KR100458437B1 - 밀폐형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해액의 누설 등이 없는 밀폐성이 우수한 밀폐형 전지를 제공하는 것으로, 전지 캔(battery can)의 극성과 이종 극성의 전극 인출판을 금속판의 관통구멍에 장착한 절연성 부재에 전극 도출 핀을 관통시켜 코킹(caulking)하여 고착한 전지 헤더를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 전지 헤더의 금속판의 전지 캔의 내부측의 면에 장착되는 내부 절연판과, 전지 헤더의 금속판의 전지 캔의 외부측에 장착되는 외부 절연판이 적어도 2면에서 접촉한 밀폐형 전지를 제공한다.

Description

밀폐형 전지{Sealed battery}

본 발명은 밀폐형 전지에 관한 것으로, 특히 전지 캔의 극성과 다른 극성의 전지 단자를 절연성 부재를 통해 꺼내는 전극 단자를 형성한 전지 헤더를 부착시킨 밀폐성이 우수한 밀폐형 전지에 관한 것이다.

소형 전자 기기용 전원으로서 각종 전지가 사용되고 있고, 휴대 전화, 노트 퍼스널 컴퓨터, 캠코더 등의 전원으로서, 소형으로 대용량의 밀폐형 전지가 사용되고 있으며, 고용량의 리튬 전지나 리튬 이온 이차 전지 등의 비수전해액을 사용한 밀폐형 전지가 사용되고 있다.

기기의 소형화에 대응하여, 원통형 전지에다가, 작은 공간을 유효하게 이용할 수 있는 각형 밀폐식 전지가 널리 사용되고 있다. 각형 전지에 있어서는 전지의 한 쪽의 전극으로서 작용하는 전지 캔과 절연성 부재로 격리한 전극 단자가 부착되어 있다.

도 2에, 각형 밀폐형 전지의 일례를 설명하는 도면을 나타낸다.

밀폐형 전지(1)는 스텐레스강, 니켈 도금을 표면에 실시한 연강(soft steel) 등으로 이루어지는 각통형 금속 용기(2; 이하, 전지 캔이라고도 칭함)에, 양극 전극 및 음극 전극을 세퍼레이터를 통해 적층한 것을 권회한 전지 요소가 수납되어 있고, 전지 캔(2)의 상단에는 금속판(3)에, 외부 절연판(4A), 양극측의 전극 인출판(5)을 양극측의 전극 도출 핀(6)에 의해 일체화하여 구성한 헤더(7)를 전지 캔(2)의 개구부에 부착시켜 봉구(封口)한 것으로, 헤더(7)의 일부에는 전지의 내부압력의 이상한 상승시에 압력을 개방하기 위해 다른 부분보다도 두께가 얇은 부분(8), 전해액을 주액하여, 전해액의 주액후에 봉구하는 소구멍(9)이 형성되어 있고, 소구멍(9)으로부터 전해액을 주입한 후에 스텐레스강 등의 금속으로 이루어지는 부재를 매립하여, 용접하여 봉구하고 있다.

도 3은 헤더의 일례를 설명하는 도면이고, 도 3(a)는 헤더의 분해사시도이고, 도 3(b)는 전극 도출 핀을 코킹한 후의 상태를 설명하는 도면이다.

스텐레스강, 니켈 도금을 실시한 연강판 등으로 이루어지는 금속판(3)에 형성한 관통구멍(10)에 하부에서 폴리프로필렌, 플루오르 수지 등으로 이루어지는 내부 절연판(4B)을 부착하고, 상부에는 외부 절연판(4A)을 설치하여, 절연성 부재(4)를 형성한 것이다. 그리고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 도전성이 양호한 금속으로 이루어지는 고리부(6A)를 갖는 전극 도출 핀(6)을 내부 절연판(4B)에 형성한 구멍을 관통시켜, 전극 인출판(5)을 장착하여, 전극 도출 핀의 고리부(6A)와 기둥형상부(6B)의 선단을 상하로부터 코킹함으로써 헤더(7)가 형성된다.

제작된 헤더(7)의 전극 도출 핀(6)의 고리부(6A)에, 전지 요소에 접합하여 절연성 부재(11)로 피복된 도전 태브(12)를 접합한 후에 전지 캔의 개구부에 끼워 맞춰 주위를 레이저 용접을 행하여 봉구시킨다.

헤더의 조립시에 전극 도출 핀(6)은 코킹에 의해 눌러 찌부러져서, 전극 인출판(5)의 평면과 접촉하여, 전극 도출 핀과 양극 인출판(5) 사이에 도전 접속이 형성됨과 동시에, 코킹에 의해 눌러 찌부러진 양극 도출 핀은 불룩해져 절연성 부재의 평판상 표면 및 원통상 벽면에 균일하게 눌려져 봉구가 행해진다.

그런데, 이러한 밀폐형 전지에는 전극 도출 핀의 부분에서의 봉구 특성이 불충분한 것이나, 경시적으로 열화를 하는 것이 있었다.

또한, 도 3(c)에 도시하는 바와 같이, 전극 도출 핀(6)과 전지 헤더의 금속판(3) 사이에 설치한 외부 절연판(4A)과 내부 절연판(4B) 사이에 공극(13)이 생기는 일이 있어서, 공극을 통한 전해액의 누설 등이 일어날 우려가 있었다. 공극(13)은 전극 도출 핀(6)을 코킹 공정에 의해 생기거나, 또는 전극 인출판(5)으로의 외부 접속 리드의 용접, 전극 도출 핀(6)과 전지 요소의 한 쪽의 전극을 접속할 때, 또는 전지 헤더를 전지 캔에 접합할 때의 레이저 용접에 의해 가해지는 열에 의한 수축 변형에 의해 생기는 것으로 볼 수 있다.

본 발명은 전극 도출 핀을 코킹하여 봉지한 전극 봉지 구조를 갖는 전지에 있어서, 절연성, 기밀성이 우수하고, 전극 도출 핀과 전극 인출판의 도전 접촉이 양호하며, 경시적인 변화가 작고 신뢰성이 높은 밀폐형 전지를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 밀폐형 전지를 설명하는 도면이다.

도 2는 각형(角型) 밀폐형 전지의 일례를 설명하는 도면이다.

도 3은 헤더의 일례를 설명하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 밀폐형 전지 2: 금속 용기

3: 금속판 4: 절연성 부재,

4A: 외부 절연판 4B: 내부 절연판

5: 전극 인출판 6: 전극 도출 핀

7: 헤더 13: 공극

14: 수평면 17: 오목부

본 발명은 전지 캔의 극성과 이종의 극성의 전극 인출판을, 금속판의 관통구멍에 장착한 절연성 부재에 전극 도출 핀을 관통시켜 코킹하여 고착한 전지 헤더를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 전지 헤더의 금속판의 전지 캔의 내부측의 면에 장착되는 내부 절연판과, 전지 헤더의 금속판의 전지 캔의 외부측에 장착되는 외부 절연판이 적어도 2면에서 접촉하는 밀폐형 전지이다.

외부 절연판이 전지 헤더의 금속판에 형성한 오목부에 부착된 상기 밀폐형 전지이다.

내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀의 축에 수직인 평면과, 전극 도출 핀과 동심원상의 곡면으로 이루어지는 접촉면을 갖는 상기 밀폐형 전지이다.

내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀과 동심원상의 2개의 반경이 다른면을 전극 도출 핀에 수직인 평면에서 결합한 접촉면을 갖는 상기 밀폐형 전지이다.

내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀의 축에 수직인 3개의 면이 반경이 다른 전극 도출 핀과 동심원상의 2개의 면에 의해 결합한 접촉면을 갖는 상기 밀폐형 전지이다.

내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀의 축에 대하여 경사한 2개의 면으로 이루어지는 접촉면을 갖는 상기 밀폐형 전지이다.

또한, 리튬 이온 전지인 상기 밀폐형 전지이다.

본 발명의 밀폐형 전지는 금속판의 양면에 배치한 절연성 부재에 전극 도출 핀을 관통시킨 후에, 전극 도출 핀을 코킹하여 전극 인출판을 일체화한 전지 헤더에 있어서, 2개의 절연성 부재 사이의 접촉면을 계단 형상 등으로서 하나의 면으로 하지 않음으로써, 2개의 절연성 부재 사이의 접촉면의 일부에 공극 등이 생긴 경우 이더라도, 어느 접촉면에 의해 기밀성이 유지되어 2개의 절연성 부재 사이의 기밀성이 확실하게 유지하는 것이 가능한 밀폐형 전지의 제공이 가능한 것을 알아낸 것이다.

그리고, 절연성 부재의 접촉면을 계단 형상으로 하거나, 오목 볼록을 형성함으로써, 2개의 절연성 부재 사이의 접촉면의 기밀성 유지를 확실하게 한 것이다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1은 밀폐형 전지의 전극 인출 단자 부분을 설명하는 단면도이고, 도 1(a)는 헤더의 일실시예를 설명하는 단면도이고, 도 1(b) 및 도 1(c)는 다른 실시예를설명하는 도면이다.

도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 밀폐형 전지를 형성하는 헤더(7)의 금속판(3)에는 상하로부터 외부 절연판(4A), 내부 절연판(4B)으로 이루어지는 절연성 부재(4)를 배치하고, 외부 절연판(4A)의 상부에 전극 인출판(5)을 설치하여 전극 도출 핀(6)을 코킹함으로써 봉구하여 일체화한 것이다.

외부 절연판(4A)과 내부 절연판(4B)은 전극 도출 핀에 평행한 면만이 아니라, 전극 도출 핀에 평행한 면과, 그것에 연결되는 수평면(14)에 의해서 접촉하고 있다. 이 때문에, 코킹시에 외부 절연판(4A)과 내부 절연판(4B)의 계단 형상의 접촉면에 다소의 위치 어긋남 등이 생기거나, 레이저 용접 등의 열에 의해 수축한 경우에도 기밀성이 유지된다.

또한, 도 1(b)에 도시하는 예에서는 전극 도출 핀(6)의 절연성 부재와의 접촉면은 내부 절연판(4B)의 벽면만이고, 내부 절연판(4A)과 외부 절연판(4A)은 단면이 계단 형상인 3개의 면, 즉 전극 도출 핀(6)의 축에 평행한 2면과 그것들을 결합하는 수평면(14)에서 접촉하고 있다. 이 때문에, 도 1(a)의 것에 비하여, 기밀성이 보다 큰 것으로 되어, 코킹시에 외부 절연판(4A)과 내부 절연판(4B)의 계단 형상 접촉면에 다소의 위치 어긋남 등이 생기거나, 레이저 용접 등의 열에 의해 수축한 경우에도 충분한 기밀성이 유지된다.

또한, 도 1(c)에 도시하는 예에서는 내부 절연판(4A)과 외부 절연판(4B)의 접촉부를 요조(凹條)부와 이것에 끼워 맞춰지는 철조(凸條)부를 형성한 요철 끼워 맞춤부(15)를 형성한 것이다. 끼워 맞춤부에서의 어긋남을 작게 하는 것이 가능하고, 기밀성의 유지효과가 우수하다.

도 1(d)에 도시하는 예는 걸어 맞춤부의 V자형 단면인 V자 조(條) 끼워 맞춤부(16)를 형성한 것으로, 도 1(d)와 같은 효과를 나타낸다.

또한, 도 1(a) 내지 도 1(d)에 도시하는 예에서는 어느 것이나 헤더(7)의 금속판(3)에는 전지 캔의 내부를 향해 오목부(17)가 형성되어 있고, 오목부(17)에 외부 절연판(4A)이 끼워 맞춰져 있기 때문에, 전극 도출 핀을 코킹할 때에는 외부 절연판(4A)의 외연부가 오목부(17)에 의해 이동이 제한되기 때문에, 절연판의 위치 결정 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 오목부에 전극 인출 단자가 부착되므로, 전극 인출 단자의 전지의 단면에서의 돌출량이 작아진다는 특징도 얻어진다.

내부 절연판 및 외부 절연판은 폴리프로필렌, 또는 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체(PFA), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP) 등의 열가소성 플루오르 수지 등을 들 수 있다.

헤더의 외면에 위치하는 외부 절연판(4A)의 표면에 설치하는 전극 인출판으로는 니켈판, 니켈 도금을 실시한 연강판, 동판, 백색 합금판 등을 사용할 수 있다.

또한, 이들 전극 인출판으로는 표면에 다시 한번 도금을 실시한 것이 바람직하다. 도금은 전극 인출판과 전극 도출 핀의 접촉저항을 저하시키는 효과와 함께, 전극 단자부에 부착한 전해액에 의해 전극 단자부의 화학적인 부식 및 접촉 전위차에 의한 전기화학적인 용출 및 부식을 방지하는 점에서 유효하다.

전극 인출판에 도금하는 금속으로는 금 등의 귀금속, 은, 주석 등을 들 수있지만, 특히 내식성이 큰 금 등의 귀금속을 사용하여 행하는 것이 바람직하다.

또한, 전극 도출 핀으로는 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어지는 금속소재를 전극 도출 핀의 형상으로 가공후에 소둔을 행한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

전극 도출 핀은 소둔에 의해, 코킹의 변형이 균일해짐과 동시에, 또한 표면경도가 저하하여, 표면에 금이 가는 등도 일어나기 어려워짐에 따라 절연성 부재 사이의 밀폐성 등이 양호한 것으로 된다.

전극 도출 핀은 소둔에 의해 일시적으로 경도가 저하하지만, 코킹 가공에 의해 가해진 충격으로 가공경화가 일어나기 때문에, 코킹후의 전극 도출 핀은 소둔 가공을 행하지 않은 것과 동일한 경도를 나타내므로, 봉구 특성의 저하, 또는 전극 도출 핀의 코킹 강도의 저하가 일어나는 일은 없다.

본 발명의 밀폐형 전지는 금속판에 형성한 관통구멍에 장착한 절연성 부재에 전극 도출 핀을 관통시킴과 동시에 코킹하여, 전지 헤더의 기밀과 외부 접속 단자의 형성을 행한 전지 헤더에 있어서, 금속판의 외측과 내측에서 장착하는 절연성 부재의 접촉면을 적어도 2개의 면에서 형성하였기 때문에, 절연성 부재를 장착하여 코킹할 때에는 양자간에서의 어긋남이 생기는 일은 없고, 또한 레이저 용접 등의 열의 영향에 의해서 절연성 부재가 수축한 경우에도, 양자간에서의 밀폐성의 유지가 행해지므로, 신뢰성이 높은 밀폐형 전지를 제공할 수 있다.

Claims (11)

1. 전지 캔의 극성과 이종의 극성의 전극 인출판을 금속판의 관통구멍에 장착한 절연성 부재에 전극 도출 핀을 관통시켜 코킹하여 고착한 전지 헤더를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 전지 헤더의 금속판의 전지 캔의 내부측의 면에 장착되는 내부 절연판과, 전지 헤더의 금속판의 전지 캔의 외부측에 장착되는 외부 절연판이 적어도 2면에서 접촉하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 외부 절연판은 전지 헤더의 금속판에 형성한 오목부에 부착된 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀의 축에 수직인 평면과, 전극 도출 핀과 동심원상의 곡면으로 이루어지는 접촉면을 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
4. 제 3 항에 있어서, 외부 절연판은 전지 헤더의 금속판에 형성한 오목부에 부착된 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
5. 제 1 항에 있어서, 내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀과 동심원상의 반경이 다른 2개의 면을 전극 도출 핀에 수직인 평면에서 결합한 접촉면을 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
6. 제 5 항에 있어서, 외부 절연판은 전지 헤더의 금속판에 형성한 오목부에 부착된 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
7. 제 1 항에 있어서, 내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀의 축에 수직인 3개의 면이 전극 도출 핀과 동심원상인 반경이 다른 2개의 면에 의해 결합한 접촉면을 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
8. 제 7 항에 있어서, 외부 절연판은 전지 헤더의 금속판에 형성한 오목부에 부착된 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
9. 제 1 항에 있어서, 내부 절연판과 외부 절연판은 전극 도출 핀의 축에 대하여 경사한 2개의 면으로 이루어지는 접촉면을 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
10. 제 9 항에 있어서, 외부 절연판은 전지 헤더의 금속판에 형성한 오목부에 부착된 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
11. 제 1 항에 있어서, 밀폐형 전지가 리튬 이온 전지인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.