KR100885358B1 - 전지캔 및 그것을 이용한 전지 - Google Patents

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Abstract

전극군(41) 및 전해액으로 이루어지는 발전요소를 수납하여 구성하는 전지에 있어서, 밑면이 있는 통형상의 외형을 갖고, 그 캔 내면(2)에 캔의 두꺼운 두께방향의 내면측이 두꺼워지도록 팽창하여 선형상으로 연장되는 복수의 볼록조 팽창부(3)가 통 중심(S)의 양측에서 통 중심방향에 대하여 각각 경사지고, 또한 서로 각 볼록조 팽창부(3)가 각 교점(9)을 사이에 두고 서로 연결, 교차하여 격자형상으로 배치, 성형되어 있는 전지캔(1)을 형성한다.
전해액, 전지캔, 볼록조 팽창부, 전지, 측판부

Description

전지캔 및 그것을 이용한 전지{BATTERY CAN, AND BATTERY USING THE BATTERY CAN}
본 발명은 리튬 2차 전지 등의 각종 전지의 외장케이스로서 이용되는 밑면이 있는 통형상의 전지캔으로서, 특히 각형으로 했을 때에 뛰어난 팽창변형 방지효과를 발휘하는 구성을 구비한 전지캔 및 그것을 이용하여 구성한 전지에 관한 것이다.
최근에는 일렉트로닉스 기술의 진보에 따라 전자기기의 고기능화와 함께, 소형경량화와 저소비전력화가 가능하게 되었다. 그 결과, 각종 일반용 휴대형 기기가 개발, 실용화되고, 그들의 시장규모가 급속히 확대되고 있다. 그들의 대표적인 일례로서는 캠코더, 노트북형 퍼스널컴퓨터, 휴대전화기 등이 있다. 이들 기기에는 또한 소형경량화와 함께 작동시간의 장기화가 계속적으로 요구되고 있고, 이러한 요구로부터 이들 기기의 구동용 내장전원으로서, 수명이 길고 에너지밀도가 높은 리튬이온 2차 전지로 대표되는 리튬 2차 전지가 적극적으로 개발되고, 다수 채용되고 있다.
리튬이온 2차 전지는 현재 실용화되어 있는 전지시스템 중에서 전지의 소형화의 지표로서 이용되는 단위체적당 에너지밀도는 물론, 전지의 경량화의 지표로서 이용되는 단위중량당 에너지밀도도 매우 높은 장점을 갖고 있다. 전지의 에너지밀도를 결정하는 것은 발전요소를 구성하는 양극이나 음극의 전지활성물질이 중심이지만, 발전요소를 수납하는 전지캔의 소형화 및 경량화도 중요한 요소가 된다. 왜냐하면, 전지캔의 중량은 전지의 총중량에서 차지하는 비율이 크기 때문에 전지캔의 캔의 두께를 얇게 할 수 있다면, 그 만큼 전지캔을 경량화할 수 있는 것과 함께, 동일한 외형의 전지캔에 비해 용적이 커지기 때문에, 보다 많은 전지활성물질을 수용하여 전지 전체에서의 체적 에너지밀도를 향상시킬 수 있고, 또 전지캔을 경량의 재료로 형성할 수 있으면, 전지 전체의 중량이 저감되어 중량 에너지밀도가 향상된다.
상술한 바와 같은 전지의 동향 중에서, 특히 박형의 각형 전지캔을 외장케이스로서 이용한 각형 전지는 기기의 박형화에 적합하고, 또한 공간효율이 높기 때문에 중요시되고 있다. 그러나, 각형 전지의 체적 에너지밀도를 높여 고용량화를 도모하는 것을 목적으로 하여, 캔의 두께를 얇게 설정한 경우에는 전지캔의 강도가 부족하여, 전지로서 기능했을 때에 필요로 하는 내압강도를 확보할 수 없다는 문제점이 생긴다. 특히, 전지캔을 경량의 재료, 예컨대 알루미늄을 이용하여 형성하는 경우에는 상술한 필요로 하는 내압강도를 확보할 수 없다는 문제점이 한층 더 현저해진다.
즉, 각형 전지의 전지캔에서는 안정된 형상인 원통형 전지캔에 비하여, 전지의 내압이 상승한 경우의 변형이 크고, 보다 안정된 형상인 원통형으로 향하여 장변측판부가 큰 북형상으로 팽창되도록 변형한다. 그 때문에, 상술한 바와 같은 내 압강도가 불충분한 각형 전지캔을 이용한 각형 전지에서는 전지로서 기능하였을 때의 전지캔의 팽창변형이 한층 더 커져, 전지의 내부저항의 증대, 전해액의 누액 또는 누액에 기인하는 기기의 손상이라는 각종 결함이 생길 우려가 있다.
그래서, 종래에는 전지내압의 상승시에 팽창되기 쉬운 캔의 장변측판부의 두께를 단변측판부의 두께보다 크게 설정한 각형 전지캔(일본 특허공개 평6-52842호 공보 참조)이나, 장변측판부의 두께를 코너부의 두께보다 크게 설정한 각형 전지캔(일본 특허공개 2000-182573호 공보 참조)이 제안되어 있다. 그런데, 이들 각형 전지캔에서는 전지내압 상승시의 전지캔의 변형을 효과적으로 방지할 수 있는 내압강도를 확보할 수 있는 반면, 캔 벽에서의 표면적이 가장 큰 캔의 장변측판부의 두께를 크게 하기 때문에 전지캔 전체로서의 슬림화나 경량화가 희생되어 있으므로, 발전요소를 수납할 수 있는 용적이 작아져서, 체적 에너지밀도 및 중량 에너지밀도의 향상을 도모할 수 없다.
한편, 종래에는 바닥면에 대하여 수직이고 평행한 복수의 선형상 볼록부를 캔 내면에 형성한 전지캔(일본 특허공개 평9-219180호 공보 참조)이나, 캔의 측면부의 두께를 바닥부의 두께보다 얇게 하고, 또 캔 내면에 통 중심에 평행한 복수의 세로줄무늬를 형성한 전지캔(일본 특허공고 평7-99686호 공보 참조)도 제안되어 있다. 이들 전지캔에서는 발전요소를 수납하는 용적을 어느 정도 증대시킬 수 있는 것과 함께, 선형상 볼록부 또는 세로줄무늬에 의해 전지캔과 발전요소의 접촉면적을 증대시켜 전지로서 기능했을 때의 내부저항의 저감을 도모할 수 있는 이점이 있지만, 캔의 통 중심에 평행한 복수의 선형상 볼록부 또는 세로줄무늬로는 전지내압 상승시의 전지캔의 팽창변형을 방지할 수 없다.
또, 특히 와권상의 전극군을 이용하는 전지에서는 전지용량의 향상을 목적으로 하여, 전극군을 전지캔 내에 삽입할 수 있는 범위 내에서 전지캔을 가급적 큰 외형으로 하여 캔 내면에 대하여 거의 빈틈없이 삽입하는 것이 행해지고 있다. 그런데, 이 경우에는 전극군과 전지캔의 캔 내면의 마찰저항이 커지므로 전극군을 전지캔 내에 자연스럽게 삽입할 수 없다는 문제점이 있다. 더구나, 전극군을 삽입한 후의 전해액의 주입에 있어서는 진공주액수단을 채용하여 전해액의 원활한 침투를 촉진하도록 하고 있으나, 전지캔의 캔 내면과 전극군 사이에 거의 빈틈이 없기 때문에 주액에 시간이 걸려, 많은 시간을 소비하는 실정이다.
그래서, 본 발명은 상기 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 전지내압상승시의 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있는 강도를 갖고, 또한 전극군을 자연스럽게 삽입할 수 있는 형상을 가지면서도 전지로 하였을 때의 에너지밀도의 향상을 도모할 수 있는 전지캔 및 그 전지캔을 이용하여 구성한 전지를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 전지캔은 전극군 및 전해액으로 이루어지는 발전요소를 수납하여 전지를 구성하는 밑면이 있는 통형상의 외형을 갖고, 캔 내면에 캔의 두께방향의 내면 측이 두꺼워지도록 팽창하여 선형상으로 연장되는 복수의 볼록조 팽창부가 통 중심의 양측에서 통 중심방향에 대하여 각각 경사져 서로 교차하고, 또한 격자형상을 형성하는 배치로 형성되고, 상기 각 볼록조 팽창부가 각 교점을 사이에 두고 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 전지캔에서는 캔 내면에서의 볼록조 팽창부를 따른 직선개소가 볼록조 팽창부의 팽창높이만큼 두껍게 되고, 볼록조 팽창부가 형성되지 않은 부분의 두께에 대하여 볼록조 팽창부의 팽창높이의 3승만큼 강도가 증대되는 것과 함께, 각 볼록조 팽창부가 교점으로 서로 연결되어 있기 때문에, 볼록조 팽창부에 의해 강도가 증대되는 방향이 2방향 이상이 된다. 그 때문에 캔의 두께를 비교적 얇게 하여 충분한 체적 에너지밀도 및 중량 에너지밀도를 확보할 수 있도록 한 경우에도 전지내압이 상승했을 때에는 각 볼록조 팽창부가 마치 보강대로서 기능함으로써, 어떤 방향으로의 팽창변형에 대해서도 이것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 발명에서의 볼록조 팽창부는, 통 중심에 대하여 그 양측에서 각각 동일한 각도로 경사지는 2종류의 볼록조 팽창부로 구성되고, 이 2종류의 상기 볼록조 팽창부 각각은 모두 인접하는 것끼리 서로 평행한 배치로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 볼록조 팽창부는 통 중심에 대하여 좌우대칭인 형상으로 배치되므로, 전지캔의 내압상승에 수반하여 팽창변형시키고자 하는 힘은 통 중심에 대하여 좌우대칭의 형상으로 형성된 볼록조 팽창부의 전체에 대하여 균등하게 분산되어 작용하게 되므로, 각 볼록조 팽창부에 의한 팽창변형을 억제하기 위한 강도가 효과적으로 증대하게 된다.
상기 구성에서, 2종류의 볼록조 팽창부는 통 중심의 양측에서 통 중심방향에 대하여 모두 45°각도로 경사져 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 전지캔은 전지내압이 상승되었을 때에 통 중심에 대하여 45°각도의 방향을 따라 팽창변형되므로, 전지캔의 볼록조 팽창부는 팽창변형하는 방향에 대하여 직교방향으로 배치되므로 팽창변형에 대한 강도가 최대한으로 증대된다.
상기 발명에서, 볼록조 팽창부는 통 중심방향에 대하여 0°∼90°범위의 각도로 경사지고 있는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 볼록조 팽창부는 결함이 생기는 일 없이 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있게 된다. 즉, 경사각도가 90°인 볼록조 팽창부에서는 전극군을 전지캔 내에 슬라이딩시키면서 삽입할 때의 마찰저항이 커져 전극군을 용이하게 삽입할 수 없는 결함이 생기고, 경사각도가 0°, 즉 통 중심에 평행한 배치의 볼록조 팽창부에서는 전지내압의 상승에 수반하는 팽창변형에 대한 강도가 약하기 때문이다.
상기 발명에서, 볼록조 팽창부는 원호형상의 종단면형상을 갖는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 볼록조 팽창부는 에지부분이 전혀 존재하지 않기 때문에, 전지의 제조시에 전극군을 캔 내면에 슬라이딩시키면서 전지캔에 삽입할 때, 그 전극군에 손상을 줄 우려가 전혀 없다.
상기 발명에서, 횡단면형상이 직사각형인 밑면이 있는 각진 통형상의 외형을 갖고, 그 밑면이 있는 통형상의 적어도 장변측판부의 캔 내면에 볼록조 팽창부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 각형의 전지캔에서는 전지내압이 상승했을 때에 장변측판부가 가장 팽창되기 쉽지만, 이 장변측판부는 마치 보강대로서 기능하는 다수의 볼록조 팽창부로 보강되어 강도가 향상되어 있기 때문에, 전지내압을 받은 경우에도 팽창변형이 효과적으로 억제된다. 즉, 각형 전지캔의 장변측판부의 캔 내면에 볼록조 팽창부를 형성한 경우에는 볼록조 팽창부에 의한 팽창변형의 억제효과가 가장 효과적으로 발휘된다.
상기 구성에서의 캔의 장변측판부의 두께를 0.25mm 이하로 설정할 수 있다. 즉, 장변측판부는 선형상으로 연장되는 복수의 볼록조 팽창부가 격자형상을 형성하는 배치로 형성되어 있기 때문에, 캔의 두께를 얇게 하더라도 어떤 방향으로의 팽창변형에 대해서도 이것을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 때문에, 캔의 장변측판부의 두께는 팽창변형을 확실하게 방지하면서도 0.25mm 이하의 가급적 얇은 두께로 설정하는 것이 가능해진다.
상기 구성에서는 장변측판부의 두께 t1, 단변측판부의 두께 t2 및 코너부의 두께 t3이 t1 < t2 < t3의 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 즉, 장변측판부는 격자형상의 볼록조 팽창부의 존재에 의해 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 두께 t1을 가급적 얇게 할 수 있다. 단변측판부는 전지내압의 상승에 의해 장변측판부가 외측으로 팽창변형되는 경우에 내측으로 구부러지는 상태로 오목해지지만, 장변측판부의 두께 t1보다 두꺼운 두께 t2를 갖는 단변측판부는 내측으로의 함몰이 억제되어 장변측판부의 팽창변형을 저지하도록 작용한다. 코너부는 외측으로 팽창변형할 때의 장변측판부 및 내측으로 오목해질 때의 단변측판부의 각각의 변형 지점이 되지만, 이 코너부의 두께 t3을 가장 두껍게 함으로써, 전지내압 상승시의 장변측판부 및 단변측판부의 쌍방의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다. 더구나, 코너부의 두께 t3은 전지캔에 수납하는 전극군과의 사이에 생기는 간극만큼 내측으로 팽 창시켜 두껍게 해도, 전극군의 수용량의 감소를 초래하지 않는다. 이로 인하여, 전지캔은 발전요소를 수납하는 용적을 크게 유지하면서도 충분한 내압강도를 확보할 수 있는 형상이 된다.
상기 발명에서, 볼록조 팽창부는 캔 내면으로부터의 팽창높이가 캔의 두께의 1∼50%의 범위 내로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 1% 이하에서는 팽창변형을 억제하는 효과가 적고, 한편 50% 이상에서는 전지캔의 용적이 감소되어 체적 에너지밀도의 저하를 초래할 뿐만아니라, 전지캔의 제조불량이 발생하기 쉽고, 또한, 팽창변형을 억제하는 효과가 50%의 경우와 그다지 다르지 않기 때문이다. 더욱 바람직한 팽창높이는 캔의 두께의 5∼20%의 범위 내의 값으로 설정하는 것이며, 가장 바람직한 팽창높이는 캔의 두께의 5∼10%의 범위 내의 값으로 설정하는 것이다.
상기 구성에서, 볼록조 팽창부는 그 폭을 캔 내면으로부터의 팽창높이의 1∼30배의 범위 내로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 1배 이하에서는 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있는 팽창높이를 갖는 볼록조 팽창부를 형성할 수 없고, 한편, 30배 이상에서는 전지캔의 내용적이 작아져서 체적 에너지밀도의 저하를 초래하기 때문이다. 더욱 바람직한 폭은 팽창높이의 5∼20배의 범위 내의 값으로 설정하는 것이며, 가장 바람직한 폭은 팽창높이의 10∼15배의 범위 내의 값으로 설정하는 것이다.
상기 구성에서, 서로 평행하게 배치된 볼록조 팽창부의 간격은 그 폭의 2∼20배의 범위 내로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 2배 이하에서는 전지캔의 내용적이 작아져서 체적 에너지밀도의 저하를 초래하고, 한편, 20배 이상에서는 팽창변형을 억제하는 효과가 불충분하게 되기 때문이다. 더욱 바람직한 간격은 폭의 5∼15배의 범위 내의 값으로 설정하는 것이다.
상기 발명에서, 밑면이 있는 통형상의 개구단부로부터 적어도 밀봉체의 바닥부가 삽입되는 위치까지의 개소는 볼록조 팽창부가 형성되지 않은 평면부로 되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 특히 각형 전지에서는, 각형 전지캔의 개구부 내측 주연부에 밀봉체가 결합되어 각형 전지캔과 밀봉체의 결합부가 레이저용접에 의해 일체화되지만, 이 레이저용접을 행하는 경우에, 전지캔에서의 밀봉체가 결합되는 개소가 평면부로 되어 있는 것에 의해, 삽입된 밀봉체와 전지캔이 빈틈없이 밀착되기 때문에 레이저용접을 지장없이 행할 수 있다.
상기 발명의 각 전지캔은 알루미늄 또는 알루미늄합금을 소재로 하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 전지캔을 경량의 소재로 형성함으로써 중량 에너지밀도가 향상되는 것과 함께, 뛰어난 신장성을 갖는 소재에 의해 볼록조 팽창부를 용이하게 가공할 수 있다. 더구나, 이 전지캔은 알루미늄이나 알루미늄합금으로 형성하면서도 볼록조 팽창부를 형성하여 강도의 향상을 도모하고 있으므로, 전지내압 상승시의 팽창변형이 효과적으로 억제된다.
본 발명의 구성에 관한 전지는 본 발명에 관한 어느 하나의 전지캔을 이용하여, 이 전지캔의 내부에 발전요소를 수납하고, 또한 개구부를 밀봉체로 액체가 통과하지 않게 밀봉하여 구성되어 있다.
이 전지에 의하면, 어떠한 원인으로 전지내압이 상승했을 때에 볼록조 팽창 부가 마치 보강대로서 기능함으로써 팽창변형이 효과적으로 방지된다. 또, 볼록조 팽창부의 형성개소에서만 캔의 두께가 두꺼워질 뿐으로, 그 밖의 부분의 캔의 두께를 비교적 얇게 형성할 수 있으므로, 충분한 중량 에너지밀도 및 체적 에너지밀도를 확보할 수 있다. 또, 전극군을 전지캔에 수납하는 것에 있어서는, 전극군의 외면이 볼록조 팽창부에 대하여 선접촉으로 슬라이딩하므로, 전극군을 삽입할 때의 마찰력이 매우 저감되어 전극군의 삽입성이 향상되고, 전극군을 원활하고 신속하게 전지캔 내에 삽입할 수 있다. 또, 전해액은 전지캔의 볼록조 팽창부가 형성되지 않은 캔 내면과 전극군 사이에 생기는 간극을 통해 침입해가는 것과 함께, 상기 간극이 주액시에 가스를 피하게 하는 통로로서 기능하므로, 단시간에 주액할 수 있어, 주액성이 매우 향상된다.
도 1의 (a)는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔의 종단면형상을 나타내는 사시도, 도 1의 (b)는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔의 캔 내면의 일부를 확대하여 나타내는 사시도, 도 1의 (c)는 도 1의 (a)의 A-A선으로 절단한 사시도, 도 1의 (d)는 도 1의 (c)를 비교하기 위해 나타낸 종래의 전지캔의 일부 절단사시도.
도 2의 (a)는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔의 캔 내면에 형성된 볼록조 팽창부의 설명도, 도 2의 (b)는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔의 캔 내면에 형성된 볼록조 팽창부의 단면형상을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔을 실제로 팽창변형시킨 상태를 나타내는 모식도.
도 4의 (a)는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔의 팽창변형량의 측정수단으로서 이용한 팽창변형량 측정장치에 전지캔을 부착한 상태를 나타내는 개략정면도, 도 4의 (b)는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔의 측정상태를 나타내는 개략정면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔의 개구부의 형상을 나타내는 평면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 관한 측정결과를 나타내는 전지캔의 내압과 팽창변형량의 관계의 특성도.
도 7의 (a)∼(c)는 모두 본 발명의 다른 실시예에 관한 전지캔에 형성한 단면형상이 각각 다른 볼록조 팽창부를 나타내는 단면도.
도 8의 (a)∼(c)는 모두 본 발명의 다른 실시예에 관한 전지캔의 캔 내면을 형성한 배치형상이 각각 다른 볼록조 팽창부를 나타내는 도면.
도 9의 (a)∼(c)는 모두 본 발명의 다른 실시예에 관한 전지캔의 제 1 제조방법에서의 제 1 공정을 공정순으로 나타내는 개략횡단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 관한 제조방법에서의 제 2 공정을 나타내는 개략횡단면도.
도 11의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 관한 제 2 공정에서 이용하는 펀치를 나타내는 사시도, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 B부의 확대도.
도 12의 (a)는 본 발명의 다른 실시예에 관한 전지캔을 이용하여 구성한 본 발명의 일실시예에 관한 전지를 나타내는 절단정면도, 도 12의 (b)는 그 전지의 일 부 절단측면도.
도 13의 (a)∼(b)는 상기 실시예의 전지캔의 제 2 제조방법에서의 제조공정을 공정순으로 나타낸 개략사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1의 (a)는 본 발명의 일실시예에 관한 전지캔(1)의 종단면형상을 나타내는 사시도, 도 1의 (b)는 그 전지캔(1)의 캔 내면(2)의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다. 이 전지캔(1)은 알루미늄을 소재로 하여 성형가공함으로써, 도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 횡단면형상이 대략 직사각형으로 된 밑면이 있는 각진 통형상의 외형으로 형성되어 있다. 이 전지캔(1)의 양측(한쪽만을 도시)의 장변측판부(7)의 캔 내면(2)에는 다수의 볼록조 팽창부(3)가 격자형상의 배치로 형성되어 있다. 볼록조 팽창부(3)는 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 캔의 두꺼운 두께방향의 내면측이 두꺼워지도록 팽창하여 선형상으로 연장되는 형상을 갖고 있다.
또, 본 실시예의 각형 전지캔(1)에서는 서로 대향하는 한쌍의 장변측판부(7)에서의 캔 내면(2)에만 볼록조 팽창부(3)가 형성되어 있고, 단변측판부(8)에는 형성되어 있지 않다. 이것은 단변측판부(8)에 볼록조 팽창부(3)를 설치하더라도 후술하는 효과가 그다지 크지 않기 때문이지만, 단변측판부(8)에도 볼록조 팽창부(3)를 설치해도 됨은 물론이다. 단, 그 단변측판부(8) 및 장변측판부(7) 중 어느 하나의 캔 내면(2)에서도 개구단으로부터 후술하는 밀봉체의 바닥부가 삽입되는 위치까지의 개소는 볼록조 팽창부(3)가 형성되지 않은 평면부(4)로 하는 것이 필요하다.
도 2의 (a)는 상기 전지캔(1)의 장변측판부(7)의 캔 내면(2)에 형성된 볼록조 팽창부(3)를 정면에서 본 형상을 나타낸 것이다. 캔 내면(2)에는 밑면이 있는 각진 통형상의 통 중심 S의 양측에서 통 중심 S방향에 대하여 모두 45°의 각도 θ로 경사지고, 또한, 각각이 평행으로 된 2종류의 볼록조 팽창부(3)가 서로 교차하여 격자줄무늬를 형성하는 배치로 형성되어 있다. 따라서, 각각 평행한 상기 2종류의 볼록조 팽창부(3)는 서로 직교하여 교차하고, 그 각 교점(9)을 사이에 두고 서로 연결되어 있다.
이 각형의 전지캔(1)을 이용하여 구성한 전지에서는 전지내압이 상승했을 때에 가장 팽창하기 쉬운 장변측판부(7)가 마치 보강대로서 기능하는 다수의 볼록조 팽창부(3)로 보강되어 강도가 향상되어 있기 때문에, 전지내압에 의한 팽창변형이 각별히 억제된다. 이로 인하여, 이 각형 전지캔(1)에서는 경량의 알루미늄을 소재로 하여 캔의 장변측판부(7)의 두께를, 비교를 위해 도 1의 (d)에 나타낸 종래의 전지캔의 두께 S2보다 얇게 설정하여 형성하고 있는 것에 의해, 충분한 체적 에너지밀도 및 중량 에너지밀도를 확보하고 있음에도 불구하고, 이하에 설명하는 바와 같이 팽창변형을 각별히 억제할 수 있다.
즉, 전지캔(1)의 휘어짐강도는 캔의 두께의 3승에 비례하여 향상되는 것이 알려져 있고, 도 1의 (b)의 A-A선으로 절단한 사시도인 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 캔의 장변측판부(7)에서의 볼록조 팽창부(3)에 따른 직선부분의 두께 S1은 상기 두께 S2와 대략 동일한 정도로 설정하고 있으므로, 이 볼록조 팽창부(3)에 따른 부분은 장변측판부(7)에서의 볼록조 팽창부(3)가 존재하지 않는 개소의 두께에 대하여 볼록조 팽창부(3)의 팽창높이의 3승만큼 강도가 증대되어 있게 된다. 더구나, 각 볼록조 팽창부(3)는 교점(9)으로 서로 연결되어 있기 때문에, 볼록조 팽창부(3)에 의해 강도가 증대하는 방향이 2방향 이상이 되고, 이것에 의해 어떤 방향으로의 팽창변형에 대해서도 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 대하여, 가령 각 볼록조 팽창부(3)를 교점(9)이 존재하지 않는 배치로 형성한 경우에는, 볼록조 팽창부(3)에 대하여 수직인 방향으로 구부리는 것에 대한 강도는 증대되지만, 그 이외의 방향에서의 강도가 불충분하게 된다.
또, 통 중심 S의 양측에서 통 중심 S 방향으로 45°의 각도로 경사지는 2종류의 볼록조 팽창부(3)는 각각 등간격으로 평행하게 형성되고, 각 볼록조 팽창부(3)는 통 중심 S에 대하여 좌우대칭의 배치로 되어 있기 때문에 전지내압이 장변측판부(7)의 전체에 대하여 균등하게 분산되어 작용하며, 장변측판부(7)는 각 볼록조 팽창부(3)에 의해 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있도록 강도가 향상된다.
또, 상기 전지캔(1)의 볼록조 팽창부(3)는 통 중심 S의 양측에서 통 중심 S 방향에 대하여 모두 45°의 경사각도 θ로 경사진 배치로 설치되어, 서로 직교하면서 교차하고 있고, 이 구성에 의해서도 팽창변형을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있으므로, 이 점에 대하여 이하에 설명한다. 도 3은 실제로 팽창변형시킨 각형 전지캔(1)을 나타내는 모식도이다. 즉, 도 3은 전지캔(1)의 내부에 20kg/㎠의 압력을 가하여 장변측판부(7)를 팽창변형시킨 상태를 도시한 것이며, 전지캔(1)은 통 중심 S에 대하여 45°각도의 방향을 따라 팽창변형되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 전지캔(1)의 볼록조 팽창부(3)는 팽창변형하는 방향에 대하여 직교방향으로 배치되어 있으므로, 팽창변형에 대한 강도가 최대한으로 증대되는 배치로 설치된다.
도 4의 (a)∼(b)는 전지캔(1)의 팽창변형량의 측정수단으로서 이용한 팽창변형량 측정장치를 나타내고, 도 4의 (a)는 전지캔(1)을 팽창변형량 측정장치에 부착시킨 상태, 도 4의 (b)는 측정상태를 각각 나타내는 개략정면도이다. 이 팽창변형량 측정장치는 부착대(10)에 전지캔(1)을 세워 설치한 상태로 세팅하고, 이 전지캔(1)의 개구부를 밀폐패킹(11)으로 기체가 통과하지 않게 밀봉하는 것과 함께, 이 밀폐패킹(11)을 통해 전지캔(1) 내부에 압축공기(12)를 서서히 공급하여, 전지캔(1)의 내부에 소정의 압력을 가하도록 되어 있다. 또, 그 전지캔(1)의 양측의 장변측판부(7)의 외면에는 각각 측정게이지(13)의 수압부(15)를 예측하여, 장변측판부(7)의 팽창변형량을 측정게이지(13)로 계측할 수 있도록 되어 있다.
도 6은 도 4의 (a)∼(b)의 팽창변형량 측정장치에 의한 측정결과의 일례를 나타내는 전지캔(1)의 내압과 장변측판부(7)의 팽창변형량의 관계를 나타내는 특성도이다. C1∼C3은 각각 다른 형상으로 형성한 일실시예에 관한 전지캔(1)의 특성곡선, C4는 비교를 위해 나타낸 종래의 전지캔의 특성곡선이고, 이 측정에 이용한 각형의 전지캔은 모두 장변측판부의 폭이 30mm, 단변측판부의 폭이 5mm, 높이가 47mm, 장변측판부의 두께가 0.2mm, 단변측판부의 두께가 0.3mm, 코너부의 두께가 O.5mm, 저판부의 두께가 0.4mm의 외형을 갖고, JIS 규격 3003번의 알루미늄을 소재로 하여 형성한 것이다. 이들 전지캔에는 모두 1초당 0.1kg/㎠의 공기압을 가하여, 장변측판부(7)의 팽창변형량을 측정게이지(13)로 계측하였다.
또, C1의 특성곡선은 폭 W가 0.2mm, 팽창높이 H가 0.02mm, 간격 K가 2mm, 통 중심 S에 대한 경사각도 θ가 45°인 볼록조 팽창부(3)를 형성한 각형 전지캔(1)의 측정결과이다. C2의 특성곡선은 폭 W가 0.1mm, 팽창높이 H가 0.01mm, 간격 K가 1mm, 통 중심 S에 대한 경사각도 θ가 45°인 볼록조 팽창부(3)를 형성한 각형 전지캔(1)의 측정결과이다. C3의 특성곡선은 폭 W가 0.1mm, 팽창높이 H가 0.01mm, 간격 K가 2mm, 통 중심 S에 대한 경사각도 θ가 45°인 볼록조 팽창부(3)를 형성한 각형 전지캔(1)의 측정결과이다.
이 도 6의 측정결과에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 관한 각 전지캔(1)에서는 경량의 소재인 알루미늄에 의해 캔의 두께를 0.2mm로 가능하면 얇게 하여 충분한 중량 에너지밀도 및 체적 에너지밀도를 확보하면서도, 이것의 전지내압의 상승에 대한 장변측판부(7)의 팽창변형량을 볼록조 팽창부(3)가 형성되지 않은 종래의 전지캔에 비하여 상당히 낮게 억제할 수 있는 것이 증명되었다. 바꾸어 말하면, 실시예의 전지캔(1)은 장변측판부(7)에 격자형상의 볼록조 팽창부(3)를 형성하여 팽창변형을 효과적으로 방지한 것에 의해, 장변측판부(7)의 두께를 0.25mm 이하(실시예에서는 0.20mm)로, 가능하면 얇게 형성하는 것이 가능하게 되어 있다.
또, 볼록조 팽창부(3)는 도 4의 (a)∼(b)의 팽창변형량 측정장치를 이용한 각종 측정내용 등에 기초하여 검토한 결과, 도 2의 (b)에 나타내는 팽창높이 H, 폭 W 및 간격 K를 다음과 같은 범위 내의 값으로 설정하여 전지캔(1)의 캔 내면(2)에 형성하면, 충분한 에너지밀도를 확보하면서도 전지내압의 상승에 대하여 팽창변형 을 효과적으로 억제할 수 있는 필요로 하는 효과를 얻을 수 있는 것이 판명되었다.
즉, 볼록조 팽창부(3)의 팽창높이 H는 전지캔(1)의 두께(각형 전지캔(1)에서는 장변측판부(7)의 두께) D의 1∼50%의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 1% 이하에서는 팽창변형을 억제하는 효과가 적고, 50% 이상에서는 전지캔(1)의 용적이 감소하여 체적 에너지밀도의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 전지캔(1)의 제작이 곤란하게 된다. 보다 바람직한 팽창높이 H는 캔의 두께 D의 5∼20%의 범위 내의 값으로 설정하는 것이며, 가장 바람직한 팽창높이 H는 캔의 두께 D의 5∼10%의 범위 내의 값으로 설정하는 것이다.
또, 볼록조 팽창부(3)의 폭 W는 상기 팽창높이 H의 1∼30배의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 1배 이하에서는 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있는 팽창높이 H를 갖는 볼록조 팽창부(3)를 형성할 수 없고, 30배 이상에서는 전지캔(1)의 내용적이 작아져 체적 에너지밀도의 저하를 초래한다. 보다 바람직한 폭 W는 팽창높이 H의 5∼20배의 범위 내의 값으로 설정하는 것이며, 가장 바람직한 폭 W는 팽창높이 H의 10∼15배의 범위 내의 값으로 설정하는 것이다.
또, 볼록조 팽창부(3)의 간격 K는 상기 폭 W의 2∼20배의 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 2배 이하에서는 전지캔(1)의 내용적이 작아져서 체적 에너지밀도의 저하를 초래하고, 20배 이상에서는 팽창변형을 억제하는 효과가 불충분하게 된다. 보다 바람직한 간격 K는 폭 W의 5∼15배의 범위 내의 값으로 설정하는 것이다.
또, 상기 전지캔(1)은 도 5에 나타내는 바와 같이, 장변측판부(7)의 두께 t1, 단변측판부(8)의 두께 t2, 코너부(5)의 두께 t3의 순으로 커지도록 설정된 형상으로 되어 있고, 이것에 의해 다음과 같은 현저한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 장변측판부(7)는 격자형상의 볼록조 팽창부(3)의 존재에 의해 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 장변측판부(7)의 두께 t1을 가능하면 얇게 할 수 있다. 단변측판부(8)는 전지내압의 상승에 의해 장변측판부(7)가 외측으로 팽창변형하는 경우에 내측으로 구부러지는 상태로 오목해지지만, 장변측판부(7)의 두께 t1보다 큰 두께 t2를 갖는 단변측판부(8)는 내측으로의 함몰이 억제되어 장변측판부(7)의 팽창변형을 저지하도록 작용한다. 코너부(5)는 외측으로 팽창변형할 때의 장변측판부(7) 및 내측으로 함몰될 때의 단변측판부(8)의 각각의 변형의 지점이 되지만, 이 코너부(5)의 두께 t3을 가장 크게 함으로써, 전지내압 상승시의 장변측판부(7) 및 단변측판부(8)의 쌍방의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다. 더구나, 코너부(5)의 두께 t3은 전지캔(1)에 수납하는 전극군과의 사이에 생기는 간극만큼 내측으로 팽창시켜 두껍게 해도 전극군의 수용량의 감소를 초래하지 않는다. 이로 인하여, 상기 전지캔(1)은 발전요소를 수납하는 용적을 크게 유지하면서도 충분한 내압강도를 확보할 수 있는 형상으로 된다.
도 7의 (a)∼(c)는 본 발명의 다른 실시예에 관한 각형 전지캔(1)에서의 장변측판부(7)에 형성한 단면형상이 각각 다른 볼록조 팽창부(3)를 나타내는 단면도이다. 도 7의 (a)에 나타내는 볼록조 팽창부(3)는 직사각형의 단면형상을 갖고, 도 7의 (b)에 나타내는 볼록조 팽창부(3)는 사다리꼴의 단면형상을 갖고, 도 7의 (c)에 나타내는 볼록조 팽창부(3)는 삼각형의 단면형상을 갖고 있다. 이러한 단면형상을 갖는 볼록조 팽창부(3)이더라도, 팽창높이 H, 폭 W 및 간격 K가 상술한 조건을 만족하고 있으면, 도 1의 (a)의 일실시예의 원호형상의 단면형상을 갖는 볼록조 팽창부(3)와 마찬가지로, 전지로 했을 때에 충분한 에너지밀도를 확보하면서도 전지내압이 상승하였을 때의 장변측판부(7)의 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 단, 가장 바람직한 것은 일실시예의 원호형상의 단면형상을 갖는 볼록조 팽창부(3)이고, 이 볼록조 팽창부(3)는 도 7의 (a)∼(c)에 나타내는 다른 볼록조 팽창부(3)와 같은 에지부분이 존재하지 않기 때문에, 전지의 제조시에 전극군을 캔 내면(2)에 슬라이딩시키면서 삽입할 때, 그 전극군에 손상을 줄 우려가 전혀 없기 때문이다.
도 8의 (a)∼(c)는 본 발명의 다른 실시예에 관한 각형 전지캔(1)에서의 장변측판부(7)의 캔 내면(2)에 형성한 배치형상이 각각 다른 볼록조 팽창부(3)를 나타내는 도면이다. 도 8의 (a)의 전지캔(1)은 그 장변측판부(7)의 캔 내면(2)에 통 중심 S의 양측에서 통 중심 S 방향에 대하여 모두 약 70°의 경사각도 θ로 경사지고, 또한 각각 평행하게 위치하는 2종류의 볼록조 팽창부(3)가 메쉬형상의 배치로 형성되어 있으며, 각각 평행한 상기 2종류의 볼록조 팽창부(3)가 서로 약 140°의 각도로 교차하고, 그 각 교점(9)을 사이에 두고 서로 연결되어 있다.
도 8의 (b)의 전지캔(1)은 캔 내면(2)에 통 중심 S의 양측에서 통 중심 S 방향에 대하여 모두 20°의 경사각도 θ로 경사지고, 또한 각각 평행하게 위치하는 2종류의 볼록조 팽창부(3)가 메쉬형상의 배치로 형성되어 있으며, 각각 평행한 상기 2종류의 볼록조 팽창부(3)가 서로 약 40°의 각도로 교차하여, 그 각 교점(9)을 사이에 두고 서로 연결되어 있다.
도 8의 (c)의 전지캔(1)은 캔 내면(2)에 통 중심 S의 양측에서 통 중심 S 방향에 대하여 모두 60°의 경사각도 θ로 경사지고, 또한 각각 평행하게 위치하는 2종류의 볼록조 팽창부(3)가 서로 약 120°의 각도로 교차하여, 그 각 교점(9)을 사이에 두고 서로 연결되어 있는 것과 함께, 각 교점(9)에서 교차하면서 통 중심 S에 대하여 평행방향으로 연장되는 복수의 볼록조 팽창부(3)가 추가로 형성된 것이다.
도 8의 (a)∼(c)에 나타낸 각 볼록조 팽창부(3)는 모두 통 중심 S의 양측에서 각각 통 중심 S 방향에 대하여 동일한 경사각도 θ로 경사지는 2종류가 각각 모두 평행한 배치로 형성되어, 교점(9)을 사이에 두고 서로 연결된 배치로 되어 있다. 이로 인하여, 전지캔(1)의 내압상승에 따라 장변측판부(7)를 팽창변형시키고자 하는 힘은 통 중심 S에 대하여 좌우대칭인 형상으로 형성된 볼록조 팽창부(3)의 전체에 균등하게 분산되어 작용하게 되므로, 각 볼록조 팽창부(3)에 의한 장변측판부(7)의 강도가 효과적으로 증대되는 것과 함께, 그 강도가 증대되는 방향이 교점(9)의 존재에 의해 2방향 이상으로 되어, 어떤 방향으로의 팽창변형에 대해서도 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 도 8의 (a)∼(c)의 각 볼록조 팽창부(3)의 형상에서 알 수 있는 바와 같이, 어떤 볼록조 팽창부(3)도 통 중심 S 방향에 대하여 0°∼90°범위의 경사각도 θ로 경사지고 있으므로, 장변측판부(7)의 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 경사각도 θ가 90°인 볼록조 팽창부에서는 전극군을 전지캔(1) 내에 슬라이딩시키면서 삽입할 때의 마찰저항이 커져 전극군을 용이하게 삽입할 수 없는 결함이 생긴다. 한편, 경사각도 θ가 0°, 즉 통 중심 S에 평행한 배치의 볼록조 팽창부에서는 장변측판부(7)의 팽창변형에 대한 강도가 약하다. 단, 통 중심 S에 평행(경사각도가 0°)한 볼록조 팽창부와 통 중심 S에 직교(경사각도가 90°)하는 볼록조 팽창부가 서로 수직하게 교차하여 격자줄무늬형상을 형성하는 배치로 한 경우에는 볼록조 팽창부가 통 중심 S에 대하여 좌우대칭인 형상으로 되고, 또한 교점을 갖기 때문에, 상술한 효과와 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 경량이고 볼록조 팽창부(3)를 용이하게 가공할 수 있는 뛰어난 신장성을 갖는 알루미늄을 소재로 하여 전지캔(1)을 형성하는 경우에 대하여 설명하였으나, 알루미늄합금을 소재로 하여 전지캔(1)을 형성하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 알루미늄합금으로서는 JIS 규격 3000번대∼5000번 대를 이용할 수 있고, 바람직하게는 JIS 규격 3003번 또는 3005번을 이용하는 것이고, 보다 바람직하게는 JIS 규격 5000번 대를 이용하는 것이다.
또, 본 발명의 전지캔(1)은 상기 실시예에서 설명한 바와 같이, 특히 각형 전지캔(1)의 캔 내면(2)에서의 장변측판부(7)에 볼록조 팽창부(3)를 형성함으로써 팽창변형을 가장 효과적으로 억제할 수 있는 강도를 갖는 현저한 효과가 얻어지는 것이지만, 원통형 전지캔에도 적용할 수 있다. 즉, 원통형 전지캔의 통 내주면 전체에 상기 실시예에서 나타낸 것과 같은 배치의 볼록조 팽창부를 형성하면, 팽창변형에 대한 강도가 증대되기 때문에, 경량의 재료인 알루미늄 또는 알루미늄합금에 의해 캔의 두께를 더욱 얇게 형성할 수 있게 되어, 중량 에너지밀도 및 체적 에너지밀도를 한층 더 향상시킬 수 있다.
다음에, 상기 볼록조 팽창부(3)를 갖는 각형 전지캔(1)을 생산성이 좋게 고정밀도로 제조할 수 있는 제조방법에 대하여 설명한다. 우선, 제 1 제조방법에서는, 도 9의 (a)∼(c)의 개략횡단면도에 나타내는 제 1 공정에서, 전지캔소재로서의 팰릿(14)을 임팩트성형함으로써, 단경/장경의 비가 작은 대략 타원형의 횡단면형상을 갖는 중간컵체(17)를 성형가공하고, 이 중간컵체(17)를 도 10의 개략 횡단면도에 나타내는 제 2 공정에서 DI(Drawing과 Ironing, 즉, 드로잉가공과 아이어닝가공을 연속적으로 한번에 행한다) 가공함으로써, 도 1의 (a)의 볼록조 팽창부(3)를 갖는 전지캔(1)을 제작한다.
도 9의 (a)∼(c)의 제 1 공정에서는 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 임팩트성형을 행하는 프레스기에서의 다이스고정구(diesholder)(18)에 고정된 다이스(19)의 가공구멍(19a)에 전지캔 소재로서의 알루미늄제 팰릿(14)이 공급된다. 다음에, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 펀치홀더(20)에 지지된 펀치(21)는 다이스(19)측으로 근접 이동되어, 다이스(19)의 가공구멍(19a)에 삽입된다. 이로 인하여, 팰릿(14)은 펀치(21)에 의해 눌려서, 펀치(21)와 가공구멍(19a)의 구멍 벽면과의 간극으로 밀려나오면서, 펀치(21)의 외주면을 따라서 연장되도록 주조된다. 펀치(21)가 소정의 스트로크만큼 이동을 마쳤을 때에는 횡단면형상이 원하는 대략 타원형상을 갖는 중간컵체(17)가 형성된다. 이 중간컵체(17)는 제 1 공정의 임팩트성형에 의해 한번에 가공성형되므로 그 형상이 일정하지 않고, 다소 일그러진 개소가 약간 존재하지만, 이것은 후술하는 제 2 공정에서의 DI 가공에서 충분히 수정할 수 있으므로, 아무런 문제가 없다.
다음에, 소정의 스트로크만큼 이동하기를 마친 펀치(21)는 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이, 다이스(19)로부터 이격되어 원래의 위치로 향하여 이동한다. 이 때, 성형가공된 중간컵체(17)는 펀치(21)에 부착된 상태로 펀치(21)에 의해 가공구멍(19a)으로부터 인출된 후에 스트리퍼(22)에 의해 펀치(21)로부터 인출된다.
상기 제 1 공정에서 형성된 중간컵체(17)는 도 10에 나타내는 제 2 공정에서, 드로잉 겸 아이어닝 가공기에 의해 1단의 드로잉가공과 3단의 아이어닝가공을 연속적으로 한번에 행하는 DI 가공이 실시됨으로써, 일실시예에서 나타낸 캔 내면(2)에 볼록조 팽창부(3)를 갖는 각형 전지캔(1)으로 된다. 이 드로잉 겸 아이어닝 가공기는 중간제품 반송부(23), 다이스기구(24) 및 스트리퍼(27) 등을 구비하여 구성되어 있다. 다이스기구(24)는 드로잉 다이스(24A) 및 제 1 내지 제 3 아이어닝 다이스(24B∼24D)가 배치되고, 이들 다이스(24A∼24D)는 DI 펀치(28)의 축중심과 동심이 되도록 직렬로 배치되어 있다.
도 11의 (a)는 상기 DI 펀치(28)의 사시도, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)에서의 B부의 확대도이다. DI 펀치(28)는 일실시예의 각형 전지캔(1)의 내주벽에 대응한 횡단면형상이 대략 직사각형인 각형 판재형상의 외형을 갖고, 양 장변측면에서의 하단으로부터 소정위치까지의 개소에 전지캔(1)의 캔 내면(2)에 형성해야 할 볼록조 팽창부(3)의 형상에 대응한 격자형상의 가공홈(29)이 형성되어 있다.
도 10으로 되돌아가, 중간제품 반송부(23)에 의해 성형개소에 차례로 반송되어 위치결정된 중간컵체(17)는 플라이휠(도시생략)에 의해 구동되는 DI 펀치(28)가 미는 동작에 의해 드로잉 다이스(24A)에 의해 그 형상이 DI 펀치의 외형에 따른 형상이 되도록 드로잉된다. 이 드로잉다이스(24A)를 통과한 컵체는 중간컵체(17)에 대하여 장경방향 및 단경방향의 각 치수를 약간 작게, 각 몸통길이로 변형되어, 원하는 각형 전지캔(1)의 횡단면형상에 가까운 대략 타원형으로 성형되지만, 그 두께 등에 변화가 없다.
다음에, 드로잉다이스(24A)를 통과한 컵체는 DI 펀치(28)가 미는 동작이 진행됨으로써, 제 1 아이어닝 다이스(24B)에 의해 제 1단의 아이어닝가공이 실시되고, 측주부가 신장되어 그 두께가 얇아지는 것과 함께, 가공경화에 의해 경도가 높여진다. 이 제 1 아이어닝 다이스(24B)를 통과한 컵체는 DI 펀치(28)가 미는 동작이 더욱 진행됨에 따라 제 1 아이어닝 다이스(24B)보다 더욱 작은 아이어닝 가공구멍을 갖는 제 2 아이어닝 다이스(24C), 이어서 제 2 아이어닝 다이스(24C)보다 더욱 작은 아이어닝 가공구멍을 갖는 제 3 아이어닝 다이스(24D)에 의해 제 2단 및 제 3단의 아이어닝가공이 차례로 실시되고, 그 둘레벽부가 차례로 신장되어, 두께가 얇아지는 것과 함께 가공경화에 의해서 경도가 높여진다.
컵체가 제 3 아이어닝 다이스(24D)를 통과할 때에는, 이 제 3 아이어닝 다이스(24D)의 가장 작은 아이어닝 가공구멍에 의한 가압력에 의해 컵체의 캔 내면이 DI 펀치(28)의 둘레면에 강하게 압접(壓接)된다. 이로 인하여, 그 컵체의 캔 내면측의 재료는 소성변형되면서 DI 펀치(28)의 가공홈(29) 내로 밀어넣어져서, 가공홈(29)이 컵체의 캔 내면에 전사되어 볼록조 팽창부(3)가 형성된다. 따라서, 컵체가 제 3 아이어닝 다이스(24D)를 통과하면, 원하는 형상의 각형 전지캔(1)이 완성된다. 이 각형 전지캔(1)은 스트리퍼(27)에 의해 드로잉 겸 아이어닝 가공기로부터 분리된 후에, 그 측상부(귀부)가 상기의 각 가공을 거친 것에 의해 다소 변형된 형상으로 되어 있으므로, 그 귀부가 절단되어, 도 1의 (a)에 나타낸 각형 전지캔(1)이 된다.
도 12의 (a)∼(b)는 도 1의 (a)에 나타낸 각형 전지캔(1)을 이용하여 구성한 본 발명의 일예의 각형 리튬 2차 전지의 일종인 리튬이온 2차 전지를 나타내고, 도 12의 (a)는 절단정면도, 도 12의 (b)는 일부 절단측면도이다. 이 각형 전지는 각형 전지캔(1)의 개구부의 내측 주연부에 밀봉체(30)가 결합되고, 이 각형 전지캔(1)과 밀봉체(30)의 결합부(fitting portion)(31)는 레이저용접에 의해 일체화되어, 액체와 기체가 통과하지 않게 밀봉되어 있다. 상기 레이저용접을 행하는 경우, 전지캔(1)의 장변측판부(7)에서의 밀봉체(30)가 결합되는 개소는 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 볼록조 팽창부(3)가 형성되어 있지 않은 평면부(4)로 되어 있으므로, 삽입된 밀봉체(30)와 전지캔(1)은 빈틈없이 밀착되기 때문에, 레이저용접을 지장없이 행할 수 있다. 밀봉체(30)의 주체를 이루는 밀봉판(32)은 그 중앙부가 내측으로 오목한 형상으로 형성되고, 또한 관통공(33)이 형성되어 있으며, 이 관통공(33)에는 프레온 아스팔트와 광물유(鑛物油)의 혼합물로 이루어지는 밀봉제를 도포한 내전해액성이고, 또한 전기절연성의 합성수지제 개스킷(34)이 일체로 부착되어 있다.
상기 개스킷(34)에는 음극단자를 겸하는 니켈 또는 니켈도금강제의 리벳(37)이 고착되어 있다. 이 리벳(37)은 개스킷(34)의 중앙부에 삽입되고, 그 하부에 와셔(38)를 결합한 상태에서 선단부가 코킹가공됨으로써 고정되고, 개스킷(34)에 대하여 액체와 기체가 통과하지 않게 밀착되어 있다. 음극단자를 겸하는 리벳(37)과 밀봉판(32)의 장변측의 외부가장자리 사이에는 대략 타원형의 배기구멍(39)이 설치되고, 이 배기구멍(39)은 밀봉판(32)의 내면에 압착하여 일체화된 알루미늄박(4O)에 의해 폐쇄되고, 방폭용 안전밸브가 구성되어 있는 각형 전지캔(1)에서의 발전요소의 수납부에는 전극군(41)이 수납되어 있다. 이 전극군(41)은 미세다공성의 폴리에틸렌필름으로 이루어지는 격리판(42)를 개재하여 각 한장의 띠형상의 양극판(도시생략) 및 음극판(도시생략)을 와권상으로 감고, 최외주부를 격리판(42)로 둘러싸서 횡단면형상이 타원형으로 형성되어 있다. 이 전극군(41)을 전지캔(1)에 수납함에 있어서는, 전극군(41)의 외면이 전지캔(1)의 장변측판부(7)의 볼록조 팽창부(3)에 대하여 선접촉으로 슬라이딩하므로, 종래의 각형 전지캔과 같이 전극군을 캔 내면에 면접촉으로 슬라이딩시키는 경우에 비하여, 전극군(41)을 삽입할 때의 마찰력이 각별히 저감되어 전극군(41)의 삽입성이 향상되어, 전극군(41)을 원활하고 신속하게 전지캔(1) 내에 삽입할 수 있다. 이와 같이 하여 전지캔(1) 내에 수납된 전극군(41)의 양극리드(43)는 밀봉판(32)의 내면에 대하여 레이저용접으로 접속되고, 음극리드(44)는 와셔(38)에 대하여 저항용접으로 접속되어 있다.
밀봉판(32)에는 주액구멍(47)이 설치되어 있고, 이 주액구멍(47)으로부터 소정량의 유기전해액이 주입된다. 이 때, 전해액은 전지캔(1)의 장변측판부(7)에서의 볼록조 팽창부(3)가 형성되지 않은 캔 내면(2)과 전극군(41) 사이의 간극, 즉 인접하는 각 볼록조 팽창부(3) 사이의 간극을 통해 침입해가는 것과 함께, 상기 간극이 주액시에 가스를 피하게 하는 통로로서 기능하므로, 종래의 전지캔의 캔 내면과 전극군 사이에 거의 빈틈이 존재하지 않는 각형 전지와는 달리, 주액성이 매우 향상된다. 이 전해액을 주액한 후에 주액구멍(47)은 덮개판(48)을 결합하여 밀봉되고, 덮개판(48)과 밀봉판(32)을 레이저용접함으로써 각형 전지가 완성된다.
이와 같이 하여 구성된 각형 전지는 어떠한 원인으로 전지내압이 상승했을 때에 볼록조 팽창부(3)가 장변측판부(7)의 보강대로서 기능함으로써 장변측판부(7)의 강도가 매우 향상되어 있으므로, 장변측판부(7)의 팽창변형이 방지된다. 또, 장변측판부(7)는 볼록조 팽창부(3)가 형성된 개소의 두께만이 커질 뿐으로, 캔의 두께를 비교적 얇게 형성하는 것과 함께, 경량의 재료인 알루미늄 또는 알루미늄합금에 의해 전지캔(1)을 형성하면서도 볼록조 팽창부(3)에 의해 팽창변형을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 중량 에너지밀도 및 체적 에너지밀도가 각별히 향상된 것이 된다.
또, 전극군(41)은 횡단면이 타원형이 되도록 와권상으로 감은 것을 이용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이 각형 전지캔(1)은 일반적인 각형 셀과 같이, 격리판를 개재하여 복수매의 양극판 및 음극판을 적층하여 구성된 전극군을 수납하여 각형 전지를 구성하는 경우에도 적용할 수 있다.
다음에, 상기 전지캔(1)의 제 2 제조방법에 대하여 도 13의 (a)∼(b)를 참조하여 설명한다. 이 제조방법에서는 도 9의 (a)∼(c)에 나타내는 제 1 공정의 임팩트성형을 거쳐 단경/장경의 비가 작은 대략 타원형의 횡단면형상을 갖는 중간컵체(17)를 형성하고, 이 중간컵체(17)를 도 10에 나타내는 제 2 공정에서, 가공홈(29)을 갖는 DI 펀치(28) 대신에 가공홈(29)이 형성되어 있지 않은 통상의 DI 펀치를 이용하여 DI 가공함으로써 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 도 1의 (a)의 실시예에서 나타낸 전지캔(1)과 동일한 외형을 갖고, 장변측판부(7)의 캔 내면(2)에 볼록조 팽창부(3)가 형성되지 않은 각형의 전지캔 소체(49)를 제작한다.
그리고, 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 상기 전지캔 소체(49) 내에는 가공용 코어(50)를 삽입한다. 이 가공용 코어(50)는 상기 전지캔 소체(49) 내에 삽입할 수 있는 대략 직사각형의 횡단면형상을 갖는 각형 판재형상으로, 그 양측의 장변측판부에 격자형상의 가공홈(51)이 형성되어 있다. 즉, 가공용 코어(50)는 도 11의 (a)에 나타낸 DI 펀치(28)와 대략 동일한 형상을 갖는 것이다.
그리고, 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 내부에 가공용 코어(50)를 삽입한 전지캔 소체(49)의 양측의 장변측판부의 개구단의 외면에는 한쌍의 가압롤러(52)가 압력을 가한 상태로 가압된다. 그리고, 전지캔 소체(49)는 도 13의 (b)에 화살표로 나타내는 바와 같이, 양측에서 압력이 가해진 한쌍의 가압롤러(52) 사이를 통과하도록 이동된다. 이 때, 전지캔 소체(49)의 양 장변측판부는 가압롤러(52)에 의한 가압력으로 그 캔 내면이 가압용 코어(50)에 강하게 압접됨으로써, 캔 내면의 재료의 일부가 소성변형하면서 가압용 코어(50)의 가공홈(51)에 들어가 캔 내면에 가공홈(51)이 전사되어, 도 1의 (a)에 나타낸 것과 동일한 볼록조 팽창부(3)가 캔 내면(2)에 형성되고, 일실시예의 각형 전지캔(1)이 완성된다. 이 전지캔(1)은 예컨대, 캔 내면과 가공용 코어(50) 사이에 압축공기를 공급하는 수단 등에 의해 가공용 코어(50)의 외면에 대하여 박리되면서 가공용 코어(50)로부터 분리된다. 가공용 코어(50)는 상기 압축공기를 공급하기 위해, 가공홈(51)이 형성되지 않은 개소의 두께를 얇게 형성하고 있다.
이상과 같이, 본 발명의 전지캔에 의하면, 캔의 두께를 비교적 얇게 형성하면서도 캔 내면에 형성된, 교점으로 서로 연결하는 복수의 볼록조 팽창부가 보강대로서 기능하기 때문에, 충분한 중량 에너지밀도 및 체적 에너지밀도를 확보하면서도 전지내압 상승시의 전지캔의 팽창변형을 효과적으로 억제할 수 있는 데에 유용하다.
또, 전극군을 전지캔에 삽입할 때, 전극군의 외면이 볼록조 팽창부에 대하여 선접촉으로 슬라이딩함으로써 전극군에 걸리는 마찰력이 각별히 저감되기 때문에, 전극군을 원활하고 신속하게 전지캔 내에 삽입하는 것에 적합하고, 또, 전해액을 주액할 때, 전지캔의 캔 내면의 볼록조 팽창부가 형성되지 않은 평면부와 전극군 사이에 생기는 간극이 가스를 피하게 하는 통로로서 기능하기 때문에, 단시간에 주액을 실시하는 것에 적합하다.

Claims (14)

  1. 전극군(41) 및 전해액으로 이루어지는 발전요소를 수납하여 전지를 구성하는 밑면이 있는 통형상의 외형을 갖는 금속제의 전지캔에 있어서,
    캔 측부의 내면(2)에 캔의 두께방향의 내면 측이 두꺼워지도록 팽창하여 선형상으로 연장되는 복수의 볼록조 팽창부(projecting ridge)(3)가, 통 중심(S)의 양측에서 통 중심방향에 대하여 각각 경사지고, 또한 서로 교차하여 격자형상을 형성하는 배치로 형성되며, 상기 각 볼록조 팽창부(3)가 각 교점(9)을 사이에 두고 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  2. 제 1항에 있어서,
    볼록조 팽창부(3)는, 통 중심(S)에 대하여 그 양측에서 각각 동일한 각도로 경사지는 2종류의 볼록조 팽창부(3)로 구성되고, 이 2종류의 상기 볼록조 팽창부(3) 각각은 모두 인접하는 것끼리 서로 평행한 배치로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  3. 제 2항에 있어서,
    2종류의 볼록조 팽창부(3)는 통 중심(S)의 양측에서 통 중심방향에 대하여 모두 45°의 각도로 경사져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  4. 제 1항에 있어서,
    볼록조 팽창부(3)는 통 중심방향에 대하여 0°∼90°범위의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  5. 제 1항에 있어서,
    볼록조 팽창부(3)는 원호형상의 종단면형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  6. 제 1항에 있어서,
    횡단면형상이 직사각형인 밑면이 있는 각진 통형상의 외형을 갖고, 그 밑면이 있는 각진 통형상의 적어도 장변측판부(7)의 내면(2)에 볼록조 팽창부(3)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  7. 제 6항에 있어서,
    장변측판부(7)의 두께가 0.25mm 이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  8. 제 6항에 있어서,
    직사각형의 횡단면에서의 장변측판부(7)의 두께 t1, 단변측판부(8)의 두께 t2 및 코너부(5)의 두께 t3이 t1 < t2 < t3의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  9. 제 1항에 있어서,
    볼록조 팽창부(3)는 캔 측부의 내면(2)으로부터의 팽창높이(H)가 전지캔의 두께의 1∼50%의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  10. 제 9항에 있어서,
    볼록조 팽창부(3)는 그 폭(W)을 캔 측부의 내면(2)으로부터의 팽창높이(H)의 1∼30배의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  11. 제 10항에 있어서,
    서로 평행하게 배치된 볼록조 팽창부(3)의 간격(K)은 상기 볼록조 팽창부(3)의 폭(W)의 2∼20배의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  12. 제 1항에 있어서,
    밑면이 있는 통형상에서의 개구단으로부터 적어도 밀봉체(30)의 바닥부가 삽입되는 위치까지의 개소는 볼록조 팽창부(3)가 형성되지 않은 평면부(4)로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  13. 제 1항에 있어서,
    알루미늄 또는 알루미늄합금을 소재로 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지캔.
  14. 제 1항에 기재된 전지캔(1)을 이용하여, 이 전지캔(1)의 내부에 발전요소를 수납하고, 또한 개구부를 밀봉체(30)로 액체가 통과하지 않게 밀봉하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
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