KR20030060814A - 밀폐형 전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
전지 캔(battery can)에 절연성 부재를 통해 형성된 금속 재료에 이종 금속을 코킹(caulking)하여 형성한 전극 단자를 갖는 밀폐형 전지에 있어서의 접촉저항의 경시 변화를 개선하는 것으로, 전지 캔의 개구부에 장착한 전지 헤더에 절연성 부재를 개재시켜 장착한 전극 인출판을 전극 인출판과는 이종 금속의 전극 도출 핀으로 코킹하여 일체화한 전극 단자를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 전극 인출판과 전극 도출 핀의 접촉부 중 적어도 1개소에 레이저 용접에 의해 접합부를 형성한 밀폐형 전지.
Description
본 발명은 금속 캔을 외장재로 한 밀폐형 전지에 관한 것으로, 특히 전지 캔측과는 다른 극성의 전극 단자에 특징을 갖는 밀폐형 전지에 관한 것이다.
휴대형 기기용 전원으로서 사용되고 있는 리튬 이온 전지 등은 전지 캔, 합성 수지 필름 등의 가요성 부재를 외장재로 하고 있다. 전지 캔을 외장재로 한 전지는 외부로부터의 충격에도 강하고, 봉구(封口) 특성이 양호하기 때문에 널리 사용되고 있다.
전지 캔을 외장재로 한 전지에서는 전지 캔측을 한 쪽 극성의 전극 단자로 하고, 다른 쪽의 전극 단자는 외장재에 절연성 부재를 통해 형성되어 있다.
전지 캔측과는 극성이 다른 전극 단자는 전지 캔의 개구부에 장착하는 전지 헤더에 형성되어 있고, 전지 캔내에 전지 요소를 수납한 후에, 전지 요소에 접합한 태브를 전지 헤더의 전극 단자에 저항 용접, 레이저 용접에 의해 도전접속한 후에, 전지 캔의 개구부에 장착하여, 전지 캔의 벽면과 전지 헤더의 회합부를 레이저 용접 등에 의해 봉구하고 있다.
도 4에, 밀폐형 전지의 전극 단자의 일례를 도시하는 상부의 단면도이다.
밀폐형 전지(1)의 전지 캔(2)의 상부 개구부에는 전지 헤더(3)가 설치되어 있고, 전지 캔내에 형성한 전지 요소(4)의 한 쪽의 전극에 접합한 태브(5)가 전극 단자(6)의 전극 도출 핀(7)에 접합되어 있다. 전극 도출 핀(7)은 전지 헤더(3)의 금속판(8)에 형성한 관통구멍에 장착한 외부 절연판(9) 및 내부 절연판(10)에 의해서 전지 헤더의 금속판으로부터 절연되어 있고, 외부 절연판의 상면에는 외부 회로 접속용 리드선의 접합공정이 용이하게 행해지도록, 니켈판 등의 접합특성이 양호한전극 인출판(11)이 형성되어 있다.
전극 단자는 전지 헤더의 금속판에 형성한 관통구멍에, 외부 절연판, 내부 절연판, 전극 인출판을 장착한 후에 내부 절연판측으로부터 전극 도출 핀을 관통시켜 전극 도출 핀을 코킹함으로써 제조된다.
알루미늄 또는 그 합금 등으로 이루어지는 전극 도출 핀과, 니켈판 등으로 이루어지는 전극 인출판의 접촉면은 대기 중의 산소, 수분 등이 침입하여 경년(經年) 변화하여, 그 결과, 표면의 접촉부의 도전성이 저하하는 일이 있었다.
본 발명은 이종 금속의 접촉만으로 형성된 도전접속부의 접촉저항의 개선을 과제로 하는 것으로, 접촉부의 경년 변화에 의한 접촉저항의 증대를 방지한 밀폐형 전지를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 밀폐형 전지의 전극 단자부의 단면을 설명하는 도면이다.
도 2는 레이저의 조사 패턴의 일실시예를 설명하는 도면이다.
도 3은 접합부의 조성을 설명하는 도면이다.
도 4는 밀폐형 전지의 전극 단자의 일례를 설명하는 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 밀폐형 전지 2: 전지 캔
3: 전지 헤더 4: 전지 요소
5: 태브 6: 전극 단자
7: 전극 도출 핀 8: 금속판
9: 외부 절연판 10: 내부 절연판
11: 전극 인출판 12: 외주부
13: 접합부
본 발명은 전지 캔의 개구부에 장착한 전지 헤더에 절연성 부재를 개재시켜 장착한 전극 인출판을 전극 인출판과는 이종 금속의 전극 도출 핀으로 코킹하여 일체화한 전극 단자를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 전극 인출판과 전극 도출 핀의 접촉부 중 적어도 1개소에 레이저 용접에 의해 접합부를 형성한 밀폐형 전지이다.
또한, 전극 도출 핀이 알루미늄 또는 이의 합금이고, 전극 인출판이 알루미늄 또는 이의 합금과는 융점이 다른 이종 금속 또는 합금인 상기 밀폐형 전지이다.
전극 인출판이 니켈, 철, 구리, 또는 이들의 합금, 스텐레스강으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 금속으로 형성되어 있는 상기 밀폐형 전지이다.
밀폐형 전지의 제조방법에 있어서, 전지 캔의 개구부에 장착한 전지 헤더에 절연성 부재를 개재시켜 장착한 전극 인출판을 전극 인출판과는 이종 금속인 전극 도출 핀으로 코킹하여 일체화하여 전극 단자를 제작한 후에, 전극 도출 핀과 전극 인출판의 접촉부 중 적어도 1개소에 레이저 용접에 의해서 접합부를 형성하는 밀폐형 전지의 제조방법이다.
레이저 용접이 예열, 접합부의 용융, 및 응고부의 크랙 방지의 순으로 다른 출력의 레이저를 조사하여 행하는 밀폐형 전지의 제조방법이다.
본 발명은 알루미늄제 전극 도출 핀과 니켈판 등의 융점이 크게 다른 전극 인출판을 그 접촉부의 일부를 레이저 용접에 의해서 접합한 것이다.
그 결과, 알루미늄과 니켈과 같이, 융점이 크게 다름과 동시에, 양자간에서 금속간 화합물을 형성하여, 충분한 강도가 얻어지지 않는 경우이어도, 양자의 접합부 사이의 도전 접속을 유지하는 것이 가능하고, 또한 접합부의 도전 접속은 경시 변화도 없고 안정하다라는 것을 알아낸 것이다.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 밀폐형 전지의 전극 단자부의 단면을 설명하는 도면이다.
도 1(a)은 본 발명의 밀폐형 전지를 설명하는 사시도이고, 도 1(b)은 밀폐형 전지의 상부를 설명하는 단면도이다.
밀폐형 전지(1)의 전지 캔(2)의 상부 개구부에는 전지 헤더(3)가 설치되어 있고, 전지 캔내에 형성한 전지 요소(4)의 한 쪽의 전극에 접합한 태브(5)가 전극 단자(6)의 전극 도출 핀(7)에 접합되어 있다. 알루미늄제 전극 도출 핀(7)은 전지헤더(3)의 금속판(8)에 형성한 관통구멍에 장착한 외부 절연판(9) 및 내부 절연판(10)에 의해서 전지 헤더의 금속판으로부터 절연되어 있고, 외부 절연판의 상면에는 외부 회로 접속용 리드선을 접합하는 니켈제 전극 인출판(11)이 형성되어 있다.
그리고, 전극 인출판(11)의 표면과 전극 도출 핀(7)을 코킹함으로써 형성된 외주부(12)와 전극 인출판(11)의 접촉부는 레이저 조사에 의해서 니켈과 알루미늄으로 이루어지는 너깃(nugget)에 의해서 접합부(13)가 형성되어 있다.
전극 인출판(11)과 전극 도출 핀(7)의 접촉부에 형성되는 접합부(13)는 전극 도출 핀과 전극 인출판의 접촉면에서의 도전 접속부와 함께 통전에 기여하기 때문에, 접합부는 1개소만으로 된다. 접합부의 크기는 직경 0.6㎜ 정도의 크기로 하는 것으로 충분한 전류를 통전할 수 있다. 또한, 다수 개소에 형성하는 경우에는, 전극 단자에 트위스트가 형성되는 일이 없도록 배치하는 것이 필요하다.
또한, 접합부에 조사하는 레이저는 양자의 계면에 대하여 조사하여, 접합부에서 양자를 충분히 용융시키는 것이 바람직하다. 그렇지만, 알루미늄 또는 그 합금과, 니켈 또는 그 합금은 융점이 크게 다르기 때문에, 단순히 양자를 용융하는 것만으로는 크랙이 생기지 않은 접합부를 형성하는 것은 곤란하다.
그래서, 접합부에 조사하는 레이저는 우선 저출력으로 소정시간 조사하여 접합부를 예열한 후에, 양자를 용융하는 출력을 조사하여 용접한다. 이어서, 용접시에 비하여 작은 출력의 레이저를 조사하여 응고시의 크랙 방지를 행한다는 3단계로 조사시간과 출력을 조정하여, 충분히 용융하여 접합부를 형성함과 동시에, 응고부에 크랙이 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이상의 설명에 있어서는, 알루미늄 또는 그 합금제의 도전 접속 핀과 니켈(융점 145℃)제 전극 인출판에 관해서 기술하였지만, 융점이 660℃ 정도인 알루미늄 또는 그 합금제의 도전 접속 핀, 철(융점 1535℃), 구리(융점 1083℃), 철과 동일한 융점을 나타내는 스텐레스강 등을 전극 인출판으로 하여 용접을 행하는 경우에도 마찬가지이다.
이하에, 알루미늄제 전극 도출 핀과 니켈제 전극 인출판을 사용한 경우에 관해, 실시예, 비교예를 들어 본 발명을 설명한다.
실시예 1:
직경 3㎜의 알루미늄제 전극 도출 핀에 의해서, 폭 3㎜, 길이 9㎜, 두께 0.3㎜의 니켈제 전극 인출판을 코킹하여 전극 단자를 형성하였다. 전극 단자의 전극 도출 핀과 전극 인출판의 계면의 1개소에, 직경 0.3㎜의 광섬유에 의해서 도 2에 나타내는 패턴으로 레이저를 조사하였다. 즉, 여열: 출력 1.4㎾, 조사시간 1ms, 용접: 출력 3㎾, 조사시간 1.5ms, 응고 크랙 방지: 출력 1.4㎾, 조사시간 1ms의 순으로 레이저의 조사출력을 변화시켜 접합부를 형성하였다.
접합부를 X선 마이크로애널라이저에 의한 성분 원소의 매핑(mapping) 분석에 의해 측정한 결과를 도 3에 도시한다. 접합부에는 알루미늄과 니켈의 양자가 균일하게 분포한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 제작한 시료 전지 1 내지 5를 제조직후에 전극 도출 핀과 전극 인출판 사이의 접촉저항을 측정한 후에, 85℃, 90% RH의 조건에서 7일간 보존하는 가속시험을 행한 후의 접촉저항을 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 1:
레이저 용접에 의해서 접합부를 형성하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시료 전지 6 내지 10를 제작하여, 실시예 1과 동일하게 접촉부의 임피던스를 제조직후와 가속시험후에 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타낸다.
본 발명은 밀폐형 전지에 형성한 코킹 가공에 의해서 형성되는 전극 단자에 있어서, 융점이 크게 다른 이종 금속의 접촉부에, 레이저 용접에 의해 접합부를 형성하였기 때문에, 경년 변화에 의한 접촉면의 도전 접속 특성의 악화를 방지할 수 있어, 특성이 안정한 밀폐형 전지를 제공할 수 있다.
Claims (5)
- 전지 캔의 개구부에 장착한 전지 헤더에 절연성 부재를 개재시켜 장착한 전극 인출판을 전극 인출판과는 이종 금속의 전극 도출 핀으로 코킹하여 일체화한 전극 단자를 갖는 밀폐형 전지에 있어서, 전극 인출판과 전극 도출 핀의 접촉부의 적어도 1개소에 레이저 용접에 의해 접합부를 형성한 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
- 제 1 항에 있어서, 전극 도출 핀이 알루미늄 또는 이의 합금이고, 전극 인출판이 알루미늄 또는 이의 합금과는 융점이 다른 이종의 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
- 제 2 항에 있어서, 전극 인출판이 니켈, 철, 구리, 또는 이들의 합금, 스텐레스강으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
- 밀폐형 전지의 제조방법에 있어서, 전지 캔의 개구부에 장착한 전지 헤더에 절연성 부재를 개재시켜 장착한 전극 인출판을 전극 인출판과는 이종 금속의 전극 도출 핀으로 코킹하여 일체화하여 전극 단자를 제작한 후에, 전극 도출 핀과 전극 인출판의 접촉부의 적어도 1개소에 레이저 용접에 의해 접합부를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 레이저 용접이 예열, 접합부의 용융, 및 응고부의 크랙 방지의 순으로 다른 출력의 레이저를 조사하여 행하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지의 제조방법.
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