KR20090104446A - 전기화학 셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기화학 셀을 제공하기 위한 것으로, 양극 캔과 음극 캔을 구비하고, 버튼형 또는 코인형의 전지 및 캐패시터를 포함한 전기화학 셀에 있어서, 상기 양극 캔 또는 음극 캔의 적어도 한편에 접속하는 접속 단자가 양백으로 구성되도록 함으로서, 성형이 쉽고, 레이저 용접이 가능하고, 실장 타입으로의 부착이 가능한 단자 재료를 새롭게 적용함으로써 기존의 스테인레스를 사용 때 보다 훨씬 더 사용이 용이하고 단가 측면에서 유리하게 되는 것이다.

전기화학 셀, 양백, 양은, 양극, 음극, 도금

Description

전기화학 셀{Electrochemical cell}

본 발명은 전기화학 셀에 관한 것으로, 특히 성형이 쉽고, 레이저 용접이 가능하고, 실장 타입으로의 부착이 가능한 단자 재료를 새롭게 적용함으로써 기존의 스테인레스를 사용 때 보다 훨씬 더 사용이 용이하고 단가 측면에서 유리한 전기화학 셀에 관한 것이다.

일반적으로 휴대 전원의 보조전원으로 리얼 타임 클락(Real Time Clock, RTC) 및 메모리 기능의 백업용으로 사용하는 버튼형 또는 코인(coin)형의 전지 및 캐패시터(capacitor) 등을 말한다.

이러한 전기화학 셀은 양극과 음극의 캔에 단자를 레이저 용접으로 접속시켜 양극과 음극의 캔이 각각 요구되는 특정 상으로 만들어진 단자와 접속된 상태로 사용되는 것이 일반적이다.

도 1은 종래 전기화학 셀의 측면도로서, 일본 특허공개 제2004-319310호의 '전기화학 셀'에 개시된 것이다.

그래서 참조번호 101과 102는 레이저 부착부의 레이저 용접점이고, 103은 양극 캔이며, 104는 양극 단자이고, 105는 음극 캔이다. 또한 참조번호 106은 레이저 용접점과 도금층까지의 거리이고, 107과 109는 도금층이며, 108은 가스켓(gasket)이고, 110은 음극 단자이다.

그래서 전기화학 셀은 가스켓(108)을 이용하고, 양극 캔(103)과 음극 캔(105)이 형성되며, 양극 캔(103)과 음극 캔(105)에는 각각 양극 단자(104)와 음극 단자(110)가 접속되어 있다. 캔과 단자는 레이저 용접점(101, 102)에 레이저를 조사함으로서 접속되어 있다.

한편 양극과 음극에 접속된 상태로 만들어진, 단자가 붙은 전지 및 캐패시터는 단자용 구멍이 형성되어 있는 설치기판에 단자가 삽입되고, 그 이면에 납땜하여 타입(type)이 있는가 하면, 단자가 붙은 전지 및 캐패시터를 기판상에 그대로 싣고 단자 선단부의 납땜 도금부를 올리고 기판 표면측으로부터 납땜하는 실장타입이 주류를 이루고 있다.

하지만 근래에 환경문제의 관심이 높아짐에 따라 전기화학 셀에 장착되는 단자선단부의 납땜 도금으로부터 납이라는 물질을 사용해서는 안 된다. 그 대책으로 주석도금이 검토되어 왔다.

양극과 음극의 캔 재료와 단자 재료로는 일반적으로 스테인레스를 주로 사용되어 진다. 하지만 스테인레스는 실장타입으로 부착이 어렵다. 그래서 단자표면에 주석과 납 합금을 도금하여 실장타입으로 부착한다. 이런 부분에 있어 상기에서 납의 환경문제로 말미암아 주석으로만 도금하여 상기 실장타입 부착을 진행하려고 하 나, 두 가지 문제가 발생한다.

첫 번째는 스테인레스에 주석이 직접적으로 도금되면 도금은 되나, 그 도금 밀착정도가 약하다는 것이고, 두 번째는 스테인레스로 만들어진 양극과 음극 캔에 주석으로 도금된 단자가 레이저 용접으로 접합시 위스커(whisker)가 발생하기 쉽다는 것이다.

이를 방지하기 위해 단자의 표면층에 니켈 및 니켈 합금층을 일정두께만큼 도금하여 올리고 그 위 표면층에 주석 및 주석합금을 설치함으로써 상기 두 가지 문제를 모두 해결한 것이 최근 확인된 종래를 기술이다.

그러나 이런 두 단계가 더 추가된 방법(도금)은 단자를 만들기 위한 공정이 많아지고 불량률 및 단가도 더 높아진다는 문제점이 존재하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 성형이 쉽고, 레이저 용접이 가능하고, 실장 타입으로의 부착이 가능한 단자 재료를 새롭게 적용함으로써 기존의 스테인레스를 사용 때 보다 훨씬 더 사용이 용이하고 단가 측면에서 유리한 전기화학 셀을 제공하는데 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기화학 셀의 측면도이고, 도 5는 도 3에서 접속 단자의 일 구성예를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 양극 캔(103)과 음극 캔(105)을 구비하고, 버튼형 또는 코인(coin)형의 전지 및 캐패시터(capacitor)를 포함한 전기화학 셀에 있어서, 상기 양극 캔(103) 또는 음극 캔(105)의 적어도 한편에 접속하는 접속 단자(116)가 양백으로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 6은 도 3에서 접속 단자와 도금층의 다른 구성예를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 양극 캔(103)과 음극 캔(105)을 구비하고, 버튼형 또는 코인(coin)형의 전지 및 캐패시터(capacitor)를 포함한 전기화학 셀에 있어서, 상기 양극 캔(103) 또는 음극 캔(105)의 적어도 한편에 접속하는 접속 단자(116)는 양백 도금층(119)으로 도금된 것을 특징으로 한다.

상기 접속 단자(116)는, 상기 양극 캔(103)과 상기 음극 캔(105)의 적어도 한편에 레이저 용접에 의하여 부착 또는 접속되는 것을 특징으로 한다.

상기 양백 도금층(119)은, 도금 두께가 0.1 ~ 10 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전기화학 셀은 성형이 쉽고, 레이저 용접이 가능하고, 실장 타입으로의 부착이 가능하도록 양백(또는 양은, 구리에 니켈과 아연을 첨가)을 단자 재료로 새롭게 적용함으로써 기존의 스테인레스를 사용 때 보다 훨씬 더 양품률이 좋고 단가가 낮아지게 할 수 있는 효과가 있다.

또한 스테인레스에 양백을 도금하여도 이와 같은 특성 결과에 따른 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 전기화학 셀의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

먼저 본 발명은 성형이 쉽고, 레이저 용접이 가능하고, 실장 타입으로의 부착이 가능한 단자 재료를 새롭게 적용함으로써 기존의 스테인레스를 사용 때 보다 훨씬 더 사용이 용이하고 단가 측면에서 유리한 전기화학 셀을 제공하고자 한 것이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 버튼형 또는 코인형의 전지 및 캐패시터 등의 전기화학 셀의 단면사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기화학 셀의 측면도이다.

그래서 도 2 및 도 3에 보는 바와 같이, 본 발명은 원반 형상의 플레이트와 이 끝 단면이 원통형의 측벽을 갖는 양극 캔(103) 또는 케이스와 원반 형상의 플레 이트와 이 끝 단면이 적어도 한번 이상 굽은 상태로 원통형의 측벽을 갖는 음극 캔(105) 또는 케이스와 양극 캔(103) 및 음극 캔(105) 또는 케이스의 내부에 양극 및 음극 전극(111)이 고정 결합되고, 두 전극(111) 사이에는 이온전도만 가능하게 하고 절연 및 단락 방지를 위한 세퍼레이트(112)가 삽입되고, 양극 및 음극 구성요소간의 절연 및 단락을 방지하고 전극에 함침된 전해액의 누액 방지 등을 위한 가스켓(108)을 내장한 상태에서 압착시켜 형성한 버튼형 또는 코인형의 전지 및 캐패시터 등의 전기화학 셀을 만들고, 전기화학 셀의 양극 캔(103) 음극 캔(105)에 각각 요구되는 특정 상으로 만들어진 단자를 레이저 용접으로 접속시켜 단위 셀을 구성하고, 양극 캔(103)과 음극 캔(105)의 단자와 접속된 상태로 있는 단위 셀을 요구하는 기판(114)에 부착용 페이스트(접착제)(115)로 부착시켜 실정타입으로 사용되는 것이 일반적이다.

이러한 과정에 있어서 양극 캔(103)과 음극 캔(105)에 접속된 상태에 있는 양극 단자(104)와 음극 단자(110)를 형성하는 접속 단자(116)는 성형 및 가공 용이성, 레이저 용접성(위스커 발생여부), 실장 용이성 등의 재료 특성에 따라 취급 및 적용 가능한 재료가 한정되어 있다.

도 4는 도 3에서 접속 단자와 도금층의 일 구성예를 보인 도면이다.

그래서 도 4에서와 같이 종래에 사용되는 재료는 양극 단자(104)와 음극 단자(110)를 형성하는 접속 단자(116)는 스테인레스로 구성한다. 그리고 니켈 및 니켈합금 도금층(117)과 주석 및 주석합금 도금층(118)을 형성한다.

이와 같이 스테인레스 성분으로 이루어진 접속 단자(116)에 납 또는 니켈 및 주석을 도금하여 성형 및 가공 용이성, 레이저 용접성(위스커 발생여부), 실장 용이성을 확보하였지만, 그 공정과 단가가 높아지는 단점이 있다.

그래서 본 발명은 상기의 단점을 해결하고자 성형 및 가공 용이성, 레이저 용접성(위스커 발생여부), 실장 용이성이 우수한 양백(양은)을 사용함으로써 공정을 단순화시키고 단가도 내릴 수 있는 장점이 있었다.

여기서 양백(german silver, 또는 양은이라고도 함)은 구리에 니켈 16~20 %와 아연 15~35 %를 첨가한 구리합금으로서 은백색과 비슷한 색을 가지며, 기계적 성질, 내식성, 내열성이 우수하다.

도 5는 도 3에서 접속 단자의 일 구성예를 보인 도면이다.

양극 캔(103)과 음극 캔(105)을 구비하고, 버튼형 또는 코인(coin)형의 전지 및 캐패시터(capacitor)를 포함한 전기화학 셀에 있어서, 양극 캔(103) 또는 음극 캔(105)의 적어도 한편에 접속하는 접속 단자(116)가 양백으로 구성되도록 한다.

그리고 양백으로 구성된 접속 단자(116)는 양극 캔(103)과 음극 캔(105)의 적어도 한편에 레이저 용접에 의하여 부착 또는 접속되도록 한다.

도 6은 도 3에서 접속 단자와 도금층의 다른 구성예를 보인 도면이다.

그래서 양극 캔(103)과 음극 캔(105)을 구비하고, 버튼형 또는 코인(coin)형의 전지 및 캐패시터(capacitor)를 포함한 전기화학 셀에 있어서, 양극 캔(103) 또는 음극 캔(105)의 적어도 한편에 접속하는 접속 단자(116)는 양백 도금층(119)으로 도금되도록 한다. 이때 접속 단자(116)의 재료 성분은 스테인레스가 될 수 있다.

또한 스테인레스 성분으로 구성된 접속 단자(116)는 양극 캔(103)과 음극 캔(105)의 적어도 한편에 레이저 용접에 의하여 부착 또는 접속되도록 한다.

또한 양백 도금층(119)은 그 도금 두께가 0.1 ~ 10 ㎛ 가 되도록 할 수 있다.

도 7은 접속단자와 도금층의 재료성분에 따른 특성을 비교한 표이다.

실시 예에서 본 발명의 셀에 대한 평가는 각각 10개의 셀을 준비하였고, 각 셀에 대해 도 7의 표에서와 같이 접속 단자(116)의 원재료, 접속 단자(116)에 대한 첫 번째 도금층인 도금 1, 접속 단자(116)에 대한 두 번째 도금층인 도금 2의 경우를 직접 실행하여, 성형성/가공용이성, 레이저용접성(위스커 발생여부), 실장용이성으로 나누어 그 결과를 평가하였다.

도 7의 표에서 보는 바와 같이 접속 단자(116)의 원재료를 스테인레스로 하고 다른 부가적인 도금 처리 등을 하지 않을 경우, 실장 용이성이 상당히 좋지 않아 사용할 수가 없었다(실장 되지 않고 쉽게 떨어짐). 또한 이 원재료에 니켈만을 도금할 경우도 유사한 특성을 보였는데, 특히 도금두께가 얇을 경우(1㎛ 이하)에는 레이저 용접성도 떨어지는 결과로 나타났다.

또한 접속 단자(116)를 스테인레스 원재료로 하고 주석만 도금할 경우는 스테인레스에 주석이 제대로 도금이 되지 않는 것을 확인하였다. 이 경우 도금자체는 가능하지만 밀착력이 너무 떨어져 요구 수준과 비교했을 때 현저히 떨어짐을 확인하였다.

한편, 현재 가장 많이 사용하고 있는 스테인레스를 접속 단자(116)의 원재료 로 하고 여기에 니켈을 도금한 후, 그 도금층 위에 추가로 주석을 도금할 경우, 좋은 효과를 나타낼 수 있었는데, 도금 두께의 영향도 있는 것으로 확인 되었지만, 기존에 알려져 있는 두께로 도금을 하여 실시하였다. 실시 결과, 스테인레스에 니켈을 도금한 후, 그 층위에 추가로 주석을 도금할 경우를 평가해 본 결과 좋은 수준으로 확인되었다. 하지만 이 방법은 니켈 도금과 주석 도금이라는 두 가지 공정을 거치게 되므로, 중간 중간 공정상 불량률이 상승하게 나타나고, 이와 동시에 공정에 따른 단가 상승요인으로 작용한다.

그래서 이에 대한 대응으로 본 발명에서는, 도 5에서와 같이, 접속 단자(116)의 원재료를 스테인레스로 사용하고, 여기에 양금을 이용하여 양금 도금층(119)을 형성하여 측정하였는데, 이 경우 성형성/가공용이성은 스테인레스의 특성 때문에 떨어지지만, 레이저 용접성이나 실장용이성은 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.

또한 본 발명에서는, 도 6에서와 같이, 접속 단자(116)의 원재료를 도금이나 기타 추가 및 첨가 재료 없이 양금 자체로만 사용하였는데, 이 경우 일단 여러 가지 단자 모양을 쉽게 나타낼 수 있는 가공성이 스테인레스보다 훨씬 수월하고 레이저 용접성이나 실장용이성도 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.

이처럼 본 발명은 성형이 쉽고, 레이저 용접이 가능하고, 실장 타입으로의 부착이 가능한 단자 재료를 새롭게 적용함으로써 기존의 스테인레스를 사용 때 보다 훨씬 더 사용이 용이하고 단가 측면에서 유리하게 되는 것이다.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래 전기화학 셀의 측면도이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 버튼형 또는 코인형의 전지 및 캐패시터 등의 전기화학 셀의 단면사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기화학 셀의 측면도이다.

도 4는 도 3에서 접속 단자와 도금층의 일 구성예를 보인 도면이다.

도 5는 도 3에서 접속 단자의 일 구성예를 보인 도면이다.

도 6은 도 3에서 접속 단자와 도금층의 다른 구성예를 보인 도면이다.

도 7은 접속단자와 도금층의 재료성분에 따른 특성을 비교한 표이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

101, 102 : 레이저 부착부

103 : 양극 캔

104 : 양극 단자

105 : 음극 캔

106 : 레이저 용접점과 도금층까지의 거리

107, 109 : 도금층

108 : 가스켓

110 : 음극 단자

111 : 전극

112 : 세퍼레이트

113 : 전지 셀

114 : 기판

115 : 부착용 페이스트

116 : 접속 단자

117 : 니켈 및 니켈합금 도금층

118 : 주석 및 주석합금 도금층

119 : 양백(양은) 도금층

Claims (4)

1. 양극 캔과 음극 캔을 구비하고, 버튼형 또는 코인형의 전지 및 캐패시터를 포함한 전기화학 셀에 있어서,

   상기 양극 캔 또는 음극 캔의 적어도 한편에 접속하는 접속 단자가 양백으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
2. 양극 캔과 음극 캔을 구비하고, 버튼형 또는 코인형의 전지 및 캐패시터를 포함한 전기화학 셀에 있어서,

   상기 양극 캔 또는 음극 캔의 적어도 한편에 접속하는 접속 단자는 양백 도금층으로 도금된 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 접속 단자는,

   상기 양극 캔과 상기 음극 캔의 적어도 한편에 레이저 용접에 의하여 부착 또는 접속되는 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 양백 도금층은,

   도금 두께가 0.1 ~ 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 전기화학 셀.

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