KR100471166B1 - 전지 및 그 제조방법 - Google Patents

전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100471166B1
KR100471166B1 KR10-1999-7004047A KR19997004047A KR100471166B1 KR 100471166 B1 KR100471166 B1 KR 100471166B1 KR 19997004047 A KR19997004047 A KR 19997004047A KR 100471166 B1 KR100471166 B1 KR 100471166B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
outer case
thickness
metal outer
metal
Prior art date
Application number
KR10-1999-7004047A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20000068921A (ko
Inventor
모리와키요시오
이와세아키라
기타오카스스무
이이다마모루
마츠모토이사오
Original Assignee
마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 filed Critical 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Publication of KR20000068921A publication Critical patent/KR20000068921A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100471166B1 publication Critical patent/KR100471166B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/559—Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button cells
    • H01M50/56—Cup shaped terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/1243—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material having a layered structure characterised by the internal coating on the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/131—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by physical properties, e.g. gas-permeability or size
    • H01M50/133—Thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/131—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by physical properties, e.g. gas-permeability or size
    • H01M50/134—Hardness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/10—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with wound or folded electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/5313—Means to assemble electrical device
    • Y10T29/53135—Storage cell or battery

Abstract

발전 요소를 금속외장 케이스(1)에 수납한 전지로서, 그 금속외장 케이스(1)가 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께(TA)/측면두께(TB)가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속 케이스이며, 이 금속외장 케이스(1)는 알루미늄을 주체로 하는 재료로 구성된다. 또 적어도 금속외장 케이스(1)의 전지 내면측에는 얕은 밑면에 무수한 수직의 홈이 형성되어 있는 것, 또 상기 전지 내면측에는 니켈층이 배치된 것이 바람직하다. 이 금속외장 케이스는 드로잉과 아이어닝에 의한 DI 가공을 실시함으로써 알루미늄을 주체로 하는 금속외장 케이스(1)를 종래에는 없는 밑면두께(TA)/측면두께(TB)의 값, 즉 1.2∼4.0의 값으로 할 수 있다.

Description

전지 및 그 제조방법{BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 1차 전지, 2차 전지 등의 전지에 관한 것으로, 특히 원통형이나 각형(square-shaped) 전지의 금속외장 케이스(금속 케이스)의 개량에 관한 것이다.
최근 휴대용 기기가 더 한층 보급됨에 따라 소형의 1차 전지 및 2차 전지의 수요가 늘어나고 있다. 1차 전지로서는 망간 건전지나 알칼리 망간 건전지, 또 리튬 전지를 주체로 각각의 용도에 따라 다양하게 이용되고 있다. 또 2차 전지로서는 이제까지 알칼리 수용액을 전해액으로서 이용하는 알칼리 축전지인 니켈·카드뮴 축전지, 또는 수소 흡장합금을 음극에 이용한 니켈·수소 축전지가 널리 이용되어 왔으나, 최근에는 더욱 경량이고 에너지 밀도가 높은 것을 특징으로 하는 유기전해액을 이용한 리튬이온 2차 전지가 급격히 시장에 진출되고 있다.
그리고 휴대기기용 소형 2차 전지를 중심으로 전지 형상도 종래의 대표적 형상이었던 원통형, 코인형과 더불어 요즈음에는 각형이 증가하기 시작하여 최근에는 또한 페이퍼형상의 슬림형 전지도 등장하고 있는 상황이다.
이들 전지에 요구되는 성능 중에서 최근의 중요한 경향으로서 전지의 에너지 고밀도화가 있다. 전지의 에너지 밀도에는 크게 두가지의 표시방법이 있다. 그 하나는 체적 에너지 밀도(Wh/l)로, 이것은 전지 소형화의 지표로서 이용된다. 또 하나는 중량 에너지 밀도(Wh/kg)로, 이것은 전지 경량화의 지표로서 이용된다.
이 소형화나 경량화의 지표인 체적 에너지 밀도나 중량 에너지 밀도가 높은 전지가 시장의 요구에 따라 중요시되어 각 전지업계 모두에 전지의 에너지 밀도 경쟁이 치열하다.
전지의 에너지 밀도의 높이를 결정하는 것은 발전 요소를 구성하는 양극이나 음극의 전지 활성물질이 중심이지만, 그 밖에 전해질이나 분리기(separator)도 중요하며, 현재 이들 전지의 에너지 고밀도화를 위한 개량이 매우 활발하게 행해지고 있다.
한편 이들의 발전 요소를 수납하는 전지의 케이스, 즉 전지의 외장 케이스의 소형화, 경량화도 종래에는 무심하게 지나치는 경향이 있었으나 최근 중요한 문제로서 재평가되어 적극적인 개선이 도모되고 있는 상황에 있다. 전지의 외장 케이스를 더욱 얇게 할 수 있다면, 종래와 동일한 형상으로 얇게 한 부분에 더욱 많은 전지 활성물질을 수용하는 것이 가능하게 되어 전지 전체의 체적 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 또 전지의 외장 케이스를 더욱 비중이 가벼운 경량의 재료로 할 수 있다면, 종래와 동일한 형상으로 경량화함으로써 전지 전체의 중량을 저감할 수 있고, 전지의 전체적인 중량 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
이제까지 전지외장 케이스의 체적 에너지 밀도를 향상하는 데 있어 특기할만한 기술로서는 DI 공법의 채용이 있다. 종래 철계통의 금속재료를 이용하여 전지 케이스를 제작하는 데에 이제까지 드로잉가공이 주로 이용되고 있었으나 최근 드로잉과 아이어닝의 양쪽을 이용한 DI(드로잉과 아이어닝 ; drawings and ironing) 공법이 주목받고 있다. 종래의 전지 케이스의 제조방법으로서는 프레스기에 의한 디프 드로잉(deep drawing) 공정을 복수 공정 반복함으로써 소정 형상의 전지 케이스를 제작하는 공법(이하 「드로잉단독공법」이라 함)과, 일본국 특공평 7-99686호 공보 등에 알려져 있는, 프레스기에 의한 디프 드로잉 공정에 의해 컵형상의 중간제품을 제작한 후, 아이어닝기에 의한 아이어닝 공정에 의해 상기 컵형상의 중간제품으로부터 소정형상의 원통형 전지 케이스를 제작하는 공법, 말하자면 「DI 공법」이 알려져 있다.
「DI 공법」은 「드로잉 단독공법」에 비해 공정수의 삭감에 의한 생산성의 향상, 케이스측 둘레벽의 두께 감소에 의한 경량화 및 용량증가, 응력부식의 저감 등의 장점이 있어 그 이용률이 높아지고 있다. 그리고 종래에는 상기 제조방법에서 전지 케이스의 내압 강도나 시일부의 강도를 확보하기 위해 전지 케이스 소재로서 비교적 고경도의 니켈도금 강판이 이용되고 있었다. 이 DI 공법의 채용에 의해 외장 케이스의 슬림화가 도모되어 전지로서 약 5% 정도의 체적 에너지 밀도의 향상이 가능하게 되었다고 한다.
또 전지의 외장 케이스를 더욱 비중이 가벼운 경량의 재료로 바꾸는 예로서 종래의 압연강판(비중 : 약 7.9g/cc)으로 바꾸어 더욱 경량화가 가능한 알루미늄 합금판(비중 : 약 2.8g/cc)을 채용한 각형 리튬이온전지의 외장 케이스가 유명하다. 휴대전화용으로 전지의 경량화를 도모한 결과, 그 경우에도 소재를 알루미늄 합금으로 변경함으로써 외장 케이스의 경량화가 도모되어 전지 전체에서 약 10%의 중량 에너지 밀도를 향상시킨 예가 알려져 있다. 그 알루미늄 외장 케이스에 의한 2차 전지의 일례는 일본국 특개평 8-329908호 공보 등에 나타난 것이 있다. 또한 이제까지 알루미늄 혹은 알루미늄 합금을 이용한 전지 케이스의 제작법으로서는 임팩트가공, 드로잉가공이 많이 이용되고 있었다.
또 이제까지 실제로 사용되고 있는 전지에서 전체 전지 중량 중의 외장 케이스가 차지하는 중량비율로서는 전지크기에 따라 얼마간 차이가 있지만 냉간압연강판을 이용한 것으로, 원통형의 니켈·수소 축전지나 리튬이온 2차 전지에서는 10∼ 20wt% 정도이며, 각형의 니켈·수소 축전지나 리튬이온 2차 전지에서는 이것이 30∼40wt% 정도로 대략 원통형의 2배의 값을 갖고 있었다. 최근 각형의 리튬이온 2차 전지의 외장 케이스 재료에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 이용함으로써 이 값이 20∼30wt%로 저감되어 있다.
이들 전지의 케이스, 즉 전지의 외장 케이스의 소형화, 경량화의 움직임은 이상과 같은 전지의 에너지 밀도의 향상에 대하여 유효하지만, 한편으로 전지는 충전 혹은 방전 반응에 있어서, 물질의 변화를 수반하는 화학반응을 이용하는 것이며, 사용에 있어서 에너지 밀도와 함께 중요하고 무시할 수 없는 성능으로서 품질의 신뢰성 및 안전성이 있다. 방전전용 1차 전지에 있어서는 장기보존에서의 용량확보나 누액방지, 안정된 방전특성 등의 품질의 신뢰성이 불가결하다. 충방전을 반복하는 2차 전지에서는 1차 전지에서 요구되는 특성과 더불어 사이클 수명이나 안전성 등의 성능이 더욱 중요하다.
종래 이 전지의 외장 케이스에 관해 에너지 고밀도화와 품질신뢰성 및 안전성을 모두 만족하는 것이 매우 곤란한 상황이었다. 즉 전지의 외장 케이스에 관하여 에너지 고밀도화를 도모하고자 하면 전지의 변형이나 이상 상태에서는 균열을 발생시켜 전해액이 누액되는 등의 트러블을 수반하는 일이 많았다. 한편, 견고한 외장 케이스로 하면 에너지 고밀도화를 희생하게 되는 일이 많아 이 2개의 트레이드 오프(trade off) 관계를 개선하는 효과적인 방법은 찾지 못하였다.
앞에서 나타낸 외장 케이스를 제작하는 공법으로, 드로잉과 아이어닝에 의한 DI 공법에 의한 방법이 얇고 경량인 전지의 에너지 고밀도화와 전지의 품질신뢰성 및 안전성을 비교적 모두 만족하는 우수한 방법이었으나, 이것에 관해서도 성능향상, 품질신뢰성 및 안전성의 개선이 더욱 요구되고 있었다.
이와 같은 1차 전지, 2차 전지의 시장에서의 전지의 소형화, 경량화의 요망은 강하고, 더욱 편리성이 요구되고 있다. 한편으로는 이들 전지의 품질신뢰성 및 안전성은 필요불가결하며, 종래는 전지의 소형화, 경량화를 가능하게 하는 전지의 에너지밀도 향상과 전지의 품질신뢰성 및 안전성을 모두 만족하는 것이 불충분하였다.
또 알루미늄계 금속재료로 외장 케이스를 제작하는 공법에 관해서는 종래의 방법으로는 외장 케이스의 슬림화가 불충분하여 결과적으로 전지의 소형화, 경량화가 충분하지 않았다.
본 발명은 상기 문제점을 개선한 것으로, 1차 전지, 2차 전지에 사용하는 원통형이나 각형 혹은 그와 유사한 형상의 외장 케이스의 소형화, 경량화를 도모하여 전지로서의 에너지 밀도를 향상시키고, 아울러서 전지의 품질신뢰성 및 안전성을 만족하는 전지 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 이용한 원통형 밑면이 있는 금속외장 케이스의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 상기 금속외장 케이스의 제작공정을 도시한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 이용한 전지 A와 비교예의 전지 B의 고율 방전특성을 비교하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 이용한 각형 밑면이 있는 금속외장 케이스를 도시하며, (a)는 종단 정면도, (b)는 종단 측면도, (c)는 평면도, (d)는 (c)에서 P로 나타낸 부분의 확대 단면도, (e)는 (a), (b)에서 각각 Q1, Q2로 나타낸 부분의 확대 단면도이다.
본 발명은 발전(發電) 요소를 금속외장 케이스에 수납한 전지에 있어서, 그 금속외장 케이스가 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께/ 측면두께가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속 케이스이며, 이 금속외장 케이스가 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료로 구성된 것을 특징으로 하는 전지이다. 또 상기에 있어서, 적어도 금속외장 케이스의 전지 내면측에 얕은 밑면에 수직의 홈이 무수히 형성되어 있고, 혹은 전지 내면측에 형성되는 홈의 깊이가 0.5∼10.0㎛인 것을 특징으로 하는 전지에 관한 것이다.
또 상기 전지에 있어서, 금속외장 케이스가 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료이고, 적어도 그 전지 내면 혹은 외면의 어느 한쪽에 30㎛두께 이하의 니켈층을 배치하고 있는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 전지이다.
또 본 발명은 알루미늄을 주체로 하는 금속재료판 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료판을 밑면이 있는 통형상으로 드로잉 성형하고, 상기 밑면이 있는 통형상으로 성형된 케이스의 측부를 아이어닝률(ironing rate){단 아이어닝률(%)은 다음의 정의로 한다. 아이어닝률(%)=(원래의 두께-아이어닝한 후의 두께)×100/원래의 두께}이 10∼ 80%의 범위가 되도록 연속적으로 아이어닝 가공(DI 가공)하면서 그 전지 내면측에 얕은 밑면에 수직인 홈을 무수히 형성한 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께/측면두께가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속외장 케이스를 제작하고, 이것을 이용하여 전지로 하는 전지의 제조방법이다. 이 경우, 알루미늄을 주체로 하는 금속재료판 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료판으로, 적어도 전지 내면 혹은 외면의 어느 한쪽에 니켈층을 배치한 것을 이용한 것이나, 아이어닝률이 30∼80%의 범위가 되도록 연속적으로 아이어닝 가공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전지는 발전 요소를 금속외장 케이스에 수납한 전지에 있어서, 그 금속외장 케이스가 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께/측면두께가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속 케이스이며, 이 금속외장 케이스가 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료로 구성된 것을 특징으로 하는 전지이다. 종래 알루미늄을 주체로 하는 금속재료로 구성된 금속외장 케이스로 원통형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께/측면두께가 1.2∼4.0의 값을 갖는 금속외장 케이스에 의한 전지는 발견되지 않았다. 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 금속외장 케이스에 의한 전지는 몇 가지의 예가 알려져 있으나, 밑면두께/측면두께에 대해서는 모두 1.2 미만이며, 밑면두께/측면두께가 1.2∼4.0의 값을 갖는 금속외장 케이스에 의한 전지는 알려져 있지 않았다. 본 발명은 금속외장 케이스를 드로잉과 아이어닝에 의해 DI 가공하는 것을 특징으로 하고 있고, 이에 따라 종래에 없는 밑면두께/측면두께의 값을 실현할 수 있다. 본 발명에 의해 비로소 보다 얇고 경량인 전지의 에너지 고밀도화와 전지의 품질 신뢰성 및 안전성 모두를 만족할 수 있다.
또 본 발명의 전지는 적어도 금속외장 케이스의 전지 내면측에, 밑면에 수직인 무수히 얕은 홈, 바꾸어 말하면 금속외장 케이스의 측벽의 전지 내면측에 금속외장 케이스의 축방향으로 평행한 얕은 홈이 무수히 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지이다. 이 경우 상기 홈의 깊이는 특히 0.5∼10.0㎛ 정도가 바람직하다. 종래의 금속외장 케이스의 전지 내면측은 비교적 평탄한 표면상태가 형성되어 있었지만, 본 발명의 금속외장 케이스의 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈을 무수히 형성함으로써 발전요소인 전극판과 금속외장 케이스의 전기적인 접촉 저항을 현저하게 줄이는 효과를 부가할 수 있다.
또 이들 전지에서 금속외장 케이스가 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료이고, 적어도 그 전지 내면 혹은 외면의 어느 한쪽에 30㎛두께 이하의 니켈층을 배치하고 있는 것으로 구성된 것을 특징으로 한다. 이 전지 내면측에 30㎛두께 이하의 니켈층을 배치한 것에 의해 소재인 알루미늄이 전해액과 직접 접촉하는 일이 없어지고, 결과적으로 금속외장 케이스의 내식성이 향상되는 효과를 부여할 수 있다. 또 전지 외면측에 30㎛ 두께 이하의 니켈층을 배치한 것에 의해 복수의 전지를 접속하여 팩을 구성할 때에 리드 접속의 강도를 향상시킬 수 있다.
또 상기 전지에서 금속외장 케이스에 사용하는 소재인 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료의 비커스 경도(Vickers hardness)를 나타내는 HV값에 대하여 금속외장 케이스 성형 후의 금속외장 케이스의 측벽부의 HV값이 1.2배 이상의 값을 갖는다는 것이며, 금속외장 케이스의 가공경화값을 한정하고 있다.
또 상기 전지에서 금속외장 케이스의 측벽부의 두께에 관하여, 전지 시일부 주변의 측면두께가 다른 부분의 측면두께보다 적어도 10∼30% 두꺼운 것을 특징으로 하는 것이다. 이것은 전지를 사용하는 경우, 전지 내의 압력이 상승하여 내압 강도가 가장 약한 점이 전지 시일부 주변에 있는 것에 기인한다. 따라서 내압적으로 약한 전지 시일부 주변의 측면두께를 다른 부분의 측면두께보다도 적어도 10∼30% 두껍게 함으로써 밀폐강도를 유지할 수 있게 된다.
또 상기 전지에서 금속외장 케이스가 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖고, 상기 금속외장 케이스의 종절단면, 횡절단면에서의 전지 내면측의 코너부가 반경 0.5㎜ 이하의 곡률 형상인 것을 특징으로 한다. 전지 내면측의 코너부를 반경 0.5㎜ 이하의 곡률 형상으로 함으로써 전지 내의 내압 강도를 높이면서 또 양극, 음극, 분리기 등의 발전요소를 더욱 효과적으로 전지 내에 수용할 수 있다.
본 발명의 전지의 제조방법은 알루미늄을 주체로 하는 금속 재료판 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금 재료판을 밑면이 있는 통형상으로 드로잉 성형하고, 상기 밑면이 있는 통형상으로 성형된 케이스의 측부를 아이어닝률이 10∼80%의 범위가 되도록 연속적으로 아이어닝 가공하면서 그 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈을 무수히 형성한 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께/측면두께가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속외장 케이스를 제작하고, 이것을 이용하여 전지로 하는 전지의 제조방법이다. 이 경우, 알루미늄을 주체로 하는 금속 재료판 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금 재료판이 적어도 전지 내면 혹은 외면의 어느 한쪽에 니켈층을 배치한 것으로 구성되도록 하면 유효하다. 또 아이어닝률이 특히 30∼80%의 범위가 되도록 연속적으로 아이어닝 가공하면 더욱 바람직하다.
본 발명의 전지의 제조방법은 알루미늄을 주체로 하는 금속 재료판 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금 재료판을 높은 아이어닝률에 따라 밑면두께/측면두께가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속외장 케이스를 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
다음으로 본 발명의 구체예를 설명하기로 한다.
( 제 1 실시예 )
본 발명의 제 1 실시예로서, 금속외장 케이스 재료가 알루미늄을 주체로 하는 합금재료이고, 적어도 금속외장 케이스의 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈이 무수히 형성되어 있는 원통형의 리튬이온 2차 전지에 대하여 설명하기로 한다.
우선 이 전지에 이용한 금속외장 케이스를 도 1, 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 알루미늄을 주체로 하는 합금재료로서는 비열처리형 합금의 플래트닝 (flattening)재인 Al-Mn계 합금(3000계) 중에서 3003 합금을 선택하였다. 3003 합금의 두께 0.5㎜의 판(2)을 우선 원형으로 잘라내고, 그 후 프레스에 의해 드로잉 가공하여 외경 21.5㎜, 높이 15.5㎜의 밑면이 있는 금속 케이스 컵(3)을 제작하였다. 이 컵의 상태에서는 소재에 비하여 밑면두께, 측면두께 모두에서 변화는 거의 발견되지 않았다.
또 이 밑면이 있는 금속 케이스 컵(3)을 DI 금형에 도입하고, 연속적으로 아이어닝 가공함으로써 외경 13.8㎜, 높이 54.0㎜의 DI 밑면이 있는 금속 케이스(4)를 제작하였다. 이 상태에서는 금속 케이스의 측면상부(귀부)(5)는 평탄하지 않고 가공에 의해 다소 찌그러진 형상으로 되어 있으므로 측면상부(5)를 절단함으로써 외경 13.8㎜, 높이 49.0㎜의 DI 밑면이 있는 금속 케이스, 즉 금속외장 케이스(1)로 하였다. 이 밑면이 있는 금속외장 케이스(1)의 단면도를 도 1에 도시한다.
도 1에 도시된 이 금속외장 케이스(1)의 밑벽(1a)의 두께, 즉 밑면두께(TA)는 0.5㎜, 측벽(1b)의 두께, 즉 측면두께(TB)는 0.35㎜로 되어 있어 아이어닝률로서는 30%이다. 또 밑면두께(TA)/측면두께(TB)=1.43의 값이다. 또 여기에서 나타낸 측면두께(TB)는 금속외장 케이스(1)의 중간높이에서의 측면두께이며 측면두께의 평균적인 값을 나타내는 것이다. 한편 금속외장 케이스 중에서 시일 주변부(1c)인 상부의 개구부보다 5㎜ 내려간 위치에서의 측면두께(이것을 시일부 주변 측면두께라 함, TC)에 대하여 나타낸다. 시일부 주변 측면두께(TC)는 시일 강도를 향상시킬 목적으로 중간부의 측면두께(TB)보다도 약 11% 두꺼운 0.39㎜가 되도록 금속외장 케이스(1)를 제작하였다.
이 금속외장 케이스의 가공 전의 3003 합금판의 비커스 경도를 나타내는 HV값이 30이며, 금속외장 케이스 성형 후의 측벽(1b)의 HV값은 71로, DI 가공에 의해 HV값이 2.37배로 향상되었다.
본 발명은 이 연속적으로 아이어닝 가공하는 DI 케이스 제작 과정에서 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈을 무수히 형성시키고 있다. 이 전지 내면측에, 밑면에 수직인 무수한 얕은 홈은 DI 케이스 제작과정에서의 금속의 스크래치 손상이다. 이 스크래치 손상은 알루미나 등의 비교적 단단한 입자를 DI 가공시에 개재하면 생기기 쉽다. 이런 이유로 강제적으로 알루미나 분말을 밑면이 있는 금속 케이스 컵의 내면측 표면에 분산시켜 DI 가공에 의해 밑면에 수직인 얕은 홈을 무수히 형성하기 쉽도록 하였다.
DI 가공한 밑면이 있는 금속외장 케이스의 전지 내면측의 표면을 주사형 전자현미경으로 관찰한 결과, 밑면에 수직인 얕은 홈이 깨끗하게 무수히 형성되어 있는 것을 확인하였다. 이 경우 상기 홈의 깊이는 특히 0.5∼3㎛ 정도였다. 이와 같이 하여 본 발명의 전지에 이용하는 금속외장 케이스의 제작은 완료되었다.
다음으로 상기에 의해 제작한 금속외장 케이스를 이용하여 원통형의 리튬이온 2차 전지를 제작하였다. 우선 발전요소인 양극과 분리기, 음극을 준비하였다. 양극은 LiCoO2, 아세틸렌블랙으로 이루어지는 도전제, 불소수지 결착제 등을 페이스트 형상으로 혼합하고, 알루미늄박 기판에 도착하고, 건조, 가압, 절단에 의해 소정 치수로 성형하여 전극으로 하였다. 또 이 양극판은 전지의 금속외장 케이스와 직접 접촉시키기 위해 양극의 알루미늄박 기판만으로 이루어지는 부분을 설치하였다. 분리기는 두께가 0.027㎜의 폴리에틸렌 미세다공막을 이용하였다. 음극은 구형상의 흑연에 스틸렌 부타디엔 러버(SBR) 결착제와 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC) 증점제(增粘劑) 등을 첨가하여 페이스트 형상으로 하고, 동박 기판에 도착(塗着)하고, 건조, 가압, 절단에 의해 소정 치수로 성형하여 전극으로 하였다.
다음으로 양극과 음극을 분리기를 개재시켜 나선형상으로 감아 상기 금속외장 케이스에 수납하였다. 이 경우 나선형상으로 감은 가장 바깥부분은 양극의 알루미늄박 기판만으로 이루어지는 부분이며, 금속외장 케이스의 양극단자와 양극판이 직접 전기적으로 접속되어 있다. 또 밀폐전지의 캡부인 음극단자와 음극판을 니켈 리드조각으로 접속하였다.
전해액으로서는 에틸렌 카보네이트(EC)-디에틸 카보네이트(DEC)를 몰(mol) 비로 1:3의 비율로 배합한 것에 1mol/l의 비율로 6불화인산리튬(LiPF6)을 용해하여 전해액으로 하였다. 이 전해액을 전지 내에 주입하고, 통상의 레이저 시일로 금속외장 케이스와 시일 캡(esal cap)을 시일하여 밀폐전지로 하였다. 이 전지는 직경이 14mm, 높이 50mm의 원통형 단3(AA) 사이즈이다. 전지의 용량은 600mAh를 갖는다. 이 전지는 본 실시예의 전지로서 전지 A라 한다.
본 실시예의 전지 A와 성능을 비교하기 위해 비교예로서 전지 B의 제작과 평가를 시도하였다. 전지 B의 본 실시예의 전지 A와 다른 점은 금속외장 케이스의 구성이 다른 점이다.
즉 전지 B는 3003 합금의 두께 0.5mm의 판을 사용한 점에서는 전지 A와 마찬가지이지만, 케이스의 제작을 드로잉 단독공법에 의해 하고 있고, 이 드로잉 케이스에 의한 밑면이 있는 금속외장 케이스의 밑면두께는 0.5mm지만 측면두께는 0.43mm이며, 이 경우의 밑면두께/측면두께=1.16의 값이다. 또 전지 B의 금속외장 케이스의 전지 내면측은 얕은 밑면에 수직의 홈이 무수히 형성되어 있지 않고 비교적 평탄하였다.
이 2개의 전지 A, B의 특성을 비교하면 다음과 같았다. 첫째로, 금속외장 케이스의 측면두께가 전지 A에 비해 전지 B는 0.08mm 두껍게 되어, 그 결과 전지의 발전요소를 수납하는 유효체적이 전지 A에 비하여 약 2.5% 감소하고, 전지 B의 전지용량은 585mAh가 되어 체적 에너지 밀도로서도 약 2.5% 감소하게 되었다.
둘째로, 고율 방전특성의 차이가 인정되었다. 도 3에 20℃에서의 고율(1CmA) 방전에서의 특성비교도를 도시한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 중간방전전압으로 1CmA에서 약 30∼50mV 전지 B는 전지 A보다 방전전압이 낮고, 그 결과는 실제의 전지 사용에서 발생되는 고율 방전상태에 커다란 문제가 되는 것을 나타낸다. 최근 이들 리튬이온 2차 전지에서는 실사용에서의 고율 방전특성이 중요시되고 있고, 고정 W방전에서 전압저하가 큰 것은 상당히 중요한 문제이다. 이 점에서, 본 실시예의 전지 A는 금속외장 케이스의 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈이 무수히 형성되어 있는 것에 의해 고율 방전시의 방전전압의 저하를 억제하는 효과가 있는 것이 확인되었다.
상기 전지의 에너지 밀도면에서, 고율 방전면에서 본 실시예의 전지 A는 비교예의 전지 B보다 우수한 성능을 갖는 것이 확인되었다. 그 밖의 평가에서는 2개의 전지에서 현저한 차이가 인정되지 않았다.
이로써 본 발명은 밑면이 있는 금속외장 케이스로서 종래 다용되고 있던 철계의 강판 등에 비하면 금속외장 케이스 자체의 중량이 가벼워지고, 전지의 중량 에너지 밀도가 대폭 향상되는 것이 가능하게 된다. 또 밑면두께/측면두께의 값을 올림으로써 소재의 가공 경화를 촉진할 수 있어 더욱 슬림형이라도 고강도화가 도모되는 것도 알았다. 이러한 것에 의해 본 발명의 전지는 본 발명이 목적으로 한 전지의 에너지 고밀도화와 고신뢰성에 대하여 그 양립을 도모할 수 있는 전지였다.
( 제 2 실시예 )
다음으로 본 발명의 제 2 실시예로서 금속외장 케이스 재료가 알루미늄을 주체로 하는 합금재료이고, 적어도 금속외장 케이스의 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈이 무수히 형성되어 있고, 또 그 전지 내면측에는 니켈층이 배치된 것으로 구성한 각형의 리튬이온 2차 전지에 대하여 설명하기로 한다.
전지에 이용한 금속외장 케이스는 알루미늄을 주체로 하는 합금재료로서 비열처리형 합금의 플래트닝재인 Al-Mn계 합금(3000계) 중에서 3003 합금을 선택하였다. 3003 합금의 두께 0.6mm 판의 양면에 5㎛ 두께로 니켈 도금한 판을 프레스에 의해 드로잉 가공하여 밑면이 있는 금속 케이스 컵을 제작하였다. 이 컵의 상태에서는 소재에 비하여 밑면두께, 측면두께에서 모두 변화는 거의 발견되지 않았다.
또 이 밑면이 있는 금속 케이스 컵을 DI 금형에 도입하고, 연속적으로 아이어닝 가공함으로써 폭 22mm, 높이 52mm, 두께 8mm의 외경치수를 갖는 DI 밑면이 있는 금속 케이스를 제작하였다. 이 상태에서는 금속 케이스의 측면상부(귀부)는 평탄하지 않고 가공에 의해 다소 찌그러진 형상으로 되어 있으므로 측면상부를 절단함으로써 높이 48mm의 밑면이 있는 금속외장 케이스로 하였다. 도 4에 도시된 바와 같이 이 금속외장 케이스(7)의 밑면두께(TA)는 0.6mm, 측면두께(TB)는 0.45mm로 되어 있어 아이어닝률로서는 25%이다. 또 밑면두께/측면두께=1.33의 값이다. 또 여기에서 나타낸 측면두께(TB)는 금속외장 케이스(7)의 중간높이에서의 측면두께이며, 측면두께의 평균적인 값을 나타내는 것이다.
한편 금속외장 케이스(7) 중에서 시일 주변부인 상부의 개구부보다 5mm 내려간 위치에서의 측면두께(이것을 시일부 주변 측면두께라 함, TC)에 대하여 나타낸다. 시일부 주변 측면두께(TC)는 시일 강도를 향상시킬 목적으로 중간부의 측면두께(TB)보다도 약 11% 두꺼운 0.5mm가 되도록 금속외장 케이스(7)를 제작하였다.
이 금속외장 케이스(7)의 가공전의 3003 합금판의 비커스 경도를 나타내는 HV 값이 30이며, 금속외장 케이스 성형 후의 측벽부의 HV값은 58로, DI 가공에 의해 HV값이 1.93배로 향상되었다.
또 이 연속적으로 아이어닝 가공하는 DI 케이스 제작과정에서 전지 내면측에 무수히 얕은 홈을 금속외장 케이스(7)의 축방향에 평행한 방향, 즉 밑면에 수직인 방향으로 형성시켰다. 또 DI 케이스 제작과정에서 금형에 의해 전지 내면측의 코너부(8), 즉 밑면(9)과 측면(10)에 존재하는 코너부, 측면(10)과 측면(10)에 존재하는 코너부를 곡률 형상으로서의 곡률 반경(R)을 0.4mm로 하였다. 통상 각형 전지에 있어서, 이 곡률 반경(R)의 값은 큰 쪽이 내압 강도적으로는 유효하지만, 한정된 유효체적 중에서 내압 강도를 유효하게 유지하고, 또 발전요소 등을 유효하게 수용하기 위해서는 곡률 반경(R)이 0.5mm 이하의 곡률 형상을 가진 것이라는 것이 중요하며, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 이들의 코너부(8)의 곡률 반경인 R을 0.4mm로 하였다. 이에 따라 금속외장 케이스의 슬림화를 도모해도 전지 내의 내압 강도를 유지하는 것이 가능하게 되었다.
다음으로 상기에 의해 제작한 금속외장 케이스를 이용하여 각형의 리튬이온 2차 전지를 제작하였다. 우선 발전요소인 양극과 분리기, 음극을 준비하였다. 양극은 LiCoO2, 아세틸렌블랙으로 이루어지는 도전제, 불소수지 결착제 등을 페이스트 형상으로 혼합하고, 알루미늄박 기판에 도착(塗着)하고, 건조, 가압, 절단에 의해 소정 치수로 성형하여 전극으로 하였다. 또 이 양극판은 전지의 양극단자와 접속이 가능하게 되도록 리드를 부착하였다. 분리기는 두께가 0.027mm의 폴리에틸렌 미세 다공막을 이용하였다. 음극은 구형상의 흑연에 스틸렌 부타디엔 러버(SBR) 결착제와 카르복시 메틸 셀룰로오스(CMC) 증점제 등을 첨가하여 페이스트 형상으로 하고, 동박 기판에 도착하고, 건조, 가압, 절단에 의해 소정 치수로 성형하여 전극으로 하였다. 또 이 음극판은 전지의 금속외장 케이스와 직접 접촉시키기 위해 음극의 동박 기판만으로 이루어지는 부분을 설치하였다.
다음으로 양극과 음극을 분리기를 개재시켜 나선형상으로 감고, 상기 금속외장 케이스에 수납하였다. 이 경우 나선형상으로 감은 가장 바깥쪽 부분은 음극의 동박 기판만으로 이루어지는 부분이며, 금속외장 케이스의 음극단자와 음극판이 직접 전기적으로 접속되어 있다. 또 밀폐전지의 캡부인 양극단자와 양극판을 알루미늄 리드 조각으로 접속하였다. 전해액으로서는 에틸렌 카보네이트 (EC)-디에틸 카보네이트(DEC)를 몰 비로 1:3의 비율로 배합한 것에 1mol/l의 비율로 6불화인산리튬(LiPF6)을 용해하여 전해액으로 하였다. 이 전해액을 전지 내에 주액하고, 통상의 레이저 시일에 의해 금속외장 케이스와 시일 캡을 시일하여 밀폐전지로 하였다. 이 전지는 폭 22mm, 높이 48mm, 두께 8mm의 각형 형상으로, 전지중량이 약 18g이다. 전지의 용량은 600mAh를 갖는다. 이 전지는 본 발명의 전지로서 전지 C라 한다.
또 본 실시예는 상기 제 1 실시예와는 금속외장 케이스의 극성이 다르다. 상기 제 1 실시예에서 금속외장 케이스는 양극으로서 양극판과 접속했지만, 본 실시예에서는 금속외장 케이스가 음극으로서 음극판과 접속하고 있다.
이 본 실시예의 전지 C와 성능을 비교하기 위해 비교예로서 전지 D, E의 제작과 평가를 시도하였다. 전지 D, E의 본 실시예의 전지 C와 다른 점은 금속외장 케이스의 구성이 다르다는 점이다. 즉 전지 D는 3003 합금의 두께 0.6mm 판의 표면을 니켈 도금을 하지 않고 직접 밑면이 있는 금속외장 케이스에 가공한 것이며, 전지 E는 3003 합금의 두께 0.6mm의 판의 표면을 약 1㎛ 두께의 니켈 도금을 실시한 판을 밑면이 있는 금속외장 케이스에 가공한 것이라는 점이 본 실시예의 전지 C와 다르다. 또 전지 D, E의 금속외장 케이스의 형상은 본 실시예의 전지 C와 마찬가지이며, 또 모두 연속적으로 아이어닝 가공하는 DI 케이스 제작과정에서 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈을 무수히 형성시킨 점에서도 공통된다.
종래부터 이 리튬이온 2차 전지 분야에서 음극이 흑연을 사용한 전극이고, 음극과 접촉하는 금속외장 케이스가 알루미늄 혹은 알루미늄 합금재료의 조합인 경우, 전지의 충전반응에서, 특정 전위 이하의 상태에서는 리튬이온이 흑연과 반응하는 것이 아니라 금속외장 케이스인 알루미늄과 반응하는 것으로 잘 알려져 있다. 이와 같은 반응에 의해 금속외장 케이스인 알루미늄이 리튬과 화합물을 형성하여 흐물흐물하게 붕괴되고, 또 알루미늄과 반응한 리튬이 안정화되어 방전되기 어렵게 되는 것은 쉽게 상상할 수 있어 결과적으로 전지로서의 성능을 발휘하지 못하게 되는 것이 사전에 예상되었다.
이것을 전지 C, D, E를 이용하여 실제로 충방전 반응을 시킴으로써 조사하였다. 각 전지의 충전은 20℃에서 4.2V까지 최고 0.5A의 정전압 정전류 충전을 행하였고, 방전은 20℃에서 120mA의 정전류 방전을 최종전압 3V까지 행하였다. 이 충전과 방전을 반복하여 행하여 전지의 사이클 수명을 평가하였다.
그 결과, 본 실시예의 전지 C는 평가한 500사이클까지의 수명시험 결과 매우 안정된 성능을 나타냈다. 이에 대하여 전지 D는 1사이클째의 방전에서 전지 C에 대한 방전용량 비율로 약 40%밖에 방전되지 않고, 동 2사이클째의 방전, 동 3사이클째의 방전으로 15%, 3%로 더욱 격감되어 전혀 사용가능한 전지가 아니었다. 한편 전지 E는 1사이클째의 방전으로 전지 C에 대한 방전용량 비율로 약 95% 방전했지만, 동 2사이클째의 방전, 동 3사이클째의 방전으로 89%, 83%로 사이클의 진행과 함께 방전용량이 저하되어 약 15사이클에서 방전용량이 완전히 제로(0)에 가깝게 되었다. 또 이들 전지에서는 전지 D가 약 5사이클이고, 전지 E가 19사이클로 모두 전해액이 누액되어 금속외장 케이스가 파손되었다.
또 전지 E는 3003 합금의 두께 0.6mm 판의 표면을 약 1㎛ 두께로 니켈 도금한 판을 밑면이 있는 금속외장 케이스로서 사용하였으나, 이 금속외장 케이스의 전지 구성 전의 표면 관찰을 행한 결과, 표면의 니켈도금층이 너무 얇기 때문에 각 부분에 니켈의 핀 홀이 확인되었다. 전지 E의 용량저하나 금속외장 케이스의 파손은 이 핀 홀에 의해 리튬이온이 금속외장 케이스인 알루미늄과 직접 반응하여 생긴 것으로 추정할 수 있다.
이상의 결과로부터 리튬이온 2차 전지로서 알루미늄에 의한 금속외장 케이스가 음극으로서 음극판과 접속된 구성의 전지에서는 그 전지 내면측에는 니켈층이 배치된 것으로 구성할 필요가 있다. 그리고 그 니켈층의 두께는 전해액과 금속외장 케이스의 알루미늄이 핀 홀 등도 포함하여 직접 접촉하지 않는 두께가 필요하여 3∼5㎛ 이상이 필요하다고 생각된다.
이상이 본 발명의 실시예이지만, 상기 실시예에서 설명이 불충분한 점에 대하여 이하에 보충 설명하기로 한다.
본 발명에서 알루미늄을 주체로 하는 금속외장 케이스의 밑면두께/측면두께에 대하여 1.2∼4.0으로 규정하고 있다. 이 값은 소형 경량화를 위해서는 보다 높은 값을 갖는 것이 바람직하지만, 높은 값으로 하면 품질의 신뢰성, 안전성의 우려가 생겨 몇 가지 실험결과로부터 4.0까지의 범위가 양호하다고 하였다. 또 이 값이 1.2 미만에서는 전지의 에너지 고밀도화의 효과가 불충분하다. 또 여기에서 이용하는 알루미늄을 주체로 하는 재료에 관해서는, 실시예에서는 비열처리형 합금의 플래트닝재인 Al-Mn계 합금(3000계) 중에서 3003 합금을 선택했지만, 본 발명에서 순알루미늄(JIS1000번대) 혹은 알루미늄의 합금(JIS3000, 4000번대 등)으로서 알려져 있는 각종 알루미늄 재료를 사용할 수 있다.
다음으로 본 발명은 전지용 금속외장 케이스의 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈을 무수히 형성하는 것을 특징으로 하지만, 이 홈의 깊이는 0.5∼10㎛인 것이 바람직하다.
또 알루미늄을 주체로 하는 금속외장 케이스의 전지 내면측에 30㎛ 이하의 니켈층을 배치하는 것도 효과가 있다. 이것은 금속외장 케이스의 알루미늄이 직접 전지 내의 전해액과 접촉하는 구조에서는 내식성의 관점에서 부적당한 전지계도 있고, 이와 같은 전지계에서 전지 내면측에 3∼5㎛ 이상, 30㎛ 이하의 니켈층을 배치함으로써 내식성의 문제를 해결할 수 있어 경량의 알루미늄을 사용할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 또 알루미늄을 주체로 하는 금속외장 케이스의 전지 외면측에 30㎛ 이하의 니켈층을 배치하는 것도 좋다. 이에 따라 복수의 전지를 접속하여 팩을 구성할 때 리드 접속의 강도를 향상시킬 수 있다.
또 금속외장 케이스의 측벽부의 두께에 관하여, 전지 시일부 주변의 측면두께(TC)가 다른 부분의 측면두께(TB)보다 적어도 10∼30% 이상 두껍게 하면 본 발명의 효과를 더 한층 강조할 수 있다. 이것은 금속외장 케이스의 측면두께를 상당히 얇게 해도 전지 내의 내압 강도는 비교적 양호하게 유지할 수 있다. 오히려 이들 전지에서 내압 강도적으로 문제가 발생되는 것은 전지 시일부 주변에 있다. 이 내압 강도적으로 문제가 있는 전지 시일부 주변의 내압 강도를 개선하기 위해서는 전지 시일부 주변의 측면두께(TC)를 다른 부분의 측면두께(TB)보다도 두껍게 하는 것이 효과적이며, 적어도 10∼30% 이상 두껍게 함으로써 금속외장 케이스 전체로서는 슬림화를 도모하면서 내압 강도적으로 중요한 전지 시일부 주변의 측면두께는 필요한 두께를 확보하여 전체적인 균형을 향상시킬 수 있게 된다.
또 앞으로 전지의 에너지 고밀도화에 따라 전지 크기가 서서히 소형화, 슬림화되는 추세이다. 이 경우 금속외장 케이스의 측벽부의 두께는 가능한 한 얇아지는 것이 바람직하며, 본 발명의 DI 공법에서는 이와 같은 필요성에 대한 기술적인 대응이 가능하다. 종래의 임팩트 공법 및 트랜스퍼 드로잉공법에서는 한계인 얇은 측면두께도 가능하다는 결과를 얻고 있다. 이에 따라 금속외장 케이스의 측벽부의 두께를 종래에 없는 수준까지 저감하여 더 한층 전지의 에너지 고밀도화를 실현할 수 있다.
상기 실시예에서는 원통형 및 각형의 리튬이온 2차 전지의 예로 나타내었으나, 본 발명은 그 밖에 예를 들면 알칼리 망간 건전지 등의 1차 전지나 리튬 1차 전지, 폴리머 리튬전지, 또 알칼리 축전지인 니켈·카드뮴 축전지나 니켈·수소 축전지 등으로의 적응도 가능하며, 발전요소를 금속외장 케이스에 수납한 전지로서, 상기 금속외장 케이스가 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 1차 전지, 2차 전지에 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 알루미늄을 주체로 하는 금속외장 케이스의 밑면두께/측면두께의 값을 종래에는 없었던 높은 것으로 할 수 있다. 이에 따라 종래 전지의 문제점이었던 비교적 저렴하고 전지의 에너지 고밀도화와 고신뢰성·안전성의 양립을 도모할 수 있는 전지를 제공할 수 있으므로 전지 크기의 소형화, 슬림화의 필요성에 대한 기술적인 대응으로서 유용하다.

Claims (10)

  1. 발전 요소를 금속외장 케이스(1)에 수납한 전지로서,
    그 금속외장 케이스(1)가, 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께(TA)/측면두께(TB)가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속 케이스이며, 이 금속외장 케이스(1)가 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료로 구성된 것을 특징으로 하는 전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    적어도 금속외장 케이스(1)의 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈이 무수히 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    전지 내면측에 형성되는, 밑면에 수직인 무수한 얕은 홈의 깊이가 0.5∼10.0㎛인 것을 특징으로 하는 전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    금속외장 케이스(1)가 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료이고, 적어도 그 전지 내면 혹은 외면의 어느 한쪽에 30㎛두께 이하의 니켈층을 배치하고 있는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    금속외장 케이스(1)에 사용하는 소재의 알루미늄을 주체로 하는 금속재료 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료의 비커스 경도를 나타내는 HV값에 대하여, 금속외장 케이스 성형 후의 금속외장 케이스(1)의 측벽부(1b)의 HV값이 1.2배 이상의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    금속외장 케이스(1)의 측벽부(1b)의 측면두께(TB)에 관하여 전지 시일부 주변 (1c)의 측면두께(TC)가 다른 부분의 측면두께(TB)보다 적어도 10∼30% 두꺼운 것을 특징으로 하는 전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    금속외장 케이스(1)가 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖고, 상기 금속외장 케이스(1)의 종절단면, 횡절단면에서의 전지 내면측의 코너부(8)가 반경 0.5mm 이하의 곡률 형상(R)인 것을 특징으로 하는 전지.
  8. 알루미늄을 주체로 하는 금속재료판(2) 혹은 알루미늄을 주체로 하는 합금재료판(2)을 밑면이 있는 통형상(3)으로 드로잉 성형하고, 상기 밑면이 있는 통형상으로 성형된 케이스(4)의 측면부를 아이어닝률이 10∼80%의 범위가 되도록 연속적으로 아이어닝 가공하면서, 그 전지 내면측에, 밑면에 수직인 얕은 홈을 무수히 형성한 원통형, 각형 혹은 그와 유사한 형상을 갖는 밑면두께(TA)/측면두께(TB)가 1.2∼4.0의 값을 갖는 밑면이 있는 금속외장 케이스(1)를 제작하고, 이것을 이용하여 전지로 하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    적어도 상기 금속외장 케이스의 내면 혹은 외면의 어느 한쪽에 니켈층을 추가로 배치한 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    아이어닝률이 30∼80%의 범위가 되도록 연속적으로 아이어닝 가공하는 것을 특징으로 하는 전지의 제조방법.
KR10-1999-7004047A 1997-09-08 1998-09-02 전지 및 그 제조방법 KR100471166B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24312097 1997-09-08
JP???9-243120 1997-09-08
PCT/JP1998/003942 WO1999013520A1 (en) 1997-09-08 1998-09-02 Battery and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000068921A KR20000068921A (ko) 2000-11-25
KR100471166B1 true KR100471166B1 (ko) 2005-03-07

Family

ID=17099104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1999-7004047A KR100471166B1 (ko) 1997-09-08 1998-09-02 전지 및 그 제조방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6258480B1 (ko)
EP (1) EP0944119B1 (ko)
KR (1) KR100471166B1 (ko)
CN (1) CN1148812C (ko)
DE (1) DE69810587T2 (ko)
ID (1) ID21361A (ko)
WO (1) WO1999013520A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170028422A (ko) * 2014-09-18 2017-03-13 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 차재 전지용의 각형 전지 케이스 및 그의 제조 방법

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000090893A (ja) * 1998-09-17 2000-03-31 Japan Storage Battery Co Ltd 電池及び電池の製造方法
CA2370882A1 (en) * 1999-05-07 2000-11-16 Matsushita Electric Industrial Co., Limited Prismatic battery case and manufacturing method thereof
WO2001033650A1 (en) * 1999-11-05 2001-05-10 Thomas Steel Strip Corp. Galvanic cell comprising a metal can, and methods for making such a cell
JP2001283796A (ja) 2000-04-04 2001-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウム二次電池とその製造方法
KR100455013B1 (ko) * 2000-04-28 2004-11-06 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 전지캔 및 그 제조방법
AU2001263433A1 (en) * 2000-05-26 2001-12-11 The Gillette Company Method of forming a casing for an electrochemical cell
JP4184927B2 (ja) 2002-12-27 2008-11-19 三星エスディアイ株式会社 ２次電池及びその製造方法
JP3694506B2 (ja) * 2003-02-04 2005-09-14 石崎プレス工業株式会社 プレス加工を用いた電池用負極缶の製造方法
US7348762B2 (en) * 2003-05-01 2008-03-25 Sony Corporation Battery pack and method for producing battery pack
KR100515833B1 (ko) * 2003-05-26 2005-09-21 삼성에스디아이 주식회사 젤리-롤형의 전극조립체와 이를 채용한 이차전지
US20050079411A1 (en) * 2003-10-08 2005-04-14 Truelove & Maclean, Incorporated Drawn and grooved battery can
JP4247831B2 (ja) * 2003-11-27 2009-04-02 日立マクセル株式会社 密閉角形電池
KR100599749B1 (ko) * 2004-06-23 2006-07-12 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
KR100705262B1 (ko) * 2004-12-07 2007-04-09 주식회사 엘지화학 산소 음이온을 포함하는 비수계 전해액 및 이를 이용한리튬 이차 전지
US20060159989A1 (en) * 2005-01-19 2006-07-20 Truelove & Maclean, Inc. System and process for forming battery cans
KR100648731B1 (ko) * 2005-03-21 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 이차전지 및 이의 제조 방법
JP2007027046A (ja) * 2005-07-21 2007-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池缶およびその製造方法
JP4722015B2 (ja) 2005-12-29 2011-07-13 三星エスディアイ株式会社 ポリマー電池パック
KR100770097B1 (ko) * 2006-08-07 2007-10-24 삼성에스디아이 주식회사 폴리머 전지 팩
CA2535064A1 (fr) * 2006-02-01 2007-08-01 Hydro Quebec Materiau multi-couches, procede de fabrication et utilisation comme electrode
US20070257197A1 (en) * 2006-05-02 2007-11-08 General Electric Company Detector assembly and inspection system
KR100846972B1 (ko) * 2007-01-10 2008-07-17 삼성에스디아이 주식회사 이차전지의 외장케이스 및 그를 이용한 이차전지
JP5108411B2 (ja) * 2007-08-03 2012-12-26 パナソニック株式会社 電池缶およびその製造方法並びに製造装置
JP5401794B2 (ja) * 2008-01-29 2014-01-29 ソニー株式会社 電池パック
JP2009259706A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Panasonic Corp 単３形アルカリ乾電池
JP5237680B2 (ja) * 2008-04-18 2013-07-17 パナソニック株式会社 単３形アルカリ乾電池および単４形アルカリ乾電池
JP4679674B2 (ja) * 2009-07-08 2011-04-27 パナソニック株式会社 単３形電池
US20120171534A1 (en) * 2009-12-04 2012-07-05 Shuji Sugimoto Sealed secondary battery
GB2477552B (en) * 2010-02-08 2016-01-27 Qinetiq Ltd Thin electrochemical cell
US9240578B2 (en) * 2010-03-09 2016-01-19 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery
DE102010041143A1 (de) * 2010-09-21 2012-03-22 Sb Limotive Company Ltd. Gehäuse für galvanisches Element
CN105122403B (zh) * 2013-03-28 2019-05-03 日本贵弥功株式会社 电解电容器及其制造方法
KR101657361B1 (ko) * 2014-10-27 2016-09-13 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 캔의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지
DE102015215597B4 (de) * 2015-08-14 2021-05-20 Audi Ag Energiespeicheranordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicheraufnahme für eine Energiespeicheranordnung
KR101621253B1 (ko) * 2015-10-21 2016-05-16 공병인 2차 전지 케이스의 제조방법
CN109702069A (zh) * 2018-12-28 2019-05-03 上海超惠通风环保设备有限公司 一种新能源电池复合材料上壳体成型方法
CN112542640A (zh) * 2020-11-19 2021-03-23 深圳市豪鹏科技有限公司 电池壳体的缩径工艺、电池的制作工艺与缩径模具
KR20220168281A (ko) * 2021-06-16 2022-12-23 주식회사 엘지에너지솔루션 두께가 일정하지 않은 전지팩 케이스
WO2023057515A1 (de) 2021-10-05 2023-04-13 Speira Gmbh Batteriezellgehäuse aus aluminiumlegierungsband mit hohem recycling-anteil
EP4199200A1 (de) 2021-12-17 2023-06-21 Speira GmbH Hochfestes batteriezellgehäuse für grossformatige batterierundzellen aus einer aluminiumlegierung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0589861A (ja) * 1991-05-23 1993-04-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池缶とその製造装置
WO1995011527A1 (en) * 1993-10-22 1995-04-27 Toyo Kohan Co., Ltd. Surface-treated steel sheet for battery case and battery case
JPH0855613A (ja) * 1995-05-31 1996-02-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池用缶の製造法
JPH08255598A (ja) * 1995-03-17 1996-10-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池缶の製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3340264A1 (de) * 1983-11-08 1985-05-15 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Elektrochemische speicherzelle
JPH0799686B2 (ja) * 1984-02-28 1995-10-25 松下電器産業株式会社 電 池
JPS6337066U (ko) * 1986-08-27 1988-03-10
JPH02150660U (ko) * 1989-05-24 1990-12-27
JP3599391B2 (ja) * 1994-12-09 2004-12-08 東芝電池株式会社 角形電池の製造方法
US5518836A (en) * 1995-01-13 1996-05-21 Mccullough; Francis P. Flexible carbon fiber, carbon fiber electrode and secondary energy storage devices
US5787752A (en) * 1995-03-15 1998-08-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method to manufacture cell-cans
JP3096615B2 (ja) * 1995-06-02 2000-10-10 三洋電機株式会社 アルミニウム外装缶の二次電池
JPH09245836A (ja) * 1996-03-08 1997-09-19 Fuji Photo Film Co Ltd 非水電解質二次電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0589861A (ja) * 1991-05-23 1993-04-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池缶とその製造装置
WO1995011527A1 (en) * 1993-10-22 1995-04-27 Toyo Kohan Co., Ltd. Surface-treated steel sheet for battery case and battery case
JPH08255598A (ja) * 1995-03-17 1996-10-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池缶の製造方法
JPH0855613A (ja) * 1995-05-31 1996-02-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池用缶の製造法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170028422A (ko) * 2014-09-18 2017-03-13 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 차재 전지용의 각형 전지 케이스 및 그의 제조 방법
KR101902132B1 (ko) * 2014-09-18 2018-09-27 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 차재 전지용의 각형 전지 케이스 및 그의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN1148812C (zh) 2004-05-05
DE69810587T2 (de) 2003-11-27
EP0944119A4 (en) 2000-08-16
DE69810587D1 (de) 2003-02-13
ID21361A (id) 1999-05-27
US6258480B1 (en) 2001-07-10
CN1237275A (zh) 1999-12-01
EP0944119A1 (en) 1999-09-22
WO1999013520A1 (en) 1999-03-18
EP0944119B1 (en) 2003-01-08
KR20000068921A (ko) 2000-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100471166B1 (ko) 전지 및 그 제조방법
EP1246274B1 (en) Battery and method of its manufacture
JP3857818B2 (ja) リチウムイオン二次電池
EP1950819A1 (en) Battery can and manufacturing method thereof and battery using the same
EP1202364B1 (en) Spirally-rolled electrodes with separator and the batteries therewith
JP2006338992A (ja) 角型リチウムイオン電池
CN101931103A (zh) 用于具有导电片层的蓄电池和锂离子蓄电池的单体电池
JP2001283796A (ja) リチウム二次電池とその製造方法
CN110770928A (zh) 低长宽比电池
KR101017909B1 (ko) 전지 제조용 원통형 전지캔 및 그것의 제조방법
US20060127762A1 (en) Impact resistant electrochemical cell with tapered electrode and crumple zone
JP2000030673A (ja) 電池及びその電池缶の製造方法
JP2000182573A (ja) 二次電池
US6574111B1 (en) Impact resistant rechargeable battery cell with crumple zone
JP2001176455A (ja) 円筒形二次電池
JP3302200B2 (ja) 密閉角形非水電解液電池
JP2001307686A (ja) 電池缶及びその製造方法と電池
JP5030433B2 (ja) 角形電池
US20200335736A1 (en) Method of Manufacturing Cylindrical Battery Case Having Reduced Surface Roughness
CN220553479U (zh) 一种电池
CN116315322B (zh) 电化学装置以及电子装置
JP2002175785A (ja) 円筒形二次電池
JP7256702B2 (ja) 固体電解質電池
KR100462128B1 (ko) 전지용 나선형 전극군, 전지 및 전지용 전극
KR100591424B1 (ko) 캔형 리튬이온 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100129

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee