KR20020062753A

KR20020062753A - 편평 각형 전지

Info

Publication number: KR20020062753A
Application number: KR1020027007489A
Authority: KR
Inventors: 하야시데츠야; 나카니시마코토; 벳쇼구니히코
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2002-07-29
Also published as: EP1282176A4; US6893773B2; CN1393038A; WO2002033767A1; US20050031952A1; TW522595B; US7348098B2; EP1282176A1; CN1645644A; CN1295799C; KR100452230B1; CN1286192C; US20020182494A1

Abstract

평면형상이 사각형인 반각체로 형성된 전지케이스(2)와 봉입케이스(3)를 개스킷(4)을 통해 각각의 개구부를 대향배치시켜 조합한 내부공간 내에 발전요소를 수용하고, 코킹가공에 의해 전지케이스(2)의 개구단측과 봉입케이스(3)의 단차부(35)와의 사이에 개스킷(4)을 압축하여 봉입한다.

또, 봉입케이스(3)의 밑면(31)의 각 주변 상에 오목부(36)가 형성되기 때문에 봉입케이스(3)의 봉입케이스 옆둘레면(32)의 직선부의 코킹봉입압력에 대한 강도가 증가되어, 봉입시에 상기 직선부가 외부로 팽창됨에 의한 봉입성의 저하를 방지할 수 있다.

Description

편평 각형 전지{FLAT SQUARE BATTERY}

버튼형 전지, 코인형 전지 등의 편평형 전지는 소형박형이기 때문에 손목시계나 보청기 등 소형화가 요구되는 기기나, IC 카드 등 슬림화가 요구되는 기기에 널리 이용되고 있다.

도 17의 (a) 및 도 17의 (b)는 종래의 코인형 전지의 외관형상을 나타낸다. 이 코인형 전지(40)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 원형 반각체(半殼體)로 형성된 봉입케이스(45) 내에 원반형상으로 형성된 양극펠릿(pellet)(42)과 음극펠릿(43)을 격리판(44)을 통해 대향배치하고, 전해액을 주입한 후 봉입케이스(45)의 개구부에 개스킷(gasket)(46)을 장착하여 전지케이스(41)를 씌워 전지케이스(41)의 개구단부를 안쪽으로 구부리는 코킹(caulking)가공에 의해 봉입케이스(45)의 개구부를 봉입하여 작성된다. 평면형상이 원형인 것은 코킹봉입이 전지케이스(41) 및 봉입케이스(45)의 개구부의 전체둘레에 걸쳐 균등하게 이루어지려면 원형이 적합하기 때문이다.

이 편평형 전지의 평면형상이 사각형이면 전지사용기기의 전지수용 공간효율의 향상과, 두루감김구조의 극판군의 적용이 용이하므로, 편평형 전지의 방전용량의 향상, 나아가서는 적용범위의 확대로 이어진다. 또, 평면형상이 사각형인 편평형 전지는 일본 특개 2000-164259호 공보에 개시된 것이 알려져 있다.

이 편평 각형 전지는 도 19의 (a) 및 도 19의 (b)에 나타내는 바와 같이, 평면형상이 모서리가 둥근 직사각형의 반각체로 형성된 봉입케이스(53)와 전지케이스(52)를 서로의 개구부를 대향시켜 배치한 내부공간에 두루감김구조의 극판군을 수용하고, 전지케이스(52)의 개구단측을 수축봉입하는 코킹가공에 의해 전지케이스(52)와 봉입케이스(53)와의 사이를 봉입하여 작성된다. 그러나, 각형의 봉입케이스(53)는 그 코너의 곡면형성부분과 각 코너를 연결하는 직선부분에서는 코킹가공에 대한 강도에 차가 있기 때문에, 직선부분에서의 봉입이 확실하게 이루어지지 않고, 누액방지가 어려워지는 문제점이 있었다.

즉, 도 20의 (a)에 나타내는 바와 같이, 각형 반각체에 형성된 전지케이스(52) 및 봉입케이스(53)를 개스킷(54)을 개재하여 대향배치하고, 전지케이스(52)의 옆둘레면(52a)의 개구단측을 봉입케이스(53)의 옆둘레면(53a)에 형성된 단차부(53b) 상으로 구부리는 코킹가공을 실시하였을 때, 도 20의 (b)에 나타내는 바와 같이, 봉입케이스(53)의 코너부분에서는 가압에 의한 변형은 생기지 않고, 개스킷(54)은 전지케이스(52)의 옆둘레면(52a)에 의해 단차부(53b) 상에 압축되어 봉입이 이루어진다. 그러나, 봉입케이스(53)의 옆둘레면(53a)의 직선부분에서는 코킹가공시의 가압에 견딜 수 있을 만큼의 강도를 확보할 수 없어, 도 20의 (c)에서의 개소 A와 같이 단차부(53b)에 변형이 생기거나, 개소 B와 같이 옆둘레면(53a)이 바깥쪽으로 벌어지거나, 개소 C와 같이 봉입케이스(53)의 밑면이 팽창된다. 봉입케이스(53)에 변형이 생기면 봉입이 확실히 이루어지지 않아 누액의 원인이 된다.

봉입케이스의 직선부분의 변형을 막는 봉입수단으로서, 일본 특개평 6-260172호 공보에 개시된 이중 이어붙임(seam)방식이 알려져 있다. 이 편평 각형 전지(60)는 도 21, 도 22에 나타내는 바와 같이, 전지캔(61) 내에 두루감김구조의 극판군(64)을 수용하고, 전지캔(61)의 개구부에 봉입판(62)을 배치하여, 그들의 테두리부를 개스킷(63)을 개재하여 이중으로 이어붙여 내누액성의 향상을 도모하는 동시에, 전지의 양극, 음극간의 전기적 절연을 행한다.

그러나, 상기 이중 이어붙임방식에 의한 봉입에서는, 도시하는 바와 같이 이음매부(65)가 전지 본체의 주위에 크게 팽창되어 전지크기가 커지는 문제점이 있고, 각형으로 함으로써 공간효율의 향상을 도모하는 목적은 달성되지 않는다. 또, 이중 이어붙임방식을 실시하기 위해서는 각형 케이스의 코너부는 큰 곡면직경으로 모서리를 둥글게 해야 하므로, 공간효율이 좋은 각형으로 형성하기가 어려웠다.

본 발명의 목적은 공간효율이 좋은 각형 형상과 확실한 봉입구조를 구비한 편평 각형 전지를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 편평형의 1차 전지 또는 2차 전지에 관한 것으로, 특히 각형의 편평형 전지에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 편평 각형 전지의 평면도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 편평 각형 전지의 구성을 나타내는 단면도.

도 3은 전지케이스의 구성을 나타내는 사시도.

도 4는 봉입케이스의 구성을 나타내는 사시도.

도 5는 두루감김구조의 극판군의 구성을 나타내는 사시도.

도 6은 편평 각형 전지의 다른 양태를 나타내는 사시도.

도 7은 전지케이스의 변형을 방지하는 V자홈의 형성상태를 나타내는 단면도.

도 8은 전지케이스에 프리컬(precurl)을 실시한 상태를 나타내는 단면도.

도 9는 전지케이스의 변형방지구조의 다른 양태를 나타내는 단면도.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 관한 편평 각형 전지의 사시도.

도 11은 전지케이스의 구성을 나타내는 사시도.

도 12는 봉입케이스의 구성을 나타내는 사시도.

도 13의 (a)는 편평 각형 전지의 조립상태를 나타내는 단면도.

도 13의 (b)는 봉입상태를 나타내는 단면도.

도 14는 편평 각형 전지의 다른 양태를 나타내는 단면도.

도 15의 (a)는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 편평형 전지의 코킹가공 전의 상태를 나타내는 부분단면도.

도 15의 (b)는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 편평형 전지의 완성상태를 나타내는 부분단면도.

도 16은 전지접속의 접속성을 개선하는 구성을 나타내는 부분단면도.

도 17의 (a)는 종래의 원형의 편평형 전지의 구성을 나타내는 측면도.

도 17의 (b)는 평면도.

도 18은 종래의 원형 편평 전지의 구성을 나타내는 단면도.

도 19의 (a)는 종래의 편평 각형 전지의 구성을 나타내는 측면도.

도 19의 (b)는 평면도.

도 20의 (a)는 종래의 편평 각형 전지의 조립상태를 나타내는 단면도.

도 20의 (b)는 코킹가공시의 코너부분의 단면도.

도 20의 (c)는 봉입시의 직선부분의 구부림상태를 나타내는 단면도.

도 21은 종래의 편평 각형 전지의 구성을 나타내는 평면도.

도 22는 종래의 편평 각형 전지의 구성을 나타내는 단면도.

상기 목적을 달성하기 위한 본원 제 1 발명은, 금속제의 전지케이스가 소정반경의 곡면을 설치한 코너부를 갖는 다각형의 밑면 주위로부터 전지케이스 옆둘레면을 세워 다각형 반각체로 형성된 것이고, 금속제의 봉입케이스가 소정 반경의 곡면을 설치한 코너부를 갖는 다각형의 밑면 주위로부터 상기 전지케이스 옆둘레면의세워진 높이에 대응하는 위치에 단차부를 설치한 봉입케이스 옆둘레면을 상기 전지케이스 옆둘레면의 내면으로부터 균등한 간격을 둔 형상치수로 세워 다각형 반각체로 형성된 것이며, 상기 봉입케이스의 밑면의 각 주변에는 이들 각 주변 상에 상기 봉입케이스의 내각방향으로 돌출하는 복수의 오목부가 소정 간격으로 형성되고, 상기 전지케이스와 상기 봉입케이스의 서로의 개구부가 개스킷을 통해 대향배치되어 생기는 내부공간에는 전지요소가 수용되며, 상기 전지케이스의 개구단측과 상기 봉입케이스의 단차부와의 사이에서 상기 개스킷이 압축변형되도록 봉입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지이다.

상기 구성에 의하면, 봉입케이스 밑면의 주변부에 봉입케이스의 내각방향으로 돌출하는 오목부가 형성되어 있으므로, 각형 반각체에서 가장 변형되기 쉬운 봉입케이스 옆둘레면의 직선부가 강화되고, 봉입시에 변형되어 봉입이 불완전하게 되는 문제점이 해소되어, 편평 각형 전지의 실용화가 가능해진다.

또, 상기 목적을 달성하기 위한 본원 제 2 발명은, 금속제의 전지케이스가 전지케이스 옆둘레면을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이고, 금속제의 봉입케이스가 상기 전지케이스 옆둘레면으로부터 소정의 간격을 두면서 상기 전지케이스 옆둘레면의 높이에 대응하는 위치에서 좁혀진 단차부를 갖는 봉입케이스 옆둘레면을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이며, 상기 전지케이스와 상기 봉입케이스의 각각의 개구부가 개스킷을 개재하여 대향배치되어 생기는 내부공간에는 발전요소가 수용되고, 상기 개스킷이 상기 전지케이스 옆둘레면의 개구단측과 상기 단차부와의 사이에서 압축되도록 봉입되며, 상기 봉입케이스의 봉입케이스 밑면으로부터 상기 단차부에 이르는 상기 봉입케이스 옆둘레면과 상기 단차부가 상기 봉입케이스 밑면의 판두께의 1.2배 이상의 두께로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지이다.

상기 구성에 의하면, 전지케이스의 개구단측을 봉입케이스의 단차부 상으로 구부리는 코킹가공시의 가압에 의해서도 봉입케이스 밑면으로부터 상기 단차부에 이르는 봉입케이스 옆둘레면 및 단차부가 봉입케이스 밑면의 판두께보다 두껍게 형성되어 있기 때문에, 강도의 향상이 변형강도가 낮아질 수 밖에 없는 직선부분에서도 변형이 방지되므로, 각형으로 형성함으로써도 직선부분의 봉입성이 저하되지 않고, 누액성이 높은 편평 각형 전지를 구성할 수 있다.

또, 본원 제 3 발명에 관한 편평형 전지는 금속제의 전지케이스가 전지케이스 옆둘레면을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이고, 금속제의 봉입케이스가 봉입케이스 옆둘레면을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이며, 상기 전지케이스와 상기 봉입케이스의 각각의 개구부가 개스킷을 개재하여 대향배치되어 생기는 내부공간에는 발전요소가 수용되고, 상기 개스킷이 상기 전지케이스 옆둘레면의 개구단측과 상기 봉입케이스의 봉입케이스 밑면과의 사이에서 압축되도록 봉입되며, 상기 봉입케이스 옆둘레면이 상기 봉입케이스 밑면의 판두께의 1.2배 이상의 두께로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제 3 발명의 구성에 의하면, 전지케이스의 개구단부분을 케이스 안쪽으로 구부려 봉입할 때, 개구단부분을 구부리는 가압을 봉입케이스 옆둘레면의 연장방향으로부터 가하므로, 봉입케이스 옆둘레면에 그 면방향으로부터 가압이 가해져,봉입케이스 옆둘레면이 변형되는 구부림(buckling)의 발생이 억제된다. 따라서, 각형 전지를 봉입하는 경우에 가장 변형되기 쉬운 직선부분이 변형하기 어렵게 되어, 편평 각형 전지를 구부림이 생기지 않게 봉입할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기로 한다. 또, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명을 구체화한 일례로서, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 제 1 실시예에 관한 편평 각형 전지(1)는 도 1에 나타내는 바와같이, 정사각형의 코너부에 작은 곡면을 형성한 거의 각형의 편평형 전지로 구성된 것으로, 외장체가 되는 전지케이스(2) 및 봉입케이스(3) 내에 수용하는 발전요소에 의해 1차 전지에도, 2차 전지에도 적용할 수 있다. 여기에서는, 두루감김구조의 극판군을 수용한 대각치수 30mm의 모서리가 둥근 정사각형으로 형성한 편평 각형 리튬이온 2차 전지로 구성한 구체예를 나타낸다.

상기 전지케이스(2)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 두께 0.2mm의 스테인레스판을 금속프레스성형한 평면형상이 사각형인 반각체로 형성된다. 이 전지케이스(2)의 밑면(21)은 코너부(23)에 소정의 곡면반경(R)으로 모서리를 둥글게 설치한 사각형으로, 그 밑면(21)의 주변인 구부림부(23)로부터 전지케이스 옆둘레면(22)이 세워지도록 형성된다. 이 때, 상기 코너부(23)의 곡면반경 R과, 전지케이스(2)의 재료두께 t₁의 관계가 2t₁< R < 20t₁이 되도록 형성된다.

또, 상기 봉입케이스(3)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 두께 0.2mm의 스테인레스판을 금속프레스성형에 의해 평면형상이 사각형인 반각체로 형성된다. 그 밑면(31)은 코너부(33)에 곡면을 설치한 모서리가 둥근 사각형으로, 그 밑면(31)의 주변인 구부림부(34)로부터 세워지는 봉입케이스 옆둘레면(32)에는 소정 높이위치에 단차부(35)가 형성된다. 상기 단차부(35)의 단폭은 봉입케이스(3)의 재료두께의 0.5∼5배가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또, 코너부(33)의 곡면반경 R과, 봉입케이스(3)의 재료두께 t₂의 관계가 2t₂< R < 20t₂가 되도록 형성된다. 또, 봉입케이스(3)의 밑면(31)으로부터 봉입케이스 옆둘레면(32)이 세워지는 밑면(31)의 주변인 구부림부(34)에는 복수의 V형 노치(오목부)(36)가 소정의 간격을 두고 봉입케이스(3)의 안쪽으로 향하여 돌출하도록 형성되어 있다.

또, 극판군(5)은 양극집전체에 양극재료를 도포한 양극극판과, 음극집전체에 음극재료를 도포한 음극극판을 각각 띠형상으로 재단하고, 이 양극극판과 음극극판을 도 5에 나타내는 바와 같이, 격리판을 개재하여 편평하게 두루감고, 한쪽 평면에 위치시킨 양극극판의 양극집전체로부터 양극리드(15)를, 다른쪽 평면에 위치시킨 음극극판의 음극집전체로부터 음극리드(16)를 각각 길게 빼낸 상태로 형성된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 구성이 되는 봉입케이스(3)의 봉입케이스 옆둘레면(32)의 개구단측에 수지제의 개스킷(4)을 장착하고, 봉입케이스(3) 내에 극판군(5)을 수용하고, 이 극판군(5)으로부터 인출된 음극리드(16)를 봉입케이스(3) 내면에, 양극리드(15)를 전지케이스(2)의 내면에 각각 용접에 의해 접속한 후, 봉입케이스(3) 내에 전해액을 소정량 떨어뜨리고, 극판군(5)으로의 함침시간을 경과시킨 후, 전지케이스(2)를 봉입케이스(3)에 씌워 봉입함으로써, 도 1 및 도 2에 나타내는 상태로 편평 각형 전지(1)가 형성된다. 봉입은 봉입금형을 이용한 가압프레스에 의해 전지케이스(2)의 전지케이스 옆둘레면(22)의 개구단측을 봉입케이스(3)측으로 구부리고, 봉입케이스 옆둘레면(32)의 단차부(35) 상에 개스킷(4)을 압축함으로써 이루어진다.

본 실시예에 나타내는 바와 같은 각형의 전지를 봉입할 때, 봉입케이스(3)의 봉입케이스 옆둘레면(32)의 코너부(33)와 각 코너부(33)를 연결하는 직선부와의 사이에는 변형응력에 차가 있기 때문에, 봉입가압을 받으면 직선부가 코너부(33)로부터 안쪽으로 향해서 구부림변형되기 쉬워진다. 그 때문에, 직선부에서의 봉입이 충분히 이루어지지 않아, 누액하기 쉬운 상태가 된다. 이 상태는 얇은 재료두께의 금속판으로 각형의 전지를 형성한 경우에 공통하는 과제로, 누액을 방지할 수 있는 봉입을 실현하기 위해서는 종래기술에서 설명한 바와 같이, 이중 이어붙임에 의한 봉입을 실시할 필요가 있었다.

본 실시예의 구성에서는 상술한 바와 같이, 봉입케이스(3)의 밑면(31)의 주변인 구부림부(34)에 복수의 V형 노치(36)가 형성되어 있기 때문에, 직선부의 강성이 커져서 변형이 억제되고, 코너부(33)와 각 코너부(33)를 연결하는 직선부와의 사이의 변형에 대한 강도의 차가 작아져서, 각형이더라도 봉입이 확실히 이루어져 누액을 방지할 수 있다.

또, 봉입케이스(3)의 봉입케이스 옆둘레면(32)의 변형강도를 증가시키는 구조는 도 6에 나타내는 바와 같이, 구부림부(34)의 직선부의 복수 개소에 봉입케이스 안쪽으로 향한 오목부(38)를 형성함으로써도 같은 효과를 얻을 수 있다.

또, 전지케이스(2)에서도 봉입시에 전지케이스 옆둘레면(22)의 개구단측을 케이스 안쪽으로 구부릴 때, 코너부(23)와 전지케이스 옆둘레면(22)의 각 코너부(23)를 연결하는 전지케이스 직선부(26)의 변형응력에 차가 있기 때문에, 직선부(26)가 외부로 팽창되는 작용이 생기기 쉬워, 봉입이 충분히 이루어지지 않는 경우가 있다. 그래서, 본 실시예의 구성에서는 전지케이스 옆둘레면(22)의 개구단측을 케이스 안쪽으로 코킹하는 것을 쉽게 하여, 봉입공정에서의 전지케이스 옆둘레면(22)의 변형을 방지하는 전지케이스(2a)를 구성할 수 있다.

도 7에서, 전지케이스(2a)에는 전지케이스 옆둘레면(22)의 구부림 높이위치의 내면에 단면 V자형의 V자홈(25)이 형성된다. 이 V자홈(25)은 재료두께가 0.2mm일 때 0.05mm의 깊이로 형성되는 것이 적합하고, 4면의 직선부(26) 또는 코너부(23)도 포함시켜 전체둘레에 걸쳐 형성된다. 이 V자홈(25)이 형성되어 있음으로써, 봉입시에 전지케이스 옆둘레면(22)의 개구단측(22a)이 V자홈(25)으로부터 케이스 안쪽으로 향하여 용이하게 구부려지고, 전지케이스 옆둘레면(22)에 무리한 구부림응력이 가해지지 않아, 특히 직선부(26)가 케이스 바깥쪽으로 팽창되는 것이 억제된다.

또, 도 8에 나타내는 바와 같이, V자홈(25)을 형성한 후, 전지케이스 옆둘레면(22)의 V자홈(25)의 형성위치보다 위의 개구단부(22a)를 케이스 안쪽으로 향한 소정 각도로 구부리는 프리컬을 실시하면 봉입시에 전지케이스 옆둘레면(22)의 개구단측(22a)을 용이하게 구부릴 수 있어, 전지케이스 옆둘레면(22)에 무리한 변형응력이 가해지지 않아, 봉입케이스(3)와의 확실한 봉입이 실시된다.

또, 도 9에 나타내는 바와 같이, V자홈(25)을 형성한 전지케이스(2a)의 개구직경을 확대시키는 가공으로서, 전지케이스 옆둘레면(22)을 밑면(21)에 대한 수직선으로부터 미세각도 θ만큼 경사시킨 후, 전지케이스 옆둘레면(22)의 개구단측(22a)을 케이스 안쪽으로 향한 소정 각도로 구부리는 프리컬처리를 한다. 이로 인하여, 개스킷(4)을 장착한 봉입케이스(3)에 전지케이스(2)를 무리없이 씌울 수 있는 외에, 프리컬에 의해 전지케이스 옆둘레면(22)의 개구단측(22a)을 용이하게 구부릴 수 있어, 전지케이스 옆둘레면(22)에 무리한 변형응력이 가해지지 않아,확실한 봉입이 실시된다.

상기 구성에서, 편평 각형 전지(1)의 양극측으로 하는 전지케이스(2)의 내면에 보호층으로서 니켈 또는 알루미늄의 단체 또는 그 합금을 0.005mm 이상의 두께로 설치함으로써, 모재금속(여기서는 스테인레스강)이 전위차에 의해 용해되는 것을 방지할 수 있다. 상기 보호층의 형성은 클래드, 도금, 증착 등의 수단에 의해 실시할 수 있다. 또, 편평 각형 전지(1)의 음극측으로 하는 봉입케이스(3)의 내면에 보호층으로서 동 또는 그 합금을 0.005mm 이상의 두께로 설치함으로써, 모재금속(여기서는 스테인레스강)이 전위차에 의해 용해되는 것을 방지할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 전지케이스(2)를 양극, 봉입케이스(3)를 음극으로 하고 있으나, 그 반대로 양극, 음극을 설정하는 경우도 있다.

또, 본 실시예에서는 극판군(5)에 두루감김구조를 적용하여 전지용량의 증가를 도모한 예를 나타내고 있으나, 전지내부공간의 형상에 대응하는 모서리가 둥근 정사각형으로 형성한 양극펠릿과 음극펠릿을 격리판을 개재하여 대향배치한 전극구조를 적용할 수도 있다.

또, 본 실시예에서는 편평 각형 전지(1)의 평면형상을 모서리가 둥근 정사각형으로 하고 있으나, 장변과 단변의 길이의 차가 과도하게 되지 않을 정도의 직사각형으로 형성할 수도 있다. 또, 사각형 이상의 다각형으로 형성할 수도 있다.

이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 편평 각형 전지에 대하여 설명한다. 본 실시예에 관한 편평 각형 전지(100)는 도 10에 나타내는 바와 같이, 정사각형의 코너부에 작은 곡면을 형성한 평면형상이 모서리가 둥근 정사각형의 편평형 전지에구성된 것으로, 외장체가 되는 전지케이스(102) 및 봉입케이스(103) 내에 수용하는 발전요소에 의해 1차 전지에도, 2차 전지에도 적용할 수 있다. 여기에서는, 두루감김구조의 극판군(5)을 수용한 대각치수 30mm의 모서리가 둥근 정사각형의 편평 각형 리튬이온 2차 전지에 구성한 구체예를 나타낸다.

상기 전지케이스(102)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 두께 0.2∼0.25mm의 스테인레스판을 금속프레스성형하여 평면형상이 사각형인 반각체로 형성된다. 그 밑면(121)은 코너부(123)에 소정의 곡면반경 R로 모서리가 둥글게 설치한 사각형으로, 밑면(121)의 주위로부터 전지케이스 옆둘레면(122)이 세워지도록 형성된다. 또, 상기 코너부(123)의 곡면반경 R과 전지케이스(102)의 재료두께 t₁의 관계가 2t₁< R < 20t₁이 되도록 형성된다.

또, 상기 봉입케이스(103)는 도 12에 나타내는 바와 같이, 두께 0.2∼0.25mm의 스테인레스판을 금속프레스성형에 의해 사각형의 반각체로 형성된다. 그 밑면(131)은 코너부(133)에 곡면을 설치한 사각형으로, 밑면(131)의 주위로부터 세워지는 봉입케이스 옆둘레면(132)에는 소정 높이위치에 단차부(135)가 형성된다. 상기 단차부(135)의 단폭은 봉입케이스(103)의 재료두께의 5∼10배가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또, 코너부(133)의 곡면반경 R과 봉입케이스(103)의 재료두께 t₂가 2t₂< R < 20t₂가 되는 관계를 갖도록 형성한다. 또, 봉입케이스(103)는 도 13의 (a) 및 도 13의 (b)에 단면도로서 나타내는 바와 같이, 밑면(131)으로부터 단차부(135)에 이르는 봉입케이스 옆둘레면(132)과 단차부(135)가 밑면(131)의 판두께의 1.2배 이상의 두께로 형성되어 있다.

또, 극판군(5)은 양극집전체에 양극재료를 도포한 양극극판과, 음극집전체에 음극재료를 도포한 음극극판을 각각 띠형상으로 재단하고, 이 양극극판과 음극극판을 격리판을 개재하여 편평하게 두루감고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 편평한 한쪽면측에 양극리드(15), 다른면측에 음극리드(16)가 위치하도록 마무리된다.

상기 구성이 되는 봉입케이스(103)의 봉입케이스 옆둘레면(132)의 개구단측에 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이 수지제의 개스킷(104)을 장착하고, 봉입케이스(103) 내에 극판군(5)을 수용하고, 이 극판군(5)으로부터 인출된 음극리드(16)를 봉입케이스(103)의 내면에, 양극리드(15)를 전지케이스(102)의 내면에 각각 용접 접속한 후, 봉입케이스(103) 내에 전해액을 소정량 떨어뜨려, 극판군(5)으로의 함침시간을 경과시킨 후, 전지케이스(102)를 봉입케이스(103)에 씌워 봉입함으로써, 도 10에 나타내는 편평 각형 전지(100)가 형성된다. 봉입은 봉입금형을 이용한 가압프레스에 의해 도 13의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전지케이스(102)의 전지케이스 옆둘레면(122)의 개구단측을 봉입케이스(103)측으로 구부리고, 봉입케이스 옆둘레면(132)의 단차부(135) 상에 개스킷(104)을 압축함으로써 이루어진다.

또, 도 14에 나타내는 바와 같이, 봉입케이스(103)의 봉입케이스 밑면(131)의 각 주변의 안쪽에, 그 주변을 따라 오목부(136)를 형성하면 밑면(131)의 변형강도가 향상되어 봉입시의 가압에 의한 밑면(131)의 변형이 방지된다. 이 오목부(136)는 평면형상이 정사각형인 밑면(131)의 전체둘레에 걸쳐 형성해도 되지만, 4변의 직선부분에 따라서만 형성해도 되고, 코너부(133)에 비하여 강도가 약한상기 4변의 직선부분을 보강할 수 있다.

본 실시예에 나타내는 바와 같은 각형의 전지를 봉입할 때, 봉입케이스(103)의 봉입케이스 옆둘레면(132)의 코너부(133)와 각 코너부를 연결하는 직선부와의 사이에는 변형강도에 차가 있기 때문에, 봉입가압을 받았을 때, 봉입케이스 옆둘레면(132)의 직선부는 안쪽을 향하여 구부림변형되기 쉬워진다. 그 때문에, 상기 직선부에서의 봉입이 충분히 이루어지지 않아, 누액이 발생하기 쉬운 상태가 되는데, 본 실시예에 의한 봉입케이스(103)에서는, 상술한 바와 같이 밑면(131)으로부터 단차부(135)에 걸쳐 두껍게 형성되어 있으므로, 상기 직선부의 강성이 커져 변형이 억제되고, 코너부(133)와 상기 직선부와의 사이의 변형에 대한 강도의 차가 작아져서, 각형이더라도 봉입이 확실히 이루어져 누액을 방지할 수 있다.

각형으로 케이스를 구성한 경우에, 코킹가공에 의한 봉입가압에 의해 그 직선부에서 구부림이 발생하는 것을 방지하는 케이스구조로서, 이상 설명한 제 1 및 제 2 각 실시예 외에, 도 15의 (a) 및 도 15의 (b)에 나타내는 바와 같은 제 3 실시예의 케이스구조를 채용할 수도 있다.

도 15의 (a)에서, 각형 반각체에 형성된 전지케이스(202)와, 마찬가지로 각형 반각체로 형성된 봉입케이스(203)를 전지케이스 옆둘레면(222)과 봉입케이스 옆둘레면(232)과의 사이에 개스킷(204)을 배치하여 조합하고, 도 15의 (b)에 나타내는 바와 같이, 봉입케이스 옆둘레면(232)의 연장방향으로부터 가압하여 전지케이스 옆둘레면(222)의 개구단부분을 안쪽으로 구부린다. 이 가압에 의해, 도시하는 바와 같이 전지케이스 옆둘레면(222)의 개구단부분은 개스킷(204)을 봉입케이스(203)의봉입케이스 밑면(231) 상에 압축하는 동시에, 봉입케이스 옆둘레면(232)의 개구단측은 개스킷(204)을 전지케이스(202)의 밑면(221)의 안쪽으로 압축하므로, 전지케이스(202)와 봉입케이스(203)와의 사이가 봉함되어 내부공간에 수용된 전해액이 외부로 새는 것을 방지할 수 있다.

상기 구성에서는 봉입케이스 옆둘레면(232)의 연장방향으로부터 가압하여 봉입이 이루어지므로, 가압에 의해 봉입케이스 옆둘레면(232)이 구부려지는 것을 억제할 수 있다.

상기 봉입케이스 옆둘레면(232)의 판두께는 밑면(231)의 판두께에 비하여 1.2배 이상의 두께로 구성되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 구부림의 억제에는 더욱 유효하게 된다.

또, 봉입케이스(203)의 밑면(231)의 바깥쪽에 개스킷(204) 및 전지케이스 옆둘레면(222) 개구단부분이 돌출되므로 전지접속이 어려워진다. 이 접속성을 개선하기 위해, 도 16에 나타내는 바와 같이, 밑면(231)의 중앙에 케이스 바깥쪽으로 향하여 형성되는 돌출부(238)를 형성할 수 있다.

이상 설명한 구성에서, 편평 각형 전지(100)의 양극측으로 하는 전지케이스(102)의 내면에 보호층으로서 니켈 또는 알루미늄의 단체 또는 그 합금을 0.005mm 이상의 두께로 설치함으로써, 모재금속(여기서는 스테인레스강)이 전위차에 의해 용해되는 것을 방지할 수 있다. 상기 보호층의 형성은 클래드, 도금, 증착 등의 수단으로 실시할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 전지케이스(102)를 양극, 봉입케이스(103)를 음극으로 하고 있으나, 반대로 양극, 음극을 설정할 수도 있다.

또, 전지케이스(102) 및 봉입케이스(103)의 외면은 새틴(satin)처리로 형성해 두면 리드판을 용접할 때의 접촉저항이 증가되어, 용접이 용이해진다.

또, 본 실시예에서는 극판군(5)에 두루감김구조를 적용하여 전지용량의 증가를 도모한 예를 나타내고 있지만, 전지내부공간의 형상에 대응하는 모서리가 둥근 정사각형으로 형성한 양극펠릿과 음극펠릿을 격리판을 개재하여 대향배치한 전극구조를 적용할 수도 있다.

또, 본 실시예에서는 편평 각형 전지(100)가 평면형상이 모서리가 둥근 정사각형으로 하고 있으나, 장변과 단변의 길이의 차가 과도하게 되지 않을 정도의 직사각형으로 형성할 수도 있다. 또한, 사각형 이상의 다각형으로 형성할 수도 있다.

본 발명의 편평형 전지에 의하면, 각형이면서도 확실한 봉입이 가능하고, 또 전지 내부의 수용공간에 대하여 효율적으로 두루감김구조의 극판군을 봉입함으로써 방전용량의 증대화를 도모할 수 있기 때문에, 휴대기기 등과 같이 소형이면서도 전지용량의 대용량화가 요구되는 경우의 전지전원으로서 이용하는 데에 유용하다.

Claims

금속제의 전지케이스(2)가, 소정 반경의 곡면을 설치한 코너부(23)를 갖는 다각형의 밑면(21)의 주위로부터 전지케이스 옆둘레면(22)을 세워 다각형 반각체로 형성된 것이고,

금속제의 봉입케이스(3)가 소정 반경의 곡면을 설치한 코너부(33)를 갖는 다각형의 밑면(31)의 주위로부터 상기 전지케이스 옆둘레면의 세워진 높이에 대응하는 위치에 단차부(35)를 설치한 봉입케이스 옆둘레면(32)을 상기 전지케이스 옆둘레면의 내면으로부터 균등하게 간격을 둔 형상치수로 세워 다각형 반각체로 형성된 것이며,

상기 봉입케이스의 밑면의 각 주변에는 이들 각 주변 상에 상기 봉입케이스의 내각방향으로 돌출하는 복수의 오목부(36)가 소정 간격으로 형성되고,

상기 전지케이스와 상기 봉입케이스의 서로의 개구부가 개스킷(4)을 개재하여 대향배치되어 생기는 내부공간에는 전지요소가 수용되며,

상기 전지케이스의 개구단측과 상기 봉입케이스의 단차부와의 사이에서 상기개스킷이 압축변형되도록 봉입되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

전지케이스 옆둘레면(22)의 내면에 개구단측을 수축봉입할 때의 구부림위치가 되는 높이위치에 홈(25)이 형성되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 2항에 있어서,

전지케이스 옆둘레면(22)은 봉입 이전에 홈(25)에서 개구단까지의 부위가 케이스 안쪽으로 향하여 소정 각도로 예비 수축봉입되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 3항에 있어서,

전지케이스 옆둘레면(22)은 밑면(21)에 대한 수직선보다 케이스 바깥쪽으로 미세하게 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

전지케이스(2)의 판두께 t₁과, 코너부(23)의 곡면반경 R과의 사이에 2t₁< R < 20t₁의 관계가 설정되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

봉입케이스(3)의 판두께 t₂와, 코너부(33)의 곡면반경 R과의 사이에 2t₂< R < 20t₂의 관계가 설정되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

단차부(35)의 단폭은 봉입케이스(3)의 판두께의 0.5배∼5배로 형성되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

양극측이 되는 케이스의 내면에 알루미늄 또는 그것을 주체로 하는 합금이 0.005mm 이상의 두께로 설치되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

음극측이 되는 케이스의 내면에 동 또는 그것을 주체로 하는 합금이 0.005 mm 이상의 두께로 설치되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

발전요소를 구성하는 극판은 전지내부공간의 형상치수에 대응하는 다각형의 판형상으로 형성된 양극펠릿과 음극펠릿이 격리판을 개재하여 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 1항에 있어서,

발전요소를 구성하는 극판군(5)은 띠형상으로 형성된 양극극판과 음극극판이 격리판을 개재하여 전지공간 내부의 형상치수에 대응하는 편평형상으로 두루감겨형성되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
금속제의 전지케이스(102)가 전지케이스 옆둘레면(122)을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이고,

금속제의 봉입케이스(103)가 상기 전지케이스 옆둘레면으로부터 소정의 간격을 두면서 상기 전지케이스 옆둘레면의 높이에 대응하는 위치에서 좁혀진 단차부(135)를 갖는 봉입케이스 옆둘레면(132)을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이며,

상기 전지케이스와 상기 봉입케이스의 각각의 개구부가 개스킷(104)을 개재하여 대향배치되어 생기는 내부공간에는 발전요소가 수용되고,

상기 개스킷이 상기 전지케이스 옆둘레면의 개구단측과 상기 단차부와의 사이에서 압축되도록 봉입되며,

상기 봉입케이스의 봉입케이스 밑면(131)으로부터 상기 단차부에 이르는 상기 봉입케이스 옆둘레면과 상기 단차부가 상기 봉입케이스 밑면의 판두께의 1.2배 이상의 두께로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 12항에 있어서,

봉입케이스의 밑면(131)의 각 주변의 안쪽에 상기 각 주변을 따라 상기 밑면 상에 오목부(136)가 형성되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
금속제의 전지케이스(221)가 전지케이스 옆둘레면(222)을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이고,

금속제의 봉입케이스(203)가 봉입케이스 옆둘레면(232)을 구비하여 다각형 반각체로 형성된 것이며,

상기 전지케이스와 상기 봉입케이스의 각각의 개구부가 개스킷(204)을 개재하여 대향배치되어 생기는 내부공간에는 발전요소가 수용되고,

상기 개스킷이 상기 전지케이스 옆둘레면의 개구단측과 상기 봉입케이스의 봉입케이스 밑면(231)과의 사이에서 압축되도록 봉입되며,

상기 봉입케이스 옆둘레면이 상기 봉입케이스 밑면의 판두께의 1.2배 이상의 두께로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.
제 14항에 있어서,

봉입케이스(203)의 밑면(231)의 중앙에 케이스 바깥쪽을 향하여 돌출부(238)가 형성되는 것을 특징으로 하는 편평 각형 전지.