KR20000069844A - 각형 밀폐식 전지 - Google Patents

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히라쯔까마사루
하시모또요시노리
야마히라다까유끼
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이데이 노부유끼
소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

발전 요소를 수용하는 외장 캔과 그 개구부를 폐쇄하는 덮개 부재로 이루어지며, 외장 캔의 개구 단부와 덮개 부재가 서로 용접되어 있는 각형 밀폐식 전지이다. 외장 캔은 개구 단부의 두께보다도 그 몸통부의 두께 쪽이 얇다. 덮개 부재에는 그 외주연을 따라서 플랜지가 단차를 갖고 형성되고, 외장 캔의 개구 단부가 이 단차에 의해 형성되는 덮개 부재의 돌기부의 외주면에 접하여 끼워 맞추어지고, 플랜지에 접촉하여 용접된다. 이 경우, 덮개 부재와 외장 캔의 개구 단부는 측면 방향으로부터 용접된다.

Description

각형 밀폐식 전지{Square­Shape Closed Battery}
최근, 비디오 카메라나 헤드폰 스테레오 등에서 대표되는 전자기기의 고성능화 및 소형화가 추진되고 있으며, 이들 전자기기의 전원이 되는 2차 전지의 중부하 특성의 개선이나 높은 에너지 밀도화로의 요구도 높아지고 있다.
이들의 전자기기에 이용되는 2차 전지로서는 납 2차 전지나 니켈 카드뮴 2차 전지 등이 알려져 있지만, 최근에는 보다 고성능인 리튬 이온 2차 전지가 사용되도록 되어 있다. 그리고, 이들 2차 전지의 전지 형상으로서는 기기에 탑재한 때에 공간을 유효하게 사용할 수 있다는 관점에서, 원통형의 것보다도 각형의 것이 요구되는 경향에 있다.
이와 같은 종래의 각형 전지는 도1에 도시한 바와 같이, 외장 캔(81) 내부에 발전 요소(정극 및 부극을 세퍼레이터를 거쳐서 적층한 것. 도시 생략)를 수용하고, 상기 외장 캔(81)의 개구부가 평판형의 덮개 부재(82)에 의해 폐쇄되어 있는 밀폐 구조를 갖는다.
외장 캔(41)은 그 개구부(81a) 내지 몸통부(81b)에 이르기까지 전체적으로 거의 동일한 두께의 철제 캔이며, 통상 수 ㎛의 Cu/Ni 도금이 실시되고 있다.
또한, 덮개 부재(82)는 강판을 펀칭한 후, 교축 가공이나 주조 등의 기계 가공에 의해 외장 캔(81)의 개구부와 이미 동등한 치수 또는 약간 작은 치수의 형상으로 성형된 것이며, 대극(對極)의 단자(83)를 삽입하기 위한 단자 구멍(84)도 형성되어 있다. 그리고, 이 덮개 부재(82)의 단자 구멍(84)에는 가스킷(85)을 거쳐서 단자(83)가 삽입되고, 선단부를 코오킹함으로써 덮개 부재(82)에 고정 일체화되어 전지의 한 쪽 전극을 구성하고 있다. 예를 들어, 외장 캔(81)의 내부에 수용되는 발전 요소 중 정극과 전기적으로 접속함으로써, 정극 단자로서 기능한다. 여기에서, 단자(83)의 부착 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 덮개 부재(82)에 대해 전기적인 절연이 유지되고, 전지 내부의 밀폐를 유지하는 구조이면 상관없다.
이 덮개 부재(82)는 그 외주연(82a)이 외장 캔(81)의 내주면에 접합되고, 상방으로부터 레이저 용접법에 의해 심 용접함으로써 봉합되어 있다.
그런데, 이와 같은 각형 밀폐식 전지에 대해서는 그 경량화가 요구되고 있다. 예를 들어 6(t) × 30(w) × 48(h) ㎜의 사이즈로 총중량 약 25g(그 중 캔 중량 약 11g)의 각형 밀폐식 전지의 경우, 그 외장 캔의 두께(0.4 ㎜)를 전체적으로 얇게(예를 들어 0.2 ㎜) 하면 총중량 약 20g으로 경량화하는 것이 가능하다.
그러나, 심 용접 신뢰성을 확보하기 위해 심 용접시의 외장 캔(81)의 용해값을 고려하면, 외장 캔(81)의 두께를 0.3 ㎜보다 얇게 할 수 없으며, 충분한 경량화를 할 수 없다는 문제가 있다.
이로 인해, 외장 캔(81)이나 덮개 부재(82)의 재질을 강철에서 비중이 가벼운 알루미늄계 재료로 변경하는 것도 시도되었지만, 외장 캔(81)이나 덮개 부재(82)의 강도를 고려하면 외장 캔의 두께를 0.5 ㎜ 이상으로 해야만 해 전지 용량의 저하라는 새로운 문제가 발생했다.
또한, 도1과 같은 구조의 각형 밀폐식 전지의 경우, 덮개 부재(82)의 형상이 평판형이므로, 굴곡 강성이 충분하지 않아 일반적인 취급시에 변형이 발생하기 쉽하는 문제도 있었다.
일단 변형된 덮개 부재(82)를 외장 캔(81)에 조립한 경우에는 심 용접부에 단차가 발생하고, 용접 불량(핀 홀이나 균열)이 쉽게 발생한다. 또한, 외장 캔(81)의 개구 단부(81a)에 있어서 상하 방향(덮개 부재(82)의 삽입 방향)의 위치 제어가 없는 경우도 심 용접부에 단차를 발생시키고, 용접 불량(핀 홀이나 균열)을 일으키는 요인이 된다. 가령, 용접부에 핀 홀이 발생한 경우, 전해액의 누설액이나 내부로의 수분 침입 등이 일어나며, 밀폐식 전지로서의 상품 가치가 현저하게 저하한다. 또한, 균열이 발생한 경우에는 용접부의 강도가 대폭으로 저하하고, 과충전시나 고온 보존시 등에 있어서 내부 압력이 상승하면 용접부로부터 균열이 확장되며, 전지 내용물이 누출되어 기기를 오손할 우려 등이 있다.
이들의 용접 불량을 방지하기 위해서는 덮개 부재(82)와 외장 캔(81) 사이의 끼워 맞춤 간극을 가능한 한 좁게 하면 되지만, 덮개판(82)의 외형 치수 정밀도나 외장 캔(81)의 내경 치수 정밀도를 올릴 필요가 있으며, 부품 비용을 상승시킨다는 문제가 있다. 게다가, 끼워 맞춤 간극을 좁고 작게 하면 덮개 부재(82)의 외장 캔(81)으로의 삽입이 곤란해지며, 자동 조립 공정에서의 생산성이 저하한다는 문제가 발생한다.
본 발명은 각형 밀폐식 전지에 관한 것으로, 특히 외장 캔과 덮개 부재와의 밀봉 구조에 관한 것이다.
도1은 종래의 각형 밀폐식 전지를 도시한 개략 단면도이다.
도2는 본 발명을 적용한 각형 밀폐식 전지의 일예를 도시한 개략 단면도이다.
도3은 본 발명을 적용한 각형 밀폐식 전지의 다른 예를 도시한 개략 단면도이다.
도4는 본 발명을 적용한 각형 밀폐식 전지의 또 다른 예를 도시한 개략 단면도이다.
도5는 본 발명을 적용한 각형 밀폐식 전지의 또 다른 예를 도시한 개략 단면도이다.
도6은 본 발명을 적용한 각형 밀폐식 전지의 또 다른 예를 도시한 개략 단면도이다.
도7은 본 발명의 각형 밀폐식 전지에 적용되는 덮개 부재 형상의 일예를 도시한 개략 단면도이다.
도8은 덮개 부재와 외장 캔 사이의 용접 부분의 요부 개략 확대 단면도이다.
도9는 본 발명을 적용한 각형 밀폐식 전지의 또 다른 예를 도시한 요부 개략 단면도이다.
도10은 덮개판과 외장 캔의 치수 관계를 도시한 개략 단면도이다.
본 발명은 이상의 종래 기술의 과제를 해결하고자 하는 것이며, 심 용접 신뢰성을 확보하면서, 또한 전지 용량을 저하시키지 않고 각형 밀폐식 전지의 경량화 도모를 제1 목적으로 한다.
그에 덧붙여서, 각형 밀폐식 전지의 조립 생산성을 저하시키지 않고, 용접 불량을 최소한으로 억제할 수 있도록 하는 것을 제2 목적으로 한다.
본 발명자는 각형 밀폐식 전지의 외장 캔의 몸통부를 두께를 얇게 하는 동시에, 외장 캔의 개구 단부에 플랜지나 테이퍼부를 형성하여 그 두께를 확보함으로써 상술한 제1 목적을 달성할 수 있는 것, 게다가 덮개 부재의 외주연에 단차를 내어 플랜지를 형성함으로써 상술한 제2 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 완성시키는 데 이르렀다.
즉, 제1 목적을 달성하는 본 발명의 각형 밀폐식 전지는 발전 요소를 수용하는 외장 캔과 그 개구부를 폐쇄하는 덮개 부재로 이루어지며, 상기 외장 캔과 덮개 부재가 서로 용접되어 있는 각형 밀폐식 전지에 있어서, 상기 외장 캔 개구부의 두께보다도 몸통부의 두께 쪽이 얇은 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 제2 목적을 달성하는 본 발명의 각형 밀폐식 전지는 앞의 구성의 각형 밀폐식 전지에 있어서, 그 덮개 부재에 그 외주연을 따라서 플랜지를 단차를 갖고 형성되고, 외장 캔의 개구 단부가 이 단차에 의해 형성되는 덮개 부재의 돌기부의 외주면에 접하여 끼워 맞추어지는 동시에, 그 플랜지에 접촉하여 용접한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제1 각형 밀폐식 전지에 따르면, 덮개 부재와 심 용접되는 외장 캔의 개구 단부의 두께가 종래와 같은 두께를 유지하면서, 외장 캔 몸통부의 두께가 얇아지고 있으므로, 심 용접 신뢰성을 저하시키지 않고, 각형 밀폐식 전지의 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 외장 캔 몸통부의 외부 치수를 변경하지 않고 내부 치수를 크게 함으로써 그 두께를 얇게 하면, 전지 용적이 증대하므로 전극 활물질을 종래 이상으로 충전할 수 있어 결과적으로 전지 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 각형 밀폐식 전지에 따르면, 덮개 부재의 외주연을 따라서 플랜지가 단차를 갖고 형성되고, 그 결과 형성되는 덮개 부재의 돌기부에 외장 캔의 개구 단부를 끼워 맞춤으로, 외장 캔의 개구 단부가 플랜지에 접촉하게 됨으로써 위치 규제되고, 게다가 상기 돌기부의 외주면과 접하는 형태가 된다. 따라서, 본 발명의 제2 각형 밀폐식 전지는 앞의 제1 각형 밀폐식 전지에 의해 얻을 수 있는 효과에다가, 안정적이면서 용이하게 외장 캔과 덮개 부재를 조립할 수 있어서핀 홀이나 미세한 균열의 발생이 일단으로 크게 억제된 신뢰성이 매우 높은 심 용접이 가능하다.
이하, 본 발명의 각형 밀폐식 전지에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 각형 밀폐식 전지의 제1 구성예를 도시한다. 이 각형 밀폐식 전지의 기본 구조는 통상의 각형 밀폐식 전지와 동일하며, 외장 캔(1) 내에 발전 요소(정극 및 부극을 세퍼레이터를 거쳐서 적층한 것. 도시 생략)를 수용하고, 상기 외장 캔(1)의 개구부가 평판형의 덮개 부재(2)에 의해 폐쇄되어 있는 구조를 갖는다.
이상과 같은 기본 구조를 갖는 각형 밀폐식 전지는 외장 캔(1) 몸통부(1b)의 두께가 개구 단부(1a)의 두께보다도 얇은 것이 특징이다. 구체적으로는 도2에 도시한 바와 같이, 개구 단부(1a)의 외주연을 따라서 플랜지(f)를 설치하든지, 혹은 도3에 도시한 바와 같이, 개구 단부(1a)의 외주연을 따라서 그 몸통부(1b)를 향하여 두께가 작아지는 테이퍼부(T)를 형성한다.
플랜지(f)의 크기나 테이퍼부(T)의 사이즈 및 몸통부(1b)의 두께에 대해서는 외장 캔(1)이나 덮개 부재(2)의 재질이나 강도, 또는 외장 캔(1)과 덮개 부재(2) 사이의 심 용접 조건 등에 따라서 적절히 결정할 수 있다.
예를 들어, 0.4 ㎜ 두께의 철로 된 외장 캔을 사용한 6(t) × 30(w) × 48(h) ㎜ 사이즈의 각형 밀폐식 전지의 경우, 총중량이 약 25g(그 중 캔 중량 약 11g)이지만, 도2에 도시한 바와 같은 사이즈의 플랜지(t1 = 0.4 ㎜, t2 = 0.6 ㎜)로 하고 또 몸통부(1b)의 두께(t3)를 0.2 ㎜라 하면, 전지의 총중량을 약 20 g으로 경량화할 수 있다.
또, 플랜지(f)나 테이퍼부(T)의 방향에 관한 것으로, 도2 및 도3에 있어서는 각형 밀폐식 전지의 외측을 향하여 돌출한 형상으로 되어 있지만, 도4에 도시한 바와 같이, 외장 캔(1)의 개구 단부(1a)에 있어서, 그 내주연을 따라서 플랜지(f)를 설치해도 좋고, 또한 도5에 도시한 바와 같이, 외장 캔(1)의 개구 단부(1a)에 있어서, 그 내주연을 따라서 또한 그 몸통부(1b)를 향해 두께 방향으로 작아지도록 테이퍼부(T)를 설치해도 된다. 이들의 경우에는 전지 용적이 증가하므로 전지 용량이 증대한다. 예를 들어, 0.4 ㎜ 두께의 철로 된 외장 캔을 사용한 6(t) × 30(w) × 48(h) ㎜ 사이즈의 각형 밀폐식 전지에 대해 도4에 도시한 바와 같은 사이즈의 플랜지(t1 = 0.4 ㎜, t2 = 0.6 ㎜)로 하고 또한 몸통부(1b)의 두께(t3)를 0.2 ㎜라 하면 전지 용량이 약 7 % 증대한다.
또, 도2, 도3 및 도4, 도5의 태양에 있어서, 덮개 부재(2)는 종래와 같이, 동판을 펀칭한 후, 교축 가공이나 주조 등의 기계 가공에 의해 외장 캔(1)의 개구부와 이미 동등한 치수 또는 약간 작은 치수의 형상으로 형성된 것이며, 대극(對極)의 단자(3)를 삽입하기 위한 단자 구멍(4)도 형성되어 있다. 그리고, 이 덮개 부재(2)의 단자 구멍(9)에는 가스킷(5)을 거쳐서 단자(3)가 삽입되고, 선단부를 코오킹함으로써 덮개 부재(2)에 고정 일체화되어 전지의 한 쪽 전극을 구성하고 있다. 예를 들어, 외장 캔(1) 내에 수용되는 발전 요소 중 정극과 전기적으로 접속함으로써 정극 단자로서 기능한다. 여기에서, 단자(3)의 부착 구조는 이에 한정되는 것은 아니며, 덮개 부재(2)에 대해 전기적인 절연이 유지되고, 전지 내부의 밀폐를 유지하는 구조이면 상관없다.
상기 각형 밀폐식 전지는 외장 캔(1) 내부에 발전 요소를 넣은 후, 그 개구부에 덮개 부재(2)를 끼워 맞추고, 레이저 용접법에 의해 심 용접하여 고정함으로써 제작할 수 있다.
다음에 본 발명의 각형 밀폐식 전지의 다른 예에 대해서 설명한다.
이 각형 밀폐식 전지는 다음의 각형 밀폐식 전지의 덮개 부재를 개량한 태양에 상당한다. 즉, 본 예의 각형 밀폐식 전지는 도2에 있어서의 덮개 부재(2) 대신에, 도6에 도시한 바와 같이, 외주를 따라서 절곡 가공이 실시되어 주위에 플랜지(6)가 형성되어 있는 덮개 부재(2)를 사용한다.
도6의 덮개 부재(2)의 플랜지(6)는 도7에 도시한 바와 같이, 덮개 부재(2)의 본체부(7)와는 단차를 갖고 형성되어 있으며, 도면 중 상방(전지의 외측)을 향하여 돌출한 형상으로 되어 있다. 따라서, 덮개 부재(2)의 본체부(7)는 전지의 내측을 향해 돌출하는 돌기부로 되어 있으며(반대로, 전지를 본 때에는 이 본체부(7)는 오목부로 되어 있다.), 도8에 도시한 바와 같이, 외장 캔(1)의 개구 단부(1a)는 이 볼록부(본체부(7))에 끼워 맞추어져 그 주위면(7a)에 접하는 동시에, 선단부가 플랜지(6)에 접촉한다.
덮개 부재(2)를 이와 같은 구조로 함으로써, 굴곡 강성이 대폭으로 향상되어 외장 캔(1)으로의 조립전 취급시의 변형을 방지할 수 있다. 동시에, 외장 캔(1)의 조립 상태도 매우 안정된다.
덮개 부재(2)의 각 치수에 관한 것으로, 도7에 도시한 플랜지(6)의 돌출량(t4)은 도8에 도시한 외장 캔(1)의 개구 단부(1a)를 구성하는 금속판의 두께(t1)와 대략 동등하게 하는 것이 바람직하다. 이로써 심 용접부의 외주면을 단차가 없는 것으로 할 수 있다.
또한, 플랜지(6)와 본체부(7)의 단차(B)는 덮개 부재(2)를 구성하는 금속판의 두께(A)보다도 큰(A ≤ B) 것이 바람직하다. 또, 단차(B)가 지나치게 작으면, 굴곡 강성이 부족하여 외장 캔(1)의 조립 상태도 불안정한 것이 될 우려가 있다. 또한, 단차(B)에 상한은 없지만, 단차(B)가 지나치게 크면 전지를 보았을 때 덮개 부재(2)가 크게 오목한 형상이 되어 내용적도 감소하여 전지 용량 면에서도 불리하다.
또한, 도9에 도시한 바와 같이, 덮개 부재(2) 본체부(7)의 돌기부의 선단부 외주연의 가장자리에 모떼기 가공을 실시하고, 경사면(7b)을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경사면(7b)은 덮개 부재(2)에 외장 캔(1)의 개구 단부(1a)를 삽입할 때의 안내로서 기능하고, 조립 공정에서의 삽입 불량을 대폭으로 감소시키는 것을 가능하게 한다.
이와 같은, 경사면(7b)의 형상은 일반적인 교축 가공이나 단조에 의해 간편하면서도 저렴한 비용으로 행할 수 있다.
덮개 부재(2)와 외장 캔(1)의 치수 관계에 관한 것으로, 덮개 부재(2)와 외장 캔(1)의 끼워 맞춤이 느슨한 경우에는 봉합을 위한 용접(심 용접) 공정 전에 덮개 부재(2)가 탈락하기 쉽고, 생산성이 현저하게 저하할 우려가 있다. 게다가 덮개 부재(2)와 외장 캔(1)의 상대적 위치가 어긋나기 쉬우므로, 심 용접하는 부위에 단차가 발생하여 용접 불량이 발생하기 쉬워진다.
반대로, 덮개 부재(2)와 외장 캔(1)과의 끼워 맞춤이 꼭 끼는 경우에는 덮개 부재(2)의 삽입 공정에 있어서 삽입이 곤란한 것이 되어 역시 생산성이 현저하게 저하한다.
이들의 관점에서, 도10에 도시한 각 치수, 즉 덮개 부재(2)의 내면측 돌기부(본체부(7))의 치수(C), 덮개 부재(2)의 외형 치수(플랜지(6)의 외주 치수)(D), 외장 캔(1)의 내측 치수(E), 외장 캔(1)의 외측 치수(F)를 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 덮개 부재(2)의 내면측 돌기부와 외장 캔(1)의 개구 단부(1a)와의 간극, 즉 치수(E)와 치수(C)의 차(E - C)는 0.1 내지 - 0.05 ㎜로 하는 것이 바람직하다.
또한, 덮개 부재(2)와 외장 캔(1)의 이음매에 가능한 단차의 양측 맞춤 크기, 즉 치수(D)와 치수(F)의 차이(D - F)는 0.1 내지 - 0.1 ㎜로 하는 것이 바람직하다. 이것은 이 치수의 차이(D - F)가 지나치게 크면 덮개 부재(2)와 외장 캔(1)의 이음매에 단차가 형성되고, 심 용접부에 핀 홀이나 미세한 균열이 발생하기 쉽기 때문이다.
상기 각형 밀폐식 전지는 외장 캔(1) 내에 발전 요소를 넣은 후, 그 개구부에 덮개 부재(2)를 끼워 맞추고, 레이저 용접법에 의해 심 용접하여 고정함으로써 제작할 수 있다.
여기에서, 덮개판(2)은 본체부(7)가 외장 캔(1)의 개구 단부 내부에 삽입 끼워 맞추어진 형태가 되며, 도8에 도시한 바와 같이 그 외주면(7a)에 외장 캔(1)의 내주면이 접한다. 그와 동시에, 덮개판(2)의 플랜지(6)가 외장 캔(1)의 개구 단부 위에 적재된 상태가 되어 덮개판(2)과 외장 캔(1)이 조립된다.
이 때, 덮개판(2)의 플랜지부(6)의 선단부면과 외장 캔(1)의 외주면은 거의 동일 높이의 면이다.
봉합은 덮개판(2)의 플랜지부(6)와 외장 캔(1)의 이음매를 측방에서 레이저 용접기로 용접함으로써 행한다.
이상 설명한 본 발명의 각형 밀폐식 전지는 다양한 1차 전지나 2차 전지에 적용할 수 있고, 특히 리튬 이온 2차 전지에 바람직하게 적용할 수 있다.
예를 들어, 상기 각형 밀폐식 전지의 부극 활물질로서는 탄소질 재료를 소정의 온도, 분위기에서 조정한 것이 이용된다.
이 탄소로서는, 석유 피치, 바인더 피치, 고분자 수지, 그린 코크스 등이 적합하며, 또한, 완전하게 탄화한, 흑연, 열분해 탄소류, 코크스류(석유 코크스, 피치 코크스, 니들 코크스 등), 카본 블랙(아세틸렌 블랙 등), 글라스형 탄소, 유기 고분자 재료 소성체(유기 재료를 불활성 가스 기류 중, 혹은 진공 중에서 500 ℃ 이상의 적당한 온도에서 소성한 것), 탄소 섬유 등과 상기 수지분을 포함한, 피치류나 소결성이 높은 수지, 예를 들어 푸란 수지, 디비닐 벤젠, 폴리 불화 비닐리덴, 폴리 염화 비닐리덴 등을 사용하여 혼합체를 제작한 후 사용할 수 있다.
또한, 금속 리튬, 리튬 합금, 폴리머에 리튬을 도프하여 사용하는 타입의 부극도 사용할 수 있다.
한편, 정극에는 LixMO2(단, M은 1종류 이상의 천이 금속, 바람직하게는 Co 또는 Ni, Fe의 적어도 1종류를 나타내고, 0.05 ≤ x ≤ 1.10이다.)을 함유한 활물질이 사용된다. 이와 같은 활물질로서는 LiCoO2, LiNiO2, LiNiyCo(1 - y)O2(단, 0.05 ≤ x ≤ 1.10, 0 ＜ y ＜ 1)로 나타내는 복합 산화물을 들 수 있다. LiMn2O4을 이용하는 것도 가능하다.
상기 복합 산화물은, 예를 들어 리튬, 코발트, 니켈 등의 탄소염을 조성에 따라서 혼합하고, 탄소 존재 분위기하 400 ℃ 내지 1000 ℃의 온도 범위에서 소결함으로써 얻을 수 있다. 또, 출발 원료는 탄소염에 한정되지 않으며, 수산화물, 산화물에서도 마찬가지로 합성 가능하다.
또한, 금속 리튬, 리튬 합금을 사용하는 경우, 처음 충전에 있어서 리튬을 탈도프할 수 없는 화합물, 예를 들어 이산화 망간, 산화 티탄 등의 각종 산화물, 황화 티탄 등을 황화물, 또는 폴리아닐린 등의 폴리머도 정극으로서 사용하는 것이 가능하다.
전해액도, 유기용제에 전해질을 용해한 것이면, 종래부터 알려진 것을 모두 사용할 수 있다. 따라서, 유기용제로서는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, γ - 부틸락톤 등의 에스테르류나 디에틸에테르, 테트라히드로푸란, 치환 테트라히드로푸란, 디옥소란, 피란 및 그 유도체, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄 등의 에테르류나, 3 - 메틸 - 2 - 옥사졸리디논 등의 3 치환 - 2 - 옥사졸리디논류나, 술포란, 메틸술포란, 아세토니트릴, 프로피오니톨 등을 들 수 있고, 이들을 단독 혹은 2종류 이상 혼합하여 사용된다. 또한, 전해질로서는 과염소산 리튬, 붕소 불화 리튬, 인불화 리튬, 염화 알루민산 리튬, 할로겐화 리튬, 트리플루오로메탄술폰산 리튬 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 각형 밀폐식 전지에 따르면, 덮개 부재와 심 용접되는 외장 캔의 개구 단부의 두께가 종래와 같은 두께를 유지하면서, 외장 캔 몸통부의 두께가 얇게 되어 있으므로, 심 용접 신뢰성을 저하시키지 않고, 각형 밀폐식 전지의 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 외장 캔 몸통부의 외부 치수를 변경하지 않고 내부 치수를 크게 함으로써 그 두께를 얇게 하면 전지 용적이 증대하므로, 전극 활물질을 종래 이상으로 충전할 수 있어 결과적으로 전지 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 각형 밀폐식 전지에 있어서, 사용하는 덮개 부재의 외주연을 따라서 플랜지를 단차를 갖고 형성하고, 그 결과 형성되는 덮개 부재의 돌기부에 외장 캔의 개구 단부를 끼워 맞추도록 하면, 외장 캔의 개구 단부가 플랜지에 접촉됨으로써 위치 규제되고, 게다가 상기 돌기부의 외주면과 접하는 형상이 된다. 이로써, 안정적이면서 용이하게 외장 캔과 덮개 부재를 조립할 수 있고, 따라서 핀 홀이나 미세한 균열 발생이 일단으로 크게 억제된 신뢰성이 매우 높은 심 용접이 가능하다.
이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.
<실시예 1>
우선, 부극은 다음과 같이 하여 제작했다.
출발 원료로서, 미쯔비시 가가꾸제의 피치 코크스를 이용하여, 불활성 가스 기류 중, 온도 2800 ℃에서 소성하여 그래파이트에 가까운 성질을 지닌 탄소질 재료를 얻었다. 이 재료에 대해서, X선 회절 측정을 행한 결과, 002면의 면 간격은 3.35 Å이며, 피크노메이터에 의해 측정을 행한 바, 실비중은 2.24g/㎤였다. 이 탄소질 재료를 분쇄하여 평균 입경 10 ㎛의 탄소질 재료 분말로 했다.
이와 같이 하여 얻은 탄소질 재료 분말을 부극 활물질 담지체로 하고, 이를 90 중량부와, 결착제로서 폴리 불화 비닐리덴(PVdF) 10 중량부를 혼합하여 부극 합제(合劑)를 조정했다. 다음에, 이 부극 합제를 용제인, N - 메틸피롤리돈으로 분산시켜 부극 합제 슬러리(페이스트 형상)로 했다.
이 부극 합제 슬러리를 부극 집전체로 이루어지는 두께 15 ㎛의 띠형상의 동박(銅箔)의 양면에 도포, 건조후, 롤러 압축기로 압축 성형하여 띠형상 부극(1)을 제작했다. 또, 이 띠형상 부극은 합제 두께를 양면 동시에 70 ㎛로 동일하게 하고, 폭을 40.5 ㎜, 활물질 도포부 길이를 345 ㎜로 했다. 전극 활물질층의 체적 밀도는 1.5 g/ml였다.
다음에, 정극을 다음과 같이 하여 제작했다.
정극 활물질(LiCoO2)의 합성을 다음과 같이 하여 행하였다. 탄산 리튬과 탄산 코발트를 Li - Co(몰비) = 1이 되도록 혼합하고, 공기 중에서 900 ℃, 5시간 소성했다. 이 재료에 대해서 X선 회절 측정을 행한 결과 JCPDS 카드의 LiCoO2과 양호하게 일치하고 있었다. 그 후, 자동 유발을 이용하여 분쇄하여 LiCoO2을 얻었다. 이와 같이 하여 얻은 LiCoO2을 이용하여, LiCoO2을 94.5 %, 도전체로서 그래파이트를 2.0 중량 %, 케첸 블랙을 0.5 중량 %, 결착제로서 폴리 불화 비닐리덴 3 중량 %의 비율로 혼합하여 정극 합제를 제작하고, 이를 N - 메틸 - 2 피롤리돈으로 분산하여 슬러리 형상으로 했다. 다음에 이 슬러리를 정극 집전체인 띠형상의 20 ㎛의 알루미늄박의 양면에 도포하고, 건조후 롤러 압축기로 압축 성형하여 정극을 제작했다. 또, 이 띠형상 정극은 합제 두께를 양면 동시에 60 ㎛로 동일하게 하고, 폭을 38.5 ㎜, 활물질 도포부 길이를 325 ㎜로 했다. 전극 활물질층의 체적 밀도는 3.3 g/㎖였다.
이들 띠형상의 정극, 부극 및 30 ㎛의 폭 43.1 ㎜의 미공성 폴리에틸렌 필름으로 이루어지는 세퍼레이터를 서서히 적층하고 나서 마름모꼴 형상을 갖는 권취심에 소용돌이형으로 다수회 권취했다. 또한, 정극의 전집을 취하기 위해 니켈제의 부극 리드의 일단부를 전극에 용착하고, 타단부를 전지 캔에 용접했다. 또한 정극의 집전을 취하기 위해 알루미늄으로 된 정극 리드의 일단부를 정극에 부착하고, 타단부를 전지 덮개에 레이저 용접했다.
이 때에 사용한 덮개 부재는 외주부에 플랜지부를 단차를 갖도록 성형한 0.45 ㎜ 두께의 것을 사용하고, 캔으로서는 상부 개구부의 두께가 0.35 ㎜이며 0.35 ㎜의 두께 부분은 3.5 ㎜를 마련하고, 몸통부가 0.2 ㎜인 것을 사용하여 덮개 부재를 캔에 끼워 맞추어 덮개 부재와 캔을 측면으로부터 레이저 용법에 의해 봉합했다(첨부한 도6 참조). 이와 같이 하여, 두께 6 ㎜ 높이 48 ㎜ 폭 30 ㎜의 각형 전지를 제작했다.
그리고, 이 전지 캔 안에 에틸렌 카보네이트 50 중량 퍼센트와 디에틸 카보네이트 50 중량 퍼센트 혼합 용매 중에 LiPF 61.5 mol/1 용해시킨 전해액을 주입하고, 강구를 전기 용접하여 봉합했다.
이 때의 전지의 중량은 20.5 g이었다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 마찬가지로 하여, 캔의 상부 개구부 두께를 변경하지 않고, 종래와 같은 압축 가공을 행한 0.2 ㎜의 균일한 두께를 지닌 캔을 사용하여 측면으로부터 레이저 용접을 행하여 전지를 제작했다.
이 때의 전지의 질량은 20.2 g이었다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 제작하였지만, 덮개 치수를 바꾸어 끼워 맞춤을 캔의 내측에서 행하여 측면이 아닌, 상부로부터 레이저 용접을 행하여 전지를 제작했다.
이 때의 전지의 중량은 20.5 g이었다.
<비교예 3>
실시예 1의 캔을 변경하여 균일한 두께의 0.4 ㎜의 균일한 두께를 갖는 캔을 사용하고, 측면으로부터 레이저 용접을 행하여 전지를 제작했다. 이 때의 전지의 중량은 25.0 g이었다.
이들의 전지를 1000개 제작한 때의 봉합 불량을 측정했다.
또한, 300 ㎃에서 4.2 V까지 충전하고, 이 전류에서 3.0 V까지 방전하고, 용량을 측정했다.
또한, 제작시의 레이저 용접 불량을 하기 표1에 정리했다.
표1
방전 용량 레이저 불량(핀 홀 불량) 중량g
실시예 1 620 0/1000 20.5
비교예 1 620 55/1000 20.2
비교예 2 620 17/1000 20.5
비교예 3 580 0/1000 25
이 표1에서도 명백한 바와 같이, 실시예 1의 전지는 충방전 용량, 중량, 제작시의 불량율 중 어느 하나에 있어서도 우수한 것을 알 수 있다.
<실시예 2 내지 실시예 7>
다음에, 캔의 상부, 몸통부의 두께를 변화시키고, 실시예 2 내지 실시예 7을 제작했다.
결과를 표2에 나타낸다.
표2
상부 두께 몸통부 두께 방전 용량 레이저 불량(핀 홀 불량) 중량g
실시예 2 0.25 0.2 620 36/1000 20.3
실시예 3 0.3 0.2 620 0/1000 20.5
실시예 4 0.4 0.2 620 0/1000 20.7
실시예 5 0.5 0.2 620 0/1000 21.0
실시예 6 0.30 0.15 640 3/1000 19.6
실시예 7 0.30 0.12 650 126/1000 19.5
이 결과로부터, 상부 두께는 0.3 내지 0.5 ㎜ 필요하며, 중량의 관점에서는 0.3 내지 0.4 ㎜가 바람직하다.
또한, 몸통부의 두께는 0.15 ㎜ 이상이 필요하다. 불량률 및 중량의 관점에서는 0.2㎜가 바람직하다.

Claims (10)

  1. 발전 요소를 수용하는 외장 캔과 그 개구부를 폐쇄하는 덮개 부재로 이루어지며, 외장 캔의 개구 단부와 덮개 부재가 서로 용접되어 있는 각형 밀폐식 전지에 있어서,
    상기 외장 캔의 개구 단부의 두께보다도 그 몸통부의 두께 쪽이 얇은 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외장 캔의 개구 단부에 있어서, 그 외주연을 따라서 플랜지가 설치된 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외장 캔의 개구 단부에 있어서, 그 내주연을 따라서 플랜지가 설치된 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외장 캔의 개구 단부에 있어서, 그 외주연을 따라서 또한 몸통부를 향하여 두께가 작아지는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외장 캔의 개구 단부에 있어서, 그 내주연을 따라서 또한 몸통부를 향하여 두께가 작아지는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 덮개 부재에는 그 외주연을 따라서 플랜지가 단차를 지니고 형성되어 있으며, 상기 외장 캔의 개구 단부가 이 단차에 의해 형성되는 덮개 부재의 돌기부의 외주면에 접하여 끼워 맞추어지는 동시에, 플랜지에 접촉되어 용접된 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 덮개 부재와 외장 캔의 개구 단부는 측면 방향으로부터 용접된 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  8. 제6항에 있어서, 상기 덮개 부재는 금속판으로 이루어져 기계 가공에 의해 플랜지가 형성된 것을 특징으로 하는 밀폐식 전지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 단차는 금속판의 두께보다도 큰 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
  10. 제6항에 있어서, 상기 덮개 부재의 돌기부의 선단부 외주연이 경사면으로 된 것을 특징으로 하는 각형 밀폐식 전지.
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