KR20230049695A - 에너지 저장 전지 및 제조방법 - Google Patents

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에드워드 피틀릭
데이비드 엔슬링
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바르타 마이크로바테리 게엠베하
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Abstract

에너지 저장 전지(100)는 두 개의 말단 면(104b, 104c)들 및 그 사이에 위치되는 권선 쉘(104a)을 구비한 원통형 권선의 형태의 리본형 전극 및 분리막의 조립체(104)를 포함한다. 전극들은 각각 집전체(115, 125)를 가지며, 음극의길이방향 에지가 말단 면(104b, 104c)들 중 하나로부터 돌출되고, 양극의길이방향 에지가 다른 말단 면으로부터 돌출되도록, 조립체에서 서로로부터 오프셋된다.
조립체(104)는 터미널 원형 개구(101c)를 구비한 금속성 관형 하우징 부분(101)을 포함하는 하우징 내에서 축선 방향으로 정렬되어, 권선 쉘(104a)이 관형 하우징 부분(101)의 내측(101b)과 접한다. 바람직한 실시태양에서, 권선 쉘은 분리막에 의해 또는 별개의 플라스틱 밴드에 의해 형성되고, 따라서 하우징 부분(101)으로부터 절연된다.
전지(100)는, 전극들 중 하나의 전기적 접촉을 위해, 말단 면으로부터 돌출된길이방향 에지(115a, 125a)들 중 중 하나와 직접 접촉하고, 이러한길이방향 에지에 바람직하게는 용접에 의해 연결되는 접촉 요소(110)를 포함한다.
원형 에지를 갖는 하나를 접촉 요소(110)로서 사용하는 것, 그리고 관형 하우징 부분(101)의 터미널 원형 개구(101c)를 폐쇄하기 위해 접촉 요소(110)를 사용하는 것 제안한다.

Description

에너지 저장 전지 및 제조방법
이하에서 설명되는 본 발명은 전극-분리막 조립체를 포함하는 에너지 저장 전지에 관한 것이다.
전기 화학 전지는 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 산화 환원 반응을 통해 변환 할 수 있다. 그들은 분리막으로 분리된 양극과 음극을 일반적으로 포함한다. 방전 중에, 전자는 산화 과정의 결과로서 음극에서 방출된다. 그 결과 외부 전기 소비자가 끌어낼 수 있는 전자 전류가 생성되며, 이를 위해 전기화학 전지는 에너지 공급자 역할을 한다. 동시에, 전극 반응에 상응하는 이온 전류가 전지 내에서 발생한다. 이 이온 전류는 분리막을 가로지르며 이온 전도성 전해질에 의해 보장된다.
만약 방전이 가역적이라면, 즉 만약 방전 중에 발생한 화학 에너지의 전기 에너지로의 변환을 역전시켜 전지를 다시 충전할 수 있다면, 이것은 이차 전지라고 한다. 음극을 애노드로서 지정하고 양극을 캐소드로서 지정하는 것은, 일반적으로 이차 전지에 사용되는데, 전기 화학 전지의 방전 기능을 지칭한다.
이차 리튬 이온 전지는 높은 전류를 제공 할 수 있고 비교적 높은 에너지 밀도를 특징으로 하기 때문에 오늘날 많은 응용 분야에 대해 사용된다. 그들은 이온의 형태로 전지의 전극 사이를 이동할 수있는 리튬의 사용을 기반으로 한다. 리튬 이온 전지의 음극 및 양극은 전기 화학적 활성 성분뿐만 아니라 전기 화학적 비활성 성분을 포함하는 소위 복합재 전극에 의해 일반적으로 형성된다.
원칙적으로, 리튬 이온을 흡수 및 방출 할 수있는 모든 물질은 이차 리튬 이온 전지의 전기 화학적 활성 성분(활성 물질)으로 사용될 수 있다. 흑연계 탄소와 같은, 탄소 기반 입자는 종종 음극에 사용된다. 리튬의 삽입에 적합한 다른, 비-흑연계 탄소 재료가 또한 사용될 수 있다. 추가로, 리튬과 합금 가능한 금속 및 반-금속성(semi-metallic) 재료도 사용될 수 있다. 예를 들어, 원소들 주석, 알루미늄, 안티몬 및 실리콘은 리튬과 금속 간 상을 형성할 수 있다. 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 망간 산화물(LiMn2O4), 리튬 철 인산염(LiFePO4) 또는 이들의 유도체가 양극의 활물질로서 사용될 수 있다. 전기화학적 활성 물질은 전극 내에 입자 형태로 일반적으로 함유된다.
전기화학적 비활성 성분으로서, 복합재 전극은 평평하고/평평하거나 스트립형 집전체, 예를 들어 각각의 활성 물질에 대한 캐리어로서 기능하는 금속성 호일(foil)을 일반적으로 포함한다. 음극용 집전체(애노드 집전체)는 예를 들어 구리 또는 니켈로 형성될 수 있으며, 양극용 집전체(캐소드 집전체)는 예를 들어 알루미늄으로 형성될 수 있다. 또한, 전극은 전기화학적 비활성 성분으로서 전극 바인더(예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 다른 폴리머, 예를 들어, 카르복시메틸 셀룰로오스), 전도성-향상 첨가제, 및 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 전극 바인더는 전극의 기계적 안정성과 종종 집전체에 대한 활성 물질의 접착을 보장한다.
전해질로서, 리튬 이온 전지는 일반적으로 유기 용매(예를 들어, 탄산의 에테르 및 에스테르) 중의 육불화인산 리튬(LiPF6)과 같은 리튬 염의 용액을 포함한다.
리튬 이온 전지의 제조에서, 복합재 전극은 하나 이상의 분리막과 결합되어 조립체를 형성한다. 이 과정에서, 전극과 분리막은, 필요하다면 라미네이션에 의해 또는 본딩에 의해, 압력 하에서 함께 보통 결합된다. 그런 다음 조립체에 전해질을 함침시킴으로써 전지의 기본적인 기능성이 확립될 수 있다.
많은 실시태양에서, 조립체는 권선으로서 형성되거나 권선으로 제조된다. 일반적으로, 그것은 시퀀스 양극/분리막/음극을 포함한다. 종종, 조립체는 가능한 시퀀스 음극 / 분리막 / 양극 / 분리막 / 음극 또는 양극 / 분리막 / 음극 / 분리막 / 양극을 구비한 소위 바이 셀(bicells)로 만들어진다.
자동차 섹터에서의 응용 분야, 전기 자전거 또는 공구에서와 같이 높은 에너지 요구를 갖는 기타 응용 분야에 대해, 충전 및 방전 중에 고전류가 동시에 로딩될 수 있는 가능한 가장 높은 에너지 밀도를 가진 리튬 이온 전지가 필요하다.
언급된 응용 분야를 위한 전지는 종종 원통형 둥근 전지로 설계되고, 예를 들어 형수(form factor) 21 x 70(mm 단위의 직경 * 높이)를 구비한다. 이러한 유형의 전지는 항상 권선의 형태의 조립체를 포함한다. 이러한 형수의 최신 리튬 이온 전지는 이미 최대 270Wh / kg의 에너지 밀도를 달성 할 수 있다. 그러나, 이 에너지 밀도는 오로지 중간 단계로서 고려된다. 시장은 이미 훨씬 더 높은 에너지 밀도를 구비한 전지를 요구하고 있다.
그러나, 향상된 전기 화학 전지를 개발할 때, 단지 에너지 밀도 이외에 고려해야 할 다른 인자들이 있다. 매우 중요한 파라미터는 또한 충전 및 방전 중 전력 손실을 줄이기 위해 가능한 한 낮게 유지되어야 하는 전지의 내부 저항과 전지의 온도 조절에 필수적 일 수 있는 전극의 열적 연결이다. 이러한 파라미터는 권선의 형태의 복합재 조립체를 포함하는 원통형 둥근 전지에 대해서도 매우 중요하다. 전지를 빠르게 충전하는 동안, 전력 손실로 인해 전지에 열 축적이 발생할 수 있으며, 이는 막대한 열기계적 응력을 유발하고 후속적으로 전지 구조의 변형 및 손상을 초래할 수 있다. 집전체의 전기적 연결이 감긴 조립체로부터 축선 방향으로 돌출된 집전체에 용접된 별도의 전기 도체 탭을 통해 이루어질 때, 충전 또는 방전 중에 과부하 하에서 이러한 도체 탭에서 가열이 국부적으로 발생할 수 있기 때문에, 위험이 증폭된다.
WO 2017/215900 A1호는 전극-분리막 조립체 및 그 전극이 리본형이고 권선의 형태인 전지를 기술한다. 전극들은 각각 전극 재료가 담지된(loaded) 집전체를 갖는다. 반대 극성 전극들은 전극-분리막 조립체 내에서 서로에 대해 오프셋되어 배치되어, 양극의 집전체의 길이방향 에지가 일 측 상에서 권선으로부터 돌출되고 음극의 집전체의 길이방향 에지가 다른 측 상에서 권선으로부터 돌출된다. 집전체의 전기적 접촉을 위해, 전지는 선형 접촉 구역이 형성되는 방식으로, 길이방향 에지들 중 하나에 놓이는 적어도 하나의 접촉 요소를 갖는다. 접촉 요소는 용접에 의해 선형 접촉 구역을 따라 길이방향 에지에 연결된다. 이것은 집전체와 전기적으로 접촉하는 것을 가능하게 하고, 따라서 그의 전체 길이에 걸쳐 연관된 전극과 접촉시키는 것을 가능하게 한다. 이것은 설명된 전지 내의 내부 저항을 상당히 감소시킨다. 큰 전류의 발생은 후속적으로 훨씬 더 잘 흡수 될 수 있다.
US 6432574 B1은 역시 권선의 형태의 전극-분리막 조립체가 말단 면에 용접된 접촉 시트 금속 부재를 통해 전기적으로 접촉되는 원통형 둥근 전지를 기술한다. 도 2A는 이러한 전극-분리막 조립체를 수용하기 위한 전형적인 하우징을 보여준다. 그것은 감긴 전극-분리막 조립체가 축선 방향으로 정렬되는 컵형 하우징 부분을 포함한다. 하우징은 멀티-부분 뚜껑에 의해 폐쇄되고, 그 에지 상에는 환형 시일(seal)이 설치된다. 하우징을 밀봉하기 위해, 컵의 터미널 에지가 그것이 적용된 시일 뿐만 아니라 뚜껑의 에지에 걸쳐 방사상 안쪽으로 굽혀져 있다. 이 프로세스를 지원하기 위해, 뚜껑 바로 아래의 원주 깊은 홈이 필요하다. 밀봉 프로세스 동안, 공구가 이 홈에 맞물려서, 터미널 에지가 위아래로부터 굽혀질 때 뚜껑의 에지와 시일 상에 축선 방향 압력이 가해질 수 있다. 결과적으로, 시일은 홈과 뚜껑 에지의 하부측 사이 그리고 컵의 굽혀진 에지와 뚜껑 에지의 정상부 사이에서 압축되어, 효율적인 밀봉을 제공한다. 그러나, 요구되는 홈은 불리하다. 우선 한 가지 이유는, 전극-분리막 조립체가 삽입된 후에 그것은 별도의 단계로 하우징에 삽입되어야 한다. 또 다른 이유는, 홈은 뚜껑과 전기적으로 접촉하기 위해 전류 도체에 의해 극복되어야 하는 데드 볼륨(dead volume)을 부과한다. 도 2A에 도시된 전지의 경우, 매우 긴 접촉 시트 금속 부재는 이러한 목적을 위해 상부 말단 면에 용접되고, 위로 굽혀지고 뚜껑의 내측으로 용접된다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 향상된 에너지 밀도 뿐만 아니라 전극의 전체 면적 및 길이에 걸쳐 가능한 한 멀리 균일한 전류 분포에 의해 특징지어지고 동시에 내부 저항 및 수동 방열 능력과 관련하여 우수한 특성을 갖는 에너지 저장 전지를 제공하는 것이었다. 더욱이, 전지는 또한 개선된 제조가능성 및 안전성에 의해 특징지어져야 한다.
이러한 목적은 후술하는 에너지 저장 전지에 의해, 특히 청구항 제1항의 특징들을 갖는 후술하는 에너지 저장 전지의 바람직한 실시태양에 의해, 그리고 , 후술하는 후술하는 방법에 의해, 특히 청구항 제10항의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 전지와 방법의 바람직한 실시태양은 또한 종속 청구항으로부터 명백할 것이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 전지는 항상 바로 다음과 같은 특징 a 내지 j를 갖는다:
a. 상기 전지는 시퀀스 애노드/분리막/캐소드를 구비한 전극-분리막 조립체를 포함함,
b. 상기 전극-분리막 조립체는 두 개의 터미널 말단 면들 및 그들 사이의 권선 쉘을 구비한 원통형 권선의 형태임,
c. 상기 전지는 터미널 원형 개구를 구비한 금속성 관형 하우징 부분을 포함하는 하우징을 포함함,
d. 상기 하우징 내에서, 권선으로서 형성되는 상기 전극-분리막 조립체는, 상기 권선 쉘이 상기 관형 하우징 부분의 내측에 접하도록, 축선 방향으로 정렬됨,
e. 상기 애노드는 리본-형상이고 제1길이방향 에지, 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단들을 갖는 리본형 애노드 집전체를 포함함,
f. 상기 애노드 집전체는 음극 재료의 층이 담지된(loaded) 스트립형 메인 영역, 및 상기 제1길이방향 에지를 따라 연장하고 상기 전극 재료가 담지되지 아니한 자유 에지 스트립을 포함함,
g. 상기 캐소드는 리본-형상이고 제1길이방향 에지, 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단들을 갖는 리본형 캐소드 집전체를 포함함,
h. 상기 캐소드 집전체는 양극 재료의 층이 담지된 스트립형 메인 영역, 및 상기 제1길이방향 에지를 따라 연장하고 상기 전극 재료가 담지되지 아니한 자유 에지 스트립을 포함함,
i. 상기 애노드와 상기 캐소드는, 상기 애노드 집전체의 상기 제1길이방향 에지가 상기 터미널 말단 면들 중 하나로부터 돌출하고, 상기 캐소드 집전체의 상기 제1길이방향 에지가 상기 터미널 말단 면들 중 다른 하나로부터 돌출하도록, 상기 전극-분리막 조립체 내에 배치됨,
j. 상기 전지는 상기 제1길이방향 에지들 중 하나와 직접 접촉하고 용접에 의해 상기 길이방향 에지에 바람직하게 연결되는 적어도 부분적으로 금속성 접촉 요소를 포함함.
전기화학 시스템의 바람직한 실시태양
원칙적으로, 본 발명은 그의 전기화학적 실시태양에 관계없이 에너지 저장 전지를 포함한다. 그러나, 특히 바람직한 실시태양에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 전지는 리튬-이온 전지, 특히 이차 리튬-이온 전지이다. 기본적으로 이차 리튬 이온 전지에 대해 공지된 모든 전극 재료는 따라서 에너지 저장 전지의 애노드 및 캐소드에 대해 사용될 수 있다.
흑연계 탄소와 같은 탄소계 입자들 또는 바람직하게는 역시 입자 형태의 리튬을 삽입할 수 있는 비-흑연계 탄소는 리튬 이온 전지의 형태로 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 음극에서 활성 물질로서 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 리튬 티타네이트(Li4Ti5O12) 또는 이의 유도체는 음극에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 또한 미립자 형태이다. 또한, 음극은, 선택적으로탄소계 활성 물질과 조합하여, 실리콘, 알루미늄, 주석, 안티몬, 또는 리튬을 가역적으로 통합 및 제거할 수 있는 이들 물질의 화합물 또는 합금, 예를 들어 실리콘 산화물을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 활성 물질로서 함유할 수 있다. 주석, 알루미늄, 안티몬 및 실리콘은 리튬과 금속 간 상을 형성 할 수 있다. 리튬을 흡수하는 용량은 특히 실리콘의 경우 흑연 또는 유사한 재료의 용량을 여러 배수만큼(many times) 초과한다. 또한, 금속성 리튬으로 제조된 얇은 애노드도 가능하다.
본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 형태의 에너지 저장 전지의 양극에는 LiCoO2 및 LiFePO4와 같은 리튬 금속 산화물 화합물 및 리튬 금속 인산염 화합물이 적합한 활성 물질이다. 또한, 화학식 LiNixMnyCozO2(여기서 x+y+z는 전형적으로 1임)를 갖는 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC)이 특히 적합하고, 화학식 LiMn2O4인 리튬 망간 스피넬(LMO), 또는 화학식 LiNixCoyAlzO2(여기서 x + y + z는 전형적으로 1임). 이들의 유도체, 예를 들어 화학식 Li1.11(Ni0.40Mn0.39Co0.16Al0.05)0.89O2 또는 상기 물질들의 Li1+xM-O 화합물 및/또는 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 캐소드성(cathodic) 활성 물질은 또한 바람직하게는 미립자 형태로 사용된다.
또한, 리튬 이온 전지로서 설계된 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 전극은 전기 전도성을 향상시키기 위해 전극 바인더 및/또는 첨가제를 함유하는 것이 바람직하다. 활성 물질은 바람직하게는 전극 바인더의 매트릭스 내에 매립되고, 매트릭스 내의 인접한 입자들은 바람직하게는 서로 직접 접촉한다. 전도제는 전극의 전기 전도도를 높이는 기능을 갖는다. 일반적인 전극 바인더는 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴레이트 또는 카르복시메틸 셀룰로오스를 기반으로 한다. 일반적인 전도제는 카본 블랙과 금속 분말이다.
본 발명에 따른 에너지 저장 전지는 전해질을 포함하는 것이 바람직하며, 리튬 이온 전지의 경우 특히 유기 용매에(예를 들어, THF 또는 니트릴과 같은 유기 카보네이트 또는 환형 에테르의 혼합물에) 용해되어 존재하는 육불화인산리튬(LiPF6)과 같은 하나 이상의 리튬염에 기초한 전해질. 사용될 수 있는 다른 리튬 염은 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI) 및 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB)을 포함한다.
분리막의 바람직한 실시태양
전극-분리막 조립체는 바람직하게는 적어도 하나의 리본형 분리막을 포함하며, 더욱 바람직하게는 각각 제1 및 제2길이방향 에지 및 2개의 말단들을 갖는 2개의 리본형 분리막을 포함한다.
바람직하게는, 분리막은 전기 절연 플라스틱 필름으로부터 형성된다. 분리막이 전해질에 의해 침투될 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해, 사용된 플라스틱 필름은 예를 들어 미세 기공을 가질 수 있다. 호일은 예를 들어 폴리올레핀 또는 폴리에테르케톤으로 구성될 수 있다. 플라스틱 재료 또는 다른 전기 절연 시트 구조로 만들어진 부직포 및 직물도 분리막으로서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 분리막은 5 μm 내지 50 μm 범위의 두께를 갖는 것이 사용된다.
일부 실시태양에서, 조립체의 분리막 또는 분리막들은 또한 고체 전해질의 하나 이상의 층일 수 있다.
권선으로서 형성되는 전극-분리막의 바람직한 구조
리본형 애노드, 리본형 캐소드 및 리본형 분리막(들)은 바람직하게는 권선의 형태로 전극-분리막 조립체 내에 나선형으로 감긴다. 전극-분리막 조립체를 제조하기 위해, 리본형 전극은 리본형 분리막과 함께 권선 장치에 공급되고, 여기서 그들은 바람직하게는 권선 축선을 중심으로 나선형으로 감긴다. 일부 실시태양에서, 전극 및 분리막은 이러한 목적을 위해 원통형 또는 중공-원통형 권선 코어 상에 감기고, 이는 권선 맨드릴(winding mandrel) 상에 안착되고 감고난 후에 권선에 잔류한다. 권선 쉘은 예를 들어 플라스틱 필름 또는 접착 테이프에 의해 형성될 수 있다. 또한, 권선 쉘은 분리막의 하나 이상의 회전에 의해 형성될 수 있다.
집전체의 바람직한 실시태양들
에너지 저장 전지의 집전체는 가능한 한 넓은 면적에 걸쳐 각 전극 재료에 포함된 전기 화학적 활성 성분과 전기적으로 접촉하는 기능을 갖는다. 바람직하게는, 집전체는 금속으로 구성되거나 적어도 표면 상에 금속화된다. 리튬-이온 전지로서 설계된 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 경우에, 애노드 집전체에 적합한 금속은 예를 들어, 구리 또는 니켈 또는 다른 전기 전도성 물질, 특히 구리 및 니켈 합금 또는 니켈로 코팅된 금속이다. 스테인레스 스틸도 일반적으로 가능성이 있다. 리튬 이온 전지로서 설계된 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 경우, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 다른 전기 전도성 물질이 캐소드 집전체용 금속으로서 특히 적합하다.
바람직하게는, 애노드 집전체 및/또는 캐소드 집전체는 각각 4μm 내지 30μm 범위의 두께를 갖는 금속 호일, 특히 4μm 내지 30μm 범위의 두께를 갖는 리본형 금속 호일이다.
그러나, 호일 이외에, 금속성 또는 금속화 된 부직포 또는 개방-기공 금속성 폼(foams) 또는 확장형 금속(expanded metals)과 같은 다른 리본형 기판이 집전체로서 사용될 수 있다.
집전체는 각각의 전극 재료로 양 측에 담지되는 것이 바람직하다.
분리막의길이방향 에지는 권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체의 말단 면을 형성하는 것이 바람직하다.
권선의 터미널 말단 면으로부터 돌출된 애노드 집전체 및/또는 캐소드 집전체의 길이방향 에지가 5000μm를 초과하지 않는 것이 추가적으로 바람직하며, 바람직하게는 3500μm를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는, 애노드 집전체의 에지 또는길이방향 에지는 권선의 말단 면으로부터 2500 μm 이하, 특히 바람직하게는 1500 μm 이하로 돌출한다. 특히 바람직하게는, 캐소드 집전체의 에지 또는길이방향 에지는 권선의 말단 면으로부터 3500 μm 이하, 특히 바람직하게는 2500 μm 이하로 돌출한다.
본 발명에 따른 용액
특히, 전지는 다음의 두 가지 특징 k 및 l에 의해 특징지어진다:
k. 상기 접촉 요소는 원형 에지를 포함함,
l. 상기 접촉 요소는 관형 하우징 부분의 터미널 원형 개구를 폐쇄함.
본 발명에 따라, 원형 에지를 갖는 접촉 요소를 사용하고, 관형 하우징 부분의 터미널 원형 개구를 접촉 요소로 폐쇄하는 것이 제안된다. 따라서 접촉 요소는 전극과 전기적으로 접촉하는 역할을 할 뿐만 아니라, 하우징 부분으로서도 기능한다. 이는 접촉 요소와 하우징 부분 사이에 별도의 전기적 연결이 더 이상 필요하지 않기 때문에 큰 이점이다. 이는 하우징 내에 공간을 생성하고 전지 조립을 단순화한다. 또한, 하우징 부분을 전지의 집전체에 직접 연결하면 우수한 방열 특성이 제공된다.
접촉 요소의 바람직한 실시태양/권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체에 대한 접촉 요소의 전기적 연결
본 발명의 바람직한 제1 실시예에서, 에너지 저장 전지는 바로 다음의 4가지 특징 a 내지 d 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 접촉 요소는 금속 디스크이거나 이를 포함하고, 그 에지는 접촉 요소의 원형 에지에 상응하거나 이의 부분을 형성함,
b. 금속 디스크는 그 에지가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분의 내측과 접하는 방식으로 관형 하우징 부분에 배치됨,
c. 금속 디스크의 에지는 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분에 연결됨,
d. 제1길이방향 에지들 중 하나는 용접에 의해 금속 디스크에 연결됨.
특히 바람직하게는, 바로 앞의 4개의 모든 특징들 a 내지 d는 서로 조합하여 실현된다.
가장 간단한 실시태양에서, 금속 디스크는 단지 하나의 평면으로 연장되는 원형 둘레를 갖는 평평한 시트 금속 부분이다. 그러나, 대부분의 경우, 더 정교한 디자인이 선호될 수 있다. 예를 들어, 금속 디스크는 예를 들어 그의 중앙 주위에 하나 이상의 원형 함몰부 및/또는 상승부를 갖고, 바람직하게는 동심원 배열로, 프로파일링될 수 있으며, 이는 예를 들어 물결 모양(undulating) 단면을 초래할 수 있다. 내부 표면이 하나 이상의 융기부를 가질 수도 있다. 더욱이, 디스크는 예를 들어 U자형 단면을 갖는 이중-층 에지 영역을 갖도록 방사상 안쪽으로 굽혀진 에지를 가질 수 있다.
접촉 요소는 금속 디스크를 포함하여 여러 개별 부분으로 구성 될 수 있으며, 반드시 모두 금속으로 구성될 필요는 없다. 특히 바람직한 실시태양에서, 접촉 요소는 예를 들어, 금속 디스크 상에 용접될 수 있고 금속 디스크와 대략 또는 정확히 동일한 직경을 갖는 원형 둘레를 갖는 프로파일링된 금속성 극 캡(pole cap)을 포함할 수 있어서, 금속 디스크의 에지와 극 캡의 에지가 함께 접촉 요소의 에지를 형성한다. 추가의 실시태양에서, 극 캡의 에지는 금속 디스크의 전술한 방사상 안쪽으로 굽혀진 에지에 의해 둘러싸일 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 심지어 두 개의 개별 부분들 사이에 클램프 연결(clamp connection)이 있을 수 있다.
금속 디스크의 에지가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분의 내측과 접할 수 있게 하기 위해, 관형 하우징 부분이 적어도 금속 디스크의 에지가 접하는 섹션에서 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해 상기 섹션이 중공 원통형인 것이 적절하다. 이 섹션에서 관형 하우징 부분의 내경은 접촉 요소의 에지의 외경, 특히 금속 디스크의 외경에 상응하게 적응된다.
금속 디스크의 에지를 관형 하우징 부분에 용접하는 것은 특히 레이저에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 납땜 또는 본딩에 의해 금속 디스크를 고정할 수도 있다.
원주 용접 이음매에는 별도의 밀봉 요소가 필요하지 않다. 금속 디스크와 관형 하우징 부분은 용접 이음매를 통해 밀봉적으로 연결된다. 또한, 용접된 조인트는 금속 디스크와 관형 하우징 부분 사이에 거의 저항이없는 전기 연결을 보장한다.
본 발명의 제2 바람직한 실시태양에서, 에너지 저장 전지는 바로 다음의 5가지 특징 a 내지 e 중 적어도 하나에 의해 특징지어 진다:
a. 접촉 요소는 금속 디스크이거나 이를 포함고, 그 에지는 접촉 요소의 원형 에지에 상응하거나 그 일부를 형성함,
b. 금속 디스크는 그 에지가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분의 내측과 접하는 방식으로 관형 하우징 부분에 배치됨,
c. 금속 디스크의 에지는 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분에 연결됨,
d. 접촉 요소는 양 측을 갖는 금속성 접촉 시트 금속 부재를 포함하며, 그 중 하나는 금속 디스크의 방향을 향하고 용접에 의해 금속 디스크에 연결되는 것이 바람직함,
e. 제1길이방향 에지들 중 하나는 접촉 시트 금속 부재의 다른 측에 직접 접하고, 바람직하게는 용접에 의해 그것에 결합됨.
특히 바람직하게는, 5개의 바로 앞의 특징들 a 내지 e는 모두 서로 조합하여 실현된다.
일부 특징과 관련하여, 본 발명의 제2 바람직한 실시태양은 예를 들어 특징 a 내지 c의 범위에서 제1 바람직한 실시태양과 상이하지 않다. 결과적으로, 이러한 특징들에 대해 더 이상 별도로 설명할 필요는 없다. 이들 특징들의 바람직한 실시태양과 관련하여, 본 발명의 제1 바람직한 실시태양과 관련하여 상기 설명이 참조된다.
여기서도, 금속 디스크의 에지는 특히 레이저에 의해 관형 하우징 부분에 용접될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 납땜 또는 본딩에 의해 금속 디스크를 고정할 수도 있다.
그러나, 본 발명의 제1 바람직한 실시태양과는 대조적으로, 접촉 요소는, 금속 디스크 이외에, 특징 d에 따른 접촉 시트 금속 부재를 추가적인 성분으로서 포함하고, 이에 의해 제1 길이방향 에지들 중 하나는 금속 디스크에 직접 접하지 않고 대신 접촉 시트 금속 부재와 직접 접한다. 금속 디스크는 하우징을 폐쇄하는 역할을 하는 반면, 접촉 시트 금속 부재는 집전체의 길이방향 에지와 접촉한다.
간단한 실시태양에서, 접촉 시트 금속 부재는 하나의 평면에서만 연장되는 평평한 시트 금속 부분이며; 다른 실시태양에서, 그것은 또한 프로파일링된 시트 금속 부분일 수 있다. 특히, 길이방향 에지와 접촉하는 측 상에 하나 이상의 융기부 또는 세장형 함몰부를 갖는 것도 가능하다.
접촉 시트 금속 부재는 일부 바람직한 실시태양에서 원형 둘레를 가질 수 있지만, 이는 결코 필수는 아니다. 일부 경우들에서, 접촉 시트 금속 부재는 예를 들어, 금속 스트립일 수 있고, 또는, 별형(star-shaped) 배열과 같은 복수의 스트립형 부분들을 가질 수 있다.
일부 실시태양에서, 적어도 하나의 슬롯 및/또는 적어도 하나의 천공을 포함하는 접촉 시트 금속 부재가 사용될 수 있다. 이들은 제 1길이방향 에지에 용접된 조인트를 형성하는 동안 접촉 시트 금속 부재의 변형을 상쇄하는 기능을 가질 수 있다.
금속 디스크를 향하는 접촉 시트 금속 부재의 측은, 접촉 시트 금속 부재와 금속 디스크의 직접 접촉의 경우, 이차원 접촉면이 존재하는, 즉 접촉 시트 금속 부재와 금속 디스크가 적어도 일부 면적에서 서로의 위에 평평하게 놓여 있는 방식으로 설계되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 접촉식 시트 금속 부재와 금속 디스크는 서로 강성, 더욱 바람직하게는 서로 강성, 직접 접촉한다. 이 경우에, 그들은 용접 또는 납땜에 의해 서로에게 고정되는 것이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 실시태양에서, 접촉 시트 금속 부재는 WO 2017/215900 A1에서 설명된 접촉 플레이트처럼 설계된다.
본 발명의 바람직한 제3 실시태양에서, 에너지 저장 전지는 바로 다음의 특징들 a 내지 g 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 접촉 요소는 금속 디스크이거나 이를 포함하고, 그 에지는 접촉 요소의 원형 에지에 상응하거나 그 부분을 형성함,
b. 금속 디스크는 그 에지가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분의 내측과 접하는 방식으로 관형 하우징 부분에 배치됨,
c. 금속 디스크의 에지는 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분에 연결됨,
d. 접촉 요소는 양 측들을 갖는 금속성 접촉 시트 금속 부재를 포함하며, 그 중 하나는 금속 디스크를 대향함,
e. 접촉 요소는 접촉 시트 금속 부재에 고정되고 금속 디스크 내의 구멍을 통해 전지의 하우징 밖으로 연장하는 극 핀(108)을 포함함,
f. 접촉 요소는 극 핀(108) 및/또는 접촉 시트 금속 부재를 금속 디스크로부터 전기적으로 절연하는 적어도 하나의 절연 수단을 포함함,
g. 제 1 길이방향 에지들 중 하나는 접촉 시트 금속 부재의 다른 측에 직접 접하고, 바람직하게는 용접에 의해 그것에 결합됨.
특히 바람직하게는, 바로 앞의 모든 특징들 a 내지 g는 서로 조합하여 실현된다.
일부 특징들과 관련하여, 본 발명의 제3 바람직한 실시태양은 예를 들어 특징 a 내지 d의 범위에서 제1 및 제2바람직한 실시태양과 상이하지 않다. 따라서 이러한 특징들에 대해 별도로 자세히 설명할 필요는 없다. 특징 a 내지 c의 바람직한 실시태양과 관련하여, 본 발명의 제1 바람직한 실시태양과 관련한 상기 설명이 참조된다. 특징 d의 바람직한 실시태양과 관련하여, 특히 접촉 시트 금속 부재의 가능한 실시태양과 관련하여, 본 발명의 제2 바람직한 실시태양과 관련한 상기 설명이 참조된다.
여기서도, 금속 디스크의 에지는 특히 레이저에 의해 관형 하우징 부분에 용접될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 납땜 또는 본딩에 의해 금속 디스크를 고정할 수도 있다.
그러나, 본 발명의 제2 바람직한 실시태양과 달리, 제3 실시태양에서의 접촉 요소는 추가적인 성분으로서 극 핀을 포함한다. 이것은 접촉 시트 금속 부재에 용접 또는 납땜에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 그것은 절연 재료에 의해 금속 디스크로부터 전기적으로 절연되며, 이는 바람직하게는 또한 밀봉 기능을 갖는다.
절연 재료는 바람직하게는 통상적인 플라스틱 시일(seal)일수 있으며, 이것은 각각의 경우에 사용되는 전해질에 대해 화학적으로 내성이어야 한다. 적합한 밀봉재는 1차 및 이차 에너지 저장 요소의 분야의 당업자에게 공지되어 있다. 대안적인 바람직한 실시태양에서, 유리 뿐만 아니라 세라믹 및 유리-세라믹 덩어리(masses)도 절연 재료로서 사용될 수 있다.
접촉 요소의 시트 금속 부재 또는 금속 디스크에 대한길이방향 에지의 용접에 관한 가능한 바람직한 실시태양
제1 및 제2 또는 제3 바람직한 발명 변형예 모두에서, 집전체의 길이방향 에지는, 하나의 경우에는 접촉 요소의 금속 디스크에 직접, 다른 경우에는 접촉 시트 금속 부재에, 용접에 의해 접촉 요소에 연결되는 것이 바람직하다. 다음에서, 일부 접촉 변형예들이 제시되며, 이에 따라 길이방향 에지를 접촉 시트 금속 부재에 또는 금속 디스크에 연결하는 것이 설계될 수 있다.
집전체의 에지를 접촉 요소로 용접하는 개념은 WO 2017/215900 A1 또는 JP 2004-119330 A로부터 이미 공지되어 있다. 이 기술은 특히 높은 전류 전달 용량과 낮은 내부 저항을 가능하게 한다. 따라서 접촉 요소, 특히 또한 디스크형 접촉 요소를 집전체의 에지에 전기적으로 연결하는 방법과 관련하여, WO 2017/215900 A1 및 JP 2004-119330 A의 내용이 완전히 참조된다.
특히 바람직하게는, 제1길이방향 에지들 중 하나는 금속 디스크 또는 일부의 경우에서, 접촉 시트 금속 부재의 길이를 따라 직접 접한다. 그 결과, 나선형으로 감긴 전극의 경우에, 나선 형상을 갖는 선형(line-shaped) 접촉 구역이 생성된다. 길이 방향 에지가 적합한 용접된 조인트에 의해 이러한 선형 및 바람직하게는 나선형 접촉 구역을 따라 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 가능한 한 균일하게 연결되는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 이 접속은 다음과 같이 설계될 수 있다:
· 접촉 변형예 1: 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하는 집전체의 길이방향 에지는 용접 이음매에 의해 그의 전체 길이에 걸쳐 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 연속적으로 연결됨,
· 접촉 변형예 2: 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하는 집전체의 길이방향 에지는 하나 이상의 섹션을 포함하며, 각 섹션은 용접 이음매에 의해 그의 전체 길이에 걸쳐 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 연속적으로 연결된다. 특히 바람직하게는, 이들 섹션은 5 mm, 바람직하게는 10 mm, 특히 바람직하게는 20 mm의 최소 길이를 가짐,
· 접촉 변형예 3: 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하는 집전체의 길이방향 에지는 복수의 점 모양(point-shaped) 용접된 조인트(소위 멀티-핀 연결)를 통해 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 연결됨.
물론, 이들 세 가지 접촉 변형예들 중에서, 두 번째와 세 번째도 결합될 수 있다.
제 2 접촉 변형예의 가능한 추가적인 국면에서, 그의 전체 길이에 걸쳐 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 연속적으로 연결된 섹션 또는 섹션들은 각각의 길이방향 에지의 전체 길이의 적어도 25%에 걸쳐, 바람직하게는 적어도 50%에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 75%에 걸쳐 연장된다.
특히 바람직하게는 금속 디스크 및/또는 접촉 시트 금속 부재가 바로 다음의 특징들 a 및 b 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 금속 디스크 및/또는 접촉 시트 금속 부재는 바람직하게는 50 μm 내지 600 μm 범위의 두께, 바람직하게는 150 μm 내지 350 μm 범위의 두께를 가짐,
b. 금속 디스크 및/또는 접촉 시트 금속 부재는 합금 또는 비합금 알루미늄, 합금 또는 비합금 티타늄, 합금 또는 비합금 니켈 또는 합금 또는 비합금 구리로 구성되지만, 만약 필요하다면, 스테인리스강(예를 들어 유형 1.4303 또는 1.4404) 또는 니켈 도금 강으로 구성됨.
직전의 특징들 a 및 b가 조합되어 실현되는 것이 특히 바람직하다.
만약 금속 디스크에 직접 접하거나, 또는 경우에 있어서, 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하는, 특히 그에 용접되는 길이방향 에지가 애노드 집전체의 길이방향 에지라면, 애노드 집전체와 금속 디스크 또는 애노드 집전체와 접촉시트 금속 부재 모두 동일한 재료 또는 적어도 화학적으로 관련된 재료로 구성되는 것이 바람직하고, 예를 들어 구리와 구리 합금. 리튬 이온 전지로서 설계된 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 경우, 상기 재료는 구리, 니켈, 티타늄, 이들 3가지 원소의 합금, 니켈 도금 강 및 스테인리스강을 포함하는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 그러나, 리튬 티타네이트 애노드의 경우, 애노드 집전체와 금속 디스크 또는 애노드 집전체와 접촉식 시트 금속 부재는 또한 알루미늄으로 구성될 수 있다.
만약 금속 디스크에 직접 접하거나, 또는 일부 경우들에 있어서, 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하는, 특히 그에 용접되는 길이방향 에지가 캐소드 집전체의 길이방향 에지라면, 캐소드 집전체와 금속 디스크 또는 캐소드 집전체와 접촉 시트 금속 부재 모두 동일한 재료 또는 적어도 화학적으로 관련된 재료로 구성되는 것이 바람직하고, 예를 들어 알루미늄 및 알루미늄 합금. 이것은 합금된 또는 비합금된 알루미늄, 티타늄, 티타늄 합금 및 스테인리스강(예를 들어, 유형 1.4404)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것이 특히 바람직하다.
만약 접촉 요소가 금속 디스크 및 접촉 시트 금속 부재 모두를 포함한다면, 접촉 시트 금속 부재와 금속 디스크는 또한 재료 관점에서 동일한 재료 또는 적어도 화학적으로 관련된 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 말하자면, 그것은 그 위에 접하는 집전체와 동일한 재료 또는 화학적으로 관련된 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
접촉 시트 금속 부재와 조합될 때, 일부 바람직한 실시태양에서 그것은 스테인리스강, 예를 들어 유형 1.4303 또는 1.4404로 구성된다.
특히 바람직하게는, 에너지 저장 전지는, 특히 본 발명의 제1 내지 제3 바람직한 변형예들의 설명된 실시태양들에서, 다음의 2개의 추가적인 바로 다음의 특징들 a 및 b중 적어도 하나를 갖는다:
a. 관형 하우징 부분은, 축선 방향으로, 권선 쉘이 내부 측과 접하는 중앙 섹션 및 금속 디스크의 에지가 내부 측과 접하는 접촉 섹션을 포함함,
b. 관형 하우징 부분은 접촉 요소의 에지 위로 방사상 안쪽으로 굽혀진 원형 에지를 포함함.
접촉 구역의 영역에서 관형 하우징 부분의 바람직한 실시태양에 관한 상기 설명에 따라, 접촉 섹션은 바람직하게는 원통형 또는 보다 정확하게는 중공 원통형이다. 중앙 섹션의 디자인과 관련하여 동일한 것이 적용된다.
하우징 컵을 구비하는 하우징 변형예
본 발명의 특히 바람직한 실시태양에서, 에너지 저장 전지는 항상 다음의 추가 바로 다음의 특징들 a 및 b 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 상기 관형 하우징 부분(101)은 원형 바닥부를 포함하는 하우징 컵의 부분임,
b. 제1길이방향 에지들 중 다른 하나는 바닥부에 직접 접하고 바람직하게는 용접에 의해 바닥부에 결합됨.
특히 바람직하게는, 바로 앞의 특징들 a 및 b는 조합하여 실현된다.
하우징 컵의 사용은 전지 하우징의 구성에서 오랫동안 알려져 왔으며, 예를 들어 처음에 언급된 WO 2017/215900 A1로부터 알려져 왔다. 그러나, 본원에서 제안된 바와 같이, 집전체의 길이방향 에지를 하우징 컵의 바닥부에 직접 연결하는 것은 알려져 있지 않다. 이러한 조치는 또한, 이제 바닥부 측 상에 있는, 별도의 전기 전도체를 생략하고 축선 방향으로 연장된 감긴 전극-분리막 조립체를 사용하는 것을 가능하게 하여, 본 발명에 따른 전지의 에너지 밀도를 상승시키고 그의 방열 특성을 개선하는 것을 돕는다.
따라서, 본 발명에 따르면, 권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체의 반대되는 말단 면들로부터 돌출하는 양극 및 음극의 집전체 에지들을 각 경우에서 하우징 부분, 즉 컵의 바닥부와 전술한 폐쇄 요소로서 기능하는 접촉 요소에 직접 결합시키는 것이 가능하고 바람직하다. 따라서 활성 성분에 대한 전지 하우징의 사용 가능한 내부 부피의 사용은 이론적 최적에 접근한다.
하우징 컵은, 특히 그 바닥부의 영역에서, 바람직하게는 접촉 요소의 금속 디스크 및/또는 접촉 시트 금속 부재의 그것과 유사한 두께, 즉 특히 50μm 내지 600μm 범위의 두께, 바람직하게는 150μm 내지 350μm 범위의 두께를 갖는다.
특히, 만약 본 발명에 따른 전지가 리튬 이온 전지로서 설계된다면, 하우징 컵 또는 적어도 하우징 컵의 바닥부가 이루어지는 재료의 선택은 애노드 또는 캐소드 집전체가 바닥부에 연결되는지 여부에 따라 달라진다. 선호되는 재료는 기본적으로 집전체 자체가 만들어지는 재료와 동일하다. 따라서, 하우징 컵 또는 하우징 컵의 바닥부는 다음의 재료로 구성될 수 있다:
합금 또는 비합금 알루미늄, 합금 또는 비합금 티타늄, 합금 또는 비합금 니켈, 합금 또는 비합금 구리, 스테인리스강(예를 들어 유형 1.4303 또는 1.4404), 니켈-도금 강.
더욱이, 하우징은, 예를 들어 강철의 층 및 알루미늄 또는 구리의 층을 포함하는, 다층 재료(클래드 재료)로 구성될 수 있다. 이들 경우들에서, 알루미늄의 층 또는 구리의 층은 바람직하게는 하우징 컵의 내측 또는 하우징 컵의 바닥부를 각각 형성한다.
원칙적으로, 접촉 요소의 경우와 같이, 접촉 시트 금속 부재를 통해 제 1 길이방향 에지들 중 의 다른 하나의 길이방향 에지와 컵의 바닥부 사이에 간접적인 연결만 있을 수도 있다. 이 경우에, 전술한 3가지 접촉 변형예들 중 하나에 따라 길이방향 에지와 접촉시트 금속 부재 사이에 용접된 연결이 있는 것이 바람직하고, 한편 접촉시트 금속 부재는 직접 용접에 의해 바닥부에 연결되는 것이 바람직하다. 접촉 시트 금속 부재는 전술한 접촉 요소의 경우에 그의 상응물처럼 설계되는 것이 바람직하다.
바닥부에 또는 접촉 시트 금속 부재에 제1길이방향 에지들 중 다른 하나를 결합시키는 것은 기본적으로 제1길이방향 에지들 중 하나를 접촉 요소에 결합시키는 경우와 동일한 설계 원리를 따른다. 여기서도,길이방향 에지는 바람직하게는 그 길이를 따라 바닥부와 직접 접하여, 나선형으로 감긴 전극의 경우, 나선 형상을 갖는 선형 접촉 구역이 생성된다. 또한, 여기서길이방향 에지가 적절한 용접된 조인트에 의해 이러한 선형 및 바람직하게는 나선형 접촉 구역을 따라 바닥부에 또는 접촉 시트 금속 부재에 가능한 한 균일하게 연결되는 것이 바람직하다. 이러한 연결은 전술한 3개의 접촉 변형예들 중 하나 또는 이들 접촉 변형예들의 조합에 따라, 예를 들어 멀티-핀 연결로서 설계되는 것이 바람직하다.
두 개의 뚜껑을 구비하는 하우징 변형예
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시태양에서, 에너지 저장 전지는 항상 다음의 3가지 추가적인 바로 다음의 특징들 a 내지 c 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 관형 하우징 부분은 추가적인 터미널 원형 개구를 가짐,
b. 전지는 이 추가적인 터미널 개구를 폐쇄하는 원형 에지를 구비한 폐쇄 요소를 포함함,
c. 추가적인 터미널 개구를 위한 폐쇄 요소는 금속 디스크이거나 이를 포함하고, 그의 에지는 금속 폐쇄 요소의 원형 에지에 상응하거나 그 부분을 형성함.
특히 바람직하게는, 바로 앞의 특징들 a 내지 c는 조합되어 실현된다.
이 실시태양에서, 관형 하우징 부분은 - 폐쇄 요소와 함께 - 하우징 컵을 대체한다. 따라서 하우징은 3 개의 하우징 부분으로 구성되며, 그 중 하나는 관형이고 다른 2 개(접촉 요소 및 폐쇄 요소)는 관형 부분의 터미널들을 뚜껑으로서 폐쇄한다. 생산 기술의 측면에서, 이것은, 하우징 컵과 달리, 관형 하우징 부분의 제조에 딥-드로잉 도구가 필요하지 않기 때문에 이점을 제공한다. 또한, 폐쇄 요소에 대한 제 1길이방향 에지들 중 다른 하나의 직접 연결은 기본적으로 전술한 하우징 컵의 바닥부로의 연결과 동일한 이점을 초래한다.
본 실시태양에서, 관형 하우징 부분은 원통형 또는 중공 원통형인 것이 바람직하다. 상술한 접촉 요소와 유사하게, 폐쇄 요소는, 가장 단순한 실시태양에서, 하나의 평면에서만 연장되는 원형 둘레를 구비한 금속 디스크이거나, 또는 대안적으로 예를 들어, 그 중앙 주위에, 바람직하게는 동심 배열로, 하나 이상의 원형 함몰부 및/또는 상승부를 가지고, 그 결과 예를 들어, 물결 모양의 단면이 생기는 프로파일링된 금속 디스크일 수 있다. 마찬가지로 바람직하게는, 폐쇄 요소의, 특히 금속 디스크의 내부 표면은 하나 이상의 융기부를 가질 수 있다. 더욱이, 폐쇄 요소, 특히 금속 디스크는 또한 방사상 안쪽으로 굽혀진 에지를 가질 수 있어서, 그것은 또는 그들은 예를 들어 U자형 단면을 갖는 이중층 에지 영역을 갖는다.
추가적인 실시태양에서, 폐쇄 요소, 특히 금속 디스크는 또한 L형 단면을 갖도록 90°를 통해 굽혀지는 에지를 가질 수 있다.
폐쇄 요소, 특히 금속 디스크의 재료의 선택 및 바람직한 두께와 관련하여, 접촉 요소의 금속 디스크에 관한 상기 설명에 대해 마찬가지로 참조가 이루어질 수 있다. 거기에 언급된 바람직한 특징들은 폐쇄 요소에도 적용된다.
이러한 특히 바람직한 실시태양의 추가적인 국면에서, 에너지 저장 전지는 항상 바로 다음의 특징들 a 내지 c 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 금속 디스크는, 그 에지가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분의 내측과 접하는 방식으로, 관형 하우징 부분에 배치됨,
b. 금속 디스크의 에지는 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분에 연결됨,
c. 관형 하우징 부분은 폐쇄 요소의 에지, 특히 금속 디스크의 에지 위에 방사상 안쪽으로 굽혀진 원형 에지를 포함함.
특히 바람직하게는, 바로 앞의 특징들 a 및 b, 그리고 선택적으로 또한 직전의 특징들 a 내지 c가 조합되어 실현된다.
이러한 추가적인 군면에 따르면, 따라서 용접에 의해 추가적인 터미널 개구에 폐쇄 요소를 고정하는 것이 바람직하다. 원주 용접 이음매를 구비하는 별도의 밀봉 요소도 필요하지 않다.
폐쇄 요소의 에지의 방사상 굽힘은 폐쇄 요소를 고정하는 데 필요하지 않은 선택적 조치이지만, 상관없이 적절할 수 있다.
추가적인 국면에서, 본 발명의 추가적으로 특히 바람직한 실시태양에 따른 에너지 저장 전지는 바로 다음의 특징들 a 내지 c 중 하나를 갖는다:
a. 제 1 길이방향 에지들 중 다른 하나는 금속 디스크에 직접 접하고, 바람직하게는 용접에 의해 금속 디스크에 결합됨,
b. 제1 길이방향 에지들 중 다른 하나는 금속 디스크에 직접 접하는 접촉 시트 금속 부재에 용접됨.
원칙적으로, 접촉 요소의 경우와 같이, 제 1 길이방향 에지들 중 다른 하나의 길이방향에지와 금속 디스크 또는 폐쇄 요소 사이의 접촉 시트 금속 부재를 통한 간접적인 연결만 있을 수도 있다. 이 경우에, 접촉 시트 금속 부재와 폐쇄 소자, 특히 금속 디스크 사이에 직접 용접함으로써 연결하는 것이 바람직하다. 접촉 시트 금속 부재는 전술한 접촉 요소의 경우에 그의 상응물처럼 설계되는 것이 바람직하다. 특히, 폐쇄 요소의 금속 디스크와 대향하는 접촉 시트 금속 부재의 측은 금속 디스크와 직접 접촉하여, 이차원 접촉 표면이 존재하는데, 즉 폐쇄 요소의 접촉 시트 금속 부재와 금속 디스크가 적어도 일부 면적에서 서로의 위에 평평하게 놓여 있다.
접촉 시트 금속 부재의 재료의 선택 및 바람직한 두께와 관련하여, 여기서 접촉 요소의 접촉 시트 금속 부재에 대한 상기 설명에 대한 참조가 또한 이루어질 수 있다. 거기에 언급된 바람직한 특징들은 또한 폐쇄 요소의 접촉 시트 금속 부재에도 적용된다.
폐쇄 요소의 금속 디스크 접촉 시트 금속 부재에 제 1 길이방향 에지들 중 다른 하나를 결합시키는 것은 기본적으로 제 1 길이방향 에지들 중 하나를 접촉 요소에 결합시키는 경우와 동일한 설계 원리를 따른다. 여기서도,길이방향 에지는 바람직하게는 그 길이를 따라 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하고, 나선형으로 감긴 전극의 경우, 나선형 코스를 갖는 선형 접촉 구역을 초래한다. 또한, 여기서, 이러한 선형 및 바람직하게는 나선형 접촉 구역을 따라 적합한 용접된 조인트에 의해 폐쇄 요소의 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재에 대한길이방향 에지의 가능한 한 균일한 연결이 존재하는 것이 바람직하다. 이러한 연결은 전술한 3개의 접촉 변형예들 중 하나 또는 이들 접촉 변형예들의 조합에 따라, 예를 들어 멀티-핀 연결로서 설계되는 것이 바람직하다.
전극의 바람직한 실시태양
자유 에지 스트립에서, 각각의 집전체의 금속은 바람직하게는 각각의 전극 재료가 없다. 일부 바람직한 실시태양에서, 각각의 집전체의 금속은 예를 들어 용접에 의해 전기적 접촉에 이용가능하도록 거기에서 커버되지 않는다.
그러나, 일부 추가적인 실시태양에서, 자유 에지 스트립 내의 각각의 집전체의 금속은 또한 적어도 일부 면적에서, 그와 함께 코팅된 집전체보다 더 열적으로 내성이 있고 각각의 집전체 상에 배치된 전극 재료와 상이한 지지 재료로 코팅될 수 있다.
이러한 맥락에서 "더 열적으로 내성"은 지지 재료가 집전체의 금속이 녹는 온도에서 그의 고체 상태를 유지함을 의미하는 것으로 의도된다. 따라서 그것은 상기 금속보다 융점이 높거나 상기 금속이 이미 녹은 온도에서만 승화 또는 분해된다.
본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는 지지 재료는 원칙적으로 금속 또는 금속 합금일 수 있으며, 단, 이것 또는 이것들이 지지 재료로 코팅되는 표면이 구성되는 금속보다 더 높은 융점을 갖는다. 그러나, 많은 실시태양에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 전지는 바람직하게는 바로 다음의 추가적인 특징들 a 내지 d 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 지지 재료는 비-금속성 물질임,
b. 지지 재료는 전기적 절연 물질임,
c. 비-금속성 물질은 세라믹 물질, 유리-세라믹 물질 또는 유리임,
d. 세라믹 물질은 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 질화티타늄(TiN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN), 실리콘 산화물, 특히 실리콘 이산화물(SiO2), 또는 티타늄 탄질화물(TiCN)임.
본 발명에 따르면, 지지 재료는 특히 바람직하게는 바로 앞의 특징 b에 따라 형성되고, 특히 바람직하게는 바로 앞의 특징 d에 따라 형성된다.
용어 비-금속성 물질은 특히 플라스틱, 유리 및 세라믹 물질을 포함한다.
용어 "전기적 절연 물질"은 본원의 맥락에서 광범위하게 이해되어야 한다. 원칙적으로, 그것은 임의의 전기적 절연 물질, 특히 또한 상기 플라스틱을 포함한다.
세라믹 물질이라는 용어는 본원의 맥락에서 광범위하게 이해되어야 한다. 특히, 이것은 탄화물, 질화물, 산화물, 실리사이드 또는 이들 화합물의 혼합물 및 유도체를 포함한다.
용어 "유리-세라믹 물질"은 특히 비정질 유리상에 매립된 결정질 입자를 포함하는 물질을 의미한다.
용어 "유리"는 기본적으로 상기 정의된 열적 안정성 기준을 만족하고 전지에 존재할 수 있는 임의의 전해질에 화학적으로 안정한 임의의 무기 유리를 의미한다.
특히 바람직하게는, 애노드 집전체는 구리 또는 구리 합금으로 구성되는 반면 동시에 캐소드 집전체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되며, 지지 재료는 산화 알루미늄 또는 산화 티타늄이다.
애노드 및/또는 캐소드 집전체의 자유 에지 스트립이 지지 재료의 스트립으로 코팅되는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
메인 영역, 특히 애노드 집전체와 캐소드 집전체의 스트립형 메인 영역은, 바람직하게는 집전체의 각각의 에지 또는길이방향 에지에 평행하게 연장된다. 바람직하게는, 스트립형 메인 영역은 애노드 집전체 및 캐소드 집전체의 면적 중 적어도 90%에 걸쳐, 특히 바람직하게는 적어도 95%에 걸쳐 연장된다.
일부 바람직한 실시태양에서, 지지 재료는 스트립 또는 라인의 형태로 바람직하게는 스트립형 메인 영역에 바로 인접하여 적용되지만, 프로세스에서 자유 영역을 완전히 덮지는 않으며, 따라서 길이방향 에지를 따라 바로 각각의 집전체의 금속이 노출된다.
에너지 저장 전지의 다른 바람직한 실시태양.
본 발명에 따른 에너지 저장 전지는 버튼 전지일 수 있다. 버튼 전지는 모양이 원통형이며 높이가 직경보다 작다. 바람직하게는, 높이는 4 mm 내지 15 mm의 범위이다. 버튼 전지가 5 mm 내지 25 mm 범위의 직경을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 버튼 전지는 예를 들어 시계, 보청기 및 무선 헤드폰과 같은 소형 전자 장치에 전기 에너지를 공급하는 데 적합하다.
본 발명에 따른 리튬 이온 전지의 형태의 버튼 전지의 공칭 용량은 일반적으로 최대 1500mAh이다. 바람직하게는, 공칭 용량은 100 mAh 내지 1000 mAh 범위이고, 특히 바람직하게는 100 내지 800 mAh 범위이다.
그러나, 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 에너지 저장 전지는 원통형 둥근 전지이다. 원통형 둥근 전지는 직경보다 큰 높이를 갖는다. 예를 들어 자동차 부문, 전기 자전거 또는 전동 공구와 같이 에너지 요구 사항이 높은 시작 부분에서 언급한 응용 분야에 특히 적합하다.
바람직하게는, 원형 전지로서 설계된 에너지 저장 전지의 높이는 15mm 내지 150mm의 범위이다. 원통형 둥근 전지의 직경은 10 mm 내지 60 mm의 범위인 것이 바람직하다. 이들 영역 내에서, 예를 들어, 18 x 65(mm 단위의 직경 * 높이) 또는 21 x 70(mm 단위의 직경 * 높이)의 형수가 특히 바람직하다. 이러한 형수를 구비한 원통형 둥근 전지는 자동차의 전기 드라이브에 전력을 공급하는 데 특히 적합하다.
리튬 이온 전지로서 설계된, 본 발명에 따른 원통형 둥근 전지의 공칭 용량은 바람직하게는 최대 90000mAh이다. 21 x 70의 형수를 갖는, 리튬 이온 전지로서 하나의 실시태양에서 전지는 바람직하게는 1500 mAh 내지 7000 mAh 범위, 특히 바람직하게는 3000 내지 5500 mAh 범위의 공칭 용량을 갖는다. 18 x 65의 형수를 갖는, 리튬 이온 전지로서 하나의 실시태양에서 전지는 바람직하게는 1000 mAh 내지 5000 mAh 범위, 특히 바람직하게는 2000 내지 4000 mAh 범위의 공칭 용량을 갖는다.
유럽 연합에서는, 제조업체가 이차 전지의 공칭 용량에 관한 정보를 제공하는데 엄격하게 규제된다. 예를 들어, 이차 니켈-카드뮴 배터리의 공칭 용량에 관한 정보는 IEC/EN 61951-1 및 IEC/EN 60622 표준에 따른 측정을 기반으로 해야 하며, 이차 니켈-금속 수소화물 배터리의 공칭 용량에 관한 정보는 IEC/EN 61951-2 표준에 따른 측정을 기반으로 해야 하며, 이차 리튬 배터리의 공칭 용량에 관한 정보는 IEC/EN 61960 표준에 따른 측정을 기반으로 해야 하고, 이차 납산 배터리의 공칭 용량에 관한 정보는 IEC/EN 61056-1 표준에 따른 측정을 기반으로 해야한다. 본 출원에서 공칭 용량에 관한 임의의 정보는 바람직하게는 또한 이들 표준에 기초한다.
애노드 집전체, 캐소드 집전체 및 분리막은 본 발명에 따른 전지가 원통형 둥근 전지인 실시태양에서 리본형인 것이 바람직하며, 다음과 같은 치수를 갖는 것이 바람직하다:
- 0.5m 내지 25m 범위의 길이,
- 30mm 내지 145mm 범위의 폭.
이들 경우에서, 전극 재료가 담지되지 않은 제1 길이방향 에지를 따라 연장되는 자유 에지 스트립은 바람직하게는 5000μm 이하의 폭을 갖는다.
형수 18 x 65인 원통형 둥근 전지의 경우, 집전체는 바람직하게는
- 56mm 내지 62mm, 바람직하게는 60mm의 폭, 및
- 2m 이하, 바람직하게는 1.5m 이하의 길이
를 갖는다.
형수 21 x 70인 원통형 둥근 전지의 경우, 집전체는 바람직하게는
- 56mm 내지 68mm, 바람직하게는 65mm의 폭, 및
- 3m 이하, 바람직하게는 2.5m 이하의 길이
를 갖는다.
본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양:
이하에서, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양이 설명된다. 이러한 특히 바람직한 실시태양에서, 전지는 다음의 특징들의 조합에 의해 특징지어진다:
a. 상기 전지는 시퀀스 애노드/분리막/캐소드를 구비한 전극-분리막 조립체를 포함함,
b. 상기 전극-분리막 조립체는 두 개의 터미널 말단 면들 및 그들 사이의 권선 쉘을 구비한 원통형 권선의 형태임,
c. 상기 전지는 터미널 원형 개구를 갖는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속성 관형 하우징 부분을 포함하는 하우징을 포함함,
d. 상기 하우징 내에서, 권선으로서 형성되는 상기 전극-분리막 조립체는, 상기 권선 쉘이 상기 관형 하우징 부분의 내측에 접하도록, 축선 방향으로 정렬됨,
e. 상기 애노드는 리본-형상이고 제1길이방향 에지, 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단들을 갖는 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 제조된 리본형 애노드 집전체를 포함함,
f. 상기 애노드 집전체는 음극 재료의 층이 담지된(loaded) 스트립형 메인 영역, 및 상기 제1길이방향 에지를 따라 연장하고 상기 전극 재료가 담지되지 아니한 자유 에지 스트립을 포함함,
g. 상기 캐소드는 리본-형상이고 제1길이방향 에지, 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단들을 구비한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 리본형 캐소드 집전체를 포함함,
h. 상기 캐소드 집전체는 양극 재료의 층이 담지된 스트립형 메인 영역, 및 상기 제1길이방향 에지를 따라 연장하고 상기 전극 재료가 담지되지 아니한 자유 에지 스트립을 포함함,
i. 상기 애노드와 상기 캐소드는, 상기 애노드 집전체의 상기 제1길이방향 에지가 상기 터미널 말단 면들 중 하나로부터 돌출하고, 상기 캐소드 집전체의 상기 제1길이방향 에지가 상기 터미널 말단 면들 중 다른 하나로부터 돌출하도록, 상기 전극-분리막 조립체 내에 배치됨,
j. 상기 전지는 상기 관형 하우징 부분의 상기 터미널 원형 개구를 폐쇄하고 금속 디스크, 접촉 시트 금속 부재, 금속 극 핀 및 절연 수단을 포함하는 접촉 요소를 포함함,
k. 상기 금속 디스크는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되고, 원형 에지를 가지며, 상기 에지가 원주 접촉 구역을 따라 상기 관형 하우징 부분의 내측에 접하고 상기 금속 디스크의 상기 에지가 원주 용접 이음매에 의해 상기 관형 하우징 부분에 연결되도록, 상기 관형 하우징 부분에 배치됨,
l. 상기 접촉 시트 금속 부재는 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성되고 그것은 두 개의 측들을 가지며, 상기 두 개의 측들 중 하나는 상기 금속 디스크의 방향으로 대향하고 다른 하나는 상기 제1길이방향 에지들 중 하나와 직접 접촉하며 용접에 의해 상기 길이방향 에지에 연결됨,
m. 상기 극 핀은 상기 접촉 시트 금속 부재에 고정되고 상기 금속 디스크에서 개구를 통해 상기 전지의 상기 하우징으로부터 밖으로 인도됨, 및
n. 상기 절연 수단은 상기 극 핀과 상기 접촉 시트 금속 부재를 상기 금속 디스크에 대해 전기적으로 절연시킴.
모든 그의 구성요소 뿐만 아니라 절연 수단 및 접촉 요소의 구성요소와 같이, 언급된 많은 다른 구성요소를 포함하는 전극-분리막 조립체는 이미 위에서 더 상세히 설명되었다. 이에 따라 상응하는 설명에 대한 참조가 이루어진다.
접촉 요소의 금속디스크는 관형 하우징 부분에 더하여 본 발명에 따른 전지의 하우징의 필수적인 부분이다; 그것은 언급된 원형 개구를 폐쇄한다. 이 전지의 하우징의 모든 필수 부분들, 금속성 관형 하우징 부분 및 금속 디스크는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된다. 본 발명에 따른 전지의 설명된 특히 바람직한 실시태양은 따라서 알루미늄 하우징을 구비한 전지인 것이 바람직하다.
바람직한 추가적인 국면에서, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양은 하기 특징들 a 내지 d 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 상기 극 핀은 용접에 의해 상기 접촉 시트 금속 부재에 고정됨,
b. 상기 극 핀은 형상이 관형임,
c. 상기 극 핀은 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성됨,
d. 상기 극 핀은 상기 접촉 시트 금속 부재와 동일한 재료로 구성됨.
특징들 a 내지 d는 서로 독립적으로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 특징들 a 및 b, 특히 바람직하게는 특징 a 내지 c, 더욱 바람직하게는 특징 a 내지 d가 서로 조합되어 실현된다.
극 핀의 관형 디자인은 극 핀을 통한 용접을 허용한다는 점에서 큰 이점을 갖는다. 이것은 여기에서 설명된 접촉 플레이트 설계에서 특히 유리하며, 여기서 접촉 시트 금속 부재는 집전체 에지의 에지-대-에지 접촉에 사용된다. 이러한 방식으로, 접촉 시트 금속 부재는 먼저 감긴 전극-분리막 조립체의 말단 면에 용접될 수 있다. 심지어 접촉 시트 금속 부재와 함께 권선이 이미 하우징에 삽입되어 있는 경우더라도, 극 핀은 이후 단계에서 접촉 시트 금속 부재에 용접될 수 있다. 이에 대한 더 자세한 내용은 아래에 개시된다.
바람직한 추가적인 국면에서, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양은 다음의 특징들 a 내지 e 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 상기 극 핀은 관형이고 용접에 의해 상기 접촉 시트 금속 부재에 고정됨,
b. 상기 극 핀은 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성되거나 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금의 피복을 가지고, 특히 상기 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 코팅되는 터미널 부분을 가짐,
c. 상기 니켈, 또는 상기 구리, 또는 상기 니켈 또는 구리 합금으로 구성되거나 또는 상기 니켈, 또는 상기 구리, 또는 상기 니켈 또는 구리 합금의 피복을 갖는 상기 터미널 부분은 상기 접촉 시트 금속 부재에 용접됨,
d. 상기 극 핀은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되거나 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 피복을 가지고, 특히 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금으로 코팅되는 터미널 부분을 가짐,
e. 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되거나 또는 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 피복을 갖는, 상기 터미널 부분은 상기 하우징 외측으로부터 탭핑될 수 있는 터미널 접촉부를 형성함.
한쪽의 그룹 a 내지 c와 다른 쪽의 d 및 e의 특징 그룹들은 원칙적으로 서로 독립적으로 구현될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 특징들 a 내지 c 및 d 및 e는 서로 조합하여 실현된다. 특히 바람직하게는, 모든 특징들 a 내지 e는 서로 조합하여 실현된다.
이 실시태양은 접촉 시트 금속 부재에 대한 터미널 핀의 용접이 용이하게 된다는 이점을 제공하는데, 이는 동일하거나 유사한 재료가 함께 용접될 수 있기 때문이다. 만약 터미널 부분이 예를 들어 구리로 구성된다면, 그것은 구리로 제조된 접촉 시트 금속 부재에 특히 잘 용접될 수 있다. 알루미늄으로 만들어진 부분은 차례로 알루미늄 도체(arrester)에 대한 접촉, 특히 용접이 전지 외측에서 쉽게 가능하도록 보장한다. 본 발명에 따른 여러 전지의 극은 이러한 알루미늄 도체를 통해 서로에게 연결될 수 있다.
만약 필요하다면, 본 발명에 따른 전지의 하우징은 관형 극 핀을 통해 전해질로 충전될 수 있다.
바람직한 추가적인 국면에서, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양은 다음의 특징 a 내지 c 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 상기 관형 극 핀은 그 말단들 중 하나에서 폐쇄형 바닥부를 포함함,
b. 상기 폐쇄형 바닥부는, 상기 니켈, 또는 상기 구리, 또는 상기 니켈 또는 구리 합금으로 구성되거나 또는 상기 니켈, 또는 상기 구리, 또는 상기 니켈 또는 구리 합금의 피복을 갖고, 그리고 상기 니켈, 또는 상기 구리, 또는 상기 니켈 또는 구리 합금으로 구성되거나 또는 상기 니켈, 또는 상기 구리, 또는 상기 니켈 또는 구리 합금의 피복을 갖는, 상기 터미널 부분의 부분임,
c. 상기 바닥부는 상기 접촉 시트 금속 부재에 용접됨.
특징들 a 내지 c는 서로 독립적으로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 특징들 a 내지 c는 서로 조합하여 구현된다.
이 실시태양에서, 극 핀은 컵 형상이고, 따라서 상기 바닥부 및 원주 측벽을 포함한다. 이 실시태양에서, 접촉 시트 금속 부재에 대한 용접은 또한 예를 들어 바닥부에 걸쳐 분포된 복수의 용접 스폿들을 통해 더 큰 영역에 걸쳐 일어날 수 있다. 반면에 말단이 열린 관형 극 핀을 사용할 때, 극 핀의 개구가 접촉 시트 금속 부재에 접하는 곳에서만 용접이 일어날 수 있다.
특히 바람직하게는, 관형 극 핀은 다음과 같은 치수를 갖는다:
- 높이는 1 mm 내지 8 mm 범위, 바람직하게는 2 mm 내지 4 mm 범위,
- 외경은 2 mm 내지 12 mm 범위, 바람직하게는 3 mm 내지 8 mm 범위,
- 내경은 1 mm 내지 10 mm 범위, 바람직하게는 2 mm 내지 6 mm 범위,
- 벽 두께는 0.3 mm 내지 2.5 mm 범위, 바람직하게는 0.3 mm 내지 1.5 mm 범위.
극 핀이 그 높이를 초과하는 직경을 갖는 경우에, 바닥부를 구비한 실시태양에서는 그것이 컵 형상 형태를 갖는다. 이러한 경우, 그것은 극 컵 또는 극 주발(pole bowl)이라고도 불린다.
바람직한 추가적인 국면에서, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양은 다음의 특징 a 및 b 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 상기 관형 하우징 부분은 원형 바닥부를 포함하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 하우징 컵의 부분임,
b. 상기 제1길이방향 에지들 중 다른 하나는 상기 바닥부에 직접 접하고 바람직하게는 용접에 의해 상기 바닥부에 결합됨.
바람직하게는, 특징 a 및 b는 서로 조합하여 구현된다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양의 알루미늄 하우징은 따라서 두 개의 필수적인 부분으로 구성되는데, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 하우징 컵 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속 디스크, 하우징 컵의 바닥부는 전극들 중 하나의 길이방향 에지의 직접 접촉을 위한 역할을 또한 하여, 극 핀에 용접되는 접촉 시트 금속 부재와 유사하다.
추가적인 바람직한 국면에서, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양은 다음의 특징들 a 내지 c 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 상기 관형 하우징 부분은 추가적인 터미널 원형 개구를 가짐,
b. 상기 전지는 상기 추가적인 터미널 원형 개구를 폐쇄하고 상기 하우징의 바닥부를 형성하는 원형 에지를 구비한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 폐쇄 요소를 포함함,
c. 상기 추가적인 터미널 개구를 위한 상기 폐쇄 요소는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속 디스크이거나 이를 포함하고, 상기 금속 디스크의 에지는 상기 금속 폐쇄 요소의 상기 원형 에지의 부분에 상응하거나 또는 이를 형성함.
특징들 a 내지 c는 서로 독립적으로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 특징들 a 내지 c는 서로 조합하여 구현된다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양의 알루미늄 하우징은 따라서 또한 3개의 필수적인 부분으로 구성될 수 있는데, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 관형 하우징 부분, 극 핀이 가이드되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속 디스크, 및 알루미늄으로 제조된 추가적인 금속 디스크를 포함하는 폐쇄 요소이다.
명확히 하기 위해, 본원의 맥락에서 알루미늄 합금에 대한 참조가 이루어질 때, 이것은 바람직한 실시태양에서 75 중량% 초과, 바람직하게는 85 중량% 초과, 특히 95 중량% 초과, 특히 바람직하게는 98 중량% 초과의 비율로 알루미늄을 포함하는 합금을 지칭한다.
바람직한 실시태양에서, 본 출원의 맥락에서 구리 합금에 대한 참조가 이루어질 때, 이것은 75 중량% 초과, 바람직하게는 85 중량% 초과, 특히 95 중량% 초과, 특히 바람직하게는 98 중량% 초과의 비율로 구리를 포함하는 합금을 지칭한다.
본원의 맥락에서 니켈 합금에 대한 참조가 이루어질 때, 이는 바람직한 실시태양에서 니켈을 75 중량% 이상, 바람직하게는 85 중량% 이상, 특히 95 중량% 이상, 특히 바람직하게는 98 중량% 이상의 비율로 포함하는 합금을 지칭한다.
본원에 기재된 본 발명에 따른 전지의 특히 바람직한 실시태양의 바람직한 국면은 청구항 제5항, 제8항, 및 제9항에서 정의된다.
제조 프로세스
상기 기재된 특징들을 갖는 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 제조방법의 변형예는 다음과 같은 단계에 의해 특징지어진다:
a. 두 개의 터미널 말단 면들 및 사이에 있는 권선 쉘을 갖는 원통형 권선의 형태이고, 시퀀스 애노드/분리막/캐소드를 갖는 전극-분리막 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 전극들은 각각 전극 재료로 코팅되고 제1길이방향 에지, 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단 면들을 갖는 집전체를 포함하고, 상기 길이방향 에지들 중 하나는 상기 터미널 말단 면들 중 하나로부터 돌출하는, 상기 전극-분리막 조립체를 제공하는 단계,
b. 터미널 원형 개구를 갖는 관형 하우징 부분을 제공하는 단계,
c. 원형 에지를 갖는 적어도 부분적으로 금속성 접촉 요소를 제공하는 단계,
d. 상기 말단 면으로부터 돌출하는 상기 하나의 길이방향 에지를 상기 접촉 요소 또는 상기 접촉 요소의 금속성 구성요소에 용접하는 단계,
e. 상기 권선 쉘이 상기 관형 하우징 부분의 상기 내측에 접하고 상기 접촉 요소의 상기 에지가 원주 접촉 구역을 따라 상기 관형 하우징 부분의 내측에 접하도록, 상기 접촉 요소와 함께 상기 원형 개구를 통해 상기 관형 하우징 부분 내로 상기 전극-분리막 조립체를 삽입하는 단계,
f. 상기 접촉 요소의 상기 에지를 상기 관형 하우징 부분의 내측에 고정하는 단계.
나열된 단계들은 반드시 지정된 순서로 수행할 필요는 없다. 예를 들어, 단계 d 및 e의 시퀀스를 교체할 수 있다.
전극-분리막 조립체, 관형 하우징 부분과 접촉 요소 뿐만 아니라 말단 면으로부터 돌출된 길이방향 에지의 용접의 바람직한 실시태양과 관련하여, 본 발명에 따른 에너지 저장 전지와 관련한 상기 설명에 대한 참조가 이루어진다.
바람직한 실시태양에서, 상기 방법은 추가적으로 바로 다음 단계들 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 고정은 용접, 납땜 또는 본딩에 의해 수행됨,
b. 고정 이후, 터미널 원형 개구의 개구 에지는 접촉 요소의 에지 위로 방사상 안쪽으로 굽혀짐.
본 발명에 따른 에너지 저장 전지에 대한 상기 언급에 따라, 용접에 의한 고정이 특히 바람직하다. 에지를 구부리는 것은 일반적으로 밀봉 또는 폐쇄에 필요하지 않다. 그러나, 예를 들어, 에너지 저장 전지의 높이를 교정하는 것이 요구될 수 있다.
또한, 바람직한 실시태양들에서, 본 발명에 따른 방법은 항상 바로 다음의 특징들 a 및 b 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 상기 전극-분리막 조립체는 상기 접촉 요소 또는 다른 하우징 부분에 이 목적을 위해 제공되는 구멍을 통해 충전되는 전해질에 의해 담겨짐(soaked),
b. 상기 전해질을 충전한 이후, 상기 구멍은 예를 들어 본딩 또는 용접에 의해 폐쇄됨,
c. 상기 폐쇄는 과압(overpressure) 안전 장치를 이용하여 수행됨.
특히 바람직하게는, 적어도 직전 단계 a 및 b, 일부 실시태양에서는 심지어 직전 단계 a 내지 c가 조합되어 실현된다.
특징 c를 구현하기 위해, 구멍의 폐쇄는 예를 들어, 전지가 폭발하는 것을 방지하기 위해 전지에서 정의된 과압의 경우에 파열될 수 있는 파열 다이어프램(bursting diaphragm), 파열 교차(cross) 또는 유사한 미리 결정된 파열 지점(rupture point)을 포함하는 금속의 시트 상에 용접함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 변형예:
본 발명에 따른 제조 방법의 바람직한 변형예는, 알루미늄 하우징과 함께 본 발명에 따른 전지의 전술한 특히 바람직한 실시태양을 제조하는데 특히 적합하며, 다음의 단계들의 조합에 의해 특징지어진다:
a. 두 개의 터미널 말단 면들 및 사이에 있는 권선 쉘을 갖는 원통형 권선의 형태이고, 시퀀스 애노드/분리막/캐소드를 갖는 전극-분리막 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 전극들은 각각 전극 재료로 코팅되고 제1길이방향 에지, 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단 면들을 갖는 집전체를 포함하고, 상기 길이방향 에지들 중 하나는 상기 터미널 말단들 중 하나로부터 돌출하는, 상기 전극-분리막 조립체를 제공하는 단계,
b. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되고, 내부 표면 및 터미널 원형 개구를 갖는 관형 하우징 부분을 제공하는 단계,
c. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 금속 디스크, 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 제조되는 접촉 시트 금속 부재, 금속성 극 핀, 및 절연 수단을 제공하는 단계로서, 상기 금속 디스크, 상기 금속성 극 핀 및 상기 절연 수단은 미리조립된 뚜껑 조립체의 형태로 제공되고, 상기 극 핀은 상기 금속 디스크에서 구멍을 통해 통과되고 상기 절연 수단에 의해 상기 금속 디스크로부터 전기적으로 절연되고, 상기 접촉 시트 금속 부재는 별개로 제공되는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 금속 디스크, 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 제조되는 접촉 시트 금속 부재, 금속성 극 핀, 및 절연 수단을 제공하는 단계,
d. 상기 길이방향 에지들 중 하나를 상기 접촉 시트 금속 부재에 용접하는 단계,
e. 상기 권선 쉘이 상기 관형 하우징 부분의 상기 내측에 접하도록, 용접된(welded-on) 접촉 시트 금속 부재와 함께 상기 전극-분리막 조립체를 상기 원형 개구를 통해 상기 관형 하우징 부분 내로 삽입하는 단계,
f. 상기 금속 디스크의 상기 에지가 원주 접촉 구역을 따라 상기 관형 하우징 부분의 상기 내측에 접하고 상기 극 핀의 하나의 말단이 상기 접촉 시트 금속 부재와 접촉하도록, 상기 관형 하우징 부분에 상기 미리조립된 뚜껑 조립체를 배치하는 단계,
g. 원주 방향으로 용접함으로써 상기 관형 하우징 부분의 상기 내측에 상기 금속 디스크의 상기 에지를 고정하는 단계, 및
h. 상기 접촉 시트 금속 부재에 상기 극 핀을 용접하는 단계.
금속 디스크의 에지가 용접에 의해 고정되기 전에, 상기 방법의 일부 실시태양에서는 전극-분리막 조립체가 전해질로 충전된다. 그러나, 이것은 또한 방법의 나중 단계에서, 예를 들어 금속 디스크의 구멍을 통해 가능하며, 이는 후속적으로 밀봉된다.
원주 용접은 그의 전체 길이에 걸쳐 금속 디스크의 에지를 관형 하우징 부분의 내측에 고정시킨다. 목표는 두 개의 하우징 부분들 사이에 액체-밀폐(liquid-tight) 연결을 달성하는 것이다.
여기서도, 모든 그것의 구성요소들을 포함하는, 전극-분리막 조립체, 및 절연 수단과 금속 디스크 또는 접촉 시트 금속 부재와 같이, 언급된 전지의 많은 다른 구성요소가 이미 위에서 보다 상세히 설명되었다는 사실에 대한 참조가 이루어진다. 여기에서도 상응하는 설명에 대한 참조가 이리우진다.
본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 변형예의 추가적인 국면에서, 상기 방법은 다음의 단계 a 내지 c 중 적어도 하나에 의해 특징지어진다:
a. 상기 전극-분리막 조립체는 상기 금속 디스크 또는 다른 하우징 부분에 이 목적을 위해 제공되는 구멍을 통해 충전되는 전해질에 의해 담겨짐(soaked),
b. 상기 전해질을 충전한 이후, 상기 구멍(114)은 예를 들어 본딩 또는 용접 또는 납땜에 의해 폐쇄됨,
c. 상기 폐쇄는 과압(overpressure) 안전 장치(120)를 이용하여 수행됨.
이미 위에서 언급된 바와 같이, 전해질은 만약 필요하다면 극 핀을 통해 채워질 수도 있다. 과압 보호는, 역시 이미 언급된 바와 같이, 예를 들어 파열 다이어프램 또는 파열 교차일 수 있다.
본원에 기재된 방법의 국면은 청구항 제11항에서 정의된다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 청구항들 및 도면과 함께 본 발명의 실시태양의 바람직한 예에 대한 다음의 설명으로부터 명백하다. 개별 특징들은 각각 개별적으로 또는 서로 조합하여 실현될 수 있다.
도면에서 개략적으로 다음을 보여준다:
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 접촉 요소의 다양한 실시태양(단면도),
도 2는 전술한 제1 바람직한 발명 변형예에 따른 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 부분도(단면도),
도 3은 전술한 제2 바람직한 발명 변형예에 따른 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 부분도(단면도),도 4는 전술한 제3 바람직한 발명 변형예에 따른 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 부분도(단면도),
도 5는 전술한 제3 바람직한 발명 변형예에 따른 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 추가적인 부분도(단면도),
도 6은 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 접촉 시트 금속 부재에 집전체의 길이방향 에지를 연결하기 위한 용접된 조인트의 도면(위에서 본 평면도),
도 7은 전술한 제3 바람직한 발명 변형예에 따른 본 발명에 따른 에너지 저장 전지의 추가적인 바람직한 실시태양(단면도),
도 8은 도 4, 도 5, 및 도 7에 따른 전지의 하우징을 폐쇄하는데 사용될 수 있는 미리조립된 뚜껑 조립체 및 접촉 요소의 실시태양, 및
도 9는 본 발명의 범위 내에서 바람직하게 사용되는 극 핀의 실시태양.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 전지(100)를 밀봉하기에 적합한 접촉 요소(110)의 다양한 실시태양들 A 내지 H의 단면도를 제공한다. 자세한 내용은 다음과 같다:
A 본 발명에 따른 접촉 요소(110)의 가장 간단한 실시태양, 즉 단지 하나의 평면으로 연장되는 원형 둘레를 구비한 평평한 금속 디스크가 도시된다. 금속 디스크는 예를 들어 알루미늄으로 구성될 수 있다.
B 여기에 도시된 접촉 요소(110)는 금속 디스크(111) 및 금속 극 캡(112)을 포함한다. 금속 디스크(111)와 극 캡(112)은 각각 원형 둘레와 동일한 직경을 갖는다. 금속 디스크(111)가 단지 하나의 평면으로 연장되는 반면, 극 캡(112)은 중앙 돌출부를 갖는다. 접촉 요소(110)의 두 부분(111, 112)은 용접(미도시)에 의해 함께 결합되는 것이 바람직하다.
C 여기에 도시된 접촉 요소(110)는 금속 디스크(111) 및 금속 극 캡(112)을 포함한다. 극 캡(112)은 B의 극 캡과 유사하게 설계된다. 그러나, 금속 디스크(111)의 에지(111a)는 여기에서 방사상 안쪽으로 굽혀져, 금속 디스크(111)가 에지 영역에서 U자형 단면을 갖는다. 굽혀진 에지(111a)는 극 뚜껑(112)의 에지(112a)를 둘러싸고, 따라서 극 뚜껑(112)을 금속 디스크(111)에 고정한다. 그럼에도 불구하고, 금속 디스크(111)와 극 뚜껑(112)이 추가적으로 함께 용접되는 것이 바람직하다.
D 여기에 도시된 접촉 요소(110)는 금속 디스크(111) 및 접촉 시트 금속 부재(113)를 포함한다. 접촉 시트 금속 부재(113)는 금속 디스크(111)에 대해 평평하게 접하고, 바람직하게는 그것에 용접된다. 금속 디스크(111)는 예를 들어 스테인리스 스틸로 구성될 수 있고, 접촉 시트 금속 부재(113)는 예를 들어 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
E 여기에 도시된 접촉 요소(110)는 금속 디스크만을 포함한다. A에 도시된 금속 디스크와는 대조적으로, 이것은 그 상부 측에 원형 함몰부(111b) 및 그의 하부 측에 상응하는 상승부를 가지며, 즉 프로파일링된다.
F 여기에 도시된 접촉 요소(110)는 금속 디스크만을 포함한다. A에 도시된 금속 디스크와는 대조적으로, 이것은 방사상 안쪽으로 접힌 에지(111a), 및 결과적으로 이중층 에지 영역을 갖는다.
G 여기에 도시된 접촉 요소(110)는 중앙 곡률(central curvature)을 갖는 금속 극 캡(112) 및 금속 디스크(111)를 포함한다. 금속 디스크(111)의 에지(111a)는 방사상 안쪽으로 굽혀져, 금속 디스크(111)가 에지 영역에서 U자형 단면을 갖는다. 굽혀진 에지(111a)는 극 캡(112)의 에지(112a)를 둘러싸고, 따라서 극 캡(112)을 금속 디스크(111)에 고정한다. 바람직하게는, 금속 디스크(111)와 극 캡(112)의 에지(111a 및 112a)는 용접에 의해 서로에게 추가적으로 연결된다(미도시). 금속 디스크(111)의 중앙에는 홀(114)이 발견되며, 이를 통해 구멍(116)이 접근가능하며, 이는 금속 디스크(111) 및 극 뚜껑(112)에 의해 둘러싸여 있다. 과압 보호 장치(120)는 극 뚜껑(112)에 통합되고, 이는 구멍(116) 내의 과압의 경우에 트리거될 수 있다. 가장 간단한 경우, 과압 보호(120)는 소정의 균열 지점일 수 있다.
H 여기에 도시된 접촉 요소는 단지 하나의 금속 디스크(111)를 포함하며, 이는 90°만큼 구부러진 L자형 단면을 구비한 에지(111a)를 갖는다.
본 발명에 따른 폐쇄 요소는, 전술한 2개의 뚜껑을 갖는 하우징 변형예의 범위 내에서 사용될 수 있으며, 바람직하게는 실시태양들 A 내지 H에 따라 설계될 수도 있다.
도 2에 도시된 에너지 저장전지(100)는 전술한 본 발명의 제1바람직한 실시태양의 일 예이다. 그것은 도 1B에 도시된 접촉 요소(110)를 포함하고, 그의 에지(110a)는 금속 디스크(111)와 금속 극 캡(112)의 에지(111a, 112a)에 의해 형성된다. 중공-원통형 금속성 하우징 부분(101)과 함께, 접촉 요소(110)는 에너지 저장 전지(100)의 하우징을 형성하고, 하우징 부분(101)의 터미널 개구를 폐쇄한다. 접촉 요소의 에지(110a)는 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분(101)의 내측(101b)과 접하고, 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분(101)에 연결된다. 하우징 부분(101)의 에지(101a)는 접촉 요소(110)의 에지(110a) 위에 방사상 안쪽으로 굽혀진다.
하우징 내측에서, 나선형으로 권선된 전극-분리막 조립체(104)는 그 권선 쉘(104a)이 관형 하우징 부분(101)의 내측에 접하도록 축선 방향으로 정렬된다. 애노드 집전체의길이방향 에지(115a)는 권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체의 상부 말단 면(104b)으로부터 돌출된다. 이것은 예를 들어, 멀티-핀 연결을 통해 금속 디스크(111)의 하부측에 직접 용접된다.
도 3에 도시된 에너지 저장 전지(100)는 전술한 본 발명의 제2 바람직한 실시태양의 일 예이다. 그것은 도 1B에 도시된 접촉 요소(110)를 포함하고, 그의 에지(110a)는 금속 디스크(111)와 극 캡(112)의 에지(111a, 112a) 에 의해 형성된다. 중공-원통형 금속 하우징 부분(101)과 함께, 접촉 요소(110)는 에너지 저장 전지(100)의 하우징을 형성하고, 하우징 부분(101)의 터미널 개구를 폐쇄한다. 접촉 요소의 에지(110a)는 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분(101)의 내측(101b)과 접하고, 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분(101)에 연결된다. 하우징 부분(101)의 에지(101a)는 접촉 요소(110)의 에지(110a) 위에 방사상 안쪽으로 굽혀진다.
접촉 요소(110)는 2개의 측들을 갖는 접촉 시트 금속 부재(113)를 더 포함하고, 그 중 하나는 금속 디스크(111)를 대향하고, 심지어 그것에 대해 평평하게 접하고, 용접에 의해 금속 디스크(111)에 연결된다.
하우징에서, 나선형으로 권선된 전극-분리막 조립체(104)는 그 권선 쉘(104a)이 관형 금속 하우징 부분(101)의 내측에 접하도록 축선 방향으로 정렬된다. 애노드 집전체의길이방향 에지(115a)는 권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체의 상부 말단 면(104b)으로부터 돌출된다. 이것은 접촉 시트 금속 부재(113)의 하부측에 직접 접하고, 예를 들어, 멀티-핀 연결을 통해 접촉 시트 금속 부재(113)의 하부측에 용접된다.
도 4에 도시된 에너지 저장전지(100)는 전술한 본 발명의 바람직한 제3 실시태양의 일 예이다. 그것은 전극-분리막 조립체(104)를 포함하고, 이는 중공-원통형 하우징 부분(101)에 축선 방향으로 삽입되어, 그 권선 쉘(104a)이 관형 하우징 부분(101)의 내부 표면(101b)에 접하도록 한다. 전극-분리막 조립체(104)는 나선형으로 권선된 리본형 애노드 및 리본형 캐소드를 포함한다. 애노드는 리본형 애노드 집전체와 리본형 캐소드 집전체를 포함한다. 애노드 집전체에는 음극 재료의 층이 담지된다. 캐소드 집전체는 양극 재료의 층이 담지된다.
애노드 집전체의 길이방향 에지(115a)는 권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체(104)의 상부 말단 면(104b)으로부터 돌출된다. 캐소드 집전체의길이방향 에지(125a)는 권선의 형태로 전극-분리막 조립체(104)의 하부 말단 면(104c)으로부터 돌출된다.
에너지 저장 전지(100)는 2개의 터미널 개구를 갖는 관형 및 중공-원통형 금속 하우징 부분(101)을 포함한다. 정상부 개구는 금속 디스크(111)에 의해 폐쇄되고, 금속 디스크(111)는 그 에지(111a)가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분(101)의 내측(101b)과 접하는 방식으로 관형 하우징 부분(101)에 배치된다. 금속 디스크(111)의 에지(111a)는 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분(101)에 연결된다.
금속 디스크(111)는 금속 디스크(111)에 더하여 접촉 시트 금속 부재(113) 및 극 핀(108)을 포함하는 접촉 요소(110)의 부분이다. 접촉 시트 금속 부재(113)는 두 개의 측들을 포함하며, 그 중 하나는, 도면상 상부 측에서, 금속 디스크(111)의 방향을 가리킨다. 길이방향 에지(115a)는 접촉 시트 금속 부재(113)의 다른 측, 이 경우 하부 측에 직접 접한다.길이방향 에지(115a)는 용접에 의해 접촉 시트 금속 부재(113)에 연결된다. 극 핀(108)은 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접되고, 금속 디스크(111) 내의 중앙 구멍을 통해 전지(100)의 하우징 밖으로 연장된다.
접촉 요소(110)는 극 핀(108) 및 따라서 극 핀에 용접된 접촉 시트 금속 부재(113)를 금속 디스크(111)로부터 전기적으로 절연시키는 절연 수단(103)을 더 포함한다.
하우징 부분(101)의 바닥부 개구는 폐쇄 요소(145)에 의해 폐쇄된다. 폐쇄 요소(145)는 그의 에지(145a)가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분(101)의 내측(101b)에 접하는 금속 디스크이다. 폐쇄 요소(145)의 에지(145a)는 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분(101)에 연결된다.
캐소드 집전체의 길이방향 에지(125a)는 접촉 시트 금속 부재(113)의 내부(상부) 측에 직접 접한다.길이방향 에지(125a)는 용접에 의해 접촉 시트 금속 부재(113)에 연결된다. 용접은, 예를 들어, 폐쇄 요소(145)의 금속 디스크를 통한 레이저에 의해 이루어질 수 있다.
도 5에 도시된 에너지 저장 전지(100)는 전술한 본 발명의 제3 바람직한 실시태양의 또 다른 예이다. 그것은 전극-분리막 조립체(104)를 포함하고, 이는 중공-원통형 하우징 부분(101)에 축 방향으로 삽입되어, 그 권선 쉘(104a)이 관형 하우징 부분(101)의 내부 표면(101b)에 접하도록 한다. 전극-분리막 조립체(104)는 나선형으로 권선된 리본형 애노드 및 리본형 캐소드를 포함한다. 상기 애노드는 리본형 애노드 집전체와 리본형 캐소드 집전체를 포함한다. 애노드 집전체는 음극 재료의 층이 담지된다. 캐소드 집전체는 양극 재료의 층이 담지된다.
애노드 집전체의 길이방향 에지(115a)는 권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체(104)의 상부 말단 면(104b)으로부터 돌출된다. 캐소드 집전체의 길이방향 에지(125a)는 권선의 형태로 전극-분리막 조립체(104)의 하부 말단 면(104c)으로부터 돌출된다.
에너지 저장전지(100)는 관형 및 중공형 원통형 금속성 하우징 부분(101)을 포함한다. 관형 하우징 부분(101)은 원형 바닥부(107a)를 포함하는 금속성 하우징 컵(107)의 부분이다. 하우징 컵(107)의 정상부 개구는 금속 디스크(111)에 의해 폐쇄되고, 금속 디스크(111)는 그 에지(111a)가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분(101)의 내부 표면(101b)과 접하도록 관형 하우징 부분(101)에 배치된다. 금속 디스크(111)의 에지(111a)는 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분(101)에 연결된다.
금속 디스크(111)는 금속 디스크(111)에 더하여 접촉 시트 금속 부재(113) 및 극 핀(108)을 포함하는 접촉 요소(110)의 부분이다. 접촉 시트 금속 부재(113)는 두 개의 측들을 포함하며, 그 중 하나는, 도면상 상부 측에서, 금속 디스크(111)의 방향을 가리킨다. 길이방향 에지(115a)는 접촉 시트 금속 부재(113)의 다른 측, 이 경우 하부 측에 직접 접한다. 길이방향 에지(115a)는 용접에 의해 접촉 시트 금속 부재(113)에 연결된다. 극 핀(108)은 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접되고, 금속 디스크(111) 내의 중앙 구멍을 통해 전지(100)의 하우징 밖으로 연장된다.
접촉 요소(110)는 극 핀(108)을 전기적으로 절연시키고, 따라서 극 핀에 용접된 접촉 시트 금속 부재(113)를 금속 디스크(111)로부터 전기적으로 절연시키는 절연 수단(103)을 더 포함한다.
하우징 컵(107)의 하부 말단은 원형 바닥부(107a)로 종료된다. 캐소드 집전체의길이방향 에지(125a)는 바닥부(107a)의 내측에 직접 접한다. 길이방향 에지(125a)는 용접에 의해 바닥부(107a)에 결합된다. 용접은, 예를 들어, 레이저에 의해 바닥부(107a)를 통한 용접에 의해 이루어질 수 있다.
도 6에 도시된 예는 나선형 구조의 집전체의 길이방향 에지를 접촉 시트 금속 부재에 연결하기 위한 접촉 변형예을 보여준다. 자세한 내용은 다음과 같다:
A 여기에서, 집전체의 길이방향 에지는 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하고 복수의 점형 용접된 조인트(소위 멀티-핀 연결)를 통해 접촉 시트 금속 부재에 연결된다.
B 여기에서, 접촉 시트 금속 부재에 직접 접하는 집전체의 길이방향 에지는 복수의 섹션에 의해 접촉 시트 금속 부재에 고정되고, 이들 각각은 용접 이음매에 의해 그의 전체 길이에 걸쳐 접촉 시트 금속 부재에 연속적으로 연결된다.
도 7에 도시된 에너지 저장 전지(100)는 원형 바닥부(107a) 및 원형 개구(에지(101a)에 의해 정의됨)를 포함하는 하우징 컵(107)의 부분인 중공 원통형 하우징 부분(101)을 포함한다. 하우징 컵(107)은 딥-드로잉 부분이다. 하우징 컵(107)은, 원형 에지(111a)를 갖는 평평한 금속 디스크(111)를 포함하는 접촉 요소(110)와 함께, 권선으로서 형성된 전극-분리막 조립체(104)가 축선 방향으로 정렬되는 내부 공간(137)을 둘러싼다. 금속 디스크(111)는 관형 하우징 부분(101)에 배치되어, 그 에지(111a)가 원주 접촉 구역을 따라 관형 하우징 부분(101)의 내면(101b)과 접한다. 그 에지(111a)는 접촉 요소의 에지에 상응하고, 원주 용접 이음매에 의해 관형 하우징 부분(101)에 연결된다. 관형 하우징 부분(101)의 에지(101a)는 접촉 요소(110)의 에지(110a) 위에서 방사상(여기서는 약 90°만큼) 안쪽으로 굽혀진다.
전극-분리막 조립체(104)는 중공-원통형 하우징 부분(101)의 내측에 접하고, 원주 권선 쉘이 사이에서 연장하는 2개의 터미널 말단 면들을 구비한 원통형 권선의 형태를 가진다. 그것은 양극, 음극, 및 분리막(118, 119)으로 형성되고, 각각 리본형이고 나선형으로 감겨 있다. 전극-분리막 조립체(104)의 2개의 말단 면들은 분리막(118, 119)의길이방향 에지에 의해 형성된다. 집전체(115, 125)는 이들 말단 면들로부터 돌출된다. 상응하는 돌출부는 d1 및 d2로 표시된다.
애노드 집전체(115)는 전극-분리막 조립체(104)의 상부 말단 면으로부터 돌출되고, 캐소드 집전체(125)는 하부 말단 면으로부터 돌출된다. 애노드 집전체(115)는 음극 재료(155)의 층을 구비한 리본형 메인 영역에 로딩된다. 캐소드 집전체(125)는 양극 재료(123)의 층을 구비한 스트립형 메인 영역에 로딩된다. 애노드 집전체(115)는 전극 재료(155)가 담지되지 않은 그의 길이방향 에지(115a)를 따라 연장되는 에지 스트립(117)을 갖는다. 대신에, 세라믹 지지 재료의 코팅(165)이 이 영역에서 집전체를 안정화시키기 위해 여기에 적용된다. 캐소드 집전체(125)는 전극 재료(123)가 담지되지 않은 그의 길이방향 에지(125a)를 따라 연장되는 에지 스트립(121)을 갖는다. 대신에, 세라믹 지지 재료의 코팅(165)이 또한 여기에 적용된다.
금속 디스크(111) 외에, 접촉 요소(110)는 접촉 시트 금속 부재(113) 및 극 핀(108)을 더 포함한다. 접촉 시트 금속 부재(113)는 두 개의 측들을 포함하며, 그 중 하나는, 도면상 상부 측에서, 금속 디스크(111)의 방향을 가리킨다. 접촉 시트 금속 부재(113)의 다른 하나의 측 상에, 이 경우 하부 측에서, 길이방향 에지(115a)는 접촉 시트 금속 부재(113)와, 따라서 그 전체 길이에 걸쳐 접촉 요소(110)와 직접 접촉하고, 적어도 여러 섹션에 걸쳐, 바람직하게는 그의 전체 길이에 걸쳐 용접에 의해 후자에 연결된다. 대안적으로는, 상술한 멀티-핀 연결이 여기에 존재할 수 있다. 따라서, 접촉 요소(110)는 애노드의 전기적 접촉과 하우징 부분으로서 동시에 기능한다.
극 핀(108)은 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접되고, 금속 디스크(111) 내의 중앙 구멍을 통해 전지(100)의 하우징 밖으로 연장된다. 접촉 요소(110)는 극 핀(108) 및 또한 따라서 극 핀에 용접된 접촉 시트 금속 부재(113)를 금속 디스크(111)로부터 전기적으로 절연시키는 절연 수단(103)을 더 포함한다. 오직 금속 디스크(111)만이 하우징 컵(107)과 직접 접촉하고, 따라서 또한 전기적으로 접촉한다. 극 핀(108) 및 접촉 시트 금속 부재(113)는 하우징 컵으로부터 절연된다.
캐소드 집전체(125)의 에지(125a)는 그 전체 길이에 걸쳐 바닥부(107a)와 직접 접촉하고, 적어도 여러 섹션에 걸쳐, 바람직하게는 그의 전체 길이에 걸쳐 용접에 의해(특히 레이저의 도움으로) 후자에 연결된다. 대안적으로, 상술한 멀티-핀 연결이 또한 여기에 존재할 수 있다. 따라서, 바닥부(107a)는 하우징의 부분으로서 뿐만 아니라 캐소드의 전기적 접촉을 위한 역할도 한다.
도 8은 도 4, 도 5 및 도 7에 따른 전지의 하우징을 폐쇄하기 위해 사용되는 접촉 요소(110)를 도시한다. 접촉 요소는 금속 디스크(111), 접촉 시트 금속 부재(113), 금속 극 핀(108) 및 절연 수단(103)을 포함한다. 도 4, 도 5 및 도 7에 따른 전지의 조립을 위해, 별도로 제공된 접촉 시트 금속 부재(113)는 길이방향 에지(115a)에 용접되는 것이 바람직하다. 용접된 접촉 시트 금속 부재(113)와 함께 전극-분리막 조립체(104)를 하우징 부분(101)에 삽입한 후, 금속 디스크(111)의 에지가 원주 접촉 구역을 따라 하우징 부분(101)의 내측과 접하고 극 핀(108)의 하나의 말단이 접촉 시트 금속 부재(113)와 접촉하도록 미리조립된 뚜껑 조립체(122)가 하우징 부분(11)에 배치된다. 그리고 나서, 금속 디스크(111)의 에지는 하우징 부분(101)의 내측에 용접될 수 있고, 극 핀(108)은 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접될 수 있다. 극 핀(108)의 용접은 그것의 형상이 관형이라는 사실에 의해 용이해진다. 극 핀(108)은 이러한 목적을 위한 중앙 구멍(108d)을 갖는다.
도 9 는 극 핀(108)의 바람직한 실시태양을 도시한다. 극 핀(108)은 관형이고, 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성되거나, 또는 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금의 피복을 갖거나, 예를 들어 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 코팅된 터미널 부분(108a)을 갖는다. 극 핀(108)의 다른 터미널 부분(108b)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되거나 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 피복을 가지며, 예를 들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 코팅된다. 부분(108a)은 접촉 시트 금속 부재(113)에 우수하게 용접될 수 있으며, 특히 만약 후자가 부분(108a)과 동일한 재료로 구성된다면 그러하다. 완전히 조립된 전지에서, 터미널 부분(108b)은 하우징 외측로부터 탭핑(tapping)될 수 있는 터미널 접촉부를 형성한다. 특히, 터미널 부분(108b)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 도체에 잘 용접될 수 있다.
도 8에 도시된 극 핀과 대조적으로, 도 9에 도시된 극 핀(108)은 폐쇄된 바닥부(108c)를 포함한다. 이것은 터미널 부분(108a)의 부분이고, 또한 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성되거나, 니켈, 또는 니켈 또는 구리 합금의 피복을 갖는다. 바닥부(108c)는 접촉 시트 금속 부재(113)에 특히 용이하게 용접될 수 있다.

Claims (12)

  1. 리튬-이온 전지(100)로서, 다음의 특징들 즉:
    a. 상기 전지는 시퀀스 애노드/분리막/캐소드를 구비한 전극-분리막 조립체(104)를 포함함,
    b. 상기 전극-분리막 조립체(104)는 두 개의 터미널 말단 면(104b, 104c)들 및 사이에 위치되는 권선 쉘(104a)을 구비한 원통형 권선의 형태임,
    c. 상기 전지는 터미널 원형 개구(101c)를 구비한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속성 관형 하우징 부분(101)을 포함하는 하우징을 포함함,
    d. 상기 하우징 내에서, 권선으로서 형성되는 상기 전극-분리막 조립체(104)는, 상기 권선 쉘(104a)이 상기 관형 하우징 부분(101)의 내측(101b)에 접하도록, 축선 방향으로 정렬됨,
    e. 상기 애노드는 리본-형상이고 제1길이방향 에지(115a), 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단들을 구비한 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 제조된 리본형 애노드 집전체(115)를 포함함,
    f. 상기 애노드 집전체(115)는 음극 재료(155)의 층이 담지된(loaded) 스트립형 메인 영역, 및 상기 제1길이방향 에지(115a)를 따라 연장하고 상기 전극 재료(155)가 담지되지 아니한 자유 에지 스트립(117)을 포함함,
    g. 상기 캐소드는 리본-형상이고 제1길이방향 에지(125a), 제2길이방향 에지 및 두 개의 말단들을 구비한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 리본형 캐소드 집전체(125)를 포함함,
    h. 상기 캐소드 집전체(125)는 양극 재료(123)의 층이 담지된 스트립형 메인 영역, 및 상기 제1길이방향 에지(125a)를 따라 연장하고 상기 전극 재료(123)가 담지되지 아니한 자유 에지 스트립(121)을 포함함,
    i. 상기 애노드와 상기 캐소드는, 상기 애노드 집전체(115)의 상기 제1길이방향 에지(115a)가 상기 터미널 말단 면(104b, 104c)들 중 하나로부터 돌출하고, 상기 캐소드 집전체(125)의 상기 제1길이방향 에지(125a)가 상기 터미널 말단 면(104b, 104c)들 중 다른 하나로부터 돌출하도록, 상기 전극-분리막 조립체(104) 내에 배치됨,
    j. 상기 전지는 상기 관형 하우징 부분(101)의 상기 터미널 원형 개구(101c)를 폐쇄하고 금속 디스크(111), 접촉 시트 금속 부재(113), 금속 극 핀(pole pin; 108) 및 절연 수단(103)을 포함하는 접촉 요소(110)를 포함함,
    k. 상기 금속 디스크(111)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되고, 원형 에지(111a)를 가지며, 상기 에지(111a)가 원주 접촉 구역을 따라 상기 관형 하우징 부분(101)의 내측(101b)에 접하고 상기 금속 디스크(111)의 상기 에지(111a)가 원주 용접 이음매에 의해 상기 관형 하우징 부분(101)에 연결되도록, 상기 관형 하우징 부분(101)에 배치됨,
    l. 상기 접촉 시트 금속 부재(113)는 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성되고 그것은 두 개의 측들을 가지며, 상기 두 개의 측들 중 하나는 상기 금속 디스크(111)의 방향으로 대향하고 다른 하나는 상기 제1길이방향 에지(115a, 125a)들 중 하나와 직접 접촉하며 용접에 의해 상기 길이방향 에지에 연결됨,
    m. 상기 극 핀(108)은 상기 접촉 시트 금속 부재(113)에 고정되고 상기 금속 디스크(111)에서 개구를 통해 상기 전지의 상기 하우징으로부터 밖으로 인도됨, 및
    n. 상기 절연 수단(103)은 상기 극 핀(108)과 상기 접촉 시트 금속 부재(113)를 상기 금속 디스크(111)에 대해 전기적으로 절연시킴
    을 갖는,
    리튬-이온 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 극 핀(108)은 용접에 의해 상기 접촉 시트 금속 부재(113)에 고정됨,
    b. 상기 극 핀(108)은 관형임,
    c. 상기 극 핀(108)은 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성됨,
    d. 상기 극 핀(108)은 상기 접촉 시트 금속 부재(113)와 동일한 재료로 구성됨
    중 적어도 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 극 핀(108)은 관형이고 용접에 의해 상기 접촉 시트 금속 부재(113)에 고정됨,
    b. 상기 극 핀(108)은 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 구성되거나 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금의 피복을 가지고, 특히 상기 니켈, 또는 구리, 또는 상기 니켈 또는 구리 합금으로 코팅되는 터미널 부분(108a)을 가짐,
    c. 상기 터미널 부분(108a)은 상기 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접됨,
    d. 상기 극 핀(108)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되거나 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 피복을 가지고, 특히 상기 알루미늄 또는 상기 알루미늄 합금으로 코팅되는 터미널 부분(108b)을 가짐,
    e. 상기 터미널 부분(108b)은 상기 하우징 외측으로부터 탭핑(tapping)될 수 있는 연결 접촉부를 형성함
    중 임의의 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  4. 제2항 또는 제3항에서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 관형 극 핀(108)은 그 말단들 중 하나에서 폐쇄형 바닥부(108c)를 포함함,
    b. 상기 폐쇄형 바닥부(108c)는 상기 터미널 부분(108a)의 부분이고 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 제조되는 쉘로 구성되거나 상기 쉘을 가짐,
    c. 상기 바닥부(108c)는 상기 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접됨
    중 적어도 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 관형 하우징 부분(101)은, 축선 방향으로, 상기 권선 쉘(104a)이 그 내부 측(101b)에 접하는 중앙 부분(130), 및 상기 금속 디스크(111)의 상기 에지(111a)가 그 내부 측(101b)에 접하는 접촉 부분(135)을 포함함,
    b. 상기 관형 하우징 부분(101)은 상기 접촉 요소(110)의 상기 에지(110a)에 걸쳐 방사상 안쪽으로 굽혀진 원형 에지(101a)를 포함함
    중 임의의 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 관형 하우징 부분(101)은 원형 바닥부(107a)를 포함하는 알루미늄 하우징 컵 또는 알루미늄 합금 하우징 컵(107)의 부분임,
    b. 상기 제1길이방향 에지(115a, 125a)들 중 다른 하나는 상기 바닥부(107a)에 직접 접하고 바람직하게는 용접에 의해 상기 바닥부(107a)에 결합됨
    중 적어도 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 관형 하우징 부분(101)은 추가적인 터미널 원형 개구를 가짐,
    b. 상기 전지(100)는 상기 추가적인 터미널 원형 개구를 폐쇄하고 상기 하우징의 바닥부를 형성하는 원형 에지(145a)를 구비한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 폐쇄 요소(145)를 포함함,
    c. 상기 추가적인 터미널 개구를 위한 상기 폐쇄 요소(145)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 금속 디스크이거나 이를 포함하고, 상기 금속 디스크의 에지는 상기 금속 폐쇄 요소(145)의 상기 원형 에지(145a)의 부분에 상응하거나 또는 이를 형성함
    중 적어도 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 금속 디스크는, 그 에지가 원주 접촉 구역을 따라 상기 관형 하우징 부분(101)의 내측 표면(101b)에 접하도록, 상기 관형 하우징 부분에 배치됨,
    b. 상기 금속 디스크의 상기 에지는 원주 용접 이음매에 의해 상기 관형 하우징 부분(101)에 연결됨,
    c. 상기 관형 하우징 부분(101)은 상기 폐쇄 요소(145)의 상기 에지(145a) 특히 상기 금속 디스크의 상기 에지에 걸쳐 방사상 안쪽으로 굽혀진 원형 에지(101a)를 포함함
    중 적어도 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    다음의 추가적인 특징들 즉:
    a. 상기 제1길이방향 에지(115a, 125a)들 중 다른 하나는 상기 금속 디스크에 직접 접하고 바람직하게는 용접에 의해 상기 금속 디스크에 결합됨,
    b. 상기 제1길이방향 에지들 중 다른 하나는 상기 하우징의 상기 바닥부를 형성하는 상기 금속 디스크에 직접 접하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접됨
    중 임의의 하나를 갖는,
    리튬-이온 전지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나에 따른 에너지 저장 전지(100)를 제조하는 방법으로서,
    다음의 단계들 즉:
    a. 두 개의 터미널 말단 면(104b, 104c)들 및 사이에 있는 권선 쉘(104a)을 갖는 원통형 권선의 형태이고, 애노드/분리막/캐소드 시퀀스를 갖는 전극-분리막 조립체(104)를 제공하는 단계로서, 상기 전극들은 각각 전극 재료로 코팅되고 제1길이방향 에지(115a, 125a), 제2길이방향 에지 및 두 개의 터미널들을 갖는 집전체(115, 125)를 포함하고, 상기 길이방향 에지(115a, 125a)들 중 하나는 상기 터미널 말단 면(104b, 104c)들 중 하나로부터 돌출하는, 상기 전극-분리막 조립체(104)를 제공하는 단계,
    b. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되고, 내부 표면(101b) 및 터미널 원형 개구(101c)를 갖는 관형 하우징 부분(101)을 제공하는 단계,
    c. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 금속 디스크(111), 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 제조되는 접촉 시트 금속 부재(113), 금속 극 핀(108), 및 절연 수단(103)을 제공하는 단계로서, 상기 금속 디스크(111), 상기 금속 극 핀(108) 및 상기 절연 수단(103)은 미리조립된 뚜껑 조립체(122)의 형태로 제공되고, 상기 극 핀(108)은 상기 금속 디스크(111)에서 구멍을 통해 가이드되고 상기 절연 수단(103)에 의해 상기 금속 디스크로부터 전기적으로 절연되고, 상기 접촉 시트 금속 부재(113)는 별개로 제공되는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조되는 금속 디스크(111), 니켈, 또는 구리, 또는 니켈 또는 구리 합금으로 제조되는 접촉 시트 금속 부재(113), 금속 극 핀(108), 및 절연 수단(103)을 제공하는 단계,
    d. 상기 길이방향 에지(115a, 125a)들 중 하나를 상기 접촉 시트 금속 부재(113)에 용접하는 단계,
    e. 상기 권선 쉘(104a)이 상기 관형 하우징 부분(101)의 상기 내측(101b)에 접하도록, 용접된(welded-on) 접촉 시트 금속 부재(113)와 함께 상기 전극-분리막 조립체(104)를 상기 원형 개구(101c)를 통해 상기 관형 하우징 부분(101) 내로 삽입하는 단계,
    f. 상기 금속 디스크(111)의 상기 에지(111a)가 원주 접촉 구역을 따라 상기 관형 하우징 부분(101)의 상기 내측(101b)에 접하고 상기 극 핀(108)의 하나의 말단이 상기 접촉 시트 금속 부재(113)와 접촉하도록, 상기 관형 하우징 부분(101)에 상기 미리조립된 뚜껑 조립체(122)를 배치하는 단계,
    g. 원주 방향으로 용접함으로써 상기 관형 하우징 부분(101)의 상기 내측(101b)에 상기 금속 디스크(111)의 상기 에지(111a)를 고정하는 단계, 및
    h. 상기 접촉 시트 금속 부재(113)에 상기 극 핀(108)을 용접하는 단계
    를 포함하는,
    에너지 저장 전지를 제조하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    다음의 추가적인 단계 즉:
    a. 상기 터미널 원형 개구(101c)의 상기 개구 에지(101a)는 상기 금속 디스크(111)의 상기 에지(111a)에 걸쳐 방사상 안쪽으로 굽혀짐
    에 의해 특징지어지는,
    에너지 저장 전지를 제조하는 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    다음의 추가적인 단계들 즉:
    a. 상기 전극-분리막 조립체(104)는 상기 금속 디스크(111) 또는 다른 하우징 부분에 도입 목적을 위해 제공되는 구멍(114)을 통해 도입되는 전해질에 의해 담겨짐(soaked),
    b. 상기 전해질을 충전한 이후, 상기 구멍(114)은 예를 들어 본딩 또는 용접 또는 납땜에 의해 폐쇄됨,
    c. 상기 폐쇄는 과압(overpressure) 안전 장치(120)를 이용하여 수행됨
    중 적어도 하나에 의해 특징지어지는,
    에너지 저장 전지를 제조하는 방법.
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