KR101923302B1 - 축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈 - Google Patents

축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈 Download PDF

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Abstract

본원발명의 과제는 이상 시에 상승한 내부 압력을 안전하게 개방할 수 있어, 신뢰성이 높은 축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태에 따른 축전 셀은, 축전 소자와, 외장 필름 패키지를 구비한다. 외장 필름 패키지는, 축전 소자를 수용하고, 축전 소자측의 제1 주면과, 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 외부 수지층에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 슬릿과 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와, 당해 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있다.

Description

축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈{STORAGE CELL, EXTERIOR FILM AND STORAGE MODULE}
본 발명은 축전 소자가 외장 필름에 의해 밀봉된 축전 셀, 외장 필름 및 당해 축전 셀을 적층한 축전 모듈에 관한 것이다.
최근, 축전 소자가 외장 필름에 의해 밀봉된 필름 외장 전지가 널리 사용되고 있다. 필름 외장 전지는, 사용 시에 있어서, 전지의 제어 회로가 어떠한 원인으로 고장나 이상한 전압이 인가되거나, 어떠한 원인으로 주위가 이상하게 고온으로 되거나 하면, 전해액 용매의 전기 분해에 의해 가스종이 발생하여, 전지의 내압이 상승하는 경우가 있다. 그리고, 내압이 상승한 필름 외장 전지는, 최종적으로는 외장재가 파열되어 그 개소로부터 가스가 분출되지만, 파열이 어느 개소에서 발생하는 것인지를 알 수 없기 때문에, 파열된 개소에 따라서는 주위의 기기 등에 악영향을 미치는 경우가 있다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해, 예를 들어 특허문헌 1에는, 외장 필름의 시일부에 반도 형상의 돌출 융착부를 형성하고, 당해 돌출 융착부에 외장 필름의 팽창에 의한 박리가 진행되었을 때의 압력 개방부로서 관통 구멍을 형성한 구성이 개시되어 있다. 이에 의해, 팽창에 의해 발생하는 박리 응력을 돌출 융착부에 집중시켜 박리의 진행을 용이하게 할 수 있어, 팽창 시에 압력이 용이하게 개방되는 것으로 하고 있다.
일본 특허 공개 제2005-203262호 공보
그러나, 특허문헌 1의 구성에 있어서는, 관통 구멍과 돌출 융착부의 시일 폭이 좁기 때문에, 장기 신뢰성에 있어서 융착 수지층으로부터 내부로 수분이 투과할 우려가 있다. 게다가, 특허문헌 1에 기재된 구성 이외에도, 팽창한 외장 필름을 돌기물이 찢음으로써 내부 압력을 개방하는 구성도 있지만, 돌기로 되는 부품을 디바이스마다 부착하는 등 비용 증가로 된다. 또한 항상 돌기물이 부착되어 있으므로, 디바이스의 취급에도 주의가 필요로 된다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 이상 시에 상승한 내부 압력을 안전하게 개방할 수 있어, 신뢰성이 높은 축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 셀은, 축전 소자와, 외장 필름 패키지를 구비한다.
상기 외장 필름 패키지는, 상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와, 상기 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있다.
이 구성에 의하면, 축전 셀의 이상에 의해 내부 압력이 상승하면, 슬릿이 형성되어 있는 개소에 있어서 금속층과 외부 수지층이 단열되고, 그 파열 틈으로부터 내부 수지층이 팽창한다. 내부 수지층은 내부 압력이 더 상승하면 파열되어, 내부 압력이 개방된다. 즉, 슬릿의 형성 개소에 있어서 내부 압력이 개방되기 때문에, 슬릿 이외의 부분으로부터의 압력 개방을 방지할 수 있다. 또한, 통상 시(축전 셀에 이상이 발생하지 않았을 때)에는 금속층에 의해 수분의 수용 공간에의 투과가 방지되고 있어, 축전 셀의 신뢰성을 확보하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 축전 셀은, 슬릿과 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와, 당해 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있다.
이에 의해, 축전 셀의 이상에 수반되는 상승한 내부 압력을 응력 집중부에 근접하는 슬릿으로부터 확실하게 개방시키는 것이 가능해진다. 따라서, 슬릿이 형성되어 있는 개소 이외의 개소로부터 내부 압력이 개방되는 것을 방지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 일 형태에 따른 축전 셀은, 축전 소자와, 외장 필름 패키지를 구비한다.
상기 외장 필름 패키지는, 상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 요철 구조를 갖는 응력 완화부와, 평탄 구조를 갖는 응력 집중부가 형성되어 있다.
상기 요철 구조는, 전형적으로는 엠보스 가공에 의해 형성된다. 즉, 당해 요철 구조의 볼록부는, 외장 필름 패키지의 표면에 도드라진 것이다. 이 구성으로 함으로써, 슬릿과 축전 소자 사이에 있어서의 외장 필름 패키지를 인장하는 응력이, 응력 완화부의 상기 볼록부를 연신하는 힘과, 아무것도 가공되어 있지 않은 평탄 구조를 갖는 응력 집중부를 연신하는 힘으로 분산된다.
따라서, 상기 응력은, 응력 완화부에서는 상기 볼록부를 연신하는 힘으로서 소비되는 것에 반해, 응력 집중부에서는 다이렉트로 전달된다. 따라서, 응력 완화부보다도 응력 집중부가 우선적으로 연신되어, 응력 집중부와 근접하고 있는 슬릿으로부터 내부 압력이 해방된다.
즉, 본 발명에 따른 축전 셀은, 응력 완화부와 응력 집중부를 갖는 구성인 것에 의해, 축전 셀의 이상에 수반하여 상승한 내부 압력이 개방되는 개방 압력을 원하는 압력으로 설정 가능해진다. 이에 의해, 내부 압력의 상승 시에 외장 필름 패키지가 균일하게 확장되어 버려 상기 개방 압력을 원하는 압력으로 하는 것이 곤란하였던 두께가 얇은 셀의 개방 압력을, 원하는 압력으로 컨트롤하는 것이 가능해진다.
상기 응력 완화부는, 제1 응력 완화부와, 상기 제1 응력 완화부와 이격하는 제2 응력 완화 영역을 갖고,
상기 응력 집중부는, 상기 제1 응력 완화 영역과 상기 제2 응력 완화 영역 사이에 형성되어 있어도 된다.
이 구성으로 함으로써, 슬릿과 축전 소자 사이에 있어서, 응력 집중부가 슬릿과 필연적으로 대향하는 구성으로 된다. 이에 의해, 당해 응력 집중부와 근접하는 슬릿으로부터 축전 셀의 이상에 수반되는 상승한 내부 압력을 확실하게 개방시키는 것이 가능해진다.
상기 슬릿은, 상기 외부 수지층에 있어서 상기 슬릿의 선단으로부터 상기 제2 주면까지의 거리가 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 되는 깊이로 형성되어 있어도 된다.
이에 의해, 슬릿의 가공 깊이를 엄밀하게 규정할 필요가 없어지기 때문에, 축전 셀의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 슬릿은, 상기 외부 수지층으로부터 상기 금속층에 걸쳐, 상기 금속층에 있어서 상기 슬릿의 선단으로부터 상기 제2 주면까지의 거리가 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 되는 깊이로 형성되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 슬릿이 금속층에 있어서, 제1 주면과 제2 주면의 사이까지의 깊이를 갖고 있어도 된다. 즉, 외부 수지층뿐만 아니라 금속층에도 절입이 형성되어 있어도 되는 구성으로 된다. 이에 의해, 금속층이 보다 단열되기 쉬운 것이 되어, 축전 셀의 이상 시에 있어서의 내부 압력의 과잉 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
상기 외장 필름 패키지는, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역을 갖고,
상기 슬릿은, 상기 시일 영역의 주연에 대하여 평행하게 형성되어 있어도 된다.
이에 의해, 슬릿에 있어서의 내부 수지층의 팽창 및 파열이 용이해져, 슬릿의 개방 압력을 작게 하는 것이 가능해진다.
상기 내부 수지층은, 무축 연신 폴리프로필렌을 포함하고,
상기 외부 수지층은, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 외장 필름은, 축전 소자를 수용하는 수용 공간을 형성하는 외장 필름으로서, 상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 슬릿이 형성되고, 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와 상기 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있다.
상기 구성을 갖는 외장 필름에 의해 축전 소자를 피복함으로써, 이상 시에 상승한 내부 압력을 안전하게 개방할 수 있어, 신뢰성이 높은 축전 셀을 제작하는 것이 가능하다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 축전 모듈은, 복수의 축전 셀이 적층된 축전 모듈이다.
상기 축전 셀은, 축전 소자와 외장 필름 패키지를 구비한다.
상기 외장 필름 패키지는, 상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와, 상기 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있다.
상기 외장 필름 패키지는, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하고 있는 접촉 영역을 갖고,
상기 슬릿은, 축전 셀의 접촉 영역 중 인접하는 축전 셀의 접촉 영역과 대향하는 개소에 형성되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 축전 셀의 이상에 수반하여 상승한 내부 압력이 개방됨으로써 슬릿으로부터 전해액이 누설된 경우에, 상기 개소에 대책 부품(스펀지 등의 흡수 부재)을 설치함으로써, 서로 인접하고 있는 축전 셀에 공통된 대책 부품에 의해, 전해액을 흡수시킬 수 있다.
만약, 서로 인접하고 있는 축전 셀이 서로 등을 맞대고 있는 개소에 슬릿이 형성되는 경우에는 각각의 셀마다 대책을 행하고, 슬릿이 동일 방향으로 형성되는 경우에는 구조가 상이한 방식으로 셀마다 대책 부품을 설치할 필요가 있다.
따라서, 슬릿을 상기 개소에 형성함으로써, 장치 구성을 복잡화시키지 않고 또한 저비용으로, 슬릿으로부터 전해액이 누설된 경우에 대처 가능한 축전 모듈을 제공하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면 이상 시에 상승한 내부 압력을 안전하게 개방할 수 있어, 신뢰성이 높은 축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 축전 셀의 사시도.
도 2는 상기 축전 셀의 단면도.
도 3은 상기 축전 셀의 평면도.
도 4는 상기 축전 셀이 구비하는 외장 필름의 단면도.
도 5는 상기 축전 셀이 구비하는 외장 필름의 단면도.
도 6은 상기 축전 셀이 구비하는 외장 필름의 단면도.
도 7은 상기 축전 셀의 평면도.
도 8은 상기 축전 셀의 평면도.
도 9는 상기 축전 셀의 평면도.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 축전 모듈의 모식도.
도 11은 본 발명의 변형예에 따른 축전 셀의 단면도.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
[축전 셀의 구조]
도 1은 본 실시 형태에 따른 축전 셀(10)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 있어서의 축전 셀(10)의 단면도이다. 이하의 도면에 있어서 X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 서로 직교하는 3방향이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 축전 셀(10)은 외장 필름(20), 축전 소자(30), 정극 단자(40) 및 부극 단자(50)를 갖는다.
축전 셀(10)에 있어서는, 2매의 외장 필름(20)을 포함하는 외장 필름 패키지가 수용 공간 R을 형성하고, 수용 공간 R에는 축전 소자(30)가 수용되어 있다. 2매의 외장 필름(20)은 축전 소자(30)의 주연에 있어서 시일되어 있고, 외장 필름 패키지는 2매의 외장 필름(20)이 접촉하는 접촉 영역(20a)과, 축전 소자(30)를 수용하는 소자 수용부(20b)를 구비한다. 접촉 영역(20a) 및 소자 수용부(20b)에 대해서는 후술한다.
본 실시 형태의 축전 셀(10)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 12㎜ 이하로 할 수 있다. 이에 의해, 후술하는 슬릿 S와, 응력 완화부(21)와, 응력 집중부(22)가 축전 셀(10)에 형성되는 것에 의한 작용 효과가 보다 현저한 것으로 된다.
축전 소자(30)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 정극(31), 부극(32) 및 세퍼레이터(33)를 구비한다. 정극(31)과 부극(32)은 세퍼레이터(33)를 개재하여 대향하고, 수용 공간 R에 수용되어 있다.
정극(31)은 축전 소자(30)의 정극으로서 기능한다. 정극(31)은 정극 활물질이나 바인더 등을 포함하는 정극 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다. 정극 활물질은 예를 들어 활성탄이다. 정극 활물질은, 축전 셀(10)의 종류에 따라서 적절히 변경할 수 있다.
부극(32)은 축전 소자(30)의 부극으로서 기능한다. 부극(32)은 부극 활물질이나 바인더 등을 포함하는 부극 재료를 포함하는 것으로 할 수 있다. 부극 활물질은 예를 들어 탄소계 재료이다. 부극 활물질은, 축전 셀(10)의 종류에 따라서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
세퍼레이터(33)는 정극(31)과 부극(32) 사이에 배치되고, 전해액을 통과시킴과 함께 정극(31)과 부극(32)의 접촉을 방지(절연)한다. 세퍼레이터(33)는 직포, 부직포 또는 합성 수지 미다공막 등인 것으로 할 수 있다.
도 2에 있어서는, 정극(31)과 부극(32)이 각각 하나씩 형성되어 있지만, 각각이 복수 형성되는 것으로 하는 것도 가능하다. 이 경우, 복수의 정극(31)과 부극(32)이 세퍼레이터(33)를 개재하여 교대로 적층되는 것으로 할 수 있다. 또한, 축전 소자(30)는 정극(31), 부극(32) 및 세퍼레이터(33)의 적층체가 롤 형상으로 권회된 것으로 하는 것도 가능하다.
축전 소자(30)의 종류는 특별히 한정되지 않고, 리튬 이온 캐패시터나 리튬 이온 전지, 전기 이중층 캐패시터 등으로 할 수 있다. 수용 공간 R에는, 축전 소자(30)와 함께 전해액이 수용된다. 이 전해액은, 예를 들어 SBPㆍBF4(spirobipyyrolydinium tetrafuloroborate) 등이며, 축전 소자(30)의 종류에 따라서 선택할 수 있다.
정극 단자(40)는 정극(31)의 외부 단자이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 정극 단자(40)는 정극 배선(41)을 통해 정극(31)과 전기적으로 접속되고, 접촉 영역(20a)에 있어서 2개의 외장 필름(20)의 사이를 통해 수용 공간 R의 내부로부터 외부로 인출되어 있다. 정극 단자(40)는 도전성 재료를 포함하는 박이나 선재인 것으로 할 수 있다.
상기한 바와 같이, 축전 셀(10)은 접촉 영역(20a)과 소자 수용부(20b)를 구비한다. 접촉 영역(20a)은 2매의 외장 필름(20)이 접촉하는 영역이고, 소자 수용부(20b)는 접촉 영역(20a)에 둘러싸이며, 축전 소자(30)를 수용하는 부분이다.
도 3은 축전 셀(10)을 Z 방향으로부터 본 모식도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 접촉 영역(20a)은 시일 영역 E1과 비시일 영역 E2를 갖는다. 접촉 영역(20a)의 폭은, 예를 들어 수㎜∼수십㎜ 정도로 할 수 있다.
시일 영역 E1은, 외장 필름(20)이 서로 열 융착함으로써 형성되어 있는 영역이며, 외장 필름(20)의 주연에 형성되어 있다.
비시일 영역 E2는, 시일 영역 E1이 열 융착되어 있음으로써, 외장 필름(20)이 접촉하고 있는 영역이며, 시일 영역 E1과 소자 수용부(20b) 사이에 형성되어 있다. 시일 영역 E1 및 비시일 영역 E2의 폭은, 예를 들어 수㎜∼수십㎜ 정도로 할 수 있다.
[외장 필름의 구성]
도 4는 외장 필름(20)의 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 외장 필름(20)은 금속층(25), 내부 수지층(26) 및 외부 수지층(27)을 포함하고 있다.
금속층(25)은 박 형상의 금속을 포함하는 층이며, 대기 중의 수분의 투과를 방지하는 기능을 갖는다. 금속층(25)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 주면(25a)과 그 반대측의 제2 주면(25b)을 갖는다.
금속층(25)은, 예를 들어 알루미늄을 포함하는 금속박으로 할 수 있다. 또한, 금속층(25)은 이 밖에도 구리, 니켈 또는 스테인리스 등의 박이어도 된다. 본 실시 형태에 따른 금속층(25)의 두께는 수십㎛ 정도로 하는 것이 적합하다.
내부 수지층(26)은 제1 주면(25a)에 적층되어, 수용 공간 R의 내주면을 구성하고, 금속층(25)을 피복하여 절연한다.
내부 수지층(26)은 합성 수지를 포함하고, 예를 들어 무축 연신 폴리프로필렌(CPP)을 포함하는 것으로 할 수 있다. 이 밖에도, 내부 수지층(26)은 폴리에틸렌, 이들의 산변성물, 폴리페닐렌술피드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드 또는 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체 등을 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한, 내부 수지층(26)은 복수층의 합성 수지층이 적층되어 구성되어도 된다.
외부 수지층(27)은 제2 주면(25b)에 적층되어, 축전 셀(10)의 표면을 구성하고, 금속층(25)을 피복하여 보호한다.
외부 수지층(27)은 합성 수지를 포함하고, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 것으로 할 수 있다. 이 밖에도, 외부 수지층(27)은 나일론, 폴리에틸렌나프탈레이트, 2축 연신 폴리프로필렌, 폴리이미드 또는 폴리카르보네이트 등을 포함하는 것으로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 상기 구성을 갖는 외장 필름(20)의 2매가 축전 소자(30)를 개재하여 대향하고, 접촉 영역(20a)에서 시일된 외장 필름 패키지에 의해 수용 공간 R이 형성되어 있다. 시일 영역 E1에 있어서는, 2매의 외장 필름(20)의 내부 수지층(26)이 서로 열 융착되어 있다. 외장 필름(20)은 내부 수지층(26)이 수용 공간 R측(내측)으로 되고, 외부 수지층(27)이 표면(27a)측(외측)으로 되도록 배치된다.
상기 구성을 갖는 외장 필름(20)의 2매가 축전 소자(30)를 개재하여 대향하고, 시일 영역 E1에서 시일된 외장 필름 패키지에 의해 수용 공간 R이 형성되어 있다. 시일 영역 E1에 있어서는, 2매의 외장 필름(20)의 내부 수지층(26)이 서로 열 융착되어 있다. 외장 필름(20)은 내부 수지층(26)이 수용 공간 R측(내측)으로 되고, 외부 수지층(27)이 표면측(외측)으로 되도록 배치된다.
외장 필름(20)은 유연성을 갖는 상태에서 사용되고, 축전 소자(30)의 형상에 따라서 도 2에 도시한 바와 같은 주연이 만곡한 형상을 이루어도 된다. 또한, 외장 필름(20)은 미리 엠보스 가공에 의해 그 형상이 형성된 상태에서 사용되어도 된다. 2매의 외장 필름(20) 중 어느 한쪽에는 슬릿이 형성되어 있다.
[슬릿에 대하여]
도 5 및 도 6은 슬릿 S를 포함하는 외장 필름(20)의 단면도이고, 도 7은 축전 셀(10)을 Z 방향으로부터 본 모식도이다. 슬릿 S는, 도 5에 도시한 바와 같이, 외부 수지층(27)의 표면(27a)으로부터 도중까지 형성되어 있다. 이에 의해, 외부 수지층(27)은 슬릿 S에 의해 부분적으로 분리되어 있다.
슬릿 S의 깊이 D1은, 통상 시에 있어서 금속층(25)이 수분의 투과를 방지하고, 이상 시에 있어서 금속층(25)이 빠르게 단열되는 깊이가 적합하다. 구체적으로는, 외부 수지층(27)에 있어서, 슬릿 S로부터의 선단 P로부터 제2 주면(25b)까지의 거리 D2가 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 되는 깊이로 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 슬릿 S는, 도 6에 도시한 바와 같이, 금속층(25)에 있어서 제1 주면(25a)과 제2 주면(25b) 사이까지의 깊이를 갖는 것이어도 된다.
구체적으로는, 슬릿 S는, 외부 수지층(27)으로부터 금속층(25)에 걸쳐, 금속층(25)에 있어서 슬릿 S의 선단 P로부터 제2 주면(25b)까지의 거리 D2가 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 되는 깊이로 할 수 있다. 이에 의해, 축전 셀(10)의 이상 시에 있어서의 내부 압력의 과잉된 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
[응력 완화부와 응력 집중부에 대하여]
본 실시 형태에 따른 외장 필름(20)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 응력 완화부(21)와 응력 집중부(22)를 갖는다. 응력 완화부(21)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 슬릿 S와 축전 소자(30) 사이의 비시일 영역 E2에 형성되고, 제1 응력 완화 영역 E3과 제2 응력 완화 영역 E4를 갖는다.
응력 완화부(21)의 X 방향의 길이(X 방향에 있어서의 제1 및 제2 응력 완화 영역 E3, E4를 합친 길이)는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 축전 소자(30)의 X 방향의 길이와 동등 또는 그 이상이어도 된다. 응력 완화부(21)의 X 방향의 길이는, 예를 들어 수㎜ 내지 수십㎜ 정도로 할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 제1 및 제2 응력 완화 영역 E3, E4는, 전형적으로는 엠보스 가공 유래의 요철 구조를 갖지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 파상 형상을 갖는 구조 등이어도 된다. 또한, 제1 및 제2 응력 완화 영역 E3, E4의 볼록부 높이는, 예를 들어 0.5㎜ 이상 1.0㎜ 이하로 할 수 있다.
응력 집중부(22)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 응력 완화 영역 E3과, 제1 응력 완화 영역 E3과 X 방향으로 이격하는 제2 응력 완화 영역 E4 사이에 형성된다. 응력 집중부(22)의 X 방향의 폭 D3은, 예를 들어 수㎜ 내지 수십㎜ 정도로 할 수 있다. 또한, 응력 집중부(22)는 응력 완화부(21)가 형성되어 있지 않은 비시일 영역 E2와 마찬가지로 평탄 구조를 갖는다.
도 8 및 도 9는 슬릿 S와, 응력 완화부(21) 및 응력 집중부(22)의 형성 위치를 도시하는 모식도이다.
본 실시 형태에서는, 슬릿 S의 연신 방향은 특별히 한정되지 않고, 도 8에 도시한 바와 같이, 정극 단자(40) 및 부극 단자(50)가 형성되어 있는 시일 영역 E1의 길이 방향에 대하여 수직이어도 되고, 도 9에 도시한 바와 같이 그 길이 방향에 대하여 평행이어도 된다.
또한, 응력 완화부(21) 및 응력 집중부(22)의 형성 위치도 도 7에 도시한 위치에 한정되지 않고, 도 8에 도시한 바와 같이, 정극 단자(40) 및 부극 단자(50)가 형성되어 있는 시일 영역 E1의 길이 방향에 대하여 수직인 슬릿 S와, 축전 소자(30) 사이에 형성되어도 된다.
또는, 도 9에 도시한 바와 같이, 정극 단자(40) 및 부극 단자(50)가 형성되어 있는 시일 영역 E1과 축전 소자(30) 사이의 비시일 영역 E2 이외의 장소에 형성된 슬릿 S와, 축전 소자(30) 사이에 형성되어도 된다.
[슬릿의 효과]
축전 셀(10)의 사용 시에 있어서, 통상 시(축전 소자(30)에 이상이 발생하지 않은 상태), 즉 수용 공간 R의 내부 압력이 허용 범위 내인 경우에는, 외장 필름(20)은 도 4∼도 6에 도시한 상태를 유지한다. 이 상태에서는 슬릿 S는 금속층(25)을 분리하고 있지 않기 때문에, 금속층(25)에 의해 수분이 외장 필름(20)을 투과하는 것이 방지되고 있다.
한편, 축전 셀(10)의 사용 시에 있어서 축전 소자(30)에 이상이 발생하여, 내부 압력이 상승하면, 외장 필름(20)이 팽창한다. 이에 의해, 금속층(25) 및 외부 수지층(27)은 슬릿 S가 형성되어 있는 부분에 있어서 단열된다. 계속해서, 단열된 금속층(25) 및 외부 수지층(27)의 파열 틈으로부터 내부 수지층(26)이 부분적으로 외장 필름(20)의 외부로 돌출되어, 팽창한다. 그리고, 내부 압력이 일정 이상으로 되면, 외부로 돌출된 내부 수지층(26)이 파열되어, 수용 공간 R의 내부 압력이 개방된다.
이와 같이, 슬릿 S가 형성되어 있음으로써, 내부 수지층(26)이 파열되는 위치를 미리 특정해 두는 것이 가능하다. 만약 슬릿 S가 형성되어 있지 않은 경우, 외장 필름 패키지에 있어서 가장 강도가 약한 시일 영역 E1이 개열되어, 내부 압력이 개방된다. 그 경우, 축전 소자(30)의 주연 전체에 형성되어 있는 시일 영역 E1의 어느 부분이 개열되는지를 알 수 없게 된다.
또한, 상기와 같이 이상 시에 있어서의 내부 압력의 개방은, 내부 수지층(26)의 파열에 의해 발생한다. 즉, 내부 수지층(26)의 강도에 의해, 축전 셀(10)의 내부 압력이 개방되는 개방 압력을 조정하는 것이 가능하다.
내부 수지층(26)의 강도는, 내부 수지층(26)의 두께에 의해 조정할 수 있다. 이 경우, 내부 수지층(26)의 전체의 두께에 의해 내부 수지층(26)의 강도를 조정할 수 있다. 어느 경우라도, 슬릿 S에 있어서의 내부 수지층(26)의 파열이 발생하는 내부 압력이, 시일 영역 E1이 개열되는 내부 압력보다도 작으면 된다.
[응력 완화부와 응력 집중부의 작용]
본 실시 형태에서는 상기 개방 압력을, 슬릿 S와 축전 소자(30) 사이에 있어서, 응력 완화부(21)와 응력 집중부(22)를 형성함으로써 조정할 수 있다.
보다 상세하게는, 본 실시 형태에 따른 응력 완화부(21)의 요철 구조는, 전형적으로는 엠보스 가공에 의해 형성된다. 즉, 당해 요철 구조의 볼록부는, 외장 필름(20)이 압압됨으로써 외장 필름(20)의 표면에 도드라진 볼록부이다.
이 구성인 것에 의해, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 외장 필름(20)이 확장될 때에, 슬릿 S와 축전 소자(30) 사이에 있어서의 외장 필름(20)을 인장하는 응력이, 응력 완화부(21)의 상기 볼록부를 연신하는 힘과, 아무것도 가공되어 있지 않은 평탄 구조를 갖는 응력 집중부(22)를 연신하는 힘으로 분산된다.
여기서, 상기 응력은, 응력 완화부(21)에서는 요철 구조를 연신하는 힘으로서 소비되는 것에 반해, 응력 집중부(22)에서는 다이렉트로 전달된다. 따라서, 응력 완화부(21)보다도 응력 집중부(22)가 우선적으로 연신되어, 응력 집중부(22)와 근접하고 있는 슬릿 S로부터 내부 압력이 해방된다.
즉, 본 실시 형태에 따른 축전 셀(10)은 응력 완화부(21)와 응력 집중부(22)를 갖는 구성인 것에 의해, 종래, 내부 압력의 상승 시에 외장 필름이 균일하게 확장되어 버려 상기 개방 압력을 원하는 압력으로 하는 것이 곤란하였던 두께가 얇은 셀의 개방 압력을, 원하는 압력으로 컨트롤하는 것이 가능해진다.
게다가, 본 실시 형태에서는 상기 개방 압력을, 시일 영역 E1과 비시일 영역 E2 사이의 경계 B1과 슬릿 S의 거리를 조절함으로써 조정할 수도 있다.
구체적으로는, 축전 셀(10)의 내부 압력이 상승하면, 시일 영역 E1과 비시일 영역 E2 사이의 경계에 가장 응력(외장 필름(20)을 서로 이격시키는 힘)이 집중된다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 응력 완화부(21)와 응력 집중부(22)가 형성되어 있다. 이에 의해, 경계 B1에 가해지는 상기 응력이, 응력 집중부(22)와 Y 방향으로 대향하는 경계 B2에 집중된다.
따라서, 응력 집중부(22)와 Y 방향으로 대향하는 비시일 영역 E2가 Y 방향으로 중점적으로 인장된다. 따라서, 경계 B2와 슬릿 S의 거리에 의해 상기 개방 압력을 조정할 수 있다.
슬릿 S를 경계 B2(경계 B1)로부터 이격시키면, 축전 셀(10)의 이상에 수반되는 내부 압력의 상승 시에, 슬릿 S에 대한 상기 응력이 완화된다. 즉, 슬릿 S가 경계 B2(경계 B1)로부터 이격되면 이격될수록, 슬릿 S에 상기 응력이 전파되기 어려워지기 때문에, 상기 개방 압력이 높은 것으로 된다.
따라서, 본 실시 형태에 따른 축전 셀(10)에 있어서는, 상술한 바와 같은 슬릿 S의 형성 개소에 있어서의 작용을 이용하여, 상기 개방 압력을 원하는 압력으로 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상기 개방 압력을 0.35㎫ 이상 0.45㎫ 이하로 하는 것이 적합하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태에 따른 축전 셀(10)은 이상 시에 있어서의 개방 압력이 조정 가능함으로써, 축전 셀(10)이 비교적 두께가 얇은 셀이라고 해도, 상기 개방 압력이 원하는 압력보다도 높은 압력으로 되는 것이 억제된다. 이에 의해, 슬릿 S가 형성되어 있는 개소 이외의 개소로부터 내부 압력이 개방되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 개방 압력은, 응력 집중부(22)의 폭 D3을 조절함으로써 조정하는 것도 가능하다.
응력 집중부(22)의 폭 D3이 크면, 슬릿 S와 축전 소자(30) 사이에 있어서의 외장 필름(20)을 인장하는 응력이 가해지는 면적이 커져, 당해 응력이 분산된다. 따라서 상기 개방 압력이 높아진다. 한편, 폭 D3이 작으면, 상기 응력이 가해지는 면적이 작아져, 당해 응력이 국소적으로 집중된다. 이 때문에 소정의 압력에 의해 축전 셀(10)의 내부 압력이 개방되어, 상기 개방 압력의 과상승이 억제된다.
본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 경계 B2(경계 B1)와 슬릿 S의 거리나, 응력 집중부(22)의 폭 D3 등이 조정됨으로써, 상기 개방 압력이 원하는 압력으로 조정되기 때문에, 본 발명에서는 슬릿 S의 깊이 D1이 상기 개방 압력의 설정에 크게 관여하는 것은 아니다. 이에 의해, 슬릿 S의 가공 정밀도를 종래보다도 완화할 수 있다.
구체적으로는, 슬릿 S의 깊이 D1은, 외부 수지층(27)의 두께 H보다 5㎛ 정도 얕은 깊이부터, 두께 H보다 5㎛ 정도 깊은 깊이로 되는 범위까지 허용된다. 이에 의해, 축전 셀(10)의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.
[축전 모듈에 대하여]
본 실시 형태의 축전 셀(10)을 복수 적층함으로써 축전 모듈을 구성할 수 있다. 도 10은 축전 모듈(100)의 모식도이다. 축전 모듈(100)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 복수의 축전 셀(10), 열전도 시트(101), 플레이트(102) 및 지지 부재(103)를 구비한다.
복수의 축전 셀(10)은 열전도 시트(101)를 개재하여 적층되고, 지지 부재(103)에 의해 지지되어 있다. 축전 셀(10)의 수는 2개 이상이어도 된다. 축전 셀(10)의 정극 단자(40) 및 부극 단자(50)는 도시하지 않은 배선 또는 단자에 의해 축전 셀(10)의 사이에서 접속되어 있는 것으로 할 수 있다. 복수의 축전 셀(10)의 최상면 및 최하면에는, 플레이트(102)가 적층되어 있다.
축전 모듈(100)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 슬릿 S가 비시일 영역 E2에 형성되어 있음으로써, 플레이트(102)에 의해 내부 수지층(26)의 팽창이 방해되지 않고, 소정 압력에서의 내부 압력의 개방이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 따른 축전 모듈(100)은, 도 10에 도시한 바와 같이, 축전 셀(10)의 접촉 영역(20a) 중, 인접하는 축전 셀(10)의 접촉 영역(20a)과 대향하는 개소에 슬릿 S가 형성되어 있다.
이에 의해, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 상승한 내부 압력이 개방됨으로써 슬릿 S로부터 전해액이 누설된 경우에, 상기 개소에 대책 부품(스펀지 등의 흡수 부재)을 설치함으로써, 서로 인접하고 있는 축전 셀(10)에 공통된 대책 부품에 의해, 전해액을 흡수시킬 수 있다.
만약, 서로 인접하고 있는 축전 셀(10)이 서로 등을 맞대고 있는 개소에 슬릿 S가 형성되는 경우에는 각각의 셀마다 대책을 행하고, 슬릿 S가 동일 방향으로 형성되는 경우에는 구조가 상이한 방식으로 셀마다 대책 부품을 설치할 필요가 있다.
따라서, 슬릿 S를 상기 개소에 형성함으로써, 장치 구성을 복잡화시키지 않고 또한 저비용으로, 슬릿 S로부터 전해액이 누설된 경우에 대처 가능한 축전 모듈(100)을 제공하는 것이 가능해진다.
[변형예]
도 11은 변형예에 따른 외장 필름(20)의 단면도이다. 상기 실시 형태에 있어서, 축전 셀(10)은 2매의 외장 필름(20)을 포함하는 외장 필름 패키지가 수용 공간 R을 밀봉하는 것으로 하였지만 이것에 한정되지 않는다. 도 11에 도시한 바와 같이, 축전 셀(10)은 1매의 외장 필름(20)이 축전 소자(30)를 개재하여 절곡되며, 3변이 시일되어 형성된 외장 필름 패키지가 수용 공간 R을 밀봉하는 구성이어도 된다.
10 : 축전 셀
20 : 외장 필름
20a : 접촉 영역
20b : 소자 수용부
20c : 중간부
21 : 응력 완화부
22 : 응력 집중부
25 : 금속층
25a : 제1 주면
25b : 제2 주면
26 : 내부 수지층
27 : 외부 수지층
30 : 축전 소자
100 : 축전 모듈
S : 슬릿

Claims (10)

  1. 축전 소자와,
    상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 있어서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 축전 소자의 외부에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와, 상기 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있는 외장 필름 패키지를 구비하는 축전 셀.
  2. 축전 소자와,
    상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 있어서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 축전 소자의 외부에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 요철 구조를 갖는 응력 완화부와, 평탄 구조를 갖는 응력 집중부가 형성되어 있는 외장 필름 패키지를 구비하는 축전 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 응력 완화부는, 제1 응력 완화부와, 상기 제1 응력 완화부와 이격하는 제2 응력 완화 영역을 갖고,
    상기 응력 집중부는, 상기 제1 응력 완화 영역과 상기 제2 응력 완화 영역 사이에 형성되어 있는 축전 셀.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 외부 수지층에 있어서 상기 슬릿의 선단으로부터 상기 제2 주면까지의 거리가 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 되는 깊이로 형성되어 있는 축전 셀.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 외부 수지층으로부터 상기 금속층에 걸쳐, 상기 금속층에 있어서 상기 슬릿의 선단으로부터 상기 제2 주면까지의 거리가 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 되는 깊이로 형성되어 있는 축전 셀.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외장 필름 패키지는, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역을 갖고,
    상기 슬릿은, 상기 시일 영역의 주연에 대하여 평행하게 형성되어 있는 축전 셀.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 수지층은, 무축 연신 폴리프로필렌을 포함하고,
    상기 외부 수지층은, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 축전 셀.
  8. 축전 소자를 수용하는 수용 공간을 형성하는 외장 필름으로서,
    상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 있어서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 축전 소자의 외부에 슬릿이 형성되고, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와, 상기 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있는 외장 필름.
  9. 복수의 축전 셀이 적층된 축전 모듈로서,
    상기 축전 셀은,
    축전 소자와,
    상기 축전 소자를 수용하고, 상기 축전 소자측의 제1 주면과, 상기 제1 주면과 반대측의 제2 주면을 갖는 금속층과, 상기 제1 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 내부 수지층과, 상기 제2 주면에 적층된 합성 수지를 포함하는 외부 수지층을 갖고, 적어도 상기 외부 수지층에 있어서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 축전 소자의 외부에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 슬릿과 상기 축전 소자 사이에 있어서, 서로 접촉하고 있는 내부 수지층을 서로 이격시키는 응력을 완화하는 응력 완화부와, 상기 응력이 집중되는 응력 집중부가 형성되어 있는 외장 필름 패키지를 구비하는 축전 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외장 필름 패키지는, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하고 있는 접촉 영역을 갖고,
    상기 슬릿은, 축전 셀의 접촉 영역 중 인접하는 축전 셀의 접촉 영역과 대향하는 개소에 형성되어 있는 축전 모듈.
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