KR20230085080A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20230085080A
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tubular portion
secondary battery
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inner cover
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KR1020220157222A
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사다오 후지사키
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도요타 지도샤（주）
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Publication date
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Abstract

[과제] 구조 효율을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공한다.
[해결 수단] 발전 요소와, 발전 요소를 내부에 수용하는 외장부를 구비하고, 외장부는 대향하는 2면에 개구부를 가지는 통형상부와, 각각의 개구부에 배치되는 내부 덮개와, 각각의 개구부 및 내부 덮개의 개구부측의 면을 덮도록 배치되는 제 1 수지를 가지며, 제 1 수지는 통형상부와 내부 덮개의 사이를 메우도록 배치되어 있으며, 통형상부와 내부 덮개가 제 1 수지로 일체화되어 있는, 이차 전지이다.

Description

이차 전지{SECONDARY BATTERY}
본원은 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지 등의 전지는, 퍼스널 컴퓨터나 휴대 단말의 포터블 전원이나 차량 구동용 전원으로서 널리 이용되고 있다. 전지의 일례로서, 라미네이트형(型) 전지가 알려져 있다. 라미네이트형 전지는, 필름상(狀)의 라미네이트 시트를 겹쳐서 형성된 라미네이트 외장체의 내부에 발전 요소를 봉지(封止)한 구조를 가지고 있다. 또한, 라미네이트형 전지는 발전 요소에 전기적으로 접합되는 단자가, 라미네이트 외장체의 내부로부터 외방으로 돌출된 상태에서, 대향 배치된 라미네이트 외장체의 가장자리부끼리가 용착(溶着)되어서 형성된 시일 영역을 가지고 있다. 이에 의해, 발전 요소가 라미네이트 외장체의 내부에 봉지된다. 또한, 라미네이트형 전지는, 발전 요소의 외측에, 라미네이트 시트가 겹쳐져서 용착되어서 형성된 시일 영역을 구비하고 있다.
종래부터, 전지 구조의 소형화가 검토되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 라미네이트형 전지의 단부(端部)의 시일 영역을 절곡(折曲)하여 소형화하는 기술이 개시되어 있다.
일본국 공개특허 특개2020-173900호 공보
특허문헌 1의 기술에 의해 라미네이트형 전지의 소형화가 가능하지만, 추가적인 이차 전지의 구조 효율화가 요망되고 있었다.
라미네이트형 전지의 소형화는, 예를 들면 전극 단자를 사이에 두는 시일 영역의 폭(시일 폭)을 짧게 함으로써 실현되지만, 통상, 시일 폭은 3㎜를 넘는 길이로 설정할 필요가 있다. 이는 이하의 이유에 의한다. (1) 시일 폭이 짧으면, 적절하게 열용착할 수 없어, 시일 불량이 되는 경우가 있다. (2) 라미네이트 외장체는 강성이 높지 않기 때문에, 시일 폭이 짧으면, 외부로부터의 충격에 의해 시일 영역의 접착이 벗겨져, 접착면을 보지(保持)할 수 없는 경우가 있다. (3) 열용착 시에 있어서, 단자가 라미네이트 외장체의 접착면에 대하여 평행하지 않은 경우, 시일 폭이 짧으면 그 기울기를 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 적절하게 열용착을 할 수 없어 시일 불량이 될 확률이 보다 높아진다. (4) 열용착 시에 있어서, 시일 폭이 짧으면, 열용착 헤드에 의해 시일 영역에 적용되는 면적당의 압력이 커져, 라미네이트 외장체 내부의 금속층이 절연층을 넘어서 단자에 파고 들어갈 우려가 있다. 금속층이 단자에 파고 들어가면, 단락을 야기하기 때문에 바람직하지 않다. 이상의 이유로부터, 시일 폭을 짧게 하여, 라미네이트형 전지를 소형화하는 것은 곤란하였다.
그래서, 본 개시의 목적은 구조 효율을 향상시킬 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 개시는, 상기 과제를 해결하기 위한 하나의 양태로서, 발전 요소와, 발전 요소를 내부에 수용하는 외장부를 구비하고, 외장부는 대향하는 2면에 개구부를 가지는 통형상부와, 각각의 개구부에 배치되는 내부 덮개와, 각각의 개구부 및 내부 덮개의 개구부측의 면을 덮도록 배치되는 제 1 수지를 가지며, 제 1 수지는 통형상부와 내부 덮개의 사이를 메우도록 배치되어 있으며, 통형상부와 내부 덮개가 제 1 수지로 일체화되어 있는, 이차 전지를 제공한다.
상기 이차 전지는 다음의 양태여도 된다. 즉, 이차 전지는 추가로 발전 요소에 접속된 전극 단자를 구비하고, 내부 덮개는 통형상부의 개구부측에 배치되는 면과, 당해 면의 외주 전체로부터 통형상부의 내측으로 돌출한 돌출부와, 당해 돌출부로 둘러싸인 공간을 가지고 있으며, 적어도 일방의 내부 덮개는 면에 관통 구멍을 가지고 있으며, 전극 단자는 관통 구멍에 관통하도록 배치되어 있으며, 전극 단자가 관통하고 있는 내부 덮개측에 배치된 제 1 수지는, 추가로 전극 단자의 적어도 일부의 외주를 피복하고, 또한, 관통 구멍과 전극 단자의 사이를 메우도록 배치되어 있으며, 통형상부와 내부 덮개와 전극 단자가 제 1 수지로 일체화되어도 된다.
상기 이차 전지는 다음의 양태여도 된다. 즉, 외장부는 그 내부에 충전된 제 2 수지를 가지며, 통형상부와, 내부 덮개와, 전극 단자와, 발전 요소가 제 2 수지로 일체화되어 있어도 된다. 또한, 발전 요소는 절연성 및 수증기 배리어성을 가지는 수지 필름으로 감싸져도 된다.
상기 통형상부는 다음의 양태여도 된다. 즉, 통형상부는 통형상의 금속체 또는 통형상으로 성형하여 이루어지는 금속 라미네이트 필름이어도 된다. 또는, 통형상부는 역으로 겹쳐진 U자 형상의 2매의 금속판으로 구성되어 있으며, 통형상부의 대향하는 각각의 측면에 있어서, 금속판의 단부가 겹쳐져 있으며, 통형상부는 각각의 측면을 덮도록 배치된 제 3 수지를 가지며, 겹쳐져 있는 금속판의 단부는 제 3 수지로 일체화되어 있어도 된다. 혹은, 통형상부는 1매의 금속판으로 구성되어 있으며, 통형상부의 일방의 측면에 있어서, 금속판의 단부가 겹쳐져 있으며, 통형상부는 통형상부의 일방의 측면을 덮도록 배치된 제 3 수지를 가지며, 겹쳐져 있는 금속판의 단부는 제 3 수지로 일체화되어 있어도 된다.
본 개시의 이차 전지에 의하면, 구조 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 이차 전지(100)의 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ에서 절단한 단면도이다.
도 3은 정극 단자(31) 및 부극 단자(32)가 외장부(20)의 폭방향의 동일한 면으로부터 돌출하도록 배치되어 있는 이차 전지의 일례의 평면도이다.
도 4의 (a)는 통형상부(21)의 평면도이다. (b)는 폭방향 단면도이다. (c)는 폭방향에서 본 통형상부(21)의 측면도이다.
도 5의 (a)는 두께 방향의 면의 각각의 단부에 돌출부(21b)가 마련된 통형상부(21)의 개구부(21a) 부근의 단면도이다. (b)는 내부측으로 절곡한 돌출부(21b)가 마련된 통형상부(21)의 개구부(21a) 부근의 단면도이다.
도 6의 (a)는 내부 덮개(22)의 사시도이다. (b)는 (a)의 b-b에서 절단한 단면도이다. (c)는 (a)의 c-c에서 절단한 단면도이다.
도 7의 (a)는 테이퍼(22e)를 가지는 내부 덮개(22)의 단면도이다. (b)는 테이퍼(22e)를 가지는 내부 덮개(22)의 사용예이다.
도 8은 종래의 라미네이트형 전지(a)와 이차 전지(100)(b)의 길이 방향 단면도를 비교한 도면이다.
도 9는 종래의 라미네이트형 전지(a)와 이차 전지(100)(b)의 평면도를 비교한 도면이다.
도 10은 이차 전지(101)의 길이 방향 단면도이다.
도 11은 이차 전지(102)의 길이 방향 단면도이다.
도 12는 수지 필름(13)으로 감싸진 발전 요소(10)의 평면도이다.
도 13의 (a)는 통형상부(121)의 평면도이다. (b)는 통형상부(121)의 폭방향 단면도이다.
도 14의 (a)는 통형상부(221)의 평면도이다. (b)는 통형상부(221)의 폭방향 단면도이다.
도 15는 통형상부(221)를 이용한 이차 전지의 하나의 냉각 양태를 나타낸 도이다.
본 개시의 이차 전지에 대해서, 주로 일 실시형태인 이차 전지(100)를 이용하여 설명한다. 도 1에 이차 전지(100)의 평면도를 나타냈다. 도 2에 도 1의 Ⅱ-Ⅱ에서 절단한 단면도를 나타냈다. 여기에서, 도 1, 도 2에 있어서, 이차 전지(100)의 길이 방향을 x로 나타내고, 이차 전지(100)의 폭방향을 y로 나타내고, 이차 전지(100)의 두께 방향을 z로 나타내고 있다. 이들의 방향은 각각 직교하는 관계에 있다.
이차 전지(100)는 발전 요소(10)와 발전 요소(10)를 내부에 수용하는 외장부(20)를 구비하고 있다. 또한, 이차 전지(100)는 외부 전원이나 전력 부하에 접속하기 위한 정극 단자(31) 및 부극 단자(32)(이하에 있어서, 이들을 모아서 「전극 단자(30)」라고 하는 경우가 있다.)를 구비하고 있다. 정극 단자(31) 및 부극 단자(32)는 외장부(20)의 폭방향의 다른 면으로부터 각각 돌출하도록 배치되어 있다. 단, 정극 단자(31) 및 부극 단자(32)의 배치 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 외장부(20)의 폭방향의 동일한 면으로부터 돌출하도록 배치되어 있어도 된다. 일례로서, 도 3에 정극 단자(31) 및 부극 단자(32)가 외장부(20)의 폭방향의 동일한 면으로부터 돌출하도록 배치되어 있는 이차 전지를 나타냈다.
<발전 요소(10)>
발전 요소(10)는 정극집전박, 정극활물질층, 전해질층, 부극활물질층, 부극집전박(이하, 이들을 모아서 「전극 요소」라고 하는 경우가 있다.)을 적층하고 있다. 전극 요소는 두께 방향으로 적층된다. 적층되는 각각의 전극 요소의 수는 특별하게 한정되는 것은 아니다. 도 2의 발전 요소(10)는 이들의 전극 요소가 복수 적층된 형태이다. 또한, 이들의 전극 요소는 전기적으로 직렬이 되도록 적층되어 있어도 되고, 전기적으로 병렬이 되도록 적층되어 있어도 된다.
도 2의 발전 요소(10)는 시트상(狀)의 형상을 가지고 있으며, 평면에서 보았을 때에 있어서 직사각형의 형상이다. 단, 발전 요소(10)는 외장부(20)의 내부에 수용 가능한 형상을 가지고 있으면 특별하게 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 발전 요소(10)의 각 집전박은 각 전극 단자(30)에 접속하기 위한 탭(11,12)을 구비하고 있어도 된다. 탭(11)은 각 정극집전박에 구비되어 있으며, 정극 단자(31)와 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 탭(12)은 각 부극집전박에 구비되어 있으며, 부극 단자(32)와 전기적으로 접속되어 있다.
발전 요소(10)는 통형상부(21)와의 접촉에 의한 단락을 억제하기 위해서, 소정의 절연 처리가 실시되어 있어도 된다. 예를 들면, 발전 요소(10)는 절연 필름으로 감싸져 있어도 되고, 발전 요소(10)와 통형상부(21)의 사이에 절연 시트가 배치되어 있어도 되고, 발전 요소(10) 또는 통형상부(21)의 내면에 절연 테이프가 첩합(貼合)되어 있어도 된다. 이처럼, 발전 요소(10)의 외주부에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행하여도 된다.
또한, 발전 요소(10)와 통형상부(21)는, 이들 중 어느 것에 절연 처리가 되어 있으면, 접촉하고 있어도 된다. 이 경우, 내부 덮개 단자(22)의 두께는, 발전 요소(10)의 두께보다도 통형상부(21)와 내부 덮개 단자(22)의 사이에 충전되는 제 1 수지(23)의 두께분만큼 얇게 하여도 된다.
발전 요소(10)는 고체 전지여도 되고, 액계 전지여도 된다. 바람직하게는 고체 전지이다. 또한, 발전 요소(10)의 종류는 특별하게 한정되지 않으며, 리튬 이온 이차 전지용의 발전 요소여도 되고, 나트륨 이온 이차 전지용의 발전 요소여도 된다. 이하에서는, 리튬 이온 이차 전지의 발전 요소의 재료에 대하여 설명한다.
(정극집전박, 부극집전박)
정극집전박 및 부극집전박은 시트상의 금속박이다. 정극집전박 및 부극집전박을 구성하는 금속은 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Ag, Al, Fe, Ti, Zn, Co, 스테인리스강 등을 들 수 있다. 정극집전박을 구성하는 금속으로서는 Al이 바람직하다. 부극집전박을 구성하는 재료로서는 Cu가 바람직하다.
정극집전박 및 부극집전박은, 그 표면에 저항을 조정하기 위한 어떠한 코팅층(예를 들면, 카본 코팅층)을 가지고 있어도 된다. 정극집전박 및 부극집전박의 두께는, 예를 들면 0.1㎛ 이상 1㎜ 이하로 하여도 된다.
(정극활물질층)
정극활물질층은, 정극활물질을 포함하는 시트상의 층이다. 정극활물질은 리튬 이온 이차 전지에 이용할 수 있는 정극활물질이면 특별하게 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬, 니켈코발트망간산 리튬, 스피넬계 리튬 화합물 등의 각종의 리튬 함유 복합 산화물을 들 수 있다.
정극활물질층은 임의로 도전조제나 바인더를 포함하고 있어도 된다. 바인더는 리튬 이온 이차 전지에 이용할 수 있는 바인더이면 특별하게 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 부타디엔 고무(BR), 부틸렌 고무(IIR), 아크릴레이트부타디엔 고무(ABR), 폴리불화비닐리덴(PVdF) 등을 들 수 있다. 도전조제는 리튬 이온 이차 전지에 이용할 수 있는 도전조제이면 특별하게 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 아세틸렌 블랙이나 케첸 블랙 등의 탄소 재료나 니켈, 알루미늄, 스테인리스강 등의 금속 재료를 들 수 있다.
이차 전지(100)가 전고체전지인 경우, 정극활물질층은 임의로 고체전해질을 포함하여도 된다. 고체전해질은 리튬 이온 이차 전지에 이용할 수 있는 고체전해질이면 특별하게 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 유기 폴리머 전해질이어도 되고, 무기 고체전해질이어도 된다. 바람직하게는 무기 고체전해질이다. 유기 폴리머 전해질과 비교하여 이온 전도도가 높고, 내열성이 우수하기 때문이다. 무기 고체전해질은, 산화물 고체전해질이어도 되고, 황화물 고체전해질이어도 된다. 바람직하게는 황화물 고체전해질이다. 산화물 고체전해질로서는, 예를 들면 란탄지르콘산 리튬, LiPON, Li1+XAlXGe2-X(PO4)3, Li-SiO계 글라스, Li-Al-S-O계 글라스 등을 들 수 있다. 황화물 고체전해질로서는, 예를 들면 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, LiI-Li2S-SiS2, LiI-Si2S-P2S5, Li2S-P2S5-LiI-LiBr, LiI-Li2S-P2S5, LiI-Li2S-P2O5, LiI-Li3PO4-P2S5, Li2S-P2S5-GeS2 등을 들 수 있다.
정극활물질층에 있어서의 각 성분의 함유량은 목적에 따라 적절히 설정하면 된다. 또한, 정극활물질의 표면은 니오브산 리튬층이나 티탄산 리튬층, 인산 리튬층 등의 산화물층으로 피복되어 있어도 된다. 정극활물질층의 두께는, 예를 들면 0.1㎛ 이상 1㎜ 이하로 하여도 된다.
(부극활물질층)
부극활물질층은, 부극활물질을 포함하는 시트상의 층이다. 부극활물질은 리튬 이온 이차 전지에 이용할 수 있는 부극활물질이면 특별하게 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, Si 및 Si 합금이나, 산화 규소 등의 실리콘계 활물질, 그라파이트나 하드 카본 등의 탄소계 활물질, 티탄산 리튬 등의 각종 산화물계 활물질, 금속 리튬 및 리튬 합금 등을 들 수 있다.
부극활물질층은 임의로 도전조제나 바인더를 포함하여도 된다. 도전조제 및 바인더는, 정극활물질층에 이용할 수 있는 도전조제 및 바인더로부터 적절히 선택할 수 있다. 또한, 이차 전지(100)가 전고체전지인 경우, 부극활물질층은 임의로 고체전해질을 포함하여도 된다. 고체전해질은 정극활물질층에 이용할 수 있는 고체전해질로부터 적절히 선택할 수 있다.
부극활물질층에 있어서의 각 성분의 함유량은 목적에 따라 적절히 설정하면 된다. 부극활물질층의 두께는, 예를 들면 0.1㎛ 이상 1㎜ 이하로 하여도 된다.
(전해질층)
이차 전지(100)가 전고체전지인 경우, 전해질층은 시트상의 고체전해질층이다. 고체전해질층은 고체전해질을 포함한다. 고체전해질은 정극활물질층에 이용할 수 있는 고체전해질층으로부터 적절히 선택할 수 있다. 또한, 고체전해질층은 임의로 바인더를 포함하여도 된다. 바인더는, 정극활물질층에 이용할 수 있는 바인더로부터 적절히 선택할 수 있다. 고체전해질층에 있어서의 각 성분의 함유량은 목적에 따라 적절히 설정하면 된다. 고체전해질층의 두께는, 예를 들면 0.1㎛ 이상 1㎜ 이하로 하여도 된다.
이차 전지(100)가 액계 전지인 경우, 전해질층은 전해액과 세퍼레이터를 포함한다. 전해액 및 세퍼레이터는 리튬 이온 이차 전지에 이용할 수 있는 전해액 및 세퍼레이터이면 특별하게 한정되는 것은 아니다. 세퍼레이터는, 예를 들면 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀제의 다공성 시트(필름)를 들 수 있다. 세퍼레이터의 두께는, 예를 들면 0.1㎛ 이상 1㎜ 이하로 하여도 된다. 전해액은 통상, 비수계 용매 및 지지염을 함유한다. 비수계 용매는, 예를 들면 카보네이트류, 에테르류, 에스테르류, 니트릴류, 술폰류, 락톤류 등을 들 수 있다. 지지염은, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, 리튬비스(플루오로술포닐)이미드(LiFSI), 리튬비스(트리플루오로메탄)술폰이미드(LiTFSI) 등을 들 수 있다. 전해액 중의 지지염의 농도는 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5㏖/L 이상 5㏖/L 이하로 하여도 된다. 또한, 전해액은 가스 발생제나 피막 형성제, 분산제, 증점제 등의 임의의 성분을 첨가하여도 된다.
<외장부(20)>
외장부(20)는 대향하는 2면에 개구부(21a)를 가지는 통형상부(21)와, 각각의 개구부(21a)에 배치되는 내부 덮개(22)와, 각각의 개구부(21a) 및 내부 덮개(22)의 개구부측의 면(22a)을 덮도록 배치되는 제 1 수지(23)를 가지고 있다. 또한, 제 1 수지(23)는 통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 사이를 메우도록 배치되어 있으며, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)는 제 1 수지(23)로 일체화되어 있다.
(통형상부(21))
통형상부(21)는 대향하는 2면에 개구부(21a)를 가지는 중공(中空) 형상을 가지고 있다. 개구부(21a)는 통형상부(21)의 길이 방향의 양측의 면에 각각 마련되어 있다. 통형상부(21)의 폭방향 단면의 형상은 직사각형이다. 단, 통형상부의 단면 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 도 4의 (a)에 통형상부(21)의 평면도, (b)에 폭방향 단면도, (c)에 폭방향에서 본 통형상부(21)의 측면도를 나타냈다.
통형상부(21)는, 발전 요소의 열화를 방지하는 관점에서, 높은 수증기 배리어성을 가지는 금속으로 구성되어 있다. 높은 수증기 배리어성을 가지는 금속이란, 예를 들면 수증기 투과도가 1.0×10-4g/㎡·24h 미만의 금속이다. 수증기 투과도가 낮을수록 수증기 배리어성이 높은 것을 나타낸다. 이러한 금속으로서는, 예를 들면 알루미늄, 스테인리스, SUS 및 두랄루민 등을 들 수 있다. 경량성이나 가공성의 관점에서, 통형상부(21)의 재료로서 알루미늄을 채용하여도 된다. 또한, 알루미늄은 저렴한 것도 이점이다.
수증기 투과도는 JIS Z 0208에 준한 컵법이나, JIS K 7129에 준한 가스 크로마토그래프법을 이용하여 측정할 수 있다.
여기에서, 통형상부(21)는 발전 요소(10)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 소정의 절연 처리가 실시되어 있어도 된다. 예를 들면, 발전 요소(10)와 통형상부(21)의 사이에 절연성 수지 시트 등의 절연성 재료를 배치하여도 된다. 절연성 재료는, 예를 들면 발전 요소(10)의 두께 방향의 면과 통형상부(21)의 사이에 각각 배치하여도 된다. 이에 의해, 발전 요소(10)와 통형상부(21)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하여, 이차 전지(100)의 단락을 억제할 수 있다. 또한, 적어도 통형상부(21)의 내측의 면을 절연성 수지로 덮은 금속 라미네이트 필름(예를 들면, 알루미라미네이트 필름)을 이용하여도 된다. 이에 의해, 절연성 재료의 배치를 필요로 하지 않아, 발전 요소(10)와 통형상부(21)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하여, 이차 전지(100)의 단락을 억제할 수 있다. 금속 라미네이트 필름이란 금속층의 표면에 수지(예를 들면, 폴리프로필렌, 나일론, PET 등)를 배치한 다층체이다. 이처럼, 통형상부(21)의 내주부에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행하여도 된다.
단, 금속 라미네이트 필름의 금속층의 두께는 통상 0.04㎜ 정도로, 비교적 얇기 때문 강도가 낮은 문제가 있다. 그 때문에, 통형상부(21)는, 예를 들면 두께가 0.05㎜ 이상 0.2㎜ 이하의 금속으로 구성되어 있는 것이 바람직하고, 0.1㎜ 이상 0.2㎜ 이하의 금속으로 구성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 통형상부(21)로서, 상기 범위의 두께를 가지는 금속층을 포함하는 금속 라미네이트 필름을 이용하여도 된다. 또한, 금속 라미네이트 필름을 통형상부(21)에 이용하는 경우, 금속 라미네이트 필름은 통형상으로 성형되어 있는 것을 이용한다.
통형상부(21)는 길이 방향의 단부에 돌출부(21b)를 구비하고 있어도 된다. 상세하게는, 통형상부(21)는 길이 방향의 단부에 있어서, 두께 방향의 면 및 폭방향의 면 중 적어도 1개에 돌출부(21b)를 마련하여도 된다. 돌출부(21b)를 마련함으로써, 제 1 수지(23)와의 접착 면적을 확보하여, 접착력을 향상하는 역할을 가진다. 돌출부(21b)는, 내부 덮개(22)보다도 외측으로 돌출하고 있는 부분을 가리킨다.
도 5의 (a)에 두께 방향의 면의 각각의 단부에 돌출부(21b)가 마련된 통형상부(21)의 개구부(21a) 부근의 단면도를 나타냈다. 또한, 도 5의 (b)에 내부측으로 절곡한 돌출부(21b)가 마련된 통형상부(21)의 개구부(21a) 부근의 단면도를 나타냈다.
도 5의 (a)에 나타낸 통형상부(21)는, 두께 방향의 면의 각각의 단부에 돌출부(21b)가 마련되어 있다. 즉, 통형상부(21)의 폭방향의 면의 단부보다도 두께 방향의 면의 단부가 돌출한 구조를 가지고 있다. 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 통형상부(21)는 돌출부(21b)를 가짐으로써 제 1 수지(23)와의 접착 면적을 증가시킬 수 있어, 접착력을 향상시킬 수 있다. 바꿔 말하면, 제 1 수지(23)의 박리를 억제할 수 있다. 제 1 수지(23)가 벗겨지면, 수증기 배리어성을 확보할 수 없게 되기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 돌출부(21b)는 통형상부(21)의 내부측으로 절곡한 형상을 가지고 있어도 된다. 이에 의해, 내부 덮개(22)의 위치 결정이 용이하게 된다. 이 경우, 2개의 돌출부(21)로부터 형성되는 개구가 개구부(21a)가 된다. 돌출부(21b)와 통형상부(21)의 면(돌출부(21b)를 가지는 면)의 각도는 특별하게 한정되지 않으며, 0°~180° 중 어느 것의 각도도 취할 수 있다. 바람직하게는 15°~135°이다. 돌출부(21b)의 길이는 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 0.5㎜~2㎜의 범위이다.
(내부 덮개(22))
내부 덮개(22)는 통형상부(21)의 각각의 개구부(21a)에 배치된다. 내부 덮개(22)는 직사각형의 외주 형상을 가지고 있다. 단, 내부 덮개(22)의 외주 형상은 특별하게 한정되지 않으며, 통형상부(21)의 폭방향 단면 형상을 따른 형상을 가지고 있으면 된다. 도 6의 (a)에 내부 덮개(22)의 사시도, (b)에 (a)의 b-b에서 절단한 단면도, (c)에 (a)의 c-c에서 절단한 단면도를 나타냈다.
내부 덮개(22)는 통형상부(21)의 개구부(21a)측에 배치되는 면(22a)과, 당해 면(22a)의 외주 전체로부터 통형상부(21)의 내측으로 돌출한 돌출부(22b)와, 돌출부(22b)로 둘러싸인 공간(22c)을 가지고 있다. 공간(22c)은 통형상부(21)의 내측을 향하여 개구하고 있다.
「면(22a)의 외주 전체로부터 통형상부(21)의 내측으로 돌출한 돌출부(22b)」란, 면(22a)의 두께 방향의 양단부 및 폭방향의 양단부로부터 통형상부(21)의 내측으로 돌출한 부분이며, 이들의 부분은 면(22a)의 각각의 모서리부에 있어서 각각 접속되어 있다. 즉, 돌출부(22b)는 면(22a)의 외주부 전체로부터 돌출하는 부재이다. 돌출부(22b)의 길이 L1은 특별하게 한정되지 않지만, 제 1 수지(23)로 통형상부(21)와 내부 덮개(22)를 일체화하였을 때, 충분한 수증기 배리어성을 발휘할 수 있으면 된다. 예를 들면 0.5㎜ 이상으로 하여도 되며, 3㎜ 이하로 하여도 된다.
내부 덮개(22)의 면(22a)은 관통 구멍(22d)을 가지고 있으며, 전극 단자(30)(정극 단자(31) 또는 부극 단자(32))가 관통 구멍(22d)에 관통하도록 배치된다. 도 1과 같이, 전극 단자(30)가 외장부(20)의 폭방향의 다른 면에 배치되어 있는 경우에는, 내부 덮개(22)는 모두 관통 구멍(22d)을 가지고 있다. 한편, 도 3과 같이, 전극 단자(30)가 외장부(20)의 폭방향의 동일한 면에 배치되어 있는 경우에는, 적어도 일방의 내부 덮개(22)(전극 단자(30)가 배치되어 있는 측의 내부 덮개(22))에 관통 구멍(22d)이 구비되어 있으면 된다. 이 경우에 있어서, 관통 구멍(22d)의 수는 각각의 전극 단자(30)가 배치되도록 2개 마련하여도 된다. 혹은, 1개의 관통 구멍(22d)에 각각의 전극 단자(30)를 배치하여도 된다.
내부 덮개(22)는 1개의 부재로부터 이루어져 있어도 되고, 2개 이상의 부재로부터 이루어져 있어도 된다. 전극 단자(30)를 용이하게 배치하는 관점에서, 내부 덮개(22)는 관통 구멍(22d)을 포함하도록 두께 방향의 길이를 분할하도록 절단한 2개의 부재로부터 이루어져 있어도 된다. 또한, 내부 덮개(22)는 면(22a)과 돌출부(22b)의 사이에 테이퍼부(22e)를 가지고 있어도 된다. 일례로서, 도 7의 (a)에 테이퍼부(22e)를 가지는 내부 덮개(22)의 단면도, (b)에 테이퍼(22e)를 가지는 내부 덮개(22)의 사용예를 나타냈다.
내부 덮개(22)는 발전 요소의 열화를 방지하는 관점에서, 높은 수증기 배리어성을 가지는 재료로 구성되어 있어도 된다. 높은 수증기 배리어성을 가지는 재료란, 예를 들면 수증기 투과도가 1.0×10-4g/㎡·24h 미만의 재료이다. 이러한 재료는, 예를 들면 금속이나 글라스이다. 가공성의 관점에서, 내부 덮개(22)의 재료로서 금속을 채용하여도 된다. 금속으로서는, 예를 들면 알루미늄, 스테인리스, SUS 및 두랄루민 등을 들 수 있다. 경량성 및 가공성의 관점에서, 내부 덮개(22)의 재료로서 알루미늄을 채용하여도 된다. 또한, 알루미늄은 저렴한 것도 이점이다.
여기에서, 내부 덮개(22)가 금속으로 구성되는 경우, 내부 덮개(22)와 발전 요소(10), 통형상부(21), 및 전극 단자(30)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 소정의 절연 처리를 행하여도 된다. 예를 들면, 내부 덮개(22)는 발전 요소(10)와의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 발전 요소(10)와의 사이에 절연성 수지 시트 등의 절연성 재료를 배치하여도 된다. 이에 의해, 발전 요소(10)와 내부 덮개(22)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하여, 이차 전지(100)의 단락을 억제할 수 있다. 또한, 내부 덮개(22)와 통형상부(21)의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 적어도 통형상부(21)의 내측의 면을 절연성 수지로 덮은 라미네이트 금속을 이용하여도 된다. 이에 의해, 절연성 재료의 배치를 필요로 하지 않아, 발전 요소(10)와 통형상부(21)가 전기적으로 접속되는 것을 억제하여, 이차 전지(100)의 단락을 억제할 수 있다. 또한, 통형상부(21)와의 접촉에 의한 단락을 억제하기 위해서, 내부 덮개(22)의 외주부를 절연 필름으로 감싸도 되며, 내부 덮개(22)의 외주부에 절연 테이프를 붙여도 된다. 이처럼, 내부 덮개(22)의 외주부에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행하여도 된다. 추가로, 내부 덮개(22)와 전극 단자(30)의 접촉에 의한 단락을 억제하기 위해서, 관통 구멍(22d) 또는 전극 단자(30)의 어느 일방에 소정의 절연층을 배치하는 절연 처리를 행하여도 된다.
(제 1 수지(23))
제 1 수지(23)는 각각의 개구부(21a) 및 내부 덮개(22)의 개구부측의 면(22a)을 덮도록 배치된다. 또한, 제 1 수지(23)는 통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 사이를 메우도록 배치되어 있으며, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)는 제 1 수지(23)로 일체화되어 있다. 내부 덮개(22)에 전극 단자(30)가 배치되어 있는 경우, 제 1 수지(23)는 추가로 전극 단자(30)의 적어도 일부의 외주를 피복하고, 또한, 관통 구멍(22d)와 전극 단자(30)의 사이를 메우도록 배치된다. 그리고, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)와 전극 단자가 제 1 수지(23)로 일체화되어 있다. 이에 의해, 이차 전지(100)는 충분한 수증기 배리어성을 확보할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 수지(23)는, 개구부(21a) 및 내부 덮개(22)의 개구부(21a)측의 면(22a)을 덮고 있으며, 또한 통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 사이에 존재하는 극간(隙間)을 메우고 있다. 「통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 사이에 존재하는 극간」이란, 통형상부(21)의 내측의 면과 내부 덮개(22)의 외주부의 사이에 존재하는 극간이다. 제 1 수지(23)가 덮는 개구부(21a)는, 당해 극간의 개구부(21a)측의 면을 가리킨다. 이러한 극간을 형성하기 위해서, 내부 덮개(22)는 통형상부(21)의 외형 형상보다도 한층 소형으로 제조하는 것이 바람직하다. 상기 서술한 바와 같이 제 1 수지(23)가 배치됨으로써, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)는 제 1 수지(23)로 일체화된다. 여기에서, 제 1 수지(23)는 통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 사이에 존재하는 극간 중 적어도 일부를 메우고 있으면 되지만, 수증기 배리어성을 확보하는 관점에서, 도 2와 같이 극간 전체를 메우는 것이 바람직하다. 단, 후술하는 바와 같이, 통형상부(21)의 내부에 제 2 수지(24)를 충전하는 경우, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)로부터 형성되는 극간에 제 1 수지(23)에 추가하여 제 2 수지(24)가 배치되어 있어도 된다.
또한, 제 1 수지(23)는 전극 단자(30)의 적어도 일부의 외주 전체를 피복하여, 전극 단자(30)와 관통 구멍(22d)의 사이에 존재하는 극간을 메우고 있다. 「전극 단자(30)의 적어도 일부의 외주 전체」란, 전극 단자(30)의 면(22a)으로부터 외측을 향하는 소정의 길이의 영역의 외주 전체이다. 소정의 길이란, 도 2의 길이 L2이다. 「전극 단자(30)와 관통 구멍(22d)의 사이에 존재하는 극간」이란, 전극 단자(30)의 외주부와 관통 구멍(22d)의 내측의 면의 사이에 존재하는 극간이다. 이러한 극간을 형성하기 위해서, 관통 구멍(22d)을 전극 단자(30)보다도 한층 크게 제조하는 것이 바람직하다. 상기 서술한 바와 같이 제 1 수지(23)가 배치됨으로써, 내부 덮개(22)와 전극 단자(30)는 제 1 수지(23)로 일체화되어 있다.
이처럼 외장부(20)는, 외부로부터 내부로 수증기가 침입하는 경로(극간)를 제 1 수지(23)로 메우고 있기 때문에, 외장부(20)의 내부로의 수증기의 침입을 충분하게 억제할 수 있다. 이는, 바꿔 말하면, 외장부(20)는 통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 사이 및 전극 단자(30)와 관통 구멍(22)의 사이에 수증기가 침입할 수 있는 극간이 존재하고 있어도 되는 것을 의미한다. 제 1 수지(23)에 의해 이러한 극간을 메울 수 있기 때문에, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)는 엄밀하게 설계될 필요가 없다.
여기에서, 「일체화」란, 각 재료가 수지에 의해 접착되어, 1개의 부재로서 인식할 수 있는 정도로 일체로 되어 있는 것을 의미한다. 제 1 수지에 의한 「일체화」는, 발전 요소(10)를 내부에 수용한 통형상부(21) 및 통형상부(21)의 개구부(21a)에 내부 덮개(22)를 배치한 중간 부재를 소정의 금형에 배치하고, 제 1 수지를 금형에 주입하여 경화시킴으로써 가능하다. 이처럼, 제 1 수지(23)를 이용한 일체 성형에 의해, 외장체(20)를 제조할 수 있다.
여기에서, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 내부 덮개(22)가 테이퍼부(22e)를 구비하고 있는 경우, 테이퍼부(22e)와 통형상부(21)의 사이에 제 1 수지(23)가 들어가기 때문에, 제 1 수지(23)와 내부 덮개(22)의 접착 면적을 증가시킬 수 있어, 이들의 부재의 접착 강도를 향상시킬 수 있다.
제 1 수지(23)의 단부로부터 내부 덮개(22)의 개구부측의 면(22a)까지의 길이 L2는 특별하게 한정되지 않지만, 수증기 배리어성을 고려하여 0.5㎜ 이상으로 하여도 되며, 2㎜ 이하로 범위로 하여도 된다.
이처럼 이차 전지(100)는 종래의 라미네이트 외장체 대신에 외장부(20)를 이용하여 발전 요소(10)를 봉지하고 있으며, 이에 의해 종래의 라미네이트 외장체와 동등 또는 그 이상의 수증기 배리어성을 가진다. 또한, 종래의 라미네이트 외장체는, 발전 요소를 내부에 수용한 후, 그 단부를 열용착할 때에, 봉지 불량이 발생하는 경우가 있다. 이러한 경우, 봉지 불량 부위로부터 수증기가 침입할 수 있기 때문에, 수증기 배리어성을 담보할 수 없다. 이에 비하여, 이차 전지(100)는 제 1 수지(23)를 이용하여 외장부(20)의 내부에 발전 요소(10)를 봉지하고 있기 때문에, 봉지에 의한 불량이 대단히 발생하기 어렵다. 그 때문에, 이차 전지(100)의 제조 후에 수증기 배리어성의 검사(리크(leak) 검사)를 실시하지 않아도 된다.
제 1 수지(23)는 발전 요소의 열화를 방지하는 관점에서, 수증기 배리어성을 가지는 수지를 이용한다. 수증기 배리어성을 가지는 수지란, 예를 들면 수증기 투과도가 1.0×10-4g/㎡·24h 이상 50×10-4g/㎡·24h 이하의 수지이다. 이러한 수지의 종류는 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 열가소성 수지를 들 수 있다. 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리프로필렌이나 폴리에스테르 등을 들 수 있다.
<전극 단자(30)>
전극 단자(30)는 정극 단자(31) 및 부극 단자(32)를 구비하고 있으며, 발전 요소(10)에 전기적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, 정극 단자(31)는 정극집전박(탭(11))에 전기적으로 접속되어 있으며, 부극 단자(32)는 전기적으로 부극집전박(탭(12))에 접속되어 있다. 접속 방법은 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 초음파를 이용하여 전극 단자와 집전박을 접합하여도 된다.
전극 단자(30)는, 상기 서술한 바와 같이, 내부 덮개(22)의 관통 구멍(22d)에 관통하도록 배치되어 있으며, 개구부(21a)로부터 외측으로 돌출하고 있다. 그리고, 제 1 수지(23)가 전극 단자(30)의 적어도 일부의 외주 전체를 피복하여, 전극 단자(30)와 관통 구멍(22d)의 극간을 메움으로써, 내부 덮개(22)와 전극 단자가 제 1 수지(23)로 일체화되어 있다.
전극 단자(30)의 재료는 특별하게 한정되지 않으며, 집전박에 사용 가능한 금속으로부터 적절히 선택할 수 있다.
<구조 효율화>
다음으로 이차 전지(100)에 의한 구조 효율화에 대하여 설명한다. 도 8, 도 9에 종래의 라미네이트형 전지와 이차 전지(100)를 비교한 도를 나타냈다. 도 8은 종래의 라미네이트형 전지(a)와 이차 전지(100)(b)의 길이 방향 단면도를 비교한 도면이다. 도 9는 종래의 라미네이트형 전지(a)와 이차 전지(100)(b)의 평면도를 비교한 도면이다.
도 8의 (a)에 기재되어 있는 바와 같이, 종래의 라미네이트형 전지는, 라미네이트 외장체로부터 돌출하는 단자부(영역 A), 라미네이트 외장체가 열용착된 열용착부(영역 B), 전극 단자와 집전박이 접합된 접합부(영역 C), 및 발전 요소에 접속된 복수의 집전박이 존재하는 집전박부(영역 D)를 가지고 있다.
도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 이차 전지(100)에 있어서, 영역 A 및 영역 D에 대응하는 부분의 길이는, 종래의 라미네이트형 전지와 동등하다. 한편, 이차 전지(100)는 외장부(20)를 이용함으로써, 영역 B 및 영역 C에 대응하는 부분의 길이가 종래의 라미네이트형 전지보다도 짧게 할 수 있다. 구체적으로는 다음과 같다.
우선, 영역 B에 대응하는 부분의 길이가 짧게 되는 이유에 대하여 설명한다. 종래의 라미네이트형 전지의 영역 B(시일 폭)는, 통상, 3㎜를 넘는 길이로 설정할 필요가 있다. 이는 이하의 이유에 의한다. (1) 시일 폭이 짧으면, 적절하게 열용착할 수 없어, 시일 불량이 되는 경우가 있다. (2) 라미네이트 외장체는 강성이 높지 않기 때문에, 시일 폭이 짧으면, 외부로부터의 충격에 의해 시일 영역의 접착이 벗겨져, 접착면을 유지할 수 없는 경우가 있다. (3) 열용착 시에 있어서, 단자가 라미네이트 외장체의 접착면에 대하여 평행하지 않은 경우, 시일 폭이 짧으면 그 기울기를 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 적절하게 열용착을 할 수 없어 시일 불량이 될 확률이 보다 높아진다. (4) 열용착 시에 있어서, 시일 폭이 짧으면, 열용착 헤드에 의해 시일 영역에 적용되는 면적당의 압력이 커져, 라미네이트 외장체 내부의 금속층이 절연층을 넘어서 단자에 파고 들어갈 우려가 있다. 금속층이 단자에 파고 들어가면, 단락을 야기하기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 이차 전지(100)에서는, 통형상부(21) 및 내부 덮개(22)가 제 1 수지(23)로 일체화된 외장부(20)를 이용하고 있다. 이처럼, 제 1 수지(23)로 일체화함으로써, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 접착 불량을 지극히 높게 억제할 수 있다. 또한, 내부 덮개(22)가 기울어, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)의 극간이 평행하지 않은 경우여도, 적절하게 접착할 수 있다. 추가로, 열용착을 행하지 않기 때문에, 단락도 거의 생기지 않는다. 추가하여, 제 1 수지(23)로 일체화함으로써, 강성이 확보되기 때문에, 접착부의 박리도 억제된다. 따라서, 이차 전지(100)는, 종래의 라미네이트형 전지의 영역 B에 대응하는 부분의 길이(L1+L2)를 3㎜ 이하로 설정하는 것이 가능하다. 또한, 2㎜ 이하여도 된다. 따라서, 이차 전지(100)는, 종래의 라미네이트형 전지에 비하여, 영역 B에 대응하는 부분의 폭을 짧게 할 수 있다.
다음으로, 영역 C에 대응하는 부분의 길이가 짧게 되는 이유에 대하여 설명한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 이차 전지(100)의 내부 덮개(22)는 돌출부(22b)의 내부에 공간(22c)을 가지고 있으며, 공간(22c)에 있어서 전극 단자(30)와 집전박이 접합하고 있다. 이처럼 이차 전지(100)는 내부 덮개(22)의 공간(22c)을 유효하게 이용 가능하다. 그 때문에, 이차 전지(100)에 있어서, 외관상, 영역 C에 대응하는 부분의 길이를 짧게 할 수 있다. 또한, 도 8의 (b)에 나타나 있는 바와 같이, 이차 전지(100)는 1개의 영역으로 영역 B 및 C의 역할을 할 수도 있다. 이에 의해 이차 전지(100)는 종래의 라미네이트형 전지에 비하여 구조 효율화할 수 있다.
계속하여, 도 9에 대하여 설명한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 종래의 라미네이트형 전지는 외주의 최대 4변에 열용착부(S)를 필요로 한다. 이에 비하여, 이차 전지(100)의 길이 방향의 양단부는, 상기 서술한 바와 같이, 외장부(20)에 의해 구조 효율화되어 있다. 또한, 이차 전지(100)는 통형상의 금속체인 통형상부(21)를 이용하고 있기 때문에, 폭방향의 양측에 열용착부가 불필요하다. 따라서, 이차 전지(100)는 이 점에서 구조 효율화되어 있다. 또한, 폭방향의 양측에 열용착부가 없는 것에 의해, 수증기 배리어성도 향상되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 이차 전지(100)는 종래의 라미네이트형 전지에 비하여, 대폭 구조 효율이 향상되어 있다.
여기에서, 라미네이트 외장체 및 내부 덮개를 이용하여 발전 요소를 봉지한 이차 전지와 비교한 이차 전지(100)의 이점을 설명한다. 통형상의 라미네이트 외장체의 개구부에 내부 덮개를 배치하고, 라미네이트 외장체와 내부 덮개의 외주면을 열용착함으로써, 종래의 라미네이트형 전지와 비교하여, 이차 전지의 구조 효율화가 가능하다고도 생각할 수 있다. 내부 덮개의 내부 공간을 이용 가능하기 때문이다. 그러나, 열용착에 의해 라미네이트 외장체와 내부 덮개를 접착하고 있기 때문에, 시일 폭을 3㎜ 이하로 짧게 하는 것은 곤란하다. 구체적으로는 이하의 이유에 의한다.
(1) 시일 폭이 짧으면, 시일 불량이 되는 경우가 있다. (2) 라미네이트 외장체는 강성이 높지 않기 때문에, 시일 폭이 짧으면, 외부로부터의 충격에 의해 시일 영역의 접착이 벗겨져, 접착면을 유지할 수 없는 경우가 있다. (3) 또한, 외부로부터의 충격에 의해 내부 덮개가 기울었을 때에, 그 기울기를 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 접착면을 적절하게 유지할 수 없는 경우가 있다. (4) 열용착 시에 있어서, 내부 덮개의 외주면이 라미네이트 외장체의 용착면에 대하여 평행하지 않은 경우, 시일 폭이 짧으면 그 기울기를 원래대로 되돌리는 수정력이 약해지기 때문에, 시일 불량이 될 확률이 보다 높아진다. 또한, 라미네이트 외장체를 통형상으로 성형하면, 측면에 시일 영역이 필요한 경우가 있다. 이상의 이유로부터, 이차 전지(100)는 라미네이트 외장체 및 내부 덮개를 조합시킨 이차 전지와 비교하여도, 구조 효율이 향상되어 있다.
또한, 제조상의 이점도 있다. 라미네이트 외장체와 내부 덮개의 외주면을 열용착할 때, 내측으로부터 내부 덮개를 억제할 수 없기 때문에, 열용착이 곤란한 문제가 있다. 한편, 이차 전지(100)는, 통형상부(21)와 내부 덮개(22)를 소정의 금형에 배치하고, 제 1 수지(23)를 충전함으로써, 이들의 부재를 일체화할 수 있기 때문에, 이러한 문제는 생기지 않는다. 또한, 통형상부(21)에 발전 요소(10)를 수용하고 나서 소정의 금형에서 일체화를 행하기 때문에, 라미네이트 외장체를 이용하는 경우에 비하여, 각 부재의 조립성도 좋으며, 치수 정밀도도 좋다.
<발전 요소(10)와 외장부(20)의 단락 억제>
통형상부(21) 및 내부 덮개(22)가 금속으로 이루어지는 경우, 발전 요소(10)와 이들의 부재의 접촉에 의한 단락을 억제하는 관점에서, 상기 서술한 바와 같이, 발전 요소(10)와 이들의 부재의 사이에 절연성 재료를 배치하여도 되는 것이다. 이하에 있어서, 절연성 재료를 배치하는 구체적인 형태를 설명한다.
우선, 외장부(20)의 내부에 제 2 수지(24)를 충전한 이차 전지(101)를 설명한다. 도 10에 외장부(20)의 내부 전체에 제 2 수지(24)가 충전되어 있는 이차 전지(101)의 길이 방향 단면도를 나타냈다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 외장부(20)가 그 내부에 충전된 제 2 수지(24)를 구비하고 있다. 제 2 수지(24)는 제 1 수지(23)와 마찬가지의 수지를 이용할 수 있다. 도 10에 있어서, 제 2 수지(24)는 외장부(20)의 내부 전체에 배치되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 발전 요소(10)와 외장부(20)가 접촉할 수 있는 위치에 배치되어 있으면 된다. 바람직하게는, 제 2 수지(24)는 외장부(20)의 내부 전체에 배치되어 있는 형태이다.
이처럼, 외장부(20)는 그 내부에 제 2 수지(24)를 구비하는 것에 의해, 통형상부(21)와, 내부 덮개(22)와, 전극 단자(30)와, 발전 요소(10)를 제 2 수지(24)로 일체화할 수 있다. 이에 의해, 발전 요소(10)와 외장부(20)의 접촉에 의한 단락을 억제할 수 있다. 예를 들면, 발전 요소(10) 또는 외장부(20)에 소정의 절연층이 배치되어 있는 경우여도, 외부로부터의 충격에 의해 절연층이 깨져, 발전 요소(10)와 외장부(20)가 접촉하여, 단락될 우려가 있다. 이에 비하여, 외장부(20)의 내부에 제 2 수지(24)를 배치함으로써, 절연층만을 배치하였을 경우에 비하여, 보다 발전 요소(10)와 외장부(20)의 접촉을 억제할 수 있어, 전지의 단락을 억제할 수 있다.
또한, 이차 전지(100)는 제 2 수지(24)를 구비하는 것에 의해, 수증기 배리어성을 추가로 향상시킬 수 있다. 추가로, 제 2 수지(24)로 각 부재를 일체화함으로써, 외부 충격에 의한 발전 요소(10)의 이동을 억제할 수 있기 때문에, 발전 요소(10)의 이동에 의한 집전박이나 탭(11,12)의 절단을 억제할 수 있다. 추가하여, 외부 충격에 의한 발전 요소(10)의 깨짐이나 활락도 억제할 수 있다.
제 2 수지(24)를 외장부(20)의 내부에 충전하는 방법은 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면, 통형상부(21) 및/또는 내부 덮개(22)의 소정의 개소에 제 2 수지(24)를 주입하는 구멍을 마련하여도 된다. 구멍의 형상은 특별하게 한정되지 않으며, 원형이어도 타원형이어도 직사각형이어도 된다. 구멍은 통형상부(21)에 적어도 1개 마련하여도 되고, 내부 덮개(22)에 적어도 1개 마련하여도 된다. 예를 들면, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 통형상부(21)의 측면에 형상이 다른 복수의 구멍(21c,21d)을 마련하여도 된다. 또한, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 내부 덮개(22)의 면(22a)에 복수의 구멍(22f)을 마련하여도 된다. 또한, 발전 요소로서 액계 전지의 발전 요소를 이용하는 경우에는, 당해 제 2 수지(24)를 충전한 후, 소정의 전해액을 구멍으로부터 주입하면 된다.
다음으로, 발전 요소(10)를 절연성 및 수증기 배리어성을 가지는 수지 필름(13)으로 감싼 이차 전지(102)를 설명한다. 도 11에, 발전 요소(10)가 수지 필름(13)으로 감싸져 있는 이차 전지(102)의 길이 방향 단면도를 나타냈다. 도 12에 수지 필름(13)으로 감싸진 발전 요소(10)의 평면도를 나타냈다.
도 11, 도 12에 나타낸 바와 같이, 수지 필름(13)은 통형상을 가지고 있으며, 전극 단자(30)가 배치되어 있는 측에 개구를 가지고 있다. 그리고, 수지 필름(13)은 발전 요소(10) 전체를 감싸고 있다. 도 12에서는, 수지 필름(13)의 내부에 배치되어 있는 부재를 점선으로 나타내고 있다. 수지 필름(13)은 발전 요소(10)에 추가하여, 추가로 전극 단자(30)의 적어도 일부를 감싸고 있어도 된다. 예를 들면, 도 11에 나타나 있는 바와 같이, 수지 필름(13)의 단부가 내부 덮개(22)의 관통 구멍(22d)을 통과하여, 제 1 수지(23)의 내부에 배치되는 전극 단자(30)를 감싸도 된다. 이에 의해, 제 1 수지(23)로 수지 필름(13)을 고정할 수 있다. 이처럼 발전 요소(10)를 수지 필름(13)으로 전체적으로 감싸는 것에 의해, 발전 요소(10)와 외장부(20)의 접촉에 의한 단락을 억제할 수 있다. 또한, 이차 전지(100)는 수지 필름(13)을 구비하는 것에 의해, 수증기 배리어성을 추가로 향상시킬 수 있다.
수지 필름(13)은 절연성 및 수증기 배리어성을 가지는 수지 필름이면 된다. 예를 들면, 알루미늄이나 실리카가 증착된 수지 필름을 들 수 있다. 수지의 종류는 특별하게 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.
또한, 발전 요소(10)를 수지 필름(13)으로 감싸고, 또한, 제 2 수지(24)를 외장부(20)의 내부에 충전하여도 된다.
<통형상부의 다른 형태>
통형상부(21)는 구조 효율화의 관점에서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 통형상의 금속체 또는 통형상으로 성형하여 이루어지는 금속 라미네이트 필름으로 하여도 된다. 바람직하게는 통형상의 금속체이다. 한편, 이러한 통형상부에서는 발전 요소(10)를 내부에 수용하기 어려운 문제가 있다. 그래서, 발전 요소(10)를 수용하기 쉬운 다음의 통형상부(121,221)를 이용하여도 된다.
우선, 통형상부(121)에 대하여 설명한다. 도 13의 (a)에 통형상부(121)의 평면도, (b)에 통형상부(121)의 폭방향 단면도를 나타냈다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 통형상부(121)는 2매의 금속판(121a) 및 제 3 수지(121d)로부터 구성되어 있다. 금속판(121a)은 바닥면(121b)과, 바닥면(121b)의 대향하는 단부로부터 같은 방향으로 돌출한 돌출부(121c)를 구비한, 소위 U자 형상의 부재이다. 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이, 2매의 금속판(121a)은 역으로 겹쳐져 있으며, 통형상부(121)의 대향하는 각각의 측면(폭방향의 면)에 있어서, 2매의 금속판(121a)의 돌출부(121c)가 겹쳐져 있다. 그리고, 통형상부(121)의 각각의 측면을 덮도록 제 3 수지(121d)가 배치되어 있다. 구체적으로는, 제 3 수지(121d)는 겹쳐져 있는 금속판(121a)의 돌출부(121c)의 측면측을 전체적으로 덮고, 또한, 겹쳐져 있는 금속판(121a)의 돌출부(121c)의 극간을 메우고 있다. 이에 의해, 겹쳐져 있는 금속판(121a)의 단부가 제 3 수지(121d)로 일체화되어 있다.
통형상부(121)는 2개의 금속판(121a)을 구비하고 있으므로, 발전 요소(10)를 일방의 금속판(121a)의 내부에 배치한 후, 타방의 금속판(121a)을 역으로 겹치고, 금속판(121a)의 돌출부(121c)를 제 3 수지(121d)로 일체화함으로써, 통형상부(121)를 제조할 수 있다. 이처럼, 통형상부(121)를 이용함으로써, 용이하게 발전 요소(10)를 통형상부(121)의 내부에 수용할 수 있다.
다음으로, 통형상부(221)에 대하여 설명한다. 도 14의 (a)에 통형상부(221)의 평면도, (b)에 통형상부(221)의 폭방향 단면도를 나타냈다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 통형상부(221)는 1매의 금속판(221a) 및 제 3 수지(221d)로부터 구성되어 있다. 금속판(221a)은 통형상으로 성형되어 있으며, 통형상부(221)의 일방의 측면에 있어서 금속판(221a)의 단부(221b)가 겹쳐져 있다. 그리고, 제 3 수지(221d)는 단부(221b)가 겹쳐져 있는 측면을 덮도록 배치된다. 구체적으로는, 제 3 수지(221d)는, 겹쳐져 있는 단부(221b)의 측면측을 전체적으로 덮고, 또한, 겹쳐져 있는 금속판(221a)의 단부(221b)의 극간을 메우고 있다. 이에 의해, 겹쳐져 있는 금속판(221a)의 단부(221b)가 제 3 수지(221d)로 일체화되어 있다.
통형상부(221)는 1매의 금속판(221a)으로부터 구성되어 있기 때문에, 발전 요소(10)를 통형상의 금속판(221a)의 내부에 배치한 후, 단부(221b)를 제 3 수지(221d)로 일체화함으로써, 통형상부(221)를 제조할 수 있다. 이처럼, 통형상부(221)를 이용함으로써, 용이하게 발전 요소(10)를 통형상부(221)의 내부에 수용할 수 있다. 또한, 도 15에 나타나 있는 바와 같이, 통형상부(221)의 제 3 수지(221c)가 배치되어 있지 않은 측면을 소정의 냉각부(X)에 접촉시킴으로써, 용이하게 이차 전지를 냉각할 수 있다. 또한, 이러한 냉각 양태는 통형상부(21)를 이용한 이차 전지에도 적용할 수 있다.
상기 2개의 형태에서 이용한 금속판은, 단순한 금속판이어도 되고, 금속 라미네이트 필름이어도 된다. 바람직하게는 금속판이다. 금속의 종류는, 높은 수증기 배리어성을 가지는 금속이면 된다. 상기 2개의 형태에서 이용한 제 3 수지는, 제 1 수지(23)와 마찬가지의 수지를 이용할 수 있다. 또한, 제 3 수지에 의한 「일체화」는, 겹친 금속판(121a) 또는 통형상으로 성형한 금속판(221a)을 소정의 금형에 배치하고, 제 3 수지를 금형에 주입하여 경화시킴으로써 가능하다. 이에 의해, 통형상부(121,221)를 제조 가능하다.
이상, 본 개시의 이차 전지에 대해서, 주로 일 실시형태인 이차 전지(100)를 이용하여 설명하였다. 본 개시의 이차 전지는 상기 서술한 바와 같이, 구조 효율화가 가능하다. 본 개시의 이차 전지는 어느 것의 용도에도 이용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 이차 전지는 차량 탑재용 이차 전지로서 사용할 수 있다.
10 발전 요소
11, 12 탭
13 수지 필름
20 외장부
21, 121, 122 통형상부
21a 개구부
21b 돌출부
21c 구멍
21d 구멍
22 내부 덮개
22a 면
22b 돌출부
22c 공간
22d 관통 구멍
22e 테이퍼부
22f 구멍
23 제 1 수지
24 제 2 수지
30 전극 단자
31 정극 단자
32 부극 단자
100, 101, 102 이차 전지
121a, 221a 금속판
121b 바닥면
121c 돌출부
121d, 221c 제 3 수지
221b 단부

Claims (7)

  1. 발전 요소와, 상기 발전 요소를 내부에 수용하는 외장부를 구비하고,
    상기 외장부는 대향하는 2면에 개구부를 가지는 통형상부와, 각각의 상기 개구부에 배치되는 내부 덮개와, 각각의 상기 개구부 및 상기 내부 덮개의 개구부측의 면을 덮도록 배치되는 제 1 수지를 가지며,
    상기 제 1 수지는 상기 통형상부와 상기 내부 덮개의 사이를 메우도록 배치되어 있으며,
    상기 통형상부와 상기 내부 덮개가 상기 제 1 수지로 일체화되어 있는, 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 요소에 접속된 전극 단자를 구비하고,
    상기 내부 덮개는 상기 통형상부의 개구부측에 배치되는 상기 면과, 당해 면의 외주 전체로부터 상기 통형상부의 내측으로 돌출한 돌출부와, 당해 돌출부로 둘러싸인 공간을 가지고 있으며,
    적어도 일방의 상기 내부 덮개는 상기 면에 관통 구멍을 가지고 있으며,
    상기 전극 단자는 상기 관통 구멍에 관통하도록 배치되어 있으며,
    상기 전극 단자가 관통하고 있는 상기 내부 덮개측에 배치된 상기 제 1 수지는, 추가로 상기 전극 단자의 적어도 일부의 외주를 피복하고, 또한, 상기 관통 구멍과 상기 전극 단자의 사이를 메우도록 배치되어 있으며,
    상기 통형상부와 상기 내부 덮개와 상기 전극 단자가 상기 제 1 수지로 일체화되어 있는, 이차 전지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외장부는 그 내부에 충전된 제 2 수지를 가지며,
    상기 통형상부와, 상기 내부 덮개와, 상기 전극 단자와, 상기 발전 요소가 상기 제 2 수지로 일체화되어 있는, 이차 전지.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전 요소는 절연성 및 수증기 배리어성을 가지는 수지 필름에 감싸져 있는, 이차 전지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통형상부는 통형상의 금속체 또는 통형상으로 성형되어서 이루어지는 금속 라미네이트 필름인, 이차 전지.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통형상부는 2매의 금속판 및 제 3 수지로 구성되어 있으며,
    상기 금속판은 바닥면과 상기 바닥면의 대향하는 단부로부터 같은 방향으로 돌출한 돌출부를 가지고 있으며,
    상기 금속판은 역으로 겹쳐져 있으며,
    상기 통형상부의 대향하는 각각의 측면에 있어서, 상기 돌출부가 겹쳐져 있으며,
    상기 제 3 수지는 상기 통형상부의 각각의 측면을 덮도록 배치되어 있으며,
    겹쳐져 있는 상기 금속판의 단부는 상기 제 3 수지로 일체화되어 있는, 이차 전지.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통형상부는 1매의 금속판 및 제 3 수지로 구성되어 있으며,
    상기 금속판은 통형상으로 성형되어 있으며,
    상기 통형상부의 일방의 측면에 있어서, 상기 금속판의 단부가 겹쳐져 있으며,
    상기 제 3 수지는 상기 단부가 겹쳐져 있는 측면을 덮도록 배치되어 있으며,
    겹쳐져 있는 상기 금속판의 단부는 상기 제 3 수지로 일체화되어 있는, 이차 전지.
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