KR20230055961A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230055961A
KR20230055961A KR1020220132006A KR20220132006A KR20230055961A KR 20230055961 A KR20230055961 A KR 20230055961A KR 1020220132006 A KR1020220132006 A KR 1020220132006A KR 20220132006 A KR20220132006 A KR 20220132006A KR 20230055961 A KR20230055961 A KR 20230055961A
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electrode collector
tab
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KR1020220132006A
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다카후미 츠지구치
히로시 다카바야시
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프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

집전 단자에 접합된 집전 탭을, 전지 케이스 내에 보다 좋은 상태로 수납하는 기술을 제공한다.
여기서 개시되는 이차 전지는, 전극체와, 상기 전극체를 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스에 설치된 집전 단자를 갖는다. 상기 전극체는, 복수의 집전 탭을 갖고 있다. 상기 복수의 집전 탭은, 겹쳐진 상태로 묶인 부위와, 상기 집전 단자에 접합된 부위를 갖고 있다.

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}
본 개시는 이차 전지에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2020-177930호 공보에는, 탭을 구비하는 전극체와, 전극체를 구비하는 외장체와, 외장체를 밀봉하고, 단자를 구비하는 밀봉판을 구비하는 이차 전지가 개시되어 있다. 여기서 개시된 이차 전지에서는, 전극체로부터 돌출된 전극 탭이, 외장체에 설치된 동극의 집전 단자에 접합되어 있다. 이 접합을 통하여, 전극 탭은, 전지 케이스의 외부에 배치된 전극 단자와 전기적으로 접속되어 있다.
일본 특허 공개 제2020-177930호 공보
그런데, 집전 단자에 접합된 집전 탭을 전지 케이스 내에 수용하는 경우, 전지 케이스 내에서, 예를 들어 집전 탭에 큰 부하가 걸리는 벤딩이 최대한 발생되지 않는, 보다 좋은 상태로 수납하는 것이 바람직하다.
여기서 개시되는 이차 전지는, 전극체와, 상기 전극체를 수용하는 전지 케이스와, 상기 전지 케이스에 설치된 집전 단자를 갖는다. 상기 전극체는, 복수의 집전 탭을 갖고 있다. 상기 복수의 집전 탭은, 겹쳐진 상태로 묶인 부위와, 상기 집전 단자에 접합된 부위를 갖고 있다.
이러한 구성의 이차 전지에서는, 집전 탭이 집전 단자에 접합된 부위와는 다른 위치에서, 복수의 집전 탭이 겹쳐진 상태로 묶여 있고, 전지 케이스의 내부에 있어서, 각 집전 탭의 벤딩이 억제되어 있다. 또한, 복수의 집전 탭이 일정한 형상을 유지한 상태로, 전극체를 전지 케이스에 수용할 수 있다. 그 때문에, 상기 벤딩에 기인하는 집전 탭의 손상을 억제할 수 있다.
여기서 개시되는 이차 전지의 바람직한 일 양태에서는, 상기 복수의 집전 탭은, 상기 전극체로부터 연장되어 있고, 상기 복수의 집전 탭이 상기 전극체로부터 연장된 방향에 있어서, 상기 묶인 부위는, 상기 접합된 부위보다 상기 전극체측에 마련되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 보다 잘 집전 탭의 벤딩을 억제하고, 일정한 형상을 유지한 상태로 전지 케이스에 수용할 수 있다.
여기서 개시되는 이차 전지의 바람직한 일 양태에서는, 상기 묶인 부위에서는, 고상 접합에 의해, 또는 접착제층을 개재시켜, 각 집전 탭이 서로 접합되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 고상 접합에 의해 각 집전 탭을 접합함으로써, 상기 효과에 추가하여, 보다 용이하게 복수의 집전 탭을 묶을 수 있다. 또한, 이차 전지의 저항을 저감할 수 있다. 접착층을 개재시켜 각 집전 탭을 접착함으로써, 집전 탭에 대한 손상을 저감할 수 있고, 보다 잘 상기 벤딩 억제 효과를 실현할 수 있다.
여기서 개시되는 이차 전지의 바람직한 일 양태에서는, 상기 묶인 부위에서는, 상기 복수의 집전 탭이 고정 부재에 의해 서로 고정되어 있다. 고정 부재에 의해 복수의 집전 탭을 고정함으로써, 상기 벤딩 억제 효과를 실현할 수 있다.
도 1은, 이차 전지(100)의 부분 단면도이다.
도 2는, 도 1의 II-II 단면도이다.
도 3은, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 묶인 상태를 도시하는 평면도이다.
도 4는, 복수의 부극 집전 탭(22t)을 묶는 1 수단을 설명하는 모식도이다.
도 5는, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 고정 부재(2)에 의해 고정된 상태를 도시하는 평면도이다.
도 6은, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 고정 부재(3)에 의해 고정된 상태를 도시하는 평면도이다.
이하, 여기서 개시되는 이차 전지의 일 실시 형태를 설명한다. 여기서 설명되는 실시 형태는, 당연히 특히 본 발명을 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 여기서 개시되는 기술은, 특별히 언급되지 않는 한, 여기서 설명되는 실시 형태에 한정되지는 않는다. 각 도면은 모식적으로 그려져 있으며, 반드시 실물을 반영하고 있지는 않다. 또한, 동일한 작용을 발휘하는 부재ㆍ부위에는, 적절하게 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 수치 범위를 나타내는 「A 내지 B」 등의 표기는, 특별히 언급되지 않는 한 「A 이상 B 이하」를 의미함과 함께, 「A를 상회하며, 또한 B를 하회한다」를 포함한다.
본 명세서에 있어서 「이차 전지」란, 전해질을 통하여 한 쌍의 전극(정극과 부극) 사이에서 전하 담체가 이동함으로써 충방전 반응이 생기는 축전 디바이스 일반을 말한다. 이러한 이차 전지는, 리튬 이온 이차 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 소위 축전지 외에, 전기 이중층 커패시터 등의 커패시터 등도 포함한다. 이하에서는, 상술한 이차 전지 중, 리튬 이온 이차 전지를 대상으로 한 경우의 실시 형태에 대하여 설명한다.
<<제1 실시 형태>>
<이차 전지(100)>
도 1은, 이차 전지(100)의 부분 단면도이다. 도 1에서는, 대략 직육면체의 전지 케이스(10)의 편측의 광폭면을 따라, 내부를 노출시킨 상태가 그려져 있다. 도 2는, 도 1의 II-II 단면도이다. 도 2에서는, 대략 직육면체의 전지 케이스(10)의 협폭면으로부터 부극 집전 단자(43)로의 부극 집전 탭(22t)의 접합을 본 부분 단면도가 모식적으로 그려져 있다. 도 1, 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이차 전지(100)는 전지 케이스(10)와 전극체(20)를 갖고 있다.
<전지 케이스(10)>
전지 케이스(10)는, 도 1, 2에 도시되어 있는 바와 같이, 케이스 본체(12)와 덮개(14)를 갖고 있다. 이 실시 형태에서는, 케이스 본체(12) 및 덮개(14)는, 경량화와 소요의 강성을 확보한다는 관점에서, 각각 알루미늄 또는 알루미늄을 주체로 하는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
-케이스 본체(12)-
케이스 본체(12)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 전극체(20)를 수용하고 있고, 전극체(20)를 수용하기 위한 개구(12h)를 갖고 있다. 케이스 본체(12)는, 일측면이 개구된 대략 직육면체의 각형 형상을 갖고 있다. 케이스 본체(12)는, 도 1, 2에 도시되어 있는 바와 같이, 대략 직사각형의 바닥면(12a)과, 한 쌍의 광폭면(12b)과, 한 쌍의 협폭면(12c)을 갖고 있다. 한 쌍의 광폭면(12b)은, 각각 바닥면(12a) 중 긴 변으로부터 세워져 있다. 한 쌍의 협폭면(12c)은, 각각 바닥면(12a) 중 짧은 변으로부터 세워져 있다. 개구(12h)는, 한 쌍의 광폭면(12b)의 긴 변과 한 쌍의 협폭면(12c)의 짧은 변으로 둘러싸여 형성되어 있다.
또한 케이스 본체(12)는, 전극체(20)와 함께, 도시하지 않은 전해액을 수용하고 있어도 된다. 전해액으로서는, 비수계 용매에 지지염을 용해시킨 비수전해액을 사용할 수 있다. 비수계 용매의 일례로서, 에틸렌카르보네이트, 디메틸카르보네이트, 에틸메틸카르보네이트 등의 카르보네이트계 용매를 들 수 있다. 지지염의 일례로서, LiPF6 등의 불소 함유 리튬염을 들 수 있다.
-덮개(14)-
덮개(14)는, 케이스 본체(12)의 개구(12h)에 설치되어 있다. 그리고, 덮개(14)의 주연부가, 케이스 본체(12)의 개구(12h)의 에지에 접합된다. 이러한 접합은, 예를 들어 간극이 없는 연속된 용접에 의하면 된다. 이러한 용접은, 예를 들어 레이저 용접에 의해 실현될 수 있다. 케이스 본체(12) 및 덮개(14)는, 전극체의 수용수(1개 또는 복수. 도 2에 도시된 실시 형태에서는 2개), 사이즈 등에 따른 크기를 갖고 있다. 덮개(14)에는, 주액 구멍(15)과 가스 배출 밸브(17)가 마련되어 있다. 주액 구멍(15)은, 케이스 본체(12)에 덮개(14)를 접합한 후에 전해액을 주액하기 위한 것이다. 주액 구멍(15)은, 밀봉 부재(16)에 의해 밀봉되어 있다. 가스 배출 밸브(17)는, 이차 전지(100)의 내압이 소정값 이상으로 되었을 때 파단되어, 이차 전지(100) 내의 가스를 외부로 배출하도록 구성된 박육부이다.
이 실시 형태에서는, 덮개(14)에는 정극 단자(30)와 부극 단자(40)가 설치되어 있다. 정극 단자(30)는, 정극 외부 단자(31)와, 접속 부재(32)와, 정극 집전 단자(33)를 구비하고 있다. 부극 단자(40)는, 부극 외부 단자(41)와, 접속 부재(42)와, 부극 집전 단자(43)를 구비하고 있다. 정극 외부 단자(31) 및 부극 외부 단자(41)는, 각각 외부 절연 부재(50)를 개재시켜 덮개(14)의 외측에 설치되어 있다. 접속 부재(32) 및 정극 집전 단자(33)와, 접속 부재(42) 및 부극 집전 단자(43)는, 각 극측에 마련된 내부 절연 부재(60)를 개재시켜 덮개(14)의 내측에 설치되어 있다. 접속 부재(32) 및 정극 집전 단자(33)와, 접속 부재(42) 및 부극 집전 단자(43)는, 덮개(14)의 내표면을 따라 배치되어 있다. 정극 집전 단자(33)는, 정극 집전 탭(21t)을 통하여 전극체(20)의 정극(상세하게는 정극 시트(21))에 접속되어 있다. 부극 집전 단자(43)는, 부극 집전 탭(22t)을 통하여 전극체(20)의 부극(상세하게는 부극 시트(22))에 접속되어 있다.
전극체(20)의 정극 집전 탭(21t)과, 부극 집전 탭(22t)은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(14)의 길이 방향의 양측부에 각각 설치된 정극 집전 단자(33) 및 부극 집전 단자(43)에 각각 설치되어 있다. 전극체(20)는, 이와 같이 집전 탭을 통하여 덮개(14)에 설치된 상태로, 케이스 본체(12)에 수용되어 있다. 도 1, 2에 도시되는 바와 같이, 전극체(20)는, 광폭 직사각형면(20a)이 케이스 본체(12)의 광폭면(12b)에 대향하도록, 케이스 본체(12)에 수용되어 있다. 또한, 집전 단자와 집전 탭의 접속에 관해서는, 나중에 더 설명한다.
이하, 부극측을 예로 들어, 이차 전지(100)에 있어서의 단자 구조, 및 전극체(20)와 덮개(14)의 접속을 상세하게 설명한다. 덮개(14)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 부극 외부 단자(41)를 설치하기 위한 설치 구멍(19)을 갖고 있다. 설치 구멍(19)은, 덮개(14)의 미리 정해진 위치에 있어서 덮개(14)를 관통하고 있다. 덮개(14)의 설치 구멍(19)에는, 외부 절연 부재(50)를 개재시켜, 부극 외부 단자(41)가 설치되어 있다.
<부극 외부 단자(41)>
여기서, 부극의 외부 단자(41)는, 헤드부(41a)와, 축부(41b)를 구비하고 있다. 헤드부(41a)는, 덮개(14)의 외측에 배치되는 부위이다. 헤드부(41a)는, 설치 구멍(19)보다 큰 대략 평판상의 부위이다. 축부(41b)는, 외부 절연 부재(50)를 개재시켜 설치 구멍(19)에 장착되는 부위이다. 축부(41b)는, 헤드부(41a)의 대략 중앙부로부터 하방(도 1에서는 케이스 본체(12)의 내측)으로 돌출되어 있다. 축부(41b)의 선단은, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(14)의 내부에 있어서, 접속 부재(42)에 코킹되는 부위이다. 축부(41b)의 선단은, 덮개(14)의 설치 구멍(19) 및 접속 부재(42)의 관통 구멍(42a)에 삽입 관통된 상태로 구부러져, 접속 부재(42)에 코킹되어 있다.
<외부 절연 부재(50)>
외부 절연 부재(50)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(14)의 설치 구멍(19)의 내측면, 및 덮개(14)의 외측 표면에 설치되는 부재이다. 이 실시 형태에서는, 외부 절연 부재(50)는, 베이스부(50a)와, 통부(50b)와, 측벽(50c)을 구비하고 있다. 베이스부(50a)는, 덮개(14)의 설치 구멍(19) 주위의 외표면에 장착되는 부위이다. 베이스부(50a)는, 해당 외표면에 맞춘 면(이 실시 형태에서는, 대략 평탄한 면)을 갖는다. 통부(50b)는, 베이스부(50a)의 바닥면으로부터 돌출되어 있다. 통부(50b)는, 덮개(14)의 설치 구멍(19)에 장착되도록 해당 설치 구멍의 내측면을 따른 외형을 갖고 있다. 통부(50b)의 내측면은, 부극 외부 단자(41)의 축부(41b)가 장착되는 장착 구멍으로 된다. 측벽(50c)은, 베이스부(50a)의 주연으로부터 상방으로 세워져 있다. 부극 외부 단자(41)의 헤드부(41a)는, 외부 절연 부재(50)의 측벽(50c)으로 둘러싸인 부위에 장착되어 있다.
외부 절연 부재(50)는, 덮개(14)와 부극 외부 단자(41)의 사이에 배치되어, 이것들의 절연을 확보하고 있다. 또한, 외부 절연 부재(50)는, 덮개(14)의 설치 구멍(19)의 기밀성을 확보하고 있다. 이러한 관점에서, 내약품성이나 내후성이 우수한 재료가 사용되면 좋다. 이 실시 형태에서는, 외부 절연 부재(50)에는 PFA가 사용되고 있다. PFA는 사불화에틸렌과 퍼플루오로알콕시에틸렌의 공중합체(Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkylvinylether Copolymer)이다. 또한, 외부 절연 부재(50)에 사용되는 재료는 PFA에 한정되지는 않는다.
<내부 절연 부재(60)>
내부 절연 부재(60)는, 덮개(14)의 설치 구멍(19)의 주위에 있어서, 덮개(14)의 내측에 장착되는 부재이다. 내부 절연 부재(60)는, 평탄부(60a)와, 구멍(60b)과, 측벽(60c)을 구비하고 있다. 평탄부(60a)는, 덮개(14)의 내표면을 따라 배치되는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 평탄부(60a)는 대략 평판상의 부위이다. 평탄부(60a)는, 덮개(14)의 내표면을 따라 배치되며, 케이스 본체(12)에 수용되도록, 덮개(14)로부터 비어져 나오지 않을 정도의 크기를 갖고 있다. 구멍(60b)은, 설치 구멍(19)에 대응하여 마련된 구멍이다. 이 실시 형태에서는, 구멍(60b)은, 평탄부(60a)의 대략 중앙부에 마련되어 있다. 측벽(60c)은, 평탄부(60a)의 주연부로부터 하방으로 세워져 있다. 평탄부(60a)에는, 접속 부재(42)와 부극 집전 단자(43)가 수용되는 내부 절연 부재(60)는, 케이스 본체(12)의 내부에 배치되기 때문에, 소요의 내약품성을 구비하고 있으면 된다. 이 실시 형태에서는, 내부 절연 부재(60)에는 PPS가 사용되고 있다. PPS는 폴리페닐렌술피드 수지(Poly Phenylene Sulfide Resin)이다. 또한, 내부 절연 부재(60)에 사용되는 재료는 PPS에 한정되지는 않는다.
<접속 부재(42)>
접속 부재(42)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 대략 평판상이며, 관통 구멍(42a)과, 돌기(42b)를 구비하고 있다. 접속 부재(42)는, 내부 절연 부재(60)의 평탄부(60a)에 장착되는 부재이며, 부극 외부 단자(41)와 부극 집전 단자(43)를 접속하고 있다. 관통 구멍(42a)에는, 부극 외부 단자(41)의 축부(41b)가 삽입 관통되어 있다. 관통 구멍(42a)의 주위에는 축부(41b)가 코킹되어 있다. 돌기(42b)는, 부극 집전 단자(43)의 제1 플레이트부(43a)에 마련된 관통 구멍(43a1)(도 3 참조)에 끼워맞춤되는 부위이다. 돌기(42b)의 형상은, 관통 구멍(43a1)에 끼워맞춤될 수 있는 형상이다. 이 실시 형태에서는, 덮개(14)의 내표면측에서 본 돌기(42b)의 평면 형상은 타원형이다. 접속 부재(42)는, 예를 들어 구리 또는 구리 합금으로 형성되어 있다.
<부극 집전 단자(43)>
부극 집전 단자(43)는, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 내부 절연 부재(60)를 개재시켜, 덮개(14)에 설치되어 있다. 부극 집전 단자(43)는, 제1 플레이트부(43a)와, 제2 플레이트부(43b)와, 단차부(43c)를 구비하고 있다. 제1 플레이트부(43a)는, 접속 부재(42)의 표면을 따라 배치되는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 제1 플레이트부(43a)는 대략 평판상의 부위이다. 제1 플레이트부(43a)는 관통 구멍(43a1)을 갖고 있다. 관통 구멍(43a1)에는 접속 부재(42)의 돌기(42b)가 끼워맞춤된다. 관통 구멍(43a1)은, 돌기(42b)가 끼워맞춤될 수 있는 형상으로 형성되어 있다. 제2 플레이트부(43b)는, 내부 절연 부재(60)의 평탄부(60a)에 배치되는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 제2 플레이트부(43b)는 대략 평판상의 부위이다. 제2 플레이트부(43b)에는 부극 집전 탭(22t)이 접합된다. 단차부(43c)는, 제1 플레이트부(43a)의 하나의 단부로부터 제2 플레이트부(43b)의 하나의 단부를 향하여 세워져, 양쪽 플레이트부를 연결하는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 단차부(43c)는 접속 부재(42)의 측벽을 따라 배치되어 있다. 부극 집전 단자(43)는, 예를 들어 구리 또는 구리 합금으로 형성되어 있다.
<전극체(20)>
전극체(20)는, 이차 전지(100)의 발전 요소이며, 정극과 부극, 및 해당 정극과 해당 부극을 이격하는 세퍼레이터를 구비하고 있다. 또한, 전극체(20)는, 외부와 전기적으로 접속되는 집전 탭을 갖고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 이차 전지(100)는, 인접하여 배치되는 2개의 전극체(20)를 구비하고 있다. 이러한 인접하는 2개의 전극체(20)는, 도 1, 2에 도시되어 있는 바와 같이, 절연 필름(29)에 덮인 상태로, 케이스 본체(12)에 수용되어 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 전극체(20)는, 정극 요소로서의 정극 시트(21)와, 부극 요소로서의 부극 시트(22)와, 세퍼레이터로서의 세퍼레이터 시트(23)를 구비하고 있다. 정극 시트(21) 및 부극 시트(22)는, 세퍼레이터 시트(23)를 개재시켜 적층된 적층 구조를 구비하고 있다. 여기서는, 전극체(20)는, 미리 정해진 형상으로 형성된 정극 시트(21)와 부극 시트(22)가 세퍼레이터 시트(23)를 개재시켜 겹쳐진, 소위 적층형 전극체가 예시되어 있다.
-정극 시트(21)-
정극 시트(21)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 대략 직사각 형상의 정극 집전박(21a)과, 정극 집전박(21a)에 형성된 정극 활물질층(21b)을 구비하고 있다. 정극 활물질층(21b)은, 정극 집전박(21a)의 양측면에 각각 형성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 정극 활물질층(21b)의 형성 영역은 직사각 형상이다. 정극 시트(21)는, 이러한 정극 활물질층(21b)의 형성 영역의 하나의 변으로부터 돌출되는 정극 집전 탭(21t)을 갖고 있다(도 3 참조). 정극 집전 탭(21t)은 정극 집전박(21a)의 일부이며, 표면에 정극 활물질층(21b)이 형성되지 않는 활물질층 미형성부이다. 이 실시 형태에서는, 정극 활물질층(21b)과 정극 집전 탭(21t)의 경계에 정극 보호층(21p)이 형성되어 있다(도 3 참조). 정극 보호층(21p)은, 여기서는 정극 집전 탭(21t)의 돌출 방향에 있어서의 정극 활물질층(21b)의 단부에 형성되어 있고, 정극 집전 탭(21t)과 인접해 있다. 또한, 정극 보호층(21p)의 형성은 필수는 아니다.
정극 집전박(21a)에는, 예를 들어 알루미늄박이 사용될 수 있다. 정극 활물질층(21b)은, 정극 활물질을 포함하는 층이다. 정극 활물질은, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지에서는, 리튬 전이 금속 복합 재료와 같이, 충전 시에 리튬 이온을 방출하고, 방전 시에 리튬 이온을 흡수할 수 있는 재료이다. 정극 활물질은, 일반적으로 리튬 전이 금속 복합 재료 이외에도 여러 가지가 제안되어 있으며, 특별히 한정되지는 않는다. 정극 보호층(21p)은, 예를 들어 알루미나 등의 무기 필러를 포함하는 층이다.
-부극 시트(22)-
부극 시트(22)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 대략 직사각 형상의 부극 집전박(22a)과, 부극 집전박(22a)에 형성된 부극 활물질층(22b)을 구비하고 있다. 부극 활물질층(22b)은, 부극 집전박(22a)의 양측면에 각각 형성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 부극 활물질층(22b)의 형성 영역은 직사각 형상이다. 부극 시트(22)는, 이러한 부극 활물질층(22b)의 형성 영역의 하나의 변으로부터 돌출되는 부극 집전 탭(22t)을 갖고 있다(도 3 참조). 부극 집전 탭(22t)은 부극 집전박(22a)의 일부이며, 표면에 부극 활물질층(22b)이 형성되지 않는 활물질층 미형성부이다.
부극 집전박(22a)에는, 예를 들어 동박이 사용될 수 있다. 부극 활물질층(22b)은, 부극 활물질을 포함하는 층이다. 부극 활물질은, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지에서는, 천연 흑연과 같이, 충전 시에 리튬 이온을 흡장하고, 충전 시에 흡장한 리튬 이온을 방전 시에 방출할 수 있는 재료이다. 부극 활물질은, 일반적으로 천연 흑연 이외에도 여러 가지가 제안되어 있으며, 특별히 한정되지는 않는다.
-세퍼레이터 시트(23)-
세퍼레이터 시트(23)는, 이 실시 형태에서는 대략 직사각 형상이며, 부극 활물질층(22b)을 덮을 수 있도록, 부극 활물질층(22b)보다 한층 크게 형성되어 있다. 세퍼레이터 시트(23)에는, 예를 들어 소요의 내열성을 갖는 전해질이 통과할 수 있는 다공질의 수지 시트가 사용된다. 세퍼레이터 시트(23)에 대해서도 여러 가지가 제안되어 있으며, 특별히 한정되지는 않는다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 바닥면(12a)의 긴 변 방향에 있어서의 부극 활물질층(22b)의 폭 W2는, 동일 방향에 있어서의 정극 활물질층(21b)의 폭 W1보다 넓다. 바닥면(12a)의 긴 변 방향에 있어서의 세퍼레이터 시트(23)의 폭 W3은, 부극 활물질층(22b)의 폭 W2보다 넓다. 정극 집전 탭(21t) 및 부극 집전 탭(22t)은, 세퍼레이터 시트(23)로부터 비어져 나오도록, 소요의 길이를 구비하고 있다(도 3 참조). 정극 시트(21)와 부극 시트(22)와 세퍼레이터 시트(23)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 세퍼레이터 시트(23)를 개재시킨 상태로 부극 활물질층(22b)이 정극 활물질층(21b)을 덮으며, 또한 정극 집전 탭(21t) 및 부극 집전 탭(22t)이, 각각 세퍼레이터 시트(23)로부터 비어져 나오도록 겹쳐진다. 이 실시 형태에서는, 정극 시트(21)와 부극 시트(22)가 세퍼레이터 시트(23)를 개재시켜 겹쳐져 형성된 직사각형의 영역에서는, 정극 시트(21)의 양면에 정극 활물질층(21b)이 형성되어 있고, 부극 시트(22)의 양면에 부극 활물질층(22b)이 형성되어 있다. 또한, 상기 직사각형의 영역의 하나의 단부에서는, 복수의 정극 집전 탭(21t)이 중첩된 상태로 돌출되어 있다. 또한, 상기 하나의 단부에서는, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 중첩된 상태로 돌출되어 있다.
전극체(20)는, 도 1, 3에 도시되어 있는 바와 같이, 정극 집전 탭(21t) 및 부극 집전 탭(22t)을 제외한 전극체 본체부가, 한 쌍의 광폭 직사각형면(20a)을 갖는 편평한 직육면체 형상이다. 이 실시 형태에서는, 각 전극 시트 및 세퍼레이터 시트(23)의 적층 방향 Z의 단부면이 광폭 직사각형면(20a)을 구성하고 있다. 상기 전극체 본체부에 있어서의, 한 쌍의 광폭 직사각형면(20a)을 제외한 4개의 측면은, 정극 시트(21), 부극 시트(22) 및 세퍼레이터 시트(23)의 적층면이다.
도 1, 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 실시 형태에서는 전극체(20)로부터 돌출된 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 겹쳐진 상태로 부극 집전 단자(43)의 제2 플레이트부(43b)에 접합되어 있다.
도 3은, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 묶인 상태를 도시하는 평면도이다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 정극 집전 단자(33)와 부극 집전 단자(43)는, 각각 간격을 두고, 집전 탭을 접합하는 접합면을 위로 향하여 나열되어 있다. 이 실시 형태에서는, 정극 집전 단자(33)와 부극 집전 단자(43)는, 덮개(14)에 설치한 후에, 제2 플레이트부(33b)와 제2 플레이트부(43b)가 덮개(14)에 마련된 가스 배출 밸브(17)측으로 되도록 배치된다(도 1 참조). 2개의 전극체(20)는, 정극 집전 단자(33) 및 부극 집전 단자(43)에 대하여, 정극 집전 탭(21t)과 부극 집전 탭(22t)을 향하여 대칭으로 배치되어 있다. 그리고, 정극 집전 탭(21t)과 부극 집전 탭(22t)은, 정극 집전 단자(33) 및 부극 집전 단자(43)에 겹쳐져 접합되어 있다.
이하, 여기서는 부극 집전 탭(22t)과 부극 집전 단자(43)의 접합을 설명한다. 이 실시 형태에서는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 부극 집전 단자(43)에 대하여 대칭으로 배치된 2개의 전극체(20)로부터 각각 연장된 부극 집전 탭(22t)의 선단이 마주 보게 되도록, 제2 플레이트부(43b)에 있어서의 상기 접합면에 배치되어 있다. 부극 집전 탭(22t)의 적어도 일부가, 제2 플레이트부(43b)에 접합되어, 접합부(90)가 형성되어 있다. 그리고, 부극 집전 단자(43)에 2개의 부극 집전 탭(22t)이 접합된 후, 부극 집전 탭(22t)이 접합된 상태의 부극 집전 단자(43)가 덮개(14)에 설치된다. 덮개(14)에 부극 집전 단자(43)가 설치된 후, 전극체(20)의 광폭 직사각형면(20a)끼리 겹쳐져, 케이스 본체(12)에 수용된다(도 2 참조). 또한, 부극 집전 탭(22t)을 부극 집전 단자(43)의 제2 플레이트부(43b)에 접합하는 수단은, 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 초음파 접합, 저항 용접, 레이저 용접 등의 종래 공지된 접합 수단이다.
그런데, 복수의 집전 탭을 겹쳐, 집전 단자에 접합하여 전극체를 전지 케이스에 수용할 때, 집전 탭이 구부러지는 경우가 있다. 본 발명자들은, 이러한 집전 탭의 벤딩을 억제하고, 집전 탭이 일정한 형상을 유지한 상태로, 전극체를 전지 케이스에 수용하고 싶다고 생각하고 있다. 본 발명자들은, 이에 의해 집전 탭의 벤딩에 기인하는 집전 탭의 손상(예를 들어, 벤딩 부분의 찢어짐, 다른 집전 탭이나 전극체로의 꽂힘 등)을 억제할 수 있다고 생각하고 있다.
-부극 집전 탭(22t)-
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 부극 집전 탭(22t)은 띠상이며, 전극체(20)로부터 부극 집전 단자(43)의 제2 플레이트부(43b)를 향하여 연장되어 있다. 동일 도면 중, 부극 집전 탭(22t)이 전극체(20)로부터 연장된 방향을 화살표 P로 나타내고 있고, 이하 「연신 방향 P」라고도 칭한다. 연신 방향 P는, 예를 들어 부극 집전 탭(22t)의 기단(B)의 폭 방향 Q의 중심(R)과, 부극 집전 탭(22t)의 선단의 폭 방향의 중심(S)을 연결한 선(La)으로 규정될 수 있다. 여기서, 부극 집전 탭(22t)의 기단(B)은, 부극 집전 단자(43)와 전극체(20)의 외연의 경계를 말한다. 전극체(20)의 외연은, 예를 들어 전극체(20)의 광폭 직사각형면(20a)의 주연이다.
이 실시 형태에서는, 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 겹쳐진 상태로 묶인 부위(T1)를 갖고 있다. 본 명세서에 있어서, 「복수의 부극 집전 탭(22t)을 묶는다」란, 예를 들어 복수의 부극 집전 탭(22t)만을 일체화하는 것, 및 후술하는 고정 부재(2) 또는 고정 부재(3)를 사용하여 복수의 부극 집전 탭(22t)을 일체화하는 것을 말한다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 연신 방향 P에 있어서, 묶인 부위(T1)는 접합부(90)보다 전극체(20)측에 마련되어 있다. 점(R)과 점(S)을 연결한 선분(RS)의 길이를 Lt라고 하였을 때, 묶인 부위(T1)는, 예를 들어 접합부(90)보다 전극체(20)측으로서, 기단(B)으로부터 1/4Lt 내지 3/4Lt 떨어진 위치에 마련되면 좋다.
도 4는, 복수의 부극 집전 탭(22t)을 묶는 1 수단을 설명하는 모식도이다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 예를 들어 고상 접합에 의해 묶일 수 있다. 이 실시 형태에서는, 묶인 부위(T1)는 고상 접합에 의해 형성되어 있다. 이러한 고상 접합으로서는, 예를 들어 초음파 접합을 들 수 있다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 전극체(20)로부터 연장된 복수의 부극 집전 탭(22t)에, 이것들이 겹쳐진 상태로 초음파 접합 장치의 혼(H) 및 앤빌(A) 사이에 끼워 넣는다. 그리고, 복수의 부극 집전 탭(22t)을, 이것들을 겹친 방향으로 가압하면서 초음파 에너지를 부여한다. 이에 의해, 복수의 부극 집전 탭(22t)을 묶을 수 있다. 또한, 상기 고상 접합은, 복수의 부극 집전 탭(22t)을, 상기 겹친 방향으로부터 한 쌍의 프로브 사이에 끼워 넣고, 가압하면서 가열함으로써도 실현할 수 있다. 고상 접합의 여러 조건은, 특별히 한정되지는 않으며, 적절하게 설정된다.
혹은, 복수의 부극 집전 탭(22t)은 접착제층을 개재시켜 묶일 수 있다. 이때, 묶인 부위(T1)는 접착제층의 형성에 의해 마련된다. 예를 들어, 우선, 각 부극 집전 탭(22t)에 있어서의 소정의 부위에 접착제를 도포한다. 다음에, 부극 집전 탭(22t)을 중첩한다. 다음에, 부극 집전 탭(22t)을 겹친 방향으로 압력을 부여한다. 이에 의해, 복수의 부극 집전 탭(22t)을 묶을 수 있다. 상기 압력의 부여에 있어서, 필요에 따라 가열해도 된다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 접착제로서는, 예를 들어 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 바람직하게 사용할 수 있다.
특별히 한정되는 것은 아니지만, 부극 집전 탭(22t)의 폭을 Wt라고 하였을 때, 접착제층의 형성 폭은, 예를 들어 1/4Wt 내지 Wt로 할 수 있다. 여기서, 「부극 집전 탭(22t)의 폭」이란, 예를 들어 기단(B)에 있어서의, 부극 집전 탭(22t)의 폭 방향 Q의 길이를 말한다.
그리고, 이 실시 형태에서는, 덮개(14)에 설치된 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 만곡된 상태로 케이스 본체(12)에 수용된다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 전지 케이스(10)의 협폭면측에서 본 복수의 부극 집전 탭(22t)의 단면 형상은 S자 형상이다. 예를 들어, 부극 집전 탭(22t)은, 묶인 부위(T1)가 덮개(14)측의 만곡부 또는 해당 만곡부 근방에 배치되도록 전지 케이스(10)에 수용되면 된다.
상술한 바와 같이, 이차 전지(100)는, 전극체(20)와, 전극체(20)를 수용하는 전지 케이스(10)와, 전지 케이스(10)에 설치된 부극 집전 단자(43)를 갖고 있다. 전극체(20)는, 복수의 부극 집전 탭(22t)을 갖고 있다. 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 겹쳐진 상태로 묶인 부위(T1)와, 부극 집전 단자(43)에 접합된 부위(접합부(90))를 갖고 있다. 환언하면, 이차 전지(100)에서는, 접합부(90)와는 다른 위치에서, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 겹쳐진 상태로 묶여 있다. 이 때문에, 전지 케이스(10)의 내부에 있어서, 각 부극 집전 탭(22t)의 벤딩을 억제할 수 있다. 또한, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 일정한 형상(예를 들어, 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 S자 형상)을 유지한 상태로, 전극체(20)를 전지 케이스(10)에 수용할 수 있다. 벤딩에 기인하는 부극 집전 탭(22t)의 손상을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 전극체(20)로부터 연장되어 있고, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 전극체(20)로부터 연장된 방향(연신 방향 P)에 있어서, 묶인 부위(T1)는, 접합된 부위(접합부(90))보다 전극체(20)측에 마련되어 있다. 복수의 부극 집전 탭(22t)을 접합부(90)보다 전극체(20)측에서 묶음으로써, 보다 잘 부극 집전 탭(22t)의 벤딩을 억제하고, 일정한 형상을 유지한 상태로 전지 케이스(10)에 수용할 수 있다.
또한, 이 실시 형태에서는, 묶인 부위(T1)에서는, 고상 접합에 의해, 또는 접착제층을 개재시켜, 각 부극 집전 탭(22t)이 서로 접합되어 있다. 각 부극 집전 탭(22t)을 고상 접합함으로써, 각 부극 집전 탭(22t)을 묶기 위한 다른 부재(예를 들어, 후술하는 고정 부재)나 재료의 사용을 생략할 수 있다. 또한, 각 부극 집전 탭(22t)을 직접 접합할 수 있기 때문에, 저항을 저감할 수 있다. 한편, 접착제층을 개재시켜 각 부극 집전 탭(22t)을 접합(접착)함으로써, 부극 집전 탭(22t)에 대한 손상을 저감하고, 보다 잘 벤딩을 억제할 수 있다.
이상, 이차 전지(100)의 단자 근방 구조 및 집전 탭에 관하여, 부극측을 예로 들어 설명하였다. 이차 전지(100)의 단자 근방 구조에 관하여, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 정극측에서는, 접속 부재(32)와 정극 집전 단자(33)의 제1 플레이트부(33a)의 사이에는, 퓨즈 부재(70)가 배치되어 있다. 정극 외부 단자(31)와 전극체(20)의 사이에는, 평판상의 단자 보호 부재(80)가 배치되어 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 정극측에 배치된 내부 절연 부재(60)의 평탄부(60a)에는, 케이스 본체(12)의 내측을 향하여 돌출되는 통 형상 개구(60a1)가 마련되어 있다. 통 형상 개구(60a1)는, 주액 구멍(15)의 바로 밑에 배치되어 있다. 도 1, 3에 도시되어 있는 바와 같이, 정극 집전 단자(33)의 제1 플레이트부(33a)에는, 접속 부재(32)의 돌기(32a)를 장착하는 관통 구멍(33a1)과, 퓨즈 부재(70)에 마련된 돌기를 장착하는 관통 구멍(33a2)이 마련되어 있다. 또한, 정극 집전 단자(33)의 제2 플레이트부(33b)에는, 통 형상 개구(60a1)를 장착하는 관통 구멍(33b1)이 마련되어 있다. 정극 외부 단자(31), 접속 부재(32) 및 정극 집전 단자(33)는, 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 도 1에 있어서, 부호 18은 정극측의 설치 구멍이고, 부호 33c는 정극 집전 단자(33)의 단차부이다. 그 이외는, 기본적으로 부극측과 마찬가지이기 때문에, 여기서의 설명을 생략한다. 또한, 퓨즈 부재 및 단자 보호 부재의 구성, 및 부극측과 다른 구성으로서 본 명세서에 특별히 기재하고 있지 않은 구성에 관해서는, 여기서 개시되는 기술을 특징짓는 것은 아니기 때문에, 설명을 생략한다.
정극측의 집전 탭과 집전 단자의 접합에 관해서도, 부극측과 마찬가지이기 때문에, 여기서의 설명을 생략한다. 또한, 이차 전지(100)는, 상술한 집전 탭의 형태를 적어도 1개소 갖고 있으면 된다. 여기서 개시되는 기술의 효과를 보다 잘 실현하는 관점에서, 이차 전지(100)는, 상술한 집전 탭의 형태를 정극 및 부극의 어느 것에도 구비하는 것이 바람직하다.
이상, 여기서 개시되는 기술의 일 실시 형태에 대하여 설명하였다. 또한, 상술한 제1 실시 형태는, 여기서 개시되는 기술이 적용된 이차 전지의 일례를 나타내는 것이며, 여기서 개시되는 기술을 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 이하, 여기서 개시되는 기술의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 특별히 언급하고 있는 점 이외는, 상기 제1 실시 형태에 관한 이차 전지(100)와 대략 동등한 구성을 채용할 수 있다.
<<그 밖의 실시 형태>>
상기 제1 실시 형태에서는, 고상 접합, 또는 접착제층을 개재시킨 접합(접착)에 의해, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 소정의 부위에서 묶여 있었다. 그러나, 이것에 한정되지는 않는다. 도 5는, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 고정 부재(2)에 의해 고정된 상태를 도시하는 평면도이다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 부위(T1)에 있어서 묶여 있다. 이 실시 형태에서는, 묶인 부위(T1)에서는, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 고정 부재(2)에 의해 서로 고정되어 있다. 고정 부재(2)로서는, 예를 들어 접착 테이프를 들 수 있다. 도 5에 도시되어 있는 실시 형태에서는, 묶인 부위(T1)에서는, 복수의 부극 집전 탭(22t)의 주위에 접착 테이프(고정 부재(2))를 첩부함으로써, 해당 복수의 부극 집전 탭(22t)이 서로 고정되어 있다.
접착 테이프로서는, 예를 들어 내약품성(내전해액성)을 구비하는 접착 테이프를 사용할 수 있다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기재(예를 들어 폴리올레핀제 필름)에, 접착제층(예를 들어 PVDF층)을 갖는 접착 테이프를 사용하면 된다. 이러한 접착 테이프를 사용하여 복수의 부극 집전 탭(22t)을 고정함으로써, 상기한 바와 같이, 부극 집전 탭(22t)의 벤딩을 억제하고, 일정한 형상을 유지한 상태로 전지 케이스(10)에 수용할 수 있다. 또한, 접착 테이프에 의한 고정이기 때문에, 부극 집전 탭(22t)에 대한 손상을 저감할 수 있다.
도 6은, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 고정 부재(3)에 의해 고정된 상태를 도시하는 평면도이다. 도 6에 도시된 실시 형태에서는, 묶인 부위(T1)에서는, 복수의 부극 집전 탭(22t)이 고정 부재(3)에 의해 고정되어 있다. 고정 부재(3)는, 예를 들어 금속제 침일 수 있다. 이러한 금속제 침으로서는, 예를 들어 스테이플을 사용할 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 복수의 부극 집전 탭(22t)은, 소위 스테이플러 고정에 의해 고정될 수 있다. 고정 부재(3)를 사용하여 복수의 부극 집전 탭(22t)을 고정함으로써, 상기한 바와 같이, 부극 집전 탭(22t)의 벤딩을 억제하고, 일정한 형상을 유지한 상태로 전지 케이스(10)에 수용할 수 있다. 또한, 금속제 침에 의한 고정이기 때문에, 저항을 저감할 수 있다.
또한, 고정 부재(3)를 구성하는 금속은, 부극 집전 탭(22t) 및 정극 집전 탭(21t)의 구성 재료에 맞추어 선택되는 것이 바람직하다. 복수의 부극 집전 탭(22t)을 고정하는 고정 부재(3)는, 예를 들어 구리 또는 구리 합금제의 침이다. 복수의 정극 집전 탭(21t)을 고정하는 고정 부재(3)는, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금제의 침이다.
또한, 상기 제1 실시 형태에 관한 이차 전지(100)가 구비하는 전극체(20)는 적층형 전극체이었지만, 권회 전극체를 사용해도 된다.
10: 전지 케이스
12: 케이스 본체
14: 덮개
15: 주액 구멍
16: 밀봉 부재
17: 가스 배출 밸브
20: 전극체
21: 정극 시트
21a: 정극 집전박
21b: 정극 활물질층
21p: 정극 보호층
21t: 정극 집전 탭
22: 부극 시트
22a: 부극 집전박
22b: 부극 활물질층
22t: 부극 집전 탭
23: 세퍼레이터 시트
29: 절연 필름
30: 정극 단자
31: 정극 외부 단자
32: 접속 부재
33: 정극 집전 단자
40: 부극 단자
41: 부극 외부 단자
42: 접속 부재
43: 부극 집전 단자
50: 외부 절연 부재
60: 내부 절연 부재
90: 접합부
100: 이차 전지
T1: 묶인 부위

Claims (4)

  1. 전극체와,
    상기 전극체를 수용하는 전지 케이스와,
    상기 전지 케이스에 설치된 집전 단자를
    갖고,
    상기 전극체는, 복수의 집전 탭을 갖고,
    상기 복수의 집전 탭은, 겹쳐진 상태로 묶인 부위와, 상기 집전 단자에 접합된 부위를 갖는, 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 집전 탭은, 상기 전극체로부터 연장되어 있고,
    상기 복수의 집전 탭이 상기 전극체로부터 연장된 방향에 있어서, 상기 묶인 부위는, 상기 접합된 부위보다 상기 전극체측에 마련되어 있는, 이차 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 묶인 부위에서는, 고상 접합에 의해, 또는 접착제층을 개재시켜, 각 집전 탭이 서로 접합되어 있는, 이차 전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 묶인 부위에서는, 상기 복수의 집전 탭이 고정 부재에 의해 서로 고정되어 있는, 이차 전지.
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