JP7045542B2 - 電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１７年１０月１１日付の韓国特許出願第１０－２０１７－０１２９６３９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電池モジュールおよびその製造方法に関する。

最近、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に用いられている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方策として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。したがって、二次電池を用いるアプリケーションの種類は、二次電池の利点によって非常に多様化されており、今後はこれより多い分野と製品に二次電池が適用されると予想される。

このような二次電池は、電極と電解液の構成によって、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されたりもし、そのうち、電解液の漏液の可能性が少なく、製造が容易なリチウムイオンポリマー電池の使用量が増加している。

一般に、二次電池は、電池ケースの形状によって、電極アセンブリが円筒形または角形の金属缶に内蔵されている円筒形電池セルおよび角形電池セルと、電極アセンブリがアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池セルに分類される。

このうち、円筒形電池セルは、角形およびパウチ型電池セルより大きい電気容量を有し、使用される外部機器の種類によって単一電池の形態で使用されたりもし、出力および容量の問題から複数の電池セルを電気的に連結した電池モジュールまたは電池パックの形態で使用されたりもする。

これに関連して、図１には、円筒形電池セルから構成された電池モジュールの模式図が示されている。

図１を参照すれば、電池モジュール１０は、円筒形電池セル１が側面配列されたセル配列体と、セル配列体の電池セル１に接続される接続部材３と、セル配列体と接続部材３を固定するセルフレーム２とを含む。

接続部材３は、電気伝導性の金属素材からなるプレートであって、電池セル１の電極端子に電気的および機械的に連結されており、相互隣接した電池セル１を電気的に連結するバスバーである。

金属性の接続部材と電池セルの電極端子とは溶接によって連結されることが一般的であり、溶接方式の中でも、取り扱いが容易であり、金属組織に与える変化が少なくて電極端子の変形を最小化することができ、溶接時の温度が相対的に低くて電池セルの劣化に対して相対的に安定した抵抗溶接が広く使用されている。

そこで、図２～図４には、抵抗溶接を利用した接続部材と電池セルの電極端子との間の接合形態に関する写真と模式図が示されている。

図２～図４を参照すれば、抵抗溶接は、正極、負極性の一対の溶接棒１１、１２で溶接母材の接続部材３ａの溶接部位Ｗを電池セル１ａの電極端子１１１に加圧させた状態で、相互密着されている接続部材３ａと電極端子１１１を経由して有効電流Ｃ１を通電させて、この時発生する抵抗熱で接続部材３ａの局所的溶融を誘導して接合させる方法である。

ただし、前記過程では溶接に関与しない無効電流Ｃ２も発生するが、無効電流とは、溶接棒１１、１２によって加圧されない接続部材３ａの残りの部位が電極端子１１１との界面抵抗が高いゆえに、抵抗の高い電極端子１１１を除いて、相対的に抵抗の低い接続部材３ａだけを経由して通電する非電力電流である。

逆に、溶接棒１１、１２によって加圧された溶接部位Ｗは、電極端子に緊密に密着するので、これを通して流れる電流が有効電流Ｃ１となる。

もし、有効電流Ｃ１および無効電流Ｃ２の通電が接続部材３ａの溶接部位Ｗに集中すれば、溶接部位Ｗに過電流が形成されて破壊、破断、溶接品質不良などの欠陥が発生しうる。

これにより、図２および図３のように、接続部材３ａにスリット３０を形成して無効電流Ｃ２をスリット３０に沿って迂回させる方式が利用されている。

一方、接続部材と電極端子との間の強固な接合のために、図４のように、接続部材３ｂあたり、２回以上の抵抗溶接が順次に行われたりもする。

しかし、図４（ｂ）のように、接続部材３ｂに抵抗溶接を追加的に行う場合、無効電流Ｃ２もすでに溶接された溶接部位Ｗ’を通して通電することによって、スリット３０’が無用になり、それによって隣接した溶接部位に有効電流Ｃ１と無効電流Ｃ２が集中するにつれ、これによる過電流で接続部材３ｂが破壊されたり、溶接品質が極めて低下する問題がある。このような問題については、図５に実際の写真として示されている。

特に、純度が高くて抵抗が低く電気伝導性の高い銅などの金属素材からなる接続部材の場合、前述した問題が頻繁に発生し、このような理由から２回以上の抵抗溶接が非常に難しいのが現状である。

したがって、前述した問題を根本的に解消できる技術の必要性が求められている。

本発明は、上記の従来技術の問題点と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。

具体的には、本発明の目的は、２回以上の抵抗溶接にも、電池セルの電極端子と接続部材とが所望の形態と品質で相互接合されながら、外部衝撃と振動にも接合形態が安定的に維持される電池モジュールを提供することである。

本発明の他の目的は、前記電池モジュールの製造方法を提供することである。

上記の目的を達成するための、本発明による電池モジュールは、電池セルの両端に位置した電極端子が同一の方向を向くように位置した複数の電池セルが側面方向に配列された状態で、セルフレームに装着されている少なくとも１つの電池セル配列体と、前記電池セル配列体の上端および／または下端において、前記電池セル配列体の各電池セルの電極端子に接合されている複数の接続部材とを含み、前記接続部材は、互いに離隔している少なくとも３つの縦方向スリットと、前記縦方向スリットの少なくとも１つと交差する横方向スリットとが穿孔されている金属プレートであることを特徴とする。

本発明による電池モジュールの利点は、接続部材が３つ以上の縦方向スリットとこれらのスリットを連結する横方向スリットとで複数の地点に区画され、各地点で電極端子に対する接合をなしつつ、前記電極端子と接続部材とが互いに安定した接合形態をなしていることである。

具体的には、前記接続部材は、少なくとも２回の抵抗溶接が各地点になされた状態で、電極端子に多重接合可能であり、これにより、前記接続部材を含む本発明の電池モジュールは、多重接合された構造に基づいて、振動や衝撃などの外力にも電池セルと接続部材との間の電気的接続構造が安定的であり得る。

以上の利点を達成するための接続部材の具体的な構造は、本発明の非制限的な例を通じて以下に詳細に説明する。

一つの具体例において、前記接続部材は、前記縦方向スリットの互いに隣接した縦方向スリットの間ごとに設定されている抵抗溶接部を２以上含んでおり；前記抵抗溶接部は、前記横方向スリットを基準として上部方向の第１溶接部と下部方向の第２溶接部とに区画されており；前記接続部材は、それに設定されている２以上の抵抗溶接部が電池セルの電極端子にそれぞれ抵抗溶接された状態で二重接合されている構造であってもよい。

つまり、前記接続部材は、スリットによって区画された地点である、２以上の抵抗溶接部を含んでおり、これらの抵抗溶接部が電池セルの電極端子にそれぞれ接合されて多重接合をなしているので、振動や衝撃などの外力に対して接合部位の破壊、破断および変形の可能性が少ない。

また、前記第１溶接部から前記第２溶接部までの通電経路が前記縦方向スリットに沿って迂回できる点に注目しなければならない。

例えば、２以上の抵抗溶接部で順次に抵抗溶接が行われる時、無効電流は、前記抵抗溶接部に隣接している縦方向スリットを迂回する。これは、先に説明したように、前記抵抗溶接部を除いた残りの接続部材部位で電極端子に対する界面抵抗が相対的に大きいからである。

このような無効電流の迂回通電は、実際の溶接部位である前記抵抗溶接部とその周辺部の有効電流から分散して通電することを意味する。

このような理由から、前記抵抗溶接部とその周辺部に過電流が通電することを防止可能であり、結果的に、前記過電流による接続部材と電極端子との間の接合欠陥のない電池モジュールを実現できる。

本発明において、前記金属プレートは、電気伝導性の素材であれば特に限定されるものではないが、電気的抵抗が低く、導電性の高い素材からなり、詳しくは、第１素材として銅を含み、これと共に、第２素材として亜鉛、ニッケル、アルミニウム、白金、鉛、スズおよびステンレススチールからなる群より選択される少なくとも１つの金属の合金からなる。

本発明の発明者らが確認したところによれば、前記第１素材である銅の含有量が９０重量％未満の場合、接続部材が相対的に高抵抗を有するので、電極端子と接続部材との接合部位で所望しない発熱が誘発されて好ましくなく、前記第１素材である銅の含有量が９９重量％を超える場合、接続部材の抵抗が相対的に低いことから、抵抗溶接時、相対的に大きい無効電流の通電によって、所望の接合形態が実現されにくいことを確認した。一般に、抵抗溶接では無効電流が溶接母材の抵抗と反比例し、無効電流が増加するほど有効電流は減少するので、接合強度が低下する。

したがって、前述した合金比率は、本発明による電池モジュールの利点を実現するうえで特に重要であることを理解できる。

よって、本発明において、前記第１素材と第２素材との合金比率は、重量比で、９０：１０～７０：３０であってもよく、または、９７：３～７５：２５であってもよいし、または、９８：２～８０：２０であってもよい。

前記第１素材と第２素材の合金は、例えば、銅、ニッケルおよびスズを含む合金、または銅およびスズを含む合金、または銅および亜鉛を含む合金であってもよい。

銅、ニッケルおよびスズを含む合金は、銅９８重量％、ニッケル１重量％およびスズ１重量％を含むことができる。

銅およびスズを含む合金は、銅９７重量％およびスズ３重量％を含むことができる。

銅および亜鉛を含む合金は、銅９０重量％および亜鉛１０重量％を含むことができる。

一つの具体例において、前記縦方向スリットは、前記横方向スリットの一側端部に連結されている第１スリットと、前記横方向スリットの他側端部に連結されている第２スリットと、前記第１スリットと前記第２スリットとの間で前記横方向スリットを横切る第３スリットとを含むことができる。

この時、前記第３スリットは、前記横方向スリットと垂直をなすことができ、前記第１スリットと前記第３スリットとの間に第１抵抗溶接部が形成され、前記第２スリットと前記第３スリットとの間に第２抵抗溶接部が形成され、前記第１抵抗溶接部は、前記横方向スリットを間に挟む第１溶接部と第２溶接部とに区画され、前記第２抵抗溶接部も、前記横方向スリットを間に挟む第１溶接部と第２溶接部とに区画される。

このような構造において、前記第１抵抗溶接部と前記第２抵抗溶接部の溶接部は、前記横方向スリットを基準として実質的に平行に設定されるので、例えば、いずれか１つの抵抗溶接部から他の抵抗溶接部への溶接棒の移動が容易で自動化工程に利点がある。

場合によっては、前記第３スリットが前記横方向スリットに対して２０度～１６０度の角度をなすこともできる。

このような構造においても、第１抵抗溶接部と第２抵抗溶接部が前述のように形成されるが、前記横方向スリットに対して前記第３スリットが斜線の形態を有するので、第３スリットに迂回する無効電流の通電経路が相対的に延長できる。

本発明において、前記第１スリット、第２スリットおよび第３スリットは、できる限り小さい大きさからなることが好ましく、これは、前記スリットによって電池セルの電極端子に接する接続部材の面積減少とそれによる抵抗増加を考慮しなければならないからである。

同様に、スリットの個数を追加する場合にも、電極端子に対する接続部材の接触面積が減少することを意味するので、縦方向スリットを複数追加することは好ましくない。他の側面から、スリットの内面端部は、電荷の集中で抵抗と発熱が非常に大きい部位であるので、接続部材にスリットが過度に多いことは、電池セルだけでなく、電池モジュール全般の性能低下を誘発することがある。

このような理由から、本発明では、縦方向スリットを、前記第１スリット、第２スリットおよび第３スリットから構成することを、好ましい実施形態として説明する。

前記第１スリット、第２スリットおよび第３スリットが接続部材に占める総平面積は、電池セルの電極端子の平面積対比１％～２０％であってもよい。

前記範囲の最小値未満のスリットは、抵抗溶接時、スリットの離隔した端部が溶融しながら連結される可能性があり、前記範囲の最大値超過のスリットは、前述したように、電池セルの電極端子に接する接続部材の面積減少の原因であるので、好ましくない。

このような面積下でも、前記第１スリットと第２スリットおよび第３スリットは、所定の長さからなる。

具体的には、前記第３スリットは、第１スリットまたは第２スリットに比べて相対的に長い長さ、詳しくは、第１スリットまたは第２スリットの長さの１００％より大きく１３０％より小さい長さからなり、これは、第１スリットと第２スリットとの間に位置する第３スリットがどの場合でも無効電流の通電経路を迂回させるので、前記通電経路をできる限り長く延長するためである。

前記第３スリットの長さが１００％以下の時、前述した通電経路の延長を期待することができず、１３０％を超えると、電池セルの電極端子に接する接続部材の全体面積が減少するので、好ましくない。

前記第１スリットと第２スリットは、同一の長さ、または２つのうち、いずれか１つが相対的に短い長さからなり、接続部材の接続形態によって所望通りに設計可能である。

また、前記第１スリットと前記第２スリットそれぞれ、前記横方向スリットと垂直をなすことができ、場合によっては、前記第１スリットと前記第２スリットそれぞれ、前記横方向スリットに連結された部位を基準として折曲げられたクサビ形状であり、前記クサビの内角が１２０度以上～１８０度未満の形態でも実現可能である。

これとは異なり、前記第１スリットと前記第２スリットそれぞれ、平面上に曲線の形態で前記横方向スリットに連結された形態であってもよい。

一方、本発明において、前記電池セルは、電極アセンブリと電解液が内蔵された円筒形金属缶に内蔵された状態で、前記金属缶がトップキャップアセンブリで密閉された構造の円筒形電池セルであってもよい。

また、前記電池セルは、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの利点を有するリチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）二次電池、リチウムポリマー（Ｌｉ－ｐｏｌｙｍｅｒ）二次電池、またはリチウムイオンポリマー（Ｌｉ－ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）二次電池などのようなリチウム二次電池であってもよい。

前記正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電材およびバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要に応じては、前記混合物に充填剤をさらに添加したりもする。

前記正極集電体は、一般に、３～５００マイクロメートルの厚さにする。このような正極集電体および延長集電部は、当該電池に化学的変化を誘発することなく高い導電性を有するものであれば特に限定はなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが使用できる。正極集電体および延長集電部は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態が可能である。

前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）などの層状化合物や１またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２－ｘＯ_４（ここで、ｘは０～０．３３である）、ＬｉＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_３、ＬｉＭｎＯ_２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ_２ＣｕＯ_２）；ＬｉＶ_３Ｏ_８、ＬｉＦｅ_３Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ_１－ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｘ＝０．０１～０．３である）で表現されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２－ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１～０．１である）またはＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである）で表現されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土金属イオンで置換されたＬｉＭｎ_２Ｏ_４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ_２（ＭｏＯ_４）_３などが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。

前記導電材は、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１～３０重量％添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に限定はなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用できる。

前記バインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１～３０重量％添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－プロピレン－ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。

前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発することなく繊維状材料であれば特に限定はなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。

前記負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して作製され、必要に応じて、先に説明したような成分が選択的にさらに含まれてもよい。

前記負極集電体は、一般に、３～５００マイクロメートルの厚さにする。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に限定はなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム－カドミウム合金などが使用できる。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で使用できる。

前記負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；Ｌｉ_ｘＦｅ_２Ｏ_３（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＷＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｓｎ_ｘＭｅ_１－ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４、ａｎｄ Ｂｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などを使用することができる。

前記分離膜は、正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。分離膜の気孔径は、一般に０．０１～１０マイクロメートルであり、厚さは、一般に５～３００マイクロメートルである。このような分離膜としては、例えば、耐薬品性および疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。

前記電解液は、リチウム塩含有非水系電解液であってもよく、非水電解液とリチウム塩とからなる。非水電解液としては、非水系有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用されるが、これらのみに限定されるものではない。

前記非水系有機溶媒としては、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ－ブチロラクトン、１，２－ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２－メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３－ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒が使用できる。

前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリアジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などが使用できる。

前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４－Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などが使用できる。

前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどが使用できる。

また、非水電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ－グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ－置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ－置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２－メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含んでもよく、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含んでもよいし、ＦＥＣ（Ｆｌｕｏｒｏ－Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＲＳ（Ｐｒｏｐｅｎｅ ｓｕｌｔｏｎｅ）などをさらに含んでもよい。

一つの具体例において、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２などのリチウム塩を、高誘電性溶媒であるＥＣまたはＰＣの環状カーボネートと、底粘度溶媒であるＤＥＣ、ＤＭＣまたはＥＭＣの線状カーボネートとの混合溶媒に添加してリチウム塩含有非水系電解質を製造することができる。

本発明はまた、前記電池モジュールを製造する方法を提供する。

前記方法は、
前記接続部材を前記電池セルの電極端子に加圧する段階と、
前記第１スリットに隣接した前記抵抗溶接部の第１溶接部と第２溶接部に溶接棒をそれぞれ位置させ、前記溶接棒の間で前記電極端子を経由する有効電流を形成して前記抵抗溶接部と前記電極端子とを最初に接合させる段階と、
前記第２スリットに隣接した前記抵抗溶接部の第１溶接部と第２溶接部に溶接棒をそれぞれ位置させ、前記溶接棒の間で前記電極端子を経由する有効電流を形成して前記抵抗溶接部と前記電極端子とを追加的に接合させる段階とを含むことができる。
前記最初に接合させる段階において、前記溶接棒の間には、前記電極端子を経由しない無効電流が追加的に形成され、前記無効電流が前記第１溶接部から前記接続部材の第１スリットの周辺部に沿って前記第２溶接部に通電することができる。

また、前記追加的に接合させる段階においても、前記溶接棒の間には、前記電極端子を経由しない無効電流が追加的に形成され、前記無効電流が前記第１溶接部から前記接続部材の第３スリットの周辺部に沿って前記第２溶接部に通電し、前記通電時、前記無効電流が前記最初に接合させる段階で接合された前記電極端子を経由することができる。

このように、本発明による電池モジュールの製造方法は、前記接続部材に設定されている抵抗溶接部を２回抵抗溶接することから、前記接続部材と前記電極端子とが二重接合されて、これらの強固な接合構造を実現することができる。

前記電池モジュールの製造方法はまた、前記抵抗溶接部の各溶接過程で無効電流が縦方向スリットの第１スリットと第３スリットによって通電経路が遮られて迂回するので、２回の抵抗溶接にもかかわらず、過電流による接続部材の破損を防止することができる。

従来技術による電池モジュールの模式図である。 抵抗溶接を利用した接続部材と電池セルの電極端子との間の接合形態に関する写真である。 抵抗溶接を利用した接続部材と電池セルの電極端子との間の接合形態に関する模式図である。 抵抗溶接を利用した接続部材と電池セルの電極端子との間の接合形態に関する模式図である。 抵抗溶接による欠陥が発生した接続部材の写真である。 本発明の一つの実施例による電池モジュールの模式図である。 図６による電池モジュールを構成する接続部材の平面模式図である。 図６および図７による接続部材の溶接方式を示す模式図である。 本発明の他の実施例による接続部材の平面模式図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。ただし、本記載を説明するにあたり、すでに公知の機能あるいは構成に関する説明は、本記載の要旨を明瞭にするために省略する。

本記載を明確に説明するために説明上不必要な部分を省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したので、本記載が必ずしも図示のところに限定されない。

図６には、本発明の一つの実施例による電池モジュールの模式図が示されており、図７には、図６による電池モジュールを構成する接続部材に関する平面模式図が示されている。

まず、図６を参照すれば、電池モジュール１００は、電池セル配列体（電池セル１１０、セルフレーム１２０）と、複数の接続部材２００とを含む。

電池セル配列体（電池セル１１０、セルフレーム１２０）は、円筒形電池セルの両端に位置した電極端子（図２の２０）が同一の方向を向くように位置する複数の電池セル１１０が側面方向に配列された状態で、セルフレーム１２０に装着された構造である。

接続部材２００のそれぞれは、電池セル配列体（電池セル１１０、セルフレーム１２０）の各電池セル１１０の電極端子１１１に接合されているバスバーであって、１つまたは２つの電池セル１１０を相互連結するように電池セル配列体（電池セル１１０、セルフレーム１２０）に結合されている。

また、接続部材２００それぞれは、電気伝導性の金属プレートであって、抵抗の低い銅に、電気伝導性の金属、例えば、亜鉛、ニッケル、アルミニウム、白金、鉛、スズおよびステンレススチールからなる群より選択される少なくとも１つと合金された複合素材である。

一つの例において、接続部材２００は、銅９８重量％、ニッケル１重量％およびスズ１重量％を含む合金素材であってもよい。

他の例において、接続部材２００は、銅９７重量％およびスズ３重量％を含む合金素材であってもよい。

これとは異なり、接続部材２００は、銅９０重量％および亜鉛１０重量％を含む合金素材であってもよい。

ただし、これらは、本発明の範疇から選択される例示的なもので、上記の例のみに本発明の接続部材２００が限定されるものではない。

以下、電池セル１１０の電極端子１１１の１つに結合される接続部材２００の形態について、図７を参照してより具体的に説明する。

接続部材２００には、縦方向および横方向の複数のスリット（縦方向スリット２１０、縦方向スリット２２０、縦方向スリット２３０、横方向スリット２４０）が穿孔されている。特に、横方向スリット２４０は、縦方向スリット２１０、２２０、２３０をすべて連結する形態で接続部材２００に穿孔されており、縦方向スリット２１０、２２０、２３０は、互いに離隔した状態で接続部材２００に穿孔されている。

接続部材２００はまた、縦方向スリット２１０、２２０、２３０の互いに隣接した縦方向スリットの間ごとに設定されている第１抵抗溶接部３１０と第２抵抗溶接部３２０とを含んでいる。

第１抵抗溶接部３１０と第２抵抗溶接部３２０はそれぞれ、横方向スリット２４０を基準として上部方向の第１溶接部３１１、３２１と下部方向の第２溶接部３１２、３２２とに区画されている。

したがって、接続部材２００は、互いに独立した溶接部位である第１抵抗溶接部３１０と第２抵抗溶接部３２０それぞれが電池セル１１０の電極端子１１１に抵抗溶接されている。

したがって、接続部材２００は、電池セル１１０の電極端子１１１と二重接合された構造を有し、電池モジュール１００は、接続部材２００と電池セル１１０の電極端子２０とが二重接合されて強固な結合をなしているので、振動や衝撃などの外力に対して電極端子２０と接続部材２００との間の接合形態が変形したり、破損するなどの欠陥発生の可能性が顕著に減少した構造である。

縦方向スリット２１０、２２０、２３０は、横方向スリット２４０の一側端部に連結されている第１スリット２１０と、横方向スリット２４０の他側端部に連結されている第２スリット２２０と、第１スリット２１０と第２スリット２２０との間で横方向スリット２４０を横切る第３スリット２３０とを含む。

この時、第３スリット２３０は、横方向スリット２４０と垂直をなしている。

第１スリット２１０と第３スリット２３０との間に第１抵抗溶接部３１０が設定されている。

第２スリット２２０と第３スリット２３０との間に第２抵抗溶接部３２０が設定されている。

第１抵抗溶接部３１０は、横方向スリット２４０を間に挟む第１溶接部３１１と第２溶接部３１２とに区画されている。

第２抵抗溶接部３２０は、横方向スリット２４０を間に挟む第１溶接部３１１と第２溶接部３１２とに区画されている。

第３スリット２３０は、第１スリット２１０または第２スリット２２０に比べて約１０％より長い長さからなる。

第１スリット２１０と第２スリット２２０は、同一の長さからなり、横方向スリット２４０に連結された部位を基準として所定の角度ｔに折曲げられたクサビ形状を有する。このクサビの内角は約１２０度である。

第１スリット２１０と第２スリット２２０がクサビ形状を有することによる利点を説明する。

クサビ形状の第１スリット２１０と第３スリット２３０との間に形成された第１抵抗溶接部３１０は、例えば、第１スリット２１０が直線の形態と比較して、相対的に広い面積を有する。

これは、電池セル１１０の電極端子１１１に対する接触面積が広いことを意味し、さらに、電極端子１１１と接続部材２００の電気的伝導効率に優れていることを意味する。これは、第２スリット２２０と第３スリット２３０との間に形成された第２抵抗溶接部３２０においても同様である。

一方、図８には、図６および図７による接続部材２００の溶接方式を示す模式図が示されている。

図８と図６および図７を共に参照して、本発明による接続部材の構造的利点と、これを電極端子に溶接する方法を説明する。

まず、接続部材２００の利点は、縦方向スリットである第１スリット２１０、第２スリット２２０および第３スリット２３０が横方向スリット２４０に連結されかつ、溶接部位が、第１抵抗溶接部３１０と第２抵抗溶接部３２０の独立した２単位に設定されるものであり、これにより、抵抗溶接時、無効電流Ｃ２の通電経路が第１スリット２１０、第２スリット２２０および第３スリット２３０に遮られて迂回するのである。

具体的には、第１スリット２１０に隣接した第１抵抗溶接部３１０において、その第１溶接部３１１と第２溶接部３１２に溶接棒をそれぞれ位置させて加圧した後、溶接棒に電圧を加えると、第１溶接部３１１から電極端子２０を経由して第２溶接部３１２に通電する有効電流Ｃ１が形成される。

つまり、横方向スリット２４０で第１溶接部３１１と第２溶接部３１２とが分割されているにもかかわらず、第１溶接部３１１と第２溶接部３１２は、電極端子１１１に緊密に密着されるので、実際の熱エネルギーに転換する有効電流Ｃ１が、第１溶接部３１１から第２溶接部３１２に直に通電することができる。

この過程で形成される抵抗とそれによる発熱で第１溶接部３１１と第２溶接部３１２とが溶融しながら、電極端子１１１に接続部材２００の第１抵抗溶接部３１０、詳しくは、第１溶接部３１１と第２溶接部３１２とが接合される。

しかし、前記過程で溶接棒の間に電極端子１１１を経由しない無効電流Ｃ２が追加的に形成される。

ここで、第１溶接部３１１と第２溶接部３１２を除けば、接続部材２００全体が電極端子１１１に緊密に密着されるのではないので、電極端子１１１に対する接続部材２００全体においては界面抵抗が相対的に高く形成される。

これにより、無効電流Ｃ２は、抵抗が相対的に高い前記界面を除き、抵抗の低い接続部材２００だけを通して通電する。

ただし、本発明による接続部材２００では、第１抵抗溶接部３１０の第１溶接部３１１が横方向スリット２４０と第１スリット２１０および第３スリット２３０で遮られているので、無効電流Ｃ２は、第２溶接部３１２に通電するために、第１スリット２１０の周辺部に沿って迂回した状態で、第２溶接部３１２に通電する。

このような理由から、抵抗溶接時、第１抵抗溶接部３１０とその周辺部に有効電流Ｃ１と無効電流Ｃ２が集中しない。これを言い換えれば、有効電流Ｃ１に無効電流Ｃ２が含まれる一種の過電流が、実際の溶接部位である第１抵抗溶接部３１０に形成されず、過電流による接続部材２００の破壊、破断および溶接品質低下のような問題が解消できることを意味する。以上の過程を最初接合段階（最初に接合させる段階）と定義する。

この後、第３スリット２３０に隣接した第２抵抗溶接部３２０において、その第１溶接部３２１と第２溶接部３２２に溶接棒をそれぞれ位置させて加圧した後、溶接棒に電圧を加えると、第２抵抗溶接部の第１溶接部３２１から電極端子１１１を経由して第２溶接部３２２に通電する有効電流Ｃ１が形成される。

この過程で形成される抵抗とそれによる発熱で第２抵抗溶接部３２０の第１溶接部３２１と第２溶接部３２２が溶融しながら、電極端子１１１に接続部材２００の第２抵抗溶接部３２０が追加的に接合される。以上の過程を追加接合段階（追加的に接合させる段階）と定義する。

つまり、本発明による接続部材２００は、この単位に設定された第１抵抗溶接部３１０、第２抵抗溶接部３２０それぞれで電極端子１１１に接合されるので、電極端子１１１に対する二重接合をなすことができる。

ただし、すでに接合された第１抵抗溶接部３１０と電極端子１１１とは実質的に一体をなしているため、第２抵抗溶接部３２０の溶接過程では、無効電流がすでに接合された第１抵抗溶接部３１０と電極端子１１１を通して通電することができる。

したがって、すでに接合された第１抵抗溶接部３１０と電極端子２０および第２抵抗溶接部３２０の第１溶接部３２１と第２溶接部３２２を除けば、接続部材２００全般において界面抵抗が相対的に大きく形成される。

これにより、第２抵抗溶接部３２０を溶接する時には、無効電流Ｃ２が抵抗の相対的に大きい前記界面を除き、抵抗の小さい接続部材２００またはすでに接合されて界面抵抗が実質的にない第１抵抗溶接部３１０を通して通電する。

しかし、本発明による接続部材２００では、第３スリット２３０が第２抵抗溶接部３２０と第１抵抗溶接部３１０とを区画しているので、無効電流Ｃ２は、第３スリット２３０の周辺部に沿って迂回した後、第１抵抗溶接部３１０の第１溶接部３１１と第２溶接部３１２を通して第２抵抗溶接部３２０の第２溶接部３２２に通電する。

このような理由から、追加的に抵抗溶接を行っても、第２抵抗溶接部３２０とその周辺部に有効電流Ｃ１と無効電流Ｃ２が集中しない。これを言い換えれば、２回の抵抗溶接にもかかわらず、過電流の発生とこれによる接続部材２００の破損や溶接品質低下などの問題が解消できる。

一方、図９には、本発明の他の実施例による接続部材の平面模式図が示されている。

図９を参照すれば、接続部材４００は、縦方向スリットである第１スリット４１０、第２スリット４２０、第３スリット４３０と、横方向スリット４４０とを含んでいる。第１スリット４１０は、横方向スリット４４０の一側端部に連結されている。第２スリット４２０は、横方向スリット４４０の一側端部に連結されている。第１スリット４１０と第２スリット２２０との間で横方向スリット４４０を横切る第３スリット４３０が穿孔される。

第１スリット４１０と第３スリット４３０との間に第１抵抗溶接部４０１が設定されている。第２スリット４２０と第３スリット４３０との間に第２抵抗溶接部４０２が設定されている。第３スリット４３０は、第１スリット４１０または第２スリット４２０に比べて約１０％より長い長さからなる。

第１スリット４１０と前記第２スリット４２０はそれぞれ、平面上に曲線を有するラウンド形態であってもよい。

このような構造の第１スリット４１０と第２スリット４２０は、通電距離を直線対比延長させるという利点がある。

第３スリット４３０は、第１スリット４１０または第２スリット４２０に比べて約１０％より長い長さからなり、横方向スリット４４０に対して約１１０度の角度をなしつつ直線の形態に穿孔される。

このような構造は、横方向スリット４４０に対して第３スリット４３０が斜線の形態を有するので、第３スリット４３０に迂回する無効電流の通電経路が相対的に延長できる。

上記において、本発明の特定の実施例が説明および図示されたが、本発明は記載された実施例に限定されるものではなく、本発明の思想および範囲を逸脱することなく多様に修正および変形できることは、この技術分野における通常の知識を有する者に自明である。したがって、そのような修正例または変形例は、本発明の技術的な思想や観点から個別的に理解されてはならず、変形された実施例は本発明の特許請求の範囲に属するというべきである。

以上で説明したように、本発明による電池モジュールの利点は、接続部材が３つ以上の縦方向スリットと、これらのスリットを連結する横方向スリットとを含むことである。

このような接続部材は、２回以上の抵抗溶接で電極端子に接合された状態で、優れた溶接品質と接合形態を形成することができる。結果的に、前記接続部材を含む本発明の電池モジュールは、電池セルの電極端子と接続部材が２回以上接合された構造に基づいて、振動や衝撃などの外力にも電池セルと接続部材との間の電気的接続構造が安定的に維持できる。

また、本発明による電池モジュールの製造方法は、前記接続部材に設定されている抵抗溶接部を２回抵抗溶接することから、前記接続部材と前記電極端子とが二重接合されて、これらの強固な接合構造を実現することができ、前記抵抗溶接部の各溶接過程で無効電流が縦方向スリットである第１スリットと第３スリットによって通電経路が遮られて迂回するので、２回の抵抗溶接にもかかわらず、過電流による接続部材の破損を防止することができる。

１００ 電池モジュール
１１０ 電池セル（電池セル配列体）
１２０ セルフレーム（電池セル配列体）
２００ 接続部材
２１０、４１０ 第１スリット（縦方向スリット）
２２０、４２０ 第２スリット（縦方向スリット）
２３０、４３０ 第３スリット（縦方向スリット） ２４０ 横方向スリット

Claims (14)

1. 電池セルの両端に位置した電極端子が同一の方向を向くように位置した複数の電池セルが側面方向に配列された状態で、セルフレームに装着されている少なくとも１つの電池セル配列体と、
   前記電池セル配列体の上端および／または下端において、前記電池セル配列体の各電池セルの前記電極端子に接合されている複数の接続部材と、
   を含んでおり、
   前記接続部材は、互いに離隔している少なくとも３つの縦方向スリットと、前記縦方向スリットの少なくとも１つと交差する横方向スリットとが穿孔されている金属プレートであり、
   前記接続部材は、前記縦方向スリットの互いに隣接した縦方向スリットの間ごとに設定されている抵抗溶接部を２以上含んでおり、
   前記抵抗溶接部はそれぞれ、前記横方向スリットを基準として上部方向の第１溶接部と下部方向の第２溶接部とに区画されており、
   前記接続部材は、前記接続部材に設定されている２以上の抵抗溶接部が前記電池セルの電極端子にそれぞれ抵抗溶接された状態で接合されている電池モジュール。
2. 前記第１溶接部から前記第２溶接部までの通電経路が前記縦方向スリットに沿って迂回する、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記金属プレートは、
   第１素材として銅と、第２素材として亜鉛、ニッケル、アルミニウム、白金、鉛、スズおよびステンレススチールからなる群より選択される少なくとも１つの金属との合金を含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記縦方向スリットは、
   前記横方向スリットの一側端部に連結されている第１スリットと、
   前記横方向スリットの他側端部に連結されている第２スリットと、
   前記第１スリットと前記第２スリットとの間で前記横方向スリットを横切る第３スリットと、
   を含む、請求項１または２に記載の電池モジュール。
5. 前記第３スリットが前記横方向スリットと垂直をなす、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記第３スリットが前記横方向スリットに対して２０度～１６０度の角度をなす、請求項４に記載の電池モジュール。
7. 前記第１スリットと前記第２スリットはそれぞれ、前記横方向スリットと垂直をなす、請求項４に記載の電池モジュール。
8. 前記第１スリットと前記第２スリットはそれぞれ、前記横方向スリットに連結された部位を基準として折曲げられたクサビ形状であり、前記クサビ形状の内角が１２０度以上１８０度未満である、請求項４に記載の電池モジュール。
9. 前記第１スリットと前記第２スリットはそれぞれ、平面上に曲線の形態で前記横方向スリットに連結されている、請求項４に記載の電池モジュール。
10. 前記第３スリットの長さが、前記第１スリットまたは前記第２スリットの長さの１００％より大きく１３０％より小さい、請求項４から９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
11. 前記電池セルは、電極アセンブリと電解液が内蔵された円筒形金属缶に内蔵された状態で、前記円筒形金属缶がトップキャップアセンブリで密閉された構造の円筒形電池セルである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池モジュールを製造する方法であって、
    前記接続部材を前記電池セルの電極端子に加圧する段階と、
    第１スリットに隣接した抵抗溶接部の第１溶接部と第２溶接部に溶接棒をそれぞれ位置させ、前記溶接棒の間で前記電極端子を経由する有効電流を形成して前記抵抗溶接部と前記電極端子とを最初に接合させる段階と、
    第２スリットに隣接した前記抵抗溶接部の第１溶接部と第２溶接部に溶接棒をそれぞれ位置させ、前記溶接棒の間で前記電極端子を経由する有効電流を形成して前記抵抗溶接部と前記電極端子とを追加的に接合させる段階と、
    を含む電池モジュールの製造方法。
13. 前記最初に接合させる段階において、前記溶接棒の間には、前記電極端子を経由しない無効電流が追加的に形成され、
    前記無効電流が前記第１溶接部から前記接続部材の第１スリットの周辺部に沿って前記第２溶接部に通電する、請求項１２に記載の電池モジュールの製造方法。
14. 前記追加的に接合させる段階において、前記溶接棒の間には、前記電極端子を経由しない無効電流が追加的に形成され、
    前記無効電流が前記第１溶接部から前記接続部材の第３スリットの周辺部に沿って前記第２溶接部に通電し、
    前記通電時、前記無効電流が前記最初に接合させる段階で接合された前記電極端子を経由する、請求項１２または１３に記載の電池モジュールの製造方法。

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