KR20160110167A - 조전지용 스페이서 및 조전지 - Google Patents

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Abstract

조전지용 스페이서(140A)는 제1 방향의 단부(142A)를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부로부터 제2 방향으로 스페이서 전체의 절반을 차지하는 제1 영역과, 제2 방향의 단부(144A)를 포함하고, 또한 상기 제2 방향의 단부로부터 제1 방향으로 스페이서 전체의 절반을 차지하는 제2 영역으로 구분했을 때, 제2 영역은 제1 영역보다도 단전지 배열 방향으로의 압축률이 크다.

Description

조전지용 스페이서 및 조전지 {BATTERY PACK SPACER AND BATTERY PACK}
본 발명은 조전지용 스페이서 및 조전지에 관한 것이다. 상세하게는, 조전지에 외부로부터 당해 조전지의 내하중을 초과한 하중이 가해졌을 때에, 당해 조전지를 구성하는 단전지의 단자끼리의 접촉을 억제할 수 있는 조전지용 스페이서 및 조전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지 그 외의 이차 전지 혹은 캐패시터 등의 축전 소자를 단전지로 하고, 복수의 당해 단전지를 직렬 또는 병렬 접속한 조전지는 차량 탑재용 전원 혹은 퍼스널 컴퓨터나 휴대 단말기 등의 전원으로서 중요성이 높아지고 있다. 특히, 경량이고 고에너지 밀도가 얻어지는 리튬 이온 이차 전지를 단전지로서 복수 직렬로 접속한 조전지는 차량 탑재용 고출력 전원 등으로서 바람직하게 사용되고 있다.
예를 들어, 리튬 이온 이차 전지(단전지)에 관한 관련 기술 문헌으로서, 일본 특허 출원 공개 제2006-128120, 일본 특허 출원 공개 제2013-98137을 들 수 있다. 일본 특허 출원 공개 제2006-128120에는 원통형의 리튬 이온 이차 전지가 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제2013-98137에는 편평 형상의 리튬 이온 이차 전지가 개시되어 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지를 사용한 조전지에 관한 관련 기술 문헌으로서는, 일본 특허 출원 공개 제2006-48996, 일본 특허 출원 공개 평10-112301을 들 수 있다. 일본 특허 출원 공개 제2006-48996, 일본 특허 출원 공개 평10-112301에는 조전지를 구성하는 단전지의 냉각 등을 목적으로 하고, 방열성이 좋은 스페이서판(조전지용 스페이서)을 단전지 사이에 배치하여 구축된 조전지가 개시되어 있다.
그런데, 차량 탑재용 전원 등에 사용되는 조전지에는 당해 차량의 사고 등에 의해 당해 조전지의 내하중을 초과하는 큰 하중이 가해지는 사태가 상정된다. 이와 같이 조전지에 외부로부터 큰 하중이 가해져, 당해 조전지를 구성하는 단전지 및 조전지용 스페이서의 일부가 파손 또는 변형되면, 어떤 단전지의 단자(정극 단자 또는 부극 단자)가 인접하는 다른 단전지의 단자(부극 단자 또는 정극 단자)와 접촉할 가능성이 있다. 이러한 단자끼리의 접촉은 조전지가 적어도 한쪽의 외측으로부터 단전지 배열 방향을 향해 큰 하중이 가해졌을 때에, 특히 발생하기 쉽다.
단전지의 단자끼리의 접촉은 전지의 단락(쇼트)의 원인이 되므로 바람직하지 않다. 따라서, 조전지에 당해 조전지의 내하중을 초과한 큰 하중이 가해지고, 당해 조전지가 파손 또는 변형된 경우라도, 단전지의 단자끼리의 접촉을 적절히 방지 또는 억제할 수 있는 기술의 창출이 요구되고 있었다.
본 발명은 조전지에 사용되고, 당해 조전지에 당해 조전지의 내하중을 초과하는 하중이 외부로부터 가해졌을 때에, 당해 조전지를 구성하는 단전지 사이의 전극 단자끼리의 접촉을 억제할 수 있는 조전지용 스페이서를 제공한다. 또한, 이러한 조전지용 스페이서를 사용하여, 조전지에 당해 조전지의 내하중을 초과하는 하중이 외부로부터 가해졌을 때에, 당해 조전지를 구성하는 단전지 사이의 전극 단자끼리의 접촉이 억제된 조전지를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 복수의 단전지가 소정의 배열 방향으로 배열되어 구축되는 조전지에 있어서 인접하는 단전지 사이에 배치되는 조전지용 스페이서가 제공된다. 상기 단전지는 배열 방향과 직교하는 일방향으로 돌출되는 단자를 구비하고 있다. 그리고, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서의 일 형태는 상기 단자가 돌출되어 있는 방향을 제1 방향으로 하고, 당해 방향과는 반대의 방향을 제2 방향으로 했을 때, 당해 단전지 사이에 배치되는 조전지용 스페이서의 당해 제1 방향 및 상기 제2 방향에 있어서, 상기 조전지용 스페이서를, 상기 제1 방향의 단부를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부로부터 제2 방향으로 당해 스페이서 전체의 절반(1/2)을 차지하는 제1 영역과, 상기 제2 방향의 단부를 포함하고, 또한 상기 제2 방향의 단부로부터 제1 방향으로 당해 스페이서 전체의 절반(1/2)을 차지하는 제2 영역으로 구분했을 때, 상기 제2 영역은 제1 영역보다도 상기 배열 방향으로의 압축률이 크다.
이러한 구성의 조전지용 스페이서(이하, 간단히 「스페이서」라고 칭하는 경우가 있음)에 의하면, 조전지에 외부로부터(전형적으로는, 당해 조전지 중 적어도 한쪽의 외측으로부터 단전지 배열 방향으로) 당해 조전지의 내하중을 초과하는 과대한 하중이 가해져, 단전지 사이에 배치된 스페이서에 당해 하중의 적어도 일부가 가해졌을 때에, 당해 스페이서의 제2 영역이 제1 영역보다도 우선하여 단전지 배열 방향으로 압축되어 변형되기 쉬운 경향이 있다. 이로 인해, 이러한 조전지용 스페이서를 사용하면, 조전지에(전형적으로는 단전지 배열 방향으로) 상기 하중이 가해졌을 때에, 인접하는 단전지 사이의 제2 방향의 단부에 있어서의 거리가 제1 방향의 단부에 있어서의 거리보다도 감소하기 쉬워져(환언하면, 조전지의 제1 방향 단부보다도 먼저 제2 방향의 단부가 찌부러짐으로써), 단전지의 제1 방향으로 돌출되는 단자가, 인접하는 다른 단전지의 제1 방향으로 돌출되는 단자와 접촉하는 것이 억제된다.
여기에 개시되는 조전지용 스페이서의 다른 일 형태에서는, 당해 스페이서를, 상기 제1 방향의 단부를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부로부터 제2 방향으로 당해 스페이서 전체의 절반(1/2)을 차지하는 제1 영역과, 상기 제2 방향의 단부를 포함하고, 또한 상기 제2 방향의 단부로부터 제1 방향으로 당해 스페이서 전체의 절반(1/2)을 차지하는 제2 영역으로 구분했을 때, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 단전지 배열 방향에 있어서의 내하중이 작다. 이러한 구성에 의하면, 조전지에 외부로부터 과대한 하중이 가해졌을 때에, 당해 스페이서의 제2 영역이 제1 영역보다도 먼저 파손 또는 변형될 수 있다. 따라서, 이러한 구성의 스페이서에 의하면, 조전지에 사용되고, 당해 조전지에 외부로부터 과대한 하중이 가해졌을 때에, 단전지의 단자끼리가 접촉하는 것이 억제될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 말하는 「스페이서의 내하중」이라 함은, 조전지에 단전지 배열 방향의 하중이 가해졌을 때에 스페이서가 파손이나 변형을 하지 않고 견딜 수 있는 하중을 말한다. 「조전지의 내하중」이라 함은, 조전지에 하중이 가해졌을 때에, 당해 조전지를 구성하는 적어도 일부의 부재(예를 들어, 조전지용 스페이서, 단전지 등)가 파손이나 변형을 하지 않고 견딜 수 있는 하중을 말한다.
여기에 개시되는 조전지용 스페이서의 또 다른 일 형태에서는, 제2 방향의 단부는 제1 방향의 단부보다도 단전지 배열 방향의 두께가 작아지도록 형성되어 있다. 제1 방향의 단부보다도 상대적으로 단전지 배열 방향의 두께가 작은 제2 방향의 단부를 형성함으로써, 조전지에 외부로부터(전형적으로는 단전지 배열 방향으로) 당해 조전지의 내하중을 초과하는 과대한 하중이 가해졌을 때에, 스페이서의 제2 영역을 제1 영역보다도 우선하여 단전지 배열 방향으로 압축, 변형시키는 것이 용이하게 실현된다. 또한, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서의 일 형태에서는 상기 제2 방향의 단부의 일부로부터 스페이서의 내부를 향해 웨지형의 공간이 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 또한, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서의 다른 일 형태에서는, 제2 영역은 제1 영역보다도 압축률이 큰 재료 및/또는 내하중이 작은 재료를 주체(즉, 압축률이 큰 재료 및/또는 내하중이 작은 재료의 함유율이 당해 영역 전체의 50중량%를 초과하는, 보다 바람직하게는 70중량% 이상인 것을 말함. 이하 동일함)로 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 이와 같은 구성에 의해서도, 조전지에 외부로부터(전형적으로는 단전지 배열 방향으로) 과대한 하중이 가해졌을 때에, 스페이서의 제2 영역을 제1 영역보다도 우선하여 단전지 배열 방향으로 압축, 변형시키는 것이 용이하게 실현된다. 또한, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서의 일 형태에서는, 상기 제1 영역은 폴리올레핀 수지를 주체로 형성되어 있는 것으로 해도 된다.
전지용 스페이서의 일 형태에서는, 상기 제2 영역은 엘라스토머를 주체로 형성되어 있는 것으로 해도 된다.
또한, 여기에 개시되는 기술에 의하면, 복수의 단전지가 소정의 배열 방향으로 배열되어 구축되는 조전지이며, 인접하는 단전지 사이에, 여기에 개시되는 어느 하나의 조전지용 스페이서가 배치되어 있는 조전지가 제공된다. 이러한 조전지에 의하면, 외부로부터 당해 조전지의 내하중을 초과하는 과대한 하중이 가해졌을 때에, 스페이서의 제2 영역이 제1 영역보다도 먼저 변형(전형적으로는 단전지 배열 방향으로 압축 변형), 또는 파손되는 경향이 있다. 이로 인해, 조전지에 가해지는 과대한 하중이 가해졌을 때에 있어서의, 인접하는 단전지 사이의 단자끼리의 접촉이 억제된다. 또한, 단전지 사이의 단자끼리의 접촉에 기인하는 단전지의 단락 발생이 억제될 수 있다.
여기에 개시되는 조전지는 차량에 탑재되는 조전지[예를 들어, 자동차 등의 차량의 모터(전동기)용의 전원]용으로서 적합하다. 차량 탑재용 조전지에는 차량의 사고 등에 의해, 외부로부터 큰 하중 또는 충격이 가해지는 사태가 상정된다. 여기에 개시되는 조전지는 외부로부터 조전지의 내하중을 초과하는 하중이 가해졌을 때에, 단전지의 단자가 접촉하는 것에 기인하는 단전지의 단락이 적절히 억제되므로, 이러한 용도로 사용되는 것이 의미가 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 동등한 요소들을 동등한 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 이하에 설명된다.
도 1은 일 실시 형태에 관한 조전지의 구성을 도시하는 사시도.
도 2는 일 실시 형태에 관한 조전지의 구성을 도시하는 측면도.
도 3은 단전지의 전극체의 일 구성예를 도시하는 정면도.
도 4는 제1 형태에 관한 조전지용 스페이서를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 5는 제1 형태에 관한 조전지용 스페이서를 모식적으로 도시하는 측면도.
도 6은 제2 형태에 관한 조전지용 스페이서를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 7은 제2 형태에 관한 조전지용 스페이서를 모식적으로 도시하는 측면도.
도 8은 제3 형태에 관한 조전지용 스페이서를 모식적으로 도시하는 측면도.
도 9는 제4 형태에 관한 조전지용 스페이서를 모식적으로 도시하는 측면도.
도 10은 제5 형태에 관한 조전지용 스페이서를 모식적으로 도시하는 측면도.
이하, 적절히 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 조전지용 스페이서에 대해, 적합한 실시 형태에 기초하여 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이며 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들어, 본 발명을 특징짓지 않는 조전지의 구축 방법 등)은 당해 분야에 있어서의 관련 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에 있어서 「단전지」라 함은, 조전지를 구성하는 개개의 축전 소자를 가리키는 용어이며, 특별히 한정되지 않는 한 다양한 조성의 전지, 캐패시터를 포함한다. 또한, 「이차 전지」라 함은, 반복해서 충전 가능한 전지 일반을 말하고, 리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지 등의, 소위 축전지를 포함한다. 리튬 이온 이차 전지를 구성하는 축전 소자는 여기서 말하는 「단전지」에 포함되는 전형예이고, 그와 같은 단전지를 복수 구비하여 이루어지는 리튬 이온 이차 전지 모듈(배터리 팩)은 여기서 개시되는 「조전지」의 하나의 전형예이다. 여기에 개시되는 기술은 편평한 상자 형상의 외형을 갖는 각형 전지라고도 불리는 단전지(예를 들어, 리튬 이온 이차 전지)의 소정수(예를 들어, 3개 내지 50개)를, 그 편평한 광폭면이 겹쳐지는 방향(적층 방향)으로 배열하고, 그들 단전지의 단자를 직렬 또는 병렬로 접속하여 이루어지는 조전지에 특히 바람직하게 적용될 수 있다.
도 1에는 일 실시 형태에 관한 조전지의 구성을 도시한다. 본 실시 형태에 관한 조전지(10)는 복수의 충방전 가능한 단전지(여기서는 리튬 이온 이차 전지)(20)를 구비한다. 단전지(20)는 관련 기술의 일반적인 조전지에 장비되는 단전지와 마찬가지로, 소정의 전지 구성 재료(정부극 각각의 집전체에 정부극 각각의 활물질이 유지된 시트 형상의 전극, 세퍼레이터 등)를 구비하는 편평 형상의 권회 전극체가, 적당한 전해질과 함께, 당해 전극체를 수용할 수 있는 형상(여기서는 편평한 직육면체 형상, 즉 각형)의 용기(50)에 수용된 구성을 갖는다. 용기(50)를 구성하는 재질은, 예를 들어 전형적인 단전지에서 사용되는 것과 마찬가지로 할 수 있고, 특별히 제한은 없다. 단전지(20)의 방열성 등의 관점에서, 금속제(예를 들어, 알루미늄제)의 용기(50)를 바람직하게 사용할 수 있다. 용기(50)의 상면에는 권회 전극체(80)의 정극 및 부극과 각각 전기적으로 접속하는 정극 단자(60) 및 부극 단자(62)가 설치되어 있다. 그리고, 인접하는 단전지(20) 사이에 있어서 한쪽의 정극 단자(60)와 다른 쪽의 부극 단자(62)가 접속구(64)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같이 복수의 단전지(20)를 직렬로 접속함으로써, 원하는 전압의 조전지(10)가 구축되어 있다.
도 3을 참조하면서, 단전지(20)의 내부 구성을 보다 상세하게 설명한다. 전극체(80)는 통상의 리튬 이온 이차 전지의 권회 전극체와 마찬가지로, 긴 시트 형상의 정극(82)[이하, 「정극 시트(82)」라고 함)과 긴 시트 형상의 부극(84)[이하, 「부극 시트(84)」라고 함]을 총 2매의 긴 시트 형상 세퍼레이터(86)[이하, 「세퍼레이터 시트(86)」라고 함]와 함께 적층하여 길이 방향으로 권회하고, 계속해서 얻어진 권회체를 측면 방향(권회축에 대해 횡방향)으로부터 눌러 찌부러뜨림으로써 제작될 수 있다.
여기서, 정극 시트(82)와 부극 시트(84)는, 이들 긴 형상 시트의 폭 방향으로 위치를 약간 어긋나게 하여 중첩된 상태에서 권회된다. 그 결과로서, 권회 전극체(80)의 권회축 방향의 한쪽 및 다른 쪽 단부에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 정극 시트(82)의 폭 방향의 일단부가 권회 코어 부분(81)[즉, 정극 시트(82)의 정극 활물질층 형성 부분과 부극 시트(84)의 부극 활물질층 형성 부분과 세퍼레이터 시트(86)가 밀하게 권회된 부분]으로부터 외측으로 비어져 나온 정극 비어져 나옴부(정극 단자 접속부)(82A)와, 부극 시트(84)의 폭 방향의 일단부가 권회 코어 부분(81)으로부터 외측으로 비어져 나온 부극 비어져 나옴부(부극 단자 접속부)(84A)가 각각 형성되어 있다. 정극 비어져 나옴부(즉, 정극 활물질층의 비형성 부분)(82A) 및 부극 비어져 나옴부(즉, 부극 활물질층의 비형성 부분)(84A)에는 정극 리드 단자(82B) 및 부극 리드 단자(84B)가 각각 부설되어 있고, 그들의 리드 단자(82B, 84B)가 각각 상술한 정극 단자(60) 및 부극 단자(62)와 전기적으로 접속된다.
이러한 권회 전극체(80)를 구성하는 재료 및 부재 자체는 관련 기술의 리튬 이온 이차 전지의 전극체와 동일해도 되고, 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 정극 시트(82)는 긴 형상의 정극 집전체(예를 들어, 두께 5㎛ 내지 20㎛의 알루미늄박) 상에, 리튬 전이 금속 복합 산화물 등의 리튬 이온 이차 전지용 정극 활물질이 포함되는 정극 활물질층이 부여되어 형성될 수 있다.
한편, 부극 시트(84)는 긴 형상의 부극 집전체(예를 들어, 두께 5㎛ 내지 20㎛의 구리박) 상에, 흑연, 리튬 전이 금속 산화물 등의 리튬 이온 이차 전지용 부극 활물질이 포함되는 부극 활물질층이 부여되어 형성될 수 있다.
또한, 정부극 시트(82, 84) 사이에 사용되는 적합한 세퍼레이터 시트(86)로서는, 예를 들어 폴리올레핀계 수지로 이루어지는 두께 5㎛ 내지 30㎛의 다공질 세퍼레이터 시트를 적절히 사용할 수 있다.
얻어진 편평 형상의 권회 전극체(80)를 용기(50) 내에, 도 3에 도시한 바와 같이 권회축이 옆으로 쓰러지도록 하여[즉, 전극체(80)의 정극 비어져 나옴부(82A)측의 부분 및 부극 비어져 나옴부(84A)측의 부분이 용기(50)의 횡방향의 일단부 및 타단부에 각각 위치하도록 하여] 수용함과 함께, 적당한 비수 전해액(도시하지 않음)을 주입하여 밀봉함으로써 단전지(20)가 구축된다. 상기 전해액으로서는, 예를 들어 비수용매(디에틸카르보네이트와 에틸렌카르보네이트의 혼합 용매 등) 중에 적당한 지지염(예를 들어, LiPF6 등의 리튬염)을 적당량(예를 들어, 농도 1M) 포함하는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.
도 2는 일 실시 형태에 관한 조전지(10)의 구성을 도시하는 측면도이다. 본 실시 형태의 조전지(10)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 상기 구성을 갖는 복수의 단전지(20)[여기서는 4개의 단전지(20)를 도시하고 있음]가 소정 방향으로 배열되고, 또한 당해 배열 방향으로 하중이 가해진 상태로 구속되어 있다. 구체적으로는, 복수의 단전지(20)는 각각의 정극 단자(60) 및 부극 단자(62)가 교대로 배치되도록 하나씩 반전시켜 배치되어 있고, 용기(50)의 측벽을 이루는 편평면(52)[용기(50)의 폭이 넓은 면, 즉 용기(50) 내에 수용되는 권회 전극체(80)의 편평면에 대응하는 면]이 서로 대향하는 방향(적층 방향)으로 배열된다.
배열시킨 단전지(20)의 주위에는 복수의 단전지(20)를 통합하여 구속하는 구속 부재가 배치된다. 즉, 단전지 배열 방향의 최외측에 위치하는 단전지(20)의 더욱 외측에는 한 쌍의 구속판(70A, 70B)이 배치된다. 또한, 당해 한 쌍의 구속판(70A, 70B)을 가교하도록 체결용 빔재(72)가 설치된다. 그리고, 빔재(72)의 단부를 비스(74)에 의해 구속판(70A)에 체결하고, 또한 고정함으로써, 상기 단전지(20)를 그 배열 방향으로 소정의 하중이 가해지도록[예를 들어, 편평면(52)이 받는 면압이 104㎩ 내지 106㎩ 정도가 되도록] 구속할 수 있다. 빔재(72)의 체결 상태에 따른 레벨에서, 체결 방향(즉, 배열 방향)으로의 구속 하중(면압)이 각 단전지(20)의 편평면(52)에 가해진다.
여기서, 상기 배열된 단전지(20)의 간극 중 적어도 1개소[도시한 예에서는 인접하는 각 단전지(20) 사이 및 단전지 배열 방향의 양 아웃사이드]에는 조전지용 스페이서(140)가 배치된다. 도 1, 도 2에 도시하는 조전지용 스페이서(140)는 인접하는 단전지(20)에 대향하는 표면{이하, 스페이서(140)의 단전지(20)[편평면(52)]에 대향하는 표면을 「대향 표면」이라고 함}이 요철이 없는 편평한 형상을 갖는다. 즉, 스페이서(140)의 대향 표면은 단전지(20)의 편평면(52)에 그 전체면이 밀접하고 있다.
도면에는 도시하지 않지만, 조전지용 스페이서(140)는 대향 표면에 요철이 있는 형상을 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 적어도 한쪽의 대향 표면에 횡방향의 일단부로부터 타단부에 이르도록 형성된 복수의 평행한 홈 형상의 오목부 또는 묘 형상의 볼록부를 갖는 구성이어도 된다. 혹은, 예를 들어 적어도 한쪽의 대향 표면에 복수의 빗살형의 오목부 또는 빗살 형상의 볼록부를 갖는 구성이어도 된다. 이러한 오목부 또는 볼록부를 갖는 조전지용 스페이서(140)의 대향 표면이 인접하는 단전지(20)의 편평면(52)에 가압됨으로써, 냉매가 통하기 위한 통로가 형성된다. 이러한 조전지용 스페이서(140)에 의하면, 단전지(20)의 편평면(52) 사이에 배치되고, 스페이서(140)에 면하여[전형적으로는, 스페이서(140)를 사이에 두는 적어도 한쪽의 단전지(20)의 편평면(52)과 스페이서(140) 사이에] 냉매 통로가 형성되기 때문에, 단전지(20)에 있어서 발생할 수 있는 열을 방산시키는 역할을 적절히 행한다.
이하의 설명에 있어서, 단전지(20)가 구비하는 단자[정극 단자(60) 및 부극 단자(62)]가 돌출되어 있는 방향을 제1 방향이라고 칭한다. 또한, 제1 방향과는 반대의 방향을 제2 방향이라고 칭한다. 조전지용 스페이서(140)는 조전지용 스페이서의 제1 방향 단부를 포함하는 제1 영역과, 조전지용 스페이서(140)의 제2 방향의 단부를 포함하는 제2 영역으로 구분될 수 있다. 여기서, 조전지용 스페이서(140)의 제1 영역은 제1 방향의 단부로부터 제2 방향으로 스페이서(140) 전체의 절반(1/2)(체적비)을 차지하는 영역이다. 또한, 조전지용 스페이서(140)의 제2 영역은 제2 방향의 단부로부터 제1 방향으로 스페이서(140) 전체의 절반(1/2)(체적비)을 차지하는 영역이다.
여기서, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140)는 제2 영역이 제1 영역보다도 스페이서(140)의 두께 방향[즉, 스페이서(140)가 조전지(10)에 사용되었을 때에 있어서의 단전지 배열 방향]으로의 압축률이 크다. 이러한 구성의 조전지용 스페이서(140)에 의하면, 조전지(10)에 외부로부터[전형적으로는, 조전지(10) 중 적어도 한쪽의 외측으로부터 단전지 배열 방향을 향해] 과대한 하중이 가해져, 단전지(20) 사이에 배치된 스페이서(140)에 당해 하중이 가해졌을 때에, 스페이서(140)의 제2 영역이 제1 영역보다도 단전지 배열 방향으로 압축되기 쉬운 경향이 있다. 이로 인해, 인접하는 단전지(20) 사이의 제2 방향의 단부에 있어서의 거리가 제1 방향의 단부에 있어서의 거리보다도 감소하기 쉬워진다[즉, 조전지(10)의 제1 방향의 단부보다도 먼저 제2 방향의 단부가 단전지 배열 방향으로 찌부러지기 쉬움]. 따라서, 이러한 하중이 가해졌을 때에, 단전지(20)의 제1 방향으로 돌출되는 단자[정극 단자(60) 또는 부극 단자(62)]가, 인접하는 다른 단전지(20)의 제1 방향으로 돌출되는 단자[부극 단자(62) 또는 정극 단자(60)]와 접촉하는 것이 억제된다.
여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140)는 제2 영역이 제1 영역보다도 내하중이 작은 것이 바람직하다. 이러한 구성의 조전지용 스페이서(140)에 의하면, 조전지(10)에 외부로부터[전형적으로는, 조전지(10) 중 적어도 한쪽의 외측으로부터 단전지 배열 방향을 향해] 하중이 가해져, 단전지(20) 사이에 배치된 스페이서(140)에 하중이 가해지기 시작했을 때에, 제2 영역의 쪽이 제1 영역보다도 먼저 파손 또는 변형되는 경향이 있다. 이로 인해, 인접하는 단전지(20) 사이의 제2 방향의 단부에 있어서의 거리가 제1 방향의 단부에 있어서의 거리보다도 감소하기 쉬워진다[즉, 조전지(10)의 제1 방향의 단부보다도 제2 방향의 단부가 먼저 단전지 배열 방향으로 찌부러지기 쉬움]. 따라서, 이러한 하중이 가해졌을 때에, 단전지(20)의 제1 방향으로 돌출되는 단자[정극 단자(60) 또는 부극 단자(62)]가, 인접하는 다른 단전지(20)의 제1 방향으로 돌출되는 단자[부극 단자(62) 또는 정극 단자(60)]와 접촉하는 것이 억제된다. 혹은, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140)는 제2 방향의 단부가 제1 방향의 단부보다도 단전지 배열 방향의 두께가 작아지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 조전지용 스페이서(140)는 조전지(10)를 구축할 때에 가해지는 구속력에 의해 변형, 파손되지 않는 것이 요구된다. 즉, 조전지용 스페이서(140)의 내하중은 조전지(10)를 구축할 때의 구속력보다도 큰 것이 필요하다. 이로 인해, 조전지용 스페이서(140)의 제1 영역 및 제2 영역의 내하중은 모두 조전지(10)를 구축할 때의 구속력보다도 큰 것이 바람직하다. 조전지(10)의 구속력은 조전지(10)의 사이즈, 종류, 용도 등에 따라 적절히 변경될 수 있지만, 전형적으로는, 단전지의 편평면에 있어서의 면압이 104㎩ 이상 106㎩ 이하(예를 들어, 5×104㎩ 이상 5×105㎩ 이하)의 범위로 설정될 수 있다. 조전지(10)의 구속력이 상기 범위 내인 경우에는, 조전지용 스페이서(140)의 제1 영역 및 제2 영역의 단위 면적당의 내하중은 1×107㎩ 이상(예를 들어, 2×107㎩ 이상, 전형적으로는 3×107㎩ 이상)으로 하는 것이 바람직하다.
이하, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서를 실현할 수 있는 구체적인 실시 형태예에 대해 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태예에서는 상기 제1 방향이 「상방향」(즉, 중력 방향과 반대의 방향)과 일치하는 자세로 적절히 사용되는 조전지의 예를 나타낸다. 이 경우, 제2 방향은 「하방향」(즉, 중력 방향과 동일한 방향)이 된다.
<제1 형태> 우선, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서의 제1 형태에 대해, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 조전지용 스페이서(140A)는 전체적으로 편평상의 형상을 하고 있다. 도 4, 도 5에 도시한 바와 같이, 스페이서(140A)는 스페이서(140A)의 상방향 단부(142A)를 포함하고, 또한 전체의 약 2/3(체적비)를 차지하는 상방 영역(142)과, 스페이서(140A) 전체의 하방향 단부(144A)를 포함하고, 또한 전체의 약 1/3(체적비)을 차지하는 하방 영역(144)으로 구성되어 있다. 그리고, 상방 영역(142)과 하방 영역(144)을 구성하는 재료는, 각각 다른 것이 사용되어 있다. 즉, 본 실시 형태(및 후술하는 다른 실시 형태)에 있어서, 하방 영역(144)은 상기 제2 영역에 포함되는 영역이고, 상방 영역(142)은 상기 제1 영역 및 제2 영역의 일부분[즉, 하방 영역(144)에 상당하지 않는 부분]에 의해 구성된다. 또한, 본 실시 형태(및 후술하는 다른 실시 형태)에 있어서는, 하방 영역(144)의 조전지용 스페이서 전체에 차지하는 체적비가 약 1/3인 예를 나타내지만, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140)에 있어서의 하방 영역(144)의 체적비는 이에 한정되지 않는다. 하방 영역(144)은 조전지용 스페이서 전체의 절반 이하의 체적을 차지하고 있으면 되고, 예를 들어 전체의 1/2(즉, 제2 영역의 거의 전부)이어도 되고, 스페이서 전체의 1/3 혹은 1/4 등의 체적을 차지하고 있어도 된다.
여기서, 하방 영역(144)을 구성하는 재료는 상방 영역(142)을 구성하는 재료에 비해, 압축률이 큰 재료가 주체인 것이 바람직하다. 혹은, 하방 영역(144)을 구성하는 재료는 상방 영역(142)을 구성하는 재료에 비해, 스프링 상수(또는 영률)가 작은 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 혹은, 하방 영역(144)을 구성하는 재료는 상방 영역(142)을 구성하는 재료에 비해, 내하중이 작은 재료가 주체인 것이 바람직하다.
여기서, 2종류의 재료의 압축률을 상대적으로 비교하기 위해서는, 각각의 재료로 이루어지는 동일 형상의 블록 형상 시험편을 준비하고, 이러한 시험편을 2매의 평행 판면에 끼우고, 그 양측으로부터 압축력을 가하여 파괴될 때까지의 응력과 변형의 관계를 측정함으로써 행할 수 있다. 일반적으로는, 재료의 압축 강도 등의 물성은 재료의 압축률을 추정할 때의 목표가 될 수 있다.
2종류의 재료의 스프링 상수를 상대적으로 비교하기 위해서는, 각각의 재료로 이루어지는 동일 형상의 시험편을 준비하고, 이러한 시험편의 탄성률을 측정함으로써 행할 수 있다. 일반적으로는, 재료의 인장 탄성률, 굽힘 탄성률 등의 물성은 재료의 스프링 상수를 추정할 때의 목표가 될 수 있다.
2종류의 재료의 내하중을 상대적으로 비교하기 위해서는, 각각의 재료로 이루어지는 동일 형상의 블록 형상의 시험편을 준비하고, 이러한 시험편에 비교적 단시간(예를 들어, 수분간)의 부하를 부여하여 항복을 발생할 때의 응력을 측정함으로써 행할 수 있다. 일반적으로는, 재료의 인장 파단 강도, 인장 항복 강도, 굽힘강도 등의 물성은 재료의 내하중을 추정할 때의 목표가 될 수 있다.
여기서, 조전지용 스페이서(140A)의 상방 영역(142) 및 하방 영역(144)을 구성하는 재료로서는, 각각의 재료의 압축률, 스프링 상수 및 내하중 중 적어도 하나가 상술한 적합한 관계를 만족시키는 한에 있어서, 특별히 한정되지 않고 채용될 수 있다. 예를 들어, 상방 영역(142)을 구성하는 재료, 하방 영역(144)을 구성하는 재료의 양쪽이 금속이어도 된다. 혹은, 상방 영역(142)을 구성하는 재료 및 하방 영역(144)을 구성하는 재료의 어느 하나가 비금속이어도 된다. 혹은, 상방 영역(142)을 구성하는 재료 및 하방 영역(144)을 구성하는 재료 모두가 비금속이어도 된다.
바람직한 일 형태에 의하면, 조전지용 스페이서(140A)의 상방 영역(142)은 비금속제이다. 예를 들어, 조전지용 스페이서(140A)의 상방 영역(142)은 수지제일 수 있다. 상방 영역(142)을 구성하는 수지로서는, 폴리에틸렌(PE) 수지, 폴리프로필렌(PP) 수지, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지 등의 폴리올레핀계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 등의 폴리에스테르계 수지; 염화비닐계 수지; 아세트산비닐계 수지; 폴리이미드계 수지; 폴리아미드계 수지; 불소계 수지 등이 예시된다.
그 중에서도, 상방 영역(142)을 구성하는 수지로서, 폴리올레핀계 수지를 주성분(예를 들어, 상기 수지에 50중량% 이상을 초과하여 포함되는 성분)으로서 포함하는 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 조성의 조전지용 스페이서(140A)는 리사이클성 등의 관점에서도 바람직하다. 상방 영역(142)을 구성하는 수지에 포함되는 폴리올레핀계 수지의 비율은, 바람직하게는 60중량% 이상이고, 보다 바람직하게는 75중량%이다. 상기 수지가 실질적으로 폴리올레핀계 수지에 의해서만 구성되어 있어도 된다. 또한, 여기서 말하는 「실질적으로 상기 수지가 폴리올레핀계 수지에 의해서만 구성되어 있다」라고 함은, 상기 수지에 포함되는 폴리올레핀계 수지의 비율이 99중량% 이상인 것을 말한다. 예를 들어, 상기 폴리올레핀계 수지로서 PP 수지를 포함하는 수지를 바람직하게 채용할 수 있다. 상기 수지는 PP 수지의 함유량이 50중량%를 초과하는(바람직하게는 60중량% 이상, 보다 바람직하게는 75중량% 이상, 예를 들어 99중량% 이상의) 것일 수 있다.
바람직한 일 형태에 의하면, 조전지용 스페이서(140A)의 하방 영역(144)은 비금속제이다. 예를 들어, 조전지용 스페이서(140A)의 하방 영역(144)은 수지제일 수 있다. 하방 영역(144)을 구성하는 수지로서는, PE 수지, PP 수지, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지 등의 폴리올레핀계 수지; PET 수지 등의 폴리에스테르계 수지; 염화비닐계 수지; 아세트산비닐계 수지; 폴리이미드계 수지; 폴리아미드계 수지; 불소계 수지 등이 예시된다. 혹은, 하방 영역(144)을 구성하는 재료로서, 발포체 수지가 예시된다. 혹은, 하방 영역(144)을 구성하는 재료는 부틸 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 스틸렌프로필렌 고무, 불소 고무, 천연 고무 등의 엘라스토머 재료일 수 있다.
하방 영역(144)을 구성하는 재료는 조전지용 스페이서(140A)의 하방부를 향해 압축률이 커지는, 스프링 상수가 작아지는 것 및 내하중이 작아지는 것 중 적어도 하나를 만족시키는 한에 있어서, 2종류 이상의 재료를 병용하여 사용해도 된다.
상방 영역(142)을 구성하는 수지와, 하방 영역(144)을 구성하는 수지의 조합은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상방 영역(142)을 구성하는 수지가 PP 수지를 주체로 하는 수지이고, 하방 영역(144)을 구성하는 수지가 PE 수지를 주체로 하는 수지인 구성일 수 있다. 혹은, 예를 들어 상방 영역(142) 및 하방 영역(144)을 구성하는 수지가 모두 PP 수지를 주체로 하는 수지이고, 각각의 수지에 있어서의 PP 수지의 함유량이 다른 구성[바람직하게는, 상방 영역(142)을 구성하는 수지에 있어서의 PP 수지의 함유량이, 하방 영역(144)을 구성하는 수지에 있어서의 PP 수지의 함유량보다도 많은 구성]일 수 있다. 혹은, 예를 들어 상방 영역(142) 및 하방 영역(144)을 구성하는 수지가 모두 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지이고, 각각의 수지에 있어서의 프로필렌 단위의 함유 비율이 다른 구성[바람직하게는, 상방 영역(142)을 구성하는 수지에 있어서의 프로필렌 단위의 함유 비율이, 하방 영역(144)을 구성하는 수지에 있어서의 프로필렌 단위의 함유 비율보다도 많은 구성]일 수 있다.
혹은, 예를 들어 상방 영역(142) 및 하방 영역(144)을 구성하는 수지가, 모두 PP 수지를 주체로 하는 수지이고, 또한 각각의 수지의 결정도가 다른 구성[바람직하게는 상방 영역(142)을 구성하는 수지의 결정도가 하방 영역(144)을 구성하는 수지의 결정도보다 높은 구성]일 수 있다. 혹은, 예를 들어 상방 영역(142) 및 하방 영역(144)을 구성하는 수지가, 모두 PP 수지를 주체로 하는 수지이고, 또한 각각의 수지의 밀도가 다른 구성(바람직하게는 상방 영역을 구성하는 수지의 밀도가 하방 영역을 구성하는 수지의 밀도보다 높은 구성)일 수 있다. 혹은, 예를 들어 상방 영역(142)을 구성하는 재료가 PP 수지를 주체로 하는 수지이고, 하방 영역(144)을 구성하는 재료가 엘라스토머 재료인 구성일 수 있다. 혹은, 예를 들어 상방 영역(142)을 구성하는 재료가 발포체 수지가 아닌 수지이고, 하방 영역(144)을 구성하는 재료가 발포체 수지인 구성일 수 있다.
상기 PP 수지는 프로필렌을 성분으로 하는 다양한 중합체(프로필렌계 중합체)를 주성분으로 하는 것일 수 있다. 1종 또는 2종 이상의 프로필렌계 중합체로부터 실질적으로 구성되는 PP 수지여도 된다. 여기서 말하는 프로필렌계 중합체의 개념에는, 예를 들어 이하와 같은 폴리프로필렌이 포함된다. 프로필렌의 단독 중합체(호모폴리프로필렌). 예를 들어, 이소택틱폴리프로필렌. 프로필렌과 다른 α-올레핀(전형적으로는, 에틸렌 및 탄소수 4 내지 10의 α-올레핀으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상)의 랜덤 공중합체(랜덤 폴리프로필렌). 바람직하게는, 프로필렌을 주단량체(주구성 단량체, 즉 단량체 전체의 50중량%를 초과하여 차지하는 성분)로 하는 랜덤 폴리프로필렌. 예를 들어, 프로필렌 96 내지 99.9몰%와 상기 다른 α-올레핀(바람직하게는 에틸렌 및/또는 부텐) 0.1 내지 4몰%를 랜덤 공중합한 랜덤 폴리프로필렌. 프로필렌에 다른 α-올레핀(전형적으로는, 에틸렌 및 탄소수 4 내지 10의 α-올레핀으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상)을 블록 공중합한 공중합체(프로필렌을 주단량체로 하는 것이 바람직함)를 포함하고, 전형적으로는 부생성물로서 프로필렌 및 상기 다른α-올레핀 중 적어도 1종을 성분으로 하는 고무 성분을 더 포함하는 블록 공중합체(블록 폴리프로필렌). 예를 들어, 프로필렌 90 내지 99.9몰%에 상기 다른 α-올레핀(바람직하게는 에틸렌 및/또는 부텐) 0.1 내지 10몰%를 블록 공중합한 중합체와, 부생성물로서 프로필렌 및 상기 다른 α-올레핀 중 적어도 1종을 성분으로 하는 고무 성분을 더 포함하는 블록 폴리프로필렌.
상기 PP 수지는 이와 같은 프로필렌계 중합체의 1종 또는 2종 이상으로부터 실질적으로 구성되는 것이어도 되고, 당해 프로필렌계 중합체에 다량의 고무 성분을 공중합시켜 얻어지는 리액터 블렌드 타입 혹은 당해 고무 성분을 기계적으로 분산시켜 얻어지는 드라이 블렌드 타입의 열가소성 올레핀 수지(TPO)나 열가소성 엘라스토머(TPE)여도 된다. 또한, 중합성 관능기에 더하여 별도의 관능기를 갖는 단량체(관능기 함유 단량체)와 프로필렌의 공중합체를 포함하는 PP 수지, 이러한 관능기 함유 단량체를 프로필렌계 중합체에 공중합시킨 PP 수지 등이어도 된다.
이러한 구성의 조전지용 스페이서에 의하면, 조전지용 스페이서(140A)의 하방 영역이 상방 영역보다도 스페이서 두께 방향[즉, 조전지용 스페이서(140A)가 조전지(10)에 사용되었을 때의 단전지 배열 방향]의 압축률이 커지기 쉽다. 그 중에서도, 하방 영역을 구성하는 재료로서 엘라스토머를 사용한 경우는, 하방 영역의 상기 압축률이 상방 영역보다도 커지기 쉽다. 혹은, 이러한 구성에 의하면, 조전지용 스페이서(140A)의 하방 영역의 내하중이 상방 영역의 내하중보다도 작아지기 쉽다.
<제2 형태> 바람직한 다른 일 형태에 대해, 도 6, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 일 실시 형태에 관한 조전지용 스페이서(140B)를 모식적으로 도시하는 사시도이고, 도 7은 조전지용 스페이서(140B)의 측면도이다. 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140B)는 저면[하방향 단부(144A)]의 일부로부터 내부를 향해 웨지형의 공간(웨지형 공간)(110)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 조전지용 스페이서(140B)에는 하방향 단부(144A)에 있어서 넓고, 상방향을 향해 점차 좁아지고 있는 공간(110)이 형성되어 있다. 그리고, 조전지용 스페이서(140B)의 하방 영역(144)이며 웨지형 공간(110) 중에는 적어도 하나의 스프링(112)이 설치되어 있고, 스프링(112)은 웨지형 공간(110)을 구성하는 조전지용 스페이서(140B)의 내벽끼리를 연결하고 있다. 또한, 이러한 구성상[즉, 공간(110)이 형성되어 있는 관계상], 하방향 단부(144A)는 상방향 단부(142A)보다도 단전지 배열 방향의 두께가 작아지도록 형성되어 있다.
여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140B)에 사용되는 스프링(112)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 스프링(112)은, 예를 들어 코일 스프링, 접시 스프링, 판 스프링 등이어도 된다. 또한, 조전지용 스페이서(140B)에 있어서의 스프링 이외의 부분(이하, 「본체 부분(114)」이라고 함)의 재질에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 본체 부분(114)을 구성하는 재료로서, 상술한 제1 형태의 설명 중에서 상방 영역(142)을 구성하는 적합한 재료로서 열거한 재료와 동일한 것을 바람직하게 채용할 수 있다.
스프링(112)이 설치된 부분은 본체 부분(114)과 비교하여, 보다 작은 하중에 의해 스페이서 두께 방향으로 압축되는 경향이 있다. 따라서, 이러한 형태의 조전지용 스페이서(140B)에 의하면, 하방 영역(144)이 상방 영역(142)보다도 스페이서 두께 방향(단전지 배열 방향)의 압축률이 커지기 쉽다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 조전지용 스페이서(140B)의 하방 영역(144)의 내하중이 상방 영역(142)의 내하중보다도 작아지기 쉽다.
<제3 형태> 바람직한 다른 일 형태에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 일 실시 형태에 관한 조전지용 스페이서(140C)를 모식적으로 도시하는 측면도이다. 여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140C)는 다른 재료로 이루어지는 2개 이상의 부분(도 8에서는 2개의 부분)으로 구성되어 있다. 한쪽의 부분[이하, 「본체 부분(90)」이라고 함]은, 전형적으로는 조전지용 스페이서(140C)의 주체가 되는 부분이며, 적어도 조전지용 스페이서(140C)의 2개의 편평면과 상면[상방향 단부(142A)]을 구성하는 부분이다. 다른 쪽의 부분[이하, 「내측 부분(92)」이라고 함]은, 조전지용 스페이서(140C)의 저면[하방향 단부(144A)]으로부터 내부를 향해 웨지형 형상으로 되어 있는 부분이다. 구체적으로는, 내측 부분(92)은 조전지용 스페이서(140C)의 하방향 단부(144A)에 있어서 넓고, 상방향을 향해 점차 좁게(작게) 되어 있는 형상의 부분이다.
여기서, 내측 부분(92)을 구성하는 재료와, 본체 부분(90)을 구성하는 재료는 각각이 다른 것이 바람직하다. 구체적으로는, 내측 부분(92)을 구성하는 재료는 본체 부분(90)을 구성하는 재료보다도, 압축률이 큰 것인 것이 바람직하다. 혹은, 내측 부분(92)을 구성하는 재료는 본체 부분(90)을 구성하는 재료보다도, 스프링 상수가 작은 재료인 것이 바람직하다. 혹은, 내측 부분(92)을 구성하는 재료는 본체 부분(90)을 구성하는 재료보다도, 내하중이 작은 것인 것이 바람직하다.
도 8에 도시하는 형태에 있어서의 본체 부분(90)을 구성하는 재료로서는, 상술한 제1 형태의 설명 중에서, 상방 영역(142)을 구성하는 적합한 재료로서 열거한 재료와 동일한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 도 8에 도시하는 형태에 있어서의 내측 부분(92)을 구성하는 재료로서는, 제1 형태의 설명 중에서, 하방 영역(144)을 구성하는 적합한 재료로서 열거한 재료와 동일한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 본체 부분(90)을 구성하는 재료와, 내측 부분(92)을 구성하는 재료의 적합한 조합에 대해서는, 제1 형태의 설명 중에 있어서의 상방 영역(142)을 구성하는 재료와 하방 영역(144)을 구성하는 재료의 적합한 조합과 동일한 것을 들 수 있다.
이러한 구성의 조전지용 스페이서(140C)에 의하면, 조전지용 스페이서(140C)의 하방 영역(144)이 상방 영역(142)보다도 스페이서 두께 방향(단전지 배열 방향)의 압축률이 커지기 쉽다. 그 중에서도, 내측 부분(92)을 구성하는 재료로서 엘라스토머를 사용하는 경우는, 하방 영역(144)의 상기 압축률이 상방 영역(142)보다 커지기 쉽다. 혹은, 이러한 구성에 의하면, 조전지용 스페이서(140C)의 하방 영역(144)의 내하중이 상방 영역(142)의 내하중보다도 작아지기 쉽다.
<제4 형태> 바람직한 다른 일 형태에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 일 실시 형태에 관한 조전지용 스페이서(140D)를 모식적으로 도시하는 측면도이다. 여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140D)는 상술한 제2 형태와 마찬가지로, 조전지용 스페이서(140D)의 하방향 단부(144A)에 있어서 넓고, 상방향을 향해 점차 좁아지고 있는 공간(웨지형 공간)(110)이 형성되어 있다. 그리고, 조전지용 스페이서(140D)의 하방 영역(144)이며 웨지형 공간(110) 중에, 웨지형 공간(110)을 구성하는 조전지용 스페이서(140D)의 내벽끼리를, 중개 역할하여 연결하는 구조(이하, 「다리 부분(96)」이라고 함)가 형성되어 있다.
이러한 형태의 조전지용 스페이서에 있어서의 상기 다리 부분(96) 이외의 부분(이하, 「본체 부분(94)」이라고 함)의 재질에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 본체 부분(94)을 구성하는 재료로서, 상술한 제1 형태의 설명 중에서 상방 영역(142)을 구성하는 적합한 재료로서 열거한 재료와 동일한 것을 바람직하게 채용할 수 있다. 다리 부분(96)을 구성하는 재료에 대해서는, 본체 부분(94)을 구성하는 재료와 동일해도 되고, 달라도 된다. 다리 부분(96)을 구성하는 재료와 본체 부분(94)을 구성하는 재료가 각각 다른 경우, 다리 부분(96)을 구성하는 재료는 본체 부분(94)을 구성하는 재료보다, 압축률이 큰 것이 바람직하다. 혹은, 다리 부분(96)을 구성하는 재료는 본체 부분(94)을 구성하는 재료보다, 스프링 상수가 작은 것이 바람직하다. 혹은, 다리 부분(96)을 구성하는 재료는 본체 부분(94)을 구성하는 재료보다, 내하중이 작은 것이 바람직하다. 예를 들어, 다리 부분(96)을 구성하는 재료로서, 상술한 제1 형태의 설명 중에서 하방 영역(144)을 구성하는 적합한 재료로서 열거한 재료와 동일한 것을 바람직하게 채용할 수 있다.
이러한 구성의 조전지용 스페이서(140D)에 의하면, 조전지용 스페이서(140D)의 하방 영역(144)이 상방 영역(142)보다도 스페이서 두께 방향(단전지 배열 방향)의 압축률이 커지기 쉽다. 혹은, 이러한 구성에 의하면, 조전지용 스페이서(140D)의 하방 영역(144)의 내하중이 상방 영역(142)의 내하중보다도 작아지기 쉽다.
<제5 형태> 바람직한 다른 일 형태에 대해, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 본 실시 형태에 관한 조전지용 스페이서(140E)를 모식적으로 도시하는 측면도이다. 여기에 개시되는 조전지용 스페이서(140E)는 단전지 배열 방향의 두께가 서로 다른 상방 영역(142)과 하방 영역(144)으로 구성되어 있다. 구체적으로는, 상기 배열 방향에 있어서, 하방 영역(144)의 두께는 상방 영역(142)의 두께보다도 작다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태에 관한 조전지용 스페이서(140E)의 하방향 단부(144A)는 상방향 단부(142A)보다도 단전지 배열 방향의 두께가 작아지도록 형성되어 있다.
여기서, 조전지용 스페이서(140E)의 상방 영역(142)을 구성하는 재료와, 하방 영역(144)을 구성하는 재료는 동일해도 되고, 각각이 달라도 된다. 성형성 등의 관점에서는 이러한 형태에 있어서의 조전지용 스페이서(140E)의 상방 영역(142)과 하방 영역(144)을 구성하는 재료는 동일한 것이 바람직하다.
여기서, 하방 영역(144)의 단전지 배열 방향의 두께는 상방 영역(142)의 상기 방향의 두께의 30% 이상인 것이 바람직하고, 40% 이상(예를 들어, 50% 이상)인 것이 보다 바람직하다. 하방 영역(144)의 두께를 상술한 하한값 이상으로 하면, 조전지를 구축할 때에 적절한 크기의 구속력을 가하기 쉬운 경향이 있다. 한편, 하방 영역(144)의 두께는 상방 영역(142)의 두께의 95% 이하인 것이 바람직하고, 90% 이하(예를 들어, 80% 이하)인 것이 보다 바람직하다. 하방 영역(144)의 두께를 상술한 상한값 이하로 하면, 하방 영역의 내하중이 상방 영역보다도 작아지기 쉽다.
도 10에 도시하는 실시 형태에서는 단전지 배열 방향의 두께가 다른 2개의 영역[상방 영역(142)과 하방 영역(144)]을 갖는 조전지용 스페이서(140E)의 예를 나타냈지만, 여기에 개시되는 조전지용 스페이서는 3개 이상의 두께가 다른 영역으로 구성되어 있어도 된다.
이러한 구성의 조전지용 스페이서(140E)에 의하면, 하방 영역(144)의 내하중이 상방 영역(142)의 내하중보다도 작아지기 쉽다.
이하, 본 발명에 관한 몇 개의 실시예를 설명하지만, 본 발명을 이러한 실시예에 나타내는 것으로 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 상술한 제1 형태, 제2 형태, 제3 형태, 제4 형태 및 제5 형태에 관한 조전지용 스페이서를 각각 사용하여, 도 1에 도시한 바와 같은 조전지를 제작하였다. 이들을 각각 실시예 1 내지 5에 관한 조전지로 하였다. 구체적으로는, 이하와 같이 하여 각 예에 관한 조전지를 제작하였다.
(실시예 1)
단전지로서 리튬 이온 이차 전지를 준비하였다. 리튬 이온 이차 전지는 정부극 각각의 집전체에 정부극 각각의 활물질이 유지된 시트 형상의 전극과, 전극 사이에 개재시킨 세퍼레이터를 구비하는 편평 형상의 권회 전극체가, 비수 전해액과 함께, 알루미늄제의 편평한 직육면체 형상의 용기에 수용된 구성으로 하였다. 단전지의 편평면(즉, 단전지 배열 방향에 면하는 폭이 넓은 면)의 사이즈는 세로 50㎜×가로 150㎜였다. 여기서, 단전지는 상방향으로 돌출되는 정부극 각각의 단자를 구비하는 구성으로 하고, 도 1에 도시한 바와 같이, 이러한 단전지 4개를 각각의 단자가 돌출되는 방향이 동일한 방향이 되도록 배열하였다. 이때, 단전지 사이 및 단전지 배열 방향의 양 아웃사이드에, 제1 형태에 관한 조전지용 스페이서(도 4, 도 5를 참조)를 합계 5매 배치하였다. 그리고, 배열시킨 단전지의 주위에 배치한 구속 부재에 의해, 단전지의 배열 방향으로, 단전지 편평면에 가해지는 면압이 대략 5×105㎩이 되도록 하중(구속력)을 가하여 구속하였다. 계속해서, 인접하는 단전지 사이에 있어서, 한쪽의 정극 단자와 다른 쪽의 부극 단자를 접속구에 의해 전기적으로 접속하였다. 이와 같이 하여 실시예 1에 관한 조전지를 제작하였다.
여기서, 제1 형태에 관한 조전지용 스페이서(140A)에 있어서, 상방 영역(142)을 구성하는 재료로서는, 프로필렌 성분을 90 내지 99.9몰% 함유하는 블록 폴리프로필렌(블록 PP 수지)을 사용하였다. 또한, 하방 영역(144)을 구성하는 재료로서는 PE 수지를 사용하였다. 하방 영역(144)은 조전지용 스페이서(140A)의 하방부에 있어서, 스페이서(140A) 전체의 약 1/3(체적비)을 차지하도록 하였다.
(실시예 2) 실시예 1의 조전지에 있어서, 사용하는 조전지용 스페이서를 제2 형태(도 6, 도 7을 참조)에 관한 조전지용 스페이서(140B)로 한 것 이외는 동일하게 하여, 실시예 2에 관한 조전지를 제작하였다. 여기서, 제2 형태에 관한 조전지용 스페이서(140B)에 있어서, 스프링 이외의 부분(84)을 구성하는 재료로서는, 프로필렌 성분을 90 내지 99.9몰% 함유하는 블록 폴리프로필렌(블록 PP 수지)을 사용하였다. 스프링(82)은 코일 직경이 20㎜인 코일 스프링 1개를 사용하였다.
(실시예 3) 실시예 1의 조전지에 있어서, 사용하는 조전지용 스페이서를 제3 형태(도 8을 참조)에 관한 조전지용 스페이서(140C)로 한 것 이외는 동일하게 하여, 실시예 3에 관한 조전지를 제작하였다. 여기서, 제3 형태에 관한 조전지용 스페이서(140C)에 있어서, 본체 부분(90)을 구성하는 재료로서는, 프로필렌 성분을 90 내지 99.9몰% 함유하는 블록 폴리프로필렌(블록 PP 수지)을 사용하였다. 또한, 내측 부분(92)을 구성하는 재료로서는 PE 수지를 사용하였다.
(실시예 4) 실시예 1의 조전지에 있어서, 사용하는 조전지용 스페이서를 제4 형태(도 9를 참조)에 관한 조전지용 스페이서(140D)로 한 것 이외는 동일하게 하여, 실시예 4에 관한 조전지를 제작하였다. 여기서, 제4 형태에 관한 조전지용 스페이서(140D)에 있어서, 본체 부분(94)을 구성하는 재료로서는, 프로필렌 성분을 90 내지 99.9몰% 함유하는 블록 폴리프로필렌(블록 PP 수지)을 사용하였다. 또한, 다리 부분(96)을 구성하는 재료로서는, 스티렌부타디엔 고무(SBR)를 주체로 하는 수지를 사용하였다.
(실시예 5) 실시예 1의 조전지에 있어서, 사용하는 조전지용 스페이서를 제5 형태(도 10을 참조)에 관한 조전지용 스페이서(140E)로 한 것 이외는 동일하게 하여, 실시예 5에 관한 조전지를 제작하였다. 여기서, 제5 형태에 관한 조전지용 스페이서(140E)의 전체를 구성하는 재료로서는, 프로필렌 성분을 90 내지 99.9몰% 함유하는 블록 폴리프로필렌(블록 PP 수지)을 사용하였다. 또한, 하방 영역(144)은 단전지 배열 방향에 있어서의 두께가 상방 영역(142)의 두께의 70% 정도가 되도록 형성하였다.
(비교예 1) 실시예 1의 조전지에 있어서, 사용하는 조전지용 스페이서를 비교예 1에 관한 조전지용 스페이서로 한 것 이외는 동일하게 하여, 비교예 1에 관한 조전지를 제작하였다. 비교예 1에 관한 조전지용 스페이서는 전체가 프로필렌 성분을 90 내지 99.9몰% 함유하는 블록 폴리프로필렌(블록 PP 수지)에 의해 구성되어 있는 편평 형상의 것으로 하였다.
<압괴 시험> 각 예에 관한 조전지를 단전지 배열 방향의 양 외측으로부터 프레스판(세로 300㎜×가로 150㎜)으로 끼워 넣고, 당해 배열 방향 중앙부를 향해 하중을 가하는 압괴 시험을 행하였다. 프레스 속도는 5㎜/초로 하고, 단위 면적당의 프레스압(양측으로부터의 합계 압력)은 108㎩ 내지 109㎩ 정도로 하고, 조전지의 배열 방향 길이가 압괴 시험 전의 약 90%가 될 때까지(즉, 조전지의 배열 방향 길이 중 약 10%분이 압축될 때까지) 하중을 첨가하였다. 이때, 조전지의 상방향 단부와 하방향 단부의 어느 것이 먼저 변형되는지를 눈으로 관측하였다.
그 결과, 제2 영역이 제1 영역보다도 단전지 배열 방향으로 압축률이 높은 구성, 혹은 제2 영역이 제1 영역보다도 내하중이 작은 구성으로 한 조전지용 스페이서를 사용한 실시예 1 내지 5에서는 하방향 단부(즉, 제2 방향의 단부)의 쪽이 상방향 단부(즉, 제1 방향의 단부)보다도 먼저 변형되는 경향이 얻어졌다. 한편, 편평 형상의 조전지용 스페이서의 전체가 1종류의 재료로 구성된 비교예 1에 관한 조전지에 의하면, 상방향 단부가 먼저 변형되는 결과와 하방향 단부가 먼저 변형되는 결과가 대략 동일한 확률로 얻어졌다. 이는, 비교예 1에 관한 조전지용 스페이서에 있어서는, 배열 방향의 압축률 또는 내하중에 분포가 없기 때문에, 조전지로의 하중을 가하는 방법의 미소한 차에 의해, 상방부의 단전지 사이 거리가 먼저 감소하거나, 하방부의 단전지 사이 거리가 먼저 감소하였기 때문이라고 할 수 있다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명하였지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 본 출원의 청구범위에 기재된 기술에는 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.
예를 들어, 본 출원의 청구범위에 기재된 기술에는 상술한 제1 형태로부터 제5 형태까지의 적어도 2개 이상의 형태를 조합한 형태의 조전지용 스페이서도 포함된다. 또한, 상술한 구체예에서는 단전지의 단자가 돌출되는 방향을 상방향(중력 방향과 반대의 방향)으로 하였지만, 본 출원의 청구범위는 그것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 출원의 청구범위에 기재된 기술은 상기 단자가 돌출되는 방향이 상방향 이외의 방향이 되는 자세로 사용되는 조전지 또는 조전지용 스페이서에도 당연히 적용될 수 있다.
또한, 도 1에 도시하는 조전지(10)는 본 발명을 설명하기 위해 굳이 심플한 구성으로 하고 있지만, 본 발명의 구성 및 효과를 손상시키지 않는 한에 있어서 다양한 변형이나 장비의 추가가 행해질 수 있는 것은 당업자에게는 명확하다. 예를 들어, 자동차 등의 차량에 탑재하는 경우, 조전지의 주요부(단전지군 등)를 보호하기 위한 외장 커버, 차량의 소정 부위에 당해 조전지를 고정하기 위한 부품, 복수의 조전지(전지 모듈)를 서로 연결하기 위한 부품 등이 장비될 수 있지만, 이와 같은 장비의 유무는 본 발명의 기술적 범위를 좌우하는 것이 아니다.

Claims (11)

  1. 복수의 단전지(20)가 소정의 배열 방향으로 배열되어 구축되는 조전지(10)에 있어서 인접하는 단전지(20) 사이에 배치되는 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)이며,
    상기 단전지(20)는 상기 배열 방향과 직교하는 일방향으로 돌출되는 단자(60, 62)를 구비하고 있고,
    제1 영역과,
    제2 영역을 포함하고,
    상기 단자(60, 62)가 돌출되어 있는 방향을 제1 방향으로 하고, 당해 제1 방향과는 반대의 방향을 제2 방향으로 하고,
    당해 단전지(20) 사이에 배치되는 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)의 당해 제1 방향 및 당해 제2 방향에 있어서, 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)를, 상기 제1 방향의 단부(142A)를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부(142A)로부터 제2 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제1 영역과, 상기 제2 방향의 단부(144A)를 포함하고, 또한 당해 제2 방향의 단부(144A)로부터 제1 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제2 영역으로 구분하고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 상기 배열 방향으로의 압축률이 큰 것을 특징으로 하는, 조전지용 스페이서.
  2. 복수의 단전지(20)가 소정의 배열 방향으로 배열되어 구축되는 조전지(10)에 있어서 인접하는 단전지(20) 사이에 배치되는 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)이며,
    상기 단전지(20)는 상기 배열 방향과 직교하는 일방향으로 돌출되는 단자(60, 62)를 구비하고 있고,
    제1 영역과,
    제2 영역을 포함하고,
    상기 단자(60, 62)가 돌출되어 있는 방향을 제1 방향으로 하고, 당해 제1 방향과는 반대의 방향을 제2 방향으로 하고,
    당해 단전지(20) 사이에 배치되는 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)의 당해 제1 방향 및 당해 제2 방향에 있어서, 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)를, 상기 제1 방향의 단부(142A)를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부(142A)로부터 제2 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제1 영역과, 상기 제2 방향의 단부(144A)를 포함하고, 또한 당해 제2 방향의 단부(144A)로부터 제1 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제2 영역으로 구분하고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 상기 배열 방향에 있어서의 내하중이 작은 것을 특징으로 하는, 조전지용 스페이서.
  3. 복수의 단전지(20)가 소정의 배열 방향으로 배열되어 구축되는 조전지(10)에 있어서 인접하는 단전지(20) 사이에 배치되는 조전지용 스페이서(140; 140B; 140D; 140E)이며,
    상기 단전지(20)는 상기 배열 방향과 직교하는 일방향으로 돌출되는 단자(60, 62)이고,
    상기 단자(60, 62)가 돌출되어 있는 방향을 제1 방향으로 하고, 당해 제1 방향과는 반대의 방향을 제2 방향으로 하고,
    당해 단전지(20) 사이에 배치되는 조전지용 스페이서(140; 140B; 140D; 140E)의 당해 제1 방향 및 상기 제2 방향에 있어서, 상기 제2 방향의 단부(144A)는 상기 제1 방향의 단부(142A)보다도 상기 배열 방향의 두께가 작아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 조전지용 스페이서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 방향의 단부(144A)의 일부로부터 스페이서(140; 140B; 140D)의 내부를 향해 웨지형의 공간(110)이 형성되어 있는, 조전지용 스페이서(140; 140B; 140D).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 압축률이 큰 재료 및/또는 내하중이 작은 재료를 주체로 형성되어 있는, 조전지용 스페이서(140; 140A; 140C).
  6. 제3항에 있어서, 제1 영역과, 제2 영역을 더 포함하고,
    상기 제1 방향의 단부(142A)를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부(142A)로부터 제2 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140C) 전체의 절반을 차지하는 제1 영역과, 상기 제2 방향의 단부(144A)를 포함하고, 또한 상기 제2 방향의 단부(144A)로부터 제1 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140C) 전체의 절반을 차지하는 제2 영역으로 구분하고,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역보다도 압축률이 큰 재료 및/또는 내하중이 작은 재료를 주체로 형성되어 있는, 조전지용 스페이서(140; 140A; 140C).
  7. 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 영역은 폴리올레핀 수지를 주체로 형성되어 있는, 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E).
  8. 제3항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 영역과, 제2 영역을 더 포함하고,
    상기 제1 방향의 단부(142A)를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부(142A)로부터 제2 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제1 영역과, 상기 제2 방향의 단부(144A)를 포함하고, 또한 상기 제2 방향의 단부(144A)로부터 제1 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제2 영역으로 구분하고,
    상기 제1 영역은 폴리올레핀 수지를 주체로 형성되어 있는, 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E).
  9. 제1항, 제2항, 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 영역은 엘라스토머를 주체로 형성되어 있는, 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E).
  10. 제3항, 제4항, 제6항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 영역과, 제2 영역을 더 포함하고,
    상기 제1 방향의 단부(142A)를 포함하고, 또한 당해 제1 방향의 단부(142A)로부터 제2 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제1 영역과, 상기 제2 방향의 단부(144A)를 포함하고, 또한 상기 제2 방향의 단부(144A)로부터 제1 방향으로 당해 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E) 전체의 절반을 차지하는 제2 영역으로 구분하고,
    상기 제2 영역은 엘라스토머를 주체로 형성되어 있는, 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E).
  11. 복수의 단전지(20)가 소정의 배열 방향으로 배열되어 구축되는 조전지(10)이며,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)를 포함하고,
    인접하는 단전지(20) 사이에 상기 조전지용 스페이서(140; 140A; 140B; 140C; 140D; 140E)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 조전지.
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