JP6747654B2 - 防錆性ガスケットを含む円筒形電池 - Google Patents

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Description

本出願は２０１７年５月２２日付で韓国特許出願第２０１７−００６２７９２号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明はガスケットを含む円筒形電池に係り、より詳しくは気化性防錆剤を含む防錆性ガスケットを含む防錆処理された円筒形電池に関する。
一般に、二次電池は、充電の不可能な一次電池とは違い、充放電の可能な電池を意味し、携帯電話、ノートブック型パソコン、カムコーダーなどの電子機器又は電気自動車などの電源に広く使われている。特に、リチウム二次電池は作動電圧が３．６Ｖであり、電子装備の電源として多く使われるニッケルカドミウム電池又はニッケル水素電池の約３倍の容量を有し、単位重量当たりエネルギー密度が高いので、その活用程度が急速に増加する趨勢にある。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ陽極活物質と陰極活物質として使用する。また、リチウム二次電池は、角形電池、円筒形電池、パウチ型電池に区分されることができる。
リチウムイオン二次電池は、陽極／分離膜／陰極が順次配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに密封して収納する外装材とを備える。特に、角形又は円筒形電池の外装材は、開放端が形成された円筒形カン及び円筒形カンの開放端に密封状態で結合されるキャップ組立体を備える。
一般に、前記円筒形キャップとキャップ組立体との間にはガスケットが介装されて円筒形電池を密封する。円筒形電池のガスケットとしてはポリプロピレンなどの高分子樹脂層を使って来た。しかし、高温及び高湿の雰囲気で円筒形電池のクリンピング部（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）にさびが発生する問題があり、これに対する改善が要求されている。
特許文献１は、防錆剤とベース樹脂を含む防錆性ワッシャを提供し、これを円筒形電池のキャップアセンブリーの上端に搭載することにより、クリンピング部のさびの発生又は腐食の発生を防止している。しかし、防錆性ワッシャは、常温及び常湿の条件で通常に１ヶ月程度の防錆効果のみを示すものと把握された。
特許文献２は、防錆剤を含む防錆性チューブに関する特許であるが、前記特許は下記の実施例と類似した条件で対比実験を実施した結果、５０個のうち１４個でさびが発生することから十分な防錆効果を示すことができないことが分かる。一方、本発明による特許は３０個のうち１個のみで腐食が発生した。
特許文献２は、電池で主にさびが発生する部位であるクリンピング部位の腐食を充実に防止することができない。電池で腐食（さび）が主に発生する部分は電池の外観金属カンの切断部位であるクリンピング部位であり、防錆性チューブはこのような部位に対する腐食防止効果が良くない。
特許文献２の防錆性チューブは効果が良くないだけでなく製造しにくい。防錆性チューブは、高分子樹脂に熱風を加えて変形させ、円筒形カンをチューブで包んだ後、収縮過程によって製造するが、防錆性ガスケットは元々ガスケットの製造に防錆剤材料のみ付け加えれば良いので、製造工程が単純である。
今後、多くの需要が予想される電気自動車は、長期間使うだけでなく、真夏の高温及び多湿な環境でもクリンピング部のさび発生問題は解決することができないものと知られている。ハイブリッド、電気自動車において円筒形電池の防錆問題は電池の寿命延長などによる自動車の性能はもちろんのこと、自動車に乗った乗客の安全という重大な問題がかかっているが、これに対する明確な解決策が提示されていない。
本発明が解決しようとする課題は、高温及び高湿の条件で長時間にわたって電池のクリンピング部の端部でさび又は腐食が発生することを防止することができる防錆処理された円筒形電池を提供することである。
以上のような問題点を解決するための本発明の第１様態は、陽極、陰極及び分離膜を含む電極組立体を含む円筒形電池であって、上端開口部を含む円筒形カンと、前記円筒形カンの上部外周面に形成され、前記上端開口部の一部が内側に折り曲げられて形成されるクリンピング部によって前記円筒形カンと結合されるキャップ組立体と、前記円筒形カンと前記キャップ組立体の間に介装される防錆性ガスケットとを含み、前記防錆性ガスケットは高分子樹脂及び硝酸ナトリウム系物質を含む気化性防錆剤（ＶＣＩ；Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）とベース樹脂（ｂａｓｅ ｒｅｓｉｎ）を含む構造になることができる。
本発明の第２様態は、前記気化性防錆剤はベース樹脂１００重量部に対して１〜３０重量部であり、前記硝酸ナトリウム系物質は高分子樹脂１００重量部に対して３〜３０重量部であり、前記硝酸ナトリウム系物質はＮａＮＯ２及びＮａＮＯ３の少なくとも一つであり、前記防錆性ガスケットの内部に分散されている防錆処理された円筒形電池を提供する。
本発明の第３様態は、前記高分子樹脂及びベース樹脂は互いに同一であっても異なってもよく、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン、レーヨン、混紡糸、ポリビスコース及びポリノジック繊維からなる群から選択される１種又は２種以上の混合物である防錆処理された円筒形電池を提供する。
本発明の第４様態は、前記高分子樹脂及びベース樹脂はポリプロピレン（ＰＰ）である防錆処理された円筒形電池を提供する。
本発明の第５様態は、前記硝酸ナトリウム系物質は前記防錆性ガスケットの内部にクリスタル状態で分散されており、前記円筒形カンのクリンピング部の終端には前記硝酸ナトリウム系物質によってガンマ三酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）が１０Å〜１０００Åの厚さで形成されている防錆処理された円筒形電池を提供する。
本発明の第６様態は、前記キャップ組立体は、前記円筒形カンの開放端を密封するトップキャップ（ｔｏｐ ｃａｐ）と、一面は前記トップキャップの側面、上面及び下面の全てと接触し、他面は前記ガスケットの内周面と接触するように折り曲げられて配置され、前記電極組立体に電気的に連結された安全ベントとを含む防錆処理された円筒形電池を提供する。
本発明の第７様態は、前記キャップ組立体は、前記円筒形カンの開放端を密封し、前記ガスケットの突出部と接触するように配置されたトップキャップ（ｔｏｐ ｃａｐ）と、前記トップキャップと接触するように配置されたＰＴＣ素子と、一面は前記ＰＴＣ素子と接触し、他面の一部が前記ガスケットと接触するように配置された安全ベントとを含む防錆処理された円筒形電池を提供する。
本発明の第８様態は、前記安全ベントの下端に熔接され、下部が前記電極組立体と連結されることができる電流遮断素子をさらに含む防錆処理された円筒形電池を提供する。
本発明の第９様態は、本発明による防錆処理された円筒形電池の多数を電気的に連結してなる電池パックを提供する。
本発明の第１０様態は、前記電池パックは、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）と、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、及びプラグインハイブリッド車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）を含む電気自動車と、電気トラックと、電気商用車と、電力貯蔵用システムとからなる群から選択される一つ以上の装置に中大型デバイス電源として用いられる電池パックを提供する。
本発明の第１１様態は、ＮａＮＯ２及びＮａＮＯ３の少なくとも１種の硝酸ナトリウム系物質を準備して粉砕する段階と、粉砕硝酸物質を高分子樹脂と混合して気化性防錆剤を製造する段階と、気化性防錆剤及びベース樹脂を混合して防錆性ガスケットを製造する段階と、前記防錆性ガスケットを、電極組立体を内蔵した円筒形カンと、前記円筒形カンの上部外周面に形成され、上端開口部の一部が内側に折り曲げられるクリンピング部によって前記円筒形カンと結合されるキャップ組立体との間に介装する防錆処理された円筒形電池の製造方法を提供する。
本発明の第１２様態は、前記防錆性ガスケットを介装する段階後、前記防錆性ガスケットの内部の硝酸ナトリウム系物質と水分の反応によって亜窒酸（ＨＮＯ２）及び硝酸（ＨＮＯ３）の少なくとも１種を生成する段階と、前記亜窒酸（ＨＮＯ２）及び硝酸（ＨＮＯ３）の少なくとも１種で前記円筒形カンの表面を酸化させて１０Å〜１０００Åの厚さでガンマ三酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）を形成する段階とをさらに含む防錆処理された円筒形電池の製造方法を提供する。
本発明実施例による防錆性ガスケットが導入された電池の一側面を示す断面図である。 本発明の一実施例による防錆性ガスケットを含む円筒形電池を示す断面図である。 本発明の他の実施例による防錆性ガスケットを含む円筒形電池を示す断面図である。
前記の目的を達成するために、本発明の一実施例による円筒形電池は、陽極、陰極及び分離膜を含む電極組立体を含む円筒形電池であって、上端開口部を含む円筒形カンと、前記円筒形カンの上部外周面に形成され、前記上端開口部の一部が内側に折り曲げられて形成されるクリンピング部によって前記円筒形カンと結合されるキャップ組立体と、前記円筒形カンと前記キャップ組立体の間に介装される防錆性ガスケットとを含み、前記防錆性ガスケットは高分子樹脂及び硝酸ナトリウム系物質を含む気化性防錆剤（ＶＣＩ；Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）とベース樹脂（ｂａｓｅ ｒｅｓｉｎ）を含み、前記気化性防錆剤はベース樹脂１００重量部に対して１〜３０重量部であり、前記硝酸ナトリウム系物質は高分子樹脂１００重量部に対して３〜３０重量部であり、前記硝酸ナトリウム系物質はＮａＮＯ２及びＮａＮＯ３の少なくとも一つであり、前記防錆性ガスケットの内部に分散されており、前記円筒形カンのクリンピング部の終端には前記硝酸ナトリウム系物質によってガンマ三酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）が１０Å〜１０００Åの厚さで形成されている防錆処理された円筒形電池であってもよい。
前記高分子樹脂及びベース樹脂は互いに同一であっても異なってもよく、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン、レーヨン、混紡糸、ポリビスコース及びポリノジック繊維からなる群から選択される１種又は２種以上の混合物であってもよい。特に、前記高分子樹脂及びベース樹脂はポリプロピレン（ＰＰ）であってもよい。前記ガスケットの素材は特許文献１に記載されているので、それについての詳細な説明は省略する。
クリンピング部は、キャップ組立体を円筒形カンの開放端に装着することができるように、円筒形カンの上端に形成されている。より具体的に、クリンピング部は、円筒形カンの上端部をビーディング加工することによって内側に湾入部を形成し、ガスケットを開放端に搭載し、トップキャップ、ＰＴＣ素子、安全ベントの外周面を順次挿入した後、円筒形カンの上端部を内側に折り曲げることによって形成される。結果的に、クリンピング部の内側面に位置するガスケットを取り囲む形態になり、クリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）及びプレス工程を実行することによってキャップ組立体を装着する。
前記クリンピング部は、ガスケットが介装された状態でキャップ組立体が円筒形カンの開放上端に安定的に装着することができるように端部が内側に折り曲げられた構造になっている。このようなクリンピング部の側壁は電池の側面と同様に垂直に形成されている。
前記円筒形カン２０の素材は特に制限されず、ステンレススチール、スチール、アルミニウム又はその等価物のいずれか１種から形成されることができる。円筒形カン２０は導電性を有しなければならないため、金属成分を用いることになるが、このような金属成分は外部からの水分との接触による腐食に弱いことがある。
本発明の一実施例による前記キャップ組立体３０は、前記円筒形カン２０の開放端を密封するトップキャップ、及び一面は前記トップキャップの側面、上面及び下面の全てと接触し、他面は前記ガスケット４０の内周面と接触するように折り曲げられて配置され、前記電極組立体１０に電気的に連結された安全ベント３６を含むものである円筒形電池１００であり得る。
本発明の一実施例による円筒形電池１００を図２に示した。図２を参照すると、円筒形電池１００は、電極組立体１０を電解液とともに収納する円筒形カン２０と、円筒形カン２０の開放端に密封結合されるキャップ組立体３０と、前記円筒形カン２０とキャップ組立体３０との間に介装されるガスケット４０とを含む。
前記キャップ組立体３０は、前記円筒形カン２０の開放端を密封するトップキャップ、及び一面は前記トップキャップの側面、上面及び下面の全てと接触し、他面はガスケット４０の内側面と接触するように折り曲げられて配置され、前記電極組立体１０に電気的に連結された安全ベント３６からなることができる。
このようなキャップ組立体３０を備えた電池は、電動ドリルなどのパワーツールの動力源として使われる場合には、瞬間的に高出力を提供することができ、振動、落下などの外部の物理的衝撃に対しても安定することができる。
特に、安全ベント３６が折り曲げられてトップキャップを取り囲む形態の前記キャップ組立体３０は、安全ベント３６とトップキャップの接触面が１ヶ所以上の連結部を形成することができ、前記連結部は熔接などによって形成される。本発明で使用された"熔接"という用語はレーザー熔接、超音波熔接、抵抗熔接などの文言的意味の熔接だけではなく、半田付けなどの締結方法なども含む概念として使われる。熔接はキャップ組立体３０自体の組立過程で行うこともでき、キャップ組立体３０を円筒形カン２０に取り付けた状態でも行うことができる。
前記安全ベント３６は電池の内部圧力の上昇時に電流を遮断するかガスを排気する役割をし、金属素材であることが好ましい。安全ベント３６の厚さは素材及び構造などによって変わることができ、電池内部の所定の高圧の発生時に破裂されてガスなどを排出することができれば特に制限されるものではなく、例えば０．２〜０．６ｍｍであってもよい。
前記安全ベント３６と接触する前記トップキャップ部位の厚さは、外部から印加される圧力からキャップ組立体３０の多くの構成要素を保護することができる範囲であれば特に制限されるものではなく、例えば０．３〜０．５ｍｍであってもよい。トップキャップ部位の厚さがあまりにも薄ければ機械的剛性を発揮しにくく、反対にあまりにも厚ければ大きさ及び重量の増加によって同一規格において電池の容量を減少させることがあるので好ましくない。
前記ガスケット４０は全体的に両端が開放した円筒形を成し、円筒形カン２０の内面に向かう一側端は円筒形カン２０の開放部、すなわちクリンピング部に位置するように中心部に向かって直角に折り曲げられた構造が好ましい。ガスケット４０の他側端は最初には直線状に延びて円筒形ガスケット４０の軸方向に向かい、円筒形カン２０との加圧工程時に中心部に向かって直角に折り曲げられて内周面と外周面がそれぞれキャップ組立体３０のトップキャップと円筒形カン２０の内側面に密着した状態に折り曲げられる。
前記ガスケット４０は電気絶縁性を有する弾力的な高分子樹脂から構成され、このような高分子樹脂は電気絶縁性、耐衝撃性、弾力性及び耐久性を有することが必要である。一般にガスケットは絶縁性を有し、電解液の漏出防止のために電解液に対する耐化学性に優れなければならなく、電池内部の高温及び高湿の苛酷な条件でガスケットの気密性を維持しなければならないため耐熱性が要求される。このようなガスケットは一般的にポリプロピレン素材を用いるが、これに限定されるものではない。また、前記ガスケット４０は気化性防錆剤を含む。
電極組立体１０は、互いに極性が異なり、ロール形の広い板状を有する二つの電極板１１とこの電極板１１を互いに絶縁させるために電極板１１の間に介装されるかいずれか一つの電極板１１の左側又は右側に配置される分離膜１２とを備え、いわゆる'ゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ Ｒｏｌｌ）'状に巻き取られた構造が好ましい。もちろん、所定の規格の陽極板と陰極板が分離膜１２を挟んで積層された形態であってもよい。
二つの電極板１１はそれぞれアルミニウムと銅を含む金属ホイル又は金属メッシュ状の集電体に活物質スラリーが塗布された構造である。スラリーは通常に粒状の活物質、補助導体、バインダー及び可塑剤などを溶媒を添加した状態で撹拌することによって形成される。溶媒は後続工程で除去される。電極板１１が巻かれる方向に集電体の始端と終端にはスラリーが塗布されていない無地部が存在してもよい。無地部にはそれぞれの電極板１１に対応する一対のリードが付着される。電極組立体１０の上端に付着される第１リード１３はキャップ組立体３０に電気的に連結され、電極組立体１０の下端に付着される第２リード（図示せず）は円筒形カン２０の底に連結される。もちろん、第１リード１３と第２リードはいずれもキャップ組立体３０の方向に引き出されることもできる。電極組立体１０は円筒形カン２０の底部に取り付けられた第１絶縁板（図示せず）上に配置され、電極組立体１０の上端には第２絶縁板（図示せず）が配置されることが好ましい。第１絶縁板は電極組立体１０と円筒形カン２０の底部を互いに絶縁させ、第２絶縁電極組立体１０とキャップ組立体３０を互いに絶縁させる。
前記円筒形カン２０はアルミニウム又はアルミニウム合金のような軽量の伝導性金属素材からなり、上端が開放した開放部とそれと対向する密閉底部を有する円筒構造を有する。円筒形カン２０の内部空間には電極組立体１０と電解液（図示せず）が収容される。前記電解液は、二次電池１００の充放電時に電極板１１の電気化学的反応によって生成されるリチウムイオンを移動させるためのものである。このような電解液はリチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水質系有機電解液又は高分子電解質を用いたポリマーであってもよいが、電解液の種類は問題とならない。
一方、円筒形カン２０の中央にはゼリーロール状に巻き取られた電極組立体１０が解けることを防止し、二次電池１００の内部ガスの移動通路の役割をするセンターピン（図示せず）が挿入されることもできる。円筒形カン２０の上部、すなわち電極組立体１０の上端上部には外部から内側に加圧されて折り曲げられたビーディング部２４が備えられることによって電極組立体１０の上下方向への流動を防止する。
キャップ組立体３０はガスケット４０を介装して密閉した状態で円筒形カン２０の開放部に組み立てられるもので、トップキャップ及び安全ベント３６を含む。トップキャップは外部と電気的に接続されるように形成された電極端子（図示せず）を有する。前記安全ベント３６は折り曲げられてトップキャップの外周面を取り囲む形態になっている。
本発明の一実施例による円筒形電池１００は、前記安全ベント３６の下端に熔接され、下部が前記電極組立体１０と連結されることができる電流遮断素子をさらに含むことができる。具体的に、前記安全ベント３６は中央に膨らむように突出して電流遮断素子（ＣＩＤ：ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ Ｄｅｖｉｃｅ）３８に熔接され、電流遮断素子３８は二次電池１００の内部圧力によって安全ベント３６とともに変形されることができるもので、ＣＩＤガスケット及びＣＩＤフィルターに区分されることもできる。
本発明の一実施例による円筒形電池１００は補助ガスケットをさらに含むことができる。前記補助ガスケット４２は電流遮断素子３８用ガスケットで、電流遮断素子３８の外周面を取り囲むように構成される。特に、前記補助ガスケット４２は、電流遮断素子３８の外周面において上部と側面部と接触し、電流遮断素子３８の上部及び側面部を支持する。そして、補助ガスケット４２は、安全ベント３６の突出部と電流遮断素子３８が接触する部分を除き、電流遮断素子３８と安全ベント３６が互いに電気的に絶縁されるようにする役割をする。
一般に、円筒形電池において、ゼリーロール型の電極組立体１０の陽極ホイルに熔接された陽極リードはキャップ組立体３０と電気的に連結されてトップキャップの上端の突出端子に連結され、陰極ホイルに熔接された陰極リードは円筒形カン２０の密閉端に熔接され、円筒形カン２０自体が陰極端子を構成する。円筒形カン２０の素材は特に制限されず、ステンレススチール、スチール、アルミニウム又はその等価物のいずれか１種から形成されることができる。電極組立体１０を円筒形カン２０に収納した状態で電解液が注入され、円筒形カン２０の開放端にキャップ組立体３０を装着して密封させれば二次電池の組立てが出来上がる。
本発明の一実施例による二次電池は、高いエネルギー密度、放電電圧、及び出力安全性のリチウム（イオン）二次電池であってもよい。このようなリチウム二次電池は、陽極、陰極、分離膜１２、リチウム塩を含む非水電解液などからなる。陽極は、例えば陽極集電体上に陽極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布してから乾燥することによって製造され、必要によって充填剤をさらに添加することもできる。陰極は陰極集電体上に陰極活物質を塗布及び乾燥することによって製作され、必要によって前述した成分をさらに含むこともできる。分離膜１２は陰極と陽極の間に介装され、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄膜が使われる。リチウム塩含有非水系電解液は、非水電解液とリチウム塩からなり、非水電解液は液状非水電解液、固体電解質、無機固体電解質などが使われる。ここで、集電体、電極活物質、導電材、バインダー、充填剤、分離膜１２、電解液、リチウム塩などは当該分野に広く知られているので、それについての詳細な説明は省略する。
本発明の他の一実施例による円筒形電池１００を図３に示した。図２で説明した参照符号と同じ構成要素は同じ機能を有する同一部材である。図３を参照すると、前記キャップ組立体３０は、前記円筒形カン２０の開放端を密封し、前記ガスケット４０の突出部と接触するように配置されたトップキャップ、前記トップキャップと接触するように配置されたＰＴＣ素子（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）３４、及び一面は前記ＰＴＣ素子３４と接触し、他面の一部が前記ガスケット４０と接触するように配置された安全ベント３６を含むことができる。
前記ガスケット４０は図２で使用した防錆性ガスケットと同じものである。
前記ＰＴＣ素子３４は電池の内部温度の上昇時に電池抵抗が大きく増加して電流を遮断する役割をし、このようなＰＴＣ素子３４の厚さも素材及び構造などによって変わることができ、例えば０．２ｍｍ〜０．４ｍｍであってもよい。ＰＴＣ素子３４の厚さが０．４ｍｍより厚ければ内部抵抗が上昇し、電池の大きさを増加させて同一規格において電池の容量を減少させることがある。反対に、ＰＴＣ素子３４の厚さが０．２ｍｍより薄ければ、高温で所望の電流遮断効果を発揮しにくく、弱い外部衝撃によっても破壊されることがある。よって、ＰＴＣ素子３４の厚さはこのような点を複合的に考慮して前記厚さ範囲内で適切に決定することができる。
ＰＴＣ素子３４と接触するトップキャップ部位の厚さは、外部から印加される圧力からキャップ組立体３０の多くの構成要素を保護することができる範囲であれば特に制限されるものではなく、例えば０．３〜０．５ｍｍであってもよい。トップキャップ部位の厚さがあまりにも薄ければ機械的剛性を発揮しにくく、反対にあまりにも厚ければ大きさ及び重量の増加によって同一規格において電池の容量を減少させることがあるので好ましくない。
このように、トップキャップ、ＰＴＣ素子３４、及び安全ベントを備えたキャップ組立体３０を含む二次電池は一定の出力を安定的に提供する携帯電話、ノートブックなどの電源として使われることができる。
本発明は前記実施例に製造された多数のリチウム二次電池を電気的に連結してなる電池パックを提供することができ、前記電池パックはパワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、及びプラグインハイブリッド車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）を含む電気自動車、電気トラック、電気商用車、及び電力貯蔵用システムからなる群から選択される一つ以上の装置に中大型デバイス電源として用いられる電池パックであってもよい。
本発明による防錆性ガスケットと特許文献１による防錆性ワッシャの防錆特性を調べるための実験を進めた。
＜防錆素材の製造＞
ＮａＮＯ２を常温及び常圧で均一な性状に至るまでよく混合した後、細かく粉砕させた。前記粉砕されたＮａＮＯ２３重量部と溶融ポリプロピレン樹脂９７重量部を混合して気化性防錆剤（ＶＣＩ）を得た。
前記気化性防錆剤をベース樹脂としてポリプロピレン（ワッシャ）又はポリエチレンテレフタレート（チューブ）又はポリブチレンテレフタレート（ガスケット）樹脂と約５：１００（重量部）の割合で混合した後、この混合物を成形型でそれぞれの形態に製造した。
＜実施例１＞
キャップアセンブリーに前記防錆素材の製造で製造した防錆性ガスケットと一般ワッシャを適用して円筒形二次電池を製造した。
＜実施例２＞
キャップアセンブリーに前記防錆素材の製造で製造した防錆性ガスケットと防錆性ワッシャを適用して円筒形二次電池を製造した。
＜実施例３＞
キャップアセンブリーに前記防錆素材の製造で製造した防錆性ガスケットを適用して円筒形二次電池を製造した。前記円筒形二次電池の製造において前記防錆素材のうち前記気化性防錆剤を除いて製造した一般ワッシャ及び一般チューブを使った。
＜比較例１＞
キャップアセンブリーに一般ガスケットと一般ワッシャを適用して円筒形二次電池を製造した。
＜比較例２＞
キャップアセンブリーに一般ガスケットと前記防錆素材の製造で製造した防錆性ワッシャを適用して円筒形二次電池を製造した。
＜比較例３＞
前記防錆素材の製造で製造した防錆性チューブを製造し、比較例１の円筒形二次電池を挿入し、熱風を加えて防錆性チューブの被覆された円筒形二次電池を製造した。前記円筒形二次電池の製造において前記防錆素材のうち前記気化性防錆剤を除いて製造した一般ワッシャ及び一般ガスケットを使った。
＜比較例４＞
キャップアセンブリーに前記防錆素材の製造で製造した防錆性ワッシャを適用して円筒形二次電池を製造した。前記円筒形二次電池の製造において前記防錆素材のうち前記気化性防錆剤を除いて製造した一般ガスケット及び一般チューブを使った。
＜実験例１＞
下記の１）〜４）のような条件で前記防錆素材の製造で製造した防錆性ワッシャ及び防錆性ガスケットを適用した電池セルを常温及び常湿の条件で１ヶ月間保管した後、さび発生有無を観察した。
一般ワッシャ、一般ガスケットは前記防錆素材において気化性防錆剤を除いて製造したものである。
１）一般ワッシャ＋一般ガスケット（比較例１）
２）一般ワッシャ＋防錆性ガスケット（実施例１）
３）防錆性ワッシャ＋一般ガスケット（比較例２）
４）防錆性ワッシャ＋防錆性ガスケット（実施例２）
１月経過後、前記１）〜４）の全ての条件の電池カンのクリンピング部の終端ではさびが確認されなかった。したがって、一般ワッシャ及び一般ガスケットが適用される場合にも常温及び常湿の条件でさび発生は防止することができることが分かる。
＜実験例２＞
前記実施例１、実施例２及び比較例１〜３で製造された円筒形二次電池を高温及び高湿（６５℃、９０％）の条件を維持するチャンバー内に２週間保管した後、電池のさび発生有無を観察した。
その結果は下記の表１の通りである。
Figure 0006747654
前記実験例２の結果を参照すると、高温及び高湿の条件でワッシャによる効果は非常に小さく、全的に防錆性ガスケットによる効果が現れることが分かる。防錆性チューブも防錆性ガスケットに比べて効果が非常に小さいことが現れた。
＜実験例３＞
前記実施例３、比較例３及び比較例４で製造された円筒形二次電池を常温及び常湿の条件に６ヶ月間保管した後、円筒形二次電池のクリンピング部のさび発生有無を観察した。
その結果は下記の表２の通りである。
Figure 0006747654
前記表２を参照すると、常温及び常湿の条件で１ヶ月間保管した実験例１と比較すると、６ヶ月保管する場合には一部の円筒形二次電池でさびが発生することが観察された。すなわち、硝酸ナトリウム系物質を含む防錆性ガスケットを使う場合には全ての円筒形二次電池のクリンピング部でさびが発生しなかった反面、防錆性チューブが適用された比較例３及び防錆性ワッシャが適用された比較例４はそれぞれ２０個の円筒形二次電池のうち１８個の二次電池のクリンピング部でさびが発生した。
円筒形二次電池の場合、電池カンの終端であるクリンピング部は製造過程で切られる部分であるから電池カンのメッキ層の内層であるＦｅが露出される。したがって、前記クリンピング部は相対的にさびが易しく発生することになる。しかし、本発明のように防錆性ガスケットを適用する場合にはクリンピング部でさびが発生することを完璧に遮断することができる。
以上のように、本発明は従来の技術で解決することができなかった問題を解決して円筒形電池を高温及び高湿条件で長期間使うことができる道を提示した画期的な発明である。
以上で本発明をたとえ限定された実施例及び図面に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と下記の特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であるのはいうまでもない。
本発明の一実施例による円筒形電池は防錆剤及びベース樹脂を含む防錆性ガスケットを使うことにより、高温及び高湿の条件で驚くべき防錆効果を示している。具体的に、高温及び高湿の条件で電池のクリンピング部の終端のさび発生又は腐食発生を防止することができる防錆処理された円筒形電池を提供することができる。このような効果は従来の防錆性ワッシャ、防錆性チューブなどの円筒形電池における従来の多様な防錆性技術によっては解決することができなかったものである。

Claims (12)

  1. 陽極、陰極及び分離膜を含む電極組立体を含む円筒形電池であって、
    上端開口部を含む円筒形カンと、
    前記円筒形カンの上部外周面に形成され、前記上端開口部の一部が内側に折り曲げられて形成されるクリンピング部によって前記円筒形カンと結合されるキャップ組立体と、
    前記円筒形カンと前記キャップ組立体の間に介装される防錆性ガスケットとを含み、
    前記防錆性ガスケットは高分子樹脂及び硝酸ナトリウム系物質を含む気化性防錆剤（ＶＣＩ；Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）とベース樹脂（ｂａｓｅ ｒｅｓｉｎ）を含む、防錆処理された円筒形電池。
  2. 前記気化性防錆剤はベース樹脂１００重量部に対して１〜３０重量部であり、
    前記硝酸ナトリウム系物質は高分子樹脂１００重量部に対して３〜３０重量部であり、
    前記硝酸ナトリウム系物質はＮａＮＯ２及びＮａＮＯ３の少なくとも一つであり、前記防錆性ガスケットの内部に分散されている、請求項１に記載の防錆処理された円筒形電池。
  3. 前記高分子樹脂及びベース樹脂は互いに同一であっても異なってもよく、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン、レーヨン、混紡糸、ポリビスコース及びポリノジック繊維からなる群から選択される１種又は２種以上の混合物である、請求項１または２に記載の防錆処理された円筒形電池。
  4. 前記高分子樹脂及びベース樹脂はポリプロピレン（ＰＰ）である、請求項３に記載の防錆処理された円筒形電池。
  5. 前記硝酸ナトリウム系物質は前記防錆性ガスケットの内部にクリスタル状態で分散されており、
    前記円筒形カンのクリンピング部の終端には前記硝酸ナトリウム系物質によってガンマ三酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）が１０Å〜１０００Åの厚さで形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の防錆処理された円筒形電池。
  6. 前記キャップ組立体は、
    前記円筒形カンの開放端を密封するトップキャップ（ｔｏｐ ｃａｐ）と、
    一面は前記トップキャップの側面、上面及び下面の全てと接触し、他面は前記防錆性ガスケットの内周面と接触するように折り曲げられて配置され、前記電極組立体に電気的に連結された安全ベントとを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の防錆処理された円筒形電池。
  7. 前記キャップ組立体は、
    前記円筒形カンの開放端を密封し、前記防錆性ガスケットの突出部と接触するように配置されたトップキャップ（ｔｏｐ ｃａｐ）と、
    前記トップキャップと接触するように配置されたＰＴＣ素子と、
    一面は前記ＰＴＣ素子と接触し、他面の一部が前記防錆性ガスケットと接触するように配置された安全ベントとを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の防錆処理された円筒形電池。
  8. 前記安全ベントの下端に熔接され、下部が前記電極組立体と連結されることができる電流遮断素子をさらに含む、請求項７に記載の防錆処理された円筒形電池。
  9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の防錆処理された円筒形電池の多数を電気的に連結してなる、電池パック。
  10. 前記電池パックは、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）と、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、及びプラグインハイブリッド車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）を含む電気自動車と、電気トラックと、電気商用車と、電力貯蔵用システムとからなる群から選択される一つ以上の装置に中大型デバイス電源として用いられる、請求項９に記載の電池パック。
  11. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の防錆処理された円筒形電池の製造方法であって、ＮａＮＯ２及びＮａＮＯ３の少なくとも１種の硝酸ナトリウム系物質を準備して粉砕する段階と、
    粉砕硝酸物質を高分子樹脂と混合して気化性防錆剤を製造する段階と、
    気化性防錆剤及びベース樹脂を混合して防錆性ガスケットを製造する段階と、
    前記防錆性ガスケットを、電極組立体を内蔵した円筒形カンと、前記円筒形カンの上部外周面に形成され、上端開口部の一部が内側に折り曲げられるクリンピング部によって前記円筒形カンと結合されるキャップ組立体との間に介装する、防錆処理された円筒形電池の製造方法。
  12. 前記防錆性ガスケットを介装する段階後、
    前記防錆性ガスケットの内部の硝酸ナトリウム系物質と水分の反応によって亜窒酸（ＨＮＯ２）及び硝酸（ＨＮＯ３）の少なくとも１種を生成する段階と、
    前記亜窒酸（ＨＮＯ２）及び硝酸（ＨＮＯ３）の少なくとも１種で前記円筒形カンの表面を酸化させて１０Å〜１０００Åの厚さでガンマ三酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）を形成する段階とをさらに含む、請求項１１に記載の防錆処理された円筒形電池の製造方法。
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