KR20030015408A - 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더 및 그 제조방법 - Google Patents

리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지의 몸체 내부에 장입된 전해액이 누수되는 것을 방지하여 기밀성을 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 기계적인 강도를 유지할 수 있는 리튬 티오닐 클로라이드(Li/SOCl2) 전지의 헤더 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상기 본 발명은 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 몸체 상단에 밀폐 결합되는 헤더에 있어서, 하부가 양극에 연결되는 봉형상의 양극 핀과, 중앙부에 상기 양극 핀을 수용하는 원통형 내주부를 구비하고 하단부에 환형 플랜지가 형성된 지지부재와, 상기 지지부재의 상부를 수용하는 결합구멍을 갖고 상기 전지의 몸체 상단에 고정 결합되는 상부원판과, 상기 양극핀을 상기 지지부재의 원통형 내주부에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 도포되고, 동시에 상기 지지부재를 상기 상부원판의 결합구멍에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 도포되며, 상기 상부원판을 전지의 몸체 상단 내측에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 각각 도포되는 접착수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더 및 그 제조방법{Header of Lithium-Thionyl Chloride Battery and Method for Producing The Same}
본 발명은 리튬 티오닐 클로라이드(Li/SOCl2) 전지의 헤더 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전지의 몸체 내부에 장입된 전해액이 누수되는 것을 방지하여 기밀성을 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 기계적인 강도를 유지할 수 있는 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 일반적으로 리튬(Li) 1차 전지는 음극(Anode), 양극(Cathode), 전해액의 3대 주요 구성요소와 분리막(Separator), 케이스 등의 부품으로 이루어져 있다.
Li 1차 전지는 전지의 음극으로 Li 금속을 사용하는 전지로서, 양극재료인 MnO2, SOCl2, SO2등과 조합하여 여러 종류의 1차 전지가 사용되고 있으며, 장기 저장능력이 우수하고 고압(3∼4V)이 가능하여 화재발생, 응급환자 등의 비상연락용 발신기의 전원으로 그 사용처가 확대되고 있다.
현재 생산 판매되고 있는 Li계 1차 전지는 음극을 Li 잉곳(Ingot)으로부터 압출된 Li 포일(foil)을 1회 권취한 "보빈형(bobbin type)"과 다수회 권취한 "와운드형(wound type)" 등으로 음극을 형성하고, 상기한 여러 양극화합물들과 조합하여 제조되고 있다.
이와 같은 종래기술에 따른 리튬 티오닐 클로라이드(Li/SOCl2) 전지의 헤더는 전지의 상부에 용접 결합되는 상부원판과 상기 상부원판 중심에 배치되는 양극핀 및 상기 양극핀을 상기 상부원판에 고정시키기 위한 홀더로 이루어진다.
이 경우 상기 종래의 헤더의 제조방법은 먼저, 홀더와 양극핀을 고정함과 동시에 밀폐를 유지할 수 있도록 홀더와 양극핀을 카본(cabon)지그에 고정한 후, 글래스/메탈(Glass to Metal) 분말을 홀더와 양극핀 사이에 채워 넣고 약 1,000℃ 정도의 온도로 가열하여 상기 글래스/메탈 분말을 녹인다.
그런데 이 공정은 고온에서 부품의 산화가 일어나기 쉽기 때문에 불활성 분위기를 만들기 위해 질소 및 헬륨으로 충진한 가열로를 작동시키고 냉각시 열팽창계수가 다른 유리와 철의 분리를 방지하도록 반드시 서냉하여야 하고, 일부 산화된 부품에 대하여 산화피막을 제거하는 별도의 공정이 추가되어야 하는 등 전체적인 공정이 까다로운 것은 물론이고 작업자는 1,000℃ 이상의 전기로를 조작해야 하므로 안전사고가 발생할 수 있는 부담을 안고서 작업에 임해야 하는 문제점이 있었다.
또한 전기적인 용접을 실시하게 될 경우 헤더는 기계적인 강도를 유지할 수 있으나, 용접부에 소정의 크랙(crack)이 발생하여 전지의 밀폐를 장기간 유지할 수 없게 됨에 따라 전수검사 전까지는 밀폐에 대한 불량을 막을 수 없게되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 전지의 몸체 내부에 장입된 전해액이 누수되는 것을 방지하여 기밀성을 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 기계적인 강도를 유지할 수 있는 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더가 전지의 몸체 상부에 결합된 상태를 나타내는 평면도,
도 2는 도 1에 표시된 A-A선을 따라 나타내는 일부 단면도,
도 3은 본 발명의 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더를 제조하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
*도면내 주요부분에 대한 부호설명*
1: 양극핀3: 지지부재
3a: 플랜지부3b: 원통형 내주부
5: 상부원판5a: 수직부
5b: 결합구멍7: 접착수단
10: 헤더20: 몸체
31: 양극32: 분리막
33: 음극
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 몸체 상단에 밀폐 결합되는 헤더에 있어서, 하부가 양극에 연결되는 봉형상의 양극 핀과, 중앙부에 상기 양극 핀을 수용하는 원통형 내주부를 구비하고 하단부에 환형 플랜지가 형성된 지지부재와, 상기 지지부재의 상부를 수용하는 결합구멍을 갖고 상기 전지의 몸체 상단에 고정 결합되는 상부원판과, 상기 양극핀을 상기 지지부재의 원통형 내주부에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 도포되고, 동시에 상기 지지부재를 상기 상부원판의 결합구멍에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 도포되며, 상기 상부원판을 전지의 몸체 상단 내측에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 각각 도포되는 접착수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더를 제공한다.
이 경우 상기 접착수단은 경화제가 혼합된 세라믹 접착제로 이루어지는 것이 바람직 하다.
또한 본 발명은 내부에 음극, 양극, 전해액을 포함하는 전지의 몸체 상단 내측에 고정 결합되어 내부와 연결된 양극핀을 구비한 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더 제조방법에 있어서, 경화제가 혼합된 세라믹 접착제를 상기 양극핀과 지지부재의 원통형 내주부의 상호 접촉부분에 도포하고, 상기 지지부재와 상기 상부원판의 결합구멍의 상호 접촉부분에 도포하고, 상기 상부원판과 전지의 몸체 상단 내측의 상호 접촉부분에 각각 도포하는 단계와, 상기 양극핀, 지지부재 및 상부원판을 각각 상호 접착하여 압착하는 단계와, 상기 압착 결합된 상태의 헤더를 상온에서 경화시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더 제조방법을 제공한다.
이 때 상기 상온에서 경화시키는 단계 후에 세라믹 접착제와 경화제의 반응을 향상시켜 견고한 고정을 유지하도록 하기 위해 150℃로 열처리하는 단계를 더 포함한다.
따라서 상기한 본 발명에 있어서는 접촉수단에 의해 상호 결합되므로 제조시 핀 호울 및 크랙이 발생하는 것을 미연에 방지함에 따라 장시간 사용시 전지 내부에 장입된 전해액이 외부로 흘러나오는 것을 방지할 수 있다. 또한 별도의 설비가 필요치 않으며 이에 따라 비용절감 및 제조원가를 감소시킬 수 있으며, 아울러 그 디자인에 제약없이 사용되는 용도 및 위치에 따라 다양한 형태의 헤더 및 전지의 몸체를 형성할 수 있다.
(실시예)
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더가 전지의 몸체 상부에 결합된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에 표시된 A-A선을 따라 나타내는 일부 단면도이다.
먼저, 본 발명에 따른 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더(10)는 도 1 및 도 2와 같이 전지의 몸체(20) 내측에 다수의 분리막(32)에 의해 격리 배치된 양극(31) 및 음극(33) 중에서 상기 양극(31)에 하부가 연결되는 봉형상의 양극 핀(1)이 형성되고, 상기 양극 핀(1)을 중앙부에 수용하는 원통형 내주부(3b)를 구비하고 하단부에 환형 플랜지부(3a)가 형성된 지지부재(3)가 결합되어 있다. 이 경우 상기 양극핀(1)은 접착수단(7)을 통하여 상기 지지부재(3)의 원통형 내주부(3b)에 고정 결합된다.
또한 상기 지지부재(3)의 상부를 수용하는 결합구멍(5b)을 갖고 상기 전지의 몸체(20) 상단에 고정 결합되는 상부원판(5)이 형성되어 있다. 이 경우에도 상기 지지부재(3)는 접착수단(7)을 통해 상기 상부원판의 결합구멍(5b)에 고정 결합된다.
한편 상기 상부원판(5)은 끝단을 따라 연장형성된 수직부(5a)의 외주와 상기 접촉수단(7)에 의해 전지의 몸체(20) 상단 내측에 고정 결합된다.
상기 접착수단(7)은 강력한 환원력을 가진 Li/SOCl2에 직접 접촉해야 하므로 이에 대하여 화학적으로 안정되고 기계적으로도 금속에 대한 접착력이 우수한 세라믹 접착제로 이루어지며, 이 경우 상기 세라믹 접착제에 소정의 경화제를 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 헤더를 제조하는 단계를 나타내는 흐름도이다.
상기와 같은 구성의 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더 제조방법을 도 3을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 접착수단(7) 예를 들면, 경화제가 혼합된 세라믹 접착제를 상기 양극핀(1) 및 지지부재의 원통형 내주부(3b) 간의 상호 접촉부분에 도포하고, 상기 지지부재(3)와 상기 상부원판의 결합구멍(5b) 간의 상호 접촉부분에 도포하고, 상기상부원판(5)과 전지의 몸체(20) 상단 내측 간의 상호 접촉부분에 각각 도포한다(S1).
이어서 상기 양극핀(1), 지지부재(3) 및 상부원판(5)을 각각 상호 접착하여 압착시킨 후(S2), 상기 접착수단(7)이 경화될 수 있도록 상기 압착 결합된 상태의 헤더(10)를 상온에서 24시간 이상 방치한다(S3).
그 후, 상기 헤더(10)는 세라믹 접착제와 경화제의 반응을 향상시킴에 따라 더욱 견고한 고정을 유지하도록 하기 위해 150℃로 열처리한다(S4).
이와 같이 본 발명에 따른 전지의 헤더는 접촉수단에 의해 상호 결합되므로 제조시 별도의 설비가 필요치 않으며 이에 따라 비용절감 및 제조원가를 감소시킬 수 있다.
또한 상기 헤더는 그 디자인에 제약없이 사용되는 용도 및 위치에 따라 다양한 형태의 헤더 및 전지의 몸체를 형성하는 것이 가능하다.
(비교예 1)
한편 표 1을 참고로 하여 상기 본 발명에 따른 제조방법에 의해 생산된 헤더와 종래의 제조방법에 의해 생산된 헤더를 비교하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 종래의 글래스/메탈을 이용하여 제작한 헤더는 제조시 헤더를 고온에 노출시키는 단계가 포함됨에 따라 핀 호울(pin hole) 및 크랙(crack)이 각각 17% 및 10%가 발생되는 것이 비하여 본 발명에 따른 헤더는 고온가공 단계가 생략됨에 따라 핀 호울(pin hole) 및 크랙(crack)이 발생하지 않았다.
또한 헬륨 가스로 누출 테스트를 해본 결과 종래의 헤더는 상기 핀 호울 및크랙을 통해 10-8CC/sec 이하의 수준이며, 본 발명에 따른 헤더 또한 동일한 수준의 기밀도를 유지하였다.
더욱이 기계적인 인장강도 테스트에서는 종래의 헤더가 32-35kg인 것에 비하여 본 발명에 따른 헤더는 50kg이상으로 그 기계적 특성이 뛰어남을 알 수 있다.
구 분 종래기술(G/M Sealing) 본 발명(Ceramic Adhesive) 비 고
검사항목 Pin Hole 5 0 n=30( 단위 : EA )
Crack 3 0
Leakage 10-8CC/sec 이하 10-8CC/sec 이하 He(헬륨) test
전기절연저항(MΩ) 1,000 이상 1,000 이상 DC 500V
인장강도(Kg) 32 ~ 35 50이상 양극 핀의 수직 부착강도
따라서 본 발명은 헤더 제조시 접착수단을 사용함에 따라 헤더를 고온에 노출시키는 단계를 원천적으로 생략할 수 있으며, 이에 따라 핀 호울 및 크랙의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
또한 작업자는 상온에서 헤더를 제조하게 되므로 작업시 안전사고의 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.
상기한 본 발명에 있어서는 접촉수단에 의해 상호 결합되므로 제조시 핀 호울 및 크랙이 발생하는 것을 미연에 방지함에 따라 장시간 사용시 전지 내부에 장입된 전해액이 외부로 흘러나오는 것을 방지할 수 있다.
또한 별도의 설비가 필요치 않으며 이에 따라 비용절감 및 제조원가를 감소시킬 수 있으며, 아울러 그 디자인에 제약없이 사용되는 용도 및 위치에 따라 다양한 형태의 헤더 및 전지의 몸체를 형성할 수 있는 이점이 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. 리튬 티오닐 클로라이드 전지의 몸체 상단에 밀폐 결합되는 헤더에 있어서,
    하부가 양극에 연결되는 봉형상의 양극 핀과,
    중앙부에 상기 양극 핀을 수용하는 원통형 내주부를 구비하고 하단부에 환형 플랜지가 형성된 지지부재와,
    상기 지지부재의 상부를 수용하는 결합구멍을 갖고 상기 전지의 몸체 상단에 고정 결합되는 상부원판과,
    상기 양극핀을 상기 지지부재의 원통형 내주부에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 도포되고, 동시에 상기 지지부재를 상기 상부원판의 결합구멍에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 도포되며, 상기 상부원판을 전지의 몸체 상단 내측에 고정 결합시키기 위해 상호 접촉부분에 각각 도포되는 접착수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접착수단은 경화제가 혼합된 세라믹 접착제인 것을 특징으로 하는 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더.
  3. 내부에 음극, 양극, 전해액을 포함하는 전지의 몸체 상단 내측에 고정 결합되어 내부와 연결된 양극핀을 구비한 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더 제조방법에 있어서,
    경화제가 혼합된 세라믹 접착제를 상기 양극핀과 지지부재의 원통형 내주부의 상호 접촉부분에 도포하고, 상기 지지부재와 상기 상부원판의 결합구멍의 상호 접촉부분에 도포하고, 상기 상부원판과 전지의 몸체 상단 내측의 상호 접촉부분에 각각 도포하는 단계와,
    상기 양극핀, 지지부재 및 상부원판을 각각 상호 접착하여 압착하는 단계와,
    상기 압착 결합된 상태의 헤더를 상온에서 경화시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 상온에서 경화시키는 단계 후에 세라믹 접착제와 경화제의 반응을 향상시켜 견고한 고정을 유지하도록 하기 위해 150℃로 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬-티오닐 클로라이드 전지의 헤더 제조방법.
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