KR101085938B1 - 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 적층된 필름과 각 전극과의 접촉면적을 높이도록 하여 안정적인 전원을 얻을 수 있음과 동시에 내구성을 향상할 수 있도록 하기 위하여 개발된 것으로;
서로 다른 물질로 이루어진 전류를 생산하는 필름이 다수 적층되어 이루어진 적층필름으로부터 양극과 음극 전원을 연결하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체에 있어서;
상기 전지는 상면이 개방된 기둥 형태를 가지고 전기가 잘통하는 도체로 이루어진 케이스와 그 내부에 적층되어진 적층필름으로 구성되고;
상기 전극조립체는 상기 케이스의 내경 보다 작은 원판형의 얇은 리튬 접점박판과;
긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더가 형성되어 상기 접지레더가 상기 리튬 접점박판의 상면 중앙에 용접 접합되는 전극봉과;
중앙에는 적어도 상기 전극봉의 접지레더 외경보다 큰 내경을 가진 관통홀이 형성되고, 상기 케이스의 내경 보다 작고 상기 리튬 접점박판 보다 큰 외경을 가지는 원판 형상의 세라믹 디스크와;
외경은 상기 케이스의 내경에 상응하는 외경을 가지고, 중앙에는 상기 세라믹 디스크의 관통홀 보다 큰 내경을 가지는 글라스 고정홀을 가지되 상부로 단턱지게 돌출 형성되는 메탈베이스와;
중앙에는 상기 전극봉이 삽입되는 전극봉 삽입홀을 구비하고, 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀에 상응하는 글라스 몰딩부로 구성됨을 특징으로 하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 및;
원판형의 얇은 리튬 접점박판의 상면 중앙에 긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더가 형성되는 전극봉의 접지레더의 저면을 용접 접합하는 용접과정과;
중앙에는 수직으로 관통되되 상부로 탄턱지게 돌출 형성되는 글라스 고정홀을 가지는 메탈베이스의 글라스 고정홀에, 중앙에는 상기 전극봉이 삽입되는 전극봉 삽입홀을 구비하고 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀에 상응하는 글라스 몰딩부를 삽입 조립하는 1차 조립과정과;
리튬 접점박판과 전극봉이 용접된 부분에 중앙에 관통홀이 형성되는 세라믹디스크와, 글라스 몰딩부가 조립된 메탈베이스를 순차적으로 조립하는 2차 조립과정과;
조립이 완료된 전극조립체를 용해로에서 가열하여 글라스 몰딩부를 녹여 접합되도록 하는 접합과정과;
상기 전극 조립체를 전지의 케이스에 조립하는 3차 조립과정의 일련의 과정이 연속적으로 이루어짐을 특징으로 하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 제조방법에 관한 것이다.

Description

다층구조를 가진 전지의 전극조립체 및 그 제조방법{The electrode assembly for multi-layered batteries and that manufacturing method}

본 발명은 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게 설명하면 적층된 필름과 각 전극과의 접촉면적을 높이도록 하여 안정적인 전원을 얻을 수 있음과 동시에 내구성을 향상할 수 있도록 하기 위하여 개발된 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

흔히 시중에서 구입하는 일반적인 전지는 원통의 형태로 이루어져 있으며 그 상면과 저면에 각각 음극과 양극 전극이 위치하고 내부에는 용제가 충진되되 중앙에는 긴 접지레더가 삽입되어 있는 형태를 가지고 있다.

하지만 최근 개발된 적층구조를 가진 전지의 경우 얇은 필름의 형태를 가진 구성품이 다수 적층된 구조를 가지고 있어 외부에서 이를 감싸는 케이스를 두고 전극을 형성하고 있다.

이때 일반적으로 적층구조를 가진 전지의 경우 리튬전지를 사용하는 경우가 많으며 재충전 여부에 따라 리튬 일차전지와 리튬 이차전지로 구분되는데 리튬 일차전지의 경우 음극으로 리튬을 사용하고 양극의 종류에 따라서 Li-MnO2 , Li-(CF)n, Li-SOCl 2 등을 사용한다.

또한, 리튬이차전지의 경우, 음극으로 탄소계 물질을 사용하고 양극으로 LiCoO2 또는LiMn2 O4 를 사용하고 있다.

즉 두 가지의 대응하는 물질이 교차로 다수 적층되는 것으로 전부 적층되었을 때 상면과 저면은 각각 음극과 양극으로 대응하는 전극을 이루는 물질이 마지막으로 위치하여 이를 효과적으로 외부와 연결시킬 수 있는 전극조립체와 전기적으로 연결하도록 하는 것이다.

이를 위해서는 상기 적층된 각 필름이 효과적으로 밀착되도록 하면서 전극조립체가 내구성 가지면서 장착이 용이하고 효과적으로 전기적 접촉을 할 수 있도록하는 구조적인 연구가 더욱 필요한 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 그 목적은 다층구조를 가진 전지의 적층된 필름과 전극의 접점면적을 넓히도록 하여 안정적인 전원의 연결을 가능하도록 하는 전극조립체를 개발하는 것에 있다.

또한, 전극조립체를 이루는 구성품 상호 간의 절연이 충격이나 압력에도 유지될 수 있는 전극조립체를 개발하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서로 다른 물질로 이루어진 전류를 생산하는 필름이 다수 적층되어 이루어진 적층필름으로부터 양극과 음극 전원을 연결하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체에 있어서;

상기 전지는 상면이 개방된 기둥 형태를 가지고 전기가 잘통하는 도체로 이루어진 케이스와 그 내부에 적층되어진 적층필름으로 구성되고;

상기 전극조립체는 상기 케이스의 내경 보다 작은 원판형의 얇은 리튬 접점박판과;

긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더가 형성되어 상기 접지레더가 상기 리튬 접점박판의 상면 중앙에 용접 접합되는 전극봉과;

중앙에는 적어도 상기 전극봉의 접지레더 외경보다 큰 내경을 가진 관통홀이 형성되고, 상기 케이스의 내경 보다 작고 상기 리튬 접점박판 보다 큰 외경을 가지는 원판 형상의 세라믹 디스크와;

외경은 상기 케이스의 내경에 상응하는 외경을 가지고, 중앙에는 상기 세라믹 디스크의 관통홀 보다 큰 내경을 가지는 글라스 고정홀을 가지되 상부로 단턱지게 돌출 형성되는 메탈베이스와;

중앙에는 상기 전극봉이 삽입되는 전극봉 삽입홀을 구비하고, 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀에 상응하는 글라스 몰딩부로 구성됨을 특징으로 한다.

아울러, 상기 메탈베이스의 저면은 그 외연부를 따라 하부로 돌출되어 상기 세라믹 디스크가 삽입되도록 한 돌출턱을 추가로 구비함을 특징으로 한다.

또한, 원판형의 얇은 리튬 접점박판의 상면 중앙에 긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더가 형성되는 전극봉의 접지레더의 저면을 용접 접합하는 용접과정과;

중앙에는 수직으로 관통되되 상부로 탄턱지게 돌출 형성되는 글라스 고정홀을 가지는 메탈베이스의 글라스 고정홀에, 중앙에는 상기 전극봉이 삽입되는 전극봉 삽입홀을 구비하고 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀에 상응하는 글라스 몰딩부를 삽입 조립하는 1차 조립과정과;

리튬 접점박판과 전극봉이 용접된 부분에 중앙에 관통홀이 형성되는 세라믹디스크와, 글라스 몰딩부가 조립된 메탈베이스를 순차적으로 조립하는 2차 조립과정과;

조립이 완료된 전극조립체를 용해로에서 가열하여 글라스 몰딩부를 녹여 접합되도록 하는 접합과정과;

상기 전극 조립체를 전지의 케이스에 조립하는 3차 조립과정의 일련의 과정이 연속적으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 다층구조를 가진 전지의 적층된 필름과 전극의 접점면적을 넓히도록 하여 안정적인 전원의 연결을 가능하고 외부 충격에도 접접이 단락되는 것이 방지되는 효과가 있다.

또한 리튬 접점박판과 메탈베이스의 사이에 세라믹 디스크를 삽입하여 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 또한 세라믹 디스크가 충격에 의하여 유동하는 것을 방지하여 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극조립체를 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극조립체를 나타낸 분해사시도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 요부단면도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조과정을 나타낸 개념도

이에 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극조립체를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전극조립체를 나타낸 분해사시도로서, 서로 다른 물질로 이루어진 전류를 생산하는 필름이 다수 적층되어 이루어진 적층필름(11)으로부터 양극과 음극 전원을 연결하는 다층구조를 가진 전지(1)의 전극조립체에 있어서;

상기 전지(1)는 상면이 개방된 기둥 형태를 가지고 전기가 잘통하는 도체로 이루어진 케이스(12)와 그 내부에 적층되어진 적층필름(11)으로 구성되고;

상기 전극조립체는 상기 케이스(12)의 내경 보다 작은 원판형의 얇은 리튬 접점박판(2)과;

긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더(31)가 형성되어 상기 접지레더(31)가 상기 리튬 접점박판(2)의 상면 중앙에 용접 접합되는 전극봉(3)과;

중앙에는 적어도 상기 전극봉(3)의 접지레더(31) 외경보다 큰 내경을 가진 관통홀(41)이 형성되고, 상기 케이스(12)의 내경 보다 작고 상기 리튬 접점박판(2) 보다 큰 외경을 가지는 원판 형상의 세라믹 디스크(4)와;

외경은 상기 케이스(12)의 내경에 상응하는 외경을 가지고, 중앙에는 상기 세라믹 디스크(4)의 관통홀(41)보다 큰 내경을 가지는 글라스 고정홀(51)을 가지되 상부로 단턱지게 돌출 형성되는 메탈베이스(5)와;

중앙에는 상기 전극봉(3)이 삽입되는 전극봉 삽입홀(61)을 구비하고, 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀(51)에 상응하는 글라스 몰딩부(6)로 구성됨을 특징으로 하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체를 나타내었다.

이때 상기 케이스(12)는 도체의 성질을 가지고 있는 것이다.

본원 발명의 특징은 접지레더(31)의 하단에 적층필름(11)과 넓은 면적으로 접촉하는 리튬 접점박판(2)을 용접하도록 함으로서 맞닿는 면적이 넓어 전기적인 접속이 양호하고 안정적으로 이루어지도록 한 것이다.

또한, 상기 세라믹 디스크(4)는 리튬 접점박판(2)이 메탈베이스(5)와 접촉을 하여 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 상기 글라스 몰딩부(6)는 전극봉(3)과 메탈베이스(5)와의 접촉을 방지하고 전극봉(3)이 안정적으로 고정되고 흔들리지 않도록 하는 역할을 한다.

또한, 이러한 글라스 몰딩부(6)가 보다 안정적으로 전극봉을 고정하기 위한 방법으로 본원에서는 글라스 고정홀(51)이 상부도 톨출되어 길게 형성하였다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 요부단면도로서, 상기 메탈베이스(5)의 저면은 그 외연부를 따라 하부로 돌출되어 상기 세라믹 디스크(4)가 삽입되도록 한 돌출턱(52)을 추가로 구비하는 실시 예를 추가로 제시하였다.

상기 실시 예는 세라믹 디스크(4)의 유동을 방지하기 위한 것으로서, 이러한 돌출턱(52)이 형성되지 않고 세라믹 디스크(4)가 유동할 경우 전극봉(3)과 리튬 접점박판(2)의 용접 부분에 잦은 충격을 주어 용접 부위가 손상되거나 글라스 몰딩부(6)가 손상될 우려가 있어 이를 방지하기 위한 것이다.

또한 상기 도면에서 세라믹 디스크(4)의 관통홀(41)이 메탈베이스(5)의 글라스 고정홀(51) 보다 작게 형성한 것은 전극 조립체의 조립이 완료된 후 가열하여 임시로 조립된 상태인 상기 글라스 몰딩부(6)가 용융되어 완전한 몰딩이 이루어질 때 글라스가 리튬 접점박판(2)까지 흘러내리는 것을 방지하기 위한 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블록도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조과정을 나타낸 개념도로서, 원판형의 얇은 리튬 접점박판(2)의 상면 중앙에 긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더(31)가 형성되는 전극봉(3)의 접지레더(31)의 저면을 용접 접합하는 용접과정과;

중앙에는 수직으로 관통되되 상부로 탄턱지게 돌출 형성되는 글라스 고정홀(51)을 가지는 메탈베이스(5)의 글라스 고정홀(51)에, 중앙에는 상기 전극봉(3)이 삽입되는 전극봉 삽입홀(61)을 구비하고 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀(51)에 상응하는 글라스 몰딩부(6)를 삽입 조립하는 1차 조립과정과;

리튬 접점박판(2)과 전극봉(3)이 용접된 부분에 중앙에 관통홀(41)이 형성되는 세라믹디스크(4)와, 글라스 몰딩부(6)가 조립된 메탈베이스(5)를 순차적으로 조립하는 2차 조립과정과;

조립이 완료된 전극조립체를 용해로에서 가열하여 글라스 몰딩부(6)를 녹여 접합되도록 하는 접합과정과;

상기 전극조립체를 전지의 케이스(12)에 조립하는 3차 조립과정의 일련의 과정이 연속적으로 이루어짐을 특징으로 하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 제조방법을 나타내었다.

이때 상기 접합과정에서는 약 980 ~1050℃의 온도로 가열하여 임시로 성형된 글라스 몰딩부(6)가 열에 의하여 용융되어 전극봉(3)을 안정적으로 고정함과 동시에 내부를 밀폐시키도록 한 것이며, 이때 지나친 온도로 글라스의 점성이 낮게 떨어지면 글라스가 전극 조립체의 각 겹쳐진 부분까지 스며들게 되어 오히려 내구성을 손상시키게 되므로 적정한 온도로 조절하는 것이 중요하다.

1 : 전지
11 : 적층필름 12 : 케이스
2 : 리튬 접점박판
3 : 전극봉
31 : 접지레더
4 : 세라믹 디스크
41 : 관통홀
5 : 메탈베이스
51 : 글라스 고정홀 52 : 돌출턱
6 : 글라스 몰딩부
61 : 전극봉 삽입홀

Claims (3)

1. 서로 다른 물질로 이루어진 전류를 생산하는 필름이 다수 적층되어 이루어진 적층필름(11)으로부터 양극과 음극 전원을 연결하는 다층구조를 가진 전지(1)의 전극조립체에 있어서;
   상기 전지(1)는 상면이 개방된 기둥 형태를 가지고 전기가 잘통하는 도체로 이루어진 케이스(12)와 그 내부에 적층되어진 적층필름(11)으로 구성되고;
   상기 전극조립체는 상기 케이스(12)의 내경 보다 작은 원판형의 얇은 리튬 접점박판(2)과;
   긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더(31)가 형성되어 상기 접지레더(31)가 상기 리튬 접점박판(2)의 상면 중앙에 용접 접합되는 전극봉(3)과;
   중앙에는 적어도 상기 전극봉(3)의 접지레더(31) 외경보다 큰 내경을 가진 관통홀(41)이 형성되고, 상기 케이스(12)의 내경 보다 작고 상기 리튬 접점박판(2) 보다 큰 외경을 가지는 원판 형상의 세라믹 디스크(4)와;
   외경은 상기 케이스(12)의 내경에 상응하는 외경을 가지고, 중앙에는 상기 세라믹 디스크(4)의 관통홀(41)보다 큰 내경을 가지는 글라스 고정홀(51)을 가지되 상부로 단턱지게 돌출 형성되는 메탈베이스(5)와;
   중앙에는 상기 전극봉(3)이 삽입되는 전극봉 삽입홀(61)을 구비하고, 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀(51)에 상응하는 글라스 몰딩부(6)로 구성됨을 특징으로 하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 메탈베이스(5)의 저면은 그 외연부를 따라 하부로 돌출되어 상기 세라믹 디스크(4)가 삽입되도록 한 돌출턱(52)을 추가로 구비함을 특징으로 하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체.
3. 원판형의 얇은 리튬 접점박판(2)의 상면 중앙에 긴 바의 형상을 가지고 하단은 그 평단면이 단턱지게 확장되는 접지레더(31)가 형성되는 전극봉(3)의 접지레더(31)의 저면을 용접 접합하는 용접과정과;
   중앙에는 수직으로 관통되되 상부로 탄턱지게 돌출 형성되는 글라스 고정홀(51)을 가지는 메탈베이스(5)의 글라스 고정홀(51)에, 중앙에는 상기 전극봉(3)이 삽입되는 전극봉 삽입홀(61)을 구비하고 그 외경과 높이는 상기 글라스 고정홀(51)에 상응하는 글라스 몰딩부(6)를 삽입 조립하는 1차 조립과정과;
   리튬 접점박판(2)과 전극봉(3)이 용접된 부분에 중앙에 관통홀(41)이 형성되는 세라믹디스크(4)와, 글라스 몰딩부(6)가 조립된 메탈베이스(5)를 순차적으로 조립하는 2차 조립과정과;
   조립이 완료된 전극조립체를 용해로에서 가열하여 글라스 몰딩부(6)를 녹여 접합되도록 하는 접합과정과;
   상기 전극조립체를 전지의 케이스(12)에 조립하는 3차 조립과정의 일련의 과정이 연속적으로 이루어짐을 특징으로 하는 다층구조를 가진 전지의 전극조립체 제조방법.

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