KR20230078926A - 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

Info

Publication number
KR20230078926A
KR20230078926A KR1020220088341A KR20220088341A KR20230078926A KR 20230078926 A KR20230078926 A KR 20230078926A KR 1020220088341 A KR1020220088341 A KR 1020220088341A KR 20220088341 A KR20220088341 A KR 20220088341A KR 20230078926 A KR20230078926 A KR 20230078926A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gasket
electrode terminal
battery
electrode
riveting structure
Prior art date
Application number
KR1020220088341A
Other languages
English (en)
Inventor
원진혁
류덕현
이병구
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to CN202211120521.1A priority Critical patent/CN116190938A/zh
Priority to CN202222447185.3U priority patent/CN219017871U/zh
Publication of KR20230078926A publication Critical patent/KR20230078926A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/564—Terminals characterised by their manufacturing process
    • H01M50/567—Terminals characterised by their manufacturing process by fixing means, e.g. screws, rivets or bolts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/167—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by crimping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/179—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/193—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/198—Sealing members characterised by the material characterised by physical properties, e.g. adhesiveness or hardness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/559—Terminals adapted for cells having curved cross-section, e.g. round, elliptic or button cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

본 발명은 전극 단자의 리벳팅 구조, 이를 포함하는 원통형 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차를 제공하며, 전극 단자의 리벳팅 구조는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 구비된 가스켓을 포함하고, 상기 가스켓은 불소수지를 포함한다.

Description

전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차{RIVETING STRUCTURE OF ELECTRODE TERMINAL, AND BATTERY CELL, BATTERY PACK AND VEHICLE INCLUDING SAME}
본 출원은 2021년 11월 26일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0165315호의 출원일의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리 셀이 알려져 있다. 상기 배터리 셀은 원통형 배터리 셀일 수 있다. 상기 배터리 셀은 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전해질과 함께 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다. 그리고 양극 및 음극 각각의 무지부에는 스트립 형태의 전극 탭이 연결될 수 있으며, 전극 탭은 전극 조립체와 외부로 노출되는 전극 단자 사이를 전기적으로 연결시킨다. 참고로, 양극 전극 단자는 전지 캔의 개방구를 밀봉하는 밀봉체의 캡 플레이트이고, 음극 전극 단자는 전지 캔이다.
그런데, 이와 같은 구조를 갖는 종래의 배터리 셀에 의하면, 양극 무지부 및/또는 음극 무지부와 결합되는 스트립 형태의 전극 탭에 전류가 집중되기 때문에 저항이 크고 열이 많이 발생하며 집전 효율이 좋지 않다는 문제점이 있었다.
18650이나 21700의 폼 팩터를 가진 소형 원통형 배터리 셀은 저항과 발열이 큰 이슈가 되지 않는다. 하지만, 원통형 배터리 셀을 전기 자동차에 적용하기 위해 폼 팩터를 증가시킬 경우, 급속 충전 과정에서 전극 탭 주변에서 많은 열이 발생하면서 원통형 배터리 셀이 발화하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 젤리롤 타입의 전극 조립체의 상단 및 하단에 각각 양극 무지부 및 음극 무지부가 위치하도록 설계하고, 이러한 무지부에 집전 플레이트를 용접시켜 집전 효율이 개선된 구조를 갖는 배터리 셀(소위 탭-리스(Tab-less) 배터리 셀)이 제시되었다.
도 1 내지 도 3은 탭-리스 배터리 셀의 제조 과정을 보여주는 도면이다. 도 1은 전극판의 구조를 나타내고, 도 2는 전극판의 권취 공정을 나타내고, 도3은 무지부의 절곡면에 집전 플레이트가 용접되는 공정을 나타낸다. 도 4는 탭-리스 배터리 셀을 길이 방향(Y)으로 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 양극판(10)과 음극판(11)은 쉬트 모양의 집전체(20)에 활물질(21)이 코팅된 구조를 가지며, 권취 방향(X)을 따라 한쪽 장변 측에 무지부(22)를 포함한다.
전극 조립체(A)는 양극판(10)과 음극판(11)을 도 2에 도시된 것처럼 2장의 분리막(12)과 함께 순차적으로 적층시킨 후 일방향(X)으로 권취시켜 제작한다. 이때, 양극판(10)과 음극판(11)의 무지부는 서로 반대 방향으로 배치된다.
권취 공정 이후, 양극판(10)의 무지부(10a)와 음극판(11)의 무지부(11a)는 코어측으로 절곡된다. 그 이후에는, 무지부(10a, 11a)에 집전 플레이트(30, 31)를 각각 용접시켜 결합시킨다.
양극 무지부(10a)와 음극 무지부(11a)에는 별도의 전극 탭이 결합되어 있지 않으며, 집전 플레이트(30, 31)가 외부의 전극 단자와 연결되며, 전류 패스가 전극 조립체(A)의 권취 축 방향(화살표 참조)을 따라 큰 단면적으로 형성되므로 배터리 셀의 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. 저항은 전류가 흐르는 통로의 단면적에 반비례하기 때문이다.
하지만, 원통형 배터리 셀의 폼 팩터가 증가하고 급속 충전 시 충전 전류의 크기가 커지면 탭-리스 배터리 셀에서도 발열 문제가 또 다시 발생한다.
구체적으로, 종래의 탭-리스 배터리 셀(40)은 도 4에 도시된 바와 같이 전지 캔(41)과 밀봉체(42)를 포함한다. 밀봉체(42)는 캡 플레이트(42a), 밀봉 가스켓(42b) 및 연결 플레이트(42c)를 포함한다. 밀봉 가스켓(42b)은 캡 플레이트(42a)의 가장자리를 감싸며 클림핑부(43)에 의해 고정된다. 또한, 전극 조립체(A)는 상하 유동을 방지하기 위해 비딩부(44)에 의해 전지 캔(41) 내에 고정된다.
통상적으로 양극 단자는 밀봉체(42)의 캡 플레이트(42a)이고 음극 단자는 전지 캔(41)이다. 따라서, 양극판(10)의 무지부(10a)에 결합된 집전 플레이트(30)는 스트립 형태의 리드(45)를 통해 캡 플레이트(42a)에 부착된 연결 플레이트(42c)에 전기적으로 연결된다. 또한, 음극판(11)의 무지부(11a)에 결합된 집전 플레이트(31)는 전지 캔(41)의 바닥에 전기적으로 연결된다. 인슐레이터(46)는 집전 플레이트(30)를 커버하여 극성이 다른 전지 캔(41)과 양극판(10)의 무지부(10a)가 서로 접촉하여 단락을 일으키는 것을 방지한다.
집전 플레이트(30)가 연결 플레이트(42c)에 연결될 때에는 스트립 형태의 리드(45)가 사용된다. 리드(45)는 집전 플레이트(30)에 별도로 부착하거나, 집전 플레이트(30)와 일체로 제작된다. 그런데, 리드(45)는 두께가 얇은 스트립 형태이므로 단면적이 작아서 급속충전 전류가 흐를 경우 열이 많이 발생한다. 또한, 리드(45)에서 발생한 과도한 열은 전극 조립체(A) 측으로 전달되어 분리막(12)을 수축시킴으로써 열 폭주의 주요 원인인 내부 단락을 일으킬 수 있다.
리드(45)는 또한 전지 캔(41) 내에서 상당한 설치 공간을 차지한다. 따라서, 리드(45)가 포함된 배터리 셀(40)은 공간 효율성이 낮아서 에너지 밀도를 증가시키는데 한계가 있다.
뿐만 아니라, 종래의 탭-리스 배터리 셀(40)을 직렬 및/또는 병렬로 연결하기 위해서는 밀봉체(42)의 캡 플레이트(42a)와 전지 캔(41)의 바닥 면에 버스 바 부품을 연결해야 하므로 공간 효율성이 떨어진다. 전기 자동차에 탑재되는 배터리 팩은 수 백 개의 배터리 셀(40)을 포함한다. 따라서, 전기적 배선의 비효율성은 전기 자동차의 조립 과정, 그리고 배터리 팩의 유지 보수 시에도 상당한 번거로움을 초래한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 배경 하에 창안된 것으로서 배터리 셀의 전극 단자 구조를 개선하여 전지 캔 내의 공간 효율성을 증가시킴으로써 배터리 셀의 내부 저항을 낮추고 에너지 밀도를 증가시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 배터리 셀의 전극 단자 구조를 개선하여 전류 패스의 단면적을 확대함으로써 급속 충전 시 생기는 내부 발열 문제를 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 배터리 셀의 직렬 및/또는 병렬 연결을 위한 전기적 배선 작업을 배터리 셀의 한 쪽에서 수행할 수 있는 개선된 구조의 배터리 셀을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 개선된 구조를 가진 배터리 셀을 이용하여 제작된 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차를 제공하는데 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 구비된 가스켓을 포함하고,
상기 전극 단자는, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고,
상기 가스켓은 불소수지를 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 구비된 가스켓을 포함하고,
상기 전극 단자는, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고,
상기 가스켓은 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부; 및 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부를 포함하고,
상기 외부 가스켓부의 두께 변화율이 하기 식 1을 만족하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조를 제공한다.
[식 1]
0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
상기 식 1에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께이고, X2는 100℃ 에서 10분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께이다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 쉬트 형상의 제1전극판과 제2전극판이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1전극판의 무지부와 상기 제2전극판의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 본 발명의 실시상태에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조; 및 밀봉체를 포함하는 배터리 셀로서,
상기 전극 조립체는 상기 전지 캔의 내부에 포함되며, 상기 제1 전극판과 상기 전지캔은 전기적으로 연결되고 상기 제2 전극판과 상기 전극 단자는 전기적으로 연결되며,
상기 밀봉체는 상기 전지 캔으로부터 절연 가능하도록 상기 전지 캔의 개방 단부를 밀봉하는 것인 배터리 셀을 제공한다.
본 발명의 또 하나의 실시상태는 전술한 배터리 셀을 적어도 하나 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 전극 단자 구조를 개선하여 전지 캔 내의 공간 효율성을 증가시킴으로써 배터리 셀의 내부 저항을 낮추고 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
기존의 탭-리스 배터리 셀의 밀봉 가스켓은 양극 단자인 캡 플레이트와 음극 단자인 전지 캔과의 사이에 구비되어 단락을 방지한다. 밀봉 가스켓의 소재로서 기존에 사용하던 PP(Polypropylene)나 PBT(Polybutylene Terephthalate)을 사용하는 경우, 낮은 녹는점을 가져 배터리 셀의 에너지 밀도가 증가되는 경우에 용융되어 단락을 일으킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 배터리 셀의 전극 단자 구조를 구현하기 위하여 불소수지를 포함하는 가스켓을 제공함으로써 외부단락 평가 시 또는 배터리 셀의 에너지 밀도가 증가되는 경우에 높은 온도의 열이 발생하는 전극 단자와 전지 캔 사이에서 가스켓이 용융되는 현상에 의한 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 셀의 전극 단자 구조를 개선하여 전류 패스의 단면적을 확대함으로써 급속 충전 시 생기는 내부 발열 문제를 개선할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 셀의 직렬 및/또는 병렬 연결을 위한 전기적 배선 작업을 배터리 셀의 한 쪽에서 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 개선된 구조를 가진 배터리 셀을 이용하여 제작된 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 탭-리스 배터리 셀에 사용되는 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2는 종래의 탭-리스 배터리 셀에 포함되는 전극 조립체의 권취 공정을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 전극 조립체에서 무지부의 절곡면에 집전 플레이트가 용접되는 공정을 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 탭-리스 배터리 셀을 길이 방향(Y)으로 자른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5에서 점선 원으로 표시된 부분의 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극판 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전극판의 무지부 분절구조를 제1전극판 및 제2전극판에 적용한 전극 조립체를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 무지부가 절곡된 전극 조립체를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀들을 포함하는 배터리 팩의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 13는 본 발명의 비교예에 따른 가스켓의 경우 전극 단자의 리벳팅 구조에서 가스켓이 용융되는 현상을 나타내는 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 불소수지를 포함하는 가스켓의 경우에 전극 단자의 리벳팅 구조에서 가스켓이 용융되지 않는 현상을 나타내는 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조를 배터리 셀의 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면을 보여주는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 구비된 가스켓을 포함하고,
상기 전극 단자는, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고,
상기 가스켓은 불소수지를 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀은 전지 캔의 바닥에 리벳팅된 전극 단자를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조를 나타낸 단면도이고, 도 6은 점선 원으로 표시된 부분의 확대 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는, 일측이 개방된 원통형의 전지 캔(51)과, 전지 캔(51)의 바닥(52)에 형성된 관통홀(53)을 통해 리벳팅된 전극 단자(50)와, 전극 단자(50)와 관통 홀(53)의 외경 사이에 구비된 가스켓(54)을 포함할 수 있다.
전지 캔(51)은 도전성 금속 재질로 이루어진다. 일 예에서, 전지 캔(51)은 스틸 재질로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전극 단자(50)는 도전성 금속 재질로 이루어진다. 일 예에서, 전극 단자(50)는 알루미늄으로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 전극 단자(50)는, 관통 홀(53)에 삽입된 몸체부(50a), 전지캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)을 통해 노출된 몸체부(50a)의 일측 둘레로부터 외부면(52a)을 따라 연장된 외부 플랜지부(50b) 및 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 통해 노출된 몸체부(50a)의 타측 둘레로부터 내부면(52b)을 향해 연장된 내부 플랜지부(50c)를 포함할 수 있다.
가스켓(54)은 불소수지를 포함한다. 상기 불소수지는 절연성 및/또는 탄성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 불소수지는 PFA(Perfluoroalkoxy) 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예에서, 불소수지의 녹는점은 약 280℃ 이상, 바람직하게는 약 290℃ 이상, 더 바람직하게는 약 300℃ 이상일 수 있다. 불소수지의 녹는점이 상기 범위를 만족할 때, 배터리 셀의 에너지 밀도가 증가되더라도 가스켓이 용융되지 않아 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 일측이 개방된 전지 캔; 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및 상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 구비된 가스켓을 포함하고,
상기 전극 단자는, 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부; 상기 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및 상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고,
상기 가스켓은 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부; 및 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부를 포함하고,
상기 외부 가스켓부의 두께 변화율이 하기 식 1을 만족하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조를 제공한다.
[식 1]
0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
상기 식 1에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께이고, X2는 100℃ 에서 10분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께이다.
일 측면에 따르면, 가스켓(54)은, 외부 플랜지부(50b)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a) 사이에 개재된 외부 가스켓부(54a)과, 내부 플랜지부(50c)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b) 사이에 개재된 내부 가스켓부(54b)을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시상태에 따르면, 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
상기 식 1에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께(54aT)이고, X2는 100℃ 에서 10분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께(54aT)이다.
상기 상온이란 20℃ 내지 25℃ 에서 선택되는 하나의 온도, 예컨대, 21℃ 내지 24℃ 일 수 있고, 22℃ 내지 23℃ 일 수 있고, 또는 23℃ 일 수 있다.
상기 외부 가스켓부의 두께(54aT)는 상기 전지 캔의 바닥의 외부면(52a)에 수직인 방향에서의 두께를 말하는 것으로, 이는 배터리 셀(201)을 길이 방향(Y)으로 절단한 단면을 3D 형상측정기로 이미지 촬영하여 측정할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조를 배터리 셀(201)의 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면을 보여주는 사진이다.
도 15를 참조하면, 상기 외부 가스켓부(54a)를 포함하는 전극 단자(50)의 리벳팅 구조에서 이를 포함하는 배터리 셀(201)을 길이 방향(Y)으로 절단한 단면을 3D 형상측정기로 외부 가스켓부의 두께(54aT)를 측정할 수 있다. 이 때, 외부 가스켓부의 두께(54aT)는 측정된 두께 중에서 제일 얇게 측정되는 부분일 수 있다.
외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율이란 온도 및 시간에 따른 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화를 의미한다. 상기 식 1에서 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 10% 이하인 것이 바람직하다.
상기 식 1에서 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 10% 이하, 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 또는 5% 이하일 수 있다. 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 0% 이상, 0.5% 이상, 1% 이상, 1.5% 이상, 2%, 2.5% 이상, 또는 3% 이상일 수 있다. 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율이 상기 범위를 만족할 때, 전극 단자의 리벳팅 구조에서 용융되지 않는 가스켓(54)을 제공하여 전극 단자와 전지 캔 사이에서 가스켓이 용융되는 현상에 의한 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가스켓(54)은 불소수지를 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조를 제공한다. 상기 가스켓(54)은 불소수지를 포함함으로써 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화를 최소화할 수 있으며, 전극 단자와 전지 캔 사이에서 가스켓이 용융되는 현상에 의한 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가스켓(54)은 상기 외부 플랜지부(50b)와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부(54a); 및 상기 내부 플랜지부(50c)와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부(54b)를 포함하고,
외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 하기 식 2를 만족하는 것일 수 있다.
[식 2]
0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
상기 식 2에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께이고, X2는 150℃ 에서 10분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께이다.
외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 전술한 바와 같이 온도에 따른 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화를 의미한다. 가스켓(54)은 불소수지를 포함함으로써 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화를 최소화할 수 있다.
상기 식 2에서 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 10% 이하, 9.5% 이하, 9% 이하, 8.5% 이하, 8% 이하, 7.5% 이하, 또는 7% 이하일 수 있다. 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 또는 5% 이상일 수 있다. 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율이 상기 범위를 만족할 때, 전극 단자의 리벳팅 구조에서 용융되지 않는 가스켓(54)을 제공하여 전극 단자와 전지 캔 사이에서 가스켓이 용융되는 현상에 의한 단락을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가스켓(54)은 상기 외부 플랜지부(50b)와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부(54a); 및 상기 내부 플랜지부(50c)와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부(54b)를 포함하고,
외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 하기 식 3를 만족하는 것일 수 있다.
[식 3]
0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
상기 식 3에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께이고, X2는 230℃ 에서 30분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께이다.
외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 전술한 바와 같이 온도에 따른 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화를 의미한다. 가스켓(54)은 불소수지를 포함함으로써 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화를 최소화할 수 있다.
상기 식 3에서 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 10% 이하, 9.7% 이하, 9.5% 이하, 9.3% 이하, 또는 9% 이하일 수 있다. 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 0% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 또는 7% 이상일 수 있다. 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율이 상기 범위를 만족할 때, 전극 단자의 리벳팅 구조에서 용융되지 않는 가스켓(54)을 제공하여 전극 단자와 전지 캔 사이에서 가스켓이 용융되는 현상에 의한 단락을 방지할 수 있다.
상기 불소수지를 포함하는 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율에 관한 [식 1] 내지 [식 3]은 하기 표 1에서와 같이 불소수지를 포함하지 않는 외부 가스켓부의 두께 변화율과 차이가 있다.
조건 외부 가스켓부의 두께 변화율
불소수지 포함
(PFA 등)		 불소수지 불포함
(PP 등)
100℃, 10분 < 10%, [식 1] > 30%
150℃, 10분 < 10%, [식 2] > 50%
230℃, 30분 < 10%, [식 3] > 70%
상기 표 1을 참조하면, 상기 [식 1] 내지 [식 3]은 불소수지를 포함하는 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율에 관한 것으로, 상기 외부 가스켓부(54a)는 PFA(Perfluoroalkoxy) 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 등을 포함할 수 있다. 상기 [식 1] 내지 [식 3]이 상기 범위를 만족할 때, 외부 가스켓부(54a)의 두께 변화율은 불소수지를 포함하지 않는 PP(polypropylene)의 두께 변화율 대비 작은 값을 가지므로, 전극 단자의 리벳팅 구조에서 비교적 용융되지 않는 가스켓(54)을 제공할 수 있다.
도 13는 본 발명의 비교예에 따른 종래의 가스켓의 경우 전극 단자의 리벳팅 구조에서 가스켓이 용융되는 현상을 나타내는 사진이다. 본 발명의 실시예에 따른 종래의 가스켓의 경우, 양극 단자 쪽에 발생하는 높은 온도의 열을 견디지 못해 용융되는 현상이 관찰된다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 불소수지를 포함하는 가스켓의 경우에 전극 단자의 리벳팅 구조에서 가스켓이 용융되지 않는 현상을 나타내는 사진이다. 본 발명의 실시예에 따른 불소수지를 포함하는 가스켓의 경우, 배터리 셀에서 높은 온도의 열이 발생하는 전극 단자와 전지 캔 사이에서도 가스켓이 용융되는 현상이 관찰되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가스켓(54)은 불소수지를 포함할 수 있고, 상기 불소수지는 탄성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 불소수지는 PFA(Perfluoroalkoxy) 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 불소수지의 압축강도는 10 Mpa 이상 20 Mpa 이하일 수 있다. 상기 불소수지의 압축강도는 D695 ASTM 시험법에 의하여 측정될 수 있다. 상기 불소수지의 압축강도는 상기 불소수지가 단일 방향으로 압축되는 힘, 예컨대, 상기 불소수지의 크기를 줄이기 위해 받는 힘을 받았을 때 파괴되기 전까지의 최대 응력을 의미한다. 이는 단위면적당 힘(N/m2 혹은 MPa)으로 표시된다. 상기 압축 강도는 인장 강도와 반대로, 크기를 줄이기 위해 가해지는 하중을 견딜 수 있는 재료의 용량으로서 압축에 저항한다.
상기 불소수지의 압축강도는 10.5 Mpa 이상, 11 Mpa 이상, 11.5 Mpa 이상, 12 Mpa 이상일 수 있다. 상기 불소수지의 압축강도는 19.5 Mpa 이하, 19 Mpa 이하, 18.5 Mpa 이하, 18 Mpa 이하일 수 있다. 상기 불소수지의 압축강도가 상기 범위를 만족할 때, 상기 불소수지를 포함하는 가스켓은 불소수지를 포함하지 않는 PP(polypropylene)를 포함하는 가스켓 대비 높은 온도 조건에서도 압축이 잘 될 수 있고, 탄성을 가질 수 있어 전극 단자의 리벳팅 구조 제조시 더 세게 압축되는 힘을 받았을 때에도 실링력이 우수할 수 있으며, 이로 인하여 전해액 및 기체 리크 등을 방지할 수 있다.
일 측면에 따르면, 전극 단자(50)는 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 통해 노출된 몸체부(50a)의 단부에 구비된 평탄부(50d)를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 평탄부(50d)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)은 서로 평행할 수 있다. 여기서, '평행'이라 함은 육안으로 관찰했을 때 실질적으로 평행한 것을 의미한다.
일 측면에 따르면, 내부 플랜지부(50c)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b) 사이의 각도(θ)는 0° 내지 60° 이하일 수 있다. 각도의 크기는 콜킹 공법으로 전극 단자(50)가 전지 캔(51)의 관통 홀(53)에 설치될 때 콜킹 강도에 의해 결정된다. 일 예에서, 콜킹 강도가 증가할수록 각도(θ)는 0°까지 감소할 수 있다. 각도가 60°를 초과하면 가스켓(54)의 실링 효과가 저하될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 내부 플랜지부(50c)와 평탄부(50d) 사이에 리세스부(55)가 구비될 수 있다. 리세스부(55)는 비대칭 홈의 단면 구조를 가질 수 있다. 일 예에서, 비대칭 홈은 대략 V자형일 수 있다. 비대칭 홈은 평탄부(50d)의 측벽(55a)과 상기 측벽(55a)의 단부와 연결된 내부 플랜지부(50c)의 경사면(55b)을 포함할 수 있다. 상기 측벽(55a)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)과 실질적으로 수직일 수 있다. '수직'이라 함은 육안상으로 관찰했을 때 실질적으로 수직인 경우를 의미한다. 리세스부(55)는 콜킹 공법으로 전극 단자(50)가 전지 캔(51)의 관통 홀(53)에 설치될 때 콜킹 지그의 형상에 의해 만들어진 것이다.
바람직하게, 내부 플랜지부(50c)의 두께는 전극 단자(50)의 몸체부(50a)로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가스켓(54)은 상기 외부 플랜지부(50b)와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부(54a); 및 상기 내부 플랜지부(50c)와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부(54b)를 포함하고, 상기 내부 가스켓부(54b)와 상기 외부 가스켓부(54a)는 위치에 따라 두께가 다를 수 있다.
다른 측면에 따르면, 외부 가스켓부(54a)과 내부 가스켓부(54b)은 두께가 위치에 따라 다를 수 있다. 바람직하게, 내부 가스켓부(54b)의 영역 중 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)과 연결된 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 내부 플랜지부(50c) 사이에 개재된 영역의 두께가 상대적으로 작을 수 있다. 바람직하게, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 내부 플랜지부(50c) 사이에 개재된 가스켓 영역에서 최소 두께 지점이 존재할 수 있다. 또한, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)는 내부 플랜지부(50c)와 마주보는 대향면(57)을 포함할 수 있다.
한편, 전지 캔(51)의 바닥(52)과 수직을 이루는 관통 홀(53) 내벽의 상단과 하단은 전극 단자(50)를 향해 테이퍼진 표면을 형성하도록 모따기(corner cutting)되어 있다. 하지만, 관통 홀(53) 내벽의 상단 및/또는 하단은 곡률을 가진 부드러운 곡면으로 변형될 수 있다. 이 경우, 관통 홀(53) 내벽의 상단 및/또는 하단 근처에서 가스켓(54)에 가해지는 스트레스를 보다 완화할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가스켓(54)은 상기 외부 플랜지부(50b)와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부(54a); 및 상기 내부 플랜지부(50c)와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부(54b)를 포함하고, 상기 내부 가스켓부(54b)는 상기 내부 플랜지부(50c)보다 길게 연장될 수 있다. 바람직하게, 내부 가스켓부(54b)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)과 0° 내지 60°의 각도를 이루며 내부 플랜지부(50c)보다 길게 연장될 수 있다.
또 다른 측면에서, 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 기준으로 평탄부(50d)의 높이(H1)가 내부 가스켓부(54b)의 단부 높이(H2)보다 같거나 클 수 있다. 또한, 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52b)을 기준으로 평탄부(50d)의 높이(H1)가 내부 플랜지부(50c)의 단부 높이(H3)보다 같거나 클 수 있다.
높이 파라미터인 H1, H2 및 H3가 상기 조건을 충족하면, 내부 플랜지부(50c)와 내부 가스켓부(54b)이 다른 부품과 간섭을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
또 다른 측면에서, 전극 단자(50)의 몸체부(50a)의 중심으로부터 외부 플랜지부(50b)의 가장자리까지의 반경(R1)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 반경(R2)을 기준으로 10% 내지 60%일 수 있다.
R1이 작아지면 전극 단자(50)에 전기 배선 부품(버스 바)을 용접할 때 용접 공간이 부족해 진다. 또한, R1이 커지면 전극 단자(50)를 제외한 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)에 전기 배선 부품(버스바)을 용접할 때 용접 공간이 감소한다.
비율 R1/R2를 10% 내지 60% 사이에서 조절하면 전극 단자(50) 및 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면에 대한 용접 공간을 적절하게 확보할 수 있다.
또한, 전극 단자(50)의 몸체부(50a)의 중심으로부터 평탄부(50d)의 가장자리까지의 반경(R3)은 전지 캔(51) 바닥(52)의 반경(R2)을 기준으로 4 내지 30%일 수 있다.
R3이 작아지면 전극 단자(50)의 평탄부(50d)에 집전 플레이트(도 11의 79 참조)를 용접할 때 용접 공간이 부족해 지고, 전극 단자(50)의 용접 면적이 감소하여 컨택 저항이 증가할 수 있다. 또한, R3은 R1보다는 작아야 하고 R3이 커지면 내부 플랜지부(50c)의 두께가 얇아져서 내부 플랜지부(50c)가 가스켓(54)을 압착하는 힘이 약해져 가스켓(54)의 실링 능력이 저하될 수 있다.
R3/R2를 4% 내지 30% 사이에서 조절하면 전극 단자(50)의 평탄부(50d)와 집전 플레이트(도 11의 79)의 용접 면적을 충분히 확보함으로써 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있을 뿐만 아니라 용접 영역의 컨택 저항을 감소시킬 수 있고 가스켓(54)의 실링 능력 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는 상하 운동을 하는 콜킹 지그를 이용하여 형성할 수 있다. 먼저, 전지 캔(51)의 바닥(52)에 형성된 관통 홀(53)에 가스켓(54)을 개재시켜 전극 단자(50)의 프리폼(미도시)을 삽입한다. 프리폼은 리벳팅 되기 전의 전극 단자를 지칭한다.
다음으로, 콜킹 지그를 전지 캔(51)의 내측 공간으로 삽입한다. 콜킹 지그는 프리폼을 리벳팅하여 전극 단자(50)를 형성하기 위해 프리폼과 대향하는 면에 전극 단자(50)의 최종 형상에 대응되는 홈과 돌기를 가진다.
다음으로, 콜킹 지그를 하부로 이동시켜 프리폼의 상부를 가압 포밍하여 프리폼을 리벳팅된 전극 단자(50)로 변형시킨다.
콜킹 지그에 의해 프리폼이 가압되는 동안, 외부 플랜지부(50b)와 전지캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a) 사이에 개재된 외부 가스켓부(54a)이 탄성적으로 압축되면서 그 두께가 감소한다. 또한, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 프리폼 사이에 개재된 내부 가스켓부(54b) 부위가 내부 플랜지부(50c)에 의해 탄성적으로 압축되면서 다른 영역보다 두께가 더욱 감소한다. 특히, 내부 가스켓부(54b)의 두께가 집중적으로 감소되는 영역은 도 6의 점선원으로 표시된 부분이다. 이에 따라, 리벳팅된 전극 단자(50)와 전지 캔(51) 사이의 실링성 및 밀폐성이 현저하게 향상된다.
바람직하게, 가스켓(54)은 프리폼이 리벳팅되는 과정에서 물리적으로 손상되지 않으면서 소망하는 실링 강도를 확보할 수 있도록 충분히 압축되는 것이 바람직하다.
일 예에서, 가스켓(54)이 폴리플루오르에틸렌으로 이루어진 경우, 가스켓(54)은 그것이 최소 두께로 압축되는 지점에서 압축율이 60% 이상인 것이 바람직하다. 압축율은 압축전 두께에 대한 압축 전후의 두께 변화의 비율이다.
바람직하게, 콜킹 지그의 상하 이동을 적어도 2회 이상 실시하여 프리폼 상부의 가압 포밍을 단계적으로 진행할 수 있다. 즉, 프리폼을 단계적으로 가압 포밍하여 여러 번에 걸쳐 변형할 수 있다. 이 때, 콜킹 지그에 가해지는 압력을 단계적으로 증가시킬 수 있다. 이렇게 하면, 프리폼에 가해지는 응력을 여러 번으로 분산시킴으로써 콜킹 공정이 진행되는 동안 가스켓(54)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 관통 홀(53)의 내측 엣지(56)와 프리폼 사이에 개재된 내부 가스켓부(54b) 부위가 내부 플랜지부(50c)에 의해 집중적으로 압축될 때 가스켓의 손상이 최소화된다.
콜킹 지그를 이용한 프리폼의 가압 포밍이 완료된 후, 콜킹 지그를 전지캔(51)으로부터 분리시키면, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조를 얻을 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 코킹 지그는 전지 캔(51)의 내부에서 상하 운동을 통해 프리폼의 상부를 가압 포밍한다. 경우에 따라, 프리폼의 가압 포밍을 위해 종래 기술에서 사용되는 로타리(rotary) 회전 지그가 사용될 수 있다.
다만, 로타리 회전 지그는 전지 캔(51)의 중심 축을 기준으로 소정 각도로 기울어진 상태에서 회전 운동을 한다. 따라서, 회전 반경이 큰 로타리 회전 지그는 전지 캔(51)의 내벽과 간섭을 일으킬 수 있다. 또한, 전지 캔(51)의 깊이가 큰 경우 로타리 회전 지그의 길이도 그만큼 길어진다. 이 경우, 로타리 회전 지그 단부의 회전반경이 커지면서 프리폼의 가압 포밍이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 콜킹 지그를 이용한 가압 포밍이 로타리 회전 지그를 이용한 방식보다 더욱 효과적이다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 전극 단자(50)의 리벳팅 구조는 배터리 셀에 적용이 가능하다.
일 예에서, 상기 배터리 셀은 전지 캔(51)을 포함할 수 있다. 상기 전지 캔은 원통형일 수 있다. 그 크기는 양단부의 원형의 직경이 30 mm 내지 55 mm, 높이가 60 mm 내지 120 mm일 수 있다. 바람직하게, 원통형 전지 캔의 원형 직경 x 높이는 46 mm x 60 mm, 46 mm x 80 mm, 46 mm x 90 mm 또는 46 mm x 120 mm 일 수 있다.
바람직하게, 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리 셀의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4보다 큰 원통형 배터리 셀일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리 셀의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀, 46900 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 90mm이고, 폼 팩터의 비는 0.511인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리 셀들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 0.277이다. 21700셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 0.300이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 쉬트 형상의 제1 전극판과 제2 전극판이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1전극판의 무지부와 상기 제2전극판의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 전술한 실시상태에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조; 및 밀봉체를 포함하는 배터리 셀로서, 상기 전극 조립체는 전지 캔의 내부에 수납되며, 상기 제1 전극판과 상기 전지캔은 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극판과 상기 전극 단자는 전기적으로 연결되며, 상기 밀봉체는 상기 전지 캔으로부터 절연 가능하도록 상기 전지 캔의 개방 단부를 밀봉하는 것인 배터리 셀을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 배터리 셀에서 상기 전지 캔은 개방단부에 인접한 영역에 상기 전지 캔의 내측으로 압입된 비딩부를 포함하고, 상기 밀봉체는, 무극성의 캡 플레이트 및 상기 캡 플레이트의 가장자리와 상기 전지 캔의 개방단부 사이에 개재된 밀봉 가스켓을 포함하고, 상기 전지 캔은 상기 전지 캔의 내측으로 연장 및 절곡되어 상기 밀봉 가스켓과 함께 상기 캡 플레이트의 가장자리를 감싸서 고정하는 클림핑부를 포함한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(70)을 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 배터리 셀(70)은 쉬트 형상의 제1전극판과 제2전극판이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1전극판의 무지부(72)와 상기 제2전극판의 무지부(73)를 포함하는 전극 조립체(71)를 포함한다.
실시예에서, 제1전극판은 음극판이고 제2전극판은 양극판일 수 있다. 물론, 그 반대의 경우도 가능하다.
전극 조립체(71)의 권취 방법은 도 2를 참조하여 설명한 종래 기술에 따른 탭-리스 배터리 셀의 제조 시 사용되는 전극 조립체의 권취 방법과 실질적으로 동일하다.
전극 조립체(71)를 도시함에 있어서는 분리막 외측으로 노출되어 연장된 무지부(72, 73)만을 상세히 도시하고 제1전극판, 제2전극판 및 분리막의 권취 구조에 대한 도시는 생략하였다.
배터리 셀(70)은 또한 전극 조립체(71)를 수납하며 제1전극판의 무지부(72)와 전기적으로 연결된 전지 캔(51)을 포함한다.
바람직하게, 전지 캔(51)의 일 측(하부)은 개방되어 있다. 또한, 전지캔(51)의 바닥(52)은 전극 단자(50)가 콜킹 공정을 통해 관통 홀(53)에 리벳팅된 구조를 가진다.
배터리 셀(70)은 또한 전극 단자(50)와 관통 홀(53)의 외경 사이에 구비된 가스켓(54)을 포함할 수 있다.
배터리 셀(70)은 또한 전지 캔(51)으로부터 절연 가능하도록 전지 캔(51)의 개방 단부를 밀봉하는 밀봉체(74)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 밀봉체(74)는 극성이 없는 캡 플레이트(74a) 및 캡 플레이트(74a)의 가장자리와 전지 캔(51)의 개방단부 사이에 개재된 밀봉 가스켓(74b)을 포함할 수 있다.
캡 플레이트(74a)는 알루미늄, 스틸, 니켈 등의 도전성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 밀봉 가스켓(74b)은 절연성 및 탄성이 있는 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리플루오르화에틸렌 등으로 이루어질 수 있다. 하지만, 본 발명이 캡 플레이트(74a)와 밀봉 가스켓(74b)의 소재에 의해 한정되는 것은 아니다.
캡 플레이트(74a)는 전지 캔(51) 내부의 압력이 임계치를 초과했을 때 파열되는 벤트 노치(77)를 포함할 수 있다. 벤트 노치(77)는 캡 플레이트(74a)의 양면에 형성될 수 있다. 벤트 노치(77)는 캡 플레이트(74a)의 표면에서 연속적 또는 불연속적인 원형 패턴, 직선 패턴 또는 그 밖의 다른 패턴을 형성할 수 있다.
전지 캔(51)은, 밀봉체(74)를 고정하기 위해, 전지 캔(51)의 내측으로 연장및 절곡되어 밀봉 가스켓(74b)과 함께 캡 플레이트(74a)의 가장자리를 감싸서 고정하는 클림핑부(75)를 포함할 수 있다.
전지 캔(51)은 또한 개방 단부에 인접한 영역에 전지 캔(51)의 내측으로 압입된 비딩부(76)를 포함할 수 있다. 비딩부(76)는 밀봉체(74)가 클림핑부(75)에 의해 고정될 때, 밀봉체(74)의 가장자리, 특히 밀봉 가스켓(74b)의 외주 표면을 지지한다.
배터리 셀(70)은 또한 제1전극판의 무지부(72)와 용접되는 제1집전 플레이트(78)를 더 포함할 수 있다. 제1집전 플레이트(78)는 알루미늄, 스틸, 니켈 등의 도전성 금속 재질로 이루어진다. 바람직하게, 제1집전 플레이트(78)는 제1전극판의 무지부(72)와 접촉하지 않는 가장자리의 적어도 일부(78a)가 비딩부(76)와 밀봉 가스켓(74b) 사이에 개재되어 클림핑부(75)에 의해 고정될 수 있다. 선택적으로, 제1집전 플레이트(78)의 가장자리의 적어도 일부(78a)는 클림핑부(75)와 인접한 비딩부(76)의 내주면(76a)에 용접을 통해 고정될 수 있다.
배터리 셀(70)은 또한 제2전극판의 무지부(73)와 용접되는 제2집전 플레이트(79)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 제2집전 플레이트(79)의 적어도 일부, 예컨대 중앙부(79a)는 전극 단자(50)의 평탄부(50d)와 용접될 수 있다.
바람직하게, 제2집전 플레이트(79)가 용접될 때 용접 도구는 전극 조립체(71)의 코어에 존재하는 권심(80)을 통해 삽입되어 제2집전 플레이트(79)의 용접 지점까지 도달될 수 있다. 또한, 제2집전 플레이트(79)가 전극 단자(50)의 평탄부(50d)에 용접될 때 전극 단자(50)가 제2집전 플레이트(79)의 용접 영역을 지지하므로 용접 영역에 강한 압력을 인가하여 용접 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 전극 단자(50)의 평탄부(50d)는 면적이 넓으므로 용접 영역 또한 넓게 확보할 수 있다. 이로써, 용접 영역의 접촉 저항을 낮춤으로써 배터리 셀(70)의 내부 저항을 낮출 수 있다. 리벳팅된 전극 단자(50)와 제2집전 플레이트(79)의 면대면 용접 구조는 하이 씨레이트(c-rate) 전류를 이용한 급속 충전에 매우 유용하다. 전류가 흐르는 방향의 단면에서 단위 면적당 전류 밀도를 낮출 수 있으므로 전류 패스에서 발생되는 발열량을 종래보다 낮출 수 있기 때문이다.
전극 단자(50)의 평탄부(50d)와 제2집전 플레이트(79)의 용접 시에는 레이저 용접, 초음파 용접, 스폿 용접 및 저항 용접 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 평탄부(50d)의 면적은 용접 방식에 따라 다르게 조절할 수 있는데, 용접 강도와 용접 공정의 용이성을 위해 2mm 이상인 것이 바람직하다.
일 예에서, 평탄부(50d)와 제2집전 플레이트(79)가 레이저로 용접되고 원형 패턴의 형태로 연속적 또는 불연속적인 라인으로 용접될 경우 평탄부(50d)의 직경은 4mm 이상인 것이 바람직하다. 평탄부(50d)의 직경이 해당 조건을 충족할 경우 용접 강도 확보가 가능하고, 레이저 용접 도구를 전극 조립체(71)의 권심(80)에 삽입하여 용접 공정을 진행하는데 어려움이 없다.
다른 예에서, 평탄부(50d)와 제2집전 플레이트(79)가 초음파로 용접되고 원형 패턴으로 용접될 경우 평탄부(50d)의 직경은 2mm 이상인 것이 바람직하다. 평탄부(50d)의 직경이 해당 조건을 충족할 경우 용접 강도 확보가 가능하고, 초음파 용접 도구를 전극 조립체(71)의 권심(80)에 삽입하여 용접 공정을 진행하는데 어려움이 없다.
배터리 셀(70)은 또한 절연 캡(80')을 더 포함할 수 있다. 절연캡(80')은 제2집전 플레이트(79)와 전지 캔(51) 바닥(52)의 내부면(52a) 사이, 그리고 전지 캔(51) 측벽의 내주면(51a)과 전극 조립체(71) 사이에 개재될 수 있다. 바람직하게, 절연 캡(80')은 전극 단자(50)의 평탄부(50d)를 제2집전 플레이트(79) 측으로 노출시키는 용접 홀(80a)을 포함하고, 제2집전 플레이트(79)의 표면과 전극 조립체(71)의 일측(상부) 가장자리를 커버할 수 있다.
바람직하게, 제1전극판 및/또는 제2전극판의 무지부(72, 73)는 전극 조립체(71)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡됨으로써 전극 조립체(71)의 상부 및 하부에 절곡면을 형성할 수 있다. 또한, 제1집전 플레이트(78)는 제1전극판의 무지부(72)가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접되고, 제2집전 플레이트(79)는 제2전극판의 무지부(73)가 절곡되면서 형성된 절곡면에 용접될 수 있다.
무지부(72, 73)가 절곡될 때 생기는 응력을 완화하기 위해 제1전극판 및/또는 제2전극판은 종래의 전극판(도 1 참조)과 다른 개선된 구조를 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극판(90) 구조를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 8을 참조하면, 전극판(90)은 도전성 재질의 포일로 이루어진 쉬트 형상의 집전체(91)와, 집전체(91)의 적어도 일면에 형성된 활물질층(92)과, 집전체(91)의 장변 단부에 활물질이 코팅되지 않은 무지부(93)를 포함한다.
바람직하게, 무지부(93)는 노칭 가공된 복수의 분절편(93a)을 포함할 수 있다. 복수의 분절편(93a)은 복수의 그룹을 이루며, 각 그룹에 속한 분절편(93a)들은 높이(Y방향 길이) 및/또는 폭(X 방향 길이) 및/또는 이격 피치가 동일할 수 있다. 각 그룹에 속한 분절편(93a)들의 수는 도시된 것보다 증가 또는 감소될 수 있다. 분절편(93a)은 사다리꼴 모양일 수 있는데, 사각형, 평형사변형, 반원형 또는 반타원형으로 변형될 수 있다.
바람직하게, 분절편(93a)의 높이는 코어측으로부터 외주측으로 가면서 단계적으로 증가할 수 있다. 또한, 코어측과 인접한 코어측 무지부(93')는 분절편(93a)을 포함하지 않을 수 있고, 코어측 무지부(93')의 높이는 다른 무지부 영역보다 작을 수 있다.
선택적으로, 전극판(90)은 활물질층(92)과 무지부(93) 사이의 경계를 덮는 절연 코팅층(94)을 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 절연성이 있는 고분자 수지를 포함하며, 무기물 필러를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 절연 코팅층(94)은 활물질층(92)의 단부가 분리막을 통해 대향하고 있는 반대 극성의 활물질층과 접촉되는 것을 방지하고, 분절편(93a)의 절곡을 구조적으로 지지하는 역할을 한다. 이를 위해, 전극판(90)이 전극 조립체로 권취되었을 때, 절연 코팅층(94)은 적어도 일부가 분리막으로부터 외부로 노출되는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전극판(90)의 무지부 분절구조를 제1전극판 및 제2전극판에 적용한 전극 조립체(100)를 길이 방향(Y)을 따라 자른 단면도이다.
도 9를 참조하면, 전극 조립체(100)는 도 2를 통해 설명한 권취 공법으로 제조할 수 있다. 설명의 편의를 위해 분리막 밖으로 연장된 무지부(72, 73)의 돌출 구조를 상세하게 도시하고, 제1전극판, 제2전극판 및 분리막의 권취 구조에 대한 도시는 생략하였다. 하부로 돌출된 무지부(72)는 제1전극판으로부터 연장된 것이고, 상부로 돌출된 무지부(73)는 제2전극판으로부터 연장된 것이다.
무지부(72, 73)의 높이가 변화하는 패턴은 개략적으로 도시하였다. 즉, 단면이 잘리는 위치에 따라서 무지부(72, 73)의 높이는 불규칙하게 변화할 수 있다. 일 예로, 사다리꼴 분절편(93a)의 사이드 부분이 잘리면 단면에서의 무지부 높이는 분절편(93a)의 높이보다 낮아진다. 따라서, 전극 조립체(100)의 단면을 나타낸 도면에 도시된 무지부(72, 73)의 높이는 각 권취 턴에 포함된 무지부 높이의 평균에 대응한다고 이해하여야 한다.
무지부(72, 73)는 도 10에 도시된 것과 같이 전극 조립체(100)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡될 수 있다. 도 9에서, 절곡되는 부분(101)은 점선 박스로 표시하였다. 무지부(72, 73)가 절곡될 때, 반경 반향으로 인접하고 있는 분절편들이 여러 겹으로 서로 중첩되면서 전극 조립체(100)의 상부와 하부에 절곡면(102)이 형성된다. 이 때, 코어측 무지부(도 8의 93')는 높이가 낮아서 절곡되지 않으며, 가장 안쪽에서 절곡되는 분절편의 높이(h)는 분절편 구조가 없는 코어측 무지부(93')에 의해 형성된 권취 영역의 반경 방향 길이(r) 보다 같거나 작다. 따라서, 전극조립체(100)의 코어에 있는 권심(80)이 절곡된 분절편들에 의해 폐쇄되지 않는다. 권심(80)이 폐쇄되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 권심(80)을 통해 용접 도구를 삽입하여 전극 단자(50)와 제2 집전 플레이트(79)의 용접을 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀(70)은 밀봉체(74)의 캡 플레이트(74a)가 극성을 갖지 않는다. 그 대신, 제1집전 플레이트(78)가 전지 캔(51)의 측벽에 연결되어 있어서 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)이 전극 단자(50)와는 반대 극성을 가진다. 따라서, 복수의 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결하고자 할 때, 전지 캔(51) 바닥(52)의 외부면(52a)과 전극 단자(50)를 이용하여 배터리 셀(70)의 상부에서 버스 바 연결 등의 배선을 수행할 수 있다. 이를 통해, 동일 공간에 탑재할 수 있는 셀들의 수를 증가시켜 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질은 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, -0.1 ≤ z ≤ 2; x, y, z및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 양극 활물질은 US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)일 수 있다.
또 다른 예에서, 양극 활물질은, 일반 화학식 LiaM1 xFe1-xM2Py1-yM3 zO4-z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤ 2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
바람직하게, 양극 활물질은 1차 입자 및/또는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 음극 활물질은 탄소재, 리튬금속 또는 리튬금속화합물, 규소 또는 규소화합물, 주석 또는 주석 화합물 등을 사용할 수 있다. 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 음극 활물질로 사용 가능하다. 탄소재로는 저결정 탄소, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다.
분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독 중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 다른 예시로서, 분리막은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
분리막의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 분리막 자체가 무기물 입자의 코팅층으로 이루어지는 것도 가능하다. 코팅층을 구성하는 입자들은 인접하는 입자 사이 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 존재하도록 바인더와 결합된 구조를 가질 수 있다.
무기물 입자는 유전율이 5이상인 무기물로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 무기물 입자는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γbutyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 원통형 배터리 셀은 배터리 팩을 제조하는데 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(200)은 원통형 배터리 셀(201)이 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(202)을 포함한다. 원통형 배터리 셀(201)은 상술한 실시예에 따른 배터리 셀이다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 원통형 배터리 셀(201)들의 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 외부 단자 등의 부품의 도시는 생략되었다.
배터리 팩(200)은 자동차에 탑재될 수 있다. 자동차는 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차는 4륜 자동차 또는 2륜 자동차를 포함한다.
도 12는 도 11의 배터리 팩(200)을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)을 포함한다. 자동차(V)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(200)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다.
실시예
실시예 1.
(1) 전극 단자의 리벳팅 구조의 제조
전지 캔(직경: 45mm 내지 47mm, 재질: 스틸)은 일 측이 개방되고, 상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀에 콜킹 공정으로 리벳팅된 전극 단자를 사용하였다.
상기 리벳팅된 전극 단자를 포함하는 전극 단자의 리벳팅 구조에서 상기 전극 단자는 상기 관통 홀에 삽입된 몸체부, 상기 바닥의 외부면을 통해 노출된 외부 플랜지부 및 상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 내부 플랜지부를 포함하고, 상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 PFA(Perfluoroalkoxy)를 포함하는 가스켓을 구비하여 전극 단자의 리벳팅 구조를 제조하였다. 상기 가스켓의 외경은 16mm이고, 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부의 두께는 0.5mm 이었다.
(2) 배터리 셀의 제조
쉬트형의 음극, 폴리에틸렌 분리막 및 양극을 차례로 적층하고 권취하여 전극 조립체를 제조하였다. 상기 권취된 전극 조립체를 상기 전극 단자의 리베팅 구조를 포함하는 전지 캔에 삽입한 후, 전해액을 주액하고, 밀봉체로 원통형 전지 캔을 밀봉하여 배터리 셀을 제조하였다.
이 때, 상기 배터리 셀에서 상기 전극 조립체의 음극판과 전지 캔은 전기적으로 연결되고, 양극판과 전극 단자는 전기적으로 연결되며, 밀봉체는 전지 캔으로부터 절연되도록 제조하였다.
비교예 1.
전극 단자의 리벳팅 구조에서 전극 단자와 관통 홀의 외경 사이에 PP(Polypropylene)를 포함하는 가스켓이 구비된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 리벳팅 구조를 포함하는 전극 단자 및 이를 포함하는 배터리 셀을 제조하였다.
실험예
실험예 1. 외부 가스켓부의 두께 변화율 측정
외부 가스켓부의 두께 변화율은 상온(23℃)에서의 상기 외부 가스켓부의 두께(X1)를 측정하고, 100℃ 에서 10분 방치한 후 외부 가스켓부의 두께(X2)를 재측정하여, 실온에서의 외부 가스켓부의 두께(X1) 및 실온 대비 높은 온도에서의 외부 가스켓부의 두께(X2) 차이로부터 계산하였다.
외부 가스켓부의 두께 변화율을 계산하는 식은 다음과 같다.
외부 가스켓부의 두께 변화율(%) = [(X1-X2) / X1] x 100
상기 외부 가스켓부의 두께 변화율을 계산하는 식에서, 추가로 150℃ 에서 10분 방치한 후 외부 가스켓부의 두께(X2), 및 230℃ 에서 30분 방치한 후 외부 가스켓부의 두께(X2)를 재측정하여, 상기 외부 가스켓부의 두께 변화율을 계산하였다.
각각의 온도 및 시간 조건에서, 실온에서의 외부 가스켓부의 두께(X1) 및 실온 대비 높은 온도에서의 외부 가스켓부의 두께(X2)의 값을 측정하여 표 2에 기재하였다.
상기 외부 가스켓부의 두께(X1, X2)는 3D 형상측정기(키엔스 형상측정기, 모델명: 키엔스코리아 VR5000)를 통해 측정하였다. 이 때, 외부 가스켓부의 두께(X1, X2)는 이를 포함하는 배터리 셀을 길이 방향(Y)으로 절단한 단면을 3D 형상측정기로 촬영한 이미지에서 외부 가스켓부의 두께(X1, X2)가 제일 얇게 측정되는 부분(54aT)을 3회 측정한 평균값으로 기재하였다. 상기 배터리 셀은 몰딩 장치, 셀을 연마하는 폴리싱 장치(모델명: Tegramin-30) 및 배터리 셀의 단부 직경에서 상기 배터리 셀의 길이 방향(Y)으로 절단하는 그라인더를 이용하여 절단하였다.
조건 외부 가스켓부의 두께(mm)
실시예 1 비교예 1
X1 X2 X1 X2
100℃ / 10분 0.5mm 0.478mm 0.5mm 0.336mm
150℃ / 10분 0.5mm 0.467mm 0.5mm 0.236mm
230℃ / 30분 0.5mm 0.456mm 0.5mm 0.120mm
상기 측정된 실온에서의 외부 가스켓부의 두께(X1) 및 실온 대비 높은 온도에서의 외부 가스켓부의 두께(X2)의 값으로부터 외부 가스켓부의 두께 변화율을 계산하여 표 3에 기재하였다.
조건 외부 가스켓부의 두께 변화율(%)
실시예 1 비교예 1
100℃ / 10분 4.4% 32.8%
150℃ / 10분 6.6% 52.8%
230℃ / 30분 8.8% 76.0%
상기 표 2 및 3을 참조하면, 불소수지를 포함하는 외부 가스켓부의 두께 변화율은 10% 이하의 범위를 만족하므로, PP(Polypropylene)를 포함하는 가스켓의 외부 가스켓부의 두께 변화율 대비 PFA(Perfluoroalkoxy)를 포함하는 가스켓의 외부 가스켓부의 두께 변화율이 보다 작은 값을 갖는 것을 알 수 있고, 이로 인하여 전극 단자의 리벳팅 구조에서 비교적 용융되지 않는 가스켓을 제공하여 전극 단자와 전지 캔 사이에서 가스켓이 용융되는 현상에 의한 단락을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 양극판
11: 음극판
10a: 양극판의 무지부
11a: 음극판의 무지부
12: 분리막
20: 집전체
21: 활물질
22: 무지부
30, 31: 집전 플레이트
40: 탭-리스 배터리 셀
41: 전지 캔
42: 밀봉체
42a: 캡 플레이트
42b: 밀봉 가스켓
42c: 연결 플레이트
43: 클림핑부
44: 비딩부
45: 리드
46: 인슐레이터
A: 전극 조립체
50: 전극 단자
50a: 몸체부
50b: 외부 플랜지부
50c: 내부 플랜지부
50d: 평탄부
51: 일측이 개방된 원통형의 전지 캔
51a: 전지 캔 측벽의 내주면
52: 바닥
52a: 외부면
52b: 내부면
53: 관통 홀
54: 가스켓
54a: 외부 가스켓부
54aT: 외부 가스켓부의 두께
54b: 내부 가스켓부
55: 리세스부
55a: 평탄부의 측벽
55b: 내부 플랜지부의 경사면
56: 관통 홀의 내측 엣지
57: 내부 플랜지부와 마주보는 대향면
70: 배터리 셀
71: 전극 조립체
72: 제1전극판의 무지부
73: 제2전극판의 무지부
74: 밀봉체
74a: 캡 플레이트
74b: 밀봉 가스켓
75: 클림핑부
76: 비딩부
76a: 비딩부의 내주면
77: 벤트 노치
78: 제1집전 플레이트
78a: 제1집전 플레이트의 가장자리
79: 제2집전 플레이트
79a: 중앙부
80: 권심
80': 절연 캡
80a: 용접 홀
90: 전극판
91: 집전체
92: 활물질층
93: 무지부
93': 코어측 무지부
93a: 분절편
94: 절연 코팅층
100: 전극 조립체
101: 절곡되는 부분
102: 절곡면
200: 배터리 팩
201: 원통형 배터리 셀
202: 팩 하우징

Claims (32)

  1. 일측이 개방된 전지 캔;
    상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및
    상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 구비된 가스켓을 포함하고,
    상기 전극 단자는,
    상기 관통 홀에 삽입된 몸체부;
    상기 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및
    상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고,
    상기 가스켓은 불소수지를 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  2. 일측이 개방된 전지 캔;
    상기 전지 캔의 바닥에 형성된 관통 홀을 통해 리벳팅된 전극 단자; 및
    상기 전극 단자와 상기 관통 홀의 외경 사이에 구비된 가스켓을 포함하고,
    상기 전극 단자는,
    상기 관통 홀에 삽입된 몸체부;
    상기 바닥의 외부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 일측 둘레로부터 상기 외부면을 따라 연장된 외부 플랜지부; 및
    상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 타측 둘레로부터 상기 내부면을 향해 연장된 내부 플랜지부를 포함하고,
    상기 가스켓은 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부; 및 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부를 포함하고,
    상기 외부 가스켓부의 두께 변화율이 하기 식 1을 만족하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조:
    [식 1]
    0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
    상기 식 1에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께이고, X2는 100℃ 에서 10분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께이다.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가스켓은 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부; 및 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부를 포함하고,
    상기 외부 가스켓부의 두께 변화율이 하기 식 2를 만족하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조:
    [식 2]
    0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
    상기 식 2 에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께이고, X2는 150℃ 에서 10분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께이다.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 가스켓은 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부; 및 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부를 포함하고,
    상기 외부 가스켓부의 두께 변화율이 하기 식 3을 만족하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조:
    [식 3]
    0% ≤ [(X1-X2) / X1] x 100(%) ≤ 10%
    상기 식 3에 있어서, X1은 상온에서의 상기 외부 가스켓부의 두께이고, X2는 230℃ 에서 30분 방치 시의 상기 외부 가스켓부의 두께이다.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 가스켓은 불소수지를 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  6. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 불소수지의 녹는점은 280℃ 이상인 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  7. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 불소수지는 PFA(Perfluoroalkoxy) 및 PTFE(Polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  8. 청구항 1, 2 또는 5에 있어서, 상기 전극 단자는 상기 바닥의 내부면을 통해 노출된 상기 몸체부의 단부에 구비된 평탄부를 더 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 평탄부와 상기 바닥의 내부면은 서로 평행한 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  10. 청구항 1, 2 또는 5에 있어서, 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이의 각도는 0° 내지 60° 이하인 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 내부 플랜지부와 상기 평탄부 사이에 리세스부가 구비되는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 리세스부는 비대칭 홈의 단면 구조를 가지는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 비대칭 홈은 상기 평탄부의 측벽과 상기 측벽의 단부와 연결된 상기 내부 플랜지부의 경사면을 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 측벽은 상기 바닥의 내부면과 수직인 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  15. 청구항 1, 2 또는 5에 있어서, 상기 내부 플랜지부의 두께는 상기 몸체부로부터 멀어질수록 감소하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  16. 청구항 1, 2 또는 5에 있어서, 상기 가스켓은 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부; 및 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부를 포함하고,
    상기 내부 가스켓부와 상기 외부 가스켓부는 위치에 따라 두께가 다른 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 내부 가스켓부의 영역 중 상기 바닥 내부면과 연결된 상기 관통 홀의 내측 엣지와 상기 내부 플랜지부 사이에 개재된 영역의 두께가 다른 영역보다 상대적으로 작은 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 관통 홀의 내측 엣지는 상기 내부 플랜지부와 마주보는 대향면을 포함하는 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  19. 청구항 1, 2 또는 5에 있어서, 상기 가스켓은 상기 외부 플랜지부와 상기 바닥의 외부면 사이에 개재된 외부 가스켓부; 및 상기 내부 플랜지부와 상기 바닥의 내부면 사이에 개재된 내부 가스켓부를 포함하고,
    상기 내부 가스켓부는 상기 내부 플랜지부보다 길게 연장된 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  20. 청구항 8에 있어서, 상기 바닥의 내부면을 기준으로 상기 평탄부의 높이가 내부 가스켓부의 단부 높이보다 같거나 큰 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  21. 청구항 8에 있어서, 상기 바닥의 내부면을 기준으로 상기 평탄부의 높이가 상기 내부 플랜지부의 단부 높이보다 같거나 큰 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  22. 청구항 1, 2 또는 5에 있어서, 상기 몸체부의 중심으로부터 상기 외부 플랜지부의 가장자리까지의 반경은 상기 바닥의 반경을 기준으로 10% 내지 60%인 것인 전극 단자의 리벳팅 구조.
  23. 청구항 8에 있어서, 상기 몸체부의 중심으로부터 상기 평탄부의 가장자리까지의 반경은 상기 바닥의 반경을 기준으로 4% 내지 30%임을 특징으로 하는 전극 단자의 리벳팅 구조.
  24. 쉬트 형상의 제1전극판과 제2전극판이 분리막이 개재된 상태로 권취되고, 양측 단부로부터 연장되어 노출된 상기 제1전극판의 무지부와 상기 제2전극판의 무지부를 포함하는 전극 조립체; 청구항 1 또는 2에 따른 전극 단자의 리벳팅 구조; 및 밀봉체를 포함하는 배터리 셀로서,
    상기 전극 조립체는 전지 캔의 내부에 수납되며, 상기 제1 전극판과 상기 전지캔은 전기적으로 연결되고, 상기 제2 전극판과 상기 전극 단자는 전기적으로 연결되며,
    상기 밀봉체는 상기 전지 캔으로부터 절연 가능하도록 상기 전지 캔의 개방 단부를 밀봉하는 것인 배터리 셀.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 전지 캔은 개방단부에 인접한 영역에 상기 전지 캔의 내측으로 압입된 비딩부를 포함하고,
    상기 밀봉체는, 무극성의 캡 플레이트 및 상기 캡 플레이트의 가장자리와 상기 전지 캔의 개방단부 사이에 개재된 밀봉 가스켓을 포함하고,
    상기 전지 캔은 상기 전지 캔의 내측으로 연장 및 절곡되어 상기 밀봉 가스켓과 함께 상기 캡 플레이트의 가장자리를 감싸서 고정하는 클림핑부를 포함하는 것인 배터리 셀.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 캡 플레이트는 상기 전지 캔 내부의 압력이 임계치를 초과했을 때 파열되는 벤트 노치를 포함하는 것인 배터리 셀.
  27. 청구항 25에 있어서, 상기 제1전극판의 무지부와 용접되는 제1집전 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제1집전 플레이트는 상기 제1전극판의 무지부와 접촉하지 않는 가장자리의 적어도 일부가 상기 비딩부와 상기 밀봉 가스켓 사이에 개재되어 상기 클림핑부에 의해 고정된 것인 배터리 셀.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 제1집전 플레이트의 가장자리의 적어도 일부는 상기 클림핑부와 인접한 상기 비딩부의 내주면에 용접을 통해 고정되는 것인 배터리 셀.
  29. 청구항 24에 있어서, 상기 제2전극판의 무지부와 용접되는 제2집전 플레이트를 더 포함하고,
    상기 제2집전 플레이트의 적어도 일부는 상기 전극 단자의 평탄부와 용접된 것인 배터리 셀.
  30. 청구항 29에 있어서, 상기 제2집전 플레이트와 상기 전지 캔의 바닥 내주면 사이, 그리고 상기 전지 캔 측벽의 내주면과 상기 전극 조립체 사이에 개재된 절연 캡을 더 포함하고,
    상기 절연 캡은 상기 전극 단자의 평탄부를 상기 제2집전 플레이트 측으로 노출시키는 용접 홀을 포함하고, 상기 제2집전 플레이트의 표면과 상기 전극 조립체의 일측 가장자리를 커버하는 것인 배터리 셀.
  31. 청구항 24에 따른 배터리 셀을 적어도 하나 포함하는 배터리 팩.
  32. 청구항 31에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차.
KR1020220088341A 2021-11-26 2022-07-18 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차 KR20230078926A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211120521.1A CN116190938A (zh) 2021-11-26 2022-09-15 电极端子的铆接结构、包括它的电池单元、电池组及汽车
CN202222447185.3U CN219017871U (zh) 2021-11-26 2022-09-15 电极端子的铆接结构、包括它的电池单元、电池组及汽车

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20210165315 2021-11-26
KR1020210165315 2021-11-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230078926A true KR20230078926A (ko) 2023-06-05

Family

ID=86539956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220088341A KR20230078926A (ko) 2021-11-26 2022-07-18 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230078926A (ko)
WO (1) WO2023096062A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102656887B1 (ko) * 2023-06-08 2024-04-12 동원시스템즈 주식회사 이차전지 제조설비 및 이를 이용한 이차전지 제조방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100349908B1 (ko) * 1999-12-15 2002-08-22 삼성에스디아이 주식회사 각형 밀폐전지
US6677082B2 (en) 2000-06-22 2004-01-13 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
US6680143B2 (en) 2000-06-22 2004-01-20 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
KR20050121914A (ko) * 2004-06-23 2005-12-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체
CN206461019U (zh) * 2017-02-13 2017-09-01 山东巨维新能源股份有限公司 端面引流结构的铝壳圆柱电池
KR102622370B1 (ko) * 2018-08-16 2024-01-09 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지
JP7411925B2 (ja) * 2019-09-30 2024-01-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 端子付き密閉型電池の製造方法および端子付き密閉型電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102656887B1 (ko) * 2023-06-08 2024-04-12 동원시스템즈 주식회사 이차전지 제조설비 및 이를 이용한 이차전지 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023096062A1 (ko) 2023-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102444337B1 (ko) 전극 단자의 고정 구조 및 이를 포함하는 배터리, 배터리 팩 및 자동차
US20230130340A1 (en) Riveting structure of electrode terminal, and cylindrical battery cell, battery pack and vehicle including the same
KR20220118897A (ko) 전극 조립체 및 그 제조 방법, 전극 조립체를 포함하는 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20230078926A (ko) 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차
CN219106242U (zh) 电极组件、圆柱形二次电池、电池组和车辆
CN217306555U (zh) 二次电池、包括该二次电池的电池组及汽车
KR20230076735A (ko) 전극 단자의 고정 구조 및 이를 포함하는 배터리, 배터리 팩 및 자동차
EP4325654A1 (en) Riveting structure for electrode terminal, and battery cell, battery pack, and vehicle comprising same
CN219017871U (zh) 电极端子的铆接结构、包括它的电池单元、电池组及汽车
CN217788661U (zh) 二次电池、应用于其的集电板、包括其的电池组及汽车
CN217562604U (zh) 电极组件、电池单元、电池组及汽车
US20230327303A1 (en) Riveting structure of electrode terminal, and secondary battery, battery pack, and automobile comprising same
EP4311019A1 (en) Insulation tape, jelly roll, secondary battery, battery pack, and vehicle
US20240006721A1 (en) Cylindrical battery cell, battery pack and vehicle including the same, and method for manufacturing the same
KR20240010442A (ko) 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20220118945A (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20220118889A (ko) 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20230074006A (ko) 절연테이프, 젤리롤, 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
KR20230057938A (ko) 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20240072732A (ko) 젤리롤, 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
CN116711149A (zh) 电极端子的固定结构及包括其的电池、电池组和车辆
CN118020202A (zh) 电极端子的固定结构以及包括其的电池、电池组和车辆

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination