KR101923303B1 - 축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 이상 시에 상승한 내부 압력을 안전하게 개방할 수 있어, 신뢰성이 높은 축전 셀, 외장 필름 및 축전 모듈을 제공한다. 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 내부 수지층과, 제2 주면에 적층된 외부 수지층을 갖고, 외부 수지층에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 축전 소자의 주연에 있어서 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역과, 시일 영역과 축전 소자 사이에 있어서 내부 수지층이 서로 접촉하는 비시일 영역을 갖고, 시일 영역은 축전 소자를 향하여 돌출되는 돌출부를 갖고, 슬릿은 돌출부와 축전 소자 사이에 형성되어 있는 외장 필름 패키지이다.

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 것에 있다.
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, 상기 외부 수지층에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역과, 상기 시일 영역과 상기 축전 소자 사이에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하는 비시일 영역을 갖고, 상기 시일 영역은 상기 축전 소자를 향하여 돌출되는 돌출부를 갖고, 상기 슬릿은 상기 돌출부와 상기 축전 소자 사이에 형성되어 있는 외장 필름 패키지이다.
이 구성에 의하면, 축전 셀의 이상에 의해 축전 셀의 내부 압력이 상승하면, 외장 필름 패키지를 서로 이격시키는 응력이 발생하고, 이 응력이 돌출부와 축전 소자 사이의 비시일 영역인 응력 집중 영역에 집중된다. 그리고, 축전 셀의 내부 압력이 더 상승하면, 응력 집중 영역에 있어서의 외장 필름 패키지가 팽창함으로써, 상기 응력이 슬릿에 전파된다. 계속해서, 슬릿에 전파된 응력에 의해, 슬릿을 통해 외장 필름 패키지가 개열됨으로써, 축전 셀의 내부 압력이 개방된다.
즉, 슬릿의 형성 개소에 있어서 내부 압력이 개방되기 때문에, 슬릿 이외의 부분으로부터의 압력 개방을 방지할 수 있어 안전하다. 또한, 통상 시(축전 셀에 이상이 발생하지 않았을 때)에는 금속층에 의해 수분의 수용 공간에의 투과가 방지되고 있어, 축전 셀의 신뢰성을 확보하는 것도 가능하다.
상기 돌출부와 상기 비시일 영역의 경계 중, 상기 축전 소자에 가장 접근하는 경계는 상기 슬릿의 길이 방향에 대하여 평행이어도 된다.
이 구성인 것에 의해, 축전 소자에 가장 접근하고 있는 돌출부와 비시일 영역의 경계와, 슬릿 사이의 거리를 조정함으로써, 축전 셀의 내부 압력이 개방되는 개방 압력을 원하는 압력으로 컨트롤할 수 있다.
상기 슬릿은, 상기 외부 수지층에 있어서 상기 슬릿의 선단으로부터 상기 제2 주면까지의 거리가 0㎛ 이상 15㎛ 이하로 되는 깊이이어도 된다.
본 발명에서는, 슬릿의 깊이는 외부 수지층에 있어서 상기의 깊이이면 되고, 금속층에까지 도달시킬 필요가 없다. 이에 의해, 축전 셀이 부식성 환경 내에서 사용되어도 금속층의 부식이 방지된다.
상기 내부 수지층은, 무연신 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하고,
상기 외부 수지층은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론 중 적어도 한쪽을 포함하는 것이어도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 외장 필름은, 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, 상기 외부 수지층에 슬릿이 형성되고, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역과, 상기 시일 영역과 상기 축전 소자 사이에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하는 비시일 영역을 갖고, 상기 시일 영역은 상기 축전 소자를 향하여 돌출되는 돌출부를 갖고, 상기 슬릿은 상기 돌출부와 상기 축전 소자 사이에 형성되어 있는 외장 필름이다.
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, 상기 외부 수지층에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역과, 상기 시일 영역과 상기 축전 소자 사이에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하는 비시일 영역을 갖고, 상기 시일 영역은 상기 축전 소자를 향하여 돌출되는 돌출부를 갖고, 상기 슬릿은 상기 돌출부와 상기 축전 소자 사이에 형성되어 있는 외장 필름 패키지이다.
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 셀의 평면도.
도 6은 상기 축전 셀이 구비하는 돌출부를 일방향으로부터 본 확대도.
도 7은 상기 축전 셀이 구비하는 외장 필름의 단면도.
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.
도 12는 상기 축전 셀이 구비하는 돌출부를 일방향으로부터 본 확대도.
도 13은 상기 축전 셀이 구비하는 돌출부를 일방향으로부터 본 확대도.
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 돌출부 E3이 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 변경하는 것이 가능하다.
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) 등을 용질로 하는 용액이며, 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.
부극 단자(50)는 부극(32)의 외부 단자이다. 부극 단자(50)는 부극 배선(51)을 통해 부극(32)과 전기적으로 접속되고, 접촉 영역(20a)에 있어서 2개의 외장 필름(20)의 사이를 통해 수용 공간 R의 내부로부터 외부로 인출되어 있다. 부극 단자(50)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㎜ 내지 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㎜ 내지 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 무연신 폴리프로필렌(CPP) 또는 폴리에틸렌을 포함하는 것으로 할 수 있다. 이 밖에도, 내부 수지층(26)은 폴리에틸렌의 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 표면(27a)을 구성하고, 금속층(25)을 피복하여 보호한다.
외부 수지층(27)은 합성 수지를 포함하고, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론 중 적어도 한쪽을 포함하는 것으로 할 수 있다. 또한, 외부 수지층(27)은 예를 들어 오리엔티드 나일론 등을 포함하는 나일론층에 폴리에틸렌테레프탈레이트층이 적층된 2층 구조이어도 된다. 이 밖에도, 외부 수지층(27)은 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.
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 쪽인가 한쪽에는 슬릿 S가 형성되어 있다.
[돌출부에 대하여]
도 5는 축전 셀(10)을 Z 방향으로부터 본 모식도이다. 본 실시 형태에 따른 시일 영역 E1은, 도 5에 도시한 바와 같이, 축전 소자(30)를 향하여 돌출되는 돌출부 E3을 갖는다. 이에 의해, 비시일 영역 E2 내로 시일 영역 E1이 파고들어가는 구성으로 되고, 돌출부 E3이 가장 축전 소자(30)에 접근하고 있는 시일 영역 E1로 된다.
시일 영역 E1이 돌출부 E3을 가짐으로써, 시일 영역 E1과 비시일 영역 E2의 경계 B는, 도 5에 도시한 바와 같이, 경계 B1과 경계 B2를 포함한다. 경계 B1은 돌출부 E3과 비시일 영역 E2의 경계이며, 경계 B2는 비시일 영역 E2를 둘러싸고, 경계 B1을 제외한 시일 영역 E1과 비시일 영역 E2의 경계이다.
도 6은 돌출부 E3을 Z 방향으로부터 본 확대도이다. 본 실시 형태에 따른 돌출부 E3은, 도 6에 도시한 바와 같이, 사다리꼴 형상이다. 여기서, 본 실시 형태에 따른 돌출부 E3과 비시일 영역 E2의 경계 B1은, 도 6에 도시한 바와 같이, 경계 B3과 경계 B4를 포함한다.
경계 B3은 경계 B2와 경계 B4에 접속되어 있다. 경계 B4는 경계 B3보다도 축전 소자(30)(슬릿 S)측에 위치하고, 슬릿 S의 길이 방향에 대하여 평행하게 형성되어 있다. 경계 B4는 도 6에 도시한 바와 같이, 돌출부 E3과 비시일 영역 E2의 경계 B3, B4 중, 가장 축전 소자(30)에 접근하고 있는 경계이다.
또한, 본 실시 형태의 비시일 영역 E2는, 도 6에 도시한 바와 같이, 돌출부 E3과 소자 수용부(20b) 사이에 있어서, 응력 집중 영역 F를 갖는다. 응력 집중 영역 F에 대해서는 후술한다.
경계 B4와 슬릿 S 사이의 거리 D1과, 돌출부 E3의 Y 방향의 치수 D2(경계 B5와 경계 B4 사이의 거리)와, 경계 B4의 X 방향의 치수 D3과, 돌출부 E3과 시일 영역 E1의 경계 B5의 X 방향의 치수 D4는, 예를 들어 수㎜∼수십㎜ 정도로 할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 돌출부 E3의 형상은, 도 6에 도시한 바와 같은 사다리꼴 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 직사각형 형상이나 반원 형상, 또는, 삼각형 형상 등이어도 된다.
돌출부 E3의 형성 위치는, 도 5 및 도 6에 도시한 위치에 한정되지 않는다. 돌출부 E3은, 예를 들어 정극 단자(40) 및 부극 단자(50)가 형성되어 있는 시일 영역 E1에 대하여 수직인 시일 영역 E1로부터 축전 소자(30)를 향하여 돌출된 것이어도 된다(도 8 참조). 또는, 정극 단자(40) 및 부극 단자(50)가 형성되어 있는 시일 영역 E1의 길이 방향에 대하여 평행인 시일 영역 E1로부터 축전 소자(30)를 향하여 돌출된 것이어도 된다(도 9 참조).
[슬릿에 대하여]
도 7은 슬릿 S를 포함하는 외장 필름(20)의 단면도이다. 슬릿 S는, 도 7에 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 D5는, 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 P1로부터 제2 주면(25b)까지의 거리 D6이, 예를 들어 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 되는 깊이로 할 수 있다. 또한, 거리 D6은 0㎛ 이상 5㎛ 이하로 한정되지 않고, 예를 들어 0㎛ 이상 15㎛ 이하이어도 된다.
슬릿 S는, 도 5에 도시한 바와 같이, 돌출부 E3과 축전 소자(30) 사이에 형성되어 있다. 본 실시 형태에 따른 슬릿 S는, 돌출부 E3과 축전 소자(30) 사이에 형성되어 있으면 되고, 그 연신 방향은 특별히 한정되지 않지만, 시일 영역 E1의 주연에 대하여 평행하게 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 축전 셀(10)의 이상에 수반되는 외장 필름(20)의 팽창 시에, 슬릿 S가 형성된 개소의 외장 필름(20)의 개열이 용이해진다. 따라서, 축전 셀(10)의 내부 압력이 개방되는 개방 압력을 작게 할 수 있다. 슬릿 S의 길이 방향의 치수는, 예를 들어 수십㎜ 정도로 할 수 있다.
도 8 및 도 9는 슬릿 S와, 돌출부 E3의 형성 위치를 도시하는 모식도이다. 본 실시 형태의 슬릿 S는, 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.
[슬릿과 돌출부의 작용]
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 및 도 5에 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 셀(10)에 이상이 발생하여, 내부 압력이 상승하면 외장 필름(20)이 팽창한다. 그리고, 축전 셀(10)의 내부 압력이 일정 이상으로 되면, 외장 필름(20)은 슬릿 S가 형성되어 있는 부분에 있어서 개열된다. 이에 의해, 수용 공간 R의 내부 압력이 개방된다.
즉, 본 실시 형태에서는, 외장 필름(20)에 슬릿 S가 형성되어 있음으로써, 외장 필름(20)이 개열되는 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, 외장 필름(20)의 개열에 의해 발생한다. 즉, 외장 필름(20)의 강도에 의해, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 상승한 수용 공간 R의 내부 압력이 개방되는 개방 압력을 조정하는 것이 가능하다.
외장 필름(20)의 강도는, 예를 들어 외장 필름(20)의 두께에 의해 조정할 수 있다. 이 경우, 금속층(25), 내부 수지층(26) 및 외부 수지층(27)을 포함하는 외장 필름(20)의 전체의 두께에 의해 외장 필름(20)의 강도를 조정할 수 있다. 어느 경우라도, 슬릿 S에 있어서의 외장 필름(20)의 개열이 발생하는 내부 압력이, 시일 영역 E1이 개열되는 내부 압력보다도 작으면 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 상승한 수용 공간 R의 내부 압력이 개방되는 개방 압력을, 슬릿 S가 형성되는 위치에 의해 조정할 수도 있다.
보다 상세하게는, 본 실시 형태의 축전 셀(10)은, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 비시일 영역 E2에 파고들어가는 시일 영역 E1인 돌출부 E3을 갖는다. 이에 의해, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 수용 공간 R의 내부 압력이 상승하면, 외장 필름(20)을 서로 이격시키는 응력(이하, 응력이라 칭함)이 응력 집중 영역 F에 집중된다.
그 후, 수용 공간 R의 내부 압력이 더 상승하면, 응력 집중 영역 F에 있어서의 외장 필름(20)이 소자 수용부(20b)와 비시일 영역 E2의 경계 B6으로부터 팽창함으로써, 응력이 슬릿 S에 전파된다. 그리고, 슬릿 S에 전파된 응력에 의해, 외장 필름(20)은 슬릿 S가 형성되어 있는 모든 개소에 있어서 개열된다. 이에 의해, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 상승한 수용 공간 R의 내부 압력이 단시간에 개방된다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 경계 B4와 슬릿 S 사이의 거리 D1을 조정함으로써, 축전 셀(10)의 개방 압력을 원하는 압력으로 컨트롤할 수 있다.
예를 들어, 거리 D1을 짧게 하면, 응력이 응력 집중 영역 F를 통해 슬릿 S에 전파되기 쉬워진다. 따라서, 응력이 슬릿 S에 전파될 때까지 수용 공간 R의 내부 압력이 낮아지기 때문에, 수용 공간 R의 개방 압력도 낮아진다.
한편, 거리 D1을 길게 하면, 응력이 응력 집중 영역 F를 통해 슬릿 S에 전파되기 어려워진다. 따라서, 응력이 슬릿 S에 전파될 때까지 요하는 수용 공간 R의 내부 압력이 높아지기 때문에, 수용 공간 R의 개방 압력도 높아진다.
게다가, 본 실시 형태에서는, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 상승한 수용 공간 R의 내부 압력이 개방되는 개방 압력을, 경계 B4의 치수 D3에 의해 조정할 수도 있다.
예를 들어, 경계 B4의 치수 D3을 크게 하면, 응력 집중 영역 F의 면적이 커진다. 이에 의해, 응력이 슬릿 S에까지 전파될 때까지 요하는 응력 집중 영역 F를 팽창시키는 면적이 커진다. 따라서, 응력이 응력 집중 영역 F를 통해 슬릿 S에 전파될 때까지, 수용 공간 R의 내부 압력이 높아진다. 따라서 수용 공간 R의 개방 압력도 높아진다.
한편, 경계 B4의 치수 D3을 작게 하면, 응력 집중 영역 F의 면적이 작아진다. 이에 의해, 응력이 슬릿 S에까지 전파될 때까지 요하는 응력 집중 영역 F를 팽창시키는 면적이 작아진다. 따라서, 응력이 응력 집중 영역 F를 통해 슬릿 S에 전파될 때까지 요하는 수용 공간 R의 내부 압력이 낮아진다. 따라서 수용 공간 R의 개방 압력도 낮아진다.
특히, 경계 B4의 치수 D3을 작게 하는 것에 의한 상기의 작용은, 돌출부 E3이 도 6과 같이 사다리꼴 형상인 경우, 사다리꼴의 빗변에 상당하는 2개의 경계 B3을 돌출 방향(Y 방향)으로 연장된 교점 P2보다, 슬릿 S가 돌출부 E3측에 있는 경우에, 현저하다.
이들의 것으로부터, 본 실시 형태에 따른 축전 셀(10)에서는, 거리 D1을 짧게 하여, 경계 B4의 치수 D3을 작게 함으로써, 지금까지의 축전 셀보다도, 수용 공간 R의 내부 압력이 개방되는 개방 압력을 보다 저감시키는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 축전 셀(10)에 있어서는, 개방 압력을 0.05㎫ 정도로까지 저감시킬 수 있다.
본 실시 형태의 축전 셀(10)에 있어서는, 이상 시에 있어서의 개방 압력이 조정 가능함으로써, 축전 셀(10)이 비교적 두께가 얇은 셀이라고 해도, 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, 본 실시 형태에서는, 경계 B4와 슬릿 S의 거리 D1 등을 조정함으로써, 축전 셀(10)의 개방 압력을 원하는 압력으로 조정 가능하다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 슬릿 S의 깊이 D5가 축전 셀(10)의 개방 압력의 설정에 크게 관여하는 것은 아니다. 이에 의해, 슬릿 S의 가공 정밀도를 종래보다도 완화할 수 있어, 축전 셀(10)의 생산성을 향상시키는 것이 가능해진다.
구체적으로는, 본 실시 형태의 슬릿 S의 깊이 D5는, 슬릿 S의 선단 P1과 금속층(25)의 제2 주면(25b) 사이의 거리 D6이 0㎛ 이상 15㎛ 이하로 되는 깊이이면 되고, 금속층(25)에까지 도달시킬 필요가 없어진다. 이에 의해, 축전 셀(10)이 부식성 환경 내에서 사용되어도 금속층(25)의 부식이 방지된다.
[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 단면도이고, 도 12 및 도 13은 변형예에 따른 돌출부 E3을 Z 방향으로부터 본 확대도이다. 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.
또한, 상기 실시 형태의 슬릿 S는, 하나만이지만 이것에 한정되지 않고, 도 12에 도시한 바와 같이, 돌출부 E3과 축전 소자(30) 사이에 있어서 복수 형성되어 있어도 된다. 이에 의해, 축전 셀(10)의 이상에 수반하여 상승한 수용 공간 R의 내부 압력을, 슬릿 S를 통해 개방시키는 확실성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태의 슬릿 S는 경계 B4에 대하여 평행하게 되도록 형성되지만 이것에 한정되지 않고, 도 13에 도시한 바와 같이, 경계 B4에 대하여 수직으로 되도록 형성되어도 된다.
10 : 축전 셀
20 : 외장 필름
20a : 접촉 영역
20b : 소자 수용부
25 : 금속층
25a : 제1 주면
25b : 제2 주면
26 : 내부 수지층
27 : 외부 수지층
30 : 축전 소자
100 : 축전 모듈
E1 : 시일 영역
E2 : 비시일 영역
E3 : 돌출부
B1, B2, B3, B4, B5, B6 : 경계
P1 : 슬릿의 선단
S : 슬릿

Claims (7)

  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, 상기 외부 수지층에 있어서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 축전 소자의 외부에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역과, 상기 시일 영역과 상기 축전 소자 사이에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하는 비시일 영역을 갖고, 상기 시일 영역은 상기 축전 소자를 향하여 돌출되는 돌출부를 갖고, 상기 슬릿은 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 돌출부와 상기 축전 소자 사이에 형성되어 있는 외장 필름 패키지를 구비하는 축전 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부와 상기 비시일 영역의 경계 중, 상기 축전 소자에 가장 접근하는 경계는 상기 슬릿의 길이 방향에 대하여 평행인 축전 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 외부 수지층에 있어서 상기 슬릿의 선단으로부터 상기 제2 주면까지의 거리가 0㎛ 이상 15㎛ 이하로 되는 깊이로 형성되어 있는 축전 셀.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내부 수지층은, 무연신 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하고,
    상기 외부 수지층은, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 나일론 중 적어도 한쪽을 포함하는 축전 셀.
  5. 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, 상기 외부 수지층에 있어서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 축전 소자의 외부에 슬릿이 형성되고, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역과, 상기 시일 영역과 상기 축전 소자 사이에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하는 비시일 영역을 갖고, 상기 시일 영역은 상기 축전 소자를 향하여 돌출되는 돌출부를 갖고, 상기 슬릿은 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 돌출부와 상기 축전 소자 사이에 형성되어 있는 외장 필름.
  6. 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, 상기 외부 수지층에 있어서, 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 축전 소자의 외부에 슬릿이 형성된 외장 필름 패키지로서, 상기 축전 소자의 주연에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 열 융착함으로써 형성된 시일 영역과, 상기 시일 영역과 상기 축전 소자 사이에 있어서 상기 내부 수지층이 서로 접촉하는 비시일 영역을 갖고, 상기 시일 영역은 상기 축전 소자를 향하여 돌출되는 돌출부를 갖고, 상기 슬릿은 상기 제1 주면에서 수직인 방향에서 볼 때 상기 돌출부와 상기 축전 소자 사이에 형성되어 있는 외장 필름 패키지를 구비하는 축전 모듈.
  7. 제6항에 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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