KR102607003B1 - 덮개 어셈블리, 전지 및 전지 팩 - Google Patents

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Abstract

실시 형태에 따르면 덮개 어셈블리는 판 형상의 덮개, 한 쌍의 리드, 절연체, 및 밸브체를 갖는다. 절연체는 한 쌍의 리드의 기부와 덮개 사이에 설치되어 있다. 절연체는 전극군에 대향하는 복수의 대향면과, 복수의 대향면에 대하여 돌출되어 전극군을 지지하는 한 쌍의 지지면군과, 한 쌍의 지지면군 사이에 설치되고 덮개에 대향하는 개구를 갖는 중간 영역을 갖는다. 밸브체는 절연체의 중간 영역의 개구에 인접하고, 덮개에 대하여 한 쌍의 리드 및 절연체가 설치된 측의 압력이 소정의 압력에 도달한 것에 대응하여 개방할 수 있다. 밸브체가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 복수의 대향면의 면적과 동일하거나 그보다 작다.

Description

덮개 어셈블리, 전지 및 전지 팩
본 발명의 실시 형태는 덮개 어셈블리, 전지 및 전지 팩에 관한 것이다.
전지는 일례로 덮개 어셈블리, 외장 용기, 및 전극군 등의 부품이 각각 유통되고 조립되어 형성된다. 보다 대용량의 전원을 얻기 위해 복수의 전지를 접속한 전지 팩(그룹 전지)이 개발되고 있다.
전지는 가능한 대용량으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 전지는 그 자체의 크기(대략 직방체 형상이면 높이, 폭, 두께)가 가능한 작게 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들어 전지 내부의 여러 가지 부품끼리 적절히 배치함으로써 전지의 내부 공간은 최대한 작게 형성되어 있다. 전지는 반복 사용이나 해의 경과에 따른 열화 등에 의해, 전지 내부에 가스가 발생하는 경우가 있다. 가스 발생에 의해 전지의 내압이 소정의 압력에 도달했을 때, 전지에 설치된 밸브체로부터 가스를 배출하는 것이 요구되는 경우가 있다. 이 때문에, 전지는 가스의 발생원으로부터 최대한 작게 형성된 내부 공간을 통해 밸브체에 가스의 유로를 확보하는 것이 요구되고 있다.
일본 공개 특허 제2004-95357호 공보 일본 공개 특허 제2012-182025호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전지 내의 가스와 밸브체 사이에 유로를 확보하는 데에 기여할 수 있는 덮개 어셈블리, 이 덮개 어셈블리를 갖는 전지, 및 이 전지를 갖는 전지 팩을 제공하는 것이다.
실시 형태에 따르면 덮개 어셈블리는 판 형상의 덮개, 한 쌍의 단자, 한 쌍의 리드, 절연체, 및 밸브체를 구비하고 있다. 덮개는 전극군을 수용하는 외장 용기의 개구부에 부착된다. 한 쌍의 단자는 각각 도전성을 갖고, 서로에 대하여 전기적으로 절연된 상태로 이격되어, 덮개에 배치되어 있다. 한 쌍의 리드는 각각 도전성을 갖고, 서로에 대하여 전기적으로 절연된 상태로 이격되어 있다. 한 쌍의 리드의 일방은 한 쌍의 단자의 일방에 기부로 전기적으로 접속되고 전극군의 일방의 집전탭에 기부로부터 연장된 하나의 다리부로 전기적으로 접속된다. 한 쌍의 리드의 타방은 한 쌍의 단자의 타방에 기부로 전기적으로 접속되고 전극군의 타방의 집전탭에 기부로부터 연장된 하나의 다리부로 전기적으로 접속된다. 절연체는 덮개와는 반대측에 있는 복수의 대향면, 한 쌍의 지지면군, 및 덮개에 대향하는 개구를 갖는 중간 영역을 갖는다. 복수의 대향면은 전극군에 대향하고, 한 쌍의 리드의 기부의 사이에 설치되어 있다. 한 쌍의 지지면군은 복수의 대향면에 대하여 덮개와는 반대측을 향하여 돌출되어 전극군을 지지한다. 중간 영역은 복수의 대향면 중 적어도 일부에 연속하여 한 쌍의 지지면군의 사이에 설치되어 있다. 밸브체는 한 쌍의 단자 사이에서 덮개에 설치되고, 절연체의 중간 영역의 개구에 인접하고 있다. 밸브체는 덮개에 대하여 한 쌍의 리드 및 절연체가 배치된 측의 압력이 소정의 압력에 도달한 것에 대응하여, 한 쌍의 단자가 배치된 측으로 개방될 수 있다. 밸브체가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 복수의 대향면의 면적과 동일하거나 그보다 작다.
또한, 실시 형태에 따르면, 개구부와 저벽을 갖는 외장 용기,
한 쌍의 집전탭을 갖고, 개구부로부터 외장 용기에 수용된 전극군, 및
덮개 및 한 쌍의 단자가 외부에 노출된 상태에서 외장 용기의 개구부에 고정되고, 한 쌍의 집전탭이 한 쌍의 리드의 다리부에 각각 전기적으로 접속되고, 한 쌍의 지지면군으로 전극군을 저벽과의 사이에 지지되는, 실시 형태의 덮개 어셈블리
를 갖는 전지가 제공된다.
또한, 실시 형태에 의하면, 실시 형태의 전지를 포함하는 전지 팩이 제공된다.
도 1a는 제1 실시 형태에 관한 덮개 어셈블리의 이면측을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시한 덮개 어셈블리의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2a는 도 1a에 도시한 덮개 어셈블리와는 반대측인, 덮개 어셈블리의 표면측을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2b는 도 2a에 도시한 덮개 어셈블리의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3a는 도 1a에 도시한 덮개 어셈블리의 이면측을 도시한 개략적인 정면도이다.
도 3b는 도 1b에 도시한 덮개 어셈블리의 절연체의 제2 면(이면측)의 일부를 도시한 개략적인 정면도이다.
도 4는 도 3a 중의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 개략적인 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 제1 변형예에 관한 덮개 어셈블리를 도시하고, 도 4에 도시한 벽과는 다른 형상의 벽을 도시한, 도 3a 중의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 개략적인 단면도이다.
도 6은 제1 실시 형태의 제2 변형예에 관한 덮개 어셈블리를 도시하고, 도 4에 도시한 인접면(대향면)과는 다른 형상의 인접면을 도시한, 도 3a 중의 Ⅳ- Ⅳ 선을 따른 개략적인 단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태의 제3 변형예에 관한 덮개 어셈블리를 도시하고, 도 4 내지 도 6에 도시한 지지면군의 지지면과는 다른 형상의 지지면을 도시한, 도 3a 중의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 개략적인 단면도이다.
도 8은 제1 실시 형태의 제4 변형예에 관한 덮개 어셈블리를 도시하고, 도 4 내지 도 7에 도시한 지지면군의 지지면과는 다른 형상의 지지면을 도시한, 도 3a 중의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 개략적인 단면도이다.
도 9는 제1 실시 형태의 제5 변형예에 관한 덮개 어셈블리의 이면측을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 10a는 도 9에 도시한 덮개 어셈블리의 이면측을 도시한 개략적인 정면도이다.
도 10b는 도 9에 도시한 덮개 어셈블리의 절연체의 제2 면(이면측)의 일부를 도시한 개략적인 정면도이다.
도 11은 도 10a 중의 XI-XI선을 따른 개략적인 단면도이다.
도 12는 제1 실시 형태의 제6 변형예에 관한 덮개 어셈블리의 이면측을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시한 덮개 어셈블리의 이면측을 도시한 개략적인 정면도이다.
도 14는 제1 실시 형태의 제7 변형예에 관한 덮개 어셈블리의 이면측을 도시하고, 도 3a에 도시한 밸브체와는 다른 크기 및 형상의 밸브체를 갖는 것을 도시한 개략적인 정면도이다.
도 15는 제2 실시 형태에 관한 전지를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 16은 도 15에 도시한 전지를 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 17a는 도 16에 도시한 전극군의 일부를 전개한 상태를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 17b는 도 17a에 도시한 전극군을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 18은 도 15 중의 ⅩⅧ-ⅩⅧ면을 따른 개략적인 단면도이다.
도 19는 도 15 중의 ⅩⅨ-ⅩⅨ면을 따른 개략적인 단면도이다.
도 20은 제3 실시 형태에 관한 전지 팩을 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 21는 도 20에 도시한 전지 팩의 블럭도의 일례이다.
이하, 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 전지(310)의 제조시에 유통할 수 있는 덮개 어셈블리(10)에 대하여 제1 실시 형태에서 설명한다. 다음에, 덮개 어셈블리(10)를 갖는 전지(310)에 대하여 제2 실시 형태에서 설명한다. 또한, 1 또는 복수의 전지(310)를 갖는 전지 팩(510)에 대해 제3 실시 형태에서 설명한다.
(제1 실시 형태)
제1 실시 형태에 대해 도 1a 내지 도 4를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 덮개 어셈블리(10)는 일차 전지 또는 이차 전지의 외장캔(외장 용기)의 개구부에 부착되고, 외장캔의 개구부를 기밀 및 액밀하게 폐색하는 덮개 부재로서 사용된다.
도 1a 및 도 1b에는 덮개 어셈블리(10)의 이면측을 도시하고, 도 2a 및 도 2b에는 덮개 어셈블리(10)의 표면측을 도시하였다.
덮개 어셈블리(10)는 덮개(12), 한 쌍의 단자(14a, 14b), 한 쌍의 리드(16a, 16b), 전기 절연성을 갖는 절연체(18), 및 덮개(12)에 설치된 밸브체(안전 밸브)(20)를 갖는다. 덮개(12)와 한 쌍의 단자(14a, 14b) 사이에는 각각 전기 절연성을 갖는 개스킷(22a, 22b)이 설치되어 있다.
이 때문에, 본 실시 형태에서는 덮개 어셈블리(10)는 개스킷(22a, 22b)을 갖지만, 개스킷(22a, 22b)은 미리 단자(14a, 14b)에 부착되어 있어도 된다. 또한, 예를 들어 단자(14a, 14b)의 소정의 위치에 전기 절연성을 갖는 수지재가 도포되는 경우, 개스킷(22a, 22b)은 불필요해질 수 있다.
덮개(12)에 대해 정극 단자(14a) 및 부극 단자(14b)를 배치하는 경우, 절연 개스킷(22a, 22b)을 사용하는 이외에, 유리를 사용하는 허메틱 시일이 사용되어도 된다.
본 실시 형태에 관한 덮개 어셈블리(10)에 대하여, 도 1a 내지 도 3a에 도시한 바와 같이 XYZ 직교 좌표계를 취하는 것으로 한다.
도 1b 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 덮개(12)는 본 실시 형태에서는 대략 직사각형의 판 형상으로 표면(12a)과 이면(12b)을 갖는다. 표면(12a)은 덮개 어셈블리(10)의 표면으로서 형성된다. 덮개(12)는 XY 평면에 평행한 평판 형상 또는 대략 평판 형상이고, Z축 방향으로 적절한 두께를 갖는다. 덮개(12)는 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철 또는 스테인리스 등의 금속으로 형성된다. 덮개(12)의 두께는 소재에 따라 변화되는데, 예를 들면 0.3 ㎜ 이상, 2 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 덮개(12)는 예를 들어 X축에 평행한 한 쌍의 장변 가장자리(13a, 13b)와, Y축에 평행한 한 쌍의 단변 가장자리(13c, 13d)를 갖는다. 한 쌍의 장변 가장자리(13a, 13b) 간의 거리 즉 덮개(12)의 폭(전지(310)로서의 두께)(T1)은 한 쌍의 단변 가장자리(13c, 13d) 간의 거리(전지(310)로서의 폭) (W1)에 비하여 작다. 다시 말하면, 한 쌍의 장변 가장자리(13a, 13b)의 길이(덮개(12)의 길이)(W1)는 한 쌍의 단변 가장자리(13c, 13d)의 길이(T1)에 비하여 길다.
덮개(12)의 장변의 길이(한 쌍의 단변 가장자리(13c, 13d) 간의 거리)(W1), 및 덮개(12)의 단변의 길이(한 쌍의 장변 가장자리(13a, 13b) 간의 거리)(T1)와의 관계에 대하여, 예를 들어 7≤W1/T1≤9인 것이 바람직하다. 일례로서, T1=14 ㎜, W1=112 ㎜이다. 이 때, W1/T1=8이 된다.
또한, 도 3a에 도시한, 한 쌍의 장변 가장자리(13a, 13b)간의 거리(T1)의 측정은 X축 방향에서 각각의 중앙의 위치에서, 일방의 장변 가장자리(13a)로부터 타방의 장변 가장자리(13b)까지의 Y축 방향의 길이를 측정함으로써 얻어진다. 동일하게, 한 쌍의 단변 가장자리(13c, 13d)간의 거리(W1)의 측정은 Y축 방향에서 각각의 중앙의 위치에서, 일방의 단변 가장자리(13c)로부터 타방의 단변 가장자리(13d)까지의 X축 방향의 길이를 측정함으로써 얻어진다. 측정에는 예를 들면, 가부시키가이샤 미츠토요 제조의 퀵미니 PK-1012CPS, 또는 이와 등가의 기능을 갖는 기기를 사용한다.
절연체(18)는 예를 들어 폴리에스테르(PET), 폴리이미드, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리프로필렌에서 선택되는 수지재를 사용할 수 있다. 도 3A에 도시한 바와 같이, 절연체(18)는 본 실시 형태에서는 대략 직사각형 형상이다. 절연체(18)는 예를 들어 X축에 평행한 한 쌍의 장변(장변 가장자리)(19a, 19b)과, Y축에 평행한 한 쌍의 단변(단변 가장자리)(19c, 19d)을 갖는다. 한 쌍의 장변(19a, 19b) 간의 거리 즉 절연체(18)의 폭(T2)은 한 쌍의 단변(19c, 19d) 간의 거리(W2)에 비해 작다. 다시 말하면, 한 쌍의 장변(19a, 19b)의 길이(절연체(18)의 길이)(W2)는 한 쌍의 단변(19c, 19d)의 길이(T2)에 비해 길다.
덮개(12)의 한 쌍의 장변 가장자리(13a, 13b) 간의 거리(T1)는 절연체(18)의 한 쌍의 장변(19a, 19b)간의 거리(T2)에 비해 크다. 덮개(12)의 한 쌍의 단변 가장자리(13c, 13d) 간의 거리(W1)는 한 쌍의 단변(19c, 19d) 간의 거리(W2)에 비해 크다. 이 때문에, 절연체(18)의 외연은 XY 평면에서, 덮개(12)의 외연의 내측에 배치될 수 있다.
특히, 절연체(18)의 장변의 길이(한 쌍의 단변(19c, 19d) 간의 거리)(W2), 및 절연체(18)의 단변의 길이(한 쌍의 장변(19a, 19b) 간의 거리)(T2)와의 관계에 대하여, 예를 들어 7≤W2/T2≤13인 것이 바람직하다. 예를 들어, W2가 112 ㎜이고, T2가 14 ㎜로 설정된다.
한 쌍의 단자(14a, 14b)는 도전성 재료로 형성되어 있다. 단자(14a) 및 단자(14b)의 소재는 전지의 전해질의 종류 등에 따라 다르다. 덮개 어셈블리(10)가 리튬 이온 이차 전지의 일부로서 사용되는 경우, 정극 단자(14a)에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다. 부극 단자(14b)에는 구리, 니켈, 니켈 도금된 철 등의 금속이 사용된다. 또한, 부극 단자(14b)에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용되는 경우도 있다.
단자(14a, 14b)의 일방은 정극 단자(14a)로서 사용되고, 타방은 부극 단자(14b)로서 사용된다. 정극 단자(14a) 및 부극 단자(14b)는 각각 머리부(32a, 32b)와, 기둥 형상부(34a, 34b)를 갖는 핀 형상으로 형성되어 있다. 머리부(32a, 32b)는 도 1b 내지 도 2c에 도시한 예는 직방체 형상이지만, 원기둥 형상 등, 여러 가지의 형상이 허용된다. 기둥 형상부(34a, 34b)는 도 1b 및 도 2b에 도시한 예는 원기둥 형상이지만, 각기둥 형상 등, 여러 가지 형상이 허용된다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 덮개(12)의 표면(12a)에는 한 쌍의 오목부(42a, 42b)가 형성되어 있다. 오목부(42a, 42b)는 대략 직사각형 형상이다. 일방의 오목부(42a)에는 관통 구멍(44a)이 형성되고, 타방의 오목부(42b)에는 관통 구멍(44b)이 형성되어 있다. 오목부(42a, 42b)는 서로 동일한 형상이어도 되고, 다른 형상이어도 된다. 오목부(42a)에는 중앙이 개구된 링 형상의 전기 절연성을 갖는 절연 개스킷(22a)이 설치되어 있다. 오목부(42b)에는 중앙이 개구된 링 형상이고, 전기 절연성을 갖는 절연 개스킷(22b)이 설치되어 있다.
덮개(12)에는 표면(12a)측으로부터 이면(12b)에 대향하는 측에 액체 등의 유체를 출입 가능한 소구멍(46)이 형성되어 있다. 소구멍(46)은 후술하는 제2 실시 형태의 도 16에 도시한 전지(310)의 조립시에는 표면(12a)측으로부터 이면(12b)에 대향하는 측에 유체를 출입 가능하다. 소구멍(46)은 도 15에 도시한 바와 같이 전지(310)가 조립되어 형성될 때 예를 들어 용접에 의해 폐색되어, 덮개(12)의 표면(12a)과 이면(12b) 사이의 연통이 방지된다. 또한, 용접에 의한, 덮개(12)의 이면(12b)과 표면(12a) 사이가 연통될 때까지의 내압 성능은 밸브체(20)의 작동압(예를 들어 1.0 ㎫)보다 크게 설정된다.
정극 단자(14a)의 머리부(32a)는 덮개(12)의 오목부(42a)에 대하여 전기 절연성을 갖는 절연 개스킷(22a)을 개재하여 배치되어 있다. 부극 단자(14b)의 머리부(32b)는 덮개(12)의 오목부(42b)에 대하여 전기 절연성을 갖는 절연 개스킷(22b)을 개재하여 배치되어 있다. 단자(14a, 14b)의 머리부(32a, 32b)는 덮개(12)의 표면(12a)에 대하여 돌출되어 있다. 단자(14a, 14b)의 기둥 형상부(34a, 34b)는 덮개(12)의 이면(12b)에 대하여 돌출되어 있다. 이 때, 정극 단자(14a) 및 부극 단자(14b)는 각각 개스킷(22a, 22b)에 의해 덮개(12)에 대한 전기적인 접촉이 방지되어 있다. 이 때문에, 정극 단자(14a) 및 부극 단자(14b)가 전기적으로 접속되는 것이 방지되어 있다.
도 1b 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 절연체(18)는 덮개(12)의 이면(12b)에 접촉 또는 근접하는 제1 면(18a)과, 제1 면(18a)과 반대측에서 전극군(314)에 대향시키는 제2 면(18b)을 갖는다. 제2 면(18b)은 리드(16a, 16b)와 협동하여, 덮개 어셈블리(10)의 이면의 일부를 형성한다.
절연체(18)의 제1 면(18a)은 덮개(12)의 이면(12b)과 동일하게, XY 평면에 평행한 평면 형상 또는 대략 평면 형상인 것이 바람직하다.
또한, 덮개(12)의 이면(12b)에는, 예를 들어 2쌍의 오목부(48a, 48a, 48b, 48b)가 형성되어 있다.
절연체(18)의 제1 면(18a)에는, 예를 들어 2쌍의 돌기(52a, 52a, 52b, 52b)가 형성되어 있다. 절연체(18)의 제1 면(18a)의 돌기(52a, 52a, 52b, 52b)와 덮개(12)의 이면(12b)의 오목부(48a, 48a, 48b, 48b)가 끼워 맞추어짐으로써, 덮개(12)의 이면(12b)에 절연체(18)의 표면이 밀착될 수 있다. 또한, 덮개(12)와 절연체(18)의 위치 어긋남이 억제된다.
도 1b 및 도 2b에 도시한 예에서는 돌기(52a, 52a, 52b, 52b)와 오목부(48a, 48a, 48b, 48b)가 동수이다. 돌기쪽이 오목부보다도 수가 적어도 된다.
여기에서는 덮개(12)의 단변 가장자리(13c)와, 절연체(18)의 단변(19c)을 근접시킨 예에 대해서 설명하지만, 덮개(12)의 단변 가장자리(13c)와, 절연체(18)의 단변(19d)을 근접시켜도 된다.
절연체(18)의 제1 면(18a)은 단자(14a, 14b)의 기둥 형상부(34a, 34b)를 통과하는 한 쌍의 관통 구멍(54a, 54b)과, 밸브체(20)에 대향하는 개구(56)와, 덮개(12)의 소구멍(46)을 통하여 액체 등의 유체를 출입하는 소구멍(58a, 58b)을 갖는다. 이들 관통 구멍(54a, 54b), 개구(56), 및 소구멍(58a, 58b)은 제2 면(18b)에 관통하고 있다. 여기에서는 소구멍(58a, 58b)은 동일 형상이다. 소구멍(58a, 58b)은 서로 형상이 달라도 된다.
절연체(18)의 제2 면(18b)은 적당한 요철을 갖는다.
절연체(18)의 제2 면(18b)은 한 쌍의 수용부(62a, 62b)와, 수용부(62a, 62b)에 인접하는 한 쌍의 인접면(전극군(314)에 대한 대향면)(64a, 64b), 한 쌍의 지지면군(66a, 66b), 및 중간 영역(68)을 갖는다. 인접면(64a, 64b) 및 한 쌍의 지지면군(66a, 66b)은 X축 방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 개구(56)는 중간 영역(68)에 형성되어 있다. 개구(56)는 중간 영역(68) 중, 절연체(18)의 장변(19a, 19b)과의 사이에 형성되어 있다. 개구(56)는 지지면군(66a)의 지지면(82b)의 가장자리부(83h)와, 지지면군(66b)의 지지면(84a)의 가장자리부(85c) 사이에 형성되어 있다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 수용부(62a)는 한 쌍의 인접면(64a)에 X축 방향으로 인접한 위치에 있다. 수용부(62a)는, 중간 영역(68)에 이격하고, 한 쌍의 인접면(복수의 대향면)(64a)에 연속된 위치에 있다. Y축 방향에 대하여, 한 쌍의 인접면(64a) 사이에는 지지면군(66a)이 설치되어 있다. 수용부(62b)는 한 쌍의 인접면(64b)에 X축 방향으로 인접한 위치에 있다. 수용부(62b)는 중간 영역(68)에 이격하고, 한 쌍의 인접면(복수의 대향면)(64b)에 연속된 위치에 있다. Y축 방향에 대하여 한 쌍의 인접면(64b) 사이에는 지지면군(66b)이 설치되어 있다.
도 1b 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 수용부(62a)는 단변(19c)에 인접하고, 수용부(62b)는 단변(19d)에 인접하고 있다. 수용부(62a, 62b)는 각각 대략 직사각형 형상의 영역으로서 형성되어 있다. 수용부(62a)에는 단자(14a)의 기둥 형상부(34a)를 통과하는 관통 구멍(54a)이 형성되고, 수용부(62b)에는 단자(14b)의 기둥 형상부(34b)를 통과하는 관통 구멍(54b)이 형성되어 있다. 수용부(62a)에는 일방의 리드(16a)의 후술하는 기부(92a)가 수용된다. 수용부(62a)는 인접면(64a)에 인접하여 리드(16a)의 기부(92a)를 수용한다. 수용부(62b)에는 타방의 리드(16b)의 후술하는 기부(94a)가 수용된다. 수용부(62b)는 인접면(64b)에 인접하여 리드(16b)의 기부(94a)를 수용한다. 또한, 인접면(64a)과 수용부(62a) 사이, 및/또는 인접면(64b)과 수용부(62b) 사이에 단차가 있어도 된다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 수용부(62a)는, 예를 들어 3 개의 벽(72a, 72b, 72c)을 갖는다. 벽(72a)은 장변(19a) 중, 단변(19c)에 근접하는 위치에 있고, 벽(72b)은 단변(19c)에 있고, 벽(72c)은 장변(19b) 중, 단변(19c)에 근접하는 위치에 있다. 벽(72a, 72b, 72c)의 Z축 방향의 높이는 리드(16a)의 기부 (92a)의 두께보다 크다. 벽(72a, 72c)은 장변(19a, 19b)을 따라 단변(19c)으로부터 인접면(64a)까지 연장되어 있다. 벽(72a, 72c) 사이에는 리드(16a)의 후술하는 기부(92a), 인접면(64a) 및 지지면군(66a)(후술하는 지지면(82a, 82b))이 있다. 또한, Z축 방향에 대하여, 덮개(12)와는 반대측을 향하여 지지면(82a, 82b) 쪽이 벽(72a, 72c)의 단 가장자리보다도 돌출되어 있다.
동일하게 수용부(62b)는, 예를 들어 3 개의 벽(74a, 74b, 74c)을 갖는다. 벽(74a, 74b, 74c)의 Z축 방향의 높이는 리드(16b)의 기부(94a)의 두께보다 크다. 벽(74a, 74c)도 벽(72a, 72c)과 동일하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 벽(74a, 74c)는 장변(19a, 19b)에 따라 단변(19d)으로부터 인접면(64b)까지 연장되어 있다. 벽(74a, 74c) 사이에는 리드(16b)의 후술하는 기부(94a), 인접면(64b) 및 지지면군(66b)(후술하는 지지면(84a, 84b))이 있다. 또한, Z축 방향에 대하여 덮개(12)는 반대측을 향하여 지지면(84a, 84b)쪽이, 벽(74a, 74c)의 단 가장자리보다 돌출되어 있다.
절연체(18)의 제1 면(18a)이 XY 평면에 평행한 평면 형상이라고 하면, 절연체(18)의 인접면(64a, 64b)과, 제1 면(18a) 사이의 두께에 비하여, 수용부(62a, 62b)와 제1 면(18a) 사이의 두께가 작은 것이 바람직하다. 이 경우, 수용부(62a, 62b)는 리드(16a, 16b)의 기부(92a, 94a)가 수용되는 구획된 영역으로서 형성된다.
한 쌍의 인접면(64a, 64b) 및 한 쌍의 지지면군(66a, 66b)은 본 실시 형태에서는 XY 평면에 평행한 평면인 것으로 한다. 한 쌍의 지지면군(66a, 66b)(지지면(82a, 82b, 84a, 84b))은 덮개(12) 장변 가장자리(13a, 13b) 사이, 및 절연체(18)의 장변(19a, 19b) 사이의 한가운데의 위치에 있는 것이 바람직하다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 일방의 지지면군(66a)은 복수의 지지면(82a, 82b)을 갖는다. 지지면군(66a)은 일방의 지지면(82a)을 규정하는 가장자리부(83a-83d)와, 타방의 지지면(82b)을 규정하는 가장자리부(83e-83h)를 갖는다. 지지면(82a, 82b)의 사이에는 대략 직사각형 형상의 소구멍(58b)이 형성되어 있다. 이 소구멍(58b)에는 덮개(12)의 소구멍(46)이 연통될 수 있다. 소구멍(58b)은 4 개의 가장자리부(59a, 59b, 59c, 59d)가 있다.
여기에서는 지지면(82a, 82b)은 각각 대략 직사각형 형상의 평면이다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는 가장자리부(83a-83d) 및 가장자리부(83e-83h)는 각각 곧게 형성되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 지지면군(66a)의 지지면(82a)의 가장자리부(83a, 83b) 사이의 폭을 Wα로 한다. 덮개(12)의 장변 가장자리(13a, 13b) 간의 거리(T1)에 대하여, 예를 들면 0.20≤Wα/T1≤0.45가 되는 것이 바람직하다. 일례로서 Wα=3.9 ㎜이고, T1=14 ㎜로 설정된다. 이 때, Wα/T1=0.28이 된다.
지지면(82a, 82b)은 대략 직사각형 형상 이외에, 대략 타원 형상 등, 여러 가지 형상이 허용된다. 지지면(82a)이 대략 타원 형상인 경우, 가장자리부(83a, 83b) 간의 폭(Wα)은 타원의 장변 및 단변 중, 단변의 길이로서 규정될 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 타방의 지지면군(66b)은 복수의 지지면(84a, 84b)을 갖는다. 지지면군(66b)은 일방의 지지면(84a)을 규정하는 가장자리부(85a-85d)와, 타방의 지지면(84b)을 규정하는 가장자리부(85e-85h)를 갖는다. 지지면(84a, 84b) 사이에는 대략 직사각형 형상의 소구멍(58a)이 형성되어 있다.
여기에서는 소구멍(58a, 58b), 지지면군(66a, 66b)은 X축에 평행한 중심축(Cx), Y축에 평행한 중심축(Cy)에 대하여 각각 대칭으로 형성되어 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 덮개 어셈블리(10)는 한 쌍의 리드(16a, 16b)를 제외하고, X축에 평행한 중심축(Cx)에 대칭인 동시에, Y축에 평행한 중심축(Cy)에 대칭인 것이 바람직하다. 도 4에 도시한 바와 같이, 덮개 어셈블리(10)는 Z축에 평행 한 중심축(Cz)에 대칭인 것이 바람직하다.
이 소구멍(58a)에는 덮개(12)에 대한 절연체(18)의 방향에 따라, 덮개(12)의 소구멍(46)이 연통될 수 있다. 소구멍(58b)은 4 개의 가장자리부(59e, 59f, 59g, 59h)를 갖는다.
여기에서는 지지면(84a, 84b)은 각각 대략 직사각형 형상의 평면이다. 지지면(82a, 82b, 84a, 84b)은 동일한 높이의 면이다. 그리고, 본 실시 형태에서는 가장자리부(85a, 85b, 85c, 85d) 및 가장자리부(85e, 85f, 85g, 85h)는 각각 곧게 형성되어 있다.
지지면(84a, 84b)은 지지면(82a, 82b)과 동일하게, 대략 직사각형 뿐만 아니라 여러 가지 형상으로 형성될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 지지면군(66a)은 인접면(64a)에 대하여 Z축 방향으로 돌출된 위치에 있고, 지지면군(66b)은 인접면(64b)에 대하여 Z축 방향으로 돌출한 위치에 있다. 인접면(64a)과 지지면군(66a) 사이에는 예를 들어 Z축 방향을 따른 입설면(88a, 88b)을 갖는다. 입설면(88a)과 지지면(82a)의 경계가 가장자리부(83a-83d)이다. 입설면(88b)과 지지면(82b)의 경계가 가장자리부(83e-83h)이다. 인접면(64b)과 지지면군(66b) 사이에는 예를 들어 Z축 방향을 따른 입설면(88c, 88d)을 갖는다. 입설면(88c)과 지지면(84a)의 경계가 가장자리부(85a-85d)이다. 입설면(88d)과 지지면(84b)의 경계가 가장자리부(85e-85h)이다.
입설면(88a)과 인접면(64a)의 경계가 가장자리부(89a, 89b)이다. 입설면(88b)과 인접면(64a)의 경계가 가장자리부(89c, 89d)이다.
도 3b 및 도 4에 도시한 바와 같이, 인접면(64a)의 가장자리부(89a)와, 벽(72a) 중 인접면(64a)과의 경계의 가장자리부(73a)와의 사이, 인접면(64a)의 가장자리부(89c)와 가장자리부(73a)의 사이, 및 소구멍(58b)의 가장자리부(59a)와 가장자리부(73a) 사이의 영역을 S1으로 한다. 인접면(64a)의 가장자리부(89b)와, 벽(72c) 중 인접면(64a)과의 경계의 가장자리부(73b)와의 사이, 인접면(64a)의 가장자리부(89d)와 가장자리부(73b)의 사이, 및 소구멍(58b)의 가장자리부(59b)와 가장자리부(73b)의 사이의 영역을 S2로 한다.
입설면(88c)과 인접면(64b)의 경계가 가장자리부(89e)이다. 입설면(88c)과 인접면(64b)의 경계가 가장자리부(89f)이다. 인접면(64b)의 가장자리부(89e)와, 벽(74c) 중 인접면(64b)과의 경계의 가장자리부(73c)와의 사이, 인접면(64b)의 가장자리부(89g)와 가장자리부(73c)의 사이, 및 소구멍(58a)의 가장자리부(59e)와 가장자리부(73c) 사이의 영역을 S3로 한다. 인접면(64b)의 가장자리부(89f)와, 벽(74a) 중 인접면(64b)과의 경계의 가장자리부(73d)와의 사이, 인접면(64b)의 가장자리부(89h)와 가장자리부(73d)의 사이, 및 소구멍(58a)의 가장자리부(59f)와 가장자리부(73d) 사이의 영역을 S4로 한다.
절연체(18)의 복수의 인접면(64a, 64b)은 설명의 편의를 위해, 서로 동일 높이의 면으로 형성되어 있는 것으로 한다. 복수의 인접면(64a, 64b)에 대한 지지면군(66a, 66b)의 돌출량은 한 쌍의 리드(16a, 16b)의 후술하는 기부(92a, 94a)의 두께보다 크다. 이 때문에, 전극군(314)에 대하여 지지면군(66a, 66b)이 맞닿을 수 있지만, 한 쌍의 리드(16a, 16b)의 기부(92a, 94a)는 전극군(314)에 맞닿지 않는다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 지지면군(66a)은 수용부(62a)에 수용되는 리드(16a)의 기부(92a)와 중간 영역(68)과의 사이에 각각 복수의 가장자리부(83a-83d, 83e-83h)를 갖는다. 지지면군(66b)은 수용부(62b)에 수용되는 리드(16b)의 기부 (94a)와 중간 영역(68) 사이에 각각 복수의 가장자리부(85a-85d, 85e-85h)를 갖는다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 일방의 인접면(64a)은 면(S1, S2)을 합친 영역으로서 형성된다. 타방의 인접면(64b)은 면(S3, S4)을 합친 영역으로서 형성된다. 또한, 중간 영역(68)도 면(S5, S6)으로 표시되는 영역을 갖는다.
도 4에 도시한 바와 같이, 평면 형상의 인접면(64a) 중, 가장자리부(73a, 73b)로부터 덮개(12)가 설치된 측과는 반대측을 향하여 가상적인 가상면(VS1, VS2)을 규정한다. 가상면(VS1, VS2)은 Z축에 평행인 것으로 한다. 가상면(VS1)과 가장자리부(83a) 사이에 인접면(64a)에 평행한 가상적인 평면 영역(R1)이 규정되고, 가상면(VS2)과 가장자리부(83b) 사이에 인접면(64a)에 평행한 가상적인 평면 영역(R2)이 규정된다. 영역(R1, R2)은 XY 평면에 평행이다. 영역(R1, R2)은 면(S1, S2)과 대략 합동이다. 즉, 영역(R1, R2)의 면적은 면(S1, S2)의 면적과 대략 일치한다. 또한, 영역(R1)은 일단을 가상면(VS1)으로 했을 때, 타단을 가장자리부(83a)와 가장자리부(89a) 사이의 어느 위치에 취해도 된다. 영역(R2)은 타단을 가상면(VS2)으로 했을 때, 타단을 가장자리부(83b)와 가장자리부(89b) 사이의 어느 위치에 취해도 된다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 일방의 리드(16a)는 기부(92a)와, 기부(92a)로부터 연장된 1 개의 다리부(92b)를 갖는다. 기부(92a) 및 다리부(92b)는 동일 두께의 1 매의 판으로 프레스 가공 등에 의해 형성되어 있다. 기부(92a)에 대하여 다리부(92b)는 구부러져 있다. 기부(92a)는 대략 직사각형의 평판 형상으로 형성되어 있다. 기부(92a)는 단자(14a)의 기둥 형상부(34a)가 설치되는 개구(92c)를 갖는다. 평판 형상의 기부(92a)는 XY 평면에 평행인 것이 바람직하다.
다리부(92b)는 후술하는 전극군(314)의 고정 부재(354a)에 접촉될 수 있다. 다리부(92b)는 덮개(12)와는 반대측을 향하여 Z축 방향으로 연장되어 있다. 또한, 다리부(92b)는 기부(92a)로부터 Z축 방향으로 곧게 연장되어 있는 것은 아니고, 부호 "93"으로 표시되는 영역에서, 예를 들어 Y축 방향으로 구부러져 있다. 특히, 리드(16a)의 기부(92a)가 수용부(62a)에 배치된 상태에서, 다리부(92b)는 부호 "93"으로 표시되는 영역이고, 벽(72c)으로부터 벽(72a)을 향하여 구부러져 있다. 이것은 전극군(314)의 고정 부재(354a)에 확실하게 맞닿게 하는 탄성을 발휘시키기 위함이다. 또한, 부호 "93"으로 표시되는 영역은 다리부(92b) 중, 기부(92a)에 가까운 위치인 것이 바람직하다. 이것은 다리부(92b)와, 후술하는 고정 부재(354a)와의 접촉 면적을 최대한 크게 취하기 위함이다. 또한, 다리부(92b)의 Z축 방향을 따른 길이는 고정 부재(354a)와의 위치 관계에 따르지만, 최대한 짧게 형성하는 것이 바람직하다.
여기에서, 도 3a에 도시한 바와 같이 리드(16a)의 다리부(92b)의 두께(Y축 방향의 두께)를 t로 한다. 리드(16a)의 다리부(92b)의 두께 방향은 덮개(12)의 장변 가장자리(13a, 13b) 간의 거리(T1)를 취하는 방향(Y축 방향)에 평행이다. 이 때, 예를 들어 0.20≤t/T1≤0.45가 되는 것이 바람직하다. 일례로서, t=3 ㎜이고, T1=14 ㎜이다. 이 때, t/T1=0.21이 된다.
다리부(92b)는 Y축 방향을 따르는 방향의 크기(두께 t)보다, X축 방향을 따르는 방향의 크기(폭) 쪽이 더 큰 것이 바람직하다. 다리부(92b)의 Z축 방향을 따르는 길이는 X축 방향의 폭 및 Y축 방향을 따르는 두께에 비하여 크다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 절연체(18)의 제2 면(18b)의 수용부(62a)에는 도전성을 갖는 한 쌍의 리드(16a, 16b) 중 일방의 리드(16a)의 기부(92a)가 설치된다. 단자(14a)의 기둥 형상부(34a)는 덮개(12)의 관통 구멍(44a), 절연체(18)의 관통 구멍(54a)을 통과하여 수용부(62a)에 설치되어 있다. 그리고, 단자(14a)의 기둥 형상부(34a)는 수용부(62a)에 설치된 일방의 리드(16a)의 기부(92a)의 개구(92c)에 설치된 상태로 코킹되어 있다. 이 때문에, 단자(14a)는 덮개(12), 절연체(18) 및 리드(16a)의 기부(92a)를 끼워 넣어 고정하고 있다. 이 때, 단자(14a)와 리드(16a)는 전기적으로 접속되어 있다.
동일하게 타방의 리드(16b)는 기부(94a)와, 기부(94a)로부터 연장된 1 개의 다리부(94b)를 갖는다. 기부(94a)는 대략 직사각형의 평판 형상으로 형성되어 있다. 기부(94a)는 단자(14b)의 기둥 형상부(34b)가 설치되는 개구(94c)를 갖는다. 평판 형상의 기부(94a)는 XY 평면에 평행인 것이 바람직하다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 다리부(94b)는 후술하는 전극군(314)의 고정 부재(356a)에 접촉될 수 있다. 다리부(94b)는 덮개(12)와는 반대측을 향하여, Z축 방향으로 곧게 연장되어 있다. 또한, 다리부(94b)는 기부(94a)로부터 Z축 방향으로 곧게 연장되어 있는 것이 아니라, 부호 "95"로 표시되는 영역에서, 예를 들어 Y축 방향으로 구부러져 있다. 특히, 리드(16b)의 기부(94a)가 수용부(62b)에 배치된 상태에서, 다리부(94b)는 부호 "95"로 표시되는 영역에서, 벽(74c)으로부터 벽(74a)을 향하여 구부러져 있다. 이것은 전극군(314)의 고정 부재(356a)에 확실히 맞닿게 하는 탄성을 발휘시키기 위함이다. 또한, 부호 "95"로 표시되는 영역은 다리부(94b) 중, 기부(94a)에 가까운 위치인 것이 바람직하다. 이것은 다리부(94b)와, 후술하는 고정 부재(356a)와의 접촉 면적을 최대한 크게 취하기 위함이다. 또한, 다리부(94b)의 Z축 방향을 따르는 길이는 고정 부재(356a)와의 위치 관계에 따르지만, 최대한 짧게 형성하는 것이 바람직하다.
절연체(18)의 제2 면(18b)의 수용부(62b)에는 도전성을 갖는 한 쌍의 리드(16a, 16b)의 타방의 리드(16b)의 기부(94a)가 설치된다. 타방의 리드(16b)의 기부(94a)는 단자(14b)의 기둥 형상부(34b)가 설치되는 개구(94c)를 갖는다. 단자(14b)의 기둥 형상부(34b)는 코킹에 의해 기부(94a)에 고정되어 있다. 이 때문에, 단자(14b)는 덮개(12), 절연체(18) 및 리드(16b)의 기부(94a)를 끼워 넣어 고정하고 있다. 이 때, 단자(14b)와 리드(16b)는 전기적으로 접속되어 있다.
따라서, 한 쌍의 단자(14a, 14b)는 서로에 대하여 전기적으로 절연된 상태로 이격하여 덮개(12)에 배치되어 있다. 또한, 한 쌍의 리드(16a, 16b)는 개스킷(22a, 22b)에 의해 서로에 대하여 전기적으로 절연된 상태로 이격되어 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 덮개(12)에는 밸브체(20)가 일체적으로 형성되어 있다. 밸브체(20)는 한 쌍의 단자(14a, 14b) 사이에서 덮개(12)에 설치되어있다. 밸브체(20)는 예를 들어 프레스 가공 등에 의해 형성되어 있다. 밸브체(20)는 절연체(18)의 중간 영역(68)의 개구(56)에 인접하고 있다. 밸브체(20)는 덮개(12)에 대하여 절연체(18) 및 한 쌍의 리드(16a, 16b)가 배치된 측(덮개(12)의 이면(12b)측)의 압력이 소정의 압력에 도달한 것에 대응하여, 한 쌍의 단자(14a, 14b)의 머리부(32a, 32b)가 배치된 측(덮개(12)의 표면(12a)측)에 개방될 수 있다. 밸브체(20)를 개방시키는 소정의 압력은 적절하게 설정 가능하다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 밸브체(20)는 외부틀(102)과, 외부틀(102)의 내측에 설치된 홈(104)을 갖는다. 밸브체(20)의 홈(104)은 외부틀(102)의 내측에서 X자 형상으로 형성되어 있다. 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적 S(미도시)는, 여기에서는 평면의 한 쌍의 인접면(64a, 64b)의 면적과 동일하거나 그보다 작다. 즉, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)는 면(S1, S2, S3, S4)은 합친 영역(한 쌍의 인접면(64a, 64b)의 면적과 동일하거나 그보다 작다.
또한, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)은 한 쌍의 인접면(64a, 64b)의 면적에 추가하여, 중간 영역(68)의 면(S5, S6)을 합친 영역의 면적과 동일하거나 그보다 작게 해도 된다.
밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 인접면(64a)에서의 가상적인 평면 영역(R1, R2)을 합친 면적과, 인접면(64b)에서의 도시하지 않은 가상적인 평면 영역을 합친 면적과 동일하거나 그보다 작다.
또한, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 절연체(18)의 개구(56)의 면적과 동일하거나 그보다 작다.
<실시예>
도 1 내지 도 4에 도시한 구조를 갖고, 한 쌍의 단변 가장자리(13c, 13d) 간의 거리(W1)=112 ㎜이고, 한 쌍의 장변 가장자리(13a, 13b) 간의 거리(T1)=14 ㎜이며, 덮개(12)의 두께=1 ㎜인 덮개 어셈블리(10)를 제조하였다. 덮개 어셈블리(10)의 밸브체(20)의 작동압을 1.0 ㎫로 설정했다.
그리고, 덮개 어셈블리(10)에 대하여 적절한 외장 용기를 준비하고, 덮개 어셈블리(10)로 외장 용기 내를 밀봉하였다. 외장 용기의 내압을, 대기압으로부터 예를 들어 0.2 ㎫/min의 레이트로 서서히 올려 갔다. 외장 용기의 내압이 1.0 ㎫에 도달했을 때, 밸브체(20)는 홈(104)을 따라 X자 형상으로 절단되었다. 이 때문에, 밸브체(20)의 홈(104)의 절단에 의해, 외장 용기의 내압이 낮추어졌다.
또한, 외장 용기의 내압이 1.0 ㎫에 도달했을 때에는, 리드(16a, 16b) 및 절연체(18)에도 밸브체(20)에 가해지고 있는 것과 동일하게 1.0 ㎫의 압력이 가해지고있다. 이러한 압력이 가해지고 밸브체(20)의 홈(104)이 절단되어도, 리드(16a, 16b) 및 절연체(18)의 외관 및 치수에 변화는 발생하지 않았다. 이 때문에, 외장 용기의 내압이 소정의 상태까지 높여져도, 본 실시 형태에 관한 리드(16a, 16b) 및 절연체(18)는 각각의 기능을 발휘할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 덮개 어셈블리(10)는 한 쌍의 단자(14a, 14b) 사이에서 덮개(12)에 설치되고, 절연체(18)의 중간 영역(68)의 개구(56)에 인접하고, 덮개(12)에 대해 한 쌍의 리드(16a, 16b) 및 절연체(18)가 설치된 측의 압력이 소정의 압력에 도달한 것에 대응하여, 한 쌍의 단자(14a, 14b)가 설치된 측으로 개방될 수 있는 밸브체(20)를 구비하고 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적이, 복수의 인접면(64a, 64b)의 평면(S1, S2, S3, S4)의 면적과 동일하거나 그보다 작은, 덮개 어셈블리(10)가 제공된다.
또한, 복수의 인접면(대향면)(64a, 64b)의 평면의 외연으로부터 덮개(12)와는 반대측을 향하여 가상면(VS1, VS2)을 규정했을 때, 가상면(VS1, VS2)과 복수의 가장자리부(83a, 83b) 사이에, 복수의 인접면(64a, 64b)의 평면에 평행한 가상적인 평면 영역(R1, R2)이 규정되어, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 평면 영역(R1, R2)의 면적과 동일하거나 그보다 작은, 덮개 어셈블리(10)가 제공된다.
(제1 변형예)
다음에, 제1 변형예에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다. 여기에서의 절연체(18)는 제1 실시 형태에서 설명한 것과 대략 동일한 벽(72a, 72c), 벽(74a, 74c)을 갖는 것으로서 설명한다.
제1 실시 형태에서는 입설면(88a)은 Z축에 평행인 것으로서 설명했다. 본 변형예에서는 입설면(88a)이 Z축에 대하여 경사져 있다.
벽(72a, 72c)도 Z축에 평행이 아니고, Z축에 대하여 경사져 있다. 벽(72a) 중 인접면(64a)으로부터 덮개(12)가 설치된 측과는 반대측에 이격된 가장자리부(75a)를 규정한다. 그리고, 가장자리부(75a)로부터 덮개(12)가 설치된 측과는 반대측을 향하여 가상적인 가상면(VS1)을 규정한다. 벽(72c) 중, 인접면(64a)으로부터 덮개(12)가 설치된 측과는 반대측에 이격된 가장자리부(75b)를 규정한다. 그리고, 가장자리부(75b)로부터 덮개(12)가 설치된 측과는 반대측을 향하여 가상적인 가상면(VS2)을 규정한다. 가상면(VS1, VS2)은 Z축에 평행한 것으로 한다. 가상면(VS1)과 가장자리부(83a) 사이에 인접면(64a)에 평행한 가상적인 평면 영역(R1)이 규정되고, 가상면(VS2)과 가장자리부(83b) 사이에 인접면(64a)에 평행한 가상적인 평면 영역(R2)이 규정된다. 영역(R1, R2)은 XY 평면에 평행이다.
영역(R1)은 영역(S1)보다 크고, 영역(R2)은 영역(S2)보다 커질 수 있다. 이 경우에도, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 인접면(64a)에서의 가상적인 평면 영역(R1, R2)을 합친 면적과, 인접면(64b)에서의 도시하지 않은 평면 영역을 합친 면적과 동일하거나 그보다 작다.
또한, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)은, 여기에서는 평면의 한 쌍의 인접면(64a, 64b)의 면적과 동일하거나 그보다 작다. 즉, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)은 면(S1(<R1), S2(<R2), S3, S4)을 합친 영역의 면적과 동일하거나 그보다 작다.
(제2 변형예)
다음에, 제2 변형예에 대하여 도 6을 이용하여 설명한다. 여기에서는 지지면군(66a)의 지지면(82a)을 갖는 영역의 단면에 대하여 설명하지만, 지지면군(66a)의지지면(82b)을 갖는 영역, 지지면군(66b)의 지지면(84a, 84b)을 갖는 영역의 단면에 대해서도 동일한 것을 말할 수 있으므로, 적절하게 설명을 생략한다. 이는 제3 변형예 이후의 설명에 대해서도 동일하다.
제1 실시 형태 및 제1 변형예에서는 인접면(대향면)(64a, 64b)이 평면인 예에 대해서 설명했다. 본 변형예에서는 인접면(대향면)(64a)이 요철을 갖는 비평활면(요철면)인 예에 대해 설명한다. 또한, 여기에서는 인접면(64a)이 요철을 갖는 예에 대해서 설명하지만, 인접면(대향면)(64b)이 요철을 갖는 비평활면(요철면)이어도 된다. 여기에서는 비평활면(요철면)은 오목면, 볼록면 등, 평면이 아닌 모든면을 포함하는 것을 의미한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 인접면(64a)은 오목부 및/또는 볼록부를 갖는 비 평활면(요철면)으로서 형성되어 있다. 이 경우, 인접면(64a)은 벽(72a) 중 인접면(64a)과의 경계의 가장자리부(73a)와 가장자리부(89a) 사이에 면(S1)이 규정되고, 벽(72c) 중 인접면(64a)과의 경계의 가장자리부(73b)와 가장자리부(89b) 사이에 면(S2)이 규정된다. 여기에서는 오목부 및/또는 볼록부를 갖는 인접면(64a)에 각각 교차하는 가상적인 평면 영역(R1, R2)이 규정된다. 면(S1)의 면적보다 면(R1)의 면적쪽이 약간 작고, 면(S2)의 면적보다 면(R2)의 면적쪽이 약간 작다.
일방의 인접면(64a)은 가상 평면(R1, R2)을 합친 영역으로서 근사시킬 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에 관한 덮개 어셈블리(10)는 한 쌍의 리드(16a, 16b)의 기부(92a, 94a) 사이에 설치되고, 덮개(12)의 표면의 적어도 일부에 평행한 가상 평면(R1, R2)이 규정되는, 덮개(12)와는 반대측에 있는 복수의 인접면(대향면)(64a, 64b)을 구비하고 있다. 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)(도시하지 않음)은, 여기에서는 가상 평면으로서의 한 쌍의 인접면(64a, 64b)의 면적과 동일하거나 그보다 작다. 가상 평면(R1, R2)은 면(S1, S2)에 근사할 수 있다. 즉, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)은 근사 된 면(S1, S2, S3, S4)을 합친 영역(한 쌍의 인접면(64a, 64b))의 면적과 동일하거나 그보다 작다. 이 때문에, 본 변형예에서는 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 복수의 인접면(64a, 64b)의 면(S1, S2, S3, S4)의 면적과 동일하거나 그보다 작은, 덮개 어셈블리(10)가 제공된다.
(제3 변형예)
다음에, 제3 변형예에 대하여 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7 중, 인접면(64a)은 제1 실시 형태 및 제1 변형예에서 설명한 것과 동일한 것으로서 설명하지만, 제2 변형예에서 설명한 것과 동일해도 된다.
제1 실시 형태, 제1 변형예 및 제2 변형예에서는 지지면군(66a)의 각 지지면(82a)은 XY 평면에 평행인 것으로서 설명했다.
도 7에 도시한 바와 같이, 지지면(82a)은 가장자리부(83a, 83b)에 대하여 덮개(12)와는 반대측(Z축 방향)을 향하여 돌출된 상태로 형성되어 있어도 된다.
(제4 변형예)
다음에, 제4 변형예에 대하여 도 8을 이용하여 설명한다. 이 변형예는 제3 변형예의 추가적인 변형예이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 지지면(82a)은 가장자리부(83a, 83b)에 대하여 덮개(12)의 이면(12b)을 향하여 오목한 상태로 형성되어 있어도 된다.
도시하지 않지만, 지지면(82a)은 1 또는 복수의 오목부, 및/또는, 1 또는 복수의 볼록부가 조합되어 형성되어 있어도 된다. 1 또는 복수의 오목부, 및/또는, 1 또는 복수의 볼록부에는 나시지(梨地) 등의 미끄럼 방지가 포함될 수 있다.
(제5 변형예)
다음에, 제5 변형예에 대하여 도 9 내지 도 11을 이용하여 설명한다. 본 변형예의 절연체(18)에는 상술한 제1 실시 형태 및 각 변형예의 절연체(18)의 구조를 적절하게 조합할 수 있다.
제1 실시 형태의 덮개 어셈블리(10)의 절연체(18)의 소구멍(58a, 58b), 지지면군(66a, 66b)은 X축에 평행한 중심축(Cx), Y축에 평행한 중심축(Cy)에 대하여 각각 대칭으로 형성되어 있는 것으로서 설명했다. 여기에서는 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 소구멍(58a, 58b), 및 지지면군(66a, 66b)이 중심축(Cy)에 대하여 비대칭인 예에 대해 설명한다.
또한, 여기에서의 벽(72a, 72c)은 장변(19a, 19b)을 따라 단변(19c)으로부터, 수용부(62a)와 인접면(64a)의 경계까지 연장되어 있다. 벽(72a, 72c) 사이에는 리드(16a)의 후술하는 기부(92a)가 있다. 이 때문에, 벽(72a, 72c)은 제1 실시 형태에서 설명한 벽(72a, 72c)에 비해 짧다. 여기에서의 벽(74a, 74c)은 장변(19a, 19b)을 따라 단변(19d)으로부터, 수용부(62b)와 인접면(64b)의 경계까지 연장되어 있다. 벽(74a, 74c) 사이에는 리드(16b)의 후술하는 기부(94a)가 있다. 이 때문에, 벽(74a, 74c)은 제1 실시 형태에서 설명한 벽(74a, 74c)에 비해 짧다. 이와 같이, 벽(72a, 72c, 74a, 74c)의 단부의 위치는 적절하게 설정된다.
도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이, 본 변형예의 덮개 어셈블리(10)는 한 쌍의 리드(16a, 16b)를 제외하고 X축에 평행한 중심축(Cx)에 대칭이다. 소구멍(58b)은 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일하게 형성되어 있다.
지지면(84a, 84b) 사이에는, 예를 들면 대략 원통 형상 등의 원통 형상부(86)가 형성되어 있다. 통 형상부(86)는 제1 실시 형태에서 설명한 것과는 다른 형상의 소구멍(58a)에 연통되어 있다. 통 형상부(86)에는 덮개(12)의 소구멍(46)이 연통될 수 있다. 소구멍(58a, 58b)은 형상이 달라도 된다.
여기에서는 가장자리부(85d, 85g)는 통 형상부(86)의 외연과 동일한 원호 형상으로 형성되어 있다.
도 9 내지 도 10b에 도시한 바와 같이, 통 형상부(86) 중, 전극군(314)에 대향할 수 있는 단면(86a)은 Z축 방향의 위치가 복수의 지지면(84a, 84b)과는 다르다. 특히, 인접면(64b)에 대한 단면(86a)의 높이(거리)는 인접면(64b)에 대한 지지면(84a, 84b)의 높이(거리)보다 낮다(작다). 이 때문에, 통 형상부(86)의 단면(86a)은 전극군(314)에는 맞닿지 않고, 인접면(대향면)(64b)의 일부로서 포함될 수 있다. 따라서, 인접면(64b)은 Z축 방향에 대하여 복수의 지지면(84a, 84b)과의 사이의 거리가 다른 단차를 가질 수 있다.
통 형상부(86)의 단면(86a)의 영역을 S7로 한다. 일방의 인접면(64a)은 면(S1, S2)을 합친 영역으로 하여 형성된다. 타방의 인접면(64b)은 면(S3, S4 S7)을 합친 영역으로 하여 형성된다. 또한, 중간 영역(68)도 면(S5, S6)으로 표시되는 영역을 갖는다.
도 10b 및 도 11에 도시한 바와 같이, 여기에서는 인접면(64a)의 가장자리부(89a)와 장변(19a) 사이, 인접면(64a)의 가장자리부(89c)와 장변(19a) 사이, 및 소구멍(58b)의 가장자리부(59a)와 장변(19a) 사이의 영역을 S1으로 한다. 인접면(64a)의 가장자리부(89b)와 장변(19b) 사이, 인접면(64a)의 가장자리부(89d)와 장변(19b) 사이, 및 소구멍(58b)의 가장자리부(59b)와 장변(19b) 사이의 영역을 S2로 한다.
도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이, 인접면(64b)의 가장자리부(89e)와 장변(19a) 사이, 인접면(64b)의 가장자리부(89g)와 장변(19a) 사이, 및 소구멍(58a)의 가장자리부(59i)와 장변(19a) 사이의 영역을 S3로 한다. 인접면(64b)의 가장자리부(89f)와 장변(19b) 사이, 인접면(64b)의 가장자리부(89h)와 장변(19b) 사이, 및 소구멍(58a)의 가장자리부(59j)와 장변(19b) 사이의 영역을 S4로 한다. 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)은 면(S1, S2, S3, S4, S7)을 합친 영역의 면적과 동일하거나 그보다 작다.
또한, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)은 한 쌍의 인접면(64a, 64b)의 면적에 추가하여, 중간 영역(68)의 면(S5, S6)을 합친 영역의 면적과 동일하거나 그보다 작게 해도 된다.
(제6 변형예)
다음에, 제6 변형예에 대하여 도 12 및 도 13을 이용하여 설명한다. 본 변형예의 절연체(18)에는 상술한 제1 실시 형태 및 각 변형예의 절연체(18)의 구조를 적절하게 조합시킬 수 있다.
제1 실시 형태의 덮개 어셈블리(10)의 일방의 지지면군(66a)은 복수의 지지면(82a, 82b)을 갖는 것으로서 설명했다. 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 본 변형예에서는 덮개 어셈블리(10)의 일방의 지지면군(66a)은 하나의 지지면(82)만을 갖는다. 도 12 중, 지지면군(66b)의 지지면(84a, 84b) 사이에는 통 형상부(86)가 형성되어 있다. 통 형상부(86) 대신 소구멍(58a)(도 1a 참조)이 형성되어 있어도 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 평면 형상의 인접면(64a) 중, 가장자리부(73a, 73b)로부터 덮개(12)가 설치된 측과는 반대측을 향하여 가상적인 가상면(VS1, VS2)을 규정한다. 가상면(VS1, VS2)은 Z축에 평행인 것으로 한다. 가상면(VS1)과 가장자리부(83a) 사이에 인접면(64a)에 평행한 가상적인 평면 영역(R1)이 규정되고, 가상면(VS2)과 가장자리부(83b) 사이에 인접면(64a)에 평행한 가상적인 평면 영역(R2)이 규정된다. 영역(R1, R2)은 XY 평면에 평행이다. 영역(R1, R2)은 면(S1, S2)과 대략 합동이다. 즉, 영역(R1, R2)의 면적은 면(S1, S2)의 면적과 대략 일치한다. 따라서, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적(S)은 면(S1, S2, S3, S4)을 합친 영역(한 쌍의 인접면(64a, 64b))의 면적과 동일하거나 그보다 작다.
또한, 제1 실시 형태에서는 덮개(12)의 단변 가장자리(13c)와, 절연체(18)의 단변(19d)을 근접시켜도 좋은 것으로서 설명했다. 여기에서는 이 상태이면 소구멍(46)이 폐색된 상태가 되므로, 덮개(12)의 단변 가장자리(13c)와, 절연체(18)의 단변(19c)을 근접시키는 것이 필요해진다. 즉, 본 실시 형태에 관한 덮개(12) 및 절연체(18)의 관계는 적절히 방향이 규정된다.
(제7 변형예)
다음에, 제7 변형예에 대하여 도 14를 이용하여 설명한다.
제1 실시 형태에서는 밸브체(20)가 X자 형상의 홈(104)을 갖는 예에 대해서 설명했다. 본 변형예에서는 밸브체(20)의 홈(104)은 외부틀(102)의 내측이고, 다리를 공통으로 하고, 서로 반대를 향하게 된 한 쌍의 Y자 형상으로 형성되어 있다.
밸브체(20)의 외부틀(102)은 대략 직사각형 형상에 한정되지 않고, 예를 들면 대략 타원형 등의 여러 가지의 형상이 허용된다.
제1 실시 형태에서는 밸브체(20)가 덮개(12)의 표면(12a)에 노출되는 경우를 설명했지만, 밸브체(20)는 반드시 덮개(12)의 표면(12a)에 노출될 필요는 없다.
(제2 실시 형태)
다음에, 제2 실시 형태에 대해 도 15 내지 도 19를 이용하여 설명한다.
본 실시 형태에서는 각 변형예를 포함하는 제1 실시 형태에서 설명한 덮개 어셈블리(10)가 이용될 수 있는 전지(310)에 대하여 설명한다.
휴대 전화나 퍼스널 컴퓨터 등의 전자 기기의 진보에 따라, 이들 기기에 사용되는 이차 전지는 소형화, 경량화가 요구되어 왔다. 그에 대응하는 에너지 밀도가 높은 이차 전지로서, 리튬 이온 이차 전지를 들 수 있다. 한편, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전동 바이크, 지게차 등으로 대표되는 대형, 대용량 전원으로서 납 축전지, 니켈 수소 전지 등의 이차 전지가 사용되고 있는데, 최근에는 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 이차 전지의 채용을 향한 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그에 대응하는 리튬 이온 이차 전지의 개발은 고수명, 안전성 등을 배려하면서 대형화, 대용량화의 개발이 이루어지고 있다.
이들 리튬 이온 이차 전지 등의 비수전해질 전지에서, 예를 들면 10 Ah 정도의 전지는 두께를 얇게, 높이와 폭을 크게 취하는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같은 두께가 얇은 전지는 전극군의 유지가 어려운 것으로 되어 있고, 또한 가스 유로의 확보가 어려운 것으로 생각되고 있다.
여기에서는 각 변형예를 포함하는 제1 실시 형태 중, 대표로서 제1 실시 형태에서 설명한 덮개 어셈블리(10)를 사용하는 예에 대하여 설명한다. 도시하지 않지만, 제1 실시 형태의 각 변형예에서 설명한 덮개 어셈블리(10)를 각각 전지(310)의 일부로서 사용하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에서는 전지(310)는 외장 용기(312), 전극군(314), 및 덮개 어셈블리(10)를 갖는다.
제1 실시 형태에서 설명한 것과 동일하게, XYZ 직교 좌표계를 취하는 것으로 한다. 또한, 전지(310) 외측의, 높이를 H11, 폭을 W11, 두께를 T11로 한다.
여기에서의 전지(310)는 충방전 가능한 비수전해질 전지로서 리튬 이온 이차 전지를 예로서 설명한다.
외장 용기(312)는 저벽(322)과 측벽(324)을 갖는다. 외장 용기(312)는 바닥이 있는 통상체 형상으로, 측벽(324)에 의해 개구부(326)를 형성하고 있다.
저벽(322)은 대략 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 저벽(322)은 XY 평면에 평행이고, X축 방향으로 평행한 한 쌍의 장변 가장자리(332a, 332b)와, Y축 방향으로 평행한 한 쌍의 단변 가장자리(334a, 334b)를 갖는다. 측벽(324)은 저벽(322)의 한 쌍의 장변 가장자리(332a, 332b)를 경계로 하는 한 쌍의 장변 측벽(336a, 336b)과, 저벽(322)의 한 쌍의 단변 가장자리(334a, 334b)를 경계로 하는 한 쌍의 단변 측벽(338a, 338b)을 갖는다. 각 측벽(336a, 336b, 338a, 338b)은 저벽(322)으로부터 개구부(326)를 향하여 Z축으로 평행하게 연장되어 있다.
개구부(326)는 저벽(322)과 동일하게 XY 평면에 평행이다. 개구부(326)는 X축 방향으로 평행한 한 쌍의 장변(장변 가장자리)(342a, 342b)과, Y축 방향으로 평행 한 한 쌍의 단변(단변 가장자리)(344a, 344b)을 갖는 대략 직사각형 형상이다. 이 때문에, 본 실시 형태의 외장 용기(312)는 각캔형 형상을 갖고 있다.
개구부(326)의 장변(342a, 342b)간의 거리(T12(<T11))는 한 쌍의 장변 측벽(336a, 336b)의 내벽간 거리와 대략 동일시할 수 있다. 이 거리(T12)는 덮개 어셈블리(10)의 절연체(18)의 한 쌍의 장변(19a, 19b)간의 거리(T2)와 대략 동일시할 수 있다. 개구부(326)의 단변(344a, 344b)간의 거리(W12(<W11))는 한 쌍의 단변 측벽(338a, 338b)의 내벽간 거리와 대략 동일시할 수 있다. 이 거리(W12)는 덮개 어셈블리(10)의 절연체(18)의 한 쌍의 단변(19c, 19d)간의 거리(W2)와 대략 동일시할 수 있다.
또한, 7≤W12/T12≤13인 것이 바람직하다. 0.02≤Wα/T12≤0.04인 것이 바람직하다.
외장 용기(312)는 예를 들어 금속제의 판으로 형성되어 있다. 금속으로서는 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 또는 스테인리스 등이 사용될 수 있다. 또한, 덮개 어셈블리(10)의 덮개(12)는 외장 용기(312)와 동일한 소재로 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 다른 소재로 형성되어 있어도 된다.
외장 용기(312)의 장변 측벽(336a, 336b)은 외장 용기(312) 중에서 가장 큰 면적을 차지한다. 따라서, 외장 용기(312)는 장변 측벽(336a, 336b)을 구성하는 판 두께를 최대한 얇게 하고, 전지(310)의 방열성을 높이는 것이 바람직하다. 외장 용기(312)의 장변 측벽(336a, 336b)을 구성하는 판 두께는 2.0 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1.0 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 외장 용기(312)의 장변 측벽(336a, 336b)의 판 두께가 작아짐에 따라 강성이 저하된다. 이 때문에, 예를 들어 외장 용기(312)의 장변 측벽(336a, 336b)을 구성하는 판 두께는 0.3 ㎜ 이상인 것이 바람직하고, 0.5 ㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
외장 용기(312)의 단변 측벽(338a, 338b)을 구성하는 판 두께도, 장변 측벽(336a, 336b)의 판 두께와 동일하게 2.0 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1.0 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 저벽(322)의 판 두께도 장변 측벽(336a, 336b) 및 단변 측벽(338a, 338b)의 판 두께와 동일하게 2.0 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1.0 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
외장 용기(312)의 저벽(322), 장변 측벽(336a, 336b), 및 단변 측벽(338a, 338b)의 판 두께는 각각, 판의 중앙부의 두께를 마이크로미터로 측정함으로써 얻어진다. 마이크로미터로서는 예를 들면, 가부시키가이샤 미츠토요제의 퀵미니 PK-1012CPS, 또는 이와 등가의 기능을 갖는 기기를 사용한다.
외장 용기(312)의 저벽(322)의 판 두께는 이하의 방법에 의해 얻어진다. 우선, 저벽(322)을 구성하는 판을, X축 방향을 따라 중앙의 위치에서, YZ 평면에 평행하게 절단한다. 이어서, 이 절단면의 Y축 방향을 따라 중앙의 위치에서 판 두께를 측정하여 외장 용기(312)의 저벽(322)의 판 두께로 한다.
외장 용기(312)의 장변 측벽(336a, 336b)을 구성하는 판 두께는 이하의 방법에 의해 얻어진다. 우선, 장변 측벽(336a, 336b)을 구성하는 판을, Z축 방향을 따라서 중앙의 위치에서 XY 평면에 평행하게 절단한다. 이어서, 이 절단면의 X축 방향을 따라서 중앙의 위치에서 판 두께를 측정하여 외장 용기(312)의 장변 측벽(336a, 336b)의 판 두께로 한다.
외장 용기(312)의 단변 측벽(338a, 338b)을 구성하는 판 두께는 이하의 방법에 의해 얻어진다. 우선, 단변 측벽(338a, 338b)을 구성하는 판을, Z축 방향을 따라 중앙의 위치에서 XY 평면에 평행하게 절단한다. 이어서, 이 절단면의 Y축 방향을 따라 중앙의 위치에서 판 두께를 측정하여, 외장 용기(312)의 단변 측벽(338a, 338b)의 판 두께로 한다.
전극군(314)은 정극(362), 부극(364) 및 복수의 세퍼레이터(전기 절연층)(366)을 갖는다. 정극(362), 부극(364) 및 세퍼레이터(366)는 예를 들어, 폭에 대하여 길이가 충분히 긴 띠 형상으로 형성되어 있다. 세퍼레이터(366)는 정극(362)과 부극(364) 사이에 설치되어 있다. 이 상태에서 정극(362), 세퍼레이터(366) 및 부극(364)을, 권회축(Ra)의 축회전으로 롤 형상으로 권회하면, 롤체(352)가 형성된다. 롤체(352)는 권회된 후, 또는 권회되면서 편평 형상으로 형성된다.
이 때, 전극군(314)은 편평 형상으로 형성된 롤체(352), 정극 집전탭(354), 및 부극 집전탭(356)을 갖는다. 정극 집전탭(354) 및 부극 집전탭(356)은 권회축을 따라 이격되어 있다. 또한, 롤체(352)의 외주면에는 세퍼레이터(366)가 노출되어 있다.
전극군(314)의 롤체(352)의 정극(362)은 정극 집전체(362a)와, 정극 활물질 함유층(362b)을 갖는다. 정극 집전탭(354)은 정극 집전체(362a) 상에서 정극 활물질 함유층(362b)에 의해 피복되어 있지 않은 부분이다.
정극 집전체(362a)는 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 또는 니켈 등의 금속박이다. 또한, 정극 집전탭(354)은 정극 집전체(362a)와 일체화되어 있지 않아도 된다. 즉, 정극 집전체(362a)의 일방의 장변에, 금속박을 접합시킴으로써 정극 집전탭(354)으로 해도 된다. 금속박으로는 정극 집전체(362a)와 동일한 것을 사용할 수 있다.
정극 활물질 함유층(362b)은 정극 집전체(362a) 양쪽의 주면상에 설치되어 있어도 되고, 일방의 주면상에 설치되어 있어도 된다. 정극 활물질 함유층(362b)은 정극 활물질을 포함한다. 정극 활물질 함유층(362b)은 정극 활물질 이외에, 도전제 및 결착제를 포함해도 된다.
정극 활물질로는 예를 들어, 리튬 전이 금속 복합산화물을 사용한다. 리튬 전이 금속 복합산화물은 예를 들어, LiCoO2, LiNi1-xCoxO2(0＜x＜0.3), LiMnxNiyCozO2(0＜x＜0.5, 0＜y≤0.8, 0≤z＜0.5), LiMn2-xMxO4(M은 Mg, Co, Al 및 Ni로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소, 0＜x＜0.2), LiMPO4(M은 Fe, Co, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소) 등이다.
정극 활물질의 이차 입자의 평균 입경은 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 6 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 정극 활물질의 이차 입자의 평균 입경이 작으면 내부 저항이 작으므로, 충방전에 따른 방열이 작아지는 경향이 있다. 따라서, 정극 활물질의 이차 입자의 평균 입경이 작으면, 전지(310)의 수명 성능을 높일 수 있다.
도전제는 전극의 전자 전도성을 높인다. 도전제로는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 흑연 등의 탄소질물을 사용할 수 있다.
결착제는 활물질, 도전제 및 집전체의 밀착성을 높인다. 결착제로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 및 불소계 고무 등을 사용할 수 있다.
정극 활물질 함유층(362b)에서 정극 활물질, 도전제 및 결착제의 배합비는 정극 활물질을 80 ~ 95 질량%, 도전제를 3 ~ 18 질량%, 결착제를 2 ~ 7 질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
정극 활물질 함유층(362b)의 밀도는 2.79/㎤ 이상 3.39/㎤ 이하인 것이 바람직하다. 정극 활물질 함유층(362b)의 밀도가 이 범위 내에 있으면, 전지(310)의 수명 성능이 높은 경향에 있는 것으로 알려져 왔다. 즉, 정극 활물질 함유층(362b)의 밀도가 3.39/㎤ 이하이면, 가스 발생시에 정극에 비틀림이 발생하기 어렵고, 전극간의 거리의 확장을 억제하여, 전지(310)의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 정극 활물질 함유층(362b)의 밀도가 2.79/㎤ 이상이면, 정극 활물질 입자간의 거리가 적절해지므로 내부 저항이 낮아지는 경향에 있다.
전극군(314)의 롤체(352)의 부극(364)은 부극 집전체(364a)와, 부극 활물질 함유층(364b)을 갖는다. 부극 집전탭(356)은 부극 집전체(364a) 상에서 부극 활물질 함유층(364b)에 의해 피복되어 있지 않은 부분이다.
부극 집전체(364a)는 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 또는 니켈 등의 금속박이다. 또한, 부극 집전탭(356)은 부극 집전체(364a)와 일체화되어 있지 않아도 된다. 즉, 부극 집전체(364a)의 일방의 장변에, 금속박을 접합시킴으로써 부극 집전탭(356)으로 해도 된다. 금속박으로서는 부극 집전체(364a)와 동일한 것을 사용할 수 있다.
부극 활물질 함유층(364b)은 부극 집전체(364a)의 양쪽의 주면상에 설치되어 있어도 되고, 일방의 주면상에 설치되어 있어도 된다. 부극 활물질 함유층(364b)은 부극 활물질을 포함한다. 부극 활물질 함유층(364b)은 부극 활물질 이외에, 도전제 및 결착제를 포함해도 된다.
부극 활물질은 리튬 이온을 충방전 가능한 전위의 하한값이 1.0 V(vs.Li/Li+) 이상인 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 화합물로는 리튬 티탄 복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 리튬 티탄 복합산화물은 충방전 반응에 따른 체적 변화가 거의 없다. 따라서, 리튬 티탄 복합산화물을 부극 활물질로 사용하면, 전극의 팽창 수축을 억제할 수 있다. 그 때문에, 리튬 티탄 복합산화물을 부극 활물질로서 사용하면, 가스 발생시에 전극의 비틀림을 보다 발생하기 어렵게 할 수 있다. 또한, 리튬 티탄 복합산화물은 충방전에 따른 방열이 작다. 따라서, 리튬 티탄 복합산화물을 부극 활물질로서 사용하면, 외장 용기(312)의 장변 측벽(336a, 336b)의 면적이 비교적 작고, 방열성이 낮아도 전지(310)의 수명 성능을 높일 수 있다.
리튬 티탄 복합산화물로는 예를 들면, 스피넬 구조를 갖는 Li4+xTi5O12(0≤x≤3)이나, 람스델라이트(ramsdellite) 구조를 갖는 Li2+yTi3O7 (0≤y≤3), 및 사방정(直方晶, orthorhombic)형의 티탄 함유 산화물을 들 수 있다. 사방정형의 티탄 함유 산화물의 예로서, 나트륨 함유 니오브 티탄 복합산화물을 들 수 있다. 나트륨 함유 니오브 티탄 복합산화물의 예에, 일반식 Li2+vNa2-wM1xTi6-y-zNbyM2zO14 +δ(0≤v≤4, 0＜w＜2, 0≤x＜2, 0＜y＜6, 0≤z＜3, y+z＜6, -0.5≤δ≤0.5, M1은 Cs, K, Sr, Ba, Ca에서 선택되는 적어도 하나를 포함하고, M2는 Zr, Sn, V, Ta, Mo, W, Fe, Co, Mn, Al에서 선택되는 적어도 하나를 포함함)로 표시되는 화합물이 포함된다.
나트륨 함유 니오브 티탄 복합산화물을 부극 활물질로서 사용하면, Li4+xTi5O12를 사용한 경우와 비교하여 부극 전위를 낮출 수 있으므로, 전지(310)의 전압을 높일 수 있다.
부극 활물질의 평균 일차 입자경은 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 부극 활물질의 일차 입자의 평균 입경이 작으면 내부 저항이 저하되므로, 충방전에 따른 방열이 작아지는 경향에 있다. 따라서, 부극 활물질의 일차 입자의 평균 입경이 작으면, 전지(310)의 수명 성능을 높일 수 있다.
부극 활물질 함유층(364b)은 리튬 티탄 복합산화물 이외의 부극 활물질을 포함해도 된다. 이러한 다른 부극 활물질로서는 그래파이트 등의 탄소질물, 주석·실리콘계 합금 재료 등을 들 수 있다.
도전제는 전극의 전자 전도성을 높인다. 도전제로서는 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 흑연 등을 사용할 수 있다.
결착제는 활물질, 도전제 및 집전체의 밀착성을 높인다. 결착제로는 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVdF), 불소계 고무, 스티렌부타디엔 고무 등을 들 수 있다.
부극 활물질 함유층(364b)에서 부극 활물질, 도전제 및 결착제의 배합비는 부극 활물질을 73~98 질량%, 도전제를 0~20 질량%, 결착제를 2~7 질량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
세퍼레이터(366)는 절연층으로서 기능한다. 세퍼레이터(366)는 예를 들어, 다공질막 또는 부직포이다. 다공질막 및 부직포는 각각 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 및 셀룰로오스로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물을 포함할 수 있다. 세퍼레이터(366)는 정극(362) 및 부극(364)의 주면의 적어도 일부를 피복하는 유기 섬유막 또는 무기막이어도 된다. 또한, 절연층으로서는 세퍼레이터(366) 대신 고체 전해질층을 사용해도 된다.
세퍼레이터(366)의 두께는 6 ㎛ 이상, 15 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 세퍼레이터(366)의 두께가 이 범위 내에 있으면 전지(310)의 안전성, 용량 및 수명 성능을 높일 수 있다. 즉, 세퍼레이터(366)의 두께가 6 ㎛ 이상이면, 정극(362)과 부극(364)이 단락하는 확률이 낮아질 수 있으므로, 전지(310)의 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 한편, 세퍼레이터(366)의 두께가 15 ㎛ 이하이면, 전지(310)내의 부(副)부재량의 증가를 억제하고, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 세퍼레이터(366)의 두께가 15 ㎛ 이하이면, 외장 용기(312) 내에서 공극이 적당히 존재하므로, 가스 발생시에 전지(310)가 팽창되기 어려워져, 전지 특성을 향상시킬 수 있다.
도시하지 않은 전해질은 정극(362), 부극(364), 및 세퍼레이터(366)에 유지될 수 있다. 전해질은 전해질염과 유기 용매를 포함하는 비수전해질이어도 된다. 즉, 실시 형태에 관한 전지(310)는 비수전해질 전지이어도 된다. 비수전해질은 액상이어도 되고 겔상이어도 된다. 액상 비수전해질은 전해질을 유기 용매에 용해함으로써 조제된다. 겔상 비수전해질은 액상 비수전해질을, 고분자 재료를 사용하여 겔화시킴으로써 조제된다. 액상 비수전해질에서의 전해질염의 농도는 예를 들어, 0.5 ㏖/L 이상 2.5 ㏖/L 이하이다.
전해질로는 예를 들어, 과염소산 리튬(LiCl4), 육불화 인산 리튬(LiPF6), 사불화 붕산 리튬(LiBF4), 육불화 비소 리튬(LiAsF6), 트리플루오로메타설폰산 리튬(LiCF3SO3), 비스트리플루오로메틸설포닐이미드리튬[LiN(CF3SO2)2] 등의 리튬염, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 전해질로는 고전위에서도 산화되기 어려운 것인 것이 바람직하고, LiPF6가 가장 바람직하다.
유기 용매로는 예를 들면, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트나, 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 메틸에틸카보네이트(MEC) 등의 사슬형 카보네이트나, 테트라하이드로푸란(THF), 2메틸테트라하이드로푸란(2MeTHF), 디옥솔란(DOX) 등의 환상 에테르나, 디메톡시에탄(DME), 디에톡시에탄(DEE) 등의 사슬형 에테르나, γ-부티로락톤(GBL), 아세토니트릴(AN), 및 설포란(SL) 등을 들 수 있다. 이러한 유기 용매는 단독으로도 2 종 이상의 혼합물로서 사용해도 된다.
고분자 재료로는 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 등을 들 수 있다.
또한, 비수전해질로서, 리튬 이온을 함유한 상온 용융염(이온성 융체) 등을 사용해도 된다.
도 18에 도시한 바와 같이, 정극 집전탭(354)에는 도전성을 갖는 고정 부재(354a)가 고정되어 있다. 고정 부재(354a)는 권회축(Ra)보다 전극군(314)의 후술하는 상면(352d)에 근접하는 위치에 고정되어 있는 것이 바람직하다. 고정 부재(354a)는 XY 평면에 평행한 단면이 대략 U자 형상이고, 정극 집전탭(354)의 일부를 협지하고 있다. 이 때문에, 고정 부재(354a)는 정극 집전탭(354)의 일부를 고정하고 있다. 고정 부재(354a)는 Z축 방향을 따라 적당한 길이를 갖고, 리드(16a)의 다리부(92b)에 면 접촉될 수 있다.
도 16에 도시한 바와 같이, 부극 집전탭(356)에는 도전성을 갖는 고정 부재(356a)가 고정되어 있다. 고정 부재(356a)는 권회축(Ra)보다 전극군(314)의 상면(352d)에 근접하는 위치에 고정되어 있는 것이 바람직하다. 고정 부재(356a)는 XY 평면에 평행한 단면이 대략 U자 형상으로, 부극 집전탭(356)의 일부를 협지하고 있다. 이 때문에, 고정 부재(356a)는 부극 집전탭(356)의 일부를 고정하고 있다. 고정 부재(356a)는 Z축 방향을 따라 적당한 길이를 갖고, 리드(16b)의 다리부(94b)에 면 접촉될 수 있다.
고정 부재(354a, 356a)는 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 또는 니켈 등의 도전성을 갖는 금속재로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
여기에서, 롤체(352)는 장변 측벽(336a)의 내주면에 대향 또는 접촉되는 제1 표면(352a)과, 장변 측벽(336b)의 내주면에 대향 또는 접촉되는 제2 표면(352b)과, 저벽(322)에 대향 또는 접촉되는 저면(352c)과, 덮개 어셈블리(10)의 절연체(18)에 대향 또는 접촉되는 상면(352d)을 갖는다.
본 실시 형태에서의 전지(310)의 공칭 용량 A는 예를 들어, 7Ah 이상이다. 이 때문에, 실시 형태에 관한 전지(310)는 고용량 전지로서 바람직하게 사용할 수 있다. 공칭 용량 A의 상한값은 특별히 없지만, 일례에 따르면 15Ah이다. 즉, 본 실시 형태에 관한 전지(310)의 전지 용량은 7Ah 내지 15Ah 사이인 것이 바람직하다.
전지(310)의 공칭 용량은 이하의 방법으로 얻어지는 방전 용량이다. 우선, 25 ℃의 환경하에서 전지를 사용 최대 전압까지 0.05C의 레이트로 정전류 충전한다. 이어서, 사용 최대 전압을 유지한 상태에서 전류값이 0.01C가 될 때까지 더욱 충전한다. 그 후, 0.05C의 레이트로 종지 전압까지 방전하여 방전 용량을 얻는다.
또한, 상술한 「사용 최대 전압」은 전지(310)를, 위험도 결함도 없이 사용할 수 있는 최대의 전압이고, 각 전지(310)의 고유의 값이다. 사용 최대 전압은 예를 들어, 전지(310)의 사양서 등에, 「충전 전압」 및 「안전 보장 최대 전압」 등 이라고 기재되어 있는 전압이다. 또한, 「종지 전압」은 전지(310)의 정극(362) 및 부극(364)의 어떤 과방전도 억제하는, 즉 전지(310)의 열화를 억제하여 사용할 수 있는 최저의 사용 전압이고, 각 전지(310)의 고유의 값이다.
도 16에 도시한 바와 같이, 전극군(314)의 정극 집전탭(354) 및 고정 부재(354a)에는 전기 절연성을 갖는 절연 커버(372)가 설치된다. 전극군(314)의 부극 집전탭(356) 및 고정 부재(356a)에는 전기 절연성을 갖는 절연 커버(374)가 설치된다. 또한, 외장 용기(312)의 내주면에 절연성을 갖는 코팅이 실시되어 있는 경우, 절연 커버(372, 374)는 불필요해질 수 있다.
절연 커버(372)는 집전탭(354) 및 고정 부재(354a)가 외장 용기(312)의 측벽(336a, 336b, 338a)의 내벽에 접촉되는 것을 방지한다. 절연 커버(374)는 집전탭(356) 및 고정 부재(356a)가 외장 용기(312)의 측벽(336a, 336b, 338b)의 내벽에 접촉되는 것을 방지한다.
절연 커버(372)는 롤체(352)의 저면(352c)을 지지하는 지지부(372a)를 갖는다. 절연 커버(374)는 롤체(352)의 저면(352c)을 지지하는 지지부(374a)를 갖는다.
절연 커버(372, 374)로서는 예를 들면, 폴리에스테르(PET), 폴리이미드, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리프로필렌으로부터 선택되는 수지재를 사용할 수 있다.
전극군(314)은 소정의 위치에 고정 부재(354a, 356a) 및 절연 커버(372, 374)가 부착된 상태로, 외장 용기(312)의 개구부(326)로부터 집어넣을 수 있다. 이 때, 절연 커버(372, 374)의 지지부(372a, 374a)를 저벽(322)에 맞닿게 한다.
외장 용기(312)의 개구부(326)에는 제1 실시 형태에서 설명한 덮개 어셈블리(10)의 덮개(12)가 설치된다. 이 때, 전지(310)의 도 15 중의 ⅩⅥ-ⅩⅥ면을 따른 단면은 도 18에 도시한 바와 같이 형성되어 있다. 외장 용기(312) 및 전극군(314)은 Z축에 평행한 중심축(Cz)에 대칭인 것이 바람직하다. 고정 부재(354a)에 대하여, 덮개 어셈블리(10)의 리드(16a)의 다리부(92b)가 면 접촉된다. 도시하지 않지만, 고정 부재(356a)에 대하여, 덮개 어셈블리(10)의 리드(16b)의 다리부(94b)가 면 접촉된다.
그리고, 도 16에 도시한 바와 같이, 덮개 어셈블리(10)의 덮개(12)는 외장 용기(312)의 개구부(326)에 대하여 예를 들어 용접 등에 의해 고정된다. 이 때, 덮개 어셈블리(10)의 덮개(12)의 표면(12a) 및 이면(12b)은 외장 용기(312)의 저벽(322)과 평행인 것이 바람직하다.
그리고, 소구멍(46)으로부터 전해질이 외장 용기(312) 내에 충전되고, 소구멍(46)이 용접에 의해 밀봉된다.
전지(310)의 도 15 중의 ⅩⅦ-ⅩⅦ면을 따른 단면은 도 19에 도시한 바와 같이 형성되어 있다. 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)은 지지면군(66a, 66b)의 지지면(82a, 82b, 84a, 84b)에 의해 외장 용기(312)의 저벽(322)을 향하여 억압되어 있다. 롤체(352)의 저면(352c)은 절연 커버(372, 374)의 지지부(372a, 374a)에 지지되어 있음과 동시에, 외장 용기(312)의 저벽(322)에 접촉되어 있다. 따라서, 롤체(352)는 저면(352c)과 상면(352d) 사이가, 외장 용기(312)의 저벽(322)과, 덮개 어셈블리(10)의 절연체(18)의 지지면군(66a, 66b)에 의해 끼워져 지지되어 있다.
롤체(352)의 제1 표면(352a)은 외장 용기(312)의 장변 측벽(336a)에 접촉되고, 롤체(352)의 제2 표면(352b)은 외장 용기(312)의 장변 측벽(336b)에 접촉되어 있다.
이 때문에, 가령 전지(310)에 진동이나 충격이 가해져도, 전극군(314)의 롤체(352)가 외장 용기(312)의 내부에서 지지되어 있으므로, 전극군(314)이 외장 용기(312)의 내부에서 의도하지 않게 이동하는 것이 방지되어 있다.
또한, 지지면군(66a)의 지지면(82a)이, 예를 들어 도 7에 도시한 형상이어도, 도 8에 도시한 형상이어도, 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)은 지지면군(66a, 66b)에 의해, 외장 용기(312)의 저벽(322)을 향하여 억압된다. 이 때문에, 전극군(314)이 외장 용기(312)의 내부에서 의도하지 않게 이동하는 것을 방지하는 지지면군(66a)의 형상은 평면뿐만 아니라 곡면 등, 적절한 형상으로 형성되어 있으면 된다.
일반적으로 전지(310)의 내부에서 가스가 발생하는 경우, 예를 들어 롤체(352)로부터 발생하는 것으로 생각되고 있다. 이 때, 가스는 롤체(352)의 권회축(Ra)을 따라, 집전탭(354) 중, 고정 부재(354a)가 고정된 위치와는 떨어진 위치로부터 전극군(314)의 외측으로 빠져나간다. 동일하게, 가스는 롤체(352)의 권회축(Ra)을 따라, 집전탭(356) 중, 고정 부재(356a)가 고정된 위치와는 떨어진 위치로부터 전극군(314)의 외측으로 빠져나간다.
그리고, 가스의 발생량이 많아짐에 따라 가스가 전지(310)의 내부에 모이고, 전지(310)의 내압이 점차 높여져 간다. 가스는 외장 용기(312)의 내부에서, 전극군(314) 및 덮개 어셈블리(10)의 간극에 모인다.
외장 용기(312)는 XZ 평면에 평행한 장변 측벽(336a, 336b)의 면적이 YZ 평면에 평행한 단변 측벽(338a, 338b)의 면적에 비해 크다. 이들 측벽(336a, 336b, 338a, 338b)의 두께는 동일하다. 이 때문에, 장변 측벽(336a, 336b) 쪽이, 단변 측벽(338a, 338b)보다 면적이 큰 분량만큼 큰 압력(내압)을 받고 있다. 따라서, 전지(310)의 내부에서 가스의 발생량이 많아짐에 따라, 점차 단변 측벽(338a, 338b)에 비하여 장변 측벽(336a, 336b)의 부풀음이 커질 것으로 상정(想定)된다.
본 실시 형태에서는 리드(16a)의 다리부(92b)는 하나이고, 리드(16b)의 다리부(94b)는 1 개이다. 리드는 고정 부재(354a)를 협지하도록 2 개의 다리부를 갖고 있어도 된다. 그러나, 다리부(92b)를 적절하게 구부린 영역(93)을 가짐으로써, 리드(16a)의 다리부(92b)와 고정 부재(354a)의 접촉 면적을 확보하고 있다. 또한, 다리부(92b)는 적절한 두께(t)를 확보하고 있다. 이 때문에, 전지(310)의 내부에 대한 리드(16a)의 다리부(92b)의 체적을, 2 개의 다리부를 갖는 경우보다 작게 하면서 2 개의 다리부와 동일한 정도의 성능에 리드(16a)를 형성할 수 있다. 따라서, 외장 용기(312)에 동일한 내부 체적을 갖는 경우에도 리드(16a)의 다리부(92b)의 체적만큼, 전지(310)의 내부에서 가스를 모을 수 있는 공간을 크게 할 수 있다.
또한, 0.02≤t/T12≤0.04 인 것이 바람직하다.
여기에서, 전지(310) 중 의도하지 않은 위치로부터 가스가 배출되면, 제3 실시 형태에서 후술하는 전지 팩(510) 등의 설계에도 영향을 줄 수 있을 가능성이 있다. 이 때문에, 가스의 발생에 의해 전지(310)의 내압이 소정의 압력에 도달했을 때, 전지(310)의 소정 위치로부터 가스를 배출한 편이 좋은 것으로 생각된다.
본 실시 형태에서는 덮개 어셈블리(10)에 밸브체(20)가 있다. 그리고, 덮개 어셈블리(10)의 절연체(18)는 밸브체(20)에 인접하여, 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)에 대향하는 인접면(대향면)(64a, 64b)을 갖는다. 절연체(18)의 인접면(대향면)(64a, 64b)과 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)과의 사이에는 가스가 이동할 수 있는 간극이 형성되어 있다. 즉, 절연체(18)의 인접면(대향면)(64a, 64b)과 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)과의 사이에는 도 19에 도시한 바와 같이 가스가 이동할 수 있는 채널(316)이 형성되어 있다.
도 16에 도시한 바와 같이, 절연 커버(372)와 고정 부재(354a) 사이, 절연 커버(327)와 집전탭(354) 사이에는 적절한 간극이 형성된다. 그리고, 절연 커버(372) 중, 지지부(372a)와는 반대측의 단부(372b)는 개방되어 있다. 이 때문에, 가스는 덮개 어셈블리(10)의 인접면(64a)과 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)과의 사이에도 흘러 모인다.
이 때문에, 전지(310)의 밸브체(20)에는 발생한 가스에 의해 전지(310)의 내측으로부터 인접면(대향면)(64a, 64b) 사이에 있는 중간 영역(68)의 개구(56)를 통하여 전지(310)의 외부를 향해 압력이 가해지고 있다.
밸브체(20)는 소정 압력의 일례로서 1.0 ㎫를 설정하고 있다.
여기에서, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 복수의 인접면(대향면)(64a, 64b)의 평면의 면적과 동일하거나 그보다 작다. 이 때문에, 밸브체(20)가 개방되어 채널(316)에 있는 가스가 전지(310)의 외부로 배출되는 경우, 밸브체(20)를 통해 가스를 배출하는 흐름을 생성해 낼 수 있다.
이 때문에, 밸브체(20)를 적절히 작게 형성함으로써, 예를 들면 진동이나 충격 등에 의해 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)이 장변 측벽(336a) 또는 장변 측벽(336b)을 향하여 Y축 방향으로 이동하고자 했을 때에도, 지지면군(66a, 66b)의 지지면(82a, 82b, 84a, 84b)으로 확실히 전극군(314)의 롤체(352)의 상면(352d)을 외장 용기(312)의 저벽(322)을 향하여 억압할 수 있다. 따라서, 예를 들어 두께를 얇고, 높이 및 폭을 크게 취한, 대형화된 전지(310)이어도, 전극군(314)을 전지(310)의 내부에서 확실하게 유지할 수 있다. 또한, 전지(310)의 내부에서 가스가 발생했을 때에도, 가스의 유로를 확보하여, 전지(310)의 내부가 소정의 압력을 초과했을 때 밸브체(20)를 통하여 가스를 전지(310)의 외부에 배출할 수 있다.
또한, 밸브체(20)가 개방될 수 있는 개구 가능 면적이 복수의 인접면(대향면)(64a, 64b)의 평면의 면적보다 큰 경우, 밸브체(20)를 통한 가스의 배출 효율이 복수의 인접면(대향면)(64a, 64b)의 평면의 면적과 동일하거나 그보다 작은 경우보다도 나빠질 가능성이 높다.
<실시예>
도 15에 도시한 구조를 갖고, 폭(W11)=112 ㎜이고, 높이(H11)=140 ㎜이고, 두께(T11)=14 ㎜, 전지 용량이 11 Ah의 비수전해질 전지(310)를 제조하였다. 덮개 어셈블리(10)의 밸브체(20)의 작동압을 1.0 ㎫로 설정했다. 또한, 정극 활물질에는 LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2로 표시되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물을 사용하였다. 부극 활물질에는 스피넬형 결정 구조의 Li4Ti5O12를 사용하였다. 또한, 세퍼레이터에는 두께가 20 ㎛의 셀룰로오스제 부직포를 사용하였다. 한편, 비수전해질에는 에틸렌카보네이트와 디메틸카보네이트를 1 : 1의 체적비로 혼합한 비수용매에, 전해질로서의 육불화 인산 리튬 LiPF6를 1 ㏖/L의 농도가 되도록 용해시킨 비수전해액을 사용하였다.
<용량 확인 시험>
비수전해질 전지(310)를 환경 온도 25 ℃에서, 11 A로 정전류 충전하여 전지 전압이 2.8 V에 도달하면 2.8 V의 정전압 충전을 실시하고, 전류값이 0.5 A에 도달 한 지점에서 충전을 종료하였다. 60 분간의 휴지 후, 11 A로 정전류 방전하여 전지 전압이 1.3 V에 도달한 지점에서 방전을 종료하였다. 이 방전에 의한 용량은 11 Ah였다.
<오븐 시험(고온 폭로 시험)>
비수전해질 전지(310)를 구속한 상태에서 SOC(State Of Charge)100 %에 상당하는 전압(2.7 V)을 개시 전압으로 하고, 30 ℃의 온도에서 5 ℃/30 min 승온시켰다. 이 때, 밸브체(20)는 130 ℃에서 개방하여, 가스를 노출시켜 종료했다. 전지(310)에 폭발, 파열, 발열은 발생하지 않았다.
이상의 시험에 의해, 본 실시 형태에 관한 전지(310)가 안전성 및 용량 성능이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 실시 형태에 의하면, 개구부(326)와 저벽(322)을 갖는 외장 용기(312)와, 한 쌍의 집전탭(354, 356)을 갖고, 개구부(326)로부터 외장 용기(312)에 수용된 전극군(314)과, 덮개(12) 및 한 쌍의 단자(14a, 14b)가 외부에 노출된 상태로 외장 용기(312)의 개구부(326)에 고정되고, 한 쌍의 집전탭(354, 356)이 한 쌍의 리드(16a, 16b)의 다리부(92b, 94b)에 각각 전기적으로 접속되고, 한 쌍의 지지면군(66a, 66b)으로 전극군(314)을 저벽(322)과의 사이에 지지하는, 덮개 어셈블리(10)를 갖는 전지(310)가 제공된다.
본 실시 형태에 의하면, 전지(310)내의 가스와 밸브체(20) 사이에 가스의 유로를 확보하는 데에 기여할 수 있는 덮개 어셈블리(10), 및 상기 덮개 어셈블리(10)를 갖는 전지(310)가 제공된다.
또한, 여기에서는 제1 실시 형태에서 설명한 덮개 어셈블리(10)를 갖는 전지 (310)에 대해서 설명했지만, 제1 실시 형태의 각 변형예에서 설명한 덮개 어셈블리(10)를 이용하여 전지(310)를 형성해도, 그 전지(310)는 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같은 성능을 발휘할 수 있다.
(제3 실시 형태)
다음에, 제3 실시 형태에 대하여 도 20 및 도 21을 이용하여 설명한다.
본 실시 형태에서는 제2 실시 형태에서 설명한 전지(310)끼리 연결되어 사용될 수 있는 전지 팩(510)에 대해 설명한다.
제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)은 복수의 전지(310)를 구비할 수 있다. 복수의 전지(310)는 전기적으로 직렬로 접속할 수도 있고, 또는 전기적으로 병렬로 접속할 수도 있다. 또는 복수의 전지(310)를 직렬 및 병렬의 조합으로 접속할 수도 있다.
제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)은 예를 들어, 5 개의 전지(310)를 구비할 수 있다. 이들 전지(310)는 직렬로 접속될 수 있다. 또한, 직렬로 접속된 전지(310)는 그룹 전지(512)를 구성할 수 있다. 즉, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)은 그룹 전지(512)를 구비할 수도 있다.
제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)은 복수의 그룹 전지(512)를 구비할 수 있다. 복수의 그룹 전지(512)는 직렬, 병렬 또는 직렬 및 병렬의 조합으로 접속할 수 있다.
도 20은 제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)의 일례를 도시하는 분해 사시도이다. 도 21은 도 20에 도시한 전지 팩(510)의 전기 회로의 일례를 도시하는 블럭도이다.
도 20에 도시한 전지 팩(510)은 복수 개의 단전지(310)를 포함하는 그룹 전지(512), 기판(514), 수납 용기(516), 및 보호 시트(518)를 갖는다. 단전지(310)는 예를 들어, 제2 실시 형태에서 설명한 것을 사용할 수 있다.
복수의 단전지(310)는 도 21에 도시한 바와 같이 서로 전기적으로 직렬로 접속되어 있다.
프린트 배선 기판(514)은 그룹 전지(512)의 정극측 리드(532) 및 부극측 리드(534)가 연장되는 측면에 대향하도록 배치되어 있다. 프린트 배선 기판(514)에는 도 21에 도시한 바와 같이 서미스터(546), 보호 회로(548) 및 외부 기기로의 통전용 단자(550)가 탑재되어 있다. 또한, 프린트 배선 기판(514)에는 그룹 전지(512)와 대향하는 면에, 그룹 전지(512)의 배선과의 불필요한 접속을 회피하기 위해 절연판(도시하지 않음)이 부착되어 있다.
정극측 리드(532)의 선단(532a)은 프린트 배선 기판(514)의 정극측 커넥터(542)에 전기적으로 접속되어 있다. 부극측 리드(534)의 선단(534a)은 프린트 배선 기판(514)의 부극측 커넥터(544)에 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 커넥터(542, 544)는 프린트 배선 기판(514)에 형성된 배선(542a, 544a)을 통하여 보호 회로(548)에 접속되어 있다.
서미스터(546)는 단전지(310)의 온도를 검출하고, 그 검출 신호는 보호 회로(548)에 송신된다. 보호 회로(548)는 소정의 조건에서 보호 회로(548)와 외부 기기로의 통전용 단자(550)(단자(552,554))와의 사이의 플러스측 배선(549a) 및 마이너스측 배선(549b)을 차단할 수 있다. 소정 조건의 일례로는 서미스터(546)의 검출 온도가 소정 온도 이상이 되었을 때를 들 수 있다. 소정 조건의 다른 예로는 단전지(310)의 과충전, 과방전, 또는 과전류 등을 검출했을 때를 들 수 있다. 이 과충전 등의 검출은 개개의 단전지(310) 또는 그룹 전지(512) 전체에 대해 실시된다. 또한, 개개의 단전지(310)를 검출하는 경우, 전지 전압을 검출해도 되고, 정극 전위 또는 부극 전위를 검출해도 된다. 후자의 경우, 개개의 단전지(310) 중에 참조극으로서 사용하는 리튬 전극이 삽입된다. 도 20 및 도 21의 전지 팩(510)은 단전지(310) 각각에 전압 검출을 위한 배선(560)이 접속되어 있다. 이들 배선(560)을 통하여 검출 신호가 보호 회로(548)에 송신된다.
정극측 리드(532) 및 부극측 리드(534)가 돌출되는 측면을 제외하는 그룹 전지(512)의 세 측면에는 고무 또는 수지로 이루어진 보호 시트(518)가 각각 배치되어 있다.
그룹 전지(512)는 각 보호 시트(518) 및 프린트 배선 기판(514)과 함께 수납 용기(516) 내에 수납된다. 즉, 수납 용기(516)의 장변 방향의 양쪽의 내측면과 단변 방향의 일방의 내측면 각각에 보호 시트(518)가 배치되고, 단변 방향의 타방의 내측면에 프린트 배선 기판(514)이 배치된다. 그룹 전지(512)는 보호 시트(518) 및 프린트 배선 기판(514)으로 둘러싸인 공간 내에 위치한다. 덮개(516a)는 수납 용기(516)의 상면에 부착되어 있다.
또한, 그룹 전지(512)의 고정에는 점착 테이프(512a)를 대신하여, 열 수축 테이프를 사용해도 된다. 이 경우, 그룹 전지(512)의 양측면에 보호 시트(518)를 배치하고, 열 수축 테이프를 주회(周回)시킨 후, 열 수축 테이프를 열수축시켜 그룹 전지(512)를 결속시킨다.
도 20 및 도 21에서는 단전지(310)를 직렬 접속한 형태를 도시했지만, 전지 용량을 증대시키기 위해서는 병렬로 접속해도 된다. 또한, 조립된 전지 팩(510)을 직렬 및/또는 병렬로 접속할 수도 있다.
또한, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)의 양태는 용도에 따라 적절히 변경된다. 제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)의 용도로는 대전류 성능에서의 사이클 성능이 요망되는 것이 바람직하다. 구체적인 용도로는 디지털 카메라의 전원용이나, 이륜 내지 사륜의 하이브리드 전기 자동차, 이륜 내지 사륜의 전기 자동차, 및 어시스트 자전거 등의 차량 탑재용을 들 수 있다. 제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)의 용도로는 특히 차량 탑재용이 바람직하다.
제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)은 제2 실시 형태에 관한 전지(310)를 구비하고 있다. 따라서, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)은 전해액의 함침성이 우수하고 저저항이다.
이상 상술한 제3 실시 형태의 전지 팩(510)은 각 변형예를 포함하는 제1 실시 형태에서 설명한 덮개 어셈블리(10)를 갖는, 제2 실시 형태의 전지(310)를 포함한다. 따라서, 제3 실시 형태에 관한 전지 팩(510)은 우수한 수명 성능을 실현할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했는데, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 아니다. 이들 신규한 실시 형태는 그 밖의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되고, 또한 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 전극군을 수용하는 외장 용기의 개구부에 부착되는 판 형상의 덮개;
    각각 도전성을 갖고, 서로에 대하여 전기적으로 절연된 상태로 이격되어, 상기 덮개에 배치된 한 쌍의 단자;
    각각 도전성을 갖고, 서로에 대하여 전기적으로 절연된 상태로 이격되고, 상기 한 쌍의 단자의 일방에 기부로 전기적으로 접속되고 상기 전극군의 일방의 집전탭에 상기 기부로부터 연장된 하나의 다리부로 전기적으로 접속되고,
    상기 한 쌍의 단자의 타방에 기부로 전기적으로 접속되고 상기 전극군의 타방의 집전탭에 상기 기부로부터 연장된 하나의 다리부로 전기적으로 접속되는,
    한 쌍의 리드;
    (a) 상기 전극군에 대향하고, 상기 한 쌍의 리드의 상기 기부의 사이에 설치되고, 상기 덮개와는 반대측에 있는 복수의 대향면,
    (b) 상기 복수의 대향면 및 상기 한 쌍의 리드의 상기 기부에 대하여 상기 덮개와는 반대측을 향하여 돌출되어 상기 전극군을 지지하는 한 쌍의 지지면군, 및
    (c) 상기 복수의 대향면 중 적어도 일부에 연속하여 상기 한 쌍의 지지면군 사이에 설치되고 상기 덮개에 대향하는 개구를 갖는 중간 영역을 구비하고, 상기 한 쌍의 리드의 상기 기부와 상기 덮개 사이에 설치된, 전기 절연성을 갖고, 일체로 형성되는 절연체; 및
    상기 한 쌍의 단자 사이에서 상기 덮개에 설치되고, 상기 절연체의 상기 중간 영역의 상기 개구에 인접하고, 상기 덮개에 대하여 상기 한 쌍의 리드 및 상기 절연체가 설치된 측의 압력이 소정의 압력에 도달한 것에 대응하여, 상기 한 쌍의 단자가 설치된 측에 개방될 수 있는 밸브체;
    를 구비하고,
    상기 밸브체가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 상기 복수의 대향면의 면적과 동일하거나 그보다 작은, 덮개 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 대향면은 오목부 및/또는 볼록부를 갖는 비평활면을 갖는, 덮개 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 지지면군은 상기 한 쌍의 리드의 상기 기부와 상기 중간 영역 사이에 각각 복수의 가장자리부를 갖고,
    상기 복수의 대향면의 외연으로부터 상기 덮개와는 반대측을 향하여 가상면을 규정했을 때, 상기 가상면과 상기 복수의 가장자리부 사이에 상기 덮개 표면의 적어도 일부에 평행한 가상적인 평면 영역이 규정되며,
    상기 밸브체가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 상기 평면 영역의 면적과 동일하거나 그보다 작은, 덮개 어셈블리.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 지지면군 중 적어도 일방은, 서로 이격된 복수의 지지면을 갖는, 덮개 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 대향면은 상기 복수의 지지면과의 사이의 거리가 다른 단차를 갖는, 덮개 어셈블리.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연체의 상기 복수의 대향면에 대한 상기 한 쌍의 지지면군의 돌출량은, 상기 한 쌍의 리드의 상기 기부의 두께보다 큰, 덮개 어셈블리.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연체는, 상기 중간 영역에 이격되고, 상기 복수의 대향면에 연속한 위치에, 상기 한 쌍의 리드의 상기 기부를 각각 수용하는 수용부를 갖는, 덮개 어셈블리.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 덮개 및 상기 절연체는 대략 직사각형이고,
    상기 절연체의 장변의 길이를 W2, 상기 절연체의 단변의 길이를 T2로 했을 때, 7≤W2/T2≤13인, 덮개 어셈블리.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브체는 외부틀과, 상기 외부틀의 내측에 설치된 홈을 갖는, 덮개 어셈블리.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브체가 개방될 수 있는 최대의 개구 가능 면적은 상기 절연체의 상기 중간 영역의 상기 개구의 면적과 동일하거나 그보다 작은, 덮개 어셈블리.
  11. 개구부와 저벽을 갖는 외장 용기,
    한 쌍의 집전탭을 갖고, 상기 개구부로부터 상기 외장 용기에 수용된 전극군, 및
    상기 덮개 및 상기 한 쌍의 단자가 외부에 노출된 상태로 상기 외장 용기의 상기 개구부에 고정되고, 상기 한 쌍의 집전탭이 상기 한 쌍의 리드의 상기 다리부에 각각 전기적으로 접속되고, 상기 한 쌍의 지지면군으로 상기 전극군을 상기 저벽과의 사이에 지지하는, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 덮개 어셈블리
    를 갖는, 전지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 외장 용기의 상기 개구부는 대략 직사각형 형상이고,
    상기 외장 용기의 상기 개구부의 장변간의 거리를 T12, 상기 외장 용기의 상기 개구부의 단변간의 거리를 W12로 했을 때, 7≤W12/T12≤13이며,
    전지 용량이 7Ah 내지 15Ah인, 전지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 외장 용기의 상기 개구부는 대략 직사각형 형상이고,
    상기 한 쌍의 지지면군은 각각 상기 외장 용기의 상기 개구부의 장변에 대향하는 복수의 가장자리부를 갖고,
    상기 절연체의 상기 한 쌍의 지지면군은 상기 외장 용기의 상기 개구부의 장변간의 거리를 T12, 상기 장변간의 상기 거리 T12에 평행하게 상기 한 쌍의 지지면군의 상기 복수의 가장자리부간의 폭을 Wα로 하여 취했을 때, 0.02≤Wα/T12≤0.04가 되는, 전지.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 외장 용기의 상기 개구부는 대략 직사각형 형상이고,
    상기 외장 용기의 상기 개구부의 장변간의 거리를 T12, 상기 장변간의 상기 거리 T12에 평행하게 상기 리드의 상기 다리부의 두께를 t로 취했을 때, 0.02≤t/T12≤0.04가 되는, 전지.
  15. 제 11 항에 기재된 전지를 포함하는 전지 팩.
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