KR100314956B1 - 비수 전해질 이차전지 - Google Patents
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Abstract
비수 전해질의 이차전지의, 특히 대형 전지에 있어서, 외부단자에 과대한 토크로 너트를 죌 때에 단자가 파손되지 않고 전기 도전성이 우수한 고신뢰성의 집전 단자를 제공한다.
집전 단자에 있어서, 외부단자를 구성하는 부분과 극판군으로부터 도출된 리드판이 접속되는 부분을 이종금속으로 구성하고, 이들을 고상 접합법 또는 진공 납땜법에 의해 일체화하는 것이다. 고상 접합방법으로서는 확산접합, 폭발압접, 마찰접합이 유효하다.
Description
근년, AV기기, 퍼스널 컴퓨터 등의 전자기기, 통신기기의 구동용 전원으로서 소형, 경량으로 고 에너지 밀도의 이차전지가 요구되고 있고, 한편 대형의 전지는 전기 자동차를 비롯하여 환경 문제에 관한 분야에서 연구개발이 이루어지고 있으며, 대용량, 고출력, 고전압 등에서 우수한 이차전지가 요구되고 있고, 그 중에서도 리튬 이차전지는 크게 기대되고 있다. 특히, 대형의 리튬 이차전지에 있어서는 고출력화에 의한 대전류 부하 특성의 향상, 장수명화(長壽命化)의 요구 뿐만 아니라, 차량용 전원으로서 탑재한 경우에도 진동 등에 의해서 리드판 절단 등의 접속부의 불량이 발생하지 않도록 하는 내진동성(耐振動性)이 요구되고 있다.
일반적으로, 현재 주류로 되어 있는 리튬 이차전지는, 정극(正極)에 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬 등의 리튬 천이 금속 복합산화물을 사용하고, 부극(負極)에 리튬 이온을 흡장(吸藏), 방출 가능한 탄소재료를 사용하며, 전해질에 비수(非水) 전해질을 사용하고 있다. 이러한 리튬 이차전지는 정극의 전위가4V 이상으로 높기 때문에 정극의 코어(core) 재료나 봉구판(封口板) 등의 구조부재의 재질로서 내고전압성 및 내식성이 높은 Al을 일반적으로 많이 사용하고 있다. 또한, 부극에는 전기 전도성이 우수한 재질인 Cu를 일반적으로 사용하고 있다.
또한, 통상적으로 띠형상의 정극판 및 부극판의 각각은 중앙부 또는 단부의 한 개소에 리드판을 용접하는 등에 의해 접속하고 있다. 그리고, 이들 극판을 세퍼레이터(separator)를 통해 적층하고 감아 극판군(極板群)을 구성하고, 상기 리드판을 도 6에 도시한 바와 같이 집전 단자와 용접하는 등에 의해 전기적으로 접속하고 전류의 출력을 리드판을 통해 행하고 있다.
대형 전지의 경우는 고출력화에 따른 부하 특성의 향상이 요청되고 있다. 이 경우, 전극의 면적을 크게 하여 전극의 단위 면적당의 전류밀도가 과대하게 되지 않도록 설계할 필요가 있지만, 단일 전지의 높이 방향, 즉 전극판의 폭방향의 치수 확대에 의해, 전극면적을 확대하는 것은 어느 정도의 한계가 있고, 실제로는 전극길이를 크게 함으로써 고출력화에 의한 부하 특성의 향상을 도모하고 있다.
대형 전지를 복수 접속하는 때에는 볼트(bolt)부를 형성한 집전 단자를 이용하여 케이블 등의 접속부품을 부착하는 경우가 있다. 그 때, 집전 단자에 A1을 사용하면, 너트를 꽉 죌 때에 볼트가 쉽게 파손되거나, 자리부(座部)가 압축되어 접속부의 비뚤어짐이 생기는 것 등의 강도적 결점이 생기는 경우가 있다.
또한, A1은 산화되기 쉽고, 그 경우 전기 저항의 상승 및 그에 따른 전기 전도성의 저하를 야기시킨다. 또한, 산화를 막기 위해서 Ni 등의 도금을 실시하는 것은 일반적으로 곤란한 것으로 되어 있다. 이 과제를 해결하기 위해서, 볼트부를갖는 부분을 A1보다도 인장 강도가 큰 스테인리스 스틸 등으로 구성하고, 그 이외의 부분을 A1로 구성하여, 서로를 나사로 죄어 회전 방지를 하는 방법이 있다.
이 경우, 볼트부에는 강도가 강한 재질을 사용하고 있기 때문에 너트의 조임 부착에 의한 파손이라는 결점은 해소되지만, 이종(異種) 금속 사이의 저항에 의해 단자부의 저항이 높게 되거나, 기밀성(氣密性)이 충분히 얻어지지 않는다고 하는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결할 수 있는 것으로, 그 목적으로 하는 바는 과대한 토크(torque)값으로 볼트를 죄더라도, 볼트부가 용이하게 파손되거나 자리부가 비뚤어지는 일이 없고, 내고전압, 내식성이 우수한 A1의 특성을 그대로 살릴 수 있는 신뢰성이 높은 볼트단자를 구비한 비수 전해질 전지용 집전 단자를 제공하는 것이다.
또한, 전극구성에 관해서는 전지 케이스 내에서 전극이 점유할 수 있는 체적에는 한계가 있기 때문에, 전극을 길게 함에 따라 전극의 두께는 얇게 되고 전극의 단위 면적당의 전류밀도는 저하하지만, 면적이 증대한 만큼 리드판까지의 거리가 길게, 즉 전기 저항이 크게 되어 전극의 면적을 크게 한 효과가 충분히 살려지지 않는다.
이 과제해결를 위해 도 7에 도시한 바와 같이 2개 이상의 리드판을 동일 극판에 부착하여 군(群)을 구성하고, 이들의 리드판을 동일 방향으로 평행하게 취출(取出; 빼냄)하여 집전 단자와 접속하는 방법이 있다. 이에 따라 상기 과제는 해결되지만, 차량용 전원으로서 탑재된 경우 진동 등에 의해 리드판이 끊어질 우려가있다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하는 것으로, 특히 대형 전지에 있어서 진동이나 충격 등에 의한 리드판의 절단 등의 접속부의 불량이 발생하지 않는 내진동성이 높은 비수 전해질 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명은 비수 전해질 이차전지의, 특히 그 집전(集電) 단자에 있어서 외부와의 전기적 접속을 하는 부분과, 극판(極板)의 리드판(lead板)과의 전기적 접속을 하는 부분의 구조에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 비수 전해질 이차전지의 종단면도, 도 2는 본 발명의 비수 전해질 이차전지의 집전 단자의 종단면도, 도 3은 본 발명의 비수 전해질 이차전지의 봉구판의 조립 시의 모양을 도시한 도면, 도 4는 종래의 집전 단자를 도시한 단면도, 도 5는 종래의 집전 단자의 다른 예를 도시한 단면도, 도 6은 종래의 전지 단면도, 도 7은 종래의 극판군을 도시한 사시도이다.
상기 단자부재에 관한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 외부단자를 구성하는 부분과, 극판군으로부터 도출(導出)된 리드판을 접속한 부분은 이종 금속으로 구성하고, 이들 금속이 고상(固相) 접합 혹은 진공 납땜에 의한 접합에 의해 일체화한 것이다. 또한, 전극구성에 관해서는 복수개 취출한 리드판를 나사나 리벳으로 고정한 것으로, 리드판과 용접 등에 의해 전기적으로 접속한 집전 단자부에 나사나 리벳을 배치하여 상기 리드판을 고정함으로써 상기 과제를 해결하는 것이다.
본 발명의 비수 전해질 이차전지에서는 정극과 부극중 적어도 한쪽의 집전 단자가 전지 케이스 밖으로 돌출한 외부단자를 구성하는 부분과, 전지 케이스 내의 극판군으로부터 도출된 리드판이 접속된 부분으로 구성되어 있고, 그들 두개의 부분은 이종 금속으로 이루어지며, 이종 금속 사이의 경계면은 고상 접합 또는 진공 납땜에 의해 일체화 됨으로써 전극 전위에서 안정하고 전기 저항이 낮고 또한 가공되었을 때에 강도를 갖는 집전 단자로 할 수 있다.
고상 접합 방법으로서는 확산접합, 폭발 압접(壓接), 마찰 접합중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 정극 집전 단자의 경우에는, 외부단자를 구성하는 부분의 금속종(種)은 기계적 강도를 갖는 점에서 철(Fe), 니켈(Ni), 스테인리스 스틸, 동(Cu) 중 어느 것이고, 리드판이 접속된 부분의 금속종은 정극의 고전위에서도 안정하다는 점에서 알루미늄(Al)이 바람직하다.
한편, 부극 집전 단자의 경우에는, 통상 사용하고 있는 동 단체(銅單體)라도 정극에 종래 사용하고 있는 알루미늄 단체와 비교하여 강도는 확보되지만, 필요에 따라 단자를 구성하는 부분의 금속종에 동(銅)이상의 기계적강도를 갖는 철(Fe), 니켈(Ni), 스테인리스 스틸중 어느 것을 사용하고, 리드판이 접속된 부분을 동(Cu)으로 하여도 된다.
또한, 전극구성에 관해서는 복수개 취출한 리드판을 나사나 리벳으로 고정한 것으로, 리드판과 용접 등에 의해 전기적으로 접속한 집전 단자부에 나사나 리벳을 배치하여 전기 리드판을 고정하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 l은 본 발명에 따른 전지의 구성 단면도이다. 또한, 이하의 설명은 일 예이고, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다.
정극판(1), 부극판(2), 세퍼레이터(3)로 이루어지는 극판군과, 유기 전해액으로 이루어지는 비수 전해질과, 이들을 수납하는 전지 케이스(4)를 구비한 비수 전해질 이차전지에서, 정극 집전 단자(5), 부극 집전 단자(6)는 1종류의 금속으로 구성하던지, 또는 전지 케이스(4)보다 밖으로 돌출한 외부단자를 구성하는 부분과, 전지 케이스(4)보다 안에 수납된 리드판이 접속된 부분을 이종 금속으로 구성하는 것으로, 그 경계면은 고상 접합이나 진공 납땜에 의해 접합한 것이다.
이하에서는 본 발명의 이종 금속의 접합에 관해서 설명한다.
현재, 일반적으로 사용하고 있는 재료의 접합법 중에서 접합부에서의 야금학적인 결합의 형성에 기초한 것은, 용융 접합법, 납땜 법, 고상 접합법으로 대별된다. 이 중에서 용융 접합법은 가장 널리 이용되고 있는 기술이다.
그러나, 접합되는 재료나 종류 및 형상에 따라서는 용융 접합법보다도 고상 접합법, 진공 납땜법 쪽이 적합하다. 예를 들면, 이종 금속의 용융 접합법에 의한 접합중에, 한쪽의 금속으로 알루미늄이나 동(Cu)을 사용하는 경우는, 전자 빔(beam)이나 레이저 용접 등의 고 에너지 밀도 열원(熱源)을 이용하면, 알루미늄이나 동과같이 전기 전도성이 높은 금속재료는 반사율이 대단히 크고, 레이저 조사에 의한 가열 효율이 나쁘다. 이 때문에 고 전력을 투입하면 용접되는 재료의 열이력(熱履歷)은 극도로 빠르게 되고, 이것 때문에 응고 균열 등의 문제가 있어서 적당하지 않다.
본 발명의 집전 단자에서의 이종 금속의 접합방법의 한개는, 고상 접합법을 이용하는 것으로, 접합하는 모재(母材)의 융점 이하의 온도조건에서 조성 변형을 가능한 한 발생시키지 않을 정도로 가압하여, 접합부에서 이종 금속 사이에 생기는 원자의 확산을 이용하여 접합함으로써 응고 균열 등의 걱정이 없다.
또한, 본 발명의 집전 단자에서의 이종 금속 접합방법의 한개는, 납땜중에서도 진공 납땜을 이용하는 것으로, 진공 납땜은 모재를 산화, 침탄(浸炭), 탈탄(脫炭)시키지 않고, 스테인리스 스틸이나 알루미늄(Al) 등의 매우 산화되기 쉬운 금속을 진공중에서 가열하는 것이 큰 장점이다. 또한, 플럭스(flux)가 불필요하기 때문에 전처리 및 후처리가 불필요하게 되어 깨긋한 접합면을 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 정극 집전 단자에 관해서 설명한다. 정극 집전 단자는, 외부단자를 구성하는 부분의 금속종이 철(Fe), 니켈(Ni), 스테인리스 스틸 또는 동(Cu)이고, 리드판이 접속된 부분의 금속종이 알루미늄(Al)이다.
집전 단자에 있어서 전지 외부에서 외부 단자를 구성하는 부분에 상기 금속을 사용하면 비교적 강도가 높기 때문에, 볼트부 등을 형성하여 케이블 등의 접속시에 과대한 토크로 너트를 죄더라도 볼트부의 파손이나 자리부의 압축에 의한 비뚤어짐이 없다.
또한, 집전 단자에 있어서 전지 내부에서 리드판과 접속되는 부분에 알루미늄을 사용하면, 내전압성, 내식성 및 전기 전도성이 우수한 특성을 확보할 수가 있다.
이하에서는 본 발명의 부극 집전 단자에 관해서 설명한다. 부극 집전 단자에 있어서, 외부 단자를 구성하는 부분의 금속종은 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 스테인리스 스틸이고, 리드판이 접속된 부분은 동(Cu)이다. 집전 단자에 있어서 전지 외부에서 외부단자를 구성하는 부분에 상기 금속을 사용하면 비교적 강도가 높기 때문에 볼트부 등을 형성하여 케이블 등의 접속시에 과대한 토크로 너트를 죄더라도 볼트부의 파손이나 자리부의 압축에 의한 비뚤어짐이 없다. 또한, 집전 단자에 있어서 전지 내부에서 리드판과 접속되는 부분에 동을 사용하면 전기 전도성이 우수한 특성을 확보할 수가 있다.
이하에서는 전지 케이스 내에 수납된 리드판과 집전 단자의 접합형태의 일례에 관해서 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 구성 단면도이다. 정극판(1), 부극판(2), 세퍼레이터(3)로 이루어지는 극판군과, 유기 전해액으로 이루어지는 비수 전해질과, 이들을 수납하는 전지 케이스(4)를 구비한 비수 전해질 이차전지에 있어서, 정극판(1) 및 부극판(2)은 각각 일단으로부터, 복수 개의 정극은 알루미늄제의 리드판(7), 부극은 동제의 리드판(8)이 취출되어 있다. 정·부극의 각각 에 있어서 동일 방향으로 평행하게 취출된 복수의 리드판(7,8)은 나사나 리벳 코킹(calking)에 의하여 고정되어 있다. 알루미늄제의 정극 리드판(7)과, 정극 집전 단자(5)의 전지 내부의 알루미늄으로 이루어지는 부분은, 나사나 리벳에 의해 고정되어 있고, 또한 초음파 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 동제의 부극 리드판(8)과, 부극 집전 단자(6)의 전지 내부의 동으로 이루어지는 부분은, 나사나 리벳에 의해 고정되어 있고, 또한 초음파 용접에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
동이나 알루미늄과 같이 전기 전도도가 높은 금속 재료의 접합에는 초음파 용접을 이용하는 것이 바람직하며, 용융 용접인 레이저 용접에서는 가열 효율이 나쁘기 때문에 고 전력의 도입이 필요하여 생산성이 나쁘고 유지(maintenance)도 곤란하게 되어 작업성이 나쁘다. 또한, 열영향에 의한 응고 균열의 문제나 용접부의 변형도 크다. 저항 용접에 관해서도 마찬가지이다.
이에 반하여, 초음파 용접은 접합되는 부분에 고주파 진동을 인가함에 따라 금속의 원자가 확산되어 재결정(再結晶)함으로써 접합이 이루어지기 때문에, 고온에 도달하지 않고 용융이나 무른 주조(鑄造) 조직을 형성하지 않으므로 응고 균열과 같은 걱정이 없다. 또한, 용접부의 변형도 작다. 접합 면적도 레이저 용접 등보다도 크기 때문에 대전류를 흘리는 경우에 우수하다. 또한, 유지를 용이하게 할 수 있고 생산성도 높다.
또한, 이와 같이 복수의 리드판을 집전 단자에 초음파 용접하는 경우, 미리 나사나 리벳으로 리드판과 집전 단자를 고정하고 있는 것은, 작업성이 높아지는 것이나 초음파의 진동을 흡수하는 역할을 다 할 수 있기 때문에, 진동에 의한 각 극판과 리드판의 접합 부분의 파손이나 각 극판의 합제층(合劑層)[활물질층(活物質層)]의 탈락을 방지할 수가 있고, 만일 차량 전원(電源) 탑재시의 진동이나 충격에 의해 용접에 의한 전기적 접속부가 떨어지더라도 도통경로를 확보할 수가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
(실시예1)
도 2에 도시한 바와 같이 정극 집전 단자를 HIP법(열간등방 가압법)을 이용하여 접합하였다. 우선, 정극 집전 단자에 있어서, 전지 케이스 내에서 리드판과전기적으로 접속하는 알루미늄 부분(2l)과, 전지 케이스 밖으로 돌출하여 외부단자를 겸하는 스테인리스 스틸 부분(20)을, 그 접합면을 면 거칠기 10μm 이하로 연마하고, 금속 캡슐(capsule)내에 넣어 탈기(脫氣), 밀봉하였다.
접합면은 진공상태(1O-2∼10-1Pa 이상)인 것이 바람직하고, 캡슐 전체를 전기로에 장입(裝入)하여 300℃에서 가열하면서 진공 탈기를 하였다.
진공 탈기를 한 캡슐을 HIP법 장치에 장입하여, 온도를 1100℃, 압력을 100 Pa까지 4시간동안 동시에 승온·승압하고 4시간동안 유지한 후, 4시간동안 강온·강압 처리하였다. 얻어진 정극 집전 단자는 스테인리스 스틸 부분에 볼트부를 형성하는 등의 기계 가공을 하고 Ni 도금을 하였다. 이 정극단자를 단자 A라 한다.
(실시예2)
다음으로, 도 2에 도시한 정극 집전 단자를 마찰 접합법(브레이크 법)을 이용하여 접합하였다.
정극 집전 단자의 알루미늄 부분(21)을 정지대에 삽입하고 클램프(clamp)하였다. 한편, 정극 집전 단자의 스테인리스 스틸 부분(20)을 회전대에 삽입하고 클램프하였다. 회전대를 1000rpm에서 회전을 개시하고 정지대를 회전대로 이동시켜 마찰압력 49MPa, 마찰시간 3초로 소재 접촉가열을 개시하였다.
다음에, 회전을 급정지하고 업세트(upset) 압력 78.5MPa, 업세팅 시간 6초로 가압하여, 알루미늄 부분과 스테인리스 스틸 부분의 접합품을 얻었다. 얻어진 정극 집전 단자는 소정의 형상으로 기계 가공하고, 스테인리스 스틸 부분에 볼트부를 형성하고 Ni 도금을 하였다. 이 정극단자를 단자 B라 한다.
(실시예3)
도 2에 도시한 정극 집전 단자를 폭발 압접법을 이용하여 접합하였다.
정극 집전 단자에 있어서, 알루미늄 부분(21)을 윗쪽으로, 스테인리스 스틸 부분(20)을 아래쪽으로, 각각 극간(隙間)을 마련하여 세트하고, 알루미늄재에 폭약과 뇌관을 걸어 기폭시켜 아래쪽으로 눌러 구부러뜨리며, 충돌할때의 양 금속의 현저한 유동으로 표면의 산화 피막 흡착 가스층을 배제하여 활성화한 면 끼리를 야금적으로 접합하였다.
얻어진 정극 집전 단자는 소정의 형상으로 기계 가공하고, 스테인리스 스틸 부분에 볼트부를 형성하고 Ni도금을 하였다. 이 정극 단자를 단자 C라 한다.
(실시예4)
도 2에 도시한 정극 집전 단자를 진공납땜 법을 사용하여 접합하였다.
정극 집전 단자에 있어서, 알루미늄 부분(21)과 스테인리스 스틸 부분(20)을 각각 아세톤으로 탈지하고, 접합면에 납땜 재로서 마그네슘(Mg)을 개재시켜 지그에 의해 고정하였다. 진공 화로내에 반입하여 10-4∼10-5Torr의 진공도에서 600℃까지 가열하여 마그네슘을 증발시키고, 이때의 증기압으로 접합면의 산화피막을 파괴함으로써 양호하게 접합하였다.
얻어진 정극 집전 단자는 소정의 형상으로 기계 가공하고, 스테인리스 스틸 부분에 볼트부를 형성하고 Ni 도금을 하였다. 이 정극단자를 단자 D라 한다.
(비교예1)
도 4에 도시한 바와 같이, 20, 21의 전체가 알루미늄(Al050)으로 이루어지고, 20의 부분에 볼트부를 형성하고 소정의 형상으로 기계 가공하여 정극 집전 단자를 제작하였다. 이 정극단자를 단자 E라 한다.
(비교예2)
도 5에 도시한 바와 같이, 정극 집전 단자의 정극판의 리드판이 전기적으로 접속되고 전지 케이스 내에 수납되는 부분(21)은 알루미늄(Al050)으로 제작하고 소정의 형상으로 기계 가공하고, 전지 케이스 밖으로 돌출하여 외부단자를 겸하는 부분(20)은 스테인리스 스틸(SUS316L)로 하여 소정의 형상으로 기계 가공하여, 서로 나사로 고정하여 정극 집전 단자를 제작하였다. 이 정극단자를 단자 F라 한다.
(실시예5)
도 2에 도시한 바와 같이, 부극 집전 단자를 HIP법(열간등방 가압법)을 이용하여 접합하였다. 우선, 부극 집전 단자에 있어서, 전지 케이스 내에서 리드판과 전기적으로 접속하는 동(銅) 부분(21)과, 전지 케이스 밖으로 돌출하여 외부단자를 겸하는 스테인리스 스틸 부분(20)을, 그 접합면을 면 거칠기 10μm 이하로 연마하고, 금속 캡슐내에 넣어 탈기, 밀봉하였다.
접합면은 진공상태(1O-2∼1O-1Pa 이상)인 것이 바람직하고, 캡슐 전체를 전기로에 장입하여 300℃로 가열하면서 진공 탈기를 하였다.
진공 탈기를 한 캡슐을 HIP법 장치에 장입하고, 온도를 1100℃, 압력을 100Pa까지 4시간동안 동시에 승온·승압하고 4시간 유지한 후, 4시간동안 강온·강압 처리하였다. 얻어진 부극 집전 단자는 스테인리스 스틸 부분에 볼트부를 형성하는 등의 기계적 가공을 하고 Ni 도금을 하였다. 이 부극단자를 단자 G라 한다.
(비교예3)
도 4에 도시한 바와 같이, 20, 21의 전체가 동으로 이루어지고, 20의 부분에 볼트부를 형성하고 소정의 형상으로 기계 가공하여 부극 집전 단자를 제작하였다. 이 부극단자를 단자 H라 한다.
(실시예6)
본 실시예에서는 도 1에 도시한 단면 구조의 전지를 제작하였다. 부극은 리튬을 흡장, 방출가능한 흑연을 주재료로 하고, 정극은 리튬 코발트 산화물을 활물질로 사용하였다.
부극판은 흑연에 폴리 불화 비닐리덴(vinylidene) 가루를 부극 전체에 대하여 5Wt(중량)%를 혼합한 후, N-메틸-2-피롤리돈(pyrolidone)을 첨가하여 페이스트(paste)를 조정하고, 얻어진 페이스트를 동(銅)제의 집전체에 도포하고 건조하여 제작하였다.
한편, 정극 활물질에 아세틸렌 블랙의 탄소가루를 정극 활물질에 대하여 3Wt%, 폴리 불화 비닐리덴 가루를 정극 활물질에 대하여 5Wt%를 각각 첨가하여 혼합한 후, N-메틸2-피롤리돈을 첨가하여 페이스트를 조정하였다. 얻어지고 페이스트를 알루미늄제의 집전체에 도포하고 건조하여 정극판을 제작하였다.
얻어진 정·부극판에 있어서, 정극판에는 일단에 알루미늄제의 리드판을, 부극판에는 동제의 리드판을, 각각 동일 방향으로 평행하게 취출할 수 있도록 초음파 용접으로 부착시켰다. 정·부극판을 폴리에틸렌 수지제 세퍼레이터를 통해 거듭 권심(卷芯)(16)의 주위에 와권상(渦卷狀)으로 두루 감아, 외관 치수 직경58mm,길이 20Omm의 원통형 전극군을 제작하였다.
정극 집전 단자는 실시예1에 의한 단자 A를, 부극 집전 단자는 실시예 5에 의한 단자 G를 사용했다.
정극 봉구판은 아래와 같이 하여 제작하였다. 도 3에 도시한 바와 같이, 정극 집전 단자(5)에 수지제 절연 개스켓(gasket)(9)을 삽입하고, 이어서 스테인리스 스틸제의 뚜껑 판(10), 또 수지제 절연 개스켓(1l), 스테인리스 스틸제의 와셔(washer)(12)를 삽입한다. 다음에, 스테인리스 스틸제의 푸시(push) 너트(13)를 삽입하고 프레스기로 가압하여 체결한다. 정극 집전 단자(5)와 뚜껑 판(10)은 수지제 절연 개스켓(9)을 매개로 절연되어 있고, 푸시 너트(13)의 체결에 의해 기밀성이 확보된다. 이렇게 하여 정극 봉구판(14)을 제작하였다.
부극 봉구판(15)은 부극 집전 단자(6)을 사용하여 18의 주액(注液) 구멍이 없고, 19의 밀폐 뚜껑을 포함하지 않은 것 이외에는 정극 봉구판(14)과 마찬가지로 하여 제작하였다.
제작한 전극군을 본 실시예에서는 외관 치수 직경 60mm, 길이 250mm의 스테인리스 스틸제의 전지 케이스(4)에 삽입하고, 한편의 개구단에 수지제 절연판(17)을 넣고 전극군의 위에 얹는다. 다음에, 수지제 절연판(17)에 미리 열어 놓은 구멍에서 부극 리드판(8)을 취출한다.
부극 리드판(8) 및 부극 집전 단자(6)에 미리 열어 놓은 구멍에 동제의 리벳을 삽입하고 그 리벳을 코킹하여 고정한 후, 또한 초음파 용접하여 접합하였다. 부극의 뚜껑 판(1O)의 주연부와 전지 케이스(4)를 레이저 용접을 하여 봉구(封口)하였다. 다음에, 케이스(4)의 또 한편의 정극측의 개구단에도 수지제 절연판(17)을 넣고, 정극에 대해서도 상기한 부극과 동일한 공정을 하였다. 단지, 정극의 경우는 리벳 및 집전 단자의 리벳을 코킹하는 부분은 알루미늄으로 이루어진다. 정극 봉구판(l4)에 설치된 주액 구멍(18)에 제작한 전해액을 주입하였다. 여기서, 전해액은 에틸렌 카보네이트와 디에틸렌 카보네이트의 등체적(等體積) 용매에 LiPF6을 1mol/l정도 용해한 것이다. 이어서, 주액 구멍(18)에 스테인리스 스틸제의 주액 구멍밀폐 뚜껑(19)을 덮고 레이저 용접을 하여 밀봉하였다. 이렇게 하여 얻은 전지를 본 발명의 전지 a로 하였다.
(비교예4)
전극군으로부터 취출한 리드를 리벳 등으로 고정하지 않은 것, 집전 단자와의 용접 근방을 리벳 등으로 고정하지 않은 것 이외에는, 실시예 6의 전지 a와 마찬가지로 하여 얻은 전지를 비교 전지 b로 하였다.
표 l은 본 발명의 실시예의 단자 A∼D, G와 비교예의 단자 E, F, H를 축방향으로 인장 하중을 서서히 인가하고, 각 시험품이 파단할 때까지 계속하여, 파단하였을 때의 최대 인장 하중이 임의로 설정한 최소 인장 하중 기준치를 충족하는 지의 여부를 조사함과 아울러, 이종 금속부의 기밀성을 헬륨 리크(helium leak)검사를 이용하여 측정한 결과, 집전 단자부의 저항치의 3점에서의 비교를 나타낸다.
표 2는 본 발명의 실시예의 전지 a와 비교예의 전지 b의 낙하 시험후의 집전 단자부와 리드부의 접속 불량수를 나타낸다.
표 l에 도시한 바와 같이 비교예 l의 알루미늄제의 단자 E와 비교해서, 본발명의 단자 A∼D는 볼트부에 강도가 강한 스테인리스 스틸을 사용하고 있기 때문에 너트를 죌 때의 파손불량은 없었다.
* 불량이 아니지만 약간 변형한 것이 보였다
또, 비교예 2의 단지 이종 금속을 나사 고정한 단자 F와 비교해서, 본 발명에 의해 이종 금속을 접합한 단자 A∼D는 이종 금속 접합부의 기밀성이 대단히 높고 또한 저항치도 낮았다. 또한, 본 발명의 실시예의 단자 G와 비교예의 단자 H에서는, 그 정도 큰 차는 아니지만, 비교예의 단자 H가 너트로 죈 경우에 불량이라는정도는 아니지만, 약간 변형이 보인 데 비하여, 실시예의 단자 G에서는 전혀 보이지 않았다.
또한, 표 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의해 리드를 고정한 전지 a는 비교예 4의 전지 b에서 보인 접속 불량의 발생은 없었다. 또, 정·부극의 집전 단자에 있어서, 스테인리스 스틸을 사용한 부분에 정극에서는 철, 니켈, 동을 사용한 경우, 또한 부극에서는 철, 니켈을 사용한 경우라도 동일한 효과를 얻을 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명은 정극 및 부극의 집전 단자에 있어서, 외부 단자를 구성하는 부분과, 극판군으로부터 도출된 리드판이 접속된 부분을 이종 금속으로 구성하고, 이들 금속을 고상 접합법 또는 진공 납땜법에 의해 일체화하고 있기 때문에, 외부 단자를 구성하는 부분에 강도가 강한 금속을 사용함으로써, 케이블의 접속 등이 과대한 토크로 너트를 죌 때에도 파손 불량을 방지할 수 있다.
또한, 고상 접합법이나 진공 납땜법에 의해 일체화 함으로써 금속사이의 접합면의 전기 도전성을 양호하게 할 수가 있다.
또한, 전극군으로부터 취출한 복수의 리드판과 집전 단자를 나사나 리벳으로 고정함으로써 접속불량을 감소시킬 수가 있다.
Claims (9)
- 정극판, 부극판, 세퍼레이터로 이루어지는 극판군과, 비수 전해질과, 이들을 수용하는 전지 케이스와, 일단이 외부단자를 겸하는 정·부극 집전 단자를 구비하고, 상기 집전 단자의 타단에는 각 극판의 리드판이 전기적으로 접속되어 있으며, 정극 및 부극중 적어도 한편의 집전 단자는 전지 케이스 밖으로 돌출한 외부 단자를 구성하는 부분과, 전지 케이스 내의 극판군으로부터 도출된 리드판이 접속된 부분으로 구성되어 있고, 그들의 두개의 부분은 이종 금속으로 이루어지며, 이종 금속사이의 경계면은 고상 접합에 의해 일체화된 비수 전해질 이차전지.
- 제 1항에 있어서,고상 접합방법은 확산접합, 폭발압접 또는 마찰접합인 비수 전해질 이차전지.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,정극 집전 단자는 외부단자를 구성하는 부분의 금속종(種)이 철(Fe), 니켈(Ni), 동(Cu) 또는 스테인리스 스틸이고, 리드판이 접속된 부분의 금속종이 알루미늄(Al)인 비수 전해질 이차전지.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,부극 집전 단자는, 외부단자를 구성하는 부분의 금속종이 철(Fe), 니켈(Ni)또는 스테인리스 스틸이고, 리드판이 접속된 부분의 금속종이 동(Cu)인 비수 전해질 이차전지.
- 정극판, 부극판, 세퍼레이터로 이루어지는 극판군과, 비수 전해질과, 이들을 수용하는 전지 케이스와, 일단이 외부단자를 겸하는 정·부극 집전 단자를 구비하고, 상기 집전 단자의 타단에는 각 극판의 리드판이 전기적으로 접속되어 있으며, 정극 및 부극중 적어도 한편의 집전 단자는 전지 케이스 밖으로 돌출한 외부단자를 구성하는 부분과, 전지 케이스 내의 극판군으로부터 도출된 리드판이 접속된 부분과는 이종 금속으로 이루어지고, 이종 금속사이의 경계면은 진공 납땜에 의해 일체화된 비수 전해질 이차전지.
- 제 5항에 있어서,정극 집전 단자는 외부단자를 구성하는 부분의 금속종이 철(Fe), 니켈(Ni), 동(Cu) 또는 스테인리스 스틸이고, 리드판이 접속된 부분의 금속종이 알루미늄(Al)인 비수 전해질 이차전지.
- 제 5항에 있어서,부극의 집전 단자는 외부단자를 구성하는 부분의 금속종이 철(Fe), 니켈(Ni) 또는 스테인리스 스틸이고, 리드판이 접속된 부분의 금속종이 동(Cu)인 비수 전해질 이차전지.
- 제 1항 또는 제 5항에 있어서,정극판, 부극판, 세퍼레이터로 이루어지는 극판군과, 비수 전해질과, 이들을 수용하는 전지 케이스와, 일단이 외부단자를 겸하는 정·부극 집전 단자를 구비하고, 상기 정극 및 부극중 적어도 한쪽의 집전 단자의 타단에는 각 극판으로부터 복수개 취출된 리드판이 나사 또는 리벳에 의해 전기적으로 접속되어 있는 비수 전해질 이차전지.
- 제 8항에 있어서,상기 리드판과 접속된 집전 단자가 나사 또는 리벳으로 고정되어 있는 비수 전해질 이차전지.
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