KR20180106917A - 축전 소자 - Google Patents

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KR20180106917A
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미에코 기무라
게이 아다치
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가부시키가이샤 지에스 유아사
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Abstract

본 발명은, 전극체와 집전체의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있는 축전 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 적층된 극판을 가지는 전극체(400)와, 상기 적층된 극판에 접합되는 양극 집전체(500)를 구비하는 축전 소자(10)로서, 상기 전극체 및 양극 집전체(500)는, 어느 한쪽이 다른 쪽을 향하여 돌출하는 요철 구조로 서로 끼워맞추어진 접합부(20)를 구비하고, 접합부(20)의 외주는, 접합부(20)에서의 극판의 적층 방향으로부터 볼 때, 비원형의 형상을 가지고 있다.

Description

축전 소자{ENERGY STORAGE DEVICE}
본 발명은, 적층된 극판을 가지는 전극체와, 상기 적층된 극판에 접합되는 집전체를 구비하는 축전 소자에 관한 것이다.
종래, 적층된 극판을 가지는 전극체와 집전체를 구비하고, 상기 적층된 극판과 집전체가 접합된 구성의 축전 소자가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 전극체의 돌출부와 집전체의 편부(片部)와 클립 부재의 상대편이 서로 끼워맞춤되어 접합된 구성의 축전 소자가 개시되어 있다.
일본공개특허 제2016-189323호 공보
전극체와 집전체의 접합에 있어서는, 전극체의 적층된 극판과 집전체가 접합된다. 전극체는, 극판의 적층에 의해 두께가 형성되어 있지만, 적층된 극판은 1장 1장이 얇기 때문에, 예를 들면, 2개의 부재를 접합하는 경우보다, 인터록(interlock)이 걸리기 어렵다. 이 때문에, 적층된 극판과 집전체를 접합하는 경우에는, 예를 들면, 2개의 부재를 접합하는 경우보다, 높은 접합 강도가 요구된다. 따라서, 상기 종래의 축전 소자와 같이 전극체와 집전체를 접합하는 구성에 있어서도, 더 한층의 접합 강도의 향상이 요망되고 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 전극체와 집전체의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있는 축전 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일태양(一態樣)에 따른 축전 소자는, 적층된 극판을 가지는 전극체와, 상기 적층된 극판에 접합되는 집전체를 구비하는 축전 소자로서, 상기 전극체 및 상기 집전체는, 어느 한쪽이 다른 쪽을 향하여 돌출하는 요철 구조로 서로 끼워맞추어진 접합부를 구비하고, 상기 접합부의 외주(outer periphery)는, 상기 접합부에서의 상기 극판의 적층 방향으로부터 볼 때, 비원형(非圓形)의 형상을 가지고 있다.
이에 따르면, 축전 소자에 있어서, 전극체 및 집전체는, 어느 한쪽이 다른 쪽을 향하여 돌출하는 요철 구조로 서로 끼워맞추어진 접합부를 구비하고 있고, 상기 접합부의 외주는, 비원형의 형상을 가지고 있다. 여기서, 종래의 축전 소자에 있어서는, 전극체와 집전체의 접합부의 외주 형상은 원형이 되고 있지만, 이 경우에, 원형의 일주(一周)에 있어서 균일한 접합 강도를 가지는 구성이 되어 있다. 그러나, 균일한 접합 강도를 가지는 구성이라는 것은, 접합 강도가 낮은 개소(箇所)는 없지만, 접합 강도가 높은 개소도 없는 구성이라고도 할 수 있으므로, 접합부의 외주 형상이 원형인 경우에는, 접합 강도가 부족한 경우가 있다. 이에 비해, 본 발명자는, 접합 강도를 일부러 불균일하게 함으로써, 접합 강도가 낮은 개소는 있지만, 접합 강도가 높은 개소도 있는 구성이, 접합 강도의 부족에 대응할 수 있는 것을 발견하였다. 이와 같이, 상기 축전 소자는, 전극체와 집전체의 접합부의 외주가 비원형의 형상을 가지고 있는 것에 의해, 접합 강도가 높은 개소에서 강고한 접합을 행할 수 있으므로, 전극체와 집전체의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 접합부의 외주는, 상기 적층 방향으로부터 볼 때, 복수의 장출부(bulged portions)와, 상기 복수의 장출부를 연결하는 적어도 하나의 오목부를 가지도록 할 수도 있다.
이에 의하면, 축전 소자에 있어서, 접합부의 외주는, 복수의 장출부와, 상기 복수의 장출부를 연결하는 오목부를 가지고 있으므로, 접합 강도의 강약을 크게 할 수 있다. 즉, 오목부의 접합 강도는 낮아지지만, 장출부의 접합 강도는 높아지기 때문에, 장출부에 있어서, 전극체와 집전체의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 복수의 장출부의 각각은, 상기 오목부와 비교하여, 상기 적층 방향에 평행한 평면에서의 단면에 있어서, 상기 한쪽이 상기 바깥쪽을 향하여 길게 장출되는 양이 크도록 할 수도 있다.
이에 의하면, 장출부는, 오목부보다, 전극체 및 집전체 중 어느 한쪽이 외측을 향해서 크게 장출되어 구성이므로, 상기 한쪽의 장출된 부분이 다른 쪽으로 파고 들어가게 된다. 이로써, 장출부에 있어서, 견고하게 인터록을 걸 수 있으므로, 전극체와 집전체의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기 복수의 장출부는, 상기 적층 방향으로부터 볼 때, 상기 적층 방향에 대하여 수직한 제1 방향을 따라 서로 반대로 장출한 2개의 제1 장출부를 가지도록 할 수도 있다.
이에 의하면, 2개의 제1 장출부는, 제1 방향을 따라 서로 반대(역방향)로 장출한 부위이므로, 접합부의 제1 방향에서의 양측에 2개의 제1 장출부가 배치되어 있게 된다. 이 때문에, 접합부의 양측에 있어서, 전극체와 집전체의 접합 강도를 향상시킬 수 있으므로, 전극체와 집전체를 양호한 밸런스로 견고하게 접합할 수 있다.
또한, 상기 복수의 장출부는, 상기 적층 방향으로부터 볼 때, 상기 적층 방향에 대하여 수직이면서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 서로 반대로 장출한 2개의 제2 장출부를 더 가지도록 할 수도 있다.
이에 의하면, 2개의 제2 장출부는, 제2 방향에 있어서 서로 반대(역방향)로 장출한 부위이므로, 접합부의 제2 방향에서의 양측에도 2개의 제2 장출부가 배치되어 있게 된다. 이 때문에, 접합부의 4 코너에 있어서, 전극체와 집전체의 접합 강도를 향상시킬 수 있으므로, 전극체와 집전체를 더욱 양호한 밸런스로 견고하게 접합할 수 있다.
또한, 상기 집전체는, 상기 접합부가 형성되는 각부(脚部)를 가지고, 상기 접합부는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 상기 각부의 폭 방향과 교차하도록 배치되어 있도록 할 수도 있다.
여기서, 전극체가 적층된 극판의 단부(端部)를 접합부에서 돌출시키면, 상기 단부에 있어서 극판이 계단형으로 중첩되고, 상기 단부측일수록 극판의 적층 매수가 적어질 경우가 있다. 이 경우에, 극판은, 집전체의 각부의 폭 방향을 향하여, 적층 매수가 적어지고 있어, 이 극판의 적층 매수가 적어지고 있는 개소에서 접합되면, 접합 강도가 저하된다. 이것에 대하여, 접합부는, 제1 방향 및 제2 방향이 집전체의 각부의 폭 방향과 교차하도록 배치되어 있으므로, 적층 매수가 적은 개소와 많은 개소에 걸쳐서 장출부를 배치할 수 있도록 되어 있다. 이 때문에, 전극체와 집전체의 접합 강도가 저하되는 것을 억제하고, 전극체와 집전체의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 이와 같은 축전 소자로서 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 축전 소자가 구비하는 전극체와 집전체의 접합 구조로서도 실현할 수 있다.
본 발명에서의 축전 소자에 의하면, 전극체와 집전체의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 축전 소자의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 실시형태에 따른 축전 소자의 용기 내측에 배치되어 있는 구성 요소를 나타내는 사시도이다.
도 3은 실시형태에 따른 축전 소자를 분해해서 각 구성 요소를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 실시형태에 따른 양극 집전체가 전극체의 양극 집속부에 접합된 상태로의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 실시형태에 따른 양극 집전체와 전극체의 접합부의 외관을 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 6은 실시형태에 따른 양극 집전체와 전극체의 접합부의 내부 구성을 나타낸 단면도이다.
도 7은 실시형태에 따른 양극 집전체와 전극체의 접합부의 배치 위치를 나타낸 평면도이다.
도 8은 실시형태에 따른 양극 집전체와 전극체의 접합부의 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 9a는 실시형태의 변형예에 따른 양극 집전체와 전극체의 접합부의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 9b는 실시형태의 변형예에 따른 양극 집전체와 전극체의 접합부의 외관을 나타내는 평면도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자에 대하여 설명한다. 그리고, 이하에서 설명하는 실시형태는, 모두 포괄적 또는 구체적인 예를 나타내는 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내는 수치, 형상, 재료, 구성 요소, 구성 요소의 배치 위치 및 접속 형태, 제조 공정(형성 방법), 제조 공정의 순서 등은, 일례이며, 본 발명을 한정하는 취지는 아니다. 또한, 이하의 실시형태에서의 구성 요소 중, 최상위 개념을 나타내는 독립청구항에 기재되어 있지 않은 구성 요소에 대해서는, 임의의 구성 요소로서 설명된다. 또한, 각 도면에 있어서, 치수 등은 엄밀하게 도시한 것은 아니다.
또한, 이하의 설명 및 도면 중에 있어서, 축전 소자가 가지는 한 쌍의 전극 단자의 배열 방향, 한 쌍의 집전체의 배열 방향, 전극체의 양 단부(한 쌍의 활성층 비형성부)의 배열 방향, 전극체의 권취축 방향, 집전체의 각부의 폭 방향, 또는, 용기의 단측면의 대향 방향을 X축 방향으로 정의한다. 또한, 용기의 단측면(短側面)의 대향 방향, 용기의 단측면의 폭 방향, 용기의 두께 방향, 또는, 접합부에서의 전극체와 집전체의 배열 방향을 Y축 방향으로 정의한다. 또한, 축전 소자의 용기 본체와 커버의 배열 방향, 용기의 단측면의 길이 방향, 집전체의 각부 연장 방향, 또는, 상하 방향을 Z축 방향으로 정의한다. 이들 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은, 서로 교차(본 실시형태에서는 직교)하는 방향이다. 그리고, 사용 태양에 따라서는 Z축 방향이 상하 방향이 되지 않는 경우도 생각할 수 있지만, 이하에서는 설명의 편의를 위해, Z축 방향을 상하 방향으로서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 예를 들면, X축 방향 플러스측은, X축의 화살표 방향측을 나타내고, X축 방향 마이너스측은, X축 방향 플러스측과는 반대측을 나타낸다. Y축 방향이나 Z축 방향에 대해서도 동일하다.
(실시형태)
먼저, 도 1∼도 3을 사용하여, 본 실시형태에서의 축전 소자(10)의 전반적인 설명을 한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 축전 소자(10)의 외관을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2는, 본 실시형태에 따른 축전 소자(10)의 용기(100) 내측에 배치되어 있는 구성 요소를 나타내는 사시도이다. 구체적으로는, 도 2는, 축전 소자(10)로부터 용기 본체(111)를 분리한 상태에서의 구성을 나타낸 사시도이다. 즉, 도 2는, 전극체(400)에 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)를 접합한 후의 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 3은, 본 실시형태에 따른 축전 소자(10)를 분해하여 각 구성 요소를 나타내는 분해 사시도이다. 즉, 도 3은, 전극체(400)에 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)를 접합하기 전의 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 3에서는, 용기 본체(111)를 생략하여 도시하고 있다.
축전 소자(10)는, 전기를 충전하고, 또한, 전기를 방전할 수 있는 2차 전지이며, 구체적으로는, 리튬 이온 2차 전지 등의 비수전해질 2차 전지이다. 축전 소자(10)는, 예를 들면, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV) 또는 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV) 등의 자동차용 전원이나, 전자 기기용 전원, 전력 저장용 전원 등에 사용된다. 그리고, 축전 소자(10)는, 비수전해질 2차 전지로는 한정되지 않고, 비수전해질 2차 전지 이외의 2차 전지라도 되고, 커패시터라도 되고, 또한 사용자가 충전을 하지 않아도 축전되어 있는 전기를 사용할 수 있는 1차 전지라도 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 직사각형(각형(角形))의 축전 소자(10)를 도시하고 있지만, 축전 소자(10)의 형상은, 직사각형으로는 한정되지 않고, 원주 형상이나 타원기둥 형상 등이라도 되고, 라미네이트형의 축전 소자로 할 수도 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 축전 소자(10)는, 용기(100)와, 양극 단자(200)와, 음극 단자(300)를 구비하고 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 용기(100) 내측에는, 전극체(400)와, 양극 집전체(500)와, 음극 집전체(600)가 수용되어 있다.
그리고, 커버체(110)와 양극 단자(200)의 사이, 및 커버체(110)와 양극 집전체(500)의 사이에는, 절연성 및 기밀성을 높이기 위해 개스킷(gasket) 등이 배치되어 있지만, 도 1에서는 생략하여 도시하고 있다. 음극측에 대해서도, 동일하다. 또한, 용기(100)의 내부에는, 전해액(비수전해질)이 봉입(封入)되어 있지만, 도시는 생략한다. 그리고, 상기 전해액으로서는, 축전 소자(10)의 성능을 훼손하는 것이 아니라면 그 종류에 특별히 제한은 없으며, 다양한 것을 선택할 수 있다. 또한, 상기한 구성 요소 외에에, 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)의 측방에 배치되는 스페이서, 용기(100) 내의 압력이 상승했을 때 상기 압력을 개방하기 위한 가스 배출 밸브, 또는, 전극체(400) 등을 감싸는 절연체 필름 등이 배치되어 있어도 된다.
용기(100)는, 직사각 통형으로 바닥을 구비하는 용기 본체(111)와, 용기 본체(111)의 개구를 폐색(閉塞)하는 판형 부재인 커버체(110)로 구성되어 있다. 또한, 용기(100)는, 전극체(400) 등을 내부에 수용한 후, 커버체(110)와 용기 본체(111)가 용접되는 등에 의해, 내부를 밀봉할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 커버체(110) 및 용기 본체(111)의 재질은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 스테인레스강, 알루미늄, 알루미늄 합금 등 용접 가능한 금속으로 할 수 있지만, 수지를 사용할 수도 있다.
전극체(400)는, 양극판과 음극판과 세퍼레이터(separator)를 구비하고, 전기를 축전할 수 있는 축전 요소(발전 요소)이다. 양극판은, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 장척(長尺) 밴드형의 집전박인 양극 기재층(基材層) 상에 양극 활성층이 형성된 극판이다. 음극판은, 동이나 동 합금 등으로 이루어지는 장척 밴드형의 집전박인 음극 기재층 상에 음극 활성층이 형성된 극판이다. 그리고, 상기 집전박으로서, 니켈, 철, 스테인레스강, 티탄, 소성(燒成) 탄소, 도전성(導電性) 고분자, 도전성 유리, Al-Cd 합금 등, 적절하게 공지의 재료를 사용할 수도 있다. 또한, 양극 활성층 및 음극 활성층에 사용되는 양극 활물질 및 음극 활물질로서는, 리튬 이온을 흡장(吸藏) 방출 가능한 활물질이라면, 적절하게 공지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 세퍼레이터는, 예를 들면, 수지로 이루어지는 미다공성(微多孔性)의 시트나, 부직포를 사용할 수 있다.
그리고, 전극체(400)는, 양극판과 음극판의 사이에 세퍼레이터가 배치되고 권취되어 형성되어 있다. 구체적으로는, 전극체(400)는, 양극판과 음극판이, 세퍼레이터를 사이에 두고, 권취축(본 실시형태에서는 X축 방향에 평행한 가상축)의 방향으로 서로 비켜서 권취되어 있다. 그리고, 양극판 및 음극판은, 각각의 비켜난 방향의 단부에, 활물질이 도포되지 않고(활성층이 형성되지 않고) 기재(基材)층이 노출된 부분(활성층 비형성부)을 가지고 있다.
즉, 전극체(400)는, 적층된 극판(양극판 및 음극판)을 가지고 있다. 그리고, 전극체(400)는, 권취축 방향의 일단부(X축 방향 플러스측의 단부)에, 양극판의 활성층 비형성부가 적층되어 다발진 양극 집속부(410)를 가지고 있다. 또한, 전극체(400)는, 권취축 방향의 타단부(X축 방향 마이너스측의 단부)에, 음극판의 활성층 비형성부가 적층되어 다발진 음극 집속부(420)를 가지고 있다. 예를 들면, 양극판 및 음극판의 활성층 비형성부(집전박)의 두께는, 5㎛∼20㎛ 정도이며, 이들이 예를 들면, 30∼40 장 정도 다발진 것에 의해, 양극 집속부(410) 및 음극 집속부(420)가 형성되어 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 전극체(400)의 단면 형상으로서 장원 형상을 도시하고 있지만, 원형상 또는 타원 형상이라도 된다.
양극 단자(200)는, 전극체(400)의 양극판에 전기적으로 접속된 전극 단자이며, 음극 단자(300)는, 전극체(400)의 음극판에 전기적으로 접속된 전극 단자이다. 즉, 양극 단자(200) 및 음극 단자(300)는, 전극체(400)에 축적되어 있는 전기를 축전 소자(10)의 외부 공간으로 도출하고, 또한, 전극체(400)에 전기를 축적하기 위하여 축전 소자(10)의 내부 공간에 전기를 도입하기 위한 금속제의 전극 단자이다. 또한, 양극 단자(200) 및 음극 단자(300)는, 전극체(400)의 상방에 배치된 커버체(110)에 장착되어 있다. 구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 양극 단자(200)는, 돌출부(210)가 커버체(110)의 관통공(110a)과 양극 집전체(500)의 개구부(511)에 삽입되고, 코킹되는 것에 의해, 양극 집전체(500)와 함께 커버체(110)에 고정된다. 음극 단자(300)에 대해서도 동일하다.
양극 집전체(500)는, 전극체(400)의 양극 집속부(410)와 용기 본체(111)의 측벽의 사이에 배치되고, 양극 단자(200)와 전극체(400)의 양극판에 전기적으로 접속되는 도전성과 강성을 구비한 부재이다. 또한, 음극 집전체(600)는, 전극체(400)의 음극 집속부(420)와 용기 본체(111)의 측벽의 사이에 배치되고, 음극 단자(300)와 전극체(400)의 음극판에 전기적으로 접속되는 도전성과 강성을 구비한 부재이다.
구체적으로는, 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)는, 용기 본체(111)의 측벽으로부터 커버체(110)에 걸쳐 상기 측벽 및 커버체(110)를 따라 굴곡 상태로 배치되는 도전성의 판형 부재이다. 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)는, 커버체(110)에 고정적으로 접속(접합)되어 있다. 또한, 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)는, 전극체(400)가 가지는 적층된 극판, 즉 양극 집속부(410) 및 음극 집속부(420)에 각각 고정적으로 접속(접합)되어 있다. 이 구성에 의해, 전극체(400)가, 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)에 의해 커버체(110)로부터 현수된 상태로 유지(지지)되고, 진동이나 충격 등에 의한 요동이 억제된다.
그리고, 양극 집전체(500)의 재질은 한정되지 않지만, 예를 들면, 전극체(400)의 양극 기재층과 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등으로 형성되어 있다. 또한, 음극 집전체(600)에 대해서도, 재질은 한정되지 않지만, 예를 들면, 전극체(400)의 음극 기재층과 같이 동 또는 동 합금 등으로 형성되어 있다.
여기서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 양극 집전체(500)는, 전극체(400)의 양극 집속부(410)와, 복수의 접합부(20)에 있어서 접합되어 있다. 또한, 음극 집전체(600)는, 전극체(400)의 음극 집속부(420)와, 복수의 접합부(30)에 있어서 접합되어 있다. 이 접합부(20, 30) 주위의 개략적인 구성에 대하여, 이하에, 도 4도 사용해서 설명한다. 그리고, 양극측의 접합부(20) 주위와 음극측의 접합부(30) 주위는, 동일한 구성을 가지고 있으므로, 이하에서는, 양극측의 접합부(20) 주위의 구성에 대하여 설명하고, 음극측의 접합부(30) 주위의 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 4는, 본 실시형태에 따른 양극 집전체(500)가 전극체(400)의 양극 집속부(410)에 접합된 상태에서의 구성을 나타낸 단면도이다. 구체적으로는, 도 4는, 도 2에 나타낸 양극 집전체(500) 및 양극 집속부(410)를, 접합부(20)를 지나는 YZ 평면으로 절단한 경우의 구성을 나타내고 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 양극 집전체(500)는, 단자 접속부(510)와, 단자 접속부(510)의 Y축 방향 양 단부로부터 Z축 방향 마이너스측을 향하여 연장 형성된 2개의 전극 접속부(520)를 가지고 있다.
단자 접속부(510)는, 양극 단자(200)에 접속(접합)되는 양극 집전체(500)의 베이스부이다. 즉, 단자 접속부(510)는, 양극 집전체(500)의 양극 단자(200) 측(상측, Z축 방향 플러스측)에 배치되는 평판형의 부위이며, 양극 단자(200)에 전기적 및 기계적으로 접속된다.
전극 접속부(520)는, 전극체(400)에 접속(접합)되는 양극 집전체(500)의 각부이다. 즉, 전극 접속부(520)는, 양극 집전체(500)의 전극체(400) 측(하측, Z축 방향 마이너스측)에 배치되는 부위이며, 전극체(400)에 전기적 및 기계적으로 접속된다. 구체적으로는, 전극 접속부(520)는, Z축 방향으로 연장되는 장척형이면서 평판형의 부위이며, 전극체(400)의 양극 집속부(410) 중 2개의 대향하는 평탄한 집속부에, 2개의 전극 접속부(520)가 각각 접합된다.
또한, 양극 집속부(410)의 내측에는 커버 부재(700)가 배치되어 있고, 전극 접속부(520)와 양극 집속부(410)와 커버 부재(700)가 기계적으로 접합되어, 4개(2개의 전극 접속부(520)에 2개씩)의 접합부(20)가 형성되어 있다. 즉, 전극체(400) 및 양극 집전체(500)는, 어느 한쪽이 다른 쪽을 향하여 돌출하는 요철 구조로 서로 끼워맞추어진 접합부(20)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 접합부(20)는, 전극 접속부(520)가 양극 집속부(410)를 향하여 돌출하는 요철 구조의 접합부이며, 전극 접속부(520)와 양극 집속부(410)가 서로 끼워맞추어져 접합되어 있다. 접합부(20)는, 예를 들면, 전극 접속부(520)와 양극 집속부(410)와 커버 부재(700)를 코킹함으로써(상세하게는, 클린치(clinch) 코킹 접합을 행함으로써), 형성할 수 있다.
그리고, 커버 부재(700)는, 전극 접속부(520)에서, 양극 집속부(410)를 끼우는 위치에 배치된, 양극 집속부(410)를 보호하는 커버이다. 구체적으로는, 커버 부재(700)는, 양극 집속부(410)를 따라 Z축 방향으로 연장되는 직사각형이면서 평판 형상의 부재이며, 접합 전의 상태에 있어서는, 두께가 동일하게 되도록 형성되어 있다. 이 커버 부재(700)는, 재질은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 전극체(400)의 양극 기재층과 같이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등으로 형성된 금속 부재이다. 그리고, 음극측에도 동일하게 커버 부재가 배치되어 있고, 이 음극측의 커버 부재에 대해서도, 재질은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 전극체(400)의 음극 기재층과 같이 동 또는 동 합금 등으로 형성된 금속 부재이다.
다음으로, 접합부(20)의 구성에 대하여, 더욱 상세하게 설명한다. 먼저, 접합부(20)의 외관에 대하여 설명한다. 도 5는, 본 실시형태에 따른 양극 집전체(500)와 전극체(400)의 접합부(20)의 외관을 나타내는 사시도 및 평면도이다. 구체적으로는, 도 5의 (a)는, 도 4에 나타낸 접합부(20)를 커버 부재(700) 측(돌출측)으로부터 본 사시도이며, 도 5의 (b)는, 도 5의 (a)를 커버 부재(700) 측(돌출측)으로부터 본 평면도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 접합부(20)는, 접합부(20)에서의 극판의 적층 방향으로부터 볼 때, 비원형의 형상을 가지고 있다. 여기서, 상기 적층 방향은, 극판이 적층되는 방향이며, 본 실시형태에 있어서는 접합부(20)에 있어서 극판이 적층되는 방향이며, 도 4 등에서는 Y축 방향, 도 5의 (a)에서는 상하 방향, 도 5의 (b)에서는 지면의 표리(表裏)를 관통하는 방향이다. 또한, 상기 적층 방향은, 커버 부재(700), 양극 집속부(410) 및 전극 접속부(520)의 배열 방향, 또는, 접합부(20)의 돌출 방향으로 정의할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 접합부(20)는, 돌출하는 부분이, 상기 적층 방향으로부터 볼 때, 비원형의 형상으로서 X자 형상을 가지고 있다.
여기서, 접합부(20)의 외주는, 적층 방향으로부터 볼 때, 외측으로 길게 장출한 복수의 장출부(21)와, 복수의 장출부(21)를 잇고 내측으로 패인 오목부(22)를 가지고 있다. 즉, 접합부(20)의 외주의 X자 형상을 구성하는 4방향으로 돌출하는 각각의 선단 부분에 대응하여, 4개의 직사각형의 볼록부인 장출부(21)가 배치되어 있다. 또한, 이웃하는 장출부(21)끼리의 사이에, 내측으로 오목하게 패인 오목부(22)가 4개 배치되어 있다.
구체적으로는, 복수의 장출부(21)는, 적층 방향으로부터 볼 때, 상기 적층 방향에 대하여 수직한 제1 방향을 따라 서로 반대로 장출한 2개의 제1 장출부(21a, 21b)를 가지고 있다. 또한, 복수의 장출부(21)는, 또한 적층 방향으로부터 볼 때, 상기 적층 방향에 대하여 수직이면서 또한 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 서로 반대로 장출한 2개의 제2 장출부(21c, 21d)를 가지고 있다. 즉, 2개의 제1 장출부(21a, 21b)가, 제1 방향에 있어서, 서로 역방향으로 돌출되어 배치되고, 2개의 제2 장출부(21c, 21d)가, 제2 방향에 있어서, 서로 역방향으로 돌출되어 배치되어 있다.
그리고, 제1 방향 및 제2 방향은, 상기 적층 방향과 수직한 평면 내의 상이한 2개의 방향이다. 본 실시형태에서는, 제1 방향 및 제2 방향은, 서로 직교하는 2개의 방향이다. 즉, 적층 방향, 제1 방향 및 제2 방향은, 서로 직교하는 3개의 방향이다. 구체적으로는, 제1 방향 및 제2 방향은, 도 4 등에서의 XZ 평면 내의 서로 직교하는 2개의 방향이며, X축 방향 및 Z축 방향에 대하여 45° 경사진 방향이다.
또한, 복수의 오목부(22)는, 2개의 제1 오목부(22a, 22b)와, 2개의 제2 오목부(22c, 22d)를 가지고 있다. 예를 들면, 제1 오목부(22a)는, 제1 장출부(21a)와 제2 장출부(21d)를 잇는 부위이다. 즉, 제1 오목부(22a)는, 제1 장출부(21a)와 제2 장출부(21d)가, 제1 방향 및 제2 방향으로 장출하는 것에 의해 형성된 오목부이며, 접합부(20)의 외주 각부(角部)가 정방형상으로 절결된 형상을 가지고 있다. 다른 오목부(22)에 대해서도, 동일하다.
다음으로, 접합부(20)의 내부 구성에 대하여 설명한다. 도 6은, 본 실시형태에 따른 양극 집전체(500)와 전극체(400)의 접합부(20)의 내부 구성을 나타낸 단면도이다. 구체적으로는, 도 6의 (a)는, 도 5의 (b)에 나타낸 접합부(20)의 VIa-VIa선을 따라 절단한 단면, 즉 장출부(21)(동 도면에서는 제1 장출부(21a, 21b))의 위치에서의 적층 방향에 평행한 평면에서의 단면을 나타내고 있다. 또한, 도 6의 (b)는, 도 5의 (b)에 나타낸 접합부(20)의 VIb-VIb선을 따라 절단한 단면, 즉 오목부(22)(동 도면에서는 제1 오목부(22a, 22b))의 위치에서의 적층 방향에 평행한 평면에서의 단면을 나타내고 있다.
먼저, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 양극 집전체(500)의 전극 접속부(520), 전극체(400)의 양극 집속부(410) 및 커버 부재(700)는, 접합부(20)에 있어서 커버 부재(700) 측을 향하여 돌출하는 볼록부(후술하는 집전체 볼록부(521), 전극체 볼록부(411) 및 커버 볼록부(701))를 가지고 있다. 또한, 상기 볼록부는, 상기 볼록부의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향(동 도면에서는 제1 방향 양측)으로 장출하는 장출부(후술하는 집전체 장출부(522) 및 전극체 장출부(412))를 가지고 있다. 그리고, 상기 볼록부 및 장출부는, 예를 들면, 접합부(20)에 있어서, 전극 접속부(520), 양극 집속부(410) 및 커버 부재(700)가 소성 변형함으로써 형성된다. 본 실시형태에서는, 접합부(20)에 있어서, 전극 접속부(520), 양극 집속부(410) 및 커버 부재(700)가 코킹되는 것에 의해(상세하게는, 클린치 코킹 접합되는 것에 의해) 형성된다.
구체적으로는, 접합부(20)에 있어서, 전극 접속부(520)는, 양극 집속부(410)를 향하여 돌출하는 집전체 볼록부(521)를 가지고 있다. 집전체 볼록부(521)는, 전극 접속부(520)와 양극 집속부(410)의 접합면(제1 방향 및 제2 방향에 평행한 면)과 직교하는 방향(적층 방향)으로 돌출하는 원통 형상의 볼록부이다. 환언하면, 집전체 볼록부(521)는, 전극 접속부(520)의 외면에서, 양극 집속부(410)를 향하여 패인 형상을 가지고 있다. 또한, 집전체 볼록부(521)는, 집전체 볼록부(521)의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향으로 돌출하는 집전체 장출부(522)를 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 집전체 장출부(522)는, 상기 돌출 방향과 수직한 방향(동 도면에서는 제1 방향 양측, 이하에서는 바깥쪽이라고도 함)으로 돌출하고 있다.
또한, 접합부(20)에 있어서, 전극체(400)의 양극 집속부(410)는, 커버 부재(700)를 향하여 돌출하는 전극체 볼록부(411)를 가지고 있다. 전극체 볼록부(411)는, 양극 집속부(410)와 커버 부재(700)의 접합면(제1 방향 및 제2 방향에 평행한 면)과 직교하는 방향(적층 방향)으로 돌출하는 원통 형상의 볼록부이다. 환언하면, 전극체 볼록부(411)는, 양극 집속부(410)의 전극 접속부(520) 측의 면으로부터, 커버 부재(700)를 향하여 패인 형상을 가지고 있다. 또한, 전극체 볼록부(411)는, 전극체 볼록부(411)의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향으로 돌출하는 전극체 장출부(412)를 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 전극체 장출부(412)는, 상기 돌출 방향과 수직한 방향(동 도면에서는 제1 방향 양측, 바깥쪽)으로 돌출하고 있다.
또한, 접합부(20)에 있어서, 커버 부재(700)는, 양극 집속부(410)로부터 이격되는 방향을 향해 돌출한 커버 볼록부(701)를 가지고 있다. 커버 볼록부(701)는, 양극 집속부(410)와 커버 부재(700)의 접합면(제1 방향 및 제2 방향에 평행한 면)과 직교하는 방향(적층 방향)으로 돌출하는 원통 형상의 볼록부이다. 환언하면, 커버 볼록부(701)는, 커버 부재(700)의 양극 집속부(410) 측의 면으로부터, 양극 집속부(410)로부터 이격되는 방향을 향해 패인 형상을 가지고 있다. 커버 볼록부(701)는, 커버 볼록부(701)의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향의 단부(동 도면에서는 제1 방향 양단측, 바깥쪽)에, 커버 볼록 단부(702)를 가지고 있다.
이상의 구성에 의해, 집전체 장출부(522) 및 전극체 장출부(412)는, 집전체 볼록부(521) 및 전극체 볼록부(411)의 선단으로부터 제1 방향 양측으로 돌출하여, 제1 장출부(21a, 21b)를 형성하고 있다. 또한, 접합부(20)의 외주의 제2 장출부(21c, 21d)의 위치에서의 단면에 대해서도, 제1 장출부(21a, 21b)의 위치에서의 단면과 동일하다. 이에 따라, 집전체 장출부(522) 및 전극체 장출부(412)는, 집전체 볼록부(521) 및 전극체 볼록부(411)의 선단으로부터 제2 방향 양측으로도 돌출하여, 제2 장출부(21c, 21d)를 형성하고 있다. 즉, 집전체 장출부(522), 전극체 장출부(412) 및 커버 볼록 단부(702)에서, 장출부(21)(제1 장출부(21a, 21b) 및 제2 장출부(21c, 21d))를 구성하고 있다.
그리고, 집전체 볼록부(521), 전극체 볼록부(411), 커버 볼록부(701), 집전체 장출부(522) 및 전극체 장출부(412)의 돌출 방향은, 상기한 방향으로는 한정되지 않으며, 상기한 방향으로부터 경사진 방향이라도 되고, 또한, 돌출 형상에 대해서도 상기한 것으로 한정되지 않는다. 또한, 커버 볼록 단부(702)에 대해서도, 커버 볼록부(701)의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향(바깥쪽)으로 돌출하고 있어도 되지만, 바깥쪽으로 돌출시키지 않는 구성으로 함으로써, 접합 작업 후에, 접합부(20)를, 접합 기구의 다이로부터 제거하기 쉽게 할 수 있다. 이 경우에, 접합부(20)를 다이로부터 보다 제거하기 쉽게 하기 위하여, 커버 볼록 단부(702)의 폭(동 도면에서는 제1 방향의 폭)이 선단을 향할수록 작아지고 있는 구성이라도 상관없다.
또한, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 접합부(20)의 외주 오목부(22)(제1 오목부(22a, 22b))의 위치에서의 단면에 있어서는, 집전체 볼록부(521)는, 집전체 볼록부(521)의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향(바깥쪽)의 단부에, 집전체 볼록 단부(523)를 가지고 있다. 또한, 전극체 볼록부(411)는, 전극체 볼록부(411)의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향(바깥쪽)의 단부에, 전극체 볼록 단부(413)를 가지고 있다. 또한, 커버 볼록부(701)는, 커버 볼록부(701)의 돌출 방향(적층 방향)과 교차하는 방향(바깥쪽)의 단부에, 커버 볼록 단부(703)를 가지고 있다. 여기서, 집전체 볼록 단부(523), 전극체 볼록 단부(413) 및 커버 볼록 단부(703)는, 바깥쪽으로 돌출하지 않고 있다.
이상의 구성에 의해, 집전체 볼록 단부(523), 전극체 볼록 단부(413) 및 커버 볼록 단부(703)는, 제1 오목부(22a, 22b)를 구성하고 있다. 또한, 접합부(20)의 외주 제2 오목부(22c, 22d)의 위치에서의 단면에 대해서도, 제1 오목부(22a, 22b)의 위치에서의 단면과 동일하다. 이에 따라, 집전체 볼록 단부(523), 전극체 볼록 단부(413) 및 커버 볼록 단부(703)는, 제2 오목부(22c, 22d)도 구성하고 있다. 즉, 집전체 볼록 단부(523), 전극체 볼록 단부(413) 및 커버 볼록 단부(703)에서, 오목부(22)를 구성하고 있다.
이와 같이, 복수의 장출부(21)의 각각은, 오목부(22)와 비교하여, 적층 방향에 평행한 평면에서의 단면에 있어서, 전극 접속부(520)가 바깥쪽을 향하여 장출한 양이 크다. 또한, 마찬가지로, 복수의 장출부(21)의 각각은, 오목부(22)와 비교하여, 적층 방향에 평행한 평면에서의 단면에 있어서, 양극 집속부(410)가 바깥쪽을 향하여 장출한 양이 크다.
그리고, 집전체 볼록 단부(523) 및 전극체 볼록 단부(413)는, 일부(또는 전부)가 바깥쪽으로 돌출하는 경우도 있지만, 이러한 경우에도, 집전체 장출부(522) 및 전극체 장출부(412)가 돌출하는 것보다 작은 돌출량(장출량)이 된다. 또한, 커버 볼록 단부(703)에 대해서도, 바깥쪽으로 돌출하고 있어도 바람직하지만, 커버 볼록 단부(702)와 마찬가지로, 바깥쪽으로 돌출시키지 않는 구성으로 함으로써, 접합 작업 후에, 접합부(20)를, 접합 기구의 다이로부터 제거하기 쉽게 할 수 있다.
다음으로, 접합부(20)의 배치 위치에 대하여, 설명한다. 도 7은, 본 실시형태에 따른 양극 집전체(500)와 전극체(400)의 접합부(20)의 배치 위치를 나타낸 평면도이다. 구체적으로는, 도 7은, 전극 접속부(520), 양극 집속부(410) 및 커버 부재(700)에 형성된 접합부(20)를, 커버 부재(700) 측으로부터 본 도면이며, 양극 집속부(410)의 에지 위치를 점선으로 나타내고 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 접합부(20)는, 제1 방향 및 제2 방향이 전극 접속부(520)의 폭 방향과 교차하도록 배치되어 있다. 즉, 접합부(20)는, 제1 장출부(21a, 21b)가 장출한 방향, 및 제2 장출부(21c, 21d)가 장출한 방향이, 전극 접속부(520)의 폭 방향 및 연장 방향과 교차(도 7에서는 45°로 교차)하도록 배치되어 있다. 그리고, 이로써, 제1 오목부(22a, 22b)는, 전극 접속부(520)의 폭 방향으로 배열되고, 제2 오목부(22c, 22d)는, 전극 접속부(520)의 연장 방향으로 배열되게 된다.
여기서, 양극 집속부(410)는, 접합부(20)가 형성될 때, 접합부(20)의 돌출측(커버 부재(700) 측)의 극판이 내측으로 당겨져서, 계단형에 중첩되는 경우가 있다(계단형으로 중첩된 극판의 에지를 도 7의 점선으로 나타낸다). 즉, 양극 집속부(410)는, 단부일수록 적층 매수가 적어지도록 극판이 계단형으로 중첩된 구성이 된다. 이 때문에, 이 계단형으로 중첩된 극판의 적층 매수가 적은 부분으로부터 많은 부분에 걸치도록, 제1 장출부(21a) 및 제2 장출부(21d)가 배치되게 된다.
다음으로, 접합부(20)의 형성 방법에 대하여, 설명한다. 도 8은, 본 실시형태에 따른 양극 집전체(500)와 전극체(400)의 접합부(20)의 형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 전극 접속부(520), 양극 집속부(410) 및 커버 부재(700)를 중첩하여 배치하고, 또한 전극 접속부(520)의 하방에 다이(31)를 배치하고, 커버 부재(700)의 상방에 볼록형의 펀치(32)를 배치한다. 여기서, 다이(31)의 상면에는, 제1 방향 양측에 직사각형의 가동부(31a, 31b)가 배치되어 있고, 제2 방향 양측에도 직사각형의 가동부(31c, 31d)가 배치되어 있다. 가동부(31a, 31b)는, 제1 방향으로 슬라이드 가능하게 배치되어 있고, 가동부(31c, 31d)는, 제2 방향으로 슬라이드 가능하게 배치되어 있다.
이 구성에 있어서, 전극 접속부(520), 양극 집속부(410) 및 커버 부재(700)를, 다이(31) 상에 탑재한 상태에서, 상방으로부터 펀치(32)로 프레스함으로써, 소성 변형(코킹)시킨다. 이 때, 가동부(31a∼31d)가 슬라이드해 감으로써, 장출부(21)가 형성된다. 즉, 가동부(31a, 31b)가 제1 방향으로 슬라이드해 감으로써, 제1 장출부(21a, 21b)가 형성된다. 또한, 가동부(31c, 31d)가 제2 방향으로 슬라이드해 감으로써, 제2 장출부(21c, 21d)가 형성된다.
구체적으로는, 펀치(32)에 의한 프레스에 의해, 볼록부(집전체 볼록부(521), 전극체 볼록부(411) 및 커버 볼록부(701))가 형성되면서, 가동부(31a∼31d)가 슬라이드해 감으로써, 장출부(집전체 장출부(522) 및 전극체 장출부(412))가 형성된다. 이와 같이, 다이(31)와 펀치(32)로 코킹 접합(클린치 코킹 접합)을 행함으로써, 접합부(20)를 형성할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는, 상기 볼록부와 장출부는 일련의 프레스에 의해 거의 동시에 형성되지만, 1회째의 프레스로 볼록부를 형성하고, 2회째의 프레스로 장출부를 형성하도록, 프레스를 2회 행하도록 해도 상관없다. 또한, 다이(31)가, 가동부(31a∼31d)가 배치되어 있지 않아도 장출부를 형성 가능한 형상을 가지고 있을 경우에는, 가동부(31a∼31d)는 배치되지 않고 있어도 상관없다.
이상과 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자(10)에 의하면, 전극체(400) 및 양극 집전체(500)는, 어느 한쪽이 다른 쪽을 향하여 돌출하는 요철 구조로 서로 끼워맞추어진 접합부(20)를 구비하고 있고, 접합부(20)의 외주는, 비원형의 형상을 가지고 있다. 여기서, 종래의 축전 소자에 있어서는, 전극체와 양극 집전체의 접합부의 외주 형상은 원형이 되어 있지만, 이 경우에, 원형의 1주에 있어서 균일한 접합 강도를 가지는 구성이 되고 있다. 즉, 종래의 축전 소자에서는, 접합 강도를 균일하게 하기 위하여, 접합부의 외주 형상을 원형으로 하고 있었다. 그러나, 접합 강도를 균일하게 한다는 것은, 접합 강도가 낮은 개소는 없지만, 접합 강도가 높은 개소도 없는 구성이라고도 할 수 있기 때문에, 접합부의 외주 형상이 원형인 경우에는, 접합 강도가 부족한 경우가 있었다. 이 때문에, 접합 강도를 높게 하기 위하여, 접합부의 돌출 높이를 높게 하는 것이 고려되었지만, 이 경우에, 접합부에서의 부재가 연신되어, 상기 부재의 판 두께가 얇아지게 되는(예를 들면, 극판이 찢어질 우려가 있음) 등의 다른 문제가 생기는 것을 알았다.
이에 비해, 본 발명자는, 접합부의 외주 형상을 비원형으로 하고, 접합 강도를 굳이 불균일하게 함으로써, 접합 강도가 낮은 개소는 있지만, 접합 강도가 높은 개소도 있는 구성이, 접합 강도의 부족에 대응할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 접합부의 외주 형상이 원형인 경우에, 예를 들면, 접합 강도가 F1의 균등한 힘으로 접합되고 있는 경우, 접합부의 외주 형상을 비원형으로 하면, 접합 강도가 F1보다 낮은 F2의 개소가 존재하게 되지만, 접합 강도가 F1보다 높은 F3의 개소도 존재하게 된다. 이 때문에, 외주가 원형의 접합부에 F1과 F3의 사이의 힘을 가하면 접합이 떨어지게 되지만, 외주가 비원형인 접합부에 상기 힘을 가해도, 접합은 떨어지지 않는다. 이로써, 외주가 비원형인 접합부가, 외주가 원형인 접합부보다 전체로서는 접합 강도가 강해지고 있다고 할 수 있다. 이와 같이, 축전 소자(10)는, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합부(20)의 외주가 비원형의 형상을 가지고 있는 것에 의해, 접합 강도가 높은 개소에서 강고한 접합을 행할 수 있으므로, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 접합부(20)의 외주가 비원형의 형상을 가지고 있는 것에 의해, 전극체(400)와 양극 집전체(500)가 접합부(20) 주변에 상대적으로 회전하는 것을 억제(회전 토크를 억제)하는 회전 정지의 기능을 가지는 구성으로도 되어 있다.
또한, 축전 소자(10)에 있어서, 접합부(20)의 외주는, 복수의 장출부(21)와, 상기 복수의 장출부(21)를 잇는 오목부(22)를 가지고 있으므로, 접합 강도의 강약을 크게 할 수 있다. 즉, 오목부(22)의 접합 강도는 낮아지지만, 장출부(21)의 접합 강도는 높아지기 때문에, 장출부(21)에 있어서, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 접합부(20)의 외주에 장출부(21)를 형성함으로써, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 이 때문에, 장출부(21)에 의한 상기 접촉 면적의 증가에 의해서도, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상기 접촉 면적의 증가에 의해, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 사이의 저항값을 저하시킬 수도 있다.
또한, 장출부(21)는, 오목부(22)보다, 전극체(400) 및 양극 집전체(500)의 어느 한쪽(본 실시형태에서는, 양극 집전체(500))가 바깥쪽을 향하여 크게 장출하고 있는 구성이므로, 상기 한쪽의 장출한 부분이 다른 쪽으로 파고 들게 된다. 이로써, 장출부(21)에 있어서, 강고하게 인터록을 걸 수 있기 때문에, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 오목부(22)에 있어서는, 인터록이 걸리기 어렵고, 접합 강도의 향상은 도모되지 않고 있지만, 장출부(21)로 인터록을 강고하게 걸고 있다. 이와 같이, 오목부(22)로 인터록을 걸지 않는 대신, 장출부(21)로 인터록을 보다 강고하게 거는 것에 의해, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 2개의 제1 장출부(21a, 21b)는, 제1 방향을 따라 서로 반대(역방향)로 장출한 부위이므로, 접합부(20)의 제1 방향에서의 양측에 2개의 제1 장출부(21a, 21b)가 배치되어 있게 된다. 이 때문에, 접합부(20)의 양측에 있어서, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도를 향상시킬 수 있으므로, 전극체(400)와 양극 집전체(500)를 양호한 밸런스로 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 2개의 제2 장출부(21c, 21d)는, 제2 방향을 따라 서로 반대(역방향)로 장출한 부위이므로, 접합부(20)의 제2 방향에서의 양측에도 2개의 제2 장출부(21c, 21d)가 배치되어 있게 된다. 이 때문에, 접합부(20)의 4 코너에 있어서, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도를 향상시킬 수 있으므로, 전극체(400)와 양극 집전체(500)를 더욱 양호한 밸런스로 강고하게 접합할 수 있다.
또한, 전극체(400)의 적층된 극판의 단부를 접합부(20)에서 돌출시키면, 상기 단부에 있어서 극판이 계단형으로 중첩되어 배치되어, 상기 단부측일수록 극판의 적층 매수가 적어지게 되는 경우가 있다. 이 경우에, 극판은, 양극 집전체(500)의 각부인 전극 접속부(520)의 폭 방향을 향하여, 적층 매수가 적어지고 있어, 이 극판의 적층 매수가 적어지고 있는 개소에서 접합되면, 접합 강도가 저하된다. 이에 대하여, 접합부(20)는, 제1 방향 및 제2 방향이 양극 집전체(500)의 전극 접속부(520)의 폭 방향과 교차하도록 배치되어 있으므로, 적층 매수가 적은 개소와 많은 개소에 걸쳐서 장출부(21)를 배치하도록 되어 있다. 이 때문에, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도가 저하되는 것을 억제하여, 전극체(400)와 양극 집전체(500)의 접합 강도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 제1 장출부(21a, 21b)는 제1 방향으로 장출하고, 제2 장출부(21c, 21d)는 제2 방향으로 장출하고 있으므로, 접합부(20)의 외주는, 제1 방향 또는 제2 방향으로 긴 형상을 가지는 경우가 있다. 이 경우에, 양극 집전체(500)의 전극 접속부(520)에 접합부(20)를 형성할 때, 제1 방향 또는 제2 방향이 전극 접속부(520)의 폭 방향과 동일한 방향이 되면, 전극 접속부(520)의 폭을 넓게 할 필요가 있다. 따라서, 접합부(20)의 외주가 제1 방향 또는 제2 방향으로 긴 형상을 가지는 경우라도, 제1 방향 및 제2 방향이 전극 접속부(520)의 폭 방향과 교차하도록 배치되어 있으므로, 전극 접속부(520)의 폭이 좁아도, 접합부(20)를 형성할 수 있다.
그리고, 음극 집전체(600) 측에 대해서도, 양극 집전체(500) 측과 동일한 구성을 가지므로, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자(10)에 대하여 설명하였으나, 본 발명은, 이 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 즉, 금번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아닌 것으로 여겨져야만 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 특허청구의 범위에 의해 나타내고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 접합부(20)의 외주는, 돌출하는 부분이, 극판의 적층 방향으로부터 볼 때, X자 형상을 가지고 있는 것으로 했다. 그러나, 접합부(20)의 외주는, X자 형상이 아닌, ＋자 형상을 가지고 있어도 된다. 즉, 도 7에 나타낸 접합부(20)가 45°회전하여, 제1 방향 및 제2 방향이 전극 접속부(520)의 폭 방향 및 연장 방향(또는 연장 방향 및 폭 방향)을 향한 상태로 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 접합부(20)의 외주가 제1 방향 또는 제2 방향으로 짧은 형상을 가지는 경우에, 상기 짧은 방향이 전극 접속부(520)의 폭 방향이 되도록 접합부(20)를 배치함으로써, 전극 접속부(520)의 폭이 좁아도, 접합부(20)를 형성할 수 있다.
또한, X자 형상이나 ＋자 형상에서는, 접합부(20)의 외주는, 4개의 장출부(21)(및 4개의 오목부(22))를 가지고 있게 되지만, 접합부(20)가 가지는 장출부(21)(및 오목부(22))의 수는 특별히 한정되지 않는다. 즉, 접합부(20)는, 3개 이하, 또는, 5개 이상의 장출부(21)를 가지고 있어도 된다.
또한, 접합부(20) 대신, 상기 형상 이외의 비원형의 외주 접합부가 형성되어 있어도 된다. 도 9a 및 도 9b는, 본 실시형태의 변형예에 따른 양극 집전체(500)와 전극체(400)의 접합부(20A, 20B)의 외관을 나타내는 평면도이다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, 도 9a에서는, 2개의 원이 잇닿아 있는 형상의 외주 접합부(20A)가 형성되어 있다. 이 경우에, 2개의 원이 돌출하는 부분에 접합 강도가 높은 장출부(23)가 형성되고, 2개의 원의 경계의 잘록한 부분에 접합 강도가 낮은 오목부(24)가 형성된다. 또한, 도 9b에서는, 타원 형상(또는 장원 형상) 등의 오목부가 없는 외주의 접합부(20B)가 형성되어 있다. 이 경우에, 길이 방향의 양단 부분에 접합 강도가 높은 장출부(25)가 형성되고, 폭 방향의 양단 부분에 접합 강도가 낮은 단부(26)가 형성된다. 이와 같이 접합부의 외주를 장척의 형상으로 함으로써, 전극 접속부(520)의 폭을 좁게 할 수 있다. 그리고, 상기 접합부의 외주는, 극판의 적층 방향으로부터 볼 때 비원형의 형상을 가지고 있으면 되고, 상기 실시형태 및 그 변형예의 형상으로는 한정되지 않는다.
또한, 상기 실시형태에서는, 접합부(20)는, 양극 집전체(500)가 전극체(400) 및 커버 부재(700)를 향하여 돌출하는 요철 구조의 접합부인 것으로 했다. 그러나, 접합부(20)는, 커버 부재(700) 및 전극체(400)가 양극 집전체(500)를 향하여 돌출하는 요철 구조의 접합부로 해도 된다. 예를 들면, 커버 부재(700)가 양극 집전체(500)보다 두꺼운 경우에는, 이 구성이 바람직하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 양극 집전체(500)는 2개의 전극 접속부(520)를 가지고 있고, 상기 2개의 전극 접속부(520)에, 접합부(20)가 2개씩 형성되어 있는 것으로 했다. 그러나, 접합부(20)의 개수는 한정되지 않고, 몇 개의 접합부(20)가 전극 접속부(520)에 형성되어 있어도 된다. 또한, 전극 접속부(520)의 개수도 한정되지 않고, 양극 집전체(500)는, 1개의 전극 접속부(520) 밖에 가지고 있지 않은 것으로 해도 되고, 3개 이상의 전극 접속부(520)를 가지고 있도로 해도 된다. 그리고, 전극 접속부(520)를 1개로 한 경우에는, 전극 접속부(520)의 양측에 다이(31) 및 펀치(32)를 배치하기 쉬우므로, 접합부(20)를 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 전극체(400)는, 권취축이 커버체(110)에 평행이 되는 소위 세로 권취의 권취형 전극체인 것으로 했다. 그러나, 전극체(400)는, 권취축이 커버체(110)에 수직이 되는 소위 가로 권취의 권취형 전극체라도 된다. 또한, 전극체(400)의 형상은 권취형으로 한정되지 않고, 평판형 극판을 적층한 스택형이나, 극판을 벨로우즈형으로 접은 형상 등이라도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 양극 집전체(500)의 전극 접속부(520)와 전극체(400)의 양극 집속부(410)가 접합되는 것으로 했다. 그러나, 양극 집전체(500)는, 전극 접속부(520)에 접속되는 리드 등의 전기 전도 부재를 가지고 있고, 양극 집속부(410)는 상기 전기 전도 부재와 접합되도록 해도 된다. 이 경우에, 양극 집속부(410)와 상기 전기 전도 부재가 접합되어 접합부(20)가 형성된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 양극 집전체(500)와 전극체(400)와 커버 부재(700)가 접합되는 것으로 했지만, 이들 이외의 부재도 함께 접합되도록 해도 된다. 또는, 커버 부재(700)는 설치되어 있지 않고, 양극 집전체(500)와 전극체(400)가 접합되어 접합부(20)가 형성되는 구성이라도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 양극 집전체(500)와 전극체(400)는, 접합부(20)에 있어서만 접합되는 것으로 했지만, 접합부(20)에서의 접합 이외에, 다른 접합 방법에 의한 접합이 행해져도 된다. 다른 접합 방법으로서는, 예를 들면, 초음파 용접, 저항 용접, 아크 용접, 또는, 레이저나 전자빔을 조사(照射)한 용접 등이 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 양극 집전체(500)는, 2개의 전극 접속부(520)의 양쪽에, 접합부(20)가 형성되어 있는 것으로 하였으나, 전극 접속부(520)의 어느 한쪽에만 접합부(20)가 형성되어 있는 구성이라도 된다. 또한, 축전 소자(10)에 있어서, 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)의 양쪽에, 접합부가 형성되어 있는 것으로 하였으나, 양극 집전체(500) 및 음극 집전체(600)의 어느 한쪽에만 접합부가 형성되어 있는 구성이라도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 양극 집전체(500)와 전극체(400)를 접합할 때 양극 집전체(500)와 전극체(400)를 소성 변형시키는 예로서, 클린치 코킹 접합을 예시했다. 그러나, 이것으로 한정되지 않고, 클린치 코킹 접합과는 다른 형태의 코킹에 의한 접합이라도 되며, 리벳을 사용한 접합 등이라도 상관없다.
또한, 상기 실시형태 및 그 변형예에 포함되는 구성 요소를 임의로 조합하여 구축되는 형태도, 본 발명의 범위 내에 포함된다.
또한, 본 발명은, 이와 같은 축전 소자(10)로서 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 축전 소자(10)가 구비하는 전극체(400)와 양극 집전체(500)(또는 음극 집전체600))의 접합 구조로서도 실현할 수 있다.
본 발명은, 리튬 이온 2차 전지 등의 축전 소자 등에 적용할 수 있다.
10: 축전 소자
20, 20A, 20B, 30: 접합부
21, 23, 25: 장출부
21a, 21b: 제1 장출부
21c, 21d: 제2 장출부
22, 24: 오목부
400: 전극체
411: 전극체 볼록부
412: 전극체 장출부
500: 양극 집전체
520: 전극 접속부
521: 집전체 볼록부
522: 집전체 장출부

Claims (6)

  1. 적층된 극판을 가지는 전극체; 및
    상기 적층된 극판에 접합되는 집전체
    를 포함하는 축전 소자로서,
    상기 전극체 및 상기 집전체는, 어느 한쪽이 다른 쪽을 향하여 돌출하는 요철 구조로 서로 끼워맞추어진 접합부를 구비하고,
    상기 접합부의 외주(outer periphery)는, 상기 접합부에서의 상기 극판의 적층 방향으로부터 볼 때, 비원형(非圓形)의 형상을 가지고 있는,
    축전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합부의 외주는, 상기 적층 방향으로부터 볼 때, 복수의 장출부(bulged portions)와, 상기 복수의 장출부를 연결하는 적어도 하나의 오목부(depressed portion)를 가지는, 축전 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 장출부의 각각은, 상기 오목부와 비교하여, 상기 적층 방향으로 평행한 평면에서의 단면에 있어서, 한쪽이 바깥쪽을 향하여 장출된 양이 큰, 축전 소자.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 복수의 장출부는, 상기 적층 방향으로부터 볼 때, 상기 적층 방향에 대하여 수직인 제1 방향을 따라 서로 반대로 장출한 2개의 제1 장출부를 가지는, 축전 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 장출부는, 상기 적층 방향으로부터 볼 때, 상기 적층 방향에 대하여 수직이면서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 서로 반대로 장출한 2개의 제2 장출부를 더 가지는, 축전 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 집전체는, 상기 접합부가 형성되는 각부(脚部)를 가지고,
    상기 접합부는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향이 상기 각부의 폭 방향과 교차하도록 배치되어 있는, 축전 소자.
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