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KR20180120243A - 전지 팩 - Google Patents

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KR20180120243A
KR20180120243A KR1020187029011A KR20187029011A KR20180120243A KR 20180120243 A KR20180120243 A KR 20180120243A KR 1020187029011 A KR1020187029011 A KR 1020187029011A KR 20187029011 A KR20187029011 A KR 20187029011A KR 20180120243 A KR20180120243 A KR 20180120243A
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KR
South Korea
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pressure
cell case
battery pack
laminate
cell
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020187029011A
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English (en)
Inventor
하지메 사토오
야스히코 오오사와
유키 구사치
히로시 아카마
히데아키 호리에
유스케 미즈노
유스케 에모리
다카히로 이마이시
Original Assignee
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 filed Critical 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority claimed from PCT/JP2017/009325 external-priority patent/WO2017154999A1/ja
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Abstract

전극의 면적이 큰 경우에도, 단셀이 적층되어 있는 적층체에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능한 전지 팩을 제공한다.
단셀(10)이 적층되어 있는 적층체(140)와, 제1 개구부(126)를 가지며 또한 적층체(140)가 배치되는 셀 케이스(120)와, 제1 개구부(126)를 밀폐하는 제1 덮개 부재(170)를 갖는다. 제1 개구부(126)는 단셀 적층 방향 S에 관한 적층체(140)의 한쪽 면(142)에 상대하도록 위치 결정되어 있다. 제1 덮개 부재(170)는 셀 케이스(120)의 내부 압력이 대기압보다도 낮은 경우에 밀폐를 유지한 상태에서 변형되고, 적층체(140)의 한쪽 면(142)과 맞닿고, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되어 있다.

Description

전지 팩
본 발명은 전지 팩에 관한 것이다.
근년, 환경보호를 위해, 이산화탄소 배출량의 저감이 간절히 요망되고 있다. 자동차 업계에서는, 전기 자동차나 하이브리드 전기 자동차의 도입에 의한 이산화탄소 배출량의 저감에 기대가 모이고 있고, 항속거리 연장을 위해, 단셀이 적층되어 있는 적층체를 갖는 전지 팩이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조.).
미국 특허 출원 공개 제2014/0356651호 명세서
그러나, 단셀의 내부 저항 저감을 위해, 적층체에 적절한 누름 압력(밀착력)을 부여할 필요가 있다. 그 때문에, 단셀(전극)의 면적을 대형화하는 경우, 매우 대규모의 압력 부여 장치가 필요해져서, 차량 탑재가 곤란하다는 문제를 갖는다. 예를 들어, 사이즈가 50cm×100cm인 전극에 대하여 누름 압력으로서 0.5기압을 적용하는 경우, 토탈로 2500kg의 힘이 필요해진다.
본 발명은 상기 종래 기술에 수반하는 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 전극의 면적이 큰 경우에도, 단셀이 적층되어 있는 적층체에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능한 전지 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 단셀이 적층되어 있는 적층체와, 제1 개구부를 가지며 또한 상기 적층체가 배치되는 셀 케이스와, 상기 제1 개구부를 밀폐하는 제1 덮개 부재를 갖는 전지 팩이다. 상기 제1 개구부는, 상기 단셀의 적층 방향에 관한 상기 적층체의 한쪽 면에 상대하도록 위치 결정되어 있고, 상기 제1 덮개 부재는, 상기 제1 개구부를 밀폐한 채 변형 가능하고, 상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력과 동일한 경우에 있어서 상기 적층체의 상기 한쪽 면으로부터 이격하여 있도록 위치 결정되어 있고, 상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력보다도 낮은 경우에 변형되어, 상기 적층체의 상기 한쪽 면과 맞닿아, 상기 셀 케이스의 내부 압력과 상기 셀 케이스의 외부 압력의 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되어 있다.
도 1은 실시 형태 1에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 전지 팩의 용도를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시되는 본체부를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시되는 제1 덮개 부재의 감압 전의 형상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시되는 적층체를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시되는 정극층 및 부극층을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 실시 형태 1에 관한 변형예 1을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 실시 형태 1에 관한 변형예 2를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 실시 형태 1에 관한 변형예 3을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 실시 형태 1에 관한 변형예 4를 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 실시 형태 1에 관한 변형예 5를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 실시 형태 1에 관한 변형예 6을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 실시 형태 1에 관한 변형예 7을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 실시 형태 1에 관한 변형예 8을 설명하기 위한 단면도이다.
도 15는 실시 형태 2에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 단면도이다.
도 16은 도 15에 도시되는 제1 덮개 부재의 감압 전의 형상을 설명하기 위한 평면도이다.
도 17은 실시 형태 2에 관한 변형예 1을 설명하기 위한 단면도이다.
도 18은 실시 형태 2에 관한 변형예 2를 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 실시 형태 2에 관한 변형예 3을 설명하기 위한 단면도이다.
도 20a는 실시 형태 3에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 단면도이다.
도 20b는 제1 덮개 부재가 적층체와 맞닿는 범위와, 단셀 중 발전에 기여하는 부분과의 관계를, 단셀을 적층 방향으로부터 평면으로 본 상태에 있어서 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 21은 적층체에 포함되는 단셀의 주변 부분이 시일된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 22는 제1 덮개 부재의 재질이나 두께를 선택하기 위하여 행한 실험장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 23은 실시 형태 4에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도면의 두께 비율은, 설명의 사정상 과장되어 있고, 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.
도 1은, 실시 형태 1에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 개략도, 도 2는, 전지 팩의 용도를 설명하기 위한 개략도, 도 3은, 도 1에 도시되는 본체부를 설명하기 위한 단면도, 도 4는, 도 3에 도시되는 제1 덮개 부재의 감압 전의 형상을 설명하기 위한 단면도이다.
실시 형태 1에 관한 전지 팩(100)은 예를 들어, 도 2에 도시되는 차량(198)의 전원으로서 적용되고, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본체부(110), 감압 장치(190) 및 제어부(194)를 갖는다. 차량(198)은 예를 들어, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차이다. 전지 팩(100)은 후술하는 바와 같이, 고에너지 밀도화하는 것이 용이하기 때문에, 예를 들어, 1회의 충전당의 주행 거리를 연장시키는 것이 가능하다.
본체부(110)는 강성을 갖는 재료로 형성된 셀 케이스(120), 가요성을 갖는 재료로 형성된 제1 덮개 부재(170), 및 제1 커버 플레이트(176)를 갖는다. 본 명세서에 있어서, 「강성을 갖는 재료로 형성된 셀 케이스(120)」란, 셀 케이스(120)에 외부로부터 힘이 작용한 경우에, 셀 케이스(120)가 용이하게 변형되지 않고, 내부에 배치한 적층체(140)를 충분히 보호할 수 있을 정도로, 셀 케이스(120)가 강체인 것을 의미한다. 또한, 「가요성을 갖는 재료로 형성된 제1 덮개 부재(170)」란, 셀 케이스(120)의 내부를 감압함(셀 케이스(120)의 내부 압력을 외부 압력(적어도 대기압)보다도 낮게 함)으로써, 외부 압력과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 의해 제1 덮개 부재를 변형할 수 있을 정도로, 제1 덮개 부재(170)가 유연성을 갖고 있는 것을 의미한다. 후술하는 제2 덮개 부재에 대해서도 마찬가지로, 「가요성을 갖는 재료로 형성된 제2 덮개 부재(173)」란, 셀 케이스(120)의 내부를 감압함(셀 케이스(120)의 내부 압력을 외부 압력(적어도 대기압)보다도 낮게 함)으로써, 외부 압력과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 의해 제2 덮개 부재를 변형할 수 있을 정도로, 제2 덮개 부재(173)가 유연성을 갖고 있는 것을 의미한다.
셀 케이스(120)는 고강성의 재료로 형성되어 있고, 대략 직사각형의 저면(122)과, 저면을 둘러싸는 측벽부(124)를 갖고, 그 상면이 제1 개구부(126)를 구성하고, 그 내부에, 적층체(140)가 배치되어 있다. 적층체(140)는 적층되어 있는 단셀(10), 강전 탭(150, 152) 및 스페이서(160, 162)를 갖고, 제1 개구부(126)는 단셀(10)의 적층 방향 S에 관한 적층체(140)의 상면(한쪽 면)(142)에 상대하도록 위치 결정되어 있다.
강전 탭(150 및 152)은 예를 들어, 대략 판상의 구리이며, 적층체(140)(적층된 단셀(10))로부터 전류를 취출하기 위하여 사용되고, 최하층에 위치하는 단셀(10) 및 최상층에 위치하는 단셀(10)에 맞닿아 있다.
스페이서(160 및 162)는 적층체(140)에 부가되는 진동을 흡수하는 기능을 갖는 절연 시트이며, 강전 탭(150 및 152)의 외측에 배치되어 있다. 즉, 스페이서(160 및 162)는 적층체(140)의 상면(한쪽 면)(142) 및 하면(다른 쪽 면)(144)에 위치하고 있다. 스페이서(160, 162)는, 필요에 따라, 적절히 생략하는 것도 가능하다.
제1 덮개 부재(170)는 제1 개구부(126)를 밀폐하고 있고, 실시 형태 1에 있어서는, 탄성체막으로 형성되어 있다. 탄성체막은, 예를 들어, 우레탄 고무로 형성된다.
제1 커버 플레이트(176)는 개구부(178)를 갖고 있으며, 제1 덮개 부재(170)를 덮도록 배치되고, 제1 덮개 부재(170)를 가드하고 있다. 제1 커버 플레이트(176)는 예를 들어, 알루미늄 등의 양호한 강성을 갖는 경량의 재료로 구성되는 백업 플레이트이다. 제1 커버 플레이트(176) 및 제1 덮개 부재(170)는 비스 등의 체결 부재를 이용하여 셀 케이스(120)에 고정되어 있다. 체결 부재는, 전지 팩(100)을 차량(198)에 탑재하기 위하여 사용되는 체결 부재로서 겸용하는 것도 가능하다.
감압 장치(190)는 진공 펌프로 구성되는 압력 부여 장치이며, 셀 케이스(120)의 내부를 감압하여 셀 케이스(120)의 내부 압력을 대기압(외부 압력)보다도 낮게 하기 위하여 사용된다. 제어부(194)는 감압 장치(190)를 제어하기 위하여 사용된다.
제1 개구부(126)를 덮고 있는 제1 덮개 부재(170)는 셀 케이스(120)의 내부가 감압되기 전(셀 케이스(120)의 내부 압력이 대기압과 동일한 경우)에 있어서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 적층체(140)로부터 이격되어 있다. 그리고, 감압 장치(190)에 의해 셀 케이스(120)의 내부가 감압되면, 제1 덮개 부재(170)는 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하여, 밀폐를 유지한 상태에서 변형되고, 스페이서(160)와 맞닿고, 차압에 기초하는 압력을 부여한다.
즉, 제1 덮개 부재(170)는 제1 개구부(126)를 밀폐한 채 변형 가능하고, 셀 케이스(120)의 내부가 감압된(셀 케이스(120)의 내부 압력이 대기압보다도 낮은) 경우에 변형되어, 적층체(140)의 상면(142)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되어 있고, 적층체(140)의 누름 압력은, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력으로 구성되어 있다. 따라서, 예를 들어, 셀 케이스(120)의 내부를 감압하는 감압 장치(압력 부여 장치)(190)의 대형화를 수반하지 않고, 단셀(전극)의 면적의 증가에 따라서 토탈의 누름 압력도 증대하기 때문에, 전극의 면적이 큰 경우에도, 적층체(140)에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능하다.
적층체(140)는 상기한 바와 같이 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력에 의해, 고강성의 셀 케이스(120)에 견고하게 고정되어 있기 때문에, 전지 팩(100)을 차량(198)에 고정함으로써, 전지 팩(100) 전체가 안정된다.
또한, 셀 케이스(120)는 절연 필름층(128), 강전용 커넥터(130, 132), 배기용 커넥터(134), 압력 해방 밸브(136), 압력 센서(138), 및 약전용 커넥터(도시하지 않음)를 더 갖는다.
절연 필름층(128)은 저면(122) 및 측벽부(124)의 내벽에 형성되어 있다. 저면(122)의 절연 필름층(128) 상에는, 스페이서(162)가 위치 결정되어 있다. 강전용 커넥터(130, 132)는, 측벽부(124)에 기밀적으로 설치되어 있고, 또한, 강전 탭(150, 152)과 전기적으로 접속되어 있다. 배기용 커넥터(134)는 측벽부(124)에 기밀적으로 설치되어 있고, 또한, 감압 장치(190)로부터 배관 연결되어 있다. 따라서, 감압 장치(190)는 셀 케이스(120)의 내부의 공기를 배기하여, 셀 케이스(120)의 내부를 감압으로 하는 것이 가능하다.
압력 해방 밸브(136)는 측벽부(124)에 기밀적으로 설치되어 있고, 예를 들어, 예기치 않은 원인에 의해, 셀 케이스(120)의 내부 압력이 과도하게 상승한 때에, 셀 케이스(120) 내부의 기체를 배출하여, 셀 케이스(120)의 내부 압력을 강하시키기 위하여 사용된다. 압력 해방 밸브(136)에 있어서의 기체를 배출하는 기구는, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 소정의 압력에서 개열하는 금속의 박막을 이용하는 것이 가능하다.
압력 센서(138)는 셀 케이스(120)의 내부에 배치되고, 셀 케이스(120)의 내부 압력을 계측하기 위하여 사용된다. 약전용 커넥터(도시하지 않음)는 측벽부(124)에 기밀적으로 설치되어 있고, 적층체(140)에 포함되는 단셀의 전압을 감시(검출)하기 위하여 사용된다.
감압 장치(190)는 압력 센서(138)에 의해 계측된 내부 압력에 기초하여, 제어부(194)에 의해 제어되어 있고, 압력 센서(138)에 의해 계측된 내부 압력이 상한값 이상으로 된 경우, 가동되어서, 셀 케이스(120)의 내부를 감압하도록 구성되어 있다.
내부 압력의 상한값은, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압을 고려하여 설정되어 있다. 따라서, 셀 케이스(120)의 내부 압력의 예기치 않은 상승이 방지되는 한편, 양호한 누름 압력(차압에 기초하는 압력)이 확보된다. 내부 압력의 상한값은, 예를 들어, 0.25기압으로 설정되어 있고, 이 경우, 충분한 누름 압력을 얻는 것이 가능하다.
감압 장치(190)는 압력 센서(138)에 의해 계측된 내부 압력이 하한값에 도달한 경우, 셀 케이스(120)의 내부의 감압을 정지하도록 구성되어 있다. 내부 압력의 하한값은, 예를 들어, 0.15기압으로 설정되어 있고, 이 경우, 다목적으로 이용되는 진공도와 동 레벨이기 때문에, 전지 팩(100)이 탑재되는 장치(차량(198))에 있어서 다른 용도로 이용되는 감압 장치(진공원)를 감압 장치(190)로서 겸용하는 것이 가능하다.
이어서, 적층체(140)에 포함되는 단셀(10)을 상세하게 설명한다.
도 5는, 도 3에 도시되는 적층체를 설명하기 위한 단면도, 도 6은, 도 5에 도시되는 정극층 및 부극층을 설명하기 위한 단면도이다.
적층체(140)에 있어서 적층되어 있는 단셀(10)은 직렬 접속되어 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 정극 집전체층(20)과, 정극층(30)과, 세퍼레이터(40)와, 부극층(50)과, 부극 집전체층(60)이 순서대로 적층되고, 주변 부분이 시일됨으로써 구성되어 있다.
정극 집전체층(20) 및 부극 집전체층(60)은 도전성 필러와 수지를 주로 포함하는 수지 집전체로 구성된다. 이에 의해, 정극 집전체층(20) 및 부극 집전체층(60)의 경량화 및 내부 단락 내성의 향상에 의해, 보다 고용량의 활물질을 사용하는 것이 가능하게 된다.
도전성 필러의 구성 재료는, 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스강, 그래파이트나 카본 블랙 등의 카본, 은, 금, 구리, 티타늄이다. 수지는, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르니트릴, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 스티렌부타디엔 고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리불화비닐리덴, 이들의 혼합물이다.
정극 집전체층(20) 및 부극 집전체층(60)은 수지 집전체에 의해 구성하는 형태에 한정되지 않고, 예를 들어, 금속이나 도전성 고분자 재료에 의해 구성하는 것이 가능하다. 금속은, 예를 들어, 알루미늄, 니켈, 철, 스테인리스강, 티타늄, 구리이다. 도전성 고분자 재료는, 예를 들어, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리옥사디아졸, 이들의 혼합물이다.
필요에 따라, 정극 집전체층(20) 및 부극 집전체층(60) 중 한쪽만을, 수지 집전체에 의해 구성하는 것도 가능하다.
정극층(30)은 정극 집전체층(20)과 세퍼레이터(40) 사이에 위치하는 시트 형상 전극이며, 도 5에 도시되는 바와 같이, 정극 활물질 입자(32) 및 섬유상 물질(38)을 포함하고 있다.
정극 활물질 입자(32)는 그 표면의 적어도 일부에 피복층(33)을 갖는다. 피복층(33)은 도전 보조제(35)와 피복용 수지(34)로 구성되어 있고, 정극층(30)의 체적 변화를 완화하여, 전극의 팽창을 억제하는 것이 가능하다.
정극 활물질 입자(32)의 구성 재료는, 리튬과 전이 금속의 복합 산화물, 전이 금속 산화물, 전이 금속 황화물, 도전성 고분자 등이다. 리튬과 전이 금속의 복합 산화물은, 예를 들어, LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2 및 LiMn2O4이다. 전이 금속 산화물은, 예를 들어, MnO2 및 V2O5이다. 전이 금속 황화물은, 예를 들어, MoS2 및 TiS2이다. 도전성 고분자는, 예를 들어, 폴리아닐린, 폴리불화비닐리덴, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리-p-페닐렌 및 폴리카르바졸이다.
피복용 수지(34)는 바람직하게는, 비닐 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지인데, 필요에 따라, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 우레아수지, 아닐린 수지, 아이오노머 수지, 폴리카르보네이트 등을 적용하는 것도 가능하다.
도전 보조제(35)는 예를 들어, 금속, 그래파이트나 카본 블랙 등의 카본, 이들의 혼합물이다. 금속은, 알루미늄, 스테인리스강, 은, 금, 구리, 티타늄, 이들의 합금 등이다. 카본 블랙은, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 퍼니스 블랙, 채널 블랙, 서멀 램프 블랙 등이다. 도전 보조제는, 필요에 따라, 2종 이상 병용하는 것이 가능하다. 또한, 도전 보조제(35)는 전기적 안정성의 관점에서, 바람직하게는, 은, 금, 알루미늄, 스테인리스강, 카본이며, 보다 바람직하게는, 카본이다.
섬유상 물질(38)은 그 적어도 일부가 정극층(30)의 도전 통로를 형성하고, 또한, 도전 통로의 주위의 정극 활물질 입자(32)와 접하고 있다. 따라서, 정극 활물질(정극 활물질 입자(32))로부터 발생한 전자는, 도전 통로에 빠르게 도달하고, 정극 집전체층(20)까지 원활하게 유도된다.
섬유상 물질(38)은 예를 들어, PAN계 카본 섬유, 피치계 카본 섬유 등의 카본 섬유, 스테인리스강과 같은 금속을 섬유화한 금속 섬유, 도전성 섬유로 구성된다.
도전성 섬유는, 합성 섬유 중에 금속이나 흑연을 균일하게 분산시켜서 이루어지는 도전성 섬유, 유기물 섬유의 표면을 금속으로 피복한 도전성 섬유, 유기물 섬유의 표면을 도전성 물질을 포함하는 수지로 피복한 도전성 섬유 등이다. 또한, 전기 전도도의 관점에서, 도전성 섬유 중에서는, 카본 섬유가 바람직하다.
섬유상 물질(38)의 전기 전도도는, 50mS/cm 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 도전 통로의 저항이 작기 때문에, 정극 집전체층(20)으로부터 먼 위치에 존재하는 정극 활물질(정극 활물질 입자(32))로부터의 전자의 이동이 보다 원활하게 행하여진다. 전기 전도도는, JIS R 7609(2007)의 「카본 섬유-체적 저항률의 구하는 방법」에 준하여 체적 저항률을 측정하고, 체적 저항률의 역수를 취함으로써 구해진다.
섬유상 물질(38)의 평균 섬유 직경은, 바람직하게는, 0.1 내지 20㎛, 보다 바람직하게는, 0.5 내지 2.0㎛이다. 평균 섬유 직경은, 예를 들어 한 변이 30㎛인 정사각형 시야 중에 존재하는 임의의 섬유 10개에 대하여 각각 중앙 부근의 직경을 측정하고, 이 측정을 3시야에 대하여 행하고, 합계 30개의 섬유의 직경의 평균값으로서 얻어진다.
전극의 단위 체적당에 포함되는 섬유상 물질(38)의 섬유 길이의 합계는, 바람직하게는, 10000 내지 50000000cm/㎤, 보다 바람직하게는, 20000000 내지 50000000cm/㎤, 더욱 바람직하게는, 1000000 내지 10000000cm/㎤이다.
섬유 길이의 합계는, (활물질층의 단위 체적당에 포함되는 섬유상 물질의 섬유 길이 합계)=((섬유상 물질의 평균 섬유 길이)×(활물질층의 단위 면적당에 사용한 섬유상 물질의 중량)/(섬유상 물질의 비중))/((활물질층의 단위 면적)×(활물질층 두께))로 표현되는 식에 의해 산출된다.
부극층(50)은 부극 집전체층(60)과 세퍼레이터(40) 사이에 위치하는 시트 형상 전극이며, 도 5에 도시되는 바와 같이, 부극 활물질 입자(52) 및 섬유상 물질(58)을 포함하고 있다.
부극 활물질 입자(52)는 그 표면의 적어도 일부에 피복층(53)을 갖는다. 피복층(53)은 도전 보조제(55)와 피복용 수지(54)로 구성되어 있고, 부극층(50)의 체적 변화를 완화하여, 전극의 팽창을 억제하는 것이 가능하다.
부극 활물질 입자(52)의 구성 재료는, 흑연, 아몰퍼스 탄소, 고분자 화합물 소성체, 코크스류, 카본 섬유, 도전성 고분자, 주석, 실리콘, 금속 합금, 리튬과 전이 금속의 복합 산화물 등이다. 고분자 화합물 소성체는, 예를 들어, 페놀 수지 및 푸란 수지를 소성하여 탄소화한 것이다. 코크스류는, 예를 들어, 피치코크스, 니들 코크스, 석유 코크스이다. 도전성 고분자는, 예를 들어, 폴리아세틸렌, 폴리피롤이다. 금속 합금은, 예를 들어, 리튬-주석 합금, 리튬-실리콘 합금, 리튬-알루미늄 합금, 리튬-알루미늄-망간 합금이다. 리튬과 전이 금속의 복합 산화물은, 예를 들어, Li4Ti5O12이다.
피복층(53), 피복용 수지(54), 도전 보조제(55) 및 섬유상 물질(58)은 정극층(30)의 피복층(33), 피복용 수지(34), 도전 보조제(35) 및 섬유상 물질(38)과 대략 동일한 구성을 갖기 때문에, 그 설명은 생략된다. 또한, 섬유상 물질(58)은 그 적어도 일부가 부극층(50)의 도전 통로를 형성하고, 또한, 도전 통로의 주위 부극 활물질 입자(52)와 접하고 있다.
정극층(30) 및 부극층(50)은 상기 구조에 의해, 150 내지 1500㎛의 두께를 갖는 것이 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 많은 활물질을 포함시키는 것이 가능하게 되어, 고용량화 및 에너지 밀도 향상이 도모된다. 또한, 정극층(30)의 두께 및 부극층(50)의 두께는, 바람직하게는, 200 내지 950㎛, 더욱 바람직하게는 250 내지 900㎛이다.
세퍼레이터(40)는 정극층(30)과 부극층(50) 사이에 위치하는 다공성(포러스)의 절연체이다. 세퍼레이터(40)는 전해질이 침투함으로써, 이온의 투과성 및 전기 전도성을 나타낸다. 전해질은, 예를 들어, 겔 폴리머계이며, 전해액 및 호스트 폴리머를 갖는다.
전해액은, 프로필렌카르보네이트 및 에틸렌카르보네이트를 포함하는 유기 용매, 지지염으로서의 리튬염(LiPF6)을 포함하고 있다. 유기 용매는, 기타의 환상 카르보네이트류, 디메틸카르보네이트 등의 쇄상 카르보네이트류, 테트라히드로푸란 등의 에테르류를 적용하는 것이 가능하다. 리튬염은, 기타의 무기산 음이온염, LiCF3SO3 등의 유기산 음이온염을, 적용하는 것이 가능하다.
호스트 폴리머는, HFP(헥사플루오로프로필렌) 코폴리머를 10％ 포함하는 PVDF-HFP(폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체)이다.
호스트 폴리머는, 기타의 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자나, 이온 전도성을 갖는 고분자(고체 고분자 전해질)를 적용하는 것도 가능하다. 기타의 리튬 이온 전도성을 갖지 않는 고분자는, 예를 들어, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메타크릴레이트이다. 이온 전도성을 갖는 고분자는, 예를 들어, 폴리에틸렌옥시드나 폴리프로필렌옥시드이다.
이어서, 실시 형태 1에 관한 변형예 1 내지 8을 순차 설명한다.
도 7은, 실시 형태 1에 관한 변형예 1을 설명하기 위한 단면도이다.
제1 덮개 부재(170)는 제1 커버 플레이트(176)와, 셀 케이스(120)의 측벽부(124)의 상방 단부면(125)에 의해 끼워져서, 고정됨으로써, 셀 케이스(120)의 제1 개구부(126)를 밀폐하고 있다. 그 때문에, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 덮개 부재(170)가 밀착하는 셀 케이스(120)의 측벽부(124)의 상방 단부면(125)을 계단상으로 구성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 양호한 기밀을 달성하는 것이 가능하다.
도 8은, 실시 형태 1에 관한 변형예 2를 설명하기 위한 단면도이다.
적층체(140)는 실제의 사용에 있어서, 단셀(10)의 적층 방향 S와 직교하는 가로 방향 L의 가진이나 진동을 받을 우려가 있다. 그 때문에, 도 8에 도시된 바와 같이, 가로 방향 L로 돌출되어 있는 스토퍼(129)를 셀 케이스(120)의 측벽부(124)에 배치하여, 가로 방향 L에 관한 적층체(140)의 이동을 제지하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 스토퍼(129)는 적층체(140)의 상면(142)과 맞닿아 있는 제1 덮개 부재(170)의 부위 근방에 위치하도록 배치된다.
도 9 및 도 10은, 실시 형태 1에 관한 변형예 3 및 변형예 4를 설명하기 위한 단면도이다.
제1 덮개 부재(170)는 단일의 탄성체막으로 구성되는 형태에 한정되지 않고, 탄성체막의 표면 또는 내부에, 수증기 등의 가스의 투과를 억제하는 가스 배리어성의 금속층을 갖는 다층 구조로 하는 것도 가능하다.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 탄성체막(171)의 한쪽 면에 금속층(172)을 피복하거나, 도 10에 도시되는 바와 같이, 금속층(172)의 양측에 탄성체막(171)에 배치하거나 하는 것이 가능하다. 금속층(172)은 예를 들어, 다소의 신축에 추종할 수 있도록 구성된 알루미늄으로 구성된다. 또한, 탄성체막(171)의 양쪽 면에 금속층(172)을 피복하는 것도 가능하다.
도 11은, 실시 형태 1에 관한 변형예 5를 설명하기 위한 단면도이다.
강전 탭(150, 152)은, 도 11에 도시되는 바와 같이, 탄성층(153)과, 탄성층(153)의 한쪽 면에 배치되는 지지층(154)으로 구성되는 2층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 탄성층(153)은 단셀(10)의 표면 형상에 추종하여 변형되는 탄력성을 갖고, 또한, 적층된 단셀(10)에 상대하도록 위치 결정된다. 따라서, 탄성층(153)은 최상층에 위치하는(맞닿는) 단셀(10)과의 접촉 저항을 저감하는 것이 가능하다. 한편, 지지층(154)은 예를 들어, 대략 판상의 구리를 포함하고, 강전 탭(150, 152)으로서 필요하게 되는 강도 및 강성을 확보하고 있어, 지지층(154)의 강도 및 강성은, 탄성층(153)의 강도 및 강성보다 크다.
탄성층(153)은 예를 들어, 도전 포(153A), 도전 우레탄폼(153B) 및 도전 부직포(153C)를 갖는다. 도전 포(153A)는 지지층(154)에 상대하고 있고, 지지층(154)과 밀착성을 고려하여 선택된다. 도전 부직포(153C)는 단셀(10)에 상대하고 있고, 단셀(10)과 밀착성을 고려하여 선택된다. 도전 우레탄폼(153B)은 도전 포(153A)와 도전 부직포(153C) 사이에 위치하고 있고, 단셀(10)의 표면 형상(요철)에 추종하여 변형되는 것을 고려하여 선택된다.
도 12는, 실시 형태 1에 관한 변형예 6을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 적층체(140)를 적층 방향 S에 대하여 복수의 블록(141A, 141B)으로 분할하고, 또한, 인접하는 블록 사이에, 도전성의 탄성 부재(146)를 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 탄성 부재(146)는 대략 판상이며, 블록(141A, 141B)의 최상층에 위치하는 단셀(10)의 표면 형상에 추종하여 변형되는 탄력성을 갖고 있으며, 적층체(140) 내부의 접촉 저항을 저감하는 것이 가능하다. 적층체(140)의 분할수는, 특별히 한정되지 않고 예를 들어, 단셀(10)의 적층수나 단셀(10)(전극)의 면적 등을 고려하여, 적절히 설정된다.
도 13은, 실시 형태 1에 관한 변형예 7을 설명하기 위한 단면도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 인접하는 단셀(10) 사이에, 도전층(70)을 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 단셀(10)사이의 접촉 저항을 저감하는 것이 가능하다.
도 14는, 실시 형태 1에 관한 변형예 8을 설명하기 위한 단면도이다.
적층체(140)의 상면(한쪽 면)(142)에 대해서만, 대기압(외부 압력)과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을 부여하는 형태에 한정되지 않고, 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)에 대해서도, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을 부여하는 것이 가능하다.
이 경우, 본체부(110)는 도 14에 도시되는 바와 같이, 가요성을 갖는 재료로 형성된 제2 덮개 부재(173), 및 제2 커버 플레이트(177)를 더 갖고, 셀 케이스(120)는 저면(122) 대신 제2 개구부(127)를 갖는다.
제2 개구부(127)는 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)에 상대하도록 위치 결정되어 있고, 제2 덮개 부재(173)에 의해 밀폐된다. 제2 덮개 부재(173)는 제2 개구부(127)를 밀폐한 채 변형 가능하고, 감압 장치(190)에 의해 셀 케이스(120)의 내부가 감압된(셀 케이스(120)의 내부 압력이 대기압보다도 낮은) 경우에 변형되어, 스페이서(162)와 맞닿아서 차압을 부여한다. 즉, 제2 덮개 부재(173)는 적층체(140)의 하면(144)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되어 있다.
제2 커버 플레이트(177)는 개구부(179)를 갖고 있으며, 제2 덮개 부재(173)를 덮도록 배치되고, 제2 덮개 부재(173)를 가드한다.
이상과 같이 실시 형태 1에 있어서는, 셀 케이스의 내부를 감압하는(셀 케이스의 내부 압력을 외부 압력(대기압)보다도 낮게 하는) 것에 의해, 외부 압력과 셀 케이스의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력이, 밀폐를 유지한 상태에서 변형된 제1 덮개 부재에 의해, 단셀이 적층되어 있는 적층체의 한쪽 면에 부여된다. 즉, 단셀이 적층되어 있는 적층체의 누름 압력은, 차압에 기초하는 압력으로 구성되어 있고, 예를 들어, 셀 케이스의 내부를 감압하는 감압 장치(압력 부여 장치)의 대형화를 수반하지 않고, 단셀(전극)의 면적의 증가에 따라서 토탈의 누름 압력도 증대한다. 따라서, 전극의 면적이 큰 경우에도, 단셀이 적층되어 있는 적층체에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능한 전지 팩을 제공하는 것이 가능하다.
적층체의 다른 쪽 면에, 제2 덮개 부재에 의해 차압에 기초하는 압력을 부여하는 경우, 적층체의 다른 쪽 면에 상관한 셀 케이스의 부위(저면)를 생략하는 것이 가능하다.
제1 덮개 부재는, 탄성체막으로 형성함으로써, 단순한 구성으로 구현하는 것이 가능하다.
탄성체막은, 그 표면 또는 내부에, 금속층을 갖는 경우, 가스 배리어성을 향상시키는 것이 가능하다.
단셀의 적층 방향과 직교하는 가로 방향에 관하여, 적층체의 이동을 제지하는 스토퍼를 설치하는 경우, 전지 팩이 가로 방향의 가진이나 진동을 받은 경우에 있어서, 적층체에 대한 영향을 억제하는 것이 가능하다.
압력 센서에 의해 계측된 내부 압력이, 차압을 고려하여 설정되는 상한값 이상이 된 경우, 감압 장치에 의해 셀 케이스의 내부를 감압함으로써, 셀 케이스의 내부 압력의 예기치 않은 상승이 방지되는 한편, 양호한 누름 압력(차압에 기초하는 압력)이 확보된다.
내부 압력의 상한값이, 0.25기압일 경우, 충분한 누름 압력을 얻는 것이 가능하다.
내부 압력이, 0.15기압으로 설정되어 있는 하한값에 도달한 경우, 셀 케이스의 내부의 감압을 정지하도록 구성하는 경우, 내부 압력은, 다목적으로 이용되는 진공도와 동 레벨이기 때문에, 전지 팩이 탑재되는 장치에 있어서 다른 용도로 이용되는 감압 장치(진공원)를 전지 팩의 감압 장치로서 겸용하는 것이 가능하다.
강전 탭을, 단셀의 표면 형상에 추종하여 변형되는 탄력성을 갖는 탄성층과, 탄성층의 강도 및 강성보다 큰 강도 및 강성을 갖는 지지층으로 구성하는 경우, 강전 탭과 단셀의 접촉 저항을 저감하는 것이 가능하다.
셀 케이스의 내부 압력을 강하시키는 압력 해방 밸브를 설치하는 경우, 예기치 않은 원인에 의한 셀 케이스의 내부 압력의 과도한 상승을 억제하는 것이 가능하다.
적층체를, 적층 방향에 관하여 복수의 블록으로 분할하고, 인접하는 블록 사이에, 블록의 표면 형상에 추종하여 변형되는 탄력성을 갖는 대략 판상의 탄성 부재를 배치하는 경우, 적층체 내부의 접촉 저항을 저감하는 것이 가능하다.
정극층의 두께 및 부극층의 두께를 150㎛ 이상으로 하는 경우, 단셀의 고용량화 및 에너지 밀도 향상을 도모하는 것이 가능하다.
섬유상 물질은 카본 섬유일 경우, 양호한 전기 전도도를 얻는 것이 가능하다.
인접하는 단셀의 사이에 배치되는 도전층을 갖는 경우, 단셀 간의 접촉 저항을 저감하는 것이 가능하다.
정극 집전체층 및/또는 상기 부극 집전체층이, 도전성 필러와 수지를 주로 포함하는 수지 집전체일 경우, 집전체층의 경량화 및 내부 단락 내성의 향상에 의해, 보다 고용량의 활물질을 사용하는 것이 가능하게 된다.
전지 팩은, 전극의 면적이 큰 경우에도, 단셀이 적층되어 있는 적층체에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능하고, 단셀의 전극 면적을 증가시켜서, 고에너지 밀도화하는 것이 용이하기 때문에, 차량의 전원으로서 사용하는 경우, 예를 들어, 1회의 충전당의 주행 거리를 연장시키는 것이 가능하다.
이어서, 실시 형태 2를 설명한다.
도 15는, 실시 형태 2에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 단면도, 도 16은, 도 15에 도시되는 제1 덮개 부재의 감압 전의 형상을 설명하기 위한 평면도이다.
셀 케이스(120)의 내부가 감압된(셀 케이스(120)의 내부 압력을 대기압(외부 압력)보다도 낮게 하는) 경우, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하여, 밀폐를 유지한 상태에서 변형되고, 적층체(140)의 한쪽 면과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되는 제1 덮개 부재는, 탄성체막으로 형성되는 제1 덮개 부재(170)에 의해 구현되는 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 15 및 도 16에 도시하는 제1 덮개 부재(180)를 적용하는 것이 가능하고, 이 경우에도, 단순한 구성으로 구현된다. 또한, 실시 형태 2는, 제1 덮개 부재(180)를 제외하고 실시 형태 1의 경우와 대략 동일하기 때문에, 다른 구성의 설명은 적절히 생략한다.
제1 덮개 부재(180)는 평판 형상부(181) 및 신축 자재부(182)를 갖는다. 평판 형상부(181)는 적층체(140)의 상면(한쪽 면)(142)과 대략 일치하는 형상을 갖는다. 신축 자재부(182)는 평판 형상부(181)의 외주를 둘러싸고 있고, 셀 케이스(120)의 내부가 감압된 경우, 신장함으로써, 평판 형상부(181)가 적층체(140)의 상면(142)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을 맞닿은 면에 부여하도록 구성되어 있다.
신축 자재부(182)는 주름 상자 구조를 갖는다. 이 경우, 신축 자재부(182)를 단순한 구조로 구현하는 것이 가능하다.
이어서, 실시 형태 2에 관한 변형예 1 내지 3을 순차 설명한다.
도 17은, 실시 형태 2에 관한 변형예 1을 설명하기 위한 단면도이다.
제1 덮개 부재(180)의 신축 자재부(182)는 제1 커버 플레이트(176)와, 셀 케이스(120)의 측벽부(124)의 상방 단부면(125)에 의해 끼워져서, 고정됨으로써, 셀 케이스(120)의 제1 개구부(126)를 밀폐하고 있다. 그 때문에, 실시 형태 1에 관한 변형예 1(도 7)의 경우와 마찬가지로, 도 17에 도시된 바와 같이, 신축 자재부(182)의 단부가 밀착하는 셀 케이스(120)의 측벽부(124)의 상방 단부면(125)을 계단상으로 구성하는 것이 바람직하다.
도 18은, 실시 형태 2에 관한 변형예 2를 설명하기 위한 단면도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 실시 형태 1에 관한 변형예 2(도 8)의 경우와 마찬가지로, 가로 방향 L로 돌출되어 있는 스토퍼(129)를 셀 케이스(120)의 측벽부(124)에 배치하고, 가로 방향 L에 관한 적층체(140)의 이동을 제지하는 것이 바람직하다.
도 19는, 실시 형태 2에 관한 변형예 3을 설명하기 위한 단면도이다.
실시 형태 2에 있어서도, 실시 형태 1에 관한 변형예 8(도 14)의 경우와 마찬가지로, 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)에 대해서도, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을 부여하는 것이 가능하다.
이 경우, 본체부(110)는 도 19에 도시된 바와 같이, 제2 덮개 부재(183) 및 제2 커버 플레이트(177)를 더 갖는다. 제2 덮개 부재(183)는 평판 형상부(184) 및 신축 자재부(185)를 갖고 있으며, 셀 케이스(120)의 내부가 감압된 경우, 신축 자재부(185)가 신장함으로써, 평판 형상부(184)가 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을 부여하게 된다.
이상과 같이, 실시 형태 2에 있어서는, 평판 형상부 및 신축 자재부를 갖는 단순한 구조의 제1 덮개 부재에 의해, 외부 압력(대기압)과 셀 케이스의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력이, 단셀이 적층되어 있는 적층체의 한쪽 면에 부여되기 때문에, 예를 들어, 셀 케이스의 내부를 감압하여 셀 케이스의 내부 압력을 외부 압력보다도 낮게 하는 감압 장치(압력 부여 장치)의 대형화를 수반하지 않고, 단셀(전극)의 면적의 증가에 따라서 토탈의 누름 압력도 증대한다. 따라서, 실시 형태 2에 있어서도, 전극의 면적이 큰 경우에도, 단셀이 적층되어 있는 적층체에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능한 전지 팩을 제공하는 것이 가능하다.
또한, 신축 자재부는, 주름 상자 구조를 갖기 때문에, 신축 자재부를 단순한 구조로 구현하는 것이 가능하다.
이어서, 실시 형태 3을 설명한다.
도 20a는, 실시 형태 3에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 단면도이다. 도 20a에 있어서는, 차압에 의해 제1 덮개 부재가 변형된 상태를 도시하고 있다. 도 20b는, 제1 덮개 부재가 적층체와 맞닿는 범위와, 단셀 중 발전에 기여하는 부분의 관계를, 단셀을 적층 방향으로부터 평면으로 본 상태에 있어서 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 21은, 적층체에 포함되는 단셀의 주변 부분이 시일된 상태를 도시하는 단면도이다.
셀 케이스(120)의 내부가 감압된(셀 케이스(120)의 내부 압력을 대기압(외부 압력)보다도 낮게 하는) 경우, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하여, 밀폐를 유지한 상태에서 변형되고, 적층체(140)의 한쪽 면(142)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되는 제1 덮개 부재는, 탄성체막으로 형성되는 제1 덮개 부재(170)에 의해 구현되는 형태(실시 형태 1), 평판 형상부(181) 및 신축 자재부(182)를 갖는 제1 덮개 부재(180)에 의해 구현되는 형태(실시 형태 2)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 20a에 도시하는 제1 덮개 부재(200)를 적용하는 것이 가능하고, 이 경우에도, 단순한 구성으로 구현된다. 실시 형태 3에서는, 적층체(140)는 적층되어 있는 단셀(10), 강전 탭(150, 152)을 갖고 있지만, 스페이서(160, 162)를 배치하고 있지 않다. 스페이서(160, 162)를 폐지함으로써, 전지 팩(100)의 높이 치수를 작게 할 수 있다. 또한, 실시 형태 3은, 제1 덮개 부재(200), 스페이서(160, 162)를 제외하고 실시 형태 1, 2의 경우와 대략 동일하기 때문에, 다른 구성의 설명은 생략한다.
제1 덮개 부재(200)는 단층의 금속 플레이트로 형성되어 있다. 이 제1 덮개 부재(200)는 셀 케이스(120)의 내부 압력이 셀 케이스(120)의 외부 압력보다도 낮은 경우에 탄성 변형되고, 적층체(140)의 한쪽 면(142)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여한다. 단층의 금속 플레이트로 형성함으로써, 제1 덮개 부재(200)를 단순한 구조로 구현하는 것이 가능하다.
도 21에 도시하는 바와 같이, 실시 형태 3에 관한 단셀(10)은 외주 부분을 시일하는 시일부(80)를 갖고 있다. 단셀(10)은 직렬 접속되어 있고, 정극 집전체층(20)과, 정극층(30)과, 세퍼레이터(40)와, 부극층(50)과, 부극 집전체층(60)이 순서대로 적층되어 있다. 정극층(30) 및 부극층(50)의 주변 부분은, 시일부(80)에 의해 시일되어 있다. 또한, 실시 형태 3의 단셀(10)은 시일부(80)를 제외하고 실시 형태 1의 단셀(10)과 대략 동일하기 때문에, 다른 구성의 설명은 적절히 생략한다.
시일부(80)는 정극층(30) 및 부극층(50)의 주위를 각각 둘러싸도록 배치되어 있다. 시일부(80)의 형성 재료는, 절연성, 시일성, 전지 동작 온도 하에서의 내열성 등을 갖는 것이면 된다. 시일부(80)는 예를 들어, 열가소성 수지를 포함한다. 구체적으로는, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리이미드 수지 등이 사용될 수 있다.
적층된 단셀(10) 중 발전에 기여하는 부분은, 도 21에 있어서 부호 81에 의해 나타낸 바와 같이, 시일부(80)가 배치된 주변부보다도 내측의 범위이다. 「적층된 단셀(10) 중 발전에 기여하는 부분」을, 이하 간단히, 발전 영역(81)이라고도 한다.
도 20a에 있어서, 부호 c는, 셀 케이스(120)의 내면과 적층체(140)의 측면과의 사이의 클리어런스를 나타내고 있다. 부호 s1은, 적층체(140)의 측면으로부터의 시일부(80)의 길이, 바꾸어 말하면, 적층된 단셀(10) 중 발전에 기여하지 않는 부분의 길이를 나타내고 있다. 부호 R은, R=c+s1이며, 셀 케이스(120)의 내면으로부터 발전 영역(81)이 시작되는 위치까지의 길이를 나타내고 있다. 부호 St는, 제1 덮개 부재(200)가, 셀 케이스(120)의 내부 압력이 셀 케이스(120)의 외부 압력과 동일한 경우의 상태로부터, 감압에 의해 적층체(140)의 한쪽 면(142)과 맞닿는 상태로 될 때까지의, 단셀(10)의 적층 방향을 따르는 제1 덮개 부재(200)의 변형량을 나타내고 있다. 「단셀(10)의 적층 방향을 따르는 제1 덮개 부재(200)의 변형량」을, 이하, 스트로크 치수라고도 한다. 부호 Pr은, 제1 덮개 부재(200)가 적층체(140)의 한쪽 면(142)에 맞닿기 시작하는 부위를 나타내고 있다. 부호 r은, 셀 케이스(120)의 내면부터 Pr까지의 수평 길이를 나타내고 있다.
도 20a 및 도 20b를 참조하여, 제1 덮개 부재(200)가 적층체(140)와 맞닿는 범위와, 발전 영역(81)의 관계를 설명한다. 도 20b에 있어서는, 제1 덮개 부재(200)가 적층체(140)에 맞닿기 시작하는 부위(Pr)를 이점쇄선에 의해 나타내고, 발전 영역(81)을 파선에 의해 나타내고 있다.
도 20b에 도시하는 바와 같이, 제1 덮개 부재(200)는 단셀(10)을 적층 방향으로부터 평면으로 본 상태에 있어서, 발전 영역(81)보다도 큰 범위에 있어서, 적층체(140)의 한쪽 면(142)과 맞닿는다. 실시 형태 3의 단셀(10)은 외주 부분을 시일하는 시일부(80)를 갖고, 시일부(80)보다도 내측이 발전 영역(81)이다. 따라서, 제1 덮개 부재(200)는 시일부(80)의 적어도 일부 및 발전 영역(81)에 있어서, 적층체(140)의 한쪽 면(142)과 맞닿아 있다.
발전 영역(81)에, 제1 덮개 부재(200)가 맞닿아 있는 부분과 맞닿아 있지 않은 부분이 존재하면, 양자의 사이에서는 저항값이 상이한 것에 기인하여 출력 전압 값이 상이하다. 그 결과, 단셀(10)의 국소적인 열화가 발생해버린다. 도 20a에 도시하는 바와 같이, 부호 R(셀 케이스(120)의 내면으로부터 발전 영역(81)이 시작되는 위치까지의 길이)의 범위 내에 있어서, 제1 덮개 부재(200)가 적층체(140)의 한쪽 면(142)에 맞닿아 있기 때문에(R≥r), 제1 덮개 부재(200)는 발전 영역(81)에 상당하는 부분을 전체면에 걸쳐 평탄하게 가압할 수 있다(균등 가압 특성). 따라서, 단셀(10)의 국소적인 열화를 억제할 수 있다.
제1 덮개 부재(200)는 발전 영역(81)에 상당하는 부분을 평탄하게 가압할 수 있는 균등 가압 특성을 충족한 후, 스트로크 치수 St가 큰 것이 바람직하다. 스트로크 치수를 크게 설정할 수 있는 것은, 적층체(140)의 높이 치수의 공차 흡수값이 큰 것을 의미하고, 나아가서는, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 큰 것을 의미한다. 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 커지는 것에 의해, 단셀(10)을 제조할 때의 치수 관리가 비교적 완만해진다. 이에 의해, 제조가 비교적 용이해져, 제품 수율의 향상에 기여할 수 있다.
도시를 생략하지만, 실시 형태 1, 2와 마찬가지로, 실시 형태 3도 개변할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태 1에 관한 변형예 1(도 7)의 경우, 및 실시 형태 2에 관한 변형예 1(도 17)의 경우와 마찬가지로, 단층의 금속 플레이트로 형성된 제1 덮개 부재(200)의 단부가 밀착하는 셀 케이스(120)의 측벽부(124)의 상방 단부면(125)을 계단상으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 실시 형태 1에 관한 변형예 2(도 8)의 경우, 및 실시 형태 2에 관한 변형예 2(도 18)의 경우와 마찬가지로, 가로 방향 L로 돌출되어 있는 스토퍼(129)를 셀 케이스(120)의 측벽부(124)에 배치하고, 가로 방향 L에 관한 적층체(140)의 이동을 제지하는 것이 바람직하다.
또한, 실시 형태 1에 관한 변형예 8(도 14)의 경우, 및 실시 형태 2에 관한 변형예 3(도 19)의 경우와 마찬가지로, 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)에 대해서도, 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을 부여하는 것이 가능하다.
이 경우, 본체부(110)는 제2 덮개 부재 및 제2 커버 플레이트(177)를 더 갖는다(도 14, 도 19를 참조). 제2 덮개 부재는, 제1 덮개 부재(200)와 마찬가지로, 단층의 금속 플레이트로 형성되어 있다. 이 제2 덮개 부재는, 셀 케이스(120)의 내부 압력이 셀 케이스(120)의 외부 압력보다도 낮은 경우에 탄성 변형되고, 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을 부여하게 된다.
이상과 같이, 실시 형태 3에 있어서는, 단층의 금속 플레이트로 형성된 단순한 구조의 제1 덮개 부재에 의해, 외부 압력(대기압)과 셀 케이스의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력이, 단셀이 적층되어 있는 적층체의 한쪽 면에 부여되기 때문에, 예를 들어, 셀 케이스의 내부를 감압하여 셀 케이스의 내부 압력을 외부 압력보다도 낮게 하는 감압 장치(압력 부여 장치)의 대형화를 수반하지 않고, 단셀(전극)의 면적의 증가에 따라서 토탈의 누름 압력도 증대한다. 따라서, 실시 형태 3에 있어서도, 전극의 면적이 큰 경우에도, 단셀이 적층되어 있는 적층체에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능한 전지 팩을 제공하는 것이 가능하다.
또한, 제1 덮개 부재는, 단셀을 적층 방향으로부터 평면으로 본 상태에 있어서, 적층된 단셀 중 발전에 기여하는 부분보다도 큰 범위에 있어서, 적층체의 한쪽 면과 맞닿는다. 이렇게 구성함으로써, 발전에 기여하는 부분을 전체면에 걸쳐 평탄하게 가압할 수 있어, 단셀에 국소적인 열화가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
단셀은, 외주 부분을 시일하는 시일부를 갖고, 시일부보다도 내측이 발전에 기여하는 부분이다. 제1 덮개 부재는, 시일부의 적어도 일부 및 발전에 기여하는 부분에 있어서, 적층체의 한쪽 면과 맞닿는다. 이렇게 구성함으로써, 시일부를 갖는 단셀의 경우에 있어서, 발전에 기여하는 부분을 전체면에 걸쳐 평탄하게 가압할 수 있어, 단셀에 국소적인 열화가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 실시 형태 1, 2에 관한 도 3 및 도 15에 명백하게 도시한 바와 같이, 제1 덮개 부재(170, 180)는, 적층체(140)의 단부로부터, 한쪽 면(142)과 맞닿는다. 따라서, 실시 형태 1, 2의 제1 덮개 부재(170, 180)도, 단셀을 적층 방향으로부터 평면으로 본 상태에 있어서, 적층된 단셀 중 발전에 기여하는 부분보다도 큰 범위에 있어서, 적층체(140)의 한쪽 면(142)과 맞닿아 있다. 이 때문에, 실시 형태 1, 2에 있어서도, 발전에 기여하는 부분을 전체면에 걸쳐 평탄하게 가압할 수 있어, 단셀에 국소적인 열화가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 제1 덮개 부재의 재질이나 두께의 선택에 대하여 설명한다.
제1 덮개 부재의 재질이나 두께를 선택하는 경우에는, 먼저, 압력 누설량이 적고, 차압을 유지하는 진공 유지성이 우수할 것을 고려할 필요가 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 제1 덮개 부재는, 발전 영역에 상당하는 부분을 평탄하게 가압할 수 있는 균등 가압 특성을 충족한 후, 스트로크 치수를 크게 설정할 수 있을 것을 고려할 필요가 있다.
제1 덮개 부재의 재질이나 두께를 선택하기 위하여 행한 실험을 설명한다.
도 22는, 제1 덮개 부재의 재질이나 두께를 선택하기 위하여 행한 실험장치를 도시하는 개략 구성도이다.
실험장치(210)는 수용 공간(211)을 갖는 상자 형상의 하부 케이스(212)와, 하부 케이스(212)의 상부에 고정되는 프레임 형상의 상부 케이스(213)와, 하부 케이스(212)의 수용 공간(211)에 수용되는 플레이트체(214)를 갖는다. 제1 덮개 부재용의 테스트 피스(215)는 그 주위가 하부 케이스(212)와 상부 케이스(213)의 사이에 끼움 지지되어 고정된다. 하부 케이스(212)의 측벽에, 배기용 커넥터(216)가 기밀적으로 설치되어 있다. 배기용 커넥터(216)는 진공 펌프(217)에 접속되어 있다. 진공 펌프(217)는 하부 케이스(212)의 내부 공기를 배기하여, 하부 케이스(212)의 내부를 감압으로 한다. 하부 케이스(212)는 셀 케이스(120)를 모방한 것이며, 수용 공간(211)의 치수(도면 중 좌우 방향의 길이 치수 L1, 지면에 직교하는 방향의 폭 치수)는 셀 케이스(120)의 치수와 같다. 플레이트체(214)의 길이 및 폭은, 적층체(140)의 치수와 같다. 플레이트체(214)는 복수의 아크릴 플레이트를 적층함으로써 형성되어 있다. 플레이트체(214)는 아크릴 플레이트의 적층 매수를 바꿈으로써, 높이 치수를 바꿀 수 있다. 플레이트체(214)의 높이는, 하부 케이스(212)의 높이와 동일한 높이로부터, 소정 치수 낮게 할 수 있다. 즉, 아크릴 플레이트의 적층 매수를 바꿈으로써, 감압 시에 있어서의 테스트 피스(215)의 변형량인 스트로크 치수를 설정할 수 있다. 스트로크 치수는, 0.5mm부터 10mm까지, 0.5mm 피치로 설정 가능하다.
도 22에 있어서, 부호 c는, 셀 케이스(120)의 내면과 적층체(140)의 측면과의 사이의 클리어런스에 상당하고, 5mm로 설정하였다. 부호 s1은, 적층체(140)의 측면으로부터의 시일부(80)의 길이, 바꾸어 말하면, 적층된 단셀(10) 중 발전에 기여하지 않는 부분의 길이에 상당하고, 10mm로 설정하였다. 부호 R은, R=c+s이며, 셀 케이스(120)의 내면으로부터 발전 영역(81)이 시작되는 위치까지의 길이에 상당하고, R=15mm로 설정하였다. 부호 St는, 감압 시에 있어서의 테스트 피스(215)의 변형량인 스트로크 치수를 나타내고 있다. 부호 Pr은, 테스트 피스(215)가 플레이트체(214)의 상면에 맞닿기 시작하는 부위를 나타내고 있다. 부호 r은, 하부 케이스(212)의 내측면부터 Pr까지의 수평 길이를 나타내고 있다.
이하의 표 1에 나타낸 바와 같이, 제1 덮개 부재용의 테스트 피스(215)로서, 단층의 금속 플레이트로 형성한 테스트 피스(215)(실시 형태 3의 도 20a를 참조), 및 다층 구조를 갖는 탄성체막으로 형성한 테스트 피스(215)를 준비했다(실시 형태 1의 변형예 4의 도 10을 참조).
단층의 금속 플레이트로 형성한 테스트 피스(215)로서, 구체적으로, 인장 강도가 520N/㎟인 스테인리스강(SUS304)으로 형성한 두께가 0.3mm인 테스트 피스(215), 인장 강도가 110N/㎟의 알루미늄재(A1050-H24)로 형성한 두께가 0.1mm, 0.15mm, 0.2mm인 테스트 피스(215)를 준비하였다.
다층 구조를 갖는 탄성체막으로 형성한 테스트 피스(215)로서, 기재의 양측에 탄성체층을 배치한 라미네이트재를 준비하였다. 기재는, 인장 강도가 110N/㎟의 알루미늄재로 형성되어 있고, 탄성체층은, PET, 나일론, PP재로 형성되어 있다. 라미네이트재의 전체로서, 인장 강도가 70N/㎟, 두께가 0.18mm인 테스트 피스(215)를 준비하였다.
상술한 바와 같이, 단셀(10)의 국소적인 열화를 억제하기 위해서는, 도 22의 부호 R(셀 케이스(120)의 내면부터 발전 영역(81)이 시작되는 위치까지의 길이)의 범위 내에 있어서, 제1 덮개 부재가 적층체(140)의 한쪽 면(142)에 맞닿을 필요가 있다. 그리고, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값을 크게 하기 위해서, 균등 가압 특성을 충족한 조건 하에서, 스트로크 치수의 최댓값이 큰 것이 바람직하다.
테스트 피스(215)의 진공 유지성, 및 균등 가압 특성을 충족한 조건 하에서의 스트로크 치수의 최댓값은, 다음과 같이 하여 시험하였다.
먼저, 스트로크 치수를 0.5mm로 설정한 플레이트체(214)를 하부 케이스(212)에 수용하고, 테스트 피스(215)를 고정한 후, 하부 케이스(212)의 내부를 -90kPa Gauge까지 감압한다. 그 상태를 5분간 유지하고, 압력 누설량(kPa/min)을 측정한다. 하부 케이스(212)의 내측면부터 Pr까지의 수평 길이 r을 스케일을 사용하여 계측한다. 테스트 피스(215)가 플레이트체(214)의 상면에 맞닿아 있는 범위에 대해서는, 테스트 피스(215)가 플레이트체(214)의 상면에 맞닿아 있음을 확인하였다.
압력 누설량이 역치 0.06kPa/min 미만인 경우에는, 진공 유지성을 「OK」로 하였다. 역치 이상인 경우에는, 누설이 발생했다고 판단하여, 진공 유지성을 「NG」로 하였다. 계측한 수평 길이 r이 R(=15mm) 이하인 경우에는, 균등 가압 특성을 「OK」로 하였다. 계측한 수평 길이 r이 R(=15mm)을 초과하는 경우에는, 균등 가압 특성을 「NG」로 하였다.
진공 유지성 또는 균등 가압 특성이 「OK」라면, 하부 케이스(212)의 내부를 대기압에 개방하고, 스트로크 치수를 1mm로 설정(0.5mm 증가)한 플레이트체(214)를 하부 케이스(212)에 수용하고, 테스트 피스(215)를 고정한 후, 하부 케이스(212)의 내부를 -90kPa Gauge까지 감압한다. 그 상태를 5분간 유지하고, 상기 역치에 기초하여 진공 유지성의 양부를 판정하였다. 수평 길이 r을 스케일을 사용하여 계측하고, 상기 R의 값에 기초하여 균등 가압 특성의 양부를 판정하였다.
진공 유지성이 「NG」가 될 때까지, 스트로크 치수를 0.5mm씩 증가시키면서, 진공 유지성에 관한 시험을 반복하였다. 이것과 동시에, 균등 가압 특성이 「NG」가 될 때까지, 균등 가압 특성에 관한 시험을 반복하였다. 표 1에는, 진공 유지성이 「NG」가 되었을 때의 스트로크 치수를 기재하였다. 또한, 표 1에는, 균등 가압 특성을 충족한 조건 하에서의 스트로크 치수의 최댓값을 기재하였다.
Figure pct00001
제품 조건으로서, 예를 들어, 진공 유지성에 대해서는 「스트로크 치수가 적어도 6mm에 있어서 진공 유지성이 「OK」일 것」이 요구되고, 균등 가압 특성을 충족한 조건 하에서의 스트로크 치수의 최댓값에 대해서는 「1mm를 초과할 것」이 요구된다.
스트로크 치수의 최댓값이 1mm를 초과하는 경우에는, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 크고, 단셀(10)의 제조가 비교적 용이해져, 제품 수율의 향상에 기여할 수 있다. 한편, 스트로크 치수의 최댓값이 1mm 이하인 경우에는, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 너무 작기 때문에, 단셀(10)의 제조 용이화나 제품 수율의 향상을 도모할 수 없게 된다. 또한, 스트로크 치수가 적어도 6mm에 있어서 진공 유지성이 「OK」일 경우에는, 기밀성을 비교적 장기에 걸쳐 유지할 수 있다. 스트로크 치수가 6mm에 있어서 진공 유지성이 「NG」일 경우에는, 감압 조작의 빈도가 많아지기 때문에 바람직하지 않다.
표 1에 있어서의 종합 판정의 란의 「○」는, 진공 유지성, 및 균등 가압 특성을 충족한 조건 하에서의 스트로크 치수의 최댓값이 모두 제품 조건을 만족시키는 것을 나타내고 있다. 종합 판정의 란의 「×」는, 진공 유지성, 및 균등 가압 특성을 충족한 조건 하에서의 스트로크 치수의 최댓값의 적어도 한쪽이 제품 조건을 만족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다.
표 1에 나타낸 결과를 참조하여, 제1 덮개 부재를 단층의 금속 플레이트부터 형성하는 경우에는(실시 형태 3의 도 20a를 참조), 인장 강도가 110N/㎟인 알루미늄재(A1050-H24)로 형성되어 있고, 두께가 0.15mm 내지 0.2mm를 선정할 수 있음을 알았다.
상기 단층의 금속 플레이트로 형성한 제1 덮개 부재에 의하면, 먼저, 압력 누설량이 적어, 차압을 유지하는 진공 유지성이 우수하다. 이에 의해, 외부 압력과 셀 케이스의 내부 압력의 차압에 의한 제1 덮개 부재의 탄성 변형을 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 균등 가압 특성을 충족한 조건 하에서의 스트로크 치수를 크게 취할 수 있다. 이에 의해, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 커져서, 단셀(10)을 제조할 때의 치수 관리가 비교적 완만해진다. 이 결과, 제조가 비교적 용이해져, 제품 수율의 향상에 기여할 수 있다.
또한, 제1 덮개 부재를 다층 구조를 갖는 탄성체막으로 형성하는 경우에는(실시 형태 1의 변형예 4의 도 10을 참조), 탄성체막은, 기재의 양측에 탄성체층을 배치한 라미네이트재이며, 인장 강도가 70N/㎟, 두께가 0.18mm인 라미네이트재를 선정할 수 있음을 알았다.
상기 라미네이트재로 형성한 제1 덮개 부재에 의하면, 상술한 것과 마찬가지로, 외부 압력과 셀 케이스의 내부 압력의 차압에 의한 제1 덮개 부재의 탄성 변형을 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 커져서, 제조가 비교적 용이해져, 제품 수율의 향상에 기여할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 덮개 부재는, 셀 케이스의 내부 압력이 셀 케이스의 외부 압력과 동일한 경우의 상태로부터, 적층 방향으로 적어도 1mm를 초과하여 변형된 상태에 있어서, 적층체의 한쪽 면과 맞닿는 것이 바람직하다. 이렇게 구성함으로써, 제1 덮개 부재는, 발전 영역(81)에 상당하는 부분을 전체면에 걸쳐 평탄하게 가압하는 조건을 만족시키면서, 단셀(10)의 적층 방향을 따르는 변형량(스트로크 치수)을 크게 취할 수 있다. 이에 의해, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 커져서, 단셀(10)을 제조할 때의 치수 관리가 비교적 완만해진다. 이 결과, 제조가 비교적 용이해져, 제품 수율의 향상에 기여할 수 있다.
제1 덮개 부재는, 인장 강도가 70 내지 110N/㎟, 두께가 0.15 내지 0.2mm인 것이 바람직하다. 이렇게 구성한 제1 덮개 부재에 의하면, 먼저, 압력 누설량이 적어, 차압을 유지하는 진공 유지성이 우수하다. 이에 의해, 외부 압력과 셀 케이스의 내부 압력의 차압에 의한 제1 덮개 부재의 탄성 변형을 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 발전 영역(81)에 상당하는 부분을 전체면에 걸쳐 평탄하게 가압하는 조건을 만족시키면서, 단셀(10)의 적층 방향을 따르는 변형량(스트로크 치수)을 크게 취할 수 있다. 이에 의해, 단셀(10)의 두께 치수의 공차 흡수값이 커져서, 단셀(10)을 제조할 때의 치수 관리가 비교적 완만해진다. 이 결과, 제조가 비교적 용이해져, 제품 수율의 향상에 기여할 수 있다.
이어서, 실시 형태 4를 설명한다.
도 23은, 실시 형태 4에 관한 전지 팩을 설명하기 위한 단면도이다. 도 23에 있어서는, 차압에 의해 제1 덮개 부재가 변형된 상태를 도시하고 있다.
외부 압력으로서의 대기압과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을, 적층체(140)에 부여하는 형태에 한정되지 않는다. 대기압보다도 높은 외부 압력과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을, 적층체(140)에 부여하는 것이 가능하다.
이 경우, 제1 커버 플레이트 대신에, 밀봉 플레이트(220)가 제1 덮개 부재(200)를 덮도록 배치되어 있다. 밀봉 플레이트(220)는 예를 들어, 알루미늄 등의 양호한 강성을 갖는 경량의 재료로 구성된다. 밀봉 플레이트(220) 및 제1 덮개 부재(200)는 비스 등의 체결 부재를 이용하여 셀 케이스(120)에 고정되어 있다. 체결 부재는, 전지 팩(100)을 차량(198)에 탑재하기 위하여 사용되는 체결 부재로서 겸용하는 것도 가능하다. 또한, 실시 형태 4는, 밀봉 플레이트(220)를 제외하고 실시 형태 3의 경우와 대략 동일하기 때문에, 다른 구성의 설명은 생략한다.
밀봉 플레이트(220)와 제1 덮개 부재(200)와의 사이의 공간(221)은 밀폐되어 있다. 밀봉 플레이트(220)에, 급기용 커넥터(222)가 기밀적으로 설치되어 있다. 급기용 커넥터(222)는 대기압보다도 높은 압력의 공기를 토출하는 펌프(223)에 접속되어 있다. 밀봉 플레이트(220)와 제1 덮개 부재(200) 사이의 공간(221)에 펌프(223)로부터 급기함으로써, 제1 덮개 부재(200)에는, 대기압보다도 높은 외부 압력이 작용한다. 따라서, 제1 덮개 부재(200)는 대기압보다도 높은 외부 압력과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을, 적층체(140)에 부여할 수 있다.
도시를 생략하지만, 실시 형태 1에 관한 변형예 8(도 14)의 경우, 및 실시 형태 2에 관한 변형예 3(도 19)의 경우와 마찬가지로, 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)에 대해서도, 대기압보다도 높은 외부 압력과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력을 부여하는 것이 가능하다.
이 경우, 본체부(110)는 제2 덮개 부재 및 밀봉 플레이트(220)를 더 갖는다. 제2 덮개 부재는, 제1 덮개 부재(200)와 마찬가지로, 단층의 금속 플레이트로 형성되어 있다. 밀봉 플레이트(220)와 제2 덮개 부재 사이의 공간에 펌프(223)로부터 급기함으로써, 제2 덮개 부재에는, 대기압보다도 높은 외부 압력이 작용한다. 따라서, 제2 덮개 부재는, 대기압보다도 높은 외부 압력과 셀 케이스(120)의 내부 압력의 차압에 의해 탄성 변형되고, 적층체(140)의 하면(다른 쪽 면)(144)과 맞닿아서 차압에 기초하는 압력을 부여하게 된다.
이상과 같이, 실시 형태 4에 있어서는, 대기압보다도 높은 외부 압력을 급기 하고, 셀 케이스의 내부를 감압하는(셀 케이스의 내부 압력을 대기압보다도 낮게 하는) 것에 의해, 대기압보다도 높은 외부 압력과 셀 케이스의 내부 압력의 차압에 기초하는 압력이, 밀폐를 유지한 상태에서 변형된 제1 덮개 부재에 의해, 단셀이 적층되어 있는 적층체의 한쪽 면에 부여된다. 즉, 단셀이 적층되어 있는 적층체의 누름 압력은, 차압에 기초하는 압력으로 구성되어 있고, 단셀(전극)의 면적의 증가에 따라서 토탈의 누름 압력도 증대한다. 따라서, 전극의 면적이 큰 경우에도, 단셀이 적층되어 있는 적층체에 적절한 누름 압력을 용이하게 부여하는 것이 가능한 전지 팩을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구 범위에서 여러가지 개변할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태 1에 관한 변형예 1 내지 8을 적절히 조합하여, 실시 형태 1에 적용하거나, 실시 형태 2에 관한 변형예 1 내지 3 및 실시 형태 1에 관한 변형예 3 내지 7을 적절히 조합하여, 실시 형태 2에 적용하거나 하는 것도 가능하다. 또한, 실시 형태 1 내지 4, 및 실시 형태 1 내지 4에 관한 변형예를 적절히 조합한 실시 형태로 하는 것도 가능하다.
본 출원은, 2016년 3월 10일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2016-47609호, 및 2017년 3월 8일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2017-43578호에 기초하고 있고, 그 개시 내용은 참조되어, 전체로서 포함된다.
10: 단셀
20: 정극 집전체층
30: 정극층
32: 정극 활물질 입자
33: 피복층
34: 피복용 수지
35: 도전 보조제
38: 섬유상 물질
40: 세퍼레이터
50: 부극층
52: 부극 활물질 입자
53: 피복층
54: 피복용 수지
55: 도전 보조제
58: 섬유상 물질
60: 부극 집전체층
70: 도전층
80: 시일부
81: 발전 영역(적층된 단셀 중 발전에 기여하는 부분)
100: 전지 팩
110: 본체부
120: 셀 케이스
122: 저면
124: 측벽부
125: 상방 단부면
126, 127: 개구부
128: 절연 필름층
129: 스토퍼
130, 132: 강전용 커넥터
134: 배기용 커넥터
136: 압력 해방 밸브
138: 압력 센서
140: 적층체
141A, 141B: 블록
142: 상면(한쪽 면)
144: 하면(다른 쪽 면)
146: 탄성 부재
150, 152: 강전 탭
153: 탄성층
153A: 도전 포
153B: 도전 우레탄폼
153C: 도전 부직포
154: 지지층
160, 162: 스페이서
170: 제1 덮개 부재
171: 탄성체막
172: 금속층
173: 제2 덮개 부재
176: 제1 커버 플레이트
178: 개구부
177: 제2 커버 플레이트
179: 개구부
180: 제1 덮개 부재
181: 평판 형상부
182: 신축 자재부
183: 제2 덮개 부재
184: 평판 형상부
185: 신축 자재부
190: 감압 장치
194: 제어부
198: 차량
200: 제1 덮개 부재
210: 실험장치
211: 수용 공간
212: 하부 케이스
213: 상부 케이스
214: 플레이트체
215: 제1 덮개 부재용의 테스트 피스
216: 배기용 커넥터
217: 진공 펌프
220: 밀봉 플레이트
221: 공간
222: 급기용 커넥터
223: 펌프
L: 가로 방향
S: 적층 방향

Claims (22)

  1. 단셀이 적층되어 있는 적층체와,
    강성을 갖는 재료로 형성되고, 제1 개구부를 가지며 또한 상기 적층체가 배치되는 셀 케이스와,
    가요성을 갖는 재료로 형성되고, 상기 제1 개구부를 밀폐하는 제1 덮개 부재를 갖고,
    상기 제1 개구부는, 상기 단셀의 적층 방향에 관한 상기 적층체의 한쪽 면에 상대하도록 위치 결정되어 있고,
    상기 제1 덮개 부재는,
    상기 제1 개구부를 밀폐한 채 변형 가능하고,
    상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력과 동일한 경우에 있어서 상기 적층체의 상기 한쪽 면으로부터 이격하여 있도록 위치 결정되어 있고,
    상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력보다도 낮은 경우에 변형되어, 상기 적층체의 상기 한쪽 면과 맞닿아, 상기 셀 케이스의 내부 압력과 상기 셀 케이스의 외부 압력의 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 전지 팩.
  2. 제1항에 있어서, 가요성을 갖는 재료로 형성된 제2 덮개 부재를 더 갖고,
    상기 셀 케이스는, 제2 개구부를 갖고,
    상기 제2 덮개 부재는, 상기 제2 개구부를 밀폐하고,
    상기 제2 개구부는, 상기 단셀의 적층 방향에 관한 상기 적층체의 다른 쪽 면에 상대하도록 위치 결정되어 있고,
    상기 제2 덮개 부재는,
    상기 제2 개구부를 밀폐한 채 변형 가능하고,
    상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력과 동일한 경우에 있어서 상기 적층체의 상기 다른 쪽 면으로부터 이격하여 있도록 위치 결정되어 있고,
    상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력보다도 낮은 경우에 변형되어, 상기 적층체의 상기 다른 쪽 면과 맞닿아, 상기 셀 케이스의 내부 압력과 상기 셀 케이스의 외부 압력의 차압에 기초하는 압력을, 맞닿은 면에 부여하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 덮개 부재는, 상기 단셀을 상기 적층 방향으로부터 평면으로 본 상태에 있어서, 적층된 상기 단셀 중 발전에 기여하는 부분보다도 큰 범위에 있어서, 상기 적층체의 상기 한쪽 면과 맞닿는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  4. 제3항에 있어서, 상기 단셀은, 외주 부분을 시일하는 시일부를 갖고, 상기 시일부보다도 내측이 상기 발전에 기여하는 부분이며,
    상기 제1 덮개 부재는, 상기 시일부의 적어도 일부 및 상기 발전에 기여하는 부분에 있어서, 상기 적층체의 상기 한쪽 면과 맞닿는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 덮개 부재는, 상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력과 동일한 경우의 상태로부터, 상기 적층 방향으로 적어도 1mm를 초과하여 변형된 상태에 있어서, 상기 적층체의 상기 한쪽 면과 맞닿는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 덮개 부재는, 인장 강도가 70 내지 110N/㎟, 두께가 0.15 내지 0.2mm인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 덮개 부재는, 탄성체막으로 형성되어 있고, 상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력보다도 낮은 경우에 탄성 변형되고, 상기 적층체의 상기 한쪽 면과 맞닿아서 상기 차압에 기초하는 압력을, 상기 맞닿은 면에 부여하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  8. 제7항에 있어서, 상기 탄성체막은 다층 구조를 갖고 있으며, 상기 탄성체막의 표면 또는 내부에 금속층을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 덮개 부재는, 상기 적층체의 한쪽 면과 대략 일치하는 형상을 갖는 평판 형상부와, 상기 평판 형상부의 외주를 둘러싸고 있는 신축 자재부를 갖고,
    상기 신축 자재부는, 상기 셀 케이스의 내부 압력이 상기 셀 케이스의 외부 압력보다도 낮은 경우에 신장함으로써, 상기 평판 형상부가 상기 적층체의 상기 한쪽 면과 맞닿아서 상기 차압에 기초하는 압력을, 상기 맞닿은 면에 부여하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  10. 제9항에 있어서, 상기 신축 자재부는, 주름 상자 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층 방향과 직교하는 가로 방향에 관하여, 상기 적층체의 이동을 제지하는 스토퍼를 더 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 케이스의 상기 내부 압력을 계측하는 압력 센서와,
    상기 압력 센서에 의해 계측된 상기 내부 압력이 상한값 이상이 된 경우, 상기 셀 케이스의 내부를 감압하도록 구성된 감압 장치를 갖고,
    상기 상한값은, 상기 차압을 고려하여 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  13. 제12항에 있어서, 상기 상한값은, 0.25기압으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 감압 장치는, 상기 압력 센서에 의해 계측된 상기 내부 압력이 하한값에 도달한 경우, 상기 셀 케이스의 내부의 감압을 정지하도록 구성되어 있고,
    상기 하한값은, 0.15기압으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 적층된 상기 단셀로부터 전류를 취출하기 위한 대략 판상의 강전 탭을 더 갖고,
    상기 강전 탭은, 탄성층과, 상기 탄성층의 한쪽 면에 배치되는 지지층으로 구성되는 2층 구조를 갖고,
    상기 탄성층의 다른 쪽 면은, 상기 단셀에 상대하도록 위치 결정되며 또한 상기 단셀의 표면 형상에 추종하여 변형되는 탄력성을 갖고,
    상기 지지층의 강도 및 강성은, 상기 탄성층의 강도 및 강성보다 큰 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 케이스의 상기 내부 압력을 강하시키는 압력 해방 밸브를 더 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층체는, 상기 적층 방향에 관하여 복수의 블록으로 분할되어 있고,
    인접하는 상기 블록 사이에는, 상기 블록의 표면 형상에 추종하여 변형되는 탄력성을 갖는 대략 판상의 탄성 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단셀은, 정극 집전체층과, 정극층과, 세퍼레이터와, 부극층과, 부극 집전체층이 순서대로 적층되어서 구성되어 있고,
    상기 정극층의 두께 및 상기 부극층의 두께는, 150㎛ 이상이며,
    상기 정극층은, 정극 활물질 입자 및 섬유상 물질을 포함하고 있고,
    상기 부극층은, 부극 활물질 입자 및 섬유상 물질을 포함하고 있고,
    상기 정극 활물질 입자의 표면의 적어도 일부 및/또는 상기 부극 활물질 입자의 표면의 적어도 일부는, 도전 보조제와 피복용 수지로 구성되는 피복층을 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  19. 제18항에 있어서, 상기 섬유상 물질은 카본 섬유인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 인접하는 상기 단셀의 사이에 배치되는 도전층을 더 갖는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정극 집전체층 및/또는 상기 부극 집전체층은, 도전성 필러와 수지를 주로 포함하는 수지 집전체인 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 전지 팩을 전원으로서 갖는 것을 특징으로 하는 차량.
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