KR101322474B1 - 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 납축전지를 포함한 이차전지의 양전극에서 러그(Lug) 하부와 기판의 연결부에서 러그(Lug) 폭에 해당하는 부위 하부의 종와이어의 폭과 두께 및 개수를 증가시켜 연결부에서의 병목현상에 의한 단선을 방지함에 따른 이차전지 수명을 향상할 수 있는 이차전지 양전극의 러그 연결부에서의 기판 단면적이 향상되는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치는, 러그부가 기판부의 최상단 횡 와이어를 통해 다수개의 종 와이어에 연결됨에 있어 기판부에 형성된 종 와이어 이외에 별도의 종 와이어가 러그부 최하단에서 기판부의 다수개의 횡 와이어를 가로질러 연장형성되어 연결되고, 연장되어 형성되는 종 와이어의 두께와 폭 중 하나 이상은 기판부의 종 와이어 및 횡 와이어보다 상대적으로 두껍게 형성됨을 특징으로 한다.

Description

이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치{Lug-joint-device for increasing cross-sectional area on anode of secondary battery}

본 발명은 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 납축전지를 포함한 이차전지의 양전극에서 러그(Lug)부와 기판의 연결부에서 러그(Lug) 폭에 해당하는 부위 하부의 종 와이어의 폭과 두께 및 개수를 증가시켜 러그 연결부에서의 병목현상에 의한 단선을 방지함에 따라 이차전지 수명을 향상할 수 있는 이차전지 양전극(anode(positive electrode))의 단면적 증가형 러그 연결장치에 관한 것이다.

보통 납축전지의 기판 제조 공정은 납물을 몰드(Mold)에 부어 식힌 후 몰드로부터 분리시키는 방법인 중력주조(Casting) 방식, 압착된 스트립을 찢어 늘리어 기판을 만드는 방법인 익스펜디드(Expanded metal forming)방식, 그리고 타공(Stamping, Punching) 방식이 이용되고 있다.

타공 방식은 압착 또는 중력주조로 만들어진 연판에 구멍을 뚫어 기판을 성형하는 방식으로 중력주조 방식처럼 좌우 프레임을 보유하고 있어 극판성장을 억제한다는 장점과, 익스펜디드 방식에서 사용되는 압착된 연판을 사용하여 제품 사용 중 기판 부식 강하다는 장점을 가지고 있다.

더불어 타공방식에 있어서는 납물 흐름을 고려하여 제작된 몰드를 사용함에 기인하여 자유로운 패턴을 구사하기 어려운 중력주조방식이나 와이어가 다이아몬드형(마름모형) 패턴을 가질 수밖에 없는 익스펜디드 방식에 비해 비교적 와이어의 배열이 자유롭다는 장점을 가지고 있다.

이처럼 타공방식은 자유로운 와이어의 배열이 장점으로 작용하는 만큼 다양한 형태로 제작이 가능하나 그러한 와이어의 배열은 활물질에서 발생하는 전기를 집전시키는 효율에 직접적인 영향을 미치며 그로 인해 납축전지의 성능이 좌우되는 결정적 요소로 작용함에 따라 와이어의 배열에 대한 고안이 타공 기판 제조의 핵심기술이라 할 수 있다.

그런데, 기존의 와이어 배열의 기술들은 급속방전시 음극(음전극)에서 양극(양전극)으로 전달되는 전하를 기판으로 균등하게 분산시키는 효율이 만족스럽지 못한 결점이 있으며, 전하분산시 저항이 높은 부위는 전하의 밀도가 높아지고 통과 전후의 전압강하가 심하여 순간적으로 온도가 상승하므로, 충방전의 효율저하와 수명단축의 위치가 되는 결점이 있었다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 이차전지 양전극의 러그하부와 기판 연결부를 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 이차전지 양전극의 러그부와 기판 연결부를 설명하기 위한 도면이다.

종래 기술에 따른 이차전지 양전극의 러그부와 기판 연결부는 도 1에 나타낸 바와 같이, 판 형태이면서 프레임내에 종 와이어와 횡 와이어가 격자 형태로 구성된 기판부와, 배터리 극에 접촉하기 위한 러그(Lug)부가 최상단부의 횡 와이어에 접촉되는 경우 기판부의 횡 와이어와 연결되는 러그부의 폭은 연결하부에서 도시된 바와 같이 종 와이어나 횡 와이어에 비해 상대적으로 그 폭이 큰 것을 알 수 있다.

이때, 도면의 연결부를 보면 러그부 하부의 기판 연결부에 두 개의 종 와이어가 횡 와이어에 접촉되어 있는 구조임을 보여주고 있다.

이러한 종래 기술에서의 이차전지 양전극은 차량용 납축전지, 예컨대 시동 배터리로서 사용된다.

도 2는 도 1에 나타낸 종래 이차전지의 러그부와 기판 연결부 구조에 따른 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도상승을 비교 설명하기 위한 도면이다.

종래 기술에 따른 이차전지의 러그부와 기판 연결부 구조에 따른 급속방전 시뮬레이션 결과는 도 2에 나타낸 바와 같이 러그부의 러그에서 내려오는 전하의 흐름(전류)의 병목(bottle neck) 현상이 발생하여 온도가 상승되어 있음을 보여주고 있다.

이때, 특히 배터리 급속 방전시 러그부와 기판부 사이의 연결하부에서 온도가 상승하게 되는데, 그럴 경우 연결하부의 와이어가 온도 상승에 의한 용융으로 단선이 발생할 수 있다.

또한, 정상적인 충방전시에도 전하밀도의 상승으로 부식에 취약하고 이는 결국 배터리 수명의 저하로 이어지게 되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 납축전지를 포함한 이차전지의 양전극에서 러그(Lug)부와 기판의 연결부에서 러그(Lug) 폭에 해당하는 부위 하부의 와이어의 폭과 두께 및 개수를 증가시켜 러그 연결부에서의 병목현상에 의한 단선을 방지함에 따른 이차전지 수명을 향상할 수 있는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치는, 판 형태이면서 프레임내에 다수개의 종 와이어와 다수개의 횡 와이어가 격자 형태로 구성된 기판부와, 배터리 극에 접촉하기 위한 러그(Lug)부가 상기 기판부 상기 횡 와이어 중 최상단부 횡 와이어에 접촉되는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에 있어서, 상기 러그부가 상기 기판부의 상기 최상단 횡 와이어를 통해 상기 다수개의 종 와이어에 연결됨에 있어 상기 기판부에 형성된 상기 종 와이어 이외에 별도의 종 와이어가 상기 러그부 최하단에서 상기 기판부의 상기 다수개의 횡 와이어를 가로질러 연장형성되어 연결되고, 상기 연장되어 형성되는 상기 종 와이어의 두께와 폭 중 하나 이상은 상기 기판부의 종 와이어 및 횡 와이어보다 상대적으로 두껍게 형성됨을 특징으로 한다.

여기서, 러그부에서 연장형성된 종 와이어는 상기 기판부의 종 와이어의 폭과 두께보다 150 내지 300% 증가시켜 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 러그부에서 연장형성된 상기 종 와이어는 상기 다수개의 횡 와이어를 2개 내지 7개 가로질러 연장형성됨이 바람직하다.

한편 러그부에서 연장형성된 종 와이어는 3개 내지 5개인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 와이어의 개수와, 와이어의 폭 치수 및 두께 치수를 증가시킴으로써 종와이어의 총단면적이 증가하므로 병목현상을 해소하고 그에 따라 온도상승 억제함으로써 병목현상에 의한 단선을 방지하여 이차전지 사용수명을 향상하는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 이차전지 양전극의 러그부와 기판 연결부를 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 나타낸 종래 이차전지 양전극의 러그부와 기판 연결부에 따른 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도상승을 비교 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그부 연결장치에 있어서 러그부에서 연장되는 종 와이어 개수를 증가시킨 경우에 따른 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3에 나타낸 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에 있어서 러그부에서 연장되는 종 와이어의 개수 및 두께를 증가시킨 경우에 따른 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도를 설명하기 위한 도면,
도 6은 종래 기술과 본 발명의 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도를 비교 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 3은 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치의 단면적 증가 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에서의 러그부와 기판 연결부의 구조는 도 3에 나타낸 바와 같이, 판 형태이면서 프레임내에 다수개의 종 와이어와 다수개의 횡 와이어가 격자 형태로 구성된 기판부와, 배터리 극에 접촉하기 위한 러그(Lug)부가 기판부 최상단부 횡 와이어에 접촉되는 이차전지 양전극에서 러그부가 기판부의 최상단 횡 와이어를 통해 다수개의 종 와이어에 연결됨에 있어 기판부에 형성된 종 와이어 이외에 별도의 종 와이어가 러그부 최하단에서 기판의 다수개의 횡 와이어를 가로질러 연장형성되어 연결된다. 이때, 러그부에서 횡 와이어를 가로지러 연장형성되는 종 와이어의 두께와 폭 중 하나 이상은 기판부의 종 와이어 및 횡 와이어보다 상대적으로 두껍게 형성된다. 여기서 러그부에서 연장형성된 종 와이어는 예로써 기판부의 종 와이어의 폭과 두께보다 150 내지 300% 증가시켜 구성함이 바람직하다. 그리고 도면상에서는 러그부에서 연장형성된 종 와이어가 5개의 횡 와이어를 가로질러 연장형성되었으나 이는 하나의 실시예일 뿐 특별히 한정할 필요는 없다. 또한 러그부에서 연장형성된 종 와이어는 3개가 도시되어 있으나 이 역시도 3개 이상 형성할 수 있으며, 예로써, 3개 내지 5개로 형성될 수도 있다.

이와 같이 러그부에서 연장 형성되는 종 와이어의 개수를 증가시킨 경우와 폭을 증가시킨 경우의 급속방전 시뮬레이션 결과는 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같다.

도 4는 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에서의 러그부에서 연장되는 종 와이어 개수를 증가시킨 경우에 따른 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 3에 나타낸 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치의 러그부에서 연장되는 종 와이어 개수 및 두께를 증가시킨 경우에 따른 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에서의 급속방전 시뮬레이션 결과 중 러그부에서 연장되는 종 와이어의 개수를 증가시킨 경우 도 4에 나타낸 바와 같이 러그부에서 내려오는 전하의 흐름(전류)의 병목(bottle neck) 현상이 도 2에 나타낸 종래에 비해 온도가 낮아진 것을 보여주고 있다.

또한 본 발명에 따른 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치의 급속방전 시뮬레이션 결과 중 러그부에서 연장되는 종 와이어의 개수와 두께를 증가시킨 경우 도 5에 나타낸 바와 같이 러그부에서 내려오는 전하의 흐름(전류)의 병목(bottle neck) 현상이 도 2에 나타낸 종래는 물론 도 4에 나타낸 경우에 비해서도 더욱 낮아진 것을 보여주고 있다.

그러므로 배터리 급속 방전시 러그부와 기판부 사이의 연결하부에서의 온도 상승이 종래에 비하여 현저히 억제되고, 그럴 경우 연결하부의 와이어가 온도 상승에 의한 용융으로 단선이 발생할 가능성을 낮추게 된다.

또한, 정상적인 충방전시에도 전하밀도의 상승을 방지함으로써 내부식성이 증가되어 결국 배터리 수명의 연장으로 이어질 수 있다.

도 6은 종래 기술과 본 발명의 급속방전 시뮬레이션 결과 기판부위의 온도를 비교 설명하기 위한 도면이다.

도 6에서와 같이 종 와이어의 개수를 증가시킨 경우에는 약 20%정도의 온도감소효과가 있고, 와이어의 개수 및 두께를 증가시킨 경우에는 약 45%정도의 온도 감소 효과가 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 판 형태이면서 프레임내에 다수개의 종 와이어와 다수개의 횡 와이어가 격자 형태로 구성된 기판부와, 배터리 극에 접촉하기 위한 러그(Lug)부가 상기 기판부의 상기 횡 와이어들 중 최상단부 횡 와이어에 접촉되는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치에 있어서,
   상기 러그부가 상기 기판부의 상기 최상단 횡 와이어를 통해 상기 다수개의 종 와이어에 연결됨에 있어 상기 기판부에 형성된 상기 종 와이어 이외에 별도의 종 와이어가 상기 러그부 최하단에서 상기 기판부의 상기 다수개의 횡 와이어를 가로질러 연장형성되어 연결되고, 상기 연장되어 형성되는 상기 종 와이어의 두께와 폭 중 하나 이상은 상기 기판부의 종 와이어 및 횡 와이어보다 상대적으로 두껍게 형성됨을 특징으로 하는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 러그부에서 연장형성된 종 와이어는 상기 기판부의 종 와이어의 폭과 두께보다 150 내지 300% 증가시켜 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 러그부에서 연장형성된 상기 종 와이어는 상기 다수개의 횡 와이어를 2개 내지 7개 가로질러 연장형성됨을 특징으로 하는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 러그부에서 연장형성된 종 와이어는 3개 내지 5개인 것을 특징으로 하는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이차전지는 납축전지인 것을 특징으로 하는 이차전지 양전극의 단면적 증가형 러그 연결장치.
   

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