KR20170009954A - 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법, 및, 밀폐형 2차 전지 - Google Patents

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Abstract

밀폐된 외장체(21)의 내부에, 정극(23)과 부극(24)을 그들의 사이에 세퍼레이터(25)를 개재하여 적층하여 이루어지는 전극군(22)이 수용된 밀폐형 2차 전지(1)의 변형 검출 방법에 있어서, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향 또는 그 두께 방향과 직교하는 방향으로 전극군(22)과 대향하는 외장체(21)의 벽부(28a)의 외면에, 고분자 매트릭스층(3)을 붙인다. 그 고분자 매트릭스층(3)은, 그 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 따라서 외장에 변화를 부여하는 필러를 분산시켜 함유하는 것이다. 그 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 수반하는 외장의 변화를 검출부(4)에 의해 검출한다.

Description

밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법, 및, 밀폐형 2차 전지{DEFORMATION DETECTION METHOD FOR A SEALED-TYPE RECHARGABLE BATTERY AND SEALED-TYPE RECHARGABLE MATTERY}
본 발명은, 밀폐된 외장체의 내부에 전극군이 수용된 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법과, 그 밀폐형 2차 전지에 관한 것이다.
최근, 리튬 이온 2차 전지로 대표되는 밀폐형 2차 전지(이하, 간단히 「2차 전지」라고 부르기도 한다)는, 휴대 전화나 노트북 PC 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드차와 같은 전동 차량용의 전원으로서도 이용되고 있다. 2차 전지를 구성하는 단전지(셀)는, 밀폐된 외장체의 내부에 전극군이 수용된 구조를 갖고, 그 전극군은, 정극과 부극을 그들 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권회하여 구성된다. 외장체에는, 예를 들면 알루미 라미네이트박 등의 라미네이트 필름이 이용된다.
2차 전지는, 전동 차량용의 전원과 같이 고전압이 필요해지는 용도에서는, 복수의 단전지를 포함하는 전지 모듈의 형태로 이용된다. 전지 모듈에서는, 복수의 단전지가, 예를 들면 2병렬 2직렬로 접속된 조(組)전지를 구성하여 케이스 내에 수용된다. 일반적으로, 차량에 탑재되는 전지 모듈은, 전지 팩의 형태로 이용된다. 전지 팩에서는, 복수의 전지 모듈이 직렬로 접속되고, 그들이 컨트롤러 등의 제반 기기와 함께 케이스 내에 수용된다. 전지 팩의 케이스는, 차재(車載)에 적합한 형상으로, 예를 들면 차량의 바닥 아래 형상에 맞춘 형상으로 형성된다.
그런데, 2차 전지에는, 과충전 등에 기인하여 전해액이 분해되면, 그 분산 가스에 의한 내압의 상승에 수반하여 단전지가 팽창하여 변형하고, 그대로 충전 전류 또는 방전 전류가 정지되지 않는 경우에는 파열에 이른다고 하는 문제가 있다. 따라서, 트러블을 미연에 막기 위해서는, 충전 전류나 방전 전류를 적시에 정지할 수 있도록, 2차 전지의 변형을 고감도로 검출하는 것이 중요하게 된다. 그래서, 충방전 중의 2차 전지에서는, 활물질의 체적 변화에 의해 전극군이 팽창 수축하는 것으로부터, 그러한 충방전에 수반하는 팽창과 가스 발생에 수반하는 팽창을 구별하여 정밀도 좋게 검출할 수 있는 수법이 요망된다.
특허 문헌 1에는, 전지 케이스의 벽면에 설치한 스트레인 게이지를 이용하여, 그 전지 케이스의 팽창을 검출하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 스트레인 게이지의 감도 영역은 비교적 좁고, 시간과 함께 증대하는 가스 발생에 수반하는 팽창(이하, 「가스 팽창」이라고 부르기도 한다)에, 그보다도 작은 변형인 충방전에 수반하는 팽창(이하, 「전극 팽창」이라고 부르기도 한다)이 가산되기 때문에, 이들을 상기 스트레인 게이지로 구별하여 정밀도 좋게 검출할 수 없다고 생각된다.
특허 문헌 2에는, 조전지에 포함되는 2 이상의 박형 전지에 대하여, 그들 각 동극 단자(同極端子)가 접속된 버스바(busbar)를 흐르는 전류에 의해 생기는 자력을 검출하고, 그 검출된 자력에 의거하여 이상(異常)을 검출하는 장치가 기재되어 있다. 그러나, 박형 전지의 팽창을 직접적으로 검출하는 것이 아니기 때문에, 단전지의 팽창에 의한 2차 전지의 변형을 검출하는데 있어서, 감도가 충분하지 않을 우려가 있다.
특허 문헌 3에는, 전극의 적층체의 적층 방향에 대향하는 셀 케이스의 측면, 및, 그 적층 방향에 직교하는 방향에 대향하는 셀 케이스의 측면에 대하여, 그들 2개의 측면과 수용 케이스의 벽면 등과의 축간 거리를 각각 검출하고, 그 양쪽의 검출 결과에 의거하여 단전지의 내압 이상을 검출하는 시스템이 기재되어 있다. 그러나, 그들 축간 거리를 검출하기 위하여, 1개의 셀 케이스에 대하여 복수의 압전 소자를 설치할 필요가 있어, 구조가 복잡해지는 것을 피할 수 없다.
일본공개특허공보 2003-59484호 일본공개특허공보 2005-63736호 일본공개특허공보 2011-198511호
본 발명은 상기 실정에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 밀폐형 2차 전지의 변형에 대하여, 전극 팽창과 가스 팽창을 구별하여 정밀도 좋게 검출할 수 있는 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법, 및, 밀폐형 2차 전지를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법은, 밀폐된 외장체의 내부에, 정극과 부극을 그들 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권회하여 이루어지는 전극군이 수용된 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법에 있어서, 상기 정극과 부극의 두께 방향 혹은 그 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전극군과 대향하는 상기 외장체의 벽부의 외면에 고분자 매트릭스층을 붙이고, 또는, 상기 정극과 부극의 두께 방향에서 상기 전극군의 외면에 고분자 매트릭스층을 붙이고, 상기 고분자 매트릭스층은, 그 고분자 매트릭스층의 변형에 따라서 외장에 변화를 주는 필러를 분산시켜 함유하는 것이며, 상기 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 상기 외장의 변화를 검출부에 의해 검출하는 것이다.
이 방법에서는, 단전지의 팽창에 의해 2차 전지가 변형을 일으키면, 그에 따라서 고분자 매트릭스층이 변형하고, 그 변형에 수반하는 외장의 변화가 검출부에 의해 검출된다. 이에 의거하여, 2차 전지의 변형이 고감도로 검출된다. 또한, 고분자 매트릭스층을 붙인 외장체의 벽부가 상기 두께 방향으로 전극군과 대향하는 경우에는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되지만, 2차 전지의 변형이 고감도로 검출됨으로써, 전극 팽창과 가스 팽창을 구별하여 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 한편, 고분자 매트릭스층을 붙인 외장체의 벽부가 상기 두께 방향과 직교하는 방향으로 대향하는 경우에는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 어려워지기 때문에, 전극 팽창으로부터 구별된 가스 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 또한, 상기 두께 방향에서 전극군의 외면에 고분자 매트릭스층을 붙인 경우에는, 주로 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 때문에, 가스 팽창으로부터 구별된 전극 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
상기 고분자 매트릭스층이 상기 필러로서의 자성 필러를 함유하고, 상기 검출부가 상기 외장으로서의 자장의 변화를 검출하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 자장의 변화를 배선리스(less)로 검출할 수 있다. 또한, 감도 영역이 넓은 홀 소자를 검출부로서 이용할 수 있는 것으로부터, 보다 광범위에 걸쳐 고감도 검출이 가능해진다.
전극 단자에 가까운 상기 외장체의 벽부의 외면에 상기 고분자 매트릭스층을 붙이는 것이어도 된다. 이러한 전극 단자에 가까운 외장체의 벽부의 주변에서는, 전지 조립시에 전지 두께와 전극 단자의 두께의 차로부터 생기는 스페이스가 발생한다. IC 칩 등을 필요로 하는 전지의 경우, 이 스페이스에 IC 칩 등을 배치하는 경우가 많다. 이 때문에, 상기 구성에 의하면, 고분자 매트릭스층을 배치하기 위한 스페이스를 여분으로 확보할 필요가 없어진다. 그 결과, 단전지의 집적 밀도를 높여, 에너지 밀도의 향상에 이바지할 수 있다.
복수의 상기 외장체 또는 복수의 상기 전극군의 각각에 붙여진 상기 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 상기 외장의 변화를, 그 고분자 매트릭스층보다도 소수의 상기 검출부를 이용하여 검출하는 것이어도 된다. 이에 따라, 검출부에 관하여 부품 점수를 줄일 수 있어, 공간절약화나 경량화와 같은 유리한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 밀폐형 2차 전지는, 밀폐된 외장체의 내부에, 정극과 부극을 그들 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권회하여 이루어지는 전극군이 수용된 밀폐형 2차 전지에 있어서, 고분자 매트릭스층과, 검출부가 설치되고, 상기 고분자 매트릭스층은, 상기 정극과 부극의 두께 방향 혹은 그 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전극군과 대향하는 상기 외장체의 벽부의 외면에 붙여지고, 또는, 상기 정극과 부극의 두께 방향에서 상기 전극군의 외면에 붙여져, 상기 고분자 매트릭스층은, 그 고분자 매트릭스층의 변형에 따라서 외장에 변화를 주는 필러를 분산시켜 함유하는 것이며, 상기 검출부가, 상기 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 상기 외장의 변화를 검출하는 것이다.
이 2차 전지에서는, 단전지의 팽창에 의해서 변형을 일으키면, 그에 따라서 고분자 매트릭스층이 변형하고, 그에 수반하는 외장의 변화가 검출부에 의해 검출되기 때문에, 그 변형이 고감도로 검출된다. 또한, 고분자 매트릭스층을 붙인 외장체의 벽부가 상기 두께 방향으로 전극군과 대향하는 경우에는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되지만, 2차 전지의 변형이 고감도로 검출됨으로써, 전극 팽창과 가스 팽창을 구별하여 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 한편, 고분자 매트릭스층을 붙인 외장체의 벽부가 상기 두께 방향과 직교하는 방향으로 대향하는 경우에는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 어려워지기 때문에, 전극 팽창으로부터 구별된 가스 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 또한, 상기 두께 방향에서 전극군의 외면에 고분자 매트릭스층을 붙인 경우에는, 주로 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 때문에, 가스 팽창으로부터 구별된 전극 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) A-A 단면도
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) B-B 단면도
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관련된 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) C-C 단면도
도 4는 실시예 1∼3에 있어서의 사이클수와 자속 밀도의 변화의 관계를 나타내는 그래프
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) D-D 단면도
도 6은 실시예 4A, 4B에 있어서의 사이클수와 자속 밀도의 변화의 관계를 나타내는 그래프
도 7은 본 발명의 제5 실시 형태에 관련된 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) E-E 단면도
도 8은 실시예 5A, 5B에 있어서의 사이클수와 자속 밀도의 변화의 관계를 나타내는 그래프
도 9는 본 발명의 제6 실시 형태에 관련된 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) F-F 단면도
도 10은 본 발명의 제7 실시 형태에 관련된 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) G-G 단면도
도 11은 본 발명의 제8 실시 형태에 관련된 밀폐형 2차 전지를 모식적으로 나타내는 (a) 사시도와 (b) H-H 단면도
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
［제1 실시 형태］
도 1에 나타낸 밀폐형 2차 전지(1)에는, 고분자 매트릭스층(3)과, 검출부(4)가 구비되어 있다. 이 2차 전지(1)를 구성하는 단전지(2)는, 밀폐된 외장체(21)의 내부에 전극군(22)이 수용된 구조를 갖는다. 본 실시 형태의 전극군(22)은, 정극(23)과 부극(24)을 그들 사이에 세퍼레이터(25)를 개재하여 적층하여 이루어지고, 이러한 적층체가 전해액과 함께 외장체(21)에 내포되어 있다. 정극(23)과 부극(24)에는 각각 리드가 접속되고, 그들의 단부가 외장체(21)의 외부에 돌출함으로써 전극 단자(26, 27)가 구성되어 있다. 전극 단자(26, 27)는, 외장체(21)의 X 방향의 일단에 설치되어 있다.
본 실시 형태의 2차 전지(1)는, 외장체(21)로서 알루미 라미네이트박 등의 라미네이트 필름을 이용한 라미네이트 전지이며, 구체적으로는 용량 1.44Ah의 라미네이트형 리튬 이온 2차 전지이다. 외장체(21)는, 벽부(28a∼28c)를 포함하는 복수의 벽부와, 주위의 3변에 형성된 용착부(29)를 갖고, 전체로서 박형의 직방체 형상으로 형성되어 있다. X, Y 및 Z 방향은, 각각 단전지(2)의 길이 방향, 폭방향 및 두께 방향에 상당한다. 또한, Z 방향은, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향이기도 하고, X 방향 및 Y 방향은, 그 두께 방향과 직교하는 방향이기도 하다.
본 실시 형태에서는, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향, 즉 Z 방향(도 1b의 상하 방향)으로 전극군(22)과 대향하는 외장체(21)의 벽부(28a)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있다. 벽부(28a)의 외면은, 외장체(21)의 상면에 상당한다. 고분자 매트릭스층(3)은, 벽부(28a)를 사이에 끼고 전극군(22)과 상대하고, 전극군(22)의 상면과 평행하게 배치되어 있다. 단전지(2)의 팽창은, 벽부(28a)의 중심부(길이 방향 및 폭 방향의 중앙부)에서 커지기 때문에, 이러한 중심부를 통과하도록 하여 고분자 매트릭스층(3)을 붙이는 것이 바람직하다. 고분자 매트릭스층(3)은 폭방향을 따라서 연장되어 있지만, 이에 한정되지 않는다.
고분자 매트릭스층(3)은, 그 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 따라서 외장에 변화를 부여하는 필러를 분산시켜 함유하고 있다. 그리고, 검출부(4)는, 그 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 수반하는 외장의 변화를 검출한다. 본 실시 형태의 고분자 매트릭스층(3)은, 단전지(2)의 팽창에 따른 유연한 변형이 가능한 엘라스토머 소재에 의해 시트 형상으로 형성되어 있다. 단전지(2)의 팽창에 의해 2차 전지(1)가 변형을 일으키면, 그에 따라서 고분자 매트릭스층(3)이 변형하고, 그 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 수반하는 외장의 변화가 검출부(4)에 의해 검출되고, 그에 의거하여 2차 전지(1)의 변형을 고감도로 검출할 수 있다.
검출부(4)로부터 출력된 검출 신호는 도시하지 않는 제어 장치로 보내져, 설정치 이상의 외장의 변화가 검출부(4)에 의해 검출된 경우에는, 그 제어 장치에 접속된 도시하지 않은 스위칭 회로가 통전을 차단하고, 충전 전류 또는 방전 전류를 정지한다. 이와 같이 하여, 단전지(2)의 팽창에 의한 2차 전지의 변형이 고감도로 검출되어, 파열 등의 트러블을 미연에 막을 수 있다. 본 실시 형태에서는, 전극 팽창과 가스 팽창을 구별하여 정밀도 좋게 검출할 수 있는 것으로부터, 가스 팽창에 의한 2차 전지의 변형을 고감도로 검출하여, 트러블을 확실하게 방지할 수 있다.
단전지(2)의 가스 팽창은, 전해액의 분해 가스에 수반하는 외장체(21)의 내압의 상승에 기인하기 때문에, X, Y 및 Z 방향의 각각에 골고루 작용하는 경향이 있다. 이에 대하여, 전극 팽창은, 활물질의 체적 변화에 수반하는 전극군(22)의 두께 변화에 기인하기 때문에, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향, 즉 Z 방향에서의 작용이 크다. 따라서, 고분자 매트릭스층(3)을 벽부(28a)에 붙인 본 실시 형태에서는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영된다. 단, 2차 전지(1)의 변형이 고감도로 검출됨으로써, 후술하는 실시예와 같이, 전극 팽창과 가스 팽창을 구별한 정밀도 좋은 검출이 가능하다.
도 1에서는 단전지(2)를 1개만 나타내고 있지만, 전동 차량용의 전원과 같이 고전압이 필요해지는 용도의 2차 전지(1)에서는, 복수의 단전지(2)를 포함하는 전지 모듈의 형태로 이용된다. 전지 모듈에서는, 복수의 단전지(2)가 조전지를 구성하여 케이스 내에 수용된다. 일반적으로, 차량에 탑재되는 전지 모듈은, 전지 팩의 형태로 이용된다. 전지 팩에서는, 복수의 전지 모듈이 직렬로 접속되고, 그들이 콘트롤러 등의 제반의 기기와 함께 케이스 내에 수용된다. 전지 팩의 케이스는, 차재에 적합한 형상으로, 예를 들면 차량의 바닥 아래 형상에 맞춘 형상으로 형성된다.
검출부(4)는, 외장의 변화를 검출 가능한 개소에 배치되고, 바람직하게는 단전지(2)의 팽창에 의한 영향을 받기 어려운 비교적 견고한 개소에 붙여진다. 본 실시 형태에서는, 벽부(28a)에 대향하는 전지 모듈의 케이스(11)의 내면에 검출부(4)를 붙이고 있다. 전지 모듈의 케이스(11)는, 예를 들면 금속 또는 플라스틱에 의해 형성되고, 라미네이트 필름이 이용되는 경우도 있다. 도면 상, 검출부(4)는, 고분자 매트릭스층(3)과 근접하여 배치되어 있지만, 고분자 매트릭스층(3)으로부터 떨어트려 배치해도 상관없다.
본 실시 형태에서는, 고분자 매트릭스층(3)이 상기 필러로서의 자성 필러를 함유하고, 검출부(4)가 상기 외장으로서의 자장의 변화를 검출한다. 이 경우, 고분자 매트릭스층(3)은, 엘라스토머 성분으로 이루어지는 매트릭스에 자성 필러가 분산하여 이루어지는 자성 엘라스토머층인 것이 바람직하다.
자성 필러로서는, 희토류계, 철계, 코발트계, 니켈계, 산화물계 등을 들 수 있지만, 보다 높은 자력이 얻어지는 희토류계가 바람직하다. 자성 필러의 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 구 형상, 편평 형상, 침 형상, 기둥 형상 및 부정형의 어느것이라도 된다. 자성 필러의 평균 입경은, 바람직하게는 0.02∼500㎛, 보다 바람직하게는 0.1∼400㎛, 더욱 바람직하게는 0.5∼300㎛이다. 평균 입경이 0.02㎛보다 작으면, 자성 필러의 자기 특성이 저하하는 경향이 있고, 평균 입경이 500㎛를 초과하면, 자성 엘라스토머층의 기계적 특성이 저하하여 물러지는 경향이 있다.
자성 필러는, 착자 후에 엘라스토머 중에 도입해도 상관없지만, 엘라스토머에 도입한 후에 착자하는 것이 바람직하다. 엘라스토머에 도입한 후에 착자함으로써 자석의 극성의 제어가 용이해지고, 자장의 검출이 용이하게 된다.
엘라스토머 성분에는, 열 가소성 엘라스토머, 열 경화성 엘라스토머 또는 그들 혼합물을 이용할 수 있다. 열 가소성 엘라스토머로서는, 예를 들면 스티렌계 열 가소성 엘라스토머, 폴리올레핀계 열 가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열 가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열 가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열 가소성 엘라스토머, 폴리부타디엔계 열 가소성 엘라스토머, 폴리이소프렌계 열 가소성 엘라스토머, 불소 고무계 열 가소성 엘라스토머 등을 들 수 있다. 또한, 열 경화성 엘라스토머로서는, 예를 들면 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 에틸렌-프로필렌 고무 등의 디엔계 합성 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 폴리우레탄 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 에피크롤하이드린 고무 등의 비디엔계 합성 고무 및 천연 고무 등을 들 수 있다. 이 중 바람직한 것은 열 경화성 엘라스토머이며, 이는 전지의 발열이나 과부하에 수반하는 자성 엘라스토머의 내려앉음을 억제할 수 있기 때문이다. 더욱 바람직하게는, 폴리우레탄 고무(폴리우레탄 엘라스토머라고도 한다) 또는 실리콘 고무(실리콘 엘라스토머라고도 한다)이다.
폴리우레탄 엘라스토머는, 폴리올과 폴리이소시아네이트를 반응시킴으로써 얻어진다. 폴리우레탄 엘라스토머를 엘라스토머 성분으로서 이용하는 경우, 활성 수소 함유 화합물과 자성 필러를 혼합하고, 여기에 이소시아네이트 성분을 혼합시켜 혼합액을 얻는다. 또한, 이소시아네이트 성분에 자성 필러를 혼합하여, 활성 수소 함유 화합물을 혼합시킴으로써 혼합액을 얻을 수도 있다. 그 혼합액을 이형 처리한 몰드 내에 주형하고, 그 후 경화 온도까지 가열하여 경화함으로써, 자성 엘라스토머를 제조할 수 있다. 또한, 실리콘 엘라스토머를 엘라스토머 성분으로서 이용하는 경우, 실리콘 엘라스토머의 전구체에 자성 필러를 넣어 혼합하고, 형 내에 넣고, 그 후 가열하여 경화시킴으로써 자성 엘라스토머를 제조할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 용제를 첨가해도 된다.
폴리우레탄 엘라스토머에 사용할 수 있는 이소시아네이트 성분으로서는, 폴리우레탄의 분야에 있어서 공지의 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 2,2’-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4’-디페닐메탄디이소시아네이트, 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, m-페닐렌디이소시아네이트, p-크실렌디이소시아네이트, m-크실렌디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트, 에틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트, 1,4－시클로헥산디이소시아네이트, 4,4’-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 노르보르난디이소시아네이트 등의 지환식 디이소시아네이트를 들 수 있다. 이들은 1종으로 이용해도, 2종 이상을 혼합하여 이용해도 된다. 또한, 이소시아네이트 성분은, 우레탄 변성, 아로파네이트 변성, 뷰렛 변성 및 이소시아누레이트 변성 등의 변성화한 것이라도 된다. 바람직한 이소시아네이트 성분은, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트, 보다 바람직하게는 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트이다.
활성 수소 함유 화합물로서는, 폴리우레탄의 기술 분야에 있어서, 통상 이용되는 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌옥사이드와 에틸렌옥사이드의 공중합체 등으로 대표되는 폴리에테르폴리올, 폴리부틸렌아디페이트, 폴리에틸렌아디페이트, 3-메틸-1,5－펜탄아디페이트로 대표되는 폴리에스테르폴리올, 폴리카프로락톤폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르글리콜과 알킬렌카보네이트의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올, 에틸렌카보네이트를 다가 알코올과 반응시키고, 이어서 얻어진 반응 혼합물을 유기 디카르본산과 반응시킨 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올, 폴리하이드록실 화합물과 아릴카보네이트의 에스테르 교환 반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트폴리올 등의 고분자량 폴리올을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
활성 수소 함유 화합물로서 상술한 고분자량 폴리올 성분 외에, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4－부탄디올, 1,6－헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠, 트리메틸올프로판, 글리세린, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨, 테트라메틸올시클로헥산, 메틸글루코시드, 소르비톨, 만니톨, 둘시톨, 스크로스, 2,2,6,6-테트라키스(하이드록시메틸)시클로헥산올 및 트리에탄올아민 등의 저분자량 폴리올 성분, 에틸렌디아민, 톨릴렌디아민, 디페닐메탄디아민, 디에틸렌트리아민 등의 저분자량 폴리아민 성분을 이용해도 된다. 이들은 1종 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 또한, 4,4’-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(MOCA), 2,6-디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4’-메틸렌비스(2,3-디클로로아닐린), 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민, 트리메틸렌글리콜디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드디-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4’-디아미노-3,3’-디에틸-5,5’-디메틸디페닐메탄, N,N’-디-sec-부틸-4,4’-디아미노디페닐메탄, 4,4’-디아미노-3,3’-디에틸디페닐메탄, 4,4’-디아미노-3,3’-디에틸-5,5’-디메틸디페닐메탄, 4,4’-디아미노 3,3’-디이소프로필-5,5’-디메틸디페닐메탄, 4,4’-디아미노-3,3’,5,5’-테트라에틸디페닐메탄, 4,4’-디아미노-3,3’,5,5’-테트라이소프로필디페닐메탄, m-크실릴렌디아민, N,N’-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민 및 p-크실릴렌디아민 등으로 예시되는 폴리아민류를 혼합할 수도 있다. 바람직한 활성 수소 함유 화합물은, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 프로필렌옥사이드와 에틸렌옥사이드의 공중합체, 3-메틸-1,5-펜탄아디페이트, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌글리콜, 프로필렌옥사이드와 에틸렌옥사이드의 공중합체이다.
이소시아네이트 성분과 활성 수소 함유 화합물의 바람직한 조합으로서는, 이소시아네이트 성분으로서, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 및 4,4’-디페닐메탄디이소시아네이트의 1종 또는 2종 이상과, 활성 수소 함유 화합물로서, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 프로필렌옥사이드와 에틸렌옥사이드의 공중합체, 및 3-메틸-1,5-펜탄아디페이트의 1종 또는 2종 이상의 조합이다. 보다 바람직하게는, 이소시아네이트 성분으로서, 2,4-톨루엔디이소시아네이트 및/또는 2,6-톨루엔디이소시아네이트와, 활성 수소 함유 화합물로서, 폴리프로필렌글리콜, 및/또는 프로필렌옥사이드와 에틸렌옥사이드의 공중합체의 조합이다.
고분자 매트릭스층(3)은, 분산된 필러와 기포를 함유하는 발포체라도 된다. 발포체로서는, 일반의 수지 폼을 이용할 수 있지만, 압축 영구 왜곡 등의 특성을 고려하면 열 경화성 수지 폼을 이용하는 것이 바람직하다. 열 경화성 수지 폼으로서는, 폴리우레탄 수지 폼, 실리콘 수지 폼 등을 들 수 있고, 이 중 폴리우레탄 수지 폼이 적합하다. 폴리우레탄 수지 폼에는, 상기 게재한 이소시아네이트 성분이나 활성 수소 함유 화합물을 사용할 수 있다.
자성 엘라스토머 중의 자성 필러의 양은, 엘라스토머 성분 100중량부에 대하여, 바람직하게는 1∼450중량부, 보다 바람직하게는 2∼400중량부이다. 이것이 1중량부보다 적으면, 자장의 변화를 검출하는 것이 어려워지는 경향이 있고, 450중량부를 초과하면, 자성 엘라스토머 자체가 물러지는 경우가 있다.
자성 필러의 녹 방지 등을 목적으로 하여, 고분자 매트릭스층(3)의 유연성을 해치지 않는 정도로, 고분자 매트릭스층(3)을 봉지하는 봉지재를 설치해도 된다. 봉지재에는, 열 가소성 수지, 열 경화성 수지 또는 그들의 혼합물을 이용할 수 있다. 열 가소성 수지로서는, 예를 들면 스티렌계 열 가소성 엘라스토머, 폴리올레핀계 열 가소성 엘라스토머, 폴리우레탄계 열 가소성 엘라스토머, 폴리에스테르계 열 가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열 가소성 엘라스토머, 폴리부타디엔계 열 가소성 엘라스토머, 폴리이소프렌계 열 가소성 엘라스토머, 불소계 열 가소성 엘라스토머, 에틸렌·아크릴산 에틸코폴리머, 에틸렌·아세산 비닐코폴리머, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 염소화 폴리에틸렌, 불소 수지, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔 등을 들 수 있다. 또한, 열 경화성 수지로서는, 예를 들면 폴리이소프렌 고무, 폴리부타디엔 고무, 스틸렌·부타디엔 고무, 폴리클로로프렌 고무, 아크릴로니트릴·부타디엔 고무 등의 디엔계 합성 고무, 에틸렌·프로필렌 고무, 에틸렌·프로필렌·디엔 고무, 부틸 고무, 아크릴 고무, 폴리우레탄 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 에피크롤하이드린 고무 등의 비디엔계 고무, 천연 고무, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들 필름은 적층되어 있어도 되고, 또한, 알루미박 등의 금속박이나 상기 필름 상에 금속이 증착된 금속 증착막을 포함하는 필름이어도 된다.
고분자 매트릭스층(3)은, 그 두께 방향으로 필러가 편재하고 있는 것이라도 상관없다. 예를 들면, 고분자 매트릭스층(3)이, 필러가 상대적으로 많은 한쪽측의 영역과, 필러가 상대적으로 적은 다른쪽측의 영역의 2층으로 이루어지는 구조라도 된다. 필러를 많이 함유하는 한쪽측의 영역에서는, 고분자 매트릭스층(3)의 작은 변형에 대한 외장의 변화가 커지기 때문에, 낮은 내압에 대한 센서 감도를 높일 수 있다. 또한, 필러가 상대적으로 적은 다른쪽측의 영역은 비교적 유연하고 움직이기 쉽고, 이 영역을 붙임으로써, 고분자 매트릭스층(3)(특히 한쪽측의 영역)이 변형하기 쉬워진다.
한쪽측의 영역에서의 필러 편재율은, 바람직하게는 50을 초과하고, 보다 바람직하게는 60 이상이며, 더욱 바람직하게는 70 이상이다. 이 경우, 다른쪽측의 영역에서의 필러 편재율은 50 미만이 된다. 한쪽측의 영역에서의 필러 편재율은 최대로 100이며, 다른쪽측의 영역에서의 필러 편재율은 최소로 0이다. 따라서, 필러를 포함하는 엘라스토머층과, 필러를 포함하지 않는 엘라스토머층의 적층체 구조라도 상관없다. 필러의 편재에는, 엘라스토머 성분에 필러를 도입한 후, 실온 혹은 소정의 온도로 정치하고, 그 필러의 무게에 의해 자연 침강시키는 방법을 사용할 수 있고, 정치하는 온도나 시간을 변화시킴으로써 필러 편재율을 조정할 수 있다. 원심력이나 자력과 같은 물리적인 힘을 이용하여, 필러를 편재시켜도 된다. 혹은, 필러의 함유량이 상이한 복수의 층으로 이루어지는 적층체에 의해 고분자 매트릭스층을 구성해도 상관없다.
필러 편재율은, 이하의 방법에 의해 측정된다. 즉, 주사형 전자 현미경-에너지 분산형 X선 분석 장치(SEM-EDS)를 이용하여, 고분자 매트릭스층의 단면을 100배로 관찰한다. 그 단면의 두께 방향 전체의 영역과, 그 단면을 두께 방향으로 이등분한 2개의 영역에 대하여, 각각 원소 분석에 의해 필러 고유의 금속 원소(본 실시 형태의 자성 필러이면 예를 들면 Fe 원소)의 존재량을 구한다. 이 존재량에 대하여, 두께 방향 전체의 영역에 대한 한쪽측의 영역의 비율을 산출하고, 그것을 한쪽측의 영역에서의 필러 편재율로 한다. 다른쪽측의 영역에서의 필러 편재율도, 이와 동일하다.
필러가 상대적으로 적은 다른쪽측의 영역은, 기포를 함유하는 발포체로 형성되어 있는 구조여도 상관없다. 이에 따라, 고분자 매트릭스층(3)이 더욱 변형하기 쉬워져 센서 감도를 높일 수 있다. 또한, 다른쪽측의 영역과 함께 한쪽측의 영역이 발포체로 형성되어 있어도 되고, 그 경우의 고분자 매트릭스층(3)은 전체가 발포체로 된다. 이러한 두께 방향의 적어도 일부가 발포체인 고분자 매트릭스층은, 복수의 층(예를 들면, 필러를 함유하는 무발포층과, 필러를 함유하지 않는 발포층)으로 이루어지는 적층체에 의해 구성되어 있어도 상관없다.
자장의 변화를 검출하는 검출부(4)에는, 예를 들면, 자기 저항 소자, 홀 소자, 인덕터, MI 소자, 플럭스 게이트 센서 등을 이용할 수 있다. 자기 저항 소자로서는, 반도체 화합물 자기 저항 소자, 이방성 자기 저항 소자(AMR), 거대 자기 저항 소자(GMR), 터널 자기 저항 소자(TMR)를 들 수 있다. 이 중 바람직한 것은 홀 소자이며, 이것은 광범위하게 걸쳐 높은 감도를 갖고, 검출부(4)로서 유용하기 때문이다. 홀 소자에는, 예를 들면 아사히 화성 일렉트로닉스 주식회사 제 EQ-430L을 사용할 수 있다.
［제2 실시 형태］
제2 실시 형태는, 이하에 설명하는 사항을 제외하고, 전술한 실시 형태와 동일한 구성 및 작용이기 때문에, 공통점을 생략하고 주로 차이점에 대하여 설명한다. 또한, 이미 설명한 구성 요소와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다. 후술하는 제3∼제8 실시 형태에 대해서도, 이와 동일하다.
도 2와 같이, 본 실시 형태에서는, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향과 직교하는 방향, 구체적으로는 Y 방향(도 2b의 좌우 방향)으로 전극군(22)과 대향하는 외장체(21)의 벽부(28b)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있다. 벽부(28b)의 외면은, 외장체(21)의 측면에 상당한다. 고분자 매트릭스층(3)은, 벽부(28b)를 사이에 끼고 전극군(22)과 상대하고, 전극군(22)의 상면과 수직으로 배치되어 있다. 검출부(4)는, 그 벽부(28b)에 대향하는 전지 모듈의 케이스(11)의 내면에 붙여져 있다. 전극 팽창은 Z 방향에서의 작용이 크기 때문에, 고분자 매트릭스층(3)을 벽부(28b)에 붙인 본 실시 형태에서는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 어려워져, 전극 팽창으로부터 구별된 가스 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
［제3 실시 형태］
도 3과 같이, 본 실시 형태에서는, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향과 직교하는 방향, 구체적으로는 X 방향(도 3b의 좌우 방향)으로 전극군(22)과 대향하는 외장체(21)의 벽부(28c)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있다. 벽부(28c)의 외면은, 외장체(21)의 측면에 상당한다. 고분자 매트릭스층(3)은, 벽부(28c)를 사이에 끼고 전극군(22)과 상대하고, 전극군(22)의 상면과 수직으로 배치되어 있다. 검출부(4)는, 그 벽부(28c)에 대향하는 전지 모듈의 케이스(도시하지 않음)의 내면에 붙이고 있다. 전극 팽창은 Z 방향에서의 작용이 크기 때문에, 고분자 매트릭스층(3)을 벽부(28c)에 붙인 본 실시 형태에서는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 어려워져, 전극 팽창으로부터 구별된 가스 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
또한, 이와 같이 전극 단자(26, 27)에 가까운 외장체(21)의 벽부(28c)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있음으로써, 고분자 매트릭스층(3)을 배치하기 위한 스페이스를 여분으로 확보할 필요가 없어진다. 이는, 전극 단자(26, 27)에 가까운 벽부(28c)의 주변에서는, 전지 두께와 전극 단자의 두께의 차로부터 생기는 스페이스가 발생하기 때문이다. IC 칩 등이 필요한 전지의 경우, 이 스페이스에 IC 칩 등을 배치하는 경우가 많다. 그 결과, 전지 모듈에 있어서의 단전지(2)의 집적 밀도를 높여, 에너지 밀도의 향상에 이바지할 수 있다.
［제1∼제3 실시 형태의 실시예］
제1∼제3 실시 형태에 따른 단전지의 팽창에 대한 검출 결과를, 각각 실시예 1∼3으로서 도 4에 나타낸다. 단전지는, 25℃의 항온조에 넣고, 120분 정치 후, 1.44A의 충전 전류로 4.3V까지 정전류 충전하고, 4.3V에 도달 후, 0.07A로 전류치가 감쇠할 때까지 정전압 충전을 행했다. 그 후, 10분간의 개회로 상태를 유지한 후, 1.44A의 전류로 3.0V까지 정전류 방전을 행했다. 이러한 충방전의 공정을 5사이클 반복하고, 각 사이클의 충전 후와 방전 후에 홀 소자에 의해서 자속 밀도의 변화(자장의 변화)를 검출했다.
실시예 1에서는, 충전에 수반해 자속 밀도가 크게 증대함과 함께, 방전에 수반해 자속 밀도가 크게 감소하고 있다. 이는, 활물질의 체적 변화에 의한 전극군(22)의 팽창이나 수축이 반영되어 있기 때문이다. 따라서, 제1 실시 형태는, 충방전에 수반하는 전극 팽창을 감시하는데 적합한 형태라고 할 수 있다. 또한, 각 사이클의 충전 심도가 같은 시점(예를 들면 만충전 상태 또는 완전 방전 상태)에서의 비교에 있어서, 자속 밀도의 크기는, 사이클수가 증가함에 따라서 서서히 커지고 있고, 이러한 현상은 가스 팽창에 기인한 것이기 때문에, 이에 의거하여 가스 팽창도 검출할 수 있다.
한편, 실시예 2, 3에서는, 충방전에 수반하는 자속 밀도의 큰 변화는 볼 수 없다. 이는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되어 있지 않기 때문이고, 따라서 전극 팽창으로부터 구별된 가스 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 이에 따라, 제2 및 제3 실시 형태는, 가스 팽창을 감시하는데 적합한 형태라고 할 수 있다.
또한, 에너지 밀도의 향상을 중시한 2차 전지의 경우, 제1 및 제2 실시 형태에서는 고분자 매트릭스층(3)의 배치가 곤란하게 될 염려가 있는데 대하여, 제3 실시 형태에서는, 소정의 스페이스가 형성되는 부위에 고분자 매트릭스층(3)을 배치하고 있는 것으로부터, 그러한 염려가 적다. 그래서, 자속 밀도 변화의 거동은, 실시예 2와 실시예 3에서 대략 동등하다. 따라서, 제3 실시 형태는, 에너지 밀도의 향상을 중시한 2차 전지에 있어서 가스 팽창을 감시하는데 적합한 형태라고 할 수 있다.
［제4 실시 형태］
도 5와 같이, 본 실시 형태에서는, 복수의 외장체(21)의 각각에 붙여진 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 수반하는 외장의 변화를, 그 고분자 매트릭스층(3)보다도 소수의 검출부(4)를 이용하여 검출한다. 구체적으로는, 외장체(21)의 상면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙인 2개의 단전지(2)를 Z 방향으로 겹쳐 배치하고, 그들의 상방에 배치한 검출부(4)에 의해, 그 고분자 매트릭스층(3)의 각각의 변형에 수반하는 외장의 변화를 검출한다. 이에 따라, 검출부(4)의 수를 줄여 공간절약화나 경량화와 같은 유리한 효과가 얻어지기 때문에, 조전지를 구성하는데 유용하다.
［제4 실시 형태의 실시예］
제4 실시 형태에 따른 단전지의 팽창에 대한 검출 결과를, 각각 실시예 4A, 4B로서 도 6에 나타낸다. 검출의 순서는, 실시예 1 등과 동일하게 하여 행했다. 실시예 4A는, 검출부에 가까운 상측의 단전지의 팽창에 상당하고, 실시예 4B는, 검출부로부터 먼 하측의 단전지의 팽창에 상당한다. 실시예 4A의 자속 밀도 변화의 거동은 실시예 1과 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 실시예 4B에서는, 실시예 4A와 동일한 경향이 인식되는 정도로 자속 밀도 변화를 검출할 수 있다. 따라서, 제4 실시 형태는, 복수의 단전지의 전극 팽창이나 가스 팽창을, 그보다 적은 수의 검출부(홀 소자)에 의해서 검출하는데 적합한 형태라고 할 수 있다.
［제5 실시 형태］
도 7과 같이, 본 실시 형태에서는, 복수의 외장체(21)의 각각에 붙여진 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 수반하는 외장의 변화를, 그 고분자 매트릭스층(3)보다도 소수의 검출부(4)를 이용해 검출한다. 구체적으로는, 외장체(21)의 측면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙인 2개의 단전지(2)를 Z 방향으로 겹쳐 배치하고, 그들의 측방에 배치한 검출부(4)에 의해, 고분자 매트릭스층(3)의 각각의 변형에 수반하는 외장의 변화를 검출한다. 이에 따라, 검출부(4)의 수를 줄여 공간절약화나 경량화와 같은 유리한 효과가 얻어지기 때문에, 조전지를 구성하는데 유용하다.
［제5 실시 형태의 실시예］
제5 실시 형태에 따른 단전지의 팽창에 대한 검출 결과를, 각각 실시예 5A, 5B로서 도 8에 나타낸다. 검출의 순서는, 실시예 1 등과 동일하게 하여 행했다. 실시예 5A, 5B는, 각각 상측, 하측의 단전지의 팽창에 상당한다. 실시예 5A, 5B의 자속 밀도 변화의 거동은 실시예 2와 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 이와 같이, 복수의 단전지에 대하여 동등한 자속 밀도 변화를 검출할 수 있다. 따라서, 제5 실시 형태는, 복수의 단전지의 가스 팽창을, 그보다도 적은 수의 검출부(홀 소자)에 의해서 검출하는데 적합한 형태라고 할 수 있다.
［제6 실시 형태］
도 9와 같이, 본 실시 형태에서는, 전극군(22’)이, 정극(23)과 부극(24)을 그들 사이에 세퍼레이터(25)를 개재하여 권회하여 이루어지고, 이러한 권회체가 전해액과 함께 외장체(21)에 내포되어 있다. 이러한 권회 구조에 있어서는, Z 방향 및 Y 방향이, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향에 상당하고, X 방향이, 그 두께 방향과 직교하는 방향에 상당한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향으로서의 Y 방향(도 9b의 좌우 방향)으로 전극군(22’)과 대향하는 외장체(21)의 벽부(28b)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있다. 벽부(28b)의 외면은, 외장체(21)의 측면에 상당한다.
이러한 구성에서는, 전극 팽창의 작용이 Z 방향과 Y 방향의 양쪽에서 크고, 그 Y 방향으로 전극군(22’)과 대향하는 벽부(28b)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있는 것으로부터, 전극 팽창이 검출 결과에 반영된다. 또한, 벽부(28b)에 대신해 벽부(28a)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙인 경우, 그 벽부(28a)는 Z 방향으로 전극군(22’)과 대향하기 때문에, 동일하게 전극 팽창이 검출 결과에 반영된다. 이와 같이, 전극군(22’)이 권회 구조를 갖는 경우는, 외장체(21)의 측면에 붙인 고분자 매트릭스층(3)에 의해서 전극 팽창을 검출할 수 있다.
［제7 실시 형태］
도 10과 같이, 본 실시 형태에서는, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향과 직교하는 방향, 즉 X 방향(도 10b의 좌우 방향)으로 전극군(22’)과 대향하는 외장체(21)의 벽부(28c)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있다. 전극군(22’)은, 정극(23)과 부극(24)을 그들 사이에 세퍼레이터(25)를 개재하여 권회하여 이루어진다. 고분자 매트릭스층(3)은, 벽부(28c)를 사이에 끼고 전극군(22’)과 상대하고, 전극군(22’)의 상면과 수직으로 배치되어 있다. 이러한 구성에서는, 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 어려워져, 전극 팽창으로부터 구별된 가스 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있음과 함께, 에너지 밀도의 향상을 도모할 수 있다.
［제8 실시 형태］
도 11과 같이, 본 실시 형태에서는, 정극(23)과 부극(24)의 두께 방향이 되는 Z 방향 및 Y 방향 중, Y 방향에서 전극군(22’)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙이고 있어, 단전지(2)의 내부에 고분자 매트릭스층(3)을 배치하고 있다. 이러한 구성에서는, 주로 전극 팽창이 검출 결과에 반영되기 때문에, 가스 팽창으로부터 구별된 전극 팽창을 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 또한, 외장체(21)가 금속캔 등의 견뢰한 재질이어도, 전극 팽창을 고도로 검출할 수 있기 때문에, 외장체에 견뢰한 재질을 이용하는 경우에 유용하다. Z 방향에서 전극군(22’)의 외면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙인 경우도, 이와 동일한 효과가 얻어진다. 전극군(22’)의 외면에 붙인 고분자 매트릭스층(3)은, 외장체(21)의 내면과 접하여 배치하는 것이 바람직하다.
도 11의 예에서는, 복수의 전극군(22’)의 각각에 붙여진 고분자 매트릭스층(3)의 변형에 수반하는 외장의 변화를, 그 고분자 매트릭스층(3)보다도 소수의 검출부(4)를 이용하여 검출한다. 구체적으로는, 전극군(22’)의 측면에 고분자 매트릭스층(3)을 붙인 2개의 단전지(2)를 Z 방향으로 겹쳐 배치하고, 그들의 측방에 배치한 검출부(4)에 의해, 고분자 매트릭스층(3)의 각각의 변형에 수반하는 외장의 변화를 검출한다. 이에 따라, 검출부(4)의 수를 줄여 공간절약화나 경량화와 같은 유리한 효과가 얻어지기 때문에, 조전지를 구성하는데 유용하다.
［다른 실시 형태］
전술의 실시 형태에서는, 2차 전지 셀이 리튬 이온 2차 전지인 예를 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 사용되는 2차 전지 셀은, 리튬 이온 전지 등의 비수계 전해액 2차 전지에 한정되지 않고, 니켈 수소 전지 등의 수계 전해액 2차 전지여도 상관없다.
전술의 실시 형태에서는, 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 자장의 변화를 검출부에 의해 검출하는 예를 나타냈지만, 다른 외장의 변화를 검출하는 구성이여도 된다. 예를 들면, 고분자 매트릭스층이 필러로서 금속 입자, 카본 블랙, 카본 나노 튜브 등의 도전성 필러를 함유하고, 검출부가 외장으로서의 전장의 변화(저항 및 유전율의 변화)를 검출하는 구성을 생각할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 전혀 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량 변경이 가능하다.
1 : 밀폐형 2차 전지 2 : 단전지
3 : 고분자 매트릭스층 4 : 검출부
21 : 외장체 22 : 전극군
23 : 정극 24 : 부극
25 : 세퍼레이터 26 : 전극 단자
27 : 전극 단자 28a : 벽부
28b : 벽부 28c : 벽부

Claims (5)

  1. 밀폐된 외장체의 내부에, 정극과 부극을 그들의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권회하여 이루어지는 전극군이 수용된 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법에 있어서,
    상기 정극과 부극의 두께 방향 혹은 그 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전극군과 대향하는 상기 외장체의 벽부의 외면에 고분자 매트릭스층을 붙이고, 또는 상기 정극과 부극의 두께 방향에서 상기 전극군의 외면에 고분자 매트릭스층을 붙이고,
    상기 고분자 매트릭스층은, 그 고분자 매트릭스층의 변형에 따라서 외장에 변화를 부여하는 필러를 분산시켜 함유하는 것이고,
    상기 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 상기 외장의 변화를 검출부에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스층이 상기 필러로서의 자성 필러를 함유하고, 상기 검출부가 상기 외장으로서의 자장의 변화를 검출하는 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    전극 단자에 가까운 상기 외장체의 벽부의 외면에 상기 고분자 매트릭스층을 붙이는 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 상기 외장체 또는 복수의 상기 전극군의 각각에 붙여진 상기 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 상기 외장의 변화를, 그 고분자 매트릭스층보다도 소수의 상기 검출부를 이용하여 검출하는 밀폐형 2차 전지의 변형 검출 방법.
  5. 밀폐된 외장체의 내부에, 정극과 부극을 그들의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 적층 또는 권회하여 이루어지는 전극군이 수용된 밀폐형 2차 전지에 있어서,
    고분자 매트릭스층과, 검출부가 설치되고,
    상기 고분자 매트릭스층은, 상기 정극과 부극의 두께 방향 혹은 그 두께 방향과 직교하는 방향으로 상기 전극군과 대향하는 상기 외장체의 벽부의 외면에 붙여지고, 또는, 상기 정극과 부극의 두께 방향에서 상기 전극군의 외면에 붙여지고,
    상기 고분자 매트릭스층은, 그 고분자 매트릭스층의 변형에 따라서 외장에 변화를 부여하는 필러를 분산시켜 함유하는 것이며,
    상기 검출부가, 상기 고분자 매트릭스층의 변형에 수반하는 상기 외장의 변화를 검출하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 2차 전지.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102000632B1 (ko) * 2016-06-09 2019-10-01 주식회사 엘지화학 2차 전지 전극의 두께 변화 측정 장치 및 그를 장착한 2차 전지
JP2018029029A (ja) * 2016-08-19 2018-02-22 東洋ゴム工業株式会社 使用済み電池を用いた組電池の製造方法及び組電池
KR102192676B1 (ko) 2017-01-24 2020-12-17 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 변형 예측 장치
WO2018173360A1 (ja) * 2017-03-24 2018-09-27 東洋ゴム工業株式会社 非水系二次電池の充電方法
JP2019002694A (ja) * 2017-06-12 2019-01-10 東洋ゴム工業株式会社 監視センサ、及び密閉型二次電池
CN110702342B (zh) * 2019-09-25 2021-10-01 广州市广珠电池有限公司 一种锂离子电池低温密封性的检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059484A (ja) 2001-08-10 2003-02-28 Nec Corp 電池、その保護方法及びその保護回路
JP2005063736A (ja) 2003-08-08 2005-03-10 Nissan Motor Co Ltd 薄型電池の異常検出装置
JP2011198511A (ja) 2010-03-17 2011-10-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池システム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009076265A (ja) 2007-09-19 2009-04-09 Panasonic Corp 電池パック
KR101329636B1 (ko) * 2008-04-11 2013-11-14 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤 밀폐식 각형 전지 및 이것을 사용한 전지 모듈
JP5417162B2 (ja) * 2009-12-28 2014-02-12 株式会社日立製作所 蓄電装置
JP5916623B2 (ja) * 2010-11-30 2016-05-11 住友理工株式会社 蓄電デバイス
JP5501286B2 (ja) * 2011-04-28 2014-05-21 日立ビークルエナジー株式会社 蓄電装置
CN104736982B (zh) 2012-10-19 2017-07-14 东洋橡胶工业株式会社 传感器及其制造方法
JP6192436B2 (ja) * 2012-10-19 2017-09-06 東洋ゴム工業株式会社 曲げセンサー

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003059484A (ja) 2001-08-10 2003-02-28 Nec Corp 電池、その保護方法及びその保護回路
JP2005063736A (ja) 2003-08-08 2005-03-10 Nissan Motor Co Ltd 薄型電池の異常検出装置
JP2011198511A (ja) 2010-03-17 2011-10-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池システム

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