KR100734703B1 - 코인형 전지 - Google Patents

Abstract

저면(1a) 주위에 코킹부(crimp portion)(14)를 갖는 전지캔(1)을 형성하고, 봉입판(2)의 플렌지부(6)에 연장부(7)와 턴업부(turn-up portion)(8)를 형성하여, 전지캔(1)과 봉입판(2)을 개스킷(3)을 통해 코킹가공으로 봉입함으로써, 개스킷(3)이 단면이 コ형상의 코킹부(14)와 플렌지부(6), 연장부(7) 및 턴업부(8)의 사이에서 압축되어 확실한 봉입이 이루어지기 때문에, 높은 온도 등의 가혹한 사용조건에서의 전지내압의 상승에 따른 전지캔(1) 및 봉입판(2)의 팽창에 의한 변형압력의 분산이 가능해져, 봉입부분에서의 내누액성이 향상된 코인형 전지를 제공할 수 있다.

전지캔, 봉입판

Description

코인형 전지{COIN-SHAPED BATTERY}

본 발명은, 편평한 원통형상의 코인형 전지에 관한 것으로, 높은 온도 등의 과대한 열적 스트레스가 부가되는 환경에서의 내누액(耐漏液)특성(liquid leak prevention property)을 개선한 케이스구조를 구비한 코인형 전지에 관한 것이다.

버튼형 전지, 편평형 전지라고도 하는 코인형 전지는 소형이면서 슬림형이기 때문에, 손목시계나 키리스엔트리(keyless entry) 등 소형화가 요구되는 기기나, OA 기기나 FA 기기 등의 메모리백업 등 장기간의 사용이 요구되는 경우에 널리 사용되고 있다. 또한, 각종 계기용 전원으로서 높은 온도에서 사용되는 경우가 있다.

도 5는 종래 구조의 코인형 전지의 단면도이고, 이 코인형 전지는 전지캔(31) 내에 양극펠릿(33)과 음극펠릿(32)을 격리판(34)을 개재하여 대향배치하고, 전해액을 충전한 후, 전지캔(31)의 개구부에 개스킷(36)을 개재시켜 봉입판(35)으로 코킹(calking)봉입하여 형성되고 있다. 이러한 종래 구조의 코인형 전지에서는 높은 온도에서의 연속사용이나, 급격한 온도변화에 의해서 누액이 발생하는 경우가 있다. 이것은 온도상승에 의해서 전해액의 팽창이나 기화 등이 생겨, 전지내압이 상승했을 때, 봉입판(35) 및 전지캔(31)은 도 6에 나타내는 평상시의 상태에서 도 7에 나타내는 상태와 같이 외측으로 팽창한다. 이 때, 봉입부분에서는 봉입판(35)의 단부에서 개스킷(36)을 밀어올리는 힘이 작용하여 개스킷(36)으로부터 떨어지는 상태가 된다. 또한, 전지캔(31)이 외측으로 팽창함에 따라 전지캔(31)과 개스킷(36)의 사이에 빈틈이 발생한다. 봉입부분에서 이러한 변형이 생기면 누액이 발생하기 쉽다.

이러한 누액을 방지하기 위해서, 전지케이스 내로의 전해액의 충전량을 감소시키는 것이나, 전지캔(31) 및 봉입판(35)의 재료두께를 증가시켜 변형을 억제하는 등의 대책이 취해졌다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같은 인덴트(indent)구조에 의해, 전지내압의 상승시에 전지캔(41)의 봉입부분의 변형을 억제하는 방법도 알려져 있다.

그러나, 전해액의 충전량을 감소시키면, 당연한 일이지만 전지의 부피에너지밀도가 저하된다. 또한, 전지캔 및 봉입판의 재료두께를 증가시키면 전지의 내용적이 감소하기 때문에, 역시 부피에너지밀도가 저하된다.

또한, 인덴트구조는 인덴트폭이 좁으면, 봉입시에 봉입판(45)에 가해지는 개스킷(46)을 압축하는 힘에 의해 워셔(48)에 위치어긋남 및 변형이 생겨 개스킷(46)의 저부가 충분히 압축되지 않는 문제가 있었다. 또한, 워셔(48)의 위치어긋남 및 변형에 의해 개스킷(46) 및 봉입판(45)이 전지캔(41)의 내경방향으로 변위하기 때문에, 개스킷(46)의 숄더부(shoulder portion)의 압축도 충분히 이루어지지 않는 문제가 있었다. 상기 인덴트폭을 적어도 봉입판(45)의 턴업(turn-up)부분의 중앙까지 연장되도록 가공함으로써, 워셔(48)의 위치어긋남 및 변형을 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 현재의 프레스기술에 의해서 충분한 인덴트폭을 안정되게 형성하 는 것은 곤란하고, 인덴트폭에 편차가 있으면 전지의 누액특성에도 편차가 생기게 된다.

본 발명이 목적으로 하는 바는, 전지내압의 상승시에도 누액을 발생시키지 않는 봉입구조를 구비한 코인형 전지를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 코인형 전지는, 바닥이 있는 원통형으로 형성된 전지캔 내에 발전요소를 수용하고, 봉입판과의 사이에 개스킷을 개재하여 코킹가공한 코인형 전지에서, 상기 봉입판은 전지캔과 반대방향의 바닥이 있는 원통형상으로서, 그 개구부에 플렌지부를 갖고, 플렌지부의 선단부분에 원통방향으로의 연장부와 그 최하단부인 절곡부(折曲部)로부터 상방으로 연장되는 턴업부가 형성되고, 상기 전지캔은 그 저면 주위에 적어도 상기 연장부의 내경보다 작은 외경을 갖는 상승부와 상승부로부터 더욱 연장되는 코킹부가 형성되고, 상기 개스킷은 코킹가공된 때에 그 상부가 상기 코킹부의 상단부와 상기 턴업부의 선단부 및 플렌지부와의 사이 및 하부가 상기 코킹부의 단차부와 상기 절곡부와의 사이에서 압축되도록 배치된 것을 특징으로 하는 것이다.

이 구성에 의하면, 전지내압의 상승에 의해서 전지캔이 팽창했을 때에는 단차부에 의해서 변형압력이 분산되고, 봉입판이 팽창했을 때에는 플렌지부에 의해서 변형압력이 분산되기 때문에, 봉입부분의 변형이 억제된다. 이와 같이 봉입한 전지는 높은 온도에서의 사용 등에 있어서도 우수한 내누액성을 발휘한다.

상기 구성에서, 전지캔의 저면에서 단차부에 이르는 상승부분은 저면에서 상 방으로 향하여 형성함으로써, 전지캔의 저면의 변형이 봉입부분에 미치는 것이 억제되어, 내누액성의 유지에 유효하게 된다.

또한, 단차부는 폭이 1.5mm 이상, 2.5mm 이내로 형성하고, 또 전지캔의 저면으로부터의 높이는 0.5mm 이상 1.5mm 이내로 형성하면, 전지캔의 변형이 봉입부분에 미치는 것을 억제하는데 적합하다.

또한, 턴업부의 선단부는 플렌지부의 외면에 대하여, 동일높이 또는 봉입판 재료두께의 범위 내에 형성함으로써, 플렌지부와 선단부에 개스킷이 압축되는 압축정도가 균등하게 되고, 변형이 봉입부분에 미칠 때에 봉입판의 변형을 억제하여, 누액을 방지하는 기능을 유지시킬 수 있다.

또, 본 발명의 코인형 전지는 전지내압의 상승에 기인하는 누액의 발생을 억제하기 위해, 개스킷에 대하여 과도한 압축력이 국부적으로 부가되지 않도록 개스킷의 압축부분을 복수 설치하는 구성으로 하고 있다. 구체적으로는, 봉입판의 플렌지부와 턴업부의 선단부에서 개스킷을 압축하고 있고, 내압상승시에도 각부위에서의 과도한 압축은 생기지 않는다. 이로 인해, 개스킷의 과도한 압축에 따른 개스킷의 절단이나 파손을 억제하여 누액의 발생을 방지한다.

본 발명의 코인형 전지는 개스킷의 탄성변형능력을 높인 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 구성에서는 높은 압축력이 개스킷에 부가된 경우라도 탄성변형에 의해 개스킷은 정상상태로 복귀가능하기 때문에, 봉입판 및 전지캔과의 변형에 추종시킬 수 있어, 개스킷와 봉입판/전지캔과의 사이에 빈틈이 생기는 것을 억제한다. 탄성변형능력을 높인 개스킷의 재질로서는, 인장항복강도가 40MPa 이상인 탄소 성수지, 혹은 고무계 엘라스토머로 이루어지는 탄성수지가 매우 유용하다. 그리고, 이들 수지재료를 개스킷에 이용함으로써, 가혹한 온도환경이 주는 열적 스트레스, 특히 전지내압의 상승에 의해서 봉입판 및 전지캔에 변형이 생기더라도, 변형이 밀봉성능에 주는 영향을 최소로 할 수 있고, 이에 따라 누액의 발생을 효과적으로 억제하는 것을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 코인형 전지의 구성을 나타내는 단면도.

도 2는 상기 실시예에 관한 코인형 전지의 봉입부분의 확대단면도.

도 3은 상기 실시예에 관한 코인형 전지의 봉입판의 부분단면도.

도 4는 상기 실시예에 관한 코인형 전지의 전지캔의 부분단면도.

도 5는 종래 구조의 코인형 전지의 구성을 나타내는 단면도.

도 6은 종래 구조의 코인형 전지의 봉입부분의 단면도.

도 7은 종래 구조의 코인형 전지의 봉입부분의 전지내압 상승시의 변형상태를 나타내는 부분단면도.

도 8은 인덴트구조의 코인형 전지의 부분단면도.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하여, 본 발명의 이해를 돕도록 한다. 또, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명을 구체화한 일례로서, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 실시예에 관한 코인형 전지는 도 1에 나타내는 바와 같이, 얕은 바닥이 있는 원통형의 전지캔(1) 내에, 양극펠릿(11)과 음극펠릿(12)을 격리판(13)을 개재하여 대향배치하고 전해액을 충전한 후, 전지캔(1)의 개구부에 개스킷(3)을 개재하여 봉입판(2)을 배치하고, 코킹가공에 의해 봉입하여 구성되어 있다.

전지캔(1)은 도 4에 나타내는 바와 같이, 바닥이 있는 원통형으로, 그 저면(1a)의 주위에는, 저면(1a)에서 상방으로 향해 형성된 상승부(9)와 상승부(9)로부터 연장되는 코킹부(14)가 형성되어 있다. 또한, 상기 봉입판(2)은 도 3에 나타내는 바와 같이, 전지캔(1)과 역방향의 바닥이 있는 원통형으로 형성되고, 개구단측에 플렌지부(6)가 형성됨과 동시에, 플렌지부(6)의 선단측에는 원통방향으로 연장되는 연장부(7)와, 이 연장부(7)의 최하단부인 절곡부(8b)와, 절곡부(8b)로부터 연장부(7)에 밀접하여 상방으로 신장되는 턴업부(8)가 형성되어 있다. 8a는 턴업부(8)의 선단부이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 전지캔(1)의 코킹부(14)에는 저면(1a)과 평행한 단차부(5)와, 단차부(5)로부터 수직상방으로 형성된 개스킷 포위부(10)와, 개스킷 포위부로부터 직경방향 내측에 형성된 상단부(4)가 형성되어 있다. 전지캔(1)의 개구부에 봉입판(2)을 배치하는 동시에, 코킹부(14)의 내측에 개스킷(3)를 배치시켜 코킹가공하면, 개스킷(3)의 중간부가 턴업부(8)와 개스킷 포위부(10)의 사이에 밀착하여 끼워지고, 그 하부가 단차부(5)와 절곡부(8b)의 사이에서 압축되고, 상부가 선단부(8a) 및 플렌지부(6)와 상단부(4)의 사이에서 압축되므로, 전지의 내부는 밀폐된다.

이와 같이 구성된 전지는 높은 온도에서 사용하더라도 우수한 내누액성을 발휘한다. 높은 온도에서 사용하면 전지 내의 구성요소의 팽창이나 전해액의 기화 등이 생겨 전지의 내압이 상승하고, 전지캔(1) 및 봉입판(2)을 외측으로 팽창시키는 힘이 생긴다. 그러나, 본 발명의 전지는 전지캔(1)의 코킹부(14)에 단차부(5)가 형성되어 있기 때문에, 전지캔(1)의 변형이 봉입부분에 쉽게 미치지 않아, 단차부(5)의 내벽과 개스킷(3)의 하단이 쉽게 분리되지 않는다. 상승부(9)는 저면(1a)으로부터 상방으로 향하도록 형성해 놓으면, 저면(1a)이 변형하더라도 단차부(5)에 전해지는 힘이 분산되어 단차부(5)의 변형이 억제된다. 또한, 봉입판(2)의 변형압력은 플렌지부(6)에 의해서 분산되고, 또한 플렌지부(6)가 전지캔(1)의 상단부(4)에 의해서 개스킷(3)을 통해 가압되어 있기 때문에, 변형압력이 개스킷(3)를 들어올리고자 하는 힘이 개스킷(3)과 봉입부와의 사이에 빈틈을 발생시키지 않도록 작용한다.

상기 내누액성을 충분히 얻기 위해서는, 상기 상승부(9)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 봉입판(2)의 연장부(7)의 내경위치보다 내측이 되도록 형성한다. 또한, 상기 턴업부(8)의 선단부(8a)의 높이는 플렌지부(6)의 높이위치와 동일하게 되 도록 형성하는 것이 바람직하고, 적어도 그 정밀도는 봉입판(2)의 재료두께의 범위 내가 되도록 형성한다.

상기 구성이 되는 전지에 대해서, 종래 구조의 전지 및 인덴트구조의 전지와의 내누액성의 비교, 본 실시예에 관한 전지의 구조변화에 의한 내누액성의 비교를 검증한 결과를 이하에 설명한다.

본 실시예에 관한 전지는 구체적으로 다음과 같이 제작하였다. 도 1에 나타내는 바와 같이, SUS444를 이용하여 형성된 전지캔(1)에, 불화흑연에 흑연 등의 도전제 및 결착제를 혼합한 양극펠릿(11)과, 금속리튬에 의해 형성한 음극펠릿(12)을, 폴리페닐렌설파이드 부직포에 의한 격리판(13)을 끼워 대향배치하고, 150℃ 이상의 내열성을 갖는 비수전해액을 충전한다. 이후, 폴리페닐렌설파이드(이하, PPS 라고도 한다)에 의해 형성된 개스킷(3)과 SUS304에 의해 형성된 봉입판(2)과의 사이에 블론아스팔트(blown asphalt)와 광물유(油)로 이루어지는 밀봉제를 도포하고, 이것을 전지캔(1)의 개구부에 배치하여 코킹봉입함으로써 코인형 전지로 제작하였다. 또, 작성한 전지의 지름은 24.5mm, 두께는 7.7mm, 전기용량은 1000mAh이다.

(검증 1)

이 실시예가 되는 전지를 A, 비교대상으로 하는 전지로서, 도 8에 나타낸 인덴트구조의 전지 B, 도 5에 나타낸 종래 구조의 전지 C를 각각 100개 제작하였다. 모두 코인형 불화흑연 리튬전지로서 구성된 것이다.

내누액시험은 시험대상물을 85℃의 환경에서 1시간 방치한 후에, -20℃의 환경에서 다시 1시간 방치하는 내용의 열충격시험을 100사이클 실시하여, 전지캔측에서의 누액발생수와 봉입판측에서의 누액발생수를 육안으로 판정하였다. 그 시험결과를 표 1에 나타낸다.

전지캔측에서의 누액은 전지캔과 개스킷과의 사이에 빈틈이 생기는 것에 기인하는 것으로, 종래 구조의 전지 C에 비해 전지 A 및 전지 B에서는 누액의 발생이 대폭 개선되어 있는 것을 알 수 있다. 또, 인덴트구조의 전지 B에서의 누액발생은 그 후의 단면해석에 의해 상술한 인덴트의 연장폭의 편차에 기인하는 것임이 판명되었다. 또한, 봉입판측에서의 누액은 봉입판과 개스킷의 사이에 빈틈이 생기는 것에 기인하는 것으로, 역시 종래 구조의 전지 C에 비해 전지 A 및 전지 B에서는 누액의 발생이 대폭 개선되어 있는 것을 알 수 있다.

(검증 2)

상술한 실시예가 되는 불화흑연 리튬전지(지름 24.5mm, 두께 7.7mm, 전기용량 1000mAh)의, ① 턴업부(8)의 선단부(8a)의 높이위치, ② 전지캔(1)의 저면(1a)에서 단차부(5)까지의 높이(h), ③ 단차부(5)의 폭(w)에 대해서 각각을 변화시켜 제작하고, 내누액성을 시험하여 최적의 구조를 검증하였다. 시험은 내부충전량을 일정하게 하여 각 100개 제작하고, 시험대상물을 85℃의 환경에서 1시간 방치한 후에, -20℃의 환경에서 다시 1시간 방치하는 내용의 열충격시험을 100사이클 행한 후, 전지캔측에서의 누액발생수와 봉입판측에서의 누액발생수를 육안으로 판정하였 다. 또, 전지 A에 대한 누액발생수는 표 1에 나타낸 것과 동일하기 때문에, 표 3, 표 5, 표 7에서는 제외하고 있다.

① 전지캔(1)의 단차부(5)의 폭 w를 2.0mm, 전지캔(1)의 저면(1a)에서 단차부(5)까지의 높이 h를 1.0mm로 설정하여, 표 2에 나타내는 바와 같이, 턴업부(8)의 선단부(8a)의 플렌지부(6)로부터의 높이위치만을 변화시켰다. 또, 본 발명의 실시예에서 사용한 불화흑연 리튬전지의 봉입판(2)의 재료두께는 모두 0.25mm로 형성되어 있다. 이 때의 내누액성 시험의 결과를 표 3에 나타낸다. 전지 D 및 전지 G에 봉입판측에서의 누액이 발생하고 있는 것이 있으며, 이들은 플렌지부(6)의 위치에 대해 단차가 생긴 상태로 되어 있고, 플렌지부(6) 및 선단부(8a)의 높이의 편차에 의해 개스킷(3)의 압축정도에 차가 생기는 것에 의한다. 따라서, 턴업부(8)의 선단부(8a)의 높이위치를 플렌지부(6)의 외면위치와 동등하게 형성함으로써 내누액성을 최상의 것으로 할 수 있다.

② 턴업부(8)의 선단부(8a)의 높이위치를 플렌지부(6)의 외면위치와 동일하게 형성하고, 단차부(5)의 폭 w를 2mm로 형성하여, 전지캔(1)의 저면(1a)에서 단차부(5)까지의 높이 h만을 표 4에 나타내는 바와 같이 변화시켰을 때의 내누액성 시험의 결과를 표 5에 나타낸다. 전지 H 및 전지 N에 전지캔 극측에서의 누액이 발생하고 있는 것이 있고, 이들은 별도로 행한 압축공기에 의한 내압상승시험(팽창시험)에서, 전지 A, 전지 J, 전지 K, L, M에 비해 전지캔(1)의 봉입부분의 변형량이 큰 것이 판명되었다. 내압상승시의 변형압력의 분산이 잘 행해지지 않아 전지캔(1)의 봉입부분의 변위를 충분히 억제할 수 없기 때문이라고 생각된다. 따라서, 전지캔(1)의 저면(1a)에서 단차부(5)까지의 높이 h는 본 구성의 전지에서는 0.5mm 이상 1.5mm 이하가 적합하다.

③ 턴업부(8)의 선단부(8a)의 높이위치를 플렌지부(6)의 외면위치와 동일하게 형성하고, 전지캔(1)의 저면(1a)에서 단차부(5)까지의 높이 h를 1mm로 형성하여, 단차부(5)의 폭 w만을 표 6에 나타내는 바와 같이 변화시켰을 때의 내누액성 시험의 결과를 표 7에 나타낸다. 전지 O에 전지캔측에서의 누액이 발생하고 있는 것이 있고, 이들은 별도로 행한 압축공기에 의한 내압상승시험에서, 전과 동일하게 전지캔(1)의 봉입부분의 변형량이 큰 것이 판명되어, 내압상승시의 변형압력의 분산이 잘 행해지지 않아 전지캔(1)의 봉입부분의 변위를 충분히 억제할 수 없기 때문이라고 생각된다. 또한, 전지 R 및 전지 S에 전지캔측 및 봉입판측에서의 누액이 발생하고 있지만, 단면해석에 의해서 단차부(5)의 폭 w가 작기 때문에 개스킷(3)이 단차부(5)로부터 어긋나고, 개스킷(3)의 상부 및 하부의 압축이 충분히 이루어지지 않은 것이 판명되었다. 또한, 개스킷(3)의 압축정도에 편차가 있어, 봉입이 안정되게 이루어지지 않기 때문에 누액에 이르는 것으로 생각된다. 따라서, 단차부(5)의 폭 w는 전지캔(1)의 외경으로부터 연장부(7)의 내경위치를 초과하는 폭으로 형성하는 것이 적합하다.

(검증3)

상술한 실시예가 되는 불화흑연 리튬전지(지름 24.5mm, 두께 7.7mm, 전기용량 1000mAh)의 개스킷에 관하여, 인장항복강도가 다른 탄소성 수지 및 엘라스토머를 이용하여 제작하고, 폴리페닐렌설파이드(PPS)를 이용한 전지 A와 겸해서 내누액성을 시험하여 개스킷재료에 관한 검증을 실시하였다.

일반적으로, 압축력에 대한 탄성변형능력은 압축항복강도로 판단할 수가 있지만, 이 압축항복강도에 관한 지표는 다른 기계적 특성에 비해서 일반적이지 않고, 문헌 등으로부터의 데이터의 입수도 용이하지 않다. 그래서, 발명자들은 재료물성에 관한 데이터 중에서 검토가 용이한 인장항복강도에 착안하여, 수지재료에서의 압축항복강도와의 상관관계로부터 개스킷에 요구되는 특성에 대한 검토를 행하였다. 압축시의 응력-왜곡 거동은 인장시의 응력-왜곡 거동과 포아송비(세로탄성계 수와 가로탄성계수와의 비율)로써 개산할 수 있는 것이 알려져 있다. 또, 상세하게 검토한 결과, 수지재료에서는 포아송비가 대강 0.3이고, 재료종류 등의 여러가지의 인자를 고려하여도 거의 일정한 값을 나타내기 때문에, 인장항복강도로부터 압축항복강도를 개산하는 것이 가능한 것을 알아내었다.

이와 같이 본 발명에서는, 인장항복강도로써 개스킷물성을 정의하고 있다. 발명자들이 내압상승시에 개스킷에 부가되는 압축응력 등을 검토한 결과, 본 발명의 코인형 전지의 구조를 채용하여, 개스킷에 탄소성 수지를 이용한 경우에는 인장항복강도가 40MPa 이상인 것이 바람직한 것을 알아내었다.

그래서, 인장항복강도가 40MPa 이상인 개스킷을 이용한 본 실시예에 있는 전지로서, 유리섬유를 충전하는 것으로 인장항복강도를 향상시킨 폴리프로필렌(PP)(이하, 개질 폴리프로필렌(PP)이라 한다)을 이용한 전지 T, 엘라스토머인 퍼플루오로알콕시(PFA)수지를 이용한 전지 U에 덧붙여, 비교대상으로서 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(PE)를 이용한 전지 V, W, X를 작성하였다. 작성한 전지의 개스킷재료 및 그 압축강도를 표 8에 나타낸다. 또, 전지 V에서는 전지 T와 마찬가지로 개질 PP를 이용하고 있지만, 유리섬유의 충전량이 다르므로 인장항복강도가 다르다. 또한, 퍼플루오로알콕시(PFA)수지는 항복점을 갖지 않는 고무상태를 나타내기 때문에, 인장항복강도가 표 8 중에 수치로 표시되지 않는다.

시험은 내부충전량을 일정하게 하여 각 100개 제작하고, 시험대상물을 85℃의 환경하에 1시간 방치한 후에, -20℃의 환경하에 다시 1시간 방치하는 내용의 열충격 시험을 100사이클 행한 후, 전지캔측에서의 누액발생수와 봉입판측에서의 누액발생수를 육안으로 판정하였다. 이 결과를 표 9에 나타낸다.

표 9의 결과로부터 알 수 있듯이, 어느 쪽의 전지에서도 누액의 발생은 확인되지 않았다. 따라서, 85℃와 -20℃의 환경하에 교대로 방치하는 열적 스트레스의 부가에 대해서는, 본 발명에 관한 코인형 전지의 구성을 채용하는 것으로, 누액의 발생을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

다음에, 상기의 검토와 마찬가지로, 내부충전량을 일정하게 하여 각 100개를 다시 제작하고, 시험대상물을 125℃의 환경하에 1시간 방치한 후에, -40℃의 환경 하에 다시 1시간 방치하는 내용의 열충격 시험을 100사이클 행한 후, 전지캔측에서의 누액발생수와 봉입판측에서의 누액발생수를 육안으로 판정하였다. 이 결과를 표 10에 나타낸다.

-40℃∼125℃의 환경에서는 열적 스트레스의 영향이 현저해져 밀봉성능을 유지할 수 없게 된다. 이 때문에, -40℃∼85℃의 환경에서 누액이 확인되지 않은 전지 V, W, X에서도 표 10에 나타내는 바와 같이 누액의 발생이 확인되었다. 이 이유로서는 전지내압의 상승에 따라 봉입판과 전지캔이 변형하지만, 극도의 열적 스트레스의 영향에 의해 이 변형에 추종하는 개스킷의 변형이 탄성영역을 넘어서 소성영역에까지 도달하는 것에 있다. 개스킷의 변형이 소성영역에까지 도달하면, 개스킷은 초기의 형상으로 복귀하지 않기 때문에, 전지내압이 저하했을 때의 봉입판 및 전지캔의 변형에 추종할 수 없게 되어, 결과적으로 누액의 발생요인이 된다.

그러나, 개스킷에 40MPa 이상의 인장항복강도를 갖는 폴리페닐렌설파이드, 개질 폴리프로필렌을 이용한 전지 A 및 전지 T에서는 누액의 발생은 확인되지 않았다. 특히, 폴리페닐렌설파이드수지는 120℃ 정도의 환경에서도 밀봉특성에 악화가 보이지 않았다. 단지, 전지 T와 마찬가지로 개질 폴리프로필렌을 이용한 전지 V에 서는 누액이 확인되고 있고, 인장항복강도가 40MPa을 경계로 내누액성에 차이가 있는 것을 알 수 있다. 누액시험 후의 전지의 단면을 확인한 바, 봉입판과 개스킷의 접촉면, 전지캔과 개스킷의 접촉면에 개스킷의 수축변형에 따른 빈틈이 생겨 있었다. 이 수축변형은 전지내압의 상승에 기인하는 것으로, 이에 따라 생긴 빈틈을 통해 누액이 발생한 것으로 추정된다.

또한, 엘라스토머인 퍼플루오로알콕시수지를 이용한 전지 U에서도 누액은 확인되지 않고, 고무형상탄성을 갖는 엘라스토머를 개스킷에 이용하는 것으로, 압축변형에 기인하는 누액의 발생을 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 고무계의 재료는 소성변형영역을 가지지 않으므로, 봉입판 및 전지캔에서의 압축변형에 대한 추종성의 면에서 적합한 재료이다. 그 중에서도 퍼플루오로알콕시(PFA)수지는 유기전해액에 대한 안정성, 열적인 안정성의 면에서도 적합하다.

또, 본 발명에 의한 효과는 상기의 형태에서의 조합에 한정되는 것이 아니고, 각종의 양음극재료의 조합에 의한 1차전지, 2차전지에서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

본 발명의 코인형 전지에 의하면, 전지캔의 저면주위에 단차부를 설치하여 저면이 하방으로 돌출된 구조로 형성하는 것으로, 전지캔의 용적을 높이고 있고, 또한 주지의 코인형 전지에 비해서 내누액성을 향상시키면서 방전용량의 증가가 가능하기 때문에, 빈번한 전지의 교환을 필요로 하지 않아, 폐기전지의 삭감 등의 환경면에서 유용하다.

또한, 본 발명의 코인형 전지는 자동차용 타이어의 공기압력계나 높은 온도 등의 가혹한 사용조건에서도, 특히, 인장항복강도가 40MPa 이상인 탄소성 수지 또는 엘라스토머를 개스킷에 이용하는 것으로, 내누액성을 대폭 향상할 수 있기 때문에, 종래의 전지에 비해서 적용 가능한 용도를 크게 확대하는 면에서도 유용하다.

Claims (5)

1. 바닥이 있는 원통형으로 형성된 전지캔(1) 내에 발전요소(11, 12, 13)를 수용하고, 전지캔의 개구부에 개스킷(3)을 통해 봉입판(2)을 배치하여, 코킹가공에 의해 봉입한 코인형 전지에 있어서,

   상기 봉입판은, 전지캔과 역방향의 바닥이 있는 원통형으로서, 그 개구부에 플렌지부(6)를 갖고, 플렌지부의 선단부분에 원통방향으로의 연장부(7)와 그 턴업부(8)가 형성되며,

   상기 전지캔은, 그 저면(1a) 주위에 적어도 상기 연장부의 내경보다 작은 외경을 갖는 동시에 상기 저면으로부터 상방으로 향하여 형성된 상승부(9)와 상기 상승부에서 더욱 연장되는 코킹부(14)가 형성되고,

   상기 개스킷은, 코킹가공된 때에, 단면이 コ형상으로 변형된 코킹부와 상기 플렌지부, 연장부 및 턴업부의 사이에 압축되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
2. 바닥이 있는 원통형으로 형성된 전지캔(1)과, 정상부를 갖는 원통형상으로 형성된 봉입판(2)에 의해서 전지요소(11, 12, 13)를 수용하며, 상기 전지캔과 상기 봉입판의 개구부를 개스킷(3)을 통해 코킹가공에 의해 봉입한 코인형 전지에 있어서,

   상기 봉입판은, 개구부의 주위에 그 정상부에 대하여 수평방향으로 형성되는 플렌지부(6)와, 상기 플렌지부의 주위에 상기 봉입판의 정상부에 대하여 수직방향 하방에 형성되는 연장부(7)와, 상기 연장부의 수직방향 최하단부인 절곡부(8b)와, 상기 절곡부로부터 상기 연장부에 밀접하도록 하여 수직방향 상방으로 연장되는 턴업부(8)를 가지며,

   상기 전지캔은, 그 저면(1a)의 주위에 적어도 상기 연장부의 내경보다 작은 외경을 갖도록 저면으로부터 상방으로 향해 형성된 상승부(9)와, 상기 상승부의 주위로부터 더욱 연장되는 코킹부(14)를 갖고,

   상기 코킹부는, 상기 전지캔의 저면에 대해 평행하면서 직경방향 외측에 형성되는 단차부(5)와, 이 단차부의 주위에 적어도 상기 연장부의 길이보다도 길면서 상기 저면에 대하여 수직방향 상방에 형성되는 개스킷 포위부(10)와, 상기 개스킷 포위부의 선단에 상기 저면에 대해 평행하면서 직경방향 내측에 형성되는 상단부(4)를 갖고,

   상기 개스킷은, 코킹가공된 때에 그 중간부가 상기 개스킷 포위부와 상기 턴업부의 사이에 밀착한 상태로 끼워지며, 상부가 상기 턴업부의 선단부(8a) 및 플렌지부와 상기 상단부의 사이에서 압축되고, 하부가 상기 절곡부와 상기 단차부의 사이에서 압축되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
3. 제 2항에 있어서,

   단차부(5)는 반경방향의 폭이 1.5mm 이상 2.5mm 이하이면서 전지캔(1)의 저면(1a)으로부터의 높이가 0.5mm 이상 1.5mm 이하로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
4. 제 2항에 있어서,

   선단부(8a)의 높이위치는 플렌지부(6)의 외면과 동일하게, 또는 봉입판(2)의 두께의 범위 내에 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   개스킷(3)은 40MPa 이상의 인장항복강도를 갖는 탄소성 수지, 혹은 탄성수지로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.

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