KR20120089791A

KR20120089791A - 전지 및 집전체

Info

Publication number: KR20120089791A
Application number: KR1020110131677A
Authority: KR
Inventors: ？ 이토; 쇼고 와키
Original assignee: 가부시키가이샤 지에스 유아사
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-08-13
Also published as: JP2012138343A; EP2463935B1; KR102060159B1; EP2463935A2; US20120148909A1; US8940431B2; EP2463935A3; JP6014990B2; CN102569820A; CN102569820B

Abstract

본 발명은 전지 및 집전체(集電體)에 관한 것으로서, 전지가 구비하는 집전체의 내진동성이나 내충격성을 향상시켜, 전기 저항의 증가를 방지하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따르면, 음극 집전체(12)는, 전지(1)의 커버체(4)에 대하여 고정되고, 또한 음극 외부 단자(14)에 전기적으로 접속되는 기부(基部)(31)와, 기부(31)로부터 돌출되어 발전 요소(3)의 음극(5)에 전기적으로 접속되는 각부(脚部)(32)를 구비한다. 또한, 기부(31)의 외주 에지 중 적어도 일부를 따라 각부(32)와 동일한 방향으로 돌출하는 리브(rib)(37)가 설치되어 있다.

Description

전지 및 집전체{BATTERY AND CURRENT COLLECTOR}

본 발명은, 전지 및 집전체(集電體)에 관한 것이다.

비수(非水) 전해질 2차 전지 등의 전지는, 발전 요소의 양극과 음극을 각각 플러스 마이너스의 외부 단자에 전기적으로 접속하기 위한 플러스 마이너스의 집전체를 구비한다. 집전체는, 예를 들면, 리벳을 사용한 코킹(caulking) 등의 수단에 의해 전지의 커버체에 고정된다(예를 들면, 하기 특허 문헌 1 참조).

일본 특허출원 공개번호 2010-212111호 공보

특히, 전기 자동차 등의 차량용의 비수 전해질 2차 전지에서는, 집전체에 장기간의 내진동성, 내충격성이 요구된다. 그러나, 종래의 전지에서는 집전체의 내진동성, 내충격성에 대하여 충분한 고려 및 검토가 이루어지고 있지 않다. 그러므로, 진동이나 충격이 작용하는 환경 하에서 종래의 전지를 장기간 사용하면, 집전체의 내진동성이나 내충격성의 부족에 기인하여 전기 저항이 증가한다.

본 발명은, 전지에 있어서, 집전체의 내진동성과 내충격성을 향상시킴으로써 전기 저항의 증가를 방지하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 제1 태양은, 외장체의 내부에 배치된 발전 요소와 적어도 일부가 상기 외장체의 외부에 배치된 외부 단자를 전기적으로 접속하는 집전체를 구비하는 전지로서, 상기 집전체는, 상기 외부 단자와 전기적으로 접속되는 기부(基部)와, 상기 기부로부터 돌출되어 상기 발전 요소에 전기적으로 접속되는 접속부와, 상기 기부에 설치된 리브(rib)를 구비하는 전지를 제공한다.

구체적으로는, 상기 리브는 상기 기부의 외주 에지 중 적어도 일부를 따라 설치되어 있다.

바람직하게는, 상기 리브는 상기 기부에 대한 드로잉 가공(drawing work)으로 형성되어 있다.

드로잉 가공으로 리브를 형성함으로써, 집전체의 기부의 특히 리브의 주변에 가공 경화가 생겨 국소적으로 항복(降伏) 응력(應力)이 증가하므로, 집전체의 기부의 소성(塑性) 변형을 억제할 수 있다. 따라서, 드로잉 가공으로 리브를 형성함으로써, 집전체의 내진동성 및 내충격성이 더욱 향상된다.

보다 구체적으로는, 상기 리브는 상기 접속부와 동일한 방향으로 상기 기부로부터 돌출하는 주부(主部)를 구비한다.

이와 같은 주부를 가지는 리브를 설치함으로써, 집전체의 기부의 단면 계수나 극단면 계수가 높아지므로 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 집전체의 기부의 강도가 향상된다. 그 결과, 집전체의 내진동성 및 내충격성이 향상되어, 전기 저항의 증가를 방지할 수 있다.

상기 리브는 상기 주부의 선단(先端)으로부터 돌출하는 연장부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

주부의 선단에 연장부를 설치함으로써, 집전체의 기부의 단면 계수나 극단면 계수가 더욱 높아지므로 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 집전체의 기부의 강도가 더 한층 향상된다. 그 결과, 집전체의 내진동성 및 내충격성이 더욱 향상되고, 전기 저항의 증가를 보다 확실하게 방지할 수 있다.

바람직하게는, 상기 외장체는, 내측면에 오목부가 형성된 커버체를 구비하고, 상기 집전체의 상기 기부를 상기 오목부 내에 배치한다.

이 경우, 기부가 평판형이라도, 기부 전체를 커버체의 오목부 내에 배치함으로써, 전지 내의 용량을 크게 할 수 있고, 제조 시의 위치맞춤을 용이하게 행할 수 있다.

바람직하게는, 상기 외장체는, 내측면에 오목부가 형성된 커버체를 구비하고, 상기 집전체의 상기 기부는, 상기 오목부 내에 배치된 제1 부분과, 상기 오목부에 인접하는 상기 커버체의 내측면에 배치되고, 상기 접속부가 설치되어 있는 제2 부분과, 상기 제1 및 제2 부분을 서로 어긋나게 연결하는 연결부를 구비한다.

집전체의 기부를, 단순한 평판형이 아니고, 어긋나게 되도록 연결부에서 연결된 제1 및 제2 부분을 구비하는 구성으로 함으로써, 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 집전체의 기부의 강도가 더욱 향상된다. 그 결과, 집전체의 내진동성 및 내충격성이 더욱 향상되어, 전기 저항의 증가를 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 어긋난 기부 중 제1 부분을 커버체의 오목부에 배치하고, 제2 부분을 커버체의 하면에 배치함으로써, 전지의 커버체에 대한 집전체의 장착 강도가 향상되고, 이 점에서도 집전체의 내진동성 및 내충격성이 높아진다. 이와 같이 내진동성 및 내충격성을 더 한층 향상시킴으로써, 전기 저항의 증가를 더 한층 확실하게 방지할 수 있다.

이 경우, 상기 리브의 상기 주부는, 상기 기부의 상기 제1 부분의 외주 에지 중 상기 연결부와의 연결하는 부분을 제외한 부분에 설치하는 것이 바람직하다. 집전체의 기부의 제1 부분이 얕은 트레이형으로 되므로, 이 형상에 의해서도 진동이나 충격에 의해서도 휨이나 비틀림에 대한 기부의 강도를 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 접속부는 상기 리브의 상기 연장부에 접속되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 리브의 상기 주부는, 상기 기부의 상기 제2 부분에 또한 설치되고, 상기 리브의 상기 연장부는 상기 기부 중 상기 제1 부분의 상기 제2 부분 측과 상기 제2 부분에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 집전체의 접속부와 기부와의 접속 부분의 길이가 연장되므로, 집전체가 전체적으로 강성이 향상되어, 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 강도가 더욱 향상된다.

본 발명의 제2 태양은, 전지의 외장체의 내부에 배치된 발전 요소와 상기 외장체의 외부에 적어도 일부가 배치된 외부 단자를 전기적으로 접속하는 집전체로서, 상기 외부 단자와 접속되는 기부와, 상기 기부로부터 돌출되어 상기 발전 요소에 접속되는 접속부와, 상기 기부에 설치된 리브를 구비하는 집전체를 제공한다.

본 발명에 따르면, 전지의 발전 요소와 외부 단자를 전기적으로 접속하는 집전체는, 외장체에 대하여 고정되는 동시에 외부 단자와 전기적으로 접속되는 기부에 리브를 구비한다. 그러므로, 집전체의 기부의 단면 계수나 극단면 계수가 높아지므로 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 집전체의 기부의 강도가 향상되어, 높은 내진동성 및 내충격성을 얻을 수 있고, 이에 따라 전기 저항의 증가를 방지할 수 있다. 특히, 드로잉 가공으로 리브를 형성함으로써 기부의 소성 변형을 억제할 수 있어, 집전체의 내진동성 및 내충격성을 더욱 향상시킬 수 있어, 전기 저항의 증가를 보다 확실하게 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지의 일부 단면 정면도이다.
도 2는 도 1의 커버체를 위쪽으로부터 본 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 커버체를 아래쪽으로부터 본 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음극 집전체를 상하 반대의 자세로 한 부분 확대 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 음극 집전체를 상하 반대의 자세로 하여 다른 방향으로부터 본 부분 확대 사시도이다.
도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 집전체를 상하 반대의 자세로 한 부분 확대 사시도이다.
도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 양극 집전체를 상하 반대의 자세로 하여 다른 방향으로부터 본 부분 확대 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 음극 집전체를 상하 반대의 자세로 한 부분 확대 사시도이다.
도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 음극 집전체를 상하 반대의 자세로 하여 다른 방향으로부터 본 부분 확대 사시도이다.
도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 음극 집전체를 상하 반대의 자세로 하여 또 다른 방향으로부터 본 부분 확대 사시도이다.
도 8a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 집전체를 상하 반대의 자세로 한 부분 확대 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 집전체를 상하 반대의 자세로 하여 다른 방향으로부터 본 부분 확대 사시도이다.
도 8c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양극 집전체를 상하 반대의 자세로 하여 또 다른 방향으로부터 본 부분 확대 사시도이다.
도 9는 비교예의 음극 집전체를 상하 반대의 자세로 한 부분 확대 사시도이다.
도 10은 시험 횟수와 저항 변화율의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

(제1 실시예)

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 비수 전해질 2차 전지(1)(이하, 간단히 전지라고 함)를 나타낸다. 이 전지(1)는, 알루미늄이나 알루미늄 합금 등으로 구성되고 직육면체형의 전지 용기(2) 내에 발전 요소(3)를 수용하고, 전지 용기(2)의 상단 개구(開口)를 커버체(4)로 봉지(封止)한 것이다. 전지 용기(2)와 커버체(4)로 외장체를 구성하고 있다. 커버체(4)의 외부에는 음극 외부 단자(14)와 양극 외부 단자(15)의 상면이 노출되어 있다.

발전 요소(3)는, 동박(銅箔)으로 이루어지는 음극(5)과, 알루미늄박으로 이루어지는 양극(6)과의 사이에, 다공성(多孔性)의 수지 필름으로 이루어지는 세퍼레이터(7)를 배치한 것이다. 이들은 모두 밴드형이며, 세퍼레이터(7)에 대하여 음극(5)과 양극(6)을 폭 방향의 반대측에 각각 위치를 어긋나게 한 상태로 편평형으로 권취되어 있다. 발전 요소(3)는, 음극(5)이 음극 집전체(12)를 통하여 음극 외부 단자(14)에 전기적으로 접속되고, 양극(6)이 양극 집전체(13)를 통하여 양극 외부 단자(15)에 전기적으로 접속되어 있다.

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 커버체(4)는, 평면에서 볼 때 직사각형의 장척(長尺)의 금속제의 판형이며, 길이 방향의 중앙 부근에 안전 밸브(8)가 장착되고, 일단 측에 주액공(注液孔)(9)이 형성되어 있다.

커버체(4)의 양 단부(端部)에는, 상면(4b)으로부터 상방을 향해 팽출(膨出)하는, 평면에서 볼 때 대략 직사각형의 걸어맞춤 받이부(11)가 각각 형성되어 있다. 각 걸어맞춤 받이부(11)에서는, 커버체(4)의 하면(4a)을 파이게 하여 걸어맞춤 오목부(11a)가 형성되어 있다. 또한, 커버체(4)의 하면(4a)에는 걸어맞춤 오목부(11a)의 한 변을 제외한 주위에 얕은 가이드 오목부(11b)가 각각 형성되어 있다. 또한, 걸어맞춤 오목부(11a)를 구성하는 천정면의 중심 부분에는 관통공(11c)이 형성되어 있다.

도면에 있어서 좌측의 걸어맞춤 받이부(11) 및 가이드 오목부(11b)에는, 음극 외부 단자(14) 및 음극 집전체(12)가 상부 개스킷(16)과 음극 하부 개스킷(17)을 통하여 각각 설치되어 있다.

상부 개스킷(16)은, 격벽(16a)에 의해, 상부 측의 단자 유지 오목부(16b)와, 하부 측의 장착용 오목부(16c)를 구획한 수지제의 부품이며, 격벽(16a)의 중앙 부분에는 하부 측으로 연장되는 양단이 개구된 통형부(16d)가 형성되어 있다. 상부 개스킷(16)은, 걸어맞춤 받이부(11) 상으로부터 씌우고, 장착용 오목부(16c) 내에 걸어맞춤 받이부(11)를 수용함으로써 커버체(4)에 장착된다. 통형부(16d)는 관통공(11c)에 삽입되어 걸어맞춤 오목부(11a) 내에 진입하고 있다. 또한, 상부 개스킷(16)이 구비하는 2개의 설형편(舌形片)(16e)의 걸어맞춤 구멍(16f)에는, 커버체(4)의 상면(4b)으로부터 돌출하는 걸어맞춤 돌기부(19)가 삽통(揷通)되어 있다.

음극 하부 개스킷(17)은, 커버체(4)의 걸어맞춤 오목부(11a) 내에 배치되는 팽출부(17a)와, 이 팽출부(17a)에 연속하여 설치되어 걸어맞춤 받이부(11)의 가이드 오목부(11b)에 배치되는 평탄부(17b)를 구비한다. 팽출부(17a)는, 걸어맞춤 받이부(11)의 걸어맞춤 오목부(11a)의 한 변측을 제외한 부분의 내면을 따른 형상을 가진다. 또한, 팽출부(17a)에는 관통공(17c)이 형성되어 있다. 이 관통공(17c)에는 상부 개스킷(16)의 통형부(16d)의 하단 부근이 끼워져 있다.

음극 외부 단자(14)는, 평면에서 볼 때 직사각형의 알루미늄제의 판형체(21)와, 구리제의 리벳(22)을 구비한다. 리벳(22)은, 턱부(顎部)(22a)를 판형체(21)의 중앙 부분에 형성된 관통공(21a)에 압입(壓入)함으로써, 축부(22b)가 돌출된 상태로 판형부(21)에 고정된다. 판형체(21)는 상부 개스킷(16)의 단자 유지 오목부(16b)에 수용된다.

음극 집전체(12)의 기부(31)는, 음극 하부 개스킷(17)의 팽출부(17a) 및 평탄부(17b)의 아래쪽에 중첩하여 배치된다. 음극 집전체(12)에 대해서는 후술한다.

음극 외부 단자(14)의 리벳(22)의 축부(軸部)(22b)를 상부 개스킷(16)의 통형부(16d) 및 음극 집전체(12)의 기부(31)에 형성된 관통공(33a)에 삽통시킨 후에, 선단을 가압하여 넓혀서 대경부(大徑部)(22c)를 형성함으로써, 음극 외부 단자(14), 상부 개스킷(16), 음극 하부 개스킷(17), 및 음극 집전체(12)의 기부(31)가 커버체(4)에 대하여 코킹 고정되어 있다.

도면에 있어서 우측의 걸어맞춤 받이부(11) 및 가이드 오목부(11b)에는, 양극 외부 단자(15) 및 양극 집전체(13)가 상부 개스킷(16) 및 양극 하부 개스킷(18)를 통하여 각각 설치되어 있다.

음극측과 마찬가지로 상부 개스킷(16)이 걸어맞춤 받이부(11)에 장착되어 있다. 한편, 양극측 하부 개스킷(18)은 관통공(18a)이 형성된 평판형이며, 걸어맞춤 오목부(11a) 내에 배치된다.

양극 외부 단자(15)는 알루미늄제이며, 평면에서 볼 때 직사각형의 판형체(15a)와, 그 하면 중앙부로부터 돌출하는 통형의 축부(15b)를 구비한다. 판형체(15a)는 상부 개스킷(16)의 단자 유지 오목부(16b)에 수용된다.

양극 집전체(13)의 기부(31)는, 양극 하부 개스킷(18)의 아래쪽에 중첩되어 배치된다. 양극 집전체(13)에 대해서는 후술한다.

양극 외부 단자(15)의 축부(15b)를 상부 개스킷(16)의 통형부(16d) 및 양극 집전체(13)의 기부(31)에 형성된 관통공(33a)에 삽통시킨 후에, 선단을 가압하여 넓혀서 대경부(15c)를 형성함으로써, 양극 외부 단자(15), 상부 개스킷(16), 양극 하부 개스킷(18), 및 양극 집전체(13)의 기부(31)가 커버체(4)에 대하여 코킹 고정되어 있다.

도 5a 및 도 5b에 나타내는 음극 집전체(12)는 구리제이며, 도 6a 및 도 6b에 나타내는 양극 집전체(13)는 알루미늄제이며, 모두 판재의 프레스 가공에 의해 제조된다. 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)는 동일한 구조를 가지므로, 이하, 음극 집전체(12)에 대하여 상세하게 설명한다. 양극 집전체(13)에 대해서는, 음극 집전체(12)와 동일 내지 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 음극 집전체(12)와 상이한 점에 대하여 설명한다.

도 5a 및 도 5b에 나타내는 음극 집전체(12)는, 기부(31)와, 한쌍의 각부(脚部)(접속부)(32, 32)를 구비한다. 도 4를 함께 참조하면, 기부(31)는, 커버체(4)의 하면(4a)에 형성된 걸어맞춤 오목부(11a) 내에 배치되어 음극 하부 개스킷(17)의 팽출부(17a)의 아래쪽에 중첩하여 배치되는 고정부(제1 부분)(33)과, 걸어맞춤 오목부(11a)에 인접하는 위치에서 음극 하부 개스킷(17)의 평탄부(17b)의 아래쪽에 중첩하여 배치되는 대좌부(臺座部)(제2 부분)(34)를 구비한다. 도 1에 나타낸 자세로 전지(1)를 배치했을 때, 고정부(33)와 대좌부(34)는 모두 수평면(XY 평면) 상에 배치되지만, 높이 방향의 위치(Z 방향)의 위치는 동일하지 않으며, 고정부(33)와 대좌부(34)는 단차가 형성되는 위치 관계로 배치되어 있다. 구체적으로는, 커버체(4)의 걸어맞춤 오목부(11a) 내에 수용된 고정부(33)는, 커버체(4)의 하면(4b)에 배치된 대좌부(34)보다 상방에 위치하고 있다. 단차가 형성된 둔 고정부(33)와 대좌부(34)는, 도 1에 나타낸 자세로 전지(1)를 배치했을 때 대체로 수직면(YZ 평면)을 따라 펼쳐지는 연결부(35)에 의해 연결되어 있다.

고정부(33)의 중앙에는 음극 외부 단자(14)의 리벳(22)의 축부(22b)를 삽입시키기 위한 관통공(33a)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 고정부(33)는 리벳(22)에 의해 음극 외부 단자(14), 상부 개스킷(16), 및 음극 하부 개스킷(17)과 함께 커버체(4)에 대하여 코킹 고정되어 있다. 또한, 고정부(33)는 리벳(22)을 통하여 음극 외부 단자(14)의 판형체(21)에 전기적으로 접속되어 있다.

대좌부(34)는 대체로 직사각형 판형이다. 대좌부(34)의 4변 중, 연결부(35)를 통하여 고정부(33)가 연결된 한 변 이외의 서로 대향하는 2변[기부(31)의 폭 방향에 대향하는 2변]으로부터, 일정 폭을 가지는 가늘고 긴 직사각형의 각부(32, 32)가 서로 평행하게 돌출되어 있다. 도 1에 나타낸 자세로 전지(1)를 배치했을 때, 각부(32, 32)는 대좌부(34)로부터 대체로 수직 방향의 하향(-Z 방향)으로 연장되어 있고, 발전 요소(3)의 음극(5)(동박)에 인접하여 배치된다. 각부(32, 32)와 발전 요소(3)의 음극(5)은, 도 1에만 모식적으로 나타낸 클립(10)에 의해 전기적으로 접속되고, 또한 기계적으로 서로 연결되어 있다.

도 5a 및 도 5b에 가장 명료하게 나타낸 바와 같이, 음극 집전체(12)의 기부(31) 중, 고정부(33)에는, 벽형(壁形)의 리브(37)가 형성되어 있다. 리브(37)는, 각부(32, 32)의 돌출 방향 및 고정부(33)로부터 대좌부(34)를 향해 연결부(35)가 연장되는 방향과 동일한 방향으로 돌출하도록 기부(31)로부터 돌출하고 있다. 구체적으로는, 리브(37)는 대체로 직사각형의 고정부(33)의 4변 중 연결부(35)와 연결되는 한 변을 제외한 3개의 변을 따른 직선 부분(37a, 37b, 37c), 직선 부분(37a)과 직선 부분(37c)을 연결하는 호형부(弧形部)(37d), 및 직선 부분(37b)과 직선 부분(37c)을 연결하는 호형부(37e)를 구비한다. 또한, 리브(37)는 직선 부분(37a, 37b)의 단부로부터 대좌부(34)로 돌출하는 알(R)형부(37f, 37g)를 구비한다. 바꾸어 말하면, 연결부(35)와 접속되는 측의 변을 제외한 기부(31)의 외주 에지를 따라 리브(37)가 형성되어 있다.

또한, 알형부(37f, 37g)를 제외한 리브(37)의 높이 H1[도 5a에 있어서 고정부(33)의 상면으로부터 리브(37)의 선단면까지의 거리]은, 기부(31)의 치수 등의 조건에 따라, 예를 들면, 1~10 mm정도의 범위로 설정된다. 본 실시예에서는, 알형부(37f, 37g)를 제외한 리브(37)의 높이 H1을 대체로 일정하게 하고 있지만, 리브(37) 각각의 부위마다 높이를 상이하게 해도 된다.

3변에 리브(37)가 형성되고 나머지 한 변에는 연결부(35)가 연결되어 있으므로, 고정부(33)는 전체적으로, 소위 얕은 트레이와 같은 형상을 이루고 있고, 그 중앙에 코킹 고정용의 관통공(33a)이 위치하고 있다.

판재에 대하여 드로잉 가공을 행함으로써, 고정부(33)와 대좌부(34)를 연결부(35)를 통하여 단차가 형성된 위치로 만들고, 또한 고정부(33)의 외주 에지를 따라 리브(37)를 설치하고 있다. 바꾸어 말하면, 음극 집전체(12)의 기부(31)에서는 드로잉 가공에 의해, 고정부(33)를 얕은 트레이와 같은 형상으로 하고 있다.

양극 집전체(13) 중, 커버체(4)의 걸어맞춤 오목부(11a) 내에 배치되는 고정부(33)는 양극 하부 개스킷(18)에 중첩되지만, 걸어맞춤 오목부(11a)에 인접하는 위치에 배치되는 대좌부(34)는 커버체(4)의 하면(4a)에 대하여 양극 하부 개스킷(18)을 개재시키지 않고 배치된다(도 4 참조). 양극 집전체(13)의 각부(32, 32)는 도 1에만 모식적으로 나타낸 클립(10)에 의해 발전 요소(3)의 양극(6)에 대하여 전기적으로 접속되고, 또한 기계적으로 연결되어 있다.

전지(1)에 대하여 진동이나 충격이 가해지면, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)에는, 도 2, 도 5a, 및 도 6a에 있어서 화살표 F로 모식적으로 나타낸 X 방향의 힘이 주로 작용한다. 그 이유는, 전지 용기(2) 내에서의 발전 요소(3)가 Y 방향의 변위는 전지 용기(2)의 양쪽 벽 내면에서 구속되는 것에 비해, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)와의 접속을 위한 공간을 확보하기 위하여, X 방향으로는 전지 용기(2) 내에서 발전 요소(3)가 변위될 여지가 남아 있기 때문이다. 본 실시예에서는, 리브(37)를 설치함으로써, 화살표 F로 나타낸 바와 같은 휨에 대하여 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)가 구비하는 기부(31)의 고정부(33)[코킹에 의해 커버체(4)에 고정되어 있음]의 단면 계수를 높여서, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체의 기부(31)의 강도를 높이고 있다.

또한, 다시 도 1을 참조하면, 커버체(4)와 발전 요소(3)와의 사이에는 전해액의 충전을 위한 공간이 형성되어 있으므로, 전지(1)에 대하여 진동이나 충격이 가해진 경우, X 방향뿐만 아니라 Z 방향으로나 전지 용기(2) 내에서 발전 요소(3)가 변위할 여지가 남아 있다. 그러므로, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)가 구비하는 기부(31)의 고정부(33)에는 대체로 X축 주위로 비틀리고자 하는 힘이 작용한다. 본 실시예에서는 리브(37)를 설치함으로써, 이 종류의 비틀림에 대하여, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)가 구비하는 기부(31)의 고정부(33)의 극단면 계수를 높게 설정하여, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체의 기부(31)의 강도를 높이고 있다.

이상과 같이, 리브(37)을 설치함으로써, 기부(31)의 단면 계수나 극단면 계수가 높아지므로 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)의 기부(31)의 강도가 향상된다. 그 결과, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)의 내진동성 및 내충격성이 향상된다. 그리고, 내진동성 및 내충격성의 향상에 의해 전기 저항의 증가를 방지할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 기부(31)의 고정부(33)는 리브(37)와 연결부(35)에 의해 얕은 트레이형으로 하고 있으며, 이러한 형상도 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 기부(31)의 강도 향상에 기여하고 있다.

리브(37)의 형성, 및 연결부(35)에서 고정부(33)와 대좌부(34)가 단차가 형성된 구조의 형성은 기부(31)의 고정부(33)에 대하여 드로잉 가공을 행함으로써 이루어지고 있다. 드로잉 가공으로 리브(37)를 형성함으로써, 기부(31)의 특히 리브(37)의 주변에 가공 경화가 생겨 국소적으로 항복 응력이 증가함으로써, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)의 기부(31)의 소성 변형을 억제할 수 있다. 즉, 리브(37)를 드로잉 가공으로 형성하고 있으므로, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)의 내진동성 및 내충격성이 더욱 향상되어, 전기 저항의 증가를 보다 확실하게 방지할 수 있다.

기부(31)를, 단순한 평판형이 아니고, 고정부(33)와 대좌부(34)가 연결부(35)에 의해 단차가 형성되도록 연결된 구성으로 한 것도, 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)의 기부(31)의 강도를 높여, 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)의 내진동성 및 내충격성의 향상과 그에 따른 전기 저항의 증가의 방지에 기여하고 있다.

또한, 단차를 가진 기부(31) 중, 고정부(33)를 커버체(4)의 걸어맞춤 오목부(11a) 내에 배치하고, 대좌부(34)를 커버체(4)의 하면(4a)에 배치함으로써, 전지(1)의 커버체(4)에 대한 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)의 설치 강도가 향상되고, 이 점에서도 내진동성 및 내충격성이 높아져 전기 저항의 증가를 방지할 수 있다.

(제2 실시예)

도 7a 내지 도 8c에 나타내는 본 발명의 제2 실시예는, 도 7a 내지 도 7c에 나타내는 구리제의 음극 집전체(12) 자체의 구조와 도 8a 내지 도 8c에 나타내는 알루미늄제의 양극 집전체(13) 자체의 구조에 제1 실시예와는 상이한 점이 있다. 전지(1)의 그 외의 구조, 특히 음극 및 양극 집전체(12, 13)의 발전 요소(3)나 음극 및 양극 외부 단자(14, 15)에 대한 접속 구조나, 음극 및 집전체(12, 13)의 커버체(4)로의 설치 구조는 제1 실시예와 동일하다. 또한, 본 실시예의 음극 집전체(12) 및 양극 집전체(13)도 동일한 구조를 가지므로, 이하, 음극 집전체(12)에 대하여 상세하게 설명한다. 양극 집전체(13)에 대해서는, 음극 집전체(12)와 동일 내지 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 음극 집전체(12)와 상이한 점에 대하여 설명한다.

도 7a 내지 도 7c에 나타내는 음극 집전체(12)에서는, 리브(37)은 벽형의 주부(37h)와 주부(37h)의 선단으로부터 외측 옆 방향(도면에 있어서 Y 방향)으로 돌출하는 한 쌍의 연장부(37i, 37j)를 구비한다. 그리고, 제1 실시예의 음극 및 양극 집전체(12, 13)의 리브(37)는 본 실시예에서의 리브(37) 중 주부(37h)만을 구비하는 구성에 상당한다.

리브(37)의 주부(37h)는 음극 집전체(12)의 기부(31) 중, 고정부(33), 대좌부(34), 및 연결부(35)에 설치되어 있다. 먼저, 거의 직사각형의 고정부(33)에서는, 리브(37)의 주부(37h)는 4변 중 연결부(35)와 연결되는 한 변을 제외한 3개의 변을 따른 직선 부분(37a, 37b, 37c), 직선 부분(37a)과 직선 부분(37c)을 연결하는 호형부(37d), 및 직선 부분(37a)과 직선 부분(37c)를 연결하는 호형부(37c)를 구비한다. 또한, 거의 직사각형 판형의 대좌부(34)에서는 연결부(35)를 통하여 고정부(33)가 연결된 한 변 이외의 서로 대향하는 2변[기부(31)의 폭 방향에 대향하는 2변]에 리브(37)의 주부(3711)의 직선 부분(37k, 37m)이 설치되어 있다. 또한, 연결부(35)의 서로 대향하는 2변[기부(31)의 폭 방향에 대향하는 2변]에는, 고정부(33)에 설치된 직선부(37a, 37b)와 대좌부(34)에 설치된 직선 부분(37k, 37m)을 연결하도록, 직선 부분(37n, 37p)이 설치되어 있다.

본 실시예에서는 대좌부(34)와 연결부(35)에도 리브(37)의 벽형의 주부(37h)를 설치함으로써, 고정부(33)뿐만 아니라 대좌부(34)나 연결부(35)에 대해서도 단면 계수나 극단면 계수를 높게 설정하고, 이 점에서도 음극 집전체(12)의 강도를 높일 수 있다.

리브(37)의 주부(37h) 중, 고정부(33)에 설치된 서로 대향하는 직선 부분(37a, 37b), 이들 직선 부분(37a, 37b)과 연속하는 연결부(35)에 설치된 직선 부분(37n, 37p), 및 이들 직선 부분(37n, 37p)과 연속하는 대좌부(34)에 설치된 직선 부분(37k, 37m)에 전술한 연장부(37i, 37j)가 설치되어 있다. 고정부(33)에 설치된 서로 대향하는 직선 부분(37a, 37b)에서는, 그 전체 길이가 아닌, 연결부(35)로부터 관통공(33a)의 중심에 상당하는 위치 부근의 부분[연결부(35) 측]에 연장부(37i, 37j)가 설치되어 있다. 요컨대, 서로 대향하는 연장부(37i, 37j)는 대좌부(34)의 단부로부터 고정부(33)의 도중까지 연장되어 있다.

리브(37)의 주부(37h)의 선단에 연장부(37i, 37j)를 설치함으로써, 음극 집전체(12)의 기부(31)의 단면 계수나 극단면 계수가 더욱 높아지므로 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 음극 집전체(12)의 기부(31)의 강도가 더 한층 향상된다. 그 결과, 음극 집전체(12)의 내진동성 및 내충격성이 더욱 향상되어, 전기 저항의 증가를 보다 확실하게 방지할 수 있다.

음극 집전체(12)의 한쌍의 각부(32, 32)는 연장부(37i, 37j)로부터 돌출되어 있다. 구체적으로는, 이들 각부(32, 32)는 하단 측의 착좌부(着座部)(32a)를 통하여 연장부(37i, 37j)에 고정되어 있고, 이 착좌부(32a)는 연장부(37i, 37j)의 길이 방향의 거의 전체 길이에 걸쳐서 연장되어 있다. 즉, 한쌍의 각부(32, 32)가 기부(31)에 접속되는 부분은, 대좌부(34)를 넘어 고정부(33)의 도중[관통공(33a)의 중심에 상당하는 위치]까지 연장되어 있다. 각부(32, 32)와 기부(31)와의 접속 부분인 착좌부(32a)의 길이를 연장시킴으로써, 음극 집전체(12)의 전체적인 강성이 향상되어, 진동이나 충격에 의한 휨이나 비틀림에 대한 강도가 더욱 향상된다.

도 8a 내지 도 8c에 나타내는 양극 집전체(13)는, 도 7a 내지 도 7c에 나타내는 음극 집전체(12)보다, 고정부(33)의 길이 방향의 길이가 길게 설정되어 있다. 또한, 고정부(33)의 길이 방향의 선단에는 리브(37)의 직선 부분(37c)의 상단으로부터 연장되는 설형부(38)가 설치되어 있다. 이 설형부(38)는 양극 집전체(13)를 커버체(4)에 용접하기 위해 설치되어 있다.

본 발명의 효과를 확인하기 위한 시험을 행하였다. 이 시험에서는, 도 5a 및 도 5b에 나타내는 구리제의 음극 집전체(12)를 사용하였다[이하, 이 음극 집전체(12)를 필요에 따라 실시예라고 함]. 실시예의 음극 집전체(12)의 치수는 하기과 같다. 먼저, 기부(31)의 전체 길이 L은 45 mm, 고정부(33)의 폭 W1은 25 mm, 대좌부(34)의 폭 W2는 35 mm였다. 또한, 알형부(37f, 37g)를 제외한 리브(37)의 높이 H1은 3 mm였다. 또한, 도 5a에 있어서 고정부(33)의 상면으로부터 대좌부(34)의 하면까지의 높이 H2는 7 mm였다. 또한, 비교예로서 도 9에 나타내는 구리제의 음극 집전체(12')를 준비했다. 비교예의 음극 집전체(12')는 실시예의 음극 집전체(12)와 동일한 치수를 가지지만, 코킹용 관통공(33a')이 형성된 기부(33')는 평탄한 판형이며, 리브는 형성되어 있지 않고 단차 구조도 가지지 않는다.

UN(국제연합) 시험 기준 매뉴얼로 규정된 내진동성, 내충격성에 대한 시험 조건을 3회 반복하여 전지 저항의 변화율을 측정하였다. 시험 결과를 하기 표 1 및 도 10에 나타낸다. 도 10에 있어서, 동그라미가 비교예이며 사각형이 실시예이다.

[표 1]

표 1 및 도 10에서 밝혀진 바와 같이, 비교예에서는 시험 전후로 저항이 100%에서 10% 증가한 110%가 된 것에 비해, 실시예에서는 시험 전후로 저항은 100%에서 5% 만큼 증가하여 105%가 되었다. 이 결과로부터, 본 발명에 의해 집전체의 내진동성 및 내충격성이 향상되고, 그에 따라 전기 저항의 증가를 방지할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 각종 변형이 가능하다.

도 9에 나타내는 비교예와 같이 단차 구조가 아닌 단순한 평판형의 기부의 외주 에지에 리브(37)와 마찬가지의 리브를 설치해도, 집전체의 기부의 강도를 높여 내진동성 및 내충격성이 향상될 수 있다. 이와 같은 평판형의 기부를 가지는 집전체의 경우, 기부 전체를 커버체(4)의 오목부에 수용해도 된다. 이러한 경우에도, 전지 내의 용량을 크게 할 수 있고, 제조 시의 위치맞춤이 용이하게 된다.

또한, 비수 전해질 2차 전지를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 비수 전해질 2차 전지 이외의 전지에도 본 발명을 적용할 수 있다.

1: 비수 전해질 2차 전지 2: 전지 용기
3: 발전 요소 4: 커버체
4a: 하면 4b: 상면
5: 음극 6: 양극
7: 세퍼레이터 8: 안전 밸브
9: 주액공 10: 클립
11: 걸어맞춤 받이부 11a: 걸어맞춤 오목부
11b: 가이드 오목부 11c: 관통공
12: 음극 집전체 13: 양극 집전체
14: 음극 외부 단자 15: 양극 외부 단자
15a: 판형체 15b: 축부
15c: 대경부 16: 상부 개스킷
16a: 격벽 16b: 단자 유지 오목부
16c: 장착용 오목부 16d: 통형부
16e: 설형부 16f: 걸어맞춤 구멍
17: 음극 하부 개스킷 17a: 팽출부
17b: 평탄부 17c: 관통공
18: 양극 하부 개스킷 19: 걸어맞춤 돌기부
21: 판형체 21a: 관통공
22: 리벳 22a: 턱부
22b: 축부 22c: 대경부
31: 기부 32: 각부
32a: 착좌부 33: 고정부
33a: 관통공 34: 대좌부
35: 연결부 37: 리브
37a, 37b, 37c: 직선부 37d, 37e: 호형부
37f, 37g: 알형부 37h: 주부
37i, 37j: 연장부 37k, 37m: 직선부(대좌부)
37n, 37p: 직선부(연결부) 38: 설형부

Claims

외장체의 내부에 배치된 발전 요소와 적어도 일부가 상기 외장체의 외부에 배치된 외부 단자를 전기적으로 접속하는 집전체(集電體)를 구비하는 전지로서,
상기 집전체는,
상기 외부 단자와 전기적으로 접속되는 기부(基部);
상기 기부로부터 돌출되어 상기 발전 요소에 전기적으로 접속되는 접속부; 및
상기 기부에 설치된 리브(rib)
를 포함하는, 전지.
제1항에 있어서,
상기 리브는 상기 기부의 외주 에지 중 적어도 일부를 따라 설치되어 있는, 전지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 리브는 상기 기부에 대한 드로잉 가공(drawing work)으로 형성되어 있는, 전지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리브는 상기 접속부와 동일한 방향으로 상기 기부로부터 돌출하는 주부(主部)를 포함하는, 전지.
제4항에 있어서,
상기 리브는 상기 주부의 선단(先端)으로부터 돌출하는 연장부를 더 포함하는, 전지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외장체는, 내측면에 오목부가 형성된 커버체를 구비하고, 상기 집전체의 상기 기부를 상기 오목부 내에 배치한, 전지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외장체는, 내측면에 오목부가 형성된 커버체를 구비하고,
상기 집전체의 상기 기부는,
상기 오목부 내에 배치된 제1 부분;
상기 오목부에 인접하는 상기 커버체의 내측면에 배치되고, 상기 접속부가 설치되어 있는 제2 부분; 및
상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 단차가 형성되도록 연결하는 연결부
를 포함하는, 전지.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 외장체는, 내측면에 오목부가 형성된 커버체를 구비하고,
상기 집전체의 상기 기부는,
상기 오목부 내에 배치된 제1 부분;
상기 오목부에 인접하는 상기 커버체의 내측면에 배치되고, 상기 접속부가 설치되어 있는 제2 부분; 및
상기 제1 부분 및 상기 제2 부분을 단차가 형성되도록 연결하는 연결부
를 포함하고,
상기 리브의 상기 주부는, 상기 기부의 상기 제1 부분의 외주 에지 중 상기 연결부와 연결하는 부분을 제외한 부분에 설치되어 있는, 전지.
제8항에 있어서,
상기 접속부는 상기 리브의 상기 연장부에 접속되어 있는, 전지.
제9항에 있어서,
상기 리브의 상기 주부는, 상기 기부의 상기 제2 부분에 또한 설치되고,
상기 리브의 상기 연장부는 상기 기부 중 상기 제1 부분의 상기 제2 부분 측과 상기 제2 부분에 설치되어 있는, 전지.
전지의 외장체의 내부에 배치된 발전 요소와 상기 외장체의 외부에 적어도 일부가 배치된 외부 단자를 전기적으로 접속하는 집전체로서,
상기 외부 단자와 접속되는 기부;
상기 기부로부터 돌출되어 상기 발전 요소에 접속되는 접속부; 및
상기 기부에 설치된 리브를 포함하는 집전체.