KR20140025583A - 커버 조립체 및 이를 포함하는 배터리 - Google Patents
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Abstract
커버 조립체 및 이를 포함하는 배터리가 제공된다. 커버 조립체는 관통하는 적어도 하나의 비아홀(11)을 갖도록 형성되는 커버판 동체(1); 비아홀(11)에서 커버판 동체(1)와 밀폐 연결되고, 내부에 전극 수용홀(21)을 갖도록 형성되는 커버판 연결 부재(2); 및 전류를 도출(lead out)하도록 전극 수용홀(21)을 관통하여 커버판 연결 부재(2)와 밀폐 연결되고 그로부터 절연되는 전극 단자(3)를 포함한다.
Description
본 출원은 아래의 출원에 대한 우선권 및 이익을 주장한다.
1) 2011년 6월 28일자로 중화인민공화국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 제201110175937.9호; 및
2) 2012년 4월 20일자로 중화인민공화국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 제201210117690.X호.
상기 출원의 내용 전체는 본 출원에 참조로서 포함된다.
본 개시 내용은 배터리 분야와 관련되며, 보다 구체적으로는 개선된 커버 조립체 및 이를 포함하는 배터리와 관련된다.
리튬 이온 배터리는 무공해, 저비용, 고용량, 긴 사이클 수명 등의 장점을 가지므로 오늘날의 차량을 위한 이상적인 전력원이다. 리튬 이온 배터리는 양극판, 세퍼레이터(separator) 및 음극판을 순차적으로 권취 또는 적층하여 전기 코어를 형성하고, 쉘(shell)과 커버판에 의해 형성된 챔버(chamber)에 전기 코어를 배치하며, 챔버에 전해질을 주입하고, 쉘의 개방 말단을 밀봉한 후 성형함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 리튬 이온 배터리에서, 커버판은 쉘의 밀봉 성능을 보장하는 데 있어 매우 중요하다. 쉘의 밀봉 성능이 양호한지 여부는 리튬 이온 배터리의 안전성, 밀봉 성능, 내노화성(ageing resistance) 및 절연 성능에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 커버판은 리튬 이온 배터리의 전체 비용 중 일정 비율을 차지할 수 있으므로, 커버판의 생산 효율 및 수율을 향상시켜 비용을 현저히 감소시킬 수 있다.
현재에는 리튬 이온 배터리의 밀봉 및 절연이 주로 플라스틱의 사출 성형에 의해 실현된다. 한편, 세라믹 밀봉 부재가 또한 커버판을 절연 및 밀봉하는 데 사용된다. 커버판을 세라믹 밀봉 부재와 용접하고, 도출 양극(positive leading-out pole) 및 도출 음극을 각각 세라믹 밀봉 부재와 용접하며, 커버판을 절연 및 밀봉한다. 그러나, 커버판이 세라믹 밀봉 부재와 용접되는 온도가 높으므로 이는 커버판의 재료에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 커버판이 물러질 수 있고, 낮은 강도와 낮은 생산 효율을 가질 수 있다. 더욱이, 커버판은 큰 부재이며, 이는 다양한 장착 부재를 가지고 형성된다. 따라서, 커버판의 변형은 그 성능에 크게 영향을 미칠 수 있고, 특히 커버판과 쉘 사이의 후속 밀폐 연결에 영향을 미칠 수 있으므로, 쉘에 장착되는 커버 조립체의 제조를 더욱 어렵게 하고, 배터리의 수율을 감소시키며, 배터리의 실제 응용 및 개발에 영향을 미칠 수 있다.
본 개시 내용의 실시예는 본 기술 분야에 존재하는 문제 중 적어도 하나, 특히 배터리의 수율이 낮고 세라믹 밀봉 부재를 갖는 커버 조립체의 제조가 어렵다는 문제를 적어도 일정 정도 해결하고자 한다. 따라서, 제조가 용이하고 대규모 생산이 용이한 커버 조립체가 제공될 필요가 있을 수 있다. 더욱이, 제조 중에 커버 조립체가 변형되지 않으면서 커버 조립체의 수율이 높다. 또한, 커버 조립체를 포함하는 배터리가 제공될 필요가 있을 수 있다.
본 개시 내용의 제1 태양에 따르면, 커버 조립체가 제공될 수 있다. 상기 커버 조립체는 관통하는 적어도 하나의 비아홀을 갖도록 형성되는 커버판 동체; 상기 비아홀에서 상기 커버판 동체와 밀폐 연결되고, 내부에 전극 수용홀을 갖도록 형성되는 커버판 연결 부재; 및 전류를 도출(lead out)하도록 상기 전극 수용홀을 관통하여 상기 커버판 연결 부재와 밀폐 연결되고 그로부터 절연되는 전극 단자를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 제2 태양에 따르면, 배터리가 제공될 수 있다. 상기 배터리는 적어도 하나의 개방 말단을 갖는 쉘; 상기 개방 말단을 밀봉하기 위한, 본 개시 내용의 제1 태양에 따른 커버 조립체; 및 상기 쉘 및 상기 커버 조립체에 의해 형성되는 밀봉 공간에 수용되는 전기 코어 및 전해질을 포함할 수 있는데, 상기 전극 단자는 상기 전기 코어와 전기적으로 연결된다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체에 의하면, 전극 단자가 커버판 연결 부재와 밀폐 연결되고 그로부터 절연된 후에, 전극 단자는 커버판 연결 부재를 통해 커버판 동체와 연결된다. 커버판 연결 부재는 작은 부재일 수 있기 때문에, 커버판 연결 부재와 세라믹 밀봉 부재 사이의 고온 용접 중에 커버판 연결 부재의 변형이 어려울 수 있고, 커버판 연결 부재는 소결 후에 세척될 수 있는데, 이는 편리하며 쉽게 달성될 수 있다. 이어서, 커버판 연결 부재는 커버판 동체와 용접되므로, 이에 따라 배터리 성능이 개선된다. 커버판 연결 부재의 주요 기능은 세라믹 밀봉 부재, 전극 단자 및 커버판 동체를 함께 밀폐 연결하는 것이므로, 커버판 연결 부재의 형태에는 제한이 없다. 더욱이, 커버판 연결 부재는 작은 크기를 가질 수 있지만, 특수한 부품은 아닐 수 있다. 또한, 커버판 연결 부재는 고온을 견딜 수 있다. 따라서, 고온에서 커버판 연결 부재의 변형이 작을 수 있는데, 이는 배터리의 밀봉에 영향을 미치지 않을 수 있고, 커버판 동체와 동일한 재료로 만들어진 커버판 연결 부재가 커버판 동체와 용접되는데, 이는 커버판 동체의 강도에 대한 영향 없이 쉽게 달성될 수 있다. 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체에 의하면, 제조 비용이 감소될 수 있고, 특히 배터리 수율이 향상될 수 있다. 또한, 배터리 안전성이 개선될 수 있고, 커버 조립체 구조의 연결이 안정적이며, 커버 조립체가 양호한 밀봉 성능을 가지므로, 세라믹 밀봉 배터리의 실제 응용과 개발을 위한 기초를 제공한다.
본 개시 내용의 추가적인 태양 및 장점은 아래의 설명에서 부분적으로 주어지거나, 아래의 설명으로부터 부분적으로 자명해지거나, 또는 본 개시 내용의 실시예를 실시하는 것으로부터 학습될 것이다.
본 개시 내용의 실시예의 위와 같은 그리고 다른 태양 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이루어지는 아래의 설명으로부터 자명해지고 보다 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 다른 커버 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따라 연결되는 전극 연결 부품을 갖는 커버 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버판 연결 부재의 사시도이다.
도 5는 본 개시 내용의 실시예에 따른 전극 단자의 사시도이다.
도 6은 본 개시 내용의 실시예에 따른 세라믹 밀봉 부재의 사시도이다.
도 7은 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버판 동체의 단면도이다.
도 8은 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버판 동체의 평면도이다.
도 9는 본 개시 내용의 실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사시도이다.
도 10은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사시도이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 다른 커버 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 개시 내용의 실시예에 따라 연결되는 전극 연결 부품을 갖는 커버 조립체의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버판 연결 부재의 사시도이다.
도 5는 본 개시 내용의 실시예에 따른 전극 단자의 사시도이다.
도 6은 본 개시 내용의 실시예에 따른 세라믹 밀봉 부재의 사시도이다.
도 7은 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버판 동체의 단면도이다.
도 8은 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버판 동체의 평면도이다.
도 9는 본 개시 내용의 실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사시도이다.
도 10은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사시도이다.
본 개시 내용의 실시예를 상세히 참조할 것이다. 도면을 참조하여 본 명세서에 기술되는 실시예는 설명적이고 예시적인 것이며, 본 개시 내용을 전반적으로 이해하는 데 사용된다. 실시예는 본 개시 내용을 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 동일 또는 유사한 요소 및 동일 또는 유사한 기능을 갖는 요소는 본 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호로 표기된다.
본 설명에서, 달리 지정 또는 한정되지 않는 한, 소자 또는 요소의 방향을 참조하여 본 명세서에서 사용되는 어구나 용어(예컨대 "위쪽" 및 "아래쪽" 등의 용어)는 본 개시 내용의 설명을 간단하게 하기 위해 논의되는 도면에 도시되거나 기술되는 바와 같은 방향을 참조하는 것으로 해석되어야 하지만, 참조되는 소자 또는 요소가 특정한 방향을 가져야만 하는 것임을 단독으로 명시하거나 의미하지는 않는다. 더욱이, 본 개시 내용은 특정한 방향으로 구성되거나 작동될 것을 필요로 하지 않는다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체는 배터리를 밀봉하는 데 사용되고, 리튬 이온 배터리, 특히 리튬 이온 전력 배터리 또는 리튬 이온 저장 배터리와 같은 고전력 리튬 이온 배터리를 밀봉하는 데 주로 사용된다. 본 기술 분야의 당업자에게 알려진 바처럼, 리튬 이온 배터리는 적어도 하나의 개방 말단을 갖는 쉘, 쉘에 배치된 전기 코어 및 쉘에 수용된 전해질을 주로 포함한다. 전해질 누출을 피하기 위해, 커버 조립체가 쉘의 개방 말단을 밀봉하는 데 사용된다. 쉘은 대개 전기 코어와 전해질을 수용하기 위한 알루미늄 또는 강철 쉘이다. 하나의 개방 말단이 존재할 수 있는데, 즉 리튬 이온 배터리의 하나의 말단으로부터 전류를 도출하기 위해 쉘의 일 말단이 개방된다. 그 대신, 두 개의 개방 말단이 존재할 수 있는데, 즉 리튬 이온 배터리의 두 말단으로부터 각각 전류를 도출하기 위해 쉘의 두 말단이 개방된다. 이하에서는 개방 말단(들)의 수 및/또는 위치에 제한이 없음에 주목해야 한다. 개방 말단은 쉘의 짧은 쪽에 형성될 수 있고, 전기 코어는 쉘에 수직으로 직접 배치되는데, 즉 전류를 도출하기 위한 전기 코어의 말단이 개방 말단으로부터 노출된다. 개방 말단은 또한 쉘의 긴 쪽에 형성될 수 있고, 전기 코어는 쉘에 수평으로 직접 배치되는데, 즉 전기 코어의 권취된 원호 모서리 부분이 개방 말단으로부터 노출될 수 있다. 전기 코어는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 순차적으로 적층 또는 권취함으로써 형성된다. 전기 코어의 구조 및 이를 제작하는 공정은 종래의 기술에 의해 달성될 수 있으므로, 이에 관한 상세한 설명은 명확성을 위해 본 명세서에서 생략될 것이다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체가 첨부 도면을 참조하여 아래에서 상세히 기술될 것이다.
도 3에 도시된 바처럼, 본 개시 내용의 커버 조립체는 커버판 동체(1), 커버판 연결 부재(2) 및 전극 단자(3)를 포함한다.
도 2, 7 및 8에 도시된 바처럼, 커버판 동체(1)는 쉘을 밀봉하는 데 사용된다. 커버판 동체(1)는 배터리의 내부로부터 전류를 도출하도록 커버판 동체(1)를 관통하는 적어도 하나의 비아홀(11)을 갖도록 형성된다. 비아홀(11)의 개수에는 제한이 없으며, 이는 전류를 도출하기 위한 전극 단자(3)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 비아홀(11)이 커버판 동체(1)에 형성되고, 대응되는 비아홀(11)에서 각각 커버판 동체(1)와 밀폐 연결되는 복수의 커버판 연결 부재(2)가 존재한다. 예컨대, 전류가 배터리의 일 말단으로부터 도출되는 경우, 커버판 동체(1)는 하나의 극성을 갖는 전극 단자(3)가 관통하는 하나의 비아홀(11)을 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 다른 극성을 갖는 전극 단자(3), 예컨대 탭(tab)이 전류를 도출하기 위해 쉘과 연결될 수 있고, 커버판 동체(1)를 관통하는 전극 단자(3)는 절연 처리를 받을 필요가 있다. 커버판 동체(1)는 또한 동일한 또는 상이한 극성을 갖는 전극 단자(3)가 각각 관통하는 복수의 비아홀(11)을 갖도록 형성될 수 있다. 상이한 극성을 갖는 전극 단자(3)가 복수의 비아홀(11)을 각각 관통하는 경우, 하나의 극성을 갖는 전극 단자(3)만이 절연 처리를 받을 수 있거나, 또는 전극 단자(3)와 커버판 동체(1)가 모두 절연 처리를 받는다. 전극 단자(3)가 관통할 수 있다면 비아홀(11)의 형태에는 제한이 없다. 예컨대, 비아홀(11)은 원통 형태일 수 있는데, 이는 커버판 동체(1)를 관통하고 전극 단자(3)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는다. 일 실시예에서, 비아홀(11)은 커버판 연결 부재(2)와 맞물려 이를 장착하기 위한 단차형 홀로서 구성된다. 커버판 동체(1)의 개수에는 제한이 없으며, 이는 쉘의 개방 말단의 개수에 따라 결정될 수 있다. 커버판 동체(1)의 형태에는 제한이 없으며, 이는 쉘과 일치하도록 쉘의 개방 말단의 형태에 따라 디자인될 수 있다. 예컨대, 커버판 동체(1)는 원형 또는 정사각형 형태를 가질 수 있다. 커버판 동체(1)는 예컨대 약 1.5 mm 또는 약 2.0 mm의 두께를 가질 수 있다. 커버판 동체(1)의 재료에는 제한이 없다. 예컨대, 커버판 동체(1)의 재료는 알루미늄 합금 3003, 순수 알루미늄 등으로부터 선택될 수 있다. 커버판 동체(1) 위의 다른 구조물, 예컨대 액체 주입 포트 및 그 제조 방법은 본 기술 분야에서 쉽게 달성될 수 있으므로, 이에 관한 상세한 설명은 명확성을 위해 본 명세서에서 생략될 것이다.
도 1 내지 4에 도시된 바처럼, 커버판 연결 부재(2)는 커버판 연결 부재(2)를 관통하는 전극 수용홀(21)을 갖도록 형성되고, 전극 단자(3)는 전류를 도출하도록 전극 수용홀(21)을 관통하여 커버판 연결 부재(2)와 밀폐 연결되고 그로부터 절연된다. 커버판 연결 부재(2)는 비아홀(11)에서 커버판 동체(1)와 밀폐 연결된다. 일 실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(4), 전극 단자(3) 및 커버판 동체(1)는 서로 밀폐 연결된다. 예컨대, 전극 단자(3), 세라믹 밀봉 부재(4) 및 커버판 연결 부재(2)는 먼저 일체형 구조물로 만들어지고, 이어서 커버판 연결 부재(2)가 커버판 동체(1)와 용접되어 커버 조립체의 절연 및 밀봉을 달성한다. 커버판 연결 부재(2)는 대개 작은 부재이다. 커버판 연결 부재(2)의 형태, 구조 또는 배치에는 제한이 없다. 예컨대, 커버판 연결 부재(2)는 커버판 동체(1)의 위쪽 또는 아래쪽 표면 위에 배치될 수 있다. 커버판 연결 부재(2)는 예컨대 아치 형태를 가질 수 있다. 전극 단자(3), 세라믹 밀봉 부재(4) 및 커버판 연결 부재(2)에 의해 형성되는 일체형 구조물은 커버판 동체(1)와 연결된다. 이때, 전극 단자(3)가 커버판 동체(1) 내의 비아홀(11)을 관통하는 경우, 절연 밀봉 부재가 전극 단자(3)와 커버판 동체(1) 사이에 더 개재된다. 연결의 안정성을 향상시키고 공정을 단순화하기 위해, 일 실시예에서 커버판 연결 부재(2)는 커버판 동체(1) 내의 비아홀(11)에 배치되어 커버 조립체의 밀봉 및 연결을 촉진한다. 전극 단자(3)의 장착을 촉진하기 위해, 일 실시예에서 커버판 연결 부재(2)는 장착홈(22)을 포함하고, 전극 수용홀(21)은 장착홈(22)의 바닥 부분(223)을 관통한다. 일 실시예에서, 플랜지 부분(flanging portion)(221)이 장착홈(22)의 주변부에 형성된다. 플랜지 부분(221)은 커버판 동체(1)와 연결되어 용접을 촉진하고 고온 용접 중의 세라믹 밀봉 부재(4)의 사소한 치수 변화가 커버 조립체의 밀봉 성능에 영향을 미치지 않게 한다. 따라서, 커버 조립체의 밀봉 성능이 향상될 수 있고, 제조 공정이 단순해질 수 있으며, 커버판 연결 부재(2)의 크기 오차를 고려하지 않고 배터리 수율이 향상될 수 있다. 일 실시예에서, 비아홀(11)은 단차형 홀로서 구성될 수 있고, 플랜지 부분(221)은 단차형 홀의 단차 부분(111) 위에 배치되고 커버판 동체(1)와 고정 연결된다. 즉, 플랜지 부분(221)은 단차 부분(111)에서 커버판 동체(1)와 맞물려 연결의 안정성을 더욱 향상시킨다. 플랜지 부분(221)의 두께는 단차형 홀의 단차 부분(111) 위의 커버판 동체(1)의 절단 부분을 꼭 맞게 채우도록 구성될 수 있는데, 즉 커버판 연결 부재(2)와 커버판 동체(1)는 일체형 구조물로 알맞게 형성될 수 있어 커버판 연결 부재(2)와 커버판 동체(1) 사이의 연결 신뢰성을 향상시키고 커버판 동체(1)의 표면이 평활하도록 보장한다. 대개 단차형 홀의 내경은 장착홈(22)을 편리하게 배치하기 위해 장착홈(22)의 내경보다 크고, 플랜지 부분(221)을 갖는 장착홈(22) 전체의 외경보다 작으며, 단차형 홀의 외경은 플랜지 부분(221)을 갖는 장착홈(22) 전체의 외경보다 크므로, 커버판 연결 부재(2)가 단차형 비아홀(11)의 단차 부분(111)에서 커버판 동체(1)와 알맞게 맞물릴 수 있다. 커버판 연결 부재(2)의 높이에는 제한이 없다. 예컨대, 커버판 연결 부재(2)의 높이는 커버판 동체(1)의 두께보다 작을 수 있다. 일 실시예에서, 커버판 연결 부재(2)의 높이는 커버판 동체(1)의 두께와 같을 수 있다. 일 실시예에서, 도 1에 도시된 바처럼 장착홈(22)의 측벽(222)과 장착홈(22)의 바닥 부분(223) 사이에 연결되는 평활한 전이 부분(224)이 존재하고, 도 1에 도시된 바처럼 장착홈(22)의 측벽(222)과 플랜지 부분(221) 사이에 연결되는 평활한 전이 부분(225)이 존재하므로, 조립 중에 기계적 응력을 때맞춰 완충 및 감소시키도록 보장하고, 커버 조립체의 휨 강도를 향상시키며, 커버 조립체의 양호한 밀봉 성능을 보장한다. 장착홈(22)의 측벽(222)은 또한 커버판 연결 부재(2)가 세라믹 밀봉 부재(4)와 용접될 때 생성되는 응력을 감소시킬 수 있다. 커버판 연결 부재(2)는 상업적으로 입수 가능할 수 있고, 금속 박판을 일체로 성형함으로써 제조될 수도 있다. 예컨대, 커버판 연결 부재(2)는 용접을 촉진하도록 약 0.8 mm의 두께 및 소정의 인성(toughness)을 가질 수 있다.
커버판 연결 부재(2) 내의 전극 수용홀(21)의 개수에는 제한이 없으며, 예컨대 전극 수용홀(21)의 개수는 전극 단자(3)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시예에서는 복수의 전극 단자(3)가 존재하고, 전극 단자(3)에 대응되는 복수의 전극 수용홀(21)이 커버판 연결 부재(2)에 형성된다. 예컨대, 오직 하나의 큰 커버판 연결 부재(2)가 커버판 동체(1) 내의 비아홀(11)에 배치될 수 있고, 전극 단자(3)의 개수와 동일한 개수의 전극 수용홀(21)이 커버판 연결 부재(2)에 형성될 수 있으며, 각 전극 단자(3)는 전류를 도출하도록 대응되는 전극 수용홀(21)을 관통하고, 필요에 따라 절연 밀봉 부재가 커버판 연결 부재(2)와 전극 단자(3) 사이에 배치될 수 있다. 커버판 연결 부재(2)의 개수는 또한 전극 단자(3)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 각각의 커버판 연결 부재(2)가 하나의 전극 수용홀(21)을 갖도록 형성될 수 있거나, 또는 그 대신 복수의 커버판 연결 부재(2) 각각에 있는 전극 수용홀(21)의 개수가 서로 상이할 수 있다.
커버판 연결 부재(2)의 재료는 커버판 동체(1)와 동일할 수 있다. 예컨대, 커버판 연결 부재(2)의 재료는 알루미늄 합금 3003 또는 순수 알루미늄일 수 있으므로, 커버 조립체의 용접을 더욱 촉진하고 커버 조립체의 강도를 보장한다.
전극 단자(3)는 배터리로부터 전류를 도출하도록 전기 코어와 전기적으로 연결된다. 전극 단자(3)의 개수 또는 형태에는 제한이 없으며, 이는 도출될 전류의 크기에 따라 결정될 수 있다. 용적이 작은 배터리의 경우, 전극 단자(3)는 전기 코어 위에 제공되는 탭(미도시)일 수 있다. 일 실시예에서, 전극 단자(3)는 탭과 연결되는 금속 전도성 부재, 예컨대 판형 전극 단자 또는 극(pole)일 수 있다. 판형 전극 단자 또는 극은 전기 코어의 탭과 용접되어 전기 코어와 판형 전극 단자 또는 막대 사이의 전기 전도를 달성할 수 있다. 그 대신, 판형 전극 단자 또는 극은 연결 부품과 연결될 수 있고, 연결 부품은 전기 코어의 탭과 용접되어 전기 코어와 판형 전극 단자 또는 극 사이의 전기 전도를 달성한다.
도 1 내지 3 및 5에 도시된 바처럼, 일 실시예에서 전극 단자(3)는 단자 극 부분(32)과 극관(pole cap) 부분(31)을 포함한다. 극관 부분(31)과 단자 극 부분(32)은 일체로 형성될 수 있고, 용접 또는 냉간 압조에 의해 서로 연결될 수도 있다. 극관 부분(31) 및 단자 극 부분(32)의 재료에는 제한이 없다. 예컨대, 양전극 단자의 경우 극관 부분(31) 및 단자 극 부분(32)의 재료는 순수 알루미늄 등일 수 있고, 음전극 단자의 경우 극관 부분(31) 및 단자 극 부분(32)의 재료는 순수 구리 등일 수 있다.
단자 극 부분(32)은 원통 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 단자 극 부분(32)의 직경은 약 9 mm±5 mm일 수 있다. 커버 조립체 내의 다른 부재의 크기, 예컨대 비아홀(11), 전극 수용홀(21) 및 중심홀(41)의 크기는 단자 극 부분(32)의 직경에 따라 결정될 수 있다. 극관 부분(31)은 단자 극 부분(32)의 외경보다 큰 외경을 가질 수 있다. 극관 부분(31)은 기계적으로 더 처리될 수 있다. 예컨대, 극관 부분(31)의 상단 표면의 모서리는 극관 부분(31)과 외부 부하 사이의 연결에 유리하도록 둥글려질 수 있다. 단자 극 부분(32)은 두 개의 말단, 즉 제1 말단(321)과 제2 말단(322)을 갖는다. 극관 부분(31)은 단자 극 부분(32)의 제1 말단과 연결된다. 도 5에 도시된 바처럼, 전극 단자(3)는 T자 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 전극 단자(3)가 세라믹 밀봉 부재(4)에 용접될 때 생성되는 응력을 완충 또는 감소시키기 위해, 도 5에 도시된 바처럼 완충 구조물이(311)이 극관 부분(31)의 내부 표면(312), 즉 극관 부분(31)의 아래쪽 표면 위에 더 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 완충 구조물(311)은 단자 극 부분(32) 주위에 형성되는 지지 고리로서 구성될 수 있는데, 즉 환형 지지 보스(boss)가 극관 부분(31)의 내부 표면(312) 위에 형성된다. 환형 지지 보스의 외경이 극관 부분(31)의 외경보다 약간 더 작다면, 환형 지지 보스의 외경에는 제한이 없다. 환형 지지 보스의 두께에는 제한이 없다. 예컨대, 환형 지지 보스의 두께는 클램핑(clamp)될 대응 절연 밀봉 부재의 두께의 약 1/3 내지 약 3/4일 수 있다. 환형 지지 보스의 높이는 클램핑될 대응 절연 밀봉 부재의 높이의 약 1/3보다 클 수 있다. 일 실시예에서, 약 8.8±0.03 mm의 외경을 갖는 극관 부분(31)의 경우, 약 1.0±0.05 mm의 높이, 약 9.2±0.05 mm의 외경, 약 8.2±0.05mm의 내경 및 약 1.0±0.05 mm의 두께를 갖는 환형 지지 보스가 극관 부분(31)의 아래쪽 표면(312) 위에 형성될 수 있고, 환형 지지 보스는 극관 부분(31)의 아래쪽 표면(312)의 모서리(3121)로부터 약 1.5±0.05 mm의 거리만큼 이격될 수 있다. 통상적으로, 환형 지지 보스는 단자 극 부분(32)과 접합되지 않는다. 환형 지지 보스의 내경은 단자 극 부분(32)의 외경보다 크고, 환형 지지 보스와 단자 극 부분(32) 사이에 간극이 형성된다. 환형 지지 보스와 극관 부분(31)은 극관 부분(31)이 만들어지는 때에 일체로 형성될 수 있다. 그 대신, 극관 부분(31)이 먼저 형성될 수 있고, 이어서 완충 구조물(311)이 극관 부분(31)의 아래쪽 표면 위에 용접된다.
일 실시예에서, 절연 및 밀봉을 위해 절연 밀봉 부재(4)가 전극 단자(3)와 커버판 연결 부재(2) 사이에 배치된다. 절연 밀봉 부재에는 제한이 없다. 예컨대, 절연 밀봉 부재는 사출 성형된 부재일 수 있다. 절연 밀봉 부재가 사출 성형된 부재인 경우, 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체는 사출 성형 중의 높은 온도가 커버판 동체(1)에 미치는 영향을 방지할 수 있다. 일 실시예에서, 절연 밀봉 부재는 전극 단자(3)와 커버판 연결 부재(2) 사이에 개재된 세라믹 밀봉 부재(4)일 수 있는데, 이는 전극 단자(3) 및 커버판 연결 부재(2)와 각각 밀폐 연결되고 그로부터 절연된다. 도 1 내지 3 및 6에 도시된 바처럼, 일 실시예에서 세라믹 밀봉 부재(4)는 전극 수용홀(21)을 관통하는 밀봉 부분(42) 및 밀봉 부분(42)의 외경보다 큰 외경을 갖고 커버판 연결 부재(2)와 고정 연결되는 연결 부분(43)을 포함한다. 일 실시예에서, 완충 구조물(311)은 연결 부분(43)의 외부 말단 표면(431) 위에 지지되는 지지 고리로서 구성된다. 일 실시예에서, 연결 부분(43)은 커버판 연결 부재(2)와 연결될 수 있도록 장착홈(22)에 배치되도록 구성되는데, 즉 연결 부분(43)은 장착홈(22) 내부에 고정되어 용접을 더욱 촉진하고 연결의 신뢰성을 향상시킨다. 전극 수용홀(21)의 구경(aperture diameter)은 밀봉 부재(42)의 외경과 일치하고, 연결 부분(43)의 외경보다 작으므로, 커버 조립체가 양호한 밀봉 성능을 가질 수 있다. 연결 단계는 본 기술 분야에 흔히 알려진 세라믹과 금속을 연결하는 임의의 기법에 의해, 예컨대 세라믹을 표면 금속화(surface metallize)하고 그 세라믹을 금속과 용접하는 기법에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 제1 금속 용접층(도면에 도시되지 않음)이 연결 부분(43)과 장착홈(22)의 바닥 부분(223)의 내부 표면 사이에 형성되고, 제1 금속 용접층은 연결 부분(43)을 표면 금속화하고 납땜에 의해 장착홈(22)의 바닥 부분(223)의 내부 표면과 연결 부분(43)을 용접함으로써 형성된다. 금속화는 본 기술 분야에서 흔히 사용되는 세라믹 표면 금속화 공정에 의해, 예컨대 세라믹 표면을 Mn-Mo 금속화함으로써 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 세라믹 금속화가 완료된 후에, 용접에 영향을 미치지 않는 니켈, 알루미늄 및 다른 원소의 도금을 수행하여 용접 위치 및 용접될 기재의 기계적 강도를 향상시킨다. 일 실시예에서, 납땜 공정 중에 생성되는 기계적 응력을 완충 또는 감소시키기 위해, 연결 부분(43)과 장착홈(22)의 바닥 부분(223)의 내부 표면 사이에 전이 금속 고리가 더 제공된다. 전이 금속 고리는 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 예컨대 코바(Kovar) 합금, 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 쉽게 용접될 수 있는 다양한 금속 재료로 만들어질 수 있다. 전이 금속 고리의 외경은 세라믹 밀봉 부재(4)의 연결 부분(43)의 외경과 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 전이 금속 고리의 표면 위의 용접에 영향을 미치지 않는 니켈, 알루미늄 및 다른 원소의 도금을 수행하여 용접 위치 및 용접될 기재의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 납땜은 본 기술 분야에 공지된 임의의 용접 공정에 의해 수행될 수 있으므로, 이에 관한 상세한 설명은 명확성을 위해 본 명세서에서 생략될 것이다. 납땜 공정에 의해, 용접될 기재가 용접 접합부에서 일체로 연결될 수 있다. 즉, 커버판 연결 부재(2)와 세라믹 밀봉 부재(4)가 일체형 구조물로 용접될 수 있다. 한편으로는 밀봉 강도가 보장될 수 있고, 다른 한편으로는 재료의 계면 차이가 감소될 수 있어, 커버 조립체의 내부 저항과 배터리에 의해 생성되는 열이 감소된다.
중심홀(41)이 세라믹 밀봉 부재(4)의 중심에 형성되며, 전극 단자(3)는 배터리의 내부로부터 전류를 도출하도록 중심홀(41)을 관통하고, 세라믹 밀봉 부재(4)에 의해 커버판 연결 부재(2)로부터 절연된다. 이러한 실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(4) 내의 중심홀(41)의 내경은 전극 단자(3)의 단자 극 부분(32)의 외경과 일치한다. 가열시에 세라믹 밀봉 부재(4)의 팽창을 막기 위해, 중심홀(41)과 단자 극 부분(32) 사이에 간극이 형성되도록 세라믹 밀봉 부재(4) 내의 중심홀(41)의 내경이 단자 극 부분(32)의 외경보다 약간 더 클 수 있다. 세라믹 밀봉 부재(4) 내의 중심홀(41)의 내경은 극관 부분(31)의 외경보다 작을 수 있으므로, 단자 극 부분(32)이 중심홀(41)을 관통하고 극관 부분(31)이 세라믹 밀봉 부재(4) 위에 고정되도록 보장하고, 세라믹 밀봉 부재(4)와 전극 단자(3) 사이의 양호한 밀봉 성능을 보장한다. 극관 부분(31)은 이를 마주보는 연결 부분(43)의 외부 말단 표면과 연결된다. 연결 단계는 본 기술 분야에 공지된 세라믹과 금속을 연결하는 임의의 기법에 의해, 예컨대 금속 납땜 용제를 사용하는 기법에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 제2 금속 용접층(도면에 도시되지 않음)이 극관 부분(31)과 연결 부분(43)의 외부 말단 표면 사이에 배치되고, 제2 금속 용접층은 연결 부분(43)의 외부 말단 표면을 금속화하고 납땜 공정에 의해 연결 부분(43)의 외부 말단 표면을 극관 부분(31)과 용접함으로써 형성된다. 금속화는 본 기술 분야에서 흔히 사용되는 세라믹 표면 금속화 공정에 의해, 예컨대 세라믹 표면을 Mn-Mo 금속화함으로써 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 세라믹 금속화가 완료된 후에, 용접에 영향을 미치지 않는 니켈, 알루미늄 및 다른 원소의 도금을 수행하여 용접 위치 및 용접될 기재의 기계적 강도를 향상시킨다. 일 실시예에서, 납땜 공정 중에 생성되는 기계적 응력을 완충 또는 감소시키기 위해, 극관 부분(31)과 연결 부분(43)의 외부 말단 표면 사이에 전이 금속 고리가 더 배치된다. 전이 금속 고리는 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 예컨대 코바 합금, 구리, 구리 합금, 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 쉽게 용접될 수 있는 다양한 금속 재료로 만들어질 수 있다. 전이 금속 고리의 외경은 세라믹 밀봉 부재(4)의 연결 부분(43)의 외경과 동일하거나 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 전이 금속 고리의 표면 위의 용접에 영향을 미치지 않는 니켈, 알루미늄 및 다른 원소의 도금을 수행하여 용접 위치 및 용접될 기재의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다. 납땜은 본 기술 분야에 공지된 임의의 용접 공정에 의해 수행될 수 있으므로, 이에 관한 상세한 설명은 명확성을 위해 본 명세서에서 생략될 것이다. 납땜 공정에 의해, 용접 접합부 및 용접될 기재가 일체형 구조물로 형성될 수 있다. 즉, 커버판 연결 부재(2)와 세라믹 밀봉 부재(4)가 일체형 구조물로 용접될 수 있다. 한편으로는 밀봉 강도가 보장될 수 있고, 다른 한편으로는 재료의 계면 차이가 감소될 수 있어, 커버 조립체의 내부 저항과 배터리에 의해 생성되는 열이 감소된다.
일부 실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(4)는 산화 알루미늄 세라믹 고리, 산화 지르코늄 세라믹 고리, 질화 알루미늄 세라믹 고리, 질화 붕소 세라믹 고리, 질화 규소 세라믹 고리 및 산화 알루미늄과 산화 지르코늄의 복합 세라믹 고리 중 하나일 수 있다. 일 실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(4)는 산화 알루미늄 세라믹 고리 또는 산화 알루미늄과 산화 지르코늄의 복합 세라믹 고리일 수 있고, 세라믹 밀봉 부재(4) 내의 중심홀(41)은 약 Ø6.2±0.1 mm의 구경 및 약 2.5±0.1 mm의 두께를 갖는다. 세라믹 밀봉 부재(4)는 전해질에 의해 부식되지 않는 양호한 내식성을 가지므로, 리튬 이온 배터리의 서비스 수명을 보장한다. 세라믹 밀봉 부재(4)의 충격 강도 및 열 충격 저항성은 유리 밀봉 부재보다 우수할 수 있으므로, 커버 조립체의 구조가 더 안정적일 수 있고 밀봉 효과가 더 양호할 수 있다. 하나의 세라믹 판이 아닌 본 실시예에 구성되는 바와 같은 세라믹 밀봉 부재(4)가 밀봉 및 연결 매체로서 사용되는 경우, 세라믹 밀봉 부재(4)는 더 큰 두께를 가지므로 리튬 이온 배터리의 열 충격 저항성과 열 순환 성능이 개선된다는 점에 주목해야 한다.
이러한 실시예에서, 단자 극 부분(32)은 세라믹 밀봉 부재(4)의 중심홀(41)을 관통하고, 단자 극 부분(32)의 제2 말단(322)은 쉘 내의 전기 코어와의 전기 전도를 위해 세라믹 밀봉 부재(4) 밖으로 연장된다. 일 실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(4) 밖으로 연장되는 단자 극 부분(32)의 제2 말단과 전극 연결 부품(5)이 (도 3에 도시된 바처럼) 연결되고, 일 실시예에서 전극 연결 부품(5)은 배터리의 내부로부터 전류를 도출하도록 전기 코어의 탭(미도시)과 용접될 수 있다.
전기 단락을 방지하기 위해, 커버판 동체(1)와 전극 연결 부품(5) 사이에 또는 커버판 연결 부재(2)와 전극 연결 부품(5) 사이에 절연 처리가 수행될 수 있다. 예컨대, 밀봉 부재(6), 예컨대 밀봉 고리가 커버판 동체(1)와 전극 연결 부품(5) 사이에 또는 커버판 연결 부재(2)와 전극 연결 부품(5) 사이에 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 특히 O자형 고리(6)가 세라믹 밀봉 부재(4)의 제2 말단(44) 위에 장착될 수 있다. 밀봉 고리(6)는 전해질에 용해되지 않는 재료, 예컨대 PP(폴리프로필렌) 또는 PE(폴리에틸렌) 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체를 제조하는 방법은 아래의 단계를 포함한다.
세라믹 밀봉 부재(4)의 연결 부분(43)이 표면 금속화된다(단계 S1).
이어서, 커버판 연결 부재(2)가 세라믹 밀봉 부재(4)의 밀봉 부분(42) 위에 장착된다(단계 S2).
이 단계에서, 납땜 또는 용융 주조 공정에 의해 금속 커버판 연결 부재(2)가 세라믹 밀봉 부재(4)와 용접된다. 납땜 공정의 경우, 용접을 수행하기 위해 모재 금속의 융점보다 낮지 않은 온도에서 납땜 용제가 사용될 필요가 있다. 용융 주조 공정의 경우, 금속과 세라믹 사이의 연결을 달성하기 위해 모재 금속만이 녹여질 필요가 있다. 용융 주조 공정의 단계 및 파라미터는 본 기술 분야에 공지되어 있다. 일부 실시예에서, 납땜 공정에 사용되는 땜납은 세라믹을 알루미늄과 용접하기 위한 것일 수 있으며, 예컨대 Al-Si 합금, Al-Mg 합금, 또는 Al-Si-Mg 합금일 수 있다. 일 실시예에서, 납땜 공정에 사용되는 땜납은 Al-Si 합금일 수 있는데, 여기서 Si의 함유량은 0 내지 약 12 wt% 범위에 있고, 유리하게는 5 wt% 내지 약 8 wt% 범위에 있으며, 나머지는 Al이다. 납땜 공정은 진공 또는 비활성 기체 분위기에서 약 570 ℃ 내지 약 625 ℃의 온도에서 수행된다. 일 실시예에서, 비활성 기체 분위기는 질소 분위기 또는 질소와 수소의 혼합 기체 분위기일 수 있다. 일 실시예에서, 용융 주조 공정은 진공 또는 비활성 기체 분위기에서 약 600 ℃ 내지 약 1300 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
전극 단자(3)의 단자 극 부분(32)은 커버판 연결 부재와 연결된 세라믹 밀봉 부재(4)의 중심홀(41)에 장착되고, 단자 극 부분의 제2 말단(322)은 중심홀(41) 밖으로 연장되며, 전극 단자(3)의 극관 부분(31)은 세라믹 밀봉 부재(4)의 연결 부분(43)의 외부 말단 표면과 용접된다(단계 S3).
이 단계에서, 납땜 또는 용융 주조 공정에 의해 금속 극관 부분(31)이 세라믹 밀봉 부재(4)의 연결 부분(43)과 용접된다. 납땜 공정의 경우, 용접을 수행하기 위해 모재 금속의 융점보다 낮지 않은 온도에서 납땜 용제 및 땜납이 사용될 필요가 있다. 용융 주조 공정의 경우, 금속과 세라믹 사이의 연결을 달성하기 위해 모재 금속만이 녹여질 필요가 있다. 용융 주조 공정의 단계 및 파라미터는 본 기술 분야에 공지되어 있다. 일부 실시예에서, 납땜 공정에 사용되는 땜납은 세라믹을 알루미늄과 용접하기 위한 것일 수 있으며, 예컨대 Al-Si 합금, Al-Mg 합금, 또는 Al-Si-Mg 합금일 수 있다. 일 실시예에서, 납땜 공정에 사용되는 땜납은 Al-Si 합금일 수 있는데, 여기서 Si의 함유량은 0 내지 약 12 wt% 범위에 있고, 유리하게는 5 wt% 내지 약 8 wt% 범위에 있으며, 나머지는 Al이다. 납땜 공정은 진공 또는 비활성 기체 분위기에서 약 570 ℃ 내지 약 625 ℃의 온도에서 수행된다. 일 실시예에서, 비활성 기체 분위기는 질소 분위기 또는 질소와 수소의 혼합 기체 분위기일 수 있다. 일 실시예에서, 용융 주조 공정은 진공 또는 비활성 기체 분위기에서 약 600 ℃ 내지 약 1300 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
세라믹 밀봉 부재(4) 및 단자 극 부분(32) 중 전극 수용홀(21)을 관통한 후 전극 수용홀(21) 밖으로 연장되는 부분의 외부 표면 위에 O자형 고리(6)가 장착되고, 이어서 중심홀(41) 밖으로 연장되는 단자 극 부분(32)의 제2 말단(322)과 판형 전극 연결 부품(5)이 용접된다(단계 S4). 용접 단계는 물리적 용접 공정에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 물리적 용접 공정은 상이한 금속 간의 용접을 달성하기 위한 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다. 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접 공정의 단계 및 파라미터는 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 이에 관한 상세한 설명은 명확성을 위해 본 명세서에서 생략될 것이다.
전극 단자(3), 세라믹 밀봉 부재(4) 및 커버판 연결 부재(2)의 일체형 구조물이 커버판 동체(1)의 비아홀(11)에 배치되고, 커버판 연결 부재(2)의 플랜지 부분(221)이 단차형 홀의 단차 부분(111) 위에 겹쳐지며, 이어서 플랜지 부분(221)이 커버판 동체(1)와 용접되어 커버 조립체를 일체형 구조물로 만든다(단계 S5). 용접 단계는 물리적 용접 공정에 의해 수행될 수 있다. 예컨대, 물리적 용접 공정은 상이한 금속 간의 용접을 달성하기 위한 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다. 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접 공정의 단계 및 파라미터는 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 이에 관한 상세한 설명은 명확성을 위해 본 명세서에서 생략될 것이다.
상술한 방법에서, 하나의 커버판 동체(1)가 하나의 전극 단자(3)를 갖도록 형성될 수 있고, 또한 상이한 극성을 갖는 복수의 전극 단자(3)를 갖도록 형성될 수 있다. 상술한 제조 방법의 단계의 순서는 장착 양식과 용접 온도에 따라 조정될 수 있다. 전극 단자가 음전극 단자인 경우, 커버 조립체는 상술한 단계에 따라 직접 제조될 수 있다. 전극 단자가 양전극 단자인 경우 단계 S2, S3, S4 및 S5가 재조합될 수 있는데, 즉 전극 단자(3), 세라믹 밀봉 부재(4) 및 커버판 동체(1)가 그 위치 관계에 따라 조립된 후 함께 용접된다. 예컨대, 양전극 및 음전극 단자가 존재하는 경우, 세라믹 밀봉 부재(4) 및 하나의 극성을 갖는 전극 단자(3), 예컨대 음전극 단자가 먼저 단계 S1, S2, S3에 따라 일체형 구조물로 만들어지고, 이어서 그 일체형 구조물과 커버판 동체(1)가 조립된다. 이어서, 세라믹 밀봉 부재의 표면이 단계 S1에 따라 금속화되고, 세라믹 밀봉 부재(4), 커버판 동체(1) 및 다른 극성을 갖는 전극 단자(3), 예컨대 양전극 단자가 조립된다. 이어서, 양전극 단자와 음전극 단자가 각각 단계 S3에 따라 용접된다. 마지막으로, 후속 단계가 그에 따라 수행된다.
본 개시 내용의 실시예에 따르면, 배터리가 제공된다. 배터리는 적어도 하나의 개방 말단(102)을 갖는 쉘(101), 개방 말단(102)을 밀봉하기 위한 상술한 커버 조립체, 그리고 쉘(101)과 커버 조립체에 의해 형성되는 밀봉 공간에 수용되는 전기 코어 및 전해질을 포함하는데, 전극 단자(3)는 전기 코어와 전기적으로 연결된다. 이하에서는 리튬 이온 배터리와 같은 배터리의 추가 실시예가 본 개시 내용의 요지와 핵심을 더 잘 이해할 수 있도록 예시될 것이다.
일 실시예에서, 도 9에 도시된 바처럼, 쉘(101)이 하나의 개방 말단(102)을 갖는 경우, 전기 코어가 쉘(101)에 배치되고, 전해질이 쉘(101) 내로 주입된 후, 두 개의 전극 단자(3)를 갖도록 형성된 커버 조립체가 쉘(101)의 개방 말단(102) 위에 장착된다. 이러한 공정에서, 커버 조립체의 주변부가 쉘(101)과 용접되고, 커버 조립체의 전극 연결 부품이 전기 코어와 연결된다. 특히, 전기 코어의 양극판은 양극 탭을 통해 하나의 전극 단자 위에서 전극 연결 부품과 연결되고, 전기 코어의 음극판은 음극 탭을 통해 다른 전극 단자 위에서 전극 연결 부품과 연결된다. 조립 후에, 커버 조립체와 쉘(102) 사이에 밀봉 공간이 형성되고, 전기 코어와 전해질이 밀봉 공간에 수용된다. 두 개의 전극 단자(3)는 각각 리튬 이온 배터리의 두 전극으로서 사용되며, 각각 외부 전기 장치와 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 도 10에 도시된 바처럼, 쉘(101)은 두 개의 개방 말단(102)을 가질 수 있고, 두 개의 커버 조립체를 갖도록 형성되는데, 하나의 커버 조립체는 양전극 단자를 갖도록 형성되고 다른 커버 조립체는 음전극 단자를 갖도록 형성된다. 이때, 두 개의 커버 조립체는 각각 쉘(101)의 두 개방 말단(102) 위에 장착된다. 이러한 공정에서, 두 커버 조립체의 주변부가 각각 쉘(101)과 용접되고, 두 커버 조립체의 전극 연결 부품이 각각 전기 코어와 연결된다. 특히, 전기 코어의 양극판은 양극 탭을 통해 양전극 단자를 갖도록 형성된 커버 조립체의 단자 극 부분과 연결되고, 전기 코어의 음극판은 음극 탭을 통해 음전극 단자를 갖도록 형성된 커버 조립체의 단자 극 부분과 연결된다. 조립 후에, 두 커버 조립체와 쉘(101) 사이에 밀봉 공간이 형성되고, 전기 코어와 전해질이 밀봉 공간에 수용된다. 두 커버 조립체의 단자 극 부분은 각각 리튬 이온 배터리의 두 전극으로서 사용되며, 각각 외부 전기 장치와 연결될 수 있다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체에 의하면, 전극 단자가 커버판 연결 부재와 밀폐 연결되고 그로부터 절연된 후에, 전극 단자는 커버판 연결 부재를 통해 커버판 동체와 연결된다. 커버판 연결 부재는 작은 부재일 수 있기 때문에, 커버판 연결 부재와 세라믹 밀봉 부재 사이의 고온 용접 중에 커버판 연결 부재의 변형이 어려울 수 있고, 커버판 연결 부재는 소결 후에 세척될 수 있는데, 이는 편리하며 쉽게 달성될 수 있다. 이어서, 커버판 연결 부재는 커버판 동체와 용접되므로, 이에 따라 배터리 성능이 개선된다. 커버판 연결 부재의 주요 기능은 세라믹 밀봉 부재, 전극 단자 및 커버판 동체를 함께 밀폐 연결하는 것이므로, 커버판 연결 부재의 형태에는 제한이 없다. 더욱이, 커버판 연결 부재는 작은 크기를 가질 수 있지만, 특수한 부품은 아닐 수 있다. 또한, 커버판 연결 부재는 고온을 견딜 수 있다. 따라서, 고온에서 커버판 연결 부재의 변형이 작을 수 있는데, 이는 배터리의 밀봉에 영향을 미치지 않을 수 있고, 커버판 동체와 동일한 재료로 만들어진 커버판 연결 부재가 커버판 동체와 용접되는데, 이는 커버판 동체의 강도에 대한 영향 없이 쉽게 달성될 수 있다. 본 개시 내용의 실시예에 따른 커버 조립체에 의하면, 제조 비용이 감소될 수 있고, 특히 배터리 수율이 향상될 수 있으며, 배터리 안전성이 개선되고, 커버 조립체 구조의 연결이 안정적이며, 커버 조립체가 양호한 밀봉 성능을 가지므로, 세라믹 밀봉되는 배터리의 실제 응용과 개발을 위한 견고한 기초를 제공한다.
예시적인 실시예가 제시 및 기술되었으나, 본 기술 분야의 당업자는 상술한 실시예가 본 개시 내용을 한정하는 것으로 해석될 수 없으며 본 개시 내용의 사상, 원리 및 범위로부터 벗어나지 않고 상기 실시예에서 변경, 대치 및 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (20)
- 커버 조립체로서,
관통하는 적어도 하나의 비아홀을 갖도록 형성되는 커버판 동체;
상기 비아홀에서 상기 커버판 동체와 밀폐 연결되고, 내부에 전극 수용홀을 갖도록 형성되는 커버판 연결 부재; 및
전류를 도출(lead out)하도록 상기 전극 수용홀을 관통하여 상기 커버판 연결 부재와 밀폐 연결되고 그로부터 절연되는 전극 단자
를 포함하는 커버 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 커버판 연결 부재는,
장착홈 - 상기 전극 수용홀은 상기 장착홈의 바닥 부분을 관통함 - ; 및
상기 장착홈의 주변부에 형성되고, 상기 커버판 동체와 연결되는 플랜지 부분
을 포함하는 커버 조립체. - 제2항에 있어서,
상기 비아홀은 단차형 홀로서 구성되고, 상기 플랜지 부분은 상기 단차형 홀의 단차 부분 위에 배치되며 상기 커버판 동체와 고정 연결되는 커버 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 전극 단자와 상기 커버판 연결 부재 사이에 개재되고, 상기 전극 단자 및 상기 커버판 연결 부재와 각각 밀폐 연결되며 그로부터 절연되는 세라믹 밀봉 부재를 더 포함하는 커버 조립체. - 제4항에 있어서,
중심홀이 상기 세라믹 밀봉 부재의 중심에 형성되고, 상기 전극 단자는 상기 중심홀을 관통하는 커버 조립체. - 제5항에 있어서,
상기 세라믹 밀봉 부재는,
상기 전극 수용홀을 관통하는 밀봉 부분; 및
상기 밀봉 부분의 외경보다 큰 외경을 갖고 상기 커버판 연결 부재와 고정 연결되는 연결 부분
을 포함하는 커버 조립체. - 제6항에 있어서,
상기 커버판 연결 부재는,
장착홈 - 상기 전극 수용홀은 상기 장착홈의 바닥 부분을 관통하고, 상기 연결 부분은 상기 장착홈에 배치됨 - ; 및
상기 장착홈의 주변부에 형성되고, 상기 커버판 동체와 연결되는 플랜지 부분
을 포함하는 커버 조립체. - 제7항에 있어서,
제1 금속 용접층이 상기 연결 부분과 상기 장착홈의 바닥 부분의 내부 표면 사이에 형성되고, 상기 제1 금속 용접층은 상기 연결 부분을 표면 금속화하고 상기 장착홈의 바닥 부분의 내부 표면과 상기 연결 부분을 용접함으로써 형성되는 커버 조립체. - 제8항에 있어서,
전이 금속 고리가 상기 연결 부분과 상기 장착홈의 바닥 부분의 내부 표면 사이에 더 제공되는 커버 조립체. - 제5항에 있어서,
상기 전극 단자는,
단자 극 부분; 및
상기 단자 극 부분의 말단과 연결되는 극관 부분
을 포함하고,
상기 단자 극 부분은 상기 세라믹 밀봉 부재 내의 상기 중심홀을 관통하고, 상기 단자 극 부분의 다른 말단은 상기 세라믹 밀봉 부재 밖으로 연장되는 커버 조립체. - 제10항에 있어서,
상기 세라믹 밀봉 부재는,
상기 전극 수용홀을 관통하는 밀봉 부분; 및
상기 밀봉 부분의 외경보다 큰 외경을 갖고, 상기 커버판 연결 부재와 고정 연결되는 연결 부분
을 포함하고,
상기 극관 부분은 이를 마주보는 상기 연결 부분의 외부 말단 표면과 연결되는 커버 조립체. - 제11항에 있어서,
제2 금속 용접층이 상기 극관 부분과 상기 연결 부분의 외부 말단 표면 사이에 배치되고, 상기 제2 금속 용접층은 상기 연결 부분의 외부 말단 표면을 금속화하고 상기 연결 부분의 외부 말단 표면을 상기 극관 부분과 용접함으로써 형성되는 커버 조립체. - 제11항에 있어서,
전이 금속 고리가 상기 극관 부분과 상기 연결 부분의 외부 말단 표면 사이에 더 배치되는 커버 조립체. - 제9항 또는 제13항에 있어서,
상기 전이 금속 고리는 코바(Kovar) 합금으로 만들어지는 커버 조립체. - 제11항에 있어서,
상기 극관 부분은 상기 연결 부분의 외부 말단 표면 위에 배치되는 완충 구조물을 더 갖도록 형성되는 커버 조립체. - 제15항에 있어서,
상기 완충 구조물은 상기 연결 부분의 외부 말단 표면 위에 지지되는 지지 고리로서 구성되는 커버 조립체. - 제10항에 있어서,
전극 연결 부품이 상기 세라믹 밀봉 부재 밖으로 연장되는 상기 단자 극 부분의 상기 다른 말단과 연결되고, 밀봉 부재가 상기 커버판 연결 부재와 상기 전극 연결 부품 사이에 배치되는 커버 조립체. - 제1항에 있어서,
복수의 전극 단자가 존재하고, 상기 전극 단자에 대응되는 복수의 전극 수용홀이 상기 커버판 연결 부재에 형성되는 커버 조립체. - 제1항에 있어서,
복수의 비아홀이 상기 커버판 동체에 형성되고, 대응되는 비아홀에서 각각 상기 커버판 동체와 밀폐 연결되는 복수의 커버판 연결 부재가 존재하는 커버 조립체. - 배터리로서,
적어도 하나의 개방 말단을 갖는 쉘;
상기 개방 말단을 밀봉하기 위한, 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 커버 조립체; 및
상기 쉘 및 상기 커버 조립체에 의해 형성되는 밀봉 공간에 수용되는 전기 코어 및 전해질
을 포함하고,
상기 전극 단자는 상기 전기 코어와 전기적으로 연결되는 배터리.
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