KR20160144994A - 축전 디바이스 - Google Patents

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KR20160144994A
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electrode
sealing plate
break
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KR1020167027794A
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미츠야스 우에다
마사토시 마지마
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 절연하는 세퍼레이터를 갖는 전극군과, 전해질과, 상기 전극군과 상기 전해질을 수용하며, 개구부를 갖는 케이스와, 상기 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉판을 구비하고, 상기 밀봉판은 가스 배출 밸브를 가지며, 상기 가스 배출 밸브는 원형의 파단 용이부를 갖고, 상기 파단 용이부는 직선형의 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부를 가지며, 상기 제1 홈부, 상기 제2 홈부 및 상기 제3 홈부의 각각의 한쪽 단부는 상기 파단 용이부의 중심에서 교차하는, 축전 디바이스.

Description

축전 디바이스{ELECTRICITY STORAGE DEVICE}
본 발명은, 제1 전극, 제2 전극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극군을 포함하는 축전 디바이스에 관한 것으로, 특히, 전극군을 수용하는 케이스의 내압이 이상(異常) 상승했을 때에 케이스의 내압을 저하시키기 위한 기술의 개량에 관한 것이다.
최근, 휴대 정보 단말, 전동 차량, 가정용 전력 저장 장치 등에 이용되는 축전 디바이스의 개발이 진행되고 있다. 축전 디바이스 중에서도, 커패시터와 비수전해질 이차전지의 연구가 활발하며, 특히, 고용량화, 고에너지밀도화를 기대할 수 있으면서 안정성이 높은 축전 디바이스로서, 리튬 이온 커패시터의 개발이 기대되고 있다.
이들 축전 디바이스는, 제1 전극, 제2 전극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터를 구비하는 전극군과, 전해질을 구비한다. 각 전극은, 집전체(전극 심재)와, 집전체에 담지된 활물질을 포함한다. 축전 디바이스가 각형(角形)의 케이스를 갖는 경우에는, 그 케이스의 개구부를, 적어도 하나의 전극의 외부 단자를 갖는 밀봉판에 의해 밀봉하는 것이 일반적이다(특허문헌 1∼3 참조).
또한, 축전 디바이스의 체적 에너지 밀도가 높아지면, 그에 따라서, 축전 디바이스의 안전성을 확보하기 위한 기구를 갖출 필요성이 높아진다. 축전 디바이스의 안전성을 확보하기 위한 기구의 하나로서, 케이스의 내압이 이상 상승했을 때에 작동하는 가스 배출 밸브가 있다. 가스 배출 밸브가 작동하면, 케이스 내부의 가스가 외부로 방출되기 때문에, 케이스 내압을 저하시킬 수 있다.
일본 특허공개 2012-109219호 공보 일본 특허공개 2011-181485호 공보 일본 특허공개 2011-204469호 공보
가스 배출 밸브는, 특히 각형의 케이스를 갖는 축전 디바이스(이하, 각형 축전 디바이스라고도 한다)에서는 밀봉판에 설치하는 것이 바람직하다. 각형 축전 디바이스는, 원통형의 디바이스와 비교하면, 복수의 디바이스를 집합시켜, 상호 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 사용할 때에, 케이스끼리의 간극의 체적을 작게 할 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나, 케이스의 측부에 가스 배출 밸브를 설치한 각형 축전 디바이스를 집합시켜 사용하면, 그 가스 배출 밸브가 다른 디바이스에 의해 막혀 버리는 경우도 생각할 수 있다. 가스 배출 밸브를 밀봉판에 설치함으로써, 가스 배출 밸브가 다른 디바이스 등으로 막히는 것을 용이하게 방지할 수 있어, 가스 배출 밸브를 항상 유효하게 기능시킬 수 있다.
그런데, 각형 축전 디바이스에 대해서는, 고에너지밀도화와 함께, 배치의 자유도를 높이기 위해서, 컴팩트화, 특히 박형화가 요구되고 있다. 그 요구에 부응하기 위해 각형 축전 디바이스의 두께를 작게 하면, 케이스 내의 압력 분포가 불균일해지기 쉽다. 이 때문에, 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 줄이지 않으면, 가스 배출 밸브가 안정적으로 작동하지 않게 된다. 여기서, 가스 배출 밸브의 작동압이란, 가스 배출 밸브가 작동할 때에 실제로 가스 배출 밸브 또는 밀봉판에 인가되는 압력이다. 가스 배출 밸브의 작동압은, 예컨대, 축전 디바이스의 케이스 내부의 평균적인 압력과는 다른 경우가 많다.
본 발명의 일 국면은, 제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 절연하는 세퍼레이터를 갖는 전극군과,
전해질과,
상기 전극군과 상기 전해질을 수용하며, 개구부를 갖는 케이스와,
상기 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉판을 구비하고,
상기 제1 전극은, 시트형의 제1 집전체와, 상기 제1 집전체에 담지된 제1 활물질을 포함하며,
상기 제2 전극은, 시트형의 제2 집전체와, 상기 제2 집전체에 담지된 제2 활물질을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 세퍼레이터를 사이에 둔 상태에서 교대로 적층되어 있고,
상기 밀봉판은, 상기 케이스 내부의 가스로부터 받는 압력이 기준 압력에 도달했을 때에 상기 케이스 내부의 가스를 외부로 방출하는 가스 배출 밸브를 가지며,
상기 가스 배출 밸브는, 원형이며 얇은 두께의 파단 용이부를 갖고, 상기 파단 용이부는, 직선형의 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부를 가지며,
상기 제1 홈부, 상기 제2 홈부 및 상기 제3 홈부의 각각의 한쪽 단부는, 상기 파단 용이부의 중심에서 교차하는 축전 디바이스에 관한 것이다.
상기한 바에 따르면, 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 억제할 수 있다. 이에 따라, 가스 배출 밸브를 적시에 작동시키는 것이 가능하게 되어, 축전 디바이스의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 축전 디바이스의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 2는 축전 디바이스를 정면에서 봤을 때의 내부 구조를 도시하는 일부 단면도이다.
도 3a는 도 2의 IIIA선에 따른 일부 화살 표시 단면도이다.
도 3b는 도 2의 IIIB선에 따른 일부 화살 표시 단면도이다.
도 4는 축전 디바이스의 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉판의 상면도이다.
도 5는 가스 배출 밸브의 상세 구성을 도시하는 밀봉판의 일부 단면도이다.
도 6은 제1 집전체의 골격의 일부 구조의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 7은 제1 집전체에 전극 합제를 충전한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 8은 종래의 가스 배출 밸브의 문제점을 도시하는 밀봉판의 일부 단면도이다.
[발명의 실시형태의 개요]
본 발명의 일 양태에 따른 축전 디바이스는, 복수의 제1 전극과, 복수의 제2 전극과, 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극을 전기적으로 절연하는 1 또는 복수의 세퍼레이터를 갖는 전극군과, 전해질과, 전극군과 전해질을 수용하며, 개구부를 갖는 케이스와, 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉판을 구비한다. 제1 전극은, 시트형의 제1 집전체와, 제1 집전체에 담지된 제1 활물질을 포함한다. 한편, 제2 전극은, 시트형의 제2 집전체와, 제2 집전체에 담지된 제2 활물질을 포함한다. 제1 전극과, 제2 전극은 세퍼레이터를 사이에 두고서 교대로 적층되어 있다.
밀봉판은, 케이스 내부의 가스로부터 받는 압력이 기준 압력에 도달했을 때에 케이스 내부의 가스를 외부로 방출하기 위한 가스 배출 밸브를 갖는다. 여기서, 가스 배출 밸브는 원형의 파단 용이부를 갖고, 그 파단 용이부는, 직선형의 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부를 갖는다. 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부의 각각의 한쪽 단부는, 파단 용이부의 중심에서 교차한다(도 4, 도 5 참조). 다시 말해서, 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부의 각각의 한쪽 단부는 파단 용이부의 중심에 있다.
또한, 파단 용이부는 얇은 두께인 것이 바람직하다. 즉, 파단 용이부의 두께 DT(도 5 참조)는 그 주위 부분의 두께(밀봉판의 두께 DS) 이상이어도 좋지만, 파단 용이부의 두께 DT는, 그 주위 부분의 두께(밀봉판의 두께 DS)보다도 작은 것이 바람직하다. 예컨대, 1>DT/DS≥0.2인 것이 바람직하고, 0.8≥DT/DS≥0.4인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시형태는, 제1 홈부와 제2 홈부가 이루는 각도, 제2 홈부와 제3 홈부가 이루는 각도, 및 제3 홈부와 제1 홈부가 이루는 각도 중 어느 하나가 180°가 되는 경우를 포함한다.
본 형태의 가스 배출 밸브에 있어서는, 파단 용이부에 복수의 홈부가 형성됨으로써, 그 부분에서 파단 용이부가 더욱 얇게 된다. 그리고, 복수의 홈부는 각각이 직선형이며, 파단 용이부에 Y자를 형성하게 배치되어 있다. 파단 용이부 및 복수의 홈부는, 밀봉판에, 예컨대 각인을 사용하여 형성할 수 있다. 혹은, 파단 용이부와 복수의 홈부를 갖는 부재를 준비하고, 그 부재의 주연부를, 밀봉판에 형성된 관통 구멍의 개구 단부와 접합(또는 용접)함으로써, 밀봉판에 가스 배출 밸브를 설치하여도 좋다.
밀봉판에 파단 용이부를 형성하고, 그 파단 용이부에, Y자형의 복수의 홈부를 형성함으로써, 그 부분의 나머지 두께가 보다 작아진다. 이에 따라, 케이스 내압이 매우 상승했을 때에, 파단 용이부가 예컨대 복수의 홈부를 기점으로 용이하게 파단된다. 따라서, 케이스 내부의 가스를 외부로 방출하여, 케이스 내압을 신속하게 저하시킬 수 있다.
전술한 대로, 본 형태의 가스 배출 밸브에서는, 홈부를 밀봉판에 그대로 형성하는 것이 아니라, 밀봉판에 적절한 두께의 원형의 파단 용이부를 형성한다. 그리고, 그 파단 용이부에 복수의 홈부를 Y자를 이루도록 형성한다. 이에 따라, 밀봉판의 두께를, 밀봉판으로서의 충분한 강도를 확보할 수 있는 두께로 설정할 수 있다. 그리고, 가스 배출 밸브를 원하는 작동압으로 작동시키도록, 파단 용이부의 두께와, 복수의 홈부의 깊이(또는 파단 용이부의 나머지 두께)를 적절히 설정할 수 있다. 여기서, 작동압이란, 가스 배출 밸브의 파단 용이부가 복수의 홈부를 기점으로 파단할 때에 실제로 파단 용이부가 받는 압력이다.
밀봉판의 충분한 강도를 얻기 위해서, 그 평균적인 두께를 크게 하면, 단순히 적절한 깊이의 홈부를 밀봉판에 형성하는 것만으로는, 가스 배출 밸브의 작동압을 안정화시키기가 어렵다. 즉, 도 8에 도시하는 것과 같이, 밀봉판(120)에 있어서, 홈부(121) 부분의 나머지 두께 D11와, 그 주위 부분의 두께(밀봉판의 평균적인 두께) D12의 차(D12-D11)가 크면, 밀봉판(120)의 홈(121) 부분이 파단할 때의 압력의 흔들림(작동압의 불균일)이 커진다. 또한, 홈(121) 주위 부분의 두께 D12가 크면, 가령 밀봉판(120)이 홈(121) 부분에서 파단되더라도, 이에 따라 형성되는 개구의 면적은 작아져, 신속하게 케이스 내압을 내리기가 어려워진다.
본 형태에서는, 파단 용이부와 Y자형의 홈부를, 예컨대 각인을 사용하여 형성함으로써, 1회의 프레스 작업으로, 파단 용이부와 복수의 홈부를 동시에 형성하는 것이 가능하다. 또한, 파단 용이부의 두께와 홈부의 나머지 두께를 정밀하게 제어하는 것도 용이하다. 그리고, 복수의 홈부가 Y자를 형성하도록 배치됨으로써, 케이스 내압이 이상 상승했을 때에, 어느 한 홈부를 기점으로 원하는 작동압으로 파단 용이부를 확실하게 파단시킬 수 있다. 또한, 파단 용이부의 파단에 의해 형성되는 개구의 면적을 크게 하는 것도 용이하다. 이에 따라, 케이스 내압을 확실하고 또한 신속하게 저하시킬 수 있다.
홈부를 4개 이상 형성한 경우에는, 어느 한 홈부를 기점으로 원하는 작동압으로 파단 용이부를 확실하게 파단시키기가 더욱 용이하다. 그러나, 파단 용이부의 홈부가 많을수록 파단 용이부가 보다 작은 영역으로 나눠질 가능성이 있다. 그 때문에, 가스 배출 밸브가 실제로 작동할 때에, 충분한 면적으로 파단 용이부를 개구시킬 수 없어, 신속하게 케이스 내압을 저하시킬 수 없는 경우가 있다. 파단 용이부가 Y자형으로 배치된 3개의 홈부를 가짐으로써, 케이스 내압을 확실하고 또한 신속하게 저하시킬 수 있다.
파단 용이부의 두께 DT는 밀봉판의 재질에 따라서 설정할 수 있다. 예컨대 밀봉판이 알루미늄 혹은 알루미늄 합금(예컨대, 국제 알루미늄 합금명의 3000번대 또는 5000번대의 합금)인 경우, 또는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금을 포함하는 경우에는, 파단 용이부의 두께 DT는 50∼250 ㎛인 것이 바람직하다. 예컨대, 축전 디바이스의 정격 용량이 500∼1000 mAh 미만이라면, 파단 용이부의 반경 R1은 2∼4 mm인 것이 바람직하고, 축전 디바이스의 정격 용량이 1000∼3000 mAh라면, 파단 용이부의 반경은 3∼6 mm인 것이 바람직하다.
이 때, 제1 홈부의 길이 L1, 제2 홈부의 길이 L2 및 제3 홈부의 길이 L3와, 원형의 파단 용이부의 반경 R1과의 비 L1/R1, L2/R1 및 L3/R1가 각각 0.98∼1.02인 것이 바람직하다. 이에 따라, 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 복수의 홈부의 타단부가 각각 원형의 파단 용이부의 바깥 가장자리에까지 달하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 억제할 수 있음과 더불어, 파단 용이부의 파단에 의해 형성되는 개구의 면적을 충분한 것으로 하기가 용이해진다. 여기서, 길이 L1, L2, L3와 반경 R1은 모두 밀봉판을 위쪽에서 봤을 때의 투영도에 있어서의 길이이다.
또한, 비 L1/R1, L2/R1 및 L3/R1가 각각 0.98∼1.02을 만족하는 한, 상기한 복수의 홈부의 일단부가 중심에서 틀어지는 것은 허용된다. 그러나, 모든 홈부의 일단부는 원형의 파단 용이부의 중심에 일치하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 홈부에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D1와 제2 홈부에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D2와의 비 D1/D2, 제2 홈부에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D2와 제3 홈부에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D3와의 비 D2/D3, 및 제3 홈부에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D3와 제1 홈부에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D1와의 비 D3/D1가 각각 0.98∼1.02인 것이 바람직하다. 즉, 복수의 홈부는 서로의 깊이가 같거나 또는 거의 같은 것이 바람직하다. 이에 따라, 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 유효하게 억제할 수 있다. 같은 이유에서, 각각의 홈부의 깊이는, 그 홈이 연장되는 방향에 있어서, 가능한 한 균일한 것이 바람직하다. 또한, 같은 이유에서, 제1 홈부와 제2 홈부가 이루는 둔각 θ1, 제2 홈부와 제3 홈부가 이루는 둔각 θ2, 및 제3 홈부와 제1 홈부가 이루는 둔각 θ3은 각각 (120×0.98)°∼(120×1.02)°인 것이 바람직하다. 단, θ1과 θ2와 θ3의 합은 360°이다(θ1+θ2+θ3=360°).
여기서, 밀봉판이, 상호 평행한 한 쌍의 긴 변과, 상호 평행한 한 쌍의 짧은 변을 갖고 있을 때에는, 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부 중 어느 한 홈부가, 한 쌍의 긴 변과 평행하며 또한 한 쌍의 긴 변 사이의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 예컨대 종횡비 α1가 5∼15인 편평한 전지 케이스에 있어서도, 적어도 밀봉판의 긴 변과 평행하게 배치된 홈부(예컨대 제1 홈부)를 원하는 작동압으로 안정적으로 파단시키기가 용이하게 된다. 편평 각형의 축전 디바이스에 있어서는, 케이스 내부의 가스로부터 받는 압력에 의해, 밀봉판의 긴 변과 평행하게 배치된 홈부(예컨대 제1 홈부)를 따라서 최대의 응력이 발생하기 때문이다. 이에 따라, 편평 각형의 축전 디바이스에 있어서도, 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 작게 할 수 있다. 단, α1은 전지를 바로 위에서 보았을 때의 종횡비이며, 밀봉판의 한 쌍의 긴 변 사이의 거리 W1에 대한 한 쌍의 짧은 변 사이의 거리 W2의 비 W2/W1이다.
더욱이, 본 형태의 축전 디바이스에 있어서는, 가스 배출 밸브가, 파단 용이부가 예컨대 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부를 기점으로 하여 파단되었을 때에, 그 파단이 파단 용이부 주위로 전파하는 것을 방지하기 위한 파단 전파 방지부를 파단 용이부의 주위에 갖고 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부를 기점으로 하는 파단 용이부의 파단이 파단 용이부의 내부에서 멈추기 때문에, 가스 배출 밸브의 작동을 안정적으로 할 수 있다. 파단 전파 방지부는 환형의 홈이나 직선형의 홈에 의해 구성할 수 있다.
또한, 밀봉판이, 케이스의 개구부를 밀봉한 후에 전해질을 케이스의 내부에 주입하기 위한 원형의 주입 구멍을 갖고 있는 경우에는, 파단 용이부의 중심이, 밀봉판의 상기 한 쌍의 긴 변 사이의 중앙에 위치하며 또한 상기 한 쌍의 짧은 변의 사이의 중앙에 위치하고, 파단 전파 방지부와 주입 구멍 사이의 최단 거리 LS와, 밀봉판의 두께 DS와의 비 LS/DS가 5∼12인 것이 바람직하다. 또한, 최단 거리 LS와 두께 DS와의 비 LS/DS를 평가할 때에는, 두께 DS는 파단 전파 방지부와 주입 구멍 사이에 있어서의 밀봉판의 평균적인 두께로 할 수 있다.
파단 용이부의 중심을, 밀봉판의 한 쌍의 긴 변 및 한 쌍의 짧은 변 사이의 중앙에 위치시킴으로써, 케이스 내압의 상승에 따라서, 가스 배출 밸브를 적절하게 작동시킬 수 있다. 그러나, 밀봉판에 주액 구멍을 형성하여, 케이스의 개구부를 밀봉판에 의해 밀봉한 후에 케이스의 내부에 전해질을 주입하는 경우에는, 주액 구멍도 또한 밀봉판의 중앙에 가능한 한 가까운 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 전극군으로의 양호한 액 순환을 얻을 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는, 밀봉판의 중앙에 설치한 가스 배출 밸브와 주액 구멍을 가능한 한 근접시켜 형성하는 것이 바람직하다.
그러나, 주액 구멍과 가스 배출 밸브가 너무나 접근하면, 주액 구멍의 존재에 의해 가스 배출 밸브의 작동압이 불안정하게 되는 경우도 생각할 수 있다. 한편, 비 LS/DS가 상기한 범위 내가 되도록 파단 전파 방지부와 주액 구멍 사이의 최단 거리 LS와 밀봉판의 두께 DS를 설정함으로써, 케이스 내압의 상승에 따라서, 가스 배출 밸브를 적절하게 작동시킬 수 있다. 그리고, 전해질을 전극군에 함침시킬 때에 전극군에 균일하게 전해질을 함침시킬 수 있다.
또한, 리튬 이온 커패시터로서의 축전 디바이스의 일 실시형태에 있어서, 전해질은, 리튬 이온과 음이온과의 염을 포함하며, 제1 활물질과 제2 활물질 중 한쪽은, 리튬 이온을 흡장 및 방출하는 제1 물질(음극 활물질)이고, 다른 쪽은, 음이온을 흡착 및 탈착하는 제2 물질(양극 활물질)이다. 제1 물질은, 패러데이 반응에 의해 리튬 이온을 흡장 및 방출한다. 제1 물질은, 예컨대, 흑연 등의 탄소 물질이나, Si, SiO, Sn, SnO 등의 합금계 활물질이다. 한편, 제2 물질은, 비(非)패러데이 반응에 의해 음이온을 흡착 및 탈착한다. 제2 물질은, 예컨대, 활성탄, 카본 나노 튜브 등의 탄소 물질이다. 또한, 제2 물질(양극 활물질)은 패러데이 반응이 일어나는 재료라도 좋다. 이러한 재료로서는, 산화망간, 산화루테늄, 산화니켈 등의 금속 산화물이나, 폴리아센, 폴리아닐린, 폴리티올, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자를 예로 들 수 있다. 제1 물질 및 제2 물질 양쪽에서 패러데이 반응이 발생하는 커패시터는 레독스 커패시터라고 불린다.
여기서, 제1 집전체는 제1 금속 다공체를 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대 제1 전극이 리튬 이온 커패시터의 양극이라면, 제1 집전체에는 알루미늄을 포함하는 금속 다공체를 사용하는 것이 바람직하다. 제1 전극이 리튬 이온 커패시터의 음극이라면, 제1 집전체에는 구리를 포함하는 금속 다공체를 사용하는 것이 바람직하다.
축전 디바이스의 용량을 증대시키기 위해서는, 집전체의 단위면적당 담지되는 활물질량을 최대한 많게 할 것이 요망된다. 그런데, 종래의 금속박의 집전체에 다량의 활물질을 담지시키면, 활물질층이 두껍게 되어, 활물질과 집전체 사이의 평균 거리가 커진다. 그 결과, 전극의 집전성이 저하함과 더불어 활물질과 전해질과의 접촉이 제한되어, 충방전 특성이 손상되기 쉽다.
그래서, 연통 구멍을 갖는 기공율이 높은 금속 다공체를 집전체로서 이용하는 것이 바람직하다. 금속 다공체는, 예컨대, 발포 우레탄 등의 연통 구멍을 갖는 발포 수지의 골격 표면에 금속층을 형성한 후, 발포 수지를 열분해하고, 또한 금속을 환원 처리함으로써 제조된다.
또한, 복수의 제1 집전체는, 각각 인접하는 다른 제1 집전체와 전기적으로 접속하기 위한 탭 형상의 제1 접속부를 갖고 있는 것이 바람직하다. 그리고, 복수의 제1 집전체의 제1 접속부는, 전극군의 적층 방향을 따라서 겹치게 배치되어 있으면서 또한 제1 체결 부재에 의해 상호 체결되어 있는 것이 바람직하다.
제2 집전체에도 제2 금속 다공체를 포함시킬 수 있다. 그리고, 복수의 제2 집전체에도, 각각 인접하는 다른 제2 집전체와 전기적으로 접속하기 위한 탭 형상의 제2 접속부를 설치할 수 있다. 이들 제2 접속부는, 전극군의 적층 방향을 따라서 겹치게 배치할 수 있으며 또한 제2 체결 부재에 의해 상호 체결할 수 있다.
제1 금속 다공체 및 제2 금속 다공체는, 활물질을 담지시켜야 하는 표면적(이하, 유효 표면적이라고도 한다)이 단순한 금속박 등보다도 커지는 구멍 구조를 갖는 것이면 된다. 그와 같은 관점에서, 제1 금속 다공체 및 제2 금속 다공체로서는, 후에 설명하는 셀멧트(Celmet)(스미토모덴키고교가부시키가이샤의 등록상표), 알루미셀멧트(Aluminum-Celmet)(스미토모덴키고교가부시키가이샤의 등록상표) 등의 삼차원 메쉬형으로 중공의 골격을 갖는 금속 다공체가, 단위체적당 유효 표면적을 현저히 크게 할 수 있기 때문에 가장 바람직하다. 그 밖에, 제1 금속 다공체 및 제2 금속 다공체로서는, 부직포, 펀칭 메탈, 익스펜드 메탈 등을 사용할 수 있다. 또한, 부직포, 셀멧트, 알루미셀멧트는 삼차원 구조의 다공체이며, 펀칭 메탈, 익스펜디드 메탈은 이차원 구조의 다공체이다.
전술한 것과 같은 금속 다공체는 표면적이 크기 때문에 많은 활물질을 담지할 수 있는데다, 전해질을 유지하기 쉽기 때문에, 축전 디바이스용의 전극으로서 적합하다고 생각된다. 금속 다공체를 집전체로서 포함하는 동 극성의 전극을 복수 개 사용하는 경우, 동 극성의 집전체끼리는 병렬로 접속된다.
[발명의 실시형태의 상세]
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태의 상세에 관해서 설명한다. 한편, 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에서 제시되며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
도 1에, 본 실시형태에 따른 축전 디바이스의 외관을 사시도로 도시한다. 도 2는 그 축전 디바이스를 정면에서 보았을 때의 내부 구조를 도시하는 일부 단면도이다. 도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 IIIA선 및 IIIB선에 따른 화살 표시 단면도이다.
도시하는 예의 축전 디바이스(10)는 예컨대 리튬 이온 커패시터이며, 전극군(12)과, 전극군(12)과 전해질(도시하지 않음)을 수용하는 케이스(14)와, 케이스(14)의 개구부를 밀봉하는 밀봉판(16)을 구비한다. 도시하는 예에서는 케이스(14)는 각형이다. 본 발명의 실시형태는, 도시하는 예와 같은 각형 케이스에 대하여 가장 적합하게 적용할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시하는 것과 같이, 전극군(12)은, 시트형의 복수의 제1 전극(18)과, 시트형의 복수의 제2 전극(20)을 포함한다. 제1 전극(18)과 제2 전극(20)은, 시트형의 세퍼레이터(21)를 사이에 둔 상태에서 교대로 적층되어 있다. 제1 전극(18)은 제1 집전체(22)와 제1 활물질을 포함한다. 제2 전극(20)은 제2 집전체(24)와 제2 활물질을 포함한다.
제1 전극(18) 및 제2 전극(20) 중 한쪽은 양극이고, 다른 쪽은 음극이다. 양극은 양극 집전체와 양극 활물질을 포함한다. 음극은 음극 집전체와 음극 활물질을 포함한다. 따라서, 제1 집전체(22) 및 제2 집전체(24) 중 한쪽은 양극 집전체이고, 다른 쪽은 음극 집전체이다. 또한, 도 3a 및 도 3b에서는, 발명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 제1 전극(18)을 양극, 제2 전극(20)을 음극으로서 나타낸다. 즉, 제1 집전체(22)는 양극 집전체이고, 제2 집전체(24)는 음극 집전체이다. 또한, 도 3a 및 도 3b에서는, 전극과 집전체를 구별하여 나타내기가 곤란하기 때문에, 동일 요소에 의해 전극과 집전체를 나타낸다.
제1 집전체(22)(양극 집전체)는 제1 금속 다공체를 포함하고, 제2 집전체(24)(음극 집전체)는 제2 금속 다공체를 포함한다. 이 때, 제1 금속으로서는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하고, 제2 금속으로서는 구리 또는 구리 합금이 바람직하다. 양극 집전체의 두께는 0.1∼10 mm가 바람직하다. 음극 집전체의 두께는 0.1∼10 mm가 바람직하다.
알루미셀멧트(스미토모덴키고교가부시키가이샤의 등록상표)는, 기공율이 크고(예컨대 90% 이상), 연속 기공을 가지며 또한 폐기공은 거의 포함하지 않기 때문에, 제1 집전체(22)(양극 집전체)로서 특히 바람직하다. 또한, 제2 집전체(24)(음극 집전체)로서, 같은 이유에서, 구리나 니켈의 셀멧트(스미토모덴키고교가부시키가이샤의 등록상표)가 특히 바람직하다. 셀멧트 혹은 알루미셀멧트에 관해서는 후에 자세히 설명한다.
제1 집전체(22)는, 탭 형상의 제1 접속부(26)를 갖는다. 마찬가지로, 제2 집전체(24)에도 탭 형상의 제2 접속부(28)를 설치할 수 있다. 각 접속부는, 집전체의 본체와 동일한 재질로, 본체와 일체적으로 형성하는 것이 바람직하다. 복수의 제1 집전체(22)의 제1 접속부(26)의 사이에는 제1 도전성 스페이서(30)가 배치되어 있다. 마찬가지로, 복수의 제2 집전체(24)의 제2 접속부(28)의 사이에도 제2 도전성 스페이서(32)를 배치할 수 있다.
특별히 한정되지 않지만, 제1 접속부(26)의 투영 면적(제1 집전체의 주면에 수직인 방향에서 보았을 때의 면적)이 제1 집전체(22) 전체의 투영 면적에 차지하는 비율은 0.1∼10%로 할 수 있다. 혹은, 축전 디바이스의 용량에 따라서 제1 접속부(26)의 투영 면적, 또는 제1 집전체의 본체와 제1 접속부와의 경계선의 길이를 결정할 수도 있다. 그 경계선은, 예컨대 제1 접속부가 설치되어 있는 제1 집전체의 변과 동축의 직선이다. 제1 접속부(26)의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 각(角)을 둥글게 한 사각형으로 할 수 있다.
제1 도전성 스페이서(30)는, 도체(예컨대, 금속, 탄소 재료)를 포함하는 판 형상의 부재에 의해 형성할 수 있다. 단, 제1 도전성 스페이서(30)는, 제1 접속부(26)와의 밀착성을 높이기 위해서, 금속 다공체(제3 금속 다공체)로 형성하는 것이 바람직하고, 특히 제1 집전체(22)와 동일한 재료(예컨대 알루미셀멧트)로 형성하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2 도전성 스페이서도 도체(예컨대, 금속, 탄소 재료)를 포함하는 판 형상의 부재에 의해 형성할 수 있다. 그리고, 제2 도전성 스페이서(32)도, 금속 다공체(제4 금속 다공체)로 형성하는 것이 바람직하고, 특히 제2 집전체(24)와 동일한 재료(예컨대 구리의 셀멧트)로 형성하는 것이 바람직하다.
세퍼레이터(21)는, 제1 전극(18)(양극)을 수납할 수 있게 주머니형인 것이 바람직하다. 주머니형의 세퍼레이터(21)는, 예컨대, 장방형의 세퍼레이터(21)를 길이 방향의 중앙선에 의해 접어 포개어, 개구부 이외의 가장자리를 접착제로 상호 부착(또는 용착)함으로써 형성할 수 있다.
제1 전극(18)의 제1 접속부(26)에는, 예컨대 리벳인 제1 체결 부재(34)를 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(36)을 형성할 수 있다. 관통 구멍(36)은 적절한 개수로 형성될 수 있다. 제1 접속부(26)는, 제1 집전체(22)의 상기 제1 접속부(26)가 형성되어 있는 변의 일측 부근에 형성된다. 제2 전극(20)의 제2 접속부(28)에도, 마찬가지로, 리벳인 제2 체결 부재(38)를 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(36)을 형성할 수 있다. 제2 접속부(28)는, 제2 집전체(24)의 상기 제2 접속부(28)가 형성되어 있는 변의 타측 부근에 형성된다. 제1 도전성 스페이서(30)에도, 제1 접속부(26)의 관통 구멍(36)과 겹치는 위치에, 제1 체결 부재(34)를 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(37)을 형성할 수 있다. 제2 도전성 스페이서(32)에도, 제2 접속부(28)의 관통 구멍(36)과 겹치는 위치에, 제2 체결 부재(38)를 삽입 관통하기 위한 관통 구멍(37)을 형성할 수 있다. 제1 체결 부재(34)에 의해, 제1 리드(62)의 일단부가, 제1 접속부(26)의 하나와 접촉하도록 전극군(12)에 부착되어 있다. 제2 체결 부재(38)에 의해, 제2 리드(64)의 일단부가, 제2 접속부(28)의 하나와 접촉하도록 전극군(12)에 부착되어 있다.
이에 따라, 제1 전극(18)과 제2 전극(20)을 겹쳤을 때에, 제1 접속부(26)와 제2 접속부(28)가 서로 거의 대칭인 위치에 배치된다. 또한, 제2 전극(20)이 음극이라면, 제2 전극(20)(제2 집전체(24))의 본체의 외형은, 주머니형의 세퍼레이터(21)의 외형과 거의 동일한 크기로 형성된다. 즉, 음극의 외형은 양극의 외형보다도 크게 된다. 이에 따라, 양극 전체를, 세퍼레이터를 사이에 두고 음극과 대향시킬 수 있다.
제1 체결 부재(34)를 제1 집전체(22)와 동일한 도전성 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 제1 체결 부재(34)의 내식성이 높아지기 때문이다. 마찬가지로, 제2 체결 부재(38)도 제2 집전체(24)와 동일한 도전성 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
복수의 제1 전극(18)의 제1 접속부(26)는, 전극군(12)의 적층 방향을 따라서 겹치도록 배치되기 때문에, 이들의 관통 구멍(36)도 일직선 상에 나란하게 된다. 또한, 제1 도전성 스페이서(30)도, 관통 구멍(37)이, 대응하는 관통 구멍(36)과 일직선 상에 나란하게 배치된다. 일직선 상에 나란한 관통 구멍(36, 37)에 제1 체결 부재(34)를 삽입 관통하여, 제1 체결 부재(34)의 단부(헤드부)를 제1 접속부(26) 등에 코오킹함으로써, 복수의 제1 접속부(26)가 상호 체결된다. 마찬가지로, 복수의 제2 접속부(28)도, 일직선 상에 나란한 관통 구멍(36, 37)에 삽입 관통되는 제2 체결 부재(38)에 의해 상호 체결된다.
밀봉판(16)은, 복수의 제1 전극(18)과 전기적으로 접속된 제1 외부 단자(40)와, 복수의 제2 전극(20)과 전기적으로 접속된 제2 외부 단자(42)를 갖고 있다. 밀봉판(16)의 중앙부에는 가스 배출 밸브(44)가 설치됨과 더불어, 그 제1 외부 단자(40) 부근의 위치에, 주액 구멍(46)(도 4 참조)을 막는 액 마개(48)가 부착되어 있다.
도 4는 밀봉판의 상면도이다. 도 5는 가스 배출 밸브의 상세 구성을 나타내는 밀봉판의 일부 단면도이다. 밀봉판(16)은, 한 쌍의 긴 변 H1과, 한 쌍의 짧은 변 H2을 갖는, 각을 둥글게 한 장방형이다. 가스 배출 밸브(44)는, 원형의 파단 용이부(66)와, 파단 용이부(66)에 형성된, 직선형의 제1 홈부(68A), 제2 홈부(68B) 및 제3 홈부(68C)를 갖는다. 제1 홈부(68A), 제2 홈부(68B) 및 제3 홈부(68C)의 일단부는, 파단 용이부(66)의 중심에서 교차한다.
또한, 밀봉판(16)에는, 원형의 파단 용이부(66)의 주연부를 따라서 환형의 홈인 파단 전파 방지부(65)가 형성되어 있다. 제1 홈부(68A), 제2 홈부(68B) 및 제3 홈부(68C)의 타단부는 파단 전파 방지부(65)까지 달한다. 따라서, 제1 홈부(68A), 제2 홈부(68B) 및 제3 홈부(68C)의 길이 L1, L2, L3(밀봉판(16)의 면 방향을 따른 길이)는, 각각, 파단 용이부(66)의 반경 R1과 같거나 거의 같다. 바꿔 말하면, 비 L1/R1, L2/R1 및 L3/R1는 각각 0.98∼1.02의 범위 내의 값이다.
또한, 제1 홈부와 제2 홈부가 이루는 둔각 θ1, 제2 홈부와 제3 홈부가 이루는 둔각 θ2, 제3 홈부와 제1 홈부가 이루는 둔각 θ3은 각각 (120×0.98)°∼(120×1.02)° 범위 내의 각도(117.6°∼122.4° 범위 내의 각도)로 되어 있다. 단, θ1과 θ2와 θ3의 합은 360°이다(θ1+θ2+θ3=360°). 각인 등을 사용하여, 복수의 홈부, 파단 용이부(66) 및 파단 전파 방지부(65)를 밀봉판(16)에 형성하는 경우에는, 도 5에 도시하는 것과 같이, 파단 용이부는 돔 형상으로 쌓아 올리는 것이 바람직하다.
파단 용이부(66)의 중심은, 한 쌍의 긴 변 H1 사이의 중앙, 또한 한 쌍의 짧은 변 H2 사이의 중앙에 위치한다. 즉, 가스 배출 밸브(44)는 밀봉판(16)의 중앙부에 위치한다. 가스 배출 밸브(44)를 밀봉판(16)의 중앙부에 설치함으로써, 케이스 내압의 상승을 정확하게 검지하여, 가스 배출 밸브(44)를 작동시킬 수 있다.
파단 용이부(66)의 두께 DT는, 가스 배출 밸브(44)의 작동압과 밀봉판의 재료에 따라서 설정할 수 있다. 예컨대, 작동압이 0.1 MPa∼5 MPa이고, 밀봉판이 알루미늄 혹은 알루미늄 합금(예컨대, 국제 알루미늄 합금명의 3000번대 또는 5000번대의 합금)인 경우, 또는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금을 포함하는 경우에는, 파단 용이부(66)의 두께 DT는 50∼250 ㎛인 것이 바람직하다. 그리고, 파단 용이부의 반경 R1은, 축전 디바이스의 정격 용량이 500∼1000 mAh 미만이라면, 2∼4 mm인 것이 바람직하고, 축전 디바이스의 정격 용량이 1000∼3000 mAh라면, 3∼6 mm인 것이 바람직하다.
제1 홈부(68A)에 있어서의 파단 용이부(66)의 나머지 두께 D1와 제2 홈부(68B)에 있어서의 파단 용이부(66)의 나머지 두께 D2의 비 D1/D2와, 제2 홈부(68B)에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D2와 제3 홈부(68C)에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D3의 비 D2/D3와, 제3 홈부(68C)에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D3와 제1 홈부(68A)에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D1의 비 D3/D1는, 각각 0.98∼1.02 범위 내의 값으로 되어 있다. 즉, 제1 홈부(68A)에 있어서의 파단 용이부(66)의 나머지 두께 D1와, 제2 홈부(68B)에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D2와, 제3 홈부(68C)에 있어서의 파단 용이부의 나머지 두께 D3는 같거나 거의 같다.
홈부의 나머지 두께 D1, D2, D3는, 밀봉판의 재료에 따라서 설정할 수 있다. 예컨대 밀봉판이 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 경우, 또는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금을 포함하는 경우에는, 홈부의 나머지 두께 D1, D2, D3는 각각 10∼100 ㎛인 것이 바람직하다. 또한, 파단 전파 방지부(65)에 있어서의 밀봉판의 나머지 두께 D4는, 나머지 두께 D1, D2, D3의 어느 것보다도 크다(D4>D1, D4>D2, D4>D3). 홈부의 나머지 두께 D1, D2, D3 모두를 파단 전파 방지부의 나머지 두께 D4보다도 작게 함으로써, 파단 용이부(66)를 각 홈부를 따라서 파단 전파 방지부(65)보다도 먼저 파단시킬 수 있다. 또한, 파단 용이부(66) 주위에 파단 용이부(66)와 인접하도록 환형의 홈인 파단 전파 방지부(65)를 형성함으로써, 파단 용이부(66)가 각 홈부를 따라서 파단되었을 때에, 파단 전파 방지부(65)를 꺾음선으로 하여 파단 용이부(66) 또는 밀봉판(16)이 절곡되기 쉽다. 이에 따라, 파단 용이부(66)의 파단에 의해 형성되는 구멍의 유효 개구 면적을 용이하게 크게 할 수 있다. 따라서, 케이스 내부의 가스를 신속하게 배출할 수 있다.
상기한 복수의 홈부 중, 하나의 홈부(도시하는 예에서는 제1 홈부(68A))는, 밀봉판(16)의 한 쌍의 긴 변 H1과 평행하며 또한 한 쌍의 긴 변 H1 사이의 중앙에 위치한다. 제1 홈부(68A)를 그와 같은 위치에 형성함으로써, 축전 디바이스가 편평하고, 케이스(14)의 종횡비 α1: W2/W1가 5∼15인 경우에도, 적어도 제1 홈부(68A)를 원하는 압력으로 안정적으로 파단시키기가 용이하게 된다. 이에 따라, 상기와 같은 편평한 케이스(14)를 갖는 축전 디바이스에 있어서도, 가스 배출 밸브(44)의 작동압의 불균일을 충분히 작게 할 수 있다.
또한, 밀봉판(16)의 가스 배출 밸브(44) 근방에는, 케이스(14)의 개구부를 밀봉한 후에, 케이스(14) 안에 전해질을 주입하기 위한 주액 구멍(46)이 형성되어 있다. 전해질을 케이스(14)의 내부에 주입했을 때의 액 순환을 양호하게 하기 위해서, 주액 구멍(46)을, 밀봉판(16)의 중앙부에 가능한 한 가까운 위치에 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 케이스 내압의 상승에 따라서 가스 배출 밸브(파단 밸브)를 적시에 작동시키기 위해서는, 가스 배출 밸브(44)를 밀봉판(16)의 중앙부에 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 가스 배출 밸브(44)의 작동압이 불안정하게 되는 것을 방지하기 위해서는, 주액 구멍(46)과 가스 배출 밸브(44) 사이에 어느 정도의 거리를 두는 것이 바람직하다.
이상의 이유에 의해, 파단 전파 방지부(65)와 주액 구멍(46) 사이의 최단 거리 LS와 밀봉판(16)의 두께 DS와의 비 LS/DS는 5∼12로 하는 것이 바람직하다. 또한, 최단 거리 LS와 두께 DS와의 비 LS/DS를 평가할 때에는, 두께 DS는, 주액 구멍(46) 주위의 오목부 등을 제외한, 파단 전파 방지부(65)와 주액 구멍(46) 사이에 있어서의 밀봉판(16)의 평균적인 두께로 할 수 있다.
이어서, 제1 집전체(22) 또는 제2 집전체(24)로서 이용되는 금속 다공체에 관해서 자세히 설명한다.
금속 다공체는 삼차원 메쉬형이며 중공의 골격을 갖는 것이 바람직하다. 골격이 내부에 공동을 가짐으로써, 금속 다공체는 부피가 큰 삼차원 구조를 가지면서도 매우 경량이다.
이러한 금속 다공체는, 연속 공극을 갖는 수지제의 다공체를, 집전체를 구성하는 금속으로 도금 처리하고, 또한 가열 처리 등에 의해 내부의 수지를 분해 또는 용해시킴으로써 형성할 수 있다. 도금 처리에 의해, 삼차원 메쉬형의 골격이 형성되고, 수지의 분해나 용해에 의해, 골격의 내부를 중공 형상으로 할 수 있다.
수지제의 다공체로서는, 연속 공극을 갖는 한, 특별히 제한되지 않고, 수지 발포체, 수지제의 부직포 등을 사용할 수 있다. 가열 처리 후, 골격 내에 잔존한 성분(수지, 분해물, 미반응 모노머, 수지에 포함되는 첨가제 등)을 세정 등에 의해 제거하여도 좋다.
수지제 다공체를 구성하는 수지로서는, 열경화성 폴리우레탄, 멜라민 수지 등의 열경화성 수지; 올레핀 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 열가소성 폴리우레탄 등의 열가소성 수지 등을 예로 들 수 있다. 수지 발포체를 이용하면, 발포체 내부에 형성된 개개의 빈 구멍이 셀 형상으로 된다(단, 수지의 종류나 발포체의 제조 방법에 따라서는 개개의 빈 구멍이 셀 형상으로 되지 않는 경우는 있다). 그리고, 셀이 이어져 연통되어, 연속 공극이 형성된다. 이러한 발포체에서는, 셀 형상의 빈 구멍이 작고, 사이즈가 보다 균일하게 되기 쉽다. 그 중에서도 열경화성 폴리우레탄 등을 이용하면, 빈 구멍의 사이즈나 형상이 보다 균일하게 되기 쉽다.
수지제 다공체의 표면(연속 공극 내의 표면도 포함한다)에, 집전체로서 기능하는 금속층을 형성할 수 있으면 되기 때문에, 도금 처리로서는, 공지된 도금 처리 방법, 예컨대, 전해도금법, 용융염도금법 등을 채용할 수 있다. 도금 처리에 의해, 수지제 다공체의 형상을 따른, 삼차원 메쉬형의 금속 다공체가 형성된다. 또한, 전해도금법에 의해 도금 처리를 행하는 경우, 전해 도금에 앞서서, 도전성 층을 형성하는 것이 바람직하다. 도전성 층은, 수지제 다공체의 표면에, 무전해 도금, 증착, 스퍼터링 등 외에, 도전제의 도포 등에 의해 형성하여도 좋고, 도전제를 포함하는 분산액에 수지제 다공체를 침지함으로써 형성하여도 좋다.
도금 처리 후, 가열에 의해 수지제 다공체를 제거함으로써, 금속 다공체의 골격의 내부에 공동이 형성되어 중공(中空)으로 된다. 골격 내부의 공동(空洞)의 폭(후술하는 도 7의 공동의 폭 wf)은, 평균치로 예컨대 0.5∼5 ㎛, 바람직하게는 1∼4 ㎛ 또는 2∼3 ㎛이다.
수지제 다공체는, 필요에 따라서 적절하게 전압을 인가하면서 가열 처리를 행함으로써 제거할 수 있다. 또한, 용융염 도금욕에, 도금 처리한 다공체를 침지하여, 전압을 인가하면서 가열 처리를 하더라도 좋다.
금속 다공체는, 수지제 발포체의 형상에 대응하는 삼차원 메쉬 구조를 갖는다. 구체적으로는, 집전체는, 하나하나가 셀 형상의 빈 구멍을 다수 갖고 있고, 이들 셀 형상의 빈 구멍이 서로 이어져 연통된 연속 공극을 갖는다. 인접하는 셀 형상의 반 구멍 사이에는 개구(또는 창)가 형성된다. 이 개구에 의해, 빈 구멍이 상호 연통된 상태가 되는 것이 바람직하다. 개구(또는 창)의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대, 대략 다각형(대략 삼각형, 대략 사각형, 대략 오각형, 및/또는 대략 육각형 등)이다. 한편, 대략 다각형이란, 다각형 및 다각형과 유사한 형상(예컨대, 다각형의 각이 둥글게 된 형상, 다각형의 변의 일부 또는 전부가 곡선으로 된 형상 등)을 포함하는 의미로 사용한다.
금속 다공체의 골격의 모식도를 도 6에 도시한다. 금속 다공체는, 금속제 골격(102)에 둘러싸인 셀 형상의 빈 구멍(101)을 복수 개 가지고, 상호 인접하는 빈 구멍(101) 사이에는, 대략 다각형의 개구(또는 창)(103)가 형성되어 있다. 개구(103)에 의해, 인접하는 빈 구멍(101) 사이가 연통되고, 이에 따라, 집전체는 연속 공극을 갖는다. 금속제 골격(102)은, 셀 형상의 빈 구멍을 형성함과 더불어, 빈 구멍을 연결시키도록 입체적으로 형성되며, 이에 따라, 삼차원 메쉬형의 구조가 형성된다.
금속 다공체는 기공율이 매우 높고, 비표면적이 크다. 즉, 공극 내의 표면도 포함하는 넓은 면적에 활물질을 많이 부착시킬 수 있다. 또한, 많은 활물질을 공극 내에 충전하면서도, 금속 다공체와 활물질과의 접촉 면적이 크고, 기공율도 크게 할 수 있기 때문에, 활물질을 유효하게 이용할 수 있다. 리튬 이온 커패시터나 비수전해질 이차전지의 양극에서는, 통상 도전 조제를 첨가함으로써 도전성을 높이고 있다. 한편, 상기와 같은 금속 다공체를 양극 집전체로서 이용함으로써, 도전 조제의 첨가량을 적게 하더라도, 높은 도전성을 확보하기 쉽다. 따라서, 전지의 레이트 특성이나 에너지 밀도(및 용량)를 보다 유효하게 높일 수 있다.
금속 다공체의 비표면적(BET 비표면적)은, 예컨대 100∼700 ㎠/g, 바람직하게는 150∼650 ㎠/g, 더욱 바람직하게는 200∼600 ㎠/g이다.
금속 다공체의 기공율은, 예컨대, 40∼99 체적%, 바람직하게는 60∼98 체적%, 더욱 바람직하게는 80∼98 체적%이다. 또한, 삼차원 메쉬 구조에 있어서의 평균 빈 구멍 직경(상호 연통하는 셀 형상의 빈 구멍의 평균 직경)은, 예컨대 50∼1000 ㎛, 바람직하게는 100∼900 ㎛, 더욱 바람직하게는 350∼900 ㎛이다. 단, 평균 빈 구멍 직경은, 금속 다공체(또는 전극)의 두께보다도 작다. 또한, 압연에 의해, 금속 다공체의 골격은 변형되어, 기공율 및 평균 빈 구멍 직경은 변화된다. 상기 기공율 및 평균 빈 구멍 직경의 범위는, 압연 전(합제 충전 전)의 금속 다공체의 기공율 및 평균 빈 구멍 직경이다.
리튬 이온 커패시터나 비수전해질 이차전지의 양극 집전체를 구성하는 금속(상기한 도금되는 금속)으로서는, 예컨대 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈 및 니켈 합금에서 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 리튬 이온 커패시터나 비수전해질 이차전지의 음극 집전체를 구성하는 금속(상기한 도금되는 금속)으로서는, 구리, 구리 합금, 니켈 및 니켈 합금에서 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 전기 이중층 콘덴서의 전극 집전체에도, 상기와 같은 금속(예컨대 구리, 구리 합금)을 이용할 수 있다.
도 7은 도 6의 금속 다공체의 공극에 전극 합제를 충전한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
셀 형상의 빈 구멍(101)에는, 전극 합제(104)가 충전되고, 금속제 골격(102)의 표면에 부착되어, 두께 wm의 전극 합제층을 형성한다. 또한, 금속 다공체의 골격(102)의 내부는, 폭 wf의 공동(102a)이 형성되어 있다. 전극 합제(104)의 충전 후, 셀 형상의 빈 구멍(101) 내의 전극 합제층의 내측에는 공극이 잔존해 있다. 전극 합제를 금속 다공체에 충전한 후, 필요에 따라서 금속 다공체를 두께 방향으로 압연함으로써 전극이 형성된다. 도 7은 압연 전의 상태를 도시한다. 압연에 의해 얻어지는 전극에서는, 골격(102)이 두께 방향으로 약간 찌부러진 상태가 되고, 빈 구멍(101) 내의 전극 합제층의 내측의 공극, 및 골격(102) 내의 공동이 찌부러진 상태가 된다. 금속 다공체의 압연 후에도, 전극 합제층의 내측의 공극은 어느 정도 잔존한 상태가 되고, 이에 따라, 전극의 기공율을 높일 수 있다.
양극 또는 음극은, 예컨대, 상기한 것과 같이 하여 얻어지는 금속 다공체의 공극에 전극 합제를 충전하고, 필요에 따라서 두께 방향으로 집전체를 압축함으로써 형성된다. 전극 합제는, 필수 성분으로서의 활물질을 포함하며, 임의 성분으로서의 도전 조제 및/또는 바인더를 포함하여도 좋다.
집전체의 셀 형상의 빈 구멍 내에 합제를 충전함으로써 형성되는 합제층의 두께 wm는, 예컨대 10∼500 ㎛, 바람직하게는 40∼250 ㎛, 더욱 바람직하게는 100∼200 ㎛이다. 셀 형상의 빈 구멍 내에 형성되는 합제층의 내측에 공극을 확보할 수 있도록, 합제층의 두께 wm는, 셀 형상의 빈 구멍의 평균 빈 구멍 직경의 5∼40%인 것이 바람직하고, 10∼30%인 것이 보다 바람직하다.
비수전해질 이차전지의 양극 활물질로서는, 알칼리 금속 이온을 흡장 및 방출하는 물질을 사용할 수 있다. 이러한 물질로서는, 금속 칼코겐 화합물(금속 황화물 등), 금속 산화물, 알칼리 금속 함유 천이 금속 산화물(리튬 함유 천이 금속 산화물, 나트륨 함유 천이 금속 산화물 등), 알칼리 금속 함유 천이 금속 인산염(올리빈형 구조를 갖는 인산철 등) 등을 들 수 있다. 이들 양극 활물질은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
리튬 이온 커패시터나 비수전해질 이차전지의 음극 활물질로서는, 리튬 이온 등의 알칼리 금속 이온을 흡장 및 방출하는 물질을 사용할 수 있다. 이러한 물질로서는, 예컨대, 탄소 물질, 스피넬형 리튬티탄 산화물, 스피넬형 나트륨티탄 산화물, 규소 산화물, 규소 합금, 주석 산화물, 주석 합금 등을 들 수 있다. 탄소 물질로서는, 흑연, 이흑연화성 탄소(소프트 카본), 난흑연화성 탄소(하드 카본) 등을 들 수 있다.
리튬 이온 커패시터의 양극 활물질로서는, 음이온을 흡착 및 탈착하는 제1 탄소 물질을 사용할 수 있다. 또한, 전기 이중층 커패시터의 한쪽의 전극의 활물질로서는, 유기 양이온을 흡착 및 탈착하는 제2 탄소 물질을 사용할 수 있고, 다른 쪽의 전극의 활물질로서는, 음이온을 흡착 및 탈착하는 제3 탄소 물질을 사용할 수 있다. 제1∼제3 탄소 물질로서는, 예컨대, 활성탄, 흑연, 이흑연화성 탄소(소프트 카본), 난흑연화성 탄소(하드 카본) 등의 탄소 물질을 들 수 있다.
도전 조제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 도전 조제로서는, 예컨대, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등의 카본 블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 카본 나노 튜브 등의 나노 카본 등을 들 수 있다. 도전 조제의 양은, 특별히 한정되지 않고, 활물질 100 질량부당, 예컨대 0.1∼15 질량부, 바람직하게는 0.5∼10 질량부이다.
바인더의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 바인더로서는, 예컨대, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지; 폴리비닐클로리드 등의 염소 함유 비닐 수지; 폴리올레핀 수지; 스티렌 부타디엔 고무 등의 고무상 중합체; 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올; 카르복시메틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체(셀룰로오스에테르 등), 잔탄검 등의 다당류 등을 이용할 수 있다. 바인더의 양은, 특별히 한정되지 않고, 활물질 100 질량부당, 예컨대, 0.5∼15 질량부, 바람직하게는 0.5∼10 질량부, 더욱 바람직하게는 0.7∼8 질량부이다.
제1 전극(18) 및 제2 전극(20)의 두께는 각각 0.2 mm 이상, 바람직하게는 0.5 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.7 mm 이상이다. 또한, 제1 전극(18) 및 제2 전극(20)의 두께는 각각 5 mm 이하, 바람직하게는 4.5 mm 이하, 더욱 바람직하게는 4 mm 이하 또는 3 mm 이하이다.
이들 하한치와 상한치는 임의로 조합할 수 있다. 예컨대, 제1 전극(18) 및 제2 전극(20)의 두께는 각각 0.5∼4.5 mm 또는 0.7∼4 mm로 할 수 있다.
세퍼레이터(21)는, 이온 투과성을 가지며, 제1 전극(18)과 제2 전극(20) 사이에 개재하여 이들의 단락을 방지한다. 세퍼레이터(21)는 다공질 구조를 가지며, 다공질 구조의 세공 내에 전해질이 유지되어 있음으로써 이온은 세퍼레이터(21)를 투과할 수 있다. 세퍼레이터(21)로서는, 미다공 필름, 부직포(종이도 포함) 등을 사용할 수 있다. 또한, 세퍼레이터(21)의 재질로서는, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르; 폴리아미드; 폴리이미드; 셀룰로오스; 유리 섬유 등을 이용할 수 있다. 세퍼레이터(21)의 두께는 예컨대 10∼100 ㎛ 정도이다.
리튬 이온 커패시터의 전해질은, 리튬 이온과 음이온(제1 음이온)과의 염을 포함한다. 제1 음이온으로서는, 불소함유산 음이온(PF6 -, BF4 - 등), 염소함유산 음이온(ClO4 -), 비스(옥살레이트)보레이트 음이온(BC4O8 -), 비스술포닐아미드 음이온, 트리플루오로메탄술폰산 이온(CF3SO3 -) 등을 들 수 있다.
전기 이중층 커패시터의 전해질은, 유기 양이온과 음이온(제2 음이온)과의 염을 포함한다. 유기 양이온으로서는, 테트라에틸암모늄 이온(TEA+), 트리에틸모노메틸암모늄 이온(TEMA+), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 이온(EMI+), N-메틸-N-프로필피롤리디늄 이온(MPPY+) 등을 들 수 있다. 또한, 제2 음이온으로서는 제1 음이온과 같은 것을 예로 들 수 있다.
비수전해질 이차전지의 전해질은, 알칼리 금속 이온과 음이온(제3 음이온)과의 염을 포함한다. 예컨대, 리튬 이온 전지의 전해질은, 리튬 이온과 음이온(제3 음이온)과의 염을 포함한다. 또한, 나트륨 이온 전지의 전해질은, 나트륨 이온과 음이온(제3 음이온)과의 염을 포함한다. 제3 음이온으로서는, 제1 음이온과 같은 것을 예로 들 수 있다.
전해질은, 상기한 염을 용해시키는 비이온성 용매 또는 물을 포함하여도 좋고, 상기한 염을 포함하는 용융염이라도 좋다. 비이온성 용매로서는, 예컨대, 유기 카르보네이트, 락톤 등의 유기 용매를 이용할 수 있다. 전해질이 용융염을 포함하는 경우, 내열성의 향상이라는 관점에서는, 전해질의 90 질량% 이상이 염(음이온과 양이온으로 구성되는 이온성 물질)인 것이 바람직하다.
용융염을 구성하는 양이온으로서는 유기 양이온이 바람직하다. 유기 양이온으로서는, 질소 함유 양이온; 유황 함유 양이온; 인 함유 양이온 등을 들 수 있다. 용융염을 구성하는 음이온으로서는, 비스술포닐아미드 음이온이 바람직하다. 비스술포닐아미드 음이온 중에서도, 비스(플루오로술포닐)아미드 음이온((N(SO2F)2 -)(FSA-: bis(fluorosulfonyl)amide anion)); 비스(트리플루오로메틸술포닐)아미드 음이온(N(SO2CF3)2 -)(TFSA-: bis(trifluoromethylsulfonyl)amide anion), (플루오로술포닐)(트리플루오로메틸술포닐)아미드 음이온(N(SO2F)(SO2CF3)-)((fluorosulfonyl)(trifluoromethylsulfonyl)amide anion) 등이 바람직하다.
질소 함유 양이온으로서는, 예컨대, 제4급 암모늄 양이온, 피롤리디늄 양이온, 피리디늄 양이온, 이미다졸륨 양이온 등을 들 수 있다.
제4급 암모늄 양이온으로서는, 테트라메틸암모늄 양이온, 에틸트리메틸암모늄 양이온, 헥실트리메틸암모늄 양이온, 테트라에틸암모늄 양이온(TEA+: tetraethylammonium cation), 트리에틸메틸암모늄 양이온(TEMA+: methyltriethylammonium cation) 등의 테트라알킬암모늄 양이온(테트라C1-10알킬암모늄 양이온 등) 등을 들 수 있다.
피롤리디늄 양이온으로서는, 1,1-디메틸피롤리디늄 양이온, 1,1-디에틸피롤리디늄 양이온, 1-에틸-1-메틸피롤리디늄 양이온, 1-메틸-1-프로필피롤리디늄 양이온(MPPY+: 1-methyl-1-propylpyrrolidinium cation), 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 양이온(MBPY+: 1-butyl-1-methylpyrrolidinium cation), 1-에틸-1-프로필피롤리디늄 양이온 등을 들 수 있다.
피리디늄 양이온으로서는, 1-메틸피리디늄 양이온, 1-에틸피리디늄 양이온, 1-프로필피리디늄 양이온 등의 1-알킬피리디늄 양이온 등을 들 수 있다.
이미다졸륨 양이온으로서는, 1,3-디메틸이미다졸륨 양이온, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 양이온(EMI+: 1-ethyl-3-methylimidazolium cation), 1-메틸-3-프로필이미다졸륨 양이온, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 양이온(BMI+: 1-buthyl-3-methylimidazolium cation), 1-에틸-3-프로필이미다졸륨 양이온, 1-부틸-3-에틸이미다졸륨 양이온 등을 들 수 있다.
유황 함유 양이온으로서는, 제3급 술포늄 양이온, 예컨대, 트리메틸술포늄 양이온, 트리헥실술포늄 양이온, 디부틸에틸술포늄 양이온 등의 트리알킬술포늄 양이온(예컨대, 트리C1-10알킬술포늄 양이온 등) 등을 들 수 있다.
인 함유 양이온으로서는, 제4급 포스포늄 양이온, 예컨대, 테트라메틸포스포늄 양이온, 테트라에틸포스포늄 양이온, 테트라옥틸포스포늄 양이온 등의 테트라알킬포스포늄 양이온(예컨대, 테트라C1-10알킬포스포늄 양이온); 트리에틸(메톡시메틸)포스포늄 양이온, 디에틸메틸(메톡시메틸)포스포늄 양이온, 트리헥실(메톡시에틸)포스포늄 양이온 등의 알킬(알콕시알킬)포스포늄 양이온(예컨대, 트리C1-10알킬(C1-5알콕시C1-5알킬)포스포늄 양이온 등) 등을 들 수 있다.
이상의 설명은 이하의 특징을 포함한다.
(부기 1)
제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 절연하는 세퍼레이터를 갖는 전극군과,
전해질과,
상기 전극군과 상기 전해질을 수용하며, 개구부를 갖는 케이스와,
상기 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉판을 구비하고,
상기 밀봉판은 가스 배출 밸브를 가지며,
상기 가스 배출 밸브는 파단 용이부를 갖고,
상기 파단 용이부는 직선형의 복수의 홈부를 갖는, 축전 디바이스.
(부기 2)
상기 제1 전극은, 시트형의 제1 집전체와, 상기 제1 집전체에 담지된 제1 활물질을 포함하며,
상기 제2 전극은, 시트형의 제2 집전체와, 상기 제2 집전체에 담지된 제2 활물질을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 세퍼레이터를 사이에 두고서 교대로 적층되어 있는 부기 1에 기재한 축전 디바이스.
(부기 3)
상기 파단 용이부의 형상이 원 또는 대략 정다각형인 부기 1 또는 부기 2에 기재한 축전 디바이스.
파단 용이부의 형상으로서는, 원, 타원, 대략 다각형, 대략 정다각형, 대략 능형, 대략 장방형 등을 들 수 있다. 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 유효하게 억제하여, 충분한 면적으로 파단 용이부를 개구시키기 위해서는, 파단 용이부는 원 또는 대략 정다각형인 것이 바람직하고, 원형인 것이 보다 바람직하다.
한편, 대략 다각형이란, 다각형 및 다각형과 유사한 형상(다각형의 각을 둥글게 한 형상, 다각형의 변의 일부 또는 전부를 곡선형으로 한 형상 등)을 말한다. 대략 정다각형이란, 정다각형(정방형, 정육각형, 정팔각형 등) 및 정다각형과 유사한 형상(정다각형의 각을 둥글게 한 형상, 정다각형의 변의 일부 또는 전부를 곡선형으로 한 형상 등)을 말한다. 대략 능형이란, 능형 및 능형과 유사한 형상(능형의 각을 둥글게 한 형상, 능형의 변의 일부 또는 전부를 곡선형으로 한 형상 등)을 말한다. 대략 장방형이란, 장방형 및 장방형과 유사한 형상(장방형의 각을 둥글게 한 형상, 장방형의 변의 일부 또는 전부를 곡선형으로 한 형상 등)을 말한다.
(부기 4)
상기 홈부의 각각의 한쪽 단부는 상기 파단 용이부의 중심 부근에 있는 부기 3에 기재한 축전 디바이스.
(부기 5)
상기 홈부의 각각의 한쪽 단부는 상기 파단 용이부의 중심 부근의 1점에서 교차하는 부기 4에 기재한 축전 디바이스.
홈부의 각각의 한쪽 단부는 파단 용이부의 내부에 있으면 좋다. 그러나, 가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 유효하게 억제하여, 충분한 면적으로 파단 용이부를 개구시키기 위해서는, 홈부의 각각의 한쪽 단부는 파단 용이부의 중심 부근에 있는 것이 바람직하고, 홈부의 각각의 한쪽 단부가 파단 용이부의 중심 부근의 1점에서 교차하는 것이 보다 바람직하고, 홈부의 각각의 한쪽 단부가 파단 용이부의 중심에서 교차하는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 「중심 부근」이란, 예컨대, 파단 용이부의 중심에서부터 원의 반경의 1/4 이내의 범위, 파단 용이부의 중심에서부터 타원의 단경의 1/8 이내의 범위, 파단 용이부의 중심에서부터 파단 용이부의 중심과 대략 정다각형의 변 사이의 거리의 1/4 이내의 범위, 파단 용이부의 중심에서부터 파단 용이부의 중심과 대략 능형의 변 사이의 거리의 1/4 이내의 범위, 또는 파단 용이부의 중심에서부터 파단 용이부의 중심과 대략 장방형의 긴 변 사이의 거리의 1/4 이내의 범위이다.
단, 파단 용이부의 중심과 대략 정다각형의 변 사이의 거리란, 파단 용이부의 중심과 대략 정다각형의 변 사이의 최단 거리로 한다(정다각형의 경우는, 중심에서부터 변으로 내려그은 수선의 길이가 된다). 마찬가지로, 파단 용이부의 중심과 대략 능형의 변 사이의 거리란, 파단 용이부의 중심과 대략 능형의 변 사이의 최단 거리로 하고, 파단 용이부의 중심과 대략 장방형의 긴 변 사이의 거리란, 파단 용이부의 중심과 대략 장방형의 긴 변 사이의 최단 거리로 한다.
(부기 6)
상기 홈부의 개수를 N으로 하여, 인접하는 상기 홈부가 이루는 각도가, 각각 (360/N×0.98)°∼(360/N×1.02)°이고, 인접하는 상기 홈부가 이루는 각도의 합계가 360°이고, 상기 N이 3 이상인 부기 5에 기재한 축전 디바이스.
가스 배출 밸브의 작동압의 불균일을 유효하게 억제하기 위해서는 인접하는 홈부가 이루는 각도는 전부 같거나 거의 같은 것이 바람직하다.
(부기 7)
상기 홈부의 개수가 3개 이상 8개 이하인 부기 5 또는 부기 6에 기재한 축전 디바이스.
홈부는 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개 이상으로 할 수 있다. 그러나, 가스 배출 밸브가 실제로 작동할 때에, 어느 한 홈부를 기점으로 원하는 작동압으로 파단 용이부를 확실하게 파단시키기 위해서는, 홈부는 3개 이상인 것이 바람직하다. 또한, 충분한 면적으로 파단 용이부를 개구시키기 쉽게 하기 위해서는, 홈부는 8개 이하인 것이 바람직하고, 6개 이하인 것이 보다 바람직하다. 가스 배출 밸브가 실제로 작동할 때에, 어느 한 홈부를 기점으로 원하는 작동압으로 파단 용이부를 확실하게 파단시키며 또한 충분한 면적으로 파단 용이부를 개구시키기 위해서는, 홈부는 3개인 것이 특히 바람직하다.
또한, 부기 6 및 부기 7에서는, 홈부가 교점에서부터 상호 반대 방향으로 직선형으로 연장되는 경우에는, 홈부는 2개인 것으로 한다(홈부의 교점을 정점으로 하여, 2개의 홈부가 이루는 각도가 180°인 경우가 있다).
(부기 8)
제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 절연하는 세퍼레이터를 갖는 전극군과,
전해질과,
상기 전극군과 상기 전해질을 수용하며, 개구부를 갖는 케이스와,
상기 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉판을 구비하고,
상기 제1 전극은, 시트형의 제1 집전체와, 상기 제1 집전체에 담지된 제1 활물질을 포함하며,
상기 제2 전극은, 시트형의 제2 집전체와, 상기 제2 집전체에 담지된 제2 활물질을 포함하고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 세퍼레이터를 사이에 둔 상태에서 교대로 적층되어 있고,
상기 밀봉판은, 상기 케이스 내부의 가스로부터 받는 압력이 기준 압력에 도달했을 때에 상기 케이스 내부의 가스를 외부로 방출하는 가스 배출 밸브를 가지며,
상기 가스 배출 밸브는 원형의 파단 용이부를 갖고,
상기 파단 용이부는 직선형의 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부를 가지며,
상기 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부의 각각의 한쪽 단부는 상기 파단 용이부의 중심에서 교차하는, 축전 디바이스.
(부기 9)
상기 밀봉판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고,
상기 파단 용이부의 두께 DT가 50∼250 ㎛인 부기 8에 기재한 축전 디바이스.
(부기 10)
상기 밀봉판은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고,
정격 용량이 1000∼3000 mAh이며 또한 상기 파단 용이부의 반경 R1이 3∼6 mm인 부기 8 또는 부기 9에 기재한 축전 디바이스.
(부기 11)
상기 밀봉판은 상호 평행한 한 쌍의 긴 변과, 상호 평행한 한 쌍의 짧은 변을 가지며,
한 쌍의 긴 변의 거리 W1와 한 쌍의 짧은 변의 거리 W2와의 비 α1: W2/W1가 5∼15인 부기 8∼부기 10 중 어느 것에 기재한 축전 디바이스.
(부기 12)
상기 파단 용이부는 파단되었을 때에, 그 파단이 상기 파단 용이부의 주위에 전파되는 것을 방지하기 위한 환형의 파단 전파 방지부를 주연부에 가지며,
상기 파단 전파 방지부에 있어서의 상기 밀봉판의 나머지 두께 D4가, 상기 제1 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D1, 상기 제2 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D2, 및 상기 제3 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D3 중 어느 나머지 두께보다도 큰 부기 8∼부기 11 중 어느 것에 기재한 축전 디바이스.
(부기 13)
상기 제1 집전체는 제1 금속 다공체를 포함하며,
상기 제1 금속 다공체는 삼차원 메쉬 구조를 갖는 금속 다공체이고,
상기 삼차원 메쉬 구조를 갖는 금속 다공체는 알루미늄을 포함하는 부기 1∼부기 12 중 어느 것에 기재한 축전 디바이스.
(부기 14)
상기 제2 집전체는 제2 금속 다공체를 포함하며,
상기 제2 금속 다공체는 삼차원 메쉬 구조를 갖는 금속 다공체이고,
상기 삼차원 메쉬 구조를 갖는 금속 다공체는 구리를 포함하는 부기 1∼부기 13 중 어느 것에 기재한 축전 디바이스.
본 발명은 리튬 이온 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬 이온 커패시터, 전기 이중층 커패시터 등의 축전 디바이스에 널리 적용할 수 있다.
10: 축전 디바이스, 12: 전극군, 14: 케이스, 16: 밀봉판, 18: 제1 전극, 20: 제2 전극, 21: 세퍼레이터, 22: 제1 집전체, 24: 제2 집전체, 26: 제1 접속부, 28: 제2 접속부, 30: 제1 도전성 스페이서, 32: 제2 도전성 스페이서, 34: 제1 체결 부재, 36, 37: 관통 구멍, 38: 제2 체결 부재, 40: 제1 외부 단자, 42: 제2 외부 단자, 44: 가스 배출 밸브, 46: 주액 구멍, 48: 액 마개, 62: 제1 리드, 64: 제2 리드, 65: 파단 전파 방지부, 66: 파단 용이부, 68A: 제1 홈부, 68B: 제2 홈부, 68C: 제3 홈부, 101: 빈 구멍, 102: 금속제 골격, 102a: 공동, 103: 개구, 104: 전극 합제

Claims (8)

  1. 제1 전극과, 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 절연하는 세퍼레이터를 갖는 전극군과,
    전해질과,
    상기 전극군과 상기 전해질을 수용하며, 개구부를 갖는 케이스와,
    상기 케이스의 개구부를 밀봉하는 밀봉판
    을 구비하고,
    상기 제1 전극은, 시트형의 제1 집전체와, 상기 제1 집전체에 담지된 제1 활물질을 포함하며,
    상기 제2 전극은, 시트형의 제2 집전체와, 상기 제2 집전체에 담지된 제2 활물질을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 상기 세퍼레이터를 사이에 둔 상태에서 교대로 적층되어 있고,
    상기 밀봉판은, 상기 케이스 내부의 압력이 기준 압력에 도달했을 때에 상기 케이스 내부의 가스를 외부로 방출하는 가스 배출 밸브를 가지며,
    상기 가스 배출 밸브는 원형의 파단 용이부를 갖고,
    상기 파단 용이부는 직선형의 제1 홈부, 제2 홈부 및 제3 홈부를 가지며,
    상기 제1 홈부, 상기 제2 홈부 및 상기 제3 홈부의 각각의 한쪽 단부는 상기 파단 용이부의 중심에서 교차하는 것인 축전 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 홈부의 길이 L1, 상기 제2 홈부의 길이 L2 및 상기 제3 홈부의 길이 L3와, 상기 파단 용이부의 반경 R1과의 비 L1/R1, L2/R1 및 L3/R1가 각각 0.98∼1.02인 것인 축전 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D1와 상기 제2 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D2와의 비 D1/D2, 상기 제2 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D2와 상기 제3 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D3와의 비 D2/D3, 및 상기 제3 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D3와 상기 제1 홈부에 있어서의 상기 파단 용이부의 나머지 두께 D1와의 비 D3/D1가 각각 0.98∼1.02인 것인 축전 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 홈부와 상기 제2 홈부가 이루는 둔각 θ1, 상기 제2 홈부와 상기 제3 홈부가 이루는 둔각 θ2, 및 상기 제3 홈부와 상기 제1 홈부가 이루는 둔각 θ3은 각각 (120×0.98)°∼(120×1.02)°이고, 상기 θ1과 상기 θ2와 상기 θ3의 합은 360°인 것인 축전 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉판은, 상호 평행한 한 쌍의 긴 변과, 상호 평행한 한 쌍의 짧은 변을 가지며, 상기 제1 홈부, 상기 제2 홈부 및 상기 제3 홈부 중 어느 한 홈부는, 상기 한 쌍의 긴 변과 평행하며 또한 상기 한 쌍의 긴 변 사이의 중앙에 위치하는 것인 축전 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 배출 밸브는, 상기 파단 용이부가 파단되었을 때에, 그 파단이 상기 파단 용이부의 주위로 전파되는 것을 방지하기 위한 파단 전파 방지부를, 상기 파단 용이부의 주위에 갖는 것인 축전 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밀봉판은, 상호 평행한 한 쌍의 긴 변과, 상호 평행한 한 쌍의 짧은 변을 가지며, 또한 상기 케이스의 상기 개구부를 밀봉한 후에 상기 전해질을 상기 케이스의 내부에 주입하기 위한 원형의 주입 구멍을 갖고,
    상기 파단 용이부의 중심은, 상기 밀봉판의 상기 한 쌍의 긴 변 사이의 중앙에 위치하며, 또한 상기 한 쌍의 짧은 변 사이의 중앙에 위치하고,
    상기 파단 전파 방지부와 상기 주입 구멍 사이의 최단 거리 LS와, 상기 밀봉판의 두께 DS와의 비 LS/DS는 5∼12인 것인 축전 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질은 리튬 이온과 음이온과의 염을 포함하고,
    상기 제1 활물질과 상기 제2 활물질 중 한쪽은 상기 리튬 이온을 흡장 및 방출하는 제1 물질이고, 다른 쪽은 상기 음이온을 흡착 및 탈착하는 제2 물질인 것인 축전 디바이스.
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