KR20200145682A - 축전 소자 - Google Patents

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Abstract

집전박(22)의 돌출부(24)는, 폭방향의 일방의 단부에서 길이 방향 전체에 마련되어 있다. 정극판(2)에 있어서의 돌출부(24)가 마련되는 측에 위치하는 제 1 단부(36)는, 정극활물질층(23)의 돌출부(24)에 인접하여 위치하는 제 2 단부(26)보다 폭방향 외측을 향하여 비어져 나와 있다. 정극판(2)과 부극판(3)의 사이에는 절연 테이프(4)가 끼워져 있다. 절연 테이프(4)의 사이즈 및 위치는, 폭방향에 대해서는 제 2 단부(26)와 제 1 단부(36)를 포함하며, 길이 방향에 대해서는 정극판(2)의 길이 방향 단부를 포함한다.

Description

축전 소자{POWER STORAGE ELEMENT}
본 발명은, 띠형상의 정부(正負)의 전극판을 감아 겹쳐서 이루어지는 전극 권회체를 가지는 축전 소자에 관한 것이다. 더 상세하게는, 세퍼레이터가 일방의 전극판과 일체가 되어 있는 세퍼레이터 일체형(型)의 전극판을 이용하면서 전극판 사이에서의 단락의 방지를 도모한 축전 소자에 관한 것이다.
세퍼레이터 일체 전극판을 이용하는 축전 소자로서, 일본국 공개특허 특개2018-060631에 기재된 것을 들 수 있다. 일본국 공개특허 특개2018-060631의 전지에서는, 정부의 전극판 중 부극판으로서 세퍼레이터 일체형의 전극판을 이용하고 있다. 일본국 공개특허 특개2018-060631에 있어서의 세퍼레이터 일체형의 전극판은, 집전판과, 그 위의 활물질층을 가지고 있으며, 활물질층 상에는 세퍼레이터층이 마련되어 있다. 세퍼레이터층은 수지 입자가 퇴적한 것이다. 일본국 공개특허 특개2018-060631의 기술에서는, 수지 입자의 세퍼레이터층에 폴리이미드층을 조합시키는 것으로부터, 이물의 관통에 대한 저항성을 향상시키고 있다.
그러나 상기한 일본국 공개특허 특개2018-060631의 기술에는, 다음과 같은 문제점이 있었다. 전극체 내에서의 정부의 전극판 사이에서의 단락이, 필름상(狀)의 세퍼레이터를 이용하는 전지의 경우와 비교하여 발생하기 쉬운 것이다. 그 이유는, 필름상의 세퍼레이터의 경우와 달리 세퍼레이터 일체형의 전극판에서는, 세퍼레이터의 사이즈를 전극판의 사이즈보다 크게 형성하는 것이 곤란한 것에 있다. 이 때문에, 전극판의 단부(端部)에 있어서, 정부의 전극판이 차폐물 없이 지극히 가까이 존재하고 있기 때문이다. 특히, 전극체가 권회형일 경우의 전극판의 길이 방향 단부에 있어서 이 경향이 강하였다. 길이 방향 단부에는, 길이 방향의 단부와 폭방향의 단부 모두가 존재하기 때문이다.
본 발명은, 세퍼레이터 일체형의 전극판을 이용하면서도 전극 권회체 내에서의 정부의 전극판 사이에서의 단락을 특히 전극판의 길이 방향 단부에 있어서 억제하도록 한 축전 소자를 제공한다.
본 발명의 양태는, 모두 폭방향 사이즈보다 길이 방향 사이즈가 긴 띠형상의 것인 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 감아 겹쳐서 이루어지는 전극 권회체를 가지는 축전 소자에 관한 것이다. 제 1 전극판은, 제 1 집전박과, 제 1 집전박의 표면 상에 배치된 제 1 전극활물질층과, 제 1 전극활물질층을 덮는 세퍼레이터층을 가지고 있는 것이며, 제 2 전극판은, 제 2 집전박과, 제 2 집전박의 표면 상에 배치되어 있는 제 2 전극활물질층을 가지며, 제 2 집전박이 제 2 전극활물질층으로 덮여 있지 않는 돌출부가, 폭방향의 일방의 단부에서 길이 방향 전체에 걸쳐 마련되어 있는 것이며, 전극 권회체에서는, 제 1 집전박 및 제 1 전극활물질층 및 세퍼레이터층의 폭방향 단부 중 돌출부가 마련되는 측에 위치하는 제 1 단부가, 제 2 전극활물질층의 돌출부에 인접하여 위치하는 폭방향 단부인 제 2 단부보다 폭방향 외측을 향하여 비어져 나와서 위치하고 있으며, 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에는 절연 부재가 끼워져 있으며, 절연 부재는, 폭방향에 대해서는 적어도 제 2 단부와 제 1 단부를 포함하는 영역에 마련되어 있으며, 길이 방향에 대해서는 제 2 전극판의 길이 방향의 제 3 단부와 상기 제 3 단부와 길이 방향 반대측의 제 4 단부를 포함하는 영역에 마련되는 것과 함께 상기 제 3 단부와 상기 제 4 단부의 사이의 영역에는 마련되어 있지 않은 것이다.
상기 양태에 있어서의 축전 소자의 전극 권회체에서는, 제 1 전극활물질층과 제 2 전극활물질층의 직접 접촉이, 제 1 전극판에 일체적으로 마련되어 있는 세퍼레이터층에 의해 저지되어 있다. 일체형의 세퍼레이터층은 제 1 전극판으로부터 비어져 나와서 형성되어 있지는 않지만, 본 양태의 축전 소자에서는, 제 2 전극판의 상기 제 3 단부 및 상기 제 4 단부의 위치에 절연 부재가, 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이에 끼워져서 마련되어 있다. 이 절연 부재가 폭방향에 있어서의 상기 제 2 단부와 상기 제 1 단부를 포함하는 영역에 마련되어 있는 것으로부터, 제 1 전극판과 제 2 전극판의 사이의 단락이 억제되어 있다. 절연 부재는 제 3 단부와 제 4 단부의 사이의 영역에는 마련되어 있지 않으므로, 전극 권회체의 발전 성능은 저해되고 있지 않다. 전극 권회체에서는 길이 방향에 관해서, 권회 시작과 권회 종료 중 어느 측에 있어서도, 제 1 전극판의 단부가 제 2 전극판의 단부보다도 길이 방향 외측에 있어도 된다.
상기 양태의 축전 소자에서는, 제 2 전극판이, 돌출부 중 제 2 전극활물질층에 인접하는 영역을 덮는 절연층을 가지며, 제 1 단부가, 절연층이 존재하는 범위 내에 위치하고 있으며, 절연 부재는, 폭방향에 대하여 적어도 절연층이 존재하는 영역을 포함하여 마련되어 있어도 된다. 이처럼 되어 있으면, 상기 제 3 단부와 상기 제 4 단부의 사이의 영역에서는 절연층에 의해, 제 1 전극판의 제 1 단부와 제 2 전극판의 돌출부의 사이의 단락이 억제된다.
상기 중 어느 양태의 축전 소자에서는 또한, 절연 부재가, 제 2 전극판에 있어서의 폭방향 전체에 걸쳐 마련되어 있어도 된다. 이처럼 되어 있으면, 절연 부재의 존재에 의해 전극 권회체의 두께에 폭방향에 의한 불균일이 생길 일이 없다.
상기 중 어느 양태의 축전 소자에서는 추가로, 전극 권회체가, 평탄부와 2개소의 턴부를 가지는 편평 권회체이며, 절연 부재 중 적어도 1개는, 2개소의 턴부 중 상기 축전 소자의 사용 상태에서 상측의 턴부에 배치되어 있어도 된다. 전극 권회체의 내부에는, 제 2 전극판의 권회 종료 단부(상기 제 3 단부 또는 상기 제 4 단부)에 인접하는 간극이 있다. 상기 중 어느 양태에서는 절연 부재가 끼워져 있는만큼, 이 간극이 크다. 이 간극은 전해액 저장소로서 기능할 수 있다. 편평형인 경우에는 본 양태과 같이 함으로써, 전극 권회체의 상부에 있어서의 보액성(保液性)을 향상시킬 수 있다.
상기 중 어느 양태의 축전 소자에서는 또는, 절연 부재가, 일면이 점착면인 수지 테이프이며, 제 2 전극판의 상기 제 3 단부 및 상기 제 4 단부의 표리 양면에 절연 부재가, 점착면을 제 2 전극판을 향하며, 부분적으로 제 2 전극판으로부터 길이 방향 외측으로 비어져 나와서 배치되어 있어도 된다. 이처럼 되어 있으면, 권회 전의 시점이어도 절연 부재의 위치가 안정하므로, 제 1 전극판 및 제 2 전극판을 권회하여 전극 권회체로 하는 조작이 용이하다.
본 구성에 의하면, 세퍼레이터 일체형의 전극판을 이용하면서도 전극 권회체 내에서의 정부의 전극판 사이에서의 단락을 특히 전극판의 상기 제 3 단부 및 상기 제 4 단부에 있어서 억제하도록 한 축전 소자가 제공되어 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 실시형태와 관련되는 전지의 내부 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시형태와 관련되는 전지에 내장되는 전극체의 사시도이다.
도 3은 실시형태와 관련되는 전극 권회체를 구성하는 정극판 및 부극판의 권회 전의 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타내지는 정극판 및 부극판을 절연 테이프와 함께 나타내는 측면도이다.
도 5는 정극판 및 부극판을 권취하는 상황을 나타내는 모식도이다.
도 6은 실시형태와 관련되는 전극 권회체를 구성하는 정극판, 부극판 및 절연 테이프의 권회 전의 상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6에 나타내지는 정극판, 부극판 및 절연 테이프를 나타내는 부분 정면도이다.
도 8은 도 4에서 절연층 및 절연 테이프를 제거하여 나타내는 측면도이다.
도 9는 절연 테이프에 요구되는 폭방향 범위를 설명하는 평면도이다.
도 10은 전극 권회체의 내부의 상황을 나타내는 부분 단면 모식도이다.
도 11은 실시예에 있어서의 절연 테이프의 폭방향 사이즈를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명의 축전 소자를 구체화한 실시형태에 대해서, 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는, 도 1에 나타내는 전지(1)로 하여 본 발명을 구체화한 것이다. 도 1의 전지(1)는, 편평 각형(角型)의 전지 케이스(10)에 전극 권회체(20)를 수납한 것이다. 전극 권회체(20)는, 중앙의 발전부(41) 및 그 양 사이드의 정극 접속부(21), 부극 접속부(31)로 이루어져 있다. 전지 케이스(10)에는 전극 권회체(20) 외에 전해액(19)도 수납되어 있다. 수납되어 있는 전해액(19)의 일부는 전극 권회체(20) 중에 함침(含浸)되어 있다. 전지 케이스(10) 중 덮개 부분(13)에는, 정극 단자(51) 및 부극 단자(61)가 마련되어 있다. 전지 케이스(10)의 내부에서는, 정극 단자(51)와 정극 접속부(21)가 정극 집전부재(50)에 의해 접속되어 있으며, 부극 단자(61)와 부극 접속부(31)가 부극 집전부재(60)에 의해 접속되어 있다.
전극 권회체(20)의 단체(單體)를 도 2에 나타낸다. 전극 권회체(20)는 후술하는 바와 같이 정극판과 부극판을 감아 겹친 것이다. 발전부(41)는 정극판과 부극판의 양방이 존재하고 있는 영역이며, 정극 접속부(21)는 정극판만이 존재하고 있는 영역이며, 부극 접속부(31)는 부극판만이 존재하고 있는 영역이다. 전극 권회체(20)의 전체 형상은, 전지 케이스(10)의 각형 형상에 맞춘 편평 형상이다. 전극 권회체(20)의 형상은 세로방향으로, 중앙의 평탄부(70)와 그 상하의 턴부(71,72)로 나눌 수 있다. 턴부(71,72)는, 정극판 및 부극판이 폴드백(fold back)되는 부위이다. 평탄부(70)는, 턴부(71)와 턴부(72)의 사이에서 정극판 및 부극판이 평면상(狀)으로 되어 있는 부위이다.
도 3에, 전극 권회체(20)를 구성하는 정극판(2) 및 부극판(3)의 권회 전의 상태를 나타낸다. 정극판(2) 및 부극판(3)은 모두, 폭방향 L의 사이즈보다 길이 방향 W의 사이즈가 긴 띠형상의 것이다. 도 3에서는, 1매의 부극판(3) 상에 1매의 정극판(2)을 겹친 상태를 나타내고 있다. 도 3에 나타내지는 정극판(2) 및 부극판(3)을 도 3 중의 화살표 A의 시선으로 보면 도 4에 나타나 있는 바와 같이 되어 있다. 도 4 중의 「절연 테이프(4)」는 도 3에는 나타나 있지 않지만 이에 관해서는 후술한다.
정극판(2)은 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 집전박(22)과, 집전박(22)의 표면 상에 배치되어 있는 정극활물질층(23)을 가지는 것이다. 정극판(2)에는 돌출부(24)가 마련되어 있다. 돌출부(24)는, 집전박(22)이 정극활물질층(23)으로 덮여 있지 않은 부위이다. 돌출부(24)는, 정극판(2)의 폭방향(도 4 중의 수평방향)의 일방의 단부에 위치하고 있다. 돌출부(24)는 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 정극판(2)의 길이 방향(도 4에서는 지면과 수직한 방향) 전체에 걸쳐 마련되어 있다. 정극판(2)에는 추가로, 절연층(25)이 마련되어 있다. 절연층(25)은, 집전박(22) 중 정극활물질층(23)으로부터 돌출하고 있는 부분, 즉 돌출부(24)를 덮고 있다. 절연층(25)은 정극활물질층(23)과 인접하는 위치에 마련되어 있다. 절연층(25)은, 세라믹 입자 및 결착제로 이루어지는 층이다. 절연층(25)은, 이들의 재료를 집전박(22)의 해당 개소에 도포하여 형성된 것이다. 절연층(25)은 정극활물질층(23)보다 얇다.
부극판(3)은, 집전박(32)과, 집전박(32)의 표면 상에 배치되어 있는 부극활물질층(33)을 가지는 것이다. 부극판(3)에는, 돌출부(34)가 마련되어 있다. 돌출부(34)는, 집전박(32)이 부극활물질층(33)으로 덮여 있지 않은 부위이다. 돌출부(34)는, 부극판(3)의 폭방향의 일방의 단부에 위치하고 있다. 돌출부(34)는, 정극판(2)의 돌출부(24)와는 정극활물질층(23)과 부극활물질층(33)이 겹치는 부분에 대하여 반대측에 배치되어 있다. 돌출부(34)는 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 부극판(3)의 길이 방향 전체에 걸쳐 마련되어 있다. 부극판(3)에는 추가로, 세퍼레이터층(35)이 마련되어 있다. 세퍼레이터층(35)은 도포형(型)의 것이다. 즉 독립한 필름이 아닌 부극판(3)과 일체인 것이다. 세퍼레이터층(35)은, 부극활물질층(33)의 전체와 돌출부(34)의 일부를 덮으며, 돌출부(34)의 잔부(殘部)를 노출시키고 있다. 세퍼레이터층(35)은, 다공질 수지를 부극활물질층(33) 및 돌출부(34) 상에 도포하여 형성된 층이다.
도 3 및 도 4에서, 정극판(2)(정극활물질층(23))과 부극판(3)(부극활물질층(33))이 상방으로부터 보아서 겹쳐져 보이는 범위가 도 1 및 도 2의 발전부(41)에 상당한다. 정극판(2)의 돌출부(24)만의 범위가 정극 접속부(21)에 상당하고, 부극판(3)의 돌출부(34)만의 범위가 부극 접속부(31)에 상당한다. 전극 권회체(20)는 도 3 및 도 4에 나타내지는 정극판(2) 및 부극판(3)을, 도 5에 나타나 있는 바와 같이 하여 권취하고, 편평형으로 성형한 것이다. 귄취 시에는 도 3 중의 좌우 방향의 일방의 단부를 권회 시작으로 하고 타방의 단부를 권회 종료로 한다. 귄취에 있어서는, 정극판(2)을 부극판(3)의 내측으로 하는 것이 일반적이다. 다만 감아 겹침에 의해, 최외주 이외에서는 부극판(3)의 외측에도 정극판(2)이 위치하는 것이 된다.
전극 권회체(20)에는 정극판(2) 및 부극판(3)의 이외에, 도 4 중에 나타내지는 절연 테이프(4)도 감긴다. 절연 테이프(4)는, 일면이 점착면인 수지 테이프이다. 절연 테이프(4)는, 전지(1)의 내부에서 부(副)반응을 일으키지 않는 재질의 것인 것이 바람직하다. 폴리올레핀계 수지를 기재(基材) 수지로 하는 것이면, 대개의 전지종에서 이 요구를 만족시킨다. 구체적으로는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌을 들 수 있다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이 절연 테이프(4)는, 정극판(2)의 표면측과 이면측에 배치되어 있다. 어느 절연 테이프(4)도 그 점착면을 정극판(2)을 향하고 있다. 도 3에 절연 테이프(4)를 추가하여 그린 것이 도 6이다. 도 6에 나타나 있는 바와 같이 절연 테이프(4)는, 정극판(2) 및 부극판(3)의 길이 방향에 있어서의 양단의 개소에 배치되어 있다. 즉 절연 테이프(4)는, 전극 권회체(20)에 있어서의 권회 시작의 위치와 권회 종료의 위치에 첩부(貼付)되어 있다.
절연 테이프(4)의 위치에 대하여 추가로 서술한다. 권회에 제공되는 정극판(2) 및 부극판(3)에서는, 도 3에 나타나 있는 바와 같이 부극판(3)쪽이 길다. 부극판(3)의 길이 방향 양단은 모두, 정극판(2)의 길이 방향 양단보다도 길이 방향 외측으로 비어져 나와서 위치하고 있다. 절연 테이프(4)는, 정극판(2)의 길이 방향 양단을 포함하는 영역에 마련되어 있다. 즉 절연 테이프(4)의 일부는, 정극판(2)의 길이 방향 단부으로부터 외측을 향하여 비어져 나와 있다. 이 때문에 도 6에서는, 정극판(2)의 길이 방향의 단부 그 자체는 절연 테이프(4)에 가려져 있어서 보이지 않는다. 전극 권회체(20)에 있어서는, 절연 테이프(4)는 정극판(2)과 부극판(3)의 사이에 끼워진 상태로 되어 있다.
도 6에 나타내지는 정극판(2), 부극판(3) 및 절연 테이프(4)를 도 6 중의 화살표 B의 시선으로 보면 도 7에 나타나 있는 바와 같이 되어 있다. 절연 테이프(4)는, 부분적으로 정극판(2)의 표면 상에 첩부되어 있으며, 일부가 정극판(2)으로부터 길이 방향 외측을 향하여 비어져 나와 있다. 정극판(2)으로부터 비어져 나와 있는 범위에서는, 표리의 절연 테이프(4)의 점착면끼리가 첩합(貼合)되어 있다. 또는 1매의 절연 테이프(4)를, 점착면을 내측을 향하여 절곡하면서 정극판(2)의 길이 방향의 단부를 덮도록 첩부하여도 된다. 이렇게 한 경우에도, 절연 테이프(4)의 폴드백 부분이 정극판(2)의 길이 방향 단부으로부터 외측을 향하여 비어져 나와 있으므로, 절연 테이프(4)가 마련되어 있는 영역에 정극판(2)의 길이 방향 단부가 포함되어 있게 된다. 상기로부터 절연 테이프(4)는, 권회에 의해 부극판(3)의 내측에 감긴다. 이 때문에 도 1이나 도 2에는 절연 테이프(4)가 드러나 있지 않다.
도 6 중의 2개소의 절연 테이프(4) 중, 도 5에 나타낸 귄취에 있어서 권회 시작이 되는 측의 것에 대해서는, 어느 정도의 길이 방향 사이즈가 있는 편이 좋다. 특히 권회 시작 시에 있어서의 귄취 도구에 의한 그립성을 향상시키기 위해서이다. 필름 세퍼레이터를 이용하지 않고, 도포형의 세퍼레이터층(35)을 이용하는 경우, 필름 세퍼레이터를 이용하였을 경우에 비하여 귄취 시의 마찰이 작은 경향이 있다. 권회 시작측의 절연 테이프(4)의 길이 방향 사이즈를 예를 들면 5㎜ 이상으로 함으로써, 권회 시작의 그립성을 향상시킬 수 있다.
본 형태에 따른 전극 권회체(20)에서는, 세퍼레이터층(35)에 의해, 정극활물질층(23)과 부극활물질층(33)의 직접 접촉이 저지되어 있다. 또한, 절연층(25)과 절연 테이프(4)가, 정극판(2)과 부극판(3)의 단락을 저지하고 있다. 절연층(25) 및 절연 테이프(4)에 의한 단락 저지에 대하여 설명한다. 이를 위하여, 도 4에서 절연층(25) 및 절연 테이프(4)를 제거한 상태를 도 8에 나타낸다.
우선 절연층(25)에 의한 단락 저지에 대하여 설명한다. 본 형태와 같이 도포형의 세퍼레이터층(35)을 이용하고 있는 경우에는, 정극판(2)과 부극판(3)이 겹쳐져 있는 상황에 있어서, 정극판(2)의 돌출부(24)(집전박(22))와, 부극판(3)의 부극활물질층(33)이, 지극히 근접하여 있게 된다(도 8 중의 화살표 C). 그 간격은, 세퍼레이터층(35) 및 정극활물질층(23)의 두께의 합계 정도밖에 되지 않는다. 그리고 거기에는 특별한 차폐물이 없다. 도포형의 세퍼레이터층(35)은, 부극판(3)보다도 큰 사이즈로 형성하는 것이 지극히 곤란하기 때문이다. 이 때문에, 전극 권회체(20)에 걸리는 하중 등의 요인에 따라서는 정극판(2)과 부극판(3)이 단락되는 것도 생각된다. 이, 도 8 중의 화살표 C의 근접 개소는, 정극판(2) 및 부극판(3)의 길이 방향의 전체에 걸쳐 존재하고 있다.
실제의 본 형태의 전극 권회체(20)에서는 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 정극판(2)에 절연층(25)이 마련되어 있다. 이 절연층(25)이, 도 8 중의 화살표 C의 개소에서의 차폐물로서 기능한다. 이로써 단락이 저지되어 있다. 도 4에서는, 집전박(22)과 부극활물질층(33)의 사이의 근접 개소에 절연층(25)뿐만 아니라 절연 테이프(4)도 존재하고 있는 것처럼 보인다. 그러나 도 6에서 설명한 바와 같이, 절연 테이프(4)가 존재하고 있는 것은 길이 방향 양단의 위치만이다. 길이 방향의 양단을 제외하는 대부분의 영역에서는, 절연 테이프(4)가 존재하지 않고 절연층(25)만으로 화살표 C의 단락을 저지하고 있다. 절연층(25)에 의한 단락 저지의 작용이 주효하기 위해서는, 도 4 중에서, 부극판(3)(집전박(32), 부극활물질층(33), 세퍼레이터층(35))의 좌단이, 절연층(25)의 존재하고 있는 폭방향(도 4에 있어서의 좌우 방향) 범위 내이면 된다.
다음으로 절연 테이프(4)에 의한 단락 저지에 대하여 설명한다. 전극 권회체(20)에 있어서는, 상기 설명한 절연층(25)에 의한 단락 저지로는 불충분한 개소가 2개소 있다. 정극판(2)의 길이 방향 양단, 즉 권회 시작 및 권회 종료의 위치이다. 도 3 중에 화살표 D로 나타내는 2개소이다. 이들의 개소에서는, 도 8 중에 화살표 C로 나타낸 경로에서의 단락이, 절연층(25)만으로는 충분히 저지할 수 없는 것이다. 절연층(25)도 도포형의 것이며, 정극판(2)으로부터 돌출하여 형성되어 있지 않기 때문이다. 거기에 이들의 개소를 차폐하는 절연 부재로서 마련되어 있는 것이 도 4, 도 6의 절연 테이프(4)이다. 절연 테이프(4)에 의해, 이들 2개소에서의 단락도 저지되어 있다.
절연 테이프(4)가 첩부되는 범위는, 길이 방향에 관해서는 상기한 대로이다. 절연 테이프(4)의 폭방향 범위에 대해서, 도 6에서는 정극판(2)의 폭방향의 거의 전체에 절연 테이프(4)가 첩부되어 있는 상황을 나타냈지만, 이에 한정되지 않는다. 절연 테이프(4)가 첩부되는 폭방향 범위에 대하여 설명한다. 이 설명을 위하여, 부극판(3)(집전박(32), 부극활물질층(33), 세퍼레이터층(35))의 도 4 중 좌측의 폭방향 단부를 이하, 제 1 단부(36)라고 한다. 제 1 단부(36)는, 부극판(3)의 2개의 폭방향 단부 중, 정극판(2)의 돌출부(24)가 마련되는 측에 위치한다. 또한, 정극판(2)의 정극활물질층(23)의 돌출부(24)에 인접하여 위치하는 폭방향 단부를 이하, 제 2 단부(26)라고 한다. 제 1 단부(36)는, 제 2 단부(26)보다 폭방향 외측을 향하여 비어져 나와서 위치하고 있다. 폭방향 외측을 향한다란, 정극활물질층(23)이나 부극활물질층(33)이 있는 위치, 즉 발전부(41)를 폭방향의 중심으로 하여 외측을 향하는 것이다.
절연 테이프(4)는 폭방향에 대하여, 최소여도 제 1 단부(36)와 제 2 단부(26)를 포함하는 영역에 첩부되어 있다. 상기 서술의 단락 저지의 실효를 위해서이다. 구체적으로는, 도 9에 나타내는 바와 같이 절연층(25)이 존재하는 폭방향 범위(화살표 E)를 포함하도록 절연 테이프(4)를 첩부하고 있다. 이로써, 절연 테이프(4)의 폭방향 범위 내에 제 1 단부(36) 및 제 2 단부(26)를 포함시킬 수 있게 된다. 정극판(2)의 전폭(全幅)(화살표 F)에 걸쳐 첩부하면, 전극 권회체(20)의 두께에 폭방향에 의한 불균일이 생기는 것을 막을 수 있다고 하는 점에서 보다 좋다.
상기한 바와 같이 본 형태의 전극 권회체(20)는 도 2에 나타낸 편평형의 것이다. 절연 테이프(4)는, 편평형의 전극 권회체(20)에 있어서, 평탄부(70)에 배치되는 것보다도 턴부(71,72)에 배치되는 편이 좋다. 특히, 도 1의 전지(1)에 있어서의 상측의 턴부(71)에 배치되는 것이 바람직하다. 상측의 턴부(71)는, 전지(1)에서 정극 단자(51)나 부극 단자(61)에 가까운 측에 위치한다. 전지(1)는 통상, 정극 단자(51) 및 부극 단자(61)가 있는 부위를 상하 방향의 상방을 향한 상태로 사용된다.
절연 테이프(4)가 턴부(71)에 배치되는 것이 바람직한 이유는, 전극 권회체(20)의 보액성에 있다. 도 10에 나타내는 바와 같이 전극 권회체(20)의 내부에는, 절연 테이프(4)에 인접하여, 부극판(3)과 부극판(3)의 사이에 간극(40)이 생긴다. 절연 테이프(4)가 배치되는 위치는 정극판(2)의 길이 방향 단부이기 때문이다. 이 간극(40)에는, 상기 서술의 전해액(19)이 저장될 수 있다. 절연 테이프(4)가 상측의 턴부(71)에 배치되어 있으면, 간극(40)도 전극 권회체(20)의 최상의 개소 부근에 위치하게 된다. 이 위치의 간극(40)에 전해액(19)이 저장되어 있으면, 전극 권회체(20)의 상부(턴부(71)를 포함한다.)의 전해액(19) 부족이 완화되는 효과가 있다. 전극 권회체(20)의 상부는 전해액(19)이 부족하기 쉬운 부위이기 때문에 그 의의는 크다.
상기한 바와 같이 구성되어 있는 본 형태의 전지(1)에서는, 전지 케이스(10) 내의 전해액(19)이 함침되어 있는 전극 권회체(20)가 발전 요소로서 기능한다. 이 전극 권회체(20)에서는 절연 테이프(4)에 의해, 정극판(2)과 부극판(3)의 사이의 단락 방지가 도모되어 있다. 이로써, 도포형의 세퍼레이터층(35)을 이용하면서, 전극판 사이에서의 단락이 억제된 전지(1)가 실현되어 있다. 절연 테이프(4)의 이외에 절연층(25)도 단락 방지에 공헌하고 있다. 다만 절연 테이프(4)는, 전극 권회체(20)의 본래의 기능인 발전 기능을 저해하고 있진 않다. 도 6에 나타나 있는 바와 같이 절연 테이프(4)는 정극판(2)의 길이 방향 양단에만 배치되어 있으며, 그들의 사이의 구간에는 존재하지 않기 때문이다.
이하에 실시예를 서술한다. 본 실시예는, 리튬 이온 이차 전지로 본 발명을 실시한 예이다. 본 실시예의 목적은, 정극판(2)과 절연 테이프(4)에서의 폭방향 사이즈의 관계를 어느 정도 변경하면서, 절연 테이프(4)가 존재하는 것에 의한 우위성을 확인하는 것에 있다.
[부극판(3)의 구성]
집전박(32) : 구리박
부극활물질층(33) : 천연 흑연 입자, 바인더(카르복시메틸셀룰로오스, 스티렌부타디엔고무)
세퍼레이터층(35) : 폴리비닐알코올을 기재로 하는 다공질의 도포층
[정극판(2)의 구성]
집전박(22) : 알루미늄박
정극활물질층(23) : 삼원계 복합산 리튬, 바인더(폴리불화비닐리덴)
그 도공 폭(도 9 중의 G) : 120㎜
절연층(25) : 절연 입자(베마이트(AlOOH)), 결착제(폴리불화비닐리덴)의 혼합(중량비 4:1)
그 도공 폭(도 9 중의 E) : 5㎜
비도공 폭(도 9 중의 H) : 15㎜
[전해액(19)의 성분]
용매 : 에틸렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트의 혼합액(체적비 1:1:1)
전해질 : 6불화인산 리튬(농도 1㏖/l)
[절연 테이프(4)]
기재 : 폴리에틸렌(두께 0.1㎜, 폭(도 6 중의 길이 방향 사이즈) 10㎜)
점착재 : 아크릴계
상기의 조건하에서 표 1에 나타내는 비교예 및 실시예 1~실시예 3을 각 10샘플씩 제조하였다. 다만 비교예에서는 절연 테이프(4)를 사용하지 않았다. 각 샘플에 있어서는, 전극 권회체(20)에 있어서의 권회 종료측의 절연 테이프(4)(비교예에 있어서는 정극판(2)의 권회 종료측의 길이 방향 단부)가 상측의 턴부(71)에 오도록 하였다. 이들의 각 샘플로, 고온 에이징이나 초기 활성화를 행하여, 그 후의 시점에서의 단락 불량의 발생 상황 및 턴부(71)에 있어서의 보액 상황을 검사하였다.
Figure pat00001
표 1 중의 「J」,「K」의 각 란은 각각, 절연 테이프(4)의 도 11 중의 해당하는 기호로 나타내지는 범위(모두 폭방향)의 사이즈이다. 표 1 중의 「단락 불량」, 「보액량」의 각 란은, 검사 결과를 나타내고 있다. 「단락 불량」은, 단락이 발생한 샘플의 개수를 나타내고 있다. 「보액량」은, 턴부(71)에 있어서의 보액 상황을 나타내고 있다. 구체적으로는, 턴부(71)로부터 세퍼레이터층(35)을 잘라내 피검체로 하였다. 잘라낸 것은, 당해 부위에 있어서의 정극판(2)의 길이 방향 단부(권회 종료측)의 외측에 인접하는 세퍼레이터층(35)의 일부이다. 이 피검체에 대해서, ICP 발광 분광 분석법으로 인(P)의 함유량을 측정하였다. 그 각 10샘플에 관한 평균값에 대해서, 비교예의 값을 기준으로 하여 규격화한 수치를 표 1 중에 들고 있다. 이 값이 클수록, 전극 권회체(20)의 턴부(71)에 전해액(19)이 윤택하게 보지(保持)되어 있다고 할 수 있다. 피검체에 함유되는 인은 전해액(19)의 전해질에 유래한다고 생각되기 때문이다.
표 1의 「단락 불량」의 란을 보면, 실시예 1~실시예 3의 어느 것에서도 「0」으로 되어 있다. 이는, 이들의 실시예에서는, 각 10개의 샘플에 1개도 단락 불량이 발생하지 않은 것을 나타내고 있다. 이에 비하여 비교예에서는 「10」으로 되어 있으며, 10개의 샘플의 전체에서 단락 불량이 발생한 것을 알 수 있다. 이에 의해 절연 테이프(4)에 의한 단락 방지 효과는 역연(歷然)하다. 특히, 실시예 1과 같이 실질적으로 절연층(25)의 폭방향 범위만인 최소한의 절연 테이프(4)를 첩부한 것 뿐인 것에서도 충분하게 효과가 있는 것을 알 수 있다.
표 1의 「보액량」란을 보면, 실시예 1~실시예 3의 어느 것에서도 1보다 큰 값이 나타내져 있다. 그리고, 실시예 1보다 실시예 2쪽이 값이 크고, 실시예 2보다 실시예 3쪽이 더 값이 크게 되어 있다. 이들로부터, 다음과 같이 해석할 수 있다. 실시예 1~실시예 3의 어느 것에서도, 절연 테이프(4)가 있는만큼, 절연 테이프(4)가 없는 비교예와 비교하여, 도 10에 나타낸 간극(40)이 크게 되어 있다. 그 때문에 간극(40)에 저장되는 전해액(19)의 양이 많다. 또한, 실시예 1보다 실시예 2, 실시예 2보다 실시예 3으로 절연 테이프(4)의 폭방향 사이즈가 커질수록 간극(40)의 용적도 커져, 많은 전해액(19)이 저장된다. 이에 의해, 절연 테이프(4)의 존재가 턴부(71)의 보액성 향상에 공헌하고 있는 것을 알 수 있다. 절연 테이프(4)의 폭방향 사이즈가 클수록 향상의 정도가 큰 것도 알 수 있다.
또한, 상기 실시형태 및 실시예는 단순한 예시에 지나지 않으며, 본 발명을 조금도 한정하는 것이 아니다. 따라서, 본 발명은 당연히, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 적용 대상이 되는 축전 소자는, 실시예에 나타낸 리튬 이온 이차 전지에 한정되지 않는다. 정부의 전극판을 감아 겹친 구조의 전극 권회체를 이용하는 것이면 어떠한 종류의 축전 소자도 적용 대상으로 할 수 있다. 정부는 반대여도 된다. 또한, 상기 실시형태 및 실시예에서는 전지(1)의 외형 및 전극 권회체(20)의 형상을 편평형으로 하였지만, 원통형이어도 본 발명의 적용이 가능하다. 다만 원통형인 경우에는 전극 권회체(20)에, 평탄부(70), 턴부(71,72)와 같은 장소의 구별이 없기 때문에, 절연 테이프(4)가 존재하는 것이 바람직한 둘레 방향 위치라고 하는 것은 특별히 없다.
또한, 정극판(2)의 절연층(25)은 필수적인 것이 아니다. 따라서, 상기 실시형태로부터 절연층(25)을 제거한 형태도 가능하다. 절연층(25)은 상기한 바와 같이 도 8 중의 화살표 C의 단락에 대한 차폐 효과가 있는 것이지만, 절연층(25)이 없으면 반드시 단락이 일어난다고 하는 것도 아니기 때문이다. 절연층(25) 및 절연 테이프(4) 중 어느 것도 없는 경우를 생각하면, 정극판(2)의 길이 방향 단부는, 도 8 중의 화살표 C의 단락과, 도 3 중의 화살표 D의 단락 모두가 일어날 수 있는 장소이다. 따라서, 절연층(25)이 없을 경우여도, 절연 테이프(4)를 채용하여 도 3의 화살표 D의 단락을 방지하는 것에는 의의가 있다.
또한, 절연 테이프(4)에 대해서는, 점착면을 가지지 않는 것이어도 된다. 절연 테이프(4)의 점착성은, 권회라고 하는 조작을 쉽게 하는 의의를 가지지만 권회 후에는 별반 의미가 없기 때문이다. 절연 테이프(4)의 기재에 관해서도, 절연성과 전지(1) 내에서의 화학적 안정성만 있으면 된다. 다공질 수지여도 되고 종이여도 된다.

Claims (5)

  1. 축전 소자는,
    모두 폭방향 사이즈보다 길이 방향 사이즈가 긴 띠형상의 것인 제 1 전극판(3) 및 제 2 전극판(2)을 감아 겹쳐서 이루어지는 전극 권회체를 가지며,
    상기 제 1 전극판(3)은,
    제 1 집전박(32)과,
    상기 제 1 집전박(32)의 표면 상에 배치된 제 1 전극활물질층(33)과,
    상기 제 1 전극활물질층(33)을 덮는 세퍼레이터층(35)을 가지고 있는 것이며,
    상기 제 2 전극판(2)은,
    제 2 집전박(22)과,
    상기 제 2 집전박(22)의 표면 상에 배치되어 있는 제 2 전극활물질층(23)을 가지며,
    상기 제 2 집전박(22)이 상기 제 2 전극활물질층(23)으로 덮여 있지 않는 돌출부(24)가, 폭방향의 일방의 단부에서 길이 방향 전체에 걸쳐 마련되어 있는 것이며,
    상기 전극 권회체에서는,
    상기 제 1 집전박(32) 및 상기 제 1 전극활물질층(33) 및 상기 세퍼레이터층(35)의 폭방향 단부 중 상기 돌출부(24)가 마련되는 측에 위치하는 제 1 단부(36)가, 상기 제 2 전극활물질층(23)의 상기 돌출부(24)에 인접하여 위치하는 폭방향 단부인 제 2 단부(26)보다 폭방향 외측을 향하여 비어져 나와서 위치하고 있으며,
    상기 제 1 전극판(3)과 상기 제 2 전극판(2)의 사이에는 절연 부재(4)가 끼워져 있으며,
    상기 절연 부재(4)는,
    폭방향에 대해서는 적어도 상기 제 2 단부(26)와 상기 제 1 단부(36)를 포함하는 영역에 마련되어 있으며,
    길이 방향에 대해서는 상기 제 2 전극판(2)의 길이 방향의 제 3 단부와 상기 제 3 단부와 길이 방향 반대측의 제 4 단부를 포함하는 영역에 마련되는 것과 함께 상기 제 3 단부와 상기 제 4 단부의 사이의 영역에는 마련되어 있지 않은 것인 축전 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판(2)은, 상기 돌출부(24) 중 상기 제 2 전극활물질층(23)에 인접하는 영역을 덮는 절연층(25)을 가지며,
    상기 제 1 단부(36)가, 상기 절연층(25)이 존재하는 범위 내에 위치하고 있으며,
    상기 절연 부재(4)는, 폭방향에 대하여 적어도 상기 절연층(25)이 존재하는 영역을 포함하여 마련되어 있는 축전 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연 부재(4)가, 상기 제 2 전극판(2)에 있어서의 폭방향 전체에 걸쳐 마련되어 있는 축전 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 권회체는, 평탄부와 2개소의 턴부를 가지는 편평 권회체이며, 상기 절연 부재(4) 중 적어도 1개는, 상기 2개소의 턴부 중 상기 축전 소자의 사용 상태에 있어서 상측의 턴부에 배치되어 있는 축전 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 부재(4)는, 일면이 점착면인 수지 테이프이며,
    상기 제 2 전극판(2)의 상기 제 3 단부 및 상기 제 4 단부의 표리 양면에 상기 절연 부재(4)가, 상기 점착면을 상기 제 2 전극판(2)을 향하며, 부분적으로 상기 제 2 전극판(2)으로부터 길이 방향 외측으로 비어져 나와서 배치되어 있는 축전 소자.
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