KR101877008B1 - 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체 - Google Patents

나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체 Download PDF

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Abstract

나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체를 제공한다. 본 발명에 따르면, 나트륨계 전지의 양극 전극부, 상기 양극 전극부에 용접으로 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 원통형상의 집전체, 및 상기 양극 전극부의 일면에 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 양극 전극부에 상기 집전체를 수직으로 삽입 결합하기 위한 결합구멍을 포함한다.

Description

나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체{CONNECTION STRUCTURE OF ELECTRODE AND CURRENT COLLECTOR OF SODIUM-BASED BATTERY}
본 발명은 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나트륨(Na)계 전지의 제조시 양극 전극부와 집전체를 연결하는 방법을 개선 및 구조를 단순화하여 용접 또는 접합 시간을 단축할 수 있고, 용접 또는 접합 작업을 간편하게 할 수 있으며, 대량생산이 가능한 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 나트륨계 전지는 애노드(anode) 활물질로서 나트륨을 이용하는 2차 전지를 말하며, 대표적인 예로서 나트륨-유황(Na-S)전지 및 나트륨-염화니켈(Na-NiCl2)전지를 들 수 있다.
이러한 나트륨계 전지는 대형 2차 전지로서 리튬계 전지에 비해 전력보존시간이 길고 가격경쟁력이 우수한 장점을 가지고 있다.
이러한 나트륨계 전지는 양극 전극부와 집전체를 연결하여 접합하는 구조를 채택하고 있다.
종래에 양극 전극부와 집전체를 연결하는 방식은 양극 전극부와 집전체를 붙이는 방식과, 양극 전극부에 집전체를 끼우는 방식이 알려져 있으며, 양극 전극부에 집전체를 레이저 용접 또는 아르곤 용접, TIG 용접, 기타 브레이징 접합 등으로 접합하는 방식이다.
즉, 나트륨계 전지의 양극 전극부와 집전체를 붙이는 방식은, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극 전극부(1)의 일면에 집전체(3)를 수직으로 위치시킨 상태에서 상기와 같은 용접 방식을 이용하여 상기 양극 전극부(1)의 일면에 상기 집전체(3)를 직접 부착하여 접합하는 방식이다.
또한, 양극 전극부에 집전체를 끼우는 방식은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 양극 전극부(1)의 일면에 끼움홈(2)을 형성하고, 이 끼움홈(2)에 집전체(3)를 수직 방향으로 끼운 후 상기와 같은 용접 방식을 이용하여 상기 양극 전극부(1)의 끼움홈과 상기 집전체(3)를 접합하는 방식이다.
그러나, 상기와 같이 양극 전극부(1)와 집전체(3)를 직접 붙이거나 양극 전극부(1)의 끼움홈(2)에 집전체(3)를 끼워서 접합하는 방식은, 용접시 상기 양극 전극부(1)와 상기 집전체(2)를 고정하기 위해서 상기 양극 전극부(1)를 바닥에 놓고 상기 양극 전극부(1)의 일면에 상기 집전체(3)를 수직으로 위치시키거나, 상기 양극 전극부(1)의 끼움홈(2)에 상기 집전체(3)를 끼워서 상기 양극 전극부(1)에 수직으로 결합시킨 상태에서 상기 양극 전극부(1)와 상기 집전체(3)를 연결한 후 이 연결부위에 용접 또는 접합 작업을 진행하기 때문에, 그 만큼 용접 또는 접합 작업이 불편하며 용접(접합) 불량이 발생하기 쉬우며, 대량생산이 곤란하였으며, 용접 또는 접합 시간이 증가되며, 또한 상기 양극 전극부(1)와 상기 집전체(3)의 접합시 양극 전극부의 일면에 집전체가 수직으로 접합이 되게 하는 지그가 필요하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 나트륨(Na)계 전지의 제조시 양극 전극부와 집전체를 연결하는 방법을 개선 및 구조를 단순화하여 용접 또는 접합 시간을 단축할 수 있고, 용접 또는 접합 작업을 간편하게 할 수 있으며, 대량생산이 가능한 방식으로 양극 전극부와 집전체의 접합시 양극 전극부의 일면에 집전체가 수직으로 접합이 되게 하는 별도의 지그 없이도 양극 전극부와 집전체의 용접 완료시 쉽게 양극 전극부에 집전체가 수직으로 접합된 제품을 쉽게 생산할 수 있는 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 나트륨계 전지의 양극 전극부,
상기 양극 전극부에 용접으로 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 원통형상의 집전체, 및
상기 양극 전극부의 일면에 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 양극 전극부에 상기 집전체를 수직으로 삽입 결합하기 위한 결합구멍을 포함하는 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체가 제공될 수 있다.
상기 결합구멍은 상기 양극 전극부의 일면에서 타면으로 관통 형성되는 것일 수 있다.
상기 결합구멍은 상기 양극 전극부의 일면과 수직 방향으로 형성되는 것일 수 있다.
상기 결합구멍은 상기 집전체의 외경과 동일한 직경을 가지는 것일 수 있다.
상기 양극 전극부와 상기 집전체의 용접은 레이저 용접, 아르곤 용접, 전자빔(E-beam: Electron beam) 용접, 브레이징 방법에서 선택되는 어느 하나의 용접 방식으로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 결합구멍 하부에는 상기 집전체의 삽입을 유도하기 위한 삽입 유도부가 형성되는 것일 수 있다.
상기 삽입 유도부는 상기 결합구멍 외측으로 일정한 각도로 벌어지게 형성되는 것일 수 있다.
상기 집전체의 상면에는 상기 집전체가 상기 결합구멍에 용이하게 삽입될 수 있도록 안내하기 위한 가이드 경사부가 형성되는 것일 수 있다.
상기 가이드 경사부는 상기 집전체의 상면 모서리부에 상단면쪽으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사지게 형성되는 것일 수 있다.
상기 결합구멍 하부의 삽입 유도부는 상기 집전체의 외경보다 크게 형성되는 것일 수 있다.
상기 집전체 상면의 가이드 경사부는 상기 결합구멍의 직경보다 작게 형성되는 것일 수 있다.
상기 결합구멍에는 상기 양극 전극부의 하면에서 상면으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 형성되는 테이퍼부가 형성되는 것일 수 있다.
상기 집전체 상면에는 상기 집전체가 상기 테이퍼부에 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 집전체 상면으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 경사면이 형성되는 것일 수 있다.
상기 집전체의 경사면은 상기 테이퍼부에 맞는 형상으로 형성되는 것일 수 있다.
상기 양극 전극부의 상면에는 상기 집전체의 상기 결합구멍에 삽입을 멈추게 하기 위한 걸림돌기가 형성되는 것일 수 있다.
상기 집전체의 상면에는 상기 걸림돌기에 걸리기 위한 걸림홈이 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 나트륨계 전지의 조립시 양극 전극부와 집전체 접합시 수직으로 접합이 되게 사용되는 지그가 필요 없는 공정으로 단지 양극 전극부의 결합구멍에 집전체를 끼운 후 양극 전극부의 윗부분을 용접하기 때문에 용접작업이 간소 할뿐만 아니라 작업 후 양극 전극부와 집전체가 수직인 방향으로 쉽게 제작이 가능하여 작업성이 개선되어 대량생산이 가능하다.
도 1은 종래기술의 일 예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 개략적인 결합 단면도이다.
도 2는 종래기술의 다른 예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 개략적인 분해 단면도이다.
도 3은 종래기술의 다른 예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 개략적인 결합 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 분해 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 결합 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 분해 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 결합 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 분해 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 결합 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 분해 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 결합 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 4는 본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 분해 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 결합 단면도이다.
본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체는, 나트륨계 전지의 양극 전극부(100),
상기 양극 전극부(100)에 용접으로 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 원통형상의 집전체(200), 및
상기 양극 전극부(100)의 일면(101)에 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 양극 전극부(100)에 상기 집전체(200)를 수직으로 삽입 결합하기 위한 결합구멍(110)을 포함할 수 있다.
상기 양극 전극부(100)와 상기 집전체(200)의 용접은 레이저 용접, 아르곤 용접, 전자빔(E-beam: Electron beam) 용접, 브레이징 방법 등에서 선택되는 어느 하나의 용접 방식을 이용할 수 있다.
상기 결합구멍(110)은 상기 집전체(200)를 완전히 삽입하여 결합할 수 있도록 상기 양극 전극부(100)의 일면(상면)(101)에서 타면(하면)(103)으로 관통 형성될 수 있다.
상기 결합구멍(110)은 상기 집전체(200)를 상기 양극 전극부의 일면에 용이하게 수직 방향으로 결합할 수 있도록 상기 양극 전극부(100)의 일면(101)과 수직 방향으로 형성될 수 있다.
상기 결합구멍(110)은 상기 집전체(200)를 끼움 결합할 수 있도록 상기 집전체(200)의 외경과 동일한 직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 양극 전극부(100)와 상기 집전체(200)의 용접은 상기 양극 전극부(100)의 결합구멍(110)에 상기 집전체(200)를 삽입 결합한 후 상기 양극 전극부(100)의 상면(101)과 상기 집전체(200)의 상면(201)의 결합 부위를 용접하여 이루어질 수 있다.
이하에서, 도 4 및 도 5을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체의 작용에 대해서 설명한다.
상기 양극 전극부(100)에 상기 집전체(200)를 연결 용접하기 위해서는, 먼저 상기 양극 전극부(100)의 타면(하면)(103) 하부쪽에 상기 집전체(200)를 위치시킨 후 상기 결합구멍(110)에 상기 집전체(200)의 상면(201)부터 끼워 넣고 상기 집전체(200)를 상기 양극 전극부(100)의 하면(103)으로부터 상면(101)쪽으로 일정한 길이만큼 삽입하여 상기 양극 전극부(100)의 결합구멍(110)에 상기 집전체(200)를 결합한다.
그리고, 상기 집전체(200)의 상면(201)이 상기 양극 전극부(100)의 상면(101)과 동일한 평면을 이루면 상기 집전체(200)의 삽입을 정지한다.
이러한 상태에서, 상기 양극 전극부(100)의 상면(101)과 상기 집전체(200)의 상면(201)의 결합 부위를 레이저 용접, 아르곤 용접, 전자빔(E-beam: Electron beam) 용접, 브레이징 방법 등에서 선택되는 어느 하나의 용접 방식을 이용하여 용접한다.
본 발명의 제2 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체는 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 제2 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에서,
상기 결합구멍(110) 하부에는 상기 집전체(200)의 삽입을 유도하기 위한 삽입 유도부(111)가 형성될 수 있다.
상기 삽입 유도부(111)는 상기 집전체(200)의 결합구멍(110)으로 삽입을 용이하게 유도할 있도록 상기 결합구멍(110) 외측으로 일정한 각도로 벌어지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전체(200)의 상면(201)에는 상기 집전체(200)가 상기 결합구멍(110)에 용이하게 삽입될 수 있도록 안내하기 위한 가이드 경사부(210)가 형성될 수 있다.
상기 가이드 경사부(201)는 상기 집전체의 상면 모서리부에 상단면쪽으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 결합구멍(110) 하부의 삽입 유도부(111)는 상기 집전체(200)의 외경보다 크게 형성되며, 또한 상기 집전체(200) 상면(201)의 가이드 경사부(210)는 상기 결합구멍(110)의 직경보다 작게 형성되므로, 상기 집전체(200)를 상기 결합구멍(110)에 보다 용이하게 삽입하여 결합할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 제3 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체는 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 제3 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에서,
상기 결합구멍(110)에는 상기 집전체(200)의 용이한 삽입을 위하여 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 양극 전극부(100)의 하면(103)에서 상면(101)으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 형성되는 테이퍼부(120)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전체(200) 상면(201)에는 상기 집전체(200)가 상기 테이퍼부(120)에 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 집전체(200) 상면으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 경사면(220)이 형성될 수 있다.
상기 집전체(200)의 경사면(220)은 상기 결합구멍(110)의 테이퍼부(120)에 맞는 형상으로 형성되므로, 상기 집전체(200)의 경사면(220)이 상기 결합구멍(110)의 테이퍼부(120)에 용이하게 삽입되므로, 상기 집전체(200)를 상기 양극 전극부(100)의 결합구멍(110)에 용이하게 삽입 결합할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 제4 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체는 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 제1 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10 및 도 11을 참고하면, 본 발명의 제4 구현예에 따른 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체에서,
상기 양극 전극부(100)의 상면(101)에는 상기 집전체(200)의 상기 결합구멍(110)에 삽입을 멈추게 하기 위한 걸림돌기(130)가 형성될 수 있다.
상기 걸림돌기(130)는 상기 집전체(200)의 삽입을 확실하게 멈추게 할 수 있도록 상기 양극 전극부(100)의 상면(101)으로부터 상기 결합구멍(110)쪽으로 일정한 크기만큼 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전체(200)의 상면(201)에는 상기 걸림돌기(130)에 걸리기 위한 걸림홈(230)이 형성될 수 있다.
상기 걸림홈(230)은 상기 걸림돌기(130)가 걸리게 되면 상기 집전체(200)의 상면(201)과 상기 양극 전극부(100)의 상면(101)이 동일한 평면을 이루도록 상기 집전체(200)의 상면(201) 모서리에 단차 있게 형성될 수 있다.
100: 양극 전극부 101: 상면
102: 하면 110: 결합구멍
111: 삽입 유도부 130: 걸림돌기
200: 집전체
210: 가이드 경사부 220: 경사면
230: 걸림홈

Claims (16)

  1. 나트륨계 전지의 양극 전극부,
    상기 양극 전극부에 용접으로 연결되기 위한 적어도 하나 이상의 원통형상의 집전체, 및
    상기 양극 전극부의 일면에 적어도 하나 이상 형성되고, 상기 양극 전극부에 상기 집전체를 수직으로 삽입 결합하기 위한 결합구멍
    을 포함하고,
    상기 양극 전극부의 상면에는 상기 집전체의 상기 결합구멍에 삽입을 멈추게 하기 위한 걸림돌기가 형성되고,
    상기 걸림돌기는 상기 양극 전극부의 상면으로부터 상기 결합구멍쪽으로 일정한 크기만큼 돌출 형성되고,
    상기 집전체의 상면에는 상기 걸림돌기에 걸리기 위한 걸림홈이 형성되고,
    상기 걸림홈은 상기 집전체의 상면 모서리에 단차 있게 형성되는 것인, 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합구멍은 상기 양극 전극부의 일면에서 타면으로 관통 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합구멍은 상기 양극 전극부의 일면과 수직 방향으로 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 결합구멍은 상기 집전체의 외경과 동일한 직경을 가지는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극 전극부와 상기 집전체의 용접은 레이저 용접, 아르곤 용접, 전자빔(E-beam: Electron beam) 용접, 브레이징 방법에서 선택되는 어느 하나의 용접 방식으로 이루어지는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합구멍 하부에는 상기 집전체의 삽입을 유도하기 위한 삽입 유도부가 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 삽입 유도부는 상기 결합구멍 외측으로 일정한 각도로 벌어지게 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집전체의 상면에는 상기 집전체가 상기 결합구멍에 용이하게 삽입될 수 있도록 안내하기 위한 가이드 경사부가 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가이드 경사부는 상기 집전체의 상면 모서리부에 상단면쪽으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사지게 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 결합구멍 하부의 삽입 유도부는 상기 집전체의 외경보다 크게 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 집전체 상면의 가이드 경사부는 상기 결합구멍의 직경보다 작게 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 결합구멍에는 상기 양극 전극부의 하면에서 상면으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 형성되는 테이퍼부가 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 집전체 상면에는 상기 집전체가 상기 테이퍼부에 용이하게 삽입될 수 있도록 상기 집전체 상면으로 갈수록 직경이 점차 작아지게 경사면이 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 집전체의 경사면은 상기 테이퍼부에 맞는 형상으로 형성되는 것인 나트륨계 전지의 전극부와 집전체의 연결 구조체.
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