KR102519755B1 - 축전 디바이스용 외장체 - Google Patents

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Abstract

금속박층을 끼우고 일방의 면에 내열성 수지층이 맞붙여지고 타방의 면에 열융착성 수지층이 맞붙여진 라미네이트 외장재의 열융착성 수지층끼리를 내측을 향하여 합치고, 연부를 열밀봉함에 의해 디바이스 본체를 수납하는 수납실(40)이 형성되는 외장체(1)로서, 열밀봉된 라미네이트 외장재의 일방이 상기 수납실(40) 밖으로 연장되어 열융착성 수지층이 노출하는 도전용 플랜지(26, 31)가 형성되고, 이 도전용 플랜지(26, 31)에 열융착성 수지층의 적어도 일부가 제거되어 금속박층이 노출하는 외부 도전부(27, 32)를 가지며, 상기 외부 도전부(27, 32)를 갖는 라미네이트 외장재가 수납실(40) 내에서 열융착성 수지층의 일부가 제거되어 금속박층이 노출하는 내부 도전부(28, 33)를 갖는다.

Description

축전 디바이스용 외장체{OUTER BODY FOR ELECTRICAL STORAGE DEVICE}
본 발명은, 라미네이트 외장재를 사용한 축전 디바이스용 외장체 및 그 관련 기술에 관한 것이다.
근래, 스마트 폰이나 태블릿 단말 등의 휴대 기기의 박형 경량화에 수반하여, 이들에 탑재되는 리튬 이온 2차 전지나 리튬 폴리머 2차 전지의 외장재로서는, 종래의 금속 캔에 대신하여 금속박의 양면에 수지 필름을 맞붙인 라미네이트 외장재로 제작한 외장체가 사용되고 있다. 또한, 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 풍력 발전, 태양광 발전, 야간 전기기계의 축전용으로 사용되는 대형의 전지나 콘덴서, 커패시터 등의 파워 디바이스에서, 외장체의 재료로서 라미네이트 외장재를 사용하는 것이 검토되고 있다.
일반적으로 라미네이트 외장재제 외장체는, 금속 캔에 비하여 얇고, 경량이고, 성형 및 밀봉이 용이하고 취급하기 쉽지만, 상술한 축전 디바이스의 외장체로서 사용한 경우는 금속면이 외부에 노출하는 것이 없기 때문에, 건전지와 같이 외장체를 도체로서 사용할 수가 없다. 그 때문에, 도 10A 및 도 10B에 도시하는 바와 같이, 외장체 내로부터 절연 처리를 한 탭 리드를 인출하여 솔더링 등에 의해 결선하고, 전지 자체는 기판이나 몸체에 점착 테이프 등으로 고정되는 것이 많다.
라미네이트 외장재는 층의 중심에 금속박이 사용되고 있기 때문에, 수지층을 제거한 것으로 금속박을 노출시킬 수 있으면, 이것을 도체나 솔더링부 등으로서 이용할 수 있을 가능성이 있다.
라미네이트 외장재의 금속박을 자르지 않고서 수지층만을 자르는 기술로서는, 식품이나 의료 기구를 밀봉상태에 포장하는 포장주머니에 있어서, 수지층에 레이저 가공이나 금속날에 의한 기계 가공에 칼자국(切れ目)을 넣음에 의해 한손으로 개봉할 수 있도록 한 이개봉(易開封) 포장주머니가 있다(특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 국제 공개 WO2009/090930호 공보
특허 문헌 1은 라미네이트 외장재를 단면 방향으로 절단하여 포장주머니를 개봉하기 위한 기술로서, 수지층을 제거하여 금속박을 노출시키는 것에 적용할 수가 없다. 가령 수지층에 레이저를 조사하여도 선형상의 칼자국이 형성될 뿐이고, 수지층을 면형상으로 제거하여 솔더링 가능한 면적의 금속박을 노출시키는데는 이르지 목한다. 또한, 레이저를 왕복시켜서 수지가 남지 않도록 수지층을 면형상으로 태워 끊는데는 대단한 수고가 든다. 이 때문에, 라미네이트 외장재의 금속박을 면형상으로 노출시켜서 축전 디바이스의 도체로서 이용하는 것은 곤란하다.
본 발명은, 상술한 기술 배경을 감안하여, 외장체를 구성하는 라미네이트 외장재의 일부에 금속층이 면형상으로 노출하는 금속 노출부를 가지며, 이 금속 노출부를 도전부로서 이용할 수 있는 축전 디바이스용 외장체 및 그 관련 기술의 제공을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 하기 [1]∼[8]에 기재된 구성을 갖는다.
[1] 금속박층을 끼우고 일방의 면에 내열성 수지층이 맞붙여지고 타방의 면에 열융착성 수지층이 맞붙여진 라미네이트 외장재의 열융착성 수지층끼리를 내측을 향하여 합치고, 연부(緣部)를 열밀봉함에 의해 디바이스 본체를 수납하는 수납실이 형성된 외장체로서,
열밀봉된 라미네이트 외장재의 일방이 상기 수납실 외로 연장되어 열융착성 수지층이 노출하는 도전용 플랜지가 형성되고, 이 도전용 플랜지에 열융착성 수지층의 적어도 일부가 제거되어 금속박층이 노출하는 외부 도전부를 가지며, 상기 외부 도전부를 갖는 라미네이트 외장재가 수납실 내에서 열융착성 수지층의 일부가 제거되어 금속박층이 노출하는 내부 도전부를 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체.
[2] 상기 외장체는 2장의 라미네이트 외장재에 의해 수납실이 형성되고, 적어도 일방의 라미네이트 외장재가 도전용 플랜지, 외부 도전부 및 내부 도전부를 갖는 청구항 1에 기재된 축전 디바이스용 외장체.
[3] 상기 2장의 라미네이트 외장재는 각각에 도전용 플랜지, 외부 도전부 및 내부 도전부를 갖는 전항 2에 기재된 축전 디바이스용 외장체.
[4] 상기 2개의 도전용 플랜지는 수납실이 다른 변에 형성되어 있는 전항 3에 기재된 축전 디바이스용 외장체.
[5] 상기 외장체는 1장의 라미네이트 외장재를 되접어서 수납실이 형성되어 있는 전항 1에 기재된 축전 디바이스용 외장체.
[6] 전항 1∼5 중의 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장체의 수납실에 디바이스 본체가 수납되고, 상기 디바이스 본체의 전극과 외장체의 내부 도전부가 도통하고 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
[7] 상기 디바이스 본체의 전극과 외장체의 내부 도전부가 물리적 접촉, 접착, 초음파 용접 중의 어느 하나에 의해 도통하고 있는 전항 6에 기재된 축전 디바이스.
[8] 전항 6에 기재된 축전 디바이스의 외부 도전부가 회로에 직접 접촉하여 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
상기 [1] [2]에 기재된 축전 디바이스용 외장체는, 디바이스 본체에 접속하는 도전부가 외장체의 일부로서 수납실의 내외에 형성되어 있기 때문에, 정극 및 부극 중의 적어도 일방의 탭 리드를 없앨 수 있다. 탭 리드를 없앰으로써, 축전 디바이스를 경량화 및 소형화할 수 있고 또한 재료 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 축전 디바이스와 다른 디바이스와의 접속 스페이스도 축소할 수 있기 때문에, 축전 디바이스를 탑재하는 장치도 경량화 및 소형화할 수 있다. 또한, 열밀봉부에 탭 리드가 개재하지 않고 외장체의 열융착성 수지층끼리가 직접 접합되기 때문에, 접합 불량에 의한 전해액 누설의 사고를 막을 수 있고, 또한 탭 리드 부근에서 일어나기 쉬운 단락을 없앨 수 있다.
또한, 축전 디바이스의 각종 장치에의 장착 방법으로서, 건전지와 같이, 홀더에 축전 디바이스를 감입(嵌入)한다는 간단한 장착 방법을 채용할 수도 있다.
또한, 외부 도전부 및 내부 도전부는 모두 열융착성 수지층에 형성되어 있기 때문에, 외부 도전부를 내열성 수지층에 형성하는 것보다도 라미네이트 외장체 제작의 작업 효율이 좋다.
상기 [3]에 기재된 축전 디바이스용 외장체는, 외장체의 수납실의 내외에 2조(組)의 도전부를 갖고 있기 때문에 정극 및 부극의 양쪽의 탭 리드를 없앨 수 있어서, 상기한 효과를 이룬다.
상기 [4]에 기재된 축전 디바이스용 외장체는, 정극과 부극이 수납실이 다른 변에 마련되여 양극(兩極)이 떨어저 있기 때문에 정부 양극이 본의가 아닌 접촉이 방지되고, 단락 사고의 발생을 막을 수 있다.
상기 [5]에 기재된 축전 디바이스 외장체는, 외장체의 수납실의 내외에 1조의 도전부를 갖고 있기 때문에 정극 및 부극 중의 일방의 탭 리드를 없애는 것이, 상기한 효과를 이룬다.
상기 [6] [7]에 기재된 축전 디바이스는 [1]∼[5] 중의 어느 하나에 기재된 외장체가 사용되고 있기 때문에 상기한 효과를 이룬다.
상기 [8]에 기재된 전자 장치는, 축전 디바이스와 회로가 직접 접촉하여 접속되어 있기 때문에 소형화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 축전 디바이스용 외장체의 한 실시 형태의 사시도.
도 2는 도 1의 외장체를 구성하는 라미네이트 외장재의 단면도.
도 3은 본 발명의 축전 디바이스용 외장체의 다른 실시 형태의 사시도.
도 4는 본 발명의 축전 디바이스용 외장체의 또 다른 실시 형태의 사시도.
도 5는 라미네이트 외장재의 금속 노출부의 형성 방법을 도시하는 단면도.
도 6은 라미네이트 외장재의 금속 노출부의 다른 형성 방법을 도시하는 단면도.
도 7A는 도 1의 외장체를 사용한 라미네이트 외장 전지의 평면도.
도 7B는 도 7A의 7B-7B선 단면도.
도 8A는 도 2의 외장체를 사용한 라미네이트 외장 전지의 평면도.
도 8B는 도 8A의 8B-8B선 단면도.
도 8C는 도 8A의 8C-8C선 단면도.
도 9A는 도 4의 외장체를 사용한 라미네이트 외장 전지의 평면도.
도 9B는 도 9A의 9B-9B선 단면도.
도 10A는 비교례 1의 라미네이트 외장 전지의 평면도.
도 10B는 도 10A의 10B-10B선 단면도.
도 11은 전지 본체의 제작 방법의 설명도.
도 12는 실시례 1의 외장체의 본체의 제조 공정도.
도 13은 실시례 1의 외장체의 덮개체의 제조 공정도.
[축전 디바이스용 외장체]
도 1, 3, 4에 본 발명의 축전 디바이스용 외장체의 3개의 실시 형태를 도시한다. 이하의 설명에서, 동일 부호를 붙인 부재는 동일물 또는 동등물을 나타내고 있고, 중복되는 설명을 생략한다.
(제1의 외장체)
도 1에 도시하는 외장체(1)는, 도 2의 라미네이트 외장재(10)를 입체 성형한 본체(20)와 플랫한 라미네이트 외장재(10)로 이루어지는 덮개판(30)으로 구성되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 라미네이트 외장재(10)는 금속박층(11)의 일방의 면에 접착제(12)를 통하여 내열성 수지층(13)이 맞붙여지고, 타방의 면에 접착제(14)를 통하여 열융착성 수지층(15)이 맞붙여저 있다. 또한, 상기 라미네이트 외장재(10)는, 열융착성 수지층(15) 및 접착제(14)가 없고 금속박층(11)을 노출하는 금속 노출부(16)를 갖고 있다. 상기 금속 노출부(16)는 외장체(1)의 본체(20) 및 덮개판(30)의 소요 위치에 형성되고, 조립 상태에서의 위치에 응하여 외부 도전부 또는 내부 도전부로 이루어진다.
상기 본체(20)는, 상기 라미네이트 외장재(10)에 장출(張出) 성형이나 드로잉 등이 가공을 시행함에 의해 입체 성형된 오목부(21)를 가지며, 오목부(21)의 개구연으로부터 외방으로 거의 수평하게 늘어나는 플랜지(22, 23, 24, 25)를 갖고 있다. 4변 중의 하나의 플랜지(22)는 다른 3변의 플랜지(23, 24, 25)보다도 넓은 폭으로 형성되어 있다. 한편, 상기 덥개판(30)은 라미네이트 외장재(10)로 이루어지는 플랫 시트이고, 본체(20)의 평면 치수와 같은 치수로 형성되어 있다.
상기 외장체(1)는, 본체(20)의 오목부(21)의 개구측에 덮개판(30)을 덮는 양태로 조립되고, 상기 본체(20) 및 덮개판(30)은 열융착성 수지층(15)이 서로의 대향면이 되도록 가공되어 있다. 즉, 외장체(1)는 라미네이트 외장재(10)의 열융착성 수지층(15)끼리를 내측을 향하여 형성되어 있다.
상기 본체(20)와 덮개판(30)은 평면 치수가 같은 치수이지만, 이들은 장방형의 길이 방향에 따라 위치를 어긋내여 조립된다. 이 조립에 의해 오목부(21)가 폐색되어 수납실(40)이 형성되고, 수납실(40)의 주위에서 본체(20)와 덮개판(30)의 열융착성 수지층(15)끼리가 겹쳐지는 부분이 베어샐 장전 후의 열밀봉부(41)가 된다(도 7A 참조). 또한, 본체(20)와 덮개판(30)을 어긋내여 조립함으로써, 외장체(1)의 양단에 본체(20) 또는 덮개판(30)이 수납실(40) 밖으로 연장되어 열융착성 수지층(15)이 노출하는 부분이 생긴다. 본 발명에서는 열융착성 수지층(15)이 노출하는 부분을 도전용 플랜지로서 이용한다. 본체(20)에서는, 폭이 넓은 플랜지(22)의 외측 부분이 수납실(40) 밖으로 연장되어 도전용 플랜지(26)가 된다. 덮개판(30)에서는, 본체(20)의 도전용 플랜지(26)와 대향하는 변의 연부가 수납실(40) 밖으로 연장되어 도전용 플랜지(31)가 된다.
본체(20) 및 덮개판(30)은, 상술한 라미네이트 외장재(10)의 금속 노출부(16)를 2개씩 갖고 있다. 본체(20)는, 도전용 플랜지(26) 및 오목부(21)의 저면에 금속 노출부를 가지며, 도전용 플랜지(26)의 금속 노출부는 수납실(40) 밖으로 노출하는 외부 도전부(27)이고, 오목부(21) 저면의 금속 노출부는 수납실(40) 내의 내부 도전부(28)이다. 덮개판(30)은 도전용 플랜지(31) 및 본체(20)의 오목부(21)를 막는 부분에 금속 노출부를 가지며, 도전용 플랜지(31)의 금속 노출부는 수납실(40) 밖으로 노출하는 외부 도전부(32)이고, 오목부(21)를 막는 부분의 금속 노출부는 수납실(40) 내의 내부 도전부(33)이다. 즉, 상기 외장체(1)는, 금속박층(11)을 통하여 수납실(40)의 내외에 도통하는 도전부를 2조 가지며, 2조의 도전부는 서로 절연되어 있다.
(제2의 외장체)
도 3에 도시하는 외장체(2)는, 평면시 장방형의 오목부(51)를 갖는 본체부(50)와 상기 오목부(51)에 덮는 덮개판부(60)가 1장의 라미네이트 외장재(10)로 일체로 형성되어 있다. 상기 본체부(50)는 오목부(51)의 4변의 개구연으로부터 외방에 늘어나는 플랜지(52, 53, 54, 55)를 가지며, 본체부(50)와 덮개판부(60)를2개로 접음에 의해 조립되고, 오목부(51)가 폐색되어 수납실(40)이 형성된다. 또한, 4변의 플랜지(52, 53, 54, 55)중이 절곡선(折曲線)의 대향변의 플랜지(53)는, 그 일부가 외방으로 연장되어 절곡한 덮개판(60)으로부터 돌출하고, 열융착성 수지층(15)이 노출하는 도전용 플랜지(56)로 되어 있다. 또한, 수납실(40)의 주위의 3변의 열융착성 수지층(15)끼리가 겹쳐지는 부분이 베어샐 장전 후의 열밀봉부(41)가 된다(도 8A 참조).
라미네이트 외장재(10)의 금속 노출부(16)는 상기 도전용 플랜지(56)와 오목부(51) 저면의 2개소로 형성되고, 도전용 플랜지(56)의 금속 노출부는 수납실(40) 밖으로 노출하는 외부 도전부(57)이고, 오목부(51) 저면의 금속 노출부는 수납실(40) 내의 내부 도전부(58)이다. 즉, 상기 외장체(2)는 금속박층(11)을 통하여 수납실(40)의 내외에 도통하는 1조의 도전부를 갖고 있다.
(제3의 외장체)
2개의 부재로 구성한 축전 디바이스용 외장체는, 일방의 부재에만 외부 도전부 및 내부 도전부를 형성하고, 타방의 부재로서 금속 노출부가 없는 라미네이트 외장재를 사용할 수 있다. 도 4에 도시하는 외장체(3)는, 도 1의 외장체(1)의 본체(20)와 금속 노출부가 없는 라미네이트 외장재로 이루어지는 덮개판(35)을 조합시킨 외장체이다. 상기 덥개판(35)은 본체(20)의 도전용 플랜지(22)를 제외한 평면 치수로 형성되어 있기 때문에, 본체(20)에 덮개판(35)을 덮으면 도전용 플랜지(22)가 수납실(40) 밖으로 노출한다. 즉, 상기 외장체(3)는 금속박층(11)을 이용하여 수납실(40)의 내외에 도통하는 1조의 도전부를 갖고 있다.
또한, 상기 축전 디바이스용 외장체(1, 2, 3)는 도전용 플랜지(26, 31, 56)의 일부에 외부 도전부(27, 32, 57)를 형성한 예이지만, 도전용 플랜지 전역의 금속박층을 노출시켜서 외부 도전부를 형성할 수도 있다.
[라미네이트 외장재의 구성 재료]
라미네이트 외장재(10)를 구성하는 각 층의 재료는 축전 디바이스의 외장재로서 사용할 수 있는 한, 임의의 재료를 사용할 수 있다. 바람직한 재료는 이하와 같다.
(내열성 수지층)
외장체의 외측층이 되는 내열성 수지층(13)을 구성하는 내열성 수지로서는, 외장재를 열밀봉할 때의 열밀봉 온도로 용융하지 않는 내열성 수지를 사용한다. 상기 내열성 수지로서는, 열융착성 수지층(15)을 구성하는 열융착성 수지의 융점보다 10℃ 이상 높은 융점을 갖는 내열성 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 열융착성 수지의 융점보다 20℃ 이상 높은 융점을 갖는 내열성 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
상기 내열성 수지층(13)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름 등을 들 수 있고, 이들의 연신 필름이 바람직하게 사용된다. 그 중에서도, 성형성 및 강도의 점에서, 2축 연신 폴리아미드 필름 또는 2축 연신 폴리에스테르 필름, 또는 이들을 포함하는 복층 필름이 특히 바람직하고, 또한 2축 연신 폴리아미드 필름과 2축 연신 폴리에스테르 필름이 맞붙여진 복층 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리아미드 필름으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 6-폴리아미드 필름, 6,6-폴리아미드 필름, MXD폴리아미드 필름 등을 들 수 있다. 또한, 2축 연신 폴리에스테르 필름으로서는, 2축 연신 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름, 2축 연신 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등을 들 수 있다. 또한, 내열성 수지층(13)은, 단층으로 형성되어 있어도 좋고, 또는, 예를 들면 PET 필름/폴리아미드 필름으로 이루어지는 복층으로 형성되어 있어도 좋다.
또한, 내열성 수지층(13)의 표면의 미끄럼성을 향상시켜서 성형용 금형과의 활주성을 높이기 위해 활제(滑劑) 및/또는 고체 미립자를 배합하는 것도 바람직하다.
상기 내열성 수지층(13)의 두께는 9㎛∼50㎛인 것이 바람직하다. 내열성 수지층(13)의 두께를 9㎛ 이상으로 함으로써 축전 디바이스용 외장체로서 충분한 강도를 확보할 수 있고, 50㎛ 이하으로 함으로써 입체 성형시의 응력을 작게 할 수 있고 성형성을 향상시킬 수 있다. 특히 바람직한 내열성 수지층(13)의 두께는 10㎛∼30㎛이다.
(열융착성 수지층)
내측층인 열융착성 수지층(15)은, 리튬 이온 2차 전지 등에서 사용되는 부식성이 강한 전해액 등에 대해서도 우수한 내약품성을 구비시킴과 함께, 외장재에 열밀봉성을 부여하는 역할을 담당하는 것이다.
상기 열융착성 수지층(15)으로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 내약품성 및열밀봉성의 점에서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 올레핀계 공중합체, 이들의 산 변성물 및 아이오노머로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 올레핀계 공중합체로서, EVA(에틸렌·아세트산비닐 공중합체), EAA(에틸렌·아크릴산 공중합체), EMAA(에틸렌·메타아크릴산 공중합체)를 예시할 수 있다. 또한, 폴리아미드 필름(예를 들면 12나일론)이나 폴리이미드 필름도 사용할 수 있다.
상기 열융착성 수지층(15)도 또한 내열성 수지층(13)과 같이, 표면의 미끄럼성을 높이기 위해 활제 및/또는 고체 미립자를 배합하는 것도 바람직하다.
상기 열융착성 수지층(15)의 두께는, 20㎛∼80㎛로 설정되는 것이 바람직하다. 20㎛ 이상으로 함으로써 핀 홀의 발생을 충분히 방지할 수 있음과 함께, 80㎛ 이하로 설정함으로써 수지 사용량을 저감할 수 있고 비용 저감을 도모할 수 있다. 그 중에서도, 상기 열융착성 수지층(15)의 두께는 20㎛∼50㎛로 설정되는 것이 특히 바람직하다. 또한, 상기 열융착성 수지층(15)은, 단층이라도 좋고, 복층이라도 좋다. 복층 필름으로서, 블록 폴리프로필렌 필름의 양면에 랜덤 폴리프로필렌 필름을 적층한 3층 필름을 예시할 수 있다.
(금속박층)
상기 금속박층(11)은, 라미네이트 외장재(10)에 산소나 수분의 침입을 저지하는 가스 배리어성을 부여하는 역할을 담당하는 것이다. 또한, 본 발명에서는 금속 노출부를 도전부로서 이용하기 때문에, 도전성이 좋은 금속박을 사용한다. 예를 들면, 알루미늄박, 구리박, 니켈박, 스테인리스박, 또는 이것의 클래드박, 이들의 소둔박 또는 미소둔박 등을 들 수 있다. 또한, 니켈, 주석, 구리, 크롬 등의 도전성 금속으로 도금한 금속박, 예를 들면 도금한 알루미늄박을 사용하는 것도 바람직하다. 상기 도전성 도금 피막은 금속박층의 적어도 금속 노출부에 대응하는 부분에 형성되어 있으면 좋다. 또한, 상기 금속박층(11)은 하지 처리로서 하기한 화성 처리를 시행하여 화성 피막을 형성하는 것도 바람직하다.
(금속박층의 화성 피막)
라미네이트 외장재(10)의 외측층 및 내측층은 수지로 이루어지는 층이고, 이들의 수지층에는 극미량이지만, 외장체의 외부로부터는 광, 산소, 액체가 들어갈 우려가 있고, 내부로부터는 내용물(전지의 전해액 등)이 스며들 우려가 있다. 또한, 외장체의 내부 도전부에 내용물이 부착할 우려가 있다. 침입물이나 내용물이 금속박층(11)에 도달하면 금속박층의 부식 원인이 된다. 본 발명의 라미네이트 외장재(10)는, 금속박층(11)의 표면에 내식성이 높은 화성 피막을 형성함에 의해, 금속박층(11)의 내식성 향상을 도모할 수 있다.
화성 피막은 금속박 표면에 화성 처리를 시행함에 의해 형성되는 피막이고, 예를 들면, 금속박에 크로메이트 처리, 지르코늄 화합물을 사용한 논크롬형 화성 처리를 시행함에 의해 형성할 수 있다. 예를 들면, 크로메이트 처리의 경우는, 탈지 처리를 행한 금속박의 표면에 하기 1)∼3)의 어느 하나의 혼합물의 수용액을 도포한 후 건조시킨다.
1) 인산과, 크롬산과, 불화물의 금속염 및 불화물의 비금속염 중의 적어도 일방과의 혼합물
2) 인산과, 아크릴계 수지, 키토산 유도체 수지 및 페놀계 수지 중의 어느 일방과, 크롬산 및 크롬(Ⅲ)염 중의 적어도 일방과의 혼합물
3) 인산과, 아크릴계 수지, 키토산 유도체 수지, 페놀계 수지 중의 어느 일방과, 크롬산 및 크롬(Ⅲ)염 중의 적어도 일방과, 불화물의 금속염 및 불화물의 비금속염 중의 적어도 일방과의 혼합물
상기 화성 피막은 크롬 부착량으로서 0.1㎎/㎡∼50㎎/㎡가 바람직하고, 특히 2㎎/㎡∼20㎎/㎡가 바람직하다. 이들의 두께 또는 크롬 부착량의 화성 피막에 의해 고내식성의 라미네이트 외장재로 할 수 있다.
또한, 금속박층(11)의 어느 일방의 면에 화성 피막을 갖는 라미네이트 외장재도 본 발명에 포함된다.
상기 금속박층(11)의 두께는, 20㎛∼200㎛인 것이 바람직하다. 20㎛ 이상임으로서 금속박을 제조한 때의 압연시나 열밀봉시의 핀 홀이나 깨짐의 발생을 방지할 수 있음과 함께, 200㎛ 이하임으로써 장출 성형시나 드로잉시의 응력을 작게 할 수 있고 성형성을 향상시킬 수 있다. 또한, 금속박층(11)의 두께를 200㎛ 이하로 함으로써, 중량 증가 및 재료 비용을 억제할 수 있다.
(접착제)
내열성 수지층(13)측의 접착제(12)로서는, 예를 들면, 주제로서의 폴리에스테르 수지와 경화제로서의 다관능 이소시아네이트 화합물에 의한 2액 경화형 폴리에스테르-우레탄계 수지, 또는 폴리에테르-우레탄계 수지를 포함하는 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 열융착성 수지층(15)측의 접착제(14)로서는, 예를 들면, 폴리우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제, 에폭시계 접착제, 폴리올레핀계 접착제, 일래스토머계 접착제, 불소계 접착제 등에 의해 형성된 접착제를 들 수 있다. 그 중에서도, 아크릴계 접착제, 폴리올레핀계 접착제를 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우에는, 라미네이트 외장재(10)의 내전해액성 및 수증기 배리어성을 향상시킬 수 있다. 또한, 라미네이트 외장체를 전지 케이스로서 사용한 경우는, 산변성한 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 라미네이트 외장재(10)의 총두께는 50㎛∼300㎛의 범위가 바람직하다. 총두께 50㎛ 미만에서는 성형시 및 열밀봉시에 깨짐이나 핀 홀이 발생하기 쉽게 된다. 또한 총두께 300㎛를 초과하면 성형성이 저하될 우려가 있다. 라미네이트 외장재가 두꺼워진다면 재료 비용이 높아지고, 중량도 무겁게 된다.
(금속 노출부의 형성 방법)
라미네이트 외장재(10)에서의 금속 노출부(16)의 형성 방법은 특히 한정되지 않는다. 단, 금속 노출부는 디바이스 본체 또는 다른 디바이스와 도통시키기 위한 접속 부분이기 때문에, 확실하게 도통을 얻기 위해 금속박층이 면형상으로 노출하여 있는 것이 바람직하다. 이하에, 금속박층(11)을 면형상으로 노출시키는 방법례를 설명한다.
(1) 주지의 방법에 의해, 금속박층(11)의 일방의 면에 접착제(12)로 내열성 수지층(13)을 맞붙이고, 타방의 면에 접착제(14)로 열융착성 수지층(15)을 맞붙여서 5층 구조의 라미네이트 외장재를 제작한다. 이 라미네이트 외장재의 열융착성 수지층(15)측의 면에 레이저를 조사하여 열융착성 수지층(15) 및 접착제(14)를 소작(燒灼) 제거하여, 금속박층(11)을 노출시킨다.
(2) 도 5에 도시하는 바와 같이, 금속박층(11)과 열융착성 수지층(15)과의 맞붙임 공정에서, 금속 노출부(16)에 대응하는 부분에 접착제(14)를 도포하지 않은 미도포 부분(17)을 형성하여 두고, 열융착성 수지층(15)을 맞붙인다. 그리고, 상기 미도포 부분(17)의 주위의 열융착성 수지층(15)에 칼자국을 넣어, 미도포 부분(17)상의 열융착성 수지층(15a)을 제거한다. 미도포 부분(17)에는 접착제(14)가 도포되어 있지 않기 때문에, 열융착성 수지층(15a)의 제거에 의해 금속박층(11)이 노출하여 금속 노출부(16)가 형성된다.
상기 방법에서는, 미도포 부분(17)을 판별하기 쉽게 하기 위해 접착제(14)에 안료나 착색제를 배합하여도 좋다.
상기 금속박층(11)과 내열성 수지층(13)과의 접합은 접착제(12)를 사용하여 주지의 방법으로 행한다.
(3) 도 6에 도시하는 바와 같이, 금속박층(11)과 열융착성 수지층(15)과의 맞붙임 공정에서, 금속 노출부(16)에 대응하는 부분에 점착 테이프(18)를 붙여 두고, 그 후에 접착제(14)를 도포하여 열융착성 수지층(15)을 맞붙인다. 그리고, 점착 테이프(18)의 주위의 열융착성 수지층(15)에 칼자국을 넣어 열융착성 수지층(15a)를 제거한다. 점착 테이프(18)와 열융착성 수지층(15)은 접착제(14)에 의해 접합되어 있기 때문에, 점착 테이프(18)는 열융착성 수지층(15a)과 함께 제거된다. 열융착성 수지층(15a) 및 점착 테이프(18)의 제거에 의해 금속박층(11)이 노출하여 금속 노출부(16)가 형성된다. 열융착성 수지층(15)에의 칼자국은, 레이저 조사, 커터에 의한 절단 등에 의해 행한다.
상기 점착 테이프(18)의 부착에 대신하고, 금속박층(11)에 대한 접착 저해제의 도포를 행하여도 좋다.
상기 금속박층(11)과 내열성 수지층(13)과의 맞붙임은 접착제(12)를 이용하여 주지의 방법으로 행한다.
라미네이트 외장재(10)를 입체 성형하는 경우는, 소요 위치에 상기한 방법으로 금속 노출부(16)를 형성한 후에 입체 성형하고, 입체 성형 후에 소요 치수로 트리밍 한다.
[축전 디바이스]
도 7A∼도 9B에, 상기한 외장체(1, 2, 3)를 사용한 라미네이트 외장 전지(101, 102, 103)를 도시한다.
라미네이트 외장 전지(101, 102, 103)에서의 베어샐(70)은 공통이고, 부전극(71)과 정전극(72)과의 사이에 세퍼레이터(73)를 개재시킨 상태로 복층으로 적층한 적층체이다.
이하의 설명에서, 동일 부호를 붙인 부재는 동일물 또는 동등물을 나타내고 있고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도 7B, 8B, 8C, 9B는 외장체(1, 2, 3)를 구성하는 라미네이트 외장재(10)의 금속박층(11), 내열성 수지층(13) 및 열융착성 수지층(15)만을 도시하고, 접착제(12, 14)의 도시를 생략하고 있다. 상기 라미네이트 외장 전지(101, 102, 103)는 본 발명의 축전 디바이스에 대응하고, 베어샐은 디바이스 본체에 대응한다.
(제1 라미네이트 외장 전지)
도 7A 및 도 7B에, 도 1의 외장체(1)에 베어샐(70)을 장전한 제1 라미네이트 전지(101)를 도시한다.
베어샐(70)은 하면에 정전극(72)이 노출하고, 상면에 부전극(71)이 노출하여 있다.
상기 라미네이트 외장 전지(101)는, 외장체(1)를 조립하는 과정에서 외장체(1)의 수납실(40) 내에 베어샐(70)을 장전함에 의해 제작한다. 상세는 이하와 같다.
(1) 본체(20)의 오목부(21) 내의 내부 도전부(28)에 베어샐(70)의 하면에 노출하는 정전극(72)을 도통시킨다. 한편, 덮개판(30)의 내부 도전부(33)에 베어샐(70)의 상면에 노출하는 부전극(71)을 도통시킨다. 도통 방법은 한정되지 않는다. 내부 도전부(28, 33)를 정전극(72) 또는 부전극(71)을 물리적으로 접촉시키면 도통을 얻을 수 있지만, 도전성 접착제에 의한 접착, 초음파 접합 등에 의해 양자를 결합시킬 수도 있다. 도 7B는, 도전성 접착제(74)에 의한 접착례를 도시하고 있다. 접착 또는 접합에 의해 도통시키면, 조립 공정에서 정전극(72) 또는 부전극(71)이 내부 도전부(28, 33)로부터 본의가 아니게 벗어나는 일이 없기 때문에 작업성이 향상한다. 또한, 접착 또는 접합함에 의해 조립 후에 있어도 안정된 도통 상태가 유지된다.
(2) 본체(20) 오목부(21)에 베어샐(70)을 장전하고, 덮개판(30)을 덮는다.
(3) 상기 오목부(21)의 주위의 4변의 플랜지(22, 23, 24, 25) 중의 3을 열밀봉하고, 미(未)실 변으로부터 수납실(40) 내에 전해액을 주입한다. 이 때, 도전용 플랜지(26, 31)가 없는 변을 미실 변으로 하고, 외부 도전부(27, 32) 이외의 변부터 전해액을 주입하는 것이 바람직하고, 주입 작업시에 외부 도전부(27, 32)에 전해액이 부착할 위험성을 줄일 수 있다.
(4) 미실 변의 플랜지를 열밀봉한다. 이에 의해, 수납실(40)의 전둘레에 열밀봉부(41)가 형성되고, 베어샐(70) 및 전해액이 수납실(40) 내부에 밀봉된다.
상기 제1 라미네이트 외장 전지(101)는, 베어샐(70)의 정전극(72)이 외장체(1)의 본체(20)의 내부 도전부(28)에 도통하고, 본체(20)를 구성하는 라미네이트 외장재(10)의 금속박층(11)이 도체가 되어 외부 도전부(27)에 도통한다. 또한, 베어샐(70)의 부전극(71)이 외장체(1)의 덮개판(30)의 내부 도전부(33)에 도통하고, 덮개판(30)을 구성하는 라미네이트 외장재(10)의 금속박층(11)이 도체가 되어 외부 도전부(32)에 도통하다. 이러한 구조에 의해, 외장체(1)의 외부 도전부(27, 32)를 이용하여 라미네이트 외장 전지(101)에 방충전할 수 있다.
(제2 라미네이트 외장 전지)
도 8A∼도 8C에, 도 3의 외장체(2)에 베어샐(70)을 장전한 제2 라미네이트 외장 전지(102)를 도시한다.
상기 외장체(2)는 1장의 라미네이트 외장재(10)로 구성되고, 수납실(40)의 내외에 도통하는 도전부는 1조이기 때문에, 베어샐(70)의 부전극(71) 및 정전극(72)의 일방은 탭 리드를 접속하여 외장체(2) 밖으로 인출하여 도통로를 얻는다. 도시례에서는 베어샐(70)의 정전극(72)이 내부 도전부(58)에 도전성 접착제(74)에 의해 접착되어 있다. 한편, 부전극(71)에는 부극 탭 리드(75)가 접속되어 있다. 상기 75a는 금속판이고, 75b는 열밀봉부(41)에 개재하는 수지 필름이다. 상기 제2 라미네이트 외장 전지(102)의 조립 순서는 이하와 같다.
(1) 베어샐(70)의 부전극(71)에 부극 탭 리드(75)를 접속한다. 접속 방법은 한정되지 않고, 초음파 접합 등에 의해 행한다.
(2) 외장체(2)의 본체부(50)의 오목부(51) 내의 내부 도전부(58)에 베어샐(70)의 하면에 노출하는 정전극(72)을 도통시킨다. 도 8B는 도전성 접착제(74)에 의한 접착례를 도시하고 있다.
(3) 부극 탭 리드(75)가 플랜지(53)로부터 인출되도록 본체부(50)의 오목부(51)에 베어샐(70)을 장전하고, 덮개판부(60)를 덮는다.
(4) 상기 오목부(51)의 주위의 4변의 플랜지 중의 3을 열밀봉하고, 미실 변으로부터 수납실(40) 내에 전해액을 주입한다. 이 때, 미실 변은 외부 도전부(57) 및 부극 탭 리드(75)가 없는 플랜지(52) 또는 플랜지(54)로 하는 것이 바람직하고, 주입 작업시에 외부 도전부(57) 또한 부극 탭 리드(75)에 전해액이 부착할 위험성을 줄일 수 있다.
(5) 미실 변의 플랜지를 열밀봉한다. 이에 의해, 수납실(40)의 전둘레에 열밀봉부(41)가 형성되고, 베어샐(70) 및 전해액이 수납실(40) 내부에 밀봉된다.
상기 제2 라미네이트 외장 전지(102)는, 베어샐(70)의 정전극(72)이 외장체(2)의 내부 도전부(58)와 도통하고, 외장체(2)를 구성하는 라미네이트 외장재(10)의 금속박층(11)이 도체가 되어 외부 도전부(57)와 도통한다. 또한, 베어샐(70)의 부전극(71)은 부극 탭 리드(75)를 통하여 외장체(2) 밖과의 도통을 얻고 있다. 외장체(2)가 1장의 라미네이트 외장재(10)로 형성되어 있기 때문에 전극의 일방은 탭 리드를 사용할 필요가 있고, 상기한 제1 라미네이트 외장 전지(101)와 비교한다면 소형 경량화 효과, 타 디바이스와의 접속용 스페이스의 축소 효과는 적지만, 상응하는 효과는 얻어진다. 또한, 외장체(2)가 1장의 라미네이트 외장재(10)로 형성되어 있기 때문에 조립 작업이 간단하다.
(제3 라미네이트 외장 전지)
도 9A 및 도 9B에, 도 4의 외장체(3)에 베어샐(70)을 장전한 제3 라미네이트 외장 전지(103)를 도시한다.
상기 외장체(3)가 갖는, 수납실(40)의 내외에 도통하는 도전부는 1조이기 때문에, 베어샐(70)의 부전극(71) 및 정전극(72)의 일방은 탭 리드를 접속하여 외장체(3) 밖으로 인출한다. 도시례에서는 베어샐(70)의 정전극(72)이 내부 도전부(28)에 도전성 접착제(74)에 의해 접착되어 있다. 한편, 부전극(71)에는 부극 탭 리드(75)가 접속되어 있다.
상기 제3 라미네이트 외장 전지(103)의 조립 순서는 이하와 같다.
(1) 베어샐(70)의 부전극(71)에 탭 리드(75)를 접속한다.
(2) 외장체(3)의 본체(20)의 오목부(21) 내의 내부 도전부(28)에 베어샐(70)의 하면에 노출하는 정전극(72)을 도통시킨다.
(3) 부극 탭 리드(75)가 도전용 플랜지(26)에 대향한 플랜지(24)로부터 인출되도록 본체(20)의 오목부(21)에 베어샐(70)을 장전하고, 덮개판(35)을 덮는다. 덮개판(35)은, 부극 탭 리드(75)가 인출된 측에서 덮개판(35)의 단부와 플랜지(24)의 단부를 맞추고, 도전용 플랜지(26)가 노출하도록 덮는다.
(4) 상기 오목부(21)의 주위의 4변의 플랜지(22, 23, 24, 25) 중의 3을 열밀봉하고, 미실 변으로부터 수납실(40) 내에 전해액을 주입한다. 이 때, 도전용 플랜지(26) 및 부극 탭 리드(75)가 인출되지 않은 변을 미실 변으로 하여, 외부 도전부(27) 및 부극 탭 리드(75)가 없는 변에서 전해액을 주입한 것이 바람직하다.
(5) 미실 변의 플랜지를 열밀봉한다. 이에 의해, 수납실(40)의 전둘레에 열밀봉부(41)가 형성되고, 베어샐(70) 및 전해액이 수납실(40) 내부에 밀봉된다.
상기 제3 라미네이트 외장 전지(103)는, 베어샐(70)의 정전극(72)이 본체(20)의 내부 도전부(28)와 도통하고, 본체(20)를 구성하는 라미네이트 외장재(10)의 금속박층(11)이 도체가 되어 외부 도전부(27)와 도통한다. 또한, 베어샐(70)의 부전극(71)은 부극 탭 리드(75)를 이용하여 외장체(3) 밖과의 도통을 얻고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 축전 디바이스는 디바이스 본체에 접속하는 도전부가 외장체의 일부로서 수납실의 내외에 형성되어 있기 때문에, 탭 리드를 없앨 수 있다. 외장체에 적어도 1조의 도전부를 형성하면, 정전극 및 부전극 중의 적어도 일방의 탭 리드를 없앨 수 있다. 탭 리드를 없앰으로써, 축전 디바이스를 경량화 및 소형화할 수 있고, 또한 재료 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 축전 디바이스와 다른 디바이스와의 접속 스페이스도 축소할 수 있기 때문에, 축전 디바이스를 탑재하는 장치도 경량화 및 소형화할 수 있다.
또한, 열밀봉부에 탭 리드가 개재하지 않고 외장체의 열융착성 수지층끼리가 직접 접합되기 때문에, 접합 불량에 의한 전해액 누설의 사고를 막을 수 있다. 또한, 탭 리드 부근에서 일어나기 쉬운 단락을 없앨 수 있다.
또한, 축전 디바이스의 각종 장치에의 장착 방법으로서, 건전지와 같이, 홀더에 축전 디바이스를 감입한다는 간단한 장착 방법을 채용할 수도 있다. 또한, 각종 전자 장치의 회로에 도전부를 직접 접속할 수도 있어서, 회로와 일체로 접속함으로서 전자 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 외부 도전부 및 내부 도전부는 모두 열융착성 수지층에 형성되어 있기 때문에, 내외의 도전부를 내열성 수지층과 열융착성 수지층으로 형성하는 것보다도 라미네이트 외장체 제작의 작업 효율이 좋다.
또한, 열밀봉부에 탭 리드가 개재하지 않고 외장체의 열융착성 수지층끼리가 직접 접합되기 때문에, 접합 불량에 의한 전해액 누설의 사고를 막을 수 있다.
외장체에 2조의 도전부를 형성하는 경우는, 2조의 도전부를 수납실의 다른 변에 형성하고, 정극과 부극을 떨어진 위치에 마련한 것이 바람직하다. 도 7A의 제1 라미네이트 외장 전지(101)는 외부 도전부(27, 32)를 수납실(40)의 대향변에 마련한 예이다. 또한, 수납실이 인접하는 변에 마련하여도 좋다. 이와 같이 2개의 외부 도전부를 수납실의 다른 변에 마련함으로써 정부 양극이 본의가 아닌 접촉이 방지되고, 단락 사고의 발생을 막을 수 있다. 또한, 본 발명은 2개의 외부 도전부가 수납실의 동일한 변에 형성된 외장체를 제외하는 것이 아니다.
외장체의 입체 성형, 상기 실시 형태에 있어서 오목부의 형성의 유무는 임의로 선택할 수 있다. 외장체에 오목부을 형성함에 의해 수납실 용적을 확대할 수 있기 때문에, 오목부을 형성한 외장체는 적층수가 많은 베어샐을 사용하는 중∼고용량의 전지에 적합하다. 한편, 오목부을 형성하는 일 없이 연부를 열밀봉한 주머니형상의 외장체는 저용량의 전지에 적합하다.
본 발명의 축전 디바이스는 전지로 한정되는 것이 아니다. 또한, 전지 이외의 다른 디바이스로서 커패시터, 콘덴서를 들 수 있다.
[실시례]
각종 모의(模擬) 전지를 제작하였다. 실시례 1의 모의 전지는 도 1에 참조되는 외장체(1)에 2조의 도전부를 형성한 라미네이트 외장 전지(도 7A, 7B 참조), 실시례 2의 모의 전지는 도 4에 참조되는 외장재(3)에 1조의 도전부를 형성한 라미네이트 외장 전지(도 9A, 9B 참조), 비교례 1의 모의 전지는 도 10A, 10B에 참조된 외장체에 도전부를 갖지 않는 라미네이트 외장 전지이다. 또한, 외장체는 입체 성형하여 오목부을 형성한 본체와, 플랫 시트로 이루어지는 덮개판과의 조합인 것이 공통된다.
또한, 도 1, 도 4, 도 7A, 7B, 도 9A, 9B, 도 10A, 10B는 전지의 구조의 설명을 보조하기 위해 이용한 참조도이고, 도면과 실시례 및 비교례의 전지의 치수는 일치하지 않는다.
각 예의 외장체를 구성하는 라미네이트 외장재 및 전지 본체 등의 재료는 공통이고, 이하와 같다.
(라미네이트 외장재)
본체용 라미네이트 외장재 및 덮개판용 라미네이트 외장재의 각 층의 재료를 표 1에 표시하는 바와 같다.
[표 1]
Figure 112015125142601-pat00001
또한, 금속 노출부 형성용의 점착 테이프(80, 81)로서 두께 50㎛의 폴리에스테르 점착 테이프를 사용하였다.
(전지 본체 등)
부전극(71)으로서 100㎜×100㎜로 재단한 두께 30㎛의 구리박, 정전극(72)으로서 100㎜×100㎜로 재단한 두께 30㎛의 알루미늄박, 세퍼레이터(73)로서 두께 30㎛로 폭 100㎜의 폴리프로필렌 필름을 사용하였다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 세퍼레이터(73)를 90㎜ 간격으로 구불구불하게 접어서, 부전극(71)과 정전극(72)을 구불구불하게 접은 세퍼레이터(73)의 곡(谷)부분에 교대로 삽입하고, 부전극(71)과 정전극(72)을 각 40장 겹쳤다. 세퍼레이터(73)로부터 여분으로 비어저 나온 부전극(71)과 정전극(72)은 각각의 40장을 초음파 용접에 의해 연결하여 고정하고, 전지 본체(베어샐)(70)로 하였다.
전해액은, 에틸렌카보네이트, 디메틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트를 체적비 1:1:1로 혼합하고, 이 혼합액 1ℓ에 대해 1몰의 LiPF6를 첨가하여 조제하였다.
부극 탭 리드(75)는, 폭 15㎜×길이 100㎜×두께 0.1㎜의 니켈제 탭(75a)의 중앙부의 상하에 폭 15㎜×길이 15㎜×두께 0.1㎜의 무수말레산 변성 폴리프로필렌 필름(융점 168℃, 미쯔비시화학주식회사제 모딕(등록상표)P502)(75b)을 배치하고, 상하를 200℃로 가열한 플랫한 열판으로 4초간 끼워서 가열하여, 열밀봉함에 의해 제작하였다.
정극 탭 리드(76)는, 폭 15㎜×길이 100㎜×두께 0.1㎜의 알루미늄판(75a)의 중앙부의 상하에 폭 15㎜×길이 15㎜×두께 0.1㎜의 무수 말레산 변성 폴리프로필렌 필름(융점 168℃, 미쯔비시화학주식회사제 모딕(등록상표)P502)(75b)을 배치하고, 상하를 200℃로 가열한 플랫한 열판으로 4초간 끼워서 가열하여, 열밀봉함에 의해 제작하였다.
<실시례 1>
도 7A 및 도 7B에 참조되는 라미네이트 외장 전지(101)이고, 도 1에 참조되는 바와 같이, 외장체(1)는 본체(20)와 덮개판(30)으로 이루어진다.
상기 본체(20)를 이하의 방법으로 제작하였다.
A4 사이즈로 재단한 금속박층(11)(알루미늄박)의 편면에, 용제로 농도 조정한 접착제(12)를 건조 후의 도포량이 3g/㎡가 되도록 도포하고, 100℃로 20초간 건조 한 후 내열성 수지층(13)을 맞붙이고, 40℃의 에이징로(爐)에서 3일간 양생하여 접착제(12)를 경화시켰다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 양생 후, 금속박층(11)의 반대의 면의 중앙(내부 도전부 예정 위치)에 80㎜×80㎜의 점착 테이프(80)를 붙이고, 이 붙임 위치로부터서 25㎜ 떨어진 외부 도전부 예정 위치에 80㎜×5㎜의 점착 테이프(81)를 붙였다(도 12 상단). 다음에, 점착 테이프(80, 81)를 붙인 면의 전면에 용제로 농도 조절한 접착제(14)를 건조후의 도장량이 2g/㎡가 되도록 도포하여 100℃로 20초간 건조 한 후, 열융착성 수지층(15)을 맞붙이고, 40℃의 에이징로에서 3일간 양생하고 접착제(14)를 경화시켰다.
접착제(14) 양생 후, 점착 테이프(80, 81)를 맞붙인 부분의 주연의 열융착성 수지층(15)에 커터 나이프로 칼자국을 넣고, 점착 테이프(80, 81)와 함께 열융착성 수지층(15)을 박리하고, 금속박층(11)을 노출시켜서, 2개의 금속 노출부(16)를 형성하였다(도 6 참조). 80㎜×80㎜의 금속 노출부(16)는 내부 도전부(28)가 되고, 80㎜×5㎜의 금속 노출부(16)는 외부 도전부(27)가 된다.
이상에 의해, 도 2에 참조되는 본체용의 라미네이트 외장재(10)를 얻었다. 이 라미네이트 외장재(10)는 플랫 시트이고, 소정 위치에 내부 도전부(28)와 외부 도전부(27)가 형성되어 있다.
상기 라미네이트 외장재(10)에 대해, 웅형(雄型)의 천면(天面)이 100㎜×100㎜이고 코너(R)가 2㎜의 디프드로잉 금형으로, 내부 도전부(28)가 오목부(21)의 중앙에 위치하도록 깊이 4㎜로 프레스 성형하였다(도 12 중단). 외부 도전부(27)를 갖는 변의 플랫한 부분의 폭을 20㎜로 트리밍하여 도전용 플랜지(26)를 형성하고, 기타의 3변 의 폭을 5㎜로 트리밍하여 플랜지(23, 24, 25)를 형성하였다. 이에 의해, 본체(20)를 얻었다(도 12 하단). 이 본체(20)의 평면 치수는 110㎜×125㎜이고, 도전용 플랜지(26)의 폭은 15㎜이다.
상기 덥개판(30)을 이하의 방법으로 제작하였다.
금속박층(11) 및 내열성 수지층(13)을 변경하여, 도 13에 도시하는 바와 같이, 금속박층(11)에 2장의 점착 테이프(80, 81)를 20㎜ 떼여서 부착한(도 13 상단)것을 제외하고, 상기 본체(20)와 같은 방법으로 플랫 시트의 라미네이트 외장재(10)를 제작하였다. 이 라미네이트 외장재(10)에서의 2개의 금속 노출부(16)는 내부 도전부(33) 및 외부 도전부(32)이다. 이 덮개판용의 라미네이트 외장재(10)를, 내부 도전부(33)측에 15㎜의 여백을 남기고, 외부 도전부(32)측에 5㎜의 여백을 남기고, 다른 2변에 5㎜의 여백을 남겨서 110㎜×125㎜로 트리밍하여, 이것을 덮개판(30)으로 하였다(도 13 하단). 이 덮개판(30)의 외부 도전부(32)측의 폭 15㎜의 부분이 도전용 플랜지(31)가 된다.
상기 본체(20)의 오목부(21) 내에 전지 본체(70)를 장전하여 내부 도전부(28)에 도전성 접착제(74)를 통하여 정전극(72)을 접합시키고, 본체(20)에 덮개판(30)을, 도전용 플랜지(26, 31)가 서로 상대 부재의 단부로부터 돌출하도록 덮고, 덮개판(30)의 내부 도전부(33)에 도전성 접착제(74)를 통하여 부전극(71)을 접합시켰다.
상기 조립물의 수납실(40)의 주위의 4변 중의 외부 도전부(27, 32)를 갖는 2변 및 다른 1변의 합계 3변에 덮개판(30)측부터 200℃로 가열한 열판으로 3초간 걸려서 열밀봉하였다. 그리고, 미열밀봉의 변부터 전해액 10㎖을 주입한 후, 750㎜Hg의 감압하에서 남은 1변을 200℃로 가열한 열판에 3초간 걸려서 열밀봉하고, 도 7A 및 도 7B에 참조된 라미네이트 외장 전지(101)를 작성하였다. 상기 라미네이트 외장 전지(101)는, 본체(20)와 덮개판(30)의 조립에 의해 수납실(40)이 형성되고, 수납실(40)에 장전된 전극 본체(70)의 정전극(72)은 본체(20)의 금속박층(11)에 도통하여 수납실(40) 밖에서 외부 도전부(27)가 정극이 되고, 부전극(71)은 덮개체체(30)의 금속박층(11)에 도통하여 수납실(40) 밖에서 외부 도전부(37)가 부극이 된다.
<실시례 2>
도 9A 및 도 9B에 참조되는 라미네이트 외장 전지(103)이고, 도 4에 참조되는 바와 같이, 외장체(3)는 본체(20)와 덮개판(35)으로 이루어진다.
상기 본체(20)는 실시례 1과 같다.
상기 덥개판(35)은 이하의 방법으로 제작하였다.
덮개판(35)용의 라미네이트 외장재는, 금속박층(11)의 열융착성 수지층(15)측의 면에 점착 테이프(80, 81)를 부착하지 않은 것을 제외하고, 실시례 1의 덮개판용의 라미네이트 외장재를 같은 방법으로 제작하였다. 이 라미네이트 외장재를 110㎜×110㎜로 절단하여 덮개판(35)으로 하였다.
전지 본체(70)의 부전극(71)에 부극 탭 리드(75)를 초음파 접합하여 고정하였다. 상기 본체(20)의 오목부(21) 내에 전지 본체(70)를 장전하고 내부 도전부(28)에 도전성 접착제(74)를 통하여 정전극(72)을 접합시키고, 본체(20)에 덮개판(35)을, 도전용 플랜지(26)가 덮개판(35)의 단부로부터 돌출하고, 부극 탭 리드(75)가 도전용 플랜지(26)의 대향 변인 플랜지(24)로부터 돌출하도록 덮었다.
상기 조립물의 수납실(40)의 주위의 4변 중의 외부 도전부(27)를 갖는 변, 부극 탭 리드(75)를 인출한 변, 또 다른 1변의 합계 3변에 덮개판(35)측부터 200℃로 가열한 열판으로 3초간 걸려서 열밀봉하였다. 그리고, 미열밀봉의 변부터 전해액 10㎖을 주입한 후, 750㎜Hg의 감압하에서 남은 1변을 200℃로 가열한 열판에 3초간 걸려서 열밀봉하고, 도 9A 및 도 9B에 참조된 라미네이트 외장 전지(103)를 작성하였다. 상기 라미네이트 외장 전지(103)는, 본체(20)와 덮개판(35)의 조립에 의해 수납실(40)이 형성되고, 수납실(40)에 장전된 전지 본체(70)의 정전극(72)은 본체(20)의 금속박층(11)에 도통하여 수납실(40) 밖에서 외부 도전부(27)가 정극으로 되고, 부전극(71)은 수납실(40) 밖에서 부극 탭 리드(75)가 부극이 된다.
<비교례 1>
도 10A 및 도 10B에 참조되는 라미네이트 외장 전지(104)이고, 외장체(4)는 본체(85)와 덮개판(35)으로 이루어진다.
상기 본체(85)는, 실시례 2의 덮개체용의 라미네이트 외장재, 즉 금속 노출부가 없는 라미네이트 외장재에 실시례 1과 동일한 방법으로 오목부(21)를 성형하고, 오목부(21)의 4변에 폭 5㎜의 플랜지를 남기고 트리밍하였다. 상기 본체(85)의 평면 치수는 110㎜×110㎜이다.
상기 덮개체체(35)는 실시례 2의 덮개체와 같다.
전지 본체(70)의 부전극(71)에 부극 탭 리드(75)를 초음파 접합하여 고정하고, 정전극(72)에 정극 탭 리드(76)를 초음파 접합하여 고정하였다.
상기 본체(20)의 오목부(21) 내에 전지 본체(70)를 장전하고, 오목부(21)의 대향하는 2변에서 부극 탭 리드(75) 및 정극 탭 리드(76)를 인출하고 덮개판(35)을 덮었다.
상기 조립물의 수납실(40)의 주위의 4변 중의 부극 탭 리드(75) 및 정극 탭 리드(76)를 인출한 2변, 또 다른 1변의 합계 3변에 덮개판(35)측부터 200℃로 가열한 열판으로 3초간 걸려서 열밀봉하였다. 그리고, 미열밀봉의 변부터 전해액 10㎖을 주입한 후, 750㎜Hg의 감압하에서 남은 1변을 200℃로 가열한 열판에 3초간 걸려서 열밀봉하고, 도 10A 및 10B에 참조된 라미네이트 외장 전지(104)를 작성하였다. 상기 라미네이트 외장 전지(104)는, 본체(20)와 덮개판(35)의 조립에 의해 수납실(40)이 형성되고, 수납실(40)에 장전된 전극 본체(70)의 정전극(72) 및 부전극(71)은 수납실(40) 밖에서 정극 탭 리드(76) 및 부극 탭 리드(75)가 전극이 된다.
[라미네이트 외장 전지의 평가]
(경량화율)
제작한 3종류의 라미네이트 외장 전지의 중량을 전자 천칭(주식회사시마즈제작소제 UX820H)으로 측정하고, 실시례 1, 2의 라미네이트 외장 전지의 경량화률을 하기 식에 의해 구하였다. 하기 식에서 A는 실시례 1 또는 실시례 2의 라미네이트 외장 전지의 중량이고, B는 비교례의 라미네이트 외장 전지의 중량이다.
경량화율(%)={(B-A)/B}×100
(절연 저항)
각 예의 라미네이트 외장 전지에 관해, 외부에 노출하는 정극-부극 사이의 절연 저항을 측정하였다. 구체적인 측정 위치는, 실시례 1은 외장체(1)의 외부 도전부(27)(정극)와 외부 도전부(32)(부극)의 사이이고, 실시례 2는 외장체(3)의 외부 도전부(27)(정극)와 외장체(3)로부터 인출된 부극 탭 리드(75)의 사이이고, 비교례 1은 외장체(4)로부터 인출된 정극 탭 리드(76)와 부극 탭 리드(75)의 사이이다. 절연 저항의 측정은, 절연 저항 시험기(히오키전기주식회사제 3154)를 이용하여, 25V, 100V, 1000V의 전압을 부가하고 나서 1분 후에 측정하였다. 또한, 상기 절연 저항 시험기는 200㏁이 측정 한계이다. 표 2에 3종류의 라미네이트 외장 전지의 개요 및 평가 결과를 표시한다.
[표 2]
Figure 112015125142601-pat00002
표 2로부터, 외장체에 금속 노출부에 의한 도전부를 형성함으로서 전지의 경량화를 도모할 수 있음을 확인하였다. 또한, 절연 저항치는 모두 측정 한계인 200㏁을 초과하고 있고, 외장체의 금속박층을 도체로서 사용하여도 라미네이트 외장재의 절연 저항은 매우 높음을 확인하였다.
본원은, 2015년 1월 9일에 출원된 일본 특허출원의 특원2015-2817호의 우선권 주장을 수반하는 것이고, 그 개시 내용은 그대로 본원의 일부를 구성하는 것이다.
여기에 사용되는 용어 및 표현은, 설명을 위해 사용된 것으로서 한정적으로 해석하기 위해 사용된 것이 아니고, 여기에 나타나고 진술된 특징 사항의 어떤 균 등물도 배제한 것이 아니고, 이 발명의 요구되는 범위 내에서 각종 변형도 허용한 으로 인식되어야 한다.
본 발명은 소형화, 경량화된 축전 디바이스로서 알맞게 이용할 수 있다.
1, 2, 3 : 외장체
10 : 라미네이트 외장재
11 : 금속박층
12, 14 : 접착제
13 : 내열성 수지층
15 : 열융착성 수지층
16 : 금속 노출부
20 : 본체
26, 31, 56 : 도전용 플랜지
27, 32, 57 : 외부 도전부
(28, 33), 58 : 내부 도전부
30 : 덮개판
40 : 수납실
41 : 열밀봉부
50 : 본체부
70 : 베어샐(전지 본체, 디바이스 본체)
71 : 부전극
72 : 정전극
74 : 도전성 접착제
75 : 부극 탭 리드
76 : 정극 탭 리드
101, 102, 103, 104 : 라미네이트 외장 전지

Claims (8)

  1. 금속박층을 끼우고 일방의 면에 내열성 수지층이 맞붙여지고 타방의 면에 열융착성 수지층이 맞붙여진 라미네이트 외장재의 상기 열융착성 수지층끼리를 내측을 향하여 합치고, 연부를 열밀봉함에 의해 디바이스 본체를 수납하는 수납실이 형성된 외장체로서,
    상기 수납실은 상기 라미네이트 외장재를 입체 성형하여 이루어지는 오목부를 가지고,
    열밀봉되는 라미네이트 외장재의 일방이 상기 수납실 외로 연장되어 상기 열융착성 수지층이 노출하는 도전용 플랜지가 형성되고, 이 도전용 플랜지에 상기 열융착성 수지층의 일부가 제거되어 상기 금속박층이 노출하는 외부 도전부를 가지며, 상기 외부 도전부를 갖는 라미네이트 외장재가 상기 수납실 내에서 상기 오목부 저면의 상기 열융착성 수지층의 일부가 제거되어 상기 금속박층이 노출하는 내부 도전부를 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외장체는 2장의 라미네이트 외장재에 의해 상기 수납실이 형성되고, 적어도 일방의 상기 라미네이트 외장재가 상기 도전용 플랜지, 상기 외부 도전부 및 상기 내부 도전부를 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2장의 라미네이트 외장재는 각각에 상기 도전용 플랜지, 상기 외부 도전부 및 상기 내부 도전부를 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 2개의 도전용 플랜지는 상기 수납실이 다른 변에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외장체는 1장의 라미네이트 외장재를 되접어서 상기 수납실이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 외장체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 축전 디바이스용 외장체의 수납실에 디바이스 본체가 수납되고, 상기 디바이스 본체의 전극과 외장체의 상기 내부 도전부가 도통하고 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디바이스 본체의 전극과 외장체의 상기 내부 도전부가 물리적 접촉, 접착, 초음파 용접 중의 어느 하나에 의해 도통하고 있는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스.
  8. 제6항에 기재된 축전 디바이스의 상기 외부 도전부가 회로에 직접 접촉하여 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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