KR19990082594A - 전지용 안전 밸브 소자 및 안전 밸브가 부착된 전지 케이스 캡 - Google Patents

Abstract

전지의 내부 압력을 방출하기 위해서, 규정된 압력, 특히 낮은 압력에서 전지용 안전 밸브 소자는 안전하고 정확하게 폭발할 수 있고 용이하게 제조될 수 있다. 그러한 안전 밸브 소자가 합체된 전지가 또한 개시되어 있다. 안전 밸브 소자는 관통 개공 (C) 을 갖는 금속 기판 (A) 과 개공 (C) 을 폐쇄하기 위해 기판 (A) 상에 제공된 금속 호일 (B) 을 포함한다. 안전 밸브 소자가 제공된 전지가 또한 개시되어 있다. 전지와 전지 케이스 캡이 금속 기판 (A) 에 관통 개공 (C) 을 형성하고, 금속 호일 (B) 을 금속 기판 (A) 에 압력 용접하고 나서 클래딩 재료를 전지 케이스 캡의 형태로 몰딩하여 제조된다. 그러한 케이스 캡을 사용하는 전지가 또한 개시되어 있다.

Description

전지용 안전 밸브 소자 및 안전 밸브가 부착된 전지 케이스 캡

전지의 음극상의 활성 재료로서 일반적으로, 리튬, 나트륨이나 칼륨등의 알칼리 금속을 사용하는 전지는 전지내 압력이 비정상적으로 상승될 때 종종 파열된다. 그러한 파열을 방지하기 위해서, 전지내의 압력이 과도하게 증가되는 경우에 외부로 압력을 방출할 수 있는 안전 밸브가 요구되고 따라서 다른 메카니즘을 갖는 다양한 안전 밸브가 제안되어 왔다. 심지어 전지가 우연히 파열되는 경우에라도, 전지의 깨어진 조각이나 내용물이 외부로 흩어지지 않고 인간의 신체에 어떠한 손상도 주지않는 전지를 확보하기 위해서, 전지는 30 ㎏f/㎠ 이하의 낮은 압력으로 작동되어야 한다.

음극의 활성 재료로서 알칼리 금속을 사용하는 드라이-셀 타입 전지는 높은 밀봉성을 갖도록 더욱 요구된다. 일본 공개공보 소 63-285859 호는 그러한 전지의 내부 압력을 외부로 방출할 수 있는 안전 밸브를 개시하였다. 이러한 전지에 있어서, 압연부의 두께가 원래 두께의 절반이 될 때 까지, 전지 용기의 측벽부는 프레스를 사용하여 냉간 압연에 의해 얇게 된다. 따라서, 내부 압력이 증가되고 미리 결정한 내부 압력에 도달하는 경우, 얇게된 측벽부가 파열되고 내부 압력이 외부로 방출된다.

30 ㎏f/㎠ 이하의 낮은 압력으로 내부 압력을 방출하기 위해서, 얇게된 측벽부가 상당히 얇아져야 한다. 따라서, 극도로 얇은 측벽부를 얻기 위해서 프레스 가공시, 미세하고 미소한 균열이 발생하며, 또한 한번 그러한 균열이 발생하면, 용기의 밀봉성이 나빠진다. 비록 얇게된 측벽부가 그러한 프레스 가공으로써 경화된다지만, 경화는 균일하게 발생하지 않는다. 따라서, 일본 특허 공개 공보 소 63-285859 호에 개시된 방출 밸브는, 심지어 얇게된 측벽부가 균일한 두께를 가지도록 프레스되는 경우에도, 얇게된 측벽부가 미리 결정된 압력에서 항상 파열되지 않는다는 결점을 가진다.

게다가, 비록 에칭 방법이 전지 용기의 측벽부를 얇게하도록 제안되었지만, 에칭 후 얇게된 측벽부의 두께를 제어하는 것은 매우 어렵고 얇게된 측벽부가 핀 홀되는 경향이 있다. 따라서, 모든 전지 용기의 얇게된 측벽부는 핀 홀의 존재를 감지하기 위해서 핀 홀 시험을 필요로 한다.

이러한 방식에 있어서, 상술한 방법으로써, 안전 밸브가 30 ㎏f/㎠ 이하의 낮은 압력으로 압력을 방출하도록 작동되는 조건하에서, 균일한 두께를 갖는 얇게된 측벽부를 제공하는 것은 매우 곤란하며, 압력 방출 공정에 대한 믿을만한 재생성이 이루어질 수 없다.

상술한 방법의 결점을 해결하기 위해서, 일본 특허 공개공보 헤이 5-314959 호는 관통 개공을 갖는 하나의 금속판과 다른 얇은 금속판이 상호 클래드되어 균일한 두께를 갖는 얇게된 측벽부를 만들고 그러한 방법은 30 ㎏f/㎠ 이하인 밸브 작동 압력을 제공하고 압력 방출 공정시 믿을만한 재생성을 가진다.

그러나, 이러한 방법에 있어서, 관통 금속판과 얇게된 금속판이 진공 가열로내에서 가열되고 압력하에서 상호 가열 밀봉되기 때문에, 이러한 금속판용 재료는 압력하에서 그러한 재료들이 가열 밀봉될 수 있는 조건에 맞아야 한다. 즉, 이러한 금속판용 재료는 녹는점등의 동일한 물리적 특성을 갖는 금속이나 동일 금속에 제한된다. 일본 공개공보 소 5-314959 호에서, 스테인레스 강, 철, 니켈등이 이러한 금속판용 재료로서 바람직하다고 제안되었다.

게다가, 균일한 접착 강도를 얻기 위해서 압력하에서 이러한 금속판을 가열하여 밀봉하기 위해, 이러한 금속판의 표면상에 형성된 산화막은 버핑 (buffing) 등에 의해 제거된 후 방법이 정교한 공정을 필요로 하고 촉진하도록 금속판이 약 1000 ℃ 의 고온으로 가열되어야 한다. 게다가, 이러한 금속판은 가공에 의해 경화시키도록 대개 냉간 압연에 의해 생산된다. 가공에 의해 경화된 상술한 금속판은 가열 밀봉시 압력하에서 고온으로 어닐링되어 이러한 금속판의 기계적 강도가 가열 밀봉 공정 전 및 후와 다르게 된다. 따라서, 가열 밀봉전 재료의 특성과, 가열 온도 및 가열 시간은 가열 공정후 일정한 금속판의 기계적 강도(내부 압력으로서 파열을 야기하는 한계 강도가 향상된다) 를 만들도록 엄격하게 제어되어야 한다.

발명의 요약

따라서, 본 발명의 목적은 낮은 압력 범위에서 미리 결정된 압력으로 정확하게 파열되고 용이하게 제조될 수 있는 안전 밸브 소자를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그러한 안전 밸브 소자가 제공된 전지 케이스 캡을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 그러한 안전 밸브 소자와 전지 케이스 캡을 합체한 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 안전 밸브 소자는 관통 개공이 제공된 금속 기판과 관통 개공을 폐쇄하기 위해서 금속 기판상에 적층된 금속 호일을 포함한다. 안전 밸브 소자는 복수의 관통 개공이 제공되는 것이 바람직할 수 있다. 금속 기판은 강판, 스테인레스 강판, 구리판 및 알루미늄판으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나로 만들어질 수 있다. 금속 호일은 강 호일, 스테인레스 강 호일, 구리 호일, 알루미늄 호일, 니켈 호일, 및 니켈-철 합금 호일로 이루어진 군으로부터 선택된 하나로 만들어질 수 있다.

안전 밸브 소자가 제공된 전지 케이스 캡은 금속 기판상에 관통 개공을 형성하는 것과, 관통 개공을 폐쇄하기 위해서 금속 기판에 금속 호일을 압력 용접(pressure welding) 하는 것과, 또한 케이스 캡 형상으로 금속 기판을 몰딩하여 생산되는 것이 바람직하다.

전지는 안전 밸브 소자 또는 상술한 안전 밸브가 제공된 전지 케이스 캡 중 하나가 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명은 특히 전지용 안전 밸브 소자와, 안전 밸브가 부착된 전지 케이스 캡 및 전지 밸브 소자와 전지 케이스 캡등을 사용하여 제조된 전지에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 전용 안전 밸브 소자의 개략적인 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 전지 케이스 캡에 안전 밸브 소자를 장착하는 방식을 도시한 개략적인 사시도.

도 3 은 합성 재료를 제조하는 방식을 도시한 개략적인 사시도.

도 4 는 합성 재료를 제조하는 방식을 도시한 개략적인 사시도.

안전 밸브 소자, 안전 밸브 소자가 장착된 전지 케이스 캡 및 본 발명에 따른 안전 밸브 소자 또는 전지 케이스 캡을 합체하는 전지가 첨부 도면과 결합하여 상세하게 이하 설명된다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 안전 밸브 소자 (D) 는 라미너 시이트 형상 구조이고 금속 기판 (A) 과 금속 기판상 (A) 에 설치된 금속 호일 (B) 로 만들어진다. 금속 호일 (B) 에 관통 개공 (C) 이 제공된다. 안전 밸브 소자 (D) 는 후에 설명될 합성 클래딩 재료 (19) 로부터 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 안전 밸브 소자 (D) 는 30 ㎏f/㎠ 이하의 압력으로, 또한 바람직하게는, 20 ㎏f/㎠ 이하의 압력으로 작동되도록 미리 결정된다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 사용된 금속 호일 (B) 은 금속의 종류에 대응하여 5 내지 50 ㎛ 의 두께를 가져야 한다. 금속 호일 (B) 의 두께가 5 ㎛ 미만인 경우에, 만약 안전 밸브 소자 (D) 가 안전 밸브로서 전지에 장착된다면, 작업 테이블상에 낙하되는 경우에 금속 호일 (B) 이 쉽사리 파열된다. 금속 호일 (B) 의 두께가 50 ㎛ 를 초과하는 경우에, 금속 호일이 심지어 낮은 파열 강도를 갖는 금속으로 만들어진 경우라도, 만약 안전 밸브 소자 (D) 가 안전 밸브로서 전지에 장착된다면, 금속 호일 (B) 은 30㎏f/㎠ 이하의 압력에서 파열되지 않고 30 ㎏f/㎠ 을 훨씬 초과하는 압력이 금속 호일 (B) 에 가해지는 경우에 파열된다. 따라서, 용기의 내부 압력으로서 용기가 파열될 때, 깨어진 조각들이 흩어지고 내용물이 바깥으로 업질러져서 인간의 신체에 해를 유발한다. 게다가, 그러한 두께의 금속 호일 (B) 을 갖는 안전 밸브 소자의 사용은 전지의 제조 비용의 관점에서 바람직하지 못하다.

금속 호일 (B) 이 전지의 안전 밸브 소자 (D) 로서 사용되는 경우에, 금속 호일 (B) 이 알칼리 전해 수용액에 대하여 양호한 내식성을 요구하기 때문에, 금속 호일 (B) 의 종류는 강 호일, 스테인레스 강 호일, 구리 호일, 알루미늄 호일, 니켈 호일 및 니켈-철 합금 호일이 바람직하다.

금속 호일 (B) 이 전지와 다른 용도로 사용되는 경우에, 금속 호일 (B) 이 용기에 충전된 내용물에 대하여 안정성을 나타내고, 어떠한 부식도 야기하지 않고 상당한 반응 가스량을 제조할 수 없다는 조건하에서 어떤 종류의 금속 호일 (B) 이 사용될 수 있다. 즉, 금속 호일 (B) 은 아연, 납, 황동, 청동, 인청동, 포금 (gun metal) 이나 모넬 금속과 같은 구리 합금, 또한 이미 언급된 재료를 제외한 두랄루민등의 알루미늄 합금으로 만들어질 수 있다.

비록 금속 호일 (B) 이 어떠한 공지 방법으로 제조된다 하더라도, 금속 호일 (B) 은 냉간 압연에 의해 스트립을 얇게 하거나 냉간 압연된 스트립을 더욱더 어닐링하여 일반적으로 제조된다.

금속 기판 (A) 용으로 사용된 금속 시이트의 두께가 비록 특별히 제한되는 것은 아니지만, 강도와 경제적인 면에서 또한 용기에 안전 소자를 용접하거나 콜킹 (calking) 을 촉진하기 위해서 금속 시이트의 두께는 대개 0.03 내지 0.50 ㎜ 이여야 하며 바람직하게는 0.05 내지 0.10 ㎜ 이여야 한다.

금속 기판 (A) 이 두 개의 금속 조각, 즉 금속 호일 (B) 및 금속 기판 (A) 으로 만들어진 안전 밸브 소자 (D) 용으로 사용되는 경우에, 만약 금속 기판 (A) 이 전해액의 알칼리 수용액과 직접 접촉한다면, 금속 기판 (A) 이 알칼리 전해 수용액에 대해서 양호한 내식성을 가지는 것이 요구되기 때문에 금속 기판 (A) 의 종류는 강판, 스테인레스 강판, 구리판, 니켈판 및 니켈-철 합금판이 바람직하다.

금속 기판 (A) 이 알칼리 수용액과 직접 접촉하지 않는 경우에, 금속 기판 (A) 이 알칼리 수용액에 대하여 양호한 내식성을 요구하지 않기 때문에, 금속 기판 (A) 이 용기에 충전된 내용물에 대하여 안정하고, 또한 전지의 수행능력이 약화되지 않으며, 또한 반응 가스가 상당한 양으로 발생되지 않는다는 조건하에서 어떤 금속판이 사용될 수 있다.

심지어 금속 호일 (B) 의 종류가 금속 기판 (A) 의 종류와 다른 경우라도 본 발명의 목적은 달성될 수 있다.

게다가, 비록 상술한 금속 기판 (A) 이, 일반적으로, 냉간 압연에 의해 얇게된 금속판이 금속 기판 (A) 으로서 직접 사용되거나 냉간 압연후 얇게된 금속판을 어닐링하여 제조된 금속판이 사용되는, 어떤 방법으로 제조될 수 있다.

금속 기판 (A) 은 하나 이상의 관통 개공 (C) 으로써 제공된다. 관통 개공 (C) 의 크기 및 형상은 안전 밸브 소자 (D) 가 장착된 용기의 크기 및 형상에 대응하여 다르다. 따라서, 관통 개공 (C) 의 크기 및 형상은 제한이 없다. 일반적으로, 관통 개공 (C) 은 1 내지 10 ㎜ 의 직경을 갖는 원형 형상이 바람직하다. 관통 개공 (C) 은 1 내지 10 ㎜ 의 종축 길이를 갖는 타원 형상이거나 상술한 원형 형상의 직경에 대응하는 대각선 길이를 갖는 다각형 형상일 수 있다.

관통 개공 (C) 의 형상은 소정의 폭을 갖는 직선 또는 곡선으로 된 슬릿과 같은 단면 라인 (section of a line) 일 수 있다.

관통 개공 (C) 의 형상은 상술한 모양의 몇가지 종류와 결합하는 기하학적 패턴일 수 있다.

관통 개공 (C) 은 펀칭 프레스에 의해서 제조된 냉간 압연된 적층판을 펀칭하여 형성된다.

복수의 관통 개공 (C) 이 금속 기판 (A) 내에 형성되는 경우에, 이러한 관통 개공 (C) 은 격자형 패턴이나 지그재그형 패턴등의 기하학적 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 관통 개공 간의 피치 또는 간격은 안전 밸브 부재의 크기의 관점에서 소정의 방식으로 결정된다. 비록 그러한 관통 개공을 형성하는 방식이 특히 제한되지 않는다 하더라도, 관통 개공은 펀칭 프레스로써 금속 기판 (A) 을 펀칭하는 종래 방식이나 에칭 방법으로 형성될 수 있다.

게다가, 하나의 전지용 안전 밸브 소자 (D) 가 복수의 관통 개공 (C) 으로써 제공될 수 있다. 안전 밸브 소자 (D) 는 금속 기판 (A) 의 양면상에 금속 호일 (B) 을 접착하여 또한 제조될 수 있다. 이러한 경우에, 금속 기판 (A) 의 다른 표면에 접착된 다른 금속 호일 (A) 이 깨어질 때 까지, 금속 기판 (A) 의 일 표면상에 접착된 하나의 금속 호일 (B) 이 깨어진다 하더라도, 안전 밸브의 기능은 보장된다.

도 2 에서, 전지 케이스 캡 (E) 에 안전 밸브 소자 (D) 를 장착하는 방식이 도시되었다. 전지 케이스 캡 (E) 은 미리 개공 (F) 으로써 제공되고 안전 밸브 소자 (D) 가 전지 케이스 캡 (E) 의 바닥에 장착된다. 안전 밸브 소자 (D) 의 외면이 레이저 빔에 의해 녹아지고 안전 밸브 소자 (D) 가 개공 (F) 을 밀봉하여 닫히게 하는 방식으로 전지 케이스 캡 (E) 에 용접된다.

상술한 바와 같이, 안전 밸브 소자 (D) 에 의해 전지의 일부 용기에 형성된 개공을 닫히게 하는 방식인 용접에 의해 전지용 안전 밸브 소자 (D) 가 장착된다지만, 보통의 금속 기판 (A) 의 두께보다 더 큰 두께를 갖는 금속 기판 (A) 으로부터 직접 전지 케이스 캡 (E) 을 형성하는 것이 가능하며, 여기에서, 관통 개공 (F) 은 금속 기판에서 형성되고, 그 후 금속 호일이 개공 (F) 을 닫히게 하기 위해서 금속 기판에 용접된 후 금속 기판이 전지 케이스 캡 (E) 에 몰드된다. 이러한 경우에, 금속 호일은 전지 케이스 캡 (E) 의 전체 바닥 표면을 지지한다.

예를 들면, 일본 특허 공개 공보 소 1-224184 에 설명된 방법에 의해, 관통 개공 (C) 이 제공된 금속 호일 (B) 및 금속 기판 (A) 이 진공 상태에서 냉간 압연에 의해 압력 용접된다.

도 3 및 도 4 에서, 냉간 압연을 이용하여 금속 호일 (20B) 및 금속 기판(20A) 을 압력 용접에 의해 합성 재료를 제조하는 장치가 부분적인 단면으로 도시되었다. 이러한 도면에 도시된 바와 같이, 언코일러 (3A, 3B) 로부터 각기 풀어진 금속 기판 (20A) 과 금속 호일 (20B) 이 에칭 챔버 (22) 쪽으로 돌출한 일부를 갖는 전극 롤 (6A, 6B) 주위에 감겨진 후 활성화되도록 스퍼터링 처리한다. 결과적으로, 금속 기판 (20A) 과 금속 호일 (20B) 이 진공 챔버 (1) 내에 장착된 압연 유니트 (2) 에 의해 냉간 압연되어, 다음에는, 코일러 (5) 주위에 감겨진 합성 재료 (19) 를 제조한다. 압연 유니트 (2) 는 롤을 하강시키기 위해 압연 감소 (rolling reduction) 장치 (18) 로써 제공된다. 진공 챔버 (1) 내의 진공 레벨은 크기가 큰 진공 펌프 (9) 에 의해 10^-3내지 10^-6의 범위로 유지된다.

합성 재료 (19) 의 제조에서, 마그네트론 스퍼터링 방법이 금속 호일 (20B) 과 금속 기판 (20A) 을 활성시키기 위해 사용되고 1 내지 50 MHz 의 주파수 범위를 갖는 고주파수 전력원이 스퍼터링용 전력원으로서 사용된다. 주파수가 1 MHz 미만인 경우에, 연속적인 에칭이 이루어지지 않기 때문에 고주파수 전력원이 안정한 글로우 방전을 보장하는 것은 곤란하지만, 반면에 주파수가 50 MHz 보다 큰 경우에, 전력 공급 시스템이 바람직하지 못하게 복잡하게 되기 때문에 고주파수 전력원은 진동하는 경향이 있다.

에칭 공정을 시작할 때, 예비적으로, 에칭 챔버 (22) 내의 진공 레벨이 진공 펌프 (공기 배출 펌프, 25) 에 의해 1 × 10^-4토르 미만으로 유지되도록 하고 아르곤 가스가 10^-1내지 10^-4토르의 진공 레벨을 갖는 아르곤 가스 분위기를 만들기 위해서 에칭 챔버 (22) 속으로 투입된다. 그 후, 고주파수 전류가 에칭 챔버 (22) 와 진공 챔버 (1) 사이에 공급되고, 플라즈마가 발생되고 금속 호일 (20B) 과 금속 기판 (20A) 의 표면 모두를 에칭시킨다.

아르곤 가스의 압력이 1 × 10^-4토르 미만인 경우에, 안정한 글로우 방전을 보장하는 것은 곤란하고 높은 이온 흐름이 얻어지지 않아서 고속 에칭이 곤란하다. 반면에, 아르곤 가스의 압력이 1 × 10^-1토르를 초과하는 경우에, 스퍼터링된 원자의 평균 자유 경로가 짧아져서 스퍼터링된 원자가 목표물에 다시 쏘아진 주파수가 증가된다. 즉, 에칭에 의해 금속 호일 및 금속 기판의 표면상에 형성된 산화물로부터 분리된 산소가 목표물에 다시 쏘아져서 표면 활성화 처리의 효율이 약화된다. 따라서, 에칭 챔버 (22) 내의 아르곤 가스의 압력은 10^-1내지 10^-4토르 범위내이여야 한다.

합성 재료 (19) 의 제조시 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여, 1000 옹스트롬/분 이상의 에칭 속도가 얻어져서 알루미늄과 티타늄상에 형성된 안정하고 두꺼운 산화막이 수 초내에 완전히 제거될 수 있다. 구리, 강, 스테인레스 강 및 비정질 금속의 표면상에 형성된 산화막은 수 초간의 에칭에 의해 깨끗한 표면을 나타낼 수 있다.

비록 진공 챔버 (1) 내의 낮은 진공 레벨이 금속 기판 (20A) 을 갖는 금속 호일 (20B) 의 용접 강도를 낮추지만, 이러한 진공 레벨이 여전히 충분한 용접 강도를 보장하기 때문에 진공 레벨의 허용가능한 하한치는 산업상 경제적인 관점에서 1 × 10^-1토르여야 하며, 반면에 상한치는 1 × 10^-3토르 이여야 한다.

게다가, 합성 재료 (19) 의 제조에서, 냉간 압연시 금속 호일 (20B) 과 금속 기판 (20A) 을 가열하는 것이 불필요하다. 즉, 냉간 압연에서, 심지어 롤 사이에서 금속을 꽉 잡는 시간동안 이러한 금속 (20A, 20B) 의 온도 (T) 가 실온으로 유지될 때 조차도 문제가 없다. 그러나, 만약 압연시 발생된 열에 의해 야기된 이러한 금속의 열팽창율의 차이를 감소시키고 냉각 후 이러한 금속 (20A, 20B) 의 수반하여 일어나는 변형을 감소시킬 관점으로 냉간 압연시 금속 호일 (20B) 및 금속 기판 (20A) 을 가열하는 것이 필요하다면, 가열의 상한치는 재결정화 어닐링의 출현과 이러한 금속 (20A, 20B) 사이의 용접 강도를 약화시키는 합금층이나 탄화물의 발생을 예방하기 위해서 바람직하게는 300 ℃ 이하의 범위이여야 한다.

금속 호일 (20B) 과 금속 기판 (20A) 을 냉간 압연할 때 압연 감소율은 바람직하게는 0.1 내지 30% 이여야 한다. 즉, 냉간 압연은 아래에 표현된 범위내의 압연 감소율로써 행해져야 한다.

0.1 ≤ R ≤ 30

여기에서, R = (T1 + T2 - TA) × 100 / (T1 + T2) (%)

T1 : 압력 용접전 금속 호일의 두께

T2 : 압력 용접전 금속 기판의 두께

TA : 냉간 압연후 합성 재료의 두께

R : 압연 감소율 (%)

압연 감소율의 하한치는 아래의 인자에 의해 결정된다. 즉, 비록 판의 표면이 첫눈에 평편한 것으로 보이지만, 현미경상으로는 많은 미세하거나 미소한 요철 또는 톱니모양이고 만약 압력이 종래의 냉간 압연 용접법하에서 금속에 가해진다면 금속은 매우 불충분한 접촉 영역으로써 상호 접촉하고, 심지어 이러한 금속의 표면이 충분히 활성될지라도 강한 용접이 이루어질 수 없다. 따라서, 종래의 냉간 압연 용접 방법에서, 이러한 금속의 표면상의 산화막이 높은 압연 감소율을 갖는 냉간 압연에 의해 소성 흐름되어 금속의 표면이 부분적으로 활성되고 접촉 영역이 증가된 후 금속이 상호 용접된다. 그러한 방법에서, 금속의 표면이 전적으로 평편한 것을 필요로하는 것은 아니다. 즉, 금속 기판이 임시로 적당한 거칠기로 마무리된 후 평편하고 부드러운 표면을 만들기 위해서 높은 압연 감소율로써 냉간 압연된다.

반면에, 합성 재료 (19) 를 제조하는 방법에 의해 금속 호일 (20B) 및 금속 기판 (20A) 의 표면을 정제함에 있어, 어떠한 새로운 요철이나 톱니모양이 금속 호일 (20B) 및 금속 기판 (20A) 의 표면상에 형성되지 않는다. 그런 후, 금속 호일 (20B) 및 금속 기판 (20A) 이 압력 용접전에 행해지는 마무리 압연시에 표면 평탄을 유지할 때 압력 용접될 수 있다. 따라서, 심지어 작은 압력하에서도, 충분한 접촉 영역이 얻어지고 금속 결합이 안정하게 접촉부에서 발생하여 강한 접착 강도가 심지어 작은 압연 감소율로도 얻어진다.

판을 냉간 압연 및 마무리 압연시키고 일 압연 단계시 정련 압연시키는 경우를 고려하면, 압연 감소율의 상한치는 30% 로 결정된다. 압연 감소율이 30%를 초과하는 것은 바람직하지 못한데, 왜냐하면 그러한 압연율이 고난도의 작업을 유발하기 때문이다. 압연 롤 대신에 냉간 압연시, 금속 기판 (20A) 및 금속 호일 (20B) 을 압력 용접하는 동안, 일면에 평편한 블록이 제공되거나 양면에 평편한 블록이 제공된 프레스와 같은 가압화 (pressurize) 메카니즘이 사용될 수 있다.

본 발명은 아래의 소정의 실시예를 결합하여 더욱 설명된다.

실시예 1

3 ㎜ 의 직경을 갖는 다수의 원형 관통 개공이 펀칭 프레스에 의해 격자 패턴내에 90 ㎛ 의 두께를 갖는 냉간 압연된 강판상에 형성되는데, 여기에서, 개공간의 피치가 10 ㎜ 로 결정된다. 2 ㎛ 의 두께를 갖는 니켈 도금이 금속 기판을 제조하기 위해서 와트 욕조에 의해 관통 강판의 양 표면에 적용된다.

이러한 금속 기판 및 30 ㎛ 의 두께를 갖는 알루미늄 호일이 5 × 10^-3토르의 진공 레벨을 갖는 아르곤 가스 분위기의 진공 챔버속으로 삽입되어, 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 금속 기판의 일 표면상에 약 500 옹스트롬의 에칭과 그에 대응하는 알루미늄 호일의 일 표면상에 약 2000 옹스트롬의 에칭을 제공한다. 그 후, 금속 기판과 알루미늄 호일은, 그들의 에치된 표면이 상호 접촉하고 120 ℃ 의 온도에서 3% 의 압연 감소율로써 냉간 압연에 의해 가압 용접하여 합성 재료를 제조하는 방식으로, 적층판으로 만들어 진다. 다수의 전지용 안전 밸브 소자가 합성 재료로부터 펀치되고, 각각의 밸브 소자는 10.5 ㎜ 의 종축 길이와 7.5 ㎜ 의 측면 길이를 갖는 직사각 형상이고 그것의 중심에 원형 개공이 제공된다.

전지용 각각의 밸브 소자의 외면은 레이저 빔에 의해 녹아지고 밸브 소자가 압력 용기내에 형성된 관통 개공을 밀봉하여 닫히게 하는 방식으로 강으로 만들어진 압력 용기에 용접된다.

그런 후, 강으로 만들어진 압력 용기의 에지부가, 압력 게이지와 강으로 만들어진 압력 용기의 내면을 가압화하여 공기 콤프레서와 접촉한다. 강으로 만들어진 압력 용기의 내부 압력은 14 ㎏f/㎠ 에 도달하고, 전지용 안전 밸브 소자의 알루미늄 호일이 파열된다.

그런 후, 몇 개의 전지용 안전 밸브 소자가 동일한 방식으로 제조되고 각각의 알루미늄 호일상에 파열을 야기하는 압력이 각각 측정된다. 압력 시험은, 모든 전지용 안전 밸브 소자의 알루미늄 호일이 12 내지 18 ㎏f/㎠ 의 안정한 압력 범위내로 떨어진 압력에서 파열된다는 것을 보여준다.

비교 실시예 1

알루미늄판의 일면이 예비적으로 0.2 ㎜ 의 두께로 압연되고, 원형부의 남아있는 두께가 약 30 ㎛ 될 때 까지 0.1 ㎜ 의 간격으로써의 절반의 에칭이 3 ㎜ 의 직경을 갖는 각각의 복수의 원형부에 제공된다. 절반이 에치된 원형부가 제공된 복수의 안전 밸브가 실시예 1 과 동일한 방식으로 알루미늄판을 펀칭하여 제조된다. 이러한 안전 밸브 소자는 실시예 1 과 동일한 방식으로 강으로 만들어진 압력 용기에 밀봉하여 용접된다. 그 후, 강으로 만들어진 압력 용기가 실시예 1 과 동일한 방식으로 가압화된다. 안전 밸브 소자의 절반이 에치된 부분은 6 내지 24 ㎏f/㎠ 의 상대적으로 넓은 범위에서 파열된다.

실시예 2

3 ㎜ 의 직경을 갖는 다수의 원형 관통 개공이 펀칭 프레스에 의해 격자 패턴내에 60 ㎛ 의 두께를 가지고 냉간 압연에 의해 압연된 스테인레스 강판상에 형성되는데, 여기에서, 개공간의 피치가 10.5 ㎜ 로 결정된다. 이러한 관통 냉간 압연 스테인레스 강판 및 10 ㎛ 의 두께를 갖는 니켈 호일이 1 × 10^-2토르의 진공 레벨을 갖는 아르곤 가스 분위기의 진공 챔버속으로 삽입되어 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 냉간 압연되어 관통된 스테인레스 강판의 일 표면상에 약 500 옹스트롬의 에칭과 그에 대응하는 니켈 호일의 일 표면상에 약 500 옹스트롬의 에칭을 제공한다. 그 후, 냉간 압연되어 관통된 스테인레스 강판과 니켈 호일의 에치된 표면은 실온에서 0.5% 의 압연 감소율로써 냉간 압연에 의해 가압 용접되어 합성 재료를 제조한다. 7 개의 전지용 안전 밸브 소자가 합성 재료로부터 펀치되고, 각각의 밸브 소자는 10.5 ㎜ 의 종축 길이와 7.5 ㎜ 의 측면 폭을 갖는 직사각 형상이고 그것의 중심에 원형 개공이 제공된다.

이러한 전지용 밸브 소자는 실시예 1 과 동일한 방식으로 강으로 만들어진 압력 용기에 밀봉하여 용접된다. 그런 후, 강으로 만들어진 압력 용기의 내면이 실시예 1 과 동일한 방식으로 가압화되고, 결과적으로, 7 개의 전지용 안전 밸브 소자의 니켈 호일이 13 내지 17 ㎏f/㎠ 의 안정한 압력 범위에서 파열된다.

비교 실시예 2

압연에 의해 제조되고 0.1 ㎜ 의 두께를 가지는 얇게된 니켈판의 일면상에, 3 ㎜ 의 직경을 갖는 복수의 원형 덴트 (dent) 가 약 10.5 ㎜ 의 간격을 갖는 격자 패턴내에 형성되며, 각 덴트는 약 10 ㎛ 의 잔존 판 두께를 가진다. 중심부에서 원형 덴트를 각각 갖는 7 개의 전지용 안전 밸브 소자가 실시예 1 과 동일한 방식으로 제조된다.

이러한 전지용 밸브 소자는 실시예 1 과 동일한 방식으로 강으로 만들어진 압력 용기에 밀봉하여 용접된다. 그 후, 각각 강으로 만들어진 압력 용기의 내면이 실시예 1 과 동일한 방식으로 가압화되며, 또한 결과적으로, 내부 압력이 상승하지 않도록 3 개의 전지용 밸브 소자가 프레스 작업시 이미 미소 또는 미세한 균열을 가지는 반면에, 나머지 4 개의 전지용 안전 밸브 소자가 8 내지 33 ㎏f/㎠ 의 넓은 범위내로 떨어지는 압력에서 그들의 덴트를 파열한다.

실시예 3

3 ㎜ 의 직경을 갖는 다수의 원형 관통 개공이 펀칭 프레스에 의해 지그재그 패턴내에 90 ㎛ 의 두께를 갖는 냉간 압연된 강판상에 형성되는데, 여기에서, 개공간의 피치가 10.5 ㎜ 로 결정된다. 2 ㎛ 의 두께를 갖는 니켈 도금이 실시예 1 과 동일한 방식으로 냉간 압연된 강판의 양 표면에 적용된다.

니켈 도금되어 관통된 강판 및 10 ㎛ 의 두께를 갖는 구리 호일이 2 × 10^-3토르의 진공 레벨을 갖는 아르곤 가스 분위기의 진공 챔버속으로 삽입되어 마그네트론 스퍼터링 방법에 의해 니켈 도금된 강판의 일 표면상에 약 500 옹스트롬의 에칭과 그에 대응하는 구리 호일의 일 표면상에 약 500 옹스트롬의 에칭을 제공한다. 그 후, 구리 도금된 강판 및 구리 호일의 에치된 표면은 실온에서 0.3% 의 압연 감소율로써 냉간 압연에 의해 가압 용접되고 적층되어 합성 재료를 제조한다. 7 개의 전지용 안전 밸브 소자가 합성 재료로부터 펀치되고, 각각의 밸브 소자는 10.5 ㎜ 의 직경을 갖는 원형 형상이고 그것의 중심에 원형 개공이 제공된다.

이러한 전지용 안전 밸브 소자는 실시예 1 과 동일한 방식으로 강으로 만들어진 압력 용기에 밀봉하여 용접된다. 그런 후, 강으로 만들어진 압력 용기의 내면이 실시예 1 과 동일한 방식으로 가압화되고, 결과적으로, 안전 밸브 소자의 구리 호일이 10 내지 15 ㎏f/㎠ 의 안정한 압력 범위에서 파열된다.

비교 실시예 3

실시예 3 과 동일한 방식으로 제조된 니켈 도금된 강판에서, 다수의 원형 개공이 실시예 3 과 동일한 방식으로 지그재그 패턴내에 형성된다. 실시예 3 과 유사한 니켈 도금된 강판과 구리 호일이 1000 ℃ 의 온도에서 진공 가열로내의 압력하에서 적층되어 가열 밀봉된다. 중심부에서 원형 덴트를 각각 갖는 7 개의 안전 밸브 소자가 이러한 적층판으로부터 제조된다. 이러한 안전 밸브 소자를 강으로 만들어진 압력 용기에 밀봉하여 용접한 후, 각각 강으로 만들어진 압력 용기의 내면이 가압화되며, 또한 결과적으로, 이러한 안전 밸브 소자의 니켈 호일이 4 내지 12 ㎏f/㎠ 의 넓은 범위내에서 파열된다.

파열을 야기하는 내부 압력에 의한 요철이 최소화 될 수 있도록 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지용 안전 밸브 소자는 균일한 두께를 갖는 파열부를 용이하게 제공할 수 있다. 따라서, 그런 전지용 안전 밸브 소자가 다양한 종류의 압력 용기의 안전 밸브로서 사용될 때, 안전 밸브 소자는 안정한 공정 압력으로써 신뢰할 수 있을 정도로 작동될 수 있다.

게다가, 본 발명에 따르면, 종래의 고온 가열 몰딩 방법과 비교하여 재료의 강도가 낮아지는 것이 최소화되도록 합성 재료가 냉간 압력 용접을 사용하여 제조되어 전지용 안전 밸브 소자의 안정한 작동 압력을 현실화한다.

게다가, 파열부로서 가공하는 안전 밸브로써 제공된 전지 케이스 캡이 용이하게 제조되고 전지 케이스 캡이 다양한 종류의 전지 케이스의 캡으로서 실제적으로 사용될 때, 안전 밸브 소자는 안정한 작동 압력으로써 신뢰할 수 있을 정도로 작동될 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 안전 밸브 소자로써 제공된 전지가 안정한 작동 압력으로써 작동되어 최적의 안전을 보장한다.

Claims (7)

1. 관통 개공이 제공된 금속 기판 및 상기 관통 개공을 폐쇄하기 위해서 상기 금속 기판상에 적층된 금속 호일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지용 안전 밸브 소자.
2. 제 1 항에 있어서, 복수의 관통 개공이 상기 금속 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 전지용 안전 밸브 소자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 기판이 강판, 스테인레스 강판, 구리판 및 알루미늄판으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전지용 안전 밸브 소자.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 호일 수단이 강 호일, 스테인레스 강 호일, 구리 호일, 알루미늄 호일, 니켈 호일 및 니켈-철 합금 호일로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 전지용 안전 밸브 소자.
5. 금속 기판상에 개공을 형성하고, 상기 개공을 폐쇄하기 위해서 상기 금속 기판에 금속 호일을 가압 용접하고 나서, 상기 전지 캡 케이스로 상기 금속 기판을 몰딩하여 제조된 안전 밸브가 제공된 것을 특징으로 하는 전지 케이스 캡.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 상기 안전 밸브 소자가 제공된 것을 특징으로 하는 전지.
7. 제 5 항의 안전 밸브가 있는 전지 케이스 캡을 갖는 상기 전지 케이스가 제공된 것을 특징으로 하는 전지.