KR101896535B1 - 축전 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 비교적 간단한 구조에 의해, 집전체(集電體)와, 케이스와, 도전성 부재를 도통(導通)시키면서, 케이스와 도전성 부재와의 사이에 간극(間隙)이 생기는 것을 억제할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 전지는, 소정의 용적을 가지는 용기(1)와, 용기(1) 내에 수용된 양극 및 음극을 가지는 전극체(2)와, 용기(1)의 개구부(1a)에 배치되고, 양극용 및 음극용 전극 단자부(10, 20)가 장착되는 커버체(3)를 구비하고, 전극 단자부(10)는, 커버체(3), 집전체(4), 상부 패킹(5) 및 리벳(7)을 구비하고, 집전체(4)의 타단이, 커버체(3) 및 리벳(7)과 도통하는 것을 특징으로 한다.

Description

축전 소자{ELECTRIC STORAGE DEVICE}
본 발명은, 케이스가 양극 또는 음극과 도통(導通)하고 있는 축전 소자에 관한 것이다.
비수 전해질 2차 전지나 니켈 카드뮴 전지 또는 니켈 수소 전지 등은, 소형·경량이며, 고에너지 밀도인 특징을 살려, 휴대 전화기, PC, 비디오 카메라 등의 휴대용 전자 기기의 전원으로서, 널리 보급되고 있다. 최근에는, 이러한 전지를 대형으로 만들어, 전기 자동차 등의 산업용 대형 전기 기기에 응용하고자 하는 움직임이 강해지고 있다. 이러한 전지는, 밴드형 전극을 세퍼레이터(separator)를 통하여 권취한 권취형 발전 요소, 또는 평판형 전극을 세퍼레이터를 통하여 적층한 적층형 발전 요소를 전지 케이스에 수용하고, 전지 커버로 밀폐 봉구(封口)하고, 양극 단자 및 음극 단자를 전지 외부에 장착한 것이다. 전지 케이스가 한쪽 전극 단자를 겸하고, 다른 쪽 전극 단자가 전지 케이스로 절연된 상태에서 전지 외부에 장착된 구성이 많이 사용된다.
일본 특허출원 공개번호 2008-305644호 공보
그러나, 케이스가, 양극 또는 음극과 전기적으로 접속, 즉 도통된 종래의 전지에 있어서, 집전체(集電體)와, 케이스와, 전극 단자 등의 도전성 부재를 도통시키면서, 케이스와 도전성 부재와의 사이에 간극(間隙)이 생기는 것을 억제하기 위한 구조가 복잡하며 부품수가 많은 문제가 있었다.
본 발명은, 전술한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 비교적 간단한 구조에 의해, 집전체와, 케이스와, 도전성 부재를 도통시키면서, 케이스와 도전성 부재와의 사이에 간극이 생기는 것을 억제할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 축전 소자는, 장착 구멍이 형성된 케이스와, 상기 케이스 내에 수용되고, 양극 및 음극을 가지는 전극체와, 일단측이 상기 전극체의 상기 양극 또는 상기 음극과 접속되고, 타단측이 상기 케이스의 내면과 도통하는 집전체와, 상기 케이스의 상기 내면 중, 상기 장착 구멍과 상기 집전체의 상기 타단측과의 사이의 부분에 접촉하는 내측 패킹 부분을 가지는 패킹과, 상기 케이스의 상기 장착 구멍에 삽입된 동체부(胴體部), 및 상기 동체부 중, 상기 케이스의 내측의 단부에 설치되고, 상기 동체부보다 직경이 큰 내측 경대부(徑大部)를 가지고, 상기 내측 경대부가, 상기 집전체의 상기 타단측과 도통하고, 상기 내측 패킹 부분에 접촉하고, 또한 상기 케이스와의 사이에서 상기 내측 패킹 부분 및 상기 집전체의 상기 타단측을 끼워넣고 있는 도전성 부재를 구비한다.
이 구성에 의하면, 집전체의 타단측이 도전성 부재와 도통하고 있는 것에 의해, 양극 또는 음극의 전위가, 상기 도전성 부재를 통하여 외부로 인출되고, 또한 집전체의 타단측이 케이스의 내면과 도통하고 있는 것에 의해, 케이스의 전위가, 상기 양극 또는 음극과 동일한 전위로 되어 있다. 그리고, 케이스의 내면과 도전성 부재의 내측 경대부와의 사이에 패킹이 끼워넣어져 있다. 이로써, 케이스, 집전체 및 도전성 부재를 도통시키면서, 케이스와 도전성 부재의 간극이 생기는 것을 억제할 수 있다.
상기 축전 소자에서는, 상기 내측 패킹 부분은, 상기 집전체의 상기 타단측과 상기 도전성 부재의 상기 동체부와의 사이에 끼워넣어져 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 패킹은, 집전체의 타단측과 도전성 부재의 동체부와의 사이에 끼워넣어져 있으므로, 집전체와 도전성 부재와의 사이의 간극이 생기는 것을 억제할 수 있다.
상기 축전 소자에서는, 상기 도전성 부재는, 상기 동체부 중, 상기 케이스의 외측의 단부에 설치되고, 상기 동체부보다 직경이 큰 외측 경대부를 가지고, 상기 패킹은, 상기 내측 패킹 부분에 더하여, 상기 도전성 부재의 상기 외측 경대부와 상기 케이스의 외면과의 사이에 끼워넣어지는 외측 패킹 부분을 가지는 구성이라도 된다.
이 구성에 의하면, 패킹은, 도전성 부재의 내측 경대부와 케이스의 내면과의 사이에 끼워넣어지는 내측 패킹 부분에 더하여, 도전성 부재의 외측 경대부와 케이스의 외면과의 사이에 끼워넣어지는 외측 패킹 부분을 가진다. 그러므로, 케이스와 도전성 부재와의 간극이 생기는 것을, 더욱 확실하게 억제할 수 있다.
상기 축전 소자에서는, 상기 도전성 부재의 상기 외측 경대부와 상기 외측 패킹 부분과의 사이에 배치되고, 상기 외측 패킹보다 직경이 작은 외측 와셔를 포함하고 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 패킹에 더하여 외측 와셔를 형성함으로써, 외측 경대부와 내측 경대부에서 케이스, 패킹, 집전체를, 보다 강하게 끼워넣을 수 있다.
또한, 상기 축전 소자에서는, 상기 외측 패킹 부분에는, 상기 외측 와셔의 외주면에 맞닿는 돌기부가 설치되어 있어도 된다. 이로써, 외측 패킹과 외측 와셔와의 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
상기 축전 소자에서는, 상기 패킹은, 상기 내측 패킹 부분과 상기 외측 패킹 부분이 별체이며, 또한 서로 재질이 상이한 구성이라도 된다.
이 구성에 의하면, 패킹은, 내측 패킹 부분과 외측 패킹 부분이 별체이며, 또한 재질이 상이한 구성이다. 그러므로, 예를 들면, 내측 패킹 부분을, 외측 패킹 부분보다 탄성, 기밀성, 내열성, 절연성 및 내식성 중 적어도 하나가 높은 재질로 형성하는 등을 행함으로써, 내측 패킹 부분과 외측 패킹 부분 각각이 적합한 재료로 형성된 것을 이용할 수 있다.
상기 축전 소자에서는, 상기 패킹은, 상기 케이스의 상기 장착 구멍에 접촉되는 외주면, 및 상기 도전성 부재의 상기 동체부에 접촉되는 내주면을 가지는 통형 부분을 가지고, 상기 내측 패킹 부분 및 상기 외측 패킹 부분 중 적어도 한쪽 패킹 부분은 상기 통형 부분과는 별체이며, 상기 한쪽 패킹 부분에는 상기 통형 부분의 외주면의 전체 주위에 걸쳐 접촉하는 관통공이 형성되어 있어도 된다.
이 구성에 의하면, 패킹은, 케이스의 장착 구멍에 접촉하는 외주면, 및 도전성 부재의 동체부에 접촉하는 내주면을 가지는 통형부를 구비한다. 그러므로, 케이스와 도전성 부재와의 위치 관계를 고정하면서, 양자 사이의 간극이 생기는 것을 억제할 수 있다. 또한, 내측 패킹 부분 및 외측 패킹 부분 중 적어도 한쪽 패킹 부분은 통형 부분과 별체이며, 상기 한쪽 패킹 부분에는 통형 부분의 외주면의 전체 주위에 걸쳐 접촉하는 관통공이 형성되어 있다. 그러므로, 상기 한쪽 패킹 부분이, 통형부를 통하지 않고 도전성 부재에 직접 접촉하는 구성에 비해, 상기 한쪽 패킹 부분을, 유연하게 탄성 변형시킬 수 있다.
상기 축전 소자에서는, 상기 집전체의 상기 타단측과, 상기 내측 패킹 부분은, 상기 도전성 부재의 상기 동체부의 축 방향에 대하여 경사진 면끼리 접촉하는 구성이라도 된다.
이 구성에 의하면, 집전체의 타단측과 내측 패킹 부분은, 도전성 부재의 상기 동체부의 축 방향에 대하여 경사진 면끼리 접촉한다. 그러므로, 집전체와 패킹이 상기 축 방향에 대하여 평행한 면끼리 접촉하는 구성에 비해, 양자의 접촉 면적을 크게 할 수 있어, 간극이 생기는 것을 더욱 확실하게 억제할 수 있다.
상기 축전 소자에서는, 상기 집전체의 상기 타단측과 상기 도전성 부재의 상기 내측 경대부 사이에 배치되어 있는 내측 와셔를 구비해도 된다.
이 구성에 의하면, 패킹에 더하여 내측 와셔를 형성함으로써, 외측 경대부와 내측 경대부에서 케이스, 패킹, 집전체를, 더욱 강하게 끼워넣을 수 있다.
본 발명에 의하면, 비교적 간단한 구조에 의해, 집전체와, 케이스와, 도전성 부재를 도통시키면서, 케이스와 도전성 부재와의 사이에 간극이 생기는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 전지의 외관 구성예를 나타낸 개략도이다.
도 2는 플러스 극성의 전극 단자부의 구성예를 나타낸 개략도이다.
도 3은 마이너스 극성의 전극 단자부의 구성예를 나타낸 개략도이다.
도 4는 비교예의 전지의 구성을 나타낸 분해도이다.
도 5는 비교예의 전지의 부분적 단면도이다.
도 6은 전지의 전극 단자부의 다른 구성예 1을 나타낸 개략도이다.
도 7은 전지의 전극 단자부의 다른 구성예 2를 나타낸 개략도이다.
도 8은 전지의 전극 단자부의 다른 구성예 3을 나타낸 개략도이다.
도 9는 전지의 전극 단자부의 다른 구성예 4를 나타낸 개략도이다.
본 실시예에 따른 전지(이하 "본 전지"라고 함)는, 케이스와, 상기 케이스 내에 수용된 양극 및 음극을 가지는 전극체와, 상기 케이스에 설치된 양극용 및 음극용 전극 단자부를 구비한다. 여기서, 양극용 또는 음극용 전극 단자부는, 집전체와, 외측 패킹과, 내측 패킹과, 도전성 부재를 가지고, 집전체가, 상기 케이스 및 도전성 부재와 도통하고, 케이스가 양극 또는 음극과 도통하고 있는 구성이다. 케이스가 음극과 도통하고 있는 구성이라도 되지만, 이하의 설명에서는, 케이스가 양극과 도통하고 있는 구성을 예로 들어 설명한다. 그리고, "케이스"는, 소정의 용적을 가지는 용기와 상기 용기의 개구부에 배치되는 커버체로 구성된다. 이하, 본 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
<본 전지의 외관 구성예>
본 전지의 외관 구성예의 개요를 도 1에 나타낸다. 본 전지는, 소정의 용적을 가지는 용기(1)와, 용기(1) 내에 수용되고 양극(2A) 및 음극(2B)을 가지는 전극체(2)와, 용기(1)의 개구부(1A)에 배치되는 커버체(3)를 구비한다.
커버체(3)는, 직사각형의 평판이며 하우징으로서 소정의 강도를 가지고, 일단측(도 1의 지면 좌측)에 양극용 전극 단자부(10)가 설치되고, 타단측(도 1의 지면 우측)에 음극용 전극 단자부(20)가 설치되어 있다. 양극용 전극 단자부(10)에는 외부 단자(11) 및 리벳(12)이 설치되고, 음극용 전극 단자부(20)에는 외부 단자(21) 및 리벳(22)이 설치되어 있다.
용기(1)는, 커버체(3)에 고정된 전극체(2)를 수용한 상태에서, 개구부(1A)와 커버체(3)의 주위 단부를 봉(封)하여, 밀폐 상태를 형성한다. 용기(1)는, 상단이 개구된 편평한 상자형을 이루고, 하우징으로서 강도를 가지는 금속제(예를 들면, 스테인레스나 알루미늄 등을 예로 들 수 있음)의 성형체가 사용된다. 또한, 이러한 금속제에 의해, 케이스 전위를 형성할 수 있다. 용기(1)와 커버체(3)와의 봉지(封止) 방법은, 스테인레스제 용기의 경우, 통상 주위 단부를 용접하는 방법이 채용되지만, 이것으로 한정되지 않고, 접착제를 사용한 접착법, 또는 개구부(1A)의 주위 단부를 협지(挾持)하도록 오목형체가 형성된 커버체(3)의 주위 둘레부를 압착(壓着)하는 압착법 등을 사용할 수 있다.
[본 전지의 전극 단자부의 구성예]
(1) 양극용 전극 단자부의 구조
도 2는, 양극용 전극 단자부(10)의 구성예의 사시(斜視) 단면(斷面)을 나타낸다. 전극 단자부(10)는, 집전체(13), 내측 패킹(14), 외측 패킹(15) 및 리벳(12)을 구비한다. 집전체(13)는, 그 도시하지 않은 일단측이, 전극체(2)의 양극(2A)에 접속되어 있고, 그 타단측(13A)이, 커버체(3)의 내면(3A)에 면 접촉하면서, 커버체(3) 및 리벳(12)과 도통하고 있다. 구체적으로는, 커버체(3)의 상기 일단 측에는, 예를 들면, 원형이며, 직경 D1의 장착 구멍(3B)이 관통 형성되어 있다. 집전체(13)의 타단측(13A)에는, 상기 장착 구멍(3B)과 동축(同軸) 상에 위치하고, 상기 직경 D1보다 큰 직경 D2의 삽입 구멍(13B)이 관통 형성되어 있다.
내측 패킹(14)은, 전체적으로 환형을 이루며, 압축 변형된 상태에서, 외경이 상기 직경 D2와 거의 동일하며, 내경이 상기 직경 D1과 거의 동일하다. 내측 패킹(14)은, 그 외주면이 전체 주위에 걸쳐 집전체(13)의 삽입 구멍(13B)의 내주면에 밀착되고, 상면이 전체 주위에 걸쳐 커버체(3)의 내면(3A)에 밀착되어 있다. 내측 패킹(14)은, 외측 패킹(15)과 리벳(12) 및 커버체(3)와의 사이에서의 실링성을 높이는 기능도 하고, 또한 비교적 고온이 되는 집전체(13)로부터 커버체(3)로의 전열(傳熱)의 완충 기능을 하고 있다.
외측 패킹(15)은, 상기 내측 패킹(14)과는 별체이며, 대략 원통형의 통형부(15A), 및 상기 통형부(15A)의 상부 외주면에 일체적으로 설치되며 원반형을 이루는 베이스부(15B)를 가지는 구성이다. 통형부(15A)는, 압축 변형된 상태에서, 외경이 상기 직경 D1과 거의 동일하며, 내경이, 후술하는 리벳(12)의 동체부(12A)의 외경 D3와 거의 동일하다. 통형부(15A)는, 커버체(3)의 장착 구멍(3B) 및 집전체(13)의 삽입 구멍(13B)에 압입(壓入)되어 있고, 상기 통형부(15A)의 외주면은, 전체 주위에 걸쳐 커버체(3) 및 내측 패킹(14)에 밀착되어 있다. 또한, 베이스부(15B)는, 그 하면이, 전체 주위에 걸쳐 커버체(3)의 외면에 밀착되어 있다.
리벳(12)은, 동체부(12A), 이 동체부(12A)의 일단(도 2의 상단)에 일체적으로 설치된 헤드부(12B), 및 동체부(12A)의 타단(도 2의 하단)에 일체적으로 설치된 플랜지부(12C)를 가진다. 그리고, 리벳(12)은, 도전성 부재의 일례이며, 헤드부(12B)는 외측 경대부의 일례이며, 플랜지부(12C)는 내측 경대부의 일례이다. 동체부(12A)는, 직경 D3의 외경을 가지는 원기둥 직경이며, 상기 외측 패킹의 통형부(15A) 내에 압입되어 있다. 헤드부(12B) 및 플랜지부(12C)의 외경은, 동체부(12A)의 외경보다 크다.
본 실시예에서는, 전지의 제조 단계에 있어서, 플랜지부(12C)가 형성되기 전의 리벳이, 외측 패킹(15)의 통형부(15A) 내에 삽입되고, 그 상태에서 동체부(12A)의 하단측을 코킹(caulking)함으로써, 플랜지부(12C)가 형성된다. 이로써, 외측 패킹(15)의 베이스부(15B), 커버체(3), 집전체(13)의 타단측(13A), 및 내측 패킹(14)은, 리벳(12)의 헤드부(12B)와 플랜지부(12C)와의 사이에 끼워넣어지고, 외측 패킹(15), 집전체(13), 및 내측 패킹(14)이, 커버체(3)에 고정되어 있다.
또한, 플랜지부(12C)가 형성되기 전에는, 내측 패킹(14)은, 자연 상태이며, 집전체(13)보다 상하 방향의 두께 치수가 크고, 집전체(13)보다 아래쪽으로 돌출되어 있다. 따라서, 리벳이 코킹되는 과정에 있어서, 내측 패킹(14)의 탄성력에 의해, 플랜지부(12C)가 집전체(13)를 가압하는 힘이 경감되어, 집전체(13)가 손상되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 리벳(12)의 동체부(12A)는, 코킹 전보다 코킹 후 쪽이, 직경이 커지게 된다. 이로써, 내측 패킹(14), 및 외측 패킹(15)의 통형부(15A)는, 압축 변형되면서, 리벳(12)의 동체부(12A)와 집전체(13)의 타단측(13A)과의 사이에 끼워넣어지므로, 커버체(3)와 리벳(12)와 집전체(13)와의 사이의 간극을, 더욱 확실하게 메울 수 있다.
또한, 집전체(13)의 삽입 구멍(13B)의 내경 D2는, 플랜지부(12C)의 외경보다 작다. 그러므로, 플랜지부(12C)의 외측 부분이 집전체(4)와 접촉하고, 전극 단자부(10)로부터 양극 전위를 인출할 수 있고, 또한 커버체(3)를 통하여 용기(1)와 도통시킴으로써, 케이스 전위를 형성할 수 있다. 또한, 전극 단자부(10)에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 리벳(12)에, 도시하지 않은 연결체를 통하여 외부 단자(11)가 도통 접속되어 있다. 그리고, 외부 단자(11)를 설치하지 않고, 리벳(12)의 헤드부(12B)를 외부 단자로 하는 구성이라도 된다.
이와 같이, 전극 단자부(10)는, 외측 패킹(15), 커버체(3), 집전체(13) 및 내측 패킹(14)이, 리벳(12)의 헤드부(12B)와 플랜지부(12C)에 의해 끼워진 넣어진 상태로 됨으로써, 커버체(3), 집전체(13) 및 리벳(12)를 도전시키는 구성이다. 따라서, 본 전지의 제조 단계에 있어서, 용접 등에 따른 분진이나 스퍼터 등과 같은 전지의 기능에 악 영향을 미칠 가능성이 있는 물질 등이 발생하지 않는 상태에서, 커버체(3), 집전체(13), 리벳(12)을, 서로 고정하면서 도통시킬 수 있다. 또한, 외측 패킹(15)에 의해, 커버체(3) 및 리벳(12) 사이를 실링하고, 외기와의 접촉을 차단하고, 또한 커버체(3)와 집전체(13)와의 사이, 및 집전체(13)와 리벳(12)과의 사이 이외의 전기 절연성을 확보하고 있다. 그리고, 본 실시예에서는, 도전성 부재의 일례로서, 리벳(12)을 예로 들었다. 그러나, 이것으로 한정되지 않고, 도전성 부재는, 헤드부를 가진 나사와 너트를 나사 결합시킨 구성이라도 된다.
(2) 음극용 전극 단자부의 구조
도 3은, 음극용 전극 단자부(20)의 구성예의 사시 단면을 나타낸다. 전극 단자부(20)는, 집전체(23), 외측 패킹(24), 내측 패킹(25) 및 리벳(22)을 구비한다. 집전체(23)는, 도시하지 않은 일단측이, 전극체(2)의 음극(2B)에 접속되어 있고, 타단측(23A)이, 내측 패킹(25)에 의해 커버체(3)와 절연되고, 리벳(22)과 도통하고 있다. 구체적으로는, 커버체(3)의 타단측에, 예를 들면, 원형의 장착 구멍(3C)이 관통 형성되어 있고, 집전체(23)의 타단측(23A)에는, 이 장착 구멍(3C)보다 직경이 작은 삽입 구멍(23B)이 관통 형성되어 있다.
내측 패킹(25)은, 커버체(3)의 내면(3A)과 집전체(23)의 상면과의 사이에 밀착 상태로 배치되고, 상기 장착 구멍(3C)과 거의 동일한 직경의 삽입 구멍(25A)이 관통 형성되어 있다. 외측 패킹(24)은, 상기 외측 패킹(15)의 통형부(15A) 및 베이스부(15B)와 거의 동일 형상인 통형부(24A) 및 베이스(24B)를 가지는 구성이다. 통형부(24A)는, 커버체(3)의 장착 구멍(3C) 및 내측 패킹(25)의 삽입 구멍(25A)에 압입되어 있고, 상기 통형부(24A)의 외주면은, 전체 주위에 걸쳐 커버체(3) 및 내측 패킹(25)에 밀착되어 있다. 또한, 통형부(24A)의 하단면은, 전체 주위에 걸쳐 집전체(23)에 밀착되어 있다.
리벳(22)은, 동체부(22A), 그 동체부(22A)의 일단(도 2의 상단)에 설치된 헤드부(22B), 및 동체부(22A)의 타단(도 2의 하단)에 설치된 플랜지부(22C)를 가진다. 동체부(22A)의 외경은, 외측 패킹(24)의 통형부(24A)의 내경, 및 집전체(23)의 삽입 구멍(23B)과 거의 동일한 직경이며, 헤드부(22B) 및 플랜지부(22C)의 외경은, 동체부(22A)의 외경보다 크다. 본 실시예에서는, 전지의 제조 단계에 있어서, 플랜지부(22C)가 형성되기 전의 리벳을, 외측 패킹(24)의 통형부(24A) 내에 삽입하고, 그 상태에서 동체부(22A)의 하단측을 코킹함으로써, 플랜지부(22C)가 형성된다. 이로써, 외측 패킹(24)의 베이스부(24B), 커버체(3), 내측 패킹(25), 및 집전체(23)의 타단측(23A)은, 리벳(22)의 헤드부(22B)와 플랜지부(22C)와의 사이에 끼워넣어져서, 외측 패킹(24), 내측 패킹(25) 및 집전체(23)이, 커버체(3)에 고정되어 있다.
또한, 리벳(22)과 집전체(23)는 도통 접속되어 있지만, 커버체(3)는, 외측 패킹(24) 및 내측 패킹(25)에 의해, 리벳(22) 및 집전체(23)와 절연되어 있다. 전극 단자부(20)에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 리벳(22)에, 도시하지 않은 연결체를 통하여 외부 단자(21)가 도통 접속되어 있다. 그리고, 외부 단자(21)를 설치하지 않고, 리벳(22)의 헤드부(22B)를 외부 단자로 하는 구성이라도 된다.
이와 같이, 전극 단자부(20)는, 외측 패킹(24), 커버체(3), 내측 패킹(25) 및 집전체(23)가, 리벳(22)의 헤드부(22B)와 플랜지부(22C)에 의해 끼워넣어진 상태로 됨으로써, 커버체(3)와 리벳(22)을 도통 접속하는 구성이다. 따라서, 본 전지의 제조 단계에 있어서, 용접 등에 따른 분진이나 스퍼터 등의 같은 전지의 기능에 악 영향을 미칠 가능성이 있는 물질 등의 발생이 없는 상태에서, 집전체(23) 및 리벳(22)을, 서로 고정하면서 도통시킬 수 있다. 또한, 외측 패킹(24) 및 내측 패킹(25)에 의해, 커버체(3) 및 리벳(22) 사이를 실링하고, 외기와의 접촉을 차단하고, 또한 집전체(23)와 리벳(22)과의 사이 이외의 전기 절연성을 확보하고 있다.
커버체(3)는, 하우징으로서 소정의 강도를 가지고, 케이스 전위를 형성하기 위하여, 도전성을 가지는 스테인레스나 알루미늄 등이 사용되고 있다. 커버체(3)는, 양극용 전극 단자부(10)에 있어서 집전체(13)와 도통 접속되고, 용기(1)와 그대로 접속됨으로써, 양극의 케이스 전위를 형성할 수 있다.
집전체(13, 23)는, 소정의 강도를 가지고, 가공이 용이하며, 전기 저항이 작은 양도전성(良導電性)의 재질인 것이 바람직하며, 여기에는 동 또는 알루미늄 등이 사용된다. 집전체(13, 23)의 재료는, 도전성이 양호하며, 경량인 금속이 사용되고, 예를 들면, 알루미늄이나 구리 등이 사용된다. 집전체(13, 23)는, 리벳(12, 22)의 플랜지부(12C, 22C)와 접촉하여 도통하여 양극 또는 음극 중 어느 하나의 전위의 인출을 가능하게 하고, 또한 외측 패킹(15, 24), 내측 패킹(14, 25)과 맞닿아 실링성이 확보되어 있다.
외측 패킹(15, 24) 및 내측 패킹(14, 25)은, 절연체이며, 탄성, 내열성, 내식성 및 기밀성이 있으므로, 커버체(3)에 밀착되어 전해액의 누출을 방지할 수 있도록 유연성이 있는 재질이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 테트라플루오로에틸렌퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등이 사용된다. 또한, 본 실시예에서는, 외측 패킹(15, 24)과 내측 패킹(14, 25)은 별체이며, 특히 내식성, 내열성이 요구되는 내측 패킹(14, 25)은, 높은 내식성 등을 가지는 고가의 재질로 하고, 외측 패킹(15, 24)은, 내측 패킹(14, 25)에 비해 내식성 등이 낮은 염가의 재질로 함으로써, 패킹 전체의 비용을 저감할 수 있다. 그리고, 외측 패킹(24)과 내측 패킹(25)은, 별체로 한정되지 않고, 일체로 형성된 것이라도 된다.
리벳(12, 22)은, 도전성이 양호하고, 경량이며, 코킹에 적합한 유연성을 가지고, 또한 변형된 상태를 유지할 수 있는 강도를 가질 필요가 있다. 따라서, 재질로서, 예를 들면, 알루미늄이나 동 등의 금속제의 리벳이 사용된다. 도 2, 도 3에서는, 유두(有頭) 리벳을 사용하고, 헤드부(12B, 22B)를 전극 단자부(10, 20)의 상방에 배치하고, 동체부(12A, 22A)의 하단부를 코킹한 형태를 예시했다. 그러나, 이것으로 한정되지 않고, 무두(無頭) 리벳의 양단을 가압하여 납작하게 한 형태나 통형의 리벳의 중공부(中空部)에 쐐기 모양체를 박아넣는 코킹 형태 등을 사용할 수 있다.
(3) 비교예의 전지
예를 들면, 도 4, 도 5에는, 비교예의 전지가 나타나 있다. 이 비교예의 전지는, 용기(101)와, 용기(101)의 개구부에 배치되고, 장착 구멍(113)을 가지는 전지 커버(105)와, 전지 커버(105)의 장착 구멍(113)에 삽입된 통형부(118)와, 통형부(118)의 한쪽 개구단의 주위둘레에 형성된 칼라부(117)를 가지는 절연 개스킷(107)과, 절연 개스킷(107)의 통형부(118)에 삽입된 상태로 전지 커버(105)에 코킹 고정된 축부(122)와, 축부(122)의 일단에 형성되고, 절연 개스킷(107)의 칼라부(117)를 통하여 전지 커버(105)에 배치된 헤드부(120)를 가지고, 양극 또는 음극의 출력 단자용 리벳(108)과, 리벳(108)의 헤드부(120)와 절연 개스킷(107)의 칼라부(117)와의 사이, 전지 커버(105)와 상기 절연 개스킷(107)의 칼라부(117)와의 사이 중에서 적어도 어느 한쪽에 개재된 절연 패킹(110, 111)을 구비하는 전지가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 여기서, 부호 "102"는 전극체, 부호 "106a"는 원형 구멍, 부호 "110a"와 "111a"는 리벳 삽입 구멍, 부호 "114"는 벤트(vent)를 나타낸다.
또한, 이 때, 봉구 부재의 조립은, 이하의 수순으로 행해진다.
(1) 전지 커버(105)의 오목부(112) 내에 제2 절연 패킹(111)을 배치하고, 절연 개스킷(107)의 보스부(118)를 전지 커버(105)의 장착 구멍(113)에 삽입하여, 이들을 끼워맞춘다.
(2) 절연 개스킷(107)의 플랜지부(117) 내에 제1 절연 패킹(110)을 삽입하고, 또한 리벳(108)의 축부(121)를 절연 개스킷(107)의 축 삽입 구멍(119)에 삽입하고, 끼워맞춘다.
(3) 그 후, 전지 커버(105)로부터 하방으로 관통한 축부(121)에 절연 플레이트(106)를 통하여 구멍이 형성된 와셔(109)를 삽입한다.
(4) 이어서, 리벳(108)의 헤드부(120)를 하방으로 가압하여 그 위치를 고정하면서 코킹 축부(122)의 하단을 상방으로 가압하면, 리벳(108)의 축부(121) 및 코킹 축부(122)가 자유 상태보다 약간 확경(擴徑) 변형(팽창 변형)된다. 그 결과, 리벳(108)의 축부(121)가 절연 개스킷(107)의 축 삽입 구멍(119)로 밀착되고, 전지 커버(105)의 장착 구멍(113)과 절연 개스킷(107)과의 간극이 봉지되고, 즉 리벳(108)이 전지 커버(105)에 절연 개스킷(107)을 통하여 코킹 고정된다.
(5) 와셔(109)에 음극 측의 도전 탭(104)을 용접하고, 양극 측의 도전 탭(103)을 전지 커버(105)의 내면에 용접한다.
(6) 이렇게 한 후에, 전지 커버(105)를 전지 케이스(101)의 개구부에 끼워맞춘 후, 전지 커버(105)와 전지 케이스(101)와의 끼워맞춘 면을 용접하여 봉지한다.
(7) 마지막으로, 전해액 주입구(115)로부터 전해액을 전지 케이스(101) 내에 주입한 후, 전해액 주입구(115)에 플러그(116)를 삽입하고 용접하여, 전해액 주입구(115)를 봉지함으로써 전지를 완성한다.
그러나, 상기한 전지에서는, 다음과 같은 각종 과제가 있다.
(i) 케이스의 전위를 양극 또는 음극으로 하기 위해서는, 케이스와의 사이에서 전위를 가지는 대상물을 용접할 필요가 있었다. 이 때, 용접에 의해 발생하는 분진이나 스퍼터 등은, 전지의 구성 부품을 오염시켜 부식이나 쇼트 등의 원인이 될 가능성이 있다. 또한, 용접 자체의 결함에 의해 도통 불량이나 스파크의 발생 등의 가능성이 있다.
(ii) 전극의 인출 부나 단자대에서의 접합에 있어서는, 용기 내부를 외기와 차단하는 실링 구조가 요구되는 한편, 이러한 인출부 등에는 복수개의 부품을 접합하고 또는 조립을 필요로 하므로, 실링재의 불균일이나 어긋남 등에 의해 충분히 실링할 수 없거나 또는 사용 시의 가열-냉각의 사이클에 따른 실링 기능의 열화가 생기는 경우가 있다.
(iii) 또한, 이러한 실링재에는, 탄성, 기밀성, 내열성, 절연성 및 내식성이 요구되지만, 이러한 특성을 모두 만족시키는 소재는 적으며, 고가이고, 또한 반복적으로 사용할 만한 소재는, 더욱 한정된다.
본 실시예의 상기 전지는, 종전의 과제에 대하여, 다음과 같은 기능을 가지는 것이다.
(a) 케이스 및 집전체를 리벳으로 코킹하여 협지함으로써, 용접 등에 따른 분진이나 스퍼터 등과 같은 전지의 기능에 악 영향을 미칠 가능성이 있는 물질 등의 발생이 없어, 확실하게 고정된 전극 단자부를 형성할 수 있다.
(b) 하우징으로서 소정 강도를 가지고 도전성을 가지는 케이스에 대하여 집전체를 중첩하고, 이와 동시에 탄성을 가지는 상부 패킹을 협지함으로써, 케이스나 집전체를 손상시키지 않고, 유연하고 견고하게 협지하여 고정할 수 있다. 또한, 충격이나 진동 등에 의한 접합 부분의 어긋남이 없고 확실하게 케이스에 대한 도전성을 가지는 전극 단자부를 형성할 수 있다.
(c) 용기로서의 실링성은, 탄성, 내열성, 내식성 및 기밀성이 있는 상부 패킹을, 리벳의 헤드부 및 케이스의 외면에 접촉시킴으로써, 확실하게 할 수 있다. 특히, 리벳이 코킹되었을 때, 리벳과 케이스 및 집전체와의 간극이 생기지 않도록, 유연하게 변형되면서, 보다 확실하게 이들 접촉을 도모할 수 있고, 또한 절연성을 확보할 수 있다.
[전극 단자부의 다른 구성예]
본 전지에 있어서는, 양극용 전극 단자부는, 도 2에 예시한 바와 같은 구성 뿐만아니라, 용도나 요구 사양에 대응한 각종 형태를 구성할 수 있다. 이하에서, 그 형태를 몇 가지 예시하여, 본 전지에서의 전극 단자부(10)의 특징을 명확하게 한다.
도 6에 나타내는 양극용 전극 단자부(30)는, 상기 전극 단자부(10)에 대하여, 내측 패킹(34)과 집전체(33)의 삽입 구멍(33B)과의 접촉 부분의 구성이 상이할 뿐이며 다른 구성은 동일하다. 내측 패킹(34)은, 단면이 대략 삼각형이며, 하방으로 향할수록, 외경이 작아지는 형상을 이룬다. 한편, 집전체(33)의 삽입 구멍(33B)은, 하방을 향할수록, 내경이 작아지는 형상을 이룬다. 이로써, 내측 패킹(34)과 집전체(33)는, 리벳(12)의 동체부(12A)의 축 방향에 대하여 경사진 면끼리 접촉되어 있다. 그러므로, 집전체와 패킹이 상기 축 방향으로 평행한 면끼리 접촉하는 구성에 비하여, 양자의 접촉 면적을 크게 할 수 있어, 간극이 생기는 것을 더욱 확실하게 억제할 수 있다.
도 6의 구성에서는, 내측 패킹(34)과 집전체(33)와의 접촉면은, 하방으로 향할수록, 리벳(12)에 근접하는 방향으로 경사진 면이었다. 그러나, 이것으로 한정되지 않고, 내측 패킹과 집전체와의 접촉면이, 하방을 향할수록, 리벳(12)으로부터 이격되는 방향으로 경사진 면이 되어도 된다. 다만, 도 6의 구성에서는, 리벳(12)의 코킹 전에 있어서, 내측 패킹(34)은, 집전체(33)의 경사면에서 유지되므로, 내측 패킹(34)이 리벳(12)으로부터 빠져나오는 것을 억제할 수 있다.
도 7에 나타내는 양극용 전극 단자부(40)는, 상기 전극 단자부(10)에 대하여, 외측 패킹의 구성이 상이할 뿐이며 다른 구성은 동일하다. 외측 패킹(41)은, 서로 별체의 원통 형상체(42)와 평판 형상체(43)로 구성되어 있다. 원통 형상체(42)는, 장착 구멍(3B)에 삽입되고, 평판 형상체(43)는 관통구(43A)를 가지고, 상기 관통구(43A) 내에 원통 형상체(42)의 상부가 압입되어 있다. 전술한 통형부(15A)와 베이스부(15B)가 일체화된 외측 패킹(15)에서는, 리벳(12)의 동체부(12A)에서 맞닿는 부분과, 리벳(12)의 헤드부(12B) 및 커버체(3)에서 맞닿는 부분에서는, 각 부로부터의 가압의 강도, 방향(벡터) 또는 전달되는 온열량(溫熱量)이 상이한 경우가 있어, 장기간 사용하면, 국부적인 변형 발생의 원인이 될 가능성이 있다.
이에 비해, 외측 패킹(41)은, 원통 형상체(42)와 평판 형상체(43)가 서로 별체이므로, 전술한 국부적인 부하를 분산시키고, 탄성, 내열성, 내식성 및 기밀성과 같은 여러 기능을 장기간 유지할 수 있도록 하였다. 또한, 실링성이 더욱 강하게 요구되는 평판 형상체(43C)를 유연성이 높은, 예를 들면, PPS에 의해 형성하고, 특히 접촉 면적이 크며 내열성이 강하게 요구되는 원통 형상체(42)를 내열성이 높은, 예를 들면, FPA에 의해 형성하도록, 각 부에서 사용하는 재질을 변경함으로써, 보다 기능성이 높은 패킹 구조를 형성할 수 있다.
도 8에 나타내는 양극용 전극 단자부(50)는, 상기 전극 단자부(40)에 대하여, 패킹의 구성이 상이할 뿐이며 다른 구성은 동일하다. 내측 패킹(51)은, 도 7에 예시한 구성에서의 원통 형상체(42)와 내측 패킹(14)을 일체화한 부재로 구성된 경우를 예시한다. 내측 패킹(51)의 내면에서 리벳(12)의 동체부(12A)와 맞닿고, 외주면에서 커버체(3), 집전체(13) 및 평판 형상체(43)와 맞닿는다. 도 7에 예시한 구성과 마찬가지로, 내측 패킹(50)에 대한 국부적인 부하를 분산시켜, 탄성, 내열성, 내식성 및 기밀성과 같은 여러 기능을 장기간 유지할 수 있도록 하였다. 또한, 실링성이 보다 강하게 요구되는 평판 형상체(43)를 유연성이 높은, 예를 들면, PPS에 의해 형성하고, 특히 접촉 면적이 크며 내열성이 강하게 요구되는 내측 패킹(51)을 내열성이 높은, 예를 들면, FPA에 의해 형성함으로써, 보다 기능성이 높은 패킹 구조를 형성할 수 있다.
도 9는, 외측 패킹(61)과 리벳(62)의 헤드부(62B)와의 사이에, 와셔(63)를 삽입한 경우를 예시한다. 리벳(62)의 헤드부(62B)의 주위 단부(62D)를 포함하는 크기의 와셔(63)가 삽입되고, 또한 외측 패킹(61)이 와셔(63)의 주위 단부(63A)를 포함하도록 설치된다. 리벳(62)의 헤드부(62B)의 크기에서는, 외측 패킹(61)을 충분히 협지하지 못하여, 외측 패킹(61)의 탄성을 충분히 살릴 수 없는 경우에, 와셔(63)를 삽입함으로써, 이러한 외측 패킹(61)의 협지 기능 및 고정 기능을 보완할 수 있다. 또한, 이 때, 도 9와 같이, 와셔(63)의 주위 단부(63A)에 대응하는 위치에, 외측 패킹(61)의 돌기(61A) 등의 에지를 설치하고, 외측 패킹(61)이 와셔(63)의 주위 단부(63A)를 포함하도록 설치함으로써, 외측 패킹(61)과 와셔(63) 및 리벳(62)을 확실하게 고정할 수 있다.
이상, 5개의 상이한 형태의 구성예를 나타냈으나, 이들로 한정되지 않고, 이들의 조합, 예를 들면, 도 2 또는 도 7에 예시된 구성에 있어서, 삼각형상의 내측 패킹(34)을 적용하는 형태나, 이들에 와셔를 삽입한 형태 등을 적용할 수 있다. 예를 들면, 리벳의 플랜지부와 집전체와의 사이에 와셔를 협지하는 구성이라도 된다. 또한, 축전 소자의 일례로서 전지가 있지만, 전기 이중층 캐패시터라도 된다.
1: 용기 1A: 개구부
2: 전극체 3: 커버체
3B: 장착 구멍 13, 33: 집전체
15, 24, 41, 43, 61: 외측 패킹 14, 34, 51: 내측 패킹
12, 62: 리벳 10: 전극 단자부

Claims (9)

  1. 장착 구멍이 형성된 케이스;
    상기 케이스 내에 수용되고, 양극 및 음극을 가지는 전극체;
    일단측이 상기 전극체의 상기 양극 또는 상기 음극과 접속되고, 타단측이 상기 케이스의 내면과 도통(導通)하는 집전체(集電體);
    상기 케이스의 상기 내면 중, 상기 장착 구멍과 상기 집전체의 상기 타단측과의 사이의 부분에 접촉하는 내측 패킹 부분을 가지는 패킹; 및
    상기 케이스의 상기 장착 구멍에 삽입된 동체부(胴體部), 및 상기 동체부 중, 상기 케이스의 내측의 단부에 설치되고, 상기 동체부보다 직경이 큰 내측 경대부(徑大部)를 가지고, 상기 내측 경대부가, 상기 집전체의 상기 타단측과 도통하고, 상기 내측 패킹 부분에 접촉하고, 또한 상기 케이스와의 사이에서 상기 내측 패킹 부분 및 상기 집전체의 상기 타단측을 끼워넣고 있는 도전성 부재
    를 포함하는 축전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내측 패킹 부분은, 상기 집전체의 상기 타단측과 상기 도전성 부재의 상기 동체부와의 사이에 끼워넣어져 있는, 축전 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 도전성 부재는, 상기 동체부 중, 상기 케이스의 외측의 단부에 설치되고, 상기 동체부보다 직경이 큰 외측 경대부를 가지고,
    상기 패킹은, 상기 내측 패킹 부분에 더하여, 상기 도전성 부재의 상기 외측 경대부와 상기 케이스의 외면과의 사이에 끼워넣어지는 외측 패킹 부분을 가지는 구성인, 축전 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도전성 부재의 상기 외측 경대부와 상기 외측 패킹 부분과의 사이에 배치되고, 상기 외측 패킹보다 직경이 작은 외측 와셔를 포함하는 축전 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외측 패킹 부분에는, 상기 외측 와셔의 외주면에 맞닿는 돌기부가 설치되어 있는, 축전 소자.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 패킹은, 상기 내측 패킹 부분과 상기 외측 패킹 부분이 별체이며, 또한 서로 재질이 다른 구성인, 축전 소자.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 패킹은, 상기 케이스의 상기 장착 구멍에 접촉하는 외주면, 및 상기 도전성 부재의 상기 동체부에 접촉하는 내주면을 가지는 통형 부분을 가지고,
    상기 내측 패킹 부분 및 상기 외측 패킹 부분 중 적어도 한쪽 패킹 부분은 상기 통형 부분과 별체이며, 상기 한쪽 패킹 부분에는 상기 통형 부분의 외주면의 전체 주위에 걸쳐 접촉하는 관통공이 형성되어 있는, 축전 소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집전체의 상기 타단측과, 상기 내측 패킹 부분은, 상기 도전성 부재의 상기 동체부의 축 방향에 대하여 경사진 면끼리 접촉하는 구성인, 축전 소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집전체의 상기 타단측과 상기 도전성 부재의 상기 내측 경대부와의 사이에 배치되어 있는 내측 와셔를 포함하는 축전 소자.
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