KR100564346B1

KR100564346B1 - 전지

Info

Publication number: KR100564346B1
Application number: KR1019990018372A
Authority: KR
Inventors: 아카자와도시히로; 다도코로모토; 다가와히로유키; 고토오유지; 요시다다케시
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2006-03-27
Also published as: CN1156038C; JP3831525B2; TW425730B; US6284408B1; EP0969538A1; EP0969538B1; DE69902721T2; DE69902721D1; HK1025185A1; JP2000021435A; KR20000005695A; CN1242613A

Abstract

집전판과 극판의 띠 형태(帶狀)연결부를 보다 이상에 가까운 상태로 접속하여 내부 단락을 유효하게 방지한다.

전지는, 세퍼레이터(3)을 개재시켜 정극판과 부극판으로 이루어진 제 1극판(1)과 제 2극판(2)를 적층하고 있는 전극군(4)와, 이 전극군(4)를 수납하고 있는 외장켄(5)와, 제 1극판(1)에 전기 접속되며 제 1극판(1)을 한쪽단자(12)에 전기적으로 접속하는 집전판(6)을 구비한다. 제 1극판(1)은, 금속다공체의 기판(9)에 활물질을 충전하고 있는 비소결식(非燒結式)전극으로서, 기판(9)를 노출시키고 있는 띠 형태 연결부(7)과 활물질충전부(8)을 갖는다. 띠 형태 연결부(7)은, 집전판(6)의 복수 부분에 용착하여 전기 접속되어 있다. 제 2극판(2)는, 띠 형태 연결부(7)과 활물질충전부(8)의 충전 경계보다 돌출하고 있으며, 충전경계가 세퍼레이터(3)을 개재시켜 제 2극판(2)에 대향하고 있다.

Description

전지 {AN ELECTRIC BATTERY}

도 1은 전지에 내장되는 전극군의 극판에 집전판을 접속하는 상태를 나타내는 분해사시도.

도 2는 리드판을 용착한 극판의 일예를 나타내는 평면도.

도 3은 종래 전지의 일부 단면의 정면도.

도 4는 전극군에 집전판을 가압하여 접속하는 상태를 나타내는 확대단면도.

도 5는 띠 형태 연결부와 충전경계가 구부러져서 내부 단락을 일으키는 일예를 나타내는 확대단면도.

도 6은 띠 형태 연결부와 충전경계가 구부러져서 내부 단락을 일으키는 다른 일예를 나타내는 확대단면도.

도 7은 본 발명의 일실시예의 전지의 일부 단면정면도.

도 8은 도 7에 나타내는 전지의 제 1극판의 전개도.

도 9는 도 7에 나타내는 전지의 전극군의 적층구조를 나타내는 확대단면도.

도 10은 제 1극판의 띠 형태 연결부의 다른 일예를 나타내는 단면도.

도 11은 제 1극판의 띠 형태 연결부의 다른 일예를 나타내는 단면도.

도 12는 도 7에 나타내는 전지의 집전판의 전개도

도 13은 도 12에 나타내는 집전판의 확대단면도.

도 14는 제 1극판의 제조방법의 일예를 나타내는 평면도.

도 15는 본 발명의 실시예 1의 전지의 제 1극판과 제 2극판의 위치관계를 나타내는 단면도.

도 16은 본 발명의 실시예 2의 전지의 제 1극판과 제 2극판의 위치관계를 나타내는 단면도.

도 17은 본 발명의 실시예 3의 전지의 제 1극판과 제 2극판의 위치관계를 나타내는 단면도.

도 18은 본 발명의 실시예 4의 전지의 제 1극판과 제 2극판의 위치관계를 나타내는 단면도.

도 19는 본 발명의 실시예 5의 전지의 제 1극판을 나타내는 평면도.

도 20은 비교예 1의 전지의 제 1극판과 제 2극판의 위치관계를 나타내는 단면도.

도 21은 비교예 2의 전지의 제 1극판과 제 2극판의 위치관계를 나타내는 단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1…제 1극판 2…제 2극판

3…세퍼레이터(separator) 4…전극군(電極群)

5…외장켄 6…집전판

6A…리드판 6B…중심구멍

6C…슬릿 6D…관통구멍

6E…돌기 7…띠 형태 연결부

8…활물질 충전부 9…기판

10…금속박판 11…봉쇄판

12…단자 13…보호테이프

본 발명은, 전극군에 집전판을 용착하여 고율방전특성을 향상시킨 전지에 관한 것이다.

전극군의 전극에 집전판을 접속하는 분해도를 도 1에 나타낸다. 이 도면에 나타내는 전극군(4)와 집전판(6)을 내장한 전지는, 고율방전특성이 향상되어, 대전류에서의 방전에 적합하다. 도 2의 전개도에 나타내는 극판과 같이, 일부에 리드판(6A)를 용착하는 구조는, 리드판(6A)에 집전하여 전류를 흘리게 되므로, 대전류의 방전특성을 향상시키는 것이 어렵다. 도 1에 나타내는 전극군(4)는, 극판의 상단테두리를 복수 부분에서 집전판(6)에 접속하므로 전극내의 전류분포를 균일하게 할 수 있다.

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도 3의 단면도는, 전극군(4)의 상면에 집전판(6)을 접속하는 전지를 나타낸다. 이 구조의 전지는, 집전판(6)의 하면을 한쪽의 극판에 복수 부분에서 접속한다. 한쪽의 극판을 집전판(6)에 접속시키기 위해, 한쪽의 극판은 다른쪽의 극판 보다 위쪽으로 돌출되어 있다. 극판의 돌출부는, 기판(9)를 띠 형태로 돌출시킨 띠 형태 연결부(7)이다.

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이 구조의 전극군(4)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 상면에 집전판(6)을 눌러 가압하고, 집전판(6)에 저항전기용접을 하여 접속된다. 집전판(6)에 접속되는 극판은, 활물질을 충전하지 않고, 또는 활물질을 제거하여 기판(9)의 일부를 띠 형태로 돌출시킨 띠 형태 연결부(7)을 설치하고 있으며, 이 띠 형태 연결부(7)이 집전판(6)에 접속되어 있다. 집전판(6)에 접속되는 기판(9)는, 활물질을 보다 넓은 면적에서 접촉시키기 위해, 발포니켈 등의 금속다공체로 되어 있다.

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금속다공체의 기판과 집전판을, 이상적인 상태로 접촉시키는 것은 대단히 어렵다. 이것을 실현하는 기술은, 이하의 공보에 기재되어 있다.

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① 일본국 특공소61-61230호 공보

② 일본국 특개소62-139251호 공보

③ 일본국 특개소63-4562호 공보

④ 일본국 특개평2-220365호 공보

①과 ②의 공보에는, 기판인 발포니켈 등에, 활물질을 충전하지 않은 부분을 짓눌러서 고밀도의 띠 형태 연결부로 하고, 이 띠 형태 연결부를 집전판에 접속시키는 구조가 기재되어 있다. 그리고, ①의 공보에 기재되는 전지는, 기판을 두께방향으로 짓눌러서 고밀도의 띠 형태 연결부를 설치하고 있다. ②의 공보의 전지는, 기판을 세로로 짓눌러서 고밀도의 띠 형태 연결부를 설치하고 있다.

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③과 ④의 공보에는, 활물질을 충전하지 않은 기판의 띠 형태 연결부에, 금속박판을 용착하여, 이 부분을 집전판에 접속시키는 구조가 기재되어 있다.

이상의 공보에 기재되는 기술에 의해서도, 기판의 띠 형태 연결부를 집전판에 이상적인 상태로 접속시키지 못한다. 특히, 띠 형태 연결부의 복수 부분을, 확실하게 집전판에 접속시키기 위해서는, 집전판을 상당한 압력으로 띠 형태 연결부에 가압하여 저항전기용접할 필요가 있다. 집전판의 가압력을 약하게 하면, 집전판과 띠 형태 연결부의 연결부분 사이의 전기저항이 크게 되어, 정상적인 전기용접을 할 수 없게 되기 때문이다. 전기저항이 큰 상태에서, 집전판과 띠 형태 연결부를 저항전기용접하게 되면, 용접기는, 정전류를 흘리기 때문에, 집전판과 띠 형태 연결부 사이에 인가하는 전압을 높게 한다. 높은 전압이 인가되면, 집전판과 띠 형태 연결부 사이에서 아크방전을 하게 되어 저항이 급격히 저하하며, 용접부분에 대전력이 공급되어 접촉부가 순간적으로 용해되어 비산하는, 이른바 「폭비」(爆飛) 상태가 된다. 이 상태가 되면, 집전판과 띠 형태 연결부는 정상적으로 접속할 수 없게 되어 버린다.

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이 결점을 피하기 위하여, 집전판을 띠 형태 연결부에 강하게 눌러 가압하여 용접하게되면, 도 5와 도 6에 나타내는 바와 같이, 띠 형태 연결부(7)이 구부러져 내부 단락의 원인이 된다. 이는 구부러진 부분이 세퍼레이터(3)을 돌파하여 다른 전극에 접촉하기 때문이다. 특히, 띠 형태 연결부(7)은, 불연속부분이 약하게 되어 충전경계에서 구부러지기 쉬운 성질이 있다. 이 결점은, 띠 형태 연결부(7)에 금속박판(10)을 용접하여 적층하고, 혹은, 기판을 짓눌러서 고밀도로 하여도 해소되지 않는다. 이는, 기판(9)가 불연속인 경계로 되기 때문이다. 특히, 금속다공체의 기판(9)에 활물질을 충전하고 있는 비소결식 전극은, 기판(9)의 강도가 약하여, 강하게 눌러 가압하면, 파손되기 쉬운 성질이 있다.

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또한, 집전판의 복수 부분을 띠 형태 연결부에 용착하는 전지는, 모든 접속부분을 동일한 압력으로 눌러 가압하여 용접할 수 없다. 복수의 관통구멍을 설치하고, 관통구멍의 둘레테두리에 아래쪽으로 돌기를 설치하여, 이 돌기를 띠 형태 연결부에 접촉시켜 전기용접을 하는 집전판은, 모든 접속부분을 정상으로 용접하기 위하여, 상당한 압력으로 띠 형태 연결부를 가압하여, 용접 할 필요가 있다. 따라서, 띠 형태 연결부는 부분적으로 강하게 눌려서 구부러지기 쉬우며, 이것이 원인이 되어 내부 단락을 일으키기 쉬운 결점이 있다. 이것은, 충전판의 하면이 평면인 경우에 있어서도 동일하다.

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본 발명은, 이와같은 결점을 해결하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은, 집전판과 띠 형태 연결부를 보다 이상에 가까운 상태로 접속시킬수 있는 전지를 제공하는데 있다.

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본 발명의 전지는, 세퍼레이터(3)을 개재시켜 정극판과 부극판으로 이루어진 제 1극판(1)과 제 2극판(2)를 적층하고 있는 전극군(4)와, 이 전극군(4)를 수납하고 있는 외장켄(5)와, 제 1극판(1)에 전기접속되어 제 1극판(1)을 한쪽의 단자(12)에 전기적으로 접속시키는 집전판(6)을 구비한다. 본 발명의 전지는, 바람직하게는, 제 1극판(1)을 정극판으로 하고, 제 2극판(2)를 부극판으로 한다. 단, 제 1극판을 부극판으로 하고, 제 2극판을 정극판으로도 할 수 있는 것은 말할것도 없다.

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제 1극판(1)은, 금속다공체의 기판(9)에 활물질을 충전하고 있는 비소결식 전극이다. 제 1극판(1)의 기판(9)는 기판(9)를 노출시키고 있는 띠 형태 연결부(7)과 활물질충전부(8)을 갖는다. 이 띠 형태 연결부(7)은 집전판(6)의 복수 부분에 용착하여 연결되어 있다.

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또한, 본 발명의 청구항 1의 전지는, 제 2극판(2)를 띠 형태 연결부(7)과 활물질충전부(8)의 충전경계보다 돌출시키고 있으며, 제 1극판(1)의 충전경계를 세퍼레이터(3)을 개재시켜 제 2극판(2)에 대향시키고 있다. 제 1극판(1)의 충전경계를 제 2극판(2)에 대향시키는 구조는, 바꾸어 말하면, 제 1극판(1)의 충전경계를 제 2극판(2)의 사이에 끼워서 유지하는 구조로 된다. 제 2극판(2)의 사이에 끼워져서 유지되는 제 1극판(1)의 충전경계는, 집전판(6)에 눌러 가압되어도 구부러지기 어렵다. 이 때문에, 집전판(6)을 강하게 띠 형태 연결부(7)에 가압하여 용접할 때에, 충전경계가 구부러져서 세퍼레이터(3)을 돌파하여 내부 단락하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

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본 발명의 청구항 2의 전지는, 전극군(4)의 구조를 세퍼레이터(3)을 개재시켜 제 1극판(1)과 제 2극판(2)가 적층되는 소용돌이 형으로 감아돌린 와권전극(渦卷電極)으로 한다.

본 발명의 청구항 3의 전지는, 제 1극판(1)의 기판(9)를 금속 3차원 다공체로한다. 금속 3차원 다공체의 기판(9)는, 발포니켈이나 니켈섬유 다공체이다.

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본 발명의 청구항 4의 전지는, 제 1극판(1)의 기판(9)를 금속 3차원 다공체로 하고, 기판(9)의 띠 형태 연결부(7)에 금속박판(10)을 적층하고 있으며, 이 금속박판(10)을 집전판(6)에 용착하고 있다.

본 발명의 청구항 5의 전지는, 제 1극판(1)의 기판(9)를 금속 3차원 다공체로 하고, 기판(9)를 띠 형태 연결부(7)에서 프레스하여 고밀도로 압축하고 있다.

또한, 본 발명의 청구항 6의 전지는, 띠 형태 연결부(7)의 한쪽면 또는 양면에, 보호테이프(13)을 접착하고 있다. 보호테이프(13)은 변형하는 띠 형태 연결부(7)이 세퍼레이트(3)을 돌파하는 것을 방지하여, 내부 단락을 저지한다.

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(실시예)

이하에, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명의 기술사상을 구체화하기 위한 전지를 예시하는 것으로서, 본 발명은 전지를 이하의 것으로 특정하지 않는다.

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또, 본 명세서는, 특허청구범위를 이해하기 쉽게 실시예에 나타내는 부재에 대응하는 번호를, 「특허청구범위의 란」및 「발명의 구성 및 작용의 란」에 나타내는 부재에 부기하고 있다. 단, 특허청구범위에 나타내는 부재를 실시예의 부재에 특정하는 것은 결코 아니다.

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도 7에 나타내는 전지는, 봉쇄판(11)로 기밀하게 밀폐된 원통형 외장켄(5)와, 이 외장켄(5)에 삽입되어 있는 전극군(4)와, 전극군(4)를 봉쇄판(11)을 개재시켜 단자(12)에 접속하는 집전판(6)을 구비한다. 도시하는 전지는, 외장켄(5)를 원통형으로 하고 있으나, 본 발명은 전지의 외장켄(5)를 원통형으로 특정하지 않는다. 외장켄은, 도시하지는 않으나, 예를들면 4각형 내지 타원형으로도 할 수 있다.

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외장켄(5)는, 철제로서, 그 표면을 니켈로 도금하고 있다. 외장켄(5)의 재질은, 전지의 종류와 특성을 고려하여 최적의 금속이 선택된다. 외장켄(5)는, 예를들면, 스테인레스, 알루미늄, 알루미늄 합금제로 할 수도 있다. 금속제의 외장켄(5)는, 상단의 개구부를 봉쇄판(11)로 기밀되게 밀폐하고 있다. 봉쇄판(11)은, 외장켄(5)를 코킹(calking)하는 구조, 혹은, 외장켄(5)와 봉쇄판(11)의 경계를 레이저용접 등의 방법으로 기밀되게 고정한다. 봉쇄판(11)은 전지의 한쪽단자(12)를 고정시키고 있다. 이 단자(12)는 외장켄(5)에 대하여 절연되어 고정된다.

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본 발명의 전지는, 비소결식 전극을 내장하는 전지, 예를들면, 니켈-수소전지이다. 단, 본 발명은, 전지를 니켈-수소전지로 특정하지 않는다. 전지에는, 예를들면, 니켈-카드뮴전지, 리튬이온전지 등으로 할 수도 있다. 이하에 적합한 일실시예로서, 니켈-수소전지의 실시예를 상세히 설명한다.

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전극군(4)는, 세퍼레이터(3)을 개재시켜 제 1극판(1)과 제 2극판(2)를 감아돌리고 있다. 도면에 나타내는 전지는, 집전판(6)에 접속되는 제 1극판(1)을 정극판(正極板)으로 하고, 제 2극판(2)를 부극판(負極板)으로 하고 있다. 또한, 본 발명은, 제 1극판을 부극판으로 하고, 제 2극판을 정극판으로 할 수도 있다. 세퍼레이터(3)을 개재시켜 서로 적층된 제 1극판(1)과 제 2극판(2)는, 감아돌려서 와권형의 전극군(4)로 제작된다. 와권형의 전극군(4)는 원통형의 외장켄(5)에 삽입된다. 와권형의 전극군은 양측에서 프레스하여 타원형으로 변형시켜서 타원형의 외장켄에 삽입할 수가 있다. 또한, 각통형의 외장켄에 삽입되는 전극군은, 세퍼레이터를 개재시켜 판형상으로 재단된 복수매의 제 1극판과 제 2극판을 적층해서 제작된다.

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세퍼레이터(3)은 폴리에틸렌제 부직포가 사용된다. 단, 세퍼레이터(3)에는 폴리에틸렌 등의 합성수지제 미세 다공막도 사용할 수 있다. 세퍼레이터(3)으로는, 양측에 적층되는 제 1극판(1)과 제 2극판(2)를 절연할 수 있으며, 또한, 전해액을 침투시킬수 있는 모든 시이트재를 사용할 수 있다.

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제 1극판(1)은, 금속다공체의 기판에 활물질을 충전하고 있는 비소결식 전극이다. 금속다공체의 기판은, 발포니켈 다공체나 니켈섬유 다공체 등의 금속 3차원 다공체가 사용된다. 제 1극판(1)은, 이들의 기판에 활물질을 충전하고 있다.

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제 1극판(1)의 기판은, 도 8의 전개도에 나타내는 바와 같이, 기판(9)의 상부에 띠 형태 연결부(7)을 설치하고, 다른 부분은 활물질을 충전하고 있는 활물질충전부(8)로 하고 있다. 띠 형태 연결부(7)은, 활물질을 충전하지 않고, 혹은, 충전한 활물질을 제거하여 기판(9)를 노출시키고 있다. 띠 형태 연결부(7)은, 집전판에 의해 확실하게 전기적으로 접속시키기 위하여, 도 9의 단면도에 나타내는 바와 같이 니켈리본 등의 금속박판(10)을 고정시키고 있다. 금속박판(10)은, 용접 혹은 도전성 접착재를 개재시켜 띠 형태 연결부(7)에 전기적으로 접속되는 상태로 고정된다.

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띠 형태 연결부(7)은, 반드시 금속박판(10)을 고정할 필요는 없다. 예를들면, 도 10과 도 11에 나타내는 바와 같이, 노출한 기판(9)를 띠 형태 연결부(7)에서 프레스하여 고밀도로 압축하여 집전판을 접속시킬수도 있다. 도 10에 나타내는 띠 형태 연결부(7)은, 노출한 기판(9)를 세로방향으로 프레스하여 고밀도로 압축하고 있다. 도 11의 띠 형태 연결부(7)은, 노출한 기판(9)를 두께방향으로 얇게 되도록 프레스하여 고밀도로 압축하고 있다. 고밀도로 압축된 금속다공체의 기판(9)는, 금속박판을 사용하지 않고 집전판에 직접 접속된다.

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띠 형태 연결부(7)은, 도 9의 단면도에 나타내는 바와 같이, 상단의 테두리가 제 2극판(2)보다 돌출하고, 활물질충전부(8)과의 충전경계는 제 2극판(2)의 상단보다 아래쪽에 위치하도록, 바꾸어 말하면, 제 2극판(2)의 상단이 충전경계보다 돌출하고 있으며, 충전경계를 세퍼레이터(3)을 개재시켜 제 2극판(2)에 대향시키는 위치에 배치하도록 하고 있다. 충전경계와 제 2극판(2)의 상단테두리와의 랩폭은, 예를들면 약 0.8mm로 설정된다. 상기의 랩폭을 넓게 하면, 제 2극판(2)로 띠 형태 연결부(7)의 양측을 끼워 충분히 유지할 수가 있으나, 제 1극판(1)의 활물질충전부(8)의 폭이 좁아져서 전지의 용량이 작아진다. 반대로 랩폭을 좁게 하면, 제 2극판(2)로 띠 형태 연결부(7)을 충분히 유지할수 없게 된다. 따라서, 랩폭은 제 2극판(2)를 유지하는 효과와 전지의 용량을 고려하여, 예를들면 0.3∼1.5mm, 바람직하게는 0.5∼1mm의 범위에서 최적치로 설정된다.

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도 9의 제 1극판(1)은, 띠 형태 연결부(7)의 양면에 보호테이프(13)을 부착하고 있다. 보호테이프(13)은, 하단의 테두리를 충전경계보다 아래쪽으로 연장하고 있다. 이는, 띠 형태 연결부(7)에 집전판을 가압하여 용접을 할때에, 충전경계가 구부러져서 세퍼레이터(3)을 돌파하는 것을 방지하기 위해서이다. 보호테이프(13)을 접착하고 있는 전지는, 내부 단락을 방지하고 집전판을 띠 형태 연결부(7)에 확실하게 접속할 수 있는 특징이 있다. 특히, 도면에 나타내는 바와 같이, 띠 형태 연결부의 양면에 보호테이프를 부착하는 구조는, 내부 단락을 가장 유효하게 방지할 수 있는 특징이 있다. 보호테이프는 띠 형태 연결부의 한쪽면에만 부착할수도 있다. 띠 형태 연결부의 한쪽면에 부착되는 보호테이프는, 금속박판을 용접하고 있는 곳과는 반대측의 면, 혹은, 금속박판을 용접하고 있는 면에 부착된다. 단, 본 발명의 전지는, 보호테이프를 사용하지 않은 상태로 띠 형태 연결부를 집전판에 접속시킬 수도 있다.

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집전판(6)은, 도 7과 도 12에 나타내는 바와 같이, 금속판을 외장켄(5)의 내부형태보다 작은 원판상으로 절단하여, 리이드판(6A)를 돌출시킨 것이다. 이 집전판(6)은, 저항전기용접을 할때의 무효전력을 감소시키기 위하여 중심구멍(6B)의 양측에 슬릿(6C)를 설치하고 있다. 또, 복수의 관통구멍(6D)를 뚫어놓고 있다. 관통구멍(6D)는, 도 13의 확대단면도에 나타내는 바와 같이, 그 둘레테두리에 아래쪽으로 돌출하는 돌기(6E)를 설치하고 있으며, 이 돌기(6E)를 제 1극판(1)의 띠 형태 연결부(7)에 접속한다. 집전판(6)의 리이드판(6A)는, 외장켄(5)의 개구부에 절연하여 고정되는 단자(12)에 접속된다.

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(실시예 1)

이하의 공정에서 니켈-수소전지의 외장켄에 삽입하는 전극군을 제작한다.

제 1극판인 정극판의 제작.

(1) 하기의 공정에서 금속다공체를 제작한다.

연속기포의 폴리우레탄폼인 스폰지상의 유기다공체를 도전처리한후, 전해조의 도금액에 침지하여 도금한다. 도금한 유기다공체를, 750℃의 온도에서 소정시간동안 배소(焙燒)하여 유기다공체의 수지성분을 제거하고, 추가적으로 환원분위기에서 소결하여 금속다공체를 제작한다. 이 공정에서 제작된 금속다공체는, 무게를 약 600g/m²로 하고, 다공도를 95%로 하며, 두께를 약 2.0mm로 하는 발포니켈이다.

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(2) 하기의 것을 혼합반죽하여 정극의 활물질 슬러리로 한다.

수산화니켈분말………………… 90중량부

[ 2.5wt%의 아연과 1wt%의 코발트를 공침(共沈)성분으로서 함유 ]

코발트분말……………………… 10중량부

산화아연분말…………………… 3중량부

히드록시프로필셀루로스 0.2중량%수용액……50중량부

(3) 제작한 정극의 활물질 슬러리를 금속다공체의 공극에 충전하였다. 충전량은 압연후의 활물질 밀도가 약 2.91g/cc-void가 되도록 조정하였다.

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그후, 건조시켜 두께가 약 0.70mm가 되도록 롤 압연을 행한 후, 직사각형 형상으로 절단하고, 길이방향의 한 끝을 초음파 박리 등에 의해 활물질을 제거하고, 도 8에 나타내는 바와 같이 기판(9)의 노출하는 띠 형태 연결부(7)이 있는 제 1극판(1)로 하였다.

제 1극판은, 이하의 공정으로 활물질을 제조할 수도 있다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 활물질을 충전하기 전에, 금속다공체를 소정의 폭으로 평행하게 롤 압연을 한다. 롤 압연의 폭은, 띠 형태 연결부(7)의 폭의 2배인 약 5mm로 하고, 압연후의 두께를 약 0.5mm로 한다. 이와같이 압연한 금속다공체의 기판(9)에 상기 활물질 슬러리를 충전하여 압연한다. 그후, 도 14의 화살표로 나타내는 위치에서 절단하여 직사각형 형상의 제 1극판(1)을 제작한다.

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그후, 띠 형태 연결부(7)이 되는 얇게 압연된 부분을 따라 압축공기를 분사하여, 혹은 브러시 등을 사용하여 활물질을 제거하고 기판(9)를 노출시킨다.

(4) 기판(9)의 노출한 띠 형태 연결부(7)에, 저항전기용접으로 금속박판(10)을 접속한다. 금속박판(10)에는, 두께를 0.1mm, 폭을 3mm로 하는 니켈리본을 사용한다.

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제 2극판(2)인 부극(負極)의 제작

(1) 수소흡장합금의 제작과 분쇄

미슈메탈(La, Ce, Nd, Pr 등의 희토류원소의 혼합물)과, 니켈과, 코발트와, 알루미늄과, 망간을, 원소비로 1.0 : 3.4 : 0.8 : 0.2 : 0.6으로 평량하여 혼합하고, 이것을 도가니에 넣어 고주파 용해로에서 용융한 후 냉각시켜 하기 조성식의 수소흡장합금전극을 제작한다.

Mm 1.0 Ni 3.4 Co 0.8 Al 0.2 Mn 0.6

그리고, 얻어진 수소흡장합금의 주괴를 미리 조분쇄한 후 불활성가스 중에서 평균입자지름이 60μm이 되도록 분쇄한다.

(2) 수소흡장합금의 슬러리의 제작

분쇄한 수소흡장합금의 분말에, 결착제로서 폴리에틸렌옥사이드분말을 첨가하고, 추가적으로 이온교환수를 첨가, 혼합반죽하여 슬러리로 한다. 결착제인 폴리에틸렌옥사이드분말의 첨가량은, 수소흡장합금에 대하여 1.0중량%로 한다.

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(3) 슬러리를 펀칭메탈인 기판의 양면에 도착(塗着)시켰다. 도착량은, 압연후의 활물질밀도가 5ｇ/cc가 되도록 조정하였다. 그후 건조 압연을 행한 후, 소정 치수로 절단하여 제 2극판인 부극판으로 하였다. 슬러리는 펀칭메탈의 하부테두리에 띠 형태 연결부가 만들어지도록 하부테두리를 남기고 도착하였다. 또, 펀칭메탈의 전체면에 슬러리를 도착한 후, 건조시킨 다음 하부테두리의 활물질을 제거하여 띠 형태 연결부를 설치할 수도 있다.

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이상의 공정으로 제작한 제 1극판(1)과 제 2극판(2)를, 폴리에틸렌제 부직포로 이루어진 세퍼레이터(3)을 개재시켜 감아돌려 와권상의 전극군(4)로 하였다. 제 1극판(1)과 제 2극판(2)는, 도 15에 나타내는 바와 같은 위치관계가 되도록 감아돌렸다.

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얻어진 전극군의 상하에, 원판형의 집전판을 저항전기용접으로 접속하였다. 이상의 공정으로 100개의 전극군을 제작하고, 제 1극판(1)과 제 2극판(2)가 접촉하는 내부 단락한 개수를 세어본 결과, 1개의 전극군이 내부 단락하고 있으며, 나머지 99개의 전극군은 내부 단락하고 있지 않았다. 단락부분은, 띠 형태 연결부와 활물질충전부의 충전경계이며, 이 부분에서 제 1극판의 발포니켈의 골격이 돌출하고 세퍼레이터를 관통하여 제 2극판과 접촉한 상태로 되었다.

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(실시예 2)

제 1극판(1)과 제 2극판(2)를 도 16에 나타내는 바와 같이, 금속박판(10)의 폭을 좁게하여 금속박판(10)과 충전경계 사이에 0.5mm의 간극이 생기는 위치관계로 하는 것 이외에는, 상기 실시예 1과 동일하게 하여 집전판을 접속한 100개의 전극군을 제작하였다. 제작한 100개의 전극군의 내부 단락한 개수를 세어본 결과, 내부 단락한 전극군은 1개로서 나머지 99개는 내부 단락하지 않았다. 단락한 부분은 실시예 1과 동일하였다.

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(실시예 3)

제 1극판(1)과 제 2극판(2)를, 도 17에 나타내는 바와 같이, 띠 형태 연결부(7)에 보호테이프(13)을 부착하는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 집전판을 접속한 100개의 전극군을 제작하였다. 보호테이프(13)으로는, 두께를 200μm로 하는 폴리프로필렌제의 열용착테이프를 사용하였다. 제작한 100개의 전극군의 내부 단락하는 개수를 세어본 결과, 내부 단락한 전극군은 전혀 없었으며, 충전경계에 있어서의 기판골격의 돌출에 의한 내부 단락의 억제효과가 실증되었다.

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(실시예 4)

도 18에 나타내는 바와 같이, 제 1극판(1)의 기판(9)를, 띠 형태 연결부(7)에 있어서 세로로 1/3로 압축하도록 프레스하고 기판(9)의 노출한 띠 형태 연결부(7)에 금속박판을 고정하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 집전판을 접속한 100개의 전극군을 제작하였다. 이 도면은, 압축하기전의 기판(9)를 사슬선으로 나타내고 있다.

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이 공정에서 제작한 100개의 전극군의 내부 단락한 개수를 세어본 결과, 내부 단락한 전극군은 1개로서 나머지 99개는 내부 단락하고 있지 않았다. 단락한 개소는 실시예 1과 동일하였다.

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(실시예 5)

도 19에 나타내는 바와 같이, 제 1극판(1)의 기판의 노출한 띠 형태 연결부(7)에 저항전기용접에 의하여, 구멍이 뚫린 금속박판으로서 펀칭메탈을 용접한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 집전판을 접속한 100개의 전극군을 제작하였다. 이 공정에서 제작한 100개의 전극군의 내부 단락하는 개수를 세어본 결과, 내부 단락한 전극군은 전무하였다. 이 실시예는, 띠 형태 연결부에 구멍이 뚫린 금속박판으로서 펀칭메탈을 용접하였으나, 구멍이 뚫린 금속박판으로는, 펀칭메탈 대신에 익스팬드 메탈도 사용할 수 있다.

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(비교예 1)

도 20에 나타내는 바와 같이, 제 1극판(1)의 기판(9)의 충전경계를 제 2극판(2)의 상단보다 0.2mm 높게 한다. 바꾸어 말하면, 제 2극판(2)의 상단을 충전경계보다 0.2mm 낮게 하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 집전판을 접속한 100개의 전극군을 제작하였다. 제작한 100개의 전극군의 내부 단락한 개수를 세어본 결과, 내부 단락한 전극군은 25개나 되었다. 단락부분은, 도 5 혹은 도 6에 나타내는 바와 같이, 띠 형태 연결부(7)과 제 2극판(2)와의 접촉이 대부분이었다.

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(비교예 2)

도 21에 나타내는 바와 같이, 제 1극판(1)의 기판(9)를 띠 형태 연결부(7)에 있어서 세로로 1/3로 압축하도록 프레스함과 동시에, 제 2극판(2)의 상단을 제 1극판(1)의 충전경계보다 0.2mm 낮게하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 집전판을 접속한 100개의 전극군을 제작하였다. 제작한 100개의 전극군의 내부 단락한 개수를 세어본 결과, 내부 단락한 전극군은 31개나 되어 있었다. 내부 단락한 상태는 비교예 1과 동일하였다.

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본 발명은, 고율방전특성이 뛰어난 전지를, 이상에 가까운 상태로 제조할 수 있는 특징이 있다. 특히, 집전판을 전극군의 띠 형태 연결부에 강하게 눌러 가압하여, 집전판과 띠 형태 연결부를 확실하게 용접시킬 수 있으며, 동시에 제 1극판과 제 2극판의 내부 단락을 크게 감소시킬 수 있는 특징이 있다. 그것은, 본 발명의 전지가 세퍼레이터를 개재시켜 제 1극판에 대향하여 배치되는 제 2극판을, 띠 형태 연결부와 활물질충전부와의 충전경계보다 돌출시키고 있기 때문이다. 제 2극판을 제 1극판의 충전경계보다 돌출시키고 있는 전지는, 제 1극판의 충전경계를 제 2극판으로 지지함으로써, 제 1극판의 띠 형태 연결부가 눌러 가압하여 용접되었을 때에, 충전경계가 구부러져서 내부 단락하는 것을 유효하게 방지한다.

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또한, 본 발명의 청구항 4의 전지는, 제 2극판을 제 1극판의 충전경계보다 돌출시키는 것에 더하여, 제 1극판의 띠 형태 연결부에 금속박판이나, 펀칭메탈 등의 구멍이 뚫린 금속박판을 부착하고 있다. 이 구조의 전지는, 내부 단락을 가장 유효하게 방지할 수 있는 뛰어난 특징이 있다. 그것은, 세퍼레이터를 개재시켜 제 1극판과 제 2극판을 와권상으로 감아돌릴때에 띠 형태 연결부와 금속박판이 일체로 되어 와권상으로 감아돌려짐과 동시에, 집전판을 눌러 가압하여 접속시킬 때에 금속박판이 기판의 구부러짐을 유효하게 방지할 수가 있기 때문이다. 또한, 금속박판으로 펀칭메탈 등 구멍이 뚫린 것을 사용하면 충분한 유연성을 갖기 때문에 전극군을 와권상으로 감아돌려도 금속박판이 파단되지 않으며 내부 단락하는 것을 극히 유효하게 방지한다.

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Claims

세퍼레이터(3)을 개재시켜 정극판과 부극판으로 이루어진 제 1극판(1)과 제 2극판(2)를 적층하고 있는 전극군(4)와, 이 전극군(4)를 수납하고 있는 외장켄(5)와, 제 1극판(1)에 전기 접속되어 제 1극판(1)을 한쪽의 단자(12)에 전기적으로 접속하는 집전판(6)을 구비하며, 제 1극판(1)은, 금속다공체 기판(9)에 활물질을 충전하고 있는 비소결식 전극으로서, 기판(9)를 노출시키고 있는 띠 형태 연결부(7)과 활물질충전부(8)을 가지며, 띠 형태 연결부(7)을 집전판(6)의 복수 부분에 용착시켜 전기 접속해서 이루어지는 전지에 있어서,

제 2극판(2)가, 띠 형태 연결부(7)과 활물질충전부(8)과의 충전경계보다 돌출하고 있으며, 충전경계가 세퍼레이터(3)을 개재시켜 제 2극판(2)에 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 전지.
제 1항에 있어서,

전극군(4)가, 세퍼레이터(3)을 개재시켜 제 1극판(1)과 제 2극판(2)를 적층하여 소용돌이형으로 감아돌려 이루어지는 와권(渦卷)전극인 것을 특징으로 하는 전지.
제 1항에 있어서,

제 1극판(1)의 기판(9)가 금속 3차원 다공체인 것을 특징으로 하는 전지.
제 1항에 있어서,

제 1극판(1)의 기판(9)가 금속 3차원 다공체로서, 금속 3차원 다공체의 기판(9)의 띠 형태 연결부(7)에 금속박판(10) 또는 구멍이 뚫린 금속박판(10)을 부착하고 있으며, 이 금속박판(10) 또는 구멍이 뚫린 금속박판(10)이 집전판(6)에 용착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전지.
제 1항에 있어서,

제 1극판(1)의 기판(9)가 금속 3차원 다공체로서, 금속 3차원 다공체의 기판(9)가 띠 형태 연결부(7)에서 프레스되어 고밀도로 압축되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전지.
제 1항에 있어서,

띠 형태 연결부(7)의 한쪽면 또는 양면에 보호테이프(13)을 접착해 이루어진 것을 특징으로 하는 전지.
제 2항에 있어서,

전극군(4)가 띠 형태 연결부(7)에 용접되어 있는 금속박판(10)을 내측으로 하여 감아돌려 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지.