KR20120103989A - 저항특성이 개선된 전기에너지 저장장치 및 그 제조방법과, 이를 위한 내부 터미널 - Google Patents

저항특성이 개선된 전기에너지 저장장치 및 그 제조방법과, 이를 위한 내부 터미널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베어셀이 수용되는 금속 케이스와, 상기 금속 케이스에 결합된 제1 터미널 및 제2 터미널을 구비한 전기에너지 저장장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 제1 터미널 및 제2 터미널 중 적어도 어느 하나의 외주면을 따라 비딩처리용 그루브가 형성되고, 상기 금속 케이스에는 상기 비딩처리용 그루브에 밀착 가능하게 형성된 비딩부가 포함된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치가 제공된다.

Description

저항특성이 개선된 전기에너지 저장장치 및 그 제조방법과, 이를 위한 내부 터미널{ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE IMPROVED IN RESISTANCE-CHARACTERISTICS, FABRICATION METHOD THEREOF AND INNER TERMINAL STRUCTURE FOR THE SAME}
본 발명은 전기에너지 저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부 터미널과 케이스 간의 접촉 저항특성 및 결합성이 개선된 전기에너지 저장장치 및 그 제조방법과, 이를 위한 내부 터미널에 관한 것이다.
일반적으로 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리우며, 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 차세대 전기에너지 저장장치이다.
울트라 캐패시터는 에너지 저장메커니즘에 따라 전기이중층 캐패시터(EDLC; electric double layer capacitor)와 유사캐패시터(pseudocapacitor)로 나눌수 있다. 유사캐패시터는 전극표면 혹은 표면근처의 전극 내부에 전하가 축전되는 현상을 이용하지만, EDLC는 전극과 전해질 계면의 전기이중층에 전하가 흡착되는 성질을 이용한다.
EDLC는 활성탄소와 같이 표면적이 넓은 물질을 전극의 활물질로 하여 전극물질의 표면과 전해질의 접촉면에 전기이중층을 형성하게 된다. 즉, 전극과 전해질 용액의 경계면에서 서로 다른 극성을 갖는 전하층이 정전 효과에 의해 생성되는데, 이렇게 형성된 전하 분포를 전기이중층이라고 하며, 이와 같은 현상으로 마치 축전지에서와 같은 축전 용량을 갖게 된다. 전기이중층 캐패시터는 전기를 저장하는 메커니즘이 화학반응을 이용하는 축전지와 달리 전해질의 계면에 형성되는 전기이중층에 전하를 저장하므로, 즉 물리적인 전하의 축적에 의한 축전현상을 이용하므로, 반복사용에 따른 열화현상이 없으며, 높은 가역특성과 긴 사용 수명을 가진다.
한편, 울트라 캐패시터는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 울트라 캐패시터는 빠른 충방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하며, 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.
이러한 다양한 용도를 가지는 울트라 캐패시터의 전극은 넓은 비표면적을 통한 고에너지와, 낮은 비저항을 통한 고출력화, 그리고 계면에서의 전기화학 반응의 억제를 통한 전기화학적 안정성 등을 가지는 것이 중요하다.
울트라 캐패시터는 소형화를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 울트라 캐패시터는 양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성된 베어셀이 담긴 내부 하우징(10)과, 내부 하우징(10)을 수용하는 금속 케이스(40)와, 금속 케이스(40)의 내부에 마련되어 각각 베어셀의 음극과 양극에 연결되는 내부 터미널인 제1 터미널(20) 및 제2 터미널(30)을 포함한다.
제1 터미널(20)은 절연부재(60)에 의해 금속 케이스(40)에 대하여 절연되는 동시에 상판(50)에 접촉되어 음극측 외부 터미널(51)에 연결되고, 제2 터미널(30)는 금속 케이스(40)에 접촉되어 양극측 외부 터미널(45)에 연결된다.
상기 제1 터미널(20)과 상판(50) 간의 결합과, 제2 터미널(30)과 금속 케이스(40) 간의 결합은 체결볼트(70)에 의해 이루어지는 것이 일반적이다.
하지만, 이와 같이 체결볼트(70)에만 의존하여 제1 터미널(20)과 제2 터미널(30)을 금속 케이스(40)에 고정하는 방식은 조립공정이 매우 번거롭고 결합 안정성이 좋지 않은 단점이 있다.
뿐만 아니라, 특히 제2 터미널(30)의 경우에는 금속 케이스(40)와 직접적으로 접촉되므로, 울트라 캐패시터의 전기적 특성 향상을 위해서는 제2 터미널(30)과 금속 케이스(40) 간의 접촉저항을 최소화하고 접촉상태를 안정화하는 것이 매우 중요하다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 창안된 것으로서, 금속 케이스와 내부 터미널 간의 접촉면적 증대와 접촉 안정성 향상을 통해 저항특성이 개선된 전기에너지 저장장치 및 그 제조방법과, 이를 위한 내부 터미널을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속 케이스와 내부 터미널 간의 접촉구조에 의해 금속 케이스와 내부 터미널 간의 체결이 이루어질 수 있는 전기에너지 저장장치 및 그 제조방법과, 이를 위한 내부 터미널을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 베어셀이 수용되는 금속 케이스와, 상기 금속 케이스에 결합된 제1 터미널 및 제2 터미널을 구비한 전기에너지 저장장치에 있어서, 제1 터미널 및 제2 터미널 중 적어도 어느 하나의 외주면을 따라 비딩처리용 그루브가 형성되고, 상기 금속 케이스에는 상기 비딩처리용 그루브에 밀착 가능하게 형성된 비딩부가 포함된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치를 제공한다.
상기 금속 케이스의 바닥면과 측면 사이의 코너부에는 내압 조절을 위한 라운드 구조가 형성되고, 상기 제1 터미널 및 제2 터미널 중 적어도 어느 하나에 있어서 상기 금속 케이스의 코너부와 대향하는 부분에는 경사부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 터미널 및 제2 터미널 중 어느 하나에는 절연부재를 사이에 두고 상기 비딩부가 밀착되고, 다른 하나에는 직접적으로 상기 비딩부가 밀착될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 베어셀이 수용되는 금속 케이스와, 상기 금속 케이스에 결합된 내부 터미널을 구비한 전기에너지 저장장치의 제조방법에 있어서, 외주면을 따라 비딩처리용 그루브가 형성된 내부 터미널을 준비하는 제1단계; 상기 내부 터미널을 상기 금속 케이스 내에 위치시키는 제2단계; 및 상기 금속 케이스에 대하여, 상기 내부 터미널에 대응되는 부분을 비딩 가공하여 상기 내부 터미널의 비딩처리용 그루브에 밀착되는 비딩부를 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 제조방법이 제공된다.
상기 제1단계에서는, 한쪽 테두리단에 경사부가 형성된 내부 터미널을 준비하고, 상기 제2단계에서는, 상기 경사부가 상기 금속 케이스의 바닥면과 측면 사이의 코너부를 향하도록 상기 내부 터미널을 위치시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 베어셀을 수용하기 위한 원통형의 금속 케이스를 구비한 전기에너지 저장장치에 이용되는 내부 터미널로서, 원형의 외주면을 가지며, 상기 금속 케이스의 둘레에 대한 비딩 가공시 형성되는 비딩부를 수용하기 위한 비딩처리용 그루브가 상기 외주면을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 내부 터미널이 제공된다.
본 발명에 따른 전기에너지 저장장치는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 금속 케이스에 대한 비딩 가공시 비딩부가 내부 터미널의 비딩처리용 그루브에 물리면서 넓은 접촉면적을 가지고 안정적으로 밀착되므로 저항특성이 향상될 수 있다.
둘째, 비딩부에 의해 금속 케이스와 내부 터미널이 견고히 결합될 수 있으므로, 체결볼트 등 별도의 체결부재가 필요치 않아 금속 케이스와 내부 터미널 간의 조립공정을 간소화할 수 있다.
셋째, 내부 터미널에 형성된 경사부에 의해 금속 케이스 내에서 내부 터미널이 들뜨는 현상이 방지되므로 접촉저항이 안정적으로 유지될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 울트라 캐패시터의 구성을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 외관을 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 단면도,
도 4는 도 3에서 제2 터미널의 구성을 상세히 도시한 부분 확대 측면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 금속 케이스와 내부 터미널 간의 실제 접촉 상태를 보여주는 엑스레이(X-ray) 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 외관을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치는 베어셀(미도시)이 수용되는 원통형의 금속 케이스(130)와, 금속 케이스(130)의 내부에서 상기 베어셀의 음극과 양극에 각각 대응하도록 마련된 내부 터미널인 제1 터미널(110) 및 제2 터미널(120)을 포함한다.
베어셀은 양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성되어 전기화학적 에너지 저장기능을 제공한다.
금속 케이스(130)는 권취소자 형태로 가공된 후 내부 하우징(100)에 담긴 베어셀을 수용할 수 있는 내부공간이 형성된 원통형의 몸체를 갖는다. 바람직하게, 금속 케이스(130)는 알루미늄 원통 형태로 제공될 수 있다.
바람직하게, 금속 케이스(130)의 바닥면과 측면 사이의 코너부에는 내압성 향상을 위해 소정의 R값으로 내압조절용 라운드(Round) 구조가 형성된다.
금속 케이스(130)에 있어서, 적어도 제2 터미널(120)에 대응되는 부분은 비딩(Beading) 가공되어 케이스의 내주면을 따라 원형으로 연장된 비딩부(135)가 마련된다. 상기 비딩 가공에 의해 형성되는 비딩부(135)는 제2 터미널(120)의 외주면에 형성된 비딩처리용 그루브(Groove)(121) 내에 밀착된다.
제1 터미널(110)과 제2 터미널(120)은 금속 케이스(130)의 내주면에 대응하는 원형의 외주면을 갖는다.
제1 터미널(110)은 절연부재(150)에 의해 금속 케이스(130)에 대하여 절연되는 동시에 상판(140)에 접촉되어 상판(140)의 중심에 마련된 음극측 외부 터미널(141)과 연결되고, 제2 터미널(120)은 금속 케이스(130)에 접촉되어 금속 케이스(130)의 하단 중심에 마련된 양극측 외부 터미널(132)과 연결된다.
도 4에 도시된 바와 같이 제2 터미널(120)은 외주면을 따라 형성된 원형의 비딩처리용 그루브(121)를 포함한다. 비딩처리용 그루브(121)는 금속 케이스(130)에 형성되는 비딩부(135)를 수용하기 위한 용도로 이용된다. 제2 터미널(120)에 형성된 비딩처리용 그루브(121)에 의해 제2 터미널(120)의 측면 표면적은 효과적으로 증대될 수 있다.
제2 터미널(120)의 한쪽 테두리단에는 전술한 내압조절용 라운드 구조와 대향할 수 있는 경사부(122)가 형성되는 것이 바람직하다. 경사부(122)는 제2 터미널(120)이 상기 내압조절용 라운드 구조와 간섭하여 들뜸으로써 접촉저항이 증가하는 현상을 방지하는 작용을 하게 된다.
금속 케이스(130)와 제1 터미널(110) 간의 결합성을 향상시키기 위해, 제1 터미널(110)의 외주면도 제2 터미널(120)과 마찬가지로 비딩처리용 그루브가 형성되고, 금속 케이스(130)에 있어서 상기 비딩처리용 그루브에 대응되는 부분은 비딩 가공되어 그에 따른 비딩부(136)가 절연부재(150)를 사이에 두고 비딩처리용 그루브에 결합되는 것이 바람직하다. 여기서, 금속 케이스(130)의 상단에는 결합성 및 밀봉성을 극대화하도록 커링(Curling) 가공부(160)가 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 전기에너지 저장장치는 극판 제조공정, 극판 조립공정 및 하우징 조립공정을 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
극판 제조공정과 극판 조립공정에서는 전극 활물질 배합, 혼합, 코팅, 압연 및 슬리팅을 차례대로 수행하여 전극판을 제조하고 세퍼레이터와 함께 이를 와인딩하여 권취소자 형태의 베어셀을 제조한다.
하우징 조립공정에서는 베어셀을 진공건조시키고, 이를 금속 케이스(130)에 수용시킨 상태에서 상판(140)과 제1 터미널(110) 간의 용접과, 금속 케이스(130)에 대한 비딩 및 커링 등의 가공을 실시한 후 금속 케이스(130) 내에 전해질을 침투시키는 함침 공정을 수행한다.
특히, 금속 케이스(130)에 대한 비딩 가공공정에서는 외주면을 따라 비딩처리용 그루브(121)가 형성되고 한쪽 테두리단에는 경사부(122)가 형성된 제2 터미널(120)을 준비한 후, 경사부(122)가 금속 케이스(130)의 바닥면과 측면 사이의 코너부를 향하도록 제2 터미널(120)을 금속 케이스(130) 내에 위치시키고, 금속 케이스(130)의 외주면을 따라가면서 비딩 장비의 비딩 지그를 이동시키면서 압력을 가하여 제2 터미널(120)에 대응되는 부분을 비딩 가공한다. 이에 따라 제2 터미널(120)에 대응되는 금속 케이스(130)의 측면에 형성되는 비딩부(135)는 제2 터미널(120)의 비딩처리용 그루브(121)에 물리면서 밀착된다.
한편, 제1 터미널(110)에 대응되는 금속 케이스(130)의 측면에 형성되는 비딩부(136)는 절연부재(150)를 사이에 두고 제1 터미널(110)에 물리면서 밀착된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 금속 케이스(130)와 제2 터미널(120) 간의 실제 접촉 상태를 보여주는 엑스레이 사진이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 적용시 비딩 가공에 따른 금속 케이스(130)의 비딩부(135)가 제2 터미널(120)의 측면에 형성된 비딩처리용 그루브(121)에 빈틈없이 밀착되어 종래에 비해 넓은 접촉면적을 안정적으로 가지게 되므로 저항특성이 개선될 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 내부 하우징 110: 제1 터미널
120: 제2 터미널 121: 비딩처리용 그루브
122: 경사부 130: 금속 케이스
132: 양극측 외부 터미널 135,136: 비딩부
140: 상판 141: 음극측 외부 터미널
150: 절연부재 160: 커링 가공부

Claims (7)

  1. 베어셀이 수용되는 금속 케이스와, 상기 금속 케이스에 결합된 제1 터미널 및 제2 터미널을 구비한 전기에너지 저장장치에 있어서,
    제1 터미널 및 제2 터미널 중 적어도 어느 하나의 외주면을 따라 비딩처리용 그루브가 형성되고,
    상기 금속 케이스에는 상기 비딩처리용 그루브에 밀착 가능하게 형성된 비딩부가 포함된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 케이스의 바닥면과 측면 사이의 코너부에는 내압 조절을 위한 라운드 구조가 형성되고,
    상기 제1 터미널 및 제2 터미널 중 적어도 어느 하나에 있어서 상기 금속 케이스의 코너부와 대향하는 부분에는 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 터미널 및 제2 터미널 중 어느 하나에는 절연부재를 사이에 두고 상기 비딩부가 밀착되고, 다른 하나에는 직접적으로 상기 비딩부가 밀착된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.
  4. 베어셀이 수용되는 금속 케이스와, 상기 금속 케이스에 결합된 내부 터미널을 구비한 전기에너지 저장장치의 제조방법에 있어서,
    외주면을 따라 비딩처리용 그루브가 형성된 내부 터미널을 준비하는 제1단계;
    상기 내부 터미널을 상기 금속 케이스 내에 위치시키는 제2단계; 및
    상기 금속 케이스에 대하여, 상기 내부 터미널에 대응되는 부분을 비딩 가공하여 상기 내부 터미널의 비딩처리용 그루브에 밀착되는 비딩부를 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 제조방법.
  5. 제5항에 있어서,
    상기 제1단계에서는, 한쪽 테두리단에 경사부가 형성된 내부 터미널을 준비하고,
    상기 제2단계에서는, 상기 경사부가 상기 금속 케이스의 바닥면과 측면 사이의 코너부를 향하도록 상기 내부 터미널을 위치시키는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 제조방법.
  6. 베어셀을 수용하기 위한 원통형의 금속 케이스를 구비한 전기에너지 저장장치에 이용되는 내부 터미널로서,
    원형의 외주면을 가지며, 상기 금속 케이스의 둘레에 대한 비딩 가공시 형성되는 비딩부를 수용하기 위한 비딩처리용 그루브가 상기 외주면을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 내부 터미널.
  7. 제7항에 있어서,
    한쪽 테두리단에 경사부가 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치의 내부 터미널.
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