KR20190137933A - 이차 전지, 전지 팩, 전동 차량, 전력 저장 시스템, 전동 공구 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

이차 전지는, 개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와, 정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께 수납 부재에 수납된 전지 소자와, 수납 부재에 대한 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써 수납 부재의 개방 단부를 폐색함과 함께, 전지 소자에 대향하는 하면과 하면과 반대측의 상면과 하면 및 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와, 절곡부와 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재를 구비한다. 이 절곡부는, 덮개 부재의 하면, 측면 및 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 덮개 부재의 측면 및 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함한다. 교차 방향에 있어서 절곡부에 의해 규정되는 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 교차 방향에 있어서의 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은 10％ 이상 13％ 이하이다.

Description

이차 전지, 전지 팩, 전동 차량, 전력 저장 시스템, 전동 공구 및 전자 기기
본 기술은, 수납 부재의 내부에 전지 소자가 수납된 이차 전지, 그리고 그 이차 전지를 사용한 전지 팩, 전동 차량, 전력 저장 시스템, 전동 공구 및 전자 기기에 관한 것이다.
휴대 전화기 등의 다양한 전자 기기가 널리 보급되고 있으며, 그 전자 기기의 소형화, 경량화 및 장수명화 등이 요망되고 있다. 그래서, 전원으로서, 소형이면서 또한 경량임과 함께 고에너지 밀도를 얻는 것이 가능한 이차 전지의 개발이 진행되고 있다.
이차 전지는, 상기한 전자 기기에 한하지 않고, 다른 용도에 대한 적용도 검토되고 있다. 일례를 들면, 전자 기기 등에 착탈 가능하게 탑재되는 전지 팩, 전기 자동차 등의 전동 차량, 가정용 전력 서버 등의 전력 저장 시스템 및 전동 드릴 등의 전동 공구이다.
이 이차 전지는, 전지 소자와, 그 전지 소자가 수납된 수납 부재를 구비하고 있고, 그 전지 소자는 정극 및 부극과 함께 전해액을 포함하고 있다. 수납 부재의 일단부는 개방되어 있고, 그 수납 부재의 일단부는 전지 소자가 수납된 상태에 있어서 밀봉되어 있다.
이차 전지의 밀봉 구조는, 그 이차 전지의 안전성에 큰 영향을 미친다. 이 때문에, 이차 전지의 밀봉 구조에 관해서는, 다양한 검토가 이루어지고 있다. 구체적으로는, 수납 부재의 밀봉성 등을 개선하기 위해, 그 수납 부재에 관한 캔 도금량 등의 조건이 규정되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 3 참조).
일본 특허 제5160559호 명세서 일본 특허 제5269793호 명세서 미국 특허 제8999564호 명세서
전자 기기 등은 점점 고성능화 및 다기능화되고 있다. 이 때문에, 전자 기기 등의 사용 빈도는 증가하고 있음과 함께, 그 전자 기기 등의 사용 환경은 확대되고 있다. 따라서, 이차 전지의 안전성에 관해서는, 아직 개선의 여지가 있다.
본 기술은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 우수한 안전성을 얻는 것이 가능한 이차 전지, 전지 팩, 전동 차량, 전력 저장 시스템, 전동 공구 및 전자 기기를 제공하는 데 있다.
본 기술의 이차 전지는, 개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와, 정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께 수납 부재에 수납된 전지 소자와, 수납 부재에 대한 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써 수납 부재의 개방 단부를 폐색함과 함께, 전지 소자에 대향하는 하면과 하면과 반대측의 상면과 하면 및 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와, 절곡부와 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재를 구비한 것이다. 이 절곡부는, 전지 덮개의 하면, 측면 및 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 덮개 부재의 상기 측면 및 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함한다. 교차 방향에 있어서 절곡부에 의해 규정되는 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 교차 방향에 있어서의 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은 10％ 이상 13％ 이하이다.
본 기술의 전지 팩, 전동 차량, 전력 저장 시스템, 전동 공구 및 전자 기기의 각각은, 이차 전지를 구비하고, 그 이차 전지가 상기한 본 기술의 이차 전지와 마찬가지의 구성을 갖는 것이다.
본 기술의 이차 전지에 따르면, 절곡률 R1이 상기한 조건을 충족하고 있으므로, 우수한 안전성을 얻을 수 있다. 또한, 본 기술의 전지 팩, 전동 차량, 전력 저장 시스템, 전동 공구 및 전자 기기의 각각에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는, 반드시 한정되는 것은 아니며, 본 기술 중에 기재된 어느 효과여도 된다.
도 1은, 본 기술의 일 실시 형태의 이차 전지의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 이차 전지 중 일부를 도시하는 단면도이다.
도 3은, 도 2에 도시한 코오킹 구조의 구성을 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 4는, 도 1에 도시한 권회 전극체(20) 중 일부를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 5는, 이차 전지의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은, 도 5에 이어지는 이차 전지의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은, 이차 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은, 도 7에 이어지는 이차 전지의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는, 이차 전지의 적용예(전지 팩: 단전지)의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 10은, 도 9에 도시한 전지 팩의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 11은, 이차 전지의 적용예(전지 팩: 조전지)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 12는, 이차 전지의 적용예(전동 차량)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 13은, 이차 전지의 적용예(전력 저장 시스템)의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 14는, 이차 전지의 적용예(전동 공구)의 구성을 도시하는 블록도이다.
이하, 본 기술의 일 실시 형태에 관하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명하는 순서는, 하기와 같다.
1. 이차 전지
1-1. 전체 구성
1-2. 안전 밸브 기구의 구성
1-3. 코오킹 구조의 구성
1-4. 권회 전극체의 구성
1-5. 동작
1-6. 제조 방법
1-7. 작용 및 효과
2. 이차 전지의 용도
2-1. 전지 팩(단전지)
2-2. 전지 팩(조전지)
2-3. 전동 차량
2-4. 전력 저장 시스템
2-5. 전동 공구
<1. 이차 전지>
우선, 본 기술의 일 실시 형태의 이차 전지에 관하여 설명한다.
여기서 설명하는 이차 전지는, 예를 들어 전극 반응 물질로서 리튬을 사용한 이차 전지이며, 보다 구체적으로는, 리튬의 흡장 현상 및 리튬의 방출 현상을 이용하여 부극의 용량이 얻어지는 리튬 이온 이차 전지이다.
<1-1. 전체 구성>
우선, 이차 전지의 전체 구성에 관하여 설명한다.
도 1은, 이차 전지의 단면 구성을 도시하고 있다. 이 이차 전지는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 전지 캔(11)의 내부에 권회 전극체(20)가 수납되어 있는 원통형 이차 전지이다. 전지 캔(11)은, 본 기술의 일 실시 형태의 「수납 부재」임과 함께, 권회 전극체(20)는, 본 기술의 일 실시 형태의 「전지 소자」이다.
이하에서는, 전지 캔(11)에 대하여 권회 전극체(20)가 수납되는 방향(도 1 중의 Z축 방향)을 「수납 방향」이라고 호칭함과 함께, 그 수납 방향과 교차하는 방향(도 1 중의 X축 방향)을 「교차 방향」이라고 호칭한다.
구체적으로는, 이차 전지는, 예를 들어 원통형 전지 캔(11)의 내부에, 한 쌍의 절연판(12, 13)과, 권회 전극체(20)를 구비하고 있다. 단, 이차 전지는, 예를 들어 전지 캔(11)의 내부에, 열감 저항(PTC) 소자 및 보강 부재 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 더 구비하고 있어도 된다.
[전지 캔]
전지 캔(11)은, 주로 권회 전극체(20)를 수납하는 부재이다. 이 전지 캔(11)은, 예를 들어 일단부가 개방됨과 함께 타단부가 폐색된 원통형 용기이며, 수납 방향으로 연장되어 있다. 즉, 전지 캔(11)은, 개방된 일단부(개방 단부(11N))를 갖고 있다.
이 전지 캔(11)은, 예를 들어 철, 알루미늄 및 그들 합금 등의 금속 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 단, 전지 캔(11)의 표면에는, 예를 들어 니켈 등의 금속 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상이 도금되어 있어도 된다.
[절연판]
절연판(12, 13)의 각각, 예를 들어 권회 전극체(20)의 권회 둘레면에 대하여 수직인 방향, 즉 교차 방향으로 연장되어 있다. 또한, 절연판(12, 13)은, 예를 들어 서로 권회 전극체(20)를 사이에 두도록 배치되어 있다.
[코오킹 구조]
전지 캔(11)의 개방 단부(11N)에는, 예를 들어 전지 덮개(14) 및 안전 밸브 기구(30)가 가스킷(15)을 개재시켜 코오킹되어 있다. 전지 덮개(14)는, 본 기술의 일 실시 형태의 「덮개 부재」임과 함께, 가스킷(15)은, 본 기술의 일 실시 형태의 「밀봉 부재」이다.
이에 의해, 전지 캔(11)의 내부에 권회 전극체(20) 등이 수납된 상태에 있어서, 그 전지 캔(11)은 밀폐되어 있다. 이 때문에, 전지 캔(11)의 개방 단부(11N)에, 전지 덮개(14) 및 안전 밸브 기구(30)가 가스킷(15)을 개재시켜 코오킹된 구조(코오킹 구조(11R))가 형성되어 있다. 즉, 절곡부(11P)는, 소위 크림프부임과 함께, 코오킹 구조(11R)는, 소위 크림프 구조이다. 코오킹 구조(11R)의 상세한 구성에 관해서는, 후술한다(도 3 참조).
[전지 덮개]
전지 덮개(14)는, 주로, 전지 캔(11)의 내부에 권회 전극체(20) 등이 수납된 상태에 있어서, 그 전지 캔(11)의 개방 단부(11N)를 폐색하는 부재이다. 이 전지 덮개(14)는, 예를 들어 전지 캔(11)의 형성 재료와 마찬가지의 재료를 포함하고 있다.
전지 덮개(14) 중 중앙 영역은, 예를 들어 권회 전극체(20)로부터 멀어지는 방향으로 돌출되어 있다. 이에 의해, 전지 덮개(14) 중 중앙 영역 이외의 영역(주변 영역)은, 예를 들어 안전 밸브 기구(30)(후술하는 세이프티 커버(31))에 인접되어 있다.
[가스킷]
가스킷(15)은, 주로, 전지 캔(11)(후술하는 절곡부(11P), 도 3 참조)과 전지 덮개(14)의 사이에 개재됨으로써, 그 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극을 밀봉하는 부재이다. 단, 가스킷(15)의 표면에는, 예를 들어 아스팔트 등이 도포되어 있어도 된다.
이 가스킷(15)은, 예를 들어 절연성 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 절연성 재료의 종류는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및 폴리프로필렌(PP) 등의 고분자 재료이다. 그 중에서도, 절연성 재료는 폴리부틸렌테레프탈레이트인 것이 바람직하다. 전지 캔(11)과 전지 덮개(14)를 서로 전기적으로 분리하면서, 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극이 충분히 밀봉되기 때문이다.
[안전 밸브 기구]
안전 밸브 기구(30)는, 주로, 전지 캔(11)의 내부의 압력(내압)이 상승하였을 때, 필요에 따라 전지 캔(11)의 밀폐 상태를 해제함으로써, 그 내압을 개방한다. 전지 캔(11)의 내압이 상승하는 원인은, 예를 들어 충방전 시에 있어서 전해액의 분해 반응에 기인하여 발생하는 가스 등이다. 안전 밸브 기구(30)의 상세한 구성에 관해서는, 후술한다.
[권회 전극체]
권회 전극체(20)는, 정극(21) 및 부극(22)과 함께, 액상의 전해질인 전해액을 포함하고 있다. 구체적으로는, 권회 전극체(20)는, 예를 들어 정극(21) 및 부극(22)이 세퍼레이터(23)를 개재시켜 적층된 후, 그 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)가 권회됨으로써 형성되어 있다. 전해액은, 예를 들어 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)의 각각에 함침되어 있다.
권회 전극체(20)의 중심에는, 예를 들어 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)를 권회시킬 때 생긴 공간(중심 공간(20C))이 마련되어 있고, 그 중심 공간(20C)에는, 예를 들어 센터 핀(24)이 삽입되어 있다. 단, 중심 공간(20C)에 센터 핀(24)이 삽입되어 있지 않아도 된다.
정극(21)에는, 예를 들어 정극 리드(25)가 접속되어 있음과 함께, 부극(22)에는, 예를 들어 부극 리드(26)가 접속되어 있다. 정극 리드(25)는, 예를 들어 알루미늄 등의 도전성 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 이 정극 리드(25)는, 예를 들어 안전 밸브 기구(30)에 접속되어 있기 때문에, 전지 덮개(14)와 전기적으로 접속되어 있다. 부극 리드(26)는, 예를 들어 니켈 등의 도전성 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 이 부극 리드(26)는, 예를 들어 전지 캔(11)에 접속되어 있기 때문에, 그 전지 캔(11)과 전기적으로 접속되어 있다.
권회 전극체(20)의 상세한 구성, 즉 정극(21), 부극(22), 세퍼레이터(23) 및 전해액의 각각의 상세한 구성에 관해서는, 후술한다(도 4 참조).
<1-2. 안전 밸브 기구의 구성>
계속해서, 안전 밸브 기구(30)의 구성에 관하여 설명한다.
도 2는, 도 1에 도시한 이차 전지 중 일부의 단면 구성을 도시하고 있다. 안전 밸브 기구(30)는, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 세이프티 커버(31)와, 디스크 홀더(32)와, 스트리퍼 디스크(33)와, 서브 디스크(34)를 포함하고 있다. 세이프티 커버(31), 디스크 홀더(32), 스트리퍼 디스크(33) 및 서브 디스크(34)는, 예를 들어 전지 덮개(14)에 가까운 측(권회 전극체(20)로부터 먼 측)에서부터 이 순서대로 배치되어 있다.
[세이프티 커버]
세이프티 커버(31)는, 주로, 전지 캔(11)의 내압의 상승에 따라 부분적으로 개구되는 것이 가능한 부재이다. 세이프티 커버(31)가 부분적으로 개구되는 경우에는, 예를 들어 세이프티 커버(31)가 개열되어도 되고, 그 세이프티 커버(31) 중 일부가 제거되어도 된다. 이 세이프티 커버(31)는, 예를 들어 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 금속 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다.
세이프티 커버(31)의 평면 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 대략 원형 등이다. 이 「평면 형상」이란, XY면을 따른 면의 형상이며, 이후에 있어서도 마찬가지이다. 세이프티 커버(31) 중 중앙 영역은, 예를 들어 디스크 홀더(32)를 향하여 돌출되어 있고, 그 중앙 영역에는, 예를 들어 디스크 홀더(32)를 향하여 부분적으로 돌출된 돌기부(31T)가 마련되어 있다.
[디스크 홀더]
디스크 홀더(32)는, 주로, 세이프티 커버(31)와 스트리퍼 디스크(33)의 사이에 개재됨으로써, 그 세이프티 커버(31)에 대하여 스트리퍼 디스크(33)를 위치 정렬하는 부재이다. 이 디스크 홀더(32)는, 예를 들어 폴리프로필렌(PP) 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등의 고분자 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다.
디스크 홀더(32)의 평면 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 대략 원형 등이다. 디스크 홀더(32) 중 중앙 영역은, 예를 들어 세이프티 커버(31)로부터 멀어지도록 움푹 패여 있으므로, 그 디스크 홀더(32)에는, 예를 들어 패임부가 마련되어 있다. 상기한 세이프티 커버(31) 중 중앙 영역은, 예를 들어 디스크 홀더(32)에 마련된 패임부에 감입되어 있고, 그 디스크 홀더(32) 중 중앙 영역에는, 예를 들어 세이프티 커버(31)의 중앙 영역에 대응하는 개소에 개구부(32K)가 마련되어 있다. 개구부(32K)의 개구 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 대략 원형 등이다.
[스트리퍼 디스크]
스트리퍼 디스크(33)는, 주로, 전지 캔(11)의 내부에 있어서 발생한 가스를 방출하는 부재이다. 이 스트리퍼 디스크(33)는, 예를 들어 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 금속 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다.
스트리퍼 디스크(33)의 평면 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 대략 원형 등이다. 스트리퍼 디스크(33) 중 중앙 영역은, 예를 들어 디스크 홀더(32)로부터 멀어지도록 움푹 패여 있으므로, 그 스트리퍼 디스크(33)에는, 예를 들어 패임부가 마련되어 있다. 상기한 디스크 홀더(32) 중 중앙 영역은, 예를 들어 스트리퍼 디스크(33)에 마련된 패임부에 감입되어 있고, 그 스트리퍼 디스크(33) 중 중앙 영역에는, 예를 들어 개구부(33C, 33K)가 마련되어 있다.
개구부(33C)는, 주로, 세이프티 커버(31)에 마련되어 있는 돌기부(31T)를 도출시킴으로써, 그 돌기부(31T)를 서브 디스크(34)에 접촉시키기 위한 도출구이다. 이 개구부(33C)는, 예를 들어 중앙 영역 중의 대략 중앙에 배치되어 있다. 개구부(33C)의 개구 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 대략 원형 등이다.
개구부(33K)는, 주로, 전지 캔(11)의 내부에 있어서 발생한 가스를 외부로 방출하기 위한 통기구이다. 개구부(33K)의 수는, 특별히 한정되지 않지만, 그 중에서도 복수인 것이 바람직하다. 개구부(33K)를 이용하여 가스가 방출되기 쉬워지기 때문이다. 복수의 개구부(33K)는, 예를 들어 개구부(33C)를 중심으로 한 동심원형의 위치에 배치되어 있다. 개구부(33K)의 개구 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 대략 원형 등이다.
[서브 디스크]
서브 디스크(34)는, 주로, 세이프티 커버(31)와 정극 리드(25)의 사이에 개재됨으로써, 그 정극 리드(25)에 대하여 세이프티 커버(31)(돌기부(31T))를 전기적으로 접속시키는 부재이다. 이 서브 디스크(34)는, 예를 들어 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 금속 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 서브 디스크(34)의 평면 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 대략 원형 등이다.
[열감 저항 소자 및 보강 부재]
또한, 열감 저항 소자는, 예를 들어 전지 덮개(14)와 세이프티 커버(31)의 사이에 배치되어 있고, 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)의 각각과 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의해, 열감 저항 소자는, 예를 들어 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)와 함께 가스킷(17)을 개재시켜 코오킹되어 있다. 이 열감 저항 소자는, 예를 들어 온도의 변화에 따라 전기 저항이 크게 변화하는 저항체(서미스터)를 포함하고 있다. 열감 저항 소자의 전기 저항은, 대전류에 기인하는 이차 전지의 이상 발열 등을 방지하기 위해, 그 이차 전지의 내부의 온도가 소정의 온도를 초과하면 급격하게 증가한다. 안전 밸브 기구(30)는, 예를 들어 열감 저항 소자를 통하여 전지 덮개(14)와 전기적으로 접속되어 있다.
보강 부재는, 예를 들어 상기한 열감 저항 소자와 마찬가지로, 전지 덮개(14)와 세이프티 커버(31)의 사이에 배치되어 있고, 그 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)와 함께 가스킷(17)을 개재시켜 코오킹되어 있다. 이 보강 부재는, 예를 들어 구리, 알루미늄 및 철 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있고, 그 보강 부재에는, 예를 들어 니켈 등이 도금되어 있어도 된다.
<1-3. 코오킹 구조의 구성>
계속해서, 코오킹 구조(11R)의 구성에 관하여 설명한다.
도 3은, 도 2에 도시한 코오킹 구조(11R)의 단면 구성을 확대하고 있다. 이하에서는, 수시로 도 3과 함께 도 1 및 도 2를 참조한다.
[코오킹 구조의 구성]
이 이차 전지에서는, 상기한 바와 같이, 전지 캔(11)의 개방 단부(11N)에 있어서 전지 덮개(14) 및 안전 밸브 기구(30)가 가스킷(15)을 개재시켜 코오킹됨으로써, 코오킹 구조(11R)가 형성되어 있다.
구체적으로는, 전지 캔(11)은, 개방 단부(11N)를 획정하는 절곡부(11P)를 갖고 있다. 이 절곡부(11P)는, 전지 캔(11) 중, 코오킹 구조(11R)를 형성하기 위해 후술하는 소정의 절곡 형상으로 되도록 절곡된 부분이다.
전지 덮개(14)는, 교차 방향으로 연장됨으로써, 전지 캔(11)의 개방 단부(11N)를 폐색하고 있다. 이 전지 덮개(14)는, 권회 전극체(20)에 대향하는 하면(14BS)과, 그 하면(14BS)과 반대측의 상면(14TS)과, 하면(14BS) 및 상면(14TS)의 각각에 연결된 측면(14SS)을 갖고 있다.
코오킹 구조(11R)를 형성하기 위해, 절곡부(11P)는, 그 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이에 가스킷(15)이 개재되는 상태에 있어서, 하면(14BS), 측면(14SS) 및 상면(14TS)의 각각을 따르도록 절곡되어 있다. 이 때문에, 절곡부(11P)는, 측면(14SS) 및 상면(14TS)의 각각을 따르도록 절곡된 부분(특정 절곡 부분(11PP))을 포함하고 있다. 또한, 가스킷(15)은, 예를 들어 상기한 절곡부(11P)와 마찬가지로, 하면(14BS), 측면(14SS) 및 상면(14TS)의 각각을 따르도록 절곡되어 있다.
이에 의해, 절곡부(11P) 중 일부(선단 부분)는, 수납 방향으로부터 교차 방향으로 절곡됨으로써, 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14)의 상면(14TS)에 오버랩되어 있다.
또한, 절곡부(11P) 중 다른 일부(근본 부분)는, 수납 방향으로부터 교차 방향으로 절곡됨으로써, 가스킷(14)을 개재시켜 전지 덮개(14)의 하면(14BS)에 오버랩되어 있다. 이에 의해, 절곡부(11P) 중 근본 부분은 전지 캔(11)의 내측을 향하여 움푹 패여 있으므로, 그 전지 캔(11)에 패임부(11U)가 마련되어 있다. 패임부(11U)의 깊이 P는, 특별히 한정되지 않으므로, 임의로 설정 가능하다.
이러한 점에서, 개방 단부(11N)에 있어서의 전지 캔(11) 중 일부(절곡부(11P))는, 상기한 절곡 형상으로 되도록 절곡되어 있다. 이 경우에는, 절곡부(11P)에 의해 가스킷(15)이 전지 덮개(14)에 대하여 압박되어 있음과 함께, 그 절곡부(11P)가 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14)를 상하로부터 끼우고 있다. 이에 의해, 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되어 있음과 함께, 그 전지 덮개(14)가 가스킷(15)을 개재시켜 전지 캔(11)에 고정되어 있다. 따라서, 코오킹 구조(11R)가 형성되어 있다.
여기서는, 예를 들어 상기한 바와 같이, 전지 덮개(14)에 안전 밸브 기구(30)가 부설되어 있기 때문에, 그 전지 덮개(14)에 세이프티 커버(31)가 인접되어 있다. 구체적으로는, 전지 덮개(14) 중 중앙 영역은, 예를 들어 세이프티 커버(31) 중 중앙 영역으로부터 이격되어 있지만, 전지 덮개(14) 중 주변 영역은, 예를 들어 세이프티 커버(31) 중 주변 영역에 인접되어 있다. 세이프티 커버(31)는, 본 기술의 일 실시 형태의 「인접 부재」이다.
세이프티 커버(31)는, 예를 들어 전지 덮개(14)와 마찬가지로, 교차 방향으로 연장되어 있다. 이 때문에, 세이프티 커버(31)는, 예를 들어 권회 전극체(20)에 대향하는 하면(31BS)과, 그 하면(31BS)과 반대측의 상면(31TS)과, 하면(31BS) 및 상면(31TS)의 각각에 연결된 측면(31SS)을 갖고 있다. 상기한 바와 같이, 전지 덮개(14) 중 주변 영역은, 예를 들어 세이프티 커버(31) 중 주변 영역에 인접되어 있기 때문에, 전지 덮개(14)의 하면(14BS)은, 예를 들어 세이프티 커버(31)의 상면(31TS)에 인접되어 있다.
이 경우에는, 절곡부(11P)는, 그 절곡부(11P)와 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)의 사이에 가스킷(15)이 개재되는 상태에 있어서, 하면(31BS), 측면(31SS), 측면(14SS) 및 상면(14TS)의 각각을 따르도록 절곡되어 있다. 이 때문에, 가스킷(15)은, 예를 들어 상기한 절곡부(11P)와 마찬가지로, 하면(31BS), 측면(31SS), 측면(14SS) 및 상면(14TS)의 각각을 따르도록 절곡되어 있다.
이러한 점에서, 절곡부(11P)에 의해 가스킷(15)이 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)의 각각에 대하여 압박되어 있음과 함께, 그 절곡부(11P)가 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)를 상하로부터 끼우고 있다. 이에 의해, 절곡부(11P)와 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)의 사이의 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되어 있음과 함께, 그 전지 덮개(14) 및 세이프티 커버(31)가 가스킷(15)을 개재시켜 전지 캔(11)에 고정되어 있다.
또한, 가스킷(15)의 두께는, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 가스킷(15)의 두께는, 측면(14SS)으로부터 상면(14TS)을 향하는 방향에 있어서 점차 감소되어 있는 것이 바람직하다. 절곡부(11P)에 의해 가스킷(15)이 전지 덮개(14)에 대하여 압박되는 힘(압박력 F)을 이용하여, 그 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되기 쉬워지기 때문이다.
이 때문에, 절곡부(11P) 중 측면(14SS)에 대향하는 부분은, 예를 들어 상기한 가스킷(15)의 두께의 감소에 따라 경사져 있어도 된다. 즉, 절곡부(11P) 중 측면(14SS)에 대향하는 부분은, 예를 들어 측면(14SS)으로부터 상면(14TS)을 향하는 방향에 있어서 점차 전지 덮개(14)에 접근해도 된다.
또한, 가스킷(15)의 선단의 위치는, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 가스킷(15)의 선단은, 절곡부(11P)의 선단보다 돌출되어 있는 것이 바람직하다. 절곡부(11P)의 선단 근방에 있어서도, 상기한 압박력 F를 이용하여 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되기 쉬워지기 때문이다.
또한, 절곡부(11P)의 상단의 위치는, 특별히 한정되지 않지만, 그 중에서도 전지 덮개(14)의 상단의 위치보다 낮은 것이 바람직하다. 즉, 수납 방향에 있어서, 절곡부(11P)의 상단은, 전지 덮개(14)의 상단보다 권회 전극체(20)에 가까운 측에 위치해 있는 것이 바람직하다. 절곡부(11P)의 상단과 전지 덮개(14)의 상단의 사이에 거리 H가 마련되므로, 외부 탭의 설치 스페이스가 확보되기 때문이다. 이에 의해, 정극(21)의 일부로서 기능하는 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워진다.
[코오킹 구조에 관한 적정 조건]
이 이차 전지에서는, 우수한 안전성을 얻기 위해, 코오킹 구조(11R)에 관한 구성 조건이 적정화되어 있다. 이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조한다.
(절곡률)
구체적으로는, 교차 방향에 있어서 절곡부(11P)에 의해 규정되는 전지 캔(11)의 외경 D1(mm)과, 교차 방향에 있어서의 특정 절곡 부분(11PP)의 절곡 길이 L1(mm)에 의해 규정되는 절곡률 R1(％)은, 10％ 내지 13％이다. 이 절곡률 R1은, R1=(L1/D1)×100이라고 하는 계산식에 기초하여 산출된다.
여기서 설명하는 전지 캔(11)의 「외경 D1」은, 소위 최대 외경이다. 상기한 바와 같이, 절곡부(11P) 중 측면(14SS)에 대향하는 부분이 가스킷(15)의 두께의 감소에 따라 경사져 있는 경우에는, 그 절곡부(11P)에 의해 규정되는 전지 덮개(14)의 외경이 장소(측정 위치)에 따라 변화할 수 있기 때문이다.
절곡률 R1이 상기한 적정 조건을 충족하고 있다면, 외경 D1 및 절곡 길이 L1의 각각은, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 외경 D1은 20mm 내지 23mm인 것이 바람직함과 함께, 절곡 길이 L1은 1.8mm 내지 3mm인 것이 바람직하다.
절곡률 R1이 적정 조건을 충족한 것은, 이차 전지의 안전성이 향상되기 때문이다.
상세하게는, 절곡률 R1이 적정 조건을 충족하지 못한 경우에는, 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되기 어려워진다.
구체적으로는, 절곡률 R1이 10％보다 작은 경우에는, 외경 D1에 대하여 절곡 길이 L1이 지나치게 작기 때문에, 압박력 F가 근본적으로 부족하다. 이에 의해, 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이에 간극이 발생하기 쉬워지기 때문에, 그 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되기 어려워진다.
한편, 절곡률 R1이 13％보다 큰 경우에는, 외경 D1에 대하여 절곡 길이 L1이 지나치게 크기 때문에, 코오킹 구조(11R)의 형성 공정에 있어서 절곡부(11P)를 절곡하였을 때, 그 절곡부(11P) 중 선단 부분이 물결치기 쉬워진다. 이 「물결치기」란, 절곡부(11P) 중 선단 근방의 부분이 물결치듯이 변형되는 현상이다. 이 경우에는, 외경 D1에 대하여 절곡 길이 L1이 충분히 큼에도 불구하고, 절곡부(11P)의 선단 근방에서는 압박력 F가 저하된다. 이에 의해, 이차 전지의 낙하 시의 충격 등의 외력에 기인하여 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이에 간극이 발생하기 쉬워지기 때문에, 그 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되기 어려워진다.
이에 비해, 절곡률 R1이 10％ 내지 13％인 경우에는, 외경 D1에 대하여 절곡 길이 L1이 적정화되기 때문에, 압박력 F가 확보됨과 함께, 절곡부(11P) 중 선단 부분이 물결치기 어려워진다. 이에 의해, 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이에 간극이 발생하기 어려워지기 때문에, 그 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되기 쉬워진다. 따라서, 코오킹 구조(11R)의 밀봉 강도가 향상되기 때문에, 안전 밸브 기구(30)의 유효한 동작을 담보할 수 있다. 즉, 안전 밸브 기구(30)는, 전지 캔(11)의 내압이 충분히 높아질 때까지는 작동하지 않고, 그 전지 캔(11)의 내압이 충분히 높아졌을 때 작동할 수 있다.
이러한 점에서, 절곡률 R1이 적정 조건을 충족하고 있다면, 안전 밸브 기구(30)의 유효한 동작이 담보되기 때문에, 이차 전지의 안전성이 향상된다.
특히, 원통형 이차 전지의 구경을 대형화한 경우, 즉 전지 캔(11)의 외경 D1을 증가시킨 경우에는, 절곡률 R1이 적정 조건을 충족하고 있다면, 이차 전지의 안전성이 효과적으로 향상된다. 전지 캔(11)이 대형화된 경우에 있어서도, 전지 덮개(14)가 전지 캔(11)에 고정되기 쉬워지기 때문이다. 전지 캔(11)을 대형화한 경우에 있어서의 외경 D1의 일례는, 상기한 바와 같다.
(오버랩률)
또한, 상기한 절곡률 R1과 함께, 예를 들어 이하에서 설명하는 일련의 구성 조건도 적정화되어도 된다.
구체적으로는, 교차 방향에 있어서의 전지 덮개(14)의 외경 D2(mm)와, 수납 방향에 있어서 특정 절곡 부분(11PP)과 전지 덮개(14)가 서로 오버랩하는 영역의 교차 방향에 있어서의 오버랩 길이 L2(mm)에 의해 규정되는 오버랩률 R2(％)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 6％ 내지 9％이다. 이 오버랩률 R2는, R2=(L2/D2)×100이라고 하는 계산식에 기초하여 산출된다.
오버랩률 R2가 상기한 적정 조건을 충족하고 있다면, 외경 D2 및 오버랩 길이 L2의 각각은, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 외경 D2는 17.5mm 내지 19.5mm인 것이 바람직함과 함께, 오버랩 길이 L2는 1.1mm 내지 2.5mm인 것이 바람직하다.
절곡률 R1 및 오버랩률 R2의 각각이 적정 조건을 충족한 것은, 이차 전지의 안전성이 보다 향상되기 때문이다.
상세하게는, 오버랩률 R2가 적정 조건을 충족하지 못한 경우에는, 전지 덮개(14)가 전지 캔(11)에 고정되기 어려워진다.
구체적으로는, 오버랩률 R2가 6％보다 작은 경우에는, 외경 D2에 대하여 오버랩 길이 L2가 지나치게 작기 때문에, 절곡부(11P)가 근본적으로 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14)를 홀드(hold)하기 어려워진다. 이에 의해, 전지 덮개(14)가 전지 캔(11)에 고정되기 어려워지기 때문에, 이차 전지의 낙하 시의 충격 등의 외력에 기인하여, 전지 덮개(14)가 전지 캔(11)으로부터 탈락하기 쉬워짐과 함께, 그 전지 캔(11)의 내부로부터 전해액이 유출(누액)되기 쉬워진다.
한편, 오버랩률 R2가 9％보다 큰 경우에는, 외경 D2에 대하여 오버랩 길이 L2가 지나치게 크기 때문에, 상기한 절곡률 R1이 13％보다 큰 경우와 마찬가지로, 절곡부(11P) 중 선단 부분이 물결치기 쉬워진다. 이 경우에는, 외경 D2에 대하여 오버랩 길이 L2가 충분히 큼에도 불구하고, 절곡부(11P)가 실질적으로 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14)를 홀드하기 어려워진다. 이에 의해, 전지 덮개(14)가 전지 캔(11)에 고정되기 어려워지기 때문에, 전지 덮개(14)가 탈락하기 쉬워짐과 함께 전해액이 누액되기 쉬워진다.
이에 비해, 오버랩률 R2가 6％ 내지 9％인 경우에는, 외경 D2에 대하여 오버랩 길이 L2가 적정화되기 때문에, 절곡부(11P)가 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14)를 홀드하기 쉬워짐과 함께, 그 절곡부(11P) 중 선단 부분이 물결치기 어려워진다. 이에 의해, 전지 덮개(14)가 전지 캔(11)에 고정되기 쉬워지기 때문에, 전지 덮개(14)가 탈락하기 어려워짐과 함께 전해액이 누액되기 어려워진다.
이러한 점에서, 절곡률 R1이 적정 조건을 충족하고 있음과 함께, 오버랩률 R2도 적정 조건을 충족하고 있다면, 전지 덮개(14)의 탈락 및 전해액의 누액을 억제하면서, 안전 밸브 기구(30)의 유효한 동작이 담보되기 때문에, 이차 전지의 안전성이 보다 향상된다.
특히, 상기한 바와 같이, 원통형 이차 전지의 구경을 대형화한 경우에는, 절곡률 R1이 적정 조건을 충족하고 있음과 함께 오버랩률 R2도 적정 조건을 충족하고 있다면, 전지 덮개(14)가 전지 캔(11)에 의해 고정되기 쉬워지기 때문에, 이차 전지의 안전성이 보다 향상된다.
(두께 차)
또한, 가스킷(15)의 두께가 점차 감소함과 함께, 전지 덮개(14)에 세이프티 커버(31)가 인접되어 있는 경우에 있어서, 세이프티 커버(31)의 하면(31BS)에 대응하는 위치에 있어서의 가스킷(15)의 두께 T1(mm)과, 절곡부(11P)의 선단에 대응하는 위치에 있어서의 가스킷(15)의 두께 T2(mm)에 의해 규정되는 두께 차 DT(mm)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1mm 내지 0.3mm이다. 이 두께 차 DT는, DT=T1-T2라고 하는 계산식에 기초하여 산출된다.
두께 차 DT가 상기한 적정 조건을 충족하고 있다면, 두께 T1, T2의 각각은 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 두께 T1은, 예를 들어 0.4mm 내지 0.8mm임과 함께, 두께 T2는, 예를 들어 0.2mm 내지 0.6mm이다.
두께 차 DT가 적정 조건을 충족한 것은, 이차 전지의 안전성을 담보하면서, 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워지기 때문이다.
상세하게는, 예를 들어 두께 T1을 일정하게 한 경우에 있어서, 두께 차 DT가 0.1㎛보다 작은 경우에는, 가스킷(15) 중 선단 근방 부분의 두께가 지나치게 크기 때문에, 거리 H가 현저하게 작아진다. 이에 의해, 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 위한 스페이스가 부족하기 때문에, 그 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 어려워질 가능성이 있다.
한편, 예를 들어 두께 T1을 일정하게 한 경우에 있어서, 두께 차 DT가 0.3㎛보다 큰 경우에는, 가스킷(15) 중 선단 근방 부분의 두께가 지나치게 작기 때문에, 외력에 기인하여 선단 근방 부분이 갈라지기 쉬워진다. 이에 의해, 외력에 기인하여 전지 덮개(14)가 탈락하기 쉬워짐과 함께 전해액이 누액되기 쉬워질 가능성이 있다.
(특정 절곡 부분의 두께)
또한, 특정 절곡 부분(11PP)의 두께 T3(mm)은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.27mm 내지 0.31mm이다. 권회 전극체(20)(정극(21) 및 부극(22))의 사이즈가 충분히 커지므로, 전지 용량을 담보하면서, 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워지기 때문이다.
상세하게는, 예를 들어 두께 T3이 0.27㎛보다 작은 경우에는, 절곡부(11P)의 물리적 강도가 부족하기 때문에, 그 절곡부(11P)가 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14)를 홀드하기 어려워짐과 함께, 그 절곡부(11P)가 변형되기 쉬워진다. 이에 의해, 전지 캔(11)의 내압이 상승하면, 전지 덮개(14)가 탈락하기 쉬워짐과 함께 전해액이 누액되기 쉬워질 가능성이 있다.
한편, 예를 들어 두께 T3이 0.31mm보다 큰 경우에는, 긴 변 방향(수납 방향)에 있어서의 전지 캔(11)의 치수(높이)를 일정하게 한 경우에 있어서, 전지 캔(11)의 내부에 있어서의 권회 전극체(20)의 점유 체적이 상대적으로 감소하기 때문에, 충방전 면적이 작아진다. 이 「충방전 면적」이란, 충방전 반응을 행하는 것이 가능한 영역의 면적이며, 소위 정극(21)과 부극(22)이 서로 대향하는 영역의 면적이다. 이에 의해, 충전량 및 방전량의 각각이 감소하기 때문에, 전지 용량이 감소하기 쉬워질 가능성이 있다.
(총 두께)
또한, 전지 덮개(14)의 두께 T4(mm)와 세이프티 커버(31)의 두께 T5(mm)에 의해 규정되는 총 두께 TT(mm)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.8mm 내지 1mm이다. 이 총 두께 TT는, TT=T4+T5라고 하는 계산식에 기초하여 산출된다.
총 두께 TT가 상기한 적정 조건을 충족하고 있다면, 두께 T4, T5의 각각은 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 두께 T4는, 예를 들어 0.2mm 내지 0.7mm임과 함께, 두께 T5는, 예를 들어 0.2mm 내지 0.6mm이다.
총 두께 TT가 적정 조건을 충족한 것은, 전지 용량을 담보하면서, 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워지기 때문이다.
상세하게는, 총 두께 TT가 0.8mm보다 작은 경우에는, 전지 캔(11)을 폐색하고 있는 전지 덮개(14) 등의 물리적 내구성이 저하되기 때문에, 전지 캔(11)의 내압의 상승에 기인하여 전지 덮개(14) 등이 변형되기 쉬워진다. 이에 의해, 전지 캔(11)의 내압이 상승하면, 전지 덮개(14)가 탈락하기 쉬워짐과 함께 전해액이 누액되기 쉬워질 가능성이 있다.
한편, 총 두께 TT가 1mm보다 큰 경우에는, 긴 변 방향에 있어서의 전지 캔(11)의 치수(높이)를 일정하게 한 경우에 있어서, 전지 캔(11)의 내부에 있어서의 권회 전극체(20)의 점유 체적이 상대적으로 감소하기 때문에, 전지 용량이 감소하기 쉬워질 가능성이 있다.
<1-4. 권회 전극체의 구성>
계속해서, 권회 전극체(20)의 구성에 관하여 설명한다.
도 4는, 도 1에 도시한 권회 전극체(20)의 단면 구성의 일부를 확대하고 있다. 이 권회 전극체(20)는, 상기한 바와 같이, 정극(21), 부극(22), 세퍼레이터(23) 및 전해액을 포함하고 있다.
[정극]
정극(21)은, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 정극 집전체(21A)와, 그 정극 집전체(21A)의 양면에 마련된 정극 활물질층(21B)을 포함하고 있다. 단, 정극 활물질층(21B)은, 정극 집전체(21A)의 편면에만 마련되어 있어도 된다.
정극 집전체(21A)는, 예를 들어 도전성 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 도전성 재료의 종류는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 알루미늄, 니켈 및 스테인리스 등의 금속 재료이다. 이 정극 집전체(21A)는, 단층이어도 되고, 다층이어도 된다.
정극 활물질층(21B)은, 정극 활물질로서, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 정극 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 단, 정극 활물질층(21B)은, 추가로 정극 결착제 및 정극 도전제 등의 다른 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다.
정극 재료는, 리튬 함유 화합물인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는 리튬 함유 복합 산화물 및 리튬 함유 인산 화합물 등인 것이 바람직하다. 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다.
리튬 함유 복합 산화물은, 리튬과 1종류 또는 2종류 이상의 타원소(리튬 이외의 원소)를 구성 원소로서 포함하는 산화물이며, 예를 들어 층상 암염형 및 스피넬형 등 중 어느 결정 구조를 갖고 있다. 리튬 함유 인산 화합물은, 리튬과 1종류 또는 2종류 이상의 타원소를 구성 원소로서 포함하는 인산 화합물이며, 예를 들어 올리빈형 등의 결정 구조를 갖고 있다.
타원소의 종류는, 임의의 원소 중 어느 1종류 또는 2종류 이상이면, 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 타원소는, 장주기형 주기율표에 있어서의 2족 내지 15족에 속하는 원소 중 어느 1종류 또는 2종류 이상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 타원소는 니켈, 코발트, 망간 및 철 중 어느 1종류 또는 2종류 이상의 금속 원소를 포함하고 있는 것이 보다 바람직하다. 높은 전압이 얻어지기 때문이다.
층상 암염형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 복합 산화물은, 예를 들어 하기 식 (1) 내지 식 (3)의 각각으로 표시되는 화합물 등이다.
Figure pct00001
(M11은, 코발트(Co), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W) 중 적어도 1종임. a 내지 e는, 0.8≤a≤1.2, 0<b<0.5, 0≤c≤0.5, (b+c)<1, -0.1≤d≤0.2 및 0≤e≤0.1을 충족함. 단, 리튬의 조성은 충방전 상태에 따라 상이하며, a는 완전 방전 상태의 값임)
Figure pct00002
(M12는, 코발트(Co), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W) 중 적어도 1종임. a 내지 d는, 0.8≤a≤1.2, 0.005≤b≤0.5, -0.1≤c≤0.2 및 0≤d≤0.1을 충족함. 단, 리튬의 조성은 충방전 상태에 따라 상이하며, a는 완전 방전 상태의 값임)
Figure pct00003
(M13은, 니켈(Ni), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W) 중 적어도 1종임. a 내지 d는, 0.8≤a≤1.2, 0≤b<0.5, -0.1≤c≤0.2 및 0≤d≤0.1을 충족함. 단, 리튬의 조성은 충방전 상태에 따라 상이하며, a는 완전 방전 상태의 값임)
층상 암염형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 복합 산화물의 구체예는, LiNiO2, LiCoO2, LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, LiNi0.33Co0.33 Mn0.33O2, Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2 및 Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2 등이다.
또한, 층상 암염형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 복합 산화물이 니켈, 코발트, 망간 및 알루미늄을 구성 원소로서 포함하는 경우에는, 그 니켈의 원자 비율은 50원자％ 이상인 것이 바람직하다. 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다.
스피넬형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 복합 산화물은, 예를 들어 하기 식 (4)로 표시되는 화합물 등이다.
Figure pct00004
(M14는, 코발트(Co), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 철(Fe), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 텅스텐(W) 중 적어도 1종임. a 내지 d는, 0.9≤a≤1.1, 0≤b≤0.6, 3.7≤c≤4.1 및 0≤d≤0.1을 충족함. 단, 리튬의 조성은 충방전 상태에 따라 상이하며, a는 완전 방전 상태의 값임)
스피넬형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 복합 산화물의 구체예는, LiMn2O4 등이다.
올리빈형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 인산 화합물은, 예를 들어 하기 식 (5)로 표시되는 화합물 등이다.
Figure pct00005
(M15는, 코발트(Co), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 붕소(B), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 구리(Cu), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W) 및 지르코늄(Zr) 중 적어도 1종임. a는, 0.9≤a≤1.1을 충족함. 단, 리튬의 조성은 충방전 상태에 따라 상이하며, a는 완전 방전 상태의 값임)
올리빈형 결정 구조를 갖는 리튬 함유 인산 화합물의 구체예는, LiFePO4, LiMnPO4, LiFe0.5Mn0.5PO4 및 LiFe0.3Mn0.7PO4 등이다.
또한, 리튬 함유 복합 산화물은, 하기 식 (6)으로 표시되는 화합물 등이어도 된다.
Figure pct00006
(x는, 0≤x≤1을 충족함. 단, 리튬의 조성은 충방전 상태에 따라 상이하며, x는 완전 방전 상태의 값임)
이밖에, 정극 재료는, 예를 들어 산화물, 이황화물, 칼코겐화물 및 도전성 고분자 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상이어도 된다. 산화물은, 예를 들어 산화티타늄, 산화바나듐 및 이산화망간 등이다. 이황화물은, 예를 들어 이황화티타늄 및 황화몰리브덴 등이다. 칼코겐화물은, 예를 들어 셀렌화니오븀 등이다. 도전성 고분자는, 예를 들어 황, 폴리아닐린 및 폴리티오펜 등이다. 단, 정극 재료는, 상기 이외의 다른 재료여도 된다.
정극 결착제는, 예를 들어 합성 고무 및 고분자 화합물 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 합성 고무는, 예를 들어 스티렌부타디엔계 고무, 불소계 고무 및 에틸렌프로필렌디엔 등이다. 고분자 화합물은, 예를 들어 폴리불화비닐리덴 및 폴리이미드 등이다.
정극 도전제는, 예를 들어 탄소 재료 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 이 탄소 재료는, 예를 들어 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 케첸 블랙 등이다. 단, 정극 도전제는, 도전성을 갖는 재료라면, 금속 재료 및 도전성 고분자 등이어도 된다.
[부극]
부극(22)은, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 부극 집전체(22A)와, 그 부극 집전체(22A)의 양면에 마련된 부극 활물질층(22B)을 포함하고 있다. 단, 부극 활물질층(22B)은, 부극 집전체(22A)의 편면에만 마련되어 있어도 된다.
부극 집전체(22A)는, 예를 들어 도전성 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 도전성 재료의 종류는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 구리, 알루미늄, 니켈 및 스테인리스 등의 금속 재료이다. 이 부극 집전체(22A)는, 단층이어도 되고, 다층이어도 된다.
부극 집전체(22A)의 표면은, 조면화되어 있는 것이 바람직하다. 소위 앵커 효과에 의해, 부극 집전체(22A)에 대한 부극 활물질층(22B)의 밀착성이 향상되기 때문이다. 이 경우에는, 적어도 부극 활물질층(22B)과 대향하는 영역에 있어서, 부극 집전체(22A)의 표면이 조면화되어 있으면 된다. 조면화 방법은, 예를 들어 전해 처리를 이용하여 미립자를 형성하는 방법 등이다. 전해 처리에서는, 전해조 내에 있어서 전해법에 의해 부극 집전체(22A)의 표면에 미립자가 형성되기 때문에, 그 부극 집전체(22A)의 표면에 요철이 마련된다. 전해법에 의해 제작된 구리박은, 일반적으로 전해 구리박이라고 불리고 있다.
부극 활물질층(22B)은, 부극 활물질로서, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 단, 부극 활물질층(22B)은, 추가로 부극 결착제 및 부극 도전제 등의 다른 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다.
충전 도중에 있어서 의도하지 않게 리튬 금속이 부극(22)에 석출되는 것을 방지하기 위해, 부극 재료의 충전 가능한 용량은, 정극(21)의 방전 용량보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 리튬을 흡장 방출 가능한 부극 재료의 전기 화학 당량은, 정극(21)의 전기 화학 당량보다 큰 것이 바람직하다.
부극 재료는, 예를 들어 탄소 재료이다. 리튬의 흡장 방출 시에 있어서의 결정 구조의 변화가 매우 적기 때문에, 높은 에너지 밀도가 안정되게 얻어지기 때문이다. 또한, 탄소 재료는 부극 도전제로서도 기능하므로, 부극 활물질층(22B)의 도전성이 향상되기 때문이다.
탄소 재료는, 예를 들어 이흑연화성 탄소, 난흑연화성 탄소 및 흑연 등이다. 단, 난흑연화성 탄소에 있어서의 (002)면의 면 간격은 0.37nm 이상인 것이 바람직함과 함께, 흑연에 있어서의 (002)면의 면 간격은 0.34nm 이하인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 탄소 재료는, 예를 들어 열분해 탄소류, 코크스류, 유리 상 탄소 섬유, 유기 고분자 화합물 소성체, 활성탄 및 카본 블랙류 등이다. 이 코크스류에는 피치 코크스, 니들 코크스 및 석유 코크스 등이 포함된다. 유기 고분자 화합물 소성체는, 페놀 수지 및 푸란 수지 등의 고분자 화합물이 적당한 온도에서 소성(탄소화)된 것이다. 이밖에, 탄소 재료는, 약 1000℃ 이하의 온도에서 열처리된 저결정성 탄소여도 되고, 비정질 탄소여도 된다. 또한, 탄소 재료의 형상은, 섬유상, 구상, 입상 및 인편상 중 어느 것이어도 된다.
또한, 부극 재료는, 예를 들어 금속계 재료이다. 이 「금속계 재료」란, 금속 원소 및 반금속 원소 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 구성 원소로서 포함하는 재료의 총칭이다. 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다.
금속계 재료는, 단체, 합금 및 화합물 중 어느 것이어도 되며, 그들 중 2종류 이상이어도 되고, 그들 중 1종류 또는 2종류 이상의 상을 적어도 일부에 갖는 재료여도 된다. 단, 합금에는, 2종류 이상의 금속 원소를 포함하는 재료에 추가하여, 1종류 이상의 금속 원소와 1종류 이상의 반금속 원소를 포함하는 재료도 포함된다. 또한, 합금은, 비금속 원소를 포함하고 있어도 된다. 이 금속계 재료의 조직은, 예를 들어 고용체, 공정(공융 혼합물), 금속간 화합물 및 그들의 2종류 이상의 공존물 등이다.
상기한 금속 원소 및 반금속 원소는, 예를 들어 리튬과 합금을 형성 가능한 금속 원소 및 반금속 원소 중 어느 1종류 또는 2종류 이상이다. 구체적으로는, 예를 들어 마그네슘, 붕소, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 규소, 게르마늄, 주석, 납, 비스무트, 카드뮴, 은, 아연, 하프늄, 지르코늄, 이트륨, 팔라듐 및 백금 등이다.
그 중에서도, 규소 및 주석 중 한쪽 또는 양쪽이 바람직하다. 리튬을 흡장 방출하는 능력이 우수하기 때문에, 현저하게 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다.
규소 및 주석 중 한쪽 또는 양쪽을 구성 원소로서 포함하는 재료는, 규소의 단체, 합금 및 화합물 중 어느 것이어도 되고, 주석의 단체, 합금 및 화합물 중 어느 것이어도 되고, 그들 중 2종류 이상이어도 되고, 그들 중 1종류 또는 2종류 이상의 상을 적어도 일부에 갖는 재료여도 된다. 여기서 설명하는 단체란, 어디까지나 일반적인 의미에서의 단체(미량의 불순물을 포함하고 있어도 됨)를 의미하며, 반드시 순도 100％를 의미하고 있는 것은 아니다.
규소의 합금은, 예를 들어 규소 이외의 구성 원소로서, 주석, 니켈, 구리, 철, 코발트, 망간, 아연, 인듐, 은, 티타늄, 게르마늄, 비스무트, 안티몬 및 크롬 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 규소의 화합물은, 예를 들어 규소 이외의 구성 원소로서, 탄소 및 산소 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 또한, 규소의 화합물은, 예를 들어 규소 이외의 구성 원소로서, 규소의 합금에 관하여 설명한 일련의 원소 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다.
규소의 합금 및 규소의 화합물의 각각의 구체예는, SiB4, SiB6, Mg2Si, Ni2Si, TiSi2, MoSi2, CoSi2, NiSi2, CaSi2, CrSi2, Cu5Si, FeSi2, MnSi2, NbSi2, TaSi2, VSi2, WSi2, ZnSi2, SiC, Si3N4, Si2N2O, SiOv(0<v≤2) 및 LiSiO 등이다. 또한, SiOv에 있어서의 v는, 0.2<v<1.4여도 된다.
주석의 합금은, 예를 들어 주석 이외의 구성 원소로서, 규소, 니켈, 구리, 철, 코발트, 망간, 아연, 인듐, 은, 티타늄, 게르마늄, 비스무트, 안티몬 및 크롬 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 주석의 화합물은, 예를 들어 주석 이외의 구성 원소로서, 탄소 및 산소 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 또한, 주석의 화합물은, 예를 들어 주석 이외의 구성 원소로서, 주석의 합금에 관하여 설명한 일련의 원소 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다.
주석의 합금 및 주석의 화합물의 구체예는, SnOw(0<w≤2), SnSiO3, LiSnO 및 Mg2Sn 등이다.
특히, 주석을 구성 원소로서 포함하는 재료는, 예를 들어 제1 구성 원소인 주석과 함께 제2 구성 원소 및 제3 구성 원소를 포함하는 재료(Sn 함유 재료)인 것이 바람직하다. 제2 구성 원소는, 예를 들어 코발트, 철, 마그네슘, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 니켈, 구리, 아연, 갈륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 은, 인듐, 세슘, 하프늄(Hf), 탄탈륨, 텅스텐, 비스무트 및 규소 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 제3 구성 원소는, 예를 들어 붕소, 탄소, 알루미늄 및 인 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. Sn 함유 재료가 제2 및 제3 구성 원소를 포함하고 있음으로써, 높은 전지 용량 및 우수한 사이클 특성 등이 얻어지기 때문이다.
그 중에서도, Sn 함유 재료는, 주석과 코발트와 탄소를 구성 원소로서 포함하는 재료(SnCoC 함유 재료)인 것이 바람직하다. 이 SnCoC 함유 재료에서는, 예를 들어 탄소의 함유량이 9.9질량％ 내지 29.7질량％, 주석 및 코발트의 함유량의 비율(Co/(Sn+Co))이 20질량％ 내지 70질량％이다. 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다.
SnCoC 함유 재료는, 주석과 코발트와 탄소를 포함하는 상을 갖고 있으며, 그 상은 저결정성 또는 비정질인 것이 바람직하다. 이 상은, 리튬과 반응 가능한 반응상이기 때문에, 그 반응상의 존재에 의해 우수한 특성이 얻어진다. 이 반응상의 X선 회절에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭(회절각 2θ)은, 특정 X선으로서 CuKα선을 사용함과 함께 삽입 속도를 1°/min으로 한 경우에 있어서, 1°이상인 것이 바람직하다. 리튬이 보다 원활하게 흡장 방출됨과 함께, 전해액과의 반응성이 저감되기 때문이다. 또한, SnCoC 함유 재료는, 저결정성 또는 비정질의 상에 추가하여, 각 구성 원소의 단체 또는 일부가 포함되어 있는 상을 포함하는 경우도 있다.
X선 회절에 의해 얻어진 회절 피크가 리튬과 반응 가능한 반응상에 대응하는 것인지 여부는, 리튬과의 전기 화학적 반응의 전후에 있어서의 X선 회절 차트를 비교하면 용이하게 판단할 수 있다. 예를 들어, 리튬과의 전기 화학적 반응의 전후에 있어서 회절 피크의 위치가 변화하면, 리튬과 반응 가능한 반응상에 대응하는 것이다. 이 경우에는, 예를 들어 저결정성 또는 비정질의 반응상의 회절 피크가 2θ=20°내지 50°의 사이에서 보인다. 이러한 반응상은, 예를 들어 상기한 각 구성 원소를 포함하고 있고, 주로, 탄소의 존재에 기인하여 저결정화 또는 비정질화되어 있는 것이라고 생각된다.
SnCoC 함유 재료에서는, 구성 원소인 탄소 중 적어도 일부가 다른 구성 원소인 금속 원소 또는 반금속 원소와 결합되어 있는 것이 바람직하다. 주석 등의 응집 또는 결정화가 억제되기 때문이다. 원소의 결합 상태에 관해서는, 예를 들어 X선 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 확인 가능하다. 시판되는 장치에서는, 예를 들어 연X선으로서 Al-Kα선 또는 Mg-Kα선 등이 사용된다. 탄소 중 적어도 일부가 금속 원소 또는 반금속 원소 등과 결합되어 있는 경우에는, 탄소의 1s 궤도(C1s)의 합성파의 피크가 284.5eV보다 낮은 영역에서 나타난다. 또한, 금 원자의 4f 궤도(Au4f)의 피크는, 84.0eV에서 얻어지도록 에너지 교정되어 있는 것으로 한다. 이때, 통상, 물질 표면에 표면 오염 탄소가 존재하기 때문에, 그 표면 오염 탄소의 C1s의 피크를 284.8eV로 하여, 그 피크를 에너지 기준으로 한다. XPS 측정에 있어서, C1s의 피크의 파형은, 표면 오염 탄소의 피크와 SnCoC 함유 재료 중의 탄소의 피크를 포함한 형태로 얻어진다. 이 때문에, 예를 들어 시판되는 소프트웨어를 사용하여 해석함으로써, 양자의 피크를 분리한다. 파형의 해석에서는, 최저 속박 에너지측에 존재하는 주 피크의 위치를 에너지 기준(284.8eV)으로 한다.
이 SnCoC 함유 재료는, 구성 원소가 주석, 코발트 및 탄소만인 재료(SnCoC)에 한정되지 않는다. 이 SnCoC 함유 재료는, 예를 들어 주석, 코발트 및 탄소에 추가하여, 규소, 철, 니켈, 크롬, 인듐, 니오븀, 게르마늄, 티타늄, 몰리브덴, 알루미늄, 인, 갈륨 및 비스무트 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 구성 원소로서 더 포함하고 있어도 된다.
SnCoC 함유 재료 외에, 주석과 코발트와 철과 탄소를 구성 원소로서 포함하는 재료(SnCoFeC 함유 재료)도 바람직하다. 이 SnCoFeC 함유 재료의 조성은, 임의이다. 일례를 들면, 철의 함유량을 적게 설정하는 경우에는, 탄소의 함유량이 9.9질량％ 내지 29.7질량％, 철의 함유량이 0.3질량％ 내지 5.9질량％, 주석 및 코발트의 함유량의 비율(Co/(Sn+Co))이 30질량％ 내지 70질량％이다. 또한, 철의 함유량을 많게 설정하는 경우에는, 탄소의 함유량이 11.9질량％ 내지 29.7질량％, 주석, 코발트 및 철의 함유량의 비율((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))이 26.4질량％ 내지 48.5질량％, 코발트 및 철의 함유량의 비율(Co/(Co+Fe))이 9.9질량％ 내지 79.5질량％이다. 이러한 조성 범위에 있어서, 높은 에너지 밀도가 얻어지기 때문이다. 또한, SnCoFeC 함유 재료의 물성(반값폭 등)은, 상기한 SnCoC 함유 재료의 물성과 마찬가지이다.
이밖에, 부극 재료는, 예를 들어 금속 산화물 및 고분자 화합물 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상이어도 된다. 금속 산화물은, 예를 들어 산화철, 산화루테늄 및 산화몰리브덴 등이다. 고분자 화합물은, 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리아닐린 및 폴리피롤 등이다.
그 중에서도, 부극 재료는, 이하의 이유에 의해, 탄소 재료 및 금속계 재료의 양쪽을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
금속계 재료, 특히 규소 및 주석 중 한쪽 또는 양쪽을 구성 원소로서 포함하는 재료는, 이론 용량이 높다는 이점을 갖는 반면, 충방전 시에 있어서 격렬하게 팽창 수축하기 쉽다고 하는 우려점을 갖는다. 한편, 탄소 재료는, 이론 용량이 낮다고 하는 우려점을 갖는 반면, 충방전 시에 있어서 팽창 수축하기 어렵다고 하는 이점을 갖는다. 따라서, 탄소 재료 및 금속계 재료의 양쪽을 사용함으로써, 높은 이론 용량(바꾸어 말하면 전지 용량)을 얻으면서, 충방전 시의 팽창 수축이 억제된다.
부극 활물질층(22B)은, 예를 들어 도포법, 기상법, 액상법, 용사법 및 소성법(소결법) 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상의 방법에 의해 형성되어 있다. 도포법이란, 예를 들어 입자(분말)상의 부극 활물질을 부극 결착제 등과 혼합한 후, 그 혼합물을 유기 용제 등에 분산시키고 나서 부극 집전체(22A)에 도포하는 방법이다. 기상법은, 예를 들어 물리 퇴적법 및 화학 퇴적법 등이다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 레이저 어블레이션법, 열화학 기상 성장, 화학 기상 성장(CVD)법 및 플라스마 화학 기상 성장법 등이다. 액상법은, 예를 들어 전해 도금법 및 무전해 도금법 등이다. 용사법이란, 용융 상태 또는 반용융 상태의 부극 활물질을 부극 집전체(22A)에 분사하는 방법이다. 소성법이란, 예를 들어 도포법을 사용하여, 유기 용제 등에 분산된 혼합물을 부극 집전체(22A)에 도포한 후, 부극 결착제 등의 융점보다 높은 온도에서 열처리하는 방법이다. 이 소성법으로서는, 예를 들어 분위기 소성법, 반응 소성법 및 핫 프레스 소성법 등을 사용할 수 있다.
이 이차 전지에서는, 상기한 바와 같이, 충전 도중에 있어서 부극(22)에 리튬이 의도하지 않게 석출되는 것을 방지하기 위해, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료의 전기 화학 당량은, 정극의 전기 화학 당량보다 크게 되어 있다. 또한, 완전 충전 시의 개회로 전압(즉 전지 전압)이 4.25V 이상이면 그 완전 충전 시의 개회로 전압이 4.20V인 경우와 비교하여, 동일한 정극 활물질을 사용해도 단위 질량당 리튬의 방출량이 많아지기 때문에, 그에 따라 정극 활물질과 부극 활물질의 양이 조정되어 있다. 이에 의해, 높은 에너지 밀도가 얻어진다.
[세퍼레이터]
세퍼레이터(23)는, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 정극(21)과 부극(22)의 사이에 개재되어 있고, 정극(21)과 부극(22)의 접촉에 기인하는 전류의 단락을 방지하면서 리튬 이온을 통과시킨다.
이 세퍼레이터(23)는, 예를 들어 합성 수지 및 세라믹 등의 다공질막 중 어느 1종류 또는 2종류 이상이며, 2종류 이상의 다공질막의 적층막이어도 된다. 합성 수지는, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 등이다.
특히, 세퍼레이터(23)는, 예를 들어 상기한 다공질막(기재층)과, 그 기재층의 편면 또는 양면에 마련된 고분자 화합물층을 포함하고 있어도 된다. 정극(21) 및 부극(22)의 각각에 대한 세퍼레이터(23)의 밀착성이 향상되기 때문에, 권회 전극체(20)의 변형이 억제되기 때문이다. 이에 의해, 전해액의 분해 반응이 억제됨과 함께, 기재층에 함침된 전해액의 누액도 억제되기 때문에, 충방전을 반복해도 저항이 상승하기 어려워짐과 함께, 전지 팽창이 억제된다.
고분자 화합물층은, 예를 들어 폴리불화비닐리덴 등의 고분자 화합물을 포함하고 있다. 물리적 강도가 우수함과 함께, 전기 화학적으로 안정되기 때문이다. 단, 고분자 화합물은 폴리불화비닐리덴 이외여도 된다. 이 고분자 화합물층을 형성하는 경우에는, 예를 들어 유기 용제 등에 고분자 화합물이 용해된 용액을 기재층에 도포한 후, 그 기재층을 건조시킨다. 또한, 용액 내에 기재층을 침지시킨 후, 그 기재층을 건조시켜도 된다. 이 고분자 화합물층은, 예를 들어 무기 입자 등의 절연성 입자 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다. 무기 입자의 종류는, 예를 들어 산화알루미늄 및 질화알루미늄 등이다.
[전해액]
전해액은, 용매 및 전해질염을 포함하고 있다. 단, 전해액은, 추가로 첨가제 등의 다른 재료 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다.
용매는, 유기 용매 등의 비수 용매 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 비수 용매를 포함하는 전해액은, 소위 비수 전해액이다.
비수 용매는, 예를 들어 환상 탄산에스테르, 쇄상 탄산에스테르, 락톤, 쇄상 카르복실산에스테르 및 니트릴(모노니트릴) 등이다. 우수한 전지 용량, 사이클 특성 및 보존 특성 등이 얻어지기 때문이다.
환상 탄산에스테르는, 예를 들어 탄산에틸렌, 탄산프로필렌 및 탄산부틸렌 등이다. 쇄상 탄산에스테르는, 예를 들어 탄산디메틸, 탄산디에틸, 탄산에틸메틸 및 탄산메틸프로필 등이다. 락톤은, 예를 들어 γ-부티로락톤 및 γ-발레로락톤 등이다. 쇄상 카르복실산에스테르는, 예를 들어 아세트산메틸, 아세트산에틸, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, 부티르산메틸, 이소부티르산메틸, 트리메틸아세트산메틸 및 트리메틸아세트산에틸 등이다. 니트릴은, 예를 들어 아세토니트릴, 메톡시아세토니트릴 및 3-메톡시프로피오니트릴 등이다.
이밖에, 비수 용매는, 예를 들어 1,2-디메톡시에탄, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 1,3-디옥솔란, 4-메틸-1,3-디옥솔란, 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, N,N-디메틸포름아미드, N-메틸피롤리디논, N-메틸옥사졸리디논, N,N'-디메틸이미다졸리디논, 니트로메탄, 니트로에탄, 술포란, 인산트리메틸 및 디메틸술폭시드 등이어도 된다. 마찬가지의 이점이 얻어지기 때문이다.
그 중에서도, 비수 용매는, 탄산에틸렌, 탄산프로필렌, 탄산디메틸, 탄산디에틸 및 탄산에틸메틸 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 높은 전지 용량, 우수한 사이클 특성 및 우수한 보존 특성 등이 얻어지기 때문이다. 이 경우에는, 탄산에틸렌 및 탄산프로필렌 등의 고점도(고유전율) 용매(예를 들어 비유전율 ε≥30)와, 탄산디메틸, 탄산에틸메틸 및 탄산디에틸 등의 저점도 용매(예를 들어 점도≤1mPaㆍs)의 조합이 보다 바람직하다. 전해질염의 해리성 및 이온의 이동도가 향상되기 때문이다.
특히, 비수 용매는, 불포화 환상 탄산에스테르, 할로겐화 탄산에스테르, 술폰산에스테르, 산 무수물, 디시아노 화합물(디니트릴 화합물), 디이소시아네이트 화합물, 인산에스테르 및 탄소간 삼중 결합을 갖는 쇄상 화합물 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있어도 된다. 전해액의 화학적 안정성이 향상되기 때문이다.
불포화 환상 탄산에스테르란, 1개 또는 2개 이상의 불포화 결합(탄소간 이중 결합 또는 탄소간 삼중 결합)을 포함하는 환상 탄산에스테르이다. 이 불포화 환상 탄산에스테르는, 예를 들어 탄산비닐렌, 탄산비닐에틸렌 및 탄산메틸렌에틸렌 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 불포화 환상 탄산에스테르의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01중량％ 내지 10중량％이다.
할로겐화 탄산에스테르란, 1개 또는 2개 이상의 할로겐을 구성 원소로서 포함하는 환상 또는 쇄상의 탄산에스테르이다. 할로겐화 탄산에스테르가 2개 이상의 할로겐을 구성 원소로서 포함하는 경우, 그 2개 이상의 할로겐의 종류는, 1종류만이어도 되고, 2종류 이상이어도 된다. 환상의 할로겐화 탄산에스테르는, 예를 들어 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온 및 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온 등이다. 쇄상의 할로겐화 탄산에스테르는, 예를 들어 탄산플루오로메틸메틸, 탄산비스(플루오로메틸) 및 탄산디플루오로메틸메틸 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 할로겐화 탄산에스테르의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01중량％ 내지 50중량％이다.
술폰산에스테르는, 예를 들어 모노술폰산에스테르 및 디술폰산에스테르 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 술폰산에스테르의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01중량％ 내지 10중량％이다.
모노술폰산에스테르는, 환상 모노술폰산에스테르여도 되고, 쇄상 모노술폰산에스테르여도 된다. 환상 모노술폰산에스테르는, 예를 들어 1,3-프로판술톤 및 1,3-프로펜술톤 등의 술톤이다. 쇄상 모노술폰산에스테르는, 예를 들어 환상 모노술폰산에스테르가 도중에 절단된 화합물 등이다. 디술폰산에스테르는, 환상 디술폰산에스테르여도 되고, 쇄상 디술폰산에스테르여도 된다.
산 무수물은, 예를 들어 카르복실산 무수물, 디술폰산 무수물 및 카르복실산 술폰산 무수물 등이다. 카르복실산 무수물은, 예를 들어 무수 숙신산, 무수 글루타르산 및 무수 말레산 등이다. 디술폰산 무수물은, 예를 들어 무수 에탄디술폰산 및 무수 프로판디술폰산 등이다. 카르복실산술폰산 무수물은, 예를 들어 무수 술포벤조산, 무수 술포프로피온산 및 무수 술포부티르산 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 산 무수물의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5중량％ 내지 5중량％이다.
디니트릴 화합물은, 예를 들어 NC-CmH2m-CN(m은 1 이상의 정수임)으로 표시되는 화합물이다. 이 디니트릴 화합물은, 예를 들어 숙시노니트릴(NC-C2H4-CN), 글루타로니트릴(NC-C3H6-CN), 아디포니트릴(NC-C4H8-CN) 및 프탈로니트릴(NC-C6H4-CN) 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 디니트릴 화합물의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5중량％ 내지 5중량％이다.
디이소시아네이트 화합물은, 예를 들어 OCN-CnH2n-NCO(n은 1 이상의 정수임)로 표시되는 화합물이다. 이 디이소시아네이트 화합물은, 예를 들어 헥사메틸렌디이소시아네이트(OCN-C6H12-NCO) 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 디이소시아네이트 화합물의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5중량％ 내지 5중량％이다.
인산에스테르는, 예를 들어 인산트리메틸 및 인산트리에틸 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 인산에스테르의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5중량％ 내지 5중량％이다.
탄소간 삼중 결합을 갖는 쇄상 화합물은, 1개 또는 2개 이상의 탄소간 삼중 결합(-C≡C-)을 갖는 쇄상의 화합물이다. 이 탄소간 삼중 결합을 갖는 쇄상 화합물은, 예를 들어 탄산프로파르길메틸(CH≡C-CH2-O-C(=O)-O-CH3) 및 메틸술폰산프로파르길(CH≡C-CH2-O-S(=O)2-CH3) 등이다. 비수 용매 중에 있어서의 탄소간 삼중 결합을 갖는 쇄상 화합물의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.5중량％ 내지 5중량％이다.
전해질염은, 예를 들어 리튬염 등의 염 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 단, 전해질염은, 예를 들어 리튬염 이외의 염을 포함하고 있어도 된다. 이 리튬 이외의 염은, 예를 들어 리튬 이외의 경금속의 염 등이다.
리튬염은, 예를 들어 육불화인산리튬(LiPF6), 사불화붕산리튬(LiBF4), 과염소산리튬(LiClO4), 육불화비산리튬(LiAsF6), 테트라페닐붕산리튬(LiB(C6H5)4), 메탄술폰산리튬(LiCH3SO3), 트리플루오로메탄술폰산리튬(LiCF3SO3), 테트라클로로알루민산리튬(LiAlCl4), 육불화규산이리튬(Li2SiF6), 염화리튬(LiCl) 및 브롬화리튬(LiBr) 등이다. 우수한 전지 용량, 사이클 특성 및 보존 특성 등이 얻어지기 때문이다.
그 중에서도, 육불화인산리튬, 사불화붕산리튬, 과염소산리튬 및 육불화비산리튬 중 어느 1종류 또는 2종류 이상이 바람직하고, 육불화인산리튬이 보다 바람직하다. 내부 저항이 저하되기 때문에, 보다 높은 효과가 얻어지기 때문이다.
전해질염의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 그 중에서도 용매에 대하여 0.3mol/kg 내지 3mol/kg인 것이 바람직하다. 높은 이온 전도성이 얻어지기 때문이다.
<1-5. 동작>
계속해서, 이차 전지의 동작에 관하여 설명한다.
도 5 및 도 6의 각각은, 이차 전지의 동작(후술하는 내압 상승 시의 동작)을 설명하기 위해, 도 2에 대응하는 단면 구성을 도시하고 있다. 이하에서는, 수시로 도 5 및 도 6과 함께 도 2를 참조한다.
[충방전 시의 동작]
충전 시에는, 예를 들어 정극(21)으로부터 리튬 이온이 방출됨과 함께, 그 리튬 이온이 전해액을 통하여 부극(22)에 흡장된다. 또한, 방전 시에는, 예를 들어 부극(22)으로부터 리튬 이온이 방출됨과 함께, 그 리튬 이온이 전해액을 통하여 정극(21)에 흡장된다.
[내압 상승 시의 동작]
이 경우에는, 전지 캔(11)의 내압이 상승하면, 그 이차 전지의 파열 및 파손 등을 방지하기 위해, 안전 밸브 기구(30)가 작동한다.
구체적으로는, 이차 전지의 정상적인 동작 시에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 세이프티 커버(31)가 아직 개구되어 있지 않다. 이 때문에, 스트리퍼 디스크(33)에 개구부(33K)가 마련되어 있어도, 그 개구부(33K)를 이용한 가스의 방출 경로가 세이프티 커버(31)에 의해 폐색되어 있다.
이에 비해, 이차 전지의 충방전 시 등에 있어서, 전지 캔(11)의 내부에 있어서 전해액의 분해 반응 등의 부반응에 기인하여 가스가 발생하면, 그 가스가 전지 캔(11)의 내부에 축적되기 때문에, 그 전지 캔(11)의 내압이 상승한다. 이 경우에는, 전지 캔(11)의 내압이 일정 이상에 도달하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 세이프티 커버(31)가 부분적으로 개구되기 때문에, 세이프티 커버(31)에 마련되어 있던 돌기부(31T)가 서브 디스크(34)로부터 이격된다. 이에 의해, 세이프티 커버(31)에 개구부(31K)가 형성되기 때문에, 개구부(33K)를 이용한 가스의 방출 경로가 개방된다. 따라서, 전지 캔(11)의 내부에 있어서 발생한 가스가 개구부(33K)를 경유하여 방출된다.
또한, 내압의 크기에 따라서는, 절곡부(11P)가 변형되기 때문에, 코오킹 구조(11R)가 파괴된다. 이에 의해, 도 6에 도시한 바와 같이, 전지 캔(11)으로부터 전지 덮개(14)가 탈락하기 때문에, 이차 전지의 외부로 가스가 방출된다.
<1-6. 제조 방법>
계속해서, 이차 전지의 제조 방법에 관하여 설명한다. 이 이차 전지는, 예를 들어 이하의 수순에 의해 제조된다.
도 7 및 도 8의 각각은, 이차 전지의 제조 공정을 설명하기 위해, 도 3에 대응하는 단면 구성을 도시하고 있다.
[정극의 제작]
정극(21)을 제작하는 경우에는, 처음에, 정극 활물질과, 필요에 따라 정극 결착제 및 정극 도전제 등을 혼합함으로써, 정극 합제로 한다. 계속해서, 유기 용제 등에 정극 합제를 분산시킴으로써, 페이스트상의 정극 합제 슬러리로 한다. 계속해서, 정극 집전체(21A)의 양면에 정극 합제 슬러리를 도포한 후, 그 정극 합제 슬러리를 건조시킴으로써, 정극 활물질층(21B)을 형성한다. 계속해서, 필요에 따라 정극 활물질층(21B)을 가열하면서, 롤 프레스기 등을 사용하여 정극 활물질층(21B)을 압축 성형한다. 이 경우에는, 압축 성형을 복수회 반복해도 된다.
[부극의 제작]
부극(22)을 제작하는 경우에는, 상기한 정극(21)과 마찬가지의 수순에 의해, 부극 집전체(22A)의 양면에 부극 활물질층(22B)을 형성한다. 구체적으로는, 부극 활물질과, 부/정극 결착제 및 부극 도전제 등을 혼합함으로써, 부극 합제로 한 후, 유기 용제 등에 부극 합제를 분산시킴으로써, 페이스트상의 부극 합제 슬러리로 한다. 계속해서, 부극 집전체(22A)의 양면에 부극 합제 슬러리를 도포한 후, 그 부극 합제 슬러리를 건조시킴으로써, 부극 활물질층(22B)을 형성한다. 마지막으로, 롤 프레스기 등을 사용하여 부극 활물질층(22B)을 압축 성형한다.
[이차 전지의 조립]
이차 전지를 조립하는 경우에는, 용접법 등을 사용하여 정극 집전체(21A)에 정극 리드(25)를 접속시킴과 함께, 용접법 등을 사용하여 부극 집전체(22A)에 부극 리드(26)를 접속시킨다. 계속해서, 세퍼레이터(23)를 개재시켜 정극(21) 및 부극(22)을 적층한 후, 그 정극(21), 부극(22) 및 세퍼레이터(23)를 권회시킴으로써, 권회 전극체(20)를 형성한다. 계속해서, 권회 전극체(20)의 중심 공간(20C)에 센터 핀(24)을 삽입한다.
계속해서, 도 7에 도시한 바와 같이, 패임부(11U)가 마련되어 있지 않은 전지 캔(11)을 준비한 후, 한 쌍의 절연판(12, 13) 사이에 권회 전극체(20)를 끼우면서, 그 권회 전극체(20)를 전지 캔(11)의 내부에 수납한다. 이 경우에는, 용접법 등을 사용하여 정극 리드(25)의 일단부를 안전 밸브 기구(30)에 접속시킴과 함께, 용접법 등을 사용하여 부극 리드(26)의 일단부를 전지 캔(11)에 접속시킨다.
계속해서, 비딩 가공기(그루빙 머신(grooving machine))를 사용하여 전지 캔(11)을 가공함으로써, 도 8에 도시한 바와 같이, 전지 캔(11)에 패임부(11UZ)를 형성한다. 여기서 형성되는 패임부(11UZ)는, 잠정적인 패임부이기 때문에, 그 패임부(11UZ)의 깊이 PZ는, 최종적으로 형성되는 패임부(11U)(도 3 참조)의 깊이 P보다 작아진다. 계속해서, 전지 캔(11)의 내부에 전해액을 주입함으로써, 그 전해액을 권회 전극체(20)에 함침시킨다. 계속해서, 전지 캔(11)의 내부에 가스킷(15)과 함께 전지 덮개(14) 및 안전 밸브 기구(30)(세이프티 커버(31))를 수납한다.
마지막으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 전지 캔(11)의 개방 단부(11N)에 있어서 가스킷(15)을 개재시켜 전지 덮개(14) 및 안전 밸브 기구(30)를 코오킹함으로써, 코오킹 구조(11R)를 형성한다. 그 후, 프레스기를 사용하여, 긴 변(높이) 방향에 있어서 전지 캔(11)을 찌부러뜨린다. 이에 의해, 전지 캔(11) 내의 패임부(11UZ)의 근방 부분이 내측을 향하여 변형되기 때문에, 도 3에 도시한 바와 같이, 패임부(11U)가 형성된다. 따라서, 전지 캔(11)의 내부에 권회 전극체(20) 등이 수납된 상태에 있어서, 그 전지 캔(11)이 전지 덮개(14)에 의해 폐색됨과 함께, 그 전지 캔(11)에 대하여 전지 덮개(14) 등이 고정되기 때문에, 이차 전지가 완성된다.
<1-7. 작용 및 효과>
이 이차 전지에 따르면, 절곡률 R1이 10％ 내지 13％이므로, 상기한 바와 같이, 안전 밸브 기구(30)의 유효한 동작이 담보된다. 따라서, 우수한 안전성을 얻을 수 있다.
특히, 오버랩률 R2가 6％ 내지 9％이면, 전지 덮개(14)의 탈락 및 전해액의 누액을 억제하면서, 안전 밸브 기구(30)의 유효한 동작이 담보되기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 가스킷(15)이 측면(14SS)으로부터 상면(14TS)을 향하는 방향에 있어서 점차 감소하면, 압박력 F를 이용하여 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극이 가스킷(15)에 의해 밀봉되기 쉬워지기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 두께 차 DT가 0.1mm 내지 0.3mm이면, 이차 전지의 안전성을 담보하면서 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워지기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 두께 T3이 0.27mm 내지 0.31mm이면, 전지 용량을 담보하면서 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워지기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 총 두께 TT가 0.8mm 내지 1mm이면, 전지 용량을 담보하면서 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워지기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 외경 D1이 20mm 내지 23mm임과 함께, 외경 D2가 17.5mm 내지 19.5mm이면, 원통형 이차 전지를 대구경화한 경우에 있어서도, 전지 덮개(14)의 탈락 및 전해액의 누액을 억제하면서, 안전 밸브 기구(30)의 유효한 동작이 담보된다. 따라서, 안전성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 가스킷(15)이 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 포함하고 있으면, 전지 캔(11)과 전지 덮개(14)를 서로 전기적으로 분리하면서, 절곡부(11P)와 전지 덮개(14)의 사이의 간극이 충분히 밀봉되기 때문에, 보다 높은 효과를 얻을 수 있다.
<2. 이차 전지의 용도>
이어서, 상기한 이차 전지의 용도(적용예)에 관하여 설명한다.
이차 전지의 용도는, 그 이차 전지를 구동용 전원 또는 전력 축적용 전력 저장원 등으로서 이용 가능한 기계, 기기, 기구, 장치 및 시스템(복수의 기기 등의 집합체) 등이라면, 특별히 한정되지 않는다. 전원으로서 사용되는 이차 전지는, 주전원이어도 되고, 보조 전원이어도 된다. 주전원이란, 다른 전원의 유무에 상관없이, 우선적으로 사용되는 전원이다. 보조 전원은, 예를 들어 주전원 대신에 사용되는 전원이어도 되고, 필요에 따라 주전원으로부터 전환되는 전원이어도 된다. 이차 전지를 보조 전원으로서 사용하는 경우에는, 주전원의 종류는 이차 전지에 한정되지 않는다.
이차 전지의 용도는, 예를 들어 이하와 같다. 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 휴대 전화기, 노트북 컴퓨터, 무선 전화기, 헤드폰 스테레오, 휴대용 라디오, 휴대용 텔레비전 및 휴대용 정보 단말기 등의 전자 기기(휴대용 전자 기기를 포함함)이다. 전기 면도기 등의 휴대용 생활 기구이다. 백업 전원 및 메모리 카드 등의 기억용 장치이다. 전동 드릴 및 전동 톱 등의 전동 공구이다. 착탈 가능한 전원으로서 노트북 컴퓨터 등에 탑재되는 전지 팩이다. 페이스 메이커 및 보청기 등의 의료용 전자 기기이다. 전기 자동차(하이브리드 자동차를 포함함) 등의 전동 차량이다. 비상시 등에 대비하여 전력을 축적해 두는 가정용 배터리 시스템 등의 전력 저장 시스템이다. 물론, 이차 전지의 용도는, 상기 이외의 용도여도 된다.
그 중에서도, 이차 전지는, 전지 팩, 전동 차량, 전력 저장 시스템, 전동 공구 및 전자 기기 등에 적용되는 것이 유효하다. 이들 용도에서는 우수한 전지 특성이 요구되기 때문에, 본 기술의 이차 전지를 사용함으로써, 유효하게 성능 향상을 도모할 수 있기 때문이다. 또한, 전지 팩은, 이차 전지를 사용한 전원이다. 이 전지 팩은, 후술하는 바와 같이, 단전지를 사용해도 되고, 조전지를 사용해도 된다. 전동 차량은, 이차 전지를 구동용 전원으로 하여 작동(주행)하는 차량이며, 상기한 바와 같이, 이차 전지 이외의 구동원을 함께 구비한 자동차(하이브리드 자동차 등)여도 된다. 전력 저장 시스템은, 이차 전지를 전력 저장원으로서 사용하는 시스템이다. 예를 들어, 가정용 전력 저장 시스템에서는, 전력 저장원인 이차 전지에 전력이 축적되어 있기 때문에, 그 전력을 이용하여 가정용 전기 제품 등을 사용하는 것이 가능하다. 전동 공구는, 이차 전지를 구동용 전원으로 하여 가동부(예를 들어 드릴 등)가 가동하는 공구이다. 전자 기기는, 이차 전지를 구동용 전원(전력 공급원)으로 하여 각종 기능을 발휘하는 기기이다.
여기서, 이차 전지의 몇 가지 적용예에 관하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 적용예의 구성은, 어디까지나 일례이기 때문에, 그 적용예의 구성은 적절하게 변경 가능하다.
<2-1. 전지 팩(단전지)>
도 9는, 단전지를 사용한 전지 팩의 사시 구성을 도시하고 있다. 도 10은, 도 9에 도시한 전지 팩의 블록 구성을 도시하고 있다. 또한, 도 9에서는, 전지 팩이 분해된 상태를 도시하고 있다.
여기서 설명하는 전지 팩은, 1개의 이차 전지를 사용한 간이형 전지 팩(소위 소프트 팩)이며, 예를 들어 스마트폰으로 대표되는 전자 기기 등에 탑재된다. 이 전지 팩은, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이, 이차 전지를 포함하는 전원(111)과, 그 전원(111)에 접속되는 회로 기판(116)을 구비하고 있다. 이 전원(111)에는, 정극 리드(112) 및 부극 리드(113)가 설치되어 있다.
전원(111)의 양측면에는, 한 쌍의 점착 테이프(118, 119)가 첩부되어 있다. 회로 기판(116)에는, 보호 회로(PCM: Protection Circuit Module)가 형성되어 있다. 이 회로 기판(116)은, 탭(114)을 통하여 정극(112)에 접속되어 있음과 함께, 탭(115)을 통하여 부극 리드(113)에 접속되어 있다. 또한, 회로 기판(116)은, 외부 접속용 커넥터 구비 리드선(117)에 접속되어 있다. 또한, 회로 기판(116)이 전원(111)에 접속된 상태에 있어서, 그 회로 기판(116)은, 라벨(120) 및 절연 시트(121)에 의해 보호되어 있다. 이 라벨(120)이 첩부됨으로써, 회로 기판(116) 및 절연 시트(121) 등은 고정되어 있다.
또한, 전지 팩은, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 전원(111)과, 회로 기판(116)을 구비하고 있다. 회로 기판(116)은, 예를 들어 제어부(121)와, 스위치부(122)와, PTC 소자(123)와, 온도 검출부(124)를 구비하고 있다. 전원(111)은, 정극 단자(125) 및 부극 단자(127)를 통하여 외부와 접속하는 것이 가능하기 때문에, 그 전원(111)은, 정극 단자(125) 및 부극 단자(127)를 통하여 충방전된다. 온도 검출부(124)는, 온도 검출 단자(소위 T 단자)(126)를 사용하여 온도를 검출한다.
제어부(121)는, 전지 팩 전체의 동작(전원(111)의 사용 상태를 포함함)을 제어한다. 이 제어부(121)는, 예를 들어 중앙 연산 처리 장치(CPU) 및 메모리 등을 포함하고 있다.
이 제어부(121)는, 예를 들어 전지 전압이 과충전 검출 전압에 도달하면, 스위치부(122)를 절단시킴으로써, 전원(111)의 전류 경로에 충전 전류가 흐르지 않도록 한다. 또한, 제어부(121)는, 예를 들어 충전 시에 있어서 대전류가 흐르면, 스위치부(122)를 절단시킴으로써, 충전 전류를 차단한다.
한편, 제어부(121)는, 예를 들어 전지 전압이 과방전 검출 전압에 도달하면, 스위치부(122)를 절단시킴으로써, 전원(111)의 전류 경로에 방전 전류가 흐르지 않도록 한다. 또한, 제어부(121)는, 예를 들어 방전 시에 있어서 대전류가 흐르면, 스위치부(122)를 절단시킴으로써, 방전 전류를 차단한다.
또한, 과충전 검출 전압은, 예를 들어 4.2V±0.05V임과 함께, 과방전 검출 전압은, 예를 들어 2.4V±0.1V이다.
스위치부(122)는, 제어부(121)의 지시에 따라, 전원(111)의 사용 상태, 즉 전원(111)과 외부 기기의 접속 유무를 전환한다. 이 스위치부(122)는, 예를 들어 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치 등을 포함하고 있다. 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치의 각각은, 예를 들어 금속 산화물 반도체를 사용한 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 등의 반도체 스위치이다. 또한, 충방전 전류는, 예를 들어 스위치부(122)의 ON 저항에 기초하여 검출된다.
온도 검출부(124)는, 전원(111)의 온도를 측정함과 함께, 그 온도의 측정 결과를 제어부(121)에 출력한다. 이 온도 검출부(124)는, 예를 들어 서미스터 등의 온도 검출 소자를 포함하고 있다. 또한, 온도 검출부(124)에 의해 측정되는 온도의 측정 결과는, 이상 발열 시에 있어서 제어부(121)가 충방전 제어를 행하는 경우, 잔류 용량의 산출 시에 있어서 제어부(121)가 보정 처리를 행하는 경우 등에 사용된다.
또한, 회로 기판(116)은, PTC 소자(123)를 구비하고 있지 않아도 된다. 이 경우에는, 별도로, 회로 기판(116)에 PTC 소자가 부설되어 있어도 된다.
<2-2. 전지 팩(조전지)>
도 11은, 조전지를 사용한 전지 팩의 블록 구성을 도시하고 있다.
이 전지 팩은, 예를 들어 하우징(60)의 내부에, 제어부(61)와, 전원(62)과, 스위치부(63)와, 전류 측정부(64)와, 온도 검출부(65)와, 전압 검출부(66)와, 스위치 제어부(67)와, 메모리(68)와, 온도 검출 소자(69)와, 전류 검출 저항(70)과, 정극 단자(71) 및 부극 단자(72)를 구비하고 있다. 이 하우징(60)은, 예를 들어 플라스틱 재료 등을 포함하고 있다.
제어부(61)는, 전지 팩 전체의 동작(전원(62)의 사용 상태를 포함함)을 제어한다. 이 제어부(61)는, 예를 들어 CPU 등을 포함하고 있다. 전원(62)은, 2개 이상의 이차 전지를 포함하는 조전지이며, 그 2개 이상의 이차 전지의 접속 형식은, 직렬이어도 되고, 병렬이어도 되고, 양쪽의 혼합형이어도 된다. 일례를 들면, 전원(62)은, 2병렬 3직렬로 되도록 접속된 6개의 이차 전지를 포함하고 있다.
스위치부(63)는, 제어부(61)의 지시에 따라, 전원(62)의 사용 상태, 즉 전원(62)과 외부 기기의 접속 유무를 전환한다. 이 스위치부(63)는, 예를 들어 충전 제어 스위치, 방전 제어 스위치, 충전용 다이오드 및 방전용 다이오드 등을 포함하고 있다. 충전 제어 스위치 및 방전 제어 스위치의 각각은, 예를 들어 금속 산화물 반도체를 사용한 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 등의 반도체 스위치이다.
전류 측정부(64)는, 전류 검출 저항(70)을 사용하여 전류를 측정함과 함께, 그 전류의 측정 결과를 제어부(61)에 출력한다. 온도 검출부(65)는, 온도 검출 소자(69)를 사용하여 온도를 측정함과 함께, 그 온도의 측정 결과를 제어부(61)에 출력한다. 이 온도의 측정 결과는, 예를 들어 이상 발열 시에 있어서 제어부(61)가 충방전 제어를 행하는 경우, 잔류 용량의 산출 시에 있어서 제어부(61)가 보정 처리를 행하는 경우 등에 사용된다. 전압 검출부(66)는, 전원(62) 중에 있어서의 이차 전지의 전압을 측정함과 함께, 아날로그-디지털 변환된 전압의 측정 결과를 제어부(61)에 공급한다.
스위치 제어부(67)는, 전류 측정부(64) 및 전압 검출부(66)의 각각으로부터 입력되는 신호에 따라, 스위치부(63)의 동작을 제어한다.
이 스위치 제어부(67)는, 예를 들어 전지 전압이 과충전 검출 전압에 도달하면, 스위치부(63)(충전 제어 스위치)를 절단함으로써, 전원(62)의 전류 경로에 충전 전류가 흐르지 않도록 한다. 이에 의해, 전원(62)에서는, 방전용 다이오드를 통하여 방전만이 가능하게 된다. 또한, 스위치 제어부(67)는, 예를 들어 충전 시에 대전류가 흐르면, 충전 전류를 차단한다.
또한, 스위치 제어부(67)는, 예를 들어 전지 전압이 과방전 검출 전압에 도달하면, 스위치부(63)(방전 제어 스위치)를 절단함으로써, 전원(62)의 전류 경로에 방전 전류가 흐르지 않도록 한다. 이에 의해, 전원(62)에서는, 충전용 다이오드를 통하여 충전만이 가능하게 된다. 또한, 스위치 제어부(67)는, 예를 들어 방전 시에 대전류가 흐르면, 방전 전류를 차단한다.
또한, 과충전 검출 전압은, 예를 들어 4.2V±0.05V임과 함께, 과방전 검출 전압은, 예를 들어 2.4V±0.1V이다.
메모리(68)는, 예를 들어 불휘발성 메모리인 EEPROM 등을 포함하고 있다. 이 메모리(68)에는, 예를 들어 제어부(61)에 의해 연산된 수치, 제조 공정 단계에 있어서 측정된 이차 전지의 정보(예를 들어, 초기 상태의 내부 저항 등) 등이 기억되어 있다. 또한, 이차 전지의 만충전 용량을 메모리(68)에 기억시켜 두면, 제어부(61)가 잔류 용량 등의 정보를 파악할 수 있다.
온도 검출 소자(69)는, 전원(62)의 온도를 측정함과 함께, 그 온도의 측정 결과를 제어부(61)에 출력한다. 이 온도 검출 소자(69)는, 예를 들어 서미스터 등을 포함하고 있다.
정극 단자(71) 및 부극 단자(72)의 각각은, 전지 팩을 사용하여 가동되는 외부 기기(예를 들어 노트북형 퍼스널 컴퓨터 등), 전지 팩을 충전하기 위해 사용되는 외부 기기(예를 들어 충전기 등) 등에 접속되는 단자이다. 전원(62)은, 정극 단자(71) 및 부극 단자(72)를 통하여 충방전된다.
<2-3. 전동 차량>
도 12는, 전동 차량의 일례인 하이브리드 자동차의 블록 구성을 도시하고 있다.
이 전동 차량은, 예를 들어 금속제 하우징(73)의 내부에, 제어부(74)와, 엔진(75)과, 전원(76)과, 구동용 모터(77)와, 차동 장치(78)와, 발전기(79)와, 트랜스미션(80) 및 클러치(81)와, 인버터(82, 83)와, 각종 센서(84)를 구비하고 있다. 이밖에, 전동 차량은, 예를 들어 차동 장치(78) 및 트랜스미션(80)에 접속된 전륜용 구동축(85) 및 전륜(86)과, 후륜용 구동축(87) 및 후륜(88)을 구비하고 있다.
이 전동 차량은, 예를 들어 엔진(75) 및 모터(77) 중 어느 한쪽을 구동원으로서 사용하여 주행하는 것이 가능하다. 엔진(75)은 주요한 동력원이며, 예를 들어 가솔린 엔진 등이다. 엔진(75)을 동력원으로 하는 경우에는, 예를 들어 구동부인 차동 장치(78), 트랜스미션(80) 및 클러치(81)를 통하여, 엔진(75)의 구동력(회전력)이 전륜(86) 및 후륜(88)에 전달된다. 또한, 엔진(75)의 회전력이 발전기(79)에 전달되기 때문에, 그 회전력을 이용하여 발전기(79)가 교류 전력을 발생시킴과 함께, 그 교류 전력이 인버터(83)를 통하여 직류 전력으로 변환되기 때문에, 그 직류 전력이 전원(76)에 축적된다. 한편, 변환부인 모터(77)를 동력원으로 하는 경우에는, 전원(76)으로부터 공급된 전력(직류 전력)이 인버터(82)를 통하여 교류 전력으로 변환되기 때문에, 그 교류 전력을 이용하여 모터(77)가 구동한다. 이 모터(77)에 의해 전력으로부터 변환된 구동력(회전력)은, 예를 들어 구동부인 차동 장치(78), 트랜스미션(80) 및 클러치(81)를 통하여 전륜(86) 및 후륜(88)에 전달된다.
또한, 제동 기구를 통하여 전동 차량이 감속하면, 그 감속 시의 저항력이 모터(77)에 회전력으로서 전달되기 때문에, 그 회전력을 이용하여 모터(77)가 교류 전력을 발생시키도록 해도 된다. 이 교류 전력은 인버터(82)를 통하여 직류 전력으로 변환되기 때문에, 그 직류 회생 전력은 전원(76)에 축적되는 것이 바람직하다.
제어부(74)는, 전동 차량 전체의 동작을 제어한다. 이 제어부(74)는, 예를 들어 CPU 등을 포함하고 있다. 전원(76)은, 1개 또는 2개 이상의 이차 전지를 포함하고 있다. 이 전원(76)은, 외부 전원과 접속되어 있음과 함께, 그 외부 전원으로부터 전력 공급을 받음으로써, 전력을 축적시켜도 된다. 각종 센서(84)는, 예를 들어 엔진(75)의 회전수를 제어함과 함께, 스로틀 밸브의 개방도(스로틀 개방도)를 제어하기 위해 사용된다. 이 각종 센서(84)는, 예를 들어 속도 센서, 가속도 센서 및 엔진 회전수 센서 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다.
또한, 전동 차량이 하이브리드 자동차인 경우를 예로 들었지만, 그 전동 차량은, 엔진(75)을 사용하지 않고 전원(76) 및 모터(77)만을 사용하여 작동하는 차량(전기 자동차)이어도 된다.
<2-4.전력 저장 시스템>
도 13은, 전력 저장 시스템의 블록 구성을 도시하고 있다.
이 전력 저장 시스템은, 예를 들어 일반 주택 및 상업용 빌딩 등의 가옥(89)의 내부에, 제어부(90)와, 전원(91)과, 스마트 미터(92)와, 파워 허브(93)를 구비하고 있다.
여기서는, 전원(91)은, 예를 들어 가옥(89)의 내부에 설치된 전기 기기(94)에 접속되어 있음과 함께, 가옥(89)의 외부에 정차된 전동 차량(96)에 접속되는 것이 가능하다. 또한, 전원(91)은, 예를 들어 가옥(89)에 설치된 자가 발전기(95)에 파워 허브(93)를 통하여 접속되어 있음과 함께, 스마트 미터(92) 및 파워 허브(93)를 통하여 외부의 집중형 전력 계통(97)에 접속되는 것이 가능하다.
또한, 전기 기기(94)는, 예를 들어 1종류 또는 2종류 이상의 가전 제품을 포함하고 있고, 그 가전 제품은, 예를 들어 냉장고, 에어컨, 텔레비전 및 급탕기 등이다. 자가 발전기(95)는, 예를 들어 태양광 발전기 및 풍력 발전기 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 전동 차량(96)은, 예를 들어 전기 자동차, 전기 바이크 및 하이브리드 자동차 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다. 집중형 전력 계통(97)은, 예를 들어 화력 발전소, 원자력 발전소, 수력 발전소 및 풍력 발전소 등 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하고 있다.
제어부(90)는, 전력 저장 시스템 전체의 동작(전원(91)의 사용 상태를 포함함)을 제어한다. 이 제어부(90)는, 예를 들어 CPU 등을 포함하고 있다. 전원(91)은, 1개 또는 2개 이상의 이차 전지를 포함하고 있다. 스마트 미터(92)는, 예를 들어 전력 수요측의 가옥(89)에 설치되는 네트워크 대응형 전력계이며, 전력 공급측과 통신하는 것이 가능하다. 이에 수반하여, 스마트 미터(92)는, 예를 들어 외부와 통신하면서, 가옥(89)에 있어서의 전력의 수요와 공급의 밸런스를 제어함으로써, 고효율로 안정된 에너지 공급을 가능하게 한다.
이 전력 저장 시스템에서는, 예를 들어 외부 전원인 집중형 전력 계통(97)으로부터 스마트 미터(92) 및 파워 허브(93)를 통하여 전원(91)에 전력이 축적됨과 함께, 독립 전원인 자가 발전기(95)로부터 파워 허브(93)를 통하여 전원(91)에 전력이 축적된다. 이 전원(91)에 축적된 전력은, 제어부(90)의 지시에 따라 전기 기기(94) 및 전동 차량(96)에 공급되기 때문에, 그 전기 기기(94)가 가동 가능하게 됨과 함께, 그 전동 차량(96)이 충전 가능하게 된다. 즉, 전력 저장 시스템은, 전원(91)을 사용하여, 가옥(89) 내에 있어서의 전력의 축적 및 공급을 가능하게 하는 시스템이다.
전원(91)에 축적된 전력은, 필요에 따라 사용하는 것이 가능하다. 이 때문에, 예를 들어 전기 사용료가 싼 심야에 있어서, 집중형 전력 계통(97)으로부터 전원(91)에 전력을 축적해 두고, 전기 사용료가 높은 낮 동안에, 그 전원(91)에 축적된 전력을 사용할 수 있다.
또한, 상기한 전력 저장 시스템은, 1호(1가구)마다 설치되어 있어도 되고, 복수호(복수 가구)마다 설치되어 있어도 된다.
<2-5. 전동 공구>
도 14는, 전동 공구의 블록 구성을 도시하고 있다.
여기서 설명하는 전동 공구는, 예를 들어 전동 드릴이다. 이 전동 공구는, 예를 들어 공구 본체(98)의 내부에, 제어부(99)와 전원(100)을 구비하고 있다. 이 공구 본체(98)에는, 예를 들어 가동부인 드릴부(101)가 가동(회전) 가능하게 설치되어 있다.
공구 본체(98)는, 예를 들어 플라스틱 재료 등을 포함하고 있다. 제어부(99)는, 전동 공구 전체의 동작(전원(100)의 사용 상태를 포함함)을 제어한다. 이 제어부(99)는, 예를 들어 CPU 등을 포함하고 있다. 전원(100)은, 1개 또는 2개 이상의 이차 전지를 포함하고 있다. 이 제어부(99)는, 동작 스위치의 조작에 따라, 전원(100)으로부터 드릴부(101)로 전력을 공급한다.
<실시예>
본 기술의 실시예에 관하여 설명한다.
(실험예 1-1 내지 1-11)
이하의 수순에 의해, 도 1 내지 도 4에 도시한 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제작하였다.
정극(21)을 제작하는 경우에는, 처음에, 정극 활물질(LiCoO2) 94질량부와, 정극 결착제(폴리불화비닐리덴) 3질량부와, 정극 도전제(흑연) 3질량부를 혼합함으로써, 정극 합제로 하였다. 계속해서, 유기 용제(N-메틸-2-피롤리돈)에 정극 합제를 투입한 후, 그 유기 용제를 교반함으로써, 페이스트상의 정극 합제 슬러리로 하였다. 계속해서, 코팅 장치를 사용하여 정극 집전체(21A)(띠형의 알루미늄박, 두께=15㎛)의 양면에 정극 합제 슬러리를 도포한 후, 그 정극 합제 슬러리를 건조시킴으로써, 정극 활물질층(21B)을 형성하였다. 마지막으로, 롤 프레스기를 사용하여 정극 활물질층(21B)을 압축 성형하였다.
부극(22)을 제작하는 경우에는, 처음에, 부극 활물질(흑연) 95질량부와, 부극 결착제(폴리불화비닐리덴) 3질량부와, 부극 도전제 2질량부(카본 블랙)를 혼합함으로써, 부극 합제로 하였다. 계속해서, 유기 용제(N-메틸-2-피롤리돈)에 부극 합제를 투입한 후, 그 유기 용제를 교반함으로써, 페이스트상의 부극 합제 슬러리로 하였다. 계속해서, 코팅 장치를 사용하여 부극 집전체(22A)(띠형의 구리박, 두께=15㎛)의 양면에 부극 합제 슬러리를 도포한 후, 그 부극 합제 슬러리를 건조시킴으로써, 부극 활물질층(22B)을 형성하였다. 마지막으로, 롤 프레스기를 사용하여 부극 활물질층(22B)을 압축 성형하였다.
전해액을 조제하는 경우에는, 용매(탄산에틸렌, 탄산에틸메틸 및 탄산디메틸)에 전해질염(LiPF6)을 첨가한 후, 그 용매를 교반하였다. 이 경우에는, 용매의 혼합비(중량비)를 탄산에틸렌:탄산에틸메틸:탄산디메틸=20:20:60으로 함과 함께, 전해질염의 함유량을 용매에 대하여 1mol/kg으로 하였다.
이차 전지를 조립하는 경우에는, 처음에, 정극 집전체(21A)에 알루미늄제의 정극 리드(25)를 용접함과 함께, 부극 집전체(22A)에 니켈제의 부극 리드(26)를 용접하였다. 계속해서, 세퍼레이터(23)(다공성 폴리에틸렌 필름, 두께=16㎛)를 개재시켜 정극(21)과 부극(22)을 적층시켰다. 계속해서, 세퍼레이터(23)를 개재시켜 적층된 정극(21) 및 부극(22)을 권회시킨 후, 감기 종료 부분에 점착 테이프를 첩부함으로써, 권회 전극체(20)를 제작하였다. 계속해서, 권회 전극체(20)의 중심 공간(20C)에 센터 핀(24)을 삽입하였다.
계속해서, 알루미늄제의 세이프티 커버(31)(두께 T5)와, 폴리프로필렌제의 디스크 홀더(32)와, 알루미늄제의 스트리퍼 디스크(33)와, 알루미늄제의 서브 디스크(34)를 포함하는 안전 밸브 기구(30)를 준비하였다. 이 경우에는, 6개의 개구부(33K)가 마련된 스트리퍼 디스크(33)를 사용하였다.
계속해서, 니켈 도금된 철제의 전지 캔(11)(외경 D1, 절곡부(11P)의 두께 T3)의 내부에, 한 쌍의 절연판(12, 13) 사이에 끼우면서 권회 전극체(20)를 수납하였다. 이 경우에는, 정극 리드(25)의 일단부를 안전 밸브 기구(30)(서브 디스크(34))에 용접함과 함께, 부극 리드(26)의 일단부를 전지 캔(11)에 용접하였다. 계속해서, 비딩 가공기를 사용하여 전지 캔(11)을 가공함으로써, 그 전지 캔(11)에 패임부(11UZ)(깊이 PZ)를 형성하였다. 계속해서, 감압 방식을 사용하여 전지 캔(11)의 내부에 전해액을 주입함으로써, 그 전해액을 권회 전극체(20)에 함침시켰다.
마지막으로, 가스킷(15)(두께 T1, 두께 T2)을 개재시켜 전지 캔(11)의 개방 단부(11N)에 전지 덮개(14)(외경 D2, 두께 T4) 및 안전 밸브 기구(30)를 코오킹함으로써, 코오킹 구조(11R)를 형성하였다. 그 후, 프레스기를 사용하여 전지 캔(11)을 찌부러뜨림으로써, 패임부(11U)(깊이 P)를 형성하였다. 외경 D1에 관한 상세는, 표 1에 나타낸 바와 같다.
코오킹 구조(11R)를 형성하는 경우에는, 절곡부(11P)의 절곡량을 조정함으로써, 절곡 길이 L1 및 절곡률 R1의 각각을 변화시켰다. 절곡 길이 L1 및 절곡률 R1에 관한 상세는, 표 1에 나타낸 바와 같다. 이 경우에는, 외경 D2=19.32mm, 오버랩 길이 L2=1.35mm, 오버랩률 R2=7％, 깊이 P=1.6mm, 두께 T1=0.65mm, 두께 T2=0.45mm, 두께 차 DT=0.2mm, 두께 T3=0.3mm, 두께 T4=0.6mm, 두께 T5=0.3mm, 거리 H=0.15mm로 하였다.
이에 의해, 전지 캔(11)이 전지 덮개(14)에 의해 폐색됨과 함께, 그 전지 캔(11)의 내부에 권회 전극체(20) 등이 수납되었기 때문에, 원통형 리튬 이온 이차 전지(직경=21.2mm, 높이=70mm)가 완성되었다.
이차 전지의 안전성을 평가하기 위해, 가스 개방 특성 및 밀봉 내구 특성을 조사한바, 표 1에 나타낸 결과가 얻어졌다.
가스 개방 특성을 조사하는 경우에는, 이차 전지의 가열 시험을 행함으로써, 그 이차 전지의 개방압(kgf/㎠)을 구하였다.
구체적으로는, 안전 밸브 기구(30)의 작동(개구부(31K)의 형성)에 기인하여 전지 캔(11)의 내압이 개방될 때까지 이차 전지(전지 캔(11))의 중앙 근방을 가열함으로써, 그 개방 시의 내압(개방압)을 측정하였다. 이 경우에는, 절곡부(11P)가 변형되는 것에 기인하여 코오킹 구조(11R)가 파괴됨으로써, 전지 캔(11)으로부터 전지 덮개(14)가 탈락하였기 때문에, 그 전지 캔(11)의 내압이 개방되었다.
이 결과, 개방압이 65kgf/㎠ 이상인 경우에는, 가스 개방 특성이 양호하다고 판정하였다. 버너를 사용하여 가열된 정도에서는 안전 밸브 기구(30)가 작동하지 않기 때문에, 그 버너를 사용한 이차 전지의 가열 시험(버너 시험)에 있어서 양품률이 100％로 되기 때문이다.
한편, 개방압이 65kgf/㎠ 미만인 경우에는, 가스 개방 특성이 양호하지 않다고 판정하였다. 버너를 사용하여 가열된 정도라도 안전 밸브 기구(30)가 작동하기 쉬워지기 때문에, 버너 시험에 있어서 양품률이 80％ 이하까지 저하되기 때문이다.
밀봉 내구 특성을 조사하는 경우에는, 코오킹 구조(11R)를 형성하였을 때, 가스킷(15)에 대한 특정 절곡 부분(11PP)의 접촉률(％)을 구하였다.
구체적으로는, 절곡부(11P)를 절곡함으로써 코오킹 구조(11R)를 형성한 후, 특정 절곡 부분(11PP)이 가스킷(15)에 접촉한 부분의 길이를 측정하였다. 이 측정 결과에 기초하여, (특정 절곡 부분(11PP)이 가스킷(15)에 접촉한 부분의 길이(실측값)/특정 절곡 부분(11PP)이 가스킷(15)에 접촉할 수 있는 최대 길이(이론값))×100이라고 하는 계산식에 기초하여, 접촉률을 산출하였다.
이 결과, 접촉률이 80％ 이상인 경우에는, 밀봉 내구 특성이 양호하다고 판정하였다. 이차 전지를 낙하시켜도 전지 덮개(14)가 탈락하지 않음과 함께 전해액이 누액되지 않기 때문에, 그 이차 전지의 낙하 시험에 있어서 합격률이 100％로 되기 때문이다. 낙하 시험의 상세에 관해서는, 후술한다.
한편, 접촉률이 80％ 미만인 경우에는, 밀봉 내구 특성이 양호하지 않다고 판정하였다. 이차 전지를 낙하시키면 전지 덮개(14)가 탈락하기 쉬워짐과 함께 전해액이 누액되기 쉬워지기 때문에, 그 이차 전지의 낙하 시험에 있어서 합격률이 100％ 미만으로 되기 때문이다.
Figure pct00007
개방압 및 접촉률의 각각은, 절곡률 R1에 따라 크게 변동되었다. 구체적으로는, 개방압은, 절곡률 R1이 증가함에 따라 점차 증가함과 함께, 접촉률은, 절곡률 R1이 증가함에 따라 점차 감소하였다. 이 경우에는, 절곡률 R1이 적정한 범위 내(=10％ 내지 13％)이면, 양호한 개방압이 얻어짐과 함께, 양호한 접촉률도 얻어졌다.
상기한 절곡률 R1과 개방압 및 접촉률의 관계는, 외경 D1을 변경한 경우에 있어서도 마찬가지로 얻어졌다.
(실험예 2-1 내지 2-11)
표 2에 나타낸 바와 같이, 외경 D2, 오버랩 길이 L2 및 오버랩률 R2를 변경한 것을 제외하고 마찬가지의 수순에 의해, 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제작함과 함께, 전지 특성(가스 개방 특성 및 밀봉 내구 특성)을 조사하였다. 이 경우에는, 외경 D1=21.2mm, 절곡률 R1=10.4％로 하였다.
Figure pct00008
개방압 및 접촉률의 각각은, 오버랩률 R2에 따라 크게 변동되었다. 구체적으로는, 개방압은, 오버랩률 R2가 증가함에 따라 점차 증가함과 함께, 접촉률은, 오버랩률 R2가 증가함에 따라 점차 감소하였다. 이 경우에는, 오버랩률 R2가 적정한 범위 내(=6％ 내지 9％)이면, 양호한 개방압이 얻어짐과 함께, 양호한 접촉률도 얻어졌다.
상기한 오버랩률 R2와 개방압 및 접촉률의 관계는, 외경 D2를 변경한 경우에 있어서도 마찬가지로 얻어졌다.
(실험예 3-1 내지 3-10)
표 3에 나타낸 바와 같이, 두께 T1, 두께 T2 및 두께 차 DT를 변경한 것을 제외하고 마찬가지의 수순에 의해, 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제작하였다.
이차 전지의 안전성을 평가하기 위해, 낙하 내구 특성 및 설계 특성을 조사한바, 표 3에 나타낸 결과가 얻어졌다.
낙하 내구 특성을 조사하는 경우에는, 이차 전지의 낙하 시험을 행함으로써, 그 낙하 시험의 합격률(％)을 구하였다.
구체적으로는, 처음에, 전압이 4.4V에 도달할 때까지 이차 전지를 충전하였다. 계속해서, 코오킹 구조(11R)(절곡부(11P))가 낙하면으로 되도록 충전 상태의 이차 전지를 지면에 낙하시키는 작업을 30회 행함으로써, 그 낙하 시의 충격에 기인하여 문제가 발생하였는지 여부를 눈으로 보고 확인하였다. 이 「문제」란, 전지 덮개(14)의 탈락 및 전해액의 누액 등이다. 이에 의해, 문제가 한번도 발생하지 않은 경우에는, 「문제가 발생하지 않았다」고 종합적으로 판단함과 함께, 문제가 1회라도 발생한 경우에는, 「문제가 발생하였다」고 종합적으로 판단하였다. 계속해서, 상기한 판단 작업을 100회 반복함으로써(낙하 시험 횟수=100회), 문제의 발생 유무를 판단하였다. 마지막으로, (문제가 발생하지 않는 횟수/100회)×100이라고 하는 계산식에 기초하여, 낙하 시험의 합격률(낙하 합격률)을 산출하였다.
이 결과, 낙하 합격률이 80％ 이상인 경우에는, 낙하 내구성이 양호하다고 판정하였다. 이차 전지의 낙하 시에 있어서의 충격 정도에서는, 전지 덮개(14)가 탈락하기 어려워짐과 함께 전해액이 누액되기 어려워지기 때문이다.
한편, 낙하 합격률이 80％ 미만인 경우에는, 낙하 내구성이 양호하지 않다고 판정하였다. 이차 전지의 낙하 시에 있어서의 충격에 기인하여 전지 덮개(14)가 탈락하기 쉬워짐과 함께 전해액이 누액되기 쉬워지기 때문이다.
설계 특성을 조사하는 경우에는, 코오킹 구조(11R)를 형성한 후, 거리 H(mm)를 측정하였다.
이 결과, 거리 H가 0.05mm 이상인 경우에는, 설계 특성이 양호하다고 판정하였다. 정극(21)의 일부로서 기능하는 전지 덮개(14)에 외부 탭을 용접하기 위한 스페이스가 확보되기 때문에, 그 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 쉬워지기 때문이다.
한편, 거리 H가 0.05mm 미만인 경우에는, 설계 특성이 양호하지 않다고 판정하였다. 전지 덮개(14)에 외부 탭을 용접하기 위한 스페이스가 확보되지 않기 때문에, 그 전지 덮개(14)에 외부 탭을 접속하기 어려워지기 때문이다.
Figure pct00009
낙하 합격률 및 거리 H의 각각은, 두께 차 DT에 따라 크게 변동되었다. 구체적으로는, 낙하 합격률은, 두께 차 DT가 증가함에 따라 점차 감소함과 함께, 거리 H는, 두께 차 DT가 증가함에 따라 점차 증가하였다. 이 경우에는, 두께 차 DT가 적정한 범위 내(=0.1mm 내지 0.3mm)이면, 양호한 낙하 합격률이 얻어짐과 함께, 양호한 거리 H도 얻어졌다.
(실험예 4-1 내지 4-6)
표 4에 나타낸 바와 같이, 두께 T3을 변경한 것을 제외하고 마찬가지의 수순에 의해, 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제작하였다.
이차 전지의 안전성을 평가하기 위해, 가스 개방 특성 및 용량 특성을 조사한바, 표 4에 나타낸 결과가 얻어졌다. 가스 개방 특성을 조사하는 경우의 수순은, 상기한 바와 같다.
용량 특성을 조사하는 경우에는, 이차 전지를 충방전시킴으로써, 전지 용량(Ah)을 측정하였다. 이 경우에는, 표준 충전 조건에서 이차 전지를 충전시킨 후, 표준 방전 조건에서 이차 전지를 방전시켰다. 이 결과, 전지 용량이 3Ah 이상인 경우에는, 시장의 요구에 따를 수 있기 때문에, 용량 특성이 양호하다고 판정하였다. 한편, 전지 용량이 3Ah 미만인 경우에는, 시장의 요구에 따를 수 없기 때문에, 용량 내구성이 양호하지 않다고 판정하였다. 여기서, 표준 충전 조건은, 상온 환경(23℃) 중에 있어서, 1C의 전류로 전압이 4.2V에 도달할 때까지 정전류 충전한 후, 4.2V의 전압으로 전류가 0.025C에 도달할 때까지 정전압 충전하는 조건이다. 표준 방전 조건은, 동일 환경 내에 있어서, 0.2C의 전류로 전압이 2.5V에 도달할 때까지 정전류 방전하는 조건이다. 또한, 「1C」는 전지 용량(이론 용량)을 1시간 동안 완전히 방전하는 전류값, 「0.025C」는 전지 용량을 40시간 동안 완전히 방전하는 전류값, 「0.2C」는 전지 용량을 5시간 동안 완전히 방전하는 전류값이다.
Figure pct00010
개방압 및 전지 용량의 각각은, 두께 T3에 따라 크게 변동되었다. 구체적으로는, 개방압은, 두께 T3이 증가함에 따라 점차 증가함과 함께, 전지 용량은, 두께 T3이 증가함에 따라 점차 감소하였다. 이 경우에는, 두께 T3이 적정한 범위 내(=0.27mm 내지 0.31mm)이면, 높은 전지 용량이 얻어지면서, 개방압이 보다 증가하였다.
(실험예 5-1 내지 5-5)
표 5에 나타낸 바와 같이, 두께 T4, T5 및 총 두께 TT를 변경한 것을 제외하고 마찬가지의 수순에 의해, 원통형 리튬 이온 이차 전지를 제작하였다.
이차 전지의 안전성을 평가하기 위해, 가스 개방 특성 및 용량 특성을 조사한바, 표 5에 나타낸 결과가 얻어졌다. 가스 개방 특성 및 용량 특성의 각각을 조사하는 경우의 수순은, 상기한 바와 같다.
Figure pct00011
개방압 및 전지 용량의 각각은, 총 두께 TT에 따라 크게 변동되었다. 구체적으로는, 개방압은, 총 두께 TT가 증가함에 따라 점차 증가함과 함께, 전지 용량은, 총 두께 TT가 증가함에 따라 점차 감소하였다. 이 경우에는, 총 두께 TT가 적정한 범위 내(=0.8mm 내지 1mm)이면, 높은 전지 용량이 얻어지면서, 개방압이 보다 증가하였다.
표 1 내지 표 5에 나타낸 결과로부터, 절곡률 R1이 적정한 조건(=10％ 내지 13％)을 충족하고 있으면, 가스 개방 특성 및 밀봉 내구 특성이 모두 개선되었다. 따라서, 우수한 안전성이 얻어졌다.
이상, 일 실시 형태 및 실시예를 들면서 본 기술을 설명하였지만, 본 기술은, 일 실시 형태 및 실시예에 있어서 설명한 양태에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
구체적으로는, 예를 들어 전지 소자가 권회 구조를 갖는 경우에 관하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 본 기술의 이차 전지는, 예를 들어 전지 소자가 적층 구조 등의 다른 구조를 갖는 경우에 적용되어도 된다.
또한, 예를 들어 리튬의 흡장 현상 및 리튬의 방출 현상을 이용하여 부극의 용량이 얻어지는 이차 전지(리튬 이온 이차 전지)에 관하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 본 기술의 이차 전지는, 리튬의 석출 현상 및 리튬의 용해 현상을 이용하여 부극의 용량이 얻어지는 이차 전지(리튬 금속 이차 전지)여도 된다. 또한, 본 기술의 이차 전지는, 리튬을 흡장 및 방출하는 것이 가능한 부극 재료의 용량을 정극의 용량보다 작게 함으로써, 리튬의 흡장 현상 및 리튬의 방출 현상을 이용한 용량과 리튬의 석출 현상 및 리튬의 용해 현상을 이용한 용량의 합에 의해 부극의 용량이 얻어지는 이차 전지여도 된다.
또한, 전극 반응 물질로서 리튬을 사용하는 경우에 관하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 전극 반응 물질은, 예를 들어 나트륨 및 칼륨 등의 장주기형 주기율표에 있어서의 다른 1족의 원소여도 되고, 마그네슘 및 칼슘 등의 장주기형 주기율표에 있어서의 2족의 원소여도 되고, 알루미늄 등의 다른 경금속이어도 된다. 또한, 전극 반응 물질은, 상기한 일련의 원소 중 어느 1종류 또는 2종류 이상을 포함하는 합금이어도 된다.
또한, 본 명세서 내에 기재된 효과는 어디까지나 예시이지 한정되는 것은 아니며, 또한 다른 효과가 있어도 된다.
또한, 본 기술은, 이하와 같은 구성을 취하는 것도 가능하다.
(1) 개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와,
정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께, 상기 수납 부재에 수납된 전지 소자와,
상기 수납 부재에 대한 상기 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써, 상기 수납 부재의 상기 개방 단부를 폐색함과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면과 반대측의 상면과, 상기 하면 및 상기 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와,
상기 절곡부와 상기 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재
를 구비하고,
상기 절곡부는, 상기 덮개 부재의 상기 하면, 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함하고,
상기 교차 방향에 있어서 상기 절곡부에 의해 규정되는 상기 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 상기 교차 방향에 있어서의 상기 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은, 10％ 이상 13％ 이하인,
이차 전지.
(2) 상기 교차 방향에 있어서의 상기 덮개 부재의 외경 D2(mm)와, 상기 수납 방향에 있어서 상기 특정 절곡 부분과 상기 덮개 부재가 서로 오버랩하는 영역의 상기 교차 방향에 있어서의 오버랩 길이 L2(mm)에 기초하여 산출되는 오버랩률 R2(=(L2/D2)×100)는, 6％ 이상 9％ 이하인,
상기 (1)에 기재된 이차 전지.
(3) 상기 밀봉 부재는, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있고,
상기 밀봉 부재의 두께는, 상기 측면으로부터 상기 상면을 향하는 방향에 있어서 점차 감소하는,
상기 (1) 또는 (2)에 기재된 이차 전지.
(4) 상기 덮개 부재의 상기 하면에 인접됨과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면에 연결된 측면을 갖는 인접 부재를 더 구비하고,
상기 절곡부는, 상기 인접 부재의 상기 하면, 상기 인접 부재의 상기 측면, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 덮개 부재의 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있고,
상기 인접 부재의 상기 하면에 대응하는 위치에 있어서의 상기 밀봉 부재의 두께 T1(mm)과, 상기 절곡부의 선단에 대응하는 위치에 있어서의 상기 밀봉 부재의 두께 T2(mm)에 기초하여 산출되는 두께 차 DT(=T1-T2)는, 0.1mm 이상 0.3mm 이하인,
상기 (3)에 기재된 이차 전지.
(5) 상기 특정 절곡 부분의 두께 T3(mm)은, 0.27mm 이상 0.31mm 이하인,
상기 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 이차 전지.
(6) 상기 덮개 부재의 상기 하면에 인접됨과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면에 연결된 측면을 갖는 인접 부재를 더 구비하고,
상기 절곡부는, 상기 인접 부재의 상기 하면, 상기 인접 부재의 상기 측면, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 덮개 부재의 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있고,
상기 덮개 부재의 두께 T4와 상기 인접 부재의 두께 T5에 기초하여 산출되는 총 두께 TT(=T4+T5)는, 0.8mm 이상 1mm 이하인,
상기 (1) 내지 (5) 중 어느 것에 기재된 이차 전지.
(7) 상기 수납 부재의 외경 D1은, 20mm 이상 23mm 이하임과 함께,
상기 덮개 부재의 외경 D2는, 17.5mm 이상 19.5mm 이하인,
상기 (1) 내지 (6) 중 어느 것에 기재된 이차 전지.
(8) 상기 밀봉 부재는, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리프로필렌 중 적어도 한쪽을 포함하는,
상기 (1) 내지 (7) 중 어느 것에 기재된 이차 전지.
(9) 리튬 이온 이차 전지인,
상기 (1) 내지 (8) 중 어느 것에 기재된 이차 전지.
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 이차 전지와,
상기 이차 전지의 동작을 제어하는 제어부와,
상기 제어부의 지시에 따라 상기 이차 전지의 동작을 전환하는 스위치부
를 구비한, 전지 팩.
(11) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 이차 전지와,
상기 이차 전지로부터 공급된 전력을 구동력으로 변환하는 변환부와,
상기 구동력에 따라 구동하는 구동부와,
상기 이차 전지의 동작을 제어하는 제어부
를 구비한, 전동 차량.
(12) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 이차 전지와,
상기 이차 전지로부터 전력을 공급받는 1 또는 2 이상의 전기 기기와,
상기 이차 전지로부터의 상기 전기 기기에 대한 전력 공급을 제어하는 제어부
를 구비한, 전력 저장 시스템.
(13) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 이차 전지와,
상기 이차 전지로부터 전력을 공급받는 가동부
를 구비한, 전동 공구.
(14) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 이차 전지를 전력 공급원으로서 구비한, 전자 기기.

Claims (14)

  1. 개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와,
    정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께, 상기 수납 부재에 수납된 전지 소자와,
    상기 수납 부재에 대한 상기 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써, 상기 수납 부재의 상기 개방 단부를 폐색함과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면과 반대측의 상면과, 상기 하면 및 상기 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와,
    상기 절곡부와 상기 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재
    를 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 덮개 부재의 상기 하면, 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함하고,
    상기 교차 방향에 있어서 상기 절곡부에 의해 규정되는 상기 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 상기 교차 방향에 있어서의 상기 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은, 10％ 이상 13％ 이하인,
    이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교차 방향에 있어서의 상기 덮개 부재의 외경 D2(mm)와, 상기 수납 방향에 있어서 상기 특정 절곡 부분과 상기 덮개 부재가 서로 오버랩하는 영역의 상기 교차 방향에 있어서의 오버랩 길이 L2(mm)에 기초하여 산출되는 오버랩률 R2(=(L2/D2)×100)는, 6％ 이상 9％ 이하인,
    이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있고,
    상기 밀봉 부재의 두께는, 상기 측면으로부터 상기 상면을 향하는 방향에 있어서 점차 감소하는,
    이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 덮개 부재의 상기 하면에 인접됨과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면에 연결된 측면을 갖는 인접 부재를 더 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 인접 부재의 상기 하면, 상기 인접 부재의 상기 측면, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 덮개 부재의 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있고,
    상기 인접 부재의 상기 하면에 대응하는 위치에 있어서의 상기 밀봉 부재의 두께 T1(mm)과, 상기 절곡부의 선단에 대응하는 위치에 있어서의 상기 밀봉 부재의 두께 T2(mm)에 기초하여 산출되는 두께 차 DT(=T1-T2)는, 0.1mm 이상 0.3mm 이하인,
    이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 특정 절곡 부분의 두께 T3(mm)은, 0.27mm 이상 0.31mm 이하인,
    이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 덮개 부재의 상기 하면에 인접됨과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면에 연결된 측면을 갖는 인접 부재를 더 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 인접 부재의 상기 하면, 상기 인접 부재의 상기 측면, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 덮개 부재의 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있고,
    상기 덮개 부재의 두께 T4와 상기 인접 부재의 두께 T5에 기초하여 산출되는 총 두께 TT(=T4+T5)는, 0.8mm 이상 1mm 이하인,
    이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수납 부재의 외경 D1은, 20mm 이상 23mm 이하임과 함께,
    상기 덮개 부재의 외경 D2는, 17.5mm 이상 19.5mm 이하인,
    이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 부재는, 폴리부틸렌테레프탈레이트 및 폴리프로필렌 중 적어도 한쪽을 포함하는,
    이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    리튬 이온 이차 전지인,
    이차 전지.
  10. 이차 전지와,
    상기 이차 전지의 동작을 제어하는 제어부와,
    상기 제어부의 지시에 따라 상기 이차 전지의 동작을 전환하는 스위치부
    를 구비하고,
    상기 이차 전지는,
    개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와,
    정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께, 상기 수납 부재에 수납된 전지 소자와,
    상기 수납 부재에 대한 상기 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써, 상기 수납 부재의 상기 개방 단부를 폐색함과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면과 반대측의 상면과, 상기 하면 및 상기 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와,
    상기 절곡부와 상기 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재
    를 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 덮개 부재의 상기 하면, 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함하고,
    상기 교차 방향에 있어서 상기 절곡부에 의해 규정되는 상기 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 상기 교차 방향에 있어서의 상기 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은, 10％ 이상 13％ 이하인,
    전지 팩.
  11. 이차 전지와,
    상기 이차 전지로부터 공급된 전력을 구동력으로 변환하는 변환부와,
    상기 구동력에 따라 구동하는 구동부와,
    상기 이차 전지의 동작을 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 이차 전지는,
    개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와,
    정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께, 상기 수납 부재에 수납된 전지 소자와,
    상기 수납 부재에 대한 상기 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써, 상기 수납 부재의 상기 개방 단부를 폐색함과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면과 반대측의 상면과, 상기 하면 및 상기 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와,
    상기 절곡부와 상기 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재
    를 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 덮개 부재의 상기 하면, 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함하고,
    상기 교차 방향에 있어서 상기 절곡부에 의해 규정되는 상기 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 상기 교차 방향에 있어서의 상기 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은, 10％ 이상 13％ 이하인,
    전동 차량.
  12. 이차 전지와,
    상기 이차 전지로부터 전력을 공급받는 1 또는 2 이상의 전기 기기와,
    상기 이차 전지로부터의 상기 전기 기기에 대한 전력 공급을 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 이차 전지는,
    개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와,
    정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께, 상기 수납 부재에 수납된 전지 소자와,
    상기 수납 부재에 대한 상기 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써, 상기 수납 부재의 상기 개방 단부를 폐색함과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면과 반대측의 상면과, 상기 하면 및 상기 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와,
    상기 절곡부와 상기 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재
    를 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 덮개 부재의 상기 하면, 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함하고,
    상기 교차 방향에 있어서 상기 절곡부에 의해 규정되는 상기 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 상기 교차 방향에 있어서의 상기 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은, 10％ 이상 13％ 이하인,
    전력 저장 시스템.
  13. 이차 전지와,
    상기 이차 전지로부터 전력을 공급받는 가동부
    를 구비하고,
    상기 이차 전지는,
    개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와,
    정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께, 상기 수납 부재에 수납된 전지 소자와,
    상기 수납 부재에 대한 상기 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써, 상기 수납 부재의 상기 개방 단부를 폐색함과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면과 반대측의 상면과, 상기 하면 및 상기 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와,
    상기 절곡부와 상기 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재
    를 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 덮개 부재의 상기 하면, 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함하고,
    상기 교차 방향에 있어서 상기 절곡부에 의해 규정되는 상기 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 상기 교차 방향에 있어서의 상기 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은, 10％ 이상 13％ 이하인,
    전동 공구.
  14. 이차 전지를 전력 공급원으로서 구비하고,
    상기 이차 전지는,
    개방 단부를 획정하는 절곡부를 갖는 수납 부재와,
    정극, 부극 및 전해액을 포함함과 함께, 상기 수납 부재에 수납된 전지 소자와,
    상기 수납 부재에 대한 상기 전지 소자의 수납 방향과 교차하는 교차 방향으로 연장됨으로써, 상기 수납 부재의 상기 개방 단부를 폐색함과 함께, 상기 전지 소자에 대향하는 하면과, 상기 하면과 반대측의 상면과, 상기 하면 및 상기 상면의 각각에 연결된 측면을 갖는 덮개 부재와,
    상기 절곡부와 상기 덮개 부재의 사이에 개재되는 밀봉 부재
    를 구비하고,
    상기 절곡부는, 상기 덮개 부재의 상기 하면, 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡되어 있음과 함께, 상기 덮개 부재의 상기 측면 및 상기 상면의 각각을 따르도록 절곡된 특정 절곡 부분을 포함하고,
    상기 교차 방향에 있어서 상기 절곡부에 의해 규정되는 상기 수납 부재의 외경 D1(mm)과, 상기 교차 방향에 있어서의 상기 특정 절곡 부분의 절곡 길이 L1(mm)에 기초하여 산출되는 절곡률 R1(=(L1/D1)×100)은, 10％ 이상 13％ 이하인,
    전자 기기.
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