KR20140094730A - 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활물질의 도장성을 증대시키는 타공 기판구조를 제공하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공(punched type) 기판에 있어서, 상기 기판은, 러그(lug)가 형성되어있는 부분의 면적이 가장 넓고 외측으로 갈수록 면적이 좁아지도록 형성되어 있는 상변 프레임;과 하변 프레임; 및 상기 상변 프레임과 하변 프레임을 측면에서 연결하는 측변 프레임;을 포함하되, 상기 기판의 내부에서 상변 프레임의 상기 러그를 중심으로 방사상으로 뻗어나가도록 형성되어 있는 종(縱)소골(wire)과 상기 측변 프레임을 서로 연결하는 횡(橫)소골이 서로 만나서 복수개의 그물망(mesh) 형태가 형성되고, 상기 그물망 형태의 면적은 각각 일정한 수준 이내에 있도록 상기 종소골 및 상기 횡소골의 간격이 설정되어 있는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판이 제공된다.

Description

활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판{Punched type gride improved active material painting}

본 발명은 축전지의 기판에 대한 것으로, 보다 상세하게는 전자의 전도도를 향상시키고 기판 성장에 따른 문제를 해결하기 위한 구조를 가지는 타공 기판에 대한 것이다.

종래의 차량용 전극 기판은 주로 익스팬디드(Expanded type) 기판을 사용하고 있다. 익스팬디드 기판의 활물질이 채워지는 공간인 그물망 형태는 찍어서 틈을 형성하고 이를 늘리는 과정을 통해서 형성된다.

이러한 익스팬디드 기판은 각 연속된 기판을 매당 절단 작업시 기판 최종형상에서 좌, 우측 사이드는 프레임이 없어 기판에서 전기적 이동의 제약과 기판의 활물질(Active Material)을 지지하는 역할에서 절단 사이드부는 활물질이 떨어져나가기 쉬운 취약한 점이 나타난다.

또한 종래의 기판은 활물질이 탈리(활탈)되어 전기적 성능이 저하되고, 이후 작업 공정(스태킹, 극판군 용접, 전조 내부로의 내장 등)에서 어려움이 많았다. 또한, 활탈로 인해 기판이 전해액에 직접적으로 노출되어 부식성 증가에 의한 기판의 내식성 감소로 조기에 수명이 다하는 현상이 발생하였다.

이에 따라, 위와 같은 활탈 방지를 위해서 부직포나 섬유강화페이퍼를 적용한 기술이 제시되었다. 대한민국 등록특허 제0250381호에는 활물질층을 도포(도장)한 도장 극판의 상하면에 부직포를 부착시킨 축전지가 제시되어 있다.

그러나 상기 선행 특허문헌에 제시된 기술은, 단지 활물질층의 외각 표면에 존재한 활물질의 탈리를 방지하는 것으로서, 활물질층의 내부(중간)에 존재한 활물질 입자들 간의 결합력이나, 기판과 활물질층 간의 결합력은 도모하지 못하고 있다.

또한, 종래 기술에 따른 기판은 지지 강도가 부족하고 활물질 입자들 간의 결합력 및 기판과 활물질층 간의 결합력이 약하여, 충격에 의해 기판이 휘어지는 현상이 발생되고 전기적인 성능이 저하되어 불량률이 많이 발생되는 문제점이 있다.

아울러, 축전지의 조기 수명 단축의 원인으로는 충/방전 시 발생되는 기판의 성장에서 기인된 쇼트를 들 수 있는데, 종래 기술은 기판의 성장에 대한 대응이 없어 기판의 이상으로 인해 축전지의 수명이 떨어지는 문제점이 지적된다.

본 발명은 활물질의 도장성을 증대시키는 타공 기판구조를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판의 전도도를 향상시키는 기판의 구조를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 축전지의 충전 및 방전시 발생되는 기판의 성장에 따른 기판의 쇼트에 기인하는 고장을 방지하는 기판의 구조를 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공(punched type) 기판에 있어서, 상기 기판은, 러그(lug)가 형성되어있는 부분의 면적이 가장 넓고 외측으로 갈수록 면적이 좁아지도록 형성되어 있는 상변 프레임;과 하변 프레임; 및 상기 상변 프레임과 하변 프레임을 측면에서 연결하는 측변 프레임;을 포함하되, 상기 기판의 내부에서 상변 프레임의 상기 러그를 중심으로 방사상으로 뻗어나가도록 형성되어 있는 종(縱)소골(wire)과 상기 측변 프레임을 서로 연결하는 횡(橫)소골이 서로 만나서 복수개의 그물망(mesh) 형태가 형성되고, 상기 그물망 형태의 면적은 각각 일정한 수준 이내에 있도록 상기 종소골 및 상기 횡소골의 간격이 설정되어 있는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판이 제공된다.

여기서, 활물질의 도장성을 유지하기 위해서 상기 측변 프레임 주위에 위치하는 상기 종소골은 상기 측변 프레임과 평행에 가깝도록, 상기 횡소골로부터 일정한 경사각을 이루도록 재배치되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 일정한 경사각은 50도에서 90도 사이인 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 기판의 상부의 코너부에서는 상기 그물망 형태의 면적을 일정한 수준 이내에 유지하고 모서리부의 성장에 따른 완충 역할을 위해서, 상기 기판의 상부의 코너부에 위치하는 그물망 형태의 내부에 횡소골을 추가로 배치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 상변 프레임과 상기 하변 프레임 사이에 중간 횡소골을 두고, 상기 중간 횡소골과 상기 하변 프레임 사이에는 상기 종소골을 수직으로 설치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 하변 프레임과 상기 하변 프레임의 바로 위에 형성되는 횡소골 사이에 연결되는 종소골의 갯수는 다른 곳에 위치하는 종소골의 갯수보다 하나 이상이 더 많아 기판의 성장에 따른 완충 기능을 하도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 종소골간의 간격을 일정하게 하기 위해서, 상기 러그 하부에 설치되는 종소골은 첫번째 또는 두번째 횡소골 이하에서 두개 이상의 종소골로 분리되는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 그물망 형태의 면적은 50 내지 80 평방밀리미터인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 할물질의 도장성을 증가시키는 기판의 구조를 제공하여 기판의 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 기판의 전도도를 향상시키는 효과를 가지고 있다.

또한, 기판의 성장에 따른 응력을 완화시켜 기판의 수명을 증대시키는 효과를 가지고 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예로 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판의 형상을 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예로 측변 프레임 주위에 형성되는 종소골의 구조를 나타낸 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예로 러그 하측에 형성되는 종소골의 간격을 재배치하는 것을 나타낸 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예로 본 발명의 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판의 저항을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예로 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판의 형상을 나타낸 도면이다.

본 발명의 축전지의 타공 기판은 기판 제조시 압연 STRIP을 먼저 생산하여 그 위에 기판 형상 금형을 프레스하여 타공(punching)하여 기판의 형상을 만들어 낸다. 이렇게 타공하여 기판의 형상을 만들어 내므로 익스팬드(expanded) 기판이 가지고 있는 문제를 프레스 형틀에 다양하게 구성함으로써 해결할 수 있다.

본 발명의 축전지용 타공 기판은 상변 프레임(100), 측변 프레임(200), 하변 프레임(300)을 포함한다.

상변 프레임(100)은 일측에 러그(lug)(110)가 형성되어 있다. 여기서 러그(110)는 같은 극성을 가지게 되는 기판을 연결하기 위한 구성부이다.

측변 프레임(200)은 상변 프레임(100)과 하변 프레임(300)을 측면에서 연결한다. 이렇게 상변 프레임(100)과 측변 프레임(200) 및 하변 프레임(300)은 사각형태의 기판을 형성한다.

여기서, 상변 프레임(100)과 하변 프레임(300) 사이에는 복수의 종소골(10)이 연결되어 있으며, 양측의 측변 프레임(200) 사이에는 복수의 횡소골(20)이 연결되어 있다. 이러한 각각의 종소골(10)과 횡소골(20)은 서로 연결되어 프레임 내측에서 그물망(mesh) 형태를 구성한다. 여기서 그물망 형태는 내측으로 활물질(Active material)이 채워져서 활물질을 지지하는 역할을 한다.

여기서, 상변 프레임(100)과 하변 프레임(300) 사이에 중간 횡소골(400)을 두고 중간 횡소골(400)을 기준으로 상측은 상술한 바와 같이 종소골(10)을 방사상으로 뻗어나가도록 설치하고, 하측은 수직으로 설치할 수 있다.

그물망 형태에 활물질이 채워져서 기판에 활물질을 도장되므로, 그물망 형태의 면적이 중요하다, 왜냐하면 그물망 형태의 면적이 작을 경우에는 활물질을 기판에 입히는 도장(paste) 작업에서 활물질이 기판의 그물망 형태 내부 사이로 투입이 되지 않거나 균일하게 채워지지 않는 도장 작업성 저하 현상이 일어난다.

따라서, 활물질을 기판에 골고루 도장하기 위해서는 그물망 형태의 면적이 일정 면적 이상을 유지해야 하고, 기판내에서 각 그물망 형태의 면적이 일정한 면적으로 유지되어야 한다.

본 발명에서는 그물망 형태의 면적은 바람직하게는 50 내지 80 평방밀리미터(50~80㎟)로 이내로 한다. 이렇게 그물망 형태의 면적이 거의 일정한 수준으로 형성되므로 각 그물망 형태에서 활물질이 균일하게 도장될 수 있으며, 활물질에서 기판의 소골부로 이동하는 전자의 이동 거리가 각 그물망 형태마다 동일하므로 기판 전제적으로 전도도가 균일하게 일어난다.

그런데 축전지의 기판은 충전 및 방전시에 기판이 성장하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 기판의 성장은 기판의 상하 좌우에서 주로 일어나게 된다. 따라서, 본 발명에서는 바람직하게 하변 프레임(300)과 가장 가까운 횡소골(22)에서 하변 프레임(300) 사이에 형성되는 종소골의 갯수를 증가시켜 기판의 성장에 따른 문제점을 해소할 수 있다.

본 발명에서는 종소골(10)이 방사상으로 뻗어나가는 형태로 설치되어 있으므로, 측변 프레임(200) 주위에 형성되는 그물망 형태의 면적은 다른 곳에 형성되는 그물망 형태의 면적보다 그 면적이 작고, 종소골(10)과 측변 프레임(200)이 이루는 각도가 예각이므로 그 사이에서는 활물질이 잘 도장되지 못할 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 측변 프레임(200) 주위에 위치하는 종소골의 설치 각도를 변경해서 측변 프레임과 이루는 각도가 40도 이상은 되도록 한다.

측변 프레임(200) 주위에 위치하는 종소골의 간격을 유지하기 위한 기판의 변경은 도2에서 후술하기로 한다.

또한, 상변 프레임(100)의 러그(110) 하부에서는 상술한 바와 같이 종소골(10)이 방사상으로 뻗어나가므로 러그(110)에서 거리가 멀어질수록 종소골(10)간의 간격이 벌어지게 된다. 따라서, 러그(110)의 하측에 형성되는 그물망 형태의 면적은 러그(110)에서 거리가 멀어질수록 그 면적이 넓어지게 된다. 따라서, 그물망 형태의 면적을 일정하게 유지하기 위해서는 종소골(10) 간의 간격을 재배치해야할 필요성이 있다.

본 발명에서는 러그(110) 하부에 위치하는 종소골을 특정 횡소골 이하에서는 하나 이상의 종소골로 분리하여 그물망 형태의 면적을 일정하게 유지하는 기판의 구조를 가지고 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도3에서 후술하기로 한다.

그리고, 본 발명에서는 상변 프레임(100)으로부터 종소골(10)이 방사형으로 뻗어나가면 형성되므로 기판의 상측 코너 부에는 종소골과 횡소골이 만나서 형성되는 그물망 형태의 면적이 다른 그물망 형태의 면적보다 더 넓게 된다. 따라서 기판의 상측 코너 부에 형성되는 그물망 형태 내에 횡소골(25)을 더 설치하여 전체적인 면적을 일정하도록 유지한다.

도2는 본 발명의 일 실시예로 측변 프레임 주위에 형성되는 종소골의 구조를 나타낸 도면이다.

도2(a)와 도2(c)는 본 발명에 따른 종소골의 설치각도를 변경하기 전의 종소골의 배치이고, 도2(b)와 도2(d)는 본 발명에 따라 종소골의 설치 각도를 변경한 구조이다.

도2(a)와 도2(c)를 보면 측변 프레임(200)과 이루는 종소골의 각도가 예각을 이루어 그물망 형태의 면적이 좁아지는 것을 볼 수 있다. 이렇게 그물망 형태의 면적이 좁아지게 되면 상술한 바와 같이 활물질의 도장 작업에서 활물질이 잘 도장되지 못하는 문제가 생긴다.

따라서, 본 발명에서는 도2(b)와 도2(d)에 도시된 바와 같이 종소골을 설치 각도를 변경하여 측변 프레임(200)과는 이루는 각도가 예각이 되지 않도록 즉 적어도 40도 이상은 되도록 측변 프레임 주위의 종소골을 재배치한다. 즉, 횡소골과 이루는 각도가 50도에서 90도 사이에 있도록 종소골(11,12,13,14,15,16)의 각도를 변경하여 재배치한다. 도2(b)와 도2(d)에 설치 각도가 변경되어 재배치된 측변 프레임(200) 주위의 종소골(11,12,13,14,15,16)을 도시하였다.

A,B,C,D,E 부분을 보면 측변 프레임(200) 주위의 종소골(11,12,13,14,15,16)의 설치 각도를 변경한 결과, 그물망 형태의 면적이 거의 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.

도3은 본 발명의 일 실시예로 러그 하측에 형성되는 종소골의 간격을 재배치하는 것을 나타낸 도면이다.

도1에서 상술한 바와 같이 상변 프레임(100)의 러그(110) 하부에서는 종소골이 방사상으로 뻗어나가므로 러그(110)에서 거리가 멀어질수록 종소골(10)간의 간격이 벌어지게 된다. 따라서, 러그(110)의 하측에 형성되는 그물망 형태의 면적은 러그(110)에서 거리가 멀어질수록 그 면적이 넓어지게 된다.

따라서, 본 발명에서는 종소골간의 간격을 일정하게 하기 위해서, 러그(110) 하부에 설치되는 종소골은 첫번째 또는 두번째 횡소골 이하에서 두개 이상의 종소골로 분리되도록 한다.

예를 들면, 러그(110) 하측에 형성되는 종소골 중에서 러그(110)의 바로 아래에서 설치되는 종소골(10)은 그대로 두고, 그 종소골(10)의 이웃에 설치되는 종소골(1,4)을 첫번째 횡소골 아래에서 각각 두개의 종소골(2,3,5,6)로 분리하도록 한다. 즉, 러그(110)의 바로 아래에서 설치되는 종소골(10)의 좌측에 있는 종소골(1)은 첫번째 횡소골 아래에서 각각 두개의 종소골(2,3)으로 분리하고, 우측에 있는 종소골(4)은 첫번째 횡소골 아래에서 각각 두개의 종소골(5,6)으로 분리한다.

여기서, 종소골(1,4)이 분리되는 부위는 전도도의 향상 및 활물질의 도장성의 향상을 위해서 뒤집어진 'Y' 모양으로 형성한다.

도4는 본 발명의 일 실시예로 본 발명의 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판의 저항을 도시한 도면이다.

본 발명에 따라 기판 구조를 변경하여 활물질을 도장한 결과를 도4에 도시하였다, 도4를 보면 활물질을 도장하고 저항을 측정한 결과 기판의 저항값이 러그(110)로부터 거리에 따라 일정하게 형성되므로, 기판의 전체적인 전도도가 향상되고 거리에 따라 전도도가 균일하게 형성되는 것을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1,4 : 분리전 종소골
2,3,5,6 : 분리된 종소골
10 : 종소골
11,12,13,14,15,16 : 재배치된 종소골
20 : 횡소골
100 : 상변 프레임 110 : 러그(lug)
200 : 측변 프레임 300 : 하변 프레임
400 : 중간 횡소골

Claims (8)

1. 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공(punched type) 기판에 있어서,
   상기 기판은
   러그(lug)가 형성되어있는 부분의 면적이 가장 넓고 외측으로 갈수록 면적이 좁아지도록 형성되어 있는 상변 프레임;
   하변 프레임; 및
   상기 상변 프레임과 하변 프레임을 측면에서 연결하는 측변 프레임;을 포함하되,
   상기 기판의 내부에서 상변 프레임의 상기 러그를 중심으로 방사상으로 뻗어나가도록 형성되어 있는 종(縱)소골(wire)과 상기 측변 프레임을 서로 연결하는 횡(橫)소골이 서로 만나서 복수개의 그물망(mesh) 형태가 형성되고, 상기 그물망 형태의 면적은 각각 일정한 수준 이내에 있도록 상기 종소골 및 상기 횡소골의 간격이 설정되어 있는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.
   
2. 제1항에 있어서,
   활물질의 도장성을 유지하기 위해서 상기 측변 프레임 주위에 위치하는 상기 종소골은 상기 측변 프레임과 평행에 가깝도록, 상기 횡소골로부터 일정한 경사각을 이루도록 재배치되어 있는 것을 특징으로 하는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 일정한 경사각은 50도에서 90도 사이인 것을 특징으로 하는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 기판의 상부의 코너부에서는 상기 그물망 형태의 면적을 일정한 수준 이내에 유지하고 모서리부의 성장에 따른 완충 역할을 위해서, 상기 기판의 상부의 코너부에 위치하는 그물망 형태의 내부에 횡소골을 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 상변 프레임과 상기 하변 프레임 사이에 중간 횡소골을 두고, 상기 중간 횡소골과 상기 하변 프레임 사이에는 상기 종소골을 수직으로 설치하는 것을 특징으로 하는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 하변 프레임과 상기 하변 프레임의 바로 위에 형성되는 횡소골 사이에 연결되는 종소골의 갯수는 다른 곳에 위치하는 종소골의 갯수보다 하나 이상이 더 많아 기판의 성장에 따른 완충 기능을 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.
   
7. 제1항에 있어서,
   종소골간의 간격을 일정하게 하기 위해서, 상기 러그 하부에 설치되는 종소골은 첫번째 또는 두번째 횡소골 이하에서 두개 이상의 종소골로 분리되는 것을 특징으로 하는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 있어서,
   상기 그물망 형태의 면적은 50 내지 80 평방밀리미터인 것을 특징으로 하는 활물질의 도장성을 개선한 축전지의 타공 기판.

Images