KR101808609B1 - 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스 및 이를 포함하는 전기에너지 저장장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스 및 이를 포함하는 전기에너지 저장장치에 관한 것이다. 본 발명은 상부 및 하부가 개방되고, 셀 소자(A)가 내장되는 하우징(300); 상기 하우징(300)의 상부에 밀폐 결합되는 제1 결합 유닛(100); 및 상기 하우징(300)의 하부에 밀폐 결합되는 제2 결합 유닛(200)을 포함하고, 상기 하우징(300)은 엔지니어링 플라스틱 성형체인 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스, 및 이를 포함하는 전기에너지 저장장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 전기에너지 저장장치의 경량화, 제조 공정의 개선 및/또는 전기적 특성의 향상 등을 도모할 수 있다.
Description
본 발명은 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스 및 이를 포함하는 전기에너지 저장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기에너지 저장장치의 경량화, 제조 공정의 개선 및/또는 전기적 특성의 향상 등을 도모할 수 있는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스 및 이를 포함하는 전기에너지 저장장치에 관한 것이다.
충/방전이 가능한 전기에너지 저장장치, 예를 들어 전기 화학 소자로서의 커패시터(capacitor)나 리튬 이온(Li+) 전지 등의 2차 전지는 여러 산업 분야에서 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 전기이중층 커패시터(EDLC ; Electric Double Layer Capacitor)는 에너지 밀도가 높고, 충전과 방전의 반복으로 인한 열화가 작아 보수가 거의 필요 없어 그 수요가 높다. 이에 따라, 전기이중층 커패시터(EDLC)는 각종 전기ㆍ전자기기의 보조전원이나 IC 백업 전원 등으로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 장난감, 산업용 전원, UPS(UNINTERRUPTED POWER SUPPLY), 태양열 에너지 저장, HEV/EV SUB POWER 등에까지 폭넓게 응용되고 있다.
일반적으로, 전기이중층 커패시터(EDLC) 등의 전기에너지 저장장치는 복수의 단위 셀(unit cell)을 직렬 및/또는 병렬 연결하여 적정 전압을 갖도록 모듈화하여 사용된다. 이때, 상기 각 단위 셀은 셀 소자와, 이를 내장하기 위한 셀 외장 케이스를 포함한다. 상기 셀 소자는 양극 및 음극의 두 전극과, 상기 두 전극의 사이에 개재되어 이온(ion) 이동만 가능하게 하고 단락 방지(절연)를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(separator)를 포함한다.
일반적으로, 전기이중층 커패시터(EDLC)의 셀을 구성하는 전극은 전극활물질로서 다공성의 활성탄이 주로 사용되며, 이는 구체적으로 활성탄, 바인더(binder) 및 도전재를 포함하는 활성탄 전극 조성물(슬러리)을 알루미늄 포일(Al foil) 등의 금속 집전체 상에 코팅, 압연하여 제조한 것이 사용된다.
또한, 위와 같은 셀 소자, 즉 상기 전극(양극 및 음극)과 세퍼레이터는 셀 외장 케이스 내에 내장되며, 전해액에 의해 함침된다. 상기 셀 외장 케이스는 원통형이나 각형 등의 외형을 가지며 기계적 강도, 열적 강도 및 내화학성 등을 고려하여 금속재로 구성되고 있다. 이러한 셀 외장 케이스는 대부분의 경우 가격 및 가공성 등에서 유리한 알루미늄(Al) 재질로 구성되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0967504호, 대한민국 등록특허 제10-1462155호, 대한민국 등록특허 제10-1527126호, 대한민국 공개특허 제10-2011-0131250호, 일본 공개특허 제2007-66530호 및 일본 공개특허 제2007-87704호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다.
그러나 종래 기술에 따른 셀 외장 케이스는 금속재로 구성되어, 적어도 전기에너지 저장장치의 경량화가 어려운 문제점이 있다. 이는 전기에너지 저장장치의 용량이 커질수록 심해질 수 있다. 일례를 들어 3,000F의 용량을 가지는 고용량 전기이중층 커패시터(EDLC)는 직경 약 60mm, 높이 약 138mm인 원통형 셀 외장 케이스가 사용되고 있는데, 이와 같이 고용량의 경우 셀 외장 케이스의 용적(부피)도 커져 매우 무겁다.
또한, 일부에서는 셀 외장 케이스의 경량화를 위해 폴리에틸렌(PE)이나 폴리프로필렌(PP) 등의 수지재로 구성하는 기술이 시도되었으나, 이 경우 셀 외장 케이스의 기계적 강도, 내열성 및 내화학성 등이 떨어져 실용화(제품화)되기에는 어려움이 있었다.
아울러, 금속재는 물론이고 수지재를 포함한 종래 기술에 따른 셀 외장 케이스는 부품 수 및 조립 공정 수가 많아 전기에너지 저장장치의 전체적인 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 개선된 셀 외장 케이스 및 이를 포함하는 전기에너지 저장장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 전기에너지 저장장치의 경량화, 제조 공정의 개선 및/또는 전기적 특성의 향상 등을 도모할 수 있는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스, 및 상기 셀 외장 케이스를 포함하는 전기에너지 저장장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
상부가 개방되고, 셀 소자가 내장되는 하우징; 및
상기 하우징의 상부에 밀폐 결합되는 상부 결합 유닛을 포함하고,
상기 셀 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하며,
상기 하우징은 엔지니어링 플라스틱 성형체인 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스를 제공한다.
또한, 본 발명은,
상부 및 하부가 개방되고, 셀 소자가 내장되는 하우징;
상기 하우징의 상부에 밀폐 결합되는 제1 결합 유닛; 및
상기 하우징의 하부에 밀폐 결합되는 제2 결합 유닛을 포함하고,
상기 셀 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극의 사이에 형성된 세퍼레이터를 포함하며,
상기 하우징은 엔지니어링 플라스틱 성형체인 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 제1 결합 유닛은,
상기 셀 소자의 제1 전극과 결합되는 제1 도전성 결합판;
상기 제1 도전성 결합판에 연결되는 제1 단자 부재;
상기 제1 도전성 결합판 상에 설치되는 제1 밀폐 커버; 및
상기 제1 단자 부재에 결합되는 제1 마감 캡을 포함하고,
상기 제2 결합 유닛은,
상기 셀 소자의 제2 전극과 결합되는 제2 도전성 결합판;
상기 제2 도전성 결합판에 연결되는 제2 단자 부재;
상기 제2 도전성 결합판 상에 설치되는 제2 밀폐 커버; 및
상기 제2 단자 부재에 결합되는 제2 마감 캡을 포함한다.
또한, 상기 제1 단자 부재는,
제1 단자 본체와,
상기 제1 단자 본체의 중앙에 형성되고, 상기 제1 마갑 캡이 삽입, 결합되는 제1 마감 캡 삽입부와,
상기 제1 단자 본체의 외주면에 돌출, 형성된 제1 돌출부와,
상기 제1 돌출부의 하부에 돌출, 형성된 제2 돌출부와,
상기 제1 돌출부와 제2 돌출부의 사이에 형성되고, 밀봉 부재가 삽입, 패킹되는 패킹 홈부와,
상기 제2 돌출부의 하부에 형성되고, 상기 제1 도전성 결합판에 형성된 결합홀에 삽입, 결합되는 홀 체결부를 포함하고,
상기 제1 밀폐 커버는,
본체부와,
상기 본체부의 중앙에 형성되고, 상기 제1 돌출부와 제2 돌출부가 삽입, 결합되는 결합공을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 제1 밀폐 커버와 제2 밀폐 커버는 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성되되, 상기 제1 및 제2 밀폐 커버의 측면은 상기 하우징의 내주면에 다이오드 레이저(Diode Laser)에 의해 용접(용융), 결합될 수 있다.
또한, 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체는, 밀도가 1.8g/㎤ 이하이고, 인장 강도가 145MPa 이상이며, 1.82MPa의 곡률응력에서 열변형 온도가 185℃ 이상인 것이 바람직하다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 셀 외장 케이스를 포함하는 전기에너지 저장장치를 제공한다. 상기 전기에너지 저장장치는, 예를 들어 전기이중층 커패시터(EDLC) 등으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따르면, 개선된 셀 외장 케이스 및 이를 포함하는 전기에너지 저장장치가 제공된다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 셀 외장 케이스의 재질, 구조 및/또는 용접 방법 등의 개선으로 적어도 경량화가 도모되고, 이와 함께 부품 수 및 조립 공정 수 등이 감소된다. 이에 따라, 본 발명은 전기에너지 저장장치의 경량화를 도모함은 물론, 제조 공정이 단순화되고 제조비용(생산 단가) 등이 절감되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 전기에너지 저장장치의 파워 밀도 및/또는 에너지 밀도 등의 전기적 특성이 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치를 구성하는 셀 소자의 실시 형태를 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치를 구성하는 셀 소자의 실시 형태를 보인 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부 단면도이다.
도 6는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부 분해 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 저면 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 단면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 성형체에 대해 무게를 측정하고 있는 모습을 보인 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치를 구성하는 셀 소자의 실시 형태를 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치를 구성하는 셀 소자의 실시 형태를 보인 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부 단면도이다.
도 6는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부 분해 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 저면 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 단면 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 성형체에 대해 무게를 측정하고 있는 모습을 보인 사진이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "제1", "제2", "제3", "제4", "일측" 및 "타측" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되며, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "상에 형성", "상부(상측)에 형성", "하부(하측)에 형성", "상에 설치", "상부(상측)에 설치" 및 "하부(하측)에 설치" 등은, 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성(설치)되는 것만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 간의 사이에 다른 구성요소가 더 형성(설치)되어 있는 의미를 포함한다. 예를 들어, "상에 형성된다", "상에 설치된다" 라는 것은, 제1구성요소에 제2구성요소가 직접 접하여 형성(설치)되는 의미는 물론, 상기 제1구성요소와 제2구성요소의 사이에 제3구성요소가 더 형성(설치)될 수 있는 의미를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '형성', '설치', '연결', '결합' 및 '체결' 등은, 두 개의 부재가 착탈(결합과 분리)이 가능하게 결합된 것은 물론, 일체 구조의 의미를 포함한다. 구체적으로, 본 명세서에서 사용되는 용어 '형성', '설치', '연결', '결합' 및 '체결' 등은, 예를 들어 강제 끼움 방식(억지 끼움 방식); 홈과 돌기를 이용한 끼움 방식; 및 나사, 볼트, 피스, 리벳 등의 체결 부재를 이용한 체결 방식 등을 통하여, 두 개의 부재가 결합과 분리가 가능하도록 결합되는 것은 물론 용접, 접착제 및/또는 일체적 성형 등을 통하여 두 개의 부재가 결합된 후, 분리가 불가능하게 구성된 의미를 포함한다. 또한, 상기 '형성' 및 '설치'의 경우에는 별도의 결합력 없이 두 개의 부재가 적층(안착)되어 있는 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시 형태를 도시한 것으로, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된다. 또한, 본 발명의 실시 형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치를 구성하는 셀 소자의 실시 형태를 보인 사시도이고, 도 4는 상기 셀 소자의 요부 단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부 단면도이고, 도 6는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부 분해 단면도이다. 도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 분해 사시도이고, 도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 저면 분해 사시도이며, 도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 전기에너지 저장장치의 요부에 대한 단면 사시도이다.
본 발명은 하나의 실시 형태에 따라서, 셀 외장 케이스(B)를 구성하는 주요 부품의 재질이 개선되어 종래의 셀 외장 케이스보다 적어도 경량성이 우수하고, 이에 더하여 셀 외장 케이스(B)의 물성이 최적화되어 기계적 강도, 내열성 및 내화학성(내전해액성 등) 등이 향상된 셀 외장 케이스(B)를 제공한다. 또한, 본 발명은 다른 실시 형태에 따라서, 구조적 및/또는 형태적으로도 개선되어 종래의 외장 케이스보다 부품 수 및 조립 공정 수 등이 절감된 셀 외장 케이스(B)를 제공한다.
이에 더하여, 본 발명은 적어도 상기 본 발명에 따른 셀 외장 케이스(B)를 포함하여, 우수한 경량성을 가지면서 제조 공정이 단순하고 제조비용(생산 단가)이 절감되며, 이와 함께 전기적 특성 등이 향상된 전기에너지 저장장치 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 셀 외장 케이스(B) 및 전기에너지 저장장치의 형상, 크기 및/또는 용량 등은 제한되지 않는다. 형상은, 예를 들어 원통형이나 각형 등을 가질 수 있으며, 도면에서는 원통형을 예시하였다. 또한, 예를 들어 2.7V의 전압과 3,000F의 용량을 가질 수 있으며, 이러한 용량을 구현할 수 있는 크기(용적 등)를 가질 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치의 실시 형태를 설명하면서 본 발명에 따른 셀 외장 케이스(B)를 함께 설명한다.
본 발명에 따른 전기에너지 저장장치는, 충/방전이 가능한 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치는 전기 화학 소자로서, 예를 들어 전기이중층 커패시터(EDLC ; Electric Double Layer Capacitor), 의사 커패시터(Pseudo Capacitor) 및 하이브리드 커패시터(Hybrid Capacitor) 등의 슈퍼 커패시터(Super Capacitor); 세라믹 커패시터, Al 전해 커패시터 및 Ta 커패시터 등의 일반 커패시터; 그리고 리튬 이온(Li+) 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈-수소(Ni-H) 전지, 납축 전지 및 전해 콘덴서 등의 일반 2차 전지 등으로부터 선택될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치는 전기이중층 커패시터(EDLC)로부터 선택될 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치를 설명함에 있어, 경우에 따라 전기이중층 커패시터(이하, "EDLC"로 약칭한다.)를 예로 들어 설명한다. 아울러, 이하에서 사용되는 용어, "전기적 특성"은 전기에너지 저장장치(예, EDLC)의 용량, 저항, 파워 밀도, 에너지 밀도, 전압 및 누설 전류 등으로부터 선택된 적어도 하나 이상을 의미한다. 예를 들어, "전기적 특성이 우수하다(개선된다)."라는 것은 "전기에너지 저장장치(예, EDLC)의 용량, 저항, 파워 밀도, 에너지 밀도, 전압 및 누설 전류 등으로부터 선택된 적어도 하나 이상이 우수하다(개선된다)."라는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 전기에너지 저장장치는 셀 소자(A)와, 상기 셀 소자(A)가 내장되는 셀 외장 케이스(B)를 포함한다.
상기 셀 소자(A)는 전지적 구동이 가능한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 통상과 같이 구성될 수 있다. 셀 소자(A)는 충/방전이 가능한 전지적 셀 구성 요소로서, 적어도 하나 이상의 제1 전극(10), 적어도 하나 이상의 제2 전극(20), 및 적어도 하나 이상의 세퍼레이터(30)를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 세퍼레이터(30)의 개수는 제한되지 않는다. 세퍼레이터(30)는 적어도 제1 전극(10)과 제2 전극(20)의 사이에는 형성된다. 이때, 제1 전극(10)은 양극(anode)이고, 제2 전극(20)은 음극(cathode)일 수 있으며, 이와는 반대로 제1 전극(10)이 음극이고, 제2 전극(20)이 양극일 수 있다.
상기 셀 소자(A)는, 하나 이상의 세퍼레이터(30)를 사이에 두고 제1 전극(10)과 제2 전극(20)이 교대로 적층된 적층체를 포함하되, 이러한 적층체를 적어도 하나 이상 포함한다. 상기 적층체는 전해액에 함침된다. 상기 적층체는, 전해액에 함침된 후에 셀 외장 케이스(B)의 내부에 내장되거나, 셀 외장 케이스(B)의 내부에 내장된 후에 전해액의 주입을 통해 함침될 수 있다.
상기 셀 소자(A)를 구성하는 각 구성 요소의 성분, 재질 및 형상 등은 특별히 제한되지 않는다. 도면에는 원통형의 셀 소자(A)가 예시되어 있다. 도면에 예시한 바와 같이, 셀 소자(A)는 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 세퍼레이터(30)를 포함하는 적층체가 원통형으로 와인딩(winding)된 다음, 테이프 등에 의해 밴딩(banding)된 권취 소자(W)로 구성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, EDLC의 경우, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 각각 금속 집전체(12)(22)와, 상기 금속 집전체(12)(22) 상에 형성된 활성탄 전극(14)(24)을 포함할 수 있다. 상기 활성탄 전극(14)(24)은 금속 집전체(12)(22)의 적어도 한 면에 형성된다.
구체적으로, 상기 활성탄 전극(14)(24)은 금속 집전체(12)(22)의 한쪽 면에만 형성되거나, 양쪽 면 모두에 형성될 수 있다. 도 3 및 도 4에는 활성탄 전극(14)(24)이 금속 집전체(12)(22)의 양쪽 면 모두에 형성된 모습이 예시되어 있다. 상기 금속 집전체(12)(22)는, 예를 들어 알루미늄 포일(Al foil)이 사용될 수 있으며, 상기 활성탄 전극(14)(24)는 활성탄, 바인더(binder) 및 도전재를 포함하는 활성탄 전극 조성물이 금속 집전체(12)(22) 상에 코팅, 압연되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 각각 용접 결합부(12a)(22a)를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 금속 집전체(12)(22) 상에 활성탄 전극 조성물이 코팅, 형성된 활성탄 전극(14)(24)을 포함하되, 상기 활성탄 전극(14)(24)이 형성(코팅)되지 않은 부분으로서의 제1 용접 결합부(12a) 및 제2 용접 결합부(22a)를 포함할 수 있다.
이때, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극(10)에 형성된 제1 용접 결합부(12a)는 상측으로 인출되고, 제2 전극(20)에 형성된 제2 용접 결합부(22a)는 하측으로 인출될 수 있다. 이와는 반대로, 상기 제1 용접 결합부(12a)는 하측으로 인출되고, 상기 제2 용접 결합부(22a)는 상측으로 인출될 수 있다. 이러한 각 용접 결합부(12a)(22a)는 EDLC의 내부 단자 기능을 할 수 있으며, 이들은 셀 외장 케이스(B)의 도전성 결합판(120)(220)과 용접, 결합된다. 구체적으로, 제1 용접 결합부(12a)는 제1 도전성 결합판(120)에 용접되고, 제2 용접 결합부(22a)는 제2 도전성 결합판(220)에 용접된다.
상기 셀 외장 케이스(B)는 하우징(300)과, 상기 하우징(300)의 상부에 밀폐 결합되는 제1 결합 유닛(100)과, 상기 하우징(300)의 하부에 밀폐 결합되는 제2 결합 유닛(200)을 포함한다.
상기 하우징(300)은, 예를 들어 원통형 및 각형 등의 형상을 갖는다. 도면에는 원통형의 하우징(300)이 예시되어 있다. 하우징(300)의 상부 및 하부는 개방되어 있다. 하우징(300)의 내부에는 셀 소자(A)가 내장된다. 셀 소자(100)가 내장된 후, 하우징(230)의 상부 및 하부는 각각 제1 결합 유닛(100) 및 제2 결합 유닛(200)의 결합에 의해 밀폐된다.
본 발명에서, 상기 제1 결합 유닛(100)은 하우징(300)의 상부를 밀폐시키면서 셀 소자(A)의 제1 전극(10)과 외부 전원이 전기적으로 통전(연결)되게 할 수 있는 것이면, 그 구조 및/또는 형태 등은 특별히 제한되지 않는다.
바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 제1 결합 유닛(100)은 셀 소자(A)의 제1 전극(10)과 결합되는 제1 도전성 결합판(120)과, 상기 제1 도전성 결합판(120)에 연결되는 제1 단자 부재(140)와, 상기 제1 도전성 결합판(120) 상에 설치되는 제1 밀폐 커버(160)와, 상기 제1 단자 부재(140)에 결합되는 제1 마감 캡(180)을 포함한다. 본 발명에서 도전성은 전기 전도성을 의미한다.
상기 제1 도전성 결합판(120)은 도전성을 가지는 것으로서, 이는 예를 들어 금속재로부터 선택될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제1 도전성 결합판(120)은 알루미늄(Al), 알루미늄(Al) 합금 및/또는 SUS 등의 금속재로부터 선택된 원판 형상으로 구성될 수 있다. 제1 도전성 결합판(120)은 셀 소자(A)의 형상에 따라 원판 형상 및 다각판 형상 등을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 소자(A)가 원통형의 권취 소자(W)인 경우, 제1 도전성 결합판(120)은 도면에 도시한 바와 같이 원판 형상을 갖는다.
상기 제1 도전성 결합판(120)은 중앙에 형성된 결합홀(122)과, 상기 결합홀(122)의 주위에 방사형으로 형성된 복수의 관통홀(124)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 결합홀(122)에는 제1 단자 부재(140)가 끼움, 결합된다. 그리고 상기 관통홀(124)을 통해 전해액 및/또는 가스가 통과될 수 있다.
또한, 상기 제1 도전성 결합판(120)은 제1 전극(10)과 용접, 결합된다. 보다 구체적으로, 상기 제1 도전성 결합판(120)의 하부 면은 제1 전극(10)의 제1 용접 결합부(12a)와 용접, 결합되어 전기적으로 통전되며, 이들(120)(12a)은 일례를 들어 레이저(Laser) 용접될 수 있다.
상기 제1 단자 부재(140)는 도전성을 가지는 것으로서, 이는 예를 들어 금속재로부터 선택될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제1 단자 부재(140)는 알루미늄(Al), 알루미늄(Al) 합금 및/또는 SUS 등의 금속재로 구성될 수 있다. 제1 단자 부재(140)는 상기 제1 도전성 결합판(120)과 결합되고, 이와 함께 제1 밀폐 커버(160)와도 결합된다.
바람직한 구현예에 따라서, 상기 제1 단자 부재(140)는 제1 단자 본체(141)와, 상기 제1 단자 본체(141)의 중앙에 관통 형성된 제1 마감 캡 삽입부(142)와, 상기 제1 단자 본체(141)의 외주면에 일체로 돌출된 제1 및 제2 돌출부(143)(144)와, 상기 제1 돌출부(143)와 제2 돌출부(144)의 사이에 형성된 패킹 홈부(145)와, 상기 제2 돌출부(144)의 하부에 형성된 홀 체결부(146)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 돌출부(143)는 제1 단자 본체(141)의 대략 중앙에 돌출, 형성되고, 상기 제2 돌출부(144)는 제1 단자 본체(141)의 하단에 돌출, 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 돌출부(144)는 패킹 홈부(145)를 사이에 두고 상기 제1 돌출부(143)의 하부에 돌출, 형성될 수 있다.
상기 제1 단자 본체(141)는, 예를 들어 원통형의 형상을 갖는다. 상기 제1 단자 본체(141)는 외부 전원과 연결되며, 이는 EDLC의 외부 단자 기능을 할 수 있다. 상기 제1 마감 캡 삽입부(142)에는 제1 마감 캡(180)이 삽입, 결합되며, 상기 제1 돌출부(143)와 제2 돌출부(144)는 제1 밀폐 커버(160)의 결합공(162)에 끼움, 결합된다. 또한, 상기 패킹 홈부(145)에는 제1 밀봉 부재(131)가 삽입, 패킹(packing)되어 밀봉성이 도모되며, 상기 홀 체결부(146)는 제1 도전성 결합판(120)의 결합홀(122)에 삽입, 결합된다.
상기 제1 및 제2 돌출부(143)(144) 중에서, 상기 제1 돌출부(143)는 다각형 돌출부(143a)와, 상기 다각형 돌출부(143a)의 하측에 일체로 형성된 환형 돌출부(143b)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 다각형 돌출부(143a)는 제1 밀폐 커버(160)와의 결합 시, 제1 밀폐 커버(160)의 다각형 결합공(162a)에 삽입, 결합되어, 제1 단자 부재(140)의 회전을 방지한다. 또한, 상기 환형 돌출부(143b)는 다각형 결합공(162a)의 하측에 위치된 걸림면(164a), 즉 리브(164)(rib)의 밑면(164a)에 밀착, 걸리게 되어, 제1 단자 부재(140)의 상향 이탈을 방지한다.
상기 제1 마감 캡 삽입부(142)의 내부 면에는 하나 이상의 단턱(142a)(142b)이 형성될 수 있다. 상기 단턱(142a)(142b)은 적어도 제1 단턱(142a) 및 제2 단턱(142b)을 포함할 수 있으며, 이들(142a)(142b)은 예를 들어 제1 마감 캡(180)의 외부 면과의 결합력을 제공하고, 밀봉성을 위한 제2 밀봉 부재(132)가 삽입될 수 있는 공간이 마련되게 할 수 있다.
아울러, 상기 제1 단자 부재(140)는 제1 도전성 결합판(120)과 용접, 결합될 수 있다. 구체적으로, 제1 단자 부재(140)는, 그의 홀 체결부(146)가 제1 도전성 결합판(120)의 결합홀(122)에 삽입, 결합된 다음, 제1 도전성 결합판(120)과 접촉되는 면은 용접된다. 도 6을 참조하면, 제1 단자 부재(140)와 제1 도전성 결합판(120)의 접촉면 중에서, 적어도 제2 돌출부(144)의 하부 면과, 이와 접촉되는 제1 도전성 결합판(120)의 상부 면은 용접되며, 이들(144)(120)은 일례를 들어 레이저(Laser) 용접될 수 있다.
상기 제1 밀폐 커버(160)는 제1 도전성 결합판(120)의 상부에 설치되되, 이는 하우징(300)의 상부를 밀폐, 커버링(covering)한다. 제1 밀폐 커버(160)는, 예를 들어 원판 형상을 갖는다. 바람직한 구현예에 따라서, 제1 밀폐 커버(160)는 원판 형상의 본체부(161)와, 상기 본체부(161)의 중앙에 형성된 결합공(162)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 밀폐 커버(160)는 상기 본체부(161)의 측면(161a)으로부터 연장 형성된 테두리부(163)를 포함할 수 있다. 이때, 본체부(161)의 측면(161a)은 하우징(300)의 상단 내주면(311)과 밀착, 결합된다. 그리고 상기 테두리부(163)는 하우징(300)의 상단 표면(312)과 밀착, 결합될 수 있다. 이와 같이 밀착, 결합되는 부분은 밀폐 구조로 결합되며, 이는 구체적으로 용접(용융)을 통해 밀폐, 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1 밀폐 커버(160)의 결합공(162)은 상측에 형성된 다각형 결합공(162a)과, 상기 다각형 결합공(162a)의 하측에 형성된 원형 결합공(162b)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 다각형 결합공(162a)은 결합공(162)의 상부 벽면에 일체로 마련된 복수의 리브(164)에 의해 다각형의 형상을 갖도록 형성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 다각형 결합공(162a)에는 상기 제1 돌출부(143)의 다각형 돌출부(143a)가 끼움, 결합된다. 이에 따라, 상기 제1 단자 부재(140)는 다각형 돌출부(143a)와 다각형 결합공(162a)의 끼움, 결합에 의해 회전이 방지된다.
아울러, 상기 다각형 결합공(162a)의 하부 면, 보다 구체적으로는 상기 리브(164)의 걸림면(164a)에는 상기 환형 돌출부(143b)의 상부 면이 밀착, 걸리게 된다. 이에 따라, 제1 단자 부재(140)는 리브(164)와 환형 돌출부(143b)의 밀착, 걸림에 의해 상향 이탈이 방지된다. 이와 함께, 상기 환형 돌출부(143b)와 제2 돌출부(144)는 원형 결합공(162b)에 삽입, 결합되되, 상기 환형 돌출부(143b)와 제2 돌출부(144)의 사이에 형성된 패킹 홈부(145)에는 제1 밀봉 부재(131)가 패킹된 상태로 원형 결합공(162b)에 삽입되어, 제1 단자 부재(140)와 제1 밀폐 커버(160) 간의 밀봉성이 도모된다.
또한, 상기 제1 밀폐 커버(160)에는 제1 가스 누출공(172)이 형성되고, 상기 제1 가스 누출공(172)에는 제1 안전변(175)이 설치(부착)될 수 있다. 상기 제1 가스 누출공(172) 및 제1 안전변(175)은 EDLC의 내압 상승 및/또는 폭발에 대한 안전성을 위한 것으로서, 이들(172)(175)은 제1 밀폐 커버(160)의 본체부(161)에 하나 이상 형성될 수 있다. 상기 제1 안전변(175)은 제1 가스 누출공(172)을 통해 전해액이 누액되는 것을 방지할 수 있고, 가스 투과성인 것이면 특별히 제한되지 않는다. 제1 안전변(175)은, 예를 들어 합성수지나 고무재의 필름(film) 및/또는 멤브레인(Membrane) 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 제1 마감 캡(180)은, 예를 들어 금속재로부터 선택되고, 볼트(bolt) 등의 형상을 가질 수 있다. 제1 마감 캡(180)는 상기 제1 단자 부재(140)의 제1 마감 캡 삽입부(142)에 삽입되어, 제1 마감 캡 삽입부(142)의 내부 면과 나사산(S)을 통해 결합될 수 있다. 제1 마감 캡(180)의 적어도 상부 중앙에는 끼움 홈(182)이 형성될 수 있으며, 상기 끼움 홈(182)에 렌치 등의 체결 기구를 끼워 제1 마감 캡(180)의 결합/분리가 도모될 수 있다. 또한, 제1 마감 캡(180)을 분리한 후, 제1 마감 캡 삽입부(142)를 통해 전해액의 초기 주입 및 보충 주입이 진행될 수 있다.
상기 제1 마감 캡(180)의 외부 면에는 하나 이상의 걸림턱(181)이 형성될 수 있다. 이러한 걸림턱(181)은 상기 제1 마감 캡 삽입부(142)의 내부 면에 형성된 단턱(142a)(142b)에 밀착되면서 제2 밀봉 부재(132)가 삽입되게 할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 상기 걸림턱(181)의 외측은 제1 마감 캡 삽입부(142)의 제1 단턱(142a)에 밀착될 수 있다. 그리고 걸림턱(181)의 내측과 제2 단턱(142b)의 사이에는 제2 밀봉 부재(132)가 삽입, 패킹되어 밀봉성이 도모될 수 있다.
상기 제2 결합 유닛(200)은 하우징(300)의 하부(도 2에서, 하부)를 밀폐시키면서 제2 전극(20)과 외부 전원이 전기적으로 통전(연결)되게 할 수 있는 것이면, 그 구조 및/또는 형태 등은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 실시 형태에 따라서, 상기 제2 결합 유닛(200)은 전술한 바와 같은 제1 결합 유닛(100)과 동일하게 구성될 수 있다. 이에 따라, 도 6 내지 도 9에는 제1 결합 유닛(100)과 제2 결합 유닛(200)를 구성하는 각 구성요소들의 도면 부호를 같이 나타내었다. 이하, 제2 결합 유닛(200)을 설명함에 있어서, 설명되지 않은 부분이 있다면, 이는 상기 제1 결합 유닛(100)을 설명한 바와 같다.
상기 제2 결합 유닛(200)은 셀 소자(A)의 제2 전극(20)과 결합되는 제2 도전성 결합판(220)과, 상기 제2 도전성 결합판(220)에 연결되는 제2 단자 부재(240)와, 상기 제2 도전성 결합판(220) 상에 설치되는 제2 밀폐 커버(260)와, 상기 제2 단자 부재(240)에 결합되는 제2 마감 캡(280)을 포함한다.
상기 제2 도전성 결합판(220)은 중앙에 형성된 결합홀(222)과, 상기 결합홀(222)의 주위에 방사형으로 형성된 복수의 관통홀(224)을 포함할 수 있으며, 상기 결합홀(222)에는 제2 단자 부재(240)가 결합된다. 또한, 상기 제2 도전성 결합판(220)은 제2 전극(20)과 용접, 결합된다. 보다 구체적으로, 제2 도전성 결합판(220)의 상부 면(도 2에서, 상부 면)은 제2 전극(20)의 제2 용접 결합부(22a)와 용접, 결합되어 전기적으로 통전된다. 상기 제2 단자 부재(240)는 제2 도전성 결합판(220)의 결합홀(222)에 끼움, 결합된다. 이와 함께, 제2 단자 부재(240)는 제2 밀폐 커버(260)와도 결합된다.
바람직한 구현예에 따라서, 상기 제2 단자 부재(240)는 원통형의 제2 단자 본체(241)와, 상기 제2 단자 본체(241)의 중앙에 형성된 제2 마감 캡 삽입부(242)와, 상기 제2 단자 본체(241)의 외주면에 일체로 돌출된 제1 및 제2 돌출부(243)(244)와, 상기 제1 돌출부(243)와 제2 돌출부(244)의 사이에 형성된 패킹 홈부(245)와, 상기 제2 돌출부(244)의 상부(도 2에서, 상부)에 형성된 홀 체결부(246)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 돌출부(243)는 제2 단자 본체(241)의 대략 중앙에 돌출, 형성되고, 상기 제2 돌출부(244)는 제2 단자 본체(241)의 상단(도 2에서, 상단)에 돌출, 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 돌출부(244)는 패킹 홈부(245)를 사이에 두고 상기 제1 돌출부(243)의 하부(도 2에서, 상부)에 돌출, 형성될 수 있다.
상기 제2 단자 본체(241)는, 예를 들어 원통형의 형상을 갖는다. 상기 제2 단자 본체(241)는 외부 전원과 연결되며, 이는 EDLC의 외부 단자 기능을 할 수 있다. 상기 제2 마감 캡 삽입부(242)에는 제2 마감 캡(280)이 삽입, 결합되며, 상기 제1 돌출부(243)와 제2 돌출부(244)는 제2 밀폐 커버(260)의 결합공(262)에 끼움, 결합된다. 또한, 상기 패킹 홈부(245)에는 제3 밀봉 부재(231)가 삽입, 패킹되어 밀봉성이 도모되며, 상기 홀 체결부(246)는 제2 도전성 결합판(220)의 결합홀(222)에 삽입, 결합된다.
상기 제1 및 제2 돌출부(243)(244) 중에서, 상기 제1 돌출부(243)는 다각형 돌출부(243a)와, 상기 다각형 돌출부(243a)의 상측(도 2에서, 상측)에 일체로 형성된 환형 돌출부(243b)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 다각형 돌출부(243a)는 제1 밀폐 커버(260)와의 결합 시, 제2 밀폐 커버(260)의 다각형 결합공(262a)에 삽입, 결합되어, 제2 단자 부재(240)의 회전을 방지한다. 또한, 상기 환형 돌출부(243b)는 다각형 결합공(262a)의 상측(도 2에서, 상측)에 위치된 걸림면(264a), 즉 리브(264)의 상면(264a)에 밀착, 걸리게 되어, 제2 단자 부재(240)의 하향(도 2에서, 하향) 이탈을 방지한다.
아울러, 상기 제2 단자 부재(240)는 제2 도전성 결합판(220)과 용접, 결합될 수 있다. 구체적으로, 제2 단자 부재(240)는, 그의 홀 체결부(246)가 제2 도전성 결합판(220)의 결합홀(222)에 삽입, 결합된 다음, 제2 도전성 결합판(220)과 접촉되는 면은 용접된다. 도 2 및 도 6을 참조하면, 제2 단자 부재(240)와 제2 도전성 결합판(220)의 접촉면 중에서, 적어도 제2 돌출부(244)의 상부 면(도 2에서, 상부 면)과, 이와 접촉되는 제2 도전성 결합판(220)의 하부 면(도 2에서, 하부 면)은 용접되며, 이들(244)(220)은 일례를 들어 레이저(Laser) 용접될 수 있다.
상기 제2 밀폐 커버(260)는 제2 도전성 결합판(220)의 하부(도 2에서, 하부)에 설치되되, 이는 하우징(300)의 하부를 밀폐, 커버링(covering)한다. 제2 밀폐 커버(260)는, 예를 들어 원판 형상을 갖는다. 바람직한 구현예에 따라서, 제2 밀폐 커버(260)는 원판 형상의 본체부(261)와, 상기 본체부(261)의 중앙에 형성된 결합공(262)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 밀폐 커버(260)는 상기 본체부(261)의 측면(261a)으로부터 연장 형성된 테두리부(263)를 포함할 수 있다. 이때, 본체부(261)의 측면(261a)은 하우징(300)의 하단 내주면(321)과 밀착, 결합된다. 그리고 상기 테두리부(263)는 하우징(300)의 하단 표면(322)과 밀착, 결합될 수 있다. 이와 같이 밀착, 결합되는 부분은 밀폐 구조로 결합되며, 이는 구체적으로 용접(용융)을 통해 밀폐, 결합될 수 있다.
또한, 상기 제2 밀폐 커버(260)의 결합공(262)은 하측(도 2에서, 하측)에 형성된 다각형 결합공(262a)과, 상기 다각형 결합공(262a)의 상측(도 2에서, 상측)에 형성된 원형 결합공(262b)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 다각형 결합공(162a)은 결합공(262)의 하부 벽면에 일체로 마련된 복수의 리브(264)에 의해 다각형의 형상을 갖도록 형성된다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 다각형 결합공(262a)에는 상기 제1 돌출부(243)의 다각형 돌출부(243a)가 끼움, 결합된다. 이에 따라, 상기 제2 단자 부재(240)는 다각형 돌출부(243a)와 다각형 결합공(262a)의 끼움, 결합에 의해 회전이 방지된다.
아울러, 상기 다각형 결합공(262a)의 상부 면(도 2에서, 상부 면), 보다 구체적으로는 상기 리브(264)의 걸림면(264a)에는 상기 환형 돌출부(243b)가 밀착, 걸리게 된다. 이에 따라, 제2 단자 부재(240)는 리브(264)와 환형 돌출부(243b)의 밀착, 걸림에 의해 하향(도 2에서, 하향) 이탈이 방지된다. 이와 함께, 상기 환형 돌출부(243b)와 제2 돌출부(244)는 원형 결합공(262b)에 삽입, 결합되되, 상기 환형 돌출부(243b)와 제2 돌출부(244)의 사이에 형성된 패킹 홈부(245)에는 제3 밀봉 부재(131)가 패킹된 상태로 원형 결합공(262b)에 삽입되어, 제2 단자 부재(240)와 제2 밀폐 커버(260) 간의 밀봉성이 도모된다.
또한, 상기 제2 밀폐 커버(260)에는 제2 가스 누출공(272)이 형성되고, 상기 제2 가스 누출공(272)에는 제2 안전변(275)이 설치(부착)될 수 있으며, 이들(272)(275)은 본체부(261)에 형성된다. 아울러, 상기 제2 마감 캡 삽입부(242)의 내부 면에는 하나 이상의 단턱(242a)(242b)이 형성될 수 있다. 상기 단턱(242a)(242b)은 적어도 제1 단턱(242a) 및 제2 단턱(242b)을 포함할 수 있으며, 이들은 예를 들어 제2 마감 캡(280)의 외부 면과의 결합력을 제공하고, 밀봉성을 위한 제4 밀봉 부재(232)가 삽입될 수 있는 공간이 마련되게 할 수 있다.
상기 제2 마감 캡(280)은 제2 단자 부재(240)의 제2 마감 캡 삽입부(242)에 삽입되어, 제2 마감 캡 삽입부(242)의 내부 면과 나사산(S)을 통해 결합될 수 있다. 제2 마감 캡(280)의 적어도 상부 중앙에는 끼움 홈(282)이 형성될 수 있으며, 상기 끼움 홈(282)에 렌치 등의 체결 기구를 끼워 제2 마감 캡(280)의 결합/분리가 도모될 수 있다. 또한, 전해액의 주입 시, 제2 마감 캡(280)을 분리하여 제2 마감 캡 삽입부(242)를 통해 전해액의 유출되게 할 수 있다.
또한, 상기 제2 마감 캡(280)의 외부 면에는 하나 이상의 걸림턱(281)이 형성될 수 있다. 이러한 걸림턱(281)은 상기 제2 마감 캡 삽입부(242)의 내부 면에 형성된 단턱(242a)(242b)에 밀착되면서 제4 밀봉 부재(232)가 삽입되게 할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 걸림턱(281)의 외측은 제2 마감 캡 삽입부(242)의 제1 단턱(242a)에 밀착될 수 있다. 그리고 걸림턱(281)의 내측과 제2 단턱(242b)의 사이에는 제4 밀봉 부재(232)가 삽입, 패킹되어 밀봉성이 도모될 수 있다.
본 발명에서, 상기 제1 내지 제4 밀봉 부재(131)(132)(231)(232)는 적어도 전해액의 누액을 방지할 수 있는 밀봉성을 가지는 것이면 좋다. 제1 내지 제4 밀봉 부재(131)(132)(231)(232)는, 예를 들어 실리콘이나 고무 등으로 구성된 O-링(O-ring) 등으로부터 선택될 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 제1 결합 유닛(100)과 제2 결합 유닛(200)은 그의 구조 및/또는 형태적인 구성에 의해, 셀 외장 케이스(B)의 상부와 하부를 최소의 구성요소 및 최소의 부피로 컴팩트(compact)하게 마감한다. 또한, 각 구성요소들이 상호간 간단한 조립 구조로 결합된다.
한편, 구체적인 조립 공정에 따라서, 상기 도전성 결합판(120)(220)은 단자 부재(140)(240)와 먼저 결합된 후에 상기 셀 소자(A)와 결합될 수 있다. 보다 구체적인 조립 공정에 따라서, 상기 제1 도전성 결합판(120)은 홀 체결부(146)와의 끼움, 결합과 적어도 제2 돌출부(144)와의 용접, 결합을 통해 상기 제1 단자 부재(140)와 결합된 다음, 상기 제1 전극(10)의 제1 용접 결합부(12a)와 용접, 결합될 수 있다. 또한, 상기 제2 도전성 결합판(220)은 홀 체결부(246)와의 끼움, 결합과 적어도 제2 돌출부(244)와의 용접, 결합을 통해 상기 제2 단자 부재(240)와 결합된 다음, 상기 제2 전극(20)의 제2 용접 결합부(22a)와 용접, 결합될 수 있다.
다음으로, 위와 같이 셀 소자(A)의 상/하부에 도전성 결합판(120)(220)과 단자 부재(140)(240)가 결합된 소자 결합체는, 예를 들어 먼저 하우징(300)에 내장된 다음, 하우징(300)의 상/하부에 제1 밀폐 커버(160) 및 제2 밀폐 커버(260)가 결합될 수 있다. 이후, 마감 캡 삽입부(142)(242)를 통해 전해액이 주입된 다음, 각 마감 캡 삽입부(142)(242)에 각 마감 캡(180)(280)이 밀폐, 결합되어 조립이 완성될 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 상기 각 도전성 결합판(120)(220)은 각 전극(10)(20)에 용접, 결합되되, 이들은 레이저(Laser) 용접을 통해 결합되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 방사형으로 레이저 용접되는 것이 좋다. 보다 구체적으로, 상기 제1 도전성 결합판(120)은 제1 전극(10)의 제1 용접 결합부(12a)와 방사형 레이저 용접부(L)에 의해 용접, 결합되고, 상기 제2 도전성 결합판(220)은 제2 전극(20)의 제2 용접 결합부(22a)와 방사형 레이저 용접부(L)에 의해 용접, 결합되는 것이 바람직하다.
도 8에는 상기 방사형 레이저 용접부(L)를 점선으로 나타내었다. 도 8을 참조하면, 상기 방사형 레이저 용접부(L)는 적어도 8개 이상인 것이 좋다. 구체적인 예를 들어, 상기 방사형 레이저 용접부(L)는 도전성 결합판(120)(220) 상에 8개 내지 40개, 12개 내지 40개, 또는 16개 내지 40개가 형성된 것이 좋다. 도 8에는 방사형 레이저 용접부(L)가 20개인 것을 예시적으로 도시하였다.
위와 같이, 도전성 결합판(120)(220)과 용접 결합부(12a)(22a)가 적어도 8개 이상의 방사형 레이저 용접부(L)에 의해 용접, 결합된 경우, 도전성 결합판(120)(220)과 용접 결합부(12a)(22a) 간의 용접 면적(접촉 면적)이 증가되어, EDLC의 적어도 저항이 개선(내부 저항의 감소)된다. 이는 또한 저항의 개선(내부 저항의 감소)으로 EDLC의 파워 밀도 및/또는 에너지 밀도 등을 향상시킬 수 있다.
한편, 다른 실시 형태에 따라서, 본 발명에 따른 셀 외장 케이스(B)는, 셀 소자(A)가 내장되는 하우징(300)을 적어도 포함하되, 상기 하우징(300)은 상부 및 하부 중에서 선택된 하나 이상이 개방된 구조를 가질 수 있다. 상기 하우징(300)은, 예를 들어 원통형의 형상을 가지되, 상부와 하부 중에서 상부는 개방되고, 하부는 밀폐된 구조를 가질 수 있다.
구체적인 실시 형태에 따라서, 상기 하우징(300)은 원통형의 벽체와, 상기 벽체의 하단에 일체로 형성된 바닥부를 포함하여, 상기 바닥부에 의해 하부는 밀폐되고, 상부는 개방된 구조를 가질 수 있다. 그리고 하우징(300)의 내부에 셀 소자(A)가 내장된 후, 상기 개방된 상부에 밀폐 결합되는 상부 결합 유닛을 포함할 수 있다. 이때, 상기 상부 결합 유닛은, 전술한 바와 같은 제1 결합 유닛(100)의 구성을 가지되, 상기 셀 소자(A)의 제1 전극(10)과 제2 전극(20)이 절연된 구조로 연결될 수 있는 구성(구조 및/또는 형태)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따라서, 상기 셀 외장 케이스(B)를 구성하는 구성요소들 중에서 적어도 상기 하우징(300)은 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성된다. 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 제1 밀폐 커버(160)와 제2 밀폐 커버(260)도 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성되는 것이 좋다. 구체적으로, 본 발명에 따른 셀 외장 케이스(B)를 구성하는 구성요소들 중에서, 적어도 상기 하우징(300)은 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성되고, 바람직하게는 상기 제1 밀폐 커버(160)와 제2 밀폐 커버(260)의 경우도 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성되는 것이 좋다.
본 발명에서, "엔지니어링 플라스틱 성형체"란 성형체의 구성 재질이 적어도 엔지니어링 플라스틱(E/P : Engineering Plastics)을 포함하는 것이면 여기에 포함한다. 구체적으로, 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체는 엔지니어링 플라스틱(E/P) 단독을 성형 재료로 하여 성형되거나, 엔지니어링 플라스틱(E/P)을 제1성분(주성분)으로 하되, 여기에 엔지니어링 플라스틱(E/P) 이외의 제2성분이 혼합된 혼합물을 성형 재료로 하여 성형될 수 있다. 상기 제2성분은 엔지니어링 플라스틱(E/P)이 아닌 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 비-엔지니어링 플라스틱 등의 수지 성분; 강도 보강을 위한 무기물 등의 보강재; 성형성을 위한 이형제나 활제 등의 성형 개선제; 및/또는 산화방지제나 색상 안료 등의 첨가제; 등으로부터 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체는 전체 중량 중에서 엔지니어링 플라스틱(E/P)을 80중량% 이상, 구체적으로는 80 ~ 100중량%, 85 ~ 99.9중량%, 또는 90 ~ 98중량%로 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 엔지니어링 플라스틱(E/P)은 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 일반적인 플라스틱과 구별되는 고강도, 고내열성 및 고내화학성 등을 가지는 플라스틱(고분자)으로서, 이는 당 분야 및 다른 산업분야에서 엔지니어링 플라스틱(E/P)으로 통용되는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명에 따라서, 상기 하우징(300)은 위와 같은 엔지니어링 플라스틱(E/P)을 적어도 포함하는 성형 재료로부터 제조(성형)된 것이 사용되며, 이는 예를 들어 압출 성형 및/또는 사출 성형 등을 통해 제조(성형)될 수 있다. 본 발명에 따르면, 셀 외장 케이스(B)의 주요 중량 및 부피를 차지하는 하우징(300)이 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성되어, 종래의 알루미늄(Al) 등과 같은 금속재 외장 케이스와 대비하여 동등 이상의 고강도 등을 유지하면서 적어도 우수한 경량성을 갖는다.
하나의 구현예에 따라서, 상기 엔지니어링 플라스틱(E/P)은 강도, 내열성 및 내화학성 등을 고려하여, 중량평균분자량이 120,000 이상이고, 결정화도가 40% 이상인 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P)으로부터 선택되는 것이 좋다. 이때, 결정화도가 너무 낮은 경우, 전해액에 의해 용출될 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 결정화도가 45% 이상, 또는 50% 이상인 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P)으로부터 선택되는 것이 좋다.
구체적인 구현예에 따라서, 상기 엔지니어링 플라스틱(E/P)은 중량평균분자량이 예를 들어 20만 내지 500만이고, 결정화도가 예를 들어 50% 내지 85%인 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P)으로부터 선택될 수 있다. 이와 같은 중량평균분자량 및 결정화도를 가지는 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P)을 사용하는 경우, 강도 및 내열성 등에서 우수한 기계적/열적 특성을 가지면서 내전해액성 및 성형성 등에서도 유리하다.
상기 엔지니어링 플라스틱(E/P)은, 구체적인 예를 들어 폴리아미드(PA ; Polyamide), 폴리아세탈(POM ; Polyacetal), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT ; Polybutylene Terephthalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET ; Polyethylene Terephthalate), 폴리페닐렌설파이드(PPS ; Polyphenylene Sulfide), 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE ; Thermoplastic polyester elastomer) 및 이들의 공중합체 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE)로는 열가소성 스티렌 블록 공중합체(SBC ; Thermoplastic styrenic block copolymer) 등의 스티렌계, 열가소성 올레핀 엘라스토머(TPO ; Tthermoplastic olefinic elastomer) 등의 올레핀계 및/또는 열가소성 폴리우레탄(TPU ; Tthermoplastic polyurethane) 등의 우레탄계 등을 예로 들 수 있다. 이러한 엔지니어링 플라스틱(E/P) 중에서도 경제성, 상용성 및/또는 가공성 등을 고려하여 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 및/또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등을 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체는, 즉 상기 하우징(300) 및/또는 밀폐 커버(160)(260)는 적어도 아래의 물성 (a) 내지 (c)를 만족하는 것이 좋다. 본 발명에 따르면, 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체가 적어도 이래의 물성을 만족하는 경우, 경량성을 가짐은 물론 강도, 내열성 및 내화학성 등이 우수하여, EDLC에 충격이 가해지거나 과부하 및 열화 등이 발생된 경우에도 안정성을 가져 EDLC의 셀 외장 케이스(B)로 유용함을 알 수 있었다.
(a) 밀도 1.8g/㎤ 이하
(b) 인장 강도 145MPa 이상
(c) 1.82MPa의 곡률응력에서 열변형 온도 185℃ 이상
이때, 상기 밀도가 1.8g/㎤를 초과하는 경우 경량성에 바람직하지 않으며, 밀도가 너무 낮은 경우 기계적 강도가 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 밀도는 예를 들어 1.2g/㎤ 내지 1.8g/㎤인 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 인장 강도가 145MPa 미만인 경우, 내압 상승이나 외부 충격에 의해 변형이 발생될 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 인장 강도는 148MPa 이상이 바람직하며, 구체적인 예를 들어 148MPa 내지 220MPa인 것이 바람직할 수 있다. 아울러, 상기 열변형 온도가 185℃ 미만인 경우, EDLC의 내부에 고열 발생 시, 열 변형이 일어날 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 열변형 온도는 190℃ 이상이 바람직하며, 구체적인 예를 들어 190℃ 내지 300℃, 보다 바람직하게는 200℃ 내지 300℃인 것이 좋다.
본 발명에서, 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체는 엔지니어링 플라스틱(E/P)의 종류, 분자량, 결정성(결정화도) 및/또는 개질 정도 등에 따라 상기와 같은 물성을 갖는 것이면 바람직하다. 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체는, 예를 들어 상기 나열한 엔지니어링 플라스틱(E/P)들의 고유 물성에 의하거나 개질에 의해, 밀도는 1.8g/㎤ 이하이고, 인장 강도는 145MPa 이상이며, 열변형 온도(1.82MPa의 곡률응력)는 185℃ 이상이면 바람직하다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 하우징(300)과 밀폐 커버(160)(260)는 상기한 바와 같은 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성되고, 이들은 상호간 용접 방법을 통한 용융에 의해 결합되는 것이 좋다.
구체적으로, 도 5 및 도 8을 참조하면, 상기 하우징(300)의 상단 내주면(311)은 제1 밀폐 커버(160)의 측면(161a)과 밀착, 결합되고, 상기 하우징(300)의 하단 내주면(321)은 제2 밀폐 커버(260)의 측면(261a)과 밀착, 결합된다. 이때, 상기 각 내주면(311)(321)과 각 측면(161a)(261a)은 다이오드 레이저(Diode Laser)를 이용한 용접(용융)에 밀폐, 결합되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 도 5에 보인 바와 같이, 상기 내주면(311)(321)과 측면(161a)(261a)은 수평 방향에서 조사되는 다이오드 레이저(DL1)에 의해 용융, 접합되는 것이 좋다.
일반적으로, 종래의 금속재 외장 케이스의 경우, 금속재의 하우징과 커버를 결합시킴에 있어서, 수직 방향에서 고출력의 파이버 레이저(Fiber Laser)를 이용한 용접으로 결합시키는 방법이 주류를 이루고 있다. 그러나 이 경우, 약 2kW 이상의 고출력을 필요로 하며, 또한 파이버 레이저 용접기는 약 2.5억원으로서 매우 고가이다. 또한, 고출력의 레이저 용접에 의해, EDLC에 열화가 가해져 전기적 특성이 저하된다.
이에 반해, 본 발명에 따라서, 다이오드 레이저(DL1)를 이용하는 경우, 하우징(300)과 밀폐 커버(160)(260)의 우수한 밀폐성을 도모함은 물론, 낮은 전력으로도 용융, 접합되어 에너지 소모량이 최소화된다. 아울러, 다이오드 레이저 용접기는 약 1억원 정도로서 파이버 레이저 용접기에 비해 장비 가격도 낮다. 무엇보다, 다이오드 레이저 용접은 EDLC의 열화를 발생시키지 않아 전기적 특성의 저하를 방지한다.
또한, 구체적인 구현예에 따라서, 상기 내주면(311)(321)과 측면(161a)(261a)은 220W 내지 380W의 전력을 이용한 다이오드 레이저(DL1)에 의해 용접(용융), 접합되는 것이 좋다. 이때, 상기 엔지니어링 플라스틱 성형체의 융점에 따라 다를 수 있지며, 전력이 220W 미만인 경우 용융, 접합성이 낮을 수 있으며, 380W를 초과하는 경우 EDLC에 열화를 주거나 측면(161a)(261a)의 변형이 발생될 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 예를 들어 다이오드 레이저 용접기에 280W 내지 320W의 전력을 가하여 용접(용융), 접합하는 바람직할 수 있다.
아울러, 도 5를 참조하면, 상기 하우징(300)의 상단 표면(312)은 제1 밀폐 커버(160)의 테두리부(163)와 밀착, 결합되고, 상기 하우징(300)의 하단 표면(322)은 제2 밀폐 커버(260)의 테두리부(263)와 밀착, 결합될 수 있다. 이때, 각 표면(312)(322)과 각 테두리부(163)(263)은 상기와 같은 다이오드 레이저를 이용한 방법으로 용접(용융), 접합될 수 있다. 또한, 이 경우, 도 5에 보인 바와 같이, 수직 방향에서 조사되는 다이오드 레이저(DL2)에 의해 용융, 접합될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 적어도 하우징(300)이 엔지니어링 플라스틱 성형체로 구성되어 경량화가 도모된다. 또한, 셀 외장 케이스(B)를 구성하는 구성요소들의 구조적 및/또는 형태적 개선에 의해, 경량성은 물론 부품 수 및 조립 공정 수 등이 감소된다. 구체적으로, 종래의 금속재 외장 케이스보다 적어도 절연체(2개 이상)의 사용이 배제되어 부품 수가 감소된다. 이에 따라, 전기에너지 저장장치(및 이의 모듈)의 경량화에 의해 취급이 양호함은 물론, 예를 들어 자동차에 탑재된 경우 중량 감소로 자동차의 연비를 절감할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 셀 외장 케이스(B)는 밀봉 부재(131)(132)(231)(232)와 안전변(175)(275)를 제외하면, 하우징(300) 1개, 제1 결합 유닛(100)을 구성하는 부품 4개, 제2 결합 유닛(200)을 구성하는 부품 4개를 포함하여 총 9개로서, 부품 수가 매우 적다. 아울러, 상기 제1 결합 유닛(100)과 제2 결합 유닛(200)을 구성하는 부품은 각각 4개이지만, 이들은 서로 동일한 구조 및 형태를 가져 제조의 편의성을 갖는다. 즉, 제1 결합 유닛(100)과 제2 결합 유닛(200)을 구성하는 각 부품들을 동일한 성형 몰드를 사용하여 성형, 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 셀 외장 케이스(B)의 부품 수 및 조립 공정 수 등의 감소로 인해, 전기에너지 저장장치의 제조 공정(조립 공정)이 단순화되고, 제조비용(생산 단가) 등이 절감된다. 아울러, 각 부품 간의 결합 구조 및 용접 방법 등의 개선에 의해 전기에너지 저장장치의 저항, 파워 밀도 및/또는 에너지 밀도 등의 전기적 특성이 향상된다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것이 아니며, 이는 단지 실시예들과의 비교를 위해 제공된다.
[실시예 1 내지 3]
< 엔지니어링 플라스틱(E/P) 성형체 >
결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P)을 이용하여 원통형의 성형체를 제조하였다. 이때, 각 실시예에 따라 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P)의 종류를 달리하였다. 실시예 1의 경우에는 폴리아미드계(PA계, DuPont社 제품), 실시예 2의 경우에는 폴리부틸렌프탈레이트계(PBT계, DuPont社 제품), 실시예 3의 경우에는 폴리페닐렌설파이드계(PPS계, PolyPlastics社 제품)를 주성분으로 하는 수지 조성물을 사용하였다.
상기 각 실시예에 따른 성형체에 대해, 물성과 내전해액성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 이때, 상기 내전해액성은 전해염 TEABF4((C2H5)4NBF4)을 용매 아세토니트릴(ACN)에 녹여 포화 용액의 전해액을 제조한 다음, 여기에 상기 성형체를 침지하고, 침지 1달 후의 무게 변화(무게 감소)와 외관 변화(변색이나 핀홀 발생)를 관찰하는 방법으로 평가하였다. 첨부된 도 10은 실시예 1에 따른 성형체(PA계)에 대해 초기 무게를 측정하고 있는 모습을 보인 사진이다.
[비교예 1 내지 3]
각 비교예에 따라 플라스틱의 종류를 달리하여 원통형의 성형체를 제조하였다. 비교예 1의 경우에는 비결정성의 엔지니어링 플라스틱(E/P)으로서 폴리카보네이트(PC)계를 사용하였다. 그리고 비교예 2의 경우에는 일반 플라스틱(비-엔지니어링 플라스틱)으로서 폴리프로필렌(PP)계를 사용하였으며, 비교예 3의 경우에는 일반 플라스틱(비-엔지니어링 플라스틱)으로서 폴리에틸렌(PE)계를 사용하였다.
또한, 각 비교예에 따른 성형체에 대하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 물성과 내전해액성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 함께 나타내었다.
| 비 고 | 성형체의 재질 |
결정화도 [%] |
밀도 [g/㎤] |
인장 강도 [MPa] |
열변형 온도 [℃],(@1.82MPa) |
내전해액성 | |
| 무게 감소 | 외관 변화 | ||||||
| 실시예 1 | PA | 58 | 1.44 | 151 | 283 | 없음 | 없음 |
| 실시예 2 | PBT | 64 | 1.56 | 149 | 264 | 없음 | 없음 |
| 실시예 3 | PPS | 42 | 1.66 | 180 | 265 | 없음 | 없음 |
| 비교예 1 | PC | 비결정성 | - | - | - | 발생 | 핀홀 |
| 비교예 2 | PP | 27 | - | 143 | 168 | 없음 | 없음 |
| 비교예 3 | PE | 14 | - | 82 | 112 | 발생 | 없음 |
| * PA : 폴리아미드계 - 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P) * PBT : 폴리부틸렌프탈레이트계 - 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P) * PPS : 폴리페닐렌설파이드계 - 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P) * PC : 폴리카보네이트계 - 비결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P) * PP : 폴리프로필렌계 - 일반 플라스틱(비-엔지니어링 플라스틱) * PE : 폴리에틸렌계 - 일반 플라스틱(비-엔지니어링 플라스틱) |
|||||||
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 엔지니어링 플라스틱(E/P)이고 결정성인 경우에 기계적 강도(인장 강도) 및 내열성(열변형 온도)은 물론 내화학성(내전해액성)이 우수함을 알 수 있다. 또한, 결정화도가 큰 경우에 우수한 결과를 보임을 알 수 있다.
[실시예 4]
< EDLC 셀 >
도 2에 보인 바와 같은 구조 및 형태를 가지는 EDLC 셀로서, 약 3,000F의 용량을 가지는 원통형의 고용량 EDLC 셀을 제조하였다. 이때, 셀 외장 케이스(B)를 구성하는 하우징(30)과 밀폐 커버(160)(260)는 결정성 엔지니어링 플라스틱(E/P)으로서 폴리아미드계(PA계, DuPont社 제품)를 사용하여 성형한 것을 사용하였다. 하우징(300)은 내경 약 60mm(외경 약 61.1mm)와 높이 약 138mm의 원통형으로 성형되었다. 그리고 다른 도전성 부재들은 Al과 SUS이 혼용 사용되었다.
상기 셀 외장 케이스(B) 내에 통상의 EDLC 권취 소자(W)를 내장하되, 도전성 결합판(120)(220)과 전극(10)(20)은 파이버 레이저 용접기를 이용하여 용접, 결합시켰다. 이후, 하우징(300)과 밀폐 커버(160)(260)는 수평 방향에서 다이오드 레이저 용접기를 이용하여 약 300W의 전력으로 측면을 용융, 접합시켜 원통형의 EDLC 셀을 제조하였다.
상기 셀 외장 케이스(B)에 대한 부품 수 및 조립 공정 수 등을 하기 [표 2]에 나타내었다. 하기 [표 2]에서, 부품 수(공정 수)는 밀봉 부재(O-링) 등을 제외한 주요 부품 수(공정 수)를 나타낸 것이다. 또한, 상기 제조된 EDLC 셀에 대하여 전기적 특성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다. 그리고 하기 [표 2] 및 [표 3]에서, 비교예 4는 Al 금속재 외장 케이스 및 이를 이용한 EDLC 셀(3,000F)이다.
| 비 고 | 하우징의 재질 |
셀의 무게(g) |
부품 수 (조립 공정 수) |
하우징의 용접 방법 (소요 전력) |
| 실시예 4 (E/P 적용) |
PA | 480 | 9 (15) |
수평, Diode Laser (약 300W) |
| 비교예 4 (Al 금속재) |
Al | 510 | 17 (28) |
수직, Fiber Laser (약 2kW) |
| 비 고 | 하우징의 재질 | 전압 [V] |
용량 [F] |
내부 저항 [mΩ] |
에너지 밀도 [Wh/kg] |
파워 밀도 [kW/kg] |
| 실시예 4 (E/P 적용) |
PA | 2.7 | 3,000 | 0.25 | 4.8 | 11.4 |
| 비교예 4 (Al 금속재) |
Al | 2.7 | 3,000 | 0.29 | 4.4 | 9.2 |
상기 [표 2] 및 [표 3]에 보인 바와 같이, 실시예에 따른 셀 외장 케이스의 경우 가볍고 부품 수(공정 수)가 적으며, 하우징(300)의 용접 결합 시 소요 전력이 작음을 알 수 있다. 또한, 실시예에 따른 EDLC 셀은 내부 저항(DC-ESR)은 물론, 에너지 밀도(Usable Specific Energy density) 및 파워 밀도(Usable Specific Power density)에서도 우수한 결과를 보임을 알 수 있다.
A : 셀 소자 10 : 제1 전극
20 : 제2 전극 30 : 세퍼레이터
B : 셀 외장 케이스 100 : 제1 결합 유닛
120 : 제1 도전성 결합판 140 : 제1 단자 부재
160 : 제1 밀폐 커버 180 : 제1 마감 캡
200 : 제2 결합 유닛 220 : 제2 도전성 결합판
240 : 제2 단자 부재 260 : 제2 밀폐 커버
280 : 제2 마감 캡 300 : 하우징
20 : 제2 전극 30 : 세퍼레이터
B : 셀 외장 케이스 100 : 제1 결합 유닛
120 : 제1 도전성 결합판 140 : 제1 단자 부재
160 : 제1 밀폐 커버 180 : 제1 마감 캡
200 : 제2 결합 유닛 220 : 제2 도전성 결합판
240 : 제2 단자 부재 260 : 제2 밀폐 커버
280 : 제2 마감 캡 300 : 하우징
Claims (12)
- 삭제
- 삭제
- 상부 및 하부가 개방되고, 셀 소자(A)가 내장되는 하우징(300);
상기 하우징(300)의 상부에 밀폐 결합되는 제1 결합 유닛(100); 및
상기 하우징(300)의 하부에 밀폐 결합되는 제2 결합 유닛(200)을 포함하되,
상기 셀 소자(A)는, 제1 전극(10), 제2 전극(20), 및 상기 제1 전극(10)과 제2 전극(20)의 사이에 형성된 세퍼레이터(30)를 포함하는 적층체가 와인딩(winding)되어 구성된 권취 소자(W)이고,
상기 하우징(300)은 엔지니어링 플라스틱 성형체이며,
상기 제1 결합 유닛(100)은,
상기 셀 소자(A)의 제1 전극(10)과 결합되는 제1 도전성 결합판(120);
상기 제1 도전성 결합판(120)에 연결되는 제1 단자 부재(140);
상기 제1 도전성 결합판(120) 상에 설치되는 제1 밀폐 커버(160); 및
상기 제1 단자 부재(140)에 결합되는 제1 마감 캡(180)을 포함하고,
상기 제2 결합 유닛(200)은,
상기 셀 소자(A)의 제2 전극(20)과 결합되는 제2 도전성 결합판(220);
상기 제2 도전성 결합판(220)에 연결되는 제2 단자 부재(240);
상기 제2 도전성 결합판(220) 상에 설치되는 제2 밀폐 커버(260); 및
상기 제2 단자 부재(240)에 결합되는 제2 마감 캡(280)을 포함하며,
상기 제1 도전성 결합판(120) 및 제2 도전성 결합판(220)은, 각각 제1 단자 부재(140) 및 제2 단자 부재(240)가 끼움, 결합되는 결합홀(122)(222)과, 상기 결합홀(122)(222)의 주위에 형성되고 전해액 및 가스가 통과될 수 있는 관통홀(124)(224)을 포함하고,
상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은, 각각 금속 집전체(12)(22) 상에 활성탄 전극 조성물이 코팅, 형성된 활성탄 전극(14)(24)을 포함하되, 상기 활성탄 전극(14)(24)이 형성(코팅)되지 않은 부분으로서의 제1 용접 결합부(12a) 및 제2 용접 결합부(22a)를 각각 포함하며,
상기 제1 도전성 결합판(120)은 제1 전극(10)의 제1 용접 결합부(12a)와 방사형 레이저 용접부(L)에 의해 용접, 결합되고,
상기 제2 도전성 결합판(220)은 제2 전극(20)의 제2 용접 결합부(22a)와 방사형 레이저 용접부(L)에 의해 용접, 결합된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 단자 부재(140)는,
제1 단자 본체(141)와,
상기 제1 단자 본체(141)의 중앙에 형성되고, 상기 제1 마감 캡(180)이 삽입, 결합되는 제1 마감 캡 삽입부(142)와,
상기 제1 단자 본체(141)의 외주면에 돌출, 형성된 제1 돌출부(143)와,
상기 제1 돌출부(143)의 하부에 돌출, 형성된 제2 돌출부(144)와,
상기 제1 돌출부(143)와 제2 돌출부(144)의 사이에 형성되고, 밀봉 부재(131)가 삽입, 패킹되는 패킹 홈부(145)와,
상기 제2 돌출부(144)의 하부에 형성되고, 상기 제1 도전성 결합판(120)에 형성된 결합홀(122)에 삽입, 결합되는 홀 체결부(146)를 포함하고,
상기 제1 밀폐 커버(160)는,
본체부(161)와,
상기 본체부(161)의 중앙에 형성되고, 상기 제1 돌출부(143)와 제2 돌출부(144)가 삽입, 결합되는 결합공(162)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 돌출부(143)는 다각형 돌출부(143a)와, 상기 다각형 돌출부(143a)의 하측에 형성된 환형 돌출부(143b)를 포함하고,
상기 결합공(162)은 복수의 리브(164)에 의해 형성된 다각형 결합공(162a)과, 상기 다각형 결합공(162a)의 하측에 형성된 원형 결합공(162b)을 포함하며,
상기 다각형 돌출부(143a)는 다각형 결합공(162a)에 끼움, 결합되고,
상기 환형 돌출부(143b)와 제2 돌출부(144)는 원형 결합공(162b)에 삽입, 결합되며,
상기 환형 돌출부(143b)는 리브(164)에 밀착되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스.
- 제3항에 있어서,
상기 제2 단자 부재(240)는,
제2 단자 본체(241)와,
상기 제2 단자 본체(241)의 중앙에 형성되고, 상기 제2 마감 캡(280)이 삽입, 결합되는 제2 마감 캡 삽입부(242)와,
상기 제2 단자 본체(241)의 외주면에 돌출, 형성된 제1 돌출부(243)와,
상기 제1 돌출부(243)의 하부에 돌출, 형성된 제2 돌출부(244)와,
상기 제1 돌출부(243)와 제2 돌출부(244)의 사이에 형성되고, 밀봉 부재(231)가 삽입, 패킹되는 패킹 홈부(245)와,
상기 제2 돌출부(244)의 하부에 형성되고, 상기 제2 도전성 결합판(220)에 형성된 결합홀(222)에 삽입, 결합되는 홀 체결부(246)를 포함하고,
상기 제2 밀폐 커버(260)는,
본체부(261)와,
상기 본체부(261)의 중앙에 형성되고, 상기 제1 돌출부(243)와 제2 돌출부(244)가 삽입, 결합되는 결합공(262)을 포함하며,
상기 제1 돌출부(243)는 다각형 돌출부(243a)와, 상기 다각형 돌출부(243a)의 하측에 형성된 환형 돌출부(243b)를 포함하고,
상기 결합공(262)은 복수의 리브(264)에 의해 형성된 다각형 결합공(262a)과, 상기 다각형 결합공(262a)의 하측에 형성된 원형 결합공(262b)을 포함하며,
상기 다각형 돌출부(243a)는 다각형 결합공(262a)에 끼움, 결합되고,
상기 환형 돌출부(243b)와 제2 돌출부(244)는 원형 결합공(262b)에 삽입, 결합되며,
상기 환형 돌출부(243b)는 리브(164)에 밀착되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 도전성 결합판(120)은 제1 용접 결합부(12a)와 8개 이상의 방사형 레이저 용접부(L)에 의해 용접, 결합되고,
상기 제2 도전성 결합판(220)은 제2 용접 결합부(22a)와 8개 이상의 방사형 레이저 용접부(L)에 의해 용접, 결합되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 밀폐 커버(160)와 제2 밀폐 커버(260)는 엔지니어링 플라스틱 성형체인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 밀폐 커버(160)와 제2 밀폐 커버(260)는 엔지니어링 플라스틱 성형체이고,
상기 제1 밀폐 커버(160)와 제2 밀폐 커버(260)의 측면(161a)(261a)은 상기 하우징(300)의 내주면(311)(321)에 레이저를 통해 결합되되, 220W 내지 380W의 전력을 이용한 다이오드 레이저에 의해 결합된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치용 셀 외장 케이스.
- 삭제
- 삭제
- 제3항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 셀 외장 케이스를 포함하는 것을 특징으로 전기에너지 저장장치.
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