KR100735392B1 - 망간 건전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 크기 측면에 있어 쉽게 제조되고 쉽게 제어될 수 있는, 새로운 가스킷 형상을 사용함으로써 폭발방지에 있어 높은 신뢰성을 가지는 망간 건전지 및 폭발방지 메커니즘을 제공한다. 상기 망간 건전지는, 카본막대를 지지하고 카본막대에 단단하게 밀착된 내부실린더와, 아연용기의 개구부의 내벽에 단단하게 부착된 외부실린더 및, 상기 내부실린더와 외부실린더를 연결하는 접속부를 가지는 가스킷과; 카본막대의 상부표면에 끼워맞춰진 양극단자플레이트로 구성되고, 상기 아연용기의 개구 끝단과 상기 양극단자플레이트의 외주는 그 사이에 상기 외부실린더의 상부 끝단을 위치시켜 막음에 의해 밀봉되며, 절결부가 상기 가스킷의 내부실린더의 상부의 적어도 일부분에 형성되며, 상기 가스킷이 전지 내부압력의 증가에 따라 변형되어 상기 가스킷과 상기 카본막대 사이에 틈이 형성되고, 가스가 상기 틈을 통하여 상기 양극단자플레이트에 설치된 배출구멍으로부터 방출되는 망간 건전지에 관한 것이다.

Description

망간 건전지{MANGANESE DRY BATTERY}

본 발명은 포장되지 않은 전지가, 기재(基材)로서 열수축(Heat Shrinkable) 수지필름으로 된 튜브나 라벨로 입혀진 외부구조를 가지는 망간 건전지의 개량에 관한 것으로, 특히 전지 내부압의 증가에 대한 안전메커니즘의 개량에 관한 것이다.

포장되지 않은 전지(아연이 외부에 노출된 전지)가 비용절감측면에서 단순히 기재(基材)로서 열수축 수지필름으로 된 튜브나 라벨로 입혀진 외부구조를 가지는 망간 건전지에 있어서, 종래에 전지는 음극(Anode) 아연용기의 개구부내로 가스킷 (Gasket)을 끼워맞추고, 양극전류(Cathode Current) 집전기 역할을 하는 카본막대의 상부 돌출된 표면 위에 양극단자플레이트(Cathode Terminal Plate)를 위치시키고, 아연용기의 개구부 끝단을 굽히거나, 아연용기의 측면을 압축하여 공기밀폐적으로 밀봉된다.

이와 같은 전지는 강력하게 공기밀폐되어 있기 때문에, 전지 내부에서 발생된 가스를 방출하는 것은 어렵다. 그러므로, 전지가 잘못 사용되는 때, 즉, 역으로 접속하거나 단락될 때에는, 많은 양의 가스가 발생되고, 내부압이 때때로 비정상적으로 증가하기 때문에, 전지는 전지 폭발을 방지하기 위한 메커니즘을 가질 필요가 있다. 그러므로, 다음의 메커니즘이 개발되고 제안되었다:

(1)가스킷(gasket)의 내부실린더의 내부표면과 가스킷 내에 삽입되는 카본막대 사이의 접합이 전지 내부압의 증가에 따라 느슨해지고, 이에 따라 가스가 방출되는 틈을 형성하는 폭발방지 메커니즘.

(2)수직홈이 가스킷의 내부실린더의 내부표면에 형성되어, 가스가 방출하는 것을 돕는 메커니즘.

(3)가스킷의 일부가 내부압에 의해 파괴되는 보다 얇은 부분으로 형성되어, 그로부터 형성되는 가스를 방출하는 폭발방지 메커니즘.

그러나, 이러한 폭발방지 메커니즘은 다음의 문제점을 가지고 있었다.

구체적으로, 이러한 메커니즘들은, 재료나 성형조건과 같은 인자들로 인하여 가스가 방출되는 압력(이하, 폭발방지 활성압력이라 함)들이 다양하다. 특히, (3)의 메커니즘은 어떤 압력 이상에서 상기 보다 얇은 부분이 파괴될 수 있도록, 상기 가스킷의 얇은 부분의 재료와 두께의 선택에 있어 특히 세심한 주의가 요구될 뿐만 아니라, 외부요인에 따라서 폭발방지 활성압력에 큰 편차가 생긴다고 하는 문제점을 가지고 있다.

더욱이, 폭발방지 활성압력의 편차로 인하여, 적절한 압력에서 가스가 방출되지 않는 경우, 가스킷은 내부압력에 의해 상승하며, 이에 따라 가스킷의 내부실린더의 상부표면과 양극단자플레이트 사이의 접착을 일으킨다. 결과적으로, 비록 카본막대와 내부실린더의 내부표면 사이에서 형성된 틈을 통하여 가스가 상승할 지라도, 가스는 가스킷과 양극단자플레이트의 강력한 접착 때문에 가스방출 통로를 찾지 못할 수 있어, 결과적으로 전지폭발을 일으킬 수 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은, 폭발방지 메커니즘 뿐만 아니라, 크기의 측면에서 쉽게 제작되고 조절될 수 있는, 새로운 형상의 가스킷을 채택하여 폭발방지에 대하여 높은 신뢰성을 가지는 망간 건전지를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 망간 건전지는 : 카본막대에 단단하게 밀착하여 상기 카본막대를 지지하는 내부실린더와, 아연용기의 개구부의 내벽에 단단하게 부착된 외부실린더와, 상기 내부실린더와 외부실린더를 연결하는 접속부를 가진 가스킷 및; 상기 카본막대의 상부표면에 끼워진 양극단자플레이트를 포함하여 구성되며, 상기 건전지는 아연용기의 개구 끝단과 상기 양극단자플레이트의 외주(outer periphery)를, 그 사이에 위치한 상기 외부실린더의 상부 끝단으로 막아(caulking) 밀봉시키고, 상기 가스킷의 내부실린더 상부의 적어도 일부분에 절결부(切缺部:cut-out portion)가 형성된 것을 특징으로 한다. 이러한 절결부의 형성에 의하여, 가스킷이 전지의 내부압력이 증가함에 따라 변형될 때 가스킷과 카본막대 사이에 틈이 형성되며, 가스가 상기 틈을 통하여 상기 양극단자플레이트에 형성된 배출구멍으로부터 방출될 수 있다.

절결부의 깊이, 즉, 절결부의 바닥으로부터 내부실린더의 상부표면까지의 높이는, 카본막대에 단단하게 부착된 내부실린더 부분의 길이의 5% 내지 40%인 것이 바람직하다.

또한, 절결부는 내부실린더의 중심축으로부터 60°내지 270°의 각으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 1은, 본 발명의 한 예에 따른 망간 건전지의 구조를 나타내는 종단면도이다.

도 2는, 본 발명의 망간 건전지에 사용되는 가스킷의 개략적인 사시도이다.

도 3은, 본 발명의 망간 건전지에 사용되는 가스킷의 폭발방지 메커니즘을 나타낸다.

도 4는, 본 발명의 망간 건전지에 사용되는 가스킷과 양극단자플레이트의 결합을 나타내는 개략적 단면도이다.

도 5는, 종래의 망간 건전지의 구조를 나타내는 종단면도이다.

도 1은, 본 발명의 한 실시예에 따른 망간 건전지의 개략적인 종단면도이다. 도 2는, 도 1에 나타낸 본 발명의 망간 건전지에 사용되는 가스킷(3)의 개략적인 사시도이다. 도 3은, 도 1에 나타난 가스킷(3) 근방의 부분 확대도이며, 본 발명의 망간 건전지에 사용되는 가스킷의 폭발방지 메커니즘을 나타낸다. 더욱이, 도 5는 종래의 망간 건전지의 구조를 나타내는 개략적인 종단면도이다.

도 1에 나타난 본 발명의 망간 건전지의 구조는, 가스킷을 제외하고 도 5에 나타난 종래의 망간 건전지와 동일하다.

도 1과 도 5에 나타낸 망간 건전지에서, 컵모양의 바닥판(11)은 음극 아연용기 (4)의 바닥에 끼워지고, 세퍼레이터(8)와 바닥절연체(10)는 음극 아연용기 내부에 위치하며, 양극혼합물(6)은 그 안에 채워진다. 카본막대(1)는 양극혼합물(6)의 중심에 삽입되고, 양극단자플레이트(2)에 접합된 가스킷(3)은, 그 중심에서 카본막대 (1)를 지지하도록 아연용기(4) 안에 삽입된다.

도 2에 나타난 것처럼, 가스킷(3)은 카본막대(1)을 수용하기 위한 관통구멍 (12)를 가진 내부실린더(13)와, 아연용기(4)의 개구끝단에 부착되는 외부실린더(14) 및, 양 실린더를 연결하는 접속부로 구성된다. 접속부는 고리모양의 얇은 부분으로 제공될 수 있다. 그러나, 도 5에 나타난 종래의 망간 건전지의 가스킷은 아래에 설명될 절결부(16)를 가지고 있지 않다.

밀봉제(sealant;5)인 아스팔트는 카본막대(1)와 가스킷(3)의 내부실린더(13)가 밀착하는 표면 및 그 하부, 아연용기(4)와 가스킷(3)의 외부실린더(14)가 밀착하는 표면 및 그 하부에 도포된다.

상기 가스킷(3)은 양극단자플레이트(2)에 결합되어 일체로 되고, 이후 전력발생소자를 수용하는 음극 아연용기(4)의 개구부에 끼워맞춰어진다. 이어서, 상기 아연용기(4)의 상부 측면은 그 직경이 축소되도록 압축되어, 상기 아연용기의 내부벽과 상기 가스킷(3)의 외부실린더 (14)는 서로 밀착된다. 이후, 상기 아연용기의 개구 끝단은 외부실린더(14)의 상부 끝단과 함께 안쪽으로 구부려지고, 상기 양극단자플레이트(2)가 그 사이에 단단하게 끼워넣어지며, 이로서 밀봉된 포장되지 않은 전지가 형성된다.

그리하여, 밀봉된 포장되지 않은 전지는 기재로서 열수축 수지필름으로 구성되는 튜브(9)로 코팅된다.

본 발명의 한 실시예에서, 절결부(16)는, 도 2에 나타난 바와 같이, 가스킷(3)의 내부실린더(13)의 상부의 적어도 한 부분에 형성된다. 반면에, 양극단자플레이트(2)는, 도 1에 나타난 것처럼, 가스킷(3)의 접속부(15)에 대응하는 위치에 배출구멍 (2a)을 구비한다.

다시 말해, 상기 건전지는 가스킷(3)의 내부실린더(13)상에 가스방출로를 형성할 수 있는 절결부(16)를 구비하도록 형성된다. 절결부(16)를 형성함에 의해, 전지의 오용과 같은 경우에 있어서 가스가 전지 내부에서 발생하고 그럼으로써 내부압이 증가될 때, 가스킷(3)의 일부분이 변형되어 위쪽으로 들어올려져 내부실린더(13)와 카본막대 (1) 사이에 틈이 형성된다. 그때, 가스는 틈(17)을 통하여 흘러나가고 배출구멍(2a)으로부터 전지의 외부로 방출되어, 전지의 폭발이 방지된다.

도 3은 상기에서 설명한 본 발명의 전지의 폭발방지 메커니즘을 도시한다. 도 3에서, (a)는 도 1에 나타낸 본 발명의 망간 건전지의 가스킷 주변의 구조를 나타내는 부분확대도이며, 여기서 전지의 정상상태(normal state)를 나타낸다. 또한, (b)는, 몇가지 이유로 가스가 전지의 내부에서 발생할 때의 전지의 상태를 나타내며, 상기한 절결부(16)의 형성에 의하여, 가스킷(3)이 변형되어 위쪽으로 들어올려져서 가스를 전지의 외부에 방출하기 위한 틈(17)이 형성된다.

이와는 대조적으로, 종래의 폭발방지 메커니즘에 따라, 전지 내부에서 가스의 생성 또는 단락이나 역으로 접속하는 것과 같은 전지의 오용에 의한 내부압력의 비정상적인 증가시에, 가스킷은 내부압력에 의해 들어 올려져서, 가스킷(3)의 내부실린더(13)의 상부표면과 양극단자플레이트(2) 사이의 부착을 유발하며, 결과적으로 접속부(15)의 얇은 부분이 파괴된다. 따라서, 얇은 부분의 파괴에 의하여 전지의 외부로 가스가 방출된다.

다음은 본 발명의 망간 건전지에서 가스킷(3)의 상부에 형성된 절결부(16)의 크기를 설명한다.

도 2에 나타난 바와 같이, 절결부(16)의 깊이, 즉, 절결부(16)의 바닥으로부터 내부실린더(13)의 상부표면까지의 높이 α(mm)는 바람직하게는 카본 막대(1)에 단단하게 부착한 내부실린더(13)부분의 길이(도 1의 X에 대응하는)의 5% 내지 40% 이다.

5% 이하의 범위에서는, 가스킷(3)은 덜 변형되고 비틀려서 가스가 보다 비효율적으로 방출되고, 반면에 40% 이상의 범위에서는, 카본막대(1)와 내부실린더(13)의 접촉표면이 보다 작아져 전지의 공기밀폐성이 저하되기 때문에, 장기간의 보존후에 전지의 방전용량이 저하되므로, 5% 내지 40%의 범위가 결정된다.

또한, 절결부는 내부실린더의 중심축으로부터 60°내지 270°의 각으로 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 절결부(16)의 각폭(angular width), 즉, 꼭지점이 도 2에 나타난 내부실린더(13)의 중심축 상에 있는 각 β(°)은 60°내지 270°인 것이 바람직하다.

60°내지 270°의 범위는 상기에 설명된 것과 비슷한 이유에 의해 결정된다. 60°보다 작은 범위에서, 가스킷(3)은 덜 변형되고 덜 비틀리는 경향이 있으므로, 가스는 보다 비효율적으로 방출된다. 270°이상의 범위에서, 카본막대(1)와 내부실린더(13)의 접촉표면은 보다 작아져서, 전지의 공기밀폐성이 저하되고, 가스킷(3)이 양극단자플레이트(2)에 결합될 때, 양극단자(2)가 비틀리는 경향이 있다.

도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 망간 건전지가 제조될 때, 아연용기(4)는 처음에 세퍼레이터(8)와 바닥절연체(10)와 함께 설치되며, 그리고 나서 양극혼합물(6)로 채워지며, 상부절연체(7)와 카본막대(1)가 설치된다. 그 후에, 사전에 양극단자플레이트(2)에 결합된 가스킷(3)은 아연용기(4)의 상부에 끼워진다.

도 4는 양극단자플레이트(2)와 가스킷(3)의 결합을 나타낸다. 도 4에 나타난 것처럼, 오목부(18)를 형성함으로써 양극단자플레이트(2)를 가스킷(3)에 단단하게 결합하기 위해, β는, 상기에 설명한 바와 같이, 60°내지 270°인 것이 바람직하다. 도 4에서, 양극단자플레이트(2)와 가스킷(3)의 결합을 설명하기 위해, 아연용기와 밀봉제 등이 생략되고, 가스킷(3)은 안쪽으로 굽혀지지 않은 것처럼 도시된다.

실시예 1과 비교 실시예 1

다음에, 본 발명의 구체적인 실시예가 설명될 것이다.

도 1에 나타난 AAA 사이즈의 망간 건전지에서, 아연용기(4)는 처음에 세퍼레이터(8)와 바닥절연체(10)가 설치된 후, 양극 혼합물(6)이 채워지며, 그 중앙에 카본막대(1)가 설치된다. 이와 별도로, 내부실린더(13)에 형성된 절결부(16)를 가지는 가스킷(3)에 양극단자플레이트(2)를 끼워맞춰둔다. 다음에, 밀봉제(5)가 가스킷(3)의 외부실린더(14)의 하부 외주표면과 카본막대(1)의 상부 외주표면에 가해진 후, 양극단자플레이트 (2)에 결합된 가스킷(3)은 아연용기(4)의 상부에 끼워진다. 최종적으로, 아연용기(4)의 상부는 안쪽으로 구부려지고 막혀져서(caulking), 본 발명의 망간 건전지 “A”가 만들어진다.

가스킷(3)의 절결부(16)의 높이 α는 0.6 mm, 즉, 카본막대(1)에 단단하게 부착된 내부실린더(13) 부분의 높이(도 1에서 X)인 2.7 mm의 22%였다. 또한, 절결부(16)의 각폭, 즉, 내부실린더(13)의 중심축상에 그 꼭지점이 있는 각 β(°),는 180°이다. 여기서, 카본막대(1)에 부착되지 않은 측면상의 가스킷(3)의 내부실린더(13)의 높이(도 1에서 Y)는 3.2 mm이다.

비교를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 절결부(16)가 가스킷(3)의 내부실린더(13)상에 형성되지 않은 AAA사이즈의 종래의 망간 건전지 “B”가 생산되었다.

이들 건전지 "A" 및 "B"에 대하여, 각각 역접속시험(4개 중 1개를 역방향으로 접속하고, 직렬로 접속된 전지의 양 끝단을 단락시켜 쇼트회로를 형성한다)을 행하고, 24시간 방치한 후, 전지의 폭발발생율을 조사하였다. 100개의 “A” 건전지들은 폭발과 같은 문제가 없었다. 반면에, 100개의 “B”건전지중 몇 개들은, 용기가 느슨해지거나 부분적인 크랙 또는 분리가 발생하여 변형되었다.

다음에, 건전지들 “A”와 “B”는 3개월간 45℃의 고온하에서 보존되어, 개방회로전압과 단락회로전류가 시험되었다. 시험에 의해 건전지 “A”와 “B” 사이에 차이가 없음이 밝혀졌다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은, 역으로 연결되거나, 단락회로 등에 의해 유발되는 전지 내부압력의 비정상적인 증가나 전지 내부의 가스가 발생하는 때에 가스를 안전하게 방출시켜 전지의 폭발을 방지할 수 있는 매우 안정한 망간 건전지를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 카본막대에 단단하게 밀착하여 상기 카본막대를 지지하는 내부실린더와, 아연용기의 개구부의 내부벽에 단단하게 부착된 외부실린더 및 상기 내부실린더와 상기 외부실린더를 연결하는 접속부를 가진 가스킷과,

   상기 카본막대의 상부 표면에 끼워 맞추어진 양극단자플레이트로 구성되고,

   상기 아연용기의 개구 끝단과 상기 양극단자플레이트의 외주는 그 사이에 상기 외부실린더의 상부 끝단을 위치시켜 막음(caulking)에 의하여 밀봉되며,

   상기 가스킷의 내부실린더 상부의 적어도 일부분에 절결부(切缺部:cut-out portion)가 형성되고,

   상기 가스킷이 전지 내부압력의 증가에 따라 변형되어 상기 가스킷과 상기 카본막대 사이에 틈이 형성되고, 가스가 상기 틈을 통하여 상기 양극단자플레이트에 설치된 배출구멍으로부터 방출되는 것을 특징으로 하는, 망간 건전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절결부는 상기 카본막대에 단단하게 부착된 상기 내부실린더 부분 길이의 5% 내지 40%의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 망간 건전지.
3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서, 상기 절결부는 상기 내부실린더의 중심축으로부터 60°내지 270°의 각으로 설치되는 것을 특징으로 하는 망간 건전지.

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