KR101811936B1 - 밀폐형 전지 - Google Patents

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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

케이스 본체(21)와 덮개(22)의 이음매(25)가 덮개(22)의 외면(22A)측에 있고, 그 이음매(25)가 레이저 용접된 밀폐형 전지(10)가 제공된다. 전지(10)의 전극체에 접속된 단자(40)는 덮개(22)의 관통 구멍으로부터 외부로 인출되어 있고, 외측 수지 부재(60)에 의해 덮개 외면(22A)과 이격되어 있다. 외측 수지 부재(60)는 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 수지 매트릭스(62)와, 상기 수지 매트릭스(62) 중에 분산되어 존재하는 무기 섬유(64)로 구성되어 있다. 외측 수지 부재(60) 중의 무기 섬유(64)의 적어도 50질량％는, 상기 무기 섬유(64)의 섬유 축방향이 덮개(22)의 외면과 평행 상태로 되도록 배치되어 있다.

Description

밀폐형 전지 {SEALED BATTERY}
본 발명은 전극체가 외장 케이스에 수용된 밀폐형 전지에 관한 것이다.
정극 및 부극을 구비한 전극체가 외장 케이스 내에 밀폐된 형태의 전지가 알려져 있다. 이러한 형태를 갖는 전지의 하나의 대표적인 구성에서는, 상기 외장 케이스가, 개구부를 갖는 케이스 본체와, 그 개구부에 용접(전형적으로는 레이저 용접)된 덮개를 구비한다. 이러한 종류의 전지에 관한 기술문헌으로서 특허문헌 1을 들 수 있다.
일본 특허 공개 제2010-282847호 공보
특허문헌 1에 개시된 전지는, 도 15에 도시한 바와 같이, 덮개(22)의 관통 구멍(단자 인출 구멍)(242)으로부터 단자(40)가 인출되어 있고, 그 단자(40)와 덮개(22)의 외면(22A)은 외측 수지 부재(60)에 의해 이격되어 절연되어 있다. 케이스 본체(21)와 덮개(22)의 이음매(즉, 용접부)(25)는, 덮개(22)의 측방[케이스 본체(21)의 측면측]에 설치되어 있다.
이 이음매(25)를 도 3에 도시한 바와 같이 덮개(22)의 외면(22A)측으로 하면, 레이저 용접을 일방향[덮개 외면(22A)측; 도 3에서는 도면의 상방]으로부터 행할 수 있다. 이것은 전지의 생산성 향상 등의 관점으로부터 유리하다. 그러나, 본 발명자는, 도 3에 도시한 바와 같이 덮개 상에 외측 수지 부재(60)가 배치된 구조의 전지에서는, 덮개 외면(22A)측에 있는 이음매(25)에 레이저를 조사하여 용접하면 외측 수지 부재(60)가 레이저광을 흡수하여 변질되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명자는, 외측 수지 부재의 형성 재료로서, 상술한 바와 같은 레이저 용접에 의한 변질에 대해 내성을 갖는 수지(전형적으로는 레이저광을 흡수하기 어려운 수지), 구체적으로는 66 나일론(등록 상표) 등의 폴리아미드 수지와 같은 비방향족성 수지를 베이스로 하는 조성물(비방향족성 수지 조성물)을 사용하는 것을 검토하고 있다.
그러나, 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 외측 수지 부재는, 상기 변질을 효과적으로 방지할 수 있지만, 비방향족성 수지는 일반적으로 방향족성 수지에 비해 내열성 및 강도가 낮은 경향에 있다. 그로 인해, 덮개와 케이스 본체의 이음매에 레이저를 조사하여 용접하면, 입열에 의해 외측 수지 부재가 변형되는(변형이 생기는) 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 주목적은, 덮개의 단자 인출 구멍으로부터 단자가 인출되고, 그 인출된 단자와 상기 덮개를 이격시키는 외측 수지 부재를 갖고, 상기 덮개가 그 외면측으로부터 케이스 본체에 레이저 용접된 밀폐형 전지(전형적으로는 2차 전지)에 있어서, 외측 수지 부재의 변질을 방지함과 함께, 외측 수지 부재를 비방향족성 수지 조성물에 의해 형성하는 것에 수반되는 문제(레이저 용접 시의 열변형 등)를 방지하는 것이다.
본 발명에 의해 제공되는 밀폐형 전지는, 개구부를 갖는 케이스 본체와, 상기 케이스 본체에 수용된 전극체와, 상기 케이스 본체의 개구부에 고정되고, 관통 구멍(단자 인출 구멍)이 형성된 외면을 갖는 덮개와, 상기 전극체에 전기적으로 접속된 단자와, 상기 덮개에 있어서의 상기 전지의 외측에 위치하는 외면에 배치된 외측 수지 부재를 구비한다. 상기 단자는, 그 일부가 상기 관통 구멍(단자 인출 구멍)을 통하여 상기 전지의 외부에 노출되어 있다. 상기 외측 수지 부재는, 상기 단자의 외부 노출 부분의 주위를 덮고 있다. 상기 덮개는, 상기 케이스 본체의 개구부에 끼워 넣어짐으로써, 상기 덮개에 있어서의 상기 외측 수지 부재가 배치된 외면의 테두리와, 상기 케이스 본체에 있어서의 개구부의 주연이 접하도록 맞춰지고, 그 이음매의 레이저 용접에 의해 상기 덮개가 상기 케이스 본체에 고정되어 있다. 환언하면, 상기 덮개와 상기 케이스 본체의 이음매는 상기 덮개의 외면측에 있고, 그 이음매는 레이저 용접되어 있다. 상기 외측 수지 부재는, 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 수지 매트릭스와, 상기 수지 매트릭스 중에 분산되어 존재하는 무기 섬유로 구성되어 있다. 그리고, 상기 외측 수지 부재 중의 무기 섬유의 적어도 50질량％는, 상기 무기 섬유의 섬유 축방향이 상기 덮개와 평행 상태로 되도록 배치되어 있다.
또한, 상기 「평행 상태」는, 완전히 평행한 것 외에, 본 발명의 효과를 발휘하는 한, 실질적으로 평행하다고 간주할 수 있는 경우도 포함하는 것으로 한다. 전형적으로는, 무기 섬유와 덮개의 외면의 교차하는 각도가 0도 이상 30도 이하를 말한다.
이와 같이 비방향족성 수지 조성물에 의해 형성된 외측 수지 부재를 사용함으로써, 폴리페닐렌술피드 수지(PPS) 등의 방향족성 수지 조성물로 이루어지는 외측 수지 부재와는 달리, 레이저 용접에 의한 외측 수지 부재의 변질을 방지할 수 있다. 또한, 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 수지 매트릭스 중에 소정 방향으로 배향된 무기 섬유를 분산시킴으로써, 외측 수지 부재를 비방향족성 수지 조성물로 형성하는 것에 수반되는 내열성 및 기계적 강도의 저하를 보상할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 덮개와 케이스 본체의 이음매를 레이저 용접한 때에 발생할 수 있는, 외측 수지 부재의 열변형(변형)을 방지할 수 있다.
여기서 무기 섬유란, 무기 재료로 이루어지는 섬유상의 부재를 말한다. 무기 섬유의 적합예로서, 글래스 섬유, 세라믹 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유 등을 들 수 있다. 바람직한 일 형태에서는, 상기 무기 섬유는 글래스 섬유이다. 글래스 섬유는, 비방향족성 수지의 내열성 및 기계적 강도 향상에 효과적으로 기여할 수 있다.
여기에 개시되는 밀폐형 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 외측 수지 부재에 있어서의 무기 섬유의 함유량이, 상기 외측 수지 부재의 전체 질량에 대해 45질량％∼60질량％이다. 이와 같은 무기 섬유의 함유량의 범위 내이면, 외측 수지 부재의 성형성을 유지하면서, 내열성 및 기계적 강도를 효과적으로 보강할 수 있다. 또한 바람직한 일 형태에서는, 상기 무기 섬유의 평균 섬유 직경이, 3㎛∼50㎛이다. 이와 같은 섬유 직경을 갖는 무기 섬유를 사용함으로써, 내열성 및 기계적 강도를 효과적으로 보강할 수 있다.
여기에 개시되는 밀폐형 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 외측 수지 부재는, 상기 단자를 삽입 관통시키는 관통 구멍을 갖는다. 상기 단자는, 상기 전지의 내부에 배치된 받침대부와, 상기 받침대부로부터 돌출 설치되고, 상기 덮개의 관통 구멍(단자 인출 구멍)과 상기 외측 수지 부재의 관통 구멍을 통하여 상기 전지의 외부에 인출된(노출되어 있는) 리벳부를 갖는다. 상기 단자의 리벳부는, 상기 외측 수지 부재를 단자 축방향으로 압축하도록 코킹되어 있다. 이러한 형태의 전지에서는, 코킹의 응력에 의해 덮개가 변형(전형적으로는 휨 변형)되는 경향이 있다. 그러나, 본 형태에 의하면, 외측 수지 부재 중의 무기 섬유가 덮개에 대해 평행하게 배향되어 있으므로, 그와 같은 덮개의 변형이 발생하기 어렵다.
여기에 개시되는 밀폐형 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 전지는, 헤드부와 다리부를 갖는 볼트이며 상기 단자의 외측 단부에 형성된 볼트 삽입 관통 구멍에 상기 다리부를 삽입 관통시켜 배치된 볼트를 더 구비한다. 상기 외측 수지 부재는, 상기 단자의 외측 단부를 따라 연장되는 연장부를 갖는다. 그리고, 상기 외측 수지 부재의 연장부에는, 상기 볼트의 상기 헤드부를 수용하고 또한 상기 볼트의 회전을 제한하는 볼트 수용 구멍이 형성되어 있다. 이러한 형태의 전지에서는, 볼트를 체결할 때의 체결압(토크)에 의해 외측 수지 부재가 깨질 우려가 있지만, 본 발명의 구성에 의하면, 외측 수지 부재 중의 무기 섬유가 덮개에 대해 평행하게 배향되어 있으므로, 외측 수지 부재가 깨지는 사태가 발생하기 어렵다.
여기에 개시되는 밀폐형 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 케이스 본체의 개구부는 직사각 형상으로 형성되어 있고, 상기 덮개는, 상기 개구부의 직사각 형상에 대응하는 한 쌍의 긴 변부와 한 쌍의 짧은 변부를 갖고 있다. 그리고, 상기 외측 수지 부재 중의 무기 섬유의 적어도 50질량％는, 상기 무기 섬유의 섬유 축방향이 상기 덮개의 긴 변부와 평행 상태로 되도록 배치되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 외측 수지 부재의 큰 신장 여유를 확보할 수 있다. 또한, 상기 「평행 상태」는, 완전히 평행한 것 외에, 본 발명의 효과를 발휘하는 한, 실질적으로 평행하다고 간주할 수 있는 경우도 포함하는 것으로 한다. 전형적으로는, 무기 섬유와 덮개의 긴 변부의 교차하는 각도가 0도 이상 30도 이하를 말한다.
여기에 개시되는 밀폐형 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 외측 수지 부재는, 페놀계 열 안정제 및 Cu-I계 열 안정제를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 페놀계 열 안정제는, 레이저 용접 시에 레이저 산란광을 흡수하기 때문에 변질의 요인으로 될 수 있다. 또한, Cu-I계 열 안정제는, 외측 수지 부재에 흡수된 물과 함께 외부에 유출되어 다른 전지 구성 부재(예를 들어 단자나 케이스 본체)가 부식되는 요인으로 될 수 있다. 본 발명의 구성에 의하면, 이와 같은 열 안정제가 외측 수지 부재에 포함되어 있지 않기 때문에, 외측 수지 부재의 변질을 확실하게 방지함과 함께, 다른 전지 구성 부재의 부식을 회피할 수 있다.
여기에 개시되는 밀폐형 전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 비방향족성 수지 조성물 중 80질량％ 이상은, 6 나일론(등록 상표), 66 나일론(등록 상표), 그 외의 폴리아미드(PA), 폴리아세탈, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알콕시비닐에테르 수지 및 폴리메타크릴산메틸로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어진다. 이들 수지 재료는 레이저 용접에 의한 변질에 대해 높은 내성을 가지므로(전형적으로는 레이저 산란광을 흡수하기 어려우므로), 본 발명의 목적에 적합한 비방향족성 수지로서 적합하다.
본 발명에 의하면, 또한 여기에 개시되는 어느 하나의 전지를 단전지로 하고, 상기 단전지를 복수 구비하여 이루어지는 조전지가 제공된다. 그들 단전지의 단자간은, 접속 부재를 통해 접속되어 있다. 바람직한 일 형태에서는, 상기 단전지는 상기 볼트를 구비한 형태의 밀폐형 전지이며, 상기 접속 부재는, 상기 접속 부재의 볼트 삽입 관통 구멍에 상기 볼트의 다리부를 통하여 너트를 체결함으로써 상기 단자의 외측 단부에 체결되어 있다. 이러한 형태의 조전지는, 외측 수지 부재의 변질 및 변형이 방지되어 있으므로 품질이 우수하고, 또한 볼트의 체결압에 견딜 수 있는 기계적 강도를 확보할 수 있는 점에서, 단전지간의 접속 저항이 낮은 것으로 될 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「2차 전지」란, 리튬 이온 2차 전지, 금속 리튬 2차 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 소위 축전지 및 전기 이중층 캐패시터 등의 축전 소자를 포함하는 개념이다. 또한, 「비수 전해질 2차 전지」란, 비수 전해질[전형적으로는, 비수 용매 중에 지지염(지지 전해질)을 포함하는 전해질]을 구비한 전지를 말한다. 또한, 「리튬 2차 전지」란, 전해질 이온으로서 리튬 이온을 이용하고, 정부극간의 리튬 이온의 이동에 의해 충방전하는 2차 전지를 말한다. 일반적으로 리튬 이온 전지라고 칭해지는 2차 전지는, 상기 리튬 2차 전지에 포함되는 전형예이다. 여기에 개시되는 기술은, 전형적으로는 밀폐형의 비수 전해질 2차 전지(예를 들어 리튬 이온 2차 전지)에 적용된다.
여기에 개시되는 어느 하나의 밀폐형 전지(예를 들어 리튬 이온 2차 전지)는 전형적으로는 조전지의 형태로, 차량에 탑재되는 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 자동차, 전기 자동차와 같은 전동기를 구비하는 자동차 등의 차량에 탑재되는 모터용의 전원(전형적으로는 구동 전원)으로서 적합하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 여기에 개시되는 어느 하나의 밀폐형 전지(조전지의 형태일 수 있음)를 구비한 차량(예를 들어 자동차)이 제공된다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 밀폐형 전지를 도시하는 부분 단면도이다.
도 2는 일 실시 형태에 관한 밀폐형 전지를 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 1의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 4는 일 실시 형태에 관한 내측 수지 부재를 도시하는 평면도이다.
도 5는 일 실시 형태에 관한 외측 수지 부재를 도시하는 평면도이다.
도 6은 일 실시 형태에 관한 외측 수지 부재를 도시하는 측면도이다.
도 7은 일 실시 형태에 관한 밀폐형 전지의 덮개 및 단자를 도시하는 분해 사시도이다.
도 8은 도 1의 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 9는 일 실시 형태에 관한 조전지의 일부를 도시하는 측면도이다.
도 10은 일 실시 형태에 관한 조전지의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 11은 글래스 섬유의 함유량과 외측 수지 부재의 두께 감소량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 덮개의 변형량의 측정 위치를 도시하는 도면이다.
도 13은 실시예 및 비교예에 관한 덮개의 변형량을 나타내는 그래프이다.
도 14는 일 실시 형태에 관한 전지를 탑재한 차량(자동차)을 도시하는 모식적 측면도이다.
도 15는 종래의 밀폐형 전지를 도시하는 부분 단면도이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이며 본 발명의 실시에 필요한 사항은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다.
특별히 한정하는 것을 의도한 것은 아니지만, 이하에서는 주로 본 발명을 편평한 각형의 외장 케이스를 구비한 리튬 이온 2차 전지에 적용하는 경우를 예로 들어, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 반드시 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
도 1∼도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 리튬 이온 2차 전지(10)는 편평한 직육면체 형상(즉, 각형)의 외장 케이스(20)에, 소정의 전지 구성 재료(정부극 각각의 집전체에 정부극 각각의 활물질이 유지된 시트 형상의 전극, 세퍼레이터 등)를 구비하는 권회 전극체(30)가 적당한 전해액(도시하지 않음)과 함께 수용된 구성을 갖는다.
＜외장 케이스＞
외장 케이스(20)는 상기 편평 직육면체 형상에 있어서의 협폭면의 하나가 개구부(21A)로 되어 있는 상자형(즉, 바닥이 있는 사각 통 형상)의 케이스 본체(21)와, 그 개구부(21A)를 막는 덮개(22)를 구비한다. 이 실시 형태에서는, 케이스 본체(21)의 개구부는 직사각 형상으로 형성되어 있고, 덮개(22)는 상기 개구부의 직사각 형상에 대응하는 한 쌍의 긴 변부(22B)(도 2)와 한 쌍의 짧은 변부(22C)(도 2)를 갖고 있다. 덮개(22)는 케이스 본체(21)의 개구부(21A)에 끼워 넣어짐으로써, 상기 덮개(22)에 있어서의 외면(22A)의 테두리와, 케이스 본체(21)에 있어서의 개구부(21A)의 주연이 접하도록 맞춰져 있다. 그 이음매(25)를 레이저 용접함으로써 덮개(22)가 본체(21)에 고정되어 있다. 이러한 레이저 용접은, 도 3에 도시한 바와 같이, 덮개 외면(22A)에 대해 비평행한 방향[즉, 외면(22A)과 교차하는 방향, 전형적으로는 이음매(25)의 상방(도 3의 상방)]으로부터 레이저광을 조사함으로써 행해진다. 레이저 조사 방향과 덮개 외면(22A)의 이루는 각 θ는, 전형적으로는 60도∼120도 정도이며, 통상은 75도∼105도(예를 들어 75도∼90도) 정도로 하는 것이 적당하다. θ가 지나치게 작으면, 레이저광이 외측 수지 부재(60)에 차단되어 이음매(25)에 닿기 어려워지는 경우가 있을 수 있다. θ가 지나치게 크면, 레이저 조사의 반사광 등에 의해 외측 수지 부재(60)가 가열되기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.
케이스(20)를 구성하는 재질은, 본체(21)와 덮개(22)의 이음매(용접부)(25)를 용접에 의해 접합할 수 있는 한, 일반적인 리튬 이온 2차 전지에서 사용되는 것과 동일한 것 등을 적절히 사용할 수 있다. 방열성 등의 관점에서, 본체(21) 및 덮개(22)의 거의 전체가 금속제[예를 들어 알루미늄제, 스테인레스 스틸(SUS)제, 스틸제 등]인 케이스(20)를 바람직하게 채용할 수 있다. 여기에 개시되는 기술은, 본체(21) 및 덮개(22)의 거의 전체가 알루미늄제인 전지(예를 들어 리튬 이온 2차 전지)에 바람직하게 적용될 수 있다. SUS 등에 비해 알루미늄은 열전도율이 높으므로(열이 빠져나가기 쉬우므로), 레이저 용접에 필요로 하는 에너지가 많아지는 경향이 있는 바, 여기에 개시되는 기술에 의하면, 이와 같이 고에너지가 부여되는 용융 형태에 있어서도, 외측 수지 부재의 변질 및 변형을 효과적으로 방지할 수 있다. 본 실시 형태에 관한 전지(10)에서는, 본체(21) 및 덮개(22)가 모두 알루미늄제이다.
덮개(22)의 외형은, 개구부(21A)의 형상[본체(21)의 개구 형상]에 적합한 대략 직사각 형상이다. 여기에 개시되는 기술은, 예를 들어 덮개(22)의 폭(상기 대략 직사각 형상에 있어서의 짧은 변의 길이; 도 5, 도 7 참조) W0이 대략 10㎜∼28㎜(바람직하게는 10㎜∼15㎜)인 전지에 바람직하게 적용될 수 있다. 이와 같이 덮개(22)의 폭 W0이 비교적 좁은 전지에서는, 덮개(22)의 폭 방향에 있어서, 외측 수지 부재(60)의 외측 테두리로부터 이음매(용접부)(25)까지의 거리 D1(도 5 참조)이 짧아지는 경향이 있다. 따라서, 여기에 개시되는 기술을 적용하여 외측 수지 부재(60)의 변질 및 변형을 방지하는 것이 특히 의미가 있다. 본 실시 형태에 있어서의 덮개(22)는 폭(W0) 12.5㎜, 길이 136㎜의 직사각 형상이다.
특별히 한정하는 것은 아니지만, 덮개(22)의 두께(판 두께)는 예를 들어 0.3㎜∼2㎜(전형적으로는 0.5㎜∼2㎜) 정도일 수 있다. 덮개(22)의 두께가 0.5㎜ 이상 1㎜ 미만이어도 된다. 또한, 본체(21)의 두께(판 두께)는 예를 들어 0.5㎜∼3㎜ 정도로 할 수 있고, 전형적으로는 1㎜∼3㎜이다. 본 실시 형태에 관한 전지(10)에서는, 본체(21)를 구성하는 알루미늄재의 판 두께가 0.4㎜이며, 덮개(22)를 구성하는 알루미늄재의 판 두께가 0.7㎜∼1.4㎜이다.
＜권회 전극체＞
권회 전극체(30)는 케이스 본체(21)에, 축이 옆으로 눕는 자세(즉, 상기 개구부가 권회 축에 대해 가로 방향에 위치하는 방향)로 수용되어 있다. 그 전극체(30)의 권회 축 양단부에는 정극 단자(40) 및 부극 단자(80)가 각각 접속되어 있다. 이들 전극 단자(40, 80)는, 덮개(22)의 길이 방향의 일단부 및 타단부에 형성된 정극용 및 부극용의 단자 인출 구멍(관통 구멍)(242, 244)을 각각 관통하여, 외장 케이스(20)의 내부로부터 외부로 인출되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 정부의 전극 단자(40, 80)가, 편평한 각형의 외장 케이스(20)의 협폭면의 하나(단자 인출면)를 형성하는 덮개(22)로부터 외부로 인출되어 있다. 이들 전극 단자(40, 80)는, 권회 전극체(30)에 전기적으로 접속되고, 그 일부가 덮개(22)의 단자 인출 구멍(242, 244)을 통하여 전지의 외부에 노출되어 있다. 이 실시 형태에서는, 전극 단자(40, 80)는, 내부 단자(420, 820)와, 외부 단자(460, 860)를 구비하고 있다. 보다 상세하게는, 정극 단자(40)는 도 1∼도 3에 도시한 바와 같이, 주로 케이스(20)의 내측에 위치하는 정극 내부 단자(420)와, 주로 케이스(20)의 외측에 위치하는 정극 외부 단자(460)가 접속된 구성을 갖는다. 부극 단자(80)도 또한, 정극측과 대략 동일 형상으로 형성된 부극 내부 단자(820)와 부극 외부 단자(860)가 접속된 구성을 갖는다(도 1 참조).
덮개(단자 인출면)(22)에는, 단자 인출 구멍(242, 244)의 사이[본 실시 형태에서는, 단자 인출면(22)의 길이 방향의 대략 중앙]에, 케이스(20)의 내압이 상승한 경우에 해당 케이스의 내외를 연통시켜 내압을 개방하기 위한 안전 밸브(27)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서의 안전 밸브(27)는 덮개(22)의 개구부(246)를 막도록 설치된 금속제(예를 들어 알루미늄제)의 시트를 주체로 구성되고, 해당 시트에 설치된 선 형상(예를 들어, 2개의 Y자의 하단부를 마주보게 한 형상)의 박육부가 케이스의 내압을 받아 파단됨으로써 해당 내압을 개방할 수 있도록 되어 있다.
권회 전극체(30)는 통상의 리튬 이온 2차 전지의 권회 전극체와 마찬가지로, 시트 형상의 정극(정극 시트)(32) 및 부극(부극 시트)(34)을 총 2매의 시트 형상의 세퍼레이터(세퍼레이터 시트)(36)와 함께 적층하여 길이 방향으로 권회하고, 얻어진 권회체를 측면 방향으로부터 압박하여 납작하게 함으로써 제작될 수 있다. 정극 시트(32)와 부극 시트(34)는 폭 방향으로 위치를 약간 어긋나게 하여, 세퍼레이터 시트(36)의 폭 방향의 일단부 및 타단부로부터 시트(32, 34)의 폭 방향의 일단부가 각각 돌출되도록 적층된 상태에서 권회되어 있다. 그 결과로서, 권회 전극체(30)의 권회 축방향의 한쪽 및 다른 쪽의 단부에는, 정극 시트(32)의 폭 방향의 일단부가 권회 코어 부분(31)[즉, 정극 시트(32)와 부극 시트(34)와 세퍼레이터 시트(36)가 밀하게 권회된 부분]으로부터 외측으로 돌출된 부분(정극 시트 돌출 부분)(32A)과, 부극 시트(34)의 폭 방향의 일단부가 권회 코어 부분(31)으로부터 외측으로 돌출된 부분(부극 시트 돌출 부분)(34A)이 각각 형성되어 있다. 이들 돌출 부분(32A, 34A)은, 전형적으로는, 전극 활물질이 유지되지 않는 부분(활물질층 비형성부)으로 되어 있다.
＜전극 단자＞
정극 시트 돌출 부분(32A)에는, 정극 내부 단자(420)의 하단부(422A)가, 예를 들어 초음파 용접에 의해 접속되어 있다. 이 내부 단자(420)는 하단부(422A)로부터 덮개(22)에 대해 대략 수직으로 연장되는 판 형상(띠 형상)의 리드부(422)와, 리드부의 상단부에 계속해서 형성되고 해당 상단부로부터 대략 직각으로(도 3에서는 도면의 전방측으로부터 안측으로) 구부러져 덮개(22)의 내면과 대략 평행하게 넓어지는 판 형상의 받침대부(424)와, 제2 리드부의 판면 중앙부로부터 돌출 설치되고, 전지의 외측 방향으로 대략 수직으로 연장되는 돌출부(426)를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서의 돌출부(426)는 리벳부로서 구성되어 있다. 단자 인출 구멍(242) 및 외부 단자(460)의 관통 구멍(리벳 구멍)(462A)에 상기 리벳부(예를 들어 대략 원통 형상)(426)를 관통시켜 리베팅(코킹)함으로써, 내부 단자(420)와 외부 단자(460)가 접속(체결)되어 있다. 정극측의 내부 단자(420) 및 외부 단자(460)의 구성 재료로서는 도전성이 좋은 금속 재료가 바람직하고, 전형적으로는 알루미늄이 사용된다. 본 실시 형태의 정극 내부 단자(420) 및 정극 외부 단자(460)는 알루미늄제이다.
한편, 정극 외부 단자(460)는 상기 리베팅 전에 있어서 돌출부(426)를 삽입 관통 가능한 관통 구멍(462A)이 형성된 제1 접속부(462)와, 이 제1 접속부로부터 덮개(22)의 길이 방향 중앙측(즉, 안전 밸브측)에 이어서, 케이스(20)의 외측에 계단 형상으로 상승되어 형성된 제2 접속부(464)[정극 외부 단자(460)의 외측 단부에 상당함]를 갖는다. 제2 접속부(464)에는, 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 볼트(670)의 다리부(674)를 삽입 관통 가능한 볼트 삽입 관통 구멍(464A)이 형성되어 있다. 이 볼트 삽입 관통 구멍(464A)에 볼트의 다리부(674)를 아래에서 위로 통과시키고, 제2 접속부(464)부터 상방으로 돌출된 다리부(674)에 외부(다른 전지의 단자, 외부 회로 등일 수 있음) 접속용의 접속 부재(112)를 장착하여 너트(113)를 체결함으로써(도 9, 도 10 참조), 외부 단자(460)에 접속 부재(112)를 연결(고정)할 수 있다.
상기 리베팅은, 단자 인출 구멍(242)을 둘러싸는 덮개(22)의 벽면과 받침대부(424) 사이에 내측 수지 부재(50)를 끼우고, 또한 해당 벽면과 외부 단자의 제1 접속부(462) 사이에 외측 수지 부재(60)를 끼워 행해진다. 이러한 리베팅에 의해, 덮개(22)와 제1 접속부(462) 사이에서 외측 수지 부재(60)가 압축됨과 함께, 정극 단자(40)가 덮개(22)에 고정된다. 또한, 이러한 리베팅에 의해, 덮개(22)와 받침대부(424) 사이에서 내측 수지 부재(50)가 압축되고, 이에 의해 단자 인출 구멍(242)이 시일된다.
＜내측 수지 부재＞
이하, 내측 수지 부재(50)의 구성 및 기능을 상세하게 설명한다. 이 내측 수지 부재(50)는 내부 단자(420)의 리벳부(돌출부)(426)를 삽입 관통시키는 개구(522)(도 4 참조)가 형성된 설치부(520)를 갖는다. 설치부(520)는 개구(522)를 둘러싸는 부분이 덮개(22)와 받침대부(424) 사이에 끼워 넣어져 압축됨으로써, 내부 단자(420)[받침대부(424)]와 덮개(22)를 절연함과 함께, 단자 인출 구멍(242)을 시일한다. 설치부(520)는 단자 인출 구멍(242)에 내측으로부터 삽입되어 리벳부(426)와 덮개(22)의 직접 접촉을 막는(절연하는) 통부(526)를 갖는다. 설치부(520)의 하면(전극체측의 면)에는, 내부 단자(420)의 받침대부(424)를 하방(즉, 케이스의 내측)으로부터 수용 가능한 오목부(524)가 형성되어 있다. 이 오목부(524)는 받침대부(424)의 하단부면이 오목부(524)의 내측에 수용되도록 형성되어 있다. 이에 의해, 전극체(30)의 외주가 받침대부(424)(특히 그 외측 테두리, 즉 엣지 부분)에 직접 접촉하기 어려워져, 해당 접촉에 기인하여 전극체(30)가 손상되는 사태를 회피할 수 있다. 또한, 받침대부(424) 중 덮개 중앙측을 제외한 3방의 외측 테두리가 오목부(524)의 외주위벽으로 덮임으로써, 내부 단자(420)[받침대부(424)]와 케이스 본체(21)의 절연을 보다 확실하게 행할 수 있다.
＜외측 수지 부재＞
계속해서, 외측 수지 부재(60)의 구성 및 기능을 상세하게 설명한다. 외측 수지 부재(60)는 덮개(22)에 있어서의 전지의 외측에 위치하는 외면(22A)에 배치되고, 단자의 외부 노출 부분의 주위를 덮고 있는 부재이다. 이 실시 형태에서는, 외측 수지 부재(60)는 덮개(22)의 외면[평판 형상 덮개(22)의 상면]과 외부 단자의 제1 접속부(462) 사이에 끼워지는 설치부(620)와, 외부 단자의 제2 접속부(464)와 덮개(22) 사이에 연장되는 연장부(640)를 갖는다. 설치부(620)는 덮개(22)의 단자 인출 구멍(242)에 대응하는 위치에 관통 구멍(622)(도 5, 도 6 참조)을 갖는다. 이 관통 구멍(622)은 정극 내부 단자(420)의 리벳부(426)를 끼워 맞추는 정도의 크기의 내경을 갖고 있다. 또한, 설치부(620)는 덮개(22)의 외면에 따라 넓어지는 접시부(624)를 갖는다. 이 접시부(624)의 오목부에 맞추어 외부 단자의 제1 접속부(462)가 배치되어 있다. 설치부(620)는 리벳부(426)의 리베팅에 의해, 관통 구멍(622)을 둘러싸는 부분이 덮개(22)와 제1 접속부(462) 사이에 끼워 넣어져 단자 축방향으로 압축되어 있다.
연장부(640)에는, 외측 수지 부재(60)의 길이 방향[덮개(22)의 길이 방향과 일치함]을 긴 변으로 하는 직사각 형상의 개구 형상을 갖는 볼트 수용 구멍(642)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에 관한 2차 전지(10)는 헤드부(672)가 볼트 수용 구멍(642)에 삽입됨으로써 회전이 제한되고(동시 회전이 저지되고), 또한 다리부(674)가 볼트 삽입 관통 구멍(464A)을 통과하여 돌출되도록 배치(장착)된 볼트(670)를 포함하여 구성되어 있다.
＜비방향족성 수지 조성물＞
외측 수지 부재(60)는 비방향족성 수지 조성물, 즉 비방향족성 수지를 베이스로 하는 조성물에 의해 형성되어 있다. 여기서, 비방향족성 수지는 방향환(전형적으로는 벤젠환)을 갖지 않는 수지를 가리키고, 바람직한 구체예로서, 지방족 폴리아미드[6 나일론(등록 상표)(PA6), 66 나일론(등록 상표)(PA66) 등], 폴리아세탈(POM), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알콕시비닐에테르(PFA), 메타크릴 수지[전형적으로는 폴리메타크릴산메틸(PMMA)] 등을 들 수 있다. 상기 비방향족성 수지 조성물은, 이들 비방향족성 수지 중 어느 1종을 포함하는 것이어도 되고, 2종 이상을 포함하는 것이어도 된다. 하중 휨 온도 측정(0.45㎫)법에 기초하는 내열 온도가 150℃ 이상(보다 바람직하게는 250℃ 이상)인 수지 조성물의 사용이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 외측 수지 부재(60)는 PA66, POM, PFA 및 PMMA 중 어느 1종으로 이루어진다.
이러한 재질의 외측 수지 부재(60)를 사용함으로써, 종래의 PPS제의 외측 수지 부재를 사용하면 덮개(22)와 케이스 본체(21)의 이음매(25)를 레이저 용접함으로써 해당 수지 부재가 변질되는 형상의 전지이어도, 해당 레이저 용접에 의한 외측 수지 부재(60)의 변질을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 보다 고품질의 전지를, 보다 생산성 높게 제조할 수 있다.
여기에 개시되는 기술은, 외측 수지 부재(60)의 외측 테두리로부터 용접부[덮개(22)와 본체(21)의 이음매(25)]까지의 최소 거리가 5㎜ 이하(예를 들어 3㎜ 이하)인 전지에 바람직하게 적용될 수 있다. 상기 거리가 2㎜ 이하(예를 들어 0.5∼2㎜)의 전지에서는 특히 적용 효과가 크다. 본 실시 형태에서는, 덮개(22)의 폭 방향에 대해서는, 외측 수지 부재(60)의 외측 테두리로부터 용접부(25)까지의 거리 D1이 1㎜이다. 또한, 덮개(22)의 길이 방향에 대해서는, 외측 수지 부재(60)의 외측 테두리로부터 용접부(25)까지의 거리 D2가 2.8㎜이다. 또한, 레이저광의 궤도와 외측 수지 부재(60)의 최소 거리가 상기 수치 범위에 있는 형태로 제조(용접)되는 전지에서는, 여기에 개시되는 기술의 적용 효과가 특히 잘 발휘될 수 있다.
상기 비방향족성 수지 조성물에 있어서의 비방향족성 수지의 함유 비율 CNA는, 전형적으로는 70질량％ 이상(즉, CNA≥70질량％)이며, 바람직하게는 CNA≥80질량％(전형적으로는 CNA＞80질량％, 보다 바람직하게는 CNA≥90질량％)이다. 바꾸어 말하면, 상기 비방향족성 수지 조성물에 있어서의 방향족성 수지의 함유 비율 CAR은, 전형적으로는 30질량％ 이하(즉, CAR≤30질량％), 바람직하게는 CAR≤20질량％, 보다 바람직하게는 CAR≤10질량％이다. CAR≤5질량％이어도 된다. CAR이 지나치게 크면, 충분한 변질 방지 효과가 발휘되기 어려워질 수 있다. 바람직한 일 형태에서는, 외측 수지 부재(60)가 방향족성 수지를 실질적으로 함유하지 않는 비방향족성 수지 조성물로 형성되어 있다. 예를 들어 분광 광학 측정으로 얻어지는 적외선 분광(IR) 스펙트럼에 있어서, 벤젠환에서 유래되는 피크가 관찰되지 않는 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 외측 수지 부재가 바람직하다.
또한, 외측 수지 부재(60)를 구성하는 수지 조성물에 포함되는 수지의 종류는, 상기 IR 스펙트럼 분석, 열분해 가스 크로마토그래피 등의 일반적인 분석 방법을 필요에 따라 조합하여 적용함으로써 특정할 수 있다. 또한, 외측 수지 부재(60)를 구성하는 수지 조성물이 복수의 수지를 포함하는 경우에 있어서, 그들 수지의 배합비는, 상기 분석 결과 및 외측 수지 부재의 비중으로부터 파악할 수 있다.
상술한 바와 같이 비방향족성 수지는, 방향족성 수지에 비해 내열성 및 기계적 강도가 낮아지는 경향이 있다. 그로 인해, 덮개(22)와 케이스 본체(21)의 이음매(25)에 레이저를 조사하여 용접한 때에, 입열에 의해 외측 수지 부재(60)가 가열되고, 외측 수지 부재(60)에 열변형(변형) 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 따라서 본 실시 형태에서는, 외측 수지 부재(60)를 비방향족성 수지 조성물로 형성하는 것에 수반되는 내열성 및 기계적 강도의 저하를 보상하기 위해, 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 수지 매트릭스 중에 소정 방향으로 배향된 무기 섬유를 분산시키고 있다.
즉, 여기서 개시되는 밀폐형 전지(10)에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 외측 수지 부재(60)는 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 수지 매트릭스(62)와, 해당 수지 매트릭스(62) 중에 분산되어 존재하는 무기 섬유(64)로 구성되어 있다. 그리고, 외측 수지 부재(60) 중의 무기 섬유(64)의 적어도 50질량％는, 해당 무기 섬유(64)의 섬유 축방향이 덮개(22)의 외면(22A)과 평행 상태로 되도록 배치되어 있다.
＜무기 섬유＞
수지 매트릭스(62) 중에 분산시키는 무기 섬유(64)로서는, 무기 재료로 이루어지는 섬유상의 부재라면, 본원의 효과를 발휘할 수 있는 범위에 있어서 특별히 한정되지 않고 1종 또는 2종 이상을 적절히 사용할 수 있다. 예를 들어, 무기 섬유(64)로서는, 글래스 섬유이어도 된다. 글래스 섬유로서는, 예를 들어 SiO2를 주성분으로 하는 것이 예시된다. SiO2를 주성분으로 하고, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, B2O3, Li2O, ZrO2, BaO, B2C3, Na2O, K2O 등의 산화물 또는 탄화물을 혼합하여 사용해도 된다. 여기에 개시되는 기술에 있어서 바람직한 글래스 섬유의 구체예로서, SiO2의 조성으로 이루어지는 글래스 섬유가 예시된다. 글래스 섬유는, 비방향족성 수지 조성물의 내열성 및 기계적 강도 향상에 효과적으로 기여할 수 있다. 또한, 글래스 섬유는 절연질이기 때문에, 외측 수지 부재(60)의 절연성을 확보할 수 있는 점에서도 바람직하다.
또는, 무기 섬유(64)는 글래스 이외의 무기 재료, 예를 들어 세라믹 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유 중 어느 하나이어도 된다. 세라믹 섬유로서는, 예를 들어 알루미나와 실리카를 주성분으로 하여 합성된 섬유가 예시된다. 금속 섬유로서는, 예를 들어 스테인리스강 섬유, 알루미늄 섬유, 니켈 섬유, 구리 섬유가 예시된다. 탄소 섬유로서는, 예를 들어 PAN계 탄소 섬유나 피치계 탄소 섬유가 예시된다. 이들 무기 섬유는, 단독으로, 또는 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
수지 매트릭스(62) 중에 분산시키는 무기 섬유(64)의 평균 섬유 직경(수 평균)은 특별히 한정되지 않지만, 통상은 3㎛ 이상이며, 바람직하게는 5㎛ 이상이다. 무기 섬유(64)의 섬유 직경이 지나치게 작으면, 충분한 내열성 및 기계적 강도 향상 효과가 발휘되기 어려워질 수 있다. 그 한편, 평균 섬유 직경이 50㎛를 상회하는 무기 섬유(64)는 외측 수지 부재(60)의 성형성 및 기계적 강도를 저하시킬 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 무기 섬유(64)의 길이(수 평균)에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 통상은 3㎛∼50㎛의 범위이며, 바람직하게는 5㎛∼20㎛이다. 이와 같은 사이즈의 무기 섬유(64)를 사용함으로써, 내열성 및 기계적 강도를 효과적으로 보강할 수 있다.
여기에 개시되는 밀폐형 전지(10)에 사용되는 외측 수지 부재(60)의 일 형태에 있어서, 외측 수지 부재(60)에 있어서의 무기 섬유(64)의 함유량 X는, 외측 수지 부재(60)의 전체 질량[전형적으로는 수지 매트릭스(62)와 무기 섬유(64)의 합계량]에 대해 45질량％∼60질량％(즉, 45≤X≤60)인 것이 바람직하다. 무기 섬유(64)의 함유량 X가 지나치게 많으면, 수지의 유동성이 저하되기 때문에, 성형성이 저하될 우려가 있다. 한편, 무기 섬유(64)의 함유량이 지나치게 적으면, 충분한 내열성 및 기계적 강도 향상 효과가 발휘되기 어려워질 수 있다. 통상은, 외측 수지 부재(60)의 전체 질량에 대한 무기 섬유(64)의 함유량 X를 45질량％ 이상 60질량％ 이하(즉, 45≤X≤60)로 하는 것이 적당하고, 바람직하게는 45질량％보다 많고 또한 60질량％ 미만(즉, 45＜X＜60)으로 하는 것이 적당하고, 보다 바람직하게는 48질량％ 이상 52질량％ 이하이고, 특히 바람직하게는 50질량％ 이상 52질량％ 이하이다.
여기서 개시되는 기술에서는, 외측 수지 부재(60) 중의 무기 섬유(64)의 적어도 50질량％는, 그 섬유 축방향이 덮개(22)의 외면(22A)과 평행 상태로 되도록 배치되어 있다. 바람직한 일 형태에서는, 무기 섬유(64)의 60질량％ 이상(보다 바람직하게는 75질량％ 이상, 특히 바람직하게는 90질량％ 이상)이 덮개(22)의 외면(22A)과 평행 상태로 되도록 배치되어 있다. 여기서 말하는 「평행 상태」란, 완전히 평행한 것 외에, 본 발명의 효과를 발휘하는 한, 실질적으로 평행하다고 간주할 수 있는 경우도 포함하는 것으로 한다. 예를 들어, 무기 섬유(64)와 덮개(22)의 외면(22A)의 교차하는 각도가 0도 이상 30도 이하이어도 된다. 바람직하게는, 무기 섬유(64)와 덮개(22)의 외면(22A)의 교차하는 각도가 0도 또는 그 이상이며, 또한 20도보다도 작고, 더욱 바람직하게는 10도보다도 작다.
이와 같이, 덮개(22)에 대해 평행하게 배향된 무기 섬유(64)를 수지 매트릭스(62) 중에 분산시킴으로써, 외측 수지 부재(60)를 비방향족성 수지 조성물로 형성하는 것에 수반되는 내열성 및 기계적 강도의 저하를 보상할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 덮개(22)와 케이스 본체(21)의 이음매(25)를 레이저 용접한 때에 발생할 수 있는, 외측 수지 부재(60)의 열변형(변형)을 방지할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, 외측 수지 부재(60)는 덮개(22)의 단자 인출 구멍(242)을 둘러싸는 주연 부분에 설치되고, 정극 내부 단자(420)를 삽입 관통시키는 관통 구멍(622)을 갖고 있다. 정극 내부 단자(420)는 전지(10)의 내부에 배치된 받침대부(424)와, 받침대부(424)로부터 돌출 설치되고, 덮개(22)의 단자 인출 구멍(242)을 통과하여 전지(10)의 외부에 인출된 리벳부(426)를 갖는다. 리벳부(426)는 외측 수지 부재(60)를 단자 축방향으로 압축하도록 코킹되어 있고, 그것에 의해 정극 내부 단자(420)가 덮개(22)에 고정되어 있다. 이러한 형태의 전지(10)에서는, 코킹의 응력에 의해 덮개(22)가 변형(전형적으로는 휨 변형)되는 경향이 있다. 그러나, 본 형태에 의하면, 외측 수지 부재(60) 중의 무기 섬유(64)가 덮개(22)에 대해 평행하게 배향되어 있으므로, 덮개(22)에 이러한 응력이 완화되어, 덮개(22)의 변형을 방지할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, 전지(10)는 헤드부(672)와 다리부(674)를 갖는 볼트(670)이며 정극 단자(40)의 외측 단부에 형성된 볼트 삽입 관통 구멍(464A)에 다리부(674)를 삽입 관통시켜 배치된 볼트(670)를 더 구비한다. 외측 수지 부재(60)는 정극 단자(40)의 외측 단부를 따라 연장되는 연장부(640)를 갖는다. 그리고, 외측 수지 부재(60)의 연장부(640)에는, 볼트(670)의 헤드부(672)를 수용하고, 또한 해당 볼트(670)의 회전을 제한하는 볼트 수용 구멍(642)이 형성되어 있다. 여기서, 외측 수지 부재(60)에 무기 섬유(64)를 첨가하면, 외측 수지 부재(60)의 내열성 및 기계적 강도는 증대하고, 외측 수지 부재(60)가 단단해진다. 그로 인해, 볼트(670)를 체결할 때의 토크(체결압)가 지나치게 크면, 외측 수지 부재(60)가 깨질 우려가 있다. 즉, 볼트 체결 시에 고토크를 가할 수 없다고 하는 다른 문제가 발생할 수 있다.
이에 대해, 본 구성에 의하면, 외측 수지 부재(60) 중의 무기 섬유(64)가 덮개(22)에 대해 평행(즉, 볼트 체결 방향에 대해 수직 방향)하게 배향되어 있으므로, 외측 수지 부재(60)가 볼트 체결 방향에 대해 수직 방향으로 신장되기 쉽다. 그로 인해, 볼트 체결 시에 고토크를 가하였다고 해도, 외측 수지 부재(60)가 볼트 체결 방향에 대해 수직 방향으로 신장됨으로써 외측 수지 부재(60)가 깨지는 사태가 발생하기 어렵다. 따라서, 볼트(670)를 적정한 체결압(토크)으로 체결할 수 있다. 이에 의해, 전지에 가해지는 진동 등에 의해 볼트(670)의 체결이 느슨해지는 것을 회피할 수 있고, 볼트(670)의 체결의 느슨함에 기인하는 다양한 문제[예를 들어 외부 단자(460)와 접속 부재(112)의 밀착성의 저하, 거기에 기인하는 외부 단자(460)와 접속 부재(112)의 접촉 계면에 있어서의 산화 등의 부식, 전기 저항의 증대 등]를 방지할 수 있다.
또한, 여기서 개시되는 바람직한 기술에서는, 외측 수지 부재(60) 중의 무기 섬유(64)의 적어도 50질량％는, 해당 무기 섬유의 섬유 축방향이 덮개(22)의 긴 변부(22B)(도 2 참조)와 평행 상태로 되도록 배치되어 있다. 보다 바람직하게는, 무기 섬유(64)의 60질량％ 이상(보다 바람직하게는 75질량％ 이상, 특히 바람직하게는 90질량％ 이상)이 덮개(22)의 긴 변부(22B)(도 2 참조)와 평행 상태로 되도록 배치되어 있다. 여기서 말하는 「평행 상태」란, 완전히 평행한 것 외에, 본 발명의 효과를 발휘하는 한, 실질적으로 평행하다고 간주할 수 있는 경우도 포함하는 것으로 한다. 예를 들어, 무기 섬유(64)와 덮개(22)의 긴 변부(22B)의 교차하는 각도가 0도 이상 30도 이하이어도 된다. 바람직하게는, 무기 섬유(64)와 덮개(22)의 긴 변부(22B)의 교차하는 각도가 0도 또는 그 이상이며, 또한 20도보다도 작고, 더욱 바람직하게는 10도보다도 작다. 이러한 구성에 의하면, 볼트(670)를 체결할 때, 외측 수지 부재(60)가 신장 여유가 적은 덮개(22)의 폭 방향이 아니라, 덮개(22)의 길이 방향으로 우선적으로 신장되기 때문에, 충분한 신장 여유를 확보할 수 있다.
무기 섬유(64)의 배향 방향은, 다양한 방법에 의해 조절할 수 있다. 예를 들어, 무기 섬유(64)의 배향 방향을 조절하는 방법으로서, 외측 수지 부재(60)를 성형(전형적으로는 사출 성형)할 때의 게이트 위치에 의해 수지의 흐름을 제어하는 방법을 들 수 있다. 즉, 수지에 첨가된 무기 섬유는 수지와 함께 금형(성형기) 내에 충전된다. 그 때, 금형 내부에서는 수지의 유동을 따라 무기 섬유가 배향(정렬)되는 경향이 있다. 따라서, 금형 내에 충전되는 수지의 흐름을 제어함으로써, 무기 섬유의 배향 방향을 임의로 조절할 수 있다.
외측 수지 부재(60)는 비방향족성 수지 조성물 및 무기 섬유 외에, 필요에 따라 각종 첨가제를 부성분으로서 함유할 수 있다. 그와 같은 첨가제로서는, 산화 방지제, 방부제 등이 예시된다. 여기서 개시되는 바람직한 일 형태에서는, 외측 수지 부재(60)는 페놀계 열 안정제나 Cu-I계 열 안정제를 포함하지 않는다. 페놀계 열 안정제는, 레이저 용접 시에 레이저 산란광을 흡수하기 때문에 변질의 요인으로 될 수 있다. 또한, Cu-I계 열 안정제는, 외측 수지 부재(60)에 흡수된 물과 함께 구성 성분이 외부로 유출되어 다른 전지 구성 부재(예를 들어 단자나 케이스 본체)가 부식되는 요인으로 될 수 있다.
또한, 내측 수지 부재(50)의 구성 재료로서는, 사용하는 전해액에 대해 내성을 나타내는 각종 수지 조성물을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리페닐렌술피드 수지(PPS), 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지(PEEK), 폴리에테르케톤케톤 수지(PEKK), 폴리에테르술폰 수지(PES) 등의 수지를 베이스로 하는 수지 조성물을 바람직하게 채용할 수 있다. 또한, 외측 수지 부재(60)와 동일한 수지 조성물에 의해 내측 수지 부재(50)를 형성해도 된다. 본 실시 형태에 관한 내측 수지 부재(50)는 PPS에 의해 형성되어 있다.
본 실시 형태의 전지(10)에 있어서의 부극측의 구조[부극 단자(80)의 외형 및 그 인출 구조 등]는 부극 단자(80)의 재질을 제외하고는 정극측과 대략 마찬가지이다. 즉, 전극체(30)의 부극 시트 돌출 부분(34A)에는, 부극 단자(80)의 일단부가, 예를 들어 저항 용접에 의해 접속되어 있다. 이 부극 단자(80)는 정극 내부 단자(420)와 대략 동일한 형상으로 형성된 부극 내부 단자(820)와 부극 외부 단자(860)를 구비하고, 내부 단자(820)의 돌출부(리벳부)를 외부 단자(860)의 제1 접속부에 리베팅함으로써 단자(820, 860)가 접속되어 있다. 상기 리베팅은, 정극측과 마찬가지로, 단자(820, 860)의 사이에 내측 수지 부재(50), 덮개(22) 및 외측 수지 부재(60)를 끼워 행해진다. 외부 단자(860)는 제1 접속부와 제2 접속부를 갖는 계단 형상으로 형성되어 있다. 그 제2 접속부에 형성된 볼트 삽입 관통 구멍에는 볼트(670)가 아래에서 위로 장착되어 있고, 그 다리부(674)에 외부 접속용의 접속 부재(112)를 연결(고정)할 수 있도록 구성되어 있다. 부극측의 내부 단자(820) 및 외부 단자(860)의 구성 재료로서는 도전성이 좋은 금속 재료가 바람직하고, 전형적으로는 구리가 사용된다. 본 실시 형태의 부극 내부 단자(820) 및 부극 외부 단자(860)는 구리제이다. 내측 수지 부재(50), 외측 수지 부재(60)의 재질이나 형상은 정극측과 동일하다.
＜전지의 제조 방법＞
이러한 구성의 리튬 이온 2차 전지(10)는 예를 들어 대략 이하의 수순으로 적절하게 제조(구축)할 수 있다. 즉, 상술한 구성의 덮개(22)를 준비하고, 그 내측면에 내측 수지 부재(50)를 외측면에 외측 수지 부재(60) 및 정극 외부 단자(460)를 세트한다. 이때, 외측 수지 부재(60)의 볼트 수용 구멍(642)에 볼트(670)의 헤드부(672)를 수용하고, 그 위로부터 외부 단자(460)를 배치하도록 한다. 정극 내부 단자(420)의 리벳부(돌출부)(426)를 단자 인출 구멍(242), 외측 수지 부재(60)의 관통 구멍(622) 및 외부 단자(460)에 통과시켜 외측으로 돌출시키고, 그 리벳부(돌출부)의 선단을 방사상으로 직경 확장하여 리베팅(코킹)함으로써, 덮개(22)의 단자 인출 구멍(242)에 정극 단자(40)를 설치한다. 그때, 리벳부(426)의 코킹 부분과 받침대부(424) 사이에서, 내측 수지 부재(50), 덮개(22), 외측 수지 부재(60) 및 정극 외부 단자(460)를 끼움 지지하여 이들을 압박함으로써, 내측 수지 부재(50) 및 외측 수지 부재(60)를 단자 축방향으로 압축하여 각 부재를 밀착시키고, 덮개(22)의 단자 인출 구멍(242)을 시일한다. 정극측과 마찬가지로 하여, 덮개(22)의 단자 인출 구멍(244)에 부극 단자(80)를 설치한다. 이와 같이 하여, 양쪽 전극 단자(40, 80)와 덮개(22)가 일체화된 덮개-단자 어셈블리를 얻는다.
계속해서, 상기 구성의 권회 전극체(30)의 축방향 양단부에 정극 단자(40) 및 부극 단자(80)를 각각 접합(예를 들어 용접)한다. 이에 의해 상기 덮개-단자 어셈블리와 전극체(30)가 일체화된 덮개 유닛(덮개-단자-전극체 어셈블리)을 얻는다. 그리고, 전극체(30)를 케이스 본체(21)의 개구부로부터 내부에 수용하도록 하여 해당 개구부에 덮개(22)를 장착하고, 덮개(22)와 케이스 본체(21)의 이음매(25)를 레이저 용접한다.
레이저 용접의 조건은, 덮개(22)와 케이스 본체(21)를 용접에 의해 기밀하게 접합할 수 있는 조건이면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 사용하는 레이저광으로서는, YAG 레이저, 파이버 레이저, 탄산 가스 레이저, DOE 레이저, LD 레이저 등을 적절히 채용할 수 있다. 연속 발진(CW), 펄스 발진의 모두를 사용 가능하다. 생산성 향상의 관점에서는, 용접 속도를 높이기 쉬운 CW 발진이 유리하다. 또한, 일반적으로 CW 발진에 의한 용접[전형적으로는, 용융 금속으로부터의 열전도를 이용하여 인접하는 부위를 용융시킴으로써 이음매(25)를 따라 점차 용융부가 이동하도록, 해당 용융 금속 상에 레이저를 조사하는 형태로 실시됨]에서는, 펄스 발진에 의한 용접에 비해 부여되는 에너지량이 많아지기 때문에, 본 발명을 적용하여 외측 수지 부재의 변질 및 변형을 방지하는 것이 특히 의미가 있다. 여기에 개시되는 기술은, 예를 들어 에너지 밀도 0.2∼100㎾/㎟의 조건으로 덮개(22)와 본체(21)를 레이저 용접하는 경우에 바람직하게 적용될 수 있다. 또한, 용접 속도 2∼10m/min의 조건으로 덮개(22)와 본체(21)를 레이저 용접하는 경우에 바람직하게 적용될 수 있다.
그 후, 덮개(22)에 형성된 주액 구멍(28)으로부터 케이스(20) 내에 전해액을 주입한다. 전해액으로서는, 종래부터 리튬 이온 2차 전지에 사용되는 비수 전해액과 동일한 것을 특별히 한정없이 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 에틸렌카르보네이트와 디에틸카르보네이트의 혼합 용매(예를 들어, 체적비 1:1 정도의 혼합 용매)에 LiPF6을 약 1mol/리터의 농도로 함유시킨 전해액을 사용한다. 그 후, 주액 구멍(28)에 밀봉 캡(29)을 설치하여(예를 들어 용접하여) 케이스(20)를 밀봉한다. 이와 같이 하여 리튬 이온 2차 전지(10)를 제조(구축)할 수 있다.
＜조전지＞
이어서, 이러한 구성의 리튬 이온 2차 전지(10)를 단전지로 하고, 해당 단전지를 복수 구비하여 이루어지는 조전지의 일 구성예를 설명한다. 도 9, 도 10에 도시한 바와 같이, 이 조전지(100)는 복수개(전형적으로는 10개 이상, 바람직하게는 10∼30개 정도, 예를 들어 20개)의 리튬 이온 2차 전지(단전지)(10)를, 각각의 정극 단자(40) 및 부극 단자(80)가 교대로 배치되도록 하나씩 반전시키면서, 케이스(20)의 폭이 넓은 면이 대향하는 방향(적층 방향)으로 배열되어 있다. 당해 배열된 단전지(10) 사이에는, 소정 형상의 냉각판(도시하지 않음)이 끼워 넣어져 있다. 이 냉각판은, 사용 시에 각 단전지(10) 내에서 발생하는 열을 효율적으로 방산시키기 위한 방열 부재로서 기능하는 것이며, 단전지(10) 사이에 냉각용 유체(전형적으로는 공기)를 도입 가능한 형상(예를 들어, 직사각 형상의 냉각판의 한 변으로부터 수직으로 연장되어 대향하는 변에 이르는 복수의 평행한 홈이 표면에 형성된 형상)을 갖는다. 열전도성이 좋은 금속제 또는 경량이고 경질의 폴리프로필렌 그 외의 합성 수지제의 냉각판이 적합하다.
도 10에 도시한 바와 같이, 상기 배열시킨 단전지(10) 및 냉각판의 양단부에는, 한 쌍의 엔드 플레이트(구속판)(118)가 배치되어 있다(도 10에는 상기 배열의 일단부측만을 도시하고 있다). 상기 배열된 단전지(10) 및 냉각판은, 양쪽 엔드 플레이트의 사이를 가교하도록 설치된 체결용의 구속 밴드(도시하지 않음)에 의해, 규정의 구속압이 가해지도록 구속되어 있다. 그리고, 인접하는 단전지(10) 사이에 있어서, 한쪽의 정극 단자(40)와 다른 쪽의 부극 단자(80)가 접속 부재(버스 바)(112)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 보다 상세하게는, 접속 부재(112)의 양단부에 형성된 관통 구멍을 인접하는 단전지(10)의 외부 단자로부터 돌출되는 볼트 다리부(674)에 각각 통과시키고, 그 위로부터 너트(113)를 체결함으로써, 한쪽의 정극 단자(40)와 다른 쪽의 부극 단자(80)를 전기적으로 접속할 수 있다. 이와 같이 각 단전지(10)를 직렬로 접속함으로써, 원하는 전압의 조전지(100)가 구축되어 있다. 또한, 도 10에는 단전지(10) 및 냉각판을 일렬로 배열한 예를 도시하고 있지만, 단전지(10) 및 냉각판은 2열 또는 3열 이상으로 배열되어 있어도 된다.
이하, 본 발명에 관한 몇 가지의 실시예를 설명하지만, 본 발명을 이러한 구체예에 나타내는 것으로 한정하는 의도는 아니다.
＜시험예 1＞
상술한 실시 형태에 관한 리튬 이온 2차 전지(단전지)를 상술한 수순으로 구축하였다. 외측 수지 부재로서는, PA66로 이루어지는 수지 매트릭스 중에, SiO2의 조성으로 이루어지는 글래스 섬유를 분산시킨 것을 사용하였다. 외측 수지 부재 중의 글래스 섬유는, 해당 글래스 섬유의 섬유 축방향이 덮개의 외면과 평행 상태로 되도록 배치하였다.
본 예에서는, 외측 수지 부재에 있어서의 글래스 섬유의 함유량이 상이한 복수의 샘플을 제작하였다. 그리고, 덮개와 케이스를 이하의 조건으로 레이저 용접하는 것에 의한 외측 수지 부재의 두께 a(도 8 참조)의 감소 치수량(변형량)을 측정하였다. 그 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11은, 글래스 섬유의 함유량과 외측 수지 부재의 두께 감소량의 관계를 나타내는 그래프이다.
[용접 조건]
사용 레이저:파이버 레이저(파장 1060∼1070㎚)
출력:2.8㎾
용접 온도:250도
발진 방식:연속 발진(CW)
빔 직경:직경 0.8㎜
조사 각도 θ:89도
레이저광의 궤도와 외측 수지 부재의 최소 거리:1.0㎜
도 11에 나타내는 바와 같이, 글래스 섬유를 첨가한 외측 수지 부재를 사용함으로써, 레이저 용접에 의한 열변형(변형)이 억제되는 것이 확인되었다. 여기서 공시한 전지의 경우, 글래스 섬유의 함유량을 50질량％ 이상으로 함으로써, 열변형(변형)이 보다 좋게 억제되었다. 이 결과로부터, 외측 수지 부재에 있어서의 글래스 섬유의 함유량은 대략 50질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
＜시험예 2＞
글래스 섬유의 배향 방향이 전지 강도에 미치는 영향을 확인하기 위해, 이하의 실험을 행하였다. 즉, 시험예 1과 마찬가지로 하여, PA66로 이루어지는 수지 매트릭스 중에 글래스 섬유를 분산시킨 외측 수지 부재를 제작하고, 리튬 이온 2차 전지를 구축하였다. 외측 수지 부재 중의 글래스 섬유의 함유량은 33질량％로 하였다.
본 예에서는, 글래스 섬유의 배향 방향이 상이한 샘플 1, 2를 제작하였다. 샘플 1에서는, 외측 수지 부재 중의 글래스 섬유의 섬유 축방향과 덮개의 외면이 평행 상태로 되도록 배치하였다. 샘플 2에서는, 외측 수지 부재 중의 글래스 섬유의 섬유 축방향과 덮개의 외면이 직교하도록 배치하였다. 그리고, 각 단자의 리벳부(돌출부)를 리베팅함으로써 각 단자를 덮개에 고정한 때의 덮개 변형량을 측정하였다. 덮개의 변형량은, 도 12에 도시하는 덮개(22)의 길이 방향이 상이한 9개소에서 측정하였다. 결과를 도 13에 나타낸다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 덮개에 대해 글래스 섬유를 평행 상태로 배치한 샘플 1은 덮개에 대해 글래스 섬유를 수직 방향으로 배치한 샘플 2에 비해, 덮개의 변형이 개선되어 있었다. 이 결과로부터, 외측 수지 부재 중의 글래스 섬유는, 덮개에 대해 평행하게 배향시키는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명을 적합한 실시 형태에 의해 설명하였지만, 이러한 기술은 한정 사항이 아니고, 물론 다양한 개변이 가능하다.
본 발명에 관한 밀폐형 전지(전형적으로는 2차 전지, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지)는 특히 자동차 등의 차량에 탑재되는 모터(전동기)용 전원으로서 적절하게 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 측면으로서, 예를 들어 도 14에 모식적으로 도시된 바와 같이, 이러한 전지(10)[전형적으로는, 당해 전지(10)를 복수개 직렬로 접속하여 형성되는 조전지(100)]를 구동용 전원으로서 구비하는 차량(전형적으로는 자동차, 예를 들어 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등)(1)이 제공된다.

Claims (10)

  1. 밀폐형 전지이며:
    개구부를 갖는 케이스 본체;
    상기 케이스 본체에 수용된 전극체;
    상기 케이스 본체의 개구부에 고정되어 있고, 관통 구멍이 형성된 덮개;
    상기 전극체에 전기적으로 접속된 단자이며, 그 일부가 상기 덮개의 관통 구멍을 통하여 상기 전지의 외부에 노출되어 있는 단자; 및,
    상기 덮개에 있어서의 상기 전지의 외측에 위치하는 외면에 배치되고, 상기 단자의 외부 노출 부분의 주위를 덮는 외측 수지 부재를 구비하고,
    상기 덮개는, 상기 케이스 본체의 개구부에 끼워 넣어짐으로써, 상기 덮개에 있어서의 상기 외측 수지 부재가 배치된 외면의 테두리와, 상기 케이스 본체에 있어서의 개구부의 주연이 접하도록 맞춰지고, 그 이음매의 레이저 용접에 의해 상기 덮개가 상기 케이스 본체에 고정되어 있고,
    상기 외측 수지 부재는, 비방향족성 수지 조성물로 이루어지는 수지 매트릭스와, 상기 수지 매트릭스 중에 분산되어 존재하는 무기 섬유로 구성되어 있고,
    상기 외측 수지 부재 중의 무기 섬유의 적어도 50질량％는, 상기 무기 섬유의 섬유 축방향이 상기 덮개의 외면과 평행 상태로 되도록 배치되어 있는, 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 본체의 개구부는 직사각 형상으로 형성되어 있고,
    상기 덮개는, 상기 개구부의 직사각 형상에 대응하는 한 쌍의 긴 변부와 한 쌍의 짧은 변부를 갖고 있고,
    상기 외측 수지 부재 중의 무기 섬유의 적어도 50질량％는, 상기 무기 섬유의 섬유 축방향이 상기 덮개의 긴 변부와 평행 상태로 되도록 배치되어 있는, 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외측 수지 부재에 있어서의 무기 섬유의 함유량이, 상기 외측 수지 부재의 전체 질량에 대해 45질량％∼60질량％인, 전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기 섬유는, 글래스 섬유인, 전지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기 섬유의 평균 섬유 직경이, 3㎛∼50㎛인, 전지.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외측 수지 부재는, 페놀계 열 안정제 및 Cu-I계 열 안정제를 포함하지 않는, 전지.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비방향족성 수지 조성물 중 80질량％ 이상은, 폴리아미드, 폴리아세탈, 퍼플루오로알콕시알칸 및 폴리메타크릴산메틸로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는, 전지.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외측 수지 부재는, 상기 단자를 삽입 관통시키는 관통 구멍을 갖고,
    상기 단자는,
    상기 전지의 내부에 배치된 받침대부와,
    상기 받침대부로부터 돌출 설치되고, 상기 덮개의 관통 구멍과 상기 외측 수지 부재의 관통 구멍을 통하여 상기 전지의 외부에 노출되어 있는 리벳부를 갖고,
    상기 단자의 리벳부는, 상기 외측 수지 부재를 단자 축방향으로 압축하도록 코킹되어 있는, 전지.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전지는, 헤드부와 다리부를 갖는 볼트이며 상기 단자의 외측 단부에 형성된 볼트 삽입 관통 구멍에 상기 다리부를 삽입 관통시켜 배치된 볼트를 더 구비하고,
    상기 외측 수지 부재는, 상기 단자의 외측 단부를 따라 연장되는 연장부를 갖고,
    상기 외측 수지 부재의 연장부에는, 상기 볼트의 상기 헤드부를 수용하고 또한 상기 볼트의 회전을 제한하는 볼트 수용 구멍이 형성되어 있는, 전지.
  10. 제9항에 기재된 전지를 단전지로 하는 조전지이며,
    복수의 상기 단전지와,
    그들 단전지의 단자간을 접속하는 접속 부재를 구비하고,
    상기 접속 부재는, 상기 접속 부재의 볼트 삽입 관통 구멍에 상기 볼트의 다리부를 통하여 너트를 체결함으로써 상기 단자의 외측 단부에 체결되어 있는, 조전지.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017142929A (ja) * 2016-02-09 2017-08-17 トヨタ自動車株式会社 電池
JP6961326B2 (ja) * 2016-03-30 2021-11-05 古河電気工業株式会社 レーザ光遮蔽材
CN106129280A (zh) * 2016-08-10 2016-11-16 东莞永蓝电子科技有限公司 动力电池顶盖用复合绝缘块
JP6632952B2 (ja) * 2016-09-27 2020-01-22 プライムアースＥｖエナジー株式会社 絶縁体、二次電池及び絶縁体の製造方法
WO2018201085A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Alpha Technologies Inc. Packaging systems and methods for batteries
JP7001957B2 (ja) * 2018-03-02 2022-01-20 トヨタ自動車株式会社 電池の製造方法および電池
JP7085127B2 (ja) * 2018-05-30 2022-06-16 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
CN209843907U (zh) * 2019-07-22 2019-12-24 江苏时代新能源科技有限公司 二次电池
JP7332999B2 (ja) * 2019-11-08 2023-08-24 トヨタ自動車株式会社 密閉型電池
JP7269912B2 (ja) * 2020-11-30 2023-05-09 プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社 蓋体および密閉型電池
CN118380698A (zh) * 2022-06-14 2024-07-23 上海兰钧新能源科技有限公司 锂电池壳体及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011233399A (ja) 2010-04-28 2011-11-17 Hitachi Vehicle Energy Ltd 二次電池
JP2011243559A (ja) 2010-04-20 2011-12-01 Hitachi Vehicle Energy Ltd 二次電池
JP2012151098A (ja) 2010-12-28 2012-08-09 Gs Yuasa Corp 蓄電素子
JP2012248451A (ja) 2011-05-30 2012-12-13 Hitachi Vehicle Energy Ltd 二次電池

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5365855B2 (ja) 2009-06-04 2013-12-11 トヨタ自動車株式会社 密閉型二次電池
JP2012164634A (ja) * 2011-01-20 2012-08-30 Gs Yuasa Corp 蓄電素子
JP5871150B2 (ja) 2011-08-16 2016-03-01 トヨタ自動車株式会社 密閉型電池
JP5795937B2 (ja) * 2011-10-25 2015-10-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 二次電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011243559A (ja) 2010-04-20 2011-12-01 Hitachi Vehicle Energy Ltd 二次電池
JP2011233399A (ja) 2010-04-28 2011-11-17 Hitachi Vehicle Energy Ltd 二次電池
JP2012151098A (ja) 2010-12-28 2012-08-09 Gs Yuasa Corp 蓄電素子
JP2012248451A (ja) 2011-05-30 2012-12-13 Hitachi Vehicle Energy Ltd 二次電池

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Publication number Publication date
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