KR20180029906A - 전지 - Google Patents

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Abstract

(과제) 집전용의 탭의 연장 돌출 방향의 길이를 길게 하는 일 없이, 탭을 끌어 모을 때의 전극의 어긋남을 효과적으로 억제할 수 있는 전지를 제공한다.
(해결 수단) 본 발명에 관한 전지는, 집전용 탭(26, 36)을 구비하는 전극과, 전극이 적층 방향으로 반복 적층되어 구성된 전극체(10)와, 반복 적층된 전극의 탭(26)이 적층 방향으로 쌓은 탭군(28, 38)을 구비한다. 탭군(28, 38)에 포함되는 제 1 탭(26, 36)은, 활물질층으로부터 연장 돌출된 연장 돌출부(26a, 36a)와, 연장 돌출부(26a, 36a)의 연장 돌출 방향(A)에 대하여 직교 또는 예각으로 교차하는 방향으로 연장되는 교차부(26b, 36b)를 가지고 있다. 교차부(26b, 36b)가 적층 방향으로 끌어 모아져, 그 끌어 모인 부위에 집전 단자(70, 72)가 접합되어 있다.

Description

전지{BATTERY}
본 발명은, 전지에 관한 것이다. 상세하게는, 정부(正負)의 전극이 세퍼레이터를 개재하여 번갈아 적층된 전극체를 구비하는 전지에 관한 것이다.
최근, 리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지 등의 전지는, 차량 탑재용 전원, 또는 퍼스널 컴퓨터 및 휴대 단말의 전원으로서 바람직하게 이용되고 있다. 특히, 리튬 이온 이차 전지는, 경량으로 고에너지 밀도가 얻어지는 점에서, 차량 탑재용의 고출력 전원 또는 전력 저장 시스템의 전원 등으로서의 중요성이 점점 높아지고 있다. 이 종류의 전지의 하나로서, 정부의 전극이 세퍼레이터를 개재하여 번갈아 적층된 전극체를 구비하는 전지 구조가 알려져 있다.
예를 들면, 도 11에 나타나는 전지(1)는, 활물질층(2)과 당해 활물질층(2)으로부터 연장 돌출된 집전용의 탭(6)을 구비하는 정부의 전극이 세퍼레이터를 개재하여 번갈아 반복 적층된 전극체(3)와, 집전 단자(4, 5)를 구비하고 있다. 전극체(3)는, 반복 적층된 정부의 전극의 활물질층(2)으로부터 돌출된 형상의 탭(6)이 동일 극성끼리 전극체(3)의 적층 방향으로 끌어 모인(묶인) 탭군(7, 8)을 가지고 있다. 이러한 탭군(7, 8)에는 집전 단자(4, 5)가 용접 등에 의해 장착되고, 당해 집전 단자(4, 5)를 개재하여 전극 단자(도시하지 않음)와 전극체(3)가 전기적으로 접속되어 있다. 이 종류의 전지 구조에 관한 기술문헌으로서 특허문헌 1을 들 수 있다.
일본국 공개특허 특개2016-110892호 공보
상기한 바와 같이 구성된 전지(1)에 있어서는, 활물질층(2)으로부터 연장 돌출된 집전용 탭(6)의 탭군(7, 8)을 전극체(3)의 적층 방향으로 끌어 모을 때에, 각탭(6)에 가해지는 텐션(장력)에 의해 전극이 탭(6)의 연장 돌출 방향(A)으로 잡아당겨지는 경우가 있다. 특히, 끌어 모은 위치(묶은 위치)로부터 먼 측의 탭은, 끌어 모은 위치에 가까운 측의 탭보다도 큰 텐션이 부여된다. 그 때문에, 끌어 모은 위치로부터 먼 측의 전극이 끌어 모은 위치에 가까운 측의 전극보다도 탭(6)의 연장 돌출 방향(A)으로 크게 튀어 나오고, 전극이 어긋날 가능성이 있다. 이러한 전극의 어긋남을 억제하기 위해, 탭의 연장 돌출 방향의 길이를 충분히 길게 하여 상기 텐션을 완화하는 방법이 생각되지만, 탭의 연장 돌출 방향의 길이를 길게 하면, 당해 탭이 배치되는 공간은 전극으로서 기능하지 않는 불필요한 공간이 되기 때문에, 전지의 에너지 밀도의 저하를 초래하는 것이 우려된다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은, 집전용의 탭의 연장 돌출 방향의 길이를 길게 하는 일 없이, 탭을 끌어 모을 때의 전극의 어긋남을 효과적으로 억제할 수 있는 전지를 제공하는 것이다.
본 발명에 의해 제공되는 전지는, 활물질층과, 당해 활물질층으로부터 연장 돌출된 집전용의 탭을 구비하는 정부의 전극과, 상기 정부의 전극이 세퍼레이터를 개재하여 적층 방향으로 번갈아 반복 적층되어 구성된 전극체와, 상기 반복 적층된 정부의 전극의 상기 탭이 동일 극성끼리 상기 적층 방향으로 쌓은 탭군과, 상기 탭군에 접속된 집전 단자를 구비한다. 상기 탭군은, 상기 집전용 탭으로서, 적어도 제 1 탭을 포함한다. 상기 제 1 탭은, 상기 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 상기 활물질층으로부터 연장 돌출된 연장 돌출부와, 당해 연장 돌출부의 연장 돌출 방향에 대하여 직교 또는 예각으로 교차하는 방향으로 당해 연장 돌출부로부터 연장된 교차부를 가지고 있다. 그리고, 상기 제 1 탭의 교차부가 상기 적층 방향으로 끌어 모아지고, 그 끌어 모인 부위에 상기 집전 단자가 접합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 탭군을 구성하는 제 1 탭의 교차부를 전극체의 적층 방향으로 끌어 모을 때에, 제 1 탭에 가해지는 텐션(장력)이 연장 돌출 방향(탭이 활물질층으로부터 연장 돌출되는 방향)으로 작용하기 어렵다. 그 때문에, 탭군을 끌어 모아 집전 단자를 접합할 때에 정부의 전극이 상기 연장 돌출 방향으로 잡아당겨져서 튀어 나오는 사상(事象)이 억제된다. 이에 따라, 탭의 연장 돌출 방향의 길이를 길게 하는 일 없이, 전극의 어긋남을 억제할 수 있다.
여기에 개시되는 전지의 적합한 일 태양에서는, 상기 탭군은, 상기 집전용 탭으로서, 상기 적층 방향의 중앙측에 배치된 제 2 탭을 추가로 포함한다. 상기 제 2 탭은, 상기 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 상기 활물질층으로부터 상기 연장 돌출 방향으로 연장 돌출된 연장 돌출부로서, 당해 연장 돌출 방향에 직교하는 방향에 있어서의 폭이 상기 제 1 탭의 연장 돌출부의 폭보다도 큰 연장 돌출부를 가지고 있다. 그리고, 상기 제 2 탭의 연장 돌출부와 상기 제 1 탭의 교차부가 상기 적층 방향의 중앙측에 끌어 모아지고, 그 끌어 모인 부위에 상기 집전 단자가 접합되어 있다. 이와 같이 하면, 진동 등에 의해 탭군에 외력이 가해진 경우에도 탭군이 파손되는 것을 억제하면서, 전극의 어긋남을 억제할 수 있다.
여기에 개시되는 전지의 적합한 일 태양으로서는, 상기 탭군은, 상기 집전용 탭으로서, 상기 적층 방향의 일단측에 배치된 제 2 탭을 추가로 포함한다. 상기 제 2 탭은, 상기 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 상기 활물질층으로부터 상기 연장 돌출 방향으로 연장 돌출된 연장 돌출부로서, 당해 연장 돌출 방향에 직교하는 방향에 있어서의 폭이 상기 제 1 탭의 연장 돌출부의 폭보다도 큰 연장 돌출부를 가지고 있다. 그리고, 상기 제 2 탭의 연장 돌출부와 상기 제 1 탭의 교차부가 상기 적층 방향의 일단측에 끌어 모아지고, 그 끌어 모인 부위에 상기 집전 단자가 접합되어 있다. 이와 같이 하면, 진동 등에 의해 탭군에 외력이 가해진 경우에도 탭군이 파손되는 것을 억제하면서, 전극의 어긋남을 억제할 수 있다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 이차 전지를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는, 일 실시 형태에 관한 전극체를 구성하는 정극, 부극, 및 세퍼레이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 도 2의 정극 시트의 요부(要部)를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 4는, 집전 단자를 접합하기 전의 전극체를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 집전 단자를 접합한 후의 전극체를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은, 다른 실시 형태에 관한 전극체를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 도 6의 정극 시트의 요부를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 8은, 다른 실시 형태에 관한 전극체를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 다른 실시 형태에 관한 정극 시트의 요부를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 10은, 다른 실시 형태에 관한 이차 전지를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은, 종래의 전극체를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항으로서 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들면, 본 발명을 특징짓지 않는 전극체의 일반적인 구성 및 제조 프로세스)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 의거하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 발명은, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 의거하여 실시할 수 있다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 동일한 작용을 가져오는 부재·부위에는 동일한 부호를 붙여서 설명하고 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명을 리튬 이온 이차 전지에 적용하는 경우를 설명하지만, 본 발명의 적용 대상을 한정하는 의도는 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 「이차 전지」는, 반복 충방전 가능한 축전 디바이스 일반을 말하고, 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 전지 등의 축전지나, 전기 이중층 커패시터 등의 축전 소자를 포함하는 용어이다. 또한, 본 명세서에 있어서 「리튬 이온 이차 전지」는, 전하 담체로서 리튬 이온을 이용하고, 정부 극간에 있어서의 리튬 이온에 수반하는 전하의 이동에 의해 충방전이 실현되는 이차 전지를 말한다.
<제 1 실시예>
도 1은, 일 실시 형태에 관한 리튬 이온 이차 전지(100)의 내부를 나타내는 단면 모식도이다. 도 2는, 전극체(10)를 구성하는 정극(20), 부극(30), 및 세퍼레이터(40)에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도면 중의 부호 W는 전지의 폭 방향을 나타내고, 부호 D는 전지의 두께 방향을 나타내고, 부호 H는 전지의 높이 방향을 나타내고 있다. 단, 이들은 설명의 편의상의 방향에 지나지 않으며, 리튬 이온 이차 전지(100)의 설치 태양을 하등 한정하는 것은 아니다.
리튬 이온 이차 전지(100)는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 전지 케이스(50)와, 전극체(10)와, 전해질(60)과, 집전 단자(70, 72)를 구비하고 있다.
전지 케이스(50)는, 전극체(10)와 전해질(60)과 집전 단자(70, 72)를 수용하는 용기이다. 본 실시 형태에 있어서, 전지 케이스(50)는, 바닥이 있는 각형(직방체 형상)의 외형을 가지고 있다. 전지 케이스(50)는, 상단에 개구부를 가지는 편평한 바닥이 있는 케이스 본체(52)와, 케이스 본체(52)의 개구부를 막는 덮개체(54)를 구비하고 있다. 전지 케이스(50)의 재질은, 예를 들면, 알루미늄이나 스틸 등의 금속 재료이다.
전지 케이스(50)의 상면, 즉 덮개체(54)에는, 외부 접속용의 정극 단자(80)와 부극 단자(82)가 돌출되어 있다. 정극 단자(80)는, 전극체(10)의 정극(20)과 전기적으로 접속되어 있다. 부극 단자(82)는, 전극체(10)의 부극(30)과 전기적으로 접속되어 있다. 덮개체(54)에는 또한 안전 밸브(56)와 주액 구멍(58)이 설치되어 있다. 안전 밸브(56)는, 전지 케이스(50)의 다른 부분보다도 박육하게 형성되어 있다. 안전 밸브(56)는, 전지 케이스(50)의 내압을 개방시키기 위한 것이다. 주액 구멍(58)은, 액상의 전해질(전해액)을 주입하기 위한 것이다. 주액 구멍(58)은, 캡이 장착되고, 기밀하게 밀봉되어 있다.
전지 케이스(50)의 내부에는, 전극체(10)와 전해질(60)과 집전 단자(70, 72)가 수용되어 있다. 전극체(10)는, 여기에서는 적층형의 전극체(적층 전극체)이다. 전극체(10)는, 직사각 형상의 정극 시트(20)와 직사각 형상의 부극 시트(30)를, 각각 복수매 구비하고 있다. 정극 시트(20)와 부극 시트(30)는, 세퍼레이터(40)를 개재하여 절연된 상태로 쌓여 있다. 전극체(10)의 적층 방향은, 여기에서는 두께 방향(D)이다.
정극 시트(20)는, 정극 집전체(22)와, 그 표면에 형성된 정극 활물질층(24)을 구비하고 있다. 정극 집전체(22)에는, 예를 들면, 정극에 적합한 금속박이 적합하게 사용될 수 있다. 이 실시 형태에서는, 정극 집전체(22)로서, 알루미늄박이 이용되고 있다. 도시예에서는, 정극 활물질층(24)은, 정극 집전체(22)의 양면에 유지되어 있다. 또한, 폭 방향(W)에 있어서, 정극 활물질층(24)은 정극 집전체(22)의 전체 폭과 동일한 폭으로 형성되어 있다.
정극 활물질층(24)에는, 정극 활물질이나 도전재나 바인더가 포함되어 있다. 정극 활물질에는, 종래로부터 리튬 이온 이차 전지에 이용되는 물질의 일종 또는 이종 이상을 특별히 한정 없이 사용할 수 있다. 일 예로서, LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2(리튬 니켈 코발트 망간 복합 산화물), LiNiO2(리튬 니켈 복합 산화물), LiCoO2(리튬 코발트 복합 산화물) 등의 일반식 LiMeO2(Me는, Ni, Co, Mn 등의 천이 금속 원소 중 적어도 일종을 포함한다.)로 나타나는 층 형상 구조의 리튬 천이 금속 복합 산화물이 이용된다. 정극 활물질층(24)은, 전술한 정극 활물질의 외에, 아세틸렌 블랙(AB) 등의 도전재나, 폴리불화 비닐리덴(PVDF), 스틸렌부타디엔 러버(SBR) 등의 바인더를 함유할 수 있다.
정극 시트(20)는, 정극 활물질층(24)이 형성되어 있지 않으며, 정극 활물질층(24)이 형성되어 있는 부분보다도 위쪽으로 돌출된 돌출 부분(26)을 가지고 있다. 이 돌출 부분(26)은, 정극 활물질층(24)이 형성되어 있지 않기 때문에, 정극 집전체(22)가 노출되어 있다. 이 돌출 부분(26)에 의해, 집전용의 탭(26)이 형성되어 있다. 집전용의 탭(26)은, 정극 활물질층(24)의 단부로부터 연장 돌출되어 있다.
도 3은, 도 2의 정극 시트(20)의 요부를 모식적으로 나타내는 정면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 집전용 탭(26)은, 전극체(10)의 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 연장 돌출부(26a)와, 교차부(26b)를 가지고 있다. 연장 돌출부(26a)는, 정극 활물질층(24)으로부터 연장 돌출된 부위이다. 이 실시 형태에서는, 연장 돌출부(26a)는, 정극 활물질층(24)의 단부(24a)로부터 높이 방향(H)을 따라 덮개체(54)(도 1)를 향하여 연장되어 있다. 교차부(26b)는, 연장 돌출부(26a)가 정극 활물질층(24)으로부터 연장 돌출되는 방향(연장 돌출 방향)(A)에 대하여 직교(즉 직각으로 교차)하는 방향으로 당해 연장 돌출부(26a)로부터 연장된 부위이다. 연장 돌출 방향(A)에 대하여 직교하는 방향은, 여기에서는 폭 방향(W)이다. 또한, 교차부(26b)는, 정극 집전 단자(70)(도 1)가 접합되는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 연장 돌출 방향(A)에 대하여 직교하는 방향(여기서는 폭 방향(W))에 있어서, 교차부(26b)의 폭(Wb)은, 정극 집전 단자(70)와의 접합 면적을 적합하게 확보하는 관점에서, 대체로 5㎜ 이상, 바람직하게는 10㎜ 이상일 수 있다. 또한, 연장 돌출 방향(A)에 대하여 직교하는 방향(여기서는 폭 방향(W))에 있어서, 연장 돌출부(26a)의 폭 방향(W)의 폭(Wa)은, 집전용 탭(26)의 강도나 집전 성능 등의 관점에서, 대체로 10㎜ 이상, 바람직하게는 20㎜ 이상으로 할 수 있다.
이 실시 형태에서는, 교차부(26b)와 정극 활물질층(24)의 단부(24a)의 사이에 컷아웃(27)이 형성되어 있다. 이 컷아웃(27)에 의해, 교차부(26b)와 정극 활물질층(24)의 사이가 격리되고, 교차부(26b)를 끌어 모을 때에 탭(26)에 가해지는 텐션(장력)이 탭(26)의 연장 돌출 방향(A)으로 작용하기 어렵게 되어 있다. 연장 돌출 방향(A)(여기서는 높이 방향(H))에 있어서, 컷아웃(27)의 길이(Ha)는, 교차부(26b)의 길이(Hb)보다도 작다. 전지 케이스 내에서의 전극체의 점유율을 높여 전지를 고에너지 밀도화하는 관점에서는, 컷아웃(27)의 연장 돌출 방향(A)의 길이(Ha)는, 대체로 3㎜ 이하, 바람직하게는 2㎜ 이하일 수 있다. 컷아웃(27)의 길이(Ha)의 하한은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 컷아웃(27)의 길이(Ha)는 0㎜, 즉 교차부(26b)와 정극 활물질층(24)의 사이의 정극 집전체(22)에 절입(절단 눈금)이 들어간 상태이면 된다. 교차부(26b)의 연장 돌출 방향(A)의 길이(Hb)는, 정극 집전 단자(70)의 접합 면적을 적합하게 확보하는 관점에서, 대체로 3㎜ 이상, 바람직하게는 5㎜ 이상일 수 있다. 교차부(26b)의 길이(Hb)의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 전지 케이스 내에서의 전극체의 점유율을 높여 전지를 고에너지 밀도화하는 관점에서는, 교차부(26b)의 길이(Hb)는, 대체로 15㎜ 이하, 바람직하게는 10㎜ 이하일 수 있다.
부극 시트(30)는, 도 1∼도 3에 나타내는 바와 같이, 부극 집전체(32)와, 그 표면에 형성된 부극 활물질층(34)을 구비하고 있다. 부극 집전체(32)에는, 예를 들면, 부극에 적합한 금속박이 적합하게 사용될 수 있다. 이 실시 형태에서는, 부극 집전체(32)로서, 구리박이 이용되고 있다. 도시예에서는, 부극 활물질층(34)은, 부극 집전체(32)의 양면에 유지되어 있다. 또한, 폭 방향(W)에 있어서, 부극 활물질층(34)은 부극 집전체(32)의 전체 폭과 동일한 폭으로 형성되어 있다.
부극 활물질층(34)에는, 부극 활물질이나 증점제나 바인더 등이 포함되어 있다. 부극 활물질로서는, 종래로부터 리튬 이온 이차 전지에 이용되는 물질의 일종 또는 이종 이상을 특별히 한정없이 사용할 수 있다. 일 예로서, 그라파이트 카본, 어모퍼스 카본 등의 탄소계 재료, 리튬 천이 금속 산화물, 리튬 천이 금속 질화물 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 부극 활물질의 외에, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스틸렌부타디엔 러버(SBR) 등의 바인더나, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 증점제를 첨가할 수 있다.
부극 시트(30)는, 부극 활물질층(34)이 형성되어 있지 않으며, 부극 활물질층(34)이 형성되어 있는 부분보다도 위쪽으로 돌출된 돌출 부분(36)을 가지고 있다. 이 돌출 부분(36)은, 부극 활물질층(34)이 형성되어 있지 않기 때문에, 부극 집전체(32)가 노출되어 있다. 이 돌출 부분(36)에 의해, 집전용의 탭(36)이 형성되어 있다. 부극측의 집전용 탭(36)은, 부극 활물질층(34)의 단부로부터 연장 돌출되어 있다. 또한, 부극측의 집전용 탭(36)은, 전술한 정극측의 집전용 탭(26)과는 폭 방향(W)의 상이한 위치에 있어서, 부극 활물질층(34)의 단부로부터 연장 돌출되어 있다. 부극측의 집전용 탭(36)은, 전술한 정극측의 집전용 탭(26)과 동일하게, 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 부극 활물질층(34)으로부터 연장 돌출된 연장 돌출부(36a)와, 당해 연장 돌출부(36a)의 연장 돌출 방향(A)에 대하여 직교하는 방향으로 당해 연장 돌출부(36a)로부터 연장된 교차부(36b)를 가지고 있다. 부극측의 집전용 탭(36)의 상세한 치수 등의 구성은, 전술한 정극측의 집전용 탭(26)과 동일하게 때문에, 중복된 설명은 생략한다.
세퍼레이터(40)는, 정극 시트(20)와 부극 시트(30)를 가로막는 부재이다. 이 예에서는, 세퍼레이터(40)는, 미소한 구멍을 복수 갖는 소정폭의 시트재로 구성되어 있다. 세퍼레이터(40)에는, 예를 들면, 다공질 폴리올레핀계 수지로 구성된 단층 구조의 세퍼레이터 또는 적층 구조의 세퍼레이터를 이용할 수 있다.
전극체(10)는, 전술한 바와 같이, 복수매의 정극 시트(20), 복수매의 부극 시트(30) 및 복수매의 세퍼레이터(40)를 적층하여 형성되어 있다. 구체적으로는, 정극 시트(20)와 부극 시트(30)가 세퍼레이터(40)를 개재하여 적층 방향(여기에서는 두께 방향(D))으로 번갈아 반복 복수 적층되어 구성되어 있다. 또한, 전극체(10)는, 정극 활물질층(24)과 부극 활물질층(34)이 세퍼레이터(40)를 개재하여 겹쳐지는 적층부(12)를 가지고 있다. 이 적층부(12)는, 정극 활물질층(24)과 부극 활물질층(34)의 사이에서 세퍼레이터(40)를 개재하여 전하 담체(여기서는 리튬 이온)의 수수가 행해지는 부분이며, 전지(100)의 충방전에 기여하는 부분이다.
도 4는, 집전 단자(70, 72)를 접합하기 전의 전극체(10)를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 5는, 집전 단자(70, 72)를 접합한 후의 전극체(10)를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 반복 적층된 복수의 정극 시트(20)의 집전용 탭(26)이 전극체(10)의 적층 방향(여기에서는 두께 방향(D))에 쌓여, 적층부(12)의 단면(12a)(여기에서는 상면(12a)(도 1))으로부터 돌출되어 있다. 복수의 집전용 탭(26)은, 이들이 적층 방향으로 쌓임으로써, 정극측의 탭군(28)을 구성하고 있다. 또한, 반복 적층된 복수의 부극 시트(30)의 집전용 탭(36)이 전극체(10)의 적층 방향으로 쌓여, 적층부(12)의 단면(12a)으로부터 돌출되어 있다. 복수의 집전용 탭(36)은, 이들이 적층 방향으로 쌓임으로써, 부극측의 탭군(38)을 구성하고 있다.
정극측의 탭군(28)에는, 정극 집전 단자(70)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 정극측의 탭군(28)을 구성하는 집전용 탭(26)의 교차부(26b)가 적층 방향(여기에서는 두께 방향(D))의 일단측에 끌어 모아져, 그 끌어 모인 부위에 정극 집전 단자(70)가 접합(예를 들면 용접)되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 정극측의 집전용 탭(26)의 연장 돌출부(26a)는, 적층 방향의 일단측으로 끌어 모을 수 없다. 그 때문에, 정극측의 집전용 탭(26)의 교차부(26b)를 끌어 모을 때에 탭(26)에 가해지는 텐션(장력)은, 교차부(26b)가 연장 돌출부(26a)로부터 연장되는 방향(직교 방향)에만 작용하고, 연장 돌출부(26a)의 연장 돌출 방향(A)에는 작용하기 어렵다. 이에 따라, 정극측의 탭군(28)이 끌어 모아질 때에 정극 시트(20)가 연장 돌출 방향(A)으로 잡아당겨지는 사상(나아가서는 정극 시트(20)가 연장 돌출 방향(A)으로 튀어 나오는 사상)이 억제되어, 정극 시트(20)의 위치 어긋남이 억제된다. 전극체(10)의 정극 시트(20)는, 정극 집전 단자(70)를 개재하여 정극 단자(80)와 전기적으로 접속되어 있다.
정극측과 동일하게, 부극측의 탭군(38)에는, 부극 집전 단자(72)가 접속되어 있다. 구체적으로는, 부극측의 탭군(38)을 구성하는 집전용 탭(36)의 교차부(36b)가 적층 방향(여기서는 두께 방향(D))의 일단측에 끌어 모아지고, 그 끌어 모은 부위에 부극 집전 단자(72)가 접합(예를 들면 용접)되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 부극측의 집전용 탭(36)의 연장 돌출부(36a)는, 적층 방향의 일단측으로 끌어 모을 수 없다. 그 때문에, 집전용 탭(36)의 교차부(36b)를 끌어 모을 때에 탭(36)에 가해지는 텐션(장력)은, 교차부(36b)가 연장 돌출부(36a)로부터 연장되는 방향(직교 방향)에만 작용하고, 연장 돌출부(36a)의 연장 돌출 방향(A)에는 작용하기 어렵다. 이에 따라, 부극측의 탭군(38)이 끌어 모아질 때에 부극 시트(30)가 연장 돌출 방향(A)으로 잡아당겨지는 사상(나아가서는 부극 시트(30)가 연장 돌출 방향(A)으로 튀어나오는 사상)이 억제되어, 부극 시트(30)의 위치 어긋남이 억제된다. 전극체(10)의 부극 시트(30)는, 부극 집전 단자(72)를 개재하여 부극 단자(82)와 전기적으로 접속되어 있다.
이상과 같이, 리튬 이온 이차 전지(100)는, 도 1∼도 5에 나타내는 바와 같이, 활물질층(24, 34)과, 당해 활물질층(24, 34)으로부터 연장 돌출된 집전용의 탭(26, 36)을 구비하는 정부의 전극(20, 30)과, 정부의 전극(20, 30)이 세퍼레이터(40)를 개재하여 적층 방향으로 번갈아 반복 적층되어 구성된 전극체(10)와, 반복 적층된 정부의 전극(20, 30)의 탭(26, 36)이 동일 극성끼리(즉 정극(20)끼리 및 부극(30)끼리) 적층 방향으로 쌓은 탭군(28, 38)과, 탭군(28, 38)에 접속된 집전 단자(70, 72)를 구비하고 있다. 탭군(28, 38)은, 집전용 탭으로서, 적어도 제 1 탭(26, 36)을 포함한다. 제 1 탭(26, 36)은, 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 활물질층(24, 34)으로부터 연장 돌출된 연장 돌출부(26a, 36a)와, 당해연장 돌출부(26a, 36a)의 연장 돌출 방향에 대하여 직교하는 방향으로 당해 연장 돌출부(26a, 36a)로부터 연장된 교차부(26b, 36b)를 가지고 있다. 그리고, 제 1 탭(26, 36)의 교차부(26b, 36b)가 적층 방향으로 끌어 모아져, 그 끌어 모인 부위에 집전 단자(70, 72)가 접합되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 탭(26, 36)의 교차부(26b, 36b)가 끌어 모일 때에 제 1 탭(26, 36)에 가해지는 텐션(장력)이 제 1 탭(26, 36)의 연장 돌출 방향(A)에 작용하기 어렵고, 정부의 전극(20, 30)이 제 1 탭(26, 36)의 연장 돌출 방향(A)으로 튀어나오는 사상이 억제된다. 이에 따라, 전극(20, 30)의 어긋남을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 탭(26, 36)의 연장 돌출 방향(A)의 길이를 길게 하여 텐션을 완화하고, 전극(20, 30)의 어긋남을 억제한다는 종래의 구성과 비교하여, 탭(26, 36)의 연장 돌출 방향(A)의 길이를 길게 하지 않아도 된다. 이에 따라, 전지 케이스(50) 내에 있어서 충방전에 기여하는 전극체(10)(적층부(12))의 점유율을 높이는 것이 가능해진다. 그 결과, 전지 케이스(50) 내의 충방전에 기여하지 않는 스페이스(데드 스페이스)을 삭감하여, 고에너지 밀도화를 실현할 수 있다.
이상, 본 발명을 상세하게 설명했지만, 상기 실시 형태 및 실시예는 예시에 지나지 않으며, 여기에서 개시되는 발명에는 전술의 구체예를 여러가지로 변형, 변경한 것이 포함된다.
예를 들면, 상기한 실시 형태에서는, 연장 돌출부(26a, 36a) 및 교차부(26b, 36b)를 가지는 제 1 탭(26, 36)만으로 탭군(28, 38)이 구성되어 있는 경우를 예시했지만, 이것으로 한정되지 않는다.
도 6은, 다른 일 실시 형태에 관한 전극체(10) 및 탭군(28, 38)을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 이 예에서는, 정극측의 탭군(28)은, 전극체(10)의 적층 방향의 일단측 및 타단측에 배치된 제 1 탭(26)과, 당해 적층 방향의 중앙측에 배치된 제 2 탭(126)을 구비하고 있다. 부극측의 탭군(38)은, 전극체(10)의 적층 방향의 일단측 및 타단측에 배치된 제 1 탭(36)과, 당해 적층 방향의 중앙측에 배치된 제 2 탭(136)을 구비하고 있다.
도 7은, 도 6의 정극 시트(20)의 정면도이다. 정극측의 제 2 탭(126)은, 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 정극 활물질층(24)으로부터 연장 돌출 방향(A)으로 연장 돌출된 연장 돌출부(126a)를 가지고 있다. 연장 돌출 방향(A)에 직교하는 방향(여기서는 폭 방향(W))에 있어서, 제 2 탭(126)의 폭(Wc)은, 제 1 탭(26)의 연장 돌출부(26a)의 폭(Wa)(도 3)보다도 크다. 이 실시 형태에서는, 제 2 탭의 연장 돌출부(126a)의 폭(Wc)은, 제 1 탭(26)의 연장 돌출부(26a)의 폭(Wa)과 교차부(26b)의 폭(Wb)의 합계 폭(Wa+Wb: 도 3)과 동일하다. 부극측의 제 2 탭(136)도, 전술한 정극측의 제 2 탭(126)과 동일하게, 부극 활물질층(34)으로부터 연장 돌출 방향(A)으로 연장 돌출된 연장 돌출부(136a)를 가지고 있다. 부극측의 제 2 탭(136)의 상세한 치수 등의 구성은, 전술한 정극측의 제 2 탭(126)과 동일하게 때문에, 중복된 설명은 생략한다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 정극측 및 부극측의 탭군(28, 38)은, 각각 전극체(10)의 적층 방향의 중앙측으로 끌어 모아진다. 이 경우, 끌어 모은 위치로부터 먼 측(일단측 및 타단측)의 탭은, 끌어 모은 위치에 가까운 측(중앙측)의 탭에 비해, 끌어 모음시에 보다 큰 텐션(장력)이 부가된다. 이 끌어 모은 위치로부터 먼 측의 탭에 제 1 탭(26, 36)이 이용되고 있다. 한편, 끌어 모은 위치에 가까운 측(중앙측)의 탭은, 끌어 모은 위치로부터 먼 측(일단측 및 타단측)의 탭에 비해, 끌어 모음시에 텐션이 그다지 가해지지 않는다. 이 끌어 모은 위치에 가까운 측의 탭에 제 2 탭(126, 136)이 이용되고 있다. 그리고, 제 2 탭(126, 136)의 연장 돌출부(126a, 136a)와 제 1 탭(26, 36)의 교차부(26b, 36b)가 적층 방향의 중앙측에 끌어 모아져, 그 끌어 모인 부위에 집전 단자(70, 72)가 접합되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 탭군(28, 38)의 파손을 억제하면서, 전극(20, 30)의 어긋남을 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 제 1 탭(26, 36)만으로 탭군(28, 38)을 구성하는 경우, 제 1 탭(26, 36)의 컷아웃에 의한 강도 저하때문에, 진동 등으로 탭군(28, 38)에 외력이 가해지면, 탭군(28, 38)이 파손될 우려가 있다. 이에 대하여, 제 2 탭(126, 136)은, 컷아웃이 형성되어 있지 않으며, 제 1 탭(26, 36)의 연장 돌출부(26a, 36a)보다도 폭이 넓은 연장 돌출부(126a, 136a)를 가지기 때문에, 제 1 탭(26, 36)보다도 강도가 높다. 이러한 고강도의 제 2 탭(126, 136)을 제 1 탭(26, 36)과 병용함으로써, 탭군(28, 38)의 기계적 강도가 향상되고, 진동 등에 의해 탭군(28, 38)에 외력이 가해진 경우에도 탭군(28, 38)의 파손을 억제할 수 있다. 또한, 제 2 탭(126, 136)은, 끌어 모은 위치에 가까운 측(끌어 모았을 때에 텐션이 그다지 가해지지 않는 중앙측)에 배치되어 있기 때문에, 제 2 탭(126, 136)과 제 1 탭(26, 36)을 병용한 경우에도, 끌어 모은 위치에 가까운 측(중앙측)의 전극(20, 30)이 연장 돌출 방향으로 잡아당겨지기 어렵고, 전극(20, 30)의 어긋남 억제 효과를 충분히 발휘시킬 수 있다.
도 6에 나타낸 실시 형태에서는, 탭군(28, 38)이 전극체(10)의 적층 방향의 중앙측에 끌어 모아져 있었지만, 이것으로 한정되지 않는다.
도 8은, 다른 일 실시 형태에 관한 전극체(10) 및 탭군(28, 38)을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 이 실시 형태에서는, 정극측 및 부극측의 탭군(28, 38)은, 전극체(10)의 적층 방향의 일단측에 끌어 모아진다. 이 경우, 탭군(28, 38)은, 적층 방향에 있어서, 끌어 모은 위치에 가까운 측(일단측)의 탭을 제 2 탭(126, 136)으로 하고, 끌어 모은 위치로부터 먼 측(중앙측 및 타단측)의 탭을 제 1 탭(26, 36)으로 할 수 있다. 이와 같이, 탭군(28, 38)을 전극체(10)의 적층 방향의 일단측에 끌어 모아지는 경우에도, 제 2 탭(126, 136)과 제 1 탭(26, 36)을 적절한 배치로 병용함으로써, 진동 등의 외력에 의한 탭군(28, 38)의 파손을 억제하면서, 전극의 어긋남을 억제할 수 있다.
도 8에 나타낸 실시 형태에서는, 탭군(28, 38)을 적층 방향으로 3분할하고 있었지만, 분할의 수는 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 탭군(28, 38)을 적층 방향으로 2분할하고, 끌어 모은 위치에 가까운 일단측의 탭을 제 2 탭(126, 136)으로 하고, 끌어 모은 위치로부터 먼 타단측의 탭을 제 1 탭(26, 36)으로 해도 된다. 탭군(28, 38)을 구성하는 제 1 탭(26, 36) 및 제 2 탭(126, 136)의 수나 배치 지점은, 필요에 따라서 임의로 변경 가능하다.
전술한 실시 형태에서는, 탭(26, 36)의 연장 돌출 방향(A)에 대하여 교차부(26b, 36b)가 교차하는 각도가 직각(90도)의 경우를 예시했지만, 이것으로 한정되지 않는다.
도 9는, 다른 일 실시 형태에 관한 정극 시트(20)를 모식적으로 나타내는 정면도이다. 이 실시 형태에서는, 정극 시트(20)의 제 1 탭(26)은, 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 정극 활물질층(24)으로부터 연장 돌출된 연장 돌출부(26a)와, 당해 연장 돌출부(26a)의 연장 돌출 방향(A)에 대하여 예각으로(즉 90도 미만의 각도로) 교차하는 방향으로 당해 연장 돌출부(26a)로부터 연장된 교차부(26b)를 가지고 있다. 이와 같이, 연장 돌출 방향(A)에 대하여 교차부(26b)가 교차하는 각도 θ를 예각으로 한 경우에도, 탭(26)의 연장 돌출 방향(A)의 길이를 길게 하는 일 없이, 전극(20, 30)의 어긋남을 억제하는 것이 가능해진다. 연장 돌출 방향(A)에 대하여 교차부(26b)가 교차하는 각도 θ는, 90도 이하이면 되고, 예를 들면 60도∼90도, 바람직하게는 70도∼90도, 보다 바람직하게는 80도∼90도일 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 정극측의 탭군(28) 및 부극측의 탭군(38)이 모두 전극체(10)의 동일면(여기서는 상면)(12a)으로부터 돌출하고 있었지만, 이것으로 한정되지 않는다.
도 10은, 다른 일 실시 형태에 관한 전지(100)를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이 실시 형태에서는, 전지(100)는, 정극측의 탭군(28)이 전극체(10)의 우측면으로부터 우방(右方)으로 돌출되어 있다. 또한, 부극측의 탭군(38)이 전극체(10)의 좌측면으로부터 좌방(左方)으로 돌출되어 있다. 이와 같이, 정극측의 탭군(28) 및 부극측의 탭군(38)이 전극체(10)의 상이한 면으로부터 돌출되어 있는 경우, 탭군(28, 38)을 끌어 모을 때에 정부의 전극(20, 30)의 어긋남이 특히 발생하기 쉽다. 그 때문에, 전술한 전극 어긋남 억제 효과가 보다 효과적으로 발휘될 수 있다.
또한, 여기에 개시되는 기술의 바람직한 적용 대상은, 전술한 적층 타입의 전극체로 한정되지 않는다. 예를 들면, 정극 집전체(22)와 부극 집전체(32)가 각각 띠 형상의 시트재이며, 정극 집전체(22)와 부극 집전체(32)가, 길이 방향을 일치시키고, 또한, 정극 활물질층(24)과 부극 활물질층(34)이, 세퍼레이터(40)를 개재시킨 상태에서 서로 대향하도록 배치되어, 권회 축 둘레로 권회된 권회 전극체라도 된다. 이러한 권회 전극체에 있어서는, 정극(20)과 부극(30)이 세퍼레이터(40)를 개재하여 권회 축에 직교하는 방향(적층 방향)으로 번갈아 반복 적층된다. 이러한 권회 전극체에 있어서 정극 활물질층(24)으로부터 연장 돌출된 정극측의 집전용 탭(26) 및 부극 활물질층(34)으로부터 연장 돌출된 부극측의 집전용 탭(36)에, 연장 돌출부(26a, 36a) 및 교차부(26b, 36b)를 형성할 수 있다. 이러한 경우라도, 전술의 효과를 얻을 수 있다.
전지(100)는 각종 용도로 이용 가능하지만, 에너지 밀도가 높고, 전극의 어긋남이 발생하기 어려운 것을 특징으로 한다. 따라서, 이러한 특징을 살려, 특히 에너지 밀도가 높은 대형 전지에 바람직하게 채용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 이론 용량이 10Ah 이상(예를 들면 10∼250Ah), 예를 들면 50Ah 이상, 나아가서는 100Ah 이상(예를 들면 100∼200Ah)의 대용량 타입의 전지에 바람직하게 적용할 수 있다. 또한, 전지(100)는, 예를 들면 차량에 탑재되는 모터용의 동력원(구동용 전원)으로서 적합하게 이용할 수 있다. 차량의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 전형적으로는 자동차, 예를 들면 플러그인 하이브리드 자동차(PHV), 하이브리드 자동차(HV), 전기 자동차(EV) 등을 들 수 있다.
10 : 전극체
20 : 정극
22 : 정극 집전체
24 : 정극 활물질층
26, 36 : 집전용 탭(제 1 탭)
26a, 36a : 연장 돌출부
26b, 36b : 교차부
28, 38 : 탭군
32 : 부극 집전체
34 : 부극 활물질층
40 : 세퍼레이터
50 : 전지 케이스
70 : 정극 집전 단자
72 : 부극 집전 단자
100 : 전지
126 : 집전용 탭(제 2 탭)
126a, 136a : 연장 돌출부

Claims (3)

  1. 활물질층과, 당해 활물질층으로부터 연장 돌출된 집전용의 탭을 구비하는 정부의 전극과,
    상기 정부의 전극이 세퍼레이터를 개재하여 적층 방향으로 번갈아 반복 적층되어 구성된 전극체와,
    상기 반복 적층된 정부의 전극의 상기 탭이 동일 극성끼리 상기 적층 방향으로 쌓은 탭군과,
    상기 탭군에 접속된 집전 단자를 구비하고,
    상기 탭군은, 상기 집전용 탭으로서, 적어도 제 1 탭을 포함하고,
    상기 제 1 탭은, 상기 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 상기 활물질층으로부터 연장 돌출된 연장 돌출부와, 당해 연장 돌출부의 연장 돌출 방향에 대하여 직교 또는 예각으로 교차하는 방향으로 당해 연장 돌출부로부터 연장된 교차부를 가지고 있으며,
    상기 제 1 탭의 교차부가 상기 적층 방향으로 끌어 모아져, 그 끌어 모인 부위에 상기 집전 단자가 접합되어 있는, 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭군은, 상기 집전용 탭으로서, 상기 적층 방향의 중앙측에 배치된 제 2 탭을 추가로 포함하고,
    상기 제 2 탭은, 상기 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 상기 활물질층으로부터 상기 연장 돌출 방향으로 연장 돌출된 연장 돌출부로서, 당해 연장 돌출 방향에 직교하는 방향에 있어서의 폭이 상기 제 1 탭의 연장 돌출부의 폭보다도 큰 연장 돌출부를 가지고 있으며,
    상기 제 2 탭의 연장 돌출부와 상기 제 1 탭의 교차부가 상기 적층 방향의 중앙측에 끌어 모아져, 그 끌어 모인 부위에 상기 집전 단자가 접합되어 있는, 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탭군은, 상기 집전용 탭으로서, 상기 적층 방향의 일단측에 배치된 제 2 탭을 추가로 포함하고,
    상기 제 2 탭은, 상기 적층 방향에 직교하는 면 내에 있어서, 상기 활물질층으로부터 상기 연장 돌출 방향으로 연장 돌출된 연장 돌출부로서, 당해 연장 돌출 방향에 직교하는 방향에 있어서의 폭이 상기 제 1 탭의 연장 돌출부의 폭보다도 큰 연장 돌출부를 가지고 있으며,
    상기 제 2 탭의 연장 돌출부와 상기 제 1 탭의 교차부가 상기 적층 방향의 일단측에 끌어 모아져, 그 끌어 모인 부위에 상기 집전 단자가 접합되어 있는, 전지.
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