WO2010101367A2 - 전기에너지 저장장치 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an electrical energy storage device, and more particularly, to a cylindrical type of electrical energy capable of reducing a defective rate, reducing an internal equivalent resistance, and improving high rate discharge efficiency when the terminal plate and the polarity of the electrode winding are bonded to each other. Relates to a storage device.
  • a secondary battery that can be charged and discharged like a capacitor has a higher resistance and efficiency than a secondary battery according to a method of connecting a terminal for electrically connecting an internal current source and an external resistor. Not only is it affected, but also the productivity of the secondary battery itself and the user's convenience of using it.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cylindrical electrical energy storage device according to the prior art
  • Figure 2 is a plan view showing the cylindrical electrical energy storage device shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the cylindrical electrical energy storage device illustrated in FIG. 1 taken along the line II ′.
  • 6 is a plan view of the electrode winding body included in the conventional cylindrical electrical energy storage device shown in FIG.
  • the conventional cylindrical electrical energy storage device is the electrode winding body 10, the electrode winding body 10 and the outside to generate a charge transfer by the oxidation and reduction reaction with the electrolyte
  • the terminal plate 20 electrically connecting the resistor and the terminal plate 20 are fixed to the electrode winding body 10, and a container 30 sealing the electrolyte and the electrode winding body 10 from the outside.
  • the electrode winding 10 physically separates the cathode 16 which generates electrons by an oxidation reaction, the anode 18 which absorbs the generated electrons, and undergoes a reduction reaction, and the cathode 16 and the anode 18.
  • the separator 14 which functions as an electrode which is separated from each other is wound in turn around the winding core 12 to form an overall cylindrical shape.
  • a plurality of positive electrode leads A formed by a positive electrode current collector and a plurality of negative electrode leads B formed by the negative electrode current collector are separated and protrude, and have a cylindrical shape as a whole.
  • the terminal plate 20 is a positive and negative connection plate 22 for connecting the positive and negative terminals (24, 28), the positive lead (A) and the negative lead (B) to the positive and negative terminals (24, 28) And a coupling member 21 to which the positive and negative terminals 24 and 28 and the positive and negative connection plates 22 and 26 are fixed.
  • the positive electrode connecting plate 22 is in contact with the positive electrode lead A by the positive electrode lead connecting part 22a
  • the negative electrode connecting plate 26 is in contact with the negative electrode lead B by the negative electrode lead connecting part 26a. do.
  • the positive and negative electrode connecting plates 22 and 26 have a disc shape in which body, lead connecting parts 22a and 26a and terminals 24 and 28 are integrally formed.
  • the positive and negative electrode connecting plates 22 and 26 may be integrally manufactured through die casting, casting, or the like, or welding the lead connecting parts 22a and 26a and the positive and negative terminals 24 and 28 to the body. It may be bonded by soldering, or brazing.
  • a protruding portion 21a is formed at the center of the terminal plate 20 to be inserted into the core 12 when the battery is manufactured to hold the connection plates 22 and 26.
  • the container 30 has a cylindrical shape with one end open and accommodates the electrode wound body 10 therein. After accommodating the electrode winding body 10, the terminal plate 20 is fixed to seal the container 30 so that the leads A and B formed at the upper end of the electrode winding body come into contact with the lead connecting portions 22a and 26a. . At this time, a sealing material 29 such as rubber may be used to increase the sealing effect.
  • a metal material such as aluminum, stainless steel, or tin plated steel may be used, or a resin material such as PE, PP, PPS, PEEK, PTFE, or ESD may be used.
  • the material of the container 30 is used differently depending on the type of electrolyte.
  • the electrode winding body 10 is accommodated in the container 30 and sealed with the terminal plate 20, and then the electrolyte is injected into the container 30 through the injection hole H, thereby providing a conventional electric energy storage device ( Complete 90).
  • the conventional electrical energy storage device 90 as described above has the following problems.
  • connection between the terminal plate 20 of the electrical energy storage device and the polarity-leads A and B of the electrode winding body is not easy.
  • the polarity-lead (A, B) to the terminal plate 20 has a disadvantage in that it is not fixed by sufficient bonding force when bonding or welding, such as occurs in multiple reflections.
  • This welding coupling is to join the electrical energy storage device by laser welding or ultrasonic welding, such laser welding is a method of welding by using a strong energy beam generated by the induced radiation between the energy levels of atoms or molecules. .
  • the laser beam has a high energy density concentrated heat source characteristics, there is little heat effect on the material and less heat deformation, which is used for precise welding and cutting.
  • the ultrasonic welding is a kind of pressure welding method, in which a welding object is overlapped and sandwiched between a welding chip and a hydraulic pressure zone, and then subjected to ultrasonic vibration from the welding chip while applying a light positive pressure.
  • This method surface oxides are destroyed by friction of the joint surface accompanied by vibration, and new exposed metal surfaces are brought into close contact with each other by local plastic deformation, and further, diffusion and recrystallization of atoms by local temperature rise by frictional heat is achieved. Accelerated to form a firm pressure contact.
  • This method is used to join the polarity-lead and the terminal plate. In this case, when the lead of the very thin electrode winding and the thick terminal plate are directly ultrasonically welded, the thermal influence on the terminal plate and the lead is different so that the welding is performed properly. There was a disadvantage of not losing.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by employing a connection member of the intermediate thickness, to reduce the thickness difference between the two to-be-welded materials and to expand the welding range at the same time, the above-mentioned defects By remarkably improving, it is possible to realize the effect of improving the high rate discharge (large current discharge) efficiency.
  • the present invention is a representative technical means for solving this, by the positive electrode to generate an electron by a redox reaction, the negative electrode to absorb the generated electrons and physically isolating the positive electrode and the negative electrode
  • An electric energy storage device comprising: an electrode winding body in which a separator is wound around a core in turn, and having an electrolyte solution provided between the anode and the cathode;
  • a cylindrical container having an electrode winding body connected to the terminal plate for external connection;
  • a conductive connecting member selectively joined from plasma-spray, welding, solder and conductive bonding materials.
  • the present invention by employing a connecting member that reduces the difference in thickness between the welded objects, it is possible to significantly improve the welding failure factor between the polarity-lead of the electrode winding body and the terminal plate, and to expand the welding range, thereby achieving high rate discharge (large current discharge). ) The efficiency can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cylindrical electrical energy storage device having a one-way terminal according to the prior art.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating the cylindrical electrical energy storage device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the cylindrical electrical energy storage device illustrated in FIG. 1 taken along the line II ′.
  • FIG. 4 is a plan view of the electrode winding body included in the conventional cylindrical electrical energy storage device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a process of filling an electrolyte into a conventional electric energy storage device.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an electric energy storage device having a bidirectional terminal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view and a side view of the electrical energy storage device shown in FIG.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of the electrical energy storage device according to line A-A of FIG. 7.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the internal components of the electrical energy storage device shown in FIG.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view illustrating an embodiment of a connection member and a sealing member of the electric energy storage device shown in FIG. 10.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view illustrating another embodiment of a connection member and a sealing member of the electrical energy storage device shown in FIG. 10.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view illustrating a state in which the connecting member and the sealing member of the present invention are employed in an electric energy storage device having a one-way terminal.
  • FIG. 13 is an enlarged exploded perspective view illustrating a state in which the connection member and the one-way terminals of FIG. 12 are bonded.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an electrical energy storage device having a bidirectional terminal according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is the electrical energy shown in Figure 6 Top and side views of the storage device
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the electrical energy storage device according to line AA of FIG. 7
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the internal components of the electrical energy storage device shown in FIG. 6,
  • FIG. 10. 10 is an exploded perspective view showing an embodiment of the connecting member and the sealing member of the electrical energy storage device shown in Figure 10
  • Figure 11 is another embodiment of the connecting member and the sealing member of the electrical energy storage device shown in FIG. 12 is an exploded perspective view of the present invention
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing an embodiment of the connecting member and the sealing member of the electrical energy storage device shown in Figure 10
  • FIG. 12 is an exploded perspective view illustrating a state in which the connection member and the sealing member of the present invention are employed in an electrical energy storage device having a one-way terminal
  • FIG. 13 is one of the connection member of FIG. 12.
  • 14 is an enlarged exploded perspective view illustrating a state of being bonded to the directional terminals
  • FIG. 14 is a graph showing a large current discharge value at which internal equivalent resistance is lowered
  • FIG. 15 is a connection illustrating a state in which a welding range is actually widened. State diagram.
  • the secondary battery as the electric energy storage device according to the present invention is greatly affected by the resistance and the efficiency of the secondary battery according to the connection method of the terminal for electrically connecting the internal current source and the external resistance
  • the secondary battery It is an improved terminal connection method that can increase capacitance and form small internal resistance while functioning as a positive electrode, a positive electrode generating electrons according to a redox reaction, a negative electrode absorbing the generated electrons, and the positive electrode and negative electrode.
  • the separator which physically isolates is wound around the core in turn, and improves the electrical energy storage device including the electrode winding 10 having an electrolyte solution provided between the positive electrode and the negative electrode.
  • the electrode winding body 10 is connected to an external connection terminal plate 20, such as an external resistor, and the external connection terminal plate 20 is connected to Between the cylindrical container 30 in which the electrode winding body 10 is incorporated, and between the terminal plate 20 and one side polarity lead A and B of the electrode winding body 10 is plasma-sprayed, welded, and soldered. And a conductive connecting member 40 which is selectively joined from the conductive bonding material.
  • the connecting member 40 and the plurality of tooth-shaped polar leads (A, B) protruding on one side of the electrode winding body 10, further connection within the size that can be connected to the inside of the container 30
  • the member 80 is interposed to increase the welding rate between the polarity lead A and B, the connection member 40 and the terminal plate 20 protruding from one side of the electrode winding 10.
  • the thickness of the lead (A, B), the additional connecting member 80, the connecting member 40 and the terminal plate 20 in the order of increasing gradually.
  • the side surface of the connecting member 40 or the additional connecting member 80 is roughly processed by etching etching or polishing by sandpaper or grinding machine to improve the welding rate.
  • annular sealing member 50 for closing the opening 31 formed in the container 30 is interposed between the end surface of the container 30 and the terminal plate 20.
  • At least one side of the sealing member 50 has a vent portion 51 having a vent hole 51a at the center thereof is integrally formed.
  • connection member 80 is composed of a curved U-shaped band plate is open on one side due to the avoidance port (80a) to avoid the vent portion (51).
  • the side surface of the additional connecting member 80 is roughly processed by etching etching or polishing by sandpaper or grinding machine to improve the welding rate.
  • the other side of the sealing member 50, the additional vent portion 53 having an additional vent port 53a in the center is integrally formed.
  • the additional connecting member 80 may be formed of a plurality of curved arc-shaped bands so that both sides are opened due to the additional avoiding holes 80b for avoiding the vent part 51 and the additional vent part 53.
  • an additional terminal plate 100 is inserted and welded to the bottom of the container 30.
  • a plasma-spray there is a conductive additional connecting plate 110 that is selectively joined from welding, solder and conductive bonding materials.
  • grooves 41 and 43 and grooves 40a,... which have boss portions 41a and 43b formed on the side surfaces of the connecting member 40 by burring between the connecting member 40 and the terminal plate 100.
  • reference numeral 70 denotes an aluminum film or polymer (PTFE) sheet having a bonding layer so as to be bonded to the top surface of the vent port 51a and the additional vent port 53a. It performs a function of closing the plurality of pores (31, 33) formed through the radially.
  • PTFE aluminum film or polymer
  • reference numerals W and W1 denote insulating materials and insulators and spring washers as gripping means for gripping the terminal A so as to be firmly coupled to the opening 31 of the container 30.
  • reference numeral 100 denotes an additional negative terminal plate joined between the negative electrode polarity-lead B of the electrode winding body 10 and the connecting member 40.
  • the present invention can achieve the desired purpose by connecting the connecting member 40 and the terminal plate 20 in hardware.
  • the concept of the large current discharge efficiency in which the internal equivalent resistance is lowered is shown in FIG. 14.
  • the center of the electrode winding body 10 should be welded because it is limited to a part due to the shape of the structure, but the polarity-lead A of the electrode winding body 10 as a current collector when the connecting member 40 is applied. , B) can be relatively evenly surface-welded, and the number of parallel circuits of the electrode winding body 10 is increased, and it is composed of more equal intervals, and the average resistance length of the electric charge is shortened, so that the electrode winding body 10 is reduced. By greatly reducing the resistance, the high rate discharge (large current discharge) efficiency is improved.
  • connection which illustrated the state which actually widens a welding range is as FIG. This will be understood that it is possible to achieve the purpose of the efficiency of the discharge characteristics required by the present application by connecting the terminals 24, 28 and the connecting member 80.
  • this configuration has a terminal connection structure, that is, the polarity lead (A, B) of the electrode winding body 10, the additional connection member 80, the connection member 40, the terminals 24, 28 or
  • the form of the double additional connecting member 80 is composed of a donor type band plate or a fan-shaped band plate, the maximum joining range with the polarity lead (A, B) It will be able to widen.
  • the polarity-leads A and B of the extremely thin aluminum electrode winding body 10 (collector) having a thickness of about 10 to 40 ⁇ m and the terminal plate 20 having a thickness of about 0.5 to 1.0 mm can be directly welded.
  • the polarity-lead (A, B) is affected by the minute shape change of the welded object or the change of contact state.
  • the internal resistance of the capacitor increases, and in the case of excessive melting, the insulation paper burns and causes insulation failure between the two electrodes.

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Abstract

본 발명은 전기에너지 저장장치에 관련한 것으로서, 산화 환원반응에 따라 전자를 생성하는 양극, 생성된 상기 전자를 흡수하는 음극 및 상기 양극과 음극을 물리적으로 격리시켜 주는 격리막이 차례로 권심을 중심으로 권취되며, 상기 양극과 음극 사이에 제공된 전해질 용액을 구비하는 전극 권취체를 구비하는 전기 에너지 저장장치에 있어서, 상기 전극 권취체를 외부 저항체와 같은 외부 전극 연결 부재에 연결되는 외부 연결용 단자판과, 상기 외부 연결용 단자판과 연결된 전극 권취체를 내장하는 통형의 용기와, 상기 단자판과 상기 전극 권취체의 일측 극성-리드 사이는, 플라즈마-용사, 용접, 땜납 및 도전성 접합 재료로부터 선택적으로 접합되는 도전성 연결부재에 의해 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하여, 복수개의 피용접물 간의 두께 차이를 저감시키는 연결부재를 채용함으로써, 전극 권취체의 극성-리드와 단자판 간의 용접 불량 요인을 현저히 개선시킴으로써, 고율 방전(대전류 방전) 효율의 개선을 도모할 수 있도록 하였다.

Description

전기에너지 저장장치
본 발명은 전기에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단자판과 전극 권취체의 극성-리드 간의 접합 시, 불량율을 저감시키고 내부 등가 저항의 저감 및 고율 방전 효율을 향상 시킬 수 있도록 한 통형 전기 에너지 저장장치에 관한 것이다.
방전만 가능한 1차전지와 비교하여 커패시터와 같이 충전 및 방전이 가능한 2차 전지는 내부의 전류소스와 외부의 저항을 전기적으로 연결하기 위한 단자의 연결방법에 따라 2차전지의 저항 및 효율이 큰 영향을 받을 뿐만 아니라 2차 전지 자체의 생산성 및 이를 사용하는 사용자의 편의성도 큰 영향을 받는다.
이에 따라, 2차 전지로 기능하면서 전기용량을 증가시키고 및 내부 저항을 작게 형성할 수 있는 단자 연결방법 및 이를 활용한 전기 에너지 저장장치의 필요성이 강하게 요구되고 있다.
도 1는 종래 기술에 의한 원통형 전기에너지 저장장치를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 원통형 전기 에너지 저장장치를 나타내는 평면도이다. 도 3는 도 1에 도시된 원통형 전기 에너지 저장장치를 I-I' 방향으로 절단한 단면도이다. 도 6는 도 1에 도시된 종래의 원통형 전기에너지 저장장치에 포함된 전극 권취체의 평면도이다.
도 1 내지 도 3 및 도 6를 참조하면, 종래의 원통형 전기에너지 저장장치는 전해질과의 산화 및 환원반응에 의해 전하이동을 생성하는 전극 권취체(10), 상기 전극 권취체(10)와 외부 저항체를 전기적으로 연결하는 단자판(20) 및 상기 단자판(20)을 상기 전극 권취체(10)에 고정하고 상기 전해질 및 전극 권취체(10)를 외부로부터 밀봉하는 용기(30)를 포함한다.
상기 전극 권취체(10)는 산화 반응에 의해 전자를 생성하는 음극(16), 생성된 전자를 흡수하여 환원반응이 일어나는 양극(18) 및 상기 음극(16)과 양극(18)을 물리적으로 분리시켜 산화반응과 환원반응이 일어나는 장소를 격리하여 서로 구분되는 전극으로서 기능하는 격리막(14)이 권심(winding core, 12)을 중심으로 차례로 권취되어 전체적으로 원통 형상을 이룬다. 상기 권취체(10)의 일단에 양극 집전체에 의해 형성된 다수의 양극 리드(A)와 상기 음극 집전체에 의해 형성된 다수의 음극리드(B)가 분리되어 돌출되어 있으며 전체적으로 원통형상을 갖는다.
상기 단자판(20)은 양극 및 음극 단자(24, 28), 상기 양극 리드(A)와 음극 리드(B)를 상기 양극 및 음극 단자(24,28)에 연결하기 위한 양극 및 음극 연결판(22, 26) 및 상기 양극 및 음극단자(24, 28)와 양극 및 음극 연결판(22, 26)이 고정된 결합부재(21)를 포함한다. 상기 양극 연결판(22)은 양극 리드 연결부(22a)에 의해 상기 양극리드(A)와 접촉하며, 상기 음극 연결판(26)은 음극 리드 연결부(26a)에 의해 상기 음극 리드(B)와 접촉한다.
상기 양극 및 음극 연결판(22,26)은 몸체, 리드 연결부(22a,26a) 및 단자(24,28)가 일체로 형성되어 원판형상을 갖는다. 상기 양극 및 음극 연결판(22,26)은 다이캐스팅, 주조 등을 통하여 일체로 제조되거나, 상기 몸체에 상기 리드 연결부(22a,26a) 및 양극 및 음극 단자(24, 28)를 용접(welding)이나, 솔더링(soldering), 또는 브레이징(blazing)에 의해 접합할 수도 있다. 상기 단자판(20)의 중앙에는 돌출부(21a)가 형성되어 전지 제작시 권심(12)에 삽입되어 상기 연결판(22,26)의 위치를 잡아준다.
상기 용기(30)는 일단부가 개방된 원통형상으로 이루어지며 내부에 상기 전극 권취체(10)를 수용한다. 전극 권취체(10)를 수용한 후 전극 권취체의 상단부에 형성된 리드(A, B)와 리드 연결부(22a,26a)가 접촉하도록 상기 단자판(20)을 고정하여 상기 용기(30)의 밀봉한다. 이때, 밀봉효과를 높이기 위해 고무와 같은 밀봉재(29)를 이용할 수 있다. 상기 용기(30)로는 알루미늄, 스테인레스강 또는 주석 도금강 등의 금속재질을 사용할 수도 있고, PE, PP, PPS, PEEK, PTFE 또는 ESD 등의 수지 재질을 사용할 수도 있다. 상기 용기(30)의 재질은 전해질의 종류에 따라 달리 사용한다.
용기(30)의 내부에 전극 권취체(10)를 수용하고 단자판(20)으로 밀봉한 후 주입 홀(H)을 통해 전해액을 상기 용기(30)의 내부로 주입함으로써 종래의 전기 에너지 저장장치(90)를 완성한다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 전기에너지 저장장치(90)는 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 전기에너지 저장장치의 단자판(20)과 전극 권취체의 극성-리드(A, B)의 연결 작업이 용이하지 않다는 단점을 내포하고 있었다.
특히, 상기 단자판(20)에 대한 상기 극성-리드(A, B)가 용접이나 솔더링 등에 의한 접착 시 충분한 접합력으로 고정되지 않는 경우가 다반사로 발생하는 등의 단점을 내포하고 있었다.
물론, 상기 극성-리드(A, B)와 연결부재(40) 간의 접촉불량을 야기하여 전체적인 내부 전기 등가저항을 상승시키는 문제점을 야기하기도 한다.
이러한 용접 결합은, 전기 에너지 저장장치를 레이저용접이나 초음파용접 등으로 접합시키게 되는 바, 이러한 레이저 용접은 원자 또는 분자의 에너지준위 사이의 유도방사로 생긴 강력한 에너지를 지닌 광선을 이용하여 용접하는 방법이다.
이때, 레이저광선은 높은 에너지 밀도의 집중열원 성격이 강하므로 재료에 미치는 열 영향이 적고 열변형도 적어서 정밀한 용접 및 절단 등에 이용된다.
이는, 대기 중에서 작업이 가능하고 레이저 발생장치에서 떨어진 곳까지 빔을 간단히 유도할 수 있기 때문에 조작이 쉽다는 장점이 있으나, 기존에는 단자판의 두께를 일정치 이상으로 해야만 내부 압력 상승에 대비할 수 있기 때문에, 아주 얇은 전극 권취체의 리드 연결부와 두터운 단자판을 직접적으로 레이저 용접 시, 단자판과 리드 연결부에 미치는 열적 영향력에 차이가 많아 용접이 제대로 이루어지지 않는 다는 의미이다.
한편, 초음파 용접의 시행은, 압접법의 일종인데, 피용접물을 겹쳐서 용접칩과 수압대 사이에 끼운 뒤 가벼운 정압력을 가하면서 용접칩에서 초음파진동을 가하여 용접하는 방법이다. 이 방법에서는 진동에 수반되는 접합면의 마찰에 의해 표면산화물의 파괴 및 국부적 소성변형에 의해 새로 노출된 금속면끼리의 밀착이 이루어지고, 나아가 마찰열에 의한 국부적 온도 상승에 의해 원자의 확산 및 재결정이 촉진되어 견고한 압접부가 형성된다. 이 방법으로 극성-리드와 단자판의 접합에 이용되는 데, 이때에도, 아주 얇은 전극 권취체의 리드와 두터운 단자판을 직접적으로 초음파 용접 시, 단자판과 리드에 미치는 열적 영향력에 차이가 많아 용접이 제대로 이루어지지 않는다는 단점을 내포하고 있었다.
이와 같은 용접의 불안정성에 기인하여, 일예로, 두께가 10 ~ 40 ㎛ 정도의 굉장히 얇은 알미늄 전극권취체(collector)의 극성-리드와 0.5 ~ 1.0 mm 정도의 단자판(terminal plate)을 직접 용접할 경우 기본적으로 단자판 두께 이상을 용융시킬 수 있을 정도의 큰 레이저 에너지를 사용하기 때문에 피용접물의 미세한 형상 변화나 접촉 상태의 변화에 극성-리드는 아주 큰 영향을 받게 됨으로써, 이러한 경우 용접이 잘 안되거나 과도하게 녹는 경우가 있는데 용접이 잘 안될 때는 결국 캐퍼시터의 내부 저항이 증가하고, 과도하게 녹을 경우는 절연지가 타면서 양 전극간에 절연 불량을 야기하는 등의 단점을 내포하고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 중간 두께의 연결부재를 채용함으로써, 두 개의 피용접물 간의 두께 차이가 저감시킴과 동시에 용접범위를 확장시키도록 하여, 이상과 같은 불량 요인을 현저히 개선시킴으로써, 고율 방전(대전류 방전) 효율의 개선을 도모할 수 있다는 작용효과를 구현할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이를 해결하기 위한 대표적 기술 수단으로서, 산화 환원반응에 따라 전자를 생성하는 양극, 생성된 상기 전자를 흡수하는 음극 및 상기 양극과 음극을 물리적으로 격리시켜 주는 격리막이 차례로 권심을 중심으로 권취되며, 상기 양극과 음극 사이에 제공된 전해질 용액을 구비하는 전극 권취체를 구비하는 전기 에너지 저장장치에 있어서,
상기 전극 권취체를 외부 저항체와 같은 외부 전극 연결 부재에 연결되는 외부 연결용 단자판과,
상기 외부 연결용 단자판과 연결된 전극 권취체를 내장하는 통형의 용기와,
상기 단자판과 상기 전극 권취체의 일측 극성-리드 사이는, 플라즈마-용사, 용접, 땜납 및 도전성 접합 재료로부터 선택적으로 접합되는 도전성 연결부재에 의해 연결되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 피용접물들 간의 두께 차이를 저감시키는 연결부재를 채용함으로써, 전극 권취체의 극성-리드와 단자판 간의 용접 불량 요인을 현저히 개선시킴과 동시에 용접범위를 확장시킴으로써, 고율 방전(대전류 방전) 효율의 개선을 도모할 수 있도록 하였다.
다시 말해서, 내부 등가저항 낮아져, 고율 방전 시 방전특성이 향상되어, 대전류 방전 시, 방전효율 증대를 도모할 수 있도록 하였다.
도 1는 종래 기술에 의한 일방향 단자를 갖는 원통형 전기에너지 저장장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 원통형 전기 에너지 저장장치를 나타내는 평면도이다.
도 3는 도 1에 도시된 원통형 전기 에너지 저장장치를 I-I' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 종래의 원통형 전기에너지 저장장치에 포함된 전극 권취체의 평면도이다.
도 5은 종래의 전기에너지 저장장치에 전해액을 충전시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 단자를 갖는 전기에너지 저장장치를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전기에너지 저장장치의 평면도 및 측면도이다.
도 8는 도 7의 선 A-A에 따른 전기에너지 저장장치의 종단면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 전기에너지 저장장치의 내부 구성요소의 분해 사시도이다.
도 10은 도 10에 도시된 전기에너지 저장장치의 연결부재 및 씰링부재의 일실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 전기에너지 저장장치의 연결부재 및 씰링부재의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 12은 본 발명의 연결부재 및 씰링부재가 일방향 단자를 갖는 전기에너지 저장장치에 채용된 상태를 예시한 분해 사시도이다.
도 13는 도 12의 연결부재와 일방향 단자들과 접합되는 상태를 예시한 확대 분해 사시도이다.
도 14은 내부 등가저항이 낮아지는 대전류 방전치를 시간에 대한 그래프로 나타낸 도면이다.
도 15은 실제로 용접 범위가 넓어지는 상태를 예시한 연결 상태도이다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참고로 설명하면, 도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 양방향 단자를 갖는 전기에너지 저장장치를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 전기에너지 저장장치의 평면도 및 측면도이며, 도 8는 도 7의 선 A-A에 따른 전기에너지 저장장치의 종단면도이고, 도 9는 도 6에 도시된 전기에너지 저장장치의 내부 구성요소의 분해 사시도이며, 도 10은 도 10에 도시된 전기에너지 저장장치의 연결부재 및 씰링부재의 일실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 전기에너지 저장장치의 연결부재 및 씰링부재의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도이며, 도 12은 본 발명의 연결부재 및 씰링부재가 일방향 단자를 갖는 전기에너지 저장장치에 채용된 상태를 예시한 분해 사시도이고, 도 13는 도 12의 연결부재와 일방향 단자들과 접합되는 상태를 예시한 확대 분해 사시도이며, 도 14은 내부 등가저항이 낮아지는 대전류 방전치를 시간에대한 그래프로 나타낸 도면이고, 도 15은 실제로 용접 범위가 넓어지는 상태를 예시한 연결 상태도이다.
상기 도면에 예시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명에 따른 전기에너지 저장장치로서의 2차 전지는 내부의 전류소스와 외부의 저항을 전기적으로 연결하기 위한 단자의 연결방법에 따라 2차전지의 저항 및 효율이 큰 영향을 받기 때문에, 2차 전지로 기능하면서 전기용량을 증가시키고 및 내부 저항을 작게 형성할 수 있는 단자 연결방법을 개선한 것으로서, 산화 환원반응에 따라 전자를 생성하는 양극, 생성된 상기 전자를 흡수하는 음극 및 상기 양극과 음극을 물리적으로 격리시켜 주는 격리막이 차례로 권심을 중심으로 권취되며, 상기 양극과 음극 사이에 제공된 전해질 용액을 구비하는 전극 권취체(10)를 구비하는 전기에너지 저장장치를 개선한 것이다.
또한, 본원 발명에 따른 전기에너지 저장장치는, 상기 전극 권취체(10)를 외부 저항체와 같은 외부 전극 연결 부재에 연결되는 외부 연결용 단자판(20)과, 상기 외부 연결용 단자판(20)과 연결된 전극 권취체(10)를 내장하는 통형의 용기(30)와, 상기 단자판(20)과 상기 전극 권취체(10)의 일측 극성-리드(A, B) 사이는, 플라즈마-용사, 용접, 땜납 및 도전성 접합 재료로부터 선택적으로 접합되는 도전성 연결부재(40)에 의해 연결되도록 구성되어 있다.
또한, 상기 연결부재(40)와 상기 전극 권취체(10)의 일측에 돌출된 다수의 톱니형 극성-리드(A, B) 사이에는, 상기 용기(30) 내부에 접속 가능한 크기 이내의 추가 연결부재(80)가 개재되어, 상기 전극 권취체(10)의 일측에 돌출된 극성-리드(A, B), 상기 연결부재(40) 및 상기 단자판(20) 간의 용접률을 높이기 위해, 상기 극성-리드(A, B), 추가 연결부재(80), 연결부재(40) 및 단자판(20)의 순서로 두께가 점차로 커지는 형태로 구성되어 있다.
또, 상기 연결부재(40)나 추가 연결부재(80)의 측면은 용접률을 향상시키기 위해 에칭 식각 또는, 사포나 연삭기에 의한 연마 작업에 의해 거칠게 가공되어 있다.
또한, 상기 용기(30)에 형성된 개구부(31)를 폐색하도록 된 고리형상의 씰링부재(50)가 용기(30) 일단면과 단자판(20) 사이에 개재되어 있다.
또, 상기 씰링부재(50)의 적어도 일측에는 중앙에 벤트구(51a)를 갖는 벤트부(51)가 일체로 연장 형성되어 있다.
또한, 상기 추가 연결부재(80)는 상기 벤트부(51)를 회피하는 회피구(80a)로 인해 일측이 개방된 만곡진 U자형 띠판으로 구성되어 있다.
또, 상기 추가 연결부재(80)의 측면은 용접률을 향상시키기 위해 에칭 식각 또는, 사포나 연삭기에 의한 연마 작업에 의해 거칠게 가공되어 있다.
또한, 상기 씰링부재(50)의 타측에는 중앙에 추가 벤트구(53a)를 갖는 추가 벤트부(53)가 일체로 연장 형성되어 있다.
또, 상기 추가 연결부재(80)는 상기 벤트부(51)와 추가 벤트부(53)를 회피하는 추가 회피구(80b)로 인해 양측이 개방되도록 복수의 만곡진 호형 띠판으로 이루어져도 좋다.
또한, 상기 용기(30)의 저부에는 추가 단자판(100)이 삽입되어 용접 결합되어 있다.
또, 상기 전극 권취체(10)의 타측에 돌출된, 기존의 리드와 같은 형태의, 다수의 톱니형 추가 극성-리드(A, B)와 상기 추가 단자판(20) 사이에는, 플라즈마-용사, 용접, 땜납 및 도전성 접합 재료로부터 선택적으로 접합되는 도전성 추가 연결판(110)이 개재되어 있다.
또한, 상기 연결부재(40)와 단자판(100) 사이에는 상기 연결부재(40)의 측면에는 버어 가공되어 형성된 보스부(41a, 43b)를 갖는 요홈(41, 43)및 그루브(40a, …)가 복수개 방사상 형성되어, 상기 단자판(20)의 벤트홀(20a, 20b)에 삽입 접속되는 구조를 이루어, 상호 결합상의 편이성을 높일 수 있게 구성되어 있다.
또, 미설명 부호(70)는 상기 벤트구(51a)와 추가 벤트구(53a)의 상면에 접합되도록 접합층을 갖는 알루미늄막 또는 폴리머(PTFE) 박판으로서, 상기 용기(30)의 상면 폐색부에 방사상으로 관통 형성된 복수개의 기공(31, 33)을 폐쇄시키는 기능을 수행한다.
한편, 미설명 부호(W, W1)은 절연자재 및, 상기 단자(A)가 상기 용기(30)의 개구부(31)에 견고히 결합되도록 파지하는 파지수단으로서의 인슐레이터 및 스프링 와셔이며, 부호(O)는 씨일자재로서의 오링이고, 부호(100)는 전극권취체(10)의 음극 극성-리드(B)와 연결부재(40)를 사이에 두고 접합되는 추가의 음극 단자판이다.
도면에 예시된 바와 같이, 본 발명은, 하드웨어적으로는 연결부재(40)와 단자판(20)을 연결하는 것으로 원하는 목적을 이룰 수 있다. 내부 등가저항이 낮아지는 대전류 방전 효율의 개념은 도 14과 같다.
이는, 종래의 경우 전극 권취체(10)의 중심부 가까이에는 구조물의 형상 때문에 일부분에 국한되어 용접해야 하나 연결부재(40)를 적용할 경우 집전체로서의 전극 권취체(10)의 극성-리드(A, B)에 비교적 골고루 면용접할 수 있게 되어 전극 권취체(10)의 병렬 회로수의 증가 및 보다 등간격으로 구성되고 전하의 평균 이동거리(resistance length)가 짧아져서, 전극 권취체(10)의 저항이 크게 감소함으로써, 고율 방전(대전류 방전) 효율의 개선됨을 나타내는 것이다.
다시 말해서, 내부 등가저항이 낮아짐으로써, 고율 방전 시 방전특성이 향상되어, 대전류 방전 시, 방전효율이 증대되는 것으로 나타났다.
도 14의 고율 방전 개시 이후 방전하는 기존과 연결부재(40, interconnecting plate)의 채용 여부에 따른 실험결과는 아래 <표 1>과 같다.
표 1
Figure PCTKR2010001153-appb-T000001
또, 실제로 용접 범위가 넓어지는 상태를 예시한 연결은 도 15과 같다. 이는 단자(24, 28)와 연결부재(80)를 연결하는 것으로부터 본원이 요하는 방전 특성의 효율화를 목적으로 하는 바를 달성할 수 있게 됨을 알 수 있게 되는 것이다.
상기한 바와 같이, 본 구성은 단자연결구조, 즉, 전극권취체(10)의 극성-리드(A, B), 추가 연결부재(80), 연결부재(40), 단자(24, 28)나 단자판(20) 사이의 용접 접합성을 향상 시킬 수 있도록 하되, 이중 추가 연결부재(80)의 형태는 도너스형 띠판이나, 부채꼴 형상의 띠판으로 구성하여, 최대한 극성-리드(A, B)와의 접합 범위를 넓힐 수 있게 되는 것이다.
상기한 구성에 따른 본 발명의 도출 효과는 다음과 같다.
1, 전극 권취체(10)의 극성-리드(A, B)와 단자판(20) 간의 접합 범위를 개선
2. 고율 방전(대전류 방전) 효율의 개선
3. 내부 등가저항 저감율 개선
이로써, 두께가 10~40 ㎛ 정도의 굉장히 얇은 알미늄 전극권취체(10)(collector)의 극성-리드(A, B)와 0.5~1.0mm 정도의 단자판(20)(terminal plate)을 직접 용접할 경우 기본적으로 단자판(20) 두께 이상을 용융시킬 수 있을 정도의 큰 레이저 에너지를 사용하기 때문에 피용접물의 미세한 형상 변화나 접촉 상태의 변화에 극성-리드(A, B)가 영향을 많이 받아, 용접이 잘 안되거나 과도하게 녹는 경우가 있는데 용접이 잘 안될 때는 결국 캐퍼시터의 내부 저항이 증가하고, 과도하게 녹을 경우는 절연지가 타면서 양 전극간에 절연 불량을 야기시키는 기존과 달리, 중간 두께의 연결부재(80)를 채용하여, 피용접물 간의 두께 차이를 적절히 조정함으로써, 이상과 같은 불량 요인을 현저히 개선시킬 수 있는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.
이로써, 고율 방전 시 방전특성이 향상되어, 대전류 방전 시, 방전효율 증대를 도모할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 산화 환원반응에 따라 전자를 생성하는 양극, 생성된 상기 전자를 흡수하는 음극 및 상기 양극과 음극을 물리적으로 격리시켜 주는 격리막이 차례로 권심을 중심으로 권취되며, 상기 양극과 음극 사이에 제공된 전해질 용액을 구비하는 전극 권취체(10)를 구비하는 전기 에너지 저장장치에 있어서,
    상기 전극 권취체(10)를 외부 저항체와 같은 외부 전극 연결 부재에 연결되는 외부 연결용 단자판(20)과,
    상기 외부 연결용 단자판(20)과 연결된 전극 권취체(10)를 내장하는 통형의 용기(30)와,
    상기 단자판(20)과 상기 전극 권취체(10)의 일측 극성-리드(A, B) 사이는, 플라즈마-용사, 용접, 땜납 및 도전성 접합 재료로부터 선택적으로 접합되는 도전성 연결부재(40)에 의해 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재(40)와 상기 전극 권취체(10)의 일측에 돌출된 다수의 톱니형 극성-리드(A, B) 사이에는, 상기 용기(30) 내부에 접속 가능한 크기 이내의 추가 연결부재(80)가 개재되어, 상기 전극 권취체(10)의 일측에 돌출된 극성-리드(A, B), 상기 연결부재(40) 및 상기 단자판(20) 간의 용접률을 높이기 위해, 상기 극성-리드(A, B), 추가 연결부재(80), 연결부재(40) 및 단자판(20)의 순서로 두께가 점차로 커지는 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결부재(40)나 추가 연결부재(80)의 측면은 용접률을 향상시키기 위해 에칭 식각 또는, 사포나 연삭기에 의한 연마 작업에 의해 거칠게 가공된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기(30)에 형성된 개구부(31)를 폐색하도록 된 고리형상의 씰링부재(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 씰링부재(50)의 적어도 일측에는 중앙에 벤트구(51a)를 갖는 벤트부(51)가 일체로 연장 형성되고,
    상기 추가 연결부재(80)는 상기 벤트부(51)를 회피하는 회피구(80a)로 인해 일측이 개방된 만곡진 U자형 띠판인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연결부재(40)과 추가 연결부재(80)의 측면은 용접률을 향상시키기 위해 에칭 식각 또는, 사포나 연삭기에 의한 연마 작업에 의해 거칠게 가공된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 씰링부재(50)의 타측에는 중앙에 추가 벤트구(53a)를 갖는 추가 벤트부(53)가 일체로 연장 형성되고,
    상기 추가 연결부재(80)는 상기 벤트부(51)와 추가 벤트부(53)를 회피하는 추가 회피구(80b)로 인해 양측이 개방되도록 복수의 만곡진 호형 띠판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  8. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 용기(30)의 저부에는 추가 단자판(100)이 삽입되어 용접 결합되고,
    상기 전극 권취체(10)의 타측에 돌출된, 기존의 리드와 같은 형태의, 다수의 톱니형 추가 극성-리드(A, B)와 상기 추가 단자판(20) 사이에는, 플라즈마-용사, 용접, 땜납 및 도전성 접합 재료로부터 선택적으로 접합되는 도전성 추가 연결판(110)이 개재된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연결부재(40)의 측면에는 다수의 요홈(41, 43) 및 그루브(40a)가 다수개 방사상 형성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장장치.
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