KR100383511B1 - 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

양극 및 음극에 연결되는 양극 단자 및 음극 단자 사이의 전기 저항을 감소시키기 위한 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법이 개시된다. 상기 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치는 양측에 양극 및 음극이 각기 형성된 전극체, 내부를 관통하여 상기 전해액 주입부가 형성되고, 상기 전극체에 형성된 양극 및 음극에 각각 결합되는 양극 및 음극 단자 그리고 상기 전극체의 양극 및 음극에 형성되며, 상기 양극 및 음극 단자에 형성된 전해액 주입부에 대응하는 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되는 금속막을 포함한다. 상기 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치는 양극 및 음극의 표면에 금속막을 형성함으로써, 양극 단자 및 음극 단자가 양극 및 음극에 연결될 경우에 접촉 저항을 줄일 수 있고, 양극 단자 및 음극 단자에 형성된 전해액 주입부에 대응하는 형상을 갖는 마스크를 이용하여 양극 및 음극에 금속막을 형성함으로써, 전극체의 내부에 용이하게 전해액을 주입할 수 있다.

Description

금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법{ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE WITH METAL LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적인 접촉을 원활하게 하기 위하여 전극체의 양측면에 금속막을 형성하는 경우에 전해액의 원활한 주입을 위하여 전해액 주입부에 대응하는 부분을 제외한 나머지 부분에 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기에너지 저장장치는 소정의 시간 동안 공급되는 전기에너지를축적하고, 그 축적된 전기에너지를 외부의 부하에 공급함으로써, 상기 부하를 동작시키는 장치로서, 전지, 전해 콘덴서 및 전기 이중층 콘덴서 등이 있다. 이와 같은 전기에너지 저장장치는 축적된 전기에너지를 외부의 부하에 공급하는 경우 그 자체의 저항에 의해 공급되는 전기에너지가 크게 가변 된다.
도 1은 전지, 커패시터와 같은 종래 기술에 따른 전기에너지 저장장치의 전극 적층 상태를 나타낸 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시한 적층 상태를 갖는 원통형 전기에너지 저장장치의 전극체를 나타낸 사시도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 박막 형태의 양극(100) 및 음극(105)이 격리막(도시되지 않음)에 의해 격리되어 적층되고, 양극(100) 및 음극(105)에 각각 연결되는 양극 단자(110) 및 음극 단자(115)를 갖는 전극체(120)가 구성된다.
상기 양극(100) 및 음극(105)은 박막 형태로 형성되어 전기에너지를 저장하고, 격리막은 양극(100) 및 음극(105) 사이에 위치하여 이들을 격리시키며, 양극 단자(110)는 양극(100)에 용접 또는 리벳(rivet) 등의 방법에 의해 연결되고, 음극 단자(115)도 동일한 방법에 의해 음극(105)에 연결되어 형성된다.상술한 구성을 갖는 전극체(120)를 나선형으로 권취한 원통형 전기에너지 저장장치의 전극체(120)는 도 2와 같이, 박막의 양극(100) 및 음극(105)에 부착되어 형성된 양극 단자(110) 및 음극 단자(115)는 전극체(120)의 상부에 돌출 되도록 구성되어 전기에너지를 외부의 부하에 전달한다.
전술한 전기에너지 저장장치는 박막의 양극(100) 및 음극(105)을 1개의 양극단자(110) 및 음극 단자(115)에 용접 또는 리벳 방법에 의해 연결하는 경우 저항은길이에 비례하고 면적에 반비례하는 법칙에 의해 양극(100) 및 음극(105)과 단자 사이에서 발생되는 전기 저항 때문에 전기에너지 저장장치의 저항을 줄이기 어렵다.
도 3은 전술한 문제를 해결하기 위한 전기에너지 저장장치의 전극 적층 상태를 나타낸 부분 사시도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3에 도시한 적층 상태를 갖는 원통형 전기에너지 저장장치의 정면도를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 박막 형태의 양극(125), 양극(125)의 중심보다 아래쪽에 그 중심이 위치하도록 적층되는 제1 격리막(131), 제1 격리막(131)의 중심보다 아래쪽에 그 중심이 위치하도록 적층되는 박막 형태의 음극(135), 음극(135)의 중심보다 위쪽에 그 중심이 위치하도록 적층되는 제2 격리막(132)으로 적층되어 구성되는 전극체(140)를 형성한다. 즉, 양극(125), 음극(135), 제1 및 제2 격리막(131, 132)의 중심이 일정한 간격을 갖고 적층되는 이유는 후술되는 양극 단자(145)가 전극체(140)의 일단에서 양극(125)의 단면과 접속되고, 후술되는 음극 단자(150)가 전극체(140)의 타단에서 음극(135)의 단면과 접속되도록 구성하기 위함이다.여기서, 제1 격리막(131)은 적층시 양극(125)과 음극(135)을 격리하기 위함이고, 제2 격리막(132)은 전극체(140)를 권취할 때 양극(125)과 음극(135)을 격리하기 위함이다.
이와 같은 구성을 갖는 전극체(140)를 도 7에서와 같이 고용량의 전기에너지 저장장치로 구성하기 위해 원형을 갖도록 권취하고, 권취된 전극체(140)의 일단에 양극 단자(145)를 접속한 후 전극체(140)의 타단에 음극 단자(150)를 접속한다. 이때, 양극 단자(145)와 음극 단자(150)를 전극체(140)의 일단과 타단에 각각 배치한 후 양극 단자(145) 및 음극 단자(150)에 일정한 압력을 가하여 누르는 기계적인 방법에 의해 전극체(140)에 각각 연결시킨다.여기서, 전극체(140)의 일단은 양극 단자(145)가 양극(125)과 접속할 수 있는 영역이고, 타단은 음극 단자(150)가 음극(135)과 접속할 수 있는 영역이다.
그러나, 전술한 구성을 갖는 전기에너지 저장장치는 양극(125) 및 음극(135)의 전극체(140)와 양극 단자(145) 및 음극 단자(150)의 연결 방법을 개선하여 전극 폭이 좁을수록 그리고 길이가 길수록 전극의 자체 전기 저항에 의해 전극과 단자 사이에서 발생되는 전기 저항을 감소시켜 전극체(140)의 저항을 줄일 수는 있으나, 전극체(140)에 형성된 양극(125) 및 음극(135)과 양극 단자(145) 및 음극 단자(150)가 각각 기계적인 방법에 의하여 연결되므로, 연결이 잘되지 않을 경우에 접촉 저항이 증가할 수 있는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 전기에너지 저장장치의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 전극체에 형성된 양극 및 음극의 표면에 금속막을 형성하여 양극 단자 및 음극 단자가 상기 양극 및 음극에 연결될 경우에 접촉 저항을 줄일 수 있는 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 양극 단자 및 음극 단자에 형성된 전해액 주입부에대응하는 형상을 갖는 마스크를 이용하여 전해액 주입부에 금속막이 형성되지 않도록 함으로써, 전극체의 내부에 용이하게 전해액을 주입할 수 있는 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기에너지 저장장치의 전극 적층 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 적층 상태를 갖는 원통형 전기에너지 저장장치의 전극체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 전기에너지 저장장치를 개량한 전기에너지 저장장치의 전극 적층 상태를 나타낸 부분 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 적층 상태를 갖는 원통형 전기에너지 저장장치의 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치 가운데 양극 단자의 저면 사시도이다.
도 6은 마스크의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 마스크가 전기에너지 저장장치 가운데 전극체의 양극에 부착된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시한 전극체의 양극에 금속막이 형성된 상태를 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200:양극 단자 205:단자 몸체
210:단자 돌기 215:전해액 홈
220:충전홀 225:요철
230:마스크 235:마스크 몸체
241, 242, 243, 244:제1 내지 제4 코팅홀
250:전극체 255:양극
260:금속막 265:코팅 방지부
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전해액 주입부를 갖는 전기 에너지 저장장치에 있어서, 양측에 양극 및 음극이 각기 형성된 전극체, 내부를 관통하여 상기 전해액 주입부가 형성되고, 상기 전극체에 형성된 양극 및 음극에 각각 결합되는 양극 및 음극 단자 그리고 상기 전극체의 양극 및 음극에 형성되며, 상기 양극 및 음극 단자에 형성된 전해액 주입부에 대응하는 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되는 금속막을 포함한다.
상기 전기에너지 저장장치의 금속막 형성 방법은 권취되어 형성되는 전극체의 양극 및 음극에 각각 연결되는 양극 단자 및 음극 단자에 각각 소정의 문양으로 전해액 주입부를 형성하는 단계, 상기 전해액 주입부에 대응하는 형상을 갖는 마스크를 제조하는 단계, 상기 마스크를 상기 전극체의 양극 및 음극에 부착하는 단계, 상기 마스크가 부착된 상기 양극 및 음극에 금속막을 형성하는 단계 및 상기 양극 및 음극에 부착된 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 금속막은 플라즈마 스프레이 또는 아크 스프레이에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법에 의하면, 전극체에 형성된 양극 및 음극의 표면에 금속막을 형성함으로써, 양극 단자 및 음극 단자가 상기 양극 및 음극에 연결될 경우에 접촉 저항을 줄임과 동시에 용이하게 연결될 수 있다. 또한, 양극 단자 및 음극 단자에 형성된 전해액 주입부에 대응하는 형상을 갖는 마스크를 이용하여 전극체의 양극 및 음극에 금속막을 형성함으로써, 전극체의 내부에 용이하게 전해액을 주입할 수 있으며, 양극 단자 및 음극 단자의 접촉되는 양극 및 음극의 접촉면에 금속막을 형성한 후 양극 단자 및 음극 단자를 접촉시키므로 접촉 면적을 보다 증가시켜 전기 저항을 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법을 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치 가운데 양극 단자의 저면 사시도를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 양극 단자(200)는 전극체(250)(도 7 참조)의 일단과 모두 접속할 수 있는 크기를 갖는 원판형의 단자 몸체(205) 및 단자 몸체(205)의 상면에 수직하게 소정의 높이 만큼 돌출되어 형성된 단자 돌기(210)를 포함한다.
상기 단자 몸체(205)의 저면에는 수직으로 직교되어 소정의 깊이로 형성되는 십자 모양의 전해액 홈(215) 및 전극체(250)의 내부로 전해액을 충전하기 위한 충전홀(220)이 전해액 홈(215)의 직교점에서 단자 몸체(205) 및 단자 돌기(210)의 내부를 관통하여 형성된다.
즉, 양극 단자(200)에 형성된 충전홀(220)을 통하여 전해액을 주입하면 전해액 홈(215)에 의해 형성된 이동 경로를 통해 전해액이 스며들어 원활한 전해액 주입이 이루어진다. 또한, 전기에너지 저장장치의 사용에 의해 발생되는 기체가 충전홀(220)을 통해서 배출되기도 한다.
상기 전해액 홈(215)을 제외하고 권취된 전극체(250)의 일단에 접촉되는 양극 단자(200)의 저면은 복수개의 나사산 모양의 요철(225)을 갖도록 형성된다.
즉, 양극 단자(200)의 저면이 복수개의 나사산 모양의 요철(225)을 갖는 형태이므로, 전극체(250)가 고르게 권취되지 않아 전극체(250) 양측의 단면이 일정하지 않더라도 양극 단자(200) 저면에 형성된 복수개의 요철(225)이 권취된 양극(255)(도 7 참조)의 사이에까지 접촉될 수 있어 양극 단자(200)와 양극(255)의 접촉면이 증가한다.
이 때, 양극 단자(200)는 양극(255) 집전체와 동일한 재질을 사용한다.
예를 들어, 리튬이온 전지는 산화 전위에서 안정된 특성을 갖는 알루미늄 포일을 양극(255) 집전체로 사용하므로, 양극 단자(200)는 알루미늄 재질을 사용한다. 또한, 수용액계 전해질에서 안정된 특성을 갖는 니켈 또는 스테인레스 스틸을 사용하는 니켈수소 전지의 경우에는 양극 단자(200)를 니켈 또는 스테인레스 스틸을 사용한다.
도 6은 마스크의 사시도를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 마스크(230)는 금속 또는 플라스틱을 이용하여 양극 단자(200)의 저면보다 큰 판 형태의 마스크 몸체(235)를 포함한다.
상기 마스크(230)는 양극 단자(200)의 저면에 형성된 전해액 홈(215)에 대응하는 형태의 코팅 방지부(265)가 형성된다. 또한, 코팅 방지부(265)를 제외한 부분에는 양극 단자(200)에 전해액 홈(215)이 형성되지 않은 부분과 대응하는 형상의 제1 내지 제4 코팅홀(241, 242, 243, 244)이 각각 마스크 몸체(235)의 내부를 관통하여 형성된다.
도 7은 도 6에 도시한 마스크가 전기에너지 저장장치 가운데 전극체의 양극에 부착된 상태를 나타내는 사시도를 도시한 것이고, 도 8은 도 7에 도시한 전극체의 양극에 금속막이 형성된 상태를 나타내는 사시도를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 원형으로 권취된 전극체(250)의 양극(255)에 마스크(230)를 임시로 부착한다. 부착 방법으로는 양면 테이프를 이용하는 것이 바람직하다.
이어서, 양극 단자(200)와 양극(255)의 접촉면을 증가시켜 저항을 감소시키기 위하여 마스크(230)가 부착된 전극체(250)의 양극(255)에 플라즈마 스프레이 또는 아크 스프레이를 이용하여 금속막(260)을 형성한다. 이 때, 전극체(250)의 양극(255)에는 마스크(230)에 형성된 코팅 방지부(265) 및 제1 내지 제4 코팅홀(241, 242, 243, 244)에 의하여 제1 내지 제4 코팅홀(241, 242, 243, 244) 부분만 금속막(260)이 형성된다.
즉, 양극 단자(200)에 형성된 전해액 홈(215)에 대응하는 부분을 제외한 양극(255)의 나머지 부분에만 금속막(260)이 형성되므로, 전해액이 양극 단자(200)의 충전홀(200)로 주입되면 전해액 홈(215)을 통하여 이동한 후 용이하게 전극체로 주입될 수 있다. 또한, 양극(255)의 표면에 금속막(260)이 형성된 부분을 통하여 양극(255)과 양극 단자(200)가 결합하게 되므로 접촉면을 증가시켜 저항이 감소됨과 동시에 접촉 저항도 감소된다.
본 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 금속막(260) 및 그 제조 방법에 있어서, 음극 단자의 형성 및 전극체(250)의 음극에 금속막을 형성하는 방법은 전술한 양극 단자(200)의 형성 및 전극체(250)의 양극(255)에 금속막(260)을 형성하는 경우와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법에 의하면, 전극체에 형성된 양극 및 음극의 표면에 금속막을 형성함으로써, 양극 단자 및 음극 단자가 상기 양극 및 음극에 연결될 경우에 접촉 저항을 줄임과 동시에 용이하게 연결될 수 있다.또한, 양극 단자 및 음극 단자에 형성된 전해액 주입부에 대응하는 형상을 갖는 마스크를 이용하여 전극체의 양극 및 음극에 금속막을 형성함으로써, 전극체의 내부에 용이하게 전해액을 주입할 수 있다.
또한, 양극 단자 및 음극 단자의 접촉되는 양극 및 음극의 접촉면에 금속막을 형성한 후 양극 단자 및 음극 단자를 접촉시키므로 접촉 면적을 보다 증가시켜 전기 저항을 줄일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치 및 그 제조 방법에 대해 설명 및 도시하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되지 않고 하기의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경 실시함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 전해액 주입부를 갖는 전기 에너지 저장장치에 있어서,
    양측에 양극 및 음극이 각기 형성된 전극체;
    내부를 관통하여 상기 전해액 주입부가 형성되고, 상기 전극체에 형성된 양극 및 음극에 각각 결합되는 양극 및 음극 단자; 그리고
    상기 전극체의 양극 및 음극에 형성되며, 상기 양극 및 음극 단자에 형성된 전해액 주입부에 대응하는 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되는 금속막을 포함하는 금속막이 형성된 전기 에너지 저장장치.
  2. 전해액 주입부를 갖는 전기 에너지 저장장치의 양극과 음극에 금속막을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 전해액 주입부만을 차폐하는 형상을 갖는 마스크를 제조하는 단계;
    상기 마스크를 전극체의 양측에 각기 형성된 양극 및 음극에 부착하는 단계;
    상기 마스크가 부착된 상기 양극 및 음극에 금속막을 형성하는 단계; 및
    상기 양극 및 음극에 부착된 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치의 금속막 형성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전해액 주입부는 십자형이고, 상기 십자형 전해액 주입부 형상에 따라 상기 마스크는 십자형 코팅 방지부를 갖는 것을 특징으로 하는 금속막이 형성된 전기 에너지 저장장치의 금속막 형성 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막은 플라즈마 스프레이 또는 아크 스프레이에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 금속막이 형성된 전기에너지 저장장치의 금속막 형성 방법.
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