KR20020042527A - 각형 전지캔 및 그 제조방법 - Google Patents

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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

각형 전지캔(3)을 직사각형의 단변측판부(3a)의 두께(A)가 장변측판부(3b)의 두께(B)보다 큰 형상으로 한다. 이 각형 전지캔(3)의 제조에 있어서는, 소정 형상으로 펀칭한 전지캔소재(8)를 디프드로잉가공하여 횡단면형상이 거의 타원형상인 제 1 중간컵체(1)를 성형하고, 이 제 1 중간컵체(1)를 복수단에 연속적으로 재드로잉가공하여, 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형의 횡단면형상을 갖는 제 2 중간컵체(2)를 성형하고, 제 2 중간컵체(2)를 DI 가공함으로써 횡단면형상이 거의 직사각형이고, 그 단변측판부(3a)의 두께(A)가 장변측판부(3b)의 두께(B)보다 큰 형상의 각형 전지캔(3)을 제작한다.

Description

각형 전지캔 및 그 제조방법{SQUARE CELL CONTAINER AND METHOD OF MANUFACTURING THE CELL CONTAINER}
최근에는 일렉트로닉스 기술의 진보에 따라 전자기기의 고기능화와 함께 소형 경량화와 소비전력의 저하가 가능하게 되었다. 그 결과, 각종 민생용 휴대용 기기가 개발, 실용화되고, 그들의 시장규모가 급속히 확대되고 있다. 그들의 대표예로서는 캠코더, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화기 등을 들 수 있다. 이들 기기에는 더구나 소형 경량화와 함께 작동시간의 장기화가 계속 요구되고 있고, 이러한 요구 때문에 이들 기기의 구동용 내장전원으로서 수명이 길고 에너지밀도가 높은 리튬이온 2차전지로 대표되는 리튬 2차전지가 적극적으로 개발되어 많이 채용되고 있다.
리튬이온 2차전지는 현재 실용화되고 있는 전지계 중에서, 전지의 소형화의 지표로서 이용되는 단위체적당 에너지밀도는 물론, 전지의 경량화의 지표로서 이용되는 단위중량당 에너지밀도가 매우 높다는 장점을 갖고 있다. 전지의 에너지밀도를 결정하는 것은 발전요소를 구성하는 양극이나 음극의 전지활성물질이 중심이지만, 발전요소를 수납하는 전지캔의 소형화 및 경량화도 중요한 요소가 된다. 즉, 전지캔을 얇게 할 수 있으면 동일 외형의 전지캔에 보다 많은 전지활성물질을 수용하여 전지 전체에서의 체적 에너지밀도를 향상시킬 수 있고, 전지캔을 경량의 재료로 형성할 수 있으면, 전지 전체의 중량이 저감되어 중량 에너지밀도가 향상된다.
상술한 바와 같은 전지의 동향 중에서, 특히 슬림형의 각형 전지캔을 외체 케이스로서 이용한 각형 전지는 기기의 슬림화에 적합하고, 또한 스페이스 효과가 높기 때문에 중요시되고 있다. 종래, 각형 전지캔의 제조방법으로서는 트랜스퍼 프레스기에 의한 디프드로잉가공 및 펀칭가공을 10∼13공정 반복함으로써 횡단면형상이 거의 직사각형인 전지캔을 제작하는, 소위 트랜스퍼 드로잉공법이 주로 채용되고 있다.
그러나, 트랜스퍼 드로잉공법을 이용하는 각형 전지캔의 제조방법에서는, 디프드로잉가공 및 펀칭가공의 공정을 10수회 반복하기 때문에, 예를 들어 20개/분 정도로 생산성이 매우 나쁘다. 더구나, 트랜스퍼 드로잉공법에서는 체적 에너지밀도를 높여 고용량화를 도모하는 것을 목적으로 하여 전지캔 소재의 두께를 얇게 함에 있어서, 디프드로잉가공을 반복하여 슬림화하므로, 그것에 의해 얻어진 각형 전지캔은 강도가 부족하여, 전지로서 기능하였을 때에 필요한 내압강도를 확보할 수 없다는 문제점을 갖고 있다. 특히, 각형 전지캔의 경우에는 전지로서 기능하였을 때 전지내압이 상승한 경우의 변형이 안정된 형상인 원통형 전지캔에 비교하여 크고, 보다 안정된 형상인 원통형상으로 북형상으로 팽창하도록 변형되므로, 전해액의 누액이나 기기의 손상이 생길 우려가 있다.
한편, 원통형 전지의 전지캔의 제조방법으로서는, 슬림화하여 체적 에너지밀도의 향상을 도모하면서도 필요한 내압강도를 확보할 수 있는 전지캔을 제작할 수 있고, 또 높은 생산성으로 제조하는 것이 가능한 DI 공법이 이용되고 있다(일본 특공평 7-99686호 공보참조). 이 DI 공법은 프레스기에 의한 드로잉가공으로 제작한 컵형상 중간제품에 대하여 드로잉가공과 펀칭가공을 연속적으로 한번에 행하는 공법이다. 트랜스퍼 드로잉공법에 비교하여 공정수의 감소에 의한 생산성의 향상, 캔둘레벽의 두께감소에 의한 전지캔의 경량화 및 용량 상승에 따르는 전지의 에너지밀도의 향상, 응력부식의 저감 등의 장점이 있고, 원통형 전지의 전지캔의 제조에 있어서, 그 이용율이 높아지고 있다.
그래서, 상기의 DI 공법으로 각형 전지캔을 제작하는 것을 생각할 수 있다. 그런데, DI 공법으로 원통형 전지캔을 제작하는 경우에는, 횡단면 형상이 원형인 컵형상 중간제품이므로 마찬가지로 횡단면형상이 원형인 전지캔으로의 상사형 가공이고, DI 가공시의 아이어닝공정에서 둘레벽 전체의 두께가 균등하게 감소되므로, 가공시에 재료가 균일하게 흘러 원활하게 변형한다. 이에 대하여, DI 가공에 의해 각형 전지캔을 제작하고자 하면, 횡단면 형상이 원형인 컵형상 중간제품으로부터 횡단면 형상이 거의 직사각형인 전지캔으로의 비상사형 가공이 되므로, 가공시의 재료의 흐름이 불균일하게 되어 안정된 가공을 할 수 없고, 특히 면적이 작은 단변측판부에 균열이나 파단이 생기기 쉬워, 변형된 형상이 되는 개소가 생기는 등의문제점이 발생한다.
그 때문에, 종래에는 각형 전지캔을 DI 공법으로 제작할 수 없어, 이 각형 전지캔은 주로 상술한 트랜스퍼 드로잉공법이나 알루미늄을 재료로 한 임팩트 성형에 의해 제작되고 있지만, 모두 생산성이 매우 나쁜데다가 전지내압상승시의 변형을 확실히 방지할 수 있는 강도를 확보하기 위해 슬림화나 경량화를 부득이 희생한 형상으로 할 필요가 있으므로, 체적 에너지밀도 및 중량 에너지밀도의 향상을 도모할 수 없다.
또, 각형 전지캔의 또 다른 제조방법으로서는, 각통과 저판을 별개로 성형가공하여, 각통의 저부에 저판을 레이저용접으로 기밀하게 접합하는 것도 제안(일본 특개평 6-333541호 공보)되어 있다. 그러나, 이 제조방법에서는, 트랜스퍼 드로잉공법 등에 비하여 공정수가 그다지 감소하지 않은 데다가, 각통과 저판의 정확한 위치결정공정이나 레이저용접공정 등의 번거로운 작업이 개재되므로, 생산성의 향상을 도모할 수 없다. 더구나, 이 제조방법에 의해 얻어지는 각형 전지캔에서는 슬림화 및 경량화에 의한 고에너지밀도와, 전지내압 상승시에 변형하지 않는 내압강도와의 상반되는 요건을 동시에 만족할 수 있는 각형 전지캔을 얻을 수 없다.
그래서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고에너지밀도와 필요한 내압강도를 모두 실현하는 각형 전지캔 및 그 각형 전지캔을 DI 공법을 이용하여 제작하는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 리튬이온 2차전지 등의 각종 각형 전지의 외체 케이스로서 이용되는 각형 전지캔 및 그 각형 전지캔을 DI(드로잉과 아이어닝, 즉 드로잉가공과 아이어닝가공의 양쪽을 연속적으로 한번에 행한다)공법을 이용하여 제작하는 제조방법에 관한 것이다.
도 1의 (A)∼(C)는 본 발명의 일실시예에 관한 각형 전지캔의 제조방법에서의 제 1 공정을 공정순서로 나타낸 단면도
도 2는 제 1 공정에 이용하는 프레스기에서의 블랭킹다이 및 블랭킹펀치가 맞물린 부분의 절단좌측면도
도 3은 제 1 공정에서의 펀칭가공후의 전지캔 소재를 나타내는 평면도
도 4는 제 1 공정을 거쳐 제작된 제 1 중간컵체를 나타내는 사시도
도 5는 상기와 같은 실시예에서의 제 2 공정의 종단면도
도 6은 제 2 공정의 횡단면도
도 7은 제 2 공정에 이용하는 프레스기의 금형과 제 1 중간컵체 및 동상 공정을 거쳐 제작된 제 2 중간컵체의 관련을 나타내는 사시도
도 8은 상기와 같은 실시예에서의 제 3 공정의 횡단면도
도 9는 제 3 공정을 거쳐 제작된 각형 전지캔을 나타내는 일부 파단한 사시도
도 10은 제 3 공정을 거쳐 제작된 다른 각형 전지캔을 나타내는 종단면도
도 11은 상기와 같은 각형 전지캔을 이용하여 구성한 각형 전지를 나타내는 종단면도
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 발전요소를 내부에 수납하여 각형 전지를 구성하는 횡단면형상이 거의 직사각형인 각형 전지캔에 있어서, 횡단면의 단변측판부의 두께를 장변측판부의 두께보다 크게 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.
이 각형 전지캔을 이용하여 각형 전지를 구성하면, 횡단면형상이 거의 직사각형인 각형 전지캔의 단변측판부는 두께가 비교적 크기 때문에, 전지로서 기능하였을 때에 전지내압이 상승한 경우에 마치 지주로서의 역할을 하여, 전지가 보다 안정된 형상인 원통형으로 북형상으로 팽창되는 상태로 변형하고자 하는 것을 확실히 저지한다. 그 때문에, 이 각형 전지캔은 전해액의 누액이나 기기의 손상과 결함의 발생을 확실히 방지할 수 있어, 높은 신뢰성을 갖는 각형 전지를 구성할 수 있다. 또, 단변측판부에 비교하여 면적이 큰 장변측판부는 비교적 얇은 두께로 형성되어 있으므로, 그 만큼 각형 전지캔의 내용적이 커져 많은 전지활성물질을 충전할 수 있어, 체적 에너지밀도가 향상된 각형 전지를 구성할 수 있다. 더구나, 이 각형 전지캔은 DI 가공에 의해 제작하는 경우에 단변측판부에 균열이나 파단이 생기기 쉽다는 문제점을 단변측판부의 두께를 비교적 두껍게 함으로써 해소할 수 있으므로 여러가지의 특징을 갖는 DI 가공으로 제작하기 쉽다.
상기 각형 전지캔에 있어서, 단변측판부의 두께를 A, 장변측판부의 두께를 B, 저판부의 두께를 C로 하였을 때, B = αA(0.6 < α< 1.0), A = βC(0. 2 < β< 0. 8)로 설정하는 것이 바람직하다. 전지캔의 각 두께 A, B, C의 관계를 상기 범위 내가 되도록 한정함으로써 상술한 전지캔으로서의 효과를 확실히 얻을 수 있다.
또, 상기 각형 전지캔은 철을 주체로 하고, 탄소를 0.1wt% 이하 포함하는 냉간압연용 탄소강을 소재로 하여 형성하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 소재가 되는 탄소강이 티타늄 및 니오브의 적어도 한종류를 O.1wt% 이하 함유하고 있는 것이다.
철을 주체로 하는 금속재료에서의 탄소함유량과 아이어닝가공성의 관련에 있어서는, 탄소함유량이 적을수록 그 가공성이 향상되고, 또 티타늄, 니오브의 적어도 한종류를 0.1wt% 이하 함유하는 탄소강이면, 그 가공성이 한층 향상된다. 따라서, 이 소재를 이용함으로써, 상기 발명의 각형 전지캔을 원활히 성형하는 데에 유효하게 된다.
또, 상기 각형 전지캔은 가공전의 소재의 철을 주체로 하는 금속재료의 비커스경도를 나타내는 HV값에 대하여, 가공후의 측판부의 HV값이 1.5배 이상이 되도록 가공되어 있는 것이 바람직하다.
이로 인하여, 종래에서는 전지캔의 내압강도나 봉입부의 강도를 확보하기 위해 전지캔 소재로서 비교적 고경도의 니켈도금강판(비커스경도 HV값이 100∼120의 것)이 이용되고 있었는데 비하여, 소정값 이상의 아이어닝율로 설정한 아이어닝가공을 컵형상 중간제품에 대하여 실시함으로써, 가공전의 전지캔 소재의 단계에서 저경도이던 소재를 각형 전지캔으로 한 단계에서는 가공경화에 의해 측판부를 고경도로 할 수 있다. 이 때문에, 가공성이 양호한 HV값이 80∼90의 저경도의 소재를 가공하여 컵형상 중간제품을 성형할 수 있으므로, 균열이나 파단 등의 발생을 한층 확실히 방지할 수 있다. 또, 아이어닝가공에서는, 특히 장변측판부의 슬림화에 의해 고용량화를 도모하면서도 그 장변측판부의 경도를 가공경화에 의해 높여 충분한내압강도를 갖는 각형 전지캔을 얻을 수 있다.
또, 상기 각형 전지캔은 측판부에서의 전지를 구성하였을 때의 봉입부 주변부분의 두께가 상기 측판부의 다른 부분의 두께에 비하여 적어도 10% 이상 두껍게 형성되어 있는 형상으로 하는 것이 바람직하다.
이로 인하여, 이 각형 전지캔을 이용한 각형 전지에서는 전지내압이 상승하였을 때, 내압강도적으로 가장 약한 전지봉입부 주변의 두께가 다른 부분보다도 10%이상 두껍기 때문에 밀폐강도를 유지하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명의 각형 전지캔의 제조방법은 소정 형상으로 펀칭한 전지캔 소재를 디프드로잉가공하여, 횡단면 형상이 거의 타원형인 제 1 중간컵체를 성형하는 제 1 공정과, 상기 제 1 중간컵체를 드로잉가공과 아이어닝가공을 연속적으로 한번에 행하는 DI 가공함으로써, 횡단면 형상이 거의 직사각형이고, 그 단변측판부의 두께가 장변측판부의 두께보다 큰 각형 전지캔을 성형하는 제 2 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
이 각형 전지캔의 제조방법에서는, 종래의 각형 전지캔의 주된 제조방법인 트랜스퍼 드로잉공법에서는 10수 공정을 필요로 하는 데 대하여, 2공정으로 원하는 형상의 각형 전지캔을 제작할 수 있으므로 생산성이 매우 향상된다. 또, 단변측판부의 두께를 장변측판부의 두께보다 크게 형성하므로, DI 가공시에 있어서 단변측판부에 균열이나 파단이 생기는 것을 방지하여, 원하는 형상의 각형 전지캔을 안정되게 제조하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명의 각형 전지캔의 다른 제조방법은 소정 형상으로 뚫은 전지캔소재를 디프드로잉가공하여, 횡단면 형상이 거의 타원형인 제 1 중간컵체를 성형하는 제 1 공정과, 상기 제 1 중간컵체를 복수단으로 연속적으로 재드로잉가공하여, 상기 제 1 중간컵체의 횡단면형상보다 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형의 횡단면 형상을 갖는 제 2 중간컵체를 성형하는 제 2 공정과, 상기 제 2 중간컵체를 드로잉가공과 아이어닝가공을 연속적으로 한번에 행하는 DI 가공함으로써, 횡단면형상이 거의 직사각형이고, 그 단변측판부의 두께가 장변측판부의 두께보다 큰 형상을 갖는 각형 전지캔을 성형하는 제 3 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
이 각형 전지캔의 제조방법에서는, 앞서 설명한 제조방법과 같은 효과를 얻을 수 있는 것에 덧붙여서, DI 가공에 앞서 제 1 중간컵체의 횡단면형상보다 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형의 횡단면형상을 갖는 제 2 중간컵체를 형성하고 있으므로, DI 가공은 횡단면 형상을 직사각형에 가까운 거의 타원형상에서 거의 직사각형으로 변형시키는 거의 상사형 가공이 되고, 변형된 형상이 되는 개소나 균열 또는 파단 등의 결함이 발생하지 않고, 원하는 형상의 각형 전지캔을 안정되게 제작할 수 있다.
상기와 같은 각형 전지캔의 제조방법에 있어서, 제 2 공정에서의 적어도 제 1 단의 재드로잉가공에 있어서, 제 1 중간컵체의 장경에 대하여 장경이 5∼20%만큼 긴 거의 타원형상이 된 드로잉가공구멍을 갖는 드로잉금형을 이용하여, 상기 제 1 중간컵체를 그 장경방향의 치수를 규제하지 않고 단경방향의 치수만을 단축하도록 드로잉가공하고, 상기 제 1 중간컵체의 횡단면형상보다도 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형의 횡단면 형상으로 변형시키도록 하는 것이 바람직하다.
이로 인하여, 제 2 공정의 적어도 제 1단의 재드로잉가공에 있어서, 횡단면 형상이 거의 타원형인 제 1 중간컵체를, 그 장경방향의 치수를 규제하지 않고 우선 단경방향의 치수만을 단축하도록 변형시키므로, 그 가공시의 변형분의 재료가 장경방향으로 피하도록 유동되어, 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형의 횡단면 형상을 갖는 컵체로 좁혀간다. 이 때문에, 제 1 중간컵체는 재료의 원활한 흐름에 의해 변형된 형상이 되는 개소가 발생하는 일 없이, 필요한 형상을 갖는 컵체로 원활히 변형가공된다.
상기 각 각형 전지의 제조방법에서의 제 1 공정에서, 전지캔 소재를 거의 엽전의 형상으로 펀칭하도록 하는 것이 바람직하다.
종래와 같이 전지캔 소재를 원판형상으로 펀칭하여 횡단면이 원형에 가까운 거의 타원형상의 제 1 중간컵체를 성형하는 경우에는, 최종공정을 거쳐 제작된 각형 전지캔에서의 단변측판부의 상방에 큰 귀부가 돌출되는 변형된 형상이 되어, 그 귀부를 절단하여 제거하는 불필요함이 생긴다. 이에 대하여, 전지캔 소재에서의 각형 전지캔으로 하였을 때에 단변측판부의 상방에 돌출하는 귀부에 상당하는 부분을 미리 제거한 엽전형상으로 재료를 취하면 전지캔 소재에 대하여 종래보다도 펀칭구멍을 가급적 근접시킨 배치로 형성할 수 있도록 재료를 취할 수 있기 때문에, 각형 전지캔을 성형한 후에 절단 제거하는 귀부에 상당하는 장소만큼 재료손실을 줄일 수 있다.
본 발명의 각형 전지는 상기 각 발명의 각형 전지캔의 제조방법중 어느 것인가에 의해 제조된 각형 전지캔을 이용하여, 이 각형 전지캔의 내부에 발전요소를수납하고, 또 개구부를 봉입체로 액밀하게 밀봉함으로써 구성되어 있다.
이 각형 전지는 체적 에너지밀도의 향상을 도모하면서 충분한 내압강도를 갖게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 일실시예의 각형 전지캔의 제조방법에서는, 도 1의 개략 횡단면도에 나타내는 제 1 공정에서 재료인 전지캔 소재(8)의 펀칭가공 및 디프드로잉가공을 행함으로써, 도 4에 나타내는 횡단면형상이 원에 가까운 거의 타원형상인 제 1 중간컵체(1)를 성형한다. 이 제 1 중간컵체(1)를 도 5 및 도 6의 개략 종단면도 및 개략 횡단면도에 각각 나타내는 제 2 공정에서 4단의 재드로잉가공을 연속적으로 행함으로써, 도 7에 나타내는 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형상의 횡단면형상을 갖는 제 2 중간컵체(2)를 성형한다. 계속해서 이 제 2 중간컵체(2)를 도 8의 개략 횡단면도로 나타내는 제 3 공정에서 DI 가공을 행함으로써, 도 9의 일부 파단한 사시도에 나타내는 원하는 각형 전지캔(3)을 제작한다. 이하, 제 1 내지 제 3 공정에 대하여 차례로 상술한다.
도 1의 (A)∼(C)는 제 1 공정에서 펀칭가공 및 디프드로잉가공을 하는 프레스기를 나타내고, 다이홀더(9)에 고정된 커핑다이(4)의 개구단에는 블랭킹다이(7)가 돌출상태로 외부삽입 고정되어 있다. 이 블랭킹다이(7)의 단면 상에는 도 1의 (A)에 나타내는 바와 같이, 전지캔소재(8)가 공급된다. 전지캔소재(8)로서는 각형 전지캔(3)의 내압강도나 봉입부의 강도를 확보하기 위해, 이 실시예에서는 니켈도금강판을 이용한다. 니켈도금강판으로 이루어지는 전지캔소재(8)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 후프재로서 블랭킹다이(7)의 단면 상에 공급되어 순차 위치결정된다.
전지캔소재(8)가 위치결정되면, 도 1의 (B)에 나타내는 바와 같이, 제 1 및 제 2 펀치홀더(10, 11)에 각각 유지된 블랭킹펀치(12) 및 커핑펀치(드로잉펀치)(13)는 모두 다이(4, 7)측으로 근접 이동한다. 그것으로 인하여, 전지캔소재(8)는 블랭킹다이(7)와 블랭킹펀치(12)의 각각의 칼날부에 의해 펀칭된 후에 전지캔소재(8)의 펀칭된 부분(8A)은 블랭킹펀치(12)와 커핑다이(4) 사이에 끼워져 일단 유지된다.
도 2는 블랭킹다이(7)와 블랭킹펀치(12)가 서로 맞물린 부분의 절단좌측면도를 나타내고, 블랭킹다이(7)와 블랭킹펀치(12)의 각각의 칼날부(7a, 12a)는 모두 거의 엽전의 형상으로 되어 있고, 원형을 커트한 부분은 각형 전지캔(3)으로 하였을 때의 장경방향 L의 양측부분, 즉 단변측판부(3a)의 부분에 상당한다. 이와 같이 전지캔소재(8)를 엽전형태로 펀칭하고 있는 것은 다음과 같은 이유에 의한다.
즉, 가령 전지캔소재(8)를 원판형상으로 펀칭한 경우에는 제 3 공정을 거쳐 제작되는 각형 전지캔(3)에서의 단변측판부(3a)의 상방에 큰 귀부가 돌출하는 변형된 형상이 되고, 그 귀부를 절단하여 제거하게 된다. 그래서, 당 실시예에서는, 전지캔소재(8)에서의 각형 전지캔(3)으로 하였을 때, 단변측판부(3a)의 상방에 돌출하는 귀부에 상당하는 부분을 미리 제거한 형상으로 재료를 취하고 있다. 도 3은 재료를 취한 후에 펀칭구멍(8a)이 형성된 상태의 후프형상의 전지캔소재(8)를 나타내고, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 종래보다 펀칭구멍(8a) 끼리를 가급적 근접시킨 배치로 형성할 수 있도록 재료를 취할 수 있기 때문에, 각형 전지캔(3)을 성형한 후에 절단 제거하는 귀부에 상당하는 개소분 및 펀칭구멍(8a) 사이의 여백이감소한 만큼 재료손실을 저감할 수 있다.
이어서, 전지캔소재(8)로부터 펀칭되어 블랭킹펀치(12)와 커핑다이(4) 사이에 끼워져 있는 펀칭부분(8A)은 커핑펀치(13)의 누름동작에 의해 도 1의 (C)에 나타내는 바와 같이, 커핑다이(4)의 내부에 인입되어가고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 커핑펀치(13)에서의 원형에 가까운 거의 타원형상의 단면을 갖는 외형상을 따른 형상으로 좁혀져, 도 4에 나타내는 제 1 중간컵체(1)가 성형가공된다.
상기 제 1 공정에서의 디프드로잉가공시에 있어서, 블랭킹펀치(12)는 전지캔소재(8)의 펀칭부분(8A)에 대하여 일정한 힘(즉, 펀칭부분(8A)을 압연시키지 않을 정도의 힘)으로 커핑다이(4)의 상단면으로 밀어붙여 장력을 부여하고 있고, 소성가공으로서도 기능한다. 따라서, 이 프레스기는 디프드로잉가공에 필요한 소성가공을 구비하지 않고 있지만, 블랭킹펀치(12)가 소성가공으로서 기능함으로써 디프드로잉가공을 할 수 있다. 상술한 바와 같이 성형된 제 1 중간컵체(1)는 스프링을 갖는 스토퍼(17)에 걸리고, 커핑펀치(13) 및 블랭킹펀치(12)만이 도 1의 (A)에 나타내는 원래의 위치로 복귀하여, 이후 상술한 바와 같은 동작을 반복한다.
상술한 제 1 공정에 의해 얻어진 횡단면형상이 원형에 가까운 거의 타원형상의 제 1 중간컵체(1)는 전지캔소재(8)의 두께에 상당하는 간격을 두고 마주 대하는 커핑펀치(13)와 커핑다이(4)로 디프드로잉가공됨으로써 얻어진 것이기 때문에, 제 1 중간컵체(1)의 두께는 그 전체에 걸쳐 전지캔소재(8)의 두께 d에 대하여 거의 변화가 없다.
이어서, 상기 제 1 중간컵체(1)는 도 5 및 도 6의 드로잉프레스기를 이용한제 2 공정에 의한 4단의 재드로잉가공을 거쳐 제 2 중간컵체(2)가 된다. 이 드로잉프레스기는 4단의 드로잉가공을 한번에 실시함으로써 제 2 중간컵체(2)를 제작하는 것으로, 중간제품반송부(18), 커핑펀치(19), 다이기구(20) 및 스트리퍼(21) 등을 구비하여 구성되어 있다. 도 7은 다이기구(20)의 사시도를 나타낸다.
상기 중간제품반송부(18)는 제 1 공정에서 제작된 제 1 중간컵체(1)를 순차 성형개소에 반송한다. 다이기구(20)에는 제 1 내지 제 4 드로잉다이(20A∼20D)가 배치되어 있고, 이들 드로잉다이(20A∼20D)는 커핑펀치(19)의 축심과 동심이 되도록 직렬로 배치되어 있다. 성형개소에 반송되어 위치결정된 제 1 중간컵체(1)는 플라이휠(도시생략)에 의해 구동되는 커핑펀치(19)의 누름동작에 의해, 우선 제 1 및 제 2 드로잉다이(20A, 20B)의 각각의 내부형상에 따른 형상이 되도록 좁혀진다.
여기서, 제 1 드로잉다이(20A)의 조임가공구멍(20a)은 도 7에 나타내는 바와 같이, 장경 E1이 제 1 중간컵체(1)의 장경 e1보다 길고, 또 도 6에 나타내는 바와 같이 단경 F1이 중간컵체(1)의 단경 f1보다 약간 짧은 거의 타원형상으로 되어 있다. 또, 제 2 드로잉다이(20B)의 드로잉가공구멍(20b)은 도 7에 나타내는 바와 같이, 장경 E2가 제 1 드로잉다이(20A)의 장경 E1보다 약간 작고, 또 제 1 중간컵체(1)의 장경 e1보다 약간 길고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 단경 F2가 제 1 드로잉다이(20A)의 단경 F1보다 약간 짧은 거의 타원형상으로 되어 있다.
따라서, 제 1 중간컵체(1)는 커핑펀치(19)의 누름운동에 의해 제 1 및 제 2 드로잉다이(20A, 20B)의 드로잉가공구멍(20a, 20b)을 각각 통과함으로써 단경 f1이 서서히 작아지도록 좁혀지는 동시에, 이 드로잉에 따르는 변형분의 재료가 장경방향으로 피하도록 유동되어, 횡단면형상이 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형상의 컵체로 좁혀 간다. 이로 인하여, 횡단면형상이 원형에 가까운 거의 타원형상의 제 1 중간컵체(1)는 재료의 원활한 흐름에 의해 변형된 형상이 되는 개소가 발생하는 일 없이, 횡단면형상이 원하는 거의 타원형상의 컵체로 원활히 변형가공된다.
상술한 바와 같이 제 1 중간컵체(1)를 장경방향으로 일단 연장시키도록 드로잉가공하고 있는 것은, 처음부터 장경방향과 단경방향의 쌍방의 치수를 규제한 상태로 드로잉가공을 하면, 장경방향과 단경방향의 면적의 차이때문에 재료가 원활하게 흐르지 않기 때문에, 변형된 형상이 되는 개소나 균열 또는 파단 등의 결함이 발생하기 때문이다. 또한, 가령 제 1 중간컵체(1)를 갑자기 DI 가공하여 각형 전지캔을 제작하고자 하면, 횡단면형상이 원형에 가까운 거의 타원형에서 거의 직사각형이 되도록 DI 가공하게 되므로, 파단이나 균열이 생긴다. 또, 제 1 및 제 2 드로잉다이(20A, 20B)의 각각의 드로잉가공구멍(20a, 20b)의 장경 E1, E2는 제 1 중간컵체(1)의 장경 e1에 대하여 5∼20%의 범위 내의 비율만큼 길게 설정하면, 변형된 형상이 되지 않은 컵체를 원활하게 드로잉가공할 수 있고, 바람직하게는 10%로 설정하는 것이 좋다.
계속해서, 제 2 드로잉다이(20B)를 거쳐 횡단면형상이 거의 타원형상에 있어서의 단경방향의 치수를 우선 규제한 형상으로 드로잉가공된 컵체는 커핑펀치(19)의 계속적인 누름동작에 의해 제 3 및 제 4 드로잉다이(20C, 20D)를 순차 통과함으로써, 다음에 횡단면의 거의 타원형에서의 장경방향의 치수가 규제된다. 즉, 제 3 드로잉다이(20C)의 드로잉가공구멍(20c)은 장경 E3이 제 1 중간컵체(1)의 장경 e1보다 짧고, 또 단경 F3이 제 2 드로잉다이(20B)의 드로잉가공구멍(20b)의 단경 F2보다 약간 짧은 거의 타원형상으로 설정되어 있다. 또, 제 4 드로잉다이(20D)의 드로잉가공구멍(20d)은 얻고자 하는 제 2 중간컵체(2)의 장경 e2 및 단경 f2와 동일길이의 장경 e2 및 단경 f2를 갖는 거의 타원형상으로 설정되어 있다. 즉, 제 4 드로잉다이(20D)의 드로잉가공구멍(20d)은 커핑펀치(19)에 대하여 전지캔소재(8)의 두께 d에 상당하는 간격을 형성할 수 있는 장경 e2 및 단경 f2로 되어 있다.
이와 같이, 제 2 중간컵체(2)는 제 1 중간컵체(1)에 대하여 우선 장경방향으로 연장하면서 단경방향의 치수를 단축하도록 드로잉가공한 후에 장경방향을 소정의 치수로 단축하여 수정하도록 드로잉가공하여 얻어진 것이기 때문에, 왜곡으로 변형한 개소가 존재하지 않고, 횡단면형상이 원하는 거의 타원형을 갖게 된다. 또, 제 2 공정은 제 1 중간컵체(1)를 재드로잉가공할 뿐으로, 아이어닝가공이 존재하지 않으므로, 제 2 중간컵체(2)는 그 전체의 두께가 전지캔소재(8)의 두께 d와 거의 같다. 이렇게 하여 제작된 제 2 중간컵체(2)는 스트리퍼(21)에 의해 드로잉프레스기로부터 분리된다.
마지막으로, 상기 제 2 중간컵체(2)는 도 8에 나타내는 제 3 공정에서, 드로잉겸 아이어닝기에 의해 1단의 드로잉가공과 3단의 아이어닝가공을 연속적으로 한번에 실시하는 DI 가공됨으로써 원하는 형상의 각형 전지캔(3)이 된다. 이 드로잉겸 아이어닝기는 중간제품반송부(22), DI 펀치(23), 다이기구(24) 및 스트리퍼(27) 등을 구비하여 구성되어 있다. 다이기구(24)에는 드로잉다이(24A) 및 제 1 내지 제 3 아이어닝다이(24B∼24D)가 설치되고, 이들 다이(24A∼24D)는 DI 펀치(23)의 축심과 동심이 되도록 직렬로 배치되어 있다.
중간제품반송부(22)는 우선 제 2 중간컵체(2)를 순차 성형개소에 반송한다. 성형개소에 반송되어 위치결정된 제 2 중간컵체(2)는 플라이휠(도시생략)에 의해 구동되는 DI 펀치(23)의 누름동작에 의해, 드로잉다이(24A)에 의해 그 형상이 DI 펀치(23)의 외형상을 따른 형상이 되도록 좁혀진다. 이 드로잉다이(24A)를 다 통과한 컵체는 제 2 중간컵체(2)에 대하여 장경방향 및 단경방향의 각 치수를 약간 작고, 또한 몸통이 긴 형태로 변형되어, 원하는 각형 전지캔(3)의 횡단면형상인 거의 직사각형에 가까운 거의 타원형상으로 우선 정형되지만, 그 두께 등의 변화는 거의 없다.
이어서, 드로잉다이(24A)를 다 통과한 컵체는 DI 펀치(23)의 누름동작이 진행함에 따라 제 1 아이어닝다이(24B)에 의해 제 1 단의 아이어닝가공이 실시되고, 옆둘레부가 전개되어 그 두께가 작아지는 동시에, 가공경화에 의해 경도가 높여진다. 이 제 1 아이어닝다이(24B)를 다 통과한 컵체는 커핑펀치(23)의 누름동작이 더욱 진행됨으로써, 제 1 아이어닝다이(24B)보다 작은 아이어닝가공구멍을 갖는 제 2 아이어닝다이(24C), 이어서 제 2 아이어닝다이(24C)보다 작은 아이어닝가공구멍을 갖는 제 3 아이어닝다이(24D)에 의해 제 2 단 및 제 3 단의 아이어닝가공이 순차 실시되고, 그 둘레벽부는 순차 전개되어, 두께가 더욱 작아지는 동시에, 가공경화에 의해 경도가 높여진다. 제 3 아이어닝다이(24D)를 다 통과하면, 원하는 형상의 전지캔소체(3A)가 완성된다. 이 경우, 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형상, 즉 직사각형에 가까운 거의 타원형의 횡단면형상으로 한 제 2 중간컵체(2)를 DI 가공하므로, 무리없이 DI 가공하여 원하는 형상의 각형 전지캔을 안정되게 제작할 수 있다.
이 전지캔소체(3A)는 스트리퍼(27)에 의해 드로잉겸 아이어닝기로부터 분리된 후에, 그 측상부(귀부)가 여러가지 가공을 거침으로써 다소 변형된 형상으로 되어 있으므로, 그 귀부가 절단되어 도 9에 나타내는 각형 전지캔(3)이 된다.
상술한 바와 같이, 이 실시예에 의한 각형 전지캔(3)의 제조방법에서는 종래의 각형 전지캔의 주된 제조방법인 트랜스퍼 드로잉공법에서는 10수 공정을 필요로 하는 데 비하여, 제 1∼제 3의 3공정에서 원하는 형상의 각형 전지캔(3)을 제작할 수 있으므로 생산성이 매우 향상되고, 또 제 1 공정에서의 전지캔소재(8)의 재료를 취함에 있어서 전지캔소재(8)를 거의 엽전형태로 펀칭함으로써 재료손실을 저감할 수 있는 효과까지도 얻어진다. 또, 이하와 같은 효과까지도 얻을 수 있다.
즉, 상기의 각형 전지캔(3)은 단변측판부(3a)의 두께 A가 장변측판부(3b)의 두께 B보다도 크게 형성된다. 이러한 각형 전지캔(3)의 형상은 DI 펀치(23)와 각 다이(24A∼24D) 사이의 간격의 설정에 의해 용이하게 제작할 수 있고, 그 구성은 용이하게 상정할 수 있으므로 굳이 도시를 생략하고 있다. 즉, 제 1 단 및 제 2 단의 아이어닝가공에서는 제 1 및 제 2 아이어닝다이(24B, 24C)의 아이어닝가공구멍을 장변측판부(3b)에 상당하는 부분의 아이어닝가공량이 단변측판부(3a)에 상당하는 부분보다도 커지는 형상으로 하고, 최종적으로는, 제 3 아이어닝다이(24D)의 아이어닝가공구멍의 형상에 의해 각형 전지캔(3)의 장변측판부(3b)의 두께 B의 단변측판부(3a)의 두께 A에 대한 비율이 결정된다.
구체적인 수치를 나타내면, 단변측판부(3a)의 두께 A와 장변측판부(3b)의 두께 B의 비율은 다음 (1)식과 같이 설정하는 것이 바람직하다.
B = αA(0.6 < α< 1.0) ····(1)
또, 저판부(3c)에 상당하는 개소는 제 3 공정에서 DI 펀치(23)로 눌려질 뿐으로, 거의 아이어닝가공되지 않으므로, 저판부(3c)의 두께 C는 전지캔소재(8)의 두께 d 에 대하여 약간 작아질 뿐이다. 그래서, 상기 각형 전지캔(3)의 단변측판부(3a)의 두께 A와 저판부(3c)의 두께 C의 비율은, 다음 (2)식과 같이 설정하는 것이 바람직하다.
A = βC(0. 2 < β< 0. 8) ·····(2)
여기서, 각형 전지캔(3)의 전체를 비교적 큰 두께로 형성하는 경우에는 (1)식의 α를 1.0으로, 즉 장변측판부(3b)의 두께 B를 단변측판부(3a)의 두께 A와 동일하게 설정해도 된다. 그 경우에는, 제 2 공정을 생략하고 제 1 공정에서 얻어진 중간컵체(1)에 대하여 제 3 공정의 DI 가공을 함으로써, 한번에 원하는 각형 전지캔(3)을 제작하도록 해도 원하는 형상의 각형 전지캔(3)을 얻을 수 있다.
상기 각형 전지캔(3)을 외체케이스로서 각형 전지를 구성한 경우, 각형 전지캔(3)의 장경방향의 양측에 존재하고 있는 단변측판부(3a)는 두께 A가 비교적 크고, 또한 더욱 큰 두께 C의 저판부(3c)에 일체로 지지되어 있기 때문에, 전지로서 기능하였을 때의 전지내압의 상승에 대하여 마치 지주로서의 역할을 다하여, 보다 안정된 형상인 원통형으로 향하여 장변측판부(3b)가 북형상으로 팽창되는 상태로 변형하고자 하는 것을 확실히 저지한다. 이로 인하여, 상기 각형 전지는 전해액의누액이나 기기의 손상과 결함의 발생을 확실히 방지할 수 있어, 높은 신뢰성을 갖게 된다.
또, 면적이 큰 장변측판부(3b)는 비교적 얇은 두께 B로 형성되어 있으므로, 그 만큼 각형 전지캔(3)의 내용적이 커져 많은 전지활성물질을 충전할 수 있어, 체적 에너지밀도가 향상된다. 더구나, 장변측판부(3b)는 제 1 및 제 2 공정 및 제 3 공정에서의 드로잉공정까지는 전지캔소재(8)와 거의 동일한 두께 d를 유지하고, 제 3 공정의 DI 가공에서의 아이어닝가공에 의해서만 전지캔소재(8)의 두께 d에 대하여 슬림화되기 때문에, 그 아이어닝가공시의 가공경화에 의해 경도가 비약적으로 높아져서, 비교적 작은 두께 B로 아이어닝가공됨에도 불구하고 충분한 강도를 갖는다. 다시 말하면, 각형 전지캔(3)의 장변측판부(3b)는 아이어닝공정에 의한 가공경화에 의해 경도를 높이면서 슬림화되므로, 트랜스퍼 드로잉공법으로 제작된 각형 전지캔에 비교하여 현격하게 슬림화되면서도 모재인 전지캔소재(8)에 대하여 약 2배의 강도를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 각형 전지캔(3)은 고용량화에 의한 고에너지밀도와 전지내압 상승시의 변형을 확실히 방지할 수 있는 내압강도를 아울러 가지는 각형 전지를 구성할 수 있다.
이어서, 상술한 실시예의 각형 전지캔(3)의 제조방법의 실시에 관한 구체예에 대하여 설명한다. 우선, 제 1 공정을 실시하였을 때의 실측값을 나타내면, 전지캔소재(8)로서는 도 1A에 나타내는 두께 d가 0.4mm의 니켈도금강판을 이용하여 이 전지캔소재(8)를 도 3에 나타내는 바와 같이, 직경가 45mm이고 커트부분의 치수 c가 41mm인 엽전형상으로 펀칭하고, 이 전지캔소재(8)의 펀칭부분(8A)을 도 1의 프레스기로 디프드로잉가공하여, 도 4에 나타내는 장경 e1이 27.4mm이고, 단경 f1이 22.6mm인 거의 타원형의 횡단면형상을 갖고, 높이 h1이 16.1mm인 제 1 중간컵체(1)를 제작하였다. 이 제 1 중간컵체(1)는 전체의 두께가 전지캔소재(8)의 두께 d와 거의 동일하고, 전지캔소재(8)로부터 엽전형상으로 펀칭하여 재료를 취함으로써, 단경방향의 부분의 상방으로 귀부가 거의 상승하지 않는 형상이 되었다.
또, 제 2 공정을 실시하였을 때의 실측값을 나타내면, 제 1 중간컵체(1)를 도 5 및 도 6에 나타내는 드로잉프레스기로 재드로잉가공하여, 도 7에 나타내는 장경 e2가 26.1mm이고, 단경 f2가 12.48mm인 거의 타원형의 횡단면형상을 갖고, 높이 h2가 23.5mm인 제 2 중간컵체(2)를 제작하였다. 이 때, 제 1 드로잉다이(20A)의 드로잉가공구멍(20a)은 장형이 20.00mm이고, 단형이 19.00mm인 거의 타원형상으로 하였다. 이 제 2 공정을 거쳐 얻어진 제 2 중간컵체(2)에는 변형된 형상이 된 개소나 파단 또는 균열 등이 전혀 존재하지 않고, 제 1 중간컵체(1)에 비하여 몸통이 긴 형태이고, 또한 얻고자 하는 원하는 각형 전지캔(3)에 가까운 타원형의 횡단면형상을 갖는 컵형이 되었다.
마지막으로, 제 3 공정을 실시함으로써 이하와 같은 형상의 각형 전지캔(3)이 얻어졌다. 즉, 단변측판부(3a)는 외치수 f3이 4.5mm이고, 두께 A가 0.17mm이다. 또, 장변측판부(3b)는 외치수 e3이 22mm이고, 두께 B가 0.15mm이다. 높이 h3은 45mm였다. 단변측판부(3a)와 장변측판부(3b)의 코너 및 저판부(3c)와 측판부(3a, 3b)의 코너의 R은 반경 0.1mm였다. 이와 같이, 원하는 형상의 각형 전지캔(3)을 종래에는 불가능하였던 DI 공법으로 지장없이 제작할 수 있었다. 또, 얻어진 각형 전지캔(3)에는 변형된 개소 등의 형상의 결함이 전혀 보이지 않았다.
이어서, 상기 실시예에서의 보충 설명을 한다. 전지캔소재(8)의 소재로서는 상술한 바와 같이, 철을 주체로 하여 적어도 그 전지내면측에 니켈층이 배치된 니켈도금강판을 이용하는 것이지만, 철을 주체로 하는 금속재료에 대하여 검토한 결과, 상기 실시예의 제조방법을 원활히 실시하기 위해서는, 철계의 소재가 탄소(C)를 0.1wt% 이하 포함하는 냉간압연용 탄소강이고, 바람직하게는 티타늄(Ti), 니오브(Nb) 중 적어도 한 종류를 0.1wt% 이하 함유하는 탄소강이 유효하다고 판명되었다. 탄소함유량과 아이어닝가공성의 관련에 있어서는, 탄소함유량이 적을수록 그 가공성이 향상되는 것과, 또 티타늄(Ti), 니오브(Nb) 중 적어도 한 종류를 0.1wt% 이하 함유하는 탄소강이면, 그 가공성이 한층 향상되는 것을 확인하였다. 또, 전지캔소재(8)의 금속재료로서는 상술한 니켈도금강판에만 한정되지 않고, 내식성 및 내압력성이 뛰어난 스테인레스강 또는 알루미늄, 알루미늄합금 또는 마그네슘합금 등을 이용할 수 있다. 특히, 알루미늄 또는 알루미늄합금은 경량이어서 전지의 경량화가 도모되며, 또한, 녹 등에 대한 내식성이 좋으므로 도금이 필요하지 않다는 이점을 갖는다. 알루미늄합금으로서는 JIS 규격 300O번대계의 것이 바람직하다.
또, 상술한 제 3 공정에서는, 각형 전지캔(3)의 측판부(3a, 3b)의 비커스경도 를 나타내는 HV값이 전지캔소재(8)로서 사용하는 소재의 철을 주체로 하는 금속재료의 HV값에 비하여 1.5배 이상이 되도록 아이어닝가공하는 것이 바람직한 것이 판명되었다. 이로 인하여, 종래에는 전지캔의 내압강도나 봉입부의 강도를 확보하기 위해, 전지캔소재로서 비교적 고경도의 니켈도금강판(비커스경도 HV값이100∼120인 것)이 이용되고 있었는데 대하여, 이 실시예에서는 소정값 이상의 아이어닝율로 설정한 아이어닝가공을 함으로써, 예를 들어 전지캔소재(8)의 단계에서 HV값 80∼90의 저경도의 니켈도금강판을 각형 전지캔(3)으로 한 단계에서는 가공경화에 의해 측판부(3a, 3b)의 경도를 HV값 200 정도로 고경도로 할 수 있다.
이 때문에, 제 1 및 제 2 공정에서는, 가공성이 양호한 HV값 80∼90의 저경도의 니켈도금강판을 디프드로잉가공 및 재드로잉가공할 수 있으므로, 균열이나 파단 등의 발생을 한층 확실히 방지할 수 있는 동시에, 제 3 공정의 아이어닝가공에서는, 특히 장변측판부(3b)의 슬림화에 의해 고용량화를 도모하면서도 그 장변측판부(3b)의 경도를 높여 충분한 내압강도를 갖는 각형 전지캔(3)을 얻을 수 있다.
또, 도 10에 종단면도를 나타내는 각형 전지캔(3)과 같은 구성으로 하면 한층 바람직하다. 이 각형 전지캔(3)이 도 9의 각형 전지캔(3)과 다른 것은 단변측판부(3a) 및 장변측판부(3b)에서의 개구부 주변, 즉 각형 전지로 하였을 때의 봉입부 주변에 다른 부분의 두께보다도 약 10% 두꺼운 두께부(28)가 형성되어 있는 점뿐이고, 상기의 실시예와 거의 같은 제조방법으로 제작하므로, 도 9와 동일한 부호를 붙인다. 두께부(28)는 제 3 공정에서의 드로잉겸 아이어닝기의 DI 펀치(23)의 소정부분을 오목한 형상으로 함으로써 형성할 수 있다. 이 각형 전지캔(3)을 이용한 각형 전지에서는, 전지내압이 상승하였을 때 내압강도적으로 가장 약한 전지봉입부 주변의 두께가 다른 부분보다 10% 이상 두꺼운 것에 의해, 밀폐강도를 유지하는 것이 가능해진다.
도 11은 상기의 각형 전지캔(3)을 이용하여 구성한 각형의 리튬이온 2차 전지를 나타내는 종단면도이다. 이 각형 전지는 각형 전지캔(3)의 개구상부 가장자리부에 봉입판(29)이 끼워져 부착되고, 이 각형 전지캔(3)과 봉입판(29)의 맞물림부(30)는 레이저용접에 의해 일체화되고, 액밀하고 기밀하게 봉입되어 있다. 봉입판(29)은 그 중앙부가 안쪽으로 오목한 형상으로 형성되고, 또한 관통구멍(31)이 형성되어 있으며, 이 관통구멍(31)에는 브론아스팔트와 광물유의 혼합물로 이루어지는 밀봉제를 도포한 내전해액성이고, 또한 전기절연성의 합성수지제 개스킷(32)이 일체로 부착되어 있다.
상기 개스킷(32)에는 음극단자를 겸하는 니켈 또는 니켈도금강제의 리베트(33)가 고착되어 있다. 이 리베트(33)는 개스킷(32)의 중앙부에 삽입되고, 그 하부에 워셔(34)를 맞물리게 한 상태에서 선단부를 코킹가공함으로써 고정되고, 개스킷(32)에 대하여 액밀하고 기밀하게 밀착되어 있다. 또, 이 실시예의 개스킷(32)은 사출성형에 의해 봉입판(29)과 일체로 성형되어 있다. 음극단자를 겸하는 리베트(33)와 봉입판(29)의 장변측의 외부가장자리 사이에는 거의 타원형의 배기구멍(37)이 설치되어 있고, 이 배기구멍(37)은 봉입판(29)의 내면에 압착하여 일체화된 알루미늄박(38)에 의해 폐쇄되어 방폭용 안전밸브를 형성하고 있다.
각형 전지캔(3)에서의 발전요소의 수납부에는 전극군(40)이 수납되어 있다. 이 전극군(40)은 미세다공제 폴리에틸렌필름으로 이루어지는 세퍼레이터를 개재하여 각 1장의 양극(도시생략) 및 음극(도시생략)을 감아 바깥둘레를 세퍼레이터(39)로 둘러싸고 횡단면이 타원형으로 형성되어 있다. 이 전극군(40)의 양극리드판(41)은 봉입판(29)의 내면에 대하여 레이저빔에 의한 스폿용접으로 접속되고, 음극리드판(42)은 워셔(34)에 대하여 저항용접으로 접속되어 있다.
봉입판(29)에는 주액구멍(43)이 설치되어 있고, 이 주액구멍(43)으로부터 소정량의 유기전해액이 주입된다. 그 후, 주액구멍(43)은 뚜껑체(44)를 끼워 부착하여 덮혀지고, 뚜껑체(44)와 봉입판(29)을 레이저용접함으로써 각형 전지가 완성된다. 또, 전극군(40)은 횡단면이 타원모양이 되도록 감은 것을 이용하는 경우에 대하여 설명하였으나, 이 각형 전지캔(3)은 일반의 각형 셀과 같이, 세퍼레이터를 개재하여 복수매의 양극 및 음극을 적층하여 구성된 전극군을 수납하여 각형 전지를 구성하는 경우에도 적용할 수 있다.
이 각형 전지는 상기 실시예의 제조방법에 의해 제작한 각형 전지캔(3)을 이용하여 구성하였으므로, 각형 전지캔(3)의 장변측판부(3b)의 두께가 단변측판부(3a)의 두께보다 작기 때문에, 보다 많은 전극군(40)을 수납하여 고용량화를 도모할 수 있다. 또, 각형 전지캔(3)의 단변측판부(3a)의 두께가 큰 것과, 각형 전지캔(3)의 측판부(3a, 3b)가 가공경화에 의해서 고경도로 되어 있으므로, 전지내압이 상승하였을 때에 전지가 북형상으로 팽창되는 상태로 변형하는 것을 확실히 저지할 수 있으므로, 전해액의 누액이나 기기가 파손되는 결함이 발생하는 일이 없고, 높은 신뢰성을 갖는다.
이상과 같이, 본 발명의 각형 전지캔에 의하면, 횡단면형상이 직사각형인 단변측판부의 두께를 장변측판부의 두께보다 큰 형상으로 하였으므로, 이 각형 전지캔을 이용하여 각형 전지를 구성하면, 전지로서 기능하였을 때 전지내압이 상승한경우에 각형 전지캔의 장경방향의 양측에 존재하고 있는 단변측판부는 두께가 비교적 크기 때문에 마치 지주로서의 역할을 하고, 장변측판부가 보다 안정된 형상인 원통형으로 향하여 북형상으로 팽창되는 상태로 변형하고자 하는 것을 확실히 저지한다. 이 때문에, 이 각형 전지는 전해액의 누액이나 기기의 손상과 결함의 발생을 확실히 방지할 수 있고, 높은 신뢰성을 갖게 된다.
또, 면적이 큰 장변측판부는 비교적 얇은 두께로 형성되어 있으므로, 그 만큼 각형 전지캔의 내용적이 커져서 많은 전지활성물질을 충전할 수 있고, 체적 에너지밀도의 향상을 도모한 각형 전지를 구성할 수 있으므로, 고에너지밀도와 필요한 내압강도를 모두 실현하는 각형 전지캔을 제공하는 데에 유용하다.

Claims (13)

  1. 발전요소(40)를 내부에 수납하여 각형 전지를 구성하는 횡단면형상이 거의 직사각형인 각형 전지캔(3)에 있어서,
    상기 거의 직사각형의 단변측판부(3a)의 두께가 장변측판부(3b)의 두께보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지캔.
  2. 제 1항에 있어서,
    단변측판부(3a)의 두께를 A, 장변측판부(3b)의 두께를 B, 저판부(3c)의 두께를 C로 하였을 때,
    B = αA(0.6 < α< 1.0)
    A = βC(0. 2 < β< 0.8)
    로 한 것을 특징으로 하는 각형 전지캔.
  3. 제 1항에 있어서,
    철을 주체로 하고, 탄소를 0.1wt% 이하 포함하는 냉간압연용 탄소강을 소재로하여 형성된 것을 특징으로 하는 각형 전지캔.
  4. 제 3항에 있어서,
    소재가 되는 탄소강이 티타늄 및 니오브 중 적어도 한 종류를 0.1wt% 이하함유하는 것을 특징으로 하는 각형 전지캔.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    가공전의 소재의 철을 주체로 하는 금속재료의 비커스경도를 나타내는 HV값에 비하여 가공후의 측판부의 HV값이 1.5배 이상이 되도록 가공된 것을 특징으로 하는 각형 전지캔.
  6. 제 1항에 있어서,
    알루미늄 또는 알루미늄합금을 소재로 하여 형성된 것을 특징으로 하는 각형 전지캔.
  7. 제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    측판부(3a, 3b)에서의 전지를 구성하였을 때의 봉입부 주변부분의 두께가 상기 측판부(3a, 3b)의 다른 부분의 두께에 비하여 적어도 10% 이상 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지캔.
  8. 제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 각형 전지캔(3)에 발전요소(40)를 수납하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 각형 전지.
  9. 소정 형상으로 펀칭한 전지캔소재(8)를 디프드로잉가공하여, 횡단면형상이거의 타원형인 제 1 중간컵체(1)를 성형하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 중간컵체(1)를 드로잉가공과 아이어닝가공을 연속적으로 한번에 행하는 DI 가공함으로써 횡단면형상이 거의 직사각형이고, 그 단변측판부(3a)의 두께가 장변측판부(3b)의 두께보다 큰 형상을 갖는 각형 전지캔(3)을 성형하는 제 2 공정을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지캔의 제조방법.
  10. 소정 형상으로 펀칭한 전지캔소재(8)를 디프드로잉가공하여, 횡단면형상이 거의 타원형인 제 1 중간컵체(1)를 성형하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 중간컵체(1)를 복수단에 연속적으로 재드로잉가공하여, 상기 제 1 중간컵체(1)의 횡단면형상보다 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형의 횡단면형상을 갖는 제 2 중간컵체(2)를 성형하는 제 2 공정과,
    상기 제 2 중간컵체(2)를 드로잉가공과 아이어닝가공을 연속적으로 한번에 행하는 DI 가공함으로써 횡단면형상이 거의 직사각형이고, 그 단변측판부(3a)의 두께가 장변측판부(3b)의 두께보다 큰 형상을 갖는 각형 전지캔(3)을 성형하는 제 3 공정을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지캔의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    제 2 공정에서의 적어도 제 1 단의 재드로잉가공에 있어서, 제 1 중간컵체(1)의 장경에 비하여 5∼20%만큼 긴 장경의 거의 타원형상으로 된 드로잉가공구멍(20a, 20b)을 갖는 드로잉금형(20A, 20B)을 이용하여 상기 제 1중간컵체(1)를 그 장경방향의 치수를 규제하지 않고 단경방향의 치수만을 단축하도록 드로잉가공하여, 상기 제 1 중간컵체(1)의 횡단면형상보다 단경/장경의 비가 작은 거의 타원형의 횡단면형상으로 변형시키도록 한 것을 특징으로 하는 각형 전지캔의 제조방법.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 공정에서, 전지캔소재(8)를 거의 엽전의 형상으로 펀칭하도록 한 것을 특징으로 하는 각형 전지캔의 제조방법.
  13. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 각형 전지캔(3)을 이용하여 이 각형 전지캔(3)의 내부에 발전요소(40)를 수납하고, 또 개구부를 봉입체(29)로 액밀하게 밀봉하여 구성한 것을 특징으로 하는 각형 전지.
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