KR20160088418A - 각형 전지의 제조 방법 및 각형 전지 - Google Patents

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Abstract

각형 전지의 제조 방법은, 외부 단자, 및 외부 단자와 덮개체의 외면을 이격하는 외측 수지 부재가 덮개체에 조립되는 제1 공정, 제1 공정 이후 레이저에 의해 덮개체를 케이스 본체에 용접하기 위해 덮개체의 외면측으로부터 레이저 비임이 조사되는 제2 공정, 및 외측 수지 부재가 제2 공정 이후 팽창되는 제3 공정을 포함한다.

Description

각형 전지의 제조 방법 및 각형 전지{MANUFACTURING METHOD FOR SQUARE BATTERY AND SQUARE BATTERY}
본 발명은 각형 전지의 제조 방법 및 각형 전지에 관한 것이다.
정극 및 부극을 구비한 전극체가 외부 케이스에 수용되는 방식의 전지가 공지되어 있다. 이러한 구성을 갖는 전지의 하나의 대표적인 구성에서, 상기 외부 케이스는 케이스 본체, 및 케이스 본체에 용접된 덮개체를 구비한다. 용접 방법으로서, 레이저 용접법이 바람직하게 채용될 수 있다. 이러한 종류의 전지에 관한 기술 문헌으로서, 일본 특허 공개 공보 제2010-282847호(JP 2010-282847 A) 및 일본 특허 공개 공보 제2013-041752호(JP 2013-041752 A)가 있다.
JP 2010-282847 A에 개시된 전지에서, 전극 단자가 덮개체의 관통 구멍(단자 인출 구멍)으로부터 인출되고, 전극 단자 및 덮개체의 외면은 외측 수지 부재에 의해 이격되어 절연된다. 케이스 본체 및 덮개체의 접촉부(즉, 용접부)는 덮개체의 측부, 즉 케이스 본체의 측면 측에 설치된다. 이 접촉부가 덮개체의 외면 측에 위치된다고 상정하면, 덮개체의 외면측의 일 방향으로부터 상기 접촉부에 레이저 비임을 조사함으로서 레이저 용접이 수행될 수 있다. 이것은 전지의 생산성 향상 등의 관점으로부터 유리하다.
상술된 바와 같이, 덮개체의 외면측으로부터 레이저 비임을 조사하여 레이저 용접이 수행될 때, 덮개체의 외면 상에 외측 수지 부재가 배열되는 경우, 외측 수지 부재의 외부 에지로부터 용접부까지의 거리가 감소될수록 상기 외측 수지 부재는 레이저 비임에 의해 영향을 받기 쉬워진다. 예를 들어, 외측 수지 부재가 레이저 비임을 흡수할 때, 열에 의한 외측 수지 부재의 변질(열 변형, 변색 등)이 발생할 수 있다. 한편, 외측 수지 부재의 외형(각 부의 치수 등)은 일반적으로, 전지의 사용시 원하는 절연 성능을 발휘할 수 있는 절연 거리의 길이 및 외측 수지 부재에 대해 요구되는 기계적 강도 및 내구성 등을 고려하여 설계된다. 따라서, 외측 수지 부재의 외부 에지로부터 용접부까지 충분한 거리를 확보하는 것이 곤란해지는 경우가 있을 수 있다.
본 발명은 외면 상에 배열된 외측 수지 부재를 갖는 덮개체가 레이저에 의해 외면측으로부터 용접되는 경우, 외측 수지 부재에 대한 레이저 비임의 영향을 경감할 수 있는 각형 전지의 제조 방법을 제공한다. 추가로, 본 발명은 외면 상에 외측 수지 부재를 갖는 덮개체가 레이저에 의해 상기 외면측으로부터 용접되고 상기 외측 수지 부재에 대한 레이저 비임의 영향이 경감되는 각형 전지를 제공한다.
본 발명의 제1 양태는 각형 전지의 제조 방법이다. 각형 전지는 케이스 본체, 및 케이스 본체에 용접된 덮개체를 구비한다. 제조 방법은 외부 단자, 및 외부 단자와 덮개체의 외면을 이격하는 외측 수지 부재가 덮개체에 조립되는 제1 공정, 제1 공정 이후 레이저에 의해 덮개체를 케이스 본체에 용접하기 위해 레이저 비임이 덮개체의 외면측으로부터 조사되는 제2 공정, 및 제2 공정 이후 외측 수지 부재가 팽창되는 제3 공정을 포함한다. 상기 양태에 따르면, 팽창 이후 외측 수지 부재 내에 적절한 절연 거리(예를 들어, 연면 거리(creeping distance))를 확보할 수 있다. 추가로, 팽창 이전 레이저 용접시, 외측 수지 부재의 외부 에지와 용접부 사이의 거리는 팽창 이후 보다 더 길게 증가될 수 있다. 이 방식으로, 레이저 용접시 외측 수지 부재에 대한 레이저 비임의 영향(예를 들어 열에 의한 변질)이 감소될 수 있다.
상기 양태에서, 상기 제3 공정은 외측 수지 부재가 수분을 흡수함으로써 팽창되는 공정을 포함할 수 있다. 상기 제3 공정은 외측 수지 부재의 물 흡수율이 제2 공정에서 외측 수지 부재의 물 흡수율보다 더 높도록 증가되는 공정일 수 있다. 예를 들어, 제3 공정은 외측 수지 부재의 물 흡수율이 질량 기준으로 1% 이하로부터 1% 초과까지 증가하도록 수분이 외측 수지 부재에 흡수되는 공정을 포함할 수 있다.
달리 언급되지 않는 경우, 본 명세서에서 물 흡수율은 질량 기준의 물 흡수율을 의미하는 점에 유의한다. 이 물 흡수율은 외측 수지 부재가 0.1kPa 이하의 감압 조건에서 100℃에서 5시간 가열된 이후 중량(MO)을 기준으로 할 때, 중량(MO)에 대한 물 흡수에 의한 중량 증가의 비율로서 산출될 수 있다. 즉, 측정 대상으로서 외측 수지 부재의 중량이 M1로 설정되는 경우, 외측 수지 부재의 물 흡수율은 다음 식에 의해 산출될 수 있다. 물 흡수율(%) = ((M1 - MO)/MO) x 100
상기 양태에서, 제조 방법은 제2 공정 이전에 외측 수지 부재가 건조되는 제4 공정을 포함할 수 있다. 상기 양태에 따르면, 외측 수지 부재를 수축시킴으로써 레이저 용접시 용접부와 외측 수지 부재의 외부 에지 사이의 거리를 증가시킬 수 있다. 상기 외측 수지 부재가 상기 제3 공정에서 수분을 흡수하는 경우, 상기 건조 공정은 상기 제2 공정 이전에 수행될 수 있다. 외측 수지 부재의 건조는 예를 들어 감압하에서 외측 수지 부재를 가열함으로써 바람직하게 수행될 수 있다.
외측 수지 부재로서, 예를 들어, 폴리아미드 수지를 베이스로 하는 수지 재료(폴리아미드 수지계 수지 재료)를 포함하는 것이 채용될 수 있다. 일반적으로 폴리아미드 수지는 우수한 물 흡수성을 갖고, 또한 물 흡수율의 차이로 인한 체적 변화가 크다. 따라서, 폴리아미드 수지계 수지 재료를 구비한 외측 수지 부재에 따르면, 용접부와 외측 수지 부재의 외부 에지 사이의 거리는 외측 수지 부재의 물 흡수율을 통해 효과적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 각형 전지이다. 각형 전지는 개구를 갖는 케이스 본체, 케이스 본체의 개구에 고정되는 덮개체, 케이스 본체에 수용되는 전극체, 전극체에 전기 접속되도록 구성되는 전극 단자로서, 전극 단자의 일부가 덮개체의 외측에 노출되도록 구성되는, 전극 단자, 및 전극 단자 및 덮개체의 외면을 이격하는 외측 수지 부재를 포함한다. 덮개체 부재의 외부 에지 및 케이스 본체의 접촉부는, 접촉부와 외측 수지 부재의 외부 에지 사이의 거리를 증가시키기 위해 외측 수지 부재가 일시적으로 변형된 상태에서 덮개체의 외면측으로부터 레이저에 의해 용접된다. 여기서, 외측 수지 부재가 일시적으로 변형되는 상기 상태는 각형 전지의 상기 외측 수지 부재의 형상을 기준으로, 외측 수지 부재가 변형된 상태를 나타낸다. 추가로, 접촉부와 외측 수지 부재의 외부 에지 사이의 증가된 거리는 이 거리가 각형 전지의 동일한 위치에서의 거리보다 긴 것을 의미한다. 이러한 각형 전지는 덮개체와 케이스 본체를 용접하기 위한 레이저 비임의 영향이 경감되고 따라서 적절한 연면 거리가 획득될 수 있는 이러한 치수의 외측 수지 부재를 포함할 수 있다.
상기 양태에서, 외측 수지 부재가 일시적으로 변형된 상태는 외측 수지 부재가 일시적으로 수축된 상태일 수 있다. 외측 수지 부재가 일시적으로 수축된 상기 상태는 각형 전지의 상기 외측 수지 부재의 외부 형상을 기준으로, 외측 수지 부재가 추가로 수축된 상태를 의미한다. 상기 일시적으로 수축된 상태는 예를 들어 외측 수지 부재의 물 흡수율을 의도적으로 저하시킴으로써 바람직하게 실현될 수 있다. 상기 외측 수지 부재는 레이저 용접 이후 외측 수지 부재가 수분을 흡수하는 경우 팽창될 수 있다. 이 팽창으로 인해, 연면 거리가 연장되고, 따라서 절연 성능이 향상될 수 있다.
상기 양태에서, 전지는 추가로 헤드부 및 다리부를 구비한 볼트를 추가로 포함할 수 있다. 볼트는 이의 다리부가 전극 단자의 외측 단부에 설치된 볼트 삽입 구멍을 통해 삽입되도록 배열될 수 있다. 여기서, 전극 단자의 외측 단부는 전형적으로 덮개체의 외측에 노출된 전극 단자의 일부의 단부이다. 외측 수지 부재에는 볼트의 헤드부를 수용하고 볼트의 회전을 규제하는 볼트 수용 구멍이 설치된다. 이러한 구성에 따르면, 예를 들어, 상기 볼트에 너트를 부착하여 외부 회로 또는 인접한 다른 전지의 전극과 함께 접속 부재를 체결하는 조작이 효율적이고 확실하게 수행될 수 있다.
본 발명의 제3 양태는 각형 전지의 제조 방법이다. 각형 전지는 개구를 갖는 케이스 본체, 케이스 본체의 개구에 고정되는 덮개체, 케이스 본체에 수용되는 전극체, 전극체에 전기 접속되도록 구성되는 전극 단자로서, 전극 단자의 일부가 덮개체의 외측에 노출되도록 구성되는, 전극 단자, 및 덮개체의 외면과 전극 단자 사이를 이격하는 외측 수지 부재를 포함한다. 제조 방법은 외측 수지 부재의 외부 에지와 접촉부 사이의 거리를 증가시키기 위해 외측 수지 부재가 일시적으로 변형된 상태에서, 케이스 본체와 덮개체의 외부 에지의 접촉부를 레이저에 의해 덮개체의 외면측으로부터 용접하는 단계를 포함한다.
추가로, 본 명세서에 따르면, 여기에 개시된 전지 중 임의의 것은 단전지이고, 복수의 단전지를 포함하는 전지 팩이 제공된다. 이들 단전지 사이의 단자는 접속 부재를 통해 접속된다. 바람직한 일 양태에서, 상기 단전지는 상기 볼트를 구비한 방식의 각형 전지일 수 있고, 접속 부재는 접속 부재의 볼트 삽입 구멍을 통해 볼트의 다리부가 삽입되고 너트가 체결될 때 전극 단자의 외측 단부에 체결된다. 이러한 방식의 전지 팩에서, 볼트의 회전 방지가 적절히 수행될 수 있기 때문에, 상기 너트가 확실하게 체결될 수 있다. 따라서, 단전지 사이의 접속 저항이 감소될 수 있다.
본 명세서에 개시된 각형 전지는 바람직하게는 예를 들어 자동차 등의 차량에 설치된 모터(전기 모터)용 전원으로써 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 양태로서, 예를 들어, 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이, 구동 전원으로서 이러한 전지(10)(전형적으로, 복수의 전지(10)를 직렬로 접속하여 형성된 전지 팩)를 구비한 차량(전형적으로 자동차, 예를 들어 하이브리드 차량, 전기 차량 등)(1)이 제공된다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 장점 및 기술적이고 산업적인 중요성은 유사한 참조 번호가 유사한 요소를 지시하는 첨부 도면을 참조하여 후술된다.
도 1은 일 실시예에 따르는 각형 전지의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 일부가 확대된 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따르는 내측 수지 부재의 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따르는 외측 수지 부재의 평면도이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따라서 취한 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따르는 각형 전지의 덮개체 및 전극 단자의 분해 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따르는 전지 팩의 일부를 도시하는 측면도이다.
도 8은 일 실시예에 따르는 전지 팩의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따르는 각형 전지가 설치된 차량(자동차)의 개략적 측면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 본 명세서에서 특히 언급되는 항목 이외인 사항이지만 본 발명을 실행하는데 필요한 사항은 관련 기술 분야의 통상의 기술에 기초한 통상의 기술자의 설계 사항으로서 이해될 수 있다는 점에 유의한다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 상세 내용 및 관련 기술 분야의 통상의 기술 상식에 기초하여 실행될 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술이 바람직하게 적용되는 대상으로서, 각형 전지를 들 수 있고, 각형 전지에서 편평한 각형(즉, 편평한 직육면체 형상)의 외부 케이스는 개구를 갖는 케이스 본체, 및 케이스 본체의 개구의 주연 에지에 용접되는 덮개체에 의해 형성되고, 상기 덮개체는 상기 외부 케이스의 협폭면 중 하나를 구성한다. 이러한 방식의 전지에서, 덮개체는 긴 형상을 갖기 때문에, 덮개체의 외부 에지(즉, 덮개체 및 케이스 본체의 용접부)와 덮개체의 외면 상에 배열된 외측 수지 부재 사이의 거리가 짧아지는 경향이 있다. 이 이유로 인해, 본 명세서에 개시된 기술의 적용이 특히 의미가 있다.
특별히 임의의 제한을 부여하려는 의도는 아니지만, 본 발명이 주로 편평한 각형 외부 케이스를 구비한 리튬-이온 이차 전지 및 리튬-이온 이차 전지의 제조 방법에 적용되는 경우의 예를 사용하여 이후 본 발명이 상세히 설명된다. 후술되는 도면에서, 동일한 작용을 발휘하는 부재 및 부분은 동일한 참조 부호에 의해 지시될 수 있고, 그 반복 설명은 행해지지 않을 수 있다. 추가로, 각 도면에서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)은 반드시 실제 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
본 실시예에 의해 제조되는 리튬-이온 이차 전지의 개략적 구성을 도 1 및 도 2에 도시한다. 리튬-이온 이차 전지(10)는 특정 전지 구성 재료를 구비한 권회 전극체(30)가 적절한 전해액(90)과 함께 편평한 각형의 외부 케이스(20) 내에 수용되는 구성을 갖는다.
외부 케이스(20)는 상기 편평한 직육면체 형상에서 협폭면 중 하나에 개구(21A)를 갖는 바닥이 있는 사각형-원통형 케이스 본체(21), 및 개구를 막는 덮개체(22)를 구비한다. 더 구체적으로, 덮개체(22)는 케이스 본체(21)의 개구(21A)에 끼워지고, 덮개체(22)의 외면(22A)의 외부 에지의 접촉부(25) 및 개구(21A) 주위의 케이스 본체(21)의 부분을 레이저에 의해 용접하고, 이에 의해 덮개체(22)가 케이스 본체(21)에 고정된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 용접은 덮개체(22)의 외면(22A)측으로부터 레이저 비임을 조사함으로서 수행된다. 여기서, 덮개체(22)의 외면(22A)측으로부터 레이저 비임을 조사하는 것은 이 외면(22A)에 대해 비평행 방향, 즉 외면(22A)과 교차하는 방향으로 레이저 비임을 조사하는 것을 의미한다. 상기 레이저 비임은 전형적으로 접촉부(25)의 상측(도 2의 상측)으로부터 조사된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 접촉부(25)의 연장 방향에 수직한 단면에서 볼 때 덮개체의 외면(22A)과 레이저 비임의 조사 방향에 의해 규정되는 각도(θ)는 대략적으로 약 60도 내지 120도로 설정된다. θ가 지나치게 작은 경우, 레이저 비임이 외측 수지 부재(60)에 의해 차단되어 접촉부(25)에 조사되기 곤란한 경우가 있을 수 있다. 한편, θ가 지나치게 큰 경우, 레이저 조사의 반사광 등에 의해 외측 수지 부재(60)가 가열되기 쉬운 경우가 있을 수 있다. 따라서, 상기 θ는 약 75도 내지 105도(예를 들어 75도 내지 90도)로 설정되는 것이 바람직하다.
외부 케이스(20)를 구성하는 재료는 케이스 본체(21)와 덮개체(22) 사이의 접촉부(용접부)(25)가 용접에 의해 접합될 수 있는 한 특히 한정되지 않는다. 외부 케이스(20)를 구성하는 재료에 대해, 일반적인 전지에 대해 사용되는 것과 동일한 재료 등이 적절히 사용될 수 있다. 방열성 등의 관점으로부터, 케이스 본체(21) 및 덮개체(22)의 거의 전체가 금속(예를 들어, 알루미늄제, 스테인리스 강(SUS)제, 강제, 등)인 외부 케이스(20)가 바람직하게 채용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 기술은 케이스 본체(21) 및 덮개체(22)의 거의 전체가 알루미늄제인 전지에 바람직하게 적용될 수 있다. 알루미늄은 SUS 등에 비해 높은 열 전도성(열을 잃기 쉬움)을 갖기 때문에, 레이저 용접에 대해 필요한 에너지가 높은 경향이 있다. 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 상술된 바와 같이 높은 에너지가 부여되는 용접의 방식에서도, 외측 수지 부재의 변질이 효과적으로 방지될 수 있다.
덮개체(22)의 외형은 개구(21A)의 형상(케이스 본체(21)의 개구 형상)에 따르는 실질적인 직사각형 형상이다. 본 명세서에 개시된 기술은 예를 들어, 덮개체(22)의 폭(W0)(도 4, 도 6 참조)이 대략 10mm 내지 28mm(바람직하게는, 10mm 내지 15mm)인 전지에 바람직하게 적용될 수 있다. 상술된 바와 같이 덮개체(22)의 폭(W0)이 비교적 좁은 전지에서, 외측 수지 부재(60)의 외부 에지로부터 시임(용접부)(25)까지의 거리(D1)(도 4 참조)는 덮개체(22)의 폭 방향에서 짧아지는 경향이 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 기술의 적용이 특히 의미가 있다. 본 실시예에서 덮개체(22)는 폭(W0) 12.5mm 및 길이 136mm의 직사각형 형상을 갖는다. 안전 밸브(27)가 덮개체(22)의 중앙부에 설치되고, 안전 밸브(27)는 내압이 상승되는 경우 케이스(20)의 내압을 해제하도록 케이스의 내측과 외측 사이에서 연통한다.
특별히 한정되지 않지만, 덮개체(22)의 두께(판 두께)는 예를 들어 약 0.3mm 내지 2mm(전형적으로, 0.5mm 내지 2mm)로 설정될 수 있다. 덮개체(22)의 두께는 0.5mm 이상 1.5mm 미만일 수 있다. 추가로, 케이스 본체(21)의 두께(판 두께)는 예를 들어 약 0.5mm 내지 3mm로 설정될 수 있다. 케이스 본체(21)의 두께는 전형적으로 1mm 내지 3mm이다. 본 실시예에 따르는 전지(10)에서, 케이스 본체(21)를 구성하는 알루미늄제의 판 두께는 0.4mm이고, 덮개체(22)를 구성하는 알루미늄제의 판 두께는 0.7mm이다.
권회 전극체(30)는 케이스 본체(21) 내에, 그 권회 축이 옆으로 놓이는 자세로 수용된다. 일반적인 리튬-이온 이차 전지의 권회 전극체와 마찬가지로, 권회 전극체(30)는 시트 형상 정극(정극 시트)(32) 및 시트 형상 부극(부극 시트)(34)을 전체 2매의 시트 형상 세퍼레이터(세퍼레이터 시트)(36)와 함께 적층하고, 길이 방향으로 적층체를 권회하고, 이에 따라 획득된 권회체를 측면 방향으로 프레스 가공 및 덴트 가공함으로써 제조될 수 있다.
권회 전극체(30)를 구성하는 재료 및 부재 자체는 종래의 리튬-이온 이차 전지에 구비된 전극체에 대해 사용된 것과 동일할 수 있고, 따라서 특별히 한정되지 않는다. 본 실시예의 권회 전극체(30)는, 긴 형상의 정극 집전체(예를 들어, 알루미늄 포일) 상에 정극 활물질층을 갖는 정극 시트(32), 긴 형상의 부극 집전체(예를 들어, 구리 포일) 상에 부극 활물질층을 갖는 부극 시트(34), 및 세퍼레이터 시트(36)로서 다공질 폴리올레핀계 수지 시트를 포함한다. 정극 활물질 및 부극 활물질 각각에 대해, 리튬-이온 이차 전지에 대해 통상적으로 사용된 1종 또는 2종 이상의 재료가 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 정극 활물질로서 LiNiO2가 사용되고, 부극 활물질로서 천연 흑연이 사용된다.
정극 단자(40) 및 부극 단자(80)는 각각 정극 시트(32) 및 부극 시트(34)에 접속된다. 이 전극 단자(40, 80)는 정극 및 부극 단자 인출 구멍(관통 구멍)(242, 244)을 각각 관통하고 외부 케이스(20)의 내측으로부터 외측으로 인출되도록 구성되고, 단자 인출 구멍(242, 244)은 각각 덮개체(22)의 길이방향의 일단부 및 다른 단부에 설치된다. 도 1, 도 2, 도 6에 도시한 바와 같이, 정극 단자(40)는 주로 외부 케이스(20)의 내측에 위치되는 정극 내부 단자(420), 및 주로 외부 케이스(20)의 외측에 위치되는 정극 외부 단자(460)가 접속되는 이러한 구성을 갖는다. 마찬가지로, 부극 단자(80)는 정극측의 것과 실질적으로 동일 형상으로 형성된 부극 내부 단자(820) 및 부극 외부 단자(860)가 접속되는 이러한 구성을 갖는다(도 1 참조).
정극 내부 단자(420)의 하단부(422A)는 예를 들어 초음파 용접에 의해 정극 시트(32)에 접속된다. 정극 내부 단자(420)는 판상(스트립 형상) 제1 리드부(422), 판상 제2 리드부(424), 및 돌출부(426)를 구비한다. 제1 리드부(422)는 하단부(422A)로부터 덮개체(22)까지 실질적으로 수직으로 연장하도록 구성된다. 제2 리드부(424)는 제1 리드부의 상단부로부터 연속되는 방식으로 형성되어 상단부로부터 (도 2에서 도면의 전방측으로부터 후방측으로) 대략 직각으로 굴곡되고, 덮개체(22)의 내부면에 대해 실질적으로 평행하게 뻗는다. 돌출부(426)는 제2 리드부의 판 표면의 중앙부로부터 전지의 외부 방향까지 실질적으로 수직으로 연장하도록 구성된다. 돌출부(426)는 리벳부로서 구성된다. 상기 리벳부는 단자 인출 구멍(242), 및 정극 외부 단자(460)의 관통 구멍(리벳 구멍)(462A)을 관통하여 리벳팅되고, 정극 내부 단자(420) 및 정극 외부 단자(460)가 이에 의해 접속(체결)된다. 정극 내부 단자(420) 및 정극 외부 단자(460)의 구성 재료로서, 도전성이 우수한 금속 재료가 바람직하고, 전형적으로 알루미늄이 사용된다.
정극 외부 단자(460)는 제1 접속부(462) 및 제2 접속부(외측 단부)(464)를 구비한다. 제1 접속부(462)는 관통 구멍(462A)을 구비하고, 돌출부(426)는 상기 리벳팅 이전에 관통 구멍을 통해 삽입될 수 있다. 제2 접속부(464)는 제1 접속부(462)로부터 덮개체(22)의 길이방향의 중앙측까지 연속되는 방식으로 형성되고, 외부 케이스(20)의 외측을 향해 계단 형상으로 상승된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 접속부(464)에는 볼트(670)의 다리부(674)가 이를 통해 삽입될 수 있는 볼트 삽입 구멍(464A)이 설치된다. 볼트(670)의 다리부(674)는 아래쪽으로부터 위쪽까지 볼트 삽입 구멍(464A)을 관통하고, 외부 접속용 접속 부재(112)가 제2 접속부(464)로부터 위쪽으로 돌출된 다리부(674)에 부착되고, 너트(113)가 체결된다. 이 방식으로, 접속 부재(112)가 정극 외부 단자(460)에 결합(고정)될 수 있다(도 7 및 도 8 참조).
상기 리벳팅은 내측 수지 부재(50)가 단자 인출 구멍(242)을 둘러싸는 덮개체(22)의 벽면과 제2 리드부(424) 사이에 개재되고, 외측 수지 부재(60)가 벽면과, 외부 단자의 제1 접속부(462) 사이에 추가로 개재된 상태에서 수행된다. 이러한 리벳팅으로 인해, 정극 단자(40)는 덮개체(22)에 고정되고, 단자 인출 구멍(242)은 덮개체(22)와 제2 리드부(424) 사이에서 내측 수지 부재(50)를 수축시킴으로써 밀봉된다.
내측 수지 부재(50)는 개구(522)가 설치된 부착부(520)를 구비하고, 내부 단자(420)의 돌출부(426)는 개구를 통해 삽입된다. 부착부(520)는 개구(522)를 둘러싸는 부분이 덮개체(22)와 제2 리드부(424) 사이에 개재되어 수축될 때 내부 단자(420)(제2 리드부(424)) 및 덮개체(22)를 절연하고, 또한 단자 인출 구멍(242)을 밀봉한다. 부착부(520)의 하면(전극체 측의 면)에는 내부 단자(420)의 제2 리드부(424)를 아래쪽으로부터(즉, 케이스의 내측으로부터) 수용할 수 있는 오목부(524)가 형성된다. 이 오목부(524)는 제2 리드부(424)의 하단부면이 오목부(524)의 내측에 수용되도록 설치된다. 이 방식으로, 전극체(30)의 외주연부와 제2 리드부(424)와의 접촉을 회피할 수 있다. 게다가, 내부 단자(420)(제2 리드부(424)) 및 케이스 본체(21)가 추가로 확실하게 절연될 수 있다.
내측 수지 부재(50)의 구성 재료로서, 사용될 전해액에 대해 내성을 나타내는 여러 종류의 수지 재료 중 임의의 것이 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리페닐렌 술피드 수지(PPS), 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤 수지(PEKK), 폴리에테르 술폰 수지(PES) 등의 수지를 베이스로 하는 수지 재료(전형적으로, 상기 베이스 수지는 수지 성분 중 50질량% 초과를 차지하는 조성을 갖는 수지 재료)가 바람직하게 채용될 수 있다. 대안적으로, 내측 수지 부재(50)는 후술되는 외측 수지 부재(60)과 마찬가지의 수지 재료에 의해 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르는 내측 수지 부재(50)는 PPS에 의해 형성된다.
외측 수지 부재(60)는 부착부(620) 및 연장부(640)를 구비한다. 부착부(620)는 단자 인출 구멍(242)을 둘러싸는 덮개체(22)의 벽면과, 외부 단자의 제1 접속부(462) 사이에 개재된다. 연장부(640)는 외부 단자의 제2 접속부(464)와 덮개체(22) 사이의 공간에서 연장하도록 구성된다. 부착부(620)는 원통부(622) 및 접시부(dish section, 624)를 갖는다. 원통부(622)는 돌출부(426)와 덮개체(22) 사이의 직접적인 접촉을 억제(절연)하도록 외측으로부터 단자 인출 구멍(242)에 삽입되도록 구성된다. 접시부(624)는 원통부(622)로부터 연속되는 방식으로 형성되고 덮개체(22)의 외면을 따라 뻗도록 구성된다. 외부 단자의 제1 접속부(462)는 접시부(624)의 오목부에 대응하는 방식으로 배열된다.
연장부(640)에는 볼트 수용 구멍(642)이 설치되고, 볼트 수용 구멍은 외측 수지 부재(60)의 길이 방향(덮개체(22)의 길이 방향에 대응함)을 긴 변으로 하는 직사각형 개구 형상을 구비하고 볼트(670)의 헤드부(672)를 수용할 수 있다. 헤드부(672)는 볼트(670)의 축에 수직인 단면에서의 형상이 볼트 수용 구멍(642)의 개구 형상보다도 약간 작은 직사각형 형상이도록 형성된다. 볼트(670)는 볼트 수용 구멍(642) 내의 헤드부(672)의 삽입에 의해 그 회전에 제한되고(동시-회전이 억제됨) 다리부(674)가 볼트 삽입 구멍(464A)을 통해 돌출되도록 배열(부착)된다.
외측 수지 부재의 구성 재료로서는 각종 절연성 수지 재료가 적절히 선택되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리아미드, 폴리아세탈(POM), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 수지(PFA), 메타크릴 수지, PPS, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, PEEK, PEKK, PES, 우레아 수지, 페놀 수지, 및 멜라민 수지 등의 수지를 베이스로 하는 수지 재료가 바람직하게 채용될 수 있다. 대안적으로, 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지, 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소 수지를 포함하는 수지의 예를 베이스로 하는 수지 재료가 사용될 수 있다.
외측 수지 부재의 구성 재료의 바람직한 예로서, 비-방향족 수지 재료, 즉 비-방향족성 수지를 베이스로 하는 수지 재료를 들 수 있다. 여기서, 비-방향족성 수지는 방향 고리(전형적으로, 벤젠 고리)를 갖지 않는 수지를 지칭한다. 비-방향족 수지의 구체예로서, 나일론 6(PA6) 및 나일론 66(PA66) 등의 지방족 폴리아미드, 및 POM, PFA, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 등의 메타크릴 수지를 들 수 있다. 물론, 1종이 단독으로, 또는 2종 이상의 조합이 사용될 수 있다. 이러한 비-방향족 수지 재료는 일반적으로 레이저 용접시 레이저 비임에 의해 발생되는 변질에 대해 높은 내성을 갖는다(전형적으로, 산란된 레이저 비임을 흡수하기 어렵다). 하중 휨 온도 측정법(0.45MPa)에 기초하는 내열 온도가 150℃ 이상(보다 바람직하게는 250℃ 이상)인 수지 재료의 사용이 바람직하다.
외측 수지 부재의 구성 재료의 다른 바람직한 예로서, 지방족 폴리아미드, 우레아 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지 등의 수지를 베이스로 하는 수지 재료를 들 수 있다. 이들 수지 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성된 외측 수지 부재는 비교적 우수한 물 흡수성을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 외측 수지 부재는 외측 수지 부재의 물 흡수율을 조절함으로써 효과적으로 팽창 또는 수축될 수 있다. 예를 들어, 레이저 용접 이후 외측 수지 부재가 수분을 흡수하는 경우, 외측 수지 부재는 레이저 용접시에 비해 상당히 팽창될 수 있다. 이 특성을 이용하여, 레이저 용접시 외측 수지 부재의 외부 에지로부터 용접부까지의 거리는 예를 들어 각형 전지의 사용시에 비해 더욱 증가될 수 있다. 이러한 관점으로부터, 외측 수지 부재를 구성하는 수지 재료로서, 23℃ 및 상대 습도 60%에서의 평형 물 흡수율(equilibrium water absorption rate)(AE; 질량 기준)이 1%보다 큰 수지 재료가 바람직하고, 평형 물 흡수율이 1.5%보다 큰 수지 재료가 더욱 바람직하고, 평형 물 흡수율이 2.0%보다 큰 수지 재료가 더욱 더 바람직하다. 상기 평형 물 흡수율(AE)의 상한은 특별히 설정되지 않는다. 치수 안정성 등의 관점으로부터, 일반적으로 10% 이하의 평형 물 흡수율이 적절하고, 예를 들어, 5% 이하가 바람직하다.
본 명세서에 개시된 기술에서, 외측 수지 부재를 구성하는 수지 재료로서, 나일론 6 또는 나일론66 등의 지방족 폴리아미드를 베이스로 하는 수지 재료가 특히 바람직하게 채용될 수 있다. 여기서, 지방족 폴리아미드를 베이스로 하는 수지 재료에 대해, 수지 재료에 포함되는 수지 성분에 대한 지방족 폴리아미드의 비율은 50질량% 초과이고, 전형적으로 70질량% 초과이다. 수지 재료는 실질적으로 지방족 폴리아미드로 구성된 수지 성분을 포함할 수 있다.
외측 수지 재료를 구성하는 수지 재료에 포함되는 수지의 종류는 적외선(IR) 스펙트럼 분석 및 열분해 가스 크로마토그래피 등의 일반적인 분석 방법을 필요에 따라서 조합 및 적용함으로써 특정될 수 있다는 점에 유의한다. 외측 수지 재료가 복수 종류의 수지를 포함하는 경우, 이의 조성비는 상기 분석 결과 및 외측 수지 부재의 비중으로부터 파악될 수 있다. 동일한 내용이 내측 수지 재료에 적용된다.
특별히 한정되지 않지만, 본 실시예에서, 직사각형 헤드부(672)를 갖는 볼트(670)가 채용된다. 그리고, 외측 수지 부재(60)에는 볼트 헤드부(672)의 형상에 대응하는 직사각형 볼트 수용 구멍(642)이, 이의 긴 변이 외측 수지 부재(60)의 길이 방향을 따르도록 설치된다. 이러한 구성에 따르면, 예를 들어 일반적인 육각형 볼드 헤드부 및 볼트 헤드부의 형상에 대응하는 육각형 볼트 수용 구멍의 쌍에 비해, 볼트(670)의 동일한 시트 면적에도 볼트 수용 구멍(642)으로부터 외측 수지 부재(60)의 외부 에지까지 넓은 폭(W1)(도 4 참조)이 확보될 수 있다. 이 방식으로, 볼트(670)의 시트 면적이 증가되어 접속 저항을 저감하면서, 볼트(670)의 회전 방지 및 다른 외력에 대해 충분한 기계적 강도를 갖는 외측 수지 부재(60)가 실현될 수 있다. 이러한 접속 저항의 저감은 차량의 구동 전원용 전지와 같이 고출력(급속 방전 성능 향상)이 요구되는 전지에 대해 특히 의미가 있다. 추가로, 단자의 단면적은 고출력 전지에 대해 증가되는 것이 바람직하기 때문에, 외측 수지 부재(60)의 외부 에지로부터 접촉부(용접부)(25)까지의 거리가 짧아지는 경향이 있다. 이 점으로부터도, 본 명세서에 개시된 기술은 차량의 구동 전원용 전지에 특히 바람직하게 적용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 기술은 볼트 헤드부 및 볼트 수용 구멍의 단면 형상이 직사각형 형상 이외의 형상(예를 들어, 육각형 형상 또는 다른 다각형 형상)인 방식에서도 바람직하게 실행될 수 있다는 점에 유의한다.
본 실시예에서 전지(10)의 부극측의 구조는 부극 단자(80)의 재료를 제외하면 정극측과 실질적으로 마찬가지이다. 더 구체적으로, 부극 단자(80)의 일단부는 예를 들어 저항 용접에 의해 부극 시트(34)에 접속된다. 이 부극 단자(80)는 정극 내부 단자(420)와 실질적으로 동일한 형상으로 형성된 부극 내부 단자(820), 및 부극 외부 단자(860)를 구비한다. 부극 내부 단자(820) 및 부극 외부 단자(860)는 부극 내부 단자(820)의 돌출부(리벳부)를 부극 외부 단자(860)의 제1 접속부에 리벳팅함으로써 서로 접속된다. 정극측과 마찬가지로, 상기 리벳팅은 단자(820, 860)의 사이에 내측 수지 부재(50), 덮개체(22) 및 외측 수지 부재(60)를 개재하여 수행된다. 부극 외부 단자(860)는 제1 접속부 및 제2 접속부를 갖는 계단 형상으로 형성된다. 볼트(670)는 제2 접속부에 설치된 볼트 삽입 구멍에 아래쪽으로부터 위쪽으로 부착되고, 외부 접속을 위한 접속 부재(112)가 다리부(674)에 결합(고정)될 수 있도록 구성된다. 부극 내부 단자(820) 및 부극 외부 단자(860)의 구성 재료로서, 우수한 도전성을 갖는 금속 재료가 바람직하고, 전형적으로 구리가 사용된다. 내측 수지 부재(50) 및 외측 수지 부재(60)의 재료 및 형상은 정극측의 것과 마찬가지이다.
이러한 구성의 리튬-이온 이차 전지(10)는 바람직하게는 예를 들어 일반적으로 다음의 순서로 제조(구성)될 수 있다. 더 구체적으로, 상술한 구성을 구비한 덮개체(22)가 준비되고, 그 내측면에 내측 수지 부재(50)가 세트되고, 그 외측면에 외측 수지 부재(60) 및 정극 외부 단자(460)가 세트된다. 이때, 볼트(670)의 헤드부(672)는 외측 수지 부재(60)의 볼트 수용 구멍(642)에 수용되고, 정극 외부 단자(460)가 그 상부측에 배열된다. 정극 내부 단자(420)의 돌출부(426)는 단자 인출 구멍(242), 외측 수지 부재(60) 및 정극 외부 단자(460)를 통해 외측으로 돌출되고, 돌출부는 리벳팅되고, 이에 의해 정극 단자(40)가 덮개체(22)의 단자 인출 구멍(242)에 부착된다. 또한, 정극측과 마찬가지로, 부극 단자(80)가 덮개체(22)의 단자 인출 구멍(244)에 부착된다. 이 방식으로, 정극 외부 단자(460), 부극 외부 단자(860) 및 외측 수지 부재(60)가 덮개체(22)에 조립되고, 덮개체-양쪽 전극 단자(40, 80) 및 덮개체(22)가 일체화된 단자 어셈블리가 획득된다(제1 공정).
계속해서, 상기 구성을 갖는 권회 전극체(30)의 축 방향 양단부에 정극 단자(40) 및 부극 단자(80)가 접합(예를 들어 용접)된다. 이 방식으로, 상기 덮개체-단자 어셈블리 및 전극체(30)가 일체화된 덮개체 유닛(덮개체-단자-전극체 어셈블리)가 획득된다.
그리고, 전극체(30)는 그 개구로부터 케이스 본체(21) 내에 수용되고, 덮개체(22)는 개구에 부착되고, 덮개체(22) 및 케이스 본체(21)의 접촉부(25)는 레이저에 의해 용접된다(제2 공정). 이 레이저 용접 공정은 외측 수지 부재가 일시적으로 수축된 상태에서 수행될 수 있다. 이러한 상태는 예를 들어 외측 수지 부재의 물 흡수율을 저하시키는 처리, 즉 외측 수지 부재를 건조하는 처리를 수행함으로써 실현될 수 있다.
상기 건조 처리는 가열, 감압, 저습도 분위기 등에서 보관되는 외측 수지 부재로부터 수분을 제거할 수 있는 적절한 조건이 외측 수지 부재에 적용되는 처리일 수 있다. 특별히 한정되지 않지만, 상기 가열 조건은 전형적으로는 40℃ 이상, 바람직하게는 50℃ 이상, 예를 들어 60℃ 이상으로 설정될 수 있다. 가열 조건에서 바람직한 상한 온도는 외측 수지 부재의 재료에 의해 상이할 수 있다. 일반적으로, 150℃ 이하가 적당하고, 120℃ 이하가 바람직하고, 온도는 예를 들어 100℃ 이하로 설정될 수 있다. 상기 감압 조건에서, 압력은 단지 대기압이거나 대기압 이하인 것이 요구되고, 예를 들어 대기압의 0.9배 이하, 바람직하게는 0.5배 이하, 더 바람직하게는 0.2배 이하로 설정될 수 있다. 이러한 조건 중, 하나의 조건이 단독으로 적용되거나, 둘 이상의 조건이 조합 또는 적용될 수 있다. 건조 처리의 효율적이고 정확한 수행의 관점으로부터, 외측 수지 부재를 감압 하에서 가열하는 방법이 바람직하게 채용될 수 있다. 일단 건조된 외측 수지 부재는 레이저 용접까지 물 흡수율의 상당한 증가를 방지하는 조건 하에서 유지되는 것이 바람직하다.
레이저 용접시 외측 수지 부재의 물 흡수율(AB)은 레이저 용접 이후 외측 수지 부재가 수분을 흡수하는 경우 외측 수지 부재가 팽창될 수 있는 레벨인 것만을 요구한다. 물 흡수율(AB)은 외측 수지 부재를 구성하는 수지 재료의 23℃ 및 상대 습도 60%에서의 평형 물 흡수율(AE)보다도 낮고, 평형 물 흡수율(AE)의 1% 이하가 되지 않도록 설정하는 것이 적당하다. 바람직한 물 흡수율(AB)은 평형 물 흡수율(AE)의 70% 이하이고, 보다 바람직하게는 50% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하, 특히 바람직하게는 10% 이하(예를 들어 5% 이하)이다.
바람직한 물 흡수율(AB)의 구체적인 값은 외측 수지 부재를 구성하는 수지 재료의 조성 등에 의해 상이할 수 있다. 예를 들어, 나일론 6 또는 나일론 66을 베이스로 하는 수지 재료를 구비한 외측 수지 부재에서, 레이저 용접시 외측 수지 부재의 물 흡수율(AB)은 적절하게는 0.5% 이하, 바람직하게는 0.2% 이하, 더 바람직하게는 0.1% 이하, 더욱 바람직하게는 0.05% 이하이다. 23℃ 및 상대 습도 60%에서의 평형 물 흡수율(AE)은 나일론 6의 경우 약 3.5%, 나일론 66의 경우 약 2.5%인 점에 유의한다.
레이저 용접의 조건은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 레이저 비임으로서, YAG 레이저, 파이버 레이저, 탄산가스 레이저, DOE 레이저, LD 레이저 등이 적절히 채용될 수 있다. 연속파(CW) 또는 펄스파 모두가 사용될 수 있다. 생산성 향상의 관점으로부터, 용접 속도가 쉽게 증가될 수 있는 연속파가 이점을 갖는다. 또한, 적용되는 에너지의 양은 일반적으로 펄스 발진에 의한 용접보다는 연속파에 의한 용접에서 더욱 많도록 증가되기 때문에, 외측 수지 부재의 변질을 억제하는 본 발명의 적용은 특히 의미가 있다. 연속파에 의한 용접은 전형적으로, 용융된 금속으로부터의 열 전도성이 인접부를 용융하기 위해 사용되고 이후 이에 의해 용융된 부분이 접촉부(25)를 따라서 점차 이동하도록 레이저가 용융 금속에 조사되는 방식에서 수행된다. 본 명세서에 개시된 기술은 예를 들어 0.2 내지 100 kW/mm2의 에너지 밀도의 조건에서 덮개체와 케이스 본체가 레이저에 의해 용접되는 경우 바람직하게 적용될 수 있다. 추가로, 본 명세서에 개시된 기술은 2 내지 10m/분의 조건에서 덮개체 및 케이스 본체가 레이저에 의해 용접되는 경우 바람직하게 적용될 수 있다.
이러한 레이저 용접이 수행된 이후, 덮개체(22)에 설치된 전해액 주입 구멍(28)으로부터 외부 케이스(20) 내에 전해액이 주입된다. 전해액으로서, 리튬-이온 이차 전지용으로 종래에 사용되는 비수 전해액과 동일한 것이 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌 카르보네이트 및 디에틸 카르보네이트의 혼합 용매(예를 들어, 약 1:1의 체적비를 갖는 혼합 용매)에 LiPF6가 대략 1mol/리터의 농도로 함유된 전해액이 사용될 수 있다. 이 후, 밀봉 캡(29)이 용접 등에 의해 전해액 주입 구멍(28)에 부착되어 외부 케이스(20)를 밀봉한다. 이 방식으로, 리튬-이온 이차 전지(10)가 제조(구성)될 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술에서, 상기 레이저 용접이 수행된 이후, 상기 외측 수지 부재가 팽창된다(제3 공정). 전형적으로, 상기 외측 수지 부재의 물 흡수율이 증가되어 외측 수지 부재를 팽창시킨다. 상기 물 흡수율은 예를 들어 외측 수지 부재가 수분을 흡수할 때 증가될 수 있다.
상기 제3 공정에서, 외측 수지 부재의 물 흡수율(AC)은 레이저 용접시의 물 흡수율(AB)보다 0.5%만큼 크게 증가시키는 것이 바람직하다. 외측 수지 부재는 (AC)-(AB)가 0.5%보다 커지도록 수분을 흡수하는 것이 바람직하다. 따라서, 외측 수지 부재가 효과적으로 팽창될 수 있다. 이러한 관점에서, (AC)-(AB)은 바람직하게는 1% 이상이고, 더 바람직하게는 1.5% 이상이고, 더욱 바람직하게는 2% 이상이다.
바람직한 물 흡수율(AC)의 구체적인 값은 외측 수지 부재를 구성하는 수지 재료의 조성 등에 의해 상이할 수 있다. 예를 들어, 나일론 6 또는 나일론 66을 베이스로 하는 수지 재료를 구비하는 외측 수지 부재에서, 팽창 후의 물 흡수율(AC)은 예를 들어 1% 초과일 수 있고, 바람직하게는 1.2% 초과, 더욱 바람직하게는 1.5% 초과이다. 물 흡수율(AC)은 1.7% 초과, 그리고 추가로 2% 초과일 수 있다.
외측 수지 부재에 의한 수분의 흡수 처리로서는, 상기 외측 수지 부재에 물을(물과) 공급하는(접촉시키는) 처리가 바람직하게 채용될 수 있다. 액체 상태의 물 또는 기체 상태의 물이 상기 외측 수지 부재에 공급될 수 있고, 양쪽 상태의 물이 공급될 수 있다. 예를 들어, 레이저 용접 이후 전지가 상대 습도 50% 이상(보다 바람직하게는 55% 이상, 예를 들어 60% 이상)의 분위기 하에 유지될 때, 외측 수지 부재는 수분을 흡수하고 따라서 팽창될 수 있다. 처리 효율 향상의 관점으로부터, 수분을 흡수하는 상기 처리는 바람직하게는 실온보다도 높은 온도 영역에서 수행된다. 예를 들어, 35℃ 내지 80℃, 바람직하게는 40℃ 내지 70℃, 예를 들어 약 40℃ 내지 60℃의 조건 하에서 수분의 흡수가 효과적이다.
본 명세서에 개시된 기술은 레이저 용접 이후 상기 수분 흡수 등에 의해 외측 수지 부재가 팽창된 상태(예를 들어 외측 수지 부재가 실제로 완성품으로서 사용되는 상태)에서, 외측 수지 부재의 외부 에지로부터 용접부까지의 최소 거리(도 4에 도시된 예에서 거리(D1)가 5mm 이하, 예를 들어 3mm 이하인 각형 전지 및 이의 제조 방법에 바람직하게 적용될 수 있다. 적용 효과는 특히 상기 거리가 2mm 이하(예를 들어, 0.5mm 내지 2mm, 추가로 0.5mm 내지 1.5mm)인 전지에 대해 특히 크다.
외측 수지 부재의 외부 에지로부터 용접부까지의 최소 거리가 상술된 바와 같이 비교적 짧은 전지에서, 외측 수지 부재가 일시적으로 수축된 상태(즉, 상기 팽창 이전의 상태)에서 레이저 용접이 수행됨으로써, 이 레이저 용접시, 외측 수지 부재의 외부 에지로부터 용접부까지의 최소 거리가 증가될 수 있다. 따라서, 외측 수지 부재에 대한 레이저 비임의 영향(열에 의한 변경 등)이 억제될 수 있다. 용접 이후 외측 수지 부재가 팽창됨으로써, 팽창 이전에 비하여 외측 수지 부재의 절연 거리가 연장될 수 있다. 이 방식으로, 레이저 용접시의 레이저 비임의 영향의 억제, 및 전지의 실제 사용시 절연 거리(특히, 연면 거리)의 확보 모두를 바람직하게 만족시킬 수 있다.
본 실시예에서, 도 4에 도시된 덮개체(22)의 폭 방향에 관해, 상기 팽창 이후 외측 수지 부재(60)의 외부 에지로부터 용접부(25)까지의 거리(D1)는 1mm이다. 추가로, 덮개체(22)의 길이 방향에 관해, 상기 팽창 이후 외측 수지 부재(60)의 외부 에지로부터 용접부(25)까지의 거리(D2)는 2.8mm이다. 따라서, 본 실시예에서, 외측 수지 부재의 외부 에지로부터 용접부까지의 최소 거리는 1mm이다.
상기 외측 수지 부재의 건조 처리를 수행하는 타이밍은 상기 제2 공정의 직전의 타이밍으로 한정되지 않고, 건조 공정은 단지 상기 제2 공정 이전에 수행되는 것이 요구되는 점에 유의한다. 예를 들어, 상기 건조 처리는 제1 공정 이전에 수행될 수 있다. 즉, 덮개체-단자 어셈블리를 획득하는 공정은 외측 수지 부재가 일시적으로 수축된 상태에서 바람직하게 수행될 수 있다. 상술된 바와 같이 외측 수지 부재가 수축된 상태에서 볼트의 헤드부가 볼트 수용 구멍에 삽입되는 경우, 상기 볼트의 헤드부와 볼트 수용 구멍 사이에서 제조 오차 등에 의해 발생되는 간섭이 거의 발생하기 어렵고, 따라서 볼트의 조립성이 개선될 수 있다. 레이저 용접 이후 외측 수지 부재가 팽창됨으로써, 볼트의 헤드부와 볼트 수용 구멍 사이의 간격이 감소된다. 이 방식으로, 상기 볼트 수용 구멍에 의한 볼트의 회전 방지 기능이 적절하게 발휘될 수 있다. 그 결과, 예를 들어 상기 볼트에 너트를 부착하여 외부 회로 또는 인접한 다른 전지의 전극과의 접속 부재를 체결하는 조작이 보다 확실하게 수행될 수 있다. 본 명세서에 개시된 기술에 따르면, 외측 수지 부재의 체적 변화를 사용하여 볼트의 조립성을 향상시키고 볼트의 회전 방지를 적절히 수행할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 리튬-이온 이차 전지(10)가 단전지로서 사용되고 복수의 단전지를 구비한 전지 팩이 사용되는 일 구성예에 대해 설명한다. 도 7, 도 8에 도시된 바와 같이, 이 전지 팩(100)은 전지의 정극 단자(40) 및 부극 단자(80)가 교대로 배열되도록 복수개의 리튬 이온 이차 전지(단전지)(10)가 하나씩 반전되고 또한 외부 케이스(20)의 넓은 면이 서로 대향하는 방향(적층 방향)으로 배열되도록 배열된다. 복수개는 전형적으로 10개 이상, 바람직하게는 10개 내지 30개 이상, 예를 들어 20개 일 수 있다. 특정 형상(미도시)의 냉각판이 배열된 단전지(10)의 각각의 두 개 사이에 개재된다. 높은 열 전도성을 갖는 금속제, 경량이며 강성인 폴리프로필렌, 또는 기타의 합성 수지제의 냉각판이 바람직하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 배열된 단전지(10)의 양단부에는 한 쌍의 단부판(압박판)(118)이 배열된다(도 8은 상기 배열의 일단부측만 도시함). 상기 배열된 단전지(10)는 양쪽 단부판을 가로질러 신장하도록 부착된 체결용 압박 벨트(미도시)에 의해 압박되고, 규정된 압박 압력이 이에 인가된다. 그리고, 인접하는 단전지(10)에서, 하나의 정극 단자(40) 및 다른 하나의 부극 단자(80)는 접속 부재(버스 바아)(112)에 의해 전기 접속된다. 상세하게는, 인접한 단전지(10)의 외부 단자로부터 돌출된 볼트 다리부(674)는 접속 부재(112)의 양단부에 설치된 관통 구멍을 관통하고, 너트(113)를 사용하여 위쪽으로부터 체결된다. 따라서, 하나의 정극 단자(40) 및 다른 하나의 부극 단자(80)가 전기 접속될 수 있다. 상술된 바와 같이 단전지(10)가 직렬로 접속되기 때문에, 원하는 전압의 전지 팩(100)이 구성된다. 이러한 구성을 갖는 전지 팩의 구성에 대해, 생산성, 품질 안정성 등의 관점으로부터 너트(113)의 체결시 볼트(670)의 회전 방지를 적절하게 수행할 수 있는 것은 특히 의미가 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명되었다. 물론, 본 발명은 이러한 설명으로 한정되지 않으며 여러 변형예가 이에 대해 행해질 수 있다.
예를 들어, 레이저 용접 이후 외측 수지 부재가 팽창되는 제3 공정은 외측 수지 부재의 외부 에지와 용접부 사이의 거리가 감소되도록 외측 수지 부재가 팽창되는 공정인 것만을 요구한다. 제3 공정은 외측 수지 부재가 팽창(체적 증가)을 위해 수분을 흡수하는 공정으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 외측 수지 부재의 구성 재료로서 형상 기억 수지를 포함하는 수지 재료가 사용될 수 있다. 레이저 용접은 외부 에지와 용접부(덮개체의 외부 에지) 사이의 거리가 증가되도록 외측 수지 부재가 변형된 상태에서 수행될 수 있다. 이후, 상기 외측 수지 부재는 형상 복원 온도까지 가열될 수 있고, 외측 수지 부재의 형상은 외부 에지가 용접부 측으로 팽창되도록 복원될 수 있다.
추가로, 외측 수지 부재를 구성하는 수지 재료는 수지 성분 이외의 임의 성분을 포함할 수 있다. 이러한 임의 성분의 바람직한 예로서, 무기 섬유를 들 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 성분을 구비한 수지 매트릭스, 및 수지 매트릭스에 분산되어 존재하는 무기 섬유를 포함하는 외측 수지 부재가 바람직하게 채용될 수 있다. 무기 섬유의 함유량은 예를 들어 외측 수지 부재의 전체 질량의 5 내지 60 질량%일 수 있고, 일반적으로는 약 15 내지 60 질량%가 바람직하고, 약 30 내지 60 질량%(예를 들어, 약 45 내지 60 질량%)가 더욱 바람직하다. 무기 섬유로서, 유리 섬유, 세라믹 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유 등이 사용될 수 있다. 무기 섬유로서, 특히 유리 섬유가 바람직하다. 외측 수지 부재에 포함된 무기 섬유의 적어도 50 질량%는 무기 섬유의 섬유 축 방향이 덮개체의 외면과 평행 상태에 있도록 배열되는 것이 바람직하다. 무기 섬유가 상술된 바와 같이 배열된 외측 수지 부재는, 외측 수지 부재가 상기 무기 섬유에 의해 효과적으로 보강될 수 있기 때문에, 또한 무기 섬유가 외측 수지 부재의 팽창/수축(특히, 덮개체의 외면을 따르는 방향의 팽창/수축)을 방해하기 어렵기 때문에 바람직하다. 상기 "평행 상태"는 완전히 평행한 경우에 추가로, 본 발명의 효과가 발휘될 수 있는 한 실질적으로 평행한 것으로 간주될 수 있는 경우를 포함하는 점에 유의한다. 전형적으로, 이러한 경우는 무기 섬유 및 덮개체의 외면의 교차하는 각도가 적어도 0도 및 최대 30도인 경우를 포함한다.
추가로, 본 명세서에 개시된 기술은 리튬-이온 이차 전지로 한정되지 않고, 여러 종류의 1차 전지, 이차 전지, 밀봉형 전지, 비밀봉형 전지, 수성 전해액을 구비한 전지, 비수성 전해액을 구비한 전지, 등 및 이의 제조에 널리 적용될 수 있다. 이러한 전지에서, 전극체의 방식은 상술된 권회형에 한정되지 않고, 적층형 등의 다른 방식일 수 있다.

Claims (9)

  1. 케이스 본체, 및 케이스 본체에 용접된 덮개체를 포함하는 각형 전지의 제조 방법이며,
    외부 단자, 및 외부 단자와 덮개체의 외면을 이격하는 외측 수지 부재가 상기 덮개체에 조립되는 제1 공정,
    상기 제1 공정 이후 레이저에 의해 덮개체를 케이스 본체에 용접하기 위해 레이저 비임이 덮개체의 외면측으로부터 조사되는 제2 공정, 및
    상기 제2 공정 이후 외측 수지 부재가 팽창되는 제3 공정을 포함하는, 각형 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 공정은 외측 수지 부재가 수분을 흡수함으로써 팽창되는 공정을 포함하는, 각형 전지의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 공정 이전에 외측 수지 부재가 건조되는 제4 공정을 더 포함하는, 각형 전지의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제3 공정은, 외측 수지 부재의 물 흡수율이 질량 기준으로 1% 이하로부터 1% 초과까지 증가하도록 수분이 외측 수지 부재에 흡수되는 공정을 포함하는, 각형 전지의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외측 수지 부재는 베이스로서 폴리아미드 수지를 구비한 수지 재료를 포함하는, 각형 전지의 제조 방법.
  6. 각형 전지이며,
    개구를 갖는 케이스 본체,
    상기 케이스 본체의 개구에 고정되는 덮개체,
    상기 케이스 본체에 수용되는 전극체,
    상기 전극체에 전기 접속되도록 구성되는 전극 단자로서, 전극 단자의 일부가 덮개체의 외측에 노출되도록 구성되는, 전극 단자, 및
    상기 전극 단자 및 덮개체의 외면을 이격하는 외측 수지 부재를 포함하고,
    덮개체의 외부 에지와 케이스 본체의 접촉부는 외측 수지 부재의 외부 에지와 접촉부 사이의 거리를 증가시키기 위해 외측 수지 부재가 일시적으로 변형된 상태에서 덮개체의 외면측으로부터 레이저에 의해 용접되는, 각형 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외측 수지 부재가 일시적으로 변형된 상태는 외측 수지 부재가 일시적으로 수축된 상태인, 각형 전지.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    외측 수지 부재는 베이스로서 폴리아미드 수지를 갖는 수지 재료를 포함하는, 각형 전지.
  9. 각형 전지의 제조 방법이며,
    상기 각형 전지는
    개구를 갖는 케이스 본체,
    케이스 본체의 개구에 고정되는 덮개체,
    케이스 본체에 수용되는 전극체,
    전극체에 전기 접속되도록 구성되는 전극 단자로서, 상기 전극 단자의 일부는 덮개체의 외측에 노출되도록 구성되는, 전극 단자, 및
    전극 단자와 덮개체의 외면을 이격하는 외측 수지 부재를 포함하고,
    상기 제조 방법은
    외측 수지 부재의 외부 에지와 접촉부 사이의 거리를 증가시키기 위해, 상기 외측 수지 부재가 일시적으로 변형된 상태에서 레이저에 의해 덮개체의 외면측으로부터 덮개체의 외부 에지 및 케이스 본체의 접촉부를 용접하는 단계를 포함하는, 각형 전지의 제조 방법.
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