KR102654793B1 - 밀폐형 전지 - Google Patents

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Abstract

외장체의 내부에 있어서의 전극체의 이동을 억제할 수 있는 기술이 제공된다. 여기서 개시되는 기술에 의하면, 장방 형상의 폭광면(11)을 가지는 전극체(1)와, 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체(2)와, 정부극 집전 단자(3, 4)를 구비하는 밀폐형 전지(100)가 제공된다. 외장체(2)는, 전극체(1)를 수용하는 수용부(30), 및, 당해 외장체(2)의 내부와 외부를 차단하기 위하여 수용부(30)의 주위에 형성된 시일부를 구비하고 있다. 수용부(30)는, 전극체(1)의 폭광면(11)과 대향하는 평탄면(31)과, 시일부로부터 평탄면(31)을 향해 상승하도록 형성된, 폭광면(11)의 4변에 각각 대응하는 4개의 측벽(32∼35)을 가지고 있다. 폭광면(11)의 장변에 대응하는 1세트의 측벽(32, 34)은, 전극체(1)를 향해, 외장체(2)의 안쪽 방향으로, 전극체(1)에 근접할 때까지 만곡하고 있다.

Description

밀폐형 전지{SEALED BATTERY}
본 출원은 2020년 6월 22일에 출원된 일본국특허출원 제2020-106749호에 기초한 우선권을 주장하고 있고, 그 출원의 전내용은 본 명세서 중에 참조로서 포함되어 있다.
본 발명은, 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지에 관한 것이다. 상세하게는 당해 외장체에 형성된, 전극체 수용부의 구조에 관한 것이다.
근래, 다양한 전지에 관한 연구 개발이 정력적으로 행해지고 있다. 그 중에서도, 리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지는, 차량 탑재용 전원 또는 퍼스널 컴퓨터나 휴대 단말 등의 전원으로서 중요성이 높아지고 있다. 특히, 경량이며 고에너지 밀도가 얻어지는 리튬 이온 이차 전지는, 차량 탑재용 고출력 전원으로서 바람직하게 이용되고 있다.
이 종류의 이차 전지는, 전형적으로는, 정극과 부극을 구비하는 발전 요소인 전극체가, 외장체의 내부에 수용되어 밀폐된, 밀폐형 전지이다.
근래에는, 전지의 소형화로의 요구가 높아지고 있어, 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지의 개발이 정력적으로 행해지고 있다. 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지에서는, 전형적으로는, 전극체는, 라미네이트 필름과 라미네이트 필름의 사이에 끼워져, 전극체의 주연부(周緣部)에 있어서의 라미네이트 필름끼리가 시일되는 것에 의해, 외장체의 내부에 수용되어 있다.
외장체의 내부에 전극체를 배치하는 것에 관하여, 일본국특허출원공개 제2005-285506호 공보 및 국제공개 제2015/151580호 공보에는, 라미네이트 필름에 미리 엠보스 가공을 실시해 두고, 당해 엠보스 가공부의 내부 공간에 전극체를 배치하는 것이 기재되어 있다. 이와 같이, 전극체를 수용하는 수용부를 라미네이트 필름에 마련하는 것에 의해, 외장체의 내부에 있어서, 전극체를 적당한 위치에 배치할 수 있다.
한편, 밀폐형 전지가, 전해질로서 고체 전해질을 구비하는, 이른바 전고체 전지인 경우, 일반적으로는, 라미네이트 필름과 라미네이트 필름의 사이에 전극체를 끼운 후, 외장체의 내부를 감압한 상태에서 시일한다. 이에 의해, 외장체의 내부에 전극체가 보지(保持)되게 된다.
그런데, 미리 라미네이트 필름에 형성된 수용부의 내부에 전극체를 배치하는 경우, 라미네이트 필름(즉, 수용부)과 전극체의 사이가 떨어져 있으면, 전극체는, 수용부의 내부에서 이동하는 경우가 있다. 전극체가 수용부의 내부에서 이동하는 것은, 전극체의 가장자리부의 변형이나 파손의 요인이 될 수 있어, 단락의 발생으로 연결되기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주된 목적은, 상기와 같은 수용부를 가지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지에 있어서, 외장체의 내부에 있어서의 전극체의 이동을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명자는, 라미네이트 외장체의 수용부의 구조에 착목했다. 그리고, 이러한 수용부의 일부를, 전극체를 향해 만곡시키는 것에 의해, 수용부의 내부에 있어서의 전극체의 이동을 억제할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
여기서 개시되는 기술에 의하면, 정극 및 부극을 구비하고, 장방 형상의 폭광면(幅廣面)을 가지는 전극체와, 상기 전극체를 수용하는, 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체와, 상기 정극 및 상기 부극에 구비되어 있는 외부 접속용의 정극 집전 단자 및 부극 집전 단자로서, 적어도 일부가 상기 외장체의 외부에 배치되어 있는 정부극 집전 단자를 구비하는 밀폐형 전지가 제공된다.
상기 외장체는, 상기 전극체를 수용하는 수용부, 및, 당해 외장체의 내부와 외부를 차단하기 위하여 상기 수용부의 주위에 형성된 시일부를 구비하고 있다.
상기 수용부는, 상기 전극체의 상기 폭광면과 대향하는 평탄면과, 상기 시일부로부터 상기 평탄면을 향해 상승하도록 형성된, 상기 폭광면의 4변에 각각 대응하는 4개의 측벽을 가지고 있다. 상기 4개의 측벽 중 상기 폭광면의 장변에 대응하는 1세트의 상기 측벽은, 상기 전극체를 향해, 상기 외장체의 안쪽 방향으로, 당해 전극체에 근접할 때까지 만곡하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 수용부의 측벽이 만곡하여 전극체에 근접하는 것에 의해, 외장체의 내부에 있어서의 전극체의 이동이 억제된다. 그 때문에, 전극체의 이동에 수반하는 전극체의 변형이나 파손을 막을 수 있다.
바람직하게는, 상기 외장체의 주연은, 상기 전극체를 수용한 상태에서, 상기 폭광면의 장변측에 대응하는 2개의 장변부와, 상기 폭광면의 단변측에 대응하는 2개의 단변부를 가지고 있다. 여기서, 상기 단변부의 길이에 대한 상기 장변부의 길이의 비는 2 이상이다.
이러한 구성에 의하면, 상기 전극체의 이동을 억제하는 효과에 더하여, 단자 구조의 변형 방지 효과가 실현될 수 있다.
여기서 개시되는 밀폐형 전지의 일 양태에서는, 상기 장변부에 있어서의 상기 시일부의 폭에 대한 상기 장변부의 길이의 비는 15 이상이다.
여기서 개시되는 기술에 의하면, 이러한 치수 관계를 가지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지에 있어서도, 상기 전극체의 이동을 억제하는 효과에 더하여, 주름이나 뒤틀림의 발생을 방지하는 효과가 적합하게 발휘될 수 있다.
또한, 다른 일 양태에서는, 상기 정극 집전 단자 및 상기 부극 집전 단자는, 상기 전극체의 상기 장방형 폭광면의 단변측에 모두 배치되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 상기 전극체의 이동을 억제하는 효과에 더하여, 단자 구조의 변형 방지 효과가 보다 적합하게 실현될 수 있다.
또한, 다른 일 양태에서는, 상기 라미네이트 필름은 금속층과 수지층을 가지는 적층 구조체이고, 당해 금속층의 두께는 100㎛ 이하이다.
여기서 개시되는 기술에 의하면, 이러한 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지에 있어서도, 상기 전극체의 이동을 억제하는 효과에 더하여, 주름이나 뒤틀림의 발생을 방지하는 효과와, 단자 구조의 변형을 방지하는 효과가 적합하게 발휘될 수 있다.
상기 수용부의 상기 평탄면에 있어서의 2개의 장변 및 2개의 단변에 있어서, 당해 단변의 길이에 대한, 상기 2개의 장변 중 하나의 상기 장변에 있어서의 만곡의 정점과, 다른 상기 장변에 있어서의 만곡의 정점의 사이의 거리의 비는, 0.9 이상 0.99 이하이다.
이러한 구성의 밀폐형 전지에서는, 수용부에 수용되어 있는 전극체의 사이즈와 비교하여, 수용부의 내부 공간이 적절히 마련되어 있어, 상기 비가 0.9 이상 0.99 이하의 범위 내에 있어서, 전극체의 이동 방지 효과와 함께, 단자 구조의 변형 방지 효과와 주름이나 뒤틀림의 발생 방지 효과를 높은 레벨로 실현할 수 있다.
도 1은, 일 실시형태에 관련되는 밀폐형 전지의 구조를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 일 실시형태에 관련되는 밀폐형 전지의 구조를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은, 일 실시형태에 관련되는 밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서의 일 공정을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는, 일 실시형태에 관련되는 밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서의 일 공정을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는, 일 실시형태에 관련되는 밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서의 일 공정을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은, 일 실시형태에 관련되는 밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서의 일 공정을 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 7은, 외장체의 장변부에 있어서의 시일부의 폭(W1)과 장변부의 길이(L2)의 비(L2/W1)와, 감압 공정에 있어서 당해 장변부에 발생할 수 있는 응력의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 외장체의 단변 길이(L1)과 장변 길이(L2)의 비(L2/L1)와, 감압 공정에 있어서 외장체의 단자 구조에 발생할 수 있는 응력의 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서, 동일한 작용을 하는 부재·부위에는 동일한 부호를 붙여 설명하고 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항으로서 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들면, 전극체의 상세한 구조나 재료 등)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초한 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 명세서에 있어서 수치 범위를 나타내는 「A∼B」의 표기는, A 이상 B 이하를 의미하며, A를 상회하는 것이고 B를 하회하는 것을 포함한다.
본 명세서에 있어서, 「이차 전지」란, 반복 충방전 가능한 축전 디바이스 일반을 말하며, 리튬 이온 이차 전지, 니켈수소 전지, 니켈카드뮴 전지 등의 이른바 축전지(즉, 화학 전지) 외에, 전기 이중층 커패시터 등의 커패시터(즉, 물리 전지)를 포함한다.
이하, 여기서 개시되는 기술의 적용 대상인 밀폐형 전지에 관하여, 적층 전극체를 구비하는 전고체 리튬 이온 이차 전지를 예로 들어 상세하게 설명한다.
도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 밀폐형 전지(100)는, 대략적으로 말하면, 전극체(1)와, 외장체(2)와, 정극 집전 단자(3)와, 부극 집전 단자(4)를 구비하고 있다. 전극체(1)는, 주연부가 열용착(히트 시일)된 상태의 외장체(2)의 내부에 수용되어 있다. 정극 집전 단자(3) 및 부극 집전 단자(4)는, 그 일부가 외장체(2)의 외부에 배치되어 있다.
전극체(1)는, 편평한 2개의 장방 형상의 폭광면을 가지고 있으며, 바닥면으로서 이러한 2개의 폭광면을 가지고, 4개의 측면을 가지는 직방체 형상이다.
상세한 도시는 생략하지만, 전극체(1)는, 정극과 부극과 고체 전해질층을 구비한다.
본 실시형태에 있어서의 전극체(1)는, 적층 전극체이며, 정극으로서, 직사각형 시트 형상의 정극 집전체와, 당해 정극 집전체의 표면(편면 또는 양면)에 도공(塗工)된 정극 합재층을 가지는 정극 시트를 구비하고 있다. 전극체(1)는, 부극으로서, 직사각형 시트 형상의 부극 집전체와, 당해 부극 집전체의 표면(편면 또는 양면)에 도공된 부극 합재층을 가지는 부극 시트를 구비하고 있다. 정극 시트 및 부극 시트는, 모두 시트 장변 방향(즉, 도면 중 전극체(1)의 폭광면의 장변 방향(Y))에 있어서의 하나의 단부에, 합재층이 형성되지 않는 집전체 노출부를 가지고 있다. 이러한 집전체 노출부는 탭 형상으로 형성되고, 시트의 단변으로부터 외방으로 돌출하고 있다. 정극 시트 및 부극 시트는, 고체 전해질층을 개재시키면서 번갈아 적층되어, 전극체(1)가 형성되어 있다. 전극체(1)의 중심을 포함하는 영역은, 전극 합재층이 적층된 코어부로 되어 있다. 시트 장변 방향의 하나의 단부에서는, 집전체 노출부(집전체)가 적층되어 있고, 집전체 노출부가 시트 적층 방향으로 모여져, 외부 접속용의 집전 단자 접합부가 형성되어 있다.
정극 집전 단자 접합부에는 정극 집전 단자(3)가 접합되고, 부극 집전 단자 접합부에는 부극 집전 단자(4)가 접합되어 있다. 그리고, 도시되는 바와 같이, 정극 집전 단자(3) 및 부극 집전 단자(4)는, 모두, 전극체(1)의 폭광면(11)의 단변(19)측에 배치되어, 외장체(2)의 내부로부터 외부로 인출되어 있다. 정극 집전 단자(3) 및 부극 집전 단자(4)는, 열용착 필름(5, 6)으로 각각 피복되어 있다. 열용착 필름(5, 6)은, 집전 단자와 외장체(2)의 사이에 끼워져 있다.
전극체(1)는, 상기와 같이 집전 단자 접합부가 형성되고, 여기에 동극(同極)의 집전 단자가 접합되어 있는 것이면 되고, 그 상세한 구조는, 특별히 한정되지 않는다. 전극체(1)를 구성하는 부재 및 재료(예를 들면 집전박, 합재층, 및, 고체 전해질층 등)로서는, 이 종류의 리튬 이온 이차 전지에 전형적으로 사용되는 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있고, 본 발명을 특징짓는 것이 아니기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
정극 집전 단자(3) 및 부극 집전 단자(4)는, 전극체(1)와 외부 기기를 전기적으로 접속하는 도전 부재이다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 이러한 집전 단자는, 예를 들면 알루미늄, 구리, 니켈 등의 도전성 재료로 이루어진다.
열용착 필름(5, 6)은, 집전 단자와 외장체(2)를 적합하게 용착하기 위한 부재이다. 열용착 필름(5, 6)의 재료는, 외장체(2)(구체적으로는, 후술하는 제 1 수지층)와 동일한 정도의 온도에서 용융하고, 또한, 수지 재료와 금속 재료의 양방에 대하여 적합한 용착성을 발휘하는 수지 재료일 수 있다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 열용착 필름(5, 6)은, 예를 들면 변성 폴리프로필렌이나, 폴리올레핀층을 포함하는 다층 구조의 필름일 수 있다.
외장체(2)는 라미네이트 필름으로 이루어지는 전지 케이스이며, 도시되는 바와 같이, 1매의 라미네이트 필름을 절곡하여, 주연에 있어서 라미네이트 필름끼리를 용착하는 것에 의해, 형성되어 있다. 외장체(2)는, 그 내부에 전극체(1)를 수용하고 있다.
도시되는 바와 같이, 외장체(2)는 직사각형(도면 중에서는 장방형)이고, 2개의 장변부(22, 24)와, 2개의 단변부(23, 25)를 가지고 있다. 2개의 장변부(22, 24)는, 전극체(1)의 장변(16, 18)에 대응하고 있다. 2개의 단변부(23, 25)는, 전극체(1)의 단변(17, 19)에 대응하고 있다.
또한, 외장체(2)에는, 전극체(1)를 수용하기 위한 수용부(30)와, 수용부(30)의 주위에 시일부(41, 42, 43)가 형성되어 있다. 이러한 시일부에 의해, 외장체(2)의 내부와 외부가 차단되어 있다.
수용부(30)는, 평탄면(31)과, 4개의 측벽(32, 33, 34, 35)을 가지고 있다. 평탄면(31)은, 전극체(1)의 폭광면(11)과 대향하고 있다. 측벽(32, 33, 34, 35)은, 전극체(1)의 주위를 둘러싸도록, 시일부(40)로부터 평탄면(31)을 향해 상승하도록 형성되어 있다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 측벽(33)과 측벽(35)은 대향하고 있다. 전극체(1)를 내부에 수용한 상태에서는, 측벽(33) 및 측벽(35)과, 전극체(1)의 폭광면(11)의 단변측의 측면(13) 및 측면(15)이, 각각 대향하고 있다.
또한, 측벽(32)과 측벽(34)은 대향하고 있다. 전극체(1)를 내부에 수용한 상태에서는, 측벽(32) 및 측벽(34)과, 전극체(1)의 폭광면(11)의 장변측의 측면(12) 및 측면(14)은, 각각 대향하고 있다. 측벽(32) 및 측벽(34)은, 전극체(1)를 향해, 외장체(2)의 안쪽 방향으로 만곡하고 있고, 측면(12) 및 측면(14)에 근접하고 있다. 측벽(32) 및 측벽(34)은, 전극체(1)(즉, 측면(12) 및 측면(14))에 접촉하고 있어도 되고, 전극체(1)의 이동을 억제하는 관점에서는, 접촉하고 있는 것이 바람직하다.
라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체는 가요성이 높은 점에서, 전지 제조 시의 공정에 있어서 문제가 생기는 경우가 있다. 예를 들면 전고체 전지를 제조하는 경우, 외장체의 내부를 감압하는 공정에서는, 외장체의 주연부에 응력이 생겨, 주연부가 만곡할 우려가 있다. 외장체의 주연부가 만곡하는 것은, 용착 시에 주름이나 뒤틀림이 발생하여, 용착 불량을 일으켜 밀폐형 전지의 밀폐성을 저하시키는 요인, 또는 시일부의 절곡 가공성을 저하시키는 요인이 되기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 집전 단자가 배치되어 있는 부위가 만곡하여 단자 구조가 변형되면, 전극체의 파손이나 단락의 요인이 될 수도 있기 때문에, 바람직하지 않다.
단자 구조의 변형을 방지하는 관점에서는, 외장체(2)의 단변부(23, 25)의 길이(L1)에 대한 장변부(22, 24)의 길이(L2)의 비(L2/L1)는, 1보다 크고, 보다 바람직하게는, 비(L2/L1)는 1.5 이상이며, 더 바람직하게는 2 이상이다. 비(L2/L1)는, 전형적으로는, 10 이하, 예를 들면 5 이하, 3 이하일 수 있다.
도 2에 있어서, L1은 외장체(2)에 있어서 집전 단자가 배치되어 있는 변의 길이이고, L2는 외장체(2)에 있어서 집전 단자가 배치되어 있지 않은 변의 길이이다. 즉, 상기 비(L2/L1)는, 집전 단자가 배치되어 있는 변의 길이(L1)와 집전 단자가 배치되어 있지 않은 변의 길이(L2)의 비라고 할 수도 있다.
하기 시험례 1에 기재되는 바와 같이, 비(L2/L1)가 상기 범위 내에 있으면, 후술하는 감압 공정에 있어서, 외장체(2)에 있어서 집전 단자가 배치된 주연부(도 2에서는, 외장체(2)의 단변부(25))에 발생할 수 있는 응력이 작아지기 때문에, 단자 구조의 변형을 억제할 수 있다.
하기 시험례 2에 기재되는 바와 같이, 외장체(2)의 장변부(22, 24)의 길이(L2)가, 장변부(22, 24)에 있어서의 시일부(41, 43)의 폭(W1)(즉, 외장체(2)의 단변 방향(X)에 있어서의 길이)에 대하여 클수록, 후술하는 감압 공정에 있어서, 이러한 장변부에 응력이 발생하기 쉬워, 주름이나 뒤틀림 등이 발생하기 쉽다. 라미네이트 필름은 강성(剛性)이 낮은 재료이기 때문에, 변형되기 쉬워, 후술하는 감압 공정에 있어서 수용부에 변형이 생기면, 이에 수반하여 시일부에 무리한 변형이 생길 수 있다. 특히, 장변부(22, 24)에 있어서의 시일부(41, 43)의 폭(W1)에 대한 장변부(22, 24)의 길이(L2)의 비(L2/W1)가 15 이상인 밀폐형 전지에서는, 감압 공정에 의한 주름이나 뒤틀림 등이 발생하기 쉬워진다. 이와 같은 밀폐형 전지(100)에 대하여, 여기서 개시되는 기술을 적용하는 것이 바람직하다.
수용부(30)의 평탄면(31)에 있어서의 2개의 장변(36, 38) 및 단변(37, 39)에 관하여, 단변의 길이(L3)에 대한, 장변(36)의 만곡 정점(36a)과 장변(38)의 만곡 정점(38a)의 사이의 거리(L4)의 비(L4/L3)는, 0.9 이상 0.99 이하인 것이 바람직하다. 비(L4/L3)가 상기 범위에 포함되는 것에 의해, 외장체(2)의 내부에 있어서의 전극체(1)의 이동을 적합하게 억제할 수 있다.
도시는 생략하지만, 외장체(2)는, 전형적으로는, 제 1 수지층, 금속층, 및 제 2 수지층을 구비하고 있고, 이러한 층은, 외장체(2)의 내부로부터 외부를 향해 이 순서대로 적층되어 있다.
제 1 수지층은, 외장체(2)의 최내층이고, 전극체(1)에 가장 가까운 층이다. 제 1 수지층은, 라미네이트 필름끼리의 용착을 가능하게 하기 위한 층이고, 전형적으로는, 열가소성 수지로 이루어진다. 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리에스테르; 등의 결정성 수지, 폴리스티렌, 폴리염화비닐 등;의 비결정성 수지를 들 수 있다.
금속층은, 외장체(2)에 강도를 부여하는 층이다. 또한, 금속층은, 외장체(2)의 내부와 외부의 사이의 기체의 이동을 차단하는 기능을 가질 수 있다. 금속층을 구성하는 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄, 철, 스테인리스 등을 들 수 있다.
금속층의 두께를 조정하면, 외장체(2)의 강성을 조절할 수 있다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 이러한 금속층의 두께는, 전형적으로는 0.01㎛ 이상 200㎛ 이하이다. 여기서 개시되는 기술의 효과는, 두께가 0.01㎛ 이상 100㎛ 이하인 금속층을 구비하고, 비교적 강성이 낮은 라미네이트 필름을 이용하는 경우라도, 바람직하게 실현될 수 있다.
제 2 수지층은, 금속층보다 외표면측에 위치되어 있고, 외장체(2)의 최외층이 되어도 된다. 제 2 수지층은, 예를 들면 외장체(2)의 내구성을 향상할 수 있다. 이러한 제 2 수지층의 구성 재료로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드 등을 들 수 있다.
또한, 외장체(2)를 구성하는 층의 수는 특별히 한정되지 않고, 3 이상, 4 이상(예를 들면, 4 이상 10 이하)이어도 된다. 또한, 층과 층의 사이에 접착제층을 마련해도 되고, 최외층으로서 인쇄층 등을 마련해도 된다.
여기서 개시되는 밀폐형 전지를 제조하는 방법은, 대략적으로 말하면, 전극체 준비 공정, 집전 단자 장착 공정, 배치 공정, 제 1 가열 공정, 감압 공정, 제 2 가열 공정, 및 절단 공정을 포함한다(도 3∼6 참조).
먼저 처음에, 전극체(1)를 구축한다(전극체 준비 공정). 전극체(1)의 구축 방법은 종래와 마찬가지여도 되고, 본 발명을 특징짓는 것이 아니기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
이어서, 전극체(1)의 집전 단자 접합부에, 정극 집전 단자(3) 및 부극 집전 단자(4)를 장착한다(단자 장착 공정). 또한, 이 때, 열용착 필름(5, 6)을 정극 집전 단자(3) 및 부극 집전 단자(4)에 배치한다. 또한, 집전 단자 접합부에의 집전 단자의 접합 수단으로서는, 예를 들면 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 등의 종래 공지의 접합 수단을 특별히 제한없이 사용할 수 있다.
이어서, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 집전 단자가 장착된 전극체(1)와 라미네이트 필름(7)을 소정의 부위에 배치한다(배치 공정). 구체적으로는, 먼저, 예를 들면 엠보스 가공 등에 의해, 미리 수용부(71)가 형성된 라미네이트 필름(7)을 준비한다. 이어서, 전극체(1)를 수용부(71)의 내부에 배치하고, 라미네이트 필름(7)을 절곡하여 전극체(1)를 감싼다. 이 때, 전극체(1)를, 정극 집전 단자(3) 및 부극 집전 단자(4)를, 그 적어도 일부가 라미네이트 필름의 외부에 인출된 상태가 되도록 배치한다. 또한, 열용착 필름(5, 6)을, 그 적어도 일부가 라미네이트 필름의 외부에 인출된 상태가 되도록 배치한다.
또한, 수용부(71)는, 라미네이트 필름(7)을 상기와 같이 전극체(1)를 감싸서 배치했을 때에, 전극체(1)의 양면측에 배치되도록 형성되어 있어도 된다. 또한, 수용부(71)는, 전극체(1)의 편면측(도 3에 있어서의 폭광면(11a)측)에만 배치되도록 형성되어도 된다. 즉, 이 경우, 폭광면(11a)측과는 상이한 폭광면측에 배치된 라미네이트 필름(7)은 평평하고, 여기에 수용부는 형성되어 있지 않다.
이어서, 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 라미네이트 필름(7)에 있어서의 전극체(1)의 폭광면(11a)의 장변측의 가장자리부(73)와, 집전 단자(3, 4) 및 열용착 필름(5, 6)이 배치된 단변측의 가장자리부(72)에 있어서, 포갠 라미네이트 필름(7)끼리를 열용착한다(제 1 가열 공정). 전극체(1)의 끼움 방향에 있어서, 가장자리부(72, 73)를 양측으로부터 가열 밀봉 장치(「히트 시일러」라고도 함)의 가열부에서 끼우고, 당해 가장자리부(72, 73)에 소정의 열량을 가하는 것에 의해, 라미네이트 필름(7)끼리를 열용착한다. 가장자리부(72, 73)를 열용착할 때의 순서는, 특별히 한정되지 않지만, 집전 단자(3, 4) 및 열용착 필름(5, 6)의 고정의 관점에서, 가장자리부(72), 이어서 가장자리부(73)를 열용착하는 것이 바람직하다.
이 공정에서는, 가장자리부(72)와는 상이한, 폭광면(11a)의 장변측의 다른 가장자리부(75)에 있어서는 라미네이트 필름(7)끼리를 열용착하지 않고, 개방해 둔다. 가장자리부(72)와는 상이한, 폭광면(11a)의 단변측의 다른 가장자리부(74)는, 라미네이트 필름(7)의 절곡부이기 때문에, 열용착을 행할 필요는 없다.
이어서, 상기 열용착에 의해 주머니 형상이 된 라미네이트 필름(7)의 내부를 감압하여, 진공 상태(수십∼99kPa 정도)로 한다(감압 공정). 이에 의해, 도 5에 나타내어지는 바와 같이, 수용부(71)의 장변측(즉, 폭광면(11a)의 장변측)의 측벽(71b)과 측벽(71d)은, 전극체(1)를 향해, 전극체(1)에 근접할 때까지 만곡한다. 라미네이트 필름(7)에 있어서의 전극체(1)의 폭광면(11a)의 장변측의 가장자리부(73) 및 가장자리부(75)는, 내방을 향해 만곡하는 경우도 있다. 한편, 본 실시형태에서는, 집전 단자(3, 4)가 배치되어 있는 가장자리부(72)에 형성된 시일부는, 도 2에 있어서의 단변부(25)에 있어서의 시일부(42)에 상당한다. 상기와 같이, 단자 구조에 변형이 일어나는 것은 바람직하지 않기 때문에, 수용부(71)의 단변측의 측벽(71a)과 측벽(71c)은, 만곡하지 않을 정도로 감압 상태를 조정한다. 또한, 밀폐형 전지의 밀폐성이나 시일부의 절곡 가공성의 관점에서, 상기와 같이 측벽(71b)과 측벽(71d)은 만곡해도, 이러한 측벽의 주위에 주름이나 뒤틀림이 발생하지 않을 정도로 감압 상태를 조정한다.
또한, 상기 제 1 가열 공정에서 열용착하지 않았던, 가장자리부(75)에 있어서, 라미네이트 필름(7)끼리를 열용착한다. 이에 의해, 라미네이트 필름(7)에 개구부는 없어지고, 전극체(1)를 내부에 수용한 상태로, 라미네이트 필름(7)이 밀봉되게 된다.
이어서, 도 6에 나타내어지는 바와 같이, 수용부(71)의 장변측의 주위에 있어서, 포갠 라미네이트 필름(7)끼리를 열용착한다(제 2 가열 공정). 전극체(1)의 끼움 방향에 있어서, 라미네이트 필름(7)끼리를 양측으로부터 히트 시일러의 가열부에서 끼우고, 소정의 열량을 가하는 것에 의해, 라미네이트 필름(7)끼리를 열용착하여, 시일부(76) 및 시일부(77)를 형성한다. 시일부(76) 및 시일부(77)는, 도시되는 바와 같이 직선이고, 만곡하고 있지 않다. 즉, 시일부(76) 및 시일부(77)에는, 주름이나 뒤틀림이 형성되어 있지 않다.
이어서, 시일부(76) 및 시일부(77)를 따라 라미네이트 필름(7)을 절단한다(절단 공정). 이에 의해, 밀폐형 전지가 제작된다. 또한, 시일부(76) 및 시일부(77)는, 도 2의 밀폐형 전지(100)에 있어서의, 시일부(43) 및 시일부(41)에 상당한다.
여기서 개시되는 제조 방법에 의해, 외장체의 내부에 있어서의 전극체의 이동을 억제할 수 있다. 또한, 당해 방법은, 전극체의 이동을 억제하는 효과에 더하여, 외장체의 단변부로서 집전 단자가 배치되어 있는 단변부에 있어서의 변형을 억제하는 효과와, 외장체의 장변부에 있어서의 주름이나 뒤틀림의 발생을 방지하는 효과를 실현할 수 있다. 그 때문에, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 여기서 개시되는 제조 방법은, 상기와 같은 치수 관계를 가지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지의 제조에 있어서, 특히 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 여기서 개시되는 제조 방법은, 외장체로서, 상기와 같은 비교적 강성이 낮은 라미네이트 필름을 사용하는 경우에 있어서, 특히 바람직하게 사용할 수 있다.
<변형례 1>
상기 제조 방법은, 감압 공정을 실시하는 것에 의해, 수용부(30)의 장변측의 측벽(32) 및 측벽(34)(도 1 참조)을 만곡시키고 있지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 라미네이트 필름에 수용부를 형성할 때에, 장변측의 측벽이 만곡한 수용부를 형성해 두고, 이러한 라미네이트 필름을 외장체로서 사용해도 된다. 이 경우, 상기 제조 방법의 감압 공정은 필수가 아니다. 감압 공정을 실시하지 않는 경우는, 당해 제조 방법에 의해, 전해질로서 전해액을 구비하는 밀폐형 전지를 제조할 수 있다.
<변형례 2>
또한, 감압 공정에 있어서의 감압 상태를 적절히 조절하는 것에 의해, 상기 실시형태에 있어서의 가장자리부(73) 및 가장자리부(75)의 열용착을 생략할 수 있다(도 4∼6 참조). 즉, 전극체(1)를 라미네이트 필름(7)으로 감싸서, 라미네이트 필름(7)에 있어서의 수용부(71)의 단변측의 가장자리부(72)에 시일부를 형성하고, 수용부(71)의 측벽(71b)을 따라 시일부(76)를 형성한다. 이어서, 주머니 형상이 된 라미네이트 필름(7)의 내부를 감압한다. 여기서, 라미네이트 필름(7)의 단변측의 가장자리부(72) 및 가장자리부(74)와, 시일부(76)가 만곡하지 않을 정도로 감압 상태를 조정하고, 수용부(71)의 장변측의 측벽(71b) 및 측벽(71d)을 전극체(1)를 향해 만곡시킨다. 그리고, 수용부(71)의 측벽(71d)을 따라 시일부(77)를 형성하여 라미네이트 필름(7)을 밀봉한다.
<변형례 3>
상기 실시형태는, 1매의 라미네이트 필름을 절곡하여 전극체를 감싸서, 3변에 시일부를 형성하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 2매의 라미네이트 필름을 사용해도 된다. 이러한 변형례의 제 1 가열 공정에서는, 라미네이트 필름(7)의 단변측의 가장자리부(74)(도 4 참조)에 있어서, 시일부를 형성한다.
<시험례>
이하에 기재되는 시험례는, 여기서 개시되는 기술의 착상 시에 본 발명자가 행한 것이다.
≪시험례 1:외장체의 장변부의 변형에 관한 검토≫
외장체의 장변부에 있어서의 시일부의 폭과 장변부의 길이의 비와, 감압 공정에 있어서, 이러한 장변부에 발생할 수 있는 응력의 크기의 상관 관계를 검토했다. 구체적으로는, 외장체가 금속층으로서 알루미늄층을 구비하고, 도 2에 나타내어지는 외장체(2)의 장변부(22, 24)에 있어서의 시일부(41, 43)의 폭(W1)과 당해 장변부의 길이(L2)의 비(L2/W1)를 변경하면서 밀폐형 전지(100)를 제조하는 것을 상정하여, 본 시험을 행했다. 본 시험에서는, 먼저, 장방 형상의 폭광면을 가지는 전극체(1)를 종래의 방법으로 제작했다. 전극체(1)를 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체(2)의 수용부(30)에 수용했다. 상술한 방법에 의해 외장체(2)의 내부가 진공 상태로 되어, 시일부(41, 42, 43)가 형성된, 밀폐형 전지(100)를 제작했다. 여기서, 외장체(2)의 장변부(22, 24)에 있어서의 시일부(41, 43)의 폭(W1)이 상이한 밀폐형 전지(100)를 각각 준비했다. 즉, 외장체(2)의 장변부(22, 24)에 있어서의 시일부(41, 43)의 폭(W1)과 당해 장변부의 길이(L2)의 비(L2/W1)가 상이한 밀폐형 전지(100)를 각각 준비했다. 그리고, 각각의 밀폐형 전지(100)에 관하여, 시일부(41, 43)에 있어서의 만곡 정도(당해 밀폐형 전지의 내측으로 휜 정도)에 기초하여, 이러한 시일부에 발생한 응력(σ)을 계산했다.
시험례 1의 결과를 도 7에 나타낸다. 또한, 도 7의 X축 「L2/W1」은 비(L2/W1)를 나타내고, Y축 「응력[MPa]」은, 외장체의 장변부에 있어서 발생할 수 있는 응력의 크기를 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 직선 A는 알루미늄의 내력을 나타내고 있고, 상기 응력이 A를 하회하는 경우에는 장변부는 변형되지 않으며, A 이상이 되는 경우에는 장변부는 변형될 수 있는 것을 나타내고 있다.
도시되는 바와 같이, 비(L2/W1)가 커질수록, 외장체의 장변부에 발생하는 응력은 커지는 것을 알았다. 비(L2/W1)가 15보다 커지면, 당해 응력이 A 이상이 되는 점에서, 길이(L2) 및 폭(W1)에 대하여, 상기와 같은 치수 관계를 가지는 외장체를 구비하는 밀폐형 전지(100)는, 감압 공정에 있어서, 장변부에 주름이나 뒤틀림이 발생하기 쉬운 것을 알았다. 그 때문에, 이러한 밀폐형 전지(100)는, 여기서 개시되는 기술의 적용 대상으로서 적합한 것을 알았다.
≪시험례 2:집전 단자의 배치에 관한 검토≫
외장체의 치수 관계(종횡비)와, 감압 공정에 있어서, 단자 구조에 발생할 수 있는 응력의 크기의 상관 관계를 검토했다. 구체적으로는, 도 2에 나타내어지는 길이(L1)와 길이(L2)의 비(L2/L1)를 변경하면서 밀폐형 전지(100)를 제조하는 것을 상정하여, 본 시험을 행했다. 즉, 본 시험에서는, 외장체(2)에 관하여, 길이(L1)는 집전 단자(3, 4)가 배치되어 있는 변의 길이를 나타내고(도 2에 있어서는 단변부(23, 25)의 길이), 길이(L2)는 집전 단자(3, 4)가 배치되어 있지 않은 변의 길이(도 2에 있어서는 장변부(22, 24)의 길이)를 나타내고 있다. 또한, 본 시험의 구체적인 순서는, 먼저, 장방 형상의 폭광면을 가지는 전극체(1)를 종래의 방법으로 제작했다. 전극체(1)를 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체(2)의 수용부(30)에 수용했다. 상술한 방법에 의해 외장체(2)의 내부가 진공 상태로 되어, 시일부(41, 42, 43)가 형성된, 밀폐형 전지(100)를 제작했다. 여기서, 집전 단자(3, 4)가 배치되어 있는 변의 길이(L1)와 집전 단자(3, 4)가 배치되어 있지 않은 변의 길이(L2)의 비(L2/L1)가 상이한 밀폐형 전지(100)를 각각 준비했다. 그리고, 각각의 밀폐형 전지(100)에 관하여, 집전 단자(3, 4)가 배치된 변에 있어서의 만곡 정도(당해 밀폐형 전지의 내측으로 휜 정도)에 기초하여, 이러한 변에 발생한 응력(σ)을 계산했다.
시험례 2의 결과를 도 8에 나타낸다. 또한, 도 8의 X축 「L2/L1」은 비(L2/L1)를 나타내고, Y축 「응력[MPa]」은, 집전 단자가 배치된 변에 있어서 발생할 수 있는 응력의 크기를 나타내고 있다.
도시되는 바와 같이, 비(L2/L1)가 커질수록, 단자 구조에 발생하는 응력은 작아지는 것을 알았다. 비(L2/L1)가 1보다 작은 경우, 즉, 집전 단자가 배치되는 변의 길이(L1)가, 집전 단자가 배치되지 않는 변의 길이(L2)보다 길면, 감압 공정에 있어서 발생하는 응력에 의해, 단자 구조가 변형될 수 있는 것을 알았다. 한편, 비(L2/L1)가 1보다 큰 경우, 즉, 집전 단자가 배치되는 변의 길이(L1)가, 집전 단자가 배치되지 않는 변의 길이(L2)보다 짧으면, 감압 공정에 의해, 당해 부위에는 응력이 발생하기 어려워지는 것을 알았다. 환언하면, 집전 단자는 외장체의 단변부에 배치되는 것이 바람직한 것을 알았다. 또한, 단자 구조의 변형을 방지하는 관점에서는, 비(L2/L1)는 1.5 이상인 것이 바람직하고, 2 이상인 것이 더 바람직한 것을 알았다.

Claims (6)

  1. 정극 및 부극을 구비하고, 2개의 장변과 2개의 단변을 가지는 장방 형상의 폭광면을 가지는 전극체와,
    상기 전극체를 수용하는, 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체와,
    상기 정극 및 상기 부극에 구비되어 있는 외부 접속용의 정극 집전 단자 및 부극 집전 단자로서, 적어도 일부가 상기 외장체의 외부에 배치되어 있는 정부극 집전 단자를 구비하는 밀폐형 전지로서,
    상기 정부극 집전 단자는, 함께, 상기 전극체의 상기 폭광면에 있어서의 상기 2개의 단변 중 하나에 배치되어 있고,
    상기 외장체는,
    상기 전극체를 수용하는 수용부, 및,
    당해 외장체의 내부와 외부를 차단하기 위하여 상기 수용부의 주위에 형성된 시일부를 구비하고 있고,
    상기 외장체의 주연은, 상기 전극체를 수용한 상태에 있어서 상기 폭광면의 상기 2개의 장변측에 대응하는 2개의 장변부와 상기 폭광면의 상기 2개의 단변측에 대응하는 2개의 단변부를 가지고 있고,
    상기 수용부는,
    상기 전극체의 상기 폭광면과 대향하는 평탄면과,
    상기 시일부로부터 상기 평탄면을 향해 상승하는, 상기 폭광면의 4변에 각각 대응하는 4개의 측벽을 가지고 있으며,
    상기 시일부는,
    상기 외장체의 상기 주연에 직선으로 형성되어 있고,
    상기 4개의 측벽 중 상기 폭광면의 장변에 대응하는 1세트의 상기 측벽은, 상기 전극체를 향해, 상기 외장체의 안쪽 방향으로, 당해 전극체에 근접할 때까지 만곡하고 있고, 당해 전극체에 접촉하고 있고,
    여기서,
    상기 외장체는, 상기 전극체를 둘러싸도록 절곡된 1매의 라미네이트 필름으로 구성되어 있고, 상기 시일부는, 상기 2개의 장변부와, 상기 2개의 단변부 중 상기 정부극 집전 단자가 함께 배치되어 있는 상기 단변에 대응하는 상기 단변부에 형성되어 있고, 상기 시일부에 있어서, 겹쳐진 상기 라미네이트 필름끼리가 열용착되어 있거나;
    또는
    상기 외장체는, 2매의 라미네이트 필름으로 구성되어 있고, 상기 시일부는 상기 외장체의 상기 2개의 장변부와 상기 2개의 단변부를 따라 형성되어 있고, 상기 시일부에 있어서, 상기 라미네이트 필름끼리가 열용착되어 있는,
    밀폐형 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장체의 주연은, 상기 전극체를 수용한 상태에서, 상기 폭광면의 장변측에 대응하는 2개의 장변부와, 상기 폭광면의 단변측에 대응하는 2개의 단변부를 가지고 있고,
    여기서, 상기 단변부의 길이에 대한 상기 장변부의 길이의 비는 2 이상인, 밀폐형 전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외장체의 주연은, 상기 전극체를 수용한 상태에서, 상기 폭광면의 장변측에 대응하는 2개의 장변부와, 상기 폭광면의 단변측에 대응하는 2개의 단변부를 가지고 있고,
    여기서, 상기 장변부에 있어서의 상기 시일부의 폭에 대한 상기 장변부의 길이의 비는 15 이상인, 밀폐형 전지.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 라미네이트 필름은 금속층과 수지층을 가지고 있고, 당해 금속층의 두께는 100㎛ 이하인, 밀폐형 전지.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수용부의 상기 평탄면에 있어서의 2개의 장변 및 2개의 단변에 있어서, 당해 단변의 길이에 대한, 상기 2개의 장변 중 하나의 상기 장변에 있어서의 만곡의 정점과, 다른 상기 장변에 있어서의 만곡의 정점의 사이의 거리의 비는, 0.9 이상 0.99 이하인, 밀폐형 전지.
  6. 삭제
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