KR20050035108A - 박형 전지, 배터리, 조합 배터리, 및 차량 - Google Patents

박형 전지, 배터리, 조합 배터리, 및 차량 Download PDF

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Abstract

본 발명의 박형 전지는 세퍼레이터 사이에 교대로 적층된 양극판 및 음극판을 갖는 발전 요소와; 상부 외장 부재 및 하부 외장 부재로 구성되어, 발전 요소를 수용하는 외장 부재; 및 다수의 집전부를 통하여 발전 요소에 접속되고, 외장 부재의 외주 가장자리로부터 도출되는 양극 단자 및 음극 단자를 갖는다. 상부 외장 부재는 발전 요소를 수용하는 부분에 평탄벽 및 평탄벽과 외장 부재의 외주 가장자리에 경사벽을 포함한다. 전지의 내측이 진공으로 될 때, 경사벽이 전지의 내측을 향하여 만곡한다.

Description

박형 전지, 배터리, 조합 배터리, 및 차량{FLAT CELL, BATTERY, COMBINED BATTERY, AND VEHICLE}
본 발명은 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 발전 요소가 외장 부재에 의해 봉지되고, 복수의 집전부를 통하여 상기 발전 요소에 접속된 전극 단자가 외장 부재의 외주 가장자리로부터 도출하고 있는박형 전지에 관한 것이다.
수지-금속 박막으로 제조된 라미네이트재를 외장 부재로 하는 일반적인 박형 전지에서는, 시트 형상의 라미네이트재를, 미리 성형하는 일 없이, 그 외주 가장자리를 단지 열 융착함으로써 외장 부재가 형성되어 있다 (PCT 국제 공보 제2002-510124호의 일본어 번역본의 공보 참조).
그렇지만, 이러한 박형 전지에 있어서, 이 외장 부재로 봉지된 발전 요소의 외주 가장자리에 있어서의 면압이 강하고, 그 중앙부를 향하여 약해진다. 발전 요소에 있어서의 면압 분포가 전체로서 비균일이 되는 경향이 있다.
그리고, 이 비균일한 면압 분포에 의해, 발전 요소의 외주 가장자리에 있어서 전극판끼리의 간격이 협소해져 있는 것에 대해 그 중앙부를 향함에 따라 넓어지는 경향이 있다. 전체 박형 전지에 있어서, 전극판끼리의 간격이 변화한다.
이러한 전체로서 전극판끼리의 간격이 변화하는 박형 전지에서는, 전하 이동에 기인하는 전극 활물질의 열화의 분포가 변화한다. 전극을 권회하지 않는 적층형 박형 전지에서 이 경향이 강하다. 특히, 차량 용도의 전극판의 면적이 큰 박형 전지에서는, 이 열화 분포가 변화될 가능성이 현저하게 높다.
박형 전지의 면압을 균일화하기 위한 방법에 있어서, 도 1(a)에 도시되는 바와 같이, 외장 부재(206)는 단순한 볼록 형상의 성형품이다. 외장 부재(206)에 있어서, 평탄벽(210)은 발전 요소(208)를 수용하는 부분에 미리 성형되고, 수직벽(214)은 평탄벽(210)과 열 융착부(209) 사이에 미리 성형된다. 그렇지만, 전지(200)가 진공을 될 때, 도 1(b)에 도시되는 바와 같이, 외장 부재(206)의 수직벽(214)에 주름이 발생하여, 외장 부재의 강도가 감소될 가능성도 있다.
본 발명은 전극 활물질의 열화 분포의 균일화를 도모하는 동시에, 외장 부재의 강도를 유지하는 것이 가능한 박형 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 측면에서 박형 전지는 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 발전 요소와; 발전 요소를 수용하는 부분에서의 평탄벽 및 상기 평탄벽과 외장 부재의 외주 가장자리 사이에 경사벽을 포함하는 상부 외장 부재 및 하부 외장 부재로 구성되고, 상기 발전 요소를 수용하는 외장 부재; 및 다수의 집전부를 통하여 상기 발전 요소에 접속되고 상기 외장 부재의 외주 가장자리로부터 도출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하고, 여기서, 전지의 내측이 진공으로 될 때, 경사벽이 전지의 내측을 향하여 만곡한다.
본 발명의 제2 측면에서는 다수의 박형 전지를 포함하는 배터리를 제공하고, 각각의 박형 전지는 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 발전 요소와; 발전 요소를 수용하는 부분에서의 평탄벽 및 상기 평탄벽과 외장 부재의 외주 가장자리 사이에 경사벽을 포함하는 상부 외장 부재 및 하부 외장 부재로 구성되고, 상기 발전 요소를 수용하는 외장 부재; 및 다수의 집전부를 통하여 상기 발전 요소에 접속되고 상기 외장 부재의 외주 가장자리로부터 도출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하고, 여기서 전지의 내측이 진공으로 될 때, 경사벽이 전지의 내측을 향하여 만곡한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 참조하여 설명한다.
도 2 및 도 3(a) 내지 도 3(c)에 있어서, 본 발명의 제1 실시 형태의 박형 전지(10)의 전체 구성을 설명한다. 박형 전지(10)는 리튬계 박형 2차 전지이고, 5개의 양극판(101), 11개의 세퍼레이터(102), 5개의 음극판(103), 양극 단자(104), 음극 단자(105), 상부 외장 부재(106), 하부 외장 부재(107), 및 특별히 도시되지 않은 전해질을 포함한다. 그 중에서 양극판(101), 세퍼레이터(102), 및 음극판(103)을 발전 요소로서 칭한다.
양극판(101), 세퍼레이터(102), 및 음극판(103)의 수는 본 발명에서의 상기 수에 한정되지 않고, 발전 요소(108)는 1개의 양극판(101), 3개의 세퍼레이터(102), 및 1개의 음극판(103)으로 구성될 수 있다. 양극판(101), 세퍼레이터(102), 및 음극판(103)의 수는 필요에 따라 선택할 수 있다.
발전 요소(108)를 구성하는 양극판(101)은 하기와 같이 제조된다. 우선, 금속 산화물 등의 양극 활물질, 카본 블랙 등의 도전재, 및 폴리테트라플루오로에틸렌의 수성 분산액 등의 접착제가 예를 들면, 중량비 100/3/10으로 혼합된다. 이 혼합물을 양극측 집전체로서의 알루미늄 박 등의 각 표면에 도포하여, 건조시킨다. 따라서, 얻어진 시트를 압연한 후에 소정의 크기로 절단하여 양극판(101)을 얻는다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌의 수성 분산액의 상기 비율은 그 고형분에 기초하여 결정된다.
양극 활물질로서는, 예를 들면, 니켈산리튬(LiNiO2), 망간산리튬(LiMnO2), 또는, 코발트산리튬(LiCoO2) 등의 리튬계 복합 산화물이나, 리튬 칼코겐화물(Li2S, Li2Se, 및 Li2Te) 등을 들 수 있다. 이들의 재질은 박형 전지 내부의 발열을 비교적 발산시키기 쉽고, 외장 부재(106, 107)에 대한 응력의 발생을 비교적 작게 억제하여, 상부 외장 부재(106)의 단차부(111)에서의 주름의 발생을 억제할 수 있다.
발전 요소(108)를 구성하는 음극판(103)은 하기와 같이 제조된다. 비정질 탄소, 하드 카본, 소프트 카본, 및 흑연 등과 같이, 리튬 이온을 흡장 및 방출하는 음극 활물질에 유기물 소성체의 전구체 재료로서의 스티렌-부타디엔 고무 분말의 수성 분산액을, 예를 들면, 고형분비 100:5로 혼합한다. 혼합물을 건조시킨 후에 분쇄함으로써 탄소 입자 표면에 탄화한 스티렌-부타디엔 고무를 담지시킨 것을 음극판(103)의 주재료로 한다. 다음에 얻어진 입자에 아크릴 수지 에멀션 등의 바인더를, 예를 들면, 중량비 100:5로 혼합한다. 이어서, 이 혼합물을, 음극측 집전체로서의 니켈 박 혹은 구리 박 등의 금속박의 양면에 도포하여, 건조시킨다. 얻어진 시트를 압연한 후에 소정의 크기로 절단하여 음극판(103)을 얻는다.
음극 활물질로 비정질 탄소 또는 하드 카본을 이용하면, 충방전 때에 있어서의 전위의 평탄 특성이 부족하고, 방전량에 따라 출력 전압도 저하한다. 그러므로, 음극 활물질로 비정질 탄소 또는 하드 카본을 사용하는 전지는 통신기기나 사무기기의 전원에는 맞지 않는다. 그렇지만, 이러한 전지를 전기 자동차 등의 전원으로서 이용하면 급격한 출력 전압의 저하가 없으므로 유리하다.
발전 요소(108)의 세퍼레이터(102)는 상술한 양극판(101)과 음극판(103)과의 단락을 방지한다. 세퍼레이터(102)는 전해질을 유지하는 기능을 구비해도 된다. 게다가, 세퍼레이터(102)의 각각은 예를 들면, 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀 등으로 구성되는 다공질 막이다. 세퍼레이터(102)를 통하여 과전류가 흐르면, 그 발열에 의해 세퍼레이터의 기공이 폐색되어 전류를 차단하는 기능도 갖는다.
세퍼레이터(102)는 폴리올레핀 등 단층막에 한정되지 않고, 폴리프로필렌 막을 폴리에틸렌 막으로 샌드위치한 3층 구조나, 폴리올레핀 다공질 막과 유기 부직포 등을 적층한 것도 이용할 수 있다. 세퍼레이터(102)를 복층화함으로써, 세퍼레이터(102)에 과전류의 방지 기능, 전해질 유지 기능 및 세퍼레이터의 형상 유지(강성 향상) 기능 등의 제기능을 부여할 수 있다. 게다가, 세퍼레이터(102) 대신에 겔 전해질 또는 진성 폴리머 전해질 등을 이용할 수도 있다.
상기 발전 요소(108)에 있어서, 양극판(101), 세퍼레이터(102), 및 음극판(103)을 연속적으로 적층하여, 양극판(101)과 음극판(103)이 교대로, 이 양극판(101)과 음극판(103) 사이에 세퍼레이터(102)가 위치하도록 하는 순서로 적층된다. 또한, 그 최상부 및 최하부에 세퍼레이터(102)가 1개씩 적층되어 있다. 5개의 양극판(101)의 각각은, 양극측 집전부(104a)를 통하여, 금속박제의 양극 단자(104)에 접속되고, 5개의 음극판(103)은 음극측 집전부(105a)를 통하여, 마찬가지로 금속박제의 음극 단자(105)에 접속되어 있다.
양극 단자(104) 및 음극 단자(105)의 재료는 재료가 전기 화학적으로 안정한 금속 재료이면 특별히 한정되지 않는다. 양극 단자(104)의 재료는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 니켈, 등일 수 있다. 음극 단자(105)의 재료는 니켈, 구리, 스테인리스 강, 철, 등일 수 있다. 이들 금속은 금속의 저항값, 선 팽창 계수, 및 저항률에 있어서, 박형 전지의 구성 요소로서 특히 적당하다. 게다가, 사용 온도를 바꾼 경우에도 외장 부재(106, 107)에 대한 응력의 발생을 비교적 작게 억제하고, 외장 부재(106)의 단차부(111)에 주름이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 본 실시 형태의 양극측 집전부(104a)도 음극측 집전부(105a)의 모두, 양극판(101) 및 음극판(103)의 집전체를 구성하는 알루미늄 박이나 니켈 박, 구리 박, 철 박의 부분을 연장하여 구성되어 있지만, 별도의 재료나 부품에 의해 이 집전부(104a, 105a)를 구성할 수도 있다.
발전 요소(108)는 상부 외장 부재(106) 및 하부 외장 부재(107)에 의해 봉지되어 있다. 본 실시 형태에서의 상부 외장 부재(106) 및 하부 외장 부재(107)는 양극 단자(104)의 측으로부터 박형 전지(10)의 외측을 향하여 내층, 중간층, 및 외층을 포함하는 3층상 구조를 갖는다. 내층은 예를 들면, 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 또는, 아이오노머 등의 내전해액성 및 열 융착성이 뛰어난 수지 필름으로 구성되어 있다. 중간층은 알루미늄 등의 금속 박으로 구성되어 있다. 외층은 예를 들면, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 등의 전기 절연성이 뛰어난 수지 필름으로 구성되어 있다. 상부 외장 부재(106) 및 하부 외장 부재(107)의 모두, 수지-금속 박막의 라미네이트재 등의 가요성 재료로 구성된다. 수지-금속 박막의 라미네이트재는 예를 들면, 알루미늄 박 등의 금속박의 한 쪽 면(박형 전지(10)의 내측면)을 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 또는, 아이오노머 등의 수지로 라미네이트하고, 다른 쪽 면(박형 전지(10)의 외측면)을 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지 등으로 라미네이트한다.
상기한 바와 같이, 각각의 외장 부재가 수지층과 함께 금속층을 구비한다. 따라서, 외장 부재 자체의 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 외장 부재는 예를 들면 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌, 또는 아이오노머 등의 수지로 구성된다. 금속 단자와 외장 부재 사이에 양호한 융착성을 확보하는 것이 가능해진다. 게다가, 이 수지의 연신 용이성에 의해 단차부에서의 주름의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
도 2 및 도 3(a) 내지 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 봉지된 외장 부재(106, 107)의 한 쪽 단부로부터 양극 단자(104)가 도출하고, 다른 쪽의 단부로부터 음극 단자(105)가 도출한다. 따라서, 양극 단자(104) 및 음극 단자(105)의 두께 분만큼 상부 외장 부재(106)와, 하부 외장 부재(107)가 봉지되는 융착부(109)에 틈새가 발생한다. 박형 전지(10) 내부의 봉지성을 유지하기 위해서, 양극 단자(104) 및 음극 단자(105)와 외장 부재(106, 107)가 접촉하는 부분에, 예를 들면, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등으로 구성된 시트 필름을 열 융착 등의 방법으로 개재시킬 수도 있다. 양극 단자(104) 및 음극 단자(105) 중 어느 것에도, 이 시트 필름은 외장 부재(106, 107)를 구성하는 수지와 동일 계통의 수지로 구성하는 것이 열 융착성의 관점으로부터 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에서의 상부 외장 부재(106)는 예를 들면, 프레스 성형 가공 등의 수법에 의해, 평탄벽(110) 및 경사벽(112)을 포함하는 성형품을 미리 성형 가공한다. 평탄벽(110)을 내부에 발전 요소(108)를 수용하는 부분에 실질적으로 평탄하도록 형성한다. 경사벽(112)을 평탄벽(110)과 외주를 따른 융착부(109) 사이에 평탄하도록 형성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 경사벽(112) 각각은 양극 단자(104) 및 음극 단자(105)가 연장하는 평면에 대하여 45∼80°의 각도(θ)로 경사하도록 성형되어 있다. 도 4에 있어서, 각도(θ)는 엇각으로 나타내고 있다.
본 실시 형태에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 특히, 양극 단자(104)가 도출하는 쪽에 성형되어 있는 경사벽(112)은 양극측 집전부(104a) 중에서 상부 외장 부재(106)의 가장 근방에 위치하는 양극측 집전부(104a)에 대하여 실질적으로 평행하도록 성형되어 있다. 음극 단자(105)가 도출하는 쪽에 성형되어 있는 경사벽(112)은 음극측 집전부(105a) 중에서 상부 외장 부재(106)의 가장 근방에 위치하는 음극측 집전부(105a)에 대하여 실질적으로 평행하도록 성형되어 있다.
본 발명에 있어서의 각각의 경사벽의 각도(θ)는 45∼80°의 각도로 설정할 수 있다. 이 각도가 증가함에 따라, 후술하는 실시예에서 나타나는 바와 같이 면압 분포가 균일해지고, 게다가 박형 전지의 체적을 작게 할 수 있다.
이들의 외장 부재(106, 107)에 의해, 상술한 발전 요소(108), 양극측 집전부(104a), 양극 단자(104)의 일부, 음극측 집전부(105a) 및 음극 단자(105)의 일부를 피복한다. 외장 부재(106, 107)에 의해 형성되는 공간에, 유기 용매에 과염소산리튬, 불화붕소리튬 등의 전해질을 함유하는 전해액을 주입한다. 상부 외장 부재(106) 및 하부 외장 부재(107)의 내측을 진공 상태로 한 후에, 외장 부재(106, 107)의 외주 가장자리의 융착부(109)를 열 프레스에 의해 열 융착하여 봉지한다.
유기 용매로서, 프로필렌카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC) 등의 에스테르계 용매를 들 수 있다. 본 발명의 유기 용매는 이것만에 한정되는 일 없이, 에스테르계 용매에, γ-부티로락톤(γ-BL), 디에톡시에탄(DEE) 등의 에테르계 용매를 혼합하여 조제한 유기 용매도 이용할 수 있다.
본 실시 형태의 이러한 구성의 박형 전지(10)에 있어서, 우선, 전지(10)가 진공 상태가 될 때, 상부 외장 부재(106)에 미리 성형된 넓은 평탄벽(110)을 통하여 전극판(101, 103)을 균일하게 가압한다. 그러므로, 면압 분포에 의존하는 양극 및 음극 활물질의 열화 분포의 편차를 없애고, 이 열화 분포의 균일화를 도모하는 것이 가능해진다. 게다가, 전지(10)가 진공 상태가 될 때, 상부 외장 부재(106)에 미리 성형된 경사벽(112)이 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 집전부(104a, 105a)에 추종하여 전지(10)의 내측을 향하여 만곡되어, 상부 외장 부재(106)의 매끄러운 단차부(111)가 형성되고, 실질적으로 원호 형상을 갖는다. 그러므로, 단차부(111)에서의 주름의 발생이 억제되고, 외장 부재(106, 107)의 강도를 유지하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태의 박형 전지(10)에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 평탄벽(110)에 의한 면압 분포의 균일화에 따라, 발전 요소(108) 전체에 인가되는 면압이 향상한다. 이 면압의 향상으로 의해 전극판(101, 103) 끼리의 간격이 전체적으로 좁아져 임피던스가 저하한다. 박형 전지(10)가 본래 구비하는 용량을 충분히 발휘시키는 것이 가능해진다. 도 5에 있어서의 종래 구조란, 도 1(a)에 도시하는 상부 외장 부재를 볼록 형상의 성형품으로 한 박형 전지이다.
이상과 같이 봉지된 박형 전지(10)는 총 두께 1∼10㎜을 갖는 것이 바람직하다. 박형 전지의 두께를 10㎜ 이하로 할 때, 박형 전지 내측으로부터 열이 방출되기 더욱 쉬워지기 쉽다. 그러므로, 외장 부재에 대한 응력의 발생을 비교적 작게 억제하고, 단차부에 주름이 발생하는 것을 억제할 수 있는 동시에, 전지의 열 열화의 영향도 감소한다. 박형 전지의 두께를 1㎜ 이상으로 함으로써, 충분한 용량을 확보할 수 있고 경제적인 효율을 증가시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 박형 전지의 제2 실시 형태를 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태의 박형 전지(10A)로서, 박형 전지(10)의 상부 외장 부재(106)에 각부(113)를 추가로 형성하여도 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 실시 형태와 유사한 제2 실시 형태의 박형 전지(10A)의 상부 외장 부재(106A)는 미리 성형된 평탄벽(110) 및 경사벽(112)을 포함한다. 실시 형태의 박형 전지(10A)의 상부 외장 부재(106A)에 있어서, 발전 요소(108)의 상부의 네 구석에 대응하는 위치에 각부(113)가 각각 형성되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각부(113) 각각은 상부 외장 부재(106A)의 평탄벽(110)과 각각의 경사벽(112) 사이에 각각 성형되고, 길이(L)의 수직 부위를 각각 갖고 있다. 발전 요소(108)가 연장하는 평면에 대하여 실질적으로 수직한다. 본 실시 형태에 있어서의 각 각부(113)의 수직 부위의 길이(L)는 도 6에 도시된 바와 같이, 발전 요소(108)에 있어서 상측에 적층된 1개의 양극 단자(101), 3개의 세퍼레이터(102), 및, 1개의 음극판(103)의 총 두께와 실질적으로 동일하다. 본 발명에 있어서의 각 각부(113)의 수직 부위의 길이(L)는 발전 요소가 갖는 1개의 양극판, 1개의 세퍼레이터, 및, 1개의 음극판의 총 두께인 발전 요소의 기본 단위보다도 길면, 특별히 한정되지 않는다. 각각의 수직 부위의 길이(L)가 증가할수록, 그 효과가 커진다. 그렇지만, 각 각부의 수직 부위가, 경사벽이 집전부에 접촉하지 않을 정도의 길이를 갖는 것이 바람직하다.
제1 실시 형태와 마찬가지로 이 박형 전지(10A)가 진공 상태가 될 때, 상부 외장 부재(106A)에 미리 성형된 넓은 평탄벽(110)을 통하여 전극판(101, 103)을 균일하게 가압한다. 게다가, 상부 외장 부재(106A)에 미리 성형된 경사벽(112)에 의해, 상부 외장 부재(106A)의 매끄러운 단차부(111)가 형성되고, 경사벽(112)은 실질적으로 원호 형상을 갖는다. 그러므로, 양극판(101) 및 음극판(103)의 열화 분포는 균일해지고, 외장 부재(106A, 107)의 강도가 유지될 수 있다.
또한, 실시 형태의 박형 전지(10A)에 있어서, 상부 외장 부재(106A)에 미리 성형된 각부(113)의 수직 부위는 상부 외장 부재(106A)로부터 발전 부재(108)의 외주 가장자리에 인가되는 압력이 감소되어, 발전 요소(108)에 인가되는 면압이 더욱 균일해진다.
다음에, 본 발명의 박형 전지의 제3 실시 형태를 설명한다.
본 발명의 제3 실시 형태의 박형 전지(10B)에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 각부(113)는 박형 전지(10B)의 상부 외장 부재(106B)에 성형되고, 경사벽(112A) 각각은 만곡 형상을 성형된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2 실시 형태의 박형 전지(10A)와 마찬가지로, 제3 실시 형태의 박형 전지(10B)의 상부 외장 부재(106B)에 있어서, 평탄벽(110), 경사벽(112A), 및 평탄벽(110)과 경사벽(112A) 사이의 각부(113)가 미리 성형된다. 또한, 본 실시 형태의 박형 전지(10B)에 있어서, 상부 외장 부재(106B)의 경사벽(112A)의 각각은 만곡 형상으로 성형된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 경사벽(112A)은 박형 전지(10B)의 두께와 실질적으로 동등한 반경(R)으로 박형 전지(10B)의 내측을 향하는 실질적으로 원호 형상이다. 상기 제2 실시 형태의 작용 효과에 덧붙여, 상부 외장 부재(106B)의 경사벽(112A)의 각각은 만곡 형상을 가지므로, 상부 외장 부재(106B)의 여분의 라미네이트재가 삭감된다. 그러므로, 박형 전지가 진공 상태로 될 때, 단차부(111)에서의 주름의 발생이 더욱 억제된다. 외장 부재의 각각의 경사벽의 만곡 형상의 반경(R)은 본 발명에서의 상기 반경에 한정되는 것은 아니다. 이 반경이 작을수록, 주름의 억제 효과가 크고, 만곡 형상의 반경은 박형 전지의 두께와 실질적으로 동일인 것이 바람직하다.
이후, 상기 제1 실시 형태에 관한 박형 전지를 복수 조합시킴으로써 구성되는 배터리, 및 배터리를 복수 조합시킴으로써 구성되는 조합 배터리에 대해서 설명한다.
우선, 2개의 박형 전지(10)를 전기적으로 접속하여 외측 등으로부터 진동에 의해 인가되는 외력에 저항을 갖는 2가지 타입의 구조를 설명한다.
도 8(a)에 도시된 바와 같이, 외력에 대하여 저항을 부여하는 제1 접속 구조는 제1 박형 전지(10a)의 양극 단자(104)와, 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)가 동일 방향으로 도출하도록 하는 방향에서, 제1 박형 전지(10a)와 제2 박형 전지(10b)를 실질적으로 동일 평면 상에 병렬 배치시킨다. 제1 박형 전지(10a)의 양극 단자(104) 및 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)는 제1 버스 바(21a)를 통하여 서로 전기적으로 접속된다. 제1 박형 전지(10a)의 음극 단자(105) 및 제2 박형 전지(10b)의 음극 단자(105)는 제2 버스 바(21b)를 통하여 서로 전기적으로 접속된다. 상기한 바와 같이, 2개의 박형 전지의 동일극 단자 간을 버스 바에 의해 접속하여 링크 구조로 한다. 따라서, 외측 등으로부터의 진동의 외력이 박형 전지에 동일 위상으로 인가되므로, 이러한 구조는 각 박형 전지에 발생하는 비틀림 대하여 강하다.
한편, 도 8(b)에 도시되는 바와 같이, 제1 박형 전지(10a) 및 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)가 반대 방향으로 도출하도록 하는 방향에서, 제1 박형 전지(10a)와 제2 박형 전지(10b)를 실질적으로 동일 평면 상에 병렬 배치한다. 제1 박형 전지(10a)의 양극 단자(104) 및 제2 박형 전지(10b)의 음극 단자(105)는 전기적으로 접속되지 않고, 제1 박형 전지(10a)의 음극 단자(105) 및 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)는 제2 버스 바(21b)를 통하여 전기적으로 접속되어, 제1 박형 전지(10a) 및 제2 박형 전지(10b)를 직렬로 접속한다. 2개의 박형 전지의 다른 극을 가진 단자 간이 버스 바를 통하여 서로 접속되어, 상기한 바와 같이 비 링크 구조를 형성할 때, 외측 등으로부터의 진동에 의한 외력이 독립적으로 각각의 박형 전지에 인가되므로, 이러한 구조는 병렬 접속의 상기 경우보다 비틀림에 대하여 약하다.
제2 접속 구조에 있어서, 도 9(a)에 도시되는 바와 같이, 제1 박형 전지(10a)의 양극 단자(104)와, 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)가 동일 방향으로 도출하도록 하는 방향에서, 제1 박형 전지(10a) 상에 제2 박형 전지(10b)를 적층한다. 제1 박형 전지(10a)의 양극 단자(104)와 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)를 용착하여 전기적으로 서로 접속한다. 마찬가지로, 제1 박형 전지(10a)의 음극 단자(105)와 제2 박형 전지(10b)의 음극 단자(105)를 용착하여 서로 전기적으로 접속한다. 상기한 바와 같이, 2개의 박형 전지의 동일극 단자 간을 접속하여 링크 구조로 한다. 그러므로, 외측 등으로부터의 진동에 의한 외력이 각각의 박형 전지 동일 위상으로 인가되므로, 이러한 구조는 각 박형 전지에 발생하는 비틀림 대하여 강하다.
한편, 도 9(b)에 도시되는 바와 같이, 제1 박형 전지(10a)의 양극 단자(104)와 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)가 반대 방향으로 도출하도록 하는 방향에서, 제1 박형 전지(10a) 상에 제2 박형 전지(10b)를 적층한다. 제1 박형 전지(10a)의 양극 단자(104) 및 제2 박형 전지(10b)의 음극 단자(105)는 전기적으로 접속되지 않고, 제1 박형 전지(10a)의 음극 단자(105)와 제2 박형 전지(10b)의 양극 단자(104)를 용착하여 전기적으로 서로 접속한다. 2개의 박형 전지의 다른 극을 갖는 단자 간이 서로 접속되어 상기한 바와 같이 비 링크 구조로 될 때, 외측 등으로부터의 진동에 의한 외력이 독립적으로 각각의 박형 전지에 인가되므로, 이러한 구조는 병렬 접속의 상기 경우보다 비틀림에 대하여 약하다.
도 10(a) 내지 도 10(c)는 상기 접속 구조를 사용하여 병렬적으로 접속된 24개의 박형 전지(10)로 구성된 배터리(20)를 도시한다. 이 배터리(20)는 24개의 박형 전지(10), 배터리 단자(22, 23), 및 배터리 커버(25)를 포함한다. 특별히 도면에 도시되지 않지만, 박형 전지(10)의 동일극을 갖는 단자는 상기 접속 구조의 버스 바(21a, 21b)를 통하여 접속되어, 박형 전지는 병렬적으로 접속된다. 양극 단자(104)를 접속하는 제1 버스 바(21a)는 실질적으로 원통형이고 배터리 커버(25)로부터 도출되는 배터리 양극 단자(22)에 접속된다. 마찬가지로, 음극 단자(105)를 접속하는 제2 버스 바(21b)는 실질적으로 원통형이고 배터리 커버(25)로부터 도출되는 배터리 음극 단자(23)에 접속된다. 이렇게 접속된 24개의 박형 전지(10)가 배터리 커버(25) 내부에 제공되고, 배터리(20)의 커버(25)와 배터리(20)의 다른 구성 요소 사이에 형성된 공간을 충전제(24)로 충전하여 봉지한다. 또한, 후술하는 조합 배터리로서 배터리(20)가 적층되었을 때에, 배터리(20) 간의 진동의 전달을 저감시키기 위해, 배터리 커버(25) 하면의 네 구석에 외부 탄성체(26)가 장착되어 있다.
도 11(a) 내지 도 (11c)는 도 10(a) 내지 도 10(c)에 도시된 전기적으로 서로 접속되어 있는 6개의 배터리(20)로 구성된 조합 배터리(30)를 도시한다. 도 11(a) 내지 도 (11c)에 도시되는 바와 같이, 조합 배터리(30)에 있어서, 배터리(20)의 단자(22, 23)가 동일 방향으로 도출되는 방향에서 배터리(20)를 적층한다. 특히, 제(m+l)층에서의 배터리(20)의 단자(22, 23)를 제(m)층에서의 배터리(20)의 단자(22, 23)와 각각 동일 방향으로 도출하는 방향에서, 제(m+l)층에 위치한 배터리(20)를 제(m)층에 위치한 배터리(20) 상에 적층한다. 여기서, m은 자연수이다. 동일 방향으로 향하는 모든 배터리(20)의 배터리 양극 단자(22)는 조합 배터리(30)와 외측을 접속시키기 위한 외부 접속용 양극 단자(31)를 통하여 서로 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, 동일 방향으로 향하는 모든 배터리(20)의 배터리 음극 단자(23)는 외부 접속용 음극 단자(32)를 통하여 서로 전기적으로 접속된다. 도면에 도시되는 바와 같이, 외부 접속용 양극 단자(31)는 실질적으로 직사각형 평판 형상이고, 복수의 단자 접속용 구멍이 구비된다. 단자간 접속용 구멍의 각각은 배터리 양극 단자(22)를 삽입 가능한 직경을 갖는다. 단자간 접속용 구멍은 적층된 배터리(20)의 배터리 양극 단자(22)의 간격과 실질적으로 동일한 간격으로 가공되어 있다. 외부 접속용 음극 단자(32)에 마찬가지의 단자 접속용 구멍이 구비된다. 상기와 같이 적층된 6개의 배터리(20)는 그 양쪽 면부에 평판상 연결 부재(34)로 서로 연결되고, 또한 고정 나사(35)에 의해 체결, 고정되어 있다.
상기한 바와 같이, 단위로서 소정의 수의 박형 전지를 기초하여 배터리를 구성하고, 단위로서 배터리에 기초하여 조합 배터리를 구성한다. 그러므로, 요구되는 용량, 전압 등에 적당한 조합 배터리를 용이하게 얻는 것이 가능해진다.
게다가, 복잡한 접속을 수반하는 일 없이 조합 배터리를 구성할 수 있으므로, 접속 불량 등에 의한 조합 배터리의 고장률을 저감하는 것이 가능해진다.
또한, 조합 배터리를 구성하는 일부의 박형 전지가 고장 혹은 열화하여, 이 박형 전지의 교환을 필요로 하는 경우, 고장 혹은 열화된 박형 전지를 포함하는 배터리만을 교환함으로써, 조합 배터리를 용이하게 수리하는 것이 가능해진다.
도 12는 예를 들면, 전기 자동차 등의 차량(1)의 플로어 아래에 상기 조합 배터리(30)를 탑재한 예를 도시하는 모식도이다. 전극판의 면적이 큰 차량 용도의 박형 전지에서는, 양극 및 음극 활물질의 열화 분포가 변화할 가능성이 높다. 그러므로, 열화 분포가 균일화되는 본 실시 형태의 박형 전지(10)를 이용한 조합 배터리(30)를 차량(1)에 이용하는 것은 특히 유효하다.
상기한 바와 같이, 제1 내지 제3 실시 형태의 각각의 박형 전지에 있어서, 우선, 박형 전지의 외장 부재의 발전 요소를 수용하는 부분에 평탄벽을 미리 성형하여, 전지를 진공 상태로 했을 때에, 이 넓은 평탄벽으로 전극판을 균일하게 가압한다. 그러므로, 면압 분포에 의존하는 전극 활물질의 열화 분포가 변화되지 않고, 열화 분포의 균일화가 가능해진다. 다음에, 평탄벽과 외장 부재의 외주 가장자리 사이에 경사벽을 미리 성형함으로써, 전지를 진공 상태로 했을 때에, 외장 부재는 집전부를 추종하여 변형하여 매끄러운 단차부를 형성한다. 그러므로, 단차부에 있어서의 주름의 발생이 억제되어, 외장 부재의 강도를 유지하는 것이 가능해진다. 게다가, 본 실시 형태의 박형 전지에 있어서, 상부 외장 부재의 평탄벽에 의해 면압 분포의 균일화에 따라 발전 요소 전체에 인가되는 면압이 향상한다. 전극판끼리의 간격이 전체적으로 좁아져 임피던스가 저하한다. 그러므로, 박형 전지가 구비하는 용량을 충분히 발휘시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 제2 및 제3 실시 형태의 박형 전지에 있어서, 발전 요소의 상위 표면에 대하여 실질적으로 수직한 부위를 갖는 적어도 하나의 각부를 발전 요소의 적어도 1개의 각에 대응하는 위치에 미리 성형한다. 전지 내부를 진공 상태로 했을 때에, 외장 부재로부터 발전 요소의 외주 가장자리에 인가되는 압력이 완화된다. 전극판끼리의 간격의 편차가 억제되며, 발전 요소에 인가되는 면압 분포의 균일화를 도모하는 것이 가능해진다. 게다가, 각부가 가지는 수직 부위의 길이를 적어도 각각 1개의 양극판, 세퍼레이터 및 음극판의 총 두께보다도 두껍게 한다. 그러므로, 외장 부재로부터 발전 요소에 인가되는 면압의 균일화를 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 제3 실시 형태의 박형 전지에 있어서, 외장 부재의 경사벽 각각은 만곡 형상을 갖고, 여분의 수지-금속 박막의 라미네이트재가 삭감된다. 그러므로, 전지의 내측이 진공 상태로 될 때, 외장 부재에 주름이 발생하는 것을 보다 억제하는 것이 가능해진다.
상기 실시 형태는 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 기재된 것이며, 본 발명을 한정하기 위해서 기재된 것이 아니다. 따라서, 상기 실시 형태에 개시된 각 구성 요소는 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계 변경이나 균등물도 포함하는 취지이다. 예를 들면, 배터리를 구성하는 박형 전지의 수, 조합 배터리를 구성하는 배터리의 수, 배터리를 구성하는 박형 전지의 접속 방법, 및, 조합 배터리를 구성하는 배터리의 접속 방법은 상기의 수 및 접속 방법에 한정되는 것은 아니고. 그 수 및 접속 방법(직렬 접속, 병렬 접속, 직렬 병렬 복합 접속)을 요구되는 전기 용량, 전압 등에 따라 적당히 설정할 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태의 박형 전지를 포함하는 배터리, 조합 배터리, 및 차량을 설명했지만, 배터리, 조합 배터리, 및 차량은 제2 또는 제3 실시 형태의 박형 전지를 포함할 수 있다.
이후, 본 발명에 대한 구체적인 형태를 부여하는 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1의 박형 전지는 하기와 같이 제조된다. 실시예 1의 박형 전지에 있어서, 양극 단자, 음극 단자, 양극 활물질, 및 음극 활물질에는 각각 두께 100㎛의 알루미늄 박, 두께 100㎛의 구리 박, 리튬-망간계 복합 산화물, 결정성 탄소재를 이용한다. 상부 외장 부재로서 제1 실시 형태의 도 4와 같은 평탄벽과 경사벽만을 수지-금속 박막의 라미네이트재에 성형했다. 이 상부 외장 부재의 경사벽은 전극 단자의 표면에 대하여 이루는 각도(θ)가 60ㅀ로 되도록 성형했다. 실시예 1에 있어서 제작한 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 나타낸다.
(표 1)
이 박형 전지에 대해서, 상부 외장 부재의 단차부에 있어서의 주름 발생량, 발전 요소에 있어서의 면압 분포 및 면압의 향상률의 측정을 행했다. 상부 외장 부재의 주름 발생량의 측정은 전지를 진공 상태로 한 후의 외장 부재의 단차부를 육안 관찰로 행했다. 발전 요소에서의 면압 분포의 측정을 하기와 같이 실시했다. 마이크로미터를 이용하여 진공 상태로 한 박형 전지의 9개소((상부, 중부, 하부)ㅧ(우, 중앙, 좌))의 위치에 있어서의 두께를 상세하게 측정하였다. 실시예의 것과 동일한 재료로 구성된 전지에 하중을 인가한 경우의 두께 변화를 측정함으로써 작성된 면압-두께의 마스터 커브에 의해 상기 위치에서의 측정된 두께를 면압으로 변환했다. 면압의 향상률은 대표적인 박형 전지의 면압과 비교예 1의 것을 비교하여, 면압의 향상률을 산출함으로써 측정했다. 여기서, 대표적인 면압은 상기 9개소 위치에서의 면압의 평균값이다.
따라서, 실시예 1에 있어서의 주름 발생량의 측정에서는, 표 2에 나타나는 바와 같이, 비교예 1의 박형 전지와 비교하여, 실시예 1의 상부 외장 부재의 단차부에 있어서 주름의 발생량이 대폭으로 감소했다. 실시예 1에 있어서의 면압 분포는 거의 편차 없이 균일화되어 있고, 면압이 전체로서 약 13% 향상하고 있었다.
(표 2)
표 2에 있어서, 주름의 발생량의 관점에서, "A"는 주름이 매우 감소, "B"는 주름이 큰 폭으로 감소, 및 "C"는 주름의 다수 발생을 나타낸다. 면압 분포의 관점에서, "Y"는 면압 분포에 편차가 거의 없는 상태, 및 "N"은 면압 분포에 넓은 편차가 있는 상태를 나타낸다.
(실시예 2)
실시예 2의 박형 전지를, 표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1의 것과 동일한 양극 활물질 및 음극 활물질과 양극 단자 및 음극 단자를 사용하여 제조하였다. 상부 외장 부재로서, 제1 실시 형태의 도 4에 도시된 바와 같이 평탄벽과 경사벽만을 수지-금속 박막의 라미네이트재에 성형했다. 상부 외장 부재의 경사벽은 전극 단자의 표면에 대하여 이루는 각도(θ)가 80°로 되도록 성형했다. 실시예 2에 제작된 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 도시한다.
이 박형 전지에 대해서는 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 상부 외장 부재의 단차부에서 발생한 주름의 발생량, 발전 요소의 면압 분포, 및 면압의 향상률을 측정했다. 따라서, 표 2에 나타나는 바와 같이, 실시예 2에서 발생한 주름 발생량의 측정에 있어서, 비교예 1의 박형 전지와 비교하여, 상부 외장 부재의 단차부에서의 주름의 발생량이 대폭으로 감소했다. 실시예 2에 있어서의 면압 분포는 거의 편차 없이 균일화되어 있고, 면압이 전체로서 약 15% 향상하고 있었다.
(실시예 3)
실시예 3의 박형 전지를, 표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1의 것과 동일한 양극 활물질 및 음극 활물질과 양극 단자 및 음극 단자를 사용하여 제조하였다. 상부 외장 부재로서, 제1 실시 형태의 도 4에 도시된 바와 같이 평탄벽과 경사벽만을 수지-금속 박막의 라미네이트재에 성형했다. 상부 외장 부재의 경사벽은 전극 단자의 표면에 대하여 이루는 각도(θ)가 45°로 되도록 성형했다. 실시예 3에 있어서 제작한 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 나타낸다.
이 박형 전지에 대해서는 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 상부 외장 부재의 단차부에서 발생한 주름의 발생량, 발전 요소의 면압 분포, 및 면압의 향상률을 측정했다. 따라서, 표 2에 나타나는 바와 같이, 실시예 3에 있어서의 주름 발생량의 측정에서는, 비교예 1의 박형 전지와 비교하여, 상부 외장 부재의 단차부에서의 주름의 발생량이 대폭으로 감소했다. 실시예 3에 있어서의 면압 분포는 거의 편차 없이 균일화되어 있고, 면압이 전체로서 약 10% 향상하고 있다.
(실시예 4)
실시예 4의 박형 전지를 표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1의 것과 동일한 양극 활물질 및 음극 활물질과 양극 단자 및 음극 단자를 사용하여 제조하였다. 상부 외장 부재로서, 제2 실시 형태의 도 6와 같은 평탄벽, 경사벽 및 평탄벽의 네 구석에서의 각부를 수지-금속 박막의 라미네이트재에 성형했다. 상부 외장 부재의 경사벽은 전극 단자의 표면에 대하여 이루는 각도(θ)가 80°로 되도록 성형했다. 각각의 각부의 수직 부위의 길이(L)는 1개의 양극판, 1개의 세퍼레이터, 및, 1개의 음극판의 총 두께에 상당하는 약 0.3㎜로 설정했다. 실시예 4에 있어서 제작한 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 나타낸다.
이 박형 전지에 대해서는 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 상부 외장 부재의 단차부에서 발생한 주름의 발생량, 발전 요소의 면압 분포, 및 면압의 향상률을 측정했다. 따라서, 표 2에 나타나는 바와 같이, 실시예 4에 있어서의 주름의 발생량의 측정에서는, 비교예 1의 박형 전지와 비교하여, 상부 외장 부재의 단차부에 있어서 주름의 발생량이 대폭으로 감소했다. 실시예 4에 있어서의 면압 분포는 거의 편차 없이 균일화되어 있고, 면압이 전체로서 약 20% 향상하고 있다.
(실시예 5)
실시예 5의 박형 전지를, 표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1의 것과 동일한 양극 활물질 및 음극 활물질과 양극 단자 및 음극 단자를 사용하여 제조하였다. 상부 외장 부재로서, 제2 실시 형태의 도 6와 같은 평탄벽, 경사벽 및 평탄벽의 네 구석에서의 각부를 수지-금속 박막의 라미네이트재에 성형했다. 상부 외장 부재의 경사벽은 전극 단자의 표면에 대하여 이루는 각도(θ)가 80°로 되도로 성형했다. 각각의 각부의 수직 부위의 길이(L)는 3개의 양극 단자, 3개의 세퍼레이터, 및 3개의 음극 단자의 총 두께에 상당하는 약 0.9㎜로 설정했다. 실시예 5에 있어서 제작한 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 나타낸다.
이 박형 전지에 대해서는 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 상부 외장 부재의 단차부에서 발생한 주름의 발생량, 발전 요소의 면압 분포, 및 면압의 향상률을 측정했다. 따라서, 표 2에 나타나는 바와 같이, 실시예 5에 있어서의 주름 발생량의 측정에서는, 비교예 1의 박형 전지와 비교하여, 상부 외장 부재의 단차부에 있어서 주름의 발생량이 대폭으로 감소했다. 실시예 5에 있어서의 면압 분포는 거의 편차 없이 균일화되어 있고, 면압이 전체로서 약 23% 향상하고 있었다.
(실시예 6)
실시예 6의 박형 전지를, 표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1의 것과 동일한 양극 활물질 및 음극 활물질과 양극 단자 및 음극 단자를 사용하여 제조하였다. 상부 외장 부재로서, 제3 실시 형태의 도 7과 같은 평탄벽, 만곡 형상의 경사벽, 및 평탄벽의 네 구석에서의 각부를 수지-금속 박막의 라미네이트재에 성형했다. 상부 외장 부재의 경사벽 각각의 만곡 형상은 발전 요소의 총 두께 4㎜에 상당하는 반경의 원호로 한다. 각각의 각부의 수직 부위의 길이(L)는 3개의 양극 단자, 3개의 세퍼레이터, 및 3개의 음극 단자의 총 두께에 상당하는 약 0.9㎜로 설정했다. 실시예 6에 있어서 제작한 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 나타낸다
이 박형 전지에 대해서는 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 상부 외장 부재의 단차부에서 발생한 주름의 발생량, 발전 요소의 면압 분포, 및 면압의 향상률을 측정했다. 따라서, 표 2에 나타나는 바와 같이, 실시예 6에 있어서의 주름 발생량의 측정에서는, 비교예 1의 박형 전지와 비교하여, 상부 외장 부재의 단차부에 있어서 주름의 발생량이 대폭으로 감소했다. 실시예 6에 있어서의 면압 분포는 거의 편차 없이 균일화되어 있고, 면압이 전체로서 약 30% 향상하고 있었다.
(비교예 1)
비교예 1의 박형 전지를, 표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1의 것과 동일한 양극 활물질 및 음극 활물질과 양극 단자 및 음극 단자를 사용하여 제조하였다. 상부 외장 부재로서, 수지-금속 박막의 라미네이트재를 도 1(a)와 같이 평탄벽, 평탄벽에 수직한 단차부로 구성된 단순한 볼록 형상으로 성형했다. 비교예 l에 있어서 제작한 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 나타낸다.
이 박형 전지에 대해서는 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 상부 외장 부재의 단차부에서 발생한 주름의 발생량 및 발전 요소의 면압 분포를 측정했다. 따라서, 표 2에 나타나는 바와 같이, 상부 외장 부재의 단차부에 다량의 주름이 발생하고 있고, 발전 요소의 면압 분포에는 편차가 있었다.
(비교예 2)
비교예 2의 박형 전지를, 표 1에 나타나는 바와 같이, 실시예 1의 것과 동일한 양극 활물질 및 음극 활물질과 양극 단자 및 음극 단자를 사용하여 제조하고, 상부 외장 부재로서, 평탄벽, 경사벽 및 각부의 모두가 미성형인 시트 형상의 수지-금속 박막의 라미네이트재를 이용하여 제작했다. 비교예 2에 있어서 제작한 박형 전지의 제작 조건을 표 1에 나타낸다.
이 박형 전지에 대해서는 실시예 1의 것과 동일한 조건하에서 상부 외장 부재의 단차부에서 발생한 주름의 발생량 및 발전 요소의 면압 분포를 측정했다. 따라서, 표 2에 나타나는 바와 같이, 상부 외장 부재의 단차부에서 다량의 주름이 발생하였다. 발전 요소의 면압은 전지의 중앙부에서 작고, 그 외주 가장자리에서 커서, 면압 분포의 편차가 컸다.
실시예 1∼6과 비교예 1, 2를 비교하여, 상부 외장 부재의 단차부에 경사벽을 미리 성형함으로써 단차부에 있어서의 주름의 발생을 현저하게 억제하고, 발전 요소에 있어서의 면압 분포의 균일화를 도모하고, 또한, 발전 요소에 있어서의 면압이 향상하는 것이 확인되었다.
실시예 1∼4와 실시예 5, 6을 비교하여, 상부 외장 부재에 적절한 길이(L)의 수직 부위를 가지는 각부를 미리 성형함으로써, 단차부에 있어서 주름의 발생이 지극히 감소하는 것도 확인되었다.
또한, 발전 요소에 있어서의 면압을 향상시키는 요인으로서, 실시예 1∼3의 비교에 의해 각도(θ)를 크게 하는 것, 실시예 2와 실시예 4와의 비교에 의해 상부 외장 부재에 각부를 형성하는 것, 실시예 4와 실시예 5와의 비교에 의해 이 각부의 수직 부위를 길게 하는 것, 및 실시예 5와 실시예 6과의 비교에 의해 상부 외장 부재에 형성된 경사벽을 만곡 형상으로 하는 것이 확인되었다.
일본국 특허 출원 제 P2003-352748호(2003, 10, 10 출원) 공보의 전체 내용은 본원에 참조에 의해 통합된다.
본 발명은 발명의 특정 실시 형태를 참조하여 상기에 설명하고 있지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 교시의 관점에서, 당업자에 의해 실시된다. 본 발명의 범위는 하기의 청구항을 참조하여 정의된다.
본 발명에 따르면, 전극 활물질의 열화 분포의 균일화를 도모하는 동시에, 외장 부재의 강도를 유지하는 것이 가능한 박형 전지를 제공할 수 있다
도 1(a)은 전지가 진공으로 되기 전에 상부 외장 부재가 볼록 형상으로 성형된 종래의 박형 전지를 도시하는 단면도이다.
도 1(b)는 전지가 진공으로 된 후에 상부 외장 부재가 볼록 형상으로 성형된 종래의 박형 전지를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태의 박형 전지의 투시도이다.
도 3(a)는 도 2에 도시된 박형 전지의 평면도이다.
도 3(b)는 도 3(a)의 선(ⅢB-ⅢB)을 따라 절취한 단면도이다.
도 3(c)는 도 3(a)의 선(ⅢC-ⅢC)을 따라 절취한 단면도이다.
도 4는 박형 전지 전지가 진공으로 되기 전에 선(ⅢB-ⅢB)을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태에서의 박형 전지의 면압-진공 그래프이다.
도 6은 전지가 진공으로 되기 전에 도 3(a)의 선(ⅢB-ⅢB)을 따라 절취한 본 발명의 제2 실시 형태의 박형 전지의 단면도이다.
도 7은 전지가 진공으로 되기 전에 도 3(a)의 선(ⅢB-ⅢB)을 따라 절취한 본 발명의 제3 실시 형태의 박형 전지의 단면도이다.
도 8(a) 및 도 8(b)는 본 발명의 제1 실시 형태의 다수의 박형 전지를 접속하는 구조를 도시하는 도면이다.
도 9(a) 및 도 9(b)는 본 발명의 제1 실시 형태의 다수의 박형 전지를 접속하는 구조를 도시하는 도면이다.
도 10(a)는 본 발명의 제1 실시 형태의 다수의 박형 전지로 구성된 배터리를 도시하는 평면도이다.
도 10(b)는 본 발명의 제1 실시 형태의 다수의 박형 전지로 구성된 배터리를 도시하는 정면도이다.
도 10(c)는 본 발명의 제1 실시 형태의 다수의 박형 전지로 구성된 배터리를 도시하는 측면도이다.
도 11(a)는 본 발명의 다수의 배터리로 구성된 조합 배터리를 도시하는 평면도이다.
도 11(b)는 본 발명의 다수의 배터리로 구성된 조합 배터리를 도시하는 정면도이다.
도 11(c)는 본 발명의 다수의 배터리로 구성된 조합 배터리를 도시하는 측면도이다.
도 12는 본 발명의 조합 배터리가 장착된 차량을 도시하는 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 박형 전지 101 : 양극판
102 : 세퍼레이터 103 : 음극판
104 : 양극 단자 105 : 음극 단자
106 : 상부 외장 부재 107 : 하부 외장 부재
104a : 양극측 집전부 105a : 음극측 집전부
109 : 융착부 113 : 각부
20 : 배터리 30 : 조합 배터리
1 : 차량

Claims (17)

  1. 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 발전 요소와;
    발전 요소를 수용하는 부분에서의 평탄벽 및 상기 평탄벽과 외장 부재의 외주 가장자리 사이에 경사벽을 포함하는 상부 외장 부재 및 하부 외장 부재로 구성되고, 상기 발전 요소를 수용하는 외장 부재; 및
    다수의 집전부를 통하여 발전 요소에 접속되고, 외장 부재의 외주 가장자리로부터 도출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하고,
    전지의 내측이 진공으로 될 때, 경사벽이 전지의 내측을 향하여 만곡하는 박형 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단자의 각각은 평면 형상을 갖고, 상기 전지의 내측이 진공 상태로 되기 전에, 상기 경사벽은 단자의 표면에 대하여 45∼80°도의 각도로 경사하고 있는 박형 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부 외장 부재는 상기 발전 요소의 적어도 1개의 각(corner)에 대응하는 위치에 성형되고, 상기 평탄벽에 대하여 실질적으로 수직한 부위를 갖는 각부를 포함하는 박형 전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 각부에 포함되는 상기 수직 부위의 길이는 양극판, 음극판, 및 세퍼레이터의 총 두께보다 긴 박형 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전지의 내측이 진공 상태로 되기 전에, 상기 경사벽은 상기 다수의 집전부 중의 상기 외장 부재의 근방에 위치하는 집전부에 대하여 실질적으로 평행하게 성형되는 박형 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전지의 내측이 진공 상태로 되기 전에, 상기 경사벽은 전지의 내측을 향하여 만곡하는 박형 전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 양극 단자는 알루미늄, 철, 구리 및 니켈로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1개를 함유하는 박형 전지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 외장 부재는 폴리프로필렌, 변성 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 변성 폴리에틸렌 및 아이오노머(ionomer)로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1개를 함유하는 박형 전지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 양극판은 양극 활물질을 함유하고, 상기 양극 활물질은 리튬계 복합 산화물인 박형 전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 리튬계 복합 산화물은 리튬-망간계 복합 산화물인 박형 전지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 음극판은 음극 활물질을 함유하고, 상기 음극 활물질은 탄소재인 박형 전지.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탄소재는 결정성 탄소재 또는 비결정성 탄소재인 박형 전지.
  13. 다수의 박형 전지를 포함하는 배터리로서, 상기 각각의 박형 전지가
    양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 위치한 세퍼레이터를 포함하는 발전 요소와;
    발전 요소를 수용하는 부분에서의 평탄벽 및 상기 평탄벽과 외장 부재의 외주 가장자리 사이에 경사벽을 포함하는 상부 외장 부재 및 하부 외장 부재로 구성되고, 상기 발전 요소를 수용하는 외장 부재; 및
    다수의 집전부를 통하여 발전 요소에 접속되고, 외장 부재의 외주 가장자리로부터 도출되는 양극 단자 및 음극 단자를 포함하고,
    전지의 내측이 진공으로 될 때, 경사벽이 전지의 내측을 향하여 만곡하도록 구성된 배터리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 각각의 박형 전지는 양극 단자가 다른 박형 전지의 양극 단자와 실질적으로 동일한 방향으로 배향되는 다른 박형 전지 상에 적층되고, 박형 전지와 다른 박형 전지의 동일극의 단자를 서로 전기적으로 접속함으로써 형성되는 배터리.
  15. 제13항에 있어서, 상기 각각의 박형 전지는 양극 단자가 다른 박형 전지의 양극 단자와 실질적으로 동일한 방향으로 배향되는 다른 박형 전지의 측면에 배치되고, 박형 전지와 다른 박형 전지의 동일극의 단자를 접속 부재를 통하여 서로 전기적으로 접속함으로써 형성되는 배터리.
  16. 제13항에 있어서, 조합 배터리는 다수의 배터리를 접속함으로써 형성되는 배터리.
  17. 제13항에 있어서, 상기 배터리는 차량에 장착되는 배터리.
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