KR20200024110A - 배터리 셀 및 배터리 셀을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 양의 전극 및 음의 전극(8a, 8b) 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터(7)로 구성된 스택(2)을 갖는 배터리 셀(1)에 관한 것이며, 상기 전극들(8)은, 각각 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터(4)와 용접된 전극 탭(3)을 각각 구비한다. 전극 탭들(3)은 각각 단부측에서 맞대기 이음 용접 시임(5)에 의해 어레스터(4)와 연결된다.
본 발명에 따른 배터리 셀에 의해, 동일 용량에서 셀의 설치 공간이 더 잘 활용되거나 감소될 수 있다.

Description

배터리 셀 및 배터리 셀을 제조하기 위한 방법{BATTERY CELL AND METHOD FOR PRODUCING A BATTERY CELL}
본 발명은, 특허 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는, 특히 전기 차량을 위한, 특히 리튬 이온 견인 배터리용의 배터리 셀 및 이와 같은 배터리 셀을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
종래 기술에는, 양의 전극 및 음의 전극, 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터로 구성된 스택을 갖는 배터리 셀을 포함하는 리튬 이온 견인 배터리가 공지되어 있으며, 이들 전극은, 각각 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터와 용접되어 있는 전극 탭을 각각 구비한다. 이와 같은 구조는 통상 절연 재료에 의해 둘러싸여 있다. 이들 전극은 각각 전극 스택으로부터 리드되어 나온 전극 탭을 구비하고, 이들 전극 탭은 콜렉터로도 지칭되는 어레스터와 연결되며, 보통은 용접된다. 예를 들어, 상기 구조에 대해서는 DE 10 2011 109 237 A1호가 참조된다. 상기 구조는, 양의 전극 및 음의 전극 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터로 구성된 스택으로부터, 하나의 극과 다른 극의 전극 탭들이 상호 분리된 상태로 돌출하도록 형성된다. 그 다음에, 이들 전극 탭은, 스택 평면에 대해 평행한 일 평면에 배치된 어레스터와 겹치기 이음(lap joint)을 이용해서 용접된다. 이 경우, 전극의 개별 전극 탭과 콜렉터 간의 연결은 안전하고 신뢰성 있는 기능을 위해 결정적으로 중요하다. 그렇기 때문에, 초음파 용접 방법이 빈번하게 사용된다. 안전하고 신뢰성 있는 연결을 실현하기 위하여, 이제는 매우 높은 에너지로 용접될 수밖에 없으며, 이는 제조 중에 전극 및 배터리 셀의 구조에 강한 부하를 야기할 수 있고 비교적 많은 에너지를 필요로 하기도 한다.
어레스터에 전극 탭을 연결하는 한 대안 실시예에서, EP 2 584 629 A1호는, 설치 공간 내에서 필요한 어레스터 및 전극 탭 스택의 두께를 감소시키기 위하여, 배터리 셀의 활물질 내 압입부(indentation) 내에 연결부를 제공하는 것을 제안한다.
US 2014/0079983 A1호는, 동류의 배터리 셀에 대한 또 다른 한 가지 가능성을 기술한다. 배터리 셀은 마찬가지로 양의 전극 및 음의 전극 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터로 구성된 스택을 포함하며, 이 경우 이들 전극은, 각각 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터와 용접되어 있는 전극 탭을 각각 구비한다. 이들 어레스터는, 셀의 상이한 측에 대향 배치되어 보호 커버로부터 리드되어 나온다. 이들 어레스터는, 각각 하나의 접착층과 비전도성 밀봉층 사이에 배치된 금속층을 구비하여 다층으로 형성된다. 이는, 밀봉층이 동시에 보호 커버와 연결될 수 있게 하거나, 커버로부터 리드된 어레스터의 통과 영역에서 보호 커버로 사용되도록 하는 데 이용된다. 전반적으로 상기 공보에서는, 전극 탭과 어레스터 사이의 연결이 통상적인 방식으로, 예컨대 겹치기 이음을 이용한 초음파 용접에 의해 제조된다.
지금까지 공지된 동류의 모든 배터리 셀은, 전극 탭과 어레스터 사이의 용접 연결부로서 중첩 영역을 구비하며, 이들 중첩 영역에서는 겹치기 이음을 이용하여 용접 연결부가 형성된다.
그렇기 때문에, 본 발명의 일 양태는, 설치 공간 활용의 개선을 가능하게 하는 리튬 이온 견인 배터리용 배터리 셀을 제공하는 것이다. 그와 동시에, 일측의 전극 탭과 타측의 어레스터 사이의 전자 연결의 기계적 및 전기적 안정성이 적어도, 겹치기 이음을 이용한 기존 연결의 상기와 같은 특성만큼은 우수할 수 있어야만 한다.
종래 기술을 형성하는 US 9,882,193 B2호에는, 양의 전극 및 음의 전극 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터로 구성된 스택을 갖는 배터리 셀이 공지되어 있으며, 이 경우 이들 전극은, 각각 하나 이상의 음의 어레스터 및 하나 이상의 양의 어레스터와 용접되어 있는 전극 탭을 각각 구비한다. 이들 전극 탭은 어레스터와 각각 단부측에서 마찰 교반 용접(friction stir welding)을 이용한 맞대기 이음 용접 시임에 의해 연결된다.
본 발명의 과제는 배터리 셀을 개선하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 특허 청구항 1의 특징들을 갖는 배터리 셀에 의해 해결된다.
본 발명은, 양의 전극 및 음의 전극 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터로 구성된 스택을 갖는 배터리 셀을 포함하며, 상기 전극들은, 각각 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터와 용접된 전극 탭을 각각 구비한다. 전극 탭들은 맞대기 이음 용접 시임에 의해 어레스터와 각각 단부측에서 연결된다.
용접 부분들이 서로 접합되는 영역을 용접 이음부라고 한다. ISO 17659에 표준화되어 있고, 가공품 또는 이 가공품의 단부면들의 구조적 배치에 의해 상호 구별되는 다양한 유형의 이음부가 있다. 맞대기 이음 용접 시임에서는, 연결될 가공품들의 단부면들이 직접 마주 놓인다. 다른 말로 표현하면, 용접에 의해 연결될 부품들의 단부면, 본 경우에는 일측의 전극 탭들의 단부면들과 타측의 어레스터(들)의 단부면(들)이 서로 맞닿으며, 이들 부품들은 하나의 평면에서 서로 마주 놓인다. 맞대기 이음에서는 연결될 부품들 사이에 중첩 영역이 없다.
바람직하게, 전기 단자로서의, 즉, 양의 단자 및 음의 단자로서의 어레스터(들)와 전극 탭들의 연결을 위한 맞대기 이음 용접 시임의 본 발명에 따른 기하구조에 의해, 배터리 셀의 설치 공간 활용의 개선이 가능해질 수 있다. 지금까지 통상적이던 전극 탭과 어레스터의 중첩 영역을 없앰으로써, 이로 인해 노출된 설치 공간은, 치수가 동일한 경우에 배터리 셀의 용량 확대를 위해 이용될 수 있거나, 용량이 동일한 경우에 배터리 셀의 치수 축소를 위해 이용될 수 있다.
맞대기 시임 내에는 추가로 상대적으로 균일한 응력 분포를 갖는 역선(power line)이 연장되며, 이로 인해 응력 피크가 회피될 수 있고 기계적 안정성도 좋아지는데, 그 이유는 외력이 작용하는 경우 부품들의 서로를 향한 상대 이동이 나타나지 않기 때문이다.
전극 탭과 어레스터 사이의 두께 차이는 소정의 정도까지 보상될 수 있다. 이 경우, 상대적으로 더 두꺼운 부품에 대한 상대적으로 더 얇은 부품의 대칭 배치가 선호될 수 있다. 필요한 동적 강도가 더 작을 수 있다면, 어레스터에 대한 전극 탭의 비대칭 배치도 가능하다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 일 실시예에서, 단부측 연결은 레이저 빔 용접 또는 전자 빔 용접에 의해 형성된다. 특히 대량 생산을 위해, 전극 탭과 어레스터 사이에 본 발명에 따른 맞대기 이음 용접 시임을 제조하기 위해 똑같이 우수하게 사용될 수 있는 전자 빔 용접과 레이저 빔 용접 간에 대안 선택이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 금속 불활성 가스 용접(MIG), 텅스텐 불활성 가스 용접(WIG) 및/또는 플라즈마 용접과 같은 다른 용접 방법도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 일 실시예에서, 어레스터와 전극 탭의 단부측 연결을 위한 용접 시임은 일측에 또는 양측 모두에 형성된다.
접촉의 전기적 및 열적 요건으로 인해, 반드시 모든 전극 탭이 어레스터에 연결되어야 한다. 이를 위해, 접합 파트너의 두께 비율 및 총 두께에 따라, 단면 관통 용접 또는 양면 용접이 제공될 수 있다. 양면 용접의 경우, 비접촉 러그를 방지하기 위해 양측 용접 루트(welding root)가 겹쳐져야 한다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 일 실시예에서, 배터리 셀은, 스택이 내부에 전해질과 함께 배치되어 있는 보호 커버를 구비할 수 있으며, 이 경우 어레스터와 전극 탭의 단부측 연결을 위한 용접 시임은 보호 커버 내부에 배치된다.
보호 커버는, 절연 재료로 구성될 수 있거나, 절연 재료로 둘러싸인 금속 박막들의 다중층으로 구성될 수 있는 박막 또는 박막 파우치(foil pouch)에 의해 형성될 수 있다. 배터리 셀의 구성 부품은 전해질과 함께 보호 커버 내에 밀봉되어 내장된다. 이른바 파우치 셀(pouch cell) 또는 커피 백 셀(coffeebag cell)로서의 이러한 배터리 셀 구조는 매우 간단하고 효율적인데, 그 이유는 전극 및 세퍼레이터로 구성된 스택이 어레스터와의 용접 후에 예를 들어, 스택 하부 및 상부에서 하나의 박막 파우치 내에 또는 서로 대향 배치된 2개의 박막 내에 용접될 수 있기 때문이다. 따라서, 이와 같은 구조가 간단하고 효율적으로 절연될 수 있고, 유체 밀봉 방식으로 밀봉될 수 있음으로써, 파우치 내에 또는 박막들 사이에 채워진 전해질이 상기 영역에 안전하고 신뢰성 있게 보유된다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 일 실시예에서, 어레스터는 보호 커버로부터 돌출할 수 있다.
어레스터와 전극 탭을 연결하기 위한 용접 시임은 각각 보호 커버 내부에 배치되고, 배터리 셀의 또 다른 전기 단자를 위해 필요한 어레스터의 영역만 보호 커버로부터 돌출한다. 이와 같은 방식으로, 용접 시임은 외부 영향으로부터 잘 보호된다. 보호 커버 외부에 놓여 있는 어레스터 영역들은, 배터리 셀들을 적층하여 하나의 배터리를 형성할 때, 개별 배터리 셀을 서로 병렬로 그리고/또는 직렬로 접속하기 위해, 상응하는 버스 바와 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 일 실시예에서, 전극 탭들은 그룹 단위로 단부측에서 어레스터와 연결된다.
본 실시예는 특히, 박막 스택과 어레스터 간의 두께차가 지나치게 커서 용접 시임에 의한 두께 보상이 잘 보상될 수 없는 경우에 유리할 수 있다. 이와 같은 이유 때문에, 단극성 전극 탭 스택이 2개 이상의 그룹으로 2개 이상의 상이한 영역에서 전극 스택으로부터 돌출하고, 각각의 그룹이 개별 어레스터의 또 다른 영역과 용접되도록, 상기 단극성 전극 탭 스택을 형성하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 비교적 민감한 배터리 셀 내부로의 열 도입은, 용접 상태가 매우 우수한 경우에 그리고 이로써 어레스터와 전극 탭의 전기 접속 상태가 매우 우수한 경우에 상응하게 감소된다. 또한, 이와 같은 구조는, 각각의 배터리 셀 내에서 상응하게 더 많은 수의 전극의 처리를 가능하게 하는데, 그 이유는 전극의 전극 탭들이 개별 그룹 단위로 어레스터와 용접되고, 이로써 전체적으로 더 많은 수의 개별 전극 탭이 어레스터와 안전하고 신뢰성 있게 용접될 수 있기 때문이다. 따라서, 배터리 셀들로 구성된 배터리의 전력 밀도가 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 셀의 일 실시예에서, 배터리 셀은 Li 이온 배터리 또는 Li 폴리머 배터리이다. 특히 파우치 포맷에서는, 이와 같은 유형의 배터리 셀이 다양한 용도로 사용된다.
본 발명의 또 다른 대상은, 배터리 셀을 제조하기 위한 방법이며, 이 방법은 다음과 같은 단계들:
- 양의 전극 및 음의 전극 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터로 구성된 스택을 제공하는 단계로서, 이들 전극이 각각 전극 탭들을 구비하게 되는 단계,
- 양의 전극 및 음의 전극의 전극 탭들을 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터와 각각 용접하는 단계,
- 전극 탭들과 어레스터들 사이의 용접 시임이 보호 커버 내부에 배치되고, 어레스터가 상기 보호 커버로부터 돌출하도록, 전극 탭들에 용접된 어레스터들을 갖는 스택을 보호 커버 내부로 삽입하는 단계,
- 전해질을 주입하는 단계, 및
- 보호 커버를 밀봉하는 단계
를 포함하며, 이때 전극 탭들은 각각 단부측에서 맞대기 이음 용접 시임에 의해 어레스터와 연결되며, 단부측 연결부는 레이저 빔 용접 또는 전자 빔 용접, WIG 용접, MIG 용접 또는 플라즈마 용접에 의해 제조된다.
바람직하게, 전기 단자로서의, 즉, 양의 단자 및 음의 단자로서의 어레스터(들)와 전극 탭들의 연결을 위한 맞대기 이음 용접의 본 발명에 따른 단계에 의해, 배터리 셀의 설치 공간 활용의 개선이 가능할 수 있다. 지금까지 통상적이던 전극 탭과 어레스터의 중첩 영역을 없앰으로써, 이로 인해 노출된 설치 공간은, 치수가 동일한 경우에 배터리 셀의 용량 확대를 위해 이용될 수 있거나, 용량이 동일한 경우에 배터리 셀의 치수 축소를 위해 이용될 수 있다.
맞대기 시임 내에는 추가로 상대적으로 균일한 응력 분포를 갖는 역선이 연장되며, 이로 인해 응력 피크가 회피될 수 있고 기계적 안정성도 좋아지는데, 그 이유는 외력이 작용하는 경우 부품들의 서로를 향한 상대 이동이 나타나지 않기 때문이다.
전극 탭과 어레스터 사이의 두께 차이는 소정의 정도까지 보상될 수 있다. 이 경우, 상대적으로 더 두꺼운 부품에 대한 상대적으로 더 얇은 부품의 대칭 배치가 선호될 수 있다. 필요한 동적 강도가 더 작을 수 있다면, 어레스터에 대한 전극 탭의 비대칭 배치도 가능하다.
본 발명의 또 다른 대상은, 본 발명에 따른 배터리 셀 또는 배터리 셀 제조 방법이, 적어도 부분적으로 전기로 구동되는 차량 내의 견인 배터리로서 셀 스택을 형성하기 위해 사용되는 것이다.
본 발명에 따른 배터리 셀은, 간단하고 효율적으로 구성될 수 있으며, 각각의 배터리 셀 내에서 비교적 개선된 성능 또는 설치 공간 감소를 가능하게 한다. 이로써, 간단하고 효율적이면서 성능이 매우 우수한 배터리가 경제적으로 제조될 수 있다. 이는 특히, 적어도 부분적으로 전기로 구동되는 차량을 위한 견인 배터리에 사용하는 경우에 특별한 장점이 되는데, 그 이유는 이 경우 예상되는 부품 수 및 배터리와 결부된 비용으로 인해, 효율적인 제조, 높은 전력 밀도 및 안전하고 신뢰성 있는 구조와 관련한 장점들이 매우 중요하기 때문이다.
배터리 셀을 형성하고 개선할 수 있는 다양한 가능성이 존재한다. 이를 위해, 먼저 특허 청구항 1의 종속 청구항들이 참조될 수 있다. 이하에서는 각각의 도면 및 관련 명세서를 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 실시예에서 동류의 배터리 셀을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른, 전극 스택의 전극 탭들과 어레스터의 연결부의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 전극 스택의 전극 탭들과 어레스터의 연결부의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 전극 스택의 전극 탭들과 어레스터의 연결부의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 전극 스택의 전극 탭들과 어레스터의 연결부 구조의 상세도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 전극 스택의 전극 탭들과 어레스터의 연결부 구조의 상세도이다.
도 1에는, 양의 전극 및 음의 전극(8a, 8b) 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터(7)로 구성된 스택(2)을 갖는 배터리 셀(1)이 도시되어 있으며, 여기서 전극들(8)은 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터(4)와 각각 용접되어 있다. 배터리 셀(1)은, 스택(2)이 통상적으로 전해질과 함께 내부에 배치되어 있는 보호 커버(6)를 구비한다. 어레스터(4)는 보호 커버(6)로부터 부분적으로 돌출한다. 배터리 셀(1)은 Li 이온 배터리 또는 Li 폴리머 배터리일 수 있다.
도 2에는, 동류의 배터리 셀(1)의 상세도로서, 종래 기술에 따른, 전극 스택(2)의 전극 탭들(3)과 어레스터(4)의 연결부(5)의 통상적인 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 전극 탭(3)은 전극 스택(2)에서 시작하여 어레스터(4)의 방향으로 연장되고, 이들 전극 탭은 하나 또는 복수의 용접 시임(5)에 의해서 어레스터(4)와 연결되어 있다. 어레스터(4)는, 본 도면에는 매우 개략적으로만 도시된 보호 커버(6)를 통과해서 외부로 연장된다. 종래 기술의 구조에 따르면, 전극 탭(3)이 어레스터(4)와 중첩되고 용접 시임(들)(5)이 형성되는 중첩 영역이 제공된다. 따라서, 용접될 두 부품이 서로 겹쳐서 배열되는 겹치기 이음이 구현된다.
그에 비해 도 3에는, 동류의 배터리 셀(1)의 상세도로서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 전극 스택(2)의 전극 탭(3)과 어레스터(4)의 연결부(5)의 새로운 구조가 개략적으로 도시되어 있다. 전극 스택(2)에서 시작하여 전극 탭(3)이 어레스터(4)의 방향으로 연장되고, 이들 전극 탭은 하나의 용접 시임(5)에 의해 어레스터(4)와 연결되어 있다. 어레스터(4)는, 본 도면에는 매우 개략적으로만 도시된 보호 커버(6)를 통과해서 외부로 연장된다. 본 발명에 따라, 어레스터(4)와 전극 탭(3)의 용접 연결부는 맞대기 이음 용접 시임(5)이다. 달리 표현하면, 본 발명에 따라서는 연결될 부품들 사이에 중첩 영역이 제공되지 않는다. 연결될 부품들은 서로 겹쳐지는 것이 아니라, 하나의 평면에서 단부면끼리 서로 대향하여 놓이도록 배치된다.
도 2의 구조를 본 발명에 따른 도 3의 구조와 비교해보면, 배터리 셀의 설치 공간이 감소된 점이 명백해진다. 지금까지 필수적인 것으로서 여겨졌던, 전극 탭(3)과 어레스터(4) 사이의 중첩 영역을 없앰으로써, 배터리의 용량이 동일한 경우에는 필요 설치 공간이 축소될 수 있거나, 지금까지 중첩 영역이 차지했던 설치 공간이 전극 및 전해질과 같은 성능 지원 부품을 위해 이용될 수 있음으로써 배터리 셀이 더 큰 용량을 가질 수 있게 된다. 그와 동시에, 본 발명에 따른 맞대기 이음 용접에 의해 공정 간소화가 달성될 수 있는데, 그 이유는 용접 연결이 단면에서 관통 용접에 의해 수행될 수 있을 뿐더러 양면에서도 수행될 수 있고, 전극 탭(3)과 어레스터(4) 사이의 연결을 형성하기 위해 초음파 용접 외에 레이저 빔 용접도 가능하기 때문이다. 맞대기 이음 시임에서의 역선이 상대적으로 균일한 응력 분포로 연정됨에 따라, 응력 피크도 방지된다.
도 4에는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 전극 스택(2)의 전극 탭(3)과 어레스터(4)의 연결부(5)의 구조가 단면도로서 개략적으로 도시되어 있다. 본 도면에서도, 연결부(5)는 맞대기 이음 용접에 의해서 전극 탭(3)의 단부면들과 어레스터(4) 사이에 형성되어 있다. 도시된 실시예에서는 도 3의 실시예와 달리, 전극 탭들이 그룹으로 배열되어 있다. 이로 인해 역시 공정 간소화가 달성될 수 있다.
도 5에는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 전극 스택(2)의 전극 탭(3)과 어레스터(4)의 연결부(5)의 구조가 횡단면 상세도로서 개략적으로 도시되어 있다. 일 그룹의 전극 탭들(3)이 각각 단부측에서 맞대기 이음 용접(5)에 의해 어레스터(4)와 연결되어 있다. 이 경우, 맞대기 이음 용접이 양면에서 수행되었고, 그 결과 레이저 빔 용접 또는 전자 빔 용접, MIG 용접, WIG 용접 및/또는 플라즈마 용접에 의해 우수하게 제어될 수 있는 공정 컨트롤이 가능해진다. 양면 용접의 경우, 비접촉 러그를 방지하기 위해 양측의 용접 루트가 중첩되어야 한다.
도 6에는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 전극 스택(2)의 전극 탭(3)과 어레스터(4)의 연결부(5)의 구조가 횡단면 상세도로서 개략적으로 도시되어 있다. 본 도면에서도, 일 그룹의 전극 탭들(3)이 단부측에서 맞대기 이음 용접(5)에 의해 어레스터(4)와 연결되어 있다. 본 실시예에서는 맞대기 이음 용접이 한 면에서만 수행되며 관통 용접 시임(5)을 형성한다.
1: 배터리 셀
2: 전극 스택
3: 전극 탭
4: 어레스터
5: 용접 시임
6: 보호 커버
7: 세퍼레이터
8: 전극

Claims (8)

  1. 양의 전극 및 음의 전극(8a, 8b) 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터(7)로 구성된 스택(2)을 가진 배터리 셀(1)로서, 상기 전극들(8)이, 각각 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터(4)와 용접된 전극 탭(3)을 각각 구비하며, 상기 전극 탭들(3)은 각각 단부측에서 맞대기 이음 용접 시임(5)에 의해 어레스터(4)와 연결되는, 배터리 셀(1)에 있어서,
    상기 단부측 연결은 레이저 빔 용접 또는 전자 빔 용접, WIG 용접, MIG 용접 또는 플라즈마 용접에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서, 전극 탭(3)을 어레스터(4)와 단부측에서 연결하기 위한 용접 시임(5)이 한 면에 또는 양면에 존재하는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극 탭들(3)이 그룹으로 어레스터(4)와 단부측에서 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀.
  4. 배터리 셀(1)이 보호 커버(6)를 구비하고, 상기 보호 커버 내에 스택(2)이 전해질과 함께 배치되는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀에 있어서, 어레스터(4)와 전극 탭(3)의 단부측 연결을 위한 용접 시임(5)이 상기 보호 커버(6) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서, 어레스터(4)가 보호 커버(6)로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀.
  6. 제6항에 있어서, 배터리 셀(1)이 Li 이온 배터리 또는 Li 폴리머 배터리인 것을 특징으로 하는, 배터리 셀.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀을 제조하기 위한 방법으로서,
    - 양의 전극 및 음의 전극(8a, 8b) 그리고 이들 전극 사이에 배치된 세퍼레이터(7)로 구성된 스택(2)을 제공하며, 이때 상기 전극들(8)이 각각 전극 탭(3)을 구비하게 되는 단계,
    - 양의 전극 및 음의 전극(8a, 8b)의 전극 탭들(3)을 하나 이상의 양의 어레스터 및 하나 이상의 음의 어레스터(4)와 각각 용접하는 단계,
    - 전극 탭들(3)과 어레스터들(4) 사이의 용접 시임(5)이 보호 커버(6) 내부에 배치되고, 어레스터(4)가 상기 보호 커버(6)로부터 돌출하도록, 전극 탭들(3)에 용접된 어레스터들(4)을 갖는 스택(2)을 보호 커버(6) 내부로 삽입하는 단계,
    - 전해질을 주입하는 단계, 및
    - 보호 커버(6)를 밀봉하는 단계를 포함하며,
    전극 탭들(3)이 어레스터(4)와 각각 단부측에서 맞대기 이음 용접에 의해 연결되는, 배터리 셀 제조 방법에 있어서,
    단부측 연결부가 레이저 빔 용접 또는 전자 빔 용접, WIG 용접, MIG 용접 또는 플라즈마 용접에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 배터리 셀 제조 방법.
  8. 적어도 부분적으로 전기로 구동되는 차량 내의 견인 배터리로서 셀 스택을 형성하기 위해 사용되는, 전술한 항들 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀(1) 또는 배터리 셀(1) 제조 방법의 용도.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022000181A1 (de) 2022-01-18 2022-03-10 Daimler Ag Elektrische Kontaktierung von Bauteilen und Batteriemodul

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2535965A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-19 Robert Bosch Gmbh Verbinder für elektrische Anschlüsse und Verfahren zum Verbinden von elektrischen Bauteilen
KR101264511B1 (ko) * 2010-05-19 2013-05-14 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08153504A (ja) * 1994-11-29 1996-06-11 Aisin Seiki Co Ltd 蓄電池
JP4778602B2 (ja) * 1999-07-22 2011-09-21 パナソニック株式会社 二次電池
JP4559564B2 (ja) * 1999-09-28 2010-10-06 パナソニック株式会社 電池の製造方法
JP3912574B2 (ja) * 2000-12-04 2007-05-09 株式会社ユアサ開発 密閉形電池
JP2012114066A (ja) * 2010-11-02 2012-06-14 Sharp Corp 二次電池
CN201877505U (zh) * 2010-11-15 2011-06-22 江苏双登集团有限公司 一种二次电池用正负极集流体
DE102011109237A1 (de) 2011-08-02 2013-02-07 Daimler Ag Batteriezelle
EP2584629B1 (en) 2011-10-21 2014-10-01 BlackBerry Limited Recessed tab for higher energy density and thinner batteries
JP6250921B2 (ja) 2012-09-14 2017-12-20 株式会社東芝 電池
KR101809208B1 (ko) * 2015-06-16 2017-12-14 주식회사 엘지화학 이차전지 및 그 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101264511B1 (ko) * 2010-05-19 2013-05-14 로베르트 보쉬 게엠베하 이차 전지
EP2535965A1 (de) * 2011-06-17 2012-12-19 Robert Bosch Gmbh Verbinder für elektrische Anschlüsse und Verfahren zum Verbinden von elektrischen Bauteilen

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