a)의 외연의 양 모서리부를 연결하는 변 a와, 당해 본체부(5a)의 외연의 모서리부 중 도 5(b)의 상측에 위치하는 모서리부와 2매의 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)의 내단을 연결하는 변 b와, 당해 본체부(5a)의 외연의 모서리부 중 도 5(b)의 하측에 위치하는 모서리부와 접합부(7c)의 내단을 연결하는 변 c에 의해 형성된다. 여기서, 상기 변 a는, 정극(5)의 본체부(5a)의 외주면을 따라 당해 정극(5)의 두께 방향으로 연장되는 변이고, 상기 변 b는, 정극(5)의 외주면에 있어서의 두께 방향 일측의 단부와 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)에 있어서의 정극(5) 측의 단부를 연결하는 변이다. 또, 상기 변 c는, 정극(5)의 외주면에 있어서의 두께 방향 타측의 단부와 세퍼레이터(7)의 접합부(7c)에 있어서의 상기 단부를 연결하는 변이다. 또한, 도 5(b)에서는, 상기 삼각형의 각 변을 점선으로 나타내고, 당해 부분에 존재하는 세퍼레이터(7)의 면 및 정극(5)의 외연의 기재를 생략하고 있다.
상기 삼각형에 있어서, 변 a와 변 b에 의해 형성되는 내각 C1, 및, 변 a와 변 c에 의해 형성되는 내각 C2는, 모두 45° 이상인 것이 바람직하고, 60° 이상인 것이 더 바람직하다. 또, 내각 C1, C2는, 90° 이상인 것이 더 바람직하고, 125° 이하인 것이 더욱 바람직하다. 내각 C1 및 내각 C2가 이러한 각도가 되도록 정극(5) 및 세퍼레이터(7)를 설치함으로써, 상기 서술한 신뢰성 향상의 효과와 용량 저하의 억제 효과를 더욱 양호하게 확보할 수 있다. 또한, 내각 C1과 내각 C2는, 각도가 동일해도 되고, 달라도 된다.
또, 상기 서술한 신뢰성 향상의 효과와 용량 저하의 억제 효과를 더욱 양호하게 확보한다는 관점에서는, 상기 삼각형에 있어서, 변 b과 변 c에 의해 형성되는 내각 D는, 55° 이하인 것이 바람직하고, 45° 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, 내각 D는, 30° 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 내각 D는, 10° 이상인 것이 바람직하고, 20° 이상인 것이 더욱 바람직하다.
상기 A/B의 값, 내각 C1, 내각 C2 및 내각 D는, 상기 A의 길이 및 정극의 두께(즉 상기 B의 길이)를 바꿈으로써 조정할 수 있다. 또한, 상기 A의 길이는, 세퍼레이터(7) 및 정극(5)의 사이즈를 조절함으로써 조정할 수 있다.
도 6 내지 도 8에, 편평형 비수 이차 전지의 다른 예를 모식적으로 나타낸다. 도 6은, 편평형 비수 이차 전지(101)의 전지 케이스[외장 케이스(2) 및 밀봉 케이스(3)] 및 절연 개스킷(4) 부분의 단면을 나타내는 종단면도이고, 도 7은, 도 6의 일부를 확대함과 함께, 전극군을 단면으로 나타낸 도면이다. 또한, 도 8(a)는, 도 6 및 도 7에 나타내는 전지(101)의 정극(5)[정극(5)의 본체부(5a)] 및 그 양면에 배치된 세퍼레이터(7)[세퍼레이터(7)의 주체부(7a)]의 일부를 나타내는 단면도이다. 또, 도 8(b)는, 도 8(a)의 일부를 더 확대하여 나타내는 도면이다. 또한, 도 8(a), 8(b)에 나타내는 단면은, 편평형 비수 이차 전지(101)에 있어서, 예를 들면, 도 4에 있어서의 I-I선 단면의 일부[접합부(7c)를 포함하는 부분]에 상당하는 부분이다. 이하의 설명에 있어서, 도 1에 나타내는 편평형 비수 이차 전지(1)와 동일한 구성을 가지는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
편평형 비수 이차 전지(101)는, 도 6 내지 도 8에 나타내는 바와 같이, 정극(5)의 양면에 배치된 2매의 세퍼레이터(7) 중 일방[도 6 내지 도 8의 예에서는 도면 중 하측의 세퍼레이터(7)]의 주체부(7)가, 판 형상으로 형성된 정극(5)의 상면 및 바닥면[정극(5)의 평면]에 대략 평행(평행을 포함한다)하게 되어 있는 예이다. 즉, 이 예에서는, 상기 내각 C1 및 상기 내각 C2 중 어느 일방이 90°이다.
이러한 구성으로 함으로써, 도 8에 나타내는 바와 같이, 하측[외장 케이스(2) 측]의 세퍼레이터(7)는, 정극 합제층(51)에 당해 세퍼레이터(7)가 맞닿는 지점[도 8(a)에 있어서 원으로 둘러싼 지점]에 있어서, 정극 합제층(51)의 모서리부에 맞닿는 상기 세퍼레이터(7)의 내각이 매우 커진다. 그 때문에, 세퍼레이터(7)와 정극 합제층(51)의 접촉에 의한 당해 세퍼레이터(7)의 내면의 손상이나 정극 합제층(51)의 모서리부의 결락을, 더 양호하게 억제할 수 있다. 이것에 의해, 전지의 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
도 6 내지 도 8에 나타내는 편평형 비수 이차 전지(101)는, 상기 서술 이외의 부분의 구성에 대해서는, 도 1에 나타내는 편평 비수 이차 전지(1)와 동일하다. 다만, 이 편평형 비수 이차 전지(101)에서는, 상기 내각 D는, 45° 이하인 것이 바람직하고, 30° 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 내각 D는, 10° 이상인 것이 바람직하고, 20° 이상인 것이 더 바람직하다.
또, 도 6 내지 도 8에 나타내는 편평형 비수 이차 전지(101)에서는, 전극군 내에 있어서 접합부(7c)를 가지는 세퍼레이터(7)[주체부(7a)의 주연부의 적어도 일부에서 용착되어 있는 2매의 세퍼레이터(7)] 중 정극(5)에 대하여 대략 평행하게 아주 곧게 연장되는 세퍼레이터(7)가, 외장 케이스(2) 및 밀봉 케이스(3) 중 어느 일방 측에 위치하고 있다.
상세하게는, 전극군을 구성하는 복수의 정극(5) 중, 양측(양면)이 부극(6)과 대향하고 있는 모든 정극(5)에 대하여, 양면에 2매의 세퍼레이터(7)가 배치되어 있다. 그리고, 이들 세퍼레이터(7) 중, 일방의 세퍼레이터(7)[주체부(7a)]는, 정극(5)에 대하여 대략 평행하다. 전극군은, 정극(5)에 대하여 대략 평행한 세퍼레이터(7) 모두가 외장 케이스(2) 측 또는 밀봉 케이스(3) 측에 위치하도록, 구성되어 있다.
이러한 구성을 채용함으로써, 전극군의 전극에 대하여 비수 전해액이 양호하게 침투하게 된다. 이것에 의해, 각 전극에서의 반응이 균일화되기 때문에, 신뢰성이 높은 전지를 얻을 수 있다.
또, 상기 서술한 바와 같은 구성을 채용함으로써, 세퍼레이터(7)의 구부러짐도 억제할 수 있다. 이것에 대해서는, 도 9(a), 9(b)를 이용하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
도 9(a)에, 정극(5)에 대하여 대략 평행한 세퍼레이터(7)가 동일한 측에 위치하도록 전극을 구성한 경우를 나타낸다. 또, 도 9(b)에, 정극(5)에 대하여 대략 평행한 세퍼레이터(7)가 다른 측에 위치하도록 전극군을 구성한 경우를 나타낸다.
도 9(b)에 나타내는 구성에서는, 정극(5)에 대하여 대략 평행하지 않은 세퍼레이터(7)가, 부극(6)의 양측에 위치하기 때문에, 당해 부극(6)의 주연부 근방에서의 간극이 커진다. 이것에 의해, 세퍼레이터(7)가, 부극(6)의 주연부에서 구부러지기 쉬워져서, 전지의 신뢰성을 손상시킬 우려가 있다.
이것에 대하여, 도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 정극(5)에 대하여 대략 평행한 모든 세퍼레이터(7)를 동일한 측에 위치시킴으로써, 부극(6)의 일방 측에, 정극(5)에 대하여 대략 평행한 세퍼레이터(7)가 배치되게 된다. 그 때문에, 부극(6)의 주연부 근방에서의 간극을 가급적으로 작게 하여, 부극(6)의 주연부에 있어서의 세퍼레이터(7)의 구부러짐을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 전지의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
도 1 및 도 2에 나타내는 편평형 비수 이차 전지(1), 및, 도 6 및 도 7에 나타내는 편평형 비수 이차 전지(101)에서는, 전극군의 상하 양단에 위치하는 전극(최외부의 2개의 전극)이 모두 부극(6)이다. 그러나, 전극군의 상하 양단에 위치하는 전극(최외부의 2개의 전극) 중, 일방 또는 양방을 정극(5)으로 해도 된다. 또, 전극군의 최외부의 전극 중, 정극 단자를 겸하는 전지 케이스[예를 들면, 외장 케이스(2)]에 가까운 측의 전극을 정극(5)으로 한 경우, 정극(5)은, 집전체(52)의 양면에 정극 합제층(51)을 가지고 있고, 집전 태브부(5b)에 의해 정극 단자를 겸하는 전지 케이스[예를 들면, 외장 케이스(2)]와 접하고 있어도 된다. 또, 상기 서술한 경우에 있어서, 정극(5)은, 집전체(52)의 편면(전지 내방 측이 되는 면)에만 정극 합제층(51)을 가지고 있고, 집전체(52)의 노출면이, 정극 단자를 겸하는 전지 케이스[예를 들면, 외장 케이스(2)]의 내면과 용접되거나, 또는 접촉함으로써, 정극(5)과 외장 케이스(2)가 전기적으로 접속되어 있어도 된다.
또한, 전극군의 상하 양단에 위치하는 전극(최외부의 2개의 전극)의 양방을 정극(5)으로 한 경우, 각 부극(6)의 집전 태브부(6b)를 서로 전기적으로 접속함과 함께, 당해 집전 태브부(6b)를, 부극 단자를 겸하는 전지 케이스[예를 들면, 밀봉 케이스(3)]의 내면에 용접하거나, 또는 접촉시킴으로써, 전지 케이스와 부극(6)을 전기적으로 접속할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 양측이 부극(6)과 대향하고 있는 정극(5)의 양면에는 세퍼레이터(7)를 배치하고 있다. 그러나, 전극군의 최외부에 배치되는 정극, 즉 편측(편면)만이 부극과 대향하고 있는 정극에 대해서는, 그 양면에 세퍼레이터를 배치하지 않아도 되고, 부극과 대향하는 면에만 세퍼레이터를 배치해도 된다. 또한, 전극군에 있어서의 최외부의 전극의 양방을 정극으로 하고, 이들 정극의 양면에 세퍼레이터를 배치하지 않는 경우에는, 부극 단자를 겸하는 전지 케이스와 정극의 사이에는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리이미드 등에 의해 구성된 절연 시일 등의 절연체를 배치한다.
또, 각 정극(5)의 집전 태브부(5b)와 정극 단자를 겸하는 전지 케이스의 전기적 접속, 및, 각 부극(6)의 집전 태브부(6b)와 부극 단자를 겸하는 전지 케이스의 전기적 접속에는, 정극(5)이나 부극(6)과는 별체의 리드체(금속박 등으로 구성된 리드체)에 의해 실현해도 된다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서, 정극(5)의 정극 합제층(51)은, 정극 활물질, 도전 조제(助劑), 바인더 등을 함유하는 층이다.
정극 활물질로서는, 예를 들면, LixCoO2, LixNiO2, LixMnO2, LixCoyNi1 - yO2, LixCoyM1-yO2, LixNi1 - yMyO2, LixMnyNizCo1 -y- zO2, LixMn2O4, LixMn2 - yMyO4 등의 리튬 천이 금속 복합 산화물 등을 들 수 있다. 다만, 상기 각 리튬 천이 금속 복합 산화물에 있어서, M은, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al 및 Cr로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소이고, 0≤x≤1.1, 0<y<1.0, 2.0≤z≤2.2이다. 이들 정극 활물질은, 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 상관없다.
또, 정극(5)의 도전 조제로서는, 예를 들면, 카본 블랙, 인편 형상 흑연, 케첸 블랙, 아세틸렌 블랙, 섬유 형상 탄소 등을 들 수 있다. 또한, 정극(5)의 바인더로서는, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 카르복시메틸셀룰로오스, 스틸렌부타디엔러버 등을 들 수 있다.
정극(5)은, 예를 들면, 정극 활물질과 도전 조제와 바인더를 혼합하여 얻어지는 정극 합제를 물 또는 유기 용제에 분산시켜서 정극 합제 함유 페이스트를 조제하고, 그 정극 합제 함유 페이스트를 금속박, 익스팬드 메탈, 평직 철망 등으로 이루어지는 집전체(52)의 편면 또는 양면에 도포하고, 건조시킨 후, 가압 성형함으로써 제조된다. 이 경우, 바인더는 미리 물 또는 용제에 용해 또는 분산시켜 두고, 그것을 정극 활물질 등과 혼합하여 정극 합제 함유 페이스트를 조제해도 된다. 다만, 정극(5)의 제조 방법은, 상기 예시의 방법에만 한정되지 않고, 다른 방법이어도 된다.
정극(5)의 조성으로서는, 예를 들면, 정극(5)을 구성하는 정극 합제 100 질량% 중, 정극 활물질을 75 질량%∼90 질량%, 도전 조제를 5 질량%∼20 질량%, 바인더를 3 질량%∼15 질량%로 하는 것이 바람직하다. 또, 정극 합제층(51)의 두께는, 예를 들면, 30㎛∼200㎛인 것이 바람직하다.
정극(5)의 집전체(52)의 소재로서는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등이 바람직하다. 또한, 정극(5) 전체의 두께를 작게 하면서, 전지(1) 내에 있어서의 정극(5) 및 부극(6)의 적층 수를 늘림으로써 정극 합제층(51)과 부극제층(61)의 대향 면적을 크게 하여 전지(1)의 부하 특성을 높인다는 관점에서는, 집전체(52)에 금속박을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 집전체(52)의 두께는, 예를 들면, 8㎛∼20㎛인 것이 바람직하다.
한편, 부극(6)으로서는, 활물질에, 리튬, 리튬 합금, 리튬 이온을 흡장 방출 가능한 탄소 재료, 티탄산 리튬 등을 가지는 구성을 들 수 있다.
부극 활물질에 사용할 수 있는 리튬 합금으로서는, 예를 들면, 리튬-알루미늄, 리튬-갈륨 등의 리튬과 가역적으로 합금화하는 리튬 합금을 들 수 있다. 리튬 함유량은, 예를 들면, 1 원자%∼15 원자%인 것이 바람직하다. 또, 부극 활물질에 사용할 수 있는 탄소 재료로서는, 예를 들면, 인조 흑연, 천연 흑연, 저결정성 카본, 코크스, 무연탄 등을 들 수 있다.
부극 활물질에 사용할 수 있는 티탄산 리튬으로서는, 일반식 LixTiyO4로 나타내지고, x와 y가 각각, 0.8≤x≤1.4, 1.6≤y≤2.2의 화학량론수를 가지는 티탄산 리튬이 바람직하고, 특히 x=1.33, y=1.67의 화학량론수를 가지는 티탄산 리튬이 바람직하다. 상기 일반식 LixTiyO4로 나타내지는 티탄산 리튬은, 예를 들면, 산화티탄 및 리튬 화합물을 760℃∼1100℃로 열처리함으로써 얻어진다. 상기 산화티탄으로서는, 아나타제형, 루틸형을 모두 사용 가능하고, 리튬 화합물로서는, 예를 들면, 수산화리튬, 탄산리튬, 산화리튬 등이 사용된다.
부극(6)은, 부극 활물질이 리튬이나 리튬 합금인 경우에는, 리튬이나 리튬 합금을 금속망 등의 집전체(62)에 압착하고, 당해 집전체(62)의 표면에 리튬이나 리튬 합금 등으로 이루어지는 부극제층(61)을 형성함으로써 얻어진다. 다른 한편, 부극 활물질로서 탄소 재료나 티탄산 리튬을 사용하는 경우에는, 예를 들면, 부극 활물질로서의 탄소 재료나 티탄산 리튬과 바인더, 나아가서는 필요에 따라 도전 조제를 혼합하여 얻어지는 부극 합제를 물 또는 유기 용제에 분산시켜서 부극 합제 함유 페이스트를 조제한다. 그리고, 그 부극 합제 함유 페이스트를 금속박, 익스팬드 메탈, 평직 철망 등으로 이루어지는 집전체(62)에 도포하여, 건조시킨 후, 가압 성형에 의해 부극제층(61)(부극 합제층을 포함한다. 이하, 동일.)을 형성한다. 이 경우, 바인더는 미리 물 또는 용제에 용해 또는 분산시켜 두고, 그것을 부극 활물질 등과 혼합하여 부극 합제 함유 페이스트를 조제해도 된다. 다만, 부극(6)의 제조 방법은, 상기 예시한 방법에만 한정되지 않고, 다른 방법이어도 된다.
또한, 부극(6)의 바인더 및 도전 조제로서는, 정극(5)에 사용할 수 있는 것으로서 먼저 예시한 각종 바인더 및 도전 조제를 사용할 수 있다.
부극 활물질에 탄소 재료를 사용하는 경우의 부극(6)의 조성으로서는, 예를 들면, 부극(6)을 구성하는 부극 합제 100 질량% 중, 탄소 재료를 80 질량%∼95 질량%, 바인더를 3 질량%∼15 질량%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 도전 조제를 병용하는 경우에는, 도전 조제를 5 질량%∼20 질량%로 하는 것이 바람직하다.
다른 한편, 부극 활물질에 티탄산 리튬을 사용하는 경우의 부극(6)의 조성으로서는, 예를 들면, 부극(6)을 구성하는 부극합제 100 질량% 중, 티탄산 리튬을 75 질량%∼90 질량%, 바인더를 3 질량%∼15 질량%로 하는 것이 바람직하다. 또, 도전 조제를 병용하는 경우에는, 도전 조제를 5 질량%∼20 질량%로 하는 것이 바람직하다.
부극(6)에 있어서의 부극제층(61)의 두께는, 예를 들면, 40㎛∼200㎛인 것이 바람직하다.
부극(6)의 집전체(62)의 소재로서는, 구리나 구리 합금이 바람직하다. 또한, 부극(6) 전체의 두께를 작게 하면서, 전지(1) 내에 있어서의 정극(5) 및 부극(6)의 적층수를 늘림으로써 정극 합제층(51)과 부극제층(61)의 대향 면적을 크게 하여, 전지(1)의 부하 특성을 높인다는 관점에서는, 집전체(62)에 금속박을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 집전체(62)의 두께는, 예를 들면, 5㎛∼30㎛인 것이 바람직하다.
세퍼레이터(7)에는, 이미 서술한 바와 같이, 열가소성 수지제의 미다공막에 의해 구성된 부재를 사용한다. 세퍼레이터(7)를 구성하는 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리메틸펜텐 등의 폴리올레핀이 바람직하다. 세퍼레이터(7)끼리를 용착하거나, 세퍼레이터(7) 사이에 당해 세퍼레이터(7)를 구성하는 수지와 동종의 수지를 배치하여 용착한다는 관점에서는, 그 융점, 즉, JIS K 7121의 규정에 준하여, 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 측정되는 융해 온도가, 100℃∼180℃인 폴리올레핀이 더 바람직하다.
세퍼레이터(7)를 구성하는 열가소성 수지제의 미다공막의 형태로서는, 필요한 전지 특성이 얻어질 만큼의 이온 전도도를 가지고 있으면 어떠한 형태이어도 된다. 예를 들면, 종래부터 알려져 있는 용제 추출법, 건식 또는 습식 연신법 등에 의해 형성되어 있고, 구멍을 다수 가지는 이온 투과성의 미다공막(전지의 세퍼레이터로서 범용되어 있는 미다공 필름)이 바람직하다.
세퍼레이터(7)의 두께는, 예를 들면, 5㎛∼25㎛인 것이 바람직하다. 또, 공공률(空孔率)은, 예를 들면, 30%∼70%인 것이 바람직하다.
상기의 정극(5), 부극(6) 및 세퍼레이터(7)는, 각 정극(5)의 집전 태브부(5b)가, 전극군의 평면에서 보아 동일한 방향을 향하도록 배치되고, 또한, 각 부극(6)의 집전 태브부(6b)가, 전극군의 평면에서 보아 동일한 방향을 향하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 정극(5) 및 부극(6)의 집전 구조를 간단한 구성에 의해 실현할 수 있다.
또한, 각 정극(5)의 집전 태브부(5b)와 각 부극(6)의 집전 태브부(6b)를 서로에 접촉하지 않도록 배치함과 함께 전지의 생산성을 향상시킨다는 관점에서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 집전 태브부(5b) 및 집전 태브부(6b)는, 평면에서 보아 서로 대향하는 위치에 배치되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
또, 정극(5), 부극(6) 및 세퍼레이터(7)에 의해 구성되는 전극군은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 그 외주를, 내약품성을 가지는 폴리프로필렌 등에 의해 구성된 결속 테이프(9)로 결속하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 각 구성 요소[세퍼레이터(7)로 덮인 정극(5), 및 부극(6)]의 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
전극군을 구성하는 정극(5) 및 부극(6)은, 모두 복수이다. 전극의 합계 층수는, 적어도 4층이지만, 그 이상의 층수(5층, 6층, 7층, 8층 등)로 하는 것도 가능하다. 다만, 정극(5) 및 부극(6)의 적층 수를 너무 많게 하면, 편평 형상 전지로서의 메리트가 작아질 우려가 있기 때문에, 통상은, 40층 이하로 하는 것이 바람직하다.
비수 전해액으로서는, 예를 들면, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 고리형 탄산 에스테르 ; 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트(DEC), 메틸에틸카보네이트 등의 사슬형 탄산 에스테르 ; 1,2-디메톡시에탄, 디글라임(디에틸렌글리콜메틸에테르), 트리글라임(트리에틸렌글리콜디메틸에테르), 테트라글라임(테트라에틸렌글리콜디메틸에테르), 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시메탄, 테트라히드로푸란 등의 에테르 ; 등의 유기 용매에, 0.3mol/L∼2.0mol/L 정도의 농도가 되도록 전해질(리튬염)을 용해시킴으로써 조제한 전해액을 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기 용매는, 각각 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 상관없다.
상기 전해질로서는, 예를 들면, LiBF4, LiPF6, LiAsF6, LiSbF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 등의 리튬염을 들 수 있다.
편평형 비수 이차 전지(1)의 평면 형상에는 특별히 제한은 없고, 종래부터 알려져 있는 편평형 전지의 주류인 원형 외에, 각형(예를 들면, 사각형) 등의 다각 형상이어도 된다. 또한, 본 명세서에서 말하는 전지(1)의 평면 형상으로서의 각형 등의 다각형에는, 그 각이 잘라내진 형상이나, 각을 곡선으로 한 형상도 포함된다. 또, 정극(5) 및 부극(6)의 본체부(5a, 6a)의 평면 형상은, 전지(1)의 평면 형상에 따른 형상으로 하면 된다. 본체부(5a, 6a)를 대략 원형 이외에도, 장방형이나 정방형 등의 사각형을 포함하는 다각형으로 할 수도 있다. 본체부(5a, 6a)를, 예를 들면, 대략 원형으로 하는 경우에는, 대극의 집전 태브부가 배치되는 부분은, 당해 대극의 집전 태브부와의 접촉을 방지하기 위하여, 도 3에 나타내는 바와 같이 잘라낸 형상으로 하는 것이 바람직하다.
도 1이나 도 2, 도 6, 도 7에서는, 외장 케이스(2)를 정극 케이스로 하고, 밀봉 케이스(3)를 부극 케이스로 한 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 필요에 따라, 외장 케이스(2)를 부극 케이스로 하고, 밀봉 케이스(3)를 정극 케이스로 할 수도 있다.
이상의 설명에서는, 2매의 세퍼레이터(7)를 본체부(7a)의 주연부에서 접합하고 있지만, 1매의 세퍼레이터를 접어 겹쳐서 접합해도 된다.
또한, 도 3에 나타내는 형상의 정극(5)과 도 4에 나타내는 형상의 세퍼레이터(7)를 사용하여, A가 300㎛이고, B(정극의 두께)가 140㎛(즉, A/B 값은 2.14)가 되며, 또한, 정극(5) 및 세퍼레이터(7)가 도 8에 나타내는 바와 같은 구조를 가지는 편평형 비수 이차 전지를 제조하였다. 더 상세하게는, 도 6 및 도 7의 구조를 가지고, 또한, 상기 내각 C1이 65°, 상기 내각 C2가 90°, 상기 내각 D가 25°인 편평형 비수 이차 전지를 제조하였다. 이 편평형 비수 이차 전지를 분해한 바, 도 8(a)에 있어서 원으로 둘러싼 부분에서는, 세퍼레이터 내면의 손상이나 정극 합제층의 모서리부의 결락은 발견되지 않았다. 따라서, 신뢰성이 우수한 편평형 비수 이차 전지를 양호하게 생산할 수 있었다.
편평형 비수 이차 전지(1)는, 종래부터 알려져 있는 편평형 비수 이차 전지와 같은 용도에 적용할 수 있다.
Claims (6)
- 외장 케이스와 밀봉 케이스에 의해 형성되는 공간 내에 배치되는 전극군을 구비하고,
상기 외장 케이스는 정극 단자 또는 부극 단자이며,
상기 밀봉 케이스는 외장 케이스가 정극 단자일 때는 부극 단자이고, 외장 케이스가 부극 단자일 때는 정극 단자이며,
상기 전극군은,
번갈아 적층되는 복수의 정극 및 복수의 부극과,
상기 정극과 상기 부극의 사이에 위치하고, 또한, 당해 정극을 끼워 넣어서 덮도록 배치된, 열가소성 수지제의 미다공막으로 이루어지는 세퍼레이터를 구비하고 있고,
상기 정극을 끼워 넣도록 배치된 세퍼레이터는, 당해 정극을 끼워 넣은 상태로, 세퍼레이터끼리가 주연부의 적어도 일부에서 서로 용착됨으로써 형성되는 접합부를 가지고 있고,
상기 정극은 정극 본체부와 정극 본체부로부터 돌출된 정극 접전탭브부를 가지고 있고,
상기 정극 집전태브부는 상기 세퍼레이터의 외방으로 돌출되어 있고,
상기 정극 집전태브부는 서로 접속되어 있고,
상기 정극이 상기 정극 집전태브부를 통해, 정극 단자로서의 외장 케이스 또는 밀봉 케이스와 전기적으로 접속되어 있고,
상기 세퍼레이터 및 정극을 두께 방향의 단면에서 보아, 당해 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 당해 정극 측의 단부(端部)와 당해 세퍼레이터에 의해 끼워 넣어진 당해 정극의 외주면의 최단 거리 A와, 당해 정극의 두께 B의 비 A/B가 1 이상인, 편평형 비수 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 A/B가 5 이하인, 편평형 비수 이차 전지. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 정극을 끼워 넣도록 배치되는 세퍼레이터는, 당해 세퍼레이터 및 정극을 두께 방향의 단면에서 보아, 당해 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 정극 측의 단부와, 당해 세퍼레이터에 의해 끼워 넣어진 정극의 외주면에 의해, 당해 세퍼레이터와 당해 정극의 사이에 단면 삼각 형상의 공간이 형성되도록, 당해 정극에 대하여 배치되어 있고,
상기 세퍼레이터 및 상기 정극을 두께 방향의 단면에서 보아, 상기 정극의 외주면을 따라 당해 정극의 두께 방향으로 연장되는 변 a와, 당해 정극의 외주면에 있어서의 두께 방향 일측의 단부와 상기 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 상기 단부를 연결하는 변 b에 의해 형성되는 내각, 및, 상기 변 a와, 상기 정극의 외주면에 있어서의 두께 방향 타측의 단부와 상기 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 상기 단부를 연결하는 변 c에 의해 형성되는 내각은, 각각, 45° 이상인, 편평형 비수 이차 전지. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 정극을 끼워 넣도록 배치되는 세퍼레이터 중 일방은, 당해 정극에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되어 있는, 편평형 비수 이차 전지. - 제4항에 있어서,
상기 전극군은, 복수의 상기 세퍼레이터를 가지고 있고,
상기 정극에 대하여 실질적으로 평행하게 연장되는 모든 세퍼레이터는, 당해 정극에 대하여, 상기 외장 케이스 측 또는 상기 밀봉 케이스 측의 어느 동일한 측에 배치되어 있는, 편평형 비수 이차 전지. - 제5항에 있어서,
상기 정극을 끼워 넣도록 배치되는 세퍼레이터는, 당해 세퍼레이터 및 정극을 두께 방향의 단면에서 보아, 당해 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 정극 측의 단부와, 당해 세퍼레이터에 의해 끼워 넣어진 정극의 외주면에 의해, 당해 세퍼레이터와 당해 정극의 사이에 단면 삼각 형상의 공간이 형성되도록, 당해 정극에 대하여 배치되어 있고,
상기 세퍼레이터 및 상기 정극을 두께 방향의 단면에서 보아, 상기 정극의 외주면을 따라 당해 정극의 두께 방향으로 연장되는 변 a와, 당해 정극의 외주면의 일방 측의 단부와 상기 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 상기 단부를 연결하는 변 b에 의해 형성되는 내각, 및, 상기 변 a와, 상기 정극의 외주면의 타방 측의 단부와 상기 세퍼레이터의 접합부에 있어서의 상기 단부를 연결하는 변 c에 의해 형성되는 내각 중, 어느 일방이 90°이고, 타방이 45° 이상인, 편평형 비수 이차 전지.
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