KR101821675B1 - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
전지의 대용량화, 고에너지 밀도화를 위해, 한정된 전지 공간 내에서, 안전 밸브의 동작을 확실하게 행하고, 전지 내에서 발생한 가스를 신속하게 배출하는 안전성이 우수한, 대용량의 전지를 제안한다.
적층체를 내포하는 전지 캔의 덮개판에 안전 밸브가 형성되고, 정극 및 부극의 외부 출력 단자 등의 통전 부품과 안전 밸브는 동일한 덮개판에 배치되고, 안전 밸브는 정극 및 부극의 한 쌍의 단자 사이의 덮개판의 중심선의 적어도 일부를 덮도록 배치되고, 덮개판의 중심선으로부터 통전 부품에서의 안전 밸브측의 단부까지의 거리가, 덮개판의 중심선으로부터 안전 밸브의 최외경까지의 거리 이하이며, 안전 밸브의 동작 시에서의 개구부로부터 덮개판면으로의 투영 영역과 정극 및 부극의 외부 출력 단자 등의 통전 부품으로부터 덮개판면으로의 투영 영역이 겹치지 않는 구성으로 한다.
적층체를 내포하는 전지 캔의 덮개판에 안전 밸브가 형성되고, 정극 및 부극의 외부 출력 단자 등의 통전 부품과 안전 밸브는 동일한 덮개판에 배치되고, 안전 밸브는 정극 및 부극의 한 쌍의 단자 사이의 덮개판의 중심선의 적어도 일부를 덮도록 배치되고, 덮개판의 중심선으로부터 통전 부품에서의 안전 밸브측의 단부까지의 거리가, 덮개판의 중심선으로부터 안전 밸브의 최외경까지의 거리 이하이며, 안전 밸브의 동작 시에서의 개구부로부터 덮개판면으로의 투영 영역과 정극 및 부극의 외부 출력 단자 등의 통전 부품으로부터 덮개판면으로의 투영 영역이 겹치지 않는 구성으로 한다.
Description
본 발명은, 안전 밸브를 갖는 이차 전지에 관한 것이다.
최근, 환경 문제를 배경으로 하여, 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 포크리프트, 셔블카 등의 이동체뿐만 아니라, UPS(무정전 전원 장치), 태양광 발전의 전력 저장 등의 산업용 용도에도, 리튬 이온 전지를 대표로 하는 이차 전지의 적용이 도모되고 있다. 이와 같은 이차 전지의 용도 확대에 수반하여, 대용량화, 고에너지 밀도화가 요구되고 있다.
또한, 이차 전지의 고성능화에 부가하여, 고안전화도 중요한 과제로 되고 있다. 이차 전지로서는, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등이 있다. 현존하는 이차 전지 중에서도, 특히 리튬 이온 이차 전지는 고에너지 밀도화에 적합하고, 현재로도 그 개발이 활발히 진행되고 있다.
이 니켈 수소 전지나 리튬 이온 이차 전지의 주요한 구성 요소는, 부극 집전체의 표면에 부극 활물질층을 유지한 부극과, 전해질을 유지하는 세퍼레이터와, 정극 집전체의 표면에 정극 활물질층을 유지한 정극이다. 니켈 수소 전지는, 정극에 니켈 산화물, 부극에 수소 흡장 합금을 채용하고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지는, 정극에 리튬 금속 산화물, 부극에 흑연 등의 카본 재료를 채용하고 있다. 전지 구조로서는, 띠 형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 순차적으로 겹친 것을 소용돌이 형상으로 감은 원통형 구조와, 단책 형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 적층한 적층형 구조로 대별된다. 띠 형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 권취하기 위한 축심 등의 발전에 관여하지 않는 체적 부분이 많이 있는 원통형 구조보다도, 단책 형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 적층한 적층형 구조의 쪽이, 일반적으로 고체적 에너지 밀도화에 적합하다. 이것은, 적층형은, 권취를 위한 축심이 불필요하거나, 외부 출력용의 정극 및 부극 단자를 전지 캔의 동일면에 배치하기 쉬우므로, 발전에 기여하는 부분 이외의 체적을 적게 할 수 있기 때문이다. 이와 같은 이차 전지의 전지 캔은, 전극군을 수납하는 캔 본체가, 외부 출력용의 정극 단자 부재 및 부극 단자 부재를 갖는 덮개판으로 밀폐되어 있다.
종래 일반적으로 이와 같은 이차 전지의 조립은, 캔 본체를 덮개판으로 밀봉하기 전에, 외부 출력용의 정극 단자 부재 및 부극 단자 부재와, 부극, 세퍼레이터 및 정극으로 이루어지는 전극군과의 전기적 접속을 행한다. 외부 출력용의 정극 단자 부재 및 부극 단자 부재는, 단자 본체와 단자 본체의 기부에 형성된 단자 기체부를 구비하고 있다. 전지 캔 외부로 노출되어 있는 부분을 단자 본체라고 부르고, 전지 캔 내부에 수납되어 있는 부분을 단자 기체부라고 부른다. 통상, 이 단자 기체부에서, 전극군과의 전기적인 접속을 행한다. 그 후, 외부 출력용의 정극 단자 부재 및 부극 단자 부재와 전극군이 부착되어 일체로 된 덮개판이 달린 구조체가 캔 본체에 수납된 후, 캔 본체의 개구부에 덮개판이 절연성 부재를 통하여 부착된다. 이 덮개판이 달린 구조체를 캔 본체의 개구부에 삽입 후, 덮개판과 캔 본체를 밀봉한다. 전지 캔 중에서는, 전지 구조체의 구성 요소인 세퍼레이터, 정극, 부극에 전해액이 함침되어 있다. 그리고, 전지 캔에는, 안전성을 확보하기 위해, 안전 밸브 등의 안전 기구부가 설치되어 있다. 에너지 밀도가 높은 대용량의 전지는, 과충전 등의 오사용이나 이물의 혼입 등에 의한 단락 등에 의해서, 종래의 전지에 비해, 파열, 발화 등이 생긴 경우의 피해 규모가 커진다.
종래의 안전 밸브는, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2002-8616호 공보에 기재되는 안전 밸브와 같이, 정극 단자 부재 및 부극 단자 부재가 부착되는 덮개판에 배치된 것이 있다. 또한 일본 특허 제3573295호 공보에 기재된 안전 밸브와 같이, 전지 캔 측면에 안전 밸브를 배치한 것 등이 제안되어 있다. 또한, 안전 밸브가 동작하였을 때에, 발생한 가스가 스무스하게 전지 캔 밖으로 배출될 수 있도록, 일본 특허 제3573295호 공보에는, 가스 배출 구멍(안전 밸브)을 소용돌이형 전극군의 권회면을 투영한 전지 캔의 측벽에 배치함으로써, 발생하는 가스가 권취축을 따라서 스무스하게, 가스 배출 구멍을 통하여, 전지 밖으로 배출되는 것이 기재되어 있다. 또한, 일본 특허 제4233671호 공보에는, 원통형 전지에 있어서, 원판 형상의 밀봉판의 중앙에 극주(極柱)를 배치하고, 밀봉판에 설치된 복수의 방폭 밸브의 배치 방향과는 다른 배치 방향의 위치에 리드의 접합면을 설치하여, 복수의 방폭 밸브와 리드를, 밀봉판에 대하여 수직 방향에서 보아 상호 겹치지 않는 위치에 배치하는 것이 기재되어 있다.
대용량 전지의 경우, 파열되었을 때의 가스 방출량도 많아지므로, 안전 밸브의 면적을 가능한 한 크게 취하는 것이 필요하다. 안전 밸브의 면적이 전지 용량에 대하여 지나치게 작으면, 생성 가스량에 대하여 전지 캔 밖으로 방출되는 가스량이 적어지기 때문에, 안전 밸브가 작동하여도 전지 캔의 내압 상승이 멈추지 않아, 전지 캔 자체의 파손에 이를 우려가 있다. 또한, 전지 캔 내부에서 생성 가스의 흐름이 방해되어 체류하고 내압 상승을 초래하지 않도록, 정극, 부극, 세퍼레이터로 이루어지는 전극군 및 단자 등의 통전 부품과 안전 밸브의 배치 관계에 배려가 필요하다. 높은 내압으로 파손될수록, 파손 시의 충격 등에 의해, 주위 환경에 미치는 영향이 커진다. 따라서, 대용량화할수록, 안전 밸브의 면적은 넓게 취함과 함께, 전지 캔 내부의 가스 흐름을 스무스하게 할 필요가 있다.
또한, 대용량 전지의 방전 시의 온도 상승을 억제하기 위해, 정극 출력 단자 부재 및 부극 출력 단자 부재 등의 통전 부품을 크게 할 필요가 있다. 이것은, 대용량으로 될수록, 방전 시의 전류가 커지기 때문에, 정극 출력 단자 부재 및 부극 출력 단자 부재의 전기 저항을 작게 하지 않으면, 단자 부재에서의 발열이 증대하여, 전지의 허용 안전 온도와 전지 온도와의 여유가 적어지게 되기 때문이다. 이와 같이, 이차 전지의 대용량화에 수반하여 안전 밸브나 단자 부재의 대형화 등의 과제가 있다.
한편, 에너지 밀도를 높이기 위해서는, 가능한 한 전지 체적을 작게 할 필요가 있고, 발전 요소 이외, 즉, 안전 밸브나 단자 부재 등의 통전 부품은 가능한 한 작게 할 필요가 있다. 이와 같이, 대용량 전지에 있어서, 대용량화와 고에너지 밀도화의 양방에 대응하기 위해서는, 안전 밸브나 단자 부재 등의 통전 부품의 크기에 대하여 상반되는 요구가 있다. 특히, 100Ah 이상의 대용량의 전지의 경우, 축적되어 있는 에너지량이 크므로, 전지는 콤팩트하면서, 안전 밸브는 가능한 한 큰 것이 요망된다.
에너지 밀도를 높이기 위해서는, 일본 특허 공개 제2002-8616호 공보에 기재된 안전 밸브와 같이, 안전 밸브나 외부 출력용의 정극 출력 단자 부재 및 부극 출력 단자 부재를 전지 캔의 동일한 평면 내에 집약하는 것이 바람직하다. 그러나, 대용량화에 수반하여, 통전 저항에 의한 발열을 억제하기 위해, 외부 출력용의 정극 출력 단자 부재 및 부극 출력 단자 부재나, 활물질층이 도포되어 있는 금속 집전체에 형성되어 단자 부재에 전기적 접속되어 있는 터브의 폭도 넓게 취할 필요가 있다. 그러나, 일본 특허 공개 제2002-8616호 공보에 기재된 이차 전지에서는, 출력 단자 부재 등의 통전 부품이나 출력 단자 부재에 접속되는 터브의 형상에 관하여 배려되어 있지 않고, 대용량화에 수반하는 단자나 터브 등의 통전 부품의 발열을 억제하는 과제에 대한 해결책은 하등 개시되어 있지 않다.
이 때문에, 대용량화에 수반하여 안전 밸브를 크게 하고, 또한, 출력 단자 부재나 터브의 형상을 크게 하여 그 치수 폭을 넓히면, 안전 밸브의 바로 아래에까지, 터브나 출력 단자 부재가 확대되어 배치될 가능성이 있고, 이상 시의 생성 가스의 배출이 스무스하게 행해지지 않게 될 가능성이 있다.
한편, 일본 특허 제3573295호 공보에 기재되어 이차 전지와 같이, 이상 시에 발생하는 가스가 스무스하게 흐르도록 하기 위해, 전지 캔 측면에 안전 밸브를 배치하면, 정극 출력 단자 부재 및 부극 출력 단자 부재가 배치되어 있는 덮개판 이외에도, 전지 캔에 구멍 뚫기 가공 등이 필요하게 되어 고비용으로 이어진다. 또한, 안전 밸브가 배치되어 있는 전지 캔의 벽면과 출력 단자 부재가 배치되어 있는 전지 캔의 벽면의 외부 주위는, 가스를 개방하는 공간이나 배선 공간을 형성할 필요가 있다. 그러나 일본 특허 제3573295호 공보에 기재된 이차 전지에서는, 안전 밸브와 외부 출력용의 단자 부재를 각각 따로 따로의 전지 캔의 벽면에 배치하고 있다. 그 때문에, 전지 캔의 2개의 벽면의 주위에 자유 공간을 형성할 필요가 생기고, 안전 밸브와 외부 출력 단자 부재가 전지 캔의 동일 벽면에 배치되는 경우에 비해, 전지의 설치 등에 현저하게는 제약이 생기게 된다.
또한, 일본 특허 제4233671호 공보에 개시된 원통형 전지에서는, 외부 출력용의 단자를 전지 캔의 양단에 배치하는 경우는, 중앙에 전극의 단자인 극주를 배치하고 있다. 그 때문에 안전 밸브를 전지 캔의 단부의 중앙에 배치할 수 없다. 또한 하나의 안전 밸브의 크기에는 한계가 있고, 원통 전지 캔 반경으로부터 극주 반경을 뺀 값 이하로밖에, 안전 밸브의 크기를 크게 할 수 없다. 이 때문에, 극주를 크게 하면, 안전 밸브의 직경을 크게 하는 것은 곤란하게 된다. 또한, 외부 출력용의 단자를 전지 캔의 양단에 배치하고 있기 때문에, 발전 요소 이외의 체적이 많이 필요하며, 단자를 전지 캔의 동일 벽면에 집약한 경우에 비해, 에너지 밀도를 높일 수가 없다. 또한, 원통형 전지는 인접하는 2개의 금속 집전체 사이에서 발생하는 가스는 권취축을 따라서 배출된다. 그러나, 적층형의 전극군에서 사용하는 금속 집전체는 직사각형이기 때문에, 발생한 가스는 전지 캔 내에서 사방으로 퍼져, 전지 캔 내에서 가스가 충만하기 쉽다. 그 때문에 적층형의 전극군을 사용하는 경우에는, 보다 신속하게 가스를 전지 캔 밖으로 배출하는 것이 요망된다.
이와 같이, 대용량이며, 외부 출력용의 단자 부재나 안전 밸브가 전지 캔의 덮개판에 집약된 적층형 전지이며, 에너지 밀도를 높인 전지에 있어서는, 안전 밸브를 크게 취해지지 않는 것이 과제로 되고 있다.
본 발명의 목적은, 안전 밸브가 작동하였을 때, 전지 내부의 가스 방출이 확실하게 행해질 수 있는 안전성이 우수한 대용량이며 에너지 밀도가 높은 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 이차 전지는, 부극 집전체에 부극 활물질이 유지되어 이루어지는 1 이상의 부극과, 정극 집전체에 정극 활물질이 유지되어 이루어지는 1 이상의 정극이 전해질을 유지하는 세퍼레이터를 개재하여 교대로 적층되어 이루어지는 전극군과, 개구부를 갖고 또한 전극군을 수납하는 캔 본체 및 상기 개구부를 막는 덮개판으로 이루어지는 전지 캔을 구비하고 있다. 또한 본 발명의 이차 전지는, 덮개판에 설치되어 1 이상의 부극과 전기적으로 접속된 부극 출력 단자 부재와, 덮개판에 설치되어 1 이상의 정극과 전기적으로 접속된 정극 출력 단자 부재와, 안전 밸브를 구비하고 있다. 안전 밸브는, 부극 출력 단자 부재와 정극 단자 부재와의 사이에 위치하도록 덮개판에 설치되고, 전지 캔의 내압이 소정의 압력 이상으로 상승하면 개방 상태로 되는 개구 영역을 구비하고 있다. 안전 밸브는, 부극 출력 단자 부재와 정극 출력 단자 부재와의 사이의 중심을 지나고 또한 덮개판의 판면을 이분하도록 판면을 따라서 연장되는 가상 중심선과 일부가 겹치도록 배치되어 있다. 본 발명에서는, 안전 밸브, 부극 출력 단자 부재 및 정극 출력 단자 부재가, 다음의 2개의 조건을 만족하도록 구성되어 있다. 제1 조건은, 가상 중심선으로부터 부극 출력 단자 부재 및 정극 출력 단자 부재의 안전 밸브측의 단연까지의 최소 거리가, 중심선으로부터 안전 밸브의 최외 단연까지의 최소 거리 이하인 것이다. 제2 조건은, 안전 밸브의 개구 영역의 덮개판의 판면을 따르는 가상면으로의 투영 영역과 부극 출력 단자 부재 및 상기 정극 출력 단자 부재의 상기 가상면으로의 투영 영역이 겹치지 않는 것이다. 이와 같이 하면, 정극 출력 단자 부재 및 부극 출력 단자 부재가 대형화되어도, 안전 밸브의 개구 영역의 투영 영역과 이들 출력 단자 부재의 투영 영역이 겹치지 않으므로, 전극군으로부터 안전 밸브까지의 가스를 개방하는 경로가 확보되어, 이상 시에 발생하는 가스가 스무스하게 전지 캔 밖으로 배출된다. 그 결과, 안전성을 확보할 수 있어, 안전성을 높인 대용량의 전지 구조를 제공할 수 있다.
안전 밸브는, 전극군 내에서의 정극 및 부극의 적층 방향과 직교하는 직각 방향에 위치하는 덮개판에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전극군의 정극 집전체와 부극 집전체와의 사이에서 발생한 가스는, 정극 집전체와 부극 집전체와의 사이를 지나고, 적층 방향과 직각 방향으로 배출된다. 그 결과, 가스의 방출이 스무스하게 행해져, 안전성을 확보할 수 있어, 안전성을 높인 전지 구조를 제공할 수 있다.
또한 덮개판의 윤곽이 직사각형 형상을 갖고 있고, 안전 밸브가, 그 윤곽이 원형을 갖는 형상을 하고 있는 경우에는, 원형의 중심이, 덮개판의 2개의 대각선의 교차점에 위치하도록 안전 밸브를 배치하는 것이 바람직하다. 그리고 정극 집전체는 덮개판과 대향하는 단부에 전기 접속용 터브를 갖고, 부극 집전체는 덮개판과 대향하는 단부에 전기 접속용 터브를 갖고 있는 경우에는, 정극 집전체의 전기 접속용 터브와 정극 출력 단자 부재와의 접속 위치를, 안전 밸브의 윤곽의 위치보다도 외측으로 하고, 부극 집전체의 전기 접속용 터브와 부극 출력 단자 부재와의 접속 위치를, 안전 밸브의 윤곽의 위치보다도 외측으로 한다. 이에 의해, 덮개판의 중앙에 안전 밸브를 배치하는 것이 가능해져, 안전 밸브의 윤곽 형상을 크게 취한다. 또한 터브와 출력 단자 부재의 접속 위치가, 안전 밸브의 윤곽보다도 덮개판의 외연부측에 배치됨으로써, 터브와 출력 단자 부재의 접속 위치가 안전 밸브와 겹치지 않고, 전극군으로부터 안전 밸브까지의 가스의 배출 경로가 확보된다. 그 결과, 이상 시에 발생하는 가스가 스무스하게 전지 캔 밖으로 배출되고, 안전성을 확보할 수 있어, 안전성을 높인 대용량의 전지 구조를 제공할 수 있다.
또한 정극 집전체의 전기 접속용 터브와 정극 출력 단자 부재와의 접속 위치를, 덮개판을 전극군의 적층 방향으로 4등분하는 3개의 가상선 중 중앙의 가상선을 제외하는 2개의 가상선을 따르는 위치로 한다. 또한 부극 집전체의 전기 접속용 터브와 부극 출력 단자 부재와의 접속 위치도 2개의 가상선을 따르는 위치로 한다. 이와 같이 하면 터브의 길이를 필요 이상으로 길게 할 필요가 없어진다. 또한, 정극 출력 단자 부재 및 부극 출력 단자 부재를, 가상 중심선이 대칭축으로 되도록 배치한다. 이와 같이 배치한 경우에서는, 전극군과 대향하지 않는 면에 열린 형상을 갖는 홈 패턴을 형성한 원형 금속박을 안전 밸브로 할 수 있다. 또한 안전 밸브의 동작 시에 개구 영역을 전체적으로 여는 형상으로 되는 홈 패턴을 형성한 원형 금속박을 안전 밸브로 한 경우에도, 본 발명의 효과는 높아진다.
또한, 안전 밸브를 홈 패턴이 형성된 원형 금속박에 의해 구성할 수 있다. 그리고 홈 패턴은 안전 밸브의 중심을 지나는 부분과, 외주부를 따른 원호 부분을 갖고, 교차를 수반하지 않는 일필서(一筆書) 형상으로 연속해서 이어져 있는 구성으로 할 수 있다. 이에 의해, 이상 시에 발생하는 가스압에 의해서 안전 밸브가 작동하는 경우, 홈 패턴이, 안전 밸브의 중심을 지나므로, 개열(開裂)압의 변동이 적어진다. 게다가 홈 패턴이 외주부를 따른 원호를 갖기 때문에, 안전 밸브의 둘레 길이에 대한 개구경을 크게 취할 수 있다. 또한 홈 패턴이 일필서 형상으로 연속해서 이어져 있기 때문에, 홈 패턴에서의 균열이 스무스하게 전파됨과 함께, 가스 배출에 의한 압력으로 안전 밸브가 비산하는 일이 없는 안전성을 높인 대용량의 전지 구조를 제공할 수 있다. 이 경우, 홈 패턴의 형상은, 알파벳의 대략 s 혹은 대략 e, 또는 소용돌이 형상인 것이 바람직하지만, 이들의 형상과 유사한 형상이면, 정도차는 있어도, 효과가 얻어지는 것은 명백하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 이차 전지를 덮개판 방향에서 본 평면 투영도.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 이차 전지를 측면에서 본 개략 투시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 이차 전지를 덮개판 방향에서 본 평면 투영도.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 이차 전지가 구비하는 안전 밸브의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 이차 전지에서 사용가능한 다른 안전 밸브의 평면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 이차 전지에서 사용가능한 다른 안전 밸브의 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 이차 전지에서 사용가능한 다른 안전 밸브의 평면도.
도 8은 종래의 이차 전지가 구비하는 안전 밸브의 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 이차 전지를 측면에서 본 개략 투시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 이차 전지를 덮개판 방향에서 본 평면 투영도.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 이차 전지가 구비하는 안전 밸브의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 이차 전지에서 사용가능한 다른 안전 밸브의 평면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 이차 전지에서 사용가능한 다른 안전 밸브의 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 이차 전지에서 사용가능한 다른 안전 밸브의 평면도.
도 8은 종래의 이차 전지가 구비하는 안전 밸브의 평면도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[실시예]
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전지를 덮개판 방향에서 본 투영도이며, 도 2는 도 1의 전지를 측면 방향에서 본 개략 투시도이다. 전지 용량 200Ah의 적층형 리튬 이온 이차 전지이다.
도 2에서, 전극군(1)은, 단책 형상의 부극 집전체(구리)의 표면에 부극 활물질층을 유지한 부극과, 전해질을 유지하는 세퍼레이터와, 단책 형상의 정극 집전체(알루미늄)의 표면에 정극 활물질층을 유지한 정극과 세퍼레이터를 사이에 개재하여 교대로 적층한 구성으로 되어 있다. 전극군(1)의 두께 등의 치수나 정극 및 부극의 적층 매수는, 필요한 전지 용량에 의해서 결정된다. 전지 캔(2)은 거의 각형(角形)의 전극군(1)을 내포하기 때문에, 각형 형상을 갖고 있다. 전지 캔이 각형 형상을 갖는 각형 전지는, 띠 형상의 상기 금속 집전체나 세퍼레이터를 원주 형상으로 감아서 원통형의 전지 캔에 넣는 원통형 이차 전지에 비해, 권취하기 위한 축심 등이 없기 때문에, 체적 에너지 밀도를 높게 할 수 있는 이점이 있다. 전지 캔(2)의 재질은 예를 들면 알루미늄이나 스테인리스강 등의 금속 재료에 의해 형성하면, 기계적 강도의 면에서 바람직하다. 그러나 금속 재료에 한정되지 않고, 전해액에 침식되지 않는 수지, 예를 들면, 불소계, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에폭시계, P0M, PEEK 등의 수지를 이용하여 전지 캔을 구성하여도 된다. 수지계의 전지 캔은, 금속계의 전지 캔에 비해, 재질의 밀도가 작기 때문에 가벼워지는 이점이 있다. 한편, 수지계는 강도적으로 약하고, 또한, 열전도성이 작기 때문에 방열성이 떨어지는 등의 결점이 있다.
전극군(1)의 구성 재료인 정극 집전체의 길이 방향의 단부에는 전기 접속용 터브(6)가 일체로 형성되고, 부극 집전체의 길이 방향의 단부에는 전기 접속용 터브(16)가 일체로 형성되어 있다. 터브(6)와 정극 출력 단자 부재(4) 및 터브(16)와 부극 출력 단자 부재(14)는, 초음파 접합에 의해 고착되어 있다. 정극 출력 단자 부재(4)나 부극 출력 단자 부재(14)를 포함하는 통전 부품은, 정극 및 부극의 외부 출력 단자 및 터브를 접합한 터브 융착판이나 터브 융착판을 상기 외부 출력 단자에 압박하는 누름판이나 너트, 와셔, 볼트 등의 금속제 체결 부재 등의 부통전 부품으로 구성되고, 전기적 접속이 이루어져 있는 부품수의 것이다. 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)는, 각각 전지 캔(2)의 덮개판(7)으로부터 외부에 노출되어 있는 부분을 갖는 단자 본체부(10)와 전지 캔 내부에 넣어져 있는 단자 기체부(11)를 구비하고 있다. 전극군(1)을 구성하는 터브(6)를 구비한 정극 및 터브(16)를 구비한 부극의 매수는, 전지의 용량에 의해서 결정된다. 예를 들면, 수십Ah로부터 수백Ah의 용량의 전지에서는, 정극 및 부극을 합쳐서 수십매로부터 수백매로 된다. 본 실시예의 도면에서는, 복수로 묶여진 터브를 간편하게 나타내기 위해, 예를 들면, 도 1의 터브(6, 16)와 같이, 1개의 도형으로서 나타내고 있다. 터브(6, 16)의 매수가 많은 경우는, 출력 단자 부재(4, 14)를 포함하는 통전 부품은 복수의 부통전 부품(도시 생략)을 사용하고, 각 부통전 부품으로 나누어 터브(6, 16)를 초음파 접합하여도 된다. 터브(6, 16)와 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)의 접속은, 초음파 접합 이외에도, 코오킹이나 압착 등의 전기적 접속 방법을 이용하여도 된다. 도 1에서는, 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)로부터 덮개판(7)의 판면을 포함하는 가상 평면(S)으로의 투영 영역(9, 19)과 안전 밸브(3)의 동작 시의 개구 영역의 덮개판(7)의 판면을 포함하는 가상 평면(S)으로의 투영 영역(8)의 위치 관계를 알기 쉽게 하기 위해, 극판군(1)을 생략하여 도시하고 있다.
도 1에서 극판군(1)은 생략되어 있지만, 적층 방향은, 직사각형 형상의 덮개판(7)의 단변이 연장되는 방향이며, 또는 복수의 터브(6, 16)가 배열되는 직교 방향이다. 정극 집전체의 전기 접속용 터브(6)와 정극 출력 단자 부재(4)와의 접속 위치를, 덮개판(7)을 전극군(1)의 적층 방향으로 4등분하는 3개의 가상선(L1∼L3) 중 중앙의 가상선(L2)을 제외하는 2개의 가상선(L1 및 L3)을 따르는 위치로 하고 있다. 또한 부극 집전체의 전기 접속용 터브(16)와 부극 출력 단자 부재(14)와의 접속 위치도 2개의 가상선(L1 및 L3)을 따르는 위치로 하고 있다. 이와 같이 복수의 터브를 나누어 출력 단자 부재에 접속함으로써, 출력 단자 부재(4, 14)의 중심에 모든 터브를 접속하는데 비해, 터브 길이를 절반만큼 짧게 할 수 있었다.
도 1에 도시한 바와 같이, 안전 밸브(3)는 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14) 사이의 중심을 지나고 또한 덮개판(7)의 판면을 이분하도록 판면을 따라서 연장되는 가상 중심선(CL)과 일부가 겹치도록 배치되어 있다. 또한 이 가상 중심선(CL)은, 정극 출력 단자 부재(4)의 중심 및 부극 출력 단자 부재(14)의 중심을 지나는 가상선(L2)을 이분하는 위치에서 해당 가상선(L2)과 직교하도록 연장되어 있다. 이 가상 중심선(CL)으로부터 안전 밸브(3)의 최외경까지의 거리는 b이다. 또한 가상 중심선(CL)으로부터 정극 출력 단자 부재(4) 또는 부극 출력 단자 부재(14)에서의 안전 밸브(3)측의 단연까지의 최소 거리는 a이다. 통상, 안전 밸브(3)와 정극 출력 단자 부재(4) 또는 부극 출력 단자 부재(14)가 겹치는 것을 방지하기 위해, 가상 중심선(CL)으로부터 정극 출력 단자 부재(4) 또는 부극 출력 단자 부재(14)에서의 안전 밸브(3)측의 단연까지의 최소 거리 a를, 가상 중심선(CL)으로부터 안전 밸브(3)의 최외 단연(최외경)까지의 거리 b보다 크게 취한다. 그러나 전지의 대용량화에 대응하여 정극 출력 단자 부재(4) 또는 부극 출력 단자 부재(14)를 크게 할 수 없기 때문에, 대용량화에 수반하는 방전 전류의 증가가 곤란하게 된다. 또한, 안전 밸브(3)의 개구 영역의 덮개판(7)의 판면을 따르는 가상면(S)으로의 투영 영역(8)과 부극 출력 단자 부재(14) 및 정극 출력 단자 부재(4)의 가상면(S)으로의 투영 영역(19 및 9)이 겹쳐 있으면, 이상 시에 발생한 가스가 안전 밸브(3)로부터 배출되었을 때에, 부극 출력 단자 부재(14) 및 정극 출력 단자 부재(4)에 방해된다. 또한 이상 시에 고온으로 되어 녹아서 끊어진 정극 집전체나 부극 집전체의 용융편이, 가스의 압력으로 전지 캔 내부로부터 안전 밸브(3)를 통하여 외부로 방출되는 과정에서, 부극 출력 단자 부재(14)와 정극 출력 단자 부재(4)와의 사이의 공간에 막혀, 스무스한 가스의 방출을 방해하는 경우가 있다. 이와 같은 경우에, 안전 밸브가 충분히 기능하지 않을 때에는, 안전 밸브가 개구되었다고 하여도 전지 캔의 내압이 상승하여, 전지 캔이 파손될 우려가 있다. 본 실시예에서는, 가상 중심선(CL)으로부터 부극 출력 단자 부재(14) 및 정극 출력 단자 부재(4)에서의 안전 밸브(3)측의 단연까지의 최소 거리 a는, 가상 중심선(CL)으로부터 안전 밸브(3)의 최외 단연까지의 거리 b보다도 작아지고 있다. 즉, 부극 출력 단자 부재(14) 및 정극 출력 단자 부재(4)의 단연을 안전 밸브(3)의 최외 단연보다도 가상 중심선(CL)측에 배치하고 있다. 또한 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)가 대형화되어도, 안전 밸브(3)의 개구 영역과 이들 출력 단자 부재의 투영 영역이 겹치지 않으므로, 전극군으로부터 안전 밸브까지의 가스를 개방하는 경로가 충분히 확보된다. 그 결과, 안전 밸브(3)를 충분히 기능시킬 수 있어, 이상 시에 발생하는 가스가 스무스하게 전지 캔 밖으로 배출된다. 또한, 터브(6, 16)와 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)의 접속 위치는, 안전 밸브(3)의 최외 단연(외경)보다도 덮개판(7)의 외연부측에 위치하고 있다. 이것에 의해, 터브(6, 16)와의 접합 면적을 넓게 취하는 것이 가능해져, 대용량화에 수반하는 통전 저항의 증대를 억제할 수 있다.
또한, 덮개판(7)에는 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)의 단자 본체부(10)가 통하는 구멍이 비어 있다. 시일 부품(도시 생략), 절연 부품(도시 생략)이나 체결 부품(도시 생략)을 통하여 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)가 덮개판(7)의 이면에 고정된다. 물론, 덮개판(7)과 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)와의 접속 방법은 이에 한정되지 않고, 덮개판(7)과 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)를 인서트로서 몰드 성형 등에 의해 일체로 성형하여도 된다. 또한, 그 경우, 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)는 덮개판(7)과는 전기적으로 절연되어 있다.
안전 밸브(3)의 윤곽은 원 형상으로서, 원 형상의 윤곽의 중심이 직사각형 형상의 덮개판(7)의 2개의 대각선의 교차점에 1개 배치되어 있다. 전지 내부에서 기화한 가스에 의해 전지 내압이 상승하고, 안전 밸브(3)의 내압보다도 커지면, 안전 밸브(3)의 개구 영역이 홈 패턴을 따라서 개열되고, 전지 내부의 가스가 안전 밸브(3)를 통하여 전지 캔(2) 밖으로 개방된다. 안전 밸브(3)는, 전극군(1) 내에서의 정극 및 부극의 적층 방향과 직교하는 직각 방향으로 배치되어 있고, 발생한 가스는, 정극과 부극과의 사이를 지나고, 스무스하게 안전 밸브(3)로부터 배출된다. 또한, 안전 밸브(3)의 원 형상의 윤곽의 중심이 덮개판(7)의 2개의 대각선의 교차점에 있으므로, 안전 밸브(3)가 덮개판(7)의 단부 가까이에 있는 것보다도, 전지가 기울어진 경우라도, 캔(2) 내에 가스의 체류가 생기기 어렵다. 안전 밸브(3)의 윤곽 형상은, 정원형 이외에도 타원형이나 각이 둥근 장방형이나 계란형 형상 등 원호를 포함하는 형상이어도 된다. 안전 밸브(3)에는, 원형의 스테인리스강 박판에 에칭에 의해서 홈 패턴이 형성되어 있다. 소정의 압력으로 홈 패턴의 홈의 부분으로부터 파단하고, 홈 패턴을 따라서 개구한다. 개열하는 압력은, 안전 밸브(3)의 외경 치수와 홈 패턴의 치수의 관계에 의해서 조정된다. 홈 패턴에 대해서는, 후에 상세하게 설명한다.
안전 밸브(3)에 홈을 형성하는 방법으로서는, 에칭 이외에도, 가압에 의해서 홈을 형성하여도 되고, 레이저나 절삭 가공에 의해 홈을 형성하여도 되고, 홈 형성 방법은 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시 형태에서는, 안전 밸브(3)를 레이저 용접에 의해 덮개판(7)의 이면에 접합한 덮개판(7)에는 안전 밸브(3)를 부착하는 위치에 안전 밸브(3) 개구 영역보다도 큰 관통 구멍(7A)이 형성되어 있다. 안전 밸브(3)를 덮개판(7)에 설치하는 구조는, 본 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 덮개판(7)에 직접, 안전 밸브(3)를 절삭이나 가압에 의해 기계적으로 형성하여도 된다. 또한, 안전 밸브(3)의 재질도 스테인리스강 이외에도 알루미늄, 니켈 등이나 불소계, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 수지여도 되고, 수분을 통과시키지 않고, 덮개판과 동일한 재질이나 접합하기 쉬운 재질로부터 선택하여 이용할 수 있다.
안전 밸브(3)의 동작 시에는, 이 홈 패턴(5)의 가장 외측의 부분의 중심으로부터의 거리가 개구경으로 된다. 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)는, 덮개판(7)의 중앙을 지나는 가상 중심선(CL)을 대칭축으로서 좌우 대칭으로 배치되어 있다. 이것에 의해, 정극 및 부극으로부터 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)에 흐르는 전류의 분포가 균등하게 되는 이점이 있다. 안전 밸브(3)의 동작 시의 개구 영역의 덮개판(7)의 판면을 포함하는 가상 평면(S)으로의 투영 영역(8)과, 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)의 가상 평면(S)으로의 투영 영역(9, 19)은 겹쳐 있지 않다. 즉, 안전 밸브(3)의 동작 시에서의 개구 영역의 가상 평면(S)으로의 투영 영역(8)과 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)로부터 가상 평면(S)으로의 투영 영역(9, 19)은, 일부 또는 전부가 겹쳐지지 않음으로써, 전지 캔(2) 내부의 주로 전극군(1)에서 발생한 가스가, 전극군(1)으로부터 덮개판의 안전 밸브(3)의 개구 영역까지의 공간 내에서, 정극 출력 단자 부재(4) 및 부극 출력 단자 부재(14)에 방해되지 않고 지날 수 있다. 그 때문에, 가스 방출이 확실하게 행해져 안전성을 확보할 수 있어, 안전성을 높인 전지 구조를 제공할 수 있다. 또한 본 실시예의 전지를 제작하고, 과충전 시험을 행하여, 내압, 온도, 전지 전압, 전류를 측정하였다. 안전 밸브가 동작할 때까지 연속 충전을 행한 결과, 안전 밸브는 소정의 압력으로 개방되어, 가스가 방출되었다. 안전 밸브가 개방된 후에는, 금속 집전판이 안전 밸브나 통전 부품에 막히거나, 돌비(突沸)와 같은 급격한 압력 변동이 보여지거나 하는 일 없이, 시간과 함께 내압은 저감하여, 안전성이 높은 전지인 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 2>
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 전지를 덮개판(7')의 상방에서 본 평면 투영도이다. 제2 실시예의 이차 전지는, 제1 실시예보다도 전지 용량을 1.25배로 대용량화한 250Ah 적층형 리튬 이온 이차 전지이다. 정극 및 부극 활물질층의 개량에 의해, 용량 밀도를 향상시켰다. 덮개판(7')의 치수는, 제1 실시예와 동일하다. 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')에서, 단자 기체부(11')는, 덮개판(7')에 대하여 수직으로 기립하고 있는 외부 접속 단자 부분, 즉, 단자 본체부(10')의 주변이 단자 본체부(10')측을 향하여 움푹 팬 구조로 되어 있다. 안전 밸브(3')의 동작 시의 개구 영역으로부터 덮개판(7')의 판면을 포함하는 가상 평면(S)으로의 투영 영역(8')과, 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')의 가상 평면(S)으로의 투영 영역(9', 19')은 겹쳐져 있지 않다. 덮개판(7')의 폭은 제1 실시예와 동일하며, 덮개판(7')에 배치되어 있는 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14') 사이의 거리는 제1 실시예와 동일하다. 그러나 제2 실시예에서는, 안전 밸브(3')의 직경, 및, 개구 영역의 직경을 크게 하였다. 안전 밸브(3')는, 덮개판(7')의 2개의 대각선의 교점에 위치하고 있다.
본 실시예에서는, 덮개판(7')의 가상 중심선(CL)으로부터 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')에서의 안전 밸브(3')측의 단연까지의 최소 거리 a는, 가상 중심선(CL)으로부터 안전 밸브(3')의 윤곽의 최외 단연까지의 거리 b보다도 작아져 있다. 즉, 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')의 단연을 안전 밸브(3')의 윤곽의 최외 단연보다도 덮개판(7')의 중앙측에 배치하고 있다. 이것에 의해, 터브(6', 16')와의 접합 면적을 넓게 취하는 것이 가능해져, 대용량화에 수반하는 통전 저항의 증대를 억제할 수 있었다.
전극군으로부터 나와 있는 전기 접속 부위, 즉 터브(6', 16')는 안전 밸브(3')의 외경보다도 덮개판(7')의 외연부측에서 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')와 접합되어 있다. 또한, 터브(6', 16')는 매수가 많기 때문에, 정극ㆍ부극마다, 4개소로 나누어 접합되어 있다.
이와 같이, 제2 실시예에서도, 터브(6', 16')와 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')와의 접속 위치를 덮개판(7')의 외연부측에 배치함으로써, 안전 밸브(3')의 직경을 크게 취할 수 있었다. 즉 안전 밸브(3')의 윤곽 형상이 원 형상이고, 그 원 형상의 윤곽 형상의 중심이 덮개판(7')의 2개의 대각선의 교차점에 위치한다. 전극군을 구성하는 정극 및 부극의 금속 집전체의 길이 방향의 단부에 형성된 전기 접속용 터브(6', 16')와, 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')를 접속하는 위치가, 안전 밸브(3')의 윤곽의 외경보다도 덮개판(7')의 외연부측에 배치되어 있다. 또한 정극 출력 단자 부재(4') 및 부극 출력 단자 부재(14')와 안전 밸브(3')의 덮개판(7')의 판면을 포함하는 가상 평면으로의 각 투영 영역이 겹쳐지지 않으므로, 윤곽이 원 형상인 안전 밸브(3')를 넓게 형성하는 것이 가능하게 되어, 대용량화한 전지에서도 안전성을 확보한 전지 구조를 제공할 수 있다.
도 4는 안전 밸브(31)의 일례를 나타내고 있다. 도 4에 도시한 안전 밸브(31)에서는, 알파벳의 대략 S자와 비슷한 홈 패턴(51)을 갖고 있다. 홈 패턴(51)은, 안전 밸브의 중심을 지나는 직선부와, 안전 밸브의 원주 외연을 따른 원호부로 이루어지고, 연속적으로 홈이 일필서로 형성되어 구성되어 있다. 홈 패턴(51)을 구성하는 홈은, 덮개판을 향하여 개구하도록 형성되어 있다. 이에 의해, 안전 밸브(31)의 동작 시에는, 홈 패턴(51)의 파단에 의해, 개구부가 형성된다. 즉, 이 개구부의 면적이, 안전 밸브(31)의 동작 시에서의 개구부로부터 덮개판면으로의 투영 영역(8')이다. 개구 시에 안전 밸브의 파편이 비산되지 않도록, 홈 패턴(51)은 닫힌 형상을 갖고 있지 않다. 즉, 홈 패턴(51)의 홈이 개구된 후여도, 홈 이외의 안전 밸브의 부분은 전지의 일부로서 덮개판(7')의 일부로서 머물러 있다.
홈 패턴을 구성하는 홈은, 에칭에 의해 형성할 수 있다. 안전 밸브에 이용한 박은 스테인리스강이며, 제1 실시예와 동일한 재질이다. 제1 실시예와 마찬가지로, 스테인리스강 이외에도, 수분을 통과시키지 않고, 덮개판재와 동일한 재질이나 접합하기 쉬운 재질로부터 선택하여 이용할 수 있다. 홈 패턴의 형상은, 에너지를 순시로 방출할 필요 때문에, 안전 밸브의 원주 외연에 가까운 쪽이 개열되었을 때에 대구경으로 되도록 한 쪽이 좋다. 그러나, 홈 패턴 중의 원호부가 외주부에 가까울수록, 안전 밸브를 덮개판에 붙일 때의 열 왜곡 등의 영향을 받기 쉬워, 개열압에 변동이 생기기 쉽다.
도 4에 도시한 홈 패턴(51)의 직선부는, 안전 밸브(31)의 중심부를 지나기 때문에, 홈 패턴 중, 이 중심부 부근에서 최초로 균열이 생기고, 홈부를 따라서 균열이 전파되어, 연속해서 형성되어 있는 외주부의 원호부까지 전파되어 밸브가 열린다. 이 때문에, 개열압에 변동이 적고, 또한, 개구경을 크게 취할 수 있었다. 홈 패턴은 도 4 이외에도, 예를 들면, 도 5, 도 6, 도 7과 같이, 안전 밸브의 중심을 지나고, 외주부를 따라서 원호를 형성하는 패턴이면 된다.
도 5는, 안전 밸브(32)의 중심을 기점으로 한 소용돌이형 홈 패턴(52)을 갖고 있고, 동작 시에는, 중심 부근의 홈부로부터 균열이 생기고, 최외주 홈부까지 홈을 따라서 균열이 전파되어, 안전 밸브(32)가 개구된다.
도 6의 안전 밸브(33)는, 십자 패턴의 4개의 단부에 각각 원호부를 구비한 홈 패턴(53)을 갖고 있다. 이 홈 패턴(53)에서는, 동작 시에는, 중앙의 홈이 교차하고 있는 부근으로부터 개열되고, 4개의 부분으로 분리되어 개구된다.
도 7의 안전 밸브(34)는, 알파벳의 e자에 유사한 홈 패턴(54)을 갖고 있다. 이 안전 밸브(34)에서는, 중심을 지나는 직선부의 홈으로부터 개열되고, 연속해서 이어져 있는 외주부의 원호 형상의 홈에 균열이 전파되어, 안전 밸브가 개구된다.
도 4 내지 도 7과도, 안전 밸브의 동작 시의 개구경은 실질적으로 동일하게 된다. 특히, 도 4, 도 5, 도 7의 각 홈 패턴은 교차를 수반하지 않는 일필서 형상으로 연속해서 이어져 있고, 홈 패턴에서의 균열 전파의 방향이 일의적으로 결정되기 때문에, 확실하게 개열할 수 있다. 여기서, 홈 패턴은, S자 형상, 소용돌이 형상, 절의 지도 기호에 유사한 형상, 알파벳의 e자에 유사한 형상으로 특정되는 일 없이, 원호를 갖는 형상이면, 효과가 얻어진다.
이와 같이, 안전 밸브가 홈 패턴을 형성한 원형 금속박으로 이루어지고, 홈 패턴은 안전 밸브의 중심을 지나고, 또한 외주부를 따른 원호를 포함하고 있고, 홈 패턴이 일필서 형상으로 연속해서 이어져 있음으로써, 안전 밸브의 개구압의 변동이 작아져, 소정의 압력으로 개구할 수 있다. 그 때문에, 안전성을 확보할 수 있어, 안전성을 높인 전지 구조를 제공할 수 있다.
도 4, 도 5, 도 6, 도 7의 안전 밸브와 비교를 위해 도 8과 같은 중심을 지나지 않는 홈 패턴(55)을 구비한 안전 밸브(35)를 제작하고, 개열 시험을 실시한 바, 도 4 내지 도 7의 홈 패턴의 개열압의 변동은, 도 8의 홈 패턴(55)의 개열압의 변동에 비해, 작은 것을 알 수 있었다.
제2 실시예의 이차 전지를 제작하여, 과충전 시험을 행하고, 내압, 온도, 전지 전압, 전류를 측정하였다. 안전 밸브가 동작할 때까지 연속 충전을 행하였다. 그 결과, 안전 밸브는 소정의 압력으로 개방되어, 가스가 방출되었다. 안전 밸브가 개방된 후에는, 금속 집전판이 안전 밸브나 출력 단자 부재에 막히거나, 돌비와 같은 급격한 압력 변동이 나타나거나 하는 일 없이, 시간과 함께 내압은 저감하여, 안전성이 높은 전지인 것을 확인할 수 있었다.
제2 실시예와 같이, 활물질 재료의 특성 향상에 의해, 전극군에서 동일 체적당 용량이 증가한 경우라도, 전지 캔 치수를 크게 하는 일 없이, 안전 밸브의 대면적화가 도모되어, 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 치수가 동일한 금속 집전체를 사용하여, 적층 매수를 바꿈으로써 대용량화한 경우라도, 전지 캔의 폭을 크게 하는 일 없이, 안전 밸브의 대면적화가 도모되어, 안전성을 확보할 수 있다.
Claims (9)
- 부극 집전체에 부극 활물질이 유지되어 이루어지는 1 이상의 부극과, 정극 집전체에 정극 활물질이 유지되어 이루어지는 1 이상의 정극이 전해질을 유지하는 세퍼레이터를 개재하여 교대로 적층되어 이루어지는 전극군과,
개구부를 갖고 또한 상기 전극군을 수납하는 캔 본체 및 상기 개구부를 막는 덮개판으로 이루어지는 전지 캔과,
상기 덮개판에 설치되어 상기 1 이상의 부극과 전기적으로 접속된 부극 출력 단자 부재와,
상기 덮개판에 설치되어 상기 1 이상의 정극과 전기적으로 접속된 정극 출력 단자 부재와,
상기 부극 출력 단자 부재와 상기 정극 출력 단자 부재와의 사이에 위치하도록 상기 덮개판에 설치되고, 상기 전지 캔의 내압이 소정의 압력 이상으로 상승하면 개방 상태로 되는 개구 영역을 구비한 안전 밸브를 구비하고,
상기 안전 밸브는, 상기 부극 출력 단자 부재와 상기 정극 출력 단자 부재와의 사이의 중심을 지나고 또한 상기 덮개판의 판면(板面)을 이분하도록 상기 판면을 따라서 연장되는 가상 중심선과 일부가 겹치도록 배치되어 있고,
상기 안전 밸브, 상기 부극 출력 단자 부재 및 상기 정극 출력 단자 부재는, 상기 중심선으로부터 상기 부극 출력 단자 부재 및 상기 정극 출력 단자 부재의 상기 안전 밸브측의 단연까지의 최소 거리가, 상기 가상 중심선으로부터 상기 안전 밸브의 최외 단연까지의 최소 거리 이하이고, 또한, 상기 덮개판의 상기 판면을 따른 가상면으로의 상기 부극 출력 단자 부재 및 상기 정극 출력 단자 부재의 투영 영역의 일부가, 상기 가상 중심선과 평행하게 연장되고 또한 상기 안전 밸브의 상기 최외 단연을 지나는 가상선과 상기 가상 중심선과의 사이의 영역에 겹치지만, 상기 안전 밸브의 상기 개구 영역의 상기 덮개판의 상기 판면을 따르는 상기 가상면으로의 투영 영역과 상기 부극 출력 단자 부재 및 상기 정극 출력 단자 부재의 상기 가상면으로의 상기 투영 영역이 겹치지 않는 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 안전 밸브는, 전극군 내에서의 상기 정극 및 부극의 적층 방향과 직교하는 직각 방향에 위치하는 상기 덮개판에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 덮개판의 윤곽은 직사각형 형상을 갖고 있고,
상기 안전 밸브는, 윤곽이 원형을 갖는 형상을 하고 있고, 그 원형의 중심은, 상기 덮개판의 2개의 대각선의 교차점에 위치하고,
상기 정극 집전체는 상기 덮개판과 대향하는 단부에 전기 접속용 터브를 갖고,
상기 부극 집전체는 상기 덮개판과 대향하는 단부에 전기 접속용 터브를 갖고,
상기 정극 집전체의 상기 전기 접속용 터브와 상기 정극 출력 단자 부재와의 접속 위치가, 상기 안전 밸브의 상기 윤곽의 위치보다도 외측에 있고,
상기 부극 집전체의 상기 전기 접속용 터브와 상기 부극 출력 단자 부재와의 접속 위치가, 상기 안전 밸브의 상기 윤곽의 위치보다도 외측에 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 정극 집전체의 상기 전기 접속용 터브와 상기 정극 출력 단자 부재와의 상기 접속 위치가, 상기 덮개판을 상기 전극군의 적층 방향으로 4등분하는 3개의 가상선 중 중앙의 가상선을 제외하는 2개의 가상선을 따르는 위치이며,
상기 부극 집전체의 상기 전기 접속용 터브와 상기 부극 출력 단자 부재와의 상기 접속 위치가, 상기 2개의 가상선을 따르는 위치인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 정극 출력 단자 부재 및 상기 부극 출력 단자 부재는, 상기 가상 중심선이 대칭축으로 되도록, 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 안전 밸브는, 홈 패턴이 형성된 원형 금속박이며, 상기 홈 패턴은, 상기 전극군과는 대향하지 않는 면에 열린 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제3항에 있어서,
상기 안전 밸브는, 홈 패턴이 형성된 원형 금속박이며, 상기 홈 패턴은, 상기 안전 밸브의 동작 시에 상기 개구 영역을 전체적으로 여는 형상인 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 안전 밸브는, 홈 패턴이 형성된 원형 금속박이며, 상기 홈 패턴은, 상기 안전 밸브의 중심을 지나는 부분과, 외주부를 따른 원호 부분을 갖고, 교차를 수반하지 않는 일필서 형상으로 연속해서 이어져 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제8항에 있어서,
상기 홈 패턴의 형상이, 알파벳의 s 형상, 알파벳의 e 형상, 소용돌이 형상, 또는 이들에 유사한 형상인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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