KR20240069584A - 배터리 셀, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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KR20240069584A
KR20240069584A KR1020230069484A KR20230069484A KR20240069584A KR 20240069584 A KR20240069584 A KR 20240069584A KR 1020230069484 A KR1020230069484 A KR 1020230069484A KR 20230069484 A KR20230069484 A KR 20230069484A KR 20240069584 A KR20240069584 A KR 20240069584A
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고광훈
김도균
윤영석
이다솜
황보광수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 제1 전극은 권취 방향을 따라 활물질층이 코팅되어 있지 않은 제1 무지부를 포함하는 전극 조립체, 일 측에 개방부를 구비하고 개방부를 통해 전극 조립체를 수용하는 전지 하우징, 및 전극 조립체의 상부에 배치되는 지지부, 지지부로부터 연장되어 제1 무지부와 결합되는 탭 결합부 및 지지부로부터 연장되어 전지 하우징의 내면 상에 전기적으로 결합되며, 그 길이가 연신 가능하도록 구성된 하우징 결합부를 포함하는 집전체를 포함한다.

Description

배터리 셀, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{Battery cell, module, Battery pack and Vehicle comprising same}
본 발명은 배터리 셀, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 전극 조립체와 전지 하우징 간을 전기적으로 연결하도록 구성되는 집전체에 있어서, 전극 조립체에 안착하는 부분과 전지 하우징의 비딩부에 안착하는 부분 간에 높이 차이가 생기게 되어 이들을 연결하는 연결부가 평면에서의 연결 거리 이상의 길이를 갖도록 구성되거나 연신되어야 한다.
이를 위하여, 종래에는 연결부에 예를 들어 주름이 형성된 구조를 적용하기도 하였으나, 이 경우 플랫한 판재 형태를 유지하는 범위에서 판재를 가공하는 것만으로는 집전체를 제조하기가 어려우며, 가공된 판재에 별도의 성형을 가하여 입체적으로 형태를 변형시키는 공정이 요구되었다. 한편, 집전체에 이처럼 연결부가 연신될 수 있는 구조가 적용되지 않는 경우에는 연신 과정 중에 연결부가 파손되는 문제가 있었다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 구조의 집전체가 필요하게 되었다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 별도의 구조물 없이도 주름이나 파손 없이 연신이 가능한 집전체를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 플랫한 판재 형태를 유지하는 범위에서 판재를 가공하는 것만으로도 집전체를 제조할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1 전극은 권취 방향을 따라 활물질층이 코팅되어 있지 않은 제1 무지부를 포함하는 전극 조립체; 일 측에 개방부를 구비하고 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 하우징; 및 상기 전극 조립체의 상부에 배치되는 지지부, 상기 지지부로부터 연장되어 상기 제1 무지부와 결합되는 탭 결합부 및 상기 지지부로부터 연장되어 상기 전지 하우징의 내면 상에 전기적으로 결합되며, 그 길이가 연신 가능하도록 구성된 하우징 결합부를 포함하는 집전체를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 지지부와 상기 하우징 결합부의 경계 영역은, 상기 하우징 결합부의 단부가, 상기 개방부 및 상기 전지 하우징의 내면을 향하도록 절곡되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 하우징 결합부는, 상기 전극 조립체의 권취 축방향 및 반경 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 하우징 결합부는, 상기 전지 하우징의 내면 상에 결합되는 접촉부; 및 상기 지지부와 상기 접촉부 사이를 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 하우징 결합부는, 그 길이가 압축 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 하우징 결합부의 적어도 일부는, 중심부가 비어 있는 림 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 하우징 결합부의 적어도 일부는, 평면 형상이 타원 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기 하우징 결합부의 적어도 일부는, 평면 형상이 다각형 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 연결부의 외측 테두리에는, 상기 연결부의 내부를 향해 만입된 홈이 적어도 하나 구비될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 연결부는, 적어도 하나의 절곡부를 구비할 수 있다.
바람직하게, 상기 절곡부는, 상기 개방부를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 접촉부는, 상기 전지 하우징의 내면을 따라 연속된 형상을 갖도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다.
본 발명에 의하면, 집전체의 원활한 연신이 가능해진다.
보다 구체적으로, 본 발명에 의하면, 별도의 구조물이 없어도, 집전체를 연신할 때, 주름이나 파손이 발생하지 않는다.
다른 측면에서, 본 발명에 의하면, 플랫한 판재 형태를 유지하는 범위에서 판재를 가공하는 것만으로도 집전체를 제조할 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적인 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 종단면 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 셀의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 따르는 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 집전체가 연신된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 A를 따라 집전체를 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예를 따르는 집전체의 하우징 결합부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 하우징 결합부가 연신되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 따르는 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12의 집전체가 연신된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다.
2 개의 비교 대상이 동일하다는 언급은 '실질적으로 동일'한 것을 의미한다. 따라서 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
설명의 편의상 본 명세서에서 젤리롤 형태로 감기는 전극 조립체(10)의 권취축의 길이방향을 따르는 방향을 축방향(Y)이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축을 둘러싸는 방향을 원주방향 또는 둘레방향(X)이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축에 가까워지거나 권취축으로부터 멀어지는 방향을 반경방향이라 지칭한다. 이들 중 특히 권취축에 가까워지는 방향을 구심방향, 권취축으로부터 멀어지는 방향을 원심방향이라 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 셀(1)을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 종단면 사시도이다. 도 3은 도 1의 배터리 셀(1)의 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)은 전극 조립체(10), 전지 하우징(20) 및 집전체(30)를 포함한다. 상기 배터리 셀(1)은, 그 밖에도 하우징 커버(40)를 더 포함할 수도 있다. 본 발명은 전지의 형상에 의해 제한되지 않으며, 다른 형상의 전지, 예컨대 각형 전지에도 적용 가능하다.
상기 전극 조립체(10)는, 제1 무지부(11) 및 제2 무지부(12)를 구비한다. 좀 더 구체적으로는, 상기 전극 조립체(10)는 그 사이에 분리막을 개재시킨 상태로 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 구조를 갖는다. 즉, 본 발명에 적용되는 전극 조립체(10)는, 젤리-롤 타입의 전극 조립체(10)일 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(10)의 외주면 상에는 전지 하우징(20)과의 절연을 위해 추가적인 분리막이 구비될 수도 있다. 상기 전극 조립체(10)는, 제한 없이, 당업계에서 잘 알려진 권취 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 전극은, 제1 전극 집전체 및 제1 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1 전극 활물질을 포함한다. 상기 제1 전극의 폭 방향(도 1에 도시된 배터리 셀(1)의 높이 방향과 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 즉, 상기 제1 전극은 권취 방향을 따라 장변 단부에 활물질이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 무지부를 포함한다. 제1 전극 탭으로서 기능하는 상기 무지부를 이하 제1 무지부(11)로 칭하기로 한다. 상기 제1 무지부(11)는, 전지 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(도 1에 도시된 배터리 셀(1)의 높이 방향과 나란한 방향) 상부에 구비된다. 즉, 상기 제1 전극은, 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제1 무지부(11)를 포함하고, 제1 무지부(11)의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는 것이다. 상기 제1 무지부(11)는, 예를 들어 음극 탭일 수 있다.
한편, 상기 제1 무지부(11)의 적어도 일부는, 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 분할된 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 분절편은, 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 밴딩될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 밴딩된 상기 제1 무지부(11)의 복수의 분절편은, 여러 겹으로 중첩되어 절곡면을 형성할 수 있다. 이 경우, 후술할 집전체(30)의 탭 결합부(32)는, 상기 절곡면 상에 결합될 수 있다. 상기 탭 결합부(32)는, 복수의 분절편이 여러 겹으로 중첩되어 있는 영역에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 탭 결합부(32)가 제1 무지부(11)의 절곡면 상에 안착된 상태에서, 일정 영역에 대한 용접이 실시될 수 있다. 즉, 상기 탭 결합부(32)는, 제1 무지부(11)의 복수의 분절편들이 여러 겹으로 중첩되어 있는 영역에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 탭 결합부(32)는, 제1 무지부(11)의 절곡면 상에 안착된 상태에서, 일정 영역에 대해 용접된 용접부를 적어도 하나 구비할 수 있다.
상기 제2 전극은, 제2 전극 집전체 및 제2 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2 전극 활물질을 포함한다. 상기 제2 전극의 폭 방향(도 1에 도시된 배터리 셀(1)의 높이 방향과 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 즉, 상기 제2 전극은 권취 방향을 따라 장변 단부에 활물질이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 무지부를 포함한다. 제2 전극 탭으로서 기능하는 상기 무지부를 이하 제2 무지부(12)로 칭하기로 한다. 상기 제2 무지부(12)는, 전지 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향 하부에 구비된다. 즉, 상기 제2 전극은, 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제2 무지부(12)를 포함하고, 제2 무지부(12)의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는 것이다. 상기 제2 무지부(12)는, 예를 들어 양극 탭일 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전지 하우징(20)은, 일 측에 개방부가 형성된 대략 원통형의 수용체로서, 도전성을 갖는 금속 재질이다. 상기 전지 하우징(20)의 측면, 그리고 상기 개방부의 반대 편에 위치하는 하면은 일체로 형성되는 것이 일반적이다. 즉, 상기 전지 하우징(20)은, 그 높이 방향 상단은 개방되어 있고, 하단은 폐쇄된 형태를 갖는 것이 일반적이다. 상기 전지 하우징(20)의 하면은 대략 플랫한 형태를 가질 수 있다. 상기 전지 하우징(20)은, 그 높이 방향 일 측에 형성된 개방부를 통해 전극 조립체(10)를 수용한다. 상기 전지 하우징(20)은, 상기 개방부를 통해 전해질도 함께 수용할 수 있다.
상기 전지 하우징(20)은, 전지 하우징(20)의 상단에 구비된 개방부에 인접한 단부에 형성되는 비딩부(21)를 구비할 수 있다. 상기 전지 하우징(20)은, 비딩부(21) 상에 형성되는 클림핑부(22)를 더 구비할 수도 있다. 상기 비딩부(21)는, 전지 하우징(20)의 외주면 둘레가 소정의 깊이로 압입된 형태를 갖는다. 좀 더 구체적으로, 상기 비딩부(21)는 전지 하우징(20)의 일 측에 형성된 개방부와 전극 조립체(10)를 수용하는 수용부 사이의 영역에서 내측을 향해 압입된 형태를 가질 수 있다.
상기 비딩부(21)는, 전극 조립체(10)의 상부에 형성된다. 상기 비딩부(21)가 형성된 영역에서의 전지 하우징(20)의 내경은, 전극 조립체(10)의 직경보다 더 작게 형성된다. 후술할 집전체(30)의 적어도 하나의 탭 결합부(32)는, 비딩부(21)보다 더 하측에 위치할 수 있다.
상기 비딩부(21)는, 하우징 커버(40)가 안착될 수 있는 지지 면을 제공한다. 또한, 상기 비딩부(21)는, 후술할 집전체(30)의 가장자리 둘레 중 적어도 일부가 안착 및 결합될 수 있는 지지 면을 제공할 수 있다. 즉, 상기 비딩부(21)의 상면에는, 본 발명의 집전체(30)의 가장자리 둘레 중 적어도 일부 및/또는 하우징 커버(40)의 가장자리 둘레가 안착될 수 있다. 상기 집전체(30)의 가장자리 둘레 중 적어도 일부 및/또는 하우징 커버(40)의 가장자리 둘레를 안정적으로 지지할 수 있도록 하기 위해, 상기 비딩부(21)의 상면은 전지 하우징(20)의 하면에 대략 나란한 방향을 따라, 즉 전지 하우징(20)의 측벽에 대략 수직한 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 비딩부(21)는, 전지 하우징(20)의 내경과 대략 대응되는 사이즈를 가질 수 있는 전극 조립체(10)가 전지 하우징(20)의 상단에 형성된 개구부를 통해 빠져나오지 않도록 하며, 하우징 커버(40)가 안착되는 지지부로서 기능할 수 있다. 상기 상부 비딩부(21)는 하우징 커버(40)뿐만 아니라 집전체(30)의 접촉부(33a), 실링 가스켓(G1) 등을 고정시키기 위한 지지부로서 기능할 수 있다.
상기 클림핑부(22)는, 비딩부(21)의 상부에 형성된다. 상기 클림핑부(22)는, 비딩부(21)의 상부에 배치되는 하우징 커버(40)의 가장자리 둘레를 감싸도록 연장 및 밴딩된 형태를 갖는다. 이러한 클림핑부(22)의 형상에 의해 하우징 커버(40)는 비딩부(21) 상에 고정된다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집전체(30)는, 전지 하우징(20) 내부에 수용되며, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되고, 또한 전지 하우징(20)과 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 집전체(30)는, 전극 조립체(10)와 전지 하우징(20) 사이를 전기적으로 연결한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 따르는 집전체(30)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 집전체(30)는, 전극 조립체(10)의 일 면 상에 위치하는 지지부(31), 상기 지지부(31)로부터 연장되어 제1 무지부(11)와 결합되는 탭 결합부(32) 및 상기 지지부(31)로부터 연장되어 전지 하우징(20)의 내면 상에 결합되는 하우징 결합부(33)를 포함한다.
상기 탭 결합부(32)와 하우징 결합부(33)는, 지지부(31)를 통해 간접적으로 연결되며, 서로 직접 연결되지 않는다. 따라서, 본 발명의 배터리 셀(1)에 외부 충격이 가해졌을 때, 집전체(30)와 전극 조립체(10)의 결합 부위 및 집전체(30)와 전지 하우징(20)의 결합 부위에 손상 발생 가능성을 최소화할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 탭 결합부(32) 및/또는 하우징 결합부(33)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 적어도 하나의 상기 탭 결합부(32)와 적어도 하나의 상기 하우징 결합부(33)는 집전체(30)의 중심부를 기준으로 예를 들어 대략 방사형, 십자형, 또는 이들이 조합된 헝태로 배치될 수 있다. 다른 측면에서, 복수의 상기 하우징 결합부(33) 각각은, 서로 인접하는 탭 결합부(32) 사이에 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 지지부(31) 및 복수의 탭 결합부(32)는 전극 조립체(10)의 상부에 배치된다. 상기 탭 결합부(32)는, 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 결합된다. 상기 탭 결합부(32)는, 예를 들어 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 제1 무지부(11)와 용접에 의해 결합될 수 있다. 상기 탭 결합부(32)는, 예를 들어 전지 하우징(20)의 하면과 대략 평행한 상태로 제1 무지부(11)에 용접 결합될 수 있다. 상기 제1 무지부(11)와 탭 결합부(32) 사이에 형성되는 용접부는, 예를 들어 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 연장된 대략 직선 형상의 용접 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 상기 탭 결합부(32) 뿐만 아니라, 상기 지지부(31) 역시 제1 무지부(11)와 결합될 수도 있다. 상기 탭 결합부(32)와 제1 무지부(11)는 용접에 의해 결합될 수 있다. 상기 지지부(31) 및 탭 결합부(32)는, 전지 하우징(20)에 비딩부(21)가 형성되는 경우에 있어서 비딩부(21)보다 하부에 위치한다.
상기 지지부(31)는, 전극 조립체(10)의 대략 중심부에 형성되는 권취 홀(H1)과 대응되는 위치에 형성되는 집전체 홀(H2)을 구비할 수 있다. 서로 연통되는 권취 홀(H1) 및 집전체 홀(H2)은, 단자(50)와 제2 집전체(30) 간의 용접 또는 단자와 리드 탭(미도시) 간의 용접을 위한 용접봉의 삽입 또는 레이저 빔의 조사를 위한 통로로서 기능할 수 있다. 상기 집전체 홀(H2)은, 전극 조립체(10)의 코어에 형성되는 권취 홀(H1)을 가리지 않도록 전극 조립체(10)의 권취 홀(H1)이 실질적으로 동일하거나 이보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 만약, 상기 집전체 홀(H2)의 직경이 권취 홀(H1)의 직경보다 과도하게 작다면 권취 홀(H1)에 형성된 홀이 가려져서 주액성이 저하될 수 있고, 또한 용접을 위한 장치의 삽입이나 레이저 조사를 위한 공간이 충분히 확보되기 어려울 수 있다.
복수의 탭 결합부(32)들은 집전체(30)의 지지부(31)로부터 대략 방사상으로 전지 하우징(20)의 측벽을 향해 연장된 형태를 가질 수 있다. 복수의 탭 결합부(32)들 각각은 지지부(31)의 둘레를 따라 상호 이격되어 위치할 수 있다.
복수의 하우징 결합부(33)들은 집전체(30)의 지지부(31)로부터 대략 방사상으로 전지 하우징(20)의 측벽을 향해 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 복수의 하우징 결합부(33)들 각각은 지지부(31)의 둘레를 따라 상호 이격되어 위치할 수 있다. 서로 이웃하는 탭 결합부(32) 사이에는 적어도 하나의 하우징 결합부(33)가 위치할 수 있다.
상기 하우징 결합부(33)는, 상기 지지부(31)로부터 연장되어 상기 전지 하우징(20)의 내면 상에 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징 결합부(33)는, 전지 하우징(20)의 내면 중, 예를 들어 비딩부(21)에 결합될 수 있다. 특히, 상기 하우징 결합부(33)는, 비딩부(21)의 상면에 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 하우징 결합부(33)는, 그 길이가 연신 가능하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 이하 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 따르는 집전체(30)를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 집전체(30)가 연신된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5을 참조하여 설명하면, 상기 하우징 결합부(33)는, 그 길이가 연신 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 하우징 결합부(33)는, 하우징 결합부(33)를 잡아당겼을 때의 길이가 하우징 결합부(33)를 잡아당기지 않았을 때의 길이보다 더 길어지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 연신되기 전의 집전체(30)를 나타낸다. 도 4의 집전체(30)는 평평한 플랫 형상을 갖는 판재로 구성될 수 있다. 즉, 집전체(30)를 제조할 때 평평한 판재를 절단 및 가공하여 도 4와 같은 집전체(30)를 제조할 수 있다. 이와 같은 집전체(30)는 배터리 셀에 조립되기 전 또는 조립되면서 도 5와 같이 연신된 상태가 될 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면 하나의 플랫한 판재로 구성된 집전체(30)가 별도의 구조물 없이 용이하게 연신될 수 있다. 보다 구체적으로, 이와 같은 구조에 의하면, 별도의 구조물 없이도, 집전체(30)를 연신할 때, 주름이나 파손이 발생하지 않는다. 즉, 하나의 판재로 구성된 집전체(30)가 주름이나 파손 없이 연신될 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 집전체(30) 제조 시 추가 공정 없이 플랫한 판재 형태만으로 제조하더라도, 집전체(30) 연신 시 주름이나 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 종래 집전체(30)의 연결부(33b)의 연신을 위하여 연결부(33b)에 별도의 주름을 형성하는 경우 주름의 형성 방향에 따라 연결부(33b)가 취약해지는 위험성을 줄일 수 있다. 아울러, 집전체(30)에 주름이나 별도의 구조가 없기 때문에, 전류의 흐름이 더욱 원활할 수 있다. 나아가, 본 발명에 의하면, 집전체(30) 생산 과정에서 생산 단가를 낮추고 생산 공정을 간소화할 수 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 종래 연결부(33b)의 연신을 위하여 연결부(33b)에 마련하던 별도의 주름을 생략할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 지지부(31)와 상기 하우징 결합부(33)의 경계 영역은, 상기 하우징 결합부(33)의 단부가, 상기 개방부 및 상기 전지 하우징(20)의 내면을 향하도록 절곡되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 하우징 결합부(33)는 배터리 셀의 상부를 향하는 방향으로 절곡되어 있다. 즉, 집전체(30)는, 제조 시의 평평한 판재 상태에서, 일부 영역이 절곡 변형된 상태로 배터리 셀 내부에 조립될 수 있다. 특히, 지지부(31)와 상기 하우징 결합부(33)의 경계 영역이 절곡될 수 있고, 이 때, 하우징 결합부(33)의 단부는 개방부를 향하도록 절곡된 상태가 될 수 있다.
바람직하게, 상기 하우징 결합부(33)는, 상기 전극 조립체(10)의 권취 축방향 및 반경 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 하우징 결합부(33)는, 전극 조립체(10)의 권취 축을 중심으로 상방을 향하며 경사진 방향으로 연장될 수 있다. 결국, 집전체(30)가 최초 제조 시의 플랫한 판재 상태에서, 도 5와 같이 하우징 결합부(33)가 상방으로 연장된 상태가 되기 위해서는, 지지부(31)와 상기 하우징 결합부(33)의 경계 영역이 상방으로 절곡되어야 하며, 그 결과, 집전체(30)는 상하 방향으로 소정 높이를 갖는 형태가 될 수 있다. 즉 집전체(30)는 소정 총고를 갖고, 이 때 상기 총고는 일정 범위 내에서 변형 가능하도록 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 하우징 결합부(33)는 전지 하우징(20)의 내면 상에 결합되는 접촉부(33a) 및 지지부(31)와 접촉부(33a) 사이를 연결하는 연결부(33b)를 포함할 수 있다.
상기 접촉부(33a)는, 전지 하우징(20)의 내면 상에 결합된다. 상기 전지 하우징(20)에 비딩부(21)가 형성되는 경우에 있어서, 상기 접촉부(33a)는 비딩부(21) 상에 결합될 수 있다. 이 경우, 안정적인 접촉 및 결합을 위해 비딩부(21) 및 접촉부(33a)는 모두 전지 하우징(20)의 하면에 대략 나란한 방향, 즉 전지 하우징(20)의 측벽에 대략 수직한 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
한편, 상기 접촉부(33a)는, 비딩부(21)의 상면에 용접 결합될 수 있다. 즉 용접부는 상기 비딩부(21)의 상면 영역에 형성될 수 있다. 상기 접촉부(33a)와 비딩부(21) 사이에 형성되는 용접부는, 비딩부(21)의 상면보다 좁게 형성될 수 있다. 상기 전지 하우징(20)과 집전체(30)의 결합을 위한 용접은, 예를 들어 레이저 용접, 초음파 용접 또는 스폿 용접 등이 적용될 수 있다.
도 6은 도 4에 도시된 A를 따라 집전체(30)를 절단한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 하우징 결합부(33)는, 그 길이가 압축 가능하도록 구성될 수 있다.
집전체(30)는 전술한 바와 같이 플랫한 판재 상에서 절단 및 가공되어 제조된다. 즉, 최초 제조 시 집전체(30)는 플랫판 판재 상태이다. 이 상태를 제1 상태(S1)로 정의하기로 한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 형태를 따른 집전체(30)는, 제1 상태(S1)에서 총고(권취 축의 연장 방향을 따른 접촉부(33a)의 상면과 지지부(31)의 상면 사이의 거리 또는 권취 축의 연장 방향을 따른 접촉부(33a)의 상면과 탭 결합부(32)의 상면 사이의 거리)가 0 mm 가 될 수 있다. 한편, 상세히 후술할 바와 같이 하우징 결합부(33)는 중심부가 비어 있는 림(rim) 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징 결합부(33)는 장축(L)과 단축(S)을 갖는 타원 형태를 가질 수 있다. 일 예로서, 제1 상태(S1)에서는, 타원의 장축(L)이 약 10 mm, 단축(S)이 약 6 mm 가 되도록 구성될 수 있다.
한편, 집전체(30)가 부품으로서 기능하기 위해서는, 집전체(30)의 소정 영역이 절곡된 상태가 되어야 한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 집전체(30)는 전극 조립체(10)와 전지 하우징(20) 사이를 전기적으로 연결하므로, 전지 하우징(20)과 집전체(30)의 결합면과 전극 조립체(10)와 집전체(30)의 결합면 사이에 높이 차이가 존재할 때, 상기 높이 차이를 커버할 수 있는 형태가 되어야 한다. 구체적으로, 도 3 및 도 5를 참조하면, 집전체(30)의 지지부(31)와 하우징 결합부(33)의 경계 영역이, 상방으로 절곡된 상태가 되어야 한다. 이와 같이 집전체(30)가 절곡 변형되어 배터리 셀에 조립되기 전의 상태를 제2 상태(S2)로 정의하기로 한다. 제2 상태(S2)의 집전체(30)는 비로소 배터리 셀에 조립되기 위해 전지 하우징(20) 내부로 수용될 수 있다. 이 때, 집전체(30)의 총고는, 전극 조립체(10)의 상면과 비딩부(21)의 상면 사이의 축 방향 거리(전극 조립체(10)의 권취 축의 연장 방향을 따른 거리)보다 더 길거나 같도록 구성될 수 있다. 만약, 집전체(30)의 총고가, 전극 조립체(10)의 상면과 비딩부(21)의 상면 사이의 축 방향 거리보다 더 짧으면, 집전체(30)의 접촉부(33a)가 비딩부(21)에 걸려 지지부(31) 및/또는 탭 결합부(32)가 전극 조립체(10)와 접촉할 수 없다. 또는, 만약 집전체(30)가 먼저 전극 조립체(10)와 먼저 결합된 상태로 전지 하우징(20) 내에 수용되는 경우에는, 접촉부(33a)가 비딩부(21)에 걸려서 전극 조립체(10)가 전지 하우징(20)의 바닥 면까지 도달할 수 없게 된다. 결국, 빈 공간이 발생하여 에너지 효율이 저하될 수 있다. 일 예로서, 제2 상태(S2)에서는, 집전체(30)의 총고, 즉 지지부(31)와 접촉부(33a) 사이의 권취 축 방향 높이를 약 5 mm 로 설정할 수 있는데, 이 때, 구조적으로 필요한 연결부(33b)의 연신 길이는 약 1.18 mm 일 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 집전체(30)의 총고는, 전극 조립체(10)의 상면과 비딩부(21)의 상면 사이의 축 방향 거리보다 더 길거나 같도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구조에 의하면, 집전체(30)의 접촉부(33a)가 비딩부(21)보다 더 상방에 위치하게 된다. 여기서, 접촉부(33a)가 비딩부(21)에 접촉하도록 상기 연결부(33b)는 압축될 수 있다. 이 때, 접촉부(33a)가 비딩부(21)에 접촉한 상태에서 용접이 이루어질 수도 있다. 이와 같이 접촉부(33a)가 비딩부(21)에 접촉한 상태를 제3 상태(S3)로 정의하기로 한다. 일 예로서, 제3 상태(S3)에서는, 집전체(30)의 총고를 약 3.38 mm 로 설정할 수 있는데, 이 때, 연결부(33b)는 소정 길이로 압축될 수 있다. 즉, 총고 약 5 mm 로 연신되었던 연결부(33b)는, 다시 3.38 mm 로 압축될 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 상기 하우징 결합부(33)는, 그 길이가 연신 및/또는 압축 가능하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 상태(S1)에서 제2 상태(S2)로 변형되는 과정에서 하우징 결합부(33)는 그 길이가 연신될 수 있다. 다음으로, 제2 상태(S2)에서 제3 상태(S3)로 변형되는 과정에서 하우징 결합부(33)는 그 길이가 압축될 수 있다. 이와 같이 하우징 결합부(33)의 길이가 연신 및 압축 가능하도록 구성된 구조에 의하면, 하나의 집전체(30) 디자인으로, 다양한 사이즈와 스펙을 갖는 여러 배터리 셀들에 적용이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 하나의 플랫한 판재로 구성된 집전체(30)가 별도의 구조물 없이도 용이하게 연신 및/또는 압축될 수 있다. 또한, 이와 같은 구조에 의하면, 별도의 구조물 없이도, 집전체(30)를 연신 및/또는 압축할 때, 주름이나 파손이 발생하지 않는다. 즉, 본 발명에 의하면, 집전체(30) 제조 시 추가 공정 없이 플랫한 판재 형태만으로 제조하더라도, 집전체(30) 연신 및/또는 압축 시 주름이나 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예를 따르는 집전체(30)의 하우징 결합부(33)를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7의 하우징 결합부(33)가 연신되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 하우징 결합부(33)의 적어도 일부는, 중심부가 비어 있는 림(rim) 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 특히, 하우징 결합부(33)의 연결부(33b)는, 중심부가 비어 있는 림(rim) 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
여기서, 림(rim) 형태란, 원형을 포함하지만, 반드시 원형으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에서 의미하는 림 형태는, 삼각형, 사각형과 같은 다각형 구조일 수도 있으며, 테두리가 굴곡진 특정 형상을 의미할 수도 있다. 즉, 본 발명에서 말하는 림 형태란, 중심부가 비어 있고 테두리가 연속된 형상을 갖는 모든 형태를 포함한다고 할 것이다.
예를 들어 본 발명의 일 실시 형태로서, 상기 하우징 결합부(33)의 적어도 일부는 도 7 및 도 8과 같이 평면 형상이 타원 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 여기서 타원은 원을 포함한다. 특히, 상기 하우징 결합부(33)의 연결부(33b)의 평면 형상은 타원 형태일 수 있다. 연신되기 전의 연결부(33b)와 연신된 후의 연결부(33b)는 모두 타원 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 도 7과 같이 연신 전의 연결부(33b)는 대략 타원 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 한편 도 8과 같이 집전체(30)가 연신되는 경우, 연결부(33b)의 타원 형태는 장축(L)이 더 길고 단축(S)이 더 짧은 또 다른 타원 형태로 변형될 수 있다.
상기와 같이, 하우징 결합부(33)의 적어도 일부가, 중심부가 비어 있고 테두리가 연속된 형상을 갖는 구조에 의하면, 플랫한 판재 형태를 갖는 하우징 결합부(33)라도 연신 및/또는 압축 시 주름 및/또는 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 간단한 제조 과정으로도 집전체(30)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 따르는 집전체(30)를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 따른 집전체(30)는 앞선 실시예의 집전체(30) 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기 하우징 결합부(33)의 적어도 일부는, 평면 형상이 다각형 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 특히, 연결부(33b)가 평면 형상이 다각형 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
예를 들어 도 9를 참조하면, 상기 연결부(33b)는 평면 형상이 마름모 꼴을 가질 수도 있다. 그러나 본 발명의 연결부(33b)의 형태가 이와 같은 마름모 꼴로 한정되는 것은 아니고, 삼각형, 사각형, 오각형 등 다각형의 모든 형태를 포함하는 것은 물론이다. 즉, 본 발명의 연결부(33b)는, 중심부가 비어 있고 테두리가 연속된 다각형 형상을 갖는 모든 형태를 포함한다고 할 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 집전체(30)를 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 따른 집전체(30)는 앞선 실시예의 집전체(30) 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시 형태로서, 상기 연결부(33b)의 외측 테두리에는, 상기 연결부(33b)의 내부를 향해 만입된 홈(N)이 적어도 하나 구비될 수 있다.
도 10을 참조하여 설명하면, 연결부(33b)는 대략 타원 형태를 갖도록 구성될 수 있고, 타원의 외측 테두리에 홈(N)이 복수 개 구비될 수 있다. 타원 형태를 갖는 연결부(33b)가 장축(L) 방향으로 연신되기 위해서는, 연결부(33b)의 외측 테두리의 길이가 감소함과 동시에 내측 테두리의 길이가 증가해야 한다. 이와 관련하여, 집전체(30)는 전기 전도성을 확보하기 위해 금속으로 구성되는데, 금속은 일반적으로 강도가 높기 때문에, 형상 변형에 어려움이 있을 수 있다.
그러나, 본 발명에 의하면, 연결부(33b)의 외측 테두리에, 연결부(33b)의 내부를 향해 만입된 홈(N)을 구비함으로써, 연결부(33b)를 연장할 때, 홈(N) 사이의 영역들이 서로 가까워질 수 있다. 이에 따라, 연결부(33b)의 외측 테두리의 둘레 길이를 용이하게 감소시킬 수 있다.
이상과 같은 도 4 내지 도 10의 실시 형태에 의하면, 집전체(30)를 배터리 셀(1)에 조립할 때, 연결부(33b)가 용이하게 연신될 수 있다. 즉, 별도의 구조물의 필요 없이, 하나의 판재로 구성된 집전체(30)가 주름이나 파손 없이 연신될 수 있다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, 집전체(30)의 지지부(31)는 집전체(30)의 하우징 결합부(33)의 접촉부(33a)와 배터리 셀(1)의 중심축 방향으로 소정 거리 이격된 상태를 갖는다. 그렇게 되기 위해서는 도 4와 같은 평면 형상의 집전체(30)가 상하 방향으로 연신되면서 변형되어야 한다. 예를 들어, 지지부(31)와 연결부(33b)의 경계와 연결부(33b)의 접촉부(33a)의 경계에서 각각 절곡이 이루어질 수 있다. 이 때, 집전체(30)의 중심으로부터 하우징 결합부(33)의 말단까지의 반경 방향 길이가 일정하게 유지되기 위해서는 연결부(33b)의 길이가 길어져야 한다. 따라서, 도 5와 같이 하우징 결합부(33)의 절곡이 발생할 때, 연결부(33b)의 형상이 변형되면서 하우징 결합부(33)는 그 연장 방향을 따라 용이하게 연신될 수 있다. 동시에, 연신 과정에서 주름 및/또는 파손의 발생이 억제될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 집전체(30)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 연결부(33b)는, 적어도 하나의 절곡부(F)를 구비할 수 있다. 바람직하게, 상기 절곡부(F)는, 상기 개방부를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 절곡부(F)는 상기 접촉부(33a)의 일 단부와 상기 탭 결합부(32)의 일 단부를 연결한 가상의 직선의 중심을 지나면서 배터리 하우징(20)의 바닥면과 평행한 가상의 평면보다 상방에 위치할 수 있다. 상기 적어도 하나의 절곡부(F)는, 상기 전지 하우징(20)의 길이 방향 축을 따라 보았을 때, 집전체(30)끼리 서로 중첩되지 않도록, 둔각으로 절곡되어 있을 수 있다. 다른 실시 형태로서, 상기 연결부(33b)는 복수의 절곡부(F)를 포함할 수도 있다. 이 때, 상기 접촉부(33a)와 상기 연결부(33b)의 경계 지점은, 둔각으로 절곡되어 있을 수 있다. 즉, 상기 연결부(33b)는, 상기 연결부(33b)가 상기 비딩부(21)를 향해 갈수록, 그 경사가 단계적 또는 점진적으로 감소할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 하우징 결합부(33)가 절곡부(F)를 갖는 구조에 의하면, 집전체(30)의 총고 가변성이 한 층 더 증가될 수 있다. 즉, 절곡부(F)에 의해 집전체(30)가 상하 방향으로 늘어나거나 압축될 수 있는 여력이 더 증가할 수 있다. 또한, 추후 배터리 사이징 공정에서 집전체(30)에 가해지는 응력을 효과적으로 분산시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 접촉부(33a)는, 상기 전지 하우징(20)의 내면을 따라 연속된 형상을 갖도록 구성될 수 있다.
접촉 면적의 극대화를 위해, 상기 집전체(30)는, 복수의 하우징 결합부(33) 각각의 접촉부(33a)의 원주방향 연장 길이의 합이 전지 하우징(20)의 내주와 실질적으로 동일하거나 약간 짧도록 구성될 수 있다. 특히, 도 4 및 도 5와 같이, 상기 접촉부(33a)는, 상기 전지 하우징(20)의 내면을 따라 연속된 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 접촉부(33a)는 전지 하우징(20)의 내면을 따라 연장된 링 형상을 가질 수 있다. 다만, 이와 같이 접촉부(33a)가 링 타입으로 구성되는 경우, 집전체(30)를 배터리 셀의 길이 방향으로 성형할 때, 연결부(33b)가 길이 방향으로 연신 되어야만 접촉부(33a)의 형상을 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이 하우징 결합부(33)의 적어도 일부를 연신 가능하게 구성함에 따라, 접촉부(33a)의 형상을 일정하게 유지할 수 있다.
나아가, 접촉부(33a)가 전지 하우징(20)의 내면을 따라 연속된 형상을 갖도록 구성된 구조에 의하면, 집전체(30)와 전지 하우징(20) 사이의 접촉 면적이 극대화될 수 있다. 이에 따라, 집전체(30)와 전지 하우징(20) 간의 결합력이 증가할 수 있다. 또한, 전지 내부 저항을 감소시킬 수 있다.
한편, 접촉부(33a)가 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 개재되어 있기 때문에, 상기와 같은 구조에 의하면, 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라 클림핑 과정에서 전체적으로 균일한 실링 가스켓(G1) 압축률을 확보할 수 있다. 따라서 클림핑 공정 이후 전해액 등의 누출 발생 위험성을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3에서와 같이 비딩부(21)와 접촉부(33a) 상에 실링 가스켓(G1)이 얹혀지고 그 후 크림핑부(22)에 의해, 접촉부(33a), 비딩부(21) 및 실링 가스켓(G1)이 압축된 형태가 될 수 있다. 이 때, 접촉부(33a)가 전지 하우징(20)의 내면을 따라 연속된 형상을 갖지 않고, 연결부(33b)의 단부로부터 양 방향으로 뻗어나가면서 소정 폭을 갖는 구조를 가질 경우, 비딩부(21)는, 접촉부(33a)와 접하는 영역과 접촉부(33a)와 접하지 않는 영역으로 나누어질 수 있다. 즉, 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 접촉부(33a)가 개재된 영역과, 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 접촉부(33a)가 개재되지 않은 영역이 존재하게 된다. 한편, 크림핑부(22)가 형성될 때, 원주 방향에 따라 압축되는 힘이 달라지지 않고 동일하기 때문에, 크림핑부(22)의 안쪽에 구비된 구성요소들은 일정한 힘을 받게 된다. 따라서, 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 접촉부(33a)가 개재된 영역에서의 실링 가스켓(G1)의 압축률이, 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 접촉부(33a)가 개재되지 않은 영역에서의 실링 가스켓(G1)의 압축률보다, 더 커지게 된다. 그 결과, 실링 가스켓(G1)의 압축률은, 원주 방향을 따라 증가와 감소를 교차로 반복하게 된다. 이에 따라, 실링 가스켓(G1)의 실링 특성이 약화되어, 전해액 등의 누출 발생 위험성이 증가할 수 있다.
반면, 본 발명에 의하면, 접촉부(33a)가 전지 하우징(20)의 내면을 따라 연속된 형상을 갖도록 구성되었기 때문에, 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 항상 접촉부(33a)가 개재되는 구조가 된다. 그 결과, 실링 가스켓(G1)의 압축률이 원주 방향을 따라 일정하게 유지될 수 있다. 이에 따라, 실링 가스켓(G1)의 실링 특성이 강화되어, 전해액 등의 누출 발생 위험성을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예를 따르는 집전체(30)를 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 도 12의 집전체(30)가 연신된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기 접촉부(33a)는 적어도 일부가 전지 하우징(20)의 비딩부(21)를 따라 원주 방향으로 연장된 호 형태를 가질 수 있다. 이로써, 상기 접촉부(33a)의 원주 방향 연장 길이는 연결부(33b)의 폭보다 더 길게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 접촉부(33a)는, 연결부(33b)와 접촉부(33a)의 교차 지점으로부터 비딩부(21) 상에서 원주 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장된 호 형태를 가질 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 하우징 커버(40)는, 전지 하우징(20) 내부에 발생된 가스로 인한 내압 증가를 방지하기 위해 형성되는 벤팅부(41)를 구비할 수 있다. 상기 벤팅부(41)는, 상기 전지 하우징(20)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 파단되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 벤팅부(41)는, 하우징 커버(40)의 일부에 형성되며 내부 압력이 가해졌을 때 용이하게 파단될 수 있도록 주변 영역보다 구조적으로 취약한 영역일 수 있다. 상기 벤팅부(41)는, 예를 들어 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 영역일 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 벤팅부(41)는 대략 원형의 폐루프를 구성할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 하우징 커버(40)는, 전지 하우징(20)의 일 측에 형성된 상기 개방부를 커버한다. 상기 하우징 커버(40)는, 전지 하우징(20) 상단에 형성되는 클림핑부(22)에 의해 고정될 수 있다. 이 경우, 고정력의 향상 및 전지 하우징(20)의 밀폐성 향상을 위해 전지 하우징(20)과 하우징 커버(40) 사이 및 집전체(30)와 하우징 커버(40) 사이에는 실링 가스켓(G1)이 개재될 수도 있다. 이 경우, 상기 접촉부(33a)는, 전지 하우징(20)의 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 개재될 수 있다. 이처럼 비딩부(21)와 실링 가스켓(G1) 사이에 개재된 접촉부(33a)는, 비딩부(21)로부터 상방으로 연장되는 클림핑부(22)의 절곡에 의해 고정될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 셀(1)을 포함하는 배터리 팩(3)을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀(1)이 전기적으로 연결된 전지 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(2)을 포함한다. 본 발명의 도면에서는, 도면 도시의 편의상 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 전력 단자 등의 부품은 생략되었다.
도 15는 도 14의 배터리 팩(3)을 포함하는 자동차(5)를 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)을 포함한다. 상기 자동차(5)는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함한다. 상기 자동차(5)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구 범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
5: 자동차
3: 배터리 팩
2: 팩 하우징
1: 배터리 셀
10: 전극 조립체
11: 제1 무지부
12: 제2 무지부
H1: 권취 홀
20: 전지 하우징
21: 비딩부
22: 클림핑부
30: 집전체
H2: 집전체 홀
31: 지지부
32: 탭 결합부
33: 하우징 결합부
33a: 접촉부
33b: 연결부
N: 홈
F: 절곡부
S1: 제1 상태
S2: 제2 상태
S3: 제3 상태
40: 하우징 커버
41: 벤팅부
G1: 실링 가스켓

Claims (14)

  1. 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1 전극은 권취 방향을 따라 활물질층이 코팅되어 있지 않은 제1 무지부를 포함하는 전극 조립체;
    일 측에 개방부를 구비하고 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 하우징; 및
    상기 전극 조립체의 상부에 배치되는 지지부, 상기 지지부로부터 연장되어 상기 제1 무지부와 결합되는 탭 결합부 및 상기 지지부로부터 연장되어 상기 전지 하우징의 내면 상에 전기적으로 결합되며, 그 길이가 연신 가능하도록 구성된 하우징 결합부를 포함하는 집전체
    를 포함하는 배터리 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부와 상기 하우징 결합부의 경계 영역은,
    상기 하우징 결합부의 단부가, 상기 개방부 및 상기 전지 하우징의 내면을 향하도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 결합부는,
    상기 전극 조립체의 권취 축방향 및 반경 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 결합부는,
    상기 전지 하우징의 내면 상에 결합되는 접촉부; 및
    상기 지지부와 상기 접촉부 사이를 연결하는 연결부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 결합부는,
    그 길이가 압축 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 결합부의 적어도 일부는,
    중심부가 비어 있는 림 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 결합부의 적어도 일부는,
    평면 형상이 타원 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징 결합부의 적어도 일부는,
    평면 형상이 다각형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결부의 외측 테두리에는, 상기 연결부의 내부를 향해 만입된 홈이 적어도 하나 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    적어도 하나의 절곡부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 절곡부는,
    상기 개방부를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 접촉부는,
    상기 전지 하우징의 내면을 따라 연속된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 배터리 셀을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 기재된 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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