KR20130123445A - 이차 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 표면에 부극 활물질층이 형성된 금속 집전체와, 전해질을 보유 지지하는 세퍼레이터와, 표면에 정극 활물질층이 형성된 다른 금속 집전체를 단책 형상으로 교대로 배치한 적층체를 바닥이 있는 전지캔에 밀폐한 이차 전지이다. 이 이차 전지에 있어서, 전지캔에 복수 수납된 적층체 사이 중, 적층체의 광폭면에 대향하여 전지캔의 내부 공간을 분할하는 구획판이 적어도 1개 형성되어 있다.
Description
본 발명은, 이차 전지의 구조에 관한 것이다.
최근, 환경 문제를 배경으로 하여, 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 포크리프트, 셔블 카 등의 이동체뿐만아니라, UPS(무정전 전원 장치), 태양광 발전의 전력 저장 등의 산업용 용도에도, 리튬 이온 전지를 대표로 하는 이차 전지의 적용이 도모되고 있다. 이러한 이차 전지의 용도 확대에 따라, 대용량화, 고에너지 밀도화가 요구되고 있다.
또한, 이들 고성능화 외에, 고안전성화도 중요한 과제로 되어 있다. 이차 전지로서는, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등이 있다. 니켈 카드뮴 전지는 카드뮴이 독성을 갖고 있는 것 등으로 인해, 니켈 수소 전지나 리튬 이온 전지로의 전환이 진행되고 있다. 현존하는 이차 전지 중에서도, 특히 리튬 이온 이차 전지는 고에너지 밀도화에 적합하여, 현재도 그 개발이 계속해서 진행되고 있다.
이 니켈 수소 전지나 리튬 이온 이차 전지의 주요한 구성은, 표면에 부극 활물질층을 형성한 금속 집전체(부극)와, 전해질을 보유 지지하는 세퍼레이터와, 표면에 정극 활물질층을 형성한 다른 금속 집전체(정극)이다. 니켈 수소 전지는, 정극에 니켈 산화물, 부극에 수소 흡장 합금을 채용하고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지는, 정극에 리튬 금속 산화물, 부극에 흑연 등의 카본 재료를 채용하고 있다. 전지 구조로서는, 띠형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 순차 소용돌이 형상으로 감은 원통형 구조와, 단책 형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 교대로 배치한 적층형 구조로 크게 구별된다. 띠형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 권취하기 위한 축심 등의 발전에 관여하지 않는 체적 부분이 많이 있는 원통형 구조보다도, 단책 형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 교대로 배치한 적층형 구조의 쪽이, 일반적으로 고 체적 에너지 밀도화에 적합하다. 이것은, 적층형은, 권취를 위한 축심이 불필요하거나, 외부 출력용의 정극 및 부극 단자를 동일면에 형성하기 쉽기때문에, 발전에 기여하는 부분 이외의 체적을 적게 할 수 있기 때문이다.
또한, 전지캔 내의 압력 상승에 대하여, 원통형과 적층형에서는 전지캔의 부풀어 오르는 방식의 차이를 보인다. 전지캔 내의 압력 상승에는, 일반적으로, 충전시에 리튬 이온이 부극층 사이로 들어감으로써 용적 팽창에 기인하는 것, 잉여의 Li2CO3의 분해에 의한 가스의 발생에 기인하는 것, 과충전에 의한 줄열 등을 요인으로 한 온도 상승에 의한 전해액의 분해 반응에 기인하는 것 등이 있다. 원통형은 띠형상의 부극, 세퍼레이터, 정극을 순차 소용돌이 형상으로 감고 있으므로, 전지캔 내의 압력 상승에 대하여, 원주 방향이나 반경 방향에 대한 팽창은 적지만, 적층형은, 전지캔 내에서의 압력 상승에 수반하여, 적층되어 있는 극판 등의 간극에 가스가 체류하여, 적층된 극판의 광폭면 방향으로 부풀어 오르기 쉬운 경향이 있다. 전지의 팽창은, 전극 사이의 거리의 증대를 의미하기 때문에, 전지 성능에 악영향을 초래한다. 즉, 이온 전도 경로가 길어지기 때문에, 높은 방전 용량이 얻어지기 어려워진다.
또한, 원통형과 적층형에서는, 방열성에서 차이가 보인다. 원통형은, 축심을 중심축으로 하여, 정극, 세퍼레이터, 부극으로 이루어지는 발전 요소는 축 대칭 형상으로 간주할 수 있으며, 반경 방향으로 전해지는 열은, 일반적으로, 축에 병행한, 어느 축 대칭 단면에서도 동일한 열 분포를 나타낸다. 한편, 적층형은, 극판을 포개어 쌓은 구조이기 때문에, 적층 방향과 평면 방향에서는 열저항이 달라, 열전도에 이방성을 나타낸다. 일반적으로, 극판을 포개어 쌓은 적층 방향의 열전도가, 평면 방향의 열전도보다도 낮아진다. 전지의 대용량화에 수반하여, 극판의 매수가 증대하기 때문에, 적층형의 경우, 적층 두께가 증대한다. 이로 인해, 전지캔 표면으로부터 전지캔 중앙까지의 거리가 증대하고, 전지캔 중앙에 있는 극판의 방열성이 저하하여, 극판의 온도 상승이 증대한다. 이에 의해, 전지 특성의 저하나 신뢰성이나 안전성의 저하를 초래할 우려가 있다.
이와 같이, 고에너지 밀도화가 가능한 적층형 전지에서는, 전지의 팽창을 억제하여, 방열성을 높일 필요가 있다. 전지의 팽창의 억제에 대해서는, 종래, 이하의 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, 전지캔의 상대하는 1조의 광측면의 두께가, 상대하는 1조의 협측면의 두께보다 두껍게 형성하는 발명이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 또한, 전지캔의 두께가 0.5mm 이하의 격벽을 갖는 모노 블록으로 구성되는 발명이 특허문헌 2에 개시되어 있다.
전지의 방열성에 관해서는, 이하의 제안이 이루어져 있다. 예를 들어, 특허문헌 3에서는, 적층 전극체에 고 열전도 시트를 감음으로써 방열성을 높이려고 하고 있다. 또한, 특허문헌 4에서는, 고체 전해질 내에 열전도성이 우수한 전기 절연성 무기물을 함유하여 방열성을 향상시키려고 하고 있다.
적층형 전지에 있어서, 전지 용량이 커지면, 극판의 적층 매수가 증가하기 때문에, 충전시에 리튬 이온이 부극층 사이로 들어감에 따라 용적 팽창이 증대한다. 이 부극의 용적 팽창은, 적층 방향의 팽창에 영향을 준다. 그리고, 전지 용량의 증대에 수반하여, 전해액량도 증가하기 때문에, 전해액의 분해 등에 의한 가스압도 증대한다. 이 가스압은, 전지캔 측면에 등방적으로 가해지기 때문에, 전지캔 내부의 전 방향의 팽창에 영향을 준다. 또한, 대용량의 전지는, 극판 매수의 증가에 수반하여, 발열량이 증대하기 때문에, 방열성은 대용량 전지의 중요한 과제의 하나이며, 전지 내부의 열저항의 증대를 최대한 억제하여, 방열성을 높이는 것이 중요하다.
특허문헌 1과 같이, 전지캔의 광측면의 두께를 협측면의 두께보다 두껍게 한 구조는, 노출되어 있는 외벽의 광측면의 캔 두께를 두껍게 함으로써, 열전도 거리가 길어져, 열저항의 증가를 초래할 우려가 있다. 또한, 전지캔에 수납되는 적층체의 광폭면과 전지캔의 광측면의 대응 관계가 나타나 있지 않고, 대용량화에 수반하여, 극판의 적층 매수가 증대하고, 적층체의 광폭면에 상대하는 면이 전지캔의 광측면과 일치하지 않을 경우, 전지캔의 광측면의 판 두께를 두껍게 해도, 적층체의 적층 방향에 대한 팽창에는 효과를 기대할 수 없다.
또 특허문헌 2에서는, 전지캔의 두께가 0.5mm 이하의 격벽을 갖는 모노 블록구조가 제안되어 있지만, 두께가 0.5mm 이하에서는, 대용량 전지의 팽창을 억제하는 것은 곤란함과 동시에, 팽창이 큰 적층체의 광폭면에 대응하는 방향에 대한 팽창 억제의 대책이 이루어져 있지 않아, 발전 요소가 하나인 경우에서도, 또한, 복수의 발전 요소를 격벽이 있는 모노 블록 캔에 넣었을 경우에서도, 어느쪽도 적층체의 광폭면에 대응하는 방향의 팽창은 동일하게 되어, 전지의 대용량화에 수반하는 팽창 대책은 고려되어 있지 않다.
그리고 특허문헌 3과 같이, 적층 전극체에 고 열전도 시트를 감아도, 적층 전극체 중심 부분의 열을 고 열전도 시트가 있는 주변부까지 전달하는 열전도 경로가 개선되어 있지 않기 때문에, 대용량 전지와 같이 극판 수가 증대했을 경우, 방열성의 향상의 효과를 그다지 기대할 수 없다. 또한, 적층체의 팽창 방지를 고려하지 않아 팽창을 억제하는 기대는 할 수 없다.
또한 특허문헌 4와 같이, 고체 전해질에 무기물을 함유시켜도, 금속에 비해 열전도율이 낮고, 또한, 발전에 기여하고 있지 않는 무기물의 함유량을 증대시키면 전지 성능의 저하를 초래할 우려가 있어, 방열성 향상은 그다지 기대할 수 없다. 또한, 적층체의 팽창 방지를 고려하지 않아 팽창을 억제하는 기대는 할 수 없다.
이와 같이, 대용량 적층형 전지에서는, 부극의 용적 팽창이나 전지캔 내부의 가스의 발생에 의한 내압의 상승에 기인하는 전지캔의 팽창을 억제하고, 또한, 방열성을 향상시키는 것이 중요한 과제로 되어 있다.
본 발명의 목적의 하나는, 전지 내압 상승에 대하여 전지캔의 팽창을 효과적으로 억제하는 동시에, 전지캔 내부의 극판에서 발생하는 열을 효과적으로 외부에 전달하여, 체적 에너지 밀도가 높은 대용량의 전지를 제공하는 것에 있다.
하나의 수단으로서, 표면에 부극 활물질층이 형성된 금속 집전체와, 전해질을 보유 지지하는 세퍼레이터와, 표면에 정극 활물질층이 형성된 다른 금속 집전체를 단책 형상으로 교대로 배치한 적층체를 바닥이 있는 전지캔에 밀폐한 전지이며, 전지캔에 복수 수납된 적층체 사이의 적어도 하나에, 적층체의 광폭면에 대향하여 전지캔의 내부 공간을 분할하는 구획판이 형성되어 있는 구성으로 한 이차 전지로 한다.
그 때, 적층체의 광폭면에 대향한 전지캔의 외벽과 구획판의 합계의 두께가, 적층체의 평면 방향의 합계의 두께보다도 두꺼워도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 전지캔의 구획판의 판 두께가 전지캔의 외벽의 판 두께보다도 두꺼워도록 구성하는 것도 바람직하다.
또한, 구획판에는, 구획판의 표리(表裏)를 관통하는 개구부가 형성되어 있으면, 보다 바람직하다.
본 발명에 따르면, 충방전에 의해 적층체 전극군이 팽창한 경우라도, 전지캔이 바깥쪽 방향으로 부풀어 오를 때의 전지캔 측면의 변형을 억제하고, 또한, 적층체로부터의 발열을 효과적으로 방열할 수 있다, 사이클 특성이나 신뢰성이 높고, 대용량으로 에너지 밀도가 높은 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 일부절결 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 평면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 측면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 평면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 평면 단면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 구획판의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 평면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 측면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 평면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 개략 평면 단면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 구획판의 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
< 제1 실시예>
도 1은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 이차 전지의 일부 절결 사시도이며, 도 2는 도 1의 이차 전지의 개략 평면 단면도이며, 도 3은 도 1의 이차 전지의 개략 측면 단면도이다. 도 2 및 도 3에서는 본 발명에 관한 적층체(2)와 전지캔(1)의 배치를 나타내고, 적층체의 탭이나 덮개나 통전 부품 등은 생략하고 있다. 도시하고 있는 것은, 전지 용량 210Ah의 적층형 리튬 이온 이차 전지이다. 적층체(2)가 전지캔(1)에 수납되고, 적층체(2)는 탭(3)을 통해서 외부 단자(4)와 전기적으로 접속되어 있다. 외부 단자(4)는 너트 등의 체결 부품(5)으로 덮개판(8)에 고정되어 있다. 또한, 덮개판(8)에는 전해액을 주입하는 주입 구멍을 밀봉한 주입 구멍 마개(6)나, 과충전 등의 비정상시에, 전지캔(1)의 내압을 개방하기 위한 안전 밸브(7)가 배치되어 있다.
도 1에 있어서, 적층체(2)는, 표면에 부극 활물질층이 형성된 제1 금속 집전체(구리)와, 전해질을 보유 지지하는 세퍼레이터와, 표면에 정극 활물질층이 형성된 제2 금속 집전체(알루미늄)를 구비한다. 적층체(2)를 전지캔(1) 내에 작성할 경우, 제1 금속 집전체와 세퍼레이터와 제2 금속 집전체를 단책 형상으로 형성하고, 이들을 교대로 적층한다. 적층체(2)의 두께 등의 치수나 적층 매수는, 필요한 전지 용량에 의해 결정된다.
전지캔(1)은 직사각형의 적층체(2)를 내포하기 위해서, 각형을 하고 있다. 각형 전지는, 띠형상의 금속 집전체나 세퍼레이터를 원기둥 형상으로 감아서 원통형의 전지캔에 넣을 경우에 비해, 권취하기 위한 축심 등이 없기 때문에, 체적 에너지 밀도를 높게 할 수 있는 이점이 있다. 전지캔(1)은 알루미늄 합금을 임펙트 프레스 성형으로 형성하고 있다. 전지캔(1)의 재질은 알루미늄계 금속인 경우, 다이캐스트 성형으로 제작해도 된다. 전지캔(1)의 재질은, 예를 들어, 알루미늄계나 스테인리스강 등의 금속 재료가 기계적 강도의 면에서 바람직하지만, 금속 재료에 한하지 않고, 전해액에 침식되지 않는 수지, 예를 들어, 불소계, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에폭시계, POM, PEEK 등의 수지를 이용해도 된다. 수지계의 전지캔은, 금속계의 전지캔에 비해, 재질의 밀도가 작기 때문에 가벼워지는 이점이 있다. 한편, 수지계는 강도적으로 약하고, 또한, 열전도성이 작기 때문에 방열성이 떨어지는 등의 결점이 있다.
적층체(2)의 구성 재료인 금속 집전체의 길이 방향의 단부에, 전기 접속용 탭(3)이 형성되어 있다. 탭(3)은, 통전 부품(도시 생략)을 통해서 외부 단자(4)에 접속되어 있다. 적층체(2)에 형성되어 있는 탭(3)의 매수는, 용량에 의해 결정되고, 수십 Ah로부터 수백 Ah의 용량의 전지는 수십매로부터 수백매의 탭 매수에 이른다. 본 실시예의 도면에서는, 복수로 묶은 탭을 간편하게 나타내기 위해서, 예를 들어, 도 1의 탭 3과 같이, 1개의 도형으로서 나타내고 있다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 전지캔(1)의 내부에 수납된 복수의 적층체(2)는, 1개의 군의 용량이 70Ah가 되도록, 3개의 군으로 나누어져 있다. 전지캔 내부에 있는 구획판(9)을 경계로 하여, 각각 구획판(9)으로 분할된 공간에 적층체(2)가 배치되어 있다. 적층체(2)의 광폭면은 구획판(9)과 나란히 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 전지캔 내의 구획판을 2개로 하고, 적층체(2)를 3군 배치했지만, 전지 용량이나 극판의 매수에 따라, 적층체를 2군 이상으로 나누면 되고, 그에 따라, 구획판(9)도 복수 배치하면 된다. 구획판(9)이 있음으로써, 적층체(2)의 적층 방향의 변위가 억제된다. 또한, 구획판(9)이 있음으로써, 적층체(2)의 적층 방향과 직각 방향에 있는 전지캔(1)의 측면의 팽창도 억제할 수 있다. 본 실시예에서는, 구획판(9)과 전지캔(1)은 연속해 있는 부재이며 일체 성형으로 되어 있다. 구획판(9)을 일체 성형할 수 없는 재질이나 제조 방법의 경우, 구획판(9)을 별도 제작하여, 전지캔(1)에 용접이나 접착 등에 의해 고착해도 된다. 구획판(9)은 전지캔(1)과 동일한 재질이 바람직하지만, 다른 재질의 부재이어도 된다.
구획판(9)이 있음으로써, 적층체(2)로부터의 열이 구획판(9)을 통과하여 외벽에 전해져 방열된다. 방열성의 관점으로부터, 구획판(9)의 두께 t3이 두꺼운 쪽이, 열전도 면적이 크기 때문에 효과적이다. 그러나, 구획판(9)의 두께의 증대는 체적 에너지 밀도의 저하를 초래할 우려가 있기 때문에, 구획판(9)의 두께 t3은, 전지캔(1)의 외벽의 두께 t1의 2배 이하로 억제하는 편이 좋다. 구획판(9)이 복수인 경우, 적층체(2)를 구성하는 극판 매수를 적게 할 수 있으며, 그것에 의해 극판의 매수에 따라 팽창에 의한 변위량도 적어지고, 적층체당의 발열량도 적어지므로, 1매당의 구획판(9)의 두께를 얇게 할 수 있다. 본 실시예에서는, 전지캔(1)의 두께 t1 및 t2를 1mm로, 구획판(9)의 두께 t3을 각각 1.5mm로 했다. 적층 방향의 전지캔(1)을 구성하는 부재의 두께를 더한 합계, 즉, 전지캔(1)의 외벽의 두께 t1과 구획판(9)의 두께 t3의 총합계는 5mm이며, 그 두께의 총합계는, 적층 방향과 직각 방향의 두께 t2의 총합계의 2mm보다도 두꺼워져 있다. 또한, 본 실시예에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 적층체(2)의 광폭면에 대응하는 전지캔(1)의 면의 폭 W는 130mm이며, 적층 방향의 전지캔(1)의 깊이 D는 155mm이며, 전지캔(1)의 높이 H는 220mm로 했다.
또한, 제1 비교예로서, 구획판이 없으며, 적층 방향의 판 두께의 총합계가 동일한 5mm로 되도록, 적층 방향의 전지캔의 판 두께를 2.5mm로 하고, 적층 방향과 직각 방향의 판 두께를 1mm로 한 전지를 제작했다. 제1 비교예와 본 제1 실시예의 외형 치수는 동일하다. 본 제1 실시예에 의해 제작한 전지와 제1 비교예로서 제작한 전지를 사용하여, 충방전을 5회 반복한 후의 팽창량과 온도를 측정했다. 팽창량은, 충방전 전후의 전지의 적층체(2)의 광폭면에 대응한 적층 방향의 전지캔(1)의 최대 두께의 변화를 측정했다. 온도는, 충방전 전후의 전지 내부 중앙의 온도의 변화를 측정했다. 그 결과, 구획판(9)이 있는 본 제1 실시예는, 구획판이 없는 제1 비교예에 비해, 팽창량과 온도를 모두 낮게 억제할 수 있었다.
<제2 실시예>
도 4는 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 이차 전지의 개략 평면 단면도이다. 도 5는 도 4의 개략 측면 단면도이다. 적층체(2)가 4군으로 이루어지는 280Ah 적층형 리튬 이온 이차 전지이다. 적층체(2)의 1개의 군의 용량은 70Ah이다. 전지캔(1)의 외형 치수는, 폭 W는 130mm, 깊이 D는 205mm, 높이 H는 220mm이다. 전지캔(1)은 스테인리스강으로 이루어지는 외주체(11)와 복수의 구획판(9)으로 구성되어 있다. 구획판(9)은, 외주체(11)에 용접으로 고착되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 전지캔(1)의 외주체(11)보다도 구획판(9)의 높이를 낮게 하는 동시에, 전지캔(1)의 외주체(11)의 저면(11a)과 구획판(9)은 접하고 있지 않아, 전해액이 적층체(2)의 각 군의 사이를 자유롭게 왕래할 수 있는 구조로 되어 있다.
본 실시예에서는, 구획판(9)에, 구멍이 뚫려 있지 않은 평판을 사용했지만, 도 6에 나타낸 바와 같이, 복수의 관통 구멍을 형성한 구획판(9)을 이용해도 된다. 또한, 익스팬드 메탈 등의 메쉬형의 구획판(9)을 사용해도 되나, 개구율이 크면 열전도의 저하를 초래하므로, 개구율 50% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에서는, 구획판(9)은 평판 형상을 사용했지만, 파형 형상이나 표면에 요철이 형성된 형상이어도 된다. 전지캔(1)의 외주체(11)의 판 두께 t1과, 구획판(9)의 판 두께 t3은, 각각, 1mm이다. 적층체(2)의 광폭면에 대응하는 적층 방향의 판 두께의 총합계는, 구획판(9)은 3매 배치되어 있으므로, 구획판(9)의 판 두께와 외주체(11)의 판 두께를 합쳐서 5mm이다. 한편, 적층 방향으로 직각 방향의 판 두께의 합계는 2mm이다.
제2 비교예로서, 구획판이 없고, 적층 방향의 판 두께의 총합계가 제2 실시예와 같은 5mm가 되도록, 적층 방향의 판 두께를 2.5mm로 하고, 제2 실시예와 동일한 재질로, 제2 실시예와 동일한 외형 치수의 전지를 제작했다. 제1 실시예에서 나타낸 측정과 마찬가지로, 충방전 전후의 전지의 적층체(2)의 광폭면에 대응한 전지캔의 팽창과 전지 내부 중앙의 온도를 측정했다. 그 결과, 구획판(9)이 있는 본 실시예에서는, 구획판이 없는 제2 비교예에 비해, 팽창량과 온도를 모두 낮게 억제할 수 있었다.
1 : 전지캔
2 : 적층체
3 : 탭
4 : 단자
5 : 체결 부품
6 : 주액 구멍 마개
7 : 안전 밸브
8 : 덮개
9 : 구획판
10 : 구멍
11 : 전지캔 외주체
2 : 적층체
3 : 탭
4 : 단자
5 : 체결 부품
6 : 주액 구멍 마개
7 : 안전 밸브
8 : 덮개
9 : 구획판
10 : 구멍
11 : 전지캔 외주체
Claims (4)
- 표면에 부극 활물질층이 형성된 제1 금속 집전체와, 전해질을 보유 지지하는 세퍼레이터와, 표면에 정극 활물질층이 형성된 제2 금속 집전체를 단책 형상으로 형성하고, 상기 제1 금속 집전체와 상기 세퍼레이터와 상기 제2 금속 집전체를 교대로 배치한 적층체를 바닥이 있는 전지캔에 밀폐한 이차 전지로서,
상기 전지캔에 복수 수납된 상기 적층체 사이 중 적어도 하나에, 상기 적층체의 광폭면에 대향해서 상기 전지캔의 내부 공간을 분할하는 구획판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 적층체의 광폭면에 대향한 상기 전지캔의 외벽과 구획판의 합계의 두께가, 상기 적층체의 평면 방향의 합계의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 전지캔의 구획판의 판 두께가 상기 전지캔의 외벽의 판 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 이차 전지. - 제1항에 있어서,
상기 구획판에는, 구획판의 표리를 관통하는 개구부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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Cited By (1)
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