KR19990000715U - 이차 전지 - Google Patents

Abstract

충전과 방전이 가능한 이차 전지에 관한 것으로서, 상기 이차 전지는 양극 및 음극단자와 상기 양극 및 음극단자가 고정되는 커버 플레이트로 구성된 캡어셈블리와; 상기 양극 및 음극단자와 각각 전기적으로 연결되는 탭을 갖은 양극판과 음극판 그리고 상기 양극판과 음극판을 격리시키는 세퍼레이터로 구성된 극판군과; 상기 극판군과 상기 극판군의 전기화학적 반응의 매개물이 되는 전해액이 보존됨은 물론 상기 캡어셈블리의 커버 플레이트와 결합하여 극판군을 밀폐하는 경량성 밀폐 보존수단을 포함하여 구성되며, 상기 경량성 밀폐 보존수단으로 알루미늄 합금으로 형성된 캔을 사용하여 전지의 무게를 감량시킴을 물론 단위무게당 에너지밀도를 향상시켜 점차 경량화되는 코드리스 기기의 추세에 적합한 이차 전지를 제공한다.

Description

이차 전지

본 고안은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휴대용 전원으로서 필수적인 경량화를 개선시키기 위하여 캔의 무게를 최소화한 이차 전지에 관한 것이다.

일반적으로 전지는 전기화학적 산화와 환원 반응에 의하여 활물질이 갖고 있는 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜 주는 장치로서, 환원반응을 하는 양극과 산화반응을 하는 음극 그리고 전자의 흐름을 위한 매개물의 역할을 하는 전해액을 필수 구성요소로 한다.

상기와 같이 구성되는 전지는 양극 및 음극의 극판에 충진되는 활물질에 따라 방전만이 가능한 일차 전지와 방전은 물론 충전도 가능한 이차 전지로 대별되는 데, 상기 이차 전지는 코드리스 기기의 발달과 더불어 휴대용 전원으로서 그 가치와 수요가 폭발적으로 중가하고 있는 추세다.

그러나 상기와 같은 이차 전지는 철을 주재료로 하여 내외측에 내식성 및 전도성을 개선하기 위해 니켈이 도금된 캔을 사용하는 데, 상기 캔의 무게는 코드리스 기기의 경량화 흐름에 선행 과제인 이차 전지의 경량화에 장애요인으로 지적되고 있다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 캔의 무게를 최소화하여 보다 경량화됨은 물론 단위 무게당 에너지밀도가 개선된 이차 전지를 제공하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 고안에 따른 이차 전지는 양극단자와 음극단자와 상기 양극단자와 음극단자가 지지 고정되는 커버 플레이트로 구성된 캡어셈블리와; 상기 양극 및 음극단자와 각각 전기적으로 연결되는 탭을 갖은 양극판과 음극판 그리고 상기 양극판과 음극판을 격리시키는 세퍼레이터로 구성된 극판군과; 상기 극판군과 상기 극판군의 전기화학적 반응의 매개물이 되는 전해액이 보존됨은 물론 상기 캡어셈블리의 커버 플레이트와 결합하여 극판군을 밀폐하는 경량성밀폐보존수단을 포함하여 구성된다.

상기 경량성밀폐보존수단은 전지무게를 감량시킬 수 있는 경량의 알루미늄합금으로 형성된 캔이 적용된다.

상기 알루미늄합금은 알루미늄과 망간 또는 알루미늄과 니켈 또는 알루미늄과 마그네슘으로 형성된다.

상기 경량성밀폐수단의 내측면 및 외측면으로는 상기 알칼리성을 갖는 전해액과 물 또는 공기 등의 외부요인으로부터 경량성밀폐보존수단을 보호하는 내식성강화수단이 제공된다.

상기 내식성강화수단은 부식 및 침식을 방지할 수 있는 박막의 합성수지 코팅막이 적용된다.

상기 캡어셈블리의 커버 플레이트에는 상기 극판군의 전기화학적 반응하는 가스와 상기 가스로 인한 내압의 상승을 해소하여 전해액의 누출 및 전지의 폭발을 방지할 수 있는 가스배출장치가 설치된다.

상기 가스배출장치는 전지 내부와 외부에 각각 적어도 하나 이상의 가스배출구가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되며, 상기 전지 내부에 형성된 가스배출구로부터 가스로 인한 소정의 내압을 받아 수축하여 상기 전지 외부에 형성된 가스 배출구로 가스를 배기하는 탄성부재로 구성된다.

상기 양극단자와 음극단자는 상기 커버 플레이트와의 절연성과 밀착성을 개선하기 위하여 절연성 및 탄성을 갖는 가스킷을 개재하여 상기 커버 플레이트에 지지 고정된다.

상기한 바와 같이 구성되는 이차 전지의 상기 경량성 밀폐 보존수단은 전지의 무게는 경량화시켜 단위무게당 에너지밀도가 향상시키며, 상기 경량성밀폐보존수단의 내측면으로 제공되는 내식성강화수단은 알칼리성의 전해액으로부터 경량성밀폐보존수단의 부식 및 침식을 방지한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 이차 전지의 부분 절개 사시도

도 2는 본 고안의 일실시예에 따른 캔의 단면도.

도 3은 본 고안의 일실시예에 따른 캔의 단면도.

다음으로 본 고안에 따른 이차 전지의 가장 바람직한 실시예로서, 각형 니켈-수소 전지를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 고안에 따른 이차 전지(1)의 일실시예는 극판군과 캡어셈블리와 상기 캡어셈블리와 결합하여 극판군을 밀폐하는 밀폐보존수단으로 구성된다.

상기 극판군은 전해액을 매개물로 하여 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 역할을 하며, 양극판(21)과 음극판(23) 그리고 상기 양극판(21)과 음극판(23)을 격리시키는 세퍼레이터(25)로 구성된다.

상기 양극판(21)은 우수한 다공성을 갖는 폼 니켈 기판을 집전체로 하여 활물질로 니켈수산화물을 충진한 것으로서, 일측에 활물질을 제거한 무지부를 형성시켜 니켈로 제작된 양극탭을 용접, 부착하여 완성된다.

또한 상기 양극판(21)과 전기화학적 반응을 하는 음극판(23)은 다수의 구멍이 형성된 금속판을 집전체로 하여 활물질로 수소저장합금을 충진한 것으로서, 상기 금속판은 절연성이 우수하므로 음극탭(27)과 일체로 하여 타발된 후, 상기 음극탭(27)에서 활물질을 제거하여 완성된다.

한편 상기 양극판(21)과 음극판(23)의 직접적인 접촉은 단락을 일으켜, 전지의 기능은 상실됨은 물론 폭발 등의 위험성마지 갖고 있으므로, 상기 양극판(21)과 음극판(23)을 격리시킬 필요가 있다.

따라서 상기 양극판(21)과 음극판(23)사이에는 세퍼레이터(25)가 개재되는 데, 상기 세퍼레이터(25)는 친수성이 우수한 폴리프로필렌 섬유로 이루어진다.

한편 상기 양극판(21)과 음극판(23)사이를 매개하여 전기화학적 반응을 유도하는 전해액은 칼륨수산화물 또는 나트륨수산화물을 주성분으로 하는 알칼리액이 사용된다.

상기 극판군에서 생성된 전기에너지는 상기 양극탭과 음극탭(27)을 통하여 양극단자(11) 및 음극단자(13)와 상기 두 단자를 지지 고정하는 커버 플레이트(15)로 구성된 캡어셈블리로 제공된다.

상기 음극단자(13)는 음극판(23)에서 생성된 잉여전하를 외부로 제공하는 역할을 하며, 상기 양극단자(11)는 상기 음극단자(13)와 전기적으로 연결된 외부로부터 음전하를 받아들여 상기 양극판(21)으로 전달하는 역할을 한다.

상기 양극단자(11)는 상기한 양극탭과의 연결을 원할히 하기 위해 그 저부에 양극접편을 부착하여 상기 양극탭과 용접으로 결합되며, 상기한 음극단자(13) 역시 그 저부에 음극접편(29)을 부착하여 상기 음극탭(27)과 결합된다.

또한 상기 양극단자(11)와 음극단자(13)는 상기 커버 플레이트(15)와의 절연성과 밀착성을 개선하기 위하여 절연성 및 탄성을 갖는 가스킷(12)을 개재하여 상기 커버 플레이트(15)에 지지 고정되는 것이 바람직하다.

한편 상기한 캡어셈블리와 연결된 극판군과 상기 극판군의 전기화학적 반응에 매개물이 되는 전해액은 휴대용 전원으로서 갖추어야 할 요건, 즉, 전해액의 누출과 극판군손상의 방지 및 외부의 요인으로부터 전지에 미치는 영향의 최소화 그리고 점점 경량화되어 가는 코드리스 기기의 요구 등을 고려하여 밀폐 보존되어야 한다.

이를 위하여 상기 극판군과 전해액은 경량성밀폐보존수단에 의하여 보존되며, 상기 경량성밀폐보존수단은 상기한 캡어셈블리와 결합하여 상기 극판군과 전해액을 밀폐한다.

본 실시예에서는 상기 경량성밀폐보존수단으로 알루미늄합금으로 이루어진 캔(31)이 사용되며, 본 실시예에서는 상기 캔(31)으로 알루미늄과 망간이 혼합된 알루미늄합금이 사용되지만, 다른 실시예에서는 상기 캔으로 알루미늄과 니켈, 또는 알루미늄과 마그네슘이 혼합된 알루미늄합금이 사용될 수도 있다.

그런데 상기 알루미늄합금은 알칼리에는 취약한 특성이 있으므로, 상기 전해액으로 사용된 알칼리액에 의하여 부식 및 침식의 일어날 우려가 있다.

따라서 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 캔(31)의 내측면에서 내식성강화수단이 제공되는 데, 상기 내식성강화수단은 산 및 알칼리에 강한 합성수지를 이용하여 상기 캔(31)의 내측면에 박막으로 입힌 코팅막(33)으로 이루어진다.

또한 다른 실시예에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 내측면은 물론 외측면에도 합성수지를 이용한 코팅막(33)을 형성시켜 캔(31)의 외부를 부식으로부터 방지토록 할 수도 있다.

그런데 상기한 바와 같이 구성되는 이차 전지(1)는 극판군의 전기화학적 반응에 의하여 가스가 발생하게 되고, 상기 가스에 의한 전지의 내압상승은 전지의 폭발 또는 전해액의 누출을 유도하는 등, 전지성능에 아무런 도움이 되지 않으므로, 상기 커버 플레이트(15)의 일측으로 전지의 내부와 연결된 가스배출장치(17)가 제공되는 것이 바람직하다.

상기 가스배출장치(17)는 상부와 하부에 각각 적어도 하나 이상의 구멍을 갖는 하우징과 상기 하우징의 내부에 고정 지지된 탄성부재로 구성되며, 상기 탄성부재는 가스로 인한 내압상승이 일정수준이상 도달하면 수축하여 상부에 형성된 구멍으로 가스를 배출하는 역할을 한다.

상기한 바와 같이 구성되는 이차 전지(1)는 상기 극판군과 상기 극판군의 전기화학적 반응을 매개하는 전해액의 작용으로 상기 음극판(23)은 잉여전하를 상기 음극탭(27)과 이 음극탭(27)에 전기적으로 연결된 음극접편(19)을 통해 음극단자(13)로 제공한다.

따라서 상기한 음극단자(13)는 외부회로에 접속되어 상기한 양극단자(11)로 잉여전하를 이동시키는 방전을 하게 되며, 또한 충전은 상기한 방전반응의 역으로 이루어진다.

상기한 충전은 극판군의 전기화학적 반응에 의하여 가스를 발생시키며, 이 가스가 전지내압을 일정 한도이상 상승시키면, 상기한 가스배출장치(17)의 탄성부재는 수축하여 가스를 외부로 배출케 한다.

또한 상기 알루미늄 합금으로 형성된 캔(31)은 전지무게의 경량화를 가능케 하여 단위무게당 에너지밀도를 증가시키며, 상기 캔(31)의 내측에 박막 형성된 코팅막(33)은 알칼리성의 전해액으로부터 캔(31)의 부식을 방지한다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 실용신안등록 청구의 범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 고안의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상기와 같은 이차 전지에 의하면, 극판군과 전해액을 보존하는 동시에 캡어셈블리와 결합하여 전지를 외부로부터 밀폐하는 캔을 경량의 알루미늄합금으로 형성시켜, 같은 에너지밀도를 갖는 다른 전지보다 적은 무게를 갖게 되어 점차 경량화 되어 가는 코드리스 기기의 선행 과제인 전지 경량화를 가능케 한다.

Claims (8)

1. 양극단자(11)와 음극단자(13)와 상기 양극단자(11)와 음극단자(13)가 지지 고정되는 커버 플레이트(15)로 구성된 캡어셈블리와; 상기 양극단자와 음극단자에 각각 전기적으로 연결되는 양극탭과 음극탭(27)을 갖은 양극판(21)과 음극판(23) 그리고 상기 양극판(21)과 음극판(23)을 격리시키는 세퍼레이터(25)로 구성된 극판군과; 상기 극판군과 상기 극판군의 전기화학적 반응의 매개물이 되는 전해액이 보존됨은 물론 상기 캡어셈블리의 커버 플레이트(15)와 결합하여 극판군을 밀폐하는 경량성밀폐보존수단을 포함하는 이차 전지.
2. 제1항에 있어서, 상기 경량성밀폐보존수단은 전지무게를 감량시킬 수 있는 경량의 알루미늄합금으로 형성된 캔(31)을 특징으로 하는 이차 전지.
3. 제2항에 있어서, 상기 알루미늄합금은 알루미늄과 망간 또는 알루미늄과 니켈 또는 알루미늄과 마그네슘으로 형성됨을 특징으로 하는 이차 전지.
4. 제1항에 있어서, 상기 경량성밀폐수단의 내측면 및 외측면으로는 상기 알칼리성을 갖는 전해액과 물 또는 공기 등의 외부요인으로부터 경량성밀폐보존수단을 보호하는 내식성강화수단이 제공됨을 특징으로 하는 이차 전지.
5. 제4항에 있어서, 상기 내식성강화수단은 부식 및 침식을 방지할 수 있는 박막의 합성수지 코팅막(33)을 특징으로 하는 이차 전지.
6. 제1항에 있어서, 상기 캡어셈블리의 커버 플레이트(15)에는 상기 극판군의 전기화학적 반응하는 가스와 상기 가스로 인한 내압의 상승을 해소하여 전해액의 누출 및 전지의 폭발을 방지할 수 있는 가스배출장치(17)가 설치됨을 특징으로 하는 이차 전지.
7. 제6항에 있어서, 상기 가스배출장치(17)는 전지 내부와 외부에 각각 적어도 하나 이상의 가스배출구가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되며, 상기 전지 내부에 형성된 가스배출구로부터 가스로 인한 소정의 내압을 받아 수축하여 상기 전지 외부에 형성된 가스배출구로 가스를 배기하는 탄성부재로 구성됨을 특징으로 하는 이차 전지.
8. 제1항에 있어서, 상기 양극단자(11)와 음극단자(13)는 상기 커버 플레이트(15)와의 절연성과 밀착성을 개선하기 위하여 절연성 및 탄성을 갖는 가스킷(12)을 개재하여 상기 커버 플레이트(15)에 지지 고정됨을 특징으로 하는 이차 전지.