KR100460417B1 - 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
저항을 감소시켜 용량의 증대를 도모할 수 있는 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법이 개시된다. 상기 전기 에너지 저장 장치는 양극, 격리막 및 음극이 함께 권취된 전극 권취체, 상기 양극 및 음극에 각기 접속되는 양극 단자 및 음극 단자, 상기 양극 및 음극 단자에 각기 연결되며, 적어도 두 개 이상의 리드들로 이루어진 양극 및 음극 리드, 그리고 상기 양극 및 음극 리드들 각기 상기 양극 및 음극 단자에 연결하는 제1 및 제2 연결 부재를 포함한다. 단자와 리드들 사이의 저항을 감소시켜 전기 에너지 저장 장치의 용량 및 효율을 증가시킬 수 있으며 하나의 전극 단자에 다수 개의 리드들을 연결하여 리드들의 수의 증가에 따라 리드의 저항을 전체적으로 감소시킬 수 있다.
Description
본 발명은 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리드와 단자 사이의 저항을 감소시키면서 두 개 이상의 리드를 단자에 용이하게 연결할 수 있는 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
대체로 캐패시터 혹은 콘덴서는 일반적으로 정전 캐패시터(electrostatic capacitor), 전해 캐패시터(electrolytic capacitor) 및 전기 화학 캐패시터(electrochemical capacitor)로 분류된다.
정전 캐패시터로는 세라믹 캐패시터, 글라스 캐패시터 및 운모 캐패시터 등이 있으며, 정전 캐패시터는 그 대부분이 약 1.0∼10㎌ 정도의 정전 용량을 갖는다. 슈퍼 캐패시터라고도 호칭되는 전기 화학 캐패시터로는 전기이중층(electricdouble layer) 캐패시터 및 산화환원(redox) 내지 의사(pseudo) 캐패시터 등이 개발되어 있으며, 전기 화학 캐패시터는 대략 1mF∼3000F 정도까지 정전 용량을 확보할 수 있다. 전해 캐패시터로는 알루미늄 전해 캐패시터 또는 탄탈륨 전해 캐패시터 등이 알려져 있으며, 전해 캐패시터는 정전 콘덴서의 약 100배 정도까지의 정전 용량을 가질 수 있다.
대체로 전해 콘덴서는 알루미늄과 같은 밸브 메탈을 화학적 방법 또는 전기화학적 방법을 이용하여 에칭하거나, 알루미늄 또는 탄탈륨 같은 밸브 메탈 분말을 소결하여 큰 비표면적을 갖는 전극을 만든 다음, 이러한 전극에 액체 전해질을 함침시켜 향상된 정전 용량을 나타내도록 구성된다. 전해 콘덴서는 큰 정전 용량, 낮은 저항 및 저렴한 제조 비용 등의 장점을 가짐으로 인하여, 각종 전자기기에 다양하게 이용되고 있다. 그렇지만, 최근에는 노트북 컴퓨터나 휴대용 전화 등의 이동 전자 기기들이 발달함에 따라 전해 콘덴서도 더욱 작은 사이즈 및 낮은 저항을 가질 것이 요구되고 있다.
도 1은 종래의 원통형 전해 콘덴서의 사시도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전해 콘덴서(10)는 양극(15)과 음극(20) 사이에 액체 전해질을 함침시킨 제1 격리막(25)을 배치하고, 음극(20) 상에 제2 격리막(30)을 적층한 다음, 양극(15), 음극(20), 제1 및 제2 격리막(25, 30)이 함께 권취된 전극 권취체(45)의 구조를 가진다. 전극 권취체(45)의 양극 및 음극(15, 20)에 각기 양극 단자 및 음극단자(35, 40)를 연결하면 전해 콘덴서(10)가 완성된다. 이 경우, 전극 권취체(45)를 케이스로 밀봉한 다음, 양극 및 음극 단자(35, 40)를 연결할 수도 있다.
그러나, 상술한 종래의 전해 콘덴서에 있어서, 양극 및 음극 단자(35, 40)가 양극 및 음극(15, 20)에 접촉되는 면적이 작기 때문에 전극(15, 20)과 단자(35, 40) 사이의 저항이 높아져 결국 전해 콘덴서(10)의 용량을 감소시키게 되는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 고려하여 국내 등록특허 제 346031호(발명의 명칭; 전기 에너지 저장 장치)에는 단자와 전극 사이의 접촉 면적을 확장시킨 구조를 가지는 전기 에너지 저장 장치가 개시되어 있다.
도 2는 상기 등록특허에 제시된 전기 에너지 저장 장치의 단면도를 도시한 것이며, 도 3은 도 2에 도시한 전기 에너지 저장 장치 중 단자의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 전기 에너지 저장 장치(50)는 양극, 음극 및 격리막들이 함께 권취된 전극 권취체(55), 그리고 전극 권취체(55)의 양극 및 음극에 각기 접촉되도록 전극 권취체(55)의 상면 및 하면에 형성된 양극 및 음극 단자(60, 65)로 이루어진다.
도 3에 도시한 바와 같이, 양극 및 음극 단자(60, 65)가 양극 및 음극과 접촉되는 면에는 다수의 피치(pitch) 형태의 요철부(70)가 형성된다. 이러한 구조를 가지는 양극 및 음극 단자(60, 65)를 전극 권취체(55)의 양극 및 음극에 연결할 경우에는 단자(60, 65)와 전극 사이의 접촉 면적이 확대되기 때문에 단자와 전극 사이의 저항을 감소시켜 전기 에너지 저장 장치의 용량의 확대를 도모할 수 있다.
그러나, 전술한 종래의 전기 에너지 저장 장치에 있어서, 전기 에너지 저장장치를 제조하는 공정 또는 전기 에너지 저장 장치 보관하는 동안이나 전기 에너지 저장 장치를 각종 전기ㆍ전자기기에 장착하는 동안 전극 권취체에 부착된 단자와 이에 연결되는 알루미늄으로 이루어진 리드가 대기 중에 노출되어 단자 및 리드의 표면에 산화막이 형성되는 경우가 흔히 발생한다. 이와 같이 표면에 산화막이 형성된 단자에 리드를 연결하여 전기 에너지 저장 장치를 전기ㆍ전자기기에 장착할 경우에는 단자와 리드 표면에 형성된 산화막으로 인하여 양극 및 음극 단자와 양극 및 음극 리드 사이의 저항이 증대되어 전기 에너지 저장 장치의 용량이 감소함으로써, 요구되는 전력을 공급하지 못하게 되는 문제점이 발생한다.
또한, 전기 에너지 저장 장치의 용량이 증가할수록 그 충전이나 방전 시에 수백 암페어(A)의 전류가 흐르게 되기 때문에 단자로부터 많은 수의 리드들이 인출되는 것이 요구되지만, 종래의 전기 에너지 저장 장치의 경우에는 상기 산화막의 발생과 리드의 구조로 인하여 많은 수의 리드들을 단자에 연결시키기는 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 리드와 단자 사이의 저항을 감소시키면서 복수 개의 리드를 단자에 연결할 수 있는 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 리드 및 단자 표면에 형성된 산화막을 제거하고 리드를 단자에 연결하여 리드와 단자 사이의 저항의 감소에 따라 용량을 증대시킬 수있는 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 리드를 전극 단자에 용이하게 연결하여 낮은 저항을 가지면서도 공정 수율을 향상시킬 수 있는 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 원통형 전해 콘덴서의 사시도이다.
도 2는 종래의 전기 에너지 저장 장치의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 전기 에너지 저장 장치 중 단자의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지 저장 장치의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 전기 에너지 저장 장치 중 전극 단자의 확대 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 전기 에너지 저장 장치 중 연결 부재의 확대 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 연결 부재의 확대 평면도이다.
도 8은 도 4에 도시한 전기 에너지 저장 장치 중 리드의 확대 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100：전기 에너지 저장 장치 105：케이스
110：캡 115：양극 단자
120：음극 단자 125：제1 연결 부재
130：제2 연결 부재 135：양극 리드
140：음극 리드 150：단자의 몸체
160：돌출부 165：제1 피치부
170：연결 부재의 몸체 175：삽입홀
180：제3 피치부 185：관통홀
190, 195, 200, 205, 210：리드
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 양극, 격리막 및 음극이 함께 권취된 전극 권취체, 상기 양극 및 음극에 각기 접속되는 양극 단자 및 음극 단자, 상기 양극 및 음극 단자에 각기 연결되며, 적어도 두 개 이상의 리드들로 이루어진 양극 및 음극 리드, 그리고 상기 양극 및 음극 리드들 각기 상기 양극 및 음극 단자에 연결하는 제1 및 제2 연결 부재를 포함하는 전기 에너지 저장 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 연결 부재는 링의 형상을 가지며, 제1 및 제2 연결 부재의 하면에는 각기 약 0.5∼2.0㎜ 정도의 깊이로 피치부가 형성되지만, 이러한 피치부의 깊이는 리드의 수에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 양극 및 음극 단자의 상면에는 상기 제1 및 제2 연결 부재의 피치부에 각기 대응하는 형상을 가지는 피치부가 형성된다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 연결 부재의 피치부와 상기 양극 및 음극 단자의 피치부의 두께의 합이 상기 리드들의 두께 보다 크게 형성된다.
한편, 상기 전극 권취체에는 약 1몰 정도의 농도를 가지는 아세토니트릴을포함하는 추가적인 전해액이 함침된다.
또한, 상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 양극, 격리막 및 음극을 권취하여 전극 권취체를 형성하는 단계, 상기 양극 및 음극에 각기 접속되는 양극 단자 및 음극 단자를 부착하는 단계, 상기 양극 및 음극 단자 상에 각기 적어도 두 개 이상의 리드들로 이루어진 양극 및 음극 리드들 배치하는 단계, 상기 양극 단자 및 상기 양극 리드 상에 제1 연결 부재를 위치시키고, 상기 음극 단자 및 상기 음극 리드 상에 제2 연결 부재를 위치시키는 단계, 그리고 상기 제1 연결 부재, 상기 양극 단자 및 상기 양극 리드를 연결시키고, 상기 제2 연결 부재, 상기 음극 단자 및 상기 음극 리드를 연결시키는 단계를 포함하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법이 제공된다. 이 때, 상기 제1 및 제2 연결 부재의 하면에는 각기 피치부가 형성되며, 상기 양극 및 음극 단자의 상면에는 각기 상기 제1 및 제2 연결 부재의 피치부에 대응하는 형상을 가지는 피치부가 형성된다.
바람직하게는, 프레스를 사용하여 상기 양극 및 음극 단자의 표면과 상기 양극 및 음극 리드의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 연결 부재, 상기 양극 단자 및 상기 양극 리드를 연결시키고, 상기 제2 연결 부재, 상기 음극 단자 및 상기 음극 리드를 연결시키는 단계는 유압 프레스를 사용하여 1∼3ton/㎠의 압력으로 리벳팅 공정을 이용하여 수행된다. 이 경우, 용접 공정이 추가적으로 포함될 수 있다.
일반적으로 리벳팅 공정으로 전극 단자와 리드를 연결하는 방식을 적용할 경우에는 생산 수율이 증대되고, 전해 콘덴서와 같은 전기 에너지 저장 장치가 균일한 전기 저항 특성을 가지게 된다. 그러나, 많은 전류를 필요로 하는 전기 에너지 저장 장치의 경우에는 낮은 저항을 가질 것이 반드시 요구되며, 전극 단자나 리드의 표면에 형성된 금속 산화막은 이러한 저저항 특성을 저하시키는 요인이 된다.
본 발명에 따르면, 연결 부재 내지 전극 단자에 피치부를 형성하고, 복수 개의 리드들을 각 전극 단자에 리벳팅 또는 리벳팅과 용접을 병행하여 연결하여 전극 단자와 리드의 표면에 형성된 산화막을 완전히 제거하면서 리드들을 단자에 용이하게 연결할 수 있다. 즉, 전극 단자와 연결 부재에 피치를 형성하고 유압 프레스로 압착하거나 리벳팅하여 전극 단자 및 리드의 표면에 형성된 산화막을 제거하여 단자와 리드 사이의 접촉 저항을 크게 감소시킬 수 있다.
따라서, 단자와 리드들 사이의 저항을 감소시켜 전기 에너지 저장 장치의 용량 및 효율을 증가시킴으로써, 전기 자동차. 무인 비행기, 무정전 전원 장치 등과 같이 대용량을 요구하는 전기ㆍ전자 기기에 적합한 전기 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다. 또한, 하나의 전극 단자에 다수 개의 리드들을 연결하여 리드들의 수의 증가에 따라 리드의 저항을 전체적으로 감소시킬 수 있기 때문에, 수백 암페어 이상의 큰 전류를 필요로 하는 전기ㆍ전자 기기에 적합한 전기 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 전기 에너지 저장 장치 및 그 제조 방법을 상세하게 설명하지만 본 발명이 하기의 실시예들에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 4는 본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치의 사시도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치(100)는, 대체로 원통 형상을 가지는 케이스(105), 케이스(105)에 내장되며 양극, 음극 및 격리막 등이 권취되어 이루어진 전극 권취체(도시되지 않음), 케이스(105)의 상부를 밀봉하는 캡(110), 전극 권취체의 양극 및 음극에 각기 접촉되어 캡(110)의 외부로 노출되는 양극 단자(115) 및 음극 단자(120), 양극 및 음극 단자(115, 120)에 각기 전기적으로 접속되는 양극 리드(135) 및 음극 리드(140), 그리고 양극 및 음극 리드(135, 140)를 각기 양극 및 음극 단자(115, 120)에 연결하는 제1 및 제2 연결 부재(125, 130)를 구비한다.
도 5는 도 4에 도시한 전기 에너지 저장 장치 가운데 양극 단자를 확대한 단면도이고, 도 6은 도 4에 도시한 전기 에너지 저장 장치 중 제1 연결 부재를 확대한 단면도이며, 도 7은 도 6에 도시한 제1 연결 부재의 평면도이다.
도 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치(100)의 양극 단자(115)는 대체로 'T'자 형상의 단면을 가지는 몸체(150), 몸체(150)의 상면 중앙부로부터 돌출된 돌출부(160), 그리고 돌출부(160) 주변의 몸체(150) 상면에 형성된 제1 피치(pitch)부(165)를 포함한다.
양극 단자(115)의 몸체(150)의 하면은 전극 권취체의 양극에 접촉되며, 몸체(150)의 상면은 제1 연결 부재(125)의 하면에 접촉된다. 이를 위하여, 후술하는 바와 같이 제1 연결 부재(125)의 하면에는 제1 피치부(165)에 대응하는 형상을 가지는 제3 피치부(180)가 마련된다. 몸체(150) 상면 중앙부에 위치하는 돌출부(160)는 제1 연결 부재(125)의 삽입홀(175)을 통하여 노출되며, 이와 같이 양극 단자(115)노출된 돌출부(160)에 제1 연결 부재(125)를 개재하여 양극 리드(135)가 연결된다.
도 5에서는 양극 단자(115)에 대하여 도시 및 설명하였으나 음극 단자(120)의 구조 및 형상도 양극 단자(115)와 동일하게 형성된다. 즉, 음극 단자(120)도 'T'자 형상의 몸체, 몸체의 상면 중앙부로부터 돌출된 돌출부, 그리고 돌출부 주변의 몸체 상면에 형성된 제2 피치부를 구비한다. 도시하지는 않았지만, 음극 단자(120)의 제2 피치부는 제2 연결 부재(130)의 제4 피치부에 대응하는 구조로 형성된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 연결 부재(125)는 대체로 링 형상의 몸체(170), 몸체(170)의 중앙부를 관통하여 형성된 삽입홀(175), 그리고 삽입홀(175) 주변의 몸체 하면에 형성된 제3 피치부(180)를 포함한다.
상기 제1 연결 부재(125)의 삽입홀(175)에는 양극 단자(115)의 돌출부가 삽입되어 양극 리드(135)와의 연결을 위하여 외부로 노출되며, 제1 연결 부재(125)의 제3 피치부(180)는 전술한 바와 같이 양극 단자(115)의 상면에 형성된 제1 피치부(165)에 대응하는 형상을 가진다. 즉, 제1 피치부(165)와 제3 피치부(180)는 서로 맞물리게 형성되기 때문에 제1 연결 부재(125)가 양극 단자(115)에 밀착될 수 있다.
도 6 및 도 7에서는 제1 연결 부재(125)의 구조에 대해서 도시 및 설명하였으나, 제2 연결 부재(130)도 마찬가지로 링 형상의 몸체, 몸체의 중앙부를 관통하여 형성된 삽입홀, 그리고 삽입홀 주변의 몸체의 하면에 음극 단자(120)의 제2 피치부에 대응하는 구조로 형성된 제4 피치부를 구비한다.
도 8은 도 4에 도시한 전기 에너지 저장 장치 중 리드를 확대한 사시도이다.
도 4 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치(100)의 양극 리드(135)는 일측 중앙부에 양극 단자(115)의 돌출부(160)가 삽입되는 관통홀(185)이 형성된 복수 개의 리드들(190, 195, 200, 205, 210)로 이루어진다.
상기 양극 단자(115)의 돌출부(160)가 상기 관통홀(185)을 통하여 노출되도록 각기 일측에 관통홀(185)이 형성된 복수 개의 리드들(190, 195, 200, 205, 210)로 구성된 양극 리드(135)를 양극 단자(115) 상에 위치시킨 다음, 양극 단자(115) 및 양극 리드(135) 상에 제1 연결 부재(125)를 압착하면, 양극 단자(115)에 복수 개의 리드들로 이루어진 양극 리드(135)가 연결된다.
일반적으로 전기 자동차, 무정전 전원 장치(UPS), 무인 비행기 등과 같이 대용량의 전기 에너지 저장 장치를 필요로 하는 전기ㆍ전자 기기의 경우에는 수백 암페어 이상의 큰 전류가 흐르게 되므로 하나의 전기 에너지 저장 장치로부터 많은 수의 리드들 인출하여 전기ㆍ전자 기기에 연결하는 것이 바람직하다.
종래의 전기 에너지 저장 장치의 경우에는 단자 및 리드의 구조 상 다수의 리드들을 단자에 접합시키는 데 문제가 있기 때문에 하나의 단자로부터 많은 수의 리드들을 인출하기는 어려웠으나, 본 발명에 따르면 연결 부재를 이용하여 다수의리드들을 용이하게 단자에 연결할 수 있다.
또한, 대용량의 전기ㆍ전자 기기를 위한 전기 에너지 저장 장치에 있어서, 본 발명 같이 하나의 단자에 많은 수의 리드들을 연결할 경우에는 리드 수의 증가에 따라 전기 저항이 감소하기 때문에 양극 및 음극 단자에 각기 많은 수의 리드들을 연결하는 것이 전기 에너지 저장 장치의 용량 및 효율적인 측면에서 매우 유리하게 된다.
도 8에서는 양극 리드(135)에 대하여 설명하였으나, 음극 리드(140)도 양극 리드(135)와 동일한 구조를 가지므로, 음극 리드(140) 역시 일측에 각기 음극 단자(120)의 돌출부가 삽입되는 관통홀이 마련된 복수 개의 리드들로 구성된다.
이하, 본 실시예에 따른 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 양극, 음극 및 하나 이상의 격리막으로 구성된 전극 권취체를 형성하기 위하여, 양극이나 음극 상에 전해질이 함침된 격리막을 위치시킨 다음, 양극, 음극 및 격리막을 함께 권취하여 실린더 형상의 전극 권취체를 형성한다.
이어서, 상기 전극 권취체를 케이스에 넣은 후, 프레스 등을 사용하여 상면에 제1 및 제2 피치부가 형성된 양극 및 음극 단자를 전극 권취체의 양극 및 음극에 각기 접속시킨 다음, 케이스의 상부를 양극 및 음극 단자의 인출을 위한 홀이 제고된 캡으로 밀봉한다. 이 과정에서 케이스를 완전히 밀봉하기 위하여 실링제가 사용될 수도 있으며, 캡의 상부를 비딩(beading) 및 컬링(curling) 공정을 통하여 밀봉할 수도 있다. 상기 양극 및 음극 단자의 상면에 피치를 형성하는 공정 동안양극 및 음극 단자의 표면에 형성된 산화막이 일차적으로 깨어지게 된다.
계속하여, 펀칭기를 사용하여 각기 복수 개의 리드들로 이루어진 양극 및 음극 리드의 일측 중앙부에 관통홀을 형성한 다음, 알루미늄으로 구성된 양극 및 음극 리드를 각기 양극 및 음극 단자 상에 배치한다. 이 때, 양극 및 음극 단자의 돌출부들이 각기 양극 및 음극 리드의 관통홀을 통하여 노출된다.
본 실시예에 있어서, 양극 및 음극 리드를 구성하는 각 리드들은 약 0.5㎜ 정도의 두께를 가지는 것을 사용하였다.
다음에, 펀칭기 및 프레스를 사용하여 제1 및 제2 연결 부재의 중앙부에 각기 삽입홀을 형성하고, 제1 및 제2 연결 부재의 하면에 양극 및 음극 단자의 제1 및 제2 피치부에 각기 대응하는 제3 및 제4 피치부를 형성한다. 이 경우, 제1 및 제2 연결 부재의 표면에 형성된 산화막도 제3 및 제4 피치부를 형성하는 동안 각기 일차적으로 깨어진다.
계속하여, 중앙부에 삽입홀이 마련된 제1 연결 부재를 양극 리드와 양극 단자 상에 위치시키고, 역시 중앙부에 삽입홀이 형성된 제2 연결 부재를 음극 리드와 음극 단자 상에 위치시킨다. 이 경우, 양극 및 음극 단자의 돌출부들은 각기 제1 및 제2 연결 부재의 삽입홀들 내에 삽입된다.
이어서, 내면에 다수의 피치가 유압 프레스를 사용하여 약 1∼3ton/㎠ 정도의 압력으로 리벳팅하여 제1 연결 부재, 양극 단자 및 양극 리드를 연결하는 동시에 제2 연결 부재, 음극 단자 및 음극 리드를 압착하여 연결한다. 이 때, 양극 및 음극 리드와 양극 단자 및 음극 단자의 표면에 형성된 산화막이 압착 공정으로 인하여 완전히 깨어지게 된다. 따라서, 양극 및 음극 단자와 양극 및 음극 리드 사이의 전기 저항을 크게 줄일 수 있다.
다음 표 1은 본 실시예에 따라 복수 개의 리드를 압착하여 전극 단자에 연결한 경우, 리드의 수에 따른 전기 에너지 저장 장치의 저항을 측정한 것이다.
| 리드의 수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| 저항(mΩ) | 12 | 10 | 9 | 9 | 8 | 5 | 4 | 3 |
상기 표 1에 도시한 바와 같이, 양극 및 음극 리드를 각기 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 및 20개의 리드들로 구성하여 양극 및 음극 단자에 연결하였을 경우, 양극 및 음극 리드들 구성하는 각 리드들의 수가 증가함에 따라 각 리드가 나타내는 저항은 감소하는 것을 알 수 있다.
실시예 2
본 실시예에 있어서, 제1 연결 부재, 양극 단자 및 양극 리드와 제2 연결 부재, 음극 단자 및 음극 리드의 연결에 있어서, 유압 프레스로 리벳팅한 후, 각 제1 및 제2 연결 부재, 양극 및 음극 단자, 그리고 양극 및 음극 리드를 각기 용접하는 공정을 제외하면 전기 에너지 저장 장치의 구조 및 그 제조 공정은 전술한 실시예 1과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
종래와 같이 용접 공정만을 적용하여 리드를 전극 단자에 고정하는 경우에는 다수의 리드를 단자에 연결시키는 데 한계가 있게 되며, 용접 공정 시에 단자나 리드의 표면 상태에 따라 접합 상태가 달라지기 때문에 생산성이 저하되며 전기 에너지 저장 장치가 불균일한 저항 특성을 나타내게 되는 문제가 있다.
그러나, 본 실시예에서는 리드를 전극 단자에 리벳팅한 후, 용접하는 공정을 추가적으로 병행하여 압착 및 용접 공정에서 리드와 단자 사이에 가해지는 압력, 진동 및 전기 에너지를 이용하여 리드와 전극 단자 표면에 형성된 산화막을 완전히 제거할 수 있기 때문에 전기 에너지 저장 장치에서 요구되는 저저항 특성을 향상시킬 수 있다.
하기의 표 2는 본 실시예에 따라 복수 개의 리드를 압착 및 용접하여 전극 단자에 연결한 경우, 리드의 수에 따른 전기 에너지 저장 장치의 저항을 측정한 것이다.
| 리드의 수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| 저항(mΩ) | 10 | 6 | 5 | 4 | 4 | 3 | 2 | 2 |
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 양극 및 음극 리드를 각기 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 및 20개의 리드들로 구성하여 양극 및 음극 단자에 리벳팅 및 용접 공정을 통하여 연결하였을 경우, 양극 및 음극 리드들 구성하는 각 리드들의 수가 증가함에 따라 각 리드가 나타내는 저항은 리벳팅 공정만을 수행한 경우에 비하여 약간 더 감소하는 것을 알 수 있다.
실시예 3
본 실시예에 있어서, 전기 에너지 저장 장치의 구조 및 구성 부재는 상술한 실시예 1과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 양극 및 음극 단자와 제1 및 제2 연결 부재에 제공되는 제1 내지 제4 피치부는 각기 약 1.5㎜ 정도의 깊이를 가지도록 형성된다. 그러나, 이와 같은 피치부의 깊이는 리드들의 수에 따라 달라질 수 있다. 또한, 양극, 음극 및 격리막으로 이루어진 전극 권취체에 약 1몰(mole) 정도의 농도를 가지는 아세토니트릴(acetonitril)을 포함하는 추가적인 전해액을 주입한 후, 전기 에너지 저장 장치의 저항을 측정한다.
제1 연결 부재, 복수 개의 리드들로 구성된 양극 리드 및 양극 단자는 약 1∼3ton/㎠ 정도의 압력으로 리벳팅하여 서로 연결되며, 제2 연결 부재, 복수 개의 리드들로 이루어진 음극 리드 및 음극 단자도 약 1∼3ton/㎠ 정도의 압력으로 리벳팅하여 서로 연결된다.
다음 표 3은 본 실시예에 따라 피치의 깊이를 증가시키고 추가적인 전해액을 함침시킨 후, 복수 개의 리드를 압착 전극 단자에 연결한 경우에 리드의 수에 따른 전기 에너지 저장 장치의 저항을 측정한 것이다.
| 리드의 수 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 15 | 20 |
| 저항(mΩ) | 11 | 6 | 4 | 4 | 3 | 1 | 0.6 | 0.4 |
상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 각 연결 부재 및 단자에 형성되는 피치의 깊이를 증가시키고 추가적인 전해액을 함침시키면, 리드의 수가 10개 이상이 될 경우에는 전기 에너지 저장 장치의 저항이 급격하게 감소하게 된다.
본 발명에 따르면, 연결 부재 내지 전극 단자에 피치부를 형성하고, 복수 개의 리드들을 각 전극 단자에 리벳팅 또는 리벳팅과 용접을 병행하여 연결하여 전극 단자와 리드의 표면에 형성된 산화막을 완전히 제거하면서 리드들을 단자에 용이하게 연결할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 전극 단자와 연결 부재에 피치를 형성하고 유압 프레스로 압착하거나 리벳팅하여 전극 단자 및 리드의 표면에 형성된 산화막을 제거하여 단자와 리드 사이의 접촉 저항을 크게 감소시킬 수 있다.
따라서, 단자와 리드들 사이의 저항을 감소시켜 전기 에너지 저장 장치의 용량 및 효율을 증가시킴으로써, 전기 자동차. 무인 비행기, 무정전 전원 장치 등과 같이 대용량을 요구하는 전기ㆍ전가 기기에 적합한 전기 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
또한, 하나의 전극 단자에 다수 개의 리드들을 연결하여 리드들의 수의 증가에 따라 리드의 저항을 전체적으로 감소시킬 수 있기 때문에, 수백 암페어 이상의 큰 전류를 필요로 하는 전기ㆍ전자 기기에 알맞은 전기 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (18)
- 전기 에너지 저장 장치에 있어서,양극, 격리막 및 음극이 함께 권취된 전극 권취체;상기 양극 및 음극에 각기 접속되는 양극 단자 및 음극 단자;상기 양극 및 음극 단자에 각기 연결되며, 적어도 두 개 이상의 리드들로 이루어진 양극 및 음극 리드; 및상기 양극 및 음극 리드들 각기 상기 양극 및 음극 단자에 연결하는 제1 및 제2 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 및 제2 연결 부재는 링의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1 및 제2 연결 부재의 하면에는 각기 피치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제1 및 제2 연결 부재의 피치부는 0.5∼2.0㎜의 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 양극 및 음극 단자의 상면에는 상기 제1 및 제2 연결 부재의 피치부에 각기 대응하는 형상을 가지는 피치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 제1 및 제2 연결 부재의 피치부와 상기 양극 및 음극 단자의 피치부의 두께의 합이 상기 리드들의 두께 보다 큰 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전극 권취체에 함침되는 추가 전해액을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 추가 전해액은 1몰 농도의 아세토니트릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
- 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법에 있어서,양극, 격리막 및 음극을 권취하여 전극 권취체를 형성하는 단계;상기 양극 및 음극에 각기 접속되는 양극 단자 및 음극 단자를 부착하는 단계;상기 양극 및 음극 단자 상에 각기 적어도 두 개 이상의 리드들로 이루어진 양극 및 음극 리드들 배치하는 단계;상기 양극 단자 및 상기 양극 리드 상에 제1 연결 부재를 위치시키고, 상기 음극 단자 및 상기 음극 리드 상에 제2 연결 부재를 위치시키는 단계; 및상기 제1 연결 부재, 상기 양극 단자 및 상기 양극 리드를 연결시키고, 상기 제2 연결 부재, 상기 음극 단자 및 상기 음극 리드를 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 양극 및 음극 단자의 표면과 상기 양극 및 음극 리드의 표면에 형성된 산화막을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 산화막을 제거하는 단계는 프레스를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 저기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제1 및 제2 연결 부재의 하면에 각기 피치부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 양극 및 음극 단자의 상면에 각기 상기 제1 및 제2 연결 부재의 피치부에 대응하는 형상을 가지는 피치부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제1 연결 부재, 상기 양극 단자 및 상기 양극 리드를 연결시키고, 상기 제2 연결 부재, 상기 음극 단자 및 상기 음극 리드를 연결시키는 단계는 리벳팅 공정을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 리벳팅 공정은 유압 프레스를 사용하여 1∼3ton/㎠의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제1 연결 부재, 상기 양극 단자 및 상기 양극 리드를 연결시키고, 상기 제2 연결 부재, 상기 음극 단자 및 상기 음극 리드를 연결시키는 단계는 상기 양극 및 음극 리드를 상기 양극 및 음극 단자에 각기 용접하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 전극 권취체에 추가적인 전해액을 함침시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
- 제 17 항에 있어서,상기 추가적인 전해액은 1몰 농도의 아세토니트릴을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치의 제조 방법.
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