WO2023085794A1 - 원통형 이차전지에 전해액을 주입하는 주액기 입구 구조물 - Google Patents

원통형 이차전지에 전해액을 주입하는 주액기 입구 구조물 Download PDF

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WO2023085794A1
WO2023085794A1 PCT/KR2022/017612 KR2022017612W WO2023085794A1 WO 2023085794 A1 WO2023085794 A1 WO 2023085794A1 KR 2022017612 W KR2022017612 W KR 2022017612W WO 2023085794 A1 WO2023085794 A1 WO 2023085794A1
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WO
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outer ring
electrolyte
momentum
inlet structure
battery
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PCT/KR2022/017612
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원진혁
류덕현
박경훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627—Filling ports
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an injector inlet structure for injecting electrolyte into a cylindrical secondary battery, and an electrolyte injection method using the same.
  • Conventional cylindrical secondary batteries generally have a structure in which a tab connecting a jelly-roll and an external terminal is welded to a foil of the jelly-roll.
  • the cylindrical secondary battery having this structure has a limited current path, and the self-resistance of the jelly-roll is inevitably very high.
  • a method of lowering the resistance by increasing the number of tabs connecting the jelly-roll and the external terminal has been tried, but there is a limit to lowering the resistance to a desired level and securing a sufficient current path by simply increasing the number of tabs.
  • both positive and negative plates at both ends of the jelly-roll in the axial direction are to be connected to external terminals with current collectors
  • current collectors are welded to both ends of the jelly-roll, accommodated in a battery can, and then A method of welding with an external terminal may be applied.
  • the welding device inserted into the hollow part of the jelly-roll, there is room for welding the bottom of the battery can and the current collector plate at the bottom of the jelly-roll, and also in the center of the jelly-roll to increase the impregnation of the electrolyte.
  • the hollow portion may be exposed without being covered with the current collector plate.
  • an insulator may not be used at the top in order to maximize the electric capacity.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-described problems, and provides an electrolyte injection nozzle structure capable of preventing deformation of the core portion of the jelly-roll when the electrolyte is injected into a battery can containing the jelly-roll aims to
  • an object of the present invention is to provide an electrolyte injection nozzle structure capable of securing the impregnability of the electrolyte of a secondary battery while preventing the electrolyte from directly falling into the hollow portion of the jelly-roll.
  • an object of the present invention is to provide a method of injecting an electrolyte solution into a jelly-roll type secondary battery.
  • the inlet structure of the injector of the present invention for solving the above problems may be installed at an electrolyte outlet of an injector for injecting electrolyte into a battery cell.
  • the inlet structure of the injector may be used for a cylindrical secondary battery accommodating a jelly-roll type electrode assembly having a hollow part in a winding shaft.
  • the hollow part of the electrode assembly may be exposed to an upper portion of a battery can of a cylindrical secondary battery.
  • the inlet structure of the injector may include an outer ring having a perforated shape defining an inner region; a momentum reducing unit spaced apart from the outer ring and disposed in the central portion of the inner region so as to collide with the electrolyte injected into the central portion of the inner region among the electrolyte injected through the inner region; and one or more connecting members extending from the outer ring toward the central portion of the outer ring and connected to the momentum reducing unit.
  • the outer ring may have a circular shape.
  • the connecting member may be radially extended from the central portion of the outer ring.
  • connection member may be provided with one or two or more.
  • connection member may be provided in plurality so as to be disposed at equal intervals along the circumferential direction.
  • connection member may include a shape extending in a straight line shape.
  • connection member may include an elongated shape in a curved shape.
  • the momentum reducing portion may have a size that covers a cross section of a hollow portion of an electrode assembly of a battery cell in which the inlet structure of the injector is used.
  • a cross section of the momentum reducing portion may be greater than a cross section of the hollow portion.
  • the momentum reducing unit may have a shape that shields a central portion of the inner region.
  • One or more through-holes having a cross section smaller than that of a hollow part of an electrode assembly of a battery cell in which the injector inlet structure is used may be provided in the momentum reducer.
  • the through hole may have a circular shape.
  • the through hole may have a square shape including a square shape, a rectangle shape, and a diamond shape.
  • a plurality of through-holes may be provided, and the plurality of through-holes may be defined by a lattice member.
  • the lattice member may include one or two or more first lattice members extending in a first direction and one or two or more second lattice members extending in a second direction crossing the first direction.
  • the first lattice member and the second lattice member may be orthogonal to each other.
  • the lattice member may constitute the connection member together while constituting the momentum reducing unit.
  • the lattice member may be formed over the entire inner region of the outer ring around the momentum reducing unit as well as the momentum reducing unit.
  • the outer ring, the momentum reducing unit, and the connection member may be integrally molded parts.
  • a covering ring may be further provided on an outer circumference of the outer ring to surround the outer ring and to be combined with the outer ring.
  • the outer ring, the momentum reducing unit and the connecting member, and the covering may include a polymer material that is not eluted in the electrolyte and does not react chemically.
  • the covering may be softer than the outer ring.
  • the present invention it is possible to secure the impregnability of the electrolyte solution of the secondary battery while preventing the electrolyte solution from directly falling into the hollow part of the jelly-roll.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the internal structure of a cylindrical secondary battery to which an electrolyte injector inlet structure of the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a perspective view of the first collector plate of FIG. 1;
  • FIG 3 is a perspective view of a liquid injector inlet structure according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of the inlet structure of the injector of FIG. 3;
  • FIG. 5 to 10 are plan views of a liquid injector inlet structure according to second to sixth embodiments of the present invention, respectively.
  • FIG. 1 cylindrical secondary battery 10: electrode assembly 11: first electrode tab 12: second electrode tab H1: winding hole (hollow part) 20: battery can 21: beading part 22: crimping part 30: current collecting plate (first current collecting plate) ) H2: collector plate hole 31: loop shape part (center part) 32: tap coupling part H3: liquid injection hole 33: can coupling part 33a: contact part 33b: connection part 40: can cover 41: venting part G1: sealing gasket 50: cell terminal G2: Insulation gasket T1: 1st electrode terminal T2: 2nd electrode terminal P: current collector plate (second collector plate) S: insulator W: welding part 70: liquid injector inlet structure 71: outer ring 72: inner area 73: momentum reduction Part 74: through hole 75: lattice member 751: first lattice member 752: second lattice member 76: connecting member 77: covering X: longitudinal direction (circumferential direction) of electrode plate Y: width direction (axial direction (axial direction
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another component, and unless otherwise stated, the first component may be the second component, of course.
  • the arrangement of an arbitrary element on the "upper (or lower)" or “upper (or lower)” of a component means that an arbitrary element is placed in contact with the upper (or lower) surface of the component.
  • ком ⁇ онент when a component is described as “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components may be “interposed” between each component. ", or each component may be “connected”, “coupled” or “connected” through other components.
  • a direction along the longitudinal direction of the winding shaft of the electrode assembly that is wound in the form of a jelly roll is referred to as an axial direction (Y).
  • a direction surrounding the winding shaft is referred to as a circumferential direction or a circumferential direction (X).
  • a direction closer to or away from the winding axis is referred to as a radial direction or a radial direction (Z).
  • a direction closer to the winding axis is referred to as a centripetal direction
  • a direction away from the winding axis is referred to as a centrifugal direction.
  • FIGS. 1 and 2 an example of a cylindrical secondary battery suitable for application of the liquid injector inlet structure according to the present invention will be described.
  • the inlet structure of the injector of the present invention is not necessarily applied only to the cylindrical secondary battery structure of the structure described below.
  • a cylindrical secondary battery 1 into which an electrolyte is injected by applying an injector inlet structure includes an electrode assembly 10, a battery can 20, and a current collector (first collection).
  • a front plate) 30, a can cover 40 and a cell terminal 50 are included.
  • the cylindrical secondary battery 1 may further include a sealing gasket (G1) and/or an insulating gasket (G2) and/or a current collector (second collector plate) (P) and/or an insulator (S). there is.
  • the electrode assembly 10 includes a first electrode tab 11 and a second electrode tab 12 .
  • the electrode assembly 10 may be manufactured by winding a laminate formed by sequentially stacking a first electrode, a separator, a second electrode, and a separator at least once in the X-axis direction around the Y-axis. . That is, the electrode assembly 10 applied to the present invention may be a jelly-roll type electrode assembly. In this case, an additional separator may be provided on the outer circumferential surface of the electrode assembly 10 to insulate it from the battery can 20 .
  • the first electrode includes a first electrode current collector and a first electrode active material coated on one or both surfaces of the first electrode current collector. At one end of the first electrode current collector in the width direction (a direction parallel to the height direction of the cylindrical secondary battery 1 shown in FIG. 1), there is a non-coated portion to which the first electrode active material is not applied. The uncoated portion functions as the first electrode tab 11 .
  • the first electrode tab 11 is provided above the electrode assembly 10 accommodated in the battery can 20 in the height direction (parallel to the height direction of the cylindrical secondary battery 1 shown in FIG. 1).
  • the first electrode tab 11 may be, for example, a negative electrode tab.
  • the second electrode includes a second electrode current collector and a second electrode active material coated on one or both surfaces of the second electrode current collector. At the other end of the second electrode current collector in the width direction (a direction parallel to the height direction of the cylindrical secondary battery 1 shown in FIG. 1), there is a non-coated portion on which the second electrode active material is not applied. The uncoated portion functions as the second electrode tab 12 .
  • the second electrode tab 12 is provided below the electrode assembly 10 accommodated in the battery can 20 in the height direction.
  • the second electrode tab 12 may be, for example, a positive electrode tab.
  • the positive electrode active material coated on the positive electrode plate and the negative electrode active material coated on the negative electrode plate may be used without limitation as long as they are known in the art.
  • the cathode active material has the general formula A[A x M y ]O 2+z (A includes at least one element of Li, Na, and K; M is Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, including at least one element selected from Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, and Cr; 0 ⁇ x, 1 ⁇ x+y ⁇ 2, -0.1 ⁇ z ⁇ 2; the stoichiometric coefficients of the components included in x, y, z and M are selected such that the compound maintains electrical neutrality).
  • the cathode active material is an alkali metal compound disclosed in US6,677,082, US6,680,143, etc.
  • xLiM 1 O 2 -(1-x)Li 2 M 2 O 3 (M 1 is at least one element having an average oxidation state of 3) M 2 includes at least one element having an average oxidation state of 4; 0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the cathode active material has the general formula Li a M 1 x Fe 1-x M 2 y P 1-y M 3 z O 4-z
  • M 1 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Includes at least one element selected from Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, and Al
  • M 2 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al , As, Sb, Si, Ge, includes at least one element selected from V and S
  • M 3 includes a halogen group element optionally including F; 0 ⁇ a ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ z ⁇ 1; the stoichiometric coefficients of the components included in a, x, y, z, M 1 , M 2 , and M 3 are selected such that the compound remains electrically neutral), or Li 3 M 2 (PO 4 ) 3 [M includes at least one element selected from Ti
  • the cathode active material may include primary particles and/or secondary particles in which the primary particles are aggregated.
  • the negative electrode active material may use a carbon material, lithium metal or a lithium metal compound, silicon or a silicon compound, tin or a tin compound, or the like.
  • Metal oxides such as TiO 2 and SnO 2 having a potential of less than 2 V can also be used as an anode active material.
  • the carbon material both low crystalline carbon and high crystalline carbon may be used.
  • the separator is a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of polyolefin-based polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer. Alternatively, they may be laminated and used. As another example, the separator may use a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, or the like.
  • a coating layer of inorganic particles may be included on at least one surface of the separation membrane. Also, it is possible that the separation membrane itself is formed of a coating layer of inorganic particles. Particles constituting the coating layer may have a structure combined with a binder so that an interstitial volume exists between adjacent particles.
  • the inorganic particles may be made of an inorganic material having a dielectric constant of 5 or more.
  • the inorganic particles are Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB(Mg 3 Nb 2/3 )O 3 PbTiO 3 (PMN-PT), BaTiO 3 , hafnia (HfO 2 ), SrTiO 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, CaO, ZnO and Y 2 O 3 It may contain at least one or more materials selected from the group.
  • the electrolyte may be a salt having a structure such as A + B - .
  • a + includes alkali metal cations such as Li + , Na + , and K + or ions made of combinations thereof.
  • B - is F - , Cl - , Br - , I - , NO 3 - , N(CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - , AlO 4 - , AlCl 4 - , PF 6 - , SbF 6 - , AsF 6 - , BF 2 C 2 O 4 - , BC 4 O8 - , (CF 3 ) 2 PF 4 - , (CF 3 ) 3 PF 3 - , (CF 3 ) 4 PF 2 - , (CF 3 ) 5 PF - , (CF 3 ) 6 P - , CF 3 SO 3 - , C 4 F9SO 3 - , CF 3 CF 2
  • the electrolyte can also be used by dissolving it in an organic solvent.
  • organic solvent propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), dipropyl carbonate, DPC), dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (N- methyl-2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), ⁇ -butyrolactone, or mixtures thereof may be used.
  • the current collector plates 30 and P may be electrically connected to the first electrode tab 11 and the second electrode tab 12 , respectively.
  • the first electrode tab 11 and the second electrode tab 12 are, as shown in FIG. 1, in a state where they are not bent in the radial direction, or in a state where they are bent in the radial direction (not shown), the first current collector plate 30 and the second collector plate P may be combined with each other by welding or the like.
  • the battery can 20 is a substantially cylindrical container having an open portion formed on one side thereof, and is made of a conductive metal material.
  • the battery can 20 may be made of steel or aluminum, but the present invention is not limited thereto.
  • the side surface of the battery can 20 and the lower surface (lower surface in reference to FIG. 1) located on the opposite side of the opening are integrally formed. That is, in general, the battery can 20 has an open upper end and a closed lower end in the height direction.
  • the battery can 51 may form side walls and a bottom portion by drawing sheet metal with a press.
  • the lower surface of the battery can 20 may have a substantially flat shape.
  • a hole is formed in the center of the lower surface of the battery can 20, and the cell terminal 50 can be coupled thereto with an insulating gasket G2 interposed therebetween. Accordingly, the battery can 20 itself may constitute the first electrode terminal T1, and the cell terminal 50 may constitute the second electrode terminal T2.
  • the battery can 20 accommodates the electrode assembly 10 to which the current collector plate 30 (P) is coupled through an open portion formed on one side in the height direction (upper portion in the drawing of FIG. 1 ).
  • the battery can 20 may also accommodate an electrolyte through the opening.
  • the second collector plate P is electrically connected to the cell terminal 50 by welding or the like.
  • the battery can 20 An insulator (S) may be interposed between the bottom of and the second collector plate (P).
  • the battery can 20 may include a beading portion 21 formed at an upper end thereof.
  • the beading part 21 may be processed while the electrode assembly 10 is accommodated inside the battery can 20 .
  • the beading part 21 has a shape in which the circumference of the outer circumferential surface of the battery can 20 is press-fitted to a predetermined depth, and the inner diameter of the battery can 20 in the region where the beading part 21 is formed is the electrode assembly 10 ) is formed smaller than the diameter of
  • An edge of the first current collector 30 connected to the first electrode tab 11 of the electrode assembly 10 may be placed on the beading portion 21 .
  • the first collector plate 30 includes a loop-shaped portion 31 and at least one tab extending radially outward from the loop-shaped portion 31 and coupled to the first electrode tab 11 . It includes at least one can coupling portion 33 extending radially outward from the coupling portion 32 and the loop-shaped portion 31 and coupled to the inner surface of the battery can 20 .
  • the number of the tap coupling portion 32 and the can coupling portion 33 may be one or two or more, and preferably, 3 to 6 may be arranged at equal intervals along the circumferential direction.
  • the loop-shaped part 31 and the at least one tap coupling part 32 are disposed above the electrode assembly 10 and may be located below the beading part 21 formed in the battery can 20 . These may be provided in a form in close contact with the first electrode tab 11 provided on the upper part of the electrode assembly 10 .
  • the loop-shaped portion 31 may be provided at the center of the first current collecting plate 30 . Accordingly, the loop-shaped portion 31 may also be referred to as a central portion.
  • the central portion 31 includes a collector plate hole H2 formed at a position corresponding to the winding hole H1 formed in the central portion of the electrode assembly 10 . Accordingly, in a state in which the first collector plate 30 is coupled to the first electrode tab 11, the hollow part of the electrode assembly 10, that is, the winding hole H1 passes through the collector plate hole H2. It can be exposed from the top.
  • the winding hole H1 and the current collecting plate hole H2 communicating with each other may function as a passage for inserting a welding rod for welding between the cell terminal 50 and the second current collecting plate P or for irradiating a laser, and may function as a passage for irradiating a laser. This can be used as an inlet passage.
  • the at least one tap coupling part 32 may be welded (W) to the first electrode tab 11 .
  • a liquid injection hole H3 may be formed in the tap coupling part 32 .
  • the at least one can coupling part 33 may have a shape extending from the end of the central portion 31 toward the sidewall of the battery can 20 .
  • the can coupling parts 33 may be coupled to the beading part 21 of the inner surface of the battery can 20 .
  • the upper surface of the beading part 21 has a shape extending in a direction substantially parallel to the lower surface of the battery can 20, that is, in a direction substantially perpendicular to the sidewall of the battery can 20, and the can coupling part ( 33)
  • the can coupling part 33 may be in contact with the beading part 21 by having an extended shape along the same direction.
  • the can coupling portion 33 includes a contact portion 33a coupled to the beading portion 21 of the battery can 20 and a connection portion 33b connecting the central portion 31 and the contact portion 33a.
  • the connecting portion 33b may include at least one bending portion B whose extension direction is switched between the central portion 31 and the contact portion 33a, so that contraction and extension are possible within a certain range.
  • the battery can 20 passes through the open top.
  • An electrolyte may be injected into the battery can 20 .
  • the hollow part of the electrode assembly 10 is exposed upward through the current collecting plate hole H2 of the first current collecting plate 30 . Therefore, when the electrolyte is injected, the possibility that the core portion of the electrode assembly 10 is impacted and deformed by the significant momentum of the falling electrolyte cannot be ruled out.
  • the present invention provides an electrolyte injector inlet structure 70 capable of reducing the momentum of the electrolyte injected into the hollow of the electrode assembly 10 .
  • the injector inlet structure 70 has its edge placed (placed) on the beading part 21, placed (placed) on the upper end of the side wall of the battery can 20, or placed (placed) on the battery can 20 ), and the electrolyte solution can be injected in this state.
  • the structure of the injector inlet structure 70 will be described later.
  • the beading part 21 provides a support surface on which the can cover 40 can be seated. On the upper surface of the beading part 21, the contact part 33a of the current collecting plate 30 may be placed, and the periphery of the can cover 40 may be placed.
  • the battery can 20 further includes a crimping portion 22 formed above the beading portion 21 .
  • the crimping part 22 is formed on the upper part of the beading part 21 .
  • the crimping part 22 has an extended and bent shape so as to surround the periphery of the can cover 40 disposed above the beading part 21 . Due to the shape of the crimping portion 22 , the can cover 40 is fixed on the beading portion 21 .
  • the can cover 40 covers the opening formed on one side of the battery can 20 .
  • the can cover 40 may be fixed by a crimping portion 22 formed on the top of the battery can 20 .
  • a sealing gasket G1 may be interposed between the battery can 20 and the can cover 40 in order to improve the fixing force and the airtightness of the battery can 20 . Since the two electrode terminals T1 and T2 of the cylindrical secondary battery described in the embodiment are disposed at the bottom, the can cover 40 does not need to function as a current passage. Accordingly, the sealing gasket G1 may be interposed between the portion where the can cover 40 and the battery can 20 are engaged.
  • a venting groove 41 for venting the electrolyte solution may be further provided in the can cover 40 .
  • the cylindrical battery cell is, for example, a cylindrical battery having a form factor ratio (defined as the diameter of the cylindrical battery cell divided by the height, that is, the ratio of the height (H) to the diameter ( ⁇ )) of greater than about 0.4.
  • a form factor ratio defined as the diameter of the cylindrical battery cell divided by the height, that is, the ratio of the height (H) to the diameter ( ⁇ )
  • H the diameter of the cylindrical battery cell divided by the height
  • ⁇ the diameter of the diameter ( ⁇ ) of greater than about 0.4.
  • the form factor means a value representing the diameter and height of a cylindrical battery cell.
  • Cylindrical battery cells may be, for example, 46110 cells, 48750 cells, 48110 cells, 48800 cells, or 46800 cells.
  • the first two numbers indicate the diameter of the cell
  • the next two numbers indicate the height of the cell
  • the last number 0 indicates that the cross section of the cell is circular.
  • a battery cell according to an embodiment of the present invention may be a cylindrical battery cell having a substantially cylindrical shape, a diameter of about 46 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • a battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell having a diameter of about 48 mm, a height of about 75 mm, and a form factor ratio of 0.640.
  • a battery cell according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery cell having a diameter of about 48 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • a battery cell according to another embodiment may be a substantially cylindrical battery cell having a diameter of about 48 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of 0.600.
  • a battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell having a substantially cylindrical shape, a diameter of about 46 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of 0.575.
  • battery cells having a form factor ratio of approximately 0.4 or less have been used. That is, conventionally, for example, 18650 cells, 21700 cells, etc. have been used. For an 18650 cell, its diameter is approximately 18mm, its height is approximately 65mm, and the form factor ratio is 0.277. For a 21700 cell, its diameter is approximately 21 mm, its height is approximately 70 mm, and the form factor ratio is 0.300.
  • the inlet structure 70 of the injector is installed in the injector into which the battery cell injects the electrolyte. Electrolyte is injected into the battery cell through the inlet structure 70 of the injector.
  • the inlet structure of the injector has a perforated outer ring 71 defining an inner region.
  • the outer ring 71 may be circular, for example.
  • the electrolyte supplied from the injector is supplied to the battery cell through the inner region 72 of the outer ring 71 .
  • the cross section of the inner region 72 of the outer ring 71 is smaller than the cross section of the upper opening of the battery cell.
  • a momentum reducing unit 73 is provided at the center of the inner region 72 .
  • the momentum reducing unit 73 is disposed at a position to cover the winding hole H1 of the secondary battery, that is, the hollow part, while the injector inlet structure 70 is mounted on the upper part of the battery can 20.
  • the momentum reducer 73 hinders or blocks the flow of the electrolyte solution injected into the center of the inner region among the electrolyte solutions supplied through the inner region 72 . Then, the electrolyte that has passed through the central portion of the inner region 72 does not fall directly into the winding hole H1, that is, the hollow portion disposed below the momentum reducing portion 73, and is not supplied. It is supplied while detouring through the space between the momentum reducing unit 73 and the outer ring 71 . That is, the momentum reducer 73 reduces the momentum and kinetic energy of the electrolyte flowing in the center of the inner region 72 .
  • the first collector plate 30 fixed to the upper portion of the electrode assembly 10 covers most of the other regions except for the hollow part of the electrode assembly 10, and the first electrode tab 11 is bent in the radial direction so that each other Since they are overlapped, there is no fear of deformation or damage to the electrode assembly 10 even when the electrolyte is directly dropped and supplied to the corresponding region.
  • the injector inlet structure 70 extends from the outer ring 71 toward the central portion of the outer ring 71 and is connected to the momentum reducing unit 73 in order to support the momentum reducing unit 73. It includes one or more connecting members 76 to be.
  • connection member 76 may be radially extended from the central portion of the outer ring 71 .
  • 3, 4, 6, 7 and 8 illustrate a structure in which four connecting members 76 are arranged at intervals of 90 degrees.
  • 5 illustrates a structure in which eight connecting members 76 are disposed at intervals of 45 degrees. The number of connecting members 76 is not limited to the illustrated embodiment.
  • the momentum reducer 73 may have a shape that completely shields the central portion of the inner region. According to this structure, since the electrolyte passes through the injector inlet structure 70 and completely bypasses the central portion of the inner region and is supplied to the battery can 20, damage to the hollow portion of the electrode assembly 10 can be surely prevented. there is.
  • the momentum reducer 73 is a type that reduces the momentum or kinetic energy of the electrolyte solution supplied to the hollow portion of the electrode assembly 10 and may include one or more through holes 74 .
  • the number of through holes 74 may be one or plural, and the size of each through hole 74 may be smaller than the size of the hollow part H1 of the electrode assembly 10 .
  • FIG. 6 illustrates a structure in which one circular through hole 74 smaller than the hollow part of the electrode assembly 10 is formed at the center of the momentum reducer 73 . According to this, the electrolyte solution passing through the through-hole 74 of the momentum reducing unit 73 and descending decreases significantly due to the viscosity with the inner circumferential surface of the through-hole 74, and the hollow part H1 of the electrode assembly 10 supplied to
  • a plurality of through holes 74 provided in the momentum reducer 73 may be provided, and the plurality of through holes 74 may be defined by a grille member 75 .
  • the connection member 76 blocks the flow of the electrolyte and secures a certain thickness to support the momentum reducing portion 73 that receives a lot of load, while the grate member 75 has the electrolyte flowing through the through hole 74. In order to secure a wider contact area with the connection member 76, it may have a thinner thickness.
  • the lattice member 75 includes one first lattice member 751 extending in a first direction and one second lattice member extending in a second direction crossing the first direction ( 752) may be included. Accordingly, four through holes 74 may be defined by the lattice member 75 .
  • FIG. 7 discloses a structure in which the first lattice member 751 and the second lattice member 752 cross at right angles, the cross pattern is not necessarily limited thereto.
  • third lattice members 75 extending in a third direction crossing both the first and second directions may be further provided, and they may cross each other at 60 degree intervals.
  • the lattice member 75 includes a plurality of first lattice members 751 extending in a first direction and a plurality of second lattice members extending in a second direction crossing the first direction ( 752) may be included. Accordingly, a plurality of through holes 74 may be defined by the lattice member 75 .
  • a cross-sectional area of each of the through holes 74 determined by the lattice member 75 may be smaller than the cross-sectional area of the hollow part of the electrode assembly 10 .
  • the lattice member 75 may constitute the momentum reducing unit 73 and the connection member 76 together.
  • the momentum reducing unit 73 has a through hole 74 having a smaller cross section than the hollow portion of the electrode assembly 10 in which the first lattice member 751 and the second lattice member 752 intersect. It may be defined as a regulating portion, and the connecting member 76 may be defined as a portion connecting the momentum reducing portion 73 and the outer ring 71.
  • the grate member 75 is formed over the entire inner region of the outer ring 71 around the momentum reducing portion 73 as well as the momentum reducing portion 73. may be
  • the through hole 74 may also be disposed throughout the inner area. Then, even if a large amount of electrolyte is injected at once due to supplying the electrolyte to a secondary battery of a larger standard than the conventional standard, it passes through the through-hole 74 disposed over the entire inner area and the contact between the electrolyte and the inner wall of the through-hole 74 Damage to the electrode assembly 10 can be minimized by being supplied to the electrode assembly 10 in a state in which momentum is greatly reduced due to viscosity.
  • the outer ring 71, the momentum reducing unit 73, and the connecting member 76 described above may be integrally molded by injection molding or the like to form one part.
  • the momentum reducing unit 73 and the connecting member 76 have a rigidity that can sufficiently withstand the amount of impact received while colliding with the flowing electrolyte, and accordingly, the outer ring 71 supporting them also includes the connecting member 76 and the momentum reducing unit ( 73) and can be manufactured integrally with the same material. This material may be a harder material than the covering 77 to be described later.
  • a covering 77 surrounding the outer ring 71 and combined with the outer ring 71 may be further provided on an outer circumference of the outer ring 71 .
  • the covering 77 may be made of a material different from that of the outer ring 71 .
  • the covering 77 is a portion engaged with the battery can 20 and may be made of a more flexible material than the outer ring 71 . That is, the covering 77 may be made of a softer material than the outer ring 71 .
  • the outer ring 71, the momentum reducing unit 73, the connecting member 76, and the covering 77 include a polymer material that does not dissolve in the electrolyte and does not react chemically.

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Abstract

본 발명은, 원통형 이차전지에 전해액을 주입하는 주액기 입구 구조물과, 이를 이용한 전해액 주입 방법에 관한 것이다. 배터리 셀에 전해액을 주입하는 주액기의 입구 구조물로서, 내부 영역을 규정하는 페루프 형상의 아우터링; 상기 내부영역을 통해 주입되는 전해액 중 상기 내부영역의 중앙부로 주입되는 전해액과 부딪히도록, 상기 아우터링과 이격되며 상기 내부영역의 중앙부에 배치되는 운동량 감소부; 및 상기 아우터링으로부터 상기 아우터링의 중앙부를 향해 연장되어 상기 운동량 감소부에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 연결부재;를 포함한다.

Description

원통형 이차전지에 전해액을 주입하는 주액기 입구 구조물
본 출원은 2021년 11월 10일자 대한민국 특허출원 제10-2021-0154334호 및 2022년 2월 28자 대한민국 특허출원 제10-2022-0026195호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은, 원통형 이차전지에 전해액을 주입하는 주액기 입구 구조물과, 이를 이용한 전해액 주입 방법에 관한 것이다.
최근, 배터리 팩의 고에너지 밀도 구현과 제조 비용 절감을 위해 이차전지(배터리 셀)의 사이즈가 증가되는 방향으로 개발이 진행되고 있다.
종래의 원통형 이차전지는, 젤리-롤과 외부 단자를 이어주는 탭을 젤리-롤의 포일에 용접하여 연결하는 구조를 갖는 것이 일반적이었다. 그러나 이러한 구조의 원통형 이차전지는, 전류의 경로(path)가 한정적이고 젤리-롤의 자체 저항이 매우 높을 수밖에 없었다. 또한 젤리-롤과 외부 단자를 이어주는 탭의 개수를 늘려 저항을 낮추는 방식이 시도되었으나, 이처럼 탭의 개수를 늘리는 것만으로는 원하는 수준으로 저항을 낮추고 전류의 경로(path)를 충분히 확보하는 데에 한계가 있었다.
이처럼 이차전지에 인가되는 전류가 증가하게 됨에 따라, 상기 저항을 낮추기 위해, 젤리-롤의 축방향 단부로 노출되는 무지부들을 반경방향으로 절곡하여 평평하게 한 상태에서 집전판으로 용접 등의 방식으로 연결하고 상기 집전판을 외부단자와 연결하는 새로운 젤리-롤 구조의 개발이 이루어지고 있다.
젤리-롤의 축방향 양단에 있는 양극판과 음극판을 모두 집전판으로 외부단자와 연결하고자 하는 경우, 젤리-롤의 양단에 각각 집전판을 용접한 상태에서 이를 전지캔에 수용한 뒤, 집전판을 외부단자와 용접하는 방식을 적용할 수 있다. 이때, 용접장치가 젤리-롤의 중공부로 삽입된 상태로 전지캔 바닥 부위와 젤리-롤 하단부의 집전판을 용접을 진행할 여지가 있고, 또한 전해액의 함침성을 높이기 위해 젤리-롤의 중심에 있는 중공부를 집전판으로 덮지 않고 노출할 수 있다.
아울러 종래의 18650이나 21700 사이즈의 이차전지와 달리, 이차전지의 사이즈를 키우게 되면서, 전기 용량을 최대한 높이기 위해 상부에 인슐레이터를 사용하지 않을 수 있다.
이처럼 집전판으로 젤리-롤의 중공부를 노출시키고 젤리-롤 상부에 인슐레이터를 사용하지 않게 되면, 사이즈가 커진 이차전지에 다량의 전해액이 젤리-롤의 중공부로 직접 낙하하는 방식으로 주입되면서 젤리-롤의 중공부 주변, 즉 코어 부분을 변형시키는 문제가 발생한다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로, 젤리-롤이 수용된 전지캔에 전해액을 주입할 때 젤리-롤의 코어 부위에 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있는 전해액 주입 노즐 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 젤리-롤의 중공부에 직접적으로 전해액이 낙하하는 것을 방지하면서도, 이차전지의 전해액의 함침성을 확보할 수 있는 전해액 주입 노즐 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 젤리-롤 형태의 이차전지에 전해액을 주입하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 주액기 입구 구조물은, 배터리 셀에 전해액을 주입하는 주액기의 전해액 토출구에 설치될 수 있다.
상기 주액기 입구 구조물은, 권취축에 중공부를 가지는 젤리-롤 형태의 전극조립체를 수용하는 원통형 이차전지에 사용할 수 있다.
상기 전극조립체의 중공부는 원통형 이차전지의 전지캔 상부로 노출된 형태일 수 있다.
상기 주액기 입구 구조물은, 내부 영역을 규정하는 페루프 형상의 아우터링; 상기 내부영역을 통해 주입되는 전해액 중 상기 내부영역의 중앙부로 주입되는 전해액과 부딪히도록, 상기 아우터링과 이격되며 상기 내부영역의 중앙부에 배치되는 운동량 감소부; 및 상기 아우터링으로부터 상기 아우터링의 중앙부를 향해 연장되어 상기 운동량 감소부에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 연결부재;를 포함한다.
상기 아우터링은 원형일 수 있다.
상기 연결부재는 상기 아우터링의 중앙부로부터 방사상으로 연장된 형태일 수 있다.
상기 연결부재는 하나 또는 둘 이상 구비될 수 있다.
상기 연결부재는 둘레방향을 따라 등간격으로 배치되도록 복수 개 구비될 수 있다.
상기 연결부재는 곧은 직선 형태로 연장된 형상을 포함할 수 있다.
상기 연결부재는 곡선 형태로 연장된 형상을 포함할 수 있다.
상기 운동량 감소부는 상기 주액기 입구 구조물이 사용되는 배터리 셀의 전극조립체의 중공부의 단면을 가리는 크기일 수 있다.
상기 운동량 감소부의 단면은, 상기 중공부의 단면보다 클 수 있다.
상기 운동량 감소부는, 상기 내부 영역의 중앙부를 차폐하는 형태일 수 있다.
상기 운동량 감소부에는, 상기 주액기 입구 구조물이 사용되는 배터리 셀의 전극조립체의 중공부의 단면보다 작은 단면의 관통홀이 하나 이상 마련될 수 있다.
상기 관통홀은 원형일 수 있다.
상기 관통홀은 정사각형, 직사각형, 마름모 등을 포함하는 사각형일 수 있다.
상기 관통홀은 복수 개 구비되고, 복수 개의 상기 관통홀은 창살부재에 의해 규정될 수 있다.
상기 창살부재는, 제1방향으로 연장되는 하나 또는 둘 이상의 제1창살부재 및 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장되는 하나 또는 둘 이상의 제2창살부재를 포함할 수 있다.
상기 제1창살부재와 제2창살부재는 상호 직교할 수 있다.
상기 창살부재는 상기 운동량 감소부를 구성하면서 상기 연결부재를 함께 구성할 수 있다.
상기 창살부재는 상기 운동량 감소부 뿐만 아니라 상기 운동량 감소부 주변의 아우터링 내부 영역 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.
상기 아우터링, 운동량 감소부, 및 연결부재는 일체로 성형되는 부품일 수 있다.
상기 아우터링의 외측 둘레에는 상기 아우터링을 둘러싸며 상기 아우터링과 결합되는 커버링이 더 마련될 수 있다.
상기 아우터링, 운동량 감소부 및 연결부재와, 상기 커버링은, 전해액에 용출되지 않고 화학적으로 반응하지 않는 고분자 소재를 포함할 수 있다.
상기 커버링은 상기 아우터링보다 연질일 수 있다.
본 발명에 따르면, 다량의 전해액을 신속하게 주입할 수 있으면서도, 전극 조립체의 코어 부분이 전해액의 운동량에 의해 변형을 일으키는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 젤리-롤의 중공부에 직접적으로 전해액이 낙하하는 것을 방지하면서도, 이차전지의 전해액의 함침성을 확보할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 전해액 주액기 입구 구조물이 적용될 수 있는 원통형 이차전지의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 제1집전판의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 주액기 입구 구조물의 사시도이다.
도 4는 도 3의 주액기 입구 구조물의 평면도이다.
도 5 내지 도 10은 각각 본 발명의 제2실시예 내지 제6실시예에 따른 주액기 입구 구조물의 평면도이다.
[부호의 설명]
1: 원통형 이차전지 10: 전극조립체 11: 제1전극탭 12: 제2전극탭 H1: 권취홀(중공부) 20: 전지캔 21: 비딩부 22: 크림핑부 30: 집전판(제1집전판) H2: 집전판홀 31: 루프 형상부(중심부) 32: 탭결합부 H3: 주액홀 33: 캔결합부 33a: 접촉부 33b: 연결부 40: 캔커버 41: 벤팅부 G1: 실링가스켓 50: 셀단자 G2: 절연가스켓 T1: 제1전극단자 T2: 제2전극단자 P: 집전판(제2집전판) S: 인슐레이터 W: 용접부 70: 주액기 입구 구조물 71: 아우터링 72: 내부영역 73: 운동량 감소부 74: 관통홀 75: 창살부재 751: 제1창살부재 752: 제2창살부재 76: 연결부재 77: 커버링 X: 전극판의 길이방향(둘레방향) Y: 전극판의 폭방향(축방향) Z: 반경방향
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2등이 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, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 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.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
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 전극조립체의 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 반경방향 또는 방사방향(Z)이라 지칭한다. 이들 중 특히 권취축에 가까워지는 방향을 구심방향, 권취축으로부터 멀어지는 방향을 원심방향이라 지칭한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 설명한다.
[원통형 이차전지]
이하, 도 1과 도 2를 참조하여, 먼저 본 발명에 따른 주액기 입구 구조물이 적용되기에 적합한 원통형 이차전지의 일 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 주액기 입구 구조물이 반드시 이하 설명하는 구조의 원통형 이차전지 구조에만 적용하여야 하는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주액기 입구 구조물을 적용하여 전해액을 주입할 원통형 이차전지(1)는 전극조립체(10), 전지캔(20), 집전판(제1집전판)(30), 캔커버(40) 및 셀단자(50)를 포함한다. 상기 원통형 이차전지(1)는, 그 밖에도 실링가스켓(G1) 및/또는 절연가스켓(G2) 및/또는 집전판(제2집전판)(P) 및/또는 인슐레이터(S)를 더 포함할 수도 있다.
상기 전극조립체(10)는, 제1전극탭(11) 및 제2전극탭(12)을 구비한다.
좀 더 구체적으로는, 상기 전극조립체(10)는 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 Y축을 중심으로 X축 방향으로 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 전극조립체(10)는, 젤리-롤 타입의 전극조립체일 수 있다. 이 경우, 상기 전극조립체(10)의 외주면 상에는 전지캔(20)과의 절연을 위해 추가적인 분리막이 구비될 수도 있다.
상기 제1전극은, 제1전극 집전체 및 제1전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1전극 활물질을 포함한다. 상기 제1전극 집전체의 폭 방향(도 1에 도시된 원통형 이차전지(1)의 높이 방향과 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 상기 무지부는, 제1전극탭(11)으로서 기능한다. 상기 제1전극탭(11)은, 전지캔(20) 내에 수용된 전극조립체(10)의 높이 방향(도 1에 도시된 원통형 이차전지(1)의 높이 방향과 나란한 방향) 상부에 구비된다. 상기 제1전극탭(11)은, 예를 들어 음극 탭일 수 있다.
상기 제2전극은, 제2전극 집전체 및 제2전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2전극 활물질을 포함한다. 상기 제2전극 집전체의 폭 방향(도 1에 도시된 원통형 이차전지(1)의 높이 방향과 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 상기 무지부는, 제2전극탭(12)으로서 기능한다. 상기 제2전극탭(12)은, 전지캔(20) 내에 수용된 전극조립체(10)의 높이 방향 하부에 구비된다. 상기 제2전극탭(12)은, 예를 들어 양극 탭일 수 있다.
본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질은 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포 함; 0≤x, 1≤x+y≤2, -0.1≤z≤2; x, y, z 및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금 속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 양극 활물질은 US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리금속 화합물 xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상 의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)일 수 있다.
또 다른 예에서, 양극 활물질은, 일반 화학식 LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 z O4-z(M1은Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤ 2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전 기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
바람직하게, 양극 활물질은 1차 입자 및/또는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 음극 활물질은 탄소재, 리튬금속 또는 리튬금속화합물, 규소 또는 규소화합물, 주석 또는 주석 화합물 등을 사용할 수 있다. 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 음극 활물질로 사용 가능하다. 탄소재로는 저결정 탄소, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다.
분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공 중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 다른 예시로서, 분리막은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
분리막의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다.또한 분리막 자체가 무기물 입자의 코팅층으로 이루어지는 것도 가능하다. 코팅층 을 구성하는 입자들은 인접하는 입자 사이 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 존재하도록 바인더와 결합된 구조를 가질 수 있다.
무기물 입자는 유전율이 5이상인 무기물로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 무기물 입자는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리 고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8-, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -,SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트 (propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트 (ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카 보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로 퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸 메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ- butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 제1전극탭(11)과 제2전극탭(12)에는 각각 집전판(30, P)이 전기적으로 연결될 수 있다. 제1전극탭(11)과 제2전극탭(12)은, 도 1에 도시된 바와 같이 반경방향으로 절곡되지 않은 상태에서, 또는 도시하지 아니하였으나 반경방향으로 절곡한 상태에서, 제1집전판(30) 및 제2집전판(P)과 각각 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다.
상기 전지캔(20)은, 일 측에 개방부가 형성된 대략 원통형의 수용체로서, 도전성을 갖는 금속 재질이다. 일 예에서, 전지캔(20)은 스틸 또는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전지캔(20)의 측면, 그리고 상기 개방부의 반대편에 위치하는 하면(도 1을 기준으로 아래쪽 면)은 일체로 형성된다. 즉, 상기 전지캔(20)은, 그 높이 방향 상단은 개방되어 있고, 하단은 폐쇄된 형태를 갖는 것이 일반적이다. 가령 상기 전지캔(51)은 판금을 프레스로 드로잉 가공하여 측벽과 바닥부를 성형할 수 있다.
상기 전지캔(20)의 하면은 대략 플랫한 형태를 가질 수 있다.
상기 전지캔(20)의 하면 중앙부에는 홀이 형성되고, 여기에 셀단자(50)가 절연가스켓(G2)을 개재하며 결합될 수 있다. 이에 따라 상기 전지캔(20) 자체는 제1전극단자(T1)를 구성할 수 있고, 상기 셀단자(50)는 제2전극단자(T2)를 구성할 수 있다.
상기 전지캔(20)은, 그 높이 방향 일 측(도 1의 도면상 상부)에 형성된 개방부를 통해 집전판(30, P)이 결합된 전극조립체(10)를 수용한다. 상기 전지캔(20)은, 상기 개방부를 통해 전해질도 함께 수용할 수 있다.
상기 전극조립체(10)가 전지캔(20)에 수용된 상태에서, 상기 제2집전판(P)은 상기 셀단자(50)와 용접 등의 방식으로 결합되어 전기적으로 연결된다. 상기 전극조립체(10)의 제2집전판(P)이 제1전극단자(T1)를 구성하는 전지캔(20)의 바닥과 접촉하여 단락이 일어나는 현상을 방지하기 위해, 상기 전지캔(20)의 바닥과 상기 제2집전판(P) 사이에 인슐레이터(S)가 개재될 수 있다.
상기 전지캔(20)은, 그 상단부에 형성되는 비딩부(21)를 구비할 수 있다. 상기 비딩부(21)는 전지캔(20) 내부에 전극조립체(10)를 수용한 상태에서 가공될 수 있다.
상기 비딩부(21)는, 전지캔(20)의 외주면 둘레가 소정의 깊이로 압입된 형태로서, 상기 비딩부(21)가 형성된 영역에서의 전지캔(20)의 내경은, 전극조립체(10)의 직경보다 더 작게 형성된다.
전극조립체(10)의 제1전극탭(11)에 연결되어 있는 제1집전판(30)의 가장자리는, 상기 비딩부(21) 상에 놓일 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제1집전판(30)은, 루프 형상부(31), 루프 형상부(31)로부터 반경방향 외측으로 연장되어 제1전극탭(11)과 결합되는 적어도 하나의 탭결합부(32) 및 상기 루프 형상부(31)로부터 반경방향 외측으로 연장되어 전지캔(20)의 내측 면 상에 결합되는 적어도 하나의 캔결합부(33)를 포함한다.
상기 탭결합부(32)와 캔결합부(33)의 개수는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는, 둘레방향을 따라 3개 내지 6개가 등간격으로 배치될 수 있다.
상기 루프 형상부(31) 및 적어도 하나의 탭결합부(32)는 전극조립체(10)의 상부에 배치되며, 전지캔(20)에 형성된 비딩부(21)보다 하부에 위치할 수 있다. 이들은 전극조립체(10)의 상부에 마련된 제1전극탭(11)에 밀착된 형태로 제공될 수 있다.
상기 루프 형상부(31)는 상기 제1집전판(30)의 중심에 마련될 수 있다. 이에, 상기 루프 형상부(31)를 중심부라 지칭할 수도 있다. 상기 중심부(31)는, 전극조립체(10)의 중심부에 형성되는 권취홀(H1)과 대응되는 위치에 형성되는 집전판홀(H2)을 구비한다. 이에 따라, 제1전극탭(11)에 제1집전판(30)이 결합된 상태에서, 상기 전극조립체(10)의 중공부, 즉 권취홀(H1)은 상기 집전판홀(H2)을 통해 상부로 노출될 수 있다. 서로 연통되는 권취홀(H1) 및 집전판홀(H2)은, 셀단자(50)와 제2집전판(P) 간의 용접을 위한 용접봉의 삽입 또는 레이저의 조사를 위한 통로로서 기능할 수 있고 전해액이 유입되는 통로로 활용될 수 있다.
상기 적어도 하나의 탭결합부(32)는 제1전극탭(11)과 용접(W)될 수 있다. 그리고 전해액의 함침성을 확보하기 위해, 상기 탭결합부(32)에는 주액홀(H3)이 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 캔결합부(33)는 중심부(31)의 단부로부터 전지캔(20)의 측벽을 향해 연장된 형태를 가질 수 있다. 캔결합부(33)들은, 전지캔(20)의 내측 면 중, 비딩부(21)에 결합될 수 있다. 도 1과 같이, 비딩부(21)의 상면이 전지캔(20)의 하면에 대략 나란한 방향, 즉 전지캔(20)의 측벽에 대략 수직한 방향을 따라 연장된 형태를 갖도록 하고 캔결합부(33) 역시 동일한 방향을 따라 연장된 형태를 갖도록 하여 캔결합부(33)가 비딩부(21) 상에 접촉하도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 캔결합부(33)는 전지캔(20)의 비딩부(21)와 결합되는 접촉부(33a) 및 중심부(31)와 접촉부(33a) 사이를 연결하는 연결부(33b)를 포함한다.
상기 연결부(33b)는, 중심부(31)와 접촉부(33a) 사이에서 그 연장 방향이 전환되는 벤딩부(B)를 적어도 하나 구비하여, 일정 범위 내에서 수축 및 신장이 가능하도록 구성할 수 있다.
이처럼 전지캔(20)에 전극조립체(10)를 수용하고, 집전판(30, P)을 각 전극단자(T1, T2)에 연결한 상태에서, 전지캔(20)의 개방된 상부를 통해 상기 전지캔(20) 내에 전해액을 주입할 수 있다. 실시예에 따르면, 전극조립체(10)의 중공부는 제1집전판(30)의 집전판홀(H2)을 통해 상부로 노출된다. 따라서 전해액을 주입할 때, 전극조립체(10)의 코어 부위가 낙하하는 전해액의 상당한 운동량으로부터 충격을 받아 변형될 가능성을 배제할 수 없다.
이에 본 발명에서는, 전극조립체(10)의 중공부에 주입되는 전해액의 운동량을 감소시킬 수 있는 전해액 주액기 입구 구조물(70)을 제공한다. 상기 주액기 입구 구조물(70)은 그 가장자리가 상기 비딩부(21) 상에 놓이거나(놓이고), 상기 전지캔(20)의 측벽의 상단부에 놓이거나(놓이고), 상기 전지캔(20)의 측벽의 내주면에 피팅될 수 있고, 이러한 상태에서 전해액이 주입될 수 있다. 주액기 입구 구조물(70)의 구조에 대해서는 후술한다.
상기 비딩부(21)는, 캔커버(40)가 안착될 수 있는 지지 면을 제공한다. 상기 비딩부(21)의 상면에는, 집전판(30)의 접촉부(33a)가 놓이고, 캔커버(40)의 가장자리 둘레가 놓일 수 있다.
상기 전지캔(20)은, 비딩부(21)보다 더 상부에 형성되는 크림핑부(22)를 더 구비한다.
상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 상부에 형성된다. 상기 크림핑부(22)는, 비딩부(21)의 상부에 배치되는 캔커버(40)의 가장자리 둘레를 감싸도록 연장 및 벤딩(bending)된 형태를 갖는다. 이러한 크림핑부(22)의 형상에 의해 캔커버(40)는 비딩부(21) 상에 고정된다.
상기 캔커버(40)는, 전지캔(20)의 일 측에 형성된 상기 개방부를 커버한다. 상기 캔커버(40)는, 전지캔(20) 상단에 형성되는 크림핑부(22)에 의해 고정될 수 있다. 이 경우, 고정력의 향상 및 전지캔(20)의 밀폐성 향상을 위해 전지캔(20)과 캔커버(40) 사이에는 실링가스켓(G1)이 개재될 수 있다. 실시예에서 설명하는 원통형 이차전지의 두 전극단자(T1, T2)는 모두 하부에 배치되므로, 상기 캔커버(40)가 전류의 통로로 기능해야 할 필요는 없다. 이에 캔커버(40)와 전지캔(20)이 맞물리는 부위 사이에 상기 실링가스켓(G1)을 개재하여도 무방하다.
상기 캔커버(40)에는 전해액의 벤팅을 위한 벤팅홈(41)이 더 마련될 수 있다.
바람직하게, 상기 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리 셀의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 배터리 셀일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리 셀의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에 서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 배터리 셀 일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리 셀들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 0.300이다.
[전해액 주액기 입구 구조물]
이하 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 진해액 주액기 입구 구조물의 실시예를 설명한다. 주액기 입구 구조물(70)은, 배터리 셀이 전해액을 주입하는 주액기에 설치된다. 전해액은 상기 주액기 입구 구조물(70)을 통해 상기 배터리 셀에 주입된다.
상기 주액기 입구 구조물은, 내부 영역을 규정하는 페루프 형상의 아우터링(71)을 구비한다. 상기 아우터링(71)은, 가령 원형일 수 있다. 상기 주액기에서 공급되는 전해액은, 상기 아우터링(71)의 내부영역(72)을 통해 배터리 셀에 공급된다.
상기 아우터링(71)의 내부영역(72)의 단면은 배터리 셀의 상부 개방구의 단면보다 작다.
상기 내부영역(72)의 중앙부에는 운동량 감소부(73)가 마련된다. 상기 운동량 감소부(73)는, 상기 주액기 입구 구조물(70)을 전지캔(20)의 상부에 거치한 상태에서, 상기 이차전지의 권취홀(H1), 즉 중공부를 가리는 위치에 배치된다.
상기 운동량 감소부(73)는 상기 내부영역(72)을 통해 공급되는 전해액 중 상기 내부영역의 중앙부로 주입되는 전해액의 흐름을 방해하거나 저지한다. 그러면, 내부영역(72)의 중앙부를 지나던 전해액은 상기 운동량 감소부(73)의 하부에 배치된 권취홀(H1), 즉 중공부에 직접적으로 낙하하며 공급되지 아니하고, 내부영역(72) 중 상기 운동량 감소부(73)와 아우터링(71) 사이의 공간을 통해 우회하며 공급된다. 즉 상기 운동량 감소부(73)는 내부영역(72)의 중앙부를 흐르는 전해액의 운동량과 운동에너지를 감소시킨다.
전극조립체(10)의 상부에 고정된 제1집전판(30)은 상기 전극조립체(10)의 중공부를 제외한 다른 영역을 대부분 커버하고 있고, 제1전극탭(11)이 반경방향으로 절곡되어 서로 중첩되어 있으므로, 해당 영역에 직접적으로 전해액이 낙하하며 공급되더라도 전극조립체(10)의 변형이나 손상이 발생할 우려가 없다.
상기 주액기 입구 구조물(70)은, 상기 운동량 감소부(73)를 지지하기 위해, 상기 아우터링(71)으로부터 상기 아우터링(71)의 중앙부를 향해 연장되어 상기 운동량 감소부(73)에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 연결부재(76)를 포함한다.
상기 연결부재(76)는 상기 아우터링(71)의 중앙부로부터 방사상으로 연장된 형태일 수 있다. 도 3, 도 4, 도 6, 도 7 및 도 8에는 4개의 연결부재(76)가 90도 간격으로 4개 배치된 구조가 예시된다. 도 5에는 8개의 연결부재(76)가 45도 간격으로 배치된 구조가 예시된다. 연결부재(76)의 개수는 도시된 실시예로 한정되는 것은 아니다.
상기 운동량 감소부(73)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예에서와 같이 상기 내부 영역의 중앙부를 완전히 차폐하는 형태일 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 전해액이 주액기 입구 구조물(70)을 지나며 상기 내부 영역의 중앙부를 완전히 우회하여 전지캔(20)에 공급되므로, 전극조립체(10)의 중공부에 대한 손상을 확실히 방지할 수 있다.
그렇다고 운동량 감소부(73)가 반드시 완전히 막혀 있는 형상이어야 하는 것은 아니다. 운동량 감소부(73)는, 전극조립체(10)의 중공부에 공급되는 전해액의 운동량 내지 운동에너지를 낮춰주는 형태로서, 하나 이상의 관통홀(74)을 구비할 수도 있다.
이때, 상기 관통홀(74)은 하나 또는 복수 개일 수 있으며, 각각의 관통홀(74)의 크기는 전극조립체(10)의 중공부(H1)의 크기보다 작을 수 있다. 도 6에는 운동량 감소부(73)의 정중앙에 전극조립체(10)의 중공부보다 작은 원형의 관통홀(74)이 하나 형성된 구조를 예시한다. 이에 따르면, 운동량 감소부(73)의 관통홀(74)을 통과하며 하강하는 전해액은 관통홀(74)의 내주면과의 점성으로 인해 낙하 속도가 현저히 줄어들며 전극조립체(10)의 중공부(H1)에 공급된다.
도 7과 도 8을 참조하면, 운동량 감소부(73)에 마련된 관통홀(74)은 복수 개 구비되고, 복수 개의 상기 관통홀(74)은 창살부재(75)에 의해 규정될 수 있다. 연결부재(76)는 전해액의 흐름을 저지하며 많은 하중을 받는 상기 운동량 감소부(73)를 지지하기 위해 어느 정도 두께를 확보하고 있는 반면, 창살부재(75)는 관통홀(74)을 흐르는 전해액과의 접촉면적을 더욱 넓게 확보하기 위해, 상기 연결부재(76)보다 더욱 얇은 두께를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 창살부재(75)는, 제1방향으로 연장되는 하나의 제1창살부재(751) 및 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장되는 하나의 제2창살부재(752)를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 창살부재(75)에 의해 4개의 관통홀(74)이 규정될 수 있다. 도 7에는 제1창살부재(751)와 제2창살부재(752)가 직교하는 구조를 개시하고 있으나, 교차 패턴이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 상기 제1방향 및 제2방향과 모두 교차하는 제3방향으로 연장되는 제3창살부재(75)를 더 구비하고 이들이 서로 60도 간격으로 교차할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 상기 창살부재(75)는, 제1방향으로 연장되는 복수 개의 제1창살부재(751) 및 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장되는 복수 개의 제2창살부재(752)를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 창살부재(75)에 의해 다수 개의 관통홀(74)이 규정될 수 있다.
이러한 창살부재(75)에 의해 결정되는 관통홀(74) 각각의 단면적은 전극조립체(10)의 중공부의 단면적보다 작을 수 있다. 운동량 감소부(73)가 이러한 관통홀(74)들을 구비하면, 주액기 입구 구조물(70)의 중앙부를 통해 공급되는 전해액이 운동량 감소부(73)를 통과하기는 하지만, 그 운동량이 현저히 줄어들며 통과하여 전극조립체(10)의 중공부에 공급되어, 전극조립체(10)의 코어 부분의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 창살부재(75)는 상기 운동량 감소부(73)를 구성하면서 상기 연결부재(76)를 함께 구성할 수 있다. 도 9를 참조하면, 상기 운동량 감소부(73)는 제1창살부재(751)와 제2창살부재(752)가 교차하며 전극조립체(10)의 중공부보다 작은 단면의 관통홀(74)을 규정하는 부위로 규정될 수 있고, 연결부재(76)는 상기 운동량 감소부(73)와 아우터링(71)을 연결하는 부위로 규정될 수 있다.
더 나아가면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 창살부재(75)가 상기 운동량 감소부(73) 뿐만 아니라 상기 운동량 감소부(73) 주변의 아우터링(71) 내부 영역 전체에 걸쳐 형성되도록 할 수도 있다.
내부 영역 전체에 걸쳐 창살부재(75)가 배치됨으로 인해, 관통홀(74) 역시 내부 영역 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 그러면, 종래의 규격보다 더욱 큰 규격의 이차전지에 전해액을 공급함으로 인해 다량의 전해액 한꺼번에 투입되더라도, 내부 영역 전체에 걸쳐 배치된 관통홀(74)을 통과하며 전해액과 관통홀(74) 내벽과의 점성에 의해 그 운동량이 크게 감소된 상태로 전극조립체(10)에 공급되어 전극조립체(10)의 손상을 최소화할 수 있다.
앞서 설명한 상기 아우터링(71), 운동량 감소부(73), 및 연결부재(76)는 사출 성형 등으로 일체로 성형되어 일 부품을 이룰 수 있다.
상기 운동량 감소부(73)와 연결부재(76)는 흐르는 전해액과 부딪히며 받는 충격량에 충분히 견딜 수 있는 강성을 가지고, 이에 따라 이들을 지지하는 아우터링(71)도 연결부재(76) 및 운동량 감소부(73)와 동일 재질로 일체로 제작될 수 있다. 이러한 재질은 후술할 커버링(77)보다 경질의 재질일 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 아우터링(71)의 외측 둘레에는 상기 아우터링(71)을 둘러싸며 상기 아우터링(71)과 결합되는 커버링(77)이 더 마련될 수 있다.
상기 커버링(77)은 아우터링(71)과 이종 재질일 수 있다.
상기 커버링(77)은 커버링(77)은 전지캔(20)과 맞물리는 부위로서 상기 아우터링(71)보다 더 유연한 재질로 구성될 수 있다. 즉 상기 커버링(77)은 상기 아우터링(71)보다 연질의 재질일 수 있다.
상기 아우터링(71), 운동량 감소부(73) 및 연결부재(76)와, 상기 커버링(77)은, 전해액에 용출되지 않고 화학적으로 반응하지 않는 고분자 소재를 포함한다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (11)

  1. 배터리 셀에 전해액을 주입하는 주액기 입구 구조물(70)로서,
    내부 영역을 규정하는 페루프 형상의 아우터링(71);
    상기 내부영역을 통해 주입되는 전해액 중 상기 내부영역의 중앙부로 주입되는 전해액과 부딪히도록, 상기 아우터링(71)과 이격되며 상기 내부영역의 중앙부에 배치되는 운동량 감소부(73); 및
    상기 아우터링(71)으로부터 상기 아우터링(71)의 중앙부를 향해 연장되어 상기 운동량 감소부(73)에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 연결부재(76);를 포함하는 주액기 입구 구조물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부재(76)는 상기 아우터링(71)의 중앙부로부터 방사상으로 연장된 형태인, 주액기 입구 구조물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 운동량 감소부(73)는, 상기 내부 영역의 중앙부를 차폐하는 형태인, 주액기 입구 구조물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 운동량 감소부(73)에는, 상기 주액기 입구 구조물이 사용되는 배터리 셀의 전극조립체의 중공부의 단면보다 작은 단면의 관통홀(74)이 하나 이상 마련된, 주액기 입구 구조물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 관통홀(74)은 복수 개 구비되고,
    복수 개의 상기 관통홀(74)은 창살부재(75)에 의해 규정되는, 주액기 입구 구조물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 창살부재(75)는, 제1방향으로 연장되는 하나 또는 둘 이상의 제1창살부재(751) 및 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 연장되는 하나 또는 둘 이상의 제2창살부재(752)를 포함하는, 주액기 입구 구조물.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 창살부재(75)는 상기 운동량 감소부(73)를 구성하면서 상기 연결부재(76)를 함께 구성하는, 주액기 입구 구조물.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 창살부재(75)는 상기 운동량 감소부(73) 뿐만 아니라 상기 운동량 감소부(73) 주변의 아우터링 내부 영역 전체에 걸쳐 형성되는, 주액기 입구 구조물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 아우터링(71), 운동량 감소부(73), 및 연결부재(76)는 일체 부품을 이루는, 주액기 입구 구조물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 아우터링(71)의 외측 둘레에는 상기 아우터링(71)을 둘러싸며 상기 아우터링(71)과 결합되는 커버링(77)이 마련된, 주액기 입구 구조물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 아우터링(71), 운동량 감소부(73) 및 연결부재(76)와, 상기 커버링(77)은, 전해액에 용출되지 않고 화학적으로 반응하지 않는 고분자 소재를 포함하고, 상기 커버링(77)은 상기 아우터링(71)보다 연질인, 주액기 입구 구조물.
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