KR20160023604A - 배터리 셀의 케이싱 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리판에 의해 분리된 다수의 교대로 배치된 양극과 음극의 전극 적층을 가진 셀 몸체(10)를 갖는 배터리 셀(11)의 케이싱(17)을 제조하기 위한 방법에 있어서, 셀 몸체(10)를 기계적으로 보호하는 코팅(16)이 최종 셀 몸체(10)에 적어도 부분적으로 적용되며, 케이싱(17)을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

배터리 셀의 케이싱 제조방법{METHOD FOR PRODUCING A CASING FOR A BATTERY CELL}

본 발명은 배터리 셀의 케이싱(casing)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 배터리 셀은 분리판(separator)에 의해 분리되는 다수의 교대로 배치된 양극 및 음극의 전극 적층(electrode stack)을 가진 셀 몸체를 포함한다.

이 경우, 전극 적층은 또한 감싸지거나 접혀질 수 있다. 또한, 전극 적층은 갈바니 전기에 의해 생성될 수도 있다.

케이싱 또는 패키징은 셀 내에 통상적인 액체 전해질을 수용하는데 필요한 것이다. 또한, 케이스는 기계적 응력으로부터 셀을 보호하며, 배터리 팩에 다수의 셀을 조립할 수 있게 한다.

지금까지는, 케이싱이 통상적으로 성형물로 제조되었으며, 성형물은 스웨이징(swaging)에 의해 플라스틱 시트로 제조되었다. 이러한 패키지는 예를 들어, DE 10 2009 005 498 A1에 기술되어 있다. 이것은 적어도 하나의 성형물에 대한 셀 몸체의 형상에 적합한 스웨이징 다이를 제공해야만 한다. 또한, 일부 제조 방법에 있어서는 셀의 형상에 적합한 가열-밀봉 다이(heat-sealing dies)가 복수의 성형물로 제조된 패키지를 밀봉하는데 사용되어야 한다.

오늘날의 배터리의 형상은 점점 더 복잡해지고 있다. 그러나, 플라스틱 시트의 탄성과 연성이 제한을 받기 때문에, 스웨이징에 의해 셀 몸체의 임의의 형상에 적당하게 성형물을 플라스틱 시트로 제조할 수는 없다. 또한, 케이싱에 대한 별도의 비용 집약적인 생산 라인이 서로 다른 형상의 갈바닉 셀에 개별적으로 제공되어야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 배터리 셀의 케이싱을 제조하는 방법을 제안하는 것에 기본하며, 본 발명에 따라서 복잡한 형상을 가진 배터리 셀이 비용 효율적으로 케이싱에 제공될 수도 있다.

본 발명의 목적은 분리판에 의해 분리된 다수의 교대로 배치된 양극과 음극의 전극 적층을 가진 셀 몸체를 갖는 배터리 셀의 케이싱을 제조하기 위한 방법에서, 셀 몸체를 기계적으로 보호하는 코팅이 최종 셀 몸체에 적어도 부분적으로 적용되며, 케이싱을 형성하는 특징적인 방법으로 달성된다.

코팅은 정밀하게 맞추어진 형태로 임의적인 형상의 셀 몸체에 적용될 수 있다. 본 발명의 목적을 위해서, 셀 몸체의 형상을 형성하는데 채택되는 고가의 스웨이징 다이 또는 셀 몸체의 형상에 따른 다른 공구가 필요하지 않다. 코팅은 외부 영향 및 손상으로부터 전극 적층을 보호하며, 셀의 전해액을 수용한다. 셀의 접촉 단자는 코팅을 통해 외향하여 연장될 수 있다. 즉, 셀의 접촉 단자는 셀 몸체에 코팅을 적용하는 동안 개방(open)되어 있을 수 있다.

또한, 다른 형상의 셀 몸체에 하나의 생산 라인에서 코팅이 제공될 수 있다. 이 경우, 고려할 수 있는 셀의 형상은 거의 제한이 없다. 또한 코팅을 형성한 케이싱은 장치의 배터리 셀에 대한 전체 설치 공간이 셀 몸체에 사용될 수 있도록 최소 공간의 수요를 갖는다.

하나의 가능한 변형 방법에서는, 적어도 3개 층으로 이루어진 코팅이 셀 몸체에 적용될 수 있고, 상기 층들의 각각의 층은 또한 다수 층 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 최 내층은 전극 적층으로 코팅 재료의 침투를 방지하는 재료로 제조될 수 있다. 전극 층은 적용된 코팅 재료가 침투할 수 없다. 따라서, 최 내층은 서로에 대해 개별 전극 층을 밀봉하는 밀봉 층을 나타낸다.

다른 층은 바람직하게 기체에 대해 불투과성인 것과 같이 순차적으로 셀에 채워질 수 있는 전해액에 대해서도 불투과성인 재료로 제조된다. 이 층은 생성되는 기체가 케이싱을 빠져나갈 수 없도록 보장하기 위한 차단(barrier) 층을 형성한다.

제3층, 바람직하게는 최 외층은 기계적 응력을 견디고, 따라서 충격 또는 스크래치에 대한 셀 몸체의 필요한 보호를 보장할 수 있는 재료로 제조될 수 있다. 다른 층은 하나의 처리 단계 또는 연속한 공정으로 적용할 수 있다.

코팅은 적절한 화학적, 기계적, 열적 또는 열 기계적 공정으로 적용될 수 있다. 바람직하게, 코팅은 예를 들어 분사, 침지 욕조 내에 담금 및/또는 화학적 증착으로 셀 몸체에 적용된다. 또한, 코팅이 다수 층으로 이루어진 경우, 각 층은 서로 다른 공정으로 적용될 수 있다.

순차적으로 전해질을 도입하기 위한 체크 밸브가 코팅을 적용하는 동안 케이싱에 장착되는 경우, 다른 이점을 얻을 수 있다. 체크 밸브는 코팅으로 주조된다.

그러나, 체크 밸브는 또한, 커버 구조로 덮여 있지 않은 측면에 본 발명의 방법에 따른 케이싱이 제공된 후, 셀 몸체에 부착되는 커버 구조의 일부를 형성할 수도 있다.

또한, 본 발명은 분리판에 의해 분리된 다수의 교대로 배치되는 양극과 음극의 전극 적층을 포함하며, 케이싱이 적어도 부분적으로 제공된 셀 몸체를 가진 배터리 셀에 있어서, 상기 케이싱은 셀 몸체에 적용되는 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀이다.

플라스틱 시트로 제조된 패키징을 가진 배터리 셀과 대비하여, 본 발명의 셀의 케이싱은 개별 성형 부분 사이의 용접된 엣지가 코팅 형태의 케이싱을 필요로 하지 않기 때문에 공간을 절약하는 설계를 갖는다. 또한, 본 발명의 셀의 케이싱은 공지된 셀의 패키지보다 훨씬 저렴하게 제조할 수 있다.

전극 적층은 또한 원통형 또는 다른 기하학적 셀 몸체의 형상을 생성하도록 감겨지거나 접혀질 수 있다.

코팅은 적어도 3개의 층으로 형성될 수 있다. 이 경우, 서로 다른 층은 밀봉 층, 셀에 생성되는 기체에 대한 장벽 층 및 기계적 보호 층의 기능을 수행할 수 있다. 또한 추가적인 층, 예를 들면 특별한 색의 커버 층을 적용할 수도 있다.

배터리 셀의 부가적인 처리와 관련하여, 코팅은 적어도 부분적으로 치수 안정적인 형태로 경화되는 재료로 형성되었을 때 특히 유익하다. 이 경우, 케이싱은 셀 몸체 주위에 경성(rigid) 품질의 하우징을 형성한다.

또한 셀은 전해액에 대한 체크 밸브를 포함할 수도 있으며, 그를 통해 전해액이 순차적으로 도입될 수 있다.

본 발명의 배터리 셀의 예시적인 실시예와 더불어, 배터리 셀의 케이싱을 제조하는 방법의 바람직한 변형 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1a 내지 도 1c는 배터리 셀의 셀 몸체에 코팅을 적용하는 여러 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 케이싱을 가진 제2배터리 셀을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 분사에 의한 코팅 층의 적용을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 침지 욕조(immersion bath)에 담겨 코팅을 적용하는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1a는 제조된 배터리 셀(11)의 셀 몸체(10)를 개략적으로 나타낸다. 셀 몸체는 도시하지 않은 양극, 음극 및 분리막으로 구성된 전극 적층을 포함하며, 상기 양극, 음극 및 분리막은 교대로 상호 적층되어 있다. 양극은 서로 연결되며, 셀 몸체(10)의 제1접촉단자(12)에 접속된다. 음극은 제2접촉단자(13)에 동일한 방식으로 접속된다. 셀 몸체(13)를 보호하고 순차적으로 셀(11)에 채워지는 전해액을 수용하도록, 셀 몸체(10)에는 셀 몸체(10)의 다수 층의 코팅으로 이루어진 케이싱(17)(도 1c)이 제공된다. 이런 목적으로, 밀봉 층을 형성하는 제1층(14)은 개시적으로 단계(도 1a)에서 셀 몸체에 적용되어 셀 몸체(10) 내로 코팅 물질이 침투하는 것을 방지한다.

순차적으로, 전해액에 대한 것과 마찬가지로 셀(11)에 생성된 기체에 대한 차단 층 형태의 다른 층(15)이 단계(도 1b)에서 적용되었다.

도시된 실시예에서, 기계적 응력으로부터 셀 몸체를 보호하는 커버 층을 형성하는 제3층(16)은 단계(도 1c)에서 마지막으로 적용되었다.

도 2는 순차적으로 셀 내에 채워지게 되는 전해액에 대한 추가적인 체크 밸브(18)가 설치된 배터리 셀(11')의 다른 실시예를 나타낸다. 체크 밸브는 셀 몸체(10')에 적용되는 동안 케이싱(17')에 주조 될 수있다.

도 3은 케이싱(17')을 적용하기 위한 제1옵션을 나타낸다. 이 경우, 셀 몸체(10')의 코팅 형성부를 실현하는 케이싱(17')의 각각의 층이 분사 공정에 의해 셀 몸체(10')에 적용된다.

도 4는 케이싱(17')의 층을 적용하기 위한 다른 옵션을 나타낸다. 이 경우, 셀 몸체(10')는 액체 층 재료의 침지 욕조(19)에 담겨진다.

Claims (13)

1. 분리판에 의해 분리된 다수의 교대로 배치된 양극과 음극의 전극 적층을 가진 셀 몸체(10, 10')를 갖는 배터리 셀(11, 11')의 케이싱(17, 17')을 제조하기 위한 방법에 있어서,
   셀 몸체(10, 10')를 기계적으로 보호하는 코팅(14, 15, 16)이 최종 셀 몸체(10, 10')에 적어도 부분적으로 적용되며, 케이싱(17, 17')을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   적어도 3개 층(14, 15, 16)으로 이루어진 코팅이 셀 몸체(10, 10')에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서,
   최 내층(14)은 전극 적층부로의 코팅 물질의 침투를 방지하는 재료로 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   추가 층(15)이 기체에 대한 불투과성과 마찬가지로, 셀(11, 11') 내에 순차적으로 채워지게 되는 전해액에 대해 불투과성인 물질로 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   제3층(16)은 기계적 응력을 견디는 재료로 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 층(14, 15, 16)은 연속적으로 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   코팅(14, 15, 16)은 화학적, 기계적, 열적 또는 열 기계적 공정에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서,
   코팅(14, 15, 16)은 분사, 침지 욕조(19) 내에 담음(dipping) 및/또는 화학적 증착에 의해 셀 몸체(10, 10')에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   전해액을 순차적으로 도입하기 위한 체크 밸브(18)가 코팅(14, 15, 16)을 적용하는 동안 케이싱(17, 17')에 통합되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 분리판에 의해 분리된 다수의 교대로 배치되는 양극과 음극의 전극 적층을 포함하며, 케이싱(17, 17')이 적어도 부분적으로 제공된 셀 몸체(10, 10')를 가진 배터리 셀에 있어서,
    상기 케이싱(17, 17')은 셀 몸체(10, 10')에 적용되는 코팅(14, 15, 16)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
11. 제10항에 있어서,
    상기 코팅은 적어도 3개 층(14, 15, 16)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    코팅(14, 15, 16)은 적어도 부분적으로 치수 안정화 형태로 경화되는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    배터리 셀은 전해액에 대한 체크 밸브(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.

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