KR20230125024A - 전극 극판, 전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리, 전기장치 및 제조 방법 - Google Patents

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샤오원 장
솽쥐안 펑
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챵 류
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Abstract

본 출원은 배터리 기술 영역에 관한 것으로, 특히 전극 극판, 전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리, 전기 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 여기서, 전극 극판에는 폴딩 가이드부가 설치되고, 폴딩 가이드부는 전극 극판의 폴딩을 가이드한다. 이에 기반하여 전극 극판을 폴딩한 다음, 적층할 수 있고 한 장씩 적층할 필요가 없으며, 폴딩하는 과정에서 폴딩 가이드부의 가이드에 따라 빠르게 폴딩할 수 있어 적층배터리의 생산효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

Description

전극 극판, 전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리, 전기 장치 및 제조 방법
본 출원은 배터리 기술 영역에 관한 것으로, 특히 전극 극판, 전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리, 전기 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
현재 배터리가 점점 더 광범위하게 적용되고, 수력, 화력, 풍력 및 태양광 발전소 등 에너지 저장 전원 시스템에 적용될 뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차 등 전기 교통 수단, 군사 장비, 항공 우주 등 다양한 분야에서 널리 적용된다.
적층 배터리는 중요한 배터리 유형이지만 적층 배터리는 구조의 제한으로 인해 생산 효율이 상대적으로 낮다.
본 출원은 전극 극판, 전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리, 전기 장치 및 전극 극판과 전극 어셈블리의 제조 방법을 제공하여 적층 배터리의 생산 효율을 향상시킨다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 출원에서 제공하는 전극 극판에는 전극 극판의 폴딩을 가이드하는 폴딩 가이드부가 설치된다. 이에 기반하여 전극 극판을 폴딩한 다음, 적층할 수 있고 한 장씩 적층할 필요가 없으며, 폴딩하는 과정에서 폴딩 가이드부의 가이드에 따라 빠르게 폴딩할 수 있어 적층 배터리의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 폴딩 가이드부는 인덴테이션 또는 폴딩 자국을 포함한다. 마련된 인덴테이션 또는 폴딩 자국은 모두 효과적으로 폴딩 가이드 작용을 할 수 있어, 폴딩이 편리하다.
일부 실시예에서, 폴딩 가이드부는 연속 선형 또는 파단 선형이다. 폴딩 가이드부가 연속 선형일 경우, 폴딩 가이드부의 구조는 비교적 간단하고, 가공이 더욱 편리하다. 폴딩 가이드부가 파단 선형일 경우, 폴딩 가이드부가 차지하는 상대적으로 작아 전극 극판의 폴딩을 용이하게 하면서 전극 극판의 구조적 강도를 최대한 높이는데 유리하다.
일부 실시예에서, 폴딩 가이드부는 점선형이다. 다른 유형의 파단 선형에 비해, 점선은 가공이 더 쉽다.
일부 실시예에서, 폴딩 가이드부는 점형 점선형 또는 선형 점선형을 나타낸다. 이렇게, 점선형의 폴딩 가이드부의 가공이 더욱 편리하다.
일부 실시예에서, 폴딩 가이드부는 전극 극판의 폭 방향에 평행되거나, 폴딩 가이드부는 전극 극판의 폭 방향에 대해 경사진다. 여기서, 폴딩 가이드부가 전극 극판의 폭 방향에 평행될 경우, 폴딩 가이드부의 가공이 더욱 편리하다. 폴딩 가이드부가 전극 극판의 폭 방향에 대해 경사질 경우, 리튬 석출의 위험을 줄이고 안전성을 향상시키는데 유리하다.
일부 실시예에서, 전극 극판이 1회 폴딩되도록 가이드하기 위해 전극 극판에는 하나의 폴딩 가이드부만 설치된다. 이와 같이 전극 극판은 폴딩 가이드부의 가이드에 따라 반접힘 폴딩되는 과정을 신속하게 완료할 수 있다.
본 출원에서 제공하는 전극 어셈블리는,
제1 극판; 및
제1 극판과 극성이 반대되고, 제1 극판과 함께 적층되는 제2 극판;을 포함하고
여기서, 제1 극판과 제2 극판 중 적어도 하나는 본 출원의 전극 극판이다.
제1 극판과 제2 극판 중 적어도 하나를 폴딩 가이드부를 갖는 전극 극판으로 설치하면 적층 배터리의 생산 효율을 향상시키는데 유리하다.
일부 실시예에서, 제1 극판을 제1 방향을 따라 왕복 폴딩하여, 제1 극판이 순차적으로 연결되며 적층된 복수의 제1 적층편을 포함하도록 하고, 제2 극판을 제2 방향을 따라 1회 폴딩하여, 제2 극판이 서로 연결된 두 개의 제2 적층편을 포함하도록 하며, 제2 방향과 상기 제1 방향은 수직 또는 평행되고, 제2 적층편과 제1 적층편은 순차적으로 교대로 적층된다.
상기 설치에서, 제1 극판은 Z형으로 폴딩되고, 제2 극판은 U형으로 반접힘 폴딩되며, 절단 과정의 시간을 단축하고 적층 효율을 향상시켜 적층 배터리의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 제1 극판의 탭은 제1 극판의 절곡부 이외의 에지에 위치하고; 및/또는, 제2 극판의 탭은 제2 극판의 절곡부 이외의 에지에 위치한다. 제1 극판 및/또는 제2 극판의 탭이 절곡부 이외의 에지에 위치하는 경우, 탭은 폴딩 과정으로 인해 쉽게 파손되지 않고, 구조 신뢰성이 비교적 높다.
일부 실시예에 있어서, 제2 방향은 제1 방향에 수직되고, 제1 극판의 탭은 제1 극판의 절곡부에 인접한 에지에 위치하며, 제2 극판의 탭은 제2 극판의 절곡부에서 이격하는 단부에 위치한다. 이에 기반하여, 제1 극판과 제2 극판이 사용한 것은 직교 “Z+U”형 적층 방식 하의 제2 극판 적층 방향을 따른 탭 인출 방식이고, 제1 극판 및 제2 극판의 제2 방향에서 동일측 또는 상이측에서 탭 인출이 편리하고, 양극 단자와 음극 단자를 동일측 또는 상이측에 설치하는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시킨다.
일부 실시예에서, 제2 방향과 제1 방향은 수직되고, 임의의 두 장의 인접한 제1 적층편에서, 한 장의 제1 적층편만 탭을 갖고, 제2 극판의 절곡부는 탭이 설치되지 않은 제1 적층편을 감싼다. 따라서, 양극탭 및 음극탭의 물리적 분리가 용이하고 양극 및 음극탭의 단락을 방지한다.
일부 실시예에 있어서, 제2 방향은 제1 방향에 평행되고, 제1 극판의 탭은 제1 극판의 절곡부에 인접한 에지에 위치하며, 제2 극판의 탭은 제2 극판의 절곡부에 인접한 에지에 위치한다. 이에 따라, 제1 극판 및 제2 극판은 직교 “Z+U”형 적층 방식 하의 제2 극판의 폴딩 방향에 수직되는 탭 인출 방식을 이용하여, 제1 극판과 제2 극판의 제1 극판의 종방향의 동일측 또는 상이측에서 탭 인출이 편리하고, 양극 단자, 음극 단자를 동일측 또는 상이측에 설치하는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시킨다.
일부 실시예에 있어서, 제2 극판의 두 장의 제2 적층편 중 적어도 하나는 탭을 갖는다. 제2 극판의 두 장의 제2 적층편 중 한 장만이 탭을 갖는 경우, 구조가 비교적 간단하다. 제2 극판의 두 장의 제2 적층편이 모두 탭을 갖는 경우, 전기 에너지 전달 효율이 더욱 높고, 작업 신뢰성이 더욱 높다.
일부 실시예에 있어서, 제2 극판은 불활성 영역을 가지고, 불활성 영역은 제2 극판의 절곡부를 포함하며, 불활성 영역에 활물질이 도포되지 않는다. 이에 따라, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 제어하기에 편리하다.
일부 실시예에 있어서, 제2 극판의 불활성 영역의 제1 극판을 향하는 표면에 절연 물질이 마련된다. 이로써, 제1 극판과 제2 극판 사이의 절연성을 개선하고, 안전 성능을 향상시키기에 유리하다.
일부 실시예에 있어서, 제1 극판의 탭 및 제2 극판의 탭은 동일측 또는 대향되는 양측에 위치한다. 제1 극판의 탭과 제2 극판의 탭이 동일측에 위치할 경우, 음극 단자와 양극 단자가 동일측에 배치되는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시키는데 편리하다. 제1 극판의 탭 및 제2 극판의 탭이 대향되는 양측에 위치하는 경우, 양극 단자, 음극 단자를 대향되는 양측에 마련하는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시키기에 편리하다.
일부 실시예에서, 제1 극판의 탭과 제2 극판의 탭은 동일측에 위치하고, 제1 극판의 탭과 제2 극판의 탭은 제1 극판의 폴딩 방향에서 어긋나게 배치된다. 이로써, 양극탭, 음극탭을 효과적으로 이격할 수 있고, 동일측에 위치하는 양극탭, 음극탭이 서로 간섭하는 것을 방지한다.
일부 실시예에 있어서, 전극 어셈블리는 분리막을 포함하고, 분리막이 제1 극판 및 제2 극판을 이격시키며, 동일한 제2 극판 두께 방향의 대향되는 양측에 위치하는 두 장의 분리막이 모두 접힘되어 제2 극판의 탭이 마련되지 않은 에지를 피복한다. 이에 따라, 단락 위험을 줄이고, 안전 성능을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 제1 극판은 음극 극판이고, 제2 극판은 양극 극판이다. 이로써, 음극 극판의 면적을 양극 극판의 면적보다 크게 하여, 리튬 석출 현상의 발생을 효과적으로 방지하기에 편리하다.
본 출원에서 제공하는 배터리 셀은 하우징을 포함하며, 본 출원의 전극 어셈블리를 더 포함하고, 전극 어셈블리는 하우징 내에 설치된다. 전극 어셈블리의 생산 효율이 향상됨에 따라, 전극 어셈블리를 포함하는 배터리 셀의 생산 효율도 향상된다.
일부 실시예에서, 제2 극판의 탭은 절곡부에서 이격하는 제2 극판의 단부에 위치하고, 제2 극판의 절곡부는 하우징의 내벽에 접촉된다. 따라서, 전극 어셈블리는 하우징에 접촉되어 열을 전달하여 배터리 셀의 방열 성능을 개선할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 제1 극판에서 이격하는 제2 극판의 절곡부의 표면은 중력 방향을 향한다. 이로써, 제2 극판은 중력 작용 하에 편리하게 하우징 내벽에 충분히 접촉될 수 있어, 더욱 우수한 방열 효과를 구현한다.
본 출원에서 제공하는 배터리는 포장 박스를 포함하고, 본 출원의 실시예에 따른 배터리 셀을 더 포함하며, 배터리 셀은 포장 박스에 설치된다. 배터리 셀의 생산 요휼이 향상되므로 배터리 셀을 포함하는 배터리의 생산 효율도 향상된다.
본 출원에서 제공하는 전기 장치는 본체를 포함하고, 본 출원의 실시예에 따른 배터리 셀 또는 배터리를 더 포함하며, 배터리 셀은 본체에 전기 에너지를 공급한다. 이에 기반하여, 전기 장치의 생산 효율은 효과적으로 향상될 수 있다.
본 출원에서 제공하는 전극 극판의 제조 방법은
전극 극판에 폴딩 가이드부를 설치하는 단계; 및
전극 극판이 폴딩 가이드부의 가이드에 따라 폴딩되는 단계를 포함한다.
상기 방법으로 제조된 전극 극판을 사용하면, 폴딩 가이드부의 가이드에 따라 빠르게 폴딩한 다음 기타 전극 극판과 함께 조립할 수 있어, 적층 배터리의 생산 효율을 향상시키는데 유리하다.
본 출원에서 제공하는 전극 어셈블리의 제조 방법은
제1 극판을 제공하되, 제1 극판을 제1 방향에 따라 왕복으로 폴딩하여, 제1 극판이 순차적으로 연결되고 적층된 복수의 제1 적층편을 포함하도록 하는 단계;
제1 극판과 극성이 반대되는 제2 극판을 제공하되, 제2 극판을 제2 방향에 따라 1회 폴딩하여, 제2 극판이 서로 연결된 두 장의 제2 적층편을 포함하도록 하며, 제2 방향이 제1 방향에 수직되거나 또는 평행되는 단계; 및
제2 적층편과 제1 적층편이 순차적으로 교대로 적층되도록 제2 극판을 제1 극판에 삽입하는 단계를 포함한다.
상기 방법으로 제조된 전극 어셈블리의 효율은 비교적 높다.
일부 실시예에 있어서, 제2 극판을 제2 방향에 따라 1회 폴딩하기 전에, 제2 극판의 두께 방향을 따라 대향되는 양측에 두 장의 분리막을 더 마련하고, 동일한 제2 극판 두께 방향의 대향되는 양측에 위치하는 두 장의 분리막을 모두 접힘하여 제2 극판의 탭이 마련되지 않은 에지를 피복한다.
제2 극판 폴딩 전에, 두 장의 분리막을 이용하여 제2 극판의 탭이 설치되지 않은 에지를 이중 에지 커버링하고, 제2 극판을 폴딩하기에 편리한 상황에서 효과적으로 전극 어셈블리의 안전 성능을 향상시킬 수 있다.
본 출원에서, 전극 극판에는 폴딩 가이드부가 설치되고, 따라서, 전극 극판은 폴딩 가이드부의 가이드에 따라 빠르게 폴딩 된 다음 기타 전극 극판과 함께 조립될 수 있고, 한 장씩 적층할 필요가 없으므로, 효율이 높고 적층 배터리의 생산 효율을 높이는데 유리하다.
상술한 설명은 본 출원의 기술적 해결수단에 대한 개요에 불과하고, 본 명세서의 내용을 참조하면 본 출원의 기술적 해결수단을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 본 출원의 다른 목적, 특징 및 장점을 더 명확하게 설명하기 위해, 이하 본 출원의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
본 명세서에 설명되는 도면은 본 출원의 추가적인 이해를 제공하는 데 사용되며, 본 출원의 일부를 구성하고, 본 출원의 예시적인 실시예 및 그 설명은 본 출원을 설명하기 위해 사용되며, 본 발명에 대한 어떠한 부적절한 제한을 구성하려는 것은 아니다. 도면에서,
도 1은 본 출원의 실시예의 전기 장치의 간단한 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예의 배터리의 간단한 개략도이다.
도 3은 본 출원의 제1 실시예의 배터리 셀의 사시 개략도이다.
도 4는 본 출원 제1 실시예의 배터리 셀의 정면도이다.
도 5는 도4의 A-A단면도이다.
도 6은 도5의 I 부분의 확대 개략도이다.
도 7은 도5의 II 부분의 확대 개략도이다.
도 8은 도4의 B-B단면도이다.
도 9는 도8의 III 부분의 확대 개략도이다.
도 10은 제1 실시예의 제1 극판 및 제2 극판의 적층 과정 개략도이다.
도 11은 도10의 측면도이다.
도 12는 도11의 IV 부분의 확대 개략도이다.
도 13은 도11의 V 부분의 확대 개략도이다.
도14는 본 출원 제2 실시예의 배터리 셀의 사시 개략도이다.
도 15는 본 출원 제2 실시예의 배터리 셀의 종방향 단면 개략도이다.
도 16은 본 출원 제2 실시예의 전극 어셈블리의 정면도이다.
도17은 본 출원 제2 실시예의 제1 극판 및 제2 극판의 적층 과정 개략도이다.
도 18은 도 17의 측면도이다.
도 19는 본 출원 제2 실시예의 전극 어셈블리의 측면도이다.
도 20은 도19의 VI 부분의 확대 개략도이다.
도 21은 도19 의 VII 부분의 확대 개략도이다.
도 22는 본 출원 제2 실시예의 전극 어셈블리와 하우징 바디의 접촉부의 부분 확대 개략도이다.
도 23은 본 출원 제3 실시예의 전극 어셈블리의 사시 개략도이다.
도 24는 본 출원 제3 실시예의 제1 극판 및 제2 극판의 적층 과정 개략도이다.
도 25는 본 출원 실시예에서 폴딩 가이드부가 설치된 제2 극판이 펼쳐진 상태에 있을 때의 사시 개략도이다.
도 26은 도 25에서 나타낸 제2 극판의 변형예이다.
도 27은 도 26에 도시된 제2 극판의 인덴테이션에서의 부분 확대 개략도이다.
도 28은 도 25에서 나타낸 제2 극판의 변형예이다.
도 29는 도28의 M 부분의 확대 개략도이다.
도 30은 도 25에서 나타낸 제2 극판의 변형예이다.
도 31은 도 30의 N 부분의 확대 개략도이다.
도 32는 도 25에서 나타낸 제2 극판의 변형예이다.
도 33은 본 출원 실시예의 분리막이 제2 극판을 피복하는 개략도이다.
도 34는 본 출원 실시예의 전극 극판의 제조방법을 나타낸다.
도 35는 본 출원 실시예의 전극 어셈블리의 제조방법을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여 본 출원의 기술적 해결수단의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 이하 실시예는 본 출원의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐, 이들로써 본 출원의 보호 범위를 제한할 수 없다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 출원의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하는 의미와 동일하고; 본 명세서에 사용되는 용어는 단지 구체적인 실시예를 설명하기 위한 목적일 뿐, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니며; 본 출원의 명세서 및 청구범위 및 상술한 첨부 도면의 설명의 용어 “포함” 및 “구비” 및 이들의 임의의 변형은 비배타적인 포함을 포함하도록 의도된다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 기술 용어 “제1” “제2” 등은 상이한 대상을 구별하기 위한 것일 뿐, 상대적 중요성을 지시 또는 암시하거나 지시된 기술 특징의 수량, 특정 순서 또는 주종관계를 은연히 나타내는 것으로 이해되어서는 아니된다. 본 출원의 실시예의 설명에서, 달리 명시적으로 그리고 구체적으로 한정되지 않는 한, “복수”의 의미는 두 개 이상이다.
본 명세서에 언급된 “실시예”는, 실시예에 결부하여 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시예에 포함될 수 있음을 의미한다. 명세서의 각 위치에 상기 단어가 나타날 시, 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것이 아니며, 기타 실시예와 배척되는 독립적이거나 대안적인 실시예를 가리키는 것도 아니다. 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에 설명된 실시예는 다른 실시예와 결합될 수 있다는 것을 명시적으로 그리고 은연히 이해한다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 용어 “및/또는”은 단지 관련된 객체의 관련 관계를 설명하기 위한 것이고, 3가지 관계가 존재할 수 있음을 나타내는 바, 예를 들어 A 및/또는 B는, A가 단독으로 존재하는 것, B가 단독으로 존재하는 것, 및 A와 B가 공존하는 3가지 경우를 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서에서 문자 “/”는, 일반적으로 전후 관련된 대상이 “또는”의 관계임을 나타낸다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 용어 “복수”는 두 개 이상(두 개 포함)을 지칭하고, 마찬가지로, “다중 그룹”은 두 개의 그룹 이상(두 개의 그룹 포함)을 지칭하며, “다수”는 두 장 이상(두 장을 포함)을 지칭한다.
본 출원의 실시예에 대한 설명에서, 기술 용어 “중심”, “종방향”, “횡방향”, “길이”, “폭”, “두께”, “상”, “하”, “전”, “후”, “좌”, “우”, “수직”, “수평”, “상단”, “바닥”, “내”, “외”, “시계 방향”, “반시계 방향”, “축방향”, “종방향”, “원주 방향” 등이 가리키는 방위 또는 위치관계는 첨부 도면에서 도시하는 방위 또는 위치관계에 기초하는 것으로, 이는 단지 본 출원의 실시예를 설명 및 간단하게 설명하기 위해 편의를 제공한 것일 뿐, 가리키는 장치 또는 소자가 반드시 특정의 방위를 갖고, 특정한 방위로 구조 및 동작되는 것을 가리키거나 암시하는 것은 아니므로, 이를 본 출원의 실시예에 대한 한정이라고 이해해서는 아니된다.
본 출원의 실시예의 설명에서, 달리 명시적으로 규정 및 한정되지 않는 한, 기술 용어 “장착”, “서로 연결”, “연결”, “고정” 등은 넓은 의미로 이해되어야 하고, 예를 들어, 고정 연결일 수 있고, 탈착 가능한 연결일 수도 있거나, 일체로 연결되며; 기계적 연결일 수 있고, 전기적 연결일 수도 있으며; 직접적으로 연결될 수 있고, 중간 매체를 통해 간접적으로 연결될 수도 있으며, 두 개의 소자 내부의 연통이거나 두 개의 소자의 상호 작용 관계일 수 있다. 본 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 구체적인 상황에 근거하여 본 출원의 실시예에서 상기 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.
전자 제품 및 전기 차량 등 전기 장치의 쾌속 발전에 따라, 배터리는 점점 더 광범위하게 적용되고, 수력, 화력, 풍력 및 태양광 발전소 등 에너지 저장 전원 시스템에 적용될 뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 자동차 등 전기 교통 수단, 군사 장비, 항공 우주 등 다양한 분야에서 광범위하게 적용된다. 동력 배터리의 적용 범위가 끊임없이 확대됨에 따라, 그 시장 수요량도 끊임없이 확장되고, 이는 배터리의 생산 효율에 대해 더욱 높은 요구를 제기하고 있다.
적층 배터리는 하나의 중요한 배터리 유형이고, 와인딩 배터리에 비해, 구조가 더욱 자유롭고 개방적이며, 내부 공간 이용율이 더욱 높고 에너지 밀도가 더욱 높기에, 보급할 만한 구조 형태이다. 그러나 현재 적층 배터리의 생산 과정에서는 복수의 양극 극판과 복수의 음극 극판을 순차적으로 교대로 적층해야 하므로 적층 배터리의 생산 효율이 낮고, 이는 적층 배터리의 발전을 제한하는 중요한 요소가 되었다. 따라서, 적층 배터리의 생산 효율을 향상시키는 것은 매우 중요하다.
적층 배터리의 생산 효율을 향상시키기 위해 본 출원은 전기 장치, 배터리, 배터리 셀, 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법과 전극 극판 및 이의 제조 방법을 제공한다.
도 1 내지 도 35는 본 출원의 일부 실시예의 전기 장치, 배터리, 배터리 셀, 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법과 전극 극판 및 이의 제조 방법을 나타낸다.
이어서 도 1 내지 도 35에 결합하여 본 출원에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 전기 장치(100)의 구조를 예시적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 전기 장치(100)는 배터리 셀(20)을 전원으로 사용하는 장치이고, 배터리 셀(20) 및 본체(105)를 포함하며, 배터리(10)를 본체(105)에 설치하여, 본체(105)에 전기 에너지를 공급하거나; 전기 장치(100)는 본체(105) 및 배터리 셀(20)을 포함하는 배터리(10)를 포함하고, 배터리(10)가 본체(105)에 설치되며, 배터리(10)의 배터리 셀(20)이 본체(105)에 전기 에너지를 공급한다.
여기서, 전기 장치(100)는 휴대폰, 태블릿, 노트북 컴퓨터, 전기 장난감, 전동 공구, 배터리 자동차, 전기 자동차, 선박, 항공기 등 다양한 전기 설비일 수 있다. 여기서, 전기 장난감은 고정식 또는 이동식 전기 장난감, 예를 들어 게임기, 전기 자동차 장난감, 전기 선박 장난감 및 전기 비행기 장난감 등을 포함할 수 있다. 항공기는 비행기, 로켓, 우주 왕복선 및 우주선 등을 포함할 수 있다.
전기 장치(100)는 전원을 포함하고, 전원은 배터리(10)를 포함하며, 배터리(10)는 전기 장치(100)에 구동력을 제공한다. 일부 실시예에서, 전기 장치(100)의 구동력은 모두 전기 에너지이고, 이때 전원은 배터리(10)만 포함한다. 다른 일부 실시예에서, 전기 장치(100)의 구동력은 전기 에너지 및 다른 에너지(예를 들어, 기계적 에너지)를 포함하고, 이때 전원은 배터리(10) 및 엔진과 같은 다른 설비를 포함한다.
전기 장치(100)가 차량(101)인 경우를 예로 든다. 도 1을 참조하면, 일부 실시예에서, 전기 장치(100)는 순수 전기 차량, 하이브리드 전기 자동차 또는 주행거리 연장 전기 자동차 등 신에너지 자동차이고, 배터리(10), 컨트롤러(102) 및 모터(104) 등 동력 설비(103)를 포함하며, 배터리(10)는 컨트롤러(102)를 통해 모터(104)와 같은 동력 설비(103)에 전기적으로 연결되어, 배터리(10)가 컨트롤러(102)의 제어 하에, 모터(104) 등 동력 설비(103)에 전력을 공급하도록 한다.
이로부터 알 수 있다시피, 배터리(10) 및 그 배터리 셀(20)은 전기 장치(100)의 중요한 구성 부분이다.
도 2는 배터리(10)의 구조를 예시적으로 보여준다.
도 2를 참조하면, 배터리(10)는 포장 박스(30) 및 포장 박스(30) 내에 설치되는 배터리 셀(20)을 포함한다. 포장 박스(30)는 박스 바디(301) 및 박스 커버(302)를 포함한다. 박스 바디(301) 및 박스 커버(302)는 서로 스냅 결합되어, 배터리 셀(20)이 수용되도록, 포장 박스(30) 내부에 밀폐된 수용 공간을 형성한다. 더욱 많은 전기 에너지를 공급하여, 더욱 높은 전기 사용 수요를 충족시키기 위해, 포장 박스(30) 중 배터리 셀(20)의 수량은 적어도 두 개일 수 있다. 배터리(10) 중의 각 배터리 셀(20)은 병렬 연결, 직렬 연결 또는 직병렬 연결의 방식으로 전기적으로 연결되어, 비교적 큰 용량 또는 출력을 구현한다. 유의해야 할 점은, 도 2에서 배터리 셀(20)에 대해 간소화 화법을 이용하였다.
이로부터 알 수 있다시피, 배터리 셀(20)은 전기 에너지를 공급하기 위한 최소 배터리 유닛이고, 배터리(10) 및 전기 장치(100)의 핵심 구성 부분이며, 그 성능은 배터리(10) 및 전기 장치(100)의 성능에 직접적으로 영향을 미치고, 동시에 그 생산 효율도 전기 장치(100) 및 배터리(10)의 생산 효율에 직접적으로 영향을 미친다. 배터리 셀(20)의 생산 효율 및 성능의 향상은 전기 장치(100) 및 배터리(10)의 생산 효율 및 성능의 향상에 유리하다.
배터리 셀(20)은 리튬이온 배터리 등 각종 배터리 셀일 수 있고, 형상도 사각형 또는 원통형과 같은 다양한 형상일 수 있다.
도 3 내지 도 33은 예시적으로 배터리 셀의 구조를 나타낸다.
도 3 내지 도 33을 참조하면, 배터리 셀(20)은 하우징(202), 전극 어셈블리(201), 어탭터(205) 및 전극 단자(206)를 포함한다.
여기서, 하우징(202)은 하우징(202) 내부에 위치한 부재(예를 들어 전극 어셈블리(201) 및 어탭터(205))를 수용하여, 하우징(202) 내부에 위치한 부재를 보호한다. 하우징(202)은 하우징 바디(203) 및 엔드 커버(204)를 포함한다. 엔드 커버(204)는 하우징(202) 내부에 전극 어셈블리(201) 등을 수용하기 위한 밀폐 공간을 형성하도록 하우징 바디(203)의 단부 개구에 커버된다.
전극 어셈블리(201)는 전기 에너지를 생산하는데 사용되고, 하우징(202) 내부에 설치되며, 하우징(202)에 주입된 전해액과 전기 화학 반응을 일으켜 전기 에너지를 공급한다. 전극 어셈블리(201)는 전극 극판(4)을 포함하며, 함께 조합된 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 두 가지의 전극 극판(4)을 포함한다. 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 극성이 반대되는 전극 극판(4)이고, 여기서 하나가 음극 극판(14)(애노드 극판이라고도 함)일 경우, 다른 하나는 양극 극판(24)(캐소드 극판이라고도 함)이다. 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 두께는 0.05~0.2 mm이다. 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 조합 후, 적층 구조를 형성하고, 분리막(3)에 의해 이격되어, 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이의 단락을 방지한다. 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 모두 탭(15)을 가지고, 전극 어셈블리(201)에서 생성된 전기 에너지는 탭(15)을 통해 외부로 전달된다. 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭(15)은 구분하기 편리하도록 각각 제1 탭(12) 및 제2 탭(22)이라고 한다.
탭(15)은 전극 어셈블리(201)의 양극 극판, 음극 극판의 활물질(29)이 도포되지 않은 부분이고, 양극 극판, 음극 극판의 활물질(29)이 도포된 부분은 외부로 연장되며, 어탭터(205) 및 전극 단자(206)를 통해 외부 회로와 전기적으로 연결되어, 전기 에너지의 외부로의 전달을 구현한다. 여기서, 음극 극판(14)의 탭(15)을 음극탭(13)이라고 하고, 양극 극판(24)의 탭(15)을 양극탭(23)이라고 한다.
어탭터(205)는 하우징(202)에 설치되고, 전극 어셈블리(201)의 탭(15)과 전극 단자(206) 사이에 위치하여, 전극 어셈블리(201)와 전극 단자(206) 사이의 전기적 연결을 구현하여 전극 어셈블리(201)에서 생성된 전기 에너지를 전극 단자(206)에 전달한다. 여기서, 양극탭에 상응한 어탭터(205)를 양극 어탭터라고 하고, 음극탭에 상응한 어탭터(205)를 음극 어탭터라고 한다.
전극 단자(206)는 어탭터(205)를 통해 전극 어셈블리(201)와 전기적으로 연결되고, 외부 회로와 연결되어, 전극 어셈블리(201)에서 생성된 전기 에너지를 배터리 셀(20)의 외부에 전달한다. 여기서, 음극탭(13)에 상응한 전극 단자(206)를 음극 단자(20a)라고 하고, 양극탭(23)에 상응한 전극 단자(206)를 양극 단자(20b)라고 한다.
이로부터 알 수 있다시피, 전극 어셈블리(201)는 배터리 셀(20)의 중요 구성 부분이고, 배터리 셀(20)이 전기 에너지를 공급할 수 있는 관건이다.
전극 어셈블리(201)에서 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 조합 방식은 주로 두가지이고, 각각 권취 방식 및 적층 방식이다. 여기서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)이 권취 방식으로 함께 조합된 경우, 대응되는 배터리 셀(20)을 권취 배터리라고 하고; 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)이 적층 방식으로 함께 조합된 경우, 대응되는 배터리 셀(20)을 적층 배터리라고 한다. 적층 배터리에는 권취 배터리의 코너가 없기에, 구조가 더욱 자유롭고 개방적이며, 내부 공간 이용율이 높고, 에너지 밀도가 높기에, 비교적 우수한 응용 전망을 가진다.
그러나, 적층 배터리의 현재 발전은 생산 효율이 비교적 낮은 문제로 인해 심각한 제한을 받는다.
적층 배터리의 전극 어셈블리(201)는 권취 배터리의 전극 어셈블리(201)처럼 빠르게 권취 성형될 수 없고, 관련 기술에서, 적층 배터리의 전극 어셈블리(201)는 낱장 적층 방식만 이용할 수 있으며, 다시 말해서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)이 순차적으로 교대로 적층되고 분리막(3)에 의해 이격되도록 커팅된 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)을 한 장씩 적층할 수 밖에 없다. 이러한 낱장 적층 방식에서, 각각의 독립된 전극 극판(4)을 모두 커팅해야 하고, 커팅된 금속 에지에 필연적으로 금속버 및 금속 파편이 생성되며, 이러한 금속버 또는 파편이 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)이 적층된 내부에 진입하면, 극판이 뚫리거나 단락되는 위험을 초래할 수 있다. 또한, 적층 시, 한 장씩 적층해야 하기에, 생산 효율이 비교적 낮은 문제가 존재한다.
상술한 상황에 대해, 본 출원은 전극 어셈블리(201) 및 전극 극판(4)의 구조 및 제조 방법을 개선하여 적층 배터리의 안전 성능을 더욱 향상시키며 적층 배터리의 생산 효율을 향상시킨다.
도 3 내지 도 33은 예시적으로 배터리 셀(20) 및 이의 전극 어셈블리(201) 및 전극 극판(4)의 구조를 나타낸다.
도 3 내지 도 33을 참조하면, 본 출원에서, 전극 어셈블리(201)는 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)을 포함한다. 제1 극판(1)은 제1 방향(X)에 따라 왕복으로 폴딩되어, 제1 극판(1)이 순차적으로 연결되고 적층된 복수의 제1 적층편(11)을 포함하도록 한다. 제2 극판(2)은 제1 극판(1)과 극성이 반대되고, 제2 방향(Y)에 따라 1회 폴딩되어, 제2 극판(2)이 서로 연결된 두 장의 제2 적층편(21)을 포함하도록 한다. 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)에 수직되거나 또는 평행된다. 제2 적층편(21)과 제1 적층편(11)은 순차적으로 교대로 적층된다.
제1 극판(1)은 제1 방향(X)에 따라 왕복으로 폴딩되기에, Z형(또는 S형) 폴딩 방식이고, 제2 극판(2)은 제2 방향(Y)에 따라 1회 폴딩되기에, U형 반접힘 폴딩 방식이며, 따라서, 상술한 설치 방식에서, 전극 어셈블리(201)는 “Z+U”형의 적층 방식을 이용한다.
“Z+U”형의 적층 방식에서, 전극 극판(4)을 한 장씩 적층할 필요 없이, 제1 극판(1)을 Z형 폴딩하고, 복수의 제2 극판(2)을 각각 U형 반접힘 폴딩한 후, 직접 반접힘 폴딩된 복수의 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 동시에 삽입하여, 제2 적층편(21)과 제1 적층편(11)이 순차적으로 교대로 적층되도록 하므로, 낱장 적층 방식에 비해, 전극 어셈블리(201), 배터리 셀(20), 배터리(10) 및 전기 장치(100)의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
여기서, 제1 극판(1)은 Z형 폴딩 방식을 이용하고, 각 제1 적층편(11)이 함께 연결되기에, 제1 극판(1)을 미리 한 장 한 장의 제1 적층편(11)으로 커팅할 필요가 없으며, 또한, 제2 극판(2)은 U형 반접힘 폴딩 방식을 이용하고, 두 장의 제2 적층편(21)이 함께 연결되기에, 제2 극판(2)을 미리 두 장의 제2 적층편(21)으로 커팅할 필요가 없으며, 따라서, 상응한 커팅 단계를 생략할 수 있어, 커팅 과정에 소요되는 시간을 줄임으로써, 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제2 극판(2)이 U형 반접힘 폴딩 방식을 이용하는 것은 적층 과정에서, 동시에 수십 장의 제2 극판(2)을 함께 제1 극판(1)에 삽입하여, 한 장씩 제2 적층편(21)을 제1 적층편(11)에 쌓을 놓을 필요가 없이 제1 극판(1)과의 조립을 완성하는데도 편리하고, 이러한 관점에서 보면, 생산 효율을 향상에도 유리하다.
이로부터 알 수 있다시피, 본 출원에서 이용하는 “Z+U”형 적층 방식은 커팅 과정의 시간을 단축할 수 있고, 적층 효율을 향상시켜, 적층 배터리의 생산 효율을 효과적으로 향상시킨다.
또한, “Z+U”형 적층 방식에서, 제1 극판(1)의 각 제1 적층편(11) 사이, 및 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21) 사이는 모두 절단할 필요가 없기에, 낱장 적층 방식에서, 각 적층 사이가 모두 서로 차단되고, 절단면이 존재하는 경우에 비해, 절단면의 수량을 효과적으로 줄일 수 있고, 절단면 수량이 줄어, 버의 발생 확률을 줄이며, 단락 위험을 줄여, 작업 안전성을 향상시키기에 유리하다. 절단면이 많을수록 버 발생 확률이 더 높고, 버는 분리막(3)을 쉽게 뚫으며, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)사이에 단락이 발생되므로, 단락 위험이 높을수록, 작업 안전성이 더욱 낮다. 본 출원에 있어서, 제1 적층편(11) 및 제2 적층편(21)은 모두 3개의 에지만 절단하면 되고, 4개의 에지를 절단할 필요 없으며, 제1 적층편(11) 및 제2 적층편(21)의 절단면이 모두 감소되므로, 단락 위험이 줄어들고 작업 안전성이 향상된다.
이로부터 알 수 있다시피, 본 출원은 “Z+U”형 적층 방식으로 성형된 전극 어셈블리(201)를 제공하는 것을 통해 적층 배터리의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 적층 배터리의 작업 안전성도 효과적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 출원에서 이용하는 “Z+U”형 적층 방식은 배터리 셀(20)의 방열 성능을 개선에도 편리하다. 예를 들어, 도 22를 참조하면, 일부 실시예에서, 제2 극판(2)의 탭(15)은 절곡부(25)에서 이격하는 제2 극판(2)의 단부에 위치하고, 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 하우징(202)의 내벽에 접촉된다.
절곡부(25)는 전극 극판(4)이 폴딩되는 부위인 것을 이해하기 쉽다. 구체적으로, 제1 극판(1)의 절곡부(25)는 제1 극판(1)이 폴딩된 부분이거나, 제1 극판(1)이 폴딩된 후, 서로 인접한 두 장의 제1 적층편(11)이 서로 연결된 부분이다. 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 제2 극판(2)이 폴딩된 부분이거나, 제2 극판(2)이 폴딩된 후, 두 장의 제2 적층편(21)이 서로 연결된 부분이다. 도 9를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 극판(1)의 절곡부(25)는 제1 극판(1) 전체가 대체로 S형을 이루도록 호형을 이룬다. 도 12을 참조하면, 일부 실시예에서, 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 제2 극판(2) 전체가 대체로 U형을 이루도록 호형을 이룬다.
관련 기술에서, 전극 극판(4)과 전극 어셈블리(201)를 수용하기 위한 하우징(202) 사이에는 통상적으로 절연 지지판이 설치되고, 양자 사이는 절연 지지판에 의해 이격되어, 직접적으로 접촉되지 않으며, 여기서, 절연 지지판은 전극 어셈블리(201)를 지지하고, 통상적으로 고분자 재료 등 절연 재료로 제조되며, 이러한 경우, 전극 어셈블리(201)에서 생성된 열량은 빠르게 확산되기 어렵고, 열량이 하우징(202) 내에서 축적되어, 과열 폭발 등 안전 사고를 일으키기 쉽다.
관련 기술과 달리, 상술한 실시예에서, 전극 어셈블리(201)와 하우징(202) 사이에 더는 절연 지지판을 설치하지 않고, 전극 어셈블리(201)에서 U형 반접힘 폴딩 방식을 사용한 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202)의 내벽에 접촉되도록 하여, 제2 극판(2)은 통상적으로 금속 재료 등 열전도 성능이 우수한 재료로 제조되고, 동시에, 전극 어셈블리(201)를 수용하기 위한 하우징(202)도 통상적으로 금속 재료(예를 들어 알루미늄) 등 열전도 성능이 우수한 재료로 제조되며, 제2 극판(2)의 수량이 비교적 많으며, 모든 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202)의 내벽에 접촉되어, 접촉 총면적이 비교적 크므로, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202)의 내벽에 접촉되도록 하여, 전극 어셈블리(201)와 하우징(202) 사이의 높은 열전도율과 대면적의 직접 접촉 방열 과정을 구현할 수 있으므로, 전극 어셈블리(201)에서 생성된 열량을 빠르게 하우징(202) 외부로 확산시켜, 배터리 셀(20)의 방열 성능을 효과적으로 개선하고, 열량 축적으로 인한 안전 사고 위험을 줄이며, 작업 안전성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 실시예에서, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202)의 내벽에 접촉될 때, 제2 극판(2)의 탭(15)을 제2 극판(2)의 절곡부(25)에서 이격하는 단부에 설치하여, 제2 극판(2)의 하우징(202)에 접촉되는 절곡부(25)가 탭(15)을 갖지 않도록 하고, 제2 극판(2)의 탭(15)은 절곡부(25)의 상대측에 위치하는 바, 장점은 한편으로, 탭(15)이 설치되지 않은 이러한 절곡부(25)는 하우징(202)에 접촉되기에 더욱 편리하고, 다른 한편으로, 절곡부(25)와 하우징(202)의 접촉이 탭(15)과 어탭터(205) 및 전극 단자(206)의 전기적 연결에 영향을 미치지 않는다.
제2 극판(2)의 탭(15)은 절곡부(25)에서 이격하는 제2 극판(2)의 단부에 위치하고, 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 하우징(202)의 내벽에 접촉되어 제2 극판(2)의 전기 에너지 전달 기능의 구현에 영향을 미치지 않는 전제 하에서, 전극 어셈블리(201)와 하우징(202) 사이의 고효율 방열을 구현하여 배터리 셀(20)의 방열 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
여기서, 도 22를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 극판(1)에서 이격하는 제2 극판(2)의 절곡부(25)의 표면은 중력 방향을 향한다. 이에 따라, 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 중력 작용 하에서, 하우징(202)의 내벽에 충분히 접촉되고, 보다 효율적으로 열을 전도할 수 있으므로, 배터리 셀(20)의 방열 성능을 더욱 개선하는데 유리하다.
전술한 바와 같이, 본 출원에 있어서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 극성이 반대되는 전극 극판(4)이다. 일부 실시예에서, 제1 극판(1)은 양극 극판(24)이고, 제2 극판(2)은 음극 극판(14)이다. 다른 일부 실시예에서, 제1 극판(1)은 음극 극판(14)이고, 제2 극판(2)은 양극 극판(24)이다. 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)이 각각 음극 극판(14) 및 양극 극판(24)인 경우, 제1 극판(1)은 Z형 폴딩 방식을 이용하고, 제2 극판(2)은 U형 반접힘 폴딩 방식을 이용하기에, 제1 극판(1)의 면적을 비교적 편리하게 제2 극판(2)의 면적보다 크게 설계할 수 있고, 따라서, 음극 극판(14)의 면적을 양극 극판(24)의 면적보다 크게 하기에 편리하며, 이로써, 음극 극판(14)은 리튬이온을 접수하기에 충분한 위치를 가지고, 따라서, 리튬 석출 현상의 발생을 방지하는데 유리하다.
여기서, 리튬 석출 현상은 음극 극판에 리튬이온을 접수하는 위치가 없어, 리튬이온이 음극 극판 표면에서 석출되는 현상을 의미한다.
리튬이온 배터리의 충방전 과정이 바로 리튬이온이 양극 극판, 음극 극판에서 삽입 및 탈리되면서 에너지의 흡수 및 방출이 수반되는 과정이다. 리튬이온 배터리에 대해 충전 시, 리튬 배터리의 양극 극판에서 리튬이온 생성되고, 생성된 리튬이온은 전해액을 거쳐 음극 극판으로 이동되며, 전자와 결합하여 음극 극판의 활물질 내에 삽입되고, 삽입된 리튬이온이 많을 수록, 충전 용량이 더욱 높다. 리튬이온 배터리에 대해 방전 시, 음극 극판에 삽입된 리튬이온이 탈리되어, 다시 양극 극판으로 되돌아간다. 양극으로 되돌아온 리튬이온이 많을 수록, 방전 용량이 더욱 높다. 그러나, 음극 극판에 리튬이온을 접수하는 위치가 없으면, 리튬 이온은 음극 극판 표면에서 석출될 수 있고(즉 리튬 석출), 리튬 덴드라이트 결정을 형성하며, 일단 리튬 덴드라이트 결정이 분리막을 뚫고 양극 극판에 접촉되면, 배터리 단락을 초래할 수 있고, 발화되거나 심지어 폭발 사고가 발생될 수 있다. 이로부터 알 수 있다시피, 리튬 석출 현상의 발생은, 리튬이온 배터리의 안전 성능에 영향을 미친다.
음극 극판(14)은 Z형 폴딩 방식을 이용하고, 양극 극판(24)은 U형 반접힘 폴딩 방식을 이용하는 경우, 음극 극판(14)의 면적을 양극 극판(24)의 면적보다 크게 하기 편리하여, 리튬 석출 현상의 발생을 방지하고, 따라서, 적층 배터리의 작업 안전성을 더욱 개선하는데 유리하다.
또한, 적층 시, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)의 폴딩 방향은 수직되거나 평행될 수 있고, 다시 말해서, 제1 방향(X)이 제2 방향(Y)에 수직되거나 평행될 수 있다.
여기서, 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 수직되는 경우, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 폴딩 방향은 수직되고, 이 때의 적층 방식을 직교되는 “Z+U”형 적층 방식이라고 할 수 있다. 이러한 직교되는 “Z+U”형 적층 방식에서, 제2 극판(2)이 반접힘 폴딩되어, 폴딩된 제1 극판(1)에 삽입된 후, 한편으로, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 인접한 하나의 에지를 걸쳐 감싸고, 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 제2 극판(2)의 폴딩 방향(즉 제2 방향(Y))에서 제1 극판(1)에 대해 일정한 위치 제한 작용을 할 수 있으며, 다른 한편으로, 제1 극판(1)의 절곡부(25)는 제2 극판(2)의 자체 절곡부(25)에 인접한 에지를 감쌀 수 있고, 제1 극판(1)의 폴딩 방향(즉 제1 방향(X))에서 제2 극판(2)에 대해 일정한 위치 제한 작용을 할 수 있으며, 동시에, 제1 극판(1)의 두 개의 인접한 제1 적층편(11)은 제2 극판(2)의 하나의 제2 적층편(21)을 중간에 끼우고, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)에 모두 수직되는 제3 방향(Z)(각 제1 적층편(11)의 적층 방향)에서 제2 극판(2)에 대해 일정한 위치 제한 작용을 할 수도 있다. 이로부터 알 수 있다시피, 직교되는 “Z+U”형 적층 방식을 이용하는 경우, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 서로 위치 제한할 수 있고, 양자 사이는 여러 방향에서 위치 제한을 구현할 수 있어, 위치 제한 신뢰성이 비교적 높다.
제1 방향(X)이 제2 방향(Y)에 평행되는 경우, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)의 폴딩 방향은 평행되고, 이 때의 적층 방식을 평행되는 “Z+U”형 적층 방식이라고 할 수 있다. 이러한 평행되는 “Z+U”형 적층 방식에 있어서, 제2 극판(2)이 반접힘 폴딩되어, 폴딩된 제1 극판(1)에 삽입된 후, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 제1 극판(1)의 절곡부(25)를 걸쳐 감싸며, 제2 극판(2)의 폴딩 방향(즉 제2 방향(Y))에서 제1 극판(1)에 대해 일정한 위치 제한 역할을 할 수 있고, 또한, 제1 극판(1)의 두 개의 인접한 제1 적층편(11)은 제2 극판(2)의 하나의 제2 적층편(21)을 중간에 끼우고, 각 제1 적층편(11)의 적층 방향(즉 제3 방향(Z))에서 제2 극판(2)에 대해 일정한 위치 제한 작용을 할 수 있다. 이로부터 알 수 있다시피, 평행되는 “Z+U”형 적층 방식을 이용하는 경우, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)도 서로 위치 제한할 수 있다. 아울러, 이러한 평행되는 “Z+U”형 적층 방식은 조립에도 비교적 편리하다.
이로부터 알 수 있다시피, “Z+U”형 적층 방식을 이용하는 경우, 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 수직되는 직교 적층 방식이나 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)이 평행되는 평행 적층 방식을 막론하고, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 모두 서로 위치 제한할 수 있고, 이러한 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이의 상호 위치 제한 작용은 전극 어셈블리(201)의 구조 신뢰성을 향상시키기에 유리하고, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기에 대한 제어를 구현하기에도 편리하여, 적층 배터리의 안전 성능을 개선하기에 유리하다.
음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분을 또 오버행(Overhang)이라고도 하고, 이는 주로 리튬이온 배터리의 안전 성능을 향상시키기 위해 제기된 하나의 개념이다.
전술한 바와 같이, 리튬이온 배터리의 충전 과정에서, 만약 음극 극판이 리튬이온을 접수하는 면적이 부족하면, 리튬이 석출될 수 있고, 또한, 리튬 석출에서 생성된 덴드라이트 결정이 분리막을 뚫으면, 배터리 셀 단락을 초래할 수 있으며, 폭발 또는 발화를 초래하므로, 음극 극판이 리튬이온을 접수하기에 충분한 면적을 가져, 리튬이온 배터리의 안전성을 향상시키기 위해, 통상적으로 음극 극판은 과도하게 설계되고, 즉 음극 극판의 면적은 양극 극판의 면적보다 크기에, 음극 극판 에지가 통상적으로 양극 극판의 에지를 초과하며, 이와 같이 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분을 오버행이라고 한다.
이로부터 알 수 있다시피, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분은 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 사이즈 차이 설계이고, 이러한 사이즈 차이 설계는 음극 극판과 양극 극판 사이의 물리적 분리를 형성할 수 있어, 리튬이온이 음극 극판 표면에서 석출되어, 덴드라이트 결정을 형성하는 것을 피하여, 양극과 음극 사이의 단락 위험을 줄이고, 따라서, 리튬이온 배터리의 안전 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
그러나, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 설계 과정에서, 줄곧 하나의 난제가 존재하는데, 바로 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 영역 면적 크기를 제어하기 어려운 것이다. 극판 수량이 비교적 많고, 상이한 층의 양극 극판 사이 및 상이한 층의 음극 극판 사이 정렬이 어렵고, 더욱이, 양극 극판, 음극 극판 사이의 상대 위치가 접착이 느슨한 등 원인으로 변화되기 쉬우므로, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적의 제어 난이도가 높다. 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 효과적으로 제어할 수 없으면, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적이 너무 작거나 너무 커서, 배터리 성능에 불리한 영향을 미친다. 예를 들어, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적이 너무 작으면, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분이 양극 극판과 음극 극판이 엇갈릴 때 사라지기 쉬워, 단락 방지 효과가 무효화된다. 또 예를 들어, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적이 너무 크면, 음극 극판이 과도하게 리튬 배터리 내부 공간을 차지하여, 공간 낭비를 초래하기 쉬워, 공간 이용율이 비교적 낮아, 에너지 밀도의 향상에 영향을 미친다.
이로부터 알 수 있다시피, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 효과적으로 제어하는 것은 하나의 비교적 중요한 문제이나, 동시에 비교적 어려운 문제이기도 하다.
본 출원의 “Z+U”형 적층 방식에 따르면, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 제1 극판(1)에 대한 위치 제한 작용은 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 비교적 편리하게 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 6 및 도 12를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 각각 음극 극판(14) 및 양극 극판(24)으로 구성하고, 제2 극판(2)은 불활성 영역(26)을 갖도록 구성되며, 불활성 영역(26)은 제2 극판(2)의 절곡부(25)를 포함하고, 불활성 영역(26)에는 활물질(29)이 도포되지 않는다. 여기서, 예시적으로, 불활성 영역(26)의 제2 방향(Y)에서의 사이즈(불활성 영역(26) 전개 상태의 폭의 절반)는 1~18 mm이고, 예를 들어, 일부 실시예에서, 불활성 영역(26)의 제2 방향(Y)에서의 사이즈는 3~4 mm이다.
제2 극판(2)의 불활성 영역(26)에 활물질(29)이 도포되지 않기에, 제2 극판(2)의 불활성 영역(26)에 비활성 영역을 형성하고, 충방전 과정 중의 전기 화학 반응에 참여하지 않으며, 이러한 경우, 제1 극판(1)이 상응한 불활성 영역(26) 내로 연장되는 부분이 바로 제2 극판(2)을 초과하는 부분이고, 또한, 이 때 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)이 각각 음극 극판(14) 및 양극 극판(24)이기에, 제1 극판(1)이 상응한 불활성 영역(26) 내로 연장되는 부분은 음극 극판(14)이 양극 극판(24)을 초과하는 부분이며, 리튬 석출이 발생하지 않고, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분을 구성할 수 있으며, 이 때, 상응한 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기는 불활성 영역(26)의 면적 크기에 의해 결정되기에, 제2 극판(2)의 절곡부(25) 일단의 활물질(29)이 도포되지 않은 영역의 크기만 제어하면, 즉 불활성 영역(26)의 면적 크기만 제어하면, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기에 대한 효과적인 제어를 구현할 수 있어, 간단하고 편리할 뿐만 아니라, 제어 정확도가 비교적 높다. 구체적인 조립 시, 이미 불활성 영역(26)이 가공 완료된 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 정확하게 삽입하기만 하면, 음극 극판(14)이 양극 극판(24)을 초과하는 부분의 크기를 제어할 수 있고, 나아가 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기에 대한 비교적 정확한 제어를 편리하게 구현한다.
설명해야 할 것은, 도 6에서 제2 극판(2)의 절곡부(25)와 제1 적층편(11)의 단부 사이의 빈 영역은 사실상 분리막(3)에 의해 충진된 것이고, 도면에서 상응한 분리막 부분을 도시하지 않았을 뿐이며, 다시 말해서, 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 삽입하는 과정에서, 제2 극판(2)은 바닥까지 직접 삽입되고, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 위치하는 에지와 제1 극판(1)의 제2 극판(2)의 절곡부(25)에 의해 감싸진 에지 사이의 거리는 대략 분리막(3) 두께 또는 분리막(3) 두께의 배수일 뿐이다.
또한, 상술한 제2 극판(2)의 불활성 영역(26)은 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 제어하기에 편리할 뿐만 아니라, 동시에 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이의 절연 신뢰성을 개선하기에도 편리하다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 일부 실시예에서, 제2 극판(2)의 불활성 영역(26)의 제1 극판(1)을 향하는 표면에 절연 물질(27)이 마련된다. 예시로서, 절연 물질(27)은 세라믹 코팅 또는 절연 접착제(예를 들어 절연성 코팅 또는 절연성 접착제)이다.
제2 극판(2)이 양극 극판(24)이거나, 음극 극판(14)인 것을 막론하고, 제2 극판(2)의 불활성 영역(26)의 제1 극판(1)을 향하는 표면에 절연 물질(27)이 마련될 경우, 불활성 영역(26)과 제1 극판(1) 사이는 분리막(3)에 의해 절연될 수 있을 뿐만 아니라, 절연 물질(27)에 의해 절연될 수도 있으므로, 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이의 절연성이 더욱 우수하여, 단락 사고의 발생을 더욱 신뢰적으로 방지할 수 있음으로써, 작업 안전성을 더욱 향상시키기에 유리하다. 불활성 영역(26)에 활물질(29)이 마련되지 않기에, 불활성 영역(26)에 절연 물질(27)을 마련하되, 절연 물질(27)은 정상적인 전기 화학적 반응에 영향을 미치지 않는다. 이로부터 알 수 있다시피, 제2 극판(2)의 불활성 영역(26)의 제1 극판(1)을 향하는 표면에 절연 물질(27)을 마련하여, 정상적인 전기 화학적 반응에 영향을 미치지 않으면서, 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이의 절연성을 더욱 개선하고, 작업 안전성을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
본 출원에 있어서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭 인출 방식은 다양할 수 있다.
예를 들어, 도 3 내지 도 24를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 극판(1)의 탭(15)은 제1 극판(1)의 절곡부(25) 이외의 에지에 위치한다. 이 때, 제1 극판(1)의 탭(15)이 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 위치하지 않고, 폴딩으로 인해 쉽게 손상되지 않으므로, 제1 극판(1)의 탭(15)이 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 위치하는 경우에 비해, 신뢰성이 비교적 높다.
또 예를 들어, 도 3 내지 도 24를 참조하면, 일부 실시예에서, 제2 극판(2)의 탭(15)은 제2 극판(2)의 절곡부(25) 이외의 에지에 위치한다. 이 때, 제2 극판(2)의 탭(15)이 제2 극판(2)의 절곡부(25)에 위치하지 않아, 폴딩으로 인한 파손이 쉽게 발생하지 않기에, 제2 극판(2)의 탭(15)이 제2 극판(2)의 절곡부(25)에 위치하는 경우에 비해, 신뢰성이 더욱 높다. 또한, 제2 극판(2)의 탭(15)이 절곡부(25)가 아닌 절곡부(25) 이외의 에지에 위치하는 경우, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202) 내벽에 접촉되어 열전달에도 편리하다. 아울러, 제2 극판(2)의 탭(15)이 제2 극판(2)의 절곡부(25)에 위치하지 않으면, 제2 극판(2)의 절곡부(25)를 이용하여 제1 극판(1)에 대해 위치 제한하는데도 편리하다. 탭(15)은 통상적으로 인출 길이가 비교적 길고, 경도가 상대적으로 작기에, 제2 극판(2)의 탭(15)이 절곡부(25)에 위치하면, 절곡부(25)가 길게 인출하되고 경도가 작은 것을 의미하고, 이러한 경우, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 제1 극판(1)에 대해 효과적으로 위치 제한 작용을 하기가 어렵게 된다.
또 예를 들어, 도 3 내지 도 24를 참조하면, 일부 실시예에서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭(15)은 모두 절곡부(25) 이외의 에지에 위치한다. 이러한 경우, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭은 모두 폴딩으로 인해 쉽게 파손되지 않기에 신뢰성이 더욱 높다.
제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭(15)이 모두 절곡부(25) 이외의 에지에 위치하는 하나의 예시로서, 도 3 내지 도 20을 참조하면, 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)에 수직되고, 제1 극판(1)의 탭(15)은 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하며, 제2 극판(2)의 탭(15)은 제2 극판(2)의 절곡부(25)에서 이격하는 단부에 위치한다.
상술한 예시에서, 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)에 수직되므로, 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이에 사용되는 것은 직교되는 “Z+U”형 적층 방식이다. 아울러, 제1 극판(1)의 탭(15)이 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하고, 제2 극판(2)의 탭(15)이 제2 극판(2)의 절곡부(25)에서 이격하는 단부에 위치하기에, 제1 극판(1)의 탭(15) 및 제2 극판(2)의 탭(15)의 인출 방향(탭 인출 방향으로 약칭)은 모두 제2 극판(2)의 폴딩 방향(즉 제2 방향(Y))을 따른다. 이로부터 알 수 있다시피, 상술한 예시의 전극 어셈블리(201)에서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 직교되는 “Z+U”형 적층 방식 하의 제2 극판(2)의 폴딩 방향을 따른 탭 인출 방식을 이용하고, 이러한 경우, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 제2 방향(Y)에서의 동일측 또는 상이측에서 탭을 인출할 수 있어, 양극 단자, 음극 단자를 동일측 또는 상이측에 마련하는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시키기에 편리하다.
상기 예시의 구체적인 실시형태로서, 도 3 내지 도 13을 참조하면, 일부 실시예에서, 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)에 수직되며, 임의의 인접한 두 장의 제1 적층편(11)에서, 하나의 제1 적층편(11)만 탭(15)을 갖고, 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 탭(15)이 설치되지 않은 제1 적층편(11)을 감싼다. 상기 설치에 기반하여, 제1 극판(1)은 간격을 두고 탭이 인출되는 방식, 즉 2장의 제1 적층편(11)의 사이마다 1개의 탭(15)이 인출되는 방식을 사용하고, 이 경우, 탭(15)이 인출되지 않은 제1 적층편(11)은 제2 극판(2)의 탭(15)을 위해 공간을 확보할 수 있으며, 탭이 인출된 제1 적층편(11)의 탭 인출 방향을 제2 극판(2)의 탭 인출 방향과 반대로 하면 되고, 즉, 제2 방향(Y)으로 대향되는 양측에서 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)이 탭을 인출하도록 하면, 양극탭 및 음극탭을 물리적으로 분리시킬 수 있어, 양극탭 및 음극탭의 단락을 방지하며 간단하고 편리하다.
제1 극판(1)과 제2 극판(2)의 탭(15)이 모두 절곡부(25) 이외의 에지에 위치하는 또 다른 예시로서, 도 23 및 도 24를 참조하면, 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)에 평행되고, 제1 극판(1)의 탭(15)은 절곡부(25)와 인접한 제1 극판(1)의 에지에 위치하고, 제2 극판(2)의 탭(15)은 절곡부(25)와 인접한 제2 극판(2)의 에지에 위치한다.
상술한 예시에서, 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)에 평행되기에, 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이는 평행되는 “Z+U”형 적층 방식을 이용한다. 아울러, 제1 극판(1)의 탭(15)이 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하고, 제2 극판(2)의 탭(15)이 제2 극판(2)의 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하기에, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭 인출 방향은 모두 제2 극판(2)의 폴딩 방향(즉 제2 방향(Y), 해당 예시에서 제1 방향(X)이기도 함) 에 수직된다. 이로부터 알 수 있다시피, 상술한 예시의 전극 어셈블리(201)에 있어서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 직교되는 “Z+U”형 적층 방식 하의 제2 극판(2)의 폴딩 방향에 수직되는 탭 인출 방식을 사용하고, 이러한 경우, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 제2 방향(Y)(해당 예시에서 제2 방향(Y)과 제1 방향(X)이 일치) 및 제3 방향(Z)에 수직되는 방향에서 동일측 또는 상이측에서 탭을 인출할 수 있어, 양극 단자, 음극 단자를 동일측 또는 상이측에 마련하는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시키기에 편리하다.
이로부터 알 수 있다시피, 직교되는 “Z+U”형 적층 방식 또는 평행되는 “Z+U”형 적층 방식을 막론하고, 제1 극판(1)의 탭(15) 및 제2 극판(2)의 탭(15)은 모두 동일측 또는 대향되는 양측에 위치할 수 있고, 즉, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 모두 동측 또는 상이측에서 탭을 인출할 수 있어, 양극 단자, 음극 단자를 동측 또는 상이측에 마련하는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시키기에 편리하다.
여기서, 제1 극판(1)의 탭(15) 및 제2 극판(2)의 탭(15)이 동일측에 위치하는 경우, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202)의 내벽에 접촉되어 열전달하기에 더욱 편리하고, 이 때, 제1 극판(1)의 탭(15) 및 제2 극판(2)의 탭(15)을 제1 방향(X)에서 어긋나게 배치하여, 양극탭, 음극탭이 서로 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
도 6 내지 도 32를 참조하면, 본 출원에 있어서, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21) 중 적어도 하나는 탭(15)을 구비하고, 다시 말해서, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21) 중 한 장의 제2 적층편(21)만 탭(15)을 구비하거나, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)이 모두 탭(15)을 구비한다. 여기서, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21) 중 한 장의 제2 적층편(21)만 탭(15)을 갖는 경우, 두 장의 제2 적층편(21) 사이는 절곡부(25)를 통해 연결되기에, 두 장의 제2 적층편(21)은 하나의 탭(15)을 공용하여 외부로 전기 에너지를 전달할 수 있고, 여기서 탭(15)을 갖지 않는 한 장의 제2 적층편(21)은 절곡부(25)를 통해 전기 에너지를 탭(15)을 갖는 제2 적층편(21)에 전달하여, 탭(15)이 마련되어 있는 제2 적층편(21)의 탭(15)을 통해 외부로 전달할 수 있다. 이러한 경우, 제2 극판(2)은 하나의 탭(15)만 구비고 전기 에너지의 외부로의 전달을 구현할 수 있기에, 구조가 비교적 간단하다. 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)이 모두 탭(15)을 갖는 경우, 제2 극판(2)은 두 개의 탭(15)을 통해 외부로 전기 에너지를 전달할 수 있어, 전기 에너지 전달 효율이 더욱 높고, 동시에, 두 장의 제2 적층편(21)의 탭(15)은 서로에게 백업 역할을 하여, 그 중 한 장의 제2 적층편(21)의 탭(15)이 고장나는 경우, 제2 극판(2)은 여전히 다른 한 장의 제2 적층편(21)의 탭(15)을 이용하여 정상적으로 전기 에너지를 전달할 수 있으며, 따라서, 제2 극판(2), 전극 어셈블리(201), 배터리 셀(20), 배터리(10) 및 전기 장치(100)의 작업 신뢰성을 효과적으로 향상시킬 수도 있다.
전술한 각 실시예에서, 전극 어셈블리(201)의 전극 극판(4)은 모두 먼저 폴딩된 후 조립될 수 있다. 전극 극판(4)의 폴딩을 용이하게 하기 위해, 도 25 내지 도 32를 참조하면, 일부 실시예에서, 전극 극판(4)에는 전극 극판(4)의 폴딩을 가이드하는 폴딩 가이드부(28)가 설치된다.
상기 설치에 따라, 전극 극판(4)은 폴딩 가이드부(28)의 가이드에 따라 폴딩될 수 있고, 한편으로, 전극 극판(4)을 한 장씩 적층할 필요 없이 폴딩한 다음 기타 전극 극판(4)과 조립할 수 있으며, 다른 한편으로, 전극 극판(4)은 폴딩 가이드부(28)의 가이드 하에 폴딩 과정을 빠르게 완료할 수 있고, 이러한 경우, 전극 극판(4)의 절단 효율이 높을 뿐만 아니라 전극 극판(4)과 기타 전극 극판(4)의 적층 효율도 높으며 전극 극판(4)의 폴딩 효율도 높으므로, 적층 배터리의 생산효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
여기서, 폴딩 가이드부(28)가 설치된 전극 극판(4)은 전술한 “Z+U”형 적층 방식의 전극 어셈블리(201)에 적용될 뿐만 아니라, 전극 극판(4)을 폴딩해야 하지만 폴딩 방식이 상이한 적층 배터리에도 적용될 수 있고, 실제로 전극 극판(4)을 폴딩한 다음 조립하는 적층 배터리라면 모두 본 출원에서 제공하는 폴딩 가이드부(28)가 설치된 전극 극판(4)을 사용할 수 있다. 여기서, 전술한 “Z+U”형 적층 방식을 사용하는 전극 어셈블리(201)의 전극 극판(4)에 폴딩 가이드부(28)가 설치된 경우, 적층 배터리의 생산 효율을 보다 효과적으로 향상시킬 수 있는 동시에 적층 배터리의 안전 성능도 더욱 우수하다.
또한, 폴딩 가이드부(28)가 설치된 전극 극판(4)은 전극 어셈블리(201)의 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 중 적어도 하나일 수 있고, 다시말해, 제1 극판(1)에만 또는 제2 극판(2)에만 폴딩 가이드부(28)가 설치되어 있을 수 있거나, 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 모두에 폴딩 가이드부(28)가 설치될 수 있으며, 예를 들어, 일부 실시예에서, 양극 극판(24)과 음극 극판(14) 모두에 폴딩 가이드부(28)가 설치되고, 또 예를 들어, 다른 일부 실시예에서, 양극 극판(24)에만 폴딩 가이드부(28)가 설치되고, 음극 극판(14)에는 폴딩 가이드부(28)가 설치되지 않는다.
제1 극판(1) 및 제2 극판(2) 모두에 폴딩 가이드부(28)가 설치된 경우, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)은 모두 폴딩 가이드부(28)의 가이드에 따라 폴딩될 수 있어 폴딩 효율이 높고, 따라서, 적층 배터리의 생산효율 향상에 더욱 유리하다.
제1 극판(1) 및 제2 극판(2) 중 하나에만 폴딩 가이드부(28)가 설치될 경우, 적층 배터리의 생산 효율을 어느 정도 향상시킬 수 있고, 아울러, 이러한 경우, 폴딩 가이드부(28)의 수가 상대적으로 적어 많은 폴딩 가이드부(28)를 가공할 필요가 없기 때문에 전극 어셈블리(201)의 구조가 비교적 간단하고 가공이 비교적 편리하며, 다시 말해서, 이러한 경우, 적층 배터리의 생산 효율과 구조의 단순성을 모두 고려할 수 있다.
그 외, 전극 극판(4)의 폴딩 가이드부(28)의 개수는 제한되지 않고, 예를 들어, 일부 실시예에서, 전극 극판(4)에는 폴딩 가이드부(28)가 하나만 설치되며, 이러한 경우, 전극 극판(4)은 폴딩 가이드부(28)의 가이드에 따라 1회 폴딩되어, 전술한 U형 반접힘 폴딩 방식을 사용하는 제2 극판(2)을 형성할 수 있다.
본 출원에서, 폴딩 가이드부(28)의 구조 유형은 다양할 수 있다. 에를 들어, 도 25 내지 도 32를 참조하면, 일부 실시예에서, 폴딩 가이드부(28)는 인덴테이션(281) 또는 폴딩 자국(282)을 포함한다. 설치된 인덴테이션(281) 또는 폴딩 자국(282)은 모두 효과적으로 폴딩 가이드 작용을 할 수 있으므로 전극 극판(4)이 상응한 인덴테이션(281) 또는 폴딩 자국(282)을 따라 폴딩될 수 있도록 하여 빠르게 폴딩을 완료하고 폴딩 위치에 편차가 쉽게 발생하지 않는다. 인덴테이션(281)은 새겨진 흔적이고, 새겨진 표면에서 아래로 함몰되어, 일정한 깊이를 갖는 취약부를 이루는 것을 이해할 수 있다. 폴딩 자국(282)은 폴딩 흔적이고, 폴딩된 표면에서 아래로 함몰되지 않고 깊이를 갖지 않는다.
또한, 폴딩 가이드부(28)의 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 25 내지 도 32를 참조하면, 일부 실시예에서, 폴딩 가이드부(28)는 연속 선형 또는 파단 선형이다.
여기서, 폴딩 가이드부(28)가 연속선형을 이루는 경우, 폴딩 가이드부(28)의 구조가 비교적 간단하고, 가공이 비교적 편리하다. 예시적으로, 연속선형을 이루는 폴딩 가이드부(28)는 연속 직선 또는 연속 곡선이다.
폴딩 가이드부(28)가 파단 선형인 경우, 폴딩 가이드부(28)가 차지하는 면적이 상대적으로 작아 전극 극판(4)의 폴딩을 용이하게 하는 동시에 전극 극판(4)의 구조적 강도를 최대한 높이는데 유리하다. 예시적으로, 파단 선형인 폴딩 가이드부(28)는 점선형을 나타내고, 예를 들어, 도 28 내지 도 31을 참조하면, 일부 실시예에서, 폴딩 가이드부(28)는 점형상 점선형 또는 선형상 점선형이다. 다른 유형의 파단선형에 비해, 점선은 가공이 더욱 용이하고, 특히, 점형상 점선 및 점형상 점선의 가공이 비교적 편리하다.
상기 각 실시예에서 설치된 폴딩 가이드부(28)는 전극 극판(4)의 폭 방향에 평행되거나 전극 극판(4)의 폭 방향에 대해 경사질 수 있다. 전극 극판(4)의 폭 방향은 전극 극판(4)의 두께 방향에 수직되는 표면의 상대적으로 짧은 변의 연장 방향을 의미하고, 전극 극판(4)의 횡방향이라고도 하며, 이는 전극 극판(4)의 종방향에 수직된다. 전극 극판(4)의 종방향은 전극 극판(4)의 두께 방향에 수직되는 표면의 상대적으로 긴 변의 연장 방향이다. 전술한 Z형으로 폴딩된 제1 극판(1)에 대해, 폭 방향은 제1 적층편(11)의 절곡부(25)와 인접한 두 개의 에지의 연장 방향이기도 하다. 전술한 U형으로 폴딩된 제2 극판(2)에 대해, 폭 방향은 여전히 제2 적층편(21)의 절곡부(25)와 인접한 두 개의 에지의 상대적인 배치 방향이기도 하다.
여기서, 도 25 내지 도 31을 참조하면, 폴딩 가이드부(28)가 이가 위치한 전극 극판(4)의 폭 방향에 평행될 경우, 폴딩 가이드부(28)의 가공은 비교적 편리하다.
도 32를 참조하면, 폴딩 가이드부(28)가 이가 위치한 전극 극판(4)의 폭 방향에 대해 경사질 때, 폴딩 가이드부(28)는 편향각을 가지므로, 전극 극판(4)이 편향되어 반으로 접히도록 가이드하여 폴딩된 후 얻은 서로 인접하는 두 개의 적층이 폭 방향으로 엇갈리도록 할 수 있다. 이렇게 편향된 폴딩 가이드부(28)가 양극 극판(24)의 제2 극판(2)에 마련되는 경우, 양극 극판(24)의 두 개의 제2 적층편(21)이 폭방향에서 어긋나도록 할 수 있고, 이로써, 한편으로, 두 개의 제2 적층편(21)이 완전히 정렬 합지되지 않기에, 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 삽입하기에 더욱 편리하고, 다른 한편으로, 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 삽입한 후, 제1 극판(1)과의 상대적 위치 관계를 제어하여, 양극 극판(24)의 두 장의 제2 적층편(21)이 가능한 음극 극판(14)의 비연속 일단을 멀리하나, 가능한 음극 극판(14)의 연결단에 가깝도록 하는 것도 편리하며, 다시 말해서, 양극 극판(24)의 두 장의 제2 적층편(21)이 가능한 음극 극판(14)의 절곡부(25)에 접근하나, 음극 극판(14)의 개구단을 멀리하도록 하며, 이로써, 양극 극판(24)이 폭방향에서 쉽게 음극 극판(14)을 초과하지 못하도록 하여, 양극 극판(24)이 폭방향에서 음극 극판(14)을 초과하여, 리튬이 석출되는 문제를 초래하는 것을 방지하기에 유리함으로써, 작업 안전성을 더욱 향상시키기에 유리하다.
앞에서 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이에 분리막(3)이 마련되고, 분리막(3)은 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이의 단락을 방지하기 위해, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)을 이격시키는 것에 대해 언급하였다. 그러나 실제 작업 과정에서, 분리막(3)은 이물질(예를 들어: 전극 극판(4) 절단 과정에서 발생하는 에지 버 또는 탈락된 에지 드레싱, 및 충전 과정에서 성장한 덴드라이트 결정)에 의해 뚫려 단락을 유발할 수 있다. 예를 들어, 충전 과정에서, 리튬이온이 양극 극판(24)에서 탈리되어 음극 극판(14)에 진입하고, 음극 극판(14)은 리튬이온 흡수한 후 팽창된며, 동시에, 양극 극판(24) 또한 리튬이온 탈리 후, 팽창할 수 있어, 충전 과정에서, 양극 극판, 음극 극판의 팽창으로 인해 양극 극판, 음극 극판 사이의 분리막(3)이 압박되며, 이러한 경우, 양극 극판, 음극 극판에 위치한 이물질이 분리막을 뚫어, 단락을 초래하여, 안전 사고를 일으킬 수 있다.
안전 성능을 더욱 향상시키기 위해 도 33을 참조하면, 일부 실시예에서, 동일한 제2 극판(2)의 두께 방향의 대향되는 양측의 두 장의 분리막(3)은 모두 폴딩되며 제2 극판(2)의 탭(15)이 설치되지 않은 에지를 피복한다.
관련 기술에서 분리막(3)은 전극 극판(4)의 에지를 랩핑하지 않고 두께 방향으로 수직인 인접한 두 개의 전극 극판(4)의 표면 사이에 만 위치하고, 이러한 경우, 전극 극판(4)의 에지에 있는 이물질은 단락 문제를 일으키기 쉽다. 본 출원의 실시예에서, 분리막(3)이 제2 극판(2)의 에지에 피복되도록 함으로써, 분리막(3)을 이용하여 에지 이물질이 음극 및 양극을 전기적으로 도통시키는 것을 저지할 수 있어, 에지 이물질이 단락 사고를 초래하는 위험을 효과적으로 줄일 수 있다.
또한, 본 출원의 실시예에서, 한 장의 분리막(3)만으로 제2 극판(2)의 에지를 피복하는 것이 아니라, 제2 극판(2) 두께 방향 양측의 두 장의 분리막(3)이 모두 제2 극판(2)의 에지를 피복하고, 제1 극판(1) 및/또는 제2 극판(2) 에지의 이물질이 에지에 피복된 한 층의 분리막(3)을 뚫더라도, 에지에 피복된 다른 한 층의 분리막(3)으로 인해 저지될 수 있어, 단락을 더욱 신뢰적으로 방지할 수 있고, 안전 성능을 더욱 효과적으로 향상시킨다.
아울러 분리막(3)으로 전극 극판(4)의 에지를 랩핑하고, 분리막(3)은 배터리 셀(20)의 원래 구조로 전극 극판(4)의 에지를 랩핑하기 위해 별도의 구조 부재를 추가할 필요가 없기 때문에 구조가 비교적 간단하다. 더 중요한 것은, 전극 극판(4)의 에지를 랩핑하기 위해 기타 구조 부재를 사용하면 리튬이온의 정상적인 전달에 영향을 미쳐 랩핑된 영역의 리튬이온의 전달이 차단되어 전극 어셈블리(201)와 배터리 셀(20) 전체 용량 손실을 초래하고, 또한 기타 구조 부재가 양극 극판의 에지를 랩핑하는 경우, 랩핑된 영역의 에지의 리튬이 여전히 정상적으로 탈리될 수 있기 때문에 대응되는 음극 극판 영역에는 리튬이 축적될 위험이 있어 안전위험을 일으키기 쉽다. 그러나 본 출원은 분리막(3)을 이용하여 전극 극판(4)의 에지를 커버하면, 상응한 문제를 효과적으로 해결할 수 있고, 따라서, 분리막(3)은 리튬이온의 전달을 차단하지 않기 때문에 전극 어셈블리(201)와 배터리 셀 (20)의 전체 용량의 손실을 초래하지 않고, 리튬 축적 위험을 증가시키지 않는 반면, 분리막(3)으로 양극 극판(24)의 에지를 커버할 경우, 양극 극판(24) 에지가 랩핑된 영역의 리튬이온 전달 속도를 늦출 수 있고, 에지 영역의 리튬이온 저장량을 감소시켜 오히려 에지의 리튬석출 위험을 줄이는데 유리하다.
또한, 본 출원에 있어서, 제1 극판(1)은 Z형 폴딩 방식을 이용하고, 제2 극판(2)은 U형 반접힘 폴딩 방식을 이용하기에, 분리막(3)으로 제1 극판(1)의 에지를 피복하는 경우에 비해, 분리막(3)을 이용하여 제2 극판(2)의 에지를 피복하면 더욱 간단하고 편리하다.
아울러, 두 장의 분리막(3)으로 피복된 제2 극판(2)의 에지는 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 에지이기에, 제2 극판(2)이 정상적으로 인출되는 것에 영향을 미치지 않는다.
이로부터 알 수 있다시피, 동일한 제2 극판(2)의 두께 방향의 대향되는 양측에 위치하는 두 장의 분리막(3)이 모두 접힘되어 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 에지를 피복하도록 하여, 비교적 간단한 구조에 기반하여, 전체 용량에 영향을 미치지 않고, 리튬 석출 위험도 증가되지 않는 기초 상에, 에지 이물질로 인한 단락 사고의 발생을 더욱 신뢰적으로 저지함으로써, 더욱 효과적으로 안전 성능을 향상시킨다.
여기서, 두 장의 분리막(3)으로 제2 극판(2)의 에지를 피복하는 경우, 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 모든 에지를 피복하여, 제2 극판(2)의 탭(15)이 위치하는 에지 이외의 다른 에지는 모두 두 층의 분리막(3)의 플랜징(31)으로 피복되도록 할 수 있어, 각 제2 적층편(21)의 모든 자유 에지의 완전 밀폐 피복을 구현함으로써, 안전 성능을 더욱 강화한다.
분리막(3)과 제2 극판(2)을 조합하는 경우, 열압착 또는 접착 등 방식으로, 분리막(3)을 제2 극판(2)에 복합하여, 피복 견고성을 강화할 수 있다. 또한, 전극 극판(4)의 에지의 리튬 이온 삽입 및 이탈 정도는 열압착 또는 접착 공정에 의해 조절될 수 있다.
제2 극판(2)을 편리하게 폴딩하기 위해, 일부 실시예에서, 분리막(3)은 제2 극판(2)이 폴딩되기 전에 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 에지를 피복한다.
다음으로 도 3 내지 도 33에 나타낸 각 예시에 대해 추가로 소개한다.
설명을 단순화하고 이해를 용이하게 하기 위해, 아래의 설명에서는 도 5의 상, 하, 좌, 우에 기반하여 상, 하, 좌, 우를 정의하며, 여기서, 도 5의 상, 하, 좌, 우는 도 14의 상, 하, 좌, 우와 일치하고, 배터리 셀(20) 및 배터리(10)가 차량에 정상적으로 설치될 때의 방향 및 위치 관계에 부합되며, 여기서, “상”은 중력 방향과 반대되는 방향이고, “하”는 중력 방향과 동일한 방향이다.
또한, 설명해야할 것은, 제1 극판(1)과 제2 극판(2) 사이의 관계를 명백하게 보여주기 위해, 일부 도면에서, 예를 들어 도 10 내지 도 12, 도 17 내지 도 18, 도 23 및 도 24에서, 분리막(3)을 도시하지 않는다.
우선, 도 3 내지 도 13에 도시된 제1 실시예를 소개한다.
도 3 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1 실시예에서, 배터리 셀(20)은 사각형 적층 배터리이며, 대향되는 양측에서 외부로 전기 에너지를 전송한다.
여기서, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 실시예에서, 배터리 셀(20)의 하우징(202)은 사각형이고, 하우징 바디(203)의 좌우 양단에는 하나의 엔드 커버(204)가 각각 마련되며, 이 2개의 엔드 커버(204)는 하우징 바디(203)의 좌우 양단에 착탈 가능하게 연결되어 전극 어셈블리(201) 및 전해액 등을 수용하기 위한 밀폐 공간이 하우징(202)의 내부에 형성되도록 한다.
두 개의 엔드 커버(204)에는 모두 전극 단자(206)가 설치되어 배터리 셀(20)의 두 개의 전극 단자(206)가 하우징 (202)의 좌우에 위치하도록 한다. 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 음극 단자(20a)는 좌측 엔드 커버(204)에 설치되고, 양극 단자(20b)는 우측 엔드 커버(204)에 설치된다.
좌우 양측의 두 개의 전극 단자(206)의 전기적 연결을 구현하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 전극 어셈블리(201)의 탭(15)은 전극 어셈블리(201)의 좌우 양측에 설치된다. 구체적으로, 도 5 및 도 6으로부터 알 수 있다시피, 음극탭(13)은 전극 어셈블리(201)의 좌측에 설치되고, 좌측에 위치하는 어탭터(205)를 통해 좌측에 위치하는 음극 단자(20a)에 전기적으로 연결되며; 또한, 도 5 및 도 7으로부터 알 수 있다시피, 양극탭(23)은 전극 어셈블리(201)의 우측에 설치되고, 우측에 위치하는 어탭터(205)를 통해 우측에 위치하는 양극 단자(20b)에 전기적으로 연결된다. 이와 같이, 전극 어셈블리(201)에서 생성된 전기 에너지는 좌우 방향의 대향되는 양측으로부터 외부로 전달될 수 있다.
도 5 내지 도 13은 상기 실시예의 전극 어셈블리(201)의 구조 및 적층 과정을 나타낸다.
도 5 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 전극 어셈블리(201)는 제1 극판(1), 제2 극판(2) 및 분리막(3)을 포함한다. 제1 극판(1), 제2 극판(2) 및 분리막(3)은 적층 방식으로 교대로 함께 적층되어, 전극 어셈블리(201)를 형성하고, 이 때의 전극 어셈블리(201)는 통상적으로 배터리 셀이라고도 한다.
도 5 내지 도 13로부터 알 수 있다시피, 해당 실시예에서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)은 각각 음극 극판(14) 및 양극 극판(24)이다. 이러한 경우, 제1 극판(1)의 표면에 도포된 활물질(29)은 양극 활물질이고, 예를 들어 코발트산리튬(LiCoO2), 망간산리튬, 인산철리튬, 니켈코발트망간금속산화물(NCM) 중의 하나 이상이며, 제1 극판(1)의 활물질(29)을 담지하기 위한 집전체는 알루미늄박과 같은 양극 집전체이며, 제1 극판(1)의 탭(15)은 음극탭(13)이고; 아울러, 제2 극판(2)의 표면에 도포된 활물질(29)은 흑연과 같은 음극 활물질이고, 제2 극판(2)의 활물질(29)을 담지하기 위한 집전체는 동박과 같은 음극 집전체이며, 제2 극판(2)의 탭(15)은 양극탭(23)이다.
또한, 도 5 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서 제1 극판(1)은 Z형 폴딩 방식을 사용하고, 제2 극판(2)은 U형 폴딩 방식을 사용하며, 제1 극판(1)의 폴딩 방향(즉, 제1 방향 (X))은 상하 방향을 따르고, 제2 극판(2)의 폴딩 방향(즉, 제2 방향 (Y))은 좌우 방향을 따라, 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)은 직교되어 직교하는 “Z+U”형 적층 방식을 형성하도록 한다. 제1 극판(1)을 Z형으로 폴딩한 다음, 절곡부(25)를 통해 연결된 복수의 제1 적층편(11)을 형성한다. 제2 극판(2)을 U형으로 반접힘 폴딩한 다음,두 개의 절곡부(25)를 통해 연결되는 제2 적층편(21)을 형성한다. 폴딩된 복수의 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 삽입하여, 각각의 제1 적층편(11)과 각각의 제2 적층편(21)이 제3 방향(Z)을 따라 순차적으로 교대로 적층되도록 한다. 제3 방향(Z)은 각 적층 시트의 두께 방향을 따르며, 구체적으로 본 실시예에서 제3 방향(Z)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)에 수직된다.
도 5 내지 도 13으로부터 알 수 있다시피, 해당 실시예에서, 음극 극판(14)으로 구성된 제1 극판(1)은 간격을 두고 탭이 인출되는 방식을 사용하고, 즉, 제1 극판(1)의 각 제1 적층편(11)에서, 한 장의 제1 적층편(11)을 사이에 두고 하나의 탭(15)이 인출되며, 인접된 두 장의 제1 적층편(11) 중 한 장의 제1 적층편(11)에만 탭(15)이 구비된다. 또한, 도 5, 도 6, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 탭(15)이 마련된 제1 적층편(11)은 제2 방향(Y)의 일측에서만 탭이 인출되어 제1 극판(1)이 제2 방향(Y)의 일측에서만 탭이 인출되도록 하고, 이때, 제1 극판(1)의 탭 인출 방식은 단일측 탭 인출이다. 구체적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 극판(1)의 탭(15)은 제1 극판(1)의 좌측에 위치하고, 정확히는 제1 극판(1)의 각각의 탭(15)은 각각 제1 적층편(11)의 좌측 에지에 위치한다. 도 6 및 도 10을 결합하면, 해당 실시예에서, 제1 적층편(11)의 좌측 에지는 제1 극판(1)의 절곡부(25)와 인접한 제1 적층편(11)의 에지인 것을 알 수 있고, 보다시피, 해당 실시예에서 제1 극판(1)의 탭(15)은 절곡부(25)와 인접한 제1 극판(1)의 에지에 위치한다. 본 실시예의 제1 극판(1)은 음극 극판(14)이므로, 제1 극판(1)의 탭(15)은 음극탭(13)이며, 제1 극판(1)의 탭(15)을 좌측에 설치하여 음극탭(13)이 배터리 셀(20) 좌측에 위치하는 음극 단자(20a)에 전기적으로 연결되기에 용이하다.
계속하여 도 5 내지 도 13을 참조하면, 해당 실시예에서, 양극 극판(24)으로 구성된 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21) 중 한 장에만 탭(15)이 구비되고, 탭(15)은 제2 극판(2)의 절곡부(25)에서 이격하는 제2 적층편(21)의 단부에 위치하며, 이 경우, 두 장의 제2 적층편(21)은 절곡부(25)를 통해 연결되기 때문에, 제2 극판(2)에 모두 1개의 탭(15)이 마련되어도 외부로 원활하게 전기 에너지를 전달할 수 있다. 또한, 도 5 내지 도 7을 결합하면, 해당 실시예에서, 모든 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 모두 좌측을 향하고 제1 극판(1)의 탭(15)이 설치되지 않은 제1 적층편(11)의 좌측 에지를 감싸며, 아울러, 모든 제2 극판(2)의 탭(15)은 제2 극판(2)의 우측에 위치하며, 다시 말해서, 각각의 제2 적층편(21)의 탭(15)은 모두 상응한 제2 적층편(21)의 우측 에지에 위치함을 알 수 있다. 본 실시예의 제2 극판(2)은 양극 극판(24)이므로, 제2 극판(2)의 탭(15)은 양극탭(23)이며, 제2 극판(2)의 탭(15)을 우측에 설치하여 양극탭(23)이 우측에 위치하는 음극 단자(20b)에 전기적으로 연결되기에 용이하다.
해당 실시예에서, 제1 극판(1)은 간격을 두고 탭이 인출되는 방식을 사용하고, 제2 극판(2)은 단일측에서 탭이 낱장으로 인출되는 방식을 사용하며, 또한, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)은 탭 인출 방향은 반대되며, 제2 방향(Y)의 대향되는 양측에 위치하고, 각각 좌측 및 우측을 향해 연장되므로, 양극탭과 음극탭은 상호 간섭하지 않고 각각 좌우 양측의 양극 단자 및 음극 단자에 편리하게 전기적으로 연결될 수 있어 좌우 양측에 전극 단자가 설치되는 배터리 셀의 설계 요구를 만족시킨다. 물론, 도 7을 참조하면, 해당 실시예에서, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)에 모두 탭(15)이 마련될 수도 있는데, 해당 실시예에서 탭이 인출되는 제2 극판(2)이 일측에서 제1 극판(1)은 탭이 인출되지 않으므로, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)에서 모두 탭이 인출되더라도 제1 극판(1)의 탭을 간섭하지 않는다. 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)에 모두 탭(15)이 마련될 경우, 도전 효율이 더 높고 도전 신뢰성이 더 강하다.
또한, 도 6, 도 11 및 도 12를 결합하면, 해당 실시예에서, 제2 극판(2)의 절곡부(25) 및 절곡부(25)의 양단 근처에 위치하는 일부 직선 구간은 불활성 영역(26)으로 구성되고, 제1 극판(1)을 향하는 불활성 영역(26)의 표면에는 활물질(29)이 코팅되지 않으며, 세라믹 코팅층, 접착제 또는 페이스트 등 절연 물질(27)을 사용하여 절연 처리된다.
해당 실시예에서, 제2 극판(2)은 양극 극판(24)이고, 따라서, 제2 극판(2)의 제1 극판(1)을 피복하는 절곡부(25) 및 그 근처 영역은 불활성 영역(26)으로 구성되어, 상응한 불활성 영역(26)에서 리튬이온이 생성되지 않도록 함으로써, 상응 불활성 영역(26)까지 연장된 제1 적층편(11)의 부분이 음극 극판(14)의 양극 극판(24)을 초과하는 부분이 되고, 즉 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분이 되도록 할 수 있으며, 이로써 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 제1 극판(1)을 초과하여, 리튬 석출을 초래하는 문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 작업 안전성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 불활성 영역(26)의 면적 크기를 제어하기만 하면, 상응 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 효과적으로 제어할 수 있어, 간단하고 편리하며, 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 제어하기 어려운 문제를 교묘하게 해결할 수 있다.
불활성 영역(26)에 추가로 절연 물질(27)을 마련하면, 양극 극판, 음극 극판 사이의 절연성을 강화할 수 있고, 양극 극판, 음극 극판 사이 단락을 더욱 확실하게 방지할 수 있어, 안전 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 전극 어셈블리(201) 조립 시, 제1 방향(X)을 따라 제1 극판(1)을 왕복 폴딩하고 다수의 제2 극판(2)을 반접힘 폴딩한 다음, 반접힘 폴딩된 다수의 제2 극판(2)을 절곡부(25)에 인접되고 탭(15)이 설치되지 않은 제1 극판(1)의 일측으로부터 탭(15)이 인출되지 않은 제1 극판(1)의 각 제1 적층편(11)의 위치로 삽입하기만 하면, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)의 직교 적층 과정을 완료할 수 있다. 상기 적층 과정은 간단하고 편리하며, 사전 커팅 과정도 비교적 간단하기에, 전극 어셈블리(201), 배터리 셀(20), 배터리(10) 및 전기 장치(100)의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 이는 적층 배터리의 보급 응용에 중요한 의미를 갖는다.
여기서, 각 제2 극판(2)이 반접힘 폴딩된 후, 그 두 장의 제2 적층편(21)은 완전히 합지되지 않고, 일정한 각도로 벌어져 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 삽입하기에 편리하도록 한다.
다음으로 도 14 내지 도 22에서 도시된 제2 실시예를 소개한다. 설명을 단순화하기 위해, 아래에서는 주로 상기 제2 실시예와 제1 실시예의 상이한 부분을 소개하고, 소개되지 않은 다른 부분은 제1 실시예를 참조하여 이해할 수 있다.
도 14 내지도 22에 도시된 바와 같이, 상기 제2 실시예에서, 배터리 셀(20)은 여전히 사각형 적층형 배터리이고, 전극 어셈블리(201)는 여전히 직교 “Z+U”자형 적층 방식을 사용하지만, 좌우 양측 탭 및 전극 단자 인출 방식을 더 이상 사용하지 않고, 최상부의 탭 및 전극 단자 인출 방식을 사용한다.
구체적으로, 도 14 및 도 15로부터 알 수 있다시피, 해당 실시예에서, 하우징(202)에는 탈착 가능하게 연결된 엔드 커버(204)가 1개만 구비되고, 또한, 상기 엔드 커버(204)는 하우징 바디(203)의 최상단에 착탈 가능하게 연결된다. 두 개의 전극 단자(206), 즉 음극 단자(20a) 및 양극 단자(20b)는 모두 상기 탑부의 엔드 커버(204)에 마련되고, 상기 탑부의 엔드 커버(204)로부터 위로 하우징(202)의 외부까지 인출된다. 구체적으로, 음극 단자(20a)는 탑부 엔드 커버(204)의 좌측 부분에 위치하고, 양극 단자(20b)는 탑부 엔드 커버(204)의 우측 부분에 위치한다.
또한, 도 16 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, Z형 폴딩 방식을 사용하는 제1 극판 (1)의 폴딩 방향(즉, 제1 방향 (X))은 좌우 방향을 따르고, 동시에 U형 폴딩 방식을 사용하는 제2 극판(2)의 폴딩 방향(즉, 제2 방향(Y))은 위를 향하며, 이와 같이, 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)은 직교하여 직교하는 ‘Z+U’형 폴딩 방식을 형성한다. 제1 극판(1)이 폴딩된 후 형성된 복수의 제1 적층편(11), 및 모든 제2 극판(2)이 반접힘 폴딩된 후 형성된 복수의 제2 적층편(21)은 제3 방향(Z)을 따라 순차적으로 교대로 적층된다. 제3 방향(Z)은 각 적층의 두께 방향을 따르고, 해당 실시예에서, 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)은 수직된다.
도 16 내지 도 20으로부터 알 수 있다시피, 해당 실시예에서, 제1 극판(1)은 음극 극판(14)으로 구성되고, 더 이상 단일측에서 간격을 두고 탭이 인출되는 방식을 사용하지 않고 단일측에서 연속적으로 탭이 인출되는 방식을 사용하며, 구체적으로, 제1 극판(1)의 각 제1 적층편(11)에서, 각각의 제1 적층편(11)에 모두 1개의 탭(15)이 마련되며, 또한, 제1 극판(1)의 모든 탭(15)은 모두 각각이 위치한 제1 적층편(11)의 최상부 에지에 위치한다. 해당 실시예의 제1 극판(1)은 음극 극판(14)이고, 따라서 제1 극판(1)의 탭(15)은 음극탭(13)이며, 제1 극판(1)의 탭(15)을 제1 극판(1)의 탑부 에지에 마련하여, 음극탭(13)을 배터리 셀(20) 탑부에 위치한 음극 단자(20a)에 전기적으로 연결하기에 편리하도록 한다. 도 17에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 제1 적층편(11)의 최상부 에지는 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 인접된 제1 적층편(11)의 에지이고, 보다시피, 해당 실시예에서, 제1 극판(1)의 탭(15)은 절곡부(25)에 인접된 제1 극판(1)의 에지에 위치한다.
계속하여 도 16 내지 도 20을 참조하면, 해당 실시예에서, 제2 극판(2)은 양극 극판(24)으로 구성되고, 더 이상 단일측에서 탭이 낱장으로 인출되는 방식을 사용하지 않고 단일층에서 탭이 두장으로 인출되는 방식을 사용하며, 다시 말해서, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)에 모두 탭(15)이 마련되며, 탭(15)은 모두 제2 극판(2)의 절곡부(25)에서 이격하는 제2 적층편(21)의 단부에 위치한다. 해당 실시예에서, 제2 극판(2)의 폴딩 방향이 상방향을 향하고, 따라서 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 하방향을 향하며, 제2 적층편(21)의 제2 극판(2)의 절곡부(25)에서 이격하는 단부가 바로 제2 적층편(21)의 탑부 에지이고, 따라서 해당 실시예에서 제2 극판(2)의 모든 탭(15)은 모두 제2 극판(2)의 탑부 에지에 위치한다. 해당 실시예의 제2 극판(2)은 양극 극판(24)이고, 따라서, 제2 극판(2)의 탭(15)은 양극탭(23)이며, 제2 극판(2)의 탭(15)을 제2 극판(2)의 탑부 에지에 마련하여, 양극탭(23)을 배터리 셀(20) 탑부의 음극 단자(20b)에 전기적으로 연결하기에 편리하도록 한다.
해당 실시예에서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭(15)이 모두 탑부에 위치하고, 따라서, 제1 극판(1)의 탭(15) 및 제2 극판(2)의 탭(15)은 제2 방향(Y)의 동일측에 위치한다. 이 경우, 양극탭 및 음극탭이 상호 간섭하지 않도록 하기 위해, 도 17에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 제1 극판(1)의 탭(15)과 제2 극판(2)의 탭(15)은 제1 극판(1)의 폴딩 방향(즉 제1 방향(X))으로 엇갈리게 배치된다. 구체적으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 제1 극판(1)의 임의의 인접한 두 개의 절곡부(25)에서, 하나의 절곡부(25) 부근의 에지에만 탭(15)이 설치되고, 다른 하나의 절곡부(25) 부근의 에지에는 탭(15)이 설치되지 않는다. 제1 극판(1)의 모든 탭(15)은 모두 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 가깝게 배치되나, 제2 극판(2)의 모든 탭(15)은 모두 제1 극판(1)의 절곡부(25)를 멀리 떨어지게 배치된다. 이와 같이, 제1 극판(1)의 탭(15) 및 제2 극판(2)의 탭(15)은 제1 방향(X)에서 완전히 어긋나고 서로 겹치지 않으며, 따라서, 양극탭, 음극탭을 동일측에 배치하는 경우, 양극탭, 음극탭이 서로 간섭되지 않도록 효과적으로 방지할 수 있다.
양극탭, 음극탭이 제1 방향(X)에서 어긋나게 배치되고, 제1 방향(X)이 좌우 방향을 따르므로, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 양극탭, 음극탭이 좌우 방향에서 어긋나도록 할 수 있고, 모든 음극탭(13)은 모두 탑부 좌측에 위치하며, 모든 양극탭(23)은 탑부 우측에 위치하여, 양극탭, 음극탭을 각각 탑부 좌측의 음극 단자(20a) 및 탑부 우측의 양극 단자(20b)에 전기적으로 연결하기에 편리하여, 탑부로부터 전극 단자를 인출하는 배터리 셀의 설계 요구를 충족시킨다.
전술한 바와 같이, 해당 실시예에서, 모든 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 모두 하방향을 향하고, 이러한 경우, 전극 어셈블리(201) 및 배터리 셀(20)의 방열 성능을 개선하기 위해, 도 22를 참조하면, 해당 실시예에서, 모든 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 모두 하우징(202)의 저벽의 내면에 접촉된다. 해당 실시예의 제2 극판(2)은 수직 방향으로 배치되고, 제2 극판(2)의 절곡부(25)의 방향이 중력 방향과 일치하며, 정확하게 말해서, 제1 극판(1)에서 이격하는 제2 극판(2)의 절곡부(25)의 표면은 중력 방향을 향하고, 따라서, 전극 어셈블리(201)를 하우징(202)에 장입한 후, 제2 극판(2)은 중력 작용 하에 자연스럽게 가라앉을 수 있어, 제2 극판(2)의 절곡부(25)와 하우징(202) 저벽 내면의 자연적인 접촉을 구현한다. 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202)의 저벽에 접촉된 후, 압력을 받아 변형될 수 있어, 제1 극판(1)에서 이격하는 절곡부(25)의 표면이 호형을 이루어 대체로 직사각형을 형성함으로써, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 하우징(202)의 저벽에 더욱 충분히 접촉되기에 편리하다.
제2 극판(2)의 절곡부(25)와 하우징(202)은 모두 금속재로 제조되어, 열전도성능이 우수하고, 전극 어셈블리(201)의 모든 제2 극판(2)의 절곡부(25)와 하우징(202) 저벽의 접촉 면적이 비교적 크며, 대체로 하우징(202) 저벽 내면 면적의 절반이고, 따라서, 해당 실시예에서, 전극 어셈블리(201)는 하우징(202)과 고효율적으로 충분히 접촉되어 열을 전달하여, 전극 어셈블리(201)에서 생성된 열량이 빠르게 하우징(202) 외부로 확산되어 사라지도록 하여, 작업 안전성을 향상시킨다.
상기 제2 실시예에서, 제2 극판(2)에도 절곡부(25)를 포함하는 불활성 영역(26)이 마련되며, 불활성 영역(26)에도 절연 물질(27)이 마련되어, 추가적으로 절연하여 리튬 석출을 방지하고 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 효과적으로 제어함으로써 안전성을 향상시킨다. 구체적으로 제1 실시예에 따른 관련 설명을 참조하여 이해할 수 있고, 여기서 중복된 서술을 생략된다.
다음으로 도 23 및 도 24에 도시된 제3 실시예를 소개한다.
도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이,본 제3실시예에서, 전극 어셈블리(201)는 더 이상 직교하는 “Z+U”형 적층 방식을 사용하지 않고, 평행되는 “Z+U”형 적층 방식을 사용하며, 즉, Z형으로 폴딩된 제1 극판(1)의 폴딩 방향(제1 방향 (X))은 U형으로 반접힘 폴딩된 제2 극판(2)의 폴딩 방향(제2 방향 (Y))에 평행된다. 적층 완료 후, 각 적층의 적층 방향(즉 제3 방향(Z))은 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제1 극판(1)의 종방향에 수직된다. 이 때, 제1 극판(1)의 종방향은 제2 방향(Y)(제1 방향(X)) 및 제3 방향(Z)에 수직된다.
또한, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 제1 극판(1)과 제2 극판(2)은 각각 음극 극판(14) 및 양극 극판(24)이고, 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 제1 극판(1)의 절곡부(25)를 랩핑하는 동시에, 임의의 두 개의 인접한 제2 극판(2)은 제1 극판(1)의 제1 방향(X)에 따른 대향되는 양측에 위치하여 제1 극판(1)의 상이한 절곡부(25)를 랩핑한다. 여기서, 두 장의 제2 극판(2)은 한쌍이고, 제1 극판(1)의 두 개의 연속된 절곡부(25)를 피복하나, 인접한 두 쌍의 제2 극판(2)의 사이마다 하나의 제1 극판(1)의 절곡부(25)가 있고, 다시 말해서, 제1 극판(1)의 두 개의 연속된 절곡부(25)가 감싸진 후, 하나의 절곡부(25)가 감싸지지 않으며, 다음, 또 두 개의 연속된 절곡부(25)가 감싸지고, 다음, 또 하나의 절곡부(25)가 감싸지 않으며, 이와 같이 반복된다. 도 24에서 한 쌍의 제2 극판(2)만을 분해 처리하고, 다른 여러 쌍의 제2 극판(2)은 제1 극판(1)에 랩핑된 상태를 나타내는 것으로 이해할 수 있다.
아울러, 도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭(15)은 모두 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하고, 탭 인출 방향이 같으며, 모두 제1 극판(1) 종방향(또는 길이 방향이라고 함)의 동일측에 위치하여, 배터리 셀 동측에서 탭 및 전극 단자를 인출하는 설계 요구를 충족시킨다. 여기서, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)에 모두 하나의 탭(15)이 마련되고; 제1 극판(1)의 각 제1 적층편(11)에도 모두 하나의 탭(15)이 마련된다. 제1 극판(1)의 모든 탭(15) 및 제2 극판(2)의 모든 탭(15)은 제1 방향(X)에서 어긋나게 배치되어, 양극탭, 음극탭이 서로 간섭하는 것을 방지한다. 구체적으로, 해당 실시예에서, 제2 극판(2)의 탭(15)은 모두 절곡부(25)에 인접한 에지의 절곡부(25)에서 이격하는 일단에 위치하고, 제1 극판(1)의 모든 탭(15)은 모두 절곡부(25)에 연결된 에지의 절곡부(25)에 가까운 일단에 위치하며, 해당 실시예에서, 제2 극판(2)의 절곡부(25)가 제1 극판(1)의 절곡부를 감싸기에, 이와 같이 설치한 후, 제1 극판(1)의 모든 탭(15) 및 제2 극판(2)의 모든 탭(15)이 제1 방향(X)에서 어긋나게 배치되도록 할 수 있다.
이로부터 알 수 있다시피, 해당 도 23 및 도 24는 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 동일측 탭 인출 경우를 예로 들어, 평행되는 “Z+U”형 적층 방식을 보여준다. 그러나 평행되는 “Z+U”형 적층 방식 이용 시, 제1 극판(1) 및 제2 극판(2)의 탭 인출 방향은 서로 반대될 수도 있고, 제1 극판(1)의 종방향의 대향되는 양측에 위치하는 것을 이해해야 한다.
도 25 내지 도 32는 본 출원의 제2 극판(2)의 구조를 예시적으로 보여준다.
제2 극판(2)은 폴딩 가능하고, 그 폴딩 전후의 상태를 각각 전개 상태 및 폴딩 상태라고 한다. 배터리 셀 (20)의 완제품에서 제2 극판(2)은 폴딩 상태이며, 상응한 폴딩 상태는 도 6 내지 도 24에 나타내고 있다. 도 25 내지 도 32에 도시된 것은 전개 상태의 제2 극판(2), 즉 폴딩되지 않은 제2 극판(2)의 구조이다.
여기서, 도 25는 제2 극판(2)의 제1 예시를 나타낸다. 도 25에 도시된 바와 같이, 해당 예시에서, 제2 극판(2)에 불활성 영역(26)이 마련되고, 상기 불활성 영역(26)의 표면에는 활물질(29)이 마련되지 않으며, 따라서, 상기 불활성 영역(26)은 실제로 활물질(29)에 의해 랩핑되지 않은 집전체 부분이다. 불활성 영역(26)의 표면에 절연 물질(27)이 마련되어, 양극 극판, 음극 극판 사이의 절연성을 개선할 수 있다.
또한, 도 25에 도시된 바와 같이, 해당 예시에서, 제2 극판(2)에 폴딩 가이드부(28)가 설치되고, 상기 폴딩 가이드부(28)는 제2 극판(2)의 불활성 영역(26) 내에 마련되며, 구체적으로 폴딩 자국(282)이다. 여기서, 폴딩 자국(282)은 직선폴딩 자국이고, 이는 제2 극판(2)의 폭방향의 하나의 에지로부터 제2 극판(2)의 폭방향의 다른 하나의 에지까지 연장되며, 연장 방향은 제2 극판(2)의 폭방향에 평행된다. 이에 따라, 필요 시, 폴딩 자국(282)에 따라, 제2 극판(2)을 반접힘 폴딩하기만 하면, 제2 극판(2)의 U형 반접힘 폴딩을 완성할 수 있고, 제2 극판(2)에 폴딩 가이드부(28)를 마련하지 않은 경우에 비해, 폴딩 과정이 더욱 간단하고 편리하다. 폴딩 후, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)은 폭 방향에서 에지가 정렬되고, 편향되지 않는다. 아울러, 폴딩 자국(282)이 불활성 영역(26) 내에 마련되어 있기에, 폴딩된 후, 불활성 영역(26)은 두 장의 제2 적층편(21)을 연결하는 절곡부(25)를 포함하여, 불활성 영역(26)을 이용하여 음극 극판이 양극 극판을 초과하는 부분의 면적 크기를 제어하기에 편리하고, 안전성을 향상시킨다.
도 26 및 도 27은 제2 극판의 제2 예시를 나타낸다. 도 26에 도시된 바와 같이, 해당 예시에서, 제2 극판(2)의 불활성 영역(26) 내에 여전히 폴딩 가이드부(28)가 마련되나, 도 25에 도시된 제1 예시와의 차이점은 폴딩 가이드부(28)가 폴딩 자국(282)이 아닌 인덴테이션(281)이고, 또한, 해당 예시에서, 인덴테이션(281)은 연속 직선 인덴테이션이며, 제2 극판(2)의 폭방향의 하나의 에지로부터 제2 극판(2)의 폭방향의 다른 하나의 에지까지 연장되며, 연장 방향은 제2 극판(2)의 폭방향에 평행된다. 이와 같이, 인덴테이션(281)에 따라, 제2 극판(2)을 반접힘 폴딩하기만 하면, 제2 극판(2)의 U형 반접힘 폴딩을 완성할 수 있어, 간단하고 편리하다. 폴딩 자국(282)에 비해, 인덴테이션(281)은 제2 극판(2)의 두께 방향에서 일정한 깊이를 가지기에, 폴딩을 가이드하기에 더욱 편리하고, 제2 극판(2)을 인덴테이션(281)에 따라 반접힘 폴딩하도록 더욱 정확하게 가이드할 수 있고, 편차가 쉽게 발생하지 않는 동시에, 인덴테이션(281)은 제2 극판(2)의 생산 과정에서 직접 가공하여 얻을 수 있고, 제2 극판(2) 가공 후 사전 폴딩을 통해 얻을 필요가 없으며, 따라서, 인덴테이션(281)의 가공 과정도 비교적 간편하다.
도 28 및 29는 제2 극판의 제3 예시를 나타낸다. 도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이, 해당 예시에서, 제2 극판(2)의 불활성 영역(26) 내의 폴딩 가이드부(28)는 여전히 인덴테이션(281)이고, 인덴테이션(281)은 여전히 제2 극판(2)의 폭방향에 따라 연장되나, 해당 예시에서, 인덴테이션(281)은 연속 직선 인덴테이션이 아닌, 제2 극판(2)의 폭방향을 따라 간격을 두고 병렬되는 다수의 작은 구멍으로 이루어진 점형상 점선형 인덴테이션으로 바뀐다. 이러한 오리피스는 관통홀 또는 블라인드홀 모두가 가능하다. 이에 따라, 제2 극판(2)의 반접힘 폴딩을 편리하게 완성할 수도 있다.
도 30 및 도 31은 제2 극판의 제4 예시를 나타낸다. 도 30 및 도 31에 도시된 바와 같이, 해당 예시에서, 제2 극판(2)의 불활성 영역(26) 내에 마련된 것은 여전히 제2 극판(2)의 폭방향에 평행되는 점선형 인덴테이션이나, 도 28 및 도 29에 도시된 제3 예시와의 차이점은, 해당 예시에서, 점선형 인덴테이션(281)은 점상 점선형 인덴테이션이 아닌 선형 점선형 인덴테이션이다. 이에 따라, 제2 극판(2)의 반접힘 폴딩을 편리하게 완성할 수도 있다.
도32는 제2 극판의 제5 예시를 나타낸다. 도 32에 도시된 바와 같이, 해당 예시와 전술한 도 25 내지 도 31에 도시된 각 예시의 주요 차이점은, 폴딩 가이드부(28)가 제2 극판(2)의 폭방향에 평행되지 않고, 제2 극판(2)의 폭방향과 협각을 이루며, 다시 말해서, 해당 예시에서, 폴딩 가이드부(28)는 제2 극판(2)의 폭방향에 대해 편향되었다. 이로써, 폴딩된 후, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)은 폭 방향에서 정렬되지 않고, 편향되어, 제2 극판(2)이 폴딩된 후, 일정한 각도로 벌어져, 제1 극판(1)에 삽입되기에 편리할 뿐만 아니라 제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 조립한 후, 각 제2 적층편(21)이 제1 적층편(11)을 초과하지 않도록 하기에 편리하여, 리튬 석출 위험을 줄인다.
설명해야 할 것은, 도 32에 도시된 폴딩 가이드부(28)는 연속 직선형이지만, 대안으로 상기 편향된 폴딩 가이드부(28)는 점형 또는 선형 점선형과 같은 다른 구조 형태도 사용할 수 있으며, 또한, 상기 편향된 폴딩 가이드부(28)는 폴딩 자국(282)일 수 있고, 인덴테이션(281)일 수도 있다.
도 25 내지 도 32를 종합하여 알 수 있다시피, 이러한 여러 예시에서, 제2 극판(2)의 양단에 모두 탭(15)이 마련되고, 다시 말해서, 제2 극판(2)의 두 장의 제2 적층편(21)에 모두 탭(15)이 구비되며, 제2 극판(2)은 단측에서 탭이 두 장 인출되는 방식을 이용하나, 이러한 구성은 본 출원을 한정하고자 하는 것이 아니고, 제2 극판(2)의 일단에만 탭(15)이 마련되고, 두 장의 제2 적층편(21)의 한 장에만 탭(15)이 마련되는 경우에도, 제2 극판(2)에 전술한 다양한 폴딩 가이드부(28)를 마련할 수 있다.
도 33은 두 개의 분리막(3)으로 에지 커버링된 제2 극판(2)의 예시를 나타낸다.
도 33에 도시된 바와 같이, 해당 실시예에서, 동일한 제2 극판(2)의 두께 방향의 대향되는 양측에 위치하는 두 장의 분리막(3)은 모두 접힘되어 플랜징(31)을 형성하고, 두 장의 분리막(3)의 플랜징(31)은 모두 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 모든 에지를 랩핑하여, 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 모든 에지를 두 층의 분리막(3)의 플랜징(31)으로 랩핑하도록 한다. 플랜징(31)이 제2 극판(2)의 에지 근처의 1-20 mm 영역을 감싼다. 피복 과정에서, 제2 극판(2)의 제1 측에 위치한 분리막(3)을 먼저 접어, 접힘 형성된 플랜징(31)이 상응한 에지에 대응되는 제2 극판(2)의 표면을 돌아, 제2 극판(2)의 제2 측에 도달하고, 제2 측 표면의 상응한 에지에 인접한 1-20 mm 영역을 피복하여, 내측 에지 커버링을 형성하도록 할 수 있고; 그 후, 제2 극판(2)의 제2 측에 위치한 분리막(3)을 접힘하여, 접힘 형성된 플랜징(31)이 상응한 에지에 대응되는 제2 극판(2)의 표면을 돌아, 제2 극판(2)의 제1 측에 도달하고, 제1 측 표면의 상응한 에지에 인접한 1-20 mm 영역을 피복하여, 내측 에지 커버링 외부에 감싸진 외측 에지 커버링을 형성하며, 이와 같이 분리막 이중으로 에지 커버링을 얻는다. 여기서 각층의 분리막 바인딩 완료 후, 모두 열압착 또는 접착제 접착 등 방식으로 분리막 에지 커버링 영역을 고정시킨다. 또한, 상응한 에지 커버링 과정은 제2 극판(2)의 반접힘 폴딩 이전 또는 절편 이전에 완성할 수 있다.
마련된 분리막의 이중 에지 커버링은 전체 용량에 영향을 미치지 않고, 리튬 석출 위험을 증가시키지 않는 기초 상에, 에지 이물질로 인한 단락 사고의 발생을 더욱 신뢰적으로 저지할 수 있다. 따라서, 분리막(3)으로 제2 극판(2)을 에지 커버링하지 않는 상황에 비해, 안전 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 34 및 도35를 참조하면, 전술한 각 실시예에 기반하여, 본 출원은 또한 전극 극판의 제조 방법 및 전극 어셈블리의 제조방법을 제공한다.
여기서, 도 34는 예시적으로 전극 극판의 제조 방법을 나타낸다. 도 34를 참조하면, 전극 극판(4)의 제조 방법은,
전극 극판(4)에 폴딩 가이드부(28)를 설치하는 단계 S10;
전극 극판(4)이 폴딩 가이드부(28)의 가이드에 따라 폴딩되도록 하는 단계 S20를 포함한다.
상기 방법으로 제조된 전극 극판(4)은 폴딩된 것이으로, 전극 극판(4)을 폴딩 한 다음 조립하여 전극 어셈블리(201)를 형성할 수 있도록 하므로, 관련 기술에서 낱장 적층 방식에 비해 적층형 배터리의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 전극 극판(4)은 폴딩 과정에서 폴딩 가이드부(28)의 가이드에 따라 보다 편리하게 폴딩될 수 있고, 폴딩 효율이 더욱 높으므로, 적층 배터리의 생산 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 35는 예시적으로 전극 어셈블리의 제조 방법을 나타낸다. 도 35를 참조하면, 전극 어셈블리(201)의 제조 방법은，
제1 극판(1)을 제공하되, 제1 극판(1)을 제1 방향(X)에 따라 왕복으로 폴딩하여, 제1 극판(1)이 순차적으로 연결되고 적층되는 복수의 제1 적층편(11)을 포함하도록 하는 단계 S100;
제1 극판(1)과 극성이 반대되는 제2 극판(2)을 제공하되, 제2 극판(2)을 제2 방향(Y)에 따라 1회 폴딩하여, 제2 극판(2)이 서로 연결된 두 장의 제2 적층편(21)을 포함하도록 하고, 제2 방향(Y)이 제1 방향(X)에 수직되거나 또는 평행되는 단계 S200; 및
제2 극판(2)을 제1 극판(1)에 삽입하여, 제2 적층편(21)과 제1 적층편(11)이 순차적으로 교대로 적층되도록 하는 단계 S300을 포함한다.
상기 방법을 사용하여 전극 어셈블리(201)를 제조하면 효율이 높고 전극 어셈블리, 배터리 셀, 배터리 및 전기 장치의 생산 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
여기서, 단계 S100 및 단계 S200의 선후 순서에 대해 한정하지 않고, 단계 S100을 먼저 수행하고, 단계 S200을 그 후에 수행거나, 단계 S200을 먼저 수행하고, 단계 S100을 그 후에 수행할 수 있거나, 단계 S100 및 단계 S200를 동시에 수행할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 제2 극판(2)을 제2 방향(Y)을 따라 1회 폴딩하기 전에, 제2 극판(2)의 두께 방향을 따라 대향되는 양측에 두 장의 분리막(3)을 마련하고, 동일한 제2 극판(2)의 두께 방향의 대향되는 양측에 위치하는 두 장의 분리막(3)이 모두 접힘되어 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 에지를 피복한다.
제2 극판(2)이 폴딩되기 전에, 두 장의 분리막(3)을 이용하여 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 에지를 이중 에지 커버링하여, 제2 극판(2)을 폴딩하기에 편리한 상황에서, 전극 어셈블리의 안전 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상기 각 실시예의 전극 어셈블리(201)의 제조 방법에 있어서, 제1 극판(1) 및/또는 제2 극판(2)은 폴딩 가이드부(28)의 가이드에 따라 폴딩될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 단계 S200에서 제2 극판(2)을 폴딩 할 때 제2 극판(2)의 폴딩 가이드부(28)를 따라 제2 극판(2)을 폴딩하여 제2 극판(2)이 폴딩 가이드부(28)를 따라 반접힘 폴딩되도록 하고, U형으로 폴딩된 제2 극판(2)을 형성한다.
본 출원의 상기 각 보호 주제 및 각 실시예의 특징은 서로 참조될 수 있고, 구조적으로 허용하는 한, 당업자는 서로 다른 실시예의 기술 특징을 유연하게 조합하여 더 많은 실시예를 형성할 수 있다.
본 출원의 원리 및 실시형태는 구체적인 실시예를 참조하여 본 명세서에 기재되어 있으며, 전술한 실시예의 설명은 본 출원의 방법 및 그의 핵심 사상에 대한 이해를 돕기 위한 것에 불과한다. 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 출원의 원리로부터 벗어나지 않고 본 출원에 대한 여러 개선 및 수정을 수행할 수도 있으며, 이러한 개선과 수정도 본 출원의 특허청구범위의 보호 범위 내에 속해야 한다.
100: 전기 장치 101: 차량
102: 컨트롤러 103: 동력 설비
104: 모터 105: 본체
10: 배터리 20: 배터리 셀
201: 전극 어셈블리 202: 하우징
203: 하우징 바디 204: 엔드 커버
205: 어탭터 206: 전극 단자
20a: 음극 단자 20b: 양극 단자
30: 포장 박스 301: 박스 바디
302: 박스 커버 1: 제1 극판
11: 제1 적층편 12: 제1 탭
13: 음극탭 14: 음극 극판
15: 탭 2: 제2 극판
21: 제2 적층편 22: 제2 탭;
23: 양극탭 24: 양극 극판
25: 절곡부 26: 불활성 영역
27: 절연 물질 28: 폴딩 가이드부
281: 인덴테이션 282: 폴딩 자국
29: 활물질; 3: 분리막
31: 플랜징; 4: 전극 극
X: 제1 방향 Y: 제2 방향
Z: 제3 방향

Claims (27)

  1. 전극 극판(4)으로서,
    상기 전극 극판(4)에는 폴딩 가이드부(28)가 설치되고, 상기 폴딩 가이드부(28)는 상기 전극 극판(4)이 폴딩되도록 가이드하는 것을 특징으로 하는 전극 극판(4).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴딩 가이드부(28)는 폴딩 자국(282) 또는 인덴테이션(281)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 극판(4).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴딩 가이드부(28)는 연속 선형 또는 파단 선형인 것을 특징으로 하는 전극 극판(4).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 폴딩 가이드부(28)는 점선형인 것을 특징으로 하는 전극 극판(4).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폴딩 가이드부(28)는 점형 점선형 또는 짧은 선형 점선형인 것을 특징으로 하는 전극 극판(4).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 폴딩 가이드부(28)는 상기 전극 극판(4)의 폭 방향에 평행되거나, 상기 폴딩 가이드부(28)는 전극 극판(4)의 폭 방향에 대해 경사진 것을 특징으로 하는 전극 극판(4).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 극판(4)에는 상기 폴딩 가이드부(28)가 하나만 설치되어 상기 전극 극판(4)이 1회 폴딩되는 것을 특징으로 하는 전극 극판(4).
  8. 전극 어셈블리(201)로서,
    제1 극판(1); 및
    상기 제1 극판(1)의 극성과 반대되며, 상기 제1 극판(1)과 함께 적층되는제2 극판(2)을 포함하고;
    상기 제1 극판(1)과 상기 제2 극판(2) 중 적어도 하나는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전극 극판(4)인 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 극판(1)을 제1 방향(X)을 따라 왕복 폴딩하여 상기 제1 극판(1)이 순차적으로 연결되고 적층된 다수의 제1 적층편(11)을 포함하도록 하고, 상기 제2 극판(2)은 제2 방향(Y)을 따라 1회 폴딩되어 상기 제2 극판(2)이 서로 연결된 두 장의 제2 적층편(21)을 포함하도록 하며, 상기 제2 방향(Y)은 상기 제1 방향(X)에 수직되거나 평행되고, 상기 제2 적층편(21)과 상기 제1 적층편(11)은 순차적으로 교대로 적층되는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 극판(1)의 절곡부 이외의 에지에 위치하는 상기 제1 극판(1)의 탭(15) 및 제2 극판(2)의 절곡부 이외의 에지에 위치하는 상기 제2 극판(2)의 탭(15) 중 적어도 하나가 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 방향(Y)은 상기 제1 방향(X)에 수직되고, 상기 제1 극판(1)의 탭(15)이 상기 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하며, 상기 제2 극판(2)의 탭(15)이 상기 제2 극판(2)의 절곡부(25)에서 이격하는 단부에 위치하거나; 상기 제2 방향(Y)은 상기 제1 방향(X)에 평행되고, 상기 제1 극판(1)의 탭(15)이 상기 제1 극판(1)의 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하며, 상기 제2 극판(2)의 탭(15)이 상기 제2 극판(2)의 절곡부(25)에 인접한 에지에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 방향(Y)은 상기 제1 방향(X)에 수직되고, 임의의 서로 인접하는 두 장의 상기 제1 적층편(11)에서, 한 장의 상기 제1 적층편(11)에만 탭(15)이 구비되며, 상기 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 탭(15)이 설치되지 않은 상기 제1 적층편(11)을 감싸는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 극판(2)의 두 장의 상기 제2 적층편(21) 중의 적어도 하나는 탭(15)을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 극판(2)은 불활성 영역(26)을 가지고, 상기 불활성 영역(26)은 상기 제2 극판(2)의 절곡부(25)를 포함하며, 상기 불활성 영역(26)에 활물질(29)이 도포되지 않은 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 극판(1)을 향하는 상기 제2 극판(2)의 불활성 영역(26)의 표면에 절연 물질(27)이 마련되는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  16. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 극판(1)의 탭(15) 및 상기 제2 극판(2)의 탭(15)이 동일측 또는 대향되는 양측에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 극판(1)의 탭(15) 및 상기 제2 극판(2)의 탭(15)탭이 동일측에 위치하고, 상기 제1 극판(1)의 탭(15) 및 상기 제2 극판(2)의 탭(15)이 제1 극판(1)의 폴딩 방향에서 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  18. 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극 어셈블리(201)는 분리막(3)을 포함하고, 상기 분리막(3)은 상기 제1 극판(1)과 상기 제2 극판(2)을 이격시키며, 동일한 상기 제2 극판(2)의 두께 방향의 대향되는 양측에 위치하는 두 장의 상기 분리막(3)이 모두 접힘되어 상기 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 에지를 피복하는 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  19. 제8항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 극판(1)은 음극 극판(14)이고, 상기 제2 극판(2)은 양극 극판(24)인 것을 특징으로 하는 전극 어셈블리(201).
  20. 하우징(202)을 포함하는 배터리 셀(20)에 있어서,
    제8항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 전극 어셈블리(201)를 더 포함하고, 상기 전극 어셈블리(201)는 상기 하우징(202) 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀(20).
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 극판(2)의 탭(15)은 상기 제2 극판(2)의 절곡부(25) 이외의 에지에 위치하고, 상기 제2 극판(2)의 절곡부(25)는 상기 하우징(202)의 내벽에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀(20).
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 극판(1)에서 이격하는 상기 제2 극판(2)의 절곡부(25)의 표면은 중력 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀(20).
  23. 포장 박스(30)를 포함하는 배터리(10)에 있어서,
    제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀(20)을 더 포함하고, 상기 배터리 셀(20)은 상기 포장 박스(30) 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리(10).
  24. 본체(105)를 포함하는 전기 장치(100)에 있어서,
    제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀(20) 또는 제23항에 따른 배터리(10)를 더 포함하고, 상기 배터리 셀(20)은 상기 본체(105)에 전기 에너지를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기 장치(100).
  25. 전극 극판(4)의 제조 방법으로서,
    전극 극판(4)에 폴딩 가이드부(28)를 설치하는 단계; 및
    상기 전극 극판(4)이 상기 폴딩 가이드부(28)의 가이드의 하에 폴딩되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 전극 극판(4)의 제조 방법.
  26. 전극 어셈블리(201)의 제조 방법으로서,
    제1 극판(1)을 제공하되, 상기 제1 극판(1)을 제1 방향(X)을 따라 왕복으로 폴딩하여, 상기 제1 극판(1)이 순차적으로 연결되고 적층되는 복수의 제1 적층편(11)을 포함하도록 하는 단계;
    상기 제1 극판(1)과 극성이 반대되는 제2 극판(2)을 제공하되, 상기 제2 극판(2)을 제2 방향(Y)을 따라 1회 폴딩하여, 상기 제2 극판(2)이 서로 연결된 두 장의 제2 적층편(21)을 포함하도록 하며, 상기 제2 방향(Y)은 상기 제1 방향(X)에 수직되거나 평행되는 단계; 및
    상기 제2 적층편(21)과 상기 제1 적층편(11)이 순차적으로 교대로 적층되도록 상기 제2 극판(2)을 상기 제1 극판(1)에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 전극 어셈블리(201)의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제2 극판(2)을 상기 제2 방향(Y)을 따라 1회 폴딩하기 전에, 상기 제2 극판(2)의 두께 방향을 따라 대향되는 양측에 두 장의 분리막(3)을 마련하고, 동일한 상기 제2 극판(2)의 두께 방향의 대향되는 양측에 위치하는 두 장의 상기 분리막(3)이 모두 접힘되어 상기 제2 극판(2)의 탭(15)이 마련되지 않은 에지를 피복하는 것을 특징으로 제조 방법.
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