KR20240006681A - 에너지 저장 소자, 에너지 저장 소자의 조립체 및 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
에너지 저장 소자(100)는 기밀 및 수밀로 밀봉된 하우징과 그 안에 배치된 전극-분리막 조립체(104)를 포함한다. 전극-분리막 조립체(104)는 애노드 집전체(106)를 갖는 애노드(105)와 캐소드 집전체(109)를 갖는 캐소드(108)를 포함하며, 여기서 애노드 집전체(106)와 캐소드 집전체(109)는 각각 전극 재료의 층(107, 110)이 적재된(laden) 메인 영역 및, 제1 길이방향 에지(106a, 109a)를 따라, 전극 재료가 적재되지 않은 자유 에지 스트립(106b, 109b)을 포함하고, 애노드(105)와 캐소드(108)은, 애노드 집전체(106)의 제1 에지(106a)가 제1 평평한 단부면(104a)으로부터 빠져나오고 캐소드 집전체(109)의 제1 에지(109a)가 전극-분리막 조립체(104)의 제2 평평한 단부면(104b)으로 빠져나오는 방식으로, 배열되어 있다. 하우징은, 하우징 바닥(101a) 및 단부 개구부를 구비한, 컵 형상 형태의 금속 하우징 부분(101)를 포함하며, 단부 개구부에 용접되어 폐쇄시키는 커버 플레이트(102a)를 갖는 커버 구성요소(102)를 포함한다. 연결 단자(102b)는 커버 플레이트(102a)의 여유 공간을 통해 유도되고 커버 플레이트(102a)에 대해 전기적으로 절연된다. 에너지 저장 소자는 접촉 시트(111)를 포함하며, 이는 애노드 집전체(106)의 제1 에지(106a)에 놓이고 용접에 의해 그에 연결되며, 동시에 커버 플레이트(102a)의 여유 공간을 통해 유도되는 연결 단자(102b)에 전기적으로 연결된다. 연결 단자(102b)가 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 합금 또는 고급 강철의 제1 접촉 영역(102c)과 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제2 접촉 영역(102d)을 포함하며, 제2 접촉 영역(102d)이 하우징 외부로부터 기계적으로 접촉될 수 있는 것이 제안된다.
Description
본 발명은 에너지 저장 소자, 에너지 저장 소자의 조립체 및 제조 방법에 관한 것이다.
전기화학 에너지 저장 소자는 산화환원 반응을 통해 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전기화학 에너지 저장 소자의 가장 간단한 형태는 전기화학 전지이다. 전기화학 전지는 분리막에 의해 분리된 양극과 음극을 포함한다. 방전 중에는, 산화 과정의 결과로서 음극에서 전자가 방출된다. 그 결과 외부 전기 소비자가 끌어낼 수 있는 전자 전류가 발생하고, 전기화학 전지가 에너지 공급원 역할을 한다. 동시에, 전극 반응에 상응하는 이온 전류가 전지전지 내에서 발생한다. 이 이온 전류는 분리막을 통과하며 이온 전도성 전해질에 의해 가능해진다.
방전이 가역적인 경우, 즉 방전 중에 발생한 화학 에너지의 전기 에너지로의 변환을 뒤집어서 다시 전지를 충전할 수 있는 경우, 이를 이차 전지라고 한다. 일반적으로 2차 전지에 사용되는, 음극을 애노드로서, 양극을 캐소드로서 지정하는 것은 전기화학 전지의 방전 기능을 지칭한다.
2차 리튬 이온 전지는 높은 전류를 공급할 수 있고 비교적 높은 에너지 밀도가 특징이기 때문에 많은 애플리케이션에서 에너지 저장 소자로 사용된다. 리튬 이온 전지는 이온의 형태로 전지의 전극들 사이를 이동할 수 있는 리튬을 사용하는 것을 기반으로 한다. 리튬 이온 전지의 음극과 양극은 일반적으로 전기 화학적으로 활성 성분과 전기 화학적으로 비활성 성분을 포함하는 소위 복합 전극(composite electrodes)으로 형성된다.
원칙적으로 리튬 이온을 흡수하고 방출할 수 있는 모든 재료는 2차 리튬 이온 전지의 전기 화학적 활성 성분(활성 물질)으로 사용할 수 있다. 예를 들어 음극에는 흑연계 탄소와 같은 탄소 기반 입자가 사용된다. 양극의 활성 물질은 예를 들어 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 망간 산화물(LiMn2O4), 리튬 철 인산염(LiFePO4) 또는 그 유도체가 될 수 있다. 전기화학적으로 활성인 물질은 일반적으로 입자 형태로 전극에 함유되어 있다.
전기 화학적으로 비활성인 구성성분으로서, 복합 전극은 일반적으로 평평하고/평형하거나 리본 모양의 집전체(예: 금속 호일)을 포함하며, 이는 각각의 활성 물질의 운반체 역할을 한다. 음극용 집전체(애노드 집전체)는 예를 들어 구리 또는 니켈로 형성될 수 있고, 양극용 집전체(캐소드 집전체)는 예를 들어 알루미늄으로 형성될 수 있다. 또한, 전극은 전극 바인더(예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 다른 폴리머, 예를 들어 카르복시메틸전지룰로오스), 전도성 향상 첨가제 및 전기 화학적으로 비활성 성분으로서 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 전극 바인더는 전극의 기계적 안정성을 보장하고 종종 활성 물질이 집전체에 접착되도록 한다.
전해질로서, 리튬 이온 전지는 일반적으로 유기 용매(예: 탄산의 에테르 및 에스테르)에 리튬 헥사플루오로인산(LiPF6)과 같은 리튬 염의 용액을 포함한다.
리튬 이온 전지를 제조할 때 복합 전극은 하나 이상의 분리막과 결합하여 조립체를 형성한다. 이 과정에서, 전극과 분리막은 일반적으로 압력 하에서 연결되며, 라미네이션이나 본딩을 통해서도 연결될 수 있다. 그런 다음 조립체에 전해질을 함침시켜 전지의 기본 기능을 설정할 수 있다.
많은 실시예에서, 조립체는 권선으로서 형성되거나 권선으로 만들어진다. 일반적으로 양극/분리막/음극의 시퀀스를 포함한다. 종종, 조립체는 음극/분리막/양극/분리막/음극 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극의 가능한 시퀀스를 갖는 소위 바이셀(bicells)로 만들어진다.
자동차 분야, 전기 자전거 또는 공구와 같이 에너지 요구량이 높은 기타 애플리케이션의 경우 충전 및 방전 중에 높은 전류를 동시에 공급할 수 있는 에너지 밀도가 가장 높은 리튬 이온 전지가 필요하다.
언급된 애플리케이션용 전지는 종종 원통형 원형 전지로 설계된다(예: 21 x 70(직경 * 높이, mm) 폼 팩터). 이러한 유형의 전지는 항상 권선 형태의 조립체를 포함한다. 이 폼 팩터의 최신 리튬 이온 전지는 이미 최대 270Wh/kg의 에너지 밀도를 달성할 수 있다. 그러나, 이러한 에너지 밀도는 중간 단계에 불과하다. 시장에서는 이미 더 높은 에너지 밀도를 가진 전지를 요구하고 있다.
WO 2017/215900 A1은 전극-분리막 조립체와 그 전극이 리본 형상이며 권선 형태인 원통형 원형 전지에 대해 설명한다. 전극에는 각각 전극 재료가 로딩된(loaded) 집전체가 있다. 극성이 반대인 전극들은 전극-분리막 조립체 내에서 서로 오프셋되어 배열되어, 양극의 집전체의 길이방향 에지가 권선 한쪽으로부터 돌출되고 음극의 집전체의 길이방향 에지가 권선 다른쪽으로부터 돌출된다. 집전체의 전기적 접촉을 위해 전지에는 권선의 단부면에 장착되고 용접을 통해 집전체들 중 하나의 길이방향 에지에 연결되는 접촉 플레이트가 있다. 이를 통해 전체 길이에 걸쳐 집전체와 관련된 전극을 전기적으로 접촉할 수 있다. 이렇게 하면 앞서 설명한 전지 내의 내부 저항이 크게 줄어든다. 따라서 큰 전류의 발생을 훨씬 더 잘 흡수할 수 있고 권선에서 열도 더 잘 방출할 수 있다.
WO 2017/215900 A1에서와 같은 원통형 원형 전지는 일반적으로 여러 개의 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결되는 전지 조립체의 부분으로서 사용된다. 전압을 탭핑(tapping)하기 위해 전지의 단부면들 중 하나에서만 접촉하는 것이 바람직한 경우가 많다. 따라서 전지의 양극에 연결된 단자와 전지의 음극에 연결된 단자를 모두 단부면들 중 어느 하나 상에 제공하는 것이 유리하다.
US 2006/0019150 A1에 따르면, 원통형 하우징에 전극-분리막 조립체를 포함하는 리튬 이온 원형 전지가 알려져 있으며, 여기서 전극-분리막 조립체는 권선으로서 형성된다. 하우징은 금속 뚜껑 구성요소에 의해 개구부가 닫힌 원통형 금속 하우징 컵을 포함한다. 하우징 컵의 바닥은 권선의 양극에 전기적으로 연결되며, 따라서 하우징 컵은 양극으로 극성이 부여된다. 두 하우징 부분들이 서로 직접 접촉하므로, 뚜껑 구성요소도 양극을 띈다. 뚜껑 구성요소에는 양극 금속 연결 폴(pole)이 용접되어 있다. 반면, 권선의 음극은, 뚜껑 구성요소의 개구부를 통해 연결되고 뚜껑 구성요소로부터 전기적으로 절연된 음극 금속 단자 폴에 연결된다. 따라서 양극과 음극 연결 폴들이 전지의 같은 면에 나란히 배치되어, 해당 전류 도체들을 통해 전지를 전지 조립체에 쉽게 통합할 수 있다.
US 2006/0019150 A1에 설명된 전지는 우수한 접촉성 외에도 통합 과압 보호 기능을 갖추고 있다. 이를 위해, 바닥에는 원주형 약화선에 의해 바닥의 환형 잔류 영역과 분리되고 내부에 구부러진 도체 스트립이 용접된 중앙 원형 영역이 있으며, 이를 통해 권선의 양극에 대한 바닥의 전기적 접촉이 존재한다. 하우징 내부에 과압이 발생하면 상기 원형 영역이 바닥에서 날아갈 수 있다. 환형 절연체는 상기 환형 잔류 영역이 권선 형상의 전극-분리막 조립체와 전혀 접촉하지 않도록 보장하기 때문에 양극과 상기 환형 잔류 영역 및 양극 단자 폴을 포함하여 이와 전기적으로 접촉하는 모든 구성 요소 사이의 전기 연결이 중단된다.
권선의 음극은 여러 개의 구부러진 도체 스트립을 통해 전기적으로 접촉하며, 그 상단은 음극 단자 폴에 연결된다.
에너지 관점에서 볼 때, US 2006/0019150 A1에 설명된 전지의 설계는 최적이 아니다. 권선의 양쪽 단부들에 데드 볼륨(dead volume)이 있으며, 이를 연결하기 위해 앞서 언급한 도체 스트립이 필요하다. 이는 전지의 에너지 밀도에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 과압 보호의 신뢰성에 대한 의구심도 있다. 과압 보호가 트리거 될 때, 위에서 언급 한 약화선이 전체 길이에 걸쳐 찢어지지 않으면, 양극 단자 폴에 대한 전기 연결이 완전히 중단되지 않고 전류가 계속 흐를 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 비해 에너지 밀도가 향상되고 전지 조립체를 형성하기 위해 효율적으로 처리될 수 있는 에너지 저장 소자를 제공하는 것이다. 또한, 에너지 저장 소자는 향상된 안전성을 특징으로 해야한다.
이러한 목적은 아래에 설명하는 에너지 저장 소자에 의해 달성된다. 아래에 설명되는 에너지 저장 소자의 조립체 및 아래에 설명되는 제조 방법도 본 발명의 주제(subject matter)이다. 본 발명에 따른 에너지 저장 소자, 본 발명에 따른 조립체 및 본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예는 독립 청구항 1, 8 및 9에 정의되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 2 내지 7에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 소자
본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 항상 다음의 특징들 a. 내지 l.을 갖는다:
a. 공기 및 액체 밀폐형 하우징 및 그 안에 배치된 전극-분리막 조립체를 포함함,
b. 상기 하우징은 금속 컵 형상 하우징 부분을 포함하며, 상기 하우징 부분은 하우징 바닥 및 단자 개구부를 포함함,
c. 상기 하우징은, 상기 컵 형상 하우징 부분의 상기 단자 개구부에 용접되어 폐쇄시키는 뚜껑 구성요소를 포함함,
d. 상기 뚜껑 구성요소는 금속성 뚜껑 플레이트 및 상기 뚜껑 플레이트의 개구부를 통과하고 상기 뚜껑 플레이트로부터 전기적으로 절연되는 단자 폴(terminal pole)을 포함함,
e. 상기 전극-분리막 조립체는 제1 및 제2 평평한 단자 단부면들을 포함함,
f. 상기 전극-분리막 조립체는 제 1 에지 및 이에 평행한 제 2 에지를 갖는 애노드 집전체를 갖는 애노드를 포함함,
g. 상기 애노드 집전체는 음극 재료의 층으로 로딩된(loaded) 메인 영역, 및 제1 에지를 따라 연장하고 전극 재료로 로딩되지 않은 자유 에지 스트립을 포함함,
h. 상기 전극-분리막 조립체는 제1 에지 및 이에 평행한 제2 에지를 갖는 캐소드 집전체를 갖는 캐소드를 포함함,
i. 상기 캐소드 집전체는 양극 재료의 층으로 로딩된 메인 영역, 및 제1 에지를 따라 연장하고 전극 재료로 로딩되지 않은 자유 에지 스트립을 포함함,
j. 상기 애노드 및 상기 캐소드는, 애노드 집전체의 제1 에지가 제1 단자 단부면으로부터 돌출되고, 캐소드 집전체의 제1 에지가 전극-분리막 조립체의 제2 단자 단부면으로부터 돌출되도록, 전극-분리막 조립체 내에 배치됨,
k. 상기 에너지 저장 소자는, 상기 애노드 집전체의 제 1 에지에 안착되고 용접에 의해 연결되는 접촉 판금 부재를 포함함,
l. 상기 접촉 판금 부재는 상기 뚜껑 플레이트의 개구부를 통과하는 상기 단자 폴에 전기적으로 연결됨.
특히 바람직하게는, 특징들 a. 내지 l.을 갖는 에너지 저장 소자는 다음의 추가적인 특징들 m. 및 n.을 갖는다:
m. 상기 단자 폴은 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 합금 또는 구리 합금 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스강으로 만들어진 제1 접촉부 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 제2 접촉부를 포함함,
n. 상기 제2 접촉부는 하우징 외부로부터 기계적으로 접촉될 수 있음.
따라서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 특히 바람직하게는 한쪽에는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 합금 또는 구리 합금 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스 스틸이고, 다른 한쪽에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금인, 두 개의 상이한 금속 재료들을 포함하는 단자 폴을 특징으로 한다. 그리고 단자 폴은 접촉 판금 부재를 통해 애노드 집전체에 전기적으로 결합되기 때문에, 단자 폴은 음극 단자 폴이다.
이러한 음극 단자를 가진 에너지 저장 소자는 전지 조립체에 쉽게 통합할 수 있다는 중요한 이점을 제공한다. 여러 에너지 저장 소자들의 폴들은 공통 전류 도체를 통해 상호 연결된다. 생산 기술 측면에서 볼 때, 레이저를 사용하여 전지의 폴들을 전류 도체에 용접하는 것이 유리할 수 있다. 일반적으로 용접할 재료가 동일한 경우에만 이것은 문제가 되지 않는다. 예를 들어, 구리로 만든 단자 폴을 알루미늄으로 만든 전류 도체에 레이저로 용접하는 것은 어렵거나 불가능하다. 반면에, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 제2 접촉부의 경우, 아무런 문제 없이 용접이 가능하다. 따라서 전지의 음극 연결 폴도 공통 전류 도체를 통해 레이저로 연결할 수 있다.
단자 폴은 니켈 또는 구리 또는 니켈 합금 또는 구리 합금 또는 스테인리스강으로 만들어진 제1 접촉부와 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 제2 접촉부를 포함하는 것이 특히 바람직하다.
적합한 알루미늄 합금은, 예를 들어, 1235, 1050, 1060, 1070, 3003, 5052, Mg3, Mg212(3000 시리즈) 및 GM55 유형의 Al 합금이다. AlSi, AlCuTi, AlMgSi, AlSiMg, AlSiCu, AlCuTiMg 및 AlMg도 적합하다. 상기 합금의 알루미늄 함량은 99.5% 초과인 것이 바람직하다. 적합한 스테인리스강은 예를 들어 1.4303 또는 1.4404 타입의 스테인리스강 또는 SUS304 타입의 스테인리스강 또는 니켈 도금강이다. 특히, 구리 함량이 99.9% 이상인 EN CW-004A 또는 EN CW-008A 유형의 재료는 구리 합금으로서 사용할 수 있다. 니켈 합금으로는 NiFe, NiCu, CuNi, NiCr 및 NiCrFe 유형의 니켈 합금이 특히 적합하다.
알루미늄 하우징
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 항상 다음의 특징들 a.내지 d. 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 상기 컵 형상 하우징 부분은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨,
b. 상기 뚜껑 플레이트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨,
c. 상기 뚜껑 구성요소는 상기 뚜껑 플레이트에 고정되고, 특히 상기 뚜껑 플레이트에 용접되며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 별도의 양극 단자 폴을 포함함,
d. 상기 컵 형상 하우징 부분과 상기 뚜껑 플레이트 및 상기 별도의 양극 단자 폴은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨.
직전의 특징들 a. 및 b., 특히 바람직하게는 또한 특징들 a. 내지 c. 및 a. 내지 d.가 조합되어 구현되는 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 에너지 저장 소자의 하우징은 본질적으로 전적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된다(음극 단자 및 그 절연체 제외). 이것은 다양한 장점이 있다. 전지 외부가 습기와 접촉하는 경우 국부적인 요소(localized elements)의 형성이 제거된다. 하우징 자체는 기본적으로 모든 면에서 양극 연결 폴 역할을 할 수 있다. 그러나, 음극 단자 폴이 위치한 뚜껑 구성요소를 통해서만 전지와 접촉하는 것이 특히 바람직하다. 이를 위해, 도체를 뚜껑 플레이트에 직접 용접하거나 또는 대안적으로 예를 들어 용접을 통해 별도의 연결 폴에 고정할 수 있다. 이 경우, 별도의 연결 폴이 양극 연결 폴이다.
컵 형상의 하우징 부분과 뚜껑 플레이트에 적합한 알루미늄 합금은 예를 들어 1235, 1050, 1060, 1070, 3003, 5052, Mg3, Mg212(3000 시리즈) 및 GM55 유형의 Al 합금이다. AlSi, AlCuTi, AlMgSi, AlSiMg, AlSiCu, AlCuTiMg 및 AlMg도 적합하다. 상기 알루미늄 합금의 알루미늄 함량은 바람직하게는 99.5% 초과이다.
바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 각형(prismatic) 또는 원형 전지다.
각형 실시예
이 실시예에서, 하우징은 각형이다. 이 실시예에서, 컵 형상의 하우징 부분의 바닥과 뚜껑 구성요소는 다각형, 특히 바람직하게는 사각형 기저부를 갖는 것이 바람직하다. 컵 형상 하우징 부분의 단자 개구부의 형상은 바닥 및 뚜껑 구성요소의 형상에 상응한다. 또한, 하우징은 바닥과 뚜껑 구성요소를 상호 연결하는 복수의, 바람직하게는 4개의 직사각형 측면부를 포함한다. 이 실시예에서, 전극-분리막 조립체는 또한 각형 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 전극-분리막 조립체는 복수의 애노드, 캐소드 및 적어도 하나의 분리막을 포함하는 각형 스택이 바람직하며, 스택 내의 전극-분리막 조립체는 항상 애노드/분리막/캐소드의 시퀀스를 갖는다.
적어도 애노드 및 캐소드는 바람직하게는 직사각형의 기저부 영역을 가지며, 애노드 및 캐소드의 집전체는 각각 제1 에지 및 이에 평행한 제2 에지를 가지며, 각각 제1 에지를 따라 각각의 전극 재료로 코팅되지 않은 자유 에지 스트립을 갖는다. 애노드와 캐소드 사이에 복수의 분리막이 있는 경우, 분리막은 바람직하게는 직사각형 기저부도 갖는다. 그러나, 리본 형상의 분리막이 스택 내의 복수의 애노드와 캐소드를 분리하는 데 사용될 수도 있다.
예를 들어, 스택의 제1 및 제2 평평한 단자 단부면은 스택의 반대쪽 또는 인접한 두 면이다. 애노드 집전체의 제1 에지는 이러한 단부면들 중 하나로부터 돌출되고 캐소드 집전체의 제1 에지는 다른 하나로부터 돌출된다. 접촉 판금 부재는 애노드 집전체의 제1 에지에 위치하며 용접으로 연결된다.
원통형 원형 전지로서의 실시예
본 발명의 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 바람직하게는 바로 다음의 특징들 a. 내지 o.의 조합을 갖는다:
a. 상기 컵 형상 하우징 부분의 단자 개구부는 원형이고, 상기 컵 형상 하우징 부분은 원통형 하우징 쉘을 포함함,
b. 상기 컵형 하우징 부분의 상기 원형 개구부를 폐쇄하는 뚜껑 구성요소는 원형 둘레(circular circumference)를 가짐,
c. 전극-분리막 조립체는 원통형 권선 형태로 되어 있으며, 제 1 및 제 2 평평한 단자 단부면 외에 단부면들 사이에 권선 쉘을 가짐,
d. 상기 하우징에서, 전극-분리막 조립체는 권선 쉘이 원통형 하우징 쉘의 내부에 접하도록 축선 방향으로 정렬됨,
e. 애노드 및 애노드 집전체는 리본 형상이며, 애노드 집전체는 제 1 길이방향 에지 및 제 2 길이 방향 에지 및 두 개의 단부들을 포함함,
f. 애노드 집전체의 제 1 및 평행한 제 2 에지는 리본 형상 애노드 집전체의 길이방향 에지들임,
g. 음극 재료의 층이 로딩된 애노드 집전체의 메인 영역은 스트립 형상임,
h. 자유 에지 스트립은 애노드 집전체의 제1 길이방향 에지를 따라 연장됨,
i. 캐소드 및 캐소드 집전체는 리본 형상이며, 캐소드 집전체는 제 1 길이방향 에지 및 제 2 길이 방향 에지 및 두 개의 단부들을 포함함,
j. 캐소드 집전체의 제 1 및 제 2 평행한 에지는 리본 형항 캐소드 집전체의 길이방향 에지들임,
k. 양극 재료의 층이 로딩된 캐소드 집전체의 메인 영역은 스트립 형상임,
l. 자유 에지 스트립은 캐소드 집전체의 제1 길이방향 에지를 따라 연장됨,
m. 전극-분리막 조립체의 분리막 또는 분리막들은 리본 형상임,
n. 애노드 및 캐소드는, 애노드 집전체의 제 1 길이방향 에지가 제1 단자 단부면으로부터 돌출되고 캐소드 집전체의 제1 길이방향 에지가 전극-분리막 조립체의 제2 단자 단부면으로부터 돌출되도록, 전극-분리막 조립체 내에 배치됨; 및
o. 상기 접촉 판금 부재는 애노드 집전체의 제1 길이방향 에지에 위치하며 용접에 의해 연결됨.
이 실시예에서, 전극-분리막 조립체는 바람직하게는 하나의 리본 형상 분리막 또는 2개의 리본 형상 분리막을 포함하며, 각각은 제1 및 제2 길이방향 에지 및 두 개의 단부들을 갖는다. 전극-분리막 조립체는 항상 시퀀스 애노드/분리막/캐소드를 갖는 전극 및 분리막을 포함한다.
특히 바람직하게는, 본 실시예에서 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 항상 바로 다음의 특징을 갖는다:
a. 상기 하우징은, 상기 컵 형상 하우징 부분의 단자 개구부에 용접되어 폐쇄하는 뚜껑 구성요소를 포함함.
바람직하게는, 원형 둘레를 갖는 뚜껑 구성요소는, 원주형 접촉 영역을 따라 그 에지가 컵 형상 하우징 부분의 내부에 접하도록, 컵 형상 하우징 부분의 원형 개구부에 배치되고, 여기서 뚜껑 구성요소의 에지는 원주형 용접 이음새에 의해 컵 형상 하우징 부분에 연결된다.
바람직하게는, 원통형 원형 전지로서 설계된 에너지 저장 소자의 높이는 50mm 내지 150mm 범위 내에 있다. 원통형 원형 전지의 직경은 15mm 내지 60mm 범위가 바람직하다. 이러한 폼 팩터를 가진 원통형 원형 전지는 특히 자동차의 전기 드라이브에 전력을 공급하는 데 적합하다.
본 발명에 따른 에너지 저장 소자가 원통형 원형 전지로서 설계되는 경우, 바람직하게는 직경 26mm 및 높이 105-106mm를 갖는다.
본 발명에 따른 전지가 원통형 원형 전지인 실시예에서, 애노드 집전체, 캐소드 집전체 및 분리막 또는 분리막들은 바람직하게는 다음의 치수를 갖는 것이 바람직하다:
- 0.5m 내지 25m 범위의 길이
- 30mm 내지 145mm 범위의 폭
이러한 경우, 전극 재료가 로딩되지 않은 제 1 길이방향 에지를 따라 연장되는 자유 에지 스트립은 바람직하게는 폭이 5000 μm 이하이다.
바람직한 전기 화학적 실시예
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 다음의 특징들 중 하나를 특징으로 한다:
a. 에너지 저장 소자는 리튬 이온 전지임,
b. 에너지 저장 소자는 리튬 이온 전지를 포함함.
특징 a.는 특히 본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 설명된 실시예를 원통형 원형 전지로서 지칭한다. 이 실시예에서, 에너지 저장 소자는 정확히 하나의 전기 화학 전지를 포함하는 것이 바람직하다.
특징 b.는 특히 본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 설명된 각형 실시예를 참조한다. 이 실시예에서, 에너지 저장 소자는 또한 하나 초과의 전기 화학 전지를 포함할 수 있다.
기본적으로 2차 리튬 이온 전지에 대해 알려진 모든 전극 재료가 상기 에너지 저장 소자의 전극에 사용될 수 있다.
리튬을 인터칼레이트할 수 있는 흑연계 탄소 또는 비흑연계 탄소 재료와 같은 탄소 기반 입자, 바람직하게는 입자 형태로도 음극의 활성 물질로서 사용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 리튬 티타네이트(Li4Ti5O12) 또는 이의 유도체가 음극에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 입자 형태로도 포함될 수 있다. 또한, 음극은 실리콘, 알루미늄, 주석, 안티몬 또는 리튬을 가역적으로 증착 및 제거할 수 있는 이들 물질의 화합물 또는 합금, 예를 들어 실리콘 산화물(특히 0 <x <2의 SiOx)을 포함하는 그룹으로부터 적어도 하나의 물질을 활성 물질로서 포함할 수 있으며, 선택적으로 탄소 기반 활성 물질과 조합될 수 있다. 주석, 알루미늄, 안티몬, 실리콘은 리튬과 금속간 상을 형성할 수 있다. 특히 실리콘의 경우, 리튬을 흡수하는 용량이 흑연 또는 이와 유사한 물질의 용량을 몇 배 이상 초과한다 실리콘과 탄소 기반 저장 물질의 혼합물이 자주 사용된다. 금속성 리튬으로 만든 얇은 애노드도 적합하다.
양극에 적합한 활성 물질로는 리튬 금속 산화물 화합물 및 리튬 금속 인산염 화합물(예: LiCoO2 및 LiFePO4)이 있다. 또한, 화학식 LiNixMnyCozO2(여기서 x + y + z는 전형적으로 1)를 갖는 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC)이 특히 적합하며, 화학식 LiMn2O4를 갖는 리튬 망간 스피넬(LMO) 또는 화학식 LiNixCoyAlzO2(여기서 x + y + z는 전형적으로 1)를 갖는 리튬 니켈 코발트 알루미나(NCA)가 있다. 그 유도체, 예를 들어 화학식 Li1.11(Ni0.40Mn0.39Co0.16Al0.05)0.89O2를 갖는 리튬 니켈 망간 코발트 알루미나(NMCA) 또는 Li1+xM-O 화합물 및/또는 상기 물질의 혼합물도 사용될 수 있다. 또한 캐소드성 활성 물질은 미립자 형태로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 전극은 바람직하게는 전극 바인더 및/또는 전기 전도성을 향상시키기 위한 첨가제를 포함한다. 활성 물질은 전극 바인더의 매트릭스에 내장되는 것이 바람직하며, 매트릭스 내의 인접한 입자들은 서로 직접 접촉하는 것이 바람직하다. 도전재는 전극의 전기 전도도를 높이는 기능을 한다. 일반적인 전극 바인더는 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), (리튬)폴리아크릴레이트, 스티렌-부타디엔 고무 또는 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 다른 바인더의 혼합물을 기반으로 한다. 일반적인 도전재로는 카본 블랙, 미세 흑연, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브 및 금속 분말이 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 바람직하게는 전해질, 특히 리튬 이온 전지의 경우 유기 용매(예를 들어 유기 탄산염 또는 THF 또는 니트릴과 같은 고리형 에테르의 혼합물)에 용해된 리튬 헥사플루오로인산(LiPF6)과 같은 적어도 하나의 리튬 염에 기반한 전해질을 포함한다. 사용할 수 있는 다른 리튬 염으로는 리튬 테트라플루오로보레이트(LiBF4), 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB)가 있다.
원통형 원형 전지로서 설계된 본 발명에 따른 리튬 이온 기반 에너지 저장 소자의 공칭 용량은 바람직하게는 최대 15000mAh이다. 21 x 70의 폼 팩터를 갖는 일 실시예의 리튬 이온 전지로서의 에너지 저장 소자는 1500mAh 내지 7000mAh 범위의 공칭 용량, 특히 바람직하게는 3000 내지 5500mAh 범위의 공칭 용량을 갖는다. 18 x 65의 폼 팩터를 갖는 일 실시예의 리튬 이온 전지로서의 전지는 바람직하게는 1000mAh 내지 5000mAh 범위의 공칭 용량, 특히 바람직하게는 2000 내지 4000mAh 범위의 공칭 용량을 갖는다.
유럽 연합에서는 제조업체가 2차 전지의 공칭 용량에 대한 정보를 제공하는 것을 엄격하게 규제하고 있다. 예를 들어, 2차 니켈-카드뮴 배터리의 공칭 용량에 대한 정보는 IEC/EN 61951-1 및 IEC/EN 60622 표준에 따른 측정을 기반으로 해야 하며, 2차 니켈-금속 수소화물 배터리의 공칭 용량에 대한 정보는 IEC/EN 61951-2 스탠드 표준에 따른 측정을 기반으로 해야 하고, 2차 리튬 배터리의 공칭 용량에 대한 정보는 IEC/EN 61960 표준에 따른 측정값을 기반으로 해야 하며, 2차 납축(lead-acid) 배터리의 공칭 용량에 대한 정보는 IEC/EN 61056-1 표준에 따른 측정값을 기반으로 해야 한다. 본 출원의 공칭 용량에 대한 모든 정보도 이러한 표준을 기반으로 하는 것이 바람직하다.
분리막의 바람직한 실시예
바람직하게는, 분리막 또는 분리막들은 전기 절연성 플라스틱 필름으로 형성된다. 분리막은 전해질에 의해 투과될 수 있는 것이 바람직하다. 이를 위해, 사용되는 플라스틱 필름은 예를 들어 미세 기공을 가질 수 있다. 포일은 예를 들어 폴리올레핀 또는 폴리에테르-케톤으로 구성될 수 있다. 플라스틱 소재 또는 기타 전기 절연 시트 구조로 만들어진 부직포 및 직물도 분리막으로서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 5㎛ 내지 50㎛ 범위의 두께를 갖는 분리막이 사용된다.
일부 특히 바람직한 실시예에서, 분리막은 한쪽 또는 양쪽에 세라믹 입자(예를 들어, Al2O3 또는 SiO2)로 코팅되거나 함침된 분리막이 사용된다.
특히 에너지 저장 소자의 각형 실시예에서, 조립체의 분리막 또는 분리막들은 고체 전해질의 하나 이상의 층일 수도 있다.
권선 형태의 전극-분리막 조립체의 바람직한 구조
리본 형상의 애노드, 리본 형상의 캐소드 및 리본 형상의 분리막(들)은 바람직하게는 권선 형태로 전극-분리막 조립체 내에 나선형으로 감겨 있다. 전극-분리막 조립체를 제조하기 위해, 리본 형상 전극은 리본 형상 분리막(들)과 함께 권선 장치로 공급되며, 권선 장치는 바람직하게는 권선 축을 중심으로 나선형으로 감긴다. 일부 실시예에서, 전극과 분리막은, 권선 맨드릴에 장착되고 권선 후에도 권선 내에 남아있는 원통형 또는 중공 원통형 권선 코어에 감긴다.
권선 쉘은 예를 들어 플라스틱 필름이나 접착 테이프에 의해 형성될 수 있다. 권선 쉘은 하나 이상의 분리막 권선들(windings)에 의해 형성될 수도 있다.
집전체의 바람직한 실시예
에너지 저장 소자의 집전체는 가능한 한 넓은 면적에 걸쳐 각 전극 재료에 함유된 전기 화학적 활성 성분과 전기적으로 접촉하는 기능을 갖는다. 바람직하게는, 집전체는 금속으로 구성되거나 적어도 표면이 금속화되어 있다.
리튬 이온 전지로서 설계된 본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 경우, 애노드 집전체에 적합한 금속은 예를 들어 구리 또는 니켈 또는 기타 전기 전도성 물질, 특히 구리 및 니켈 합금 또는 니켈로 코팅된 금속이다. 특히, 구리 함량이 99.9% 이상인 EN CW-004A 또는 EN CW-008A 유형의 재료는 구리 합금으로 사용할 수 있다. 니켈 합금으로는 NiFe, NiCu, CuNi, NiCr 및 NiCrFe 유형의 니켈 합금이 특히 적합하다. 특히 NiFe, NiCu, CuNi, NiCr 및 NiCrFe 유형의 니켈 합금이 적합하다. 원칙적으로 스테인리스강(예: 1.4303 또는 1.4404 유형 또는 SUS304 유형)도 가능하다.
리튬 이온 전지로서 설계된 본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 경우, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함한 기타 전기 전도성 재료가 캐소드 집전체의 금속으로서 특히 적합하다.
캐소드 집전체에 적합한 알루미늄 합금으로는 1235, 1050, 1060, 1070, 3003, 5052, Mg3, Mg212(3000 시리즈) 및 GM55 유형의 Al 합금이 있다. AlSi, AlCuTi, AlMgSi, AlSiMg, AlSiCu, AlCuTiMg 및 AlMg도 적합하다. 상기 합금의 알루미늄 함량은 99.5% 초과인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 애노드 집전체 및/또는 캐소드 집전체는 각각 4㎛ 내지 30㎛ 범위의 두께를 갖는 금속 포일이고, 원통형 원형 전지로서 에너지 저장 소자의 설명된 구성의 경우, 4㎛ 내지 30㎛ 범위의 두께를 갖는 리본 형상의 금속 포일이다.
그러나 호일 외에도 금속성 또는 금속화 부직포 또는 개방 기공형(open-pore) 금속성 폼(foams) 또는 팽창형(expanded) 금속과 같은 다른 리본 형상의 기판을 집전체로 사용할 수 있다.
집전체는 각 전극 재료로 양쪽에 로딩되는 것이 바람직하다.
원통형 원형 전지로서 설명된 에너지 저장 소자의 구성의 경우, 분리막의 길이방향 에지가 권선형 전극-분리막 조립체의 단부면을 형성하는 것이 바람직하다.
설명된 에너지 저장 소자의 각형 구성의 경우, 분리막의 에지는 집전체의 에지가 돌출된 스택의 단부 면을 형성하는 것이 바람직하다.
스택의 측면 또는 권선의 단부면으로부터 돌출되는 애노드 집전체 및/또는 캐소드 집전체의 에지 또는 길이방향 에지는 5000㎛ 초과, 바람직하게는 3500㎛ 초과로 돌출되지 않는 것이 더욱 바람직하다.
특히 바람직하게는, 애노드 집전체의 에지 또는 길이방향 에지는 스택의 측면 또는 권선의 단부면으로부터 2500 μm 이하, 특히 바람직하게는 1500 μm 이하로 돌출된다. 특히 바람직하게는, 캐소드 집전체의 에지 또는 길이방향 에지는 스택의 측면 또는 권선의 단부면에서 3500 μm 이하, 특히 바람직하게는 2500 μm 이하로 돌출된다.
애노드 집전체의 에지가 접촉 판금 부재와 직접 접촉하면 에너지 저장 소자의 내부 저항이 낮아지고 따라서 전류 전달 용량이 높아진다.
접촉 판금 부재의 바람직한 실시예 / 접촉 판금 부재를 애노드 집전체와 음극 단자 폴에 연결
접촉 판금 부재는 뚜껑 플레이트의 개구부를 통해 유도되는 음극 단자와 애노드 집전체에 전기적으로 연결된다. 특히, 이는 제1 접촉부 및/또는 애노드 집전체에 직접 용접된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 음극 단자 폴에 전기적으로 연결되는 접촉 판금 부재는 바로 다음의 특징들 a. 내지 c. 중 적어도 하나를 특징으로 한다:
a. 상기 접촉 판금 부재는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스강, 예를 들어, 1.4303 또는 1.4404 유형 또는 SUS304 유형, 또는 니켈 도금 구리로 구성됨,
b. 상기 접촉 판금 부재는 제1 접촉부와 동일한 재료로 구성됨,
c. 상기 접촉 판금 부재는 상개 애노드 집전체와 동일한 재료로 구성됨.
바로 앞의 특징들 a. 및 b., 특히 바람직하게는 또한 특징들 a. 내지 c.가 조합되어 실현되는 것이 바람직하다.
접촉 판금 부재가 제1 접촉부 및/또는 애노드 집전체와 동일한 재료로 구성되는 경우, 이들 구성요소들의 용접은 문제없이 가능하다.
일부 실시예에서, 접촉 판금 부재는 제1 접촉부에 직접 용접되지 않고, 별도의 전류 전도체를 통해 제1 접촉부에 연결되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 별도의 전류 전도체는 바람직하게는 제1 접촉부 및 접촉 판금 부재에 용접된다. 또한, 이러한 경우, 별도의 전류 전도체는 제1 접촉부 및/또는 접촉 판금 부재와 동일한 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는, 별도의 전류 전도체는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스강, 예를 들어 1.4303 또는 1.4404 유형 또는 SUS304 유형으로 구성된다. 특히 EN CW-004A 유형의 재료 또는 NiFe, NiCu, CuNi, NiCr 및 NiCrFe 유형의 니켈 합금을 구리 합금으로서 사용할 수 있다. 구리 함량이 99.9% 이상인 EN CW-008A를 사용할 수 있다. 이 모든 것은 접촉 판금 부재 자체에도 적용된다.
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시예에서, 음극 단자 폴에 전기적으로 연결된 접촉 판금 부재는 항상 바로 다음의 특징들 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 상기 접촉 판금 부재는 50㎛ 내지 600㎛ 범위에서, 바람직하게는 150㎛ 내지 350㎛ 범위에서 균일한 두께를 갖는 것이 바람직함,
b. 상기 접촉 판금 부재는 두 개의 대향하는 평평한 면들을 가지며, 실질적으로 한 차원으로만 연장됨,
c. 상기 접촉 판금 부재는 디스크 또는 바람직하게는 직사각형 판임,
d. 상기 접촉 판금 부재는 제 1 단자 단부면의 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 특히 바람직하게는 적어도 80%를 덮도록 치수가 정해짐,
e. 상기 접촉 판금 부재는 적어도 하나의 개구부, 특히 적어도 하나의 구멍 및/또는 적어도 하나의 슬롯을 가짐,
f. 상기 접촉 판금 부재는 상기 접촉 판금 부재의 하나의 평평한 면에 세장형 함몰부 및 반대편 평평한 면에 세장형 융기부로서 나타나는 적어도 하나의 비드를 가지며, 상기 접촉 판금 부재는 상기 애노드 집전체의 상기 제1 에지에 상기 세장형 융기부를 갖는 평평한 면으로 놓임,
g. 상기 접촉 판금 부재는, 특히 상기 비드에 배치된 하나 이상의 용접 이음새를 통해, 상기 비드로부터의 영역에서 상기 애노드 집전체의 상기 제 1 에지에 용접됨.
바로 앞의 특징들 a. 및 b. 및 d.가 조합되어 실현되는 것이 특히 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 특징들 a. 및. b. 및 d.는 특징들 c. 또는 e. 중 하나, 또는 특징들 f. 및 g.와 조합하여 구현된다. 특히 바람직하게는, 특징들 a. 내지 g.가 모두 조합하여 구현된다.
본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 열 관리를 위해서는 가능한 한 넓은 면적에 걸쳐 단부면을 덮는 것이 중요하다. 커버가 클수록 전체 길이에 걸쳐 애노드 집전체의 제1 에지와 접촉할 가능성이 높아진다. 따라서 전극-분리막 조립체에서 형성된 열은 접촉 판금 부재를 통해 잘 방출될 수 있다.
일부 실시예에서, 접촉 판금 부재를 상부에 배치하기 전에 집전체의 에지를 전처리하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 특히, 적어도 하나의 비드에 상응하는 적어도 하나의 함몰부 또는 제1 단자 단부면을 향하는 접촉 판금 부재의 평평한 면 상의 세장형 융기부가 에지로 접혀질 수 있다.
집전체의 에지는 또한 전처리에 의해 방향성 성형(directional forming)이 적용될 수 있다. 예를 들어, 그것은 정의된 방향으로 구부러질 수 있다.
접촉 판금 부재의 적어도 하나의 개구부는 예를 들어 전극-분리막 조립체에 전해질을 함침시킬 수 있도록 하는 것이 편리할 수 있다.
캐소드 집전체의 하우징에 대한 전기적 연결/제2 접촉 판금 부재
본 발명의 더욱 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 항상 바로 다음의 특징들 a. 내지 c. 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 상기 에너지 저장 소자는 상기 캐소드 집전체의 상기 제 1 에지에 안착되고 용접에 의해 연결된 제 2 접촉 판금 부재를 포함함,
b. 상기 제2 접촉 판금 부재는 컵 형상의 하우징 부분에 전기적으로 연결됨,
c. 상기 제 2 접촉 판금 부재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨.
바로 앞의 특징들 a. 및 b., 바람직하게는 또한 특징들 a. 내지 c.가 조합되어 실현되는 것이 특히 바람직하다.
제2 접촉 판금 부재는 캐소드 측의 전류 전달 용량을 증가시킨다. 또한, 에너지 저장 소자의 열 관리가 더욱 향상된다.
접촉 판금 부재에 적합한 알루미늄 합금으로는 1235, 1050, 1060, 1070, 3003, 5052, Mg3, Mg212(3000 시리즈) 및 GM55 유형의 Al 합금이 있다. AlSi, AlCuTi, AlMgSi, AlSiMg, AlSiCu, AlCuTiMg 및 AlMg도 적합하다. 상기 합금의 알루미늄 함량은 99.5% 초과인 것이 바람직하다.
캐소드 집전체의 제 1 에지에 안착된 접촉 판금 부재는, 재료 조성을 제외하고, 애노드 집전체의 제 1 에지에 안착된 접촉 판금 부재와 유사하게 형성되는 것이 바람직하다. 다음의 바로 아래의 특징들 a. 내지 g. 중 적어도 하나를 갖는 것이 바람직하다:
a. 상기 제2 접촉 판금 부재는 50㎛ 내지 600㎛ 범위에서, 바람직하게는 150㎛ 내지 350㎛ 범위에서 균일한 두께를 갖는 것이 바람직함,
b. 상기 제2 접촉 판금 부재는 두 개의 대향하는 평평한 면들을 가지며, 실질적으로 한 차원으로만 연장됨,
c. 상기 제2 접촉 판금 부재는 디스크 또는 바람직하게는 직사각형 판임,
d. 상기 제2 접촉 판금 부재는 제 2 단자 단부면의 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 특히 바람직하게는 적어도 80%를 덮도록 치수가 정해짐,
e. 상기 제2 접촉 판금 부재는 적어도 하나의 개구부, 특히 적어도 하나의 구멍 및/또는 적어도 하나의 슬롯을 가짐,
f. 상기 제2 접촉 판금 부재는 상기 접촉 판금 부재의 하나의 평평한 면에 세장형 함몰부 및 반대편 평평한 면에 세장형 융기부로서 나타나는 적어도 하나의 비드를 가지며, 상기 접촉 판금 부재는 상기 캐소드 집전체의 상기 제1 에지에 상기 세장형 융기부를 갖는 평평한 면으로 놓임,
g. 상기 제2 접촉 판금 부재는, 특히 상기 비드에 배치된 하나 이상의 용접 이음새를 통해, 상기 비드로부터의 영역에서 상기 캐소드 집전체의 상기 제 1 에지에 용접됨.
여기서도 마찬가지로, 바로 앞의 특징들 a. 및 b.가 조합되어 실현되는 것이 특히 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 특징들 a. 및 b. 및 d.는 특징들 c. 또는 e. 중 하나 또는 특징들 f. 및 g.와 조합하여 구현된다. 특히 바람직하게는, 또한 모든 특징들 a. 내지 g.가 조합되어 실현된다.
캐소드 집전체의 제1 에지를 제2 접촉 판금 부재에 연결 또는 용접하는 것은 전술한 애노드 집전체의 제1 에지를 연결하는 것과 동일한 방식으로, 즉 특히 바람직하게는 비드로부터의 영역에서의 용접을 통해 구현되는 것이 바람직하다.
또한, 집전체의 에지는 전처리에 의해 방향성 성형이 적용되는 것이 역시 바람직할 수 있다. 예를 들어, 정의된 방향으로 구부러질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 제2 접촉 판금 부재는 컵 형상 하우징 부분의 바닥 또는 상기 바닥의 부분에 직접 용접된다. 더욱 바람직한 실시예에서, 제2 접촉 판금 부재는 별도의 전류 전도체를 통해 컵 형상 하우징 부분의 바닥에 연결된다. 후자의 경우, 별도의 전류 전도체는 컵 형 하우징 부분의 바닥과 제2 접촉 판금 부재 모두에 용접되는 것이 바람직하다. 별도의 전류 전도체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되는 것이 바람직하다.
원칙적으로, 캐소드 집전체의 제1 에지를 상기 바닥에 직접 연결하는 것도 가능하다. 이를 위해, 예를 들어, 컵 형상 하우징 부분의 바닥을 통해 외부로부터 레이저로 용접을 수행할 수 있다.
음극 단자 폴의 바람직한 실시예
본 발명의 보다 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 항상 바로 다음의 특징들 a. 내지 f. 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 상기 음극 단자 폴은 상기 제1 접촉부를 포함하는 관형 또는 컵 형상 제1 부분을 포함함,
b. 상기 관형 또는 컵 형상 부분은 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스강, 예를 들어 1.4303 또는 1.4404 유형 또는 SUS304 유형으로 구성됨,
c. 상기 음극 단자 폴은, 특히 니켈 또는 구리 또는 니켈 또는 구리 합금으로 코팅된, 니켈 또는 구리 또는 니켈 또는 구리 합금의 외피를 갖는 단자 관형 또는 컵 형상 제1 부분을 포함함,
d. 상기 음극 단자 폴은 제2 접촉부를 포함하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 제2 부분을 포함함,
e. 상기 제2 부분은 기계적으로 및/또는 용접에 의해 상기 제1 부분에 고정됨,
f. 상기 제 2 부분은 관형 또는 컵 형상 부분에 기계적으로 고정되는 핀 형상 섹션을 포함하며, 바람직하게는 관형 또는 컵 형상 부분에 압입되거나 또는 나사 연결에 의해 관형 또는 컵 형상 부분에 고정됨.
바로 앞의 특징들 a. 및 b.가 조합하여 구현되는 것이 특히 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 특징들 a. 및 b.는 특징들 d. 및 e.와 조합하여 또는 특징들 d. 내지 f.와 조합하여 실현된다. 대안적인 실시예에서, 특징들 c., d. 및 e., 특히 바람직하게는 4개의 특징들 c. 내지 f.가 조합하여 구현된다.
제 1 부분이 관형 또는 컵 형상인 실시예는 음극 단자 폴을 형성하기 위한 간단하고 우아한 솔루션을 제공한다. 이 부분은 제2 부분의 핀 형상 섹션을 위한 리셉터클을 제공하며, 이는 제1 부분에 삽입되어 고정될 수 있다. 필요한 경우, 추가적인 용접 조인트로 기계적 고정을 지지할 수도 있다.
뚜껑 구성요소에 대한 음극 단자 폴의 전기적 절연은 예를 들어 단자 폴 주위에 환형으로 배열된 절연 요소에 의해 실현될 수 있다. 이는 유리, 세라믹 소재, 전기 절연 폴리머 또는 이러한 소재들의 조합으로 구성될 수 있다.
바닥 영역의 CID 솔루션
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 항상 바로 다음의 특징들 a. 내지 e.의 조합을 갖는다:
a. 상기 컵 형상 하우징 부분의 상기 바닥은 금속 멤브레인에 의해 폐쇄되는 개구부, 특히 바람직하게는 원형 구멍을 포함함,
b. 상기 금속 멤브레인은 용접에 의해 상기 컵 형상 하우징 부분에 고정됨,
c. 상기 금속 멤브레인은 상기 멤브레인이 상기 개구부를 통해 상기 하우징의 내부로 연장되는 영역에 만입부를 포함함,
d. 상기 제2 접촉 판금 부재는 상기 하우징의 상기 바닥으로부터 전기적으로 절연됨,
e. 상기 제 2 접촉 판금 부재는 상기 하우징 내부로 연장되는 상기 금속 멤브레인의 부분에 용접으로 연결됨.
이 실시예는 본 발명에 따른 에너지 저장 요소에 신뢰성 있고 동시에 공간 절약형 안전 기능을 장착하는 방법을 제공한다. 금속 멤브레인은 문제없이 바닥의 함몰부에 통합될 수 있다. 예를 들어 바닥에 대한 전기 절연이 얇은 플라스틱 포일로 설계된 경우, 제2 접촉 판금 부재는 바닥에 평평하게 놓일 수 있으며, 얇은 포일에 의해서만 그로부터 분리될 수 있다. 하우징 내부에 충분히 높은 과압이 발생하면, 만입부가 바깥쪽으로 눌려, 상기 멤브레인이 접촉 플레이트로부터 떼어진다. 이렇게 하면 캐소드와의 전기적 접촉이 끊어지고 전류 흐름이 중단된다. 그럼에도 불구하고 압력이 계속 상승하면, 상기 멤브레인이 파열될 수 있다.
발생하는 내부 압력이 의도한 방식으로 만입부에 작용할 수 있도록 보장하기 위해, 만입된 영역이 하우징의 내부 공간과 소통 연결되는 제2 접촉 플레이트에 개구부, 특히 구멍을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 멤브레인의 두께는 퓨즈가 트립되는 압력에 따라 조정될 수 있다.
하우징 부분들의 바람직한 실시예
본 발명의 보다 특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 에너지 저장 소자는 항상 다음의 특징들 a. 내지 c. 중 적어도 하나를 갖는다:
a. 컵 형상 하우징 부분의 바닥은 200㎛ 내지 2000㎛ 범위의 두께를 가짐,
b. 컵 형상 하우징 부분의 측벽은 150 μm 내지 2000 μm 범위의 두께를 가짐,
c. 뚜껑 구성요소, 특히 뚜껑 구성요소의 뚜껑 플레이트는 200㎛ 내지 2000㎛ 범위의 두께를 가짐.
특히 바람직하게는, 바로 앞의 특징들 a. 내지 c.가 조합되어 실현된다.
본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 조립체
본 발명에 따른 조립체는 다음과 같은 특징들을 특징으로 한다:
a. 상기 조립체는 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 에너지 저장 소자를 포함함; 및
b. 상기 조립체는 에너지 저장 요소들 중 하나의 음극 단자 폴과 에너지 저장 요소들 중 다른 하나의 폴에 용접에 의해 연결된 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 전기 전도체를 포함함.
알루미늄 전도체는 예를 들어 알루미늄 레일일 수 있다.
상기 전도체에 적합한 알루미늄 합금으로는 1235, 1050, 1060, 1070, 3003, 5052, Mg3, Mg212(3000 시리즈) 및 GM55 유형의 Al 합금이 있다. AlSi, AlCuTi, AlMgSi, AlSiMg, AlSiCu, AlCuTiMg 및 AlMg도 적합하다. 상기 합금의 알루미늄 함량은 99.5% 초과인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 전기 전도체는 음극 단자 폴의 제1 접촉부에 연결된다.
본 발명에 따른 방법
본 발명에 따른 제조 방법은 본 발명에 따른 조립체를 제조하는데 사용되며 다음의 단계들을 특징으로 한다:
a. 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 에너지 저장 소자 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 전기 전도체가 제공되는 단계; 및
b. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 상기 전기 전도체가 용접에 의해 에너지 저장 소자들 중 하나의 음극 단자 폴 및 에너지 저장 소자들 중 다른 하나의 폴에 연결되는 단계.
특히 바람직하게는, 용접은 레이저에 의해 이루어진다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 청구범위 및 도면과 함께 본 발명의 실시예의 바람직한 예시에 대한 다음의 설명으로부터 명백하다. 개별적인 특징들은 각각 개별적으로 또는 서로 조합하여 실현될 수 있다.
도면에서는 다음을 개략적으로 나타낸다.
- 도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 실시예 및 오작동으로 인한 과압 발생시 그 동작을 나타냄(단면 도시),
- 도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장 소자의 부분인 전극-분리막 조립체 및 그 구성요소들을 나타냄,
- 도 3은 도 1에 도시된 에너지 저장 소자의 구성요소인 두 개의 접촉 판금 부재를 나타냄, 및
- 도 4는 본 발명에 따른 음극 단자 폴의 조립체를 나타냄(단면도).
도면에서는 다음을 개략적으로 나타낸다.
- 도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장 소자의 실시예 및 오작동으로 인한 과압 발생시 그 동작을 나타냄(단면 도시),
- 도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장 소자의 부분인 전극-분리막 조립체 및 그 구성요소들을 나타냄,
- 도 3은 도 1에 도시된 에너지 저장 소자의 구성요소인 두 개의 접촉 판금 부재를 나타냄, 및
- 도 4는 본 발명에 따른 음극 단자 폴의 조립체를 나타냄(단면도).
도 1에 도시된 에너지 저장 소자는 직경 26㎜, 높이 105㎜의 원통형 원형 전지로서, 기밀 및 수밀 방식으로 밀봉되고 하우징 바닥(101a), 원통형 하우징 쉘(101b) 및 원형 설계의 단자 개구부를 포함하는 컵 형상 설계의 금속 하우징 부분(101), 및 원형 둘레를 갖는 뚜껑 구성요소(102)로 구성되는 하우징을 포함한다. 뚜껑 구성요소(102)는 컵 형상 하우징 부분(101)의 원형 개구부에 배치되어 그 에지가 원주형 접촉 영역을 따라 컵 형상 하우징 부분(101)의 내부에 접하고, 여기서 뚜껑 구성요소(102)의 에지는 원주형 용접 이음새(118)를 통해 컵 형상 하우징 부분(101)에 연결된다. 그 결과, 뚜껑 구성요소(102)는 컵 형상 하우징 부분(101)의 단자 개구부에 용접되어 폐쇄시킨다. 뚜껑 구성요소(102)는 금속 뚜껑 플레이트(102a)와 음극 단자(102b)를 포함하며, 이는 뚜껑 플레이트(102a)의 개구부를 통과하고 뚜껑 플레이트(102)로부터 전기적으로 절연된다. 이를 위해, 뚜껑 구성요소(102)는 환형 절연 요소(102g)를 포함한다.
전극-분리막 조립체(104)는 하우징에서 연결된다. 이는 원통형 권선 형태로 되어 있으며, 제1 평평한 단자 단부 단부면(104a) 및 제2 평평한 단자 단부면(104b)에 더하여, 단부면들 사이에 위치한 권선 쉘(104c)을 갖는다. 하우징 내에서, 전극-분리막 조립체(104)는, 권선 쉘(104c)이 원통형 하우징 쉘(101b)의 내부 표면과 접하도록, 축선 방향으로 정렬된다. 예를 들어 하나 이상의 플라스틱 필름으로 제조된, 단지 하나의 전기 절연 층(115)이 권선 쉘(104c)과 내부 표면 사이에 추가로 배치된다. 전기 절연 층(115)은 하우징의 거의 전체 내부 표면에 걸쳐 연장된다. 하우징 부분(101)의 측벽과 그 바닥(101a)의 넓은 영역 및 뚜껑 플레이트(102a)의 내부는 모두 전극-분리막 조립체(104)의 구성요소와의 직접적인 접촉 및 전기적 접촉으로부터 차폐되어 있다.
전극-분리막 조립체(104)의 구조는 도 2를 참조하여 설명되어 있다. 조립체(104)는 제1 길이방향 에지(106a) 및 그에 평행한 제2 길이방향 에지를 갖는 리본 형상 애노드 집전체(106)을 구비한 리본 형상 애노드(105)(도 2A)를 포함한다. 애노드 집전체(106)는 구리 또는 니켈의 포일이다. 이는 음극 재료(107)의 층으로 로딩된 스트립 형상 메인 영역과, 전극 재료(107)가 로딩되지 않은 제1 길이방향 에지(106a)를 따라 연장되는 자유 에지 스트립(106b)을 포함한다. 또한, 조립체(104)는 제1 길이방향 에지(109a) 및 그에 평행한 제2 길이방향 에지를 갖는 리본 형상 캐소드 집전체(109)를 구비한 리본 형상 캐소드(108)(도 2B)를 포함한다. 캐소드 집전체(109)는 알루미늄 포일이다. 이는 양극 재료(110)의 층이 로딩된 스트립 형상 메인 영역과 전극 재료(110)가 로딩되지 않은, 제1 길이방향 에지(109a)를 따라 연장되는 자유 에지 스트립(109b)을 포함한다. 두 전극들은 모두 감겨 있지 않은 상태로 개별적으로 도시되어 있다.
애노드(105) 및 캐소드(108)는, 애노드 집전체(106)의 제1 길이방향 에지(106a)가 제1 단자 단부면(104a)으로부터 돌출되고 캐소드 집전체(109)의 제1 길이방향 에지(109a)가 전극-분리막 조립체(104)의 제2 단자 단부면(104b)으로부터 돌출되도록, 전극-분리막 조립체(104) 내에서 서로 오프셋되어 있다. 스태거형 배열(staggered arrangement)은 그림 2C에서 볼 수 있다. 또한 권선에서 전극(105 및 108)들을 분리하는 두 개의 리본 형상 분리막(116 및 117)들도 도시되어 있다.
도 2D에서, 전극-분리막 조립체(104)는 도 1에 따른 에너지 저장 소자에서 사용될 수 있으므로 권선 형태로 도시되어 있다. 단부면(104a, 104b)들으로부터 돌출된 전극 에지(106a, 109a)들이 명확하게 보인다. 권선 쉘(104c)은 플라스틱 필름으로 형성된다.
다시 도 1을 참조하면, 에너지 저장 소자(100)는 접촉 판금 부재(111)를 더 포함하며, 이는 애노드 집전체(106)의 제1 길이방향 에지(106a)에 안착되고 용접에 의해 연결된다. 또한, 접촉 판금 부재(111)는 뚜껑 플레이트(102a)의 개구부를 통과하는 음극 단자(102b)에 직접 연결됩니다. 즉, 후자는 접촉 판금 부재(111)에 용접된다. 절연 층(115)은 접촉 판금 부재(111)의 에지들과 하우징 부분(101)의 접촉 및 접촉 판금 부재(111)와 뚜껑 플레이트(102a)의 접촉을 방지한다. 제2 접촉 판금 부재(112)는 캐소드 집전체(109)의 돌출된 제1 에지(109a)에 안착되고, 용접에 의해 이에 연결된다.
두 개의 접촉 판금 부재(111 및 112)들은 도 3에 도시되어 있다. 둘 다 두께가 150μm 내지 350μm 범위인 평평한 금속 디스크이다. 금속 디스크(112)는 알루미늄으로 구성되는 반면, 디스크(111)는 구리 또는 니켈로 구성된다. 접촉 판금 부재(111 및 112)들은 본질적으로 권선 형상 전극-분리막 조립체의 직경에 상응하는 직경을 갖는다. 따라서 이들은 단부면(104a 및 104b들을 거의 완전히 덮는다. 접촉 판금 부재(112)는, 무엇보다도, 전극-분리막 조립체를 전해질로 함침시키는데 유용할 수 있는 중앙 구멍(122)을 갖는다. 접촉 판금 부재(111 및 112)들은 각각 3개의 비드(111a, 111b, 111c; 112a, 112b, 112c)를 가진다. 이들 비드로부터의 영역에서, 접촉 판금 부재(111 및 112)들은 에지(106a 및 109a)들에 용접된다.
도 1에 도시된 음극 단자(102b)는 컵 형상 제1 부분(102e)을 포함하며, 이는 그 바닥에 제1 접촉부(102c)를 포함한다. 이 접촉부는 접촉 판금 부재(111)에 직접 위치하며 용접에 의해 연결된다. 용접은 예를 들어 레이저에 의해 수행될 수 있다. 컵 형상 부분(102e)은 니켈 또는 구리로 구성된다. 용접을 용이하게 하기 위해, 이는 접촉 판금 부재(111)와 동일한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 음극 단자(102b)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 제2 부분(102f)을 포함한다. 이는 제2 접촉부(102d)를 포함한다. 제2 부분(102f)은 컵 형상 부분(102e)에 기계적으로 고정된 핀 형상부(102g)를 포함한다. 바람직하게는, 제2 부분(102f)은 컵 형상 부분(102e)에 압입되거나 또는 나사 연결을 통해 컵 형상 부분(102e)에 고정된다. 용접에 의한 추가 고정이 가능하다.
제2 접촉부(102d)는 하우징 외부로부터 기계적으로 접촉할 수 있다. 재료적 특성으로 인해, 레이저를 사용하여 알루미늄 전류 전도체에 쉽게 용접할 수 있다.
제2 접촉 판금 부재(112)는 금속 멤브레인(113)을 통해서만 컵 형상 하우징 부분(101)에 전기적으로 연결된다. 그렇지 않으면, 제2 접촉 판금 부재(112)는, 디스크 형태일 수 있는 절연체(119)에 의해 바닥(101a)으로부터 전기적으로 절연되고, 선택적으로 절연 층(115)의 일부일 수도 있다.
멤브레인(113)은 하우징 부분(101)의 바닥(101a)에 있는 개구부(101b)를 폐쇄한다. 공간을 절약하기 위해, 바닥(101a)은 개구부(101b) 주위의 외측에 환형의 평평한 홈을 갖고, 여기에서 멤브레인(113)은 용접에 의해 컵 형상 하우징 부분(101)에 고정된다. 후속적으로, 멤브레인(113)은 환형 용접 이음새(113a)를 갖는다. 그 중앙에서, 금속 멤브레인(113)은 멤브레인(113)이 개구부(101b)를 통해 하우징 내부로 연장되는 영역에 만입부(114)를 갖는다. 제2 접촉 판금 부재(112)는 하우징 내부로 연장되는 금속 멤브레인(113)의 부분에 용접에 의해 연결된다.
유리하게는, 접촉 판금 부재(112)는 복수의 구멍(120)을 갖는다. 구멍들 중 하나를 통해, 개구부(101b)는 전극-분리막 조립체(104) 내의 축선 방향 공동(121)에 연결된다. 하우징 내에서 과도한 압력이 발생하면, 하나 이상의 구멍들 중 하나를 통해 압력이 멤브레인(113)에 작용할 수 있다. 만약 압력이 충분히 높으면, 도 1A에 표시된 것처럼, 만입부(114)가 바깥쪽으로 밀려나, 멤브레인(113)이 접촉 플레이트(112)으로부터 분리된다. 이렇게 하면 캐소드(108)와의 전기적 접촉이 끊어지고 전류 흐름이 중단된다. 만약 그럼에도 불구하고 압력이 계속 상승하면, 멤브레인이 파열될 수 있다(도 1B 참조).
표시된 솔루션은 퓨즈 기능이 하우징 바닥(101a)에 통합되어 있어 하우징 내 공간을 차지하지 않는다는 점에서 유리하다. 그럼에도 불구하고, 신뢰성이 매우 높다.
도 4는 도 1에 도시된 음극 단자(102b)의 조립체를 도시한다. 이를 위해, 컵 형상 제1 부분(102e)의 바닥은 먼저 용접에 의해 접촉 판금 부재(111)에 연결된다. 본 실시예의 경우, 용접은 레이저에 의해 수행된다. 그런 다음, 제2 부분(102f)의 핀 형상부(102g)가 컵 형상 부분(102e)에 압착된다.
Claims (9)
- 에너지 저장 소자(100)로서, 다음의 특징들:
a. 공기 및 액체 밀폐형 하우징 및 그 안에 배치된 전극-분리막 조립체(104)를 포함함,
b. 상기 하우징은 금속성 컵 형상 하우징 부분(101)을 포함하며, 상기 하우징 부분(101)은 하우징 바닥(101a) 및 단자 개구부를 포함함,
c. 상기 하우징은, 상기 컵 형상 하우징 부분(101)의 상기 단자 개구부에 용접되어 폐쇄시키는 뚜껑 구성요소(102)를 포함함,
d. 상기 뚜껑 구성요소(102)는 금속성 뚜껑 플레이트(102a) 및 상기 뚜껑 플레이트(102)의 개구부를 통과하고 상기 뚜껑 플레이트(102)로부터 전기적으로 절연되는 음극 단자(102b)을 포함함,
e. 상기 전극-분리막 조립체(104)는 제1 평평한 단자 단부면(104a) 및 제2 평평한 단자 단부면(104b)을 포함함,
f. 상기 전극-분리막 조립체(104)는 제 1 에지(106a) 및 이에 평행한 제 2 에지를 갖는 애노드 집전체(106)를 갖는 애노드(105)를 포함함,
g. 상기 애노드 집전체(106)는 음극 재료(107)의 층으로 로딩된(loaded) 메인 영역, 및 제1 에지(106a)를 따라 연장하고 전극 재료(107)로 로딩되지 않은 자유 에지 스트립(106b)을 포함함,
h. 상기 전극-분리막 조립체(104)는 제1 에지(109a) 및 이에 평행한 제2 에지를 갖는 캐소드 집전체(109)를 갖는 캐소드(108)를 포함함,
i. 상기 캐소드 집전체(109)는 양극 재료(110)의 층으로 로딩된 메인 영역, 및 제1 에지(109a)를 따라 연장하고 전극 재료(110)로 로딩되지 않은 자유 에지 스트립(109b)을 포함함,
j. 상기 애노드(105) 및 상기 캐소드(108)는, 애노드 집전체(106)의 제1 에지(106a)가 제1 단자 단부면(104a)으로부터 돌출되고, 캐소드 집전체(109)의 제1 에지(109a)가 전극-분리막 조립체(104)의 제2 단자 단부면(104b)으로부터 돌출되도록, 전극-분리막 조립체(104) 내에 배치됨,
k. 상기 에너지 저장 소자는, 상기 애노드 집전체(106)의 제 1 에지(106a)에 안착되고 용접에 의해 연결되는 접촉 판금 부재(111)를 포함함,
l. 상기 접촉 판금 부재(111)는 상기 뚜껑 플레이트(102a)의 개구부를 통과하는 음극 단자(102b)에 전기적으로 연결됨,
m. 상기 음극 단자(102b)는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 합금 또는 구리 합금 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스강으로 만들어진 제1 접촉부(102c) 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 제2 접촉부(102d)를 포함함; 및
n. 상기 제2 접촉부(102d)는 하우징 외부로부터 기계적으로 접촉될 수 있음
을 갖는,
에너지 저장 소자. - 제1항에 있어서,
다음의 추가적인 특징들:
a. 상기 컵 형상 하우징 부분(101)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨,
b. 상기 뚜껑 플레이트(102a)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨,
c. 상기 뚜껑 구성요소(102)는 상기 뚜껑 플레이트(102a)에 고정되고, 특히 상기 뚜껑 플레이트(102a)에 용접되며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 별도의 양극 단자 폴(pole)을 포함함,
d. 상기 컵 형상 하우징 부분(101)과 상기 뚜껑 플레이트(102a) 및 상기 별도의 양극 단자 폴은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨
중 적어도 하나를 갖는,
에너지 저장 소자. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
다음의 추가적인 특징들:
a. 상기 접촉 판금 부재(111)는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 합금 또는 구리 합금 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스강으로 구성됨,
b. 상기 접촉 판금 부재(111)는 제1 접촉부(102c)와 동일한 재료로 구성됨,
c. 상기 접촉 판금 부재(111)는 상개 애노드 집전체(106)와 동일한 재료로 구성됨
중 적어도 하나를 갖는,
에너지 저장 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
다음의 추가적인 특징들:
a. 상기 접촉 판금 부재(111)는 50㎛ 내지 600㎛ 범위에서, 바람직하게는 150㎛ 내지 350㎛ 범위에서 균일한 두께를 갖는 것이 바람직함,
b. 상기 접촉 판금 부재(111)는 두 개의 대향하는 평평한 면들을 가지며, 실질적으로 한 차원으로만 연장됨,
c. 상기 접촉 판금 부재(111)는 디스크 또는 바람직하게는 직사각형 판임,
d. 상기 접촉 판금 부재(111)는 제 1 단자 단부면의 적어도 60%, 바람직하게는 적어도 70%, 특히 바람직하게는 적어도 80%를 덮도록 치수가 정해짐,
e. 상기 접촉 판금 부재(111)는 적어도 하나의 개구부, 특히 적어도 하나의 구멍 및/또는 적어도 하나의 슬롯을 가짐,
f. 상기 접촉 판금 부재(111)는 상기 접촉 판금 부재(111)의 하나의 평평한 면에 세장형 함몰부 및 반대편 평평한 면에 세장형 융기부로서 나타나는 적어도 하나의 비드를 가지며, 상기 접촉 판금 부재(111)는 상기 애노드 집전체(106)의 상기 제1 에지(106a)에 상기 세장형 융기부를 갖는 평평한 면으로 놓임,
g. 상기 접촉 판금 부재(111)는, 특히 상기 비드에 배치된 하나 이상의 용접 이음새를 통해, 상기 비드로부터의 영역에서 상기 애노드 집전체(106)의 상기 제 1 에지(106a)에 용접됨
중 적어도 하나를 갖는,
에너지 저장 소자. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
다음의 추가적인 특징들:
a. 상기 에너지 저장 소자는 상기 캐소드 집전체(109)의 상기 제 1 에지(109a)에 안착되고 용접에 의해 연결된 제 2 접촉 판금 부재(112)를 포함함,
b. 상기 제2 접촉 판금 부재(112)는 컵 형상의 하우징 부분(101)에 전기적으로 연결됨,
c. 상기 제 2 접촉 판금 부재(112)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성됨
중 적어도 하나를 갖는,
에너지 저장 소자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
다음의 추가적인 특징들:
a. 상기 음극 단자(102b)는 상기 제1 접촉부(102c)를 포함하는 관형 또는 컵 형상 제1 부재(102e)를 포함함,
b. 상기 관형 또는 컵 형상 부재(102e)는 니켈 또는 구리 또는 티타늄 또는 니켈 합금 또는 구리 합금 또는 티타늄 합금 또는 스테인리스강으로 구성됨,
c. 상기 음극 단자(102b)는, 특히 니켈 합금 또는 구리 합금 또는 니켈 합금 또는 구리 합금으로 코팅된, 니켈 또는 구리 또는 니켈 또는 구리 합금의 외피를 갖는 단자 관형 또는 컵 형상 제1 부분을 포함함,
d. 상기 음극 단자(102b)는 제2 접촉부(102d)를 포함하는 제2 알루미늄 또는 알루미늄 합금 부재(102f)를 포함함,
e. 상기 제2 부분(102f)은 기계적으로 및/또는 용접에 의해 상기 제1 부재(102e)에 고정됨,
f. 상기 제 2 부분(102f)은 관형 또는 컵 형상 부재(102e)에 기계적으로 고정되는 핀 형상부(102g)를 포함하며, 바람직하게는 관형 또는 컵 형상 부재(102e)에 압입되거나 또는 나사 연결에 의해 관형 또는 컵 형상 부재(102e)에 고정됨
중 적어도 하나를 갖는,
에너지 저장 소자. - 제5항 또는 제6항에 있어서,
다음의 추가적인 특징들:
a. 상기 컵 형상 하우징 부분(101)의 상기 바닥(101a)은 금속 멤브레인(113)에 의해 폐쇄되는 개구부(101b)를 포함함,
b. 상기 금속 멤브레인(113)은 용접에 의해 상기 컵 형상 하우징 부분(101)에 고정됨,
c. 상기 금속 멤브레인(113)은 상기 멤브레인(113)이 상기 개구부(101b)를 통해 상기 하우징의 내부로 연장되는 영역에 만입부(114)를 포함함,
d. 상기 제2 접촉 판금 부재(112)는 상기 하우징의 상기 바닥(101a)으로부터 전기적으로 절연됨,
e. 상기 제 2 접촉 판금 부재(112)는 상기 하우징 내부로 연장되는 상기 금속 멤브레인(113)의 부분에 용접으로 연결됨
을 갖는,
에너지 저장 소자. - 에너지 저장 소자의 조립체로서,
다음의 특징들:
a. 상기 조립체는 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 두 개의 에너지 저장 소자(100)를 포함함; 및
b. 상기 조립체는 상기 에너지 저장 소자 중 하나의 상기 음극 단자(102b)와 상기 에너지 저장 소자 중 다른 하나의 단자(102b)에 용접에 의해 연결된 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 전기 도체를 포함함
을 갖는,
에너지 저장 소자의 조립체. - 에너지 저장 소자(100)의 조립체를 제조하는 방법으로서,
다음의 단계들:
a. 청구항 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 에너지 저장 소자(100) 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 전기 도체가 제공되는 단계; 및
b. 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진 상기 전기 도체는 용접에 의해 상기 에너지 저장 소자 중 하나의 음극 단자 폴(102b)과 상기 에너지 저장 소자 중 다른 하나의 폴(102b)에 연결되는 단계
을 포함하는,
에너지 저장 소자의 조립체의 제조 방법.
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