KR20080029840A - 코인형 전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 리드판의 두께분만큼 전지 전체 높이를 크게 하여 고용량화되어도 회로 기판과의 납땜 강도가 향상된 코인형 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 코인형 전지(10)는 캐소드 단자를 겸하는 제1 외장 캔(11)의 개구부가 절연 가스켓(15)을 통해 애노드 단자를 겸하는 제2 외장 캔(12)에 의해 기밀하게 밀봉되어 있는 동시에, 양 외장 캔(11, 12)의 한쪽의 외면에는 리드판(19)이 용접되어 있다. 리드판(19)이 용접되어 있지 않은 외장 캔(12)의 바닥부 외표면에는 볼록부(13)와, 이 볼록부(13) 사이에 형성된 오목부(13a)에 의해, 원형의 바닥부 외표면 전체에 격자형으로 요철면이 형성되어 있고, 바닥부 내표면에는 볼록부(14)와, 이 볼록부(14) 사이에 형성된 오목부(14a)에 의해 원형의 바닥부 내표면 전체에 격자형으로 요철면이 형성되어 있다. 이에 의해, 용융된 땜납의 유출을 방지할 수 있어, 회로 기판과의 접합 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.
코인형 전지, 회로 기판, 절연 가스켓, 외장 캔, 리드판, 리튬 2차 전지
Description
본 발명은 각종 일렉트로닉스 기기의 주전원이나 백업용 전원으로서 이용되는 전지에 관한 것으로, 특히 회로 기판의 표면에 실장되는 리드판이 접속된 코인형 전지에 관한 것이다.
리튬 2차 전지는 소형이고 또한 경량이고, 에너지 밀도가 높고, 또한 보존 특성이 우수하므로, 종래부터 각종 일렉트로닉스 기기의 주전원이나 백업용 전원으로서 널리 사용되고 있다. 이들 기기 중에 조립되는 리튬 2차 전지로서는 코인형이나 원통형 등이 이용되고, 이들을 프린트 기판 등에 직접 실장하는 방법이 널리 채용되고 있다. 이 경우, 프린트 기판 등의 회로 기판에 리튬 2차 전지를 실장시키는데 있어서는, 리튬 2차 전지의 외부 단자면에 스폿 용접이나 레이저 용접 등에 의해 전류 취출용 금속제 리드판의 일단부를 설치하고, 이 금속제 리드판의 타단부를 프린트 기판 등의 회로 기판에 형성된 단자 구멍에 삽입시키거나, 패턴(도전층) 표면 상에 둔 후, 납땜하도록 되어 있다.
그런데, 전자 부품을 회로 기판에 저렴하게 실장하기 위해, 전자 부품을 회로 기판에 장착한 후, 땜납 리플로우에 의해 전자 부품을 직접 회로 기판에 실장하 는 것이 행해지고 있다. 이 땜납 리플로우는 회로 기판에 크림 땜납을 도포하고, 크림 땜납의 도포면에 전자 부품을 적재한 후, 회로 기판마다 리플로우 로를 통과시켜 가열하고, 크림 땜납을 용융시키도록 하고 있다. 그래서, 리튬 2차 전지의 외부 단자면에 설치된 금속제 리드판의 타단부를 회로 기판에 납땜하는 데 있어서, 상술한 바와 같은 땜납 리플로우에 의한 자동 솔더링의 기술이 적용되게 되었다.
이 경우, 리튬 2차 전지를 설치하는 회로 기판의 설치부에 크림 땜납을 도포하고, 크림 땜납의 도포면에 리튬 2차 전지에 설치된 각 리드판의 타단부를 적재한다. 이후, 리튬 2차 전지를 회로 기판과 함께 리플로우 로로 유도하고, 이 리플로우 로 내에 있어서 230 ℃ 내지 270 ℃ 정도의 고온에서 단시간 가열하여 크림 땜납을 용융시킴으로써, 리튬 2차 전지가 회로 기판에 설치되게 된다. 예를 들어, 코인형 전지에 있어서는 캐소드 단자를 겸하는 제1 외장 캔(캐소드 캔)의 표면에 캐소드 리드판을 설치하고, 애노드 단자를 겸하는 제2 외장 캔(애노드캔, 애노드 갭)의 표면에 애노드 리드판을 설치하고, 이들 리드판과 회로 기판을 납땜에 의해 용접함으로써 회로 기판 상에 코인형 전지가 실장되게 된다.
최근, 전지의 회로 기판으로의 실장 면적을 극소화하기 위해, 코인형 전지의 회로 기판에 면하는 측의 외장 캔의 표면과 회로 기판을, 리드판을 통하지 않고 직접 납땜하는 방식이, 예를 들어 특허문헌 1(일본 특허 출원 공개 제2002-298804호 공보)에 제안되어 있다. 이 특허문헌 1에서 제안된 실장 방법에 있어서는, 리드판을 통하지 않고, 직접 회로 기판에 면하는 측의 외장 캔의 바닥부 표면이 회로 기판에 접속되므로, 리드판을 통해 회로 기판측에 접속되어 있던 경우에 비교하여, 리드판의 두께분만큼 회로 기판 상의 전지의 전체 실장 높이를 낮게 하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 실장 높이를 작게 하여 박형화하거나, 혹은 리드판의 두께분만큼 전지의 전체 높이를 크게 하는 것이 가능해지므로, 종래와 전체 실장 높이가 동일해 용량이 큰 전지를 회로 기판으로 실장하는 것이 가능해진다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-298804호 공보
그러나, 상술한 특허문헌 1에서 제안된 회로 기판으로의 실장 방법과 같이, 회로 기판에 면하는 측의 외장 캔의 표면을 회로 기판에 직접 접속하도록 하면, 회로 기판에 직접 접속되는 외장 캔 부분과 회로 기판과의 접합 강도가 불충분해, 진동 등에 의해 접속부가 박리된다는 문제가 생겼다. 또한, 리플로우 시에 리플로우 땜납이 유출되고, 유출된 땜납이 다른 쪽의 전극을 겸하는 외장 캔에 부착되어, 이들 전극 사이에 외부 단락이 발생한다는 문제도 생겼다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 리드판의 두께분만큼 전지의 전체 높이를 높게 하여 고용량화하여 회로 기판과의 납땜 강도를 높일 수 있는 용접 구조의 코인형 전지를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 코인형 전지는 한쪽의 전극 단자를 겸하는 제1 외장 캔의 개구부가 절연 가스켓을 통해 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 제2 외장 캔에 의해 기밀하 게 밀봉되어 있는 동시에, 이들 양 외장 캔의 한쪽의 바닥부 외면에는 리드판이 용접되어 있고, 이 리드판과 다른 쪽의 외장 캔에 의해 리플로우 땜납법으로 회로 기판에 장착되는 코인형 전지이며, 상기 리드판이 용접되어 있지 않은 외장 캔의 바닥부 외면에는 복수의 볼록부와, 상기 볼록부 사이에 형성된 오목부로 이루어지는 요철면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 외장 캔의 바닥부 외면에 복수의 볼록부와, 이들 볼록부 사이에 형성된 오목부로 이루어지는 요철면이 형성되어 있으면, 이 요철면에 의해 땜납과의 접합 면적이 증대되므로, 회로 기판과의 접합 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 오목부에 의해 용융된 땜납의 체류 공간을 형성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 용융된 땜납의 유출을 방지할 수 있어, 외부 단락의 발생도 방지할 수 있게 된다. 이 결과, 리드판의 두께분만큼 전지의 전체 높이를 크게 하여 고용량화되어도, 회로 기판과의 납땜의 접합 강도가 향상되고, 또한 납땜의 신뢰성이 향상된 코인형 전지를 얻는 것이 가능해진다.
이 경우, 요철면이 외장 캔의 바닥부 내면에도 형성되어 있으면, 리플로우 시의 가열에 의해 전지 내에 가스가 발생(이 경우, 가열에 의해 전해액이 기화되어 가스 등이 발생함)해도, 이 발생한 가스는 바닥부 내면에 형성된 오목부에 체류할 수 있다. 또한, 이와 같은 요철이 형성되어 있으면 상기 외장 캔 부분의 강도가 높아진다. 이에 의해, 리플로우 시의 가열에 의해 발생하는 전지의 팽창을 억제하는 것이 가능해진다. 여기서, 요철면이 엠보싱 가공에 의해 형성되어 있으면, 외장 캔의 바닥부 외면에 형성되는 요철면과, 외장 캔의 바닥부 내면에 형성되는 요 철면을 동시에 형성하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 성형성을 고려하면, 엠보싱 가공에 의해 요철면을 형성하도록 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 요철면의 볼록부는 외장 캔의 바닥면의 표면에 격자형으로 형성하거나, 중심부로부터 방사형으로 형성하거나, 혹은 중심부로부터 동심원형으로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 코인형 전지에 있어서는, 한쪽의 외장 캔에는 리드판이 용접되어 있지 않으므로, 전지의 전체 높이를 높게 하는 것이 가능해 고용량화할 수 있게 된다. 또한, 리드판이 용접되어 있지 않은 외장 캔의 바닥부 외면에 요철면이 형성되어 있으므로, 납땜의 접합 면적이 증대되어 회로 기판과의 납땜의 접합 강도를 크게 할 수 있게 된다. 이로 인해, 본 발명의 코인형 전지는 회로 기판의 표면에 실장되는 전지로서 최적이다.
계속해서, 본 발명의 코인형 전지의 일 실시 형태를, 도1, 도2를 기초로 하여 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능한 것이다. 또한, 도1은 본 발명의 제1 실시예의 코인형 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시하는 도면으로, 도1의 (a)는 전지의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도1의 (b)는 그 상면도이고, 도1의 (c)는 이 코인형 리튬 2차 전지에 리드판이 납땜된 후, 회로 기판에 장착되고 납땜되어 회로 기판에 실장된 상태를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도2는 변형예를 나타내는 도면으로, 도2의 (a)는 제1 변형예의 코인형 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시하는 상면도이고, 도2의 (b)는 제2 변형예의 코인형 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
또한, 도3은 제1 비교예의 전지를 도시하는 도면으로, 도3의 (a)는 제1 비교예의 코인형 리튬 2차 전지의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도3의 (b)는 이 코인형 리튬 2차 전지에 리드판이 납땜된 후, 회로 기판에 장착되고 납땜되어 회로 기판에 실장된 상태를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 도4는 제2 비교예의 전지를 도시하는 도면으로, 도4의 (a)는 제2 비교예의 코인형 리튬 2차 전지에 리드판을 납땜한 상태를 개략적으로 도시하는 상면도이고, 도4의 (b)는 이 리드판이 납땜된 코인형 리튬 2차 전지를 회로 기판에 장착되고 납땜되어 회로 기판에 실장된 상태를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
1. 코인형 리튬 2차 전지
우선, 도1에 도시한 바와 같이 바닥이 있는 원통형의 스테인리스제 캐소드 캔(제1 외장 캔)(11)과 마찬가지로, 바닥이 있는 원통형이고 편평형인 스테인리스제 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)을 준비했다. 또한, 캐소드 캔(제1 외장 캔)(11)과 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)으로 전지 용기가 구성된다. 이 경우, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부 외표면에는 복수의 볼록부(13)와, 이들 복수의 볼록부(13) 사이에 형성된 오목부(13a)에 의해 원형의 바닥부 외표면 전체에 격자형으로 요철면(40 메쉬 상당)이 형성되어 있다. 또한, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부 내표면에는 복수 볼록부(14)와, 이들 복수의 볼록부(14) 사이에 형성된 오목 부(14a)에 의해, 원형의 바닥부 내표면 전체에 격자형으로 요철면이 형성되어 있다. 또한, 이들 볼록부(13)와 오목부(13a) 및 볼록부(14)와 오목부(14a)는 양면 엠보싱 가공에 의해 동시에 형성되어 있다. 또한, 볼록부(13)의 높이(요철의 깊이)는 0.1 ㎜이고, 볼록부(13)의 폭[볼록부(13)의 선단부 폭]은 0.05 ㎜이고, 볼록부(13)와 볼록부(13)의 사이[볼록부(13)의 피치]는 0.5 ㎜가 되도록 형성되어 있다.
계속해서, 캐소드 캔(제1 외장 캔)(11) 내에 이산화망간을 주체로 하는 캐소드 활물질 펠릿(16)과 세퍼레이터(18)를 충전하였다. 한편, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12) 내에 판형의 리튬 애노드 활물질(17)을 충전하였다. 이 후, 캐소드 캔(11) 내에 전해액을 주액한 후, 절연 가스켓(15)을 통해 애노드 캡(12)을 적재하여 밀봉하고, 예를 들어 직경이 4.8 ㎜이고, 두께가 1.5 ㎜인 코인형 리튬 2차 전지(10)로 하였다. 또한, 전해액으로서는, 예를 들어 비수용매로서의 프로필렌카보네이트(PC)와 디메톡시에탄(DME)의 1 : 1 혼합 용매에 전해질로서의 트리플루오로메탄술폰산 리튬(LiCF3SO3)을 1 몰/리터의 농도로 용해시킨 것을 이용하였다.
계속해서, 상술한 바와 같이 하여 제작된 코인형 리튬 2차 전지(10)에 있어서, 도1의 (c)에 도시한 바와 같이 캐소드 캔(11)의 외표면에 캐소드 리드판(19)을 스폿 용접 혹은 레이저 용접에 의해 고착하고, 제1 실시예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)를 제작하였다. 이후, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부가 고착되어 있는 부위 및 캐소드 리드판(19)의 단부가 고착되는 부위에 도전층(도금 패턴 : 도시하지 않음)이 형성된 회로 기판(X)을 준비했다.
2. 회로 기판으로의 실장
그리고, 회로 기판(X)에 형성된 도전층(도금 패턴 : 도시하지 않음) 상에 각각 크림 땜납(α, β)을 도포한 후, 크림 땜납(α) 상에 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부를 배치하고, 크림 땜납(β) 상에 캐소드 리드판(19)의 단부가 위치하도록 배치하였다. 이후, 이와 같이 리드가 부착된 코인형 리튬 이차 전지(10A)가 배치된 회로 기판(X)을 리플로우 로로 유도하고, 이 리플로우 로 내에 있어서 230 ℃ 내지 270 ℃ 정도의 고온에서 단시간 가열하여 크림 땜납(α, β)을 용융시켰다. 이에 의해, 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)가 회로 기판(X)에 설치되게 된다.
이 경우, 애노드 캡(12)의 바닥부 외표면에는 복수의 볼록부(13)와, 이들 복수의 볼록부(13) 사이에 형성된 오목부(13a)에 의해 격자형으로 요철면이 형성되어 있으므로, 땜납과의 접합 면적이 증대된다. 이에 의해, 회로 기판(X)에 형성된 도전층(도금 패턴 : 도시하지 않음)과 애노드 캡(12)의 바닥부 외표면과의 납땜에 의한 접합 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 리플로우 로에 있어서 용융된 크림 땜납(α)은 오목부(13a) 내에 체류할 수 있으므로, 용융된 크림 땜납(α)이 유출되는 것을 방지할 수 있고, 유출된 땜납이 캐소드 캔(11)과 애노드 캡(12) 사이에 부착되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 캐소드 리드판(19)은 대략 직사각형의 스테인리스제의 평판으로 이루어지고, 코인형 리튬 2차 전지(10)의 외형으로부터 연장된 부분은 캐소드 캔(11)의 측벽에 평행해지도록 절곡되는 동시에, 전 지(10)의 높이와 거의 동일한 높이 위치에서 수평으로 절곡되어 이면의 단부에 납땜부(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
3. 변형예
상술한 실시예에 있어서는, 애노드 캡(12)의 바닥부 외표면 및 바닥부 내표면에 요철면을 형성할 때에, 양면 엠보싱 가공에 의해 복수의 볼록부(13) 및 볼록부(14)를 격자형으로 형성하고, 원형의 바닥부 외표면 전체 및 바닥부 내표면 전체에 격자형으로 요철면을 형성하는 예에 대해 설명하였다. 그런데, 요철면의 형상은 격자형으로 한정되지 않고, 다양한 변형 형상을 채용하는 것이 가능하다. 그래서, 요철면의 형상의 변형예를, 도2를 기초로 하여 이하에 설명한다.
(1) 제1 변형예
본 제1 변형예의 코인형 리튬 2차 전지(10a)는, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 실시예와 동일한 바닥이 있는 원통형의 스테인리스제 캐소드 캔(제1 외장 캔)(11)과, 바닥이 있는 원통형이고 편평형인 스테인리스제 애노드 캡(제2 외장 캔)(12x)으로 전지 용기를 구성하고 있다. 이 경우, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12x)의 바닥부 외표면에는 바닥부의 중심부로부터 방사형으로 복수의 볼록부(13x)가 형성되어 있다. 그리고, 이들 볼록부(13x)와 볼록부(13x) 사이에 형성된 오목부에 의해 바닥부 외표면 전체에 요철면이 형성되게 된다.
한편, 이 애노드 캡(제2 외장 캔)(12x)의 바닥부 내표면에도 바닥부의 중심부로부터 방사형으로 복수의 볼록부(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 이들 볼록부와 볼록부 사이에 형성된 오목부에 의해 원형의 바닥부 내표면 전체에도 요철면이 형성되게 된다.
(2) 제2 변형예
본 제2 변형예의 코인형 리튬 2차 전지(10b)는, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 제1 실시예와 동일한 바닥이 있는 원통형의 스테인리스제 캐소드 캔(제1 외장 캔)(11)과, 바닥이 있는 원통형이고 편평형인 스테인리스제 애노드 캡(제2 외장 캔)(12y)으로 전지 용기를 구성하고 있다. 이 경우, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12y)의 바닥부 외표면에는 바닥부의 중심부로부터 동심원형으로 복수의 볼록부(13y)가 형성되어 있다. 그리고, 이들 볼록부(13y)와 볼록부(13y) 사이에 형성된 오목부에 의해 바닥부 외표면 전체에 요철면이 형성되게 된다.
한편, 이 애노드 캡(제2 외장 캔)(12y)의 바닥부 내표면에도 바닥부의 중심부로부터 동심원형으로 복수의 볼록부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 그리고, 이들 볼록부와 볼록부 사이에 형성된 오목부에 의해 원형의 바닥부 내표면 전체에 요철면이 형성되게 된다.
4. 평가 시험
계속해서, 상술한 바와 같이 제작된 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)의 사이클 수명을 구하는 전지 시험을 행하는 동시에, 이 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)가 회로 기판(X)에 실장되었을 때의 접합 강도 및 외부 단락 발생의 유무를 구하였다. 그래서, 우선 비교를 위해, 이하와 같이 하여 제1, 제2 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(20, 30)를 제작하는 동시에, 이들 코인형 리튬 2차 전지(20, 30)를 이용하여 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A, 30A)를 제 작하였다. 그리고, 이들 전지의 전지 시험을 행하는 동시에, 회로 기판(X)에 실장되었을 때의 접합 강도 및 외부 단락 발생의 유무를 구하였다.
(1) 제1 비교예
본 제1 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(20)는, 도3에 도시한 바와 같이 바닥이 있는 원통형의 스테인리스제 캐소드 캔(제1 외장 캔)(21)과, 바닥이 있는 원통형이고 편평형인 스테인리스제 애노드 캡(제2 외장 캔)(22)으로 전지 용기가 형성되어 있다. 이 경우, 애노드 캡(제2 외장 캔)(22)의 바닥부의 표면에는, 요철면은 형성되어 있지 않고, 평탄면으로 되어 있다. 그리고, 캐소드 캔(제1 외장 캔)(11) 내에는 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 이산화망간을 주체로 하는 캐소드 활물질 펠릿(16)과 세퍼레이터(18)가 충전되어 있고, 애노드 캡(제2 외장 캔)(22) 내에 판형의 리튬 애노드 활물질(17)이 충전되어 있다.
이 경우, 본 제1 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(20)의 전체 높이는 제1 실시예의 코인형 리튬 2차 전지(10)의 전체 높이와 동등해지도록 형성되어 있다.
그리고, 이 코인형 리튬 2차 전지(20)의 캐소드 캔(21)의 외표면에 캐소드 리드판(24)이 고착되고, 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)로 이루어져 있다. 그리고, 회로 기판(X)에 형성된 도전층(도금 패턴 : 도시하지 않음) 상에 각각 크림 땜납(α, β)을 도포한 후, 크림 땜납(α) 상에 애노드 캡(제2 외장 캔)(22)의 바닥부를 배치하고, 크림 땜납(β) 상에 캐소드 리드판(24)의 단부가 위치하도록 배치하였다. 이후, 이와 같이 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)가 배치된 회로 기판(X)을 리플로우 로로 유도하고, 이 리플로우 로 내에 있어서 230 ℃ 내지 270 ℃ 정도의 고온에서 단시간 가열하여 크림 땜납(α, β)을 용융시킴으로써, 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)가 회로 기판(X)에 설치되게 된다.
(2) 제2 비교예
본 제2 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(30)는, 도4에 도시한 바와 같이 바닥이 있는 원통형의 스테인리스제 캐소드 캔(제1 외장 캔)(31)과, 바닥이 있는 원통형이고 편평형인 스테인리스제 애노드 캡(제2 외장 캔)(32)으로 전지 용기가 형성되어 있다. 이 경우, 애노드 캡(제2 외장 캔)(32)의 바닥부 표면에는, 요철면은 형성되어 있지 않고, 평탄면으로 되어 있다. 그리고, 도시하지 않았지만, 캐소드 캔(제1 외장 캔)(31) 내에 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 이산화망간을 주체로 하는 캐소드 활물질 펠릿(16)과 세퍼레이터(18)가 충전되어 있고, 애노드 캡(제2 외장 캔)(32) 내에 판형의 리튬 애노드 활물질(17)이 충전되어 있다.
그리고, 이 코인형 리튬 2차 전지(30)의 캐소드 캔(31)의 외표면에 캐소드 리드판(35)이 고착되고, 애노드캔(32)의 외표면에 애노드 리드판(36)이 고착되고 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)로 이루어져 있다. 이 경우, 애노드캔(32)의 외표면에 애노드 리드판(36)이 고착되어 있으므로, 본 제2 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(30)의 전체 높이는 1.4 ㎜이고, 애노드 리드판(36)의 두께분만큼 제1 실시예의 코인형 리튬 2차 전지(10) 및 제1 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(20)의 전체 높이보다도 낮게 형성되어 있고, 전체 높이가 낮은 만큼 전지 용량이 적게 되어 있다.
그리고, 회로 기판(X)에 형성된 도전층(도금 패턴 : 도시하지 않음) 상에 각각 크림 땜납(α, β)을 도포한 후, 크림 땜납(α) 상에 애노드 리드판(36)의 단부가 위치하도록 배치하고, 크림 땜납(β) 상에 캐소드 리드판(35)의 단부가 위치하도록 배치하였다. 이후, 이와 같이 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)가 배치된 회로 기판(X)을 리플로우 로로 유도하고, 이 리플로우 로 내에 있어서 230 ℃ 내지 270 ℃ 정도의 고온에서 단시간 가열하여 크림 땜납(α, β)을 용융시킴으로써, 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)가 회로 기판(X)에 설치되게 된다.
(3) 시험
계속해서, 상술한 바와 같이 제작된 제1 실시예의 코인형 리튬 2차 전지(10), 제1 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(20) 및 제2 비교예의 코인형 리튬 2차 전지(30)를 이용하여 소정의 충전 전류 및 소정의 방전 전류로 충방전을 반복하고, 소정의 용량 이하가 된 시점에서 수명이라고 판정하는 사이클 수명 시험을 행하였다. 그리고, 이렇게 하여 얻게 된 전지(30)의 사이클 수명을 100으로 나타내고, 다른 전지(10, 20)의 사이클 수명을 그것과의 상대치로 나타내면, 하기의 표1에 나타낸 바와 같은 결과가 되었다.
또한, 상술한 바와 같이 제작된 제1 실시예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A), 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A) 및 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)를 회로 기판(X)에 땜납 리플로우했을 때의 각 전지의 팽창량(전해액의 기화 등에 의해 가스가 발생하여 전지 팽창 이 생김), 각 전지와 회로 기판(X)의 접합 강도 및 각 전지의 외부 단락(캐소드 캔과 애노드캔 사이에 땜납이 부착된 것)의 발생의 유무를 구하였다. 또한, 이 경우에도 전지(30A)의 팽창량 및 접합 강도를 100으로 나타내고, 다른 전지(10A, 20A)의 팽창량 및 접합 강도를 그것과의 상대치로 나타내면, 하기의 표1에 나타낸 바와 같은 결과가 되었다.
[표1]
| 전지 종류 | 사이클 수명 | 팽창량 | 접합 강도 | 외부 단락의 유무 |
| 10 A | 105 | 50 | 120 | 없음 |
| 20 A | 107 | 120 | 100 | 있음 |
| 30 A | 100 | 100 | 100 | 없음 |
상기 표1의 결과로부터 명백한 바와 같이, 제1 실시예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)와, 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)는 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)보다도 사이클 수명이 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, 코인형 리튬 2차 전지(10, 20)에 있어서는, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)(22)에는 애노드 리드판이 접속되어 있지 않고, 직접 회로 기판(X)의 도전층에 납땜되어 있다. 이로 인해, 애노드 리드판의 두께분만큼 전지(10, 20)의 전체 높이를 높게 형성할 수 있게 되고, 전지 용량도 증대시키는 것이 가능해져, 사이클 수명을 향상시키는 것이 가능해졌다고 판단된다.
또한, 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)는 팽창량이 매우 큰 것에 비해, 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A는) 제1 비교예보다도 팽창량이 저하되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)는 평탄면으로 되어 있는 애노드 캡(제2 외장 캔)(22)의 바닥부 외표면이 직접 회로 기판(X)의 도전층에 납땜되어 있으므로, 리플로우 시의 열이 전지(20) 내로 전도되어 전해액이 기화되고, 이에 의해 큰 전지 팽창이 발생했기 때문이라고 판단된다. 또한, 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)는, 애노드 캡(제2 외장 캔)(32)에는 애노드 리드판(36)이 접속되어 있으므로, 리플로우 시의 열이 전지(30) 내로 전도되기 어려워져 전지(20)보다도 전지 팽창이 감소되었다고 판단된다.
이에 대해, 제1 실시예의 리드가 부착된 코인형 리튬 이차 전지(10A)는 팽창량이 매우 적은 것을 알 수 있다. 이는, 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부의 내외의 표면에는 요철면이 형성되어 있으므로, 리플로우 시의 열이 전지(10) 내로 전도하여 전해액이 기화되어도, 기화되어 발생하여 가스가 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부 내표면에 형성된 오목부(14a) 내에 체류할 수 있으므로, 전지 팽창이 생기기 어려워졌다고 판단된다.
또한, 제1 실시예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)는 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)나, 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)보다도 회로 기판(X)과의 납땜의 접합 강도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, 제1 실시예의 전지(10)의 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부 외표면에는 요철면이 형성되어 있으므로, 이 요철면에 의해 납땜의 접합 면적이 증대되어 회로 기판(X)의 도전층과의 접합 강도가 향상되었다고 판단된다.
또한, 제1 실시예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)와 제2 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(30A)는 외부 단락이 발생하지 않는 것에 비해, 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)는 외부 단락이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이는, 제1 실시예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(10A)에 있어서는, 리플로우 시에 땜납이 유출되어도 애노드 캡(제2 외장 캔)(12)의 바닥부 외표면에 형성된 오목부(13a) 내로 유출된 땜납을 체류할 수 있다. 이로 인해, 캐소드 캔(제1 외장 캔)(11)과 애노드 캡(제2 외장 캔)(12) 사이로 유출된 땜납이 부착되는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
이에 대해, 제1 비교예의 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지(20A)에 있어서는, 평탄면으로 되어 있는 애노드 캡(제2 외장 캔)(22)의 바닥부 외표면이 직접 회로 기판(X)의 도전층에 납땜되어 있다. 이로 인해, 리플로우 시에 유출된 땜납이 캐소드 캔(제1 외장 캔)(21)과 애노드 캡(제2 외장 캔)(22) 사이에 부착되어 외부 단락이 발생했기 때문이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 코인형 전지에 있어서는, 한쪽의 외장 캔(12)에는 리드판이 용접되어 있지 않으므로, 전지의 전체 높이를 높게 하는 것이 가능해 고용량화할 수 있게 된다. 또한, 리드판(19)이 용접되어 있지 않은 외장 캔(12)의 바닥부 외면에는 요철면이 형성되어 있으므로, 납땜의 접합 면적이 증대되어 회로 기판(X)과의 납땜의 접합 강도를 크게 할 수 있게 된다. 이로 인해, 본 발명의 코인형 전지는 회로 기판의 표면에 실장되는 전지로서 최적이다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 본 발명을 리튬 이차 전지에 적용하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명의 코인형 전지는 리튬 2차 전지로 한정되지 않고, 리튬 2차 전지나 알칼리 전지 등에도 적용할 수 있는 것은 명백하다.
도1의 (a), 도1의 (b) 및 도1의 (c)는 본 발명의 일 실시예의 코인형 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시하는 도면으로, 도1의 (a)는 전지의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도1의 (b)는 그 상면도이고, 도1의 (c)는 이 코인형 리튬 2차 전지에 리드판이 납땜된 후, 회로 기판에 장착되고 납땜되어 회로 기판에 실장된 상태를 개략적으로 도시하는 정면도.
도2의 (a) 및 도2의 (b)는 변형예의 코인형 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시하는 도면으로, 도2의 (a)는 제1 변형예의 코인형 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시하는 상면도이고, 도2의 (b)는 제2 변형예의 코인형 리튬 2차 전지를 개략적으로 도시하는 상면도.
도3의 (a) 및 도3의 (b)는 제1 비교예의 전지를 도시하는 도면으로, 도3의 (a)는 제1 비교예의 코인형 리튬 2차 전지의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도3의 (b)는 이 코인형 리튬 2차 전지에 리드판이 남땜된 후, 회로 기판에 장착되고 납땜되어 회로 기판에 실장된 상태를 개략적으로 도시하는 정면도.
도4의 (a) 및 도4의 (b)는 제2 비교예의 전지를 도시하는 도면으로, 도4의 (a)는 제2 비교예의 코인형 리튬 2차 전지에 리드판을 납땜한 상태를 개략적으로 도시하는 상면도이고, 도4의 (b)는 이 리드판이 납땜된 코인형 리튬 2차 전지를 회로 기판에 장착되고 납땜되어 회로 기판에 실장된 상태를 개략적으로 도시하는 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10A : 리드가 부착된 코인형 리튬 2차 전지
10 : 코인형 리튬 2차 전지
11 : 캐소드 캔(제1 외장 캔)
12 : 애노드 캡(제2 외장 캔)
13 : 볼록부
13a : 오목부
14 : 볼록부
14a : 오목부
15 : 절연 가스켓
16 : 캐소드
17 : 애노드
18 : 세퍼레이터
19 : 캐소드 리드판
α, β : 크림 땜납
X : 회로 기판
Claims (6)
- 한쪽의 전극 단자를 겸하는 제1 외장 캔의 개구부가 절연 가스켓을 통해 다른 쪽의 전극 단자를 겸하는 제2 외장 캔에 의해 기밀하게 밀봉되어 있는 동시에, 이들 양 외장 캔의 한쪽의 바닥부 외면에는 리드판이 용접되어 있고, 이 리드판과 다른 쪽의 외장 캔에 의해 리플로우 땜납법으로 회로 기판에 장착되는 코인형 전지이며,상기 리드판이 용접되어 있지 않은 외장 캔의 바닥부 외면에는 복수의 볼록부와, 상기 볼록부 사이에 형성된 오목부로 이루어지는 요철면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 요철면은 상기 외장 캔의 바닥부 내면에도 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 요철면은 엠보싱 가공에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요철면의 볼록부는 상기 외장 캔의 바닥부에 격자형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요철면의 볼록부는 상기 외장 캔의 바닥부에 중심부로부터 방사형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 요철면의 볼록부는 상기 외장 캔의 바닥부에 중심부로부터 동심원형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코인형 전지.
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