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KR101266617B1 - 2차 전지 및 전지 시스템 - Google Patents

2차 전지 및 전지 시스템 Download PDF

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KR101266617B1
KR101266617B1 KR1020107026399A KR20107026399A KR101266617B1 KR 101266617 B1 KR101266617 B1 KR 101266617B1 KR 1020107026399 A KR1020107026399 A KR 1020107026399A KR 20107026399 A KR20107026399 A KR 20107026399A KR 101266617 B1 KR101266617 B1 KR 101266617B1
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battery
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쯔또무 하시모또
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 2차 전지는, 정극 단자 및 부극 단자가 설치된 각형 전지 캔(1)과, 각형 전지 캔 내에 배치되고, 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극(2) 및 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극(3)이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과, 고정용 테이프(9)와, 각형 전지 캔의 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 전극군의 폭과 실질적으로 동일 폭의 제1 부분과, 제1 부분의 상기 긴 변 방향의 중심과 상기 면의 실질적으로 동일 수직선 상에 중심이 있고 또한 상기 긴 변 방향에 전극군의 폭보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 제1 및 제2 절연성 보조 시트(8)를 구비한다. 제1 및 제2 절연성 보조 시트(8)는, 상기 긴 변측으로부터 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고 또한 전극군을 압박하여 제1 부분에 있어서 서로 고정용 테이프에 의해 연결되어 있다.

Description

2차 전지 및 전지 시스템{SECONDARY BATTERY AND BATTERY SYSTEM}
본 발명은, 정극(正極) 전극과 부극(負極) 전극을 세퍼레이터를 개재하여 적층한 2차 전지 및 동 전지를 사용한 급전ㆍ축전 시스템에 관한 것이다.
충전 가능한 전지로서의 2차 전지 중, 특히 리튬 이온 2차 전지는, 높은 에너지 밀도를 갖고 고용량이므로, 가전 제품의 전원으로서 사용되는 것 외에, 최근 전기 자동차용 전원, 주택용 전원, 발전소 등의 잉여 전력 보존용 축전지로서도 착안되어 있다.
리튬 이온 2차 전지의 형태로서는, 한 쌍의 띠 형상의 정극 전극과 부극 전극을 세퍼레이터를 개재하여 적층하여 소용돌이 형상으로 한 권회형 리튬 이온 2차 전지와, 복수의 시트 형상 정극과 시트 형상 부극을 복수의 세퍼레이터를 개재하여 적층한 적층형 리튬 이온 2차 전지가 있다.
적층형 리튬 이온 2차 전지에서는, 상기 복수의 시트 형상 정극과 시트 형상 부극으로 이루어지는 전극군은, 단면이 대략 직사각형인 각형의 전지 캔에 봉입된다. 권회형 리튬 이온 2차 전지에서는, 단면이 대략 원형인 원통형의 전지 캔에 봉입되는 경우가 있는가 하면, 각형 전지 캔에 봉입되는 경우도 있다.
적층형, 권회형의 어느 리튬 이온 2차 전지에 있어서도, 시트 형상 정극과 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층되는 구조이므로, 전지 캔 내에서 시트 형상 정극과 시트 형상 부극의 위치가 어긋나는 경우, 즉 적층 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 이 적층 어긋남이 발생하면, 정극과 부극이 접촉하여 전지 내에서 쇼트되는 등 고장이 발생할 위험성이 있다. 또한, 전지 캔은 도전체이므로, 정극, 부극과의 전기적 절연을 할 필요도 있다.
따라서, 각형 전지 캔에 적층형 리튬 이온 2차 전지의 전극군을 봉입하는 경우에, 절연성인 폴리프로필렌제의 보조 시트를 전극군의 최단부에 있는 시트 형상 전극면 상에 설치하여, 전극군과 함께 테이프 고정하는 제안이 이루어져 있다(하기 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2008-91099호 공보
상기 제안에 따르면 적층 방향의 절연을 도모하는 동시에, 보조 시트와 적층된 전극이 테이프 고정됨으로써 적층 어긋남을 방지할 수 있다고 하지만, 이것으로는 적층 어긋남 방지가 불충분하며, 이로 인해 설계대로의 성능을 충분히 발휘할 수 없다는 지식을 얻었다. 이에 대해 도 5, 도 6, 도 7을 사용하여 설명한다.
도 5에 각형 전지 캔(1)의 면 중, 도시하지 않은 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 면과 평행한 면으로 절단한 단면을 도시한다. 시트 형상의 정극(2)과 부극(3)이 도시하지 않은 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군은 각형 전지 캔(1) 내에 삽입되어 있다. 전극군과 도전체인 각형 전지 캔(1)의 절연을 하기 위해, 전극군의 4 코너에는 폴리프로필렌제의 절연막(4, 5)이, 상기 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향과 짧은 변 방향으로 각각 도면과 같이 배치된다. 전극면 폭(a)을 상기 긴 변 방향 X의 안치수(b)와 동일 치수로 하면, 각형 전지 캔 코너부가 라운딩 처리되어 있으므로 코너부(1a) 부근의 시트 형상 전극이 압박되어 변형되고, 이에 의해 세퍼레이터 파열 등이 발생하여, 결과적으로 쇼트 등 고장을 야기시킬 위험성이 높다. 이러한 시트 형상 전극의 변형을 회피하기 위해 전극면 폭은 상기 긴 변 방향 X의 안치수(b)보다 약간 작아, 전지 캔 코너부(1a)의 라운딩 처리된 부분의 영향을 받지 않는 치수로 설계되어 있다.
또한, 각형 전지 캔(1)에는 전해액을 축적할 필요가 있으므로, 전극군과 각형 전지 캔(1) 사이에는 일정한 공간, 즉 중공 부분(6)을 형성해야 한다. 이로 인해 절연막(5)은 절연에 최저한 견딜 수 있는 정도의 두께, 환언하면 극히 얇고 강성이 없는 절연체가 사용된다.
그런데, 이 구성에서는, 예를 들어 전기 자동차용 전원으로서 사용된 경우, 각형 전지 캔(1)에 계속적인 진동이 가해지면, 절연막(5)이 전극군의 무게에 의해 각형 전지 캔(1)의 형상을 따라 변형되는 동시에, 시트 형상 정극(2), 시트 형상 부극(3)이 도 6에 도시하는 바와 같이 상기 긴 변 방향으로 어긋남을 발생한다. 즉, 정극(2), 부극(3)의 자신의 면을 따르는 방향, 즉 적층 방향에 직교하는 방향으로 어긋남을 발생한다. 이 어긋남이 발생하면, 각형 전지 캔(1)의 코너부를 확대한 도 7에 도시하는 바와 같이, 전극군의 단부 부근에 있는 시트 형상 정극(2), 시트 형상 부극(3)이 각형 전지 캔(1)을 따라 변형되고, 이 변형된 상태에서 진동이 더 가해지면 세퍼레이터 파열 등이 발생하여, 결과적으로 쇼트 등의 고장이 발생하는 것이 판명되었다. 또한, 전극군의 중앙부의 시트 형상 전극은, 가령 어긋났다고 해도 상기 각형 전지 캔(1)의 내벽에 수직한 각도로 접촉하므로, 전극이 구부러지는 등의 변형은 발생하기 어려워, 고장의 원인으로 될 가능성은 작다.
본 발명은 상기 문제에 비추어, 계속적인 진동이 가해진 경우라도, 각형 전지 캔 코너부에서의 전극 변형을 최대한 방지하여, 설계대로의 성능을 최대한 발휘할 수 있는 2차 전지 및 동 전지를 사용한 급전 또는 축전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 2차 전지는 이하의 구성을 채용한다.
즉, 정극 단자 및 부극 단자가 설치된 각형 전지 캔과, 상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과, 고정용 테이프와, 상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭과 실질적으로 동일 폭의 제1 부분과, 상기 제1 부분의 상기 긴 변 방향의 중심과 상기 면의 실질적으로 동일 수직선 상에 중심이 있고 또한 상기 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 제1 및 제2 절연성 보조 시트를 갖고,
상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는 상기 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고 또한 상기 전극군을 압박하여 상기 제1 부분에 있어서 서로 상기 고정용 테이프에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 급전 시스템으로서의 전기 자동차는,
정극 단자 및 부극 단자가 설치된 각형 전지 캔과, 상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과, 고정용 테이프와, 상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭과 실질적으로 동일 폭의 제1 부분과, 상기 제1 부분의 상기 긴 변 방향의 중심과 상기 면의 실질적으로 동일 수직선 상에 중심이 있고 또한 상기 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 제1 및 제2 절연성 보조 시트를 구비하고, 상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는 상기 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고 또한 상기 전극군을 압박하여 상기 제1 부분에 있어서 서로 상기 고정용 테이프에 의해 연결되어 있는 2차 전지와,
차륜을 구동하는 모터를 갖고,
상기 모터는 상기 2차 전지로부터 급전을 받아 구동하는 것을 특징으로 한다.
전기 자동차로서는, 전기로 구동 가능한 자동차이면 좋고, 하이브리드 자동차라도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 축전 시스템은,
정극 단자 및 부극 단자가 설치된 각형 전지 캔과, 상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과, 고정용 테이프와, 상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭과 실질적으로 동일 폭의 제1 부분과, 상기 제1 부분의 상기 긴 변 방향의 중심과 상기 면의 실질적으로 동일 수직선 상에 중심이 있고 또한 상기 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 제1 및 제2 절연성 보조 시트를 구비하고, 상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는 상기 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고 또한 상기 전극군을 압박하여 상기 제1 부분에 있어서 서로 상기 고정용 테이프에 의해 연결되어 있는 2차 전지와,
발전 설비를 갖고,
상기 2차 전지는 상기 발전 설비로부터 급전을 받아 축전하는 것을 특징으로 한다.
발전 설비로서는, 태양 전지, 연료 전지, 풍차, 화력 발전 설비, 수력 발전 설비, 원자력 발전 설비 등, 발전을 행하는 설비이면 어떠한 것이라도 좋고, 자동차, 자전거 등에 구비되는 단순한 발전기라도 좋다. 발전소가 아니어도, 일반 가정에 설치되는 발전 설비라도 좋다.
본 발명의 2차 전지 및 전지 시스템에 따르면, 각형 전지 캔의 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 전극군의 폭과 실질적으로 동일 폭의 제1 부분과, 동 긴 변 방향에 전극군보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 2개의 절연성 보조 시트로 전극군을 압박하고, 또한 이 2개의 절연성 보조 시트의 제1 부분끼리를 고정용 테이프에 의해 연결함으로써, 2개의 절연성 보조 시트 사이에 전극군을 확실히 고정할 수 있다. 즉, 전극군을 끼워 넣는 2개의 절연성 보조 시트의 제1 부분끼리를 연결함으로써, 제1 부분은 전극군 폭과 거의 동일하므로, 전극군을 느슨함 없이 확실히 고정할 수 있다.
그리고 진동 등에 의해 전극군이 각형 전지 캔 내에서 흔들린 경우에 있어서도, 상기 긴 변 방향에 전극군으로부터 돌출된 광폭 형상의 제2 부분이 각형 전지 캔의 코너의 라운딩 처리된 부분에 접촉하여 걸리는 기능을 하므로, 결과적으로 전극군 단부의 시트 형상 전극이 각형 전지 캔의 코너의 라운딩 처리된 부분을 따라 변형되는 것을 방지할 수 있다. 이 효과는, 적층형과 권회형의 어느 2차 전지라도, 예를 들어 적층형 리튬 이온 2차 전지나 권회형 리튬 이온 2차 전지 중 어느 것에 있어서도 얻어지는 것이다.
상기 걸리는 기능이 필요하므로, 절연성 보조 시트는 적어도 강성이 있는 재료, 두께일 필요가 있다. 절연성 보조 시트는 성형 용이의 관점에서 플라스틱 수지가 바람직하다. 절연성 보조 시트는, 전해액에서 열화되지 않는 것일 필요가 있다. 또한, 전극군에 충분히 전해액을 침투시키기 위해, 절연성 보조 시트 그 자체에 전해액을 침투시키는 기능이 있는 것이 바람직하다. 절연성 보조 시트에 관통 구멍을 형성하여 당해 침투 기능을 갖게 해도 좋다.
절연성 보조 시트의 재료, 두께를 조정하여, 휨이나 변형 곤란한 플레이트(절연성 보조 플레이트)로 하면, 보다 강고하게 상기 전극의 변형을 방지할 수 있다.
고정용 테이프는 절연성 테이프가 바람직하고, 전해액에서 용이하게 열화되지 않는 재질인 것이 바람직하다. 또한, 고정용 테이프의 점착제도 전해액에서 용이하게 열화되지 않는 재질인 것이 바람직하고, 천연 고무계, 합성 고무계, 아크릴계, 비닐알킬에테르계, 실리콘계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 우레탄계, 에틸렌-아크릴산 에스테르계, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체계, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체계 등의 점착제가 사용 가능하다. 단, 점착면이 없어도 외부로부터의 가열에 의해 고정용 테이프가 절연성 보조 시트에 열융착되어 고정된다고 하는 방법도 사용 가능하다.
상기 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 각형 전지 캔의 면의 수직 방향에 전극군의 폭보다 큰 폭을 더 갖는 상기 절연성 보조 시트와 전극군을 고정용 테이프로 압박하여 고정함으로써, 적층형의 2차 전지에 있어서의 상기 정극 단자에 전기적으로 접속되는 복수의 시트 형상 정극의 전극 탭 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속되는 복수의 시트 형상 부극의 전극 탭의 절곡을 완화하여, 고장 발생을 방지할 수 있다. 즉, 전극군의 전극 탭측으로 돌출된 광폭 형상의 절연성 보조 시트에 의해 그 시트면 내에 전극군이 고정됨으로써, 가령 2차 전지가 실수로 상하 역전되어 배치된 경우에도, 절연성 보조 시트가 각형 전지 캔에 걸려 전극군을 전지 캔 내에서 공중에 뜨게 한 상태로 하므로, 이 절연성 보조 시트가 없는 경우에 비해 전극 탭의 절곡을 완화할 수 있는 것이다.
2개의 절연성 보조 시트가, 상기 면의 수직 방향에 전극 폭과 실질적으로 동일 폭의 제3 부분과, 제3 부분의 상기 수직 방향의 중심과 상기 긴 변 방향의 실질적으로 동일선 상에 중심이 있고 또한 상기 수직 방향에 전극군 폭보다 큰 폭의 제4 부분을 구비하고, 제3 부분에 있어서 서로 고정용 테이프에 의해 연결됨으로써, 상기 상하 역전된 경우에도, 전극군을 상기 수직 방향으로 더욱 확실히 고정할 수 있다. 즉, 제3 부분의 상기 수직 방향의 폭은 상기 수직 방향의 전극군의 폭과 거의 동일하므로, 전극군을 2개의 절연성 보조 시트 사이에 느슨함 없이 고정할 수 있는 것이다. 이에 의해, 보다 강고하게 상기 전극 탭의 절곡을 완화할 수 있다.
또한, 2개의 절연성 보조 시트의 제1 부분끼리의 연결 및 제3 부분끼리의 연결에 의해, 2개의 절연성 보조 시트 사이에서 전극군은 전지 캔과 간격을 둔 상태로 전지 캔 내에 배치되게 된다.
또한, 절연성 보조 시트는 강성이 있는 것 또는 변형 곤란한 플레이트이므로, 전극군을 각형 전지 캔 내에 삽입할 때에, 절연성 테이프에 의해 전극군과 일체로 된 절연성 보조 시트가 삽입 가이드의 역할을 한다. 따라서, 전극군의 각형 전지 캔에의 삽입이 용이해진다.
상기 2차 전지를 직렬 또는 병렬로 복수 접속함으로써, 조전지(組電池)를 구성해도 좋다.
본 발명에 따르면, 각형 전지 캔에 계속적인 진동이 가해진 경우에 있어서도, 전극군의 단부의 시트 형상 전극이 각형 전지 캔의 코너부의 라운딩 처리된 부분을 따라 변형되는 것을 방지할 수 있으므로, 결과적으로 고장이 적어, 설계대로의 성능을 발휘하는 2차 전지 및 동 전지를 사용한 급전ㆍ축전 시스템을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 2차 전지를 도시하는 것으로, (a)는 각형 전지 캔의 단면도를, (b)는 시트 형상 정극, 시트 형상 부극 및 절연성 보조 시트의 위치 관계도를, (c)는 절연성 보조 시트의 형상의 상세도를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 2차 전지의 각형 전지 캔 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 2차 전지를 도시하는 것으로, (a)는 시트 형상 정극, 시트 형상 부극 및 절연성 보조 시트의 위치 관계도를, (b)는 절연성 보조 시트의 형상의 상세도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 2차 전지를 사용한 급전ㆍ축전 시스템 개요도이다.
도 5는 본 발명의 전제 기술에 관한 적층형 2차 전지의 각형 전지 캔 단면도이다.
도 6은 본 발명의 전제 기술의 문제점을 나타내는 적층형 2차 전지의 각형 전지 캔 단면도이다.
도 7은 본 발명의 전제 기술의 문제점을 나타내는 적층형 2차 전지의 각형 전지 캔 코너부의 확대 단면도이다.
(제1 실시 형태)
이하에, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 2차 전지에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 이하의 최량의 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1의 (a)는, 적층형 2차 전지의 단면 구성을 도시한다. 도시하지 않지만, 알루미늄 등으로 성형된 각형 전지 캔(1)에는, 각형 전지 캔(1)의 일면에, 정극 단자 및 부극 단자가 설치되어 있다. 그리고 도 1의 (a)는, 이 정극 단자 및 부극 단자가 설치된 일면을 따라 절단한 단면을 도시하고 있고, 각형 전지 캔(1)에 봉입되는 시트 형상 정극(2), 시트 형상 부극(3) 및 절연성 보조 시트(8)의 위치 관계를 도시하고 있다.
또한, 도 1의 (b)는 각형 전지 캔(1)의 면 중, 도시하지 않은 정극 단자 및 부극 단자가 형성된 일면에 교차하는 면으로 절단한 단면이며, 시트 형상 정극(2) 및 시트 형상 부극(3)의 적층 방향에서 본 단면도이다. 또한, 도 1의 (c)는 절연성 보조 시트(8)를 적층 방향에서 볼 때, 그 형상의 상세를 도시하는 부품도이다.
알루미늄 등으로 성형된 각형 전지 캔(1)의 내부에는 도시하지 않은 정극 단자에 정극 탭(11)을 통해 전기적으로 접속된 대략 직사각형의 시트 형상 정극(2)과 도시하지 않은 부극 단자에 부극 탭(12)을 통해 전기적으로 접속된 대략 직사각형의 시트 형상 부극(3)이 세퍼레이터를 개재하여 복수 적층되어 전극군을 구성하고 있다.
절연성 보조 시트(8)는, 도 1의 (c)에 도시하는 바와 같이, 적층되는 시트 형상 정극 및 시트 형상 부극의 각각의 전극 탭(11, 12)이 있는 방향과 수직 방향에 폭 e의 부분과 폭 a의 부분을 갖도록 성형되어 있다. 즉, 절연성 보조 시트(8)의 상기 폭 a의 부분은, 전극 탭 방향과 수직 방향의 양측으로부터 절연성 보조 시트(8)에 오목부를 부여하도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 상기 폭 a의 부분의 전극 탭 방향과 수직 방향에 있어서의 중심은, 상기 폭 e의 부분의 상기 수직 방향의 중심과 전극 탭 방향의 동일선 상에 존재하도록 설계된다.
또한, 절연성 보조 시트(8)는 전극 탭 방향의 전극면 폭(f)과 동일한 폭을 전극 탭 방향으로 갖고 있다. 치수 a는, 각형 전지 캔(1)의 전극 단자가 형성된 면과 평행한 면으로 절단한 단면의 긴 변 방향에 있어서의 최대의 전극면 폭, 즉 전극군의 폭이다. 절연성 보조 시트는 성형 용이의 점에서 폴리프로필렌 등의 플라스틱 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
도 1의 (a) 내지 (c)에 도시하는 바와 같이, 2개의 절연성 보조 시트(8) 사이에 전극군을 압박하여 끼워 넣어, 상기 오목 부분에 고정용 테이프(9)가 부착되어 2개의 절연성 보조 시트끼리가 연결된다. 연결을 확실하게 하기 위해, 고정용 테이프(9)의 폭 h는 상기 오목 부분의 폭 g보다 작을 필요가 있다.
본 실시 형태에서는, 전극 탭 방향과 수직 방향에, 즉, 전극 탭(11, 12)이 돌출되는 방향과 직교하는 방향에 2개의 고정용 테이프에 의해 2개의 절연성 보조 시트를 연결하고 있지만, 연결을 강고하게 하고 또한 전극군의 상기 절연성 보조 시트면 내에서의 고정을 확실하게 위해, 3개 이상의 고정용 테이프에 의해 연결해도 좋다. 이 경우에는, 고정용 테이프의 개수에 따라서, 절연성 보조 시트(8)에 상기 폭 a의 부분이 복수 설치되게 된다.
또한, 전극 탭 방향으로의 적층 어긋남을 방지하기 위해, 도 1의 (b)에 도시하는 바와 같이, 전극 탭 방향으로 고정용 테이프(10)를 부착하여, 2개의 절연성 보조 시트(8)를 연결해도 좋다. 이 경우, 고정용 테이프(10)의 폭 i는 고정용 테이프(9)의 폭 h와 달라도 좋고, 또한 양 고정용 테이프(9, 10)의 재질이 달라도 좋다.
전극 탭 방향으로는, 전극 탭(11, 12)이 있는 사정상, 복수의 고정용 테이프(10)를 설치하는 것은 곤란하다. 따라서, 고정용 테이프(10)는 1개만으로 전극군을 충분히 고정할 수 있도록 폭이 넓은 것을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 h＜i로 하는 것이 바람직하다.
또한, 전극군 및 2개의 절연성 보조 시트(8) 전부를 감을 수 있도록 고정용 테이프(9, 10)를 부착해도 좋고, 이 경우에는 보다 강고하게 전극군을 2개의 절연성 보조 시트 사이에 고정할 수 있으므로, 적층 어긋남을 충분히 방지할 수 있다.
상기 절연성 보조 시트(8)를 배치하고 또한 고정용 테이프에 의해 연결함으로써, 진동 등에 의한 시트 형상 전극의 어긋남을 방지할 수 있다. 그리고 전극군보다 폭이 넓은 절연성 보조 시트(8)가 각형 전지 캔(1)의 코너의 라운딩 처리된 부분에 걸림으로써, 전극군의 단부에 있는 시트 형상 전극이 상기 라운딩 처리된 부분으로 진입하는 것이 방지된다. 이에 의해, 결과적으로 고장을 방지할 수 있다. 상기 폭 e가, 각형 전지 캔(1)의 전극 단자가 형성된 일면에 평행한 면으로 절단한 단면의 긴 변 방향 X를 따르는 안치수 b와 실질적으로 동일 치수이면, 상기 시트 전극의 상기 라운딩 처리된 부분으로의 진입을 저지하는 효과가 더욱 양호하게 얻어진다.
또한, 상기 구성에 따르면, 진동에 의해 절연성 보조 시트(8)의 상기 폭 e 부분이 상기 단면 짧은 변 방향 Y(본 실시 형태에서는 적층 방향과 일치)의 각형 전지 캔에 접한 경우에 있어서도, 전극군은 이 절연성 보조 시트(8)의 면의 내측에서 고정되어 있으므로 각형 전지 캔에의 접촉이 방지된다. 이로 인해, 도 5에 있어서의 절연막(5)을 설치할 필요가 없어져, 제조 비용을 저감시킬 수도 있다.
물론, 안전을 기하기 위해, 2개의 절연성 보조 시트(7)를 전극 단자가 형성된 면의 짧은 변 방향으로부터 전극군을 사이에 두고 형성해도 좋다. 이 경우, 절연성 보조 시트(7)는 2개의 절연성 보조 시트(8)를 고정용 테이프에 의해 연결할 때에, 고정용 테이프로 감아 넣어 절연성 보조 시트(8)와 함께 연결해도 좋다.
절연성 보조 시트(7)는 절연성 보조 시트(8)와 동일한 재질이라도 좋고, 다른 재질이라도 좋다. 절연성 보조 시트(8)와 달리 전기적 절연을 하기 위해서만 필요하므로, 전해액을 전극군과 각형 전지 캔(1) 내에 많이 축적하기 위해, 가능한 한 얇게 설계하는 것이 바람직하다.
절연성 보조 시트(8)도 절연성 보조 시트(7)도, 전해액을 침투하기 쉬운 기능을 갖고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 경우에는, 각형 전지 캔(1)의 저면에 전극군의 전기적 절연을 도모하기 위한 도시하지 않은 절연막이 배치된다.
본 실시 형태에서는, 적층형의 전극군의 경우를 나타냈지만, 권회형의 전극군을 각형 전지 캔에 봉입하는 경우에도 동일한 효과가 얻어지는 것은 물론이다. 2차 전지로서는, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지를 대상으로 할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에 관한 2차 전지에 대해, 도 2를 참조하여 설명한다. 이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 공통의 부재에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태는, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 2에서는, 상기 제1 실시 형태와 달리, 각형 전지 캔(1) 내에 복수, 예를 들어 3개의 전극군(13)을 배치하고 있다. 즉, 각형 전지 캔(1) 내에, 2개의 절연성 보조 시트(8)로 1개의 전극군을 압박하고, 고정용 테이프(9, 10)로 이들 2개의 절연성 보조 시트(8)를 연결함으로써 이 전극군을 절연성 보조 시트(8)의 면 내에 고정한 구성을 3세트, 서로 접한 상태로 배열하여 배치하고 있다. 단, 이 3세트의 구성에 의한 상기 짧은 변 방향 Y의 총 폭은, 실질적으로 각형 전지 캔(1)의 전극 단자가 형성된 면에 평행한 면으로 절단한 단면의 짧은 변 방향 Y를 따르는 안치수 c와 동일해지는 것이 바람직하다.
그 점 이외에는, 상기 제1 실시 형태에서 서술한 바와 동일하다.
3세트의 상기 구성을 접하여 배열한 배치에 있어서의 최단부의 절연성 보조 시트(8)가 각형 전지 캔의 코너의 라운딩 처리된 부분에 걸려, 결과적으로 전극군의 단부에 있어서의 시트 형상 전극의 구부러짐을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 각형 전지 캔(1) 내에 3세트의 상기 구성을 배치하였지만, 2세트라도 좋고, 또한 4세트 이상 배치해도 좋다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태에 관한 2차 전지에 대해, 도 3의 (a), 도 3의 (b)를 참조하여 설명한다. 이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 공통의 부재에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 또한, 본 실시 형태는, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 3의 (a), 도 3의 (b)에서는, 상기 제1 실시 형태와 달리, 전극 탭(11, 12) 방향으로, 절연성 보조 시트(8)가 폭 f의 부분과 폭 f보다 큰 폭 j의 부분을 갖는 구성으로 하여, 이것을 절연성 보조 시트(14)로 하고 있다. 절연성 보조 시트(14)의 상기 폭 f의 부분은, 전극 탭 방향의 양측으로부터 상기 절연성 보조 시트(14)에 오목부를 부여하도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 상기 폭 f의 부분의 전극 탭 방향에 있어서의 중심은, 상기 j의 부분의 전극 탭 방향의 중심과 전극 탭 방향과 수직 방향의 동일선 상에 존재하도록 설계된다.
그리고 상기 오목 부분에 고정용 테이프(10)가 부착되어 2개의 절연성 보조 시트(14)가 전극군을 압박하여 연결되므로, 오목 부분의 폭 k는 고정용 테이프(10)의 폭 i보다 작을 필요가 있다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 2개의 고정용 테이프(9)에 의해서도 2개의 절연성 보조 시트(14)는 연결된다.
그 점 이외에는, 상기 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에서 서술한 것과 동일하다.
본 실시 형태에 따르면, 절연성 보조 시트(14)의 면 내에 전지 캔과 간격을 둔 상태로 전극군을 고정할 수 있으므로, 가령 전지 캔이 상하 역전된 경우에 있어서도, 절연성 보조 시트(14)가 각형 전지 캔에 접촉함으로써 전극 탭(11, 12)의 절곡을 완화할 수 있어, 결과적으로 고장을 방지할 수 있다.
또한, 상기 전지 캔과 간격을 둔 상태로, 즉 전극군이 절연성 보조 시트(14)의 양 모서리 단부보다도 우묵하게 들어가도록 하여, 양 모서리 단부에 있어서 절연성 보조 시트(14)의 사이에 공간이 형성되도록 고정되어 있으므로, 각형 전지 캔(1)의 저면에 절연막을 설치할 필요가 없어진다. 이에 의해, 제조 비용 저감을 도모할 수도 있다.
(제4 실시 형태)
제4 실시 형태에 관한 2차 전지를 이용한 축전ㆍ급전 시스템에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 이 실시 형태에 있어서, 전술한 실시 형태에서 사용한 부재와 공통의 부재에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 적절하게 변경하여 실시할 수 있다.
전기 자동차(21)에 탑재된 2차 전지(22) 및 가옥(15) 외부에 배치된 예비 2차 전지(18)는, 전술한 제1 내지 제3 실시 형태에서 서술한 본 발명에 관한 2차 전지, 예를 들어 적층형 리튬 이온 2차 전지이다.
우선, 축전 시스템에 대해 설명한다. 풍력 발전, 화력 발전, 수력 발전, 원자력 발전, 태양 전지, 연료 전지 등의 발전 설비(20)로부터 발전된 전력은, 공급 전력 계통(19)을 경유하여 사용자가 이용하는 제어 박스(17)로 공급된다. 제어 박스(17)에서 사용자가 전환 조작함으로써, 전기 자동차(21)의 구동용 전원인 2차 전지(22), 예비 2차 전지(18), 배전반(16) 중 어느 하나에 발전 설비(20)로부터 송전된 전력을 공급한다. 예비 2차 전지(18) 또는 전기 자동차(21)의 2차 전지(22)는 전력 공급이 이루어지면 충전ㆍ축전을 행한다. 재해 등에 의해 발전 설비(20)로부터의 급전이 정지한 경우에 예비 전원으로 하기 위해, 예비 2차 전지(18)에는 충분한 축전을 행해 두는 것이 바람직하다.
주간에는 배전반(16), 야간에는 예비 2차 전지(18) 또는 전기 자동차(21)의 2차 전지(22)에 전력 공급하도록 제어 박스를 프로그램 제어해도 좋다.
다음에 급전 시스템에 대해 설명한다. 상기 축전 시스템에 의해 충전이 이루어진 예비 2차 전지(18)는, 제어 박스(17)를 통해 가옥(15) 내의 배전반(16)에 전기적으로 접속되어 있다. 배전반(16)은, 가옥(15) 내의 플러그에 접속된 에어컨, 텔레비전 등의 전자 제품과 전기적으로 접속되어 있다. 사용자는 급전 전력 계통(19)으로부터의 전력을 받아 가옥(15) 내의 전자 제품을 구동할지 또는 상기 축전 시스템에 의해 축전된 예비 2차 전지(18)의 전력을 이용하여 전자 제품을 구동할지를 선택할 수 있고, 이 선택ㆍ전환을 제어 박스(17)에 의해 행한다.
제어 박스(17)에 있어서의 전환에 의해, 예비 2차 전지(18)가 배전반(16)에 전기적으로 접속된 경우에는, 예비 2차 전지(18)로부터 배전반(16)으로 급전되어, 상기 전자 제품의 구동이 가능해진다.
전기 자동차(21)는 상기 축전 시스템에 의해 축전된 2차 전지(22)로부터 차륜을 구동하는 모터에 급전함으로써, 주행 가능해진다. 전기 자동차(21)는 전기 모터로 차륜을 구동하는 것이 가능한 자동차이면 좋고, 하이브리드 자동차라도 좋다.
본 발명에 관한 2차 전지를 이용한 축전ㆍ급전 시스템에서는, 동 2차 전지에 있어서 고장의 한 요인인 진동에 의한 각형 전지 캔 내 코너부에서의 적층 어긋남 및 전극 구부러짐을 최대한 방지할 수 있으므로, 진동이 많은 자동차에 있어서의 급전 시스템으로서도, 지진의 다발국에 있어서의 급전ㆍ축전 시스템으로서도, 고장이 적은 안정된 동작이 가능해진다.
1 : 각형 전지 캔
2 : 시트 형상 정극(시트 형상 전극)
3 : 시트 형상 부극(시트 형상 전극)
4 : 절연막
5 : 절연막
6 : 중공 부분
7 : 절연성 보조 시트
8 : 절연성 보조 시트
9 : 고정용 테이프
10 : 고정용 테이프
11 : 정극 탭
12 : 부극 탭
13 : 전극군
14 : 절연성 보조 시트
15 : 가옥
16 : 배전반
17 : 제어 박스
18 : 예비 2차 전지
19 : 급전 전력 계통
20 : 발전 설비
21 : 전기 자동차
22 : 2차 전지

Claims (6)

  1. 정극 단자 및 부극 단자가 설치된 각형 전지 캔과,
    상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과,
    고정용 테이프와,
    상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭과 동일 폭의 제1 부분과, 상기 제1 부분의 상기 긴 변 방향의 중심과 상기 면의 동일 수직선 상에 중심이 있고 또한 상기 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 제1 및 제2 절연성 보조 시트를 갖고,
    상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는 상기 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고 또한 상기 전극군을 압박하여 상기 제1 부분에 있어서 서로 상기 고정용 테이프에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는, 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 상기 각형 전지 캔의 면의 수직 방향에 상기 전극군의 폭보다 큰 폭을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는, 상기 면의 수직 방향에 상기 전극 폭과 동일 폭의 제3 부분과, 상기 제3 부분의 상기 수직 방향의 중심과 상기 긴 변 방향의 동일선 상에 중심이 있고 또한 상기 수직 방향에 상기 큰 폭의 제4 부분을 구비하고, 상기 제3 부분에 있어서 서로 상기 고정용 테이프에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시트 형상 정극 및 상기 시트 형상 부극을 복수 갖고, 상기 시트 형상 정극과 상기 시트 형상 부극은 각각 세퍼레이터를 개재하여 적층되어 있는 것을 특징으로 하는, 2차 전지.
  5. 정극 단자 및 부극 단자가 설치된 각형 전지 캔과,
    상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과,
    고정용 테이프와,
    상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭과 동일 폭의 제1 부분과, 상기 제1 부분의 상기 긴 변 방향의 중심과 상기 면의 동일 수직선 상에 중심이 있고 또한 상기 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 제1 및 제2 절연성 보조 시트를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는 상기 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고 또한 상기 전극군을 압박하여 상기 제1 부분에 있어서 서로 상기 고정용 테이프에 의해 연결되어 있는 2차 전지와,
    차륜을 구동하는 모터를 갖고,
    상기 모터는 상기 2차 전지로부터 급전을 받아 구동하는 것을 특징으로 하는, 전기 자동차.
  6. 정극 단자 및 부극 단자가 설치된 각형 전지 캔과,
    상기 각형 전지 캔 내에 배치되고, 상기 정극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 정극 및 상기 부극 단자에 전기적으로 접속된 시트 형상 부극이 세퍼레이터를 개재하여 적층된 전극군과,
    고정용 테이프와,
    상기 각형 전지 캔의 상기 정극 단자 및 상기 부극 단자가 형성된 면의 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭과 동일 폭의 제1 부분과, 상기 제1 부분의 상기 긴 변 방향의 중심과 상기 면의 동일 수직선 상에 중심이 있고 또한 상기 긴 변 방향에 상기 전극군의 폭보다 큰 폭의 제2 부분을 구비한 제1 및 제2 절연성 보조 시트를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 절연성 보조 시트는 상기 긴 변측으로부터 상기 전극군을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고 또한 상기 전극군을 압박하여 상기 제1 부분에 있어서 서로 상기 고정용 테이프에 의해 연결되어 있는 2차 전지와,
    발전 설비를 갖고,
    상기 2차 전지는 상기 발전 설비로부터 급전을 받아 축전하는 것을 특징으로 하는, 축전 시스템.
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