KR20200107839A - 봉구체 - Google Patents
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Abstract
[과제] 용접을 이용하지 않는 내환경성이 뛰어난 봉구체의 제공.
[해결 수단] 전지용 봉구체로서, (1) 저부와 조임부를 갖는 제1 캡과, (2) 상기 제1 캡의 저부 위에 위치하는 보호 소자와, (3) 상기 보호 소자 위에 위치하는 제2 캡을 갖고, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡은 상기 제1 캡의 조임부에 의해 고정되어 있고, 상기 제1 캡은 상기 저부의 내측면의 상기 보호 소자와의 접촉 영역에 볼록부를 갖는 것을 특징으로 하는 봉구체.
[해결 수단] 전지용 봉구체로서, (1) 저부와 조임부를 갖는 제1 캡과, (2) 상기 제1 캡의 저부 위에 위치하는 보호 소자와, (3) 상기 보호 소자 위에 위치하는 제2 캡을 갖고, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡은 상기 제1 캡의 조임부에 의해 고정되어 있고, 상기 제1 캡은 상기 저부의 내측면의 상기 보호 소자와의 접촉 영역에 볼록부를 갖는 것을 특징으로 하는 봉구체.
Description
본 개시는 봉구체(封口體)에 관한 것이다.
리튬 이온 전지 등의 이차전지는 이상 발열 또는 과전류로부터 보호하기 위해 보호 소자로서, PCT 소자, 디스크 프로텍터 등이 이용되고 있다.
상기 보호 소자는 통상, 봉구체에 삽입하여 이용되고 있다. 이러한 봉구체는 일반적으로, 제1 캡, 개스킷, 보호 소자 및 제2 캡을 겹쳐, 이들을 조임(caulking)에 의해 고정함으로써 제조된다(특허문헌 1).
특허문헌 1의 봉구체와 같이 조임을 이용한 기계적 접촉에서는, 예를 들어 내열 충격 등의 내환경성이 충분하다고는 할 수 없고, 봉구체 부품끼리의 접촉부에 있어서 저항이 증가한다는 문제가 있다. 이러한 문제에 대하여, 부품끼리를 용접하는 방법이 있지만, 접합하는 부품이 서로 상이한 금속으로 제조되어 있는 경우에는 용접이 용이하지 않다는 기술적 문제가 있고, 또한, 용접 장치의 도입, 상기 문제를 해결하기 위해 큰 비용이 필요해진다는 문제도 있다.
따라서, 본 발명은 용접을 이용하지 않는 내환경성이 뛰어난 봉구체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시는 특별히 한정되지 않지만, 아래의 양태(態樣)를 포함한다.
［1］ 전지용 봉구체로서,
(1) 저부와 조임부를 갖는 제1 캡과,
(2) 상기 제1 캡의 저부 위에 위치하는 보호 소자와,
(3) 상기 보호 소자 위에 위치하는 제2 캡
을 갖고, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡은 상기 제1 캡의 조임부에 의해 고정되어 있고,
상기 제1 캡은 상기 저부의 내측면의 상기 보호 소자와의 접촉 영역에 볼록부를 갖는
것을 특징으로 하는 봉구체.
［2］ 상기 제1 캡의 볼록부는 복수 존재하는, 상기 ［1］에 기재된 봉구체.
［3］ 상기 제1 캡의 저부는 평면시에 있어서 원환(圓環)상이며, 상기 볼록부가 상기 저부의 중심에 대하여 균등하게 배치되어 있는, 상기 ［1］ 또는 ［2］에 기재된 봉구체.
［4］ 상기 제1 캡은 상기 저부의 외측면의 상기 볼록부에 대향하는 위치에 오목부를 갖는, 상기 ［1］~［3］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［5］ 상기 제1 캡은 알루미늄제인, 상기 ［1］~［4］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［6］ 상기 볼록부의 높이는 5~200 μm인, 상기 ［1］~［5］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［7］ 상기 보호 소자는 PTC 소자인, 상기 ［1］~［6］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［8］ 상기 PTC 소자는 PTC 층상 요소와, PTC 층상 요소의 각 주표면 위에 위치하는 도전성 금속 박층을 갖고, 당해 PTC 층상 요소는 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 폴리머 조성물로 구성되어 있는, 상기 ［7］에 기재된 봉구체.
［9］ 상기 PTC 소자는 PTC 층상 요소와, PTC 층상 요소의 각 주표면 위에 위치하는 도전성 금속 박층을 갖고, 당해 PTC 층상 요소는 폴리불화비닐리덴을 주성분으로 하는 폴리머 조성물로 구성되어 있는, 상기 ［7］에 기재된 봉구체.
［10］ 상기 보호 소자는 디스크 프로텍터인, 상기 ［1］~［6］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［11］ 상기 보호 소자는
절연성 수지 또는 PTC 조성물에 의해 형성되고, 적어도 1개의 관통 개구부를 갖는 층상 요소와,
상기 층상 요소의 각 주표면 위에 위치하는 도전성 금속 박층과,
상기 관통 개구부의 적어도 1개를 규정하는 측면 위에 위치하고, 도전성 금속 박층을 전기적으로 접속하는 휴즈층
을 갖는, 상기 ［1］~［6］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［12］ 상기 층상 요소는 절연성 수지에 의해 형성되고, 당해 절연성 수지는 폴리에틸렌인, 상기 ［11］에 기재된 봉구체.
［13］ 상기 층상 요소는 절연성 수지에 의해 형성되고, 당해 절연성 수지는 폴리불화비닐리덴인, 상기 ［11］에 기재된 봉구체.
［14］ 원통형 전지용인, 상기 ［1］~［13］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［15］ 리튬 이온 이차전지용인, 상기 ［1］~［14］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체.
［16］ 상기 ［1］~［15］ 중 어느 하나에 기재된 봉구체를 갖는 밀폐형 전지.
［17］ 원통형 전지인, 상기 ［16］에 기재된 밀폐형 전지.
［18］ 리튬 이온 이차전지인, 상기 ［16］ 또는 ［17］에 기재된 밀폐형 전지.
［19］ (1) 저부와 조임부를 갖는 제1 캡과, (2) 상기 제1 캡의 저부 위에 위치하는 보호 소자와, (3) 상기 보호 소자 위에 위치하는 제2 캡을 갖고,
상기 제1 캡의 조임부에 의해, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡이 고정되어 있고, 상기 제1 캡은 상기 저부의 내측면에 볼록부를 갖는 봉구체의 제조 방법으로서,
상기 제1 캡의 저부 위에 상기 보호 소자를 배치하고, 추가로 당해 보호 소자 위에 상기 제2 캡을 배치하는 것,
상기 제1 캡의 조임부를 조임으로써, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡을 고정하는 것, 이어서
상기 제1 캡의 저부의 외측면에 오목부를 형성함으로써, 저부의 내측면의 오목부에 대향하는 위치에 상기 볼록부를 형성하는 것
을 포함하는 제조 방법.
본 발명의 봉구체는 제1 캡과 보호 소자의 접촉 부분에 볼록부를 갖는 것에 의해, 높은 내환경성을 갖는다.
도 1은 본 개시의 실시 형태에서의 봉구체(1)의 단면도이다.
도 2는 상기 봉구체(1)의 평면도이다.
도 3은 상기 봉구체(1)의 저면도이다.
도 4는 실시예에서 제작하는 봉구체의 치수를 나타내는 도면이다.
도 2는 상기 봉구체(1)의 평면도이다.
도 3은 상기 봉구체(1)의 저면도이다.
도 4는 실시예에서 제작하는 봉구체의 치수를 나타내는 도면이다.
아래에, 도면을 참조하여, 본 발명의 봉구체를 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 봉구체는 도시하는 양태에 한정되지 않는 것에 유의하기 바란다.
본 발명의 봉구체의 하나의 양태를, 도 1에 그 두께 방향에 따른 단면도로, 도 2에 상측(도 1의 도면 상측)에서 본 평면도로, 도 3에 저면도로, 모식적으로 나타낸다.
도시한 봉구체(1)는 원통형 전지용 봉구체이며, 제1 캡(2) 위에, 보호 소자(3) 및 제2 캡(4)을, 이 순서로 적층된 상태로 갖고 있고, 추가로 이들의 주위 및 제2 캡(4)의 플랜지부(바깥 가장자리부)(10) 위에 위치하는 절연성 개스킷(5)을 갖고 있다. 이들은 제1 캡(2)의 가장자리부에 위치하는 조임부(11)에 의해 고정되어 있다. 봉구체(1)에는 전해액 및/또는 활물질 등의 이상 반응에 의해 전지 내부에서 가스가 발생했을 경우에 작동하는 방폭(防爆) 밸브(13)가 설치되어 있다. 또한, 봉구체(1)에는 방폭 밸브가 작동했을 때에, 가스를 전지 외부로 배출하기 위한 가스 배출구(8)가 설치되어 있다. 봉구체(1)에 있어서, 전류는 제1 캡(2)-보호 소자(3)-제2 캡(4)의 순서(또는 그 반대)로 흐른다.
도시한 양태에서는 제1 캡(2)은 원환상 저부(12), 그 내측에 위치하는 방폭 밸브(13), 및 저부(12)의 바깥 가장자리에서 위쪽으로 연신하는 조임부(11)를 갖는다. 제1 캡(2)은 저부(12)의 내측면의 상기 보호 소자(3)와의 접촉 영역에 볼록부(6)를 갖고, 저부(12)의 외측면에서의 볼록부(6)에 대향하는 위치에 오목부(7)를 갖는다. 여기에, 저부(12)의 내측면이란, 저부(12)의 주면(主面) 중 도 1에서의 상측의 면(즉, 보호 소자(3)측의 면)을 말하고, 저부(12)의 외측면이란, 저부(12)의 주면 중 도 1에서의 하측의 면을 말한다.
상기 제1 캡(2)은 도전성 금속으로 형성된다. 당해 도전성 금속은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 봉구체가 리튬 이온 전지용인 경우, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 보다 바람직하게는 알루미늄이다. 제1 캡(2)을 알루미늄제로 함으로써, 제1 캡(2)과 보호 소자(3) 사이의 저항을 보다 작게 할 수 있다. 본 개시는 이론에 구속되지 않지만, 제1 캡을 알루미늄제로 하는 것에 의한 저항값의 저감 효과는 아래의 이유에 의한다고 생각된다. 제1 캡(2)과 보호 소자(3) 사이의 저항은 제1 캡의 표면의 산화 피막에 영향을 받고, 산화 피막이 존재하면 저항은 높아진다. 제1 캡(2)이 알루미늄제인 경우, 제1 캡(2)의 표면에 형성되는 산화 피막(Al2O3)은 보호 소자(3)와의 접촉에 의해, 특히 볼록부(6)에 압(壓)이 걸림으로써, 파괴되어, 금속 알루미늄 표면이 노출된다. 이것에 의해, 제1 캡(2)과 보호 소자(3) 사이의 저항을 보다 작게 유지할 수 있다고 생각된다.
상기 제1 캡(2)을 구성하는 금속판의 두께(t1)는 바람직하게는 0.1~1.0 mm, 보다 바람직하게는 200~600 μm, 더욱 더 바람직하게는 300~500 μm일 수 있다. 이러한 금속판의 두께를 1.0 mm 이하로 함으로써, 제1 캡을 낮은 높이화(低背化)할 수 있고, 즉 봉구체를 낮은 높이화할 수 있어, 전해질을 수용하는 전지의 본체 부분을 보다 크게 하는 것이 가능해진다. 또한, 볼록부(6)의 형성에 있어서, 제1 캡의 저부(12)의 일부분을 외측면에서부터 누름으로써 볼록부를 형성하는 것이 용이해진다. 즉, 오목부의 형성과 동시에 볼록부를 형성하는 것이 용이해진다. 금속판의 두께를 보다 작게 함으로써, 상기의 효과는 보다 현저해진다. 한편, 금속판의 두께를 0.1 mm 이상으로 함으로써, 제1 캡의 강도를 담보할 수 있다. 금속판의 두께를 보다 크게 함으로써, 상기의 효과는 보다 현저해진다.
상기 제1 캡의 높이(저부(12)의 외측면으로부터의 높이(t2))는 바람직하게는 1.0~5.0 mm, 보다 바람직하게는 1.5~3.0 mm, 더욱 더 바람직하게는 1.5~2.5 mm, 특히 바람직하게는 1.5~2.0 mm일 수 있다.
상기 방폭 밸브(13)는 원환상의 상기 저부(12)의 내측 공간을 봉하도록 설치된다.
상기 방폭 밸브(13)의 두께는 방폭 밸브로서 기능할 수 있는 두께이면 특별히 한정되지 않는다. 당업자라면, 소망하는 압력(일반적으로는 10~15 kgf)이 부하되었을 경우에 방폭 밸브가 작동(파열)하도록, 봉구체의 구성, 특히 보호 소자의 안지름에 따라, 상기 방폭 밸브의 두께를 적절히 결정할 수 있다.
도시한 양태에서는 상기 볼록부(6)는 제1 캡(2)의 저부(12)의 내측면에, 원환의 중심에 대하여 대상에 6개 설치되어 있다. 본 개시의 봉구체에 있어서, 제1 캡의 저부의 내측면에 볼록부를 설치함으로써, 조임압에 의한 보호 소자의 특성의 변화를 억제하면서, 제1 캡과 보호 소자 사이의 저항을 작게 할 수 있다. 보다 상세하게는 제1 캡과 보호 소자 사이의 저항을 작게 하려면, 일반적으로 조임압을 크게 하는 것을 생각할 수 있지만, 조임압을 크게 하면 보호 소자 및 개스킷이 변형되어, 봉구체의 신뢰성이 저하될 우려가 있다. 그러나, 본 개시의 봉구체에 있어서는 제1 캡의 저부의 내측면에 볼록부를 설치함으로써, 조임압을 볼록부에 집중시킬 수 있으므로, 조임압을 과도하게 크게 하지 않고, 제1 캡과 보호 소자 사이의 전기적 접촉을 보다 확실히 하여, 저항을 작게 하는 것이 가능해진다. 또한, 볼록부를 설치함으로써, 각 부품의 치수 편차를 흡수하는 것이 가능해져, 봉구체의 전기적 특성이 안정되어, 신뢰성이 향상된다.
본 양태에서는 볼록부(6)는 6개 설치되어 있지만, 본 개시의 봉구체는 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 개시의 봉구체는 1개 이상의 볼록부를 갖고 있으면 된다.
바람직한 양태에 있어서, 볼록부의 수는 2 이상, 바람직하게는 3 이상, 보다 바람직하게는 4 이상, 더욱 더 바람직하게는 6 이상일 수 있다. 또한, 볼록부의 수는 바람직하게는 20 이하, 보다 바람직하게는 10 이하일 수 있다. 볼록부의 수를 2 이상으로 함으로써, 보호 소자(3)와의 전기적 접속을 보다 확실하게 할 수 있고, 또한, 저항을 작게 할 수 있다. 볼록부의 수를 늘림으로써, 저항은 보다 작아진다. 한편, 볼록부의 수를 20 이하로 함으로써, 제조가 보다 용이해진다.
상기 볼록부(6)의 높이는 바람직하게는 5~200 μm, 보다 바람직하게는 10~150 μm, 더욱 더 바람직하게는 20~100 μm일 수 있다. 볼록부의 높이를 5 μm 이상으로 함으로써, 제1 캡과 보호 소자 사이의 전기적 접속을 보다 확실하게 할 수 있다. 볼록부의 높이를 보다 크게 함으로써, 상기 효과는 보다 현저해진다. 한편, 볼록부의 높이를 200 μm 이하로 함으로써, 봉구체의 높이를 억제할 수 있다.
상기 볼록부(6)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 그 평면 형상(즉, 제1 캡(2)의 저면과 동일 평면에 나타나는 형상)은 다각형, 예를 들어 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 등, 원형, 타원형, 혹은 이들을 조합한 형상일 수도 있고, 그 단면 형상은 다각형, 예를 들어 사각형, 원형, 타원형, 혹은 이들을 조합한 형상일 수도 있다. 바람직하게는 볼록부의 평면 형상은 원형이다. 그리고, 볼록부는 제1 캡의 저면을 관통하는 구멍을 갖지 않는다.
상기 볼록부(6)가 원형인 경우, 그 직경은 바람직하게는 0.5~2.0 mm, 보다 바람직하게는 0.8~1.8 mm일 수 있다.
도시한 양태에 있어서, 상기 볼록부(6)는 조임부보다 원환 내측에 존재하지만, 바람직하게는 적어도 일부가, 보다 바람직하게는 50% 이상이, 더욱 더 바람직하게는 전체가 조임부의 바로 밑에 위치하는 것이 바람직하다. 볼록부를 이러한 위치에 배치함으로써, 조임에 의한 압이 보다 볼록부에 전달되어, 보다 양호한 접속이 가능해진다.
상기 오목부(7)는 제1 캡(2)의 저부(12)의 외측면의 상기 볼록부(6)에 대향하는 위치에, 6개 설치되어 있다. 즉, 오목부(7)는 제1 캡(2)의 저부(12)의 외측면에, 원환의 중심에 대하여 대상에 6개 설치되어 있다.
바람직한 양태에 있어서, 오목부(7)의 수는 상기 볼록부(6)의 수와 동일하고, 2 이상, 바람직하게는 3 이상, 보다 바람직하게는 4 이상, 더욱 더 바람직하게는 6 이상일 수 있다. 또한, 오목부의 수는 바람직하게는 20 이하, 보다 바람직하게는 10 이하일 수 있다.
상기 오목부(7)의 높이는 바람직하게는 10~300 μm, 보다 바람직하게는 20~200 μm, 더욱 더 바람직하게는 50~160 μm일 수 있다.
상기 오목부(7)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 그 평면 형상(즉, 제1 캡(2)의 저면과 동일 평면에 나타나는 형상)은 다각형, 예를 들어 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 등, 원형, 타원형, 혹은 이들을 조합한 형상일 수도 있고, 그 단면 형상은 다각형, 예를 들어 사각형, 원형, 타원형, 혹은 이들을 조합한 형상일 수도 있다. 바람직하게는 볼록부의 평면 형상은 원형이다.
상기 오목부(7)가 원형인 경우, 그 직경은 바람직하게는 0.1~1.5 mm, 보다 바람직하게는 0.5~1.0 mm일 수 있다.
그리고, 오목부(7)는 본 개시의 봉구체에 있어서 필수의 구성은 아니고, 존재하지 않아도 된다.
상기 보호 소자(3)는 제1 캡(2)과 제2 캡(4) 사이에 배치되고, 이들을 전기적으로 접속한다. 또한, 보호 소자(3)는 이상 발열 또는 과전류가 발생했을 경우에 동작하여, 그곳을 흐르는 전류를 차단하여, 보호해야 할 대상, 예를 들어 이차전지를 보호한다.
상기 보호 소자(3)로서는 상기 기능을 발휘할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 PTC 소자, 디스크 프로텍터(예를 들어, 국제 공개 제2014/034833호 참조) 등을 들 수 있다.
본 개시의 봉구체에서의 보호 소자의 형상은 봉구체의 형상에 맞추어 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 도시한 양태에 있어서는 보호 소자(3)는 원환상이다.
상기 보호 소자(3)는 상기 볼록부(6)와 접하는 부분에 우묵한 곳을 갖고 있을 수도 있다. 이러한 우묵한 곳은 볼록부(6)보다 작은 형상일 수 있다.
하나의 양태에 있어서, 보호 소자(3)는 PTC 층상 요소와, PTC 층상 요소의 각 주표면(主表面) 위에 위치하는 도전성 금속 박층을 갖는 PTC 소자일 수 있다. 보호 소자(3)는 바람직하게는 폴리머 PTC 소자일 수 있다.
상기 PTC 층상 요소를 구성하는 PTC 조성물은 PTC 특성을 나타내는 조성물로서, 예를 들어 폴리머 재료 중에 도전성 필러가 분산된 조성물이다. PTC 층상 요소는 PTC 조성물을 층상으로 형성한 것, 예를 들어 압출 성형한 것일 수 있다.
상기 도전성 필러로서는 카본 블랙, 그래파이트(또는 흑연), 다른 탄소질 재료, 금속, 도전성 금속 산화물, 도전성 세라믹, 도전성 폴리머, 및 그들의 조합을 들 수 있다. 도전성 필러는 통상, 분말 상태이다.
상기 폴리머 재료로서는 고밀도 폴리에틸렌, (메타)아크릴계 폴리머, 폴리불화비닐리덴 등을 들 수 있다.
하나의 양태에 있어서, 상기 폴리머 재료는 폴리불화비닐리덴일 수 있다. 폴리머 재료로서 폴리불화비닐리덴을 이용함으로써, 고온 환경하에서의 사용에 있어서도, PTC 층상 요소의 열 변형을 억제할 수 있어, 전기적 특성이 안정적이다.
상기 PTC 층상 요소는 그 양측의 주표면 위에 배치된 도전성 금속 박층을 갖는다. 이 도전성 금속 박층은 도전성을 갖는 금속의 얇은 층(예를 들어, 두께가 0.1~100 μm 정도)이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 구리, 니켈, 알루미늄, 금 등의 금속에 의해 구성 가능하고, 복수의 금속 박층에 의해 형성되어 있을 수도 있다.
상기 도전성 금속 박층이 각 주표면 위에 위치하는 PTC 층상 요소는 그것을 구성하는 PTC 조성물을, 금속 박층을 구성하는 금속 시트(또는 금속박)와 함께 동시에 밀어내어, 금속 시트(또는 금속박)의 사이에 PTC 조성물이 끼워진 상태의 압출물을 얻음으로써, 제조할 수 있다. 다른 양태에서는 PTC 조성물의 층상물을 예를 들어 압출에 의해 얻고, 이 층상물을 금속 시트(또는 금속박)의 사이에 끼워, 이들을 일체로 열 압착하여 압착물을 얻음으로써, 제조할 수도 있다. 이러한 압출물(또는 압착물)은 도전성 금속 박층을 양측의 주표면에 갖는, PTC 층상 요소가 다수 인접하여 집합한 상태이며, 압출물(또는 압착물)을 소정의 형상 및 치수로 잘라내어, 단일의, 도전성 박층을 갖는 PTC 층상 요소를 얻을 수 있다.
상기 PTC 소자의 도전성 금속 박층은 도금이 되어 있을 수도 있다. 당해 도금으로서는 예를 들어 Ni, Sn의 도금을 들 수 있다.
상기 PTC 소자의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1~0.7 mm, 바람직하게는 0.2~0.6 mm이다. PTC 소자의 두께를 0.7 mm 이하로 함으로써, 봉구체의 낮은 높이화가 보다 용이해진다. 또한, PTC 소자의 두께를 0.1 mm 이상으로 함으로써, 압출 성형에서의 제조가 용이해진다.
다른 양태에 있어서, 보호 소자(3)는 디스크 프로텍터일 수 있다.
상기 디스크 프로텍터는 바람직하게는
절연성 수지 또는 PTC 조성물에 의해 형성되고, 적어도 1개의 관통 개구부를 갖는 층상 요소,
상기 층상 요소의 각 주표면 위에 위치하는 도전성 금속 박층, 및
상기 관통 개구부의 적어도 1개를 규정하는 측면 위에 위치하고, 도전성 금속 박층을 전기적으로 접속하는 휴즈층을 갖는다.
상기 디스크 프로텍터는 절연성 수지 또는 PTC 조성물에 의해 형성된 층상 요소를 갖고 이루어지고, 이 층상 요소는 적어도 1개의 관통 개구부를 갖는다. 이 개구부는 층상 요소의 두께 방향에 따라 연장되어 층상 요소를 관통하고 있고, 그 두께 방향에 수직인 방향의 단면 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 원형인 것이 바람직하다. 이 경우, 관통 개구부는 원기둥상 공간부이다. 그러나, 다른 형상, 예를 들어 정사각형, 마름모꼴, 직사각형, 타원형일 수도 있다. 관통 개구부의 수는 적어도 1개이다. 즉, 1개 또는 2개 이상이며, 예를 들어 2개, 3개, 4개, 5개일 수도 있지만, 보호 소자로서의 디스크 프로텍터에 요구되는 보호의 정도에 따라, 적절히 선택할 수 있다. 1개의 관통 개구부를 갖는 경우, 관통 개구부는 층상 요소의 중심부, 보다 자세하게는 두께 방향에 수직인 방향의 단면 형상의 중심부에 위치하는 것이 바람직하다.
하나의 양태에 있어서, 상기 디스크 프로텍터의 층상 요소는 1개의 관통 개구부를 갖는다. 다른 양태에 있어서, 상기 디스크 프로텍터의 층상 요소는 복수의 관통 개구부를 갖는다. 이 경우, 층상 요소를 통과하는 전류가 가급적 균등하게 각 관통 개구부의 휴즈층을 흐르도록 관통 개구부를 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 중심 관통 개구부를 갖는 원환상의 층상 요소의 둘레상 부분(즉, 내측 둘레와 외측 둘레에 의해 규정되는 층상 요소의 본체 부분)에, 동일한 단면 형상 및 크기를 갖는 관통 개구부(「주변 관통 개구부」라고도 부른다)를 복수 설치한다. 이 경우, 원환을 규정하는 내측 둘레의 원의 중심에 관하여 등각도로 관통 개구부를 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 180°마다 2개, 120°마다 3개, 90°마다 4개, 60°마다 6개 관통 개구부를 설치한다.
상기 층상 요소를 구성하는 절연성 수지는 전기적으로 절연성을 갖는 수지이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 절연성 수지로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 불소계 수지 등의 수지를 들 수 있다. 특히 폴리에틸렌 또는 폴리불화비닐리덴과 같은 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 층상 요소를 구성하는 PTC 조성물은 상기 PTC 층상 요소에 관하여 기재한 PTC 조성물과 동일한 것이 이용된다.
상기 층상 요소는 그 각 주표면 위에, 즉, 그 양측의 주표면 위에 배치된 도전성 금속 박층을 갖고 이루어진다. 이 금속 박층은 도전성을 갖는 금속의 얇은 층(예를 들어, 두께가 0.1 μm~100 μm 정도인 층)이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 구리, 니켈, 알루미늄, 금 등의 금속에 의해 구성할 수 있다.
상기 디스크 프로텍터는 관통 개구부의 적어도 1개를 규정하는 측면 위에 위치하는 휴즈층을 갖는다. 이 휴즈층은 층상 요소의 양측 주표면에 위치하는 도전성 금속 박층을 전기적으로 접속하는 동시에, 한쪽의 주표면 위의 도전성 금속 박층으로부터 다른 쪽의 주표면 위의 도전성 금속 박층을 향해 과전류가 흐르려고 하는 경우에, 과전류가 집중적으로 휴즈층을 흐르는 결과, 그것이 용해되어 회로를 엶으로써, 그러한 전류의 흐름을 차단하는 기능(이른바 휴즈로서의 기능)을 갖는다. 그러한 휴즈층은 적어도 1개의 관통 개구부를 규정하는 측면 위에 형성되어 있다. 보다 자세하게는 양측의 도전성 금속 박층을 전기적으로 접속할 수 있는 한, 그러한 측면의 적어도 일부분에 휴즈층이 형성되어 있을 수도 있지만, 그러한 측면 전체에 걸쳐 형성되어 있는 것이 바람직하다. 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도전성 금속을 도금(예를 들어 전해 도금 또는 무전해 도금)하는 것에 의해 형성하는 것이 특히 바람직하다. 휴즈층의 두께는 도금 조건에 따라 조절할 수 있지만, 예를 들어 0.001~0.02 mm인 것이 바람직하다.
상기 휴즈층을 구성하는 금속으로서는 도전성이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 Ni, Cu, Ag, Au, Al, Zn, Rh, Ru, Ir, Pd, Pt, Ni-Au 합금, Ni-P 합금, Ni-B 합금, Sn, Sn-Ag 합금, Sn-Cu 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Ag-Cu-Bi 합금, Sn-Ag-Cu-Bi-In 합금, Sn-Ag-Bi-In 합금, Sn-Ag-Cu-Sb 합금, Sn-Sb 합금, Sn-Cu-Ni-P-Ge 합금, Sn-Cu-Ni 합금, Sn-Ag-Ni-Co 합금, Sn-Ag-Cu-Co-Ni 합금, Su-Bi-Ag 합금, Sn-Zn 합금, Sn-In 합금, Sn-Cu-Sb 합금, Sn-Fe 합금, Zn-Ni 합금, Zn-Fe 합금, Zn-Co 합금, Zn-Co-Fe 합금, Sn-Zn 합금, Pd-Ni 합금 및 Sn-Bi 합금을 들 수 있다.
바람직한 양태에 있어서, 상기 휴즈층은 적어도 1개의 고융점 금속에 의해 형성되는 고융점 금속층 및 적어도 1개의 저융점 금속에 의해 형성되는 저융점 금속층이 적층되어 있다.
상기 고융점 금속으로서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 Ni, Cu, Ag, Au, Al, Zn, Sn, Rh, Ru, Ir, Pd, Pt, Ni-Au 합금, Ni-P 합금 및 Ni-B 합금을 들 수 있고, 특히 Ni가 바람직하다.
상기의 고융점 금속을 이용하는 경우, 상기 저융점 금속으로서는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 Sn, Sn-Ag 합금, Sn-Cu 합금, Sn-Ag-Cu 합금, Sn-Ag-Cu-Bi 합금, Sn-Ag-Cu-Bi-In 합금, Sn-Ag-Bi-In 합금, Sn-Ag-Cu-Sb 합금, Sn-Sb 합금, Sn-Cu-Ni-P-Ge 합금, Sn-Cu-Ni 합금, Sn-Ag-Ni-Co 합금, Sn-Ag-Cu-Co-Ni 합금, Su-Bi-Ag 합금, Sn-Zn 합금 및 Sn-Bi 합금을 들 수 있고, 특히 Sn, Sn-Cu 합금 또는 Sn-Bi 합금이 바람직하다.
상기 디스크 프로텍터의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1~0.7 mm, 바람직하게는 0.2~0.6 mm이다. 디스크 프로텍터의 두께를 0.7 mm 이하로 함으로써, 봉구체의 낮은 높이화가 보다 용이해진다. 또한, 디스크 프로텍터의 두께를 0.1 mm 이상으로 함으로써, 압출 성형으로의 제조가 용이해진다.
상기 제2 캡(4)은 상기 보호 소자(3) 위에 배치되어, 보호 소자(3)와 전기적으로 접속되어 있다. 하기와 같이, 제2 캡(4)은 제1 캡(2)과는 전기적으로 절연되어 있다.
상기 제2 캡(4)은 가스 배출구(8)를 갖는다. 당해 가스 배출구(8)는 전해액 및/또는 활물질 등의 이상 반응에 의해, 전지 내부에서 가스가 발생하여, 전지 내압이 상승하여 방폭 밸브(13)가 작동했을 때에, 가스를 배출하기 위해 설치된다. 가스 배출구(8)의 배치, 수는 특별히 한정되지 않는다.
상기 제2 캡은 도전성 금속으로 형성된다. 당해 도전성 금속은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 봉구체가 리튬 이온 전지용인 경우, 니켈 도금강인 것이 바람직하다.
본 개시의 봉구체에 있어서, 절연성 개스킷(5)은 전해액에 대해 내성이 있고, 절연성이면, 일반적으로 이용되는 개스킷을 이용할 수 있다. 예를 들어, 당해 절연성 개스킷의 재료로서는 절연성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등을 들 수 있다.
상기 절연성 개스킷(5)은 제1 캡(2)과, 보호 소자(3)(상세하게는 도시한 양태에서는 보호 소자(3)의 제2 캡(4)측의 주표면 위의 전극) 및 제2 캡(4) 사이의 절연을 확보한다. 이 제1 캡과 보호 소자 및 제2 캡 사이를 절연함으로써, 제1 캡으로부터 제2 캡에 직접 전류가 흐른다, 환언하면, 보호 소자를 통하지 않고 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 보호 소자가 작동하여, 제1 캡으로부터 보호 소자를 통하여 제2 캡으로 흐르는 전류를 차단함으로써, 봉구체를 흐르는 전류를 차단하는 것이 가능해진다.
상기 절연성 개스킷(5)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.05~0.8 mm, 바람직하게는 0.1~0.6 mm, 보다 바람직하게는 0.2~0.5 mm이다.
도시한 양태에서는 제1 캡(2)의 내측에, 보호 소자(3) 및 제2 캡(4)을 겹쳐, 보호 소자(3) 및 제2 캡(4)의 주위 및 제2 캡(4)의 플랜지부(10) 위에, 절연성 개스킷(5)을 설치한다. 보호 소자(3), 제2 캡(4) 및 절연성 개스킷(5)은 도시한 것처럼 설치한 후, 제1 캡(2)의 조임부(11)에 의해 고정된다.
도시한 봉구체(1)는, 예를 들어 아래와 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 조임부(11)가 신장된 상태인 접시형 제1 캡(2)을 준비한다. 이 제1 캡의 벽면의 내측에 절연성 개스킷(5)을 설치한다. 이때, 제1 캡의 저면부에는 절연성 개스킷(5)을 설치하지 않는다. 이어서, 제1 캡의 내부에, 보호 소자(3), 제2 캡(4)을 순서대로 겹친다. 마지막으로, 제1 캡(2)의 조임부(11)를 내측으로 구부리고, 보호 소자(3), 제2 캡(4) 및 절연성 개스킷(5)을 조여 고정한다.
그 다음, 제1 캡(2)의 외측면에 오목부(7)를 형성한다. 오목부(7)는 제1 캡(2)의 저면측에서 때려 박거나, 혹은 금형에 끼움으로써 제조할 수 있다. 이것에 의해, 오목부(7)에 대향하는 내측면에 볼록부(6)가 동시에 형성된다. 이때, 볼록부(6)가 보호 소자(3)의 전극 부분에 강하게 눌림으로써, 표면의 산화 피막이 파괴되어, 제1 캡(2)과 보호 소자(3) 사이의 양호한 전기적 접속이 달성된다.
다른 방법으로서, 보호 소자(3) 및 제2 캡(4)을 배치하기 전에, 미리 제1 캡(2)에 볼록부(6)를 형성해 있을 수도 있다. 이 경우, 보호 소자(3) 및 제2 캡(4)을 배치하고, 조여 고정할 때의 압이 볼록부(6)에 집중되고, 이것에 의해 표면의 산화 피막이 파괴되어, 제1 캡(2)과 보호 소자(3) 사이의 양호한 전기적 접속이 달성된다.
본 개시의 봉구체는 제1 캡(2)과 보호 소자(3)가 주로 볼록부(6)에 있어서 접촉하는 것으로부터, 조임압이 볼록부(6)에 집중되어, 제1 캡(2)과 보호 소자(3)의 전기적 접속이 양호해져, 전기적 특성이 향상되고, 또한, 환경 내성도 향상된다.
본 개시의 봉구체는 밀폐형 전지, 특히 원통형 전지, 구체적으로는 원통형 리튬 이온 이차전지의 봉구체로서 바람직하게 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 봉구체를 갖는 밀폐형 전지, 특히 원통형 전지, 구체적으로는 원통형 리튬 이온 이차전지도 제공한다.
이상, 본 개시의 봉구체의 하나의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 당해 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
도 4 및 하기 표에 나타내는 치수를 갖는 봉구체를 제작했다. 구체적으로는 제1 캡(알루미늄제)의 내부 측면에, 개스킷(폴리프로필렌제)을 배치하고, 제1 캡의 저부 위에 디스크 프로텍터(두께：0.4 mm；절연성 수지：폴리에틸렌；도전성 금속 박층：니켈；휴즈층：니켈) 및 제2 캡(니켈 도금강)을 배치하고, 제1 캡의 조임부를 내측으로 구부리고, 보호 소자와 제2 캡을 조임에 의해 고정했다. 보호 소자와 제2 캡을 고정한 후, 봉구체를 금형에 끼워, 제1 캡의 저부의 외측면으로부터 프로젝션 가공을 수행하여, 볼록부 및 오목부를 형성했다. 볼록부의 직경은 1.6 mm, 높이는 0.080 mm이며, 오목부의 직경은 0.75 mm, 깊이는 0.160 mm였다. 또한, 보호 소자의 볼록부와의 접촉 부분의 우묵한 곳은 직경 1.10 mm, 깊이 0.040 mm였다.
| t1 | t2 | t3 | t4 | t5 | t6 | t7 | t8 |
| 0.4 | 2.0 | 16.2 | 9.0 | 8.0 | 13.2 | 9.0 | 0.4 |
단위：mm
실시예 2
디스크 프로텍터의 절연성 수지로서, 폴리에틸렌 대신에 폴리불화비닐리덴을 이용하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 봉구체를 제조했다.
실시예 3
디스크 프로텍터 대신, PTC 소자(수지 조성물：폴리에틸렌)를 이용하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 봉구체를 제조했다.
비교예 1
프로젝션 가공을 수행하지 않는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 비교예 1의 봉구체를 제작했다. 비교예 1의 봉구체는 볼록부를 갖지 않는다.
비교예 2
프로젝션 가공을 수행하지 않는 것 이외는 실시예 2와 동일하게 하여, 비교예 2의 봉구체를 제작했다. 비교예 2의 봉구체는 볼록부를 갖지 않는다.
비교예 3
프로젝션 가공을 수행하지 않는 것 이외는 실시예 3과 동일하게 하여, 비교예 3의 봉구체를 제작했다. 비교예 3의 봉구체는 볼록부를 갖지 않는다.
시험예
·온도 충격 시험
실시예 1~2 및 비교예 1~2의 봉구체 각 5개에 대하여, 온도 충격 시험을 수행했다. 구체적으로는 하기 1~3의 사이클을 반복했다.
1.85℃로 가온, 85℃에서 30분 유지, 5분에 -40℃로 냉각, -40℃에서 30분 유지, 25℃로 가온의 온도 프로파일로 보존
2. 1시간 상온 방치
3. 상온에서 저항 측정
저항 측정은 제1 캡 중심과 제2 캡 중심 사이의 저항을, 히오키덴키가부시키가이샤 제품인 밀리옴 하이테스터 HIOKI3227을 이용하여, 4단자 측정법으로 측정함으로써 수행했다.
결과를, 실시예 1~2 및 비교예 1~2에 대해서는 264사이클 후의 저항 변화율을 5개의 시료의 평균으로서, 실시예 3 및 비교예 3에 대해서는 105사이클 후의 저항 변화율을 10개의 시료의 평균으로서, 하기 표에 나타낸다.
| 보호 소자 | 절연성 수지 | 볼록부 | 저항 변화율(%) | |
| 실시예 1 | DP | PE | 있음 | 26.521 |
| 실시예 2 | DP | PVDF | 있음 | 1.138 |
| 실시예 3 | PTC | PE | 있음 | 0.886 |
| 비교예 1 | DP | PE | 없음 | 89.186 |
| 비교예 2 | DP | PVDF | 없음 | 43.257 |
| 비교예 3 | PTC | PE | 없음 | 5.824 |
DP：디스크 프로텍터
PTC：PTC 소자
PE：폴리에틸렌
PVDF
본 개시의 봉구체는 각종 전지의 봉구체로서 이용할 수 있다.
1: 봉구체
2: 제1 캡
3: 보호 소자
4: 제2 캡
5: 절연성 개스킷
6: 볼록부
7: 오목부
8: 가스 배출구
10: 플랜지부
11: 조임부
12: 저부
13: 방폭 밸브
2: 제1 캡
3: 보호 소자
4: 제2 캡
5: 절연성 개스킷
6: 볼록부
7: 오목부
8: 가스 배출구
10: 플랜지부
11: 조임부
12: 저부
13: 방폭 밸브
Claims (19)
- 전지용 봉구체로서,
(1) 저부와 조임부를 갖는 제1 캡과,
(2) 상기 제1 캡의 저부 위에 위치하는 보호 소자와,
(3) 상기 보호 소자 위에 위치하는 제2 캡
을 갖고, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡은 상기 제1 캡의 조임부에 의해 고정되어 있고,
상기 제1 캡은 상기 저부의 내측면의 상기 보호 소자와의 접촉 영역에 볼록부를 갖는
것을 특징으로 하는 봉구체. - 제1항에 있어서, 상기 제1 캡의 볼록부는 복수 존재하는, 봉구체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 캡의 저부는 평면시에 있어서 원환상이며, 상기 볼록부가 상기 저부의 중심에 대하여 균등하게 배치되어 있는, 봉구체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 캡은 상기 저부의 외측면의 상기 볼록부에 대향하는 위치에 오목부를 갖는, 봉구체.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 캡은 알루미늄제인, 봉구체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼록부의 높이는 5~200 μm인, 봉구체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 소자는 PTC 소자인, 봉구체.
- 제7항에 있어서, 상기 PTC 소자는 PTC 층상 요소와, PTC 층상 요소의 각 주표면 위에 위치하는 도전성 금속 박층을 갖고, 당해 PTC 층상 요소는 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 폴리머 조성물로 구성되어 있는, 봉구체.
- 제7항에 있어서, 상기 PTC 소자는 PTC 층상 요소와, PTC 층상 요소의 각 주표면 위에 위치하는 도전성 금속 박층을 갖고, 당해 PTC 층상 요소는 폴리불화비닐리덴을 주성분으로 하는 폴리머 조성물로 구성되어 있는, 봉구체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 소자는 디스크 프로텍터인, 봉구체
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 소자는
절연성 수지 또는 PTC 조성물에 의해 형성되고, 적어도 1개의 관통 개구부를 갖는 층상 요소와,
상기 층상 요소의 각 주표면 위에 위치하는 도전성 금속 박층과,
상기 관통 개구부의 적어도 1개를 규정하는 측면 위에 위치하고, 도전성 금속 박층을 전기적으로 접속하는 휴즈층
을 갖는, 봉구체. - 제11항에 있어서, 상기 층상 요소는 절연성 수지에 의해 형성되고, 당해 절연성 수지는 폴리에틸렌인, 봉구체.
- 제11항에 있어서, 상기 층상 요소는 절연성 수지에 의해 형성되고, 당해 절연성 수지는 폴리불화비닐리덴인, 봉구체.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 원통형 전지용인, 봉구체.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 리튬 이온 이차전지용인, 봉구체.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재한 봉구체를 갖는, 밀폐형 전지.
- 제16항에 있어서, 원통형 전지인, 밀폐형 전지.
- 제16항 또는 제17항에 있어서, 리튬 이온 이차전지인, 밀폐형 전지.
- (1) 저부와 조임부를 갖는 제1 캡과, (2) 상기 제1 캡의 저부 위에 위치하는 보호 소자와, (3) 상기 보호 소자 위에 위치하는 제2 캡을 갖고, 상기 제1 캡의 조임부에 의해, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡이 고정되어 있고, 상기 제1 캡은 상기 저부의 내측면에 볼록부를 갖는 봉구체의 제조 방법으로서,
상기 제1 캡의 저부 위에 상기 보호 소자를 배치하고, 추가로 당해 보호 소자 위에 상기 제2 캡을 배치하는 것,
상기 제1 캡의 조임부를 조임으로써, 상기 보호 소자 및 상기 제2 캡을 고정하는 것, 이어서
상기 제1 캡의 저부의 외측면에 오목부를 형성함으로써, 저부의 내측면의 오목부에 대향하는 위치에 상기 볼록부를 형성하는 것
을 포함하는 제조 방법.
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