JP7045563B2 - 接続キャップを備える円筒状電池セル - Google Patents

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Description

本発明は、接続キャップを備える円筒状電池セルに関し、より詳しくは、溶接工程を容易にして製造工程の効率性を高めた円筒状電池セルに関する。
本出願は、２０１７年１０月１０日出願の韓国特許出願第１０－２０１７－０１２９１２９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
最近、ノートブックＰＣ、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能二次電池についての研究が活発に進行しつつある。
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、正極／セパレーター／負極の電極組立体を収納する電池ケースの形状によって、大きく、円筒状電池、角形電池及びパウチ型電池に分けられ、デバイスの小型化傾向につれ、それに適した角形電池とパウチ型電池の需要が急増しつつある。
最近、複数の円筒状電池セルから構成されたバッテリーモジュールの製造分野においては、工程の単純化及びエネルギー密度の向上のために、円筒状電池セルの上端面で正極端子及び負極端子を共にバスバーに接続する構造を適用する場合が増加している。
図１は、従来技術の一般的な円筒状電池セルの一断面を概略的に示した断面斜視図である。
図１を参照すれば、このような円筒状電池セル１は、負極３、正極５、これら負極３と正極５との間にセパレータ７が介在された構造の電極組立体９を備えている。また、このような電極組立体９を電池ケース１５の内部に位置させ、電解質（図示せず）を注入して、負極３、正極５及びセパレータ７を電解質に含浸することで、円筒状電池セル１を製造することができる。
また、負極３及び正極５には、電池の作動時に発生する電流を集電するための導電性リード部材１０、１３が各々取り付けられ得る。このようなリード部材１０、１３は、各々、正極５及び負極３で発生した電流を正極端子６及び負極端子８に誘導できる。
しかし、従来の円筒状電池セル１の上端の外周縁に形成された電極端子８の幅が非常に狭くて、導電性金属部材であるバスバーなどとの溶接工程が非常に難しかった。これによって、複数の円筒状電池セルを電気的に接触連結する接合工程が非常にややこしくて時間が長く所要され、不良率の高くなる原因となり、これによって製造コストが上昇する大きい原因となっていた。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、詳しくは、溶接工程を容易にして製造工程の効率性を高めた円筒状電池セルを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明による円筒状電池セルは、
上端外周部及び中心部に各々極性が相異なる第１電極端子及び第２電極端子が形成された円筒状電池セルであって、
正極、負極、及び正極と負極との間に分離膜が介在された状態で巻き取られている構造の電極組立体と、
前記電極組立体が電解液を含浸した状態で収納されている電池ケースと、
前記電池ケースの開放された上端に取り付けられているキャップ組立体と、
前記電池ケース及び前記キャップ組立体の上部に設けられ、電気絶縁性素材を備えたキャップハウジング、及び前記キャップハウジングの上部に載置され、前記第１電極端子及び前記第２電極端子の各々と電気的に接続するように構成された第１接続プレート及び第２接続プレートを備えた接続キャップと、を含み得る。
ここで、前記キャップハウジングには、前記第１接続プレート及び前記第２接続プレートを内部に収容するように上面が下方へ凹むように構成された収容部が形成され得る。
また、前記収容部は、前記第１接続プレートを収納固定するように構成された第１載置部と、前記第２接続プレートを収納固定するように構成された第２載置部と、前記第１載置部と前記第２載置部とを区画するように前記第１載置部と第２載置部との間に形成された区画部と、を含み得る。
さらに、前記キャップハウジングは、前記上端外周部に形成された前記第１電極端子が外部に露出するように開口した外周側露出部と、前記中心部に形成された前記第２電極端子が外部に露出するように開口した中央露出部と、を備え得る。
そして、前記第１接続プレート及び前記第２接続プレートは、下面が前記第１電極端子又は前記第２電極端子の外面と直接接触するように前記第１電極端子及び前記第２電極端子の各々に位置した電極端子溶接部と、前記電極端子溶接部の一端に接続し、上面が上方に露出するように構成されたバスバー溶接部と、を含み得る。
ひいては、前記接続キャップは、前記第１接続プレート及び前記第２接続プレートの上面の一部を覆って固定するように前記キャップハウジングに結合固定された固定カバーをさらに含み得る。
また、前記キャップハウジングには、前記固定カバーの固定位置をガイドするように上方へ突出したガイド突起が形成され得る。
さらに、前記固定カバーには、前記ガイド突起を挿入できるように開口された固定ホールが形成され得る。
ひいては、前記固定カバーには、前記第１接続プレートの電極端子溶接部が外部に露出するように開口した外周側溶接ホールと、前記第２接続プレートの電極端子溶接部が外部に露出するように開口した中央溶接ホールと、が形成され得る。
ひいては、前記キャップハウジングの収容部には、前記固定カバーが前記収容部から離脱することを阻むように中央方向へ突出した係止爪が形成され得る。
また、前記キャップハウジングの外壁には、複数の前記円筒状電池セルの配列をガイドするように構成された配列ガイド部が形成され得る。
さらに、前記配列ガイド部は、前記キャップハウジングの左右方向の両側外壁に、複数の前記円筒状電池セルの左右方向の配列をガイドするように左右方向の一面が平坦な平坦突起構造を備え得る。
そして、前記キャップハウジングの前後方向の外側壁には、複数の前記円筒状電池セルの前後方向の配列をガイドするように形成された三角突起構造が備えられ得る。
ひいては、前記の目的を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、本発明による円筒状電池セルを複数個含む。
また、前記の目的を達成するための本発明による電子デバイスは、本発明によるバッテリーモジュールを含む。
本発明の一面によれば、本発明の円筒状電池セルは、第１接続プレート及び第２接続プレートを備えた接続キャップを備えることで、電極端子とバスバーとの電気的接続のための溶接工程を容易に行うことができる効果を奏する。
したがって、本発明の円筒状電池セルは、製造工程の効率を高めることができるだけでなく、不良率を効果的に減らすことができ、究極的に製造コストを節減できるという効果を奏する。
また、本発明の一面によれば、キャップハウジングは、第１接続プレート及び第２接続プレートを円筒状電池セルの上部に載置することを容易にするだけでなく、載置後にも動きなく安定的に載置された状態を維持することができるため、前記第１接続プレート及び前記第２接続プレートを円筒状電池セルまたはバスバーと接合する工程を容易にする。
さらに、本発明の一面によれば、本発明のキャップハウジングは、第１接続プレート及び第２接続プレートの各々が第１電極端子及び第２電極端子と電気的に接続するように配置をガイドできるだけではなく、溶接工程に際し、前記第１接続プレート及び前記第２接続プレートを動きなく固定することができ、溶接効率を高めることができる。
そして、本発明の一面によれば、本発明の固定カバーは、前記キャップハウジングに形成されたガイド突起を合わせて固定ホールに挿入するだけで正位置に固定することができため、製造効率を効果的に高めることができる。
また、本発明の一面によれば、本発明のキャップハウジングには、固定カバーの固定のために別の係止爪が形成されることで、前記固定カバーを前記キャップハウジングの収容部に安定的に固定できるだけでなく、前記係止爪に形成されたストッパが固定カバーを正確な位置に固定されるようにガイドできるため、追って溶接作業の正確度を高めて不良率を低めることができる。
さらに、本発明の一面によれば、本発明のバッテリーモジュールは、円筒状電池セルに形成された配列ガイド部を用いて、円筒状電池セルの左右方向及び前後方向の配列を均一かつ容易に整列することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
従来の一般的な円筒状電池セルの一断面を概略的に示した断面斜視図である。 本発明の一実施例による円筒状電池セルを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。 本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部断面図である。 本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。 本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。 本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。 本発明の他の実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成の組立て過程を概略的に示した一部斜視図である。 本発明の他の実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成の組立て過程を概略的に示した一部斜視図である。 本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成である固定カバーを概略的に示した断面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した一部斜視図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図２は、本発明の一実施例による円筒状電池セルを概略的に示した斜視図である。図３は、本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。そして、図４は、本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部断面図である。
図２～図４を参照すれば、本発明による円筒状電池セル１００は、電池ケース１３０、電極組立体１２０、キャップ組立体１４０及び接続キャップ１５０を含む。
ここで、前記電池ケース１３０は、アルミニウム、ステンレススチールまたはこれらの合金のような軽量の導電性金属材質から構成される。また、前記電池ケース１３０は、Ｆ方向から見たとき、上端が開放された開放部とそれに対向する密閉した円筒状の底部を有し得る。また、前述のように、その内面と外面には、メッキ層が形成されている。
ここで、前、後、左、右、上、下のように方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書においては、説明の便宜のために、Ｆ方向から見ることを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向に区分して示す。
そして、前記電池ケース１３０の内部空間には、電解液を含浸した状態で電極組立体１２０が収納され得る。
また、前記電極組立体１２０は、正極、負極、及び正極と負極との間に分離膜を介在した状態で巻き取られた構造に形成され得る。この際、前記電極組立体１２０は、ゼリーロール形態に巻き取られて配置されるので、ゼリーロールとも呼ばれる。
そして、このような電極組立体１２０の電極板は、集電体に活物質スラリーが塗布された構造に形成され、このようなスラリーは、通常、粒状の活物質、導電材、バインダー及び可塑剤などが溶媒に添加された状態で撹拌されることで調製され得る。
さらに、前記電極組立体１２０には、電極板が巻き取られる方向へ集電体の始端と終端にはスラリーが塗布されない非コーテイング部が形成され得る。このような非コーテイング部には、各々の電極板に対応する電極リード（図４には正極リード１４６のみが示されている。）が付着され得る。
通常、前記正極リード１４６は、電極組立体１２０の開放された上端に装着されたキャップ組立体１４０に電気的に接続し、負極リード（図示せず）は、電極組立体１２０と接続して電池ケース１３０に電気的に接続する。
また、前記キャップ組立体１４０は、上部キャップ１４１、ガスケット１４２、安全ベント１４３、安全素子、電流遮断部材及び絶縁部材を含む。
さらに、前記電池ケース１３０の上端には、クリンピング部１４５が形成され得る。このようなクリンピング部１４５は、キャップ組立体１４０を電池ケース１３０の開放された上端に装着するための部分である。より具体的に、前記クリンピング部１４５は、内側面に位置するガスケット１４２を囲むように形成され得る。また、キャップ組立体１４０を前記電池ケース１３０の上部に取り付けるために、クリンピング（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）及びプレス工程が行われる。
そして、前記電池ケース１３０のクリンピング部１４５の上面は、第１電極端子１１１として用いられ得る。即ち、前記円筒状電池セル１００の上端外周部は、第１電極端子１１１であり得る。例えば、図３に示したように、前記円筒状電池セル１００の上端の円形の外周縁部は、電極組立体１２０の負極と電気的に接続した前記第１電極端子１１１であり得る。
ここで、前記上部キャップ１４１は、キャップ組立体１４０の最上部に上方へ突出するように配置され、前記電極組立体１２０の正極と電気的に接続して外部と電流を伝導できる第２電極端子１１２を形成し得る。
具体的に、前記第２電極端子１１２は、前記キャップ組立体１４０の上部キャップ１４１の上面に形成され得る。即ち、図４に示したように、前記上部キャップ１４１は、電極組立体の正極と電気的に接続した前記第２電極端子１１２であり得る。ひいては、前記上部キャップ１４１は、例えば、ステンレススチールやアルミニウムのような金属材質から形成され得る。
また、本発明による円筒状電池セル１００は、リチウム二次電池であり得、前記リチウム二次電池のその他の構成要素について、以下、詳しく説明する。
通常、前記リチウム二次電池は、正極、負極、分離膜、リチウム塩含有非水電解液などから構成される。前記正極は、例えば、正極集電体の上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布した後に乾燥して製造され、必要に応じて充填剤をさらに添加することもある。また、前記負極は、負極集電体の上に負極材料を塗布し乾燥して製作され、必要に応じて、前述したような成分をさらに含み得る。
図５は、本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。即ち、図５においては、第１接続プレート１５５Ａ、第２接続プレート１５５Ｂ、固定カバー１５８が除去された様子を示している。
図２と共に図５を参照すれば、ここで、前記接続キャップ１５０は、キャップハウジング１５１、第１接続プレート１５５Ａ及び第２接続プレート１５５Ｂを備え得る。
ここで、前記キャップハウジング１５１は、電気絶縁性素材を備え得る。特に、前記キャップハウジング１５１は、前記電池ケース１３０、前記キャップ組立体１４０、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂと接触する部位は、電気絶縁性素材からなり得る。または、前記キャップハウジング１５１は、全体的に電気絶縁性素材から構成され得る。ここで、前記電気絶縁性素材は、例えば、ポリ塩化ビニルまたはポリエチレンテレフタレートであり得る。
さらに、前記キャップハウジング１５１は、前記電池ケース１３０及び前記キャップ組立体１４０の上部に設けられ得る。そして、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂは、前記キャップハウジング１５１の上部に載置され得る。
具体的に、前記キャップハウジング１５１には、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂを内部に収容するように上面が下方へ凹んで構成された収容部１５２が形成され得る。
また、前記キャップハウジング１５１には、前記電池ケース１３０の外側壁の少なくとも一部を囲むように形成された外側壁１５１Ｃが形成され得る。
さらに、前記キャップハウジング１５１の上端における円形の外周縁部は、前記キャップハウジング１５１の外側壁１５１Ｃから上方へ突出して延びた構造であり得る。
より具体的に、前記収容部１５２は、第１載置部１５２Ａ、第２載置部１５２Ｂ及び区画部１５２Ｃを含み得る。
ここで、前記第１載置部１５２Ａは、前記第１接続プレート１５５Ａを収納して固定するように区画部１５２Ｃの一側に形成され得る。そして、前記第１載置部１５２Ａは、前記区画部１５２Ｃの上部面の高さよりも低い上部面を有し得る。即ち、前記第１載置部１５２Ａの上部面と前記区画部１５２Ｃの上部面とが段差を形成し得る。
ひいては、前記第１載置部１５２Ａは、前記第１接続プレート１５５Ａの少なくとも一部の外形と対応する形状または大きさを有し得る。
また、前記第２載置部１５２Ｂは、前記第２接続プレート１５５Ｂを収納固定するように前記区画部１５２Ｃの他側に形成され得る。そして、前記第２載置部１５２Ｂは、前記区画部１５２Ｃの上部面の高さよりも低い上部面を有し得る。即ち、前記第２載置部１５２Ｂの上部面と前記区画部１５２Ｃの上部面とが段差を形成し得る。
ひいては、前記第２載置部１５２Ｂは、前記第２接続プレート１５５Ｂの少なくとも一部の外形と対応する形状または大きさを有し得る。
言い換えれば、前記区画部１５２Ｃは、前記第１載置部１５２Ａ及び前記第２載置部１５２Ｂを区画するように前記第１載置部１５２Ａと前記第２載置部１５２Ｂとの間に形成され得る。また、前記区画部１５２Ｃは、前記第１載置部１５２Ａ及び前記第２載置部１５２Ｂよりも相対的に高い上部面を有し得る。そして、前記第１載置部１５２Ａと前記区画部１５２Ｃとの間には、隔壁Ｗが形成され得る。また、前記隔壁Ｗは、電極端子１１２と前記第１接続プレート１５５Ａとを電気的に絶縁できるように上方へ突出して延びて形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂを前記キャップハウジング１５１の収容部１５２に載置することが容易となるだけでなく、載置後にも動きなく安定的に載置された状態を維持することができるため、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂを円筒状電池セル１００またはバスバー（図示せず）と接合する工程を容易に行うことができるという利点がある。
また、前記キャップハウジング１５１には、外周側露出部１５３Ａ及び中央露出部１５３Ｂが形成され得る。
ここで、前記外周側露出部１５３Ａは、前記円筒状電池セル１００の外周部に形成された第１電極端子１１１が外部に露出するように開口されて形成され得る。さらに、前記外周側露出部１５３Ａは、前記第１接続プレート１５５Ａが前記第１電極端子１１１と電気的に直接接続（接触）できるように開口されて形成され得る。
ひいては、前記外周側露出部１５３Ａは、前記第１電極端子１１１の一部が露出するように前記区画部１５２Ｃの前後方向の両端部が開口するように形成され得る。したがって、前記第１載置部１５２Ａに載置された第１接続プレート１５５Ａの一部は、前記区画部１５２Ｃの干渉なく前記第１電極端子１１１の上に位置できる。
そして、前記中央露出部１５３Ｂは、前記円筒状電池セル１００の上端の中心部に形成された前記第２電極端子１１２が外部に露出するように開口して形成され得る。さらに、前記中央露出部１５３Ｂは、前記第２接続プレート１５５Ｂが前記第２電極端子１１２と電気的に直接接続（接触）できるように形成され得る。
ひいては、前記中央露出部１５３Ｂは、前記第２電極端子１１２の一部が露出するように前記区画部１５２Ｃの中央が開口して形成され得る。また、前記第２載置部１５２Ｂに搭載された第２接続プレート１５５Ｂの一部は、前記区画部１５２Ｃの干渉なく前記第２電極端子１１２の上に位置するように、前記中央露出部１５３Ｂと前記第２載置部１５２Ｂとの間には隔壁がなく、前記第２電極端子１１２の上部面と前記第２載置部１５２Ｂの上部面とが相互並んでいるか、または、前記第２電極端子１１２の上部面が前記第２載置部１５２Ｂの上部面よりも低くてもよい。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のキャップハウジング１５１は、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂの各々が第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２と電気的に接続するように、配置される位置をガイドするだけでなく、溶接工程時、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂを動きなく固定することができ、溶接効率を高めることができる。
図６は、本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。
図６を参照すれば、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂは、電極端子溶接部１５６及びバスバー溶接部１５７を含み得る。
具体的に、前記電極端子溶接部１５６は、下面が前記第１電極端子１１１または前記第２電極端子１１２の外面と直接接触するように前記第１電極端子１１１または前記第２電極端子１１２の上に位置し得る。
また、前記バスバー溶接部１５７は、前記電極端子溶接部１５６の一端に連結され、上面が上方に露出するように構成され得る。
さらに、前記バスバー溶接部１５７は、複数の前記円筒状電池セル１００を電気的に直列または並列に連結するバスバーと電気的に接続するように、前記円筒状電池セル１００の上端の中央を基準で一側または他側に位置し得る。
ひいては、前記バスバー溶接部１５７は、前記第１載置部１５２Ａまたは前記第２載置部１５２Ｂの上面に位置する部位であり得る。
例えば、図５及び図６に示したように、図１に示したＦ方向から見たとき、前記第１接続プレート１５５Ａのバスバー溶接部１５７は、前記第１載置部１５２Ａの上に位置しており、前記電極端子溶接部１５６は、前記バスバー溶接部１５７の前後方向の両端部の各々から右方へ突出して延びて形成され得る。
したがって、前記第１接続プレート１５５Ａの電極端子溶接部１５６は、前記第１電極端子１１１の上に位置し、前記第１電極端子１１１の上面と電気的に接続または接合できる。
また、例えば、図５及び図６に示したように、図１に示したＦ方向から見たとき、前記第２接続プレート１５５Ｂのバスバー溶接部１５７は、前記第２載置部１５２Ｂの上に位置しており、前記バスバー溶接部１５７の中央から左方へ突出して延びた電極端子溶接部１５６が形成され得る。したがって、前記電極端子溶接部１５６は、前記第２電極端子１１２の上に位置し、前記第２電極端子１１２の上面と電気的に接続または接合できる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂは、電極端子溶接部１５６及びバスバー溶接部１５７を備えることで、電極端子と接続プレートとの溶接工程及びバスバーなどの外部導電材と前記接続プレートとの溶接工程を容易に行うことができる。
即ち、本発明は、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂを用いることで、前記円筒状電池セル１００の第１電極端子１１１の幅が狭いことによって発生し得る溶接不良または溶接作業がややこしくなるなどの問題を効果的に解決することができる。
ひいては、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂの電極端子溶接部１５６の外周には、左右方向または前後方向へ突出した凸部１５６Ｂが形成され得る。
具体的に、前記凸部１５６Ｂは、前記キャップハウジング１５１の外周側露出部１５３Ａまたは中央露出部１５３Ｂに、前記電極端子溶接部１５６が挿入固定されるように形成され得る。また、前記凸部１５６Ｂは、外周側露出部１５３Ａに密着するように前記第１接続プレート１５５Ａの電極端子溶接部１５６の両側外周から外部方向へ突出するように形成され得る。
例えば、図５と共に図６を参照すれば、前記第１接続プレート１５５Ａの前記電極端子溶接部１５６の外周には、外周側露出部１５３Ａの間に前記電極端子溶接部１５６が挿入固定されるように二つの凸部１５６Ｂが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂの電極端子溶接部１５６は、より安定的に前記キャップハウジング１５１の外周側露出部１５３Ａまたは中央露出部１５３Ｂに挿入固定可能となるため、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂの各々と第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２との溶接接合工程の信頼度を高め、不良率を減らすことができるという利点がある。
図７は、本発明の一実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成を概略的に示した一部斜視図である。
図６と共に図７を参照すれば、前記接続キャップ１５０は、前記キャップハウジング１５１に結合固定された固定カバー１５８をさらに含み得る。
具体的に、前記固定カバー１５８は、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂの上面の一部を覆って固定するように構成され得る。
また、前記キャップハウジング１５１は、前記固定カバー１５８の固定位置をガイドするためのガイド突起１５１Ｂが上方へ突出するように形成され得る。例えば、図５に示したように、前記キャップハウジング１５１の区画部１５２Ｃには、二つのガイド突起１５１Ｂが上方へ突出するように形成され得る。
また、前記固定カバー１５８には、前記ガイド突起１５１Ｂを挿入できるように開口された固定ホールＨ１が形成され得る。例えば、前記図７に示したように、前記固定カバー１５８には、前記ガイド突起１５１Ｂが挿入されるように二つの固定ホールＨ１が形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記固定カバー１５８は、前記キャップハウジング１５１に形成されたガイド突起１５１Ｂを合わせて固定ホールＨ１に挿入することだけで正位置に固定することができ、製造効率を効果的に高めることができる。
具体的に、前記固定カバー１５８には、外周側溶接ホールＨ２及び中央溶接ホールＨ３が形成され得る。
ここで、前記外周側溶接ホールＨ２は、前記第１接続プレート１５５Ａの電極端子溶接部１５６が外部に露出するように開口した構造に形成され得る。即ち、前記外周側溶接ホールＨ２は、前記固定カバー１５８の外側方向の外周から内側方向へカットアウトされた形状を有し得る。
例えば、図７に示したように、前記外周側溶接ホールＨ２は、前記固定カバー１５８の前記キャップハウジング１５１と接している両端部に形成され得る。
また、前記中央溶接ホールＨ３は、前記第２接続プレート１５５Ｂの電極端子溶接部１５６が外部に露出するように開口した構造に形成され得る。具体的に、前記中央溶接ホールＨ３は、前記固定カバー１５８の中央に形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記固定カバー１５８は、前記第１接続プレート１５５Ａ及び第２接続プレート１５５Ｂをキャップハウジング１５１の収容部１５２に安定的に固定できるだけでなく、外周側溶接ホールＨ２及び中央溶接ホールＨ３などの構造が形成されていることで、前記第１接続プレート１５５Ａ及び第２接続プレート１５５Ｂと前記第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２との溶接作業を容易にする。
図８及び図９は、本発明の他の実施例による円筒状電池セルにおける一部の構成の組立過程を概略的に示した一部斜視図である。
図８及び図９を参照すれば、前記キャップハウジング１５１の収容部１５２には、前記収容部１５２から外部へ離脱することを阻むように係止爪１５１Ｄが形成され得る。
具体的に、前記係止爪１５１Ｄは、前記キャップハウジング１５１の収容部１５２の内面から中央方向へ突出するように形成され得る。即ち、前記係止爪１５１Ｄは、前記キャップハウジング１５１の上端の外周部と接している前記収容部１５２の内面から突出するように形成され得る。言い換えれば、前記係止爪１５１Ｄは、前記キャップハウジング１５１の収容部１５２の円形の外周の上端から中央方向へ突出した構造であり得る。
また、前記固定カバー１５８は、前記キャップハウジング１５１の収容部１５２に挿入された後、前記係止爪１５１Ｄの下部に固定されて位置するように時計回りまたは半時計回りへ回転し得る。そして、前記係止爪１５１Ｄの一側端には、前記固定部材の回転移動を阻むように内側方向へ突出したストッパ１５１Ｅが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記キャップハウジング１５１には、固定カバー１５８の固定のために別の係止爪１５１Ｄが形成されることで、前記固定カバー１５８を前記キャップハウジング１５１の収容部１５２に安定的に固定できるだけでなく、その一側に形成されたストッパ１５１Ｅは、固定カバー１５８が正確な位置に固定されるようにガイドすることができ、追って溶接作業における正確度を高めて不良率を低めることができる。
図１０は、本発明の一実施例による円筒状電池セルの一部の構成である固定カバーを概略的に示した断面図である。この際、図１０は、Ｆ方向から見たとき、固定カバー１５８の左右方向の中心部位を前後方向へ切断して見た様子を示している。
図６及び図７と共に図１０を参照すれば、前記固定カバー１５８の下面には固定突起１５８Ｂが形成され得る。
具体的に、前記固定突起１５８Ｂは、前記第１接続プレート１５５Ａの電極端子溶接部１５６の一部を下方へ押圧するように突出した形態であり得る。さらに、前記固定突起１５８Ｂは、前記第２接続プレート１５５Ｂの電極端子溶接部１５６の一部を下方へ押圧するように突出した形態であり得る。
例えば、図１０に示したように、前記固定突起１５８Ｂは、前記第１接続プレート１５５Ａの電極端子溶接部１５６に接するように複数個が形成され得る。そして、前記第２接続プレート１５５Ｂの電極端子溶接部１５６に接するように複数の固定突起１５８Ｂが形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記固定突起１５８Ｂは、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂの電極端子溶接部１５６の上部を押圧することで、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂと第１電極端子１１１及び第２電極端子１１２とが相互密着できるため、前記第１接続プレート１５５Ａ及び前記第２接続プレート１５５Ｂと、前記第１電極端子１１１及び前記第２電極端子１１２との溶接接合の信頼性をより高めることができる。
図１１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを概略的に示した一部斜視図である。
図７と共に図１１を参照すれば、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール１０００は、前記円筒状電池セル１００を複数個含み得る。この際、前記円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６は、前記キャップハウジング１５１に形成された配列ガイド部１５９によって左右方向及び前後方向に配列され得る。
ここで、前記キャップハウジング１５１の外側壁には、前記円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６の配列をガイドするように構成された配列ガイド部１５９が形成され得る。
具体的に、前記配列ガイド部１５９は、前記キャップハウジング１５１の外側壁から突出した平坦突起構造１５９Ａ及び三角突起構造１５９Ｂであり得る。
ここで、前記平坦突起構造１５９Ａは、Ｆ方向から見たとき、複数の前記円筒状電池セル１００の左右方向の配列をガイドするように形成され得る。また、前記平坦突起構造１５９Ａは、前記キャップハウジング１５１の左右方向の外側壁から左右方向の一面が平坦に突出した平坦突起構造１５９Ａであり得る。
即ち、前記一つの円筒状電池セル１００の一側に前記平坦突起構造１５９Ａの一面が、他の円筒状電池セル１００のキャップハウジング１５１の平坦突起構造１５９Ａの一面と対向するよう、他の一つの円筒状電池セル１００を配列し得る。
例えば、図１１に示したように、円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３が左右方向へ配列され得る。この際、前記円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３の各々には、キャップハウジング１５１の左右方向の両側に平坦突起構造１５９Ａが形成され得、前記円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３は、各々の平坦突起構造１５９Ａが相互対向するように配列され得る。
また、前記三角突起構造１５９Ｂは、複数の前記円筒状電池セル１００の前後方向の配列をガイドするように形成され得る。具体的に、前記三角突起構造１５９Ｂは、前記キャップハウジング１５１の前後方向の外側壁に三角柱形状に形成され得る。
例えば、図１１に示したように、前記キャップハウジング１５１の前後方向の外側壁には、一つの三角突起構造１５９Ｂが形成され得る。
また、前記平坦突起構造１５９Ａには、前後方向に配列される前記円筒状電池セル１００の側部が対向して位置するように斜面（図７、１５９Ｃ）が形成され得る。
即ち、前記一つの円筒状電池セル１００の前後方向の一側には、前記前後方向へ配列される他の一つの円筒状電池セル１００に形成された前記三角突起構造１５９Ｂの一面と、前記他の一つの円筒状電池セル１００に形成された平坦突起構造１５９Ａの斜面（図１１の１５９Ｃ１）とが相互対向するように、他の一つの円筒状電池セル１０４が配置され得る。
例えば、図１１に示したように、一つのバッテリーモジュール１０００は、モジュールハウジング３００及び円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６を含み得る。また、前記モジュールハウジング３００の内部には、四つの円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３が左右方向へ配列されており、前記四つの円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３の後方に三つの円筒状電池セル１０４、１０５、１０６が配置され得る。
この際、三つの円筒状電池セル１０４、１０５、１０６は、前記三角突起構造１５９Ｂの一面と、前記一つの円筒状電池セル１００に形成された平坦突起構造１５９Ａの斜面１５９Ｃとが相互対向するようにガイドされ、前記四つの円筒状電池セル１００、１０１、１０２、１０３の後方に均一に配置され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明の円筒状電池セル１００に形成された配列ガイド部１５９を用いて左右方向及び前後方向への円筒状電池セルの配列を均一かつ容易に整列することができる。
また、本発明は、前記バッテリーモジュールを少なくとも一つ以上含む電子デバイスを提供することができる。具体的に、前記電子デバイスは、前記バッテリーモジュールを内部に収容するケースを備え得る。また、前記電子デバイスは、前記バッテリーモジュールを制御するように構成されたバッテリー管理ユニット（ＢＭＳ）を含み得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明は、円筒状電池セル及びそれを複数個含むバッテリーモジュールに関する。また、本発明の円筒状電池セル及びバッテリーモジュールを備えた電子デバイス、またはエネルギー貯蔵システム、または自動車関連産業に利用可能である。
１００ 円筒状電池セル
１１１ 第１電極端子
１１２ 第２電極端子
１２０ 電極組立体
１３０ 電池ケース
１４０ キャップ組立体
１５０ 接続キャップ
１５１ キャップハウジング
１５１Ｂ ガイド突起
１５１Ｅ ストッパ
１５２ 収容部
１５３Ａ 外周側露出部
１５３Ｂ 中央露出部
１５５Ａ 第１接続プレート
１５５Ｂ 第２接続プレート
１５６ 電極端子溶接部
１５７ バスバー溶接部
１５８ 固定カバー
１５９ 配列ガイド部
１５９Ａ 平坦突起構造
１５９Ｂ 三角突起構造
１５９Ｃ、１５９Ｃ１ 斜面
Ｈ１ 固定ホール
Ｈ２ 外周側溶接ホール
Ｈ３ 中央溶接ホール

Claims (10)

  1. 上端外周部及び中心部に各々極性が相異なる第１電極端子及び第２電極端子が形成された円筒状電池セルであって、
    正極、負極、及び正極と負極との間に分離膜を介在した状態で巻き取られている構造の電極組立体と、
    前記電極組立体が電解液を含浸した状態で収納されている電池ケースと、
    前記電池ケースの開放された上端に取り付けられているキャップ組立体と、
    前記電池ケース及び前記キャップ組立体の上部に設けられ、電気絶縁性素材を備えたキャップハウジング、及び前記キャップハウジングの上部に載置された第１接続プレート及び第２接続プレートを備えた接続キャップと、を含む、円筒状電池セルであって、
    前記キャップハウジングは、
    前記第１接続プレートの少なくとも一部の外形に対応する凹形状を有し、前記第１接続プレートを収納固定するように構成された第１載置部と、
    前記第２接続プレートの少なくとも一部の外形に対応する凹形状を有し、前記第２接続プレートを収納固定するように構成された第２載置部と、
    前記上端外周部に形成された前記第１電極端子が外部に露出するように開口した外周側露出部と、
    前記中心部に形成された前記第２電極端子が外部に露出するように開口した中央露出部と、
    を含み、
    前記第１接続プレートは、前記外周側露出部から露出した前記第１電極端子と電気的に直接接続され、
    前記第２接続プレートは、前記中央露出部から露出した前記第２電極端子と電気的に直接接続される、円筒状電池セル。
  2. 前記第１接続プレート及び前記第２接続プレートは、
    下面が前記第１電極端子又は前記第２電極端子の外面と直接接触するように前記第１電極端子及び前記第２電極端子の各々に位置した電極端子溶接部と、
    前記電極端子溶接部の一端に接続し、上面が上方に露出するように構成されたバスバー溶接部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の円筒状電池セル。
  3. 前記接続キャップは、前記第１接続プレート及び前記第２接続プレートの上面の一部を覆って固定するように前記キャップハウジングに結合固定された固定カバーをさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の円筒状電池セル。
  4. 前記キャップハウジングには、前記固定カバーの固定位置をガイドするように上方へ突出したガイド突起が形成され、前記固定カバーには、前記ガイド突起を挿入できるように開口された固定ホールが形成されたことを特徴とする請求項３に記載の円筒状電池セル。
  5. 前記固定カバーには、
    前記第１接続プレートの電極端子溶接部が外部に露出するように開口した外周側溶接ホールと、
    前記第２接続プレートの電極端子溶接部が外部に露出するように開口した中央溶接ホールと、が形成されたことを特徴とする請求項２を引用する請求項３に記載の円筒状電池セル。
  6. 前記キャップハウジングには、前記固定カバーが前記キャップハウジングから離脱することを阻むように中央方向へ突出した係止爪が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の円筒状電池セル。
  7. 前記キャップハウジングの外壁には、複数の前記円筒状電池セルの配列をガイドするように構成された配列ガイド部が形成されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の円筒状電池セル。
  8. 前記配列ガイド部は、
    前記キャップハウジングの左右方向の両側外壁に、複数の前記円筒状電池セルの左右方向の配列をガイドするように左右方向の一面が平坦な平坦突起構造を備え、
    前記キャップハウジングの前後方向の外側壁に、複数の前記円筒状電池セルの前後方向の配列をガイドするように形成された三角突起構造を備えることを特徴とする請求項７に記載の円筒状電池セル。
  9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の円筒状電池セルを複数個含む、バッテリーモジュール。
  10. 請求項９に記載のバッテリーモジュールを含む、電子デバイス。
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