KR20170068593A - 전극 - Google Patents

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KR20170068593A
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KR1020177013478A
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토시카즈 야마오카
시게유키 아소
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리텔퓨즈 재팬 지.케이.
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Abstract

본 발명은, 전기장치의 전극에 있어서, PTC 요소와, PTC 요소의 일측 주표면 상에 배치되고, 일 방향으로 연장 형성된 제1 터미널과, PTC 요소의 타측 주표면 상에 배치되고, 제1 터미널과 다른 방향으로 연장 형성된 제2 터미널을 가지고 이루어진 전극을 제공한다.

Description

전극{ELECTRODE}
본 발명은, 전기장치에 또는 전기장치로부터 전류를 흘리기 위한 전극, 예를 들면 2차 전지용의 취출 전극, 및 그것을 가지고 이루어지는 전기장치, 예를 들면 2차 전지에 관한 것이다.
최근, 전자기기는, 고성능화 및 고기능화가 진행되고 있으며, 그것에 동반한 소비전력도 증가하며, 더욱 큰 용량을 가지는 배터리에 대한 수요가 높아지고 있다. 또한, 전자기기 중에서도, 휴대전화, 스마트폰, 태블릿 단말, 노트형 PC 등의 모바일 기기가 급속히 보급되고 있지만, 이와 같은 모바일 기기는, 더욱 소형 및 경량인 것이 요구되고 있으며, 하우징 내의 배터리를 배치하기 위한 공간은 한정되어 있다. 게다가, 고성능화에 동반하여, 하우징 내에 있어서 다른 전자부품(예를 들면, 카메라, 각종 센서 등)이 차지하는 공간도 증가하고 있으며, 배터리를 배치하기 위한 공간을 충분히 확보하는 것이 더욱 어려워지고 있다.
현재, 전자기기, 특히 모바일 기기에 있어서는, 소형이며 고용량을 가지는 리튬 이온 2차 전지가 널리 이용되고 있지만, 리튬 이온 2차 전지는, 전해질이 액체이므로, 누액을 방지하기 위하여, 외장에 어느 정도의 강도를 가지는 알루미늄 캔 또는 스틸 캔 등이 이용되고 있다. 따라서, 리튬 이온 2차 전지는, 소형이며 경량이라고 하더라도, 외장에 강도를 가지도록 하기 때문에, 어느 정도 이상 얇게 할 수 없으며, 가볍게 할 수 없다는 구조적인 한계가 있다. 또한, 리튬 이온 2차 전지는, 외장에 경질의 재료를 이용하기 때문에 형상에 관하여도 제한이 있다.
여기서, 전해질에 액체를 이용하지 않는 리튬 이온 폴리머 2차 전지가 주목받고 있다. 리튬 이온 폴리머 2차 전지는, 전해질로서 겔 등의 유동성을 가지지 않는 물질이 이용되고 있다. 이것은, 누액의 걱정이 없고, 외장으로서 알루미늄 라미네이트 필름을 이용할 수 있으므로, 파우치형(pouch-type)으로 할 수 있으며, 매우 가볍고, 작으며, 형상의 자유도가 높은 이점을 가진다.
그런데, 2차 전지를 과전류 및 이상 발열로부터 보호하기 위하여, 2차 전지를 이용하는 회로에는 보호소자가 이용되고 있다. 이와 같은 보호소자로서는, 통상, PTC(positive temperature coefficient) 소자가 이용된다. 실장 스페이스 및 실장 비용 삭감을 위하여, 이와 같은 PTC 소자는, 기판과 리튬 이온 폴리머 2차 전지의 전극 사이에 배치된다. 즉, PTC 소자는, 기판상에, 바람직하게는 용접 블록과 미리 일체화된 상태에서 배치되고, 그 위에 리튬 이온 폴리머 2차 전지의 전극이 접속된다.
2차 전지의 보호소자로서 이용되는 PTC 소자는, 소정 온도에 도달하면 동작(트립)하고, 그것을 흐르는 전류를 차단하며, 보호하고자 하는 대상을 보호한다. 2차 전지를 이상 발열로부터 보호하는 경우에는, 2차 전지 셀이 이상 발열했을 때에, 그 열이 PTC 소자에 전달됨에 의하여 PTC 소자의 온도가 올라가며, PTC 소자가 동작하여, 전류를 차단하고, 보호하고자 하는 대상을 보호한다. 또한, 2차 전지 또는 2차 전지가 접속된 회로를 과전류로부터 보호하는 경우에는, PTC 소자는 그것을 흐르는 과전류에 의하여 발열하고, 그 열에 의하여 소정 온도에 도달하면 동작하여, 전류를 차단하고, 보호하고자 하는 대상을 보호한다.
도 4에, 셀(32), 양극(34) 및 음극(36)으로 구성되는 종래의 2차 전지 및 PTC 소자(38)가, 기판(40)에 전기적으로 접속된 상태의 일례를 나타낸다. 도 4에 있어서는, PTC 소자(38)는 기판(40) 상에 배치되고, 용접 탭(42)을 통하여 음극(36)에 접속되어 있다. 양극(34)은, 기판에 대한 용접을 용이하게 하기 위한 용접 탭(44)에 밀착 지지된 상태에서 기판(40)에 접속되어 있다.
[선행기술문헌]
일본공개특허 특개2014-044865호 공보
본 발명자들은, 종래와 같이 기판상(또는 기판 부근)에 PTC 소자를 배치하면, 기판의 열용량이 커지는 것에서부터, PTC 소자에 전달되는 열 또는 PTC 소자에서 발생하는 열이, 기판에 전달되어 열이 용이하게 분산되고 사라져 PTC 소자의 온도가 올라가기 힘들기 때문에, 동작이 느려져버리는 경우가 있을 수 있다는 것에 주목하였다. 또한, 다른 문제로서, 기판상에 있는 다른 전자부품(예를 들면, FET(전계효과 트랜지스터: Field Effect Transistor))으로부터 발생하는 열이 기판을 거쳐 PTC 소자에 전달되고, PTC 소자의 온도가 올라가(즉, 저항이 커져), PTC 소자의 보호 유지 전류가 저하할 가능성이 있음에도 주목하였다.
따라서, 본 발명은, 2차 전지 셀에 있어서 이상 발열이 일어났을 때에 재빨리 동작하여 전류를 차단하고, 또한, 다른 전자부품의 영향을 받기 힘든 보호소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, PTC 요소의 양 주표면 상 또는 일측 주표면 상에 터미널을 배치하고, 이것을 2차 전지의 취출 전극으로 하며, 전극에 보호소자로서의 기능을 가지도록 함으로써, 상기의 문제를 해결할 수 있음을 밝혀내어, 본 발명에 이르렀다.
본 발명의 제1의 요지에 있어서, 전기장치의 취출 전극에 있어서,
PTC 요소와,
PTC 요소의 일측 주표면 상에 배치되고, 일 방향으로 연장 형성된 제1 터미널과,
PTC 요소의 타측 주표면 상에 배치되고, 제1 터미널과 다른 방향으로 연장 형성된 제2 터미널을 가지고 이루어진 취출 전극이 제공된다.
본 발명의 제2 요지에 있어서, 전기장치의 취출 전극에 있어서,
PTC 요소와,
PTC 요소의 일측 주표면 상의 일부에 배치되고, 일 방향으로 연장 형성된 제1 터미널과,
상기 주표면 상의 다른 일부에, 제1 터미널과 이격하도록 배치되고, 제1 터미널과는 다른 방향으로 연장 형성된 제2 터미널을 가지고 이루어진 취출 전극이 제공된다.
본 발명에 의하면, PTC 요소의 양 주표면 상 또는 일측의 주표면 상에 제1 터미널 및 제2 터미널을, 각각 다른 방향으로 연장 형성되도록 배치하고, 이것을 2차 전지의 취출 전극으로서 이용함으로써, PTC 요소를 2차 전지 셀에 더욱 가깝게 배치하는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 의하면, PTC 요소를 2차 전지 셀에 더욱 가깝게 배치하는 것이 가능하므로, 2차 전지 셀이 이상 발열했을 때에, PTC 요소는, 그 열을 더욱 빨리 감지하여, 동작할 수 있다. 또한, 기판으로부터 떨어진 위치에 PTC 요소가 존재하는 것으로부터, 기판 상의 다른 전자부품에서 발생한 열의 영향을 받기 힘들고, 이와 같은 열에 의한 보호 유지 전류의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 있어서 본 발명의 취출 전극(1a)의 사시도를 모식적으로 나타낸다.
도 2는, 도 1의 취출 전극(1a)의 측면도를 모식적으로 나타낸다.
도 3은, 일 실시 형태에 있어서 도 1의 취출 전극(1a)을 가지는 2차 전지(11)를, 기판에 접속한 상태의 사시도를 모식적으로 나타낸다.
도 4는, 종래의 2차 전지 및 PTC 소자를, 기판에 접속한 상태의 사시도를 모식적으로 나타낸다.
도 5는, 다른 실시 형태에 있어서 본 발명의 취출 전극(1b)의 사시도를 모식적으로 나타낸다.
도 6은, 다른 실시 형태에 있어서 본 발명의 취출 전극(1c)의 사시도를 모식적으로 나타낸다.
도 7은, 다른 실시 형태에 있어서 본 발명의 취출 전극(1d)의 사시도를 모식적으로 나타낸다.
본 발명의 취출 전극의 일 실시 형태에 관하여, 도면을 참조하면서 상세히 설명할 것이다.
본 발명의 제1의 실시 형태인 취출 전극(1a)은, 개략적으로는, 도 1 및 도 2와 같은 구조를 가진다. 구체적으로는, 취출 전극(1a)은, PTC 요소(2), 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)을 가진다. 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)은, PTC 요소(2)의 주표면 상에 위치하고, PTC 요소로부터 서로 반대 방향으로 연장 형성되어 있다. 제1 터미널(4)이 2차 전지 셀의 내부 전극 또는 집전체에 전기적으로 접속되며, 제2 터미널이 다른 전기요소(예를 들면, 기판)에 전기적으로 접속된다. 본 발명의 취출 전극(1a)은, PTC 요소를 가지고 있으므로, 보호소자로서의 기능도 가진다.
본 발명에서 이용되는 PTC 요소로서는, 세라믹 PTC 요소 또는 폴리머 PTC 요소 중 어느 것이라도 좋으나, 폴리머 PTC 요소를 사용하는 것이 바람직하다. 폴리머 PTC 요소는, 세라믹 PTC 요소와 비교하여, 제조가 용이하고, 소자 자체의 저항값이 낮으며, 일정 이상의 온도가 되어도 자기 파괴가 일어나기 힘들다는 점에서 유리하다.
상기 폴리머 PTC 요소는, 주지의 것을 이용할 수 있으며, 일반적으로, 도전성 충전제(예를 들면 카본 블록, 니켈 합금 등)가 분산되어 있는 폴리머(예를 들면 폴리에틸렌, 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene fluoride) 등)를 포함하여 이루어지는 도전성 조성물을 압출하여 소정 사이즈로 분할함으로써 얻어진다.
일 태양에서는, PTC 요소는, 그 주표면의 적어도 일측, 바람직하게는 양측에, 얇은 층(層) 형상 금속 전극(예를 들면, 박막전극)을 가지고 있어도 좋다(이른바 PTC 소자여도 좋다). 즉, 일 태양에 있어서, 본 발명의 취출 전극은, PTC 요소의 주표면과, 그 상측에 배치된 제1 터미널 또는 제2 터미널 사이에 위치하는 층 형상 금속 전극을 더 가질 수도 있다.
상기 층 형상 금속 전극을 구성하는 재료는, 도전성을 가지는 금속이면 특히 한정되지 않으며, 예를 들면, 구리, 니켈, 알루미늄, 금, 또는 이것들의 합금 등이어도 좋다.
상기 층 형상 금속 전극은, PTC 요소를 구성하는 PTC 조성물을, 층 형상 금속 전극을 구성하는 금속 시트(또는 금속박)와 함께 동시 압출함으로써, 층 형상 금속 전극 사이에 PTC 조성물의 층 형상물이 밀착 지지된 상태의 압출물을 얻을 수 있음으로써, 배치할 수 있다. 다른 태양에서는, 상기 층 형상 금속 전극은, PTC 조성물의 층 형상물을 예를 들면 압출에 의하여 얻고, 이러한 층 형상물을 금속 시트(또는 금속박) 사이에 밀착 지지하여, 이것들을 일체로 열 압착하여 압착물을 얻음으로써, 배치할 수 있다. 또한, 다른 태양에서는, PTC 조성물의 층 형상물에 도전성 금속의 도금을 실시함으로써, 층 형상물의 양 주표면 상에 층 형상 금속 전극을 형성하여도 좋다. 이와 같이 처리된 층 형상물은, 층 형상 금속 전극층을 양측의 주표면에 가지는, PTC 요소가 다수 인접하여 집합된 상태이며, 이러한 층 형상물을 소정 형상·길이로 절단해내어, 단일의, 층 형상 금속 전극을 가지는 PTC 요소를 얻을 수 있다.
PTC 요소(2)의 일측의 주표면 상에는, 제1 터미널(4)이 배치되고, 타측의 주표면 상에는 제2 터미널(6)이 배치된다.
PTC 요소와 각 터미널과의 접합 방법은, 특히 한정되지 않으며, 예를 들면 압착, 도전성 접착재를 이용하는 방법을 들 수 있다. 다른 방법으로서, PTC 소자(PTC 요소의 양 주표면 상에 얇은 층 금속 전극을 가짐)를 이용하여, PTC 소자의 얇은 층 금속 전극과 각 터미널을, 납땜, 용접, 압착, 도전성 접착재에 의하여 접합하여도 좋다. 상기의 접합을 용이하게 하기 위하여, 각 터미널에 있어서 클래드(clad)재, 부분 클래드재를 이용하여도 좋으며, 또한, 각 터미널의 PTC 요소(PTC 소자)와의 접합부를 도금 처리하여도 좋다.
상기 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)의 형상은, 취출 전극으로서 기능하여 얻어지는 형상이라면 특히 한정되지 않으며, 예를 들면, 봉 형상, 스트립 형상일 수 있다. 또한, 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)의 형상은, 같아도, 달라도 좋다.
제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)은, 도시한 바와 같이, 각각, PTC 요소의 주표면으로부터 바깥을 향하여 연장 형성되는 연장 형성부(8, 10)를 가진다. 바람직하게는, 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)의 연장 형성부(8, 10)는, PTC 요소의 주표면으로부터 각각 역방향(180°를 이루는 방향)으로 연장 형성된다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 태양에 한정되지 않으며, 제1 터미널(4)이 2차 전지 셀에 접속될 수 있고, 또한 제2 터미널이 다른 전기요소에 접속될 수 있는 한, 어느 방향으로 연장 형성되어도 좋다. 예를 들면, 제1 터미널과 제2 터미널은, 90°를 이루도록(직각으로) 배치되어 있어도 좋다. 또한, 제2 터미널은, 1 방향만이 아니라, 2 방향 또는 3 방향으로 연장 형성되어 있어도 좋다.
제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)은, 바람직하게는, 도시한 바와 같이, 연장 형성부(8)를 제외하고, PTC 요소의 주표면 형상에 일치하고, 주표면 전체를 덮도록 배치된다. 그러나, 본 발명은 이와 같은 태양에 한정되지 않으며, 각 터미널은, PTC 요소의 주표면의 일부만을 덮도록 배치되어 있어도 좋다. 또한, 각 터미널은, PTC 요소의 주표면으로부터 보아서, 즉 임의의 방향으로 약간 연장 형성되도록 배치되어 있어도 좋다.
상기 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)의 두께는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.05 mm~3.0 mm, 바람직하게는 0.07~0.30 mm, 더욱 바람직하게는 0.10~0.15 mm이어도 좋다. 또한, 제1 터미널 및 제2 터미널의 두께는, 같아도, 달라도 좋다. 또한, 각 터미널의 두께는, 반드시 균일할 필요는 없으며, 달라도 좋다.
예를 들면, 제1 터미널의 길이는, 10~200 mm, 바람직하게는 20~140 mm, 더욱 바람직하게는 30~80 mm일 수 있다. 또한, 제2 터미널의 길이는, 5~100 mm, 바람직하게는 7~50 mm, 더욱 바람직하게는 10~30 mm일 수도 있다.
상기 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)의 길이는, 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 터미널의 길이는, 본 발명의 취출 전극을 배치하는 2차 전지의 크기, 종류, PTC 요소와 2차 전지 셀과의 거리 등에 대응하여 적절히 선택할 수 있으며, 제2 터미널의 길이는, 다른 전기요소(예를 들면, 기판)의 크기, 형상, PTC 요소와 다른 전기요소와의 거리 등에 대응하여 적절히 선택할 수 있다.
상기 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)을 구성하는 재료는, 같아도, 또는 달라도 좋다. 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)을 구성하는 재료로서는, 도전성 재료라면 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 도전성 금속 재료, 구체적으로는 니켈, 알루미늄, 스테인리스, 철, 구리, 주석, 티탄, 혹은 이러한 금속의 합금을 들 수 있다.
상기 제1 터미널(4) 및 제2 터미널(6)은, 각각, 1종의 금속으로만 형성되어 있어도 좋으며, 복수의 금속으로 형성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 상기 제1 터미널 및 제2 터미널은, 2종 또는 그 이상의 금속층을 서로 붙인 다층 구조를 가지고 있어도 좋다. 예를 들면, 제1 터미널 및 제2 터미널은, 이른바 클래드재이어도 좋고, 또한, 표면에 도금층을 가지고 있어도 좋다. 다층 구조는, 각 터미널의 전체에 존재하여도 좋고, 일부에만 존재하여도 좋다. 이와 같이 각 터미널을 다층 구조로 함으로써, 예를 들면 각 터미널과 PTC 소자(PTC 요소의 양 주표면 상에 얇은 층 금속 전극을 가짐)와의 접합이 용이하게 된다.
바람직하게는, 제1 터미널(4)은, 2차 전지 셀의 내부 전극 또는 집전체의 재료와 같은 재료이다. 일 태양에 있어서, 제1 터미널(4)을 구성하는 재료는, 알루미늄이어도 좋다. 제1 터미널(4)을 구성하는 재료로서 알루미늄을 이용함으로써, 제1 터미널(4)을 접속하는 2차 전지 셀의 내부 전극 또는 집전체를 구성하는 재료가 알루미늄인 경우에, 취출 전극(1a)과 내부 전극 또는 집전체와의 전기적인 접속이 용이하게 된다. 또한, 다른 태양에 있어서, 제1 터미널(4)을 구성하는 재료는, 니켈이어도 좋다. 제1 터미널(4)을 구성하는 재료로서 니켈을 이용함으로써, 본 발명의 전극을 음극으로서 이용할 때에, 전극과, 2차 전지 셀의 내부 전극 또는 집전체와의 전기적인 접속이 용이하게 된다.
바람직한 태양에 있어서, 제2 터미널(6)의 재료는, 다른 전기요소의 2차 전지와의 접속 개소의 재료와 같은 재료이다. 제2 터미널(6)의 재료와, 다른 전기요소의 접속 개소의 재료를 같게 함으로써, 취출 전극(1a)과 다른 전기요소와의 전기적인 접속이 용이하게 된다.
다른 바람직한 태양에 있어서,제2 터미널(6)을 구성하는 재료는, 다른 취출 전극(즉, 본 발명의 취출 전극이 양극으로서 이용되는 경우는 음극의 취출 전극, 본 발명의 취출 전극이 음극으로서 이용되는 경우는 양극의 취출 전극)의 재료와 같은 재료일 수 있다. 예를 들면, 다른 취출 전극이 니켈로 구성되어 있는 경우, 본 발명의 취출 전극(1a)의 제2 터미널(6)은, 니켈로 구성된다.
이와 같이 제2 터미널과 다른 취출 전극의 재료를 같게 함으로써, 양극 및 음극의 취출 전극을 기판 등 다른 전기요소에 접속할 때에, 다른 전기요소에 대한 접속이 용이하게 된다. 예를 들면, 다른 전기요소가 인쇄기판인 경우, 취출 전극의 접속 개소(예를 들면 패드)의 표면은, 통상, 한 종류의 금속에 의하여 구성된다. 즉, 2차 전지의 양극과 음극에서 재료가 다른 경우에는, 적어도 일측의 재료가, 기판의 접속 개소의 재료와 달라도 좋으며, 다른 종류의 금속 간에서의 접속이 필요하게 된다. 구체적으로는, 양극이 알루미늄이고, 음극이 니켈이며, 기판의 접속 개소의 재료가 니켈인 경우에는, 양극과 기판과의 접속이 다른 종류의 금속 간의 접속이 되기 때문에, 용접이 곤란하게 되는 등의 문제가 생기며, 다양한 방법을 강구할 필요가 있게 된다. 제2 터미널과 다른 취출 전극의 재료를 같게 함으로써, 이와 같은 문제를 회피할 수 있으며, 다른 전기 요소에 대한 접속이 용이하게 된다.
상기와 같이 본 발명의 취출 전극은, 제1 터미널(4)과 제2 터미널(6)에서 다른 재료를 이용할 수 있으므로, 제1 터미널(4)은, 2차 전지 셀에 대응한 재료를 사용하고, 제2 터미널(6)은, 기판에 대응한 재료를 사용할 수 있는 점에서 유리하다.
따라서, 본 발명의 취출 전극(1a)은, 리튬 이온 폴리머 2차 전지, 특히 양극의 내부 전극 또는 집전체가 알루미늄이며, 음극의 내부 전극 또는 집전체가 니켈인 리튬 이온 폴리머 2차 전지의 취출 전극으로서 적절히 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 취출 전극(1a)은, 양극 및 음극중 어느 쪽에 있어서도 취출 전극이 필요한 파우치 형의 2차 전지에 있어서 적절히 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명은, 본 발명의 취출 전극을 가지고 이루어지는 2차 전지를 제공할 것이다.
본 발명의 2차 전지는, 특히 한정되지 않고, 리튬 이온 폴리머 2차 전지, 리튬 이온 2차 전지, 알칼리 2차 전지 등일 수 있지만, 바람직하게는 리튬 이온 폴리머 2차 전지이다.
본 발명의 일 태양의 리튬 이온 폴리머 2차 전지(11, 이하, 간단히 '2차 전지(11)'라고 함)를 기판(12)에 전기적으로 접속한 상태를 도 3에 나타낸다. 본 발명의 리튬 이온 폴리머 2차 전지(11)는, 셀(14), 양극으로서의 본 발명의 취출 전극(1a) 및 음극(16)을 가지고 이루어진다. 2차 전지 팩의 내부에는, 통상, 복수의 2차 전지 셀이 적층되어 있다. 2차 전지(11)에 있어서, 취출 전극(1a)의 제1 터미널(4)은, 셀(14) 내부의 2차 전지 셀의 내부 전극 또는 집전체에 전기적으로 접속되어 있다. 취출 전극(1a)의 제2 터미널(6)은, 용접 탭(18)을 통하여, 기판(12)에 전기적으로 접속되어 있다(그리고, 기판상의 배선 등은 생략한다).
이러한 태양에 있어서, 본 발명의 2차 전지(11)는, 양극의 취출 전극으로서 상기한 본 발명의 취출 전극(1a)을 가진다. 리튬 이온 폴리머 2차 전지에서는, 2차 전지 셀의 내부 전극 및 집전체는 알루미늄을 주성분으로 하는 재료로 구성되는 것이 바람직하며, 이 경우, 취출 전극과 양극 집전체와의 용접을 용이하게 하기 위하여, 취출 전극의 양극 집전체와의 접속부는, 알루미늄으로 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 종래와 같이 취출 전극 전체가 알루미늄인 경우(예를 들면, 도 4의 태양), 접속 개소가 알루미늄 이외인 기판 등의 다른 전기요소와의 접속이 다른 종류 금속 사이의 접속이 되기 곤란한 경우가 있다. 이와 같은 문제가 생긴 경우에는, 도 4와 같이, 니켈 탭(44)에서 양극(34)을 밀착 지지하도록 하여 용접하는 등의 방안이 필요하게 된다. 그러나, 양극의 취출 전극으로서 상기한 본 발명의 취출 전극(1a)을 이용함으로써, 2차 전지 셀의 내부 전극 또는 집전체와의 접속부(즉, 제1 터미널)를 알루미늄으로 구성하고, 다른 전기요소와의 접속부(즉, 제2 터미널)를, 다른 전기요소와의 접속에 적절한 다른 재료(예를 들면, 니켈)로 구성하는 것이 가능하게 된다. 즉, 2차 전지 셀과의 접속 및 다른 전기 요소와의 접속 중 어느 것도 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 취출 전극(1a)은, PTC 요소(2)가 가능한 한 셀(14)에 가까운 위치에, 바람직하게는 접촉하도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 취출 전극(1a)의 제1 터미널(4)의 연장 형성부 길이가, 제1 터미널과 집전체와의 접속부로부터, 제1 터미널이 셀로부터 노출되는 개소까지의 길이와, 대략 동일 또는 약간 긴 길이인 것이 바람직하다. 셀에 의하여 가까운 위치에 PTC 요소가 위치함으로써, 2차 전지 셀이 이상 발열했을 때에, 더욱 신속하게 그 열을 감지하고, 동작할 수 있게 된다. 그러나, 본 발명은 이러한 태양에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 PTC 요소(2)가, 기판 가까이, 또는 기판 상에 위치하여도 좋다.
본 발명의 2차 전지는, 취출 전극이 PTC 요소를 가지므로, 2차 전지 자체가, 과전류 및 이상 발열에 대한 보호 기능을 가지며, 또한, PTC 요소를 2차 전기 셀에 가까운 위치로 배치할 수 있기 때문에, 특히 이상 발열에 대하여 양호한 보호 기능을 발휘할 수 있다. 아울러, 취출 전극의 제2 터미널의 재료를 임의로 설정할 수 있으므로, 다른 전자요소에 대한 접속이 용이하게 된다.
본 발명의 전극은, PTC 요소의 일측의 주표면에 제1 터미널을 접속하고, 타측의 주표면에 제2 터미널을 전기적으로 접속함으로써 제조된다. PTC 요소의 주표면과, 제1 터미널 또는 제2 터미널과의 접속 방법은, 이것들을 전기적 또는 기계적으로 접속할 수 있는 방법이라면 특히 한정되지 않으며, 예를 들면 각 터미널과 PTC 요소를 열압착하여도 좋고, 혹은, 도전성 접착제 등의 접속 재료를 이용하여 양자를 접속하여도 좋다. 바람직한 태양에 있어서, PTC 요소의 양 주표면에 얇은 층 금속 전극을 가지는 이른바 PTC 소자를 이용하여, 이러한 PTC 소자의 층 형상 금속 전극과, 제1 터미널 또는 제2 터미널을, 납땜 재료, 도전성 접착제, 도전성 페이스트, 은 땜질(silver solder) 재료 등의 접속 재료를 이용하여 접속하여도 좋으며, 혹은, 용접에 의하여 양자를 접속하여도 좋다. PTC 요소의 주표면과, 제1 터미널 및 제2 터미널과의 접속은, 동시에 이루어져도 좋고, 순차적으로 이루어져도 좋다.
이상, 본 발명의 전극 및 그것을 가지고 이루어지는 2차 전지에 관하여 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 다양한 개량 변경이 가능하고, 예를 들면 본 발명의 전극은, 2차 전지 이외의 전지장치의 전극으로서도 사용할 수 있다.
예를 들면, 제2의 실시 형태인 취출 전극(1b)을 도 5에 나타낸다. 취출 전극(1b)에 있어서, 제2 터미널(6)은, PTC 요소(2)로부터, 제1 터미널(4)과 대략 직각을 이루는 방향으로 연장 형성된다. 제1 터미널(4)과 제2 터미널(6)이 이루는 각도는, 대략 직각이며, 즉 완전히 직각일 필요는 없으며, 예를 들면 75~105°, 바람직하게는 80~100°, 더욱 바람직하게는 85~95°이어도 좋다. 전극(1b)은, 제2 터미널의 연장 형성 방향 이외는, 상기한 제1의 실시 형태와 같은 형태의 구성을 가질 수 있다,
제3의 실시 형태인 취출 전극(1c)을 도 6에 나타낸다. 취출 전극(1c)에 있어서, 제2 터미널(6)은, PTC 요소(2)로부터, 2 방향으로 연장 형성되어 있다. 각 방향으로 연장 형성된 제2 터미널(6)은, 각각, 제1 터미널(4)과 대략 직각을 이루는 방향으로 연장 형성되어 있다. 각 방향으로 연장 형성된 제2 터미널(6)이, 각각, 제1 터미널(4)과 이루는 각도는, 대략 직각이며, 즉 완전히 직각일 필요는 없으며, 예를 들면 75~105°, 바람직하게는 80~100°, 더욱 바람직하게는 85~95°이어도 좋다. 전극(1c)은, 제2 터미널의 연장 형성 방향 이외는, 상기한 제1의 실시 형태와 같은 형태의 구성을 가질 수 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 제2 터미널의 2 개의 연장 형성부는, 제1 터미널에 대하여, 직각을 이루도록 연장 형성되어 있으나, 이것이 한정되지 않으며, 각각 임의의 방향으로 연장 형성되어 있어도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 터미널의 연장 형성 방향은, 서로 역방향이자만, 이것에 한정되지 않고, 어느 방향으로 연장 형성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 제2 터미널의 연장 형성부의 하나는, 제1 터미널에 대하여 직각으로 연장 형성되고, 타측의 연장 형성부는, 제1 터미널에 대하여, 역방향(180°를 이루는 방향)으로 연장 형성되어 있어도 좋다. 즉, 제2 터미널은, 직선 형상이 아니라, 꺾여 구부러진 형상, 상기의 경우에서는, 직각으로 꺾어 구부러진 형상이어도 좋다.
제4의 실시 형태인 취출 전극(1d)을 도 7에 나타낸다. 취출 전극(1d)은,
PTC 요소와,
PTC 요소의 일측의 주표면 상의 일부에 배치되고, 일 방향으로 연장 형성된 제1 터미널과,
상기 주표면상의 다른 일부에, 제1 터미널과 이격하도록 배치되고, 제1 터미널과는 다른 방향으로 연장 형성된 제2 터미널을 가지고 이루어진다. 전극(1d)은, 제1 터미널 및 제2 터미널 양측이, PTC 요소의 같은 주표면 상에 존재하는 것 이외는, 상기한 제1의 실시 형태와 같은 형태의 구성을 가질 수 있다. 또한, 상기한 제2 및 제3의 실시 형태와 같은 형태로, 제2 터미널이 연장 형성되어 있어도 좋다. 아울러, 이러한 태양에 있어서, PTC 요소(2)가, 제1 및 제2 터미널이 접속되는 주표면 상에 층 형상 금속 전극을 가지는 경우, 제1 터미널(4)과 PTC 요소(2) 사이에 있는 층 형상 금속 전극과, 제2 터미널(6)과 PTC 요소(2) 사이에 있는 층 형상 금속 전극과는, 이격되는 것에 주의할 필요가 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 취출 전극은, 다양한 2차 전지의 취출 전극으로서, 적절히 이용될 수 있다.
1a, 1b, 1c, 1d...취출 전극
2...PTC 요소
4...제1 터미널
6...제2 터미널
8...제1 터미널의 연장 형성부
10...제2 터미널의 연장 형성부
11...리튬 이온 폴리머 2차 전지
12...기판
14...셀
16...음극
18...용접 탭
32...셀
34...음극
36...양극
38...PTC 소자
40...기판
42...용접 탭
44...용접 탭

Claims (22)

  1. 전기장치의 전극에 있어서,
    PTC 요소와,
    PTC 요소의 일측 주표면 상에 배치되고, 일 방향으로 연장 형성된 제1 터미널과,
    PTC 요소의 타측 주표면 상에 배치되고, 제1 터미널과는 다른 방향으로 연장 형성된 제2 터미널을 가지고 이루어진 전극.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소를 기준으로, 제1 터미널과 역방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극.
  3. 청구항 1에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소를 기준으로, 제1 터미널과 대략 직각을 이루는 방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소로부터 2 방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소로부터 2 방향으로 연장 형성되고, 각 방향에 연장 형성된 제2 터미널이, 각각, 제1 터미널과 대략 직각을 이루는 방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극.
  6. 전기장치의 전극에 있어서,
    PTC 요소와,
    PTC 요소의 일측 주표면 상의 일부에 배치되고, 일 방향으로 연장 형성된 제1 터미널과,
    상기 주표면 상의 다른 일부에, 제1 터미널과 이격하도록 배치되고, 제1 터미널과는 다른 방향으로 연장 형성된 제2 터미널을 가지고 이루어진 전극.
  7. 청구항 6에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소를 기준으로, 제1 터미널과 역방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극.
  8. 청구항 6에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소를 기준으로, 제1 터미널과 대략 직각을 이루는 방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극,
  9. 청구항 6에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소로부터 2 방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제2 터미널이, PTC 요소로부터 2 방향으로 연장 형성되고, 각 방향으로 연장 형성된 제2 터미널이, 각각, 제1 터미널과 대략 직각을 이루는 방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 전극.
  11. 2차 전지의 취출 전극인, 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 전극.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    PTC 요소의 주표면과, 그 위에 배치된 제1 터미널 또는 제2 터미널 사이에 위치하는 층(層) 형상 금속 전극을 더 가지는 것을 특징으로 하는, 전극.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 터미널은 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전극.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 터미널은 알루미늄으로 형성되고, 제2 터미널은 니켈로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전극.
  15. 2차 전지의 양극으로서 이용되는 것을 특징으로 하는, 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 전극.
  16. 청구항 15에 있어서,
    2차 전지는, 리튬 이온 폴리머 2차 전지인 것을 특징으로 하는, 전극.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    2차 전지는 파우치 형인 것을 특징으로 하는, 전극.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한항에 기재된 전극을 가지고 이루어지는 2차 전지.
  19. 청구항 18에 있어서,
    리튬 이온 폴리머 2차 전지인 2차 전지.
  20. 청구항 18 또는 청구항 19에 있어서,
    청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 전극은, 2차 전지의 양극으로서 이용되고 있는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
  21. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 터미널은 알루미늄으로 형성되고, 제2 터미널은 니켈로 형성되는, 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 전극이 양극으로서 이용되고, 니켈로 형성되는 다른 전극이 음극으로서 이용되고 있는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
  22. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 전극의 제조 방법에 있어서, PTC 요소의 주표면에, 제1 터미널 및 제2 터미널을, 순차 또는 동시에 전기적 또는 기계적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 방법.
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