KR101882927B1

KR101882927B1 - 비자성이면서 도전성을 갖는 배터리 외부전극

Info

Publication number: KR101882927B1
Application number: KR1020160075159A
Authority: KR
Inventors: 윤은구; 이주현; 박영명
Original assignee: 주식회사 비츠로셀
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2018-07-27
Also published as: KR20170141999A

Abstract

본 발명에는 배터리의 외부전극의 기재를 SUS 재질로 구성하고, 전도성이 우수한 금속물질인 Cu, Ni, Au를 단자 외면에 코팅층을 형성함으로써 외부전극의 몸체가 SUS로 형성되어져 있어 비자성 특성이 우수하며, 원재료 비용이 상대적으로 낮아 제조비용을 절감할 수 있으며, 외부 코팅층의 물질이 전도성이 우수한 물질이기에 고온/고율 조건에서 사용시 작동전압을 높게 유지할 수 있는 배터리 외부전극이 개시된다.

Description

비자성이면서 도전성을 갖는 배터리 외부전극{nonmagnetic and conductive external terminal for battery}

본 발명은 지뢰탐사기 및 천연자원 탐사기 등과 같이 자력선을 지중 내부로 발산시키고, 지중 물체로부터 반사되는 반사파를 검출하여 활용하는 장치 등에 사용하는 배터리에 설치되는 비자성이면서도 도전성을 갖는 배터리 외부전극에 관한 것이다.

지뢰탐사기 및 천연자원 탐사기 등과 같이 자력선을 발산시키고, 지중의 물체로부터 반사되는 반사파를 검출함으로써 지뢰의 존재 유무, 자원의 존재 유무를 검출하는 기기(이하, ‘자력선 이용장치’라 함)는 정밀한 자력선의 방출량과 반사되는 자력선의 측정이 정밀하게 이루어져야 한다. 그러나 이러한 자력선 이용장치 등에 사용되는 배터리와, 배터리의 전원을 이용하는 전기소자 또는 회로기판 사이에는 배터리와 전기소자 또는 배터리와 회로기판을 연결하는 외부도선인 배터리 외부전극(external terminal)이 설치된다. 이때 외부전극은 통상적으로 열발생을 감소시키기 위하여 고가이면서도 도전성이 매우 높은 Ni, Cu, Au 등의 도전성 재질로 이루어진다. 그러나 이러한 도전성 재질의 외부전극은 도전성 뿐만이 아니라 자성재료이므로 전류가 흐르게 되면 자기장을 생성시켜 자력선 이용장치로부터 반사된 자력선을 교란시켜 정밀한 측정을 어렵게 만든다.

국내 특허 등록번호 10-1254691(발명의 명칭: 개전된 리드 구조의 이차전지)에는 본 발명의 외부전극과 대응되는 전극 리드가 개시되어 있으나, 전극리드는 알루미늄 재질로 이루어져 있으나, 알루미늄은 인장력이 낮고, 고온 환경에서 사용시 반응 및 오염이 될 수 있어 사용환경이 열악한 경우에는 사용하지 않게 된다. 이러한 이유로 전극 리드를 고온 환경에서는 구리, 금 등의 도전체를 사용하게 되나 이러한 금속은 전기 전도도는 높다고 할 수 있으나 자성을 동시에 갖게 되므로 이러한 배터리 외부전극을 자력선 이용장치에 사용하게 되면 자력선에 의한 교란이 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리 외부 전극을 비자성 SUS(Steel Use Stainless) 위에 도전성재료를 코팅함으로써 도전성을 확보하면서도 도전성 재료만으로 이루어지는 경우에 비하여 대폭 자성을 낮춘 배터리 외부전극을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결과제는 고가인 도전성재료인 니켈, 구리, 금, 은을 사용하여 배터리 외부전극을 제작하기 보다는 비자성 SUS에 도전성 재료를 코팅함으로써 재료비가 낮은 배터리 외부전극을 제작할 수 있도록 하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 해결수단은 배터리의 전원에 의하여 지중에 자기력선을 발산시키고, 상기 지중에 존재하는 물체로부터 반사되는 반사파를 검출하는 자력선 이용장치에서, 상기 배터리의 양극에 스폿용접되는 배터리 외부전극에 있어서 ;
비자성 SUS(Steel Use Stainless)의 기재와, 상기 기재에 코팅되는 전도성 코팅층으로 이루어지며,
상기 코팅층의 두께는 상기 코팅층을 포함한 외부전극의 두께의 0.005 ~ 0.05 배인 것을 특징으로 하는 배터리 외부전극.

삭제

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 저렴하면서도 비자성을 갖는 배터리 외부전극을 제작함으로써 자력선 이용장치에서 자력선의 교란을 방지하도록 함으로써 자력선 이용장치의 정밀한 측정이 이루어지도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예의 전체적인 모습을 나타내기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 방전특성을 실험하기위한 전류 인가 그래프이다.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예의 전체적인 모습을 나타내기 위한 사시도이다.

도 1은 천연자원 탐사장비인 MWD에 사용되는 사용조건이 150°C 인 리튬1차전지(10)의 양극(11)에 스폿 용접되는 외부전극(20)을 도시하고 있다. 외부전극(20)의 형상은 ‘L ’자 형상으로 이루어져 있으나, 이는 예시적인 것으로 이에 국한되지 않으며, 배터리의 형상과 배터리가 설치되는 기기에 의하여 변형 제작된다. 또한 외부전극(20)이 용접되어 연결되는 배터리(10)는 리튬1차전지이나, 이에 국한되지 않고 다양한 형식의 배터리에 적용된다. 또한 외부전극(20)은 단순히 양극에 설치되는 것을 도시하고 있으나, 음극에도 설치될 수 있다.

도 1에 도시된 배터리(10)는 용량이 36Ah이고, 크기는 직경 48.5 mm, 높이가 80.5 mm 이다.

또한 외부전극(20)은 판상의 재료로 이루어진 비자성 SUS인 기재에 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au) 등의 도전성 재료 중에 하나 또는 둘 이상을 혼합한 재료로 코팅한 것으로, 도전성 재료만을 사용하여 제작된 것에 비하여 자성이 매우 낮으며, 매우 낮은 가격에 제작된다.

도 1에 도시된 외부전극(20)은 폭 5mm, 길이 60mm, 두께 0.11mm (코팅두께 포함)이고, 코팅두께는 1.0∼1.3um이다.

이때 외부전극의 두께(코팅두께포함)는 외부전극의 코팅층은 SUS 의 기재의 두께를 기준으로 0.005~0.05배 인 것이 바람직하다. 0.005배 미만이면 외부전극에서 발열이 많이 발생하고 도전성이 약화되어 전극성능이 감소되고, 0.05배를 초과하면 자력선이 많이 발생되고, 제작원가가 증가하게 된다.

[비자성 특성의 검토]

다음의 표1은 크기가 규격이 5mm, 길이 60mm, 두께 0.11mm(코팅두께 포함), 코팅두께 1.2μm의 크기를 갖는 규격 외부전극을 비자성 SUS의 기재에 코팅재 Cu로 이루어진 실시예 1과, 순수하게 Ni으로 제작된 비교예1의 구성을 나타낸 표이다.

	실시예 1	비교예 1
기재	비자성 SUS	Ni
코팅층	Cu	Ni

다음의 표 2는 표 1의 실시예 1과 비교예1을 자력측정장비인 3-Axis Fluxgate Magnetometers Model 520A(Applied Physics System)를 이용하여 7인치의 거리를 두고 실시예1 및 비교예1의 자력을 3회 측정하였을 때 결과이다.

이때 측정된 자력의 단위는 나노테슬라(NT)이다.

측정횟수	실시예 1	비교예 1
1회	1.95	12.23
2회	1.73	13.28
3회	1.75	13.45
평균	1.81	12.98

표 2에서 알 수 있는 바와 같이 실시예 1은 니켈(Ni)로만 이루어지는 비교예 1에 비교하여 자력이 획기적으로 감소되는 것을 알 수 있고, 비교예의 자력 대비 13% 수준으로 자력을 감소시킬 수 있는 외부 전극을 구성할 수 있게 된다.

[실제장비에서 사용할 때 방전특성 평가]

이와 같은 비자성 외부전극이 단순히 비자성만을 갖으면서 전류를 원활하게 통과시킬 수 없다면 발열이 발생하게 되어 배터리의 충분한 방전특성을 얻을 수 없게 되기 때문에, 고온 고열하에서 사용되는 MWD장비의 평가장비(Evaluation tool)의 사용조건(150℃, 3A/50ms, 100mA/2.15sec 펄스방전, 종지전압 2.0V)으로 평가를 진행하였다. 이때 방전특성을 평가하기 위한 시험은 사용조건을 설명하는 도 2에 도시된 바와 같이 3A 출력을 50ms 인가한 다음 0.1A를 2.15sec 인가하는 것으로, 이 과정을 한 세트로 하여 종지전압까지 연속방전 하는 형태로 이루어진다. 또한 고온에서 특성을 확인하기 위해 150℃에서 1시간 aging 이후 평가를 진행하였으며, 충/방전 시험 장비인 Maccor사 Discahrger 4000series를 적용했다.

다음의 표 3은 다양한 종류의 실시예들과 비교예들의 구성을 나타낸 표이고, 표 4는 실시예2, 3, 4와 비교예 2, 3의 특성을 측정한 나타낸 표이다.

	실시예2	실시예 3	실시예 4	비교예 2	비교예 3
기재	SUS	SUS	SUS	Ni	SUS
코팅층	Cu	Au	Ni	Ni	SUS

	실시예2	실시예 3	실시예 4	비교예 2	비교예 3
용량(Ah)	29.22	27.44	24.25	31.85	12.12
50시간 작동전압(V)	2.43	2.44	2.36	2.49	2.25

다음의 표 5는 실시예 2, 3, 4, 비교예 2, 3를 MWD 평가장비 사용조건으로 방전특성실험을 그래프를 나타낸 것이다.

표 3, 4, 5에서 나타난 바와 같이 비교예 2와 비교예 3을 비교하면 단순히 비자성 특성을 유지하기 위해 SUS 단독을 사용할 경우 전기적 특성이 감소하지만, 실시예 2 ~ 4의 결과를 단순히 Ni 만을 사용하는 비교예2와 비교할 때 무시할 수 있는 범위의 용량감소가 발생하고 있으나, 실시예 2 ~ 4의 결과를 SUS 만을 사용하는 비교예3에 비교할 때 용량이 매우 증가하는 사실을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에서 비자성 SUS 기재에 전도성 재료를 코팅하여 배터리 외부전극을 제작할 때 배터리의 용량을 손상을 최소화하면서 자성을 감소시킬 수 있어 자력선 이용장치에 사용될 경우에 외부전극에 의한 자력선 교란을 최소화할 수 있으며, 외부전극의 제작원가를 최소화시킬 수 있다.

10: 리튬1차전지
11: 양극
20: 외부전극

Claims

배터리의 전원에 의하여 지중에 자기력선을 발산시키고, 상기 지중에 존재하는 물체로부터 반사되는 반사파를 검출하는 자력선 이용장치에서, 상기 배터리의 양극에 스폿용접되는 배터리 외부전극에 있어서 ;
상기 자기력선에 교란을 발생시키지 않는 비자성 SUS(Steel Use Stainless)의 기재와, 상기 기재에 코팅되는 전도성 코팅층으로 이루어지며,
상기 코팅층의 두께는 상기 기재의 두께를 기준으로 0.005 ~ 0.05 배인 것을 특징으로 하는 배터리 외부전극.
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