KR20160055137A

KR20160055137A - 이차 전지

Info

Publication number: KR20160055137A
Application number: KR1020167004814A
Authority: KR
Inventors: 아키라 다나카; 유스케 우치다
Original assignee: 히타치가세이가부시끼가이샤
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2014-09-08
Publication date: 2016-05-17
Also published as: JPWO2015037560A1; WO2015037560A1

Abstract

적층형 전지에 있어서, 탭 폭을 탭 길이보다 짧게 함으로써, 극판 제조성을 높이고, 방전 시의 온도 상승을 억제하고 체적 에너지 밀도가 높은 대전류 대용량의 이차 전지를 제공한다. 부극 활물질층이 형성된 제1 금속 집전체와, 상기 제1 금속 집전체의 부극 활물질 미도공부의 일부가 연장된 부극 탭과, 전해질을 보유하는 세퍼레이터와, 정극 활물질층이 형성된 제2 금속 집전체와, 상기 제2 금속 집전체의 정극 활물질 미도공부의 일부가 연장된 정극 탭을 교대로 배치한 적층체 및 외부 단자를 갖는 이차 전지이며, 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 정극 집전판의 폭 치수를 L로 하고, 부극 탭의 길이를 T'로 하고, 정극 탭의 길이를 T로 했을 때에, 이하의 관계에 있는 이차 전지. 45>[(W/L)×100]>28 (1) 45>[(W'/L')×100]>28 (2) W/T>1.8 (3) W'/T'>1.8 (4)

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.

최근, 환경 문제를 배경으로 하여, 하이브리드 전기 자동차(HEV), 전기 자동차(EV), 포크리프트, 포크레인 등의 이동체뿐만 아니라, 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 수반하여, 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 유독한 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 활발히 진행되고 있다.

이 니켈 수소 전지나 리튬 이온 이차 전지의 주요한 구성 요소는, 부극 집전판의 표면에 부극 활물질층을 형성한 부극판과, 전해질을 보유하는 세퍼레이터와, 정극 집전판의 표면에 정극 활물질층을 형성한 정극판이다. 니켈 수소 전지는, 정극 활물질에 니켈 산화물, 부극 활물질에 수소 흡수 합금을 채용하고 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지는, 정극 활물질에 리튬 금속 산화물, 부극 활물질에 흑연 등의 카본 재료를 채용하고 있다. 전지 구조로서는, 띠 형상의 부극판, 세퍼레이터, 정극판을 포개어 소용돌이 형상으로 감은 원통형 구조와, 스트립상의 부극판, 세퍼레이터, 정극판을 교대로 배치한 적층형 구조로 크게 구별된다. 띠 형상의 부극판, 세퍼레이터, 정극판을 권취하기 위한 축심 등의 발전에 관여하지 않는 체적부분이 많이 있는 원통형 구조보다도, 스트립상의 부극판, 세퍼레이터, 정극판을 교대로 배치한 적층형 구조가, 일반적으로 고체적 에너지 밀도화에 더욱 적합하다. 이것은, 적층형은 권취를 위한 축심이 불필요하거나, 외부 출력용의 정극 단자 및 부극 단자를 동일면에 형성하기 쉬운 점에서, 발전에 기여하는 부분 이외의 체적을 적게 할 수 있기 때문이다.

또한, 표면에 활물질층을 형성한 금속 집전체(집전판)의 한 변에는, 전지의 외부 단자와 전기적으로 접속하기 위한 집전 탭이 형성되어 있다. 원통형 구조는 집전 탭이 띠 형상의 극판에 규칙적인 간격으로 형성되어, 감겨 있다. 한편, 적층형은, 스트립상의 극판의 한 변에 집전 탭이 형성되어 있다. 이 집전 탭을 소정 매수 묶어, 전지의 외부 단자와 전기적 접속되어 있는 전기 배선 부재(집전체)와 접속되어 있다. 전지의 대용량 및 대전류화에 수반하여, 상기 전기 배선 부재나 집전 탭에 의한 발열을 방지하기 위하여, 상기 전기 배선 부재나 집전 탭의 전기 저항을 저감시킬 필요가 있다.

종래, 전기 배선 부재나 집전 탭의 전기 저항 저감에 관한 것으로, 이하와 같은 제안이 이루어지고 있다. 예를 들어, 전기 저항이 큰 정극 외부 단자를 부극판에 비하여 폭넓게 한 라미네이트형 전지가 제안되고 있다(하기 특허문헌 1 참조).

일본 특허 공개 제2010-251150호 공보

그러나, 인용 문헌 1에는 리튬 이온 이차 전지 내부에서의 온도 상승에 관한 기재는 없다. 리튬 이온 이차 전지(대용량 대전류 적층형 전지)의 용량을 크게 한 경우, 특히 전지 내부의 방열성이 저하되어 수명이 저감되는 과제가 있다. 특히, 정극 활물질로서 망간산리튬을 사용한 경우, 온도 상승에 의해 전지 온도가 약 60℃를 초과하면, 리튬 전지 수명이 크게 저하된다. 25℃에서 이 전지를 사용하는 경우, 방열성의 저하에 의한 정극 활물질의 온도 상승(ΔT)은 35℃ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 정극 활물질의 온도 상승(ΔT)은 30℃보다 낮은 것이 바람직하다.

또한, 일반적으로, 집전 탭은 띠 형상의 전극 롤을 소정 형상의 칼날 등으로 잘라내어 형성되지만, 집전 탭의 형성 후 권취 공정에 있어서, 집전 탭의 길이가 폭보다도 길어지면, 집전 탭의 자중으로 늘어지고, 절곡되어 권취될 우려가 있다. 이로 인해, 집전 탭의 길이나 폭의 관계가 중요하다.

이와 같이, 대용량 대전류 적층형 전지에서는, 집전 탭의 폭의 증대에 수반하는 가공성 저하의 억제나 대전류화에 의한 집전 탭이나 집전체 극주(極柱)의 부품 체적의 증대에 수반하는 체적 에너지 밀도의 저하를 억제하는 것이 중요한 과제로 되어 있다.

본 발명의 목적은, 부극 탭 및 정극 탭의 가공성 저하를 억제함과 함께, 전지 내부의 온도 상승을 억제할 수 있는 이차 전지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 보다 구체적인 목적은, 리튬 이온 이차 전지에 있어서의 부극 탭 및 정극 탭의 가공성 저하를 억제함과 함께, 전지 내부의 온도 상승을 억제할 수 있는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 부극 집전판에 부극 활물질층이 형성되고 또한 부극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 부극 탭을 구비하여 이루어지는 부극판과, 세퍼레이터와, 정극 집전판에 정극 활물질층이 형성되고 또한 정극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 정극 탭을 구비하여 이루어지는 정극판이 적층된 극판군과, 부극 단자와, 정극 단자를 구비하고 있다. 그리고 본 발명의 이차 전지는, 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에 이하의 관계에 있다.

상기 관계를 갖는 이차 전지에서는, 부극 탭 및 정극 탭의 가공성 저하를 억제할 수 있고, 게다가 부극 탭과 부극 단자의 부극 집전체와의 접합부 및 정극 탭과 정극 단자의 정극 집전체와의 접합부의 발열에 의해, 부극 활물질층 및 정극 활물질층의 온도 상승이 작게 억제된다. 이것은, 부극 탭 및 정극 탭의 폭 치수 W', W가 커지면, 부극 탭이 접합되는 부극 집전체 및 정극 탭이 접합되는 정극 집전체의 폭 치수도 커짐으로써 부극 단자 및 정극 단자의 체적이 커지고, 열용량이 증대되기 때문에, 온도 상승이 억제되기 때문이라고 추측된다.

상기 관계를 갖는 이차 전지는, 부극 탭의 길이를 T'로 하고, 정극 탭의 길이를 T로 했을 때에, 다음의 관계를 갖는 것이 바람직하다.

상기 관계를 만족하는 이차 전지에서는, 부극 활물질층 및 정극 활물질층의 온도 상승이 더욱 작게 억제된다.

또한, 부극 단자의 부극 집전체와 부극 탭이 접촉하는 면적 및 정극 단자의 정극 집전체와 정극 탭이 전기적으로 접촉하는 면적이 상기 부극 탭 및 정극 탭의 면적의 1/3 이상인 것이 바람직하다. 이렇게 하면 접합부에 있어서의 전기 저항을 저감시킬 수 있어, 접합부로부터의 발열량을 저감시킬 수 있다.

또한 부극 집전판에 부극 활물질층이 형성되고 또한 부극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 부극 탭을 구비하여 이루어지는 부극판과, 세퍼레이터와, 정극 집전판에 정극 활물질층이 형성되고 또한 정극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 정극 탭을 구비하여 이루어지는 정극판이 적층된 극판군과, 부극 단자와, 정극 단자를 구비하고, 정극 활물질로서 망간산리튬이 사용되고 있는 리튬 이온 이차 전지에 본 발명을 적용한 경우에는, 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 부극 탭의 길이법을 T'로 하고, 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 정극 탭의 길이 치수를 T로 하고, 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에,

의 관계를 만족함으로써, 상기 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

또한 특히 정극 활물질로서 망간산리튬이 사용되고 있는 리튬 이온 이차 전지에 본 발명을 적용한 경우에, 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 부극 탭의 길이법을 T'로 하고, 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 정극 탭의 길이 치수를 T로 하고, 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에,

의 관계를 만족하도록 하면, 활물질 온도 상승 ΔT를 30℃보다 낮은 것으로 할 수 있다. 또한 특히 극판군은, 용량이 100Ah 내지 500Ah가 되도록, 부극판 및 정극판의 매수가 정해져 있는 리튬 이온 이차 전지에, 본 발명을 적용하면 우수한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 탭 가공 시의 가공성 저하를 억제함과 함께, 전지 내부의 온도 상승을 억제할 수 있는 이차 전지 및 리튬 이온 이차 전지를 제공할 수 있다. 또한 전지 내부의 집전부를 콤팩트하게 한 체적 에너지 밀도가 높은 대용량 대전류의 이차 전지 및 리튬 이온 이차 전지를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 설명하는 전지의 일부 절결 사시도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 실시예를 설명하는 금속 집전체의 개략 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 단, 이하의 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그의 상대적 위치 등은, 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 기술적 범위를 그것에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

이하, 본 발명에 관한 이차 전지를 리튬 이온 전지에 적용한 실시 형태에 대하여 설명한다.

(1) 정극판

정극판은, 정극 활물질과 결착재를 함유하는 정극 활물질층을, 정극 집전판 위에 형성하여 제작된다. 구체적으로는, 정극 활물질과 결착재 및 필요에 따라 도전재 및 증점재 등을 건식으로 혼합하여 시트상으로 한 것을 정극 집전판에 압착하거나 또는 이들 재료를 액체 매체에 용해, 분산시켜 슬러리로서 정극 집전판에 도포하고, 건조함으로써, 정극 활물질층을 정극 집전판 위에 형성시킨다.

정극 활물질로서는, 리튬을 삽입 탈리, 용해 석출 가능한 공지의 리튬과 전이 금속의 복합 산화물을 단독 또는 2종 이상을 혼합한 것을 사용할 수 있다. 리튬 금속과 전이 금속의 복합 산화물의 예로서는, 망간산리튬, 니켈산리튬, 코발트산리튬, 리튬인산철 등을 들 수 있다. 이들 복합 산화물은, 단상의 것, 전이 금속의 일부를 이종 원소로 치환한 것 또는 표면을 산화물이나 탄소로 코팅한 것일 수도 있다.

정극용 도전재로서는, 공지의 도전재를 임의로 사용할 수 있다. 구체예로서는, 구리, 니켈 등의 금속 재료; 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연(그래파이트); 아세틸렌 블랙 등의 카본 블랙; 니들 코크스 등의 무정형 탄소 등의 탄소질 재료 등을 들 수 있다. 또한, 이들은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 임의의 비율로 병용할 수도 있다.

정극 활물질층의 제조에 사용하는 결착재로서는, 특별히 한정되지 않고 도포법의 경우에는, 전극 제조 시에 사용하는 액체 매체에 대하여 용해 또는 분산되는 재료이면 된다. 결착재의 구체예로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 방향족 폴리아미드, 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스 등의 수지계 고분자; SBR(스티렌-부타디엔 고무), NBR(아크릴로니트릴-부타디엔 고무), 불소 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 등의 고무상 고분자; 스티렌·부타디엔·스티렌 블록 공중합체 또는 그의 수소 첨가물, EPDM(에틸렌·프로필렌·디엔 3원 공중합체), 스티렌·에틸렌·부타디엔·에틸렌 공중합체, 스티렌·이소프렌·스티렌 블록 공중합체, 또는 그의 수소 첨가물 등의 열가소성 엘라스토머상 고분자; 신디오택틱-1,2-폴리부타디엔, 폴리아세트산비닐, 에틸렌·아세트산비닐 공중합체, 프로필렌·α-올레핀 공중합체 등의 연질 수지상 고분자; 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리테트라플루오로에틸렌, 불소화폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌·불화비닐리덴 공중합체 등의 불소계 고분자; 알칼리 금속 이온(특히 리튬 이온)의 이온 전도성을 갖는 고분자 조성물 등을 들 수 있다. 또한, 이들 물질은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 임의의 조합 및 임의의 비율로 병용할 수도 있다. 바람직하게는 정극의 안정성의 관점에서, 폴리불화비닐리덴(PVdF)이나 폴리테트라플루오로에틸렌·불화비닐리덴 공중합체 등의 불소계 고분자가 좋다.

도포, 건조에 의해 얻어진 정극 활물질층은, 정극 활물질의 충전 밀도를 올리기 위하여, 핸드 프레스, 롤러 프레스 등에 의해 압밀화되는 것이 바람직하다.

정극 집전판의 재질로서는 특별히 제한은 없고, 공지의 것을 임의로 사용할 수 있다.

구체예로서는, 알루미늄, 스테인리스강, 니켈 도금, 티타늄, 탄탈륨 등의 금속 재료; 카본 클로스, 카본 페이퍼 등의 탄소질 재료를 들 수 있다. 그 중에서도 금속 재료, 특히 알루미늄박이 바람직하다.

정극 집전판의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니고, 공지의 형태를 임의로 사용할 수 있다. 구체예로서는, 금속 재료의 경우에는, 금속박, 금속 원주, 금속 코일, 금속판, 금속 박막, 익스팬드 메탈, 펀치 메탈, 발포 메탈 등을 들 수 있다. 탄소질 재료의 경우에는, 탄소판, 탄소 박막, 탄소 원주 등을 들 수 있다. 이들 중 금속박이 바람직하다. 또한, 금속박은 적절히 메쉬상으로 형성할 수도 있다. 금속박의 두께는 임의이지만, 통상 1㎛ 이상, 바람직하게는 3㎛ 이상, 보다 바람직하게는 5㎛ 이상, 또한 통상 1㎜ 이하, 바람직하게는 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 50㎛ 이하이다. 금속박이 이 범위보다도 얇으면, 집전판으로서 필요한 강도가 부족한 경우가 있다. 반대로, 금속박이 이 범위보다도 두꺼우면, 취급성이 손상되는 경우가 있다.

(2) 부극판

부극판은 전기 화학적으로 리튬 이온을 흡장·방출 가능한 부극 활물질을 포함하는 부극 합재가 부극 집전판의 양면에 도포되어 있다. 부극 활물질로서는, 탄소질 재료, 산화주석이나 산화규소 등의 무기 산화물, 금속 복합 산화물, 리튬 단체나 리튬알루미늄 합금 등의 리튬 합금, 주석이나 규소 등의 리튬과 합금 형성 가능한 무기물 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수도, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수도 있다. 그 중에서도 탄소질 재료 또는 리튬 복합 산화물을 사용하는 것이 안전성의 관점에서 바람직하다.

금속 복합 산화물로서는, 리튬을 흡장, 방출 가능하면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구성 성분으로서 티타늄 및/또는 리튬을 함유하고 있는 것이, 고전류 밀도 충방전 특성의 관점에서 바람직하다.

탄소질 재료로서는, 비정질 탄소, 천연 흑연, 천연 흑연에 건식의 CVD(Chemical Vapor Deposition; 화학 기상 증착)법이나 습식의 스프레이법으로 형성되는 피막을 형성한 복합 탄소질 재료, 에폭시나 페놀 등의 수지 원료, 혹은 석유나 석탄으로 얻어지는 피치계 재료를 원료로 하여 소성하여 만들어지는 인조 흑연, 비정질 탄소 재료 등의 탄소질 재료 또는 리튬과 화합물을 형성함으로써 리튬을 흡장 방출할 수 있는 리튬 금속, 리튬과 화합물을 형성하고, 결정 간극에 삽입됨으로써 리튬을 흡장 방출할 수 있는 규소, 게르마늄, 주석 등 14족 원소의 산화물 혹은 질화물을 사용할 수 있다.

또한, 부극 합재에는 부극 활물질 이외에도, 도전재로서 성질이 상이한 탄소질 재료를 2종 이상 함유할 수도 있다.

부극 집전판으로서는, 공지의 것을 임의로 사용할 수 있다. 부극 집전판으로서는, 구리, 니켈, 스테인리스강, 니켈 도금강 등의 금속 재료를 들 수 있으며, 그 중에서 가공의 용이함과 비용의 관점에서 구리가 바람직하다. 부극 집전판의 형상은, 집전판이 금속 재료인 경우에는, 예를 들어 금속박, 금속 원주, 금속 코일, 금속판, 금속 박막, 익스팬드 메탈, 펀칭 메탈, 발포 메탈 등을 들 수 있다. 그 중에서도 바람직하게는 구리박이며, 더욱 바람직하게는 압연법에 의한 압연 구리박과, 전해법에 의한 전해 구리박을 부극 집전체로서 사용할 수 있다. 구리박의 두께가 25㎛보다도 얇은 경우는, 순구리보다도 강도가 높은 구리 합금(인청동, 티타늄구리, 코르손 합금, Cu-Cr-Zr 합금 등)을 사용할 수 있다.

부극 활물질을 결착하는 결합제로서는, 비수계 전해액이나 전극 제조 시에 사용하는 용매에 대하여 안정된 재료이면, 특별히 제한은 없다. 구체적으로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 방향족 폴리아미드, 셀룰로오스, 니트로셀룰로오스 등의 수지계 고분자; SBR(스티렌-부타디엔 고무), 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 불소 고무, NBR(아크릴로니트릴-부타디엔 고무), 에틸렌-프로필렌 고무 등의 고무상 고분자; 스티렌·부타디엔·스티렌 블록 공중합체, 또는 그의 수소 첨가물; EPDM(에틸렌·프로필렌·디엔 3원 공중합체), 스티렌·에틸렌·부타디엔·스티렌 공중합체, 스티렌·이소프렌·스티렌 블록 공중합체 또는 그의 수소 첨가물 등의 열가소성 엘라스토머상 고분자; 신디오택틱-1,2-폴리부타디엔, 폴리아세트산비닐, 에틸렌·아세트산비닐 공중합체, 프로필렌·α-올레핀 공중합체 등의 연질 수지상 고분자; 폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불소화폴리불화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체 등의 불소계 고분자; 알칼리 금속 이온(특히 리튬 이온)의 이온 전도성을 갖는 고분자 조성물 등을 들 수 있다. 이들 성분은 1종을 단독으로 사용할 수도, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용하여 사용할 수도 있다.

(3) 수지 세퍼레이터

수지 세퍼레이터는, 양극간을 전자적으로 절연하는 소정의 기계적 강도를 갖고, 이온 투과도가 크며, 또한 정극에 접하는 측에 있어서의 산화성과 부극측에 있어서의 환원성에의 내성을 겸비하는 수지가 사용된다. 이러한 수지로서는, 올레핀계 중합체가 사용된다. 구체적으로는, 비수계 전해액에 대하여 안정되고, 보액성이 우수한 재료 중에서 선택하는 것이 바람직하고, 예를 들어 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 중 적어도 1개를 재질로서 포함하는 다공성 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 수지 세퍼레이터의 형태로서는, 박막 형상이고, 구멍 직경이 0.01 내지 1㎛, 두께가 15 내지 50㎛인 미다공성 필름 등이 적절하게 사용된다. 또한, 수지 세퍼레이터의 공공률은 30 내지 50％가 바람직하고, 35 내지 45％가 보다 바람직하다. 또한, 본 예의 수지 세퍼레이터(두께가 15 내지 50㎛인 수지 세퍼레이터)는 1매의 세퍼레이터로 구성할 수도 있고, 2매 이상의 세퍼레이터를 포개어 구성할 수도 있다.

(4) 전해액

본 예의 리튬 이온 이차 전지에서 사용하는 전해액은, 리튬염과, 이것을 용해하는 비수계 용매로 구성되어 있고, 첨가제를 더 함유할 수도 있다.

리튬염으로서는, 리튬 이온 이차 전지용 비수계 전해액의 전해질로서 공지의 리튬염이 사용되고, 예를 들어 다음의 것을 들 수 있다.

·무기 리튬염: LiPF₆, LiBF₄, LiAsF₆, LiSbF₆ 등의 무기 불화물염; LiClO₄, LiBrO₄, LiIO₄ 등의 과할로겐산염; LiAlCl₄ 등의 무기 염화물염 등이 있다.

·불소 함유 유기 리튬염: F₃SO₃ 등의 퍼플루오로알칸술폰산염; LiN(CF₃SO₂)₂, LiN(CF₃CF₂SO₂)₂, LiN(CF₃SO₂)(C₄F₉SO₂) 등의 퍼플루오로알칸술포닐이미드염; LiC(CF₃SO₂)₃ 등의 퍼플루오로알칸술포닐메티드염; Li[PF₅(CF₂CF₂CF₃)], Li[PF₄(CF₂CF₂CF₃)₂], Li[PF₃(CF₂CF₂CF₃)₃], Li[PF₅(CF₂CF₂CF₂CF₃)], Li[PF₄(CF₂CF₂CF₂CF₃)₂], Li[PF₃(CF₂CF₂CF₂CF₃)₃] 등의 플루오로알킬불화인산염 등이 있다.

·옥살레이트보레이트염: 리튬비스(옥살레이트)보레이트, 리튬디플루오로옥살레이트보레이트 등이 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용할 수도, 2종 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용할 수도 있다. 이들 중에서도 용매에 대한 용해성, 이차 전지에 사용한 경우의 충방전 특성, 출력 특성, 사이클 특성 등을 종합적으로 판단하면, 헥사플루오로인산리튬(LiPF₆)이 바람직하다.

비수계 전해액 중의 이들 전해질의 농도는, 특별히 제한은 없지만, 통상 0.5mol/L 이상, 바람직하게는 0.6mol/L 이상, 보다 바람직하게는 0.7mol/L 이상이다. 또한, 그의 상한은, 통상 2mol/L 이하, 바람직하게는 1.8mol/L 이하, 보다 바람직하게는 1.7mol/L 이하이다. 농도가 지나치게 낮으면, 전해액의 전기 전도율이 불충분한 경우가 있고, 한편 농도가 너무 높으면, 점도 상승 때문에 전기 전도도가 저하되는 경우가 있어, 리튬 이온 이차 전지의 성능이 저하되는 경우가 있다.

비수계 용매로서는, 리튬 이온 이차 전지용 비수계 전해액의 전해질로서 공지의 비수계 용매가 사용되고, 예를 들어 다음의 것을 들 수 있다.

·환상 카르보네이트: 환상 카르보네이트를 구성하는 알킬렌기의 탄소수는 2 내지 6이 바람직하고, 특히 바람직하게는 2 내지 4이다. 구체적으로는 예를 들어, 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트, 부틸렌카르보네이트 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트가 바람직하다.

·쇄상 카르보네이트: 쇄상 카르보네이트로서는, 디알킬카르보네이트가 바람직하고, 구성하는 알킬기의 탄소수는 각각 1 내지 5가 바람직하고, 특히 바람직하게는 1 내지 4이다. 구체적으로는 예를 들어, 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 디-n-프로필카르보네이트 등의 대칭 쇄상 카르보네이트류; 에틸메틸카르보네이트, 메틸-n-프로필카르보네이트, 에틸-n-프로필카르보네이트 등의 비대칭 쇄상 카르보네이트류 등의 디알킬카르보네이트를 들 수 있다. 그 중에서도 디메틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트가 바람직하다.

·쇄상 에스테르: 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸 등을 들 수 있다.

·환상 에테르: 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 테트라히드로피란 등을 들 수 있다.

·쇄상 에테르: 디메톡시에탄, 디메톡시메탄 등을 들 수 있다.

이들은 단독으로 사용할 수도, 2종류 이상을 병용할 수도 있지만, 2종 이상의 화합물을 병용하는 것이 바람직하다.

상기 첨가재로서는, 리튬 이온 이차 전지용 비수계 전해액의 첨가재로서 사용될 수 있는 것이 알려져 있는 첨가재이면 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 다음의 것을 들 수 있다.

·질소 및/또는 황을 함유하는 복소환 화합물: 질소 및/또는 황을 함유하는 복소환 화합물로서는 특별히 한정은 없지만, 1-메틸-2-피롤리디논, 1,3-디메틸-2-피롤리디논, 1,5-디메틸-2-피롤리디논, 1-에틸-2-피롤리디논, 1-시클로헥실-2-피롤리디논 등의 피롤리디논류; 3-메틸-2-옥사졸리디논, 3-에틸-2-옥사졸리디논, 3-시클로헥실-2-옥사졸리디논 등의 옥사졸리디논류; 1-메틸-2-피페리돈, 1-에틸-2-피페리돈 등의 피페리돈류; 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 1,3-디에틸-2-이미다졸리디논 등의 이미다졸리디논류; 술포란, 2-메틸술포란, 3-메틸술포란 등의 술포란류; 술포렌; 에틸렌술파이트, 프로필렌술파이트 등의 술파이트류; 1,3-프로판술톤, 1-메틸-1,3-프로판술톤, 3-메틸-1,3-프로판술톤, 1,4-부탄술톤, 1,3-프로펜술톤, 1,4-부텐술톤 등의 술톤류 등을 들 수 있다.

·환상 카르복실산에스테르: 환상 카르복실산에스테르로서는, 특별히 한정은 없지만, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-헥사락톤, γ-헵타락톤, γ-옥타락톤, γ-노나락톤, γ-데카락톤, γ-운데카락톤, γ-도데카락톤, α-메틸-γ-부티로락톤, α-에틸-γ-부티로락톤, α-프로필-γ-부티로락톤, α-메틸-γ-발레로락톤, α-에틸-γ-발레로락톤, α,α-디메틸-γ-부티로락톤, α,α-디메틸-γ-발레로락톤, δ-발레로락톤, δ-헥사락톤, δ-옥타락톤, δ-노나락톤, δ-데카락톤, δ-운데카락톤, δ-도데카락톤 등을 들 수 있다.

·불소 함유 환상 카르보네이트: 불소 함유 환상 카르보네이트로서는, 특별히 한정은 없지만, 플루오로에틸렌카르보네이트, 디플루오로에틸렌카르보네이트, 트리플루오로에틸렌카르보네이트, 테트라플루오로에틸렌카르보네이트, 트리플루오로프로필렌카르보네이트 등을 들 수 있다.

·기타 분자 내에 불포화 결합을 갖는 화합물: 비닐렌카르보네이트, 비닐에틸렌카르보네이트, 디비닐에틸렌카르보네이트, 메틸비닐카르보네이트, 에틸비닐카르보네이트, 프로필비닐카르보네이트, 디비닐카르보네이트, 알릴메틸카르보네이트, 알릴에틸카르보네이트, 알릴프로필카르보네이트, 디알릴카르보네이트, 디메탈릴카르보네이트 등의 카르보네이트류; 아세트산비닐, 프로피온산비닐, 아크릴산비닐, 크로톤산비닐, 메타크릴산비닐, 아세트산알릴, 프로피온산알릴, 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산프로필, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필 등의 에스테르류; 디비닐술폰, 메틸비닐술폰, 에틸비닐술폰, 프로필비닐술폰, 디알릴술폰, 알릴메틸술폰, 알릴에틸술폰, 알릴프로필술폰 등의 술폰류; 디비닐술파이트, 메틸비닐술파이트, 에틸비닐술파이트, 디알릴술파이트 등의 술파이트류; 비닐메탄술포네이트, 비닐에탄술포네이트, 알릴메탄술포네이트, 알릴에탄술포네이트, 메틸비닐술포네이트, 에틸비닐술포네이트 등의 술포네이트류; 디비닐술페이트, 메틸비닐술페이트, 에틸비닐술페이트, 디알릴술페이트 등의 술페이트류 등을 들 수 있다.

기타, 상기한 첨가제로서는, 요구되는 기능에 따라 후술하는 공지의 첨가제를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 과충전 방지재로서는, 비페닐, 알킬비페닐, 터페닐, 터페닐의 부분 수소화체, 시클로헥실벤젠, t-부틸벤젠, t-아밀벤젠, 디페닐에테르, 디벤조푸란 등의 방향족 화합물; 2-플루오로비페닐, o-시클로헥실플루오로벤젠, p-시클로헥실플루오로벤젠 등의 상기 방향족 화합물의 부분 불소화물; 2,4-디플루오로아니솔, 2,5-디플루오로아니솔, 2,6-디플루오로아니솔, 3,5-디플루오로아니솔 등의 불소 함유 아니솔 화합물 등을 들 수 있다.

또한, 예를 들어 부극 피막 형성재로서는, 무수 숙신산, 무수 글루타르산, 무수 말레산, 무수 시트라콘산, 무수 글루타콘산, 무수 이타콘산, 시클로헥산디카르복실산 무수물 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 무수 숙신산, 무수 말레산을 들 수 있다. 이들은 2종류 이상 병용하여 사용할 수도 있다.

또한, 예를 들어 정극 보호재로서는, 디메틸술폭시드, 디에틸술폭시드, 디메틸술파이트, 디에틸술파이트, 메탄술폰산메틸, 부술판, 톨루엔술폰산메틸, 디메틸술페이트, 디에틸술페이트, 디메틸술폰, 디에틸술폰, 디페닐술피드, 티오아니솔, 디페닐디술피드 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 메탄술폰산메틸, 부술판, 디메틸술폰을 들 수 있다. 이들은 2종류 이상 병용하여 사용할 수도 있다.

[전지 구조]

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 리튬 이온 이차 전지의 일부 절결 사시도이다. 도 2의 (A)는 정극 탭(3)을 구비한 정극 집전판(구리박)(12)에 정극 활물질이 도포되어 이루어지는 정극판(10)과, 단자부(4A) 및 정극 집전체(4B)를 구비하여 이루어지는 정극 단자(4)의 관계를 도시하는 개략 평면도이다. 도 2의 (B)는 부극 탭(3')을 구비한 부극 집전판(알루미늄박)(12')에 부극 활물질이 도포되어 이루어지는 부극판(10')과, 단자부(4'A) 및 부극 집전체(4'B)를 구비하여 이루어지는 부극 단자(4')의 관계를 도시하는 개략 평면도이다. 도 1에 있어서, 전지 캔(1)에 수납된 극판군(2) 중의 복수매의 정극판(10)은, 복수의 정극 탭(3)을 통하여 정극 단자(4)의 정극 집전체(4B)와 전기적이면서도 기계적으로 접속되어 있고, 복수매의 부극판(10')은, 복수매의 부극 탭(3')을 통하여 부극 단자(4')의 정극 집전체(4'B)와 전기적이면서도 기계적으로 접속되어 있다. 정극 단자(4)는 너트 등의 체결 부품(5)으로 덮개판(8)에 고정되어 있다. 또한 부극 단자(4')도 너트 등의 체결 부품(5')으로 덮개판(8)에 고정되어 있다. 또한 도 1에 있어서는, 복수매의 정극 탭(3)을 대표적으로 1매만 도시하고 있다. 또한, 덮개판(8)에는 전해액을 주입하는 주액 구멍을 밀봉한 주액 구멍 마개(6)나, 과충전 시 등의 비정상 시에, 전지 캔의 내압을 개방하기 위한 안전 밸브(7)가 배치되어 있다.

극판군(2)는, 복수매의 부극판(10')과, 전해질을 보유하는 복수매의 세퍼레이터(도시하지 않음)와, 복수매의 정극판(10)을, 부극판(10'), 세퍼레이터, 부극판(10')의 순으로 교대로 포갠 구성으로 되어 있다. 극판군(2)의 두께 등의 치수나 적층 매수는, 필요한 전지 용량에 따라 결정된다. 전지 캔(1)은 직사각형의 극판군(2)을 내포하기 때문에, 사각형을 이루고 있다. 사각형 전지는, 띠 형상의 정극판과, 띠 형상의 세퍼레이터와, 띠 형상의 부극판을 포갠 적층체를 원주상으로 감아서 원통형의 전지 캔에 넣는 경우에 비교하여, 권취하기 위한 축심 등이 없기 때문에, 체적 에너지 밀도를 높일 수 있는 이점이 있다. 전지 캔(1)은 알루미늄 합금을 임팩트 프레스 성형으로 형성하고 있다. 전지 캔(1)의 재질은 알루미늄계 금속인 경우, 다이캐스트 성형으로 제작할 수도 있다. 또한, 전지 캔(1)의 재질은 스테인리스강일 수도 있다. 전지 캔(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, BT 레진 등의 수지를 사용할 수도 있다. 수지계의 전지 캔은, 금속계의 전지 캔에 비하여, 재질의 밀도가 작기 때문에 가벼워지는 이점이 있다. 한편, 수지계는 강도적으로 약하고, 또한 열전도성이 작기 때문에 방열성이 떨어지는 등의 결점이 있다. 전지 캔(1)은 금속제 재료를 주체로 하고, 표면에 상기 수지가 피복되어 있을 수도 있다.

극판군(2) 중의 복수매의 정극 탭(3)과 부극 탭(3')의 매수는, 용량에 따라 결정되고, 수십 Ah 내지 수백 Ah의 용량의 전지는 수십매 내지 수백매의 탭 매수에 이른다. 본 실시예의 도면에서는, 복수로 묶은 탭을 간편하게 나타내기 위하여, 예를 들어 도 1의 정극 탭(3)과 같이, 1개의 도형으로서 도시하고 있다. 정극 단자(4)와 부극 단자(4')는, 모두 전지의 동일한 면(덮개(8))으로부터 돌출되어 있다. 이에 의해, 정극 단자(4)와 부극 단자(4')에의 배선이 하나의 면 내에서 수용되기 때문에, 배선용 공간이 적어도 된다.

도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 정극판(10)에는, 표면에 정극 활물질층(9)을 형성한 정극 집전판(12)의 일부에, 정극 활물질층(9)이 형성되어 있지 않은 미도공부(11)가 형성되어 있다. 미도공부(11)의 일부를 연장하여 정극 탭(3)이 형성되어 있다. 정극 탭(3)의 길이 치수 T는, 정극 탭의 절곡을 고려하여 정극 탭(3)의 폭 치수 W보다도 짧게 하고 있다. 복수매의 정극 탭(3)은, 포개진 상태로 정극 단자(4)의 정극 집전체(4B)에 전기적이면서도 기계적으로 접속되어 있다. 또한 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, 부극판(10')에는 표면에 부극 활물질층(9')을 형성한 부극 집전판(12')의 일부에, 부극 활물질층(9')이 형성되어 있지 않은 미도공부(11')가 형성되어 있다. 미도공부(11')의 일부를 연장하여 부극 탭(3')이 형성되어 있다. 부극 탭(3')의 길이 치수 T'은 부극 탭의 절곡을 고려하여 부극 탭(3')의 폭 치수 W'보다도 짧게 하고 있다. 복수매의 부극 탭(3')은 포개진 상태로 부극 단자(4')의 부극 집전체(4'B)에 전기적이면서도 기계적으로 접속되어 있다. 부극 집전체(4'B) 및 정극 집전체(4B)와 상기 부극 탭(3') 및 정극 탭(3)이 접촉 또는 접합하는 면적은, 부극 탭(3') 및 정극 탭(3)의 면적의 1/3 이상으로 하는 것이 바람직하다. 정극 활물질층(9)을 형성한 정극판(10)은, 예를 들어 다음과 같이 제작된다. 리튬 함유 산화물(정극 활물질)로서, 망간산리튬 분말, 도전재로서 탄소 분말 및 결합제로서 폴리불화비닐리덴(이하, PVDF라고 약칭함)을 혼합하고, 거기에 분산 용매가 되는 N-메틸피롤리돈(이하, NMP라고 약칭함)을 적당량 추가하여 충분히 혼련하고, 분산시켜, 슬러리로 한다. 이 슬러리를 전사에 의해 정극 집전판(12)이 되는 두께 20㎛의 띠 형상의 알루미늄박의 양면에 도포하여 건조하고, 통상 수100m 길이의 띠 형상의 상기 정극 활물질을 도포한 알루미늄박이 롤상 극판으로서 권취된다. 이어서, 이 롤상 극판으로부터 띠 형상의 극판을 인출하고, 탭 형성 절단기에 의해 탭(3)이 형성되고, 탭을 구비한 롤상 극판으로서, 롤상으로 권취된다. 다음에, 가열한 롤을 갖는 롤 프레스기에 의해, 소정의 프레스압으로 압축하여 롤상으로 권취함으로써, 롤상의 정극을 얻는다. 계속해서, 롤상의 정극으로부터, 띠 형상의 정극을 인출하여 절단 장치로 소정의 폭으로 절단하여, 정극 활물질층을 형성한 정극 탭(3)을 구비한 직사각형 정극판(10)을 얻는다. 부극판(10')은 탄소재(부극 활물질)와 결착제로서 PVDF를 혼합하고, NMP를 적당량 추가하여 충분히 혼련하고, 분산시켜 슬러리로 한다. 이 슬러리를 전사에 의해 부극 집전판이 되는 두께 10㎛의 구리박의 양면에 도포하여 건조하고, 롤상 극판으로서 권취된다. 다음의 탭 형성 공정 이후는, 정극판(10)의 제작 공정과 마찬가지이다. 이 소정의 폭으로 절단된 탭을 구비한 정극판(10) 및 부극판(10')과 세퍼레이터를 적층하여, 극판군(2)이 형성된다. 이와 같이, 극판군(2)에 사용되는 정극판(10) 및 부극판(10')의 제작 공정에서는, 롤상의 금속 집전판을 권취하는 공정이 복수 있다. 그리고 각 장치에는 권취 롤 외에, 조출, 가이드, 방향 전환용, 장력 조정용 등의 다양한 회전 롤이 구비되어 있고, 띠 형상의 금속 집전판은, 그들 회전 롤에 접하면서 통과한다. 이와 같이 띠 형상의 금속 집전체가 롤에 접하면서 제작되기 때문에, 롤부를 통과할 때, 금속 집전판(12 또는 12')은 10㎛ 내지 20㎛로 얇은 박이기 때문에, 극판에 인가되는 장력의 밸런스나 반송의 어긋남, 극판 내의 온도 분포 등에 의해 탭부의 길이 치수 T, T'이 크면 자중으로 절곡되거나, 롤 직경에 추종할 수 없어, 뒤로 젖혀지거나, 탭의 근원에서 균열이 생기거나 할 가능성이 있다.

정극 단자(4)의 정극 집전체(4B)와 복수매의 정극 탭(3)의 접합 및 부극판(4')의 부극 집전체(4'B)와 복수매의 부극 탭(3')의 접합은 초음파 접합을 사용했다. 그 결과, 복수매의 정극 탭(3)의 용접부는 정극 단자(4)의 정극 집전체(4B)와 접합되고, 복수매의 부극 탭(3')의 용접부는, 부극 단자의 부극 집전체(4'B)에 접합되어 있다. 초음파 접합 이외에도, 전기 저항 용접, 레이저 용접, 마찰 교반 접합, 압착 등, 정극 단자(4)와 정극 탭(3) 및 부극 단자(4')와 부극 탭(3')을 전기적이면서도 기계적으로 접합할 수 있는 방법이면 된다. 또한, 정극 단자(4)의 정극 집전체(4B) 또는 부극 단자(4')의 부극 집전체(4'B)에 직접 탭을 용접하지 않고, 일단 판상 부재에 탭을 용접한 것을 정극 단자(4)의 정극 집전체(4B) 또는 부극 단자(4')의 부극 집전체(4'B)에 접합할 수도 있다. 부극 단자(4') 및 정극 단자(4)와 부극 탭(3') 및 정극 탭(3)을 접합하는 면적은 부극 탭(3') 및 정극 탭(3)의 면적의 1/3 이상인 것이 바람직하다.

도 2의 (A) 및 (B)에 있어서, 탭의 모서리는 직각으로 형성되어 있으나, 탭의 근원은 권취 공정 등에서 발생하는 인장 응력에 의해 균열이 생기지 않도록, 직각이 아니라 곡선으로 형성되는 것이 바람직하다.

실시예

정극 탭(3) 및 부극 탭(3')의 폭 치수를 표 1에 나타낸 바와 같이, 30㎜ 내지 80㎜로 다양하게 바꾸어 정극판(10)과 부극판(10')을 제작했다. 정극 집전판(12) 및 부극 집전판(12')의 폭 치수 L 및 L'은, 실시예 및 비교예 모두 178㎜로 했다. 정극 집전판(12) 및 부극 집전판(12')에 도포되어 있는 활물질의 길이 h는 130㎜로 했다. 이들 본 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 비교예 14의 극판(10, 10')을 사용하여 용량 100Ah의 리튬 이온 전지를 제작했다. 이 전지는 통상 100A 내지 500A의 대방전 전류가 가능하다. 표 1에 있어서의 가공 불량의 항목은, 정극판(10) 및 부극판(10')의 제작 공정 중에 전체 탭수 중 탭 절단이 20％ 이상인 탭에서 일어난 것은 ×, 20％ 이하를 ○로 했다.

실시예 및 비교예에 있어서, 탭 폭 치수 W, W'이 탭의 길이 치수 T, T'보다 큰 것은 탭 절단이 20％ 이하이었다. 한편, 탭 폭 W, W'이 탭 길이 T, T'보다 작은 것은 탭 절단이 20％보다 많이 발생하여, 수율이 낮기 때문에, 전지를 실질적으로 제작하는 것은 곤란했다.

또한, 표 1의 활물질 온도 상승값은, 제작한 실시예 및 비교예의 탭 형상을 갖는 전지의 방전 특성 측정 시의 활물질층의 표면 최고 온도이다. 동일한 탭 폭 치수 W, W'이어도 탭의 길이 치수 T, T'이 길면, 탭 부분의 발열에 의해, 활물질의 온도 상승이 증대되는 경향이 있었다. 또한, 동일한 탭의 길이 치수 T이어도, 탭의 폭 치수 W, W'이 크면 활물질의 온도 상승은 작게 억제되는 것을 알 수 있다. 이것은, 탭의 폭 치수 W, W'이 크면, 탭을 접합하기 위한 정극 집전체(4B) 및 부극 집전체(4'B)의 폭도 커짐으로써 정극 단자(4) 및 부극 단자(4')의 체적이 커져, 열용량이 증대되기 때문에, 온도 상승이 억제되어 있다고 생각되어진다.

분위기 온도가 20℃인 경우, 활물질 온도 상승 ΔT가 35℃ 이하이면 활물질의 온도는 55℃ 이하로 되기 때문에, 정극판으로부터의 망간 용출을 억제할 수 있어, 전지 열화를 억제할 수 있다. 특히 실시예 2, 4 및 6에서는, 활물질 온도 상승 ΔT를 30℃보다 낮출 수 있다.

탭의 폭 치수 W, W'이 30㎜ 및 40㎜인 비교예 1 내지 비교예 6은, 활물질 온도 상승이 모두 35℃보다 커, 대전류 방전에는 적합하지 않음을 알 수 있다. 탭의 폭 치수 W, W'이 50㎜에서는 실시예 1에 도시한 바와 같이, 탭의 길이 치수 T, T'을 20㎜ 이하로 하면, 35℃ 이하로 되는 것을 알 수 있다. 동일한 탭 폭 50㎜이라도 비교예 7 및 비교예 8은, 탭 길이 T가 길기 때문에, 35℃보다 커져, 전지로 하기 위해서는 부적절한 치수인 것을 알 수 있다. 탭 폭 W를 60㎜로 확장하면, 실시예 2 및 실시예 3에 기재한 바와 같이 탭 길이 T가 29㎜ 이하이고 35℃ 이하로 되었다. 동일한 탭 폭의 비교예 9는 가공성은 좋았지만, 온도 상승이 35℃보다 커져, 비교예 10은 가공성도 온도 상승도 불만족스러웠다. 탭 폭 치수 W, W'이 70㎜에서는, 실시예 4 및 실시예 5에 기재한 바와 같이 탭 길이 38㎜까지 온도 상승을 35℃ 이하로 억제할 수 있었다. 동일한 탭 폭 치수 W, W'이 70㎜인 비교예 11에서는 가공성은 양호하지만, 탭 길이가 길기 때문에 온도 상승이 35℃보다 커져, 비교예 12는 가공성도 온도 상승도 불만족스러웠다. 탭 폭 치수 W, W'이 80㎜에서는, 탭 길이 치수 T, T'이 42㎜ 이하인 실시예 6 및 실시예 7에서는 온도 상승을 35℃ 이하로 억제할 수 있지만, 비교예 13 및 비교예 14와 같이, 실시예보다도 탭 길이가 길어지면, 온도 상승이 35℃보다 크게 상승했다. 특히, 탭의 길이 치수 T, T'에 대하여 탭의 폭 치수 W, W'이 1.82배 이상의 치수이면 온도 상승을 35℃ 이하로 억제할 수 있었다. 또한, 탭 폭 치수 W, W'은, 정극 집전판(12) 및 부극 집전판(12')의 폭 치수 L의 28％ 이상이면, 온도 상승을 35℃ 이하로 억제할 수 있었다.

이와 같이, 탭의 폭 치수에 대하여 탭의 길이 치수를 짧게 함으로써, 탭 가공 시의 가공성 저하를 억제함과 함께, 전지 내부의 집전부를 콤팩트하게 한 체적 에너지 밀도가 높은 대용량 대전류의 이차 전지를 얻을 수 있었다.

표 1의 결과로부터는, 정극 활물질로서 망간산리튬이 사용되고 있는 리튬 이온 이차 전지에 있어서, 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 부극 탭의 길이법을 T'로 하고, 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 정극 탭의 길이 치수를 T로 하고, 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에,

의 관계를 만족하면, 양호한 결과가 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한 활물질 온도 상승 ΔT를 30℃보다 작게 하기 위해서는

의 관계를 만족하도록 하면, 양호한 결과가 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한 발명자의 연구에 의하면, 정극 활물질 재료를 한정하지 않고, 게다가 전지의 종류를 한정하지 않는 경우에 있어서, 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에,

의 관계를 만족하면, 부극 탭 및 정극 탭의 가공성 저하를 억제할 수 있고, 게다가 부극 탭과 부극 집전체의 접합부 및 정극 탭과 정극 집전체의 접합부의 발열에 의해, 부극 활물질층 및 정극 활물질층의 온도 상승이 작게 억제되는 것이 확인되고 있다. 또한 부극 탭의 길이를 T'로 하고 정극 탭의 길이를 T로 했을 때에,

의 관계를 만족함으로써, 부극 활물질층 및 정극 활물질층의 온도 상승을 더욱 작게 억제할 수 있는 것이 확인되고 있다.

1 전지 캔
2 극판군 적층체
3 정극 탭
3′ 부극 탭
4 정극 단자
4′ 부극 단자
5, 5′ 체결 부품
6 주액 구멍 마개
7 안전 밸브
8 덮개
9 활물질층
10 금속 집전체
11 미도공부
12 정극 집전판
12′부극 집전판

Claims

부극 집전판에 부극 활물질층이 형성되고 또한 상기 부극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 부극 탭을 구비한 부극판과, 세퍼레이터와, 정극 집전판에 정극 활물질층이 형성되고 또한 상기 정극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 정극 탭을 구비한 정극판이 적층되는 극판군과,
부극 단자와,
정극 단자를 구비하고,
상기 정극 활물질로서 망간산리튬이 사용되고 있는 리튬 이온 이차 전지이며,
상기 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 상기 부극 탭의 길이법을 T'로 하고, 상기 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 상기 정극 탭의 길이 치수를 T로 하고, 상기 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 상기 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에,

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 이차 전지.
부극 집전판에 부극 활물질층이 형성되고 또한 상기 부극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 부극 탭을 구비한 부극판과, 세퍼레이터와, 정극 집전판에 정극 활물질층이 형성되고 또한 상기 정극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 정극 탭을 구비한 정극판이 적층되는 극판군과,
부극 단자와,
정극 단자를 구비하고,
상기 정극 활물질로서 망간산리튬이 사용되고 있는 리튬 이온 이차 전지이며,
상기 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 상기 부극 탭의 길이법을 T'로 하고, 상기 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 상기 정극 탭의 길이 치수를 T로 하고, 상기 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 상기 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에,

의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 이차 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 극판군은, 용량이 100Ah 내지 500Ah가 되도록 상기 부극판 및 상기 정극판의 매수가 정해져 있는, 리튬 이온 이차 전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부극 단자의 부극 집전체와 상기 부극 탭이 접촉하는 면적 및 상기 정극 단자의 정극 집전체와 상기 정극 탭이 전기적으로 접촉하는 면적이, 상기 부극 탭 및 정극 탭의 면적의 1/3 이상인 것을 특징으로 하는, 리튬 이온 이차 전지.
부극 집전판에 부극 활물질층이 형성되고 또한 상기 부극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 부극 탭을 구비하는 부극판과, 세퍼레이터와, 정극 집전판에 정극 활물질층이 형성되고 또한 상기 정극 집전판의 일부가 연장되어 이루어지는 정극 탭을 구비하는 정극판이 적층되는 극판군과,
부극 단자와,
정극 단자를 구비하고,
상기 부극 탭의 폭 치수를 W'로 하고, 상기 정극 탭의 폭 치수를 W로 하고, 상기 부극 집전판의 폭 치수를 L'로 하고, 상기 정극 집전판의 폭 치수를 L로 했을 때에, 상기 부극 탭의 길이를 T'로 하고, 상기 정극 탭의 길이를 T로 했을 때에,

의 관계를 만족하는, 이차 전지.
제5항에 있어서, 상기 이차 전지의 용량이 100Ah 내지 500Ah인, 이차 전지.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 부극 단자의 부극 집전체와 상기 부극 탭이 접촉하는 면적 및 상기 정극 단자의 정극 집전체와 상기 정극 탭이 전기적으로 접촉하는 면적이, 상기 부극 탭 및 정극 탭의 면적의 1/3 이상인 것을 특징으로 하는, 이차 전지.