KR20010020167A - 밀폐형 전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정극, 부극 및 세퍼레이터로 구성된 전극체가, 전해액과 함께 전지 외장캔 내에 수납되고, 이 외장캔 개구부의 내주에 삽입지지된 구멍밀봉체에 의해, 상기 외장캔 개구부가 폐쇄되어 이루어지는 밀폐형 전지에 있어서, 상기 구멍밀봉체가 금속기판과, 이 금속기판 내에 파단선에 의해 형성되어, 전지 내압이 상승되었을 때에 금속기판에 개구부를 형성하도록 회전운동 기점으로부터 절곡되어 해방편을 형성하는 밸브체와, 상기 금속기판의 내면에 부착된 금속박으로 이루어지는 밀폐형 전지를 제공한 것이다.

Description

밀폐형 전지{CLOSED BATTERY}

최근, 소형화, 고성능화된 전자기기의 요구에 의거하여, 고에너지 밀도를 갖는 비수전지의 사용이 일반적으로되어 오고 있다. 그리고, 부극의 활물질에 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속을 이용하는 전지에서는, 알칼리 금속이 물과 상당히 반응하기 쉽기 때문에, 전지용기에 완전밀폐구조가 채용되고 있다.

이와 같은 완전밀폐구조의 전지에서는, 저장성이 우수하다고 하는 장점을 갖지만, 그 반면, 밀폐성이 높기 때문에, 온도에 노출되거나, 전지내부 또는 외부에서 단락되어 대전류가 흐르거나, 제조중에 혼입된 수분에 의해 발생된 수소가스등에 의해, 전지의 내부압력이 비정상적으로 상승되어 전지가 파열되고, 기기를 손상시키거나, 경우에 따라서는 그 사용자를 부상 당하게하는 일도 있다. 그래서, 내압이 그다지 높게 되지 않는 동안에 압력을 외부로 배출시키는 기구가 요구된다.

압력을 외부로 배출시키는 기구로서는 종래 수개의 방법이 제안되고, 그 중 몇 개는 실용화되어 왔다. 예컨대, 일본 특허공개 평2-304861호 공보에서는, 외장캔의 일부에 전지내부로 통하는 밸브구멍과 외부로 통하는 배기구멍을 보유하는 밸브실이 구성되고, 이 밸브실내에 적어도 밸브구멍으로 향한 면이 고무로 형성되어 있는 밸브체와 이 밸브체의 고무면을 밸브구멍으로 압압하는 탄성체가 장착된 안전밸브에 의한 것으로서, 고무가 밸브구멍을 막음으로써 밀폐성을 유지하고, 내압 상승시에는 미리 탄성체에 설치되어 있는 해방압에 내압이 도달하면 밸브구멍이 해방되어 설정이상으로 내압이 상승하는 것을 방지하고 있다.

종래 이런 구조의 안전밸브는 Ni-Cd계의 전지에서는 이미 널리 채용되고 있지만, 탄성체가 밸브체를 밸브구멍으로 압압하고 밀폐한 상태에 있어서도, 비수전지에 요구되는 바와 같은 높은 밀폐성은 얻어지지 않기 때문에, 알칼리 금속을 부극 활물질로 하는 비수전지에 채용되는 데는 이르지 않았다.

높은 밀폐성이 요구되는 전지의 내압을 외배에 배출하는 기구로서는 일본 특허공개 소63-285859호 공보에 있는 바와 같이 외장캔의 벽의 일부에 박육부가 있고, 그 박육부의 형성방법이 캔벽을 적당한 프레스장치로 냉간압축하고, 캔벽의 일부에도 원래 두께의 절반 정도의 부분을 설치하는 방법으로, 원래 하나의 연속된 캔의 일부의 형상을 변경만하는 가공이므로, 그 장소의 밀폐성은 양호하다.

또한 이런 배출기구로서는, 일본 특허공개 평6-215760호 공보에 개시되어 있는 것이 있다. 이 배출기구는 바닥이 있는 원통형의 외장캔 내의 전극체 상부의 개구부에 밸브막을 설치함과 동시에, 이 밸브막 상방에 전류차단 리드를 설치하고 있다. 전지 내의 압력이 상승되었을 때에는, 밸브막이 팽창되어 전류차단 리드를 파단시켜 전류를 차단한다.

그러나, 일본 특허공개 소63-285859호 공보의 방식에서는 비교적 낮은 압력에서 작동되도록 하면, 박육부의 두께는 얇게 할 필요가 있지만, 너무 얇게 하면, 프레스에 의해 박육부에 마이크로크랙이 들어가 밀폐성이 상실된다.

또한, 금속을 냉간가공하면 반드시 가공경화를 일으키지만, 이 경화의 방식이 일정하지 않기 때문에, 작동압력이 불균일하다는 결점도 있다. 박육부를 형성하는 방법으로서, 하프에칭법도 있지만, 이 방법은 제조상 에칭 나머지 두께의 관리가 곤란하고 수율도 나쁘고, 또 하나의 문제로서 하프에칭부에 핀홀이 발생하고 전체수 검사하는 것도 필요하였다.

또한, 일본 특허공개 평6-215760호 공보의 방식에서는, 소정압에서 전류차단 리드를 차단시키기 위해서는, 그 리드에 형성된 절제부의 깊이를 정확히 하지 않으면 않되고, 가공상 문제가 있으며, 소정압에서 안정되게 전류가 차단되지 않는다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래기술의 결점을 해결하기 위해, 특히 저압에서 안정적으로 정밀도가 좋고, 소정의 압력에서 파열되어 내압을 신속히 해방하는 것이 가능하고 또한 그의 제조가 용이한 밸브체 칩을 구비한 밀폐전지를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 전지온도나 내압특성이 상승되었을 때에, 특히 저압에 있어서 소정의 압력에서 파열되어, 내압을 신속히 해방함과 동시에 전류를 차단하는 것이 가능한 밀폐형 전지에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 완전 밀폐형 전지의 상부 종단면도이다.

도 2는 그 밸브체 칩의 평면도이다.

도 3은 그 밸브체 칩의 종단면도이다.

도 4는 비정상시의 밸브체 칩의 동작설명도이다.

도 5는 그 밸브체 칩의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

도6은 그 밸브체 칩의 또다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 ㆍㆍㆍ 금속기판

2 ㆍㆍㆍ 금속박

3 ㆍㆍㆍ 파단선

4 ㆍㆍㆍ 회전운동기부

5 ㆍㆍㆍ 원형밸브체

6 ㆍㆍㆍ 리드선

7 ㆍㆍㆍ 밸브구멍

이들 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 정극, 부극 및 세퍼레이터로 구성된 전극체가, 전해액과 함께 전지 외장캔 내에 수납되고, 이 외장캔 개구부의 내주에 삽입지지된 구멍밀봉체에 의해, 상기 외장캔 개구부가 폐쇄되어 이루어지는 밀폐형 전지에 있어서, 상기 구멍밀봉체가 금속기판과, 이 금속기판 내에 파단선에 의해 형성되어, 전지 내압이 상승되었을 때에 금속기판에 개구부를 형성하도록 회전운동 기점으로부터 절곡되어 해방편을 형성하는 밸브체와, 상기 금속기판의 내면에 부착된 금속박으로 이루어지는 밀폐형 전지를 제공한 것이다.

본 발명의 구성에 의하면, 단락, 과충전, 역충전등에 의해 전지 내압이 상승되었을 때, 내압해방용의 밸브체를 형성한 금속기판과, 상기 밸브체가 평상시는 폐쇄되어 있는 관통 밸브구멍을 폐쇄하도록, 상기 기판상에 적층된, 균일한 두께 정밀도의 금속박에 의해 구성된 밸브체 칩이, 동작되어 상기 밸브체가 밀어올려지도록 변형하고, 전지 내압이 소정의 값에 도달했을 때, 상기 금속박이 안정적으로 정밀도 좋게 파열되어 그 전기적 접속이 차단되고, 또한 전지 내부의 가스가 외부로 배출되어, 전지의 급격한 온도상승이나 폭발을 미연에 방지하는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시형태 및 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 완전 밀폐형 전지의 상부 종단면도이다. 도 2는 그 밸브체 칩의 평면도이다. 도 3은 상기 밸브체 칩의 종단면도이다. 도 4는 비정상시의 밸브체 칩의 동작설명도이다. 또한 도 5 및 도 6은 상기 밸브체 칩의 다른 실시예를 나타내는 평면도이다.

도 1에 있어서, 부극단자를 겸하는 바닥이 있는 원통형의 외장캔(30) 내에는, 전해액 내에서 외부와 차단된 전극체가(32)가 수납되어 있다. 상기 전극체(32)는 정극(32a)과, 이 정극(32a)에 세퍼레이터(32a)를 통해 대향하여 설치된 부극(32 c)의 적층물을 소용돌이 형태로 감은 구성으로 되어 있다.

폭발방지기능 및 정극단자를 겸하는 가스뽑기구멍(0,0)을 갖는 구멍밀봉덮개 (33)가, 상기 외장캔(30)의 상단 개구부에 절연가스켓(34)을 끼워서 코킹하여 고정되어있다. 상기 전극체(32)의 상방에는 접시형상의 내부덮개체(37)가 설치되어 있고, 그 중앙부분에는, 큰 지름의 가스뽑기구멍(35)이 설치되어 있다.

이 내부덮개체(37)와 상기 구멍밀봉덮개(33) 사이에는, 전극체(32) 등을 봉입하기 위한 봉입체를 이루는 밸브체칩(V)이 설치되어 있고, 이 밸브체칩(V)의 둘레가장자리(36)가 상기 구멍밀봉덮개(33)의 둘레가장자리(33a)와 접촉되어 있고, 이 양 둘레가장자리(36), (33a)는 절연가스켓(40)을 끼워서 상기 내부덮개체(37)의 주위(37a)에 코킹하여 고정되어있다.

또한, 상기 전지 상부 개구부를 폐쇄하는 구멍밀봉체를 이루는 밸브체칩(V)의 내면에는, 리드선(6)이 적당한 수단에 의해 부착되어 있고, 이 리드선(6)은, 상기 전극체(32)의 정극(32a)으로 신장되어 있다.

상기 밸브체칩(V)은, 도 2에서 나타내는 바와 같이, 평면도에 있어서 대략 원형을 이루고, 이 밸브체칩(V)은 원형의 금속기판(1)과 이 금속기판(1)의 내면에 적층되어 부착된 금속박(2)으로 이루어지고, 상기 금속기판(1)의 재료로서는, 강판, 스테인레스강판, 동판 또는 알루미늄판중 어느 하나가 이용되고, 상기 금속박( 2)으로서는 강박, 스테인레스박, 동박, 알루미늄박, 니켈박 또는 니켈-철 합금박 등이 이용된다.

상기 금속기판(1) 내에는, 거의 원형의 파단선(3)이 금속기판(1)을 그 두께방향으로 완전히 관통하여 형성되고, 이 원형의 일부에 비파단선부가 형성되어 회전운동기부(4)가 형성되어 있다. 이 파단선(3)의 내측부분에 전지 내압 상승시에 압력해방편을 이루는 밸브체(5)가 형성되고, 이 밸브체(5)가 상방으로 회전운동기부(4)에서 들려 올려졌을 때에 전지 내의 압력을 해방하기 위한 개구부를 이루는 밸브구멍(7)이 형성된다(도 4).

상기 금속박(2)에는, 상기 리드선(6)이 예를 들면 납땜에 의해 부착되어 있다. 다음으로, 비정상일 때의 동작에 관해서 설명한다. 현재, 전지 내압이 상승하면, 상기 밸브체(5)가 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전운동기부(4)를 기점으로 하여 금속박(2)을 파괴하면서 상방으로 들려 올려져서 상기 밸브구멍(7)이 개구되어, 전지의 내부압력을 해방한다. 압력이 상승된 가스를 밸브구멍(7)을 통하여 구멍밀봉덮개(33)의 가스뽑기구멍(0)에서 외부로 방출된다.

또한, 이 때, 상기 밸브체(5)가 회전운동기부(4)를 기점으로 하여 상승하므로, 리드선(6)이 도 4에 나타내는 바와 같이 단선되어지거나, 또는 리드선(6)의 금속박(2)에의 납땜 부분이 떨어져서 전기적 접속이 차단된다.

또한, 밸브체의 형상은 반드시, 도 2에 나타내는 바와 같은 거의 원형의 것으로 한정되지 않고, 도 5에 나타내는 바와 같이 회전운동기부(4)에 암(arm)부(4a)를 보유하는 밸브체(10)이어도 좋고, 도 6에 나타내는 바와 같이 설편형상의 밸브체(11)이어도 좋다.

본 발명의 구성에 의하면, 완전밀폐형 전지에 있어서 단락, 과충전, 역충전 등의 비정상에 의해 전지 내압이 상승되었을 때, 금속박(2)은 특히 저압에서 안정적으로 정밀도가 좋고, 소정의 압력에서 파열되어 가요성의 금속기판(1)의 회전운동기부(4)를 회전운동 기점으로 하여 금속기판(1)에 완전히 들어간 파단선(3)에 의해서 형성된 원형밸브체(5)를 밀어 올리고, 리드선(6)을 절단해서 전기적 접속을 차단한다. 도 4의 밸브체칩의 작동시 횡단면도에서 나타내는 바와 같이, 작동시에는 밸브구멍(7)을 생성하므로서 전지 내부의 가스를 외부에 배출시키고, 전지의 급격한 온도상승이나 폭발을 미연에 방지하는 것이 가능하다.

밸브체칩을 작동시키는 압력은, 금속박(1)의 제조가 미크론오더의 높은 두께 정밀도로 가능하고, 그 재질조성을 선택하는 것 및 회전운동기부(4)의 길이를 장ㆍ단으로 조정하는 것에 의해 안정한 범위로 설정하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명의 안전밸브칩에 의하면, 단락, 과충전, 역충전 등에 의해 전지 내압이 상승했을 때, 전지 내압이 소정의 값에 달했을 때, 저압에서도 금속박이 안정적으로 정밀도가 좋게 파열되어 전지 내부의 가스가 외부에 배출되고, 전지의 급격한 온도상승이나 폭발을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

Claims (7)

1. 정극, 부극 및 세퍼레이터로 구성된 전극체가, 전해액과 함께 전지 외장캔 내에 수납되고, 이 외장캔 개구부의 내주에 삽입 지지된 구멍밀봉체에 의해, 상기 외장캔 개구부가 폐쇄되어 이루어지는 밀폐형 전지에 있어서, 상기 구멍밀봉체가 금속기판과, 이 금속기판 내에 파단선에 의해 형성되어, 전지 내압이 상승되었을 때에 금속기판에 개구부를 형성하도록 회전운동 기점으로부터 절곡되어, 해방편을 형성하는 밸브체와, 상기 금속기판의 내면에 부착된 금속박으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속박에는, 상기 전극체로부터 구멍밀봉 덮개에 전류를 유도하기 위한 리드부재가 부착되고, 이 리드부재는 상기 밸브체가 전지 내압을 해방하였을 때에 금속박으로부터 전기적으로 떨어져 전기적 접속을 차단하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브체가 대략 원형이며, 그 일부가 회전운동 기부로 되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브체가 대략 원형이며, 회전운동 기점이 암부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
5. 상기 밸브체가 대략 설편형상인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
6. 상기 금속기판이 강판, 스테인레스강판, 동판 또는 알루미늄판인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
7. 상기 금속박이 강박, 스테인레스박, 동박, 알루미늄박, 니켈박 또는 니켈-철 합금박인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.