KR101274596B1 - 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법 및 어셈블링된 배터리 - Google Patents

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Abstract

어셈블링된 배터리를 생산하는 방법은 (a) 복수 개의 단위 셀을 생산하는 단계; (b) 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되도록 상기 복수 개의 단위 셀을 정렬하는 단계; 및 (c) 상기 복수 개의 단위 셀을 적기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결하는 단계를 포함한다. 높은 용량, 높은 전력 밀도 및 작은 두께를 갖는 환상형 배터리가 커다란 체적 및 낮은 에너지 밀도를 갖는다는 문제는 복수 개의 단위 셀들을 병렬로 연결하여 서로 포개지도록 생산함으로써 해결되며, 배터리의 방열 또한 더욱 향상된다. 본 발명의 방법에 의하여 생산된 어셈블링된 배터리 또한 제공된다.

Description

어셈블링된 배터리를 생산하는 방법 및 어셈블링된 배터리{Method for producing assembled battery and assembled battery}
본 발명은 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기 자동차, 지능형 전력 네트워크 등에 적용될 수 있도록 높은 용량 및 높은 전력을 가진 어셈블링된 전력 배터리를 생산하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법에 의하여 생산된 어셈블링된 배터리에 관한 것이다.
1990년대 이후, 리튬-이온 배터리의 등장 및 점진적 홍보는 어느 정도 휴대용 디바이스의 빠른 발전을 가져오게 하였다. 최근 10년 동안 안정성 및 성능 효율의 빠른 향상으로 인해 높은 출력 토크의 모터로 동작하는 커다란 전기 도구, 하이브리드 모터 자동차 및 전기 모터 자동차 등의 다양한 분양에 전력 배터리가 적용될 수 있게 되었으며, 연소 엔진에 완전히 의존하는 전력 시스템을 적어도 부분적으로나마 대체하여 그린 에너지(green energy) 자원의 급증에 새로운 장이 마련되었다.
현재, 높은 용량을 가진 고체 전력 배터리의 낮은 방열 성능에 대한 우려로 인하여, 작은 용량으로 상용화된 리튬-이온 전력 배터리는 단위당 8-100Ah의 용량을 가지게 되었는데, 그 중 전형적인 리튬-이온 전력 배터리는 시틱 구오안 멩굴리 뉴 에너지 사이언스 앤드 테크놀로지사(Citic Guoan Mengguli New energy Science & Technology Co., Ltd.)의 SPIM24300260 100Ah 사각형 리튬-이온 전력 배터리와 필리온 배터리사(Phylion Battery(Suzhou) Co., Ltd.)의 IMP20/66/148-08PS 8Ah 고전력 배터리이다. 이러한 배터리 셀을 기초로, 해당 기술분야의 당업자는 서로 다른 분야의 조건을 만족시키기 위하여 배터리 셀을 직렬 및 병렬로 연결함으로써 배터리 팩의 전압 및 용량을 증가시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 베이징 종웨이싱통 사이언스 앤드 테크놀로지사(Beijing Zhongweixingtong Science & Technology Co., Ltd.)는 텔레콤 분야를 위한 48V-300Ah 배터리 팩에 사용되는 UPS 샘플 제품 ZWDY-48/300을 개발하게 되었는데, 그 배터리 팩은 단위당 10Ah의 용량을 가진 전력 단위 셀들로 구성된다.
EP1705743A1은 복수 개의 단위 셀을 가진 배터리 모듈에 관한 것이다. 그 배터리 모듈에는 단위 셀들이 사전에 설정된 거리로 서로 분리되어 배치되어 있으며, 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다.
US2005/0174092A1은 차량에 이용되는 배터리 시스템에 관한 것으로서, 이는 전기적으로 연결된 복수 개의 리튬 배터리들을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 배터리 시스템은 전기적으로 직렬로 연결된 복수 개(예를 들면, 10개)의 리튬 배터리가 포함된 모듈을 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 모듈을 또 다른 모듈에 연결하거나 차량 전기 시스템에 연결하기 위하여 모듈은 커넥터를 통하여 와이어(wire) 또는 케이블(cable)에 커플링될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 현존하는 고체 전력 배터리의 전력 출력 특성은 어떠한 고수준의 분야에서의 요구 조건을 여전히 충족시키지 못하고 있어, 엔지니어들은 셀 용량을 감소시키고, 불필요한 것들을 제거하며, 강제 통풍을 적용함으로써 자신들이 원하는 고전력 출력 특성을 획득하고 있다.
전형적인 예는 미국 테슬라 모터스사(US Tesla Motors)의 전기 모터 자동차 "테슬라 로드스터(Tesla Roadster)"인데, 이는 2008년 3월에 대량 생산에 들어갔다. 정지 상태에서 가속하여 4초 안에 100km/h의 속도를 구현하기 위하여 그 배터리 팩은 현존하는 대부분의 완성도 있는 18650개 종류의 리튬-이온 배터리 셀들을 이용하는데, 그러한 18650개 종류의 리튬-이온 배터리 셀들로 구성된 6831개의 리튬-이온 배터리가 각각의 모터 자동차에 이용된다. 명백히, 이는 전체 전력 시스템의 신뢰도뿐만 아니라 전력 관리 시스템의 복잡도, 어셈블리의 복잡도 및 배터리 팩의 유지 비용을 크게 증가시킨다.
향후 전력 배터리 생산의 생산 비용을 더욱 절감시킴으로써, 전력 배터리 생산의 적용 분야가 에너지 축적, 발전소의 피크 전력 통제, 전력 네트워크 필터링, 전기 기관차의 긴급 전력 등으로 확장되면, 이러한 분야에서 사용되는 MW 수준의 전력 요구 조건을 만족시키기 위하여 100Ah 미만의 용량을 가진 셀들을 어떻게 서로 조합해야 할지 상상할 수 없다.
하나의 향상된 예로서, US5501916A는 배터리 셀을 개시하고 있는데, 여기서 관통홀이 배터리 코어에 구비되고, 배터리의 표피를 형성하는 뚜껑이 배터리 코어에 구비된 관통홀의 측벽 부분 중 적어도 하나의 부분에 직접 밀착되거나 열전도를 위하여 뚜껑에 연결된 알루미늄 판을 통하여 부착되며, 이에 따라 셀의 방열이 향상될 수 있게 된다.
그러나, 전술한 발명에서 언급한 관통홀을 구비하는 것은 방열 문제를 해결하기 위한 근본적인 해결 방법이 아님에 유의하여야 한다. 방열 문제를 해결하기 위한 근본적인 해결 방법은 배터리 코어의 최대 두께를 제한하는 것이다. 배터리 코어의 최대 두께가 관통홀을 구비함에 따라 축소된다고 하더라도 배터리 셀의 용량이 300Ah 이상으로 증가하거나 고체 배터리 코어의 최대 두께가 100mm 이상인 경우, 안정성과 성능 조건 효율로 인하여 적용된 배터리 코어의 최대 두께에 대한 제한 때문에 단순히 지름을 증가시키거나 관통홀의 수를 증가시키는 것은 배터리의 방열 문제를 해결할지는 몰라도 다른 문제들을 야기시킨다. 예를 들어, 관통홀 지름의 증가는 관통홀의 불필요한 체적을 증가시켜 궁극적으로 전체 배터리 팩에 대한 에너지 밀도 및 배터리 셀의 전력 밀도의 감소를 야기시키며, 관통홀의 수를 증가시킴에 따라 제조상의 난해함 및 비용의 증가를 유발시킬 수 있다.
본 발명은 방열 문제를 효과적으로 해결할 뿐만 아니라 높은 용량, 높은 안정성, 높은 에너지 밀도 및 높은 전력 밀도를 갖는 배터리 제품을 제공하고, 이를 생산하는 방법을 제공하는데 있으며, 이에 따라 전술한 종래 기술에 따른 전력 배터리의 불합리한 점을 극복하는데 그 목적이 있다
따라서, 본 발명은 낮은 비용으로 쉽고 빠르게 어셈블링된 배터리 또는 배터리 팩을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법은 (a) 복수 개의 단위 셀을 생산하는 단계; (b) 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되도록 상기 복수 개의 단위 셀을 정렬하는 단계; 및 (c) 상기 복수 개의 단위 셀을 적기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결하는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명에 따른 방법으로 생산된 배터리 제품은 복수 개의 단위 셀들을 구비하는 배터리 또는 배터리 팩이다.
바람직한 설정에 따라, 상기 (a) 단계는 관통홀을 각각 구비하는 복수 개의 환상형 단위 셀을 생산하는 단계를 포함하는데, 각 환상형 단위 셀은 상기 관통홀을 형성하는 내측벽, 상기 환상형 단위 셀의 외부 둘레를 형성하는 외측벽, 및 상기 내측벽과 상기 외측벽 사이의 코어를 포함하고; 상기 (b) 단계는 하나의 환상형 단위 셀이 다른 하나의 환상형 단위 셀의 관통홀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되도록 상기 복수 개의 환상형 단위 셀을 정렬하는 단계를 포함한다.
또 다른 바람직한 설정에 따라, 상기 (a) 단계는 고체 단위 셀 및 관통홀을 각각 구비하는 하나 또는 그 이상의 환상형 단위 셀을 생산하는 단계를 포함하는데, 상기 고체 단위 셀은 코어 및 상기 고체 단위 셀의 외부 둘레를 형성하는 외측벽을 포함하고, 각 환상형 단위 셀은 상기 관통홀을 형성하는 내측벽, 상기 환상형 단위 셀의 외부 둘레를 형성하는 외측벽, 및 상기 내측벽과 상기 외측벽 사이의 코어를 포함하고; 상기 (b) 단계는 하나의 단위 셀이 다른 하나의 단위 셀의 관통홀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되도록 상기 고체 단위 셀과 상기 하나 또는 그 이상의 환상형 단위 셀들을 정렬하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따라, 높은 용량, 높은 전력 밀도 및 작은 두께를 갖는 환상형 배터리가 커다란 체적 및 낮은 에너지 밀도를 갖는다는 문제는 복수 개의 단위 셀들을 병렬로 연결하여 서로 포개지도록 생산함으로써 해결되며, 어셈블링된 배터리 또는 배터리 팩의 방열 또한 더욱 향상된다. 특히, 복수 개의 단위 셀은 서로 다른 크기로 생산되어, 더 작은 단면의 단위 셀이 더 큰 단면의 단위 셀의 관통홀의 안쪽에 배치될 수 있게 되고, 이에 따라 모든 단위 셀들은 포개진 형태로 정렬된다. 따라서, 높은 용량 및 좋은 방열을 가진 배터리 제품이 획득되며, 단위 셀에 포함된 관통홀의 불필요한 체적이 효과적으로 이용되어, 배터리 제품의 에너지 밀도 또한 증가하게 된다.
바람직하게는, 어셈블링된 배터리의 환상형 단위 셀에 대하여, 상기 (a) 단계는 각 환상형 단위 셀을 생산하기 위하여, (a1) 상기 환상형 단위 셀의 코어를 형성하기 위하여 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감고, 상기 원통 감개 샤프트로 상기 환상형 단위 셀의 내측벽을 형성하는 단계; (a2) 상기 코어가 표피에 접촉되도록 상기 내측벽에 배치하고, 상기 표피로 상기 환상형 단위 셀의 외측벽을 형성하는 단계; 및 (a3) 상기 환상형 단위 셀의 코어를 밀봉하는 방식으로 상부 덮개 판, 하부 덮개 판 및 상기 환상형 단위 셀의 상기 내측벽, 상기 외측벽을 결합하는 단계를 포함한다.
어셈블링된 배터리가 고체 단위 셀을 포함하는 환경에서, 상기 (a) 단계는 상기 고체 단위 셀을 생성하기 위하여, (a1') 상기 고체 단위 셀의 코어를 생성하는 단계; (a2') 상기 고체 단위 셀을 표피에 배치하고, 상기 표피로 상기 고체 단위 셀의 외측벽을 형성하는 단계; 및 (a3') 상기 고체 단위 셀의 코어를 밀봉하는 방식으로 상부 덮개 판, 하부 덮개 판 및 상기 고체 단위 셀의 외측벽을 결합하는 단계를 포함한다.
(a3) 단계에서, 각 덮개 판 및 각 측벽간의 밀봉 및 안전을 보장하고, 덮개 판 및 측벽 사이의 열 전달을 용이하게 하기 위하여, 상부 덮개 판, 하부 덮개 판 및 내측벽, 외측벽은 서로 용접될 수 있다.
바람직한 설정에 따라, 슬러리로 코팅되지 않은 내부 말단 집전 장치 부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 표면에 직접 접촉하는 양의 전극 시트 또는 음의 전극 시트의 가장 안쪽 말단에 남겨지고, 상기 내부 말단 집전 장치 부분의 적어도 일부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 표면에 용접된다. 또한, 상기 남겨진 내부 말단 집전 장치 부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 표면에 적어도 일 회전 이상 감긴다. 이와 같은 처리로 인하여, 속이 빈 원통 감개 샤프트를 통한 배터리 코어의 안쪽에서 바깥쪽으로의 방열이 용이해진다.
유사하게, 셀 표피를 통하여 배터리 코어의 안쪽에서 바깥쪽으로의 방열을 용이하게 하기 위하여, 슬러리로 코팅되지 않은 외부 말단 집전 장치 부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 가장 바깥쪽에 감기는 양의 전극 시트 또는 음의 전극 시트의 가장 바깥쪽 말단에 남겨지고, 상기 외부 말단 집전 장치 부분은 상기 표피에 직접 접촉한다.
구체적인 설정에 따라, 각 단위 셀이 생산될 때 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 바깥쪽 단위 셀의 내측벽은 상기 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 안쪽 단위 셀의 외측벽의 역할을 하여, 상기 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀이 공통 측벽을 공유한다. 이와 같은 방식으로, 안쪽에 포개진 내부 단위 셀을 생산하는 과정 중에 두 개의 인접한 단위 셀을 포개는 것이 성취될 수 있게 되는데, 이는 생산 절차를 단순하게 하고, 결과적으로 생산량의 증가를 가져오며, 방열 성능 및 배터리의 에너지 밀도를 향상시킨다. 더욱이, 두 개의 인접한 단위 셀이 공통 측벽을 공유하기 때문에 어셈블링된 배터리의 기계적인 구조는 더욱 작아지고 견고해진다.
전술한 구체적인 설정의 변형으로서, 상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 가장 안쪽의 단위 셀의 코어를 형성하도록 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감고, 가장 안쪽 단위 셀을 형성하도록 상기 코어를 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계; 또 다른 단위 셀의 코어를 형성하도록 슬러리로 코팅된 또 다른 양의 전극 시트, 또 다른 격리판 및 슬러리로 코팅된 또 다른 음의 전극 시트를 상기 표피에 감고, 가장 안쪽 단위 셀의 바깥쪽에 포개진 또 다른 단위 셀을 형성하도록 상기 또 다른 단위 셀의 코어를 또 다른 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계; 가장 바깥쪽의 단위 셀의 코어가 형성될 때까지 상기 절차를 반복하고, 가장 바깥쪽의 단위 셀을 형성하기 위하여 상기 가장 바깥쪽의 단위 셀의 코어를 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추며, 이에 따라 상기 복수 개의 단위 셀이 포개지도록 하는 단계와 함께 수행되는데, 상기 복수 개의 단위 셀들은 상기 복수 개의 포개진 단위 셀의 위치 관계에 따라 안쪽에서 바깥쪽으로 연속으로 생산되어 포개진다. 이러한 생산 절차는 연속적인 생산을 용이하게 하고, 결과적으로 생산성의 향상을 가져온다.
바람직하게는, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀에 의하여 공유되는 공통 측벽은 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결되는 두 개의 표피 벽을 포함하는 이중 벽 구조이다. 이는 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀간의 방열 성능을 더욱 향상시킬 수 있으며, 어셈블링된 배터리의 기계적인 강도의 증가를 가져온다. 또한, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀간의 방열 성능은 공통 측벽에 방열 홀을 제공함으로써 향상될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계에서 각 환상형 단위 셀 각각의 코어의 최대 두께는 35mm보다 작거나 동일하게 형성된다. 이는 셀 코어의 내부 전극 시트로부터 셀의 측벽의 열 전도 표면까지의 최대 거리를 제한할 수 있으며, 이에 따라 셀 표피의 부분을 형성하는 측벽의 열 전도 표면을 통한 방열을 더욱 용이하게 한다. 여기서, 환상형 셀 코어의 두께는 내측벽과 외측벽간을 잇는 셀 코어의 크기를 의미한다. 예를 들어, 셀 코어가 속이 빈 원통이면, 그 두께는 안쪽 및 바깥쪽 반지름의 차이에 대응한다. 그러나, 단위 셀의 코어의 최대 두께는 35mm에 한정되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어 그 최대 두께는 배터리가 단순히 상대적으로 낮은 효율을 요구하는데 적용될 때에는 적절히, 예를 들면 50mm만큼 증가될 수 있다.
바람직하게는, (b) 단계에서 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀들간의 간격은 5mm보다 작지 않도록 형성된다. 이는 배터리 팩의 방열 효율을 향상시킨다. 여기서, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀들간의 간격은 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 작은 단면을 가진 단위 셀의 외측벽과 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 큰 단면을 가진 단위 셀의 내측벽간의 최소 거리를 의미한다. 예를 들어, 내측벽 및 외측벽이 모두 고리 모양인 경우, 그 간격은 작은 단면을 가진 단위 셀의 외측벽의 바깥쪽 반지름과 큰 단면을 가진 단위 셀의 내측벽의 안쪽 반지름간의 차이와 동일하다. 그러나, 최소 거리가 5mm 이상으로 한정되는 것이 아님에 유의하여야 한다: 대신에 배터리가 단순히 상대적으로 낮은 효율을 요구하는데 적용될 때에는 0mm가 될 수도 있어, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 작은 단면을 가진 단위 셀의 외측벽과 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 큰 단면을 가진 단위 셀의 내측벽은 접촉되거나, 전술한 바와 같이 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀들은 공통 측벽을 공유한다.
바람직하게는, 단위 셀의 측벽의 표면을 통한 방열을 용이하게 하기 위하여, 상기 (a) 단계는 상기 복수 개의 단위 셀 중 적어도 하나의 내측벽 및/또는 외측벽에 방열 핀을 제공하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 환상형 단위 셀은 속이 빈 원통으로 형성된다. 이에 따른 배터리 팩은 단순한 구조를 가질 수 있으며, 용이하게 제조되고 결합될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 대신에, 단위 셀은 어떠한 적절한 형태일 수 있는 것이다. 예를 들어, 단위 셀은 속이 빈 직육면체와 같이 속이 빈 각기둥(예를 들어, 다변형의 단면을 가진 속이 빈 각기둥)일 수 있다. 이에 따라, 고체 단위 셀은 고체 원통이거나 고체 각기둥일 수 있다.
바람직하게는, 환상형 단위 셀의 관통홀의 중심 선은 단위 셀의 기하학적 중심 선과 동일한데, 여기서 관통홀은 원형 홀, 다각형 홀 또는 다른 적절한 형태의 홀일 수 있다. 예를 들어, 환상형 단위 셀이 속이 빈 원통인 경우, 그 관통홀은 원통의 중심 축과 동심인 원형 홀일 수 있는 것이다. 이러한 구조는 일반적으로 내부 전극 시트에서부터 이에 인접한 단위 셀의 측벽의 열 전도 표면까지의 최대 거리를 상당량 감소시킬 수 있게 하는데, 이에 따라 단위 셀의 측벽의 열 전도 표면을 통한 더 좋은 방열이 제공된다. 또한, 이는 표피 및 코어의 조립을 용이하게 할 수 있으며, 코어가 전해액을 흡수한 이후 팽창되었을 때 균일한 압박을 분배하도록 함으로써 셀 코어가 표피에 단단히 밀착될 수 있도록 하여 표피에 가해진 비틀린 힘을 감소시키고, 보다 효과적으로 셀을 보호한다.
바람직하게는, 단위 셀은 리튬-이온 셀이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 니켈 수소 셀(nickel hydride cell), 니켈-카드뮴 셀(nickel cadmium cell) 등과 같은 다른 종류의 단위 셀이 적용될 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법에 의하여 생산된 어셈블링된 배터리에 관한 것으로서, 어셈블링된 배터리는 전기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결되는 복수 개의 단위 셀을 포함하며, 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되어 정렬되는데 특징이 있다.
본 발명의 또 다른 특징 및 장점은 바람직한 실시예에 대하여 후술하는 상세한 설명에 의하여 명백해질 수 있는데, 이에 대한 비제한적인 예를 나타낸 도면은 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 어셈블링된 배터리에 포함된 실시예에 따른 환상형 단위 셀의 사시도를 나타낸다.
도 2a는 도 1에 도시된 환상형 단위 셀의 코어의 감기 공정에 대한 개념도를 나타낸다.
도 2b는 도 1에 도시된 환상형 단위 셀의 제조 및 결합에 대한 분해 사시도를 나타낸다.
도 3a는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 첫 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 3b는 도 3a에 도시된 어셈블링된 배터리의 X-X를 잇는 단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 두 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 세 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 네 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 다섯 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 여섯 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 일곱 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 10는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 여덟 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 11는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 아홉 번째 배열 형태의 어셈블링된 전력 배터리의 사시도를 나타낸다.
도 12는 도 11에 도시된 어셈블링된 배터리의 제조 및 결합에 대한 분해 사시도를 나타낸다.
도 13은 도 6에 도시된 어셈블링된 배터리의 제조 및 결합에 대한 분해 사시도를 나타낸다.
도 14는 비교 배열 형태에 따른 환상형 셀의 사시도를 나타낸다.
도면은 도식적인 목적만을 가지며 실제 크기를 필연적으로 나타내지는 않는다. 도면을 보다 명확하게 하고 일부 부분에 대한 인식을 향상시키기 위하여 다른 부분에 비하여 해당 부분을 확대할 수 있다. 따라서, 각 실시예의 대응하는 부분 및 도면들은 동일한 참조 부호로 표현된다.
도면을 참조하여 본 발명의 복수 개의 실시예를 아래에 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법에 따라, 복수 개의 단위 셀이 우선 생산되면 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되어 정렬되고, 복수 개의 단위 셀은 전기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결된다.
일 실시예에 따라, 우선 도 1에 도시된 바와 같이 관통홀(2)을 가지고 있는 복수 개의 환상형 단위 셀(1) 각각이 생산되는데, 각 환상형 단위 셀(1)은 관통홀(2)을 형성하는 내측벽(5), 환상형 단위 셀(1)의 외부 둘레를 형성하는 외측벽(4), 및 내측벽(5)과 외측벽(4)의 사이에 있는 코어(6)를 갖는다. 도 1에서 코어(6)는 상부 덮개 판(7) 및 하부 덮개 판(미도시)에 의하여 그 상부 및 하부가 각각 밀봉된다
바람직하게는, 각각의 환상형 단위 셀(1)은 도 2a 및 2b에 도시된 다음 절차에 따라 생산될 수 있다. 우선, 관 모양이고 속이 빈 원통 감개 샤프트(5)(예를 들면, 62mm의 바깥지름, 60mm의 안쪽지름, 180mm의 높이를 가지며; 금속 특히 알루미늄으로 만들어 진다), 양의 전극 탭을 갖고 양의 전극 슬러리(slurry)로 코팅된 양의 전극 시트(61)(예를 들면, 166mm의 폭 및 16.3mm의 길이를 갖는다), 음의 전극 탭을 갖고 음의 전극 슬러리(slurry)로 코팅된 음의 전극 시트(62)(예를 들면, 166mm의 폭 및 15.7mm의 길이를 갖는다), 및 격리판(63)(예를 들면, 170mm의 폭을 가진다)이 제공되는데, 여기서 양의 전극 시트, 양의 전극 슬러리, 음의 전극 시트, 음의 전극 슬러리 및 격리판은 본 기술분야에서 잘 알려진 재질로 만들어진다. 예를 들면, 양의 전극 시트는 알루미늄 박(aluminum foil)으로 만들어지고, 양의 전극 슬러리는 리튬 망간으로 만들어지고, 음의 전극 시트는 구리 박(copper foil)으로 만들어지고, 음의 전극 슬러리는 천연 흑연으로 만들어지며, 격리판은 폴리프로필렌(polypropylene) 필름으로 만들어진다. 이와 같은 방식으로 생산된 셀은 리튬-이온 셀로서, 이는 이하 구체적인 예를 들어 설명하는 단위 셀에 대한 예시적인 것으로 이해될 수 있다. 그리하여, 도 2a에 도시된 바와 같이, 격리판(63), 음의 전극 시트(62) 및 또 다른 격리판(63)은 양의 전극 시트(61)의 동일 측면에 연속하여 배치되고, 감개 기계로 속이 빈 원통 감개 샤프트(5)에 감겨지게 되어, 도 2b에 도시된 바와 같이 속이 빈 원통 감개 샤프트(5)에 부착된 셀 코어(6)가 획득된다.
본 실시예에 따라, 속이 빈 원통 감개 샤프트(5)는 알루미늄으로 만들어진다. 이러한 경우, 본 기술분야의 당업자에게 널리 알려진 바와 같이, 양의 전극 시트만이 감개 샤프트(5)에 직접 접촉될 수 있다. 여기서, 양의 전극 슬러리로 코팅되지 않은 내부 말단 집전 장치 부분(9)은 양의 전극 시트(61)의 가장 안쪽 말단에 남겨질 수 있으며, 감기 과정이 내부 말단 집전 장치 부분(9)에서부터 시작된다. 즉, 내부 말단 집전 장치 부분(9)은 속이 빈 원통 감개 샤프트(5)의 표면을 따라 가깝게 밀착하여 감겨지는 것으로서, 남겨진 길이(예를 들면, 본 실시예에서 200mm)는 내부 말단 집전 장치 부분(9)이 감개 샤프트(5)의 표면을 따라 적어도 한 바퀴 감길 수 있도록 한다. 내부 말단 집전 장치 부분(9)이 감길 때, 내부 말단 집전 장치 부분(9)의 적어도 일부분이 예를 들면, 초음파 용접을 통하여 감개 샤프트(5)의 표면에 용접될 수 있다. 이와 같은 처리에 따라 배터리 코어(6)와 감개 샤프트(5)간의 열 전도가 향상될 수 있다. 내부 말단 집전 장치 부분(9)의 감기를 완성한 이후에, 양의 전극 시트(61), 음의 전극 시트(62) 및 격리판(63)의 나머지 부분이 감개 샤프트(5)의 표면을 따라 감기면서 셀 코어(6)가 형성된다.
감기 과정이 완료된 이후에, 속이 빈 원통 감개 샤프트(5)는 셀 코어(6)에서 제거되지 않으며, 감개 샤프트(5)는 환상형 단위 셀(1)의 내측벽을 형성한다. 따라서, 도 2b의 화살표 A1로 도시된 바와 같이, 감개 샤프트(5)에 밀착한 셀 코어(6)는 알루미늄으로 만들어진 셀 표피(4)에 꼭 들어맞게 되고, 표피(4)는 환상형 단위 셀(1)의 외측벽을 형성하게 된다. 본 기술분야의 당업자에게 널리 알려진 바와 같이, 양의 전극 시트가 알루미늄 재질의 표피(4)에 직접 접촉할 수 있는데, 이에 따라 양의 전극 시트만이 감개 샤프트(5) 주변의 가장 바깥 쪽에 존재할 수 있게 된다. 여기서, 바람직한 배열 형태에 따라 도 2b에 도시된 바와 같이, 슬러리로 코팅되지 않은 외부 말단 집전 장치 부분(10)이 본 실시예에 따라 400mm의 길이만큼 양의 전극 시트(61)의 가장 바깥쪽 말단에 남겨져서, 감개 샤프트(5)의 주변에 최종적으로 감겨질 수 있다. 외부 말단 집전 장치 부분(10)은 표피(4)에 직접적으로 접촉하는데, 이는 셀 코어(6)와 표피(4)간의 열 전달을 향상시킬 수 있다. 감개 샤프트(5) 및 표피(4) 모두가 스테인리스 스틸로 만들어지는 경우 음의 전극 시트만이 감개 샤프트 및 표피에 직접 접촉할 수 있음에 유의하여야 한다. 이러한 경우, 전술한 방법과 유사하게 내부 말단 집전 장치 부분과 외부 말단 집전 장치 부분은 음의 전극 시트의 두 개의 말단에서 각각 슬러리로 코팅되지 않은 채로 남겨둘 수 있는데, 이에 따라 그 내부측과 외부측을 통한 셀 코어에서 외부로의 방열이 용이하게 된다.
표피(4)의 내부에 코어(6)를 내측벽(5)에 접촉시켜 배치한 이후에, 도 2b의 화살표 A2 및 A3로 도시된 바와 같이 상부 덮개 판(7), 하부 덮개 판(8) 및 환상형 단위 셀(1)의 내측벽(5), 외측벽(4)은 셀 코어(6)를 밀봉하기 위하여 서로 결합되고, 이에 밀봉된 셀 표피가 획득된다. 여기서, 바람직하게는, 상부 및 하부 덮개 판, 내측 및 외측벽이 모두 용접되어 밀봉, 견고함 및 상호간의 열 전달을 용이하게 할 수 있다. 이상으로 도 1에 도시된 환상형 단위 셀(1)의 전반적인 구조가 완료되었다.
전술한 실시예에서, 환상형 단위 셀의 코어는 감기 공정(winding process)을 통하여 단일 양의 전극 시트, 단일 음의 전극 시트 및 단일 격리판으로 형성된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 환상형 단위 셀의 코어는 적층 공정(laminating process)을 통하여 복수 개의 양의 전극 시트, 복수 개의 음의 전극 시트 및 격리판으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 복수 개의 양의 전극 시트, 복수 개의 음의 전극 시트 및 격리판은 적층 이후의 일 회전 감기를 통하여 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감긴다. 대신에, 환상형 단위 셀은 적은 용량을 가진 복수 개의 전기적 코어를 병렬로 연결함으로써 형성될 수도 있다. 즉, 본 발명의 방법에 따라 단위 셀의 코어는 종래의 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 커다란 적응성과 광범위한 적용성을 나타낸다.
전술한 환상형 단위 셀의 제조 과정에서, 속이 빈 원통 감개 샤프트는 속이 빈 원통으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 관통홀(2)은 원형 홀이고, 환상형 단위 셀(1)은 속이 빈 원통이며, 또한 관통홀(2)의 중심 선은 환상형 단위 셀(1)의 기하학적 중심 선과 일치한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 속이 빈 원통 감개 샤프트는 어떠한 적절한 형태(예를 들면, 직사각형)의 단면을 가질 수 있으며, 환상형 단위 셀(1)뿐만 아니라 관통홀(2)도 대응하는 적절한 형태를 가질 수 있다. 또한, 관통홀(2)의 중심 선이 환상형 단위 셀(1)의 기하학적 중심 선과 일치하지 않을 수도 있다.
이와 유사하게, 서로 다른 관통홀 및 단면 크기를 갖는 많은 환상형 단위 셀이 전술한 제조 과정에 따라 생산되며, 이러한 환상형 단위 셀은 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 관통홀 안쪽에 포개진 형식으로 배치되어 정렬된다. 마지막으로, 이러한 환상형 단위 셀은 전기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결된다.
예를 들면, 관통홀 및 단면 크기가 연속적으로 커지는 세 개의 환상형 단위 셀 1A, 1B, 1C가 생산될 수 있는 것으로서, 이러한 단위 셀들은 포개진 형태로 정렬되고, 전기적으로 병렬로 연결되어, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 어셈블링된 배터리 또는 배터리 팩이 획득되는 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 첫 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 도 3b는 도 3a에 도시된 어셈블링된 배터리의 X-X를 잇는 단면도를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 어셈블링된 배터리는 도전체의 연결 부분인 전극 포스트(3)을 통하여 병렬로 연결된 세 개의 속이 빈 원통의 환상형 단위 셀을 포함한다. 이러한 세 개의 단위 셀은 다음과 같은 순서(안쪽에서 바깥쪽으로)로 서로 수용된다: 100Ah의 용량, 125mm의 바깥지름, 60mm의 안쪽지름 및 180mm의 높이를 가진 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1A); 200Ah의 용량, 215mm의 바깥지름, 150mm의 안쪽지름 및 180mm의 높이를 가진 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1B); 및 300Ah의 용량, 305mm의 바깥지름, 240mm의 안쪽지름 및 180mm의 높이를 가진 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1C). 따라서, 어셈블링된 배터리는 총 600Ah의 용량을 갖는다. 세 개의 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1A, 1B, 1C) 각각에 대한 코어의 최대 두께는 32.5mm이고, 각각의 간격(즉, 두 개의 인접한 셀이 대향하는 내측벽과 외측벽간의 가장 작은 거리)은 12.5mm이다. 이와 같이, 각 환상형 단위 셀의 최대 두께 및/또는 두 개의 인접한 환상형 단위 셀간의 간격을 조절함으로써 어셈블링된 배터리의 방열 효과가 더욱 향상될 수 있다. 그러나, 본 기술분야에 속하는 당업자는 이상과 같은 배열 형태가 단지 예시적인 것에 불과하며, 어셈블링된 배터리가 그 응용 분야 및 실제 조건에 따라 디자인될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이와 같은 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 168.95Wh/L의 에너지 밀도를 가지며, 어셈블링된 배터리는 예를 들면, 충전/방전율이 15C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
비교를 위하여, 도 14는 본 발명의 발명자에 의하여 디자인된 비교 배열 형태에 따른 리튬-이온 배터리를 개념적으로 나타낸다. 비교 배열 형태에 따른 리튬-이온 배터리는 관통홀이 구비된 600Ah 환상형 전력 단위 셀이다. 본 환상형 전력 단위 셀은 속이 빈 원통으로서, 590mm의 바깥지름, 525mm의 안쪽지름(예를 들면, 관통홀의 지름), 및 180mm의 높이를 갖는다. 외측벽(4)과 배터리의 관통홀을 형성하는 내측벽(5)간의 거리 예를 들면, 배터리 코어의 두께는 32.5mm이고, 방열 핀(fin)은 외측벽(4) 및 내측벽(5) 모두에 제공된다. 비교 배열 형태에 따른 배터리는 615mm의 최대 지름(방열 핀 포함) 및 41.54Wh/L의 에너지 밀도를 갖는다.
비교 배열 형태에 따른 리튬 이온 환상형 단위 셀에 비하여, 본 발명의 첫 번째 배열 형태로 생산된 전술한 어셈블링된 배터리는 동일 용량을 가질 때 더 작은 전체 윤곽 크기를 갖는 반면, 비교 배열 형태에 따른 배터리의 에너지 밀도보다 4.07배의 에너지 밀도를 갖는다는 것을 알 수 있다. 더욱이, 어셈블링된 배터리의 각 단위 셀이 측벽을 통한 방열을 효과적으로 수행하기 때문에, 어셈블링된 배터리 전반에 걸친 방열 성능은 여전히 보장될 수 있다.
첫 번째 배열 형태에 따른 전술한 어셈블링된 배터리에 따르면, 각 환상형 단위 셀의 내측벽 및 외측벽은 모두 매끄러운 표면을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따른 방법으로 어셈블링된 배터리의 각 단위 셀을 생산할 때, 측벽의 방열 성능을 향상시키기 위하여, 비교 배열 형태에 따른 환상형 단위 셀의 그것과 유사한 방식으로 적어도 하나의 단위 셀의 내측벽 및/또는 외측벽에 방열 핀을 제공할 수 있다. 도 4 내지 도 7은 이러한 형식의 어셈블링된 배터리의 서로 다른 배열 형태를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 두 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 어셈블링된 배터리의 구조는 도 3에 도시된 첫 번째 배열 형태의 그것과 상당부분 동일한데, 그 차이는 다음과 같다: 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1A)의 내측벽(5A)의 표면 및 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1C)의 외측벽(4C)의 표면에 방열 핀이 제공된다. 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 330mm의 최대 지름(방열 핀 포함)을 가지며, 방열 핀을 고려할 때의 에너지 밀도는 144.25Wh/L인데, 이는 비교 배열 형태에 따른 배터리의 그것보다 3.47배만큼 크다. 통풍을 강화시킴으로써, 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 예를 들면, 충전/방전율이 20C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 세 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 어셈블링된 배터리의 구조도 도 3에 도시된 첫 번째 배열 형태의 그것과 상당부분 동일한데, 그 차이는 다음과 같다: 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1A)의 외측벽(4A)과 내측벽(5A)의 표면, 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1B)의 외측벽(4B)의 표면 및 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1C)의 외측벽(4C)의 표면에 방열 핀이 제공된다. 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 방열 핀을 고려할 때 144.25Wh/L의 에너지 밀도를 갖는데, 이는 비교 배열 형태에 따른 배터리의 그것보다 3.47배만큼 크다. 통풍을 강화시킴으로써, 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 예를 들면, 충전/방전율이 30C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 네 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 어셈블링된 배터리의 구조는 도 5에 도시된 세 번째 배열 형태의 그것과 상당부분 동일한데, 그 차이는 다음과 같다: 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1A)의 외측벽(4A) 및 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1B)의 내측벽(5B)은 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결되어 고정된다; 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1B)의 외측벽(4B) 및 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1C)의 내측벽(5C)은 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결되어 고정된다. 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 방열 핀을 고려할 때 144.25Wh/L의 에너지 밀도를 갖는데, 이는 비교 배열 형태에 따른 배터리의 그것보다 3.47배만큼 크다. 통풍을 강화시킴으로써, 본 실시예에 따른 어셈블링된 배터리는 충전/방전율이 30C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 다섯 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 어셈블링된 배터리의 구조는 도 6에 도시된 네 번째 배열 형태의 그것과 상당부분 동일한데, 그 차이는 다음과 같다: 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1C)의 외측벽(4C)의 모든 방열 핀으로 형성된 전반적인 외부 윤곽은 정사각형의 형태를 갖는다. 이는 복수 개의 어셈블링된 배터리의 정렬을 용이하게 하며, 방열을 향상시키기 위하여 방열 핀을 구비하고 있는 어셈블링된 배터리 사이의 공간을 완전히 이용할 수 있도록 한다. 방열 핀의 전체 외부 윤곽은 구체적인 공간적 배치 조건에 따라 삼각형, 부등변 사각형 또는 불규칙 기하학적 형태와 같은 적절한 다른 형태가 선택될 수도 있음은 물론이다. 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 외부 방열 핀을 고려할 때 320mm의 크기 및 120.4Wh/L의 에너지 밀도를 갖는다. 통풍을 강화시킴으로써, 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 충전/방전율이 30C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
본 발명의 제조 방법 중 또 다른 실시예에 따라, 전술한 실시예와는 다른 복수 개의 환상형 단위 셀 중 가장 안쪽에 수용된 환상형 단위 셀이 고체 단위 셀로 대체된다. 즉, 고체 단위 셀 및 관통홀을 각각 구비한 하나 또는 그 이상의 환상형 단위 셀이 우선적으로 생산되어 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되어 정렬되고; 그 이후에 단위 셀들은 전기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결된다. 환상형 단위 셀의 구조 및 제조 과정은 전술한 실시예에서 설명한 것과 동일한데, 고체 단위 셀은 코어 및 고체 단위 셀의 외부 둘레를 정의하는 외측벽을 포함한다.
고체 단위 셀을 생산할 때, 우선적으로 감기 공정 또는 적층 공정을 통하여 그 고체 코어가 제조된다; 그 이후에, 고체 단위 셀의 외측벽을 형성하는 표피의 안쪽에 고체 코어가 위치하게 되고; 마지막으로, 상부 덮개 판, 하부 덮개 판 및 고체 단위 셀의 외측벽이 서로 결합되어 고체 단위 셀의 코어가 밀봉된다. 고체 단위 셀의 형태는 고체 단위 셀의 바깥쪽에 수용된 환상형 단위 셀의 관통홀의 형태에 맞도록, 예를 들면 고체 원통 또는 고체 각기둥 등의 형태로 설정될 수 있다. 또한, 방열을 향상시키기 위하여, 고체 단위 셀의 외측벽에 방열 핀을 제공할 수도 있다. 도 8 내지 도 10은 본 발명에 따른 본 실시예에 의한 방법으로 제조된 서로 다른 배열 형태의 어셈블링된 배터리를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 여섯 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리 또한 다음과 같은 순서(안쪽에서 바깥쪽으로)로 서로 수용된 세 개의 단위 셀을 포함한다: 100mm의 지름, 180mm의 높이, 100Ah의 용량 및 25mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 고체 단위 셀(1A); 102mm의 안쪽지름, 172mm의 바깥지름, 200Ah의 용량 및 17.5mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 환상형 단위 셀(1B); 및 174mm의 안쪽지름, 240mm의 바깥지름, 300Ah의 용량 및 16.5mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 환상형 단위 셀(1C). 본 어셈블링된 배터리의 총 용량은 600Ah로서, 세 개의 단위 셀의 외측벽 및 내측벽에는 방열 핀이 제공되지 않으며, 각 단위 셀간의 간격은 비교적 작아 2mm밖에 되지 않는다. 어셈블링된 배터리는 272.8Wh/L의 에너지 밀도를 가지며, 최대 방전율이 예를 들면, 2C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 일곱 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리 또한 다음과 같은 순서(안쪽에서 바깥쪽으로)로 서로 수용된 세 개의 단위 셀을 포함한다: 100mm의 지름, 180mm의 높이, 100Ah의 용량 및 25mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 고체 단위 셀(1A); 110mm의 안쪽지름, 180mm의 바깥지름, 200Ah의 용량 및 17.5mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 환상형 단위 셀(1B); 및 190mm의 안쪽지름, 255mm의 바깥지름, 300Ah의 용량 및 16.25mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 환상형 단위 셀(1C). 도 9에 도시된 바와 같이, 가장 안쪽의 단위 셀(1A)이 고체 단위 셀이라는 것을 제외하고, 본 어셈블링된 배터리는 구조 및 방열 핀의 배치 면에서 세 번째 배열 형태와 유사하다. 어셈블링된 배터리는 외부 방열 핀을 고려할 때 265mm의 최대 지름 및 223.7Wh/L의 에너지 밀도를 가지며, 최대 방전율이 예를 들면 4C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 여덟 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 어셈블링된 배터리의 구조는 도 9에 도시된 일곱 번째 배열 형태의 그것과 상당부분 동일한데, 그 차이는 다음과 같다: 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1A)의 외측벽(4A) 및 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1B)의 내측벽(5B)은 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결되어 고정된다; 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1B)의 외측벽(4B) 및 환상형 리튬-이온 전력 단위 셀(1C)의 내측벽(5C)은 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결되어 고정된다. 본 어셈블링된 배터리는 외부 방열 핀을 고려할 때, 265mm의 최대 지름 및 223.7Wh/L의 에너지 밀도를 가지며, 최대 방전율이 예를 들면 4C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다.
특히, 도 11은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 아홉 번째 배열 형태의 리튬-이온 어셈블링된 전력 배터리를 도식적으로 나타낸다. 본 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리 또한 다음과 같은 순서(안쪽에서 바깥쪽으로)로 서로 수용된 세 개의 단위 셀을 포함한다: 100mm의 지름, 180mm의 높이, 100Ah의 용량 및 25mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 고체 단위 셀(1A); 100mm의 안쪽지름, 170mm의 바깥지름, 200Ah의 용량 및 17.5mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 환상형 단위 셀(1B); 및 170mm의 안쪽지름, 236mm의 바깥지름, 300Ah의 용량 및 16.5mm의 최대 열 전도 거리를 갖는 환상형 단위 셀(1C). 도 11에 도시된 바와 같이, 고체 단위 셀(1A)의 외측벽은 환상형 단위 셀(1B)의 내측벽과 일치하여 두 개의 단위 셀은 공통 측벽을 공유한다; 환상형 단위 셀(1B)의 외측벽은 환상형 단위 셀(1C)의 내측벽과 일치하여 두 개의 단위 셀은 공통 측벽을 공유한다; 환상형 단위 셀(1C)의 외측벽에는 방열 핀이 제공되지 않는다. 본 어셈블링된 배터리는 282.1Wh/L의 에너지 밀도를 가지며, 최대 방전율이 예를 들면 1C보다 크지 않은 환경에 활용될 수 있다. 본 기술분야에 속하는 당업자는 이와 같은 특별한 배열 형태로 어셈블링된 배터리가 제조될 때, 가장 안쪽에 수용된 고체 단위 셀(1A)이 대응하는 크기의 환상형 단위 셀로 대체될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 가장 바깥쪽 및/또는 가장 안쪽 환상형 단위 셀의 측벽에 방열 핀이 제공될 수도 있다.
어셈블링된 배터리의 이러한 특별한 배열 형태에 대하여, 각 단위 셀 그 자체에 대한 제조 과정은 일반적으로 전술한 과정과 동일하나, 단위 셀의 제조는 단위 셀의 수용과 함께 수행될 수도 있다. 도 12는 본 특별한 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리의 제조 및 결합에 대한 분해 사시도를 나타낸다. 어셈블링된 배터리는 안쪽에서 바깥쪽으로 서로 포개져서 수용되는 세 개의 단위 셀(1A, 1B, 1C)를 포함하는데, 가장 안쪽의 단위 셀(1A)은 고체 단위 셀이다. 고체 단위 셀(1A)을 제조하면서, 그 고체 코어(6A)가 우선적으로 생산되지만, 고체 코어는 표피(4A)의 내부에 위치하지 않으며, 상부 및 하부 덮개 판에 맞추어진다. 이와 유사하게, 환상형 단위 셀(1B 또는 1C)의 제조 시에, 내측벽과 함께 코어(6B 또는 6C)를 형성하기 위하여 양의 전극 시트, 음의 전극 시트 및 격리판이 속이 빈 원통 감개 샤프트(5B 또는 5C)에 감겨지지만, 코어는 대응하는 표피(4B 또는 4C)의 내부에 위치하지 않으며 상부 및 하부 덮개 판에 맞추어진다. 본 기술분야의 당업자라면 가장 안쪽에 수용된 고체 단위 셀(1A)이 환상형 단위 셀로 교체되면, 이는 환상형 단위 셀(1B 또는 1C)과 동일한 방법으로 생산될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상의 단위 셀의 제조 순서에는 제한이 없다는 것에 유의하여야 한다; 대신에, 이러한 단위 셀들은 어떠한 순서로 생산될 수 있다. 이 후에, 고체 코어(6A), 내측벽(5B)과 코어(6B) 및 내측벽(5C)과 코어(6C)는 어떠한 순서로 위치하고, 환상형 단위 셀(1C)의 표피(4C)에 포개어져 수용되는 방식으로 위치할 수 있으며, 각각의 단위 셀의 상부 및 하부 덮개 판(7A 내지 7C, 8A 내지 8C)에 각각 맞추어져서, 도 11에 도시된 어셈블링된 배터리가 획득된다(표피(4C)에 제공된 부가적인 방열 핀 제외). 다시 말해, 이러한 어셈블링된 배터리의 제조 과정에서, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 안쪽 단위 셀이 생산될 때, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 바깥쪽 단위 셀의 내측벽이 안쪽 단위 셀의 외측벽/표피의 역할을 하며, 이러한 과정과 동시에 두 개의 인접한 단위 셀을 포개는 것은 두 개의 인접한 단위 셀이 공통 측벽을 공유함으로써 구현된다.
전술한 제조 방법의 변형에 따라, 단위 셀의 제조는 단위 셀을 포개는 것과 동시에 수행된다; 그러나, 복수 개의 단위 셀은 생산되어, 복수 개의 포개진 단위 셀의 위치 관계에 따라 안쪽에서 바깥쪽으로 연속으로 포개어진다. 도 12에 도시된 어셈블링된 배터리를 계속하여 예를 들어 설명하면, 가장 안쪽의 고체 단위 셀(1A)을 형성하기 위하여, 우선적으로 가장 안쪽의 단위 셀 코어(6A)는 제조되어 상부 및 하부 덮개 판(7A 및 8A)뿐만 아니라 표피(4A)에도 맞추어진다(또는 대신에, 가장 안쪽의 환상형 단위 셀을 형성하기 위하여, 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감아서 가장 안쪽의 단위 셀 코어가 형성되고, 표피, 상부 덮개 판 및 하부 덮개 판에 맞추어진다); 그 이후에, 가장 안쪽의 단위 셀(1A)의 바깥쪽에 있는 또 다른 단위 셀(1B)을 형성하기 위하여, 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판, 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 표피(4A)에 감아서 또 다른 단위 셀 코어(6B)가 형성되고, 또 다른 표피(4B), 상부 덮개 판(7B) 및 하부 덮개 판(8B)에 맞추어진다; 이상의 절차는 가장 바깥쪽의 단위 셀(1C)를 형성하기 위하여 가장 바깥쪽의 단위 셀 코어(6C)가 생산되어, 표피(4C), 상부 덮개 판(7C) 및 하부 덮개 판(8C)에 맞추어질 때까지 반복된다. 본 절차와 동시에, 복수 개의 단위 셀을 포개는 것이 수행된다. 전술한 절차에서, 이후의 단위 셀의 코어를 생산하기 위하여 샤프트를 감을 때 이전에 생산된 단위 셀의 표피를 이용함으로써 생산량의 증가뿐만 아니라 연속 생산이 성취될 수 있다. 또한, 모든 단위 셀의 코어가 생산되고 각각의 표피에 맞추어진 이후에, 모든 단위 셀에 대한 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 것이 동시에 수행될 수도 있음에 유의하여야 한다.
상기 특별한 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리의 제조 방법 및 그 변형에 따라, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀에 의하여 공유된 공통 측벽이 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결된 두 개의 표피 벽을 포함하는 이중 벽 구조인 경우, 제조를 단순화하는 장점은 유지되면서 각 단위 셀간의 방열이 더욱 향상될 수 있다. 도 12와 유사한 도 13은 그러한 제조 및 결합 과정을 나타낸다. 도 13과 도 12간의 차이점은 단순히 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀에 의하여 공유된 공통 측벽이 이중 벽 구조로 대체되었다는 것과, 가장 안쪽에 포개진 고체 셀(1A)이 환상형 셀(1A)로 대체되었다는 것에 있다. 도 6에 도시된 네 번째 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리는 도 13에 도시된 제조 및 결합 과정에 따라 신속하게 생산될 수 있다.
전술한 첫 번째 내지 세 번째, 여섯 번째 및 일곱 번째 배열 형태의 어셈블링된 배터리를 생산할 때, 어셈블링된 배터리에 포함된 세 개의 단위 셀들은 서로 분리 가능하도록 포개지고 결합된다. 이에 따라, 매우 유연한 구조가 제공되며, 어셈블링된 배터리에 포개진 단위 셀들의 수는 필요에 따라 증가하거나 감소될 수 있어 서로 다른 용량의 어셈블링된 배터리를 제공할 수 있게 된다. 예를 들면, 도전체의 연결 부분인 전극 포스트(3)로 단위 셀 1A 및 1C를 연결함으로써 400Ah의 용량을 가진 어셈블링된 배터리가 얻어질 수 있다. 또한, 도전체의 연결 부분인 전극 포스트(3)를 통한 전기적 연결뿐만 아니라, 세 개의 단위 셀은 어셈블링된 배터리의 기계적인 안정성을 향상시키기 위하여 종래 기술로 알려진 다른 적절한 수단이 부가적으로 이용되어 기계적으로 연결될 수도 있다. 예를 들어, 운반 및 전체 어셈블링된 배터리의 설치를 용이하게 하기 위하여 본 어셈블링된 배터리를 수용하는 용기가 어셈블링된 배터리의 외부에 추가적으로 배치될 수 있다.
전술한 네 번째, 다섯 번째, 여덟 번째 및 아홉 번째 배열 형태의 어셈블링된 배터리를 생산할 때, 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀들은 단일 측벽 또는 이중 측벽을 공유하는데, 이는 제조 과정을 단순화할 뿐만 아니라, 어셈블링된 배터리의 기계적인 강도를 향상시켜, 전체 어셈블링된 배터리의 구조를 보다 견고하게 할 수 있게 한다. 특히, 방열 핀을 통하여 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀의 내측벽 및 외측벽을 일체형으로 연결하여 고정시킴으로써 형성된 이중 벽 구조로 인하여, 두 개의 인접한 단위 셀 사이의 열 전달이 더욱 향상된다. 또한, 두 개의 인접한 단위 셀이 단일 측벽을 공유하는 경우, 단일 측벽에 방열 홀을 제공함으로써 단위 셀간의 방열이 향상될 수 있게 된다.
또한, 비교 배열 형태에 따른 환상형 단위 셀과 비교하여 전술한 본 발명에 따른 방법으로 생산되는 다양한 배열 형태의 어셈블링된 배터리의 에너지 밀도는 크게 향상된다. 더욱이, 전체 어셈블링된 배터리의 방열 성능이 어셈블링된 배터리에 포함된 각 단위 셀의 방열 성능에 따라 달라지기 때문에, 단위 셀들의 최대 두께 및/또는 각 단위 셀간의 간격을 적절히 조절하거나 방열 핀을 제공함으로써 어셈블링된 배터리의 방열 성능이 보장될 수 있다.
이상과 같이 구체적인 실시예에 대하여 본 발명이 상세하게 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그에 한정되지 않고, 다양한 변경, 치환 및 변형이 본 발명의 보호 범위에 포함되는 발명의 개시에 대한 교시에 따라 본 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 유추될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 방법에 따라, 복수 개의 환상형 단위 셀들은 서로 다른 높이, 서로 다른 최대 두께, 서로 다른 형태 등을 가질 수 있다. 또한, 인접한 단위 셀간의 간격뿐만 아니라 환상형 단위 셀의 최대 두께는 에너지 밀도 및 방열 성능간의 적절한 균형을 얻기 위하여 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다. 어셈블링된 배터리에 포함되어 수용된 단위 셀들의 수 또한 이상의 실시예에서 설명한 바와 같이 세 개로 제한되지 않으며, 필요에 따라 두 개, 네 개 또는 그 이상이 될 수도 있다; 어셈블링된 배터리에 포함된 다양한 단위 셀의 용량은 이상의 실시예의 구체적인 값에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양한 용량을 가진 단위 셀들이 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법으로 생산되는 전술한 다양한 배열 형태에 따른 어셈블링된 배터리에 적용될 수 있는 방전율은 전술한 실시예의 구체적인 값으로 한정되지 않으며, 어셈블링된 배터리는 실제 조건에 따라 서로 다른 방전율을 필요로 하는 다양한 환경에 활용될 수도 있다. 전술한 실시예에서, 어셈블링된 배터리에 포함된 단위 셀들은 어셈블링된 배터리의 용량을 증가시키기 위하여 전기적으로 병렬로 서로 연결된다; 그러나, 어셈블링된 배터리의 전압을 증가시키기 위하여 각 단위 셀을 전기적으로 직렬로 연결할 수도 있다. 또한, 본 발명의 방법으로 어셈블링된 배터리를 생산할 때, 방열 핀의 정렬은 전술한 실시예의 그것으로 한정되지 않는다; 대신에, 방열 핀은 실제의 조건 및 구체적인 응용에 따른 필요에 따라 하나 또는 그 이상의 단위 셀의 어느 선택된 내측벽 및/또는 외측벽의 표면의 전체 또는 부분에 배치될 수 있다. 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구항에 의하여 구체적으로 나타난다.

Claims (22)

  1. (a) 복수 개의 단위 셀을 생산하는 단계;
    (b) 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되도록 상기 복수 개의 단위 셀을 정렬하는 단계; 및
    (c) 상기 복수 개의 단위 셀을 적기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결하는 단계를 포함하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 관통홀을 각각 구비하는 복수 개의 환상형 단위 셀을 생산하는 단계를 포함하는데, 각 환상형 단위 셀은 상기 관통홀을 형성하는 내측벽, 상기 환상형 단위 셀의 외부 둘레를 형성하는 외측벽, 및 상기 내측벽과 상기 외측벽 사이의 코어를 포함하고; 상기 (b) 단계는 하나의 환상형 단위 셀이 다른 하나의 환상형 단위 셀의 관통홀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되도록 상기 복수 개의 환상형 단위 셀을 정렬하는 단계를 포함하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 고체 단위 셀 및 관통홀을 각각 구비하는 하나 또는 그 이상의 환상형 단위 셀을 생산하는 단계를 포함하는데, 상기 고체 단위 셀은 코어 및 상기 고체 단위 셀의 외부 둘레를 형성하는 외측벽을 포함하고, 각 환상형 단위 셀은 상기 관통홀을 형성하는 내측벽, 상기 환상형 단위 셀의 외부 둘레를 형성하는 외측벽, 및 상기 내측벽과 상기 외측벽 사이의 코어를 포함하고; 상기 (b) 단계는 하나의 단위 셀이 다른 하나의 단위 셀의 관통홀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되도록 상기 고체 단위 셀과 상기 하나 또는 그 이상의 환상형 단위 셀들을 정렬하는 단계를 포함하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 각 환상형 단위 셀을 생산하기 위하여,
    (a1) 상기 환상형 단위 셀의 코어를 형성하기 위하여 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감고, 상기 원통 감개 샤프트로 상기 환상형 단위 셀의 내측벽을 형성하는 단계;
    (a2) 상기 코어가 표피에 접촉되도록 상기 내측벽에 배치하고, 상기 표피로 상기 환상형 단위 셀의 외측벽을 형성하는 단계; 및
    (a3) 상기 환상형 단위 셀의 코어를 밀봉하는 방식으로 상부 덮개 판, 하부 덮개 판 및 상기 환상형 단위 셀의 상기 내측벽, 상기 외측벽을 결합하는 단계를 포함하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 각 환상형 단위 셀을 생산하기 위하여,
    (a1) 상기 환상형 단위 셀의 코어를 형성하기 위하여 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감고, 상기 원통 감개 샤프트로 상기 환상형 단위 셀의 내측벽을 형성하는 단계;
    (a2) 상기 코어가 표피에 접촉되도록 상기 내측벽에 배치하고, 상기 표피로 상기 환상형 단위 셀의 외측벽을 형성하는 단계; 및
    (a3) 상기 환상형 단위 셀의 코어를 밀봉하는 방식으로 상부 덮개 판, 하부 덮개 판 및 상기 환상형 단위 셀의 상기 내측벽, 상기 외측벽을 결합하는 단계를 포함하는데,
    상기 (a) 단계는 상기 고체 단위 셀을 생성하기 위하여,
    (a1') 상기 고체 단위 셀의 코어를 생성하는 단계;
    (a2') 상기 고체 단위 셀을 표피에 배치하고, 상기 표피로 상기 고체 단위 셀의 외측벽을 형성하는 단계; 및
    (a3') 상기 고체 단위 셀의 코어를 밀봉하는 방식으로 상부 덮개 판, 하부 덮개 판 및 상기 고체 단위 셀의 외측벽을 결합하는 단계를 더 포함하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    슬러리로 코팅되지 않은 내부 말단 집전 장치 부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 표면에 직접 접촉하는 양의 전극 시트 또는 음의 전극 시트의 가장 안쪽 말단에 남겨지고, 상기 내부 말단 집전 장치 부분의 적어도 일부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 표면에 용접되는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 남겨진 내부 말단 집전 장치 부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 표면에 적어도 일 회전 이상 감기는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    슬러리로 코팅되지 않은 외부 말단 집전 장치 부분은 상기 속이 빈 원통 감개 샤프트의 가장 바깥쪽에 감기는 양의 전극 시트 또는 음의 전극 시트의 가장 바깥쪽 말단에 남겨지고, 상기 외부 말단 집전 장치 부분은 상기 표피에 직접 접촉하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  9. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 바깥쪽 단위 셀의 내측벽은 상기 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀 중 안쪽 단위 셀의 외측벽의 역할을 하여, 상기 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀이 공통 측벽을 공유하도록 하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 두 개의 인접하여 포개진 단위 셀에 의하여 공유된 상기 공통 측벽은 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결된 두 개의 표피 벽을 포함하는 이중 벽 구조의 형태를 갖는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 가장 안쪽의 단위 셀 코어를 형성하도록 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감는 단계; 상기 가장 안쪽의 단위 셀 코어의 바깥쪽에 포개진 또 다른 단위 셀 코어를 형성하도록 슬러리로 코팅된 또 다른 양의 전극 시트, 또 다른 격리판 및 슬러리로 코팅된 또 다른 음의 전극 시트를 상기 가장 안쪽의 단위 셀 코어의 표피를 형성하는 또 다른 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감는 단계; 직전에 형성된 단위 셀 코어의 바깥 쪽에 포개진 추가적인 단위 셀 코어를 형성하기 위하여, 슬러리로 코팅된 추가적인 양의 전극 시트, 추가적인 격리판, 및 상기 직전에 형성된 단위 셀 코어의 쉘을 형성하는 속이 빈 슬러리로 코팅된 추가적인 음의 전극 시트를 추가적인 원통 감개 샤프트의 주위에 감는 단계; 및 가장 바깥쪽의 단위 셀 코어가 형성될 때까지 이러한 단계를 반복하는 단계; 상기 모든 단위 셀 코어를 각각의 속이 빈 원통 감개 샤프트, 및 가장 바깥쪽의 단위 셀 코어의 표피에 포개지는 형태로 결합하는 단계, 및 상기 단위 셀 코어를 각각의 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계와 함께 수행되는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 가장 안쪽의 고체 단위 셀의 코어를 생산하는 단계; 가장 안쪽의 고체 단위 셀 코어의 바깥쪽에 포개진 또 다른 단위 셀 코어를 형성하기 위하여 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 가장 안쪽의 고체 단위 셀 코어의 표피를 형성하는 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감는 단계; 직전에 형성된 단위 셀 코어의 바깥 쪽에 포개진 추가적인 단위 셀 코어를 형성하기 위하여, 슬러리로 코팅된 추가적인 양의 전극 시트, 추가적인 격리판, 및 상기 직전에 형성된 단위 셀 코어의 쉘을 형성하는 속이 빈 슬러리로 코팅된 추가적인 음의 전극 시트를 추가적인 원통 감개 샤프트의 주위에 감는 단계; 및 가장 바깥쪽의 단위 셀 코어가 형성될 때까지 이러한 단계를 반복하는 단계; 상기 모든 단위 셀 코어를 각각의 속이 빈 원통 감개 샤프트, 및 가장 바깥쪽의 단위 셀 코어의 표피에 포개지는 형태로 결합하는 단계, 및 상기 단위 셀 코어를 각각의 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계와 함께 수행되는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  13. 제 2항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 가장 안쪽의 단위 셀의 코어를 형성하도록 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 속이 빈 원통 감개 샤프트에 감고, 가장 안쪽 단위 셀을 형성하도록 상기 코어를 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계; 또 다른 단위 셀의 코어를 형성하도록 슬러리로 코팅된 또 다른 양의 전극 시트, 또 다른 격리판 및 슬러리로 코팅된 또 다른 음의 전극 시트를 상기 표피에 감고, 가장 안쪽 단위 셀의 바깥쪽에 포개진 또 다른 단위 셀을 형성하도록 상기 또 다른 단위 셀의 코어를 또 다른 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계; 직전에 형성된 단위 셀 코어의 바깥 쪽에 포개진 추가적인 단위 셀 코어를 형성하기 위하여, 슬러리로 코팅된 추가적인 양의 전극 시트, 추가적인 격리판, 및 상기 직전에 형성된 단위 셀 코어의 쉘을 형성하는 속이 빈 슬러리로 코팅된 추가적인 음의 전극 시트를 추가적인 원통 감개 샤프트의 주위에 감고, 상기 추가적인 단위 셀의 코어를 쉘과 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계; 및 가장 바깥쪽의 단위 셀의 코어가 형성될 때까지 이러한 단계를 반복하고, 가장 바깥쪽의 단위 셀을 형성하기 위하여 상기 가장 바깥쪽의 단위 셀의 코어를 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추며, 이에 따라 상기 복수 개의 단위 셀이 포개지도록 하는 단계와 함께 수행되는데, 상기 복수 개의 단위 셀들은 상기 복수 개의 포개진 단위 셀의 위치 관계에 따라 안쪽에서 바깥쪽으로 연속으로 생산되어 포개지는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  14. 제 3항에 있어서,
    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 가장 안쪽의 고체 단위 셀의 코어를 생산하고, 가장 안쪽의 고체 단위 셀을 형성하기 위하여 상기 코어를 표피 및 상부 및 하부 덮개 플레이트에 맞추는 단계; 또 다른 단위 셀의코어를 형성하기 위하여 슬러리로 코팅된 양의 전극 시트, 격리판 및 슬러리로 코팅된 음의 전극 시트를 감개 샤프트로서의 역할을 하는 표피에 감고, 상기 가장 안쪽의 단위 셀의 바깥쪽에 포개진 상기 또 다른 단위 셀을 형성하기 위하여 상기 또 다른 단위 셀의 코어를 또 다른 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계; 직전에 형성된 단위 셀 코어의 바깥 쪽에 포개진 추가적인 단위 셀 코어를 형성하기 위하여, 슬러리로 코팅된 추가적인 양의 전극 시트, 추가적인 격리판, 및 상기 직전에 형성된 단위 셀 코어의 쉘을 형성하는 속이 빈 슬러리로 코팅된 추가적인 음의 전극 시트를 추가적인 원통 감개 샤프트의 주위에 감고, 상기 추가적인 단위 셀의 코어를 쉘과 상부 및 하부 덮개 판에 맞추는 단계; 및 가장 바깥쪽의 단위 셀의 코어가 형성될 때까지 이러한 단계를 반복하고, 상기 가장 바깥쪽의 단위 셀을 형성하기 위하여 상기 가장 바깥쪽의 단위 셀의 코어를 표피 및 상부 및 하부 덮개 판에 맞추며, 이에 따라 상기 복수 개의 단위 셀이 포개지도록 하는 단계와 함께 수행되는데, 상기 복수 개의 단위 셀들은 상기 복수 개의 포개진 단위 셀의 위치 관계에 따라 안쪽에서 바깥쪽으로 연속으로 생산되어 포개지는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  15. 제 11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표피는 두 개의 표피 벽을 포함하는 이중 벽 구조로서의 역할을 하고, 상기 두 개의 표피 벽은 방열 핀을 통하여 일체형으로 연결되는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  16. 제 2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 각 환상형 단위 셀 각각의 코어의 최대 두께는 35mm보다 작거나 동일하게 형성되는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  17. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 두 개의 인접한 단위 셀간의 간격은 5mm보다 크거나 동일하게 형성되는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  18. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 복수 개의 단위 셀 중 적어도 하나의 내측벽 또는 외측벽에 방열 핀을 제공하는 단계, 또는 상기 복수의 단위 셀들 중 적어도 하나의 내측벽 및 외측벽에 방열 핀들을 제공하는 단계를 더 포함하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  19. 제 2항에 있어서,
    상기 환상형 단위 셀은 속이 빈 원통이거나 속이 빈 각기둥이며, 상기 환상형 단위 셀의 관통홀의 중심 선은 상기 환상형 단위 셀의 기하학적 중심 선과 일치하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  20. 제 3항에 있어서,
    상기 환상형 단위 셀은 속이 빈 원통이거나 속이 빈 각기둥이고, 상기 고체 단위 셀은 대응하는 고체 원통이거나 대응하는 고체 각기둥이며, 상기 환상형 단위 셀의 관통홀의 중심 선은 상기 환상형 단위 셀의 기하학적 중심 선과 일치하는 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  21. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단위 셀은 리튬-이온 셀인 어셈블링된 배터리를 생산하는 방법.
  22. 제 1항에 따른 방법에 의하여 생산되는 어셈블링된 배터리로서, 전기적으로 병렬 또는 직렬로 서로 연결되는 복수 개의 단위 셀을 포함하며, 하나의 단위 셀이 다른 단위 셀의 안쪽에 포개진 형식으로 배치되어 정렬되는 어셈블링된 배터리.
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