KR100500915B1 - 편평형 전지와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극극판(7)과 음극극판(8)과의 사이에 격리판(9)을 개재하여 편평하게 감아 이루어지는, 평면형상이 사각형인 극판군형성 준비품(17)의 코너부를 직선형상 또는 원호형상으로 커트함으로써, 대략 8각형의 극판군(1a, 1b)으로 형성하는 것으로, 평면형상이 원형인 음극케이스(5) 내에서의 공간효율을 향상시킨다. 또, 감김구조의 극판군(1a, 1b, 1c)에 의해 고부하 전류특성을 얻는 코인형 전지를 구성할 때의 과제인 수분의 제거를 진공건조처리에 의해 해결하고, 리드용접시에 발생하는 먼지를 케이스 내부에 비산시키지 않는 제조방법에 의해 해결함으로써, 신뢰성이 높은 편평형 전지를 구성할 수 있다.

Description

편평형 전지와 그 제조방법{FLAT BATTERY AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은 반각체로 형성된 양극케이스와 음극케이스를 서로의 개구부를 대향시켜 조합한 편평한 전지케이스 내에 감김구조의 극판군을 수용한 편평형 전지와 그 제조방법에 관한 것이다.
버튼형전지, 코인형 전지 등의 편평형 전지는 손목시계나 보청기 등 소형화가 요구되는 기기나, IC 카드 등과 같이 슬림화가 요구되는 기기에 널리 사용하고 있다.
편평형 전지의 대표적인 형태인 코인형 전지는 도 16에 나타내는 바와 같이, 옆둘레부에 단차를 설치하여 원형반각체로 형성된 음극케이스(35) 내에, 원반형으로 형성된 양극펠릿(32)과 음극펠릿(33)을 격리판(34)을 개재하여 대향배치하여 전해액을 주입한 후, 음극케이스(35)의 개구부에 개스킷(36)을 개재하여 양극케이스(31)를 배치하고, 양극케이스(31)의 개구단부를 내측으로 구부리는 크림핑(crimping)가공에 의해 양극케이스(31)와 음극케이스(35)에 따라 형성되는 내부공간을 봉입하여 형성된다.
이러한 양극펠릿(32)과 음극펠릿(33)을 1 대 1로 대면시킨 구조의 코인형 전지는 양극극판과 음극극판의 대극면적이 작아지는 등의 요인에 의해서 연속방전전류는 고작 수십 mA 정도이고, 부하전류가 낮은 기기에만 적용할 수 있다는 문제가 있었다.
큰 방전전류를 인출하기 위해서는 양극극판과 음극극판의 대극면적을 증가시킬 필요가 있고, 코인형 전지 이외의 전지에서는 적층구조의 극판군이나 감김구조의 극판군 등의 반응면적의 증대를 도모한 극판군이 널리 사용되고 있다. 이러한 적층구조나 감김구조의 극판군을 높이가 낮은 편평형상의 전지케이스 내에 수용하여 방전전류를 증대시킨 편평형 전지로서는, 일본 특허공개 2000-164259호 공보에 개시된 것이 알려져 있다. 이 편평형 전지는 감김구조 또는 적층구조에 의해 얇은 직육면체 형상으로 된 극판군을 직육면체의 양극케이스 내에 수용하고 있다.
그러나, 이 감김구조 또는 적층구조의 극판군을 평면형상이 원형인 코인형 전지에 적용하기 위해서는 원형의 양극케이스에 직사각형의 극판을 수용하게 되어, 체적효율이 낮아 충분한 전지용량을 얻을 수 없었다.
또한, 리튬이온 이차전지와 같은 비수전해액을 이용한 전지를 편평형상으로 구성할 때, 감김구조의 극판군이 수분을 포함하고 있으면, 초기의 충방전시에 H2 가스가 발생하는 것 외에, 극판에 팽창이 생겨 외장케이스에 팽창이 미치는 문제가 있었다.
또한, 초기 사용시에 발생하는 가스에 의해 감김구조의 극판군의 두께가 변화하여 군압(群壓)분포에 편차가 생겨, 군압이 낮은 부위에 이온석출이 발생하거나, 외장케이스에 팽창이 생기는 문제점이 있었다.
또, 극판군을 구성하는 양, 음극판을 양극케이스와 음극케이스에 전기적으로 접속할 때는 가압접속이나 용접접속이 적용된다. 감김구조의 극판군의 경우는 용접에 의한 접속이 가장 신뢰성이 높고, 도 17에 나타내는 바와 같이, 음극리드(45)를 용접전극봉(40, 41)에 의해 음극케이스(44)에 가압하고, 용접전극봉(40, 41) 사이에 용접전원(48)으로부터 인가되는 용접전류에 의해 스폿용접을 행한다. 그러나, 용접에 의한 접속은 용접시에 발생하는 불꽃이나 먼지가 비산하여, 이것이 내부쇼트나 이온석출의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 슬림형의 용적 내에 감김구조의 극판군을 수용하여 방전용량의 증대를 도모한 편평형 전지에서의 상기 과제를 해결하는 편평형 전지와 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 관한 편평형 전지의 일례인 코인형 전지의 구성을 나타내는 단면도.
도 2의 (a)는 본 발명의 실시예에서의 극판군을 구성하는 양극극판의 전개도.
도 2의 (b)는 본 발명의 실시예에서의 극판군을 구성하는 음극극판의 전개도.
도 2의 (c)는 본 발명의 실시예에서의 극판군을 구성하는 격리판의 전개도.
도 3은 극판군형성 준비품의 구성을 나타내는 사시도.
도 4의 (a)는 극판군형성 준비품을 열커터에 의해 직선형상로 재단하는 재단방법의 설명도.
도 4의 (b)는 극판군형성 준비품을 저온상태에서 원호형상으로 재단하는 재단방법의 설명도.
도 5의 (a)~(d)는 극판군형성 준비품을 열프레스하여 재단하는 순서를 설명하는 사시도.
도 6은 음극케이스에 극판군을 수용한 상태를 나타내는 평면도.
도 7은 음극케이스에 극판군을 수용한 상태를 나타내는 평면도.
도 8은 음극리드의 용접방법을 나타내는 설명도.
도 9는 양극리드의 용접방법과 진공건조상태를 나타내는 설명도.
도 10의 (a)~(c)는 극판군의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력을 부여하는 케이스구조에 관한 것으로, 도 10의 (a)는 제 1 형태를 나타내는 단면도.
도 10의 (b)는 제 2 형태를 나타내는 단면도.
도 10의 (c)는 제 3 형태를 나타내는 단면도.
도 11의 (a)는 본 발명의 제 2 실시예에서의 극판군을 구성하는 양극극판을 나타내는 전개도.
도 11의 (b)는 본 발명의 제 2 실시예에서의 극판군을 구성하는 음극극판을 나타내는 전개도.
도 12는 음극케이스에 제 2 실시예의 극판군을 수용한 상태를 나타내는 평면도.
도 13은 각형의 편평형 전지의 구성예를 나타내는 사시도.
도 14의 (a)는 각형 편평형 전지의 봉입 전의 상태를 나타내는 단면도.
도 14의 (b)는 각형 편평형 전지의 봉입 후의 상태를 나타내는 단면도.
도 15는 각형의 편평형 전지의 구성예를 나타내는 사시도.
도 16은 종래 기술에 관한 코인형 전지의 구성을 나타내는 단면도.
도 17은 종래의 리드의 용접방법을 나타내는 설명도.
본 출원의 제 1 발명은 띠형상으로 형성된 양극극판과 음극극판을 격리판을 개재하여 편평하게 감은 극판군이, 반각체로 형성된 양극케이스와 음극케이스를 서로의 개구부를 대향시켜 결합한 내부공간 내에 수용되어 이루어지는 편평형 전지에 있어서, 상기 극판군은 상기 양극극판의 일단측의 폭 방향의 한쪽으로 치우친 위치에 양극리드가 형성되고, 상기 음극극판의 일단측의 폭 방향으로 상기 양극리드 연장위치와 반대 방향으로 치우친 위치에 음극리드가 형성되며, 상기 양극리드 및 상기 음극리드가 형성된 일단측을 감김종료부로 하여 양극극판 및 음극극판이 상기 내부공간의 수용공간의 폭보다 작은 감김폭으로 감겨져 이루어지고, 이 극판군의 감김방향의 양단부측과 상기 내부공간과의 사이의 소정의 부위에 상기 양극리드 및 상기 음극리드가 각각 나뉘어 용접되는 것을 특징으로 하는 편평형 전지이다.
상기 제 1 발명의 구성에 의하면, 극판군을 형성했을 때에 양극리드와 음극리드가 서로 다른 위치에서 극판군 상에 설치되기 때문에, 전지 내부에 수용되었을 때에 극판군에 가해지는 극판군의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력의 분포에 큰 차이가 생기지 않아, 양극극판과 음극극판이 균등하게 대면하는 상태를 얻을 수 있다. 또한, 극판군의 양측에 빈 공간에서 양극리드 또는 음극리드를 케이스에 용접할 수 있기 때문에, 리드길이를 짧게 할 수 있다.
또한, 본 출원의 제 2 발명은 양극집전체의 양면에 양극재료가 도착된 양극극판과, 음극집전체의 양면에 음극재료가 도착된 음극극판을 각각 일정 폭의 띠형으로 형성하고, 상기 양극극판과 상기 음극극판을 일정 폭의 띠형으로 형성된 격리판을 개재하여 평면형상이 사각형이 되도록 편평하게 감아 극판군형성 준비품을 형성하며, 이 극판군형성 준비품의 4 코너부를 두께방향으로 직선형상 또는 원호형상으로 재단하여 대략 8각형의 극판군으로 형성하고, 이 극판군을 반각체로 형성된 양극케이스와 음극케이스를 각각의 개구부를 대면시켜 결합하여 평면형상이 원형인 내부공간 내에 수용하며, 상기 개구부를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법이다.
상기 제 2 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 감김구조의 극판군은 양극극판과 음극극판을 격리판을 개재하여 편평하게 감아 평면형상이 사각형으로 형성된 4 코너부를 재단하여 대략 8각형으로 형성되기 때문에, 양극케이스와 음극케이스에 의한 평면형상이 원형의 수용공간에 쓸데없는 빈 공간을 증가시키지 않고 수용되고, 감김구조와 더불어 양극극판과 음극극판의 대향면적을 증가시키킬 수 있어, 고부하 전류특성을 갖는 편평형 전지를 구성할 수가 있다.
또한, 본 출원의 제 3 발명은 양극집전체의 양면에 양극재료가 도착된 양극극판과, 음극집전체의 양면에 음극재료가 도착된 음극극판을 각각 평면형상이 원형인 수용공간에 대응하는 형상으로 형성한 복수의 적층면을 연결편으로 연결한 띠형으로 형성하고, 상기 양극극판의 적층면과 상기 음극극판의 적층면이 격리판을 개재하여 교대로 적층되도록 상기 연결편으로 구부려서 편평형상으로 감아 극판군을 형성하며, 이 극판군을 반각체로 형성된 양극케이스와 음극케이스를 각각의 개구부를 대면시켜 결합하는 내부공간 내에 수용하고, 상기 개구부를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법이다.
상기 제 3 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 양극극판과 음극극판의 적층면의 사이에 격리판을 개재하여 편평하게 감아 극판군을 형성할 때에, 이 적층면이 양극케이스 및 음극케이스에 의해서 형성되는 수용공간에 대응하는 형상으로 형성되어 있기 때문에, 쓸데없는 빈 공간을 증가시키지 않고 수용공간에 수용할 수가 있고, 또한 감김구조와 더불어 양극극판과 음극극판의 대향면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 고부하 전류특성을 갖는 편평형 전지를 구성할 수 있다.
또한, 본 출원의 제 4 발명은 양극집전체의 양면에 양극재료가 도착된 양극극판과, 음극집전체의 양면에 음극재료가 도착된 음극극판을 격리판을 개재하여 편평하게 감아 극판군을 형성하고, 반각체로 형성된 양극케이스 및 음극케이스로 이루어지는 외장체 중 어느 한쪽의 케이스 내에 상기 극판군을 배치하며, 이것을 진공건조로에서 건조 처리한 후, 전해액을 주입하여 상기 양극케이스와 상기 음극케이스와의 사이를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법이다.
상기 제 4 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 극판군은 원래부터 케이스나 지그도 동시에 건조처리되기 때문에 수분의 함유, 부착이 없는 상태를 얻을 수 있고, 건조 후의 비수전해액의 함침도 양호하게 이루어져, 편평형 전지로 조립했을 때에 수분이 원인이 되는 가스의 발생이나 극판의 팽창이 없이, 품질이 좋은 편평형 전지를 제조할 수가 있다.
또한, 본 출원의 제 5 발명은 일단에 양극리드가 형성된 양극극판과, 일단에 음극리드가 형성된 음극극판을 감김종료부의 한쪽 면측에 상기 양극리드가 위치하고, 다른쪽 면측에 상기 음극리드가 위치하도록 격리판을 개재하여 편평하게 감아 극판군을 형성하며, 반각체로 형성된 양극케이스 및 음극케이스로 이루어지는 외장체 중 어느 한쪽의 케이스 내에 상기 극판군을 배치하고, 상기 양극리드를 상기 양극케이스의 내면에 초음파용접하며, 상기 음극리드를 상기 음극케이스의 내면에 절연성 받침대에서 가압한 상태로 음극케이스 외면의 음극리드 가압위치에 대응하는 위치에 눌러 접촉시킨 한쌍의 용접전극의 사이에 용접전류를 인가하는 시리즈용접에 의해 상기 음극리드를 상기 음극케이스의 내면에 용접하고, 상기 양극케이스와 상기 음극케이스의 사이를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법이다.
상기 제 5 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 케이스의 외측에 접촉된 한쌍의 용접전극에 의한 시리즈용접에 의해 리드가 케이스에 용접접속되기 때문에, 케이스 내에 용접시의 불꽃이나 먼지가 비산하지 않고, 극판군이나 케이스 내에 비산한 불꽃이나 먼지가 원인이 되는 이온석출이나 내부쇼트를 방지할 수 있기 때문에, 방전특성을 증가시키기 위해서 유효한 용접접속을 실시하여 편평형 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 출원의 제 6 발명은 반각체로 형성된 양극케이스와 음극케이스를 서로의 개구부를 대향배치한 내부공간 내에 양극극판과 음극극판을 격리판을 개재하여 감은 극판군을 수용하고, 상기 양극케이스와 상기 음극케이스를 각각의 옆둘레면의 사이에 개스킷을 배치하여 결합하는 편평형 전지의 제조방법으로서, 상기 양극케이스 또는 상기 음극케이스 중 어느 한쪽만, 또는 상기 양극케이스와 상기 음극케이스의 양쪽의 저면에, 각각의 내측으로 향하여 오목부를 형성하고, 이 오목부에 의해 상기 내부공간 내에 수용한 상기 극판군의 형상을 항상 일정하게 보형하도록 상기 양극케이스와 상기 음극케이스와의 사이를 결합하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법이다.
상기 제 6 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 양극케이스와 음극케이스를 결합했을 때, 내부에 수용된 극판군에는 오목부에 의한 극판군의 형상을 항상 일정하게 보형하기 위한 인장력이 가해지기 때문에, 전지의 초기 사용시의 가스압에 의해 극판의 적층상태에 변화가 생기는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 출원의 제 7 발명은 양극집전체의 양면에 양극재료가 도착된 양극극판과, 음극집전체의 양면에 음극재료가 도착된 음극극판을 각각 띠형으로 형성하며, 상기 양극극판과 상기 음극극판을 띠형으로 형성된 격리판을 개재하여 평면형상이 사각형이 되도록 편평하게 감아서 극판군형성 준비품을 형성하고, 이 극판군형성 준비품을 상기 격리판의 연화온도 이하의 온도조건 하에서 가압하여 원하는 형상치수의 극판군으로 형성하며, 이 극판군을 반각체로 형성된 양극케이스와 음극케이스를 각각의 개구부를 대면시켜 결합하는 내부공간 내에 수용하고, 상기 개구부를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법이다.
상기 제 7 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 감겨진 극판군형성 준비품은 과열 및 가압에 의해 극판군의 수용공간에 대응하는 원하는 형상치수로 성형된다. 또한, 가압에 의해 극판의 적층압이 균등해지기 때문에, 적층압의 불균등에 따른 적층압이 낮은 부위에 이온석출이 생기는 것을 방지할 수 있고, 4 코너를 재단할 때에는 재단에 의한 층간단락을 억제할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명하고, 본 발명의 이해를 돕도록 한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명을 구체화한 일례로서, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 실시예에 관한 편평형 전지는 리튬이온 이차전지를 코인형 전지로서 구성한 예를 나타내는 것으로, 도 1에 단면도로서 나타내는 바와 같이, 원형반각체로 형성된 양극케이스(4)와 음극케이스(5)를 봉입 결합한 내부공간 내에, 양극극판과 음극극판을 격리판을 개재하여 감은 감김구조의 극판군(1a, 1b)을 수용하여, 고부하 전류특성을 갖는 코인형의 편평형 전지로 구성한 것이다.
상기 극판군(1a, 1b)은 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이 일정 폭의 띠형으로 형성된 양극극판(7)과, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 일정 폭의 띠형으로 형성된 음극극판(8)을, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이 일정 폭의 띠형으로 형성된 격리판(9)을 개재하여 편평하게 감음으로써, 도 3에 나타내는 바와 같이, 평면형상이 사각형으로 형성된 극판군형성 준비품(17)으로 형성된다. 또, 도 4의 (a), 도 4의 (b)에서 점선으로 나타내는 바와 같이, 이 극판군형성 준비품(17)의 각 코너부를 직선형상 또는 원호형상으로 커트하는 방법에 의해, 도 6에 나타내는 극판군(1a) 또는 도 7에 나타내는 극판군(1b)으로서 형성할 수 있다.
도 6은 음극케이스(5) 내에 극판군(1a)을 수용한 상태를 평면도로서 나타내는 것으로, 음극케이스(5)에 의해서 형성된 원형의 공간 내에 쓸데없는 공간이 형성되지 않은 8각형의 평면형상으로 형성된다. 또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 각 코너부를 원호로 커트한 극판군(1b)에서는, 음극케이스(5) 내에 수용했을 때의 공간효율은 더욱 향상된다. 따라서, 감김구조와 더불어 전지의 부피당 전지용량이 큰 체적효율이 좋은 코인형 전지로 구성할 수 있다. 이 극판군(1a, 1b)의 제조방법에 대해 이하에 설명한다.
도 2의 (a)~(c)에 나타내는 바와 같이, 양극극판(7)은 알루미늄박에 의해서 형성된 양극집전체의 양면에 양극재료를 도착시킨 양극극판재로부터 소정의 폭과 길이로 잘라내어지고, 감김종료부가 되는 일단측에 양극집전체를 연장한 양극리드(15)가 형성된다. 또한, 음극극판(8)은 동박에 의해서 형성된 음극집전체의 양면에 음극재료를 도착시킨 음극극판재로부터 소정의 폭과 길이로 잘라내어지고, 감김이 종료가 되는 일단측에 음극집전체를 연장한 음극리드(16)가 형성된다. 또한, 상기 격리판(9)은 미세다공성 폴리에틸렌필름을 테이프형상으로 형성한 것으로, 양극극판(7) 및 음극극판(8)의 폭 치수보다 큰 폭의 테이프형상으로 형성된다.
이 양극극판(7)과 음극극판(8)을 격리판(9)을 개재하여 편평하게 감아, 도 3에 나타내는 바와 같이, 평면형상이 직사각형이 되는 편평형상의 극판군형성 준비품(17)을 형성한다. 이 극판군형성 준비품(17)은 한쪽의 편평면에 양극리드(15)가위치하고, 다른쪽 면에 음극리드(16)가 위치하도록 감겨진다.
상기 극판군형성 준비품(17)을 도 4의 (a), 도 4의 (b)에서 점선으로 나타내는 바와 같이, 직사각형의 각 코너부를 커트함으로써, 도 6, 도 7의 평면형상이 대략 8각형의 극판군(1a, 1b)으로 형성된다. 재단은 열커터에 의해 코너부를 재단하는 방법, 또는 -70℃ 이하의 온도조건 하에서 원호로 다이스커팅(dies cutting)하는 방법을 적용할 수 있다.
상기 열커터에 의한 재단방법에서는, 가열된 커터로 극판군형성 준비품(17)의 각 코너부를 직선으로 재단하여 8각형의 극판군(1a)이 형성된다. 이 열커터에 의한 재단에서는, 열커터에 의해 격리판(9)의 절단면이 용융되기 때문에, 층간의 격리판(9)이 절단면에서 용융접합되어, 감김상태로 결속하기 위한 테이프를 이용하지 않고 감김상태를 고정할 수 있다. 또한, 용융된 격리판(9)에 의해 양극극판(7) 및 음극극판(8)의 절단면이 덮이므로 층간단락을 방지할 수 있다.
또한, 상기 -70℃ 이하의 온도조건은 드라이아이스나 액체질소에 의해 실현할 수 있고, 극판군형성 준비품(17)을 -70℃ 이하의 온도조건 하에서 각 코너부를 원호로 커팅하면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 보다 공간효율이 좋은 극판군(1b)으로 형성된다. 이 저온 하에서 다이스커팅하는 방법에 의하면, 양극극판(7) 및 음극극판(8)은 초저온에 의해 점성이 없는 상태로 커팅되기 때문에, 극판금속이 연장되어 층간단락이 생기지 않는다. 그러나, 커팅면에 양극극판(7) 및 음극극판(8)의 절단면이 노출되어 있기 때문에, 커팅면에 열경화성 수지를 도포하여 열경화시키면, 층간의 전기적 절연이 확보되는 동시에, 감김상태를 테이프로 결속하지 않고 유지할 수 있다.
또한, 도 5의 (a)에 나타내는 극판군형성 준비품(17)을 격리판(9)의 연화온도 이하의 온도조건 하에서 열프레스하여, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 소정의 두께와 외형형상으로 성형하면, 양극극판(7)과 음극극판(8)의 적층압을 일정하게 할 수 있고, 각 코너부를 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 재단했을 때에 층간단락의 발생을 억제할 수 있다. 덧붙여서, 가압함으로써 극판의 적층압이 균등해지기 때문에, 적층압의 불균등에 따른 저적층압 부분에서의 이온석출을 방지할 수 있다. 또한, 극판군형성 준비품(17)을 열프레스할 때, 재단하는 각 코너부에 대한 가압이 커지도록 프레스금형을 구성하면, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 재단하는 각 코너부가 압축된 상태가 되기 때문에, 이 압축된 각 코너부를 상술한 재단방법으로 재단하면, 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이 극판군(1a)을 형성할 수 있다.
이와 같이 극판군형성 준비품(17)에 열프레스할 때, 격리판(9)의 재질로서 상술한 폴리프로필렌을 사용하고 있는 경우에는, 프레스금형을 120±5℃로 가열하고, 30∼100kg의 하중을 5∼10초간 가하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 형성된 극판군(1a)의 경우는 도 6에 나타내는 바와 같이, 극판군(1b)의 경우는 도 7에 나타내는 바와 같이, 평면형상이 원형인 음극케이스(5) 내부의 저면에 음극리드(16)의 형성측이 향하도록 하여 수용된다. 또한, 극판군(1a)은 세로로 길게 형성되어 있기 때문에, 극판군(1a)의 리드연장방향과 음극케이스(5)의 옆둘레면과의 사이에 공간을 형성할 수 있어, 이 공간 내의 소정의 부위에서 음극리드(16)를 음극케이스(5)에 용접할 수 있다.
상기한 바와 같이 형성되는 극판군(1a, 1b)은 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 양극리드(15)와 음극리드(16)가 중심선으로부터 서로 역방향으로 치우친 위치로부터 연장되어 있다. 그러므로, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 양극리드(15) 및 음극리드(16)는 극판군(1a, 1b) 상의 다른 위치에 설치되고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 양극케이스(4)와 음극케이스(5)와의 사이에 수용되었을 때, 극판군(1a, 1b)의 두께 분포가 억제되어, 양극케이스(4)와 음극케이스(5)와의 결합에 의해 극판군(1a, 1b)의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력에 큰 차이가 생기지 않는 상태를 얻을 수 있다.
도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 음극케이스(5) 내에 음극리드(16)가 밑으로 되도록 하여 배치된 극판군(1a, 1b)은, 음극리드(16)의 선단부분이 음극케이스(5)의 내벽과 극판군(1a, 1b)의 측면과의 사이에서 보이기 때문에, 여기에 용접지그를 맞대어 음극리드(16)를 음극케이스(5)에 용접할 수 있다.
이 음극리드(16)를 음극케이스(5)의 내면에 용접할 때, 도 17에 나타내는 바와 같이, 음극케이스(5)의 내측과 외측에 용접전극봉(40, 41)을 배치하여 음극리드(16)를 음극케이스(5)에 스폿용접하면, 용접시에 발생하는 불꽃이나 먼지가 이온석출이나 내부쇼트의 원인이 되는 것은 상술한 바와 같다. 그래서, 본 실시예에서는 음극리드(16)의 음극케이스(5)로의 용접을 시리즈용접에 의해 실시한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 세라믹과 같은 절연성, 내열성 재료에 의해 형성된 절연받침대(11)를 극판군(1a, 1b)과 음극케이스(5)와의 사이의 간극에 삽입하고, 절연받침대(11)에 의해 음극리드(16)를 음극케이스(5)의 내면에 가압상태로, 음극케이스(5)의 음극리드(16) 가압위치에 대응하는 외면에 한쌍의 용접전극봉(12, 13)을 접촉시켜, 용접전원(14)으로부터 용접전극봉(12, 13) 사이에 대전류를 순간적으로 공급한다. 음극리드(16)가 절연받침대(11)에 의해 음극케이스(5)에 가압되어 있는 것에 의해, 전류는 한쪽의 용접전극봉(12)으로부터 음극케이스(5), 음극리드(16)를 통하여 다른쪽의 용접전극봉(13)으로 흘러서, 음극케이스(5)와 음극리드(16)와의 사이의 접촉저항 및 용접전극봉(12, 13) 사이의 가열에 의해 동박으로 형성된 음극리드(16)는 용이하게 용융하여 가열된 음극케이스(5)에 용접된다. 이 용접에 의하면, 불꽃이나 먼지는 음극케이스(5)의 외측에서 발생하기 때문에, 그들이 음극케이스(5)의 내부로 들어가 이온석출이나 내부쇼트의 원인이 되는 일이 없다.
리튬이온 이차전지의 경우, 극판군(1a, 1b)을 구성하는 격리판(9)의 두께는 30㎛ 이하이고, 더욱 얇은 격리판(9)을 이용하는 경향도 있으므로, 용접시에 발생한 불꽃의 잔존물이나 먼지가 케이스 내부에 남는 것은 허용되지 않지만, 이 용접방법에 따르면 신뢰성이 높은 리튬이온 이차전지를 구성할 수가 있다. 또한, 용접에 의한 리드접속에 의해 감김구조의 극판군(1a, 1b)에 의해 큰 방전전류에 대응할 수가 있다.
또한, 리튬이온 이차전지와 같이 비수전해액을 사용하는 전지에서는, 전지 내부에 잔존하는 수분은 매우 작게 할 필요가 있다. 전지 내부의 수분은 전지의 초기 충방전시에 H2 가스를 발생시키고, 극판에 팽창을 발생시키며, 케이스의 팽창이나 전지성능의 저하를 초래한다. 그래서, 본 실시예에서는 음극케이스(5) 내에 극판군(1)을 수용하여, 음극리드(16)를 상술한 바와 같이 음극케이스(5)에 시리즈용접하고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 전개상태로 위치한 양극케이스(4)에 양극리드(15)를 초음파용접하고, 이것을 지그(도시 생략)와 함께 진공건조로 내에 넣어 진공건조처리한다. 또, 진공건조처리의 조건으로서는 온도가 50∼90℃, 진공도가 650mmHg(86,660Pa) 이상, 처리시간은 3시간 이상이 바람직하다.
이 진공건조처리에 의해 극판군(1a, 1b)은 원래부터 양극케이스(4) 및 음극케이스(5) 또는 지그의 수분도 제거되기 때문에, 그 후의 비수전해액의 함침도 원활해지고, 가스의 발생이나 극판의 팽창 등이 억제되어 신뢰성이 높은 코인형 전지로 구성할 수가 있다.
음극케이스(5)의 옆둘레면에는 도 9에 나타내는 바와 같이, 수지제의 개스킷(6)이 장착되고, 음극케이스(5) 내에는 소정량의 전해액이 주입된다. 이 전해액이 극판군(1a, 1b) 내에 함침되기까지의 대기시간을 거친 후, 음극케이스(5) 상에 양극케이스(4)가 씌워지고, 양극케이스(4)의 옆둘레면의 개구단측을 주위에서 음극케이스(5)측으로 구부리는 크림핑가공에 의해, 개스킷(6)은 음극케이스(5)의 옆둘레면에 형성된 단차 상에 압축되고, 음극케이스(5)와 양극케이스(4)와의 사이가 봉입되어, 도 1에 나타내는 바와 같은 코인형의 편평형 전지가 완성된다.
상기한 바와 같이 구성된 편평형 전지의 전지 내부에 가스가 발생했을 때, 가스압에 의해 극판군(1a, 1b)의 감김상태에 변화가 생겨 적층압이 일정상태로 되지 않으면, 압력이 낮은 부위에는 이온석출이 발생하는 것으로 알려져 있다. 이것을 방지하기 위해서는 극판군(1a, 1b)의 형상을 항상 일정하게 보형하기 위한 인장력을 안정되게 부여하는 것이 효과적이다. 극판군(1a, 1b)에 상기 인장력을 부여하기 위해서는, 도 10의 (a)~(c)에 나타내는 바와 같이, 양극케이스(4), 음극케이스(5), 또는 양극케이스(4)와 음극케이스(5)의 양쪽에 각각 오목부(18a, 18b, 19, 20)를 설치할 수 있다.
도 10의 (a)에 나타내는 구성은 양극케이스(4a) 및 음극케이스(5a)에 오목부(18a, 18b)를 형성한 것이다. 이 때, 오목부(18a, 18b)의 지름 d1과 양극케이스(4a)의 지름 D1의 관계는, 0.3D1d10.7D1이 된다. 이 구성에 의하면, 음극케이스(5a)의 옆둘레부에 개스킷(6)을 개재하여 양극케이스(4a)를 씌우고, 양극케이스(4a)의 옆둘레부의 개구단측을 축소하여 크림핑봉입했을 때, 극판군(1a, 1b)이 감겨 적층상태가 된 두께방향으로 오목부(18a, 18b)에 의한, 극판군(1a, 1b)의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력이 일정하게 부여된다.
또한, 도 10의 (b)에 나타내는 구성은, 음극케이스(5b)에 링형상의 오목부(19)를 형성한 것으로, 오목부(19)를 형성하는 링의 지름 d2와 음극케이스(5b)의 지름 D2의 관계는 0.3D2d20.7D2가 된다. 또한, 오목부의 깊이 A와 음극케이스(5b)의 재료두께 t의 관계는 0.5tA3.0t가 되도록 형성된다. 이 구성에 의하면, 오목부(19)에 의해 탄성적으로 극판군(1a, 1b)의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력이 부여되기 때문에, 가스압에 의해 음극케이스(5b)에 팽창이 생겼을 때에도 극판군(1a, 1b)에 대한 상기 인장력은 지속된다. 또, 여기서는 음극케이스(5b)에만 오목부(19)를 형성하고 있지만, 양극케이스(4b)에도 동일하게 형성하면 보다 효과적이다. 또한, 오목부(19)의 링형상은 반드시 원형으로 형성할 필요는 없고, 다른 형상이더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 10의 (c)에 나타내는 구성은 음극케이스(5c)의 저면에 내부방향으로 팽창하도록 원호형상의 오목부(20)를 형성한 것이다. 이 오목부(20)에 의해서도 극판군(1a, 1b)의 팽창이 가장 생기기 쉬운 중앙부위에 극판군(1a, 1b)의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력이 부여되기 때문에, 극판군(1a, 1b)은 그 두께방향의 변화가 방지된다. 또 마찬가지로, 이 구성에서도 양극케이스(4c)에 오목부(20)를 형성할 수도 있다.
이들 구성에 의하면, 극판군에는 오목부(20)에 의한 상기 인장력이 부여되기 때문에, 전지의 초기 사용시의 가스압에 의한 극판의 적층상태의 변화의 발생을 방지할 수 있다.
이상 설명한 실시예에서의 극판군(1a, 1b)은, 일정 폭의 양극극판(7) 및 음극극판(8)을 격리판(9)을 개재하여 감은 후, 코너부를 직선 또는 원호로 재단하여 구성하고 있지만, 도 11의 (a), 도 11의 (b)에 나타내는 제 2 실시예와 같이, 양극극판(7a) 및 음극극판(8a)을 그 적층부분을 미리 원호로 형성한 후, 편평하게 감아 극판군(1c)으로 구성할 수도 있다.
도 11의 (a), 도 11의 (b)에서 나타내는 바와 같이, 폭 방향의 양측을 원호로 형성한 복수의 적층면(17a∼17e)을 연결편(19a∼19d)으로 연결한 양극극판(7a)과, 복수의 적층면(18a∼18e)을 연결편(20a∼20d)으로 연결한 음극극판(8a)을 형성하고, 양극극판(7a)의 적층면(17a∼17e)과 음극극판(8a)의 적층면(18a∼18e)이 격리판(9)을 개재하여 적층되도록 연결편(19a∼19d, 20a∼20d)으로 구부려 편평하게 감아 극판군(1c)으로 형성한다. 이 극판군(1c)은 도 12에 나타내는 바와 같이, 음극케이스(5) 내에 공간효율적으로 수용할 수가 있다. 이 경우에도, 양극리드(15) 및 음극리드(16)의 처리, 진공건조처리 등에 대해서도 상술한 구성과 같이 실시할 수 있다.
이상 설명한 편평형 전지는 평면형상이 원형인 코인형이지만, 도 13에 나타내는 바와 같이, 각형(이 경우는 평면형상이 정사각형)의 편평형 전지로 구성할 수 있다. 각형의 편평형 전지는 각형 반각체로 형성된 양극케이스(102)의 개구단을 음극케이스(103) 상에 구부려 발전요소를 수용한 내부공간을 봉입할 때, 직선부분에서의 봉입이 확실히 이루어지지 않는 문제가 있어 아직 실용화되지 않은 상태지만, 도 14의 (a), 도 14의 (b)에 나타내는 케이스구조 및 도 15에 나타내는 케이스구조에 의해 각형 편평형 전지의 실용화도 가능하다.
도 14에 나타내는 케이스구조는 양극케이스(102)의 개구단을 도 14의 (a)에 나타내는 상태로부터 내측으로 구부려 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이 음극케이스(103)의 단차부(135) 상에 개스킷(104)을 압축할 때, 가압에 의해 구부림변형하기쉬운 부분의 두께를 두껍게 하여 봉입시에 음극케이스(103)의 변형을 방지하여 봉입이 확실하게 이루어지도록 하고 있다. 또한, 도 15에 나타내는 바와 같이, 음극케이스(103)의 저면(131)으로부터 옆둘레면(132)에 이르는 각부에 내측으로의 오목부(138)를 형성함으로써, 봉입시에 음극케이스(103)의 변형을 방지하여 확실한 봉입상태를 얻을 수 있다.
이 각형 편평형 전지의 경우, 그것에 적용하는 극판군(105)은 양극극판(7)과 음극극판(8)을 격리판(9)을 개재하여 편평하게 감아 극판군형성 준비품(17)으로 형성한 후, 그 4 코너를 재단하지 않고 사각형의 수용공간에 공간효율이 좋은 상태로 수용할 수 있다. 이 경우도 상술한 리드의 인출구조, 열프레스에 의한 가압성형, 리드의 용접방법, 진공건조처리 및 극판군(105)의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력을 부여하는 구조를 임의로 적용할 수 있다.
또, 본 발명에서는 극판군(1a, 1b)의 양극리드(15)를 양극케이스(4)에 접속하고, 음극리드(16)를 음극케이스(5)에 접속하고 있지만, 전지로서 양극, 음극을 반대로 설정할 수도 있다.
본 발명의 편평형 전지에 의하면, 전지 내부에 감김구조의 극판군을 수용할 때에 양극리드와 음극리드가 서로 겹치지 않기 때문에, 극판군의 두께 분포의 차이가 억제되어, 전지의 내부공간 내에서의 극판군의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력에 큰 차이가 생기지 않아, 양극극판과 음극극판이 균등하게 대면하는 상태가 얻어지는 것 외에, 극판군이 체적효율이 좋은 상태로 수용공간으로 수용되기 때문에, 편평형 전지의 방전특성을 향상시킬 수 있으므로, 종래에는 적용이 곤란했던 소형화, 슬림화, 경량화가 요구되는 휴대기기 등의 전지전원으로서 이용하는 데에 있어서 유용하다.
또한, 본 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 양극극판 및 음극극판을 편평하게 감은 사각형의 극판군의 코너부를 커트하여 대략 8각형의 극판군으로 형성함으로써, 극판군의 제조가 간단하며, 감김상태를 테이프로 결속할 필요도 없고, 원형의 케이스에 감김구조의 극판군을 공간효율적으로 수용하여 고방전 전류특성을 얻는 코인형 전지의 생산성을 향상시키는데 유용하다.
또, 본 발명에 관한 편평형 전지의 제조방법에 의하면, 감김구조의 전극군을 이용하여 코인형 전지를 구성할 때의 과제인 수분의 제거, 리드용접시의 불꽃이나 먼지의 배제, 극판군의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력의 변화를 해결할 수 있기 때문에, 감김구조에 의해 고부하 방전특성을 얻어 신뢰성이 높은 코인형 전지를 구성하는데 적합하다.

Claims (17)

  1. 띠형으로 형성된 양극극판(7, 7a)과 음극극판(8, 8a)을 격리판(9)을 개재하여 편평하게 감은 극판군(1a, 1b, 1c, 105)이, 반각체로 형성된 양극케이스(4, 102)와 음극케이스(5, 103)를 서로의 개구부를 대향시켜 결합한 내부공간 내에 수용되어 이루어지는 편평형 전지에 있어,
    상기 극판군은 상기 양극극판의 일단측의 폭 방향의 한쪽으로 치우친 위치에 양극리드(15)가 형성되고, 상기 음극극판의 일단측의 폭 방향으로 상기 양극리드 연장위치와 반대 방향으로 치우친 위치에 음극리드(16)가 형성되며,
    상기 양극리드 및 상기 음극리드가 형성된 일단측을 감김종료부로 하여 상기 양극극판 및 상기 음극극판이 상기 내부공간의 수용공간의 폭보다 작은 감김폭으로 감기고,
    상기 양극리드 및 상기 음극리드가 극판군 상의 폭 방향에서의 다른 위치에 설치되도록 하여 연장한 후, 각각 상기 양극케이스의 내측 및 상기 음극케이스의 내측으로 용접되는 것을 특징으로 하는 편평형 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    양극케이스(4)와 음극케이스(5)를 서로의 개구부를 대향시켜 결합한 내부공간의 평면형상이 원형이고,
    상기 내부공간에 수용되어 이루어지는 극판군(1a, 1b)은 일정 폭의 양극극판(7), 음극극판(8) 및 격리판(9)을 폭 방향이 긴 변이 되는 직사각형의 평면형상으로 감은 후에 직사각형의 각부를 직선형상 또는 원호형상으로 재단되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평형 전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    양극케이스(4)와 음극케이스(5)를 서로의 개구부를 대향시켜 결합한 내부공간의 평면형상이 원형이고,
    상기 내부공간에 수용되어 이루어지는 극판군(1c)은 원형 또는 다각형의 적층면을 소정 폭의 연결편으로 접속한 띠형으로 형성된 양극극판(7a) 및 음극극판(8a)과, 상기 양극극판의 적층면과 상기 음극극판의 적층면이 격리판(9)을 개재하여 적층되도록 상기 연결편으로 구부려 편평하게 감겨 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평형 전지.
  4. 양극집전체의 양면에 양극재료가 도착된 양극극판(7)과, 음극집전체의 양면에 음극재료가 도착된 음극극판(8)을 일정 폭의 띠형으로 형성하고,
    상기 양극극판과 상기 음극극판을 일정 폭의 띠형으로 형성된 격리판(9)을 개재하여 평면형상이 사각형이 되도록 편평하게 감아 극판군형성 준비품(17)을 형성하며,
    이 극판군형성 준비품의 4 코너부를 두께방향으로 직선형상 또는 원호형상으로 재단하여 대략 8각형의 극판군(1a, 1b)으로 형성하고,
    이 극판군을 반각체로 형성된 양극케이스(4)와 음극케이스(5)를 각각의 개구부를 대면시켜 결합하여 평면형상이 원형인 내부공간 내에 수용하고, 상기 개구부를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    극판군형성 준비품(17)을 소정 온도 및 소정 압력에 의한 열프레스에 의해서 필요한 형상으로 성형한 후에 4 코너부를 재단하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    극판군형성 준비품(17)의 4 코너부를 열커터에 의해 재단하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    극판군형성 준비품(17)의 4 코너부를 -70℃ 이하의 온도조건 하에서 다이스컷팅하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
  8. 제 4항에 있어서,
    재단부분에 열경화성 수지를 도포하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
  9. 양극집전체의 양면에 양극재료가 도착되고 일단측의 폭 방향의 한 방향으로 치우친 위치로부터 양극리드(15)가 연장된 양극극판(7a)과, 음극집전체의 양면에 음극재료가 도착되고 일단측의 폭 방향으로 상기 양극리드 연장위치와 반대방향으로 치우친 위치로부터 음극리드(16)가 연장된 음극극판(8a)을 각각 평면형상이 원형인 내부공간에 대응하는 형상으로 형성한 복수의 적층면을 연결편으로 연결한 띠형상으로 형성하고,
    상기 양극극판의 적층면과 상기 음극극판의 적층면이 격리판(9)을 개재하여 교대로 적층되도록 상기 연결편으로 구부려 편평형상으로 감아 극판군(1c)을 형성하며,
    이 극판군을 반각체로 형성된 양극케이스(4)와 음극케이스(5)를 각각의 개구부를 대면시켜 결합하는 평면형상이 원형인 내부공간 내에 수용하고,
    상기 양극리드와 상기 음극리드를 극판군 상의 폭 방향에서의 다른 위치에 설치하도록 하여 연장시킨 후, 상기 양극케이스의 내측과 상기 음극케이스의 내측에 각각 나누어 접속하며,
    상기 개구부를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 일단에 양극리드(15)가 형성된 양극극판(7, 7a)과, 일단에 음극리드(16)가 형성된 음극극판(8, 8a)을 감김종료부의 한쪽 면측에 상기 양극리드가 위치하고, 다른쪽 면측에 상기 음극리드가 위치하도록 격리판(9)을 개재하여 편평하게 감아 극판군(1a, 1b, 1c, 105)을 형성하며, 반각체로 형성된 양극케이스(4, 102) 및 음극케이스(5, 103)로 이루어지는 외장체 중 어느 한쪽의 케이스 내에 상기 극판군을 배치하고,
    상기 양극리드를 상기 양극케이스의 내면에 초음파용접하며, 상기 음극리드를 상기 음극케이스의 내면에 절연성 받침대(11)로 가압한 상태로 음극케이스 외면의 음극리드 가압위치에 대응하는 위치에 눌러 접촉시킨 한쌍의 용접전극(12, 13)의 사이에 용접전류를 인가하는 시리즈용접에 의해 상기 음극리드를 상기 음극케이스의 내면에 용접하고, 상기 양극케이스와 상기 음극케이스와의 사이를 봉입하여 편평형 전지로 형성하는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    양극케이스(4a, 4b, 4c)와 음극케이스(5a, 5b, 5c)는 각각의 옆둘레면에 개스킷(6)을 배치하여 결합되고,
    상기 양극케이스 또는 음극케이스 중 중느 한쪽만, 또는 상기 양극케이스와 상기 음극케이스의 양쪽의 저면은, 각각의 내측으로 향하여 오목부(18a, 18b, 19, 20)가 형성되며, 이 오목부에 의해 전극군(1a, 1b)의 형상을 항상 일정하게 보형하는 인장력을 부여하도록 상기 양극케이스와 상기 음극케이스가 결합되는 것을 특징으로 하는 편평형 전지.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 4항에 있어서,
    극판군형성 준비품(17)을 그 4 코너에 대한 가압력이 커지도록 열프레스한 후, 상기 4 코너를 재단하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평형 전지의 제조방법.
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