KR20100126816A

KR20100126816A - 전지

Info

Publication number: KR20100126816A
Application number: KR1020107023195A
Authority: KR
Inventors: 마사또 고마쯔끼; 히로끼 나가이; 요이찌 나루세; 히로야 곤도오; 가오루 유가하라
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-12-02
Also published as: US20110039154A1; US8871382B2; CN102007622B; KR101117348B1; JP2009259701A; WO2009128375A1; CN102007622A; JP4702640B2

Abstract

이 전지는, 주액구(개구)(201)가 형성된 하우징(200)과, 하우징(200)에 형성된 주액구(201)를 폐색하는 밀봉 캡(210)을 구비하고 있다. 밀봉 캡(210)은 하우징(200)의 주액구(201)를 덮는 박판으로 형성되어 있고, 밀봉 캡(210)의 주연부(211)는 하우징(200)에 접합되어 있고, 밀봉 캡(210)의 중앙부(212)는 주연부(211)로부터 굴곡되어 하우징(200)의 외측을 향해 융기되어 있다. 그리고 당해 밀봉 캡(210)의 굴곡된 코너부에 모따기(213)가 실시되어 있다.

Description

전지 {BATTERY}

본 발명은 전지에 관한 것으로, 예를 들어 차량의 전원으로서 사용되는 2차 전지에 적용 가능한 전지의 구조에 관한 것이다. 또한, 본 출원은 2008년 4월 18일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-109231호에 기초하는 우선권을 주장하고 있고, 그 출원의 전체 내용은 본 명세서 중에 참조로서 포함되어 있다.

전지, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지는, 권회 전극체가 하우징(전지 케이스, 외장 용기)에 수용되어 있다. 이러한 전지의 하우징에는, 전해질을 주입하는 주액구가 형성되어 있다. 전해질을 주입한 후, 주액구는 폐색된다. 이러한 주액구를 폐색하는 구조는, 예를 들어 밀봉 캡을 덮고, 밀봉 캡의 주연부를 용접하거나 하여 하우징에 접합함으로써 행해지고 있다. 주액구 등 하우징에 형성된 개구를 밀봉 캡으로 폐색하는 구조에 대해서는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2000-21437호 공보(특허문헌 1), 일본 특허 출원 공개 제2003-187760호 공보(특허문헌 2)에 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2000-21437호 공보에는, 주액구의 상부에 고무 마개를 적재한 후, 중앙부에 고무 마개가 수납되는 볼록부를 구비하고, 그 주위에 플랜지부를 구비한 덮개를 덮고, 상기 덮개의 플랜지부에 레이저 빔을 조사하여 주액구를 밀봉한 구조가 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2003-187760호 공보에는, 박판부의 주위에, 박판부보다도 강성이 큰 보강부가 설치된 밀봉 캡을 구비한 구조가 개시되어 있다. 또한, 동 공보에서는, 밀봉 캡은 하우징의 내압이 소정 이상으로 높아졌을 때에 박판부가 파열되는 안전 밸브로서의 기능을 구비하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2000-21437호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2003-187760호 공보

예를 들어, 이러한 전지에는, 내부에서 가스가 비정상적으로 발생한 경우에 파열되는 것을 방지하기 위해, 전지 내부가 소정의 압력보다 높아졌을 때에 개방되는 안전 밸브가 설치되는 경우가 있다. 이 경우, 밀봉 캡의 접합 강도는, 안전 밸브가 개방되는 압력보다도 작은 압력에 의해 파단되지 않는 정도의 강도가 요구된다.

또한, 전지의 하우징은 밀폐되어 있으므로, 하우징의 내부와 외부의 압력차에 의해 밀봉 캡에 반복 압력이 작용하는 경우가 있다. 예를 들어, 방충전에 의해 전지 하우징 내의 온도가 높아지면, 하우징 내의 공기의 팽창에 의해 하우징 내의 압력이 상승하여, 밀봉 캡을 하우징의 내측으로부터 외측을 향해 미는 것과 같이 압력이 작용한다. 또한, 하우징 외부의 기압이 낮아진 경우도, 마찬가지로 밀봉 캡을 하우징의 내측으로부터 외측을 향해 미는 것과 같이 압력이 작용한다. 상술한 리튬 이온 2차 전지는 하이브리드 차량이나 전기 자동차에 탑재되어, 한랭지에서 사용되는 경우가 있다. 한랭지에서의 사용에서는, 외기에 의해 차가워진 상태에서 스타트되지만, 주행 중의 방충전에 의해 전지가 발열한다. 이로 인해, 사용 환경에 있어서 온도가 크게 변화되는 경우가 있다. 이 경우, 전지의 하우징은 밀폐되어 있으므로, 하우징의 내부와 외부의 압력차에 의해 하우징에 작용하는 압력의 변동도 발생하고, 하우징의 내부와 외부의 압력차에 의해 밀봉 캡에 하중이 가해진다. 이때, 경년적(經年的)으로는, 전지의 사용 환경은 온도 변화가 반복하여 발생하므로, 밀봉 캡의 접합부에 반복 하중이 작용하는 경우가 있다. 이로 인해, 밀봉 캡의 접합 강도는, 이러한 반복 하중에 대해서도 소요의 내구성이 요구된다.

또한, 밀봉 캡은, 예를 들어 용접에 의해 하우징에 접합되지만, 이 경우, 용접 조건의 변동에 의해 용접 강도에 어느 정도의 편차가 발생할 수 있다. 이로 인해, 어느 정도의 안전율을 고려하여 소요의 접합 강도가 얻어지도록, 밀봉 캡의 접합 공정이나 접합 조건 등을 관리할 필요가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여, 밀봉 캡의 접합 부분에 작용하는 응력을 완화할 수 있는 구조를 제안한다.

본 발명자는, 밀봉 캡에 압력이 작용한 경우라도, 밀봉 캡의 접합 부분에 작용하는 응력을 완화시킬 수 있으면, 밀봉 캡의 접합 불량에 기인하는 전지에 발생하는 문제를 적게 할 수 있다고 생각하여, 본 발명을 생각해내는 것에 이르렀다.

본 발명에 관한 전지는, 개구가 형성된 하우징과, 하우징에 형성된 개구를 폐색하는 밀봉 캡을 구비하고 있다. 밀봉 캡은 하우징의 개구를 덮는 박판으로 형성되어 있고, 밀봉 캡의 주연부는 하우징에 접합되어 있고, 밀봉 캡의 중앙부는 상기 주연부로부터 굴곡되어 하우징의 외측을 향해 융기되어 있다. 그리고 당해 밀봉 캡의 굴곡된 코너부에 모따기가 실시되어 있다.

이러한 전지에 따르면, 밀봉 캡의 굴곡된 코너부에 모따기가 실시되어 있으므로, 모따기가 실시되어 있지 않은 경우에 비해, 당해 굴곡된 코너부의 강성이 낮다. 이로 인해, 하우징의 내측으로부터 밀봉 캡에 압력이 작용한 경우라도, 당해 굴곡된 코너부가 신장되어 밀봉 캡이 외측으로 팽창되도록 변형되는 것이 허용된다. 이에 의해, 밀봉 캡의 접합 부분에 작용하는 응력이 완화되어, 밀봉 캡의 접합 불량에 기인하여 전지에 발생하는 문제를 적게 할 수 있다.

밀봉 캡은, 예를 들어 프레스 성형품이라도 좋고, 이 경우 코너부의 모따기는 프레스 성형에 의해 실시되어 있어도 좋다. 또한, 코너부에 실시된 모따기의 모따기각(θ)은, 예를 들어 밀봉 캡의 주연부의 저면을 기준으로 하여, 30°≤θ≤60°로 할 수 있다.

또한, 중앙부는 주연부로부터 굴곡되어 기립된 측벽부와, 하우징의 개구의 상부를 덮는 천장판부를 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 밀봉 캡에 압력이 작용한 경우라도, 측벽부와 천장판부의 변형에 의해 밀봉 캡의 접합 부분에 작용하는 응력이 완화되어, 밀봉 캡의 접합 불량에 기인하여 전지에 발생하는 문제를 적게 할 수 있다.

이 경우, 천장판부는 편평하게 성형되어 있어도 좋다. 천장판부가 편평하면, 밀봉 캡에 압력이 작용한 경우에, 천장판부가 탄성적으로 만곡됨으로써 밀봉 캡의 접합 부분에 작용하는 응력이 완화된다. 또한, 천장판부가 측벽부보다도 얇으면 좋다. 이 경우, 천장판부의 두께를 t2로 하고, 측벽부의 두께를 t1로 한 경우에, 예를 들어 0.9t1≥t2≥0.5t1로 하면 좋다. 이 경우, 밀봉 캡에 압력이 작용한 경우라도, 천장판부와 측벽부가 적절하게 변형되어, 밀봉 캡의 접합 부분에 작용하는 응력이 보다 확실하게 완화되어, 밀봉 캡의 접합 불량에 기인하여 전지에 발생하는 문제를 적게 할 수 있다.

본 발명에 관한 전지는, 예를 들어 하우징 내에, 정극 및 부극을 구비한 전극체와 전해질을 수용하여 2차 전지를 구성할 수 있다. 또한, 이러한 2차 전지는, 예를 들어 차량에 탑재되는 전지에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지의 전극체의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지의 밀봉 캡의 장착 구조를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지의 하우징에 형성된 개구를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지의 밀봉 캡을 도시하는 도면이다.
도 6은 모따기가 실시되어 있지 않은 밀봉 캡을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지의 밀봉 캡을 하우징에 장착하는 구조를 도시하는 도면이다.
도 8은 하우징 내의 압력이 상승한 상태를 도시하는 도면이다.
도 9는 밀봉 캡의 접합 부분의 강도를 측정하는 시험의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전지의 밀봉 캡의 구조를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 2차 전지를 탑재한 차량을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에는 동일한 부호를 부여한다. 또한, 이 실시 형태에서는, 이른바 하이브리드 차량 등에 탑재되는 리튬 이온 2차 전지(lithium-ion secondary battery)를 일례로 들어 설명한다.

전지(1000)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 하우징(200)과, 하우징(200)에 형성된 개구(201)를 폐색하는 밀봉 캡(210)을 구비하고 있다. 이 실시 형태에서는, 리튬 이온 2차 전지가 구성되어 있고, 하우징(200)에는 정극 및 부극을 구비한 전극체(220)와 전해질(도시 생략)이 수용되어 있다.

하우징(200)은, 이 실시 형태에서는 바닥이 있는 편평한 각형의 전지 캔(200a)과, 덮개(200b)로 구성되어 있다. 하우징(200)에 사용되는 재질은, 경량이며 소요의 강도를 구비한 금속제 재료를 사용하면 좋고, 이 실시 형태에서는 알루미늄이 사용되고 있다. 또한, 하우징(200)에 사용되는 재질은 이것에 한정되지 않고, 스테인리스나 PPS(폴리페닐렌설파이드 수지) 등의 엔지니어링 플라스틱이라도 좋다. 이러한 플라스틱 재료를 사용하는 경우에는, 용접 대신에 적당한 각종 접착제에 의해 접착(접합)시킬 수 있다. 또한, 이 실시 형태에서는, 개구(201)는 덮개(200b)에 형성되어 있다.

하우징(200)에는, 정극 외부 단자(202)와 부극 외부 단자(203)가 설치되어 있다. 정극 외부 단자(202)는 전극체(220)의 정극 집전체(204)(도 2 참조)에 접속되고, 부극 외부 단자(203)는 전극체(220)의 부극 집전체(205)(도 2 참조)에 접속되어 있다. 하우징(200)에는, 안전 밸브(206)가 설치되어 있다. 이 실시 형태에서는, 하우징(200)에 형성된 개구(201)는, 전해질을 주입하는 주액구로서 기능하고 있다. 주액구(201)는 전해질이 주입된 후, 밀봉 캡(210)에 의해 폐색되어 있다. 이 실시 형태에서는, 하우징(200) 내에 전극체(220)를 수용하고, 전해질이 주입된 후에도 하우징(200) 내에는 공극(S)이 있다.

전극체(220)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 띠 형상 정극(11)과, 띠 형상 부극(12)과, 2매의 띠 형상 세퍼레이터(13, 14)로 구성되어 있다.

띠 형상 정극(11)은, 이 실시 형태에서는 알루미늄박으로 이루어지는 정극 집전체(41)에 정극 활물질층(43)이 형성되어 있다. 정극 집전체(41)는 띠 형상의 부재이다. 정극 활물질층(43)은 정극 집전체(41)의 폭 방향 편측의 측부 모서리 부분을 제외하고 정극 집전체(41)의 양면에 도포되어 있다. 당해 정극 활물질층(43)에 포함되는 적합한 정극 활물질로서는, 망간산 리튬(LiMn₂O₄), 코발트산 리튬(LiCoO₂), 니켈산 리튬(LiNiO₂) 등을 들 수 있다.

띠 형상 부극(12)은, 이 실시 형태에서는 구리박으로 이루어지는 부극 집전체(42)에 부극 활물질층(44)이 형성되어 있다. 부극 집전체(42)는 띠 형상의 부재이다. 부극 활물질층(44)은, 부극 집전체(42)의 폭 방향 편측의 측부 모서리 부분을 제외하고 부극 집전체(42)의 양면에 도포되어 있다. 당해 부극 활물질층(44)에 포함되는 적합한 부극 활물질로서는, 그라파이트(Graphite)나 비정질 카본(Amorphous Carbon) 등의 탄소계 재료, 리튬 함유 천이 금속 산화물이나 천이 금속 질화물 등을 들 수 있다.

띠 형상 세퍼레이터(13, 14)는, 이온성 물질이 투과 가능한 막이며, 이 실시 형태에서는 이온 투과성의 폴리프로필렌제의 미세 다공막을 사용하고 있다. 상기 띠 형상 세퍼레이터(13, 14)에는, 전해질이 함침될 수 있다.

전해질은, 이 실시 형태에서는 적당한 전해질(예를 들어, LiPF₆ 등의 리튬염)을 적당량 포함하는 디에틸카보네이트와 에틸렌카보네이트의 혼합 용매와 같은 비수 전해질로 구성되어 있다.

띠 형상 정극(11)과 띠 형상 부극(12)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 띠 형상 세퍼레이터(13, 14)를 개재시켜 겹쳐져, 편평한 형상으로 권회되어 있다. 띠 형상 정극(11)과 띠 형상 부극(12)은, 띠 형상 정극(11)과 띠 형상 부극(12)의 정극 활물질층(43) 또는 부극 활물질층(44)이 도포된 도포 시공부(11a, 12a)의 위치를 맞춘 상태에서, 폭 방향의 서로 다른 방향으로 어긋나게 하여 겹쳐져 있다. 그리고 띠 형상 정극(11)과 띠 형상 부극(12)의 정극 활물질층(43) 또는 부극 활물질층(44)이 도포된 도포 시공부(11a, 12a)에는 띠 형상 세퍼레이터(13, 14)가 겹쳐져 있다. 또한, 정극 활물질층(43) 또는 부극 활물질층(44)이 도포되어 있지 않은 비도포 시공부(11b, 12b)는 띠 형상 세퍼레이터(13, 14)로부터 밀려 나와 있다.

도시는 생략하지만, 전극체(220)는 상술한 바와 같이 띠 형상 정극(11)과 띠 형상 부극(12)과 띠 형상 세퍼레이터(13, 14)를 겹쳐, 소용돌이 형상으로 권취하여, 상술한 각형의 하우징(200)에 수용 가능하도록 권회축에 직교하는 방향으로 압축하여, 편평한 형상으로 하고 있다.

이 전지(1000)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 하우징(200)의 전지 캔(200a)에 상술한 전극체(220)를 수용한다. 그리고 덮개(200b)에 설치된 정극 외부 단자(202)와 부극 외부 단자(203)를, 각각 전극체(220)의 정극 집전체(204)와 전극체(220)의 부극 집전체(205)에 접속하여 덮개(200b)를 폐쇄한다.

그 후, 하우징(200)[이 실시 형태에서는, 덮개(200b)]에 형성된 주액구(201)로부터 전해질을 주입한다. 전해질을 주입한 후, 충전(초기 충전)을 행한다. 이때, 하우징(200) 내에서는, 전극체(220)와 전해질의 화학적인 반응에 의해 가스가 발생한다. 이 실시 형태에서는, 방전 후, 이번에는 50℃ 내지 60℃ 정도의 고온 분위기에서 다시 충전한다. 이때도 전극체(220)와 전해질의 화학적인 반응에 의해 가스가 발생한다. 이와 같이, 제조 공정에서 충전 및 방전을 행함으로써, 전극체(220)와 전해질의 화학적인 반응에 의해 가스를 발생시킨다. 이러한 공정(이른바 컨디셔닝 공정)에 의해 가스의 발생이 대략 완료되어, 그 후의 충전 및 방전에 의해 전극체(220)로부터 가스가 발생하는 것을 억제할 수 있다.

이 실시 형태에서는, 상술한 초기 충전 및 방전 공정(컨디셔닝 공정) 후, 주액구(201)에 밀봉 캡(210)을 덮어 주액구(201)를 폐색한다.

이 실시 형태에서는, 하우징(200)의 주액구(201)의 주위에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 밀봉 캡(210)의 주연부(211)가 끼워지는 홈(207)이 형성되어 있고, 주액구(201)는 홈(207)의 내측의 융기된 부분(208)에 형성되어 있다.

밀봉 캡(210)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 주액구(201)에 덮여 주액구(201)를 폐색하는 부재이다. 이 실시 형태에서는, 밀봉 캡(210)은, 하우징(200)의 주액구(201)(개구)를 덮는 박판으로 형성되어 있고, 밀봉 캡(210)의 주연부(211)가 하우징(200)에 접합된다. 이 밀봉 캡(210)의 중앙부(212)는, 주연부(211)로부터 굴곡되어 하우징(200)의 외측을 향해 융기되어 있다. 그리고 당해굴곡된 코너부에 모따기(213)가 실시되어 있다. 이 실시 형태에서는, 밀봉 캡(210)의 중앙부(212)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 주연부(211)로부터 굴곡되어 하우징(200)의 외측을 향해 융기되어 있다. 당해 중앙부(212)는, 주연부(211)로부터 굴곡되어 기립된 측벽부(216)와, 하우징(200)의 주액구(201)(개구)의 상부를 덮는 천장판부(217)를 구비하고 있다. 그리고 천장판부(217)는 편평하게 성형되어 있다. 또한, 이 실시 형태에서는, 측벽부(216)의 두께(t1)보다도 천장판부(217)의 두께(t2)의 쪽이 얇게 되어 있다.

또한, 이 실시 형태에서는, 밀봉 캡(210)은 대략 원판 형상의 부재이며, 중앙부가 원형으로 융기되어 있다. 밀봉 캡(210)의 직경(d1)은 8㎜이고, 원형으로 융기된 중앙부의 직경(d2)은 6㎜이다. 또한, 중앙부(212)가 주연부(211)로부터 굴곡되어 하우징(200)의 외측을 향해 융기된 높이(h)는 1㎜이다. 또한, 측벽부(216)의 두께(t1)는 0.4㎜이고, 천장판부(217)의 두께(t2)는 0.32㎜이다.

이 실시 형태에서는, 밀봉 캡(210)의 재질은 알루미늄(A1050)이고, 박판을 프레스하여 성형되어 있다. 밀봉 캡(210)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 하우징(200)의 주액구(201)의 주위에 형성된 홈(207)에 끼워지는 형상을 갖고 있다.

이 밀봉 캡(210)은, 주연부(211)로부터 굴곡되어 중앙부(212)가 하우징(200)의 외측을 향해 융기되어 있다. 또한, 박판을 프레스하여 굴곡시킨 경우, 통상은 도 6에 도시하는 바와 같이, 굴곡시킨 부분의 외측은 성형시에 신장되므로, 매끄러운 곡면(213a)이 된다. 이 경우, 당해 코너부는 다른 부분에 비해 형상적으로 강성이 높아진다.

이에 대해, 이 실시 형태에서는 이러한 곡면(213a)에 대응하는 부분에, 도 3에 도시하는 바와 같이 모따기(213)가 실시되어 있다. 이와 같이 모따기(213)가 실시되면, 밀봉 캡(210)의 당해 코너부의 두께가 얇아져, 코너부의 강성이 저하된다.

또한, 모따기(213)는 절삭에 의해서도 좋고, 또한 프레스 성형에 의해 성형해도 좋다. 프레스 성형에 의해 성형하는 경우에는, 밀봉 캡(210)을 프레스 성형할 때의 형(型)의 표면 형상을 고안하면 된다. 또한, 프레스 성형에 의해 모따기(213)를 성형하는 경우에는, 밀봉 캡(210)의 제조 공정에 있어서, 모따기(213)의 가공 공정을 간소화할 수 있다.

이 실시 형태에서는, 모따기(213)에 의해 상술한 코너부의 강성을 저하시키고 있다. 모따기(213)의 모따기각(θ)은, 예를 들어 밀봉 캡(210)의 주연부(211)의 저면(211b)을 기준으로 하여, 30°≤θ≤60°이면 좋다. 30°를 하회하거나 혹은 60°를 상회하면, 강성이 높아져 응력 완화의 효과가 저감되므로, 그다지 바람직하지는 않다. 또한, 이 실시 형태에서는, 모따기(213)의 모따기각(θ)은 45°로 하고 있다.

이 밀봉 캡(210)은, 도 7에 도시하는 바와 같이, 당해 홈(207)에 밀봉 캡(210)의 주연부(211)를 끼움으로써 주액구(201)에 덮인다. 이때, 이 실시 형태에서는, 밀봉 캡(210)의 주연부(211)의 외주연(211a)과, 주액구(201)의 주위의 홈(207)을 형성하는 벽(209)이 근접한다. 그리고 도 3에 도시하는 바와 같이, 당해 근접한 외주연(211a)과 벽(209)을 용접에 의해 접합하고 있다. 용접은, 예를 들어 YAG 레이저 용접으로 행하면 된다.

이 실시 형태에서는, 전지(1000)는 사용 상황에 있어서, 하우징(200) 내의 기압이 외기압보다도 높아지는 경우가 있다. 하우징(200) 내의 기압이 외기압보다도 높아지면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 밀봉 캡(210)은 하우징(200)의 내측으로부터 압력을 받아 외측으로 팽창되도록 변형된다. 또한, 도 8에서는 당해 변형의 상태를 알기 쉽도록 변형의 정도를 강조하여 묘화하고 있다.

이 실시 형태에서는, 밀봉 캡(210)의 굴곡된 코너부에 모따기(213)가 실시되어 있으므로, 도 6에 도시하는 바와 같이, 모따기가 실시되어 있지 않은 경우에 비해, 당해 굴곡된 코너부의 강성이 낮다.

이로 인해, 도 8에 도시하는 바와 같이, 하우징(200)의 내측으로부터 밀봉 캡(210)에 압력이 작용한 경우에, 당해 굴곡된 코너부가 신장되어, 밀봉 캡(210)이 외측으로 팽창되도록 변형되는 것이 허용된다. 이에 의해, 밀봉 캡(210)의 접합 부분(W)에 작용하는 응력이 완화되어, 밀봉 캡(210)의 접합 불량에 기인하여 전지(1000)에 발생하는 문제를 적게 할 수 있다. 또한, 밀봉 캡(210)에 반복하여 압력이 작용한 경우라도, 밀봉 캡(210)의 접합 부분(W)에 작용하는 응력이 완화되므로, 당해 접합 부분(W)의 접합 불량에 기인하여 전지(1000)에 발생하는 문제를 적게 할 수 있다.

또한, 이 실시 형태에서는, 주연부(211)로부터 굴곡되어 하우징(200)의 외측을 향해 융기된 중앙부(212)는, 주연부(211)로부터 굴곡되어 기립된 측벽부(216)와, 하우징(200)의 주액구(201)(개구)의 상부를 덮는 천장판부(217)를 구비하고 있다. 이 실시 형태에서는, 상술한 모따기(213)에 더하여, 이러한 형상에 의해, 하우징(200)의 내측으로부터 압력을 받아 밀봉 캡(210)이 외측으로 팽창되도록 변형되었을 때에 전체적으로 보다 큰 변형이 가능하다. 이로 인해, 밀봉 캡(210)의 접합 부분(W)에 작용하는 응력이 완화되기 쉬워, 밀봉 캡(210)의 접합 불량에 기인하여 전지(1000)에 발생하는 문제를 보다 확실하게 적게 할 수 있다.

또한, 이 실시 형태에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 천장판부(217)는 편평하게 성형되어 있다. 천장판부(217)가 편평하게 성형되어 있으므로, 하우징(200)의 내측으로부터 압력을 받아 외측으로 밀봉 캡(210)이 팽창되도록 변형될 때에, 천장판부(217)가 외측으로 팽창되도록 변형되어 당해 변형의 허용량이 커진다. 또한, 이 실시 형태에서는, 측벽부(216)보다도 천장판부(217)의 쪽이 얇게 되어 있다. 이와 같이, 측벽부(216)보다도 천장판부(217)의 쪽이 얇게 되어 있으므로, 천장판부(217)의 변형에 의해, 밀봉 캡(210)의 변형의 허용량이 보다 커진다. 이에 의해, 밀봉 캡(210)의 접합 부분(W)에 작용하는 응력이 보다 확실하게 완화되어, 밀봉 캡(210)의 접합 불량에 기인하여 전지(1000)에 발생하는 문제를 보다 확실하게 적게 할 수 있다.

또한, 천장판부(217)와 측벽부(216)의 두께가 거의 차이가 없으면, 상기와 같이, 천장판부(217)가 측벽부(216)보다도 얇은 경우에 비해, 전체적으로 밀봉 캡(210)의 변형이 작아져, 밀봉 캡(210)의 접합 부분(W)에 작용하는 응력을 완화하는 효과는 작아진다. 또한, 천장판부(217)가 측벽부(216)에 비교하여 지나치게 얇으면, 전체적으로 밀봉 캡(210)의 변형이 작아져, 밀봉 캡(210)의 접합 부분(W)에 작용하는 응력을 완화하는 효과는 작아진다. 이로 인해, 측벽부(216)의 두께를 t1로 하고, 천장판부(217)의 두께를 t2로 한 경우에, 0.9t1≥t2≥0.5t1로 하면 좋다. 이 실시 형태에서는, 대략 t2＝0.8t1로 하고 있다.

또한, 밀봉 캡(210)의 접합 부분(W)의 강도에 대해서는, 예를 들어 도 9에 도시하는 바와 같이, 시험용 하우징(200A)에 밀봉 캡(210)을 접합하고, 컴프레서(P)에 의해 하우징(200) 내의 압력을 높여, 접합 부분(W)이 파단되는 압력을 측정하면 좋다. 또한, 반복 하중에 대한 내력에 대해서는, 예를 들어 도 9에 도시하는 것과 동일한 장치에 의해, 하우징(200) 내의 압력을 변동시켜, 접합 부분(W)에 일정 진폭의 정현파형의 반복 응력을 피로 파괴될 때까지 가하였을 때의 응력 진폭과 파손까지의 반복수의 관계를 나타내는 S-N선도에 기초하여 평가하면 된다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 전지를 도면에 기초하여 설명하였지만, 본 발명에 관한 전지는, 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다.

예를 들어, 본 발명의 다른 실시 형태가 되지만, 밀봉 캡(210)이 주연부(211)로부터 굴곡되어 하우징(200)의 외측을 향해 융기된 형상에 대해서는, 예를 들어 도 10에 도시하는 바와 같이, 중앙부를 대략 반구면 형상으로 매끄럽게 융기시키는 것도 가능하다. 이 경우라도, 밀봉 캡(210)이 주연부(211)로부터 굴곡된 코너부에 모따기(213)가 실시되어 있으므로, 밀봉 캡(210)은 하우징(200)의 내측으로부터 압력을 받아 외측으로 팽창되도록 변형되는 것은 허용된다. 이와 같이, 밀봉 캡(210)의 구체적인 형상은, 밀봉 캡(210)은 하우징(200)의 내측으로부터 압력을 받아 외측으로 팽창되도록 변형될 때의 변형의 허용량을 고려하여, 적절하게 변경이 가능하다.

또한, 밀봉 캡과 하우징의 접합은, YAG 레이저 용접에 의한 접합을 예시하였지만, 본 발명은 상술한 바와 같이 밀봉 캡의 접합 부분에 작용하는 응력을 경감시키는 구조에 관한 것이므로, 밀봉 캡과 하우징의 접합은 YAG 레이저 용접에 특별히 한정되지 않는다. 또한, 용접 이외의 접합 방법(예를 들어, 접착제를 사용한 접착)을 채용해도 좋다. 또한, 밀봉 캡과 하우징의 재질에 대해서도, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 전지의 하우징으로서 사용되는 다양한 재질을 채용할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 하우징(200)의 주액구(201)(개구)의 주위에 홈(207)을 형성하고, 당해 홈(207)을 형성하는 벽(209)과, 밀봉 캡(210)의 주연부(211)의 외주연(211a)을 접합하고 있지만, 밀봉 캡(210)을 접합하는 구조는 상기에 한정되지 않는다. 하우징(200)의 주액구(201)(개구)의 주위에는, 홈(207)을 형성하지 않아도 된다. 또한, 밀봉 캡(210)의 주연부(211)를 접합하는 부위는, 밀봉 캡(210)의 외주연(211a)에 한정되지 않는다. 밀봉 캡(210)의 주연부(211)를 접합하는 부위는, 예를 들어 밀봉 캡(210)의 외주연(211a)보다도 내경측에 설정해도 좋다.

상술한 실시 형태에서는, 전지의 하우징에 형성된 개구로서의 주액구에 장착되는 밀봉 캡의 구조를 예시하였지만, 하우징에 형성되는 개구는 전해질의 주액구에 한정되지 않는다. 예를 들어, 밀봉 캡이 장착되는 하우징의 개구는, 초기 충전(컨디셔닝)의 가스 방출 구멍이라도 좋다. 또한, 본 발명은 전지의 하우징에 형성되는 다양한 개구를 폐색하는 밀봉 캡의 구조에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 전지의 구조로서는, 리튬 이온 2차 전지를 예시하였지만, 본 발명은 각종 전지에 적용할 수 있다. 본 발명이 적용 가능한 리튬 이온 전지 이외의 전지로서는, 예를 들어 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등에도 적용이 가능하다.

또한, 본 발명은, 밀봉 캡(210)의 접합 불량에 기인하여 전지(1000)에 발생하는 문제를 보다 확실하게 적게 할 수 있어, 전지의 수명 장기화를 도모할 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 관한 전지는, 예를 들어 도 11에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 자동차 등의 차량(1)에 탑재되는 모터(전동기)용 전지(1000)로서 적절하게 사용할 수 있고, 구체적으로 일례를 들면, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료 전지 자동차와 같은 전동기를 구비하는 자동차의 전원(2차 전지)으로서 적용할 수 있다.

200 : 하우징
201 : 주액구(개구)
202 : 정극 외부 단자
203 : 부극 외부 단자
204 : 정극 집전체
205 : 부극 집전체
206 : 안전 밸브
207 : 홈
209 : 벽
210 : 밀봉 캡
211 : 주연부
211a : 밀봉 캡의 외주연
211b : 주연부의 저면
212 : 중앙부
213 : 모따기
216 : 측벽부
217 : 천장판부
220 : 전극체
1000 : 전지
P : 컴프레서
S : 공극
t1 : 두께
t2 : 두께
W : 접합 부분
θ : 모따기각

Claims

개구가 형성된 하우징과, 상기 하우징에 형성된 개구를 폐색하는 밀봉 캡을 구비한 전지이며,
상기 밀봉 캡은 상기 하우징의 개구를 덮는 박판으로 형성되어 있고, 상기 밀봉 캡의 주연부는 하우징에 접합되어 있고, 상기 밀봉 캡의 중앙부는 상기 주연부로부터 굴곡되어 하우징의 외측을 향해 융기되어 있고, 상기 밀봉 캡의 굴곡된 코너부에 모따기가 실시되어 있는, 전지.
제1항에 있어서, 상기 밀봉 캡은 프레스 성형품이며, 상기 코너부의 모따기가 프레스 성형에 의해 실시된, 전지.
제1항에 있어서, 상기 코너부에 실시된 모따기의 모따기각(θ)은, 밀봉 캡의 주연부의 저면을 기준으로 하여, 30°≤θ≤60°인, 전지.
제1항에 있어서, 상기 중앙부는, 상기 주연부로부터 굴곡되어 기립된 측벽부와, 상기 하우징의 개구의 상부를 덮는 천장판부를 구비하고 있는, 전지.
제4항에 있어서, 상기 천장판부는 편평하게 성형되어 있는, 전지.
제4항에 있어서, 상기 천장판부가 상기 측벽부보다도 얇은, 전지.
제6항에 있어서, 상기 측벽부의 두께를 t1로 하고, 상기 천장판부의 두께를 t2로 한 경우에, 0.9t1≥t2≥0.5t1인, 전지.
제1항에 있어서, 상기 하우징 내에, 정극 및 부극을 구비한 전극체와 전해질이 수용되어 2차 전지가 구성된, 전지.
제8항에 기재된 2차 전지를 전원으로서 구비한, 차량.