KR20100075688A

KR20100075688A - 이차전지

Info

Publication number: KR20100075688A
Application number: KR1020107012870A
Authority: KR
Inventors: 마사노리 스미하라; 다다시 이마이
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-07-02
Also published as: US20100239897A1; WO2009096188A1; CN101897059A; US7998612B2; JP2009289732A

Abstract

전극군은, 양극의 집전체의 노출 부분이 일단측에 배치되고, 음극의 집전체의 노출 부분이 타단측에 배치되어 구성되어 있다. 양극 및 음극의 집전체의 노출 부분에는, 각각 양극 집전 단자판과, 음극 집전 단자판이 접속되어 있다. 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이에 도전성을 가진 접시 스프링이 압축되어 배치되어 있다. 접시 스프링은, 변형량에 따라 탄성력이 변화하지 않는 불감대를 가지고 있으며, 일정한 탄성력으로 음극 집전 단자판을 전지 케이스의 바닥부를 향해서 힘을 가하고 있다.

Description

이차전지{SECONDARY BATTERY}

본 발명은, 리튬 이온 전지 및 니켈 수소 축전지로 대표되는 이차전지에 관한 것이다.

근래, 휴대용 전자기기의 소형화에 따라서, 그 전원으로서, 리튬 이온 전지 및 니켈 수소 축전지가 널리 이용되어 오고 있다. 또한, 리튬 이온 전지 및 니켈 수소 축전지는, 내(耐)진동성 및 내(耐)충격성이 높기 때문에, 무선 전동 공구나 동력 보조 부착 자전거, 또는 하이브리드 자동차와 같은, 대전류를 필요로 하는 기기의 동력원으로서도 주목받고 있다.

그리고, 전지의 형상도 사용 대상의 기기에 대응하여, 원통형이나 편평형인 것이 개발되고 있으며, 어떤 형상인 것에서든, 소형화, 경량화, 및 고출력화가 요구되고 있다.

도 31에, 리튬 이온 전지로 대표되는 이차전지의 일반적인 구조를 도시한다. 도시한 예의 전지(100)는, 리튬 함유 복합 산화물을 전극 활물질로서 사용한 양극판(102)과, 리튬을 보유할 수 있는 재료를 전극 활물질로서 사용한 음극판(104)을, 사이에 세퍼레이터(106)를 끼워 소용돌이 형상으로 권회한 전극군(108)을 포함한다. 전극군(108)은, 바닥이 있는 원통형의 전지 케이스(110)의 내부에, 상하로 배치된 절연판(112)과 함께 수용되어 있다.

음극판(104)은, 전극군(108)의 하부로부터 도출된 음극 리드(114)에 의해 전지 케이스(110)의 바닥부(底部)에 접속된다. 양극판(102)은, 전극군(108)의 상부로부터 도출된 양극 리드(116)에 의해 밀봉판(118)에 접속된다. 또한, 전지 케이스 (110)의 내부에는 소정량의 비수 전해액(도시하지 않음)이 주액된다. 전지 케이스 (110)의 개구부는, 밀봉판(118)의 둘레가장자리에 부착된 밀봉 개스킷(120) 위로부터 밀봉판(118)의 둘레가장자리부를 코킹하도록, 전지 케이스(110)의 개구단을 안방향으로 절곡(折曲)시켜, 밀봉되어 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 일반적인 이차전지에서는, 직사각형의 양극 리드 및 음극 리드를 양극판 및 음극판의 집전체에 부착하여, 이것을 사이에 두고, 양극판 및 음극판을 각각, 외부 단자인 밀봉판 또는 전지 케이스로 접속하고 있다. 그러나, 이러한 접속 방법은, 대전류를 필요로 하는 고출력의 이차전지에서는 특히, 양극 리드 및 음극 리드에서의 IR 손실(전압 손실)이 커져, 방전 특성이 열화한다고 하는 문제점이 있었다.

특허문헌 1에서는, 상기한 문제점을 해결하기 위한 원통형 전지가 제안되어 있다. 이 전지는, 전지 케이스에 수납되는 도시하지 않은 소용돌이 형상의 전극군과 다점 접촉 또는 다점 접속된 집전부를 가진다(특허문헌 1의 도 1 참조). 그 집전부와 밀봉 덮개는, 직사각형의 리드부에 의해 접속되는 것 외에, 금속 스프링에 의해 접속된다. 이러한 구성에 의해, IR 손실이 적어지고, 고율 방전 특성이 향상되고 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 이하와 같은 비수 전해액 이차전지가 제안되어 있다. 이 전지에서는, 전극군의 위쪽에 양극 집전체의 노출 부분이 돌출되어 있다(특허문헌 2의 도 1 참조). 또한, 전극군의 아래쪽에 음극 집전체의 노출 부분이 돌출되어 있다. 전극군의 상하에는, 상하의 노출 부분과 각각 접촉하도록, 도전성을 진 탄성체가 배치된다. 또한, 위쪽의 탄성체의 더 위쪽에는, 발전 요소를 아래를 향하여 힘을 가하기 위한 스프링이 배치되어 있다. 이러한 구성에 의해, IR 손실이 적어지고, 고율 방전 특성이 향상되고 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평성06-36756호

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보2000-311714호

그러나, 상술한 종래 기술은 모두, 이차전지의 발전 요소인 소용돌이 형상으로 권회된 전극군의 높이가 불균일하면, 그 발전 요소와, 외부 단자인 전지 케이스 또는 밀봉판의 접촉 상태가 변화하여, 그 사이의 안정된 도통 상태를 유지할 수 없다고 하는 과제를 가지고 있다.

더 상세하게 설명하면, 특허문헌 1의 원통형 전지에서는, 전지 케이스에 삽입된 전극군의 집전부와 밀봉판을 금속 스프링을 개재하여 접속함으로써 도전 경로를 형성하고 있다. 그러나, 전극군의 총높이가 불균일한 경우에는, 상기 금속 스프링의 누르는 힘이 변화하여, 안정된 도전 경로를 유지하는 것이 곤란하다.

또한, 특허문헌 2의 비수계 이차전지에서는, 전지 케이스에 삽입된 전극군의 위쪽 및 아래쪽에 도전성이 있는 탄성체를 배치하고, 위쪽의 탄성체의 더 위쪽으로부터 전극군을 스프링으로 누름으로써, 그들 부재의 탄성력에 의해 도통 상태가 유지된다. 그런데, 특허문헌 2에서도, 상기 탄성체의 두께의 불균일, 및 전극군의 총높이의 불균일이 생겼을 경우에는, 안정된 도통 상태를 유지하는 것은 곤란하다.

또한, 상술한 종래 기술은 모두, 내부단락 등에 기인하여 전지의 온도가 상승했을 때에, 열폭주를 효과적으로 억제하는 것이 곤란하다고 하는 다른 과제도 가지고 있다.

더 상세하게 설명하면, 특허문헌 1의 원통형 전지에서는, 내부단락 등에 의해 급격한 온도 상승이 일어났을 경우에 전류를 차단하는 전류차단기구가 없기 때문에, 내부단락이 발생했을 때에도 상기한 도전 경로를 통하여 전류가 계속 흐르게 된다. 이 때문에, 발열 반응이 전지 전체에 퍼져 버려, 열폭주를 억제하는 것이 곤란하다. 이 점은, 특허문헌 2의 비수계 이차전지에서도 마찬가지이다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 구조를 간소화하면서도, 발전 요소와 외부 단자 사이의 도통 상태를 안정화할 수 있는, 신뢰성이 높은 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은, 내부단락 등에 의한 급격한 발열 반응이 일어났을 경우에, 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류를 차단할 수 있고, 발열에 의한 열폭주를 일으키는 사태를 회피할 수 있는, 안전성이 뛰어난 이차전지를 제공하는 것을 목표로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기다란 띠형상의 집전체의 양면 또는 한 면에, 활물질을 포함한 전극용의 합제로 이루어진 합제층을 형성하는 동시에, 상기 집전체의 폭방향의 일단부에 상기 집전체의 소지(素地, surface)가 노출하고 있는 노출 부분을 형성하여 구성된 양극판 및 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 소용돌이 형상으로 권회, 또는 적층하여 구성된 전극군과,

상기 전극군의 일단측에 배치되어, 상기 양극판의 집전체의 상기 노출 부분과 접속되는 양극 집전 단자판과,

상기 전극군의 타단측에 배치되어, 상기 음극판의 집전체의 상기 노출 부분과 접속되는 음극 집전 단자판과,

전해액과,

개구부를 가지며, 상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 한쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 상기 전극군, 양극 집전 단자판, 음극 집전 단자판 및 전해액을 수용하는 전지 케이스와,

상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 다른쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 상기 전지 케이스와는 절연된 상태로 그 개구부를 밀봉하는 밀봉판과,

도전성을 가지며, 상기 전지 케이스와 상기 한쪽의 집전 단자판의 사이, 및 상기 밀봉판과 상기 다른쪽의 집전 단자판의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 동시에, 상기 전극군을 상기 전지 케이스 또는 상기 밀봉판을 향하여 힘을 가하는, 변형량에 따라서 탄성력이 증감하지 않는 불감대(不感帶)를 가진, 1 또는 복수의 탄성 부재를 구비한 이차전지이다.

본 발명의 이차전지의 바람직한 형태에서는, 상기 탄성 부재가, 둘레가장자리부에 슬릿을 가진 접시 스프링으로 구성된다.

본 발명의 이차전지의 다른 바람직한 형태에서는, 상기 탄성 부재가, 크롬 및 니켈의 적어도 1종의 금속에 의해 피복된다.

또한, 본 발명은, 또 다른 바람직한 형태에서는, 상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 적어도 한쪽이, 상기 접시 스프링의 슬릿과 걸어맞춤하는 볼록부를 가진 것이 된다.

또한, 본 발명은, 기다란 띠형상의 집전체의 양 면 또는 한 면에, 활물질을 포함한 전극용의 합제로 이루어진 합제층을 형성하는 동시에, 상기 집전체의 폭방향의 일단부에 상기 집전체의 소지가 노출하고 있는 노출 부분을 형성하여 구성된 양극판 및 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 소용돌이 형상으로 권회, 또는 적층하여 구성된 전극군과,

전해액과,

상기 전지 케이스와 상기 한쪽의 집전 단자판의 사이, 및 상기 밀봉판과 상기 다른쪽의 집전 단자판의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 한편, 소정 온도 이상이 되었을 때에는, 그것을 끼운 양 부재 사이의 전류를 차단하는 1 또는 복수의 도통 차단 가능 부재를 구비한 이차전지를 제공한다.

본 발명의 이차전지의 바람직한 형태에서는, 상기 도통 차단 가능 부재가, 도전성을 가진 부직포로 구성된다.

본 발명의 이차전지의 보다 바람직한 형태에서는, 상기 부직포가, 표면에 금속을 코팅한 수지제의 섬유로 구성된다.

본 발명의 이차전지의 보다 더 바람직한 형태에서는, 상기 수지가, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 적어도 1종을 포함하는 것이 된다.

또한, 본 발명의 이차전지의 다른 바람직한 형태에서는, 상기 도통 차단 가능 부재가, 형상기억합금으로 이루어진 소자를 포함하는 것이 된다.

본 발명의 이차전지의 다른 보다 바람직한 형태에서는, 상기 형상기억합금이, 2방향성을 가진 것이 된다.

본 발명의 이차전지의 또 다른 보다 바람직한 형태에서는, 상기 형상기억합금이, 티탄과 니켈과의 합금으로 이루어진 것이 된다.

본 발명의 이차전지의 또 다른 보다 바람직한 형태에서는, 상기 도통 차단 가능 부재가,

형상기억합금으로 이루어지고, 온도에 따라 자연 길이가 변화하는 주 스프링과,

그 주 스프링의 탄성력에 저항하여 신축하도록 배설된 바이어스 스프링과,

상기 주 스프링과 상기 바이어스 스프링의 사이에 개재된 수력부를 포함하고, 양 스프링의 탄성력이 균형잡힌 위치로 이동하도록 힘이 가해지는, 축방향으로 이동이 가능하도록 지지된, 도체로 이루어진 단자봉을 포함하는 것이 된다.

형상기억합금으로 이루어지고, 볼록부를 가진 형상과, 보다 평탄한 형상의 사이에서, 온도에 따라 형상이 전환되는 박판 형상 부재를 포함한 것이 된다.

본 발명의 이차전지의 또 다른 보다 바람직한 형태에서는, 상기 도통 차단 가능 부재가, 수지를 포함한 이방성 도전재로 구성된다.

본 발명의 이차전지의 또 다른 보다 바람직한 형태에서는, 상기 도통 차단 가능 부재가, 상기 전지 케이스의 내주부(內周部)와 접촉하여 위치 결정된다.

본 발명의 이차전지의 또 다른 보다 바람직한 형태에서는, 상기 이방성 도전재가, 금속핵을 포함한 도전성 필러와 수지를 포함한 바인더로 구성된다.

본 발명의 이차전지의 또 다른 보다 바람직한 형태에서는, 상기 이방성 도전재가, 금속 도금된 수지핵을 포함한 도전성 필러와 수지를 포함한 바인더로 구성된다.

본 발명의 이차전지에서는, 변형량에 따라 탄성력이 증감하지 않는 불감대를 가진, 도전성을 가진 1 또는 복수의 탄성 부재가, 전지 케이스와 한쪽의 집전 단자판의 사이, 및 밀봉판과 다른쪽의 집전 단자판의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 동시에, 전극군을 전지 케이스 또는 밀봉판을 향하여 힘을 가한다. 이에 따라, 전극군 및 집전 단자판의 치수가 변화해도 항상 일정한 응력 상태를 유지할 수 있어, 집전 단자판과, 전지 케이스 또는 밀봉판의 도통 상태를 안정화할 수 있다. 따라서, 발전 요소와 외부 단자의 도통 상태의 안정성이 높은, 신뢰성이 높은 이차전지를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 이차전지에서는, 전지 케이스와 한쪽의 집전 단자판의 사이, 및 밀봉판과 다른쪽의 집전 단자판의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 한편, 소정 온도 이상이 되었을 때에는, 그것을 끼운 양 부재 사이의 전류를 차단하는 1 또는 복수의 도통 차단 가능 부재가 구비된다. 이에 따라, 내부단락 등에 기인한 급격한 발열 반응이 일어났을 경우에, 도통 차단 가능 부재를 끼운 양 부재 사이의 전류가 차단된다. 그 결과, 이차전지에, 발열에 의한 열폭주가 일어나는 사태를 회피할 수 있다. 따라서, 안전성이 높은 이차전지를 얻을 수 있다.

[도 1] 본 발명의 하나의 실시형태에 관한 이차전지의 전극군을 상세하게 도시한 종단면도이다.
[도 2] 상기와 동일한 전극군에 집전 단자판을 부속시키는 공정을 도시한 사시도로서, 접속전의 상태를 도시한 것이다.
[도 3] 상기와 동일한 전극군에 집전 단자판을 부속시키는 공정을 도시한 사시도로서, 접속후의 상태를 도시한 것이다.
[도 4] 본 발명의 실시형태 1에 관한 이차전지의 종단면도이다.
[도 5A] 상기와 동일한 이차전지에 사용되는 접시 스프링의 평면도이다.
[도 5B] 상기와 동일한 이차전지에 사용되는 접시 스프링의 측면도이다.
[도 6] 상기와 동일한 접시 스프링의 변형량과 탄성력의 관계를 도시한 그래프이다.
[도 7] 상기와 동일한 접시 스프링의 위치 결정 기구의 일례를 도시한 사시도이다.
[도 8] 상기와 동일한 접시 스프링의 변형예를 도시한 평면도이다.
[도 9] 상기와 동일한 접시 스프링의 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
[도 10] 상기와 동일한 접시 스프링의 또 다른 변형예를 도시한 평면도이다.
[도 11] 본 발명의 실시형태 1에 관한 이차전지의 변형예를 도시한 종단면도이다.
[도 12] 상기와 동일한 이차전지의 다른 변형예를 도시한 종단면도이다.
[도 13] 상기와 동일한 이차전지의 또 다른 변형예를 도시한 종단면도이다.
[도 14] 상기와 동일한 이차전지의 또 다른 변형예를 도시한 종단면도이다.
[도 15] 본 발명의 실시형태 2에 관한 이차전지의 종단면도이다.
[도 16] 상기와 동일한 이차전지의 변형예를 도시한 종단면도이다.
[도 17] 상기와 동일한 이차전지의 다른 변형예를 도시한 종단면도이다.
[도 18] 본 발명의 실시형태 3에 관한 이차전지의 종단면도이다.
[도 19] 상기와 동일한 이차전지에 사용되는 도통 차단 가능 부재의 종단면도로서, 상온에서의 작동 상태를 도시한 것이다.
[도 20] 상기와 동일한 도통 차단 가능 부재의 종단면도로서, 고온 상태에서의 작동 상태를 도시한 것이다.
[도 21] 상기와 동일한 도통 차단 가능 부재의 변형예의 사시도로서, 상온에서의 작동 상태를 도시한 것이다.
[도 22] 상기와 동일한 도통 차단 가능 부재의 변형예의 단면도로서, 상온에서의 작동 상태를 도시한 것이다.
[도 23] 상기와 동일한 도통 차단 가능 부재의 변형예의 사시도로서, 고온 상태에서의 작동 상태를 도시한 것이다.
[도 24] 상기와 동일한 도통 차단 가능 부재의 변형예의 단면도로서, 고온 상태에서의 작동 상태를 도시한 것이다.
[도 25] 본 발명의 실시형태 3에 관한 이차전지의 변형예의 종단면도이다.
[도 26] 상기와 동일한 이차전지의 다른 변형예의 종단면도이다.
[도 27] 본 발명의 실시형태 4에 관한 이차전지의 종단면도이다.
[도 28] 상기와 동일한 이차전지의 변형예의 종단면도이다.
[도 29] 상기와 동일한 이차전지의 다른 변형예의 종단면도이다.
[도 30] 상기와 동일한 이차전지의 또 다른 변형예의 종단면도이다.
[도 31] 종래의 이차전지의 종단면도이다.

본 발명은, 기다란 띠형상의 집전체의 양 면 또는 한 면에, 활물질을 포함한 전극용의 합제로 이루어진 합제층을 형성하는 동시에, 그 집전체의 폭방향의 일단부에 집전체의 소지가 노출하고 있는 노출 부분을 형성하여 구성된 양극판 및 음극판, 및 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하고, 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 소용돌이 형상으로 권회, 또는 적층하여 구성된 전극군을 포함한 이차전지에 관한 것이다. 이 이차전지는 또한, 전극군의 일단측에 배치되어, 양극판의 상기 노출 부분과 접속되는 양극 집전 단자판과, 전극군의 타단측에 배치되어, 음극판의 상기 노출 부분과 접속되는 음극 집전 단자판과, 전해액과 개구부를 가지며, 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 한쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 전극군, 양극 집전 단자판, 음극 집전 단자판 및 전해액을 수용하는 전지 케이스와, 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 다른쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 전지 케이스와는 절연된 상태로 그 개구부를 밀봉하는 밀봉판과, 도전성을 가지며, 전지 케이스와 상기 한쪽의 집전 단자판의 사이, 및 밀봉판과 상기 다른쪽의 집전 단자판의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 동시에, 전극군을 전지 케이스 또는 밀봉판을 향하여 힘을 가하는, 변형량에 따라 탄성력이 증감하지 않는 불감대를 가진, 1 또는 복수의 탄성 부재를 구비하고 있다.

상술한 구성에 의해, 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판을 부속시킨 전극군의 치수 등에 제품간의 불균일이 있거나, 그들 치수가 시간경과에 따라 변화하거나 해도, 변형량의 불감대의 영역에서 탄성 부재에 의해 전극군을 힘을 가하는 것에 의해, 항상 일정한 누르는 힘으로 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판과, 전지 케이스 또는 밀봉판을 접촉시키는 것이 가능하다. 따라서, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자 사이의 도통 상태의 안정성을 향상시키는 것이 가능해져, 보다 신뢰성이 높은 이차전지를 얻는 것이 가능해진다.

여기서, 전극군을 힘을 가하는 탄성 부재는, 복수개를 신축 방향으로 겹쳐 사용하면, 보다 넓은 영역의 불감대를 얻는 것이 용이해진다. 이에 따라, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자 사이의 도통 상태의 안정성을 향상시키는 것이 보다 용이해진다. 그러나, 부품 갯수의 증대를 억제한다고 하는 관점에서는, 탄성 부재의 개수는 1개로 하는 것이 좋다.

또한, 탄성 부재를, 전지 케이스와 한쪽 단자판의 사이, 및 밀봉판과 다른쪽 단자판의 사이의 양쪽 모두에 배치하면, 전극군을 양쪽에서 누를 수 있기 때문에, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자 사이의 도통 상태의 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 탄성 부재는, 둘레가장자리부에 슬릿을 가진 접시 스프링으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 접시 스프링에 소정 치수의 슬릿을 형성할 뿐인 간단한 구성으로, 소망 영역의 불감대를 가진 탄성 부재를 실현하는 것이 가능해진다. 따라서, 비용상승을 거의 초래하지 않고, 상술한 효과를 달성할 수 있다.

또한, 상기 탄성 부재는, 고내전압성을 가진 크롬 및 니켈의 적어도 1종의 금속에 의해 피복하는 것이 좋다.

이와 같이, 고내전압성을 가진 금속에 의해 탄성 부재를 피복함으로써, 탄성 부재의 내전압성이 향상한다. 따라서, 전압이 인가되는 것이 보통의 상태인 탄성 부재의 시간경과에 따른 열화를 억제할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 탄성 부재는, 음극 집전 단자판과, 외부 단자(전지 케이스 또는 밀봉판)의 사이에만 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 탄성 부재에 상시 전압이 인가되는 것에 의해 일어나는 시간경과에 따른 열화를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 이차전지는, 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 적어도 한쪽이, 접시 스프링의 슬릿과 걸어맞춤하는 볼록부를 가진 것으로 할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 전지 케이스의 내부에서의 접시 스프링의 위치를 규정할 수 있고, 누르는 힘이 좌우에 편중되는 것에 의한 도통 불량의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 전지 케이스와 상기 한쪽의 집전 단자판의 사이, 및 밀봉판과 상기 다른쪽의 집전 단자판의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 한편, 소정 온도 이상이 되었을 때에는, 그것을 끼운 양 부재 사이의 전류를 차단하는 1 또는 복수의 도통 차단 가능 부재를 구비한 이차전지에 관한 것이다.

이러한 구성에 의해, 내부단락 등에 의해 급격한 발열 반응이 일어났을 경우에, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류가 차단된다. 따라서, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 도통 차단 가능 부재는, 도전성을 가진 부직포로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 내부단락 등에 의해 급격한 발열 반응이 일어났을 경우에, 부직포를 구성하는 섬유가 연화 또는 용융하여, 그 탄성이 없어지고, 그것을 끼운 양 부재의 도통 상태를 유지할 수 없게 되어, 그 사이의 전류가 차단된다. 이에 따라, 내부단락 등에 의해 이차전지가 열폭주할 위험성을 배제할 수 있다.

또한, 그러한 부직포는, 표면에 금속을 코팅한 수지제의 섬유로 구성할 수 있다.

도통 차단 가능 부재를, 그러한 부직포로부터 구성하는 것에 의해서, 도통 차단 가능 부재에 적절한 탄성을 부여할 수 있다. 이에 따라, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과에 더하여, 발전 요소와 외부 단자의 도통 상태의 안정성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과도 달성할 수 있다.

또한, 상기 수지는, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 적어도 1종을 포함하는 것으로 할 수 있다.

이에 따라, 이차전지의 열폭주를 멈추는데 적절한 온도로, 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류가 차단되도록, 상기 부직포의 변형 또는 용융을 개시시킬 수 있다.

또한, 도통 차단 가능 부재는, 형상기억합금으로 이루어진 소자를 포함하는 것으로 할 수 있다.

이에 따라, 내부단락 등에 기인하여 이차전지의 온도가 상승했을 때에, 도통 차단 가능 부재를 끼운 양 부재 사이의 전류가 차단되도록, 형상기억합금으로 이루어진 소자가 변형되도록 형상을 기억시키는 것에 의해, 이차전지가 열폭주할 위험성을 배제할 수 있다. 따라서, 안전성이 높은 이차전지를 얻을 수 있다.

여기서, 그 형상기억합금은, 2방향성을 가진 것으로 하는 것이 좋다.

이에 따라, 내부단락 등의 발열 반응에 의해 이차전지가 고온이 되었을 때에는 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류를 차단하고, 발열 반응이 치유되어 이차전지가 상온으로 복귀했을 때에는 그들 사이를 도통시키는, 가역성을 가진 도통 차단 가능 부재를 구성하는 것이 가능해진다.

그리고, 그러한 형상기억합금은, 티탄과 니켈의 합금으로 구성할 수 있다. 이에 따라, 발열 반응에 대응하여 빠른 응답성으로 전류를 차단할 수 있다.

또한, 상기 도통 차단 가능 부재는, 형상기억합금으로 이루어지고, 온도에 따라 자연 길이가 변화하는 주 스프링과, 그 주 스프링의 탄성력에 저항하여 신축하도록 배치된 바이어스 스프링과, 주 스프링과 바이어스 스프링 사이에 개재된 수력부를 포함하고, 양 스프링의 탄성력이 균형잡힌 위치로 이동하도록 힘이 가해지는, 축방향으로 이동이 가능하도록 지지된, 도체로 이루어진 단자봉을 포함하는 것으로 할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 온도에 따라 주 스프링을 신축시켜, 단자봉을 이동시키는 것에 의해, 이차전지의 도통 상태를 온도에 따라 전환할 수 있다. 또한, 양 스프링의 탄성력에 의해 전극군을 밀봉판 또는 전지 케이스의 바닥부를 향하여 힘을 가함으로써, 발전 요소와 외부 단자의 도통 상태를 안정화시킬 수 있다고 하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 도통 차단 가능 부재는, 형상기억합금으로 이루어지고, 볼록부를 가지는 형상과, 보다 평탄한 형상의 사이에서, 온도에 따라 형상이 전환되는 박판 형상 부재를 포함한 구성으로 하는 것도 가능하다.

이러한 구성에 의해, 온도에 따라 박판 형상 부재의 형상을 변화시킴으로써 이차전지의 도통 상태를 온도에 따라 전환할 수 있다. 또한, 볼록부를 가진 박판 형상 부재의 탄성력에 의해 전극군을 밀봉판 또는 전지 케이스의 바닥부를 향하여 힘을 가함으로써, 발전 요소와 외부 단자의 도통 상태를 안정화시킬 수 있다고 하는 효과도 얻을 수 있다.

또한, 도통 차단 가능 부재는, 수지를 포함한 이방성 도전재로 구성할 수도 있다.

이러한 구성에 의해, 내부단락 등에 의한 급격한 발열 반응이 일어났을 때에, 그 발열에 의해 이방성 도전재를 용융 또는 변형시켜, 전류를 차단할 수 있다. 따라서, 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.

이 때, 이방성 도전재로 이루어진 도통 차단 가능 부재를, 전지 케이스의 내주부와 접촉하여 위치 결정되도록 구성하면, 도통 차단 가능 부재의 위치 결정 기구가 불필요해져, 보다 단순한 구조로 할 수 있다. 바람직하게는, 도통 차단 가능 부재는, 전지 케이스의, 밀봉판을 코킹시키기 위해서 좁혀진 부분에 접촉시키는 것이 좋다. 이에 따라, 밀봉성을 향상시키는 것도 가능해진다.

또한, 도통 차단 가능 부재를 구성하는 이방성 도전재는, 금속핵을 포함한 도전성 필러와 수지를 포함한 바인더로 구성할 수 있다.

이러한 구성에서는, 상온에서는 금속핵끼리가 접촉함으로써, 양극 및 음극의 집전 단자판과, 전지 케이스 또는 밀봉판이 도통되는 한편, 이차전지의 온도가 소정 온도 이상으로까지 상승하면, 바인더가 용융 또는 변형함으로써, 금속핵끼리의 접촉이 확보되지 않게 되어, 전류가 차단된다.

또한, 도통 차단 가능 부재를 구성하는 이방성 도전재는, 금속 도금된 수지핵을 포함한 도전성 필러와, 수지를 포함한 바인더로 구성할 수도 있다.

이러한 구성에서는, 상온에서는 도전성 필러 끼리가 접촉함으로써, 양극 및 음극의 집전 단자판과, 전지 케이스 또는 밀봉판이 도통되는 한편, 이차전지의 온도가 소정 온도 이상으로까지 상승하면, 수지핵 및 바인더의 적어도 한쪽이 열에 의해 용융 또는 변형함으로써, 도전성 필러끼리의 접촉이 확보되지 않게 되어, 전류가 차단된다.

≪실시형태 1≫

이하에 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태 1을 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 이차전지에 사용되는 전극군의 개략 구성을 도시한 종단면도이다.

전극군(10)은, 기다란 띠형상의 양극 집전체(1)의 양면에 양극합제층(2)을 형성하여 이루어지는 양극판(3)과, 기다란 띠형상의 음극 집전체(5)의 양면에 음극합제층(6)을 형성하여 이루어지는 음극판(7)을, 사이에 세퍼레이터(8)를 개재시켜, 소용돌이 형상으로 권회하여 구성되어 있다.

양극 집전체(1)에는, 폭방향의 일단부(도면의 상단부)에, 양극합제층(2)이 형성되어 있지 않은, 소지가 노출한 노출 부분이 형성되어 있다. 음극 집전체(5)에는, 폭방향의 일단부(도면의 하단부)에, 음극합제층(6)이 형성되어 있지 않은, 소지가 노출한 노출 부분이 형성되어 있다. 이들 노출 부분은, 전극군(10)의 일단측 및 타단측(도면의 위쪽 및 아래쪽)에 돌출되어 있다.

여기서, 양극합제층(2)은, 리튬 함유 복합 산화물을 활물질로서 포함한다. 음극합제층(6)은, 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 재료를 활물질로서 포함한다.

양극 집전체(1)의 노출 부분은, 전극군(10)의 일단측에 배치되는 원반 형상의 양극 집전 단자판(4)과 다점에서 접속되어 있다. 음극 집전체(5)의 노출 부분은, 전극군(10)의 타단측에 배치되는 원반 형상의 음극 집전 단자판(9)과 다점에서 접속되어 있다.

도 2 및 도 3에, 양극 집전 단자판(4)을 양극 집전체(1)의 노출 부분에 접속 공정의 일례를 도시한다. 도시예에서는, 전극군(10)의 일단측에 돌출한 양극 집전체(1)의 노출 부분에, 원반 형상의 양극 집전 단자판(4)을 대어, 양극 집전 단자판 (4)과 양극 집전체(1)의 노출 부분을, 토치(17)와 양극 집전 단자판(4)의 사이에 아크(18)를 발생시키는 것에 의해, 복수 개소에서 용접하고 있다. 용접 개소(4a)는, 양극 집전 단자판(4)의 방사상으로 나란하도록 형성된다. 한편, 도시예에서는, 아크 용접에 의해 접속하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 레이저 용접에 의해 양극 집전 단자판(4)과 양극 집전체(1)의 노출 부분을 용접하는 것으로 해도 좋다. 또한, 음극 집전 단자판(9)을 음극 집전체(5)의 노출 부분에 접속하는 공정도 동일하게 하여 행하여진다.

도 4에, 도 1에 도시한, 집전 단자판 부착의 전극군(10)을, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 케이스(11)의 내부에 수용하여 구성되는 이차전지를 도시한다.

도시예의 이차전지(20)는, 음극 집전 단자판(9)을 전지 케이스(11)의 바닥부와 접촉시키도록, 전극군(10)을 전지 케이스에 삽입하고, 양극 집전 단자판(4) 위에, 도전성을 가진 소재로 이루어진 접시 스프링(14)을 마련하여 구성되어 있다. 접시 스프링(14)은, 전지 케이스(11)의 개구부를 밀봉하는, 외부 단자를 겸한 밀봉판(12)과, 양극 집전 단자판(4)의 사이에 압축된 상태로 배치되어 있다. 이에 따라, 접시 스프링(14)은, 양극 집전 단자판(4) 및 밀봉판(12)의 양쪽 모두에 압접하여, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)의 사이를 도통시킨다. 한편, 전지 케이스 (11)에 전극군(10)과 함께 봉입되는 소정량의 비수 전해액은 도시하지 않았다.

밀봉판(12)은, 밀봉 개스킷(13)이 둘레가장자리부에 부착되어 있다. 그 밀봉 개스킷(13) 위로부터 밀봉판(12)의 둘레가장자리부를 코킹하도록, 전지 케이스(11)의 개구단을 안방향으로 절곡시킴으로써, 전지 케이스(11)의 개구가 밀봉된다.

또한, 접시 스프링(14)은, 압축된 것에 의해 발생하고 있는 탄성력에 의해, 상기 집전 단자판 부착의 전극군(10)을 전지 케이스(11)의 바닥부를 향하여 힘을 가하고 있다. 이에 따라서, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11)의 도통 상태가 확보되고 있다.

도 5A 및 5B에, 접시 스프링(14)을 상세하게 도시한다. 도시예의 접시 스프링(14)은, 전극군(10) 등의 치수 오차나 치수 변화에 관계없이, 일정한 탄성력으로 상기 집전 단자판 부착의 전극군(10)을 전지 케이스(11)의 바닥부를 향하여 힘을 가할 수 있도록, 변형량에 따라 탄성력이 변화하지 않는 불감대를 가지는 구조로 되어 있다.

보다 구체적으로는, 접시 스프링(14)은, 수프접시의 바닥을 뒤집은 것과 같은 형상, 즉 지름이 일단측(도 5B의 위쪽)으로부터 타단측(도 5B의 아래쪽)을 향하여 확대되는 짧은 통과 같은 형상을 가지고 있다. 접시 스프링(14)의 소경(小徑)측의 개구부, 내지는 내주부(內周部)에는, 복수개(도시예에서는 8개)의 슬릿(15)가 둘레방향에 등(等) 피치로 형성되고 있다.

이에 따라, 도 6에 도시하는 바와 같이, 접시 스프링(14)의 탄성력-변형량 특성 곡선에는, 접시 스프링(14)의 변형량이 변화해도 탄성력이 거의 변화하지 않는 불감대(C)가 나타난다.

이 불감대(C)의 변형량의 영역에서 접시 스프링(14)에 의해 전극군(10)을 힘이 가해지도록, 접시 스프링(14)의 자연 길이나 슬릿(15)의 형상 등을 설정함으로써, 전극군(10) 등의 치수 오차나 치수 변화에 상관없이, 항상 일정한 탄성력으로 전극군(10)을 전지 케이스(11)의 바닥부를 향하여 억누르는 것이 가능해진다. 이에 따라, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12) 사이, 및 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 사이의 안정적인 도통 상태를 확보하는 것이 가능해진다.

여기서, 접시 스프링(14)의 재질로서는, 스테인리스강, 탄소강, 공구강, 베나이트강, 및 인청동 등을 이용할 수 있다. 특히 인청동이 바람직하다. 또한, 이들 재질의 표면을, 고내전압성을 가진 금속의 박막으로 피복하는 것도 바람직하다. 예를 들면, 니켈 도금, 및 크롬 도금을 접시 스프링(14)의 표면에 실시하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 접시 스프링(14)의 내전압성이 향상하여, 상시 인가되는 전압에 의해 접시 스프링(14)의 시간경과에 따른 열화를 촉진시키는 것을 억제할 수 있다.

또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 접시 스프링(14)과 대향하는 부재에는, 접시 스프링(14)의 위치 결정을 하기 위한 위치 결정 기구를 마련하는 것이 좋다. 도시예의 위치 결정 기구는, 양극 집전 단자판(4)의 접시 스프링(14)과 대향하는 면에, 접시 스프링(14)의 슬릿(15)의 각각과 걸어맞춤하는 복수(도시예에서는 4개)의 위치 결정용 돌기(16)를 형성하여 구성되어 있다.

이러한 위치 결정 기구를 마련하는 것에 의해서, 접시 스프링(14)의 축심이 전극군(10)의 축심으로부터 크게 좌우로 어긋나고, 그 탄성력이 전극군(10)의 축심으로부터 편중된 위치에 작용하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자의 도통 상태를 더 안정적으로 확보하는 것이 가능해진다.

도 8∼10에, 본 실시형태의 접시 스프링의 변형예를 도시한다.

도 8의 접시 스프링(14A)은, 상기 접시 스프링(14)과 동일한 본체를 가지며, 그 대경(大徑)측의 개구부, 내지는 외주부(外周部)에, 복수(도시예에서는 8개)의 슬릿(15A)를 등(等) 피치로 마련한 것이다.

도 9의 접시 스프링(14B)은, 비교적 작은 평평한 바닥부(19)의 접시 형상을 가지며, 그 외주부에, 복수(도시예에서는 8개)의 약간 긴 슬릿(15B)을 둘레방향에 등 피치로 형성한 것이다.

도 10의 접시 스프링(14C)은, 상기 접시 스프링(14) 및 (14A)와 동일한 본체를 가지며, 그 외주부 및 내주부의 쌍방에, 동일수의 복수(도시예에서는 8개)의 슬릿(15C)을 등 피치로 마련한 것이다. 또한, 슬릿(15C)은, 접시 스프링(14C)의 외주부 및 내주부에서 서로 위치를 어긋나게 하여 형성된다. 이와 같이, 외주부 및 내주부에 슬릿(15C)을 마련하여, 외주부 및 내주부의 양쪽 모두의 슬릿(15C)과 대응하는 위치에 복수개씩의 위치 결정용 돌기(16)를 마련하는 것에 의해, 외주부 및 내주부의 양쪽 모두의 슬릿(15C)에 위치 결정용 돌기(16)를 걸어맞춤시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 보다 정확하게 접시 스프링의 위치 결정을 행할 수 있다.

한편, 본 발명의 접시 스프링은, 이들에 한정되는 것이 아니고, 이차전지의 사이즈에 따라 누르는 힘 및 불감대의 영역을 최적화하기 위해서, 슬릿의 위치, 형상, 크기, 및 개수 등을 임의로 설정하는 것이 가능하다.

도 11∼14에, 본 실시형태의 이차전지의 변형예를 나타낸다.

도 11의 이차전지(20A)는, 접시 스프링(14) 및 (14A∼14C)의 어느 하나를, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11)의 바닥부의 사이에 압축하여 배치한 것이다. 여기서는, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)은, 접시 스프링을 개재하지 않고 직접 접속되어 있다.

도 12의 이차전지(20B)는, 접시 스프링(14) 및 (14A∼14C)의 어느 하나를, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)의 사이, 및 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스 (11)의 바닥부 사이의 양쪽 모두에 압축하여 배치한 것이다.

도 13의 이차전지(20C)는, 접시 스프링(14) 및 (14A∼14C)의 어느 2개를, 각각의 대경측의 개구부를 대향시키고, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)의 사이에 압축하여 배치한 것이다. 이 때, 대향되는 각각의 대경측의 개구부의 단면을 접시 스프링의 축과 수직인 면에 형성함으로써, 접시 스프링 상호의 위치 엇갈림을 방지할 수 있다.

또한, 2개의 접시 스프링의 각각의 소경측의 개구부를 대향시켜 배치하는 것도 가능하고, 그 경우에는, 대향되는 각각의 소경측의 개구부의 단면을 접시 스프링의 축과 수직인 면에 형성함으로써, 접시 스프링 상호의 위치 엇갈림을 방지할 수 있다.

즉, 지름이 동일한 측의 개구부를 대향시켜, 동일한 형상의 2개의 접시 스프링을 신축 방향으로 나열하여 배치함으로써, 2개의 접시 스프링을 겹쳐 사용할 수 있다.

도 14의 이차전지(20D)는, 접시 스프링(14) 및 (14A∼14C)의 어느 2개를, 각각의 대경측의 개구부를 대향시키고, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11)의 바닥부의 사이에 압축하여 배치한 것이다. 이 때, 대향되는 각각의 대경측의 개구부를 플랫으로 함으로써, 접시 스프링 상호의 위치 엇갈림을 방지할 수 있다.

이하, 본 실시형태 1에 관한 실시예를 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

≪실시예 1≫

먼저, 양극용의 활물질로서 코발트산 리튬을 100중량부와, 도전재로서 아세틸렌블랙을 2중량부와, 결착재로서 폴리불화비닐리덴을 2중량부를, 적량의 N-메틸-2-피롤리돈과 함께 쌍완식 연합기로 교반하여 혼련함으로써, 양극용의 합제 도료를 조제했다.

이어서, 두께가 15㎛인 알루미늄박으로 이루어진 기다란 띠형상의 양극 집전체의 양면에, 상기 조제한 합제 도료를 도포하여, 건조했다. 이에 따라, 한 면의 양극합제층의 두께가 100㎛인 양극판의 전구체를 제작하였다. 또한, 이 전구체를 총두께가 165㎛가 되도록 프레스했다. 그 결과, 한 면의 합제층의 두께는 75㎛가 되었다. 다음에, 프레스된 상기 전구체를 규정의 치수로 하도록 슬릿 가공을 행하여, 양극판을 제작하였다. 제작된 양극판의 폭방향의 일단측에는, 소정폭의 집전체의 노출 부분을 형성하였다.

또한, 음극용의 활물질로서 인조 흑연을 100중량부와, 결착재로서 스티렌-부타디엔 공중합체 고무입자의 수분산액(고형분 40중량%)을 25중량부(결착재의 고형분 환산으로 1중량부)와, 증점제로서 카르복시메틸셀룰로오스를 1중량부를, 적량의 물과 함께 쌍완식 연합기로 교반하여 혼련함으로써, 음극용의 합제 도료를 조제했다.

이어서, 두께가 10㎛인 동박으로 이루어진 기다란 띠형상의 음극 집전체의 양면에, 상기 조제한 합제 도료를 도포하여, 건조했다. 이에 따라, 한 면의 음극합제층의 두께가 110㎛인 음극판의 전구체를 제작하였다. 또한, 이 전구체를 총두께가 180㎛가 되도록 프레스했다. 그 결과, 한 면의 음극합제층의 두께는 85㎛가 되었다. 다음에, 프레스된 상기 전구체를 규정의 치수로 하도록 슬릿 가공을 행하여, 음극판을 제작하였다. 제작된 음극판의 폭방향의 일단측에는, 소정폭의 집전체의 노출 부분을 형성하였다.

이상과 같이 하여 제작된 양극판 및 음극판을, 두께가 20㎛인 세퍼레이터를 끼워 권회하고, 소정의 길이로 절단하여, 전극군을 얻었다. 이 때, 양극판 및 음극판의 각각의 집전체의 노출 부분이, 전극군의 일단측과 타단측에 각각 돌출하도록, 전극군을 구성하였다.

그리고, 전극군의 일단측에 돌출한, 양극 집전체의 노출 부분을 원반형의 양극 집전 단자판에, 복수 개소에서 레이저 용접에 의해 접합했다. 또한, 전극군의 타단측에 돌출한, 음극 집전체의 노출 부분을 원반형의 음극 집전 단자판에, 복수 개소에서 레이저 용접에 의해 접합했다.

양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판이 접합된 전극군(이하, 집전 단자판 부착의 전극군이라고 한다)을, 바닥이 있는 원통 형상의 전지 케이스내에 삽입한 후, 그 전지 케이스에 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC), 및 메틸에틸카보네이트(MEC)로 이루어진 혼합 용매에 1M의 LiPF₆를 용해시킨 전해액(도시하지 않음)을 소정량만큼 주입하였다.

이어서, 도 5A 및 도 5B에 도시한 접시 스프링(14)과 동일한 형상의 접시 스프링을 양극 집전 단자판 위에 얹어 놓은 후, 둘레가장자리부에 개스킷을 마련한 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 밀봉하였다. 여기서, 접시 스프링의 재질은, 인청동으로 하고, 그 표면에는 니켈 도금을 실시했다.

또한, 접시 스프링은, 양극 집전 단자판의 밀봉판과 대향하는 면에 형성된 4개의 위치 결정용 돌기의 각각에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시키고, 위치 결정을 행하였다.

이상과 같이 하여, 본 실시예 1에서는, 100개의 리튬 이온 이차전지를, 평가 대상의 이차전지로서 제작하였다.

≪실시예 2≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 도 8에 도시한 접시 스프링(14A)과 동일한 형상의 접시 스프링을 제작하였다. 접시 스프링의 재질, 자연 길이, 및 변형량에서의 불감대의 영역은, 실시예 1의 접시 스프링과 동일하게 했다.

이어서, 상기 접시 스프링을, 대경측의 개구부가 전지 케이스의 바닥부와 접촉하도록 하여, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 접시 스프링의 소경측의 개구부와 접촉시키도록 하여, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 둘레가장자리부에 개스킷을 부속시킨 밀봉판을 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 하여, 그 밀봉판에 의해 실시예 1과 동일하게 하여 전지 케이스의 개구부를 밀봉하였다. 이에 따라, 음극 집전 단자판과, 전지 케이스를 압축된 접시 스프링을 개재하여 접속하는 한편, 밀봉판과 양극 집전 단자판을 접시 스프링의 탄성력에 의해 압접시켜 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

여기서, 상기 접시 스프링은, 음극 집전 단자판의 전지 케이스의 바닥부와 대향하는 면에 형성된 4개의 위치 결정용 돌기의 각각에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시켜, 위치 결정을 행하였다.

이상과 같이 하여, 100개의 리튬 이온 이차전지를, 평가 대상의 이차전지로서 제작하였다.

≪실시예 3≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 도 5A 및 5B에 도시한 접시 스프링(14)과 동일한 형상의 제1 접시 스프링을 제작하였다. 제1 접시 스프링의 재질은 실시예 1의 접시 스프링과 동일하게 하였다. 또한, 도 8에 도시한 접시 스프링(14A)과 동일한 형상의 제2 접시 스프링을 제작하였다. 제2 접시 스프링의 재질은 실시예 1의 접시 스프링과 동일하게 하였다.

이어서, 상기 제2 접시 스프링을, 대경측의 개구부를 전지 케이스의 바닥부와 접촉시키도록 하여, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 제2 접시 스프링의 소경측의 개구부와 접촉시키도록 하여, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스(11)에 주입하였다.

이어서, 상기 제1 접시 스프링을, 대경측의 개구부가 양극 집전 단자판과 접촉하도록 하여, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 둘레가장자리부에 개스킷을 부속시킨 밀봉판을 상기 제1 접시 스프링의 소경측의 개구부와 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 실시예 1과 동일하게 하여 전지 케이스의 개구부를 밀봉하였다. 이에 따라, 음극 집전 단자판과, 전지 케이스를 압축된 제2 접시 스프링을 개재하여 접속하는 동시에, 밀봉판과 양극 집전 단자판을 압축된 제1 접시 스프링을 개재하여 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

또한, 밀봉판과 양극 집전 단자판 사이에 배치된 제2 접시 스프링은, 양극 집전 단자판의 밀봉판과 대향하는 면에 형성된 4개의 위치 결정용 돌기의 각각에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시켜, 위치 결정을 행하였다. 음극 집전 단자판과 전지 케이스의 바닥부의 사이에 배치된 제1 접시 스프링은, 음극 집전 단자판의, 전지 케이스의 바닥부와 대향하는 면에 형성된 4개의 위치 결정용 돌기에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시켜, 위치 결정을 행하였다.

≪실시예 4≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 도 5A 및 5B에 도시한 접시 스프링(14)과 동일한 형상의 접시 스프링을 2개 제작하였다. 그 접시 스프링의 재질, 자연 길이 및 불감대의 영역은 실시예 3의 제1 접시 스프링과 동일하게 하였다. 그 대경측의 개구부의 단면은 축과 수직인 평면이 되도록 형성하였다.

이어서, 그 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 바닥부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스(11)에 주입하였다. 그 후, 상기 접시 스프링의 하나를, 소경측의 개구부를 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다.

이어서, 상기 접시 스프링의 다른 하나를, 앞의 접시 스프링과 대경측의 개구부 끼리를 대향시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 둘레가장자리부에 개스킷을 부속시킨 밀봉판을 2번째의 상기 접시 스프링의 소경측의 개구부와 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 실시예 1과 동일하게 하여 전지 케이스의 개구부를 밀봉하였다. 이에 따라, 음극 집전 단자판과 전지 케이스를 직접 접촉시켜 접속하는 한편, 밀봉판과 양극 집전 단자판을 압축된 2개의 접시 스프링을 개재하여 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

또한, 양극 집전 단자판에 접촉해 배치한 접시 스프링은, 양극 집전 단자판의 밀봉판과 대향하는 면에 설치된 4개의 위치 결정용 돌기의 각각에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시켜, 위치 결정을 행하였다. 그 접시 스프링 위에 겹쳐 배치한 접시 스프링은, 밀봉판의 양극 집전 단자판과 대향하는 면에 형성된 4개의 위치 결정용 돌기의 각각에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시켜, 위치 결정을 행하였다.

이상과 같이 하여, 본 실시예 4에서는, 100개의 리튬 이온 이차전지를, 평가 대상의 이차전지로서 제작하였다.

≪실시예 5≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 도 5A 및 5B에 도시한 접시 스프링(14)과 동일한 형상의 접시 스프링을 2개 제작하였다. 그 접시 스프링의 재질, 자연 길이 및 불감대의 영역은 실시예 3의 제1 접시 스프링과 동일하게 하였다. 그 대경측의 개구부 단면은 축과 수직인 평면이 되도록 형성하였다.

이어서, 상기 접시 스프링의 하나를, 대경측의 개구부를 바닥부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 접시 스프링의 다른 하나를, 앞의 접시 스프링과 대경측의 개구부끼리를 대향시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 2번째의 접시 스프링의 소경측의 개구부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다.

그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스(11)에 주입하였다. 그 후, 둘레가장자리부에 개스킷을 부속시킨 밀봉판을 2번째의 상기 접시 스프링의 소경측의 개구부와 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 실시예 1과 동일하게 하여 전지 케이스의 개구부를 밀봉하였다. 이에 따라, 음극 집전 단자판과 전지 케이스를 압축된 2개의 접시 스프링을 개재하여 접속하는 한편, 밀봉판과 양극 집전 단자판을 직접 접촉시켜 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

또한, 양극 집전 단자판과 접촉하여 배치한 접시 스프링은, 양극 집전 단자판의 밀봉판과 대향하는 면에 형성된 4개의 위치 결정용 돌기의 각각에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시켜, 위치 결정을 행하였다. 그 접시 스프링 위에 겹쳐 배치한 접시 스프링은, 밀봉판의 양극 집전 단자판과 대향하는 면에 형성된 4개의 위치 결정용 돌기의 각각에, 슬릿을 1개씩 걸어맞춤시켜, 위치 결정을 행하였다.

이상과 같이 하여, 본 실시예 5에서는, 100개의 리튬 이온 이차전지를, 평가 대상의 이차전지로서 제작하였다.

≪평가≫

상술한 실시예 1∼5의 각각 100개의 이차전지에 대해서, 초기 충방전을 2회 행한 후에, 45℃의 환경에서 7일간 방치했을 때의 내부 저항을 측정하였다. 그 결과는, 내부 저항은 어느 전지에서나 약 10mΩ이며, 도통 불량을 일으킨 것은 인지되지 않았다.

또한, 이들 이차전지에 대해서, 하나의 평가예로서 500사이클의 충방전을 행했을 때의 용량의 저하가 50%보다 클 때에 이차전지가 열화했다고 판정하는 사이클 열화 평가를 행한 바, 사이클 열화가 인지된 이차전지는 없었다. 또한, 그 사이클 열화 평가를 행한 후의 이차전지를 전부 해체하여, 전극군을 풀어 리튬의 석출이나 전극 합제층의 탈락의 유무를 조사한 바, 그들 불량은 인지되지 않았다.

이상의 결과는, 상기 실시예 1∼5에서는, 변형량의 소정 영역에서 탄성력이 거의 변화하지 않는 불감대를 가진 1개 또는 2개의 접시 스프링을 사용하고, 그 탄성력에 의해, 양극 집전 단자판과 밀봉판의 사이, 또는 음극 집전 단자판과 전지 케이스 바닥부 사이의 도통 상태를 확보했기 때문이라고 생각된다.

그러한 접시 스프링을 사용함으로써, 전극군 등에 치수 등의 불균일이나 치수 변화가 발생한 경우에도 항상 일정한 탄성력으로 전극군을 눌러, 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이, 또는 음극 집전 단자판과 전지 케이스 바닥부 사이의 도통 상태를 확보할 수 있기 때문이다.

한편, 상기 실시형태 1 및 그 각 실시예에서는, 접시 스프링의 축심이 전극군의 중앙에 위치하도록 접시 스프링을 배치했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 대형의 원통형 이차전지의 경우에는, 복수의 접시 스프링을 전극군의 둘레방향에 나열하여 배치하는 것도 가능하다.

≪실시형태 2≫

다음에, 본 발명의 실시형태 2를 설명한다.

도 15에, 본 발명의 실시형태 2에 관한 이차전지의 개략적인 구성을 도시한다. 도시예의 이차전지(20E)는, 링 형상으로 정형된 도전성을 가진 섬유의 부직포로 구성된 도통 차단 가능 부재(21)를, 일단면을 양극 집전 단자판(4)과 접촉시키고, 타단면을 밀봉판(12)과 접촉시키도록 하여, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12) 사이에 배치하여 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 통상시에는, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)은 도통 차단 가능 부재(21)를 개재하여 접속되는 한편, 단락이 발생하여 도통 차단 가능 부재(21)의 온도가 고온이 되었을 때에는, 도통 차단 가능 부재(21)의 섬유가 연화 또는 용융하여, 그 탄성이 없어지고 그것을 끼운 양 부재의 도통 상태를 유지할 수 없게 되어, 그 사이의 전류가 차단된다. 이에 따라, 내부단락 등에 의해 이차전지가 열폭주할 위험성을 배제할 수 있다. 따라서, 이차전지의 안전성이 향상한다.

여기서, 도통 차단 가능 부재(21)를 구성하는 부직포는, 표면에 금속을 코팅한 수지제의 섬유로 구성할 수 있다. 수지는, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 하는 것이 바람직하다. 그 이외에도, 내(耐)전해액성을 가지며, 열변형 개시 온도 또는 융점이 100∼170℃, 바람직하게는 110∼150℃인 열가소성 수지 또는 합성고무를 이용할 수 있다.

또한, 부직포의 표면의 코팅은, 전기 저항이 적은 금도금으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 도전성을 가진 금속의 코팅이면 좋고, 예를 들면 니켈 도금으로 할 수도 있다.

도 16 및 17에, 본 실시형태 2의 변형예를 도시한다.

도 16에 도시한 이차전지(20F)에서는, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스 (11) 바닥부의 사이에, 일단면을 음극 집전 단자판(9)과 접촉시키고, 타단면을 전지 케이스(11)의 바닥부와 접촉시키도록 하여, 도전성을 가진 부직포로 구성된 링 형상의 도통 차단 가능 부재(21)가 배치되어 있다. 링 형상의 도통 차단 가능 부재 (21)의 중공부에는, 도통 차단 가능 부재(21)의 위치 결정을 하기 위한 원반 형상의 절연체(15)가 배치되어 있다. 여기서, 절연체(15)의 두께는, 도통 차단 가능 부재(21)의 두께보다 작아지고 있다.

도 17에 도시한 이차전지(20G)에서는, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12) 사이, 및 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 바닥부 사이의 양쪽 모두에, 도통 차단 가능 부재(21)가 배치되어 있다. 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 바닥부 사이에 배치된 도통 차단 가능 부재(21)의 중공부에는, 위치 결정을 위한 원반 형상의 절연체(15)가 배치되어 있다.

이하에 본 실시형태 2에 관한 실시예를 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

≪실시예 6≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 금도금 처리한, 폴리에틸렌으로 이루어진 섬유를 두께가 2mm인 링 형상의 부재로 형성하여, 도통 차단 가능 부재를 제작하였다.

이어서, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 바닥부와 접촉시키도록, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 상기 도통 차단 가능 부재를, 양극 집전 단자판과 접촉시키도록, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을, 도통 차단 가능 부재와 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 실시예 1과 동일하게 하여 전지 케이스의 개구부를 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하는 한편, 음극 집전 단자판과 전지 케이스의 바닥부를 직접 접촉시켜 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

이상과 같이 하여, 평가 대상의 리튬 이온 이차전지를 100개 제작하였다.

≪실시예 7≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 금도금 처리한, 폴리에틸렌으로 이루어진 섬유를 두께가 2mm의 링 형상의 부재로 형성하여, 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 그리고, 그 도통 차단 가능 부재의 중공부에 원반 형상의 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 절연체를 삽입하였다.

이어서, 그 도통 차단 가능 부재를 바닥부와 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 도통 차단 가능 부재와 접촉시키도록, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을, 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 직접 접촉시켜 접속하는 한편, 음극 집전 단자판과 전지 케이스의 바닥부를 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪실시예 8≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 금도금 처리한, 폴리에틸렌으로 이루어진 섬유를 두께가 2mm인 링 형상의 부재로 형성하고, 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 그리고, 그 도통 차단 가능 부재의 중공부에 원반 형상의 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 절연체를 삽입하였다.

이어서, 그 도통 차단 가능 부재를 바닥부와 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 도통 차단 가능 부재와 접촉시키도록, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 다른 상기 도통 차단 가능 부재를 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을, 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판의 사이, 및 음극 집전 단자판과 전지 케이스 바닥부의 사이를 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪평가≫

상술한 실시예 6∼8의 각각 100개의 이차전지에 대하여, 초기 충방전을 2회 행한 후에, 45℃의 환경에서 7일간 방치했을 때의 내부 저항을 측정하는 것을 내용으로 하는 시험을 행하였다. 그 결과는, 내부 저항은 모든 전지에서 약 10mΩ이며, 도통 불량을 일으킨 것은 인지되지 않았다.

또한, 그들 내부 저항을 측정한 이차전지로부터 10개를 골라내어, 그들 이차전지에 대해서 사이클 열화 평가를 행하였다. 보다 구체적으로는, 하나의 평가예로서 500사이클의 충방전을 행한 후, 용량의 저하가 50%보다 큰 것을 판정 기준으로 하는 사이클 열화 평가를 행하였다. 그 결과, 사이클 열화가 인지된 이차전지는 존재하지 않았다. 또한, 그러한 사이클 열화 평가를 행한 후의 이차전지를 전부 해체하고, 전극군을 풀어 리튬의 석출이나 전극 합제층의 탈락의 유무를 조사한 바, 그들 불량이 발생하고 있는 이차전지는 존재하지 않았다.

또한, 상기 내부 저항을 측정한 이차전지로부터 다른 10개를 골라내어, 그들 이차전지에 대해서, 110℃의 환경에서 2시간 보존한 후에 전압을 측정하는 것을 내용으로 하는 시험을 행한 바, 어느 이차전지에서도 전압은 거의 검출되지 않았다. 이 결과에 의해, 이차전지의 온도가 소정 온도 이상까지 상승하면, 도전성 부직포로 이루어진 도통 차단 가능 부재를 통과하여 전류가 흐르지 않게 되어, 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류가 차단되는 것이 확인되었다.

보다 상세하게 설명하면, 110℃의 고온 상태에서 도통 차단 가능 부재(21)중의 섬유 형태의 폴리에틸렌이 용융하여 스프링성이 없어져 도통 접촉을 확보할 수 없게 된 것에 의해, 전류가 차단되었기 때문이다.

≪실시형태 3≫

다음에, 본 발명의 실시형태 3을 설명한다.

도 18에 도시한 이차전지(20H)에서는, 밀봉판(12)과 양극 집전 단자판(4) 사이에, 형상기억합금으로 이루어진 소자를 사용한 복수개, 예를 들면 3개 이상의 도통 차단 가능 부재(21A)가 배치되어 있다.

도 19 및 20에, 도통 차단 가능 부재(21A)를 상세하게 나타낸다. 도시예의 도통 차단 가능 부재(21A)는, 알루미늄 등의 금속으로 이루어진 케이스(32)에, 형상기억합금을 사용한 코일 스프링으로 이루어진 주 스프링(28)과, 통상의 금속의 코일 스프링으로 이루어진 바이어스 스프링(30)과 단자봉(31)을 수납하여 구성된다. 주 스프링(28)과 바이어스 스프링(30)은, 신축 방향으로 나열되어 배치된다.

주 스프링(28)은, 예를 들면 티탄과 니켈의 합금으로 이루어진 2방향성의 형상기억합금으로 구성된다. 단자봉(31)은, 케이스(32)의 일단측에 형성된 관 형상의 축삽입통과부(27)와, 케이스(32)의 타단측에 설치된 도시하지 않은 축삽입통과 구멍에 의해, 축방향의 변위가 가능하도록 지지되어 있다.

또한, 단자봉(31)에는, 주스프링(28)과 바이어스 스프링(30) 사이에 배치되는 수력판(29)이 고정되어 있으며, 각각의 스프링으로부터 수력판(29)이 받는 힘이 균형이 잡히도록, 단자봉(31)은 축방향으로 이동된다.

도 19는, 이차전지의 온도가 상온일 때의 도통 차단 가능 부재(21A)의 작동 상태를 도시하고 있다. 이 작동 상태에서는, 주 스프링(28)의 자연 길이가 짧아지도록 주 스프링(28)의 형상이 변화하는 것에 의해서, 단자봉(31)이 양극 집전 단자판(4){또는 음극 집전 단자판(9)}의 방향으로 이동되고, 단자봉(31)의 일단부가 양극 집전 단자판(4){또는 음극 집전 단자판(9)}와 접촉하고 있다. 이 때, 단자봉 (31)의 타단부는 축삽입통과부(27)를 개재하여 밀봉판과 접속된다. 이에 따라서, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)이 도통 차단 가능 부재(21A)를 개재하여 접속된다.

도 20은, 이차전지 2의 온도가 고온(예를 들면, 100℃ 이상의 온도)이 되었을 때의 도통 차단 가능 부재(21A)의 작동 상태를 도시하고 있다. 이 작동 상태에서는, 주 스프링(28)의 자연 길이가 길어지도록 주 스프링(28)의 형상이 변화하는 것에 의해서, 단자봉(31)이 양극 집전 단자판(4)으로부터 이격된다. 이에 따라, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12) 사이의 전기적 접속이 차단된다.

도 21∼24에, 본 실시형태 3의 변형예를 도시한다. 이 변형예의 도통 차단 가능 부재(21B)는, 도전성을 가진 원형상의 필름으로 이루어진 기판(36)에, 형상기억합금으로 이루어진 박막(38)을 붙여 맞추어 구성된, 다이아프램식의 소자로 구성된다. 기판(36)으로서는, 폴리이미드에 도전성 박막을 형성한 필름, 또는 알루미늄박을 사용할 수 있다. 형상기억합금에는, 2방향성을 가진 것을 사용한다.

도 21 및 22는, 이차전지의 온도가 상온일 때의 도통 차단 가능 부재(21B)의 작동 상태를 도시하고 있다. 이 작동 상태에서는, 박막(38)의 중앙부가 부풀어 오른 형상이 되는 것에 의해서, 도통 차단 가능 부재(21B)가, 양극 집전 단자판(4) 및 밀봉판(12)의 쌍방과 접촉한다. 이에 따라서, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판 (12)이 도통 차단 가능 부재(21B)를 개재하여 접속된다.

도 23 및 24는, 이차전지의 온도가 고온(예를 들면, 100℃ 이상의 온도)일 때의 도통 차단 가능 부재(21B)의 작동 상태를 도시하고 있다. 이 작동 상태에서는, 박막(38)이 보다 평탄한 형상이 되는 것에 의해서, 도통 차단 가능 부재(21B)가 밀봉판(12)과 접촉하지 않는 상태가 된다. 이에 따라서, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12) 사이의 전류가 차단된다.

도 25 및 도 26에, 본 실시형태 3의 다른 변형예를 도시한다.

도 25에 도시한 이차전지(20I)에서는, 상술한 도통 차단 가능 부재(21A) 또는 (21B)가, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 바닥부 사이에 배치되어 있다. 도 26에 도시한 이차전지(20J)에서는, 상술한 도통 차단 가능 부재(21A) 또는 (21B)가, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12) 사이, 및 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 바닥부 사이에 배치되어 있다.

이하에 본 실시형태 3에 관한 실시예를 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

≪실시예 9≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 도 19 및 20에 도시한 것과 동일한 구조의 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 여기서, 주 스프링을 구성하는 형상기억합금은 티탄과 니켈의 합금으로 구성하였다.

이어서, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 바닥부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 상기 도통 차단 가능 부재를 4개, 단자봉의 일단부를 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을 축삽입통과부와 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이렇게 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하는 한편, 음극 집전 단자판과, 전지 케이스를 직접 접촉시켜 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪실시예 10≫

이어서, 상기 도통 차단 가능 부재를 4개, 축삽입통과부를 바닥측으로 하여, 그 축삽입통과부를 전지 케이스의 바닥부와 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 도통 차단 가능 부재의 단자봉의 일단부와 접촉시키도록, 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 직접 접촉시켜 접속하는 한편, 음극 집전 단자판과 전지 케이스를 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪실시예 11≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 도 21∼24에 도시한 것과 동일한 구조의 제1 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 여기서, 박막을 구성하는 형상기억합금은 티탄과 니켈의 합금으로 구성하였다. 또한, 도 19 및 20에 도시한 것과 동일한 구조의 제2 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 여기서, 주 스프링을 구성하는 형상기억합금은 티탄과 니켈의 합금으로 구성하였다.

이어서, 상기 제1 도통 차단 가능 부재를 4개, 박막이 팽창한 부분을 개구측으로 하여, 기판과 전지 케이스의 바닥부를 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 제1 도통 차단 가능 부재의 박막이 팽창한 부분과 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 상기 제2 도통 차단 가능 부재를 4개, 축삽입통과부를 개구측으로 하여, 단자봉의 일단부를 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을 상기 제2 도통 차단 가능 부재의 축삽입통과부와 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 상기 제2 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하는 한편, 음극 집전 단자판과 전지 케이스를 상기 제1 도통 차단 가능 부재를 개재하고 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪평가≫

상술한 실시예 6∼8의 각각 100개의 이차전지에 대해서, 초기 충방전을 2회 행한 후에, 45℃의 환경에서 7일간 방치했을 때의 내부 저항을 측정하는 것을 내용으로 하는 시험을 행하였다. 그 결과는, 내부 저항은 모든 전지에서 약 10mΩ이며, 도통 불량을 일으킨 것은 인지되지 않았다.

또한, 그들 내부 저항을 측정한 이차전지로부터 10개를 골라내어, 그들 이차전지에 대해서 사이클 열화 평가를 행하였다. 보다 구체적으로는, 하나의 평가예로서 500사이클의 충방전을 행한 후, 용량의 저하가 50%보다 큰 것을 판정 기준으로 하는 사이클 열화 평가를 행하였다. 그 결과, 사이클 열화가 인지된 이차전지는 존재하지 않았다. 또한, 그러한 사이클 열화 평가를 행한 후의 이차전지를 전부 해체하여, 전극군을 풀어 리튬의 석출이나 전극 합제층의 탈락의 유무를 조사한 바, 그들 불량이 발생하고 있는 이차전지는 존재하지 않았다.

또한, 상기 내부 저항을 측정한 이차전지로부터 다른 10개를 골라내어, 그들 이차전지를 110℃의 환경에서 2시간 보존한 후에 단자간 전압을 측정한 바, 어느 이차전지에서도 전압은 거의 검출되지 않았다. 계속해서, 그들 리튬 이온 이차전지의 온도가 실온으로 돌아올 때까지 방치한 후에 단자간 전압을 측정한 바, 모든 이차전지가 초기 전압으로 회복하고, 또한, 내부 저항은 모두 10mΩ 전후였다.

이 결과로부터, 110℃의 고온 상태에서는, 상기 제1 및 제2 도통 차단 가능 부재가, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류를 차단하도록 작동하는 것이 확인되었다. 또한, 그 후에 이차전지의 온도가 상온으로 복귀했을 때에는, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자를 도통시키도록, 상기 제1 및 제2 도통 차단 가능 부재가 작동하는 것이 확인되었다.

보다 상세하게 설명하면, 실시예 9에서는, 110℃의 고온 상태에서 자연 길이가 증대하도록 형상기억합금으로 이루어진 주 스프링이 변형한 것에 의해, 도통 차단 가능 부재의 전체 길이가 짧아져, 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이의 전류가 차단된 것이라고 생각된다. 한편, 실온 상태에서는, 도통 차단 가능 부재의 전체 길이가 원래대로 복귀한 것에 의해 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이가 도통된 것이라고 생각된다.

실시예 10에서는, 110℃의 고온 상태에서 자연 길이가 증대하도록 형상기억합금으로 이루어진 주 스프링이 변형한 것에 의해, 도통 차단 가능 부재의 전체 길이가 짧아져, 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이의 전류가 차단된 것이라고 생각된다. 한편, 실온 상태에서는, 도통 차단 가능 부재의 전체 길이가 원래대로 복귀한 것에 의해 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이가 도통된 것이라고 생각된다.

실시예 11에서는, 110℃의 고온 상태에서는 두께가 감소하도록 형상기억합금으로 이루어진 박막이 변형한 것에 의해, 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류가 차단된 것이라고 생각된다. 또한, 110℃의 고온 상태에서 자연 길이가 증대하도록 형상기억합금으로 이루어진 주 스프링이 변형한 것에 의해, 도통 차단 가능 부재의 전체 길이가 짧아져, 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이의 전류가 차단된 것이라고 생각된다.

한편, 실온 상태에서는, 두께가 증대하도록 형상기억합금으로 이루어진 박막이 변형한 것에 의해 발전 요소와 외부 단자의 사이가 도통된 것이라고 생각된다. 또한, 실온 상태에서는, 도통 차단 가능 부재의 전체 길이가 원래대로 복귀한 것에 의해 양극 집전 단자판과 밀봉판 사이가 도통된 것이라고 생각된다.

≪실시형태 4≫

다음에, 본 발명의 실시형태 4를 설명한다. 도 27에, 본 발명의 실시형태 4에 관한 이차전지를 도시한다. 도시예의 이차전지(20K)는, 링 형상으로 형성된 이방성 도전재로 이루어진 도통 차단 가능 부재(21C)를, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12) 사이에 배치하여 구성되어 있다.

링 형상의 도통 차단 가능 부재(21C)는, 높이 방향(두께 방향)으로만 도전하고, 폭방향(지름 방향)으로는 도전하지 않는 구조를 가지고 있으며, 일단면이 양극 집전 단자판(4)과 접촉하고, 타단면이 밀봉판(12)과 접촉하는 것에 의해, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)을 접속하고 있다.

보다 상세하게 설명하면, 도통 차단 가능 부재(21C)를 구성하는 이방성 도전재는, 금속핵으로 구성된 도전성 필러, 또는 수지핵에 금속 도금을 실시하여 구성된 도전성 필러를, 수지로 이루어진 바인더에 분산시키는 것에 의해 구성할 수 있다.

여기서, 도전성 필러를 구성하는 금속핵으로서는, 입자 형상 또는 섬유 형상으로 된 금속을 이용할 수 있다. 그것을 단체의 금속으로 구성하는 경우는, 내전압성이 뛰어난 니켈을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 저항치를 내리기 위해서 금속핵의 표면에 금도금 등을 실시하는 것도 가능하다.

또한, 도전성 필러가 수지핵을 포함한 경우는, 그 수지핵의 표면에 금속 도금을 실시하는 것에 의해 도전성을 부여하는 것이 가능하다. 그 금속 도금은, 저항치를 작게 한다고 하는 관점으로부터 금도금으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 그 수지핵의 소재 및 바인더의 소재는, 내 전해액성을 가지며, 열변형 온도 또는 융점이 100∼170℃, 바람직하게는 110∼150℃의 열가소성 수지 또는 합성고무로 하는 것이 바람직하다.

도 28∼30에, 본 실시형태 4의 변형예를 도시한다. 도 28에 도시한 이차전지 (20L)는, 이방성 도전재로 이루어진 링 형상의 도통 차단 가능 부재(21C)의 외주부를, 전지 케이스(11)의 개구부 근방의 조임부(42)와 접촉시켜, 도통 차단 가능 부재(21C)의 위치 결정을 하도록 한 것이다. 여기서, 조임부(42)는, 전지 케이스(11)의 개구단을 안쪽으로 절곡시켜, 개스킷(13) 위로부터 밀봉판(12)의 둘레가장자리부를 코킹할 수 있도록, 그 개구단보다 조금 바닥측에 설치된 것이다. 즉, 밀봉판 (12)의 둘레가장자리부가, 조임부(42)와 절곡된 전지 케이스(11)의 개구단벽 사이에 끼워지는 것에 의해서, 밀봉판(12)은 전지 케이스(11)의 개구부에 고정된다.

링 형상의 도통 차단 가능 부재(21C)는, 두께 방향으로만 도전하고, 지름 방향으로는 도전하지 않기 때문에, 이와 같이, 외주부를 전지 케이스(11)의 내주면에 접촉시켜 위치 결정하는 것이 가능해진다. 또한, 조임부(42)에 도통 차단 가능 부재(21C)를 접촉시키는 것에 의해, 밀봉판(12)에 의한 전지 케이스(11)의 밀봉성도 향상하여, 액누락이 발생할 위험성이 보다 작아진다.

또한, 도 29에 도시한 이차전지(20M)는, 상기 이방성 도전재로 이루어진 도통 차단 가능 부재(21C)를, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 바닥부 사이에 배치하여 구성되어 있다. 도통 차단 가능 부재(21C)는, 일단면이 양극 집전 단자판 (4)와 접촉하고, 타단면이 밀봉판(12)과 접촉하는 것에 의해, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11)를 접속하고 있다.

이와 같이, 도통 차단 가능 부재(21C)를, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 바닥부 사이에 배치함으로써, 이차전지의 전지 케이스(11)의 밀봉 부분의 근방의 구조를 간소화할 수 있다. 이에 따라, 이차전지의 용량 업을 도모할 수 있다.

또한, 도 30에 도시한 이차전지(20N)는, 상기 이방성 도전재로 이루어진 도통 차단 가능 부재(21C)를, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)의 사이, 및 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11) 바닥부 사이의 양쪽 모두에 배치하여 구성되어 있다.

전지 케이스(11)의 개구부측의 도통 차단 가능 부재(21C)는, 일단면이 양극 집전 단자판(4)과 접촉하고, 타단면이 밀봉판(12)과 접촉하는 것에 의해, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)을 접속하고 있다. 또한, 전지 케이스(11)의 바닥부측의 도통 차단 가능 부재(21C)는, 일단면이 음극 집전 단자판(4)과 접촉하고, 타단면이 전지 케이스(11)의 바닥부와 접촉하는 것에 의해, 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11)를 접속하고 있다.

이와 같이, 도통 차단 가능 부재(21C)를, 양극 집전 단자판(4)과 밀봉판(12)의 사이, 및 음극 집전 단자판(9)과 전지 케이스(11)의 바닥부 사이의 양쪽 모두에 배치하는 것에 의해, 이차전지의 온도가 비정상으로 상승했을 때에, 보다 확실하게, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류를 차단할 수 있다. 이에 따라, 이차전지의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 이방성 도전재의 도전성 필러의 수지핵 및 바인더의 적어도 한쪽이, 열에 의해 연화 혹은 용융하는 것에 의해서, 도통 차단 가능 부재(21C)가 전류를 차단하는 구성으로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 열에 의해 수지핵 및 바인더의 적어도 한쪽을, 발포 또는 수축시켜 도전성을 소실시키는 것으로 하는 것도 마찬가지로 가능하다.

또한, 한편, 상술한 실시예 1∼4에서는, 이방성 도전재(14a,14b,14c)로서 모두 링 형상인 것을 이용했지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 상술한 집전 단자판 (4,8) 및 전지 케이스(11) 또는 밀봉판(12)과 균일 접촉이 가능한 형상이면 좋고, 예를 들면 링 형상의 고무 탄성체에 원통 형상의 이방성 도전재를 복수개 매립한 것, 또는, 링 형상의 수지 홀더에 원통 형상의 이방성 도전재를 복수개 매립한 것, 또는, 복수개의 원통 형상의 이방성 도전재를 수지의 연결재로 연결한 것 등을 이용하는 것도 마찬가지로 가능하다.

이하에 본 실시형태 4에 관한 실시예를 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

≪실시예 12≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 폴리스티렌핵에 금도금 처리하여 구성된 도전성 필러를, 폴리에스테르로 이루어진 바인더에 분산함으로써, 두께가 2mm인 링 형상의 이방성 도전재로 이루어진 도통 차단 가능 부재를 제작하였다.

이어서, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 바닥부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 상기 도통 차단 가능 부재를, 일단면을 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을, 도통 차단 가능 부재의 타단면과 접촉시키도록 하여, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하고, 음극 집전 단자판과 전지 케이스는 직접 접촉시켜 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪실시예 13≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 폴리메타크릴산 메틸핵에 금도금 처리하여 구성된 도전성 필러를, 폴리아미드로 이루어진 바인더에 분산함으로써, 두께가 2mm인 링 형상의 이방성 도전재로 이루어진 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 여기서, 그 도통 차단 가능 부재의 바깥지름은, 밀봉판의 둘레가장자리부를 코킹하여 전지 케이스의 개구부를 밀봉하기 위한 조임부와 접촉하도록 설정하였다.

이어서, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 바닥부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 상기 도통 차단 가능 부재를, 일단면을 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을, 도통 차단 가능 부재의 타단면과 접촉시키고, 상기 조임부를 도통 차단 가능 부재의 외주부와 접촉시키도록 하여, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하고, 음극 집전 단자판과 전지 케이스는 직접 접촉시켜 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪실시예 14≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 니켈핵에 금도금 처리하여 이루어지는 도전성 필러를, 폴리에틸렌으로 이루어진 바인더에 분산함으로써, 두께가 2mm인 링 형상의 이방성 도전재로 이루어진 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 그리고, 원반 형상의 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 절연체를 링 형상의 도통 차단 가능 부재의 중공부에 삽입하였다.

이어서, 상기 도통 차단 가능 부재를, 일단면을 전지 케이스의 바닥부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 도통 차단 가능 부재의 타단면과 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 레이저 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판은 직접 접촉시켜 접속하고, 음극 집전 단자판과 전지 케이스는 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪실시예 15≫

먼저, 실시예 1과 동일하게 하여, 집전 단자판 부착의 전극군을 제작하였다. 또한, 폴리메타크릴산 메틸핵에 금도금 처리하여 구성된 도전성 필러를, 폴리아미드로 이루어진 바인더에 분산함으로써, 두께가 2mm인 링 형상의 이방성 도전재로 이루어진 제1 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 여기서, 그 도통 차단 가능 부재의 바깥지름은, 밀봉판의 둘레가장자리부를 코킹하여 전지 케이스의 개구부를 밀봉하기 위한 조임부와 접촉하도록 설정했다. 또한 니켈핵에 금도금 처리하여 이루어진 도전성 필러를, 폴리에틸렌으로 이루어진 바인더에 분산함으로써, 두께가 2mm인 링 형상의 이방성 도전재로 이루어진 제2 도통 차단 가능 부재를 제작하였다. 그리고, 원반 형상의 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 절연체를 링 형상의 상기 제2 도통 차단 가능 부재의 중공부에 삽입하였다.

이어서, 상기 제2 도통 차단 가능 부재를, 일단면을 전지 케이스의 바닥부와 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 상기 집전 단자판 부착의 전극군을, 음극 집전 단자판을 상기 도통 차단 가능 부재의 타단면과 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 실시예 1과 동일한 전해액을 전지 케이스에 주입하였다.

이어서, 상기 제1 도통 차단 가능 부재를, 일단면을 양극 집전 단자판과 접촉시키도록 하여 전지 케이스에 삽입하였다. 그 후, 개스킷을 둘레가장자리부에 부착한 밀봉판을, 상기 제1 도통 차단 가능 부재의 타단면과 접촉시키도록 하고, 그 밀봉판에 의해 전지 케이스의 개구부를 실시예 1과 동일하게 하여 밀봉하였다. 이와 같이 하여, 양극 집전 단자판과 밀봉판을 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하는 동시에, 음극 집전 단자판과 전지 케이스를 도통 차단 가능 부재를 개재하여 접속하여, 리튬 이온 이차전지를 구성하였다.

≪평가≫

상술한 실시예 6∼8의 각각 100개의 이차전지에 대해서, 초기 충방전을 2회 행한 후에, 45℃의 환경에서 7일간 방치했을 때의 내부 저항을 측정하는 것을 내용으로 하는 시험을 행하였다. 그 결과는, 내부 저항은 어느 전지에서든 약 10mΩ이며, 도통 불량을 일으킨 것은 인지되지 않았다.

또한, 그들 내부 저항을 측정한 이차전지로부터 10개를 골라내어, 그들 이차전지에 대해서 사이클 열화 평가를 행하였다. 보다 구체적으로는, 하나의 평가예로서 500사이클의 충방전을 행한 후, 용량의 저하가 50%보다 큰 것을 판정 기준으로 하는 사이클 열화 평가를 행하였다. 그 결과, 사이클 열화가 인정된 이차전지는 존재하지 않았다. 또한, 그러한 사이클 열화 평가를 행한 후의 이차전지를 전부 해체하고, 전극군을 풀어 리튬의 석출이나 전극 합제층의 탈락의 유무를 조사한 바, 그러한 불량이 발생하고 있는 이차전지는 존재하지 않았다.

또한, 상기 내부 저항을 측정한 이차전지로부터 다른 10개를 골라내어, 그들 이차전지를 110℃의 환경에서 2시간 보존한 후에 단자간 전압을 측정한 바, 어느 이차전지에서도 전압은 거의 검출되지 않았다.

이러한 결과에 의해, 각 실시예 12∼15에서, 도통 차단 가능 부재가 정상적으로 작동하여, 이차전지의 발전 요소와 외부 단자 사이의 전류가 차단되는 것이 확인되었다.

보다 상세하게 설명하면, 실시예 12에서는, 110℃의 고온 상태에서 이방성 도전재중의 폴리스티렌핵이 열변형하여, 도전성 필러끼리의 도통 접촉을 확보할 수 없게 된 것에 의해, 전류가 차단된 것이라고 생각된다.

또한, 실시예 13에서는, 110℃의 고온 상태에서 이방성 도전재중의 폴리메타크릴산메틸핵이 열변형하여, 도전성 필러끼리의 도통 접촉을 확보할 수 없게 된 것에 의해, 전류가 차단된 것이라고 생각된다.

또한, 실시예 14에서는, 110℃의 고온 상태에서 이방성 도전재중의 폴리에틸렌이 용융하고, 도전성 필러인 니켈핵끼리의 도통 접촉을 확보할 수 없게 된 것에 의해, 전류가 차단된 것이라고 생각된다.

또한, 실시예 15에서는, 110℃의 고온 상태에서 이방성 도전재중의 폴리메타크릴산메틸핵이 열변형하여, 도전성 필러 끼리의 접촉을 확보할 수 없게 되는 동시에, 이방성 도전재중의 폴리에틸렌이 용융하여, 도전성 필러인 니켈핵끼리의 도통 접촉을 확보할 수 없게 된 것에 의해, 전류가 차단된 것이라고 생각된다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명에 관한 이차전지는, 집전리드레스화에 의해 전지 구조를 간소화하면서, 집전 단자판과, 전지 케이스 또는 밀봉판의 도통 상태를 안정화할 수 있으며, 신뢰성이 높은 비수계 이차전지를 얻을 수 있다. 또한, 내부단락 등에 기인한 열폭주를 방지하는 것도 가능하다. 이 때문에, 무선 전동 공구, 동력 보조 부착 자전거, 및 하이브리드 자동차와 같은 내진동성이나 내충격성에 강하고 대전류를 필요로 하는 동력원으로서 유용하다.

Claims

기다란 띠형상의 집전체의 양면 또는 한 면에, 활물질을 포함한 전극용의 합제로 이루어진 합제층을 형성하는 동시에, 상기 집전체의 폭방향의 일단부에 상기 집전체의 소지(素地)가 노출하고 있는 노출 부분을 형성하여 구성된 양극판 및 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하고, 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 소용돌이 형상으로 권회, 또는 적층하여 구성된 전극군과,
상기 전극군의 일단측에 배치되어, 상기 양극판의 집전체의 상기 노출 부분과 접속되는 양극 집전 단자판과,
상기 전극군의 타단측에 배치되어, 상기 음극판의 집전체의 상기 노출 부분과 접속되는 음극 집전 단자판과,
전해액과,
개구부를 가지며, 상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 한쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 상기 전극군, 양극 집전 단자판, 음극 집전 단자판 및 전해액을 수용하는 전지 케이스와,
상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 다른쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 상기 전지 케이스와는 절연된 상태로 그 개구부를 밀봉하는 밀봉판과,
도전성을 가지며, 상기 전지 케이스와 상기 한쪽의 집전 단자판과의 사이, 및 상기 밀봉판과 상기 다른쪽의 집전 단자판과의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 동시에, 상기 전극군을 상기 전지 케이스 또는 상기 밀봉판을 향하여 힘을 가하는, 변형량에 따라 탄성력이 증감하지 않는 불감대를 가지는, 1 또는 복수의 탄성 부재를 구비한 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 탄성 부재가, 둘레가장자리부에 슬릿을 가진 접시 스프링으로 구성되는 이차전지.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 부재가, 크롬 및 니켈 중 적어도 1종의 금속에 의해 피복되는 이차전지.
제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 적어도 한쪽이, 상기 접시 스프링의 슬릿과 걸어맞춤하는 볼록부를 가지는 이차전지.
기다란 띠형상의 집전체의 양면 또는 한 면에, 활물질을 포함한 전극용의 합제로 이루어진 합제층을 형성하는 동시에, 상기 집전체의 폭방향의 일단부에 상기 집전체의 소지가 노출하고 있는 노출 부분을 형성하여 구성된 양극판 및 음극판, 및 상기 양극판과 음극판의 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하고, 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 소용돌이 형상으로 권회, 또는 적층하여 구성된 전극군과,
상기 전극군의 일단측에 배치되어, 상기 양극판의 집전체의 상기 노출 부분과 접속되는 양극 집전 단자판과,
상기 전극군의 타단측에 배치되어, 상기 음극판의 집전체의 상기 노출 부분과 접속되는 음극 집전 단자판과,
전해액과,
개구부를 가지며, 상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 한쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 상기 전극군, 양극 집전 단자판, 음극 집전 단자판 및 전해액을 수용하는 전지 케이스와,
상기 양극 집전 단자판 및 음극 집전 단자판의 다른 쪽의 집전 단자판과 접속되는 동시에, 상기 전지 케이스와는 절연된 상태로 그 개구부를 밀봉하는 밀봉판과,
상기 전지 케이스와 상기 한쪽의 집전 단자판과의 사이, 및 상기 밀봉판과 상기 다른쪽의 집전 단자판과의 사이의 적어도 한쪽에 배치되고, 그것을 끼운 양 부재를 도통시키는 한편, 소정 온도 이상이 되었을 때에는, 그것을 끼운 양 부재 사이의 전류를 차단하는 1 또는 복수의 도통 차단 가능 부재를 구비한 이차전지.
제 5 항에 있어서, 상기 도통 차단 가능 부재가, 도전성을 가진 부직포로 구성되는 이차전지.
제 6 항에 있어서, 상기 부직포가, 표면에 금속을 코팅한 수지제의 섬유로 구성되는 이차전지.
제 7 항에 있어서, 상기 수지가, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중 적어도 1종을 포함한 이차전지.
제 5 항에 있어서, 상기 도통 차단 가능 부재가, 형상기억합금으로 이루어진 소자를 포함한 이차전지.
제 9 항에 있어서, 상기 형상기억합금이, 2방향성을 가지는 이차전지.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 형상기억합금이, 티탄과 니켈의 합금으로 이루어진 이차전지.
제 9 항 내지 제 11 항중의 어느 한 항에 있어서,
상기 도통 차단 가능 부재가,
형상기억합금으로 이루어지고, 온도에 따라 자연 길이가 변화하는 주 스프링과,
그 주 스프링의 탄성력에 저항하여 신축하도록 배치된 바이어스 스프링과,
상기 주 스프링과 상기 바이어스 스프링의 사이에 개재된 수력부를 포함하고, 양 스프링의 탄성력이 균형잡힌 위치로 이동하도록 힘이 가해지는, 축방향으로 이동이 가능하도록 지지된, 도체로 이루어진 단자봉을 포함한 이차전지.
제 9 항 내지 제 11 항중의 어느 한 항에 있어서,
상기 도통 차단 가능 부재가,
형상기억합금으로 이루어지고, 볼록부를 가지는 형상과, 보다 평탄한 형상의 사이에서, 온도에 따라 형상이 전환되는 박판 형상 부재를 포함한 이차전지.
제 9 항 내지 제 11 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 도통 차단 가능 부재가, 수지를 포함한 이방성 도전재로 구성되는 이차전지.
제 14 항에 있어서, 상기 도통 차단 가능 부재가, 상기 전지 케이스의 내주부와 접촉하여 위치 결정되는 이차전지.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 이방성 도전재가, 금속핵을 포함한 도전성 필러와 수지를 포함한 바인더로 구성되는 이차전지.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 이방성 도전재가, 금속 도금된 수지핵을 포함한 도전성 필러와 수지를 포함한 바인더로 구성되는 이차전지.