KR100281190B1

KR100281190B1 - 배터리

Info

Publication number: KR100281190B1
Application number: KR1019970058037A
Authority: KR
Inventors: 야스히코 쇼지; 다카유키 아오이; 겐지 야마모토; 도모타카 가와노
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 2001-04-02
Also published as: EP0840382B1; CA2218128C; SG54584A1; EP0840382A1; IN192037B; US5976728A; ID18768A; CN1094258C; KR19980042068A; DE69706628T2; DE69706628D1; JP3346191B2; JPH10134790A; CN1181637A; CA2218128A1; AU689071B1

Abstract

전력을 발생시키기 위한 한 쌍의 음극전력 발생원 요소와 양극전력 발생원 요소, 및 전력 발생원 요소를 속에 수용하고 또한 컨테이너의 압력이 과도하게 상승하면 전력 발생원 요소들중의 적어도 일부분으로부터 나오는 가스가 컨테이너로부터 배출되도록 파손되는 파손가능 부재를 포함하는 컨테이너를 포함해서 된 배터리에 있어서, 배터리는 가스가 컨테이너로부터 배출되도록, 컨테이너의 압력에 의해 탄성적으로 변형될 수 있는 가스용 가변 조절판을 더 포함한다.

Description

배터리{BATTERY}

본 발명은 과도하게 상승된 내압(內壓)을 방출시키기 위한, 특히 알칼리 배터리용 가스방출 매카니즘을 포함하는 배터리에 관한 것이다.

JP-A-59-98452에 기재된 알칼리 배터리에서, 밀봉부재의 파손가능한 부분은 과도하게 상승된 배터리의 내압에 의해 파손되므로, 배터리의 오용으로 인해 배터리의 내측에서 가스가 발생되면 음극 단부 플레이트에 형성된 가스방출 포트를 통해 밀봉부재에서 배터리의 외측으로 방출되어, 과도하게 상승된 내압이 방출된다.

본 발명의 목적은 배터리로부터 전해액의 방출 또는 비산(scattering)을 확실하게 억제하는 배터리를 제공하는 것이다.

도 1a는 본 발명의 제1실시예를 보여주는 단면도.

도 1b는 본 발명의 제2실시예를 보여주는 단면도.

도 1c는 본 발명의 제3실시예를 보여주는 단면도.

도 2a는 본 발명의 제4실시예를 보여주는 단면도.

도 2b는 본 발명의 제5실시예를 보여주는 단면도.

도 3a는 본 발명의 제6실시예를 보여주는 단면도.

도 3b는 배터리의 시험샘플을 보여주는 단면도.

도 4는 제5실시예를 포함하는 배터리를 보여주는 부분적인 단면도.

전력을 발생시키기 위한 한 쌍의 음극전력 발생원 요소와 양극전력 발생원 요소, 및 그 안에 전력 발생원 전극을 수용하고 또한 컨테이너의 압력이 과도하게 상승될 때, 전력 발생원 전극의 일부로부터 가스가 컨테이너의 외부로 방출되도록 파손될 수 있는 파손가능부를 포함하는 컨테이너를 포함하는 배터리에서, 본 발명에 따라 배터리는 가스가 컨테이너 외부로 방출되도록 컨테이너의 압력에 탄성적으로 변형되는 가스용 가변 조절판을 포함한다.

가스가 컨테이너의 외부로 방출되도록 컨테이너의 압력에 의해 가변 조절판이 탄성적으로 변형되기 때문에, 가변 조절판에 의한 파손가능부로부터의 가스흐름에 대한 억제력은 압력에 따라 탄성적으로 변경된다. 따라서, 배터리로부터 유동적인 방출 또는 비산은 파손가능부가 파손될 후에라도 확실하게 억제되거나 또는 방지된다.

압력이 규정된 정도로 감소되거나 또는 복귀된 후에 배터리로부터 유동적인 방출 또는 비산을 확실하게 방지하기 위해, 압력이 규정된 정도로 감소될 때 가변 조절판이 폐쇄위치로 복귀되는 것이 바람직하다.

파손가능부로부터 가스흐름에 대한 억제력을 더 개선하기 위하여, 배터리는 파손가능부와 가변 조절판 사이에 가스를 위한 부가적인 조절판을 포함할 수 있다. 부가적인 조절판의 개방도(opening degree)는 실질적으로 고정될 수 있다. 부가적인 조절판과 가변 조절판 사이에 공간이 형성된다면, 파손가능부로부터의 가스흐름은 부가적인 조절판에 의해 감속된 후에 공간내에 감속되게 흡수되어, 부가적인 조절판과 공간에 의해 감속된, 파손가능부로부터의 가스흐름은 가변 조절판에 공급되어, 가변 조절판에 의해 더 감속되게 된다. 파손가능부로부터의 가스흐름을 더 감속시키기 위하여 공간이 부가적인 조절판과 파손가능부 사이에 형성될 수 있다. 부가적인 조절판과 가변 조절판은 서로 가까이에 위치될 수 있다.

만일 공간이 파손가능부와 가변 조절판 사이에 형성된다면, 파손가능부로부터의 가스흐름은 파손가능부에 의해 감속된 후에 공간내에 흡수되어 감속되게 되어, 파손가능부와 공간에 의해 감속된, 파손가능부로부터의 가스흐름은 가변 조절판에 공급되어, 가변 조절판에 의해 더 감속되게 된다.

가변 조절판은 환형(annular shape)이어도 좋다. 배터리는 원통형 표면과 원통형 표면 둘레를 감싸는 환형부재를 포함하여, 이들 사이에 가변 조절판을 형성한다. 환형부재는 탄성의 것이어도 좋다. 환형부재는 원통형 표면을 향해 원주방향으로 서로간에 일정간격으로 떨어져 있는 노치(notch)를 가지고 있어서, 환형부재의 버클링(buckling)이 억제되거나 또는 방지된다. 배터리는 압력에 의해 탄성적으로 변형되는, 압력을 수용하는 탄성부재를 포함하므로, 가스용 탄성부재의 흐름-허용도가 압력에 따라 변경되어 가변 조절판을 형성한다.

컨테이너는, 가변 조절판이 엘라스토머 부재에 형성되어, 음극 단자판이 이를 통해 컨테이너 몸체에 고정되도록, 음극 단자판, 컨테이너 몸체 및 엘라스토머(elastomer) 부재를 포함한다. 음극 단자판과 엘라스토머 부재는 그들 사이에 가변 조절판을 형성할 수 있다. 파손가능부는 엘라스토머 부재에 형성된다. 가변 조절판은 엘라스토머 부재와 컨테이너 몸체 사이의 접촉영역에 대한 배터리의 반경방향 내측에 설치되며, 가변 조절판은 엘라스토머 부재와 음극 단자판 사이의 접촉영역에 대한 배터리의 반경방향 내측에 설치된다. 음극 단자판은 파손가능부와 가변 조절판 사이에 가스를 위한 부가적인 조절판을 포함할 수 있다. 엘라스토머 부재는 엘라스토머 부재와 컨테이너 몸체 사이의 접촉영역으로부터 연장되며 압력을 수용하는 캔틸레버형 부분을 포함한다.

컨테이너는, 캔틸레버로서 적어도 부분적으로 연장되어 가변 조절판을 형성하는 탄성부재를 가질 때, 탄성부재는 종단부 및 이 종단부를 포함하여 탄성부재의 일부가 탄성적으로 스윙(swing)하는 근저부(根底部)를 가지고, 그리고 탄성부재의 캔틸레버형 부분의 버클링을 방지 또는 억제하기 위하여, 종단부와 근저부 사이의 탄성부재 부분의 두께가 가스흐름 방향으로 탄성부재의 근저부의 두께보다 큰 것이 바람직하다.

배터리가, 한 쌍의 양극전력 발생원 요소와 음극전력 발생원 요소, 전력 발생원 전극을 속에 수용하고 또한 개구를 포함하는 컨테이너 몸체, 개구에 설치되고 또한 적어도 하나의 방출포트를 포함하는 음극 단자판, 및 컨테이너 몸체와 음극 단자판 사이에 설치되고 또한 컨테이너 몸체의 압력이 과도하게 증가되면 전력 발생원 요소의 적어도 일부로부터 나오는 가스가 방출포트로 흐르게 되도록 파손될 수 있는 파손가능부를 포함하는 엘라스토머 밀봉부재를 포함하면, 파손가능부가 파손된 후에라도 배터리로부터 유동적인 방출 또는 비산을 확실하게 억제 또는 방지하도록 하기 위해서는, 엘라스토머 밀봉부재의 일부를 캔틸레버로서 적어도 한 방출포트 위로 연장함으로써 압력에 따라 탄성적으로 변형되는 엘라스토머 밀봉부재에 의해 가스의 유속을 조절하는 것이 바람직하다.

엘라스토머 밀봉부재의 상기 일부의 두께가 음극 단자판 및 컨테이너 몸체와 접촉하는 엘라스토머 밀봉부재의 다른 부분의 두께보다 작으면, 엘라스토머 밀봉부재의 상기 일부의 굴곡 강성율이 감소되어, 과도한 압력의 방출은 낮은 압력에서 시작된다. 따라서, 가스의 비산 또는 분출력이 감소된다. 엘라스토머 밀봉부재가 상기 엘라스토머 밀봉부재의 상기 부분에 원형 종단부를 가지고 또한 엘라스토머 밀봉부재의 상기 부분이 탄성적으로 스윙하는 원형 근저부를 가지며, 그리고 원형 종단부와 원형 근저부 사이의 엘라스토머 밀봉부재의 상기 부분의 두께가 가스흐름 방향에서의 엘라스토머 밀봉부재의 원형 근저부의 두께보다 크다면, 원형 종단부와 원형 근저부 사이의 엘라스토머 밀봉부재의 상기 부분의 버클링이 억제되거나 또는 방지되고, 그리고 근저부 주위의, 엘라스토머 밀봉부재의 상기 부분의 굴곡 또는 스윙 강성율이 감소된다. 엘라스토머 밀봉부재의 원형 근저부의 두께는, 근저부 주위의 엘라스토머 밀봉부재의 상기 부분의 굴곡 또는 스윙 강성율이 감소되도록, 음극 단자판과 컨테이너 몸체와 접촉하고 있는 엘라스토머 밀봉부재의 다른 부분보다 작은 것이 바람직하다.

[실시예]

도 4에 도시된 바와 같은, 본 발명의 배터리 실시예에서, 엘라스토머(예컨대, 6-6 나일론, 폴리프로필렌, 연질 폴리프로필렌, 폴리에틸렌-테레프탈레이트 등) 부재(6), 음극 단자판(7) 및 컨테이너 몸체(1)는 배터리 컨테이너를 형성하고, 배터리 컨테이너내에는 예컨대 주로, 이산화 망간과 그래파이트를 포함하는 양극전력 발생원 요소(2)와 그리고 아연합금 분말과 알칼리-겔-전해질을 포함하는 음극전력 발생원 요소(4)가 수용된다. 원통형 세퍼레이터(separator)(3)가 양극전력 발생원 요소(2)과 음극전력 발생원 요소(4) 사이에 설치되고, 음극 단자판(7)에 접합된 음전류 콜렉터(5)가 음극전력 발생원 요소(4)내로 연장하여 음극 단자판(7)에 전력을 공급하고, 그리고 수지커버(8)가 컨테이너 몸체(1)를 덮는다.

엘라스토머 부재(6)는 컨테이너내의 압력이 과도하게 상승하면 양극전력 발생원 요소(2)와 음극전력 발생원 요소(4)의 일부(바람직하게, 이로부터의 가스만이)가 컨테이너에서 배출되도록 파손되는 0.25mm 두께의 환형 파손가능부(6a)와, 그리고 음극 단자판(7)의 원형 플랜지(7b)에 대해 압박되는 0.8mm(바람직하게는 0.6∼1.2mm) 두께의 원형 변형부(6b)를 포함한다. 여기서 원형 변형부(6b)에 컨테이너 몸체(1)의 원통형 단부로 반경방향으로 틈을 막음으로써 용접밀봉이 이루어진다. 음극 단자판(7)은 파손가능부(6a)가 파손될 때 양극전력 발생원 요소(2)와 음극전력 발생원 요소(4)의 일부(바람직하게는, 이들로부터 가스만이)가 컨테이너로부터 배출되도록 하는 적어도 하나(예컨대, 네 개)의 방출포트(7a)를 가진다.

도 1a에 도시된 바와 같은 제1실시예에서, 엘라스토머 부재(6)는 방출포트(7a) 위에 0.3mm(바람직하게는 0.2∼0.4mm) 두께의 탄성적으로 변형가능 또는 스윙가능한 환형의 일정한 두께부(6c)를 가져 음극 단자판(7)과 가변 조절판을 형성한다. 일정한 두께부(6c)는 컨테이너 내측의 과도압력이 방출되면, 가변 조절판을 밀폐 또는 수축시키기 위하여 음극 단자판(7)과 적어도 부분적으로 접촉하는 것이 바람직하다. 일정한 두께부(6c)와 방출포트(7a) 사이에 공간이 형성된다.

도 1b에 도시된 바와 같은 제2실시예에서, 엘라스토머 부재(6)는 방출포트(7a) 위에 0.3mm(0.2∼0.4mm) 두께의 탄성적으로 변형가능 또는 스윙가능한 환형의 일정한 두께부(6c)를 가져 음극 단자판(7)과 가변 조절판을 형성한다. 일정한 두께부(6c)는 컨테이너 내측의 과도압력이 방출되면, 가변 조절판을 밀폐 또는 수축시키기 위하여 음극 단자판(7)과 적어도 부분적으로 접촉하는 것이 바람직하다. 일정한 두께부(6c)와 방출포트(7a) 사이에 공간이 형성되지 않는다.

도 1c에 도시된 바와 같은 제3실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같은 제1실시예의 탄성적으로 변형가능한 또는 스윙가능한 환형의 일정한 두께부(6c)는 원형 플랜지(7b)에 대해 반경방향으로 압박됨으로써 야기되는 일정한 두께부(6c)의 버클링을 방지하기 위하여 V-형 노치(notch)(6d)를 가진다. 각 노치(6d)의 양측은 노치(6d)를 통한 유동적인 누설을 방지하기 위하여 서로 접촉한다.

도 2a에 도시된 바와 같은 제4실시예에서, 엘라스토머 부재(6)는 방출포트(7a) 위에 0.3mm(바람직하게는 0.2mm∼0.4mm)두께의 탄성적으로 변형가능한 또는 스윙가능한 환형의 박(thin)부(6e)와, 그리고 0.6mm(바람직하게는 0.4∼0.9mm)두께의 탄성적으로 변형가능한 또는 스윙가능한 환형의 후(thick)부(6f)를 가져 음극 단자판(7)과 가변 조절판을 형성한다. 환형의 박부(6e)의 두께는 환형의 후부(6f)의 굴곡 강성도를 감소시켜 캔틸레버의 근저로서 환형의 후부(6f)의 부드러운 굴곡 탄성운동을 유지시키고, 그리고 환형의 후부(6f)의 두께는 그 자체의 버클링을 억제 또는 방지시킨다. 컨테이너 내측의 과도압력이 방출되면 가변 조절판을 폐쇄 또는 수축시키기 위하여 환형의 후부(6f)는 음극 단자판(7)과 적어도 부분적으로 접촉한다. 환형의 후부(6f)와 방출포트(7a) 사이에 공간이 형성되지 않는다.

도 2b에 도시된 바와 같은 제5실시예에서, 엘라스토머 부재(6)는 방출포트(7a) 위에 0.3mm(바람직하게는 0.2∼0.4mm)두께의 탄성적으로 변형가능한 또는 스윙가능한 환형의 박(thin)부(6e)와, 그리고 0.6mm(바람직하게는 0.4∼0.9mm)두께의 탄성적으로 변형가능한 또는 스윙가능한 환형의 후(thick)부(6f)를 가져 음극 단자판(7)과 가변 조절판을 형성한다. 환형의 박부(6e)의 두께는 환형의 후부(6f)의 굴곡 강성도를 감소시켜 캔틸레버의 근저로서 환형의 후부(6f)의 부드러운 굴곡 탄성운동을 유지시키고, 그리고 환형의 후부(6f)의 두께는 그 자체의 버클링을 억제 또는 방지시킨다. 컨테이너 내측의 과도압력이 방출되면 가변 조절판을 폐쇄 또는 수축시키기 위하여 환형의 후부(6f)는 음극 단자판(7)과 적어도 부분적으로 접촉한다. 환형의 후부(6f)와 방출포트(7a) 사이에 공간이 형성된다.

도 3a에 도시된 바와 같은 제6 실시예에서, 엘라스토머 부재(6)는 방출포트(7a) 위에 일정한 두께를 가지고서 원형의 변형부(6b)로부터 연장하는 탄성적으로 변형가능한 또는 스윙가능한 환형의 후부를 가져 음극 단자판(7)과 가변 조절판을 형성한다. 컨테이너 내측의 과도압력이 방출되면 가변 조절판을 폐쇄 또는 수축시키기 위하여 환형의 후부(6f)는 음극 단자판(7)과 적어도 부분적으로 접촉한다. 환형의 후부(6f)와 방출포트(7a) 사이에 공간이 형성되지 않는다.

도 3b에 도시된 바와 같은 선행기술 샘플에서, 엘라스토머 부재(6)는 방출포트(7a) 위에 원형의 변형부(6b)로부터 연장하는 탄성적인 환상부를 가지지 않아, 가변 조절판이 형성되지 않는다.

상기 실시예들과 종래의 샘플이 LR6-형 알칼리 배터리에 적용되었을 때의 실험결과가 아래에 나와 있다. 배터리 컨테이너내의 압력을 과도하게 증가시켜 파손가능부를 파손시키기 위하여, 각 시험용 배터리는 10Ω의 부하저항을 가지는 동일유형의 세개의 배터리에 의해 전기적으로 충전되었다. 각 시험배터리로부터 전력 발생원 요소의 비산길이에 대한 억제성능으로 각 시험배터리의 개선이 측정되었다.

표 1

	비산 길이
	5cm보다 작음	5∼10cm	11∼30cm	30cm보다 큼
제1실시예	20/20	0/20	0/20	0/20
제2실시예	16/20	4/20	0/20	0/20
제3실시예	20/20	0/20	0/20	0/20
제4실시예	14/20	6/20	0/20	0/20
제5실시예	20/20	0/20	0/20	0/20
제6실시예	0/20	0/20	12/20	8/20
선행기술샘플	0/20	0/20	0/20	20/20

Claims

전력을 발생시키기 위한 한 쌍의 음극전력 발생원 요소 및 양극전력 발생원 요소,

음극 및 양극 전력 발생원 요소들을 안에 수용하고, 또한 컨테이너내의 압력이 과도하게 상승하면 음극 및 양극 전력 발생원 요소들중의 적어도 일부분으로부터 나오는 가스가 컨테이너로부터 방출되도록 파손되는 파손가능부를 포함하는 컨테이너, 및

컨테이너내의 압력에 의해 탄성적으로 변형되어 컨테이너로부터의 가스의 방출을 제어하는 가변 조절판을 포함하는 배터리에 있어서,

(가) 상기 배터리는 원통형 표면과 상기 원통형 표면 둘레에 배치된 탄성의 환형부재를 포함하여 원통형 표면과 환형부재 사이에 가변 조절판을 형성하고,

(나) 상기 환형부재는 원통형 표면을 향하고 또한 원주방향으로 서로 떨어진 노치를 가진 것을 특징으로 하는 배터리.
전력을 발생시키기 위한 한 쌍의 음극전력 발생원 요소 및 양극전력 발생원 요소,

음극 및 양극 전력 발생원 요소들을 안에 수용하고, 또한 음극 및 양극 전력 발생원 요소들중 적어도 일부분으로부터 나오는 가스가 컨테이너로부터 방출되도록 컨테이너내의 고압에 의하여 파손되는 파손가능부를 포함하는 컨테이너, 및

컨테이너내의 압력변화에 따라 컨테이너로부터 가스가 가변유속으로 방출되도록 컨테이너내의 압력에 의해 탄성적으로 변형되는 가변 조절판을 포함하는 배터리에 있어서,

상기 컨테이너는 음극 단자판, 컨테이너 몸체 및 엘라스토머 부재를 포함하고, 그리고 가변 조절판은 엘라스토머 부재의 일부이며, 음극 단자판은 엘라스토머 부재를 통해 컨테이너 몸체에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 2에 있어서, 음극 단자판과 엘라스토머 부재는 이들 사이에 가변 조절판을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 2에 있어서, 파손가능부가 엘라스토머 부재의 일부인 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 2에 있어서, 가변 조절판은 엘라스토머 부재와 컨테이너 몸체 사이의 접촉영역에 대해 배터리의 반경방향 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 2에 있어서, 가변 조절판은 엘라스토머 부재와 음극 단자판 사이의 접촉영역에 대해 배터리의 반경방향 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 2에 있어서, 음극 단자판은 파손가능부와 가변 조절판 사이에 배치되는 가스용의 부가적인 조절판을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 2에 있어서, 엘라스토머 부재의 파손가능부는 엘라스토머 부재와 컨테이너 몸체 사이의 접촉영역으로부터 연장되고 또한 압력을 수용하는 캔틸레버형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
전력을 발생시키기 위한 한 쌍의 음극전력 발생원 요소와 양극전력 발생원 요소,

음극 및 양극 전력 발생원 요소들을 속에 수용하고 또한 개구를 포함하는 컨테이너 몸체,

개구에 설치되고 또한 적어도 하나의 방출포트를 포함하는 음극 단자판, 및

컨테이너 몸체와 음극 단자판 사이에 설치되고 또한 음극 및 양극 전력 발생원 요소들중의 적어도 일부분으로부터 나오는 가스가 엘라스토머 밀봉부재를 통해 방출포트로부터 배출되도록 컨테이너내의 고압에 의하여 파손되는 파손가능부를 포함하는 엘라스토머 밀봉부재를 포함해서 된 배터리에 있어서,

엘라스토머 밀봉부재의 일부분은 캔틸레버로서 적어도 한 방출포트 위를 연장함으로써 가스의 유속은 컨테이너내의 압력레벨에 따라 탄성적으로 변형되는 엘라스토머 밀봉부재에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 9에 있어서, 엘라스토머 밀봉부재의 상기 일부분의 두께는 음극 단자판 및 컨테이너 몸체와 접촉하는 엘라스토머 밀봉부재의 다른 부분의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 9에 있어서, 엘라스토머 밀봉부재는 엘라스토머 밀봉부재의 상기 일부분상의 원형 종단부와 그리고 엘라스토머 밀봉부재의 상기 일부분이 탄성적으로 스윙하는 원형의 근저부를 가지고, 그리고 원형의 종단부와 원형의 근저부 사이의 엘라스토머 밀봉부재의 상기 부분의 두께는 가스의 흐름방향에서의 엘라스토머 밀봉부재의 원형 근저부의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리.
청구항 9에 있어서, 배터리는 엘라스토머 밀봉부재의 상기 일부분과 적어도 하나의 방출포트가 배치되어 이들 사이에 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리.