KR101874181B1 - 조전지 - Google Patents

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Abstract

전지 파손 시에 있어서의 발열을 억제하면서, 전지 용량의 증대가 가능한 조전지를 제공한다. 본 발명에 의해, 충방전 가능한 단전지를 포함하는 발전 요소가 복수 배열된 조전지가 제공된다. 단전지는, 케이스와, 케이스에 수용된 권회 전극체를 구비한다. 권회 전극체에 있어서, 부극의 최외주 부분은, 정극의 최외주 부분보다 권회 전극체의 외측에 위치한다. 발전 요소는, 단전지의 외면을 따르도록 배치된 보호판을 더 구비한다. 보호판은, 금속층과 절연층을 갖는다. 금속층은, 단전지측에 위치하는 제1 표면과, 제1 표면과는 반대측에 위치하는 제2 표면을 갖는다. 절연층은, 금속층의 제2 표면측에 배치되어 있다. 금속층은, 정극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 금속층에 정극 전위가 부여되어 있다.

Description

조전지{BATTERY ASSEMBLY}
본 출원은, 2015년 6월 15일에 출원된 일본특허출원 제2015-120578호에 기초하는 우선권을 주장하고 있고, 그 출원의 전체 내용은 본 명세서 내에 참조로서 포함되어 있다.
본 발명은, 조전지에 관한 것이다.
경량이며 고에너지 밀도가 얻어지는 리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 이차 전지 그 외의 이차 전지는, 차량 탑재용 전원, 혹은 퍼스널 컴퓨터나 휴대 단말기 등의 전원으로서 널리 사용되고 있다. 그 중에서도, 상기 이차 전지를 단전지로 하고 해당 단전지를 복수 접속한 조전지는, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 차량 탑재용 고출력 전원으로서 바람직하게 사용되고 있다. 상기와 같은 이차 전지는, 일반적으로, 정극과 부극 사이에 세퍼레이터가 끼워진 형태를 갖는 전극체가 케이스 내에 수용된 구조를 갖는다. 이러한 종류의 종래 기술을 개시하는 선행 기술 문헌으로서 일본특허공개 제2011-54891호 공보를 들 수 있다. 일본특허공개 평10-199574호 공보 및 일본특허공개 제2012-104545호 공보는, 전지 파손 시에 있어서의 내부 단락의 억제에 관한 문헌이다.
리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지는, 압괴 등의 파손 시에 예리한 금속이 박히면, 전지 내부의 전극체에 박힌 금속을 경유하는 등으로 해서 전극체 내에서 정극과 부극의 단락이 일어나고, 이 단락에 기인해서 발열하는 경우가 있다. 이러한 발열에의 대책으로서, 전극 집전체 표면에 저항체층을 형성해서 당해 저항체층에 의해 단락 전류를 억제하는 방법(특허문헌 2)이나, 케이스와 전극체 사이에 내열 부재를 배치하는 방법(특허문헌 3) 등이 제안되고 있다. 또한, 케이스에 전위를 부여하는 방법도 발열 대책으로서 유효하다. 예를 들어, 케이스에 정극 전위를 부여한 이차 전지에서는, 금속이 전극체에 박혔을 때에 케이스와 전극체 최외주의 부극이 도통한다. 이 도통한 케이스를 이용해서 전극체 내에서의 단락 전류의 집중이나 과도한 발열은 방지된다. 그러나, 이 구조로는 케이스에 단락 전류에 견딜 만큼의 두께를 갖게 할 필요가 있다. 예를 들어, 대용량의 이차 전지에서는 단락 시의 전류도 커지기 때문에, 전지 용량의 크기에 맞춰서 케이스도 두께를 늘릴 필요가 있다. 그로 인해, 상기 이차 전지를 단전지로 해서 복수 배열하는 조전지에서는, 케이스의 두께를 늘리는 것을 원인으로 해서 용량 상의 불이익(체적 에너지 밀도 저하의 영향)이 현저해진다.
본 발명은, 케이스에 전위가 부여된 이차 전지의 개량에 관한 것으로, 그 목적은, 케이스에 전위가 부여된 단전지를 복수 구비하는 조전지에 있어서, 전지 파손 시에 있어서의 발열을 억제하면서, 전지 용량의 증대가 가능한 조전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의해, 충방전 가능한 단전지를 포함하는 발전 요소가 복수 배열된 조전지가 제공된다. 상기 단전지는, 케이스와, 해당 케이스에 수용된 전극체를 구비한다. 상기 전극체는, 시트 형상의 정극과, 시트 형상의 부극과, 해당 정극 및 해당 부극 사이에 위치하는 시트 형상의 세퍼레이터가 권회된 권회 전극체이다. 상기 권회 전극체에 있어서, 상기 부극의 최외주 부분은, 상기 정극의 최외주 부분보다 해당 권회 전극체의 외측에 위치하고 있다. 또한, 상기 발전 요소는, 상기 단전지의 케이스 외면을 따르도록 배치된 보호판을 더 구비한다. 상기 보호판은, 금속층과 절연층을 갖는다. 상기 금속층은, 상기 단전지측에 위치하는 제1 표면과, 해당 제1 표면과는 반대측에 위치하는 제2 표면을 갖는다. 상기 절연층은, 상기 금속층의 제2 표면측에 배치되어 있다. 그리고, 상기 금속층은, 상기 정극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 정극 전위가 부여되어 있다.
상기 구성에 따르면, 단전지 외에 배치되는 보호판에 금속층을 설치하고, 이 금속층에 정극 전위를 부여함으로써, 금속이 전지에 박히는 파손이 있었던 경우에, 상기 금속층과 전극체 최외주의 부극의 도통에 의해, 전극체 내에서의 단락 전류의 집중을 방지한다. 이 구성에 따르면, 케이스의 두께를 늘리지 않고, 전지 파손 시에 있어서의 단락을 원인으로 하는 과도한 발열을 억제할 수 있다. 환언하면, 전지 파손 시에 있어서의 발열을 억제하면서, 종래의 구조와 비교해서 케이스의 박육화가 가능하게 되어, 조전지에 있어서의 전지 용량(체적 에너지 밀도)의 증대를 실현할 수 있다. 또한, 단전지 옆에 배치되는 보호판에, 수지 재료와 비교해서 열 전도성이 우수한 금속층을 도입하는 것으로, 조전지 내에 있어서의 방열성(냉각성)이 향상되고, 이에 따라 전지 성능도 향상된다. 또한, 금속층의 배치에 의해 보호판의 강도는 향상되므로, 외력 등으로부터 단전지를 보호하는 성능(보호성)도 개선된다. 이것은, 한층 더 박육화로 통한다. 또한, 보호판은 냉각판으로서 기능할 수 있으므로, 종래의 냉각판을 대체하는 형태로 조전지에 배치될 수 있다.
또한, 전형적인 권회 전극체에서는, 상기 정극은, 정극 집전체와, 해당 정극 집전체의 적어도 한쪽 표면에 배치된 정극 활물질층을 구비한다. 한편, 상기 부극은, 부극 집전체와, 해당 부극 집전체의 적어도 한쪽 표면에 배치된 부극 활물질층을 구비한다. 바람직한 일 형태에서는, 상기 부극의 최외주 부분에 있어서, 상기 부극 집전체의 적어도 외주측 표면에는 상기 부극 활물질층은 형성되어 있지 않다.
본 명세서에 있어서 「발전 요소」란, 하나의 단전지와, 해당 하나의 단전지 옆에 배치되는 하나의 보호판으로 구성되는 단위로서 정의된다. 또한, 「단전지」란, 조전지를 구성하는 개개의 축전 소자를 가리키는 용어로, 특별히 한정하지 않는 한 여러가지 조성의 전지를 포함한다. 여기에 개시되는 단전지는, 전형적으로는 충방전 가능한 전지, 즉 이차 전지이며, 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 이차 전지 등의 축전지를 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「리튬 이온 이차 전지」란, 전해질 이온으로서 리튬 이온(Li 이온)을 이용하여, 정부극간에 있어서의 Li 이온에 수반하는 전하의 이동에 의해 충방전이 실현되는 이차 전지를 말한다. 그와 같은 리튬 이온 이차 전지를 단전지로 해서 복수 구비하는 리튬 이온 전지 모듈은, 여기에 개시되는 조전지 중 하나의 전형예이다.
여기에 개시되는 조전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 단전지의 외표면에는, 상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 단자와, 상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 단자가 설치되어 있다. 또한, 상기 금속층은, 상기 정극 단자와 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 정극 전위가 부여되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 단락 시에 있어서의 발열이 바람직하게 억제된다.
여기에 개시되는 조전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 케이스는 금속제이고, 또한 상기 정극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 케이스에 정극 전위가 부여되어 있다. 또한, 상기 케이스와 상기 부극의 최외주 부분과는 이격되어 있다. 케이스에 정극 전위를 부여함으로써, 단락 시에 있어서의 발열을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 더욱 바람직한 일 형태에서는, 상기 세퍼레이터는, 상기 부극의 최외주 부분보다 상기 권회 전극체의 외측까지 연장되며, 상기 케이스와 상기 부극의 최외주 부분 사이에 위치하고 있다.
또한, 본 명세서에 따르면, 충방전 가능한 단전지를 포함하는 발전 요소가 복수 배열된 조전지가 제공된다. 상기 단전지는, 케이스와, 해당 케이스에 수용된 전극체를 구비한다. 상기 전극체는, 시트 형상의 정극과, 시트 형상의 부극과, 해당 정극 및 해당 부극 사이에 위치하는 시트 형상의 세퍼레이터가 권회된 권회 전극체이다. 상기 권회 전극체에 있어서, 상기 정극의 최외주 부분은, 상기 부극의 최외주 부분보다 해당 권회 전극체의 외측에 위치하고 있다. 또한, 상기 발전 요소는, 상기 단전지의 케이스 외면을 따르도록 배치된 보호판을 더 구비한다. 상기 보호판은, 금속층과 절연층을 갖는다. 상기 금속층은, 상기 단전지측에 위치하는 제1 표면과, 당해 제1 표면과는 반대측에 위치하는 제2 표면을 갖는다. 상기 절연층은, 상기 금속층의 제2 표면측에 배치되어 있다. 그리고, 상기 금속층은, 상기 부극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 부극 전위가 부여되어 있다.
상기 구성에 따르면, 전지 파손 시에 있어서의 발열을 억제하면서, 종래의 구조와 비교해서 케이스의 박육화가 가능하게 되며, 조전지에 있어서의 전지 용량(체적 에너지 밀도)의 증대를 실현할 수 있다. 또한, 상기 보호판을 채용함으로써, 단전지의 방열성 및 보호성이 향상되고, 전지 성능도 향상된다.
또한, 전형적인 권회 전극체에서는, 상기 정극은, 정극 집전체와, 해당 정극 집전체 중 적어도 한쪽 표면에 배치된 정극 활물질층을 구비한다. 한편, 상기 부극은, 부극 집전체와, 해당 부극 집전체 중 적어도 한쪽 표면에 배치된 부극 활물질층을 구비한다. 바람직한 일 형태에서는, 상기 정극의 최외주 부분에 있어서, 상기 정극 집전체의 적어도 외주측 표면에는 상기 정극 활물질층은 형성되어 있지 않다.
여기에 개시되는 조전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 단전지의 외표면에는, 상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 단자와, 상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 단자가 설치되어 있다. 또한, 상기 금속층은, 상기 부극 단자와 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 부극 전위가 부여되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 단락 시에 있어서의 발열이 바람직하게 억제된다.
여기에 개시되는 조전지의 바람직한 일 형태에서는, 상기 케이스는 금속제이고, 또한 상기 부극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 케이스에 부극 전위가 부여되어 있다. 또한, 상기 케이스와 상기 정극의 최외주 부분과는 이격되어 있다. 케이스에 부극 전위를 부여함으로써, 단락 시에 있어서의 발열을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 더욱 바람직한 일 형태에서는, 상기 세퍼레이터는, 상기 정극의 최외주 부분보다 상기 권회 전극체의 외측까지 연장되고, 상기 케이스와 상기 정극의 최외주 부분 사이에 위치하고 있다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 조전지에 있어서의 단전지 내의 구조와 보호판을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서 부호 A로 나타내는 영역의 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 조전지의 모식적 측면도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 조전지를 구비한 차량(자동차)을 모식적으로 도시하는 측면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시 형태를 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제 치수 관계를 반영하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항으로서 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들어, 전극체의 구성 및 제법, 전지의 구축에 관한 일반적 기술 등)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하여 당업자에게 이해될 수 있다. 본 발명은, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초해서 실시할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 조전지(10)는, 단전지(30)와 보호판(40)을 포함하는 발전 요소(20)를 복수 구비한다. 조전지(10) 내에서, 복수의 단전지(30)끼리는 전기적으로 접속된 상태에서 직렬로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 단전지(30)로서, 동일 형상을 갖는 4개의 리튬 이온 이차 전지가 사용되고 있다. 또한, 각 단전지(30) 사이에는 보호판(40)이 배치되어 있고, 이에 의해 각 단전지(30)는 일정 간격으로 유지되어 있다. 보호판(40)은, 일렬로 배치된 복수의 단전지(30)의 양 외측[당해 복수의 단전지(30) 중 양단부에 위치하는 단전지(30)의 양 외측]에도 배치되어 있다.
각 단전지(30)는, 케이스(310)와, 케이스(310)에 수용된 권회 전극체(320)를 구비한다. 케이스(310)는 편평한 각형(직육면체 모양)이며, 가늘고 긴 직사각형 모양의 상면(케이스 상면)(312)과, 광폭면을 갖는 측벽(케이스 측벽)(314)을 갖는다. 케이스(310)는 또한, 상면(312)과 기본적으로 동일 형상의 하면과, 협폭면의 측벽을 갖는다. 본 실시 형태에서는, 케이스(310)는, 상면이 개구된 상자형 케이스 본체와, 해당 개구면(상면)을 덮는 직사각형 모양의 덮개로 형성되어 있고, 케이스 본체의 개구부는, 권회 전극체(320)가 케이스(310) 내에 수용된 후, 덮개에 의해 밀봉되어 있다. 또한, 권회 전극체(320)는, 케이스(310) 내에서 그 권회축이 옆으로 길게 쓰러지도록 수용된다. 또한, 본 명세서에서는 설명의 편의 상, 덮개가 배치되는 면을 단전지(30)의 상면 또는 케이스(310)의 상면으로 표현하지만, 단전지(30)의 설치의 방법에 따라, 이 상면은 측면이나 하면이 될 수 있다. 또한, 케이스(310)의 형상은, 본 실시 형태의 형상에 한정되지 않는다. 케이스(310)는, 권회 전극체(320)를 수용 가능한 형상을 갖고 있으면 되고, 예를 들어 원통 형상 등이어도 된다. 또한, 케이스(310) 내에서 케이스(310)와 권회 전극체(320) 사이에는, 절연 시트 등의 부재가 배치되어도 된다.
케이스 상면(즉 덮개 외면)(312)에는, 외부 접속용 정극 단자(외부 정극 단자)(336)와 부극 단자(356)가 설치되어 있고, 그들 단자의 일부는 케이스 상면(312)의 외표면측으로 돌출되어 있다. 특별히 도시하지 않지만, 정극 단자(336)의 일부는, 케이스(310) 내부에서 내부 정극 단자를 통해서, 권회 전극체(320)를 구성하는 정극(330)에 전기적으로 접속되어 있다. 부극 단자(356)에 대해서도, 정극 단자(336)의 경우와 기본적으로 마찬가지 구조로 부극(350)에 전기적으로 접속되어 있다.
본 실시 형태에서는, 케이스(310)에 정극 전위가 부여되어 있다. 구체적으로는, 케이스(310)는, 그 상면(312)에서 정극 단자(336)와 직접 접촉함으로써, 혹은 알루미늄제 등의 도전성 부재를 정극 단자(336) 사이에 개재시킴으로써 정극(330)과 도통하고 있다. 이 도통에 의해 케이스(310)는 정극 전위를 갖는다. 이에 의해, 케이스(310)는, 파손 시에 전극체 최외주의 부극 집전체와 도통하여, 전지 내부에 있어서의 과도한 발열은 방지된다. 또한, 케이스 상면(312)에 설치되는 부극 단자(356)와 케이스(310) 사이에는, 도시하지 않은 절연 부재가 개재되어 있기 때문에, 양자는 도통하지 않는다.
케이스(310)는 도전성 재료로 형성되어 있고, 본 실시 형태에서는 알루미늄제이다. 케이스(310)의 재질은, 스테인리스강이나 니켈 등의 금속 재료여도 된다. 또한, 여기에 개시되는 기술에서는, 보호판(40)의 금속층(410)(상세하게는 후술)에 전위가 부여되어 있으므로, 케이스(310)에 전위는 부여되어 있지 않아도 된다. 그 경우, 케이스(310)는, 합성 수지(예를 들어 폴리페닐렌술피드 수지나 폴리이미드 수지) 등의 비도전성 재료로 형성되어도 된다. 또한, 각 단전지(30)끼리의 절연은, 후술하는 절연층(420)에 의해 달성되므로, 케이스(310)의 외표면을 덮는 절연 필름 등은 불필요하다.
케이스(310)의 두께(각 벽의 두께)는, 단전지(30)의 사이즈 등에 기초하여 결정하면 되고, 특정한 범위에 한정되는 것은 아니다. 통상, 케이스(310)의 두께는, 대략 0.1 내지 10㎜(예를 들어 0.2 내지 8㎜, 전형적으로는 0.3 내지 5㎜)의 범위 내에서 선택될 수 있다. 여기에 개시되는 기술에서는, 보호판(40)에 설치되는 금속층(410)에서 단락 전류를 수용하기 때문에, 케이스(310)를 박육화로 해도, 단락 시의 대전류에 기인해서 케이스(310)가 용융하는 등의 문제는 발생하지 않는다. 따라서, 케이스(310)의 두께[적어도 케이스 측벽(314)의 두께]를 대략 3㎜ 이하(예를 들어 1㎜ 이하, 전형적으로는 0.5㎜ 이하)로 하는 것이 가능하다. 이것은, 용량 증대 및 경량화의 점에서 의미가 있다. 또한, 박막의 케이스(310)를 채용함으로써, 단전지(30)에 구속압이 부여되어 있는 경우에 당해 구속압을 양호하게 권회 전극체(320)에 도달시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(320)는, 긴 시트 형상의 정극(330)과, 긴 시트 형상의 부극(350)을 구비한다. 정극(330)은, 긴 형상의 정극 집전체(332)와, 그 적어도 한쪽 표면(전형적으로는 양면)에 배치된 정극 활물질층(334)을 구비한다. 부극 시트(350)는, 긴 형상의 부극 집전체(352)와, 그 적어도 한쪽 표면(전형적으로는 양면)에 배치된 부극 활물질층(354)을 구비한다. 정극 집전체(332)로서는, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분(당해 성분이 포함되는 전체 중에서 가장 많이 포함되는 성분, 전형적으로는 50중량%를 초과하는 성분. 이하 동일함)으로 하는 합금이 바람직하게 사용된다. 정극 활물질층(334)으로서는, 리튬과 전이 금속 원소의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 리튬 전이 금속 화합물을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 부극 집전체(352)로서는, 구리 또는 구리를 주성분으로 하는 합금이 바람직하게 사용된다. 부극 활물질층(354)으로서는, 흑연 등의 탄소 재료를 주성분으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 권회 전극체(320)는, 긴 시트 형상의 세퍼레이터(370)를 구비한다. 본 실시 형태에서는, 2매의 세퍼레이터(370)가, 정극(330)과 부극(350)을 권회했을 때에, 각각이 정극(330)과 부극(350) 사이에 위치하도록 배치되어 있다. 세퍼레이터(370)로서는, 다공질 폴리올레핀계 수지 등의 합성 수지제의 다공질 세퍼레이터가 바람직하게 사용된다. 세퍼레이터(370)에는, 예를 들어 무기 필러를 주성분으로 하는 내열층이 설치되어 있어도 된다.
또한 도 2를 참조하여, 권회 전극체(320)의 최외주 및 그 주변 부분에 대해서 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 권회 전극체(320)에 있어서, 정극(330), 부극(350) 및 세퍼레이터(370) 중에서, 정극(330)의 최외주 부분(340)이 가장 내주측에 위치하고 있다. 정극(330)의 최외주 부분(340)은, 정극(330)의 다른 부분[권회 전극체(320)에 있어서의 정극(330)의 최외주보다 내주측의 부분]과 마찬가지로, 정극 집전체(332)와, 그 양면에 배치된 정극 활물질층(334)을 구비한다.
부극(350)의 최외주 부분(360)은, 정극(330)의 최외주 부분(340)보다 권회 전극체(320)의 외측에 위치하고 있다. 구체적으로는, 부극(350)의 최외주 부분(360)에 있어서, 부극 집전체(352)가 정극(330)의 최외주 부분(340)보다 권회 전극체(320)의 외측에 위치하고 있다. 이에 의해, 단락 전류를 금속층(410)에 효과적으로 놓아 줄 수 있다. 본 실시 형태에서는, 부극(350)의 최외주 부분(360)은, 부극(350)의 다른 부분[권회 전극체(320)에 있어서의 부극(350)의 최외주보다 내주측의 부분]과 달리, 부극 집전체(352)에 부극 활물질층(354)이 형성되어 있지 않다. 부극(350)의 최외주보다 내주측의 부분은, 부극 집전체(352)와, 그 양면에 형성된 부극 활물질층(354)을 구비한다. 또한, 부극의 최외주 부분에는 부극 활물질층이 있어도 되고, 예를 들어 당해 최외주 부분의 내주측 표면(내주면)에 부극 활물질층이 설치되어 있어도 된다.
권회 전극체(320)의 외주면(전체 측면)은, 세퍼레이터(370)에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 권회 전극체(320) 내에서, 정극(330)과 부극(350) 사이에 배치된 세퍼레이터(370)는, 권회 전극체(320)의 외측까지 연장되고[정극(330), 부극(350)의 외주측 말단으로부터 더 연장되어], 권회 전극체(320) 전체로서의 최외주로 되어 있다. 그 결과, 세퍼레이터(370)는, 케이스(310)와 부극(350)의 최외주 부분(360) 사이에 위치하고 있다.
권회 전극체(320)는, 예를 들어 다음과 같이 해서 제작된다. 즉, 상기 정극(330), 부극(350) 및 세퍼레이터(370)로 이루어지는 적층체를 준비하고, 이 적층체를, 그 긴 방향으로 권회함으로써 권회체로 하고, 또한 이 권회체를 측면 방향으로부터 눌러 찌부러뜨리게 함으로써, 편평 형상의 외형을 갖는 권회 전극체(320)가 얻어진다. 또한, 권회 전극체는 편평 형상으로 한정되는 것은 아니고, 또한 편평 형상으로의 성형 방법도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 편평형 형상이 되도록 상기 적층체를 권회해서 권회 전극체를 제작하는 방법을 채용해도 된다.
케이스(310) 내에는 또한, 비수 전해액(380)이 수용되어 있다. 따라서, 단전지(30)는 비수 전해액 전지라고도 한다. 비수 전해액(380)은, 구체적으로는 권회 전극체(320) 내에 함침되어 있다. 일반적으로, 비수 전해액 전지는, 고에너지 밀도를 갖고 있고, 또한 가연성이다. 이러한 비수 전해액 전지를 단전지(30)로서 구비하는 조전지(10)에, 여기에 개시되는 기술에 의한 발열 억제 작용을 부여하는 것은 특히 의미가 있다. 비수 전해액(380)은, 예를 들어 카르보네이트(에틸렌카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트 등) 등의 비수 용매에, 0.5 내지 3mol/L 정도의 지지염(예를 들어 LiPF6)을 포함하는 것일 수 있다.
단전지(30)의 전지 용량(이론 용량이라고도 함)은, 통상은 5Ah 이상(예를 들어 10Ah 이상, 전형적으로는 20Ah 이상)인 것이 적당하며, 본 실시 형태에서는 35Ah로 설정되어 있다. 전지 용량이 클수록 발열량이 커지는 경향이 있기 때문에, 여기에 개시되는 기술에 의한 발열 억제는, 25Ah 이상(예를 들어 30Ah 이상, 전형적으로는 35Ah 이상 100Ah 이하)의 전지 용량을 갖는 단전지(30)를 구비하는 조전지(10)에 대하여, 보다 효과적으로 발휘된다.
보호판(40)은, 판 형상을 갖고 있고, 단전지(30)의 케이스(310) 외면[구체적으로는 케이스 측벽(314)]을 따르도록 배치되어 있다. 보호판(40)은, 단전지(30)측 표면으로서의 제1 표면(40A)과, 제1 표면(40A)과는 반대측에 위치하는 제2 표면(40B)을 갖는다. 본 실시 형태에서는, 보호판(40)의 제1 표면(40A)은, 단전지(30)의 케이스 측벽(314)에 대향 접촉되어 있다. 또한, 보호판(40)은, 금속층(410)과 절연층(420)의 적층 구조를 갖고 있고, 그 금속층(410)이 하나의 단전지(30)의 외면을 따르도록 배치되어 있다. 이 배치에 의해, 우수한 보호 기능 및 방열 성능이 발휘된다. 또한, 인접한 2개의 단전지(30) 사이에 배치된 보호판(40)은, 그 절연층(420)에 의해 당해 단전지(30)끼리를 양호하게 절연한다.
본 실시 형태에서는, 보호판(40)의 제1 표면(40A)은, 금속층(410)에 의해 구성되어 있다. 또한, 보호판(40)의 제2 표면(40B)은, 절연층(420)에 의해 구성되어 있다. 금속층(410)의 제1 표면(410A)은 단전지(30)의 외면[구체적으로는 케이스 측벽(314)]에 대향 접촉되어 있다. 또한, 금속층(410)의 제2 표면[금속층(410)에 있어서 제1 표면(410A)과는 반대측에 위치하는 표면](410B)은 평면 형상이며, 해당 제2 표면(410B)측에는 절연층(420)이 배치되어 있다.
또한, 보호판(40)의 제1 표면(40A)은, 볼록부와 오목부가 교대로 형성된 요철 형상을 갖는다. 구체적으로는, 보호판(40)을 측방에서 보았을 때에(도 1 및 도 2에 나타내는 구조에 있어서), 빗형으로 되도록, 보호판(40)의 제1 표면(40A)에는 복수의 오목부가 형성되어 있다. 이들 오목부는, 보호판(40)의 제1 표면(40A)에 있어서 일단부로부터 타단부까지 연통하고 있다. 상기 오목부[구체적으로는, 보호판(40)의 오목부와 단전지(30)의 케이스 측벽(314) 사이에 형성되는 공극]에 냉각용 매체(전형적으로는 공기)를 도입함으로써, 단전지(30)에서 발생하는 열을 효율적으로 방산할 수 있다. 즉, 상기 오목부는 냉각 매체 유로로서 기능하고, 보호판(40)은, 냉각 매체 유로를 갖는 냉각판(방열 부재)으로서 기능한다. 특히 본 실시 형태에서는, 보호판(40)의 제1 표면(40A)측에 열 전도성이 우수한 금속층(410)이 배치되어 있고, 금속층(410)의 표면에 상기 요철이 형성되어 있으므로, 보호판(40)은 우수한 방열 성능을 갖는다. 오목부의 깊이, 폭, 간격 등의 요철 형상은, 단전지(30)의 용량, 보호판(40)의 강도 등에 따라서 적절하게 설정될 수 있다. 또한, 보호판(40)의 제2 표면(40B)은 평면 형상이다.
금속층(410)은, 보호판(40)의 제1 표면(40A)과 대향하는 단전지(30)에 설치된 정극 단자(336)와 접속되어 있고, 이에 의해 정극(330)과 전기적으로 접속되며, 정극 전위를 갖고 있다. 구체적으로는, 금속층(410)은, 단전지(30)의 케이스 측벽(314)을 따르는 영역의 상방에 판상의 접속부(414)를 갖는다. 이 접속부(414)는, 단전지(30)의 케이스 측벽(314)을 따르는 영역의 상단부의 일부로부터 연속되며, 절곡하여 단전지(30)의 케이스 상면(312)을 따라 더 연장되어 정극 단자(336)에 도달하고 있다. 접속부(414)에는, 도시하지 않은 관통 구멍이 설치되어 있고, 이 관통 구멍에 정극 단자(336)의 돌기부를 삽입 관통하여, 나사 등의 고정 수단으로 고정함으로써, 금속층(410)과 정극 단자(336)는 도통한다. 또한, 금속층(410)은 다른 발전 요소(20)의 정극 단자(336)와는 접속되어 있지 않다.
금속층(410)은, 도전성 재료로 형성되어 있고, 본 실시 형태에서는 알루미늄제이다. 금속층(410)의 재질로서는, 알루미늄에 더하여, 스테인리스강이나 니켈 등의 금속이나, 그들을 주성분으로 하는 합금을 사용할 수 있다. 금속층(410)에 정극 전위를 부여하는 경우에는, 금속층(410)은, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 금속층에 부극 전위를 부여하는 경우에는, 금속층의 재질로서, 스테인리스강이나 니켈, 그들을 주성분으로 하는 합금이 사용될 수 있다.
금속층(410)의 두께는, 조전지(10)나 단전지(30)의 사이즈, 전지 용량 등에 따라서 결정되므로, 특정한 범위에 한정되는 것은 아니다. 단락 시에 있어서의 내구성이나 방열성, 강도 등의 관점에서, 바람직한 일 형태에 따른 금속층(410)의 두께는, 1㎜ 이상(예를 들어 3㎜ 이상, 전형적으로는 4㎜ 이상)이다. 상기 두께를 갖는 금속층(410)은, 단전지(30)의 배열 방향으로 구속압이 가해지고 있는 형태의 조전지(10)에 바람직하게 적용할 수 있다. 또한, 금속층(410)의 두께는, 대략 20㎜ 이하(예를 들어 10㎜ 이하, 전형적으로는 5㎜ 이하) 정도일 수 있다. 또한, 보호판(40)의 두께에 차지하는 금속층(410)의 두께의 비율은, 단락 시에 있어서의 내구성이나 방열성, 강도 등의 관점에서, 50%를 초과하는 것이 적당하며, 바람직하게는 70% 이상(예를 들어 80% 이상, 전형적으로는 85% 이상)이다. 또한, 절연층(420)에 의한 절연성을 확보하는 관점에서, 상기 비율은 대략 99% 이하(예를 들어 97% 이하, 전형적으로는 95% 이하)로 하는 것이 적당하다. 또한, 금속층(410)의 한쪽 표면에 요철이 형성되어 있는 경우에는, 금속층(410)의 두께는, 당해 표면의 볼록부의 정상부로부터 반대측 표면까지의 두께를 말하는 것으로 한다.
단락 전류는 기본적으로 전지 용량의 크기에 대응해서 커질 수 있기 때문에, 단락 전류를 수용하는 금속층(410)의 사이즈(여기서는 두께)도, 전지 용량에 대응해서 설정될 수 있다. 이러한 관점에서, 하나의 발전 요소(20)에 있어서의 단전지(30)의 단위 전지 용량(1Ah)에 대한 금속층(410)의 두께는, 0.10㎜/Ah 이상(보다 구체적으로는 0.11㎜/Ah 이상, 더욱 구체적으로는 0.114㎜/Ah 이상)으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어 전지 용량 8.75Ah 이상의 단전지(30)를 구비하는 발전 요소(20)에서는, 보호판(40)에 있어서의 금속층(410)의 두께는 0.875㎜ 이상(보다 구체적으로는 0.962㎜ 이상, 더욱 구체적으로는 0.997㎜ 이상)으로 하는 것이 바람직하고, 전지 용량 35Ah 이상의 단전지(30)를 구비하는 발전 요소(20)에서는, 금속층(410)의 두께는 3.5㎜ 이상(보다 구체적으로는 3.85㎜ 이상, 더욱 구체적으로는 3.99㎜ 이상)으로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태와 같이, 금속층(410) 및 케이스(310)의 양쪽에 정극 전위가 부여되어 있는 경우에는, 금속층(410)의 두께에 더하여 케이스(310)의 두께도 단락 시에 있어서의 발열 억제에 이용될 수 있다. 특히, 금속층(410)이 케이스(310)와 직접 접촉(적어도 일부가 면 접촉)되어 있는 경우에는, 보다 우수한 효과가 얻어진다. 그러한 관점에서, 케이스(310)[전형적으로는 케이스 측벽(314)]와, 해당 케이스(310)에 접촉하는 금속층(410)의 합계 두께는, 1㎜ 이상(예를 들어 3㎜ 이상, 전형적으로는 4㎜ 이상)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 케이스(310)[전형적으로는 케이스 측벽(314)]와 금속층(410)의 합계 두께는, 대략 30㎜ 이하(예를 들어 15㎜ 이하, 전형적으로는 5㎜ 이하) 정도로 하는 것이 적당하다.
절연층(420)은, 금속층(410)의 제2 표면(410B)측에 배치되어 있고, 금속층(410)과 다른 발전 요소(20) 사이에 배치되어 양자를 절연하는 역할을 담당한다. 본 실시 형태에서는, 절연층(420)은 금속층(410)의 제2 표면(410B)의 거의 전체면에 형성되어 있다. 절연층(420)의 재질은, 전형적으로는, 수지(바람직하게는 합성 수지) 등의 절연성 재료이다. 수지의 종류는 특별히 한정되지 않고 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀이나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지, 폴리아미드, 페놀 수지 등의 각종 수지 재료를 사용할 수 있다. 내열성이 우수한 수지 재료(특히 페놀 수지)가 바람직하다.
절연층(420)의 두께는, 절연성을 확보할 수 있는 두께이면 되고, 대략 0.01 내지 10㎜(예를 들어 0.05 내지 5㎜)의 범위 내로 하는 것이 적당하다. 보호판(40)에 있어서의 기계적 강도나 방열성은 금속층(410)에 맡길 수 있는 점에서, 바람직한 일 형태에 따른 절연층(420)의 두께는, 대략 1㎜ 이하(예를 들어 0.5㎜ 이하, 전형적으로는 0.3㎜ 이하)이며, 예를 들어 0.2㎜ 이하(나아가 0.1㎜ 이하) 정도의 두께로 하는 것도 가능하다.
보호판(40)의 두께는, 조전지(10)나 단전지(30)의 사이즈, 전지 용량 등에 따라서 설정되기 때문에, 특정한 범위에 한정되지 않고, 대략 1 내지 30㎜(예를 들어 2 내지 20㎜, 전형적으로는 3 내지 10㎜)의 범위 내로 하는 것이 적당하다. 또한, 보호판(40)은, 상술한 바와 같이 금속층(410)을 가짐으로써 우수한 방열성 및 강도를 발휘할 수 있으므로, 종래의 수지제 냉각판보다 박막으로 하는 것이 가능하다. 따라서, 보호판(40)의 두께를 7㎜ 이하(예를 들어 5㎜ 이하)로 하는 것도 가능하다. 또한, 보호판(40)은, 금속층(410)과 절연층(420)의 밀착성 향상 등을 목적으로 하여, 접착층 등의 추가의 층을 가져도 된다.
조전지(10)에 있어서, 복수의 단전지(30)는, 각각의 정극 단자(336) 및 부극 단자(356)가 교대로 배치되도록 하나씩 반전해서 배치되어 있다. 그리고, 인접하는 2개의 단전지(30) 사이에 있어서, 한쪽 정극 단자(336)와 다른 쪽 부극 단자(356)가 도전성의 접속구(50)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 각 단전지(30)를 직렬로 접속함으로써 조전지(10)는 구축된다. 또한, 인접하는 2개의 단전지(30)는, 한쪽 케이스 측벽(314)과 다른 쪽 케이스 측벽(314)이 보호판(40)을 사이에 끼운 상태로 서로 마주 보게 배치되어 있다. 이러한 배치가, 조전지(10) 내에서 단전지(30)의 개수에 대응해서 반복되어 있다. 또한, 다른 단전지(30)와 마주 보는 케이스 측벽(314)은, 구체적으로는, 케이스(310)의 폭이 넓은 면이며, 케이스(310) 내에 수용되는 권회 전극체(320)의 편평면에 대응하는 면이기도 한다.
또한, 상기와 같이 배열된 단전지(30) 및 보호판(40)은, 당해 배열 방향으로 하중이 가해진 상태에서 구속되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 배열 방향으로 배열된 단전지(30) 및 보호판(40) 주위에는, 복수의 단전지(30) 및 보호판(40)을 모아서 구속하는 구속 부재가 배치되어 있다. 구체적으로는, 상기 배열 방향의 최외측에 위치하는 단전지(30)의 더 외측에는, 보호판(40)을 사이에 놓고, 한 쌍의 구속판(62A, 62B)이 배치되어 있다. 또한, 당해 한 쌍의 구속판(62A, 62B)을 가교하도록 조임용 빔재(64)가 설치되어 있다. 이 빔재(64)는, 빔재(64)의 단부를 비스(68)에 의해 구속판(62A, 62B)에 조이고 또한 고정함으로써, 단전지(30) 및 보호판(40)을 그 배열 방향으로 소정의 하중이 가해지도록 구속한다. 또한, 조전지에는, 그 외, 길이 조절 수단으로서의 시트 형상 부재 등의 추가 부재가 구비될 수 있다.
조전지(10)는, 복수(2 이상, 예를 들어 3 이상, 나아가 4 이상)의 발전 요소(20)를 구비하는 것이면 된다. 본 실시 형태에서는, 조전지(10)에 있어서의 발전 요소(20)의 수는 도시된 바와 같이 4단위이다. 여기에 개시되는 기술을 적용하는 것의 용량 상의 이점은, 보다 많은 발전 요소(20)를 구비하는 조전지(10)에 있어서 효과적으로 발휘될 수 있다. 따라서, 조전지(10)에 있어서의 발전 요소(20)의 수는, 바람직하게는 5이상(예를 들어 6 내지 12, 전형적으로는 8 내지 10)이며, 보다 바람직하게는 10이상(예를 들어 20 이상, 전형적으로는 50 내지 60)이다. 이러한 조전지(10)는, 4 내지 10 정도의 발전 요소(20)의 조합을, 더욱 복수 조합한 것일 수 있다.
조전지(10)는, 단락 시의 발열이 억제되고, 또한 전지 용량(체적 에너지 밀도)이 향상되어 있다. 이들 이점은, 전지 용량이 크고, 또한 비교적 다수의 단전지(30)를 배열하는 차량 용도에 있어서 특히 바람직하게 발휘될 수 있다. 따라서, 여기에 개시되는 조전지(10)는, 특히 자동차 등의 차량에 탑재되는 모터(전동기)용 전원으로서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 명세서에 따르면, 도 4에 모식적으로 도시된 바와 같이, 조전지(10)를 전원으로 해서 구비하는 차량 1(전형적으로는 자동차, 특히 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차와 같은 전동기를 갖춘 자동차)이 제공된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 보호판(40)의 금속층(410)에 정극 전위가 부여되어 있었지만, 여기에 개시되는 기술은 이것에 한정되지 않고, 금속층에 부극 전위를 부여해도 된다. 그 경우, 권회 전극체는, 정극의 최외주 부분이 부극의 최외주 부분보다 권회 전극체의 외측에 위치하도록 제작하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써도, 상기 실시 형태와 기본적으로 마찬가지 효과가 실현될 수 있다. 또한, 바람직한 일 형태에서는, 케이스에는 정극 전위 대신에 부극 전위가 부여될 수 있다.
실시예
이어서, 본 발명에 따른 검증 시험을 설명한다. 시험용 전지로서, 각형 리튬 이온 이차 전지와 보호판(냉각판)을 갖는 발전 요소 1 내지 5(전지 용량: 35Ah)를 구축하였다. 발전 요소 2 내지 5는, 상기 실시 형태에 따른 발전 요소와 기본적으로 동일한 구조(도 1 및 2에 도시한 바와 같은 구조)를 갖고 있고, 케이스 및 금속층은 표 1에 나타내는 두께를 갖는다. 발전 요소 1은, 금속층을 형성하지 않은 종래 구조를 갖고 있고, 보호판에 대응하는 냉각판으로서 두께 6.0㎜의 수지판이 사용되고 있다. 그 외의 점에 대해서는 발전 요소 2 내지 5와 마찬가지 구조를 갖는다.
[못찌르기 시험]
준비한 각 발전 요소에 대하여, 소정의 컨디셔닝 처리를 행한 후, 정부극간의 전압을 4.2V로 조정하였다. 25℃의 온도 조건 하에서, 상기 컨디셔닝 처리 후의 단전지를 구비하는 발전 요소에 대하여 못을 관통시켜서, 단전지를 강제적으로 단락시켰다. 구체적으로는, 직경 3㎜의 못을 보호판측으로부터 케이스 측벽의 중앙 부근을 관통하도록 속도 10㎜/분으로 찔러서, 관통시켰다. 이때의 단전지 상태(온도 변화)를 관찰하여, 단전지의 온도 상승이 설정 온도(평가 기준 온도) 이하로 억제된 경우를 「○」로, 계속적으로 온도가 상승하여 설정 온도를 초과한 경우를 「×」로 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112016055708141-pat00001
[방전 저항]
상기 발전 요소 1(종래 구조) 및 발전 요소 4에 대해서, 온도 25℃에서 SOC가 100%인 상태까지 충전을 행하였다. SOC 100%로 조정한 각 발전 요소에 대하여, 200A에서 방전을 행하고, 방전으로부터 10초간의 전압 강하를 측정하였다. 측정된 전압 강하의 값(V)을, 대응하는 전류값으로 제산해서 IV 저항을 산출하고, 그 평균값을 방전 저항으로 하였다. 측정 결과, 발전 요소 4에서는, 발전 요소 1과 비교해서 방전 저항이 20% 저감되었다.
상기 못찌르기 시험의 결과, 보호판을 구성하는 금속층의 두께가 커짐에 따라, 단전지의 온도 상승은 억제되는 경향이 확인되었다. 그리고, 표 1에 나타난 바와 같이, 전지 용량 35Ah에서는, 두께 4㎜ 이상의 금속층을 구비하는 보호판을 사용함으로써, 단전지의 온도 상승은 소정값 이하로 억제되어, 충분한 발열 억제 효과가 얻어졌다. 본 발명자의 검토에서는, 금속층의 두께는 전지 용량과 비례 관계를 갖는 점에서, 예를 들어 전지 용량 8.75Ah인 경우, 두께 1㎜ 이상의 금속층을 채용하는 것이 바람직하다고 생각된다. 또한, 금속층을 갖는 발전 요소 4에서는, 금속층이 없는 발전 요소 1보다 전지 성능이 향상되었다(전형적으로는 저항 저감). 이것은, 보호판에 금속층을 형성함으로써, 방열성이 향상되어 전지 성능 향상에 공헌했기 때문으로 생각된다. 또한, 보호판에 금속층을 형성함으로써, 단락 시의 발열 억제나 강도 등을 희생으로 하지 않고 발전 요소를 소형화할 수 있다. 구체적인 검토 결과, 전지 용량 35Ah의 각형 전지를 포함하는 발전 요소에서는 1단위당 9.9㎜(폭)의 소형화가 가능한 것을 알 수 있었다. 이것은, 예를 들어 상기 발전 요소를 56단위 구비하는 전지 팩에서는, 배열 길이 기준으로 555㎜의 소형화가 실현되는 것을 의미하고, 전지 팩 전체로서 종래 구조를 비교하면 +47Ah의 용량 장점을 의미한다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허 청구 범위를 한정하는 것은 아니다. 여기에 개시되는 발명에는 상술한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함될 수 있다.
1 : 차량
10 : 조전지
20 : 발전 요소
30 : 단전지
40 : 보호판
40A : 보호판의 제1 표면(단전지측 표면)
40B : 보호판의 제2 표면(단전지측과는 반대측 표면)
310 : 케이스
312 : 케이스 상면
314 : 케이스 측벽
320 : 권회 전극체
330 : 정극
332 : 정극 집전체
334 : 정극 활물질층
336 : 정극 단자
340 : 정극의 최외주 부분
350 : 부극
352 : 부극 집전체
354 : 부극 활물질층
356 : 부극 단자
360 : 부극의 최외주 부분
370 : 세퍼레이터
410 : 금속층
410A : 금속층의 제1 표면(단전지측 표면)
410B : 금속층의 제2 표면(단전지측과는 반대측 표면)
414 : 접속부
420 : 절연층

Claims (6)

  1. 충방전 가능한 단전지를 포함하는 발전 요소가 복수 배열된 조전지이며,
    상기 단전지는, 케이스와, 해당 케이스에 수용된 전극체를 구비하고,
    상기 전극체는, 시트 형상의 정극과, 시트 형상의 부극과, 해당 정극 및 해당 부극 사이에 위치하는 시트 형상의 세퍼레이터가 권회된 권회 전극체이고,
    상기 권회 전극체에 있어서, 상기 부극의 최외주 부분은, 상기 정극의 최외주 부분보다 해당 권회 전극체의 외측에 위치하고 있고,
    상기 발전 요소는, 상기 단전지의 케이스 외면을 따르도록 배치된 보호판을 더 구비하고,
    상기 보호판은, 금속층과 절연층을 갖고 있고,
    상기 금속층은, 상기 단전지측에 위치하는 제1 표면과, 해당 제1 표면과는 반대측에 위치하는 제2 표면을 갖고 있고,
    상기 절연층은, 상기 금속층의 제2 표면측에 배치되어 있고,
    상기 금속층은, 상기 정극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 정극 전위가 부여되어 있는, 조전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단전지의 외표면에는, 상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 단자와, 상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 단자가 설치되어 있고,
    상기 금속층은, 상기 정극 단자와 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 정극 전위가 부여되어 있는, 조전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 케이스는 금속제이고, 또한 상기 정극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 케이스에 정극 전위가 부여되어 있고,
    상기 케이스와 상기 부극의 최외주 부분은 이격되어 있는, 조전지.
  4. 충방전 가능한 단전지를 포함하는 발전 요소가 복수 배열된 조전지이며,
    상기 단전지는, 케이스와, 해당 케이스에 수용된 전극체를 구비하고,
    상기 전극체는, 시트 형상의 정극과, 시트 형상의 부극과, 해당 정극 및 해당 부극 사이에 위치하는 시트 형상의 세퍼레이터가 권회된 권회 전극체이고,
    상기 권회 전극체에 있어서, 상기 정극의 최외주 부분은, 상기 부극의 최외주 부분보다 해당 권회 전극체의 외측에 위치하고 있고,
    상기 발전 요소는, 상기 단전지의 케이스 외면을 따르도록 배치된 보호판을 더 구비하고,
    상기 보호판은, 금속층과 절연층을 갖고 있고,
    상기 금속층은, 상기 단전지측에 위치하는 제1 표면과, 해당 제1 표면과는 반대측에 위치하는 제2 표면을 갖고 있고,
    상기 절연층은, 상기 금속층의 제2 표면측에 배치되어 있고,
    상기 금속층은, 상기 부극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 부극 전위가 부여되어 있는, 조전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단전지의 외표면에는, 상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 단자와, 상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 단자가 설치되어 있고,
    상기 금속층은, 상기 부극 단자와 접속되어 있고, 이에 의해 해당 금속층에 부극 전위가 부여되어 있는, 조전지.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 케이스는 금속제이고, 또한 상기 부극과 전기적으로 접속되어 있고, 이에 의해 해당 케이스에 부극 전위가 부여되어 있고,
    상기 케이스와 상기 정극의 최외주 부분은 이격되어 있는, 조전지.
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