KR101600062B1 - 신규한 리튬 이온 배터리 - Google Patents

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란양 에너지 테크놀로지 씨오., 엘티디.
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Abstract

봉합된 케이스 내부에 직렬로, 병렬로 또는 둘 다로 접속된 복수의 전지를 갖는 리튬 이온 배터리. 또한, 외부로 접속된 전지를 갖는 리튬 이온 배터리가 제공된다.

Description

신규한 리튬 이온 배터리{NOVEL LITHIUM ION BATTERIES}
1991년에 최초의 상업용 충전용 리튬 배터리의 도입 이후로 리튬 이온 전지는 널리 퍼지고 유행하고 있다. 리튬 이온 전지의 고에너지 밀도는 전지폰, 휴대용 컴퓨터 및 전지/하이브리드 전기차를 포함하는 휴대용 장치에서 이 전지를 사용하기 위해 이상적으로 만든다.
리튬 이온 전지는 캐소드, 애노드, 세퍼레이터 및 전해질의 4개의 주요 구성성분으로 구성된다. 전지가 충전되면서, 캐소드는 산화되어 리튬 이온 및 전자를 애노드에 제공한다. 방전 동안, 캐소드는 이의 원래 상태로 다시 환원되며, 동시에 애노드는 산화되어 리튬 이온 및 전자를 제공한다. 세퍼레이터는 캐소드가 애노드와 직접 접촉하여 단락을 생성하는 것을 방지한다. 동시에, 세퍼레이터는 전류 운반 이온이 캐소드로부터 애노드로 통과하게 하고 그 반대로도 통과하게 한다. 전해질은 리튬 이온이 캐소드와 애노드 사이를 이동하는 경로를 제공한다.
통상적으로, 상기 구성성분은 봉합된 케이스 내에 보유된다. 케이스는 방전, 충전 동안 및 단락 동안 리튬 이온 전지 내에 비정상 압력이 축적되는 것을 방지하도록 안전변(safety vent)을 포함한다. 3개의 주요 유형의 리튬 이온 전지 케이스 구조, 즉 원통형, 각형 및 파우치형이 존재한다.
리튬 이온 전지는 통상적으로 3볼트 내지 4볼트의 전압을 생성한다. 더 높은 전압의 배터리를 구성하기 위해, 개별적인 전지를 외부에 직렬로 접속시켜 원하는 전압의 배터리 팩을 형성하는 것이 필요하다. 리튬 이온 전지는 또한 배터리 팩이 제공할 수 있는 전류량을 증가시키기 위해 병렬로 접속될 수 있다.
통상적인 리튬 이온 배터리 팩은 배터리 관리 시스템을 포함한다. 배터리 관리 시스템의 목적은 배터리 팩 내의 각각의 전지의 과충전 및 과방전을 피하는 것이다.
기존의 배터리보다 구성하기 더 쉽고 더 저렴한 리튬 이온 배터리에 대한 수요가 존재한다.
기존의 리튬 이온 배터리의 단점을 극복하기 위해, 케이스에 내부에 접속된 리튬 이온 전지를 포함하는 배터리가 제공된다.
리튬 이온 배터리는 서로에 병렬로 정렬된 복수의 리튬 이온 전지를 포함한다. 각각의 리튬 이온 전지는 양극 집전체(positive current collector)와 전기 접촉하는 캐소드, 음극 집전체(negative current collector)와 전기 접촉하는 애노드, 상기 애노드로부터 상기 캐소드를 분리하는 분리 유닛 및 상기 캐소드, 상기 애노드 및 상기 분리 유닛과 접촉하는 전해질을 포함한다. 배터리는 또한 1개 이상의 양극 집전체와 전기 접촉하지만 어떠한 음극 집전체와도 전기 접촉하지 않는 단일 양극 단자, 1개 이상의 음극 집전체와 전기 접촉하지만 어떠한 양극 집전체와도 전기 접촉하지 않는 단일 음극 단자 및 각각 1개 이상의 양극 집전체 및 1개 이상의 음극 집전체와 전기 접속하는 1개 이상의 크로스오버 커넥터(cross-over connector)를 포함한다.
상기 구성성분 모두는 케이스를 밀폐하는 커버를 갖는 케이스 내에 포함된다. 상기 기재된 양극 단자는 커버에서 제1 커버로 연장되고, 상기 음극 단자는 제2 개구로 연장된다. 상기 케이스는 상기 케이스를 적어도 2개의 구획부(compartment)로 분할하는 분할장치(divider)를 포함하고, 각각의 구획부는 1개 이상의 리튬 이온 전지를 수용한다.
추가로, 각각의 캐소드는 리튬 캐소드 재료를 포함하고; 각각의 애노드는 애노드 재료를 포함하며; 각각의 분리 유닛은 미세다공성 재료를 포함하고; 상기 전해질은 액체, 겔 또는 중합체 고체이며; 각각의 양극 단자, 음극 단자, 양극 집전체 및 음극 집전체는 금속 탭(metal tab)을 포함하고; 각각의 크로스오버 커넥터는 금속 바를 포함한다.
본 발명의 1 이상의 실시양태의 상세내용은 하기 도면 및 상세한 설명에 기재되어 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 이점은 상세한 설명 및 특허청구범위로부터 명확하다. 본 명세서에 인용된 모든 문헌의 내용은 참조문헌으로 그 전문이 본 명세서에 포함된다.
도 1a는 케이스 내의 리튬 이온 전지의 내부도를 보여주는 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 도면;
도 1b는 전지 사이의 병렬 접속 및 직렬 접속을 보여주는 케이스 내의 전지의 단면도를 보여주는 도 1a에 도시된 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 도면;
도 1c는 외부 커버를 갖는 대안적인 실시양태를 보여주는 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 도면;
도 1d는 다른 실시양태의 분해도를 보여주는 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 도면;
도 1e는 도 1d에 도시된 부분 조립된 배터리의 도면을 보여주는 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 도면;
도 2a는 전지 사이에 병렬 접속 및 직렬 접속을 보여주는 12개의 전지가 나란히 배열된 24개의 전지 리튬 이온 배터리의 도면;
도 2b는 케이스 내의 전지 및 전지 사이의 외부 접속을 보여주는 도 2a에 도시된 24개의 전지 리튬 이온 배터리의 도면;
도 3a는 전지 사이의 병렬 접속 및 직렬 접속을 보여주는 12개의 전지 상부에 적층된 12개의 전지로 배열된 24개의 전지 리튬 이온 배터리의 분해도;
도 3b는 하부 케이스 내의 전지 및 전지 사이의 외부 접속을 보여주는 도 3a에 도시된 리튬 이온 배터리의 하부 12개의 전지의 도면;
도 3c는 상부 케이스 내의 전지 및 전지 사이의 외부 접속을 보여주는 도 3a에 도시된 리튬 이온 배터리의 상부 12개의 전지의 도면;
도 3d는 도 3a에 도시된 전체 조립된 24개의 전지 리튬 이온 배터리의 전체도;
도 4는 전지 사이의 직렬 접속을 보여주는 4개의 전지 리튬 이온 배터리의 구성의 분해도;
도 5는 전지 사이의 병렬 접속 및 직렬 접속을 보여주는 8개의 전지 리튬 이온 배터리의 구성을 보여주는 분해도.
상기 언급된 바대로, 기존의 배터리보다 구성하기 더 쉽고 더 저렴한 리튬 이온 배터리에 대한 수요가 존대한다.
이러한 수요를 충족하기 위해, 단일 봉합된 케이스 내에 서로에 병렬로 정렬된 복수의 리튬 이온 전지를 포함하는 리튬 이온 배터리가 제공된다. 리튬 이온 전지는 직렬로, 병렬로 또는 둘 다로 서로에 전기 접속될 수 있다. 유리하게는, 케이스를 커버로 봉합하기 전에 케이스 내부에서 각각의 리튬 이온 전지 사이에 접속을 만들 수 있다. 다른 실시양태에서, 리튬 이온 전지는 케이스의 외부에 직렬로, 병렬로 또는 둘 다로 접속된다.
유리하게는, 배터리에서의 각각의 리튬 이온 전지는 봉합된 용기 내에 개별적으로 케이싱되지 않는다. 따라서, 각각의 봉합된 전지를 우선 제작한 후 이를 접속시켜 배터리를 형성할 필요가 없다. 추가로, 초기 설계 단계에서 원하는 배터리 전압이 고려된다. 예를 들면, 원하는 전압 및 전류용량을 생성하는 데 필요한 전지의 수에 따라 케이스 크기를 선택할 수 있다. 이러한 접근법은 통상적인 리튬 이온 배터리와 비교하여 재료가 덜 필요하고 제조 비용을 낮춘다.
애노드 재료를 음극 집전체에 코팅하여 애노드를 형성한다. 애노드 재료는 예를 들면 리튬 티탄 옥사이드(LiTi4O9), 규소 및 규소/산화규소/탄소 또는 이러한 재료의 혼합물일 수 있다. 추가의 적합한 애노드 재료는 문헌[Materials 6:156-183]에 기재되어 있다. 음극 집전체는 구리, 니켈, 니켈 도금 강, 스테인레스 강 또는 티탄을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 음극 집전체는 구리로 형성된다.
애노드와 유사하게, 캐소드 재료를 양극 집전체에 코팅하여 캐소드를 형성한다. 캐소드 재료는 리튬 코발트 옥사이드(LiCoO2; LCO), 리튬 니켈 옥사이드(LiNiO2; LNO), 리튬 망간 옥사이드(LiMn2O4; LMO), 리튬 철 포스페이트(LiFePO4; LFP) 및 리튬 (니켈, 망간, 코발트) 옥사이드(Li(Ni, Mn, Co) O2; NMC) 또는 이러한 재료의 혼합물을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지는 않는다. 사용될 수 있는 추가의 캐소드 재료는 문헌[Chemical Reviews 104:4271-4301] 및 문헌[Materials 6:156-183]에 기재되어 있다. 바람직한 실시양태에서, 캐소드 재료는 LFP이다.
양극 집전체는 니켈, 스테인레스 강 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 양극 집전체는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
세퍼레이터(separator) 재료를 살펴보면, 이 재료는 미세다공성 중합체 막, 부직 천 매트 또는 무기 복합체 막일 수 있다. 미세다공성 중합체 막의 예로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), PE-PP 블렌드 및 고밀도 폴리에틸렌과 초고분자량 폴리에틸렌의 블렌드를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 부직 천 매트는 예를 들면 셀룰로스, 화학 변형 셀룰로스, 폴리올레핀, 폴리아마이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리에스터로 형성될 수 있다. 무기 복합체 막은 소량의 결합제를 사용하여 매트릭스에 접합된 세라믹 입자와 같은 초미세 무기 입자로 형성성된 다공성 매트일 수 있다. 예를 들면, 무기 복합체 막은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 부직 지지 매트릭스에 접합된 Al2O3/SiO2로 형성성될 수 있다. 추가의 적합한 세퍼레이터 재료는 문헌[J. Power Sources 164:351-364]에 기재되어 있다. 바람직한 실시양태에서, 세퍼레이터 재료는 미세다공성 중합체 막이다.
전해질은 액체, 겔 또는 중합체 고체일 수 있다. 예를 들면, 액체 전해질은 유기 용매 중에 용해된 리튬염일 수 있다. 예시적인 리튬염은 LiPF6, LiBF4 및 LiClO4를 포함한다. 사용될 수 있는 유기 용매는 에틸렌 카보네이트, 다이메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 및 다이에틸 카보네이트를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 유기 용매를 함께 배합하여 2원, 3원, 4원 및 5원 혼합물을 형성할 수 있다. 추가의 적합한 리튬염 및 유기 용매가 미국 특허 제6,245,464호에 기재되어 있다.
다른 실시양태에서, 폴리-옥시에틸렌(POE)에 기초한 복합 전해질을 사용할 수 있다. 건식 Li 중합체 전지에서 사용하기 위한 고체 전해질을 만들기 위해 고분자량 POE를 사용할 수 있다. 대안적으로, 습식 Li 이온 전지의 경우 전해질에서 저분자량 POE를 사용할 수 있다. 추가의 적합한 전해질은 문헌[Chemical Reviews 104:4303-4417]에 기재되어 있다.
세퍼레이터 재료에 의해 서로 분리된 복수의 편평한 애노드 플레이트 및 복수의 편평한 캐소드 플레이트로부터 각각의 단위 전지가 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 애노드 플레이트 모두 서로 전기 접속되고, 마찬가지로 캐소드 플레이트 모두 서로 전기 접속된다. 배터리의 원하는 전류용량에 기초하여 플레이트의 수를 선택할 수 있다.
전류 용량이 더 높은 배터리를 구성하기 위해, 각각의 전지의 크기를 과도하게 증가시키지 않고 애노드 및 캐소드의 유효 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 전지를 소위 "젤리 롤" 포맷으로 제조하여 이를 성취할 수 있다. 이러한 포맷에서, 애노드, 캐소드 및 세퍼레이터 재료는 연속 스트립으로서 형성된다. 세퍼레이터 재료 스트립이 애노드 재료 스트립과 캐소드 재료 스트립 사이에 있도록 스트립을 적층한 후, 적층된 스트립을 나선형 방식으로 권취하여 젤리 롤을 생성한다. 바람직한 실시양태에서, 세퍼레이터 재료의 2개의 스트립을 애노드 및 캐소드와 사용하여 젤리 롤을 형성한다. 예를 들면, 연속 스트립의 스택은 세퍼레이터 재료의 제1 스트립, 애노드, 세퍼레이터 재료의 제2 스트립 및 캐소드를 순서대로 포함한다. 스택을 권취 시, 세퍼레이터 재료의 제1 스트립은 젤리 롤의 외면을 형성한다. 2개의 전지 사이에 단락을 형성하지 않으면서 이러한 방식으로 형성된 젤리 롤을 다른 젤리 롤에 인접하게 위치시킬 수 있다.
젤리 롤 실시양태에서, 애노드는 애노드 재료가 코팅된 박판(thin foil) 음극 집전체로 구성되고, 캐소드는 캐소드 재료가 코팅된 박판 양극 집전체로 형성된다.
유리하게는, 젤리 롤 전지는 내부 저항이 매우 낮다. 추가로, 원하는 배터리 설계에 따라 젤리 롤은 예를 들면 원통형 형상 또는 편평한 타원형 형상과 같은 상이한 형태 인자에 적합할 수 있다. 젤리 롤의 크기는 또한 특정한 케이스 크기에 맞도록 적합할 수 있다. 특정한 실시양태에서, 젤리 롤은 20㎝ x 30㎝이다.
각각의 전지의 애노드 및 캐소드를 배터리의 다른 구성성분에 전기 접속시키기 위해, 각각의 애노드 및 캐소드에 커넥터 탭이 제공된다. 애노드는 음극 집전체에 부착된 니켈로 형성된 음극 커넥터 탭을 포함한다. 캐소드는 양극 집전체에 부착된 알루미늄으로 형성된 양극 커넥터 탭을 포함한다. 음극 커넥터 탭 및 양극 커넥터 탭을 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 이의 각각의 집전체에 부착할 수 있다. 예를 들면, www.batterypoweronline.com에서 확인되는 Battery Power Products & Technology, 2009년 11월/12월판 이슈를 참조한다.
상기 언급된 바대로, 각각의 리튬 이온 전지를 직렬로, 병렬로 또는 둘 다로 서로에 전기 접속할 수 있다. 이를 성취하기 위해, 전지를 직렬로 접속시키기 위해 음극 커넥터 탭 및 양극 커넥터 탭 둘 다에 부착될 수 있는 크로스오버 커넥터가 제공된다. 동일한 크로스오버 커넥터는 1개의 초과의 음극 커넥터 탭 및 1개의 초과의 양극 커넥터 탭에 부착되어 병렬 접속 및 직렬 접속을 동시에 확립할 수 있다. 크로스오버 커넥터는 니켈, 구리 및 알루미늄과 같은 전도성 금속으로 형성성될 수 있다. 니켈 도금 구리, 니켈 도금 알루미늄, 니켈-구리 클래드 및 니켈-알루미늄 클래드와 같은 도급 또는 클래드 금속을 또한 사용할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 크로스오버 커넥터는 니켈-알루미늄 클래드로 형성성된다.
크로스오버 커넥터는 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접과 같은 용접 공정에 의해 음극 커넥터 탭 및 양극 커넥터 탭에 부착될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 2개의 이상의 음극 커넥터 탭에 용접되지만 어떠한 양극 커넥터 탭에도 용접되지 않는 병렬 커넥터가 제공된다.
또한, 리튬 이온 배터리 내에 1개 이상의 양극 커넥터 탭과 직접 접촉하는 단일 양극 단자 및 1개 이상의 음극 커넥터 탭과 직접 접촉하는 단일 음극 단자가 포함된다. 양극 단자는 양극 커넥터 탭에 용접되고, 음극 단자는 음극 커넥터 탭에 용접된다. 단자는 배터리가 전력을 공급하기 위한 회로에 대한 접속점으로서 작용한다.
리튬 이온 전지, 양극 단자, 음극 단자 및 크로스오버 커넥터를 수용하고 내부에 전해질을 포함하는 케이스가 포함된다. 케이스는 금속 또는 플라스틱으로 형성성될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 케이스는 플라스틱으로 형성성될 수 있다.
케이스는 케이스를 구획부로 분할하는 내부 분할장치를 포함한다. 내부 분할장치는 전지를 서로 물리적으로 분리시킨다. 내부 분할장치는 케이스 내에 균등하게 이격되어, 용적이 동일한 구획부를 생성시킬 수 있다. 각각의 구획부는 단일 젤리 롤 전지 또는 일련의 병렬 접속 젤리 롤 전지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 4개의 구획부를 형성하는 3개의 내부 분할장치를 갖는 케이스 내에 4개의 젤리 롤 전지가 수용될 수 있고, 각각의 구획부 내에 1개의 젤리 롤이 있다. 대안적으로, 4개의 구획부를 형성하는 3개의 내부 분할장치를 갖는 케이스 내에 3개의 젤리 롤의 4개의 그룹이 수용될 수 있고, 각각의 구획부 내에 3개의 젤리 롤이 있다. 내부 분할장치는 케이스와 동일한 재료로 형성성될 수 있다.
배터리를 제조하는 동안 케이스에 봉합된 케이스 커버에 의해 케이스는 밀폐된다. 케이스 커버는 배터리의 충전 또는 방전 동안 케이스 내부의 과도한 압력 축적을 방지하기 위해 안전변을 포함한다. 몇몇 실시양태에서, 케이스 커버는 양극 커넥터 탭 및 음극 커넥터 탭이 돌출한 커넥터 탭 슬롯을 포함할 수 있다. 이에 의해 봉합된 케이스 외부에 접속시킬 수 있다. 예를 들면, 케이스 커버의 외면에서 양극 커넥터 탭과 크로스오버 커넥터 사이에 접속을 만들거나 음극 커넥터 탭과 크로스오버 커넥터 사이에 접속을 만들 수 있다.
케이스 외부에 전지 사이의 접속을 포함하는 실시양태에서, 환경으로부터 접속을 보호하기 위해 제2 외부 커버가 포함된다. 외부 커버는 외부 부하 또는 충전 장치에 접속점을 제공하는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자를 포함한다. 외부 커버 위의 외부 양극 단자는 양극 단자 커넥터를 통해 케이스 커버의 외면 위의 양극 단자에 접속될 수 있다. 유사하게, 외부 커버 위의 외부 음극 단자는 음극 단자 커넥터를 통해 케이스 커버의 외면 위의 음극 단자에 접속될 수 있다.
단일 봉합된 케이스에서 복수의 리튬 이온 전지를 사용하여 원하는 전압 및 전류용량을 갖는 배터리를 구성할 수 있다. 예를 들면, 전류용량이 30Ah인 12V 배터리를 구성하기 위해, 각각 전류용량이 30Ah인 4개의 리튬 이온 전지를 케이스 내에 위치시키고 직렬로 접속시킨다. 대안적으로, 각각의 전지의 용량이 10Ah인 3개의 리튬 이온 전지를 병렬로 접속하여 전압 및 용량이 동일한 배터리를 얻을 수 있다. 12V, 30Ah 배터리를 형성하기 위해 이러한 4개의 병렬 접속 전지를 직렬로 접속시킨다.
상기 언급된 바대로, 집전체에 부착된 커넥터 탭은 크로스오버 커넥터를 통해 서로 접속될 수 있다. 복수의 음극 커넥터 탭, 복수의 양극 커넥터 탭을 접속시키거나 음극 커넥터 탭을 양극 커넥터 탭에 접속시키기 위해 크로스오버 커넥터를 사용할 수 있다. 예를 들면, 2개의 전지를 병렬로 접속시키기 위해, 2개의 음극 커넥터 탭이 1개의 크로스오버 커넥터에 의해 접속되고, 2개의 양극 커넥터 탭이 제2 크로스오버 커넥터에 의해 접속된다. 유사하게, 크로스오버 커넥터를 통해 제1 전지의 음극 커넥터 탭을 제2 전지의 양극 커넥터 탭에 접속시켜 2개의 전지를 직렬로 접속시킬 수 있다. 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 크로스오버 커넥터를 커넥터 탭에 접속시킬 수 있다.
배터리 팩의 비용을 최소화하고 이의 유지를 단순화하기 위해 규격화 모듈을 사용할 수 있다. 예를 들면, 전류용량이 30Ah인 3V 리튬 이온 전지를 사용하여, 전압/전류용량 조합이 하기와 같은 배터리를 쉽게 구성할 수 있다: (ⅰ) 12V/30Ah(4 x 30Ah 전지, 직렬); (ⅱ) 12V/60Ah(2개의 세트의 병렬 접속 4 x 30Ah 전지, 직렬); (ⅲ) 24V/30Ah(8 x 30Ah 전지, 직렬); (ⅳ) 12V/90Ah(3개의 세트의 병렬 접속 4 x 30Ah 전지, 직렬); (ⅴ) 36V/30Ah(12 x 30Ah 전지, 직렬); 및 (ⅵ) 48V/30Ah(16 x 30Ah 전지, 직렬).
유리하게는, 흔히 사용되는 배터리 유형을 대체하도록 리튬 이온 배터리를 구성할 수 있다. 예를 들면, 직렬의 4개의 전지를 포함하는 상기 기재된 리튬 이온 배터리는 12V 납산 배터리를 대체할 수 있고, 8개의 직렬 접속 전지를 포함하는 리튬 이온 배터리는 24V 납산 배터리를 대체할 수 있다.
일 실시양태에서, 배터리 관리 시스템이 포함된다. 배터리 관리 시스템은 충전 동안 배터리 내 각각의 리튬 이온 전지 사이의 전압을 같게 하는 1개 이상의 전지 균형 장치(balancing device)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 각각의 전지가 완전 충전되면서, 전하 차단 전지 균형 방법을 이용하여 이 전지 주위의 충전 전류를 선택적으로 차단할 수 있다. 추가로, 능동형 전하 셔틀링(shuttling) 구성요소 또는 전압 또는 전류 변환기가 1개의 전지로부터 다른 전지로 에너지를 이동시키는 능동형 전지 균형 방법을 이용할 수 있다. 전하 셔틀링 구성요소는 선택된 전지로부터 전하를 제거하고, 축전기에 전하를 저장한 후 이 전하를 다른 전지에 전달한다. 에너지 변환 장치는 전지 또는 전지 그룹으로부터 다른 전지 또는 전지 그룹으로 에너지를 이동시키는 인덕터 또는 변압기를 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 배터리 관리 시스템은 포함되지 않는다. 유리하게는, 이는 이러한 배터리의 제작 비용을 유의적으로 감소시킨다.
추가의 노력 없이, 당업자는 상기 상세한 설명에 기초하여 본 발명을 이의 완전한 정도로 이해하는 것으로 생각된다. 하기 구체적인 실시예는 단지 예시로 해석되고 어떠한 방식으로든 개시내용의 나머지를 제한하지 않는다.
실시예 1 12개의 리튬 이온 전지를 포함하는 리튬 이온 배터리
도 1a를 참조하면, 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 내부도가 도시되어 있다. 각각의 전지(100)는 다른 전지(100)에 실질적으로 병렬로 배열된 각형 젤리 롤 전지(prismatic jelly roll)이고, 각형 젤리 롤 전지(100)의 내부에 양극 집전체 및 음극 집전체를 포함한다. 양극 집전체 및 음극 집전체는 양극 커넥터 탭(102) 및 음극 커넥터 탭(101, 103)에 접속된다. 도 1b에 도시된 실시양태에서, 전지(100)는 3개의 양극 커넥터 탭(102) 및 3개의 음극 커넥터 탭(101)에 부착된 크로스오버 커넥터(106)를 통해 상호접속된다. 3개의 전지(100)는 크로스오버 커넥터(106)를 통해 서로 병렬로 접속되고, 병렬로 접속된 3개의 전지(100)의 각각의 그룹은 크로스오버 커넥터(106)를 통해 병렬로 접속된 3개의 전지(100)의 다른 그룹과 직렬로 접속된다. 음극 단자(104)는 3개의 음극 커넥터 탭(103)에 접속되고, 양극 단자(105)는 3개의 양극 커넥터 탭(102)에 접속된다. 전지(100)는 1개 이상의 안전변(110)을 갖는 케이스 커버(109)를 포함하는 케이스(108) 내에 포함된다. 도 1b에 도시된 실시양태에서, 크로스오버 커넥터(106)를 통한 전지(100) 사이의 접속은 케이스 커버(109)의 외부에 있다. 임의로, 전지 균형 장치(107)는 사용 동안 전지 전압을 평준화하기 위해 포함될 수 있다. 전지 균형 장치(107)는 크로스오버 커넥터(106)와 음극 단자(104) 사이에, 2개의 크로스오버 커넥터(106) 사이에 또는 크로스오버 커넥터(106)와 양극 단자(105) 사이에 접속된다. 도 1c를 참조하면, 배터리는 케이스 커버(109)에 부착된 외부 커버(111)를 포함할 수 있다. 외부 커버(111)는 케이스 커버(109)의 표면 위의 다양한 커넥터를 보호한다. 외부 커버는 배터리를 외부 부하 또는 충전 장치에 접속시키기 위한 외부 음극 단자(114) 및 외부 양극 단자(115)를 포함한다. 외부 음극 단자(114)는 음극 단자 커넥터(112)를 통해 음극 단자(104)에 접속된다. 유사하게, 외부 양극 단자(115)는 양극 단자 커넥터(113)를 통해 양극 단자(105)에 접속된다. 도 1d를 보면, 케이스(108)는 1개 이상의 분할장치(117)에 의해 구획부로 분할될 수 있다. 분할장치(117)는 전지(100) 또는 전지 그룹을 물리적으로 서로 분리시키고 또한 각각의 구획부 내에 전해질을 보유한다. 케이스 커버(109)는 커넥터 탭 슬롯(118)을 포함한다. 양극 커넥터 탭(102) 및 음극 커넥터 탭(101, 103)은 커넥터 탭 슬롯을 통해 케이스 커버(109)로 연장되어, 케이스 커버(109)의 외부에 전지(100) 사이에 병렬 접속 및 직렬 접속을 만들 수 있다. 도 1c에서처럼, 외부 커버(111)는 케이스 커버(109)의 표면 위의 다양한 커넥터를 보호한다. 도 1e는 커넥터 탭 슬롯(118)을 통해 케이스 커버(109)로 연장되는 양극 커넥터 탭(102) 및 음극 커넥터 탭(101, 103)을 보여준다. 케이스 커버(109)의 표면 위에 크로스오버 커넥터(106), 음극 단자(104) 및 양극 단자(105)가 또한 도시되어 있다. 커넥터 탭 슬롯(118)을 봉합하기 위해 봉합용 플러그(116)가 제공된다. 양극 커넥터 탭(102) 및 음극 커넥터 탭(101, 103)은 커넥터 탭 슬롯(118)에 삽입된 봉합용 플러그(116)를 통해 케이스 커버(109)로 연장된다. 봉합용 플러그(116)는 전해질이 케이스(108)로부터 누수되는 것을 막고, 또한 전해질 및 양극 커넥터 탭(102) 및 음극 커넥터 탭(101, 103) 사이의 직접 접촉을 방지한다.
실시예 2 24개의 리튬 이온 전지를 포함하는 리튬 이온 배터리
다른 실시양태에서, 12개의 전지(100)가 나란히 배열된 24개의 전지 리튬 이온 배터리가 도 2에 도시되어 있다. 도 2a를 참조하면, 전지(100) 사이의 상호접속을 포함하는 2 x 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 내부도가 도시되어 있다. 상기 기재된 실시예 1과 유사하게, 각각의 전지(100)는 양극 커넥터 탭(102, 212)에 접속된 양극 집전체 및 음극 커넥터 탭(101, 103, 211)에 접속된 음극 집전체를 포함하는 각형 젤리 롤 전지이다. 전지(100)는 3개의 양극 커넥터 탭(102, 212) 및 3개의 음극 커넥터 탭(101, 211)에 부착된 크로스오버 커넥터(106, 213)를 통해 상호접속된다. 3개의 전지(100)는 크로스오버 커넥터(106, 213)를 통해 서로 병렬로 접속되고, 병렬로 접속된 3개의 전지(100)의 각각의 그룹은 크로스오버 커넥터(106, 213)를 통해 병렬로 접속된 3개의 전지(100)의 다른 그룹과 직렬로 접속된다. 음극 단자(104)는 3개의 음극 커넥터 탭(103)에 접속되고, 양극 단자(105)는 3개의 양극 커넥터 탭(102)에 접속된다. 임의로, 전지 균형 장치(107)는 사용 동안 전지 전압을 평준화하기 위해 포함될 수 있다. 전지 균형 장치(107)는 2개의 크로스오버 커넥터(106, 213) 사이에 접속된다. 도 2b를 보면, 전지(100)는 안전변(110)을 갖는 케이스 커버(210)를 포함하는 케이스(200) 내에 포함된다.
실시예 3 24개의 리튬 이온 전지를 포함하는 리튬 이온 배터리의 대안적인 실시양태
도 3을 참조하면, 24개의 전지 리튬 이온 배터리의 대안적인 실시양태는 12개의 전지(100) 위에 12개의 전지(100)로 배열된 것으로 도시되어 있다. 도 3a는 전지(100) 사이의 상호접속을 포함하는 2 x 12개의 전지 리튬 이온 배터리의 내부도를 보여준다. 실시예 1 및 실시예 2에서 상기 기재된 배터리와 같이, 각각의 전지(100)는 양극 커넥터 탭(212)에 접속된 양극 집전체 및 음극 커넥터 탭(211)에 접속된 음극 집전체를 포함하는 각형 젤리 롤 전지이다. 각각의 층에서, 전지(100)는 3개의 양극 커넥터 탭(212) 및 3개의 음극 커넥터 탭(211)에 부착된 크로스오버 커넥터(106)를 통해 상호접속된다. 3개의 전지(100)는 크로스오버 커넥터(106)를 통해 또는 병렬 커넥터(304)를 통해 병렬로 서로 접속될 수 있고, 층에서 병렬로 접속된 3개의 전지(100)의 각각의 그룹은 크로스오버 커넥터(106)를 통해 병렬로 접속된 3개의 전지(100)의 다른 그룹과 직렬로 접속된다. 상층 내 전지와 하층 내 전지 사이의 직렬 접속을 확립하기 위해 수직 크로스오버 커넥터(300)가 제공된다. 음극 단자(104)는 3개의 음극 커넥터 탭(211)에 접속되고, 양극 단자(105)는 3개의 양극 커넥터 탭(212)에 접속된다. 임의로, 전지 균형 장치(107)는 사용 동안 전지 전압을 평준화하기 위해 포함될 수 있다. 전지 균형 장치(107)는 다른 전지(100)에 병렬로 접속될 수 있는 전지(100)의 음극 커넥터 탭(211)과 양극 커넥터 탭(212) 사이에 접속된다. 도 3b는 케이스 커버(302)에 의해 밀폐된 하부 케이스(301) 내의 하부 세트의 전지(100)를 도시한다. 수직 크로스오버 커넥터(300)는 케이스 커버(302)로부터 위로 연장된다. 케이스 커버(302)는 안전변(110) 및 정렬 핀(305)을 포함한다. 정렬 핀(305)은 하부 케이스(301)를 정렬하기 위해 사용될 수 있고, 상부 케이스(303)가 도 3c에 도시되어 있다. 정렬 핀(305)은 상부 케이스(303)의 바닥에서 상응하는 압입에 삽입된다. 이 도면은 케이스 커버(302)에 의해 밀폐된 전지(100)를 밀봉하는 상부 케이스(303)를 도시한다. 수직 크로스오버 커넥터(300)는 상부 케이스(303)의 케이스 커버(302)의 상부로부터 아래로 연장되어, 하부 층에서 병렬 커넥터(304)와 접촉할 수 있다. 케이스 커버(302)는 또한 추가의 전지 층을 적층하고 적절히 정렬하기 위한 정렬 핀(305) 및 안전변(110)을 포함한다. 도 3d는 전체 조립된 배터리를 도시한다.
실시예 4 직렬 구성의 4개의 원통형 전지를 갖는 리튬 이온 전지
도 4에 도시된 대안적인 실시양태에서, 4개의 전지 리튬 이온 배터리는 케이스(408) 내에 나란히 배열된 4개의 원통형 전지(400)를 포함한다. 각각의 원통형 전지는 양극 커넥터 탭(406)에 접속된 양극 집전체 및 음극 커넥터 탭(407)에 접속된 음극 집전체를 포함한다. 양극 커넥터 탭(406) 및 음극 커넥터 탭(407)은 하부 커버(401)로 연장된다. 임의로, 각각의 전지(400)의 양극 커넥터 탭(406) 및 음극 커넥터 탭(407)을 접속시키는 전지 균형 장치(402)기 포함될 수 있다. 크로스오버 커넥터(403)는 직렬 접속을 확립하기 위해 1개의 전지(400)의 음극 커넥터 탭(407)을 인접한 전지의 양극 커넥터 탭(406)과 접속시킨다. 양극 단자(409)는 최우측의 전지(400)의 양극 커넥터 탭(406)에 접속되고, 음극 단자(404)는 최좌측의 음극 커넥터 탭(407)에 접속된다. 양극 단자(409) 및 음극 단자(404)는 상부 커버(405)로 연장된다. 원통형 전지(400)는 케이스(408) 내에 구획부를 형성하는 분할장치(410)에 의해 케이스(408) 내에 물리적으로 분리된다.
실시예 5 8개의 원통형 리튬 이온 전지를 포함하는 리튬 이온 배터리
도 5를 참조하면, 다른 실시양태는 케이스(500) 내의 나란한 4개의 전지의 2개의 그룹으로 배열된 8개의 원통형 전지(400)를 포함한다. 실시예 4의 배터리와 유사하게, 각각의 원통형 전지는 양극 커넥터 탭(406)에 접속된 양극 집전체 및 음극 커넥터 탭(407)에 접속된 음극 집전체를 포함한다. 양극 커넥터 탭(406) 및 음극 커넥터 탭(407)은 하부 커버(501)로 연장된다. 임의로, 각각의 전지(400)의 양극 커넥터 탭(406) 및 음극 커넥터 탭(407)을 접속시키는 전지 균형 장치(402)가 포함될 수 있다. 크로스오버 커넥터(403)는 직렬 접속을 확립하기 위해 1개의 전지(400)의 음극 커넥터 탭(407)을 인접한 전지의 양극 커넥터 탭(406)과 접속시킨다. 추가로, 크로스오버 커넥터(403)에 직각인 병렬 커넥터(502)는 4개의 전지의 2개의 그룹을 병렬로 접속시킨다. 양극 단자(409)는 2개의 최우측 전지(400)를 접속시키는 병렬 커넥터(502)에 접속되고, 음극 단자(404)는 2개의 최좌측 전지(400)를 접속시키는 병렬 커넥터(502)에 접속된다. 양극 단자(409) 및 음극 단자(404)는 상부 커버(503)로 연장된다. 원통형 전지(400)는 케이스(500) 내의 구획부를 형성하는 분할장치(504)에 의해 케이스(500) 내에 물리적으로 분리된다.
실시예 6 직렬 구성의 4개의 전지를 갖는 리튬 이온 전지
단일 케이스 내에 위치한 4개의 각형 젤리 롤 전지를 갖고 직렬로 접속된 실시예 4에서 상기 기재된 바대로 리튬 이온 배터리를 구성하여 12V, 3Ah 배터리를 형성한다. 전압 균형 장치가 포함되지 않는다. 각각의 개별 전지의 전압을 측정한 후 배터리를 방전하고 충전한다. 각각의 27회의 방전/재충전 사이클 후 각각의 전지의 전압을 측정한다. 결과가 하기 표 1에 기재되어 있다.
Figure 112014018238933-pat00001
결과는 임의의 전압 균형 장치의 부재 하에서도 각각의 전지의 전압이 10㎷ 이하로 변한다는 것을 예상치 못하게 보여준다.
다른 실시양태
본 명세서에 개시된 모든 특징은 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 각각의 특징은 대안적인 특징으로 대체되어 동일한, 균등한 또는 유사한 목적을 제공한다. 따라서, 달리 명확히 기재되지 않은 한, 개시된 각각의 특징은 오직 균등한 또는 유사한 특징의 일반적인 시리즈의 예이다. 상기 상세한 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 본질적인 특징을 쉽게 확신할 수 있고, 본 발명이 다양한 용법 및 조건에 적합하도록 본 발명을 다양하게 변경하고 변형할 수 있다. 따라서, 하기 특허청구범위의 범위 내에 또한 다른 실시양태가 있다.

Claims (23)

  1. 리튬 이온 배터리로서,
    서로에 대해서 병렬로 정렬된 복수의 리튬 이온 전지로서, 각각의 리튬 이온 전지는 양극 집전체(positive current collector)와 전기 접촉하는 캐소드, 음극 집전체(negative current collector)와 전기 접촉하는 애노드, 상기 캐소드와 애노드를 분리하는 분리 유닛, 및 상기 캐소드, 상기 애노드 및 상기 분리 유닛과 접촉하는 전해질을 포함하는 것인, 상기 복수의 리튬 이온 전지;
    1개 이상의 상기 양극 집전체와 전기 접촉하지만 어떠한 음극 집전체와도 전기 접촉하지 않는 단일 양극 단자;
    1개 이상의 상기 음극 집전체와 전기 접촉하지만 어떠한 양극 집전체와도 전기 접촉하지 않는 단일 음극 단자;
    각각 1개 이상의 상기 양극 집전체 및 1개 이상의 상기 음극 집전체와 전기 접속하는 1개 이상의 크로스오버 커넥터(cross-over connector);
    상기 리튬 이온 전지, 상기 양극 단자, 상기 음극 단자 및 상기 크로스오버 커넥터를 수용하는 케이스;
    상기 케이스를 밀폐하는 커버; 및
    상기 커버에 부착된 외부 커버를 포함하되,
    상기 외부 커버는 외부 양극 단자 및 외부 음극 단자를 포함하고,
    각각의 캐소드는 리튬 캐소드 재료를 포함하고, 각각의 애노드는 애노드 재료를 포함하며; 각각의 분리 유닛은 미세다공성 재료를 포함하고; 상기 전해질은 액체, 겔 또는 중합체 고체이며; 각각의 양극 단자, 음극 단자, 양극 집전체 및 음극 집전체는 금속 탭(metal tab)을 포함하고; 각각의 크로스오버 커넥터는 금속 바를 포함하며; 상기 커버는 제1 개구 및 제2 개구를 갖고; 상기 양극 단자는 제1 개구를 거쳐 연장되며; 상기 음극 단자는 제2 개구를 거쳐 연장되고;
    상기 양극 단자는 양극 단자 커넥터를 통해 상기 외부 양극 단자에 접속되고, 상기 음극 단자는 음극 단자 커넥터를 통해 상기 외부 음극 단자에 접속되며; 그리고
    상기 케이스는 해당 케이스를 적어도 2개의 구획부(compartment)로 분할하는 분할장치(divider)를 포함하며, 각각의 구획부는 1개 이상의 리튬 이온 전지를 수용하는 것인 리튬 이온 배터리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단일 양극 단자는 2개의 이상의 상기 양극 집전체와 전기 접촉하지만 어떠한 음극 집전체와도 전기 접촉하지 않고, 상기 단일 음극 단자는 2개의 이상의 상기 음극 집전체와 전기 접촉하지만 어떠한 양극 집전체와도 전기 접촉하지 않으며, 상기 1개 이상의 크로스오버 커넥터는 각각 2개의 이상의 상기 양극 집전체 및 2개의 이상의 상기 음극 집전체와 전기 접속된 것인 리튬 이온 배터리.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 양극 집전체는 상기 양극 단자에 용접되거나 또는 상기 양극 집전체가 접속되는 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개에 용접되고, 각각의 음극 집전체는 상기 음극 단자에 용접되거나 또는 상기 음극 집전체가 접속되는 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개에 용접된 것인 리튬 이온 배터리.
  4. 제3항에 있어서, 각각의 리튬 이온 전지는 상부면, 하부면, 제1 단부(end), 제2 단부, 전면 및 후면에 의해 획정된 전지체(ceel body)를 갖는 각형 젤리 롤(prismatic jelly roll)이고; 상기 제1 단부에 인접한 상기 양극 집전체는 상기 제1 단부에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되고; 상기 제2 단부에 인접한 상기 음극 집전체는 또한 상기 제2 단부에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되는 것인 리튬 이온 배터리.
  5. 제4항에 있어서, 각각 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 양극 단자를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터 중 2개를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 음극 단자를 접속시키는 복수의 균형 장치(balancing device)를 추가로 포함하되, 각각의 리튬 이온 전지의 상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체는 상기 균형 장치들 중 적어도 1개에 의해 접속되며, 상기 균형 장치는 각각의 리튬 이온 전지에 적용되는 충전 전압을 미리 결정된 범위로 제한할 수 있는 것인 리튬 이온 배터리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 리튬 캐소드 재료는 리튬 코발트 옥사이드, 리튬 니켈 옥사이드, 리튬 망간 옥사이드, 리튬 철 포스페이트, 리튬 니켈 망간 코발트 옥사이드 또는 이들의 조합이고; 상기 애노드 재료는 탄소, 리튬 티탄 옥사이드, 규소, 산화규소 또는 이들의 조합이며; 상기 분리 유닛은 미세다공성 막, 종이, 섬유 또는 부직 중합체로 형성되고; 상기 전해질은 LiPF6, LiBF4 또는 LiClO4, 또는 이들의 조합인 것인 리튬 이온 배터리.
  7. 제3항에 있어서, 각각의 리튬 이온 전지는 중심 축을 사이에 획정하는 상부면과 하부면, 그리고 외면을 포함하는 전지체를 갖는 원통형 젤리 롤이고; 상기 양극 집전체는 상기 축에 평행한 방향으로 상기 상부면의 중심으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되고; 상기 외면에 인접한 음극 집전체는 또한 상기 축에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되는 것인 리튬 이온 배터리.
  8. 제7항에 있어서, 각각 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 양극 단자 를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터 중 2개를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 음극 단자를 접속시키는 복수의 균형 장치를 추가로 포함하되, 각각의 리튬 이온 전지의 상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체는 상기 균형 장치들 중 적어도 1개에 의해 접속되며, 상기 균형 장치는 각각의 리튬 이온 전지에 적용되는 충전 전압을 미리 결정된 범위로 제한할 수 있는 것인 리튬 이온 배터리.
  9. 제8항에 있어서, 상기 리튬 캐소드 재료는 리튬 코발트 옥사이드, 리튬 니켈 옥사이드, 리튬 망간 옥사이드, 리튬 철 포스페이트, 리튬 니켈 망간 코발트 옥사이드 또는 이들의 조합이고; 상기 애노드 재료는 탄소, 리튬 티탄 옥사이드, 규소, 산화규소 또는 이들의 조합이며; 상기 분리 유닛은 미세다공성 막, 종이, 섬유 또는 부직 중합체로 형성된 것인 리튬 이온 배터리.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 양극 집전체는 상기 양극 단자에 용접되거나 또는 상기 양극 집전체가 접속되는 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개에 용접되고, 각각의 음극 집전체는 상기 음극 단자에 용접되거나 또는 상기 음극 집전체가 접속되는 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개에 용접된 것인 리튬 이온 배터리.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 리튬 이온 전지는 상부면, 하부면, 제1 단부, 제2 단부, 전면 및 후면에 의해 획정된 전지체를 갖는 각형 젤리 롤이고; 상기 제1 단부에 인접한 상기 양극 집전체는 상기 제1 단부에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되고; 상기 제2 단부에 인접한 상기 음극 집전체는 또한 상기 제2 단부에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되는 것인 리튬 이온 배터리.
  12. 제11항에 있어서, 각각 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 양극 단자를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터 중 2개를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 음극 단자를 접속시키는 복수의 균형 장치를 추가로 포함하되, 각각의 리튬 이온 전지의 상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체는 상기 균형 장치들 중 적어도 1개에 의해 접속되며, 상기 균형 장치는 각각의 리튬 이온 전지에 적용되는 충전 전압을 미리 결정된 범위로 제한할 수 있는 것인 리튬 이온 배터리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 리튬 캐소드 재료는 리튬 코발트 옥사이드, 리튬 니켈 옥사이드, 리튬 망간 옥사이드, 리튬 철 포스페이트, 리튬 (니켈, 망간, 코발트) 옥사이드 또는 이들의 조합이고; 상기 애노드 재료는 탄소, 리튬 티탄 옥사이드, 규소, 산화규소 또는 이들의 조합이며; 상기 분리 유닛은 미세다공성 막, 종이, 섬유 또는 부직 중합체로 형성된 것인 리튬 이온 배터리.
  14. 제10항에 있어서, 각각의 리튬 이온 전지는 중심 축을 사이에 획정하는 상부면과 하부면, 그리고 외면을 포함하는 전지체를 갖는 원통형 젤리 롤이고; 상기 양극 집전체는 상기 축에 평행한 방향으로 상기 상부면의 중심으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되고; 상기 외면에 인접한 상기 음극 집전체는 또한 상기 축에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되는 것인 리튬 이온 배터리.
  15. 제14항에 있어서, 각각 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 양극 단자 를 접속시키거나, 크로스오버 커넥터 중 2개를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 음극 단자를 접속시키는 복수의 균형 장치를 추가로 포함하되, 각각의 리튬 이온 전지의 상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체는 상기 균형 장치들 중 적어도 1개에 의해 접속되며, 상기 균형 장치는 각각의 리튬 이온 전지에 적용되는 충전 전압을 미리 결정된 범위로 제한할 수 있는 것인 리튬 이온 배터리.
  16. 제15항에 있어서, 상기 리튬 캐소드 재료는 리튬 코발트 옥사이드, 리튬 니켈 옥사이드, 리튬 망간 옥사이드, 리튬 철 포스페이트, 리튬 (니켈, 망간, 코발트) 옥사이드 또는 이들의 조합이고; 상기 애노드 재료는 탄소, 리튬 티탄 옥사이드, 규소, 산화규소 또는 이들의 조합이며; 상기 분리 유닛은 미세다공성 막, 종이, 섬유 또는 부직 중합체로 형성성된 것인 리튬 이온 배터리.
  17. 제1항에 있어서, 각각의 리튬 이온 전지는 상부면, 하부면, 제1 단부, 제2 단부, 전면 및 후면에 의해 획정된 전지체를 갖는 각형 젤리 롤이고; 상기 제1 단부에 인접한 상기 양극 집전체는 상기 제1 단부에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되고; 상기 제2 단부에 인접한 상기 음극 집전체는 또한 상기 제2 단부에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되는 것인 리튬 이온 배터리.
  18. 제17항에 있어서, 각각 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 양극 단자 를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 2개를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 음극 단자를 접속시키는 복수의 균형 장치를 추가로 포함하되, 각각의 리튬 이온 전지의 상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체는 상기 균형 장치들 중 적어도 1개에 의해 접속되며, 상기 균형 장치는 각각의 리튬 이온 전지에 적용되는 충전 전압을 미리 결정된 범위로 제한할 수 있는 것인 리튬 이온 배터리.
  19. 제1항에 있어서, 각각의 리튬 이온 전지는 중심 축을 획정하는 사이에 상부면 및 하부면, 그리고 외면을 포함하는 전지체를 갖는 원통형 젤리 롤이고; 상기 양극 집전체는 상기 축에 평행한 방향으로 상기 상부면의 중심으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되고; 상기 외면에 인접한 음극 집전체는 또한 상기 축에 평행한 방향으로 상기 상부면으로부터 상기 전지체에서 멀리 연장되는 것인 리튬 이온 배터리.
  20. 제19항에 있어서, 각각 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 양극 단자를 접속시키거나, 크로스오버 커넥터 중 2개를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 음극 단자를 접속시키는 복수의 균형 장치를 추가로 포함하되, 각각의 리튬 이온 전지의 상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체는 상기 균형 장치들 중 적어도 1개에 의해 접속되며, 상기 균형 장치는 각각의 리튬 이온 전지에 적용되는 충전 전압을 미리 결정된 범위로 제한할 수 있는 것인 리튬 이온 배터리.
  21. 제1항에 있어서, 각각 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 양극 단자를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 2개를 접속시키거나, 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개와 상기 음극 단자를 접속시키는 복수의 균형 장치를 추가로 포함하되, 각각의 리튬 이온 전지의 상기 양극 집전체와 상기 음극 집전체는 상기 균형 장치들 중 적어도 1개에 의해 접속되며, 상기 균형 장치는 각각의 리튬 이온 전지에 적용되는 충전 전압을 미리 결정된 범위로 제한할 수 있는 것인 리튬 이온 배터리.
  22. 제21항에 있어서, 상기 단일 양극 단자는 2개의 이상의 상기 양극 집전체와 직접 접촉하지만 어떠한 음극 집전체와도 직접 접촉하지 않고, 상기 단일 음극 단자는 2개의 이상의 상기 음극 집전체와 직접 접촉하지만 어떠한 양극 집전체와도 직접 접촉하지 않으며, 상기 1개 이상의 크로스오버 커넥터는 각각 2개의 이상의 상기 양극 집전체 및 2개의 이상의 상기 음극 집전체와 전기 접속된 것인 리튬 이온 배터리.
  23. 제21항에 있어서, 각각의 양극 집전체는 상기 양극 단자에 용접되거나 또는 상기 양극 집전체가 접속되는 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개에 용접되고, 각각의 음극 집전체는 상기 음극 단자에 용접되거나 또는 상기 음극 집전체가 접속되는 상기 크로스오버 커넥터들 중 1개에 용접된 것인 리튬 이온 배터리.
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