KR102253935B1 - 축전 소자 및 축전 장치 - Google Patents

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KR102253935B1
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스미오 모리
도모노리 가코
겐타 나카이
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가부시키가이샤 지에스 유아사
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Abstract

전극을 권취하는 것에 의해 형성된 전극체에 있어서, 인접하는 전극 간에 부분적인 간극이 쉽게 생기지 않는 축전 소자 및 이 축전 소자를 구비하는 축전 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은, 한 쌍의 만곡 부위와 상기 한 쌍의 만곡 부위를 접속하는 직선 부위가 형성되도록 전극이 권취되어 있는 전극체와, 전극체를 내부에 수용하는 케이스로서, 전극체의 직선 부위를 지지하는 볼록부를 가지는 케이스와, 만곡 부위를 전극체의 내측을 향해 지지하는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

축전 소자 및 축전 장치{ELECTRIC STORAGE DEVICE AND ELECTRIC STORAGE APPARATUS}
본 발명은, 충방전이 가능한 축전 소자, 및 이 축전 소자를 구비하는 축전 장치에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들면, 2차 전지와 같은 충방전 가능한 축전 소자가 알려져 있다. 이 축전 소자는, 세퍼레이터(separator)를 통하여 플러스극 및 마이너스극을 적층한 전극체와, 전극체를 수용하는 케이스를 구비한다. 이 종류의 축전 소자에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 케이스(101)가, 내부에 전극체(102)를 수용 가능한 대략 직육면체의 외관 형상을 가지고, 케이스(101)를 구성하는 한 쌍의 측벽(101a, 101a)이 케이스(101)의 내측을 향해 돌출하는 복수 개의 볼록부(104, 104, …)를 가지는 것이 있다(특허 문헌 1).
이와 같이 구성되는 축전 소자(100)에서는, 볼록부(104)에 의해 전극체(102)의 대략 전체가 적층 방향 내측을 향해 소정의 압력으로 압압(押壓)되고, 전극체(102)의 대략 전체에 있어서, 인접하는 전극(103)끼리의 간격이 조밀하게 된다. 이로써, 축전 소자(100)에서는, 충방전 효율이 향상된다.
일본 공개특허 소62―126566호 공보
본 발명은, 전극을 권취하는 것에 의해 형성된 전극체에 있어서, 인접하는 전극 간에 부분적인 간극이 쉽게 생기지 않는 축전 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 관한 축전 소자는,
한 쌍의 만곡 부위와 이들 한 쌍의 만곡 부위를 접속하는 직선 부위가 형성되도록 전극이 권취되어 있는 전극체;
전극체를 내부에 수용하는 케이스로서, 전극체의 직선 부위를 향해 돌출되고, 상기 직선 부위를 지지하는 볼록부를 가지는 케이스; 및
만곡 부위를 전극체의 내측을 향해 지지하는 지지부;
를 포함한다.
도 1은 본 실시형태에 관한 비수(非水) 전해질 2차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1에서의 II―II 위치 단면도(斷面圖)이다.
도 3은 도 1에서의 III―III 위치 확대 단면도이다.
도 4는 절연 부재의 일부를 사용하여 지지부를 형성하는 구성을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 2개의 전극체를 수용하는 케이스 내에서의 지지부의 배치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 6은 다른 실시형태에 관한 케이스의 볼록부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다른 실시형태에 관한 케이스의 볼록부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 종래의 축전 소자의 일부 파단(破斷) 사시도이다.
도 9는 비교예에 관한 축전 소자의 종단면도이다.
도 10은 상기 비수 전해질 2차 전지를 구비한 축전 장치의 사시도이다.
도 9에 나타낸 축전 소자(200)는, 밴드형의 전극(201)을 권취하는 것에 의해 형성된 전극체(202)를, 케이스(203) 내에 수용하고 있다. 케이스(203)는, 전극체(202)의 장경(長徑) 방향(도 9에서의 상하 방향)과 평행한 한 쌍의 측벽(205, 205)의 각각에, 전극체(202)를 향해 돌출하는 볼록부(204)를 가진다. 권취 전극체(202)에 있어서 인접하는 전극(201) 간이 조밀해지도록, 볼록부(204)에 의해 전극체(202)를 단경(短徑) 방향(도 9에서의 좌우 방향)으로 끼워넣는다.
이 축전 소자(200)에서는, 충방전이 반복되는 등에 의해 전극체(202)의 팽창과 수축이 반복되면, 전극(201)의 어긋남이, 볼록부(204)에 의해 압박되어 있지 않은 만곡 부위[전극체(202)의 장경 방향의 단부로서 전극(201)의 만곡되어 있는 부위](202A)에 모인다. 이와 같이, 전극체(202)를 구성하는 전극(201) 사이에 부분적인 간극이 생기면, 충방전 효율이 저하된다.
본 실시형태의 일측면에 관한 축전 소자는,
한 쌍의 만곡 부위와 이들 한 쌍의 만곡 부위를 접속하는 직선 부위가 형성되도록 전극이 권취되어 있는 전극체;
전극체를 내부에 수용하는 케이스로서, 전극체의 직선 부위를 향해 돌출되고, 상기 직선 부위를 지지하는 볼록부를 가지는 케이스; 및
만곡 부위를 전극체의 내측을 향해 지지하는 지지부;
를 포함한다.
이러한 구성에 의하면, 케이스 내에 있어서, 직선 부위가 볼록부에 의해 지지되는데 더하여, 만곡 부위가 지지부에 의해 전극체의 내측을 향해 지지되므로, 충방전시의 전극체의 팽창, 수축의 반복 등에 기인하는 전극의 어긋남이 만곡 부위에 모이는 것이 바람직하게 억제된다. 이로써, 전극체의 만곡 부위에 있어서 적층된 전극 간에 부분적인 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 전극체의 만곡 부위란, 전극체의 주위면에 있어서 만곡되어 있는 부위이며, 전극체의 직선 부위란, 전극체의 주위면에 있어서 거의 똑바른 부위이다.
상기 지지부는, 상기 전극체에서의 한 쌍의 만곡 부위 중 하나 이상을 지지하고 있어도 된다.
이러한 구성에 의하면, 한 쌍의 만곡 부위 중 하나 또는 복수의 만곡 부위에 있어서 적층된 전극 간에 부분적인 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 전극체의 직선 부위만을 지지하는 구성과 비교하여 전극체를 구성하는 전극 사이가 조밀하게 되어 충방전 효율이 향상된다.
케이스는, 대략 직사각형 프레임형의 단면(斷面)을 가지고, 상기 대략 직사각형 프레임형의 단면에서의 한 변과 직선 부위가 따르도록 전극체를 수용하고,
지지부는, 케이스 내의 대략 직사각형 프레임형의 단면에서의 코너부에 배치되어도 된다.
이와 같이, 케이스 내에 있어서, 지지부가 대략 직사각형 프레임형의 단면에서의 코너부에 배치됨으로써, 상기 지지부는, 케이스에 의해 2방향으로부터 지지된 상태로 된다. 이로써, 지지부는, 전극체의 만곡 부위를 내측을 향해 효과적으로 지지할 수 있고, 그 결과, 만곡 부위에 있어서 적층으로 되는 전극 간에 부분적인 간극이 생기는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 케이스와 상기 전극체의 만곡 부위와의 사이에 탄성 변형된 상태로 배치되어도 된다.
이와 같이, 지지부의 탄성 변형에 따른 탄발력을 이용하여 전극체의 만곡 부위를 지지하는 구성으로 함으로써, 충방전 등에 기인하는 전극체의 팽창, 수축, 즉 크기(권취 직경)의 변화가 생겨도, 지지부는, 이 크기의 변화에 추종하여 만곡 부위를 계속 지지할 수 있다.
축전 소자가,
케이스와 전극체와의 사이에 배치되고, 상기 케이스와 상기 전극체와의 사이를 절연하는 절연 부재를 구비하고,
지지부는, 절연 부재의 일부라도 된다.
이러한 구성에 의하면, 케이스와 전극체를 절연하는 절연 부재의 일부를 사용하여 지지부를 구성하므로, 지지부를 구성하는 부재를 별도 배치하는 경우와 비교하여, 축전 소자를 구성하는 부품수를 감소시킬 수 있다.
절연 부재는, 전극체측을 향해 팽출(膨出)하도록 만곡되는 부위를 가지고, 이 만곡된 부위에 의해 전극체의 만곡 부위를 지지해도 된다.
이와 같이, 절연 부재의 일부를 전극체측을 향해 팽출하도록 만곡시키는 간단한 구성에 의해, 만곡 부위를 전극체의 내측을 향해 지지하는 지지부를 형성할 수 있다.
상기 지지부에서의 상기 전극의 권취 방향과 직교하는 방향의 치수는, 상기 전극체의 상기 권취 방향과 직교하는 방향의 치수와 대략 같거나 또는 이보다 큰 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 만곡 부위에 있어서 전극의 권취 방향과 직교하는 방향의 대략 전체가 지지되므로, 상기 만곡 부위에서의 권취 방향과 직교하는 거의 전체에 있어서, 적층된 전극 간에 부분적인 간극이 생기는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 케이스는, 상기 볼록부를 복수 개 가지는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 전극체의 직선 부위가 복수 개의 볼록부에 의해 지지되므로, 충방전에 따라 직선 부위의 전극 간에 간극이 생기는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 복수 개의 볼록부를 가지는 것에 의해, 케이스의 강성(剛性)이 향상된다.
상기 케이스는, 파형(波形)의 내표면과 파형의 외표면을 가지고 두께가 대략 일정한 벽부를 구비하고,
상기 파형의 내표면은, 상기 볼록부를 복수 개 형성하고,
상기 복수 개의 볼록부는, 상기 전극체의 상기 직선 부위를 간격을 두고 지지해도 된다.
이러한 구성에 의하면, 전극체의 직선 부위가 복수 개의 볼록부에 의해 지지되므로, 충방전에 따라 직선 부위의 전극 간에 간극이 생기는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 케이스가 파형의 내표면과 파형의 외표면을 가지는 것에 의해, 상기 케이스의 강성이 더욱 향상된다.
전술한 구성에 있어서, 상기 케이스는, 법선 방향에서 볼 때 대략 직사각형상의 저벽부(底璧部)를 구비하고,
상기 벽부는, 한 쌍 설치되고, 상기 저벽부의 한 쌍의 장변(長邊)으로부터 상기 법선 방향을 따라 각각 연장되고,
상기 한 쌍의 벽부의 외표면끼리의 최대 간격은, 상기 저벽부의 단변(短邊) 방향의 치수보다 큰 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 직선 부위가 대향하도록 복수의 축전 소자가 배열되고, 이들 복수의 축전 소자가 구속 부재에 의해 끼워넣어지도록 구속되었을 경우, 볼록부가 상기 한 쌍의 벽부에서의 최대 간격의 부위를 통하여 인접하는 축전 소자 또는 구속 부재에 의해 압압되고, 이로써, 볼록부가 직선 부위를 확실하게 지지한다.
본 실시형태의 다른 측면은, 상기 축전 소자와,
상기 축전 소자를 구속하는 구속 부재를 구비한 축전 장치를 제공한다.
본 실시형태의 측면에 따르면, 전극을 권취하는 것에 의해 형성된 전극체에 있어서, 인접하는 전극 간에 부분적인 간극이 쉽게 생기지 않는 축전 소자 및 상기 축전 소자를 구비한 축전 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시형태에 대하여, 도 1∼도 3을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에 관한 축전 소자는, 리튬 이온 2차 전지 등의 비수 전해질 2차 전지(이하, 단지 「전지」라고 함)이다.
도 1∼도 3에 나타낸 바와 같이, 전지(10)는, 케이스(20)와, 전극체(12)와, 한 쌍의 집전체(14, 14)와, 절연 부재(30)와, 지지 부재(지지부)(32)와, 한 쌍의 단자부(16, 16)를 구비한다. 이 전지(10)는, 권취축과 직교하는 단면이 타원형상으로 되는 권취형(卷取型)의 전극체(12)를 케이스(20) 내에 수용하고 있다.
케이스(20)는, 케이스 본체(22)와, 커버체(24)를 가진다. 이 케이스(20)는, 케이스 본체(22)와 커버체(24)에 의해 에워싸인 내부 공간(S)에, 전극체(12), 한 쌍의 집전체(14, 14) 및 전해액 등을 수용한다. 케이스 본체(22)와 커버체(24)는, 예를 들면, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금 등의 알루미늄계 금속 재료에 의해 형성된다. 이 케이스 본체(22)와 커버체(24)와의 단부(端部)끼리가 용접되는 것에 의해, 케이스(20)가 구성된다.
케이스 본체(22)는, 편평한 바닥이 있는 각통(角筒) 형상을 가진다. 구체적으로, 케이스 본체(22)는, 저벽부(220)와, 저벽부(220)의 주위 에지로부터 저벽부(220)의 법선 방향으로 세워 설치된 각통형의 주위벽(221)을 가진다. 저벽부(220)는, 상기 저벽부(220)의 법선 방향에서 볼 때, 일방향으로 길고 또한 4코너가 원호인 직사각형이다. 주위벽(221)은, 저벽부(220) 주위 에지의 장변 위치로부터 세워 설치된 한 쌍의 장벽부(長壁部)(222, 222)와, 저벽부(220) 주위 에지의 단변 위치로부터 세워 설치된 한 쌍의 단벽부(短璧部)(223, 223)를 가진다. 그리고, 이하에서는, 저벽부(220)의 장변 방향을 X축 방향이라 하고, 저벽부(220)의 단변 방향을 Y축 방향이라 하고, 저벽부(220)의 법선 방향을 Z축 방향이라고 한다(도 1 참조).
장벽부(222)는, 케이스(20)의 내부측을 향해 돌출하는 복수 개의 볼록부(225, 225, …)를 가지고 있다. 구체적으로, 장벽부(222)는, Y축 및 Z축에 따른 단면에서의 전극체(12)의 직선 부위(12B)와 대응하는 위치에, 케이스(20)의 내측과 외측을 향해 교호적(交互的)으로 굴곡을 반복하는 삼각파 형상의 부위(222A)를 가진다. 그리고, 이 삼각파 형상의 부위(222A)에 있어서, 케이스(20)의 가장 외측에 위치하는 부위(224)로부터 내측(전극체측)을 향해 돌출하는 산형(山形)의 부위가 볼록부(225)를 구성한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 전지(1)에서는, 저벽부(220)의 Y축 방향의 단부보다, 삼각파 형상의 부위(222A)에 있어서 케이스(20)의 가장 외측에 위치하는 부위(224) 쪽이, Y축 방향의 외측에 위치하고 있다. 바꾸어 말하면, 한 쌍의 장벽부(222)의 최대 간격은, 저벽부(220)의 단변 방향의 치수보다 크다. 그러므로, 장벽부(222)가 대향하도록 복수 개의 전지(1)가 배열되고, 이들 복수 개의 전지(1)가 구속 부재에 의해 상기 전지(1)의 배열 방향으로 끼워넣어진 경우[장벽부(222)와 직교하는 방향으로 복수 개의 전지(1)를 가압한 경우. 도 10 참조], 상기 가장 외측에 위치하는 부위(224)가 인접하는 전지(1) 또는 구속 부재에 의해 압압되는 것에 의해, 볼록부(225)가 전극체(12)의 직선 부위(12B)를 확실하게 지지(또는 압압)한다.
본 실시형태에서는, 삼각파 형상의 부위(222A)의 Z축 방향의 치수는, 전극체(12)의 직선 부위의 Z축 방향의 치수와 대략 같다.
평행하게 배치되는 한 쌍의 장벽부(222, 222)에 있어서, 각 볼록부(225)는, Z축 방향의 대향하는 위치에 있어서 서로 접근하는 방향으로 돌출되도록 배치되어 있다. 이로써, 각 볼록부(225)는, 전극체(12)의 직선 부위(12B)를 향해 돌출되어 상기 직선 부위(12B)를 전극체(12)의 단경 방향 내측을 향해 지지한다. 바꾸어 말하면, 대향하는 한 쌍의 볼록부(225, 225)를 1조로 하고, 이 볼록부(225)의 조가 Z축 방향으로 복수 및 각각의 조가 직선 부위(12B)[전극체(12)]를 전극체(12)의 단경 방향으로 끼워넣고 있다.
본 명세서에 있어서, 「볼록부(225)가 전극체(12)의 직선 부위(12B)를 지지한다」란, 도 3에 나타낸 단일의 전지(1)의 단면을, X선에 의한 CT 스캔으로 관측했을 때, 볼록부(225)가 전극체(12)의 직선 부위(12B)에 직접적 또는 간접적으로 접촉하는 경우를 포함한다. 또한, 「볼록부(225)가 전극체(12)의 직선 부위(12B)를 지지한다」란, 장벽부(222)가 대향하도록 복수 개의 전지(1)를 배열하고, 이들 복수 개의 전지(1)를 구속 부재에 의해 끼워넣은 상태[장벽부(222)와 직교하는 방향으로 복수 개의 전지(1)를 가압한 상태]에 있어서, 전지(1)의 단면을, X선에 의한 CT 스캔으로 관측했을 때, 볼록부(225)가 전극체(12)의 직선 부위(12B)에 직접적 또는 간접적으로 접촉하는 경우를 포함한다.
각 볼록부(225)는, 장벽부(222)에 있어서, X축 방향의 대략 전체에 걸쳐 연속하여 연장되어 있다. 즉, 볼록부(225)의 X축 방향의 치수는, 케이스(20)에 수용된 전극체(12)의 X축 방향의 치수와 대략 동일하다.
단벽부(223)는, Y축 방향으로 간극을 두고 평행하게 배치된 한 쌍의 장벽부(222, 222)의 단부끼리를 접속한다. 이로써, 한 쌍의 장벽부(222, 222)와 한 쌍의 단벽부(223, 223)에 의해 각통형의 주위벽(221)이 구성된다.
커버체(24)는, 케이스 본체(22)의 개구 주위 에지부에 중첩되어 케이스 본체(22)의 개구를 막는다. 커버체(24)는, 평면에서 볼 때, 케이스 본체(22)의 외주 에지(윤곽)에 대응한 형상을 가진다. 즉, 커버체(24)는, 평면에서 볼 때 X축 방향으로 길고 또한 4코너가 원호의 직사각형의 판재이다.
또한, 커버체(24)에는, 한 쌍의 단자용 관통공(240, 240)과, 가스 배출 밸브(242)와, 주입부(244)가 설치되어 있다(도 2 참조). 한 쌍의 단자용 관통공(240, 240)은, 커버체(24)에 있어서 X축 방향으로 간극을 두고 형성되어 있다. 가스 배출 밸브(242)는, 박육부(薄肉部; thin portion)를 가지고, 커버체(24)의 중앙에 설치되어 있다. 본 실시형태의 박육부는, Y자형이다. 가스 배출 밸브(242)는, 케이스(20)의 내부 압력(가스압)이 소정치보다 크게 되었을 때 박육부가 찢어지는 것에 의해 케이스(20)의 내부와 외부를 연통시켜 케이스(20) 내의 가스를 배출한다. 이로써, 가스 배출 밸브(242)는, 상승한 케이스(20)의 내부 압력을 감압시킨다. 주입부(244)는, 커버체(24)에 형성된 주액공(注液孔)(245)과, 이 주액공(245)을 막는 플러그 보디(plug body)(246)를 가진다. 주액공(245)은, 전해액을 케이스(20) 내에 주액하기 위한 개구이며, 플러그 보디(246)는, 주액 후의 주액공(245)에 꽂아지는 것에 의해 주액공(245)을 폐쇄한다.
전극체(12)는, 밴드형의 플러스극(플러스극용의 전극)(120)과, 밴드형의 마이너스극(마이너스극용의 전극)(122)과, 밴드형의 세퍼레이터(124)를 가진다. 이들 플러스극(120)과 마이너스극(122)이 그 사이에 세퍼레이터(124)를 협지하고 또한 서로 폭 방향(밴드형의 전극의 길이 방향과 직교하는 방향: 도 2에서의 X축 방향)으로 어긋난 상태로 타원 통형상으로 권취되는 것에 의해, 전극체(12)가 구성된다(도 2 참조). 이와 같이 타원 통형상의 전극체(12)는, Y축 및 Z축에 따른 단면 형상(단면의 윤곽)이 타원형상으로 된다.
이하에서는, 전극체(12)(상기 타원형상의 단면)의 Z축 방향의 단부로서, 전극체(12)의 주위면에서의 만곡되어 있는 부위[바꾸어 말하면, 플러스극(120) 및 마이너스극(122)이 세퍼레이터를 통하여 만곡된 상태로 교호적으로 적층되어 있는 부위]를 만곡 부위(12A)라고 한다. 또한, 전극체(12)에 있어서 만곡 부위(12A) 사이에 위치하는 부위로서, 전극체(12)의 주위면에 있어서 거의 똑바른 부위[바꾸어 말하면, 플러스극(120) 및 마이너스극(122)이 세퍼레이터를 통하여 거의 똑바른 상태로 교호적으로 적층되어 있는 부위)를 직선 부위(12B)라고 한다. 또한, 상기 타원형상에서의 Z축 방향의 직경을 장경이라 하고, 상기 타원형상에서의 Y축 방향의 직경을 단경이라고 한다.
플러스극(120)은, 예를 들면, 밴드형의 알루미늄박의 표면에 플러스극 활물질(活物質)을 담지(擔持)시킨 것이다. 마이너스극(122)은, 예를 들면, 밴드형의 동박(銅箔)의 표면에 마이너스극 활물질을 담지시킨 것이다. 이들 플러스극(120) 및 마이너스극(122)은, 폭 방향(X축 방향)의 끝에지부에, 활물질의 미도공부(未塗工部)를 가지고 있다. 이로써, 전극체(12)의 폭 방향(X축 방향)의 단부에 있어서, 활물질이 미도공 상태의 알루미늄박 및 동박이 노출되어 있다. 이와 같이, 전극체(12)는, 폭 방향(X축 방향)의 일단부에 플러스극(120)(플러스극 활물질이 미도공의 부위)만이 돌출함으로써 구성되는 플러스극 측의 돌출부(전극체의 플러스극)(126)와, 폭 방향(X축 방향)의 타단부에 마이너스극(122)(마이너스극 활물질이 미도공의 부위)만이 돌출함으로써 구성되는 마이너스극 측의 돌출부(전극체의 마이너스극)(126)를 구비한다.
이상과 같이 구성되는 전극체(12)는, 후술하는 백형(bag type)의 절연 부재(30)에 수용된 상태로, 케이스(20)의 대략 직사각형 프레임형의 단면에서의 한 변[예를 들면, 도 3에 있어서 대략 상하 방향의 연장되는 장벽부(222)의 단면]과 전극체(12)의 직선 부위(12B)가 따르도록 케이스(20)에 수용되어 있다. 상세하게는, 전극체(12)는, 권취축 방향이 케이스(20)의 길이 방향(X축 방향)과 일치하고, 장경 방향이 저벽부의 법선 방향(Z축 방향)과 일치한 자세로 케이스(20) 내에 수용되어 있다.
절연 부재(30)는, 소정의 형상으로 재단(裁斷)된 절연성을 가지는 시트형(sheet type)의 부재를 절곡함으로써, 상부(Z축 방향의 상단)가 개구된 백(bag) 형상으로 한 것이다. 이 절연 부재(30)는, 케이스(20)[상세하게는 케이스 본체(22)]와 전극체(12)와의 사이에 배치된다. 즉, 전극체(12)는, 절연 부재(30)에 넣어진 상태로, 케이스(20) 내에 수용되어 있다. 절연 부재(30)는, 케이스(20)와 전극체(12)와의 사이를 절연한다. 본 실시형태의 절연 부재(30)는, 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌술파이드 등에 의해 형성되어 있다.
지지 부재(32)는, 케이스(20)의 Y축 및 Z축에 따른 단면(대략 직사각형 프레임형의 단면: 도 3 참조)에서의 코너부에 배치되고, 만곡 부위(12A)를 전극체의 내측을 향해(직경 방향 내측으로) 지지(또는 압압)한다. 이와 같이, 케이스(20) 내에 있어서 지지 부재(32)가 상기 단면에서의 코너부에 배치됨으로써, 상기 지지 부재(32)는, 케이스(20)에 의해 2방향으로부터[예를 들면, 도 3의 좌측 아래의 지지 부재(32)는, 저벽부(220)와 장벽부(222)에 의해] 지지된 상태로 된다. 이로써, 지지 부재(32)는, 전극체(12)의 만곡 부위(12A)를 내측을 향해 효과적으로 지지할 수 있다. 이 지지 부재(32)는, 케이스(20) 내의 4개의 코너부에 각각 배치되어 있다. 본 실시형태의 지지 부재(32)는, 폴리프로필렌 등의 수지성의 원통형 부재이며, X축 방향에 있어서 전극체(12)의 길이 치수와 대략 같은 길이 치수를 가지고 있다. 이 지지 부재(32)는, 케이스(20)의 내주면을 따라 배치된 절연 부재(30)와, 전극체(12)의 만곡 부위(12A)와의 사이에 탄성 변형된 상태[구체적으로는, 만곡 부위(12A)에 의해 케이스(20)코너부의 내주면을 향해 가압된 상태]로 배치되고, 이 탄성 변형에 따라 생성된 탄발력에 의해 만곡 부위(12A)를 지지한다.
본 명세서에 있어서, 「지지 부재(32)(지지부)가 전극체(12)의 만곡 부위(12A)를 지지한다」란, 도 3에 나타낸 단일의 전지(1)의 단면을, X선에 의한 CT 스캔으로 관측했을 때, 지지 부재(32)가 전극체(12)의 만곡 부위(12A)에 직접적 또는 간접적으로 접촉하는 경우를 포함한다. 또한, 「지지 부재(32)(지지부)가 전극체(12)의 만곡 부위(12A)를 지지한다」란, 장벽부(222)가 대향하도록 복수 개의 전지(1)를 배열하고, 이들 복수 개의 전지(1)를 구속 부재에 의해 끼워넣은 상태[장벽부(222)와 직교하는 방향으로 복수 개의 전지(1)를 가압한 상태. 도 10 참조]에 있어서, 전지(1)의 단면을, X선에 의한 CT 스캔으로 관측했을 때, 지지 부재(32)가 전극체(12)의 만곡 부위(12A)에 직접적 또는 간접적으로 접촉하는 경우를 포함한다.
지지 부재(32)와 만곡 부위(12A)와의 접촉에 따라, 지지 부재(32)가 탄성 변형되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 지지 부재(32)의 탄성 변형에 의한 탄발력을 이용하여, 만곡 부위(12A)를 지지할 수 있다.
집전체(14)는, 케이스(20) 내에 있어서 전극체(12)에 따라 배치되고, 전극체(12)의 돌출부(126)와 단자부(16)를 통전시킨다. 본 실시형태의 전지(10)는, 플러스극용의 집전체(14)와 마이너스극용의 집전체(14)를 가진다. 플러스극용의 집전체(14)는, 플러스극 측의 돌출부(126)와 플러스극용의 단자부(16)를 통전시킨다. 마이너스극용의 집전체(14)는, 마이너스극 측의 돌출부(126)로 마이너스극용의 단자부(16)를 통전시킨다. 본 실시형태에서는, 플러스극용의 집전체(14)는, 예를 들면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등에 의해 구성된다. 또한, 마이너스극용의 집전체(14)는, 예를 들면, 동(銅) 또는 동 합금 등에 의해 구성된다.
각각의 집전체(14)는, 단자부(16)에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는 단자측 접속부(140)와, 전극체(12)의 돌출부(126)에 직접적으로 또는 간접적으로 접속되는 전극체측 접속부(141)를 가진다. 집전체(14)는, 소정 형상으로 재단된 판형의 금속 재료를 벤딩 가공함으로써, 정면에서 볼 때 있어서 전극체(12)를 따르도록 단자측 접속부(140)와 전극체측 접속부(141)와의 경계부에 있어서 굴곡된 형상(대략 L자형)으로 성형되어 있다.
단자부(16)는, 커버체(24)의 단자용 관통공(240)을 관통한 상태로 커버체(24)에 장착되어 있다. 구체적으로, 단자부(16)는, 외부 단자(160)와, 리벳(161)과, 통전부(162)를 가진다. 외부 단자(160)는, 케이스(20)의 외부에서 위쪽으로 연장된다. 리벳(161)은, 커버체(24)의 단자용 관통공(240)을 관통하고, 집전체(14)[단자측 접속부(140)]와 통전부(162)를 도 가능한 상태로 커버체(24)에 고정시킨다. 통전부(162)는, 리벳(161)을 통하여 외부 단자(160)를 집전체(14)에 통전 가능하게 접속한다.
이상과 같이 구성되는 전지(10)에서는, 케이스(20) 내에 있어서, 볼록부(225)에 의해 직선 부위(12B)가 전극[플러스극(120) 및 마이너스극(122)]의 적층 방향 내측을 향해 지지(또는 압압)되는 것에 더하여, 만곡 부위(12A)가 지지 부재(32)에 의해 전극(120, 122)의 적층 방향 내측을 향해 지지되어 있다. 그러므로, 충방전시의 전극체(12)의 팽창, 수축의 반복 등에 기인하는 전극(120, 122)의 어긋남이 만곡 부위(12A)에 모이는 것이 바람직하게 억제된다. 이로써, 전극체(12)의 만곡 부위(12A)에 있어서 적층으로 되는 전극(120, 122) 사이에 부분적인 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 집전체(14)와 접속된 플러스극 측의 돌출부(126) 및 마이너스극 측의 돌출부(126)의 각각은, 볼록부(225)에 의해 지지되어 있는 전극체(12)의 직선 부위(12B)에 비하여 두께 치수가 작으므로, 볼록부(225)에 의해 압압되어 있지 않다.
또한, 본 실시형태의 전지(10)는, 지지 부재(32)의 탄성 변형에 따른 탄발력을 이용하여 전극체(12)의 만곡 부위(12A)를 지지하는 구성이다. 그러므로, 충방전 등에 기인하는 전극체(12)의 팽창, 수축, 즉 전극체(12)의 크기(권취 직경)의 변화가 생겨도, 지지 부재(32)는, 이 크기의 변화에 추종하여 만곡 부위(12A)를 바람직하게 계속 지지할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 지지 부재(32)의 X축 방향의 길이 치수가 전극체(12)의 X축 방향의 길이 치수와 대략 동일하므로, 만곡 부위(12A)에 있어서 X축 방향의 대략 전체가 지지 부재(32)에 의해 지지된다. 그러므로, 만곡 부위(12A)에서의 X축 방향의 대략 전체에 있어서, 적층된 전극(120, 122) 사이에 부분적인 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 축전 소자 및 축전 장치는, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
지지부(지지 부재)(32)의 구체적 구성은 한정되지 않는다. 상기 실시형태의 지지 부재(32)는, 절연 부재(30), 케이스(20) 등과는, 별체이지만, 예를 들면, 지지부는, 절연 부재(30)의 일부, 케이스(20)의 일부 등에 의해 구성해도 된다.
예를 들면, 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 지지부(32A)는, 케이스(20) 내의 코너부에 있어서, 절연 부재(30)를 만곡 부위(12A) 측으로 팽출하도록 만곡시켜, 상기 절연 부재(30)의 만곡된 부위에 의해 만곡 부위(12A)를 지지하는 구성이라도 된다. 또한, 지지부는, 도 4에 나타낸 절연 부재(30)와 마찬가지로 케이스(20)의 코너부를 내측으로 팽출시켜, 상기 팽출시킨 케이스(20)의 일부에 의해 만곡 부위(12A)를 지지하는 구성으로 해도 된다.
이와 같은 구성으로 하면, 케이스(20) 또는 절연 부재(30)의 일부를 사용하여 지지부(32A)가 구성되므로, 지지부를 구성하는 부재를 별도 배치하는 경우와 비교하여, 전지(10)를 구성하는 부품수를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 지지 부재(지지부)(32)는, 탄성 변형에 의해 생성된 탄발력을 사용하여 만곡 부위(12A)를 지지하고 있으나, 이 구성에 한정되지 않는다. 지지부(지지 부재)는, 예를 들면, 상기한 케이스(20)의 일부를 이용하여 형성하는 경우와 같이, 강체(剛體) 등의 탄성변형되지 않거나 또는 거의 탄성변형되지 않는 부재에 의해 구성해도 된다. 이와 같은 단단한 지지부(지지 부재)라도, 만곡 부위(12A)가 전극체(12)의 내측을 향해 지지되고, 만곡 부위(12A)에 있어서 적층으로 되는 전극(120, 122) 사이에 부분적인 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시형태의 전지(10)에서는, 지지 부재(32)는, 케이스(20) 내의 4개의 코너부에 각각 배치되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 지지부(지지 부재)는, 저벽부(220) 측의 양 코너부 및 커버체(24) 측의 양 코너부 중 어느 한쪽에만 배치되어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 장경 방향(Z축 방향) 중 적어도 한쪽의 만곡 부위(12A)에 있어서 적층으로 되는 전극(120, 122) 사이에 부분적인 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 전극체(12)의 직선 부위(12B)만을 전극(120, 122)의 적층 방향 내측을 향해 지지하는 구성과 비교하여, 전극체(12)를 구성하는 전극(120, 122)간이 조밀해지므로, 충방전 효율이 향상된다.
또한, 케이스(20)에 수용되는 전극체(12)의 수는 한정되지 않는다. 상기 실시형태에서는, 케이스(20)에는, 1개의 전극체(12)가 수용되어 있지만, 예를 들면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 2개의 전극체(12, 12)가 1개의 케이스(20a) 내에 수용되어 있어도 된다. 또한, 3개 이상의 전극체(12, 12, …)가 1개의 케이스 내에 수용되어 있어도 된다. 이 경우, 지지 부재(지지부)(32)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 코너부에 더하여, Y축 방향에 있어서 만곡 부위(12A, 12A) 사이에도 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태의 절연 부재(30)는, 절연성을 가지는 시트형의 부재를 절곡하여 백형으로 하고 있다, 즉 상기 실시형태의 절연 부재(30)는, 넓히는 것에 의해 시트형으로 되돌리는 것이 가능하지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 절연 부재(30)는, 백형으로 형성[즉, 접착, 용착(溶着) 등에 의해 백형으로 형성]되어도 된다.
또한, 상기 실시형태의 지지 부재(지지부)(32)는, X축 방향에 있어서, 전극체(12)의 길이 치수와 대략 같은 길이 치수를 가지고 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 지지부는, X축 방향에 있어서, 전극체(12)의 길이 치수보다 큰 길이 치수를 가지고 있어도 된다.
또한, 상기 실시형태의 볼록부(225)는, X축 방향으로 연속하여 연장되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 볼록부는, Z축 방향으로 연속하여 연장되어 있어도 된다. 또한, 각 장벽부(222)에 있어서, 복수 개의 볼록부(225, 225, …)가 Z축 방향으로 연속하여 정렬되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 각 장벽부(222)에 있어서, 복수 개의 볼록부(225, 225, …)가 Z축 방향으로 간극을 두고 나란히 있어도 된다. 또한, 볼록부(225)의 Y축 및 Z축에 따른 단면 형상은, 삼각의 산형에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 볼록부(225A)는, 상기 단면 형상이 원호형으로 되도록 구성되어도 된다. 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 볼록부(225B)는, 전극체(12)와의 맞닿음 부위(돌출 방향의 선단부)가 전극체(12)의 직선 부위(12B)를 따른 평탄한 면으로 되도록 구성해도 된다. 또한, 볼록부(225)는, 장벽부(222)의 두께 치수를 부분적으로 크게 함으로써 형성되어도 된다. 그리고, 도 6 및 도 7에 있어서, 절연 부재(30)가 나타나 있지 않지만, 실제의 전지(10)에서는, 케이스(20)와 전극체(12) 및 지지 부재(32)와의 사이에 배치된다. 또한, 복수 개의 볼록부(225, 225, …)는, 각 장벽부(222)에 있어서, 장벽부(222)와 단벽부(223)와의 경계까지 연장되어 있지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수 개의 볼록부(225, 225, …)는, 각 장벽부(222)의 X축 방향에서의 중앙 부근에만 형성되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 충방전 가능한 2차 전지(리튬 이온 2차 전지)에 대하여 설명하였으나, 전지의 종류나 크기(용량)는 임의이다. 또한, 상기 실시형태에 있어서, 축전 소자의 일례로서, 리튬 이온 2차 전지에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명은, 각종 2차 전지, 그 외에, 1차 전지나, 전기 이중층 커패시터 등의 커패시터의 축전 소자에도 적용할 수 있다.
축전 소자[상기 실시형태에 나타낸 예에서는 전지(1)]는, 도 10에 나타낸 바와 같은 축전 장치[축전 소자가 전지(1)의 경우에는 전지 모듈](50)에 사용되어도 된다. 축전 장치(50)는, 복수의 축전 소자와, 이들 복수의 축전 소자를 상기 축전 소자의 배열 방향(도 10에서의 Y축 방향)으로 끼워넣는(즉, 구속하는) 구속 부재(51)를 구비한다. 이 경우, 본 발명의 기술이 하나 또는 복수의 축전 소자에 적용되고 있으면 된다.
축전 소자[상기 실시형태에 나타낸 예에서는 전지(1)]가 축전 장치(50)에 사용되는 경우, 장벽부(222)가 압압되어 있지 않은 상태, 즉 전지(1)가 구속 부재(51)에 구속되어 있지 않은 상태에 있어서, 단일의 전지(1)의 볼록부(225)는, 전극체(12)의 직선 부위(12B)로부터 이격되어 있어도 된다. 그와 같은 전지(1)는, 볼록부(225)를 케이스 본체(22)에 형성하는 것이 비교적 용이하므로, 바람직하다. 전지(1)가 구속 부재(51)에 의해 끼워넣어지는 것에 의해, 볼록부(225)는, 전극체(12)의 직선 부위(12B)를 지지한다.
10 전지(축전 소자)
12 전극체
12A 만곡 부위
12B 직선 부위
120 플러스극(전극)
122 마이너스극(전극)
124 세퍼레이터
20, 20A 케이스
22 케이스 본체
220 저벽부
221 주위벽
222 장벽부
223 단벽부
30 절연 부재
32, 32A 지지 부재(지지부)
225, 225A, 225B 볼록부

Claims (11)

  1. 한 쌍의 만곡 부위와 상기 한 쌍의 만곡 부위를 접속하는 직선 부위가 형성되도록 전극이 권취되어 있는 전극체;
    상기 전극체를 내부에 수용하는 케이스로서, 법선 방향에서 볼 때 직사각형상의 저벽부(底璧部), 및 파형(波形)의 내표면과 파형의 외표면을 가지고 두께가 일정하고 상기 저벽부의 한 쌍의 장변(長邊)으로부터 상기 법선 방향을 따라 각각 연장되는 한 쌍의 벽부를 가지는 케이스; 및
    상기 만곡 부위를 상기 전극체의 내측을 향해 지지하는 지지부
    를 포함하고,
    상기 파형의 내표면에는, 상기 전극체의 직선 부위를 향해 돌출되고, 상기 전극체의 상기 직선 부위를 간격을 두고 지지하는 볼록부를 복수 개 형성하고,
    상기 한 쌍의 벽부의 외표면끼리의 최대 간격은, 상기 저벽부의 단변(短邊) 방향의 치수보다 큰,
    축전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 전극체에서의 상기 한 쌍의 만곡 부위 중 하나 이상을 지지하는, 축전 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 케이스는, 직사각형 프레임형의 단면(斷面)을 가지고, 상기 직사각형 프레임형의 단면에서의 한 변과 상기 직선 부위가 따르도록 상기 전극체를 수용하고,
    상기 지지부는, 상기 케이스 내의 상기 직사각형 프레임형의 단면에서의 코너부에 배치되어 있는, 축전 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 케이스와 상기 전극체의 만곡 부위 사이에 탄성 변형된 상태로 배치되는, 축전 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 케이스와 상기 전극체 사이에 배치되고, 상기 케이스와 상기 전극체 사이를 절연하는 절연 부재를 포함하고,
    상기 지지부는 상기 절연 부재의 일부인, 축전 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연 부재는, 상기 전극체측을 향해 팽출(膨出)하도록 만곡되는 부위를 가지고, 상기 만곡된 부위에 의해 상기 전극체의 만곡 부위를 지지하는, 축전 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지부에서의 상기 전극의 권취 방향과 직교하는 방향의 치수는, 상기 전극체의 상기 권취 방향과 직교하는 방향의 치수와 거의 같거나 또는 이보다 큰, 축전 소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 축전 소자; 및
    상기 축전 소자를 구속하는 구속 부재;
    를 포함하는 축전 장치.
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