KR101148017B1 - 권취형 전극군을 가지는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 권취형 전극군을 가지는 2차전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 전지의 내부 임피던스가 감소되어 고효율의 방전이 가능한 이차전지를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 권취형 전극군를 가지는 이차전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개입시킨 권취형 전극군이 유저통관에 수납되고 덮개로 밀폐되며, 상기 전극군의 정극의 단면에 설치된 금속 노출부 또는 상기 금속 노출부와 전기적으로 접속된 정극 금속제 집전판과 정극 단자를 겸하는 상기 덮개와는 금속 리드판에 의해 전기적으로 접속된 이차전지로서,
상기 정극 금속제 집전판과 상기 덮개 사이에는 1개 또는 다수개의 내전해액성의 금속 가압체(加壓體)가 배치되어 상기 금속 리드판과는 별도로 상기 금속 가압체에 의해 상기 정극 금속제 집전판과 상기 덮개를 전기적으로 접속하며,
상기 전극군은 상기 덮개와 상기 유저통관의 하부로 가압되는 것을 특징으로하는 권취형 전극군를 가지는 이차전지를 개시한다.
이차전지, 권취형, 금속 가압체, 전극군, 니켈 전극

Description

권취형 전극군을 가지는 이차전지{SECONDARY BATTERY WITH A SPIRALLY-ROLLED ELECTRODE GROUP}
본 발명은 권취형 전극군를 가지는 이차전지에 관한 것으로서, 이차 전지의 내부 임퍼던스 감소시킴으로써 고효율의 방전이 가능한 이차전지에 관한 것이다.
최근, 전 지구적인 환경 문제나 에너지 문제의 해결을 위하여 하이브리드 전기 자동자(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 전기 자동차(Electric Vehicle, EV)의 도입과 확대 사용 필요가 제기되고 있다. 이러한 하이브리드 전기 자동차(HEV) 또는 전기 자동차(EV)의 사용은 오일(oil) 소비를 약 절반으로 감소시킬 수 있는 유효한 수단으로서 주목받고 있다. 특히, 이미 실용화가 진행되기 시작한 하이브리드 전기 자동차(HEV)는 니켈/수소 전지가 탑재됨으로써 시장에서 급속도록 확산되고 있다. 또, 향후 하이브리드 전기 자동차에 탑재될 목적으로 니켈/수소 전지의 개량과 함께 리튬 2차 전지의 개발도 왕성한 실정이다.
하이브리드 전기 자동차(HEV) 또는 전기 자동차(EV)에서의 전지의 사용은 다수의 전지를 시리즈로 접속해 광범위한 온도나 진동 등에 노출되는 가혹한 사용 조건이다. 따라서, 하이브리드 전기 자동차(HEV) 자체의 성능 향상을 위해서 전지의 고효율 방전 특성의 개량이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 권취형 전극군을 이용한 2차 전지의 파워 업(power up)이며, 구체적으로는 전지 내부의 임피던스(impedence)를 개량하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 강한 파워를 요하는 하이브리드 전기 자동차(HEV)용 2차 전지에 적용되기 위함이나, 사용 형태에 따라서 권취형 전극군을 이용하는 소형 2차 전지의 파워 업(power up)에도 적용될 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여 이미 실용화되고 있는 권취형 전극군을 이용하는 원통 밀폐형 니켈/수소 전지를 채택하여 본 발명을 상세히 설명한다.
여기서, 상기 니켈/수소 전지란, 니켈 산화물 분말을 사용하는 정극과 수소흡장합금 분말을 사용하는 부극을 이용하고, 합성 섬유의 다공 부직포를 세퍼레이터(seperator)로 사용하는 1.2 V의 알칼리 2차 전지이다.
1990년경에 개발되고 실용화된 니켈/수소 전지에 있어서, 파워 업(power up) 용도의 전지 구조는 기본적으로 기존의 니켈-카드늄(Ni-Cd) 전지와 같은 구조를 채용하고 있다. 즉, 정극과 부극 사이에 세퍼레이터(seperator)를 개입시키고, 권취된 전극군을 유저통관에 수납하고, 상기 전극군의 정극 및 부극의 단면에 설치된 금속 노출부에 금속제 집전판이 각각 여러 접점에서 용접되어, 정극측은 금속제 집전판과 정극 단자를 겸하는 덮개가 전극 리드판과 용접되어 전기적으로 접속되며, 부극측은 금속제 집전판이 유저통관의 하부에 접촉 또는 일부가 용접되어 전기적으로 접속된 구조를 기본으로 채용하고 있다.
그런데, 최근의 하이브리드 전기 자동차(HEV)용 전지와 같이 초고효율 방전이 요구되는 분야에서는 전지의 내부 임피던스를 저감시키기 위하여 이하와 같이 다양한 제안이 이루어지고 있다.
먼저, 정극과 덮개를 접속하는 금속 리드판의 형상을 두껍게 형성하거나, 폭을 넓게 형성하거나 또는 짧은 형상으로 가공함으로써 정극과 덮개를 연결하는 금속 리드판의 임피던스를 감소시키는 기술이 제안되었다. (종래 기술 1)
또한, 상기 금속 리드판을 2개로 하여, 상기 금속 리드판의 임피던스를 감소시키는 기술이 제안되었다. (종래 기술 2)
또한, 상기 종래 기술 2의 개량으로서 금속 리드판 대신에 통 모양의 금속 가공체를 사용하여 전해액 주입후에 덮개로 누른 상태로 정극 및 부극 간에 전류를 흘려 용착하는 기술이 제안되었다. [문헌1 ; "SANYO TECHNICAL REVIEW, Vol. 36, NO. 2, P 20, Dec. 2004"]
또한, 상개 종래 기술 2의 개량으로서 금속 리드판 대신에 한쪽이 꽃잎 모양으로 가공된 금속 가공체를 사용할 수 있다. 즉, 여러 접점에서 덮개와 접촉시켜 전해액 주입후에, 정극 및 부극 간에 전류를 흘려 덮개와 꽃잎 모양의 돌기를 용접 해 금속 리드판에 상당하는 금속 가공체의 임피던스를 감소시키는 기술이 제안되었다. [문헌 2; "GS Yuasa Technicl Report, Vol. 4, No. 2, P 41, 2007"]
이와 같이 전지의 내부 임피던스를 감소시키기 위해서는 주로 정극과 덮개를 연결하는 금속 리드판의 개량이 많이 제안되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 이차 전지의 내부 임퍼던스 감소시킴으로써 고효율의 방전이 가능한 이차전지를 제공하는데 그 목적이 있다.
권취형 전극군을 가지는 전지에 대해서는 일반적으로, 부극은 상기 부극 단자를 겸하는 유저통관에 접촉한 상태가 되어 있지만, 정극은 상기 정극 단자를 겸하는 덮개와 금속 리드판으로 접속될 뿐이므로, 전지의 내부 임피던스 감소에 있어서 상기 금속 리드판의 개량은 중요하다 할 것이다.
다만, 상기 문헌 1에 있어서, 금속 리드판이 두꺼운 경우에는 덮개를 유저통관에 삽입할때 접어 구부리기가 곤란하고, 금속 리드판의 폭을 넓게 하면 유저통관과 접촉해 합선하는 위험이 생길 수 있고, 금속 리드판을 짧은 형상으로 하면 덮개와의 스팟(spot) 용접이 곤란하게 되는 문제가 생길 수 있다. 따라서, 양산시에 불량율이 증가하는 문제점이 있다.
상기 종래 기술 2에 대해서는 2개의 금속 리드판과 용접 접속된 덮개를 유저통관에 삽입할 때에 금속 리드판이 유저통관과 접속해 합선하는 위험이 생길 수 있는바, 양산시에는 불량률이 증가하는 문제점이 있다.
상기 문헌 1 및 문헌 2와 관련하여, 임피던스는 큰 폭으로 감소할 수 있지만, 상기 종래 기술 2와 같은 문제점을 가짐과 동시에, 덮개로 밀폐 후에 대전류 펄스 또는 큰 교류 전류를 흘릴때에 발열로 인해 전해액이 분출하거나 용접이 불균일하게 되거나 하는 문제점이 있다.
따라서, 덮개와 정극을 접속하는 부품의 임피던스를 저하시키는 것과 동시에 상기의 과제를 해결하는 새로운 정극 리드 또는 정극 리드에 상당하는 구성법이 필요하다. 이 때에는, 유저통관과의 접촉이나 전지 구성시에 생기는 합선 등과 같은 이차전지의 신뢰성을 저하시키는 문제가 없고 또한 대전류를 흘리는 등의 제어가 번잡한 공정을 생략할 수 있는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 권취형 전극군을 가지는 2차전지는 범용의 D 사이즈 전지나 Cs 사이즈를 대상으로 할 수 있고, 이러한 파워 특성을 개량한 구조를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 권취형군을 가지는 2차전지는 발명자들이 이미 제안한, 전극군의 정극과 부극의 단면에 설치된 금속 노출부를 세퍼레이터와 함께 접어 구부려 주머니 모양으로 형성하여 활물질 분말의 탈락에 의한 합선을 방지하는 전지(특개 2006 - 12801)를 대상으로 채용될 수 있다.
구체적으로는, 덮개와 전극군 사이에 종래의 금속 리드판을 접속하는 것 이외에 독립한 내전해액성의 금속 가압체(加壓體)가 1개 또는 복수개 배치되어 여러 접점에서 덮개와 전극군을 직접 접속하는 것이다.
또한, 덮개와 유저통관의 하부로 전극군을 가압하는 것이 임피던스 감소에 효과적이라는 사실도 새롭게 찾아낸 것으로, 상기 금속 가압체는 전극군 전체를 누를 수 있도록 배치하여 덮개와 유저통관의 하부로 전극군 전체를 가압하는 구조를 채용한 것이다.
또한, 이것에 수반하여 전극군의 정극 리드와 반대 측에 있는 부극 리드도 이 가압을 받기 때문에, 이를 받아들일 수 있는 유연한 구조를 채용하는 한편, 유저통관과의 용접의 필요성을 제거할 수 있는 간이 공정으로 할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 금속 가압체를 갖춘 니켈 정극을 전지에 채용하면, 전지의 내부 임피던스를 감소할 수 있고, 고효율 방전에 있어서 전압 저하가 작으며, 합선등을 억제할 수 있는 신뢰성이 뛰어난 이차전지를 제공할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 니켈/수소 전지의 단면 개략도이다.
도 1을 참조하면, 이미 상용화되고 있는 구조로서, 정극(1)과 부극(2) 사이에 세퍼레이터(3)를 개입시킨 권취형 전극군(E)이 유저통관(有底筒缶,4)에 수납되어 있다. 여기서 상기 유저통관은 이차전지용 캔(Can)을 의미할 수 있다.
상기 정극(1)의 금속 노출부(1a)는 정극 금속제 집전판(9)과 전기적으로 연결되고, 상기 정극 금속제 집전판(9)과 덮개(8)와의 사이에 개입된 금속 리드판(5)에 의해 상기 정극 금속제 집전판(9)과 상기 덮개(8)는 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 부극(2)의 금속 노출부(2a)는 부극 금속제 집전판(13)을 개입시켜 상기 유저통관(4)의 하부(4a)에 전기적으로 접속된 구조이다.
또한, 수지제 절연 링판(11)에 의해 부극인 유저통관(4)과 정극인 정극 금속제 집전판(9)이 절연되어 개스킷(12) 및 고무 밸브 본체(7)에 의해 봉지된 공지의 구조를 가진다.
한편, 상기 정극의 금속 노출부(1a) 및 부극의 금속 노출부(2a)는 각각 정극 금속제 집전판(9) 및 부극 금속제 집전판(13)에 직각으로 접촉해 스팟(spot) 용접된 기존 구조의 장점도 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 발명자들이 이미 제안한 신뢰성을 개량한 구조(특개 2006-12801)와 같이, 정극의 금속 노출부(1a) 및 부극의 금속 노출부(2a)가 세퍼레이터(3)와 함께 접혀 구부러져 정극 금속제 집전판(9) 및 부극 금속제 집전판(13)에 각각 용접된 구조를 나타낸다. 상기와 같은 접혀 구부러짐에 의해 상기 세퍼레이터(3)에는 주머니 모양부(F)가 형성된다.
본 발명으로서 중요한 점은 정극 금속제 집전판(9)과 덮개(8) 사이에 금속 가압체(加壓體)(10)가 배치되어 유저통관(4)의 하부(4a)로 압력을 가하는 것을 특징으로 한다. 그 결과 가압에 의한 접촉 저항의 감소가 이루어질 수 있고, 전기적으로는 금속 리드판(5)에 대해서 병렬로 상기 금속 가압체(10)가 접속되는 것으로 전지의 내부 임피던스(impedence)가 저감될 수 있다.
또한, 가압이 전극군(E)의 표면에 균일하게 이루어지도록 내전해액성의 금속 가압체(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 정극 금속 집전판(9)의 중심으로부터 수지제 절연 링판(11) 부근까지 방사(放射)형으로 배치되고 있다.
상기 금속 가압체(10)는 내전해액(耐電解液)성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 니켈/수소 전지나 니켈/카드늄 전지에서는 니켈이나 니켈 도금된 철이 바람직하고, 리튬 이차전지에서는 알루미늄이 바람직하다.
상기 금속 가압체(10)는 정극의 금속 노출부(1a) 또는 정극 금속제 집전판(9)과 스팟(spot) 용접 또는 레이저(laser) 용접될 수 있다. 그러나, 제조 방법과 같은 실제적인 적용을 고려하면, 도 1에 도시된 바와 같이 덮개(8)과 스팟 용접 또는 레이저 용접되는 것이 바람직하다. 스팟 용접점(20)은 도 1에 도시하였다.
또한, 상기 금속 가압체(10)의 재료 비용을 고려하면, 도 2a에 도시된 바와 같이 폭이 좁은 직사각형(15) 형상으로 덮개(8) 또는 정극 금속제 집전판(9)에 스팟 용접 또는 레이저 용접할 수 있는 용접편(15a)이 붙어 있는 것이 바람직하다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 용접편(16a)를 파도의 형상 또는 물결 형상으로 할 수 있으며, 도 2c에 도시된 바와 같이 '┏┓' 형상(17)으로 할 수 있다.
여기서 상기 금속 가압체(10)의 높이 'H'는 덮개(8)와 정극 금속 집전판(9)와의 공간 거리보다 0.5 ~ 1.0 mm 높은 것이 바람직하다. 또한, 사용하는 금속 가압체(10)의 개수는 1개 내지 다수개를 이용할 수 있으며, 여기서 상기 금속 가압체(10)의 개수를 한정하는 것은 아니다.
또한, 이것들은 정극 금속제 집전판(9), 접혀 구부러진 정극의 금속 노출부(1a) 또는 덮개(8)의 어느쪽 인가에 용접되는 것이 바람직하지만, 용접되지 않아 도 상기 덮개(8)로부터 유저통관의 하부(4a)로 적절한 가압(3 kgf/cm2 이상)이 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 그림 4에 도시된 바와 같이 부극 금속제 집전판(13)을 파도 형상 또는 물결치는 모양으로 한 형상으로 할 수 있으며, 이 경우에도 가압에 의한 전지의 내부 임피던스는 저감될 수 있다.
한편, 정극의 금속 노출부(1a)와 금속제 집전판(9)의 구조 및 부극의 금속 노출부(2a)와 유저통관의 하부(4a)의 접속 부분은 종래의 구조를 채용할 수 있다. 그러나, 덮개(8)와 상기 유저통관의 하부(4a)와의 가압에 의해 상기 유저통관의 하부(4a)가 왜곡되는 위험성을 제거하기 위하여, 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 정극의 금속 노출부(1a)와 부극의 금속 노출부(2a)를 접어 구부리는 구조로 함과 동시에 정극 금속제 집전판(9) 및 부극 금속제 집전판(13)에 다공판을 이용해 각각의 접촉부를 유연하게 함으로써 가압에 의한 폐혜를 제거할 수 있는 구조를 채용하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 유저통관의 하부(4a)가 측벽보다 뚜껍도록 함으로써 가압에 의한 폐혜를 한층 더 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예 1)
범용의 수산화 니켈(Ni(OH)2) 분말, Co산화물 분말을 중량비 96:4로 혼합한 혼합물을 불소 수지 분말(1 wt%)과 카르복실 메킬 셀루로오스(0.3 wt%)의 수용액과 연합하고, 발명자들이 이미 출원중인 니켈 포일을 입체화한 전극 기판(이하, 3 DF 전극 기판 이라고 칭한다. 특개 2002-198055)에 도착(塗着, 바르는 방법으로 붙임), 건조하고, 압력을 가하여 평균 충전 밀도 650 mAh, 두께 0.3 mm의 니켈 정극을 얻을 수 있다.
그 다음에, 상기 정극을 폭 43 mm, 길이 910 mm로 절단한 후, 한 쪽의 긴 단면을 따라 폭 4mm만 상기 도착(塗着)물을 제거해 금속 노출부를 형성함으로써 직경 약 32 mm의 원통 밀폐형이고 D 사이즈로써 전지용으로 가공된 이론 용량 약 6.6 Ah의 정극을 얻을 수 있다.
범용의 MmNi5계 수소흡장합금(Mm-(Ni-Co-Mn-Al)5) 분말을 불소 수지 분말(1 wt%)과 카르복실 메틸 셀루로오스(0.3 wt%)의 수용액을 연합해 얻을 수 있었던 페이스트(paste)를 상기 3 DF 전극 기판에 도착(塗着), 건조하고, 압력을 가하여 평균 충전 밀도 1,500 mAh, 두께 0.18 mm의 합금인 부극을 얻을 수 있다.
그 다음에, 상기 D 사이즈 전지의 부극용으로 사용하기 위하여, 폭 43 mm, 길이 960 mm로 절단한 후, 한 쪽의 긴 단면을 따라 폭 4mm만 상기 도착(塗着)물을 제거해 금속 노출부를 형성함으로써 이론 용량 약 10 Ah의 부극을 얻을 수 있다.
이러한 정극 및 부극에 두께 0.11 mm, 폭 44 mm, 길이 1,850 mm의 폴리오레핀(polyolefin)제 부직포를 개입시켜, 범용의 방법으로 권취하여 전극군(E)으로 형성한다.
그 다음에, 상기 전극군(E)의 표면에 노출되는 정극의 금속 노출부(1a)를 세퍼레이터(seperator)와 함께 중심 방향으로 접어 구부림으로써 도 1에 도시된 1a와 같이 가공한다.
그 다음에, 상기 전극군(E)의 아래쪽 면에 노출되는 부극의 금속 노출부(2a)를 세퍼레이터(seperator)와 함께 중심 방향으로 접어 구부림으로써 도 1에 도시된 2a와 같이 가공한다.
덧붙여 상기 정극의 금속 노출부(1a) 및 부극의 금속 노출부(2a)가 접어 구부러질때의 합선을 방지하기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이 각각 1 ~ 2 mm 상하로 비켜 놓은 구조를 채용하였다.
이렇게 얻을 수 있었던 전극군(E)의 정극(1) 및 부극(2)에 니켈로 형성한 정극 금속제 집전판(9) 및 부극 금속제 집전판(13)을 스팟 용접하고, 정극측에는 니켈로 형성한 금속 리드판(5)을 더 용접한다.(용접점은 도 1에서 도면부호 20)
그 다음에, 상기 정극 금속제 집전판(9)에 도 2a에 도시된 높이(H)가 3.5 mm의 내전해액성의 금속 가압체(15)의 용접편(15a) 2개를 도 3에 도시된 것과 같이 스팟 용접(20, 도 3참조)한 후, 높이 52 mm의 유저통관(4)에 삽입한 다음에, 폴리프로필렌제의 절연 링판(11)을 삽입한 후, 범용의 수산화 칼륨(KOH)을 주재료로 하는 비중 약 1.3의 전해액을 13 cc 주입한다. 아울러, 상기 전해액의 주입을 용이하게 하기 위하여 정극 금속제 집전판(9)의 중심에 상기 전해액이 통과하기 쉽도록 천공부(18, 도 3참조)를 마련할 수 있다.
그 다음으로는, 금속 리드판(5)을 덮개(8)에 용접한 후, 상기 덮개(8)와 개스킷(12)을 이용하여 범용의 방법으로 밀폐해 높이 51 mm의 D 사이즈 전지를 얻을 수 있다.
이렇게 얻을 수 있는 D 사이즈 전지(이론 용량 6.6 Ah)를 충전: 0.1 [C], 100%, 방전: 0.2 [C], 종지 전압 1.0 [V]의 조건으로 두 사이클의 충전/방전을 행한 후, 충전만을 120 %로 바꾸어 충전/방전을 실시하였다. 그 다음에는, 120 %의 충전 후 전지 내부의 임피던스(1kHz)를 측정하였다. 상기 임피던스 값과 금속 가압체의 높이(H)를 바꾸어 유저통관 하부(4a)의 가압력을 측정했을 때의 임피던스와 가압력과의 관계에 관한 그래프를 도 5에 도시하였다.
한편, 가압력 5 kgf/cm2 이상에서는 내부 임피던스가 저하한 이후 안정된 수치를 나타냈으며, 3 kgf/cm2 이상에서는 내부 임피던스를 내리는 효과가 인정되었다.
도 6에서는 높이 51 mm의 D 사이즈 전지 5 셀을 1 [C](6.5 A) 및 10 [C](65 A)의 비율로 방전했을 때의 평균 전압을 'L'로 나타내었다.
1 [C]의 중간 전압은 1.25 V로, 10 [C]의 중간 전압은 1.18 V를 나타냈다. 비교예로서 실시예 1의 금속 가압체를 전지 5 셀의 평균치(M)와 실시예 1의 금속 가압체를 정극 및 부극의 금속 노출부 리드를 접어 구부리지 않는 전지 5 셀의 평균치(N)의 평균 전압을 도 6에 같이 도시하였다.
10 C 방전에서의 전압은, 'L'은 'M' 및 'N'과 비교해 지극히 높고 고효율 방전에 적절하다. 이 결과는 금속 가압체를 배치하는 것에 의해 전류의 흐름이 분산되어 한층 더욱 상기 금속 가압체를 개입시켜 덮개와 유저통관의 하부로 전극군을 가압하는 것으로써, 상기 덮개와 정극간 및 유저통관 하부와 부극 간의 접촉 저항을 줄어들기 때문에 전지 내부의 임피던스가 크게 저하하는 것이라고 생각된다.
또한, 정극 및 부극의 금속 노출부 리드를 접어 구부리지 않는 전지(N)의 경우, 전지 5 셀 시험을 위해 전지 8 셀을 시작한 동안, 전지 2 셀에서 합선이 일어났다. 이것은 세퍼레이터가 주머니 모양으로 가공되어 있지 않기 때문에, 유저통관 하부에 가까운 곳에 있는 정극의 활물질 분말 탈락물이 부극의 집전판과 접촉했기 때문이라고 생각된다.
(실시예 2)
실시예 1에 있어서의 도 2a에 도시된 높이 3.5 mm의 금속 가압체의 용접편(15a)를 도 3에 도시된 위치와 대응하는 덮개에 용접해, 실시예 1과 같은 구성으로하여 높이 51 mm의 D 사이즈 전지를 얻는다. 상기 전지 5 셀을 실시예 1에서 기재한 바와 같이 10 [C] 방전에 제공하였는데, 실시예 1의 'L'의 경우와 같은 전압을 얻을 수 있었다.
(실시예 3)
실시예 1과 같은 구성을 채용하였지만 정극 및 부극의 금속제 집전판을 각각의 금속 노출부와 용접을 가하지 않고 같은 D사이즈 전지를 얻는다. 이 경우, 10 [C] 레이트에서의 방전 전압은 저하했지만, 실시예 1에 있어서의 'M' 및 'N'보다 높고, 오히려 실시예 1의 'L'에 가까운 값을 나타냈다.
(실시예 4)
실시예 1과 같은 전극군 및 금속 가압체를 배치한 구성을 채용하고, 실시예 1에 있어서의 두께를 일정하게 하였다.(0.5 mm)
유저통관을 도 4에 도시된 바와 같이 하부를 두껍게 하고(0.8 mm), 측벽을 얇게 하여(0.3 mm) 동일한 D 사이즈 전지를 얻는다. 이 경우에는, 실시예 1과 같은 특성을 얻을 수 있음과 동시에 가압에 의한 유저통관 하부의 변형이 나타나지 않았다.
이상과 같이 본 발명에 따른 권취형 전극군을 가지는 2차전지를 예시한 도면 을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 니켈/수소 전지의 단면 개략도이다.
도 2a는 금속 가압체의 예를 나타낸 도이다.
도 2b은 금속 가압체의 예를 나타낸 도이다.
도 2c는 금속 가압체의 예를 나타낸 도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 니켈/수소 전지에 있어서, 유저통관의 개구부를 막기전 전극군 상부의 개략도이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 니켈/수소 전지의 하부 단면 개략도이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 니켈/수소 전지에 있어서 가압력과 내부 임피던스의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 니켈/수소 전지에 있어서의 고효율 방전 특성을 나타낸 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1: 정극 1a: 정극의 금속 노출부
2: 부극 2a: 부극의 금속 노출부
3: 세퍼레이터
4: 유저통관 4a: 유저통관의 하부
5: 금속 리드판 6: 덮개의 안전밸브 캡
7: 고부 밸브 본체 8: 덮개
9: 정극 금속제 집전판 10: 금속 가압체(加壓體)
11: 수지제 절연 링판 12: 개스킷
13: 부극 금속제 집전판
15, 16, 17: 금속 가압체
15a, 16a: 용접편
18: 금속제 집전판의 천공부 19: 금속 리드판 용접용 프레임
20: 스팟 용접점
E: 전극군 F: 세퍼레이터의 주머니 모양부

Claims (14)

  1. 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개입시킨 권취형 전극군이 유저통관에 수납되고 덮개로 밀폐되며, 상기 전극군의 정극의 단면에 설치된 금속 노출부 또는 상기 금속 노출부와 전기적으로 접속된 정극 금속제 집전판과 정극 단자를 겸하는 상기 덮개와는 금속 리드판에 의해 전기적으로 접속된 이차전지로서,
    상기 정극 금속제 집전판과 상기 덮개 사이에는 1개 또는 다수개의 내전해액성의 금속 가압체(加壓體)가 배치되어 상기 금속 리드판과는 별도로 상기 금속 가압체에 의해 상기 정극 금속제 집전판과 상기 덮개를 전기적으로 접속하며,
    상기 전극군은 상기 덮개와 상기 유저통관의 하부로 가압되되,
    상기 금속 가압체는 상기 정극 금속제 집전판과의 접촉부 및 상기 덮개와의 접촉부의 적어도 한편에 용접되는 것을 특징으로하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 가압체는 권취형 전극군의 중심으로부터 외부 방향으로 직사각형, 줄무니 모양 및 파형 중 어느 하나의 형상으로 상기 정극 금속제 집전판와 상기 덮개와 전기적으로 접속되는 되는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정극의 금속 노출부는 상기 전극군의 중심 방향을 향해 서로 겹치도록 접혀 구부러지는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 정극의 금속 노출부는 상기 세퍼레이터 단면의 일부와 함께 접혀 구부러지는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 정극의 금속 노출부와 상기 정극 금속제 집전판은 스팟 용접 또는 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 덮개와 상기 유저통관의 하부에 가해진 압력은 3kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 유저통관은 하부의 두께가 측벽의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  9. 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개입시킨 권취형 전극군이 유저통관에 수납되고 덮개로 밀폐되며, 상기 전극군의 정극의 단면에 설치된 금속 노출부 또는 상기 금속 노출부와 전기적으로 접속된 정극 금속제 집전판과 정극 단자를 겸하는 상기 덮개와는 금속 리드판으로 전기적으로 접속되고,
    상기 전극군의 부극의 단면에 설치된 금속 노출부 또는 상기 금속 노출부와 전기적으로 접속된 부극 금속제 집전판과 전지의 부극 단자를 겸하는 유저통관과 전기적으로 접속된 이차전지이며,
    상기 정극 금속제 집전판과 상기 덮개 사이에는 1개 또는 다수개의 내전해액성의 금속 가압체가 배치되어 상기 금속 리드판과는 별도로 상기 금속 가압체에 의해 상기 정극 금속제 집전판와 상기 덮개를 전기적으로 접속하고,
    상기 부극 금속제 집전판과 상기 유저통관의 하부는 압접 또는 용착에 의해 전기적으로 접속되며,
    상기 전극군은 상기 덮개와 상기 유저통관의 하부로 가압되되,
    상기 금속 가압체는 상기 정극 금속제 집전판과의 접촉부 및 상기 덮개와의 접촉부의 적어도 한편에 용접되는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 부극의 금속 노출부는 상기 전극군의 중심 방향을 향해 서로 겹치도록 접혀 구부러지는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 부극의 금속 노출부는 상기 세퍼레이터 단면의 일부와 함께 접혀 구부러지는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  12. 청구항 9 있어서,
    상기 부극의 금속 노출부와 상기 부극 금속제 집전판은 스팟 용접 또는 레이 저 용접되는 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 덮개와 상기 유저통관의 하부에 가해진 압력은 3kgf/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 유저통관은 하부의 두께가 측벽의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 권취형 전극군을 가지는 이차전지.
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