KR101512549B1 - 편평형 전지 - Google Patents
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Abstract
편평형 전지는 외장 부재(16, 17)의 외주연을 밀봉하여 형성되는 내부 공간에 수용된 발전 요소(18)와, 발전 요소(18)의 전극판에 접속된 집전체(11a, 13a)와, 외장 부재(16, 17)의 외주연으로부터 도출된 전극 탭(14, 15)을 구비한다. 전극 탭(14, 15)은 집전체(11a, 13a)에 중첩하여 접합되는 도전부(151)와, 도전부보다 높은 신축성의 재료로 형성되는 응력 완화부(152)를 갖는다. 집전체(11a, 13a)와 전극 탭(14, 15)의 신축률의 차이에 의한 주름의 발생이나 용접부의 박리가 방지된다.
Description
본 발명은 편평형 전지에 관한 것이다.
원통형 전지에 있어서, 원형 전도성 탭에 활형 슬릿을 형성하여, 전지 커버가 내압의 상승에 의해 팽창된 경우라도, 다수의 용접 접점을 방해하지 않고 탭의 중심이 슬릿에 의해 구부러지도록 한 것이 알려져 있다(특허 문헌 1).
한편, 박형 전지(편평형 전지)에 있어서는, 라미네이트 외장체로부터 도출되는 정극 및 부극의 전극 탭(전극 단자)은 발전 요소의 정극판과 부극판의 각각에 포함되는 집전체에 초음파 용접 등에 의해 용접 접합되어 있다.
그러나, 용접 시에 작용하는 하중이나 고온에 노출됨으로써 전극 탭과 집전체에 신축률의 차이가 발생하고, 이에 의해 집전체에 주름이나 용접부의 박리가 발생하는 경우가 있다.
본 발명은 집전체와 전극 탭의 신축률의 차이에 의해 상대적 변형이 발생해도 상기 변형에 추종할 수 있는 편평형 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 편평형 전지에 있어서, 전극 탭이, 집전체에 중첩하여 접합되는 도전부와, 도전부보다 신축성이 높은 재료로 형성되는 응력 완화부를 구비한다.
본 발명에 따르면, 집전체와 전극 탭의 신축률의 차이에 의해 발생하는 신축을 응력 완화부에서 완화할 수 있으므로, 상대적 변형에 추종할 수 있다. 그 결과, 집전체에 주름이나 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 편평형 전지를 도시하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 3은 도 1의 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선을 따르는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 8은 도 7의 B-B선을 따르는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분에 있어서, 부극 탭의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 편평형 전지의 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시하는, 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 편평형 전지의 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시하는, 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 15는 제1 실시예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 16은 제2 실시예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 17은 제1 비교예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 18은 제3 실시예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 19는 제2 비교예에 관한 편평형 전지의 평면도이다.
도 20은 제3 실시예 및 제2 비교예의 편평형 전지에 있어서의, SOC에 대한 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 3은 도 1의 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선을 따르는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 8은 도 7의 B-B선을 따르는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분에 있어서, 부극 탭의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 편평형 전지의 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시하는, 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 편평형 전지의 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시하는, 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 15는 제1 실시예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 16은 제2 실시예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 17은 제1 비교예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 18은 제3 실시예에 관한 부극 탭과 부극 집전체의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이다.
도 19는 제2 비교예에 관한 편평형 전지의 평면도이다.
도 20은 제3 실시예 및 제2 비교예의 편평형 전지에 있어서의, SOC에 대한 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 예의 편평형 전지(1)는 리튬계, 평판 형상, 적층 타입의 박형 2차 전지로, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 2매의 정극판(11)과, 4매의 세퍼레이터(12)와, 3매의 부극판(13)과, 정극 탭(14)과, 부극 탭(15)과, 상부 외장 부재(16)와, 하부 외장 부재(17)와, 특별히 도시하지 않은 전해질로 구성되어 있다.
이 중 정극판(11), 세퍼레이터(12), 부극판(13) 및 전해질이 발전 요소(18)를 구성하고, 또한 정극판(11), 부극판(13)이 전극판을 구성하고, 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)가 한 쌍의 외장 부재를 구성한다.
발전 요소(18)를 구성하는 정극판(11)은 정극 탭(14)까지 신장되어 있는 정극 집전체(11a)와, 정극 집전체(11a)의 일부의 양 주면에 각각 형성된 정극층(11b, 11c)을 갖는다. 또한, 정극판(11)의 정극층(11b, 11c)은 정극 집전체(11a)의 전체의 양 주면에 걸쳐서 형성되어 있는 것은 아니고, 도 2에 도시한 바와 같이, 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)을 적층하여 발전 요소(18)를 구성할 때에, 정극판(11)에 있어서 세퍼레이터(12)에 실질적으로 겹치는 부분에만 정극층(11b, 11c)이 형성되어 있다. 또한, 본 예에서는 정극판(11)과 정극 집전체(11a)가 1매의 도전체로 형성되어 있지만, 정극판(11)과 정극 집전체(11a)를 별체로 구성하여, 이들을 접합해도 된다.
정극판(11)의 정극 집전체(11a)는, 예를 들어 알루미늄박, 알루미늄 합금박, 동박, 또는 니켈박 등의 전기 화학적으로 안정된 금속박으로 구성되어 있다. 또한, 정극판(11)의 정극층(11b, 11c)은, 예를 들어 니켈산리튬(LiNiO2), 망간산리튬(LiMnO2), 또는 코발트산리튬(LiCoO2) 등의 리튬 복합 산화물이나, 칼코겐(S, Se, Te)화물 등의 정극 활물질과, 카본 블랙 등의 도전제와, 폴리4불화에틸렌의 수성 디스퍼전 등의 접착제와, 용제를 혼합한 것을, 정극 집전체(11a)의 일부의 양 주면에 도포하여, 건조 및 압연함으로써 형성되어 있다.
발전 요소(18)를 구성하는 부극판(13)은 부극 탭(15)까지 신장되어 있는 부극 집전체(13a)와, 당해 부극 집전체(13a)의 일부의 양 주면에 각각 형성된 부극층(13b, 13c)을 갖는다. 또한, 부극판(13)의 부극층(13b, 13c)도, 부극 집전체(13a)의 전체의 양 주면에 걸쳐서 형성되어 있는 것은 아니고, 도 2에 도시한 바와 같이, 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)을 적층하여 발전 요소(18)를 구성할 때에, 부극판(13)에 있어서 세퍼레이터(12)에 실질적으로 겹치는 부분에만 부극층(13b, 13c)이 형성되어 있다. 또한, 본 예에서는 부극판(13)과 부극 집전체(13a)가 1매의 도전체로 형성되어 있지만, 부극판(13)과 부극 집전체(13a)를 별체로 구성하여, 이들을 접합해도 된다.
부극판(13)의 부극 집전체(13a)는, 예를 들어 니켈박, 동박, 스테인리스박, 또는 철박 등의 전기 화학적으로 안정된 금속박으로 구성되어 있다. 또한, 부극판(13)의 부극층(13b, 13c)은, 예를 들어 비정질 탄소, 난흑연화 탄소, 이흑연화 탄소, 또는 흑연 등과 같은 상기한 정극 활물질의 리튬 이온을 흡장 및 방출하는 부극 활물질에, 유기물 소성체의 전구체 재료로서의 스티렌부타디엔 고무 수지 분말의 수성 디스퍼전을 혼합하여, 건조시킨 후에 분쇄함으로써, 탄소 입자 표면에 탄화한 스티렌부타디엔 고무를 담지시킨 것을 주재료로 하고, 이것에 아크릴 수지 에멀전 등의 결착제를 더욱 혼합하고, 이 혼합물을 부극 집전체(13a)의 일부의 양 주면에 도포하여, 건조 및 압연시킴으로써 형성되어 있다.
특히, 부극 활물질로서 비정질 탄소나 난흑연화 탄소를 사용하면, 충방전 시에 있어서의 전위의 평탄 특성이 떨어져 방전량에 수반하여 출력 전압도 저하되므로, 전기 자동차의 전원으로서 사용하면 급격한 출력 저하가 없으므로 유리하다.
발전 요소(18)의 세퍼레이터(12)는 상술한 정극판(11)과 부극판(13)의 단락을 방지하는 것으로, 전해질을 보유 지지하는 기능을 구비해도 좋다. 이 세퍼레이터(12)는, 예를 들어 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀 등으로 구성되는 미다공성막으로, 과전류가 흐르면, 그 발열에 의해 층의 구멍이 폐색되어 전류를 차단하는 기능도 갖는다.
또한, 본 예에 관한 세퍼레이터(12)는 폴리올레핀 등의 단층막으로만 한정되지 않고, 폴리프로필렌막을 폴리에틸렌막으로 샌드위치한 3층 구조나, 폴리올레핀 미다공막과 유기 부직포 등을 적층한 것도 사용할 수 있다. 이와 같이 세퍼레이터(12)를 복층화함으로써, 과전류의 방지 기능, 전해질 보유 지지 기능 및 세퍼레이터의 형상 유지(강성 향상) 기능 등의 여러 기능을 부여할 수 있다.
이상의 발전 요소(18)는 세퍼레이터(12)를 통해 정극판(11)과 부극판(13)이 교대로 적층되어 이루어진다. 그리고, 2매의 정극판(11)은 정극 집전체(11a)를 개재하여, 금속박제의 정극 탭(14)에 각각 접속되는 한편, 3매의 부극판(13)은 부극 집전체(13a)를 개재하여, 마찬가지로 금속박제의 부극 탭(15)에 각각 접속되어 있다.
또한, 발전 요소(18)의 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)은 상기한 매수로 전혀 한정되지 않고, 예를 들어 1매의 정극판(11), 2매의 세퍼레이터(12) 및 2매의 부극판(13)으로도 발전 요소(18)를 구성할 수 있고, 필요에 따라서 정극판(11), 세퍼레이터(12) 및 부극판(13)의 매수를 선택하여 구성할 수 있다.
정극 탭(14)이든 부극 탭(15)이든 전기 화학적으로 안정된 금속 재료이면 특별히 한정되지 않지만, 정극 탭(14)으로서는, 상술한 정극 집전체(11a)와 마찬가지로, 예를 들어 두께 0.02㎜ 정도의 알루미늄박, 알루미늄 합금박, 동박, 또는 니켈박 등을 들 수 있다. 또한, 부극 탭(15)으로서는, 상술한 부극 집전체(13a)와 마찬가지로, 예를 들어 두께 0.02㎜ 정도의 니켈박, 동박, 스테인리스박, 또는 철박 등을 들 수 있다.
이미 서술하였지만, 본 예에서는, 전극판(11, 13)의 집전체(11a, 13a)를 구성하는 금속박 자체를 전극 탭(14, 15)까지 연장함으로써, 바꾸어 말하면, 1매의 금속박(11a, 13a)의 일부에 전극층[정극층(11b, 11c) 또는 부극층(13b, 13c)]을 형성하고, 남은 단부를 전극 탭(14, 15)과의 접합 부재로 하여, 전극판(11, 13)을 전극 탭(14, 15)에 접속하는 구성으로 하였지만, 정극층 및 부극층 사이에 위치하는 집전체(11a, 13a)를 구성하는 금속박과, 접합 부재를 구성하는 금속박을, 다른 재료나 부품으로 하여 서로 접속해도 된다. 이하의 본 실시 형태에서는, 상기 정극층 사이 및 부극층 사이에 위치하는 집전체와 접합 부재는 1매의 금속박으로 구성되어 있는 것으로서 설명한다.
상술한 발전 요소(18)는 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)에 수용되어 밀봉되어 있다. 특별히 도시는 하지 않지만, 본 예의 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)는 모두, 편평형 전지(1)의 내측으로부터 외측을 향하고, 예를 들어 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 또는 아이오노머 등의 내전해액성 및 열융착성이 우수한 수지 필름으로 구성되어 있는 내측층과, 예를 들어 알루미늄 등의 금속박으로 구성되어 있는 중간층과, 예를 들어 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지 등의 전기 절연성이 우수한 수지 필름으로 구성되어 있는 외측층의 3층 구조로 되어 있다.
따라서, 상부 외장 부재(16) 및 하부 외장 부재(17)는 모두, 예를 들어 알루미늄박 등 금속박의 한쪽의 면[편평형 전지(1)의 내측면]을 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 또는 아이오노머 등의 수지로 라미네이트하고, 다른 쪽의 면[편평형 전지(1)의 외측면]을 폴리아미드계 수지 또는 폴리에스테르계 수지로 라미네이트한, 수지-금속 박막 라미네이트재 등의 가요성을 갖는 재료로 형성되어 있다.
이와 같이, 외장 부재(16, 17)가 수지층에 더하여 금속층을 구비함으로써, 외장 부재 자체의 강도 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 외장 부재(16, 17)의 내측층을, 예를 들어 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 또는 아이오노머 등의 수지로 구성함으로써, 금속제의 전극 탭(14, 15)과의 양호한 융착성을 확보하는 것이 가능해진다.
또한, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 밀봉된 외장 부재(16, 17)의 한쪽의 단부로부터 정극 탭(14)이 도출되고, 당해 다른 쪽의 단부로부터 부극 탭(15)이 도출되어 있지만, 전극 탭(14, 15)의 두께분만큼 상부 외장 부재(16)와 하부 외장 부재(17)의 융착부에 간극이 발생하므로, 편평형 전지(1) 내부의 밀봉성을 유지하기 위해, 전극 탭(14, 15)과 외장 부재(16, 17)가 접촉하는 부분에, 예를 들어 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등으로 구성된 시일 필름을 개재시켜도 된다. 이 시일 필름은 정극 탭(14) 및 부극 탭(15) 중 어느 것에 있어서도, 외장 부재(16, 17)를 구성하는 수지와 동일 계통의 수지로 구성하는 것이 열융착성의 관점으로부터 바람직하다.
이들 외장 부재(16, 17)에 의해, 상술한 발전 요소(18), 정극 탭(14)의 일부 및 부극 탭(15)의 일부를 둘러싸고, 당해 외장 부재(16, 17)에 의해 형성되는 내부 공간에, 유기 액체 용매에 과염소산리튬, 붕불화리튬이나 6불화인산리튬 등의 리튬염을 용질로 한 액체 전해질을 주입하면서, 외장 부재(16, 17)에 의해 형성되는 공간을 흡인하여 진공 상태로 한 후에, 외장 부재(16, 17)의 외주연을 열 프레스에 의해 열 융착하여 밀봉한다.
유기 액체 용매로서, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC)나 메틸에틸카보네이트 등의 에스테르계 용매를 들 수 있지만, 본 예의 유기 액체 용매는 이에 한정되지 않고, 에스테르계 용매에, γ-부티롤락톤(γ-BL), 디에톡시에탄(DEE) 등의 에테르계 용매, 그 외의 것을 혼합, 조합한 유기 액체 용매를 사용할 수도 있다.
이상이 본 예의 편평형 전지(1)의 기본적 구조이지만, 이하에 전극 탭(14, 15)과 집전체(11a, 13a)의 접합 부분의 구조를 설명한다.
《제1 실시 형태》
도 3은 부극 탭(15)과 부극 집전체(13a)의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이고, 외장 부재(16, 17) 및 발전 요소(18)의 도시는 생략한다. 또한, 정극 탭(14)과 정극 집전체(11a)의 접합 부분도 동일한 구성으로 되어 있다. 도 4는 도 3의 A-A선을 따르는 단면도이다.
부극 탭(15)과 3매의 부극 집전체(13a)는 초음파 용접에 의해, 예를 들어 6개소의 접합부(20)에서 용접 접합되어 있다. 부극 탭(15)은 복수로 분할된 도전부(151)와, 도전부(151)를 덮는 절연 부재(152)를 갖는다. 상세하게는, 도전부(151)는 평형 도체의 6개의 케이블이며, 구리 등의 도통성을 가진 재료(도체)로 형성되어, 개별적으로 접합부(20)에 있어서 부극 집전체(13a)와 용접 접합되어 있다. 또한, 도전부(151)를 형성하는 6개의 도체는 부극 집전체(13a)로부터 외장 부재(16, 17)의 외주연을 향해 연장된 형상으로 되어 있다.
절연부(152)는 평형의 도전부(151)의 측면을 끼움 지지하도록, 각각 도전부(151)를 덮고 있고, 각 도전부(151) 사이의 절연성을 확보한다. 절연부(152)는 부극 집전체(13a)의 면 방향(후술하는 신축할 때의 신축 방향)을 따라서, 복수의 도전부(151) 사이에 형성된다. 또한 절연부(152)는 도전부(151)보다 신축성이 높은 재료로 형성되어 있고, 예를 들어 수지에 의해 형성된다. 여기서, 신축성이라 함은, 열에 기인하는 응력에 의한 신축 및 기계적인 응력에 의한 신축이 포함된다.
도 3은, 예를 들어 부극 집전체(13a)와 함께 부극 탭(15)을 도 2의 저부[하부 외장 부재(17)]측으로부터 본 평면도에 상당하고, 부극 탭(15)은 그 길이가 짧게 그려져 있지만, 부극 탭(15)은 임의의 길이로 연장할 수 있다. 그리고, 하나의 실시예로서는, 복수의 도전부(151)와 절연부(152)를 포함하는 부극 탭(15)은 전체적으로 유연성을 갖는 케이블 형상을 이루고, 구부리거나 비트는 것이 가능하다. 혹은 다른 실시예에 있어서는, 절연부(152)를 비교적 강성이 높은 수지 재료로 형성하여, 부극 탭(15)이 그 형상을 유지하도록 해도 된다. 부극 탭(15)의 양 단부에 있어서는, 각 도전부(151)의 단부가 절연부(152)로부터 노출되어 있다. 노출된 한쪽의 단부에 있어서, 도전부(151)는 접합부(20)에 있어서 부극 집전체(13a)에 접합된다. 도전부(151)의 노출된 다른 쪽의 단부는 편평형 전지(1)의 외부의 도시하지 않은 배선에 접속된다.
이상과 같이 구성된 편평형 전지(1)에 따르면, 정극 탭(14) 또는 부극 탭(15)의 전극 탭과, 정극 집전체(11a) 또는 부극 집전체(13a)의 집전체를 접합할 때에, 기계적으로 이들을 압박하거나, 초음파 진동에 의해 발생하는 열에 노출되므로, 전극 탭(14, 15)과 집전체(11a, 13a)가 동일한 재질로 형성되어 있었다고 해도 신축률이 상이한 경우가 있다.
이로 인해, 이 용접 시에, 예를 들어 집전체(11a, 13a)의 쪽이 전극 탭(14, 15)보다 신장되면, 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하거나, 접합부(20)가 박리될 우려가 있다. 마찬가지로, 전극 탭(14, 15)의 쪽이 신장하는 경우에는 전극 탭(14, 15)에 주름이 발생하거나, 접합부(20)가 박리될 우려가 있다. 여기서 도 3에 있어서, 절연부(152)로 덮여 있는 복수의 도전부(151) 중에서 양 단부의 도전부(151)의 거리를 Ic로 하고, 복수의 접합부(20) 중에서 양 단부의 접합부(20)의 거리를 접합간 거리 It로 한다. 예를 들어, 접합할 때의 열의 영향에 의해, 부극 집전체(13a)가 신장되어, 거리 Ic가 신장된 경우에는, 접합간 거리 It가 신장에 추종하도록 변화되지 않으면, 부극 탭(15) 또는 부극 집전체(13a)에 주름이 발생하거나, 접합부(20)가 박리될 우려가 있다.
그러나, 본 예의 편평형 전지(1)에서는, 전극 탭(14, 15)에, 도전부(15)보다 높은 신축성의 재료로 형성되는 절연부(152)를 형성하고 있다. 이에 의해, 용접 접합 시에, 열에 의해, 예를 들어 집전체(11a, 13a)가 팽창되어 신장하는 경우에는, 절연부(152)가 추종하여 신장되어, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지한다. 또한, 예를 들어 용접 후의 온도 강하 시에 집전체(11a, 13a)가 수축하는 경우에는, 절연부(152)가 추종하여 수축하여, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지한다. 이에 의해, 접합부(20)에, 용접 접합에 의한 응력이 집중하지 않고, 응력이 절연부(152)에 의해 완화되므로, 접합부(20)가 박리되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 예는, 전극 탭(14, 15)에 케이블 형상의 복수의 도전부(151)를 설치하고, 복수의 도전부(151) 사이에 절연부(152)를 형성한다. 용접 접합에 의해 집전체(11a, 13a)가 신축한 경우에, 복수의 접합부(20) 사이의 거리가 변화되지만, 도전부(151)를 복수 설치하므로, 당해 도전부(151) 사이의 거리가 신축에 추종하여 변화되고, 또한 절연부(152)에 의해, 신축에 수반하는 응력을 완화할 수 있다.
또한, 본 예는 용접 접합에 의한 응력을 완화하기 위해, 절연부(152)를 전극 탭(14, 15)에 설치하지만, 절연부(152) 대신에, 도전부(151)보다 신축률이 큰 도체 등의 별도의 부재를, 응력 완화 부재로서 사용해도 된다. 또한, 본 예는 도전부(151)를 평형의 케이블로 하였지만, 단면 원형의 케이블로 해도 되고, 또한 반드시 케이블일 필요는 없다.
또한, 본 예의 절연부(152)는 본 발명의 「응력 완화부」에 상당한다.
《제2 실시 형태》
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭(15)과 부극 집전체(13a)의 접합 부분을 도시하는 평면도이고, 외장 부재(16, 17) 및 발전 요소(18)의 도시는 생략한다. 또한, 편평형 전지(1) 전체의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 실시 형태와 동일하다. 또한, 정극 탭(14)과 정극 집전체(11a)의 접합 부분도 도 1 및 도 2와 동일한 구성으로 되어 있다.
도 5에 도시하는 본 예의 부극 탭(15)은 도 3에 도시하는 부극 탭(15)에 비해, 슬릿(153)이 형성되어 있는 점이 상이하다. 그 밖의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태의 기재를 적절하게 원용한다.
부극 탭(15)에는 복수의 도전부(151) 사이에 슬릿(153)이 형성되어 있다. 슬릿(153)은 부극 집전체(13a)측의 단부면으로부터, 외장 부재(16, 17)의 외주연을 향해, 절연부(152)에 컷팅부를 형성함으로써 형성되어 있다. 슬릿(153)은 도전부(151)의 중심축의 축방향을 따라서 컷팅되어 있고, 슬릿(153)의 종단부가, 당해 축방향의 절연부(152)의 중앙 부근으로 되도록 형성되어 있다. 또한, 슬릿(153)의 폭은 복수의 도전부(151) 사이의 거리의 1/2 이상이고, 도전부(151)의 폭 방향(축방향에 수직인 방향)의 길이 미만인 것이 바람직하다. 이에 의해, 접합 시의, 복수의 도전부(151)의 신축이 슬릿(153)에 의해 완화된다.
상기와 같이, 본 예에서는 절연부(152)에, 집전체(11a, 13a)로부터 외장 부재(16, 17)의 외주연을 향해 슬릿(153)을 형성한다. 이에 의해, 접합부(20)의 용접 접합에 의해, 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)이 신장하는 경우에, 슬릿(153)이 넓어지므로, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)이 수축하는 경우에, 슬릿(153)이 좁아지므로, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 예는, 절연부(152)에 슬릿(153)을 형성함으로써, 용접 접합 시의 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)의 응력에 비해, 작은 힘으로 절연부(152)가 신축하여, 절연부(152)가 신축하기 쉬워진다. 이에 의해, 접합부(20)에 가해지는 응력 부하를 경감시킬 수 있다.
또한 본 예는, 도 5에 도시한 바와 같이, 복수의 도전부(151) 사이에 1개의 슬릿(153)을 형성하지만, 도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 도전부(151) 사이에 복수의 슬릿(153)을 형성하여, 복수의 도전부(151) 사이에 파선 형상이 되는 컷팅부를 넣어도 된다. 도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭(15)과 부극 집전체(13a)의 접합 부분을 도시하는 평면도로, 도 5에 대응하는 도면이다. 또한, 슬릿(153)에 의해 형성되는 파선의 길이는 도전부(151)의 축방향의 길이의 1/2 이상이고, 당해 축방향을 따르는 절연부(152)의 길이 미만이 바람직하다.
또한 본 예는, 슬릿(153) 대신에, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 오목부(154)를 형성해도 된다. 도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 부극 탭(15)과 부극 집전체(13a)의 접합 부분을 도시하는 평면도로, 도 5에 대응하는 도면이다. 도 8은 도 7의 B-B선을 따르는 단면도이다. 오목부(154)는 복수의 도전부(151) 사이에 형성되고, 절연부(152)의 주면 상에, 도전부(151)의 축방향을 따라서 형성된다. 절연부(152)에 있어서, 오목부(154)가 형성되는 부분의 두께는 오목부(154)가 형성되지 않은 부분의 두께보다 작다. 또한, 도전부(151)의 축방향을 따르는 오목부(154)의 길이는 도전부(151)의 축방향의 길이의 1/2 이상이고, 당해 축방향을 따르는 절연부(152)의 길이 미만이 바람직하다. 이에 의해, 접합부(20)의 용접 접합에 의해, 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)이 신장하는 경우에, 오목부(154)를 갖는 부분이 신축하기 쉬워지므로, 접합부(20)에 가해지는 응력의 부하를 경감시킬 수 있다. 또한 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시하는 본 예에 있어서는, 오목부(154)를 절연부(152)의 편면의 주면 상에 형성하였지만, 도 9에 도시한 바와 같이, 오목부(154)를 절연부(152)의 양면의 주면 상에 형성해도 된다. 도 9는 부극 탭(15)의 부분 단면도로, 도 8에 대응하는 도면이다.
또한, 본 예의 슬릿(153)은 본 발명의 「컷팅부」에 상당한다.
《제3 실시 형태》
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 편평형 전지의 단면도이고, 외장 부재(16, 17)의 도시는 생략한다. 또한, 편평형 전지(1) 전체의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 실시 형태와 동일하다.
본 예의 편평형 전지(1)는 제1 실시 형태에 관한 편평형 전지에 비해, 전극 탭(14, 15)과 집전체(11a 및 13a)의 접합 부분의 구성이 다르다. 이 이외의 부분은 제1 및 제2 실시 형태의 기재를 적절하게 원용한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 예의 편평형 전지(1)는 4매의 부극판(13)과 3매의 정극판(11)이 교대로 적층되어 있다. 4매의 부극 집전체(13a) 중, 상층측의 2매의 부극 집전체(131a, 131b)는 부극 탭(15a)에 용접에 의해 접합되어 있고, 하층측의 2매의 부극 집전체(131c, 131d)는 부극 탭(15b)에 용접에 의해 접합되어 있다. 3매의 정극 집전체(11a) 중, 상층측의 1매의 정극 집전체(111a)는 정극 탭(14a)에 용접에 의해 접합되어 있고, 하층측의 2매의 정극 집전체(111b, 111c)는 정극 탭(14b)에 용접에 의해 접합되어 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 전극 탭(14, 15) 및 집전체(11a, 13a)는 외장 부재(16, 17)에 의해 밀봉되는 위치의 부근에서 접합되어 있다. 본 예에서는, 전극 탭(14, 15) 및 집전체(11a, 13a)는 제1 실시 형태의 접합 위치에 비해, 보다 발전 요소(18)에 가까운 측의 위치에서 접합되어 있다.
전극 탭(14, 15)은 외장 부재(16, 17)에 의해 밀봉되는 위치로부터 집전체(11a, 13a)를 향해 도입되어 있고, 편평형 전지(1)의 내부 공간의 도중에, 상하의 2층으로 분기되어 있다. 즉, 부극 탭(15)의 일단부는 부극 탭(15a) 및 부극 탭(15b)으로 분기되고, 정극 탭(14)은 정극 탭(14a) 및 정극 탭(14b)으로 분기되어 있다.
다음에, 부극 탭(15)과 집전체(13a)의 접합 부분에 대해, 도 11을 사용하여 설명한다. 도 11은 부극 탭(15a, 15b)과 부극 집전체(131a, 131b, 131c, 131d)의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이고, 외장 부재(16, 17) 및 발전 요소(18)의 도시는 생략한다. 또한, 정극 탭(14)과 정극 집전체(11a)의 접합 부분에 대해서는, 부극측과 동일하므로 설명을 생략한다.
부극 탭(15a)에 포함되는 복수의 도전부(151) 및 부극 탭(15b)에 포함되는 복수의 도전부(151)는 각각 절연부(152)에 덮여 있다. 그로 인해, 부극 탭(15a)의 도전부(151)와 부극 탭(15b)의 도전부(151)는 편평형 전지(1)의 내부 공간에 있어서, 각각 절연되어 있다. 부극 탭(15a)의 도전부(151)는 접합부(20)에 의해 부극 집전체(131a, 131b)에 접합되어 있고, 부극 탭(15b)의 도전부(151)는 접합부(20)에 의해 부극 집전체(131c, 131d)에 접합되어 있다. 이에 의해, 절연부(152)는 부극 탭(15a)의 도전부(151)와 부극 탭(15b)의 도전부(151) 사이에서, 부극 집전체(13a)로부터 외장 부재(16, 17)의 외주연을 향해, 일부 분할되어 있는 형상으로 되고, 당해 분할되어 있는 부분이 슬릿(155)으로 된다.
그런데, 본 예와는 달리, 복수의 판형상의 집전체를 1매의 판형상의 전극 탭에 접합하는 경우에는, 당해 집전체 및 전극 탭의 폭에 대응시켜 접합부(20)를 설치해야만 하므로, 양 단부의 접합부(20) 사이의 거리가 길어진다. 그리고, 용접 접합에 의해, 집전체 또는 전극 탭이 신축하는 경우에, 양 단부의 접합부(20) 사이의 거리가 길기 때문에, 당해 접합부(20) 사이의 거리에 있어서의 신축이 커져, 접합부(20)에 있어서의 응력 부하가 높아진다.
한편, 본 예는 부극 집전체(131a, 131b)와 부극 탭(15a)을 접합하고, 부극 집전체(131c, 131d)와 부극 탭(15b)을 접합한다. 또한 정극측에 대해, 정극 집전체(111a)와 정극 탭(14a)을 접합하고, 정극 집전체(111b, 111c)와 정극 탭(14b)을 접합한다. 그로 인해, 전극 탭(14, 15)의 폭이 분기되어, 복수의 집전체(131a, 131b, 131c, 131d) 또는 복수의 집전체(111a, 111b, 111c)에 접합되므로, 각각의 접합 부분에 있어서, 양 단부의 접합부(20) 사이의 거리(도 3의 길이 It에 상당)가 짧아지므로, 접합부(20)에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있다. 그 결과로서, 전극 탭(14, 15) 또는 집전체(11a, 13a)의 주름의 발생 및 접합부(20)의 박리를 방지할 수 있다.
또한 본 예에 있어서, 절연부(152)는 부극 탭(15a)의 도전부(151)와 부극 탭(15b)의 도전부(151)를 편평형 전지(1)의 내부 공간에서 절연한다. 그로 인해, 발전 요소(18)의 기전력에 의해 흐르는 전류는 부극 탭(15a)의 도전부(151) 및 부극 탭(15b)의 도전부(151)를 각각 독립하여 도통된다. 또한 편평형 전지(1)를 충전할 때에, 충전 전류를, 부극 탭(15a)의 도전부(151) 및 부극 탭(15b)의 도전부(151)에 각각 독립하여 흘리는 것이 가능해진다. 그로 인해, 충전 또는 방전할 때에, 충방전을 제어하는 제어 부분이, 편평형 전지(1)의 외부 배선과 접속하는 도전부(151)의 도통 경로를 선택함으로써, 부극 탭(15a)에 포함되는 도전부(151)를 선택하여 전류를 흘릴 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 부극 집전체(131c)의 부근에 있어서, 단락 또는 전지의 수명에 의한 열화가 발생하고 있는 경우에, 당해 단락 또는 열화의 부극 집전체(131c)에 접합되는 부극 탭(15c)에 충전 전류를 흘리지 않도록, 외부로부터 제어할 수 있다. 그 결과로서, 충전 전류가 단락 또는 열화가 발생하고 있는 부분으로 흘러, 누전됨으로써 발생하는 전압 저하를 방지할 수 있다. 또한 방전할 때에도, 본 예는, 단락 또는 열화가 발생하고 있는 부분을 피하여 방전 전류를 도출할 수 있으므로, 편평형 전지(1) 내의 전압의 편차를 방지할 수 있다.
또한 본 예에 있어서, 절연부(152)는 부극 탭(15a)의 도전체(151)와 부극 탭(15b)의 도전체(151) 사이에 슬릿(155)을 형성한다. 이에 의해, 접합부(20)의 용접 접합에 의해, 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)이 신장하는 경우에, 슬릿(155)이 넓어지므로, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)이 수축하는 경우에, 슬릿(155)이 좁아지므로, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 예의 슬릿(155)이 본 발명의 「컷팅부」에 상당한다.
《제4 실시 형태》
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 편평형 전지의 단면도이고, 외장 부재(16, 17)의 도시는 생략한다. 또한, 편평형 전지(1) 전체의 구성에 대해서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 상기 실시 형태와 동일하다.
본 예의 편평형 전지(1)는 제1 실시 형태에 관한 편평형 전지에 비해, 전극 탭(14, 15)과 집전체(11a 및 13a)의 접합 부분의 구성이 다르다. 이 이외의 부분은 제1, 제2 및 제3 실시 형태의 기재를 적절하게 원용한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 예의 편평형 전지(1)는 4매의 부극판(13)과 3매의 정극판(11)이 교대로 적층되어 있다. 4매의 부극 집전체(13a) 중, 상층측으로부터 부극 집전체(131a)는 부극 탭(15a)에 용접에 의해 접합되어 있고, 상층측으로부터 순서대로, 부극 집전체(131b)는 부극 탭(15b)에, 부극 집전체(131c)는 부극 탭(15c)에, 부극 집전체(131d)는 부극 탭(15d)에, 용접에 의해 접합되어 있다. 또한 정극측에 대해, 3매의 정극 집전체(11a) 중, 상층측으로부터 정극 집전체(111a)는 정극 탭(14a)에 용접에 의해 접합되어 있고, 상층측으로부터 순서대로, 정극 집전체(111b)는 정극 탭(14b)에, 정극 집전체(111c)는 정극 탭(14c)에, 용접에 의해 접합되어 있다.
제1 실시 형태에 있어서는, 전극 탭(14, 15) 및 집전체(11a, 13a)는 외장 부재에 의해 밀봉되는 위치의 부근에서 접합되어 있다. 본 예에서는, 전극 탭(14, 15) 및 집전체(11a, 13a)는 제1 실시 형태의 접합 위치에 비해, 보다 발전 요소(18)에 가까운 측의 위치에서 접합되어 있다.
전극 탭(14, 15)은 외장 부재(16, 17)에 의해 밀봉되는 위치로부터 집전체(11a, 13a)를 향해 도입되어 있다. 부극 탭(15)은 편평형 전지(1)의 내부 공간의 도중에 4층으로 분기되어 있고, 정극 탭(14)은 편평형 전지(1)의 내부 공간의 도중에 3층으로 분기되어 있다. 즉, 부극 탭(15)의 일단부는 부극 탭(15a), 부극 탭(15b), 부극 탭(15c) 및 부극 탭(15)으로 분기되고, 정극 탭(14)의 일단부는 정극 탭(14a), 정극 탭(14b) 및 정극(14c)으로 분기되어 있다.
다음에, 부극 탭(15)과 집전체(13)의 접합 부분에 대해, 도 13을 사용하여 설명한다. 도 13은 부극 탭(15a, 15b, 15c, 15d)과 부극 집전체(131a, 131b, 131c, 131d)의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이고, 외장 부재(16, 17) 및 발전 요소(18)의 도시는 생략한다. 또한, 정극 탭(14)과 정극 집전체(11a)의 접합 부분에 대해서는, 부극측과 동일하므로 설명을 생략한다.
부극 탭(15)에 포함되는 복수의 도전부(151)는 각각 절연부(152)에 덮여 있다. 그로 인해, 부극 탭(15)의 도전부(151)는 편평형 전지(1)의 내부 공간에 있어서, 각각 절연되어 있다. 부극 탭(15a)의 도전부(151)는 접합부(20)에 의해 부극 집전체(131a)에 접합되어 있고, 다른 도전부(151)도 마찬가지로, 접합부(20)에 의해 부극 집전체(131b, 103c, 103d)에 각각 접합되어 있다.
상기와 같이, 본 예는 복수의 부극 집전체(131a, 131b, 131c, 131d)의 수에 대응시켜, 부극 탭(15)을 부극 탭(15a, 15b, 15c, 15d)으로 분기하고, 각각의 부극 집전체(131a, 131b, 131c, 131d)와, 각각의 부극 탭(15a, 15b, 15c, 15d)을 대응시켜 접합한다. 그리고, 부극 탭(15)를 분기함으로써, 절연부(152)에 있어서, 각 부극 탭(15a, 15b, 15c, 15d) 사이에 슬릿(155)이 형성된다. 이에 의해, 각각의 접합 부분에 있어서, 양 단부의 접합부(20) 사이의 거리가 짧아지므로, 접합부(20)에 가해지는 응력을 완화시킬 수 있다. 그 결과로서, 전극 탭(14, 15) 또는 집전체(11a, 13a)의 주름의 발생 및 접합부(20)의 박리를 방지할 수 있다.
또한 본 예는, 절연부(152)에 의해, 편평형 전지(1)의 내부 공간 내에서, 부극 탭(15a, 15b, 15c, 15d)에 포함되는 도전부(151) 사이를 절연한다. 그로 인해, 발전 요소(18)의 기전력에 의해 흐르는 전류는 각 도전부(151)를 각각 독립하여 도통한다. 또한 편평형 전지(1)를 충전할 때에, 충전 전류를, 각 도전부(151)에 각각 독립하여 흘리는 것이 가능해진다. 그로 인해, 충전 또는 방전할 때에, 충방전을 제어하는 제어 부분이, 편평형 전지(1)의 외부 배선과 접속하는 도전부(151)의 도통 경로를 선택함으로써, 각 도전부(151)를 선택하여 전류를 흘릴 수 있다. 이에 의해, 단락 또는 열화되어 있는 부극 집전체(13a)에 접합되는 부극 탭(15)에 충전 전류를 흘리지 않도록 외부로부터 제어할 수 있다. 그 결과로서, 충전 전류가 단락 또는 열화가 발생하고 있는 부분으로 흘러, 누전됨으로써 발생하는 전압 저하를 방지할 수 있다. 또한 방전할 때에도, 본 예는, 단락 또는 열화가 발생하고 있는 부분을 피하여 방전 전류를 도출할 수 있으므로, 편평형 전지(1) 내의 전압의 편차를 방지할 수 있다. 또한 정극측에 대해서도, 마찬가지로, 누전됨으로써 발생하는 전압 저하 및 편평형 전지(1) 내의 전압의 편차를 방지할 수 있다.
또한 본 예에 있어서, 절연부(152)는 부극 탭(15)에 포함되는 각 도전체(151) 사이에 슬릿(155)을 형성한다. 이에 의해, 접합부(20)의 용접 접합에 의해, 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)이 신장하는 경우에, 슬릿(155)이 넓어지므로, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 집전체(11a, 13a), 또는 전극 탭(14, 15)이 수축하는 경우에, 슬릿(155)이 좁아지므로, 접합부(20)의 접합 강도를 유지하면서 집전체(11a, 13a)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 예는 정극측 또는 부극형의 적어도 한쪽의 극에 있어서, 복수의 전극 탭(14, 15)과 복수의 집전체(11a, 13a)를 대응시켜 설치하고, 대응시켜 접합하면 된다.
《제5 실시 형태》
도 14는 부극 탭(15)과 부극 집전체(13a)의 접합 부분을 확대하여 도시하는 평면도이고, 외장 부재(16, 17) 및 발전 요소(18)의 도시는 생략한다. 또한, 정극 탭(14)과 정극 집전체(11a)의 접합 부분도 동일한 구성으로 되어 있다.
부극 탭(15)과 3매의 부극 집전체(13a)는 초음파 용접에 의해, 예를 들어 6개소의 접합부(20)에서 용접 접합되어 있다. 부극 탭(15)은 케이블 형상으로 되어 있는 도전부(151)와, 이종 도전부(156)와, 도전부(151) 및 이종 도전부(156)를 덮는 절연부(152)를 갖는다. 도전부(151)는 평형 도체의 5개의 케이블이며, 구리 등의 도통성을 가진 재료(도체)로 형성된다. 이종 도전부(156)는 도전부(151)와 다른 도전 재료로 형성되어 있고, 이종 금속의 케이블이다. 이종 도전부(156)에는, 예를 들어 콘스탄탄 등의 도전 재료에 의해 형성된다. 이에 의해 이종 도전부(156)는 도전부(151)와 다른 금속 또는 반도체에 의해 형성된다. 또한, 도전부(151)를 형성하는 5개의 도체 및 이종 도전부(156)를 형성하는 도체(또는 반도체)는 부극 집전체(13a)로부터 외장 부재(16, 17)의 외주연을 향해 연장된 형상으로 되어 있다.
절연부(152)는 평형의 도전부(151) 및 이종 도전부(156)의 측면을 끼움 지지하도록, 각각 도전부(151) 및 이종 도전부(156)를 덮고 있고, 적어도 도전부(151) 중 1개의 도체와 이종 도체부(156)를 절연한다.
부극 탭(15)은, 예를 들어 전술한 바와 같이 전체적으로 유연성을 갖는다. 부극 탭(15)의 양 단부에 있어서 절연부(152)로부터 도전부(151) 및 이종 도전부(156)의 단부가 노출되어 있다. 그리고, 노출된 일단부의 도전부(151) 및 이종 도전부(156)는 접합부(20)에 의해 부극 집전체(13a)에 접합되고, 노출된 타단부의 도전부(151) 및 이종 도전부(156)는 편평형 전지(1)의 외부 배선에 접속된다.
이에 의해, 편평형 전지(1)의 내부 공간에 있어서, 이종 도전부(156)와 도전부(151) 사이는 절연부(152)에 의해 절연된다.
또한, 이종 도전부(156)와 부극 집전체(13a)는 일반적으로 서로 이종의 금속으로 되어, 이종 금속끼리가 접하는 접합부(20)에 있어서 전해질에 의한 부식(전식)의 우려가 있으므로, 그 부식 방지를 위해 이종 도전부(156)의 접합부(20) 상에 수지 테이프를 부착하여 시일하도록 해도 된다.
이상과 같이 구성된 편평형 전지(1)에 따르면, 도전부(151) 및 이종 도전부(156)에 의해, 편평형 전지(1)의 내부 온도를 검출한다. 즉, 도전부(151)와 이종 도전부(156)는 편평형 전지(1)의 내부 공간에서 절연되어 있으므로, 발전 요소(18)로부터의 출력 전류는 도전부(151)와 이종 도전부(156)에 의해, 독립된 도통 경로로 되어, 전지 외부에 도통된다. 여기서, 편평형 전지(1)의 내부의 온도는 도전부(151)와 이종 도전부(156)로 전해져, 도전부(151)와 이종 도전부(156) 사이에 온도차가 발생한다. 그리고, 이종 도전부(156)는 도체부(151)와 다른 도전성 재료로 형성되어 있으므로, 제베크 효과에 의해, 도전부(151)와 이종 도전부(156) 사이에 전압이 발생한다. 도전부(151)와 이종 도전부(156)의 전지 외부측의 일단부는 편평형 전지(1)보다 외부로 도출되어 있으므로, 당해 일단부에 전압 센서 등을 접속하여 전압을 검출함으로써, 편평형 전지(1)의 내부 온도를 검출할 수 있다. 즉, 도전부(151)와 이종 도전부(156)는 전압 센서의 접점으로 되고, 당해 전압 센서는 전지의 내부 온도를 검출하기 위한 센서로 된다.
종래, 편평형 전지(1)의 충방전을 제어하기 위해, 전지 온도를 계측할 때에는, 전지의 외부에 열전대 등의 온도 센서를 설치하여, 전지 내부의 온도를 간접적으로 계측하고 있었다. 그러나, 전지의 외장 부재(16, 17)에 열전체를 설치하여 전지 온도를 검출하는 경우에는, 외장 부재(16, 17)를 통해 간접적으로 온도를 계측하므로, 전지 내부의 온도 상승에 비해, 응답성이 충분하다고 할 수 없었다. 본 예에서는, 도전부(151)와 이종 도전부(156)를 사용하여, 전지 내부의 온도를 계측할 수 있으므로, 전지의 외부에 온도 센서를 설치하여 온도를 계측하는 경우에 비해, 전지의 온도 변동에 대한 응답성을 높일 수 있어, 전지의 내부 온도의 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 예는 도전부(151) 및 이종 도전부(156)를 케이블로 하였지만, 반드시 케이블일 필요는 없고, 예를 들어 박형 판형상의 금속 탭이어도 된다. 또한, 도전부(151)는 5개의 도체에 의해 형성되어 있지만, 5개일 필요는 없고, 적어도 전극 탭(14, 15)에, 다른 2종류 이상의 금속 또는 반도체, 혹은 금속 및 반도체에 의해 탭을 형성하여, 집전체(11, 13)에 접합되어 있으면 된다.
(실시예)
본 발명에 관한 편평형 전지를 보다 구체화한 것을 제작하여, 절연부(152) 및 슬릿(155)의 효과를 평가하였으므로 제1 실시예 및 제2 실시예에 설명한다. 또한, 이종 도전부(156)의 효과를 평가하였으므로 제3 실시예에 설명한다.
《제1 실시예》
도 3에 도시하는 형태의 부극 탭(15)을 사용하여, 도 15에 도시한 바와 같이, 6개소의 접합부(20)에서, 부극 탭(15)과 3매의 부극 집전체(13a)를 초음파 용접에 의해 접합하여, 접합된 부극 탭(15) 및 부극 집전체의 샘플을 10개(N＝10) 작성하였다.
초음파 용접 후의 부극 집전체(13a)를 육안으로 관찰하여 주름의 발생의 유무를 평가하였다. 또한, 200℃의 항온조에 30분 보유 지지한 후의 부극 집전체(13a)를 육안으로 관찰하여 주름의 발생의 유무를 평가하였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.
《제2 실시예》
도 13에 도시하는 형태의 부극 탭(15)을 사용하여, 도 16에 도시한 바와 같이, 각각 2개소의 접합부(20)에서, 부극 탭(15a)과 부극 집전체(131a)를 초음파 용접에 의해 접합하고, 부극 탭(15b) 및 부극 집전체(131b), 부극 탭(15c) 및 부극 집전체(131c)를 용접 접합하였다. 그리고, 접합된 부극 탭(15) 및 부극 집전체의 샘플을 10개(N＝10) 작성하였다.
제1 실시예와 마찬가지로, 초음파 용접 후 및 200℃×30분 후의 주름의 발생의 유무를 육안으로 평가하였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.
《제1 비교예》
제1 실시예 및 제2 실시예의 비교예로서, 절연부(152)를 갖지 않는 부극 탭을 사용하여, 도 17에 도시한 바와 같이, 6개소의 접합부에서 부극 탭(15)과 3매의 부극 집전체(131a, 131b, 131c)를 초음파 용접하여, 접합된 부극 탭(15) 및 부극 집전체의 샘플을 10개(N＝10) 작성하였다.
제1 실시예 및 제2 실시예와 마찬가지로, 초음파 용접 후 및 200℃×30분 후의 주름의 발생의 유무를 육안으로 평가하였다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.
상기 표 1의 결과로부터, 제1 비교예에서는 초음파 용접 직후에 집전체에 발생하는 주름의 발생률이 60％(10개 중 6개) 확인되어 있었지만, 제1 실시예에서는 겨우 10％, 제2 실시예에서는 0％로 저감시킬 수 있었다. 또한, 200℃×30분 후에 있어서, 제1 비교예의 주름의 발생률은 100％로 증가한 것에 비해, 제1 실시예는 겨우 10％, 제2 실시예에서는 0％까지 억제되었다.
《제3 실시예》
도 18 및 도 19에 도시한 바와 같이, 부극 탭(15)을 4층의 부극 탭(15a, 15b, 15c, 15d)으로 분기하고, 부극 탭(15a)을 부극 집전체(131a)에 초음파 용접에 의해 접합하고, 부극 탭(15b)을 부극 집전체(131b)에, 부극 탭(15c)을 부극 집전체(131c)에, 부극 탭(15d)을 부극 집전체(131d)에, 초음파 용접에 의해 접합하였다. 그리고, 부극 탭(15b)은 도 14에 도시하는 부극 탭을 사용하고 있고, 부극 탭(15b)은 5개의 도전부(151)와 1개의 이종 도전부(156)를 설치하였다.
이종 도전부(156)는 콘스탄탄에 의해 형성하여, 구리로 이루어지는 도전부(151)와 함께, 수지 재료로 덮고, 유연성을 갖는 부극 탭(15b)을 형성하였다. 그리고, 부극 탭(15b)에 있어서, 이종 도전부(156) 및 당해 이종 도전부(156)의 이웃하는 도전부(155)의 접합부의 부근이며, 전해액과 접하는 부분을 보호 테이프(200)로 커버하였다.
또한, 정극측은 3매의 정극 집전체를 설치하여, 정극 탭을 3층의 탭으로 분기하고, 3층의 전극 탭은 3매의 정극 집전체에 각각 용접 접합하였다. 접합 부분에 대해서는, 부극측과 동일하지만, 정극 탭에는 이종 도전부(156)를 설치하고 있지 않은 점이 다르다.
알루미늄제의 외장 부재(15, 16)에 의해, 발전 요소를 패킹하여, 전해액을 주입하고, 밀봉하여 편평형 전지(1)를 작성하였다.
시험 방법에 대해, 상기 편평형 전지(1)의 충전 상태(SOC:State of Charge) 10％의 상태로부터 정상의 충전 전류를 흘려, SOC 80％까지 충전한다. 그리고, SOC가, 10％로부터 80％까지의 10％ 피치의 도달 시점에서, 전지의 내부 온도를 측정하였다. 전지의 내부 온도는, 이종 도전부(156)와 도전부(151) 사이의 전위차를, 전압 센서로 계측하고, 당해 센서의 검출 전압과, 이종 도전부(156)와 도전부(151)에 포함되는 금속에 기초하는 펠티에 계수를 사용하여 연산함으로써, 내부 온도를 검출하였다. 측정 결과를 도 20에 나타낸다.
《제2 비교예》
제3 실시예의 비교예로서, 이종 도전부(156) 대신에 도전부(151)를 사용하고, 다른 부분은 제3 실시예와 마찬가지로 한 편평형 전지를 작성하였다.
그리고, 도 19에 도시한 바와 같이, 외장 부재(16)에 열전체(300)를 부착하여, 전지의 외부 온도를 측정하였다. 외부 온도의 측정 방법은 제3 실시예와 마찬가지로, 상기 편평형 전지의 SOC 10％의 상태로부터 정상의 충전 전류를 흘려, SOC 80％까지 충전한다. 그리고, SOC가, 10％로부터 80％까지의 10％ 피치의 도달 시점에서, 전지의 외부 온도를 측정하였다. 측정 결과를 도 20에 나타낸다.
도 20은 제3 실시예 및 제2 비교예의 편평형 전지에 있어서의, SOC에 대한 온도 특성을 나타내고, 횡축은 SOC를, 종축은 전지 온도를 나타낸다. 도 20의 측정 결과에 있어서, ○표는 제3 실시예를 나타내고, △표는 제2 비교예를 나타낸다. 또한, 횡축의 SOC에 대해, 상기와 같이, 정전류로 충전을 행하므로, SOC는 시간에 대해 비례하여 상승한다. 그로 인해, 도 20의 횡축은 시간축으로 볼 수도 있다.
도 20의 결과로부터, 제3 실시예는 제2 비교예에 비해, 온도 상승의 시간이 빠른 것이 확인되었다. 이는, 제2 비교예는 외장 부재(16) 등을 통해 발전 요소(18)의 상승 온도를 간접적으로 검출하므로, 온도 상승의 급상승이 지연된다고 생각된다.
또한, 도 20에 도시한 바와 같이, SOC가 80％에 도달한 시점에서는 제3 실시예 및 제2 비교예에 차가 있었다. 그러나, SOC가 80％인 상태에서, 5분 경과 후의 제2 비교예의 온도를 측정한 경우에는, 제2 비교예의 검출 온도는 제3 실시예와 동일한 37도로 되었다. 이에 의해, 제3 실시예의 쪽이, 편평형 전지(1)의 온도에 대한 응답성이 빠른 것을 확인할 수 있었다.
Claims (10)
- 외장 부재의 외주연을 밀봉하여 형성되는 내부 공간에 수용된 발전 요소와,
상기 발전 요소의 전극판에 접속된 집전체와,
상기 외장 부재의 외주연으로부터 도출된 전극 탭을 구비하고,
상기 전극 탭은 상기 집전체에 중첩하여 접합되는 도전부와, 상기 도전부보다 신축성이 높은 재료로 형성되는 응력 완화부를 갖고,
상기 도전부는 상기 집전체로부터 상기 외주연을 향해 연장된, 동일한 극성의 도체를 복수 갖고,
상기 응력 완화부는 상기 복수의 도체 사이에 형성되고,
상기 도전부와 상기 집전체는 열에 의한 신축률이 상이한, 편평형 전지. - 제1항에 있어서, 상기 전극 탭은 상기 도전부와 다른 도전성 재료로 형성되는 이종 도전부를 갖고, 상기 응력 완화부는 상기 도전부와 상기 이종 도전부를 절연하는, 편평형 전지.
- 제2항에 있어서, 상기 도전부 및 이종 도전부는 상기 내부 공간의 온도를 검출하기 위한 센서의 접점이 되는, 편평형 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응력 완화부에는 상기 집전체로부터 상기 외주연을 향해 컷팅부가 형성되는, 편평형 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 응력 완화부에는 상기 복수의 도체 사이에 오목부가 형성되는, 편평형 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 공간에는 상기 집전체가 복수 적층되어 있고,
상기 전극 탭은 상기 도전부를 복수 갖고,
상기 복수의 집전체 중 하나의 집전체는 상기 복수의 도전부 중 하나의 도전부에 접합되고, 상기 복수의 집전체 중 다른 집전체는 상기 복수의 도전부 중 다른 도전부에 접합되는, 편평형 전지. - 제6항에 있어서, 상기 응력 완화부는 상기 하나의 도전부와 상기 다른 도전부 사이에 형성되고, 또한 컷팅부를 갖는, 편평형 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 공간에는 상기 집전체가 복수 적층되어 있고,
상기 전극 탭은 상기 도전부를 상기 복수의 집전체에 대응시켜 복수 갖고,
상기 복수의 집전체는 상기 복수의 도전부에 대응시켜 접합되는, 편평형 전지. - 제6항에 있어서, 상기 응력 완화부는 상기 복수의 도전부 사이를 절연하는, 편평형 전지.
- 제8항에 있어서, 상기 응력 완화부는 상기 복수의 도전부 사이를 절연하는, 편평형 전지.
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