KR101859227B1 - 각형 밀폐 2차 전지 및 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

과제
집전 효율과 집전 안정성이 뛰어난 대출력 방전에 대응할 수 있는 각형 밀폐 2차 전지를 제공한다.
해결 수단
적층형 또는 권회 적층형의 편평상 전극체를 각형 전지 케이스에 수용해서 이루어진 각형 밀폐 2차 전지에 있어서, 편평상 전극체를 구성하는 제 1 전극판의 심체 노출부(5b)가 노출된 최외층 부분으로서 편평상 전극체의 편평부 부분에 상기 편평부 부분을 두께 방향으로부터 끼우도록 한 쌍의 집전판(20·20)이 배치되고, 또한 한 쌍의 집전판(20·20)의 사이로서 2분할된 심체 노출부 적층군(12'·12')의 사이에 보강 부재 부착 연결 도전 부재(31)가 개장되며, 한 쌍의 집전판(20·20)과 기둥 모양 연결 도전 부재(30)로 2분할된 심체 노출부 적층군(12'·12')이 용접 접합되어 있다.

Description

각형 밀폐 2차 전지 및 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법{SQUARE TYPE SEALED SECONDARY BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING SQUARE TYPE SEALED SECONDARY BATTERY}
본 발명은 각형 밀폐 2차 전지의 집전 안정성을 높이는 집전계 구조에 관한 것이다.
근래 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV) 등의 2차 전지를 구동 전원으로 하는 전지 구동 자동차가 보급되고 있지만, 전지 구동 자동차에는 고출력인 2차 전지가 필요하다. 또, 휴대 전화나 노트 PC 등의 모바일형 전자 기기에 대한 한층 고기능화에 의해 이들 용도에서도 한층 고출력화가 요구되고 있다.
전지의 고출력화에는 정부(正負) 전극의 대향 면적을 크게 할 필요가 있다. 정부 전극판을 다수 적층한 적층 전극체 구조나, 길이가 긴 정부 전극판을 세퍼레이터를 통해 권회(卷回)한 소용돌이 전극체 구조는 정부 전극의 대향 면적을 크게 할 수 있으므로 전지의 고출력화를 도모하기 쉽다.
적층 전극체나 소용돌이 전극체를 이용한 2차 전지에서는 정부 전극의 심체를 노출시킨 심체 노출부에 집전판을 용접하고, 이 집전판을 외부 출력 단자에 접속하는 구조가 채용되고 있지만, 고출력 전지에서는 대(大)전류를 안정하게 꺼내는 것이 중요해진다. 대전류를 안정하게 꺼내려면, 집전판과 정부 전극 심체의 접촉 면적을 크게 해 용접점을 많게 하는 것이 유리하다. 따라서, 종래보다 폭이 넓은 집전판을 이용해 집전판과 정부 전극 심체의 용접 개소를 많게 하는 것이 행해지고 있다.
그러나, 전극판의 권회수나 적층 매수가 많은 적층 타입의 대용량 2차 전지에 있어서는 전극판의 늘어난 면적당에서의 집전판과 전극판의 접촉 면적을 많게 하는 것은 용이하지 않다. 단순히 폭이 넓은 집전판을 이용해도 대전류를 안정하게 꺼낼 수 없다.
집전계에서의 전기 저항을 저감시키는 기술에 관해서는 종래부터 여러 가지의 집전 구조가 제안되고 있다. 예를 들면 하기 특허문헌 1~4의 기술이 제안되고 있다.
특허문헌 1은 편평상으로 권회된 전극체의 두께 방향의 양측에 적층된 심체를 2개로 나누어 모으고 그 사이(권회 내주부)에 "ㄷ"자 모양의 집전체를 삽입해, 이 부재를 통해 집전하는 기술을 개시하고 있다. 이 기술에 의하면, 세퍼레이터로부터 비어져 나와 권회되는 부분(집전 단자를 접속하는 부분)의 폭을 작게 할 수 있으므로, 전지의 부피당 능력을 향상시킬 수 있다고 여겨진다.
특허문헌 2는 극주(極柱)의 하부 측면에 2개로 분할해 집속된 극판 이군(耳群) 각각을 이 이군의 외측에 배치한 당판(當板)과 함께 일체로 용접해서 이루어진 극판 이군 단자 집결장치를 개시하고 있다. 이 기술에 의하면, 통전로를 짧게 형성할 수 있고 게다가 접합 면적을 크게 할 수 있다고 여겨진다.
특허문헌 3은 전극 심체를 모은 전극체 두께 방향의 중간 부분에 장방형 판 형상의 집전단자 접속부(전극단자의 일부)를 삽입해 집전단자 접속부를 통해 집전하는 구조가 개시되어 있다. 이 구조이면, 접속 저항이 저감할 수 있으므로 대전류에 견디는 권회 전극 전지를 제공할 수 있다고 여겨진다.
특허문헌 4, 5에도 내부 저항을 저감시킬 수 있는 집전 구조가 개시되어 있다.
일본 특개 2003-249423호 공보(요약) 일본 실개 소58-113268호 공보(실용신안 등록청구범위) 일본 특개 2000-40501호 공보(도 7) 일본 특개 2001-257002호 공보 일본 특개 2006-228551호 공보
본 발명은 전극판의 권회수나 적층 매수가 많은 대용량의 각형 밀폐 2차 전지에서의 집전 효율이나 집전 안정성을 높일 수 있는 집전계 구조를 생각해 내고, 그것으로써 대출력을 안정하게 꺼낼 수 있는 각형 밀폐 2차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 각형 밀폐 2차 전지에 관한 제 1 발명은 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성된 제 1 전극판과, 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성된 상기 제 1 전극판과는 극성이 상이한 제 2 전극판이 각각 심체 노출부가 폭 방향에서 대향하도록 세퍼레이터를 통해 적층 또는 권회 적층되어서 이루어진 편평상 전극체와, 상기 제 1 전극판에 접합된 집전판과, 상기 집전판을 통해 상기 제 1 전극판에 통전 가능하게 접속된 외부 출력 단자와, 상기 편평상 전극체를 수용하는 각형 전지 케이스를 적어도 구비한 각형 밀폐 2차 전지에 있어서, 한 쌍의 집전판이 상기 편평상 전극체를 구성하는 제 1 전극판의 심체 노출부가 노출된 최외층 부분으로서 상기 편평상 전극체의 편평부 부분에 상기 편평부 부분을 두께 방향으로부터 끼우도록 배치되고, 기둥 모양의 연결 도전 부재가 상기 한 쌍의 집전판으로 끼워진 편평부 부분에서의 심체 노출부 적층군을 2분할한 사이에 개장(介裝)되며, 상기 한 쌍의 집전판과 상기 연결 도전 부재로 2분할된 심체 노출부 적층군이 용접 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
각형 밀폐 2차 전지의 대용량화와 고에너지 밀도화를 도모하기 위해서는 얇은 전극 심체를 이용해 이것에 가능한 한 많은 활물질을 보유시키고, 또한 이와 같이 하여 제작한 전극판을 다층으로 적층 또는 권회 적층할 필요가 있다. 그러나, 전극 심체를 얇게 하면 취약하게 되어 파손되기 쉬워짐과 동시에 전기 저항이 커지므로 안정하게 대전류 집전을 행하기 어려워진다.
본 발명은 제 1 전극판과 제 2 전극판이 적층 또는 권회 적층된 편평상 전극체를 각형 전지 케이스에 수용해서 이루어진 각형 밀폐 2차 전지를 대상으로 한다. 이 편평상 전극체의 제 1 전극 심체 노출부는 편평상 전극체의 한쪽 단면 측으로 노출하고, 제 2 전극 심체 노출부는 다른 쪽 단면 측으로 노출하고 있다.
이 구조의 전지에 있어서 본 발명은 편평상 전극체의 편평 부분 중 제 1 전극의 심체 노출부가 노출된 한쪽의 단부(端部)에 상기 단부를 두께 방향으로부터 끼우도록 하여 한 쌍의 집전판을 배치하고, 한 쌍의 집전판으로 끼워진 심체 노출부 적층군 부분의 중간(2분할된 심체 노출부 적층군의 사이)에 연결 도전 부재가 개장되어, 이 상태에서 한 쌍의 집전판과 기둥 모양의 연결 도전 부재로 2분할된 심체 노출부 적층군이 용접 접합된 구조를 채용한다.
심체 노출부 적층군이 2분할되어 2분할된 심체 노출부 적층군의 사이에 연결 도전 부재가 개재(介在)된 구조이면, 2분할된 전극판 적층군을 한 번의 용접 작업으로 통전 가능하게 연결할 수 있다. 따라서, 각각을 용접하는 구조와 비교해 용접 작업성이 현격히 향상된다. 또, 2분할된 심체 노출부 적층군의 사이에 연결 도전 부재를 개재시킨 구조이면, 심체 노출부 적층군의 전체 두께를 한 번에 용접하는 경우와 비교해 양질의 용접을 효율적으로 실시할 수 있다.
심체 노출부 적층군을 편평상 전극체의 두께 방향에서 분할하지 않고 직접 용접하려면, 심체 노출부 적층군을 편평상 전극체의 두께 방향의 중앙부에 눌러 붙여 용접할 필요가 있다. 이에 의해 극체에 큰 일그러짐이 생기고, 또 용융과 냉각 과정에서 전극 심체에 주름이나 축소가 생기기 때문에 응력적인 무리가 내재된 편평상 전극체가 형성되게 된다. 이에 비해, 2분할된 심체 노출부 적층군의 사이에 연결 도전 부재가 개재된 구조이면, 응력적인 무리가 적은 상태에서 용접을 실시할 수 있으므로 형상 안정성이 좋은 편평상 전극체를 형성할 수 있다. 또, 심체 노출부 적층군을 편평상 전극체의 두께 방향에서 분할하지 않고 직접 용접하는 경우에 비해 각 전극판의 심체 노출부의 폭을 작게 할 수 있다.
따라서 상기 구성에 의하면 안정하게 대전류를 집전해 출력시키는 것이 가능한 집전계를 구성할 수 있어, 이와 같은 본 발명은 전극판의 적층수 또는 권회 적층수가 많은 대용량의 각형 밀폐 2차 전지에서 특히 유용성을 발휘한다.
여기서, 상기 구성에서의 「전극판」은 전극 심체에 활물질이 형성된 것을 의미한다. 또 「제 1 전극판」은 정극 또는 부극 중 어느 한쪽을 의미한다. 또 「제 2 전극판」은 제 1 전극판에 대항하는 전극을 의미한다. 또 「적층」은 제 1 전극판과 제 2 전극판을 양자 사이에 세퍼레이터를 사이에 두고 순차적으로 쌓아 올리는 것을 의미하고, 「권회 적층」은 제 1 전극판과 제 2 전극판을 세퍼레이터를 사이에 두고 소용돌이 모양으로 권회하는 것을 의미한다. 또한,「권회 적층」에 있어서는 권회 중심으로부터 외측을 향해 적층된 상태가 형성되게 된다.
또 「2분할」은 단순히 2개로 나뉘는 것을 의미하고, 균등 분할, 즉 2개로 균등하게 나뉘는 것을 의미하지 않는다. 단, 대체로 균등인 2분할이 좋고, 「권회적층」인 경우에는 권회 중심축을 경계로 한 2분할이 바람직하다.
또, 「기둥 모양의 연결 도전 부재」에서의 「기둥 모양」이란 연결 도전 부재의 직경을 R, 높이를 H로 했을 때, H／R＞1인 것도 의미한다. H／R은 바람직하게는 1을 초과하고 5 이하이며, 보다 바람직하게는 2~3의 범위이다. 여기서, 상기 직경 R은 단면 형상이 비원형인 연결 도전 부재인 경우에는 단면형을 포섭하는 외접원의 직경으로 한다. 또, 굵기가 균일하지 않은 연결 도전 부재인 경우에는 가장 굵은 부분에서의 단면의 최대 지름과 가장 가는 부분에서의 단면의 최소 지름을 합산해 2로 나눈 값(평균값)으로 한다.
상기 각형 밀폐 2차 전지의 구성에 있어서, 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재가 상기 심체 노출부에 맞닿는 양 선단에 전방으로 돌출한 곡면이 형성되어 있는 것으로 할 수 있다.
양 선단에 전방으로 돌출한 곡면이 형성된 연결 도전 부재이면, 압압했을 때에 전방으로 돌출한 곡면이 심체 노출부의 적층면과 집전판의 접촉을 확실히 하는 동시에 저항 용접 전류의 집중점이 되므로, 효율적으로 저항 용접을 실시할 수 있다는 효과가 있다.
상기 각형 밀폐 2차 전지의 구성에 있어서, 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재가 상기 심체 노출부에 맞닿는 양 선단에 오목부가 형성되어 있는 것으로 할 수 있다.
선단의 중앙에 오목부가 형성된 기둥 모양의 연결 도전 부재이면, 선단이 볼록한 경우와 비교해 심체 노출부와의 맞닿음 안정성이 좋기 때문에 2분할된 심체 노출부 적층군의 중간에 연결 도전 부재를 넣은 후 용접할 때까지의 사이에 위치 어긋남이 생기기 어렵다. 또, 오목부의 움푹한 부분은 심체 노출부에 접촉하지 않으므로 전류는 심체 노출부에 직접 접촉하는 오목부의 뻗어 나온 부분으로부터 오목부 중심을 향해 흘러든다. 따라서, 선단이 평탄한 경우와 비교해 전류 집중의 정도가 커서 용접 전류를 연결 도전 부재의 축심에 수속(收束)시키므로 용접해야 할 부분의 온도를 효율적으로 높인다. 그러므로, 이 구성이면 양질인 저항 용접과 작업성의 좋은 점을 동시에 실현할 수 있다.
상기 각형 밀폐 2차 전지의 구성에 있어서, 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재가 통 모양이라고 할 수 있다.
통 모양의 연결 도전 부재는 그 양 선단 형상이 선단의 중앙에 오목부를 형성한 기둥 모양의 연결 도전 부재인 경우와 동일하게 되므로, 상기와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다. 또, 통 모양이면 통 모양이 아닌 연결 도전 부재와 비교해 경량으로 할 수 있으므로 전지의 중량 에너지 밀도를 높일 수 있다.
상기한 양 선단의 중앙에 오목부가 형성된 기둥 모양의 연결 도전 부재 및 통 형상의 연결 도전 부재를 이용한 구성에 있어서는 표면에 연결 도전 부재의 선단에 마련된 오목부에 대향시키는 볼록부가 마련된 집전판을 이용할 수 있다.
이 구성에서는 한 쌍의 집전판의 각각의 표면에 마련된 볼록부(각각의 볼록한 부분이 연결 도전 부재의 선단 측으로 뻗어 나오고 있다)와 연결 도전 부재의 선단 오목부 또는 통 모양 부재의 중공부(선단 오목부와 동일하게 기능한다) 및 연결 도전 부재의 기둥축이 일직선 모양으로 줄서듯이 배치된다. 이 구성이면, 심체 노출부 적층군의 최외층에 각각 배치된 양 집전판을 압압하면, 집전판의 표면에 마련된 볼록부가 맞닿는 심체 노출부 부분이 보다 강하게 압압되는 결과, 심체 노출부 적층군의 내측면이 볼록한 모양으로 뻗어 나오게 된다. 이 뻗어 나온 것이 연결 도전 부재 선단의 오목부 또는 통의 중공 부분에 약간 비집고 들어가 연결 도전 부재의 양 선단을 고정한다. 따라서, 작업성 좋게 안정한 저항 용접을 실시할 수 있어 양질인 저항 용접을 얻을 수 있다. 이 결과로서 대전류 집전 성능이 뛰어난 각형 밀폐 2차 전지를 얻을 수 있다.
상기한 각 구성에 관한 각형 밀폐 2차 전지에 있어서는 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재의 허리 둘레에 수지제 보강 부재가 추가로 마련된 구성으로 할 수 있다.
기둥 모양의 연결 도전 부재는 2분할된 심체 노출부 적층군 상호간의 도통을 확보하는 부재이며, 연결 도전 부재가 기둥 모양이면 심체와 접하는 면적이 좁기 때문에 볼록부를 마련하지 않아도 용접 전류를 집중시키기 쉽다. 따라서 용접 전류의 집중이라는 관점에서는 가는(직경이 작은) 기둥 모양의 연결 도전 부재가 바람직하다. 그러나, 가는 기둥 모양 연결 도전 부재이면, 저항 용접용 전극봉으로 상하 방향으로부터 압압했을 경우에서의 안정성이 나쁘기 때문에 용접 불량을 일으키기 쉽다. 또, 압압력에 의해 기둥 모양 연결 도전 부재가 변형할 가능성이 있다.
기둥 모양의 연결 도전 부재의 허리 둘레에 수지제 보강 부재를 마련하는 상기 구성이면, 허리 둘레에 마련된 수지제 보강 부재가 연결 도전 부재를 보강하므로 연결 도전 부재의 변형이 방지된다. 또, 허리 둘레에 마련된 수지제 보강 부재가 외관상 연결 도전 부재의 기둥 폭을 크게 하므로 연결 도전 부재를 2분할 경계의 사이에 배치하기 쉽다. 또한, 수지제 보강 부재는 일반적으로 연결 도전 부재보다도 부피당 중량이 가볍기 때문에 연결 도전 부재 자체를 굵게 하는 경우와 비교해 전지의 중량 에너지 밀도의 저하가 작다. 또, 수지제 보강 부재가 절연성인 경우에는 연결 도전 부재와 전극판의 소용없는 접촉을 방지하도록도 기능한다.
이상으로부터, 수지제 보강 부재를 이용하는 구성이면 신뢰성·안정성이 뛰어난 대전류 방전 대응의 각형 밀폐 2차 전지를 실현할 수 있다.
여기서, 수지제 보강 부재는 바람직하게는 기둥 모양 연결 도전 부재의 양 선단 근방을 덮지 않도록 하는 것이 좋다. 양 선단은 용접 전류를 수취하는 부분이며, 용융하는 부분이기 때문이다. 구체적으로는 기둥 모양 연결 도전 부재의 높이를 H2, 수지제 보강 부재의 높이를 H1로 했을 때 ,［H1／H2］를 ［1／3 ~ 1／1］로 하고, 바람직하게는 ［1／2 ~ 10／11］로 하여 수지제 보강 부재의 긴 방향의 중앙과 기둥 모양 연결 도전 부재의 긴 방향 중앙을 일치시킨다. 이에 의해, 기둥 모양 연결 도전 부재의 양 선단 및 허리 둘레에서의 선단부 근방을 제외한 부분이 수지제 보강 부재로 덮인다.
수지제 보강 부재는 보강 기능을 발휘가능한 것이라면, 크기나 형상에 특별한 제한은 없다. 단, 기둥 모양 연결 도전 부재의 직경을 R로 하고, 수지제 보강 부재의 두께(기둥 모양 연결 도전 부재를 덮는 두께)를 W로 했을 때, 「W／R」이 바람직하게는 1／3 이상인 것이 좋다. 여기서 말하는 「W／R」에 있어서는 수지제 보강 부재가 마련된 기둥 모양 연결 도전 부재를 긴 방향에 직교하는 방향으로부터 절단한 단면에서 면적 중심점을 정해 상기 중심점으로부터의 방사선 위에서 「R」 및 「W」를 결정하면 된다.
상기한 각 구성에 관한 각형 밀폐 2차 전지에 있어서는, 추가로 상기 한 쌍의 집전판 각각이 상기 외부 출력 단자와 통전 가능하게 접속된 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 관한 편평상 전극체의 단부를 구성하는 심체 노출부 적층군의 최외 표면의 각각에는 집전판이 배치되어 적어도 2개의 집전판으로 편평 부분이 끼워진 구조로 되어 있다. 이 구조에 있어서, 한 쌍의 집전판 각각이 외부 출력 단자에 통전 가능하게 접속되어 있으면 집전판으로부터 외부 출력 단자에 이르는 통전 경로의 전기적 부하를 1／2로 할 수 있으므로, 한층 집전에서의 전지 저항이 저감된다.
상기한 각 구성에 관한 각형 밀폐 2차 전지에 있어서는 상기 편평상 전극체가 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판을 세퍼레이터를 통해 권회한 소용돌이형 전극체를 편평상으로 가공해서 이루어진 소용돌이형 편평상 전극체로 할 수 있다.
소용돌이형 전극체를 편평상으로 가공해서 이루어진 소용돌이형 편평상 전극체는 권회수를 많게 함으로써 생산성 좋게 부피 에너지 밀도가 뛰어난 전지를 제조할 수 있다는 점에서 바람직하다. 그러나, 권회수가 많아지면 집전저항도 커지므로 편평 부분을 2분할해 그 중간을 기둥 모양 연결 도전 부재로 연결하면 집전저항을 큰폭으로 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 작용 효과는 소용돌이형 편평상 전극체를 구비한 각형 밀폐 2차 전지에서 한층 현저하게 발휘된다.
다음에, 이상에서 설명한 본 발명 각형 밀폐 2차 전지를 바람직하게 제조할 수 있는 제조 방법에 대해서 기재한다.
본 발명에 관한 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법은 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성된 제 1 전극판과, 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성된 상기 제 1 전극판과는 극성이 상이한 제 2 전극판이 각각의 심체 노출부가 폭 방향에서 대향하도록 세퍼레이터를 통해 적층 또는 권회 적층되어서 이루어진 편평상 전극체와, 상기 제 1 전극판에 접합된 집전판과, 상기 집전판을 통해 상기 제 1 전극판에 통전 가능하게 접속된 외부 출력 단자와, 상기 편평상 전극체를 수용하는 각형 전지 케이스를 적어도 구비한 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법에 있어서, 편평상 전극체의 편평부 부분으로서 제 1 전극의 심체 노출부가 적층된 심체 노출부 적층군 부분을 두께 방향으로 2분할해 상기 부분에 연결 도전 부재를 개장하는 제 1 공정과, 편평상 전극체의 편평부 부분으로서 제 1 전극의 심체 노출부가 적층된 심체 노출부 적층군 부분의 양(兩) 최외 표면에 집전판을 각각 배치하는 제 2 공정과, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정을 완료한 후 상기 연결 도전 부재를 개재시킨 상태에서 상기 집전판의 각각에 저항 용접봉을 맞닿게 하고 전압을 인가하여 상기 집전판과 상기 연결 도전 부재로 2분할된 심체 노출부 적층군을 저항 용접하는 제 3 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 공정과 제 2 공정은 앞뒤를 묻지 않으므로 어느 쪽 공정이 먼저여도 된다.
상기 제조 방법에 의해, 대전류 방전 대응의 각형 밀폐 2차 전지를 생산 효율 좋게 제조할 수 있다.
상기 제조 방법에 있어서는 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재로서 통 모양의 부재를 이용할 수 있다.
또, 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재로서 양 선단에 오목부를 가지는 부재를 이용할 수 있다.
또, 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재로서 양 선단에 전방으로 돌출한 곡면을 가지는 부재를 이용할 수 있다.
또, 상기 집전판의 연결 도전 부재의 선단에 대향하는 부분에 볼록부가 형성된 집전판을 이용할 수 있다.
또, 상기 기둥 모양의 연결 도전 부재로서 그 허리 둘레에 수지제 보강 부재가 마련된 부재를 이용할 수 있다.
또, 상기 편평상 전극체로서 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판이 세퍼레이터를 통해 권회 적층된 소용돌이형 전극체를 편평상으로 가공해서 이루어진 소용돌이형 편평상 전극체를 이용할 수 있다.
이상으로 설명했던 대로 본 발명에 의하면, 대출력 방전에 대응할 수 있는 뛰어난 집전 효율과 집전 안정성을 가지는 각형 밀폐 2차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 관한 각형 밀폐 2차 전지의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 실시형태 1에 관한 정부 전극판을 나타내는 정면도이다.
도 3은 실시형태 1에 관한 편평상 전극체의 사시도이다.
도 4는 실시형태 1에 관한 집전판 부재의 형상을 나타내는 사시도이다.
도 5는 실시형태 1에 관한 기둥 모양 연결 도전 부재를 나타내는 도면으로, (a)는 상면도, (b)는 정면도이다.
도 6은 실시형태 1에 관한 보강 부재 부착 연결 도전 부재를 나타내는 도면으로, (a)는 상면도, (b)는 정면도이다.
도 7은 실시형태 1에 관한 집전판 부재가 봉구판 및 외부 출력 단자에 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 실시형태 1에서 편평상 전극체에 기둥 모양 연결 도전 부재 및 집전판 부재를 저항 용접하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시형태 1에 관한 집전계 각 부재가 장착된 편평상 전극체를 나타낸 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 측면도, (c)는 Y-Y 단면도이다.
도 10은 다른 형태에 관한 연결 도전 부재 및 보강 부재 부착 연결 부재를 나타내는 도면이다.
도 11은 다른 형태에 관한 집전판을 나타내는 도면으로, (a)는 정면도, (b)는 (a)에서의 Z-Z 단면도이다.
도 12는 다른 형태에 관한 집전판 부재를 나타낸 사시도이다.
도 13은 기둥 모양 연결 도전 부재가 1개 사용된 다른 형태에 관한 전지 내부 구조를 나타낸 도면이다.
[실시형태 1]
본 발명을 실시하기 위한 형태를 소용돌이형의 편평상 전극체를 이용해서 이루어진 리튬 이온 2차 전지를 예로 하여 설명한다. 도 1은 소용돌이형의 편평상 소용돌이 전극체를 이용해서 이루어진 리튬 이온 2차 전지(각형 밀폐 2차 전지)의 외관도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 실시형태 1에 관한 리튬 이온 2차 전지는 각형 전지 케이스(1)와 각형 전지 케이스(1)의 개구를 봉지하는 봉구판(2)과 봉구판(2)으로부터 바깥쪽으로 돌출한 정극 외부 출력 단자(3)와 부극 외부 출력 단자(4)를 가지고 있고, 각형 전지 케이스(1)의 내부에 주요 요소인 소용돌이형의 편평상 전극체(10)가 수용되어 있다.
도 2는 실시형태 1의 리튬 이온 2차 전지에 이용한 정부 전극판을 모식적으로 그린 정면도이다. 이 도면에서는 도 2(a)가 정극판(5), 도 2(b)가 부극판(6)으로 있다. 또한, 정부 전극판의 어느 한쪽을 제 1 전극판이라고 해도 된다. 정부 전극판 모두 띠 모양의 전극 심체의 긴 방향에 따른 한쪽 단부를 제외하고 그 표리면에 활물질이 도착되어 있고, 활물질이 도착된 부분(5a·6a)이 발전면이 된다. 활물질이 도착되어 있지 않은 부분이 심체 노출부(5b·6b)이며, 이 부분으로부터 집전이 도모되게 된다.
상기 정부 전극판은 양자간에 세퍼레이터를 사이에 두고 심체 노출부(5b·6b)가 폭 방향으로 대향하도록 하여 겹쳐 맞추어지고, 소용돌이 모양으로 권회되어 전극체가 된다. 이 전극체가 권회 두께 방향으로 압압되어 편평상으로 가공되어 편평상 전극체(10)가 제작된다. 이와 같이 하여 제작된 소용돌이형의 편평상 전극체(10)는 그 양 끝면의 한쪽 측에 정극 심체 노출부가 위치하고, 다른 쪽 측에 부극 심체 노출부가 위치한 구조가 된다.
이하, 실시형태 1에 관한 각형 밀폐 2차 전지인 리튬 이온 2차 전지의 제작 방법의 자세한 내용을 도면을 참조하면서 순차 설명한다. 단, 본 발명은 이 제작 방법으로 한정되는 것은 아니다.
＜정극판의 제작＞
코발트산리튬(LiCoO2)으로 이루어진 정극 활물질과 아세틸렌블랙 또는 그래파이트 등의 탄소계 도전제와 폴리비닐리덴플루오리드(PVDF)로 이루어진 결착제를 중량비 90：5：5의 비율로 계량해서 취해 이것들을 N-메틸-2-피롤리돈으로 이루어진 유기용제 등에 용해시킨 후, 혼합해 정극 활물질 슬러리를 조제했다.
다음에, 다이코터 또는 닥터 블레이드 등을 이용하여 길이 10000m, 두께 7.5㎛의 폭이 넓은 띠 모양의 알루미늄박으로 이루어진 정극 심체의 양면에 상기 정극 활물질 슬러리를 균일 두께로 도포해 정극 활물질층(5a)을 형성했다. 이때, 정극 심체의 긴 방향에 따르는 한쪽의 단부(양면 모두 동일 방향의 단부)에는 슬러리를 도포하지 않고 그 심체를 노출시켜 정극 심체 노출부(5b)가 형성되도록 했다.
이 극판을 건조기 내에 통과시켜 상기 유기용제를 제거해 건조 극판을 제작했다. 이 건조 극판을 롤 프레스기를 이용하여 그 두께가 0.06㎜가 되도록 압연해 정극 기판을 이루고, 이 정극 기판을 폭 100㎜의 단책(短冊) 모양으로 잘라 정극판(5)으로 했다(도 2(a)). 이 정극판(5)은 폭 100㎜, 정극 심체 노출부 폭 10㎜, 길이 6000㎜였다.
＜부극판의 제작＞
부피 평균 입경 20㎛의 인조 흑연으로 이루어진 부극 활물질과 스티렌 부타디엔 고무로 이루어진 결착제와 카르복시메틸 셀룰로오스로 이루어진 증점제를 중량비 98：1：1의 비율로 계량해서 취해 이것들을 적당량의 물과 혼합해 부극 활물질 슬러리를 조제했다.
다음에, 다이코터 또는 닥터 블레이드 등을 이용하여 길이 10000m, 두께 12㎛의 띠모양의 구리박으로 이루어진 부극 심체의 양면에 이 부극 활물질 슬러리를 균일한 두께로 도포해 부극 활물질층(6a)을 형성했다. 이때, 부극 심체의 긴 방향에 따르는 한쪽의 단부(양면 모두 동일 방향의 단부)에는 슬러리를 도포하지 않고, 심체가 노출된 채로 심체 노출부(6b)를 형성했다.
이 극판을 정극판의 경우와 마찬가지로 처리해 활물질층이 형성된 전극판 두께를 0.05㎜로 한 부극 기판을 제작하고, 이 부극 기판을 폭이 110㎜인 단책 모양으로 잘라 부극판(6)으로 했다(도 2(b)). 이 부극판(6)은 폭 110㎜, 부극 심체 노출부 폭 8㎜, 길이 6200㎜였다.
또한, 부극 활물질은 상기 인조 흑연으로 한정되지 않는다. 이것을 대신하거나 또는 이것과 함께, 천연 흑연, 카본블랙, 코크스, 유리상 탄소, 탄소 섬유 혹은 이들의 소성체 등의 탄소질물 또는 상기 탄소질물과 리튬, 리튬 합금 및 리튬을 흡장·방출할 수 있는 금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 혼합물을 이용할 수도 있다.
＜편평상 전극체의 제작＞
상기 정극판과 부극판과 폴리에틸렌제 미다공막(두께가 0.022㎜)으로 이루어진 세퍼레이터를 동일한 극의 심체 노출부끼리 직접 겹치고, 상이한 심체 노출부끼리 권회 방향에 대해 대향하는 측으로 돌출하며, 또한 상이한 활물질층 간에는 반드시 세퍼레이터가 개재하도록 3개의 부재를 위치 맞추어 겹쳐 맞추고 권취기에 의해 44회 권회하고 권회 종단을 절연성의 감기 멈춤 테이프로 멈추었다. 이 소용돌이 권회체를 권회 두께 방향으로부터 가압해 편평상으로 이루어 소용돌이형의 편평상 전극체(10)를 제작했다. 이 소용돌이형의 편평상 전극체(10)의 사시도를 도 3에 나타냈다.
도 3에 근거해 소용돌이형의 편평상 전극체(10)의 형상을 설명한다. 소용돌이형의 편평상 전극체(10)는 정부 전극판이 44회 권회되어 이루어진 것으로, 두께 방향으로부터의 평면시(平面視)에서의 한쪽 단부에 정극 심체 노출부(5b)가 권회 적층된 정극 심체 노출부 적층군(12)이 형성되고, 다른 쪽 단부에 부극 심체 노출부(5b)가 권회 적층된 부극 심체 노출부 적층군(도 3 안쪽)이 형성되며, 위와 동일한 평면시에서의 중앙 부분(좌우의 구부러진 부분을 제외한 영역)에 편평부(11)가 형성된 구조이다.
또한, 도 3의 부호 13은 정극 심체 노출부 적층군(12)을 2분할하는 부분을 가리키고 있다. 이 부분을 2분할 경계라고 칭하고, 분할된 정극 심체 노출부 적층군 각각을 분할된 정극 심체 노출부 적층군(12')으로 칭한다.
이 실시형태 1의 편평부에서의 정극 심체 노출부 적층군(12)(정극 심체의 적층 매수는 88매)의 전체 두께는 660㎛이고, 2분할된 정극 심체 노출부 적층군(12') 각각의 두께는 330㎛였다.
＜집전판 부재＞
도 4에 집전판 부재를 나타낸다. 이 집전판 부재(20)는 두께 0.8㎜의 알루미늄판을 구멍 뚫어 휨 가공하여 제작된 것으로, 외부 출력 단자에 장착되는 장착 구멍(20c)을 가지는 외부 접속부(20b)와 외부 접속부(20b)에 연결되는 2개의 리드부(20d·20d)와 2개의 리드부(20d·20d) 각각에 연결되는 심체 맞닿음부(20a·20a)가 일체적으로 형성되어 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 심체 맞닿음부(20a·20a)는 L자 형상이고, 외부 접속부(20b)의 평면은 심체 맞닿음부(20a)의 긴 방향에 대해 수직으로 형성되어 있다.
여기서 도 4의 집전판 부재(20)에 있어서는 심체 맞닿음부(20a·20a)가 협의의 집전판에 대응하게 된다. 본 발명은 심체 노출부에 직접 맞닿게 하는 집전판을 필수 요소로 하지만 집전판과 외부 출력 단자의 접속 방법은 전혀 한정되지 않는다. 따라서, 도 4에 나타내는 형상의 집전판 부재(20)로 한정되는 것은 아니다. 또, 도 4의 심체 맞닿음부(20a·20a)가 L자 형상으로 가공되어 있지만, 집전판은 반드시 이와 같은 형상일 필요는 없다. 또, 도 4의 집전판 부재(20)에서는 2개의 다리(리드부 및 심체 맞닿음부)를 가진 것으로 했지만, 이 다리를 1개로 해도 된다. 예를 들면, 한쪽의 집전체는 외부 접속부에 연결되는 리드부 및 심체 맞닿음부를 갖고, 다른 쪽의 집전체는 리드부를 가지지 않고 심체 맞닿음부만으로 이루어진 것으로 할 수 있다. 단, 도 4에 나타내는 형상의 집전판 부재(20)는 전지 조립 작업성 및 집전성이 뛰어나므로 바람직하다.
＜보강 부재 부착 연결 도전 부재＞
실시형태 1에서는 주위가 수지제 보강 부재로 덮인 기둥 모양 연결 도전 부재를 준비했다. 도 5(a)에 기둥 모양 연결 도전 부재를 윗쪽으로부터 본 평면도를 나타내고, 도 5(b)에 정면도를 나타냈다. 또, 도 6(a)에 기둥의 주위가 수지제 보강 부재로 덮인 수지 부재 부착 연결 도전 부재의 평면도를 나타내고, 도 6(b)에 정면도를 나타냈다.
도 5에 나타내는 바와 같이 이 연결 도전 부재(30)는 원주 모양이고, 양 선단부에 오목부가 형성되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이 수지 부재 부착 연결 도전 부재(31)는 연결 도전 부재(30)의 측면으로 연결 도전 부재(30)의 양 선단이 조금 튀어나오도록 하여 연결 도전 부재의 높이보다도 짧은 수지제 보강 부재(32)를 딱 맞게 붙인 형상이다. 또한, 주위가 수지제 보강 부재(32)로 덮인 기둥 모양 연결 도전 부재(30)를 「보강 부재 부착 연결 도전 부재」라고 칭하고 있다.
상기 연결 도전 부재는 형상이 단순하므로 도전성 재료로 용이하게 할 수 있고, 예를 들면 알루미늄, 구리, 니켈, 아연, 철 등의 도전성 금속 또는 이들 금속의 합금을 이용해 제작할 수 있다. 연결 도전 부재의 재질로는 바람직하게는 전해액에 대한 화학적 안정이 뛰어나고 충방전 내성이 뛰어난 금속 재료로서 전극 심체와의 용접상성이 좋은 것이 좋다. 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지용의 정극용 도전성 연결 부재로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하고, 부극용 연결 도전 부재로는 구리나 구리 합금, 또는 터프피치 구리가 바람직하다.
다른 한편, 수지제 보강 부재로는 기계적 강도가 뛰어나고 또한 저항 용접시의 열로 용융 또는 연화하지 않는 수지가 바람직하며, 성형성의 점에서 열가소성 수지가 바람직하고, 추가로 절연성을 가지는 수지가 바람직하다. 이와 같은 성질을 구비한 수지로서, 예를 들면 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리아세탈(POM), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌 설파이드(PPS) 등을 들 수 있다. 저렴하면서도 안정적으로 공급할 수 있는 점으로부터, 특히 PP, PE를 이용하는 것이 바람직하다.
수지제 보강 부재는 예를 들면 열가소성 수지를 이용한 사출 성형법에 의해 용이하게 제작할 수 있다. 사출 성형법에 의하면, 기둥 모양 연결 도전 부재를 삽입하는 구멍을 동시에 형성한 것이나, 또는 기둥 모양 연결 도전 부재의 주위에 수지를 경화시킴으로써 보강 부재 일체형의 기둥 모양 연결 도전 부재(보강 부재 부착 연결 도전 부재)를 제작할 수도 있다.
기둥 모양 연결 도전 부재 및 수지제 보강 부재의 크기에 대해서 설명한다. 실시형태 1에서는 연결 도전 부재의 원주 직경이 3㎜, 높이가 12㎜, 오목부의 움푹한 곳 직경이 1㎜이며, 또 수지제 보강 부재의 외형 직경을 6㎜, 높이를 10㎜로 했다. 단, 이들 부재의 크기는 편평상 전극체의 적층군의 두께나 발전 용량 등을 고려해 적당히 설정하면 된다.
＜전해액＞
에틸렌카보네이트(EC)와 프로필렌카보네이트(PC)와 디에틸카보네이트(DEC)를 부피비 1：1：8의 비율(1기압, 25℃)로 혼합한 비수용매에 전해질염으로서의 LiPF6을 1.0M(몰／리터)의 비율로 용해한 것을 전해액으로 했다.
＜전지의 조립＞
정극측에 대해 설명한다. 먼저, 집전판 부재(20) 외부 출력 단자(3)에 접속한다. 도 7에 봉구판 주변의 집전계 구조를 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이 봉구판 주변의 집전계는 봉구판(2)의 아랫면과 집전판 부재(20)의 외부 접속부(20b)의 사이 및 봉구판(2)의 윗면과 외부 출력 단자(3)의 주변 테두리 날밑부의 사이 및 봉구판(2)에 마련된 관통공(2a) 주위에 절연 부재(50)가 배치되고 봉구판(2)와 집전판 부재(20) 및 외부 출력 단자(3)의 사이가 절연된 구조로 되어 있다.
봉구판 주변의 집전계의 조립 순서는 다음과 같다. 봉구판(2)의 소정 부분에 절연 부재(50)를 배치한다. 집전판 부재의 외부 접속부(20b)를 그 장착 구멍(20c)이 봉구판(2)의 관통공(2a)에 연통하도록 하여 봉구판(2)의 내측 면(절연 부재(50)면)에 위치시킨다. 그러한 후에 외부 출력 단자(3)를 관통공(2a) 및 장착 구멍(20c)에 삽통하고 이 상태에서 외부 출력 단자(3)의 하부를 확경해 집전판 부재(20)의 외부 접속부(20b)와 외부 출력 단자(3)를 봉구판(2)에 코킹(caulking) 고정한다. 이에 의해 각 부재가 일체화되는 동시에 외부 출력 단자(3)와 집전판 부재(20)가 통전 가능하게 접속된 상태가 된다.
부극계에 대해서도 정극계의 경우와 동일하게 실시한다. 이 순서에 의해서 봉구판(2)과 외부 출력 단자(3)와 집전판 부재가 접속된 전체를 외부 출력 단자측 집전 구조체라고 칭하는 것으로 한다.
다음에 편평상 전극체 측의 집전계의 구성 순서, 즉 편평상 전극체와 집전판 부재 및 연결 도전 부재의 용접 순서를 설명한다. 도 8에 편평상 전극체(10)와 집전판 부재(20)와 연결 도전 부재(30)를 용접하는 모습을 나타낸 단면 모식도를 나타낸다. 도 8에 나타내는 바와 같이 2개의 보강 부재 부착 연결 도전 부재(31)를 편평상 전극체(10)의 2분할 경계(13)의 사이에 서로 이간시켜 배치한다.
또, 상기에서 제작한 외부 출력 단자측 집전 구조체를 정부 집전판 부재의 심체 맞닿음부가 편평상 전극체(10)의 편평부 표면으로서 심체 노출부(5b·6b)가 노출된 양 바깥 표면에 각각 맞닿도록 하여 배치한다.
이 후, 정극계에 대해서는 도 8에 나타내는 바와 같이 하여, 심체 맞닿음 부(20a)의 외측면에 용접용 전극봉(40)을 맞추고 심체 노출부 적층군(12)을 상하 방향으로부터 100~200kg 정도의 가압력으로 압압하면서 상기 부분에 예를 들면 13~15ms의 사이, 12~18kA의 전류를 흘린다. 이에 의해 각 부재가 저항 용접된다. 정극계, 부극계 모두 이와 같이 하여 각각의 심체 노출부 적층군(12')에 각각 2개의 연결 도전 부재를 순차 저항 용접한다.
이 저항 용접에 의해, 정극계에 대해서는 2분할 경계(13)에서 2분할된 심체 노출부 적층군(12)이 보강 부재 부착 연결 도전 부재(31)로 통전 가능하게 연결되고, 또한 심체 노출부(5a)와 집전판 부재(20)의 심체 맞닿음부(20a)가 접속된다. 그리고, 집전판 부재(20)는 외부 접속부(20b)를 통해 외부 출력 단자(3)에 접속되어 있으므로 이 저항 용접에 의해 편평상 전극체의 한쪽 전극(정극)과 외부 출력 단자가 통전 가능하게 접속되게 된다. 부극계에 대해서도 마찬가지이다.
이 후, 편평상 전극체(10)를 각형 전지 케이스(1) 내에 삽입하고 각형 전지 케이스(1)의 개구부에 봉구판(2)를 끼워 맞춰 봉구판(2)의 주위와 각형 전지 케이스(1)의 접합부를 레이저 용접하고, 봉구판(2)에 마련된 전해액 주입공(도시하지 않음)으로부터 상기 전해액을 주입해 전해액 주입공을 밀폐한다. 이에 의해 실시형태 1에 관한 각형 리튬 이온 2차 전지가 완성된다.
도 9에 실시형태 1에 관한 리튬 이온 2차 전지의 내부 구조를 나타낸 단면 모식도를 나타낸다. 도 9(a)는 도 1에서 시시(矢視) X 방향으로부터 하는 각형 전지 케이스 내부를 투시한 정면도, 도 9(b)는 그의 좌측면도, 도 9(c)는 도 9(a)의 Y-Y선 단면도이다. 이 리튬 이온 2차 전지는 심체 노출부 적층군이 2분할되어 2분할된 심체 노출부 적층군(12'·12')의 사이에 배치된 2개의 기둥 모양 연결 부재에 의해 2분할된 심체 노출부 적층군끼리의 도통이 도모되고 있고, 또한 2분할된 심체 노출부 적층군(12'·12') 각각의 최외 표면에 집전판(집전판 부재의 심체 맞닿음부(20a))이 맞닿게 되어 있다.
이와 같은 집전 구조를 채용함으로써 실시형태 1에서는 집전성이 경시적으로 열화하기 어렵고, 현격히 집전 저항이 작은 신뢰성이 뛰어난 대출력 대응의 각형 밀폐 2차 전지를 실현할 수 있었다.
[그 외의 실시형태]
〈1〉연결 도전 부재 및 수지제 보강 부재
상기 실시형태 1에서는 그 주위가 수지제 보강 부재로 둘러싸인 보강 부재 부착 연결 도전 부재(31)를 이용했지만, 수지제 보강 부재(32)를 마련하지 않은 기둥 모양 연결 도전 부재(30)를 단독으로 이용할 수 있다.
또, 양 선단에 오목부(30a)가 마련된 기둥 모양 연결 도전 부재 대신에 도 10(a)~(c)에 나타낸 형상의 기둥 모양 연결 도전 부재를 단독으로 이용할 수도 있다. 여기서, 도 10(a)는 축심을 공동(空洞)으로 한 원통 모양의 연결 도전 부재이고, 도 10(b)는 양 선단을 볼록 곡면 모양으로 가공한 기둥 모양 연결 도전 부재이며, 도 10(c)는 선단부가 평탄한 기둥 모양 연결 도전 부재이다.
또, 도 10(a)~(c)에 나타낸 각종 기둥 모양 연결 도전 부재의 주위에 수지제 보강 부재를 배치해서 보강 부재 부착 연결 도전 부재(도 10(a)~(c)의 (2))로 이용할 수도 있다.
또, 기둥 모양 연결 도전 부재는 기둥 모양이면 되고, 그 단면 형상(축심에 직교하는 단면)을 묻지 않기 때문에 원형 대신에 다각형상, 타원상, 그 외 뒤틀린 형상의 기둥 모양 연결 도전 부재를 이용할 수 있다.
또, 단면 형상이 한정되지 않는 점은 수지제 보강 부재도 마찬가지이다. 또, 수지제 보강 부재는 기둥 모양 연결 도전 부재의 허리 둘레의 사방을 완전히 덮는 형상일 필요는 없고, 일부에 노치 부분(예를 들면 축심 방향에 따른 틈)이 형성된 수지제 보강 부재여도 된다.
〈2〉집전판
실시형태 1에서는 도 4에 나타낸 집전판 부재를 이용했지만, 상기한 것처럼 이 집전판 부재로 한정되지 않는다. 예를 들면 도 11에 나타내는 바와 같은 중앙 부분에 바깥쪽으로 돌출한 볼록부(34)를 가지는 집전판(33)을 이용할 수 있다. 이와 같은 볼록부(34)는 상기한 집전부재(20)의 심체 맞닿음부(20a)에 마련해도 된다. 도 12에 볼록부(34)를 가지는 집전판 부재(35)를 나타냈다.
볼록부(돌기)가 형성된 집전판 또는 집전판 부재를 이용하는 실시형태에 있어서는 기둥 모양 연결 도전 부재의 축심의 연장선상에 돌기 부분을 위치시킬 필요가 있다. 이 상태에서 집전판 등을 용접용 전극봉으로 압압하면 심체 노출부 적층군과 기둥 모양 연결 도전 부재의 선단이 핀 포인트로 서로 압압되게 된다. 따라서, 핀 포인트적으로 양질인 저항 용접을 실시할 수 있다.
또, 볼록부가 형성된 집전판 등과 선단에 오목부가 형성된 기둥 모양 연결 도전 부재의 조합인 경우에는 기둥 모양 연결 도전 부재의 오목한 부분과 집전판 등의 볼록한 부분이 서로 맞물리므로, 기둥 모양 연결 도전 부재의 고정이 용이하여 용접 작업성이 향상된다.
또, 상기 실시형태 1에 있어서는 편평부의 심체 노출부의 양 바깥 표면에 한쌍의 집전판 부재를 배치하고 각각이 외부 출력 단자에 접속되는 형태로 했지만, 한쪽만이 외부 출력 단자에 접속된 형태로 해도 된다. 예를 들면 한쪽의 집전판을 용접 수취 부재로서만 기능시키고, 이것에 대향하는 다른 쪽 집전판을 외부 출력 단자에 통전 가능하게 접속하는 형태로 할 수 있다.
〈3〉기둥 모양 연결 도전 부재의 사용 개수
상기 실시형태 1에 있어서는, 소용돌이형의 편평상 전극체의 분할 경계 부분에 보강 부재 부착 연결 도전 부재를 2개 배치했지만, 기둥 모양 연결 도전 부재의 사용 개수는 도 13과 같이 1개여도 되고, 또 3개 이상으로 해도 된다.
또, 상기 실시형태 1에 있어서는 권회형의 편평상 전극체에서의 예를 나타냈지만, 본 발명은 적층형에도 적용할 수 있다.
또, 상기 실시형태 1에서는 정부 양전극판 모두(편평상 전극체의 양단부 모두) 본 발명에 관한 집전계 구조를 채용한 예를 나타냈지만, 본 발명에 관한 집전계 구조는 한쪽 전극판에만 적용해도 일정한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시형태 1에서는 리튬 이온 2차 전지의 예를 나타냈지만, 본 발명은 리튬 이온 2차 전지로 한정되지 않는다. 예를 들면, 니켈-수소 축전지, 니켈-카드뮴 축전지 등의 각형 밀폐 2차 전지에 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 대폭적인 비용 상승을 초래하는 일 없이 집전 효율과 집전 안정성이 뛰어난 대출력 방전에 대응할 수 있는 각형 밀폐 2차 전지를 제공할 수 있다. 따라서 그 산업상 이용가능성은 높다.
1　　　　　　　　　　각형 전지 케이스
2　　　　　　　　　　봉구판
2a　　　　　　　 　　봉구판 관통공
3　　　　　　　　　　정극 외부 출력 단자
4　　　　　　　　　　부극 외부 출력 단자
5　　　　　　　　　　정극판
5a　　　　　　　　 　정극 활물질층
5b　　　　　　　　 　정극 심체 노출부
6　　　　　　　　　　부극판
6a　　　　　　　　 　부극 활물질층
6b　　　　　　　　 　부극 심체 노출부
10　　　　　　　　 　편평상 전극체
11　　　　　　　　 　편평부
12　　　　　　　　 　정극 심체 노출부 적층군
12'　　　　　　　　 분할된 정극 심체 노출부 적층군
13　　　　　　　　　 2분할 경계
20　　　　　　　　　 집전판 부재
20a　　　　　　　　 심체 맞닿음부
20b　　　　　　　　 외부 접속부
20c　　　　　　　　 장착 구멍
20d　　　　　　　　 리드부
30　　　　　　　　　 기둥 모양 연결 도전 부재
30a　　　　　　　　 오목부
31　　　　　　　　　 보강 부재 부착 연결 도전 부재
32　　　　　　　　　 수지제 보강 부재
33　　　　　　　　　 볼록부를 가지는 집전판
34　　　　　　　　　 볼록부
35　　　　　　　　　 볼록부를 가지는 집전판 부재
40　　　　　　　　　 용접용 전극봉
50　　　　　　　　　 절연 부재

Claims (15)

  1. 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성된 제 1 전극판과, 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성되고, 상기 제 1 전극판과는 극성이 상이한 제 2 전극판이 각각 심체 노출부가 폭 방향에서 대향하도록 세퍼레이터를 통해 적층 또는 권회(卷回) 적층되어서 이루어진 편평상 전극체와,
    상기 제 1 전극판에 접합된 집전판과,
    상기 집전판을 통해 상기 제 1 전극판에 통전 가능하게 접속된 외부 출력 단자와,
    상기 편평상 전극체를 수용하는 각형 전지 케이스를 적어도 구비한 각형 밀폐 2차 전지에 있어서,
    한 쌍의 집전판이 상기 편평상 전극체를 구성하는 제 1 전극판의 심체 노출부가 노출된 최외층 부분으로서 상기 편평상 전극체의 편평부 부분에 상기 편평부 부분을 두께 방향으로부터 끼우도록 배치되고,
    기둥 모양의 연결 도전 부재가 상기 한 쌍의 집전판으로 끼워진 편평부 부분에서의 심체 노출부 적층군을 2분할한 사이에 개장(介裝)되며,
    상기 한 쌍의 집전판과 상기 연결 도전 부재로 2분할된 심체 노출부 적층군이 용접 접합되어 있으며,
    상기 기둥 모양의 연결 도전 부재의 허리 둘레에 수지제 보강 부재가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기둥 모양의 연결 도전 부재는 상기 심체 노출부에 맞닿는 양 선단에 전방으로 돌출한 곡면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기둥 모양의 연결 도전 부재는 상기 심체 노출부에 맞닿는 양 선단에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기둥 모양의 연결 도전 부재는 통 모양인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 집전판은 그 표면에 상기 연결 도전 부재의 선단에 대향시키는 볼록부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 집전판은 각각 상기 외부 출력 단자와 통전 가능하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편평상 전극체는 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판을 세퍼레이터를 통해 권회한 소용돌이형 전극체를 편평상으로 가공해서 이루어진 소용돌이형 편평상 전극체인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지.
  9. 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성된 제 1 전극판과, 폭 방향의 한쪽 단측에 심체 노출부가 형성된 상기 제 1 전극판과는 극성이 상이한 제 2 전극판이 각각의 심체 노출부가 폭 방향에서 대향하도록 세퍼레이터를 통해 적층 또는 권회 적층되어서 이루어진 편평상 전극체와, 상기 제 1 전극판에 접합된 집전판과, 상기 집전판을 통해 상기 제 1 전극판에 통전 가능하게 접속된 외부 출력 단자와, 상기 편평상 전극체를 수용하는 각형 전지 케이스를 적어도 구비한 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법에 있어서,
    편평상 전극체의 편평부 부분으로서 제 1 전극의 심체 노출부가 적층된 심체 노출부 적층군 부분을 두께 방향으로 2분할해 상기 부분에 연결 도전 부재를 개장하는 제 1 공정과,
    편평상 전극체의 편평부 부분으로서 제 1 전극의 심체 노출부가 적층된 심체 노출부 적층군 부분의 양(兩) 최외 표면에 집전판을 각각 배치하는 제 2 공정과,
    상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정을 완료한 후 상기 연결 도전 부재를 개재(介在)시킨 상태에서 상기 집전판 각각에 저항 용접봉을 맞닿게 하고 전압을 인가하여 상기 집전판과 상기 연결 도전 부재로 2분할된 심체 노출부 적층군을 저항 용접하는 제 3 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    기둥 모양의 상기 연결 도전 부재로서 통 모양의 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    기둥 모양의 상기 연결 도전 부재로서 양 선단에 오목부를 가지는 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    기둥 모양의 상기 연결 도전 부재로서 양 선단에 전방으로 돌출한 곡면을 가지는 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법.
  13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집전판의 연결 도전 부재의 선단에 대향하는 부분에는 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법.
  14. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    기둥 모양의 상기 연결 도전 부재로서 그 허리 둘레에 수지제 보강 부재가 마련된 부재를 이용하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법.
  15. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편평상 전극체로서 상기 제 1 전극판과 상기 제 2 전극판이 세퍼레이터를 통해 권회 적층된 소용돌이형 전극체를 편평상으로 가공해서 이루어지는 소용돌이형 편평상 전극체를 이용하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐 2차 전지의 제조 방법.
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