KR20010051958A

KR20010051958A - 밀폐형 전지

Info

Publication number: KR20010051958A
Application number: KR1020000070661A
Authority: KR
Inventors: 오오시마츠토무
Original assignee: 아이미 토시히코; 엔이씨모바일에너지 가부시키가이샤
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2000-11-25
Publication date: 2001-06-25
Also published as: TW480761B; JP2001155693A; JP3492262B2; US6767667B1

Abstract

충전시의 전지캔 측면의 팽창이 작은 전지를 얻는 것으로, 양극 및 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하여 감은 편평한 형상의 전지요소를 수납한 밀폐형 전지에 있어서, 전지요소의 편평한 면에 평행인 전지캔면에는, 전지캔의 중심을 통과하는 전지요소의 편평한 면에 수직인 면에 있어 편평한 면에 평행한 중심축을 가지는 곡면으로 이루어지는 오목부가 형성된 밀폐형 전지.

Description

밀폐형 전지{Sealed cell}

본 발명은 각형 전지에 관한 것으로, 특히 세퍼레이터를 사이에 두고 양극 및 음극을 적층하여 감은 각형 전지에 관한 것으로, 특히 리튬 이온 전지 등의 밀폐형 전지에 관한 것이다.

전지 사용 기기에 있어서는 일반적으로 직방체상의 전지 수납부가 사용되고 있다. 이러한 직방체상 형상 기기의 전지 수납부에서는 원통형상의 전지로는 무효한 용적이 커진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 전지 수납부의 두께에 의해 원통형 전지의 직경이 제한을 받기때문에, 소형, 혹은 박형의 기기에 있어서는, 원통형 전지에 대신해 두께가 얇은 각주상의 밀폐형 전지가 이용되고 있다.

이들 전지에 있어서 전지의 용량은 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 양극 및 음극의 활물질량(活物質量)에 의존하고 있다. 양극 집전체 및 음극 집전체의 띠상 금속 기체상에 양극 활물질 및 음극 활물질을 도포하여 제조되는 양극 및 음극은 활물질의 도포 두께를 두껍게 함으로써, 양극 및 음극의 전기용량을 크게 하는 것이 가능하다.

세퍼레이터를 사이에 두고 양극 및 음극을 적층하여 감은 전지 요소를 전지캔에 수납한 전지에 있어서는, 양극 및 음극의 활물질층의 두께가 커지면, 전지 충전시의 전지캔의 팽출이 커지는 것을 피할 수 없었다.

전지캔의 팽출이 커지면, 전지 사용 기기에의 전지의 장착이 곤란해지는 등의 문제가 생기거나, 미리 팽창을 예측하여 공간을 준비하기 때문에 무효한 공간이 증가하는 등의 문제가 있었다.

전지의 초기 활성화시의 전지의 변형을 방지하기 위해서, 전지의 외장캔의 발전(發電)요소가 접하는 측면을 오목하게 한 각형 밀폐형 전지의 제조방법이 JP07183010(A)에 기재되어 있다.

그런데, 두께가 얇은 전지의 측면을 단지 오목하게 한 것으로는 충분한 효과를 얻는 것이 곤란했다.

본 발명은 각형 전지의 충전시의 전지요소의 팽창에 의한 전지캔 측면의 팽창을 방지하고, 전지 수납부에 쓸데없는 공간을 형성할 필요가 없는 각형 전지를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

도1은 본 발명의 밀폐형 전지를 설명하는 사시도,

도2는 본 발명의 밀폐형 전지의 다른 예를 설명하는 도면,

도3은 일실시예의 밀폐형 전지를 설명하는 도면,

도4는 전지의 두께를 설명하는 도면,

도5는 전지의 두께를 설명하는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 밀폐형 전지 2 : 전지캔

3 : 전지요소 4, 7 : 집전 탭

5 : 덮개체 6 : 전류인출단자

8 : 전지캔 내면 9 : 전지캔 측면

10 : 곡면상 오목부 11 : 아치상 곡면

본 발명은 양극 및 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하여 감은 편평한 형상의 전지요소를 수납한 밀폐형 전지에 있어서, 전지요소의 편평한 면에 평행한 전지캔 측면에는, 전지캔의 중심을 통과하여 전지요소의 편평한 면에 평행한 측면에 수직인 면상에 있어 편평한 면에 평행인 중심축을 가지는 곡면으로 이루어지는 오목부가 형성된 밀폐형 전지이다.

곡면으로 이루어지는 오목부의 전지캔의 개구 단부측의 단부(端部)와 전지캔의 전지요소의 편평한 면에 평행한 측면을 결합하는 수직인 벽면은 전지캔의 개구 단부와의 거리가 중앙부만큼 작은 곡면으로 형성되어 있는 상기 밀폐형 전지이다.

본 발명은 양극과 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층한 것을 감은 편평한 형상의 전지요소를 수납한 밀폐형 전지에 있어서, 충전시에 편평한 면과 수직인 방향으로의 팽창에 의한 전지캔의 변형을, 전지캔의 벽면에 형성하는 오목부를 특정한 형상으로 함으로써 억제하는 것이 가능한 것을 발견했다.

즉, 전지요소의 편평한 형상의 면에 면한 전지캔의 측면에 저면이 곡면상인 오목부를 형성하면 평면상의 오목부를 형성한 경우에 비해 충전시의 전지캔의 팽창을 유효하게 억제할 수 있는 것을 발견해 낸 것이다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도1은 본 발명의 밀폐형 전지를 설명하는 사시도로, 전지캔내를 투시한 도면이다.

본 발명의 밀폐형 전지(1)는 각형의 전지캔(2)내에 세퍼레이터를 사이에 두고 양극과 음극을 적층하여 편평하게 감은 후에, 다시 압압 처리하여 전지캔의 형상에 합치하도록 편평하게 한 전지요소(3)가 수용되어 있고, 한쪽 전극에서의 집전 탭(4)이 전지캔의 덮개체(5)에 형성된 전류인출단자(6)에 접합되어 있다. 또한, 다른쪽 전극으로부터 인출된 집전 탭(7)은 전지캔의 내면(8)에 접합되어 있다.

전지요소의 편평한 면에 평행한 전지캔 측면(9)에는 곡면상의 오목부(10)가 형성되어 있다. 곡면상의 오목부는 전지캔의 중심을 통과하여 전지요소의 편평한 면에 수직인 면, 즉 전지캔 측면(9)에 수직인 면상에서 전지캔 측면에 위치하는 편평한 면에 평행한 중심축을 가지는 곡면으로 형성된 전지캔의 내부로 향해 돌출된 오목면을 형성하고 있다.

본 발명의 밀폐형 전지에서는 충전시에 있어서 전지요소는 편평한 면의 중앙부가 가장 크게 팽창하지만, 전지캔의 측면에 설치한 곡면의 볼록부에 압압되게 되어 전지요소의 팽창을 방지할 수 있다.

또한, 곡면은 본 발명과 같이 전지캔의 편평한 면에 평행인 전지캔 측면(9)의 중심에 설치하는 것이 바람직하다.

편평한 면에 평행인 전지캔 측면(9)에서 곡면의 가장 깊은 부분까지의 깊이는 전지캔의 크기, 전지캔을 구성하는 금속재료의 두께 등에 따라 적절한 두께를 조정할 수 있다.

도2는 본 발명의 밀폐형 전지의 다른 예를 설명하는 도면으로, 사시도이다.

밀폐형 전지(1)의 전지요소의 편평한 면에 평행인 전지캔 측면(9)에 설치한 곡면상의 오목부(10)는 전지캔의 중심을 통과하여 전지요소의 편평한 면에 수직인 면, 즉 전지캔 측면에 수직인 면상에서 전지캔의 외부에 위치하는 편평한 면에 평행한 중심축을 가지는 곡면으로 형성되어 있고, 전지캔의 내부를 향해 돌출된 곡면을 형성하고 있다.

전지캔의 개구 단부측에 위치하는 곡면상의 오목부 단부와 전지캔 측면(9)을 결합하는 전지캔 측면(9)에 수직인 벽면은 전지캔의 개구 단부와의 거리가 중앙부만큼 작은 곡면, 즉 아치상 곡면(11)을 형성하고 있다.

또한, 아치상 곡면(11)은 전지캔의 상부 개구 단부에 가까울수록 전지캔의 팽창을 억제하는데 있어서의 효과가 크지만, 전지캔 내부 벽면에 전지요소에 결합된 한쪽 도전 터브를 접합하는 경우에는 접합부가 곡면이면 용접에 의한 접합이 곤란하므로, 접합부는 평면일 필요가 있다. 이 때문에 접합부가 되는 평면부분을 확보할 수 있는 크기로 할 필요가 있다.

이하에 본 발명의 실시예를 나타내고, 본 발명을 설명한다.

실시예1

세로 64.5mm, 가로 22mm, 두께 6.3mm, 판 두께 0.35mm의 연강판에 니켈을 도금한 부재로 이루어지는 전지캔의 면적이 큰 측면에, 도3에 도시하는 바와같이, 저부에서의 거리가 3.0mm, 상부 개구 단부에서 5.5mm이고, 상부 개구부에서 5.5mm의 위치에서는 상부 개구 단부에서 3.0mm인 위치로 향한 아치상 벽면을 가지고, 곡면의 중심축을 면적이 큰 측면에 수직인 중심축을 통과하는 면에 가진 깊이 1.5mm의 곡면을 형성했다.

전지캔내에 망간산 리튬(Li_1+XMn_2-XO₄) 분말 92중량부, 카본 블랙 5중량부, 폴리플루오르화 비닐리덴 3중량부로 이루어지는 혼합물을, 알루미늄박으로 도포하여 건조시킨 양극과, 흑연화 메소카본 마이크로 비즈(오사카 가스제 MCMB) 91중량부, 카본 블랙 1중량부, 폴리플루오르화 비닐리덴 8중량부로 이루어지는 혼합물을 동박상에 도포하여 건조시킨 음극을, 음극의 양면에 미소 다공성 폴리프로필렌막의 세퍼레이터를 배치하여 적층하고, 음극이 외측이 되도록 소용돌이상으로 감아 제작한 전지요소를 전지캔에 수용했다.

전지캔내에 에틸렌카보네이트 30용량부, 디에틸 카보네이트 70용량부로 이루어지는 혼합용매에 농도 1.Omo1/1로 되도록 LiPF₆을 용해하여 제작한 전해액을 주입하여 리튬 이온 이차전지를 제작했다.

얻어진 이차전지의 20개의 전지캔 중앙부의 두께 및 전지캔 상부 곡면과 전지캔의 측면을 결합하는 최상부 위치에서의 두께를 측정하고, 그 평균치를 도4에 도시한다.

실시예2

곡면의 개구 단부 근방에 아치상의 벽면을 설치하지 않고, 캔 저부의 근방과 마찬가지로 캔 저부에 수평인 벽면을 설치한 점을 제외하고 실시예1과 동일하게 전지를 제작하고, 실시예1과 같이 전지캔의 두께를 측정하여, 그 결과를 도4에 도시한다.

비교예1

측면에 오목부를 형성하지 않은 점을 제외하고 실시예1과 동일하게 밀폐형 전지를 제작하여 그 결과를 도4에 도시한다.

비교예2

곡면상의 오목부에 대신하여 저부가 측면으로부터 1.5mm의 깊이에 위치하는 평면상의 오목부를 형성한 점을 제외하고, 실시예1과 동일하게 밀폐형 전지를 제작하여 그 결과를 도4에 도시한다.

실시예3

전지캔의 개구부에서 아치상 위치의 최상단부까지의 거리를 5mm, 3.5mm, 및 2.0mm로 바꾼 점을 제외하고 실시예1과 동일하게 하여 오목면을 형성하고, 전지캔의 두께를 측정하여 그 결과를 도5에 도시한다. 이 결과에서 최상단부까지의 거리가 짧을수록 곡면 최상부에서의 캔 두께가 얇아지는 것을 알았다.

이상과같이, 전지캔의 측면에 곡면상의 오목부를 형성함으로써, 전지 충전시의 전지캔의 팽창을 억제할 수 있고, 전지캔을 소정 범위내의 두께로 유지하는 것이 가능해진다.

Claims

양극 및 음극을 세퍼레이터를 사이에 두고 적층하여 감은 편평한 형상의 전지요소를 수납한 밀폐형 전지에 있어서, 전지요소의 편평한 면에 평행한 전지캔 측면에는, 전지캔의 중심을 통과하여 전지요소의 편평한 면에 평행한 측면에 수직인 면상에 있어 편평한 면에 평행한 중심축을 가지는 곡면으로 이루어지는 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
제1항에 있어서, 리튬 이온 전지인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
제1항에 있어서, 곡면으로 이루어지는 오목부의 전지캔의 개구 단부측의 단부와 전지캔의 전지요소의 편평한 면에 평행한 측면을 결합하는 수직 벽면은 전지캔의 개구 단부와의 거리가 중앙부만큼 작은 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
제3항에 있어서, 리튬 이온 전지인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.