KR20160000930A

KR20160000930A - 전기 에너지 저장 소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20160000930A
Application number: KR1020140078057A
Authority: KR
Inventors: 이용욱
Original assignee: 파워칩스주식회사
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: KR101634959B1

Abstract

전기 에너지 저장소자 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 전기 에너지 저장소자는 내부 전극, 세퍼레이터 및 전해질을 수용하며 제1 외부 전극이 형성된 용기와, 상기 용기의 개방된 상부를 덮어 밀봉하는 도전성 금속의 밀봉판과, 밀봉판의 일측에 마련되어 제2 외부 전극이 형성된 인출단자대를 구비한다. 용기는 도전성 금속의 바닥판과, 산화피막이 형성된 도전성 금속 등의 소재로 마련되어 바닥판과 밀봉판을 전기적으로 절연시키는 측벽부를 구비하며, 바닥판과 측벽부는 진공 열 압착(Heat Press) 또는 확산 접합 등의 방법으로 일 공정으로 접착시킴으로써 제조공정이 매우 간단해진다. 나아가, 용기가 세라믹이 아닌 도전성 금속으로 형성됨으로써, 종래의 세라믹 용기와 대비하여 그 내부 용적을 크게 할 수 있다. 따라서 세라믹 용기에 비해, 동일한 전기적 용량에 대해 전기 에너지 저장소자의 크기를 현저하게 줄일 수 있다.

Description

전기 에너지 저장 소자 및 그 제조방법{Electrical Energy Storing Device and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 인쇄회로기판에 직접 표면 실장할 수 있는 전기 에너지 저장 소자로서, 그 제조공정을 간소화하면서도 소형으로 제조할 수 있는 전기 에너지 저장소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

배터리, 커패시터 또는 콘덴서와 같은 전기 에너지 저장 소자의 용도는 매우 다양하며, 매우 다양한 분야에서 널리 사용된다. 예컨대, 스마트폰, 휴대폰, 내비게이션, 태블릿 PC, 블랙박스, MP3 플레이어 등과 같은 전자기기에 내장된 배터리는 RTC(Real Time Clock) 회로 또는 메모리 백업의 용도로 사용되고, 태양전지, 풍력발전 등에서는 순간적으로 발생하는 에너지를 저장하였다가 2차적으로 대용량 전지에 안정적으로 충전하게 하는 하이브리드(Hybrid) 용도로 사용된다. 전기자동차 등에서, 전기 에너지 저장 소자는 초기구동 시 또는 고속 주행 시에 필요한 고출력 에너지원으로 사용된다.

전기 에너지 저장 소자는 전기 전도성 전극을 사용하여 전기적인 충전과 방전을 행하며, 전반적인 전자부품 소형화 경향에 따라 소형화되면서 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)에 실장된다.

소형화에 발맞추어 현재 출시되고 있는 종래의 전기 에너지 저장 소자를 설명하면 다음과 같다.

종래 예

대한민국 공개특허 제2006-0008102호(전기화학전지) 발명은 구조의 소형화와 함께, 내부 전해액 등이 유출되는 방지하기 위하여 최근까지 제시되어 많은 개발되고 있는 구조의 일 예이다.

도 1을 참조하면, 전기 에너지 저장 소자(10)는 세라믹소재의 용기(11)와, 용기(11)의 외면에 상호 이격되어 형성된 제1 및 제2 전극 패턴(13, 15)과, 용기(11) 내에 수용된 제1 및 제2 내부 전극(17, 19)과, 제1 및 제2 내부 전극(17, 19)을 상호 이격시키는 세퍼레이터(21)와, 도전성 금속 소재의 금속링(23)과, 도전성 캡(25)을 구비한다.

제1 내부 전극(17)은 도전성 접착제에 의해 도전성 캡(25)에 접착되고, 캡(25)은 전기적으로 금속링(23)에 연결되어 있으며, 금속링(23)의 일단에는 용기(11)의 외측면을 통해 연장된 제1 전극 패턴(13)이 전기적으로 접속되어 있다. 제2 내부 전극(19)은 도전성 접착제에 의해 제2 전극 패턴(15)에 연결된다. 제2 전극 패턴(15)은 비아 홀(15a)을 통해 용기(11)를 관통하여 용기(11)의 내부 바닥면에까지 연장된다.

이러한 도 1의 전지의 제조과정은 매우 복잡하며, 특히 용기(11)의 형성 과정이 복잡하다. 세라믹 용기(11)는 복수 개(예를 들면 3개)의 세라믹 시트를 적층하여 형성할 수 있다. 우선, (1) 제1 세라믹 시트를 형성한 다음, (2) 제1 세라믹 시트 상에 비아 홀(Via Hole)(15a) 또는 스로우 홀(Through Hole)을 형성하고 도전성 금속으로 메탈 프린팅하여 채운다. (3) 제1 세라믹 시트 위에 적층할 제2 세라믹 시트를 준비한 다음, (4) 다시 제2 세라믹 시트 상에 비아 홀(15a) 또는 스로우 홀을 형성하고 도전성 금속으로 메탈 프린팅하여 채운다. (5) 제2 세라믹 시트 위에 적층할 제3 세라믹 시트를 준비한 다음, 용기(11)의 내부 바닥면이 되는 제3 세라믹 시트의 상면에 비아 홀(15a)로부터 연장된 제2 전극 패턴(15)을 메탈 프린팅으로 형성한다. (6) 측벽을 형성하기 위하여, 측벽의 형상으로 성형된 세라믹 기판에 브레이징 접착을 위한 메탈 프린팅을 하여 준비한다. (7) 준비된 제1 내지 제3 세라믹 시트와 측변 시트를 적층한 후에 라미네이팅(Laminating)을 실시하고, 대략 500 ~ 1600℃ 정도의 온도에서 동시 소결하여 상호 접착함으로써 용기(11)를 완성한다. 용기(11)를 완성한 후에도, 금속링(23)을 브레이징 접착하여 세라믹 소재의 용기(11)의 측벽 상에 붙이게 된다.

이처럼, 도 1의 전기 에너지 저장 소자(10)는 그 유용성과 장점에 불구하고, 그 제조공정이 매우 복잡하다.

본 발명의 목적은, 인쇄회로기판에 직접 표면 실장할 수 있는 전기 에너지 저장 소자로서, 그 제조공정을 간소화하면서도 소형으로 제조할 수 있는 전기 에너지 저장소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 에너지 저장소자는 용기와 상기 용기의 개방된 상부를 덮어 밀봉하는 도전성 소재의 밀봉판을 구비한다.

용기는 서로 다른 극성의 제1 및 제2 내부 전극, 상기 제1 및 제2 내부 전극을 상호 이격시키는 세퍼레이터(Seperator) 및 전해질을 수용하며, 상기 밀봉판은 상기 제2 내부 전극과 전기적으로 연결된다. 본 발명의 용기는, 도전성 금속 소재의 바닥판과, 측벽부를 구비한다. 바닥판은 상면에 상기 제1 내부 전극이 전기적으로 연결되고 아랫면에 제1 외부 전극이 형성된다. 측벽부는 상기 바닥판 상에 형성되어 상기 용기의 수용부를 형성하면서 외면에 절연체 피막이 형성되어 상기 바닥판과 밀봉판을 전기적으로 절연시킨다.

더불어, 본 발명의 전기 에너지 저장소자는 상기 밀봉판의 일측에서 연장되고 일측에 제2 외부 전극이 형성된 도전성 금속의 인출단자대를 더 구비한다. 실시 예에 따라, 상기 인출단자대는, 상기 용기와 이격된 상태로, 일단은 상기 밀봉판의 상면에 부착되고, 타단은 상기 바닥판과 나란하게 배치된 것이 바람직하다.

실시 예에 따라, 상기 측벽부는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프니윰(Hf), 네오비윰(Nb) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 하나의 표면에 산화피막을 형성한 것이거나 유리(Glass)를 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 측벽부가 알루미늄인 경우에, 상기 바닥판은 상면에 상기 제1 내부 전극이 전기적으로 연결되는 알루미늄 기판과, 아랫면에 상기 제1 외부 전극이 형성된 스테인레스합금 기판이 적층된 것일 수 있다.

실시 예에 따라, 본 발명의 전기 에너지 저장소자는 상기 밀봉판과 측벽부 사이에 마련되어 상기 밀봉판과 용기를 상호 접착시키는 금속링을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 전기 에너지 저장 소자의 제조방법은, (1) 아랫면에 제1 외부 전극이 형성된 금속 소재의 바닥판과, 상기 측벽부를 적층하여 접합함으로써 상기 용기를 형성하는 단계, (2) 상기 제1 및 제2 내부 전극, 세퍼레이터 및 전해질을 상기 용기에 수용하고 상기 밀봉판으로 밀봉하는 단계, 및 (3) 타측에 제2 외부 전극이 형성된 도전성 금속의 인출단자대를 상기 밀봉판의 일측에 접착시키는 단계를 포함한다.

상기 제조방법의 다른 실시 예에 의하면, 개별적인 구성품을 적층하여 하나의 용기를 형성하는 대신에 복수 개의 용기를 동시에 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 정렬하여 쌓는 단계는 복수 개의 상기 바닥판이 연결돌기들에 의해 이어져 나란하게 배치된 제1 패널과, 복수 개의 상기 측벽부가 연결돌기에 의해 이어져 나란하게 배치된 제2 패널을 정렬하여 쌓을 수 있다. 이후에, 상기 용기를 형성하는 단계에서, 상기 제1 내지 제2 패널에 대해 동시에 접합 공정을 진행한 다음에, 상기 연결돌기를 제거함으로써 복수 개의 상기 용기를 동시에 형성할 수 있다. 당연히, 복수 개의 금속링이 배치된 제3 패널을 더 정렬하여 쌓아 상기 용기 형성단계에서 한번에 접착시킬 수도 있다. 이때, 용기의 접합은 상기 정렬된 바닥판(또는 제1 패널)과 측벽부(또는 제2 패널)를 진공 열 압착 또는 확산접합 등과 같은 하나의 공정으로 접착시킬 수 있다.

본 발명의 이러한 구성에 따른 전기 에너지 저장소자는 용기를 도전성 금속 등을 사용하여 하나의 공정으로 성형할 수 있기 때문에, 용기 소재의 선택이 자유롭고, 그 성형 공정이 세라믹 용기를 사용할 때에 비하여 매우 간단해진다. 당연히, 세라믹 용기에 금속링 등을 접합할 때 사용하는 브레징(Brazing) 공정 등이 불필요해진다.

또한, 용기가 세라믹이 아닌 도전성 금속으로 형성됨으로써, 종래의 세라믹 용기와 대비하여 그 내부 용적을 크게 할 수 있다. 따라서 세라믹 용기에 비해, 동일한 전기적 용량에 대해 전기 에너지 저장소자의 크기를 현저하게 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 세라믹형 전기 에너지 저장소자의 구성을 나타낸 단면도,
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 에너지 저장소자의 외관 사시도이고, (b)는 도 2의 (a)를 A-A'로 절단한 단면도이고 ,
도 3은 본 발명의 전기 에너지 저장소자의 제조방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 4는 도 3의 S303 단계의 설명에 제공되는 도면, 그리고
도 5는 본 발명의 제조방법의 다른 실시 예의 설명에 제공되는 도면이다.
<도면의 주요부의 설명>
200: 전기 에너지 저장소자 201: 제1 내부 전극
203: 제2 내부 전극 205: 세퍼레이터
207: 밀봉판 209: 제1 외부 전극
210: 용기 210a: 용기의 수용부
211: 용기의 바닥판 213: 용기의 측벽부
225: 금속링 227: 도금층

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 2의 (a)와 (b)를 참조하면, 본 발명의 전기 에너지 저장소자(200)는 액상의 전해질을 수용하는 용기(210)와, 용기(210)의 수용부(210a)에 수용되어 전해질에 침전되는 제1 및 제2 내부 전극(201, 203)과, 제1 및 제2 내부 전극(201, 203)을 상호 이격시키는 세퍼레이터(Separator)(205)를 구비한다. 또한, 소자(200)는 용기(210)를 덮어 최종적으로 밀봉하는 도전성 금속의 밀봉판(207)을 구비한다. 용기(210)의 외부 아랫면에는 도전성의 제1 외부 전극(209)이 형성되어 있고, 밀봉판(207)의 일측에서 연장된 도전성 금속의 인출단자대(223)를 구비한다. 인출단자대(223)의 일측에 제2 외부 전극(221)이 형성된다. 전기 에너지 저장소자(200)가 인쇄회로기판(PCB) 등에 장착될 때는 제1 외부 전극(207)과 제2 외부 전극(221)이 기판(PCB) 상에 납땜되는 것이므로, 제1 외부 전극(207)과 제2 외부 전극(221)은 동일한 가상의 평면 상에 있는 것이 바람직하다.

용기(210)는 바닥판(211)과, 바닥판(211) 상에 마련되어 용기(210)의 수용부(210a)를 형성하는 측벽부(213)를 포함한다. 바닥판(211)은 하나의 도전성 금속을 이용하거나 복수 개의 도전성 금속을 적층하여 형성하며, 바닥판(211)의 외부 아랫면에는 제1 내부 전극(201)과 전기적으로 연결된 제1 외부 전극(209)이 형성된다. 이에 따라, 전기적으로, 제1 내부 전극(201)은 도전성 금속의 바닥판(211)을 통해 제1 외부 전극(209)에 연결되고, 제2 내부 전극(203)은 밀봉판(207)과 인출단자대(223)를 통해 제2 외부 전극(221)에 연결된다.

실시 예에 따라, 밀봉판(207)과 용기(210)는 도전성 금속링(225)에 의해 접합될 수 있다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 전기 에너지 저장소자(200)의 제조방법을 설명한다. 본 발명의 전기 에너지 저장소자(200)의 제조방법은, 종래의 세라믹 용기에서처럼 순차적으로 성형하는 것과 달리, (1) 용기(210)를 구성하는 바닥판(211)과 측벽부(213)의 각 구성부를 개별적으로 마련하고, (2) 각 구성부를 정렬하여 쌓은 상태에서 (3) 진공 열 압착(Heat Press) 또는 확산접합 등을 이용하여 하나의 공정으로 완성하는데 특징이 있다. 만약, 금속링(225)을 이용하는 경우라면, 금속링(225)도 위 (1) 내지 (3)에 따라 용기(210)와 함께 하나의 공정으로 접착시킨다.

<용기의 형성: S301 내지 S305>

1. 제1 외부 전극이 형성된 바닥판의 준비(S301a)

바닥판(211)은 하나의 도전성 금속을 이용하거나 복수 개의 도전성 금속을 적층하여 대략 1 ~ 10 ㎜의 두께로 형성할 수 있다. 바닥판(211) 용 도전성 금속으로는 어떠한 것도 사용할 수 있으나, 전해질 용액에 대한 내식성과 제1 외부 전극(209)을 도금층으로 형성하기 용이한 특징 등을 고려하여 선택할 수 있다. 바닥판(211)의 소재로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 스테인리스 합금(Stainless Steel) 등에서 선택된 하나 또는 복수 개의 도전성 금속이 사용될 수 있다.

예컨대, 도 2에서처럼, 알루미늄(Al)의 제1 기판(211a)에 스테인레스 합금의 제2 기판(211b)을 적층하여 형성할 수 있다. 제1 기판(211a)은 전해질 용액에 대한 내화학성이 강한 알루미늄이 적절한 반면에 알루미늄의 특성상 제1 외부 전극(209)을 도금 방식으로 형성하기 어려우므로, 제1 외부 전극(209)의 형성이 용이한 스테인레스 합금 소재의 제2 기판(211b)을 적층하는 것이 바람직하다. 그 밖에도, 제2 기판(211b)로는 금, 은, 동, 티타늄 등이 사용될 수 있다.

바닥판(211)이 성형되면, 바닥판(211)의 아랫면에 제1 외부 전극(209)의 도금층을 마스킹 기법 등을 이용하여 형성한다. 예컨대, 제1 기판(211a)과 제2 기판(211b)을 적층하여 형성하는 경우에는 제2 기판(211b)의 아랫면에 제1 외부 전극(209)을 형성한다. 한편, 제1 외부 전극(209)은 다양한 종류의 도전성 금속을 사용할 수 있으며, 예를 들어 도금이 용이하게 전기 저항이 낮은 금-니켈(Ni-Au)을 사용하는 것이 바람직하다.

바닥판(211)이 도전성 금속으로 성형되고, 아래에서 설명되는 것처럼 측벽부(213)도 금속 소재로 성형될 경우에 종래의 세라믹 용기에 비하여 그 두께를 현저히 줄일 수 있다. 다시 말해, 동일한 외관 사이즈에 대해 용기(210)의 수용부(210a)의 크기를 훨씬 커지게 되고 전기적 용량도 훨씬 커지게 된다. 동일한 용량의 소자라면 그 사이즈를 현저히 줄일 수 있는 것이다.

2. 측벽부의 준비(S301b)

측벽부(213)는 바닥판(211)과 함께 용기(210)의 수용부(210a)를 형성하기 위하여 사각 파이프의 형상을 가진다. 측벽부(213)는 절연성 소재로 구현되거나 도전성 금속의 외면에 절연체 피막을 형성함으로써, 용기(210)를 최종적으로 밀봉하는 밀봉판(207)과 도전성의 바닥판(211)을 전기적으로 절연시킨다.

측벽부(213)의 소재로는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프니윰(Hf), 네오비윰(Nb) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 하나의 표면에 산화피막을 형성한 것이거나 유리(Glass)를 사용할 수 있다. 예컨대, 알루미늄를 사용하는 경우에는 알루미늄의 표면에 아노다이징(Anodizing) 처리를 하여 산화 피막을 형성함으로써 절연성을 갖게 한다.

3. 금속링의 준비(S301c)

실시 예에 따라, 용기(210)와 밀봉판(207)의 접합에 금속링(225)을 사용할 경우에, 금속링(225)도 미리 성형하여 준비한다. 종래에 용기의 상부 테두리에 금속링을 브래징(Brazing) 기법으로 접착한 것과 달리, 본 발명의 전기 에너지 저장소자(200)는 열 압착 방식으로 접합한다. 따라서, 용기(210)의 개방된 가장자리에 금속링(225)을 브래징하기 위한 메탈 프린트층을 별도로 만들 필요가 없다.

금속링(225)은 코바(Kovar) 합금, 알로이 42(Alloy 42) 합금, 스테인레스 합금, 니켈, 니켈 합금, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 아연, 주석, 철, 몰리브덴, 금, 은, 및 백금 등의 도전성 금속소재로 이루어진다.

금속링(225)은 용기(210)의 가장자리에 대응하는 링 형상을 가진다. 예컨대 도 2의 육면체 용기(210)에 적용하기 위한 금속링(225)도 도 4와 같이 사각 프레임 형상을 가질 수 있다. 금속링(225)의 상부에는 밀봉판(207)과의 접합을 위하여 아래에서 다시 설명하는 도금층(227)을 형성한다.

4. 용기의 성형(S303 내지 S305)

위 1. 내지 3.을 통해 준비된 제1 기판(211a), 제2 기판(211b), 측벽부(213) 및 금속링(225)을 도 4와 같이 정렬하여 쌓은 다음, 진공 열 압착(Heat Press) 또는 확산접합 등을 적용하여 1회 공정으로 용기(210)를 완성한다.

진공 열 압착은 접합하려는 금속재료를 진공 상태에 쌓아둠으로써 각 금속 재료 계면의 공기를 제거해 준 상태에서 고온 분위기로 프레스 압착하여 접합하는 기술이며, 확산접합은 금속 재료를 밀착시켜 접합면 사이에서 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 기술이다.

<내부 전극의 형성: S307>

용기(210)의 내부는 액상의 전해질로 채워지면서, 제1 및 제2 내부 전극(201, 203)이 전해질에 함침된다. 전해질로는 비수(非水)계 유기용액 또는 염기성 수용액 등의 이온성 수용액을 사용할 수 있다. 비수계 유기용액은 프로필렌 카보네이트(Propylene Carbonate) 또는 r-부틸로락톤(r-Buthylo Lactone) 등의 비 프로톤(proton)성 유기 용매에, 테트라에틸암모늄테트라플로오로보레이트(4-Ethyl-ammonium tetrafluoroborate) 또는 과염소산테트라알킬암모늄 등을 용해시켜 만들 수 있다.

제1 및 제2 내부 전극(201, 203)을 용기(210)에 수용하기 위하여, 바닥판(211)의 상면과 밀봉판(207)의 아랫면에 제1 및 제2 내부 전극(201, 203)을 접착시키기 위한 접착층을 형성한다. 접착층으로는 액상의 카본 페이스트(Carbon Paste), 전도성 고분자 및 금속 페이스트 등이 사용될 수 있다. 제2 내부 전극(203)은 미리 밀봉판(207)의 아랫면에 도포된 접착층에 의해 밀봉판(207)에 부착된 상태에서 용기(210) 내부에 수용된다. 밀봉판(207)을 최종 결합하는 과정에서 내부 전극이 용기(210) 내부에 삽입되면서 제2 내부 전극(203)의 하면이 세퍼레이터(205)에 접착하게 된다.

<밀봉판 접착:S309>

밀봉판(207)은 코바, 알로이 42, 스테인레스 합금, 니켈, 니켈 합금, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 아연, 주석, 철, 몰리브덴, 금, 은, 및 백금 등의 금속소재로 이루어지다. 밀봉판(207)의 두께는 용기(210)의 두께에 준하여 마련할 수 있다.

도금층의 형성

밀봉판(207)은 금속링(225)과의 접착 강도를 높이기 위해, 밀봉판(207)의 표면에 니켈, 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 철, 몰리브덴, 금, 은, 및 백금 등의 금속이 대략 0.1 ~ 100 정도의 두께로 도금층(227)을 형성할 수 있다.

밀봉판의 접착

앞서 설명한 바와 같이, 밀봉판(207)의 내부 표면에는 접착층에 의해 제2 내부 전극(203)이 미리 접착됨으로써, 제2 내부 전극(203)과 밀봉판(207)이 하나의 전극을 형성한다.

제1 내부 전극(201)과, 세퍼레이터(205)와, 전해질 용액을 용기(210) 내부에 수용한 후, 제2 내부 전극(203)이 부착된 밀봉판(207)을 금속링(225)의 도금층(227)에 안착시킨다. 이후에 금속링(225)과 밀봉판(207)의 접합은 저항용접 또는 레이저 용접 등의 방법으로 용접한다.

<인출단자대 및 제2 외부 전극의 형성: S311>

인출단자대(223)의 소재 금속은 밀봉판(207)과의 접착성 및 제2 외부 전극(221)의 형성 등을 고려하여 정할 수 있으며, 예를 들어 스테인레스 합금, 금, 은, 동, 티타늄 등이 사용될 수 있다. 제2 외부 전극(221)도 다양한 종류의 도전성 금속을 사용할 수 있으며, 예를 들어 도금이 용이하게 전기 저항이 낮은 금-니켈(Ni-Au)을 사용하는 것이 바람직하다.

제2 외부 전극 및 인출단자대의 성형

인출단자대(223)를 형성하기 위하여, 우선 인출단자대(223) 소재 금속의 표면 중 일정한 영역에 제2 외부 전극(221)의 도금층을 형성한다. 제2 외부 전극(221)이 형성된 금속을 인출단자대(223)에 필요한 크기로 재단하여 컷팅한 다음, 인출단자대(223)의 형상으로 절곡하여 인출단자대(223) 부품을 완성한다.

인출단자대(223)는 도전성 금속의 밀봉판(207) 일측에 부착되는데, 밀봉판(207)의 어느 부위에 부착되어도 무방한다. 다만, 밀봉판(207)의 상면에 인출단자대(223)를 접착시킬 경우에는, 도 2에서처럼 인출단자대(223)가 밀봉판(207)의 상면 전체를 덮을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 만약, 인출단자대(223)가 밀봉판(207)의 상면 전체를 덮지 않아 인출단자대(223)와 밀봉판(207) 사이에 단차가 형성되면, 회로부품으로서의 전기 에너지 저장소자(200)를 인쇄회로기판 등에 자동삽입하는 공정에 적합하지 않을 수 있기 때문이다.

인출단자대의 접착

인출단자대(223)는 레이저 용접, 저항 용접 또는 초음파 용접 등의 방법으로 밀봉판(207)의 상면에 부착한다.

<용기 형성의 다른 실시 예>

한편, 위에서 설명한 S301 내지 S305의 과정은 하나의 용기(210)를 형성하는 과정을 설명하고 있다. 본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 복수 개의 용기(210)를 동시에 생산할 수 있다. 당연히, 금속링(225)가 필요한 경우, 금속링(225)이 부착된 복수 개의 용기(210)를 동시에 생산할 수 있다.

이를 위하여, 도 4와 같이 용기(210)의 개별 구성품을 준비하는 것이 아니라, 도 5에서처럼 각 구성품이 연이어 배치된 패널들을 구비한다. 제1-1 패널(501)에는 복수 개의 제2 기판(211b)이 나란하게 배치되어 있고, 제1-2 패널(503)에는 복수 개의 제1 기판(211a)이 나란하게 배치되어 있으며, 제2 패널(505)에는 복수 개의 측벽부(213)가 나란하게 배치되어 있고, 제3 패널(507)에는 복수 개의 금속링(225)이 나란하게 배치되어 있다.

제1 내지 제3 패널(501, 503, 505, 507)에서 각 구성품(225, 213, 211a, 211b)의 배치 방식은, 각 구성품들을 일정한 간격으로 배치한 다음, 그 구성품들 사이를 별도의 연결돌기(509)로 연결하는 방법을 사용할 수 있다. 예컨대, 제3 패널(507)의 경우, 금속링(225)의 두께를 가진 패널 상에 복수 개의 금속링(225)과 연결돌기(509)를 제외한 나머지 부분을 반도체 제조공정 상의 에칭(Etching) 기법 등을 이용하여 제거하는 방법으로 제3 패널(507)을 만들 수 있다.

이들 제1 내지 제3 패널(501, 503, 505, 507)을 도 4 및 S303에서의 설명과 동일한 방법으로 정열하여 쌓은 다음에, 한번의 진공 열 압착 또는 확산접합 공정으로 동시에 접합한 다음에, 연결돌기(509)를 제거함으로써 복수 개의 용기(210)를 동시에 만들 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims

서로 다른 극성의 제1 및 제2 내부 전극과, 상기 제1 및 제2 내부 전극을 상호 이격시키는 세퍼레이터(Seperator)와, 전해질을 수용하는 용기와, 상기 제2 내부 전극과 전기적으로 연결된 상태에서 상기 용기의 개방된 상부를 덮어 밀봉하는 도전성 소재의 밀봉판을 구비한 전기 에너지 저장 소자에 있어서,
상기 용기는,
상면에 상기 제1 내부 전극이 전기적으로 연결되고 아랫면에 제1 외부 전극이 형성된 금속 소재의 바닥판과;
상기 바닥판 상에 형성되어 상기 용기의 수용부를 형성하면서 외면에 절연체 피막이 형성되어 상기 바닥판과 밀봉판을 전기적으로 절연시키는 측벽부를 구비하며,
상기 밀봉판의 일측에서 연장되고 일측에 제2 외부 전극이 형성된 도전성 금속의 인출단자대를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자.
제1항에 있어서,
상기 측벽부는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프니윰(Hf), 네오비윰(Nb) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 하나의 표면에 산화피막을 형성한 것이거나 유리(Glass)임을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자.
제2항에 있어서,
상기 측벽부가 알루미늄으로 제작한 경우에,
상기 바닥판은,
상면에 상기 제1 내부 전극이 전기적으로 연결되는 알루미늄 기판; 및
아랫면에 상기 제1 외부 전극이 형성된 스테인레스합금 기판이 적층된 것임을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자.
제1항에 있어서,
상기 밀봉판과 측벽부 사이에 마련되어 상기 밀봉판과 용기를 상호 접착시키는 금속링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자.
제1항에 있어서,
상기 인출단자대는,
상기 용기와 이격된 상태로, 일단은 상기 밀봉판의 상면에 부착되고, 타단은 상기 바닥판과 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자.
서로 다른 극성의 제1 및 제2 내부 전극과, 상기 제1 및 제2 내부 전극을 상호 이격시키는 세퍼레이터(Seperator)와, 전해질을 수용하는 용기와, 상기 제2 내부 전극과 전기적으로 연결된 상태에서 상기 용기의 개방된 상부를 덮어 밀봉하는 도전성 소재의 밀봉판을 구비한 전기 에너지 저장 소자의 제조방법에 있어서,
아랫면에 제1 외부 전극이 형성된 금속 소재의 바닥판과, 상기 용기의 수용부를 형성하면서 외면에 절연체 피막이 형성되어 상기 바닥판과 밀봉판을 전기적으로 절연시키는 측벽부를 적층하여 접합함으로써 상기 용기를 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 내부 전극, 세퍼레이터 및 전해질을 상기 용기에 수용하고 상기 밀봉판으로 밀봉하는 단계; 및
타측에 제2 외부 전극이 형성된 도전성 금속의 인출단자대를 상기 밀봉판의 일측에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 용기를 형성하는 단계는,
복수 개의 상기 바닥판이 연결돌기들에 의해 이어져 나란하게 배치된 제1 패널과, 복수 개의 상기 측벽부가 연결돌기들에 의해 이어져 나란하게 배치된 제2 패널을 정렬하여 쌓는 단계;
상기 제1 및 제2 패널에 대해 동시에 접합 공정을 진행하는 단계; 및
상기 접합공정 후에, 상기 각 패널의 연결돌기들을 제거함으로써 복수 개의 상기 용기를 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 측벽부는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프니윰(Hf), 네오비윰(Nb) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 하나의 표면에 산화피막을 형성한 것이거나 유리(Glass)임을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 측벽부가 알루미늄을 아노다이징하여 산화피막을 형성한 것인 경우,
상기 바닥판은, 상면에 상기 제1 내부 전극이 전기적으로 연결되는 알루미늄 기판과, 아랫면에 상기 제1 외부 전극이 형성된 스테인레스합금 기판이 적층된 것임을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 용기를 형성하는 단계는,
상기 밀봉판과 측벽부 사이에 마련되어 상기 밀봉판과 용기를 상호 접착시키는 금속링을 상기 밀봉판의 상부에 정렬하여 쌓은 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자의 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 인출단자대는,
상기 용기와 이격된 상태로, 일단은 상기 밀봉판의 상면에 부착되고, 타단은 상기 바닥판과 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자 제조방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 용기를 형성하는 단계에서, 상기 정렬된 바닥판과 측벽부를 진공 열 압착 또는 확산 접합으로 접합시키는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장소자 제조방법.