KR20240014446A - 전지 - Google Patents

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KR20240014446A
KR20240014446A KR1020230094525A KR20230094525A KR20240014446A KR 20240014446 A KR20240014446 A KR 20240014446A KR 1020230094525 A KR1020230094525 A KR 1020230094525A KR 20230094525 A KR20230094525 A KR 20230094525A KR 20240014446 A KR20240014446 A KR 20240014446A
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가즈키 오시마
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프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

신뢰성이 적합하게 향상된 전지를 제공한다.
여기서 개시되는 전지(100)의 적합한 일 양태에서는, 정부극 각각의 전극을 갖는 전극체(10)와, 개구부(3)를 갖고, 전극체(10)를 수용하는 케이스 본체(2)와, 단자 장착 구멍(8)을 갖고, 개구부(3)를 밀봉하는 밀봉판(4)과, 일단이 케이스 본체(2)의 내부에서 정부극 중 어느 것의 전극과 전기적으로 접합되고, 타단이 단자 장착 구멍(8)에 삽입 관통되어 밀봉판(4)의 외측면(7)에 노출되는 집전 단자(20)와, 밀봉판(4) 및 집전 단자(20)의 적어도 일부를 절연하는 절연 부재(30)를 구비하고 있고, 밀봉판(4)에, 복수의 오목부(4a)가 형성되어 있고, 오목부(4a)에는, 오목부(4a)에 대향하는 절연 부재(30)가 충전되어 있다.

Description

전지{BATTERY}
본 개시는, 전지에 관한 것이다.
근년, 리튬 이온 이차 전지 등의 전지는, 퍼스컴, 휴대 단말기 등의 포터블 전원이나, 전기 자동차(BEV), 하이브리드 자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV) 등의 차량 구동용 전원 등에 적절하게 사용되고 있다. 이러한 전지는, 예를 들어 전극 단자와 밀봉판을 절연하기 위한 절연 부재를 구비하고 있다. 예를 들어, 하기 특허문헌 1에는, 이러한 구성의 전지가 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2021-086813호 공보
그런데, 본 발명자의 검토에 의하면, 모듈 체결 시나 구속 후의 주행 차량 진동에 의해, 전극 단자에 대하여 그 회전축을 중심으로 작용하는 힘(이하, 단순히 「토크」라고도 함)이 가해지는 경우가 있고, 이에 의해, 전극 단자-절연 부재-밀봉판의 접합부나 절연 부재가 손상될 우려가 있는 것을 알았다.
본 개시는, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 주된 목적은, 신뢰성이 적합하게 향상된 전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 실현하기 위해, 본 개시는, 정부극 각각의 전극을 갖는 전극체와, 개구부를 갖고, 상기 전극체를 수용하는 전지 케이스와, 단자 장착 구멍을 갖고, 상기 개구부를 밀봉하는 밀봉판과, 일단이 상기 전지 케이스의 내부에서 상기 정부극 중 어느 것의 전극과 전기적으로 접합되고, 타단이 상기 단자 장착 구멍에 삽입 관통되어 상기 밀봉판의 외측에 노출되는 전극 단자와, 상기 밀봉판 및 상기 전극 단자의 적어도 일부를 절연하는 절연 부재를 구비한 전지이며, 상기 밀봉판 및 상기 절연 부재 중 적어도 어느 한쪽에, 하나 또는 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 밀봉판에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부에는, 해당 오목부에 대향하는 상기 절연 부재가 충전되어 있고, 상기 절연 부재에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부에는, 해당 오목부에 대향하는 상기 밀봉판이 매설되어 있는 전지를 제공한다.
이와 같이, 밀봉판 및 절연 부재 중 적어도 어느 한쪽에 오목부를 형성한 경우, 전극 단자에 가해지는 토크에 의해 발생하는 하중을 해당 오목부에 의해 적합하게 받을 수 있다. 이에 의해, 전극 단자에 가해지는 토크를 분산시킬 수 있으므로, 상술한 접합부나 절연 부재의 손상을 적합하게 억제할 수 있다. 따라서, 본 개시에 의하면, 신뢰성이 적합하게 향상된 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 전지를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따르는 모식적인 종단면도이다.
도 3은 도 1의 밀봉판을 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 관한 밀봉판을 모식적으로 도시하는 상면도이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따르는 모식적인 종단면도이다.
도 6은 제3 실시 형태에 관한 도 2 대응도이다.
도 7은 제4 실시 형태에 관한 도 2 대응도이다.
도 8은 도 7의 제2 플랜지부의 구성을 도시하는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 여기서 개시되는 기술의 몇 가지의 적합한 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 특별히 언급하고 있는 사항 이외의 사항이며 본 개시의 실시에 필요한 사항(예를 들어, 본 개시를 특징짓지 않는 전지의 일반적인 구성 및 제조 프로세스)은, 당해 분야에 있어서의 종래 기술에 기초하는 당업자의 설계 사항으로서 파악될 수 있다. 본 개시는, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다. 또한, 여기서 설명되는 실시 형태는, 당연히 특별히 본 개시를 한정하는 것을 의도한 것은 아니다.
또한, 각 도면은 모식도이며, 반드시 실제의 실시품이 충실하게 반영된 것은 아니다. 이하에서는, 동일한 작용을 발휘하는 부재, 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 적절히 생략 또는 간략화한다. 여기서는, 도면 중에 있어서, 전, 후, 상, 하, 좌, 우는, 각각 F, Rr, U, D, L, R로 나타낸다. 단, 전, 후, 상, 하, 좌, 우는 설명의 편의상의 방향에 지나지 않으며, 전지의 설치 양태 등을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면 중의 회전 방향 D1은 설명의 편의상의 방향에 지나지 않으며, 집전 단자(전극 단자)의 회전 방향을 한정하는 것은 아니다. 그리고, 이하의 설명은, 여기서 개시되는 기술을 이하의 실시 형태에 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서 범위를 나타내는 「A 내지 B」의 표기는, A 이상 B 이하의 뜻과 함께, 「A보다 크다」 및 「B보다 작다」의 뜻을 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「전지」란, 전기 에너지를 취출 가능한 축전 디바이스 전반을 가리키는 용어이며, 일차 전지와 이차 전지를 포함하는 개념이다. 또한, 본 명세서에 있어서 「이차 전지」란, 전해질을 통해 정극과 부극 사이에서 전하 담체가 이동함으로써 반복 충방전이 가능한 축전 디바이스 전반을 말한다. 전해질은 액상 전해질(전해액), 겔상 전해질, 고체 전해질 중 어느 것이어도 된다. 이러한 이차 전지는, 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 전지 등의 소위 축전지(화학 전지) 외에, 전기 이중층 캐패시터 등의 캐패시터(물리 전지) 등도 포함한다. 이하에서는, 리튬 이온 이차 전지를 대상으로 한 경우의 실시 형태에 대해서 설명한다.
<전지의 구성>
도 1은 전지(100)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 전지(100)는 전지 케이스(1)와, 전극체(10)와, 전극 단자(여기서는, 집전 단자(20))와, 절연 부재(30)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 전지 케이스(1) 중 일부품인 밀봉판(4)에 집전 단자(20)와, 절연 부재(30)가 일체 성형된 어셈블리 부품(이하, 밀봉판 어셈블리(4A)라고 칭함)과, 그 밖의 부품을 분리하여 도시하고 있다. 또한 도 1에서는, 부극에 관해서, 밀봉판(4)과 집전 단자(20)와 절연 부재(30)를 분리하여 도시하고 있다.
전지 케이스(1)는 케이스 본체(2)와 밀봉판(4)을 구비하고 있다. 케이스 본체(2) 및 밀봉판(4)은 전지 케이스(1)를 구성하는 케이스 부재의 일례이다. 케이스 본체(2)는 전극체(10)와 전해액을 수용하고 있다. 케이스 본체(2)는, 대략 직육면체의 편평한 각형의 용기이다. 또한, 다른 실시 형태에서는, 전지 케이스(1)의 형상은 원통상 등 그 밖의 형상이어도 된다. 케이스 본체(2)는, 대향하는 광폭면을 구성하는 한 쌍의 측면 사이의 일측면이 개구되어 있다. 케이스 본체(2)로서는, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속제의 것을 사용할 수 있다.
밀봉판(4)은 케이스 본체(2)의 개구부(3)를 밀봉하는 부재이다. 도 1에서는 분리 상태로 도시하고 있지만, 전지(100)의 완성품에서는, 밀봉판(4)은 케이스 본체(2)의 개구부(3)의 주연에 접합되어 있다. 밀봉판(4)으로서는, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속제의 것을 사용할 수 있다. 밀봉판(4)은 전지(100)의 내부측을 향한 내측면(6)과 외부측을 향한 외측면(7)을 갖고 있다. 밀봉판(4)은, 또한 내측면(6)과 외측면(7)을 관통하는 단자 장착 구멍(8)을 갖고 있다. 단자 장착 구멍(8)은 밀봉판(4)의 정극측과 부극측에 1개씩 마련되어 있다. 단자 장착 구멍(8)에 의해 전지 케이스(1)의 내부와 외부는 연통되어 있다. 단자 장착 구멍(8)의 형상은, 여기서는 원통상이지만, 예를 들어 직사각 형상 등의 다양한 형상이어도 된다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 밀봉판(4)의 두께(도 2의 S1을 참조)는, 예를 들어 0.5㎜ 이상으로 할 수 있고, 후술하는 오목부(4a)가 형성되기 쉽다고 하는 관점에서, 바람직하게는 1㎜ 이상이고, 예를 들어 2㎜ 이상이어도 된다. 또한, 밀봉판(4)의 두께의 상한은, 예를 들어 10㎜ 이하이고, 전지(100)의 체적 용량을 적합하게 유지한다고 하는 관점에서, 바람직하게는 5㎜ 이하이다.
밀봉판(4)은 전지 케이스(1)의 내압이 소정 레벨 이상으로 상승한 경우에 해당 내압을 개방하도록 설정된 박육의 안전 밸브(5)가 마련되어 있다. 또한, 전지 케이스(1)에는, 전해액을 주입하기 위한 주액 구멍(9)이 마련되어 있다.
전극체(10)는 케이스 본체(2)에 수용되어 있다. 전극체(10)는, 예를 들어 절연 필름(도시는 생략) 등으로 덮인 상태에서, 케이스 본체(2)에 수용되어 있다. 전극체(10)는 정극 시트(11)와, 부극 시트(12)와, 정극 시트(11)와 부극 시트(12) 사이에 배치된 세퍼레이터 시트(도시 생략)를 구비하고 있다. 정극 시트(11), 부극 시트(12) 및 세퍼레이터 시트는, 각각 긴 띠상의 부재이다. 정극 시트(11), 부극 시트(12) 및 세퍼레이터 시트는 겹쳐지고, 케이스 본체(2) 내에서 권회되어 있다. 또한, 여기서 개시되는 기술은, 예를 들어 전극체가, 정극 시트 및 부극 시트가 세퍼레이터 시트를 통해 겹쳐진 적층형 전극체인 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 정극 시트 및 부극 시트로서는, 예를 들어 탭을 갖는 것을 사용할 수도 있다.
정극 시트(11)는, 미리 정해진 폭 및 두께의 금속박(예를 들어, 알루미늄박)의 양면에, 정극 활물질을 포함하는 정극 활물질층이 형성된 부재이다. 또한, 다른 실시 형태에서는, 정극 시트의 편면에만 정극 활물질층이 형성되어 있어도 된다. 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 가지 제안되어 있고, 특별히 한정되지는 않는다.
부극 시트(12)는, 미리 정해진 폭 및 두께의 금속박(예를 들어, 구리박)의 양면에, 부극 활물질을 포함하는 부극 활물질층이 형성된 부재이다. 또한, 다른 실시 형태에서는, 부극 시트의 편면에만 부극 활물질층이 형성되어 있어도 된다. 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 가지 제안되어 있고, 특별히 한정되지는 않는다.
세퍼레이터 시트에는, 예를 들어 소요의 내열성을 갖고, 전해질이 통과할 수 있는 다공질의 수지 시트가 사용된다. 세퍼레이터 시트에 대해서도 여러 가지 제안되어 있고, 특별히 한정되지는 않는다.
전해액으로서는, 이러한 종류의 전지에 사용될 수 있는 종래 공지된 것을 사용 가능하고, 예를 들어 유기 용매(비수 용매) 중에, 지지염을 함유시킨 것을 사용할 수 있다.
케이스 본체(2) 내에서 권회된 정극 시트(11)는 일단이 케이스 본체(2) 내의 좌측단 부근에 오도록 배치된다. 부극 시트(12)는 일단이 케이스 본체(2) 내의 우측단 부근에 오도록 배치된다. 도 1에서는 분리 상태로 도시하고 있지만, 전지(100)의 완성품에서는, 정극 시트(11) 및 부극 시트(12)에는, 각각 1개의 집전 단자(20)가 용접되어 있다.
밀봉판 어셈블리(4A)는, 밀봉판(4)과, 집전 단자(20)와, 절연 부재(30)가 일체 성형(인서트 성형)으로 조립 장착된 어셈블리 부품이다. 즉, 집전 단자(20) 및 절연 부재(30)는 일체 성형품으로서 구비되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 밀봉판 어셈블리(4A)를 용이하게 분리할 수 있으므로, 작업성의 관점에서 바람직하다. 집전 단자(20)는 일부가 전지 케이스(1)의 내부에 배치되고, 다른 일부가 전지 케이스(1)의 외부에 배치되어 있다. 또한 전술한 바와 같이 도시는 생략하고 있지만, 집전 단자(20)는 전지 케이스(1)의 내부에 있어서 전극체(10)에 접속되어 있다. 또한, 부극측의 집전 단자(20)는, 예를 들어 구리 또는 구리 합금으로 형성되어 있다. 정극측의 집전 단자(20)는, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
도 2는 밀봉판(4)의 단자 장착 구멍(8) 부근의 단면도이다. 도 2는 도 1의 II-II 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 집전 단자(20)는 받침대부(21)와, 전극체 접속부(22)와, 축부(23)와, 외부 접속부(24)를 구비하고 있다. 또한, 이하에서는, 전극체(10)의 전극을 전지 케이스(1)의 외부로 취출하는, 단자 장착 구멍(8) 부근의 구성을 「전극 취출부」라고도 칭한다.
받침대부(21)는 사각형의 평판상으로 구성되고, 수평 방향으로 연장되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 받침대부(21)의 전후 방향의 길이는 단자 장착 구멍(8)보다도 길다. 도시는 생략하지만, 좌우 방향에 관해서도, 받침대부(21)의 길이는 단자 장착 구멍(8)보다도 길다. 받침대부(21)는 직경 방향의 크기가 단자 장착 구멍(8)보다도 크다.
전극체 접속부(22)는 전지 케이스(1)의 내부에 배치되고, 전극체(10)에 접속되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 전극체 접속부(22)는 판상으로 형성되고, 받침대부(21)의 후단으로부터 하방으로 연장되어 있다. 전극체 접속부(22)는 중간부에서 전방측을 향하여 굴절되어 있다. 전극체 접속부(22)는 굴절 부분보다도 하방에서는 다시 하방을 향하여 연장되어 있다. 이 굴절에 의해, 전극체 접속부(22)의 선단은, 전후 방향에 관해서 받침대부(21)의 중앙부에 위치하고 있다.
축부(23)는 전극체 접속부(22)와 전지 케이스(1)의 외부에 배치된 외부 접속부(24) 사이에 배치되고, 단자 장착 구멍(8)에 삽입 관통되어 있다. 축부(23)는 받침대부(21)로부터 상방으로 연장되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 축부(23)의 전후 방향의 길이는 받침대부(21) 및 단자 장착 구멍(8)보다도 짧다. 도시는 생략하지만, 좌우 방향에 관해서도, 축부(23)의 길이는 받침대부(21) 및 단자 장착 구멍(8)보다도 짧다. 그 때문에, 축부(23)는 단자 장착 구멍(8)의 내주면과는 이격되어 있다.
외부 접속부(24)는 축부(23)의 상방에 마련되어 있다. 외부 접속부(24)는 밀봉판(4)의 외측면(7)에 노출되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 외부 접속부(24)의 전후 방향의 길이는 받침대부(21) 및 단자 장착 구멍(8)보다도 짧고, 축부(23)보다도 길다. 도시는 생략하지만, 좌우 방향에 관해서도, 외부 접속부(24)의 길이는 받침대부(21) 및 단자 장착 구멍(8)보다도 짧고, 축부(23)보다도 길다. 외부 접속부(24)는 단자 장착 구멍(8)에 삽입 관통 가능한 크기로 구성되어 있다. 받침대부(21), 축부(23) 및 외부 접속부(24)의 크기의 차이에 의해, 축부(23)는 받침대부(21) 및 외부 접속부(24)에 대하여 잘록하게 되어 있다.
절연 부재(30)는 밀봉판(4) 및 집전 단자(20) 중 적어도 일부를 절연한다. 또한, 절연 부재(30)는 여기서는, 단자 장착 구멍(8)에 적어도 그 일부가 삽입 관통된 상태로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 절연 부재(30)는 단자 장착 구멍(8)과 집전 단자(20)의 공간을 매우도록 밀봉판(4) 및 집전 단자(20)와 일체 성형되어 있다. 절연 부재(30)는 단자 장착 구멍(8)과 집전 단자(20)의 축부(23) 사이에 위치하는 통 형상부(31)와, 밀봉판(4)의 내측면(6)을 따라서 수평 방향으로 연장되는 제1 플랜지부(32)와, 밀봉판(4)의 외측면(7)을 따라서 수평 방향으로 연장되는 제2 플랜지부(33)를 갖고 있다. 통 형상부(31)와 제1 플랜지부(32)와 제2 플랜지부(33)는 일체로 형성되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 플랜지부(32) 및 제2 플랜지부(33)의 전후 방향의 길이는, 외부 접속부(24)보다도 길다. 도시는 생략하지만, 좌우 방향에 관해서도, 제1 플랜지부(32) 및 제2 플랜지부(33)의 길이는, 집전 단자(20)의 받침대부(21) 및 외부 접속부(24)보다도 길다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 밀봉판(4)의 외측면(7)에 복수(여기서는, 8개)의 오목부(4a)가 형성되어 있다. 단, 밀봉판(4)이 갖는 오목부(4a)의 수는 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 1개여도 된다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 오목부(4a)에는, 오목부(4a)에 대향하는 절연 부재(30)의 적어도 일부가 충전되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 집전 단자(20)에 가해지는 토크에 의해 발생하는 하중을 오목부(4a)에 의해 적합하게 받을 수 있다. 이에 의해, 집전 단자(20)에 가해지는 토크를 분산시킬 수 있으므로, 집전 단자(20)-절연 부재(30)-밀봉판(4)의 접합부나 절연 부재(30)의 손상을 적합하게 억제할 수 있다. 또한, 오목부(4a)를 갖는 밀봉판(4)은, 예를 들어 금형 등에 의해 제조할 수 있다.
특별히 한정되는 것은 아니지만, 오목부(4a)의 깊이(도 2의 T1을 참조)는, 예를 들어 오목부(4a)의 주연에 있어서의 밀봉판(4)의 두께(도 2의 S1을 참조)의 1/10 이상이고, 상술한 하중을 보다 적합하게 받는다고 하는 관점에서, 바람직하게는 1/5 이상이고, 예를 들어 1/4 이상이어도 된다. 또한, 오목부(4a)의 깊이의 상한은, 예를 들어 밀봉판(4)의 두께의 1/2 이하이고, 1/3 이하여도 된다.
특별히 한정되는 것은 아니지만, 오목부(4a) 1개당의 저면의 면적은, 밀봉판(4)의 외측면(7)의 구멍이나 오목부(4a)를 마련하기 전의 면적을 100％로 했을 때, 예를 들어 1％ 이상이고, 상술한 하중을 보다 적합하게 받는다고 하는 관점에서, 바람직하게는 2％ 이상이고, 예를 들어 3％ 이상이어도 된다. 또한, 오목부(4a) 1개당의 저면의 면적의 상한은, 예를 들어 밀봉판(4)의 외측면(7)의 면적의 10％ 이하이고, 7％ 이하나 5％ 이하여도 된다.
본 실시 형태에서는, 오목부(4a)는 집전 단자(20)의 주위에 있어서, 집전 단자(20)를 중심점으로 한 경우에, 점대칭이 되는 위치에 각각 형성되어 있다(도 3을 참조, 도 3에서는 편의상, 집전 단자(20)의 게재를 생략하고 있음). 이러한 구성에 의하면, 상술한 하중을 오목부(4a)에 의해 보다 효과적으로 받을 수 있으므로, 집전 단자(20)-절연 부재(30)-밀봉판(4)의 접합부나 절연 부재(30)의 손상을 보다 적합하게 억제할 수 있다. 단, 다른 실시 형태에서는, 오목부(4a)는 집전 단자(20)를 중심점으로 하여 점대칭이 되는 위치에 형성되어 있지 않아도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 오목부(4a)는 그 개구부로부터 보아 원 형상이다. 단, 오목부(4a)의 개구부로부터 본 형상은 이것에 한정되지 않고, 타원 형상, 직사각 형상, 삼각 형상 등 그 밖의 다양한 형상이어도 된다. 이 중에서도, 오목부의 개구부로부터 본 형상이 원 형상이나 타원 형상인 경우, 코너부를 갖지 않으므로, 해당 코너부에 대한 응력 집중을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 밀봉판에 복수의 오목부가 존재하는 경우, 해당 복수의 오목부의 개구부로부터 본 형상은 모두 동일해도 되고, 달라도 된다.
절연 부재(30)는, 예를 들어 PFA(퍼플루오로알콕시알칸) 수지 등의 수지에 의해 형성되어 있다. 단, 절연 부재(30)는 성형성, 절연성, 시일성 및 전해액에 대한 내성을 구비한 재료이면 되고, PFA 수지에 한정되지는 않는다. 다른 적합한 절연 부재(30)의 재료로서는, 예를 들어 PPS(폴리페닐렌술피드) 수지를 들 수 있다. 또한, 절연 부재(30)의 성형 시의 온도와 전지(100)의 사용 시의 온도의 차를 고려하여, 밀봉판(4)의 선팽창률과 절연 부재(30)의 선팽창률은 가까운 쪽이 바람직하다. 그래서, 적합하게는, 절연 부재(30)에는 PFA 수지 등 외에, 선팽창률을 조정하기 위한 필러(예를 들어, 절연 필러)가 첨가되어도 된다.
이러한 필러의 일례로서는, 유리 성분을 주체로 하여 구성되는 유리 필러를 들 수 있다. 여기서, 「유리 성분을 주체로 하여 구성되는」이란, 필러 전체를 100질량％로 했을 때, 유리 성분이 예를 들어 90질량％ 이상, 95질량％ 이상, 99질량％ 이상(100질량％여도 됨) 함유되는 것을 의미할 수 있다. 또한, 유리 성분의 일례로서는, SiO2-Al2O3-CaO-SrO계 유리, SiO2-B2O3-ZnO-Na2O계 유리 등을 들 수 있다. 유리 필러의 평균 입자경은, 예를 들어 1㎛ 내지 20㎛나 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내로 할 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「평균 입자경」이란, 예를 들어 레이저 회절ㆍ산란법에 기초하는 체적 기준의 입도 분포에 있어서, 입경이 작은 측으로부터 적산값 50％에 상당하는 입경을 의미한다. 유리 필러로서는, 예를 들어 시판 중인 것을 사용할 수 있다.
<전지의 제조 방법>
상기와 같은 전지(100)는, 예를 들어 (1) 준비 공정과 (2) 레이저 용접 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 여기서는, 준비 공정에, (1A) 인서트 성형 공정을 더 포함하고 있다.
(1) 준비 공정에서는, 전지 케이스(1)와 밀봉판(4)을 준비한다. 또한, 그 밖의 상기한 바와 같은 필요 부재를 준비한다. 여기서는, 밀봉판(4)은 개구부로부터 보아 원 형상의 오목부(4a)를 복수 구비하고 있고, 복수의 오목부(4a)는 집전 단자(20)에 대하여 점대칭이 되도록 형성되어 있다.
(1A) 인서트 성형 공정에서는, 밀봉판(4)에 집전 단자(20)와 절연 부재(30)를 일체화하여 어셈블리 부품(예를 들어, 밀봉판 어셈블리(4A))을 제작한다. 밀봉판 어셈블리(4A)는 밀봉판(4), 집전 단자(20) 및 절연 부재(30)를 인서트 성형함으로써 제작할 수 있다. 이에 의해, 부품 개수를 삭감할 수 있음과 함께, 종래의 리벳을 사용하는 방법에 비해 도전 경로를 간편하게 형성할 수 있다. 인서트 성형은, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2021-086813호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2021-086814호 공보, 일본 특허 제3986368호 공보, 일본 특허 제6648671호 공보 등에 기재된 바와 같이, 종래 공지된 방법에 따라서 행할 수 있다. 예를 들어, 하형과 상형을 갖는 성형 금형을 사용하여, 부품 세트 공정, 위치 결정 공정, 상형 세트 공정, 사출 성형 공정, 상형 릴리스 공정 및 부품 취출 공정을 포함하는 방법에 의해 제작할 수 있다.
부품 세트 공정에서는, 집전 단자(20)가 밀봉판(4)의 단자 장착 구멍(8)에 삽입 관통된 후, 밀봉판(4)이 하형에 장착된다. 위치 결정 공정에서는, 집전 단자(20)가 위치 결정되고, 고정된다. 상형 세트 공정에서는, 상형이, 하형과 함께 밀봉판(4) 및 집전 단자(20)를 상하 방향으로 사이에 두도록 장착된다. 사출 성형 공정에서는, 먼저 성형 금형이 가열된다. 다음으로, 성형 금형에 용융 수지가 주입된다. 용융 수지는 상형으로부터 단자 장착 구멍(8)을 통과하여 하형으로 흐른다. 그 후, 성형 금형과 성형품이 냉각된다. 이에 의해, 절연 부재(30)와 밀봉판(4)과 집전 단자(20)가 일체화된다. 상형 릴리스 공정에서는, 상형이 하형으로부터 이격된다. 부품 취출 공정에서는, 성형품이 하형으로부터 분리된다.
(2) 레이저 용접 공정에서는, 전지 케이스(1)의 내부에 전극체(10)가 수용된 후, 전지 케이스(1)의 개구부(3)에 밀봉판(4)이 끼워 맞춰진다. 다음으로, 전지 케이스(1)와 밀봉판(4)의 이음매(끼워 맞춤부)가 레이저로 용접 접합된다. 또한, 레이저 용접에 사용하는 레이저광의 종류나 레이저 용접의 조건에 대해서는, 종래와 마찬가지여도 되고, 특별히 한정되지는 않는다. 끼워 맞춤부가 전체 둘레에 걸쳐서 용접 접합됨으로써, 밀봉판(4)과 전지 케이스(1)가 간극 없이 용착된다. 그 후, 주액 구멍(9)으로부터 전해액을 주입하고, 주액 구멍(9)을 밀봉 부재로 막음으로써, 전지(100)를 밀폐한다. 이상과 같이 하여, 전지(100)를 제조할 수 있다.
전지(100)는 각종 용도에 이용 가능하지만, 예를 들어 승용차, 트럭 등의 차량에 탑재되는 모터용의 동력원(구동용 전원)으로서 적합하게 사용할 수 있다. 차량의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV; Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle), 전기 자동차(BEV; Battery Electric Vehicle) 등을 들 수 있다. 또한, 전지(100)를 복수 구비한 조전지로서 사용할 수도 있다.
이상, 본 개시의 몇 가지의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상기 제1 실시 형태는 일례에 지나지 않는다. 본 개시는, 그 밖에도 다양한 형태로 실시할 수 있다. 본 개시는, 본 명세서에 개시되어 있는 내용과 당해 분야에 있어서의 기술 상식에 기초하여 실시할 수 있다. 청구 범위에 기재된 기술에는, 상기에 예시한 실시 형태를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시 형태의 일부를 다른 변형 양태로 치환하는 것도 가능하고, 상기한 실시 형태에 다른 변형 양태를 추가하는 것도 가능하다. 또한, 그 기술적 특징이 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제하는 것도 가능하다.
예를 들어, 상기 제1 실시 형태에서는, 정극측 및 부극측에 있어서, 밀봉판(4)의 오목부(4a)에, 오목부(4a)에 대향하는 절연 부재(30)의 일부가 충전되어 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 정극측 및 부극측 중 어느 한쪽만을, 이러한 구성으로 할 수도 있다. 또한, 예를 들어 상기 제1 실시 형태에서는, 일체 성형(인서트 성형)에 의해 밀봉판 어셈블리(4A)를 제조하고 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 여기서 개시되는 기술은, 일체 성형 이외의 방법에 의해 제조된 밀봉판 어셈블리에 대해서도 적용할 수 있다.
도 4는 제2 실시 형태에 관한 밀봉판을 모식적으로 도시하는 상면도이다. 도 5는 도 4의 V-V선을 따르는 모식적인 종단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 단자 장착 구멍(108)은 원통상으로 형성되어 있고, 또한 집전 단자(20)의 단자 장착 구멍(108)에 삽입 관통되는 부분은 원통상으로 형성되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에서는, 오목부(104a)의 각각에 있어서, 적어도 집전 단자(20)의 원통상 부분의 중심축을 중심으로 한 회전 방향(도 4의 D1 방향)에 대향하는 부분에 있어서, 개구부의 코너부(여기서는, 가장자리(104a2)가 R 형상이다. 이러한 구성에 의하면, 오목부(104a)에 가해지는 응력의 완화나, 집전 단자(20)-절연 부재(30)-밀봉판(104)의 접합부의 강도의 보강이 보다 적합하게 실현되므로 바람직하다. 또한, 가장자리(104a2)는, 여기서는 D1 방향에 대하여 2개소 형성되어 있지만, 1개소에만 형성되어 있어도 된다. 또한, 그 밖의 가장자리(104a1)는, 여기서는 R 형상으로 하고 있지 않지만, 예를 들어 R 형상이어도 된다. 오목부(104a)의 그 밖의 구성(예를 들어, 크기나 깊이 등)에 대해서는, 적절히 오목부(4a)의 설명을 참조할 수 있다. 또한, 특별히 한정되지 않지만, 가장자리(104a2)의 R의 크기는, 대략 0.05 내지 30(예를 들어 0.1 내지 10)으로 할 수 있다. 또한, 오목부가 다른 형상(예를 들어, 원 형상이나 타원 형상 등)인 경우에 대해서도, 적어도 D1 방향에 대향하는 코너부를 R 형상으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 실시 형태에서는, 밀봉판(4)의 외측면(7)에 오목부(4a)가 형성되어 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 여기서, 도 6은 제3 실시 형태에 관한 도 2 대응도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에서는, 밀봉판(204)의 내측면(206)에, 오목부(204a)가 형성되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 도 6의 밀봉판(204)을 도시하는 사시도는, 도 3의 외측면(7)의 표기를 내측면(6)으로 변경한 것으로 할 수 있다. 또한, 다른 실시 형태에서는, 밀봉판(4)이 갖는 단자 장착 구멍(8)에 오목부(4a)가 형성되어 있어도 된다. 이들 오목부의 구성(예를 들어, 크기나 깊이 등)에 대해서는, 적절히 오목부(4a)의 설명을 참조할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 실시 형태에서는, 밀봉판(4)에 오목부(4a)가 형성되어 있지만, 이것에 한정되지는 않는다. 여기서, 도 7은 제4 실시 형태에 관한 도 2 대응도이고, 도 8은 도 7의 제2 플랜지부의 구성을 도시하는 모식도이다. 도 8에 있어서, 부호 333A는 제2 플랜지부(333)의 외측면을 도시하고 있고, 부호 333B는 제2 플랜지부(333)의 내측면을 도시하고 있다. 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태에서는, 절연 부재(330)에, 오목부(333a)가 복수(여기서는, 8개) 형성되어 있다. 이 경우, 오목부(333a)에는, 오목부(333a)에 대향하는 밀봉판(304)의 일부가 매설되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 집전 단자(20)에 가해지는 토크에 의해 발생하는 하중을 오목부(333a)에 의해 적합하게 받을 수 있다. 이에 의해, 집전 단자(20)에 가해지는 토크를 분산시킬 수 있으므로, 집전 단자(20)-절연 부재(330)-밀봉판(304)의 접합부나 절연 부재(330)의 손상을 적합하게 억제할 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어 오목부(333a)에 대응하는 볼록부를 갖는 밀봉판을 사용하여, 금형 성형 등에 의해 실현할 수 있다. 또한, 오목부(333a)의 개구부의 형상은, 오목부(4a)의 설명에서 열거한 바와 같은 다양한 형상으로 할 수 있다. 또한, 오목부(333a)에 있어서, 적어도 D1 방향에 대향하는 코너부를 R 형상으로 할 수 있다.
특별히 한정되는 것은 아니지만, 오목부(333a)의 깊이(도 7의 T2를 참조)는, 예를 들어 오목부(333a)의 주연에 있어서의 절연 부재(330)의 제2 플랜지부(333)의 두께(도 7의 S2를 참조)의 1/10 이상이고, 상술한 바와 같은 하중을 보다 적합하게 받는다고 하는 관점에서, 바람직하게는 1/5 이상이고, 예를 들어 1/4 이상이어도 된다. 또한, 오목부(333a)의 깊이의 상한은, 예를 들어 제2 플랜지부(333)의 두께의 1/2 이하이고, 예를 들어 1/3 이하여도 된다. 또한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 절연 부재(330)(상세하게는, 제2 플랜지부(333))의 두께 S2는, 예를 들어 1㎜ 이상으로 할 수 있고, 오목부(333a)가 형성되기 쉽다고 하는 관점에서, 바람직하게는 2㎜ 이상이고, 예를 들어 3㎜ 이상이어도 된다. 또한, 제2 플랜지부(333)의 두께의 S2의 상한은, 예를 들어 10㎜ 이하이고, 5㎜ 이하여도 된다.
특별히 한정되는 것은 아니지만, 오목부(333a) 1개당의 저면의 면적은, 제2 플랜지부(333)의 내측면(333B)의 구멍이나 오목부(333a)를 마련하기 전의 면적을 100％로 했을 때, 예를 들어 1％ 이상이고, 상술한 하중을 보다 적합하게 받는다고 하는 관점에서, 바람직하게는 2％ 이상이고, 예를 들어 3％ 이상이어도 된다. 또한, 오목부(333a) 1개당의 저면의 면적의 상한은, 예를 들어 제2 플랜지부(333)의 내측면(333B)의 면적의 10％ 이하이고, 7％ 이하나 5％ 이하여도 된다.
또한, 상기 제1 내지 제4 실시 형태 중, 2종 이상을 조합한 구성에 의해서도, 여기서 개시되는 기술의 효과를 적합하게 얻을 수 있다. 또한, 부호 105, 306, 109는, 도 1의 5, 6, 9에 각각 대응하고, 부호 107, 207 및 307은 도 1의 부호 7에 대응하고, 부호 230, 231 및 331, 232 및 332는 도 1의 부호 30, 31 및 32에 각각 대응하고 있다.
이상과 같이, 여기서 개시되는 기술의 구체적인 양태로서, 이하의 각 항(item)에 기재된 것을 들 수 있다.
항 1: 정부극 각각의 전극을 갖는 전극체와, 개구부를 갖고, 상기 전극체를 수용하는 전지 케이스와, 단자 장착 구멍을 갖고, 상기 개구부를 밀봉하는 밀봉판과, 일단이 상기 전지 케이스의 내부에서 상기 정부극 중 어느 것의 전극과 전기적으로 접합되고, 타단이 상기 단자 장착 구멍에 삽입 관통되어 상기 밀봉판의 외측에 노출되는 전극 단자와, 상기 밀봉판 및 상기 전극 단자의 적어도 일부를 절연하는 절연 부재를 구비한 전지이며, 상기 밀봉판 및 상기 절연 부재 중 적어도 어느 한쪽에, 하나 또는 복수의 오목부가 형성되어 있고, 상기 밀봉판에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부에는, 해당 오목부에 대향하는 상기 절연 부재가 충전되어 있고, 상기 절연 부재에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부에는, 해당 오목부에 대향하는 상기 밀봉판이 매설되어 있는, 전지.
항 2: 상기 밀봉판에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부의 깊이는, 해당 오목부의 주연에 있어서의 상기 밀봉판의 두께의 적어도 1/5이고, 상기 절연 부재에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부의 깊이는, 해당 오목부의 주연에 있어서의 상기 절연 부재의 두께의 적어도 1/5인, 항 1에 기재된 전지.
항 3: 상기 오목부는, 상기 밀봉판 및 상기 절연 부재 중 적어도 어느 한쪽에 복수 형성되어 있고, 상기 복수의 오목부는, 상기 전극 단자의 주위에 있어서, 해당 전극 단자를 중심점으로 한 경우에, 점대칭이 되는 위치에 각각 형성되어 있는, 항 1 또는 항 2에 기재된 전지.
항 4: 상기 하나 또는 복수의 오목부의 각각은, 그 개구부로부터 보아 원 형상 또는 타원 형상인, 항 1 내지 항 3 중 어느 하나에 기재된 전지.
항 5: 상기 단자 장착 구멍은 원통상으로 형성되어 있고, 상기 전극 단자의 상기 단자 장착 구멍에 삽입 관통되는 부분은 원통상으로 형성되어 있고, 상기 오목부의 각각에 있어서, 적어도 상기 전극 단자의 원통상 부분의 회전 방향과 대향하는 부분에 있어서, 개구부의 코너부가 R 형상으로 형성되어 있는, 항 1 내지 항 4 중 어느 하나에 기재된 전지.
항 6: 상기 밀봉판의 두께는, 1㎜ 이상인, 항 1 내지 항 5 중 어느 하나에 기재된 전지.
항 7: 상기 절연 부재는, 절연 필러를 포함하는, 항 1 내지 항 6 중 어느 하나에 기재된 전지.
항 8: 상기 전극 단자 및 상기 절연 부재는, 일체 성형품으로서 구비되어 있는, 항 1 내지 항 7 중 어느 하나에 기재된 전지.
1: 전지 케이스(케이스 부재)
2: 케이스 본체(케이스 부재)
3: 개구부
4, 104, 204, 304: 밀봉판(케이스 부재)
4a, 104a, 204a, 333a: 오목부
4A: 밀봉판 어셈블리
5, 105: 안전 밸브
6, 206, 306: 내측면
7, 107, 207, 307: 외측면
8, 108: 단자 장착 구멍
9, 109: 주액 구멍
10: 전극체
11: 정극 시트
12: 부극 시트
20: 집전 단자(전극 단자)
21: 받침대부
22: 전극체 접속부
23: 축부
24: 외부 접속부
30, 230, 330: 절연 부재
31, 231, 331: 통 형상부
32, 232, 332: 제1 플랜지부
33, 233, 333: 제2 플랜지부
100: 전지

Claims (8)

  1. 정부극 각각의 전극을 갖는 전극체와,
    개구부를 갖고, 상기 전극체를 수용하는 전지 케이스와,
    단자 장착 구멍을 갖고, 상기 개구부를 밀봉하는 밀봉판과,
    일단이 상기 전지 케이스의 내부에서 상기 정부극 중 어느 것의 전극과 전기적으로 접합되고, 타단이 상기 단자 장착 구멍에 삽입 관통되어 상기 밀봉판의 외측에 노출되는 전극 단자와,
    상기 밀봉판 및 상기 전극 단자의 적어도 일부를 절연하는 절연 부재
    를 구비한 전지이며,
    상기 밀봉판 및 상기 절연 부재 중 적어도 어느 한쪽에, 하나 또는 복수의 오목부가 형성되어 있고,
    상기 밀봉판에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부에는, 해당 오목부에 대향하는 상기 절연 부재가 충전되어 있고,
    상기 절연 부재에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부에는, 해당 오목부에 대향하는 상기 밀봉판이 매설되어 있는, 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉판에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부의 깊이는, 해당 오목부의 주연에 있어서의 상기 밀봉판의 두께의 적어도 1/5이고,
    상기 절연 부재에 상기 오목부가 형성되어 있는 경우, 해당 오목부의 깊이는, 해당 오목부의 주연에 있어서의 상기 절연 부재의 두께의 적어도 1/5인, 전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오목부는, 상기 밀봉판 및 상기 절연 부재 중 적어도 어느 한쪽에 복수 형성되어 있고,
    상기 복수의 오목부는, 상기 전극 단자의 주위에 있어서, 해당 전극 단자를 중심점으로 한 경우에, 점대칭이 되는 위치에 각각 형성되어 있는, 전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나 또는 복수의 오목부의 각각은, 그 개구부로부터 보아 원 형상 또는 타원 형상인, 전지.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 단자 장착 구멍은 원통상으로 형성되어 있고,
    상기 전극 단자의 상기 단자 장착 구멍에 삽입 관통되는 부분은 원통상으로 형성되어 있고,
    상기 오목부의 각각에 있어서, 적어도 상기 전극 단자의 원통상 부분의 회전 방향과 대향하는 부분에 있어서, 개구부의 코너부가 R 형상으로 형성되어 있는, 전지.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밀봉판의 두께는, 1㎜ 이상인, 전지.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연 부재는, 절연 필러를 포함하는, 전지.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 단자 및 상기 절연 부재는, 일체 성형품으로서 구비되어 있는, 전지.
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