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KR20040078553A - 필름 외장 전지 - Google Patents

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KR20040078553A
KR20040078553A KR1020040012519A KR20040012519A KR20040078553A KR 20040078553 A KR20040078553 A KR 20040078553A KR 1020040012519 A KR1020040012519 A KR 1020040012519A KR 20040012519 A KR20040012519 A KR 20040012519A KR 20040078553 A KR20040078553 A KR 20040078553A
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battery element
lead terminal
battery
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negative electrode
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오토하타마키히로
야게타히로시
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엔이씨 라밀리언 에너지 가부시키가이샤
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Abstract

필름 외장 전지는 전지 소자(battery element)와, 상기 전지 소자를 밀봉하는 외장재와, 상기 전지 소자의 정극 및 부극에 각각 접속되고 외장재로부터 돌출한 리드 단자를 갖는다. 외장재는 가요성을 가지며, 상기 전지 소자를 그 두께 방향 양측에서 끼워서 밀봉하고 있다. 외장재에는 전지 소자를 수납하기 위한 오목부가 전지 소자를 끼우는 한쪽측에 마련되어 있다. 리드 단자는 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면보다도 내측의 위치에서 전지 소자와 접속되어 있다.

Description

필름 외장 전지{FILM COVERED BATTERY}
기술분야
본 발명은 전지 소자(battery element)를 필름으로 이루어지는 외장재에 수납한 필름 외장 전지에 관한 것이다.
종래기술
근래, 휴대 기기 등의 전원으로서의 전지는 경량화, 박형화가 강하게 요구되고 있다. 그래서, 전지의 외장재에 관해서도, 경량화, 박형화에 한계가 있는 종래의 금속 캔 대신에, 새로운 경량화, 박형화가 가능하고, 금속 캔에 비하여 자유로운 형상을 채택하는 것이 가능한 외장재로서 금속 박막 필름, 또는 금속 박막과 열융착성 수지 필름을 적층한 라미네이트 필름을 이용한 것이 사용되게 되었다.
전지의 외장재에 사용되는 라미네이트 필름의 대표적인 예로서는 금속 박막인 알루미늄 박막의 편면에 히트 실(heat seal) 층으로서 열융착성 수지 필름을 적층함과 함께, 다른쪽의 면에 보호 필름을 적층한 3층 라미네이트 필름을 들 수 있다.
외장재에 라미네이트 필름을 이용한 필름 외장 전지에서는 일반적으로, 정극(positive electrode), 부극(negative electrode), 및 전해질 등으로 구성되는전지 소자를 열융착성 수지 필름이 내측이 되도록 하여 외장재로 포위하고, 전지 소자의 주위에서 외장재를 열융착함에 의해 전지 소자를 밀봉하고 있다. 열융착성 수지 필름으로는 예를 들면 폴리에틸렌 필름이나 폴리프로필렌 필름이 사용되고, 보호 필름으로는 예를 들면 나일론 필름이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이 사용된다.
전극을 외장재의 외부로 인출하기 위해서 정극 및 부극에는 각각 리드 단자가 접속되고, 이들 리드 단자를 외장재로부터 돌출시키고 있다. 리드 단자의 전지 소자에 대한 접속은 전지 소자의 밀봉 이전에 초음파 용접 등에 의해 행해진다. 또한, 전지 소자의 밀봉에는 2장의 외장재를 이용하고 이들 2장의 외장재로 전지 소자를 끼우고, 외장재의 주연부를 전둘레에 걸쳐서 열융착하는 방법이 일반적으로 이용된다. 이 때, 외장재의 3변을 먼저 열융착하여 주머니 형상으로 하고, 그 후, 진공 분위기중에서 나머지 1변을 열융착하면 외장재를 전지 소자에 밀착시킬 수 있다.
전지 소자가 어느 정도의 두께를 갖고 있는 경우에는 한쪽의 외장재를 전지 소자를 수납하기 쉽도록 미리 플랜지가 있는 컵 형상으로 형성하여 두고, 상기 컵 형상으로 형성한 외장재를 전지 소자의 위에서 씌우는 것이 일반적으로 행하여지고 있다.
JP2001-126678-A호 공보에는 각각 전극 재료가 도포되지 않은 탭이 돌출한 정극판 및 부극판을 전해액을 스며들게 한 세퍼레이트를 개재시켜서 다층으로 적층함에 의해 전지 소자를 구성한 필름 외장 전지가 개시되어 있다. 정극판의 탭 및부극판의 탭은 각각 일괄하여 초음파 용접되고, 이로써 전지 소자에는 정극 및 부극의 집전부가 형성되어 있다. 이들 집전부는 각각 정극 및 부극의 리드 단자와 접속된다. 그리고, 리드 단자가 접속된 전지 소자를 평평한 외장재의 위에 놓고, 또한 그 위에 컵 형상으로 형성한 또 한장의 외장재를 씌우고, 2장의 외장재의 주연부를 열융착함으로써 필름 외장 전지가 제조된다. 이상과 같이 하여 제조된 필름 외장 전지에서는 집전부는 정극판 및 부극판의 탭을 초음파 용접용의 헤드로 상방에서 가압함에 의해 형성되고, 또한, 상기한 바와 같은 2장의 외장재를 이용하여 전지 소자를 밀봉하고 있다. 그 때문에, 리드 단자는 전지 소자의 하면 부근으로부터 인출된다.
정극판과 부극판을 교대로 적층하여 전지 소자를 구성한 전지는 적층형 전지라고 불린다. 또 다른 형태의 전지로서는 권회형(wound-type) 전지가 있다. 상기 권회형 전지는 띠 모양의 정극과 부극을 세퍼레이트 시트를 개재시켜서 겹치고, 이것을 둘러감은 후에 편평한 형상으로 압축함에 의해, 정극과 부극이 교대로 적층된 구조의 전지 소자를 이용하고 있다.
전지 소자는 또한 리튬 전지나 니켈 수소 전지 등의 화학 전지 외에, 캐패시터와 같은 축전 기능을 갖는 것도 있는데, 캐패시터도 라미네이트 필름을 외장재로서 사용한다.
또한, 고출력 및 대용량이 요구되는 하이브리드 자동차 등의 대형 기기용의 전지에서도, 금속 캔을 이용한 전지에 비하여 박형·경량이면서 전극 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 외장재로서 라미네이트 필름이 사용되기 시작되었다.
그러나, 상술한 종래의 필름 외장 전지에서는 외장재로부터의 리드 단자의 돌출 방향이 비스듬하게 되는 경우가 있다는 문제점이 있다. 이하에, 상기 현상에 관해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전지 소자(105)의 위에서 씌워지는 외장재(102a)는 컵 형상으로 형성되는데, 상기 가공은 딥드로잉(deep drawing) 가공에 의해 행해진다. 그 때문에, 전지 소자(105)를 수납하기 위해 외장재(102a)에 형성한 오목부의 측면은 테이퍼 모양으로 벌어지고, 전지 소자(105)와 외장재(102a)와의 사이에 공간이 형성된다. 또한 특히, 적층형의 필름 외장 전지에서는 복수의 정극판 및 부극판을 각각 리드 단자(103)와 일괄하여 접속하기 위해 집전부(109)를 형성하고 있는데, 상기 집전부(109)는 전지 소자(105)의 일부로부터 돌출되며, 게다가 전지 소자(105)보다도 두께가 얇은 부분이기 때문에, 외장재(102a)의 드로잉 가공의 용이성의 관점에서, 외장재(102a)의 오목부의 형상은 집전부(109)도 고려한 형상이 아니라 집전부(109)가 수납되는 부분도 포함하여 전체로서 대략 직사각형 형상으로 형성되는 것이 일반적이다.
그 결과로서, 도 1에 도시한 전지 소자(105)의 밀봉 전의 상태에서는 특히 집전부(109)가 형성된 영역에서, 외장재(102a)와 전지 소자(105)와의 사이에 큰 공간이 형성된다. 전술한 바와 같이, 전지 소자(105)는 평평한 외장재(102b)의 위에 재치되어 있고, 공간은 전지 소자(105)의 위에서 씌워지는 외장재(102a)에 형성된 오목부에 의해 형성된다.
만일 상기 상태에서 밀봉를 행하면, 공간 내에서 생긴 부압에 의해외장재(102a, 102b), 집전부(109) 및 리드 단자(103)가 끌려가서, 도 2에 도시한 바와 같이, 외장재(102a, 102b)가 내측으로 우묵하게 되어 의도하지 않은 형상으로 변형됨과 더불어 집전부(109) 및 리드 단자(103)가 굽어지게 된다. 상기 집전부(109) 및 리드 단자(103)의 굽어집은 리드 단자(103)의 돌출 방향이 전지 소자(105)의 두께 방향으로 비스듬하게 된다는 결과를 초래하여 필름 외장 전지를 기기에 탑재할 때의 문제가 되기 바람직하지 않다.
리드 단자(103)의 굽어짐은 전지 소자(105)의 두께가 두꺼워질수록 커지는 경향이 있고, 특히, 전지 소자(105)의 두께가 3㎜를 초과하면, 리드 단자(103)가 구부러질 우려가 더욱 증대한다.
본 발명의 목적은 전지 소자를 수납하기 위한 오목부가 마련된 외장재를 이용한 필름 외장 전지에 있어서, 전지 소자의 밀봉시에 생기는 외장재의 오목함에 의한 의도하지 않은 방향으로의 리드 단자의 굽어짐을 방지하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 필름 외장 전지는 정극과 부극이 대향한 구조를 갖는 전지 소자와, 전지 소자의 두께 방향 양측으로부터 전지 소자를 끼워서 전지 소자를 밀봉하는 가요성을 갖는 외장재와, 전지 소자의 정극 및 부극에 각각 접속되고 외장재로부터 돌출한 리드 단자를 갖는다. 또한, 외장재에는 전지 소자를 끼우는 한쪽측에, 전지 소자를 수납하기 위한 오목부가 마련되고, 리드 단자는 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면보다도 내측의 위치에서 전지 소자와 접속되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 필름 외장 전지에서는 리드 단자가 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면의 사이의 위치에서 전지 소자와 접속되어 있기 때문에, 전지 소자를 밀봉하기 전은 전지 소자와 리드 단자와의 접속부의 전지 소자의 두께 방향 양측에, 외장재와의 사이에서 공간이 형성된다. 그 때문에, 전지 소자를 밀봉하기 위해 외장재로 포위된 영역 내를 진공으로 하여 외장재가 그 외측에서 대기압을 받은 때, 전지 소자와 리드 단자와의 접속부는 전지 소자의 두께 방향 양측에서 힘을 받는다. 따라서 전지 소자와 리드 단자와의 접속부의 변형이 억제되고, 그 결과, 리드 단자의 돌출 방향의 굽어짐이 방지된다.
본 발명은 전지 소자가 복수의 정극판과 복수의 부극판을 교대로 적층한 적층형의 전지 소자이고, 각 정극판에 마련된 탭 및 각 부극판에 마련된 탭을 각각 일괄하여 접합함으로써 정극 및 부극에 각각 대응하는 집전부가 마련된 필름 외장 전지에 알맞게 적용할 수 있다. 상기 경우, 집전부는 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면보다도 내측의 위치에 마련되고, 상기 집전부에 리드 단자가 접속된다. 또한, 전지 소자의 두께가 3㎜ 이상인 경우에는 집전부는 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면보다도 1㎜ 이상 내측의 위치에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 외장재에 형성되는 오목부의 깊이를 리드 단자의 외장재로부터 돌출한 부분에서의 표면부터 전지 소자의 오목부 내에 수납된 측의 표면까지의 높이와 개략 동등하게 하는 것이 바람직하다. 이로써 오목부와 전지 소자와의 사이에 형성되는 공간의 크기를 최소한으로 할 수 있기 때문에, 전지 소자의 밀봉시의 외장재의 오목부이 형성된 측에서의 의도하지 않은 변형이 억제된다.
또한, 본 발명에서는 필름 외장 전지를 다른 기기에 탑재하는 때의 리드 단자의 접속을 행하기 쉽게 하기 위해, 리드 단자를 외장재의 오목부가 마련되어 있는 측과 반대측을 향하여 크랭크 형상으로 절곡하여도 좋다. 상기 경우, 리드 단자가 절곡된 선단부를 전지 소자의 두께 방향에 대해 외장재의 오목부측과 반대측의 표면보다 외측에 위치시키는 것이 바람직하다. 이로써 전지 소자의 밀봉시에, 외장재가 전지 소자를 들어올려 버림에 의해 생기는 리드 단자의 돌출 방향의 굽어짐이 방지된다. 또한, 특히 전지 소자에 집전부가 마련되고, 리드 단자를 크랭크 형상으로 절곡한 경우, 외장재의 오목부가 마련되어 있는 측과 전지 소자를 끼운 반대측의 집전부와 대향하는 영역에, 전지 소자의 오목부측과 반대측의 표면부터 집전부까지의 높이와 개략 동등한 볼록부를 형성함으로써 리드 단자의 선단부의 위치를 전지 소자의 외장재의 오목부측과 반대측의 표면의 위치와 개략 동등하게 할 수 있다.
본 발명의 목적, 구성, 및 효과는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 보다 자세히 기술될 것이다.
도 1은 종래의 필름 외장 전지의 문제점을 설명하기 위해 전지 소자의 밀봉 전의 집전부 부근의 단면도.
도 2는 종래의 필름 외장 전지의 문제점을 설명하기 위한 전지 소자의 밀봉 후의 집전부 부근의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1의 실시예에 의한 필름 외장 전지의 사시도.
도 4는 도 3에 도시한 본 발명의 필름 외장 전지의 구성을 도시한 분해 사시도.
도 5는 도 4에 도시한 전지 소자의 구성을 도시한 분해 사시도.
도 6은 도 3에 도시한 필름 외장 전지의 외장 필름을 열융착하기 전의 집전부 부근의 단면도.
도 7은 도 3에 도시한 필름 외장 전지의 전지 소자의 밀봉이 완료된 상태에서의 집전부 부근의 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2의 실시예에 의한 필름 외장 전지의 집전부 부근의 단면도.
도 9는 본 발명의 제 3의 실시예에 의한 필름 외장 전지의 집전부 부근의 단면도.
도 10은 도 9에서 외장 필름을 분리한 상태에서 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제 4의 실시예에 의한 필름 외장 전지의 사시도.
제 1의 실시예
도 3 및 도 4를 참조하면, 전지 소자(5)와, 전지 소자(5)에 마련된 정극(positive) 집전부(9a) 및 부극(negative) 집전부(9b)와, 전지 소자(5)를 전해액과 함께 수납하는 외장체(2)와, 정극 집전부(9a)에 접속된 정극 리드 단자(3a)와, 부극 집전부(9b)에 접속된 부극 리드 단자(3b)를 갖는 본 발명의 제 1의 실시예에 의한 필름 외장 전지(1)가 도시되어 있다.
외장체(2)는 전지 소자(5)를 상하로부터 끼워서 포위하는 2장의 외장 필름(2a, 2b)으로 이루어지고, 이들 외장 필름(2a, 2b)의 주연부를 열융착함으로써 전지 소자(5)가 밀봉된다. 이 때, 외장 필름(2a, 2b)의 3변을 먼저 열융착하여 외장체(2)를 주머니 형상으로 만들어 두고, 그 주머니 형상으로 된 외장체(2)의 개방되어 있는 나머지 1변에서 내부의 공기를 배기하고, 그 후, 나머지 1변을 열융착함으로써 외장체(2)를 밀착시켜서 전지 소자(5)가 밀봉된다. 또는 나머지 1변의 열융착을 진공 분위기중에서 행함에 의해서도 외장체(2)를 밀착시켜서 전지 소자(5)를 밀봉할 수 있다.
외장 필름(2a, 2b) 중에서, 전지 소자(5)가 실려지는 외장 필름(2b)은 특히 가공은 행해지지 않는 시트 형상의 것을 이용하지만, 전지 소자(5)의 위에 씌워지는 외장 필름(2a)은 플랜지가 있는 컵 형상으로 되도록 딥드로잉(deep drawing) 가공에 의해, 전지 소자(5)를 수납하기 위한 오목부을 형성하고 있다. 전지 소자(5)의 밀봉에 있어서는 상기 외장 필름(2a)의 플랜지 부분이 열융착된다.
외장 필름(2a, 2b)으로서는 금속 박막과 열융착성 수지를 적층한 라미네이트 필름 등, 필름 외장 전지에 일반적으로 사용되는 주지의 외장재를 이용할 수 있다.
제1의 실시예에서는 외장체(2)를 2장의 외장 필름(2a, 2b)으로 구성하고 있지만, 1장의 외장재를 2개로 접어서 전지 소자(5)를 끼우고, 개방하고 있는 3변을 열융착함에 의해 전지 소자(5)를 밀봉하는 구조로 하여도 좋다. 상기 경우는 외장재의 2개로 접은 것으로 한 때에 전지 소자(5)의 위를 덮는 부분에, 전지 소자(5)를 수납하기 위한 오목부을 형성한다.
전지 소자(5)에 관해, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 전지 소자(5)는 복수의 정극 전극판(6)과 복수의 부극 전극판(7)을 가지며, 가장 외측이 부극 전극판(7)이 되도록 이들이 교대로 적층되어 있다. 정극 전극판(6)과 부극 전극판(7)과의 사이, 및 가장 외측의 부극 전극판(7)의 더욱 외측에는 각각 세퍼레이트(8)가 배치되어 있다. 정극 전극판(6) 및 부극 전극판(7)의 1변으로부터 각각 전극 재료가 도포되지 않은 부분인 탭(6a, 7a)이 돌출하여 마련되어 있다. 정극 전극판(6)의 탭(6a)과 부극 전극판(7)의 탭(7a)은 정극 전극판(6)의 탭(6a)끼리 및 부극 전극판(7)의 탭(7a)끼리 겹쳐지도록 서로 다른 위치에 마련되어 있다.
상기 정극 전극판(6)의 탭(6a)끼리, 및 부극 전극판(7)의 탭(7a)끼리는 일괄하여 초음파 용접되고, 도 4에 도시한 바와 같이, 각각 정극 집전부(9a) 및 부극 집전부(9b)를 형성한다. 그리고, 정극 집전부(9a)에 정극 리드 단자(3a)가 접속되고, 부극 집전부(9b)에 부극 리드 단자(3b)가 접속된다.
도 6은 외장 필름(2a, 2b)를 열융착하기 전의 필름 외장 전지(1)의 집전부 부근에서의 리드 단자 인출 방향에 따른 단면도를 도시한다. 또한, 도 6에서는 정극 및 부극의 쌍방 모두 구조적으로는 공통되어 있기 때문에 정극과 부극을 구별하지 않고 단지 리드 단자(3) 및 집전부(9)으로서 나타내고 있다. 또한, 도 6에서는 전지 소자(5) 및 집전부(9)는 모식적으로 도시하고 있다. 이러한 것은 이후의 설명에서도 마찬가지이고, 정극과 부극을 특히 구별하지 않는 경우는 단지 리드 단자,집전부라고 칭함과 아울러 단면도에서는 전지 소자 및 집전부는 모식적으로 도시한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 집전부(9)는 전지 소자(5)의 두께 방향에 대해 그 양 표면의 내측의 위치에 형성되어 있고, 리드 단자(3)는 집전부(9)에 편측 지지 들보 형상으로 지지되어 외장 필름(2a, 2b)의 외측으로 늘어나 있다. 이와 같은 위치에 집전부(9)를 형성하는 방법으로서는 예를 들면, 전술한 전극판의 탭을 초음파 용접하는 때에, 탭을 전지 소자(5)의 재치면에 대해 볼록하게 된 대(base)의 위에 싣고, 그 위에서 탭을 초음파 용접하는 방법을 들 수 있다.
이와 같은 위치에 집전부(9)를 형성함에 의해, 전지 소자(5)가 외장 필름(2a, 2b)에 끼워저서 상측의 외장 필름(2a)에 형성된 오목부에 수납된 상태에서는 집전부(9)의 상방에는 상측의 외장 필름(2a)와의 사이에 공간(4a)이 형성됨과 함께, 집전부(9)의 하방에는 하측의 외장 필름(2b)과의 사이에 공간(4b)이 형성된다.
이 상태에서 외장 필름(2a, 2b)의 주연부를 열융착하고, 내부를 진공으로 하면, 집전부(9)의 상하에 공간(4a, 4b)가 존재하고 있기 때문에, 집전부(9)는 상방 즉 외장 필름(2a)측으로의 힘과, 하방 즉 외장 필름(2b)측으로의 힘을 받는다. 그 결과, 집전부(9)가 상방으로 변형하는 것이 억제되고, 도 7에 도시한 바와 같이, 밀봉이 완료된 상태에서는 리드 단자(3)를 전지 소자(5)에 대해 곧바르게 돌출시킬 수 있다.
상술한 효과를 보다 효과적으로 발휘시키기 위해서는 전지 소자(5)의 밀봉전에 있어서 집전부(9)의 하방에 공간(4b)이 존재하고 있는 것은 물론이지만, 그 공간(4b)의 크기의 집전부(9)의 상방에 형성되는 공간(4a)과의 밸런스도 중요하다. 상기 관점에서, 예를 들면 전지 소자(5)의 두께가 3㎜ 이상인 경우는 집전부(9)의 위치는 전지 소자(5)의 두께 방향에 대해 양 표면보다도 1㎜ 이상 내측으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는 외장 필름(2a)에 형성하는 오목부의 깊이는 정극 리드 단자(3a) 및 부극 리드 단자(3b)의 외장 필름(2a, 2b)으로부터 돌출한 부분에서의 상면부터 전지 소자(5)의 상면까지의 높이에 상당하는 깊이로 하고 있다. 이로써 전지 소자(5)와 외장 필름(2a)과의 사이에 형성되는 공간(4a)의 크기를 최소한으로 할 수 있기 때문에, 전지 소자(5)를 밀봉한 때의 외장 필름(2a)의 움푹하여짐에 의한 의도하지 않은 변형을 억제할 수 있다. 단, 외장 필름(2a)의 오목부의 깊이는 이것으로 한정되는 것이 아니고, 상기 깊이로부터 전지 소자(5)의 두께에 상당하는 깊이까지의 범위 내에서 적절히 설정할 수 있다.
제 2의 실시예
도 8을 참조하여, 본 발명의 제 2의 실시예에 의한 필름 외장 전지의 집전부 부근의 단면도가 도시된다.
본 실시예에서는 리드 단자(13)가 전지 소자(15)의 수납을 위한 오목부가 형성되지 않은 외장 필름(12b)측을 향하여 크랭크 형상으로 절곡되어 있다는 점이 제 1의 실시예와 다르다. 이와 같이 절곡된 리드 단자(13)를 이용함으로써 리드 단자(13)의 외장 필름(12a, 12b)으로부터 돌출한 부분의 높이를 전지 소자(15)의하면과 거의 같은 높이로 할 수 있다. 이로써 필름 외장 전지(11)를 기기에 탑재할 때의 리드 단자(13)의 접속을 행하기 쉽게 할 수 있다.
단, 리드 단자(13)의 절곡된 선단부와 외장 필름(12b)의 하면이 완전히 동일 평면상에 위치하도록 리드 단자(13)을 절곡한 경우, 리드 단자(13)의 선단부에서도 전지 소자(15)의 중량이 지지되기 때문에, 전지 소자(15)를 밀봉할 때에 외장 필름(12a, 12b)의 사이의 공간을 진공으로 한 때, 집전부(19)의 하면에 외장 필름(12b)이 끌어당기짐에 수반하여, 외장 필름(12b)은 전지 소자(15)를 들어올리는 경우가 있다. 이와 같이 하여 전지 소자(15)가 들어 올려지면, 결과적으로는 리드 단자(13)의 돌출 방향이 구부러저 버린다.
상기 문제를 회피하기 위해, 리드 단자(13)이 접속된 전지 소자(15)를 외장 필름(12b)의 위에 실은 때에, 전지 소자(15)와 외장 필름(12b)과의 사이에 간극이 생길 정도로, 리드 단자(13)의 절곡된 선단부의 하면부터 전지 소자(15)의 상면까지의 높이(H)가 전지 소자(15)의 두께(T)보다 커지도록 리드 단자(13)이 절곡 치수가 설정되어 있다. 또한, 그에 수반하여, 본 실시예에서는 외장 필름(12a)에 형성하는 오목부의 깊이를 리드 단자(13)의 외장 필름(12a, 12b)으로부터 돌출한 부분에서의 상면부터 전지 소자(15)의 상면까지의 높이와 개략 동등한 깊이, 즉, 상기한 높이(H)에서 리드 단자(13)의 두께를 뺀 깊이로 하고 있다.
이와 같이 하여, 전지 소자(15)를 하측의 외장 필름(12b)으로부터 띄움에 의해, 외장 필름(12a, 12b)의 사이를 진공에 함에 의해 외장 필름(12b)이 집전부(19)로 끌어당기지는 때에, 외장 필름(12b)에 의한 전지 소자(15)를 들어올릴려고 하는힘이 완화된다. 그 결과, 전지 소자(15)의 밀봉시의 리드 단자(13)의 굽어짐을 효과적으로 억제할 수 있다. 상기 효과를 보다 효과적으로 발휘시키기 위해서는 하측의 외장 필름(12b)에 다소의 굴곡이 존재하고 있는 경우도 있는 것을 고려하면, 상기한 높이(H)를 전지 소자(15)의 두께(T)보다 1㎜ 이상 크게 하는 것이 바람직하다.
제 3의 실시예
도 9에, 본 발명의 제 3의 실시예에 의한 필름 외장 전지의 집전부 부근의 단면도를 도시한다. 또한, 도 9에서 외장 필름을 분리한 상태를 도 10에 도시한다.
본 실시예의 필름 외장 전지(21)도, 제 2의 실시예와 마찬가지로, 리드 단자(23)를 전지 소자(25)의 수납을 위한 오목부가 형성되지 않은 외장 필름(22b)을 향하여 크랭크 형상으로 절곡한 것이지만, 본 실시예에서는 또한, 전지 소자(25)의 상측에 배치되는 외장 필름(22a)뿐만 아니라, 전지 소자(25)의 하측에 배치되는 외장 필름(22b)에도 가공을 시행하고 있다.
즉, 하측의 외장 필름(22b)에는 집전부(29)에 대향하는 영역에, 집전부(29)를 향한 볼록부가 마련되어 있다. 상기 볼록부의 높이는 전지 소자(25)의 하면부터 집전부(29)까지의 높이와 개략 동등하다. 이와 같이, 하측의 외장 필름(22b)에 볼록부을 마련함으로써 외장 필름(22b)의 위에, 리드 단자(23)가 접속된 전지 소자(25)를 실은 때, 집전부(29)의 하면은 외장 필름(22b)과 실질적으로 접촉한다. 그 결과, 전지 소자(25)를 밀봉할 때에 외장 필름(22a,22b)의 사이를 진공으로 한 때, 하측의 외장 필름(22b)은 거의 변형하지 않기 때문에, 전지 소자(25)가 들어올려지는 일도 없어진다.
따라서 도 9에 도시한 바와 같이, 리드 단자(23)의 외장 필름(22a, 22b)으로부터 돌출한 부분의 높이를 전지 소자(25)의 하면의 높이를 거의 같은 높이로 하여도, 전지 소자(25)의 밀봉시의 리드 단자(23)의 굽어짐을 방지하고, 리드 단자(23)를 전지 소자(25)로부터 곧바르게 돌출시킬 수 있다.
제 4의 실시예
상술한 실시예에서는 정극 리드 단자 및 부극 리드 단자가 함께 외장체의 같은 변에서 돌출한 것으로 하여 설명하였지만, 도 11에 도시한 본 발명의 제 4의 실시예의 필름 외장 전지(31)에서는 정극 리드 단자(33a)와 부극 리드 단자(33b)가 필름 외장 전지(31)의 반대측의 변에서 돌출하고 있다. 그에 수반하여, 외장체의 내부에 수납되어 있는 전지 소자의 정극 전극판 및 부극 전극판에 마련된 탭의 위치도, 정극 리드 단자(33a) 또는 부극 리드 단자(33b)에 대응한 위치로 된다. 그 밖의 구성은 제 1의 실시예와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 생략한다.
이와 같이, 정극 리드 단자(33a)와 부극 리드 단자를 서로 다른 변에서 돌출시킴으로써 같은 변에서 돌출시킨 때에 비하여, 정극 리드 단자(33a) 및 부극 리드 단자(33b)의 폭을 크게 할 수 있다. 이로써 정극 리드 단자(33a) 및 부극 리드 단자(33b)의 전기 저항을 작게 하고, 정극 리드 단자(33a) 및 부극 리드 단자(33b)에 의한 손실을 억제할 수 있다.
본 실시예에서는 정극 리드 단자(33a)와 부극 리드 단자(33b)를 서로 반대측의 변에서 돌출시킨 경우를 나타냈지만, 서로 이웃하는 변에서 돌출시켜도 좋다.또한, 본 실시예에서도, 제 2의 실시예와 같이 정극 리드 단자(33a) 및 부극 리드 단자(33b)를 굴곡시킬 수도 있고, 제 3의 실시예와 같이, 전지 소자 수납용의 오목부가 형성되지 않은 측의 외장 필름에 집전부에 대응하는 볼록부을 마련할 수도 있다.
<정극(positive electrode)의 제작>
스피넬 구조를 갖는 망간산리튬 분말, 탄소질 도전성 부여재(addition agent) 및 폴리플루오르화 비닐리덴을 90:5:5의 질량비로 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone ; NMP라고 표현하기도 한다)에 혼합 분산, 교반하여고 슬러리로 만들었다. NMP의 량은 슬러리가 적당한 점도가 되도록 조정하였다. 상기 슬러리를 독터 블레이드(doctor blade)를 이용하고, 정극 전극판(6)이 되는 두께 20㎛ 알루미늄박의 편면에 균일하게 도포하였다. 도포시에는 약간의 미도포부(알루미늄박이 노출하고 있는 부분)가 줄무늬 모양으로 만들어지도록 하였다. 다음에, 이것을 10O℃에서 2시간 진공 건조시켰다. 그 후, 알루미늄박의 또한쪽의 면에도 마찬가지로, 슬러리를 도포하고, 진공 건조시켰다. 이 때, 표리의 미도포부가 일치하도록 슬러리의 도포를 행하였다.
이와 같이 하여 양면에 활물질(active material)을 도포한 알루미늄박을 롤 프레스(roll press)하였다. 이것을 활물질이 도포되지 않은 미도포부를 포함하여 직사각현으로 잘라내어 정극 전극판(6)으로 하였다. 활물질이 도포되지 않은 미도포부는 편측의 일부를 직사각형에 남기고 그 외는 잘라버리고, 남은 부분을 탭(6a)으로 하였다.
<부극(negative electrode)의 제작>
어모퍼스 카본 분말, 폴리플루오르화 비닐리덴을 91:9의 질량비로 NMP에 혼합, 분산, 교반하여 슬러리로 만들었다. NMP의 량은 슬러리가 적당한 점도가 되도록 조정하였다. 상기 슬러리를 독터 블레이드를 이용하여, 부극 전극판(7)이 되는 두께 10㎛의 구리박의 편면에 균일하게 도포하였다. 도포시에는 약간의 미도포부(구리박이 노출하고 있는 부분)가 줄무늬 모양으로 만들어지도록 하였다. 다음에, 이것을 10O℃로 2시간 진공 건조하였다. 또한, 이 때 부극 전극판(7)의 단위 면적당의 이론 용량과 정극 전극판(6)의 단위 면적당의 이론 용량이 1:1로 되도록 활물질의 도포 두께를 조정하였다. 그 후, 구리박의 또한쪽의 면에도 마찬가지로, 슬러리를 도포하고, 진공 건조하였다.
이와 같이 하여 양면에 활물질을 도포한 동박을 롤 프레스하였다. 이것을 정극 전극판(6)의 사이즈보다도 종횡 2㎜씩 큰 사이즈로, 미도포부를 포함하여 직사각형으로 잘라내어, 부극 전극판(7)으로 하였다. 활물질의 미도포부는 편측의 일부를 직사각형에 남기 외는 잘라버리고 남은 부분을 탭(7a)으로 하였다.
<전지 소자의 제작>
상기한 바와 같이 하여 제작한 정극 전극판(6)과 부극 전극판(7), 및 폴리프로필렌층/폴리에틸렌층/폴리프로필렌층의 3층 구조를 갖는 마이크로 포러스 시트(micro-porous sheet)로 이루어지는 세퍼레이트(8)를 도 5에 도시한 바와 같이 교대로 적층하여 두께 3㎜의 적층체로 하였다. 이 때, 가장 외측의 전극판은 부극 전극판(7)이 되도록 하고, 그 부극 전극판(7)의 더욱 외측에 세퍼레이트(8)을 설치하였다(즉, 세퍼레이트/부극 전극판/세퍼레이트/정극 전극판/세퍼레이트/……/부극 전극판/세퍼레이트).
뒤이어, 정극 전극판(6), 세퍼레이트(8), 및 부극 전극판(7)의 적층체인 전지 소자(5)를 평평한 대(base)의 위에 재치하고, 정극 전극판(6)의 탭(6a)과, 두께 O.1 ㎜의 알루미늄판으로 이루어지는 정극 리드 단자(3a)를 적층체의 재치면부터 정극 리드 단자(3a)까지의 높이가 1㎜로 되도록 하여 일괄하여 초음파 용접하고, 정극 집전부(9a)로 하였다. 마찬가지로, 부극 전극판(7)의 탭(7a)과, 두께 0.1㎜의 니켈판으로 이루어지는 부극 리드 단자(3b)를 적층체의 재치면부터 부극 리드 단자(3b)까지의 높이가 1㎜로 되도록 하여 일괄하여 초음파 용접하고, 부극 집전부(9b)로 하였다.
<전지 소자의 밀봉>
나일론층/알루미늄층/산변성(acid denatured) 폴리프로필렌층/폴리프로필렌층의 4층 구조를 갖는 알루미늄 라미네이트 필름인 외장 필름(2a)에 전지 소자(5)보다도 한층 큰 사이즈의 딥드로잉 가공에 의한 오목부을 폴리프로필렌층 측이 오목 모양으로 되도록 마련하였다.
상기한 전지 소자(5)를 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 정극 리드 단자(3a) 및 부극 리드 단자(3b)만이 외장 필름(2a, 2b)으로부터 돌출하도록 한쪽의 외장 필름(2a)의 오목부에 전지 소자(5)를 수납한 상태로 하여, 전지 소자(5)를 사이에 두고 2장의 외장 필름(2a, 2b)을 서로 겹치고, 외장 필름(2a, 2b)의 주위 3변을 열융착에 의해 접합하였다.
다음에, 접합하지 않은 나머지 1변에서, 전지 소자(5)를 수납한 외장 필름(2a, 2b)의 내부에 전해액을 주입하였다.
전해액은 1mol/리터의 LiPF6를 지지염(supporting salt)으로 하고, 프로필렌카보네이트와 에틸렌카보네이트의 혼합 용매(질량비 50:5O)를 용매로 하는 것을 이용하였다. 전해액의 주입 후, 외장 필름(2a, 2b)의 사이의 영역을 진공으로 하고, 나머지 1변을 열융착함에 의해 전지 소자(5)를 밀봉하고, 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체(2)를 갖는 리튬 2차 전지인 필름 외장 전지(1)을 얻었다.
얻어진 필름 외장 전지(1)에서는 정극 리드 단자(3a) 및 부극 리드 단자(3b)의 외장체(2)로부터의 돌출 방향의 굽어짐은 생기지 않는다.
이상, 대표적인 몇가지의 실시예, 및 구체적인 실시 예를 들어서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음은 분명하다.
예를 들면, 가요성을 갖는 외장재로서, 금속 박막과 열융착성 수지와의 라미네이트 필름을 이용하였지만, 전지 소자를 밀봉하는 기능을 충족시키는 것이면 다른 재료를 이용할 수도 있다.
또한, 전지 소자로서는 정극판과 부극판을 교대로 적층한 적층형의 것을 예에 들었지만, 본 발명은 권회형에도 적용할 수 있다. 상기 경우, 리드 단자와의 접속을 위해 정극판 및 부극판에 각각 마련되는 탭의 수는 하나라도 좋고 복수라도 좋다. 탭의 수가 하나인 경우는 띠 모양의 정극판 및 부극판의 긴변 방향 중간부에탭을 마련함에 의해, 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면 사이의 위치에서 리드 단자를 접속할 수 있다. 한편, 탭의 수가 복수인 경우는 권회된 정극판 및 부극판을 편평한 상태에 압축한 때에, 정극판에 마련된 탭끼리, 및 부극판에 설치된 탭끼리가 각각 서로 겹처지는 위치에 탭을 마련한다. 그리고, 정극판의 탭끼리, 및 부극판의 탭끼리를 각각 일괄하여 접합함으로써 정극 및 부극의 집전부가 형성된다.
또한, 전지 소자로서 리튬 2차 전지의 전지 소자를 예로 하여 설명하였지만, 니켈 수소 전지, 니켈 카드늄 전지, 리튬 메탈 1차 전지 또는 2차 전지, 리튬 폴리머 전지 등, 다른 종류의 화학 전지의 전지 소자, 나아가서는 캐패시터 요소 등에도 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 전지 소자를 수납하기 위한 오목부가 마련된 외장재를 이용한 필름 외장 전지에 있어서, 전지 소자의 밀봉시에 생기는 외장재의 오목함에 의한 의도하지 않은 방향으로의 리드 단자의 굽어짐을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 필름 외장 전지에서는 리드 단자가 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면의 사이의 위치에서 전지 소자와 접속되어 있기 때문에, 전지 소자를 밀봉하기 전은 전지 소자와 리드 단자와의 접속부의 전지 소자의 두께 방향 양측에, 외장재와의 사이에서 공간이 형성된다. 그 때문에, 전지 소자를 밀봉하기 위해 외장재로 포위된 영역 내를 진공으로 하여 외장재가 그 외측에서 대기압을 받은 때, 전지 소자와 리드 단자와의 접속부는 전지 소자의 두께 방향 양측에서 힘을 받는다. 따라서 전지 소자와 리드 단자와의 접속부의 변형이 억제되고, 그 결과, 리드 단자의 돌출 방향의 굽어짐이 방지된다.
또한, 본 발명에서는 외장재에 형성되는 오목부의 깊이를 리드 단자의 외장재로부터 돌출한 부분에서의 표면부터 전지 소자의 오목부 내에 수납된 측의 표면까지의 높이와 개략 동등하게 하는 것이 바람직하다. 이로써 오목부와 전지 소자와의 사이에 형성되는 공간의 크기를 최소한으로 할 수 있기 때문에, 전지 소자의 밀봉시의 외장재의 오목부이 형성된 측에서의 의도하지 않은 변형이 억제된다.
또한, 본 발명에서는 필름 외장 전지를 다른 기기에 탑재하는 때의 리드 단자의 접속을 행하기 쉽게 하기 위해, 리드 단자를 외장재의 오목부가 마련되어 있는 측과 반대측을 향하여 크랭크 형상으로 절곡하여도 좋다. 상기 경우, 리드 단자가 절곡된 선단부를 전지 소자의 두께 방향에 대해 외장재의 오목부측과 반대측의 표면보다 외측에 위치시키는 것이 바람직하다. 이로써 전지 소자의 밀봉시에, 외장재가 전지 소자를 들어올려 버림에 의해 생기는 리드 단자의 돌출 방향의 굽어짐이 방지된다. 또한, 특히 전지 소자에 집전부가 마련되고, 리드 단자를 크랭크 형상으로 절곡한 경우, 외장재의 오목부가 마련되어 있는 측과 전지 소자를 끼운 반대측의 집전부와 대향하는 영역에, 전지 소자의 오목부측과 반대측의 표면부터 집전부까지의 높이와 개략 동등한 볼록부를 형성함으로써 리드 단자의 선단부의 위치를 전지 소자의 외장재의 오목부측과 반대측의 표면의 위치와 개략 동등하게 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 정극과 부극이 서로 대향하는 전지 소자(battery element)와,
    상기 전지 소자의 두께 방향 양측으로부터 상기 전지 소자를 끼워 상기 전지 소자를 밀봉하는 2장의 외장 필름으로 구성된 가요성 외장재와,
    상기 전지 소자의 정극 및 부극에 각각 접속되고 상기 외장재로부터 돌출한 리드 단자를 가지며,
    상기 외장재에는 상기 전지 소자를 끼우는 한쪽측에 상기 전지 소자를 수납하기 위해 상기 2장의 외장 필름 중의 하나의 내부에 오목부가 마련되고,
    상기 리드 단자 각각은 상기 전지 소자의 두께 방향에서의 상기 전지 소자의 양 표면의 내의 위치에서 상기 전지 소자와 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전지 소자는 복수의 정극판과 복수의 부극판을 교대로 적층한 적층형 전지 소자이고, 상기 정극판 및 상기 부극판 각각에는 각각 탭이 돌출하여 마련되고, 상기 정극판의 탭 및 상기 부극판의 탭을 각각 일괄하여 접합함으로써 상기 전지 소자에는 상기 정극 및 상기 부극에 각각 대응하여 형성된 집전부가 상기 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면의 내의 위치에 마련되고, 상기 리드 단자는 상기 집전부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전지 소자의 두께는 3㎜ 이상이고, 상기 집전부는 상기 전지 소자의 두께 방향에서의 양 표면보다도 1㎜ 이상 내측의 위치에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외장재에 형성되는 오목부의 깊이는 상기 리드 단자의 상기 외장재로부터 돌출한 부분에서의 표면부터 상기 전지 소자의 상기 오목부 내에 수납된 측의 표면까지의 높이와 개략 동등한 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 리드 단자는 상기 외장재의 상기 오목부가 마련되어 있는 측과 반대측을 향하여 크랭크 형상으로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 리드 단자의 절곡된 선단부는 상기 전지 소자의 두께 방향에 대해 상기 오목부측과 반대측의 표면보다 외측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 리드 단자의 절곡된 선단부의 상기 오목부측과 반대측의 표면부터 상기 전지 소자의 상기 오목부측과 반대측의 표면까지의 거리가 1㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 리드 단자는 상기 외장재의 상기 오목부가 마련되어 있는 측과 반대측을 향하여 크랭크 형상으로 절곡되어 있고,
    상기 외장재에는 상기 오목부가 마련되어 있는 측과 상기 전지 요소를 끼운 반대측의 상기 집전부와 대향하는 영역에, 상기 전지 소자의 상기 오목부측과 반대측의 표면부터 상기 집전부까지의 높이와 개략 동등한 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 정극의 리드 단자와 상기 부극의 리드 단자는 상기 전지 소자의 서로 다른 변에서 상기 전지 소자와 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전지 소자는 화학 전지 소자 또는 캐패시터 요소인 것을 특징으로 하는 필름 외장 전지.
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