KR19990022682A - 알칼라인 전기 화학적 셀용 격리판 - Google Patents

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루이스 페더릭 유리
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로버트 더블유. 웰시
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Abstract

전기 화학적 셀(10)은 한 단부에서 밀폐되고 다른 단부에서 개방된 튜브형 모양을 가지는 제 1 활성 전극 재료(8), 튜브형 모양의 제 1 활성 전극 제료의 공동내에 배치된 제 2 활성 전극 재료(20), 상기 공동의 측벽과 상기 제 2 활성 전극 재료 사이에 배치된 말려진 격리판(24), 상기 공동의 밀폐 단부와 상기 제 2 활성 전극 재료 사이에 배치된 절연체 디스크(26)를 포함한다. 상기 말려진 격리판과 절연체 디스크는 상기 공동 벽과 상기 공동내에 배치된 제 2 활성 전극 재료 사이에 연속적 전기적이고 물리적인 배리어를 제공하는 라이너를 제공하도록 협동한다. 상기 셀은 전극 사이의 이온 대량 전달에 유용한 영역을 최대화하면서 격리판과 절연체 디스크에 의해 차지되는 공간을 최소화하는 간단한 디자인을 사용하고, 그결과 더 큰 셀 효율성과 개선된 성능 특성이 달성된다.

Description

알칼라인 전기 화학적 셀용 격리판
알칼라인 셀은 전형적으로 망간 이산화물과 같은 산화 탈분극제로 이루어진 고체 캐소드와 같은 제 1 액티브 전극 재료, 및 겔 작용자와 알칼라인 전해질과 혼합된 아연과 같은 소모성 애노드 재료로 이루어진 애노드 겔과 같은 제 2 액티브 전극 재료로 구성된다. 제 1 액티브 전극 재료는 일반적으로 한 단부가 밀폐되고 다른 단부가 개방되는 중앙 실린더 공동을 가지는 튜브형 구조로 형성된다. 제 2 액티브 전극 재료는 일반적으로 제 1 액티브 전극 재료의 공동내의 대부분 공간을 차지한다. 흡수성, 이온 투과성 격리판 재료는 2개의 전극 재료 사이의 접촉을 방지하도록 공동을 라이닝한다. 라이닝 또는 격리판은 일반적으로 2개의 전극 재료의 미립자가 통과하는 것을 충분히 방지하도록 비흡수성이지만, 여전히 전해질내의 이온이 하나의 전극 재료(이를테면, 애노드 겔)로부터 다른 전극 재료(이를테면, 산화물 탈분극제를 포함하는 캐소드 혼합물)로 통과하기에 충분한 흡수성이고 투과성인 종이같은 재료이다. 또한 격리판은 전자가 직접 하나의 전극 재료로부터 다른 전극 재료로 통과하는 것을 방지하는 전기적 절연체이어야 한다. 이전의 요구에 부가적으로, 일반적으로 격리판과 다른 불활성 재료가 차지하는 부피의 양을 최소화하여 최대량의 공간이 활성 전극 재료에 의해 차지되도록 하는 것이 바람직하다. 또한 이온이 격리판을 통해 하나의 전극으로부터 다른 전극으로 이동하기에 유용한 영역을 최대화하고, 여전히 2개의 전극을 전기적이고 물리적으로 절연하면서 격리판의 두께를 최소화함으로써 이온 전달 저항을 최소화하는 것이 바람직하다. 이전의 목적은 일반적으로 개별적으로 제조된 셀 중에서 거의 성능과 신뢰성이 변동하지않고 대량 제조에 쉽고 상대적으로 값싼 단순한 디자인을 유지하면서 달성되어야 한다.
모든 요구된 목적에 부합하기 위해 알칼라인 셀은 전형적으로 제 1 전극 재료의 공동을 완전히 라이닝하는 바스켓같은 격리판을 형성하기 위해 포개지는 오버래핑 종이같은 재료의 다중 스트립으로 형성된 격리판을 가진다. 이런 타입의 디자인과 연관된 수개의 문제점과 단점이 있다. 바스켓같은 격리판은 일반적으로 제1 전극 재료에 있는 공동의 밀폐 단부내로 격리판 스트립의 중앙 영역을 보내기 위해 봉(rod)을 사용함으로써 형성된다. 이것은 때때로 제 1 전극 재료의 단편이 격리판내로 보내지고 부분적으로 격리판을 통과하도록 하여 쓸모없는 단락된 셀을 초래한다. 부가적으로, 이런 바스켓 형태 격리판은 소정 크기 셀의 활성 전극 재료에 유용한 공간의 양을 감소시키는 바스킷당 2개의 오버랩을 가진다. 대부분의 바스켓 타입 격리판이 갖는 다른 문제점은 제 1 전극 재료에 있는 공동의 밀폐 단부에 원치않는 주름 또는 귀모양의 것을 가진다는 것이다. 이런 원치않는 주름은 셀에 더 많은 전극 재료를 부가하는데 사용될 수 있는 공간을 차지한다는 것에 부가적으로 애노드 겔내의 아연 미립자와 같은 전극 재료가 스트립 사이의 경로를 통과하여 다른 전극 재료로 이동하여 결국 셀내에 전기적 단락을 초래한다는 것이다. 또한 바스켓 타입 격리판의 원치않는 주름 또는 귀 모양의 것은 공동내로 돌출할 수 있고 애노드 겔과 같은 전극 재료가 제 1 전극 재료의 공동내로 떨어지는 것을 방지하여 공동내에 침전되는 전극 재료가 공동의 상부 상에 돌출하도록 하고 전극 재료가 서로 직접 접촉하도록 한다. 미국 특허 번호 제5,154,731호는 일반적 바스켓 타입 격리판의 귀 모양의 것에 관련한 문제점을 해결하기 위해 그것의 중앙 영역에 노치(notch)를 가지는 2개의 완전 오버랩 격리판 스트립을 포함하는 격리판 장치를 제공한다. 그러나, 여전히 소정 크기 셀에서 활성 전극 재료를 위해 더 많은 공간을 제공하기 위하여 격리판 재료의 오버랩 양을 감소하는 것이 요구된다.
다른 알칼라인 셀 디자인은 제 2 전극 재료로부터 제 1 전극 재료를 절연하기 위해 제 1 전극 재료에 있는 밀폐 단부에 왁스 또는 플라스틱 같은 비투과성 단부 플러그를 가진다. 이런 디자인은 일반적으로 다중 덮개 또는 주름을 가지는 말려진(scrolled) 격리판이 사용되었다. 이런 디자인은 일반적 바스켓타입 격리판의 귀 모양의 것과 연관된 일부 문제점을 해결하지만, 여전히 마찬가지로 소정 크기 셀에 더 많은 활성 전해질 재료를 부가하는데 사용될 수 있는 상당한 양의 공간을 차지한다. 부가적으로, 비투과성 단부 플러그는 이온의 대량 전달에 유용한 영역을 감소시켜 방전 속도 용량과 셀 효율성을 감소시킨다.
많은 알칼라인 타입 셀이 갖는 다른 단점은 셀이 과다한 방전 속도를 겪게 될 때 격리판과 격리판에 바로 인접한 애노드 재료가 캐소드에서의 높은 속도의 수분 소비 때문에 건조될 것이라는 것이고, 그것은 낮은 이온 전달 속도를 고려할 때 빈약한 셀 성능을 초래할 수 있다. 따라서, 또한 격리판 습윤을 더 양호하게 유지할 수 있는 셀 디자인을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 전기 화학적 셀에 관한 것으로서, 이온이 통과하도록 하면서 제 1 액티브 전극 재료를 제 2 액티브 전극 재료로부터 전기적으로 절연하는 튜브형 격리판을 사용하는 알라칼라인 셀에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 각 단부에서 개방되는 튜브형 격리판에 의해 제 2 액티브 전극재료로부터 분리되는 제 1 액티브 전극 재료와 이온이 흐르도록 하면서 2개의 전극 재료 사이에 연속적인 전기적 절연 배리어를 제공하기 위하여 격리판 튜브의 한 단부를 밀폐하는 디스크형 격리판을 가지는 전기 화학적 셀에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 알칼라인 셀의 단면도.
도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ에 따른 단면도.
본 발명은 둘다의 단부에서 개방되는 말려진 실린더형 격리판, 제 1 전극 재료의 중앙 공동내에 배치된 제 2 전극 재료로부터 제 1 전극 재료를 전기적으로 물리적으로 절연하는 연속적인 배리어를 제공하기 위해 실린더형 격리판의 한 단부를 차단하는 절연용 디스크를 포함하는 2개의 부분 격리판 시스템을 사용하는 간단한 전기 화학적 셀 디자인을 제공한다. 본 발명의 셀은 다른 셀 중에서도 특히 성능 변화가 거의없이 대량 제조하기 쉽고 값싸다. 상기 셀은 전극 사이의 이온 흐름 경로를 최소화하고 다른 전극 재료의 실린더형 공동내에 배치된 전극 재료와 거기에 배치되는 다른 전극 재료 사이의 이온 대량 전달을 위한 영역을 최대화함으로써 낮은 이온 전달 저항을 제공하여 개선된 셀 효율성과 더 높은 방전 속도 용량을 제공한다. 또한 상기 셀은 일반적 격리판 보다 적은 부피를 차지하는 격리판 시스템을 사용하고, 그결과 더 많은 공간이 활성 전극 재료에 대해 전용되도록 하여 더높은 에너지 용량이 소정 크기 셀에 대해 달성될 수 있다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 전기 화학적 셀은 제 1 활성 전극 재료의 중앙 공동내에 배치되는 제 2 활성 전극 재료를 갖는 제 1 및 제 2 활성 전극 재료를 포함한다. 전해질 흡수성의 이온 투과성 말려진 격리판은 상기 공동의 내부 벽과 상기 제 2 활성 전극 재료 사이에 배치되며, 전해질 흡수성의 이온 투과성 절연체 디스크는 제 1 활성 전극내에서 상기 제 1 활성 전극의 밀폐 단부와 상기 제 2 활성 전극 사이에 배치된다. 상기 말려진 격리판과 절연체 디스크는 이온이 그사이로 흐르도록 서로로부터 전극 재료를 전기적이고 물리적으로 절연하는 연속적 배리어를 제공하도록 협력한다.
본 발명을 실행하는 바람직한 모드에 따르면, 상기 격리판은 맞은편 에지가 서로 모여져 오버랩하도록 감겨지는 단일 시트의 흡수성 이온 투과성 격리판 재료로 구성된다. 오버랩 정도는 바람직하게 격리판에 의해 차지되는 부피를 감소하고 전극 재료 사이의 이온 전달 경로를 최소화하도록 최소로 유지된다. 바람직하게, 상기 오버랩은 약 3 밀리미터 미만이다.
상기 격리판 재료는 바람직하게 약 2 내지 약 10 밀(mils) 두께이며, 상기 절연체 디스크는 바람직하게 약 10 내지 100 밀 두께인데, 상기 디스크 직경은 상기 격리판과 디스크가 인터페이스 타입 끼워맞춤에 의해 공동내에 유지되도록 바람직하게 격리판 재료의 두께 2배보다 적고 상기 제 1 활성 전극 재료내의 공동의 직경 보다 약간 더 크다. 상기 절연체 디스크는 바람직하게 상기 셀의 상당한 방전 동안 적소에 격리판을 유지하고 격리판 습기를 유지하는 것을 보조하도록 격리판 벽보다 더 두껍다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전기 화학적 셀에 전기적으로 접속되는 양극 단자를 갖는 실린더형 케이스, 중앙 공동을 가지고 상기 케이스에 배치되는 고체 캐소드, 및 상기 중앙 공동의 내부 벽과 상기 애노드 겔 사이에 배치된 이온 투과성의 말려진 격리판을 가지는 전기 화학적 셀이 제공된다. 또한 상기 캐소드의 공동내에 배치된 것은 이온 투과성 절연체 디스크이다. 상기 절연체 디스크는 상기 캐소드와 상기 애노드 겔 사이의 캐소드에 있는 공동의 밀폐 단부 또는 하부에 위치된다. 상기 격리판과 디스크는 이온이 하나의 전극으로부터 다른 전극으로 전달되는 것을 허용하면서 전극 사이에 연속적 배리어를 제공하도록 협력한다. 또한 상기 셀은 음극 단자와 애노드 겔과 음극 단자 사이의 전기적 접속을 제공하는 컬렉터 봉을 포함한다.
또한 전기 화학적 셀 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은 실린더형 케이스내에 캐소드 혼합물을 배치하는 단계, 상기 캐소드 혼합물내에 중앙 공동을 형성하는 단계, 상기 공동을 완전히 라이닝하기 위해 상기 공동내에 말려진 격리판과 절연체 디스크를 삽입하는 단계, 및 상기 라이닝된 공동을 애노드 겔로 채우는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법은 상기 덮개의 개방 단부를 밀봉 어셈블리로 밀폐하는 단계와, 음극 단자 및 상기 애노드 겔과 상기 음극 단자 사이에 전기적 접속을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 확실히 대량 제조하기에 더 간단하고 더 쉬운 견실한 고성능 특성을 갖는 셀 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 셀은 일반적 알칼라인 셀 보다 격리판을 위한 부피를 덜 사용하며, 더 낮은 이온 전달 저항을 제공하여 더 큰 에너지 용량, 더 높은 방전 속도 용량 및 더 나은 셀 효율성을 초래한다.
도면, 특히 도 1를 참조하면, 단부 벽(13)을 가지는 실린더형 전기적 도전 케이스(12), 상기 케이스 벽(13)에 전기적으로 접속되는 양극 단자(14), 음극 단자(16), 밀폐된 단부 튜브형 구조를 가지는 고체 캐소드(18), 상기 밀폐된 단부 튜브형 캐소드의 중앙 공동에 배치된 애노드 겔(20), 및 상기 애노드 겔내에 부분적으로 돌출하고 상기 음극 단자와 전기적으로 접촉하는 컬렉터 봉(22)을 가지는 전기 화학적 셀(10)이 도시되어 있다. 상기 고체 캐소드(18)와 상기 애노드 겔(20) 사이에 배치된 것은 하단부에서 개방되는 실린더형, 튜브형 또는 말려진 구조를 형성하기 위해 감겨지는 종이같은 재료로 구성되는 격리판(24)이다. 상기 격리판(24)은 동시에 이온이 전극 사이로 흐르도록 하면서 상기 캐소드(18)로부터 상기 애노드(20)를 전기적으로 절연한다. 또한 종이같은 재료로 구성될 수 있는 절연체 디스크(26)는 상기 캐소드(18)의 중앙 공동 상부의 밀폐된 단부, 및 중앙 공동에 배치된 상기 애노드 겔(20) 사이에 배치된다. 상기 절연체 디스크(26)는 이온이 상기 격리판과 상기 절연체 디스크 둘다를 통해 전극 사이로 흐르도록 하면서 튜브형 캐소드(18)의 밀폐된 단부에 있는 중앙 공동의 내부 표면 사이에 연속적 절연 배리어를 제공하도록 상기 격리판(24), 및 상기 애노드 겔(20)과 협동한다. 상기 격리판과 절연체 디스크를 설명하는데 사용된 용어 전기적 절연 배리어는 상기 격리판과 절연체 디스크가 전자를 전도할 수 없다는 것을 의미한다. 상기 격리판과 절연체 디스크를 설명하는데 사용된 용어 이온 투과성은 격리판과 절연체 디스크가 전해질로 젖게 될 때 이온이 통과하도록 할 것이라는 것을 의미한다. 상기 튜브형 캐소드(18)의 외부벽은 실질적으로 상기 도전 케이스(12)의 내부벽과 연속적으로 전기적으로 접촉한다. 또한 상기 셀(10)은 음극 단자로부터 케이스를 전기적으로 절연하면서 셀의 음극 단부에 밀봉된 밀폐체를 형성하기 위해 음극 단자(16)와 조합하여 기능하는 절연 밀봉 부재(28)를 포함한다.
상기 케이스(12), 단자(14, 16), 전극(18, 20), 컬렉터 봉(22) 및 절연 밀봉 부재(28)는 일반적으로 임의 적당한 타입, 이를테면 전기 화학적 셀의 준비에 속하는 종래 기술에 공지되어 있는 임의의 여러 디자인으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기케이스(12)와 단자는 강철 또는 니켈과 같은 캐소드 재료에 의해 손상되지않는 여러가지의 상당한 전기적 도전 재료로 제조될 수 있다. 상기 케이스와 단자를 위해 바람직한 재료는 니켈 도금된 강철이다. 상기 캐소드는 주로 일반적으로 카본 블랙, 흑연, 아세틸렌 블랙등과 같은 도전성 재료의 미립자와 혼합되는 가루로된 망간 이산화물과 같은 산화물 분극제로 이루어질 수 있다. 상기 애노드 겔은 폴리아크릴산 또는 카르복시메틸 셀룰로오스와 같은 겔 작용자와 혼합되는 가루로된 아연 및 수성 칼륨 또는 나트륨 수산화물 용액과 같은 적당한 알칼라인 전해질과 같은 소모성 애노드 재료로 구성될 수 있다. 일반적으로 스파이크 또는 못 형태를 가지는 상기 컬렉터 봉(22)은 상기 애노드 겔(20)과 음극 단자(16) 사이에 전기적 도전성 접속을 제공한다. 상기 컬렉터 봉(22)은 애노드 겔에 의한, 특히 그것의 알칼라인 전해질에 의한 화학적 손상에 적당히 저항하는 일반적인 임의 전기적 도전성 재료로 구성될 수 있다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 컬렉터는 인듐 도금된 황동이다.
상기 격리판(24)은 셀룰로오스 섬유, 여러 열가소성 섬유 및 이들의 조합물을 포함하는 임의 여러가지 종이같은 짜여지거나 짜여지지않은(woven or nonwoven), 합성 또는 자연적, 전기적 절연 섬유 재료의 시트 또는 매트로 이루어질 수 있다. 바람직한 격리판 재료는 비닐 섬유, 크라프트 종이, 알파 셀룰로오스 종이, 메틸 셀룰로오스 필름, 폴리비닐 알콜, 비닐 아세테이트와 비닐 염화물의 공중합체, 레이온, 나일론, 및 이들의 혼합물의 매트로 적층된 셀룰로오스 섬유 종이를 포함한다. 상기 격리판 재료는 전기적 절연성이 있어야하고 소모성 애노드 재료가 통과하도록 하여 셀의 단락을 초래하는 홀이 없어야 한다. 또한 상기 격리 재료는 전해질내의 이온이 통과하도록 충분히 흡수성이고 투과성이어야 한다. 바람직한 격리판은 Berec Co.로부터 입수가능한 종이로 적층된 셀로판으로 이루어진다.
상기 격리판(24)은 바람직하게 상기 캐소드(18)의 중앙 공동내로 삽입되는 개방 단부 실린더형 튜브를 형성하기 위해 대부분 격리판 재료의 일반적 직사각형 시트가 감겨짐으로써 준비된다. 상기 격리판 재료는 상당히 얇은데, 이를테면 약 2 내지 약 10밀, 더욱 바람직하게 약 2 내지 약 5밀이다. 바람직하게, 상기 격리판은 일반적으로 마주하는 에지에서 최소량의 오버랩(도 2에 도시된 바와 같이)을 갖는 단일층의 비교적 얇은 격리판 재료로 이루어지고, 상기 개방 단부 실린더형 튜브를 형성하기 위해 서로 모아진다. 특히, 개방 단부 실린도형 튜브 격리판(24)을 형성하는데 사용되는 격리판 재료 시트의 마주하는 에지에서의 오버랩 양은 일반적으로 셀이 쓸모없게되는 셀 단락을 초래하는 에지 사이의 갭이 없도록 하는데 필요한 최소 양이다. 고속의 대량 제조 방법을 위하여, 전형적으로 격리판 시트가 말려진(개방 단부 실린더 형태) 격리판)내에 감겨질될 때 약 1 밀리미터 미만으로부터 약 2 또는 3 밀리미터 미만의 오버랩을 가지고 서로 모여지는 마주하는 에지를 갖도록 격리판 시트를 절단하는 것이 바람직하다. 격리판(24)의 두께와 오버랩 양을 최소화함으로써, 이온 전달 저항은 더 낮아져서 개선된 방전 속도 용량이 달성될 수 있고, 소정 크기 셀내에서 혼합될 수 있는 애노드 재료의 양이 증가되어 더 높은 에너지 저장 용량이 달성될 수 있다.
상기 절연체 디스크(26)는 전해질내의 이온이 통과하도록 충분히 흡수성이고 투과성이지만, 소모성 애노드 재료가 그것을 통과하여 셀의 단락을 초래하는 것을 방지하기에 충분히 다공성이 아닌 전기적 절연 재료로 이루어진다. 상기 절연체 디스크(26)는 상기 격리판(24) 준비에 사용하기에 적당한 재료와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 특히, 짜여지거나 짜여지지않은, 합성 또는 자연 섬유, 및 이들의 화합물과 적층된 합성물로 이루어진 여러 종이같은 시트 재료가 사용될 수 있다. 부가적으로, 상기 절연체 디스크(26)는 스폰지같은 특성, 예를 들어 흡수성을 가지는 여러 개방 셀 플라스틱 폼(foam)으로부터 준비될 수 있다. 예를 들면, 폼폴리우레탄, 폼 폴리에틸렌, 및 폼 폴리프로필렌이 사용될 수 있다. 바람직하게 요구된 흡수성, 투과성 및 다공성이 아닌 특성을 가지는 종이 또는 스폰지같은 재료로부터 원형부를 절단 또는 펀칭함으로써 준비되는 상기 절연체디스크(26)는 바람직하게 상기 격리판(24)보다 더 두껍고, 그결과 상기 절연체 디스크(26)는 상기 튜브형 캐소드(18)의 밀폐 단부에 있는 캐소드 재료에 대해 견고히 상기 격리판(24)의 에지를 유지하는데 사용될 수 있다. 상기 절연체 디스크(26)가 적소에 상기 격리판을 유지하도록 할 적당한 최소 두께는 약 10 밀이다. 상기 절연체 디스크(26)는 마찬가지로 소정 크기 셀의 에너지 저장 능력을 증가하도록 셀내에 더 많은 애노드 재료를 주입하는데 사용될 수 있는 공간을 차지한다. 부가적으로, 상기 절연 디스크(26)의 두께는 셀의 효율성에 영향을 줄 것이고, 더 두꺼운 절연 디스크는 애노드 대 캐소드 표면적을 감소시켜 셀의 방전 속도 용량을 낮춘다. 따라서, 상기 절연체디스크(26)의 두께는 바람직하게 셀 효율성, 방전 용량 및 방전 속도에 대한 역효과를 최소화하도록 약100 밀이하로 유지된다.
상기절연체 디스크는 바람직하게 적소에 상기 격리판을 유지하는 것을 보조하도록 상기 격리판 보다 더 두껍다. 부가적으로, 비교적 두꺼운 절연체 디스크는 셀이 과방전 속도를 겪게 될 때 조차도 격리판 습윤을 유지하는 전해질 저장소로서 기능한다. 다시 말해서, 본 발명을 사용하여, 수분은 셀이 과다한 방전 속도를 겪게 될 때 조차 애노드와 캐소드 사이의 인테페이스가 습윤하게 유지되도록 하는 모세관 현상 또는 양초 심지 작용에 의해 상기 격리판을 통해 비교적 두꺼운 흡수성 절연체 디스크로부터 끌어 올려진다. 말려진 격리판과 전해질 저장소로서 기능하는 비교적 두꺼운 흡수성 절연체 디스크의 조합은 특히 비교적 높은 높이 대 직경비를 가지는 알칼라인 셀, 이를테면 AAA와 AAAA 타입 알칼라인 셀에 유용하다.
본 발명의 전기 화학적 셀은 적당한 셀 케이스(12)의 개방 단부(도 1에 도시된 셀 케이스의 하부)내에 캐소드 믹스(mix)을 배치하고, 캐소드 믹스의 중앙 공동 및 봉이 개방 단부와 밀폐 단부를 가지는 튜브형 캐소드(18)내에 있는 형태를 형성하기 위해 상기 캐소드 믹스를 충격 압출성형에 의해 프레싱하거나 캐소드 믹스내로 일반적 몰딩 봉을 삽입함으로써 제조될 수 있다. 유사한 형태의 캐소드는 개별적으로 링을 몰딩하고 이들을 케이스(12)내로 밀어넣음으로써 형성될 수 있다. 다음에 상기 말려진 격리판(24)은 말려진 격리판의 외부 표면이 캐소드(18)에 있는 중앙 공동의 내부 벽에 접촉하도록 중앙 공동내에 삽입된다. 상기 격리판(24)의 한 단부는 상기 튜브형 캐소드(18)의 밀폐 단부에 배치되고, 다른 단부는 바람직하게 상기 캐소드(18)의 개방 단부의 범위를 약간 넘어서 외부를 향해 연장한다. 다음에 상기 절연체 디스크(26)는 상기 캐소드의 중앙 공동내로 삽입되어 캐소드 공동의 밀폐 단부의 내부 표면에 인접한다. 상기 절연체 디스크(26)의 직경은 상기 격리판이 캐소드(18)내의 중앙 공동의 내부 벽에 대해 견고히 프레스될 때 바람직하게 인터페이스 끼워맞춤이 상기 말려진 격리판(24)의 내부 표면과 절연체 디스크 사이에 달성되도록 하는 크기를 가진다. 즉, 상기 절연체 디스크(26)의 직경은 바람직하게 캐소드(18)내의 중앙 공동보다 약간 더 큰 상기 격리판 벽의 두께 2배 미만, 바람직하게 중앙 공동의 직경 미만이고, 그결과 상기 격리판(24)은 상기 캐소드 공동의 밀폐 단부에 인접하게 배치된 격리판의 단부에 상기 캐소드(18)와 상기 절연체 디스크(26) 사이에 압착되어 상기 격리판은 상기 절연체 디스크(26)에 의해 유지되며, 상기 격리판과 상기 절연체 디스크는 캐소드의 라이닝된 중앙 공동내에 순차적으로 배치된 애노드 겔로부터 상기 캐소드(18)를 절연하는 연속적 라이너를 제공하도록 협동한다. 상기 애노드 겔(20)이 상기 캐소드의 라이닝된 중앙 공동내에 배치된 후, 절연 밀봉부(28), 음극 단자(16) 및 애노드 겔(20)내로 돌출하고 음극 단자(16)와 전기적으로 접촉하는 컬렉터 봉(22)을 포함하는 밀봉 어셈블리는 상기 케이스의 개방 단부를 밀봉하도록 고정된다. 상기 절연 겔(28)은 바람직하게 상기 케이스의 외부 에지가 상기 밀봉체(28)에 걸쳐 내부적으로 클리핑될 수 있도록 상기 케이스(12)의 개방 단부내에 단단히 끼워맞춤되고 상기 케이스의 개방 단부의 외부 에지의 약간 내부에 안착되는 플라스틱 디스크 형태의 부재이다. 또한 상기 케이스(12)는 주변 홈(30)을 형성하기 위해 내부적으로 다시 당겨질 수 있고, 상기 홈은 상기 클리핑된 에지와 함께 상기 케이스의 개방 단부에 밀봉체를 형성하기 위해 상기 밀봉체(28)를 단단히 유지한다.

Claims (27)

  1. 전기 화학적 셀에 있어서,
    내부 벽을 가지는 중앙 공동과 상기 중앙 공동에 대한 개구부에 마주하는 밀폐 단부를 구비하는 제 1 활성 전극 재료;
    상기 중앙 공동내에 배치된 제 2 활성 전극 재료;
    상기 전극 재료중 적어도 하나내에 포함되는 전해질;
    양단부에서 개방되고 상기 제 1 전극 재료의 중앙 공동의 내부 벽과 상기 제 2 활성 전극 재료 사이에 배치되는 전해질 흡수성의 실린더형 격리판; 및
    상기 밀폐 단부와 상기 제 2 활성 전극 재료 사이의 상기 제 1 활성 전극의 중앙 공동내에 배치된 전해질 흡수성 절연체 디스크를 포함하며,
    상가 말려진 격리판과 상기 절연체 디스크는 상기 제 1 활성 전극 재료와 상기 제 2 활성 전극 재료 사이에 연속적인 전기적 절연 배리어를 제공하도록 협동하고, 상기 배리어는 이온이 그것을 통해 상기 활성 전극 재료 중 하나로부터 다른 전극 재료로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 격리판은 흡수성, 이온 투과성, 짜여지거나 짜여지지않은 합성 또는 자연, 전기적 절연 섬유 재료의 매트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 격리판은 셀룰로오스 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 격리판은 비닐 섬유, 크라프트 종이, 알파 셀룰로오스 종이, 메틸 셀룰로오스 필름, 폴리비닐 알콜, 비닐 아세테이트와 비닐 염화물의 공중합체, 레이온, 나일론, 또는 이들의 혼합물의 매트로 적층된 셀룰로오스 섬유의 매트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 격리판은 전기적 절연 섬유로부터 형성된 흡수성, 이온 투과성 재료의 시트로 이루어지고, 상기 시트는 개방 단부 실린더형 튜브를 형성하도록 감겨지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 시트는 약 2 내지 약 10 밀 두께인 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 격리판은 마주하는 단부와 약 3 밀리미터 미만 만큼 오버랩하여 감겨지는 단일 층의 상기 시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 절연체 디스크는 흡수성, 이온 투과성, 전기적 절연 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 절연체 디스크를 형성하는데 사용된 재료는 합성 또는 자연 섬유, 또는 폼 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 절연체 디스크는 약 10 내지 약 100 밀 두께인 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 절연체 디스크는 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 직경보다 더 큰 상기 격리판 두께의 2배 미만의 두께를 가지고, 그결과 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 밀폐 단부에 인접한 상기 격리판의 단부에서의 에지는 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 내부벽과 상기 절연체 디스크 사이에 압착되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  12. 전기 화학적 셀에 있어서,
    내부 벽을 가지는 실린더형 케이스;
    상기 케이스에 전기적으로 접속된 양극 단자;
    밀폐 단부와 개방 단부를 갖는 튜브형 구조를 가지고, 상기 실린더형 케이스의 상기 내부벽과 접촉하는 외부 벽을 가지는 고체 캐소드;
    전해질을 함유하고, 상기 튜브형 캐소드의 중앙 공동내에 배치된 애노드 겔;
    상기 튜브형 캐소드의 상기 중앙 공동의 내부 벽과 상기 애노드 겔 사이에 배치된 전해질 흡수성, 말려진 격리판;
    상기 고체 캐소드의 상기 중앙 공동내에, 상기 고체 캐소드의 밀폐 단부와 상기 애노드 겔 사이에 배치된 전해질 흡수성, 절연체 디스크;
    상기 애노드 겔내로 돌출하는 컬렉터 봉; 및
    상기 컬렉터 봉에 전기적으로 접속되고 상기 케이스로부터 전기적으로 절연되는 음극 단자를 포함하며,
    상기 말려진 격리판과 상기 절연체 디스크는 상기 고체 캐소드와 상기 애노드 겔 사이에 연속적 전기적 절연 배리어를 제공하도록 협동하고, 상기 배리어는 이온이 그사이로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 격리판과 상기 절연체 디스크는 각각 흡수성, 이온 투과성, 전기적 절연 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 격리판은 전기적 절연 섬유로부터 형성된 흡수성, 이온 투과성, 재료의 시트로 이루어지며, 상기 시트는 개방 단부 실린더형 튜브를 형성하도록 감겨지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 시트는 약 2 내지 약 10 밀 두께인 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 격리판은 마주하는 에지와 약 3 밀리미터 미만 만큼 오버랩하여 감겨지는 상기 시트의 단일층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 절연체 디스크를 형성하는데 사용된 상기 재료는 합성 또는 자연 섬유, 또는 폼 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 절연체 디스크는 약 10 내지 약 100 밀 두께인 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 절연체 디스크는 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 직경보다 더 큰 상기 격리판 두께의 2배 미만의 두께를 가지고, 그결과 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 밀폐 단부에 인접한 상기 격리판의 단부에서의 에지는 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 내부벽과 상기 절연체 디스크 사이에 압착되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀.
  20. 전기 화학적 셀 제조 방법에 있어서,
    양극 단자를 가지고 그것과 전기적으로 접촉하는 실린더형 케이스의 개방 단부내로 캐소드 믹스를 배치하는 단계;
    상기 캐소드 믹스내에 밀폐 단부를 갖는 중앙 공동을 형성하는 단계;
    개방 단부 실린더형 튜브를 형성하기 위해 감겨지는 흡수성, 이온 투과성 재료의 시트로 이루어지고 외부 표면이 상기 캐소드 혼합물의 상기 중앙 공동의 내부벽에 접촉하는 말려진 격리판을 상기 중앙 공동내에 삽입하는 단계;
    상기 절연체 디스크가 상기 중앙 공동내에 연속적 라이너를 형성하기 위해 상기 중앙 공동의 밀폐 단부의 내부 표면과 상기 격리판의 내부 표면에 인접하도록 상기 중앙 공동내에 흡수성, 이온 투과성 재료로 이루어진 절연체 디스크를 위치시키는 단계;
    상기 캐소드 믹스의 상기 라이닝된 중앙 공동내에 애노드 겔을 투여하는 단계;
    상기 케이스의 개방 단부를 밀봉 어셈블리로 밀폐하는 단계; 및
    상기 애노드 겔과 상기 음극 단자 사이에 음극 단자와 전기적 접속을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 말려진 격리판과 상기 절연 디스크는 상기 캐소드 혼합물과 상기 애노드 겔 사이에 연속적 전기적 절연 배리어를 제공하도록 협동하고, 상기 배리어는 이온이 그것을 통해 상기 애노드 겔로부터 상기 캐소드 믹스로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 격리판과 상기 절연체 디스크는 각각 흡수성, 이온 투과성, 전기적 절연 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 격리판은 전기적 절연 섬유로부터 형성된 흡수성, 이온 투과성 재료로 이루어지며, 상기 시트는 개방 단부 실린더형 튜브를 형성하도록 감겨지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 시트는 약 2 내지 10 밀 두께인 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 격리판은 마주하는 에지와 약 3 밀리미터 미만 만큼 중첩하여 감겨지는 상기 시트의 단일 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 절연체 디스크를 형성하는데 사용된 상기 재료는 합성 또는 자연 섬유, 또는 폼 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 절연체 디스크는 약 10 내지 약 100 밀 두께인 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 절연체 디스크는 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 직경보다 더 큰 상기 격리판 두께의 2배 미만의 두께를 가지고, 그결과 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 밀폐 단부에 인접한 상기 격리판의 단부에서의 에지는 상기 제 1 활성 전극 재료의 상기 중앙 공동의 내부벽과 상기 절연체 디스크 사이에 압착되는 것을 특징으로 하는 전기 화학적 셀 제조 방법.
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