KR20230047417A - 배터리 용접 판 - Google Patents

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KR20230047417A
KR20230047417A KR1020237006917A KR20237006917A KR20230047417A KR 20230047417 A KR20230047417 A KR 20230047417A KR 1020237006917 A KR1020237006917 A KR 1020237006917A KR 20237006917 A KR20237006917 A KR 20237006917A KR 20230047417 A KR20230047417 A KR 20230047417A
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battery
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battery core
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단 겅
아디트야 수브라마니안
데니스 개스턴 파우텍스
진 웨이 리
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테크트로닉 코드리스 쥐피
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Abstract

배터리 코어와 배터리 단자 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어에 부착되기 위한 경감된 용접 판이 개시된다. 경감된 용접 판은 배터리 코어의 전극에 부착되도록 구성된 전도성 면을 포함한다. 경감된 용접 판은 전도성 면에 배치된 하나 이상의 통로를 더 포함한다. 하나 이상의 통로는 제1 물질이 배터리 코어로 유입되거나 또는 제2 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되는 것 중 적어도 하나를 용이하게 하도록 구성된다.

Description

배터리 용접 판
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 특허 출원 번호 16/739,823(발명의 명칭: "Batteries Providing High Power and High Energy Density", 출원일: 2020년 1월 10일, 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 관한 것이다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 예를 들어 배터리의 캐소드 및/또는 애노드와 관련하여 사용되는 용접 판에 관한 것이다.
다양한 형태의 배터리 사용이 거의 보편화되었다. 전동 공구(예를 들어, 드릴, 톱, 예초기, 송풍기, 샌더 등), 소형 가전 제품(예를 들어, 믹서, 블렌더, 커피 그라인더 등), 통신 디바이스(예를 들어, 스마트폰, PDA 등) 및 사무 기기(예를 들어, 컴퓨터, 태블릿, 프린터 등)와 같은 휴대형 또는 무선 디바이스가 점점 더 널리 사용됨에 따라, 다양한 화학물질과 구성의 배터리 기술을 사용하는 것이 일반화되었다.
일반적인 배터리 구성은 원통형 젤리롤(jellyroll) 배열이다. 이 배터리 구성에서, 이온 통과를 허용하는 멤브레인 또는 기타 매체와 같은 분리막이 캐소드와 애노드 사이에 개재되어 있다. 캐소드, 분리막 및 애노드는 캐소드, 분리막 및 애노드가 젤리롤의 동심 나선부와 유사하도록 원통형으로 롤링된다. 원통형으로 롤링된 캐소드, 분리막 및 애노드는 배터리 하우징 내에 길이 방향으로 배치되고, 일반적으로 전기 단자는 양쪽 단부에 배치되어 완성된 배터리 구조를 제공한다.
본 발명은 배터리 코어에 대해 물질(예를 들어, 전해질, 배터리에서 생성된 가스 등)이 유입되고/되거나 유출되는 것을 허용하도록 구성된 하나 이상의 통로(pathway)를 갖는 경감된 용접 판(relieved weld plate)을 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 배터리는 캐소드, 분리막 및 애노드가 배터리 하우징 내에 길이 방향으로 배치된 배터리 코어를 형성하는 젤리롤 구성을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예의 경감된 용접 판(예를 들어, 배터리의 캐소드 전극에 부착된 캐소드용 경감된 용접 판 및/또는 배터리의 애노드 전극에 부착된 애노드용 경감된 용접 판)의 하나 이상의 통로는 예를 들어 전해질이 배터리 코어로 초기 도입(및/또는 재도입)되는 것을 용이하게 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명의 실시예의 경감된 용접 판의 하나 이상의 통로는 배터리의 동작 또는 고장 시에 생성된 가스가 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예의 경감된 용접 판은 예를 들어 배터리의 전기 저항을 감소시키기 위해 대응하는 전극(예를 들어, 젤리롤 배터리의 캐소드 또는 애노드의 전극)의 넓은 표면적과 접촉하도록 구성된다. 배터리는 캐소드의 오프셋 부분이 젤리롤의 제1 길이 방향 단부로부터 바깥쪽으로 연장되고 애노드의 오프셋 부분이 젤리롤의 제2 길이 방향 단부로부터 바깥쪽으로 연장되도록 캐소드와 애노드가 서로 오프셋되어 있는 젤리롤 구성을 가질 수 있다. 캐소드의 오프셋 부분은 캐소드 전극으로 지칭될 수 있고, 애노드의 오프셋 부분은 애노드 전극으로 지칭될 수 있다. 또한, 캐소드, 애노드 및 분리막은 캐소드, 애노드 및 분리막이 맨드릴로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되는 동심 나선부를 형성하도록 맨드릴 둘레에 감길 수 있다. 본 발명의 개념에 따라 제공되는 경감된 용접 판은 경감된 용접 판과 이러한 젤리롤 구성의 각 전극 사이에 비교적 큰 접촉 인터페이스를 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 통로가 경감된 용접 판의 전도성 면 내 반경 방향 내측에 배치된 경감 영역으로서 형성된 통로 구성(본 명세서에서는 전체 통로(full pathway)라고 함)은, 예를 들어 전도성 면의 외부 에지(edge)(예를 들어, 젤리롤의 더 큰 동심 나선부에 대응하는 영역) 쪽으로 경감된 용접 판 전도성 면 물질의 양을 경감하거나 최소화하기 위해, 경감된 용접 판과 전극의 하나 이상의 내부 동심 나선부 사이에 상대적으로 큰 접촉 인터페이스를 제공하도록 구현될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 통로가 배터리 하우징과 경감된 용접 판의 전도성 면의 구역 사이의 간극 공간(interstitial space)을 한정하는 경감 영역으로 형성된 통로 구성(본 명세서에서는 간극 통로(interstitial pathway)라고 함)은, 예를 들어 배터리 코어의 대부분(예를 들어, 젤리롤의 동심 나선부의 크거나 최적화된 수에 대응하는 영역)을 가로지르는 반경 방향 연장 부재를 제공하기 위해, 경감된 용접 판과 전극의 동심 나선부 사이에 상대적으로 큰 접촉 인터페이스를 제공하도록 구현될 수 있다.
실시예에 따른 동작에서, 전해질과 같은 물질은 경감된 용접 판(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판 및/또는 애노드용 경감된 용접 판)의 전도성 면 내에 위치된 통로(예를 들어, 전체 통로 및/또는 간극 통로)를 통해 배터리에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 배터리가 치명적으로 고장 난 경우(예를 들어, 급속히 가스가 방출된 경우), 배터리 화학물질에서 생성된 가스가 경감된 용접 판의 통로를 통해 빠져나가 배터리가 폭발하는 것을 방지할 수 있다.
전도성 면이 하나 이상의 통로를 포함하는 경감된 용접 판의 토폴로지는, 예를 들어, 배터리의 전기 저항을 감소시키기 위해, 배터리 코어의 전극(예를 들어, 캐소드 전극 또는 애노드 전극)과 접촉하는 캐소드 용접 판의 전도성 구역의 표면적을 증가시키도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전도성 면이 하나 이상의 통로를 포함하는 경감된 용접 판의 토폴로지는, 물질(예를 들어, 전해질, 배터리에서 생성된 가스 등)이 유입되고/되거나 유출되는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 경감된 용접 판의 토폴로지는 물질(예를 들어, 전해질)이 배터리 하우징을 채우는 시간 기간을 줄이고 물질(예를 들어, 배터리 내에서 발생하는 전해질 화학 반응에 의해 생성된 가스)이 배터리 하우징 밖으로 빠르게 유출될 수 있을 만큼 충분한 면적을 갖는, 경감된 용접 판의 전도성 면 내에 위치된 통로를 포함할 수 있다. 실시예에서, 전체 통로를 포함하는 경감된 용접 판의 토폴로지(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판 구성)는 배터리의 전극과 접촉하는 전도성 면의 180 mm2 내지 193 mm2의 표면적과, 49 mm2 내지 62 mm2의 면적을 갖는 통로를 제공할 수 있다. 또 다른 예로서, 전체 통로를 포함하는 경감된 용접 판의 토폴로지(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판 구성)는 배터리의 전극과 접촉하는 전도성 면의 193 mm2 내지 205 mm2의 표면적과, 49 mm2 내지 62 mm2의 면적을 갖는 통로를 제공할 수 있다. 실시예에서, 간극 통로를 포함하는 경감된 용접 판의 토폴로지(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판 구성)는 배터리의 전극과 접촉하는 전도성 면의 111 mm2 내지 147 mm2의 표면적과, 97 mm2 내지 131 mm2의 면적을 갖는 통로를 제공할 수 있다. 또 다른 예로서, 간극 통로를 포함하는 경감된 용접 판의 토폴로지(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판 구성)는 배터리의 전극과 접촉하는 전도성 면의 124 mm2 내지 157 mm2의 표면적과, 97 mm2 내지 131 mm2의 면적을 갖는 통로를 제공할 수 있다.
따라서 실시예의 경감된 용접 판은 물질(예를 들어, 전해질)이 배터리 하우징으로 빠르게 유입되고/되거나 물질(예를 들어, 배터리 화학물질에 의해 생성된 가스)이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출될 수 있을 만큼 충분한 면적의 통로를 포함하면서 배터리의 대응하는 전극과 접촉하는 경감된 용접 판의 전도성 면의 표면적을 최적화하는 이점을 갖는 토폴로지를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리의 전기 저항은 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 물질이 유출되기에 충분한 면적을 제공하면서 경감된 용접 판의 전도성 구역과 전극 사이의 큰 접촉 면적으로 인해 감소될 수 있다. 또한, 실시예의 경감된 용접 판은 이 기술 분야에 알려진 금속 스탬핑 공정, 3차원 인쇄 방법, 레이저 소결 또는 다른 방법을 통해 쉽게 제조되는 토폴로지를 가질 수 있다. 더욱이, 일부 실시예의 경감된 용접 판의 토폴로지는 배터리의 대응하는 전극에 쉽게 용접될 수 있다.
전술한 내용은 이후 본 발명의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있기 위해 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 다소 광범위하게 설명하였다. 본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는 본 발명의 추가 특징 및 이점이 이하에서 설명된다. 당업자라면 개시된 개념 및 특정 실시예는 본 발명의 동일한 목적을 수행하도록 다른 구조를 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 당업자라면 이러한 등가 구성이 첨부된 청구범위에 제시된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 본 발명의 구성 및 동작 방법 모두에 대해 본 발명의 특징으로 여겨지는 새로운 특징은 추가 목적 및 이점과 함께 첨부된 도면과 관련하여 고려될 때 이하의 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 각 도면은 단지 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되며 본 발명의 한계를 한정하기 위해 의도된 것이 아닌 것으로 명시적으로 이해된다.
본 발명을 보다 완전히 이해하기 위해, 이제 첨부된 도면과 함께 취해진 이하의 설명을 참조한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 간극 통로를 갖고 배터리 내에 위치된 경감된 용접 판(즉, 캐소드용 경감된 용접 판 구성 및 애노드용 경감된 용접 판 구성)을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제3 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제4 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제5 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제6 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제7 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제8 특정 경감된 용접 판 토폴로지를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 개시된 토폴로지를 비교하는 파라미터를 갖는 표를 도시한다.
도 11은 경감된 용접 판을 전극의 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 부착하기 위한 방법에 대응하는 흐름도이다.
물질이 배터리 코어로 빠르게 유입되고/되거나 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출될 수 있을 만큼 충분히 넓은 면적의 하나 이상의 통로를 포함하도록 구성된 경감된 용접 판 토폴로지가 개시된다. 본 발명의 실시예의 경감된 용접 판은 예를 들어 본 명세서의 개념에 따라 물질이 배터리 코어 내로 또는 배터리 코어 밖으로 유입되고/되거나 유출되는 것을 용이하게 하도록 구성된 통로의 다양한 구성을 포함할 수 있다. 실시예의 경감된 용접 판 토폴로지는 배터리 코어의 전극에 대응하는 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)와 경감된 용접 판의 전도성 면 사이에 비교적 큰 접촉 표면적을 제공하도록 추가로 구성된다. 따라서, 개시된 경감된 용접 판 토폴로지는 배터리의 전기 저항을 감소시키면서 물질 유입 및/또는 유출과 관련된 배터리의 하나 이상의 측면(예를 들어, 전해질의 개선된 유입을 통한 개선된 제조 및/또는 수리 기술, 개선된 가스 유출을 통한 개선된 신뢰성 및/또는 안전성 등)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 하나 이상의 간극 통로 구성이 구현될 수 있고, 통로는 배터리 하우징과 경감된 용접 판의 전도성 면의 구역 사이의 간극 공간을 한정하는 경감 영역으로서 형성된다. 간극 통로를 포함하는 경감된 용접 판 토폴로지의 예는 도 2 내지 도 6을 참조하여 아래에서 보다 완전하게 설명된다. 도 4에 기술된 토폴로지와 같은 예시적인 토폴로지에서, 전극(예를 들어, 캐소드 전극)의 동심 나선부와 접촉하는 경감된 용접 판(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판)의 전도성 면의 표면적은 약 133 mm2 내지 약 161 mm2일 수 있다. 예시적인 토폴로지에서, 전극(예를 들어, 애노드 전극)의 동심 나선부와 접촉하는 경감된 용접 판(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판)의 전도성 면의 표면적은 약 141 mm2 내지 약 172 mm2일 수 있다. 전술한 예에서, 간극 통로의 누적 면적은 약 87 mm2 내지 약 107 mm2일 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 하나 이상의 전체 통로 구성이 구현될 수 있고, 통로는 경감된 용접 판의 전도성 면 내 반경 방향 내측에 배치된 경감 영역으로서 형성된다. 전체 통로를 포함하는 경감된 용접 판 토폴로지의 예는 도 7 내지 도 9를 참조하여 아래에서 보다 완전하게 설명된다. 도 8의 토폴로지와 같은 예시적인 토폴로지에서 전극(예를 들어, 캐소드 전극)에 대응하는 하나 이상의 동심 나선부와 접촉하는 경감된 용접 판(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판)의 전도성 면의 표면적은 대략 173 mm2 내지 211 mm2일 수 있고, 전극(예를 들어, 애노드 전극)과 접촉하는 경감된 용접 판(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판)의 전도성 면의 표면적은 약 185 mm2 및 약 225 mm2일 수 있다. 전술한 예에서, 전체 통로의 면적은 약 45 mm2 내지 약 55 mm2일 수 있다.
통로(예를 들어, 간극 통로, 전체 통로 등)는 여러 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 통로는 전극에 대응하는 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 경감된 용접 판의 전도성 면이 부착되는 것을 용이하게 하기 위해 배터리 코어의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)에 대한 접근을 제공할 수 있다. 자세히 설명하면 전극에 대응하는 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)는 전극의 하나 이상의 외부 동심 나선부(예를 들어, 외부 영역)에 더하여 하나 이상의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)가 경감된 용접 판의 전도성 면에 용접될 수 있도록 통로를 통해 레이저, 초음파 용접기 또는 기타 용접 디바이스에 노출될 수 있다. 따라서, 통로는 경감된 용접 판을 전극의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 부착하는 것을 더 간단하게 하고 덜 번거롭게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 통로는 배터리 제조 공정을 향상시킨다.
추가적으로, 전극의 하나 이상의 외부 동심 나선부에 더하여 내부 동심 나선부의 적어도 일부를 경감된 용접 판의 전도성 면에 부착함으로써, 전극의 더 큰 표면적이 경감된 용접 판에 전기적으로 접촉될 수 있기 때문에 경감된 용접 판의 전기 저항이 감소될 수 있다. 경감된 용접 판의 전기 저항이 감소됨으로써 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다. 따라서, 통로는 배터리의 전반적인 동작을 향상시킨다.
또한, 통로는 전해질과 같은 물질이 배터리 코어로 도입되거나 재도입되는 것을 용이하게 할 수 있다. 특히, 전해질은 점성 물질일 수 있고, 통로는 점성 전해질이 배터리 코어로 도입되는 것을 용이하게 할 수 있다. 오래된 배터리를 수리하는 경우, 통로는 점성 전해질을 배터리 코어로 재도입하여 (예를 들어, 재활용 공정을 보다 효율적으로 함으로써) 배터리 재활용 공정을 향상시킬 수 있다. 물질이 배터리 코어에 도입되거나 재도입되는 것을 용이하게 함으로써 통로는 배터리 제조 공정을 향상시킨다.
추가적으로, 통로는 배터리를 더 안전하게 만들 수 있다. 설명하자면, 통로는 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 배터리 동작 동안 전해질 화학 반응을 통해 반응성 가스가 생성될 수 있다. 이러한 가스는 통로를 통해 빠져나갈 수 있어서 배터리 동작이 더 안전해진다.
통로(예를 들어, 간극 통로, 전체 통로 등)는 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 물질 조각은 도 2 내지 도 9의 토폴로지 중 하나에 대응하는 패턴으로 전도성 물질(예를 들어, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스강 등)의 시트로부터 기계적으로 스탬핑될 수 있다. 물질 조각은 경감된 용접 판의 전도성 면(즉, 전도성 물질)의 영역과 배터리 하우징 사이에 간극 공간을 한정하는 경감 영역을 형성하여 간극 통로를 형성하도록 배터리 내에 위치될 수 있다. 다른 예로서, 전체 통로는 전도성 물질의 면 내 반경 방향 내측에 배치된 통로를 형성하기 위해 전도성 물질 조각을 에칭함으로써(예를 들어, 레이저, 화학적 에칭 또는 통로 기계적 천공을 통해) 형성될 수 있다. 다른 예로서, 경감된 용접 판은 3차원 금속 인쇄 기술을 사용하여 인쇄될 수 있다. 통로는 인쇄되지 않은 영역(즉, 전도성 물질이 증착되지 않은 영역)에 대응할 수 있다.
도 1은 도 1에 도시된 좌표계의 관점에서 배터리(100)를 도시한다. 도 1의 예에서, 배터리(100)는 캐소드(116)와 애노드(136) 사이에 개재된 분리막(120)을 포함한다. 분리막(120), 캐소드(116) 및 애노드(136)는 배터리 코어를 형성하기 위해 젤리롤 구성으로 원통형으로 감길 수 있고, 배터리(100)를 형성하기 위해 배터리 하우징(114) 내에 길이 방향으로 배치될 수 있다. 도 1의 예에서, 분리막(120), 캐소드(116) 및 애노드(136)는 맨드릴(142) 주위에 원통형으로 감길 수 있고, 핀(140)은 맨드릴(142) 내에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 맨드릴(142)은 플라스틱과 같은 전기 절연 물질로 구성된 원통형 중공 외피(hollow sheath)일 수 있다. 아래에 보다 자세히 설명된 바와 같이, 핀(140)은 경감된 애노드 용접 판으로부터 경감된 캐소드 용접 판(102)까지 길이 방향으로 연장될 수 있고, 핀(140)의 일부는 배터리 캡(112)에 단자(예를 들어, 음의 단자)를 제공하기 위해 중공 구역(106)을 통해 길이 방향 바깥쪽으로 돌출할 수 있다. 도시된 실시예에서, 캐소드 전극(118)은 배터리 코어로부터 제1 길이 방향으로 연장되고, 애노드 전극(138)은 배터리 코어로부터 제2 길이 방향(즉, 제1 길이 방향과 반대 방향)으로 연장된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드 전극(118)과 애노드 전극(138)은 배터리(100)의 중심을 한정하는 맨드릴(142)로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되는 동심으로 감긴 나선형이다.
배터리(100)의 배터리 코어와 각 배터리 단자 사이에 전도성 인터페이스를 제공하기 위해 용접 판이 이용될 수 있다. 따라서, 도시된 실시예의 배터리(100)는 캐소드용 경감된 용접 판(102)과 애노드용 경감된 용접 판(122)을 포함하는 것으로 도시된다. 캐소드용 경감된 용접 판(102)은 캐소드 전극(118)과 인터페이스하도록 구성된 전도성 표면을 제공하고, (예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판(102)의 탭(110)을 통해) 배터리의 단자 캡(112)에 전기적 연결되도록 추가로 구성된다. 애노드용 경감된 용접 판(122)은 애노드 전극(138)과 인터페이스하도록 구성된 전도성 표면을 제공하고, (예를 들어, 용접용 오목부(weld detent)(130) 및 베이스 접촉부(134)를 통해) 배터리의 단자 베이스(132)에 전기적으로 연결되도록 추가로 구성된다. 도 1의 예시로부터 용접 판은 배터리 코어에 부착되면 물질(예를 들어, 전해질)이 배터리 코어로 유입되고 물질(예를 들어, 가스)이 배터리 코어 밖으로 유출되는 것과 관련하여 장애물이 될 수 있는 것으로 이해된다. 따라서, 도 1에 도시된 배터리(100)의 용접 판은 하나 이상의 통로를 한정하는 경감 영역을 갖는 경감된 용접 판으로 구성된다. 아래에서 보다 자세히 설명하는 바와 같이, 실시예의 경감된 용접 판의 통로는 물질이 유입되고/되거나 유출되는 것을 용이하게 하고 낮은 임피던스 배터리 구현을 용이하게 하도록 구성(예를 들어, 배향, 크기 조정, 배치, 형성 등)된다.
도 1의 예에서, 캐소드용 경감된 용접 판(102)은 제1 전도성 면(104)을 포함한다. 제1 전도성 면(104)은 알루미늄, 니켈 및/또는 스테인리스강과 같은 전도성 물질로 구성될 수 있다. 제1 전도성 면(104)은 캐소드 전극(118) 상에 부착되도록 구성된다. 예를 들어, 제1 전도성 면(104)은 알려진 용접 기술(예를 들어, 레이저 용접, 초음파 용접 등)을 사용하여 캐소드 전극(118)의 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역) 상에 부착될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 캐소드용 경감된 용접 판(102)은 제1 전도성 면(104)과 반대쪽에 제2 전도성 면을 포함한다. 제2 전도성 면의 적어도 일부는 전기 절연 중합체와 같은 유전체 물질로 코팅될 수 있다. 유전체 코팅은 단자 캡(112)과 같은 배터리(100)의 다른 구성요소로부터 제2 표면의 일부를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
도 2에 기술된 토폴로지에 따라 구성되었지만, 캐소드용 경감된 용접 판(102)은 도 2 내지 도 9에 설명된 토폴로지 중 임의의 토폴로지와 같은 다양한 토폴로지에 따라 구성될 수 있다. 따라서, 캐소드용 경감된 용접 판(102)은 캐소드용 경감된 용접 판의 토폴로지에 따라 간극 통로, 전체 통로 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 토폴로지에 관계없이, 통로(해칭을 사용하여 묘사됨)는 전해질과 같은 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되도록 구성될 수 있다.
추가적으로, 도 1의 예에서 캐소드용 경감된 용접 판(102)은 탭(110)을 포함한다. 탭(110)은 캐소드용 경감된 용접 판(102)의 물질로 형성될 수 있다. 탭(110)은 탭(110)의 일부가 단자 캡(112)과 전기적으로 접촉할 수 있도록 (도 1에 도시된 바와 같이) 제2 표면을 향해 구부러질 수 있다. 구현예에서, 탭(110)은 단자 캡(112)에 용접될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 도 1의 예에서, 캐소드용 경감된 용접 판(102)은 제1 전도성 면(104) 내에 위치된 중공 구역(106)을 포함한다. 중공 구역(106)은 배터리(100)의 베이스(132)로부터 수직으로 연장되는 핀(140)을 수용하도록 구성될 수 있다. 핀(130)은 배터리(100)의 베이스(132)를 단자 캡(112)에 전기적으로 접촉하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 단자 캡(112)은 캐소드용 경감된 용접 판(102)에 전기적으로 접촉되는 양의 단자를 포함할 수 있고, 단자 캡(112)은 핀(140)을 통해 애노드용 경감된 용접 판(122)에 전기적으로 접촉되는 음의 단자를 포함할 수 있다.
도 1의 예에서, 애노드용 경감된 용접 판(122)은 제3 전도성 면(124)을 포함한다. 제3 전도성 면(124)은 니켈, 니켈 도금 구리, 및/또는 이들 둘로 구성된 합금과 같은 전도성 물질로 구성될 수 있다. 제3 전도성 면(124)은 애노드 전극(138)의 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 부착되도록 구성된다. 예를 들어, 제3 전도성 면(124)은 알려진 용접 기술(예를 들어, 레이저 용접, 초음파 용접 등)을 사용하여 애노드 전극(138)의 하나 이상의 동심 나선부에 부착되도록 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 애노드용 경감된 용접 판(122)은 제3 전도성 면(124)과 반대쪽에 제4 전도성 면을 포함한다. 일 실시예에서, 제4 전도성 면의 적어도 일부는 유전체 중합체와 같은 유전체 물질로 코팅될 수 있다.
도 1의 예에 도시된 바와 같이, 애노드용 경감된 용접 판(122)은 접촉 구역(126)을 포함한다. 접촉 구역(126)은 용접용 오목부(130)와 만입 영역(128)을 포함한다. 용접용 오목부(130)는 베이스 접촉부(134)에 부착되도록 구성된다. 예를 들어, 용접용 오목부(130)는 알려진 용접 기술(예를 들어, 레이저 용접 등)을 사용하여 베이스 접촉부(134)에 용접될 수 있다. 만입된 영역(128)은 용접용 오목부(130)로부터 캐소드용 경감된 용접 판(102)의 중공 구역(106)을 통해 수직 상방으로 연장되는 핀(140)을 수용하도록 구성된다.
도 2에 기술된 토폴로지에 따라 구성된 것으로 도시되었지만, 애노드용 경감된 용접 판(122)은 도 2 내지 도 9에 기술된 토폴로지 중 임의의 토폴로지에 따라 구성될 수 있다. 따라서, 애노드용 경감된 용접 판(122)은 애노드용 경감된 용접 판(122)의 토폴로지에 따라 간극 통로 및/또는 전체 통로를 포함할 수 있다. 토폴로지에 관계없이, 통로(예를 들어, 간극 통로 또는 전체 통로)는 전해질과 같은 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서, 배터리의 캐소드용 경감된 용접 판은 제1 토폴로지(예를 들어, 도 2 내지 도 9의 토폴로지 중 하나)에 따라 구성될 수 있는 반면, 배터리의 애노드용 경감된 용접 판은 제1 토폴로지와 다른 제2 토폴로지(즉, 도 2 내지 도 9의 토폴로지 중 또 다른 토폴로지)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판은 (예를 들어, 간극 통로를 갖는) 도 2의 토폴로지에 따라 구성될 수 있는 반면, 애노드용 경감된 용접 판은 (예를 들어, 완전한 통로를 갖는) 도 8의 토폴로지에 따라 구성될 수 있다. 추가적으로, 간극 통로를 갖는 토폴로지는 또한 전체 통로를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2 내지 도 6의 토폴로지에 따라 구성된 경감된 용접 판의 전도성 면의 일부는 전체 통로를 포함하도록 경감될 수 있다. 예시를 위해 도 2를 참조하면, 제1 전도성 면(204)은 도 7의 전체 통로(제1 통로(722), 제2 통로(724) 등)와 유사한 전체 통로에 대응하는 경감 영역을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 6은 간극 통로가 형성된 경감된 용접 판(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판)의 토폴로지를 도시한다. 도 2 내지 도 6의 토폴로지는 각각 경감된 용접 판의 전도성 면의 면적과 간극 통로의 면적 간에 상이한 트레이드오프를 달성한다. 예를 들어, 일부 토폴로지에서 전도성 면의 표면적은 다른 토폴로지에서보다 더 크고 간극 통로의 누적 면적은 다른 토폴로지에서보다 작다. 실시예에서, 간극 비아를 구성하고 도 2 내지 도 6의 토폴로지 중 하나를 갖는 경감된 용접 판의 총 표면적의 백분율은 30% 내지 55%일 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 간극 통로는 전극의 하나 이상의 내부 동심 나선부에 경감된 용접 판의 전도성 면(예를 들어, 제1 전도성 면(104), 제2 전도성 면(124))이 부착되는 것을 용이하게 하기 위해 접근 가능한 전극(예를 들어, 캐소드 전극 및/또는 애노드 전극)의 하나 이상의 내부 동심 나선부를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 전극의 하나 이상의 외부 동심 나선부에 경감된 용접 판의 전도성 면을 부착하는 것에 더하여, 경감된 용접 판의 전도성 면은 또한 전극의 내부 동심 나선부 중 하나 이상에 부착될 수 있다. 따라서, 전도성 면의 상대적으로 큰 표면적은 전극과 전기적으로 접촉하여 경감된 용접 판의 전기 저항을 감소시킬 수 있다. 경감된 용접 판의 전기 저항을 감소시킴으로써 배터리의 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
도 2 내지 도 6에 기술된 토폴로지의 캐소드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판은 도 1의 탭(110)과 유사한 특징부와 기능을 갖는 탭을 포함할 수 있다. 또한, 도 2 내지 도 6에 기술된 경감된 용접 판의 캐소드용 경감된 용접 판 구성은 경감된 용접 판의 실질적으로 중심에 위치된 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 포함할 수 있다. (예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이) 배터리의 중심에 실질적으로 위치된 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(142))에 둘러싸인 핀(예를 들어, 도 1의 핀(140))은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장될 수 있고, 중공 구역을 통해 바깥쪽으로 돌출되어 배터리의 애노드(예를 들어, 애노드(136))를 배터리의 캡에 위치된 단자와 전기적으로 접촉하도록 할 수 있다.
도 2 내지 도 6에 기술된 토폴로지의 애노드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판은 접촉 구역(예를 들어, 도 1의 접촉 구역(126))을 포함할 수 있다. 접촉 구역은 도 1의 접촉 구역(126)과 실질적으로 동일한 특징부와 기능을 가질 수 있다. 접촉 구역은 핀이 배터리의 베이스로부터 캐소드용 경감된 용접 판의 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 통해 배터리의 단자 캡(예를 들어, 단자 캡(112))으로 길이 방향으로 연장될 수 있도록 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴), 핀(예를 들어, 도 1의 핀(140)) 및 캐소드용 경감된 용접 판의 중공 구역과 정렬하기 위해 경감된 용접 판의 실질적으로 중심에 위치될 수 있다.
실시예에서, 캐소드용 경감된 용접 판에 대응하는 경감된 용접 판의 두께(즉, 도 2 내지 도 6의 좌표축에 도시된 바와 같은 z 치수의 두께)는 0.25 mm 내지 1.5 mm일 수 있다. 실시예에서, 애노드용 경감된 용접 판에 대응하는 경감된 용접 판의 두께(즉, 도 2 내지 도 6의 좌표축에 도시된 바와 같은 z 치수의 두께)는 0.15 mm 내지 1 mm일 수 있다. 전술한 두께는 캐소드 전극 또는 애노드 전극에 경감된 용접 판이 각각 부착되는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 경감된 용접 판의 두께가 전술한 두께보다 얇으면 용접 장치에서 생성된 에너지가 경감된 용접 판의 일부를 기화시킬 수 있기 때문에 용접 작업이 너무 어려울 수 있다. 반대로, 경감된 용접 판의 두께가 전술한 두께보다 두꺼우면 경감된 용접 판을 전극에 부착하는 데 과도한 에너지가 필요하여 용접 작업이 비효율적일 수 있다.
도 2 내지 도 6에 제공된 임의의 치수는 예시적인 것이다. 다른 치수(즉, 도 2 내지 도 6에 제시된 것과 다른 치수)를 갖는 도 2 내지 도 6에 도시된 경감된 용접 판이 본 발명의 실시예에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 18 mm의 거리를 갖는 것으로 경감된 용접 판(302)의 치수를 도시하지만, 치수는 18 mm보다 작거나 큰 길이를 가질 수 있다.
도 2는 도 2의 좌표계의 관점에서 도시된 제1 토폴로지(200)에 따라 구성된 경감된 용접 판(202)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(202)은 도 2에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제1 토폴로지(200)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 2에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
도 2의 예에서, 경감된 용접 판(202)은 제1 전도성 면(204)을 포함한다. 제1 전도성 면(204)은 전극(218)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(202) 측에 배치된다. 전극(218)은 배터리 하우징(214) 내에 길이 방향으로 위치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(218)의 동심 나선부(예를 들어, 영역)는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(202)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다.
추가적으로 경감된 용접 판(202)은 제1 통로(226), 제2 통로(228) 및 제3 통로(230)를 포함한다. 제1 통로(226), 제2 통로(228) 및 제3 통로(230)는 경감된 용접 판(202)의 경감된 에지(예를 들어, 제1 에지(232), 제3 에지(236) 및 제5 에지(240))와 배터리 하우징(214)의 표면 사이의 개방 영역을 한정하는 간극 통로이다. 간극 통로(예를 들어, 제1 통로(226), 제2 통로(228) 및 제3 통로(230))는 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 유출되도록 구성된다.
경감된 용접 판(202)의 경감된 영역은 제1 에지(232), 제3 에지(236) 및 제5 에지(240)를 형성한다. 추가적으로, 경감된 용접 판(202)은 전도성 면(204)과 배터리 하우징(214)의 표면 사이의 경계를 형성하는 제2 에지(234), 제4 에지(238) 및 제6 에지(242)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서, 제2 에지(234), 제4 에지(238) 및 제6 에지(242)는 용접 작업에 의해 전극(218)의 하나 이상의 나선부의 표면에 부착될 수 있다.
캐소드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(202)은 탭(210)을 포함할 수 있다. 탭(210)은, 경감된 용접 판(202)의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 배터리의 단자 캡(예를 들어, 단자 캡(112))에 (예를 들어, 용접에 의해) 부착되도록 구성된 금속 스트립일 수 있다. 또한, 경감된 용접 판(202)의 캐소드용 경감된 용접 판 구성은 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 포함할 수 있다. 애노드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(202)(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판)은 접촉 구역(예를 들어, 도 1의 접촉 구역(126))(도 2에는 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접촉 구역은 도 1의 접촉 구역(126)과 실질적으로 동일한 특징부와 기능을 가질 수 있다.
제1 전도성 면(204)은 전극(218)의 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 부착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 면(204)은 알려진 용접 기술(예를 들어, 레이저 용접, 초음파 용접)에 의해 전극(218)의 하나 이상의 동심 나선부에 용접될 수 있다. 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(226), 제2 간극 통로(228) 및 제3 간극 통로(230))는 하나 이상의 외부 나선부(예를 들어, 외부 영역)에 더하여 내부 나선부도 또한 제1 전도성 면(204)에 부착될 수 있도록 전극(218)의 동심 나선부의 내부 나선부(예를 들어, 내부 영역)에 대한 접근을 제공하도록 구성된다. 자세히 설명하면 예로서, 전극(218)의 내부 동심 나선부는 제1 전도성 면(204)에 이 내부 동심 나선부를 용접하기 위한 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(226), 제2 간극 통로(228), 제3 간극 통로(230))를 통해 레이저 광에 의해 조명될 수 있다. 전극(218)의 (외부 동심 나선부에 더하여) 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(204)에 용접될 수 있게 함으로써, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(226), 제2 간극 통로(228) 및 제3 간극 통로(230))가 없을 때보다 전도성 면(204)의 더 큰 표면적이 전극(218)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 전극(218)의 동심 나선부에 1 전도성 면(204)의 더 큰 표면적이 전기적으로 접촉함으로써 경감된 용접 판(202)의 전기 저항이 감소될 수 있다. 경감된 용접 판(202)의 전기 저항이 감소됨으로써 배터리의 총 전기 저항이 감소될 수 있다.
경감된 용접 판(202)의 전기 저항을 감소시키는 것에 더하여, 도 2의 간극 통로는 물질이 빠르게 유입되고, 예를 들어, 전해질이 배터리 코어로 도입되거나 재도입되고 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출되기 위한 넓은 영역을 제공한다. 예를 들어, 점성 전해질은 도 2의 간극 통로를 통해 배터리 코어에 부어질 수 있다. 간극 통로가 없거나 간극 통로의 면적이 더 작은 경우 점성 전해질을 배터리 코어에 도입하거나 재도입하는 데 더 많은 시간이 걸려 제조 효율이 감소될 수 있다. 또 다른 예로서, 배터리 내에서 일어나는 전해질 반응을 통해 생성된 가스가 간극 통로를 통해 빠져나감으로써 배터리 내부의 압력을 낮추어 배터리 안전성을 높일 수 있다. 일례에서, 간극 통로의 누적 면적(즉, 제1 간극 통로(226), 제2 간극 통로(228) 및 제3 간극 통로(230)의 누적 면적)은 40 mm2 내지 226 mm2일 수 있다.
간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(226), 제2 간극 통로(228) 등)를 형성하기 위해 용접 판으로부터 전도성 물질을 경감하는 것은 전극(218)의 동심 나선부와 전기적으로 접촉하는 데 이용 가능한 제1 전도성 면(204)의 전체 표면적을 감소시킨다. 그러나, 경감된 용접 판(202)의 전체 전기 저항에 대해 이러한 전도성 물질이 손실되는 효과는 용접 디바이스에 대한 전극(208)의 내부 동심 나선부의 접근성이 증가하는 것에 의해 상쇄될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(226), 제2 간극 통로(228) 등)의 위치, 배향 및 면적은 전극(218)의 내부 동심 나선부가 용접 디바이스(예를 들어, 레이저)에 보다 접근하기 쉽게 하여, 간극 통로가 없을 때 제1 전도성 면(204)에 부착될 수 있는 전극(218)의 내부 동심 나선부의 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 토폴로지(200)의 위치, 배향 및 면적을 갖는 간극 통로를 포함하면 용접 판의 경감으로 인한 전도성 물질의 손실을 상쇄할 수 있다. 도 2의 예에서, 경감된 캐소드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(204)의 면적은 약 20 mm2 내지 425 mm2일 수 있다. 도 2의 예에서, 경감된 애노드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(204)의 면적은 약 35 mm2 내지 450 mm2일 수 있다.
도 3은 도 3의 좌표계의 관점에서 도시된 제2 토폴로지(300)에 따라 구성된 경감된 용접 판(302)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(302)은 도 3에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제2 토폴로지(300)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 3에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
도 3의 예에서, 경감된 용접 판(302)은 제1 전도성 면(304)을 포함한다. 제1 전도성 면(304)은 전극(318)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(302) 측에 배치된다. 전극(318)은 배터리 하우징(314) 내에 길이 방향으로 배치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(318)의 동심 나선부는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(302)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 경감된 용접 판(302)의 중심(344)은 배터리의 맨드릴과 정렬될 수 있다.
추가적으로 경감된 용접 판(302)은 제1 통로(326), 제2 통로(328), 제3 통로(330) 및 제4 통로(334)를 포함한다. 제1 통로(326), 제2 통로(328), 제3 통로(330) 및 제4 통로(334)는 경감된 용접 판(302)의 경감된 에지(예를 들어, 제1 에지(344), 제2 에지(346) 등)와 배터리 하우징(314)의 표면 사이의 개방 영역을 한정하는 간극 통로이다. 간극 통로(예를 들어, 제1 통로(326), 제2 통로(328), 제3 통로(330) 및 제4 통로(334))는 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 유출되도록 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 간극 통로는 배터리 코어의 사분면을 노출시켜 물질이 배터리 코어로 빠르게 도입, 재도입되거나 배터리 코어로부터 제거되는 것을 용이하게 하도록 구성된다. 도 3의 예에서, 간극 통로에 대응하는 사분면은 거의 동일한 면적이다. 그러나, 본 발명의 다른 구현예에서, 사분면은 면적이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 간극 통로(326)의 면적은 제2 간극 통로(328)의 면적보다 클 수 있다.
경감된 용접 판(302)은 경감된 용접 판(302)의 중심(344)으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되는 제1 부재(336), 제2 부재(338), 제3 부재(340) 및 제4 부재(342)(집합적으로 "부재"라고 함)를 포함한다. 배터리 코어의 각 사분면으로 반경 방향 바깥쪽으로 연장함으로써, 부재는 배터리 코어의 각 사분면에서 전극(318)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역) 및 외부 동심 나선부(예를 들어, 외부 영역)에 전기적 접촉을 제공하도록 구성된다. 따라서, 제2 토폴로지(300)는 전극(318)의 내부 및 외부 동심 나선부와 전기적으로 접촉하는 데 이용 가능한 제1 전도성 면(304)의 상대적으로 큰 표면적을 제공함으로써 경감된 용접 판(302)의 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(302)의 특정 에지(예를 들어, 제1 에지(346), 제2 에지(348) 등)는 서로 실질적으로 직각을 형성한다. 경감된 용접 판(302)의 다른 에지(예를 들어, 제3 에지(350), 제4 에지(352) 등)는 전극(318)의 하나 이상의 나선부와 접촉하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제3 에지(350) 및 제4 에지(352)와 같은 에지는 전극(318)의 하나 이상의 나선부에 용접될 수 있다.
경감된 용접 판(302)의 복수의 에지(예를 들어, 제1 에지(346), 제2 에지(348), 제3 에지(350), 제4 에지(352) 등)는 경감된 용접 판(302)의 경감 영역으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 경감된 용접 판(302)을 포함하는 전도성 물질은 토폴로지(300)에 따라 소결될 수 있다. 다른 구현예에서, 복수의 에지를 한정하고 제1 부재(336), 제2 부재(338), 제3 부재(340) 및 제4 부재(342)를 한정하는 경감 영역은 경감된 용접 판(302)을 포함하는 전도성 물질로부터 기계적으로 스탬핑될 수 있다. 또 다른 예로서, 3차원 금속 인쇄 기술을 사용하여 경감된 용접 판(302)을 인쇄할 수 있다. 제2 토폴로지(300)를 단순화하면 제2 토폴로지(300)에 대응하는 패턴으로 전도성 물질을 절단(예를 들어, 소결)하거나 달리 제2 토폴로지(300)의 패턴으로 전도성 물질을 증착하도록 기계(예를 들어, 레이저 소결 기계)를 쉽게 프로그래밍할 수 있기 때문에, 경감된 용접 판(302)을 제조하는 것이 상대적으로 용이해진다.
캐소드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(302)은 도 1의 탭(110)과 유사한 특징부와 기능을 갖는 탭(310)을 포함할 수 있다. 또한, 경감된 용접 판(302)의 캐소드용 경감된 용접 판 구성은 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 포함할 수 있다. 애노드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(302)(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판)은 접촉 구역(예를 들어, 도 1의 접촉 구역(126))(도 2에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 접촉 구역은 도 1의 접촉 구역(126)과 실질적으로 동일한 특징부와 기능을 가질 수 있다.
제1 전도성 면(304)은 전극(318)의 하나 이상의 동심 나선부에 부착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 면(304)은 알려진 용접 기술(예를 들어, 레이저 용접, 초음파 용접 등)에 의해 전극(318)의 하나 이상의 동심 나선부에 용접될 수 있다. 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(326), 제2 간극 통로(328), 제3 간극 통로(330) 및 제4 간극 통로(334))는, 하나 이상의 외부 나선부에 더하여 내부 나선부도 또한 제1 전도성 면(304)에 부착될 수 있도록 전극(318)의 동심 나선부의 내부 나선부에 대한 접근을 제공하도록 구성된다. 자세히 설명하면 예로서, 전극(318)의 내부 동심 나선부는 이 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(304)에 용접하기 위해 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(326), 제2 간극 통로(328) 등)를 통해 용접 장치(예를 들어, 레이저)에 접근 가능할 수 있다. 전극(318)의 (외부 동심 나선부에 더하여) 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(304)에 용접될 수 있게 함으로써, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(326), 제2 간극 통로(328) 등)가 없을 때보다 전도성 면(304)의 더 큰 표면적이 전극(318)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 전극(318)의 동심 나선부에 제1 전도성 면(304)의 더 큰 표면적이 전기적으로 접촉함으로써 경감된 용접 판(302)의 전기 저항이 감소될 수 있다. 경감된 용접 판(302)의 전기 저항이 감소됨으로써 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(326), 제2 간극 통로(328))는 배터리 코어의 사분면에 접근 가능하게 한다. 따라서, 다른 경감된 용접 판 토폴로지보다 전극(318)의 잠재적으로 더 많은 수의 동심 나선부가 (예를 들어, 용접 장치에) 접근 가능할 수 있다. 추가적으로, 토폴로지(300)는 용접 장치가 배향되는 것을 용이하게 하여 용접 작업의 효율을 향상시킬 수 있다. 자세히 설명하면, 경감된 용접 판(302)의 중심(344)의 위(즉, 좌표계의 z 방향에서 위) 또는 아래(즉, 좌표계의 z 방향에서 아래)에 위치된 용접 장치는 경감된 용접 판(302)의 각 간극 통로에 대응하는 각 사분면에 쉽게 접근하기 위해 짐벌 상에서 회전하도록 구성될 수 있다.
경감된 용접 판(302)의 전기 저항이 감소하는 것에 더하여, 도 3의 간극 통로는 물질이 배터리 코어 내로 빠르게 유입되고, 예를 들어, 전해질이 배터리 코어로 도입되거나 재도입되고 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출되기 위한 넓은 영역을 제공한다. 예를 들어, 점성 전해질은 도 3의 간극 통로를 통해 배터리 코어에 부어질 수 있다. 간극 통로가 없거나 간극 통로의 면적이 더 작은 경우 점성 전해질을 배터리 코어에 도입하거나 재도입하는 데 보다 많은 시간이 걸려 제조 효율이 감소할 수 있다. 다른 예로서, 가스(예를 들어, 전해질 화학 반응을 통해 생성된 가스)가 통로로부터 빠져나와 배터리의 내부 압력을 감소시키고 배터리 안전을 유지할 수 있다. 일례에서, 간극 통로의 누적 면적(즉, 제1 간극 통로(326), 제2 간극 통로(328), 제3 간극 통로(330) 및 제4 간극 통로(332)의 누적 면적)은 100 mm2 내지 125 mm2일 수 있다.
간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(326), 제2 간극 통로(328) 등)를 형성하기 위해 용접 판으로부터 전도성 물질을 경감하면 전극(318)의 동심 나선부와 전기적으로 접촉하는 데 이용 가능한 제1 전도성 면(304)의 전체 표면적을 감소시킬 수 있다. 그러나, 경감된 용접 판(302)의 전체 전기 저항에 대해 이러한 전도성 물질이 손실되는 효과는 용접 디바이스에 대한 전극(308)의 내부 동심 나선부의 접근성이 증가하는 것에 의해 상쇄될 수 있다. 전술한 바와 같이, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(326), 제2 간극 통로(328) 등)의 위치, 배향 및 면적은 전극(318)의 내부 동심 나선부가 용접 디바이스(예를 들어, 레이저)에 보다 접근 가능하게 하여, 간극 통로가 없을 때 제1 전도성 면(304)에 부착될 수 있는 전극(318)의 내부 동심 나선부의 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 제2 토폴로지(300)의 위치, 배향 및 면적을 갖는 간극 통로를 포함하면 용접 판의 경감으로 인한 전도성 물질의 손실을 상쇄할 수 있다. 도 3의 예에서, 경감된 캐소드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면의 면적은 100 mm2 내지 122 mm2일 수 있다. 도 3의 예에서, 경감된 애노드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(304)의 면적은 130 mm2 내지 150 mm2일 수 있다.
도 4는 도 4의 좌표계의 관점에서 도시된 제3 토폴로지(400)에 따라 구성된 경감된 용접 판(402)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(402)은 도 4에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제2 토폴로지(300)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 4에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
도 4의 예에서, 경감된 용접 판(402)은 제1 전도성 면(404)을 포함한다. 제1 전도성 면(404)은 전극(418)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(402) 측에 배치된다. 전극(418)은 배터리 하우징(414) 내에 길이 방향으로 배치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(418)의 동심 나선부는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(402)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 경감된 용접 판(402)의 중심(444)은 배터리의 맨드릴과 정렬될 수 있다.
추가적으로, 경감된 용접 판(402)은 제1 통로(426), 제2 통로(428), 및 제3 통로(430) 및 제4 통로(434)를 포함한다. 제1 통로(426), 제2 통로(428), 제3 통로(430) 및 제4 통로(432)는 경감된 용접 판(402)의 특정 경감된 에지(예를 들어, 제1 에지(446), 제2 에지(450) 등)와 배터리 하우징(414)의 표면 사이의 개방 영역을 한정하는 간극 통로이다. 간극 통로(예를 들어, 제1 통로(426), 제2 통로(428) 등)는 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 유출되도록 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 간극 통로는 배터리 코어의 포물선형 사분면을 노출시켜 물질이 배터리 코어로 빠르게 도입, 재도입되고/되거나 배터리 코어로부터 제거되는 것을 용이하게 하도록 구성된다. 도 4의 예에서, 간극 통로에 대응하는 포물선형 사분면은 전극(418)의 내부 및 외부 동심 나선부에 대한 접근을 제공한다. 특히 도 4에 도시된 바와 같이, 간극 통로의 포물선 형상은 간극 통로가 상이한 토폴로지를 갖는 경우에는 접근할 수 없는 전극(418)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)에 대한 접근을 제공한다. 도 4의 예에서, 간극 통로는 대략 동일한 면적을 갖지만, 다른 구현예에서, 간극 통로는 면적이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 간극 통로(426)에 대응하는 면적은 제2 간극 통로(428)에 대응하는 면적보다 작을 수 있다.
경감된 용접 판(402)은 경감된 용접 판(402)의 중심(444)으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되는 제1 부재(436), 제2 부재(438), 제3 부재(440) 및 제4 부재(442)(집합적으로 "부재"라고 함)를 포함한다. 부재는 경감된 용접 판(402)의 중심(444)으로부터 반경 방향으로 표면적이 증가한다. 따라서, 배터리 표면(414)에 가까운 부재 부분의 면적은 경감된 용접 판(402)의 중심(444)에 가까운 부재 부분의 면적보다 크다. 반경 방향으로 확장되는 부재는 전극(418)의 외부 동심 나선부(예를 들어, 외부 영역)와 제1 전도성 면(404) 사이의 접촉 표면적을 증가시켜 경감된 용접 판(402)의 전기 저항을 감소시킨다. 또한, 배터리의 내부 코어의 각 사분면과 전기적으로 접촉함으로써 부재는 전극(418)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)와 외부 동심 나선부(예를 들어, 외부 영역)와 전기적 접촉을 제공하기 위해 제1 전도성 면(404)에 이용 가능한 비교적 큰 표면적을 제공한다. 이러한 방식으로, 제3 토폴로지(400)는 경감된 용접 판(402)의 전체 전기 저항을 감소시키도록 구성될 수 있다. 경감된 용접 판(402)의 전기 저항이 감소함으로써 제3 토폴로지(400)는 배터리의 전기 저항을 감소시켜 배터리 동작을 향상시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(402)의 특정 에지(예를 들어, 제1 에지(446), 제2 에지(450) 등)는 경감된 용접 판(402)의 제1 전도성 면(404)과 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(426), 제2 간극 통로(428) 등) 사이의 경계를 형성한다. 경감된 용접 판(402)의 다른 에지(예를 들어, 제3 에지(448), 제4 에지(452) 등)는 전극(418)의 하나 이상의 나선부와 접촉하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제3 에지(448) 및 제4 에지(452)와 같은 에지는 전극(418)의 하나 이상의 나선부에 용접될 수 있다.
경감된 용접 판(402)의 복수의 에지(예를 들어, 제1 에지(446), 제2 에지(450), 제3 에지(452) 등)는 경감된 용접 판(402)의 경감 영역으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 경감된 용접 판(402)을 포함하는 전도성 물질은 토폴로지(400)에 따라 소결될 수 있다. 다른 구현예에서, 복수의 에지를 한정하고, 제1 부재(436), 제2 부재(438), 제3 부재(440) 및 제4 부재(442)를 한정하는 경감 영역은 경감된 용접 판(402)을 포함하는 전도성 물질로부터 기계적으로 스탬핑될 수 있다. 다른 예로서, 전도성 물질은 3차원 금속 인쇄 기술을 사용하여 토폴로지(400)에 따라 증착될 수 있다. 제3 토폴로지(400)를 단순화하면 제3 토폴로지(400)에 대응하는 패턴으로 전도성 물질을 절단(예를 들어, 소결)하거나 제3 토폴로지(400)에 따라 전도성 물질을 증착하도록 기계(예를 들어, 레이저 소결 기계)를 쉽게 프로그래밍할 수 있기 때문에 경감된 용접 판(402)을 제조하는 것이 상대적으로 용이해진다.
캐소드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(402)은 도 1의 탭(110)과 유사한 특징부와 기능을 갖는 탭(410)을 포함할 수 있다. 또한, 경감된 용접 판(402)의 캐소드용 경감된 용접 판 구성은 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 포함할 수 있다. 애노드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(402)(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판)은 접촉 구역(예를 들어, 도 1의 접촉 구역(126))을 포함할 수 있다. 접촉 구역은 도 1의 접촉 구역(126)과 실질적으로 동일한 특징부와 기능을 가질 수 있다.
제1 전도성 면(404)은 전극(418)의 하나 이상의 동심 나선부에 부착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 면(404)은 알려진 용접 기술(예를 들어, 레이저 용접, 초음파 용접 등)에 의해 전극(418)의 하나 이상의 동심 나선부에 용접될 수 있다. 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(426), 제2 간극 통로(428), 제3 간극 통로(430) 및 제4 간극 통로(432))는 하나 이상의 외부 나선부에 더하여 내부 나선도 또한 제1 전도성 면(404)에 부착될 수 있도록 전극(418)의 동심 나선부의 내부 나선부에 대한 접근을 제공하도록 구성될 수 있다. 자세히 설명하면 예로서, 전극(418)의 내부 동심 나선부는 제1 전도성 면(404)에 이러한 내부 동심 나선부를 용접하기 위해 포물선형 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(426), 제2 간극 통로(428) 등)를 통해 용접 장치(예를 들어, 레이저)에 접근 가능할 수 있다. 전극(418)의 (외부 동심 나선부에 더하여) 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(404)에 용접될 수 있게 함으로써, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(426), 제2 간극 통로(428) 등)가 없거나 상이한 토폴로지를 갖는 간극 통로가 있는 경우보다 전도성 면(404)의 더 큰 표면적이 전극(418)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 전극(418)의 동심 나선부에 제1 전도성 면(404)의 더 큰 표면적이 전기적으로 접촉함으로써 경감된 용접 판(402)의 전기 저항이 감소될 수 있다. 경감된 용접 판(402)의 전기 저항이 감소됨으로써 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다.
경감된 용접 판(402)의 전기 저항이 감소하는 것에 더하여, 도 4의 간극 통로는 물질이 배터리 코어 내로 빠르게 유입되고, 예를 들어, 전해질이 배터리 코어 내로 도입되거나 재도입되고, 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출되기 위한 넓은 영역을 제공한다. 예를 들어, 점성 전해질은 도 4의 간극 통로를 통해 배터리 코어에 부어질 수 있다. 간극 통로가 없거나 간극 통로의 면적이 더 작은 경우 점성 전해질이 배터리 코어 내로 도입되거나 재도입되는 데 보다 많은 시간이 걸려 제조 효율이 감소할 수 있다. 일례에서, 간극 통로의 누적 면적(즉, 제1 간극 통로(426), 제2 간극 통로(428), 제3 간극 통로(430) 및 제4 간극 통로(432)의 누적 면적)은 87 mm2 내지 107 mm2일 수 있다.
간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(426), 제2 간극 통로(428) 등)를 형성하기 위해 용접 판으로부터 전도성 물질을 경감하면 전극(418)의 동심 나선부와 전기적으로 접촉하는 데 이용 가능한 제1 전도성 면(404)의 전체 표면적을 감소시킬 수 있다. 그러나, 경감된 용접 판(402)의 전체 전기 저항에 대해 이러한 전도성 물질이 손실되는 효과는 용접 디바이스에 대한 전극(418)의 내부 동심 나선부의 접근성이 증가하는 것에 의해 상쇄될 수 있다. 전술한 바와 같이, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(426), 제2 간극 통로(428) 등)의 위치, 배향 및 면적은 전극(418)의 내부 동심 나선부가 용접 디바이스(예를 들어, 레이저)에 보다 접근 가능하게 하여, 간극 통로가 없을 때 제1 전도성 면(404)에 부착될 수 있는 전극(418)의 내부 동심 나선부의 수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 토폴로지(400)의 위치, 배향 및 면적을 갖는 간극 통로를 포함하면 용접 판의 경감으로 인한 전도성 물질의 손실을 상쇄할 수 있다. 더욱이, 부재(예를 들어, 제1 부재(436), 제2 부재(438))의 표면적이 반경 방향으로 증가하기 때문에, 전극(418)의 하나 이상의 외부 동심 나선부는 제1 전도성 면(404)과 전기적으로 접촉하여 간극 통로의 존재로 인한 전도성 물질의 손실을 추가로 상쇄할 수 있다. 도 4의 예에서, 경감된 캐소드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면의 면적은 133 mm2 내지 161 mm2일 수 있다. 도 4의 예에서, 경감된 애노드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(404)의 면적은 141 mm2 내지 172 mm2일 수 있다.
도 5는 도 5의 좌표계의 관점에서 도시된 제4 토폴로지(500)에 따라 구성된 경감된 용접 판(502)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(502)은 도 5에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제4 토폴로지(500)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 5에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
도 5의 예에서, 경감된 용접 판(502)은 제1 전도성 면(504)을 포함한다. 제1 전도성 면(504)은 전극(518)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(502) 측에 배치된다. 전극(518)은 배터리 하우징(514) 내에 길이 방향으로 배치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(518)의 동심 나선부는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(502)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 경감된 용접 판(502)의 중심(544)은 배터리의 맨드릴과 정렬될 수 있다.
추가적으로, 경감된 용접 판(502)은 제1 통로(526), 제2 통로(528), 및 제3 통로(530) 및 제4 통로(532)를 포함한다. 제1 통로(526), 제2 통로(528), 제3 통로(530) 및 제4 통로(532)는 경감된 용접 판(502)의 특정 경감된 에지(예를 들어, 제1 에지(546), 제2 에지(550) 등)와 배터리 하우징(514)의 표면 사이의 개방 영역을 한정하는 간극 통로이다. 간극 통로(예를 들어, 제1 통로(526), 제2 통로(528) 등)는 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 유출되도록 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 간극 통로는 배터리 코어의 사분면을 노출시켜 물질이 배터리 코어로 빠르게 도입, 재도입되고/되거나 물질이 배터리 코어로부터 제거되는 것을 용이하게 하도록 구성된다. 도 5의 예에서, 간극 통로는 대략 동일한 면적을 갖지만, 다른 구현예에서 간극 통로는 면적이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 간극 통로(526)에 대응하는 면적은 제2 간극 통로(528)에 대응하는 면적보다 작을 수 있다.
경감된 용접 판(502)은 경감된 용접 판(502)의 중심(544)으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되는 제1 부재(536), 제2 부재(538), 제3 부재(540) 및 제4 부재(542)(집합적으로 "부재"라고 함)를 포함한다. 부재는 테이퍼져 있어서, 경감된 용접 판(502)의 중심(544)으로부터 반경 방향으로 가면서 표면적이 감소한다. 따라서, 배터리 표면(514)에 가까운 부재 부분의 면적은 경감된 용접 판(502)의 중심(544)에 가까운 부재 부분의 면적보다 작다. 테이퍼진 부재(예를 들어, 제1 부재(536), 제2 부재(538) 등)는 간극 통로를 위한 면적을 충분히 제공하면서도 전극(518)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)와 전기적으로 접촉하도록 제1 전도성 면(504)의 넓은 표면적을 제공한다. 또한, 배터리의 내부 코어의 각 사분면과 전기적으로 접촉함으로써, 부재는 전극(518)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역) 및 외부 동심 나선부(예를 들어, 외부 영역)와 전기적으로 접촉하기 위해 제1 전도성 면(504)에 이용 가능한 비교적 큰 표면적을 제공한다. 이러한 방식으로, 제4 토폴로지(500)는 경감된 용접 판(502)의 전체 전기 저항을 감소시키도록 구성될 수 있다. 경감된 용접 판(502)의 전기 저항을 감소시킴으로써, 제4 토폴로지(500)는 배터리의 전기 저항을 감소시켜 배터리 동작을 향상시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(502)의 특정 에지(예를 들어, 제1 에지(546), 제2 에지(550) 등)는 경감된 용접 판(502)의 제1 전도성 면(504)과 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(526), 제2 간극 통로(528) 등) 사이의 경계를 형성한다. 경감된 용접 판(502)의 다른 에지(예를 들어, 제3 에지(548), 제4 에지(552) 등)는 전극(518)의 하나 이상의 나선부와 접촉하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제3 에지(548) 및 제4 에지(552)와 같은 에지는 전극(518)의 나선부에 용접될 수 있다.
경감된 용접 판(502)의 복수의 에지(예를 들어, 제1 에지(546), 제2 에지(550), 제3 에지(552) 등)는 경감된 용접 판(502)의 경감 영역으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 경감된 용접 판(502)을 포함하는 전도성 물질은 제4 토폴로지(500)에 따라 소결될 수 있다. 다른 구현예에서, 복수의 에지를 한정하고 제1 부재(536), 제2 부재(538), 제3 부재(540) 및 제4 부재(542)를 한정하는 경감 영역은 경감된 용접 판(502)을 포함하는 전도성 물질로부터 기계적으로 스탬핑될 수 있다. 다른 예로서, 전도성 물질은 3차원 금속 인쇄 기술을 사용하여 제4 토폴로지(500)의 패턴에 따라 증착될 수 있다. 제4 토폴로지(500)를 단순화하면 제4 토폴로지(500)에 대응하는 패턴으로 전도성 물질을 절단(예를 들어, 소결)하거나 제4 토폴로지(500)에 대응하는 패턴에 따라 전도성 물질을 증착하도록 기계(예를 들어, 레이저 소결 기계)를 쉽게 프로그래밍할 수 있기 때문에 경감된 용접 판(502)을 제조하는 것이 상대적으로 용이해진다.
캐소드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(502)은 도 1의 탭(110)과 유사한 특징부와 기능을 갖는 탭(510)을 포함할 수 있다. 또한, 경감된 용접 판(502)의 캐소드용 경감된 용접 판 구성은 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 포함할 수 있다. 애노드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(502)(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판)은 접촉 구역(예를 들어, 도 1의 접촉 구역(126))을 포함할 수 있다. 접촉 구역은 도 1의 접촉 구역(126)과 실질적으로 동일한 특징부와 기능을 가질 수 있다.
제1 전도성 면(504)은 전극(518)의 하나 이상의 동심 나선부에 부착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 전도성 면(504)은 알려진 용접 기술(예를 들어, 레이저 용접, 초음파 용접 등)에 의해 전극(518)의 하나 이상의 동심 나선부에 용접될 수 있다. 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(526), 제2 간극 통로(528), 제3 간극 통로(530) 및 제4 간극 통로(532))는 하나 이상의 외부 나선부에 더하여 내부 나선부도 또한 제1 전도성 면(504)에 부착될 수 있도록 전극(418)의 동심 나선부의 내부 나선부에 대한 접근을 제공하도록 구성된다. 자세히 설명하면 예로서, 전극(518)의 내부 동심 나선부는 이러한 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(504)에 용접하기 위해 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(526), 제2 간극 통로(528) 등)를 통해 용접 장치(예를 들어, 레이저)에 접근 가능할 수 있다. 전극(518)의 (외부 동심 나선부에 더하여) 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(504)에 용접될 수 있게 함으로써, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(526), 제2 간극 통로(528) 등)가 없거나 상이한 토폴로지를 갖는 간극 통로를 갖는 경우보다 전도성 면(504)의 더 큰 표면적이 전극(518)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 전극(518)의 동심 나선부에 제1 전도성 면(504)의 더 큰 표면적이 전기적으로 접촉함으로써 경감된 용접 판(502)의 전기 저항이 감소될 수 있다. 경감된 용접 판(502)의 전기 저항이 감소됨으로써 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다.
경감된 용접 판(502)의 전기 저항을 감소시키는 것에 더하여, 도 5의 간극 통로는 물질이 배터리 코어로 빠르게 유입되고 예를 들어 전해질이 배터리 코어로 도입되거나 재도입되고 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출되기 위한 넓은 영역을 제공한다. 예를 들어, 점성 전해질은 도 5의 간극 통로를 통해 배터리 코어에 부어질 수 있다. 간극 통로가 없거나 간극 통로의 면적이 더 작은 경우 배터리 코어에 점성 전해질을 도입하거나 재도입하는 데 보다 많은 시간이 걸려 제조 효율이 감소할 수 있다. 일례에서, 간극 통로의 누적 면적(즉, 제1 간극 통로(526), 제2 간극 통로(528), 제3 간극 통로(530) 및 제4 간극 통로(532)의 누적 면적)은 100 mm2 내지 124 mm2일 수 있다.
간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(526), 제2 간극 통로(528) 등)를 형성하기 위해 용접 판으로부터 전도성 물질을 경감하면 전극(518)의 동심 나선부와 전기적으로 접촉하는 데 이용 가능한 제1 전도성 면(504)의 전체 표면적을 감소시킬 수 있다. 그러나, 경감된 용접 판(502)의 전체 전기 저항에 대해 이러한 전도성 물질이 손실되는 효과는 도 2의 맥락에서 설명된 바와 같이 용접 디바이스에 대한 전극(518)의 내부 동심 나선부의 접근성이 증가하는 것에 의해 상쇄될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 부재의 표면적이 중심(544)으로부터 멀리 있는 곳보다 경감된 용접 판(502)의 중심(544)에 더 가까운 곳에서 더 크도록 부재(예를 들어, 제1 부재(536), 제2 부재(538) 등)를 테이퍼지게 함으로써, 경감된 용접 판(502)과 전기적으로 접촉하는 전극(518)의 내부 동심 나선부의 접촉 면적이 더 크게 된다. 도 5의 예에서, 경감된 캐소드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(504)의 면적은 118 mm2 내지 145 mm2일 수 있다. 도 5의 예에서, 경감된 애노드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(504)의 면적은 124 mm2 내지 155 mm2일 수 있다.
도 6은 도 6의 좌표계의 관점에서 도시된 제5 토폴로지(600)에 따라 구성된 경감된 용접 판(602)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(602)은 도 6에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제5 토폴로지(600)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 6에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
도 6의 예에서, 경감된 용접 판(602)은 제1 전도성 면(604)을 포함한다. 제1 전도성 면(604)은 전극(618)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(602) 측에 배치된다. 전극(618)은 배터리 하우징(614) 내에 길이 방향으로 배치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(618)의 동심 나선부는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(602)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 경감된 용접 판(602)의 중심(644)은 배터리의 맨드릴과 정렬될 수 있다.
또한, 경감된 용접 판(602)은 제1 통로(626), 제2 통로(628), 및 제3 통로(630) 및 제4 통로(632)를 포함한다. 제1 통로(626), 제2 통로(628), 제3 통로(630) 및 제4 통로(632)는 경감된 용접 판(602)의 특정 경감된 에지(예를 들어, 제1 에지(648), 제2 에지(650) 등)와 배터리 하우징(614)의 표면 사이의 개방 영역을 한정하는 간극 통로이다. 간극 통로(예를 들어, 제1 통로(626), 제2 통로(628) 등)는 물질이 배터리 코어로 유입되고/되거나 유출되도록 구성된다. 도 6의 예에서, 간극 통로는 대략 동일한 면적을 갖지만, 다른 구현예에서, 간극 통로는 면적이 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 간극 통로(626)에 대응하는 면적은 제2 간극 통로(628)에 대응하는 면적보다 작을 수 있다.
경감된 용접 판(602)은 제1 전도성 면(604)의 중심 영역으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 제1 부재(636), 제2 부재(638), 제3 부재(640) 및 제4 부재(642)(집합적으로 부재라고 함)를 포함한다. 부재는 전극(618)의 외부 동심 나선부와 접촉하도록 구성된 대략 원형 부속물인 반면, 제1 전도성 면(604)의 중심 영역은 전극(618)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)와 접촉하도록 구성된다. 도 6의 예에서, 경감된 용접 판(602)의 중심(644)은 제1 에지(648)와 제2 에지(650)에 대해 등거리에 있을 수 있다.
제5 토폴로지(600)는 제1 토폴로지(200) 내지 제4 토폴로지(400)보다 제조하기 더 어려울 수 있다. 그러나, 제5 토폴로지(600)는 도 2 내지 도 5에 기술된 토폴로지보다 더 큰 면적의 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(626), 제2 간극 통로(628) 등)를 제공할 수 있다. 추가적으로, 제5 토폴로지(600)는 전극(618)의 내부 동심 나선부 및 전극(618)의 외부 동심 나선부와 전기적으로 접촉하는 데 이용 가능한 제1 전도성 면(604)의 표면 영역과 간극 통로에 할당된 공간을 상호 균형 맞게 한다. 자세히 설명하면, 원형 부재(예를 들어, 제1 부재(636), 제2 부재(638) 등)는 전극(618)의 외부 동심 나선부(예를 들어, 외부 영역)와 전기적으로 접촉하기 위한 제1 전도성 면(604)의 표면 영역을 제공하는 반면, 제1 전도성 면(604)의 중심 영역은 전극(618)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)와 접촉하기 위한 표면 영역을 제공한다. 더욱이, 제5 토폴로지(600)는 전극(618)의 내부 동심 나선부가 간극 통로를 통해 용접 장치(예를 들어, 레이저)에 접근하여 전극(618)에 제1 전도성 면(604)을 부착하는 것을 용이하게 하도록 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(626), 제2 간극 통로(628) 등)에 이용 가능한 상대적으로 큰 표면적을 제공할 수 있다. 전극(618)의 (외부 동심 나선부에 더하여) 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(604)에 용접될 수 있게 함으로써, 간극 통로(예를 들어, 제1 간극 통로(626), 제2 간극 통로(628) 등)가 없거나 상이한 토폴로지를 갖는 간극 통로를 갖는 경우보다 제1 전도성 면(604)의 더 큰 표면적이 전극(618)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 전극(618)의 동심 나선부에 제1 전도성 면(604)의 더 큰 표면적이 전기적으로 접촉함으로써 경감된 용접 판(602)의 전기 저항이 감소될 수 있다. 경감된 용접 판(602)의 전기 저항이 감소됨으로써 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다.
캐소드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(602)은 도 1의 탭(110)과 유사한 특징부와 기능을 갖는 탭(610)을 포함할 수 있다. 또한, 경감된 용접 판(602)의 캐소드용 경감된 용접 판 구성은 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 포함할 수 있다. 애노드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판(562)(예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판)은 접촉 구역(예를 들어, 도 1의 접촉 구역(126))을 포함할 수 있다. 접촉 구역은 도 1의 접촉 구역(126)과 실질적으로 동일한 특징부와 기능을 가질 수 있다.
경감된 용접 판(602)의 전기 저항을 줄이는 것에 더하여, 도 6의 간극 통로는 전해질과 같은 물질이 배터리 코어로 빠르게 유입되고 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되기 위한 넓은 영역을 제공한다. 예를 들어, 점성 전해질은 도 6의 간극 통로를 통해 배터리 코어에 부어질 수 있다. 간극 통로가 없거나 간극 통로의 면적이 더 작은 경우 배터리 코어에 점성 전해질을 도입하거나 재도입하는 데 더 많은 시간이 걸려 제조 효율이 감소할 수 있다. 일례에서, 간극 통로의 누적 면적(즉, 제1 간극 통로(626), 제2 간극 통로(628), 제3 간극 통로(630) 및 제4 간극 통로(632)의 누적 면적)은 117 mm2 내지 146 mm2일 수 있다. 도 6의 예에서, 경감된 캐소드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(604)의 면적은 105 mm2 내지 126 mm2일 수 있다. 도 6의 예에서, 경감된 애노드 용접 판 전극의 구성요소로 구성된 제1 전도성 면(604)의 면적은 112 mm2 내지 136 mm2일 수 있다.
도 7 내지 도 9는 전체 통로가 형성되는 경감된 용접 판(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판)의 토폴로지를 도시한다. 도 7 내지 도 9의 토폴로지는 각각 경감된 용접 판의 전도성 면의 면적과 간극 통로의 면적 간에 상이한 트레이드오프를 달성한다. 예를 들어, 일부 토폴로지에서 전도성 면의 표면적은 다른 토폴로지에서보다 더 크고, 간극 통로의 누적 면적이 다른 토폴로지에서보다 작다. 실시예에서, 전체 비아를 구성하고 도 7 내지 도 9의 토폴로지 중 하나의 토폴로지를 갖는 경감된 용접 판의 총 표면적의 백분율은 10% 내지 25%일 수 있다.
도 7 내지 도 9에 기술된 토폴로지의 캐소드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판은 도 1의 탭(110)과 유사한 특징부와 기능을 갖는 탭(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 도 7 내지 도 9에 도시된 경감된 용접 판의 캐소드용 경감된 용접 판 구성은 경감된 용접 판의 실질적으로 중심에 위치된 중공 구역(예를 들어, 도 1의 중공 구역(106))을 포함할 수 있다. (예를 들어, 도 1에 도시된) 배터리의 중심에 실질적으로 위치된 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(142))에 둘러싸인 핀(예를 들어, 도 1의 핀(140))은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장될 수 있고, 배터리의 캡에 위치된 단자에 배터리의 애노드(예를 들어, 애노드(136))와 전기적으로 접촉하도록 중공 구역을 통해 바깥쪽으로 돌출될 수 있다.
도 7 내지 도 9에 기술된 토폴로지의 애노드용 경감된 용접 판 구성에서, 경감된 용접 판은 접촉 구역(예를 들어, 도 1의 접촉 구역(126))을 포함할 수 있다. 접촉 구역은 도 1의 접촉 구역(126)과 실질적으로 동일한 특징부와 기능을 가질 수 있다. 접촉 구역은 핀이 배터리의 베이스로부터 배터리의 단자 캡(예를 들어, 단자 캡(112))으로 길이 방향으로 연장될 수 있도록 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴), 핀(예를 들어, 도 1의 핀(140)), 및 캐소드용 경감된 용접 판의 중공 구역과 정렬되도록 경감된 용접 판의 실질적으로 중심에 위치될 수 있다.
실시예에서, 캐소드용 경감된 용접 판에 대응하는 경감된 용접 판의 두께(즉, 도 7 내지 도 9의 좌표축에 도시된 z 치수의 두께)는 0.25 mm 내지 1.5 mm일 수 있다. 실시예에서, 애노드용 경감된 용접 판에 대응하는 경감된 용접 판의 두께(즉, 도 7 내지 도 9의 좌표축에 도시된 z 치수의 두께)는 0.15 mm 내지 1 mm일 수 있다. 전술한 두께는 경감된 용접 판을 캐소드 전극 또는 애노드 전극에 각각 부착하는 것을 용이하게 한다. 예를 들어, 경감된 용접 판의 두께가 전술한 두께보다 작으면, 용접 장치에서 생성된 에너지가 경감된 용접 판의 일부를 기화시킬 수 있기 때문에 용접 작업이 매우 어려울 수 있다. 반대로, 경감된 용접 판의 두께가 전술한 두께보다 크면, 경감된 용접 판을 전극에 부착하는 데 과도한 에너지가 필요하여 용접 작업이 비효율적일 수 있다.
도 7은 도 7의 좌표계의 관점에서 도시된 제6 토폴로지(700)에 따라 구성된 경감된 용접 판(702)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(702)은 도 7에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제6 토폴로지(700)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 7에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
경감된 용접 판(702)은 제1 전도성 면(704)의 경감 영역 내에 위치된 전체 통로를 포함할 수 있다. 제1 전도성 면(704)은 전극(718)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(702) 측에 배치된다. 전극(718)은 배터리 하우징(714) 내에 길이 방향으로 배치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(718)의 동심 나선부는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(702)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 경감된 용접 판(702)의 중심(744)은 배터리의 맨드릴과 정렬될 수 있다.
도 7의 예에서, 전체 통로는 제1 전도성 면(704)을 사분면으로 분할하도록 위치되고 경감된 용접 판(702)의 중심(744)으로부터 대략 등거리에 위치된 제1 전체 통로(720), 제2 전체 통로(722), 제3 전체 통로(724) 및 제4 전체 통로(728)를 포함한다. 전체 통로는 전극(718)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)에 대한 접근을 제공하도록 위치된다. 따라서, 전극(718)의 내부 동심 나선부는 전극(718)의 전극(718)의 하나 이상의 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(704)에 용접하도록 구성될 수 있는 용접 장치(예를 들어, 레이저)에 접근 가능할 수 있다. 전극(718)의 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(704)에 전기적으로 접촉시킴으로써, 경감된 용접 판(702)의 전기 저항이 감소될 수 있어, 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다. 따라서, 전체 통로가 전도성 면(704)의 표면적을 감소시키더라도, 전극(718)의 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(704)과 전기적으로 접촉할 수 있도록 용접 작업을 용이하게 함으로써, 전체 통로는 전도성 물질의 손실을 상쇄할 수 있다.
또한, 전체 통로는 전해질과 같은 물질이 배터리 코어로 쉽게 유입되는 것을 용이하게 하도록 위치된다. 전체 통로는 또한 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되는 것을 용이하게 한다. 경감된 용접 판(702)의 중심(744) 가까이에 전체 통로를 위치시키고 배터리 코어의 각 사분면에 접근할 수 있도록 전체 통로를 위치시킴으로써, 전체 통로는 물질이 배터리 코어로 빠르게 유입되고 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출될 수 있도록 배터리 코어에 대한 충분한 접근을 제공하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전체 통로(예를 들어, 제1 전체 통로(720), 제2 전체 통로(722) 등)의 누적 면적은 54 mm2 내지 66 mm2일 수 있다.
도 7의 예에서, 경감된 용접 판(702)의 캐소드용 경감된 용접 판 구현예에서, 제1 전도성 면(704)은 163 mm2 내지 199 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 경감된 용접 판(702)의 애노드용 경감된 용접 판 구현예에서, 제1 전도성 면(704)은 175 mm2 내지 213 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 따라서, 제6 토폴로지(700)는 경감된 용접 판(702)의 전도성 물질과 전극(718) 사이의 전기적 접촉을 위한 넓은 표면적을 제공한다.
도 8은 도 8의 좌표계의 관점에서 도시된 제7 토폴로지(800)에 따라 구성된 경감된 용접 판(802)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(802)은 도 8에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제7 토폴로지(800)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 8에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
경감된 용접 판(802)은 제1 전도성 면(804)의 경감 영역 내에 위치된 전체 통로를 포함할 수 있다. 제1 전도성 면(804)은 전극(818)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(802) 측에 배치된다. 전극(818)은 배터리 하우징(814) 내에 길이 방향으로 위치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(818)의 동심 나선부는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(802)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 경감된 용접 판(802)의 중심(844)은 배터리의 맨드릴과 정렬될 수 있다.
도 8의 예에서, 전체 통로는 제1 전도성 면(804)을 3분면으로 분할하도록 위치되고, 경감된 용접 판(802)의 중심(844)으로부터 대략 등거리에 위치된 제1 전체 통로(820), 제2 전체 통로(822) 및 제3 전체 통로(824)를 포함한다. 따라서, 전극(818)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)는 전극(818)의 하나 이상의 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(804)에 용접하도록 구성될 수 있는 용접 장치(예를 들어, 레이저)에 접근 가능할 수 있다. 전극(818)의 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(804)에 전기적으로 접촉시킴으로써, 경감된 용접 판(802)의 전기 저항이 감소되어 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다. 따라서, 전체 통로가 전도성 면(804)의 표면적을 감소시키더라도, 전극(818)의 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(804)과 전기적으로 접촉할 수 있도록 용접 작업을 용이하게 함으로써, 전체 통로는 전도성 물질의 손실을 상쇄할 수 있다.
또한, 전체 통로는 전해질과 같은 물질이 배터리 코어로 유입되는 것을 용이하게 하도록 위치된다. 전체 통로는 또한 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되는 것을 용이하게 한다. 경감된 용접 판(802)의 중심(844)에 가까이 전체 통로를 위치시키고, 배터리 코어의 3분면에 각각 접근할 수 있도록 전체 통로를 위치시킴으로써, 전체 통로는 물질이 배터리 코어로 빠르게 유입되고 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출되도록 배터리 코어에 대한 충분한 접근을 제공하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전체 통로(예를 들어, 제1 전체 통로(820), 제2 전체 통로(822) 등)의 누적 면적은 45 mm2 내지 55 mm2일 수 있다.
추가적으로, 도 7의 예와 달리 도 8의 예에서, 4개의 전체 통로 대신 3개의 전체 통로가 포함된다. 전체 통로의 수를 줄임으로써, 제1 전도성 면(804)의 표면적은 제6 토폴로지(700)의 제1 전도성 면(704)의 표면적보다 클 수 있다. 따라서, 제1 전도성 면(804)의 더 큰 표면적이 전극(718) 이용 가능한 제1 전도성 면(704)의 표면적보다 접촉 전극(818)에 이용 가능하기 때문에 용접 판(802)은 용접 판(702)보다 낮은 전기 저항을 가질 수 있다.
도 8의 예에서, 경감된 용접 판(802)의 캐소드용 경감된 용접 판 구현예에서, 제1 전도성 면(804)은 173 mm2 내지 211 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 경감된 용접 판(802)의 애노드용 경감된 용접 판 구현예에서, 제1 전도성 면(804)은 185 mm2 내지 225 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 따라서, 제7 토폴로지(800)는 경감된 용접 판(802)의 전도성 물질과 전극(818) 사이의 전기적 접촉을 위한 넓은 표면적을 제공한다.
도 9는 도 9의 좌표계의 관점에서 도시된 제8 토폴로지(900)에 따라 구성된 경감된 용접 판(902)(예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판, 애노드용 경감된 용접 판 등)을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 경감된 용접 판(902)은 도 9에 제시된 치수를 갖지만, 이러한 치수는 예시적인 것이다. 제8 토폴로지(900)에 따라 구성된 경감된 용접 판은 도 9에 제시된 치수와 다른 치수를 가질 수 있다.
경감된 용접 판(902)은 제1 전도성 면(904)의 경감 영역 내에 위치된 전체 통로를 포함할 수 있다. 제1 전도성 면(904)은 전극(918)(예를 들어, 캐소드 전극, 애노드 전극)의 적어도 일부와 접촉함으로써 배터리 코어에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어를 향하는 경감된 용접 판(902) 측에 배치된다. 전극(918)은 배터리 하우징(914) 내에 길이 방향으로 위치되고, 배터리의 배터리 코어(예를 들어, 캐소드, 애노드 및 분리막을 포함함)의 일부이다. 전극(918)의 동심 나선부는 배터리 코어의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되고, 경감된 용접 판(902)은 배터리 코어의 중심 위에 위치될 수 있다. 특히, 배터리 코어의 중심은 배터리의 베이스로부터 길이 방향으로 연장되는 맨드릴(예를 들어, 도 1의 맨드릴(140))에 의해 한정될 수 있다. 이러한 방식으로, 경감된 용접 판(902)의 중심(944)은 배터리의 맨드릴과 정렬될 수 있다.
도 9의 예에서, 전체 통로는 제1 전체 통로(920) 및 제2 전체 통로(922)를 포함한다. 전체 통로는 경감된 용접 판(902)을 2분면으로 분할하기 위해 위치된다. 전체 통로는 전극(918)의 내부 동심 나선부에 대한 접근을 제공하도록 추가로 구성된다. 따라서, 전극(918)의 내부 동심 나선부(예를 들어, 내부 영역)는 전극(918)의 하나 이상의 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(904)에 용접하도록 구성될 수 있는 용접 장치(예를 들어, 레이저)에 접근 가능할 수 있다. 전극(918)의 내부 동심 나선부를 제1 전도성 면(904)에 전기적으로 접촉시킴으로써, 경감된 용접 판(902)의 전기 저항이 감소되어 배터리의 전체 전기 저항이 감소될 수 있다. 따라서, 전체 통로가 전도성 면(904)의 표면적을 감소시키더라도, 전극(918)의 내부 동심 나선부가 제1 전도성 면(904)과 전기적으로 접촉할 수 있도록 용접 작업을 용이하게 함으로써, 전체 통로는 전도성 물질의 손실을 상쇄할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 전체 통로(예를 들어, 제1 전체 통로(920), 제2 전체 통로(922))의 누적 면적은 55 mm2 내지 67 mm2일 수 있다.
또한, 전체 통로는 전해질과 같은 물질이 배터리 코어로 유입되는 것을 용이하게 하도록 위치된다. 전체 통로는 또한 가스와 같은 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되는 것을 용이하게 한다. 경감된 용접 판(902)의 중심(944)에 가까이 전체 통로를 위치시키고 배터리 코어의 3분면 각각에 접근할 수 있도록 전체 통로를 위치시킴으로써, 전체 통로는 배터리 코어에 대한 충분한 접근을 제공하여 물질이 배터리 코어로 빠르게 유입되고 물질이 배터리 코어 밖으로 빠르게 유출될 수 있도록 구성된다.
도 9의 예에서, 경감된 용접 판(902)의 캐소드용 경감된 용접 판 구현예에서, 제1 전도성 면(904)은 162 mm2 내지 198 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 경감된 용접 판(902)의 애노드용 경감된 용접 판 구현예에서, 제1 전도성 면(904)은 174 mm2 내지 212 mm2의 표면적을 가질 수 있다. 따라서, 제8 토폴로지(900)는 경감된 용접 판(902)의 전도성 물질과 전극(918) 사이의 전기 접촉을 위한 넓은 표면적을 제공한다.
도 10은 제조 용이성과 용접 용이성 측면에서 토폴로지(200 내지 900)를 비교하는 표(1000)이다. 용접 용이성은 캐소드용 경감된 용접 판 또는 애노드용 경감된 용접 판이 캐소드 전극 또는 애노드 전극에 용접될 수 있는 용이성을 의미한다. 용접 용이성은 용접 작업을 중단하지 않고 경감된 용접 판에 연속 용접 작업을 수행할 수 있는 정도의 관점에서 측정된다. 예시를 위해, 레이저가 멈추지 않고 경감된 용접 판을 전극에 연속적으로 용접할 수 있다면 용접 작업은 상대적으로 쉬운 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 쉬운 용접 공정은 용접 작업을 중단해야 하는 경우가 적은 것에 대응하고, 상대적으로 어려운 용접 공정은 용접 작업을 중단해야 하는 경우가 더 많은 것에 대응한다. 용접 용이성은 1 내지 5로 평가되며, 여기서 1은 가장 어려운 용접 공정에 대응하고, 5는 가장 쉬운 용접 공정에 대응한다.
제조 용이성은 경감된 캐소드 용접 판 또는 경감된 애노드 용접 판이 제조될 수 있는 용이함을 의미한다. 예를 들어, 제조 용이성은 높은 수율과 고품질(즉, 결함이 거의 없음)로 토폴로지(200 내지 900)의 부분을 스탬핑하는 상대적인 어려움에 대응한다. 따라서, 제조 공정이 상대적으로 용이하면 수율이 높고 품질이 좋은 부분에 대응하고, 제조 공정이 상대적으로 어려우면 수율이 낮고 품질이 낮은 부분에 대응한다. 제조 용이성은 1 내지 5로 평가되며, 여기서 1은 가장 어려운 제조 공정에 대응하고, 5는 가장 쉬운 제조 공정에 대응한다.
도 11은 경감된 용접 판을 전극의 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 부착하기 위한 방법(1100)을 설명하는 흐름도이다. 블록(1102)에서, 제1 경감된 용접 판은 제1 전도성 면에 배치된 제1 하나 이상의 통로를 통해 제1 경감된 용접 판의 제1 전도성 면에 배터리 코어의 제1 전극의 제1 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)를 접촉시킴으로써 배터리 코어와 배터리의 제1 단자 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어에 부착된다. 예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판의 전도성 면은 애노드용 경감된 용접 판의 제1 전도성 면에 배치된 제1 하나 이상의 통로를 통해 캐소드 전극의 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 용접될 수 있다. 블록(1104)에서 제1 경감된 용접 판의 제2 전도성 면의 제1 영역이 배터리의 제1 단자에 접촉된다. 예를 들어, 캐소드용 경감된 용접 판의 제2 전도성 면에 위치된 탭은 배터리의 단자 캡에 용접될 수 있다.
블록(1106)에서 제2 경감된 용접 판은 제3 전도성 면에 배치된 제2 하나 이상의 통로를 통해 제2 경감된 용접 판의 제3 전도성 면에 배터리 코어의 제2 전극의 제2 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)를 접촉시킴으로써 배터리 코어와 배터리의 제2 단자 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해 배터리 코어에 부착된다. 예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판의 전도성 면은 애노드용 경감된 용접 판의 전도성 면에 배치된 하나 이상의 제2 통로를 통해 애노드 전극의 하나 이상의 동심 나선부(예를 들어, 영역)에 용접될 수 있다. 블록(1108)에서 경감된 용접 판의 제4 전도성 면의 제2 영역이 제2 배터리 단자에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 애노드용 경감된 용접 판의 용접용 오목부는 배터리의 베이스 접촉부에 용접될 수 있다. 블록(1110)에서, 전해질은 제1 경감된 용접 판의 제1 전도성 면에 배치된 제1 하나 이상의 통로를 통해, 제2 경감된 용접 판의 제3 전도성 면에 배치된 하나 이상의 제2 통로를 통해, 또는 둘 모두를 통해 배터리 코어로 도입될 수 있다.
배터리 코어와 배터리 단자를 전기적으로 접촉시키는 수단이 개시된다. 배터리 코어를 배터리의 단자에 전기적으로 접촉시키기 위한 수단은 도 1 내지 도 9에 기술된 경감된 용접 판과 같은 경감된 용접 판에 대응할 수 있다. 실시예에서, 경감된 용접 판은 캐소드용 경감된 용접 판 및/또는 애노드용 경감된 용접 판에 대응할 수 있다. 배터리 코어를 배터리의 단자에 전기적으로 접촉시키기 위한 수단은 배터리 코어의 전극에 부착하기 위한 전도성 수단을 포함한다. 배터리 코어의 전극에 부착하기 위한 전도성 수단은 제1 전도성 면(204 내지 904)과 같은 제1 전도성 면에 대응할 수 있다. 배터리 코어를 배터리의 단자에 전기적으로 접촉시키기 위한 수단은 제1 물질이 배터리 코어로 유입되거나 제2 물질이 배터리 코어 밖으로 유출되는 것 중 적어도 하나를 용이하게 하기 위한 개방 수단을 더 포함하고, 여기서 개방 수단은 전도성 수단 내에 배치된다. 개방 수단은 전체 통로 및/또는 간극 통로와 같은 하나 이상의 통로에 대응할 수 있다. 예를 들어, 개방 수단은 도 2 내지 도 6의 간극 통로 중 임의의 것, 도 7 내지 도 9의 전체 통로 중 임의의 것, 또는 이들의 조합에 대응할 수 있다.
본 발명과 그 장점이 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경, 대체 및 변경이 본 명세서에 이루어질 수 있는 것으로 이해된다. 더욱이, 본 출원의 범위는 본 명세서에 기술된 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 이 기술 분야에 통상의 기술자라면 본 발명의 개시내용으로부터 본 명세서에 기술된 상응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현재 존재하거나 이후에 개발될 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계를 본 발명에 따라 이용할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그 범위 내에 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 또는 단계를 포함하는 것으로 의도된다.
더욱이, 본 출원의 범위는 본 명세서에 기술된 공정, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 제한되지 않는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 배터리 코어와 배터리 단자 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해 상기 배터리 코어에 부착되기 위한 경감된 용접 판으로서,
    상기 배터리 코어의 전극에 부착되도록 구성된 전도성 면; 및
    상기 전도성 면에 배치되고, 제1 물질이 상기 배터리 코어로 유입되거나 또는 제2 물질이 상기 배터리 코어 밖으로 유출되는 것 중 적어도 하나를 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 통로
    를 포함하는, 경감된 용접 판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리 코어의 전극은 상기 배터리 코어의 캐소드의 캐소드 전극을 포함하고, 상기 경감된 용접 판은 캐소드용 경감된 용접 판이고, 상기 캐소드용 경감된 용접 판은 상기 캐소드용 경감된 용접 판을 상기 배터리의 단자에 전기적으로 연결하도록 구성된 탭을 추가로 포함하는, 경감된 용접 판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배터리 코어의 전극은 상기 배터리 코어의 애노드의 애노드 전극을 포함하고, 상기 경감된 용접 판은 애노드용 경감된 용접 판이고, 상기 애노드용 경감된 용접 판은 상기 애노드용 경감된 용접 판을 상기 배터리의 단자에 전기적으로 연결하도록 구성된 용접용 오목부(weld detent)를 추가로 포함하는, 경감된 용접 판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 통로는 상기 경감된 용접 판의 전도성 면 내 반경 방향 내측에 배치된 각 경감 영역으로 각각 형성된 하나 이상의 전체 통로를 포함하고, 상기 하나 이상의 통로의 각 전체 통로의 경감 영역은 상기 전도성 면과 상기 전극의 내부 동심 영역 사이의 접촉을 용이하게 하도록 구성된, 경감된 용접 판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 전체 통로는 상기 경감된 용접 판을 2분면, 3분면 또는 사분면으로 분할하기 위해 상기 경감된 용접 판 내에 배치되고, 상기 전체 통로의 누적 경감 면적은 40 mm2 내지 60 mm2인, 경감된 용접 판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 통로는, 상기 경감된 용접 판의 전도성 면 내에 배치되고, 상기 배터리의 배터리 하우징과 상기 경감된 용접 판의 전도성 면의 구역 사이의 간극 공간을 한정하는 경감 영역으로 각각 형성된 하나 이상의 간극 통로를 포함하고, 상기 하나 이상의 통로의 각 간극 통로의 경감 영역은 상기 전도성 면과 상기 전극의 내부 동심 영역과 상기 전극의 외부 동심 영역 사이의 접촉을 용이하게 하도록 구성된, 경감된 용접 판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 간극 통로의 누적 경감 면적은 88 mm2 내지 143 mm2인, 경감된 용접 판.
  8. 제6항에 있어서, 상기 경감된 용접 판의 전도성 면 내에 배치된 경감 영역은 상기 전도성 면 내에 복수의 부재를 형성하는, 경감된 용접 판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 부재 중 하나의 부재는 상기 경감된 용접 판의 중심으로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되는, 경감된 용접 판.
  10. 제9항에 있어서, 상기 경감된 용접 판의 중심으로부터 상기 경감된 용접 판의 반경 거리가 증가함에 따라 상기 부재의 표면적이 증가하는, 경감된 용접 판.
  11. 제9항에 있어서, 상기 경감된 용접 판의 중심으로부터 상기 경감된 용접 판의 반경 거리가 증가함에 따라 상기 부재의 표면적이 감소하는, 경감된 용접 판.
  12. 제8항에 있어서, 상기 복수의 부재 중 하나의 부재는 반원형인, 경감된 용접 판.
  13. 배터리로서,
    상기 배터리의 배터리 코어의 일부를 형성하는 캐소드의 캐소드 전극의 하나 이상의 동심 나선부에 부착된 캐소드용 경감된 용접 판으로서,
    상기 캐소드 전극의 하나 이상의 동심 나선부와 접촉하는 제1 전도성 면; 및
    제1 물질이 상기 배터리의 배터리 코어로 유입되거나 또는 제2 물질이 상기 배터리 코어 밖으로 유출되는 것 중 적어도 하나를 허용하도록 구성된 제1 하나 이상의 통로
    를 포함하는, 상기 캐소드용 경감된 용접 판; 및
    상기 배터리의 배터리 코어의 일부를 형성하는 애노드의 애노드 전극의 하나 이상의 동심 나선부에 부착된 애노드용 경감된 용접 판으로서,
    상기 애노드 전극의 하나 이상의 나선부와 접촉하는 제2 전도성 면; 및
    상기 제1 물질이 상기 배터리 코어로 유입되거나 또는 상기 제2 물질이 상기 배터리 코어 밖으로 유출되는 것 중 적어도 하나를 허용하도록 구성된 제2 하나 이상의 통로
    를 포함하는, 상기 애노드용 경감된 용접 판
    을 포함하는, 배터리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 하나 이상의 통로는 전체 통로이고, 상기 제2 하나 이상의 통로는 간극 통로이고, 상기 제2 물질은 상기 배터리에서 전해질 화학 반응을 통해 생성된 가스에 대응하는, 배터리.
  15. 제14항에 있어서, 상기 캐소드용 경감된 용접 판은 제1 토폴로지를 갖고, 상기 애노드용 경감된 용접 판은 상기 제1 토폴로지와 다른 제2 토폴로지를 갖는, 배터리.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 토폴로지는 상기 제1 전도성 면 내 반경 방향 내측에 배치된 2개, 3개 또는 4개의 전체 통로를 갖는 원통체에 대응하고, 상기 제2 토폴로지는 상기 배터리 코어를 사분면으로 분리하는 대략 동일한 면적의 4개의 통로를 갖는 원통체에 대응하는, 배터리.
  17. 방법으로서,
    제1 전도성 면에 배치된 제1 하나 이상의 통로를 통해 제1 경감된 용접 판의 제1 전도성 면에 배터리 코어의 제1 전극의 제1 하나 이상의 동심 영역을 접촉시킴으로써 상기 배터리 코어와 배터리의 제1 단자 사이에 제1 전기적 연결을 제공하기 위해 상기 제1 경감된 용접 판을 상기 배터리 코어에 부착하는 단계;
    상기 제1 경감된 용접 판의 제2 전도성 면의 제1 영역을 상기 배터리의 제1 단자에 접촉시키는 단계; 및
    상기 제1 전도성 면에 배치된 상기 제1 하나 이상의 통로를 통해 상기 배터리 코어에 전해질을 도입하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    제3 전도성 면에 배치된 제2 하나 이상의 통로를 통해 제2 경감된 용접 판의 제3 전도성 면에 상기 배터리 코어의 제2 전극의 제2 하나 이상의 동심 영역을 접촉시킴으로써 상기 배터리 코어와 상기 배터리의 제2 단자 사이에 제2 전기적 연결을 제공하기 위해 상기 제2 경감된 용접 판을 상기 배터리 코어에 부착하는 단계; 및
    상기 경감된 용접 판의 제4 전도성 면의 제2 영역을 상기 배터리의 제2 단자에 접촉시키는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 전도성 면의 제1 영역은 상기 배터리의 제1 단자에 용접되도록 구성된 탭에 대응하고, 상기 제4 전도성 면의 제2 영역은 상기 배터리의 제2 단자에 용접되도록 구성된 용접용 오목부에 대응하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1 하나 이상의 통로는 전체 통로 또는 간극 통로에 대응하고, 상기 제2 하나 이상의 통로는 전체 통로 또는 간극 통로에 대응하는, 방법.
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