KR20140040835A - 전극단자, 커버 어셈블리, 커버 어셈블리를 포함하는 배터리 - Google Patents
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Abstract
전극 단자, 커버 어셈블리 및 커버 어셈블리를 포함하는 배터리가 제공된다.
전극 단자는 단자 극부(22);와 단자 극부(22)의 단부상에 형성되는 극관부(21)를 포함하며, 완충 구조(211)는 단자 극부(22)와 마주하는 극관부(21)의 표면상에 배치된다.
전극 단자는 단자 극부(22);와 단자 극부(22)의 단부상에 형성되는 극관부(21)를 포함하며, 완충 구조(211)는 단자 극부(22)와 마주하는 극관부(21)의 표면상에 배치된다.
Description
본 출원은 아래와 같은 출원들에 관하여 우선권을 주장한다:
1) 2011년 6월 28일에 중화인민공화국에 출원한 중국특허출원 일련번호 201110175937.9; 및
2) 2012년 4월 20일에 중화인민공화국에 출원한 중국특허출원 일련번호 201210117704.8.
본 발명은 배터리 분야에 관한 것으로써, 더 상세하게는 전극 단자, 커버 어셈블리, 커버 어셈블리를 포함하는 배터리에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리는 현대의 차량을 위한 이상적인 전력 원천이다. 왜냐하면, 오염이 없고, 가격이 낮고, 고용량이며, 오래가는 수명의 이점이 있기 때문이다. 리튬 이온 배터리는 양극판, 세퍼레이터(separator), 및 음극판을 순차적으로 와인딩(적층)하여 전기 코어를 형성하고, 배터리 쉘(shell)과 커버 판(cover plate)에 의해 형성된 챔버(chamber) 내에 전기 코어를 배치하고, 상기 챔버 내에 전해질을 주입하고, 상기 배터리 쉘의 개구된 단부를 밀봉하고 구성함으로써 형성된다. 그러므로, 리튬 이온 배터리에서, 커버 판에 의한 배터리의 밀봉 성능을 확실하게 하는 것이 매우 중요하다. 배터리의 밀봉 성능의 우수함에 따라, 배터리의 안전성, 밀봉 성능, 내노화성, 리튬 이온 배터리의 절연 성능에 영향을 미칠 수 있다. 게다가 커버 판은 리튬 이온 배터리의 전체 가격 중 일정한 부분을 차지할 수 있다. 따라서, 커버 판의 생산 효율 및 수율을 향상시키면 가격을 큰 폭으로 감축할 수 있다.
최근에, 리튬 이온 배터리의 밀봉 및 절연은 주로 플라스틱 사출 성형에 의해 실현된다. 한편, 세라믹 밀봉 부재는 커버 판을 절연 및 밀봉하는데 이용될 수 있다. 그러나 세라믹은 용접이 어렵고, 깨지거나 금가기 쉽기 때문에 세라믹은 세라믹 가스켓(gasket)용으로만 제한된다. 그리고 플라스틱 밀봉 부재와 같은 다른 종래의 밀봉 부재는 여전히 커버 판과 전극 단자 사이의 밀봉을 위해 필요할 수 있다. 세라믹 밀봉 부재가 커버 판과 전극 단자 사이의 절연 및 밀봉용으로 사용될 때, 물질적인 차이 때문에, 용접과정 동안 발생하는 큰 응력(stress)이 세라믹 밀봉 부재를 깨뜨리거나 균열시킬 수 있다. 이에 따라, 배터리의 신뢰도 및 안정성을 감소시키고, 리튬 이온 배터리의 안전성을 감소시키고, 제조를 어렵게 하고, 배터리 수율을 감소시키고, 배터리의 실용화 및 개발에 영향을 미친다.
본 발명의 실시예들은 적어도 종래 기술에 존재하는 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것을 추구한다. 따라서, 전극 단자는 배터리의 수율을 향상시키며 배터리의 안전을 향상시키는 것이 제공될 필요가 있다.
또한, 커버 어셈블리는 대형으로 제조되기에 용이한 것이 제공될 필요가 있다. 따라서, 제조하는 동안, 커버 어셈블리는 깨지거나 균열되는 것이 어려울 수 있다. 반면, 커버 어셈블리의 수율은 높다.
나아가, 커버 어셈블리를 포함하는 배터리는 우수한 내노화성, 오랜 수명, 향상된 안전성을 가지는 것이 제공될 필요가 있다.
본 발명의 제1측면에 따르면, 전극 단자가 제공될 수 있다. 전극 단자는 단자 극부; 및 단자 극부의 끝에 형성된 극관부를 포함할 수 있되, 완충 구조는 단자 극부에 마주하는 극관부의 표면상에 배치된다.
본 발명의 제2측면에 따르면, 커버 어셈블리가 제공될 수 있다. 커버 어셈블리는 커버 판 몸체를 관통하는 비아홀이 마련된 커버 판 몸체; 상기 비아홀 내에 고정적으로 수용된 절연 밀봉 부재; 및 본 발명의 제1 측면에 따른 전극 단자를 포함할 수 있고, 상기 전극 단자의 단자 극부는 전류를 유지하도록, 상기 비아홀을 관통하고, 상기 절연 밀봉 부재는 커버 플레이트 몸체 및 전극 단자 사이에 개재되며, 완충 구조는 극관부 및 절연 밀봉 부재 사이에 배치된다.
본 발명의 제3측면에 따르면, 배터리는 제공될 수 있다. 배터리는 적어도 하나의 개구단을 가지는 쉘; 개구단 밀봉을 위한 본 발명의 제2측면에 따른 커버 어셈블리; 및 상기 쉘과 상기 커버 어셈블리에 의해 형성되는 밀봉 공간에 수용되는 전해질을 포함할 수 있으며, 전극 단자는 전기 코어와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일실시예에 따른 완충 구조를 구비하는 전극 단자에 있어서, 전극 단자가 절연 밀봉 부재와 용접되면, 용접시 에 다른 부재의 물질 사이에의 팽창 계수의 차이로 인한 응력(stress)이 감소될 수 있다. 게다가, 깨지거나 균열되기 쉬운 세라믹 밀봉 부재가 용접시에 보호될 수 있다. 따라서, 배터리의 안정성이 향상된다.
한편, 세라믹 밀봉 커버 어셈블리를 포함하는 배터리는 향상되는 내노화성 및 수명연장의 이점을 가진다. 이에 따라, 배터리의 안전성과 성능이 향상된다. 게다가, 비아홀(via hole)은 커버 판 몸체의 표면으로부터 돌출되는 장착 홈부를 포함하는데, 상기 장착 홈부의 바닥부에는 전극 수용홀을 수용하는 전극을 관통하는 전극 단자의 단자 극부 및 장착 홈부의 바닥부에 형성되는 홈을 수용하는 전극을 구비하는 커버 판 몸체의 표면으로부터 돌출되는 장착 홈부를 포함한다. 따라서, 절연 밀봉 부재가 커버 플레이트 몸체와 용접될 때, 생성된 힘을 더 감소시킨다. 일반적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 단자 및 커버 어셈블리는 단순한 제조과정으로 제조되기 쉽다. 게다가, 배터리 수율 및 배터리 안정성은 증가될 수 있다. 따라서, 실용적인 어플리케이션 및 세라믹 밀봉된 배터리 개발을 위한 견고한 기반이 마련된다.
본 발명의 실시예의 추가적인 측면 및 이점이 다음의 설명에서 부분적으로 설명될 것이며, 다음의 설명에서 일부가 명백해지거나 본 발명의 실시예의 사례로부터 이해되어 질 수 있다.
이런 및 다른 측면과 본 발명의 일실시예의 이점은 명백해지며, 용이하게 첨부된 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 이해가 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 단자의 사시도 이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 단자의 단면도 이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전극 단자의 사시도 이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 커버 어셈블리의 개략적인 단면도 이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 커버 플레이트 본체의 단면도 이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 커버 플레이트 본체의 비아홀의 확대 단면도 이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 밀봉 부재의 사시도 이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 단면도 이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사시도 및
도 10은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사이도 이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 단자의 사시도 이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 단자의 단면도 이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전극 단자의 사시도 이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 커버 어셈블리의 개략적인 단면도 이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 커버 플레이트 본체의 단면도 이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 커버 플레이트 본체의 비아홀의 확대 단면도 이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 세라믹 밀봉 부재의 사시도 이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리의 단면도 이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사시도 및
도 10은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 리튬 이온 배터리의 사이도 이다.
참조는 본 발명의 일실시예에서 상세하게 설명된다. 도면을 참조하여 여기에 기술된 실시예는 설명, 도시의 용도로 쓰인 것이고, 그리고 일반적으로 본 발명을 이해하는데 사용된다. 실시예는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 같은 또는 비슷한 구성요소 및 같은 또는 비슷한 기능을 구비하는 구성요소는 설명의 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호로 표시된다.
설명에서 만일 지정 또는 한정하지 않는 한, 구성요소 방향 또는 장치를 참조하여 여기에서 사용된 어법과 용어를 이해하여야 한다. 예를 들면, "상부", "하부" 등과 같은 용어는 다음에 설명된 방향 또는 본 발명의 기술의 단순화를 위한 도면에서 보여지는 것과 같은 방향을 참조하여 해석되어야 한다. 그러나 이것만으로는 언급한 장치나 구성요소가 반드시 특정 방향을 가져야만 한다는 것을 지칭 또는 암시하지 않는다. 게다가, 본 발명이 특정한 성향으로 구성되거나 작동되는 것이 요구되지 않는다.
본 발명의 일실시예에 따른 커버 어셈블리는 배터리를 밀봉하기 위해 사용되며, 주로 리튬 이온 배터리를 밀봉하기 위해 사용되고, 특히, 리튬 이온 파워 배터리나 리튬 이온 저장 배터리와 같이 높은 파워 리튬 이온 배터리를 밀봉하기 위해 사용된다. 통상의 기술자에게 공지된 바와 같이, 리튬 이온 배터리는 주로 적어도 하나의 개구단을 가지는 쉘, 쉘 내에 배치되는 전기 코어 및 쉘에 수용되는 전해질을 포함한다. 전해질의 누수를 방지하도록, 커버 어셈블리는 쉘의 개구단을 밀봉하는 것이 이용된다. 쉘은 일반적으로 전기 코어 및 전해질을 수용하는 알루미늄 또는 철이다. 개구단이 있을 수 있다. 개구단은, 쉘의 일단은 리튬 이온 배터리의 일단으로부터 전류를 이끌도록 개방된다. 또한, 양개구단이 있을 수 있다. 그것은, 쉘의 양단은 리튬이온 배터리의 양단으로부터 전류를 이끌도록 각각 개방된다. 다음, 개구단의 개수 및/또는 위치에 제한이 없다는 것을 주목해야 한다. 개구단은 쉘의 짧은 쪽에 형성될 수 있으며, 전기 코어는 직접적으로 쉘에 수직하게 배치된다. 이것은, 전류를 이끌기 위한 전기 코어의 단(끝)은 개구단으로부터 노출된다. 개구단은 마찬가지로 쉘의 긴 쪽에 형성될 수 있으며, 전기 코어는 직접적으로 쉘에 평행하게 배치된다. 이것은, 전기 코어의 권취된 원형의 원호 가장자리부는 개구단으로부터 노출될 수 있다. 전기코어는 양 플레이트, 세퍼레이터 및 음 플레이트를 순차적으로 적층하거나 권취됨으로써 형성될 수 있다. 전기 코어 및 이의 제조방법의 구조는 종래기술에서 알려진 임의의 과정으로 달성될 수 있다. 따라서, 상기 상세한 설명은 여기에 명확성의 목적을 위해 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 커버 어셈블리는 첨부된 도면을 참조하여 아래에 상세하게 기술된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 커버 에셈블리는 커버 플레이트 몸체(cover plate body, 1), 전극 단자(electrode terminal, 2) 및 절연 밀봉 부재를 포함한다.
전극 단자(2)는 배터리로부터 전류를 이끄는 전기 코어(미도시)와 전기적으로 연결된다. 인출되는 전류의 크기에 따라 결정될 수 있는 전극 단자(electrode terminal, 3)의 개수 또는 모양에는 제한이 없다. 일실시예에서, 전극 단자(2)는 전기 코어와 전극 단자(2) 사이에 전기 전도를 달성하기 위해 전기 코어와 직접적으로 연결될 수 있는 탭(tab)과 연결되는 금속 전도성 부재일 수 있다. 또한, 전극 단자(2)는 연결편(connecting piece)과 연결될 수 있다. 연결편은 전기 코어와 전극 단자(2) 사이에서 전기 전도를 달성하기 위해 전기 코어의 탭과 용접된다.
일실시예에서, 전극 단자(2)는 단자 극부(terminal pole portion, 22)와 단자 극부(22)의 끝에 형성되는 극관부(pole cap portion, 21)를 포함한다. 극관부(21)와 단자 극부(22)는 일체형으로 형성될 수 있으며, 또한, 용접 또는 냉간압조(cold heading)로 서로 연결될 수 있다. 극관부(21)와 단자 극부(22)의 재질에는 제한이 없다. 예를 들어, 양전극 단자용으로는, 극관부(21)와 단자 극부(22)의 재질은 순수 알루미늄 알루미늄 합금 등일 수 있다; 그리고, 음 전극 단자용으로는, 극관부(21)와 단자 극부(22)는 순수 구리 등일 수 있다.
극관부(21)와 단자 극부(22)가 서로 연결되는 것이 제공되는 극관부(21)와 단자 극부(22)의 모양에는 제한이 없다. 일실시예에서, 극관부(21) 및 단자 극부(22)는 수직방향으로 서로 연결된다. 예를 들어, 직사각형 시트와 같은 극관부(21) 및 서로 수직인 직사각형 시트와 같은 단자 극부(22)는 서로 연결된다. 극관부(21) 및 단자 극부(22)는 필요에 따라 조립될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 단자(2)는 뒤집어진 "T"모양으로 마련될 수 있다. 다음에, 원통형의 단자 극부(22)는 도시 목적을 위한 예로써 기술된다. 일실시예에서, 단자 극부(22)는 약 6.0±0.05mm의 직경으로 마련된다. 커버 어셈블리에서 다른 부재의 크기는, 예를 들어, 비아홀(via hole, 11)의 크기, 전극 수용 홀(the electrode receiving hole, 1111)과 중심 홀(central hole, 33)은 단자 극부(22)의 직경에 따라 결정될 수 있다. 일실시예에서, 극관부(21)의 모양은 원통형의 단자 극부(22)에 대응되며, 극관부(21)는 극관부(21)의 축에 수직인 평면에서 원(circle)처럼 돌출된다. 예를 들면, 일실시예에서, 극관부(21)는 단자 극부(22)의 약 1/4 높이보다 더 큰 높이로 마련되며, 단자 극부(22)의 약 절반 높이 보다 작게 마련되는 원통형일 수 있다. 특히, 극관부(21)는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 약 2.5±0.05mm의 높이로 마련될 수 있고, 약 8.8(±0.03)mm의 외경으로 마련될 수 있다. 다른 실시예에서, 극관부(21)는 도 1에 도시된 바와 같이, 약 0.8mm의 두께로 마련되며, 단자 극부(22)의 외경보다 더 큰 외경으로 구비되는 얇은 원형 금속시트 등 일 수 있다.
일실시예에서, 완충 구조(buffering structure, 211)는 단자 극부(22)에 마주하는 극관부(21)의 표면(surface, 2111)위에 배치된다. 특히, 완충 구조(211)는 전극 단자(2)가 절연 밀봉 부재와 용접되면, 다른 물질 사이에서 생성되는 힘을 감소시키거나, 커버 어셈블리에 용접의 영향을 감소시키기 위해서, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 극관부(21)의 내부 표면(2111)위에 형성될 수 있다. 상기 완충효과를 얻을 수 있는 것이 제공되는 완충 구조(211)에는 제한이 없다. 일부 실시예에서, 지지 댐핑 부재가 극관부(21)와 절연 밀봉 부재 사이에 배치되는 것이 요구된다. 예를 들면, 지지 댐핑 부재는 내부 표면(2111)에서 극관부(21)와 일체형으로 형성된 보스(boss)일 수 있으며, 보스(boss)의 모양 및 개수에는 제한이 없다. 또한, 지지 댐핑 부재는 극관부(21)의 내부 표면(2111)과 일체형으로 형성된 완충 효과를 구비하는 셀룰러 금속 부재일 수 있으며, 셀룰러 금속 부재는 시트 등과 같을 수 있다. 일실시예에서, 완충 구조(211)은 극관부(21)의 표면의 주위에 형성된 지지 댐핑 링처럼 구성될 수 있고, 즉, 환상 지지 보스는 극관부(21)의 내부 표면(2111)위에 형성된다. 환상으로 제공되는 지지 댐핑 링(support damping ring, 211)의 형상에는 제한이 없다. 예를 들면, 지지 댐핑 링(211)은 환상링, 사각링, 육면체링 등일 수 있다. 환상 지지 보스(boss)의 외경에는 제한이 없다. 예를 들면, 환장 지지 보스(boss)의 외경은 극관부(21)의 외경보다 크거나 작을 수 있다. 일실시예에서, 지지 댐핑 링(211)의 내경은 극관부(21)의 외경보다 크거나 같을 수 있으며, 연결부는 극관부(21)와 지지 댐핑 링(211) 사이에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 지지 댐핑 링(211)의 외경은 극관부(21)의 외경보다 작을 수 있다; 그리고, 환상 지지 보스(boss)는 극관부(21)의 내부 표면(2111)위에서 단자 극부(22)와 결합될 수 있다. 또는, 환상 지지 보스(boss)는 단자 극부(22)와 결합되지 않을 수 있으며, 환상 지지 보스(boss)와 단자 극부(22) 사이에 틈을 형성하도록, 환상 지지 보스(boss)는 단자 극부(22)의 외경보다 더 큰 내경으로 마련될 수 있다. 지지 댐핑 링(211)의 두께에는 제한이 없다. 예를 들면, 지지 댐핑 링(211)의 두께는 전극 단자(2)와 커버 플레이트 몸체(1) 사이에서 고정될 대응하는 절연 밀봉 부재의 두께의 약 1/3 내지 3/4의 두께일 수 있다. 환상 지지 보스(boss)의 높이는 대응하는 절연 밀봉 부재의 높이의 약 1/4 내지 약 1/2의 높이일 수 있다. 일실시예에서, 약 8.8±0.03mm의 외경으로 마련되는 극관부(21)에 있어서, 약 1.0±0.05mm의 높이, 약 9.2±0.05mm의 외경, 약 8.2±0.05mm의 내경 및 약 1.0±0.05mm의 두께로 마련되는 환상 지지 보스(boss)는 극관부(21)의 내부 표면(2111)의 위에 형성될 수 있으며, 환상 지지 보스는 약 0.8±0.05mm의 거리만큼 극관부(21)의 내부 표면(2111)의 가장자리로부터 떨어져 배치될 수 있다. 완충 구조(211)와 극관부(21)는 극관부(21)가 제조될 때 일체형으로 형성될 수 있다. 또한, 극관부(21)는 먼저 형성될 수 있고, 그 다음, 완충 구조(211)는 극관부(21)의 내부 표면(2111) 위에 용접될 수 있다.
극관부(21)는 더 기계적으로 처리될 수 있다. 예를 들면, 제1챔퍼(chamfer, 213)는 도 2에 도시된 바와 같이, 극관부(21)의 외부의 주변 표면(external peripheral surface, 214)의 주변부에 형성된다. 그러므로 극관부(21)는 외부 부하 또는 전극 연결 편과 용이하게 연결될 수 있고, 극관부는 용접용 전극 연결편의 장착 홀에 쉽게 장착될 수 있다. 그리고 납땜과정이 수행되는 경우, 접합물은 납땜 조인트에 집중되며, 분산되는 것이 방지될 수 있다.
일실시예에서, 단자 극부(22)는 극관부(21)와 연결되는 제1극부(first pole part, 221), 제1극부(221)와 고정적으로 연결되며 금속 전도체와 결합되기 위한 제1극부(221)의 외경보다 작은 외경을 갖는 제2극부(second pole part, 222)를 포함한다. 일실시예에서, 제1극부(221)는 세라믹 밀봉 부재(ceramic sealing member, 3)의 중심홀(central hole, 33)을 관통하며, 전류를 이끄는 제2극부(222)와 함께 세라믹 밀봉 부재(3)의 외부로 연장된다. 제2극부(222)는 배터리의 전극의 출력 단자로써 이용되며, 레이져 용접, 저항 용접, 또는 다른 용접과정에 의한 외부 부하에 연결될 수 있다.
커버 플레이트 몸체(1)는 배터리의 쉘 밀봉용으로 이용된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 커버 플레이트 몸체(1)에는 배터리로부터 전류를 이끌기 위한 커버 플레이트 몸체(1)를 관통하는 비아홀(11)이 형성된다. 전류를 이끄는 전극 단자(3)의 개수에 따라 결정될 수 있는 비아홀(11)의 개수에는 제한이 없다. 예를 들면, 배터리의 일단부 밖으로 전류가 이끌어질 때, 커버 플레이트 몸체(1)에는 하나의 극성을 구비하는 전극 단자(2)가 관통하는 하나의 비아홀(11)이 형성될 수 있다. 이때, 반대의 극성을 구비하는 전극 단자(2)는, 예를 들면, 전류를 이끌기 위한 쉘에 연결될 수 있고, 커버 플레이트 몸체(1)을 관통하는 전극 단자(2)는 절연 처리된다. 커버 플레이트 몸체(1)에도 역시, 같은 극성 또는 반대 극성을 구비하는 전극 단자(3)가 각각 관통하는 복수개의 비아홀(11)들이 형성될 수 있다. 다른 극성을 구비하는 전극 단자(3)가 복수개의 비아홀(11)을 각각 관통할 때, 오직 하나의 극성으로 구비되는 전극 단자(3)만이 절연 처리되거나, 전극 단자(3) 및 커버 플레이트 몸체(1)는 모두 절연 처리된다.
전극 단자(2)의 단자 극부(22)가 관통할 수 있는 한 비아홀(11)의 모양에는 제한이 없다. 예를 들면, 비아홀(11)은 커버 플레이트 몸체(1)를 관통하고 전극 단자(2)의 외경 보다 약간 큰 직경을 갖는 원통형일 수 있다. 일실시예에서, 비아홀(11)의 직경은 극관부(21)의 외경보다 작을 수 있고, 비아홀(11)은 극관부(21)과 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 비아홀(11)의 직경은 극관부(21)의 외경부다 클 수 있고, 극관부(21)는 비아홀(11)에 전부 또는 일부가 배치될 수 있다. 도 6에서 도시된 바와 같이, 일실시예에서, 비아홀(11)은 커버 플레이트 몸체(1)의 표면으로부터 돌출되는 장착 홈부(mounting groove portion, 111)를 포함한다. 커버 플레이트 몸체(1)의 표면은 배터리로부터 노출되는 커버 플레이트 몸체(1)의 상측면 이거나, 안쪽으로 향하는 커버 플레이트 몸체(1)의 하측면 일 수 있는데, 이는 전극 단자(2)의 장착 관계에 따라 결정된다. 예를 들면, 전극 단자(2)의 극관부(21)는 외부 부하와 연결되도록 배터리 쉘의 밖에 배치되며, 제2극부(222)는 전기 코어와 연결되도록 배터리 쉘의 내에 배치되면, 장착 홈부(111)는 쉘의 내에 배치될 수 있다. 즉, 장착 홈부(111)는 커버 플레이트 몸체(1)의 하측면으로부터 돌출된다. 또는, 도 8에 도시된 바와 같이 제2극부(222)가 외부 부하와 연결되도록 배터리 쉘 밖에 배치되고, 전극 단자(2)의 극관부(21)는 전기 코어와 연결되도록 배터리의 쉘 내에 배치되면, 장착 홈부(111)는 외부로 돌출된다. 즉, 장착 홈부(111)는 커버 플레이트 몸체(1)의 상측면으로부터 돌출된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 장착 홈부(111)는 배터리로부터 노출된 커버 플레이트 몸체(1)의 상측면으로부터 돌출된다. 장착 홈부(111) 및 커버 플레이트 몸체(1)는 일체형으로 마련될 수 있다. 또는, 커버 플레이트 몸체(1)가 먼저 형성되고, 그 다음 장착 홈부(111)는 커버 플레이트 몸체와 용접될 수 있다. 일실시예에 따르면, 장착 홈부(111)내에는 원호 전이부와 같은, 원활한 전이부가 마련되고; 장착 홈부(111)와 커버 플레이트 몸체(1) 사이에 연결되는 또 하나의 원활한 전이부가 마련된다. 이에 따라, 밀봉 성능뿐만 아니라 조립시에 기계적인 응력의 감소 및 완충을 보장한다. 게다가, 커버 어셈블리의 굽힘강도가 증가된다. 일실시예에서, 전극 수용 홀(1111)은 장착 홈부(111)의 바닥부(bottom portion, 1113)에 형성되며, 전극 단자(2)의 단자 극부(22)는 전류를 이끌기 위한 전극 수용 홀(1111)을 관통한다. 전극 수용 홀(1111)의 개수에는 제한이 없다. 예를 들면, 전극 수용 홀(1111)의 개수는 전극 단자(2)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 일실시예에서, 커버 플레이트 몸체(1)에는 하나의 큰 비아홀(11)이 형성될 수 있고, 오직 하나의 큰 장착 홈부(111)는 큰 비아홀(11)에서 돌출되며, 전극 단자(2)에 대응하는 전극 수용 홀(1111)은 장착 홈부(111)의 바닥부(1113)에 형성되며, 각 전극 단자(2)는 전류를 이끄는 하나의 대응되는 전극 수용 홀(1111)을 통과하며, 절연 밀봉 부재는 장착 홈부(111) 및 전극 단자(2) 사이에 개재된다. 또는, 장착 홈부(111)의 개수도전극 단자(2)의 개수에 따라 결정될 수 있다. 오직 하나의 전극 수용 홀(1111) 만이 장착 홈부(111)의 바닥부(1113) 내에 형성되거나, 또는 복수개의 장착 홈부(111)의 각각의 바닥부(1113)의 전극 수용 홀(1111)의 개수는 서로 다를 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(3) 및 전극 단자(2)가 용이하게 전극 수용 홀(1111) 안으로 또는 밖으로 관통할 수 있도록, 제2챔퍼(chamfer)는 전극 수용 홀(1111)의 주변에 형성된다.
쉘의 개구단의 개수에 따라 결정되는 커버 플레이트 몸체(1)의 개수에는 제한이 없다. 또한, 쉘의 개구단의 모양에 따라 설계될 수 있는 커버 플레이트 몸체(1)의 모양에도 제한이 없다. 예를 들면, 커버 플레이트 몸체(1)는 원형 또는 사각형으로 마련될 수 있다. 커버 플레이트 몸체(1)는 가령, 약 2.0mm의 두께로 구비될 수 있다. 커버 플레이트 몸체(1)의 재질에는 제한이 없다. 예를 들면, 커버 플레이트 몸체(1)는 순알루미늄, 알루미늄 합금 등에서 선택될 수 있다. 커버 플레이트 몸체(1)의 다른 구조들 예를 들면, 액체 사출 단자(port) 및 그 제조방법은 종래 기술에 따라 쉽게 달성될 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 설명의 편의를 위해 생략하는 것으로 한다.
일실시예에서, 절연 밀봉 부재(3)는 비아홀(11)에 고정적으로 수용되며, 커버 플레이트 몸체(1)와 절연 및 밀봉을 위한 전극 단자(2) 사이에 개재된다. 완충 구조는 극관부(21)과 절연 밀봉 부재(3) 사이에 배치된다. 절연 밀봉 부재에 대한 제한은 없다. 예를 들면, 절연 밀봉 부재는 사출 성형 부재일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일실시예에서, 절연 밀봉 부재는 세라믹 밀봉 부재(3)일 수 있다. 중심 홀(33)이 세라믹 밀봉 부재(3)의 중심에 형성되며, 전극 단자(2)의 단자 극부(22)는 중심 홀(33)을 관통한다. 그리고, 세라믹 밀봉 부재(3)는 단자 극부(22)와 커버 플레이트 몸체(1) 사이에 개재된다. 일실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(3)내의 중심 홀(33)의 내경은 전극 단자(2)의 단자 극부(22)의 외경과 결합되도록 구성된다. 세라믹 밀봉 부재(3)의 중심 홀(33)의 내경은 단자 극부(22)의 외경 보다 약간 더 크게 형성됨으로써, 가열 시 세라믹 밀봉 부재(3)가 확장되지 않게 하기 위해 중심 홀(33)과 단자 극부(22) 사이에 갭이 형성되도록 한다. 세라믹 밀봉 부재(3)의 중심 홀(33)의 내경은 극관부(21)의 외경보다 더 작을 수 있다. 이에 따라, 단자 극부(22)가 중심 홀(33)을 관통하고 극관부(21)가 세라믹 밀봉 부재(3)와 연결되고 세라믹 밀봉 부재(3)와 전극 단자(2) 사이에 우수한 밀봉 성능을 보장되도록 한다.
세라믹 밀봉 부재(3)는 비아홀(11)을 관통하는 밀봉부(sealing portion, 31), 및 밀봉부(31)의 외경보다 큰 외경을 구비하고 완충 구조(211) 및 커버 플레이트 몸체(1)에 각각 연결되는 연결부(connecting portion, 32)를 포함한다. 비아홀(11)을 갖는 커버 플레이트 몸체(1)에 있어서, 밀봉부(31)는 비아홀(11)을 관통하며, 단자 극부(22)와 커버 플레이트 몸체(1) 사이에 개재된다. 그리고 연결부(32)는 완충 구조(211)과 커버 플레이트 몸체(1) 사이에 개재된다. 일실시예에서, 비아홀(11)은 커버 플레이트 몸체(1)의 표면으로부터 돌출되는 장착 홈부(111)을 포함하며, 전극 수용홀(1111)은 장착 홈부(111)의 바닥부(1113)에 형성된다. 그리고, 세라믹 밀봉 부재(3)는 전극 수용 홀(1111)을 관통하는 밀봉부(31)와 밀봉부(31)의 외경보다 큰 외경을 구비하고 완충 구조(211)와 커버 플레이트 몸체(1)에 각각 연결되는 연결부(32)를 포함하며, 연결부(32)는 장착 홈부(111)에 배치된다. 즉, 연결부(32)는 장착 홈부(111) 내부에 배치됨에 따라 용접을 용이하게 하고, 커버 어셈블리의 안정적인 연결을 보장한다. 연결부(32)는 전부 비아홀(11)에 배치될 수 있다. 즉, 연결부(32)의 높이가 비아홀(11)에 형성된 커버 플레이트 몸체(1)의 두께 보다 더 작다. 또는, 연결부(32)는 비아홀(11)에 부분적으로 배치될 수 있다. 즉, 연결부(32)의 높이는 비아홀(11)이 형성되는 커버 플레이트 몸체(1)의 두께보다 더 크다. 또는, 연결부(32)의 높이는 커버 플레이트의 몸체(1)의 두께와 같다. 일실시예에서, 비아홀(11)의 개구 직경은 연결부(32)의 외경과 같거나 더 크다. 전극 수용 홀(1111)의 개구 직경은 밀봉부(31)의 외경에 맞고, 커버 어셈블리가 우수한 밀봉 성능을 가지도록, 연결부(32)의 외경보다 작게 형성된다. 장착 홈부(111)의 바닥부(1113)와 연결부(32)를 연결하는 단계는 가령 금속 납땜 플럭스(metal soldering flux)를 사용한 과정 등 종래에 알려진 어떠한 세라믹과 금속을 연결하는 과정으로도 수행가능하다. 예를 들면, 연결부(32)와 장착 홈부(111)의 바닥부(1113)의 내부 표면의 사이에는 제1금속 용접층(미도시)이 배치된다. 그리고, 제1금속 용접층은 연결부(32)를 표면 메탈라이징(metallizing)하고 납땜에 의해 연결부(32)와 장착 홈부(111)의 바닥부(1113)의 내부 표면을 용접함으로써 형성된다. 상기 메탈라이징 단계는 가령 Mn-Mo 표면 메탈라이징 등을 비롯한 일반적으로 사용되는 종래의 세라믹 표면 메탈라이징 과정을 이용하여 수행될 수 있다. 일실시예에 따르면, 세라믹 메탈라이징 후, 용접 연결부분에서의 기계적인 강도를 향상시키기 위해, 니켈, 아연, 알루미늄 및 용접에 영항을 미치지 않는 그외 요소들이 추가적으로 도금될 수 있다. 일실시예에서, 연결부(32)와 장착 홈부(111)의 바닥부(1113)의 내부 표면(inner surface, 1114) 사이에는 전이 금속 링이 추가적으로 배치된다. 전이 금속 링은 납땜 공정 중에 생성된 기계적인 힘을 완충 또는 감소시키도록 이용될 수 있다. 전이 금속 링은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 쉽게 용접될 수 있는 다양한 금속 물질로 만들어질 수 있다. 가령, 전이 금속 링은 순알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 이루어질 수 있다. 상기 전이 금속 링의 최대 외경은 세라믹 밀봉 부재(3)의 연결부(32)의 외경과 같거나 다를 수 있다. 납땜 과정에 의해, 용접될 기판들은 용접 조인트에서 일체형으로 연결될 수 있다. 즉, 장착 홈부(111)와 세라믹 밀봉 부재(3)는 일체형의 구조로 용접된다. 반면, 밀봉 강도가 보장될 수 있는 반면, 물질들의 계면(interfacial) 차이가 감소됨에 따라, 커버 어셈블리의 내부 저항뿐만 아니라, 배터리에 의해 생성되는 열도 감소된다.
완충 구조(211)와 연결부(32)의 외부 끝 표면과 연결하는 단계는 금속 납땜 플럭스를 이용하는 공정 등 종래의 알려진 기술인 세라믹과 금속의 연결을 위한 임의의 공정에 의해서 수행될 수 있다. 예를 들면, 제2금속 용접층(미도시)이 완충 구조(211)와 연결부(32)의 외부 끝 표면(external end surface, 321)의 사이에 배치될 수 있고, 제2금속 용접층은 연결부(32)의 외부 끝 표면(321)을 메탈라이징하고 메탈라이징된 연결부(32)의 외부 끝 표면(321)과 납땜에 의한 완충 구조(211)를 납땜에 의해 용접함으로써 형성될 수 있다. 메탈라이징 단계는 가령 Mn-Mo 표면 메탈라이징 등 일반적으로 종래의 기술인 세라믹 표면 메탈라이징 과정을 이용하여 수행될 수 있다. 일실시예에서, 세라믹 메탈라이징 후, 용접 연결부분에서의 기계적 강도를 향상시키도록, 니켈, 아연, 알루미늄 및 용접에 영향을 미치지 않는 다른 요소가 추가적으로 도금될 수 있다. 일실시예에서, 전이 금속 링이 완충 구조(211)과 연결부(32)의 외부 끝 표면(321)의 사이에 추가적으로 배치될 수 있다. 전이 금속 링은 납땜 과정 시 발생하는 기계적인 힘을 완충하거나 감소시키는데 사용된다. 전이 금속 링(미도시)는 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄합금과 쉽게 용접될 수 있는 다양한 금속 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 전이 금속 링은 코바합금, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄 합금으로 만들어 질 수 있다. 전이 금속 링의 최대 외경은 세라믹 밀봉 부재(3)의 연결부(32)의 외경과 같거나 다를 수 있다. 일실시예에서, 용접 연결부분에서의 기계적인 강도를 향상시키도록, 니켈, 아연, 알루미늄 및 용접에 영항을 주지 않는 다른 요소가 전이 금속 링의 표면에 추가적으로 도금될 수 있다. 납땜 과정은 일반적으로 종래의 기술이 이용된다. 따라서, 상기 상세한 설명은 설명의 편의를 위해 생략한다. 납땜과정에 의해, 용접될 기판은 용접 연결부분에 일체형으로 연결될 수 있다. 즉, 전극 단자(2)의 극관부(21)와 세라믹 밀봉 부재(3)가 일체형의 구조로 용접된다. 밀봉 강도가 보장될 수 있는 한편 재료의 개면 차이가 감소됨으로써, 커버 어셈블리의 내부 저항뿐만 아니라, 배터리에 의해 발생되는 열을 줄일 수 있다.
일부 실시예들에서, 세라믹 밀봉 부재(3)는 산화 알루미늄 세라믹 링, 산화 지르코늄 세라믹 링, 질화 알루미늄 세라믹 링, 질화 붕소 세라믹 링, 질화 실리콘 세라믹 링, 산화 알루미늄 및 산화 지르코늄의 세라믹 링의 복합 중 어느 하나 일 수 있다. 일실시예에서, 세라믹 밀봉 부재(3)는 산화 알루미늄 세라믹 링 또는 산화 알루미늄 및 지르코늄의 세라믹 링의 복합일 수 있고, 세라믹 밀봉 부재(3) 내의 중심홀(33)은 개구 직경이 약 Ø6.0±0.1mm, 두께는 약 2.5±0.1mm이다. 세라믹 밀봉 부재(3)는 전해액에 의해 부식됨 없이 양호한 내식성을 가짐으로써 리튬 이온 배터리의 수명이 보장된다. 커버 어셈블리의 구조가 더 안정적이고, 밀봉 효과가 향상되도록, 세라믹 밀봉 부재(3)의 충격강도 및 단자 쇼크 저항은 유리 밀봉 부재보다 우수할 수 있다. 주지할 사실은, 세라믹 플레이트 조각 대신 본 실시예에 따라 구성된 세라믹 플레이트가 밀봉 및 연결 매체로 사용되면, 세라믹 밀봉 부재(3)는 더 큰 두께를 갖게 되어, 리튬 이온 배터리의 단자 쇼크 저항과 열적 주기 성능이 향상된다는 사실이다.
일실시예에서, 커버 어셈블리는 추가적으로 전극 연결편(electrode connecting piece, 5)을 포함할 수 있다. 전극 단자(2)는 전기적으로 전류를 이끄는 전극 연결편(5)을 경유하여 전기 코어와 연결된다. 전극 연결편(5)은 전극 단자(2)에는 장착되기 위한 장착 홀이 형성된다. 장착될 전극 단자(2)에 따라 결정되는 장착 홀의 크기 및 위치에는 제한이 없다. 전극 단자(2)의 장착은 세라믹 밀봉 부재(3) 밖으로 연장되는 전극 단자(2)의 제2극부(222)의 일부를 장착 홀 내부로 용접하거나 도 8에 도시된 바와 같이, 전극 단자(2)의 극관부(21)의 일부를 장착 홀 내부로 용접함으로써 달성될 수 있다. 일실시예에서, 제2극부(222)는 장착 홀에 장착된다. 또 다른 실시예에서, 극관부(21)는 장착 홀에 장착된다. 장착 홀은 전극 연결편(5)을 관통하거나 관통하지 않을 수 있는데, 이는 연결될 전극 단자(2)의 부분에 따라 결정될 수 있다. 전기 단락을 방지하기 위해, 커버 플레이트 몸체(1)와 전극 연결편(5) 사이에는 절연 처리가 수행될 수 있다. 예를 들면, 밀봉 링(미도시)이 커버 플레이트 몸체(1)와 전극 연결편(5) 사이에 제공될 수 있다. 밀봉 링의 형태에는 제한이 없다. 본 실시예에서, 특히, O-링이 세라믹 밀봉 부재(3)의 하부단의 위에 결합되는 것(fitter)일 수 있다. 밀봉 링은 가령 PP(폴리프로필렌) 또는 PE(폴리에틸렌) 플라스틱 등 전해액에 용해되지 않는 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 커버 어셈블리의 제조 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
세라믹 밀봉 부재(3)의 연결부(32)는 표면 메탈라이징된다. (S1단계)
다음, 전극 단자(2)의 단자 극부(22)는 세라믹 밀봉 부재(3)의 중심 홀(33)에 장착되며, 단자 극부(22)의 끝은 중심 홀(33)로 연장되며, 전극 단자(2)의 극관부(21)는 세라믹 밀봉 부재(3)의 연결부(32)의 외부 끝 표면(321)과 용접된다. (S2단계)
이 단계에서, 금속 극관부(21)는 납땜 또는 융합-캐스트 과정에 의해, 세라믹 밀봉 부재(3)의 연결부(32)와 용접된다. 납땜 과정 시, 용접을 수행하기 위한 모재 금속의 녹는점보다 낮지 않은 온도에서 납땜 플럭스를 사용해야 한다. 융합 캐스트 과정 시, 금속과 세라믹 사이의 연결을 달성하기 위해서는 모재 금속만 녹이면 된다. 융합 캐스트 과정의 단계 및 파라미터는 종래 기술에 알려져 있다. 일부 실시예들에서, 납땜 과정에 사용되는 납은 가령, Si의 함유량이 0 내지 12중량%, 더 바람직하게는, 5중량% 내지 약 8중량%의 범위의 나머지는 A1인 Al-Si 합금일 수 있다. 납땜 과정은 진공 또는 불활성 가스 분위기 하의 약 570°C 내지 약 625°C의 온도에서 수행된다. 일실시예에서, 불활성 가스 분위기는 질소 분위기 또는 질소와 수소의 혼합 가스 분위기일 수 있다. 납땜 후, 납땜 플럭스 층이 극관부(21)와 연결부(21) 사이에서 형성된다. 즉, 극관부(21)는 납땜 플럭스 층을 경유하여 연결부(32)와 연결된다. 일실시예에서, 융합 캐스트 과정이 진공 또는 불활성 가스 분위기 하의 약 600°C 내지 약 1300°C 의 온도에서 수행될 수 있다.
전극 단자(2) 및 세라믹 밀봉 부재(3)의 일체형 구조는 커버 플레이트 몸체(1)의 비아홀(11) 내에 배치되며, 전극 단자(2)의 단자 극부(22)와 세라믹 밀봉 부재(3)의 밀봉부(31)는 장착 홈부(111)의 바닥부(1113) 내의 전극 수용 홀(1111)을 관통한다. 그런 다음, 연결부(32)는 통합구조로 커버 어셈블리를 만들도록, 장착 홈부(111)의 바닥부(1113)의 내부표면과 용접된다(S3 단계). 용접단계는 물리적 용접 과정에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 물리적 용접과정은 다른 금속 사이에서 용접이 달성되기 위한, 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다. 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접의 단계 및 파라미터는 종래 기술에서 알려져 있다. 따라서, 상세한 설명은 설명의 편의를 위해 생략한다.
커버 플레이트 몸체(1)의 하부표면상의 전극단자의 극관부(21)는 전극 연결편(5)의 장착 홀에 장착 및 용접된다. 용접 단계는 물리적인 용접과정들에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 물리적 용접과정은 서로다른 금속 사이의 용접을 달성되기 위한, 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다. 저항 용접, 레이저 용접 또는 초음파 용접의 단계 및 파라미는 종래 기술에서 알려져 있다. 따라서, 상세한 설명은 설명의 편의를 위해 생략한다.
상기 방법에서, 하나의 커버 플레이트 몸체(1)는 하나의 전극 단자(2)와 함께 형성되거나 다른 극성을 가지는 복수개의 전극 단자(2)와 함께 형성될 수 있다. 상기 제조방법의 단계들의 순서는 장착 모드 및 용접 온도에 따라 조절될 수 있다. 전극 단자가 음 전극 단자인 경우, 커버 어셈블리는 상기 단계들에 따라 직접적으로 제조될 수 있다. 전극 단자가 양 전극 단자인 경우, S2단계 및 S3 단계는 재결합 될 수 있다. 즉, 전극 단자(2), 세라믹 밀봉 부재(3) 및 커버 플레이트 몸체(1)는 그 위치 관계에 따라 조립되며, 그 다음 함께 용접된다. 예를 들면, 양 및 음 전극 단자가 있을 때, 세라믹 밀봉 부재(3) 및 하나의 극성, 가령 음 전극 단자를 가지는 전극 단자(2)들은 S1 단계 및 S2단계에 따라 일체형의 구조로 먼저 만들어지며, 그런 다음, 일체형의 구조와 커버 플레이트 몸체(1)가 조립된다. 그런 다음, 세라믹 밀봉 부재의 표면은 S1단계에 따라 금속화되며, 세라믹 밀봉 부재(3), 커버 플레이트 몸체(1) 및 반대 극성 가령 양 전극 단자(2)가 조립된다. 다음, 양 전극 단자 및 음 전극 단자는 S3단계에 따라 각각 용접된다. 마지막으로, 후속 단계들이 이에 따라 수행된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 배터리가 제공된다. 배터리는 적어도 하나의 개구단(opening end, 102)을 가지는 쉘(shell, 101), 전기코어, 전극 단자(2)가 전기 코어와 전기적으로 연결되는 쉘(101)과 커버 어셈블리에 의해 형성된 밀봉 공간에 수용되는 전해질(미도시)을 포함한다. 다음으로, 리튬 이온 배터리와 같은 배터리의 추가적인 실시예들은본 발명의 요지 및 본질의 더 나은 이해를 위해 설명될 것이다.
일실시예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 쉘(101)이 개구단(102)을 구비할 때, 전기 코어는 쉘(101)내에 배치되며, 전해질은 쉘(101)내부로 주입되며, 그런 다음, 두 전극 단자(2)와 함께 형성되는 커버 어셈블리는 쉘(101)의 개구단(102) 상에 장착된다. 이 과정에서, 커버 어셈블리의 주변은 쉘(101)과 용접되며, 커버 어셈블리의 전극 연결편은 전기 코어와 연결된다. 특히, 전기 코어의 양 플레이트는 양 탭을 경유하여 하나의 전극 단자 상의 전기 연결편과 연결되며, 전기 코어의 음 플레이트는 음 탭을 경유하여 다른 전극 단자 상의 전극 연결편과 연결된다. 조립 후, 커버 어셈블리와 쉘(101) 사이에는 밀봉 공간이 형성되며, 전기 코어 및 전해질은 밀봉 공간 내에 수용된다. 두 전극 단자는 리튬 이온 배터리의 두 전극으로써 각각 사용되며, 외부 전기 장치에 각각 연결될 수 있다.
일실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 쉘(101)은 두 개구단(102)을 구비할 수 있고, 두 커버 어셈블리와 함께 형성될 수 있고, 여기서 하나의 커버 어셈블리는 양 전극 단자와 함께 형성될 수 있고, 다른 커버 어셈블리는 음 전극 단자와 함께 형성될 수 있다. 이때, 두 커버 어셈블리는 쉘(101)의 두 개구단(102) 상에 각각 장착된다. 이 과정에서, 두 커버 어셈블리의 제2극부는 쉘(101)과 각각 용접되며, 두 커버 어셈블리의 전극 연결편은 전기 코어와 각각 연결된다. 특히, 전기 코어의 양 플레이트는 양 탭을 경유하여 양 전극 단자와 함께 형성되는 커버 어셈블리의 제2극부와 연결된다. 그리고, 전기 코어의 음 플레이트는 음 탭을 경유하여 네커티브 전극 단자와 함께 형성되는 커버 어셈블리의 제2극부와 연결된다. 조립 후, 두 커버 어셈블리 및 쉘 사이에는 밀봉 공간이 형성되며, 밀봉 공간 안에는 전기 코어 및 전해질이 수용된다. 두 커버 어셈블리의 단자 극부는 리튬 이온 배터리의 두 전극으로써 각각 사용되며, 외부 전기 장치와 각각 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 완충 구조를 구비하는 전극 단자에 있어서, 전극 단자가 절연 밀봉 부재와 용접되면, 용접시 다른 부재의 물질들 사이에서의 팽창계수의 차이로 인한 큰 응력(stress)이 감소될 수 있고, 커버 어셈블리에 대한 응력의 영향이 약화될 수 있고, 특히, 차이가 큰 다른 재료들이 용접될 때 세라믹 밀봉 부재가 쉽게 깨지거나 균열되는 문제가 해결된다. 따라서, 배터리의 성능 및 신뢰도가 향상된다.
한편, 세라믹 밀봉 커버 어셈블리를 포함하는 배터리는 내노화성 및 수명 연장의 이점을 가지며, 이에 따라, 배터리의 안전성 및 성능이 향상된다. 게다가, 관통 홀은 커버 플레이트 몸체의 표면으로부터 돌출되는 장착 홈을 포함하며, 전극 수용 홀이 장착 홈부의 바닥부에 형성되고 상기 전극 단자의 단자 극부가 전극 수용 홀을 관통함으로써, 절연 밀봉 부재가 커버 플레이트 몸체와 용접될 때 발생하는 응력을 추가적으로 감소시킨다. 일반적으로, 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자 및 커버 어셈블리는 단순화된 제조과정으로 용이하게 제조된다. 게다가, 배터리 수율 및 배터리 안정성은 증가 될 수 있다. 따라서 세라믹 밀봉된 배터리의 실제적인 적용 및 개발을 위한 견고한 기반이 마련된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
Claims (24)
- 전극 단자(electrode terminal)로서,
단자 극부(terminal pole portion); 및
상기 단자 극부의 단부에 형성되는 극관부(pole cap portion)를 포함하고,
완충 구조(buffering structure)는 상기 단자 극부와 마주하는 상기 극관부의 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 단자. - 제1항에 있어서,
상기 완충 구조 및 상기 극관부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 단자. - 제1항에 있어서,
상기 완충 구조는 상기 극관부 표면의 주변에 형성되는 지지 댐핑 링(support damping ring)인 것을 특징으로 하는 전극 단자. - 제3항에 있어서,
상기 지지 댐핑 링의 내경은 상기 극관부의 외경보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 전극단자. - 제3항에 있어서,
상기 지지 댐핑 링의 외경은 상기 극관부의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 전극 단자. - 제1항에 있어서,
상기 극관부는 상기 단자 극부의 높이의 1/4 보다 더 크며, 상기 단자 극부의 높이의 1/2보다 더 작은 높이로 마련되는 실린더인 것을 특징으로 하는 전극 단자. - 제6항에 있어서,
상기 극관부의 외주면의 주변에는 제1챔퍼(first chamfer)가 형성된 것을 특징으로 하는 전극 단자. - 제1항에 있어서,
상기 단자 극부는,
상기 극관부와 접촉하는 제1극부; 및
상기 제1극부에 고정적으로 연결되며, 상기 제1극부의 외경보다 작은 외경이 형성되는 제2극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극단자. - 커버 어셈블리(cover assembly)로서,
비아홀(via hole)이 관통된 커버 플레이트 몸체(cover plate body);
상기 비아홀에 고정적으로 수용되는 절연 밀봉 부재(insulation sealing member); 및
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전극 단자를 포함하고,
상기 전극 단자의 상기 단자 극부는 전류를 이끌도록 상기 비아홀을 관통하며, 상기 절연 밀봉 부재는 상기 커버 플레이트 몸체 및 상기 전극 단자 사이에 개재되며, 상기 완충 구조는 상기 극관부 및 상기 절연 밀봉 부재 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제9항에 있어서,
상기 비아홀은,
상기 커버 플레이트 몸체의 표면으로부터 돌출되는 장착 홈부(mounting groove portion)를 포함하며,
전극 수용 홀(electrode receiving hole)이 상기 장착 홈부의 바닥부(bottom portion)에 형성되며, 상기 전극 단자의 상기 단자 극부는 상기 전극 수용 홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제10항에 있어서,
상기 전극 수용홀의 주변에 제2챔퍼(second chamfer)가 형성된 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제9항에 있어서,
상기 절연 밀봉 부재는 세라믹 밀봉 부재이며,
상기 세라믹 밀봉 부재의 중심에는 중심홀(central hole)이 형성되며, 상기 전극 단자의 상기 단자 극부는 상기 중심 홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제12항에 있어서,
상기 세라믹 밀봉 부재는,
상기 비아홀을 관통하는 밀봉부(sealing portion); 및
상기 밀봉부의 외경보다 큰 외경을 갖고, 상기 완충 구조와 상기 커버 플레이트 몸체와 각각 연결되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제13항에 있어서,
상기 비아홀은,
상기 커버 플레이트 몸체의 표면으로부터 돌출되는 장착 홈부를 포함하며,
전극 수용 홀이 상기 장착 홈부의 바닥부에 형성되며,
상기 세라믹 밀봉 부재는 상기 전극 수용 홀을 관통하는 밀봉부와 상기 밀봉부의 외경보다 큰 외경을 갖는 연결부를 포함하며, 상기 연결부는 상기 완충 구조 및 상기 커버 플레이트 몸체와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제14항에 있어서,
상기 연결부는 상기 비아홀에 배치되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제14항에 있어서,
상기 연결부와 상기 장착 홈부의 바닥부의 내부 표면 사이에는 제1금속 용접층(first metal welding layer)이 배치되며,
상기 제1금속 용접층은 상기 연결부의 표면 메탈라이징(metallizing)과 상기 장착 홈부의 바닥부의 내부 표면과 상기 연결부를 용접하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제14항에 있어서,
상기 연결부와 상기 장착 홈부의 바닥부의 내부 표면 사이에 전이 금속 링(transition metal ring)이 추가적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 완충 구조 및 상기 연결부의 외부 단면 사이에 제2금속 용접층(second metal welding layer)이 배치되고,
상기 제2금속 용접층은 상기 연결부의 외부 단면을 메탈라이징하고 상기 메탈라이징된 상기 연결부의 외부 단면을 상기 완충구조와 용접하는 것에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 완충 구조와 상기 연결부의 외부 단면 사이에 전이 금속 링이 추가적으로 배치된 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제13항에 있어서,
상기 단자 극부는,
상기 극관부와 접촉하는 제1극부(first pole part); 및
상기 제1극부와 고정적으로 연결되며, 상기 제1극부의 외경보다 작은 외경을 갖는 제2극부(second pole part)를 포함하고,
상기 제1극부는 상기 세라믹 밀봉 부재의 상기 중심홀을 관통하며, 상기 제2극부와 함께 상기 세라믹 밀봉 부재의 외부로 연장되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제20항에 있어서,
전극 단자에 장착되기 위한 장착 홀(mounting hole)이 형성된 전극 연결편(electrode connecting piece)을 더 포함하며,
상기 제2극부는 상기 장착 홀에 장착되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제11항에 있어서,
전극 단자에 장착되기 위한 장착 홀이 형성된 전극 연결편을 더 포함하며,
상기 극관부는 상기 장착 홀에 장착되는 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 커버 플레이트 몸체 및 상기 전극 연결편 사이에 밀봉 링이 마련된 것을 특징으로 하는 커버 어셈블리. - 배터리로서,
적어도 하나의 개구단(opening end)을 구비하는 쉘(shell);
상기 개구단을 밀봉하기 위한 제9항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 커버 어셈블리; 및
상기 쉘과 상기 커버 어셈블리에 의해 형성된 밀봉 공간에 수용되는 전기 코어(electric core)와 전해질(electrolyte)을 포함하며,
상기 전극 단자는 상기 전기 코어에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리.
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