KR100408140B1 - 전지 및 전지의 전기 쉴드의 검사 방법 - Google Patents

전지 및 전지의 전기 쉴드의 검사 방법 Download PDF

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Abstract

종래의 전지체를 수납하기 위한 전지 용기(1)로서 적층 시트(sheet)재를 이용한 전지의 경우, 적층 시트재 중의 금속 박은 정극, 부극의 어느 것에도 접하고 있지 않고, 전위가 불안정하기 때문에, 전기 쉴드의 효과가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 전지 용기(1)의 밀봉부(3)의 기능을 손상하지 않도록 하기 위해서, 정극 리드 또는 부극 리드(4)와 중첩되는 위치에, 밀봉부(3)로부터 연장한 연장부(6)를 마련하고, 리드(4)와 연장부(6)를 관통하는 도전성 부품(5)에 의해 접합함으로써, 전지 용기(1)의 적층 시트재의 금속 박과 리드(4)를 전기적으로 접속하여, 전지 용기(1)의 전위를 정극 또는 부극의 전위로 유지하도록 하였다.

Description

전지 및 전지의 전기 쉴드의 검사 방법{CELL AND CELL INSPECTING METHOD}
휴대 전자 기기의 소형·경량화으로의 요망은 대단히 크다. 그 실현은 전지의 성능 향상에 크게 의존한다. 이것에 대응하기 위하여 다양한 전지의 개발, 개량이 진행되어 왔다. 전지에 요구되고 있는 특성은, 고 전압, 고 에너지 밀도, 안전성, 형상의 임의성 등이 있다. 지금까지 휴대용 전자 기기에 이용되는 전지로서는, 니켈카드뮴(NiCd) 전지, 니켈수소(NiMH) 전지, 리튬 이온 전지가 있다. 이들 전지에서는, 전지체, 전지 코아 혹은 전지 엘리먼트 등으로 지칭되는, 정극, 세퍼레이터(separator) 및 부극을 묶은 것이 전지 용기에 수납되어 있고, 그 전지 용기로서는, 철이나 스테인레스 혹은 알루미늄과 같은 금속의 캔(can)을 이용하고 있었다.
최근, 보다 경량화를 겨냥하여 개발된 전지, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제 10-172606 호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 정극, 세퍼레이터, 부극을 접착하여, 일체화한 전지체(전지 엘리먼트)를 이용하는 전지의 경우, 전지 용기의 재료에는, 중량 에너지 밀도를 향상시키기 위해서, 보다 가벼운 재질인 알루미늄박의 양면에 폴리에틸렌막 등을 적층한, 소위 적층 시트를 이용하고 있다.
전지 용기에 금속 캔을 이용할 때는, 통상, 정극 또는 부극의 어느 한쪽의 극과 전지 캔을 전기적으로 접속하고 있다. 금속 캔을 이용한 경우에는 접속은 용이하며, 예컨대, 리튬 이온 전지의 용기에 철이나 스테인레스의 금속 캔을 이용한 경우에는, 금속 캔과 부극을 전기적으로 접속하고, 알루미늄캔을 이용한 경우에는, 금속 캔과 정극을 전기적으로 접속한다. 전지 캔의 재질에 의해서, 접속하는 극을 바꾸는 이유는, 전지 캔의 부식 방지를 위해서이다. 이와 같이 종래의 금속 캔을 이용한 전지의 경우, 캔의 전위는 정극 또는 부극의 전위와 일치하고, 결과로서 전지 엘리먼트와 전지의 전기 에너지를 공급하는 전기 회로를 전기 쉴드(전자기 쉴드, 정전 쉴드)하는 효과가 발현되고 있었다.
그러나, 종래의 적층 시트재를 전지 용기로서 이용한 전지의 경우, 적층 시트 중의 금속 박은 정극, 부극의 어느 것에도 접하고 있지 않고, 전위가 불안정하기 때문에, 전기 쉴드의 효과가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 적층 시트재를 전지 용기에 이용한 전지에 대해, 간편하고, 또한 확실하게, 쉴드 효과를 높일 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
발명의 개시
본 발명에 따른 제 1 전지는, 정극 및 부극과 이 정극 및 부극 사이에 마련된 전해질층을 갖는 전지체, 상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 리드, 상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 리드, 고분자 수지와 금속박을 적층한 적층 시트로 이루어져 상기 전지체를 수납함과 동시에, 상기 정극 리드 및 부극 리드를 봉지하여 밀폐 구조로 한 전지 용기, 이 전지 용기의 금속 박과 상기 정극 리드 또는 부극 리드를 전기적으로 접속하는 접속 수단을 구비한 것이다. 이에 의하면, 간편하고, 또한 확실하게 전지 용기의 전위를 정극 또는 부극의 전위으로 유지하여, 전지체 및 전지를 접속한 전기 회로를 전기 쉴드(전자기 쉴드, 정전 쉴드)할 수 있다.
본 발명에 따른 제 2 전지는, 정극 및 부극과 이 정극 및 부극 사이에 마련된 전해질층을 갖는 전지체, 상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 리드, 상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 리드, 상기 정극 리드 및 부극 리드와는 별도로 마련된 외장 리드, 고분자 수지와 금속박을 적층한 적층 시트로 이루어져 상기 전지체를 수납함과 동시에, 상기 정극 리드, 부극 리드 및 외장 리드를 봉지하여 밀폐 구조로 한 전지 용기, 이 전지 용기의 금속박과 상기 외장 리드를 전기적으로 접속하는 접속 수단을 구비한 것이다. 이에 의하면, 간편하고, 또한 확실한 수단(외부로부터 외장 리드에 소망하는 전위를 인가함)에 의해 전기 용기의 전위를 소망하는 전위로 유지하여 전지체 및 전지를 접속한 전기 회로를 전기 쉴드(전자기 쉴드, 정전 쉴드)할 수 있다.
본 발명에 따른 제 3 전지는, 상기 제 1 또는 제 2 전지에 있어서, 접속 수단은, 전지 용기를 구성하는 적층 시트와, 리드를 관통하는 관통 구멍을 갖고, 이 관통 구멍의 벽면과 접하는 도전성 부재를 거쳐서 상기 전지 용기의 금속박과 상기정극 리드 또는 부극 리드를 전기적으로 접속한 것이다. 이에 의하면, 매우 간편하고, 확실하게, 또한 여분의 공간을 필요로 하지 않고 전기 쉴드할 수 있다.
본 발명에 따른 제 4 전지는, 상기 제 1 또는 제 2 전지에 있어서, 접속 수단은, 전지 용기를 구성하는 적층 시트의 밀봉부로부터 연장한 연장부에 마련되어 있는 것이다. 이에 의하면, 밀봉부에 여유가 없는 경우에도, 밀봉 기능은 확실하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 제 5 전지는, 상기 제 1 또는 제 2 전지에 있어서, 접속 수단은, 전지 용기를 구성하는 적층 시트의 금속박의 외부 표면을 일부 노출시켜 노출부를 형성하고, 이 노출부와 리드를 전기적으로 접속한 것이다. 이에 의하면, 매우 간편하고, 확실하며, 또한 여분의 공간을 필요로 하지 않고 전기 쉴드할 수 있다.
본 발명에 따른 제 1 전지 검사 방법은, 전지 용기를 구성하는 적층 시트의 금속박의 외부 표면을 일부 노출시켜 노출부를 형성하고, 이 노출부와 리드 사이의 전압과, 정극 리드와 부극 리드 사이의 전압을 비교하는 것이다.
본 발명에 따른 제 2 전지 검사 방법은, 상기 제 1 전지 검사 방법에 있어서, 금속박의 외부 표면을 일부 노출시키는 방법이, 레이저광에 의한 고분자 수지를 소성 처리(burn out)하고 있는 것이다.
본 발명에 따른 제 3 전지 검사 방법은, 상기 제 1 전지 검사 방법에 있어서, 금속박의 외부 표면을 일부 노출시키는 방법이, 침 형상의 프로브를 가압 접촉시키는 것에 의한 것이다. 이들 제 1 내지 제 3 전지 검사 방법에 의하면, 전기쉴드의 성능을 간편하고, 또한 확실하게 조사할 수 있다.
본 발명은 전지를 경량화하고, 또한 쉴드 효과를 가짐과 동시에, 밀봉(seal) 누설이 없는 신뢰성이 높은 전지를 얻는 것에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 있어서의 실시예 1에 따른 전지를 나타내는 평면도 (a) 및 부분 단면도 (b),
도 2는 전지체의 구조를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 있어서의 실시예 1을 나타내는 전지의 시험 상태를 나타내는 평면도,
도 4는 본 발명에 있어서의 실시예 1에 따른 전지의 전위 변화 측정 결과,
도 5는 본 발명에 있어서의 실시예 2에 따른 전지의 평면도,
도 6은 본 발명에 있어서의 실시예 3에 따른 전지의 평면도,
도 7은 본 발명에 있어서의 실시예 4에 따른 전지의 평면도,
도 8은 본 발명에 있어서의 실시예 5에 따른 전지의 평면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하 실시예에 의해, 구체적으로 본 발명을 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 전지에 있어서의 실시예 1을 도시하는 도면이고, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 A-A 단면도이다. 도면에 있어서, (1)는 알루미늄 적층 시트(7)로 이루어지는 전지 용기에서, 전지체를 수납하기 위해서, 소위 버터컵(buttercup) 형상으로 성형된 전지체 수납부(2)와, 전지를 수납한 후 밀봉 구조로 하기 위해서 열용융층에 의해서 3 코너를 밀봉한 밀봉부(3)와, 전지 용기(1)의 일부로서 밀봉부(3)로부터 연장한 연장부(6)를 구비하며, 연장부(6)는 후술의 정극 리드와 중첩되는 위치에 마련되어 있다. (4)는 전지체의 정극과 전기적으로 접속된 정극 리드, (5)는 연장부(6)와 정극 리드(4)를 관통하는 도전 부재로 이루어지는 접속 수단, (7a)는 알루미늄 적층 시트(7)의 알루미늄박, (7b)는 알루미늄박(7a)의 외장 시트, (7c)는 알루미늄박(7a)의 내장 시트이며, 도전 부재(5)는 플러그되고, 연장부(6)의 알루미늄박(7a)과 정극 리드(4)가 도전 부재(5)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다.
도 1에 있어서, 도전 부재(5)는 공중의 금속에 의해 형성된 것을 나타내고 있으나, 중실제의 것이라도 좋고, 또한, 연장부(6)의 알루미늄박(7a)과 정극 리드(4)나 도전 부재(5)를 거쳐서 전기적으로 접속되어 있으면 좋고, 도전 부재(5)의 부분에 도전성 수지를 충전하여, 경화시킨 것 등 각종 형태의 것을 적용할 수 있다.
알루미늄 적층 시드(7)는 알루미늄박(7a)의 외장 시트(7b)로서 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 시트, 내장 시트(7c)로서 PE(폴리에틸렌)층을 중첩한 것이다. 알루미늄박(7a)의 두께는 20㎛, 내장 시트(7c)의 두께는 90㎛, 외장 시트(7b)의 두께는 12㎛이다.
도 2는 전지체의 구조를 나타내는 단면도이며, (8)는 정극, (9)은 전해액을포함하는 세퍼레이터 등의 전해질층, (10)은 부극, (11)은 정극 집전체, (12)은 정극 활물질, (13)은 부극 활물질, (14)은 부극 집적체이다. 이와 같이 구성되어 있는 전지체 혹은 이 전지체를 복수 적층한 것을, 도 1에 나타낸 전지 용기 중에 수납하여 전지를 형성한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 도전 부재(5)에 의해 정극 리드(4)와 플러그되는 연장부(6)는 열용융층 밀봉 부분(3)보다도 외측에 연장하고 있다. 연장하는 폭과 길이는, 도전 부재(5)의 직경 상당이면 충분하다. 도전 부재(5)의 직경 상당 이하이어도, 정극 리드(4)와의 접합은 가능하지만, 적층 시트 중의 금속박과 도전 부재(5)가 접촉하는 확률이 저하하게 된다.
또한, 밀봉 부분(3)의 폭에 여유가 있는 경우에는, 연장이 0, 즉, 밀봉 부분(3)에 도전 부재(5)를 박아 넣더라도, 목적인 전지 용기(1)의 쉴드 기능은 얻어지나, 밀봉 부분(3)의 폭에 여유가 없을 때에는, 밀봉 능력이 저하한다고 하는 문제가 발생한다. 도전 부재(5)의 직경은, 리드(4)의 폭보다도 작은 것이 바람직하다. 리드 폭보다 큰 직경의 도전 부재(5)에서는, 리드(4)를 절단하게 될 우려가 있기 때문이다.
이 예에서는, 폭 3㎜의 리드(4)에 대해, 직경 1.2㎜의 도전 부재(5)를 이용하였다. 리드(4) 및 연장부(6)의 도전 부재(5)가 관통하는 구멍은, 미리 개방하여 놓더라도 좋고, 도전 부재(5)를 박아 넣음으로써 동시에 개방하더라도 좋다. 미리 개방할 때의 구멍 직경은, 도전 부재(5)의 직경과 동일하든지, 작은 쪽이 바람직하다. 도전 부재(5)의 직경보다 큰 구멍을 개방한 경우, 리드(4) 및 연장부(6) 중의금속박과 도전 부재(5)가 접촉하는 확률이 저하하게 된다.
도전 부재(5)에 의해 리드(4)와 연장부(6)를 플러그하는 위치는, 도전 부재(5)와 리드(4)와 연장부(6) 중의 금속박이 접촉하는 위치이면 어디라도 무방하나, 리드(4)의 폭의 중심 선상으로 하는 것이, 접촉 확률이 더욱 높아지게 되어 바람직하다.
또한, 연장부(6)는 당연 리드(4)와 중첩되도록 배치하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 전지 용기(1) 표면의 PET 막의 일부를 탄산 가스 레이저에 의해 소성 처리하고, 알루미늄박 표면을 노출시킨 노출 부분(9)에 리드선(10)을 접속하고, 정극 리드(4)와 부극 리드(8) 사이의 전압 변화 및 정극 리드(4)와 리드선(10) 사이의 전압 변화를 측정하였다. 도 4는 측정 결과를 나타내는 도면으로, 용량 500mAh의 전지를 500㎃ 정전류로 충방전하였을 때의 정극 리드(4)와 부극 리드(8) 사이의 전압 변화 및 정극 리드(4)와 리드선(10) 사이의 전압 변화를 나타내고 있다. 도 4에 나타내고 있는 바와 같이, 정극 리드(4)와 부극 리드(8) 사이의 전압 변화는 정상의 전압 변화를 나타내고, 정극 리드(4)와 리드선(10) 사이의 전압은 0V로 일정하였다. 이 결과는 전지 용기(1)의 전위가 안정하고 있는 것을 나타내고 있다.
또, 본 실시예에서는 정극 리드와 전지 용기의 알루미늄박을 접속하도록 하였으나, 알루미늄박을 이용한 적층 시트가 아니고, 스테인레스박을 이용한 적층 시트의 경우에는 부극 리드와 접속하는 것이 좋다. 또한, 전지 용기재의 내층 시트가 전기 화학적인 이온 전도성을 가질 때에는, 어느 쪽의 극의 리드에 접속하더라도 무방하다.
(실시예 2)
도 5는 본 발명의 전지에 있어서의 실시예 2를 나타내는 평면도이다. 도면에 있어서, (11)는 탄산 가스 레이저에 의해 PET 층을 소성 처리하고, 알루미늄박 표면을 노출시킨 노출 부분, (12)은 스테인레스제의 클립(clip)이다. 정극 리드(4)를 노출 부분(11)에 중첩되도록 절곡하고, 클립(12)에 의해 샌드위치되어 고정하였다. PET 층의 소성 처리는, 표 1의 조건으로 수행하였다.
전지 용기(1) 표면에 침 형상의 프로브를 꽂고, 이 프로브와 부극 리드 사이의 전압과, 정극 리드(4)와 부극 리드(8) 사이의 전압을 비교한 바, 동일한 전압이었다. 이와 같이 동일한 전압이라고 하는 것은, 전지 용기(1)의 알루미늄박이 정극과 동일한 전위인 것을 나타내고 있다.
또, 본 실시예에서는 리드(4) 또는 (8)을 절곡하는 것에 의해 노출부에 전기적으로 접속하였지만, 도전성 페이스트 도포하거나, 또는 도전성의 시트를 고정하는 등, 각종 접속 수단을 채용할 수 있다.
(실시예 3)
도 6은 본 발명의 전지에 있어서의 실시예 3을 나타내는 평면도이다. 도 6에 있어서, (13)는 외장 리드, (6)는 밀봉부(3)로부터 전지 용기(1)의 일부로서 연장한 연장부, (5)는 도전 부재에 의해, 연장부(6)와 외장 리드(13)를 관통하여, 플러그된 도전 부재(5)를 거쳐서, 연장부(6)의 알루미늄박과 외장 리드(13)가 전기적으로 접속되어 있다.
전지체는 도 2에 나타낸 구조의 것을 사용하고, 전지 용기(1)의 재료로서 알루미늄 적층 시트를 사용하고 있다. 전지 용기(1)는 전지체를 수납하는, 소위 버터컵 형상으로 성형된 성형부(2)를 갖는 전지체 수용부측과, 이 전지체 수용부측에 중첩하여 밀폐 구조로 하기 위한 덮개로 이루어지며, 전지체 수용부측에 덮개를 중첩하여 4 코너를 밀봉부(3)에 의해 밀봉하고 있다.
알루미늄 적층 시트는, 알루미늄박의 외장에 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 시트, 내장에 CCP(미연신(未延伸) 폴리프로필렌)를 중첩한 것이다. 알루미늄박의 두께는 100㎛, CCP 층의 두께는 40㎛, PET 층의 두께는 12㎛이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 도전 부재(5)에 의해 외장 리드(13)와 플러그되는 연장부(6)는 밀봉부(3)보다도 외측에 연장하고 있다. 연장하는 폭과 길이는, 도전 부재(5)의 직경 상당이면 충분하다. 도전 부재(5)의 직경 상당 이하이어도, 리드와의 접합은 가능하지만, 연장부(6)중의 금속박과 도전 부재(5)가 접촉하는 확률이저하하게 된다. 도전 부재(5)의 직경은, 외장 리드(13)의 폭보다도 작은 것이 바람직하다. 외장 리드(13)의 폭보다 큰 직경의 도전 부재(5)에서는, 외장 리드(13)를 절단하게 될 우려가 있기 때문이다. 이 예에서는, 폭 3㎜의 리드에 대해, 직경 1.2㎜의 도전 부재(5)를 이용하였다. 외장 리드(13) 및 연장부(6)의 도전 부재(5)가 관통하는 구멍은, 미리 개방해 놓더라도 무방하고, 도전 부재(5)를 박아 넣음으로써 동시에 개방하더라도 무방하다. 미리 개방할 때의 구멍 직경은, 도전 부재(5)의 직경과 동일하든지, 작은 쪽이 바람직하다. 도전 부재(5) 직경보다 큰 구멍을 개방한 경우, 외장 리드(13)나 연장부(6) 중의 금속박과 도전 부재(5)가 접촉하는 확률이 저하하게 된다. 도전 부재(5)에 의해 외장 리드(13)와 연장부(6)를 플러그하는 위치는, 도전 부재(5)와 외장 리드(13)와 연장부(6) 중의 금속박이 접촉하는 위치이면 어디든지 무방하나, 외장 리드(13)의 폭의 중심 선상으로 하는 것이, 접촉 확률이 더욱 높아지게 되어 바람직하다. 또한, 연장부(6)는 물론 외장 리드(13)와 중첩하도록 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 소위 4 코너 밀봉 타입에서는, 전지체 수용부측과 덮개측의 2 부분에 걸쳐 외장 리드(13)가 접촉하도록 배치하고, 도전 부재(5)를 관통시켜 플러그한다. 이와 같이 정극 리드 및 부극 리드와는 별도로 독립적으로 외장 리드(13)를 형성하면, 통상의 정극이나 부극과 상이한 소망하는 전위를 외부의 전기 회로에 의해 외장 리드(13)를 거쳐서 전지 용기(1)에 인가할 수 있다.
(실시예 4)
도 7은 전지 용기의 형상이 소위 필로우(pillow)형이라고 불리는 전지이다. 이 전지는 알루미늄 적층 시트의 양단부를 접합(접합부(14))하여 알루미늄 적층 시트를 원통 형상으로 하고, 이 원통의 내부에 전지체를 수납한 후, 원통의 양측을 밀봉(밀봉부(3))함으로써 밀폐 구조로 한 것이다.
본 실시예는, 전지 용기의 형상을 도 6에 나타낸 필로우형으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 한 전지이다.
또, 본 실시예의 필로우형 전지에 실시예 2 및 실시예 3을 적용하는 것도 가능하다.
(실시예 5)
도 8은 전지 용기의 형상이, 소위 밑바닥 덮개형이라고 불리는 전지이며, (b)는 평면도, (a)는 측면의 형상을 나타내고 있다. 이 전지는 알루니늄 적층 시트의 양단부를 접합(접합부(14))하여 알루미늄 적층 시트 원통 형상으로 하고, 이 원통의 내부에 전지체를 수납한 후, 원통의 양측에 도 8(a)에 나타내는 형상의 밑바닥 덮개를 부착하여, 밀봉(밀봉부(3))함으로써 밀폐 구조로 한 것이다.
본 실시예는 전지 용기의 형상을 도 8에 나타낸 밑바닥 덮개형인 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 한 전지이다.
또, 본 실시예의 밑바닥 덮개형 전지에 실시예 2 및 실시예 3을 적용하는 것도 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 전지는, 전기 쉴드(전자기 쉴드, 정전 쉴드)를 필요로 하는 휴대용의 전화기, 무선기, 퍼스널 컴퓨터 등의 전원으로서 이용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 정극 및 부극과 이 정극 및 부극 사이에 마련된 전해질층을 갖는 전지체,
    상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 리드,
    상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 리드,
    고분자 수지와 금속박을 적층한 적층 시트로 이루어져 상기 전지체를 수납함과 동시에, 상기 정극 리드 및 부극 리드를 봉지하여 밀폐 구조로 한 전지 용기,
    상기 전지 용기의 금속박과 상기 정극 리드 또는 부극 리드를 전기적으로 접속하는 접속 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 전지.
  2. 정극 및 부극과 이 정극 및 부극 사이에 마련된 전해질층을 갖는 전지체,
    상기 정극과 전기적으로 접속된 정극 리드,
    상기 부극과 전기적으로 접속된 부극 리드,
    상기 정극 리드 및 부극 리드와는 별도로 마련된 외장 리드,
    고분자 수지와 금속박을 적층한 적층 시트로 이루어져 상기 전지체를 수납함과 동시에, 상기 정극 리드, 부극 리드 및 외장 리드를 봉지하여 밀폐 구조로 한 전지 용기,
    상기 전지 용기의 금속박과 상기 외장 리드를 전기적으로 접속하는 접속 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 전지 용기를 구성하는 적층 시트의 금속박의 외부 표면을 일부 노출시켜 노출부를 형성하고, 이 노출부와 리드 사이의 전압과, 정극 리드와 부극 리드 사이의 전압을 비교하는 것을 특징으로 하는 전지의 전기 쉴드의 검사 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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