KR102517221B1 - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

[과제] 정극활물질층을 따라 마련된 절연층의 균열이나 박리의 발생이 억제된 이차 전지를 제공하는 것.
[해결 수단] 전지 케이스(10)와, 전극체(20)와, 전지 케이스(10)와 전극체(20)를 접속하는 집전 부재(38)를 구비하는 이차 전지(1)이다. 정극(30)은, 정극활물질층(34)에 인접하도록 구비된 절연층(36)을 구비한다. 집전 부재(38,48)는, 제 1 부분(38a,48a)과, 제 1 부분(38a,48a)과 연속하며 또한 제 1 부분(38a,48a)에 대하여 굴곡되어 있는 제 2 부분(38b,48b)을 구비한다. 제 1 부분(38a,48a)은 전지 케이스(10)에 고정되어 있다. 제 2 부분(38b,48b)은, 굴곡된 부분과는 반대측의 단부(38e,48e)에 있어서 집전 영역(32c,42c)에 접속되어 있다. 집전 부재(38,48)는, 굴곡된 부분에 있어서, 제 1 부분(38a,48a)과 제 2 부분(38b,48b)에 접속되는 리브(38c,48c)를 추가로 구비하고 있다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지 등의 이차 전지는, 퍼스널 컴퓨터 및 휴대 단말 등의 소위 포터블 전원 외, 차량 구동용 전원으로서 바람직하게 이용되고 있다. 이차 전지의 일례로서, 정극 및 부극을 세퍼레이터로 절연한 구성의 전극체를 전지 케이스에 수용한 전지가 알려져 있다. 전극체를 구성하는 전극은, 집전박의 표면에 활물질을 포함하는 활물질층이 구비되어 있다. 여기에서, 저(低)전위측인 부극활물질층의 전하담체의 수용성(receptivity)을 높이기 위해서, 부극활물질층은 정극활물질층보다도 넓은 면적이 되도록 설계되어 있다.
이 때, 정극활물질층으로부터 비어져 나온 부극활물질층은 변형 자유도가 높아, 부극활물질층의 단부(端部)의 모서리부가 세퍼레이터를 파손하여, 정극집전박 중 정극활물질이 구비되어 있지 않은 비(非)도공부와 단락되는 것이 우려된다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 이러한 단락을 억제하기 위해서, 정극집전박 중 정극활물질층에 인접하는 영역에서 부극활물질층과 대향하는 부분에, 절연층을 구비하는 구성에 대하여 개시되어 있다.
국제공개 제2014/162437호 공보 일본국 공개특허 특개2009-026705호 공보
그러나, 실제로 사용되고 있는 이차 전지를 관찰하면, 정극활물질층에 인접하여 마련한 절연층에 균열이나 박리가 발생하는 경우가 있는 것이 판명되었다. 또한, 절연층의 균열이 많은 전지일수록, 절연층이 박리되기 쉬운 경향이 있는 것이 명백하게 되었다. 절연층의 박리는, 상기의 부극활물질층과 정극집전박의 절연성이 저하된다고 하는 점에 있어서 개선이 요망된다.
본 발명은, 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 정극활물질층을 따라 마련된 절연층의 균열이나 박리의 발생이 억제된 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명자들의 검토에 의하면, 정극집전체에 마련한 절연층의 균열이나 박리는, 전지의 진동에 의한 영향이 큰 것을 지견하였다. 즉, 이차 전지의 전형적인 일례에서는, 전극체는, 정극측 집전부와 부극측 집전부를, 덮개 부재에 장착된 금속제의 정부(正負)의 집전 부재에 각각 접합(예를 들면 용접)함으로써, 전지 케이스 내에서의 위치가 정해져 있다. 그러나, 전극체는 집전 부재와의 용접부만이 고정되어 있어, 그 외의 부위는 전지 케이스 내에서 이동 또는, 변형될 수 있다. 그리고 전극체는, 정극활물질층과 부극활물질층이 겹치서 맞닿는 부분의 두께가 더 두꺼우며, 당해 부분과 비교하여, 정극활물질층이 없는 집전 부분은 그 만큼 구속되지는 않아 변형의 자유도가 높다. 그 때문에, 전지가 진동하면, 전극체와 집전 부재의 선단과의 요동에 차이가 생기고, 전극체 중 변형 자유도가 높은 집전부에 마련된 절연층에 부하가 집중되어 절연층의 균열이나 박리를 야기하고 있었다고 생각된다.
거기에서 상기 과제를 해결하는 것으로서, 여기에 개시되는 이차 전지는, 전지 케이스와, 정극 및 부극이 세퍼레이터로 절연되어서 적층되어 이루어지는 전극체와, 상기 전지 케이스와 상기 전극체에 접속되어 있는 집전 부재를 구비한다. 상기 정극은, 활물질층 형성 영역과, 상기 활물질층 형성 영역에 인접하는 절연층 형성 영역과, 상기 절연층 형성 영역에 인접하는 집전 영역을 구비하는 정극집전체와, 상기 활물질층 형성 영역의 표면에 구비되며 정극활물질을 포함하는 정극활물질층과, 상기 절연층 형성 영역의 표면에 구비된 절연층을 구비한다. 또한, 상기 집전 부재는, 제 1 부분과, 상기 제 1 부분과 연속하며 또한 상기 제 1 부분에 대하여 굴곡되어 있는 제 2 부분을 구비하고, 상기 제 1 부분은, 상기 전지 케이스에 고정되어 있으며, 상기 제 2 부분은, 상기 굴곡된 부분과는 반대측의 단부에 있어서 상기 집전 영역에 접속되어 있다. 그리고, 상기 굴곡된 부분에 있어서, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분에 접속되는 리브를 추가로 구비하고 있다.
상기 구성에 의하면, 집전 부재의 제 1 부분과 제 2 부분에 리브가 걸쳐 놓아져 있다. 이에 의해, 제 1 부분과 제 2 부분은, 서로 이루는 각이 작아지는 방향 및 커지는 방향으로 변형되는 것이 억제된다. 이에 의해, 이차 전지가 진동을 받았을 때에, 케이스에 고정되는 제 1 부분의 요동에 대하여, 전극체에 고정되는 제 2 부분의 요동의 차이가 억제되어, 요동의 차가 집약되는 절연층에서의 균열이나 박리의 발생을 저감할 수 있다. 이러한 집전 부재는, 절연층의 균열이나 박리의 발생을 효과적으로 저감할 수 있다는 관점에서, 절연층이 마련된 정극집전체와 접합되는 정극 집전 부재에 적용되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 집전 부재는, 전극체를 보다 안정적으로 지지하여 절연층의 균열이나 박리의 발생을 추가로 저감할 수 있다는 관점에서, 정극 집전 부재와 부극 집전 부재의 양방에 적용되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 집전 부재의 제 1 부분 및 제 2 부분의 요동의 차는, 집전 부재의 강성을 높이는 것, 예를 들면 경질 재료로 제조하는 것이나 부재의 두께를 두껍게 하는 것 등으로도 저감할 수 있다. 그러나, 일반적인 집전 부재의 구성 재료(전형적으로는 Al 또는 Al 합금 또는 Cu 또는 Cu 합금)보다도 강성(예를 들면, 종탄성 계수)이 높은 재료는, 전기 저항이 높아지는 점에 있어서 바람직하지 못하다. 또한, 집전 부재의 두께를 두껍게 하는 것은, 비용의 관점에서 바람직하지 못하다고 할 수 있다.
또한, 특허문헌 2는, 전극체와 집전 부재의 용접 시의 가압력에 의해 집전 단자가 변형되어 집전체를 상처 입히는 것을 억제하기 위해서, 집전체에 접합되는 집전 부재의 접합면을 포함하는 평탄부를 굴곡시키는 것에 대하여 개시하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 집전 부재의 접합면의 강성은 향상되지만, 절연층의 박리에 관해서는 억제할 수 없다. 이 점에 있어서, 본원발명은 특허문헌 2의 개시와, 구성 및 기술 사상이 명료하게 구별된다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에서는, 상기 리브는, 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 표면 중 상기 전극체에 대향하는 측의 표면에 접속되어 있다. 이에 의해, 전지 케이스에 대한 집전체의 요동의 차를 효과적으로 억제할 수 있다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에서는, 상기 집전 부재는, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분과 상기 리브가 연속하며 또한 일체적으로 구성되어 있으며, 판상(板狀) 금속의 굽힘 가공품 및 프레스 가공품 중 적어도 일방이다. 이에 의해, 고강도인 리브를 구축할 수 있다. 또한, 비용 또한 효율적으로 리브를 구비할 수 있는 점에 있어서도 바람직하다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에서는, 상기 전지 케이스는, 개구를 가지는 케이스 본체와 상기 개구를 덮는 덮개 부재를 구비하는 각형(角型) 전지 케이스에 있어서, 상기 제 1 부분은 상기 덮개 부재의 내표면에 접속되고, 상기 제 2 부분은 상기 개구를 둘러싸는 상기 케이스 본체 중 어느 하나의 면을 따라 굴곡되어 있다. 그리고, 상기 제 1 부분으로부터 상기 단부의 최단부(最端部)까지의 거리 LC와, 상기 리브의 상기 거리 LC를 따른 방향의 치수인 길이 LR은, 다음 관계 : LR≥0.1×LC;를 충족시킨다. 상기 구성에 의하면, 집전 부재의 선단부의 요동을 효과적으로 억제할 수 있는 리브를 구성할 수 있다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에서는, 상기 전지 케이스는, 개구를 가지는 케이스 본체와 상기 개구를 덮는 덮개 부재를 구비하는 각형 전지 케이스에 있어서, 상기 제 1 부분은 상기 덮개 부재의 내표면에 접속되고, 상기 제 2 부분은 상기 개구를 둘러싸는 상기 케이스 본체 중 어느 하나의 면을 따라 굴곡되어 있다. 그리고 상기 제 2 부분의 상기 하나의 면에 직교하는 방향의 치수인 두께 TC(㎜)와, 상기 리브의 상기 하나의 면에 평행한 방향의 치수인 두께 TR(㎜)은, 다음 관계 : TR≥0.4×1/TC;를 충족시킨다. 이러한 구성에 의해도, 이차 전지가 진동을 받았을 때의 집전 부재의 휨을 효과적으로 억제할 수 있다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에서는, 상기 전지 케이스는, 개구를 가지는 케이스 본체와 상기 개구를 덮는 덮개 부재를 구비하는 각형 전지 케이스에 있어서, 상기 제 1 부분은 상기 덮개 부재의 내표면에 접속되고, 상기 제 2 부분은 상기 개구를 둘러싸는 상기 케이스 본체 중 어느 하나의 면을 따라 굴곡되어 있다. 그리고, 상기 제 2 부분의 상기 하나의 면에 직교하는 방향의 치수인 두께 TC와, 상기 리브의 상기 두께 TC(㎜)를 따른 방향의 치수인 폭 WR(㎜)은, 다음 관계 : WR≥0.25×1/TC;를 충족시킨다. 이에 의해, 이차 전지가 진동을 받았을 때의 집전 부재의 휨을 효과적으로 억제할 수 있다.
여기에 개시되는 기술의 바람직한 일 양태에서는, 상기 전극체는, 장척인 상기 정극, 상기 부극, 및 상기 세퍼레이터가 적층되고 권회되어서 이루어지는 권회형 전극체이다. 권회형 전극체는, 권회에 의한 만곡부를 구비하기 때문에, 복수의 판상의 정극, 세퍼레이터, 및 부극이 적층되어 이루어지는 매엽형(枚葉型) 전극체보다도, 집전 부재와의 접합 부분에 있어서의 부하가 높다. 따라서, 여기에 개시되는 구성은, 권회형 전극체를 구비하는 이차 전지에 적용함으로써, 그 효과가 명료하게 나타나기 때문에 유익하다.
이상의 이차 전지는, 예를 들면 진동이 가해지는 환경에서 사용되었을 때에 그 유리한 효과가 현저하게 드러날 수 있다. 또한, 부극활물질층과 정극집전체의 단락은, 전극체의 두께가 커서 부극활물질층의 단부에 굽힘의 힘이 가해지기 쉬운 전지, 바꿔 말하면 고용량의 전지에 대해서, 문제가 생기기 쉬우며, 또한, 확실한 단락 억제의 대책이 요구된다. 또한 미소(微小) 단락에 기인하는 전지 온도 상승의 억제는, 높은 안전성이 요구되는 용도의 이차 전지에 있어서 특히 대책이 요망된다. 이러한 관점에서, 여기에 개시되는 이차 전지는, 차량의 구동용 전원(주(主)전원), 그 중에서도 예를 들면 하이브리드 자동차나 플러그인 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 구동용 전원 등으로서 특히 바람직하게 이용할 수 있다.
도 1은, 일 실시형태와 관련되는 이차 전지의 구성을 모식적으로 나타내는 컷아웃 사시도이다.
도 2는, 일 실시형태와 관련되는 이차 전지의 주요부 측면도이다.
도 3의 (a)는, 일 실시형태와 관련되는 집전 부재의 측면도이다.
도 3의 (b)는, 도 3의 (a) 중의 B-B 단면도이다.
도 4는, 일 실시형태와 관련되는 권회형 전극체의 구성을 설명하는 부분 전개도이다.
도 5는, 일 실시형태와 관련되는 전극체의 구성을 설명하는 단면 모식도이다.
도 6의 (a), 도 6의 (b) 및 도 6의 (c)는, 다른 실시형태와 관련되는 집전 부재의 구성을 설명하는 모식도이다.
이하, 여기에 개시되는 이차 전지의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항(예를 들면, 절연층 및 집전 부재의 구성 등) 이외의 사항에 있어서 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들면, 본 기술을 특징짓지 않는 이차 전지의 구조 등)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 의거하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 의거하여 실시할 수 있다. 또한, 하기에 나타내는 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 반드시 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다. 그리고 본 명세서에 있어서 수치 범위를 나타내는 「A~B」라는 표기는, 「A 이상 B 이하」를 의미한다.
본 명세서에 있어서 「이차 전지」란 반복 충방전 가능한 축전 디바이스 일반을 뜻하며, 리튬 이온 전지, 나트륨 이온 이차 전지, 리튬 폴리머 전지 등의 소위 축전지, 및 전기 이중층 커패시터 등의 축전 소자를 포함하는 용어이다. 또한, 「비수전해질 이차 전지」란, 전하담체로서 비수계의 전해질을 이용하여 충방전을 실현하는 이차 전지이며, 전해질은 고체전해질, 겔상(狀) 전해질, 및 비수전해질 중 어느 것이어도 된다. 또한, 「활물질」이란, 이차 전지에 있어서 전하담체가 되는 화학종을 가역적으로 흡장 및 방출할 수 있는 물질을 뜻한다. 이하, 비수전해질 이차 전지가 리튬 이온 이차 전지일 경우를 예로 하여, 본 기술에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시형태와 관련되는 리튬 이온 전지(이하, 단지 「이차 전지」 등이라고 한다.)(1)의 구성을 나타내는 컷아웃 사시도이며, 도 2는 그 주요부 측면도이다. 도 3의 (a)는 집전 단자의 구성을 나타내는 측면도이며, 도 3의 (b)는 그 B-B 단면도이다. 도 4는 권회형 전극체(20)의 구성을 설명하는 부분 전개도이며, 도 5는 그 단면도이다. 도면 중의 W는, 전지 케이스(10) 및 권회형 전극체(20)의 폭방향을 나타내고, 권회형 전극체(20)의 권회축(WL)의 방향과 일치하고 있다. H는 전지 케이스(10)의 높이 방향이다. 또한, 권회축(WL)과 전지 케이스(10)의 높이 방향에 직교하는 방향을, 전지 케이스(10) 및 권회형 전극체(20)의 두께 방향이라고 하는 경우가 있다. 그러나, 이러한 방향은, 이차 전지의 설치 양태를 조금도 한정하는 것이 아니다.
이 리튬 이온 이차 전지(1)는, 정극(30)과 부극(40)과 세퍼레이터(50)를 포함하는 권회형 전극체(20)가 도면에 나타나 있지 않은 비수전해액과 함께 전지 케이스(10)에 수용됨으로써 구성되어 있다. 권회형 전극체(20)는, 세퍼레이터(50)와 부극(40)과 세퍼레이터(50)와 정극(30)을 이 순서대로 적층으로 하고, 권회축(WL)을 중심으로 단면 장원형으로 권회한 형상을 가지고 있다. 전극체(20)는, 후술하는 집전체(32,42)의 집전 영역(32c,42c)이 폭방향의 양단에 돌출하고 있다. 전극체(20)는, 집전 영역(32c,42c)에 있어서 집전 부재(38,48)에 접속되어, 전지 케이스(10)에 고정되어 있다.
정극(30)은, 전형적으로는, 정극집전체(32)와, 그 양면에 형성된 다공질의 정극활물질층(34)을 구비하고, 정극활물질층(34)에 인접하도록 절연층(36)을 구비하고 있다. 정극집전체(32)는, 정극활물질층(34)의 지지 부재이며, 정극활물질층(34)으로부터 전하를 취출하기 위한 도전부재일 수 있다. 정극집전체(32)에는, 예를 들면, 알루미늄(알루미늄 합금을 포함한다)박 등의 금속박이 적합하게 사용된다. 정극집전체(32)는, 활물질층 형성 영역(32a)과, 절연층 형성 영역(32b)과, 집전 영역(32c)을 구비한다. 활물질층 형성 영역(32a)은 정극집전체(32)의 대부분의 부분을 차지하고, 절연층 형성 영역(32b)은 활물질층 형성 영역(32a)에 인접하고, 집전 영역(32c)은 절연층 형성 영역(32b)에 인접하고 있다. 본 예의 정극집전체(32)는 장척이며, 폭방향으로, 활물질층 형성 영역(32a), 절연층 형성 영역(32b), 집전 영역(32c)의 순서대로 구획되어 있다. 일례로서, 절연층 형성 영역(32b)의 폭방향의 치수는 2.7~6㎜정도이며, 집전 영역(32c)의 폭방향의 치수는 8.5~12.5㎜정도이다. 정극활물질층(34)은 활물질층 형성 영역(32a)의 표면에 띠형상으로 형성되어 있다. 절연층(36)은 절연층 형성 영역(32b)의 표면에 띠형상으로 형성되어 있다. 집전 영역(32c)에서는 집전체가 노출되어 있다.
정극활물질층(34)은, 입상(粒狀)의 정극활물질을 함유한다. 정극활물질층(34)은, 정극활물질이 바인더에 의해 서로 결착되어, 활물질층 형성 영역(32a)에 결합되어 있다. 정극활물질층(34)의 세공(細孔)에는 비수전해액이 함침(含浸)되어 있다. 정극활물질로서는, 예를 들면, 리튬 이온의 가역적인 흡장·방출이 가능한, 리튬니켈코발트망간 복합 산화물(예, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 등), 리튬니켈 복합 산화물(예, LiNiO2 등), 리튬코발트 복합 산화물(예, LiCoO2 등), 리튬니켈망간 복합 산화물(예, LiNi0.5Mn1.5O4 등) 등의 리튬 천이 금속 복합 산화물의 1종 또는, 2종 이상의 조합이 이용된다. 정극활물질층(34)은, 정극활물질 외에, 아세틸렌 블랙(AB) 등의 도전재나, 이를 결착하기 위한, 아크릴계 폴리머, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔러버(SBR) 등의 바인더, 그 외의 첨가재를 함유할 수 있다.
정극활물질층(34)의 프레스 후의 두께(평균 두께이다. 이하 동일하다.)는, 전형적으로는 10㎛ 이상, 예를 들면 15㎛ 이상이며, 전형적으로는 50㎛ 이하, 30㎛ 이하, 예를 들면 25㎛ 이하로 할 수 있다. 또한, 정극활물질층(34)의 밀도는 특별하게 한정되지 않지만, 전형적으로는 1.5g/㎤ 이상, 예를 들면 2g/㎤ 이상이며, 3g/㎤ 이하, 예를 들면 2.5g/㎤ 이하로 할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서 「평균 입자경」이란, 특별히 언급하지 않는 한, 레이저 회절 산란법에 의해 얻어지는 체적 기준의 입도 분포에 있어서의 누적 50% 입자경(D50)이다.
절연층(36)은 전기절연성을 구비하고, 예를 들면 세퍼레이터(50)가 파손되거나, 세퍼레이터(50)가 용해·수축 등하였을 경우여도, 부극활물질층(44)의 단부와 정극집전체(32)의 단락을 방지할 수 있도록 구성되어 있다. 절연층(36)은, 무기 필러가 바인더에 의해 서로 결착되고, 절연층 형성 영역(32b)에 결합되어서 구성된다. 절연층(36)은, 전하담체의 통과를 가능하게 하는 다공질인 층이어도 된다. 절연층(36)은, 정극활물질층(34)에 인접하는 영역이며, 적어도 부극활물질층(44)과 대향하는 영역에 마련되어 있다. 절연층(36)은 폭방향으로 부극활물질층(44)보다도 치수 α만큼 외측으로 돌출하여 있어도 된다. 치수 α는, 부극활물질층(44)에 위치 어긋남이 생겼을 경우여도, 부극활물질층(44)과 정극집전체(32)가 세퍼레이터(50)만을 개재하여 대향하는 사태를 회피하도록, 부극활물질층(44)의 단부를 절연층(36)이 충분하게 커버할 수 있는 치수로 설계되어 있다. 치수 α는, 집전체(32)(집전 영역(32c))의 집박 불량을 피하기 위해서, 절연층(36)이 폭방향으로 세퍼레이터(50)의 단부로부터 비어져 나오지 않는 정도의 치수로 설계되어 있으면 된다.
이러한 절연층(36)을 구성하는 무기 필러로서는, 예를 들면 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO), 실리카(SiO2), 티타니아(TiO2) 등의 무기 산화물, 마이카, 탤크, 베마이트, 제올라이트, 아파타이트, 카올린 등의 점토 광물, 글라스 재료 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 품질이 안정되어 있는데다가 저렴하여 입수가 용이한 베마이트(Al2O3·H2O), 알루미나(Al2O3) 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 괄호 내의 분자식은 대표 조성이며, 반드시 이 조성에 한정되지는 않는다. 이들은 어느 1종을 단독으로 포함하여도 되고, 2종 이상을 조합시켜서 포함하여도 된다. 절연층(36)에 포함되는 바인더로서는, 예를 들면 상기 정극활물질층에 이용할 수 있는 각종의 바인더를 바람직하게 이용할 수 있다. 절연층(36)에 포함되는 바인더의 비율은, 예를 들면, 전형적으로는 1질량% 이상이며, 5질량% 이상이 바람직하고, 8질량% 이상이나 10질량% 이상 등이어도 된다. 절연층(36)에 포함되는 바인더는, 예를 들면, 전형적으로는 30질량% 이하며, 25질량% 이하여도 되고, 20질량% 이하나, 18질량% 이하, 15질량% 이하여도 된다. 대표적인 일례로서, 5~20질량%에서 적절히 조정하면 된다. 절연층(36)의 두께는, 전형적으로는 20㎛ 이하, 예를 들면 18㎛ 이하, 15㎛ 이하, 10㎛ 이하(예를 들면 10㎛ 미만) 등이어도 되며, 8㎛ 이하, 예를 들면 6㎛ 이하, 5㎛ 이하로 하여도 된다. 절연층(36)의 두께는, 전형적으로는 3㎛ 이상이면 된다. 또한, 이러한 절연층(36)은, 평량(坪量)이 대략 0.5mg/㎠ 이상, 0.7mg/㎠ 이상, 1mg/㎠ 이상 등이면 되고, 1.5mg/㎠ 이하, 1.3mg/㎠ 이하, 1.2mg/㎠ 이하 등이면 된다.
부극(40)은, 전형적으로는, 부극집전체(42)와, 그 양면에 형성된 다공질의 부극활물질층(44)을 구비할 수 있다. 구체적으로는, 부극집전체(42)는, 활물질층 형성 영역(42a)과, 집전 영역(42c)을 구비한다. 활물질층 형성 영역(42a)은 부극집전체(42)의 대부분의 부분을 차지하고, 집전 영역(42c)은 활물질층 형성 영역(42a)에 인접하고 있다. 본 예의 부극집전체(42)는 장척이며, 폭방향으로, 활물질층 형성 영역(42a)과 집전 영역(42c)으로 구획되어 있다. 일례로서, 집전 영역(42c)의 폭방향의 치수는 8~12㎜정도이다. 부극활물질층(44)은 활물질층 형성 영역(42a)의 표면에 띠형상으로 형성되어 있다. 집전 영역(42c)에서는 집전체가 노출되어 있다. 부극활물질층(44)의 세공에는 비수전해액이 함침되어 있다. 부극집전체(42)에는, 예를 들면, 구리박 등의 금속박이 적합하게 사용된다.
부극활물질층(44)은, 입상의 부극활물질을 함유한다. 부극활물질로서는, 예를 들면, 리튬 이온의 가역적인 흡장·방출이 가능한, 그라파이트 카본, 어모퍼스 카본 등의 탄소계 재료, 실리콘, 리튬 천이 금속 산화물, 리튬 천이 금속 질화물 등의 1종 또는, 2종 이상의 조합이 이용된다. 부극활물질층(44)은, 부극활물질 외에, 이들을 결착하기 위한, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔러버(SBR) 등의 바인더나, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 증점제를 함유할 수 있다. 부극활물질층(44)의 프레스 후의 두께(편면의 평균 두께이다. 이하 동일하다.)는, 예를 들면 20㎛ 이상, 전형적으로는 40㎛ 이상이며, 예를 들면 고용량화의 관점에서는 50㎛ 이상이면 된다. 부극활물질층(44)의 평균 두께는, 예를 들면 100㎛ 이하, 전형적으로는 80㎛ 이하, 예를 들면 65㎛ 이하여도 된다. 또한, 부극활물질층(44)의 밀도는 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 0.8g/㎤ 이상, 전형적으로는 1.0g/㎤ 이상이며, 1.5g/㎤ 이하, 전형적으로는 1.4g/㎤ 이하, 예를 들면 1.2g/㎤ 이하로 할 수 있다.
세퍼레이터(50)는, 정극(30)과 부극(40)을 절연하는 것과 함께, 정극활물질층(34)과 부극활물질층(44)의 사이에서 전하담체의 이동 경로를 제공하는 구성 요소이다. 이러한 세퍼레이터(50)는, 상기 정극활물질층(34)과 부극활물질층(44)의 사이에 배치된다. 이러한 세퍼레이터(50)는, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르, 셀룰로오스, 폴리아미드 등의 수지로 이루어지는 미(微)다공질 수지 시트에 의해 적합하게 구성할 수 있다. 그 중에서도, PE나 PP 등의 폴리올레핀 수지로 이루어지는 미다공질 시트는, 셧다운 온도를 80℃~140℃(전형적으로는 110℃~140℃, 예를 들면 120℃~135℃)의 범위로 적합하게 설정할 수 있기 때문에 바람직하다. 이러한 세퍼레이터(50)는, 단일의 재료로 구성되는 단층 구조여도 되고, 재질이나 성상(性狀)(예를 들면, 평균 두께나 공공률(空孔率) 등)이 다른 2종 이상의 미다공질 수지 시트가 적층된 구조(예를 들면, PE층의 양면에 PP층이 적층된 3층 구조)여도 된다. 세퍼레이터(50)의 두께(평균 두께이다. 이하 동일하다.)는 특별하게 한정되지 않지만, 통상, 10㎛ 이상, 전형적으로는 15㎛ 이상, 예를 들면 17㎛ 이상으로 할 수 있다. 또한, 상한에 대해서는, 40㎛ 이하, 전형적으로는 30㎛ 이하, 예를 들면 25㎛ 이하로 할 수 있다. 기재의 평균 두께가 상기 범위 내에 있음으로써, 전하담체의 투과성을 양호하게 유지할 수 있고, 또한, 미소한 단락(누설 전류)이 보다 발생하기 어려워진다. 이 때문에, 입출력 밀도와 안전성을 높은 레벨에서 양립할 수 있다.
또한, 전극체(20)에 있어서, 정극활물질층(34)의 폭(W1)과, 부극활물질층(44)의 폭(W2)과, 세퍼레이터(50)의 폭(W3)은, W1<W2<W3의 관계를 충족시킨다. 또한 부극활물질층(44)은 폭방향의 양단에서 정극활물질층(34)을 덮고, 세퍼레이터(50)는 폭방향의 양단에서 부극활물질층(44)을 덮는다. 또한, 절연층(36)은, 정극활물질층(34)에 인접하면서, 적어도 부극활물질층(44)의 단부와 대향하는 영역의 정극집전체(32)를 덮는다. 다만, 여기에 개시되는 리튬 이온 이차 전지(1)의 전극체(20)는, 권회형 전극체에 제한되지 않으며, 예를 들면, 복수매의 정극(30)과 부극(40)이 각각 세퍼레이터(50)로 절연되어서 적층된 형태의, 소위 평판 적층형의 전극체(20)여도 된다.
비수전해액은, 비수용매와 전해질 지지염을 포함하고 있다. 비수용매 및 전해질 지지염의 종류는 특별하게 한정되지 않으며, 종래의 이차 전지의 전해액에 사용되고 있는 것과 마찬가지여도 된다. 전해질 지지염의 적절예는, 예를 들면, LiPF6, LiBF4 등의 리튬염이다. 비수용매의 적절예는, 예를 들면, 카보네이트류, 에스테르류, 에테르류 등의 비(非)프로톤성 용매이다. 그 중에서도, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC) 등의 환상(環狀) 카보네이트, 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC) 등의 쇄상(鎖狀) 카보네이트, 및, 이들의 카보네이트가 불소화된 불소화 쇄상 또는, 불소화 환상 카보네이트를, 1종 또는, 2종 이상 포함하는 것이 바람직하다. 전해액 중의 리튬염의 농도는, 예를 들면 0.8~1.3㏖/L로 할 수 있다. 비수전해액은, 그 외, 피막 형성제, 과충전 방지제 등의 첨가제를 포함할 수 있다.
전지 케이스(10)는, 하나의 면(여기서는 상면)에 개구를 가지는 케이스 본체(11)와, 이 개구를 봉구(封口)하는 덮개 부재(12)를 구비한다. 본 예의 케이스 본체(11)는, 바닥면(11c)과, 바닥면(11c)에 연속하여 폭방향으로 넓은 한 쌍의 광측면(廣側面)(11a)과, 바닥면(11c) 및 광측면(11a)에 연속하는 하나의 협측면(狹側面)(1lb)을 구비하는 편평한 바닥이 있는 각통형(角筒型)이다. 덮개 부재(12)는, 광측면(11a) 및 협측면(1lb)의 상단에 의해 형성되는 개구를 기밀(氣密)하게 봉지할 수 있도록 구성되어 있다. 덮개 부재(12)에는, 정극 외부 단자(38T) 및 부극 외부 단자(48T)와, 주액 구멍 및 안전밸브가 구비되어 있다. 전지 케이스(10)는, 이에 한정되지 않지만, 예를 들면, 철, 구리, 알루미늄, 티타늄 및 이들을 포함하는 합금(예를 들면, 강(鋼)) 등의 금속, 또는 고강도 수지 등에 의해 적합하게 구성된다.
정극 외부 단자(38T) 및 부극 외부 단자(48T)는, 덮개 부재(12)와는 절연되면서, 케이스 내부측에 마련되는 정극 집전 부재(38) 및 부극 집전 부재(48)와 전기적으로 접속되어 있다. 정극측과 부극측의 단자 구조는 대체로 동일하기 때문에, 이하에서는, 정극측을 예로 하여 단자 구조 및 집전 부재(38,48)에 대하여 설명한다. 이하의 정극 집전 부재(38)에 관한 설명은, 부극 집전 부재(48)에 대해서도 마찬가지로 들어 맞는다. 상세한 것은 생략하지만, 전형적인 이차 전지(1)의 단자 구조에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 케이스 외측(여기서는 상방)으로부터, 정극 외부 단자(38T), 외부 절연 부재(도시 생략), 덮개 부재(12), 내부 절연 부재(도시 생략), 및, 정극 집전 부재(38)가 이 순서대로 겹쳐치고, 도면에 나타나 있지 않은 구멍이 동축에 마련되어 있다. 그리고 이 구멍에 삽입된 금속제의 코킹 부재(38K)(도 6의 (a) 참조)에 의해 이들은 일체적 또한 긴밀하게 코킹되어 있다. 이에 의해, 각 부재는 덮개 부재(12)에 고정된다. 여기에서, 정극 집전 부재(38)는 코킹 부재(38K)에 의해 정극 외부 단자(38T)와 전기적으로 접속되어 있다. 외부 절연 부재와 내부 절연 부재는, 코킹 부재(38K)에 의해 기계적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 정극 외부 단자(38T), 정극 집전 부재(38) 및 코킹 부재(38K)는, 외부 절연 부재 및 내부 절연 부재에 의해, 덮개 부재(12)와 전기적으로 절연된다. 또한, 코킹 부재(38K)는, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 미리 집전 부재(38)의 제 1 부분(38a)의 상면에 일체적으로 마련되어 있어도 된다. 코킹 부재(38K)는 코킹에 이용됨으로써, 제 1 부분(38a)의 상면으로부터의 돌출량이 저감된다(도 1 등 참조).
정극 집전 부재(38)는, 제 1 부분(38a)과, 제 2 부분(38b)을 구비하고 있다. 제 1 부분(38a) 및 제 2 부분(38b)은, 대체로 판상이다. 정극 집전 부재(38)는, 제 1 부분(38a)에 의해, 상기한 바와 같이 전지 케이스(10)의 덮개 부재(12)에 고정되어 있다. 제 2 부분(38b)은, 제 1 부분(38a)과 연속하며, 또한, 제 1 부분(38a)에 대하여 굴곡되어 있다. 제 1 부분(38a)과 제 2 부분(38b)의 사이는, 굴곡부(38L)이다. 본 실시형태의 정극 집전 부재(38)는 굴곡부(38L)에 있어서 약 90°로 절곡되어 있다. 제 2 부분(38b)은, 케이스 본체(11)의 광측면(11a)을 따라 하방을 향하여 연장되어 있다. 제 2 부분(38b)은, 소정의 길이만큼 하방으로 연장된 곳에서, 전지 케이스(10)의 내측을 향하여 대략 S자로 만곡되어 있다. 그리고 이 만곡부(38S)보다도 하방의 단부(38e)에 있어서, 제 2 부분(38b)은 다시 광측면(11a)을 따라 하방을 향하여 연장되어 있다. 제 2 부분(38b)은, 만곡부(38S)보다도 하방의 평판상(平板狀)의 단부(38e)에 있어서, 권회형 전극체(20)의 집전 영역(32c)과 접합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 정극 집전 부재(38)는, 제 1 부분(38a)과 만곡부(38S)의 사이에 형성되는 공간에 권회형 전극체(20)의 만곡부(R)를 배치시킬 수 있고, 만곡부(R)를 찌부러트리는 일 없이 권회형 전극체(20)를 지지, 고정할 수 있다. 또한, 정극 집전 부재(38)와 전극체(20)의 집전 영역(32c)은, 초음파 용접에 의해 적합하게 접속된다. 또한, 부극 집전 부재(48)와 전극체(20)의 집전 영역(42c)은, 저항 용접에 의해 적합하게 접속된다. 이에 의해, 이차 전지(1)에 있어서, 정극 외부 단자(38T) 및 부극 외부 단자(48T)를 통해서, 전극체(20)에 전기 에너지를 충전하거나, 전극체(20)로부터 전기 에너지를 외부 회로에 취출하거나 할 수 있다.
정극 집전 부재(38)는, 굴곡부(38L)에 있어서, 제 1 부분(38a)과, 제 2 부분(38b)에 접속되는 리브(38c)를 추가로 구비하고 있다. 리브(38c)는, 소편상(小片狀) 부위이다. 리브(38c)는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 부분(38a)과, 제 2 부분(38b)에 걸쳐 놓아져 있다. 리브(38c)는, 제 1 부분(38a)과 제 2 부분(38b) 중 적어도 일방, 바람직하게는 양방에 대하여, 직교하도록 마련되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 리브(38c)는, 제 1 부분(38a) 및 제 2 부분(38b)의 표면 중, 전극체(20)에 대향하는 측의 표면에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 제 2 부분(38b)이 제 1 부분(38a)에 대하여 상대적으로 진동하는 것을 적합하게 억제할 수 있다. 바꾸어 말하면, 제 1 부분(38a)과 제 2 부분(38b)은, 서로 이루는 각(θ)이 작아지는 방향(예를 들면, θ<90°) 및 커지는 방향(예를 들면, θ> 90°)으로 변형되는 것이 억제된다.
이러한 리브(38c)는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 제 1 부분(38a)과, 제 2 부분(38b)과, 리브(38c)가 연속하며 또한 일체적으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 정극 집전 부재(38)의 제 1 부분(38a)과, 제 2 부분(38b)과, 리브(38c)는, 별도의 부재가 접합되어서 구성되어 있어도 되지만, 하나의 판상 금속부재를, 굽힘 가공 및 프레스 가공 중 적어도 일방으로 가공하여 구성하면 된다. 바꾸어 말하면, 정극 집전 부재(38)는, 굽힘 가공품 및 프레스 가공품 중 적어도 일방이어도 된다. 이에 의해, 제 1 부분(38a), 제 2 부분(38b), 및 리브(38c)에 이음매가 형성되지 않아, 이차 전지(1)에 진동이 가해졌을 때에 이음매로의 응력 집중에 의해 이음매가 파손되는 등의 문제가 생기기 어렵기 때문에 바람직하다. 또한, 정극 집전 부재(38)의 제 1 부분(38a)과 제 2 부분(38b)과 리브(38c)가 굽힘 가공 및/또는, 프레스 가공으로 제조되어 있는지 어떤지는, 당업자라면 이들의 경계의 금속 조직을 관찰함으로써 확인할 수 있다.
이하에, 집전 부재(38,48)에 있어서의 리브(38c,48c)의 형상에 대하여 검토한 결과를 예시하는 것과 함께, 바람직한 리브(38c,48c)의 형상에 대하여 설명한다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 집전 부재(38,48)의 제 2 부분(38b,48b)의 길이에 대해서, 제 1 부분(38a,48a)(의 리브측의 표면)으로부터, 제 2 부분(38b,48b)의 단부(38e,48e)의 최단부까지의 거리를, 제 2 부분(38b,48b)의 길이 LC(거리 LC)로 한다. 즉, 제 2 부분(38b,48b)의 길이 LC는, 만곡부(38S)의 만곡 길이 등은 고려하지 않는 치수이다. 또한, 제 2 부분(38b,48b)의 두께에 대해서, 제 2 부분(38b,48b)의 광측면(11a)에 직교하는 방향의 치수를 두께 TC(㎜)로 한다. 리브(38c,48c)의 길이에 대해서는, 거리 LC를 따른 방향의 리브(38c,48c)의 치수를 리브(38c,48c)의 길이 LR(㎜)로 한다. 리브(38c,48c)의 두께에 대해서는, 광측면(11a)에 평행한 방향의 치수를 리브(38c,48c)의 두께 TR(㎜)로 한다. 리브(38c,48c)의 폭에 대해서는, 제 2 부분(38b,48b)의 두께 TC를 따른 방향의 치수를 폭 WR(㎜)로 한다.
[리브 길이]
집전 부재의 리브의 길이 LR을 5가지로 변화시키고, 리브를 마련하지 않는 집전 부재와 함께, 하기의 조건으로 진동 시험을 행하여, 제 2 부분의 최단부의 변위량을 측정하였다. 그 결과를, 리브가 없는 집전 부재에 대하여 진동 시험을 행하였을 때의 제 2 부분의 최단부의 변위량을 「100」으로 한 상대값으로 나타내어, 하기의 표 1에 나타냈다. 그리고, 변위량의 상대값이 20 이하의 경우를 진동 억제 효과가 충분(합격, 표 1 중의 ○)으로 하고, 변위량의 상대값이 20 초과의 경우를 진동 억제 효과가 불충분(불합격, 표 1 중의 ×)으로 하였다.
또한, 집전 부재의 리브의 두께 TR은, 제 2 부분의 두께 TC에 대하여 「0.4/TC」로 일정하게 하고, 리브의 폭 WR은, 제 2 부분의 두께 TC에 대하여 「0.47/TC」로 일정하게 하였다.
<진동 시험 조건>
가속도 : 10G
주파수 : 25㎐
온도 : 실온(25℃)
진동 방향 : 리브의 폭방향(제 2 부분의 두께 방향)
Figure 112020106530247-pat00001
표 1에 나타나 있는 바와 같이, 리브의 길이 LR은 제 2 부분의 길이 LC에 대하여 0.1배 이상(LR≥0.1×LC)으로 함으로써, 진동을 효과적으로 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 구체적으로는 나타내지 않지만, 형상 및 치수 등의 규격이 다른 집전 부재에 대하여 시험한 경우에도 마찬가지의 경향이 보여진다. 리브의 길이 LR은, LR≥0.12×LC이면 바람직하고, LR≥0.15×LC나, LR≥0.2×LC가 보다 바람직하고, 예를 들면, LR≥0.3×LC, LR≥0.5×LC로 하여도 된다. 리브의 길이 LR의 상한은, 전극체(20)의 만곡부(R)와 리브가 간섭하지 않는 범위에서, 허용되는 전지 케이스의 치수를 고려하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 리브의 길이 LR의 상한은, 1×LC여도 되며, 예를 들면 0.9×LC나 0.8×LC 정도로 하는 것이 예시된다.
[리브 두께]
집전 부재의 리브의 두께 TR을 6가지로 변화시키고, 리브를 마련하지 않는 집전 부재와 함께, 상기와 마찬가지의 조건으로 진동 시험을 행하여, 제 2 부분의 최단부의 변위량을 측정하였다. 그 결과를, 리브가 없는 집전 부재에 대하여 진동 시험을 행하였을 때의 제 2 부분의 최단부의 변위량을 「100」으로 한 상대값으로 나타내어, 하기의 표 2에 나타냈다. 그리고, 변위량의 상대값이 20 이하의 경우를 진동 억제 효과가 충분(합격, 표 2 중의 ○)으로 하고, 변위량의 상대값이 20 초과의 경우를 진동 억제 효과가 불충분(불합격, 표 2 중의 ×)으로 하였다.
또한, 집전 부재의 리브의 길이 LR은, 제 2 부분의 길이 LC에 대하여 「0.1×LC」로 일정하게 하고, 리브의 폭 WR은, 제 2 부분의 두께 TC에 대하여 「0.47/TC」로 일정하게 하였다.
Figure 112020106530247-pat00002
표 2에 나타나 있는 바와 같이, 리브의 두께 TR은, 예를 들면 표 2에 예시한 바와 같이, 제 2 부분의 두께 TC의 역수(1/TC)에 대하여, 0.4배 이상(TR≥0.4×1/TC)으로 함으로써, 진동을 효과적으로 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 구체적으로는 나타내지 않지만, 형상 및 치수 등의 규격이 다른 집전 부재에 대하여 시험하였을 경우에도 대체로 마찬가지의 경향이 보여진다. 리브의 두께 TR은, TR≥0.45/TC면 바람직하고, TR≥0.48/TC가 보다 바람직하고, 예를 들면 TR≥0.5/TC나, TR≥0.55/TC, TR≥0.6/TC, TR≥0.7/TC, TR≥0.8/TC 등이어도 된다. 리브의 두께 TR의 상한은, 집전 부재의 가공성이나 전극체와의 접속성 등을 고려하여 결정할 수 있다. 일례로서, 리브가 지나치게 두꺼우면 리브를 압출 성형으로 형성하기가 곤란하게 된다. 또한, 리브가 지나치게 두꺼우면 전극체와 집전 부재의 접속이 곤란하게 될 수 있다. 이러한 관점에서, 리브의 두께 TR의 상한은, 예를 들면, 집전 부재의 폭(길이 LC와 두께 TC에 직교하는 방향의 치수)의 1/3정도를 기준으로 설정하면 된다. 리브의 두께 TR은, 집전 부재의 폭의 2/7 이하나, 1/4 이하, 1/5 이하 등이어도 된다.
[리브 폭]
집전 부재의 리브의 폭 WR를 6가지로 변화시키고, 리브를 마련하지 않는 집전 부재와 함께, 상기와 마찬가지의 조건으로 진동 시험을 행하여, 제 2 부분의 최단부의 변위량을 측정하였다. 그 결과를, 리브가 없는 집전 부재에 대하여 진동 시험을 행하였을 때의 제 2 부분의 최단부의 변위량을 「100」으로 한 상대값으로 나타내어, 하기의 표 2에 나타냈다. 그리고, 변위량의 상대값이 20 이하의 경우를 진동 억제 효과가 충분(합격, 표 3 중의 ○)으로 하고, 변위량의 상대값이 20 초과의 경우를 진동 억제 효과가 불충분(불합격, 표 3 중의 ×)으로 하였다.
또한, 집전 부재의 리브의 길이 LR은, 제 2 부분의 길이 LC에 대하여 「0.1×LC」으로 일정하게 하고, 리브의 두께 TR은, 제 2 부분의 두께 TC에 대하여 「0.4/TC」로 일정하게 하였다.
Figure 112020106530247-pat00003
표 3에 나타나 있는 바와 같이, 리브의 폭 WR은 제 2 부분의 두께 TC의 역수(1/TC)에 대하여 0.25배 이상(WR≥0.25×1/TC)으로 함으로써, 진동을 효과적으로 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 구체적으로는 나타내지 않지만, 형상 및 치수 등의 규격이 다른 집전 부재에 대하여 시험하였을 경우에도 마찬가지의 경향이 보여진다. 리브의 폭 WR은, WR≥0.3/TC면 바람직하고, WR≥0.4/TC나 WR≥0.5/TC가 보다 바람직하고, 예를 들면 WR≥0.6/TC나, WR≥0.8/TC, WR≥1/TC여도 된다. 리브의 폭 WR의 상한은, 집전 부재의 가공성이나 케이스 내에서의 수용성 등을 고려하여 결정할 수 있다. 일례로서, 리브의 폭 WR이 지나치게 넓으면 리브를 압출 성형으로 형성하기가 곤란하게 된다. 또한, 리브의 폭 WR이 지나치게 넓으면, 전극체의 케이스 수용 시나 케이스 내에서, 전극체를 덮는 케이스나 절연 필름(도시 생략) 등과 리브가 간섭할 가능성이 발생하기 때문에 바람직하지 못하다. 이러한 관점에서, 리브의 폭 WR의 상한은, 이러한 간섭을 피할 수 있는 치수라고 할 수 있다. 리브의 폭 WR은, 예를 들면, 전극체의 두께(권회축(WL)과 높이 방향(H)에 직교하는 방향의 치수)의 1/2정도로 하면 되고, 1/3 이하 정도여도 된다. 또한, 리브의 폭 WR은, 예를 들면, 제 2 부분의 상기 두께 방향(권회축(WL)과 높이 방향(H)에 직교하는 방향)의 치수의 1/2정도로 하면 되고, 1/3 이하 정도로 하여도 된다.
상기 실시형태에 있어서, 리브(38c)는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 광측면(11a)을 따른 방향에서 보았을 때 장방형의 판상체였다. 그러나, 리브(38c)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 리브(38c)는, 제 1 부분(38a) 및 제 2 부분(38b)에 접속된 부분의 단부 중, 굴곡부(38L)와는 반대측의 두개의 단부를 연결하는 라인보다도, 굴곡부(38L)와는 반대측의 영역이 결손되어 있어도 된다. 예를 들면, 리브(38c)는, 굴곡부(38L)와, 상기 반대측의 두개의 단부를 각각 연결시켜서 이루어지는 삼각형이어도 된다. 또한 예를 들면, 리브(38c)는, 제 1 부분(38a) 및 제 2 부분(38b)에 접속되어 있지 않은 모서리부가 챔퍼링되어 있어도 된다. 챔퍼링은, 상기 장방형의 하나의 모서리부를 R면 또는 C면으로 챔퍼링하는 것이어도 되고, 상기 반대측의 두개의 단부를 완만하게 연결시키도록 R면화한(즉, 상기 장방형 위를 부채형상으로 한다) 것이어도 된다. 또한, 도 3의 (b)에 나타내는 예에서는, 리브(38c)는, 전지 케이스의 폭방향의 중심으로부터 멀어지는 측의 제 2 부분(38b)의 단부에 접속하도록 마련되어 있다. 그러나, 리브(38c)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 리브(38c)는, 전지 케이스의 폭방향의 중심 근처의 제 2 부분(38b)의 단부에 마련되어도 되고, 제 2 부분(38b)의 폭방향의 중심이나, 그 외의 위치에 접속하도록 마련되어도 된다.
상기 실시형태에 있어서, 집전 부재(38,48)에 리브(38c,48c)는 하나만 마련되어 있었지만, 리브(38c,48c)는 하나의 집전 부재(38,48)에 두개 이상이 마련되어도 된다. 예를 들면 도 3의 (b)에 나타내는 예에서는, 리브(38c)는, 하나의 정극 집전 부재(38)에 하나가 마련되어 있다. 그러나 리브(38c)의 수는 이에 한정되지 않는다. 리브(38c)는, 하나의 정극 집전 부재(38)에, 두개 이상, 예를 들면 두개, 세개, 네개 등으로 복수가 마련되어도 된다. 이 경우, 모든 리브(38c)가 같은 형상이어도 되고, 하나 또는 몇개의 리브(38c)가 독립하여 다른 형상이어도 된다. 리브(38c)가 복수 있을 경우, 각각의 리브(38c)는, 제 1 부분(38a)과 제 2 부분(38b)이 이루는 각이 변동하는 것을 적합하게 억제하도록, 제 2 부분(38b)의 폭방향(W)으로 분산되어서 배치하면 된다. 예를 들면, 리브(38c)는, 제 2 부분(38b)의 폭방향에서 등간격으로 배치되어 있어도 된다. 또한, 제 1 부분(38a)과 제 2 부분(38b)이, 이들의 굴곡부(38L)에 있어서 단면 L자형이 아닌, 단면 T자형으로 접속되어 있는 경우에는, 리브(38c)는, 제 2 부분(38b)의 일방의 면에만 마련되어 있어도 되고, 양방의 면에 마련되어 있어도 된다(도 6의 (b) 참조). 이 경우, 리브(38c,48c)의 두께 TR 및 폭 WR은, 두개 이상의 리브(38c,48c)에 관한 합계의 두께 TR 및 합계의 폭 WR이, 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 실시형태에 있어서, 집전 부재(38,48)의 제 2 부분(38b,48b)은 광측면의 측에서 보았을 때 높이 방향으로 긴 장방형상(띠형상)이었다. 그러나, 제 2 부분(38b,48b)은 광측면의 측에서 본 형상이 장방형 이외의 형상이어도 된다. 예를 들면, 굴곡부(38L,48L)에 가까운 부분에서는 제 2 부분(38b,48b)의 폭이 보다 넓으며, 제 1 부분(38a,48a)과 제 2 부분(38b,48b)이 보다 긴 치수로 접속되어 있어도 된다. 그리고 제 2 부분(38b,48b)의 폭은, 하방을 향함에 따라서, 연속적으로 또는 단계적으로, 좁게 되어 있어도 된다(도 6의 (a) 참조).
또한, 제 2 부분(38b,48b)은, 전지 케이스(10)의 광측면을 따라 마련되어 있었다. 그러나, 제 2 부분(38b,48b)은, 전지 케이스(10)의 협측면을 따라 마련되어 있어도 된다. 이 때, 제 2 부분(38b,48b)은, 추가로 굽힘 가공됨으로써, 전극체(20)의 집전 영역(32c,42c)과 접합되어 있어도 된다. 예를 들면, 제 2 부분(38b,48b)은, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 하방 중 적어도 전극체(20)의 집전 영역(32c,42c)과 접합되는 부분이, 슬릿에 의해 두 갈래로 나누어져 있어도 된다. 제 2 부분(38b,48b)의 하단이 두 갈래로 나누어져 있으면, 권회형 전극체(10)의 집전부를 권회축(WL)을 기준으로 둘로 나누어서 묶을 수 있고, 이들을 두 갈래로 나누어진 제 2 부분(38b)의 각각으로 나누어서 접속할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 권회형 전극체(20)와 집전 부재(38,48)의 접합에 있어서, 집전 영역(32c,42c)에 가하는 변형량 및 부하를 저감할 수 있다. 또한, 권회형 전극체(20) 내로의 전해액의 함침을 촉진할 수 있는 점에 있어서도 바람직하다. 또한 이 경우, 리브(38c,48c)는, 두 갈래로 나누어진 제 2 부분(38b,48b)의 각각의 폭방향(협측면의 폭방향, 전지 케이스의 두께 방향)의 중심의 상방에 하나씩 마련하면 된다. 두 갈래로 나누어진 제 2 부분(38b,48b)의 각각에 대하여 리브(38c,48c)를 마련함으로써, 제 2 부분(38b,48b)의 강도를 높일 수 있는 점에 있어서도 바람직하다.
상기 실시형태에 있어서 전극체(20)는 권회형 전극체였지만, 전극체(20)는 매엽형 전극체여도 된다. 전극체(20)가 매엽형 전극체인 경우에는, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 집전 부재(38,48)의 제 2 부분(38b,48b)은 만곡부(38S)를 구비하고 있지 않아도 된다. 그 경우도 리브(38c,48c)의 치수는, 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 실시형태에 있어서, 집전 부재(38,48)는 제 2 부분(38b,48b)이 광측면을 따라 하방으로 연장되도록 설치되어 있었다. 그러나, 집전 부재(38,48)의 전지 케이스(10)로의 장착 양태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 집전 부재(38,48)의 제 2 부분(38b,48b)은, 협측면을 따라 하방으로 연장되도록 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제 2 부분(38b,48b)은 전극체의 집전 영역(32c,42c)과 2개소에서 접합되어 있어도 된다. 예를 들면 협측면측에서 보았을 때, 제 2 부분(38b,48b)을 하방으로 연장되는 두 갈래로 분할하여, 권회형 전극체(20)를 권회축(WL)을 따라 3시측과 9시측으로 둘로 나누어 둔다. 그리고 제 2 부분(38b,48b)의 두 갈래의 일방은 3시측의 전극체(20)에, 두 갈래의 타방은 9시측의 전극체(20)에, 각각 접합하면 된다. 이 때, 리브(38c,48c)는, 두 갈래로 나눈 제 2 부분(38b,48b)의 각각에 마련하면 된다. 또한 두 갈래로 나뉘어진 제 2 부분(38b,48b)은, 집전 영역(32c,42c)과 평행하게 되도록 각각 비틀려 집전 영역(32c,42c)과 접합되어 있어도 된다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않으며, 청구범위를 한정하는 것이 아니다. 청구범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.
1 이차 전지
30 정극
32 정극집전체
34 정극활물질층
36 절연층
40 부극
50 세퍼레이터
38,48 집전 부재
38a,48a 제 1 부분
38b,48b 제 2 부분
38c,48c 리브

Claims (7)

  1. 전지 케이스와,
    정극 및 부극이 세퍼레이터로 절연되어서 적층되어 이루어지는 전극체와,
    상기 전지 케이스와 상기 전극체에 접속되어 있는 집전 부재를 구비하고,
    상기 정극은,
    활물질층 형성 영역과, 상기 활물질층 형성 영역에 인접하는 절연층 형성 영역과, 상기 절연층 형성 영역에 인접하는 집전 영역을 구비하는 정극집전체와,
    상기 활물질층 형성 영역의 표면에 구비되며 정극활물질을 포함하는 정극활물질층과,
    상기 절연층 형성 영역의 표면에 구비된 절연층을 구비하고,
    상기 집전 부재는,
    제 1 부분과, 상기 제 1 부분과 연속하며 또한 상기 제 1 부분에 대하여 굴곡되어 있는 제 2 부분을 구비하고,
    상기 제 1 부분은, 상기 전지 케이스에 고정되어 있으며,
    상기 제 2 부분은, 상기 굴곡된 부분과는 반대측의 단부에 있어서 상기 집전 영역에 접속되어 있으며,
    상기 굴곡된 부분에 있어서, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분에 접속되는 리브를 추가로 구비하고 있고,
    상기 제 2 부분을 따른 상기 리브의 길이는 상기 제 1 부분과 상기 전극체의 간격보다 짧은, 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리브는, 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 표면 중 상기 전극체에 대향하는 측의 표면에 접속되어 있는, 이차 전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 집전 부재는, 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분과 상기 리브가 연속하며 또한 일체적으로 구성되어 있으며, 판상 금속의 굽힘 가공품 및 프레스 가공품 중 적어도 일방인, 이차 전지.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전지 케이스는, 개구를 가지는 케이스 본체와 상기 개구를 덮는 덮개 부재를 구비하는 각형 전지 케이스에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 덮개 부재의 내표면에 접속되고,
    상기 제 2 부분은 상기 개구를 둘러싸는 상기 케이스 본체 중 어느 하나의 면을 따라 굴곡되어 있으며,
    상기 제 1 부분으로부터 상기 단부의 최단부까지의 거리 LC와, 상기 리브의 상기 거리 LC를 따른 방향의 치수인 길이 LR은, 다음 관계 : LR≥0.1×LC;를 충족시키는, 이차 전지.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전지 케이스는, 개구를 가지는 케이스 본체와 상기 개구를 덮는 덮개 부재를 구비하는 각형 전지 케이스에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 덮개 부재의 내표면에 접속되고,
    상기 제 2 부분은 상기 개구를 둘러싸는 상기 케이스 본체 중 어느 하나의 면을 따라 굴곡되어 있으며,
    상기 제 2 부분의 상기 하나의 면에 직교하는 방향의 치수인 두께 TC(㎜)와, 상기 리브의 상기 하나의 면에 평행한 방향의 치수인 두께 TR(㎜)은, 다음 관계 : TR≥0.4×1/TC;를 충족시키는, 이차 전지.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전지 케이스는, 개구를 가지는 케이스 본체와 상기 개구를 덮는 덮개 부재를 구비하는 각형 전지 케이스에 있어서,
    상기 제 1 부분은 상기 덮개 부재의 내표면에 접속되고,
    상기 제 2 부분은 상기 개구를 둘러싸는 상기 케이스 본체 중 어느 하나의 면을 따라 굴곡되어 있으며,
    상기 제 2 부분의 상기 하나의 면에 직교하는 방향의 치수인 두께 TC(㎜)와, 상기 리브의 상기 두께 TC를 따른 방향의 치수인 폭 WR(㎜)은, 다음 관계 : WR≥0.25×1/TC;를 충족시키는, 이차 전지.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전극체는, 장척인 상기 정극, 상기 부극, 및 상기 세퍼레이터가 적층되고 권회되어서 이루어지는 권회형 전극체인, 이차 전지.
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