KR100529805B1 - 전지전극용 기판의 제조방법 및 전지전극용 기판 - Google Patents

Abstract

두께가 얇은 금속 시이트에 엠보스 가공에 의해 가압력을 부가하여 凹凸부를 전체면에 형성하고, 이 凹凸부 가공시에 가압력에 의해 凹凸부의 각 정점에 구멍을 뚫음과 동시에, 이 구멍의 주연에서 바깥쪽으로 돌출하는 버어(burr)를 발생시키고, 이 凹凸부를 형성한 금속 시이트를 적층하여 인접하는 하층의 凸부 정점쪽의 버어와 상층의 凹부 정점쪽의 버어를 서로 얽히게 하여 일체화하고, 상하 인접하는 금속 시이트 사이의 공간에 凹凸부의 각 정점의 개구를 통하여 활물질을 충전할 수 있는 구성으로 되어 있다.

Description

전지전극용 기판의 제조방법 및 전지전극용 기판{METHOD OF MANUFACTURING BATTERY ELECTRODE SUBSTRATE AND BATTERY ELECTRODE SUBSTRATE}

본 발명은 전지전극용 기판의 제조방법 및 이 방법에 의하여 제조한 전지전극용 기판에 관한 것으로, 특히 전기자동차의 전원용 전지의 전극용 기판으로서 알맞게 사용되는 것으로, 전극용 기판의 두께를 크게 하고, 도착(塗着)되는 활물질(活物質)의 양을 증대함과 동시에 도착한 활물질과의 밀착성을 양호하게 하여 활물질이 전극기판으로부터 탈락하는 것을 방지하는 것이다.

종래, 일반적으로, 니켈·수소 전지, 니켈·카드뮴 전지 등의 양극판 및 음극판으로 된 전극판의 기판으로서는, 주로, 펀칭가공에 의하여 펀칭 가공한 철판에 니켈도금을 한 니켈도금 천공(穿孔) 강판(이하, 펀칭메탈이라고 칭한다)이 사용되고, 이 펀칭메탈에 대하여 활물질을 충전하여 전극판을 작성하고 있다. 이 전극판은, 원통형 전지의 경우, 벨트형상으로 한 양극판과 음극판을 세퍼레이터를 통하여 와권상으로 감아서 내장하고 있으며, 각 전지의 경우는 양극판과 음극판을 세퍼레이터를 통하여 적층해서 내장하고 있다.

상기 펀칭메탈은, 평판형상이고, 판 두께 60㎛∼100㎛정도의 냉연강판에 펀칭메탈 가공을 하여 직경 1.0㎜∼2.5㎜의 둥근 구멍을 소요의 패턴으로 천공하여 개공률(開孔率) 40%∼50%로 한 후, 더욱이, 내식성을 유지하기 위하여 니켈도금을 하여 전지전극용 기판으로 하고 있다.

또, 리튬 1차전지의 양극판 및 음극판으로 된 전극판의 기판으로서는, 주로, SUS, Ti 등의 금속으로부터 래드망(lath網)으로 가공한 것이 사용되고 있으며, 이 래드망에 활물질을 충전하여 전극판이 작성되고 있다. 리튬 2차전지에서는, 양극판을, 알루미늄박으로 된 금속심재의 양면에 활물질을 소요의 두께로 도착(塗着)하여 작성하는 한편, 음극판을, 구리박으로 된 금속심재의 양면에 활물질을 소요의 두께로 도착하여 작성하고 있다.

또, 공기(air) 아연 전지의 양극이 되는 공기극의 기판으로서는, 주로, 금속 스크리인[SUS 메시(mesh)에 니켈 도금한 것 등] 등이 사용되고 있다. 또, 자동차용 축전지로서 주목을 받는 납축전지에서는, 납합금 (Pb·Sb 합금, Pb·Ca 합금, Pb·Ca·Sn 합금 등)으로 된 주조격자(cast lattice)나 익스팬디드 격자(expanded lattice)가 사용되고 있으며, 이 스크리인이나 격자에 활물질을 충전하여 전극판을 작성하고 있다.

더욱이, 최근, 상기 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 및 리튬 1차전지의 전극판용의 기판으로서, 수지제의 발포체, 부직포 또는 메시에 대하여 화학도금 등을 하여 도전(導電)처리를 한 다음, 전기도금을 하고, 이어서 수지상 물질의 제거 및 소결을 하여 작성한 금속 다공체도 사용되고 있다.

상기한 어느 전지전극용 기판도 평판형상이며, 그 양면에 활물질을 도착하고, 전극용 기판에 형성된 구멍에 활물질을 충전함과 아울러, 기판의 양쪽표면에 활물질을 소요의 두께로 도포한 상태로 되어 있다. 상기한 펀칭메탈, 래드망, 금속 스크리인은 어느 것이라도 3차원 구조는 아니기 때문에, 활물질과의 밀착성이 약하고, 활물질의 유지력이 낮으며, 특히, 구멍이 클 경우에는, 전극제작시 및 사용중에도 기판으로부터 활물질이 박리하여 탈락하기 쉬운 문제가 있다. 이 문제에 대하여, 활물질 중에 대량의 결착제를 첨가하여 기판과의 박리, 탈락을 방지하는 방법도 있으나, 결착제를 대량으로 첨가하면 활물질의 반응이 저하하여 전지특성이 떨어지는 문제가 발생하였다.

상기 3차원 구조의 발포상 금속 다공체의 경우는, 펀칭메탈, 금속 스크리인 등과 비교하여, 3차원 구조의 빈 구멍에 활물질이 충전되므로, 활물질의 유지력이 비교적 높다. 그러나, 이 발포상 금속 다공체는, 활물질을 충전하는 빈 구멍을 둘러싸는 골격이 작기 때문에 집전(集電)능력이 낮아서, 급속한 충방전시에 신속하게 충방전을 할 수 없는 불편이 있었다.

또, 종래 제공되어 있는 어느 전극기판도 그 두께가 얇으므로, 기판의 두께방향에 대하여 도착(塗着)되는 활물질의 두께가 얇다. 따라서, 전극의 두께방향에 대한 전기전도성이 불충분하여 전지특성을 높이는 것이 곤란하였다.

상기한 문제에 대하여 종래, 일본국 특개 평7-130370호 및 특개 평7-335208호에서, 상하 금형을 사용하여 금속판 또는 금속박에 구멍을 형성하고, 이 구멍의 형성시에 구멍의 주연(周緣)에 버어(burr)를 형성하고, 버어를 포함한 겉보기 두께를 금속박의 두께의 2배로 한 전극이 제안되어 있다. 그러나, 상하 금형으로 구멍을 뚫을 경우에는 개공률은 50% 정도가 한계이며, 또한, 각 구멍지름 및 구멍피치를 작게하여 금속판 또는 금속박의 전체면에 걸쳐서 작은 구멍을 다수 형성하는 것은 곤란하다. 따라서, 각 구멍의 주연에 버어를 형성하여도, 버어의 점유율이 낮고, 버어에 의한 활물질의 유지력은 충분하지 않으며, 더욱이, 각 구멍지름이 크므로 구멍에 충전한 활물질의 탈락이 발생하기 쉬움과 아울러, 구멍피치가 크기 때문에 금속박 부분의 면적이 커져서 활물질 중에서 이온의 이동을 방해하므로 전지성능이 떨어지는 문제가 있었다. 이들 문제를 해결하기 위하여 구멍지름 및 구멍피치를 작게하고자 하여도, 상하 금형으로 구멍을 뚫을 경우에는 위에서 설명한 바와 같이 기술적으로 대단히 곤란하며, 또, 코스트가 많이 소요되는 문제도 있었다. 더욱이 버어를 형성한 1장의 금속판만으로는 활물질의 도포량을 그다지 많이 할 수 없다는 문제도 있었다.

본 발명은, 상기한 문제를 고려하여 된 것으로서, 활물질에 대한 유지력이 크고, 또한, 활물질의 도착량(塗着量)을 두께방향으로 증가할 수 있는 전지전극용 기판의 제조방법 및 이 방법에 의하여 제조된 전지전극 기판을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태의 전지전극용 기판의 단면도.

도 2는 제1실시형태의 기판을 구성하는 각 금속 시이트의 제조방법을 도시하였고, (A)는 개략전체도, (B)는 주요부분 확대도.

도 3은 제1실시형태의 전지전극용 기판을 구성하는 금속 시이트에 형성한 凹凸부의 형상을 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 사시도, (B)는 평면도.

도 4는 제1실시형태의 전지전극용 기판에 활물질을 충전하여 전극으로 한 상태의 단면도.

도 5는 제1실시형태와 금속 시이트의 적층형태를 바꾸었을 경우를 도시한 단면도.

도 6은 금속분말 시이트의 제조공정을 도시한 도면.

도 7은 제2실시형태의 제조방법을 도시한 개략도.

도 8은 제2실시형태에서 제조된 기판을 도시한 단면도.

도 9는 제2실시형태의 기판을 적층한 상태를 도시한 단면도.

도 10은 제2실시형태의 다른 변형예를 도시한 단면도.

도 11은 제3실시형태 제조방법을 도시한 개략도.

도 12는 제3실시형태에서 제조된 기판을 도시한 단면도.

도 13은 제3실시형태의 기판을 적층한 상태를 도시한 단면도.

도 14는 (A)(B)(C)는 적층형태의 변형예를 도시한 개략 단면도.

도 15는 엠보스 가공시키는 금속 시이트의 변형예를 도시한 도면.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 첫째로, 외주면에 凹凸부(凹凸部)를 형성한 한 쌍의 엠보스 가공용의 회전 로울러 사이에 두께가 얇은 금속 시이트를 통과시켜 금속 시이트의 전체면에 凹凸부를 형성하고, 이 凹凸부 가공시의 가압력에 의하여 凹凸부의 각 정점에 구멍을 뚫음과 동시에, 이 구멍의 주연으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 버어를 발생시키는 전지전극 기판의 제조방법을 제공하고 있다.

상기 방법에 의하면, 한 쌍의 엠보스 가공용의 회전 로울러 사이에 금속 시이트를 통과시키는 것만으로, 그 전체면에 걸쳐서 비교적 미세한 凹凸부를 형성할 수 있음과 동시에, 凹凸부의 정점에 각각 구멍이 형성되고, 또한, 구멍의 주연으로부터 버어를 발생시킬 수 있다. 따라서, 이 엠보스 가공방법을 이용한 방법에 의하면, 종래의 상하 금형으로 구멍을 뚫은 경우와 비교하여, 먼저, 각 凹凸부의 정점에 형성하는 각 구멍의 지름을 작게할 수 있음과 아울러, 요철의 피치를 대단히 작게할 수 있으므로, 이들 凹凸부의 정점에 형성하는 구멍의 피치도 대단히 작아지며, 또한, 상기 구멍이 금속 시이트에서 차지하는 개공률도 종래의 형틀구멍과 비교하여 대단히 크게 할 수 있다. 이와 같이, 금속 시이트의 전체면에 걸쳐서 세밀하게 형성하는 凹凸부의 각 정점부에 버어를 발생시키기 때문에, 금속 시이트에서 차지하는 버어의 비율도 종래와 비교가 되지 않을 만큼 크게할 수 있다. 이와 같이, 금속 시이트의 전체면에 걸쳐서 작은 凹凸부가 조밀하게 형성되고, 이들 각 凹凸부의 정점에 구멍이 뚫려지며, 구멍의 주위에 버어가 발생하고 있으므로, 이 금속 시이트에 도포하여 밀착시킬 수 있는 활물질을 요철 내에 충전할 수 있음과 아울러 凹凸부의 정점의 구멍의 주위에 형성되는 버어에 의하여도 유지할 수 있으므로, 활물질의 충전량은 종래와 비교가 되지 않을 정도로 증대할 수 있다. 더욱이, 충전된 활물질은 凹凸부가 작기 때문에 확실히 凹凸부내에서 유지할 수 있음과 아울러, 표면쪽에 있어서는 버어가 조밀하게 존재하고 있으므로, 버어에 의하여 확실하게 유지되어, 종래의 금형 빼기에 의한 큰 구멍이 큰 피치로 뚫려있을 경우와 비교되지 않을 정도로 유지력을 증강할 수 있다. 더욱이, 개공률이 크므로, 활물질 중의 이온의 이동도 활발하게 이루어져서 전지성능을 높일 수 있다.

구체적으로는, 금속 시이트 자체에 凹凸부를 형성하면, 겉보기상의 두께를 금속 시이트의 두께의 3배에서 500배까지의 희망하는 두께로 임의로 크게 할 수 있다. 예컨대, 10㎛의 금속박에 상하로 돌출부를 형성하여 4㎜로 하면, 겉보기 두께는 400배로 된다. 또, 본 발명은, 둘째로, 외주면에 凹凸부를 형성한 엠보스 가공용의 로울러와 외주면이 평활한 고무 로울러로 된 한 쌍의 회전 로울러 사이에 두께가 얇은 금속 시이트를 통과시키고, 상기 한쪽 로울러의 凸부에 고무 로울러가 가압됨으로써 상기 금속 시이트에 구멍을 뚫음과 동시에 이 구멍의 주연의 한쪽 편에 돌출하는 버어를 발생시키고 있는 전지전극 기판의 제조방법을 제공하고 있다.

상기 둘째 방법에 의하면, 금속 시이트 자체에는 명확한 요철은 형성되어 있지 않으나, 다수의 구멍이 전체면에 걸쳐서 형성되고, 또한 이 구멍으로부터 한 방향(고무 로울러쪽)으로 돌출시킨 버어를 형성할 수 있다. 따라서, 버어를 한편쪽으로만 돌출시키고자 할 경우에는 적절히 사용된다.

또, 본 발명은 셋째로, 외주면에 凹凸부를 형성한 엠보스 가공용의 로울러와 외주면이 평활한 고무 로울러로 된 한 쌍의 회전 로울러를 2조(組) 형성하고, 이 2조의 회전 로울러 사이에 두께가 얇은 금속 시이트를 순차 통과시키고, 제1조의 회전 로울러 통과시에 상기한 한쪽 로울러의 凸부에 고무 로울러가 가압됨으로써 상기 금속 시이트에 구멍을 뚫음과 동시에 이 구멍의 주연의 한편쪽으로 돌출하는 버어를 발생시키고, 이어서 제2조의 회전 로울러 통과시에, 금속 시이트의 다른 위치에 구멍을 뚫음과 동시에 이 구멍의 주연으로부터 다른편쪽으로 돌출하는 버어를 발생시키고 있는 전지전극 기판의 제조방법을 제공하고 있다.

상기 세째방법에 의하면, 둘째 방법과 마찬가지로 금속 시이트 자체에는 명확한 요철은 형성되어 있지 않으나, 보다 다수의 구멍을 뚫어서 개공률을 높일 수 있음과 동시에, 이 금속 시이트로부터 양방향으로 돌출하는 버어를 형성할 수 있어, 금속 시이트의 겉보기상의 두께를 크게 할 수 있다. 더욱이, 본 발명은 넷째 방법으로서, 상기 첫째, 둘째, 세째방법에 기재한 구멍 및 이 구멍의 주연으로부터 버어를 발생시킨 금속 시이트를, 같은 종류의 것 또는 다른 종류의 것을 적층하여 인접하는 하층의 금속 시이트의 버어와 상층의 금속 시이트의 버어를 서로 얽히게 하여 일체화하여, 상하 인접하는 금속 시이트 사이의 공간을 상기 구멍을 통하여 서로 통하게 하는 전지전극 기판의 제조방법을 제공하고 있다.

즉, 같은 종류의 것이라 함은, 첫째방법에서 기판끼리, 또는 둘째 및 세째방법에 기재한 기판 끼리를 각각 적층하고 있는 경우를 포함한다. 다른 종류의 것이라 함은 첫째방법과 둘째 방법에 기재한 기판 끼리를 적층, 또는 첫째방법과 세째방법에 기재한 기판을 적층하여, 그 양표면쪽에 둘째 방법에 기재된 기판을 적층하고 있는 경우를 포함한다.

상기 첫째∼세째방법에 의하여 구멍의 주연에 버어가 형성된 금속 시이트는, 엠보스 가공용 로울러에 의해 상기 구멍이 다수 뚫려있으므로, 이 구멍의 주연으로부터 돌출해 있는 버어는 금속 시이트의 거의 전체면에 걸쳐서 존재하므로 이들 금속 시이트를 적층하면, 버어끼리 서로 얽혀져서 용이하게 일체화 할 수 있다. 더욱이, 버어의 서로 얽힘에 의하여 적층한 금속 시이트 자체는 서로 밀착하지 않고 적층부 사이에 공간이 생기므로, 이 공간이 각 금속 시이트의 구멍을 통하여 서로 통한 상태로 된다. 따라서, 적층체에 대하여 활물질을 충전하면 구멍을 통하여 금속 시이트 사이에 활물질을 확실하게 충전할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 어느 한가지 방법에 의하여 제조된 전지전극 기판을 제공하고 있다.

특히, 상기 네째방법으로 제조된 전지전극 기판 중에서, 상기 첫째방법에 기재한 凹凸부의 각 정점에 구멍을 형성함과 동시에 이 구멍의 주연으로부터 버어를 발생시킨 금속 시이트를 사이에 두고, 그 양표면쪽에, 둘째방법에 기재한 한쪽에 버어를 돌출시킨 금속 시이트를 적층하여, 이 버어를 내면쪽으로 돌출시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

혹은, 상기 세째방법에 기재한 구멍의 주연으로부터 양방향으로 버어를 돌출시킨 금속 시이트를 사이에 두고, 그 양표면쪽에, 둘째 방법에 기재한 한쪽에 버어를 돌출시킨 금속 시이트를 적층하고, 이 버어를 내면쪽으로 돌출시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

더욱이, 버어를 돌출시킨 금속 시이트를 2장 겹치고, 버어를 양쪽 바깥면에 돌출하도록 적층하여도 좋다.

상기한 표면쪽 기판에 끼인 중앙부의 기판으로서, 첫째방법으로 제조된 凹凸부를 형성하여 두께를 크게한 기판 또는 세째방법으로 제조된 양쪽에 버어를 돌출시켜 두께를 크게한 기판을 사용하면 활물질의 충전량을 크게할 수 있다.

또, 양쪽표면의 기판으로서, 둘째 방법으로 제조된 한쪽에만 버어를 돌출시킨 기판을 사용하여 버어를 안쪽으로 돌출시키고, 바깥쪽으로 버어를 돌출시키지 않도록 할 수 있다.

특히, 첫째방법으로 된 기판은 작은 凹凸부를 조밀하게 구비하므로, 이 凹凸부에 포위된 공간에 활물질을 충전함으로써 활물질의 충전량을 많게 할 수 있음과 동시에 활물질의 유지력을 크게할 수 있다. 이와 같이, 1장의 금속 시이트에 있어서도 활물질의 도착량(塗着量)을 많게 할 수 있는 외에도, 이들 금속 시이트를 여러장 적층하므로 활물질의 충전량을 더욱 많게 할 수 있다. 더욱이, 전지전극용 기판의 두께를 금속 시이트의 적층 매수(枚數)를 조정하는 것만으로 용이하게 조정할 수 있어, 필요량의 활물질을 충전할 수 있는 전지전극용 기판으로 할 수 있다.

상기 금속 시이트로서, 금속박 또는/및 금속분말을 시이트 형상으로 압연하여 형성한 것으로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 금속박으로서는, 니켈박, 구리박, 알루미늄박 등이 적절히 사용된다.

상기 금속분말을 시이트 형상으로 압연하여 형성하는 금속 시이트로서, 본 출원인의 선행출원에 의한 일본국 특원 평8-122534호에 명시되어 있는 금속분말을 패턴 로울러로써 압연하여 형성한 금속 시이트가 적절히 사용된다. 이 금속 시이트는, 한 쌍의 압연 로울러 중에서, 한쪽의 로울러의 외주면에 대하여 금속분말을 공급한 다음, 한 쌍의 압연 로울러의 회전에 의해 압연 로울러의 외주면상의 금속분말을 직접 압연하여 두께가 얇은 금속 시이트로 하고 있다.

상기 금속 시이트는, Ni, Al, Cu, Fe, Ag, Zn, Sn, Pb, Sb, Ti, In, V, Cr, Co, C, Ca, Mo, Au, P, W, Rh, Mn, B, Si, Ge, Se, La, Ga, Ir 또는 이들 원소의 합금으로 된 것이 바람직하다.

상기 첫째방법으로 제조된 전지전극판에 있어서, 凹부 사이 및 凸부 사이의 피치는 0.5㎜∼2.0㎜이며, 凸부 및 凹부의 높이는 0.1㎜∼2㎜로 함이 바람직하다.

본 발명은, 또한, 상기한 전지전극용 기판의 공간에 활물질을 충전하는 전지용 전극을 제공하고 있다. 이 전극에서는, 금속 시이트의 전체면에 걸쳐서 조밀하게 형성된 작은 凹凸부의 정점에 구멍이 뚫려있으므로, 이 구멍에도 활물질이 충전되고, 더욱이 주연의 버어에 의하여 포위되기 때문에, 활물질은 박리하거나 탈락하기 어렵게된다.

상기 활물질 속에 도전재(導電材)를 함유시켜도 좋다. 즉, 상기 적층배치한 금속 시이트에 둘러쌓인 활물질 충전공간이 커지게 되면, 활물질의 충전량이 증대하나, 활물질에는, 통상, 도전재가 함유되어 있지 않으므로 도전성이 문제가 된다. 그러므로, 활물질 충전공간이 크고, 도전성이 불량할 경우에는, 활물질 속에 도전재를 함유시키는 것이 바람직하다. 더욱이, 본 발명은 상기 전지용 전극을 구비한 전지를 제공하고 있다. 이 전극은 두께가 크고 활물질의 충전량을 많게 할 수 있으므로, 특히, 전기자동차용의 전원용 전지로서 적절히 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1∼도 5는 제1실시형태를 나타내고, 제1실시형태의 전지전극용 기판(S)은, 두께 10㎛∼100㎛(본 실시형태에서는 15㎛)의 니켈박을 엠보스 가공으로 전체면에 걸쳐서 凹凸부를 형성한 금속 시이트(1)를 여러장 적층한 구성으로 되어 있다.

상기 각 금속 시이트(1)의 제조방법은 도 2에 도시한 바와 같이, 엠보스 로울러(20A, 20B, 20C) 사이에 두께가 얇은 평판형상의 금속 시이트(1')를 통과시킴으로써 형성하고 있다. 상기 엠보스 로울러(20A∼20C)는 각각 외주면의 전체면에 걸쳐서 각추(角錐)형상의 작은 凸부(21)를 조밀하게 형성하고, 이들 凸부(21) 사이를 각추형상으로 오목한 凹부(22)로 하고 있다. 상기 금속 시이트(1')는, 먼저, 서로 역방향으로 회전하는 엠보스 로울러(20A)와 (20B)의 사이를 통과하면, 금속 시이트(1')를 사이에 두고 엠보스(20A)쪽의 凹부(22)에 엠보스 로울러(20B)쪽의 凸부(21)가 물려들어감으로써, 그 사이의 금속 시이트(1')에 각추형상으로 돌출한凸부(2)와 각추형상으로 오목한 凹부(3)가 형성된다. 이어서, 엠보스 로울러(20B, 20C) 사이를 금속 시이트(1')가 통과하면 상기 凸부(2)의 개소에는 凸부가 형성되도록 엠보스 로울러(20B, 20C)의 凹凸부가 서로 끼워 맞물리고, 마찬가지로 凹부(3)의 개소에는 凹부가 형성되도록 엠보스 로울러(20B, 20C)가 서로 끼워 맞물린다. 이와 같이, 2번에 걸쳐서 凹凸부를 형성함으로써 도 3에 도시한 각추형상의 凸부(2)와 凹부(3)가 명확하게 형성된 금속 시이트(1)가 제조된다.

또한, 상기 엠보스 로울러(20A와 20B, 20B와 20C) 사이에 금속 시이트(1')를 통과시킬 때에, 정점부에 가압력이 부가되어서 구멍(2a, 3a)이 형성된다. 또한 이들 구멍이 형성됨에 따라, 버어(burr)(8)가 구멍(2a, 3a)의 주연에서 생기며, 이들 버어(8)는 구멍(2a, 3a)의 주연으로부터 바깥쪽으로 돌출한다. 이들 구멍(2a, 3a)은 엠보스 로울러(20A와 20B, 20B와 20C)에 의하여 2번에 걸쳐서 동일 개소에 가압력을 부하(負荷)하므로, 가장 가압력이 부하되는 각 凹凸부의 정점에 확실하게 구멍이 뚫어지게 되어, 구멍의 주연으로부터 버어를 발생시킬 수 있다. 상기와 같이, 금속 시이트(1)에는, 도 3(A)(B)에 도시한 바와 같이, 상방으로 돌출시킨 4각추 형상의 상향 凸부(2)와 하향으로 돌출시킨 4각추 형상의 凹부(하향 凸부)(3)가 종횡방향으로 번갈아 형성되어 있다. 도 3(B)중에서, 凹부(3)의 부분은 사선으로 나타나 있다. 즉, 凸부(2)의 주위를 凹부(3)로 둘러쌈과 동시에, 凹부(3)를 凸부(2)로 둘러싸는 구조로 하여 연속적으로 금속 시이트(1)의 전체가, 凹凸부(2, 3) 만으로 구성된 구조로 된다.

또한, 도 2에 도시한 엠보스 가공시에, 凸부(2), 凹부(3)의 정점부분이 파단(破斷)되어서, 각 凸부(2), 凹부(3)의 정점에 각각 구멍(2a, 3a)이 형성되어 있음과 아울러 이들 구멍(2a,,3a)의 주연에 버어(8)가 바깥쪽으로 넓어진 상태로 되어있다.

즉, 엠보스 가공에 의해 凹凸부의 형성, 이들 凹凸부의 정점의 구멍형성 가공과, 구멍 주연으로부터 버어(8)를 돌출 형성하는 것이 한번의 가공으로 되어 있다.

본 실시예에서는, 凸부(2) 사이의 피치[마찬가지로 凹부(3) 사이의 피치]는 0.7mm, 凸부(2)의 높이 및 凹부(3)의 깊이도 0.7mm로 하고, 凸부(2)와 凹부(3)를 합친 전체의 두께를 1.4mm로 하고 있다.

상기 금속 시이트(1)를 도 1에 도시한 바와 같이 상하에서 적층하면, 버어(8)가 상하에서 서로 얽히고, 이들 버어를 융착(融着)(또는 용접)하여 고착(固着)하므로, 상하로 적층하는 금속 시이트(1)가 일체화한다. 특히, 상기 凸부(2) 및 凹부(3)는 0.7mm 피치로 형성되어 있어 피치가 대단히 작음과 아울러, 또한, 凸부(2) 및 凹부(3)의 높이도 0.7mm로서 대단히 작으므로, 상하 적층한 상태에서는 凸부끼리 및 凹부끼리는 일치하기 어렵고, 더욱이 凹凸부의 정점에 버어(8)가 돌출해 있으므로, 상하 적층하는 금속 시이트(1)가 밀착하여 적층되는 일은 없이 도 1에 도시한 상태로 되어 다수의 공간(4)이 형성된다.

상기 금속 시이트(1)를 적층한 전지전극용 기판(S)은, 각 금속 시이트(1)의 각추형상의 凸부(2) 및 凹부(3)에 주위가 포위됨과 동시에, 상하 개구면이 인접 배치하는 금속 시이트(1)에 의하여 포위되는 상기 공간(4)이 형성되며, 또한, 이들 공간(4)은 凸부(2) 및 凹부(3)의 정점의 구멍(2a, 3a)에 의하여 서로 통한 상태로 된다. 이와 같이, 두께가 크고, 또한 내부에 금속 시이트(1)로 된 벽으로 둘러쌓인 커다란 용적의 공간(4)을 다수 구비한 구조의 전지전극용 기판(S)으로 할 수 있다.

상기 구성의 전극용 기판(S)에 활물질(5)을 충전할 때, 凸부(2), 凹부(3)의 정점에 구멍(2a, 3a)이 뚫려있으므로, 이들 구멍(2a, 3a)을 통하여, 적층한 내부의 공간(4)에 활물질을 원활하게 충전할 수 있다. 즉, 도 4에 도시한 구조의 전지 전극판을 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이, 금속 시이트(1)의 적층형태는 도 1에 한정되지 않으며, 도 5에 도시한 바와 같이, 하층의 금속 시이트(1)의 凸부(2)에 상층의 금속 시이트(1)의 凸부(2)가 배치된 상태이더라도, 하층의 금속층(1)의 凸부(2)의 상단구멍(2a)의 주연(周緣) 버어(8)와, 상층의 금속층(1)의 대응하는 凸부(2)에 인접하는 凹부(3)의 하단구멍(3a)의 주연 버어(8)가 서로 얽혀서, 이들 버어끼리를 융착 또는 용접함으로써 상하로 적층하는 금속 시이트(1)를 일체화 할 수 있다.

상기 도 1과 도 5에 도시한 상하 금속 시이트의 적층형태 사이, 즉, 凸부(2)와 凹부(3)가 반(半) 피치 차이진 상태이어도, 凹凸부의 정점의 구멍 주연에 돌출하는 버어(8)에 의하여 서로 얽혀서 상하 적층체를 일체화 할 수 있다.

상기 제1실시형태에서는 니켈박을 사용하였으나, 금속 시이트로서, 압연 로울러를 사용하여 금속분말로 형성한 깨끗한 모양의 금속 시이트를 사용하는 것도 바람직하다. 이 금속분말로 금속 시이트를 제조하는 방법은, 도 6에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 평 로울러로 된 압연 로울러(11, 12)을 사용하여 형성하고 있다.

즉, 상기 로울러(11)의 상방에는, 저면에 메시부(13a)를 구비한 체(13)를 진동장치(14)로 지지하고, 이 진동장치(14)로써 체(13)를 좌우 진동시켜 체질하면서 금속분말을 로울러(11)의 상면에 살포하도록 하고 있다. 이 체(13)에는 원료 호퍼(hopper)(15)로부터 금속분말을 정량 피이더(16)에 일정량 공급한다. 로울러(11)에 직접 살포하여 공급하는 금속분말(P)로서는, 본 실시형태에서는, 직경 2∼7㎛, 형상이 스파이크 형상인 니켈분말을 사용하고 있다. 살포된 금속분말(P)은 로울러(11)의 외주면(11b)에 일정한 두께까지 모여서 일정 두께의 층을 형성한다. 이 상태에서, 한 쌍의 로울러가 로울러(12)와 맞닿으면서 회전하면, 맞닿은 부분에서 패턴 로울러(11)의 외주면(11b)상의 금속분말(P)은 평 로울러(12)에 의하여 압하(壓下)하중 15톤으로 압축되어, 두께가 얇은 깨끗한 모양의 금속 시이트재(材)(1')로서 압연된다.

상기 압연 로울러에 의하여 압연된 금속 시이트재(1')는, 그 후, 소결로(25) 속으로 연속 반입되며, 비산화분위기 속에서 온도 750℃에서 약 15분간 가열하여 소결한다. 그런 다음, 300℃∼400℃로 가열한 평(平) 로울러로 구성된 압연 로울러(26)과 (27)사이에 금속 시이트(1')를 통과시켜 가열하면서, 압하하중 5톤으로 재차 압연한다. 그런 다음, 다시 소결로(28)에 연속 반입하여 비산화분위기 속에서 온도 1150℃에서 약 15분간 소결하고, 더욱이, 조질 압연(調質壓延) 로울러(29A)와 (29B) 사이에 금속 시이트(1')를 통과시켜 레벨링(levelling)을 하여 소요의 두께로 한 다음, 코일로서 권취한다. 이 코일로부터 되감아서, 위에서 설명한 엠보스 가공을 함으로써 도 2 및 도 3에 도시한 구조로 하고, 이어서, 엠보스 가공을 한 금속 시이트(1)를 상하로 적층하여 버어(8)를 서로 얽히게 하여, 버어끼리를 고착함으로써 소요의 두께의 전지전극용 기판(S)을 제조할 수 있다.

더욱이, 凸부(2) 및 凹부(3)는 제1실시형태와 마찬가지의 각추형상의 돌출부이어도 좋고, 원추형상의 돌출부이어도 좋다는 것은 말할 것도 없다.

도 7∼도 10은 제2실시형태를 도시한다. 이 제2실시형태에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 엠보스 로울러(20)에 표면이 평활한 고무 로울러(30A, 30B)를 대향 배치하고, 도 8에 도시한 바와 같이, 평판상의 금속 시이트(1')에 다수의 구멍(31)을 뚫어서, 이 구멍의 주연(31)에 한 방향으로 돌출한 버어(8)를 형성하였다.

도 7(A), (B)에 도시한 바와 같이, 엠보스 로울러(20)와 고무 로울러(30A)와의 사이에 금속 시이트(1')를 통과시키면, 고무 로울러(30A)에 가압되어 엠보스 로울러(20)의 凸부(21)에 닿는 금속 시이트(1')는 구멍(31)이 형성된다. 또한, 구멍(31)이 형성되어 발생하는 파단조각의 버어(8)는 고무 로울러(30A)의 방향으로 돌출하여 형성된다. 따라서, 구멍(31)의 주연의 버어(8)는 한 방향(고무 로울러쪽)으로 향한 상태에서 규제된다.

이어서, 엠보스 로울러(20)의 회전에 따라서, 엠보스 로울러(20) 및 다른 쪽의 고무 로울러(30B)의 사이에서 금속 시이트(1')가 통과하면, 상기 엠보스 로울러(20)의 凸부(21)는 재차 고무 로울러(30B)에 가압되고, 상기 고무 로울러(30A)와의 접합에 의해 형성된 구멍(31)은 더욱 확실하게 뚫려지고, 또한, 버어가 고무 로울러(30B) 쪽으로 가압되어 넓혀지게 된다.

상기와 같이 제조된 도 8에 도시한 금속 시이트(1)를 도 9에 도시한 바와 같이 상하로 적층하고, 또한, 하층의 금속 시이트(1)에서는 버어(8)를 상향으로 하며, 상층의 금속 시이트(1)의 버어(8)를 하향으로 하여 상하의 버어(8)를 서로 얽히게하고, 이들 서로 얽히게한 버어(8)를 융착 또는 용접하여 일체화하면, 이들 상하의 금속 시이트(1, 1) 사이에는 공간을 형성할 수 있다.

상기 도 9에 도시한 구성의 전극용 기판(S)에 활물질을 충전하면, 금속 시이트(1)의 구멍(31)을 통하여 상하 금속 시이트(1) 사이의 공간(4)에 활물질이 충전되고, 이 충전된 활물질은 양쪽의 금속 시이트(1)에 의하여 확실하게 유지된다.

또한, 도 10에 도시한 바와 같이 상하 금속 시이트(1)를 버어(8)가 양쪽 바깥쪽으로 돌출함과 아울러 구멍(31)을 서로 통하게 한 상태에서 겹쳐서 구성해도 좋다. 이 경우, 양쪽 바깥면으로 돌출한 버어(8) 사이에 활물질을 충전하여, 이 버어에 의하여 확실하게 유지할 수 있다.

도 11∼도 13은 제3실시형태를 도시하였다. 이 제3실시형태에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 도 7에 도시한 제2실시형태의 하나의 엠보스 로울러(20)와 2개의 고무 로울러(30A, 30B)로 된 조(組)를 2개조 형성하고, 제1조(I)에서 구멍(31)을 뚫음과 동시에, 이 구멍의 주연에 고무 로울러(30A) 쪽의 한편쪽으로 돌출한 버어(8)를 형성한 다음, 제2조(II)에서, 금속 시이트(1')에 다른 위치에서 구멍(31')을 뚫음과 동시에 이 구멍(31')의 주연에 고무 로울러(30B) 쪽으로 돌출하여 상기 버어(8)와는 반대방향으로 돌출시킨 버어(8')를 형성하고 있다.

상기와 같이 제조된 도 12에 도시한 금속 시이트(1)를 도 13에 도시한 바와 같이 상하로 적층하면, 하층의 버어(8)와 상층의 버어(8')가 서로 얽히고, 이 서로 얽힌 버어를 융착 또는 용접을 하여 일체화함으로써, 상하의 금속 시이트(1, 1) 사이에 공간을 형성한다. 따라서, 이 전극용 기판(S)에 활물질이 충전되면 금속 시이트(1)의 구멍(31, 31')을 통하여 상하 금속 시이트(1) 사이의 공간(4)에 활물질이 충전되고, 이 충전된 활물질을 상하 양쪽의 금속 시이트(1)에 의하여 확실하게 유지할 수 있다. 더욱이 상하 금속 시이트(1, 1)를 겹쳐서 배치하고, 이들 금속 시이트(1, 1)의 각 버어(8)를 양쪽 바깥면으로 돌출시키는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 바깥쪽으로 돌출한 버어(8, 8) 사이에 각각 활물질을 충전하여 유지시킬 수 있다.

상기 제1∼제3실시형태의 전극용 기판(S)은, 어느 것이라도, 동종의 금속 시이트(1)를 적층하고 있으나, 도 14(A)∼(C)에 도시한 바와 같이, 제1실시형태의 방법으로 제조한 凹凸 및 구멍과 버어를 구비한 금속 시이트(1A), 제2실시형태의 방법으로 제조한 구멍과 한 방향의 버어를 구비한 금속 시이트(1B), 제3실시형태의 방법으로 제조한 구멍과 양방향으로 버어를 구비한 금속 시이트(1C)를 서로 조합하여 하나의 두께폭의 전극용 기판(S)으로 하고 있다.

즉, 도 14(A)에 도시한 전극용 기판(S)은, 제1실시형태의 금속 시이트(1A)를 사이에 두고, 제2실시형태의 금속 시이트(1B)를 상하 양쪽에 배치하여 이들 금속 시이트(1B)의 버어(8)를 안쪽으로 향하도록 하고, 바깥쪽으로는 돌출시키지 않도록 하고 있다.

도 14(B)에 도시한 전극용 기판(S)은, 제3실시형태의 금속 시이트(1C)를 2매 적층하고, 그 상하 양쪽에 제2실시형태의 금속 시이트(1B)를 배치하여 이들 금속 시이트(1B)의 버어(8)를 안쪽으로 향하도록 하고, 바깥쪽으로는 돌출시키지 않도록 하고 있다.

도 14(C)는 중앙부에 제1실시형태의 금속 시이트(1A)를 배치하고, 그 양쪽에 제3실시형태의 금속 시이트(1C)를 배치하며, 또한, 그 양쪽의 가장 바깥쪽에 제2실시형태의 금속 시이트(1B)를 배치하고 있다. 이 가장 바깥쪽의 금속 시이트(1B)는 버어(8)를 안쪽으로 향하도록 하고, 바깥쪽으로는 돌출시키지 않도록 하고 있다.

또, 엠보스 로울러에 의하여 제조하는 금속 시이트(1)의 형상도, 도 15에 도시한 바와 같이, 구멍(31)의 주연에 형성하는 버어(8)를 임의로 방향을 바꾸어서 형성하여도 좋다는 것은 말할 것도 없다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의한 전지전극용 기판의 제조방법에서는, 엠보스 가공용의 로울러를 사용함으로써 미세한 구멍을 조밀하게 다수 형성하고, 더욱이 이들 구멍의 천설과 동시에 구멍의 주연에 버어를 발생시킬 수 있다. 따라서, 작은 구멍이 조밀하게 형성된 형태이고 개공률이 크며, 또한, 미세하게 발생한 버어의 점유율이 높은 전지전극용 기판을 1회의 가공공정으로 간단히 제조할 수 있다.

특히, 첫째방법으로서 기재된 방법에서는, 凹凸부를 동시에 형성하고, 이것들 凹凸부의 정점에 구멍을 뚫어, 이 구멍의 주연에 버어를 형성할 수 있으며, 겉보기상의 두께를 凹凸과 버어와의 양쪽에서 크게하여, 활물질의 충전량을 증대할 수 있는 전지전극용 기판을 간단히 제조할 수 있다. 구체적으로는 편평형상의 금속 시이트의 판 두께의 3배에서 500배로서 대단히 두꺼운 것으로 할 수가 있다.

본 발명에 의한 방법으로 제조한 기판을 적층하면, 버어가 서로 얽히며, 이들 서로 얽힌 버어끼리를 융착 혹은 용접으로 간단히 일체화 할 수 있어, 간단히 일체화한 적층구조의 전지전극용 기판을 제조할 수 있다. 또, 적층 매수를 조정함으로써 임의의 두께로 할 수 있다.

또, 상기 제조방법으로 제조된 전지전극용 기판은, 1장의 시이트로 된 단체(單體)의 것이더라도, 다수의 미소한 구멍을 조밀하게 가지며, 이들 구멍에 활물질이 충전되므로, 탈락은 발생하기 어렵고, 더욱이, 구멍의 주연에 버어가 있어서 이들 버어의 점유율도 크므로, 시이트 양면에 도착(塗着)한 활물질도 버어에 의하여 유지되어서 탈락이 발생하기 어렵다.

특히, 여러개의 시이트를 적층한 기판에서는, 시이트 사이의 공간에 충전된 활물질은 시이트 사이에서 유지되므로 활물질의 탈락은 발생하지 않는다. 더욱이, 적층 매수를 증가하면, 소요의 두께를 구비한 기판으로 할 수 있고, 또한, 이 두께가 큰 기판에는 시이트 사이에 공간이 있으므로 활물질의 충전량을 비약적으로 증대시킬 수 있다. 따라서, 종래의 평판형상의 금속 시이트와 비교하여 활물질의 두께방향은 커지므로 집전능력을 높여서 급속한 충방전이 가능하게 된다.

활물질의 충전시에는, 시이트사이의 공간이 구멍을 통하여 서로 통해있으므로 활물질을 원활하게 충전할 수 있다.

Claims (15)

1. 외주면에 凹凸부를 형성한 한 쌍의 엠보스 가공용의 회전 로울러 사이에, 금속분말을 시이트상으로 압연하여 형성한 두께가 얇은 금속 시이트를 통과시켜 금속 시이트의 전체면에 凹凸부를 형성하고, 이 凹凸부 가공시의 가압력에 의하여 凹凸부의 각 정점에 구멍을 뚫음과 동시에, 이 구멍의 주연으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 버어(burr)를 발생시키며, 상기 금속 시이트를 동종의 것 또는 이종의 것을 적층하여, 인접하는 하층의 금속 시이트의 버어와 상층의 금속 시이트의 버어를 서로 얽히게 하여 일체화하고, 상하 인접하는 금속 시이트 사이의 공간을 상기 구멍을 통하여 서로 통하도록 하는 것을 특징으로 하는 전지전극 기판의 제조방법.
2. 외주면에 凹凸부를 형성한 엠보스 가공용의 로울러와 외주면이 평활한 고무 로울러로 된 한 쌍의 회전 로울러 사이에, 금속분말을 시이트상으로 압연하여 형성한 두께가 얇은 금속 시이트를 통과시켜 상기 한 쪽의 로울러의 凸부에 대해 고무 로울러를 가압함으로써, 상기 금속 시이트에 구멍을 뚫음과 동시에 이 구멍의 주연의 한편쪽으로 돌출하는 버어를 발생시키며, 상기 금속 시이트를 동종의 것 또는 이종의 것을 적층하여, 인접하는 하층의 금속 시이트의 버어와 상층의 금속 시이트의 버어를 서로 얽히게 하여 일체화하고, 상하 인접하는 금속 시이트 사이의 공간을 상기 구멍을 통하여 서로 통하도록 하는 것을 특징으로 하는 전지전극 기판의 제조방법.
3. 외주면에 凹凸부를 형성한 엠보스 가공용의 로울러와 외주면이 평활한 고무 로울러로 된 한 쌍의 회전 로울러를 2조(組) 설치하고, 이 2조의 회전 로울러 사이에, 금속분말을 시이트상으로 압연하여 형성한 두께가 얇은 금속 시이트를 차례로 통과시켜, 제1조의 회전 로울러 통과시에 상기 한 쪽의 로울러의 凸부에 대해 고무 로울러를 가압함으로써, 상기 금속 시이트에 구멍을 뚫음과 동시에 이 구멍의 주연의 한편쪽으로 돌출하는 버어를 발생시키고, 이어서, 제2조의 회전 로울러 통과시에 금속 시이트의 다른 위치에 구멍을 뚫음과 동시에 이 구멍의 주연으로부터 다른편쪽으로 돌출하는 버어를 발생시키며, 상기 금속 시이트를 동종의 것 또는 이종의 것을 적층하여, 인접하는 하층의 금속 시이트의 버어와 상층의 금속 시이트의 버어를 서로 얽히게 하여 일체화하고, 상하 인접하는 금속 시이트 사이의 공간을 상기 구멍을 통하여 서로 통하도록 하는 것을 특징으로 하는 전지전극 기판의 제조방법.
4. 삭제
5. 제1항에 기재된 방법에 의해 제조된 전지전극 기판.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제5항에 있어서, 상기 금속 시이트는, Ni, Al, Cu, Fe, Ag, Zn, Sn, Pb, Sb, Ti, In, V, Cr, Co, C, Ca, Mo, Au, P, W, Rh, Mn, B, Si, Ge, Se, La, Ga, Ir 또는 이들 원소의 합금으로 된 전지전극용 기판.
10. 제5항에 있어서, 제1항에 기재된 방법에 의해 제조되고, 凹부간 및 凸부간의 피치는 0.5mm∼2.0mm이며, 凸부 및 凹부의 높이는 0.1mm∼2mm인 전지전극용 기판.
11. 제5항에 있어서, 상기 전지전극용 기판의 공간에 활물질이 충전되어 있는 전지용 전극.
12. 제11항에 있어서, 상기 활물질 속에 도전재를 함유시키고 있는 전지용 전극.
13. 제11항 또는 제12항 기재의 전지용 전극을 구비한 전지.
14. 제2항에 기재된 방법에 의해 제조된 전지전극 기판.
15. 제3항에 기재된 방법에 의해 제조된 전지전극 기판.