KR20210041503A - 전기 화학 셀 - Google Patents

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KR20210041503A
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battery
sealing portion
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슌지 와타나베
šœ지 와타나베
가즈미 다나카
나가유키 기무라
쓰네아키 다마치
Original Assignee
세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

전기 화학 셀(1)은, 전지 축(O) 방향으로 서로 적층된 복수의 전극을 갖는 전극체(2)와, 제1 라미네이트 부재(30) 및 제2 라미네이트 부재(40)를 갖고, 전극체를 내부에 수용하는 외장체(3)를 구비한다. 외장체는, 전극체를 내부에 수용하는 수용부(50)와, 제1 라미네이트 부재 및 제2 라미네이트 부재가 포개진 상태로 서로 접합되어, 수용부의 내부를 봉지하는 봉지부(51)를 구비한다. 수용부는, 전극체를 사이에 끼고 전지 축 방향으로 마주보는 정벽부(55) 및 저벽부(56)와, 전극체를 경방향의 외측으로부터 둘러싸는 통형상의 주벽부(57)를 구비한다. 봉지부는, 주벽부를 따라서 절곡됨과 더불어 주벽부를 경방향의 외측으로부터 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸는 통형상으로 형성되고, 또한 주벽부에 대해서 경방향의 외측으로부터 접촉하고 있다.

Description

전기 화학 셀{ELECTROCHEMICAL CELL}
본 발명은, 전기 화학 셀에 관한 것이다.
본원은, 2019년 10월 7일에 일본에 출원된 일본국 특허출원 2019-184458호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 스마트폰, 웨어러블 기기, 보청기 등의 소형 기기의 전원으로서, 리튬 이온 이차 전지, 전기 화학 커패시터 등의 전기 화학 셀이 널리 활용되고 있다.
최근, 이런 종류의 전기 화학 셀로서, 전극체를 내부에 수용하는 외장체에 라미네이트 필름을 이용하는, 이른바 라미네이트 타입의 전기 화학 셀이 알려져 있다. 이 라미네이트 타입의 전기 화학 셀은, 소형이고 또한 형상 자유도가 높으며, 추가로 고용량화에 연결되는 전기 화학 셀로서 알려져 있다.
예를 들어 하기 특허문헌 1에는, 전극체와, 제1 라미네이트 부재 및 제2 라미네이트 부재를 갖고, 제1 라미네이트 부재와 제2 라미네이트 부재의 사이에 전극체를 수용하는 외장체를 구비한 전기 화학 셀이 개시되어 있다.
외장체는, 전극체를 수용하는 수용부와, 수용부의 외주를 따라서 절곡된 봉지(封止)부를 구비하고 있다. 봉지부는, 제1 라미네이트 부재와 제2 라미네이트 부재의 용착부를, 성형용 금형을 이용하여, 수용부의 외주를 따르도록 절곡 성형됨으로써 형성되어 있다.
일본국 특허공개 2018-85214호 공보
상기 종래의 라미네이트 타입의 전기 화학 셀은, 외장체의 봉지부가 수용부의 외주를 따르도록 절곡된 코인형으로 되어 있으므로, 평면에서 볼 때 직사각형 형상으로 형성된 라미네이트 전지에 비해 소형화되어, 체적 효율의 향상화가 도모되고 있다.
또한, 체적 효율이란, 전지 전체의 체적에 대한 전극이 차지하는 체적의 비율, 즉 「전극 부분 체적/전지 전체 체적」을 말한다.
그러나, 봉지부는, 성형용 금형을 이용한 절곡 성형에 의해서 형성되므로, 성형용 금형의 구조상, 수용부의 외주와 봉지부 사이에 환형상의 간극 공간이 형성되어 버리는 것이었다. 그로 인해, 간극 공간의 스페이스 분만큼 대경화해 버리므로, 더 나은 소경화를 도모하기 어려워, 개선의 여지가 있었다.
본 발명은, 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 소경화를 도모할 수 있고, 체적 효율의 더 나은 향상화에 연결할 수 있는 라미네이트 타입의 전기 화학 셀을 제공하는 것이다.
(1) 본 발명에 따르는 전기 화학 셀은, 전지 축 방향으로 서로 적층된 복수의 전극을 갖는 전극체와, 제1 라미네이트 부재 및 제2 라미네이트 부재를 갖고, 상기 전극체를 내부에 수용하는 외장체를 구비하며, 상기 외장체는, 상기 제1 라미네이트 부재 및 상기 제2 라미네이트 부재가 상기 전극체를 사이에 끼고 상기 전지 축 방향으로 배치됨으로써 형성되고, 상기 전극체를 내부에 수용하는 수용부와, 상기 제1 라미네이트 부재 및 상기 제2 라미네이트 부재가 포개진 상태로 서로 접합되어, 상기 수용부의 내부를 봉지하는 봉지부를 구비하고, 상기 수용부는, 상기 전극체를 사이에 끼고 상기 전지 축 방향으로 마주보는 정벽(頂壁)부 및 저벽(底壁)부와, 상기 전극체를 경방향의 외측으로부터 둘러싸는 통형상의 주벽(周壁)부를 구비하며, 상기 봉지부는, 상기 주벽부를 따라서 절곡됨과 더불어 상기 주벽부를 경방향의 외측으로부터 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸는 통형상으로 형성되고, 또한 상기 주벽부에 대해서 경방향의 외측으로부터 접촉하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 전기 화학 셀에 의하면, 수용부의 내부를 봉지하는 봉지부를, 수용부에 있어서의 주벽부를 따라서 절곡하고 있음과 더불어, 주벽부를 경방향의 외측으로부터 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸는 통형상으로 형성한 다음, 주벽부에 대해서 경방향의 외측으로부터 접촉시키고 있다. 이로써, 주벽부와의 사이에 환형상의 간극을 두지 않고, 주벽부를 둘러싸도록 봉지부를 배치시킬 수 있다. 따라서, 상기 간극을 생략할 수 있는 만큼, 종래에 비해 전기 화학 셀 전체의 소경화를 도모할 수있다.
특히, 전극체를 수용하는 수용부의 사이즈를 바꾸지 않고, 전기 화학 셀 전체의 소경화를 도모할 수 있으므로, 전기 화학 셀 전체의 체적에 대한 전극체가 차지하는 체적 비율을 향상할 수 있다. 따라서, 체적 효율의 향상화에 연결할 수 있다.
또, 두께가 얇은 제1 라미네이트 부재 및 제2 라미네이트 부재를 이용하여 외장체를 형성하고 있으므로, 주벽부 및 봉지부의 두께 자체를 얇게 할 수 있다. 이 점에 있어서도, 전기 화학 셀의 소경화를 도모하기 쉽다.
또한, 이들 제1 라미네이트 부재 및 제2 라미네이트 부재를 예로 들어 열 용착 등에 의해서 접합함으로써 봉지부를 구성할 수 있고, 주벽부를 따라서 봉지부를 절곡하고 있다. 따라서, 제1 라미네이트 부재와 제2 라미네이트 부재 사이를 통해서, 외부로부터 수용부 내에 먼지나 수분 등의 외란이 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 작동 신뢰성이 안정된 전기 화학 셀로 할 수 있다.
(2) 상기 봉지부에는, 상기 봉지부의 전체 둘레에 걸쳐, 경방향의 외측을 향한 돌출과 경방향의 내측을 향한 돌출을 반복하면서 둘레 방향으로 연장되는 주름부가 형성되어도 된다.
이 경우에는, 주름부를 이용하여, 봉지부의 절곡 시에 생기는 응력 변형 등을 흡수할 수 있으므로, 예를 들어 드로잉 성형에 의해서 봉지부를 형성할 수 있다. 따라서, 봉지부의 전체 둘레에 걸쳐 균등한 외력을 가하면서 절곡하면서, 주벽부에 대해서 봉지부의 전체를 균일하게 접촉시키는 것이 가능하다. 따라서, 전기 화학 셀의 소경화에 한층 연결할 수 있다.
(3) 상기 주름부는, 상기 봉지부에 있어서의 개구단 측을 향해 당해 주름 깊이가 깊어지도록 형성되어도 된다.
이 경우에는, 전지 축 방향을 따른 봉지부의 길이(높이)가 긴 경우에도, 예를 들어 드로잉 성형에 의해서 봉지부를 적절히 형성할 수 있고, 주벽부와 봉지부 사이에 간극이 발생하지 않아, 주벽부에 대해서 봉지부를 접촉시키기 쉽다.
본 발명에 의하면, 소경화를 도모할 수 있음과 더불어, 체적 효율의 더 나은 향상화에 연결할 수 있는 라미네이트 타입의 전기 화학 셀로 할 수 있다. 따라서, 소경화, 소형화, 경량화를 도모할 수 있음과 더불어, 체적 용량 밀도가 높은 고성능의 전기 화학 셀로 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 이차 전지(전기 화학 셀)의 실시 형태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 A-A선을 따른 이차 전지의 종단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 가상 원(B)으로 둘러싼 부분을 확대한 이차 전지의 종단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 C-C선을 따른 전극체의 종단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 양극 전극의 권회(捲回) 전에 있어서의 전개도이다.
도 7은 도 5에 도시한 음극 전극의 권회 전에 있어서의 전개도이다.
도 8은 도 1에 도시한 이차 전지의 제조 도중의 일 공정을 도시한 도면이며, 봉지부를 절곡 성형하기 전의 성형 전 전지의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시한 성형 전 전지를 다른 시점에서 본 사시도이다.
도 10은 도 8에 도시한 성형 전 전지를 성형용 금형의 제1 금형에 세트한 상태를 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시한 상태 후, 제1 금형과 제2 금형 사이에서 성형 전 전지의 봉지부를 사이에 끼고 고정한 상태를 도시한 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시한 상태 후, 펀치부를 상승시킨 상태를 도시한 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시한 상태 후, 펀치부의 성형부를 이용하여 봉지부를 절곡 성형하고 있는 상태를 도시한 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시한 상태 후, 성형용 금형으로부터 봉지부가 절곡 성형된 성형 후 전지를 취출한 상태를 도시한 단면도이다.
도 15는 도 14에 도시한 상태 후, 성형 후 전지를 드로잉 성형용 금형에 세트한 상태를 도시한 단면도이다.
도 16은 도 15에 도시한 상태 후, 성형 후 전지의 봉지부를 드로잉 성형하고 있는 상태를 도시한 단면도이다.
도 17은 본 발명에 따르는 이차 전지의 변형예를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명에 따르는 전기 화학 셀의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 전기 화학 셀로서, 비수 전해질 이차 전지의 일종인 리튬 이온 이차 전지(이하, 간단히 이차 전지라고 한다)를 예로 들어 설명한다.
도 1~도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 이차 전지(1)는, 이른바 코인형(버튼형)의 전지이며, 전지 축(O) 방향을 따라서 서로 적층된 복수의 전극, 즉 양극 전극(10) 및 음극 전극(20)을 갖는 전극체(2)와, 라미네이트 필름으로 형성되고, 전극체(2)를 내부에 수용하는 외장체(3)를 주로 구비하고 있다. 또한, 각 도면에서는, 전극체(2)를 적당히 간략화하여 도시하고 있다.
본 실시 형태에서는, 전극체(2)의 중심을 지나 상하 방향을 따라서 연장되는 축선을 전지 축(O)으로 한다. 또, 전지 축(O) 방향으로부터 본 평면에서 볼 때, 전지 축(O)에 교차하는 방향을 경방향으로 하고, 전지 축(O) 둘레로 주회하는 방향을 둘레 방향으로 한다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 전극체(2)는, 양극 전극(10) 및 음극 전극(20)이 도시하지 않은 세퍼레이터를 사이에 끼고 적층된, 이른바 적층형 전극으로 되어 있다.
전극체(2)는, 평면에서 볼 때 외형이 원 형상이 되도록 형성되어 있다. 단, 전극체(2)의 외형 형상은, 이 경우에 한정되는 것이 아니며, 그 외의 형상, 예를 들어 타원형상, 오벌 형상 혹은 마름모 형상 등이어도 되고, 적당히 변경해도 상관없다.
본 실시 형태의 양극 전극(10) 및 음극 전극(20)은, 세퍼레이터를 사이에 끼고 권회됨으로써 번갈아 적층되어 있다. 단, 이 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 양극 전극(10) 및 음극 전극(20)이 서로 교차하는 방향으로부터 각각 구불구불한 형상으로 접힘으로써, 번갈아 적층되어도 상관없다. 또, 세퍼레이터의 양면에 양극 전극(10)과 음극 전극(20)을 구비하는, 이른바 펠릿형의 전극체여도 상관없다.
전극체(2)의 구조에 대해 간단하게 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 양극 전극(10)은, 권회 전에 전개한 상태에 있어서 제1 방향(L1)을 따라서 연장되는 띠형상으로 형성된 양극 집전체(11)와, 양극 집전체(11)의 양면에 형성된 도시하지 않은 양극 활물질층을 구비하고 있다.
양극 집전체(11)는, 예를 들어 알루미늄, 스테인리스 등의 금속 재료로 두께가 얇은 시트형상으로 형성되고, 복수의 양극 본체(12) 및 복수의 양극 접속편(13)을 구비하고 있다. 양극 본체(12)는, 원판 형상으로 형성되고, 제1 방향(L1)으로 일렬로 늘어서도록 간격을 두고 배치되어 있다. 도시의 예에서는, 양극 본체(12)의 수는 8개로 되어 있다. 단, 양극 본체(12)의 수는, 8개에 한정되는 것이 아니며, 적당히 변경해도 상관없다.
양극 접속편(13)은, 제1 방향(L1)에 인접하는 양극 본체(12)의 사이에 배치되고, 인접하는 양극 본체(12)들을 접속하고 있다. 따라서, 도시의 예에서는, 양극 접속편(13)의 수는 7개로 되어 있다. 또한, 양극 접속편(13)은, 평면에서 볼 때 제1 방향(L1)에 직교하는 제2 방향(L2)을 따른 폭이, 양극 본체(12)의 제2 방향(L2)을 따른 폭보다 짧게 형성되어 있다.
양극 접속편(13)의 외연은, 평면에서 볼 때 내측으로 패인 원호형상으로 형성되어 있음과 더불어, 양극 본체(12)에 있어서의 원호 형상의 외연에 매끄럽게 연결되도록 연속 설치되어 있다. 단, 양극 접속편(13)의 외연은, 반드시 원호형상일 필요는 없고, 예를 들어 직선형상으로 형성되어 있어도 상관없다.
특히, 각 양극 접속편(13)에 있어서의 제1 방향(L1)을 따른 치수는, 권회 상태에 있어서의 전극체(2)에 있어서 외주 측에 배치되는 양극 접속편(13)만큼 커지고 있다. 이로써, 전개 상태로 제1 방향(L1)에 이웃하는 한 쌍의 양극 본체(12)들의 간격은, 권회 상태로 외주 측에 위치할 수록 커지고 있다.
복수의 양극 본체(12) 중, 제1 방향(L1)에 있어서의 한쪽의 엔드 위치에 위치하고 있는 양극 본체(12)(즉, 권회 상태에 있어서 최외주에 배치되는 양극 본체(12))에는, 제1 방향(L1)의 외측을 향해서 더욱 연장되도록 양극 단자 탭(14)이 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 방향(L1)에 있어서의 다른쪽의 엔드 위치에 위치하고 있는 양극 본체(12)를, 1단째의 양극 본체(12)로 칭한다. 그리고 양극 단자 탭(14)이 형성되어 있는 양극 본체(12)를 향해서 차례로 2단째, 3단째, 4단째, 5단째, 6단째, 7단째, 8단째의 양극 본체(12)로 칭한다. 따라서, 양극 단자 탭(14)이 형성되어 있는 양극 본체(12)는, 8단째의 양극 본체(12)에 상당한다.
양극 활물질층은, 양극 단자 탭(14)을 제외한 양극 집전체(11)의 양면에 형성되어 있다. 양극 활물질층은, 양극 활물질, 도전조제, 결착제 및 증점제 등을 포함하고 있고, 예를 들어 코발트산 리튬, 니켈산 리튬 등의 복합 금속 산화물로 형성되어 있다.
도전조제로는, 예를 들어, 카본 블랙류, 탄소 재료 및 금속 미분 등을 들 수 있다. 결착제로는, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔 고무(SBR) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 수지 재료를 들 수 있다. 증점제로는, 예를 들어, 카복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 수지 재료를 들 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 음극 전극(20)은, 권회 전에 전개한 상태에 있어서 제1 방향(L1)을 따라서 연장되는 띠형상으로 형성된 음극 집전체(21)와, 음극 집전체(21)의 양면에 형성된 도시하지 않은 음극 활물질층을 구비하고 있다.
음극 집전체(21)는, 예를 들어 구리, 니켈 및 스테인리스 등의 금속 재료로 두께가 얇은 시트형상으로 형성되고, 복수의 음극 본체(22) 및 복수의 음극 접속편(23)을 구비하고 있다. 음극 본체(22)는, 양극 본체(12)와 마찬가지로 원판형상으로 형성되고, 제1 방향(L1)으로 일렬로 늘어서도록 간격을 두고 배치되어 있다. 도시의 예에서는, 음극 본체(22)의 수는 양극 본체(12)의 수에 대응하여 8개로 되어 있다. 단, 음극 본체(22)의 수는 8개에 한정되는 것이 아니며, 양극 본체(12)의 수에 대응하여 적당히 변경해도 상관없다.
음극 접속편(23)은, 제1 방향(L1)에 인접하는 음극 본체(22)의 사이에 배치되고, 인접하는 음극 본체(22)들을 접속하고 있다. 따라서, 도시의 예에서는, 음극 접속편(23)의 수는 7개로 되어 있다. 또한, 음극 접속편(23)은, 평면에서 볼 때 제1 방향(L1)에 직교하는 제2 방향(L2)을 따른 폭이, 음극 본체(22)의 제2 방향(L2)을 따른 폭보다 짧게 형성되어 있다.
음극 접속편(23)의 외연은, 평면에서 볼 때 내측으로 패인 원호형상으로 형성되어 있음과 더불어, 음극 본체(22)에 있어서의 원호형상의 외연에 매끄럽게 연결되도록 연속 설치되어 있다. 단, 음극 접속편(23)의 외연은, 반드시 원호형상일 필요는 없고, 예를 들어 직선형상으로 형성되어 있어도 상관없다.
특히, 각 음극 접속편(23)에 있어서의 제1 방향(L1)을 따른 치수는, 권회 상태에 있어서의 전극체(2)에 있어서 외주 측에 배치되는 음극 접속편(23)만큼 커지고 있다. 이로써, 전개 상태로 제1 방향(L1)에 이웃하는 한 쌍의 음극 본체(22)들의 간격은, 권회 상태로 외주 측에 위치할 수록 커지고 있다.
복수의 음극 본체(22) 중, 제1 방향(L1)에 있어서의 한쪽의 엔드 위치에 위치하고 있는 음극 본체(22)(즉, 권회 상태에 있어서 최외주에 배치되는 음극 본체(22))에는, 제1 방향(L1)의 외측을 향해서 더욱 연장되도록 음극 단자 탭(24)이 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 방향(L1)에 있어서의 다른쪽의 엔드 위치에 위치하고 있는 음극 본체(22)를, 1단째의 음극 본체(22)로 칭한다. 그리고 음극 단자 탭(24)이 형성되어 있는 음극 본체(22)를 향해서 차례로 2단째, 3단째, 4단째, 5단째, 6단째, 7단째, 8단째의 음극 본체(22)로 칭한다. 따라서, 음극 단자 탭(24)이 형성되어 있는 음극 본체(22)는, 8단째의 음극 본체(22)에 상당한다.
상기 서술한 바와 같이 구성된 음극 전극(20)은, 외형 형상이 앞서 서술한 양극 전극(10)의 외형 형상에 대해서 동등의 상사(相似) 형상으로 되어 있다. 단, 양극 전극(10)의 외형 사이즈는, 음극 전극(20)의 외형 사이즈보다 아주 약간 작게(한 바퀴 작게) 형성되어 있다.
음극 활물질층은, 음극 단자 탭(24)을 제외한 음극 집전체(21)의 양면에 형성되어 있다. 음극 활물질층은, 음극 활물질, 도전조제, 결착제 및 증점제 등을 포함하고 있고, 예를 들어 흑연 등의 탄소 재료로 형성되어 있다.
도전조제로는, 예를 들어, 카본 블랙류, 탄소 재료 및 금속 미분 등을 들 수 있다. 결착제로는, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 스티렌부타디엔 고무(SBR) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 수지 재료를 들 수 있다. 증점제로는, 예를 들어, 카복시메틸셀룰로오스(CMC) 등의 수지 재료를 들 수 있다.
상기 서술한 바와 같이 구성된 양극 전극(10) 및 음극 전극(20)은, 앞서 서술한 바와 같이 세퍼레이터를 사이에 끼고 권회됨으로써, 번갈아 적층되어 있다.
구체적으로는, 도 6에 도시한 양극 전극(10) 및 도 7에 도시한 음극 전극(20)을, 예를 들어 양극 단자 탭(14)과 음극 단자 탭(24)이 서로 반대 측에 배치되도록 제1 방향(L1)을 따라서 배치한 상태로, 1단째의 양극 본체(12)와 1단째의 음극 본체(22)를 포갠다. 이어서, 서로 포갠 1단째의 양극 본체(12) 및 음극 본체(22)를 기점으로서, 양극 전극(10) 및 음극 전극(20)을 같은 방향으로 반복하여 권회한다. 이로써, 양극 본체(12)와 음극 본체(22)를 교호로 포개도록 전지 축(O) 방향으로 적층할 수 있고, 도 5에 도시한 전극체(2)로 할 수 있다. 또한, 도 5에서는 세퍼레이터의 도시를 생략하고 있다.
상기 서술한 권회에 의해서 얻어진 전극체(2)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 양극 단자 탭(14)이 형성된 8단째의 양극 본체(12)가 최상단에 위치하고, 음극 단자 탭(24)이 형성된 8단째의 음극 본체(22)가 최하단에 위치한다. 따라서, 전극체(2)는, 양극 단자 탭(14)이 상방을 향하고, 음극 단자 탭(24)이 하방을 향하도록 배치된 상태로 외장체(3) 내에 수용된다.
또한, 도 5에 도시한 전극체(2)에 있어서, 양극 전극(10)에 주목하면, 상방으로부터 하방을 향해서 제8단째, 제6단째, 제4단째, 제2단째, 제1단째, 제3단째, 제5단째, 제7단째의 순으로 양극 본체(12)가 전지 축(O) 방향으로 서로 평행하게 늘어서도록 양극 전극(10)은 권회된다. 이에 비해, 음극 전극(20)에 주목하면, 상방으로부터 하방을 향해서 제7단째, 제5단째, 제3단째, 제1단째, 제2단째, 제4단째, 제6단째, 제8단째의 순으로 음극 본체(22)가 전지 축(O) 방향으로 서로 평행하게 늘어서도록 음극 전극(20)은 권회된다.
도 1~도 4에 도시한 바와 같이, 외장체(3)는, 라미네이트 필름에 의해서 형성된 제1 라미네이트 부재(30) 및 제2 라미네이트 부재(40)를 구비하고 있다.
외장체(3)는, 제1 라미네이트 부재(30) 및 제2 라미네이트 부재(40)가 전극체(2)를 사이에 끼고 전지 축(O) 방향으로 배치됨으로써 형성되고, 전극체(2)를 내부에 수용하는 수용부(50)와, 제1 라미네이트 부재(30) 및 제2 라미네이트 부재(40)가 포개진 상태로 서로 접합되어, 수용부(50)의 내부를 봉지하는 봉지부(51)를 구비하고 있다. 이로써, 외장체(3)는, 수용부(50)의 내부에 전극체(2)를 밀봉한 상태로 수용하고 있다. 수용부(50)의 내부에는, 도시하지 않은 전해질 용액이 충전되어 있다.
수용부(50)는, 전극체(2)를 사이에 끼고 전지 축(O) 방향으로 마주보는 정벽부(55) 및 저벽부(56)와, 전극체(2)를 경방향의 외측으로부터 둘러싸는 환형상의 주벽부(57)를 구비하고 있다.
봉지부(51)는, 주벽부(57)를 따라서 절곡됨과 더불어, 주벽부(57)를 경방향의 외측으로부터 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸는 환형상에 형성되고, 또한 주벽부(57)에 대해서 경방향의 외측으로부터 접촉하고 있다.
수용부(50) 및 봉지부(51)를 구비하는 외장체(3)에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 라미네이트 부재(30)는, 전극체(2)를 주로 상방으로부터 덮는 부재이다. 제1 라미네이트 부재(30)는, 금속층(31)과, 금속층(31)의 양면을 피복하는 내측 수지층(32) 및 외측 수지층(33)을 갖고 있다. 내측 수지층(32) 및 외측 수지층(33)은, 도시하지 않은 접합층을 통해 금속층(31)의 양면에 대해서, 예를 들어 열 융착 혹은 접착 등에 의해서 각각 조밀하게 접합되어 있다. 또한, 각 도면에서는, 이들 금속층(31), 내측 수지층(32) 및 외측 수지층(33)의 도시를 적당히 생략하고 있다.
금속층(31)은, 외기나 수증기의 차단에 적절한 금속 재료, 예를 들어 스테인리스, 알루미늄 등에 의해서 형성되어 있다.
내측 수지층(32)은, 예를 들어 폴리올레핀의 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지를 이용하여 형성된다. 폴리올레핀으로는, 예를 들어 고압법 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이나 저압법 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 인플레이션 폴리프로필렌(IPP) 필름, 무연신 폴리프로필렌(CPP) 필름, 2축 연신 폴리프로필렌(OPP) 필름, 직쇄형상 단쇄 분기 폴리에틸렌(L-LDPE, 메탈로센 촉매 사양) 중 어느 한 재질을 이용할 수 있다. 특히, 폴리프로필렌 수지가 바람직하다.
외측 수지층(33)은, 예를 들어 상기 서술한 폴리올레핀이나, 폴리에틸렌텔레프탈레이트 등의 폴리에스테르, 나일론 등을 이용하여 형성된다.
제1 라미네이트 부재(30)는, 전극체(2)를 상방으로부터 덮는 평면에서 볼 때 원 형상의 정벽부(35)와, 정벽부(35)의 외주연부로부터 하방을 향해서 연장됨과 더불어 전극체(2)를 경방향의 외측으로부터 둘러싸는 통형상의 주벽부(36)와, 주벽부(36)를 경방향의 외측으로부터 둘러싸는 통형상의 제1 봉지부(37)를 구비한, 꼭대기가 있는 이중 통형상으로 형성되어 있다.
도시의 예에서는, 제1 봉지부(37)의 상단 개구단의 높이 위치는, 정벽부(35)의 높이 위치와 동등하게 되어 있다. 이로써, 제1 봉지부(37)는, 정벽부(35)보다 상방으로 돌출하지 않고 형성되어 있다.
제2 라미네이트 부재(40)는, 전극체(2)를 주로 하방으로부터 덮는 부재이다. 제2 라미네이트 부재(40)는, 금속층(41)과, 금속층(41)의 양면을 피복하는 내측 수지층(42) 및 외측 수지층(43)을 갖고 있다. 내측 수지층(42) 및 외측 수지층(43)은, 도시하지 않은 접합층을 통해 금속층(41)의 양면에 대해서, 예를 들어 열 융착 혹은 접착 등에 의해서 각각 조밀하게 접합되어 있다.
또한, 금속층(41), 내측 수지층(42) 및 외측 수지층(43)의 재질 등은, 제1 라미네이트 부재(30)에 있어서의 금속층(31), 내측 수지층(32) 및 외측 수지층(33)과 같다. 또, 각 도면에서는, 이들 금속층(41), 내측 수지층(42) 및 외측 수지층(43)의 도시를 적당히 생략하고 있다.
제2 라미네이트 부재(40)는, 전극체(2)를 하방으로부터 덮는 저벽부(45)와, 저벽부(45)의 외주연부로부터 상방을 향해서 연장됨과 더불어, 제1 봉지부(37)를 경방향의 외측으로부터 더욱 둘러싸는 통형상의 제2 봉지부(46)를 구비한 바닥이 있는 통형상으로 형성되어 있다.
도시의 예에서는, 제2 봉지부(46)의 상단 개구단의 높이 위치는, 제1 봉지부(37)의 상단 개구단의 높이 위치와 동등하게 되어 있다.
상기 서술한 바와 같이 구성된 제1 라미네이트 부재(30) 및 제2 라미네이트 부재(40)에 의해서, 외장체(3)가 구성되어 있다.
구체적으로는, 제1 라미네이트 부재(30)에 있어서의 정벽부(35) 및 주벽부(36)가, 수용부(50)로서의 정벽부(55) 및 주벽부(57)로서 각각 기능한다. 또, 제2 라미네이트 부재(40)에 있어서의 저벽부(45)가 수용부(50)로서의 저벽부(56)로서 기능한다. 또한, 제1 라미네이트 부재(30)에 있어서의 제1 봉지부(37) 및 제2 라미네이트 부재(40)에 있어서의 제2 봉지부(46)가, 봉지부(51)로서 기능한다.
봉지부(51)로서 기능하는 제1 봉지부(37) 및 제2 봉지부(46)는, 서로 일체로 접합되어, 이로써 수용부(50)의 내부를 밀폐 상태로 봉지하고 있다.
구체적으로는, 제1 봉지부(37)에 있어서의 내측 수지층(32) 및 제2 봉지부(46)에 있어서의 내측 수지층(42)들이, 예를 들어 초음파 용착 혹은 열 용착에 의해서 일체로 접합되어 있다. 단, 접합 방법으로는, 초음파 용착 혹은 열 용착에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 고주파 용착이나 접착제를 이용한 접착 등이어도 상관없다.
특히 제1 봉지부(37) 및 제2 봉지부(46)는, 서로 일체로 접합된 후, 후술하는 성형용 금형(70)에 의해서 절곡 성형되고, 계속해서, 후술하는 드로잉 성형용 금형(80)에 의해서 축경하도록 드로잉 성형됨으로써, 형성되어 있다.
이로써, 제1 봉지부(37) 및 제2 봉지부(46)로 구성되는 봉지부(51)는, 주벽부(57)의 외주면에 대해서 전체 둘레에 걸쳐 경방향의 외측으로부터 조밀하게 눌려진 밀착 상태로 접촉하고 있다.
또한, 제1 봉지부(37)의 하단부와 주벽부(36)의 하단부의 접속 부분은, 드로잉 성형에 의해서 생기는 내측 절곡부(52)로서 기능한다. 또 제2 봉지부(46)의 하단부와 저벽부(45)의 외주연부의 접속 부분은, 드로잉 성형에 의해서 생기는 외측 절곡부(53)로서 기능한다.
또한 봉지부(51)에는, 경방향의 외측을 향한 돌출과 경방향의 내측을 향한 돌출을 반복하면서 둘레 방향으로 연장되는 주름부(58)가 형성되어 있다. 주름부(58)는, 경방향으로 교호로 요철을 반복하도록, 봉지부(51)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 또한, 주름부(58)는, 내측 절곡부(52) 측 및 외측 절곡부(53) 측으로부터 봉지부(51)의 개구단 측을 향해 주름 깊이가 깊어지도록 형성되어 있다. 따라서, 주름부(58)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 봉지부(51)에 있어서의 개구단 측에 주로 집중하여 형성되어 있다.
또한 본 실시 형태의 이차 전지(1)는, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 전극판(60) 및 제2 전극판(61)과, 제1 전극 단자판(62) 및 제2 전극 단자판(63)과, 제1 실런트 필름(64) 및 제2 실런트 필름(65)을 구비하고 있다.
이들 제1 전극판(60), 제2 전극판(61), 제1 전극 단자판(62), 제2 전극 단자판(63), 제1 실런트 필름(64) 및 제2 실런트 필름(65)은, 외장체(3)에 있어서의 수용부(50)의 내부에 전극체(2)와 함께 수용되어 있다.
제1 전극판(60), 제1 전극 단자판(62) 및 제1 실런트 필름(64)은, 전극체(2)와 제1 라미네이트 부재(30)에 있어서의 정벽부(35)의 사이에 배치되어 있다. 2 전극판(61), 제2 전극 단자판(63) 및 제2 실런트 필름(65)은, 전극체(2)와 제2 라미네이트 부재(40)에 있어서의 저벽부(45)의 사이에 배치되어 있다.
제1 전극판(60)은, 평면에서 볼 때 원 형상으로 형성되고, 전극체(2)에 있어서의 양극 전극(10)에 일체로 접속되어 있다. 제1 전극판(60)은, 예를 들어 알루미늄 혹은 스테인리스 등의 금속 재료에 의해서 전극체(2)보다 작은 직경으로 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축 상에 배치되어 있다.
제1 전극판(60)은, 전극체(2)에 있어서의 양극 전극(10)의 8단째의 양극 본체(12)에 포개져 배치되어 있음과 더불어, 전극체(2) 측을 향한 하면에 양극 단자 탭(14)이 예를 들어 초음파 용접 등에 의해 용착되어 있다. 이로써, 제1 전극판(60)은 양극 전극(10)에 일체로 접속되어 있다.
제1 전극 단자판(62)은, 예를 들어 니켈 등의 금속 재료에 의해서 제1 전극판(60)보다 작은 직경의 평면에서 볼 때 원 형상으로 형성되고, 제1 전극판(60) 중 제1 라미네이트 부재(30) 측을 향한 상면에 포개져 배치되어 있다. 그리고 제1 전극 단자판(62)은, 제1 전극판(60)의 상면에 예를 들어 저항 용접 등에 의한 용착 등에 의해서 일체로 고착되어 있다. 제1 전극 단자판(62)은, 양극 전극(10)의 외부 접속 단자로서 기능한다.
제1 라미네이트 부재(30)의 정벽부(35)에는, 제1 전극 단자판(62)을 외부로 노출시키는 평면에서 볼 때 원 형상인 제1 관통 구멍(35a)이 형성되어 있다. 제1 관통 구멍(35a)은, 정벽부(35)에 있어서의 중앙부를 상하로 관통하도록 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축 상에 형성되어 있다.
제1 실런트 필름(64)은, 제1 전극 단자판(62)을 경방향 외측으로부터 둘러싸는 환형상으로 형성되고, 제1 전극 단자판(62)을 둘러싼 상태로 제1 전극 단자판(62)과 제1 라미네이트 부재(30)의 정벽부(35) 사이에 전지 축(O)과 같은 축 상에 배치되어 있다.
제1 실런트 필름(64)은, 제1 라미네이트 부재(30)에 있어서의 정벽부(35)의 내측 수지층(32) 및 제1 전극판(60)의 상면에 대해서 각각 열 용착되어 있다. 이로써, 제1 전극판(60)은, 제1 실런트 필름(64)을 통해 제1 라미네이트 부재(30)의 정벽부(35)에 대해서 열 용착되어 있다.
또한, 제1 실런트 필름(64)은, 예를 들어 폴리올레핀의 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지, 혹은 부직포로 강화된 폴리프로필렌으로 형성되어 있다.
상기 서술한 바와 같이 제1 전극판(60), 제1 전극 단자판(62) 및 제1 실런트 필름(64)이 형성되어 있으므로, 제1 전극 단자판(62)은 제1 관통 구멍(35a)을 통해서 전체면이 상방에 노출되어 있다.
도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 전극판(61), 제2 전극 단자판(63) 및 제2 실런트 필름(65)은, 상기 서술한 제1 전극판(60), 제1 전극 단자판(62) 및 제1 실런트 필름(64)과 마찬가지로 형성 및 배치되어 있다.
제2 전극판(61)은, 평면에서 볼 때 원 형상으로 형성되고, 전극체(2)에 있어서의 음극 전극(20)에 일체로 접속되어 있다. 제2 전극판(61)은, 예를 들어 동등의 금속 재료에 의해서 전극체(2)보다 작은 직경으로 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축 상에 배치되어 있다. 제2 전극판(61)은, 전극체(2)에 있어서의 음극 전극(20)의 8단째의 음극 본체(22)에 포개져 배치되어 있음과 더불어, 전극체(2) 측을 향한 상면에 음극 단자 탭(24)이 예를 들어 초음파 용접 등에 의해 용착되어 있다. 이로써, 제2 전극판(61)은 음극 전극(20)에 일체로 접속되어 있다.
제2 전극 단자판(63)은, 예를 들어 니켈 등의 금속 재료에 의해서 제2 전극판(61)보다 작은 직경의 평면에서 볼 때 원 형상으로 형성되고, 제2 전극판(61) 중 제2 라미네이트 부재(40) 측을 향한 하면 상에 배치되어 있다. 그리고 제2 전극 단자판(63)은, 제2 전극판(61)의 하면에 예를 들어 저항 용접 등에 의한 용착 등에 의해서 일체로 고착되어 있다. 제2 전극 단자판(63)은, 음극의 외부 접속 단자로서 기능한다.
제2 라미네이트 부재(40)의 저벽부(45)에는, 제2 전극 단자판(63)을 외부로 노출시키는 평면에서 볼 때 원 형상인 제2 관통 구멍(45a)이 형성되어 있다. 제2 관통 구멍(45a)은, 저벽부(45)에 있어서의 중앙부를 상하로 관통하도록 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축 상에 형성되어 있다.
제2 실런트 필름(65)은, 제2 전극 단자판(63)을 경방향 외측으로부터 둘러싸는 환형상으로 형성되고, 제2 전극 단자판(63)을 둘러싼 상태로 제2 전극 단자판(63)과 제2 라미네이트 부재(40)의 저벽부(45) 사이에 전지 축(O)과 같은 축 상에 배치되어 있다.
제2 실런트 필름(65)은, 제2 라미네이트 부재(40)에 있어서의 저벽부(45)의 내측 수지층(42) 및 제2 전극판(61)의 하면에 대해서 각각 열 용착되어 있다. 이로써, 제2 전극판(61)은, 제2 실런트 필름(65)을 통해 제2 라미네이트 부재(40)의 저벽부(45)에 대해서 열 용착되어 있다.
또한, 제2 실런트 필름(65)은, 제1 실런트 필름(64)과 마찬가지로, 예를 들어 폴리올레핀의 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지, 혹은 부직포로 강화된 폴리프로필렌으로 형성되어 있다.
상기 서술한 바와 같이 제2 전극판(61), 제2 전극 단자판(63) 및 제2 실런트 필름(65)이 형성되어 있으므로, 제2 전극 단자판(63)은 제2 관통 구멍(45a)을 통해서 전체면이 하방에 노출되어 있다.
(이차 전지의 제조 방법)
다음으로, 상기 서술한 바와 같이 구성된 이차 전지(1)를 제조할 때에, 봉지부(51)를 절곡 및 드로잉 성형하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 외장체(3)에 있어서의 수용부(50) 내에 전극체(2)를 수용하고, 또한 전해질 용액을 충전한 상태로, 제1 봉지부(37)와 제2 봉지부(46)를 초음파 용착 등에 의해 일체로 접합하는 공정을 행한다.
이로써, 제1 봉지부(37)와 제2 봉지부(46)가 일체로 접합됨으로써, 환형상으로 형성된 봉지부(51)를 구비하는 성형 전 전지(1A)를 얻을 수 있다.
또한, 이 단계에 있어서, 제1 전극 단자판(62)은 제1 관통 구멍(35a)을 통해서 전체면이 상방에 노출되어 있다. 또, 제2 전극 단자판(63)은 제2 관통 구멍(45a)을 통해서 전체면이 하방에 노출되어 있다.
이어서, 도 10에 도시한 성형용 금형(70)을 이용하여, 봉지부(51)를 절곡 성형하는 공정을 행한다.
성형용 금형(70)으로는, 성형 전 전지(1A)를 지지하는 제1 금형(71)과, 제1 금형(71)의 상방에 배치되고, 제1 금형(71)에 대해서 전지 축(O) 방향으로 접근 이격 가능하게 된 제2 금형(72)과, 제1 금형(71) 및 제2 금형(72)에 대해서 전지 축(O) 방향으로 상대 이동 가능하게 배치된 펀치부(73)를 구비하고 있다.
제1 금형(71)에는, 당해 제1 금형(71)을 전지 축(O) 방향으로 관통하는 제1 성형 구멍(71a)이 형성되어 있다. 제1 성형 구멍(71a)은, 평면에서 볼 때 원 형상으로 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축에 배치되어 있다. 제1 금형(71)에 있어서의 상면은 봉지부(51)가 지지되는 재치면(75)으로 되어 있다.
제2 금형(72)에는, 당해 제2 금형(72)을 전지 축(O) 방향으로 관통하는 제2 성형 구멍(72a)이 형성되어 있다. 제2 성형 구멍(72a)은, 제1 금형(71)과 같은 직경의 평면에서 볼 때 원 형상으로 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축에 배치되어 있다. 제2 금형(72)에 있어서의 하면은, 재치면(75)과의 사이에서 봉지부(51)를 상방으로부터 누르는 것이 가능한 압압(押壓)면(76)으로 되어 있다.
펀치부(73)는, 제1 금형(71)보다 하방에 배치됨과 더불어, 제1 금형(71) 및 제2 금형(72)에 대해서 상승함으로써, 제1 성형 구멍(71a) 내 및 제2 성형 구멍(72a) 내에 하방으로부터 파고드는 것이 가능하게 되어 있다.
펀치부(73)는, 제1 성형 구멍(71a) 및 제2 성형 구멍(72a)의 내경보다 작은 외경을 갖는 원 기둥 형상의 펀치부 본체(77)와, 펀치부 본체(77)의 상면으로부터 상방을 향해 돌출하도록 형성된 환형상의 성형부(78)를 구비하고 있다. 성형부(78)는, 내경이 수용부(50)의 외경과 동등하게 되고, 외경이 펀치부 본체(77)의 외경보다 작게 형성되어 있다. 또, 성형부(78)의 돌출 길이(전지 축(O) 방향을 따른 길이)는, 수용부(50)의 높이와 동등하게 되어 있다.
상기 서술한 바와 같이 구성된 성형용 금형(70)을 이용하여, 봉지부(51)가 절곡 성형을 행하는 경우에는, 우선 도 10에 도시한 바와 같이, 수용부(50)를 펀치부(73) 측을 향한 상태로, 성형 전 전지(1A)를 제1 금형(71)에 재치한다. 이로써, 제1 성형 구멍(71a) 내에 수용부(50)가 배치되고, 환형상의 봉지부(51)가 재치면(75) 상에 재치된다.
이어서, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 금형(71)에 대해서 제2 금형(72)을 상방으로부터 접근 이동시켜, 봉지부(51)를 사이로 하여 제1 금형(71)에 대해서 제2 금형(72)을 전지 축(O) 방향에 포갠다. 이로써, 제1 금형(71)의 재치면(75)과 제2 금형(72)의 압압면(76)의 사이에서, 봉지부(51)를 사이에 끼고 고정할 수 있다.
이어서, 도 12에 도시한 바와 같이, 서로 조합된 제1 금형(71) 및 제2 금형(72)에 대해서, 펀치부(73)를 제1 금형(71)의 하방으로부터 상승 이동시킨다. 이로써, 펀치부(73)를 제1 성형 구멍(71a) 내에 파고들게 한 후, 또한 상승 이동시킬 수 있고, 성형부(78)를 봉지부(51)에 대해서 하방으로부터 접촉시킬 수 있다.
그리고, 펀치부(73)의 더 나은 상승 이동에 의해서, 도 13에 도시한 바와 같이, 성형부(78)를 이용하여 봉지부(51)를 들어올릴 수 있고, 제2 성형 구멍(72a)의 내면과 성형부(78)의 외면을 이용하여, 봉지부(51)를 원통형상으로 절곡 성형할 수 있다.
또, 펀치부 본체(77)의 상단연(上端緣)이, 제2 성형 구멍(72a)의 하단연(下端緣)보다 상방으로 이동함으로써, 상단연과 하단연 사이에서 봉지부(51)를 절단할 수 있고, 봉지부(51) 중 재치면(75)과 압압면(76) 사이에 끼워져 있는 부분을 떼어낼 수 있다.
이로써, 도 14에 도시한 바와 같이, 수용부(50)를 둘러싸도록 봉지부(51)가 원통형상으로 절곡된 성형 후 전지(1B)를 얻을 수 있다.
단, 이 성형 후 전지(1B)는, 펀치부(73)의 성형부(78)를 이용하여 봉지부(51)를 절곡 성형하고 있는 관계상, 수용부(50)와 봉지부(51)의 사이에 환형상의 간극부(S)가 구획하여 형성되어 있다.
이어서, 도 15에 도시한 드로잉 성형용 금형(80)을 이용하여, 봉지부(51)를 경방향의 내측에 드로잉 성형하고, 상기 서술한 환형상의 간극부(S)를 메우는 공정을 행한다.
드로잉 성형용 금형(80)은, 제1 드로잉 금형(81)과, 제1 드로잉 금형(81)에 대해서 전지 축(O) 방향으로 상대 이동 가능한 제2 드로잉 금형(82)과, 제2 드로잉 금형(82)과의 사이에서 성형 후 전지(1B)를 전지 축(O) 방향으로 사이에 끼고 고정함과 더불어, 제2 드로잉 금형(82)과 함께 전지 축(O) 방향으로 이동 가능하게 된 가동 지그(83)를 구비하고 있다.
제1 드로잉 금형(81)에는, 당해 제1 드로잉 금형(81)을 전지 축(O) 방향을 따라서 관통하는 드로잉 구멍(81a)이 형성되어 있다. 드로잉 구멍(81a)은, 평면에서 볼 때 원 형상으로 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축에 배치되어 있다. 드로잉 구멍(81a)의 내경은, 수용부(50)의 외경에 봉지부(51)의 두께의 2배를 더한 크기에 상당한다.
제2 드로잉 금형(82)은, 드로잉 구멍(81a)의 내경보다 작은 외경을 갖는 원 기둥 형상으로 형성되고, 전지 축(O)과 같은 축에 배치되어 있다. 제2 드로잉 금형(82)의 상면은, 성형 후 전지(1B)가 재치되는 재치면(82a)으로 되어 있다.
가동 지그(83)는, 드로잉 구멍(81a)의 내측에 상방으로부터 삽입 가능하게 되고, 예를 들어 코일 스프링 등의 탄성 가압 부재(84)에 의한 탄성 가압력에 의해서, 재치면(82a)에 재치된 성형 후 전지(1B)를 제2 드로잉 금형(82)과의 사이에서 소정의 응력으로 끼워 넣어 고정하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 가동 지그(83)는, 성형 후 전지(1B)를 고정한 상태를 유지하면서, 제2 드로잉 금형(82)과 함께 전지 축(O) 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
상기 서술한 바와 같이 구성된 드로잉 성형용 금형(80)을 이용하여, 봉지부(51)의 드로잉 성형을 행하는 경우에는, 도 15에 도시한 바와 같이, 성형 후 전지(1B)를 제2 드로잉 금형(82)의 재치면(82a)에 재치한 후, 가동 지그(83)에 의해서 성형 후 전지(1B)를 제2 드로잉 금형(82)과의 사이에서 끼워 넣어 고정한다.
이어서, 도 16에 도시한 바와 같이, 제1 드로잉 금형(81)에 대해서 제2 드로잉 금형(82) 및 가동 지그(83)를 상승 이동시킨다. 이로써, 드로잉 구멍(81a) 내에 성형 후 전지(1B)를 파고들게 할 수 있고, 드로잉 구멍(81a)의 내면을 이용하여 봉지부(51)를 드로잉 성형하면서, 드로잉 구멍(81a)의 내측을 통과하도록 성형 후 전지(1B)를 이동시킬 수 있다.
그 결과, 봉지부(51)에 대해서, 당해 봉지부(51)의 전체가 경방향의 내측으로 축경하는 외력을 부여할 수 있어, 봉지부(51)의 전체를 드로잉 성형할 수 있다. 따라서, 상기 서술한 환형상의 간극부(S)를 메울 수 있고, 수용부(50)에 있어서의 주벽부(57)에 대해서 봉지부(51)를 경방향의 외측으로부터 조밀하게 접촉시킬 수 있어, 도 1에 도시한 이차 전지(1)를 얻을 수 있다.
또한, 상기 서술한 드로잉 성형에 의해서, 봉지부(51)에는 전체 둘레에 걸쳐 주름부(58)가 형성된다. 또 드로잉 성형시, 봉지부(51)의 개구단 측에 향할수록 깊게 드로잉 성형이 되므로, 개구단 측을 향해 당해 주름 깊이가 깊어지도록 주름부(58)가 형성된다. 또, 전지 축(O) 방향을 따른 봉지부(51)의 길이(높이)가 긴 경우에도, 드로잉 성형에 의해서 봉지부(51)를 적절히 형성할 수 있어, 주벽부(57)와 봉지부(51) 사이에 간극이 발생하지 않아, 주벽부(57)에 대해서 봉지부(51)를 접촉시키기 쉽다.
(이차 전지의 작용)
상기 서술한 바와 같이 구성된 이차 전지(1)에 의하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 전극판(60)에 고착되어 있는 제1 전극 단자판(62)이 외부에 노출되고, 제2 전극판(61)에 고착되어 있는 제2 전극 단자판(63)이 외부에 노출되어 있다. 그로 인해, 제1 전극 단자판(62) 및 제2 전극 단자판(63)을 각각 외부 접속 단자로서 기능시킬 수 있다. 이로써, 제1 전극 단자판(62) 및 제2 전극 단자판(63)을 이용하여, 이차 전지(1)를 사용하는 것이 가능해진다.
특히, 본 실시 형태의 이차 전지(1)에서는, 수용부(50)의 내부를 봉지하는 봉지부(51)를, 수용부(50)에 있어서의 주벽부(57)를 따라서 절곡하고 있음과 더불어, 주벽부(57)에 대해서 경방향의 외측으로부터 접촉시키고 있다. 이로써, 주벽부(57)와의 사이에 환형상의 간극부(S)(도 15 참조)를 두지 않고, 주벽부(57)를 둘러싸도록 봉지부(51)를 배치시킬 수 있다. 따라서, 상기 간극부(S)를 생략할 수 있는 만큼, 종래에 비해 이차 전지(1) 전체의 소경화를 도모할 수 있다.
게다가, 전극체(2)를 수용하는 수용부(50)의 사이즈를 바꾸지 않고, 이차 전지(1) 전체의 소경화를 도모할 수 있으므로, 이차 전지(1) 전체의 체적에 대한 전극체(2)가 차지하는 체적 비율을 향상할 수 있다. 따라서, 체적 효율의 향상화에 연결할 수 있다.
그것에 더해, 두께가 얇은 제1 라미네이트 부재(30) 및 제2 라미네이트 부재(40)를 이용하여 외장체(3)를 형성하고 있으므로, 주벽부(57) 및 봉지부(51)의 두께 자체를 얇게 할 수 있다. 이 점에 있어서도, 이차 전지(1)의 소경화를 도모하기 쉽다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 이차 전지(1)에 의하면, 소경화를 도모할 수 있음과 더불어, 체적 효율의 더 나은 향상화에 연결할 수 있는 라미네이트 타입의 이차 전지로 할 수 있다. 따라서, 소경화, 소형화, 경량화를 도모할 수 있음과 더불어, 체적 용량 밀도가 높은 고성능의 이차 전지(1)로 할 수 있다.
또한, 제1 라미네이트 부재(30) 및 제2 라미네이트 부재(40)를 예로 들어 열 용착 등에 의해서 접합함으로써 봉지부(51)를 구성하고 있고, 주벽부(57)를 따라서 봉지부(51)를 절곡하고 있으므로, 제1 라미네이트 부재(30)와 제2 라미네이트 부재(40) 사이를 통해서, 외부로부터 수용부(50) 내에 먼지나 수분 등의 외란이 침입하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 작동 신뢰성이 안정된 이차 전지(1)로 할 수 있다.
또한, 주름부(58)를 이용하여, 봉지부(51)의 절곡 시에 생기는 응력 변형 등을 흡수할 수 있으므로, 드로잉 성형에 의해서 봉지부(51)를 형성할 수 있다. 따라서, 봉지부(51)의 전체 둘레에 걸쳐 균등한 외력을 가하면서 절곡할 수 있음과 더불어, 주벽부(57)에 대해서 봉지부(51)의 전체를 균일하게 접촉시키는 것이 가능하다. 따라서, 이차 전지(1)의 소경화에 한층 연결할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했는데, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 실시 형태는, 그 외 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 실시 형태나 그 변형예에는, 예를 들어 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 균등한 범위인 것 등이 포함된다.
예를 들어 상기 실시 형태에서는, 전기 화학 셀의 일례로서 이차 전지(1)를 예로 들어 설명했는데, 이 경우에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 커패시터(예를 들어 리튬 이온 커패시터 등) 혹은 일차 전지여도 상관없다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 제2 전극판(61)을 구리제로 했는데, 예를 들어 니켈제여도 상관없다. 이 경우에는, 제2 전극 단자판(63)을 생략하는 것도 가능하다. 즉, 음극 측에 대해서는, 반드시 전극 단자판이 필수적인 것은 아니며, 구비하지 않아도 상관없다. 이 경우에는, 제2 전극판(61) 자체를 음극 측의 외부 접속 단자로서 기능시킬 수 있다.
또한, 외장체(3)의 전체가 라미네이트 필름으로 형성되어 있을 필요는 없고, 적어도 봉지부(51)가 라미네이트 필름으로 형성되어 있으면 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 평면에서 볼 때 원 형상의 이차 전지(1)를 예로 들어 설명했는데, 이차 전지(1)의 형상은 적당히 변경해도 상관없다. 예를 들어, 평면에서 볼 때 직선부와 반원부가 조합된 타원 형상의 이차 전지로 해도 상관없다. 또한, 이 경우에는, 전극체(2)의 형상을, 이차 전지의 외형에 대응하여 평면에서 볼 때 타원 형상으로 구성하면 된다.
또한 상기 실시 형태에서는, 제1 라미네이트 부재(30)의 주벽부(36)를 수용부(50)로서의 주벽부(57)로서 기능시켰는데, 이 경우에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 17에 도시한 바와 같이, 주벽부(47)를 갖도록 제2 라미네이트 부재(40)를 형성하고, 당해 주벽부(47)와 제1 라미네이트 부재(30)의 주벽부(36)로 수용부(50)의 주벽부(57)를 구성하도록 이차 전지(90)를 구성해도 상관없다.
이 경우에는, 제1 봉지부(37) 및 제2 봉지부(46)로 구성되는 봉지부(51)를, 제1 라미네이트 부재(30)의 주벽부(36)를 경방향의 외측으로부터 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸도록 형성하고, 또한 주벽부(36)에 대해서 경방향의 외측으로부터 접촉시키면 된다. 이와 같이 구성한 이차 전지(90)의 경우에도, 같은 작용 효과를 발휘할 수 있다.
산업상의 이용 가능성
본 발명에 의하면, 소경화, 소형화, 경량화를 도모할 수 있음과 더불어, 체적 용량 밀도가 높은 고성능의 전기 화학 셀로 할 수 있다. 따라서, 산업상의 이용 가능성을 갖는다.
O…전지 축
1, 90…이차 전지(전기 화학 셀)
2…전극체
3…외장체
10…양극 전극(전극)
20…음극 전극(전극)
30…제1 라미네이트 부재
40…제2 라미네이트 부재
50…수용부
51…봉지부
55…정벽부
56…저벽부
57…주벽부
58…주름부

Claims (3)

  1. 전지 축 방향으로 서로 적층된 복수의 전극을 갖는 전극체와,
    제1 라미네이트 부재 및 제2 라미네이트 부재를 갖고, 상기 전극체를 내부에 수용하는 외장체를 구비하며,
    상기 외장체는,
    상기 제1 라미네이트 부재 및 상기 제2 라미네이트 부재가 상기 전극체를 사이에 끼고 상기 전지 축 방향으로 배치됨으로써 형성되고, 상기 전극체를 내부에 수용하는 수용부와,
    상기 제1 라미네이트 부재 및 상기 제2 라미네이트 부재가 포개진 상태로 서로 접합되어, 상기 수용부의 내부를 봉지(封止)하는 봉지부를 구비하고,
    상기 수용부는, 상기 전극체를 사이에 끼고 상기 전지 축 방향으로 마주보는 정벽(頂壁)부 및 저벽(底壁)부와, 상기 전극체를 경방향의 외측으로부터 둘러싸는 통형상의 주벽(周壁)부를 구비하며,
    상기 봉지부는, 상기 주벽부를 따라서 절곡됨과 더불어 상기 주벽부를 경방향의 외측으로부터 전체 둘레에 걸쳐 둘러싸는 통형상으로 형성되고, 또한 상기 주벽부에 대해서 경방향의 외측으로부터 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 봉지부에는, 상기 봉지부의 전체 둘레에 걸쳐, 경방향의 외측을 향한 돌출과 경방향의 내측을 향한 돌출을 반복하면서 둘레 방향으로 연장되는 주름부가 형성되어 있는, 전기 화학 셀.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주름부는, 상기 봉지부에 있어서의 개구단 측을 향해 주름 깊이가 깊어지도록 형성되어 있는, 전기 화학 셀.
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