KR20170070001A - 배터리 파우치, 배터리 셀 및 파우치 또는 배터리 셀의 제조 방법 - Google Patents

배터리 파우치, 배터리 셀 및 파우치 또는 배터리 셀의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

접합된 벽 및 파우치 내의 셀 공간을 갖는 파우치-타입 배터리 케이스, 상기 셀 공간 내의 배터리 셀, 상기 배터리 셀로부터 상기 셀 공간의 외측으로 연장되는 단자 탭 - 상기 접합된 벽은 적어도 제1 밀봉 강도를 갖는 제1 밀봉 부분, 및 상기 제1 밀봉 부분보다 먼저 파손되도록 구성되도록 상기 제1 밀봉 강도보다 작은 제2 밀봉 강도를 갖는 제2 밀봉 부분을 포함함 -, 및 상기 제2 밀봉 부분과 함께 위치하고 상기 제2 밀봉 부분의 파손시 접촉 상태를 변경하도록 구성된 전기 콘택을 포함하는, 파우치-타입 배터리.

Description

배터리 파우치, 배터리 셀 및 파우치 또는 배터리 셀의 제조 방법{BATTERY POUCH, BATTERY CELL AND METHOD OF MAKING A POUCH OR BATTERY CELL}
본 발명은 파우치-타입 리튬 이온 또는 리튬-폴리머 배터리 셀에 관한 것이고, 공구, 정원용 기구 및 가전 제품을 포함하는 휴대용 전동 공구에 사용하기 위한 파우치 타입 리튬 이온 또는 리튬-폴리머 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전류 중단 메커니즘을 포함하도록 파우치-타입 배터리 셀을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 핸드 헬드 무선 전동 공구에 전력을 공급하기에 적합한 파우치-타입 리튬 이온 또는 리튬-폴리머 셀 및 배터리 팩에 관한 것이다.
파우치-타입 리튬 이온 및 리튬-폴리머 배터리 셀은 최소의 열 발생으로 높은 전력을 전달할 수 있는 고용량 및 저저항 전력을 설계하고 생성하는 효율적인 방법을 제공한다. 그러나, 하드 케이스 격납이 없기 때문에 충전 및 방전 동안 가스 발생으로 인한 파우치의 팽창(swelling), 벌징(bulging) 및 통기(venting)를 제어하는 것이 어렵고, 이는 파우치-타입 셀에서의 문제이다. 이 발명은 파우치-타입 리튬 이온 전력 셀에 CID를 부가하는 수단을 제공한다.
본 발명은 파우치-타입 리튬 이온 또는 리튬-폴리머 배터리 셀 및 배터리 팩, 파우치-타입 리튬 이온 배터리 셀/팩 내부 압력이 증가하는 때를 결정하고 통기를 예상하는 배터리, 공구 또는 충전기의 방법/수단을 제공하고, 셀/팩의 충전/방전을 중단하기 위해 외부 부하/공급으로부터 셀을 분리하는 수단을 제공한다.
파우치 벽들은 밀봉의 한 부분이 다른 부분들보다 약하고 먼저 파손되도록 밀봉된다. 약한 밀봉 부분과 함께 전기 콘택이 제공된다. 바람직하게는, 전적으로 그렇지는 않지만, 전기 콘택은 예를 들어 10옴보다 작은 전기 저항을 갖는다. 파우치 내부 압력이 증가하면, 통기 전에 전기 콘택의 저항이 중단되거나 적어도 증가된다. 콘택과 단자 사이의 저항이 예를 들어 20옴 위로 증가하면, 팩 및/또는 충전기 및/또는 공구에서의 전자 제어는 압력이 증가할 가능성이 있다고 결정하고 셀 파우치의 통기에 앞서 충전/방전을 중단할 것이다. 전기 콘택은 셀 단자들 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 특정 양태에서는 파우치-타입 배터리가 제공되는데, 이는 접합된 벽 및 파우치 내의 셀 공간을 갖는 파우치-타입 배터리 케이스, 셀 공간 내의 배터리 셀, 배터리 셀로부터 셀 공간의 외측으로 연장되는 단자 탭 - 상기 접합된 벽은 적어도 제1 밀봉 강도를 갖는 제1 밀봉 부분, 및 상기 제1 밀봉 부분보다 먼저 파손되도록 구성되도록 제1 밀봉 강도보다 작은 제2 밀봉 강도를 갖는 제2 밀봉 부분을 포함함 -, 및 제2 밀봉 부분과 함께 위치하고 제2 밀봉 부분의 파손시 접촉 상태를 변경하도록 구성된 전기 콘택을 포함한다.
바람직하게는, 전적으로 그렇지는 않지만, 제2 밀봉 부분은 파우치-타입 배터리 케이스와 단자 탭을 밀봉하고, 단자 탭은 전기 콘택의 적어도 일부를 형성한다.
바람직하게는, 전기 콘택은 단자 탭과 전기 접촉하는 콘택 탭을 포함하고, 콘택 탭은 제2 밀봉 부분의 파손시 단자 탭으로부터 분리되도록 구성된다.
바람직하게는, 단자 탭은 애노드 리드 또는 캐소드 리드 중 하나를 포함하고, 제2 단자 탭은 애노드 리드 또는 캐소드 리드 중 다른 하나를 포함하고, 단자 탭 및 제2 단자 탭은 파우치-타입 배터리 케이스의 외측으로 반대로 연장된다.
바람직하게는, 배터리 셀은 리튬-폴리머 기반 화학적 성질을 갖는다.
바람직하게는, 파우치-타입 배터리는 복수의 파우치-타입 배터리 케이스를 포함하며, 각각의 파우치-타입 배터리 케이스는 전동 공구 배터리를 형성하도록 상호 접속된 배터리 셀을 수용한다.
본 발명의 제2 특정 양태에서, 파우치-타입 배터리를 포함하는 리튬-폴리머 배터리 전동 공구가 제공된다.
본 발명의 제3 특정 양태에서, 전동 공구 배터리를 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 제1 시트 및 제2 시트를 갖는 파우치를 제공하는 단계, 제1 시트 및 제2 시트를 적어도 2개의 벽을 따라 밀봉하여 상기 시트들 사이에 셀 공간을 정의하는 단계, 셀 공간 내에 배터리 셀을 배치하는 단계 - 배터리 셀은 셀 공간의 외측으로 연장되는 단자 탭을 가지며, 제1 시트 및 제2 시트를 적어도 2개의 벽을 따라 밀봉하는 단계는 적어도 제1 벽 부분을 제1 밀봉 강도로 밀봉하는 단계, 및 적어도 제2 밀봉 부분을 제1 밀봉 부분보다 먼저 파손되도록 구성되도록 제1 밀봉 강도보다 작은 제2 밀봉 강도로 밀봉하는 단계를 포함함 -, 및 제2 밀봉 부분과 함께 위치하고 제2 밀봉 부분의 파손시 접촉 상태를 변경하도록 구성된 전기 콘택을 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 제2 밀봉 부분은 파우치-타입 배터리 케이스와 단자 탭을 밀봉하고, 단자 탭은 전기 콘택의 적어도 일부를 형성한다.
바람직하게는, 전기 콘택은 단자 탭과 전기 접촉하고 제2 밀봉 부분의 파손시 단자 탭으로부터 분리되도록 구성되는 콘택 탭을 포함한다.
바람직하게는, 배터리는 대략 10밀리옴 이하의 공칭 충전 내부 임피던스를 갖는다.
바람직하게는, 배터리는 대략 5밀리옴 이하의 공칭 충전 내부 임피던스를 갖는다.
바람직하게는, 배터리는 2Ah 이상의 용량을 갖는다.
바람직하게는, 배터리는 적어도 4볼트의 출력 전압 및 10암페어보다 큰 조합된 평균 방전 전류를 갖는다.
본 발명의 추가 양태들은 본 발명을 예시하기 위해 단지 예로서 주어진 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
이제 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면들을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬-폴리머 기반 배터리 셀을 도시하고,
도 2는 리튬-폴리머 기반 배터리용 셀 파우치를 도시하고,
도 3은 파우치 벽의 제2 밀봉 부분을 통한 단면을 도시하고,
도 4는 통기로 인해 벽 밀봉이 파손된, 파우치 벽의 제2 밀봉 부분을 통한 단면을 도시하고,
도 5는 파우치 벽의 통기 파손을 도시한다.
다음의 설명은 본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 단지 예로서 주어진다. 사용된 용어는 설명을 위한 것일 뿐이며 본문에서 명확하고 명시적으로 다르게 요구하지 않는 한, 본 발명의 범위 또는 용도를 제한하고자 하는 것은 아니다. 숙련자는 본 발명이 일반적으로 파우치-타입 배터리 셀에 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다. 설명에서 리튬 이온 또는 리튬-폴리머 배터리 셀이 언급되는 경우, 그러한 언급은 문맥상 명확하게 다르게 요구되지 않는 한 일반적으로 리튬 이온 및 리튬-폴리머 배터리 셀 모두를 언급하거나, 또는 파우치-타입 셀을 언급하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명자들은 배터리 팩, 공구 배터리 및 배터리 작동 공구를 형성하도록 함께 연결된 2개 이상의 파우치-타입 배터리 셀에 관한 PCT 출원 번호 PCT/CN2014/080868을 2014년 6월 26일에 출원하였다. 2014년 6월 26일에 출원된 PCT/CN2014/080868의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 통합된다.
도 1 및 도 2는 공구 배터리 팩 하우징 내의 위치에 대한 전형적인 파우치-타입 배터리를 예시한다. 리튬-폴리머 셀(30)은 폴리머 기반 분리기 기판(33)의 각각의 측면들에 라미네이트된 제1 전극(31) 및 제2 전극(32)을 포함한다. 각각의 제1 및 제2 전극들(31, 32)에 접속 탭들/테이프들(34 및 35)이 접속된다. 제1 및 제2 전극들(31, 32)은 이 기술분야에 공지된 리튬-폴리머 셀 애노드 및 캐소드 조합들 중 임의의 것일 수 있다. 폴리머 분리기(33)는 리튬 기반 전해질을 수용하는 건식 고체 폴리머 전해질 또는 다공성 또는 미세 다공성 폴리머 기판일 수 있다. 셀은 가요성 및 경량의 파우치(301)로 둘러싸여 있다. 파우치(301)는, 예를 들어, 셀 공간을 정의하는 상부 시트 및 하부 시트를 형성하도록 셀(30) 둘레에 접히고 3개의 인접한 측면(302, 303, 304)을 따라 밀봉되는 알루미늄 라미네이트 필름으로 형성된다. 접속 탭들/테이프들(34 및 35)은 파우치의 대향하는 밀봉된 에지들(302, 305) 사이에서 파우치로부터 돌출한다.
배터리 셀은 배터리, 공구 또는 충전기 MCU(machine control unit), 또는 기타 배터리 모니터링 또는 보호 전자 장치와 관련되는 배터리에서 사용된다. MCU가 충전 및 방전 동안 가스 발생으로 인해 파우치-타입 배터리 셀이 통기된 때를 결정할 수 있도록 벽(303, 304 및 305)은 제1 밀봉 강도를 갖는 제1 밀봉 부분, 및 상기 제1 밀봉 부분보다 먼저 파손되도록 구성되도록 제1 밀봉 강도보다 작은 제2 밀봉 강도를 갖는 제2 밀봉 부분(306)을 갖는다. 도 5는 제2 밀봉 부분(306)의 위치에서의 파우치 벽의 통기 파손(38)을 도시한다.
바람직한 실시예에서 제2 밀봉 부분(306)는 파우치 벽(302)을 통과하는 단자 탭들(34) 중 하나를 밀봉한다. 제2 밀봉 부분(306)의 위치에서 시트 벽들 중 하나의 시트 벽의 에지에 전기 콘택 탭(36)이 위치하며, 따라서 파우치 시트들이 제2 밀봉 위치에서 단자 탭(34)과 함께 밀봉될 때 콘택 탭(36)은 단자 탭(34)과 전기 접촉하게 된다. 콘택 탭(36) 및 단자 탭(34)을 통한 회로의 저항을 결정하기 위해 MCU 또는 다른 전기 회로와 접속될 수 있도록 콘택 탭(36)과 함께 리드 와이어(37)가 제공된다. 파우치(301)가 제2 밀봉 위치에서 통기되면 접촉 상태는 변화하고 MCU 또는 전기 회로에 의해 감지된다. 이는 작은 통기가 제2 위치(306)에서 벽 밀봉을 완전히 파열시키지 않는 경우일 수 있다. 따라서, 정상 상태에서 콘택은 임계 값, 예를 들어 10옴 미만의 저항을 갖고, 저항이 그 임계 값, 또는 예를 들어 20옴의 더 높은 제2 임계 값 위로 상승하는 경우, MCU 또는 전기 회로는 그 상승을 파우치(301)의 통기로 해석하는 방식이 구현된다. 파우치의 통기시 MCU 또는 전기 보호 회로는 예를 들어, 배터리, 또는 그 때 배터리와 함께 사용 중일 수 있는 공구 또는 충전기를 셧다운하는 것과 같은 예방 조치를 취할 수 있다. 바람직한 실시예에서 콘택은 단자 탭(34)을 포함하지만, 일부 실시예들에서는 단자 탭(34)을 포함하지 않고 제2 밀봉 부분에 별도의 콘택 세트가 있을 수 있다.
파우치-타입 셀에 대한 전형적인 밀봉 강도는 8kgf(kilogram-force) 내지 12kgf의 범위일 수 있다. 하나의 경우 측벽(예를 들어 303)에는 애노드 또는 캐소드 벽들(302, 305)에서의 공칭 9kgf와는 대조적으로 12kgf보다 큰 밀봉 강도가 제공된다. 따라서 파우치는 필요에 따라 애노드 또는 캐소드 벽들(302, 305)에서 파손되게 될 수 있다. 밀봉 강도는 밀봉의 접착제 강도 및 두께를 통해 제어된다.
본 발명의 추가 실시예에서, 측면들(302, 303, 304) 중 어느 하나를 따른 밀봉 강도는 달라질 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예에서 측면(303)에는 제1 및 최고 밀봉 강도가 제공된다. 밀봉된 단부들(302, 304)에는 제1 밀봉 강도보다 작은 제3 밀봉 강도를 갖는 제3 밀봉 부분이 제공된다. 제2 밀봉 부분(306)은 상기 제1 및 제3 밀봉 부분들보다 먼저 파손되도록 구성되도록 제1 밀봉 강도 및 제3 밀봉 강도보다 작은 제2 밀봉 강도를 갖는다. 숙련자는 또한 최저 밀봉 강도가 밀봉된 측면들(302, 303, 304)상의 임의의 위치에 위치할 수 있어서 파우치가 최저 밀봉 강도 위치에서 먼저 파손될 것이고, 이에 따라 어떤 지시자 수단과 조합하여, 셀 파열 신호가 셀 또는 공구 제어 수단에 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 파우치-타입 배터리 셀 또는 전동 공구 배터리는 또한 대략 10밀리옴, 또는 더 바람직하게는 5밀리옴 이하의 공칭 충전 내부 임피던스, 및/또는 2Ah 이상의 용량, 및/또는 적어도 4볼트의 출력 전압 및 10암페어보다 큰 조합된 평균 방전 전류를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 2014년 6월 26일에 출원되고 본 명세서에 통합된 PCT/CN2014/080868에 개시된 특징들 중 임의의 것을 통합할 수 있다.

Claims (14)

  1. 파우치-타입 배터리로서,
    접합된 벽 및 파우치 내의 셀 공간을 갖는 파우치-타입 배터리 케이스,
    상기 셀 공간 내의 배터리 셀,
    상기 배터리 셀로부터 상기 셀 공간의 외측으로 연장되는 단자 탭 - 상기 접합된 벽은 적어도 제1 밀봉 강도를 갖는 제1 밀봉 부분, 및 상기 제1 밀봉 부분보다 먼저 파손되도록 구성되도록 상기 제1 밀봉 강도보다 작은 제2 밀봉 강도를 갖는 제2 밀봉 부분을 포함함 -, 및
    상기 제2 밀봉 부분과 함께 위치하고 상기 제2 밀봉 부분의 파손시 접촉 상태를 변경하도록 구성된 전기 콘택을 포함하는, 파우치-타입 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 밀봉 부분은 상기 파우치-타입 배터리 케이스와 상기 단자 탭을 밀봉하고, 상기 단자 탭은 상기 전기 콘택의 적어도 일부를 형성하는, 파우치-타입 배터리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기 콘택은 상기 단자 탭과 전기 접촉하는 콘택 탭을 포함하고, 상기 콘택 탭은 상기 제2 밀봉 부분의 파손시 상기 단자 탭으로부터 분리되도록 구성되는, 파우치-타입 배터리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자 탭은 애노드 리드 또는 캐소드 리드 중 하나를 포함하고, 제2 단자 탭은 상기 애노드 리드 또는 상기 캐소드 리드 중 다른 하나를 포함하고, 상기 단자 탭 및 제2 단자 탭은 상기 파우치-타입 배터리 케이스의 외측으로 반대로 연장되는, 파우치-타입 배터리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 리튬 이온 또는 리튬-폴리머 기반 화학적 성질을 갖는, 파우치-타입 배터리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 파우치-타입 배터리 케이스를 포함하며, 각각의 파우치-타입 배터리 케이스는 전동 공구 배터리를 형성하도록 상호 접속되는 배터리 셀을 수용하는, 파우치-타입 배터리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 파우치-타입 배터리를 포함하는 리튬 이온 또는 리튬-폴리머 배터리 전동 공구.
  8. 전동 공구 배터리를 제조하는 방법으로서,
    제1 시트 및 제2 시트를 갖는 파우치를 제공하는 단계,
    상기 제1 시트 및 상기 제2 시트를 적어도 2개의 벽을 따라 밀봉하여 상기 시트들 사이에 셀 공간을 정의하는 단계,
    상기 셀 공간 내에 배터리 셀을 배치하는 단계 - 상기 배터리 셀은 상기 셀 공간의 외측으로 연장되는 단자 탭을 가지며, 상기 제1 시트 및 상기 제2 시트를 적어도 2개의 벽을 따라 밀봉하는 단계는 적어도 제1 벽 부분을 제1 밀봉 강도로 밀봉하는 단계, 및 적어도 제2 밀봉 부분을 상기 제1 밀봉 부분보다 먼저 파손되도록 구성되도록 상기 제1 밀봉 강도보다 작은 제2 밀봉 강도로 밀봉하는 단계를 포함함 -, 및
    상기 제2 밀봉 부분과 함께 위치하고 상기 제2 밀봉 부분의 파손시 접촉 상태를 변경하도록 구성된 전기 콘택을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 밀봉 부분은 파우치-타입 배터리 케이스와 상기 단자 탭을 밀봉하고, 상기 단자 탭은 상기 전기 콘택의 적어도 일부를 형성하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전기 콘택은 상기 단자 탭과 전기 접촉하고 상기 제2 밀봉 부분의 파손시 상기 단자 탭으로부터 분리되도록 구성되는 콘택 탭을 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 배터리로서,
    상기 배터리는 대략 10밀리옴 이하의 공칭 충전 내부 임피던스를 갖는, 배터리.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 배터리로서,
    상기 배터리는 대략 5밀리옴 이하의 공칭 충전 내부 임피던스를 갖는, 배터리.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    2Ah 이상의 용량을 갖는, 배터리.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    적어도 4볼트의 출력 전압 및 10암페어보다 큰 조합된 평균 방전 전류를 갖는, 배터리.
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