KR101327770B1 - 배터리 셀 - Google Patents

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Abstract

배터리 셀은 복수매가 적층 되며 양극 탭이 상호 마주하게 배치된 양극판들; 상기 양극판들 사이에 개재되며 음극 탭이 상호 마주하게 배치된 음극판들; 상기 양극판 및 음극판들 사이에 개재된 분리막; 상기 양극 탭들을 관통하는 제1 리벳 및 상기 음극 탭들을 관통하는 제2 리벳을 포함하는 리벳; 및 상기 양극 탭들의 측면 및 상기 제1 리벳, 상기 음극 탭들의 측면 및 상기 제2 리벳을 각각 개별적으로 감싸는 그리드 커버를 포함하며, 상기 각 그리드 커버는 적어도 2 개로 분리된 커버 부재들을 상호 결합하여 형성된다.

Description

배터리 셀{BATTERY CELL}
본 발명은 배터리 셀에 관한 것이다.
일반적으로, 전기를 저장하는 배터리 팩(battery pack)은 복수개의 배터리 셀(battery cell)을 직/병렬 연결하여 구성되며, 배터리 팩은 노트북 등과 같은 휴대용 배터리에 널리 사용되고 있으나, 최근 전기 자동차의 모터를 구동하기 위한 주전원으로도 사용되고 있다.
배터리 팩을 이루는 배터리 셀은 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막을 포함하며, 양극판 및 음극판은 상호 교대로 배치된다.
양극판과 음극판에서 각각 양극 단자 탭 및 각 음극 단자 탭들은 초음파 융착 또는 리벳팅과 같은 전기적, 물리적 결합에 의하여 연결된다.
또한, 교대로 배치된 양극판, 음극판 및 분리막은 금속 외장재 등에 의하여 포장된다.
양극판 및 음극판에 연결되는 각각의 단자 탭은 초음파 융착 또는 리벳팅 방법으로 인해 연결부위가 돌출되어 알루미늄 파우치 필름 등 포장재를 손상시킬 우려가 있으며, 연결부위의 금속이 포장재와 직접적으로 접촉되어 전기적인 절연이 취약할 수 있는 문제점을 갖는다.
본 발명은 양극 탭들 및 음극 탭들을 연결하는 부위에 의한 외장재의 손상을 방지 또는 억제하며, 도전성인 외장재와의 전기적 절연성을 향상시킨 그리드 커버를 갖는 배터리 셀을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 리벳을 감싸는 그리드 커버를 자동화 설비에서 조립할 수 있는 배터리 셀을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 배터리 셀은 복수매가 적층 되며 양극 탭이 상호 마주하게 배치된 양극판들; 상기 양극판들 사이에 개재되며 음극 탭이 상호 마주하게 배치된 음극판들; 상기 양극판 및 음극판들 사이에 개재된 분리막; 상기 양극 탭들을 관통하는 제1 리벳 및 상기 음극 탭들을 관통하는 제2 리벳을 포함하는 리벳; 및 상기 양극 탭들의 측면 및 상기 제1 리벳, 상기 음극 탭들의 측면 및 상기 제2 리벳을 각각 개별적으로 감싸는 그리드 커버를 포함하며, 상기 각 그리드 커버는 적어도 2 개로 분리된 커버 부재들을 상호 결합하여 형성된다.
배터리 셀의 상기 커버 부재들은 상호 초음파 융착에 의하여 상호 접합 된다.
배터리 셀의 상기 커버 부재들은 상호 열 융착에 의하여 상호 접합 된다.
배터리 셀의 상기 커버 부재는 상기 양극 탭들의 측면의 일부를 감싸는 제1 커버 부재, 상기 양극 탭들의 상기 측면의 나머지를 감싸는 제2 커버 부재, 상기 음극 탭들의 측면의 일부를 감싸는 제3 커버 부재 및 상기 음극 탭들의 상기 측면의 나머지를 감싸는 제4 커버 부재를 포함한다.
배터리 셀의 상기 제1 및 제3 커버 부재들에는 결합 돌기가 형성되고, 상기 제2 및 제4 커버 부재들에는 상기 결합 돌기와 결합 되는 결합홈이 형성된다.
배터리 셀의 상기 결합 돌기 및 상기 결합홈은 상호 초음파 융착 및 열 융착 중 어느 하나에 의하여 상호 접합 된다.
배터리 셀은 상기 양극 탭에 결합 된 제1 외부 접속 단자 및 상기 음극 탭에 결합 된 제2 외부 접속 단자를 포함하는 외부 접속 단자; 및 상기 양극판들, 상기 음극판들 및 상기 그리드 커버를 감싸는 외장재를 더 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 셀에 의하면, 양극판 및 음극판을 결합하는 리벳을 초음파 융착 또는 열 융착에 의하여 조립되는 커버 부재들을 포함하는 그리드 커버를 이용하여 감싸 리벳에 의한 외장재의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 리벳을 감싸 외장재의 손상을 방지하는 그리드 커버는 자동화 공정에 의하여 양극 탭 및 음극 탭에 결합 될 수 있기 때문에 생산성을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 외관 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 양극판, 음극판 및 분리막을 도시한 평면도이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 양극판, 음극판, 리벳 및 그리드 커버를 분해 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 6의 'A' 부분 확대도이다.
도 8은 양극 탭, 제1 리벳 및 그리드 커버의 분해 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 외관 사시도이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 양극판, 음극판 및 분리막을 도시한 평면도이다. 도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 셀의 양극판, 음극판, 리벳 및 그리드 커버를 분해 도시한 분해 사시도이다. 도 6은 도 5의 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 7은 도 6의 'A' 부분 확대도이다. 도 8은 양극 탭, 제1 리벳 및 그리드 커버의 분해 단면도이다.
도 1 내지 도 8들을 참조하면, 배터리 팩(battery pack)을 이루는 배터리 셀(100)은 양극판(110), 음극판(120), 분리막(130), 외부 접속 단자(140), 리벳(150), 그리드 커버(160) 및 외장재(170)를 포함한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에서, 양극판(110)은 얇은 두께를 갖고 양극 활물질이 표면에 형성된 금속판을 포함한다. 양극판(110)은, 예를 들어, 직육면체 플레이트 형상으로 형성될 수 있다.
양극판(110)의 일측 테두리로부터는 양극판(110)에 양극성을 갖는 전원을 제공하기 위한 양극 탭(115)이 돌출된다. 양극 탭(115)에는 후술 될 리벳(150)이 관통하기 위한 관통홀(117)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 관통홀(117)은 적어도 하나가 양극판(110)의 양극 탭(115)에 형성될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 음극판(120)은 얇은 두께를 갖고 음극 활물질이 표면에 형성된 금속판을 포함한다. 음극판(120)은, 예를 들어, 직육면체 플레이트 형상으로 형성될 수 있고, 음극판(120)은 양극판(120)과 동일한 형상 및 동일한 사이즈로 형성될 수 있다.
음극판(110)의 일측 테두리로부터는 음극판(120)에 제2 극성을 갖는 전원을 제공하기 위한 음극 탭(125)가 돌출된다. 음극 탭(125)에는 후술 될 리벳(150)이 관통하기 위한 관통홀(127)이 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 양극판(110)은 복수매가 적층된 형상으로 배치되며, 복수매가 적층된 양극판(110)들의 각 양극 탭(115)들은 상호 마주하게 배치된다.
음극판(120)은 마주하는 양극판(110)들의 사이에 개재되며, 양극판(110)들의 사이에 개재된 음극판(120)들의 음극 탭(125)들은 상호 마주하게 배치된다. 즉, 양극판(110) 및 음극판(120)은 교대로 배치된다.
분리막(130)은 교대로 배치된 양극판(110) 및 음극판(120)의 사이에 배치되며, 분리막(130)의 표면에는 고체 전해질이 코팅되어 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 외부 접속 단자(140)는 제1 외부 접속 단자(142) 및 제2 외부 접속 단자(144)를 포함한다.
제1 외부 접속 단자(142)는 양극 탭(115)들 중 가장 바깥쪽 양극 탭(115)에 접속되며 제1 외부 접속 단자(142)에도 양극 탭(115)의 관통홀(117)과 대응하는 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
제2 외부 접속 단자(144)는 음극 탭(125)들 중 가장 바깥쪽 음극 탭(125)에 접속되며 제2 외부 접속 단자(144)에도 음극 탭(125)의 관통홀(127)과 대응하는 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다.
외부 접속 단자(140)는 복수개의 배터리 셀(100)들을 전기적으로 병렬 방식으로 연결하여 배터리 팩을 형성하기 위해 양극 탭(115) 및 음극 탭(125)에 각각 전기적으로 접속된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 양극판(110)들의 사이에는 분리막(130) 및 음극판(120)이 개재되어 있기 때문에 양극판(110)들은 상호 이격 되고 이로 인해 양극판(110)들의 양극 탭(115)들 역시 상호 이격 되어 있다.
리벳(150)은 상호 이격 된 양극판(110)들의 양극 탭(115)들을 상호 전기적/기계적으로 연결한다.
아하, 양극 탭(115)들을 전기적/기계적으로 연결하는 리벳(150)은 제1 리벳(152)으로서 정의되며, 제1 리벳(152)은 양극판(110)의 양극 탭(115)들의 관통홀(117)을 순차적으로 관통하면서 양극 탭(115)들을 전기적/기계적으로 연결한다.
따라서, 적층된 복수개의 양극판(110)들은 제1 리벳(152)에 의하여 모두 전기적으로 연결된다. 본 발명의 일실시예에서, 제1 리벳(152)은 적어도 하나, 바람직하게 적어도 2 개가 양극판(110)의 양극 탭(115)들에 결합 될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 음극판(110)들의 사이에는 분리막(130) 및 양극판(110)이 개재되어 있기 때문에 음극판(120)들은 상호 이격 되고 이로 인해 음극판(120)들의 음극 탭(125)들 역시 상호 이격 되어 있다.
리벳(150)은 상호 이격 된 음극판(120)들의 음극 탭(125)들을 상호 전기적/기계적으로 연결한다.
아하, 음극 탭(125)들을 전기적/기계적으로 연결하는 리벳(150)은 제2 리벳(154)으로서 정의되며, 제2 리벳(154)은 음극판(120)의 음극 탭(125)들의 관통홀(127)을 순차적으로 관통하면서 음극 탭(125)들을 전기적/기계적으로 연결한다.
따라서, 적층된 복수개의 음극판(120)들은 제2 리벳(154)에 의하여 모두 전기적으로 연결된다. 본 발명의 일실시예에서, 제2 리벳(154)은 적어도 하나, 바람직하게 적어도 2 개가가 음극판(120)의 음극 탭(125)들에 결합 될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 양극판(110)의 양극 탭(115)를 연결하는 제1 리벳(152)의 길이는 상호 마주하게 배치된 모든 양극 탭(115)들의 전체 두께보다 길게 형성된다.
또한, 음극판(120)의 음극 탭(125)들을 연결하는 제2 리벳(154)의 길이는 상호 마주하게 배치된 모든 음극 탭(125)들의 전체 두께보다 길게 형성된다.
이는 제1 및 제2 리벳(152,154)들의 길이가 양극 탭(115)들 및 음극 탭(125)들의 전체 두께보다 짧을 경우, 양극 탭(115) 및 음극 탭(125)들 중 일부가 제1 및 제2 리벳(152,154)들과 전기적/기계적으로 연결되지 않기 때문이다.
이와 같이 제1 및 제2 리벳(152,154)들의 길이가 양극 탭(115) 및 음극 탭(125)들의 전체 두께보다 길게 형성될 경우, 제1 및 제2 리벳(152,154)들의 단부는 양극 탭(115) 및 음극 탭(125)들의 바깥쪽으로 돌출되고, 돌출된 제1 및 제2 리벳(152,154)들의 단부는 얇은 두께를 갖는 외장재(170)를 관통하거나 외장재(170)를 손상시킬 수 있다.
도 5 및 도 8을 참조하면, 그리드 커버(160)는 양극 탭(115)들의 측면 및 제1 리벳(152), 음극 탭(125)들의 측면 및 제2 리벳(154)을 감싼다.
본 발명의 일실시예에서, 그리드 커버(160)는 양극 탭(115)들의 측면 및 제1 리벳(152)을 감싸는 적어도 2 개의 커버 부재(161,162)들 및 음극 탭(125)들의 측면 및 제2 리벳(154)을 감싸는 적어도 2 개의 커버 부재(166,167)들을 포함한다.
이하, 양극 탭(115)들의 측면 및 제1 리벳(152)을 감싸는 적어도 2 개의 커버 부재(161,162)들을 각각 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)로서 정의하기로 한다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)는 열 가소성 합성수지를 이용한 사출 성형에 의하여 제조될 수 있다.
제1 커버 부재(161)는 양극 탭(115)의 측면의 일부 또는 제1 리벳(152)을 감싸는 형상으로 형성되며, 제2 커버 부재(162)는 양극 탭(115)의 측면의 나머지 또는 제1 리벳(152)을 감싸는 형상으로 형성된다.
제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)에 의하여 양극 탭(115)의 측면 및 제1 리벳(152)은 완전히 감싸여 진다.
한편, 사출물인 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)는 상호 결합 되는데, 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)는 열 융착 또는 초음파 융착에 의하여 상호 결합 된다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)를 열 융착 또는 초음파 융착에 의하여 상호 결합하는 이유는 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)를 수작업 대신 자동화 설비에서 상호 결합하기 용이하기 때문이다.
제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)의 결합을 보다 용이하고 결합력을 향상시키기 위해 제1 커버 부재(161)에는 결합 돌기(163)가 형성되고, 제2 커버 부재(162)에는 결합 돌기(163)가 끼워 맞춤 되는 결합 홈(164)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 커버 부재(161)의 결합 돌기(163)는 제2 커버 부재(162)의 결합 홈(164)에 억지끼워맞춤 방식으로 결합 될 수 있고, 결합 돌기(163)와 결합 홈(164)이 억지끼워맞춤 방식으로 결합될 경우, 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)의 열 융착 또는 초음파 융착 과정은 생략되어도 무방하다.
바람직하게, 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)의 조립 특성 및 결합 강도를 향상시키기 위해 제1 커버 부재(161)의 결합 돌기(163)가 제2 커버 부재(162)의 결합 홈(164)에 억지끼워맞춤 방식으로 결합 된 후, 제1 커버 부재(161) 및 제2 커버 부재(162)는 열 융착 또는 초음파 융착에 의하여 상호 결합 될 수 있다.
또한, 음극 탭(125)들의 측면 및 제2 리벳(154)을 감싸는 적어도 2 개의 커버 부재(166,167)들을 각각 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)로서 정의하기로 한다.
본 발명의 일실시예에서, 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)는 열 가소성 합성수지를 이용한 사출 성형에 의하여 제조될 수 있다.
제3 커버 부재(166)는 음극 탭(125)의 측면의 일부 또는 제2 리벳(154)을 감싸는 형상으로 형성되며, 제3 커버 부재(166)는 음극 탭(125)의 측면의 나머지 또는 제2 리벳(154)을 감싸는 형상으로 형성된다.
제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)에 의하여 음극 탭(125)의 측면 및 제2 리벳(154)은 완전히 감싸여 진다.
한편, 사출물인 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)는 상호 결합 되는데, 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)는 열 융착 또는 초음파 융착에 의하여 상호 결합 된다.
본 발명의 일실시예에서, 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)를 열 융착 또는 초음파 융착에 의하여 상호 결합하는 이유는 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)를 수작업 대신 자동화 설비에서 상호 결합하기 용이하기 때문이다.
제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)의 결합을 보다 용이하고 결합력을 향상시키기 위해 제3 커버 부재(166)에는 결합 돌기(168a)가 형성되고, 제4 커버 부재(167)에는 결합 돌기(168a)가 끼워 맞춤 되는 결합 홈(168b)이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 제3 커버 부재(166)의 결합 돌기(168a)는 제4 커버 부재(167)의 결합 홈(168b)에 억지끼워맞춤 방식으로 결합 될 수 있고, 결합 돌기(168a)와 결합 홈(168b)이 억지끼워맞춤 방식으로 결합될 경우, 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)의 열 융착 또는 초음파 융착 과정은 생략되어도 무방하다.
바람직하게, 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(168)의 조립 특성 및 결합 강도를 향상시키기 위해 제3 커버 부재(166)의 결합 돌기(168a)가 제4 커버 부재(167)의 결합 홈(168b)에 억지끼워맞춤 방식으로 결합 된 후, 제3 커버 부재(166) 및 제4 커버 부재(167)는 열 융착 또는 초음파 융착에 의하여 상호 결합 될 수 있다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 외장재(170)는 양극판(110), 음극판(120), 리벳(150) 및 그리드 커버(160)를 감싸며, 외부 접속 단자(140)는 외장재(170)의 외부로 돌출되며, 외부 접속 단자(140) 및 외장재(170)는 절연 부재에 의하여 상호 절연된다.
본 발명의 일실시예에서, 외장재(170)는 얇은 두께를 갖는 알루미늄 박막을 포함하지만, 외장재(170)와 마주하는 리벳(150)의 단부는 그리드 커버(160)에 의하여 감싸지기 때문에 외장재(170)는 리벳(150)에 의하여 손상되지 않는다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 양극판 및 음극판을 결합하는 리벳을 초음파 융착 또는 열 융착에 의하여 조립되는 커버 부재들을 포함하는 그리드 커버를 이용하여 감싸 리벳에 의한 외장재의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 리벳을 감싸 외장재의 손상을 방지하는 그리드 커버는 자동화 공정에 의하여 양극 탭 및 음극 탭에 결합될 수 있기 때문에 생산성을 보다 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100...배터리 셀 110...양극판
120...음극판 130...분리막
140...외부 접속 단자 150...리벳
160...그리드 커버 170...외장재

Claims (7)

  1. 복수매가 적층 되며 양극 탭이 상호 마주하게 배치된 양극판들;
    상기 양극판들 사이에 개재되며 음극 탭이 상호 마주하게 배치된 음극판들;
    상기 양극판 및 음극판들 사이에 개재된 분리막;
    상기 양극 탭들을 관통하는 제1 리벳 및 상기 음극 탭들을 관통하는 제2 리벳을 포함하는 리벳; 및
    상기 양극 탭들의 측면 및 상기 제1 리벳, 상기 음극 탭들의 측면 및 상기 제2 리벳을 각각 개별적으로 감싸는 그리드 커버를 포함하며,
    상기 각 그리드 커버는 적어도 2 개로 분리된 커버 부재들을 상호 결합하여 형성되며,
    상기 커버 부재는 상기 양극 탭들의 측면의 일부를 감싸는 제1 커버 부재, 상기 양극 탭들의 상기 측면의 나머지를 감싸는 제2 커버 부재, 상기 음극 탭들의 측면의 일부를 감싸는 제3 커버 부재 및 상기 음극 탭들의 상기 측면의 나머지를 감싸는 제4 커버 부재를 포함하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재들은 상호 초음파 융착에 의하여 상호 접합 된 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재들은 상호 열 융착에 의하여 상호 접합 된 배터리 셀.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 커버 부재들에는 결합 돌기가 형성되고, 상기 제2 및 제4 커버 부재들에는 상기 결합 돌기와 결합 되는 결합홈이 형성된 배터리 셀.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 결합 돌기 및 상기 결합홈은 상호 초음파 융착 및 열 융착 중 어느 하나에 의하여 상호 접합 된 배터리 셀.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양극 탭에 결합 된 제1 외부 접속 단자 및 상기 음극 탭에 결합 된 제2 외부 접속 단자를 포함하는 외부 접속 단자; 및
    상기 양극판들, 상기 음극판들 및 상기 그리드 커버를 감싸는 외장재를 더 포함하는 배터리 셀.
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