KR100622199B1 - 단추전지형 전기 재충전식 배터리 및 그 제조방법 - Google Patents

단추전지형 전기 재충전식 배터리 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기밀식이 되도록 폐쇄된 단추전지형태로 케이스를 가지는 전기 축전지에 관계하며, 이것은 케이스 커버(2), 케이스 컵(1), 및 전기절연 시일(3)을 포함하며 양극(5) 및 음극(6)으로된 전극세트와 사이에 배치된 격리판(7)을 포함하고, 한 극성의 두 개 이상의 전극은 기계적으로 견고한 전극 패킷(9)이 생성되도록 원주상의 적어도 두 지점에서 기계적 및 전기적으로 연결된다. 본 발명은 또한 이러한 재충전식 배터리 제조방법에도 관계한다.

Description

단추전지형 전기 재충전식 배터리 및 그 제조방법{Electrical rechargeable battery in the form of a button cell}
도 1 은 본 발명에 따른 단추형 전지의 단면도이다.
도 2 는 B-B선을 따른 단면도이다.
도 3 은 도 2 의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 4 는 이러한 전지에서 전극세트의 기본구성을 보여준다.
도 5 는 본 발명의 구성에 사용되는 접촉판 구성을 보여준다.
도 6 은 원통형 단추전지를 보여준다.
도 7 및 도 8 은 전극 패킷을 보여준다.
* 부호설명
1 ... 케이스컵 2 ... 케이스커버
3 ... 전기절연 시일 4 ... 노치
5 ... 양극 6 ... 음극
7 ... 격리판 8 ... 접촉판
9 ... 전극패킷 10 ... 돌출부
5a,5b,6a,6b,8a,8b ... 탭 8c ... 러그
8d ... 구멍
본 발명은 기밀식이 되도록 폐쇄된 단추전지형태의 케이스를 가지는 전기 재충전식 배터리에 관계하는데, 이것은 케이스커버, 케이스컵 및 전기절연 시일을 포함하며 양극 및 음극으로 구성된 전극세트, 격리판 및 전해질을 포함한다. 본 발명은 또한 재충전식 배터리 제조방법에도 관계한다.
단추전지는 복수의 양극 및 음극과 격리판 또한 전해질이 서로의 위에 배열되며, 원통형 또는 타원형 기밀식 케이스를 가진다. 단추형 전지 자체는 케이스컵과 케이스 커버를 포함하며 그사이에 전기 절연성 플라스틱 시일이 배열된다. 보통 케이스컵의 극성은 양이며 케이스 커버의 극성은 음이다. 종래의 단추형 전지에서 전극은 미세한 순수 니켈망에 유지된 압축분말정제 형태의 전극이다. 페이스트 형태의 니켈발포물 전극이 기본재료로 사용되는 것도 알려지며, 이로부터 단추형 전지의 전극이 타출된다.
사용된 전극의 종류에 무관하게 이러한 전통적인 단추형 전지는 연속방전시 전기적 부하용량이 약 1CA의 값으로 제한되는데, 1CA는 전지 정전용량이 한시간내에 방전될 수 있도록 하는 방전전류 수준을 의미한다. 따라서 이러한 단추형 전지는 비교적 낮은 전류가 필요한 특수한 분야에만 적합하다. 그러므로 이들은 훨씬더 큰 방전전류를 허용하는 전통적인 둥근 전지를 대체할 수 없다. 한가지 극성의 전극을 복수개 포함한 단추형 전지가 알려지는데, 그중 DE-C 3022907은 3개의 전극 으로 구성된 전극세트를 포함한 전극배열은 발표하는데, 그중 두 개의 최외곽 전극은 한 출력으로 서로 연결되며 중앙 전극에는 한 외부 전극을 통과하는 접촉핀이 제공되어서 이를 경유하여 케이스 커버에 전기적으로 연결된다.
GB-PS 1 512 211은 모서리상의 한 지점에서 전기적으로 연결된 전극이 다른 전극의 내부에 위치되고 지그재그형태로 접힌 격리판이 사이에 끼인다.
DE-B 1194471은 기밀식으로 폐쇄되며 서로의 상부에 층으로 두세트의 전극판을 포함하고 그 사이에 얇은 격리판이 배열된 재충전식 배터리를 발표한다. 이 경우에 각 세트에서 전극판은 응집성 스트립을 형성하고, 이것은 다른 플레이트 세트의 접힌 플레이트가 제 1 세트의 플레이트 사이에 위치되고 격리판이 사이에 배치되도록 접힌다. 각 세트에서 직렬연결된 플레이트에 베이스 금속 포일에서 절단된 혀모양의 연결탭이 제공된다.
한가지 극성의 전극판을 복수개 가지는 단추형 전지의 공지된 구체예 사용시 다양한 제조단계동안 스택을 올바른 위치에 유지시키고 올바른 순서로 전극케이스에 끼우는데 노력이 많이 필요하다.
본 발명은 둥근 전지 및 프리즘형 전지와 대등한 전력을 가지며 자동화에 적합한 방식으로 경제적으로 생산될 수 있는 단추전지형태의 재충전식 배터리를 목적으로 한다.
이러한 목적은 청구항 1 에 기술된 특징을 갖는 축전지에 따라서 달성된다. 본 발명의 추가 특징 및 제조방법이 종속항에 기재된다.
본 발명에 따르면 한가지 극성의 전극 플레이트나 양극 및 음극 플레이트 둘다가 원주상의 적어도 두 지점에서 기계적 및 전기적으로 연결되어서 기계적으로 견고한 전극 패킷이 생성된다.
전극세트는 한가지 극성의 n전극과 다른 극성의 n+1 전극을 포함한다. 양이 적은 전극이 본 발명에 따라 접촉 플레이트에 연결된다. 이 경우에 N은 1 내지 15의 자연수이고 최대 전극의 개수는 전극두께에 의해 제한된다. 한가지 극성의 n전극이 다른 극성의 n+1 전극에 의해 에워싸일 경우에 접촉 플레이트는 격리판에 의해 다른 극성의 전극으로부터 전기적 절연된다. 위에서 언급된 격리판은 동시에 전해질 저장원으로서 사용된다.
본 발명에 따른 전극은 페이스팅 또는 압축 방법을 사용하여 각 전극재료가 그속에 포함되는 금속망, 금속포일, 금속격자, 네트워크, 펠트 또는 발포물로 구성된 전도성 베이스를 가진다.
본 발명에 따른 단추형 전지는 도 1에 도시된 방식으로 케이스 컵(1) 및 케이스 커버(2)를 포함하고 그 사이에 전기절연 시일)(3)이 배열되고 기밀식이 되게하는 클린칭 공정에 의해 서로 연결된다. 케이스 컵(1)은 플러스 사인 형태에서 약점으로 작용하는 노치(4)를 가진다. 정상 전해질에 추가적으로 포함한다. 도 1 의 예에서 두 개의 양극(5)과 두 개의 음극(6)이 제공되며, 이들은 격리판(7)에 의해 서로 분리된다. 접촉 플레이트(8)도 제공된다.
본 발명에 따른 구성은 도 4 에 상술된다. 본 발명에 따르면 양극(5)과 음 극(6)은 전극의 원주상에 대각선 방향으로 오프셋되게, 예컨대 대향면상에 배열된 적어도 두 개의 출력탭(5a,5b,6a,6b)을 가진다. 전극(5,6), 격리판(7) 및 접촉 플레이트(8)를 쌓은후 음극의 탭(6a,6b)은 크림핑 또는 용접공정에 의해 서로 연결된다. 양극의 탭(5a,5b) 역시 동일한 방식으로 서로 연결되며 접촉 플레이트(8)의 러그(8a,8b)로의 대응하는 연결부가 동시에 생성된다. 도 4의 전극패킷(9)은 이들 연결부가 형성되고 특별한 어려움 없이 단추형 전지에 끼워질 수 있다면 완전한 전극세트로서 취급될 수 있다.
추가로, 접촉 플레이트(8)는 원주상에 분포된 돌출부(10)를 가진다.
로봇트로 운반 및 취급될 수 있는 전극패킷(9)이 케이스 커버(2)에 장착되고 여기에 시일(3)이 제공된다. 이후에 케이스 컵(1)이 끼워진다. 본 발명에 따르면 시일(3)은 성형된 스투드(3.1)를 가져서 이를 통해서 전극 패킷(9) 또는 접촉 플레이트(8)의 돌출부(10)가 클린칭 공정동안 케이스 컵(1)에 대해 눌려진다.
출력탭(5a,5b,6a,6b)은 다양한 공지방법을 사용하여 연결될 수 있다. 초음파 용접 또는 스폿용접을 수행하는 것이 이득이 된다. 필요하다면 도 5 에 개략적으로 도시된 접촉 플레이트(8)가 사용될 수도 있는데, 이것은 추가 러그(8c)가 있는 접촉 탭(8a,8b)을 가진다. 양극(5)의 탭(5a,5b)이 이러한 러그에 맞물리고 탭(5a,5b)과 러그(8c)는 크림핑 공정을 수단으로 서로 전기적 및 기계적으로 굳건하게 연결될 수 있다. 접촉 플레이트(8)는 전해질이 전극패킷을 올바르게 통과하도록 하는 구멍(8d)을 가진다.
격리판(7)이 전극(5,6)위에 걸린 모서리에서 서로 적어도 부분적으로 용접되 는 것이 이득이 된다.
도 1 내지 도 3 에 도시된 타원형 대신에 본 발명에 따른 전지는 도 6과 같이 원통형 전지로 구축될 수도 있다.
이 경우에 사각형 양극 플레이트(5)가 대향면 상에서 서로 연결되고 음극 플레이트(6)도 동일한 방식으로 서로 연결된다. 시일(3)은 전지 컵(1)의 하부에 대해 접촉 플레이트(8)를 압착시키기 위한 적어도 두 개의 스투드(3.1)를 가진다. 격리판(7)은 전극패킷(9)의 코너(7.1)에서 서로에 대해 용접된다.
도 7 은 원통형 단추전지에 적합한 전극세트(9)를 상세히 보여준다. 도 7 에 따르면 음극(6)과 양극(5)에는 출력 탭(5a,5b,6a,6b)이 제공되며, 이들은 대향면에 위치되고 서로에게 용접되며, 양극(5)은 하부에 위치된 접촉 플레이트(8)에도 용접된다. 도 8 에 따르면 음극(6)은 공지의 용접 방법이나 초음파 용접방법을 사용하여 연결되지만 양극(5)의 연결탭(5a,5b)과 접촉 플레이트(8)는 러그(8c)를 수단으로 크림핑 함으로써 서로에게 연결된다.
본 발명에 따라 견고하고 취급이 용이한 전극세트 구성은 필요에 따라 양극 및 음극의 양을 변화시킬 수 있도록 하며 전지의 정전용량 및 물리적 측면 역시 넓은 범위내에 변화될 수 있도록 한다. 많은 수의 얇은 전극의 사용은 고전류 부하가 걸릴 수 있는 전기 재충전식 배터리 구축을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 단추전지의 부하 정전 용량은 한가지 극성의 n전극과 다른 극성의 n+1전극을 사용함으로써 더욱 향상될 수 있다.
사용가능한 전극은 스트립 전극으로부터 타출될 수 있으므로 자동화 생산이 가능하다. 전극재료는 압착기술을 사용하여 페이스트 형태로 베이스 재료에 적용된다.
본 발명에 따른 재충전식 배터리의 양극은 활성물질로서 수산화니켈을 포함하고 음극은 활성물질로서 카드뮴 또는 수소저장합금을 포함할 수 있으며, 또는 양극이 리튬이온 함유 칼코겐화물을 포함하고 음극이 활성물질로서 리튬을 흡수하는 화합물을 포함할 수 있다. 수산화니켈 양극과 수소저장합금 음극을 갖는 전지의 경우에 수산화나트륨 및 수산화 리튬에 추가적으로 수산화 칼륨이 전해질로서 사용된다.

Claims (10)

  1. 전기 절연 시일을 통해 연결되며 중간 격리판, 양극 및 음극, 전해질을 포함하는 케이스컵과 케이스커버로 구성되며 기밀식이 되도록 폐쇄되는 단추전지형태의 케이스를 갖는 전기 재충전식 배터리에 있어서,
    전극세트가 케이스에서 배열되고 한가지 극성의 전극사이에 다른 극성의 전극을 에워싸는 한가지 극성의 전극을 두 개이상 포함하고 원주상의 적어도 두지점에서 기계적 및 전기적으로 연결되어서 기계적으로 견고한 전극 패킷(9)이 생성되는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서, 전극(5,6)이 금속망, 금속포일, 금속격자, 금속펠트 또는 금속발포물로 구성된 전도성 베이스를 포함함을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  3. 제 1 항에 있어서, 한가지 극성의 전극이 전기 전도성 접촉 플레이트(8)에 연결됨을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  4. 제 1 항에 있어서, 전극세트가 한 극성의 전극을 n개 다른 극성의 전극을 n+1개 포함하고 양이 더 적은 전극이 접촉 플레이트(8)에 연결됨을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 접촉 플레이트(8)가 연결 러그(8c)를 가지며 거기에 전극(5)의 연결탭(5a,5b)이 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 접촉 플레이트(8)가 구멍(8d) 및 돌출부(10)를 가짐을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  7. 제 1 항에 있어서, 접촉 플레이트(8)의 돌출부(10)를 지지하는 스투드(3.1)가 시일(3)에 제공됨을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  8. 제 1 항에 있어서, 전극(5,6)사이에 위치된 격리판(7)이 전극(5,6)위에 걸린 모서리에 서로 용접됨을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  9. 제 1 항에 있어서, 양극이 활성물질로서 수산화니켈을 함유하고 음극이 활성물질로서 수소저장합금이나 카드뮴을 함유하거나, 양극이 활성물질로서 리튬이온을 함유한 칼코겐화물을 포함하고 음극이 활성물질로서 리듐을 흡수하는 화합물을 포함함을 특징으로 하는 단추전지형 전기 재충전식 배터리.
  10. 전극스트립에 제조되어 전극 플레이트로 분리되고, 양극과 음극(5,6)이 서로의 위에 놓이고 사이에 격리판(7)이 배치되며, 양극과 음극(5,6)은 원주상의 두지점에서 서로 연결되고,
    이러한 방식으로 제조된 전극패킷(9)에 전해질이 함침되고 시일(3)이 제공된 전지 커버(2)에 삽입되고, 전지컵(1)이 끼워진 후 용기부분들이 기밀식이 되도록 서로에 대해 클린칭되는 단계를 포함하는 청구항 제 1 항에 따른 단추전지형 전기 재충전식 배터리의 제조방법.
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