KR20210036808A - 비수전해질 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

여기에 개시되는 이차 전지의 전극체(20)는, 복수의 전극 시트(50, 60)의 전극 합재층(54, 64)끼리가 겹쳐진 코어부(22)와, 집전박 노출부(52a)가 겹쳐진 단자 접속부(24)와, 단자 접속부(24)와 코어부(22)의 경계에 형성되어 있으며, 전극 합재층(64)과 집전박 노출부(52a)가 대향하는 합재층 비대향부(27)를 구비하고 있다. 그리고, 여기에 개시되는 이차 전지에서는, 합재층 비대향부(27)에 있어서 전극 시트(50, 60)의 사이에 개재하는 세퍼레이터(70)에, 소정의 깊이(d)의 단락 촉진부(72)가 형성되어 있다. 이에 의해, 전극 합재층(54, 64)끼리의 내부 단락이 발생하여 전지 온도가 고온 영역까지 급격하게 상승하기 전에, 전극 합재층(64)과 집전박 노출부(52a)의 내부 단락을 발생시켜 충전을 정지시킬 수 있다.

Description

비수전해질 이차 전지{NONAQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 비수전해질 이차 전지에 관한 것이다.
근년, 리튬 이온 이차 전지 등의 비수전해질 이차 전지는, 개인용 컴퓨터, 휴대 단말기 등의 포터블 전원이나, 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHV) 등의 차량 구동용 전원 등에 적절하게 사용되고 있다.
비수전해질 이차 전지에서는, 충전 시에 큰 전류가 흘러 과충전 상태로 되었을 때, 200℃ 이상의 고온 영역까지 전지 온도가 승온되는 경우가 있다. 이와 같은 과충전 시의 고온 영역으로의 승온을 방지하여 높은 안전성을 확보하는 기술의 하나로서, 정극과 부극 사이에 개재하는 세퍼레이터에 셧 다운 기능을 부여하는 기술을 들 수 있다. 구체적으로는, 비수전해질 이차 전지의 세퍼레이터에는, 전하 담체(예를 들어, 리튬 이온)를 통과시키는 미세 구멍이 형성되어 있다. 셧 다운 기능을 갖는 세퍼레이터는, 과충전 초기의 온도 상승으로 용융되어 미세 구멍을 막기 때문에, 고온 영역으로의 승온이 시작되기 전에 충전을 정지시킬 수 있다. 이러한 셧 다운 기능을 갖는 세퍼레이터의 일례가 일본 특허 공개 제2006-331922호에 개시되어 있다.
그런데, 근년의 비수전해질 이차 전지의 분야에서는, 안전성에 대한 요구의 증가로부터, 과충전 시의 고온 영역으로의 승온을 보다 확실하게 방지할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다. 예를 들어, 과충전의 초기에 과잉의 전류가 공급되어 큰 온도 상승이 발생한 경우, 세퍼레이터의 용융이 급격하게 진행될 가능성이 있다. 이 경우, 전하 담체의 차단에 의한 충전의 정지(셧 다운 기능)가 작용하기 전에 정극과 부극의 접촉에 의한 내부 단락이 발생하여, 전지 온도가 고온 영역까지 급격하게 상승할 가능성이 있다.
본 발명은, 충전 중에 과잉의 전류가 공급되었을 때, 전지 온도가 고온 영역까지 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있는 비수전해질 이차 전지를 제공한다.
상기 목적을 실현하기 위해, 본 발명에 의해 이하의 구성의 비수전해질 이차 전지(이하, 간단히 「이차 전지」라고도 함)가 제공된다.
여기서 개시되는 이차 전지는, 복수의 전극 시트가 세퍼레이터를 개재하여 겹쳐진 전극체와, 전극체에 전기적으로 접속되는 한 쌍의 전극 단자를 구비하고 있다. 이와 같은 이차 전지의 전극 시트는, 집전박의 표면에 전극 합재층이 형성된 시트상의 전극이며, 폭 방향의 한쪽의 측면 에지부에 집전박이 노출된 집전박 노출부가 형성되어 있다. 또한, 전극체는, 폭 방향의 중앙부에 형성되어 있으며, 복수의 전극 시트의 전극 합재층끼리가 겹쳐진 코어부와, 폭 방향의 양쪽 측면 에지부의 각각에 형성되어 있으며, 집전박 노출부가 겹쳐지고, 전극 단자가 접속되는 단자 접속부와, 단자 접속부와 코어부의 경계의 적어도 한쪽에 형성되어 있으며, 전극 합재층과 집전박 노출부가 대향하는 합재층 비대향부를 구비하고 있다. 그리고, 여기에 개시되는 이차 전지에서는, 합재층 비대향부에 있어서 전극 시트의 사이에 개재하는 세퍼레이터에, 당해 세퍼레이터의 두께에 대하여 30％ 이상의 깊이의 오목부로 이루어지는 단락 촉진부가 형성되어 있다.
여기에 개시되는 이차 전지에서는, 소정의 깊이의 오목부(단락 촉진부)가 세퍼레이터에 형성되어 있다. 이와 같은 구조의 세퍼레이터가 가열되면, 단락 촉진부가 형성된 위치로부터 용융이 시작된다. 이 때문에, 단락 촉진부의 형성 위치를 조절함으로써, 과잉의 전류의 공급에 의한 온도 상승이 발생하였을 때 내부 단락이 발생하는 위치를 제어할 수 있다. 그리고, 여기에 개시되는 이차 전지에서는, 상술한 단락 촉진부가, 전극 합재층과 집전박 노출부가 대향한 합재층 비대향부에 형성되어 있다. 본 발명자의 검토에 의하면, 고온 영역으로의 급격한 온도 상승이 발생하는 것은, 전극체의 코어부에 있어서 전극 합재층끼리의 내부 단락이 발생한 경우이며, 합재층 비대향부에 있어서 전극 합재층과 집전박 노출부(집전박) 사이에서 내부 단락이 발생해도, 급격한 온도 상승이 발생하지 않고 충전이 정지된다. 즉, 여기에 개시되는 이차 전지에 의하면, 과잉의 전류의 공급에 의한 온도 상승이 발생하였을 때, 전극 합재층과 집전박 사이에서 내부 단락이 발생하도록, 세퍼레이터에 있어서의 단락 촉진부의 형성 위치가 조절되어 있기 때문에, 전지 온도가 고온 영역까지 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
단락 촉진부는, 코어부의 측면 에지부를 따라서 연장되는 긴 홈이어도 된다.
이에 의해, 전극체의 코어부에서 큰 온도 상승이 발생하였을 때 당해 코어부에서 발생한 열이 단락 촉진부에 효율적으로 전달되기 때문에, 합재층 비대향부에 있어서 적절하게 내부 단락을 발생시킬 수 있다.
단자 접속부와 전극 단자의 접속 개소에, 단자 접속부와 전극 단자를 접합한 접합부가 형성되어 있고, 단락 촉진부의 총 면적이, 근접하는 쪽의 접합부의 면적의 25％ 이상이어도 된다.
일반적인 이차 전지에서는, 과잉의 전류가 공급되었을 때, 단자 접속부와 전극 단자의 접합부가 급격하게 발열되는 경우가 있다. 본 양태에 따르면, 이러한 접합부에서의 발열을 고려하여, 단락 촉진부의 면적이 규정되어 있기 때문에, 합재층 비대향부에 있어서 보다 적절하게 내부 단락을 발생시킬 수 있다.
단락 촉진부는, 전극체의 두께 방향의 최외측에 배치된 세퍼레이터에 형성되어 있어도 된다.
이에 의해, 단락 촉진부의 형성이 용이해지기 때문에, 단락 촉진부를 형성하는 공정을 마련하는 것에 의한 생산 효율의 저하를 억제할 수 있다.
단락 촉진부는, 전극체의 두께 방향의 내측에 배치된 세퍼레이터에 형성되어 있어도 된다.
일반적인 이차 전지의 전극체 내부는, 발열되기 쉽고, 또한, 방열되기 어렵기 때문에, 고온으로 되기 쉬운 경향이 있다. 이 점을 고려하여, 전극체의 내측에 배치된 세퍼레이터에 단락 촉진부를 형성함으로써, 합재층 비대향부에 있어서 적절하게 내부 단락을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호들로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 권회 전극체를 모식적으로 도시하는 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 권회 전극체의 폭 방향을 따른 단면을 모식적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 권회 전극체를 모식적으로 도시하는 측면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 적층형 전극체의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 적층형 전극체를 구성하는 각 부재를 모식적으로 도시하는 설명도.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지의 일례로서 리튬 이온 이차 전지에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 도면에 있어서, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에는 동일한 부호를 부여하여 설명하고 있다. 또한, 각 도면에 있어서의 치수 관계(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수 관계를 반영하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이며 본 발명의 실시에 필요한 사항(예를 들어, 전해질의 조성 및 제법 등)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 또한, 여기에서 개시되는 비수전해질 이차 전지의 구조는, 리튬 이온 이차 전지에 한정되지 않고, 다양한 이차 전지(예를 들어, 니켈 수소 전지)에 적용할 수 있다.
1. 제1 실시 형태
도 1은 본 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 2는 본 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지의 내부 구조를 모식적으로 도시하는 정면도이다. 도 3은 본 실시 형태에 있어서의 권회 전극체를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 또한, 도 4는 본 실시 형태에 있어서의 권회 전극체의 폭 방향을 따른 단면을 모식적으로 도시하는 도면이다. 또한, 각 도면에 있어서의 부호 X는 「(비수전해질 이차 전지의) 폭 방향」을 가리키고, 부호 Y는 「(비수전해질 이차 전지의) 두께 방향」을 가리키고, 부호 Z는 「(비수전해질 이차 전지의) 높이 방향」을 가리킨다. 또한, 이들 방향은, 설명의 편의상 정한 것이며, 여기에 개시되는 비수전해질 이차 전지를 설치하는 방향을 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.
(1) 케이스
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지(1)는, 편평한 각형의 케이스(10)를 구비하고 있다. 이 케이스(10)는, 상면 개구(도시 생략)를 갖는 각형의 케이스 본체(12)와, 당해 상면 개구를 막는 덮개체(14)를 구비한다. 이 케이스(10)는, 예를 들어 알루미늄 합금 등의 경량이며 강도가 높은 금속 재료를 주체로 구성되어 있으면 바람직하다. 도 2에 도시한 바와 같이, 케이스(10)의 내부에는, 전극체(20)가 수용되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 케이스(10)의 내부에는, 전극체(20) 외에 비수전해질(전형적으로는, 비수전해액)도 수용되어 있다. 비수전해질은, 일반적인 리튬 이온 이차 전지에 사용될 수 있는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 본 발명을 특징짓는 것은 아니기 때문에 설명을 생략한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 이차 전지(1)는, 전극체(20)에 전기적으로 접속되는 한 쌍의 전극 단자를 구비하고 있다. 전극체(20)와 전극 단자의 접속에 대해서는 후에 상세하게 후술하지만, 본 명세서에서는, 전극체(20)의 정극측에 접속되는 전극 단자를 「정극 단자(16)」라 하고, 부극측에 접속되는 전극 단자를 「부극 단자(18)」라 한다. 이들 정극 단자(16)와 부극 단자(18)의 각각은, 케이스(10)의 덮개체(14)에 설치되어 있다.
(2) 전극체
도 3에 도시한 바와 같이, 전극체(20)는, 세퍼레이터(70)를 개재시켜 복수의 전극 시트(50, 60)를 겹침으로써 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서 사용되는 전극체(20)는, 편평 형상의 권회 전극체이다. 이 편평 형상의 권회 전극체(20)는, 2매의 세퍼레이터(70)를 개재시켜 정극 및 부극의 한 쌍의 전극 시트(50, 60)를 적층시킨 적층체를 형성하고, 이 적층체를 권취하여 겹친 권회체를 압궤함으로써 형성된다. 또한, 편평 형상의 권회 전극체를 형성하는 수단은, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 직사각형의 판상의 축심의 주위에 세퍼레이터와 전극 시트를 권취하여 겹친다는 수단을 채용할 수도 있다.
(3) 전극
전극 시트(50, 60)는, 집전박(52, 62)의 표면에 전극 합재층(54, 64)이 형성된 시트상의 전극이다. 또한, 각각의 전극 시트(50, 60)의 폭 방향 X에 있어서의 한쪽의 측면 에지부에는, 전극 합재층(54, 64)이 형성되지 않고, 집전박(52, 62)이 노출된 집전박 노출부(52a, 62a)가 형성되어 있다. 또한, 본 명세서에서는, 정극측의 전극 시트(50)를 「정극 시트(50)」라 칭하고, 부극측의 전극 시트(60)를 「부극 시트(60)」라 칭한다. 이하, 정극 시트(50)와 부극 시트(60)에 대하여 구체적으로 설명한다.
(a) 정극 시트
정극 시트(50)는, 정극 집전박(52)과, 당해 정극 집전박(52)의 양면에 형성된 정극 합재층(54)을 갖고 있다. 이 정극 시트(50)의 폭 방향 X의 한쪽의 측면 에지부에는, 정극 합재층(54)이 형성되지 않고, 정극 집전박(52)이 노출된 정극 노출부(52a)가 형성되어 있다. 정극 집전박(52)에는, 이러한 종류의 이차 전지 정극 집전박으로서 사용되는 재료를 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 전형적으로는, 정극 집전박(52)은 저렴하고, 또한, 양호한 도전성을 갖는 금속, 예를 들어 알루미늄, 니켈, 티타늄, 스테인리스강 등의 금속, 또는 이들 금속을 포함하는 합금 등으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
정극 합재층(54)에는, 정극 활물질이 포함되어 있다. 이러한 정극 활물질의 일례로서, LiCoO2, LiNiO2, LiNixCoyMn(1-x-y)O2(여기에서 0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1) 등으로 대표되는 층상 구조의 복합 산화물을 들 수 있다. 혹은, Li2NiMn3O8, LiMn2O4, Li1+xMn2-yMyO4(여기에서 M은 존재하지 않거나 혹은 Al, Mg, Co, Fe, Ni, Zn으로부터 선택되는 1종 이상의 금속 원소, 0≤x<1, 0≤y<2)로 표시되는 스피넬 구조의 복합 산화물, LiFePO4 등의 올리빈 구조의 복합 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 정극 활물질은, 여기에 개시되는 기술을 한정하는 것은 아니고, 이러한 종류의 이차 전지에서 종래부터 사용되고 있는 다양한 화합물을 사용할 수 있기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
또한, 정극 합재층(54)에는, 정극 활물질 이외의 임의 성분이 첨가되어 있어도 된다. 이러한 임의 성분으로서는, 예를 들어 도전재나 바인더 등을 들 수 있다. 도전재로서는, 아세틸렌 블랙(AB), 그래파이트, 카본 나노튜브 등의 탄소 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 바인더로서는, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 불소계 바인더나, 스티렌부타디엔 고무(SBR) 등의 고무계 바인더 등을 사용할 수 있다.
(b) 부극 시트
부극 시트(60)는, 부극 집전박(62)과, 당해 부극 집전박(62)의 양면에 형성된 부극 합재층(64)을 갖고 있다. 상술한 정극 시트(50)와 마찬가지로, 부극 시트(60)에도 집전박 노출부가 마련되어 있다. 구체적으로는, 부극 시트(60)에서는, 폭 방향 X의 다른 쪽의 측면 에지부에, 부극 합재층(64)이 형성되지 않고 부극 집전박(62)이 노출된 부극 노출부(62a)가 형성되어 있다. 부극 집전박(62)에는, 이러한 종류의 이차 전지 부극 집전박으로서 사용되는 재료를 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 전형적으로는, 부극 집전박(62)은 저렴하고, 또한, 양호한 도전성을 갖는 금속, 예를 들어 구리나 구리를 주체로 하는 합금을 사용할 수 있다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 이차 전지에서는, 부극 합재층(64)의 용량을 증가시켜 부극측에서의 금속 Li의 석출을 억제하기 위해, 정극 합재층(54)의 폭 w1보다도 긴 폭 w2를 가진 부극 합재층(64)이 형성되어 있다. 이 부극 합재층(64)에는, 부극 활물질이 포함되어 있다. 이러한 부극 활물질의 일례로서, 그래파이트, 메소카본 마이크로비드, 카본 블랙(아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등)과 같은 탄소 재료를 들 수 있다. 또한, 부극 활물질은, 여기에 개시되는 기술을 한정하는 것은 아니고, 이러한 종류의 이차 전지에서 종래부터 사용되고 있는 다양한 화합물을 사용할 수 있기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
또한, 부극 합재층(64)에는, 부극 활물질 이외의 임의 성분을 첨가해도 된다. 예를 들어, 부극 합재층(64)에는, 증점제나 바인더 등을 첨가할 수 있다. 증점제로서는, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 등을 사용할 수 있다. 또한, 바인더로서는, 정극 합재층(54)과 마찬가지로, PVDF, PTFE 등의 불소계 바인더나, SBR 등의 고무계 바인더 등을 적합하게 사용할 수 있다.
(4) 세퍼레이터
세퍼레이터(70)는, 전극 시트(50, 60)의 사이에 개재하는 절연성의 시트상 부재이다. 본 실시 형태에 있어서의 전극체(20)에서는, 부극 합재층(64)의 폭 w2보다도 긴 폭 w3을 가진 2매의 세퍼레이터(70)가 사용되고 있다. 그리고, 한쪽의 세퍼레이터(70)는, 정극 시트(50)의 배면에 배치되고, 다른 쪽의 세퍼레이터(70)는, 부극 시트(60)의 배면에 배치되어 있다. 이와 같이, 세퍼레이터(70), 부극 시트(60), 세퍼레이터(70), 정극 시트(50)의 순으로 각각의 시트상 부재를 적층시킨 적층체를 권회함으로써, 2매의 세퍼레이터(70)를 개재시켜 정극 시트(50)와 부극 시트(60)가 권취되어 겹쳐진 권회 전극체(20)가 형성된다.
또한, 세퍼레이터(70)에는, 전하 담체(리튬 이온)를 투과시키는 미세 구멍이 복수 형성되어 있다. 이에 의해, 정극 시트(50)와 부극 시트(60)의 단락을 방지한 후에, 정극 시트(50)와 부극 시트(60) 사이에서 전하 담체를 이동시킬 수 있다. 또한, 세퍼레이터(70)의 재료는, 일반적인 이차 전지에 사용되는 것과 마찬가지의 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 이러한 세퍼레이터(70)의 재료의 일례로서, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르, 셀룰로오스, 폴리아미드 등의 수지 재료를 들 수 있다. 이들 중에서도 PE나 PP 등의 폴리올레핀 수지로 이루어지는 수지 시트는, 80℃ 내지 140℃(전형적으로는 90℃ 내지 120℃, 바람직하게는 100℃ 내지 110℃, 예를 들어 105℃) 정도의 온도에서 용융되어, 미세 구멍을 막는 셧 다운 기능을 발휘할 수 있다. 또한, 상술한 폴리올레핀 수지는, 후술하는 단락 촉진부(72)로부터의 세퍼레이터(70)의 용융을 적절하게 발생시킬 수 있다는 관점에서도 적합하다. 또한, 세퍼레이터(70)는, 단일의 재료로 구성되는 단층 구조여도 되고, 재질이나 성상(예를 들어, 평균 두께나 공공률 등)이 다른 2종 이상의 수지 시트가 적층된 구조(예를 들어, PE층의 양면에 PP층이 적층된 3층 구조)여도 된다.
그리고, 본 실시 형태에 있어서 사용되는 세퍼레이터(70)에는 단락 촉진부(72)가 형성되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 단락 촉진부(72)는, 세퍼레이터(70)의 두께 t에 대하여 30％ 이상의 깊이 d를 갖는 오목부이다. 이러한 단락 촉진부(72)를 갖는 세퍼레이터(70)가 가열되면, 당해 단락 촉진부(72)가 형성된 얇은 위치로부터 용융이 개시된다. 이 때문에, 세퍼레이터(70)에 있어서의 단락 촉진부(72)의 형성 위치를 조절함으로써, 과잉의 충전 전류에 의한 온도 상승이 발생하였을 때, 정극 시트(50)와 부극 시트(60) 사이에서 내부 단락이 발생하는 위치를 제어할 수 있다. 또한, 의도한 위치에서의 내부 단락을 보다 확실하게 발생시킨다는 관점에서, 단락 촉진부(72)의 깊이 d는, 세퍼레이터(70)의 두께 t의 35％ 이상이 바람직하고, 40％ 이상이 보다 바람직하고, 45％ 이상이 더욱 바람직하고, 50％ 이상이 특히 바람직하다. 한편, 의도한 내부 단락을 발생시킨다는 관점에서는, 단락 촉진부(72)의 깊이 d의 상한은, 특별히 한정되지 않고, 세퍼레이터(70)의 두께의 90％ 이하여도 된다. 단, 세퍼레이터(70)의 강도를 고려하면, 단락 촉진부(72)의 깊이 d의 상한은, 세퍼레이터(70)의 두께의 80％ 이하가 바람직하고, 75％ 이하가 보다 바람직하고, 70％ 이하가 더욱 바람직하고, 65％ 이하가 특히 바람직하다.
그리고, 본 실시 형태에 관한 이차 전지에서는, 상술한 단락 촉진부(72)가, 전극 합재층과 집전박 노출부가 대향하는 합재층 비대향부라는 영역에 있어서, 전극 시트의 사이에 개재하는 세퍼레이터에 형성되어 있다. 이에 의해, 충전 중에 과잉의 전류가 공급되어 큰 온도 상승이 발생하였을 때, 전극 합재층과 집전박 노출부(집전박)의 내부 단락을 의도적으로 발생시켜, 고온 영역으로의 급격한 승온이 발생하기 전에 충전을 정지시킬 수 있다. 이하, 본 실시 형태에 관한 이차 전지(1)의 단락 촉진부(72)의 형성 위치에 대하여, 권회 전극체(20)의 상세한 구조와 아울러 구체적으로 설명한다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 권회 전극체(20)를 제작할 때, 폭 방향 X의 한쪽으로부터 정극 노출부(52a)가 비어져 나오고, 또한, 다른 쪽으로부터 부극 노출부(62a)가 비어져 나오도록, 정극 시트(50)와 부극 시트(60)를 적층시키고 있다. 이 적층체를 권회한 권회 전극체(20)에서는, 코어부(22)와, 단자 접속부(24, 26)와, 합재층 비대향부(27, 28)라는 3종류의 영역이 형성된다.
코어부(22)는, 권회 전극체(20)의 폭 방향 X의 중앙부에 형성되는 영역이다. 이 코어부(22)에서는, 전극 시트(50, 60)의 전극 합재층(54, 64)끼리가 겹쳐져 있다. 본 실시 형태에 있어서의 코어부(22)에서는, 정극 합재층(54)과 부극 합재층(64)이 세퍼레이터(70)를 개재시켜 대향하도록 권취되어 겹쳐져 있다. 본 실시 형태에 관한 이차 전지(1)에서는, 주로 이 코어부(22)에 있어서, 전하 담체의 이동에 의한 충방전 반응이 발생한다.
또한, 단자 접속부(24, 26)는, 권회 전극체(20)의 폭 방향 X의 양쪽 측면 에지부의 각각에 형성되는 영역이다. 이 단자 접속부(24, 26)는, 집전박 노출부(52a, 62a)가 겹쳐지고, 전극 단자(16, 18)(도 2 참조)가 접속된다. 본 실시 형태에서는, 폭 방향 X의 한쪽의 측면 에지부에, 정극 노출부(52a)가 권취되어 겹쳐진 정극측의 단자 접속부(정극 접속부)(24)가 형성되고, 다른 쪽의 측면 에지부에, 부극 노출부(62a)가 권취되어 겹쳐진 부극측의 단자 접속부(부극 접속부)(26)가 형성된다. 그리고, 정극 접속부(24)에는 정극 단자(16)가 접속되고, 부극 접속부(26)에는 부극 단자(18)가 접속된다(도 2 참조). 이러한 단자 접속부(24, 26)와 전극 단자(16, 18)의 접속에는, 초음파 용접, 레이저 용접, 저항 용접 등이 사용되고, 접속 부위에는 접합부(42, 44)가 형성된다.
합재층 비대향부(27, 28)는, 코어부(22)와 단자 접속부(24, 26)의 경계에 형성된, 전극 합재층(54, 64)이 대향하지 않는 영역이다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 정극 합재층(54)의 폭 w1보다도 길어지도록 부극 합재층(64)의 폭 w2가 설정되어 있기 때문에, 권회 전극체(20)의 중앙부의 코어부(22)와 양쪽 측면 에지부의 단자 접속부(24, 26)의 경계에는, 정극 합재층(54)이 존재하지 않고, 부극 합재층(64)이 존재하는 합재층 비대향부(27, 28)가 형성된다. 보다 구체적으로는, 정극 접속부(24)와 코어부(22)의 경계에서는, 세퍼레이터(70)를 개재시켜 부극 합재층(64)과 정극 노출부(52a)(정극 집전박(52))가 권취되어 겹쳐진 합재층 비대향부(27)가 형성된다. 한편, 부극 접속부(26)과 코어부(22)의 경계에서는, 세퍼레이터(70)와 부극 합재층(64)이 권취되어 겹쳐진 합재층 비대향부(28)가 형성된다.
그리고, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 이차 전지(1)에서는, 전극 합재층(부극 합재층(64))과 집전박 노출부(정극 노출부(52a))가 대향하는 합재층 비대향부(27)에 있어서의 세퍼레이터(70)에 단락 촉진부(72)가 형성되어 있다. 이에 의해, 과잉의 충전 전류에 의한 온도 상승이 발생하였을 때, 합재층 비대향부(27)에 배치된 세퍼레이터(70)가 다른 영역보다도 먼저 용융되어, 부극 합재층(64)과 정극 노출부(52a)의 내부 단락이 발생한다. 이와 같은 전극 합재층과 집전박의 내부 단락이 발생하면 충전이 정지되지만, 이때의 온도 상승 정도는, 코어부에서 발생할 수 있는 전극 합재층끼리의 내부 단락과 비교하여 낮은 것이 본 발명자에 의해 확인되었다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 과잉의 충전 전류가 공급되어 온도 상승이 발생하였을 때, 고온 영역으로의 급격한 승온의 원인이 되는 코어부(22)에서의 내부 단락이 발생하기 전에, 전극 합재층(64)과 집전박(52)의 내부 단락을 발생시켜 충전이 정지되도록, 단락 촉진부(72)의 형성 위치가 조절되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 이차 전지(1)에 의하면, 충전 중에 과잉의 전류가 공급되었을 때, 전지 온도가 고온 영역까지 급격하게 상승하는 것을 방지하여, 종래보다도 높은 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 단락 촉진부(72)는, 코어부(22)의 측면 에지부를 따라서 연장되는 긴 홈이다(도 3 참조). 이러한 긴 홈상의 단락 촉진부(72)는, 권회 전극체(20)의 전체 둘레에 걸쳐 세퍼레이터(70)에 형성되어 있다. 이와 같은 긴 홈상의 단락 촉진부(72)는, 권회 전극체(20)를 형성할 때의 세퍼레이터(70)의 이송 라인 상에 스크라이버를 배치함으로써 형성할 수 있다. 이 코어부(22)를 따라서 단락 촉진부(72)를 형성함으로써, 코어부(22)에서 발생한 큰 열을 단락 촉진부(72)에 효율적으로 전달할 수 있기 때문에, 합재층 비대향부(27)에 있어서 세퍼레이터(70)를 적절하게 용융시켜, 코어부(22)에 있어서 내부 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 과잉의 충전 전류가 공급되었을 때의 발열 부위의 다른 예로서, 단자 접속부(24, 26)와 전극 단자(16, 18)의 접합부(42, 44)(도 2 참조)를 들 수 있다. 이 접합부(42, 44)에서의 발열을 고려하면, 정면으로 보았을 때의 단락 촉진부(72)의 총 면적이, 근접하는 쪽의 접합부(여기서는, 정극 접속부(24)와 정극 단자(16)의 접합부(42))의 면적의 25％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 합재층 비대향부(27)에 있어서 보다 적절하게 내부 단락을 발생시킨다는 관점에서, 단락 촉진부(72)의 총 면적은, 접합부(42)의 면적의 30％ 이상이 보다 바람직하고, 35％ 이상이 더욱 바람직하고, 40％ 이상이 특히 바람직하다. 또한, 단락 촉진부(72)의 총 면적의 상한은, 특별히 한정되지 않고 접합부(42)의 면적의 90％ 이하여도 된다. 단, 세퍼레이터(70)의 강도를 고려하면, 당해 단락 촉진부(72)의 총 면적의 상한은, 접합부(42)의 면적의 80％ 이하가 바람직하고, 70％ 이하가 보다 바람직하고, 60％ 이하가 더욱 바람직하고, 50％ 이하가 특히 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서의 「단락 촉진부의 총 면적」은, 세퍼레이터 표면에 형성된 모든 단락 촉진부의 정면으로 보았을 때의 면적의 합계를 나타내는 것이며, 전극체를 분해하여, 사용한 복수매의 세퍼레이터의 각각의 표면을 조사함으로써 측정할 수 있다.
2. 다른 실시 형태
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지에 대하여 설명하였다. 또한, 상술한 실시 형태는, 본 발명을 한정하는 것을 의도한 것은 아니고, 다양한 변경을 행할 수 있다. 이하, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 비수전해질 이차 전지에 대하여 설명한다.
(1) 단락 촉진부의 형상
상술한 실시 형태에서는, 코어부(22)의 측면 에지부를 따른 긴 홈상의 단락 촉진부(72)가 세퍼레이터(70)에 형성되어 있다. 그러나, 단락 촉진부는, 세퍼레이터의 두께에 대하여 30％ 이상의 깊이를 갖는 오목부이면 되고, 당해 단락 촉진부의 정면으로 보았을 때의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 합재층 비대향부의 세퍼레이터에, 도트상의 오목부(단락 촉진부)를 복수 형성해도 된다. 또한, 합재층 비대향부의 세퍼레이터에, 전극체의 폭 방향을 따른 홈상의 단락 촉진부를 복수개 형성해도 된다. 이들의 경우에도, 큰 온도 상승이 발생하였을 때, 합재층 비대향부로부터 세퍼레이터의 용융을 개시시켜, 전극 합재층과 집전박의 내부 단락을 발생시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 상술한 실시 형태에서는, 세퍼레이터(70)의 편면에 단락 촉진부(72)가 형성되어 있다. 그러나, 단락 촉진부는, 세퍼레이터의 양면에 형성되어 있어도 된다. 또한, 세퍼레이터의 양면에 단락 촉진부를 형성하는 경우에는, 2개의 단락 촉진부의 깊이의 합계가 세퍼레이터(70)의 두께의 30％ 이상이면, 당해 단락 촉진부가 형성된 위치로부터 세퍼레이터를 용융시킬 수 있다.
(2) 둘레 방향에 있어서의 단락 촉진부의 형성 위치
상술한 실시 형태에서는, 코어부(22)의 측면 에지부를 따른 홈상의 단락 촉진부(72)가 권회 전극체(20)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 그러나, 단락 촉진부는, 권회 전극체의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있을 필요는 없고, 둘레 방향의 특정 위치에만 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 세퍼레이터의 강도를 충분히 확보할 수 있다. 예를 들어, 편평 형상의 권회 전극체(20)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 측면으로 보아 대향하는 한 쌍의 평탄부(20a)와, 높이 방향 Z에 있어서의 권회 전극체(20)의 양단부에 형성되며, 전극 시트가 만곡되어 있는 한 쌍의 R부(20b)를 구비하고 있다. 이러한 편평 형상의 권회 전극체(20)에 있어서, 단락 촉진부는, 평탄부(20a)에 배치된 세퍼레이터에만 형성되어 있어도 되고, R부(20b)에 배치된 세퍼레이터에만 형성되어 있어도 된다. 또한, 일반적인 편평 형상의 권회 전극체(20)에서는, R부(20b)에서 발생한 열이 방열되기 어려운 경향이 있다. 이 점을 고려하면, R부(20b)에 배치된 세퍼레이터에 단락 촉진부를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 단락 촉진부는, 전극체(20)의 두께 방향 Y에 있어서의 특정 위치에만 형성되어 있어도 된다. 예를 들어, 두께 방향 Y의 최외측에 배치된 세퍼레이터는, 단락 촉진부를 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 단락 촉진부를 형성하는 공정을 마련하는 것에 의한 생산 효율의 저하를 억제할 수 있다. 한편, 일반적인 이차 전지에서는, 전극체의 내부가 발열되기 쉽고, 또한, 방열되기 어렵기 때문에, 고온으로 되기 쉬운 경향이 있다. 이 점을 고려하면, 전극체(20)의 두께 방향 Y의 내측에 배치된 세퍼레이터에 단락 촉진부를 형성하는 것이 바람직하다.
(3) 정면으로 보았을 때의 단락 촉진부의 형성 위치
도 3에 도시한 바와 같이, 상술한 실시 형태에서는, 정극 합재층(54)의 폭 w1보다도, 부극 합재층(64)의 폭 w2가 길기 때문에, 정극 접속부(24)와 코어부(22) 사이에, 부극 합재층(64)과 정극 노출부(52a)가 대향하는 합재층 비대향부(27)가 형성된다. 그리고, 이 정극 접속부(24)와 코어부(22) 사이의 합재층 비대향부(27)에 있어서의 세퍼레이터(70)에 단락 촉진부(72)가 형성되어 있다.
그러나, 단락 촉진부가 형성되는 합재층 비대향부는, 부극 합재층과 정극 노출부가 대향하는 합재층 비대향부에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정극과 부극의 각각의 전극 합재층의 도공 폭이나, 정극 시트와 부극 시트의 적층 위치 등을 조절함으로써, 정극 합재층과 부극 노출부가 대향하는 합재층 비대향부를 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 정극 합재층과 부극 노출부가 대향하는 합재층 비대향부에 있어서의 세퍼레이터에 단락 촉진부를 형성해도 된다. 이 경우에도, 큰 온도 상승이 발생하였을 때, 전극 합재층과 집전박의 내부 단락을 의도적으로 발생시켜, 전극 합재층끼리의 내부 단락에 의한 고온 영역으로의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다. 또한, 합재층 비대향부는, 한 쌍의 단자 접속부와 코어부의 경계의 양쪽에 형성되어 있을 필요는 없다. 예를 들어, 한쪽의 단자 접속부와 코어부의 경계에, 전극 합재층과 집전박 노출부가 대향한 합재층 비대향부가 형성되어 있으면, 당해 합재층 비대향부에 있어서의 세퍼레이터에 단락 촉진부를 형성함으로써, 전극 합재층끼리의 내부 단락에 의한 고온 영역으로의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다. 게다가, 양쪽의 합재층 비대향부에 있어서 전극 합재층과 집전박 노출부가 대향하고 있는 경우에는, 양쪽의 합재층 비대향부의 세퍼레이터에 단락 촉진부를 형성해도 된다.
또한, 정극 합재층의 폭과 부극 합재층의 폭은, 동일해도 된다. 이와 같은 경우에도, 정극 시트와 부극 시트의 적층 위치를 조절함으로써, 합재층 비대향부를 형성할 수 있다.
(4) HRL층의 형성
또한, 세퍼레이터의 표면에는, HRL층(Heat Resistant Layer)이 형성되어 있어도 된다. 이러한 HRL층은, 내열성이 높은 무기 입자(예를 들어, 알루미나 입자 등)를 포함하는 층이다. 이와 같은 HRL층을 형성함으로써, 온도 상승에 의한 세퍼레이터의 용융·수축을 억제할 수 있기 때문에, 코어부에 있어서의 전극 합재층끼리의 내부 단락을 보다 적합하게 방지할 수 있다. 또한, 이 HRL층을 구비한 세퍼레이터를 사용하는 경우, 단락 촉진부는, HRL층이 형성되어 있지 않은 측의 면과, HRL층이 형성되어 있는 측의 면 중 어느 것에 형성되어 있어도 된다. 어느 경우에도, 단락 촉진부가 형성된 위치로부터 적합하게 세퍼레이터의 용융을 개시시킬 수 있다. 또한, 단락 촉진부의 형성을 용이하게 한다는 관점에서는, HRL층이 형성되어 있지 않은 측의 면에 단락 촉진부를 형성한 쪽이 바람직하다. 한편, 단락 촉진부로부터의 용융을 발생시키기 쉽게 한다는 관점에서는, HRL층이 형성되어 있는 측의 면에 단락 촉진부를 형성한 쪽이 바람직하다.
(5) 전극체의 구조
상술한 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같은 권회 전극체(20)를 구비한 이차 전지를 대상으로 하고 있다. 그러나, 여기에 개시되는 기술의 효과를 저해하지 않는 한에 있어서, 전극체는, 종래 공지의 다양한 구조를 제한없이 채용할 수 있다. 환언하면, 여기에 개시되는 기술에 있어서의 전극체는, 복수의 전극 시트가 세퍼레이터를 개재하여 겹쳐짐으로써 형성되어 있고, 또한, 전극 합재층과 집전박 노출부가 대향하는 합재층 비대향부를 갖고 있으면 되고, 전극 시트와 세퍼레이터를 권취하여 겹치는 권회 전극체에 한정되지 않는다. 이러한 전극체의 다른 예로서, 세퍼레이터를 개재하여 복수의 전극 시트를 적층한 적층형 전극체를 들 수 있다. 도 6은 다른 실시 형태에 있어서의 적층형 전극체의 구성을 모식적으로 도시하는 사시도이고, 도 7은 당해 적층형 전극체를 구성하는 각 부재를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 적층형 전극체(20A)는, 직사각형 시트상의 세퍼레이터(70)를 사이에 개재시키면서, 직사각형 정극 시트(50)와 부극 시트(60)를 교대로 복수매 적층함으로써 구성된다. 이 적층형 전극체(20A)에는, 정극 합재층(54)과 부극 합재층(64)이 적층된 코어부(22A)와, 정극 노출부(52a)가 적층된 정극 접속부(24A)와, 부극 노출부(62a)가 적층된 부극 접속부(26A)가 형성된다. 그리고, 이 적층형 전극체(20A)에 있어서도, 예를 들어 정극 합재층(54)의 폭 w1보다도 부극 합재층(64)의 폭 w2를 길게 함으로써, 코어부(22A)와 단자 접속부(정극 접속부(24A), 부극 접속부(26A))의 경계에 합재층 비대향부(27A, 28A)를 형성할 수 있다. 그리고, 부극 합재층(64)과 정극 노출부(52a)가 대향하는 합재층 비대향부(27A)에 있어서의 세퍼레이터(70)에 단락 촉진부(72)를 형성함으로써, 과잉의 충전 전류에 의한 큰 온도 상승이 발생하였을 때, 부극 합재층(64)과 정극 노출부(52a)의 내부 단락을 발생시켜 충전을 정지시킬 수 있다. 이 때문에, 여기에 개시되는 기술에 의하면, 적층형 전극체(20A)를 구비한 이차 전지의 경우에도, 코어부(22)에서의 내부 단락에 의한 고온 영역으로의 급격한 온도 상승을 적절하게 방지할 수 있다.
또한, 전극체의 구조의 다른 예로서, 원통상의 권회 전극체 등을 들 수 있다. 이와 같은 원통상의 권회 전극체를 사용하는 경우에도, 전극 합재층과 집전박 노출부가 대향하는 합재층 비대향부가 형성되어 있으면, 당해 합재층 비대향부에 있어서의 세퍼레이터에 단락 촉진부를 형성함으로써, 코어부(22)에서의 내부 단락에 의한 고온 영역으로의 급격한 승온을 적절하게 억제할 수 있다.
[시험예]
이하, 본 발명에 관계되는 시험을 설명하지만, 이하의 설명은 본 발명을 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.
A. 제1 시험
1. 샘플의 제작
(1) 샘플1
샘플1에서는, 우선, 정극 활물질(LiNi1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3O2)과, 도전재(AB)와, 바인더(PVdF)를 질량비로 94:3:3의 비율로 용매(NMP)에 분산시킨 정극 슬러리를 조제하였다. 그리고, 이 정극 슬러리를 정극 집전박(알루미늄제)의 양면에 도포한 후에 건조시킴으로써 정극 시트를 제작하였다. 다음에, 부극 활물질(그래파이트)과, 증점제(CMC)와, 바인더(SBR)를 질량비로 98:1:1의 비율로 용매(물)에 분산시킨 부극 슬러리를 조제하였다. 그리고, 부극 슬러리를 부극 집전박(구리제)의 양면에 도포한 후에 건조시킴으로써 부극 시트를 제작하였다. 그리고, 무기 입자(베마이트)와, 바인더(PVdF)를 질량비로 98:2의 비율로 용매(NMP)에 분산시킨 HRL 슬러리를 조제하였다. 그리고, 두께 20㎛의 3층 수지 필름(PP-PE-PP)의 편면에 HRL 슬러리를 도포한 후에 건조시킴으로써, HRL층을 구비한 세퍼레이터를 제작하였다.
다음에, 세퍼레이터의 HRL층과 부극 시트가 대향하도록, 세퍼레이터, 부극, 세퍼레이터, 정극의 순으로 각각의 시트상 재료를 적층시켜 적층체를 제작하였다. 이때, 폭 방향의 한쪽의 측면 에지부로부터 정극 노출부가 비어져 나오고, 또한, 다른 쪽의 측면 에지부로부터 부극 노출부가 비어져 나오도록 각각의 시트상 재료를 적층시켰다. 또한, 본 시험에서는, 정극 접속부와 코어부 사이에, 부극 합재층과 정극 노출부가 대향하는 합재층 비대향부가 형성되도록, 각 시트의 적층 위치를 조절하였다. 그리고, 적층체를 권회시킨 후에 권회체를 압궤함으로써 편평 형상의 권회 전극체를 제작하였다.
다음에, 권회 전극체의 정극 접속부에 정극 단자(알루미늄제)를 초음파 용접으로 접속한 후에, 부극 접속부에 부극 단자(구리제)를 저항 용접에 의해 접속하였다. 그리고, 케이스(알루미늄 합금제)의 내부에 권회 전극체와 비수전해액을 수용하고, 당해 케이스를 밀폐함으로써 시험용의 리튬 이온 이차 전지(샘플1)를 제작하였다. 또한, 본 시험에서는, 비수전해액으로서, EC와 EMC와 DMC를 체적비로 1:1:1의 비율로 혼합한 용매에, 리튬염(LiPF6)을 1mol/L의 농도로 용해시킨 것을 사용하였다.
(2) 샘플2
샘플2에서는, HRL층과는 반대측의 면에, 당해 HRL층의 두께를 제외한 세퍼레이터의 두께(3층 수지 필름의 두께)의 10％의 깊이의 오목부(단락 촉진부)를 형성한 것을 제외하고, 샘플1과 동일한 조건에서 시험용 전지를 제작하였다. 또한, 본 샘플에서는, 부극 합재층과 정극 노출부가 대향하는 합재층 비대향부에 단락 촉진부가 배치되도록, 각 시트상 부재의 적층 위치를 조절하였다. 또한, 본 샘플에서는, 권회 후의 전극체의 두께 방향의 최외측, 또한, R부에 배치되도록, 단락 촉진부의 위치를 조절하였다.
(3) 샘플3 내지 5
샘플3 내지 5에서는, 단락 촉진부의 깊이를 다르게 한 것을 제외하고, 샘플2와 동일한 조건에서 시험용 전지를 제작하였다. 샘플3 내지 5에 있어서의 단락 촉진부의 깊이는, 후술하는 표 1에 나타낸다.
2. 평가 시험
본 시험에서는, 각 샘플의 케이스 내부에 열전대를 삽입하여 과충전 시험을 행하였다. 또한, 열전대는, 케이스 내부의 코어부 근방에 배치하였다. 그리고, 과충전 시험에서는, -10℃의 환경에 시험용 전지를 설치하고, 상한 전압을 25V로 설정한 후에, SOC(State of Charge)가 10％인 상태로부터, 10C의 충전 레이트로 정전류 충전(CC 충전)을 행하였다. 그리고, 충전 기간 중의 케이스 내부의 온도를 측정하여 최대 온도(℃)를 조사함과 함께, 내부 단락에 의한 충전 정지가 발생한 타이밍을 조사하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00001
표 1에 나타내어지는 바와 같이, 샘플5는, 다른 샘플과 비교하여, 고온 영역으로의 급격한 온도 상승이 현저하게 억제되었다. 또한, 내부 단락에 의한 충전의 정지가 발생한 타이밍도 다른 샘플보다도 빨랐다. 이것으로부터, 세퍼레이터의 두께의 30％ 이상의 깊이의 오목부(단락 촉진부)를 세퍼레이터에 형성함으로써 원하는 위치로부터의 세퍼레이터 용융을 촉진할 수 있기 때문에, 이 단락 촉진부를 합재층 비대향부에 배치함으로써, 전극 합재층끼리의 단락을 방지하여 과잉의 온도 상승을 억제할 수 있음을 알 수 있었다.
B. 제2 시험
1. 샘플의 제작
세퍼레이터에 있어서의 단락 촉진부의 형성 위치를 다르게 한 것을 제외하고, 제1 시험의 샘플5와 동일한 조건에서 5종류의 시험용 전지(샘플6 내지 10)를 제작하였다. 각 샘플에 있어서의 단락 촉진부의 형성 위치를 표 2에 나타낸다.
2. 평가 시험
제1 시험과 마찬가지의 조건에서 과충전 시험을 실시하여, 충전 기간 중의 최대 온도(℃)와, 충전 정지 시기를 조사하였다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2에서는, 비교 검토를 위해, 제1 시험에 있어서의 샘플1, 5의 결과도 나타낸다.
Figure pat00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 샘플5 내지 10 중 어느 것에 있어서도, 고온 영역으로의 급격한 온도 상승이 억제되었다. 또한, 샘플5, 7, 9를 비교한 결과, 전극체의 두께 방향에 있어서의 단락 촉진부의 형성 위치는, 중간부, 최외주, 최내주의 순으로 승온 억제 효과가 커지는 경향이 확인되었다. 또한, 권회 전극체의 R부에 단락 촉진부가 형성된 샘플5, 7, 9와, 평탄부에 단락 촉진부가 형성된 샘플6, 8, 10을 비교하면, R부에 단락 촉진부를 형성한 쪽이 우수한 승온 억제 효과가 발휘됨을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 구체예로서의 시험예를 설명하였지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.

Claims (5)

  1. 복수의 전극 시트(50, 60)가 세퍼레이터(70)를 개재시켜 겹쳐진 전극체(20)와, 상기 전극체(20)에 전기적으로 접속되는 한 쌍의 전극 단자를 구비한 비수전해질 이차 전지이며,
    상기 전극 시트(50, 60)는, 집전박의 표면에 전극 합재층(54, 64)이 형성된 시트상의 전극이며,
    폭 방향의 한쪽의 측면 에지부에 상기 집전박이 노출된 집전박 노출부(52a)가 형성되고,
    상기 전극체(20)는,
    상기 폭 방향의 중앙부에 형성되어 있으며, 상기 복수의 전극 시트(50, 60)의 상기 전극 합재층(54, 64)끼리가 겹쳐진 코어부(22)와,
    상기 폭 방향의 양쪽 측면 에지부의 각각에 형성되어 있으며, 상기 집전박 노출부(52a)가 겹쳐지고, 상기 전극 단자가 접속되는 단자 접속부(24)와,
    상기 단자 접속부(24)와 상기 코어부(22)의 경계의 적어도 한쪽에 형성되어 있으며, 상기 전극 합재층(54, 64)과 상기 집전박 노출부(52a)가 대향하는 합재층 비대향부(27)를 구비하고 있고,
    상기 합재층 비대향부(27)에 있어서 상기 전극 시트(50, 60)의 사이에 개재하는 세퍼레이터(70)에, 당해 세퍼레이터(70)의 두께에 대하여 30％ 이상의 깊이의 오목부로 이루어지는 단락 촉진부(72)가 형성되어 있는, 비수전해질 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단락 촉진부(72)는, 상기 코어부(22)의 측면 에지부를 따라서 연장되는 긴 홈인, 비수전해질 이차 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단자 접속부(24)와 상기 전극 단자의 접속 개소에, 상기 단자 접속부(24)와 상기 전극 단자를 접합한 접합부가 형성되어 있고, 상기 단락 촉진부(72)의 총 면적이, 근접하는 쪽의 상기 접합부의 면적의 25％ 이상인, 비수전해질 이차 전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단락 촉진부(72)는, 상기 전극체(20)의 두께 방향의 최외측에 배치된 세퍼레이터(70)에 형성되어 있는, 비수전해질 이차 전지.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단락 촉진부(72)는, 상기 전극체(20)의 두께 방향의 내측에 배치된 세퍼레이터(70)에 형성되어 있는, 비수전해질 이차 전지.
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