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KR101900975B1 - 리튬 이온 전지용 부극 단자 및 덮개 부재 및 리튬 이온 전지 - Google Patents

리튬 이온 전지용 부극 단자 및 덮개 부재 및 리튬 이온 전지 Download PDF

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KR101900975B1
KR101900975B1 KR1020137019331A KR20137019331A KR101900975B1 KR 101900975 B1 KR101900975 B1 KR 101900975B1 KR 1020137019331 A KR1020137019331 A KR 1020137019331A KR 20137019331 A KR20137019331 A KR 20137019331A KR 101900975 B1 KR101900975 B1 KR 101900975B1
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KR
South Korea
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lithium ion
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ion battery
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요시미츠 오다
마사아키 이시오
야스토 노자와
Original Assignee
히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 정극측과 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부를 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바로 접속하여 사용하는 형태의 리튬 이온 전지에 관한 것으로, 부극부와 부스 바를, 예를 들어 저항 용접 등에 의해 금속학적으로 접합하는 경우에, 부극부와 부스 바 사이에 충분한 접합 강도를 갖게 할 수 있는 리튬 이온 전지용 부극 단자를 제공하는 것이다. 이 리튬 이온 전지용 부극 단자는 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 제1 금속층과, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층을 갖고, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 반응을 억제하는 반응 억제층을 통해 접합된 클래드재로 이루어진다.

Description

리튬 이온 전지용 부극 단자 및 덮개 부재 및 리튬 이온 전지 {NEGATIVE ELECTRODE TERMINAL AND COVER MEMBER FOR LITHIUM ION BATTERIES, AND LITHIUM ION BATTERY}
본 발명은 다른 금속 재료로 이루어지는 복수의 층이 접합된 리튬 이온 전지용 부극 단자 및 상기 부극 단자를 구비한 리튬 이온 전지용 덮개 부재 및 상기 덮개 부재를 사용한 리튬 이온 전지에 관한 것이다.
전지에는 화학 전지가 되는 1차 전지, 2차 전지, 연료 전지, 물리 전지가 되는 태양 전지 등이 있다. 1차 전지는 충전할 수 없고, 망간 전지 등의 건전지, 리튬 전지, 버튼 전지 등이 있다. 2차 전지는 충전할 수 있고, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 등이 있다. 이들 각종 전지는 용도에 따라서 구분지어 사용되고 있다. 예를 들어, 리튬 이온 전지는 높은 에너지 밀도(단위 질량당, 또는 단위 체적당의 취출시키는 에너지)나, 메모리 효과(2차 전지가 충분히 완전히 방전되지 않은 중에, 보충 충전하면, 용량이 감소한 것처럼 보이는 열화 현상)가 거의 없다고 하는 특성을 갖고, 휴대 전화나 노트북 등의 휴대 기기에 널리 사용되고 있다.
최근, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 스마트 그리드 등의 용도에, 대형의 리튬 이온 전지가 사용되어 왔다. 이와 같은 분야에서는, 큰 전류를 얻기 위해, 복수의 리튬 이온 전지를 전기적으로 접속하여 사용하는 경우가 많다. 이러한 전지의 단자간 접속에는 전기 저항이 낮고 줄 열의 발생이 적은 Cu계 재료로 이루어지는 단자간 접속 부품(부스 바)이 사용된다. 전지 단자에 대한 부스 바의 접속은, 종래에는 개개의 전지 특성의 편차를 고려하여 전지 교환을 용이하게 할 수 있도록 볼트와 너트 등에 의해 기계적으로 체결되는 경우가 많았다.
최근의 리튬 이온 전지는, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2011-210725호 공보(특허문헌 1)에 개시된다. 이 전지는 정극의 집전체로서는 정극 활물질과의 화학 반응을 억제할 수 있는 Al이, 부극의 집전체로서는 전기 저항이 낮은 Cu가 사용된다. 또한, 전지의 외부에 노출되어 설치되는 단자는 집전체에 대해 용접이 용이한 재료가 선정되어, 정극부에는 Al이, 부극부에는 Cu가 사용된다. 리튬 이온 전지에 있어서의 각 부의 재료는 오로지 이와 같이 선정되어 있다. 또한, Al으로 이루어지는 정극부와, Cu계 재료로 이루어지는 부스 바의, 접속에 기인하는 저항(접촉 저항)을 저감시키기 위해, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2010-97769호 공보(특허문헌 2)에는 정극부에 있어서, Al으로 이루어지는 집전체와의 접속 부분(단자 하부)은 Al으로 하고, 부스 바와의 접속 부분(단자 상부)에는 Cu를 함유시키는 구성이 개시된다.
최근, 리튬 이온 전지는 전기적인 특성의 편차가 억제되어 품질이 높아지고, 새로운 경량화, 콤팩트화(체적 저감), 생산성 향상 등을 도모하기 위해, 전지 단자에 대해 부스 바의 접속에 용접을 적용하는 검토가 이루어져 있다. 또한, 종래의 Cu계 재료로 이루어지는 부스 바 대신에, 밀도(비중)가 보다 작아 경량화가 가능한 Al계 재료로 이루어지는 부스 바의 적용이 검토되어 있다. 예를 들어, 상기 특허문헌 2에 개시되는 구성에 따르면, Al계 재료로 이루어지는 부스 바와 Al으로 이루어지는 정극부의 용접은 용이하게 할 수 있다.
그러나, Al계 재료로 이루어지는 부스 바와 Cu로 이루어지는 부극부의 용접은, 용접 시의 열영향에 기인하여 반응이 일어나고, 접합 계면에 있어서 Al과 Cu가 조성의 경사에 의해 기계적 강도가 취약한 금속간 화합물이 생성되고, 이에 의해 접합 강도가 저하되어 버린다. 이 문제를 해결하기 위해, 예를 들어 상기 특허문헌 1에는 Al계 재료로 이루어지는 부스 바를 Al으로 이루어지는 터미널 부재(부극 단자)에 용접하고, 상기 터미널 부재를 Al 및 Cu로 이루어지는 2층 클래드재를 통해 Cu로 이루어지는 부극부에 용접하는 구성이 제안되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2011-210725호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-97769호 공보
상술한 특허문헌 1에서는, Al 및 Cu로 이루어지는 2층 클래드재가 적용된다. 그러나, 미리 충분한 접합 강도를 갖게 한 클래드재라고 해도, Al계 재료와 Cu계 재료의 접합체이다. 이로 인해, 용접 시의 입열량이 커져 500℃ 정도의 전열이 있으면, 클래드재의 Al층과 Cu층의 접합 계면에 있어서, 상술한 반응이 일어나, 금속간 화합물이 생성되어 접합 강도가 저하되는 문제가 있었다. 또한, 부스 바와 부극부의 접속에 터미널 부재(부극 단자)와 클래드재라고 하는 2개의 부품을 필요로 하고, 이들 부품을 갖는 만큼 생산 효율이나 제조 비용이 저하되고, 또한 전지의 컴팩트성이나 경량성에 영향을 미치는 등의 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 정극측과 Cu계 재료로 이루어지는 부극부를, Al계 재료로 이루어지는 부스 바를 사용하여 접속하는 형태의 리튬 이온 전지에 관하여, 부극부와 부스 바를, 나사 등으로 기계적으로 체결하는 접속이 아니라, 예를 들어 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해 금속학적으로 접합하는 경우에, 부극부와 부스 바 사이에 충분한 접합 강도를 갖게 하는 것이 가능하며, 접속에 필요로 하는 부품수의 저감이나 생산성 향상을 가능하게 하는 리튬 이온 전지용 부극 단자를 제공하는 것이다. 또한, 상기 부극 단자를 구비한 리튬 이온 전지용 덮개 부재 및 상기 덮개 부재를 사용한 리튬 이온 전지를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 부극 단자 자체에 Cu계 재료와 Al계 재료의 클래드 구조를 적용하고, 또한 상기 부극 단자에 있어서 Cu계 재료와 Al계 재료의 금속학적인 반응을 억제할 수 있는 반응 억제층을 설치함으로써, 상술한 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 도달하였다.
즉, 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 부극 단자는 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 제1 금속층과, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층을 갖고, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 반응을 억제하는 반응 억제층을 통해 접합된 클래드재로 이루어지는 리튬 이온 전지용 부극 단자이다. 상기 반응 억제층은 전기 저항이 Al이나 Cu에 비해 전기 저항이 높고, 부극 단자의 전기 저항을 증가시키지만, 반응을 억제하기 위해 필요해진다.
본 발명에 있어서, 상기 반응 억제층은 Ni 또는 Ni 합금, 혹은 Ti 또는 Ti 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 표면이 평면 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 제2 금속층의 부극측에는 접합층을 가질 수 있다.
또한, 상기 접합층은 Cu를 함유하는 납재, Ni 또는 Ni 합금, 혹은 Fe 또는 Fe 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 금속층은 Cu를 함유하는 납재로 이루어지는 금속층에 생긴다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 제1 금속층의 두께는 상기 제1 금속층 이외의 층의 두께의 총합보다도 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 금속층의 두께는 상기 제1 금속층을 제외한 상기 제2 금속층 이외의 층의 두께의 총합보다도 큰 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 부극 단자에 있어서의 접합 계면은 노출 방지 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 부극 단자를 사용하여, 리튬 이온 전지용 덮개 부재를 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 덮개 부재는 상술한 어느 하나의 부극 단자를 구비하고, 구멍부가 형성된 금속 재료로 이루어지는 덮개재를 갖고, 상기 구멍부에 있어서, 상기 부극 단자는 전기적으로 절연한 상태로 지지되어 있는 리튬 이온 전지용 덮개 부재이다.
상기 구멍부에 있어서, 상기 부극 단자는 상기 덮개재의 표면보다도 돌출된 상태로 지지되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 덮개 부재를 사용하여, 리튬 이온 전지를 구성할 수 있다.
즉, 본 발명에 관한 리튬 이온 전지는 상술한 어느 하나의 덮개 부재를 사용하여, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부와, Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 정극부와, 전해액이 적어도 수납된 수납 부재를 갖고, 상기 수납 부재는 상기 덮개 부재에 의해 밀폐되어 있고, 상기 부극부에는 상기 부극 단자가 접속되어 있는 리튬 이온 전지이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상술한 리튬 이온 전지를 사용하여 복수의 리튬 이온 전지의 정극측과 상기 부극 단자가 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바에 의해 전기적으로 직렬로 접속되어 있는 리튬 이온 전지를 얻을 수 있다.
리튬 이온 전지에 있어서, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부가 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바를 용접 등에 의해 금속학적으로 접속하는 경우, 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 부극 단자에 따르면, 반응 억제층에 의해 Cu계 재료와 Al계 재료의 금속학적인 반응을 억제할 수 있으므로, 부극부와 부스 바를 충분한 접합 강도를 갖고 접속할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 부극 단자는 제1 금속층이 부스 바와 동류의 Al 또는 Al 합금으로 이루어지고, 제2 금속층이 부극부와 동류의 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지므로, 부스 바와 부극부를 바로 접속하는 것보다도 견고한 접합 상태를 얻기 쉽다.
따라서, 본 발명에 따르면, 종래의 Cu계 대신에, Al계의 부스 바를 사용할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 경량화가 가능해진다. 또한, 본 발명에 관한 하나의 부극 단자에 의해 부스 바와 부극부를 접속할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 경량화나 콤팩트화 및 생산성 향상이나 제조 비용 저감을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 덮개 부재에 따르면, 상술한 본 발명에 관한 부극 단자를 간이한 형태로 사용할 수 있다. 또한, 간이한 구조를 갖는 본 발명에 관한 리튬 이온 전지나, Al계의 부스 바에 의해 복수 연결된 종래보다도 경량화된 본 발명에 관한 리튬 이온 전지를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 것으로, 부스 바로 연결한 본 발명에 관한 리튬 이온 전지의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 본 발명에 관한 리튬 이온 전지의 하나를 취출하여 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 리튬 이온 전지를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시하는 700-700선을 따른 단면을 부분적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 본 발명에 관한 부극 단자의 일례를 포함하는 단면을 부분적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시하는 구성에 부극 단자를 설치하는 제조 프로세스의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시하는 제조 프로세스의 계속을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 제조 프로세스의 계속을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 것으로, 도 5에 도시하는 본 발명에 관한 부극 단자와는 다른 별도예를 포함하는 단면을 도시하는 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시하는 부극 단자를 사용한, 도 4에 도시하는 구성에 상당하는 구성을 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 것으로, 도 5, 도 9에 도시하는 본 발명에 관한 부극 단자와는 다른 별도예를 포함하는 단면을 도시하는 단면도이다.
도 12는 도 11에 도시하는 부극 단자를 사용한, 도 4에 도시하는 구성에 상당하는 구성을 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 것으로, 도 5, 도 9, 도 11에 도시하는 본 발명에 관한 부극 단자와는 다른 별도예를 포함하는 단면을 도시하는 단면도이다.
도 14는 도 13에 도시하는 부극 단자를 사용한, 도 4에 도시하는 구성에 상당하는 구성을 도시하는 단면도이다.
도 15는 도 14에 도시하는 구성을 제조하는 제조 프로세스의 일례를 설명하기 위한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 것으로, 부스 바로 연결한 본 발명에 관한 리튬 이온 전지에 대해, 도 1에 도시하는 구성과는 다른 별도예를 도시하는 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 것으로, 도 2에 도시하는 리튬 이온 전지의 하나와는 다른 별도예를 포함하는 사시도이다.
본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 부극 단자에 있어서, 가장 중요한 기술적 특징은 Cu계 재료와 Al계 재료의 반응을 억제할 수 있는 반응 억제층을 통해, Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 제1 금속층과, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층을 접합하는 데 있다.
구체적으로는, 본 발명에 관한 부극 단자는 적어도, Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 제1 금속층과, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층을 갖고, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 반응을 억제하는 반응 억제층을 통해 접합된 클래드재로 이루어진다.
리튬 이온 전지에 있어서, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부가 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바를, 본 발명에 관한 부극 단자를 사용하여 접속한다. 이 경우, 부스 바와, 본 발명에 관한 부극 단자의 제1 금속층의 모두가 Al 또는 Al 합금이라고 하는 동류의 재료로 이루어지므로, 제1 금속층에 대해 부스 바를, 예를 들어 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해 금속학적으로 접합한 경우라도, 용접 시의 열에 기인하여, 기계적 강도가 취약한 금속간 화합물이 생성되는 일이 없어, 부스 바와 본 발명에 관한 부극 단자 사이에 충분한 접합 강도를 갖게 할 수 있다.
마찬가지로, 리튬 이온 전지의 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부와, 본 발명에 관한 부극 단자의 제2 금속층의 모두가 Cu 또는 Cu 합금이라고 하는 동류의 재료로 이루어지므로, 제2 금속층에 대해 부극부를, 예를 들어 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해 금속학적으로 접합한 경우라도, 용접 시의 열에 기인하여, 기계적 강도가 취약한 금속간 화합물이 생성되는 일이 없어, 부극부와 본 발명에 관한 부극 단자 사이에 충분한 접합 강도를 갖게 할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 본 발명에 관한 부극 단자를 사용하여 부극부와 부스 바를, 예를 들어 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해 접속하는 경우, 용접 시의 열이 제1 금속층측으로부터 제2 금속층측으로, 혹은 제2 금속층측으로부터 제1 금속층측으로 전반된다. 이때, 이 전열에 기인하여, 예를 들어 제1 금속층을 구성하는 Al 또는 Al 합금이 제2 금속층을 향해 확산하려고 한다. 그런데, 본 발명에 관한 부극 단자는 제1 금속층과 제2 금속층이 반응 억제층을 통해 접합되어 있으므로, 이 반응 억제층이 제1 금속층을 구성하는 Al 또는 Al 합금의 확산을 막아, Al계 재료와 Cu계 재료 사이의 금속간 화합물의 생성을 억지한다. 따라서, 제1 금속층을 구성하는 Al 또는 Al 합금과 제2 금속층을 구성하는 Cu 또는 Cu 합금의 반응이 생기기 어려워져, 기계적 강도가 취약한 금속간 화합물의 생성이 억제되어, 본 발명에 관한 부극 단자 내부에서는 접합 강도의 저하 방지를 도모할 수 있다.
따라서, 리튬 이온 전지에 있어서, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부와 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바를 접속하는 경우, 예를 들어 용접 등의 발열을 수반하는 금속학적인 접속 방법을 적용하였다고 해도, 본 발명에 관한 부극 단자를 사용함으로써, 충분한 접합 강도를 갖고 부극부와 부스 바를 접속할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자는 적어도 제1 금속층과 제2 금속층이 반응 억제층을 통해 접합된 클래드재를 적용하고 있다. 클래드재는 각각의 층을 클래드 압연기 등에 의해 접합할 때의 압력에 의해, 각각의 층 사이(접합 계면)가 충분한 접합 강도를 갖고 접합된다. 따라서, 이 점에 있어서도 클래드재로 이루어지는 본 발명에 관한 부극 단자는 부극부와 부스 바를 충분한 접합 강도를 갖고 접속하므로 적합하다.
따라서, 단체의 리튬 이온 전지를 복수 연결하는 구성을 얻고 싶은 경우, 본 발명에 관한 부극 단자에 따르면 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바를 사용할 수 있으므로, 밀도(비중)가 큰 Cu계 재료로 이루어지는 부스 바를 사용하는 것보다도 충분한 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 부극부와 부스 바를, 나사 등의 기계적인 접속에 의하지 않고 접속할 수 있으므로, 볼트, 너트, 와셔 등의 나사 부품을 삭감할 수 있거나, 보다 간이하고 자동화하기 쉬운 용접 등에 의해 생산 효율을 향상시킬 수 있거나, 부스 바와 부극부의 체결 구조를 콤팩트화할 수 있는 등의 효과도 얻어진다.
이하, 본 발명에 관한 부극 단자에 대해, 발명자들이 바람직하다고 생각하는 구성을 설명한다.
본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 반응 억제층은 융점이 Al계 재료보다도 높은, 예를 들어 Ni 또는 Ni 합금, 혹은 Ti 또는 Ti 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 이종의 금속 재료가 반응을 일으켜 금속간 화합물을 생성하는 온도라고 하는 관점을 갖고, Al계 재료와 Cu계 재료의 조합과, Al계 재료와 Ni계 재료의 조합을 비교한 경우, 전자는 후자보다도 낮은 온도에서 금속간 화합물을 생성한다. 이로 인해, 그 온도 차분만큼, 후자는 금속간 화합물이 생성되기 어렵다고 할 수 있다. 즉, 융점이 높은 만큼, 후자에서는 반응이 일어나기 어려워지는 것이다. 또한, 후자의 경우, 반응에 의해 생성될 수 있다고 생각되는 금속간 화합물은 Ni-Al 화합물이지만, 이것이 기계적 강도에 불만이 없는 화합물인 것도 Ni 또는 Ni 합금이 바람직하다고 하는 이유이다.
상술한 것은, Cu계 재료와 Al계 재료의 조합과, Cu계 재료와 Ni계 재료의 조합을 비교한 경우에 대해서도, 마찬가지라고 할 수 있다. 따라서, Al계 재료와 Cu계 재료를 바로 접합하는 것보다도, Ni계 재료, 즉 Ni 또는 Ni 합금을 통해 접합하면, 기계적 강도가 취약한 금속간 화합물이 생성되기 어려워지므로, 접합 강도의 저하 방지에는 유효하다. 또한, 이 Ni 또는 Ni 합금을 사용하는 유효성은 Ti 또는 Ti 합금을 사용해도 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 표면이 평면 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 일반적으로, 부스 바는 용이하고 또한 저렴하게 가공할 수 있는 평판 형상의 것이 오로지 사용되고 있다. 따라서, 평판 형상의 부스 바를 본 발명에 관한 부극 단자에 대해 접속하는 경우, 제1 금속층의 표면이 평면 형상으로 형성되어 있으면, 양자의 접속은 서로의 평면을 밀착시키도록 하여 용이하게 접속할 수 있다. 마찬가지로, 리튬 이온 전지의 부극부도 또한, 용이하고 또한 저렴하게 가공할 수 있는 평판 형상의 것이 오로지 사용되고 있으므로, 제2 금속층의 표면이 평면 형상으로 형성되어 있으면, 평판 형상의 부극부를 본 발명에 관한 부극 단자에 대해 용이하게 접속할 수 있다. 또한, 평면에 의한 접속이므로 접촉 면적이 커져, 접촉 면적에 기인하는 전기적인 저항(접촉 저항)을 작게 할 수 있다. 또한, 전지의 열화의 정도 등의 상황을 계측하기 위한 와이어 등을 설치하기 쉬워진다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 상기 제2 금속층의 부극측에는 접합층을 가질 수 있다. 접합층을 가짐으로써, 그만큼 부극 단자의 열용량이나 방열 면적을 늘릴 수 있다. 예를 들어, 제2 금속층에 대해 부극부를 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해 접속하는 경우를 생각해 보면, 용접 시에, 바로 제2 금속층에 용접하는 것보다도 상술한 열용량이나 방열 면적이 증가한 만큼 반응 억제층으로의 전열을 지연시키거나, 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 접합층을 설치하는 구성을 선택하는 경우, 예를 들어 상기 제2 금속층보다도 열전도율이 낮은 재질을 선정하여 용접 에너지의 투입량을 억제하고, 용접 시의 접합부 근방의 온도 상승을 억제하는 것도 가능해진다. 상술한 바와 같이 온도가 높은 경우에는, 제2 금속층과 반응 억제층 사이에서, 혹은 제1 금속층과 반응 억제 사이에서, 열에 기인하는 반응이 일어날 가능성이 있다. 따라서, 본 발명에 있어서, 제2 금속층에 대해 접합층을 더 설치함으로써, 상술한 반응이 생기기 어렵게 하는 작용 효과를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 상기 접합층은 Cu를 함유하는 납재, Ni 또는 Ni 합금, 혹은 Fe 또는 Fe 합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. Cu를 함유하는 납재는 부극부 및 제2 금속층을 구성하는 Cu와 동종의 재료이므로, 이종 재료를 사용하는 것보다도 전기적인 저항(접촉 저항)이 작아지는 동시에, 접합이 높은 접합 강도로 용이하게 할 수 있다. 또한, Ni 또는 Ni 합금은 부극부 및 제2 금속층을 구성하는 Cu와 반응하여, 기계적 강도를 갖는 고용체인 Ni-Cu 합금을 생성한다. 이 성질을 이용하여, 접합층과 부극부 및 접합층과 제2 금속층 사이에, Ni-Cu 합금을 생성하고, 이에 의해, 부극부와 제2 금속층 사이를 접합층을 통해 높은 접합 강도로 접속할 수 있다. 또한, 이 Ni 또는 Ni 합금을 사용하는 유효성은 Fe 또는 Fe 합금을 사용해도 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 상기 제2 금속층은 Cu를 함유하는 납재로 이루어지는 금속층이어도 된다. Cu를 함유하는 납재는 부극부를 구성하는 Cu와 동종의 재료이므로, 제2 금속층과 동등한 효과를 얻을 수 있다. 그리고, Cu를 함유하는 납재로 구성한 제2 금속층은 상술한 부극부와의 접속을 용이하게 할 수 있다고 하는 접합층의 유용성을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 상기 제1 금속층의 두께는 상기 제1 금속층 이외의 층의 두께의 총합보다도 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 부극 단자를 구성함으로써, 반응 억제층과 밀도(비중)가 보다 큰 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층보다도, 밀도(비중)가 보다 작은 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 제1 금속층이 차지하는 비율을 크게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관한 부극 단자의 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 상기 제2 금속층의 두께는 상기 제1 금속층을 제외한 상기 제2 금속층 이외의 층의 두께의 총합보다도 큰 것이 바람직하다. 이와 같이 부극 단자를 구성함으로써, 재료에 기인하는 전기적인 저항(전기 저항)이 보다 작은 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층이 차지하는 비율을 크게 할 수 있다. 따라서, 경량성을 손상시키는 일 없이, 본 발명에 관한 부극 단자의 내부의 전기 저항의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 반응 억제층을 얇게 함으로써 저항 용접 시의 반응 억제층에 있어서의 발열을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서, 상기 부극 단자에 있어서의 접합 계면은 노출 방지 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다. 클래드재로 이루어지는 본 발명에 관한 부극 단자는, 예를 들어 프레스 펀칭 등에 의해 사각형의 평판 형상으로 가공하여 사용할 수 있다. 이 경우, 평판의 펀칭 단부면(측면)에 있어서, 각각의 층의 접합 계면이 노출되어 외기에 노출되게 된다. 이와 같은 사용 형태에 있어서, 노출되어 버리는 접합 계면에 대해 노출 방지 처리를 실시하면 된다. 즉, 제1 금속층, 제2 금속층 및 반응 억제층의 각각의 측면에 걸쳐서 덮는 동시에, 평면적으로 볼 때 부극 단자의 측면의 주위를 둘러싸도록, 예를 들어 수지 재료 등의 도포나, 고무재 등의 접착에 의해, 접합 계면을 피복하는 것이다. 이에 의해, 본 발명에 관한 부극 단자를 리튬 이온 전지에 적용한 경우, 일반적으로 정극성을 갖는 전지의 덮개재에 대해 부극성을 갖는 부극 단자가 전기적으로 단락하는 일이 없다. 또한, 전지의 전해액의 누설이나 침윤에 기인하는 접합 계면의 손괴를 방지할 수 있어, 접합 강도의 저하 방지를 도모할 수 있다.
상술한 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 부극 단자를 사용하여, 리튬 이온 전지용 덮개 부재를 구성할 수 있다.
구체적으로는, 본 발명에 관한 부극 단자를 구비하여, 구멍부가 형성된 금속 재료로 이루어지는 덮개재를 갖고, 상기 구멍부에 있어서, 상기 부극 단자는 전기적으로 절연한 상태로 지지되어 있는 리튬 이온 전지용 덮개 부재이다. 본 발명에 관한 덮개 부재는 상술한 우수한 기능이나 효과를 갖는 본 발명에 관한 부극 단자를 구비하고 있으므로, 종래의 덮개 부재보다도 신뢰성이 높고, 특히 부극 단자 주위의 구조를 간이하고 또한 콤팩트하게 할 수 있으므로 적합하다. 또한, 덮개 부재에 있어서, 상기 부극 단자는 전기적으로 절연한 상태로 지지되어 있으므로, 일반적으로 정극성을 갖는 덮개재가 부극성을 갖는 부극 단자와 전기적으로 단락하는 일이 없다.
또한, 본 발명에 관한 덮개 부재는 상기 덮개재에 형성한 구멍부에 있어서, 상기 부극 단자를 상기 덮개재의 표면보다도 돌출된 상태로 지지하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 부극 단자의 제1 금속층의 표면이 덮개재의 표면보다도 돌출되는 위치에서, 부극 단자를 지지하도록 구성하는 것이다. 이와 같이 구성하면, 부극 단자의 제1 금속층에 대한 부스 바의 접속을 용이화할 수 있는 동시에, 부스 바를 바로 접속해도 덮개재와의 사이에서 전기적으로 단락하는 일이 없다. 또한, 상술한 접합 계면에 대해 노출 방지 처리가 실시되어 있는 부극 단자를 사용하여, 부극 단자의 노출 방지 처리부에 전기적인 절연성과 기계적 탄성을 갖게 함으로써, 상기 덮개재에 형성한 구멍부에 대해 부극 단자를 끼워 넣는 등의 간이한 방법에 의해, 간이한 구조의 본 발명에 관한 덮개 부재를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 부극 단자에 있어서의 각각의 층의 접합 계면에 전지의 전해액이 침윤하는 일도 없다.
상술한 본 발명에 관한 리튬 이온 전지용 덮개 부재를 사용하여, 리튬 이온 전지를 구성할 수 있다.
구체적으로는, 본 발명에 관한 덮개 부재를 사용하여, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부와, Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 정극부와, 전해액이 적어도 수납된 수납 부재를 갖고, 상기 수납 부재는 상기 덮개 부재에 의해 밀폐되어 있고, 상기 부극부에는 상기 부극 단자가 접속되어 있는 리튬 이온 전지이다. 또한, 정극부와 부극부를 이격하기 위한 각별한 세퍼레이터의 수납도 가능하다. 본 발명에 관한 리튬 이온 전지는 상술한 우수한 기능이나 효과를 갖는 본 발명에 관한 부극 단자를 구비한 덮개 부재를 사용하고 있으므로, 종래의 리튬 이온 전지보다도 신뢰성이 높고, 특히 덮개 부분의 구조를 간이하고 또한 콤팩트하게 할 수 있으므로 적합하다.
또한, 본 발명에 관한 리튬 이온 전지를 사용하여, 1개의 리튬 이온 전지의 정극측과, 다른 리튬 이온 전지의 부극 단자를, Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바에 의해 전기적으로 직렬로 접속함으로써, 복수의 리튬 이온 전지를 연결한 구성의 리튬 이온 전지(리튬 이온 전지 접속체)를 얻을 수 있다. 이와 같은 구성으로 이루어지는 리튬 이온 전지 접속체는 종래의 Cu계 부스 바를 사용한 리튬 이온 전지 접속체보다도 경량이고 또한 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, Cu계 재료보다도 저렴한 Al계 재료의 사용에 의해, 재료에 기인하는 제조 비용을 저감시킬 수 있어, 보다 저렴한 리튬 이온 전지 접속체의 제공이 가능해진다. 또한, 본 발명에 관한 부극 단자의 적용에 의해, 리튬 이온 전지의 구조에 관한 품질이나 신뢰성은 종래보다도 높아진다고 할 수 있다.
이하, 본 발명의 몇 개의 실시 형태에 대해, 적절하게, 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
우선, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태가 되는, 리튬 이온 전지용 부극 단자(4), 덮개 부재(2), 리튬 이온 전지(1) 및 리튬 이온 전지 접속체(100)에 대해, 각각의 구조를 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태가 되는 리튬 이온 전지 접속체(100)는 전기 자동차(EV, electric vehicle)나, 하이브리드 자동차(HEV, hybrid electric vehicle), 주택 축전 시스템 등에 사용되는 대형의 전지 시스템에 적용할 수 있다. 이 리튬 이온 전지 접속체(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이 단체의 리튬 이온 전지(1)끼리를 평판 형상의 부스 바(101)에 의해 전기적으로 직렬로 접속하여, 리튬 이온 전지(1)의 집합체로서 구성되어 있다. 또한, 여기서 말하는 리튬 이온 전지(1)는 본 발명에 관한 「리튬 이온 전지」의 일례이다.
구체적으로는, 리튬 이온 전지(1)는, 도 2에 도시한 바와 같이 대략 직육면체 형상을 갖고 있는 동시에, 상방(Z1측)에 배치되는 덮개 부재(2)와, 상기 덮개 부재(2)의 하방(Z2측)에 배치되어 정극부(5)나 부극부(6)나 세퍼레이터(102)를 수납하는 전지 케이스 본체(3)를 구비하고 있다. 이 전지 케이스 본체(3)는 Al으로 이루어진다. 또한, 여기서 말하는 덮개 부재(2)는 본 발명의 「리튬 이온 전지용 덮개 부재」의 일례이다.
덮개 부재(2)는 평면적으로(상방으로부터) 볼 때 직사각 형상을 갖고, Al으로 이루어지는 판 형상의 덮개재(20)와, 덮개재(20)의 장변이 연장되는 방향(X방향)의 일측(X1측)에 배치된 정극 단자(21)와, 덮개재(20)의 장변이 연장되는 방향의 타측(X2측)에 배치된 부극 단자(4)를 구비하고 있다. 이 덮개재(20)는 전지 케이스 본체(3)와 마찬가지로 Al으로 이루어진다. 정극 단자(21)는 덮개재(20)의 상면(20a)으로부터 상방(Z1측)으로 돌출되도록, 덮개재(20)를 프레스 가공함으로써 형성되어 있다. 부극 단자(4)는 개별로 형성되어 있고, 덮개재(20)의 상면(20a)으로부터 상방(Z1측)으로 돌출되도록, 덮개재(20)에 의해 지지되어 있다. 또한, 여기서 말하는 부극 단자(4)는 본 발명에 관한 「리튬 온 전지용 부극 단자」의 일례이다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 리튬 이온 전지 접속체(100)에서는 평면적으로 볼 때 리튬 이온 전지(1)의 단변, 즉 덮개재(20)의 단변이 연장되는 방향(Y방향)을 따라서, 복수의 리튬 이온 전지(1)가 정렬 배치되어 있다. 또한, 리튬 이온 전지 접속체(100)에서는 X방향의 일측(X1측)에 정극 단자(21), 타측(X2측)에 부극 단자(4)가 위치하는 리튬 이온 전지(1)와, X2측에 정극 단자(21), X1측에 부극 단자(4)가 위치하는 리튬 이온 전지(1)가, Y방향을 따라서 교대로 배치되어 있다.
또한, 소정의 리튬 이온 전지(1)의 정극 단자(21)는 Y방향으로 연장되는 부스 바(101)의 Y방향의 단부에 대해 저항 용접에 의해 용접(접합)되어 있다. 또한, 마찬가지로, 소정의 리튬 이온 전지(1)와 인접하는 리튬 이온 전지(1)의 부극 단자(4)는 부스 바(101)의 Y방향의 단부에 대해 저항 용접에 의해 용접되어 있다. 즉, 소정의 리튬 이온 전지(1)의 정극 단자(21)는 부스 바(101)를 통해, 인접하는 리튬 이온 전지(1)의 부극 단자(4)와 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 복수의 리튬 이온 전지(1)가 부스 바(101)에 의해 직렬로 접속된 리튬 이온 전지 접속체(100)가 구성되어 있다.
또한, 리튬 이온 전지(1)의 정극 단자(21) 및 부극 단자(4)에는 각각 와이어(102)가 초음파 용접에 의해 용접되어 있다. 이들 와이어(102)는 정극 단자(21) 또는 부극 단자(4)의 부스 바(101)가 접합되어 있지 않은 영역에 접속되어 있다. 또한, 와이어(102)는 각각 접속된 리튬 이온 전지(1)의 발전 상태 등을 계측하기 위한 도시하지 않은 계측 기기, 또는 리튬 이온 전지에 부속되는 계측부에 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 리튬 이온 전지(1)의 열화의 정도 등의 상황의 계측 및 파악이 가능해지므로, 각각의 리튬 이온 전지(1)에 있어서의 충방전량의 모니터링이 가능해진다.
또한, 리튬 이온 전지(1)는, 도 3에 도시하는 정극부(5)와, 부극부(6)와, 양자를 이격하는 세퍼레이터(103)와, 전해액(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 정극부(5)는 Al박으로 이루어져 전해액과 접촉하는 정극(50)과, Al으로 이루어져 정극(50)에 전기적으로 접속되어 있는 집전부(51)로 구성되어 있다. 부극부(6)는 Cu박으로 이루어져 전해액과 접촉하는 부극(60)과, Cu로 이루어져 부극(60)에 전기적으로 접속되어 있는 집전부(61)로 구성되어 있다. 이 정극(50)과 부극(60)은 세퍼레이터(103)에 의해 격리되고, 절연 상태로 롤 형상으로 적층되어 있다.
또한, 정극부(5) 및 부극부(6)와 전해액이 전지 케이스 본체(3)의 수납부(3a)에 수납된 상태에서, 전지 케이스 본체(3)의 상단부면(3b)과 덮개재(20)의 하면(20b)의 외측 테두리부가 용접되어 있다. 이에 의해, 덮개 부재(2)와 전지 케이스 본체(3) 사이로부터의 전해액의 누설이 방지되는 동시에, 리튬 이온 전지(1)의 수납부(3a)가 밀폐 상태로 구성된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 덮개 부재(2)의 덮개재(20)는 두께 방향(Z방향)으로 약 1㎜의 두께 t1을 갖고 있다. 또한, 정극 단자(21)는, 상술한 바와 같이 프레스 가공에 의해, 덮개재(20)의 X1측의 일부를 덮개재(20)의 상면(20a)보다도 상방(Z1측)으로 돌출시킴으로써 형성되어 있다. 즉, 정극 단자(21)는 덮개재(20)와 일체적으로 형성되어 있는 동시에, Al으로 이루어지도록 구성되어 있다. 또한, 덮개재(20)의 X2측에는 두께 방향으로 관통하는 구멍부(20c)가 형성되어 있다. 구멍부(20c)는, 도 3에 도시한 바와 같이 평면적으로 볼 때 4각 형상으로 형성되어 있다. 또한, 구멍부(20c)에 있어서는, 구멍부(20c)의 대각선의 교점(중심)과 부극 단자(4)의 대각선의 교점(중심)을 대략 일치시키도록 하여, 부극 단자(4)가 절연부(46)를 통해 덮개재(20)에 의해 지지된 구성으로 되어 있다.
여기서, 제1 실시 형태에서는, 부극 단자(4)는 평면적으로 볼 때, 덮개재(20)의 구멍부(20c)보다도 작은 직사각형의 형상을 갖는다. 그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 부극 단자(4)는 부극부(6)(도 4 참조)측[하방(Z2측)]으로부터 순차적으로, 납재층(41)(Cu-P), Cu층(42), Ni층(43) 및 Al층(44)의 4층이, 충분한 접합 강도를 갖고 접합된 클래드재로 이루어진다. 이 제1 실시 형태에 있어서는, 본 발명에 있어서의 제1 금속층에 대응하는 층은 Al층(44)이고, 제2 금속층에 대응하는 층은 Cu층(42)이고, 반응 억제층에 대응하는 층은 Ni층(43)이다. 또한, 본 발명에 있어서 설치하면 바람직한 접합층에 대응하는 층은 납재층(41)이다.
리튬 이온 전지(1)에 있어서, 이 부극 단자(4)가 부극측의 단자부(40)의 기능을 갖는 것이 된다. 이 단자부(40)는 Al층(44)이 단자부(40)의 상방(Z1측)의 표면(44a)에 노출되고, 또한 납재층(41)이 단자부(40)의 하방(Z2측)의 표면(41a)에 노출되도록 구성되어 있다. 그리고, 이 단자부(40)의 Al층(44)이 부스 바(101)에 대해 충분한 접합 강도를 갖고 용접(접합)되고, 납재층(41)이 부극부(6)의 집전부(61)에 대해 충분한 접합 강도를 갖고 용접(접합)되어 있다.
상술한 Al층(44)은 정극 단자(21) 및 부스 바(101)(도 1 참조)와 마찬가지로, Cu계 재료보다도 밀도(비중)가 작고, Al계 재료 중에서도 보다 밀도가 작은 Al으로 이루어진다. 또한, Cu층(42)은 Al계 재료보다도 전기적인 저항(전기 저항)이 작고, Cu계 재료 중에서도 보다 전기 저항이 작은 Cu로 이루어진다. 또한, Ni층(43)은 Al과 Cu의 금속간 화합물이 생성되는 온도 영역에서는, Al이나 Cu 사이에서 기계적 강도가 취약한 금속간 화합물이 생성되기 어려운 Ni로 이루어진다. 또한, 납재층(41)은 Cu와 약 3질량％의 P을 함유하는 인 구리 납재(Cu-P)로 이루어지고, 약 710℃의 융점을 갖고 있다.
또한, 단자부(40)는 두께 방향(Z방향)으로 약 2㎜의 두께 t2를 갖고 있다. 즉, 단자부(40)의 두께 t2는 덮개재(20)의 두께 t1(약 1㎜, 도 4 참조)보다도 크다. 또한, Al층(44)의 두께 t3은 Cu층(42)의 두께 t5, Ni층(43)의 두께 t6 및 납재층(41)의 두께 t4를 가산한 두께의 총합보다도 커지도록 구성되어 있다. 또한, Cu층(42)의 두께 t5는 Ni층(43)의 두께 t6과 납재층(41)의 두께 t4를 가산한 두께의 총합보다도 커지도록 구성되어 있다.
또한, 노출되도록 배치된 Al층(44)의 Z1측의 표면(44a)과, 납재층(41)의 Z2측의 표면(41a)은 양자 모두 표면이 평면 형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 경우, Cu층(42)의 Z2측의 면이 평면 형상의 소재를 사용하여 클래드재로 형성하고 있다. 또한, 정극 단자(21)의 Z1측의 표면은 Al층(44)의 표면(44a)과 마찬가지로, 표면이 평면 형상으로 형성되어 있다.
또한, 부극 단자(4)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 부극 단자(4)의 단자부(40)의 측면의 일부를 두께 방향(Z방향)으로 덮도록 형성된, 프레임 형상의 절연부(46)를 통해 덮개재(20)에 지지되어 있다. 구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 절연부(46)는 단자부(40)의 Z1측에 위치하는 Al층(44)의 측면으로부터, Ni층(43)의 측면 및 Cu층(42)의 측면을 덮고, 단자부(40)의 Z2측에 위치하는 납재층(41)의 측면에 걸쳐서 덮고 있다. 또한, 절연부(46)는, 도 4에 도시한 바와 같이 평면적으로 볼 때 부극 단자(4)의 주위를 둘러싸도록 구성되어 있다. 이에 의해, 절연부(46)는, 도 5에 도시한 바와 같이 Al층(44)과 Ni층(43)의 접합 계면(45c), Ni층(43)과 Cu층(42)의 접합 계면(45b) 및 Cu층(42)과 납재층(41)의 접합 계면(45a)을 피복하여, 부극 단자(4)의 측면에 있어서 접합 계면이 노출되지 않도록 구성되어 있다.
상술한 절연부(46)는 절연성 및 내전해액성을 갖는 수지로 이루어진다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 절연부(46)는 덮개재(20)의 두께 t1(약 1㎜)과 대략 동일한 두께를 갖고 있다. 즉, 절연부(46)의 두께는 단자부(40)의 두께 t2(약 2㎜)보다도 작다. 이에 의해, 부극 단자(4)가 덮개재(20)의 구멍부(20c)에 배치된 상태에서, 절연부(46)는 덮개재(20)의 상면(20a) 및 하면(20b)과 동일 평면이 되도록 구성되어 있다.
또한, 부극 단자(4)가 덮개재(20)의 구멍부(20c)에 배치된 상태에서, 절연부(46)의 외측면과 구멍부(20c)의 내주면이 서로 대향하여 접촉하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 부극 단자(4)를 절연부(46)를 통해 덮개재(20)로 지지할 수 있다. 또한, 부극 단자(4)가 덮개재(20)의 구멍부(20c)에 배치된 상태에서, 부극 단자(4)의 단자부(40)에 있어서의 Al층(44)은 덮개재(20)의 상면(20a)으로부터 상방(Z1측)으로 돌출되도록 구성되어 있는 동시에, 단자부(40)에 있어서의 납재층(41)은 덮개재(20)의 하면(20b)으로부터 하방(Z2측)으로 돌출되도록 구성되어 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 덮개재(20)의 하면(20b)측에 있어서, 부극 단자(4)의 납재층(41)과 부극부(6)의 집전부(61)가 저항 용접에 의해 접합되어 있다. 이에 의해, 용접된 영역에 대응하는 납재층(41)과 집전부(61) 사이에는 접합부(7a)가 형성된다. 이 접합부(7a)는, 주로, 인 구리 납재로 이루어지는 납재층(41)의 일부가 용융됨으로써 생성된다. 즉, 접합부(7a)는 Cu를 함유하는 금속층으로서 형성되는 것이다. 또한, 정극 단자(21)와 정극부(5)의 집전부(51)가, 저항 용접에 의해 접합되어 있다. 이에 의해, 용접된 영역에 대응하는 정극 단자(21)와 집전부(51) 사이에는 Al으로 이루어지는 금속층이 접합부(7b)로서 형성되는 것이다.
또한, 덮개재(20)의 상면(20a)측에 있어서, 부극 단자(4)의 Al층(44)과 부스 바(101)가 저항 용접에 의해 접합되어 있다. 또한, 정극 단자(21)와 부스 바(101)가 저항 용접에 의해 접합되어 있다. 이에 의해, 용접된 영역에 대응하는 Al층(44)과 부스 바(101) 사이 및 정극 단자(21)와 부스 바(101) 사이에는 Al으로 이루어지는 금속층이 접합부(7c)로서 형성되는 것이다.
계속해서, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태로서 상술한 부극 단자(4), 덮개 부재(2), 리튬 이온 전지(1) 및 리튬 이온 전지 접속체(100)에 대해, 그 제조 프로세스의 일례를 상세하게 설명한다.
우선, 약 1㎜의 두께 t1(도 4 참조)을 갖고, Al으로 이루어지는 Al판(도시하지 않음)을 준비한다. 그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 프레스 가공에 의해, Al판의 X1측을 Al판의 상면(20a)보다도 상방(Z1측)으로 돌출시켜 정극 단자(21)를 형성한다. 또한, Al판의 X2측에, 두께 방향(Z방향)으로 관통하는 구멍부(20c)를 형성한다. 이에 의해, 리튬 이온 전지(1)용 덮개재(20)가 형성된다.
또한, Al판, Ni판, Cu판 및 판 형상의 인 구리 납재(모두 도시하지 않음)를 준비한다. 이때, Al판의 판 두께를, Ni판의 판 두께, Cu판의 판 두께 및 판 형상의 인 구리 납재의 판 두께를 가산한 판 두께의 총합보다도 크게 한다. 또한, Cu판의 판 두께를, Ni판의 판 두께와 판 형상의 인 구리 납재의 판 두께를 가산한 판 두께의 총합보다도 크게 한다. 그리고, Al판, Ni판, Cu판 및 판 형상의 인 구리 납재를 순차 적층하고, 클래드 압연기나 프레스 장치 등을 사용하여 소정의 압력을 가하여 접합한다. 이 경우, 판 형상의 인 구리 납재로부터 Al판으로 순차 적층해도 된다.
이에 의해, 도 5에 도시한 바와 같이, 두께 방향(Z방향)으로 약 2㎜의 두께 t2를 갖고, Al층(44), Ni층(43), Cu층(42) 및 납재층(41)이 적층되어 접합된 4층의 클래드재를 형성할 수 있다. 이와 같이 클래드재로 함으로써, Al층(44)과 Ni층(43)이 접합 계면(45c)이고, Cu층(42)과 Ni층(43)이 접합 계면(45b)이고, Cu층(42)과 납재층(41)이 접합 계면(45a)이고, 각각 충분한 접합 강도를 갖고 접합된, 부극 단자(4)용 소재로서 구성된다.
이와 같이 하여 형성된 클래드재는 Al층(44)의 두께 t3이, Cu층(42)의 두께 t5, Ni층(43)의 두께 t6 및 납재층(41)의 두께 t4를 가산한 층의 두께의 총합보다도 커진다. 또한, Cu층(42)의 두께 t5가, Ni층(43)의 두께 t6과 납재층(41)의 두께 t4를 가산한 층의 두께의 총합보다도 커진다.
이렇게 하여 얻은 클래드재를 사용하여, 평면적으로 볼 때, 덮개재(20)의 구멍부(20c)보다도 작아지도록(도 3 참조), 프레스 펀칭 등에 의해 사각 형상으로 가공함으로써, 부극 단자(4)를 형성할 수 있다.
얻어진 부극 단자(4)[도 6에 단자부(40)로서 도시함]를 사용하여, 상기 부극 단자(4)를 덮개재(20)의 구멍부(20c) 내에 배치한다. 이때, 부극 단자(4)의 측면이 구멍부(20c)의 내주면에 접촉하지 않도록, 구멍부(20c)의 대각선의 교점(중심)과 부극 단자(4)의 대각선의 교점(중심)이 대략 일치하도록, 부극 단자(4)를 배치한다. 그리고, 덮개재(20) 및 부극 단자(4)를 금형(도시하지 않음) 등에 고정한 상태에서, 절연부(46)를 형성하기 위한 수지를 사출 성형에 의해 형성한다. 이에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이, 덮개재(20)의 구멍부(20c)와 부극 단자(4) 사이에, 덮개재(20)의 두께 t1(약 1㎜)과 대략 동일한 두께가 되도록 절연부(46)가 형성된다. 이때, 절연부(46)는, 도 5에 도시한 바와 같이 Al층(44)과 Ni층(43)의 접합 계면(45c), Cu층(42)과 Ni층(43)의 접합 계면(45b) 및 Cu층(42)과 납재층(41)의 접합 계면(45a)에 대응하는 부극 단자(4)의 측면을 덮도록 형성해 둔다. 또한, 절연부(46)의 외측면과 구멍부(20c)의 내주면이 서로 접촉하도록 절연부(46)를 형성해 둔다. 이 결과, 리튬 이온 전지(1)용 부극 단자(4)를 구비한 덮개 부재(2)가 형성된다.
상술한 제조 프로세스에서 얻은 부극 단자(4)를 구비한 덮개 부재(2)와, 별도 준비한 도 3에 도시하는 리튬 이온 전지(1)용 정극부(5) 및 부극부(6)를 사용하여, 리튬 이온 전지(1)를 제조할 수 있다.
우선, 덮개 부재(2)에 있어서의 덮개재(20)의 하면(20b)측에 있어서, 부극 단자(4)의 납재층(41)의 표면(41a)과, 부극부(6)의 집전부(61)를 저항 용접에 의해 접속한다. 구체적으로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 납재층(41)의 표면(41a)과 집전부(61)를 접촉시킨 상태에서, 하방(Z2측)으로부터 저항 용접용 전극(104a)을 집전부(61)의 하면에 접촉시키는 동시에, 상방(Z1측)으로부터 저항 용접용 전극(104b)을 부극 단자(4)의 Al층(44)의 표면(44a)에 접촉시킨다. 그렇게 하여, 전극(104a)과 전극(104b) 사이에, 소정 시간, 통전함으로써 접속할 수 있다.
이 저항 용접에 있어서는, 접합 전에는 접촉 저항이 큰 납재층(41)과 집전부(61) 사이에서, 납재층(41)을 용융시킬 정도의 열(약 710℃)이 발생한다. 이 결과, 납재층(41)과 집전부(61)가 Cu를 함유하는 금속층을 생성한다. 그렇게 하여, 냉각하여 응고되면, 이 금속층이 Cu를 함유하는 접합부(7a)로서 형성되고, 접합부(7a)를 통해 납재층(41)과 집전부(61)가 접합된다. 이때, 발생한 약 710℃의 열에 기인하여, 집전부(61)의 Cu, 납재층(41)의 Cu 및 Cu층(42)의 Cu가 확산된다. 이에 추가하여, Al층(44)의 Al도 확산된다. 그러나, 부극 단자(4)의 내부에서는, Cu층(42)과 Al층(44) 사이에 존재하는 Ni층(43)에 의해, Cu의 Al층(44)측(Z1측)으로의 확산이 억제된다. 동시에, Ni층(43)에 의해, Al의 Cu층(42)측(Z2측)으로의 확산이 억제된다. 따라서, 부극 단자(4)의 내부에서는 Al과 Cu의 반응이 억제되므로, 접합 강도가 저하되는 일은 없다.
부극부(6)에 이어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 덮개재(20)의 하면(20b)측에 있어서, 정극 단자(21)에 대응하는 덮개재(20)의 하면(20b)과 정극부(5)의 집전부(51)를, 상술한 납재층(41)과 부극부(6)의 집전부(61)의 경우와 마찬가지로, 저항 용접한다. 이에 의해, 정극 단자(21)와 집전부(51)가, Al으로 이루어지는 금속층으로서 형성된 접합부(7b)를 통해 접합된다.
그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 정극부(5) 및 부극부(6)와 전해액을 전지 케이스 본체(3)의 수납부(3a)에 수납한 상태에서, 전지 케이스 본체(3)의 상단부면(3b)과 덮개재(20)의 하면(20b)의 외측 테두리부를 용접하여 밀폐한다. 이에 의해, 도 2에 도시하는 리튬 이온 전지(1)를 얻을 수 있다.
그 후, 도 1에 도시한 바와 같이, Y방향을 따라서 복수의 리튬 이온 전지(1)를 배치한다. 그리고, Y방향의 일측에 있어서는, 소정의 리튬 이온 전지(1)의 단자부(40)의 Al층(44)과, 부스 바(101)의 Y방향의 한쪽 단부를 저항 용접하고, Y방향의 타측에 있어서는, 소정의 리튬 이온 전지(1)에 인접하는 다른 리튬 이온 전지(1)의 정극 단자(21)와, 부스 바(101)의 Y방향의 다른 쪽 단부를 저항 용접한다. 이에 의해, 도 4에 도시한 바와 같이, 부극 단자(4)의 Al층(44)과 부스 바(101)가 Al으로 이루어지는 금속층으로서 형성된 접합부(7c)를 통해 접합되고, 정극 단자(21)와 부스 바(101)가 Al으로 이루어지는 금속층으로서 형성된 접합부(7c)를 통해 접합되고, 복수의 리튬 이온 전지(1)가 복수의 부스 바(101)에 의해 직렬로 접속된 구성이 된다. 마지막으로, 각각의 리튬 이온 전지(1)의 정극 단자(21) 및 부극 단자(4)에 있어서의 부스 바(101)가 접속되어 있는 영역 이외의 나머지 영역에, 와이어(102)를 초전파 용접에 의해 용접한다. 이에 의해, 리튬 이온 전지 접속체(100)를 얻을 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음에, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태가 되는 리튬 이온 전지용 부극 단자(204)에 대해 구조를 설명한다. 이 제2 실시 형태는, 상술한 제1 실시 형태와는 달리, 부극 단자(204)의 단자부(240)에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 제2 금속층으로서 설치한 Cu층(42) 대신에, 접합층으로서 설치한 납재층(41)을 제2 금속층으로 한 구성이다. 즉, 본 발명에 관한 부극 단자에 있어서의 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층을, Cu를 함유하는 납재로 이루어지는 납재층(41)으로 한 것이다. 또한, 부극 단자(204)는 본 발명의 「리튬 이온 전지용 부극 단자」의 일례이다.
본 발명의 제2 실시 형태가 되는 부극 단자(204)의 단자부(240)는, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 하방(Z2측)으로부터 순차적으로, 납재층(41), Ni층(43) 및 Al층(44)이 적층된 상태에서 접합된 3층의 클래드재로 이루어진다. 여기서 사용한 납재층(41)은 제1 실시 형태에서 사용한 것과 동일하고, Cu와 약 3질량％의 P을 함유하는 인 구리 납재(Cu-P)로 이루어진다. 이 클래드재는 제1 실시 형태에 있어서 제2 금속층으로서 설치한 Cu층(42) 및 접합층으로서 설치한 납재층(41)의 기능을, 1개의 납재층(41)에 갖게 한 구성이 된다. 따라서, 제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태로서 상술한 부극 단자(4)의 구성을 보다 간소화할 수 있다.
상술한 납재층(41)과 Ni층(43)은 계면(245d)(도 9 참조)에 있어서 서로 접합(확산 접합)하고 있다. 또한, Ni층(43)은 Al층(44)을 구성하는 Al 및 부극부(6)를 구성하는 Cu의 확산을 막아, Al과 Cu의 반응을 억제하는 기능을 갖는다. 또한, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서, 상술한 사항을 제외한 다른 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시 형태로서 상술한 부극 단자(204)에 관한 제조 프로세스에 대해서는, 제1 실시 형태에 있어서의 부극 단자(4)에 있어서 Cu층(42)을 설치하는 제조 프로세스를 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
(제3 실시 형태)
다음에, 도 11과 도 12를 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태가 되는 리튬 이온 전지용 부극 단자(304)에 대해 구조를 설명한다. 이 제3 실시 형태는, 상술한 제1 실시 형태와는 달리, 부극 단자(304)의 단자부(340)에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 접합층으로서 설치한 납재층(41) 대신에, Ni층(341)을 접합층으로 한 구성이다. 또한, 부극 단자(304)는 본 발명의 「리튬 이온 전지용 부극 단자」의 일례이다.
본 발명의 제3 실시 형태의 부극 단자(304)의 단자부(340)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 하방(Z2측)으로부터 순차적으로, Ni층(341), Cu층(42), Ni층(43) 및 Al층(44)이 적층된 상태에서 접합된 4층의 클래드재로 이루어진다. 그리고, Ni층(341)과 Cu층(42)은 접합 계면(345a)에 있어서 접합(확산 접합)되어 있다. 또한, Ni층(341)은 반응 억제층인 Ni층(43)과 마찬가지로, Ni로 이루어진다. 또한, Ni층(341)의 두께 t7은 Al층(44)의 두께 t3 및 Cu층(42)의 두께 t5보다도 작아지도록 구성되어 있다.
또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 덮개재(20)의 하면(20b)측에 있어서, 부극 단자(304)에 있어서의 단자부(340)의 Ni층(341)과 부극부(6)의 집전부(61)가 저항 용접에 의해 접합되어 있다. 이에 의해, 용접된 영역에 대응하는 Ni층(341)과 집전부(61) 사이에는 접합부(307a)가 형성된다. 이 접합부(307a)는 Ni층(341)을 구성하는 Ni과, 집전부(61)를 구성하는 Cu가 반응하여 형성된 Ni-Cu 합금으로 이루어지는 금속층이다. 또한, 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서, 상술한 사항을 제외한 다른 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
계속해서, 도 11과 도 12를 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태로서 상술한 부극 단자(304)와, 이를 구비한 덮개 부재(302)에 관한 제조 프로세스에 대해 설명한다.
우선, 판 형상의 제1 Ni판, Cu판, 제2 Ni판 및 Al판(도시하지 않음)을 준비한다. 이때, Al판의 판 두께를, 제1 Ni판의 판 두께와, Cu판의 판 두께와, 제2 Ni판의 판 두께를 가산한 판 두께의 총합보다도 크게 한다. 또한, Cu판의 판 두께를, 제1 Ni판의 판 두께와 제2 Ni판의 판 두께를 가산한 판 두께의 총합보다도 크게 한다. 그리고, 제1 Ni판, Cu판, 제2 Ni판 및 Al판을 순차 적층하고, 클래드 압연기나 프레스 장치 등을 사용하여 소정의 압력을 가하여 접합한다. 이에 의해, Ni층(341), Cu층(42), Ni층(43) 및 Al층(44)이 적층되어 접합된 4층의 클래드재를 형성할 수 있다. 이때, Ni층(341)과 Cu층(42)이, 접합 계면(345a)에 있어서 접합(확산 접합)되어 있다. 또한, Ni층(341)의 두께 t7이, Al층(44)의 두께 t3과 Cu층(42)의 두께 t5를 가산한 층의 두께의 총합보다도 작아진다. 그리고, 형성된 4층으로 구성된 클래드재를, 프레스 가공 등에 의해 소정의 크기의 사각 형상으로 펀칭함으로써, 도 11에 도시하는 부극 단자(304)[단자부(340)]를 얻을 수 있다.
그리고, 제1 실시 형태와 동일한 제조 프로세스에 의해, 도 12에 도시한 바와 같이, 정극 단자(21)와 부극 단자(304)가 설치된 덮개 부재(302)가 형성된다. 그리고, 덮개재(20)의 하면(20b)측에 있어서, 부극 단자(304)에 있어서의 Ni층(341)의 표면(341a)과 부극부(6)의 집전부(61)를 저항 용접에 의해 접속한다. 이때, 접합 전에는 접촉 저항이 큰 Ni층(341)과 집전부(61) 사이이고, 또한 전기 저항이 큰 Ni층(341)측에서, 집전부(61)를 용융시킬 정도의 열(약 1100℃)이 발생한다. 이에 의해, 융해된 집전부(61)의 Cu와, Ni층(341)의 Ni이 반응하여, 부극 단자(304)의 Ni층(341)과 집전부(61)가 Ni-Cu 합금으로 이루어지는 금속층으로서 형성된 접합부(307a)를 통해 접합된다. 또한, 본 발명의 제3 실시 형태의 그 밖의 제조 프로세스는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
(제4 실시 형태)
다음에, 도 13 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태가 되는 리튬 이온 전지용 부극 단자(404)에 대해 구조를 설명한다. 이 제4 실시 형태는 상술한 제1 실시 형태와는 달리, 부극 단자(404)의 단자부(440)에 있어서, 제1 실시 형태에 있어서 접합층으로서 설치한 납재층(41)을 설치하지 않은 구성이다. 또한, 이 제4 실시 형태로 한 부극 단자(404)는 본 발명에 관한 부극 단자의 가장 기본적인 구성이며, 각각의 층의 재질은 필요에 따라서 선정할 수 있다.
본 발명의 제4 실시 형태의 부극 단자(404)의 단자부(440)는, 도 13에 도시한 바와 같이 하방(Z2측)으로부터 순차적으로, Cu층(42), Ni층(43) 및 Al층(44)이 적층된 상태에서 접합된 3층의 클래드재로 이루어진다. 즉, 상술한 제1 실시 형태와는 달리, 제4 실시 형태의 단자부(440)에는 납재층(41)이 형성되어 있지 않다.
또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 덮개재(20)의 하면(20b)측에 있어서, 부극 단자(404)에 있어서의 단자부(440)의 Cu층(42)과 부극부(6)의 집전부(61)가 레이저 용접에 의해 접합되어 있다. 이에 의해, 용접된 영역에 대응하는 Cu층(42)과 집전부(61) 사이에는 접합부(407e)가 형성되어 있다. 이 접합부(407e)는 용접된 영역의 집전부(61)가 용융되어 형성된 Cu로 이루어지는 금속층이다. 또한, 본 발명의 제4 실시 형태의 그 밖의 구조는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
계속해서, 도 13 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태로서 상술한 부극 단자(404)와, 이를 구비한 덮개 부재(402)에 관한 제조 프로세스에 대해 설명한다.
우선, 판 형상의 Cu판, Ni판 및 Al판(도시하지 않음)을 준비한다. 그리고, Cu판, Ni판 및 Al판을 순차 적층하여, 클래드 압연기나 프레스 장치 등을 사용하여 소정의 압력을 가하여 접합한다. 이에 의해, Cu층(42), Ni층(43) 및 Al층(44)이 적층되어 접합된 3층의 클래드재가 형성된다. 그리고, 형성된 클래드재를 프레스 가공 등에 의해 소정의 크기의 사각 형상으로 펀칭함으로써, 도 13에 도시하는 부극 단자(404)[단자부(440)]를 얻을 수 있다.
그리고, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 제조 프로세스에 의해, 도 15에 도시한 바와 같이, 정극 단자(21)와 부극 단자(404)가 설치된 덮개 부재(402)가 형성된다. 그리고, 덮개재(20)의 하면(20b)측에 있어서, 레이저 용접기(105)를 사용하여, 부극 단자(404)에 있어서의 Cu층(42)과 부극부(6)의 집전부(61)를 레이저 용접한다. 구체적으로는, 부극 단자(404)에 있어서의 단자부(440)의 Cu층(42)의 표면(442a)과 부극부(6)의 집전부(61)를 접촉시킨 상태에서, 레이저 용접기(105)를 사용하여 하방(Z2측)으로부터 레이저광을 조사한다. 이에 의해, 도 14에 도시한 바와 같이, 레이저광이 조사된 부분의 집전부(61)가 용융됨으로써, 부극 단자(404)의 Cu층(42)과 집전부(61)가 Cu로 이루어지는 금속층으로서 형성된 접합부(407e)를 통해 접합된다. 또한, 본 발명의 제4 실시 형태의 그 밖의 제조 프로세스는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
(제5 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제5 실시 형태가 되는 리튬 이온 전지(501), 이를 사용한 리튬 이온 전지 접속체(500)에 관한 구성에 대해, 도 3, 도 4 및 도 16을 참조하여 설명한다. 이 제5 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태와는 달리, 리튬 이온 전지(501)에 있어서의 덮개 부재(502)의 덮개재(520)에, 상면(20a)으로부터 돌출되는 정극 단자를 형성하고 있지 않다. 또한, 부극 단자로서는 제1 실시 형태에 있어서의 부극 단자(4)를, 덮개 부재로서는 마찬가지로 덮개 부재(2)를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이온 전지(501)는 본 발명의 「리튬 이온 전지」의 일례이고, 덮개 부재(502)는 본 발명의 「리튬 이온 전지용 덮개 부재」의 일례이다.
본 발명의 제5 실시 형태에서는, 리튬 이온 전지 접속체(500)의 리튬 이온 전지(501)에 있어서, 덮개 부재(502)는, 도 16에 도시한 바와 같이 덮개재(520)의 X방향의 대략 중앙에 구멍부(520c)를 형성한 덮개재(520)와, 이 구멍부(520c)에 배치된 부극 단자(4)를 갖고 있다. 즉, 제1 실시 형태와는 달리, 덮개 부재(502)의 덮개재(520)에는 상면(20a)으로부터 상방(Z1측)으로 돌출되는 정극 단자가 형성되어 있지 않다. 한편, 정극부(5)의 집전부(51)(도 3 참조)는 Al으로 이루어지는 전지 케이스 본체(503) 또는 Al으로 이루어지는 덮개재(520)에 대해 접속되는 구성이다.
또한, 리튬 이온 전지 접속체(500)는 복수의 리튬 이온 전지(501)가 Y방향을 따라서 교대로 배치되어 있고, 덮개 부재(502)가 상방(Z1측)에 위치하는 리튬 이온 전지(501)와, 덮개 부재(502)가 하방(Z2측)에 위치하는 리튬 이온 전지(501)가 있다. 또한, Y방향의 일측에 있어서, 소정의 리튬 이온 전지(501)의 부극 단자(4)가, 부스 바(101)의 Y방향의 한쪽 단부에 저항 용접에 의해 용접(접합)되어 있다. 또한, Y방향의 타측에 있어서, 소정의 리튬 이온 전지(501)와 인접하는 다른 리튬 이온 전지(501)의 전지 케이스 본체(503)의 저면(3c)에 대해, 부스 바(101)의 Y방향의 다른 쪽 단부가 저항 용접에 의해 용접되어 있다. 이에 의해, 소정의 리튬 이온 전지(501)의 부극 단자(4)가, 부스 바(101)를 통해, 인접하는 다른 리튬 이온 전지(501)의 전지 케이스 본체(503)의 저면(3c)과 접속된 구성이 된다.
이와 같이 하여, 복수의 리튬 이온 전지(501)가 직렬로 접속된 리튬 이온 전지 접속체(500)가 구성된다. 여기서, 제5 실시 형태에 있어서는, 부스 바(101)의 타측(정극 단자측)을 전지 케이스 본체(503)의 저면(3c)에 용접하는 구성으로 한정되지 않고, 전지 케이스 본체(503)의 측면이나 덮개재(520)에 용접하는 구성이어도 된다. 이에 의해, 제1 내지 제4 실시 형태와 같이 특정한 위치[덮개재(20)의 X1측]에 정극 단자(21)를 설치하고, 설치된 정극 단자(21)의 위치에서 부스 바(101)의 타측을 용접하는 구성과 비교하여, 부스 바(101)를 접합하는 위치의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제5 실시 형태의 그 밖의 구조는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
계속해서, 도 3과 도 16을 참조하여, 본 발명의 제5 실시 형태로서 상술한 리튬 이온 전지(501), 이를 사용한 리튬 이온 전지 접속체(500)에 관한 제조 프로세스에 대해 설명한다.
우선, Al으로 이루어지는 Al판(도시하지 않음)을 준비한다. 그리고, Al판의 X방향의 대략 중앙에, 두께 방향(Z방향)으로 관통하는 구멍부(520c)를 형성한다. 이에 의해, 도 16에 도시하는 덮개재(520)가 형성된다. 그리고, 제1 실시 형태와 동일한 제조 프로세스에 의해, 리튬 이온 전지(501)가 제조된다. 이때, 정극부(5)의 집전부(51)(도 3 참조)는 전지 케이스 본체(503) 또는 덮개재(520)의 임의의 위치에 용접된다.
그 후, 인접하는 리튬 이온 전지(501)의 상하 방향이 반대가 되도록, Y방향을 따라서 복수의 리튬 이온 전지(501)를 배치한다. 그리고, Y방향의 일측의 Z1측에 있어서, 소정의 리튬 이온 전지(501)의 부극 단자(4)와, 부스 바(101)의 Y방향의 한쪽 단부를 저항 용접한다. 또한, Y방향의 타측에 있어서, 소정의 리튬 이온 전지(501)와 인접하는 리튬 이온 전지(501)의 전지 케이스 본체(503)의 저면(3c)과, 부스 바(101)의 Y방향의 다른 쪽 단부를 저항 용접한다. 마찬가지로 하여, Z2측에 있어서, 소정의 리튬 이온 전지(501)의 전지 케이스 본체(503)의 저면(3c)과, 부스 바(101)의 Y방향의 다른 쪽 단부를 저항 용접하고, Y방향의 일측에서 인접하는 리튬 이온 전지(501)의 부극 단자(4)와, 부스 바(101)의 Y방향의 한쪽 단부를 저항 용접한다. 이와 같이 하여, 제1 실시 형태와 동일한 제조 프로세스에 의해, 도 16에 도시하는 리튬 이온 전지 접속체(500)를 얻을 수 있다.
(제6 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제6 실시 형태가 되는 리튬 이온 전지(601)에 관한 구성에 대해, 도 4와 도 17을 참조하여 설명한다. 이 제6 실시 형태는, 상술한 제1 실시 형태와는 달리, 덮개 부재(602)의 덮개재(620)와 전지 케이스 본체(603)가, 모두 Ni 도금 강판(Ni 도금 Fe 합금)으로 이루어지는 구성이다. 또한, 리튬 이온 전지(601)는 본 발명의 「리튬 이온 전지」의 일례이고, 덮개 부재(602)는 본 발명의 「리튬 이온 전지용 덮개 부재」의 일례이다.
본 발명의 제6 실시 형태가 되는 리튬 이온 전지(601)는, 도 17에 도시한 바와 같이 덮개 부재(602)의 덮개재(620)와 전지 케이스 본체(603)가, 모두 기계적 강도를 갖고 변형되기 어려운 Ni 도금 강판으로 이루어진다. 또한, 덮개재(620)의 상면(20a)의 X1측에는 Al의 판재로 이루어지는 정극 단자(621)가 용접되어 있다. 또한, 본 발명의 제6 실시 형태의 그 밖의 구조는 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
계속해서, 도 17을 참조하여, 본 발명의 제6 실시 형태로서 상술한 리튬 이온 전지(601)에 관한 제조 프로세스에 대해 설명한다.
우선, 상술한 Ni 도금 강판으로 이루어지는 판재를 준비한다. 그리고, 판재의 X1측에, Al의 판재로 이루어지는 정극 단자(621)를 용접하는 동시에, 판재의 X2측에 구멍부(20c)를 형성한다. 이에 의해, 덮개재(620)가 형성된다. 또한, 본 발명의 제6 실시 형태의 그 밖의 제조 프로세스는 Ni 도금 강판으로 이루어지는 전지 케이스 본체(603)를 사용하는 점을 제외하고, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
이상, 제1 실시 형태 내지 제6 실시 형태로서 상술한 본 발명에 관한 실시예는 모든 점에서 본 발명에 관한 기술적 구성을 예시한 것에 지나지 않고, 본 발명에 관한 범위를 제한하는 것이 아니라고 이해되어야 한다. 즉, 본 발명의 범위는 상술한 실시 형태나 실시예의 설명에는 없고 특허청구의 범위에 의해 나타나고, 또한 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모두의 변경이 포함된다.
예를 들어, 상술한 실시 형태에서는 부극 단자[4(204, 304, 404)]의 Al층(44)(제1 금속층)이 Al으로 이루어지고, Cu층(42)(제2 금속층)이 Cu로 이루어지고, Ni층(43)(반응 억제층)이 Ni로 이루어지는 구체예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 부극 단자의 제1 금속층이 Al-Mn 합금 등의 Al 합금으로 이루어지고, 제2 금속층이 Cu-Ni 합금 등의 Cu 합금으로 이루어지도록 구성해도 된다. 마찬가지로, 덮개재나 전지 케이스 본체 등의 재질에 대해서도, 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 필요에 따라서 적절하게 선정할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 절연부(46)가 덮개재[20(520, 620)]의 두께 t1(약 1㎜)과 대략 동일한 두께를 갖는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 절연부의 두께 t1은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 단자부와 덮개재의 내주면이 접촉하는 것을 억제하기 위해, 절연부의 두께는 덮개재의 두께 t1(약 1㎜) 이상인 쪽이 바람직하다. 한편, 단자부의 Al층과 부스 바를 용접할 때 및 단자부의 납재층(Ni층 및 Cu층)과 부극부의 집전체를 용접할 때에, 덮개재와 절연체가 접촉하는 것을 억제하기 위해, 절연부의 두께는 단자부의 두께 t2(약 2㎜) 이하인 쪽이 바람직하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, Ni 도금 강판으로 이루어지는 덮개재(620)의 상면(20a)에, Al의 판재로 이루어지는 정극 단자(621)를 용접한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, Ni 도금 강판으로 이루어지는 덮개재(620)의 소정의 위치에 Al을 도금함으로써, 덮개재(620)에 정극 단자(621)를 형성해도 되고, 전지 케이스 본체(603)의 소정의 위치에 Al을 도금함으로써, 전지 케이스 본체(603)에 정극 단자(621)를 형성해도 된다. 또한, 덮개재(620)와 전지 케이스 본체(603)가, 모두 Ni 도금 강판(Ni 도금 Fe) 합금으로 이루어지는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 덮개재(620)와 전지 케이스 본체(603)가, 모두 Fe-Ni 합금으로 이루어지도록 구성해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 부극 단자[4(204, 304, 404)]의 단자부[40(240, 340, 440)]가 약 2㎜의 두께 t2를 갖는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 부극 단자의 두께 t2는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 부극 단자의 단자부의 두께 t2는 약 1㎜ 이상 약 3㎜ 미만인 것이 바람직하다. 또한, 덮개재와 부스 바가 접촉하지 않는 상태에서 부극 단자와 부스 바를 접합하기 위해, 단자부의 두께 t2는 덮개재의 두께 t1 이상인 쪽이 바람직하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 부극 단자(4)의 납재층(41)이 Cu와 약 3질량％의 P을 함유하는 인 구리 납재(Cu-P)로 이루어지는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 부극 단자(4)의 납재층(41)은 부극 단자(4)와 부극부(6)의 집전부(61)를 접합 가능한 것이면 된다. 또한, 부극 단자(4)의 납재층(41)은 Cu가 함유되어 있는 쪽이 전기 저항을 감소시키는 동시에, 동종 금속 사이의 접합을 형성하는 것이 가능한 점으로부터 바람직하다. 구체적으로는, Ag 납(Ag-Cu-Zn 합금)이나 Cu-Sn 합금을 납재층으로서 사용해도 된다.
1 : 리튬 이온 전지
2 : 덮개 부재
3 : 전지 케이스 본체
4 : 부극 단자
5 : 정극부
6 : 부극부
41 : 납재층
42 : Cu층
43 : Ni층
44 : Al층
46 : 절연부
100 : 리튬 이온 전지 접속체
101 : 부스 바

Claims (13)

  1. Cu 또는 Cu 합금으로 이루어진 부극부에 접합됨과 함께, Al 또는 Al 합금으로 이루어진 부스 바에 용접되는 리튬 이온 전지용 부극 단자이며,
    Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 제1 금속층과, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 제2 금속층과, 상기 제2 금속층에 있어서 상기 부극부와 접속하는 측에 접합되고, Cu를 함유하는 납재로 구성되는 접합층을 갖고,
    상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 반응을 억제함과 함께, 상기 제1 금속층보다도 융점이 높은 반응 억제층을 통해 접합된 클래드재로 이루어지는, 리튬 이온 전지용 부극 단자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응 억제층은 Ni 또는 Ni 합금, 혹은 Ti 또는 Ti 합금 중 어느 하나로 이루어지는, 리튬 이온 전지용 부극 단자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층은 표면이 평면 형상으로 형성되어 있는, 리튬 이온 전지용 부극 단자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 금속층은 Cu를 함유하는 납재로 이루어지는, 리튬 이온 전지용 부극 단자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 금속층의 두께는 상기 제1 금속층 이외의 층의 두께의 총합보다도 큰, 리튬 이온 전지용 부극 단자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 금속층의 두께는 상기 제1 금속층을 제외한 상기 제2 금속층 이외의 층의 두께의 총합보다도 큰, 리튬 이온 전지용 부극 단자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부극 단자에 있어서의 접합 계면은 노출 방지 처리가 실시되어 있는, 리튬 이온 전지용 부극 단자.
  8. 제1항 또는 제2항에 기재된 부극 단자를 구비한 리튬 이온 전지용 덮개 부재이며, 상기 덮개 부재는 구멍부가 형성된 금속 재료로 이루어지는 덮개재를 갖고, 상기 구멍부에 있어서, 상기 부극 단자는 전기적으로 절연한 상태로 지지되어 있는, 리튬 이온 전지용 덮개 부재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 구멍부에 있어서, 상기 부극 단자는 상기 덮개재의 표면보다도 돌출된 상태로 지지되어 있는, 리튬 이온 전지용 덮개 부재.
  10. 제8항에 기재된 덮개 부재를 사용한 리튬 이온 전지이며, Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 부극부와, Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 정극부와, 전해액이 적어도 수납된 수납 부재를 갖고, 상기 수납 부재는 상기 덮개 부재에 의해 밀폐되어 있고, 상기 부극부에는 상기 부극 단자가 접속되어 있는, 리튬 이온 전지.
  11. 제10항에 있어서, 복수의 리튬 이온 전지의 정극측과 상기 부극 단자가 Al 또는 Al 합금으로 이루어지는 부스 바에 의해 전기적으로 직렬로 접속되어 있는, 리튬 이온 전지.
  12. 삭제
  13. 삭제
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