KR100831131B1

KR100831131B1 - 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조

Info

Publication number: KR100831131B1
Application number: KR1020020002696A
Authority: KR
Inventors: 사사키요시유키; 스즈키야스유키
Original assignee: 엔이씨 도킨 도치기 가부시키가이샤
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2008-05-20
Also published as: JP2002216739A; US20020094477A1; US6864014B2; CN1366359A; TW529197B; KR20020062194A; CN1263180C

Abstract

전지 요소를 접속한 도전 접속 탭과 전지통과의 접속 특성이 양호한 도전 접속 구조를 형성하는 것으로, 전지 요소에 접합한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 접합한 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조에 있어서, 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면 또는 덮개체의 내면에 접하여 프로젝션 용접을 행하여 접합한 도전 접속 탭의 접속 구조이다.

Description

전지의 도전 접속 탭의 접속 구조{Connecting structure of conductive connecting tab of battery}

도 1은 본 발명의 전지통의 내벽면으로의 도전 접속 구조의 형성 공정을 설명하는 도면,

도 2는 본 발명의 용접 공정을 설명하는 흐름도,

도 3은 종래의 니켈 도금한 연강제의 전지통의 내벽면에 대한 도전 접속 탭의 접합 공정을 설명하는 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 전지통

2 : 전지 요소

3 : 도전 접속 탭

4 : 프로젝션 용접용 돌기

5 : 용접 장치

6 : 용접 유닛

7 : 고정측 전극봉

8 : 가압측 전극봉

본 발명은, 전지통과 도전 접속 탭의 접속 구조에 관한 것으로, 도전 접속 탭을 전지통 등에 접합한 접속 강도가 크고, 신뢰성이 높은 도전 접속부의 형성에 관한 것이고, 또 접합부 형성시에는 용접 전극의 소모가 작고, 대량의 전지를 안정하게 제조하는 것이 가능한 도전 접속 구조의 형성에 관한 것이다.

소형의 전자 기기의 전원으로서 각종의 전지가 이용되고 있고, 휴대 전화, 노트 퍼스널 컴퓨터, 캠코더 등의 전원으로서, 소형이고 대용량의 밀폐형 전지인 리튬 이온 2차 전지 등의 비수 전해 전지가 이용되고 있다. 이들 비수 전해액 전지로서는 원통형, 각형의 구조를 갖는 것이 이용되고 있다.

소형의 전자 기기의 전원으로서 이용되고 있는 리튬 이온 전지에 있어서는, 양극 집전체 및 음극 집전체에 각각 활성물을 도포한 후에, 세퍼레이터를 끼우고 감아서 전지통 내에 수납하여 밀폐한 것이 이용되고 있다.

특히, 전지 사용 기기는 일반적으로는 직육면체 형상의 전지 수납부를 갖고 있고, 이와 같은 전지 수납부에 수납하는 전지로서는, 원통 형상의 전지에서는 무효한 용량이 커진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 전지 수납 부분의 두께에 의해서 원통형의 전지의 직경이 제한을 받기 때문에, 소형, 혹은 박형의 기기에서는 두께가 얇은 각주 형상의 각형의 전지가 이용되고 있다.

각형의 비수 전해액 2차 전지에 있어서, 스테인레스 강철, 혹은 연강에 니켈 도금을 실시한 철계의 재료로 이루어지는 전지통이 널리 이용되고 있다.

스테인레스 강절, 연강제 등의 금속제의 통을 전지통으로 한 경우에는, 전지 요소에 접합한 니켈제의 음극 도전 탭을 전지통의 내벽면에 접합하고 있다. 음극 도전 탭으로서 이용되고 있는 니켈제의 전극 도전 탭은 연강 등이라는 저항 용접에 의한 접합성은 비교적 양호하지만, 접합 특성의 개선이 요구되고 있었다.

예를 들면, 음극 도전 탭과 전지통의 내벽면의 접합부에는, 전지의 낙하시에는 전지 요소의 관성력에 의해서 큰 힘이 가해져서 접합 개소가 파단할 가능성이 있었다. 그래서, 도전 접속 탭을 다수 개소에서 접합하고, 도전 접속 저항을 작게 하는 동시에, 접합부의 강도를 높이는 것이 행해지고 있다.

도 3은, 종래의 니켈 도금한 연강제의 전지통의 내벽면에 대한 도전 접속 탭의 접합 공정을 설명하는 흐름도이고, 2점을 용접하는 경우에 대해서 설명을 하는 것이다.

전지통을 용접 장치의 소정의 부분에 올려 놓은 후에, 단계 11에서, 용접 유닛이 하강한다. 다음에, 단계 12에서, 고정측 전극봉이 전진하여 전극통의 외벽면으로 이동한다. 다음에, 단계 13에서, 가압측 전극봉이 전진하여, 도전 접속 탭의 표면으로 이동한다. 그리고, 단계 14에서, 용접 개소를 양측에서 끼워서 용접 전류를 통전(通電)하여 1점째의 용접이 행해진다.

1점째의 용접이 양호하게 행해진 경우에는, 단계 15에서, 2점째 용점 위치로 용접 유닛이 이동하고, 단계 16에서, 고정측 전극봉이 전진하여 전극통의 외벽면으로 이동한다. 다음에, 단계 17에서, 가압측 전극봉이 전진하여 도전 접속 탭의 표면으로 이동한다. 그리고, 단계 18에서, 용접 개소를 양측에서 끼워서 용접 전류 를 통전하여 2점째의 용접이 행해진다.

다음에, 단계 19에서, 가압측, 고정측의 전극봉이 후퇴하고, 단계 20에서 용접 유닛이 상승하여 용접이 완료하여 전지통이 취출된다.

또, 단계 14에서, 1점째의 용접이 불량인 경우, 혹은 2점째의 용접이 불량인 경우에는, 단계 19에서 가압측, 고정측 전극봉 후퇴 동작을 행하고, 용접 유닛이 상승하여 용접 불량품이 배제된다.

이상과 같이, 도전 접속 탭과 전지통의 사이에서 신뢰성이 큰 도전 접속 구조를 형성하기 위해서는, 전지통의 내벽면과 도전 접속 탭의 접합이 전지통의 내벽면의 사이에서 다수의 용접 개소에 접합을 행하기 위해서는, 용접의 완료까지 용접 전극봉의 이동, 위치 결정 등을 반복하여 행할 필요가 있었다.

또, 종래의 저항 용접의 경우에는, 용접 개소와의 접촉 면적이 작은 용접 전극을 이용하여 용접 개소로의 전류의 집중을 행하고 있고, 고정측 전극봉에는 직경 2㎜ 정도의 것이, 또 가압측 전극봉에는 세로 가로 1㎜ 정도의 것이 이용되고 있었지만, 이들의 접촉부의 면적이 작은 전극에서는 용접시의 열이나 가압력으로 선단부의 무너짐 등이 발생하기 쉽고, 반복하여 용접에 사용한 것은 초기의 것에 비해서 용접 상태가 열화하고, 또 조기에 용접 전극을 교환할 필요가 있었다.

본 발명은, 전지 요소에 장착한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 전지통의 덮개체의 사이에서 다수의 접합 개소에 확실하게 접합하여 도전 접속부의 신뢰성이 높은 전지를 얻는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명은, 전지 요소에 접합한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 접합한 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조에 있어서, 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성한 도전 접속 탭의 프로젝션 용접용 돌기부를 전지통의 내벽면 또는 덮개체면에 대향시켜서 프로젝션 용접을 행하여 접합한 것인 도전 접속 탭의 접속 구조에 의해서 해결할 수 있다.

또, 전지 요소에 접합한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 접합한 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조의 형성 방법에 있어서, 도전 접속 탭에 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성하고, 다수의 프로젝션 용접용 돌기를 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 대향시켜서 다수의 프로젝션 용접용 돌기가 존재하는 부분의 면적보다도 접촉 면적이 큰 한쌍의 전극으로 가압한 상태에서 용접 전류를 통전하는 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조의 형성 방법이다.

본 발명은, 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면과 전지 요소에 접속한 도전 접속 탭의 접합을, 도전 접속 탭에 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성하고, 프로젝션 용접용 돌기를 전지통의 내벽면에 접하고, 프로젝션 용접용 돌기의 전부를 가압 가능한 1개의 용접 전극을 이용하여 프로젝션 용접을 행함으로써 한번의 용접 조작에 의해서 동시에 다수 개소의 용접을 실현할 수 있고, 접합 강도 및 전기적 특성의 면에서도 우수한 것을 얻을 수 있는 것을 발견한 것이다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1은 본 발명의 전지통의 내벽면으로의 도전 접속 구조의 형성 공정을 설 명하는 도면이다.

도 1(A)에 도시하는 바와 같이, 전지 요소(2)에 장착한 도전 접속 탭(3)에 프레스 성형용 금형을 이용하여 다수개의 프로젝션 용접용 돌기(4)를 형성한다.

다음에, 도 1(B)에 도시하는 바와 같이, 전지통(1) 내에 전지 요소(2)를 수납한 후에, 용접 장치(5)의 소정의 개소에 올려 놓고, 용접 유닛(6)이 하강하고, 다음에 고정측 전극봉(7)과 가압측 전극봉(8)이 전진하여 용접 개소를 사이에 끼운다. 도 1(C)에 확대도에 도시하는 바와 같이, 용접 개소를 개재시킨 상태에서 통전하면, 프로젝션 용접용 돌기 형성 부분을 용접 전류가 집중적으로 통전하여 충분한 너깃이 형성되어 용접이 행해진다.

도 2는 본 발명의 용접 공정을 설명하는 흐름도이다.

전지 요소에 접합한 도전 접속 탭에 프로젝션 용접용 돌기를 형성한 후에, 전지 요소를 수납한 전지통을 용접 장치의 소정의 부분에 올려 놓으면, 단계 1에서, 용접 유닛이 하강한다. 다음에, 단계 2에서, 고정측 전극봉이 전진하여 전극통의 외벽멱으로 이동한다. 다음에, 단계 3에서, 가압측 전극봉이 전진하여 도전 접속 탭의 표면으로 이동한다. 그리고, 단계 4에서 용접 개소를 양측에서 끼워서 용접 전류를 통전함으로써, 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 통해서 통전되어 용접이 행해진다.

다음에, 단계 5에서, 가압측, 고정측의 전극봉이 후퇴하고, 단계 6에서 용접 유닛이 상승하여, 용접이 완료하여 전지통이 꺼내진다.

단계 4에서 용접이 불량인 경우에는, 단계 5에서 가압측, 고정측 전극봉 후 퇴 동작을 행하고, 용접 유닛이 상승하고, 용접 불량품이 취출된다.

본 발명의 접합 구조를 형성하기 위한 프로젝션 용접용 돌기는 탭의 두께가 100㎛인 경우를 예로 들었지만, 도전 접속 탭의 반대측의 면에서 측정한 높이가 0.13㎜∼0.34㎜인 것이 바람직하고, 0.15㎜∼0.30㎜으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또 직경은 도전 접속 탭의 표면에서 0.5㎜∼0.10㎜의 직경을 갖고 있는 것이 바람직하고, 0.7㎜∼0.9㎜의 직경을 갖고 있는 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

또, 본 발명의 접합 구조는 다수개의 프로젝션 용접용 돌기가 동일 높이로 형성되는 것이 바람직하지만, 다소의 고저차가 있어도 용접시에 고정측 전극과 가동측 전극에 의해서 끼워서 가압할 때에 양쪽의 접촉부에서 너깃이 형성되어 충분한 접합 강도의 용접부가 형성된다. 또, 프로젝션 용접용 돌기의 수는 2점 이상이면 좋다.

또, 본 발명의 용접 구조의 형성에 사용하는 전극은 고정측 전극 및 가압측 전극의 양자에 프로젝션 용접용 돌기의 전부를 가압 가능한 면적을 갖는 용접 전극을 이용할 수 있다.

구체적으로는, 고정측 전극봉에서는 접촉부의 면적이 세로 2㎜, 가로 6㎜∼세로 4㎜, 가로 10㎜의 것을 이용할 수 있고, 가압측 전극봉에는 세로 2㎜, 가로 4㎜∼세로 4㎜, 가로 6㎜의 것을 이용할 수 있다.

이와 같이 피용접 부재와의 접촉 면적이 큰 전극봉은 직경이 작은 전극봉을 이용한 경우에 비해서 열의 방열이 양호한 것으로 이루어지는 동시에, 피용접 부재 와의 접촉부에서의 전류 밀도가 작아지기 때문에, 용접 전극의 열 혹은 가압력에 의한 손상도 생기기 어렵고, 전극 수명의 장수명화가 가능해진다.

또, 본 발명의 접속 구조는 니켈제의 도전 접속 탭과 같은 음극 전극용의 도전 접속 탭을 니켈 도금 연강제의 통, 스테인레스제의 통 등의 전지통, 혹은 전지 덮개체로의 접속 구조에 적용할 수 있지만, 양극 전극용의 도전 접속 탭로서 이용되는 알루미늄제의 도전 접속 탭을 알루미늄제의 통, 혹은 알루미늄제의 전지 덮개체의 내면으로의 접속 구조의 형성에 적용할 수 있다.

이하에 실시예를 도시하여 본 발명을 설명한다.

실시예 1

전지 요소에 결합한 니켈제의 폭 4㎜, 두께 100㎛의 도전 접속 탭에 2㎜의 간격을 설치하여 형성한 높이가 0.3㎜인 프로젝션 용접용 돌기를 2개 형성하였다. 프로젝션 용접용 돌기의 높이는 돌기의 정점으로부터 도전 접속 탭의 반대측 면의 탭의 면까지의 높이이다.

니켈 도금 연강제의 전지통의 내벽면에 도전 접속 탭의 프로젝션 용접용 돌기를 접촉시킨 상태에서, 외벽면에 크기가 세로 3㎜, 가로 8㎜인 고정측 전극을 접촉하고, 도전 접속 탭에는 크기가 세로 3㎜, 가로 5㎜인 가압측 전극을 접촉시켜서 60.8N으로 가압하고, 전류값 3㎄, 통전 시간 6㎳로 프로젝션 용접을 행하였다.

용접으로 얻어진 50개의 시료에 대해서, 용접부의 박리 시험을 행한 결과, 용접 강도는 평균 58.6N이고, 어느 파단부나 너깃이 그대로 남아서 모재의 탭이 파단하는 티어 파단을 일으키고 있고, 용접부는 충분한 강도를 갖고 있었다.

또, 용접에 사용한 고정측 전극 및 가압측 전극의 어느 알루미늄 분산 구리제의 전극은 선단부의 손상 등은 없었다.

전지 요소에 접속한 도전 접속 탭과 전지통의 내벽면 혹은 전지 덮개체의 내면의 도전 접속을 확실하게 행할 수 있고, 또 용접 전극의 수명도 장수명화할 수 있기 때문에, 전지의 효율적인 제조가 가능하게 된다.

Claims

전지 요소에 접합한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 접합한 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조에 있어서, 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성한 도전 접속 탭의 상기 프로젝션 용접용 돌기부를 전지통의 내벽면 또는 덮개면에 대향시켜서 프로젝션 용접을 행하여 접합한 것을 특징으로 하는 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조.
제1항에 있어서,

도전 접속 탭이 니켈, 니켈 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금제 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조.
제1항에 있어서,

도전 접속 탭이 접합되는 부분이 전지통 또는 전지 덮개체이고, 상기 전지통 또는 전지 덮개체는 니켈 도금 연강제, 스테인레스제, 알루미늄제, 알루미늄 합금제 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지의 도전 탭의 접속 구조.
밀폐형 전지에 있어서, 전지 요소에 접합한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 대해서, 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성한 도전 접속 탭의 상기 프로젝션 용접용 돌기부를 전지통의 내벽면 또는 덮개체면에 대향 시켜서 프로젝션 용접을 행하여 형성한 접속부를 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
전지 요소에 접합한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 접합한 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조의 형성 방법에 있어서, 도전 접속 탭에 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성하고, 다수의 프로젝션 용접용 돌기를 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 대향시켜서 다수의 상기 프로젝션 용접용 돌기가 존재하는 부분의 면적보다도 접촉 면적이 큰 한쌍의 전극으로 가압한 상태로 용접 전류를 통전하는 것을 특징으로 하는 전지의 도전 접속 탭의 접속 구조의 형성 방법.
밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서, 전지 요소에 접합한 도전 접속 탭을 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 접합한 전지의 도전 접속 탭에 다수개의 프로젝션 용접용 돌기를 형성하고, 다수의 프로젝션 용접용 돌기를 전지통의 내벽면, 또는 덮개체의 내면에 대향시켜서 다수의 상기 프로젝션 용접용 돌기가 존재하는 부분의 면적보다도 접촉 면적이 큰 한쌍의 전극으로 가압한 상태에서 용접 전류를 통전하여 프로젝션 용접을 행하여 접합부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지의 제조 방법.