KR20070077436A - 밀폐형 전지 - Google Patents

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KR20070077436A
KR20070077436A KR1020060128774A KR20060128774A KR20070077436A KR 20070077436 A KR20070077436 A KR 20070077436A KR 1020060128774 A KR1020060128774 A KR 1020060128774A KR 20060128774 A KR20060128774 A KR 20060128774A KR 20070077436 A KR20070077436 A KR 20070077436A
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KR
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safety valve
terminal cap
battery
gap
sealed battery
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KR1020060128774A
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슈이치 야마시타
마사노리 오기
히로미츠 수와
야스노리 오카자키
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 단자 캡과 안전 밸브 사이의 저항값이 작고, 또한 전류 차단 기능을 갖는 봉구체를 구비한 대전류 용도로 최적인 밀폐형 전지를 제공한다.
본 발명의 밀폐형 전지는 철계 재료로 이루어진 단자 캡 (19')과, 알루미늄계 재료로 이루어진 안전 밸브 (25)와, 봉구체 (18A)를 구비하고, 상기 봉구체 (18A)는 상기 단자 캡 (19')의 플랜지부와 안전 밸브 (25)의 플랜지부의 적어도 한쪽에 틈새 (30)가 설치되어 있고, 상기 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부가 상기 틈새에 대응하는 위치에서 고에너지선에 의해 용접되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

밀폐형 전지{Sealed cell}
도 1은 실시예 1의 봉구체의 확대 단면도이다.
도 2는 실시예 2의 봉구체의 확대 단면도이다.
도 3은 비교예의 봉구체의 확대 단면도이다.
도 4는 종래의 원통형의 비수 전해질 2차 전지를 세로 방향으로 절단하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 봉구체의 확대 일부 파단도이다.
도 6은 종래의 대전류 방전용 2차 전지의 봉구체 부분의 확대 단면도이다.
도 7은 종래의 PTC 서미스터 소자가 없는 전류 차단 기능을 갖는 봉구체의 확대 단면도이다.
<부호의 설명>
10: 비수 전해질 2차 전지 11: 정극판
12: 부극판 13: 세퍼레이터
14: 와권상 전극체 17: 전지 외장캔
18A~18E: 봉구체 20: 바닥판
19, 19': 단자 캡 21: 볼록부
22: 플랜지부 23: 오목부
24: 플랜지부 25: 안전 밸브
25a: 오목부 25b: 플랜지부
27: 개스킷 30: 고리 형상의 홈
31: 용융 부분 32: 중간재
33: 레이저 용접 부분
본 발명은 밀폐형 전지에 관한 것으로, 특히, 정극 또는 부극 단자 캡과 안전 밸브가 레이저광 등의 고에너지선에 의한 용접에 의해 직접 고정되어, 양자간의 용접 강도가 높아지는 동시에 사용시에 전지 저항이 커지는 일이 없는 전류 차단 기능을 구비한 봉구체 (封口體)를 구비한 밀폐형 전지에 관한 것이다.
근래의 전자 기기의 소형화, 경량화는 놀랄 만큼 눈부시며, 그에 수반하여 전원으로 되는 전지에 대해서도 소형 경량화의 요망이 매우 커지고 있다. 따라서, 소형 경량이며 또한 고용량으로 충방전 가능한 전지로서 리튬 이온 2차 전지로 대표되는 밀폐형의 비수 전해질 2차 전지가 실용화되게 되어, 소형 비디오 카메라, 휴대 전화, 노트 PC 등의 휴대용 전자·통신 기기 등에 널리 이용되어 오고 있다.
이와 같은 용도로 사용되고 있는 밀폐형의 비수 전해질 2차 전지의 일반적인 구성을 도 4 및 도 5를 가지고 설명한다. 또한, 도 4는 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 원통형의 비수 전해질 2차 전지를 세로 방향으로 절단하여 나타낸 사시도 이며, 도 5는 도 4의 봉구체의 확대 일부 파단도이다. 이 비수 전해질 2차 전지 (10)는, 정극판 (11)과 부극판 (12)이 세퍼레이터 (13)를 통하여 감긴 와권상 (渦卷狀) 전극체 (14)를 이 와권상 전극체 (14)의 상하에 각각 절연판 (15, 16)을 배치한 후, 부극 단자를 겸하는 스틸제의 원통형 전지 외장캔 (17)의 내부에 수용하고, 부극판 (12)의 집전 탭 (12a)를 전지 외장캔 (17)의 내측 바닥부에 용접하는 동시에 정극판 (11)의 집전 탭 (11a)를 안전 장치가 내장된 봉구체 (18D)의 바닥판부에 용접하고, 이 전지 외장캔 (17)의 개구부로부터 소정의 비수 전해액을 주입한 후, 봉구체 (18D)에 의해 전지 외장캔 (17)을 밀폐함으로써 제조되고 있다.
이 중, 봉구체 (18D)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 접시 뒤집힌 모양 (逆皿狀, 캡 형상)으로 형성된 스테인리스제의 단자 캡 (19)과, 접시 모양 (皿狀)으로 형성된 스테인리스제의 바닥판 (20)으로 구성되어 있다. 단자 캡 (19)은 전지 외부를 향해 팽출하는 볼록부 (21)와, 이 볼록부 (21)의 밑변부를 구성하는 평판 모양의 플랜지부 (22)로 이루어지며, 볼록부 (21)의 각부 (角部)에는 복수의 가스 배출 구멍 (21a)이 설치되어 있다. 한편, 바닥판 (20)은 전지 내부를 향해 팽출하는 오목부 (23)와, 이 오목부 (23)의 밑변부를 구성하는 평판 모양의 플랜지부 (24)로 이루어진다. 오목부 (23)의 각부에는 가스 배출 구멍 (23a)이 설치되어 있다.
또, 이들 단자 캡 (19)과 바닥판 (20)의 내부에는, 전지 내부의 가스압이 상승하여 소정의 압력 이상이 되면 변형하는 알루미늄제의 안전 밸브 (25)가 수용되어 있다. 이 안전 밸브 (25)는 오목부 (25a)와 플랜지부 (25b)로 이루어지며, 예를 들면 두께가 0.2 mm이고 표면의 요철이 0.005 mm인 알루미늄박으로 구성되어 있 다. 오목부 (25a)의 최저부는 바닥판 (20)의 오목부 (23)의 상부 표면에 접촉하도록 설치되어 있으며, 플랜지부 (25b)는 단자 캡 (19)의 플랜지부 (22)와 바닥판 (20)의 플랜지부 (24) 사이에 협지되어 있다. 또, 안전 밸브 (25)의 플랜지부 (25b) 상부의 일부에는 PTC (Positive Temperature Coefficient) 서미스터 소자 (26)가 설치되고 단자 캡 (19)과 바닥판 (20)은 예를 들면 폴리프로필렌 (PP)제의 봉구체용 절연 개스킷 (27)을 통하여 바닥판 (20)의 플랜지부 (24)를 단자 캡 (19)측에 가압하여 조임으로써 액밀 (液密)하게 봉구되어 있다.
이 비수 전해질 2차 전지 (10)는 전지 내에 과전류가 흘러 비정상적인 발열 현상을 일으키면, 이 전류 차단 기능을 갖는 봉구체 (18D) 내의 PTC 서미스터 소자 (26)의 저항값이 증대하여 과전류를 감소시키도록 되어 있으며, 또, 전지 내부의 가스압이 상승하여 소정의 압력 이상이 되면 안전 밸브 (25)의 오목부 (25a)는 변형하기 때문에, 안전 밸브 (25)와 바닥판 (20)의 오목부 (23)와의 접촉이 차단되어 과전류 혹은 단락 전류가 차단되도록 되어 있기 때문에, 매우 안전성이 높은 밀폐형 비수 전해질 2차 전지를 얻을 수 있다.
한편, 하기 특허문헌 2에는, 봉구체 부분에서의 전기 저항을 작게 한 대전류 방전용 2차 전지를 얻을 목적으로, 도 6의 봉구체 (40) 부분의 확대 단면도에 나타낸 바와 같이, 전지 외장캔의 안쪽으로부터 바깥쪽을 향하여, 알루미늄으로 이루어진 접시 모양의 바닥판 (41), 알루미늄으로 이루어진 얇은 판 형상의 안전 밸브 (42), 철에 니켈 도금을 실시하여 이루어진 정극 단자 캡 (43)을 순서대로 중합하고, 바닥판 (41)과 얇은 판 형상의 안전 밸브 (42)의 사이에는 밀폐를 위해 부틸 고무로 이루어진 링 모양의 밸브 가드 (44)를 설치하고, 이 정극 단자 캡 (43)의 둘레와 바닥판 (41)의 둘레를 가압하여 조이며, 또한 이 3 부재를 둘레의 가압 조임부 (45)로부터 내측의 플랜지부 (46)의 4개소에 직경 3 mm의 스폿 용접 (47)을 실시함으로써 일체화한 봉구체 (40)를 설치한 예를 나타내고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특개 2001-15155호 공보 (단락 [0014]~[0017], [0029]~[0032], 도 1 및 도 2)
[특허문헌 2] 일본 특개 2000-90892호 공보 (특허청구범위, 단락 [0007], 도 1)
근래에 이르러 환경 보호 운동의 고조를 배경으로 하여 이산화탄소 가스 등의 배출 규제가 강화되어 오고 있으며, 자동차 업계에서는 가솔린, 디젤유, 천연 가스 등의 화석 연료를 사용하는 자동차에 뿐만 아니라, 전기 자동차 (EV)나 하이브리드 전기자동차 (HEV)의 개발이 활발하게 행해지고 있다. 덧붙여서, 화석 연료 가격의 급격한 상승은 이들 EV나 HEV의 개발을 전진시키는 순풍이 되고 있다. 또한, 상술한 바와 같은 리튬 이온 2차 전지로 대표되는 밀폐형 전지는 공구 용도 쪽으로도 개발되어 오고 있다.
이와 같은 EV, HEV용 전지 내지는 공구용 전지로는 환경 대응뿐만이 아니라, 자동차 내지 공구용으로서의 기본 성능, 즉 대전력을 취출하는 능력의 고도화도 필요하다. 그러나 대전력을 취출하기 위해서는, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 비수 전해질 2차 전지와 같이 안전 장치로서의 PTC 서미스터 소자를 내장하고 있으 면, 이 PTC 서미스터 소자에 의해 취출할 수 있는 전류량이 한정되어 버리기 때문에, 최근에는 PTC 서미스터 소자가 없는 것이 사용되도록 되어 왔다.
이 PTC 서미스터 소자가 없으면서 전류 차단 기능을 갖는 봉구체 (18E)의 일례를 도 7의 단면도에 나타낸다. 단, 이 PTC 서미스터 소자가 없는 봉구체 (18E)의 구성은, 도 5에 나타낸 봉구체 (18D)와는 단순히 PTC 서미스터 소자 (26)의 유무에 차이가 있을 뿐이기 때문에, 도 5에 나타낸 봉구체 (18D)와 동일한 구성 요건에는 동일한 참조 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 PTC 서미스터 소자가 없으면서 전류 차단 기능을 갖는 봉구체 (18E)를 사용한 EV, HEV용 전지 내지 공구용 전지에 의하면, 전지 내부 저항이 작아졌기 때문에 대전력을 취출할 수 있게 되는 반면, 전지 온도가 80℃ 이상이 되는 일도 있으며, 반복하여 사용하고 있으면 단자 캡 (19)과 바닥판 (20) 사이의 PP제의 봉구체용 절연 개스킷 (27)이 열 (熱) 영향을 받아, 이 개스킷 (27)의 탄력성이 저하하여 단자 캡 (19)과 안전 밸브 (25) 사이의 접촉압이 약해져서 전지의 내부 저항의 상승이나 내부 저항의 변동이 생긴다고 하는 문제점이 발생한다.
또, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 대전류 방전용 2차 전지는, 정극 단자 캡, 안전 밸브 및 바닥판의 3자가 스폿 용접되어 있기 때문에, 전지의 출력 단자의 면적을 크게 하지 않더라도 정극 단자 캡 및 바닥판 사이의 전기 저항이 작으며, 게다가 편차도 적기 때문에 전지의 중량을 증가시키지 않고 출력 전류를 증대시킬 수 있다고 하는 뛰어난 효과를 나타내는 것이다. 그러나 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 발명에서 사용되고 있는 봉구체는 정극 단자 캡, 안전 밸브 및 바닥판의 3자가 스폿 용접되어 있기 때문에, 전지 내부의 가스압이 상승하여 안전 밸브가 변형 내지 개구하더라도, 정극 단자 캡과 바닥판 사이에는 전류 차단 작용이 없기 때문에, 전지에 어떠한 이상이 발생하더라도 전류가 계속 흐른다고 하는 문제점이 존재한다.
그런데 일반적으로 정극 단자 캡은 니켈 도금된 철이나 스테인리스 스틸 등의 경질의 철계 (鐵系) 재료가 사용되고 있는데 대해, 안전 밸브는 연질인 재료일 필요성으로부터 얇은 알루미늄이 사용되며, 또 바닥판으로는 일반적으로 리튬 이온 2차 전지의 정극 집전체로서 알루미늄이 사용되고 있기 때문에, 이종 (異種) 금속 접촉을 피하기 위해 알루미늄이 사용되고 있다.
그리고 근래 제조 효율을 올리기 위해, 스폿 용접 수단으로서 레이저광이나 전자선 등의 고에너지선을 이용한 용접 수단이 널리 사용되어 오고 있다. 이들 고에너지선을 사용한 용접 수단을 사용하면, 알루미늄은 니켈 도금된 철이나 스테인리스 스틸 등의 철계 재료와 비교하면 열전도율이 매우 양호하기 때문에, 예를 들면 단자 캡측으로부터 고에너지선에 의한 용접을 실시하면, 단자 캡의 표층은 양호하게 용융하나, 단자 캡과 안전 밸브와의 접촉부는 온도가 그다지 상승하지 않기 때문에 용융성이 나쁘며, 단자 캡과 안전 밸브 사이의 강고한 용접이 어렵다고 하는 문제점이 발생하고 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 정극 또는 부극 단자 캡과 안전 밸브 사이의 용접 강도가 높으며, 게다가 사용시에 전지 저항이 커지는 일이 없는 전류 차단 기능을 갖는 봉구체를 구 비한 밀폐형 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 이하의 구성에 의해 달성할 수 있다. 즉, 청구항 1에 관련된 밀폐형 전지의 발명은
정극 및 부극의 적어도 한쪽의 접시 뒤집힌 모양으로 형성된 철계 재료로 이루어진 단자 캡과, 접시 모양으로 형성되어 전지 외부와 전지 내부의 전기적 접속을 차단할 수 있는 알루미늄계 재료로 이루어진 안전 밸브를 갖는 봉구 부분을 구비한 밀폐형 전지에 있어서,
상기 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부의 서로 대향하는 면의 적어도 한쪽에 틈새가 설치되어 있으며,
상기 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부가 상기 틈새에 대응하는 위치에서 고에너지선에 의해 용접되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2에 관련된 발명은 청구항 1에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 틈새는 고리 형상으로 설치된 홈으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3에 관련된 발명은 청구항 1에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 틈새의 깊이는 상기 틈새를 설치한 쪽의 두께의 1/2 이하, 0.05 mm 이상인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4에 관련된 발명은 청구항 1~3 중 어느 한 항에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 고에너지선은 레이저광 또는 전자빔인 것을 특징으로 한다.
또한, 청구항 5에 관련된 밀폐형 전지의 발명은 정극 및 부극의 적어도 한쪽 의 접시 뒤집힌 모양으로 형성된 철계 재료로 이루어진 단자 캡과, 접시 모양으로 형성되어 전지 외부와 전지 내부의 전기적 접속을 차단할 수 있는 알루미늄계 재료로 이루어진 안전 밸브를 갖는 봉구 부분을 구비한 밀폐형 전지에 있어서,
상기 단자 캡과 안전 밸브의 사이에 상기 안전 밸브와 동일한 재료로 이루어지는 동시에 두께가 상기 안전 밸브와 동일하거나 그것보다도 얇은 링 모양의 중간재가 개재되고,
상기 중간재와 상기 안전 밸브가 고에너지선에 의해 용접되어 있는 동시에,
상기 단자 캡의 플랜지부와 상기 중간 부재의 서로 대향하는 면의 적어도 한쪽에 틈새가 설치되어 있으며,
상기 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부가 상기 틈새에 대응하는 위치에서 고에너지선에 의해 용접되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6에 관련된 발명은 청구항 5에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 중간재의 두께는 상기 단자 캡의 두께의 70% 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7에 관련된 발명은 청구항 5에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 틈새는 고리 형상으로 설치된 홈으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8에 관련된 발명은 청구항 5에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 틈새의 깊이는 틈새를 설치한 쪽 두께의 1/2 이하, 0.05 mm 이상인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9에 관련된 발명은 청구항 5~8 중 어느 한 항에 기재된 밀폐형 전지에 있어서, 상기 고에너지선은 레이저광 또는 전자빔인 것을 특징으로 한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본원 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예 및 비교예를 도 1~3을 참조하여 상세하게 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 밀폐형 전지로서 도 4에 나타낸 종래예의 리튬 이온 비수 전해질 2차 전지에 사용하는 전류 차단 기능을 갖는 봉구체의 일례를 예시하는 것으로서, 본 발명을 이 전류 차단 기능을 갖는 봉구체를 사용한 리튬 이온 비수 전해질 2차 전지에 특정하는 것을 의도하는 것이 아니라, 특허청구범위에 나타낸 기술 사상을 일탈하지 않고 다양한 밀폐형 전지에도 동일하게 적용할 수 있는 것이다. 또한, 도 1은 실시예 1의 봉구체의 확대 단면도이고, 도 2는 실시예 2의 봉구체의 확대 단면도이며, 또한, 도 3은 비교예의 봉구체의 확대 단면도이며, 또, 도 5 및 도 7에 나타낸 종래예의 전류 차단 기능을 갖는 봉구체와 동일한 구성 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하여 설명한다.
실시예 1의 봉구체 (18A)를 다음과 같이 하여 제작하였다. 우선, 상술한 종래예에서 사용되고 있는 것과 동일한 구성을 가지고 있는 접시 모양의 알루미늄제 바닥판 (20)을 준비하였다. 이 바닥판 (20)은 전지 내부를 향해 팽출하는 오목부 (23)와, 이 오목부 (23)의 밑변부를 구성하는 평판 모양의 플랜지부 (24)를 가지며, 오목부 (23)의 각부에는 가스 배출 구멍 (23a)이 설치되어 있다. 이 바닥판 (20)의 플랜지부 (24) 위에 둥근 고리 형상의 PP제 절연 개스킷 (27)을 재치하였다. 또한, 상술한 종래예와 동일한 구성의 오목부 (25a)와 플랜지부 (25b)로 이루어지며, 예를 들면 두께가 0.2 mm인 알루미늄박으로 이루어진 안전 밸브 (25)를, 절연 개스킷 (27) 위에 플랜지부 (25)가, 그리고 바닥판 (20)의 오목부 (23) 위에 안전 밸브 (25)의 오목부 (25a)가 위치하도록 재치하였다. 그리고 안전 밸브 (25)의 오목부 (23)의 최저부와 바닥판 (20)의 오목부 (23)를 초음파 용접법으로 용접하였다.
한편, 상술한 종래예에서 사용되고 있는 것과 동일한 구성을 갖고 있는 접시 뒤집힌 모양으로 형성된 직경 23 mm, 두께 0.3 mm의 니켈 도금 철제의 단자 캡 (19)을 준비하였다. 이 단자 캡 (19)은 전지 외부를 향해 팽출하는 볼록부 (21)와, 이 볼록부 (21)의 밑변부를 구성하는 평판 모양의 플랜지부 (22)를 가지며, 볼록부 (21)의 각부에는 복수의 가스 배출 구멍 (21a)이 설치되어 있다. 실시예 1에서는, 이 단자 캡 (19)의 플랜지부 (22)의 안전 밸브 (25)의 플랜지부 (25b)와 대향하는 쪽에, 도 1에 나타낸 바와 같이 절삭 가공에 의해 폭 1.5 mm, 깊이 0.1 mm의 고리 형상의 홈 (30)을 설치한 것을 사용하였다. 이와 같이 고리 형상의 홈 (30)이 설치된 단자 캡에 대해서는 부호 19'를 부여하여 종래예의 단자 캡 (19)과 구별한다.
이어서, 안전 밸브 (25) 위에 상기 홈 (30)을 설치한 단자 캡 (19')을 재치하였다. 그리고 단자 캡 (19')측으로부터, 고리 형상의 홈 (30)에 대응하는 위치에 같은 간격으로 4개소, 각각 홈 (30)의 중앙에 대응하는 위치에 레이저 용접을 실시하고, 바닥판 (20)의 플랜지부 (24)를 가압하여 조임으로써 실시예 1의 전류 차단 기능을 갖는 봉구체 (18A)를 제작하였다.
실시예 2의 전류 차단 봉구체 (18B)는 대략 실시예 1과 동일한 공정으로 제 작되나, 안전 밸브 (25)와 단자 캡 (19') 사이에 중간재 (32)를 추가하고 있는 점이 다르다. 안전 밸브 (25)의 플랜지부 (25b) 위에 두께가 안전 밸브 (25)의 1/2이며, 안전 밸브 (25)와 동일한 알루미늄제의 둥근 고리 형상의 중간재 (32)를 재치하였다. 이어서, 이 중간재 (32)의 표면으로부터 같은 간격으로 4개소, 레이저광을 조사하여 중간재 (32)와 안전 밸브 (25)를 용접하여 일체화하였다. 그 후, 중간재 (32)의 표면에 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 둥근 고리 형상의 홈 (30)이 형성된 단자 캡 (19')을 재치하고, 실시예 1의 경우와 동일하게 하여 단자 캡 (19')측으로부터 홈 (30)에 대응하는 개소에 4개소, 같은 간격으로 레이저 용접을 실시하고, 바닥판 (20)의 플랜지부 (24)를 가압하여 조임으로써 실시예 2의 전류 차단 기능을 갖는 봉구체 (18B)를 제작하였다.
[비교예]
비교예의 전류 차단 기능을 갖는 봉구체 (18C)는 실시예 1에서 사용한 고리 형상의 홈 (30)이 설치된 단자 캡 (19') 대신에 고리 형상의 홈 (30)이 없는 단자 캡 (19)을 사용한 것 이외에는 실시예 1의 경우와 동일하게 하여 제작하였다. 이 비교예의 봉구체 (18C)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 홈 (30)이 없기 때문에 용융 부분 (31)의 함몰 깊이는 근소하게 되어 있다.
이상과 같이 하여 제조된 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 각각의 전류 차단 기능을 갖는 봉구체 (18A~18C)를 각각의 시험마다 30개씩 준비하고, 이하에 기술하는 바와 같이 진동 시험, 낙하 후 저항 상승 시험 및 낙하 강도 시험을 실시하였다. 결과를 정리하여 표 1에 나타내었다. 또한, 각각의 구체적인 시험 방법은 아 래와 같다.
[진동 시험]
진동 시험은 시판의 진동 시험기를 사용하여 가속도 2.5 G, 진폭 1.5 mm, 30 Hz에서 3시간 진동을 주어 시험 전후의 내부 저항의 변화를 측정하였다. 측정 결과는 각각의 봉구체 (18A~18C)에 대해, 30개 모두 용접부가 떨어지지 않은 것에 대해서는 평균값을 구하고, 용접부의 떨어짐이 있었던 것에 대해서는 그 개수를 구하였다.
[낙하 후 저항 상승 시험, 낙하 강도 시험]
또, 낙하 후 저항 상승 시험으로는, 각각의 봉구체 (18A~18C)에 대해 30개씩 높이 1.9 m의 위치로부터 콘크리트제의 바닥 위에 자연 낙하시켜 낙하 전후의 내부 저항의 변화를 측정하였다. 측정 결과는 최대 30회 낙하시켜 30개 모두 용접부가 떨어지지 않은 것에 대해서는 내부 저항의 평균값을 구하고, 용접부가 떨어진 것이 있었던 것에 대해서는 용접부가 떨어진 개수를 구하였다. 또, 시험 중에 용접부가 떨어질 때까지 낙하시킨 회수를 측정하고, 각각의 봉구체마다 낙하시킨 회수의 평균값을 낙하 강도 시험 결과로 하여 구하였다.
진동 시험* 후 낙하 시험** 후 낙하 강도 ***
저항 상승값 용접부 떨어진 개수 저항 상승값 용접부 떨어진 개수
실시예 1 0.1 mΩ 0/30 - 30/30 15 회
실시예 2 0.1 mΩ 0/30 0.1 mΩ 0/30 > 30 회
비교예 1 - 10/30 - 30/30 2 회
*: 30 Hz - 3 시간, **: 1.9 m 최대 30회, ***: 낙하 시험에서의 용접부 떨어질 때까지의 평균 회수
표 1에 나타낸 결과로부터 이하의 것을 알 수 있다. 즉, 봉구체에 틈새가 설치되어 있지 않은 비교예의 봉구체 (18C)는, 진동 시험에 있어서는 30개 중 10개의 용접부가 떨어지고, 낙하 후 저항 상승 시험에 있어서는 모든 용접부가 떨어졌다. 이 비교예의 봉구체 (18C)의 용접부가 떨어질 때까지의 낙하 회수의 평균값은 2회였다.
이에 대조적으로, 틈새 (고리 형상 홈)가 설치된 단자 캡을 사용한 실시예 1의 봉구체 (18A)는 진동 시험에 있어서는 모든 용접부가 떨어지는 일이 없으며, 진동 시험 후의 내부 저항 증가의 평균값은 0.1 mΩ이였다. 또, 실시예 1의 봉구체 (18A)는 낙하 후 저항 상승 시험에 있어서는 모든 용접부가 떨어졌으나, 용접부가 떨어질 때까지의 낙하 회수의 평균값은 15회로, 비교예의 봉구체 (18C)와 비교하면 용접부의 강도가 커져 있는 것을 알 수 있다. 실시예 1의 봉구체 (18A)와 비교예의 봉구체 (18C)의 구성의 차이는 단자 캡에 고리 형상의 홈을 설치했는지의 여부뿐이기 때문에, 실시예 1의 봉구체 (18A)의 효과는 이 틈새를 설치함으로써 생긴 것임은 명확하다.
또한, 틈새 (고리 형상 홈)가 설치된 단자 캡을 사용하는 동시에 안전 밸브와 단자 캡 사이에 중간재를 개재시킨 실시예 2의 봉구체 (18B)는 진동 시험에 있어서는 모든 용접부가 떨어지는 일이 없으며, 진동 시험 후의 내부 저항 증가의 평균값은 0.1 mΩ이었다. 또, 실시예 2의 봉구체 (18B)는 30회의 낙하 후 저항 상승 시험에 있어서도 모든 용접부가 떨어지는 일이 없이 없으며, 내부 저항 증가의 평균값은 0.1 mΩ이였다. 따라서, 실시예 2의 봉구체 (18B)는 가장 양호한 결과를 주었다.
그러나 실시예 2의 봉구체 (18B)는 실시예 1의 봉구체 (18A)와 비교하면 용접 회수가 1회 증가해 있기 때문에, 봉구체의 사용에 있어서는 필요한 강도를 감안한 후에, 실시예 1의 봉구체 (18A) 및 실시예 2의 봉구체 (18B) 중 어느 하나를 선택하여 사용하면 된다.
또한, 상기 실시예 1 및 실시예 2에 있어서는 레이저 용접법을 채용한 예를 나타냈으나, 전자빔 용접법을 사용해도 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 또, 상기 실시예 1 및 실시예 2에 있어서는, 단자 캡에 설치한 틈새를 고리 형상의 홈으로 한 것을 나타냈으나, 이에 한정되지 않고 원형 내지 사각형의 함몰로 해도 된다. 단, 단자 캡의 용접면으로부터는 그 뒤쪽에 설치한 함몰의 위치를 바로 알 수 없기 때문에, 단자 캡의 용접면으로부터 함몰 위치를 판별할 수 있도록 하기 위한 어떠한 수단을 강구할 필요가 있다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2에 있어서는 홈을 단자 캡에 설치한 예를 나타냈으나, 단자 캡과 안전 밸브 사이에 틈새가 있으면 동일한 효과를 나타내기 때문에, 안전 밸브에 홈을 설치하더라도 혹은 단자 캡 및 안전 밸브의 양쪽에 홈을 설치해도 된다.
또, 상기 실시예에서는 단자 캡과 안전 밸브를 바닥판에서 가압하여 조이는 봉구체를 사용하는 양식의 밀폐형 전지에 대해 설명하였으나, 전극체를 삽입한 외장캔의 개구부 부근에 오목함을 넣어, 봉구 개스킷, 안전 밸브, 단자 캡을 재치하고, 이들 부품을 외장캔 개구단을 사용하여 가압하여 조이는 양식의 밀폐형 전지 등에 대해서도, 본 발명의 효과를 나타낼 수 있다.
본원 발명에 의하면 이하에 기술하는 바와 같이 뛰어난 효과를 나타내는 밀폐형 전지를 얻을 수 있다. 즉, 청구항 1에 관련된 발명에 의하면, 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부의 서로 대향하는 면의 적어도 한쪽에 틈새가 설치되어 있기 때문에, 이 틈새의 부분에서 열전도율이 나빠져 있다. 따라서, 청구항 1에 관련된 발명에 의하면, 단자 캡의 플랜지부의 틈새에 대응하는 위치에 조사된 고에너지선에 의해 발생한 열이 안전 밸브측에 확산하는 속도가 감소하기 때문에, 단자 캡의 플랜지부의 고에너지선 조사부가 충분히 용융하고 나서 안전 밸브측의 플랜지부가 용융하게 되므로, 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부의 용접 강도가 매우 높아져서, 사용시에 단자 캡과 안전 밸브 사이의 전기 저항이 커지는 일이 없으며, 결과적으로 사용시에 전지 저항이 커지는 일이 없는 밀폐형 전지를 얻을 수 있다. 덧붙여서, 전지 외부와 전지 내부와의 전기적 접속을 차단할 수 있는 전류 차단 기능을 구비한 안전성이 높은 밀폐형 전지를 얻을 수 있다. 전류 차단 기구로는, 예를 들면 전지 내부 압력 상승에 의해 안전 밸브가 변형하여 전기적 접속을 차단할 수 있는 것을 사용할 수 있다.
또한, 이러한 발명에 있어서는, 철계 재료로서 니켈 도금철 내지는 스테인리스 스틸을 사용할 수 있으며, 또 알루미늄계 금속으로는 연질인 알루미늄 내지는 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 또, 용접 개소의 개수는 필요한 용접 강도와 전기 저항을 감안한 후에 몇 군데 (예를 들면 4개소) 선택하면 되고, 플랜지부 전체를 용접할 필요는 없다. 또한, 틈새는 단자 캡측 및 안전 밸브측의 어느 쪽에 설 치해도 되며, 양자 모두에 설치해도 된다.
또, 청구항 2에 관련된 발명에 의하면, 틈새를 고리 형상으로 설치하였으므로 틈새의 가공이 쉬워지는 동시에, 용접 위치로서 단자 캡 주위에서 임의의 위치를 채용할 수 있기 때문에 설계의 자유도가 증가한다.
또, 청구항 3에 관련된 발명에 의하면, 틈새의 깊이는 0.05 mm 이상으로 하면 이 틈새의 존재에 의한 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부의 용접 강도가 매우 높아지나, 너무 틈새의 깊이를 깊게 하면 이 틈새의 설치로 인한 단자 캡 내지는 안전 밸브의 플랜지부의 강도가 약해지기 때문에, 틈새를 설치한 쪽 두께의 1/2 이하로 하면 양호한 용접 강도를 얻을 수 있다. 틈새의 깊이가 0.05 mm 미만이면, 틈새의 존재에 의한 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부 사이의 열전도율의 저하를 볼 수 없게 되기 때문에, 용접 강도의 향상 효과를 볼 수 없게 된다.
또, 청구항 4에 관련된 발명에 의하면, 레이저광 및 전자빔 모두 용접용 고에너지선으로서 관용적으로 사용되고 있으며, 용접부의 신뢰성 및 품질이 양호한 밀폐형 전지를 얻을 수 있다.
또한, 청구항 5에 관련된 발명에 의하면, 중간재와 안전 밸브는 동일한 재료로 이루어진 동시에 중간재의 두께는 안전 밸브의 두께보다도 얇기 때문에, 고에너지선에 의해 안전 밸브의 구멍 뚫림을 방지하면서 중간재와 안전 밸브를 강고하게 용접할 수 있으며, 또 단자 캡과 중간재는 청구항 1에 관련된 발명과 마찬가지로, 양자 사이에 틈새가 존재하고 있기 때문에, 고에너지선에 의해 강고하게 용접할 수 있게 된다. 따라서, 청구항 5에 관련된 발명에 의하면, 사용시에 단자 캡과 안전 밸브 사이의 전기 저항이 커지는 일이 없으며, 결과적으로 사용시에 전지 저항이 커지는 일이 없는 밀폐형 전지를 얻을 수 있다. 덧붙여서, 전지 외부와 전지 내부와의 전기적 접속을 차단할 수 있는 전류 차단 기능을 구비한 안전성이 높은 밀폐형 전지를 얻을 수 있다. 전류 차단 기구로는, 청구항 1에 관련된 발명과 동일하게, 예를 들면 전지 내부 압력 상승에 의해 안전 밸브가 변형하여 전기적 접속을 차단할 수 있는 것을 사용할 수 있다. 또한, 청구항 5에 관련된 발명에 있어서는, 중간재의 두께가 안전 밸브의 두께보다도 두꺼워지면, 고에너지선에 의한 용접시에 안전 밸브에 구멍 뚫림이 발생할 우려가 커지므로 바람직하지 않다.
또, 청구항 6에 관련된 발명에 의하면, 중간재의 두께가 단자 캡 두께의 70%를 초과하면, 중간재의 열전도율이 양호하기 때문에 중간재가 용융하기 어려워지므로, 오히려 단자 캡과 중간재 사이의 용융 강도가 약해진다.
또, 청구항 7~9에 관련된 발명에 의하면, 청구항 5에 관련된 발명의 효과를 나타내면서도, 각각 청구항 2~4에 관련된 발명과 동일한 효과를 나타내는 밀폐형 전지를 얻을 수 있다.

Claims (9)

  1. 정극 및 부극의 적어도 한쪽의 접시 뒤집힌 모양으로 형성된 철계 재료로 이루어진 단자 캡과, 접시 모양으로 형성되어 전지 외부와 전지 내부의 전기적 접속을 차단할 수 있는 알루미늄계 재료로 이루어진 안전 밸브를 갖는 봉구 부분을 구비한 밀폐형 전지에 있어서,
    상기 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부의 서로 대향하는 면의 적어도 한쪽에 틈새가 설치되어 있고,
    상기 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부가 상기 틈새에 대응하는 위치에서 고에너지선에 의해 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 틈새는 고리 형상으로 설치된 홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 틈새의 깊이는 틈새를 설치한 쪽 두께의 1/2 이하, 0.05 mm 이상인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고에너지선은 레이저광 또는 전자빔인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  5. 정극 및 부극의 적어도 한쪽의 접시 뒤집힌 모양으로 형성된 철계 재료로 이루어진 단자 캡과, 접시 모양으로 형성되어 전지 외부와 전지 내부의 전기적 접속을 차단할 수 있는 알루미늄계 재료로 이루어진 안전 밸브를 갖는 봉구 부분을 구비한 밀폐형 전지에 있어서,
    상기 단자 캡과 안전 밸브 사이에 상기 안전 밸브와 동일한 재료로 이루어지는 동시에 두께가 상기 안전 밸브와 동일하거나 그것보다도 얇은 링 모양의 중간재가 개재되고,
    상기 중간재와 상기 안전 밸브가 고에너지선에 의해 용접되어 있는 동시에,
    상기 단자 캡의 플랜지부와 상기 중간 부재의 서로 대향하는 면의 적어도 한쪽에 틈새가 설치되어 있으며,
    상기 단자 캡의 플랜지부와 안전 밸브의 플랜지부가 상기 틈새에 대응하는 위치에서 고에너지선에 의해 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중간재의 두께는 상기 단자 캡 두께의 70% 이하인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 틈새는 고리 형상으로 설치된 홈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 틈새의 깊이는 틈새를 설치한 쪽 두께의 1/2 이하, 0.05 mm 이상인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고에너지선은 레이저광 또는 전자빔인 것을 특징으로 하는 밀폐형 전지.
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