KR940007631B1 - 전지 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

전지
[도면의 간단한 설명]
제 1 도는 본 발명에 의해 제조된 전지의 분해된 사시도이며,
제 2 도는 전지의 단일셀에 관한 단면 입면도이며,
제 3 도는 제 2 도의 선 3-3을 따라 취한 단면도이고,
제 4 도는 셀 공동내에 있는 전극들의 배치를 도시한 용기에 관한 평면도이다.
제 5 도는 용기 덥개의 저면도이며,
제 6 도는 제 5 도의 선 6-6을 따라 취한 단면도이고,
제 7 도는 제 5 도의 선 7-7을 따라 취한 단면도이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 전지에 관한 것으로서, 특히 밀봉된 휴대용 전지에 관한것이다.
내부 저항을 최소화시키고 셀들로부터 전해액 누설을 방지하기 위하여 다양한 장치들이 소형 다중 셀(multicell) 전지들에 사용되어왔다. 소기의 전압을 갖는 전지를 만들기 위하여, 완전하게 밀봉된 개별적인 셀들을 형성하여 개별적인 셀들을 전기적으로 연결시키는것이 주지되었다. 비록 이러한 구조는 누설을 방지하기 위해서는 효과적이지만, 대부분의 용도에 관하여는 너무 복잡하고 값이 비싸다.
셀들이 일체화되어 형성된 다중셀 전지를 만드는 것이 또한 주지되었다. 미합중국 특허 제 4, 121, 017호에는 성형된 플라스틱 용기내에 형성된 별개의 셀 격실들을 포함하는 전지가 개시되어있다. 각각의 격실들은 한쌍의 전극들을 포함하며, 용기덮개가 격실들 위에서 밀봉되어 있다. 인접한 셀들은 공통 벽을 통하여 전기적으로 연결되어 있으며, 전지단자들이 전지의 양쪽면들에 있는 특별한 채널들이 접속들을 통하여 셀들과 결합된다. 이 전지에 관한 문제점은 셀벽들을 통하여 만들어진 접속부분들이 누설방지를 보장하기란 매우 어렵다는 것이다.
영국 특허 출원 제 510, 238호에는 접극접속부분들이 셀 덮개에 내장된 축적지가 개시되어있는데, 전극 접속부분들은 전지 셀들이 정(+) 플레이트와 부(-) 플레이트의 러그(lug)에 용접된 부가물들을 가지고 있다. 홈들이 덮개의 하부 면에 형성되어 있으며, 이 홈들은 셀들의 벽들을 셀 덮개에 대하여 밀봉시키도록 사용되는 매스(mess)로 메워진다. 유체를 전지에 첨가시키기 위하여 충전 홀(hole)들이 상부벽에 제공된다. 이러한 구조는 전지가 밀봉되어야만 하고 오랜 사용기간에 걸쳐서 밀봉된채로 유지되어야만하는 리듐전지와 같은 응용적인 사용에 관해서는 적당하지가 않다.
[발명의 개시]
본 발명의 목적은 상술한 선행기술에서의 문제들을 해결하여 개선된 구조를 갖는 누설방지전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일예에 따르면, 다수의 셀 공동(cavity)들을 갖는 용기, 한쌍의 전극들과 그 전극들 사이의 격리판 재료를 포함하며 상기 공동들 각각에 내재하는 전극조립물, 상기 셀 공동들 각각에 내재하는 전해액, 상기 셀 공동들 각각을 밀봉시키기 위하여 상기 용기상에 용융되어 있으며 상기 용기상에 있는 덮개를 포함하고, 상기 덮개가 화학적으로 변형된 폴리올레핀(polyolefin)으로 형성되어 그 안에 성형된 전도성 삽입물들을 가지며, 상기 삽입물들이 인접한 셀공동들의 전극들 사이와, 전극들과 전지단자들 사이와의 전지접속들을 형성하도록 상기 폴리올레핀에 결합되어 있다.
본 발명의 한 실시예에서, 전지는 3개의 셀 공동들을 갖는 성형된 용기를 포함한다. 각각의 셀 공동들은 포개진 전극조립물을 포함하며, 전지 덮개가 셀 공동들을 밀봉시킨다. 전지덮개는 그 안에 밀봉된 스테인레스강 삽입물들을 지니는데, 이들은 셀 공동들의 전극들과 결합되어 셀 상호간 접속부분들 및 셀들과 전지단자들 사이의 접속부분들을 형성한다.
본 발명의 전지는 내충격성이며, 밀봉되고 매우 영구적이다. 이러한 장점들은 전지 구조에 특별히 적합한 재료들의 사용과 전지의 전지접속 부분들이 전지의 용기덮개 재료에 결합된 전도성 삽입물들에 의해 만들어진 통합된 구조의 사용을 통하여 달성된다. 이러한 구조는 전해액들을 특히 포함하기에 곤란한 리듬-망간 산화울 전지들과 같은 전지들에 특히 적당하다. 본 발명의 다른 장점은 극소수의 공간이 전지 접속부분을 위해 상기되기 때문에 내부 체적의 넓은 부분이 셀들을 위하여 사용될 수 있다는 것이다. 따라서, 본지의 주어진 크기에 대하여, 전지용량이 더욱 커질수 있다.
본 발명의 실시예들이 첨부한 도면들을 참조하여 예를 들어 기술된다.
[발명의 실시하기 위한 최선의 형태]
본 발명은 리듐-망간 산화물 전지에 관하여 이후로 기술된다. 그러나, 본 발명은 또한 전해액들을 포함하기에 곤란한 다른 형태의 전지들에도 적용할 수 있다. 제 1 도를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 전지(10)가 도시되어 있다. 전지(10)는 세개의 셀들(14)을 포함하는 용기(12)를 포함한다. 전지 덮개(20)가 용기(12)에 첨부되어 있으며 용기 덮개(22)와 단자 플레이트(26)를 포함한다. 전지(10)를 도시되지 않은 전력 인출장치에 연결하기 위하여 정단자(27)와 부단자(29)가 단자 플레이트(26)상에 제공된다.
용기(12)는 초프드 글라스(chopped glass)로 이루어진 보강 충전재를 갖는 폴리프로필렌과 같은 재료로 부터 사출성형함으로써 형성될 수 있다. 용기(12)는, 세개의 공동들(30)로 형성된다. 제1-4도에 도시된 것처럼, 셀 공동들(30) 각각은 양극(36)과 음극(38)을 포함하는 전극 조립물(34)을 포함한다. 리듬이 1밀(mil)의 스테인레스 강박 전류 수집기상에 피복되어 있으며 두층 또는 세층들을 갖는 도시되지 않은 적층구조로서 양극(36)이 형성될 수 있다. 스테인레스 강박의 일부분은 양극단자(40)를 형성하기 위하여 피복되지 않은 채 남겨진다. 셀가드(Celgard)TM4510과 같은 다공질의 전기절연 재료가 격리판을 형성하기 위하여 리듬위를 감싼다. 음극(38) 역시 적층구조(도시되지 않음)이며 한측면 또는 양측면상에 MnO2, 탄소 및 테플론(Teflon)TM의 혼합물로 피복된 스테인레스강 격자수집기를 포함한다. 이 수집기의 일부분은 음극단자(42)로서 작용하기 위해 피복되지 않는다. 전극 조립물(34)은, 양극과 음극이 전지접촉을 하지 않도록 음극(38)을 양극(36)의 상부상에 위치하고 공동(30)으로 삽입될 수 있는 형태로 접혀짐으로써 형성된다. 이러한 형태의 한 실시예가 제 2 도에 도시된 아코디온처럼 접혀진 전극 조립물(34)이다. 전극 조립물(34)에 관한 더욱 자세한 설명은 유럽 특허 출원 제 86303664.6호에 제공되어 있다. 단락회로 또는 기타 고장의 경우 용기의 파열에 대비하기 위하여 전극 조립물(34)에 도시되지 않은 온도 퓨즈를 삽입시키는 것이 바람직하다.
덮개(22)는 셀들을 직렬로 연결시키기 위하여 인접한 셀들(14)사이에서 전기 접속들을 형성하는 두개의 U-자형 삽입물들(50)을 포함한다. 덮개(22)는 또한 셀들(14)과 단자 플레이트(26) 사이에서 전기접속부분들을 형성하는 삽입물들(52 및 54)을 포함한다. 삽입물(52)이 음극(38)과 전지단자(27) 사이에서 접속부분을 형성하며 삽입물(54)이 양극(36)과 전지 단자(29) 사이에서 접속부분을 형성한다.
제5-7도에 도시된 것처럼, 셀들(14) 사이와 셀들(14)과 전지 단자들(27 및 29) 사이에 전지접속 부분들을 형성하기 위해 사용될 수 있으며 유체가 새지않는 덮개(22)를 얻기 위하여, 용기 덮개(22)는 이 안에 밀봉된 삽입물들(50, 52 및 54)을 지닌 유전성 플라스틱 재료로 형성된다. 용기 덮개(22)를 제조하는 한 방법은 사출 성형에 의해 이 덮개(22)를 형성하는 것이다. 삽입물들(50, 52 및 54)이 도시되지 않은 성형물내에 위치된다. 이후로 삽입물 금속과 플라스틱 재료 사이의 화학적 결합을 활성화시키기에 충분한 온도로 삽입물들(50, 52 및 54)이 가열된다. 삽입물들(50, 52, 및 54)은 도시되지 않은 수소 연료 분출기에 의해 최소한 400℉ 온도로 가열되며, 가열후, 약 375℉와 475℉ 사이의 온도에 있는 플라스틱재료가 덮개(22)를 형성하기 위하여 성형물을 사출된다. 화학적으로 변형된 폴리올레핀들이 덮개(22)를 형성하기 위해 매우 적합하다는 것이 발견되었다. 이러한 바람직한 재료가 열가소성 프로필렌-에틸렌 엘라스토머-아크릴산 터폴리머(terpolymer)이며 폴리올레핀에 의해 화학적으로 변형된 폴리본드(polybond)TM1016으로서 이 재료는 뉴저지주, 핵캐트스타운 소재의 비.피.퍼퍼먼스 플리머즈 아이엔시. 에 의해 판매되고 있다. 삽입물들(50, 52 및 54)에 관한 바람직한 재료는 304 유형의 스테인레스강이다. 덮개(22)는 또한 열가소성 프로필렌-아크릴산 코폴리머인 폴리올레핀에 의해 화학적으로 변경된 폴리본드TM1001으로부터 형성될 수 있는데, 이 재료 역시 상기 회사에 의해 판매되고 있다. 다른 적당한 재료는 노쳄 컴퍼니에 의해 판매되고 있으며 폴리올레핀에 의해 화학적으로 변경된 플랙사(PlesarTM2511이다. 삽입물들(50, 52 및 54)은 또한 알루미늄 또는 구리로부터 만들 수 있다.
단자 플레이트(26)는 폴리프로필렌과 같은 재료로부터 사출성형에 의해 형성된다. 전지 단자들(27 및 29)아 플레이트(26)를 통하여 확장하여 리벳(rivet)에 의해 상기 플레이트에 고정된다.
전지(10)를 조립함에 있어, 덮개(22)가 용기(12)위에 위치하며, 삽입물들(50, 52 및 54)이 셀들(14)내에서 음극들(38)과 양극들(36)에 결합된다. 본원에 기술된 리듐-MnO2전지에서, 셀들(14) 각각은 3V를 발생시키며 셀들(14)이 9V 전지를 형성하기 위하여 직렬로 연결된다. 전지 접속부분들이 만들어질때, 덮개(22)가 용기(12)에 초음파 용접된다. 전해액이 용기(12)의 하부벽(72)에 이슨 개구들(70; 제 2 도 참조)을 통하여 셀들(14) 각각에 부가된다. 개구들(70)은 벽(72)에 초음파 용접된 플라스틱 플러그들(74)에 의해 폐쇄된다.
전지(12)용의 바람직한 전해액들은, 예를들어, 리듐 사불화붕산염과 같은 리듐 염과 함께 사용되는 프로필렌 탄산염과 디메토시에탄의 용제 혼합물, 또는 리듐 사불화 붕산염(LiBF4) 또는 리듐 삼불화 메탄 설폰산 염(LiCF3SO3)과 같은 리듐염과 함께 사용되는 부틸로락톤과 디메토시에타의 용제혼합물이다. 하나의 알맞은 전해액은 4-부틸로락톤과 디메토시에탄의 용제환합물에 1M LiBF4를 포함하는 전해액이다. 다른 알맞은 전해액은 4-부틸로락톤과 디메토시에탄의 용제 혼합물에 1M의 LiCF3SO3을 포함하는 것이다.
단자 플레이트(26)는 단자들(27 및 29)로부터의 리드(도시되지 않음)를 각각 삽입물들(52 및 54)로 연결시킴으로써 덮개(22)에 전기적으로 연결되어있다. 최종단계에서, 단자 플레이트(26)가 초음파 용접에 의해 덮개(22)에 첨부된다.

Claims (19)

  1. 다수의 셀 공동들(30)을 갖는 용기(12), 한쌍의 전극들(36, 38)과 상기 전극들 사이의 격리판 재료를 포함하는 공동들(30) 각각의 전극 조립물(34), 상기 셀 공동들 각각의 전해액, 상기 셀 공동들(30) 각각을 밀봉시키기 위하여 상기용기(12)에 용융되어 있으며 상기 용기(12)상에 있는 덮개(22)를 포함하고, 상기 덮개(22)가 화학적으로 변형된 폴리올레핀으로부터 형성되며 상기 덮개안에 성형된 전도성 삽입물들(50, 52 및 54)을 가지며, 상기 삽입물들이 인접한 셀 공동들의 전극들(36, 38) 사이와 전극들과 전지 단자들(27, 29) 사이와의 전기접속부분들을 형성하는 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용기(12)가 그 안에 보강 충전재를 갖는 폴리프로필렌으로부터 형성되는 전기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립물(34)이 일반적으로 접혀진 평면 전극들(36, 38)로 부터 형성되는 전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 일반적인 U-자형 삽입물(50)이 인접한 셀 공동들(30)의 전극들(36, 38) 전기접속 부분을 형성하는 전기.
  5. 제 1 항에 있어서, 각기 쌍을 이루는 전극들 중 하나가 리듐 양극(36)인 전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 각기 쌍을 이루는 전극들 중 나머지 전극(38)이 MnO2음극인 전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 격리한 재료가 다공질의 전기 절연재료인 전지.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전해액이 4-부틸로락톤과 디메토시에탄의 용제 혼합물에 LiBF4를 포함하는 전지.
  9. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전해액이 프로필렌 탄산염과 디메토시에탄의 용제 혼합물에 LiBF4를 포함하는 전지.
  10. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 전해액이 4-부틸로락톤과 디메토시에탄의 용제혼합물에 LiCF3SO3를 포함하는 전지.
  11. 제 8 항, 제 9 항 또는 제10항에 있어서, 상기 용기(12)가 세개의 셀 공동들(30)을 갖는 전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입물(50, 52, 54)이 알루미늄인 전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입물들(50, 52, 54)이 구리인 전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리올레핀에 의해 화학적으로 변형된 폴리본드(Polybond) 1016인 전지.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리올레핀에 의해 화학적으로 변형된 폴리본드 1001인 전지.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리올레핀이 폴리올레핀에 의해 화학적으로 변경된 플랙사(Plexer) 2511인 전지.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 두개의 삽입물들(52, 54)이 상기 셀 공동들을 한정하는 덮개(22)의 한측면으로 부터 상기 덮개의 반대측면까지로 확장한 전지.
  18. 제17항에 있어서, 단지 플레이트(26)가 상기 덮개(22)에 결합되고, 상기 단자 플레이트(26)가 상기 삽입물들 중 하나의 삽입물(52)에 연결된 정(+) 단자(27)와 상기 두개의 삽입물들 중 나머지 삽입물(54)에 연결된부(-) 단자(29)를 갖는 전지.
  19. 보강 충전제를 갖는 폴리프로필렌으로부터 형성되며 다수의 셀 공동들(30)을 포함하는 용기(12), 하나가 리듐 양극(36)이고 나머지가 MnO2음극(38)이며 상기 공동들(30) 각각에 있는 한쌍의 접혀진 전극들(36, 38), 상기 셀 공동들(30) 각각에 있는 전해액, 상기 용기에 용융되어 있으며 상기 용기(12)상에 있는 덮개(22)를 포함하며, 상기 덮개(22)가 화학적으로 변형된 폴리올레핀으로 형성되어 상기 덮개안에 성형된 스테인레스강 삽입물들(50, 52, 54)을 가지며, 상기 삽입물들이 인접한 셀 공동들(30)의 전극들(36, 38) 사이와 전극들(36, 38)과 전지 단자들(27, 29) 사이와의 전기접속부분들을 형성하는 전지.
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