KR101589811B1

KR101589811B1 - 이차 전지

Info

Publication number: KR101589811B1
Application number: KR1020140044819A
Authority: KR
Inventors: 고이치 다니야마
Original assignee: 미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2016-01-28
Also published as: KR20140125305A; JP6163847B2; JP2014211974A; CN104112835B; CN104112835A

Abstract

본 발명은, 이상 발열한 경우에 세퍼레이터가 수축되는 것을 방지함과 함께, 세퍼레이터간에 가스를 저류하기 어려운 구조를 가진 이차 전지를 제공한다. 이차 전지는, 제1 변과 제1 변의 대변에 위치하는 제2 변을 갖는 세퍼레이터를 사이에 두고 정극 및 부극을 교대로 적층하여 형성된 코어를 구비한다. 세퍼레이터는, 적층 방향으로 인접하는 적어도 한쪽의 세퍼레이터에 대하여 접착부와 비접착부가 교대로 형성되도록 단속적으로 접합된 접합 영역을 갖는다. 이 접합 영역은, 제1 변끼리가 단속적으로 접합된 제1 접합 영역과, 제2 변끼리가 단속적으로 접합된 제2 접합 영역을 포함한다.

Description

이차 전지{RECHARGEABLE BATTERY}

본 발명은, 세퍼레이터를 사이에 두고 정극과 부극이 교대로 적층된 구조를 가진 이차 전지에 관한 것이다.

전지로서, 비수전해질 이차 전지, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지가 있다. 이 이차 전지는, 세퍼레이터를 사이에 두고 정극과 부극이 다층으로 적층된 코어(내부 구조)를 갖고 있다. 세퍼레이터는, 전극끼리가 접촉하는 것을 방지함과 함께 리튬 이온이나 전해액을 이동시키는 기능을 갖고 있다. 이들 기능을 만족하기 위해, 세퍼레이터는 다공질 시트와 같은 고분자 수지가 사용되고 있으며, 온도 조건에 따라 연화, 융해된다. 이러한 세퍼레이터를 갖는 이차 전지는, 세퍼레이터의 이 성질을 이용함으로써 온도 상승을 수반하는 비정상 충전 및 방전을 억제하고 있다.

이차 전지에 대한 과충전이나 전극끼리의 단락 등에 의해, 이차 전지의 온도가 상승한 경우, 이 세퍼레이터는 적절하게 연화 및 융해되어 정극과 부극의 사이를 리튬 이온이 이동하는 것을 정지하고, 그 이후의 충방전을 불가능하게 하는 기능도 갖고 있다. 세퍼레이터의 이 기능을 「셧 다운」이라 칭하고 있다.

또한, 이 셧 다운 기능에도 한계가 있으며, 셧 다운 기능을 발휘하는 온도를 초과하여 이차 전지의 온도가 더욱 상승하면, 세퍼레이터가 필요 이상으로 연화 및 융해되어 수축되는 경우가 있다. 특히, 이상 발열이 발생하면, 내부에 열이 들어가 중심 부분부터 먼저 온도가 상승한다. 세퍼레이터는 판상 전극보다도 외주 치수가 다소 크게 만들어져 있지만, 이차 전지의 중앙 부분에서 온도가 높아지면 중앙 부분부터 수축이 진행된다. 그 결과, 전극은 그 일부가 노출되어, 서로 접촉 및 단락하게 된다. 이차 전지가 이 상황으로 되는 것을 「멜트 다운」이라 칭하고 있다.

셧 다운 기능을 살리면서 멜트 다운을 방지하기 위해, 융점이 상이한 복수의 소재를 적층한 다층 구조의 세퍼레이터를 제조하는 것이 검토되고 있다. 예를 들어, 가장 간편한 방법으로서, 폴리이미드 등의 고융점 소재를 사용한 부직포와 폴리프로필렌 등의 저융점 소재를 사용한 미세 다공막을 2매 겹쳐서 사용하는 세퍼레이터가 특허문헌 1에 개시되어 있다.

이 특허문헌 1에는, 세퍼레이터를 주름 접기로 형성하고, 되접은 각각의 측으로부터 전극 시트가 삽입된 이차 전지가 개시되어 있다. 이 이차 전지는, 전극 시트의 표면에 전극 활물질층을 갖고 있으며, 제조 과정의 다양한 응력에 의해 전극 활물질층이 박리되어 탈락하면, 세퍼레이터를 손상시켜 단락 등의 원인으로 되기 때문에, 세퍼레이터가 되접히는 절곡부에 전극 활물질층을 도공하지 않는 범위를 형성하고 있다.

특허문헌 2에 기재된 적층식 전지는, 복수매의 정극과 부극이 세퍼레이터를 개재하여 교대로 적층된 적층 전지체를 구비한다. 이 때 세퍼레이터는, 적층 방향으로 인접하는 한 쌍마다 주연부의 적어도 일부에서 서로 접합되어 주머니 형상으로 형성되어 있다. 주머니 형상으로 형성된 세퍼레이터에는 정극이 삽입되어 있다. 정극이 넣어진 주머니 형상 세퍼레이터와 부극이 적층되어, 적층 전극체가 구성되어 있다. 서로 접합된 한 쌍의 세퍼레이터의 접합부는, 적층 방향에 있어서의 중앙부 영역에 위치하는 세퍼레이터 쪽이, 적층 방향으로 양단부에 위치하는 세퍼레이터보다도 접합의 비율을 작게 하고 있다.

일본 특허 공개 제2012-114075호 공보 일본 특허 공개 제2012-69378호 공보

그러나, 특허문헌 1과 같이, 세퍼레이터의 수축을 억제하기 위해 재질이 상이한 것으로 다층 구조로 한 세퍼레이터는, 세퍼레이터의 제조 비용이 든다. 그리고, 적층 구조의 세퍼레이터를 열 용착하는 것은 용이하지 않다.

또한, 이차 전지가 이상 발열하는 상황에서는, 수소 가스가 발생하는 경우가 있다. 발생한 가스가 이차 전지의 내부에 지나치게 저류되면, 내압에 의해 이차 전지의 케이스를 변형시키거나 파손시킨다. 그 때문에, 설정된 압력보다도 내압이 높아진 경우에 개방되는 안전 밸브가 케이스에 설치되어 있다. 그러나, 이와 같은 가스는 세퍼레이터를 통과할 수 없기 때문에, 특허문헌 1과 같이 주름 접기되거나 연속적으로 용착된 부분의 내측에 저류되면, 가스는 세퍼레이터의 밖으로 배출되기 어려워져, 이차 전지의 케이스를 변형시키는 요인으로 된다.

특허문헌 2의 적층식 전지의 경우, 적층 방향으로 인접하는 한 쌍의 세퍼레이터마다 주머니 형상으로 접합되어 있으며, 그 접합부는 접착부의 비율을 적층 방향으로 하층부와 상층부에서 바꾸고 있다. 특허문헌 2에서는, 전지 내의 전해액의 확산성(액이 돌아가는 것), 즉 전극판의 중앙부까지 전해액이 균질하게 침투하는 것을 고려한 것으로, 세퍼레이터가 수축하는 것이나 세퍼레이터의 사이에 가스가 저류되는 것을 고려하고 있는 것은 아니다.

따라서, 본 발명은, 이상 발열한 경우에 세퍼레이터가 수축되는 것을 방지함과 함께, 세퍼레이터간에 가스를 저류하기 어려운 구조를 가진 이차 전지를 제공한다.

본 발명에 관한 일 실시 형태의 이차 전지는, 제1 변과 제1 변의 대변에 위치하는 제2 변을 갖는 세퍼레이터를 사이에 두고 정극 및 부극이 교대로 적층하여 형성된 코어를 구비한다. 세퍼레이터는, 적층 방향으로 인접하는 적어도 한쪽의 세퍼레이터에 대하여 접착부와 비접착부가 교대로 형성되도록 코어의 각 층에 있어서 단속적으로 접합된 접합 영역을 갖는다. 이 접합 영역은, 제1 변끼리가 단속적으로 접합된 제1 접합 영역과 제2 변끼리가 단속적으로 접합된 제2 접합 영역을 포함한다.

이때, 세퍼레이터는, 적층 방향으로 한쪽측에서 인접하는 한쪽측 세퍼레이터에 대하여 제1 접합 영역에서 접합되고, 적층 방향으로 반대측에서 인접하는 반대측 세퍼레이터에 대하여 제2 접합 영역에서 접합된다.

또한, 이차 전지가 코어를 저장하는 용기와, 이 용기의 외주벽에 설치되고 설정된 내압을 초과하는 경우에 개방되는 안전 밸브를 더 구비하는 경우, 안전 밸브에 대치하는 범위에 설치되는 접착부를, 그 이외의 접착부보다도 정극 및 부극의 외주를 따르는 방향으로 작게 하고, 안전 밸브에 대치하는 범위에 설치되는 비접착부를, 그 이외의 비접착부보다도 정극 및 부극의 외주를 따르는 방향으로 크게 한다. 또한, 접착부가 정극 및 부극의 외주로부터 이격되는 방향으로 폭을 갖고 있는 이차 전지의 경우, 정극 및 부극의 외주를 따르는 방향에 있어서의 세퍼레이터의 내주측의 접합 길이를 세퍼레이터의 외주측의 접착 길이보다도 짧게 한다. 또한, 접착부의 세퍼레이터의 외주측의 접착 길이는, 비접착부의 세퍼레이터의 외주측의 비접착 길이보다도 길게 한다.

정극 및 부극은, 제1 변 또는 제2 변에 교차하여 세퍼레이터의 외주보다도 외측으로 연장된 정극 집전 단자 및 부극 집전 단자를 갖고 있다. 이때, 정극 집전 단자 및 부극 집전 단자는, 적층 방향으로 관통하는 복수의 구멍이 형성된 결합부를 적어도 접합 영역을 가로지르는 범위에 각각 갖고, 세퍼레이터는 적층 방향으로 인접하는 세퍼레이터에 대하여 정극 집전 단자 및 부극 집전 단자의 결합부를 통해 접합된다.

본 발명에 관한 일 실시 형태의 이차 전지에 의하면, 정극 및 부극의 사이에 삽입되어 있는 세퍼레이터가 제1 변과 이 대변에 위치하는 제2 변을 갖고, 적층 방향으로 인접하는 적어도 한쪽의 세퍼레이터에 대하여 접착부와 비접착부가 교대로 형성되도록 코어의 각 층에 있어서 단속적으로 접합된 접합 영역을 갖고, 그 접합 영역은 제1 변끼리가 접합된 제1 접합 영역과 제2 변끼리가 접합된 제2 접합 영역을 포함하기 때문에, 세퍼레이터가 수축되는 것을 억제함과 함께 전극의 표면에 발생한 가스를 비접착부로부터 코어의 밖으로 배출하기 쉽다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 코어를 적층 방향으로 자른 단면도이다.
도 3은 도 2의 F3-F3선을 따른 단면으로 세퍼레이터의 접합 영역을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태의 이차 전지의 코어를 적층 방향으로 자른 단면도이다.
도 5는 도 4의 F5-F5선을 따른 단면으로 세퍼레이터의 접합 영역을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태의 이차 전지의 코어를 적층 방향으로 본 경우의 세퍼레이터의 접합 영역을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태의 이차 전지의 코어를 적층 방향으로 본 경우의 세퍼레이터의 접합 영역을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시 형태의 이차 전지의 코어를 적층 방향으로 본 경우의 세퍼레이터의 접합 영역을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시 형태의 이차 전지의 코어를 적층 방향으로 자른 단면도이다.
도 10은 도 9의 F10-F10선을 따른 단면으로 세퍼레이터의 접합 영역을 도시하는 도면이다.
도 11은 도 10의 결합부를 확대한 도면이다.

본 발명에 관한 제1 실시 형태의 이차 전지(1)에 대하여, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시한 이차 전지(1)는 양단이 개구된 각형의 용기(2)와, 각각 개구부를 밀봉하는 전극 덮개(3)와, 용기(2) 내에 저장되는 코어(적층체)(10)를 갖고 있다. 용기는 금속제의 캔이어도 좋고, 라미네이트 필름으로 형성된 주머니 형상인 것이어도 좋다. 도 1에 도시한 바와 같이 용기(2)는, 외주벽에 안전 밸브(21)를 갖고 있다. 이 안전 밸브(21)는, 미리 설정된 내압을 초과하면 개방되어, 용기(2)가 파손되는 것을 방지한다.

코어(10)는 세퍼레이터(11)를 사이에 두고 정극(12) 및 부극(13)을 교대로 적층하여 구성되어 있다. 도 1에서는, 정극(12), 부극(13) 및 세퍼레이터(11)를 전개한 상태로 나타낸다. 도 1에 도시한 코어(10)는 정극(12) 및 부극(13)을 각각 5매씩 적층하는 구성이지만, 전극의 적층 매수는 이에 한정되지 않는다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 정극(12)은 부극(13)보다도 외형 치수가 한 둘레 작게 형성되어 있다. 세퍼레이터(11)는 부극(13)의 외형 치수보다도 크게 형성되어 있다. 이 세퍼레이터(11)는 제1 변(111) 및 이의 대변에 위치하는 제2 변(112)을 갖고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 정극(12)은, 예를 들어 사각형의 박형의 알루미늄으로 제조된 정극 집전 단자(121)의 양측의 면에 정극 활물질로 되는 정극재(122)가 형성되어 있다. 부극(13)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 사각형의 박형의 구리로 제조된 부극 집전 단자(131)의 양측의 면에 부극 활물질로 되는 부극재(132)가 형성되어 있다. 또한, 정극(12)은, 정극재(122)가 형성된 범위보다도 외측에 정극 집전 단자(121)의 일부가 연장된 정극 리드부(123)를 갖고 있다. 부극(13)은, 부극재(132)가 형성된 범위보다도 외측에 부극 집전 단자(131)의 일부가 연장된 부극 리드부(133)를 갖고 있다. 정극 리드부(123) 및 부극 리드부(133)는 세퍼레이터(11)의 외주보다도 외측으로 연장되어 있다.

본 실시 형태의 경우, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 정극(12)의 정극 리드부(123)는, 세퍼레이터(11)의 제1 변(111)을 가로질러서 연장되는 정극 집전 단자(121)의 일부이며, 각 도면에 있어서 하방으로 연장되어 있다. 또한, 부극(13)의 부극 리드부(133)는, 제1 변(111)의 대변에 위치하는 세퍼레이터(11)의 제2 변(112)을 가로질러서 연장되는 부극 집전 단자(131)의 일부이며, 각 도면 중에 있어서 상방으로 연장되어 있다. 즉, 정극(12)의 정극 리드부(123)와 부극(13)의 부극 리드부(133)는, 서로 반대의 방향으로 연장되어 있다.

세퍼레이터(11)는, 적층 방향으로 인접하는 적어도 한쪽의 세퍼레이터(11)에 대하여 접착부(M)와 비접착부(S)가 교대로 형성되도록 코어(10)의 각 층에 있어서 단속적으로 접합된 접합 영역(K)을 갖고 있다. 이 접합 영역(K)은, 제1 변(111)끼리가 단속적으로 접합된 제1 접합 영역(K1)과, 제2 변(112)끼리가 단속적으로 접합된 제2 접합 영역(K2)을 포함한다. 본 실시 형태의 경우, 도 2에 도시한 바와 같이 적어도 정극 리드부(123)가 연장된 측과 반대측으로 되는 변, 즉 제2 변(112)을 따라 접착부(M)와 비접착부(S)가 교대로 배열되도록 단속적으로 접합된 제2 접합 영역(K2)이 형성되고, 부극 리드부(133)가 연장된 측과 반대측으로 되는 변, 즉 제1 변(111)을 따라, 접착부(M)와 비접착부(S)가 교대로 배열되도록 단속적으로 접합된 제1 접합 영역(K1)이 형성되어 있다.

또한, 접착부(M)는, 세퍼레이터(11)를 용해하여 접합시키는 충분한 열이 공급됨과 함께 국부적인 열 수축을 수반하지 않도록 접합된다. 따라서, 종래의 히터에 의한 열 용착 이외에도 레이저 빔이나 초음파에 의해 용착되어도 좋다. 또는, 접착제 등에 의해 접합되어 있어도 좋다. 이 명세서에서는, 열로 녹여 접합시키는 것을 「용착」이라 칭하고 있다. 재료 그 자체를 녹여 접합시키는 「융착」이어도 좋다.

1개의 세퍼레이터(11)에 대하여 주목한 경우, 세퍼레이터(11)는 적층 방향으로 한쪽측에서 인접하는 한쪽측 세퍼레이터에 대하여 제1 접합 영역(K1)에서 접합되고, 적층 방향으로 반대측에서 인접하는 반대측 세퍼레이터에 대하여 제2 접합 영역(K2)에서 접합된다. 다른 표현으로 하면, 세퍼레이터(11)는 정극(12) 및 부극(13)의 외주의 4변 중 1변을 따라 적층 방향으로 한쪽측에서 인접하는 세퍼레이터(11)와 단속적으로 접합된 경우, 접합된 1변의 대변에서 적층 방향으로 반대측에서 인접하는 세퍼레이터(11)와 단속적으로 접합된다. 본 실시 형태의 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 부극 리드부(133)가 가로지르는 측과 반대측, 즉 제1 변(111)이 단속적으로 접합된 세퍼레이터(11)는, 그 접합된 제1 변(111)의 대변인 제2 변(112)이 적층 방향으로 반대측에서 인접하는 세퍼레이터(11)와 단속적으로 접합된다. 제1 변(111)에서 도 2 중의 가장 왼쪽에 도시된 세퍼레이터(11)에 접합된 세퍼레이터(11), 즉 도 2 중의 좌측으로부터 2번째에 도시된 세퍼레이터(11)는, 도 2에 있어서 가장 왼쪽의 세퍼레이터(11)에 대하여 적층 방향으로 반대측에 위치하는 세퍼레이터(11), 즉 도 2에 있어서 좌측으로부터 3번째의 세퍼레이터(11)와 접합되어 있다. 이와 같이, 하나의 세퍼레이터(11)는, 한쪽측에서 접합된 세퍼레이터(11)와 적층 방향으로 반대측의 상이한 세퍼레이터(11)에 대하여 대변으로 되는 위치에서 접합된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 변(111) 및 제2 변(112)에 대하여 직교하는 제3 변(113) 및 이의 대변인 제4 변(114)에도 단속적으로 접합된 접합 영역(K)이 형성되어 있다. 또한, 각 변에 있어서, 접착부(M)는 정극(12) 및 부극(13)의 외주로부터 이격되는 방향, 즉 각 변을 가로지르는 방향으로 폭을 갖고 있다.

이상과 같이 구성된 이차 전지는, 적층 방향으로 세퍼레이터(11)를 접합하는 부분이 정극(12) 및 부극(13)의 외주의 변을 따라 접착부(M)와 비접착부(S)가 교대로 배열되도록 단속적으로 접합된 접합 영역(K)을 갖고 있다. 그리고, 그 접합 영역(K)은, 적층 방향으로 인접하는 세퍼레이터(11)의 제1 변(111)끼리를 접합하는 제1 접합 영역(K1)과, 적층 방향으로 인접하는 세퍼레이터(11)의 제2 변(112)끼리를 접합하는 제2 접합 영역(K2)을 적어도 포함하고 있다. 따라서, 이상 과열에 의해 이차 전지(1)의 온도가 지나치게 높아진 경우에, 세퍼레이터(11)가 그 열에 의해 정극(12) 및 부극(13)의 평면을 따라 수축되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태의 이차 전지(1)에 있어서, 정극 집전 단자(121)가 제1 변(111)에 교차하여 세퍼레이터(11)의 외주보다도 외측으로 연장되어 있으며, 부극 집전 단자(131)가 제2 변(112)에 교차하여 세퍼레이터(11)의 외주보다도 외측으로 연장되어 있다. 그리고, 제1 변(111)에 제1 접합 영역(K1)이 형성되고, 제2 변(112)에 제2 접합 영역(K2)이 형성되어 있다. 즉, 각각의 집전 단자의 일부인 전극 리드가 연장된 방향으로 세퍼레이터(11)가 수축되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 전극끼리가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

접착부(M)가 단속적으로 설치되어 있기 때문에, 세퍼레이터(11)가 수축하여 접착부(M)를 기점으로 찢어지는 경우가 있어도, 당해 접착부(M)가 부분적으로 찢어지는 것만으로 그쳐, 광범위에 걸쳐서 찢어지는 것을 억제할 수 있다.

또한, 이차 전지(1)의 정극(12) 및 부극(13)으로부터 가스가 발생하여도, 이 이차 전지(1)의 세퍼레이터(11)는 인접하는 세퍼레이터(11)와 단속적으로 접합되어 있기 때문에, 발생한 가스가 비접착부(S)를 통해 코어(10)의 밖으로 배출되기 쉽다. 가스가 발생한 위치로부터 가장 가까운 외주부로 배출됨으로써, 이차 전지(1)의 변형을 억제할 수 있다.

이하에, 본 발명의 제2 내지 제6 실시 형태의 이차 전지(1)에 대하여 각각 도면을 참조하여 설명한다. 제1 실시 형태의 이차 전지(1)와 동일한 기능을 갖는 구성은, 동일한 부호를 사용함과 함께 각 도면 중에 있어서도 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 제1 실시 형태의 대응하는 기재 및 필요에 따라 도면을 참조한다.

본 발명에 따른 제2 실시 형태의 이차 전지(1)에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 이 이차 전지(1)는, 정극(12) 및 부극(13)의 외주의 4개의 변 중 적어도 1개의 변을 따라 접착부(M)와 비접착부(S)가 교대로 형성되도록 적층 방향으로 인접하는 세퍼레이터(11)에 대하여 단속적으로 접합된다. 제2 실시 형태에 있어서, 1개의 세퍼레이터(11)에 대하여 주목한 경우, 정극(12) 및 부극(13)의 외주의 4개의 변 중 1개의 변에서 단속적으로 접합된 세퍼레이터(11)는, 접합된 1개의 변의 대변에서 더욱 적층 방향으로 인접하는 세퍼레이터와 단속적으로 접합된다.

이 제2 실시 형태의 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 변(111)에서 접합된 세퍼레이터(11)는, 그 대변에 위치하는 제2 변(112)에서도 동일한 세퍼레이터(11)와 단속적으로 접합된다. 즉, 부극(13)을 개재하여 적층 방향으로 인접하는, 즉 부극(13)을 사이에 둔 세퍼레이터(11)끼리가 제1 변(111) 및 제2 변(112)에서 단속적으로 접합된다. 부극(13)의 부극 리드부(133)가 제2 변(112)을 가로지르는 부분은 용착할 수 없다. 따라서, 부극 리드부(133)가 배치되는 바로 옆에 배치되는 접착부(M)의 접합 면적을 크게 함으로써, 필요한 접합 강도를 확보한다.

또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제3 변(113) 및 제4 변(114)도 부극(13)을 둘러싸도록 단속적으로 접착부(M)를 설치한 접합 영역(K)을 형성한다. 또한, 정극(12)과 부극(13)과의 상대 위치를 유지하기 위해, 제3 변(113) 및 그 대변인 제4 변(114)은 정극(12)을 개재하여 적층 방향으로 인접하는, 즉 정극(12)을 사이에 둔 세퍼레이터(11)끼리를 단속적으로 접합해도 좋다.

이상과 같이 구성된 제2 실시 형태의 이차 전지(1)는, 세퍼레이터(11)가 제1 변(111)측 및 제2 변(112)측의 각각에서 부극(13)을 사이에 두도록 접합되기 때문에, 이상 과열에 의해 이차 전지(1)의 온도가 높아져 세퍼레이터(11)가 수축되는 것을 부극(13)에 의해 억제할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(11)로 둘러싸인 정극(12) 및 부극(13)의 주위에 가스가 발생하여도, 세퍼레이터(11)가 단속적으로 접합되어 있기 때문에 비접착부(S)를 통해 코어의 밖으로 배출된다.

본 발명에 따른 제3 실시 형태의 이차 전지(1)에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에 도시한 이차 전지(1)의 코어(10)에 있어서, 용기(2)의 외주벽에 설치된 안전 밸브(21)에 대치하는 범위에 위치하는 세퍼레이터(11)의 접착부(MA)를, 정극(12) 및 부극(13)의 외주를 따르는 방향으로 이 범위 이외의 접착부(M)보다도 작게 한다. 또한, 안전 밸브(21)에 대치하는 범위에 설치되는 비접착부(SA)를, 정극(12) 및 부극(13)의 외주를 따르는 방향으로 이 범위 이외의 비접착부(S)보다도 크게 한다. 즉, 안전 밸브(21)에 대치하는 범위의 접착부(MA)를 배치하는 간격을 넓히고 있다.

세퍼레이터(11)의 외주 변을 따르는 방향으로, 통상의 접착부(M)의 길이를 ML1, 안전 밸브(21)에 대치하는 범위의 접착부(MA)의 길이를 ML2, 통상의 비접착부(S)의 길이를 SL1, 안전 밸브(21)에 대치하는 범위의 비접착부(SA)의 길이를 SL2로 각각 정의하면, ML1>ML2이며, SL1<SL2이다. 또한, 안전 밸브(21)에 대치하는 범위의 접착부(MA)의 길이(ML2)보다도 비접착부(SA)의 길이(SL2) 쪽이 커지는, 즉 ML2<SL2로 하는 것도 바람직하다.

이상과 같이, 안전 밸브(21)에 대치하는 범위의 접착부(MA)의 길이(ML2)를 짧게 하고 비접착부(SA)의 길이(SL2)를 길게 함으로써, 개구율을 크게 하고 있다. 개개의 접착부(M)의 접합 강도를 확보하기 위해, 접착부(M)의 크기를 바꾸지 않고 배치하는 간격만을 확장하는, 즉 비접착부(SA)만을 크게 하여도 좋다.

안전 밸브(21)에 대치하는 범위의 비접착부(SA)를 확장함으로써, 코어의 내부에 발생한 가스를 안전 밸브(21)측으로 배출하기 쉽게 한다. 발생한 가스를 적극적으로 안전 밸브(21)측으로 방출함으로써, 세퍼레이터(11)가 손상되는 것을 방지한다.

본 발명에 관한 제4 실시 형태의 이차 전지(1)에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7에 도시한 이차 전지(1)의 코어(10)에 있어서, 세퍼레이터(11)의 제3 변(113) 및 이 대변인 제4 변(114)에 설치되는 접착부(M)는, 정극(12) 및 부극(13)의 외주로부터 이격되는 방향으로 폭을 갖고 있다. 그리고, 접착부(M)의 내주측의 용착 길이(ML3)은, 외주측의 용착 길이(ML4)보다도 정극(12) 및 부극(13)의 외주를 따르는 방향으로 작게 형성하고 있다. 즉, 외주측보다도 내주측의 길이가 짧은 사다리꼴로 접착부(M)가 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 비접착부(S)의 내주측의 길이(SL3) 쪽이 외주측의 길이(SL4)보다도 길다.

이와 같이 접착부(M) 및 비접착부(S)를 형성함으로써, 코어(10)의 내부에 발생한 가스는 비접착부(S)를 통해 밖으로 더욱 방출하기 쉽고, 또한, 코어(10)와 용기(2) 사이에 제조시에 혼입된 금속편 등의 미세 물질이 코어(10)의 내부에 침입하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 접착부(M)의 외주측의 용착 길이(ML4)는, 비접착부(S)의 외주측의 길이(SL4)보다도 길게 하면 더욱 좋다.

본 발명에 관한 제5 실시 형태의 이차 전지(1)에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8에 도시한 이차 전지(1)의 코어(10)에 있어서, 접착부(M)의 형상이 제4 실시 형태와 상이하다. 제5 실시 형태의 접착부(M)의 내주측의 용착 길이(ML3)은 거의 제로이며, 따라서 접착부(M)의 형상은 도 8에 도시한 바와 같이 내주측에 정점을 갖는 삼각형이다. 이와 같이 접착부(M)가 형성되어 있음으로써, 코어(10)의 내부에서 발생한 가스는 코어(10)의 밖을 향해 이동할 때에 접착부(M)에 방해받지 않아 배출되기 쉬워진다.

본 발명에 관한 제6 실시 형태의 이차 전지(1)에 대하여 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9 및 도 10에 도시한 이차 전지(1)의 코어(10)에 있어서, 세퍼레이터(11)는 제1 변(111)측 및 제2 변(112)측의 양쪽에서 전극의 적층 방향으로 인접하는 세퍼레이터(11)에 대하여 제1 변(111) 및 제2 변(112)을 따르는 방향으로 단속적으로 접합되어 있다. 이때, 정극 집전 단자(121) 및 부극 집전 단자(131)가 가로지르고 있는 범위의 세퍼레이터(11)끼리의 접합 강도를 높이기 위해, 정극 집전 단자(121) 및 부극 집전 단자(131)는 적어도 세퍼레이터(11)의 외주연에 형성되는 접합 영역(K)을 가로지르는 범위, 이 경우에는 제1 접합 영역(K1) 및 제2 접합 영역(K2)을 가로지르는 범위에, 적층 방향으로 관통하는 복수의 구멍으로 구성된 결합부(124, 134)가 형성되어 있다. 결합부(124, 134)는 도 11에 도시한 바와 같이, 소위 펀칭 플레이트와 같이 둥근 구멍이 다수 뚫려 있어도 좋고, 접착부(M)의 접합 면적과 동일 정도의 개구부가 배치되어 있어도 좋다.

정극 집전 단자(121) 및 부극 집전 단자(131)가 결합부(124, 134)를 갖고 있음으로써, 정극 집전 단자(121) 및 부극 집전 단자(131)를 적층 방향으로 사이에 두고 세퍼레이터(11)를 용착할 수 있다. 결합부(124, 134)를 통해 세퍼레이터(11)가 용착됨으로써, 세퍼레이터(11)가 정극 집전 단자(121) 및 부극 집전 단자(131)에 고정된다. 이때 세퍼레이터(11)는, 제1 변(111)에 있어서 정극 집전 단자(121)에 고정되고, 제2 변(112)에 있어서 부극 집전 단자(131)에 고정된다. 즉, 세퍼레이터(11)는 한 쌍의 대변끼리가 고정되기 때문에, 세퍼레이터(11)가 열에 의해 수축되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 이 실시 형태의 이차 전지(1)에 의하면, 정극 집전 단자(121)와 반대측에 위치하는 세퍼레이터(11)의 제2 변(112)끼리, 부극 집전 단자(131)와 반대측에 위치하는 세퍼레이터(11)의 제1 변(111)끼리를 각각 접합하는 것과 동시에, 정극 집전 단자(121) 및 부극 집전 단자(131)의 결합부(124, 134)를 적층 방향으로 겹쳐서 용착할 수 있다. 즉, 세퍼레이터(11)를 사이에 두고 정극(12) 및 부극(13)을 적층한 후에 통합하여 용착할 수 있기 때문에, 코어(10)의 생산성, 이차 전지(1)의 생산성이 향상된다.

또한, 상술한 제1 내지 제6 실시 형태는, 자유롭게 조합하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 제3 실시 형태와 같이 안전 밸브(21)에 대치하는 범위의 접착부(M)와 비접착부(S)의 크기를 바꾸는 것이나, 제4 및 제5 실시 형태와 같이 접착부(M)의 형상을 바꾸는 것 등은 다른 실시 형태에도 적용 가능하다.

1: 이차 전지
2: 용기
21: 안전 밸브
10: 코어
11: 세퍼레이터
111: 제1 변
112: 제2 변
12: 정극
121: 정극 집전 단자
123: 정극 리드부
13: 부극
131: 부극 집전 단자
133: 부극 리드부
124, 134: 결합부
K: 접합 영역
K1: 제1 접합 영역
K2: 제2 접합 영역.

Claims

제1 변과 상기 제1 변의 대변에 위치하는 제2 변을 갖는 세퍼레이터를 사이에 두고 정극 및 부극이 교대로 적층하여 형성된 코어를 구비한 이차 전지로서,
상기 세퍼레이터는, 적층 방향으로 인접하는 적어도 한쪽의 세퍼레이터에 대하여 접착부와 비접착부가 교대로 형성되도록 상기 코어의 각 층에 있어서 단속적으로 접합된 접합 영역을 갖고,
상기 접합 영역은, 상기 제1 변끼리가 단속적으로 접합된 제1 접합 영역과, 상기 제2 변끼리가 단속적으로 접합된 제2 접합 영역을 포함하고,
상기 이차 전지는, 상기 코어를 저장하는 용기와, 상기 용기의 외주벽에 설치되고 설정된 내압을 초과하는 경우에 개방되는 안전 밸브를 더 구비하고,
상기 안전 밸브에 대치하는 범위에 설치되는 접착부는, 그 이외의 범위에 설치되는 상기 접착부보다도 상기 정극 및 상기 부극의 외주를 따르는 방향으로 작고,
상기 안전 밸브에 대치하는 범위에 설치되는 비접착부는, 그 이외의 범위에 설치되는 상기 비접착부보다도 상기 정극 및 상기 부극의 외주를 따르는 방향으로 큰,
이차 전지.
제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터는, 상기 적층 방향으로 한쪽측에서 인접하는 한쪽측 세퍼레이터에 대하여 상기 제1 접합 영역에서 접합되고, 상기 적층 방향으로 반대측에서 인접하는 반대측 세퍼레이터에 대하여 상기 제2 접합 영역에서 접합되는,
이차 전지.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착부는 상기 정극 및 상기 부극의 외주로부터 이격되는 방향으로 폭을 갖고 있으며,
상기 정극 및 상기 부극의 외주를 따르는 방향에 있어서의 상기 세퍼레이터의 내주측의 접착 길이가 상기 세퍼레이터의 외주측의 접착 길이보다도 짧은,
이차 전지.
제4항에 있어서, 상기 접착부의 상기 세퍼레이터의 외주측의 접착 길이는 상기 비접착부의 상기 세퍼레이터의 외주측의 비접착 길이보다도 긴, 이차 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 정극 및 상기 부극은, 상기 제1 변 또는 상기 제2 변에 교차하여 상기 세퍼레이터의 외주보다도 외측으로 연장된, 정극 집전 단자 및 부극 집전 단자를 갖는, 이차 전지.
제6항에 있어서, 상기 정극 집전 단자 및 상기 부극 집전 단자는, 상기 적층 방향으로 관통하는 복수의 구멍이 형성된 결합부를 적어도 상기 접합 영역을 가로지르는 범위에 각각 갖고,
상기 세퍼레이터는 적층 방향으로 인접하는 세퍼레이터에 대하여 상기 정극 집전 단자 및 상기 부극 집전 단자의 상기 결합부를 통해 접합되는,
이차 전지.