KR101434086B1 - 축전지의 타공 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축전지의 충전 및 방전시 발생되는 기판의 성장에 따른 기판의 쇼트에 기인하는 고장을 방지하는 기판의 구조를 제공하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 축전지의 타공(punched type) 기판에 있어서, 상기 기판은 러그(lug)가 형성되어있는 부분의 면적이 가장 넓고 외측으로 갈수록 면적이 좁아지도록 형성되어 있는 상변 프레임;과 하변 프레임;과 상기 상변 프레임과 상기 하변 프레임 사이에 형성되어 상기 기판을 상부와 하부로 구분하는 중간 프레임; 및 상기 상변 프레임과 하변 프레임 및 상기 중간 프레임을 측면에서 연결하는 측변 프레임;을 포함하되, 상기 기판의 내부에서는 각각의 프레임과 연결되는 종소골(wire) 및 횡소골이 그물망(mesh) 형태를 구성하는 축전지의 타공 기판을 제공한다.

Description

축전지의 타공 기판{Punched type gride for battery}

본 발명은 축전지의 기판에 대한 것으로, 보다 상세하게는 전자의 전도도를 향상시키고 기판 성장에 따른 문제를 해결하기 위한 구조를 가지는 타공 기판에 대한 것이다.

종래의 차량용 전극 기판은 주로 익스팬디드(Expanded type) 기판을 사용하고 있다. 익스팬디드 기판의 활물질이 채워지는 공간인 그물망 형태는 찍어서 틈을 형성하고 이를 늘리는 과정을 통해서 형성된다.

이러한 익스팬디드 기판은 각 연속된 기판을 매당 절단 작업시 기판 최종형상에서 좌, 우측 사이드는 프레임이 없어 기판에서 전기적 이동의 제약과 기판의 활물질(Active Material)을 지지하는 역할에서 절단 사이드부는 활물질이 떨어져나가기 쉬운 취약한 점이 나타난다.

또한 종래의 기판은 활물질이 탈리(활탈)되어 전기적 성능이 저하되고, 이후 작업 공정(스태킹, 극판군 용접, 전조 내부로의 내장 등)에서 어려움이 많았다. 또한, 활탈로 인해 기판이 전해액에 직접적으로 노출되어 부식성 증가에 의한 기판의 내식성 감소로 조기에 수명이 다하는 현상이 발생하였다.

이에 따라, 위와 같은 활탈 방지를 위해서 부직포나 섬유강화페이퍼를 적용한 기술이 제시되었다. 대한민국 등록특허 제0250381호에는 활물질층을 도포(도장)한 도장 극판의 상하면에 부직포를 부착시킨 축전지가 제시되어 있다.

그러나 상기 선행 특허문헌에 제시된 기술은, 단지 활물질층의 외각 표면에 존재한 활물질의 탈리를 방지하는 것으로서, 활물질층의 내부(중간)에 존재한 활물질 입자들 간의 결합력이나, 기판과 활물질층 간의 결합력은 도모하지 못하고 있다.

또한, 종래 기술에 따른 기판은 지지 강도가 부족하고 활물질 입자들 간의 결합력 및 기판과 활물질층 간의 결합력이 약하여, 충격에 의해 기판이 휘어지는 현상이 발생되고 전기적인 성능이 저하되어 불량률이 많이 발생되는 문제점이 있다.

아울러, 축전지의 조기 수명 단축의 원인으로는 충/방전 시 발생되는 기판의 성장에서 기인된 쇼트를 들 수 있는데, 종래 기술은 기판의 성장에 대한 대응이 없어 기판의 이상으로 인해 축전지의 수명이 떨어지는 문제점이 지적된다.

본 발명은 축전지의 충전 및 방전시 발생되는 기판의 성장에 따른 기판의 쇼트에 기인하는 고장을 방지하는 기판의 구조를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판의 전도도를 향상시키는 기판의 구조를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 축전지의 타공(punched type) 기판에 있어서, 상기 기판은 러그(lug)가 형성되어있는 부분의 면적이 가장 넓고 외측으로 갈수록 면적이 좁아지도록 형성되어 있는 상변 프레임;과 하변 프레임;과 상기 상변 프레임과 상기 하변 프레임 사이에 형성되어 상기 기판을 상부와 하부로 구분하는 중간 프레임; 및 상기 상변 프레임과 하변 프레임 및 상기 중간 프레임을 측면에서 연결하는 측변 프레임;을 포함하되, 상기 기판의 내부에서는 각각의 프레임과 연결되는 종소골(wire) 및 횡소골이 그물망(mesh) 형태를 구성하는 축전지의 타공 기판을 제공한다.

여기서, 상기 기판의 상부에서는, 상기 종소골이 상기 상변 프레임의 상기 러그를 중심으로 방사상으로 뻗어나가도록 형성되어 있고, 상기 횡소골은 상기 종소골과 이루는 그물망 형태의 면적이 일정한 수준 이내에 있도록 간격이 설정되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 종소골은 상부의 두께가 가장 굵고 하부로 내려올수록 두께가 좁아지는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 기판의 상부의 코너부에서는 상기 그물망 형태의 면적을 일정한 수준 이내에 유지하고 모서리부의 성장에 따른 완충 역할을 위해 횡소골을 상기 기판의 상부의 코너부에 위치하는 그물망 형태의 내부에 추가로 배치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 기판의 하부에서는, 상기 중간 프레임에서 상기 하변 프레임 사이에 수직으로 상기 종소골이 연결되어 있고, 상기 횡소골은 일정한 간격으로 형성되어 상기 그물망 형태의 면적이 일정한 수준 이내에 있도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 그물망 형태의 면적은 50 내지 80 평방밀리미터인 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 기판 하부에서는, 상기 하변 프레임과 상기 하변 프레임의 바로 위에 형성되는 횡소골 사이에 연결되는 종소골의 갯수는 다른 곳에 위치하는 종소골의 갯수보다 하나 이상이 더 많아 기판의 성장에 따른 완충 기능을 하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 기판의 전도도를 향상시키는 효과를 가지고 있다.

또한, 기판의 성장에 따른 응력을 완화시켜 기판의 수명을 증대 시키는 효과를 가지고 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예로 타공 기판의 형상을 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예로 상변 프레임의 구조를 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예로 종소골의 구조를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예로 본 발명의 타공 기판의 특징적이 구조를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예로 타공 기판의 형상을 나타낸 도면이다.

본 발명의 축전지의 타공 기판은 기판 제조시 압연 STRIP을 먼저 생산하여 그 위에 기판 형상 금형을 프레스하여 타공(punching)하여 기판의 형상을 만들어 낸다. 이렇게 타공하여 기판의 형상을 만들어 내므로 익스팬드(expanded) 기판이 가지고 있는 문제를 프레스 형틀에 다양하게 구성함으로써 해결할 수 있다.

본 발명의 축전지용 타공 기판은 상변 프레임(100), 측변 프레임(200), 하변 프레임(300), 중간 프레임(400)을 포함한다.

상변 프레임(100)은 일측에 러그(lug)(110)가 형성되어 있다. 여기서 러그는 같은 극성을 가지게 되는 기판을 연결하기 위한 구성부이다.

측변 프레임(200)은 상변 프레임(100)과 하변 프레임(300) 및 중간 프레임(400)을 측면에서 연결한다. 이렇게 상변 프레임(100)과 측변 프레임(200) 및 하변 프레임(300)은 사각형태의 기판을 형성한다.

여기서, 상변 프레임(100)과 하변 프레임(300) 사이에는 복수의 종소골(10)이 연결되어 있으며, 양측의 측변 프레임(200) 사이에는 복수의 횡소골(20)이 연결되어 있다. 이러한 각각의 종소골(10)과 횡소골(20)은 서로 연결되어 프레임 내측에서 그물망(mesh) 형태를 구성한다. 여기서 그물망 형태는 내측으로 활물질(Active material)이 채워져서 활물질을 지지하는 역할을 한다.

여기서, 기판의 상부(A)와 하부(B)에 형성되는 그물망 형태는 다음과 같은 차이점을 가지고 있다.

먼저, 상부(A)에 형성되는 그물망 형태는 종소골(10)이 상변 프레임(100)에서 외측으로 방사형태로 뻗어나가도록 형성되어 있다. 따라서 종소골(10)과 횡소골(20)들이 만나서 형성되는 그물망 형태는 사변형 모양으로 형성된다.

여기서, 상부(A)에 위치하는 그물망 형태의 면적이 거의 동일하도록 횡소골(20)간의 간격이 설정된다. 즉, 종소골(10)이 상변 프레임(100)으로부터 방사형태로 뻗어나가는 구조로 형성되어 있기 때문에 중간 프레임(400)에 가까워질수록 종소골(10)간의 간격이 넓어진다. 따라서, 횡소골(20)들이 동일한 간격으로 형성되어 있으면 중간 프레임(400)과 가깝게 위치하는 그물망 형태는 면적이 더 넓어지게 된다. 따라서, 횡소골(20)이 형성되는 간격은 중간 프레임(400)과 가까워질수록 상변 프레임(100)에 가깝게 위치하는 횡소골(20) 간격보다 더 좁아지게 형성될 수 있다. 따라서, 전반적인 그물망 형태는 면적은 거의 유사하게 된다. 본 발명에서는 그물망 형태의 면적은 바람직하게는 50 내지 80 평방밀리미터(50~80㎟)로 이내로 한다. 이렇게 그물망 형태의 면적이 거의 일정한 수준으로 형성되므로 각 그물망 형태에 있는 활물질(active material)에서 기판의 소골부로 이동하는 전자의 이동 거리가 각 그물망 형태마다 동일하므로 기판 전제적으로 전도도가 균일하게 일어난다.

그리고, 하부(B)에 형성되는 그물망 형태는 종소골(10)이 중간 프레임(400)에서 수직으로 하변 프레임(300)까지 연결되도록 형성되어 있다. 따라서 본 발명의 하부(B)에서는 종소골(10)과 횡소골(20)들이 만나서 형성되는 그물망 형태의 면적은 모두 동일하게 형성된다.

그런데 축전지의 기판은 충전 및 방전시에 기판이 성장하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 기판의 성장은 기판의 상하 좌우에서 주로 일어나게 된다. 따라서, 본 발명에서는 바람직하게 기판 하부(B)의 구조중 하변 프레임(300)과 가장 가까운 횡소골(22)에서 하변 프레임(300) 사이에 형성되는 종소골(12)의 갯수를 증가시켜 기판의 성장에 따른 문제점을 해소할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 축전지 기판은 상부(A)와 하부(B)의 구조가 상이한 하이브리드 타입의 구조를 가지고 있다.

도2는 본 발명의 일 실시예로 상변 프레임의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 상변 프레임(100)은 러그(110)를 중심으로 러그(110) 부위의 폭이 가장 넓고 양측으로 갈수록 폭이 좁아지는 구조로 형성된다.

즉, 도2에 도시되어 있는 바와 같이 ①번의 폭이 ②번의 폭보다 더 넓게 형성된다. 이렇게 상변 프레임(100)이 러그(110)를 중심으로 양측으로 갈수록 두께가 좁아지는 테이퍼(taper) 구조를 가지고 있어 기판의 전도도가 향상된다.

또한 상변 프레임(100)은 러그(110) 주위의 두께를 보강함으로써 기판의 지지역할을 향상할 수 있는 구조를 가지게 된다.

도3은 본 발명의 일 실시예로 종소골의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 종소골(10)의 구조는 도3에 도시되어 있는 바와 같이 상측의 두께(①)가 하측의 두께(②)보다 더 두꺼운 구조로 형성된다.

본 발명에서 종소골(10)의 구조가 상측의 두께가 하측으 두께보다 더 두껍게 형성되는 이유는 다음과 같다,

축전지 기판에서 전자의 이동은 주로 기판의 상부에서 하부쪽으로 이동하게된다. 따라서 종소골(10)의 구조를 상측이 더 두껍도록 형성하여 전자의 이동이 보다 잘 이동되도록 하여 전도도의 향상을 도모하기 위함이다.

도4는 본 발명의 일 실시예로 본 발명의 타공 기판의 특징적이 구조를 나타낸 도면이다.

먼저 상술한 바와 같이 본 발명의 상변 프레임(100)은 도2에서 상술한 바와 같이 러그(110) 주위의 두께를 보강하고 테이퍼 구조로 형성하여 전자의 전도도가 향상되는 구조를 갖도록 한다.

그리고, 상변 프레임(100)으로부터 종소골(10)이 방사형으로 뻗어나가면 형성되므로 기판의 상측 코너 부에는 종소골과 횡소골이 만나서 형성되는 그물망 형태의 면적이 다른 그물망 형태의 면적보다 더 넓게 된다. 따라서 기판의 상측 코너 부에 형성되는 그물망 형태 내에 횡소골(25)을 더 설치하여 전체적인 면적을 일정하도록 유지한다.

그리고 상술한 바와 같이 상부(A)의 그물망 형태의 면적을 일정하게 유지하기 위해서 본 발명의 타공 기판에서는 횡소골(20)의 간격을 조정할 수 있다. 즉, 하측의 횡소골(20) 간의 간격을 상측의 횡소골(20) 간의 간격보다 더 좁게 하여 기판 상부(A)에 형성되는 그물망 형태의 면적을 일정한 범위내에 있도록 할 수 있다.

상술한 본발명의 특징적인 구조로 인해 본 발명의 타공 기판은 전도도가 향상되고 기판 내부에서 전자의 전도속도가 모든 부위에서 일정하여 축전지의 전압이 안정되도록 한다.

이상의 전도도 향상을 위한 본 발명의 특징을 정리하면 다음과 같다.

a. 상변 프레임(100)의 구조를 러그(110)부위가 두껍고 측부로 갈수록 두께가 작아지는 테이퍼 형상을 가짐.

b. 기판 상부(A)의 코너부에 형성되는 그물망 형태의 내부에 횡소골을 추가하여 그물망 형태의 면적을 일정하게 유지하도록 함.

c. 기판 상부(A)에 형성되는 횡소골(20)간의 간격을 조정하여 상부에 형성되는 그물망 형태의 면적을 일정하게 유지하도록 함.

그리고, 본 발명의 타공기판은 축전지의 충전 및 방전으로 인해 기판이 성장하는데 이러한 기판의 성장은 기판의 상하방향과 좌우방향으로 일어난다. 본 발명에서는 이러한 기판의 성장을 방지하기 위해서 다음과 같은 구조를 가지고 있다.

d. 기판 하부(B)에서는 하변 프레임(300)과 이웃하는 횡소골(22) 사이에 종소골(12)을 그 상측에 형성되는 종소골(11)들보더 더 많게 형성하여 기판의 성장을 완충하는 역할을 하도록 한다. 즉, 기판 성장시 종소골을더 많이 형성하여 기판 성장에 따른 응력을 감소할 수 있도록 한다.

도4에서는 하변 프레임(300)과 연결되는 종소골(12)의 갯수(13개)가 중간 프레임(400)과 하변 프레임(300)과 이웃하는 횡소골(22) 사이에 형성되는 종소골(11)의 갯수(12개)보다 하나 더 많이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

여기서, 상기의 a특징 및 b특징도 기판의 성장에 기인하는 응력 증가를 완충하여 기판의 내구성을 증가시키는 역할을 한다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 종소골 20 : 횡소골
100 : 상변 프레임 110 : 러그(lug)
200 : 측변 프레임 300 : 하변 프레임
400 : 중간 프레임

Claims (7)

1. 삭제
2. 축전지의 타공(punched type) 기판에 있어서,
   상기 기판은
   러그(lug)가 형성되어있는 부분의 면적이 가장 넓고 외측으로 갈수록 면적이 좁아지도록 형성되어 있는 상변 프레임;
   하변 프레임;
   상기 상변 프레임과 상기 하변 프레임 사이에 형성되어 상기 기판을 상부와 하부로 구분하는 중간 프레임; 및
   상기 상변 프레임과 하변 프레임 및 상기 중간 프레임을 측면에서 연결하는 측변 프레임;을 포함하되,
   상기 기판의 내부에서는 각각의 프레임과 연결되는 종(縱)소골(wire) 및 횡(橫)소골이 그물망(mesh) 형태를 구성하고,
   상기 기판의 상부의 코너부에서는 상기 그물망 형태의 면적을 일정한 수준 이내에 유지하고 모서리부의 성장에 따른 완충 역할을 위해 횡소골을 상기 기판의 상부의 코너부에 위치하는 그물망 형태의 내부에 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 축전지의 타공 기판.
   
3. 축전지의 타공(punched type) 기판에 있어서,
   상기 기판은
   러그(lug)가 형성되어있는 부분의 면적이 가장 넓고 외측으로 갈수록 면적이 좁아지도록 형성되어 있는 상변 프레임;
   하변 프레임;
   상기 상변 프레임과 상기 하변 프레임 사이에 형성되어 상기 기판을 상부와 하부로 구분하는 중간 프레임; 및
   상기 상변 프레임과 하변 프레임 및 상기 중간 프레임을 측면에서 연결하는 측변 프레임;을 포함하되,
   상기 기판의 내부에서는 각각의 프레임과 연결되는 종(縱)소골(wire) 및 횡(橫)소골이 그물망(mesh) 형태를 구성하고,
   상기 기판의 하부에서는,
   상기 중간 프레임에서 상기 하변 프레임 사이에 수직으로 상기 종소골이 연결되어 있고, 상기 횡소골은 일정한 간격으로 형성되어 상기 그물망 형태의 면적이 일정한 수준 이내에 있도록 하는 것을 특징으로 하는 축전지의 타공 기판.
   
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 기판의 상부에서는,
   상기 종소골이 상기 상변 프레임의 상기 러그를 중심으로 방사상으로 뻗어나가도록 형성되어 있고, 상기 횡소골은 상기 종소골과 이루는 그물망 형태의 면적이 일정한 수준 이내에 있도록 간격이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 축전지의 타공 기판.
   
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 종소골은 상부의 두께가 가장 굵고 하부로 내려올수록 두께가 좁아지는 것을 특징으로 하는 축전지의 타공 기판.
   
6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 그물망 형태의 면적은 50 내지 80 평방밀리미터인 것을 특징으로 하는 축전지의 타공 기판.
   
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 기판 하부에서는,
   상기 하변 프레임과 상기 하변 프레임의 바로 위에 형성되는 횡소골 사이에 연결되는 종소골의 갯수는 다른 곳에 위치하는 종소골의 갯수보다 하나 이상이 더 많아 기판의 성장에 따른 완충 기능을 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 축전지의 타공 기판.

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