KR20040088500A - 전지 및 이것에 이용하는 나선형 전극군의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

나선형 전극군(1,30,33)의 띠 형상의 양극판(2), 음극판(3)과 이들 사이에 개재시켜 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 적층한 전극 적층체(7)의 두께를 t로 하고, 전극 적층체(7)를 권취한 나선형 전극군(1,30,33)의 횡단면 형상의 최대 직경을 W로 하고, 양,음극판(2,3) 각각의 활성물질의 팽창율 등에 기초하여 미리 설정된 0.005 ~ 0.05의 값을 갖는 계수를 k로 했을 때, 권취된 전극 적층체(7)의 서로 인접하는 내주측과 외주측의 주회길이의 차 L이 L=2tπ+W×k가 되도록 설정하여 나선형의 전극군(1,30,33)을 권취한다.

Description

전지 및 이것에 이용하는 나선형 전극군의 제조 방법{BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING SPIRAL ELECTRODE GROUP FOR USE THEREIN}

최근에는, AV기기 혹은 퍼스널 컴퓨터나 휴대형 통신 기기 등의 전기 기기의 포터블화나 코드리스(codeless)화가 급속히 촉진되고 있다. 이들 전기 기기의 구동용 전원으로서, 종래에는 니켈카드뮴 전지나 니켈수소 전지 등의 수용액계 전지가 주로 이용되어 왔지만, 최근에는 급속 충전이 가능하고 체적 에너지 밀도 및 중량 에너지 밀도가 모두 높은 리튬2차 전지로 대표되는 비수(非水) 전해액 전지가 주류가 되고 있다. 한편, 상술의 니켈카드뮴 전지나 니켈수소 전지는 큰 부하 특성을 필요로 하는 파워툴이나 전기자동차 등의 구동용 전원으로서의 용도로 특화되고 있다.

상기 비수전해액 전지에서는, 고에너지 밀도 및 부하 특성에 우수한 동시에 기기의 박형화에 적합하고, 또한 공간 활용 효과가 높은 각형(角形)으로 하는 것이 촉진되고 있다. 또한, 이들 전지는 포터블형 전기 기기의 고성능화 및 고기능화가진행됨에 따라 보다 고전압 및 고용량의 것이 요망되고 있다. 종래의 각형 전지에 이용되었던 전극군은, 얇은 직사각형(短冊形)의 양극판 및 음극판을 이들 사이에 세퍼레이터를 개재시켜서 적층하여 이루어진 적층형이 주류이고, 전극 반응 면적이 작기 때문에 중부하 특성이 불충분하고 급속 충전에 적합하지 않다. 그래서, 상술한 바와 같은 요구를 충족시키는 것으로서, 양극판과 음극판을 이들 사이에 세퍼레이터를 개재시켜서 적층한 양·음극판을 나선형으로 권취하여 이루어진 각형의 나선형 전극군을 이용하여 구성한 비수전해액 전지가 널리 이용되고 있다. 이 각형의 나선형 전극군은, 종단면 형상을 보았을 때에 양,음극판이 다수 적층된 구성으로 되어 있으며 큰 전극 반응 면적을 얻을 수 있다.

상기 각형의 나선형 전극군은, 단면 원형 또는 단면 타원형의 권심을 이용하여 양·음극판을 나선형으로 권취한 후, 이 횡단면 형상이 원형 또는 타원형의 나선형 전극군을 압축하여 각형의 횡단면 형상으로 하는 방법으로 제조되고 있지만, 이 제조 방법에서는, 압축했을 때 감긴 부분이 어긋나 있거나 굽힘부 근방에서 내주부에 적층체끼리의 비 밀착부가 발생하여, 전극반응이 불균일해지고 전지 용량의 저하나 변동이 발생하는 결점이 있다.

그래서, 최근에는, 일본 특허 공개 평6-96801호 공보에 개시되어 있는 바와 같은, 권취 종료시에 횡단면 형상이 타원형(小判形)으로 되도록 평판상의 권심을 이용하여 양·음극판을 권취하는 각형의 나선형 전극군의 제조 방법과, 일본 특허 공개 평8-171917호 공보에 개시된 바와 같은, 단면이 거의 마름모 형상인 권심을 이용하여 양·음극판을 권취한 후에 단면각형이 되도록 압축하는 각형의 나선형 전극군의 제조 방법이 제안되고 있다. 또한, 종래의 다른 각형의 나선형 전극군의 제조 방법으로서는, 일본 특허 공개 평10-302827호 공보가 개시하는 바와 같은, 양·음극판을 각형의 횡단면 형상으로 권취한 후에 고압 압축성형하는 수단도 제안되고 있다.

한편, 원통형 전지에 이용하는 원형의 나선형 전극군에서는, 일본 특허 공개 소60-180071호 공보에 개시된 바와 같은, 양·음극판을 원형의 횡단면 형상을 갖는 나선형으로 권취한 후에 그 외주면에 접착 테이프를 강하게 감음으로써, 수납해야 할 원통형 전지 케이스의 내부 직경보다도 약간 작은 외부 직경으로 유지하는 제조 방법이 제안되고 있다. 이 원형의 나선형 전극군은, 전지 케이스에 수납할 때 가위가 부착된 지그로 외주면을 끼운 상태에서 접착 테이프와 세퍼레이터의 일부가 커터로 절단되고, 이 상태에서 하부를 전지 케이스에 삽입한 후 접착 테이프를 제거하지 않고 극판의 반발력으로 느슨해진 상태에서 전지 케이스 내에 삽입할 수 있다. 이와 같이 하여, 전극군을 전지 케이스 내에 용이하게 수납할 수 있도록 도모하는 동시에 단락 발생의 저감을 도모한다.

또한, 원통형 전지에 이용하는 나선형 전극군의 다른 제조 방법으로서는, 일본 특허 공개 평10-64577호 공보에 개시되어 있는 바와 같은, 양극판의 권취의 도입부의 한면 또는 양면에 내알칼리성 물질을 부착시킨 후에 양·음극판을 나선형으로 권취함으로써, 세퍼레이터의 사용량을 줄여 패킹율(전지의 전체부피에 대한 전지 속의 활성을 나타내는 부분 이외의 부분의 부피의 비율)의 저감과 조립성 및 용량의 향상을 도모하고, 권취 공정시의 양극판 단면으로부터 발생하는 크랙에 의한단락을 방지하는 것이 제안되고 있다.

그러나, 일본 특허 공개 평10-64577호 공보에서의 원형의 나선형 전극군에서는, 권취 개시 부분의 크랙 발생에 의한 단락 발생의 저감을 도모하고 있으나, 양·음극판이 어느정도 두꺼운 경우, 권취 개시 부분이 완전한 원형이 아니라 다각형으로 되어 버리므로, 크랙에 의한 단락이 발생하기 쉽다. 이러한 문제점의 발생을 방지하기 위해서, 일본 특허 공개 소60-180071호 공보에 개시된 원형의 나선형 전극군에서는 외주면에 접착 테이프를 강하게 감도록 하고 있지만, 접착 테이프만큼 전지로서의 패킹율이 커져서 전지 용량이 저하될 뿐만아니라, 전지 케이스에 삽입할 때 접착 테이프와 세퍼레이터의 일부를 절단하면 필요이상 느슨하게 감기는 부분이 발생함으로써, 인접하는 양,음극판 사이에 간극이 발생하기 때문에, 전극 반응이 불균일해져서 전지 용량의 저하와 용량 변동을 초래한다.

그런데, 최근의 나선형 전극군에서는, 큰 부하 특성을 필요로 하는 파워툴이나 전기자동차 등의 구동용 전원으로서의 용도로 이용하는 것을 목적으로 하여, 양,음극판이나 세퍼레이터의 두께를 얇게 하여 권취수를 많게 함으로써 고용량화를 도모하고 있다. 이 고용량화를 도모하기 위해서는, 일본 특허 공개 소60-180071호 공보 및 일본 특허 공개 평10-64577호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 느슨하게 감기는 부분이 존재하는 나선형 전극군으로서는 달성할 수 없기 때문에, 일본 특허 공개 평6-96801호 공보, 일본 특허 공개 평8-171917호 공보 및 일본 특허 공개 평10-302827호 공보에 기재된 나선형 전극군의 제조 방법과 같이, 인접하는 양·음극판이 각각 간극없이 밀착되고, 또한 느슨하게 감기거나 어긋나게 감기는 일이 발생하지 않도록 권취할 필요가 있다. 그 이유는, 인접하는 양,음극판 사이에 간극이 존재하면, 전극 반응이 불균일해져서 전지용량의 저하와 용량변동을 초래하기 때문이다.

그러나, 일본 특허 공개 평6-96801호 공보, 일본 특허 공개 평8-171917호 공보 및 일본 특허 공개 평10-302827호 공보에 기재된 발명과 같이, 인접하는 양·음극판 사이가 밀착되고, 또한 느슨하게 감기는 부분이 발생하지 않도록 권취한 상태로 고정한 경우에는 권취 개시 부분의 크랙 발생을 저감할 수 있지만, 이하에 설명하는 새로운 문제가 발생한다. 즉, 제 1 문제로서, 얇은 인접하는 양·음극판 사이가 밀착되고, 또한 느슨하게 감기는 일이 발생하지 않도록 권취한 전극군에서는, 전지 제조시의 전해액의 주액 공정에서 전해액이 양,음극판과 세퍼레이터에 대하여 원활하게 함침되기 어렵기 때문에, 제조 후의 전지에는 상술한 전해액의 액주위가 나빠져서 충방전 반응의 편재가 발생하고, 고부하 특성이 저하하는 것이다.

제 2 문제는, 각형의 나선형 전극군이 전해액과 함께 전지 케이스내에 수납되어 전지로서 기능했을 때, 충방전의 반복에 의해 양극판 및 음극판의 활성물질이 팽창함으로써, 전지에 사용한 상태의 종래의 각형의 나선형 전극군(50)을 나타낸 도 9와 같이, 길이 방향 양측의 만곡부분 사이의 직선 부분에 비교적 큰 좌굴(座屈)이 발생하는 것이다. 이것은 양,음극판에서의 타원형의 횡단면 형상의 직선 부분이 길이 방향으로 연신하는 데 대하여, 양측의 만곡부분은 연신에 의해 외측으로 팽창하려는 것이 전지 케이스에 의해서 규제됨으로써 연신이 거의 발생하지 않으며, 이에 덧붙여서, 인접하는 양·음극판 사이가 밀착된 상태에서 느슨하게 감기는부분이 발생하지 않도록 권취된 상태를 유지하도록 고정되어 있으므로, 어떻게 하여도 직선 부분에 좌굴이 발생되기 때문이다.

상기 좌굴이 발생한 경우에는, 각형의 나선형 전극군(50)의 특히 중앙부분에 비교적 큰 간극이 발생하여 양극판과 음극판이 이격되므로, 전극 반응이 불균일해져서 충방전에 의한 사이클 특성이 저하한다. 또한, 좌굴의 발생시에는 세퍼레이터가 손상을 받아서 양,음극판이 서로 접촉하여 쇼트될 수도 있다. 또한, 좌굴이 발생한 경우에는 나선형 전극군(50)의 중앙부분이 좌굴에 의해서 외측으로 돌출하는 상태로 변형되고, 전지 케이스가 소정 치수보다도 크게 변형되어 이상 열화할 뿐만아니라, 전지 케이스의 변형에 의해서 사용 기기의 전지 홀더 케이스로부터 전지가 전기적으로 벗어난다는 문제점이 발생할 수도 있다.

또한, 원형의 나선형 전극군에 있어서, 양,음극판을 박형화한 경우에는 권취 개시 부분을 완전한 원형으로 권취할 수 있지만, 충방전의 반복에 의해 양극판 및 음극판의 활성물질이 팽창함으로써, 니켈수소 전지에 사용한 상태의 종래의 원형의 나선형 전극군(60)을 나타낸 도 10과 같이, 횡단면 형상은 원형의 중심 부분에 내측으로 굽혀진 형상이 되는 좌굴이 발생된다. 이러한 좌굴이 발생한 경우에는 각형의 나선형 전극군(50)에서 설명한 바와 같이, 전극 반응이 불균일해져서 충방전에 의한 사이클 특성의 저하와, 세퍼레이터의 손상에 의한 양,음극판의 쇼트라는 여러가지 문제점이 발생한다. 또, 상술한 원형의 나선형 전극군(60)의 문제는, 거의 정방형의 4개의 코너부가 아르 형상이 된 횡단면 형상을 갖는 각진 원형의 나선형 전극군에 있어서도 마찬가지로 발생한다.

그래서, 본 발명은, 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 전해액을 신속하게 또한 균등하게 함침시킬 수 있는 동시에 좌굴의 발생도 억제할 수 있고, 또한, 양,음극판 및 세퍼레이터가 간극없이 서로 밀착되어 기능하는 나선형 전극군을 구비한 전지 및 이것에 이용하는 나선형 전극군을 적합하게 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 나선형 전극군이 전지 케이스에 수납되어 이루어지는 전지 및 이 전지에 이용하는 나선형 전극군을 생산성 좋고 적합하게 제조할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.

도 1A ∼ 도 1B는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전지에 이용되는 나선형 전극군을 나타내고, 도 1A는 횡단면도이고, 도 1B는 도 1A의 일부 확대도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 나선형 전극군의 주회수(周回數)와 인접하는 2개의 주회부분 각각의 주회길이의 차와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 나선형 전극군의 주회수와 인접하는 2개의 주회부분 각각의 주회길이의 차와의 관계의 다른예를 나타내는 그래프이다.

도 4는 동일한 실시 형태의 나선형 전극군의 제조 방법에 있어서의 권취 공정이 종료한 상태의 나선형 전극군을 나타내는 횡단면도이다.

도 5는 동일한 실시 형태의 나선형 전극군을 이용하여 구성한 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전지를 나타내는 종단면도이다.

도 6은 동일한 실시 형태의 전지를 나타내는 분해 사시도이다.

도 7A는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 전지에 이용하는 나선형 전극군의 제조 방법에 있어서의 권취 공정의 종료 상태의 횡단면도이고, 도 7B는 동일한 나선형 전극군을 전지에 사용한 상태를 나타내는 횡단면도이다.

도 8A는 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 전지에 이용하는 나선형 전극군의 제조 방법에 있어서의 권취 공정의 종료 상태의 횡단면도이고, 도 8B는 동일한 나선형 전극군을 전지에 사용한 상태를 나타내는 횡단면도이다.

도 9는 각형 전지에 사용한 상태의 종래의 각형의 나선형 전극군을 나타내는 개략 횡단면도이다.

도 10은 원통형 전지에 사용한 상태의 종래의 원형의 나선형 전극군을 나타내는 개략 횡단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 전지는, 나선형 전극군이 전지 케이스 내에 수납되고, 또한 상기 전지 케이스 내에 전해액이 주입되며, 상기 전지 케이스의 개구부가 밀봉판에 의해 밀봉되어 이루어지는 전지에 있어서, 상기 나선형 전극군의 띠 형상의 양극판 및 음극판과 이들 사이에 어느 하나의 극판의 양면을 덮도록 개재시킨 한쌍의 세퍼레이터를 적층하여 이루어진 전극 적층체의 두께를 t로 하고, 상기 전극 적층체를 권취하여 이루어진 전극군의 횡단면 형상의 최대 직경을 W로 하고, 상기 양,음극판 각각의 활성물질의 팽창율 등에 기초하여 미리 설정된 0.005∼0.05의 값을 갖는 계수를 k로 했을 때, 나선형으로 권취된 전극 적층체의 서로 인접하는 내주측과 외주측의 주회길이의 차 L이 L=2tπ+W×k가 되도록 설정하여 나선형으로 권취되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 전지에서는, 두께가 얇은 전극 적층체를 권취하여 구성된 나선형 전극군을 이용하는 경우라도, 그 나선형 전극군에 주회길이의 차 L에 상당하는 간극 또는 간극만큼 느슨하게 감기는 부분이 발생하므로, 제조 과정의 주액 공정에서 전지 케이스 내에 주입된 전해액이 전극 적층체에 신속하게 또한 균등하게 함침되기 때문에, 충방전 반응의 편재를 방지하여 고부하 특성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 전지로서 기능하여 충방전이 수회 반복되었을 때에는, 나선형 전극군의 양,음극판이 각각의 활성물질의 팽창 등에 의해서 연신하지만, 그 연신 만큼을 예상하여 미리 설정된 간극이 나선형 전극군에 존재하므로 연신 만큼이 간극에 흡수되어 좌굴이 발생하는 것이 억제된다.

또한, 상기 연신 길이는 이들의 원래 길이에 따라서 다르지만, 이 전지의 나선형 전극군에서는 횡단면 형상의 최대 직경 W에 따른 간극이 설정되어 있으므로, 각 주회부분에서의 연신만큼이 간극에 정확하게 흡수되게 된다. 그 때문에,충방전이 수회 반복되었을 때에는, 나선형 전극군을 이루고 있는 전극 적층체가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되는 이상적인 상태로 이행된다. 따라서, 이 전지는, 충방전이 전체에 걸쳐서 균일하게 행해져서 충방전에 의한 사이클 특성이 향상되는 동시에, 전지 용량의 저하와 용량 변동이 발생하지 않는다. 또한, 나선형 전극군은 전지 케이스의 내주면에 대하여 간극이 거의 존재하지 않는 밀착상태로 접촉되기 때문에, 체적 에너지 효율이 매우 향상되는 동시에 세퍼레이터의 손상에 의한 양,음극판의 쇼트라는 문제점이 발생하지 않는다. 또한, 전지 케이스는 나선형 전극군의 변형과 내압의 이상 상승 등에 의해서 변형된다는 종래의 결점이 해소되므로, 이상 열화하는 일이 없고 소기의 수명이 확실하게 확보된다.

또, 나선형 전극군의 횡단면 형상의 최대 직경이란, 각형의 나선형 전극군에서는 길이 방향의 치수이고, 원형의 나선형 전극군에서는 외형의 직경이고, 또한 각진 원형의 나선형 전극군에서는 외형의 서로 대향하는 2변 사이의 거리이다.

또한, 본 발명에 따른 나선형 전극군의 제조 방법은, 띠 형상의 양극판 및 음극판과 이들 사이에 어느 하나의 극판의 양면을 덮도록 개재시킨 한쌍의 세퍼레이터를 적층하여 이루어진 전극 적층체를 권심의 둘레에 나선형으로 권취함으로써 나선형 전극군을 제조할 때, 상기 전극 적층체의 권취 공정 도중에 상기 전극 적층체의 서로 인접하는 각 2개의 주회부분의 사이 중 적어도 1 개소에 소정의 치수를 갖는 스페이서(spacer)를 개재시켜 나선형으로 권취하고, 상기 권취 공정이 종료하여 상기 전극 적층체의 권취 종료 단부를 군 고정 부재로 고정한 후, 상기 권심 및 상기 스페이서를 떼어내는 것을 특징으로 한다.

이 나선형 전극군의 제조 방법에서는, 소정의 간극 또는 느슨하게 감기는 부분을 스페이서의 두께에 따라 설정하여 용이하게 또한 정확하게 설치할 수 있는 동시에, 간극을 갖는 나선형 전극군이 스페이서를 개삽(介揷)하는 공정을 부설하는 것만으로 매우 간단하게 또한 생산성 좋게 제조된다.

상기 발명의 나선형 전극군의 제조 방법에 있어서, 전극 적층체의 두께를 t로 하고, 이 전극 적층체를 권취하여 구성해야 할 나선형 전극군의 횡단면 형상의 최대 직경을 W로 하고, 전지로서 기능했을 때의 상기 양,음극판 각각의 활성물질의 팽창율 등에 기초하여 미리 설정한 계수를 k로 했을 때, 서로 인접하는 내주측과 외주측의 2개의 주회부분 각각의 1주분의 주회길이의 차 L이 L=2tπ+Wxk의 값이 되도록 권취되는 전극군에 있어서, 상기 L의 총합으로 설정할 수 있는 두께를 갖고 있는 스페이서를 이용하는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 나선형 전극군이 연신하는 길이가 횡단면 형상의 최대 직경에따라 변하는데 대하여, 간극은 전극군의 최대 직경 W에 대응한 크기로 설정할 수 있으므로, 양,음극판 각각의 활성물질의 팽창율의 차이나 제작해야 할 나선형 전극군의 외형의 차이에 상관없이, 전지로서 기능했을 때의 양,음극판의 연신 만큼을 정확하게 흡수할 수 있는 간극을 스페이서의 두께에 따라서 정확하게 설정하여 설치할 수 있다.

상기 계수 k는 0.005∼0.05의 범위내에서 스페이서의 개삽(介揷) 수에 따라 선택한 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 전지로서 기능했을 때에 좌굴이 발생하지 않는 범위내에서 가급적 작은 간극, 즉 전지로서 기능했을 때에 전극 적층체를 서로 간극없이 밀착상태로 할 수 있는 간극을 설치할 수 있다. 이것에 대하여, 계수를 0.005 이하의 값으로 설정하여 간극을 설치한 경우에는 전지로서 기능했을 때에 좌굴이 발생하고, 한편, 계수를 0.05 이상의 값으로 설정하여 간극을 설치한 경우에는 필요이상 느슨하게 감기는 부분이 발생하여 전지 케이스에 삽입할 때에 나선형 전극군이 죽순 형상으로 변형되거나, 전극 적층체 사이에 간극이 발생하여 효율적인 방전을 할수 없게 된다. 그 결과, 대전류 방전이 불가능해진다.

스페이서는 엣지가 없는 렌즈형의 횡단면 형상을 갖는 막대 형상체인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 나선형 전극군의 권취 공정이 종료한 후 스페이서를 떼어낼 때 양,음극판의 활성물질의 도포면이 스페이서에 의해서 손상되는 일이 없다. 한편, 예를 들면, 단면 원형이나 각형의 스페이서를 이용한 경우에는 그 스페이서의 일부가 활성물질층에 대하여 거의 점접촉하기 때문에, 스페이서를 떼어낼 때에활성물질의 도포면에 근육 형상의 상처가 날 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1A는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 전지에 이용하는 나선형 전극군(1)을 나타내는 횡단면도, 도 1B는 도 1A의 일부 확대도이다. 이 실시 형태에서는, 각형 전지에 이용하는 각형의 나선형 전극군(1)을 예시하고 있다. 이 각형의 나선형 전극군(1)은, 띠 형상의 양극판(2) 및 음극판(3)과 이들 사이에 개재시킨 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 적층하여 이루어진 전극 적층체(7)를 나선형으로 권취함으로써, 도 1A에 도시한 바와 같이 타원형의 횡단면 형상을 갖는 형상으로 구성되어 있다. 동일 도면에는, 리튬2차 전지용의 각형의 나선형 전극군(1)을 예시하고 있고, 음극판(3)에는 그 권취 개시 단부에 음극 리드(8)가 부착되고, 양극판(2)에는 그 권취 종료 단부에 양극 리드(9)가 부착되어 있다. 양,음극판(2,3)의 권취 종료 단부는 이 부분에 점착된 군 고정 테이프(군 고정 부재)(10)에 의해 고정되어 있다.

또, 도 1A는 구성을 용이하게 이해할 수 있도록 모식적으로 도시한 것이다. 예를 들면, 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)는 각각 1개의 직선으로 도시하고 있다. 또한, 일반적으로, 양극판(2)은 띠 형상의 양극 심재의 양면에 양극 활성물질층이 형성된 형상을 갖고, 양극 심재의 일면측만이 노출된 활성물질층 미성형부를 갖는 경우가 있으며, 마찬가지로, 음극판(3)은 띠 형상의 음극 심재의 양면에 음극 활성물질층이 형성된 형상을 갖고, 음극 심재의 일면측만이 노출된 활성물질층 미형성부를 갖는 경우가 있지만, 동일 도면에서는 도시의 편의상 양극판(2) 및 음극판(3) 모두 전체 길이에 걸쳐서 동일 형상으로 나타낸다.

그리고, 상기 각형의 나선형 전극군(1)이 특징으로 하는 구성은, 도 1B에 도시한 바와 같이, 양,음극판(2,3)과 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 1조로 하여 적층하여 이루어진 전극 적층체(7)가, 서로 인접하는 내주측 주회부분(Ca)과 외주측 주회부분(Cb) 사이에 간극(11)이 존재하도록 설정하여 나선형으로 권취되어 있는 것이다. 단, 간극(11)은 도 1B에서 모식적으로 도시한 것으로서, 전극 적층체(7)를 나선형으로 권취할 때에 발생하도록 설정되지만, 권취 종료 후에는 느슨하게 감기게 되어 소멸할 수도 있다. 또한, 간극(11)은 서로 인접하는 각 2개의 내주측 및 외주측 주회부분(Ca,Cb)의 각각의 사이의 적어도 1개소에 설치되어 있으면 되며, 이 점에 대한 상세는 후술한다.

상기 간극(11)은, 이 나선형 전극군(1)을 이용하여 구성하는 전지가 충방전을 수회 반복했을 때에 양,음극판(2,3)의 각 활성물질의 팽창 등에 기인하는 전극 적층체(7)의 연신 만큼을 예상한 값으로 설정된다. 그 간극(11)의 설정에 대하여 구체적으로 설명하면 도 1A∼1B에 도시한 바와 같이, 양,음극판(2,3)과 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 1조로 하여 적층하여 이루어지는 전극 적층체(7)의 두께를 t로 하고, 권취 종료 후의 각형의 나선형 전극군(1)의 최대 직경을 W로 하고, 전지로서기능했을 때의 양,음극판(2,3) 각각의 활성물질의 팽창율에 대응하여 미리 설정된 계수를 k로 했을 때, 상기 간극(11)은 서로 인접하는 내주측 주회부분(Ca)과 외주측 주회부분(Cb) 각각의 1주분의 주회 길이차 L이 L=2tπ+(W×k)가 되도록 설정하여 전극 적층체(7)를 나선형으로 권취함으로써 설치된다.

이 각형의 나선형 전극군(1)에서는, 상술의 횡단면 형상의 최대 직경 W가 길이 방향의 폭이 된다.

도 9에 나타내는 종래의 나선형 전극군(50)과 같이 서로 인접하는 내주측 주회부분 및 외주측 주회부분 중 어느 하나의 개소에서도 간극없이 밀착되는 상태로 권취된 경우에는, 상기 차 L이 (2tπ)가 되므로, 상기 식으로부터 분명한 바와 같이, 상기 간극(11)은 제작해야 할 각형의 나선형 전극군(1)의 최대 직경 W에, 양,음극판(2,3)의 각 활성물질의 팽창율과 심재의 재질에 따라서 결정되는 계수 k를 승산한 값(W×k)으로 설정되어 있다. 따라서, 상기 간극(11)은 최대 직경 W가 커짐에 따라서 전극 적층체(7)가 연신하는 길이도 커지기 때문에, 최대 직경 W에 따른 크기로 설정된다. 다시 말하면, 간극(11)은 양,음극판(2,3) 각각의 활성물질의 팽창율의 차이와 제작해야 할 각형의 나선형 전극군(1)의 최대 직경 W의 차이에 관계없이, 전지로서 기능했을 때의 양,음극판(2,3)의 연신 만큼을 정확하게 흡수할 수 있는 값으로 설정된다.

상기 계수 k는, 0.005∼0.05의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 계수 k를 상기 범위 내의 값으로 설정한 경우에는, 전지로서 기능했을 때 좌굴이 발생하지 않는 범위내에서 가급적 작은 간극(11), 즉 전지로서 기능했을 때에 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)를 서로 간극없이 밀착상태로 할 수 있다. 이것은 전지로서 기능했을 때의 여러가지의 양,음극판(2,3)의 연신길이를 실제로 계측한 결과로부터 판명되었다. 예를 들면, 계수 k를 0.005 이하의 값으로 설정하여 간극(11)을 설치한 경우에는 전지로서 기능했을 때에 좌굴이 발생하고, 계수 k를 0.05 이상의 값으로 설정하여 간극(11)을 설치한 경우에는 필요이상 느슨하게 감기는 부분이 발생하여 전지 케이스에 삽입할 때에 나선형 전극군이 죽순 형상으로 변형되거나, 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)의 사이에 간극이 발생하여 효율적인 방전을 할수 없게 된다. 그 결과, 대전류 방전이 불가능해진다.

상술의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 상기 각형의 나선형 전극군(1)은, 고용량화를 도모하는 것을 목적으로 하여 두께가 얇은 양,음극판 및 세퍼레이터를 권취하여 구성되는 경우라도, 주회길이의 차 L에 상당하는 간극(11) 또는 간극(11) 만큼의 느슨하게 감기는 부분이 존재하므로, 각형 전지의 제조 과정의 주액 공정에 있어서, 상기 각형의 나선형 전극군(1)을 수납한 전지 케이스 내에 전해액이 주입되었을 때, 이 전해액이 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)에 신속하게 또한 균등하게 함침되기 때문에, 충방전 반응의 편재를 방지하여 고부하 특성의 향상을 도모할 수 있는 각형 전지를 확실하게 얻을 수 있다.

또한, 상기 각형 전지는, 미사용 상태시에 상술된 바와 같이 간극(11) 또는 느슨하게 감기는 부분이 존재하고 있지만, 전지로서 기능하여 충방전이 수회 반복되었을 때 양,음극판(2,3)이 각각의 활성물질의 팽창 등에 의해서 연신되고, 이 연신 만큼을 예상한 값으로 정확하게 설정된 간극(11) 또는 느슨하게 감기는 부분이미리 설치되어 있으므로, 좌굴의 발생이 억제 될 수 있을 뿐만 아니라 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되는 이상적인 상태로 이행한다.

상기 간극(11)은 도 2의 그래프에 도시한 바와 같이, 인접하는 2개의 각 주회부분의 사이의 각각에 설치하는 것이 이상적이지만, 이러한 구성으로 하는 것은 제조상 번거롭다. 그러나, 간극(11)은 도 3의 그래프에 도시한 바와 같이, 1개소에만 설치하는 것만으로도 상술한 효과가 얻어지는 것이 실측 결과로부터 판명되었다. 1개소에만 간극(11)을 설치하는 경우에는 계수 k를 0.005∼0.05의 범위 내에서 큰 값으로 설정하는 것은 물론이다. 또한, 1개소에만 간극(11)을 설치할 경우에는, 도 3의 경우의 인접하는 2개의 주회부분의 차〔2tπ+(W×k)〕가 도 2의 경우의 각 주회부분간의 각각의 차〔2tπ+(W×k)〕의 합계값으로 설정할 필요가 있는 것은 물론이다.

실측 결과에 의하면, 최대 직경 W가 32 mm의 나선형 전극군(1)에서는, 계수 k를 0.0125로 설정한 간극(32×0.0125=0.4mm)을 최외주의 주회부분과 그 내주측의 주회부분의 사이의 1개소에 설치함으로써, 양,음극판(2,3)의 연신에 대하여 좌굴의 발생이 없고, 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착상태가 된 것을 확인할 수 있었다.

또, 상술의 양호한 결과는 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)로서 극히 두께가 얇은 것을 이용하여 각형의 나선형 전극군(1)을 구성한 경우에도 확실하게 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 실측 결과에 의하면, 두께가 15μm인 알루미늄박으로 이루어진 심재의 양면에 양극측 활성물질을 형성한 양극판(2)과, 두께가 10μm인 동박으로 이루어진 심재의 양면에 음극측 활성물질을 형성한 음극판(3)과, 두께가 20±2μm인 폴리에틸렌제의 세퍼레이터(4A,4B)를 서로 중합시킨 전극 적층체(7)를 상술의 간극(11)이 존재하도록 설정하여 나선형으로 권취함으로써, 단변이 6.3 mm, 장변이 34 mm 및 높이가 50 mm의 각형의 리튬2차 전지에 이용하는 각형의 나선형 전극군(1)을 제작하였다. 이 각형의 나선형 전극군(1)을 이용하여 구성한 각형 전지는, 주액 공정에서 전해액이 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)에 신속하게 또한 균등하게 함침되고, 전지로서 기능한 경우에도 좌굴이 발생하지 않았음을 확인하였다.

다음에, 상기 각형의 나선형 전극군(1)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 상술한 각형의 나선형 전극군(1)의 제조 방법을 구현한 권취 공정의 종료 단계에서의 각형의 나선형 전극군(1)을 나타내는 횡단면도이고, 동일 도면에 있어서, 도 1과 동일 혹은 동등한 것에는 동일 부호를 붙인다. 이 제조 방법에서는 우선, 띠 형상의 양극판(2) 및 음극판(3)과 이들 사이에 개재시킨 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 적층하여 이루어진 전극 적층체(7)의 권취 개시단의 반주 부분을, 한쌍의 평판형 권심(12,13)으로 양측에서 끼워서 고정한 후, 한쌍의 권심(12,13)을 그 상호 배치를 유지한 상태에서 회전시켜서, 그 양 권심(12,13)의 주위에 전극 적층체(7)를 나선형으로 권취해 가는 권취 공정을 개시한다.

그 경우, 한쌍의 권심(12,13)은 서로 이격되는 방향으로 소정 거리만큼 변위한 배치로서, 각각의 외측의 단부 사이의 거리에 의해서 제작해야 할 나선형 전극군(1)의 직선 부분의 길이 w를 설정한다. 이 직선 부분의 길이 w는 전극 적층체(7)의 주회수의 차이에 상관없이 항상 일정하다. 이것에 대하여, 상술한 나선형 전극군(1)의 길이 방향의 폭인 최대 직경 W는 직선 부분의 길이 w가 일정하더라도 전극 적층체(7)의 주회수의 차이에 따라서 바뀐다.

상기 권취 공정에서는, 전극 적층체(7)의 서로 인접하는 각 2개의 주회부분의 사이 중 적어도 1개소에 소정의 두께를 갖는 스페이서(14)를 개재하여 나선형으로 권취한다. 스페이서(14)는 이것이 개삽되는 개소에서의 전극 적층체(7)의 내주측 주회부분(Ca)과 외주측 주회부분(Cb)의 각각의 1주분의 주회길이의 차 L이 상술한 2tπ+(W×k)가 되는 두께로 설정되어 있다. 그 스페이서(14)의 개삽은 권취 동작을 일시 중단하여 행해진다.

이 실시 형태에서는, 길이 방향의 중앙부에서의 서로 대향하는 2개소와 양측의 만곡부분의 중앙부에서의 서로 대향하는 2개소의 합계 4개소에 각각 스페이서(14)를 개삽하여 간극(11)을 4개소에 설치한 경우를 예시하고 있다. 간극(11)은 상술한 바와 같이, 어느 하나의 개소에 적어도 1개 설치하면 되지만, 그 설치하는 개소는 상술한 길이 방향의 중앙부 또는 만곡부분의 중앙부 중 어느 하나에 설치하면, 전극 적층체(7)가 어긋나게 감기는 것을 효과적으로 억제하면서 나선형으로 용이하게 권취할 수 있으므로 바람직하다.

권취 공정이 종료했으면, 전극 적층체(7)의 권취 종료 단부에 군 고정 테이프(10)를 점착하여 권취 종료 상태로 고정한다. 계속해서, 권심(12,13) 및 각 스페이서(14)를 각각 떼어낸다. 이 권취 공정이 종료하여 얻어진 각형의 나선형 전극군(1)은 횡단면 형상이 타원형의 두께 방향으로 가압하는 프레스 가공이 행해지고, 직선 부분에 존재하고 있는 간극(11)이 프레스 공정에 의한 가압에 의해서 만곡부분으로 이행된다. 그 결과, 간극(11)은 프레스 가공 종료시에 반드시 만곡부분에 설치되게 된다. 따라서, 전지로서 기능했을 때, 충방전에 의해 직선 부분에서 연신된 길이 만큼은 만곡부분의 간극에 효과적으로 흡수되어, 좌굴이 발생하는 것이 효과적으로 방지된다.

상기 제조 방법에서는, 도 1A∼1B에 도시한 각형의 나선형 전극군(1)에 존재하는 소정의 간극(11) 또는 느슨하게 감기는 부분을 스페이서(14)의 두께에 기초하여 설정하여 용이하게 또한 정확하게 설치할 수 있는 동시에, 스페이서(14)를 개삽하는 간단한 공정을 부설하는 것만으로, 도 1A∼1B에 도시한 각형의 나선형 전극군(1)을 극히 간단하게 또한 생산성 좋게 제조할 수 있다.

또한, 스페이서(14)로서는 도 4에 명시한 바와 같이, 엣지가 없는 렌즈형의 횡단면 형상을 갖는 막대 형상체를 이용하고 있기 때문에, 각형의 나선형 전극군(1)의 권취 공정이 종료한 후 스페이서(14)를 떼어낼 때, 양,음극판(2,3)의 활성물질의 도포면이 스페이서(14)에 의해서 손상되는 일이 없다. 한편, 예를 들면, 단면 원형이나 각형 형상의 스페이서를 이용한 경우에는, 그 스페이서의 일부가 활성물질층에 대하여 거의 점접촉하기 때문에, 스페이서를 떼어낼 때에 활성물질의 도포면에 근육형상의 상처가 날 수 있다.

도 5는 상기 나선형 전극군(1)을 이용하여 구성한 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 각형의 전지를 나타내는 종단면도, 도 6은 그 각형 전지의 분해 사시도이다. 이 각형 전지는, 타원형의 횡단면 형상을 갖는 바닥이 있는 각진 통형상의 전지 케이스(17) 내에 상술된 바와 같이 하여 제조된 각형의 나선형 전극군(1)이 수납되고, 그 전지 케이스(17)의 개구부가 밀봉판(18)에 의해서 밀봉되어 있다. 즉, 상기 밀봉판(18)을 지지하는 프레임(19)은, 전지 케이스(17)의 개구부 근방 개소에 끼워지고, 밀봉판(18)은 프레임(19) 상에 장착한 상태에서 전지 케이스(17)의 개구 주연부에 용접되어 전지 케이스(17)의 개구부를 밀봉하고 있다.

상기 밀봉판(18)의 중앙부의 오목 부분(20)에는 상부 절연 가스켓(21)이 끼워져 있고, 니켈 도금된 철제 리베트로 이루어진 음극 터미널(22)은 상부 절연 가스켓(21)을 개재하여 밀봉판(18)에 대하여 전기 절연된 상태에서 상부 절연가스켓(21) 및 밀봉판(18)의 각각의 삽통공에 삽통되어 있다. 이 음극 터미널(22)에서의 상부 절연 가스켓(21) 및 밀봉판(18)을 삽통한 하부는, 다시 하부 절연 가스켓(23) 및 음극단자판(24)의 각각의 부착공에 각각 삽통된 후 하단부가 코오킹 가공되어 있다. 이것에 의해, 음극 단자판(24)은 하부 절연가스켓(23)을 통해 밀봉판(18)에 대하여 전기 절연되고, 또한 상기 음극 터미널(22)의 코오킹 가공부를 통해 음극 터미널(22)에 전기 접속 상태로 부착되어 있다. 각형의 나선형 전극군(1)으로부터 도출된 음극 리드(8) 및 양극 리드(9)는 각각 프레임(19)의 삽통공(19a,19b)에 삽통되고, 양극 리드(9)의 선단부는 밀봉판(18)에, 음극 리드(8)의 선단부는 음극단자판(24)에 각각 용접되어 있다.

조립시에, 밀봉판(18)은 음극 터미널(22)에 의해서 상부 절연 가스켓(21), 하부 절연 가스켓(23) 및 음극단자판(24)이 부착된 후, 전지 케이스(17)의 개구부에 끼워져서 용접된다. 그 후, 전지 케이스(17) 내에는 밀봉판(18)의 주액공(18a)을 통해 전해액(도시하지 않음)이 주입된다. 이 전지 케이스(17) 내에 주입된 전해액은, 각형의 나선형 전극군(1)에 주회길이의 차 L에 상당하는 간극(11) 또는 간극(11) 만큼 느슨하게 감기는 부분이 존재하므로, 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)에 신속하게 또한 균등하게 함침된다. 주액공(18a)은 전해액의 주입후에 밀봉마개(27)로 폐쇄된다.

또한, 밀봉판(18)에는, 주액 구멍(18a)과는 반대측의 개소에 안전 밸브용 구멍부(18b)가 형성되어 있고, 이 안전 밸브용 구멍부(18b)는 밀봉판(18)의 하면에 클래드 공법으로 부착된 알루미늄 박막(28)으로 폐쇄되어 있다. 이 알루미늄 박막(28)의 안전 밸브용 구멍부(18b)를 막고 있는 부분은, 전지내압의 상승시에 파단하여 가스를 외부로 방출하기 위한 안전밸브(28A)를 구성하고 있다. 한편, 전지 케이스(17)의 저벽 하면에는 양극 터미널(29)이 용접되어 있다. 따라서, 이 각형 전지는 전지 케이스(17)가 양극이고 리베트로 이루어진 음극 터미널(22)이 음극이 된다.

이 각형 전지는, 전지로서의 미사용 상태시, 나선형 전극군(1)의 양측 중 적어도 한쪽의 만곡부분에 간극(11) 또는 느슨하게 감기는 부분이 존재하고 있지만, 전지로서 기능하여 충방전이 수회 반복되었을 때, 각형의 나선형 전극군(1)의 양,음극판(2,3)이 각각의 활성물질의 팽창 등에 의해서 연신한다. 그러나, 상기 각형의 나선형 전극군(1)은 양,음극판(2,3)의 연신 만큼을 예상하여 정확하게 설정된 간극(11) 또는 느슨하게 감기는 부분이 미리 설치되어 있으므로, 양,음극판(2,3)에있어서의 직선 부분의 연신한 길이 만큼이 만곡부분의 간극(11)을 해소하도록 효과적으로 흡수되기 때문에, 좌굴이 발생하지 않을 뿐만아니라 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되는 이상적인 상태로 이행한다.

그 때문에, 상기 각형 전지는, 사용 개시 후에 각형의 나선형 전극군(1)에 좌굴이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되므로, 각형의 나선형 전극군(1)의 전체에서 충방전이 균일하게 행해짐으로써, 충방전에 의한 사이클 특성이 향상되는 동시에 전지 용량의 저하와 용량 변동이 발생하지 않는다.

또한, 상기 각형의 나선형 전극군(1)은 좌굴이 발생하지 않으므로, 전지 케이스(17)의 내주면에 대하여 간극이 거의 존재하지 않는 상태에서 접촉된다. 그것에 의해, 체적 에너지 효율이 매우 향상되는 동시에 세퍼레이터의 손상에 의한 양,음극판(2,3)의 쇼트와 가스 흡수의 불균일이라는 문제점이 발생하지 않는다. 한편, 전지 케이스(17)는, 각형의 나선형 전극군(1)의 변형과 내압의 이상상승 등에 의하여 변형된다는 종래의 결점이 해소되므로, 이상열화하는 일이 없고, 소기의 수명이 확실하게 확보된다.

도 7A는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 전지에 이용하는 나선형 전극군(30)의 제조 방법에 있어서의 권취 공정의 종료 상태의 횡단면도, 도 7B는 그 나선형 전극군(30)의 전지에 사용한 상태의 횡단면도이다. 이 실시 형태에서는, 원통형 전지에 이용하는 원형의 횡단면 형상을 갖는 원형의 나선형 전극군(30)을 예시하고있고, 도 7A∼7B에서는 도 1A∼1B 및 도 4에 상당하는 것에 동일 부호를 붙인다. 또한, 도 7A∼7B에서는 도 1A∼1B 및 도 4와 같이, 구성을 용이하게 이해할 수 있도록 모식적으로 도시하고 있다.

이 원형의 나선형 전극군(30)의 제조시에는, 우선, 띠 형상의 양극판(2) 및 음극판(3)과 이들 사이에 개재시킨 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 적층하여 이루어진 전극 적층체(7)의 권취 개시단의 반주 부분을, 한쌍의 단면이 대략 반원 형상의 권심(31,32)으로 양측에서 끼워 고정한 후, 한쌍의 권심(31,32)을 그 상호 배치를 유지한 상태에서 회전시켜서, 그 양 권심(31,32)의 주위에 전극 적층체(7)를 나선형으로 권취해 가는 권취 공정을 개시한다.

상기 권취 공정에서는, 전극 적층체(7)의 서로 인접하는 각 2개의 주회부분 의 각각의 사이 중 적어도 1개소에 소정의 두께를 갖는 스페이서(14)를 개재하여 나선형으로 권취한다. 스페이서(14)는 제1 실시 형태와 같이, 이것이 개삽되는 개소에서의 전극 적층체(7)의 내주측 주회부분과 외주측 주회부분의 각각의 1주분의 주회 길이차 L이 상술한 2tπ+(W×k)이 되는 두께로 설정되어 있다. 제1 실시 형태와 같이, 이 식에서의 t는 전극 적층체(7)의 두께, k는 계수, W는 최대 직경이다. 단, 최대 직경 W는 도 7B에 명시한 바와 같이 원형의 나선형 전극군(30)의 외형의 직경이 된다. 이 실시 형태에서는 직경 방향에서 서로 대향하는 2개소에 각각 스페이서(14)를 개삽한 경우를 예시하고 있다. 권취 공정이 종료했으면, 전극 적층체(7)의 권취 종료 단부에 군 고정 테이프(군 고정 부재)(10)를 점착하여 권취 종료 상태로 고정한다. 계속해서, 권심(31,32) 및 각 스페이서(14)를 각각 떼어내면,도7B에 나타내는 소요의 원형의 나선형 전극군(30)을 얻을 수 있다.

이 제조 방법에서는, 제 1 실시 형태와 같이, 스페이서(14)를 개삽하는 간단한 공정을 부설하는 것만으로, 소요의 간극 또는 느슨하게 감기는 부분을 갖는 원형의 나선형 전극군(30)을 극히 간단하게 또한 생산성 좋게 제조할 수 있다. 또한, 스페이서(14)로서는 도 7B에 명시한 바와 같이, 엣지가 없는 렌즈형의 횡단면 형상을 갖는 막대 형상체를 이용하고 있기 때문에, 원형의 나선형 전극군(30)의 권취 공정이 종료한 후 스페이서(14)를 떼어낼 때에, 양,음극판(2,3)의 활성물질의 도포면이 스페이서(14)에 의해서 손상되는 일이 없다.

상기 원형의 나선형 전극군(30)은, 고용량화를 도모하는 것을 목적으로 하여 두께가 얇은 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)를 권취하여 구성하는 경우라도, 스페이서(14)의 두께, 즉 상술의 주회길이의 차 L에 상당하는 간극 또는 간극 만큼의 느슨하게 감기는 부분이 존재하고 있으므로, 원통형 전지의 제조 과정의 주액 공정에서 상기 원형의 나선형 전극군(30)을 수납한 전지 케이스 내에 전해액이 주입되었을 때, 이 전해액이 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)에 신속하게 또한 균등하게 함침되기 때문에, 충방전 반응의 편재를 방지하여 고부하 특성의 향상을 도모할 수 있는 원통형 전지를 확실하게 얻을 수 있다.

또한, 상기 원통형 전지는, 미사용 상태시에 상술된 바와 같이 간극 또는 느슨하게 감기는 부분이 존재하고 있지만, 전지로서 기능하여 충방전이 수회 반복되었을 때에 양,음극판(2,3)이 각각의 활성물질의 팽창 등에 의해 연신하고, 이 연신 만큼을 예상한 값으로 정확하게 설정된 간극 또는 느슨하게 감기는 부분이 미리 설치되어 있으므로, 도 7B에 도시한 바와 같이, 좌굴의 발생을 억제 될 수 있을 뿐만아니라 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되는 이상적인 상태로 이행한다.

상기 원통형 전지는, 사용 개시 후에 원형의 나선형 전극군(30)에 좌굴이 발생하지 않을 뿐만아니라, 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되는 상태가 되므로, 원형의 나선형 전극군(30)의 전체에서 충방전이 균일하게 행해짐으로써, 충방전에 의한 사이클 특성이 향상하는 동시에 전지 용량의 저하와 용량 변동이 발생하지 않는다.

상술의 양호한 결과는, 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)로서 극히 두께가 얇은 것을 이용하여 원형의 나선형 전극군(30)을 구성한 경우에도 확실하게 얻어짐을 확인할 수 있었다. 실측 결과에 의하면, 두께가 178μm인 양극판(2)과, 두께가 206μm인 음극판(3)과 두께가 59.5±0.5μm인 세퍼레이터(4A,4B)를 서로 중합한 전극 적층체(7)를, 상술의 간극이 존재하도록 설정하여 나선형으로 권취함으로써, 원통형의 니켈수소 전지에 이용하는 원형의 나선형 전극군(30)을 제작하였다. 이 각형의 나선형 전극군(30)을 이용하여 구성한 원통형 전지는, 주액공정에서 전해액이 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)에 신속하게 또한 균등하게 함침되고, 전지로서 기능한 경우에도 좌굴이 발생하지 않았음을 확인하였다.

도 8A는 본 발명의 제 3 실시 형태에 관한 전지에 이용하는 나선형 전극군(33)의 제조 방법에 있어서의 권취 공정의 종료 상태의 횡단면도, 도 8B는 그 나선형 전극군(33)의 전지에 사용한 상태의 황단면도이다. 이 실시 형태에서는 거의 정방형의 4개의 코너부가 아르 형상으로 된 각진 원형 전지에 이용하는 각진 원형의 나선형 전극군(33)을 예시하고 있고, 도 8A ~ 도 8B에서는 도 1A ~ 도 1B 및 도 4에 상당하는 것에 동일 부호를 붙이고 있다. 또한, 도 8A∼8B에서는 도 1A∼1B 및 도 4와 마찬가지로, 구성을 용이하게 이해할 수 있도록 모식적으로 도시하고 있다.

이 각진 원형의 나선형 전극군(33)의 제조시에는, 우선, 띠 형상의 양극판(2) 및 음극판(3)과 이들 사이에 개재시킨 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 적층하여 이루어진 전극 적층체(7)의 권취 개시단의 반주 부분을, 1조의 권심(34,37)으로 양측에서 끼워 고정한 후, 한쌍의 권심(34,37)을 그 상호 배치를 유지한 상태에서 회전시켜서, 그 양 권심(34,37)의 둘레에 전극 적층체(7)를 나선형으로 권취해 가는 권취 공정을 개시한다.

상기 권취 공정에서는, 전극 적층체(7)의 서로 인접하는 각 2개의 주회부분의 사이 중 적어도 1개소에 소정의 두께를 갖는 스페이서(14)를 개재하여 나선형으로 권취한다. 스페이서(14)는 제 1 실시 형태와 같이, 이것이 개삽되는 개소에서의 전극 적층체(7)의 내주측 주회부분과 외주측 주회부분의 각각의 1주분의 주회길이의 차 L이 제 1 실시 형태와 동일한 2tπ+(W×k)가 되는 두께로 설정되어 있다. 제1 실시 형태와 같이, 이 식에 있어서의 t는 전극 적층체(7)의 두께, k는 계수, W는 최대 직경이다. 단, 최대 직경 W는 도 8B에 명시한 바와 같이, 각진 원형의 나선형 전극군(33)에 있어서의 외형의 서로 대향하는 2변의 사이의 거리가 된다. 이 실시 형태에서는, 중앙부를 끼워서 서로 대향하는 2개소에 각각 스페이서(14)를 개삽한 경우를 예시하고 있다. 권취 공정이 종료했으면, 전극 적층체(7)의 권취 종료 단부에 군 고정 테이프(군 고정 부재)(10)를 점착하여 권취 종료 상태에 고정한다. 계속해서, 권심(34,37) 및 각 스페이서(14)를 각각 떼어내면, 도 8B에 나타내는 소요의 각진 원형의 나선형 전극군(33)을 얻을 수 있다.

이 제조 방법에서는 제1 실시 형태와 같이, 스페이서(14)를 개삽하는 간단한 공정을 부설하는 것만으로, 소요의 간극 또는 느슨하게 감기는 부분을 갖는 각진 원형의 나선형 전극군(33)을 극히 간단하게 또한 생산성 좋게 제조할 수 있다. 또한, 스페이서(14)로서는 도 8B에 명시한 바와 같이, 엣지가 없는 렌즈형의 횡단면 형상을 갖는 막대 형상체를 이용하고 있기 때문에, 각진 원형의 나선형 전극군(33)의 권취 공정이 종료한 후에 스페이서(14)를 떼어낼 때 양,음극판(2,3)의 활성물질의 도포면이 스페이서(14)에 의해서 손상되는 일이 없다.

상기 각진 원형의 나선형 전극군(33)은, 고용량화를 도모하는 것을 목적으로 하여 두께가 얇은 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)를 권취하여 구성되는 경우라도, 스페이서(14)의 두께 즉 상술의 주회길이의 차 L에 상당하는 간극 또는 간극 만큼의 느슨하게 감기는 부분이 존재하므로, 각진 원형의 전지의 제조 과정의 주액 공정에서 상기 각진 원형의 나선형 전극군(33)을 수납한 전지 케이스 내에 전해액이 주입되었을 때, 이 전해액이 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)에 신속하게 또한 균등하게 함침되기 때문에, 충방전 반응의 편재를 방지하여 고부하 특성의 향상을 도모할 수 있는 각진 원형의 전지를 확실하게 얻을 수 있다.

또, 상기 각진 원형의 전지는 미사용 상태시에 상술된 바와 같이 간극 또는 느슨하게 감기는 부분이 존재하고 있지만, 전지로서 기능하여 충방전이 수회 반복되었을 때 양,음극판(2,3)이 각각의 활성물질의 팽창 등에 의해서 연신하고, 이 연신 만큼을 예상한 값으로 정확하게 설정된 간극 또는 느슨하게 감기는 부분이 미리 설치되어 있으므로, 도 8B에 도시한 바와 같이, 좌굴의 발생을 억제 될 수 있을 뿐만아니라 양,음극판(2,3) 및 세퍼레이터(4A,4B)가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되는 이상적인 상태로 이행한다.

본 발명의 전지에 따르면, 나선형 전극군에 간극 또는 간극 만큼의 느슨하게 감기는 부분이 존재하고 있으므로, 양,음극판 및 세퍼레이터 사이에 전해액이 신속하게 또한 균등하게 함침됨으로서, 충방전 반응의 편재를 방지하여 고부하 특성의 향상을 도모하는 데 적합한 동시에, 충방전이 수회 반복되었을 때의 연신 만큼이 상기 간극에 의해 흡수되기 때문에, 전극군의 좌굴을 억제하는 데에도 적합하다.

또한, 본 발명의 전지에 따르면, 나선형 전극군의 각 주회부분에서의 연신 만큼이, 나선형 전극군의 간극에 정확하게 흡수되어 충방전이 수회 반복됨으로써, 양,음극판 및 세퍼레이터가 전체에 걸쳐서 균일하게 서로 밀착되는 이상적인 상태가 되므로, 충방전이 전체에 걸쳐서 균일하게 행해지는 충방전에 의한 사이클 특성의 향상을 도모하는 것과, 전지 용량의 저하와 용량 변동의 발생을 방지하는 데 적합하다. 더불어, 본 발명의 전지에 따르면, 나선형 전극군이 전지 케이스의 내주면에 대하여 간극이 거의 존재하지 않는 밀착 상태로 접촉하므로, 체적 에너지 효율을 매우 향상시키기 때문에 유용한 동시에, 세퍼레이터의 손상에 의한 양,음극판의 쇼트라는 문제점의 발생을 방지하는 데에도 적합하다.

또한, 본 발명의 전지에 따르면, 나선형 전극군의 변형과 내압의 이상 상승 등에 의한 전지 케이스의 변형이라는 문제가 해소되므로, 전지의 이상 열화를 방지하여 전지의 소기의 수명을 확실하게 확보하는 데 적합하다.

또한, 본 발명의 전지에 이용하는 나선형 전극군의 제조 방법에 따르면, 소정의 간극 또는 느슨하게 감기는 부분을, 스페이서의 두께에 따라서 용이하게 또한 정확하게 설치할 수 있으므로, 스페이서를 개삽하는 공정을 부설하는 것만으로 간극을 갖는 나선형 전극군을 극히 간단하게 또한 생산성 좋게 제조하는 데 적합하다.

Claims (5)

1. 나선형 전극군(1,30,33)이 전지 케이스(17) 내에 수납되고, 또한 상기 전지 케이스(17) 내에 전해액이 주입되며, 상기 전지 케이스(17)의 개구부가 밀봉판(18)에 의해 밀봉되어 이루어지는 전지에 있어서,

   상기 나선형 전극군(1,30,33)의 띠 형상의 양극판(2) 및 음극판(3)과 이들 사이에 양극 또는 음극 중 어느 하나의 극판의 양면을 덮도록 개재시킨 한쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 적층하여 이루어지는 전극 적층체(7)의 두께를 t로 하고, 상기 전극 적층체(7)를 권취하여 이루어지는 전극군(1,30,33)의 횡단면 형상의 최대 직경을 W로 하고, 상기 양,음극판(2,3) 각각의 활성물질의 팽창율 등에 기초하여 미리 설정된 0.005∼0.05의 값을 갖는 계수를 k로 했을 때, 나선형으로 권취된 전극 적층체(7)의 서로 인접하는 내주측과 외주측의 주회(周回)길이의 차 L이 L=2tπ+W×k가 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
2. 띠 형상의 양극판(2) 및 음극판(3)과 이들 사이에 양극 또는 음극 중 어느 하나의 극판의 양면을 덮도록 개재시킨 한 쌍의 세퍼레이터(4A,4B)를 적층하여 이루어진 전극 적층체(7)를 권심(12,13,31,32,34,37)의 둘레에 나선형으로 권취함으로써, 나선형 전극군(1,30,33)을 제조함에 있어서,

   상기 전극 적층체(7)의 권취 공정 도중에 상기 전극 적층체(7)의 서로 인접하는 각 2개의 주회부분(Ca,Cb)의 각각의 사이 중 적어도 1개소에, 소정의 치수를갖는 스페이서(14)를 개재시켜서 나선형으로 권취하고,

   상기 권취 공정이 종료하여 상기 전극 적층체(7)의 권취 종료 단부를 군 고정 부재(10)로 고정한 후, 상기 권심(12,13,31,32,34,37) 및 상기 스페이서(14)를 떼어내는 것을 특징으로 하는 나선형 전극군의 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   전극 적층체(7)의 두께를 t로 하고, 이 전극 적층체(7)를 권취하여 구성해야 할 나선형 전극군(1,30,33)에서의 횡단면 형상의 최대 직경을 W로 하고, 전지로서 기능했을 때의 상기 양,음극판(2,3) 각각의 활성물질의 팽창율 등에 기초하여 미리 설정한 계수를 k로 했을 때, 서로 인접하는 내주측과 외주측의 2개의 주회부분(Ca, Cb)의 각각의 1주분의 주회길이의 차 L이 L=2tπ+W×k의 값이 되도록 권취되는 전극군(1,30,33)에 있어서, 상기 L의 총합으로 설정할 수 있는 두께를 갖고 있는 스페이서(14)를 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 나선형 전극군의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   계수 k를 0.005∼0.05의 범위 내에서 스페이서(4)의 개삽(介揷) 수에 대응하여 선택한 값으로 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 나선형 전극군의 제조 방법.
5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,

   스페이서(14)는 엣지가 없는 렌즈형의 횡단면 형상을 갖는 막대 형상체인 것을 특징으로 하는 나선형 전극군의 제조 방법.