KR20220097980A - 수명이 연장된 리튬-이온-배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 이상의 전기화학적 전지가 포함되어 있는, 하드 케이스로서 형성되어 있고 밀폐식으로 밀봉된 하우징을 갖는 배터리를 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 목적으로 설계된 지점에서 하우징을 개방함으로써 하나 이상의 전지를 환기시키는 단계; 및 하우징의 개방에 의해서 생성되는 하우징 내부로의 접근로를 밀폐식으로 재차 폐쇄하는 단계를 포함한다. 본 발명은, 또한 이 방법에 따라 작동될 수 있는 배터리와도 관련이 있다.

Description

수명이 연장된 리튬-이온-배터리
본 발명은, 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 이상의 전기화학적 전지가 포함되어 있는, 하드 케이스로서 형성되어 있고 밀폐식으로 밀봉된 하우징을 갖는 배터리를 작동시키기 위한 방법; 그리고 이 방법에 따라 작동될 수 있는 배터리에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1c는, 하나 이상의 유기 전해질을 기반으로 하는 전기화학적 리튬-이온-전지가 포함되어 있는, 전기 에너지를 저장하기 위한 전기화학적 기반의 배터리를 제조하기 위한 공정 단계를 보여준다. 제1 공정 단계에서는, 도 1a에 개략적으로 도시된 밀폐되지 않은 배터리(100)가 제공된다. 이와 같은 배터리는 하드 케이스로서 설계된 하우징(101)을 구비하며, 이 하우징의 벽(104) 중 하나에는 서로 다른 극성의 2개의 연결 단자(102, 103) 및 하우징 내부로의 접근로가 제공되어 있다. 전기화학적 전지의 전극, 집전체 및 어레스터는 하우징(101) 내에 포함되어 있고, 어레스터는 각각 두 개의 연결 단자(102, 103) 중 하나와 전기적으로 접속되어 있다. 하우징 내부로의 접근로는 하우징 벽(104) 내의 개구(105)로서 설계되어 있고, 참조 부호 "106"으로 식별되는 벽(104)의 부분에 의해서 제한되고/둘러싸인다. 점선 원 내부에 포함된 벽(104)의 부분은 도 1b에 개략적으로 도시되어 있다. 도 1b는, 개구(105)가 하우징 외측 단부에 개구 섹션을 가지며, 이 개구 섹션의 개구 횡단면이 개구의 나머지 부분의 개구 횡단면보다 크다는 것을 보여준다. 도 1b에 도시된 화살표는 제2 공정 단계, 다시 말해 유기 전해질로 전지(각각의 도면에 도시되어 있지 않음)를 채우기 위하여 하우징 내부(105)로의 접근로를 통해 유기 전해질을 채우는 공정 단계를 지시한다. 그 다음에, 제3 공정 단계에서는 하우징(105) 내부로의 접근로가 금속으로 이루어진 폐쇄 수단(113)에 의해 밀폐식으로 밀봉된다. 이 경우에는, 실질적으로 개구(105)의 하우징 외측 단부에 놓여 있는 개구 섹션의 형상을 갖는 폐쇄 수단(113)이 이 개구 섹션 내부로 삽입되고 하우징 벽(104)과 용접됨으로써, 이와 같은 실시예에 의해서는 이제 폐쇄 수단(113)에 의해 폐쇄된 개구(105')는 영구적으로 밀폐식으로 밀봉된다. 이와 같은 방법에 따라 제조된 배터리의 하우징은, 그 내부에 있는 전지의 유기 전해질을 화학적으로 오염시키지 않고서는 다시 개방될 수 없다. 제3 공정 단계는 도 1c에 개략적으로 도시되어 있다.
상기와 같은 방식으로 제조된 배터리의 수명은, 리튬-이온-전지 내에서 진행하는 노화 과정에 의해 크게 좌우된다. 이와 같은 공정은, 한편으로는 유기 전해질 및 재활용 가능한 리튬의 소비를 야기하고, 다른 한편으로는 전지 내의 가스 압력을 증가시키는 가스의 생성을 야기한다. 특히, 전지 내에서의 가스 압력 증가는 전극 간 접촉 감소와 결부되어 있다. 전자 간 접촉 감소가 시작되는 가스 압력은 또한 다음과 같은 상황에 따라서도 달라질 수 있다: 전지 하우징의 기계적 특성; 젤리 롤 또는 스택으로서 형성된 전극이 전지 하우징 내에 배열되어 있는 상태; 그리고 전지 하우징의 디자인. 예를 들어, 표준 PHEV2 프리즘 형상 하드 케이스 내에서는 약 3 bar의 내부 가스 압력부터 리튬-이온-전지의 노화 가속화가 발생할 수 있다.
지금까지 설명된 방법에 따라 제조된 배터리 내에서는, 내부 가스 압력이 연속으로 증가하고, 특정 내부 가스 압력에 도달한 후에는 전지의 가속된 노화가 발생한다.
그렇기 때문에, 본 발명의 과제는, 하드 케이스로서 설계되었고 밀폐식으로 밀봉된 하우징 및 유기 전해질을 기반으로 하는 전기화학적 리튬-이온-전지를 포함하며, 그리고 가스 생성으로 인해 야기되고 가속화된 전지의 노화가 방지될 수 있거나 적어도 약화될 수 있는 배터리를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결은 청구항 1의 교시에 따라 달성된다. 이 교시의 다양한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항 2 내지 7의 대상이다.
또한, 본 발명에 따른 배터리에 적용되었으며, 가스 생성으로 인해 야기되고 가속화된 전지의 노화를 방지하거나 적어도 약화시키는 방법을 제공하는 것도 본 발명의 과제이다.
상기 과제의 해결은 청구항 8의 교시에 따라 달성된다. 이 교시의 다양한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항 9 내지 15의 대상이다.
본 발명의 제1 양태는, 전기 에너지를 저장하기 위한 전기화학적 기반의 배터리에 관한 것으로, 이 배터리는:
하드 케이스로서 설계되었고 밀폐식으로 밀봉된 하우징; 및
상기 하우징 내에 포함되어 있고 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 이상의 전기화학적 전지를 구비하며;
이 경우 상기 하우징의 벽 내에는 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점이 제공되어 있고,
상기 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점은, 하우징 내부로의 접근로를 생성하도록 그리고 생성된 하우징 내부로의 접근로를 재차 밀폐식으로 폐쇄하도록 설계되어 있으며; 그리고
개방된 상태에서 상기 하우징 내부로의 접근로는 전기화학적 전지를 환기시키도록 설계되어 있다.
이로 인해, 본 발명에 따른 방법은 배터리에 적용될 수 있으며, 적용 후에는 내부 가스 압력이 정상 압력(지표면에서의 기압)으로 감소된 배터리가 제공될 수 있다; 이와 같은 상황은 배터리의 수명을 훨씬 연장시킨다.
하우징 내에 포함된 하나 또는 복수의 전기화학적 전지는 바람직하게 리튬-이온-전지가다.
바람직한 일 실시예에서, 개방된 상태에서 하우징 내부로의 접근로는 또한 추가 전해질로써 전기화학적 전지를 채우도록 설계되어 있다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 본 발명에 따른 방법을 적용한 후에, 전해질이 적어도 부분적으로 갱신될 수 있고 이로써 배터리의 서비스 수명이 더욱 증가될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점은 하우징의 벽 내에 있는 그리고 폐쇄 수단에 의해 밀폐식으로 밀봉된 개구로서 설계되어 있으며, 또한 상기 폐쇄 수단의 관통에 의해서 하우징 내부로의 접근로를 생성하도록 설계되어 있다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 하우징 내부로의 접근로가 간단한 방식으로, 신속하게 그리고 안전하게 생성될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 폐쇄 수단에 의해 밀폐식으로 밀봉된 개구의 개구 횡단면은 하우징 내부로부터 외부로 가면서 연속으로 또는 단계적으로 확장되며;
개구는 상이한 크기의 개구 횡단면을 갖는 2개 이상의 개구 섹션을 구비하며; 그리고
폐쇄 수단은 개구의 하우징 외측 단부에 대해 함몰된 상태로 배열되어 있다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 본 발명에 따른 방법을 적용한 후에, 또 다른 폐쇄 수단이 벽의 외부 표면에 대하여 함몰된 상태로 (그리고 이로써 외부로부터의 기계적인 영향에 대해 보호된 상태로) 설치될 수 있으며, 개구는 안전하고 효율적으로 밀폐식으로 폐쇄될 수 있다.
개구가 상이한 크기의 개구 횡단면을 갖는 2개 이상의 개구 섹션을 구비하면, 본 발명에 따른 방법은 바람직한 방식으로 하나의 동일한 배터리에 대해 적어도 2회 (또는 다수 회) 적용될 수 있다.
본 발명의 의미에서, 일 개구 섹션의 개구 횡단면이란, 개구의 깊이 방향에 대해 (실질적으로) 수직인 개구 섹션의 일 횡단면을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 일 개구 섹션의 개구 횡단면은 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 경우는 예를 들어 개구 섹션이 원통 형상을 갖는 경우이다.
바람직한 일 실시예에서, 하우징의 벽 내에 형성된 개구의 경계부는 층계형 또는 원추형이다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 폐쇄 수단의 형상이 예를 들어 원통형 디스크 또는 절두 원추형 디스크와 같이 단순하게 유지될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 폐쇄 수단은 개구의 일 개구 섹션 내에 배열되어 있으며, 그 개구 섹션의 형상은 폐쇄 수단의 외부 에지의 형상에 실질적으로 알맞게 상응하며, 그리고
폐쇄 수단의 외부 에지는 이 외부 에지를 둘러싸는 하우징의 벽과 밀폐식으로 연결되어 있다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 접근로/개구의 폐쇄가 특히 효율적으로 그리고 안전하게 실행될 수 있다.
폐쇄 수단의 두께는, 예를 들어 폐쇄 수단이 관통 공구의 팁(tip)으로써 관통될 수 있도록 치수 설계되어 있다. 팁의 표면이 매끄러워서 관통 중에 하우징 내부에 도달하여 원치 않는 방식으로 그 내부에 있는 전기화학적 전지를 단락시킬 수 있는 입자가 형성되지 않는 경우가 바람직하다. 바람직하게는, 폐쇄 수단 및 하우징 모두 금속으로 형성되어 있고, 폐쇄 수단은 하우징의 벽과 용접 또는 납땜되어 있다. 금속은 알루미늄일 수 있다.
개구 또는 개별 개구 섹션의 개구 횡단면은 원형, 타원형, 직사각형, 다각형 중 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 개구는 각각 상이하게 형성된 개구 횡단면을 갖는 개구 섹션을 구비할 수 있다. 예를 들어, 개구는 원형 개구 섹션 및 그 위에 배열된 직사각형 개구 섹션을 구비할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 폐쇄 수단은 다음 중 하나로서 형성되어 있다:
- 평평한 디스크 또는 플레이트;
- 평평한 디스크 또는 플레이트로서, 하우징 내부를 향하고 있는 이들의 표면 측은 폴리머 층으로 코팅되어 있다;
- 디스크 또는 플레이트로서, 이들은 적어도 폐쇄 수단의 일 표면 측에서 내부 영역에 오목부를 구비하며;
- 디스크 또는 플레이트로서, 이들은 적어도 폐쇄 수단의 일 표면 측에서 내부 영역에 오목부를 구비하고, 하우징 내부를 향하고 있는 오목부는 폴리머 층으로 코팅되어 있다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 폐쇄 수단이 하우징 벽과 용접되거나 납땜 될 때에 이루어지는 에너지 유입에 따라 알맞은 폐쇄 수단이 선택될 수 있다. 예를 들어, 상황에 따라 얇고 평평한 폐쇄 수단을 손상시킬 수 있는 더 높은 에너지 유입의 경우에는, 하나 이상의 오목부를 구비하는 폐쇄 수단이 선택될 수 있다. 이와 같은 폐쇄 수단은 다만 일 내부 영역에서만 얇게 구현되어 있으며, 이 내부 영역은 두껍게 구현된 외부 에지 영역에 의해 사방으로 둘러싸여 있다. 이때, 외부 에지 영역의 두께는, 용접 또는 납땜시에 이루어지는 에너지 입력에 의해 폐쇄 수단이 손상될 수 없도록 구성되어 있다. 또한, 폐쇄 수단은, 이 폐쇄 수단이 관통할 때에 입자가 하우징 내부에 도달하여 그곳에서 단락을 일으킬 수 있는 가능성을 방지하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 이 목적을 위해서는, 하우징 내부 쪽을 향하는 표면 측에 폴리머 층을 구비하는 폐쇄 수단이 선택될 수 있다. 바람직하게, 폐쇄 수단은 알루미늄으로 형성되어 있다.
바람직한 일 실시예에서, 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점은 나사 폐쇄부로서 설계되어 있으며, 그리고 이 나사 폐쇄부는, 나사 캡을 개방 방향으로 돌림으로써 하우징 내부로의 접근로를 생성하도록 그리고 나사 캡을 폐쇄 방향으로 돌림으로써 이전에 생성된 하우징 내부로의 접근로를 재차 폐쇄하도록 설계되어 있다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 하우징 내부로의 접근로가 임의로 자주 개방 및 폐쇄될 수 있다: 그리고 이로써 본 발명에 따른 방법은 하나의 동일한 배터리에서 임의로 자주 적용될 수 있다.
본 발명의 제2 양태는, 하드 케이스로서 설계되었고 밀폐식으로 밀봉된 하우징을 갖고, 상기 하우징 내에 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 이상의 전기화학적 전지가 포함되어 있는 배터리를 작동시키기 위한 방법과 관련이 있으며, 이 방법은:
하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 목적으로 설계된 지점에서 하우징을 개방함으로써 하나 이상의 전지를 환기시키는 단계; 및
하우징의 개방에 의해서 생성되는 하우징 내부로의 접근로를 밀폐식으로 재차 폐쇄하는 단계를 포함한다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 배터리가 환기될 수 있는데, 다시 말하자면 배터리의 내부 가스 압력이 정상 압력(지표면에서의 기압)으로 감소할 수 있고, 하우징 내부로의 물 침투가 방지될 수 있다.
하우징 내에 포함된 하나 또는 복수의 전기화학적 전지는 바람직하게 리튬-이온-전지이다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 방법은 다음을 또한:
추가 전해질로 전지를 채우기 위하여, 하우징을 개방했을 때에 생성되는 하우징 내부로의 접근로를 통해 추가 전해질을 주입하는 단계를 더 포함한다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 소비된 유기 전해질이 대체될 수 있으며, 이와 같은 상황은 배터리의 수명을 더욱 증가시킨다. 유기 전해질은 전지 내에서의 화학적 부반응(side reaction)에 의해 배터리의 작동 동안 소모될 수 있으며, 이때 생성되는 반응 생성물은 시간이 지남에 따라 축적된다.
바람직한 일 실시예에서, 하우징의 개방은, 접근로를 미리 폐쇄하는 제1 폐쇄 수단의 관통에 의하여 이 목적을 위해 설계된 지점에서 이루어진다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 하우징 내부로의 접근로가 간단한 방식으로, 신속하게 그리고 안전하게 생성될 수 있다.
제1 폐쇄 수단의 관통은 관통 공구의 팁에 의해서 이루어질 수 있다. 이때, 제1 폐쇄 수단의 두께는, 관통 공구에 의해서 이 폐쇄 수단이 관통될 수 있도록 치수 설계되어 있다; 그리고 제1 폐쇄 수단과 관통 공구 모두, 관통 중에 하우징 내부에 도달하여 하우징 내부에 있는 전기화학적 전지를 원치 않는 방식으로 단락시킬 수 있는 입자가 전혀 생성되지 않도록 설계되어 있다. 이와 같은 의미에서는, 제1 폐쇄 수단이 알루미늄으로 이루어지고 팁의 표면이 매끈한 경우가 바람직하다.
바람직한 일 실시예에서, 개방 전에 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점은 하우징의 벽 내에 밀폐식으로 밀봉된 개구로서 설계되어 있으며, 이 개구의 개구 횡단면은 하우징 내부로부터 외부로 가면서 연속으로 또는 단계적으로 확장되며;
개구는 제1 폐쇄 수단에 의해 개방되기 전에 밀폐식으로 밀봉되며;
제1 폐쇄 수단은 접근로의 하우징 외측 단부에 대해 함몰된 상태로 배열되어 있으며; 그리고
개구 내에 그리고 이와 동시에 함몰된 상태로 배열된 제1 폐쇄 수단 위에 제2 폐쇄 수단을 설치함으로써, 접근로를 밀폐식으로 재차 폐쇄하는 공정이 이루어진다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 제2 폐쇄 수단이 벽의 외부 표면에 대하여 함몰된 상태로 (그리고 이로써 외부로부터의 기계적인 영향에 대해 보호된 상태로) 설치될 수 있을 뿐만 아니라, 이전에 생성된 하우징 내부로의 접근로 또한 안전하고 효율적으로 밀폐식으로 밀봉될 수 있다.
바람직하게, 개구는 상이한 크기의 개구 횡단면을 갖는 2개 이상의 개구 섹션을 구비한다; 제1 폐쇄 수단은 더 작은 개구 횡단면을 갖는 개구 섹션 내에 더 큰 개구 횡단면을 갖는 개구 섹션에 대하여 함몰된 상태로 배열되어 있으며; 제2 폐쇄 수단은 더 큰 개구 횡단면을 갖는 개구 섹션 내에 설치되어 있다. 이때, 제2 폐쇄 수단의 외부 에지의 형상은 제2 폐쇄 수단과 접촉하는 벽 섹션의 형상에 알맞게 상응할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 제2 폐쇄 수단은 이 제2 폐쇄 수단의 외부 에지의 형상에 실질적으로 알맞게 상응하는 형상을 갖는 개구의 개구 섹션 내에 배열되며, 그리고 제2 폐쇄 수단의 외부 에지는 이 에지를 둘러싸는 하우징의 벽과 밀폐식으로 연결된다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 특히 제2 폐쇄 수단의 에지를 이 에지를 둘러싸는 벽 섹션과 용접함으로써, 접근로를 밀폐식으로 재차 폐쇄하는 공정이 특히 효율적이고 안전하게 실행될 수 있다.
제2 폐쇄 수단이 그 내부에 배열되는 개구 섹션의 개구 횡단면은 원형, 타원형, 직사각형, 다각형 중 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
제2 폐쇄 수단은 또한, 외부 표면이 전체 개구를 덮도록 그리고 하우징의 외부 표면과 밀폐식으로 연결되도록, 하우징의 외부 표면상에 설치될 수 있다. 이 경우, 제2 폐쇄 수단의 외부 에지의 형상은 개구의 개구 횡단면과 무관하게 선택될 수 있다.
바람직하게, 하우징과 제2 폐쇄 수단은 금속(예를 들어 알루미늄)으로 이루어지며, 그리고 제2 폐쇄 수단은 이 폐쇄 수단을 둘러싸는 하우징의 주변 벽과 용접/납땜에 의해서 밀폐식으로 연결된다.
제2 폐쇄 수단을 관통시킴으로써 제2 폐쇄 수단에 의해 재차 폐쇄된 하우징을 재차 개방하기 위해서는, 다음과 같은 상황이 바람직하다: 관통 공구에 의해 제2 폐쇄 수단이 관통될 수 있도록, 제2 폐쇄 수단의 두께를 치수 설계하는 것; 그리고 관통 공정 동안 하우징 내부에 도달하여 그 내부에 있는 전기화학적 전지를 원치 않은 방식으로 단락시킬 수 있는 입자가 생성되지 않도록, 제2 폐쇄 수단과 관통 공구 모두를 설계하는 것. 제2 폐쇄 수단이 알루미늄으로 이루어지는 경우가 특히 바람직하다.
바람직한 일 실시예에서, 관통 공정은 관형 부분을 갖는 관통 공구를 사용해서 이루어지며, 그리고
추가 전해질의 주입 공정은 관통 공구의 관형 부분을 사용해서 이루어진다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 추가 유기 전해질의 주입이 간단한 방식으로, 효율적으로 그리고 안전하게 달성될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점은 나사 폐쇄부로서 형성되어 있으며,
하우징의 개방은 나사 폐쇄부를 개방함으로써 이루어지고, 하우징의 밀폐식 폐쇄는 나사 폐쇄부를 폐쇄함으로써 이루어진다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 하우징 내부로의 접근로 생성 그리고 이 접근로의 재폐쇄가 간단한 방식으로 달성될 수 있을 뿐만 아니라, 임의로 자주 실행될 수도 있다; 따라서, 본 발명에 따른 방법은 원칙적으로 하나의 동일한 배터리에 대해 임의로 자주 적용될 수 있다
바람직한 일 실시예에서는, 추가 전해질이 전지 내에 포함된 전해질과 동일한 유형이거나; 추가 전해질이 수명을 연장하는 방식으로 전지에 작용하는 그리고/또는 전지 전극과 전해질의 부반응을 억제 또는 감소시키는 하나 또는 복수의 첨가제를 함유하거나; 추가 전해질이 리튬 함유 분자, 특히 추가 전해질의 주입 공정에 후속하는 전지의 일 사이클에서 추가의 전기화학적 활성 리튬을 제공하는 리튬 함유 염을 함유한다.
이와 같은 실시예에 의해서는, 배터리의 수명이 추가로 연장될 수 있다.
본 발명은 또한 이 방법에 따라 작동될 수 있는 배터리와도 관련이 있다.
본 발명의 또 다른 장점들, 특징부들 및 적용 가능성은 각각의 도면과 관련하여 이하에서 상세하게 설명되는 명세서로부터 나타난다.
도면부에서,
도 1a 내지 도 1c 각각은 배터리를 제조하기 위한 공지된 방법의 일 단계를 개략적으로 도시하고;
도 2a 내지 도 2c 각각은 본 발명에 따른 배터리를 제조하기 위한 방법의 일 단계를 개략적으로 도시하며;
도 2d는 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 배터리를 도시하고;
도 2e 및 도 2f 각각은 제1 실시예에 따른 배터리를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 단계를 개략적으로 도시하며;
도 2g 및 도 2h는 제1 폐쇄 수단의 두 가지 변형예의 높이 방향에서 일 단면을 개략적으로 도시하고;
도 2i는 제1 폐쇄 수단의 일 변형예를 갖는 배터리 하우징의 밀폐식 폐쇄를 개략적으로 도시하며;
도 2j는 제1 폐쇄 수단의 다른 일 변형을 갖는 배터리 하우징의 밀폐식 폐쇄를 개략적으로 도시하고;
도 3a는 제2 실시예에 따른 본 발명에 따른 배터리를 개략적으로 도시하며; 그리고
도 3b 및 도 3c 각각은 제2 실시예에 따른 배터리를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 일 단계를 개략적으로 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는, 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 이상의 전기화학적 리튬-이온-전지가 포함되어 있는, 전기화학 기반의 전기 에너지를 저장하기 위한 본 발명에 따른 배터리를 제조하기 위한 방법을 개략적으로 보여준다.
제1 공정 단계에서는, 폐쇄되지 않은 배터리(200)가 제공된다. 이 배터리는 도 2a에 개략적으로 도시되어 있으며, 하드 케이스로서 설계된 하우징(201)을 구비하고, 이 하우징의 벽(204) 중 하나에는 서로 다른 극성의 2개의 연결 단자(202 및 203) 및 하우징 내부로의 접근로가 제공되어 있으며; 그리고 하우징(201) 내에 포함되어 있는 (그리고 이와 같은 이유 때문에 각각의 도면에 개략적으로 도시되어 있지 않은) 하나 이상의 전기화학적 전지의 전극, 집전체 및 어레스터를 구비한다. 2개의 연결 단자(202 및 203) 각각은 개별적인 자체 극성에 상응하는 도체와 전기적으로 연결되어 있다. 하우징(201) 내에는 복수의 전지의 전극, 집전체 및 어레스터가 포함되어 있을 수 있다.
하우징 내부로의 접근로는 하우징 벽(204) 내의 개구(205)로서 설계되어 있고, 참조 부호 "206"으로 식별되는 벽(204)의 부분에 의해서 제한되고/둘러싸인다. 도 2b는 개구(205)의 종단면도를 개략적으로 보여준다. 이때, 개구의 종단면도는 깊이 방향으로 개구(205)를 절단한 단면에서 생성되는 바와 같은 절단 표면의 도면을 의미하는 것으로 이해된다. 도 2b에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 개구(205)는 외부로 가면서 단계적으로 확장되는 상이한 크기의 개구 횡단면을 갖는 복수의 개구 섹션을 구비하며; 그리고 개구(205)를 둘러싸고/에워싸는 하우징 벽(204)의 부분은 층계 형상으로 형성되어 있다. 하지만, 개구 섹션이 외부로 가면서 연속으로 확장되고, 개구를 둘러싸는 하우징 벽의 부분이 원추형으로 형성되어 있는 것도 가능하다. 개구 횡단면의 형상은 원형, 타원형, 직사각형 또는 다각형일 수 있다.
전기화학적 전지 또는 전지들의 작동을 위해 필요한 전해질은, 개구(205)로서 설계된 하우징 내부로의 접근로를 통해 하우징(201) 내로 주입된다. 하우징 내로 전해질을 주입하는 이와 같은 공정은 제2 공정 단계에서 이루어지고, 도 2b에서는 화살표로 개략적으로 지시되어 있다.
하우징(201) 내로 전해질을 주입한 후, 제3 공정 단계에서는 하우징 내부로 물이 침투하는 것을 방지하기 위하여 하우징(201)이 밀폐식으로 밀봉된다. 도 2c에 도시되어 있는 바와 같이, 이와 같은 공정은 제1 폐쇄 수단(207a)으로써 개구를 밀폐식으로 폐쇄함으로써 이루어진다. 제1 폐쇄 수단(207a)은 디스크 또는 플레이트로서 설계될 수 있고, 개구 섹션(208)의 개구 횡단면에 (실질적으로 알맞게) 상응하는 형상을 가질 수 있다. 개구의 밀폐식 폐쇄 공정은, 제1 폐쇄 수단(207a)이 개구 섹션(208) 내로 삽입되어, 제1 폐쇄 수단(207a)의 외측 에지를 (실질적으로) 접촉하면서 둘러싸는 하우징 벽의 부분과 용접 또는 납땜에 의해 밀폐식으로 연결됨으로써 이루어진다. 이와 같은 방식으로 구현된 밀폐식으로 밀봉된 개구(205')는 물이 하우징 내부로 침투하는 것을 방지한다. 제1 폐쇄 수단(207a)은, 관통 공구가 관통될 수 있도록 그리고 이로 인해 하우징 내부로의 접근로가 재차 생성될 수 있도록 설계되어 있다. 바람직한 방식으로, 제1 폐쇄 수단(207a)은 알루미늄으로 이루어지고, 평평하며, 0.2㎜ 내지 0.4㎜의 범위 안에 놓여 있는 두께(d1)를 갖는다.
도 2d는, 도 2a 내지 도 2c와 관련하여 설명된 방법에 따라 제조될 수 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리(240)를 보여준다. 전기화학 기반의 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리(240)는: 하드 케이스로서 설계되어 밀폐식으로 밀봉된 하우징(241), 및 이 하우징(241) 내에 포함되어 있고 이 하우징(241) 상부에 배열된 서로 다른 극성의 2개의 연결 단자(202 및 203)와 연결되어 있고 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 또는 복수의 전기화학적 전지를 구비한다. 또한, 하우징의 벽(204) 내에는 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(210)이 제공되어 있으며, 이 지점은 하우징 내부로의 접근로를 생성하도록 그리고 이전에 생성된 하우징 내부로의 접근로를 재차 밀폐식으로 폐쇄하도록 설계되어 있다. 더욱이, 개방된 상태에서 하우징 내부로의 접근로는, 하나 또는 복수의 전기화학적 전지를 환기시키도록 그리고/또는 하나 또는 복수의 전기화학적 전지를 추가 전해질로 채우도록 설계되어 있다.
제1 실시예에 따르면, 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(210)은, 하우징(241)의 벽(204) 내에서 제1 폐쇄 수단(207a)에 의해 밀폐식으로 밀봉된 개구(205')로 형성되어 있으며, 그리고 또한 상기 제1 폐쇄 수단(207a)의 관통에 의해서 하우징 내부로의 접근로를 생성하도록 설계/구성되어 있다. 지점(210)의 종단면도는 도 2c에 개략적으로 도시되어 있다.
특히, 제1 폐쇄 수단(207a)은, 관통 공구의 팁으로써 상기 폐쇄 수단이 관통될 수 있도록 구성되어 있으며; 이 경우 관통 공구의 팁은, 제1 폐쇄 수단(207a)이 관통될 때에 하우징 내부에 도달하여 하우징 내에 있는 전기화학적 전지를 원치 않는 방식으로 단락시킬 수 있는 입자가 생성되지 않도록 설계되어 있다. 도 2c에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 폐쇄 수단(207a)은 두께(d1)를 갖는 디스크 또는 플레이트로서 설계될 수 있다. 바람직한 방식으로, 제1 폐쇄 수단(207a)은 알루미늄으로 이루어지고, 평평하며, 0.2㎜ 내지 0.4㎜의 범위 안에 놓여 있는 두께(d1)를 갖는다.
도 2c에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 폐쇄 수단(207a)으로 밀폐식으로 밀봉된 개구(205')의 개구 횡단면은 하우징 내부로부터 외부로 가면서 단계적으로 확장되며, 그리고 개구(205')를 제한하는 하우징 벽의 부분은 층계 형상으로 형성되어 있다. 또한, 개구(205')는 상이한 크기의 개구 횡단면을 갖는 2개의 개구 섹션을 구비하며, 그리고 폐쇄 수단(207a)은 개구(205')의 하우징 외측 단부에 대하여 함몰된 상태로 중간 개구 섹션(208) 내에 배열되어 있다. 또한, 폐쇄 수단(207a)의 (외부) 에지의 형상은 개구 섹션(208)의 형상에 알맞게 상응한다. 개구(205')는 상이한 크기의 개구 횡단면을 갖는 2개 이상의 개구 섹션을 구비할 수 있다. 또한, 개구 섹션이 외부로 가면서 연속으로 확장되고, 개구를 둘러싸는 하우징 벽의 부분이 원추형으로 형성되어 있는 것도 가능하다. 개구 횡단면의 형상은 원형, 타원형, 직사각형 또는 다각형일 수 있다.
도 2e 및 도 2f는, 제1 실시예에 따른 배터리를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 보여준다. 이 방법은, 배터리의 수명을 연장하기 위하여 그러나 특히 배터리의 가속화된 노화를 방지하거나 적어도 약화시키기 위하여 제1 실시예에 따른 배터리에 적용된다. 배터리의 가속화된 노화는 배터리의 하우징 내부에서 특정 가스 압력에 도달한 경우에 시작될 수 있다. 또한, 배터리의 노화는 재활용 가능한 리튬의 소비에 의해서도 가속화될 수 있다.
제1 실시예에 따른 배터리(240)를 작동시키기 위한 방법의 제1 단계에서는, 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 목적으로 하우징(241) 상에 구성된 위치(210)에서 하우징(241)의 개방이 이루어진다. 도 2e는, 하우징(241)이 개방되는 동안의 이 지점(210)의 종단면도를 개략적으로 보여준다. 또한, 본 도면은, 관통 공구(214)를 이용한 제1 폐쇄 수단(207a)의 관통에 의해서 하우징(241)의 개방이 이루어지는 것을 지시한다. 이때 사용되는 관통 공구(214)가 매끄러운 표면을 갖는 팁을 구비함으로써, 결과적으로 한편으로는 이 관통 공구가 제1 폐쇄 수단(207a)을 더욱 쉽게 관통할 수 있게 되고, 다른 한편으로는 관통 중에 하우징 내부에 도달하여 하우징 내에 있는 전기화학적 전지를 원치 않는 방식으로 단락시키는 입자가 생성되지 않게 된다.
관통 공구(214)는 관 또는 관형 바늘로서 형성될 수 있다. 이 경우, 도 2e에 도시되어 있는 바와 같이, 하우징 내부의 외부에 있는 관 또는 관형 바늘(214)의 단부는 하우징 내부로의 접근로로서 간주될 수 있다. 이와 같은 이유로, 폐쇄 수단(207a')의 관통에 의해 생성되는 하우징 내부(212)로의 접근로는 관(214)의 상단부에 있는 양방향 화살표에 의해서 표시된다.
하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(210)은 하우징(241) 내에 있는 전기화학적 전지에 대하여, 폐쇄 수단(207a)의 관통에 의해서 생성되는 접근로(212)에 의해 전기화학적 전지가 한편으로는 환기될 수 있고 다른 한편으로는 추가 전해질로 채워질 수 있도록 배열 또는 구성되어 있다.
하우징(212) 내부로의 접근로가 생성되면 자동으로 전지가 환기되고, 전지를 추가 전해질로 채우는 공정은 또 다른 일 단계에서 하우징(241)이 개방될 때에 생성되는 접근로(212)를 통해 추가 전해질을 주입함으로써 이루어질 수 있다.
제1 실시예에 따른 배터리(240)를 작동시키기 위한 방법의 제2 단계에서는, 하우징(241)의 개방에 의해서 생성되는 접근로(212)의 밀폐식 재폐쇄가 이루어진다. 도 2f는, 상기 밀폐식으로 재폐쇄된 배터리 내부로의 접근로의 종단면도를 개략적으로 보여준다. 또한, 본 도면은, 접근로의 밀폐식 재폐쇄가 개구(205) 내에 제2 폐쇄 수단(216)을 설치함으로써 그리고 이 경우에는 관통된 제1 폐쇄 수단(207a') 위에서 이루어진다는 것도 지시한다. 제2 폐쇄 수단(216)의 외부 에지는 개구(205)의 하우징 외측 단부에 있는 개구 섹션(209)의 형상에 실질적으로 상응하는 형상을 가질 수 있다.
이와 같은 방식으로서 형성된 제2 폐쇄 수단(216)은, 도 2f에 도시되어 있는 바와 같이 개구 섹션(209) 내로 삽입될 수 있고, 이 폐쇄 수단을 둘러싸는 하우징 벽(204)과 밀폐식으로 연결될 수 있다. 하우징 벽(204)과 제2 폐쇄 수단(216)의 연결은 용접 또는 납땜에 의해서 이루어질 수 있다.
접근로를 밀폐식으로 재폐쇄함으로써, 개구(205'){및 이와 더불어 하우징(241)}는 재차 밀폐식으로 밀봉되고, 하우징 내부로의 물 침투가 방지된다.
제2 폐쇄 수단(216)은 {제1 폐쇄 수단(207a)과 유사하게} 관통 공구의 팁으로써 관통될 수 있도록 구성될 수 있으며; 이 경우 관통 공구의 팁은, 제2 폐쇄 수단(216)의 관통 중에 하우징 내부에 도달하여 하우징 내에 있는 전기화학적 전지를 원치 않는 방식으로 단락시킬 수 있는 입자가 생성되지 않도록 설계되어 있다. 바람직한 방식으로, 제2 폐쇄 수단(216)은 제1 폐쇄 수단과 동일하게 구성되어 있다. 이 경우, 제1 실시예에 따른 배터리를 작동시키기 위한 방법은 하나의 동일한 배터리에 대하여 2회 적용될 수도 있으며, 그리고 동일한 배터리의 수명을 더욱 더 연장시킬 수 있다.
제2 폐쇄 수단(216)은, 또한 {폐쇄 수단(113)과 유사하게} 관통 공구에 의해 관통될 수 없거나 다만 관통 공구에 의해서만 관통될 수 있도록, 그리고 제2 폐쇄 수단(216)이 관통할 때에 하우징 내부에 도달할 수 있는 입자가 생성되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 제1 실시예에 따른 배터리를 작동시키기 위한 방법은 이 배터리에 대하여 2회 적용될 수 없다.
제1 폐쇄 수단의 또 다른 변형예들이 도 2g 내지 도 2j에 도시되어 있다. 이들 각각의 제1 폐쇄 수단은, 본 발명에 따른 배터리를 제조하기 위한 방법에서, 개구(205)를 밀폐식으로 밀봉할 때에 제1 폐쇄 수단(207a) 대신에 사용/삽입될 수 있다.
또한, 개구(205)가 도 2g 내지 도 2j에 도시된 제1 폐쇄 수단들 중 하나에 의해 밀폐식으로 밀봉된 배터리도 본 발명에 따른 방법에 따라 작동될 수 있다.
도 2g는, 제1 폐쇄 수단(207b)의 높이 방향에서 일 단면을 개략적으로 보여준다. 이 제1 폐쇄 수단은 제1 폐쇄 수단(207a)과 같이 디스크 형상으로 또는 플레이트 형상으로 형성될 수 있고, 개구 섹션(208)의 개구 횡단면에 (실질적으로 알맞게) 상응하는 형상을 가질 수 있다. 하지만, 폐쇄 수단(207b)의 하나 이상의 표면 측은, 자체 에지의 각각 지점으로부터 최소 거리(L)에 위치하는 오목부(2151)를 구비한다. 이 오목부는 더 두껍게 구현된 에지 영역(217)에 의해 사방으로 둘러싸여 있다. 바람직한 방식으로, 폐쇄 수단(207b)의 2개의 표면 측은 각각 서로 대향하고 더 두껍게 구현된 에지 영역(217)에 의해 사방으로 둘러싸여 있는 오목부를 구비한다. 오목부(2151) 또는 2개의 대향하는 오목부(2151 및 2152)에 의해서는, 폐쇄 수단(207b)의 내부 영역이 적어도 국부적으로 에지 영역(217)의 두께(d3)보다 작은 두께(d2)를 갖는다.
바람직한 방식으로, 제1 폐쇄 수단(207b)은 알루미늄으로 이루어지고, 알루미늄으로 이루어진 폐쇄 수단(207b)에 대한 두께(d2)는 0.05㎜ 내지 0.3㎜의 범위 안에 놓여 있으며, 알루미늄으로 이루어진 폐쇄 수단에 대한 두께(d3)는 0.2㎜ 내지 0.8㎜의 범위 안에 놓여 있다.
도 2h는, 제1 폐쇄 수단(207c)의 높이 방향에서 일 단면을 개략적으로 보여준다. 이 제1 폐쇄 수단은, 오목부가 폴리머층(211)으로 덮여 있거나 폴리머로 코팅되어 있다는 점에서 폐쇄 수단(207b)과 구별된다. 폴리머는 예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌일 수 있다.
도 2i는, 제1 폐쇄 수단(207b)을 사용하여 배터리 하우징(201)을 폐쇄하는 공정을 개략적으로 보여준다. 이 경우에는, 제1 폐쇄 수단(207b)이 개구 섹션(208) 내로 삽입되고, 제1 폐쇄 수단(207b)의 외측 에지를 (실질적으로) 접촉하면서 둘러싸는 하우징 벽의 부분은 용접 또는 납땜에 의해 에지 영역(217)과 밀폐식으로 연결된다. 바람직한 방식으로, 에지 영역(217)의 최소 거리(L) 및 이로써 폭은, 에지 영역(217)과 하우징 벽 간의 접촉 표면이 최대가 되도록 선택된다. 에지 영역(217)의 더 두꺼운 디자인 및/또는 에지 영역과 하우징 벽 간의 큰 접촉 표면에 의해서는, 더 얇게 구현된 내부 영역이 용접 또는 납땜 동안 이루어지는 열 도입에 의해 손상되는 상황이 회피될 수 있다. 다른 한편으로, 폐쇄 수단(207b)이 더 얇게 구현된 경우에는, 상기 폐쇄 수단(207b)의 내부 영역의 관통이 더욱 쉽게 이루어질 수 있다.
제1 폐쇄 수단(207c)을 사용한 배터리 하우징(201)의 폐쇄는, 제1 폐쇄 수단(207b)을 사용하여 배터리 하우징을 폐쇄하는 것과 동일한 방식으로 이루어지지만, 제1 폐쇄 수단(207c)을 사용하는 경우에는, 오목부가 폴리머 층(211)에 의해 하우징 내부를 향하도록, 제1 폐쇄 수단(207c)이 개구 섹션(208) 내로 삽입된다. 폴리머층(211)과 하우징 벽이 접촉하지 않는 경우가 바람직하다. 폴리머 층(211)은, 폐쇄 수단(207c)이 관통될 때에 생성될 수 있는 입자가 하우징 내부에 도달하여 전기화학적 전지 내에서 단락을 유발하는 상황을 방지할 수 있다.
도 2j는, 제1 폐쇄 수단(207d)을 사용하여 배터리 하우징(201)을 폐쇄하는 공정을 개략적으로 보여준다. 이 제1 폐쇄 수단(207d)은 폐쇄 수단(207a)과 같이 평평한 디스크 또는 플레이트로서 형성되어 있지만, 하우징 내부를 향하는 표면 측에 예를 들어 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 함유할 수 있는 폴리머 코팅(213)을 구비한다. 제1 폐쇄 수단(207d)을 사용하여 배터리 하우징(201)을 폐쇄하는 공정은 제1 폐쇄 수단(207a)을 사용하여 배터리 하우징을 폐쇄하는 것과 동일하게 이루어지지만, 제1 폐쇄 수단(207d)을 사용하는 경우에는, 표면 측이 폴리머 층(213)에 의해 하우징 내부를 향하도록, 이 제1 폐쇄 수단(207d)이 개구 섹션(208) 내로 삽입된다. 폴리머층(213)과 하우징 벽이 접촉하지 않는 경우가 바람직하다. 폴리머 층(213)은, 폐쇄 수단(207d)이 관통될 때에 생성될 수 있는 입자가 하우징 내부에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
도 3a는, 본 발명의 제2 실시예에 따른, 전기화학적 기반의 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리(300)를 보여준다. 배터리(300)는: 하드 케이스로서 설계되어 밀폐식으로 밀봉된 하우징(301), 및 이 하우징(301) 내에 포함되어 있고 이 하우징(301) 상부에 배열된 서로 다른 극성의 2개의 연결 단자(302 및 303)와 연결되어 있고 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 또는 복수의 전기화학적 전지를 구비한다. 또한, 하우징의 벽(304) 내에는 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(310)이 제공되어 있으며, 이 지점은 하우징 내부로의 접근로를 생성하도록 그리고 이전에 생성된 하우징 내부로의 접근로를 재차 밀폐식으로 폐쇄하도록 설계되어 있다. 더욱이, 개방된 상태에서 하우징 내부로의 접근로(308)는, 하나 또는 복수의 전기화학적 전지를 환기시키도록 그리고/또는 하나 또는 복수의 전기화학적 전지를 추가 전해질로 채우도록 설계되어 있다.
제2 실시예에 따르면, 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(310)은 나사 폐쇄부(305)로서 설계되어 있으며, 그리고 이 나사 폐쇄부는, 나사 캡(306)을 개방 방향으로 돌림으로써 하우징 내부로의 접근로(308)를 생성하도록 그리고 나사 캡(306)을 폐쇄 방향으로 돌림으로써 이전에 생성된 하우징 내부로의 접근로(308)를 재차 폐쇄하도록 설계되어 있다. 이 지점(210)은 또한 도 3b 및 도 3c에 개략적으로 도시되어 있다.
도 3b 및 도 3c는, 제2 실시예에 따른 배터리를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 보여준다. 이 방법은, 배터리의 수명을 연장하기 위하여, 그러나 특히 배터리의 가속화된 노화를 방지하거나 적어도 약화시키기 위하여, 제2 실시예에 따른 배터리에 적용된다.
제2 실시예에 따른 배터리(300)를 작동시키기 위한 방법의 제1 단계에서는, 나사 폐쇄부(305)를 개방함으로써 하우징(301)의 개방이 이루어진다. 도 3b는 이 단계를 개략적으로 지시한다.
하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(310)은, 나사 폐쇄부(305)의 개방에 의해서 전기화학적 전지가 한편으로는 환기될 수 있고 다른 한편으로는 추가 전해질로 채워질 수 있도록, 하우징(301) 내에 있는 전기화학적 전지에 대하여 배열되어 있거나 구성되어 있다.
나사 폐쇄부(305)의 개방에 의해서는 자동으로 전지가 환기되고, 전지를 추가 전해질로 채우는 공정은 또 다른 일 단계에서 기존에 생성된 하우징 내부로의 접근로(308)를 통해 추가 전해질을 주입함으로써 이루어질 수 있다.
제2 실시예에 따른 배터리(300)를 작동시키기 위한 방법의 제2 단계에서는, 하우징 내부로의 접근로(308)의 밀폐식 재폐쇄 공정이 나사 폐쇄부(305)의 폐쇄에 의해서 이루어진다. 도 3b는 이 단계를 개략적으로 지시한다. 나사 폐쇄부(305)의 폐쇄에 의해서는, 하우징(301)이 재차 밀폐식으로 밀봉되고, 하우징 내부로의 물 침투가 방지된다.
본 발명에 따른 두 가지 방법에서, 충전된 추가 전해질은 전지 내에 포함된 전해질과 동일한 유형일 수 있으며; 수명을 연장하는 방식으로 전지에 작용하는 그리고/또는 전지 전극과 전해질의 부반응을 억제 또는 감소시키는 하나 또는 복수의 첨가제를 함유하며; 리튬 함유 분자, 특히 추가 전해질의 주입 공정에 후속하는 전지의 일 충전 사이클에서 추가의 전기화학적 활성 리튬을 제공하는 리튬 함유 염을 함유한다.
하나 이상의 예시적인 실시예가 위에서 설명되었지만, 이들 실시예에 대한 다수의 변형예가 존재한다는 것에 주목해야만 한다. 이때에 또한 주목해야 할 사실은, 설명된 예시적인 실시예는 다만 비제한적인 예에 불과하며, 여기에 설명된 장치 및 방법의 범위, 적용 가능성 또는 구성을 제한하려는 의도를 갖지 않는다는 것이다. 오히려, 전술된 명세서는 하나 이상의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 지침을 당업자에게 제공하게 될 것이고, 이 경우 계류 중인 청구범위 내에서 각각 확정된 대상으로부터 그리고 이 대상의 법적 등가물로부터 벗어나지 않는 한, 예시적인 일 실시예에서 설명된 요소의 동작 및 배열 상태와 관련하여 다양한 변경이 실행될 수 있다는 것은 자명하다.
100: 폐쇄되지 않은 배터리
101: 배터리 하우징
102, 103: 서로 다른 극성의 전극
104: 하우징의 벽
105, 105': 밀봉되지 않았거나 밀봉된 개구
106: 개구의 경계부/주변부
113: 폐쇄 수단
200: 폐쇄되지 않은 배터리
201: 배터리 하우징
202, 203: 서로 다른 극성의 전극
204: 하우징의 벽
205, 205': 밀봉되지 않았거나 밀봉된 개구
206: 개구의 경계부/주변부
207a 내지 207d: 제1 폐쇄 수단의 변형예
207': 관통된 제1 폐쇄 수단
208: 개구의 제1 개구 섹션
209: 개구의 제2 개구 섹션
210: 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점
211: 폴리머 코팅
212: 하우징 내부로의 접근로
213: 폴리머 코팅
214: 관통 공구
2151, 2152: 제1 폐쇄 수단의 내부 영역에 있는 오목부
216: 제2 폐쇄 수단
217: 제1 폐쇄 수단의 에지 영역
240: 밀폐식으로 폐쇄된 배터리
241: 배터리 하우징
300: 폐쇄된 배터리
301: 배터리 케이스
302, 303: 서로 다른 극성의 전극
304: 하우징의 벽
305: 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(나사 폐쇄부)
306: 나사 캡
307: 개구 칼라
308: 하우징 내부로의 접근로

Claims (16)

  1. 전기화학 기반의 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리로서,
    하드 케이스로서 설계되어 밀폐식으로 밀봉된 하우징(241, 301), 및
    상기 하우징(241, 301) 내에 포함되어 있고 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 이상의 전기화학적 전지
    를 포함하되,
    상기 하우징의 벽(204, 304) 내에는 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(210, 305)이 제공되어 있고,
    상기 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점은, 하우징 내부로의 접근로(212, 308)를 생성하도록 그리고 이전에 생성된 하우징 내부로의 접근로를 재차 밀폐식으로 폐쇄하도록 설계되어 있으며; 그리고
    개방된 상태에서 하우징 내부로의 접근로(212, 308)는, 전기화학적 전지를 환기시키도록 설계되어 있는, 전기화학 기반의 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리.
  2. 제1항에 있어서, 개방된 상태에서 상기 하우징 내부로의 접근로(212, 308)는 또한 전기화학적 전지를 추가 전해질로 채우도록 설계되어 있는, 배터리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(210)은, 하우징(201)의 벽(204) 내에서 제1 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)에 의해 밀폐식으로 밀봉된 개구(205')로 형성되어 있고, 그리고 또한 상기 제1 폐쇄 수단의 관통에 의해서 하우징 내부로의 접근로를 생성하도록 설계되어 있는, 배터리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)으로 밀폐식으로 밀봉된 개구(205')의 개구 횡단면은 하우징 내부로부터 외부로 가면서 연속으로 또는 단계적으로 확장되고,
    상기 개구(205')는 상이한 크기의 개구 횡단면을 갖는 2개 이상의 개구 섹션(208, 209)을 구비하며, 그리고
    상기 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)은 개구(205, 205')의 하우징 외측 단부에 대하여 함몰된 형태로 배열되어 있는, 배터리.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 하우징(201)의 벽(204) 내에 형성된 개구(205, 205')의 경계부(206)는 층계형 또는 원추형인, 배터리.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)은 개구(205, 205')의 일 개구 섹션(208) 내에 배열되어 있고, 상기 개구 섹션의 형상은 폐쇄 수단의 외부 에지의 형상에 실질적으로 알맞게 상응하며, 그리고
    상기 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)의 외부 에지는 상기 외부 에지를 둘러싸는 하우징의 벽과 밀폐식으로 연결되어 있는, 배터리.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐쇄 수단은,
    - 평평한 디스크 또는 플레이트(207a)로서 형성되는 것;
    - 평평한 디스크 또는 플레이트(207d)로서 형성되거나, 하우징 내부를 향하고 있는 이들의 표면 측은 폴리머 층(213)으로 코팅되어 있는 것;
    - 디스크 또는 플레이트(207b)로서 형성되거나, 이들은 적어도 폐쇄 수단의 일 표면 측에서 내부 영역에 오목부(2151)를 구비하는 것;
    - 디스크 또는 플레이트(207c)로서 형성되거나, 이들은 적어도 폐쇄 수단의 일 표면 측에서 내부 영역에 오목부를 구비하고, 하우징 내부를 향하고 있는 오목부는 폴리머 층(211)으로 코팅되어 있는 것
    중 하나인, 배터리.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점은 나사 폐쇄부(305)로서 설계되어 있고, 그리고 상기 나사 폐쇄부는, 나사 캡(306)을 개방 방향으로 돌림으로써 하우징 내부로의 접근로(308)를 생성하도록 그리고 나사 캡(306)을 폐쇄 방향으로 돌림으로써 이전에 생성된 하우징 내부로의 접근로(308)를 재차 폐쇄하도록 설계되어 있는, 배터리.
  9. 유기 전해질을 기반으로 하는 하나 이상의 전기화학적 전지가 포함되어 있는, 하드 케이스로서 형성되어 있고 밀폐식으로 밀봉된 하우징(201, 301)을 갖는 배터리(241, 301)를 작동시키기 위한 방법으로서,
    하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 목적으로 설계된 지점(210, 305)에서 하우징(201, 301)을 개방함으로써 하나 이상의 전지를 환기시키는 단계; 및
    하우징(201, 301)의 개방에 의해서 생성되는 하우징 내부로의 접근로(212, 308)를 밀폐식으로 재차 폐쇄하는 단계
    를 포함하는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서, 추가 전해질로 전지를 채우기 위하여, 하우징을 개방했을 때에 생성되는 하우징 내부로의 접근로(212, 308)를 통해 추가 전해질을 주입하는 단계를 더 포함하는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 하우징(201)의 개방은, 접근로를 미리 폐쇄하는 제1 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)의 관통에 의하여 이 목적을 위해 설계된 지점(210)에서 이루어지는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서, 개방 전에 하우징 내부로의 접근로를 생성하기 위한 지점(210)은 하우징(201)의 벽(204) 내에 밀폐식으로 밀봉된 개구(205')로서 설계되어 있고, 상기 개구의 개구 횡단면은 하우징 내부로부터 외부로 가면서 연속으로 또는 단계적으로 확장되며;
    상기 개구(205')는 제1 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)에 의해 개방되기 전에 밀폐식으로 밀봉되고;
    상기 제1 폐쇄 수단(207a, 207b, 207c, 207d)은 접근로의 하우징 외측 단부에 대해 함몰된 상태로 배열되어 있으며; 그리고
    상기 개구(205) 내에 그리고 이와 동시에 함몰된 상태로 배열된 제1 폐쇄 수단 위에 제2 폐쇄 수단(216)을 설치함으로써, 접근로(212)를 밀폐식으로 재차 폐쇄하는 공정이 이루어지는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 폐쇄 수단(216)은 이 제2 폐쇄 수단(216)의 외부 에지의 형상에 실질적으로 알맞게 상응하는 형상을 갖는 개구(205)의 개구 섹션(209) 내에 배열되고, 그리고
    상기 제2 폐쇄 수단(216)의 외부 에지는 이 에지를 둘러싸는 하우징(201)의 벽(204)과 밀폐식으로 연결되는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 공정은 관형 부분을 갖는 관통 공구(214)를 사용해서 이루어지고, 그리고
    추가 전해질의 주입 공정은 관통 공구(214)의 관형 부분을 사용해서 이루어지는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 하우징 내부로의 접근로(308)를 생성하기 위한 지점은 나사 폐쇄부(305)로서 형성되어 있고,
    상기 하우징의 개방은 나사 폐쇄부(305)를 개방함으로써 이루어지고, 상기 하우징의 밀폐식 폐쇄는 나사 폐쇄부(305)를 폐쇄함으로써 이루어지는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 추가 전해질은 전지 내에 포함된 전해질과 동일한 유형이고;
    - 상기 추가 전해질은 수명을 연장하는 방식으로 전지에 작용하는 그리고/또는 전지 전극과 전해질의 부반응을 억제 또는 감소시키는 하나 또는 복수의 첨가제를 함유하며;
    상기 추가 전해질은 리튬 함유 분자, 특히 추가 전해질의 주입 공정에 후속하는 전지의 일 사이클에서 추가의 전기화학적 활성 리튬을 제공하는 리튬 함유 염을 함유하는, 배터리를 작동시키기 위한 방법.
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