KR101850597B1 - 이차 전지 - Google Patents

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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

이차 전지는 권회 전극체(10, 10a), 바닥이 있는 통 형상의 케이스 본체(4), 케이스 커버(3), 제1 전극 단자(30), 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)를 포함한다. 제1 전극 단자(30)와 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)는 권회 전극체(10, 10a)를 지지한다. 제1 전극 단자(30)는 케이스 커버(3)에 고정되고, 일단부가 케이스 본체(4)의 외부에 노출되고, 타단부가 제1 집전부에 접속된다. 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)는, 제1 전극 단자(30)와, 케이스 커버(3)에 고정되어, 일단부가 케이스 본체(4)의 외부에 노출되고, 타단부가 제2 집전부에 접속된다.

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 이차 전지에 관한 것이다. 특히, 정극 시트와 부극 시트를, 세퍼레이터를 사이에 두고 권회한 권회 전극체를 구비한 이차 전지에 관한 것이다.
권회 전극체를 구비하는 이차 전지는, 권회 전극체를 종방향으로 케이스 본체에 수용하는 타입과 횡방향으로 수용하는 타입이 있다. 여기서, 「종방향」이란, 권회 축선이 바닥이 있는 통 형상의 케이스 본체의 저면에 대해 수직이 되도록 권회 전극체를 케이스 본체에 수용하는 것을 의미하고, 「횡방향」이란, 권회 축선이 저면에 대해 평행하게 되도록 권회 전극체를 케이스 본체에 수용하는 것을 의미한다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해, 권회 전극체를 종방향으로 케이스 본체에 수용하는 타입의 전지를 종형 전지라고 칭한다. 또한, 바닥이 있는 통 형상의 케이스 본체와, 그 케이스 본체의 개구를 막는 케이스 커버를 합쳐서 전지 케이스라고 칭한다.
종형 전지의 대부분은, 정극과 부극의 한쪽의 전극 단자가 케이스 커버에 설치되고, 다른 쪽의 전극 단자는 전지 케이스의 바닥판에 설치된다(일본 특허 공개 제2011-054378, 일본 특허 공개 제2003-317697, 일본 특허 공개 제2004-111308). 이것은, 다음의 이유에 의한다. 권회 전극체의 전형적인 구조 중 하나가, 권회 축선 방향의 한쪽 단부에 정극 시트만을 노출시킨 정극 집전부를 갖고, 다른 쪽 단부에 부극 시트만을 노출시킨 부극 집전부를 갖는다. 그와 같은 권회 전극체를 종형 전지에 채용하는 경우, 각 집전부의 근방에, 즉, 케이스 커버와 바닥판의 각각에, 전극 단자를 설치함으로써 전지의 구조가 단순해진다.
한편, 종형 전지를 채용하는 경우, 정극과 부극의 전극 단자가 케이스 커버와 바닥판으로 나뉘어져 있는 것은 사용하기 좋지 않다. 일본 특허 공개 제2014-167890에는, 정극과 부극의 전극 단자를 모두 케이스 커버에 설치한 종형 타입의 이차 전지가 개시되어 있다. 그 이차 전지에서는, 권회 전극체의 구조를 고안하고 있다. 그 이차 전지에서는, 권회 전극체의 정극 시트와 부극 시트의 각각에 탭이라고 불리는 스트립 형상의 복수의 도전성 테이프를 접착한다. 정극 시트와 부극 시트의 탭은, 모두, 종방향으로 케이스에 수용된 권회 전극체의 케이스 커버측으로 돌출되도록 접착된다. 권회 전극체의 케이스 커버측에서 정극 시트의 복수의 탭을 묶어서 정극의 전극 단자와 접속한다. 마찬가지로, 권회 전극체의 케이스 커버측에서 부극 시트의 복수의 탭을 묶어서 부극의 전극 단자와 접속한다. 또한, 복수의 탭 대신에, 띠 형상의 정극 시트와 부극 시트의 각각에, 짧은 방향으로 돌출된 복수의 볼록부를 형성해도 된다.
상기한 탭, 즉, 스트립 형상의 도전성 테이프는 강성이 높지 않다. 탭 대신에 볼록부를 형성하는 경우라도, 정극 시트 혹은 부극 시트의 일부인 볼록부도 강성은 높지 않다. 그로 인해, 일본 특허 공개 제2014-167890의 이차 전지에서는, 권회 전극체는 케이스 커버에 현수된 상태로 유지된다. 그와 같은 이차 전지는 조립 공정에 있어서, 케이스 커버에 현수된 권회 전극체를 케이스 본체에 삽입할 때, 권회 전극체가 케이스 본체의 개구 테두리에 부딪치면 권회 전극체가 흔들려 버려, 권회 전극체를 원활하게 케이스 본체에 넣을 수 없다. 본 명세서는, 상기 과제를 감안하여 창작되었다. 본 명세서가 개시하는 기술은, 케이스 커버에 정극과 부극의 전극 단자를 갖는 종형 타입의 이차 전지에 관한 것으로, 조립의 용이한 구조를 제공한다.
본 발명의 형태에 의하면, 이차 전지는 권회 전극체, 바닥이 있는 통 형상의 케이스 본체, 제1 전극 단자, 제2 전극 단자를 포함한다. 권회 전극체는 정극 시트, 부극 시트, 세퍼레이터, 정극 집전부, 부극 집전부를 포함한다. 정극 시트와 상기 부극 시트는 세퍼레이터를 사이에 두고 권회된다. 정극 집전부는 권회 축선의 방향의 한쪽 단부에 형성되고, 부극 집전부는, 다른 쪽 단부에 형성된다. 바닥이 있는 통 형상의 케이스 본체는 권회 축선이 저면과 직교하는 방향으로 권회 전극체를 수용한다. 케이스 커버는 케이스 본체의 상부 개구를 막는다. 제1 전극 단자는 케이스 커버에 고정되고, 일단부가 케이스 본체의 외부에 노출되고, 타단부가 제1 집전부에 접속된다. 제1 집전부는 케이스 본체의 내부에서, 정극 집전부와 부극 집전부 중, 권회 전극체의 상측에 위치한다. 제2 전극 단자는, 제1 전극 단자와, 케이스 커버에 고정되어, 일단부가 케이스 본체의 외부에 노출되고, 타단부가 제2 집전부에 접속된다. 제2 집전부는 정극 집전부와 부극 집전부 중, 권회 전극체의 하측에 위치한다. 제1 전극 단자와 제2 전극 단자는 권회 전극체를 지지한다.
상기의 형태에 있어서, 제2 전극 단자는 수직 지지판, 수평 지지판을 포함해도 된다. 수직 지지판은 권회 전극체를 따라서 케이스 본체의 저면을 향하여 연장된다. 수평 지지판은 수직 지지판의 하단부에 연결된다. 제2 집전부는 수평 지지판 상에 고정되어도 된다.
상기의 형태에 있어서, 제2 집전부에 있어서, 정극 시트와 부극 시트 중 어느 한쪽의 시트의 테두리가 노출되어도 되고, 한쪽 시트의 테두리가 수평 지지판에 접합되어도 된다.
상기의 형태에 있어서, 수직 지지판은 권회 전극체의 내부에 삽입 관통되어도 된다.
상기의 형태에 있어서, 한 쌍의 수직 지지판이, 권회 전극체를 양측으로부터 끼워넣도록 케이스 본체의 저면을 향하여 연장해도 된다.
상기의 형태에 있어서, 권회 전극체는 권회 축선 방향에서 보아, 정극 시트와 부극 시트와 세퍼레이터가 직선상으로 연장되어 있는 부분과 만곡되어 있는 부분을 갖는 편평하게 권회되어도 된다. 수평 지지판은 권회 축선 방향에서 보아, 권회 전극체의 편평한 장축을 경계로 하여, 상기 직선상으로 연장되어 있는 부분의 편측에만 연결되어도 된다.
상기의 형태에 있어서, 케이스 본체 및 케이스 커버가 절연체이어도 된다. 또는, 케이스 본체 및 케이스 커버가 권회 전극체로부터 절연되어도 된다.
상기의 형태에 의하면, 권회 전극체는, 모두 케이스 커버에 고정되어 있는 제1 전극 단자와 제2 전극 단자에 의해, 그 상하를 지지받고 있다. 그로 인해, 권회 전극체를 케이스 본체에 수용할 때, 권회 전극체가 흔들리는 일 없이, 용이하게 권회 전극체를 케이스 본체에 삽입할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점과 기술적 및 산업적 의의는 유사한 부호가 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면을 참조로 후술된다.
도 1은 제1 실시예의 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 권회 전극체의 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV선을 따른 단면도이다.
도 5는 제1 변형예의 전지의 수직 지지판의 사시도이다.
도 6은 제1 변형예의 전지의 단면도이다.
도 7은 제2 실시예의 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 VIII-VIII선을 따른 단면도이다.
도 9는 도 7의 IX-IX선을 따른 단면도이다.
도 10a는 제1 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 단면도이다.
도 10b는 제1 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 저면도이다.
도 11a는 제2 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 단면도이다.
도 11b는 제2 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 저면도이다.
도 12a는 제3 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 단면도이다.
도 12b는 제3 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 저면도이다.
도 13a는 제4 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 단면도이다.
도 13b는 제4 변형예의 정극 전극 단자와 권회 전극체의 저면도이다.
도 14는 정극 전극 단자의 수직 지지판의 길이 방향의 길이와 권회 전극체의 중심 구멍의 길이 방향의 길이의 관계를 설명하는 도면이다.
도 15는 또 다른 변형예를 설명하는 분해 사시도이다.
(제1 실시예)
도면을 참조하여 제1 실시예의 이차 전지를 설명한다. 도 1에 실시예의 이차 전지(2)의 분해 사시도를 도시한다. 실시예의 이차 전지는, 편평각형 형상의 전지 케이스(5)에 권회 전극체(10)(후술)를 수용함과 함께 전해액을 주입한 비수 전해질 이차 전지이다. 보다 구체적으로는, 이차 전지(2)는, 각형 밀폐식의 리튬 이온 전지이다. 이하, 설명을 간단하게 하기 위해, 이차 전지(2)를 단순하게 전지(2)라고 칭하는 경우가 있다. 또한, 설명의 편의상, 도면 중의 좌표계의 Z축 플러스 방향을 「상」이라고 칭하고, 마이너스 방향을 「하」라고 칭한다.
앞서 설명한 바와 같이, 전지(2)는 전지 케이스(5)에 권회 전극체(10)와 전해액을 수용한 디바이스이다. 전지 케이스(5)는 케이스 본체(4)와 케이스 커버(3)로 구성되어 있다. 케이스 본체(4)는 길이 방향(도면 중의 좌표계의 Y축 방향)의 길이에 비해 짧은 방향(도면 중의 X축 방향)의 길이가 현저하게 짧은 편평각형의 바닥이 있는 통 형상으로 형성되어 있다. 이 케이스 본체(4)에 권회 전극체(10)와 전해액이 수용되고, 케이스 커버(3)가 케이스 본체(4)의 상부 개구를 밀폐한다. 케이스 본체(4)와 케이스 커버(3)는 알루미늄으로 만들어져 있다.
케이스 커버(3)의 길이 방향의 양단부에 관통 구멍(91a, 91b)이 형성되어 있다. 한쪽의 관통 구멍(91a)에는 절연 가스킷(93)을 통하여 정극 전극 단자(20)의 정극 노출부(6)가 삽입 관통된다. 정극 전극 단자(20)는 도전성의 금속으로 만들어져 있다. 구체적으로는 정극 전극 단자(20)는 구리로 만들어져 있다. 정극 전극 단자(20)는 상부의 정극 노출부(6)가 케이스 본체(4)의 외부에 노출되고, 정극 노출부(6)를 제외한 부분은 케이스 내부에 위치한다. 절연 가스킷(93)은 정극 전극 단자(20)[정극 노출부(6)]와 관통 구멍(91a) 사이를 밀봉함과 함께, 정극 전극 단자(20)를 케이스 커버(3)로부터 절연한다. 다른 쪽의 관통 구멍(91b)에는 절연 가스킷(93)을 통하여 부극 전극 단자(30)의 부극 노출부(7)가 삽입 관통된다. 부극 전극 단자(30)는 도전성의 금속, 구체적으로는 구리로 만들어져 있다. 부극 전극 단자(30)는 상부의 부극 노출부(7)가 케이스 본체(4)의 외부에 노출되고, 부극 노출부(7)의 하단부에 연속되는 연결부(9)는 케이스 본체(4)의 내부에 위치한다. 절연 가스킷(93)은 부극 전극 단자(30)와 관통 구멍(91b) 사이를 밀봉함과 함께, 부극 전극 단자(30)를 케이스 커버(3)로부터 절연한다.
케이스 커버(3)의 길이 방향의 중앙에는, 전지 케이스(5)의 내압이 소정의 임계값 이상으로 상승했을 때에 개방하는 안전 밸브(92)가 설치되어 있다.
케이스 본체(4)에는 편평 형상으로 권회된 전극체[권회 전극체(10)]가 수용되어 있음과 함께, 수용된 권회 전극체(10)를 침지하는 전해액이 주입되어 있다. 도 2에, 권회 전극체(10)의 사시도를 도시한다. 도 2는 권회 전극체(10)의 일부를 되감은 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 권회 전극체(10)는 정극 활물질층을 갖는 정극 시트(14)와 부극 활물질층을 갖는 부극 시트(12)를, 세퍼레이터(13a, 13b)를 사이에 두고 편평 형상으로 권회한 것이다. 정극 시트(14)와 부극 시트(12)는 권회 축선 J의 연장되는 방향으로 서로 소정 거리 어긋나게 하여 권회되어 있다. 도면 중의 좌표계로 Z축 마이너스 방향(즉 하측 방향)에는, 정극 시트(14)만이 권회되어 있는 부위가 있고, 그 부위를, 정극 집전부(17)라고 칭한다. 부극 시트(12)에는, 복수의 볼록부(12b)가 형성되어 있다. 각각의 볼록부(12b)는, 도면 중의 Y축 방향에 띠 형상으로 연장되는 부극 시트(12)의 본체 부분(12a)으로부터, 권회 전극체(10)의 상방(Z축 플러스 방향)으로 돌출되도록 형성되어 있다. 복수의 볼록부(12b)는 정극 시트(14), 부극 시트(12), 세퍼레이터(13a, 13b)를 권회했을 때에 서로 겹치도록, 등피치로 부극 시트(12)의 본체 부분(12a)에 설치되어 있다. 권회 전극체(10)에 있어서 겹친 볼록부(12b)의 일군이 부극 집전부(18)에 상당한다. 권회 전극체(10)에 있어서, 정극 시트(14), 부극 시트(12), 세퍼레이터(13a, 13b)의 모두가 겹친 부분이 전기를 발생하는 부분이며, 발전부(16)라고 칭한다.
권회 전극체(10)는, 그 권회 축선 J가 케이스 본체(4)의 저면에 수직이 되도록, 케이스 본체(4)에 수용되어 있다. 케이스 본체(4)에 대한 권회 전극체(10)의 이 방향을 종방향이라고 칭한다. 권회 전극체(10)는, 복수의 볼록부(12b)로 형성된 부극 집전부(18)가 상측, 즉, 케이스 커버(3)의 측에 위치하도록, 케이스 본체(4)에 수용되어 있다. 그 부극 집전부(18)에는 부극 전극 단자(30)의 연결부(9)가 용접되어 있다. 연결부(9)의 상단부에 부극 노출부(7)가 계속되어 있다.
정극 전극 단자(20)에 대해서 설명한다. 정극 전극 단자(20)는 케이스 본체(4)의 외부에 노출되어 있음과 함께, 절연 가스킷(93)을 통하여 케이스 커버(3)에 고정되어 있는 정극 노출부(6)와, 정극 노출부(6)의 하단부에 계속되어 있는 연결부(8)와, 연결부(8)에 접합되어 있는 수직 지지판(21)으로 구성되어 있다. 수직 지지판(21)은 편평한 권회 전극체(10)의 장축을 통과하도록, 권회 전극체(10)의 중심으로 삽입되어 있다. 수직 지지판(21)은 정극 시트(14), 부극 시트(12), 세퍼레이터(13a, 13b)를 권회할 때에 권회심이 차지하고 있던 부위에 삽입된다. 수직 지지판(21)의 상부(21a)가 연결부(8)에 용접되어 있다. 연결부(8)의 상단부가 정극 노출부(6)에 용접되어 있다. 또한, 수직 지지판(21)의 하부(21b)에는, 정극 시트(14)만이 적층되어 있는 정극 집전부(17)가 용접되어 있다.
도 1과 함께, 도 3, 도 4를 사용해서 설명을 계속한다. 도 3은 도 1의 III-III선을 따른 단면도를 도시하고 있고, 도 4는 도 1의 IV-IV선을 따른 단면도를 도시하고 있다. 도 3과 도 4에는 권회 전극체(10)의 단면을 도시하고 있지만, 그 단면에서는 세퍼레이터의 도시를 생략하고 있다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 권회 전극체(10)의 하측, 즉, 정극 집전부(17)는 정극 전극 단자(20)에 지지되어 있다. 그 정극 전극 단자(20)는 절연 가스킷(93)을 통하여 케이스 커버(3)에 지지되어 있다. 결국, 권회 전극체(10)의 하측에 위치하는 정극 집전부(17)는 케이스 커버(3)에 지지되게 된다.
또한, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 권회 전극체(10)의 상측, 즉, 부극 집전부(18)는 부극 전극 단자(30)에 지지되어 있다. 그 부극 전극 단자(30)는 절연 가스킷(93)을 통하여 케이스 커버(3)에 지지되어 있다. 결국, 권회 전극체(10)의 상측에 위치하는 부극 집전부(18)는 케이스 커버(3)에 지지되게 된다.
동시에, 정극 집전부(17)와 정극 전극 단자(20)가 전기적으로 접속되고, 부극 집전부(18)와 부극 전극 단자(30)가 전기적으로 접속된다. 또한, 도 4에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 정극 집전부(17), 즉, 권회되어 겹쳐진 정극 시트(14)는 수직 지지판(21)에 근접하도록 모아져, 수직 지지판(21)에 용접되어 있다. 마찬가지로, 부극 집전부(18), 즉, 부극 시트(12)의 복수의 볼록부(12b)는 연결부(9)에 근접하도록 모여져, 연결부(9)에 용접되어 있다. 그것들의 용접 개소를 통해서 전기가 흐른다. 용접에는 스폿 용접이 채용된다.
도 3과 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 권회 전극체(10)는, 그 상부와 하부를 부극 전극 단자(30)와 정극 전극 단자(20)에 의해 지지되어 있다. 특히, 정극 전극 단자(20)와 부극 전극 단자(30) 모두 금속 강체이며, 권회 전극체(10)를 확실히 지지하고 있다. 또한, 정극 전력 단자(20)의 일부인 수직 지지판(21)은 권회 전극체(10)를 통과하고 있음과 함께, 수직 지지판(21)의 하부(21b)가 권회 전극체(10)의 하단부[정극 집전부(17)]에 접합되어 있다. 따라서, 제조 과정에 있어서 권회 전극체(10)를 케이스 본체(4)에 수용할 때, 권회 전극체(10)가 케이스 본체(4)에 접촉해도 권회 전극체(10)가 흔들리는 일 없이, 원활하게 케이스 본체(4)에 수용할 수 있다. 또한, 권회 전극체(10)는 부극 전극 단자(30)와 정극 전극 단자(20)에 의해, 상하로 인장되도록 지지된다. 부극 집전부(18)를 구성하는 하나하나의 볼록부(12b)는 얇고, 유연성을 갖고 있으며, 정극 집전부(17)를 구성하는 정극 시트(14)도 얇고, 유연성을 갖고 있다. 그로 인해, 부극 집전부(18)와 정극 집전부(17)는 모두 압축 방향으로는 변형되기 쉽다. 그러나, 권회 전극체(10)는 권회 축선 J의 방향(상하 방향)으로 양단부를 서로 반대 방향으로 인장되면서 지지되어 있으므로, 권회 전극체(10)는 상하 방향 중 어느 쪽에도 위치가 어긋나기 어렵다. 나아가서는, 권회 전극체(10)는 상하로 인장되면서 지지되어 있으므로, 도면 중의 X축, Y축 중 어느 쪽의 방향으로도 어긋나기 어렵다.
권회 전극체(10)가 전지 케이스(5)의 내부에서 부극 전극 단자(30)와 정극 전극 단자(20)에 의해 확실히 지지되어 있는 것은, 전지(2)가 진동 환경 하에 사용되는 경우에도 유리하다. 즉, 부극 전극 단자(30)와 정극 전극 단자(20)는 전지 케이스(5)의 내부에서 권회 전극체(10)가 흔들리는 것도 방지한다.
또한, 케이스 본체(4)의 내측에는 절연 시트(29)가 배치되어 있다. 절연 시트(29)는 권회 전극체(10)를 케이스 본체(4)로부터 절연한다.
여기서, 권회 전극체(10)를 종방향으로 하여 전지 케이스(5)에 수용하는 것의 이점을 설명한다. 밀폐식의 비수 전해질 이차 전지는 내부의 전해액이 기화되거나 하여 내압이 높아지는 경우가 있다. 그로 인해, 전지 케이스(5)는 내압이 소정의 임계값을 초과했을 때에 개방하는 안전 밸브(92)를 구비하고 있다. 안전 밸브(92)는 케이스 커버(3)의 길이 방향의 중앙에 설치되어 있다(도 1 참조). 권회 전극체(10)의 중심부는 주연부보다도 온도가 상승되기 쉬워, 권회 전극체(10)의 중심부에서 전해액이 기화된다. 기화된 전해액은 권회 축선 J를 따라서 이동한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 종형의 전지(2)에서는 권회 축선 J의 연장되는 방향으로 안전 밸브(92)가 설치되어 있다. 그로 인해, 안전 밸브(92)가 개방됐을 때, 케이스 내부의 가스가 원활하게 케이스 외부로 방출된다.
전지(2)의 변형예를 설명한다. 이 변형예에서는, 수직 지지판의 구조가 앞서 실시예와는 다르다. 도 5에 변형예의 수직 지지판(121)의 사시도를 도시하고, 도 6에 변형예의 전지(2a)의 단면도를 도시한다. 도 6의 단면도는, 제1 실시예의 도 4 단면도에 상당한다.
본 변형예에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 수직 지지판(121)의 하부가, 좌우 2갈래로 나뉘어져 있다. 수직 지지판(121)의 하부 길이 방향(도면 중의 Y축 방향)의 전방측(Y축 플러스 방향)의 절반이 도면 중의 좌측(X축 플러스 방향)으로 직각으로 절곡되어 있고, 후방측(Y축 마이너스 방향)의 절반이 도면 중의 우측(X축 마이너스 방향)으로 직각으로 절곡되어 있다. 설명의 편의상, 좌측으로 절곡되어 있는 부분을 좌측 수평 지지판(122a)이라고 칭하고, 우측으로 절곡되어 있는 부분을 우측 수평 지지판(122b)이라고 칭한다. 좌측 수평 지지판(122a)과 우측 수평 지지판(122b)은 모두, 그 선단부가 상방에 직각으로 절곡되어 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 중심선 CL의 좌측에 위치하는 정극 집전부(17a)는 좌측 수평 지지판(122a)의 선단부에 용접되고, 중심선 CL의 우측에 위치하는 정극 집전부(17b)는 우측 수평 지지판(122b)의 선단부에 용접된다. 이 변형예의 전지(2a)는 정극 집전부(17a, 17b)를, 좌측 수평 지지판(122a)과 우측 수평 지지판(122b)의 2개소에서 수평 지지판에 용접한다. 이 전지(2a)에서는, 겹쳐서 용접되는 정극 시트의 수가 적어져, 용접 개소에서의 내부 저항을 저감할 수 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 수직 지지판(121)은 좌측 수평 지지판(122a)의 직각으로 절곡된 선단부와 대향하는 위치에 개구(123a)가 설치되어 있고, 우측 수평 지지판(122b)의 직각으로 절곡된 선단부와 대향하는 위치에 개구(123b)가 형성되어 있다. 이들 개구(123a, 123b)는 수평 지지판(122a, 122b)의 선단부에 정극 집전부(17a, 17b)를 스폿 용접할 때의 용접기 선단부를 삽입하기 위해 설치되어 있다.
(제2 실시예)
다음에, 도 7 내지 도 9를 참조하여 제2 실시예의 전지(2b)를 설명한다. 도 7은 전지(2b)의 분해 사시도이며, 도 8은 도 7에 있어서의 VIII-VIII선의 단면도이다. 도 9는 도 7에 있어서의 IX-IX선의 단면도이다. 도 8과 도 9에는 권회 전극체(10a)의 단면을 도시하고 있지만, 그 단면에서는 세퍼레이터의 도시를 생략하고 있다. 전지(2b)는, 제1 실시예의 전지(2)와 비교하여, 정극 전극 단자(220)의 형상과, 정극 전극 단자(220)와 정극 집전부(17)와의 접합 개소의 양태가 다르다. 전지(2b)의 정극 전극 단자(220)는 권회 전극체(10a)의 중심에 삽입 관통되는 수직 지지판(221)과, 그 수직 지지판(221)의 하단부에 연결되어 있는 수평 지지판(222)을 구비하고 있다. 수직 지지판(221)은 케이스 커버(3)로부터 권회 전극체(10a)를 따라서 케이스 본체(4)의 저면을 향하여 연장되어 있다. 수평 지지판(222)은 수직 지지판(221)에 대해 직각으로 연결되어 있다. 권회 전극체(10a)는, 그 수평 지지판(222) 상에 고정되어 있다. 더 구체적으로는, 권회 전극체(10a)의 하부에는 정극 시트(14)만이 노출되어 있고, 그 정극 시트(14)의 하부 테두리(14a)가, 수평 지지판(222)의 상면에 용접되어 있다. 도 8, 도 9에서는, 정극 시트(14)의 하부 테두리(14a)에 작은 삼각형을 부여하고 있다. 그 삼각형이, 용접의 비드를 나타내고 있다.
제1 실시예의 전지(2)에서는, 정극 집전부(17)에서는 권회되어 겹쳐진 정극 시트(14)는 정극 전극 단자(20)의 수직 지지판(21)의 근방에 모아져, 거듭 수직 지지판(21)에 용접되어 있다. 그와 같은 구조에서는, 수직 지지판(21)으로부터 멀수록 정극 시트(14)에 가해지는 장력이 커지고, 수직 지지판(21)에 근접함에 따라서 장력이 내려간다. 따라서 수직 지지판(21)으로부터 멀수록 정극 시트(14)가 파단되기 쉬워진다. 환언하면, 제1 실시예의 전지(2)에서는, 수직 지지판(21)과 정극 집전부(17)와의 접합부에 가해지는 장력이 불균일해진다. 한편, 제2 실시예의 전지(2b)에서는 권회된 정극 시트(14)의 각 피치의 하부 테두리가 수평 지지판(222)의 상면에 용접되어 있다. 제2 실시예의 전지(2b)에서는 권회되어 있는 정극 시트(14)의 각 피치의 용접 개소에 균일하게 장력이 가해진다. 그로 인해, 제2 실시예의 전지(2b)는, 제1 실시예의 전지(2)와 비교하여, 정극 시트(14)[정극 집전부(17)]와 수평 지지판(222)과의 접합 강도가 향상된다. 또한, 권회 전극체(10a)는 수평 지지판(222) 상에 올라가도록 지지되므로, 권회 전극체(10a)는 안정적으로 수평 지지판(222)에 지지된다.
도 10 내지 도 13을 참조하여, 수직 지지판과 수평 지지판을 갖는 정극 전극 단자의 몇 개의 변형예를 설명한다. 도 10 내지 도 13에 있어서도, 권회 전극체의 단면에 있어서 세퍼레이터는 도시를 생략하고 있다.
도 10a는, 제1 변형예의 정극 전극 단자(320)의 수직 지지판(321) 및 수평 지지판(322)과, 권회 전극체(10a)의 단면도이며, 도 10b는 그 저면도이다. 도 10b의 AA선을 따른 단면이 도 10a의 단면도에 상당한다. 또한, 정극 전극 단자(320)의 노출부와 연결부는 도시를 생략하고 있다. 제1 변형예의 정극 전극 단자(20)에 있어서는, 수평 지지판(322)은, 도 10b의 하측 우반부와, 상측 좌반부가 결여되어 있다. 수평 지지판(322)의 면적을 작게 함으로써 전지의 경량화가 도모된다. 또한, 부호 P는 수평 지지판(322)과 정극 시트(14)의 하부 테두리(14a)와의 용접 개소를 나타내고 있다. 이와 같이, 정극 시트(14)의 하부 테두리(14a)는, 수평 지지판(322)과 접촉하고 있는 전체 범위에 걸쳐서 용접되는 것이 아니라, 몇 개의 이산적인 포인트로 용접된다. 도 8, 도 9에 도시한 제2 실시예에서도 마찬가지이며, 또한, 도 11 내지 도 13에 도시하는 변형예에서도 마찬가지이다.
도 11a는, 제2 변형예의 정극 전극 단자(420)의 수직 지지판(421) 및 수평 지지판(422)과, 권회 전극체(10a)의 단면도이며, 도 11b는, 그 저면도이다. 도 11b의 AA선을 따른 단면이 도 11a의 단면도에 상당한다. 정극 전극 단자(420)의 노출부와 연결부는 도시를 생략하고 있다. 제2 변형예의 정극 전극 단자(420)에서는, 수평 지지판(422)은, 도 11b의 좌측 절반만큼 존재하고 있다. 더 상세하게는, 수평 지지판(422)은 수직 지지판(421)의 하단부를 절곡한 것이다. 이 변형예의 정극 전극 단자(420)에서는, 원래 1매의 금속판을 절곡시켜 수직 지지판(421)과 수평 지지판(422)을 형성하고 있다. 이 정극 전극 단자(420)의 수직 지지판(421)과 수평 지지판(422)은, 1매의 금속판으로부터, 저비용으로 제조할 수 있다.
도 12a는, 제3 변형예의 정극 전극 단자(520)의 수직 지지판(521) 및 수평 지지판(522)과, 권회 전극체(10a)의 단면도이며, 도 12b는, 그 저면도이다. 도 12b의 AA선을 따른 단면이 도 12a의 단면도에 상당한다. 정극 전극 단자(520)의 노출부와 연결부는 도시를 생략하고 있다. 지금까지 설명한 정극 전극 단자는 모두, 권회 전극체의 중심을 지나는 수직 지지판을 구비하고 있었지만, 제3 변형예의 정극 전극 단자(520)에서는, 한 쌍의 수직 지지판(521)이 권회 전극체(10a)의 외측을 따라서 위에서 아래로 연장되어 있다. 환언하면, 한 쌍의 수직 지지판(521)이, 권회 전극체(10a)를 양측으로부터 끼워넣도록, 케이스 본체의 저면을 향하여 연장되어 있다. 한 쌍의 수직 지지판(521)이 권회 전극체(10a)를 끼우고 있고, 이 변형예는 권회 전극체(10a)를 더 확실히 지지할 수 있다. 또한, 수평 지지판(522)은, 한 쌍의 수직 지지판(521)의 각각의 하단부를 절곡한 것이며, 도 12b에 있어서의 중앙에서 접합되어 있다.
도 13a는, 제4 변형예의 정극 전극 단자(620)의 수직 지지판(621) 및 수평 지지판(622)과, 권회 전극체(10a)의 단면도이며, 도 13b는, 그 저면도이다. 도 13b의 AA선을 따른 단면이 도 13a의 단면도에 상당한다. 정극 전극 단자(620)의 노출부와 연결부는 도시를 생략하고 있다. 이 변형예는 제2 실시예(도 11)에 있어서 수평 지지판의 길이 방향의 길이를 짧게 한 것에 상당한다. 환언하면, 제4 변형예의 정극 전극 단자(620)의 수평 지지판(622)은 권회 전극체(10a)의 하면에 있어서 시트가 직선상으로 연장되어 있는 부분의 편측만을 덮고 있다. 더 상세하게는, 제4 변형예의 구조는 다음과 같다. 권회 전극체(10a)는 권회 축선 J의 방향에서 보아, 정극 시트와 부극 시트와 세퍼레이터가 직선상으로 연장되어 있는 부분과 만곡되어 있는 부분을 갖는 편평하게 권회되어 있다. 그리고, 수평 지지판(622)은 권회 축선 J의 방향에서 보아, 권회 전극체(10a)의 편평한 장축을 경계로 하여, 직선상으로 연장되어 있는 부분의 편측에만 연결되어 있다. 이 변형예는, 수평 지지판이 더 작게 되어 있어, 전지의 경량화에 유리하다.
제2 실시예의 전지(2b)와, 도 12의 변형예를 제외한 다른 변형예에서는, 수직 지지판이 권회 전극체의 중심을 지나고 있다. 도 14를 참조하여, 수직 지지판(21)의 길이 방향(Y축 방향)의 길이 W2와, 권회 전극체(10)의 중심 구멍의 길이 방향의 길이 W1과의 관계를 설명한다. 권회 전극체(10)는 코어재가 되는 판에, 정극 시트와 부극 시트와 세퍼레이터의 적층체를 편평하게 권회하여 만들어진다. 적층체를 편평하게 권회한 후에 코어재는 제거된다. 각형 편평한 전지 케이스를 갖는 이차 전지는, 케이스 본체의 편평한 면에 압력을 받는 경우가 있다. 즉, 편평한 케이스 본체가 휘어져 내부의 권회 전극체(10)에 압축력이 가해지는 경우가 있다. 그렇다면, 권회 전극체의 가늘고 긴 중심 구멍의 길이 방향의 양단부의 만곡부 R이 찌부러진다. 이때, 만곡부 R에서 정극 시트 등이 절곡될 우려가 있다. 여기서, 권회 전극체(10)의 가늘고 긴 중심 구멍에 삽입 관통되는 수직 지지판(21)은, 만곡부 R에서의 시트의 굴곡을 방지하는 효과를 발휘한다. 만곡부 R에서 시트의 굴곡을 효과적으로 방지하기 위해서는, 권회 전극체(10)의 중심 구멍의 길이 방향의 길이 W1에 대해, 중심 구멍에 삽입 관통되는 수직 지지판(21)의 길이 방향의 길이 W2는, W2>(W1/2)의 관계를 만족하도록 정해지면 된다. 또한, 수직 지지판의 두께는, 정극 시트 등의 가요성에 따라서 정해진다.
정극 전극 단자의 또한 변형예를 도 15를 참조하여 설명한다. 도 15의 전지(2c)에서는, 정극 전극 단자(720)는 2개의 수직 지지판(721a, 721b)을 갖는 2개의 수직 지지판(721a, 721b)은, 1매의 수평 지지판(722)에 연결되어 있다. 한쪽의 수직 지지판(721a)이 연결부(8)와 연결되어 있다. 다른 쪽의 수직 지지판(721b)은, 앞서 설명한 권회 전극체의 만곡부 R이 찌부러지는 것을 방지하기 위해 설치되어 있다. 여기서, 수직 지지판(721a)과 수직 지지판(721b) 사이에는 공극 Sp가 형성되어 있다. 이 공극 Sp는 권회 전극체(10a)의 내부에서 가스가 발생했을 때에 가스를 안전 밸브(92)에 유도한다. 도 15에 도시한 변형예의 전지(2c)는, 편평한 권회 전극체(10)의 만곡부 R(도 14 참조)이 찌부러지는 것을 방지함과 함께, 권회 전극체(10a)의 내부에서 가스가 발생했을 때에 그 가스를 안전 밸브를 향하여 유도하여, 가스를 원활하게 방출할 수 있다.
실시예에서 설명한 기술에 관한 유의점을 설명한다. 실시예와 변형예에서는, 모두, 권회 전극체의 부극 집전부가 케이스 커버(3)에 근접하고, 정극 집전부가 케이스 본체의 저면에 근접하도록, 권회 전극체를 종방향으로 배치했다. 권회 전극체는 정극 집전부가 케이스 커버(3)에 근접하고, 부극 집전부가 케이스 본체(4)의 저면에 근접하도록 케이스 본체에 수용되어도 된다. 실시예에 있어서 케이스 본체(4)의 바닥측에 위치하는 정극 집전부(17)가, 「권회 전극체(10)의 하측에 위치하는 집전부」의 일례에 상당한다. 케이스 커버(3)의 측에 위치하는 부극 집전부(18)가, 「권회 전극체의 상측에 위치하는 집전부」의 일례에 상당한다. 그리고, 정극 전극 단자(20)가 「제2 전극 단자」의 일례에 상당하고, 부극 전극 단자(30)가 「제1 전극 단자」의 일례에 상당한다. 본 명세서가 개시하는 기술은, 상술한 바와 같이, 정극(정극 전극 단자)과 부극(부극 전극 단자)이 역전되어 있어도 된다.
도 12에서 도시한 변형예를 제외하고, 실시예의 전지와 변형예는, 모두, 정극 전극 단자(제2 전극 단자)가 권회 전극체의 내부를 통과하고 있음과 함께, 권회 전극체의 하부(케이스 저면에 가까운 부위)에 접합되어 있다. 도 12의 변형예에서는, 2매의 수직 지지판(521)이 권회 전극체를 끼워 넣고 있음과 함께, 권회 전극체의 하부(케이스 저면에 가까운 부위)에 접합되어 있다. 그와 같은 구조에 의해, 권회 전극체가 확실히 지지되어 있다.
실시예의 이차 전지는, 전지 케이스(5)[케이스 본체(4)와 케이스 커버(3)]가 도전성의 금속으로 만들어져 있고, 절연 시트(29)와 절연 가스킷(93)에 의해, 권회 전극체(10)는 전지 케이스(5)로부터 절연되어 있다. 전지 케이스(케이스 본체와 케이스 커버)를 절연성의 재료로 만드는 것도 바람직하다.
부극 시트(12)의 볼록부(12b) 대신에, 볼록부를 갖지 않은 부극 시트에 복수의 스트립 형상의 탭을 접착해도 된다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않으며, 특허 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구 범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종의 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원 시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (7)

  1. 이차 전지에 있어서,
    권회 전극체(10, 10a), 바닥이 있는 통 형상의 케이스 본체(4), 케이스 커버(3), 제1 전극 단자(30), 및 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)를 포함하고,
    상기 권회 전극체는 정극 시트(14), 부극 시트(12), 세퍼레이터(13a, 13b), 정극 집전부(17, 17a, 17b), 부극 집전부(18)를 포함하고, 상기 정극 시트(14)와 상기 부극 시트(12)는 세퍼레이터(13a, 13b)를 사이에 두고 권회되고, 상기 정극 집전부(17, 17a, 17b)는, 권회 축선(J)의 방향의 한쪽 단부에 형성되고, 상기 부극 집전부(18)는, 권회 축선(J)의 방향의 다른 쪽 단부에 형성되고,
    상기 바닥이 있는 통 형상의 케이스 본체는 상기 권회 축선(J)이 저면과 직교하는 방향으로 상기 권회 전극체(10, 10a)를 수용하고,
    상기 케이스 커버는 상기 케이스 본체(4)의 상부 개구를 막고,
    상기 제1 전극 단자는 상기 케이스 커버(3)에 고정되고, 상기 제1 전극 단자(30)의 일단부가 상기 케이스 본체(4)의 외부에 노출되고, 상기 제1 전극 단자(30)의 타단부가 제1 집전부에 접속되고, 상기 제1 집전부는, 케이스 본체(4)의 내부에서, 상기 정극 집전부(17)와 상기 부극 집전부(18) 중 상기 권회 전극체(10)의 상측에 위치하고,
    상기 제2 전극 단자는 상기 제1 전극 단자(30)와, 상기 케이스 커버(3)에 고정되어, 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)의 일단부가 상기 케이스 본체(4)의 외부에 노출되고, 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)의 타단부가 제2 집전부에 접속되고, 상기 제2 집전부는, 상기 정극 집전부(17)와 상기 부극 집전부(18) 중 상기 권회 전극체(10)의 하측에 위치하고,
    상기 제1 전극 단자(30)와 상기 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)는, 상기 권회 전극체(10)를 지지하고,
    상기 제2 전극 단자(20, 220, 320, 420, 520, 620, 720)는, 수직 지지판(21, 121, 221, 421, 521, 721a, 721b), 수평 지지판(122, 222, 322, 422, 522, 622, 722)을 포함하고,
    상기 수직 지지판(21, 121, 221, 421, 521, 721a, 721b)은, 상기 권회 전극체(10, 10a)를 따라서 상기 케이스 본체(4)의 저면을 향하여 연장되고,
    상기 수평 지지판(122, 222, 322, 422, 522, 622, 722)은, 상기 저면에 대해 평행하게 확대되고 있고 상기 수직 지지판(21, 121, 221, 421, 521, 721a, 721b)의 하단부에 연결되고,
    상기 제2 집전부는, 상기 수평 지지판(122, 222, 322, 422, 522, 622, 722) 상에 고정되어 있고,
    상기 제2 집전부에 있어서, 상기 정극 시트(14)와 상기 부극 시트(12) 중 어느 한쪽의 시트의 테두리가 노출되어 있고, 상기 한쪽 시트의 테두리가 권회 피치마다 독립적으로, 권회 방향으로 이산적인 복수의 개소에서 상기 수평 지지판(122, 222, 322, 422, 522, 622, 722)에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수직 지지판(21, 121, 221, 421, 521, 721a, 721b)은 상기 권회 전극체(10, 10a)의 내부에 삽입 관통되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    한 쌍의 상기 수직 지지판(21, 121, 221, 421, 521, 721a, 721b)이, 상기 권회 전극체(10, 10a)를 양측으로부터 끼워넣도록 상기 케이스 본체(4)의 저면을 향하여 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 권회 전극체(10, 10a)는, 상기 권회 축선(J) 방향에서 보아, 상기 정극 시트(14)와 상기 부극 시트(12)와 상기 세퍼레이터(13a, 13b)가 직선상으로 연장되어 있는 부분과, 상기 정극 시트(14)와 상기 부극 시트(12)와 상기 세퍼레이터(13a, 13b)가 만곡되어 있는 부분을 갖는 편평하게 권회되어 있고,
    상기 수평 지지판(122, 222, 322, 422, 522, 622, 722)은, 상기 권회 축선(J) 방향에서 보아, 상기 권회 전극체(10, 10a)의 편평한 장축을 경계로 하여, 상기 직선상으로 연장되어 있는 부분의 편측에만 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이스 본체(4) 및 상기 케이스 커버(3)가 절연체이거나, 또는, 상기 케이스 본체(4) 및 상기 케이스 커버(3)가 상기 권회 전극체(10, 10a)로부터 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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