KR102425491B1 - 에너지 저장장치 - Google Patents

에너지 저장장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102425491B1
KR102425491B1 KR1020180083285A KR20180083285A KR102425491B1 KR 102425491 B1 KR102425491 B1 KR 102425491B1 KR 1020180083285 A KR1020180083285 A KR 1020180083285A KR 20180083285 A KR20180083285 A KR 20180083285A KR 102425491 B1 KR102425491 B1 KR 102425491B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lead wires
electrode
energy storage
storage device
positive
Prior art date
Application number
KR1020180083285A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200009211A (ko
Inventor
배상현
Original Assignee
엘에스머트리얼즈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스머트리얼즈 주식회사 filed Critical 엘에스머트리얼즈 주식회사
Priority to KR1020180083285A priority Critical patent/KR102425491B1/ko
Publication of KR20200009211A publication Critical patent/KR20200009211A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102425491B1 publication Critical patent/KR102425491B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/74—Terminals, e.g. extensions of current collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 원통형 에너지 저장장치에 관한 것으로, 양극판, 분리막 및 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자; 상기 전극소자를 수용하는 하부 하우징과 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 커버하는 상부 하우징으로 이루어지는 하우징; 상기 상부 하우징의 외부로 돌출되며, 양극 단자와 음극 단자로 구성되는 전극단자; 및 상기 전극소자와 상기 전극단자를 전기적으로 연결하고, 상기 전극소자의 상면 또는 그 인접 영역에서 1회 절곡되는 구조를 갖는 복수의 리드선들을 포함하는 에너지 저장장치를 포함한다.

Description

에너지 저장장치{ENERGY STORAGE DEVICE}
본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단 리드 구조를 갖는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 대표적인 에너지 저장장치로는 전지(battery)와 캐패시터(capacitor)가 있다. 이러한 캐패시터 중 울트라 캐패시터(Ultra-Capacitor, UC)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 이차전지와의 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
울트라 캐패시터는 에너지 저장 메커니즘에 따라 전기이중층 캐패시터(EDLC; electric double layer capacitor)와 유사 캐패시터(pseudo-capacitor)로 구분할 수 있다.
유사 캐패시터는 전극표면 혹은 표면근처의 전극 내부에 전하가 축전되는 현상을 이용하지만, 전기이중층 캐패시터는 전극과 전해질 계면의 전기이중층에 전하가 흡착되는 성질을 이용한다.
전기이중층 캐패시터는 활성탄소와 같이 표면적이 넓은 물질을 전극의 활 물질로 하여 전극물질의 표면과 전해질의 접촉면에 전기이중층을 형성하게 된다. 즉, 전극과 전해질 용액의 경계면에서 서로 다른 극성을 갖는 전하층이 정전 효과에 의해 생성되는데, 이렇게 형성된 전하 분포를 전기이중층이라고 하며, 이와 같은 현상으로 마치 축전지에서와 같은 축전 용량을 갖게 된다.
전기이중층 캐패시터는 전극과 전해액 간의 계면에서 발생되는 전기이중층에 전하를 흡/탈착하는 원리를 이용하므로 빠른 충/방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 사용될 수 있다. 또한, 전기이중층 캐패시터는 고용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하다.
이러한 전기이중층 캐패시터의 전극은 넓은 비표면적을 통한 고 에너지와, 낮은 비 저항을 통한 고출력화, 그리고 계면에서의 전기화학 반응의 억제를 통한 전기화학적 안정성을 가지는 것이 매우 중요하다. 따라서, 현재 넓은 비표면적을 가지는 활성탄소 분말 혹은 활성탄소 섬유가 전극의 주 재료로 가장 널리 이용되고 있으며, 여기에 도전체를 혼합하거나 혹은 금속 가루의 분사 코팅 방식을 이용하여 낮은 비저항을 구현하고 있다.
종래의 전기이중층 캐패시터는 소형화를 위해 전극소자를 권취하여 원통 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다. 이러한 권취형 에너지 저장장치의 전기적 특성을 향상시키기 위해 에너지 저장장치의 내부 저항을 최소화하기 위한 다양한 연구가 진행 중이다. 일 예로, 권취형 에너지 저장장치에서 원통형으로 권취된 전극소자와 전극단자를 연결하는 리드선의 구조 및 배치 등에 대한 연구가 진행되고 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 리드선(51)은, 셀(cell) 조립 시, 적어도 2회 이상 절곡되는 구조이므로, 리드선(51)과 전극소자(53) 간의 접촉 불량률이 증가하게 되고, 리드선(51)의 긴 길이로 인해 에너지 저장장치(50)의 내부 저장이 증가하는 문제가 발생한다. 따라서, 에너지 저장장치의 내부 저항을 최소화하기 위해 원통형으로 권취된 전극소자에 연결되는 리드선의 구조를 개선할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 원통형으로 권취된 전극소자와 상부 하우징에 결합된 전극단자 사이에 연결되는 리드선의 구조를 변경하여 셀 내부 저항을 감소할 수 있는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 원통형으로 권취된 전극소자와 상부 하우징에 결합된 전극단자 사이에 존재하는 리드선의 길이를 단축하여 셀 내부 저항을 감소할 수 있는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 양극판, 분리막 및 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자; 상기 전극소자를 수용하는 하부 하우징과 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 커버하는 상부 하우징으로 이루어지는 하우징; 상기 상부 하우징의 외부로 돌출되며, 양극 단자와 음극 단자로 구성되는 전극단자; 및 상기 전극소자와 상기 전극단자를 전기적으로 연결하고, 상기 전극소자의 상면 또는 그 인접 영역에서 1회 절곡되는 구조를 갖는 복수의 리드선들을 포함하는 에너지 저장장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 복수의 리드선들은, 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복수의 리드선들은, 상부 하우징의 직경보다 작거나 같은 길이를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복수의 리드선들은, 'ㄱ'자 형태로 절곡되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 복수의 리드선들은, 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복수의 리드선들이 제1 방향으로 절곡되는 경우, 상기 복수의 리드선들은 제1 방향에서 제1 방향의 반대 방향으로 갈수록 점점 길어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복수의 리드선들 간의 길이 차는, 전극소자의 상면에 위치하는 리드선들의 이격 거리에 대응하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서, 상기 복수의 리드선들은, 양극단자와 양극판 사이에 연결되는 하나 이상의 양극 리드선과, 음극단자와 음극판 사이에 연결되는 하나 이상의 음극 리드선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 원통형으로 권취된 전극소자와 상부 하우징에 결합된 전극단자 사이에 연결되는 리드선 구조를 변경함으로써, 셀 내부 저항을 감소할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 원통형으로 권취된 전극소자와 상부 하우징에 결합된 전극단자 사이에 존재하는 리드선의 길이를 최대한 단축함으로써, 셀 내부 저항을 감소할 있고, 전극소자와 리드선 간의 접촉 불량률을 감소할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 에너지 저장장치의 내부저항 감소로 인해, 대 전류 충/방전이 가능하고, 대 전류 충/방전 시 셀 발열량을 감소할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 에너지 저장 셀 조립 시, 적어도 2회 이상 절곡되는 구조를 갖는 일반적인 리드선의 형상을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외형을 나타내는 사시도;
도 3은 도 2의 에너지 저장장치에 포함되는 전극소자의 구성을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 셀 조립 공정을 설명하는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리드선의 구조를 설명하는 도면;
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리드선의 구조를 설명하는 도면;
도 7은 에너지 저장장치의 서로 다른 리드선 위치에서 내부 저항을 측정한 결과를 설명하기 위해 참조되는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 원통형으로 권취된 전극소자와 상부 하우징에 결합된 전극단자 사이에 연결되는 하나 이상의 리드선의 구조를 변경하여 셀 내부 저항을 감소할 수 있는 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 원통형으로 권취된 전극소자와 상부 하우징에 결합된 전극단자 사이에 존재하는 하나 이상의 리드선의 길이를 단축하여 셀 내부 저항을 감소할 수 있는 에너지 저장장치를 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외관을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 에너지 저장장치에 포함되는 전극소자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(100)는 원통형의 전극소자(110), 상기 전극소자(110)를 수용하는 하우징(120), 상기 하우징(120) 내에 수용되어 전극소자(110)를 함침하는 전해액(미도시), 상기 하우징(120) 외부로 돌출된 전극단자(130), 상기 전극소자(110)와 전극단자(130)를 전기적으로 연결하는 복수의 리드선(140)을 포함할 수 있다.
전극소자(110)는 양극판(10), 분리막(separator, 30) 및 음극판(20)을 포함할 수 있다. 상기 전극소자(110)는 양극판(10), 분리막(30) 및 음극판(20)을 순차적으로 적층한 다음 원통형으로 권취하여 형성하게 된다.
양극판(10)은 금속성의 집전체(12)와 다공성 활성탄으로 구성된 활물질층(14)을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 양극 리드선들(142)이 연결된다. 상기 양극 리드선들(142)이 연결되는 집전체 부분에는 활물질층(14)이 제거되는 것이 바람직하다. 이하, 본 실시 예에서는 3개의 양극 리드선(142)이 양극판(10)에 연결되는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않으며, 이보다 더 많거나 혹은 더 작은 개수의 양극 리드선(142)이 양극판(10)에 연결될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
음극판(20)은 금속성의 집전체(22)와 다공성 활성탄으로 구성된 활물질층(24)을 포함하며, 그 일 측에는 하나 이상의 음극 리드선(144)이 연결된다. 상기 음극 리드선(144)이 연결되는 집전체 부분에는 활물질층(24)이 제거되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 본 실시 예에서는 3개의 음극 리드선(144)이 음극판(20)에 연결되는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않으며, 이보다 더 많거나 혹은 더 작은 개수의 음극 리드선(144)이 음극판(20)에 연결될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
전극판(10, 20)을 구성하는 집전체(12, 22)는 통상 금속 포일(Foil)의 형태로 구성되며, 활물질층(14, 24)으로부터 방출되거나 상기 활물질층(14, 24)으로 공급되는 전하의 이동통로 역할을 수행한다. 전극판(10, 20)을 구성하는 활물질층(14, 24)은 활성탄소로서 집전체(12, 22)의 양면에 넓게 코팅되는 형태로 구성되며, 양극 및 음극의 전기 에너지를 저장하는 역할을 수행한다.
양극판(10)과 음극판(20) 사이에는 전하의 전도를 제한하기 위한 분리막(30)이 배치되고, 상기 하우징(120) 내에는 전해액이 충진된다. 여기서, 다공성의 활성물질층(14, 24)은 넓은 표면적을 구비하며, 상기 양극판(10)과 음극판(20)에 동일하게 활물질로 적용되어 그 각 표면이 전해액과 접촉하게 된다.
양극판(10) 및 음극판(20)에 소정의 전압이 가해지면, 전해액에 포함된 양이온 및 음이온이 각각 양극판(10) 및 음극판(20)으로 이동하여 다공성 활물질층(14, 24)의 세부 기공으로 침투하게 된다.
하우징(120)은 상부 하우징(122)과 하부 하우징(124)으로 구성된다. 하부 하우징(124)은 전극소자(110) 및 전해액을 수용하는 역할을 수행하고, 상부 하우징(122)은 하부 하우징(124)의 개방된 상면을 밀폐(또는 커버)하는 역할을 수행한다.
상부 하우징(122)은 합성 고무 재질 및 합성 수지 재질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 일 예로, 상부 하우징(122)은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 층과 베크라이트(bakelite) 층으로 구성될 수 있다.
하부 하우징(124)은 금속 재질 또는 합성 수지 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 하부 하우징(122, 124)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
상부 하우징(122)에는 하나 이상의 양극 리드선(142)이 연결되는 양극단자(132)와 하나 이상의 음극 리드선(144)이 연결되는 음극단자(134)를 포함하는 전극단자(130)가 결합된다. 상기 전극단자(130)는 기계적 강도를 확보할 수 있도록 알루미늄(Al), 스틸(steel) 또는 스테인레스강(Stainless steel) 중 적어도 하나의 재질로 구성될 수 있다. 더 나아가, 전극단자(130)의 표면에 니켈(Ni) 또는 주석(Tin) 등을 코팅하여 납땜 등에 의한 접합성을 확보할 수 있다.
전극단자(130)는 상부 하우징(122)의 외부에서 양극단자(132)와 음극단자(134)가 서로 수직한 방향으로 배치되도록 한다. 이는 외력에 의한 굽힘 모멘트가 어느 방향으로 작용하든지 간에 동일한 지지력을 발생시킬 수 있도록 하기 위함이다.
복수의 리드선들(140)은 레이저 용접 공정 및/또는 리벳 압입 공정 등을 통해 양극판(10) 및 음극판(20)과 연결될 수 있다. 양극 리드선들(142)은 양극판(10) 상에 균등한 간격으로 배치될 수 있고, 음극 리드선들(144)은 음극판(20) 상에 균등한 간격으로 배치될 수 있다. 이는 복수의 리드선들(140)이 전극판(10, 20)에 불규칙적으로 연결될 경우에 전극판(10, 20)에 인가되는 전기흐름이 전극에 균일하게 퍼지지 못해 저항 수치가 높아지게 되고, 이로 인해 에너지 저장장치의 신뢰성에 나쁜 영향을 줄 수 있기 때문이다.
복수의 리드선들(140)은 레이저 용접 공정 및/또는 리벳 압입 공정을 통해 전극단자(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 양극 리드선들(142)은 상부 하우징(122)에 결합된 양극단자(132)와 전기적으로 연결될 수 있고, 음극 리드선들(144)은 상부 하우징(122)에 결합된 음극단자(134)와 전기적으로 연결될 수 있다.
원통형으로 권취된 전극소자(110)와 상부 하우징(122)에 결합된 전극단자(130) 사이에 존재하는 하나 이상의 리드선(140)의 길이를 단축하여, 에너지 저장 셀 조립 시, 상기 리드선들(140)이 한 번만 절곡되어 하우징(120) 내에 실장되도록 구성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 셀 조립 공정을 설명하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 셀 제조 공정은 크게 전극소자 공정, 리벳 압입 공정 및 하우징 공정 등으로 구성될 수 있다.
전극소자 공정은 양극판(10), 분리막(30) 및 음극판(20)을 순서대로 적층한 다음 원통형으로 권취하여 전극소자(110)를 형성하는 공정이다. 상기 전극소자 공정은 양극판(10) 및 음극판(20)에 양극 리드선(142) 및 음극 리드선(144)을 연결하는 리드선 공정을 포함할 수 있다.
리벳 압입 공정은 전극단자(130), 상부 하우징(122) 및 리드선들(140)의 홀(hall)에 소정의 리벳(rivet)을 삽입한 다음 해당 리벳을 압입함으로써 전극단자(130)와 리드선들(140)을 전기적으로 연결하고, 상기 전극단자(130), 상부 하우징(122) 및 리드선들(140)을 결합하는 공정이다.
한편, 다른 실시 예로, 리벳 압입 공정 대신 레이저 용접 공정을 사용할 수도 있다. 상기 레이저 용접 공정은 전극단자(130), 상부 하우징(122) 및 리드선들(140)의 홀(hall)에 도전성 금속 물질을 삽입한 다음 해당 물질을 용접함으로써 전극단자(130)와 리드선들(140)을 전기적으로 연결하고, 상기 전극단자(130), 상부 하우징(122) 및 리드선들(140)을 결합하는 공정이다.
하우징 공정은 리벳 압입 공정 또는 레이저 용접 공정이 완료된 상부 하우징(122)을 전극소자(110)의 일 면에 밀착하고, 상기 전극소자(110)를 하부 하우징(124) 내부에 실장한 다음 상부 하우징(122)과 하부 하우징(124)을 실링하는 공정이다.
좀 더 구체적으로, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 원통형의 전극소자(110)를 수직 방향으로 세운 다음, 그 위에 상부 하우징(122)을 사선 방향으로 배치할 수 있다. 그리고, 상부 하우징(122)의 일 면에 양극단자(132)를 배치하고, 상부 하우징(122)의 타 면에 양극 리드선(142)을 배치할 수 있다. 이때, 상부 하우징(122), 양극단자(132) 및 양극 리드선(142)의 위치를 고정하기 위한 별도의 장비를 사용할 수 있다.
양극 리드선(142), 상부 하우징(122) 및 양극단자(132)의 일 영역에는 제1 리벳(136)이 통과할 홀(hall)이 형성될 수 있다. 상기 홀의 크기는 제1 리벳(136)의 직경과 동일하거나 혹은 더 큰 것이 바람직하다.
양극 리드선(142), 상부 하우징(122) 및 양극단자(132)의 일 영역에 형성된 홀에 제1 리벳(136)을 삽입한 다음, 압입 장비(미도시)를 이용하여 상기 제1 리벳(136)을 압입함으로써 양극단자(132)와 양극 리드선(142)을 전기적으로 연결할 수 있고, 상기 양극단자(132), 상부 하우징(122) 및 양극 리드선(142)을 결합할 수 있다.
한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 상부 하우징(122), 음극단자(134) 및 음극 리드선(144)에 대해 동일한 리벳 압입 공정을 수행할 수 있다. 가령, 원통형의 전극소자(110)를 수직 방향으로 세운 다음, 그 위에 상부 하우징(122)을 사선 방향으로 배치할 수 있다. 그리고, 상부 하우징(122)의 일 면에 음극단자(134)를 배치하고, 상부 하우징(122)의 타 면에 음극 리드선(144)을 배치할 수 있다.
음극 리드선(144), 상부 하우징(122) 및 음극단자(134)의 일 영역에 형성된 홀에 제2 리벳(미도시)을 삽입한 다음, 압입 장비(미도시)를 이용하여 상기 제2 리벳을 압입함으로써 음극단자(134)와 음극 리드선(144)을 전기적으로 연결할 수 있고, 상기 음극단자(134), 상부 하우징(122) 및 음극 리드선(144)을 결합할 수 있다.
이후, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 리벳 압입 공정이 완료된 상부 하우징(122)을 수평 방향으로 회전한 다음(즉, 상부 하우징을 사선 방향에서 수평 방향으로 회전한 다음), 상부 하우징(122)을 전극소자(110) 방향으로 이동하여 밀착하게 된다.
상부 하우징(122)의 이동에 따라, 복수의 리드선들(142, 144)은 전극소자(110)의 상면 또는 그 인접 영역에서 한 번만 절곡되어 'ㄱ' 자 형태로 형성될 수 있다. 이를 위해, 전극소자(110)의 상면으로부터 연장되는 리드선들(142, 144)의 길이를 단축하는 것이 바람직하다.
이러한 전극소자(110)를 하부 하우징(124)의 내부에 실장하고, 상부 하우징(122)을 하부 하우징(124)에 결합한 다음 실링하여 에너지 저장장치(100)를 제조할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 에너지 저장장치는 원통형으로 권취된 전극소자와 상부 하우징에 결합된 전극단자 사이에 존재하는 하나 이상의 리드선의 길이를 최대한으로 단축함으로써, 내부 저항을 감소할 수 있고, 전극소자와 리드선 간의 접촉 불량률을 감소할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치의 내부저항 감소로 인해, 대 전류 충/방전이 가능하고, 대 전류 충/방전 시 셀 발열량을 감소할 수 있다는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리드선 구조를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 내지 제3 양극 리드선(142a, 142b, 142c)은 전극소자(110)의 양극판(10)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전극소자(110)로부터 외부로 연장되는 양극 리드선들(142a, 142b, 142c)의 길이를 최대한으로 단축하여, 에너지 저장 셀 조립 시, 상기 리드선들(142a, 142b, 142c)이 전극소자(110)의 상면 또는 그 인접 영역에서 한 번만 절곡되도록 구성할 수 있다.
전극소자(110)로부터 외부로 연장되는 양극 리드선들(142a, 142b, 142c)은 서로 동일한 길이(d)를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 양극 리드선들(142a, 142b, 142c)은 상부 하우징(122)의 지름보다 작거나 같은 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 비록 도면에 도시되고 있지 않지만, 전극소자(110)의 음극판(20)과 연결되는 제1 내지 제3 음극 리드선(미도시) 역시 상술한 양극 리드선(142a, 142b, 142c)의 구조와 동일하게 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리드선 구조를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 내지 제3 양극 리드선(142a, 142b, 142c)은 전극소자(110)의 양극판(10)과 전기적으로 연결될 수 있다.
전극소자(110)로부터 외부로 연장되는 양극 리드선들(142a, 142b, 142c)의 길이를 최대한으로 단축하여, 에너지 저장 셀 조립 시, 상기 리드선들(142a, 142b, 142c)이 전극소자(110)의 상면 또는 그 인접 영역에서 한 번만 절곡되도록 구성할 수 있다.
전극소자(110)로부터 외부로 연장되는 양극 리드선들(142a, 142b, 142c)은 서로 다른 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 가령, 양극 리드선들(142a, 142b, 142c)이 제1 방향으로 절곡되는 경우, 상기 양극 리드선들(142a, 142b, 142c) 중 절곡 방향에 위치하는(또는 절곡된 양극 리드선들 중 가장 내측에 위치하는) 제1 양극 리드선(142a)은 가장 짧은 길이(d1)를 갖도록 형성될 수 있고, 상기 절곡 방향과 반대되는 방향에 위치하는(또는 절곡된 양극 리드선들 중 가장 외측에 위치하는) 제3 양극 리드선(142c)은 가장 긴 길이(d3)를 갖도록 형성될 수 있으며, 중간에 위치하는 제2 양극 리드선(142b)은 제1 양극 리드선(142a)의 길이보다 길고 제3 양극 리드선(142c)의 길이보다 짧은 길이(d2)를 갖도록 형성될 수 있다.
상기 양극 리드선들(142a, 142b, 142c) 간의 길이 차(d3-d2, d2-d1, d3-d1)는 상기 양극 리드선들(142a, 142b, 142c)이 전극소자(110)의 상면에서 서로 이격되어 있는 거리에 대응할 수 있다.
또한, 상기 양극 리드선들(142a, 142b, 142c) 중 가장 긴 제3 양극 리드선(142c)은, 상부 하우징(122)의 지름보다 작거나 같은 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 비록 도면에 도시되고 있지 않지만, 전극소자(110)의 음극판(20)과 연결되는 제1 내지 제3 음극 리드선(미도시) 역시 상술한 양극 리드선(142a, 142b, 142c)의 구조와 동일하게 형성될 수 있다.
도 7은 에너지 저장장치의 서로 다른 리드선 위치에서 내부 저항을 측정한 결과를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7을 참조하면, ESR(Equivalent Series Resistance) 측정 장비를 이용하여 하부 하우징(740)과 상부 하우징(730) 사이에 존재하는 리드선들(710, 720)의 서로 다른 지점에서 에너지 저장장치의 내부 저항을 측정하였다. 상기 ESR 측정 장비를 이용한 저항 측정 결과는 아래 표 1과 같다.
AC ESR 전선 연결위치 ① 지점 ② 지점 ③ 지점
AC ESR 측정값 (mΩ) 2.01 mΩ 1.91 mΩ 1.74 mΩ
AC ESR 측정값 (Δ%) - -5.0% -13.4%
본 시뮬레이션에서, 제1 측정 지점은 상부 하우징(730)에 인접한 양극 리드선 및 음극 리드선 지점이고, 제3 측정 지점은 전극소자(740)에 인접한 양극 리드선 및 음극 리드선 지점이며, 제2 측정 지점은 제1 측정 지점과 제3 측정 지점의 중간에 해당하는 양극 리드선 및 음극 리드선 지점이다.
위 표 1에 도시된 바와 같이, 하부 하우징(740)과 인접한 리드선 지점에서 측정할수록 에너지 저장장치의 내부 저항이 점점 낮아짐을 확인할 수 있다. 따라서, 단 리드 구조를 갖는 에너지 저장장치일수록 내부 저항이 개선되는 효과가 있음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 에너지 저장장치 110: 전극소자
120: 하우징 130: 전극단자
140: 복수의 리드선

Claims (8)

  1. 양극판, 분리막 및 음극판이 적층된 후 권취되어 이루어지는 전극소자;
    상기 전극소자를 수용하는 하부 하우징과 상기 하부 하우징의 개방된 상면을 커버하는 상부 하우징으로 이루어지는 하우징;
    상기 상부 하우징의 외부로 돌출되며, 양극 단자와 음극 단자로 구성되는 전극단자; 및
    상기 전극소자와 상기 전극단자를 전기적으로 연결하고, 상기 전극소자의 상면 또는 그 인접 영역에서 1회 절곡되는 구조를 갖는 복수의 리드선들을 포함하되,
    각각의 리드선은, 상기 전극소자의 상면에 수평한 방향으로 연장되는 제1 영역과, 상기 전극소자의 상면으로부터 노출되며 상기 전극소자의 상면에 수직한 방향으로 연장되는 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역이 상기 제2 영역보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 리드선들은, 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 리드선들은, 상기 상부 하우징의 직경보다 작거나 같은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 리드선들은, 'ㄱ'자 형태로 절곡되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 리드선들은, 상기 양극단자와 상기 양극판 사이에 연결되는 하나 이상의 양극 리드선과, 상기 음극단자와 상기 음극판 사이에 연결되는 하나 이상의 음극 리드선을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 리드선들은, 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 리드선들이 제1 방향으로 절곡되는 경우, 상기 복수의 리드선들은 상기 제1 방향에서 상기 제1 방향의 반대 방향으로 갈수록 점점 길어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 리드선들 간의 길이 차는, 상기 전극소자의 상면에 위치하는 리드선들의 이격 거리에 대응하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
KR1020180083285A 2018-07-18 2018-07-18 에너지 저장장치 KR102425491B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180083285A KR102425491B1 (ko) 2018-07-18 2018-07-18 에너지 저장장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180083285A KR102425491B1 (ko) 2018-07-18 2018-07-18 에너지 저장장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200009211A KR20200009211A (ko) 2020-01-30
KR102425491B1 true KR102425491B1 (ko) 2022-07-27

Family

ID=69321343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180083285A KR102425491B1 (ko) 2018-07-18 2018-07-18 에너지 저장장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102425491B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100619282B1 (ko) * 2004-07-13 2006-09-01 (주) 아모센스 커패시터 및 그 제조방법
KR101097704B1 (ko) * 2010-02-03 2011-12-22 엘에스엠트론 주식회사 원통형 에너지 저장장치
KR20160108857A (ko) * 2015-03-09 2016-09-21 주식회사 엘지화학 복수의 양극 탭들과 음극 탭들을 포함하는 원통형 이차전지

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
인용발명 1: 공개특허공보 제10-2011-0090351호(2011.08.10.) 1부.*
인용발명 2: 공개특허공보 제10-2016-0108857호(2016.09.21.) 1부.*
인용발명 3: 공개특허공보 제10-2006-0005522호(2006.01.18.) 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200009211A (ko) 2020-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102210234B1 (ko) 가요성 금속 전류 컬렉터를 구비하는 전기화학적 에너지 저장 장치
JP7303177B2 (ja) エネルギー貯蔵システム
US7433174B2 (en) Method of making, apparatus, and article of manufacturing for an electrode termination contact interface
KR100919105B1 (ko) 에너지 저장장치 및 이에 이용되는 전극소자 권취 방법
KR20170125229A (ko) 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 커패시터
KR101097704B1 (ko) 원통형 에너지 저장장치
KR101126883B1 (ko) 에너지 저장장치
KR20190030973A (ko) 에너지 저장장치
KR102425491B1 (ko) 에너지 저장장치
JP2011512662A (ja) 多重トラックスーパーキャパシタ
KR102415843B1 (ko) 에너지 저장장치
KR20090102396A (ko) 에너지 저장장치
KR101008795B1 (ko) 에너지 저장장치
KR102385369B1 (ko) 에너지 저장 장치
KR101022308B1 (ko) 에너지 저장장치
KR100923861B1 (ko) 에너지 저장장치
CN108780708B (zh) 低电阻的超电容器
KR101258545B1 (ko) 저항특성이 개선된 전기에너지 저장장치 및 그 제조방법과, 이를 위한 내부 터미널
KR102159122B1 (ko) 울트라 커패시터 모듈
KR102393190B1 (ko) 칩 타입 수퍼캐패시터
KR101025983B1 (ko) 에너지 저장장치
US20210391122A1 (en) Energy storage device
KR101211667B1 (ko) 파우치형 슈퍼 커패시터 및 이의 제작 방법
KR100919103B1 (ko) 에너지 저장장치
JP2018518042A (ja) 電気二重層素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right