KR890000305B1 - 공기음극 버튼 전지 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

공기음극 버튼 전지

[도면의 간단한 설명]

제1도는 종래의 음극캔 구조의 단면도.

제2도는 본 발명에 의한 전지의 음극캔 구조의 단면도.

제3도 내지 제7도는 본 발명의 전지에서 사용하는 홈 패턴들의 평면도.

제8도 및 제9도는 본 발명에 의한 전지의 또 다른 음극캔 구조의 단면도.

제10도는 본 발명에 의한 전지의 단면도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

11 : 음극캔 12 : 주원통형중공몸체

13 : 소형의원통형중공몸체 15 : 레지

16 : 공기유입포오트 17 : 기체확산기

18 : 방수막 19 : 음극활성층

21 : 음극캔 22 : 중공원통

25 : 홈 25a : 소수층홈

28 : 소수성층 29 : 공기음극

30 : 양극용기 32 : 절연링

33 : 그로밋재료 34 : 분리기

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 통상적으로 버튼전지라고 알려진 전지, 특히 공기음극이있는 버튼전지에 관한 것이다. 버튼전지는 일반적으로 디스크 또는 펠릿모양으로 되어있고, 직경 약 25mm, 높이 약 15mm의 소형전지 이다. 더구나, 이러한 소형전지는 최종제품(동력공급장치)의 기하학적 허용 오차를 충족시키고, 부식성 전해질의 누출을 방지하기 위하여 상당히 정밀하게 제조하여야 한다.

버튼전지에 공기음극어셈블리, 즉 공기속의 산소가 음극으로 작용할 수 있게하는 구조적 및 화학적 특징들이 결합되어 있으면, 제조문제가 매우 복잡하게 된다. 더 상세히 말하면, 전지가 제대로 기능할 수 있으려면, 전지에 공기가 전지속으로 들어가고, 불필요한 질소와 기타 기체들은 들어가지 못하게 하는 포오트(port)가 적어도 1개 이상 있어야 한다. 이러한 포오트는 전해질로 부터 격리시키고, 이를 위한 밀봉은 전지를 밀폐할때, 전해질을 밀봉을 통하여 밀어내려는 내력(internal force)뿐 아니라, 전지를 사용하는 동안에 계속하여 존재하는 이러한 힘에 저항할 수 있을 정도로 견고하게 하여야 한다. 누출을 촉진시키는 내력은 전지사용중 온도 및 습도의 상승 뿐 아니라, 공기음극이 있는 전지의 경우에는 전지에 들어있는 성분들의 질량이 사용 중 증대되기 때문에, 점점 증가하게 된다. 전지는 대개 아연의 산화물을 생성물로서 생성시키기 때문에, 공기에서 나오는 산소는 결국 양극재료와 결합한다. 전지속에 산화아연의 함량이 증가됨에 따라, 전지의 밀봉 수단에 대하여 작용하는 힘이 커져간다. 따라서, 공기전지(즉, 공기음극어셈블리가 있는 전지)는 전지의 수명기간 중 공기가 새지 아니하는 내압밀봉이 보장될 수 있는 정밀성과 허용오차로 제조하는 것이 매우 중요하다.

공기전지에 있어서는, 전기내의 양극활성 질량을 최대화 하는 것도 중요하다. 공기전지는 소형이기 때문에, 전지의 내부 공간을 충분히 활용하지 못하면 사용자가 기대하는 정도로 전지의 수명을 유지하지 못하게 된다. 해결하여야 할 또 다른 문제는 신속한 활성화이다. 공기전지를 최초로 사용하기 전에 저장하여둘 때에는 통상적으로 공기유입포오트 위를 밀봉한다. 전지를 사용할때, 봉함물, 즉 접착테이프조각을 떼어내고, 전지를 동력공급장치속에 집어넣는다. 이러한 봉합물의 제거와 동력장치가 필요로하는 수준으로 동력이 발생하기 시작할 시기 사이의 간격은 되도록 짧아야 하고, 기타의 조건들도 충족되어야 한다.

공기전지는 저렴한 실비로 대량생산하는 것이 중요하다. 따라서, 현실적으로 전지제조에 수반되는 문제를 비용이 많이 소요되거나, 작용속도가 느린 해결책은 이용할 수 없다.

제1도는 현재 사용하고 있는 버튼형 공기전지의 음극캔(cathode can)구조의 단면과 재래식 공기음극 어셈블리의 요소들을 도시한 것이다. 닉켈도금강과 같은 금속으로 만든 음극캔(11)은 한끝이 폐쇄되고, 다른 끝이 개방된 소형의 원통형중공몸체(13)에 합체되어 있는 주원통형중공몸체(12)로 구성되어 있다. 소형의 원통형중공몸체(13)는 저부(14)에 의하여 폐쇄되고, 레지(ledge)(15)에 의하여 주원통형중공몸체에 접합되어 있다. 공기유입포오트(16)는 저부(14)를 관통한다. 음극천(11)은 위에서 말한 요소들로 만드는 것으로 보지만, 이 분야에 종사자들은 단일금속조각을 스탬핑 (stamping) 및/또는 인장시켜서 일체화된 캔(11)으로 만든다는것을 잘 알고 있다. 음극캔(11)의 내부에는 저부에서 상부쪽으로 기체활상기(17), 방수막(18)(대개 폴리테트라플루오르에틸렌[PTFE]으로 제조하였음), 음극활성층(19)등이 배치되어 있다. 음극캔(11)을 이용하는 재래식 전지는 폐쇄할때, 밀봉압력을 화살표(20)방향으로 가하여 막(18)을 막이 머물러 있는 레지의 내표면과 밀봉적으로 맞물리게 하는 수단을 제공한다.

버튼전지는 상관례 및 최종용도에 의하여 요구되는 최대한의 허용오차로 만들어져 있음을 감안할때, 막(18)-레지(15)밀봉만을 양호하게 하기 위하여 폐쇄압력을 무차별적으로 가할 수 없다. 캔(11)의 허용오차가 충분하지 아니한 경우에는 폐쇄 중 화살표(20)방향으로 더 큰 힘을 발생시키기 위하여 상부(도시하지 않음)를 너무 세게내려 누르면, 제품이 상업용으로는 너무 부실한 것으로 되기 때문에, 너무 강한 압력을 가하지 못한다. 폐쇄 중, 음극캔(11)의 허용오차상 허용되는 통상치 이하의 힘으로 상부를 반대방향으로 누르게 되면 위와 비슷하나, 그 반대되는 결과가 생기게 된다.

본 발명의 목적은 생산상의 난점들을 최소화하고, 전지내의 양극 재료함량을 최대화하며, 허용오차상의 난점을 더 적게 하고, 공기를 공기유입포오트를 통하여 유입시키면 이를 신속히 활성화시키는 새로운 구조설계의 공기음극이 있는 버튼전지를 제공하는 것이다.

본 발명은 공기유입포오트가 달린 평면캔저부에 공기음극어셈블리가 직접 맞대어 있고, 여기에서 그 주변이 밀봉된 공기음극이 버튼전지를 제공한다. 캔저부 또는 공기음극어셈블리의 인접표면 또는 양자에는 주변밀봉부분에서 중앙으로 상기주변밀봉부분의 가장자리에서 끝나고, 공기유입포트를 거쳐 유입된 공기가 공기유입포오트의 단면적에 비하여 더 넓은 면적에 걸쳐 공기음극어셈블리의 인접표면과 접촉하게 하는 기체통로를 제공할 수 있도록 공기유입포오트와 통하여 있는 홈들을 제공하기 위하여 홈이 파여있다.

본 발명을 실시함에 있어서, 제2에 도시한 바와같이, 접합부(24)에서 4각무단식으로 중공원통(22)과 접합되어 있는 저부(23)에 의하여 한끝이 둘러싸인 중공원통(22)으로 구성된 음극캔(21)을 제공한다. 저부(23)에는 재래식캔에서와 마찬가지로, 공기유입포오트(16)가 포함되어 있고, 캔저부(23)의 내면(26)에는 캔저부(23)의 내측주변을 빙둘러 뻗어있는 평면밀봉면(27)의 중앙쪽으로 와플패턴(waffle pattern)의 홈들이 제공되어 있다. 제2도에는 도시되어 있지 아니하나, 홈(25)들은 공기유입포오트와 통하여 있어서, 공기음극(29)의 넓은 소수성면(28)과 직접 접촉하는 공기채널들을 제공한다. 제3도 내지 제7도는 본 발명에 의한 전지의 캔저부에 이용할 수 있는 홈의 패턴들을 축소하여 도시한 것이다. 제3도 내지 제7도는 각각 홈(25)들이 캔저부(23)의 중앙부분을 차지하거나, 그안에 놓여있고, 주변부분(27)은 홈이 없는 상태로 있는 것을 도시 하였다.

제8도는 공기유입포오트(16)가 들어있는 평저부(23)와 일체를 이루고 있는 중공원통구조를 가진 음극캔(21)에 평내면이 있으나, 공기음극구조(29)와 인접되고, 이 공기음극구조의 소수성층(28)에는 중앙쪽으로 홈(25a)들과 압력밀봉을 할 수 있게 되어있는 평면주변부분(27)이 포함되어 있는 또 다른 구조를 도시한 것이다. 제9도는 제2도의 캔홈(25)과 제8도의 소수층홈(25a)을 결합시킨 또 다른 구조를 도시한 것이다. 제8도 및 제9도에서 주변평면인접부분(27)들은 밀봉용으로 제공한 것이다.

제10도는 완성된 전지를 도시한 것이다. 제10도에 있어서, 적어도 1개 이상의 포오트(16)가 있고, 그 저부(23)에 홈(25)들이 파여 있는 음극캔(21)은 양극용기(30)에 따라 공기음극(29)과 함께 조립되어 있다. 양극용기(30)에는 양극전해질 덩어리, 즉 분말아연이 수성 KOH 전해속에 들어있고, 이 용기는 2개 방단부의 주변이 절연링(32)위에 눌리고, 그 몸체는 음극캔(21)의 내표면과 양극용기(30)의 외표면사이에서 음극캔(21)의 변형에 의하여 압착되는 그로밋(grommet)재료(33)에 의하여 음극캔(21)의로 부터 전기적으로 절연될 수 있도록 조립되어 있다. 본 기술분야의 종사자들은 음극캔(21)이 닉켈도금강과 같은 가변성금속으로 만들어져 있기 때문에, 양극용기(30)를 둘러싸기 위하여 음극캔(21)을 변형시키면 통상적으로 조립된 전지의 저부(23)에 약간의 오목곡률이 생긴다는 것을 알고있다.

제10도에 도시한 전지는 재래식공기음극전지에 비하여 허용오차의 문제가 없는 제품이기 때문에, 곤란 없이 결함이 적게 대량생산 할 수 있다는 점에서 유리하다. 그 외에도, 분리기(34)와 공기음극(29)을 통하여 링(32)을 평표면(27)에 압착시켜서 실시하는 밀봉은 전해질이 공기유입포오트(16)를 통하여 누출되는 것을 효과적으로 방지한다. 본 발명의 전지는 특정한 전지 크기에 들어있는 양극물질의 양이 재래식전지에 비하여 더 많다는 것도 그 특징이다.

Claims (7)

1. 공기음극어셈블리, 양극, 전해질 및 분리기가 양극캔이 포함된 전지어셈블리내에 들어 있는 버튼전지에 있어서, 양극캔의 개방단은 음극캔 속으로 뻗어있고, 양극캔과 음극캔 사이에는 그로밋 재료가 압착되어있고, 조립하였을때, 상시음극캔에는 그 저부에 전지의 외부와 통하여 있는 적어도 1개 이상의 포오트가 포함되어 있고, 음극캔의 저부내면과 이에 인접한 상기 음극어셈블리면 중 적어도 하나 이상에, 상기 포오트 근방에서 포오트와 멀리 떨어진 다수의 위치에서 포오트 및 음극어셈블리와 통하여 있는 기체확산 통로의 범위를 한정하는 다수의 홈들이 포함되어 있고, 상기 홈들이 음극어셈블리와 음극캔저부 내면의 주변내에 있는한 주변에서 종료되어 밀봉현상내에 함께 압착되어 있는 홈 없는 인접주변을 제공하는 버튼전지.
2. 제1항에 있어서, 상기홈들이 음극캔의 저부 내면상에 있는 버튼전지.
3. 제1항에 있어서, 상기홈들이 음극에 대향하는 음극어셈블리면상에 있는 버튼전지.
4. 제2항에 있어서, 상기전지저부내에 있는 적어도 1개 이상의 포오트가 중앙에 위치하고, 상기홈들의 적어도 일부가 중앙에 위치한 포오트로 부터 외측을 향하여 방사상으로 파여있는 버튼전지.
5. 제4항에 있어서, 보충홈들이 상기포오트에 대하여 중앙쪽에 위치하여 있는 버튼전지.
6. 제2항에 있어서, 상기홈들이 와플패턴으로 되어 있는 버튼전지.
7. 제6항에 있어서, 저부에 다수의 포오트들이 포함되어 있는 버튼전지.

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