KR20220111195A

KR20220111195A - 전극 단자 및 해당 전극 단자를 구비한 이차 전지

Info

Publication number: KR20220111195A
Application number: KR1020220011370A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 사쿠라이; 고스케 스즈키
Original assignee: 프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2022-08-09
Also published as: EP4037090A1; JP2022117855A; EP4037090B1; CN114843716A; JP7334198B2; EP4220849A1; US20220247044A1; CN114843716B

Abstract

본 개시에 의해, 높은 통전성 및 높은 접합 강도를 갖는 전극 단자가 제공된다. 여기서 개시되는 전극 단자는, 금속제의 제1 부재와, 금속제의 판 형상의 제2 부재를 구비하고, 제1 부재는, 제2 부재와 접속되는 접속부를 갖고, 제1 부재의 접속부는, 제2 부재의 한쪽의 표면과 도전성 접착제로 접착되어 있다.

Description

전극 단자 및 해당 전극 단자를 구비한 이차 전지{ELECTRODE TERMINAL AND SECONDARY BATTERY PROVIDED WITH SAID ELECTRODE TERMINAL}

본 발명은, 전극 단자 및 해당 전극 단자를 구비한 이차 전지에 관한 것이다.

리튬 이온 이차 전지 등의 이차 전지는, 경량이고 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있는 것으로부터, 퍼스컴이나 휴대 단말기 등의 포터블 전원, 혹은 BEV(전기 자동차), HEV(하이브리드 자동차), PHEV(플러그인 하이브리드 자동차) 등의 차량 탑재용 전원으로서 널리 사용되고 있다.

이차 전지에서는, 전지 케이스 내부에 어느 발전 요소로부터 전지 케이스 외부로 통전시키기 위해, 혹은, 단전지끼리를 전기적으로 접속하기 위해, 다양한 도전 부재를 접합하고, 통전 경로를 실현하고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 전극 단자끼리를 통전시키기 위해, 경화성 수지와 도전성 입자를 구비한 이방성 도전 접착제에 의해 전극 단자끼리를 접속하는 것이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 전극과 외부 단자를 도전 접착제로 접속하는 구성이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 2부재간의 경계를 용접함으로써, 이러한 2부재를 전기적으로 접속하는 것이 개시되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2017-183664호 공보 일본 특허 출원 공개 제2015-156597호 공보 미국 특허 제9680136호 명세서

그런데, 본 발명자는, 이차 전지의 전지 케이스 내부에 어느 발전 요소로부터 전지 케이스 외부에 통전시키기 위한 전극 단자로서, 금속제의 복수의 부재(예를 들어 2부재)를 접합한 전극 단자의 채용을 검토하고 있다. 이러한 전극 단자에서는, 부재간의 통전성이 높고 또한 접합 강도가 높은 것이 바람직하다.

그래서, 본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 주목적은, 높은 통전성 및 높은 접합 강도를 갖는 전극 단자를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명이 다른 목적은, 이러한 전극 단자를 구비한 이차 전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 실현하기 위해, 본 개시에서는, 도전성 접착제에 의해 부재간이 접속된 전극 단자가 제공된다.

즉, 여기서 개시되는 전극 단자는, 금속제의 제1 부재와, 금속제의 판 형상의 제2 부재를 구비하고, 상기 제1 부재는, 상기 제2 부재와 접속되는 접속부를 갖고, 상기 제1 부재의 접속부는, 상기 제2 부재의 한쪽의 표면과 도전성 접착제로 접착되어 있다. 이러한 구성의 전극 단자에 의하면, 제1 부재와 제2 부재 사이가, 도전성을 갖는 접착제로 접착되어 있으므로, 높은 통전성 및 높은 접합 강도를 실현할 수 있다.

여기서 개시되는 전극 단자의 바람직한 일 양태에서는, 상기 제2 부재의 한쪽의 표면은, 상기 제1 부재의 접속부의 적어도 일부가 삽입되는 삽입 구멍을 갖고, 상기 삽입 구멍의 내주면에는, 함몰부가 마련되어 있고, 상기 제1 부재의 접속부의 일부는, 상기 삽입 구멍의 함몰부에 끼워 맞춰 있고, 상기 삽입 구멍의 함몰부와, 해당 함몰부에 끼워 맞춘 상기 제1 부재의 접속부의 일부와의 간극에는, 상기 도전성 접착제가 충전되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 제1 부재의 접속부의 일부를 제2 부재의 삽입 구멍의 내주면에 마련된 함몰부에 끼워 맞췄을 때, 불가피하게 발생할 수 있는 부재간의 간극을 도전성 접착제로 매립할 수 있으므로, 더욱 높은 통전성과 접합 강도를 실현할 수 있다.

여기서 개시되는 전극 단자의 다른 바람직한 일 양태에서는, 상기 제2 부재의 한쪽의 표면에는, 상기 도전성 접착제가 충전된 오목부가 마련되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 도전성 접착제를 원하는 위치에 충분량 배치할 수 있으므로, 접합 강도가 더욱 향상된다.

또한, 여기서 개시되는 전극 단자의 다른 바람직한 일 양태에서는, 상기 제1 부재의 접속부의 적어도 일부는, 상기 제2 부재의 한쪽의 표면과 금속 접합에 의해 접합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 더욱 우수한 접합 강도와 통전성을 실현할 수 있다.

또한, 여기서 개시되는 전극 단자의 다른 바람직한 일 양태에서는, 상기 제2 부재의 한쪽의 표면에 있어서, 상기 금속 접합에 의해 접합된 부분보다도 외측에 상기 도전성 접착제가 충전된 오목부가 마련되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 열경화성 수지의 열전도율은 금속보다도 낮으므로, 전극 단자에 버스바 등의 외부 단자를 용접할 때의 열이 금속 접합부에 전해지기 어려워진다. 이 결과, 열에 의한 금속 접합부의 열화를 억제하고, 높은 접합 강도 및 높은 통전성을 유지할 수 있다.

또한, 여기서 개시되는 전극 단자의 다른 바람직한 일 양태에서는, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 다른 금속으로 구성되어 있다. 도전성 접착제는 다른 금속으로 구성된 2부재간이어도 높은 강도로 접착할 수 있고, 높은 통전성을 실현할 수 있다. 그 때문에, 높은 통전성 및 높은 접합 강도를 갖는 다른 금속으로 이루어지는 2부재가 접속된 전극 단자를 실현할 수 있다. 이에 의해, 전극 단자와 접속되는 금속제의 다른 부재에 대하여 전극 단자의 금속종을 적절히 동종으로 변경할 수 있으므로, 다른 부재와의 접속성을 향상시킬 수 있다.

또한, 여기서 개시되는 전극 단자의 다른 바람직한 일 양태에서는, 상기 도전성 접착제는, 도전재 및 열경화성 수지를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 도전성 접착제에 포함되는 열경화성 수지가 열처리에 의해 경화함으로써, 높은 접합 강도를 실현할 수 있다.

또한, 이러한 도전재를 포함하는 양태에서는, 상기 도전재로서 금속 미립자를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 높은 통전성을 실현할 수 있다.

또한, 이러한 금속 미립자를 포함하는 양태에서는, 상기 금속 미립자는, 은, 구리, 니켈, 알루미늄 및 금으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 양호한 통전성을 실현할 수 있다.

또한, 여기서 개시되는 전극 단자의 다른 바람직한 일 양태에서는, 상기 열경화성 수지는, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지 및 열경화성 아크릴 수지 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종이다. 이에 의해, 우수한 접합 강도를 실현할 수 있다.

또한, 여기서 개시되는 기술의 다른 측면으로서, 여기서 개시되는 전극 단자를 구비한 이차 전지가 제공된다. 즉, 여기서 개시되는 이차 전지는, 정극 및 부극을 포함하는 전극체와, 해당 전극체를 내부에 수용한 전지 케이스와, 상기 전극체에 있어서의 정극 및 부극 각각과 전기적으로 접속된 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 이차 전지이며, 상기 정극 단자 및 부극 단자의 적어도 한쪽은, 여기서 개시되는 전극 단자로 구성되어 있다. 이에 의해, 높은 통전성 및 높은 접합 강도를 갖는 전극 단자를 구비한 이차 전지를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 이차 전지를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 이차 전지의 구조를 모식적으로 도시하는 일부 파단도이다.
도 3은 일 실시 형태에 따른 이차 전지의 전극 단자 근방의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 전극 단자의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 전극 단자의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 제3 실시 형태에 따른 전극 단자의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 제3 실시 형태에 따른 전극 단자의 금속 접합부 및 도전성 접착제가 충전된 오목부의 위치 관계의 일례를 설명하는 평면도이다.
도 8은 제3 실시 형태에 따른 전극 단자의 금속 접합부 및 도전성 접착제가 충전된 오목부의 위치 관계의 일례를 설명하는 평면도이다.
도 9는 제3 실시 형태에 따른 전극 단자의 금속 접합부 및 도전성 접착제가 충전된 오목부의 위치 관계의 일례를 설명하는 평면도이다.

이하, 여기에 개시되는 기술의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서, 동일한 작용을 발휘하는 부재ㆍ부위에는 동일한 부호를 부여하여 설명한다. 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 사항은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다.

또한, 본 명세서에 있어서의 도면 중의 부호 X는 「폭 방향」을 나타내고, 부호 Y는 「깊이 방향」을 나타내고, 부호 Z는 「높이 방향」을 나타낸다. 또한, 이들의 방향은 설명의 편의상 정한 방향이며, 전지의 설치 양태를 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 수치 범위를 A 내지 B(여기서 A, B는 임의의 수치)라고 기재하고 있는 경우는, 일반적인 해석과 마찬가지이며, A 이상 B 이하를 의미하는 것이다.

본 명세서에 있어서 「이차 전지」란, 반복 충방전 가능한 축전 디바이스 일반을 말하고, 리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 소위 축전지(즉 화학 전지) 외에, 전기 이중층 커패시터 등의 커패시터(즉 물리 전지)를 포함한다. 또한, 여기서 개시되는 이차 전지는, 복수개가 전기적으로 접속된 조전지의 형태로 사용할 수도 있다.

이하, 여기서 개시되는 전극 단자를 구비한 이차 전지의 일 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1은 일 실시 형태에 따른 이차 전지(1)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 또한, 도 2는 일 실시 형태에 따른 이차 전지(1)의 구조를 모식적으로 도시하는 일부 파단도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 이차 전지(1)는 전극체(20)와, 전해질(도시하지 않음)과, 전지 케이스(30)와, 정극 단자(정극 외부 단자(42) 및 정극 내부 단자(42a))와, 부극 단자(부극 외부 단자(44) 및 부극 내부 단자(44a))를 구비하고 있다.

전지 케이스(30)는 전극체(20) 및 전해질을 수용하는 용기이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 전지 케이스(30)는 육면 상자형 형상의 각형의 용기이다. 단, 전지 케이스(30)의 형상은, 각형 이외의 상자 형상(예를 들어 바닥이 있는 원통형의 상자 형상 등)이어도 된다. 본 실시 형태 있어서의 전지 케이스(30)는 상면이 개구된 각형의 케이스 본체(32)와, 당해 케이스 본체(32)의 개구부를 막는 판 형상의 덮개(34)를 구비하고 있다. 케이스 본체(32)의 개구부와 덮개(34)의 테두리부는 레이저 용접 등으로 밀봉되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 전지 케이스(30)(여기서는 덮개(34))에는, 전지 케이스(30) 내의 내압이 소정의 레벨 이상으로 상승한 경우, 해당 내압을 개방하는 안전 밸브(36)가 마련되어 있다. 또한, 덮개(34)에는 단자 삽입 관통 구멍(34a)(도 3 참조)이 2군데 마련되어 있다. 한쪽의 단자 삽입 관통 구멍(34a)에는 정극 외부 단자(42)가 삽입 관통되어 있고, 다른 쪽의 단자 삽입 관통 구멍(34a)에는 부극 외부 단자(44)가 삽입 관통되어 있다. 전지 케이스(30)의 재질로서는, 필요한 강도를 갖는 금속 재료가 사용되고, 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스강, 니켈 도금강 등의 경량으로 열전도성이 좋은 금속 재료가 사용된다.

전극체(20)는 절연 필름(도시 생략) 등으로 덮인 상태에서, 전지 케이스(30)의 내부에 수용된 발전 요소이다. 본 실시 형태에 있어서의 전극체(20)는 긴 시트 형상의 정극(50)과, 긴 시트 형상의 부극(60)과, 긴 시트 형상의 세퍼레이터(70)를 구비하고 있다. 이러한 전극체(20)는 상술한 긴 시트 형상의 부재를 포개어 감은 권회 전극체이다. 또한, 전극체의 구조는, 특별히 한정되지 않고, 일반적인 이차 전지에 있어서 채용될 수 있는 여러가지의 구조를 제한없이 채용할 수 있다. 예를 들어, 전극체는, 직사각 형상의 정극 시트와 부극 시트를 세퍼레이터 시트를 개재시켜 적층시킨 적층형 전극체이어도 된다.

정극(50)은 박 형상의 정극 집전체(52)(예를 들어 알루미늄박)와, 당해 정극 집전체(52)의 표면(편면 혹은 양면)에 형성된 정극 활물질층(54)을 구비하고 있다. 또한, 폭 방향 X에 있어서의 정극(50)의 한쪽의 측연부(도 2 중의 좌측의 측연부)에는, 정극 활물질층(54)이 형성되지 않고, 정극 집전체(52)가 노출된 정극 집전체 노출부(52a)가 형성되어 있다. 정극 집전체 노출부(52a)에는, 정극 내부 단자(42a)가 접합되어 있고, 정극 내부 단자(42a)는 정극 외부 단자(42)와 접속되어 있다. 이에 의해, 전지 케이스(30)의 내부와 외부의 통전을 실현하고 있다.

정극 활물질층(54)에는, 정극 활물질이 포함되어 있고, 필요에 따라서 바인더 도전재 등의 다양한 재료가 포함되어 있어도 된다. 이러한 정극 활물질층에 포함되는 재료에 대해서는, 종래의 일반적인 이차 전지에서 사용될 수 있는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 여기서 개시되는 기술을 한정하는 것이 아니므로 상세한 설명을 생략한다.

부극(60)은 박 형상의 부극 집전체(62)(예를 들어 구리박)와, 당해 부극 집전체(62)의 표면(적합하게는 양면)에 형성된 부극 활물질층(64)을 구비하고 있다. 또한, 폭 방향 X에 있어서의 부극(60)의 상기 정극 집전체 노출부(52a)와는 반대측의 측연부(도 3 중의 우측의 측연부)에는, 부극 활물질층(64)이 형성되어 있지 않고, 부극 집전체(62)가 노출된 부극 집전체 노출부(62a)가 형성되어 있다. 부극 집전체 노출부(62a)에는 부극 내부 단자(44a)가 접합되어 있고, 부극 내부 단자(44a)는 부극 외부 단자(44)와 접속되어 있다. 이에 의해, 전지 케이스(30)의 내부와 외부의 통전을 실현하고 있다.

부극 활물질층(64)에는, 부극 활물질이 포함되어 있고, 필요에 따라서 바인더 등의 다양한 재료가 포함될 수 있다. 이러한 부극 활물질층에 포함되는 재료에 대해서도, 종래의 일반적인 이차 전지에서 사용될 수 있는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 여기서 개시되는 기술을 한정하는 것이 아니므로 상세한 설명을 생략한다.

세퍼레이터(70)는 정극(50)과 부극(60) 사이에 개재하고, 이들의 전극이 직접 접촉하는 것을 방지한다. 세퍼레이터(70)에는, 필요한 내열성을 갖는 수지 시트(예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌) 등이 사용되지만, 종래의 일반적인 이차 전지에서 사용될 수 있는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

전지 케이스(30)에 수용되는 전해질(도시하지 않음)은 종래의 일반적인 이차 전지에서 사용될 수 있는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들어, 전해질은 비수계 용매와 지지염을 함유하는 비수계의 액상 전해질(비수 전해액)일 수 있지만, 여기서 개시되는 기술을 한정하는 것이 아니므로 상세한 설명을 생략한다.

이차 전지(1)가 구비하는 정극 외부 단자(42) 및 부극 외부 단자(44)의 적어도 어느 한쪽에는, 여기서 개시되는 전극 단자(100)가 사용된다. 여기서는, 부극 외부 단자(44)로서 전극 단자(100)를 사용한 경우에 대하여 설명한다. 또한, 정극 외부 단자(42)가 전극 단자(100)인 경우도 마찬가지의 구성으로 하면 되므로, 상세한 설명은 생략한다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 전극 단자(100)는 축부(110) 및 헤드부(120)를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 전극 단자(100)와 전지 케이스(30)의 통전을 방지하기 위해, 가스킷(82) 및 인슐레이터(84)가 전극 단자(100)와 전지 케이스(30)(도 3 중에서는 덮개(34)) 사이에 배치되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 가스킷(82)은 전극 단자(100)와, 전지 케이스(30)의 외면(덮개(34)의 상면) 및 단자 삽입 관통 구멍(34a) 사이에 배치되는 절연성의 부재이다. 또한, 전지 케이스(30)의 밀폐성을 높이고, 전지 케이스(30)의 외부에서의 수분의 침입 및 전지 케이스(30)의 내부로부터의 전해액의 누출을 억제한다. 가스킷(82)은 전극 단자(100)의 축부(110)를 삽입 관통하는 관통 구멍(82c)을 갖는 통부(82a)와, 기부(82b)를 구비한다. 통부(82a)는 덮개(34)의 단자 삽입 관통 구멍(34a)에 삽입되는 부분이며, 전극 단자(100)의 축부(110)와 덮개(34)를 절연하고 있다. 기부(82b)는 통부(82a)의 상단부와 연결하고 있고, 해당 상단부로부터 수평 방향으로 연장된 부분이며, 전극 단자(100)의 헤드부(120)와, 덮개(34)의 상면을 절연하고 있다. 가스킷(82)은 탄성 변형이 용이한 절연성 수지에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들어, 퍼플루오로알콕시 불소 수지(PFA) 등의 불소 수지나, 폴리페닐렌술피드 수지(PPS), 지방족 폴리아미드 등을 들 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 인슐레이터(84)는 전지 케이스(30)의 내면(덮개(34)의 하면)과, 전극 단자(100)와 부극 내부 단자(44a) 사이에 배치되는 절연성의 부재이다. 인슐레이터(84)는 덮개(34)의 하면을 따라서 수평하게 넓어진 판 형상 부분을 갖고 있고, 해당 판 형상 부분에는 전극 단자(100)의 축부(110)를 삽입 관통하는 관통 구멍(84a)이 마련되어 있다. 인슐레이터(84)는 사용하는 전해질에 대한 내성과 전기 절연성을 갖고, 탄성 변형이 가능한 수지 재료, 예를 들어, 퍼플루오로알콕시 불소 수지(PFA) 등의 불소화 수지나, 폴리페닐렌술피드 수지(PPS), 지방족 폴리아미드 등으로 구성되어 있다.

전극 단자(100)의 축부(110)는 금속제의 제1 부재(130)에 의해 구성된다. 제1 부재(130)의 형상은, 가스킷(82)의 관통 구멍(82c), 덮개(34)의 단자 삽입 관통 구멍(34a), 인슐레이터(84)의 관통 구멍(84a), 부극 내부 단자(44a)의 관통 구멍(44b)을 삽입 관통 가능하면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 원주 형상, 각주 형상 등이어도 된다. 제1 부재(130)의 일단부는 접속부(134)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 타단부는 또한 다리부(136)를 갖고 있고, 접속부(134)와 다리부(136) 사이에는 본체부(132)가 존재한다.

제1 부재(130)의 접속부(134)는 후술하는 제2 부재(140)와 접속되는 부분이다. 접속부(134)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 접속부(134)는 통전성의 관점에서, 제2 부재(140)와 접속되는 면적이 큰 쪽이 바람직하다. 그 때문에, 접속부(134)는, 예를 들어, 도 4와 같이 축부(110)의 외경 방향으로 연장된 플랜지부(134a)를 구비하고 있어도 된다. 또한, 접속부(134)는 제2 부재(140)의 한쪽의 표면과 면 접촉하는 표면을 갖는 판 형상인 것이 바람직하다.

제1 부재(130)의 다리부(136)는 코오킹 가공에 의해, 다른 부재와 고정되고, 해당 다른 부재와 통전을 실현하는 부분이다. 본 실시 형태에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 전극 단자(100)는 가스킷(82)의 관통 구멍(82c), 덮개(34)의 단자 삽입 관통 구멍(34a), 인슐레이터(84)의 관통 구멍(84a) 및 부극 내부 단자(44a)의 관통 구멍(44b)을 삽입 관통하고 있다. 이 상태에서, 다리부(136)가 코오킹 가공에 의해 외경 방향을 향하여 압박 변형되고, 압정부(136a)를 형성함으로써, 전극 단자(100)가 부극 내부 단자(44a)에 고정된다. 또한, 이러한 고정에 의해, 전극 단자(100)와 부극 내부 단자(44a)가 통전하고 있다. 또한, 이러한 고정에 의해, 가스킷(82) 및 인슐레이터(84)가 높이 방향 Z로 가압되어 압축하므로, 전지 케이스(30)의 밀폐성이 향상된다. 다리부(136)는 코오킹 가공에 의해 다른 부재와 고정할 수 있으면 특별히 형상은 한정되는 것은 아니지만, 코오킹 가공에 의한 높이 방향 Z로 가해지는 압축력의 균일성 관점에서, 예를 들어, 중공의 통 형상인 것이 바람직하다.

전극 단자(100)의 헤드부(120)는, 제1 부재(130)의 접속부(134)의 적어도 일부와 제2 부재(140)에 의해 구성된다. 제2 부재(140)는 제1 부재(130)의 접속부(134)와 접속되는 판 형상의 부재이다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 1에 도시하는 부극 외부 단자(44)와 같이, 제2 부재(140)의 표면 형상은 대략 직사각 형상이지만, 예를 들어, 원 형상, 삼각 형상, 다각 형상 등이어도 된다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 부재(140)의 한쪽의 표면에는, 제1 부재의 접속부(134)의 적어도 일부를 수용하는 삽입 구멍(142)이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 삽입 구멍(142)을 마련함으로써, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)의 위치 정렬이 용이하게 되고, 또한, 제조 과정에 있어서 제1 부재(130)와 제2 부재(140)가 위치 어긋나게 되는 것을 방지할 수 있다. 전형적으로는, 삽입 구멍(142)은 저면(142a)을 갖는 비관통 구멍이지만, 삽입 구멍(142)에 저면(142a)이 존재하고 있으면, 삽입 구멍(142)은 저면(142a)의 일부가 제2 부재(140)의 다른 쪽 표면에 관통한 관통 구멍이어도 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 제1 부재(130)의 접속부(134)의 적어도 일부와, 제2 부재(140)의 한쪽의 표면(삽입 구멍(142)의 저면(142a)을 포함함)는, 도전성 접착제(90)에 의해 접착되어 있고, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)의 통전을 실현하고 있다. 또한, 도전성 접착제(90)는, 제1 부재(130)와 제2 부재(140) 사이에 배치되어 있으면, 배치 장소는 특별히 제한되는 것은 아니다.

도전성 접착제(90)는, 도전성과 접착성을 갖고 있으면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전형적으로는, 도전재와, 열경화성 수지를 포함하고 있다. 이러한 구성이면, 도전성 접착제(90)는, 소정의 온도에서 열처리함으로써 열경화성 수지가 불가역적으로 경화되므로, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)를 접착할 수 있다. 또한, 도전재가 포함됨으로써 도전성 접착제(90)는 도전성을 가지므로, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)의 통전성을 향상시킬 수 있다.

도전성 접착제(90)에 포함되는 도전재는, 도전성이 있는 재료라면 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 금속 입자나 탄소 재료 등을 사용할 수 있다. 전형적으로는, 금속 입자 또는 탄소 재료의 어느 한쪽을 사용하는데, 양쪽을 병용해도 된다. 금속 입자로서는, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 금, 몰리브덴, 텅스텐, 백금, 팔라듐, 티타늄 등을 사용할 수 있고, 이들을 1종 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 그 중에서도, 은, 구리, 니켈, 알루미늄 및 금으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 군의 금속 입자를 사용함으로써, 보다 우수한 통전성을 실현할 수 있다. 또한, 금속 입자의 평균 입자경은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어, 0.1㎛ 내지 30㎛의 범위 내이면 된다. 이러한 평균 입자경은, 레이저 회절ㆍ산란법에 기초하여 측정할 수 있다. 탄소 재료로서는, 도전재로서 알려지는 여러가지의 카본 블랙(예를 들어, 아세틸렌 블랙, 퍼니스 블랙, 케첸 블랙), 그래파이트 분말, 카본 나노튜브 등의 카본 분말을 사용할 수 있다.

도전성 접착제(90) 전체의 체적에 있어서의 도전재의 체적률은 40% 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 높은 통전성을 실현할 수 있다. 또한, 이러한 체적률은, 대략 80% 이하로 하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 70% 이하로 할 수 있다. 이에 의해, 높은 접착 강도와 통전성을 실현할 수 있다.

도전성 접착제(90)에 포함되는 열경화성 수지로서는, 예를 들어, 페놀 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 우레탄 수지, 알키드 수지, 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 열경화성 폴리이미드, 열경화성 아크릴 수지 등을 사용할 수 있고, 1종 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 그 중에서도, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지 및 열경화성 아크릴 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 군의 열경화성 수지를 사용함으로써, 보다 적합한 접착 강도와 도전성을 실현할 수 있다.

또한, 도전성 접착제(90)로서, 예를 들어, 화연 테크 가부시키가이샤 제조의 CR-2800을 적합하게 사용할 수 있다.

여기에 개시되는 전극 단자(100)는 제1 부재(130)와 제2 부재(140)가 다른 금속 재료로 구성되어 있는 경우에도 적합하게 사용할 수 있다. 그 때문에, 전극 단자(100)에 접속되는 다른 부재를 구성하는 금속의 종류에 맞추어, 제1 부재(130) 또는 제2 부재(140)를 구성하는 금속을 적절하게 동종의 금속으로 변경할 수 있다. 이에 의해, 전극 단자(100)와, 전극 단자(100)에 접속되는 다른 부재와의 접속성을 향상시킬 수 있다. 적합한 일례로서는, 본 실시 형태와 같이 부극 외부 단자(44)에 전극 단자(100)를 사용하는 경우, 제1 부재(130)가 구리 재료로 구성되고, 또한, 제2 부재(140)가 알루미늄 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성이라면, 구리 재료로 구성된 부극 내부 단자(44a)와 제1 부재(130)의 접속과, 알루미늄 재료로 구성된 외부 부재(예를 들어 버스바 등)와 제2 부재(140)의 접속을 양자 모두 양호하게 할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「알루미늄 재료」란, 알루미늄과 당해 알루미늄을 주체로 하는 합금을 포함하는 개념이다. 여기서, 「알루미늄을 주체로 하는 합금」이란, 적어도 70% 이상이 알루미늄으로 구성된 합금을 말한다. 당해 알루미늄 재료에 포함될 수 있는 다른 원소는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 규소, 철, 구리, 망간, 마그네슘, 아연, 크롬, 티타늄, 납, 지르코늄 등을 들 수 있다. 한편, 「구리 재료」란, 구리와 당해 구리를 주체로 하는 합금을 포함하는 개념이다. 또한, 「구리를 주체로 하는 합금」이란, 적어도 50% 이상이 구리로 구성된 합금을 말한다. 당해 구리 재료에 포함될 수 있는 다른 원소는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 규소, 철, 망간, 마그네슘, 아연, 크롬, 티타늄, 납, 주석, 인, 알루미늄, 니켈, 코발트, 베릴륨, 지르코늄 등을 들 수 있다.

다음에, 여기서 개시되는 전극 단자(100)의 적합한 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태의 전극 단자(100)의 제조 방법은 하기의 방법에 한정되는 것은 아니다.

여기서 개시되는 전극 단자(100)의 제조 방법은, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)를 준비하고, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)의 접착 예정 부위에 도전성 접착제(90)를 도포하는 공정(이하, 「도포 공정」이라고도 말함)과, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)를 부착하는 공정(이하, 「조립 공정」이라고도 말함)을 포함한다. 또한, 도전성 접착제(90)에 열경화성 수지가 포함되어 있는 경우에는, 또한, 열처리에 의해 도전성 접착제(90)를 경화하는 공정(이하, 「열처리 공정」이라고도 말함)을 포함한다. 또한, 이들의 공정 외에 임의로 다른 공정을 포함할 수 있다.

먼저, 도포 공정에서는, 제1 부재(130)와, 제2 부재(140)의 접착 예정 부위에 도전성 접착제(90)를 도포한다. 이때, 제1 부재(130)(상세하게는 접속부(134)) 및 제2 부재(140) 중 어느 한쪽에만 도전성 접착제(90)를 도포해도 되고, 양쪽에 도포해도 된다.

조립 공정에서는, 제1 부재(130)의 접속부(134)를 제2 부재(140)와의 접착 예정 부위에 대고 누르면 된다.

열처리 공정에서는, 사용하는 도전성 접착제(90)에 포함되는 열경화성 수지의 종류에 맞춰서 열처리의 조건을 적절히 조정하면 되지만, 예를 들어, 100℃ 내지 150℃에서 10분 내지 120분간의 열처리를 행함으로써, 도전성 접착제(90) 중의 열경화성 수지가 경화되고, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)를 접착할 수 있다.

이상, 여기에 개시되는 기술의 일 실시 형태에 대하여 설명하였다. 또한, 상술한 실시 형태는, 여기에 개시되는 전극 단자 및 이차 전지의 일례를 나타내는 것이며, 여기서 개시되는 기술을 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 실시 형태의 일부를 후술하는 다른 실시 형태로 치환하는 것도 가능하고, 상술한 실시 형태에 다른 실시 형태를 추가하는 것도 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 필수적인 것으로 하여 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것도 가능하다. 이하, 여기서 개시되는 전극 단자의 다른 적합한 실시 형태로서, 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.

제2 실시 형태에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 부재(140)는 삽입 구멍(142)을 갖고 있고, 삽입 구멍(142)의 내주면(142b)에는 함몰부(142c)가 마련되어 있다. 함몰부(142c)에는, 제1 부재(130)의 접속부(134)의 적어도 일부가 끼워 맞춰 있다. 이러한 끼워 맞춤은, 예를 들어, 제1 부재(130)의 접속부(134)를 가압에 의해 소성 변형시키고, 함몰부(142c)에 압입시킴으로써 실현된다. 함몰부(142c)와, 함몰부(142c)에 끼워 맞춘 접속부(134)의 일부 사이에는, 불가피하게 발생하는 간극이 발생하지만, 이 실시 형태에서는, 이러한 간극에는 도전성 접착제(90)가 충전되어 있다. 이에 의해, 접합 강도 및 통전성을 향상시킬 수 있다. 이러한 간극이 도전성 접착제(90)로 메울수록 상술한 효과가 얻어지므로, 상기 간극이 모두 메워지도록 도전성 접착제(90)가 충전되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 간극에 도전성 접착제(90)가 배치되어 있으면 접합 강도 및 통전성의 향상 효과가 얻어지므로, 반드시 이러한 간극 모두에 도전성 접착제(90)가 충전되어 있지 않아도 된다.

함몰부(142c)의 형상은, 제1 부재(130)의 접속부(134)의 일부가 끼워 맞춤 할 수 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 함몰부(142c)는 제1 부재(130)의 축부(110)의 외경 방향 전체를 향하여 마련되어 있어도 되고, 이러한 외경 방향의 특정한 방향으로만 마련되어 있어도 된다.

제2 실시 형태에 따른 전극 단자의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적합한 제조 방법의 일례로서는, 상술한 도포 공정에 있어서, 제2 부재(140)의 함몰부(142c)에 도전성 접착제(90)를 충전한 후, 조립 공정에서, 제1 부재(130)의 접속부(134)를 가압함으로써 소성 변형시켜, 함몰부(142c)에 끼워맞춘다. 이에 의해, 함몰부(142c)와, 함몰부(142c)에 끼워 맞춘 접속부(134)의 일부와의 간극에 도전성 접착제(90)를 충전할 수 있다. 그 후, 필요에 따라서 상술한 열처리 공정을 실시해도 된다.

다음에, 여기서 개시되는 전극 단자의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에서는, 도전성 접착제(90)에 의한 접착에 추가하고, 이러한 접착 위치와는 다른 위치에서 제1 부재(130)와 제2 부재(140)가 금속 접합한 금속 접합부(150)가 형성되어 있다. 이에 의해, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)의 접합 강도 및 통전성이 향상된다. 금속 접합부(150)의 형성 용이성의 관점에서, 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 부재(140)의 한쪽의 표면에 삽입 구멍(142)이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 삽입 구멍(142)이 마련된 부분의 제2 부재(140)의 두께가 얇아지므로, 제1 부재(130)의 접속부(134)와, 제2 부재(140)의 삽입 구멍(142)의 저면(142a)을 보다 용이하게 금속 접합할 수 있다.

제3 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 부재(140)의 한쪽의 표면(예를 들어, 삽입 구멍(142)의 저면(142a))에는, 도전성 접착제(90)가 충전된 오목부(144)가 마련되어 있다. 이에 의해, 원하는 위치에 도전성 접착제(90)를 배치할 수 있다. 또한, 상술한 조립 공정에 있어서, 제1 부재(130)의 접속부(134)를 제2 부재(140)에 대고 압박했을 때에 도전성 접착제(90)가 제1 부재(130)와 제2 부재(140)의 경계에 누출되는 것을 방지할 수 있다. 그 때문에, 제1 부재(130)의 접속부(134)와 제2 부재(140)가 직접 금속 접합한 금속 접합부(150)의 형성 위치를 확보할 수 있다. 또한, 오목부(144)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니라, 예를 들어, 직육면체 형상, 반구 형상, 원주 형상, 삼각추 형상, 각주 형상으로 잘라 낸 형상 등일 수 있다. 또한, 오목부(144)는 1개 또는 2개 이상의 복수가 마련되어 있어도 된다. 또한, 오목부(144)는 홈 형상으로 1개 또는 2개 이상의 복수가 마련되어 있어도 된다.

또한, 제2 부재(140)의 한쪽의 표면에 있어서, 금속 접합부(150)보다도 폭 방향 X 및 깊이 방향 Y의 적어도 일방향의 외측 위치에 도전성 접착제(90)가 충전된 오목부(144)가 마련되는 것이 바람직하다. 도전성 접착제의 열전도성은 금속보다도 낮으므로, 오목부(144)보다도 외측에 버스바 등의 외부 부재가 용접될 때, 금속 접합부(150)로의 입열을 억제할 수 있고, 열에 의한 금속 접합부(150)의 열화를 억제할 수 있다. 이에 의해, 높은 접합 강도 및 높은 통전성을 보다 적합하게 보유할 수 있다. 이러한 오목부(144)의 배치예를 도 7 내지 도 9에 도시한다. 도 7 내지 도 9는 전극 단자(100)를 제1 부재(130)와 제2 부재(140)의 접속이 되어 있는 표면과는 다른 쪽의 표면 평면도이다. 각 도면 모두 도전성 접착제(90)가 충전된 오목부(144)의 위치 및 금속 접합부(150)의 위치를 편의적으로 나타내고 있고, 이러한 표면으로부터 실제로 오목부(144)를 눈으로 볼 수 있는 것을 나타내고 있는 것은 아니다. 또한, 오목부(144) 및 금속 접합부(150)의 위치를 이러한 도면의 패턴에 한정하는 것은 아니다.

도 7에 도시한 바와 같이, 금속 접합부(150)를 둘러싸도록 연속한 오목부(144)를 마련할 수 있다. 이에 의해, 오목부(144)보다도 외측에 외부 부재와의 용접부를 설치한 경우, 금속 접합부(150)로의 입열을 적합하게 억제할 수 있다. 또한, 폭 방향 X 및 깊이 방향 Y의 어느 방향에 대해서도 높은 기계적 강도를 발휘할 수 있다. 또한, 도 7에서는 금속 접합부(150)의 주위에 원환 형상이 되도록 오목부(144)가 배치되어 있지만, 예를 들어, 삼각 형상, 사각 형상, 다각 형상 등 모든 형상에 오목부(144)가 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 오목부(144)를 직선 형상의 홈이 되도록 형성하고, 금속 접합부(150)를 사이에 두도록 반대측에 또한 마찬가지의 홈을 배치해도 된다. 이러한 전극 단자의 폭 방향 X의 양단측에 외부 부재를 용접함으로써, 도전성 접착제(90)의 사용량을 삭감하고, 금속 접합부(150)로의 입열 억제 효과를 발휘한다. 이에 의해, 열에 의한 금속 접합부(150)의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 금속 접합부(150)의 주위에 소정의 간격을 두고 복수의 오목부(144)를 마련해도 된다. 이에 의해, 도전성 접착제(90)의 사용량을 삭감하고, 폭 방향 X 및 깊이 방향 Y의 어느 방향에 대해서도 높은 기계적 강도를 발휘할 수 있다.

제3 실시 형태에 따른 전극 단자의 제조 방법에서는, 상술한 도포 공정, 조립 공정 및 열처리 공정 외에, 제1 부재(130)와 제2 부재(140)를 금속 접합하는 공정(이하, 「금속 접합 공정」이라고도 말함)이 추가된다. 금속 접합 공정은, 열처리 공정 전 또는 후에 실시할 수 있지만, 열처리 공정 후에 금속 접합 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 도전성 접착제(90)에 의해 제1 부재(130)와 제2 부재(140)가 고정되어 있으므로, 금속 접합을 행할 때에 위치 어긋남이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 금속 접합 공정에서는, 공지 방법에 따라서, 예를 들어, 초음파 접합, 확산 접합, 마찰 압접, 레이저 용접, 저항 용접 등에 의해 제1 부재(130)와 제2 부재(140)를 금속 접합할 수 있다.

또한, 도포 공정에 있어서는, 제2 부재(140)에 형성된 오목부(144)에 도전성 접착제(90)를 충전하는 것이 바람직하다.

이상, 여기서 개시되는 기술의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 여기에 개시되는 기술에는 상기의 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.

예를 들어, 상술한 일 실시 형태에 있어서는, 전극 단자(100)의 제1 부재(130)와 부극 내부 단자(44a)가 전기적으로 접합하고 있었지만, 부극 내부 단자(44a)는 반드시 필요한 부재가 아니며, 제1 부재(130)와 부극(60)이 직접 접속되어 있어도 된다. 이러한 구성은, 전극 단자(100)를 정극 외부 단자(42)에 사용한 경우도 마찬가지이며, 제1 부재(130)와 정극(50)이 직접 접속되어 있어도 된다.

또한, 제2 실시 형태의 기술과 제3 실시 형태의 기술을 조합해도 된다. 예를 들어, 제2 실시 형태에 따른 전극 단자(100)가 도전성 접착제(90)가 충전된 오목부(144) 및 금속 접합부(150)의 어느 한쪽, 혹은 양쪽을 구비하고 있어도 된다.

1: 2차 전지
20: 전극체
30: 전지 케이스
32: 케이스 본체
34: 덮개
34a: 단자 삽입 관통 구멍
36: 안전 밸브
42: 정극 외부 단자
42a: 정극 내부 단자
44: 부극 외부 단자
44a: 부극 내부 단자
44b: 관통 구멍
50: 정극
52: 정극 집전체
52a: 정극 집전체 노출부
54: 정극 활물질층
60: 부극
62: 부극 집전체
62a: 부극 집전체 노출부
64: 부극 활물질층
70: 세퍼레이터
82: 가스킷
82a: 통부
82b: 기부
82c: 관통 구멍
84: 인슐레이터
84a: 관통 구멍
90: 도전성 접착제
100: 전극 단자
110: 축부
120: 헤드부
130: 제1 부재
132: 본체부
134: 접속부
134a: 플랜지부
136: 다리부
136a: 압정부
140: 제2 부재
142: 삽입 구멍
142a: 저면
142b: 내주면
142c: 함몰부
144: 오목부
150: 금속 접합부

Claims

이차 전지의 전극 단자이며,
금속제의 제1 부재와, 금속제의 판 형상의 제2 부재를 구비하고,
상기 제1 부재는, 상기 제2 부재와 접속되는 접속부를 갖고,
상기 제1 부재의 접속부는, 상기 제2 부재의 한쪽의 표면과 도전성 접착제로 접착되어 있는,
전극 단자.
제1항에 있어서,
상기 제2 부재의 한쪽의 표면은, 상기 제1 부재의 접속부의 적어도 일부가 삽입되는 삽입 구멍을 갖고,
상기 삽입 구멍의 내주면에는, 함몰부가 마련되어 있고,
상기 제1 부재의 접속부의 일부는, 상기 삽입 구멍의 함몰부에 끼워 맞춰 있고,
상기 삽입 구멍의 함몰부와, 해당 함몰부에 끼워 맞춘 상기 제1 부재의 접속부의 일부와의 간극에는, 상기 도전성 접착제가 충전되어 있는, 전극 단자.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2 부재의 한쪽의 표면에는, 상기 도전성 접착제가 충전된 오목부가 마련되어 있는, 전극 단자.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 부재의 접속부의 적어도 일부는, 상기 제2 부재의 한쪽의 표면과 금속 접합에 의해 접합되어 있는, 전극 단자.
제4항에 있어서,
상기 제2 부재의 한쪽의 표면에 있어서, 상기 금속 접합에 의해 접합된 부분보다도 외측에 상기 도전성 접착제가 충전된 오목부가 마련되어 있는, 전극 단자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 부재와 상기 제2 부재가 다른 금속으로 구성되어 있는, 전극 단자.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도전성 접착제는, 도전재 및 열경화성 수지를 포함하는, 전극 단자.
제7항에 있어서,
상기 도전재로서 금속 입자를 포함하는, 전극 단자.
제8항에 있어서,
상기 금속 입자는, 은, 구리, 니켈, 알루미늄 및 금으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인, 전극 단자.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열경화성 수지는, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지 및 열경화성 아크릴 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인, 전극 단자.
정극 및 부극을 포함하는 전극체와,
해당 전극체를 내부에 수용한 전지 케이스와,
상기 전극체에 있어서의 정극 및 부극 각각과 전기적으로 접속된 정극 단자 및 부극 단자를 구비한 이차 전지이며,
상기 정극 단자 및 상기 부극 단자의 적어도 한쪽은, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 전극 단자로 구성되어 있는, 이차 전지.