WO2023149689A1 - 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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WO2023149689A1
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battery
housing
spacer
cap
electrode assembly
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강보현
김도균
민건우
조민기
최수지
황보광수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • 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 a battery, a battery pack including the same, and a vehicle. More specifically, the present invention relates to a battery having a structure capable of minimizing movement of an internal electrode assembly, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • a jelly roll having a shape in which a positive electrode tab and a negative electrode tab are respectively extended upward and downward along a height direction of a housing may be applied to maximize power collection efficiency.
  • a current collector may be used as an intermediate medium for connecting each of the positive electrode tab and the negative electrode tab to the terminal and the housing.
  • the positive current collector covers one side of the jelly roll and is combined with the positive tab
  • the negative current collector covers the other side of the jelly roll and is combined with the negative tab.
  • the positive current collector may be electrically connected to the terminal
  • the negative current collector may be electrically connected to the housing.
  • a relatively large empty space may be formed between the anode current collector and the cap.
  • an empty space may be formed between the bottom surface of the housing opposite to the cap and the cathode current collector.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent damage to electrical coupling parts caused by movement of a jelly roll in a housing.
  • the present invention prevents the movement of jelly rolls by utilizing previously applied parts, thereby preventing the complexity of the manufacturing process and the increase in manufacturing costs caused by the application of additional parts. may be for a purpose.
  • an object of the present invention may be to prevent abnormal deformation of the spacer assembly due to force applied to the spacer assembly during the manufacturing process of the battery.
  • a battery according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is an electrode assembly including a first uncoated portion and a second uncoated portion; a housing having an opening formed on one side and accommodating the electrode assembly through the opening; a first current collector coupled to the first uncoated portion and positioned within the housing; a cap covering the opening; and a spacer portion interposed between the first current collector and the cap to prevent movement of the electrode assembly, a gasket portion interposed between the housing and the cap to seal the cap and the housing, and a spacer assembly including a connecting portion connecting the spacer portion and the gasket portion and having a bent portion for converting an extending direction between the spacer portion and the gasket portion; includes
  • the connecting part may include a plurality of bridges spaced apart from each other along a circumferential direction of the electrode assembly.
  • the bent portion may have a convex shape in a direction opposite to a direction toward the first current collector.
  • the connecting portion may include a notch portion configured to partially reduce a cross-sectional area of the connecting portion.
  • the notch portion may be formed to a predetermined depth on a surface facing the first current collector.
  • the notch part may be positioned between the bent part and the spacer part.
  • the spacer part may have a height corresponding to a distance between the first current collector and the cap.
  • the spacer part may be located at a central portion on one surface of the electrode assembly.
  • the spacer part may have a spacer hole formed at a position corresponding to the winding center hole of the electrode assembly.
  • the spacer assembly may include an ejection preventing part configured to cross the spacer hole.
  • the housing includes a beading portion formed by press-fitting an outer circumference; and a crimping part extended and bent so that an end defining the opening under the beading part surrounds an edge of the cap.
  • the gasket portion may be bent along the crimping portion to surround an edge of the cap.
  • the plurality of bridges may be configured not to contact the first current collector.
  • the plurality of bridges may be configured not to contact the cap.
  • the first current collector may include a support part positioned at a center on one surface of the electrode assembly; an uncoated portion coupling portion extending from the support portion and coupled to the first uncoated portion; and a housing contact portion extending from the support portion or extending from an end of the uncoated portion coupling portion and interposed between the housing and the gasket portion.
  • the housing includes a beading portion in which a portion of a sidewall thereof is press-fitted toward the inside; and a crimping part extended and bent so that an end defining the opening under the beading part surrounds an edge of the cap.
  • a beading portion in which a portion of a sidewall thereof is press-fitted toward the inside; and a crimping part extended and bent so that an end defining the opening under the beading part surrounds an edge of the cap.
  • the housing contact part may contact one surface of the beading part facing the cap.
  • the cap may have a venting portion having a thinner thickness compared to the surrounding area
  • the spacer part may be located further inside the venting part so as not to cover the venting part.
  • connection part may be positioned so as not to overlap with the housing contact part along a height direction of the battery.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes the battery according to an embodiment of the present invention as described above.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the motion of the jelly roll within the housing is minimized, thereby preventing damage to the electrical connection portion.
  • the complexity of the manufacturing process and the increase in manufacturing cost can be prevented by using the previously applied parts instead of additionally applying parts for preventing the flow of the jelly roll.
  • abnormal deformation of the spacer assembly due to force applied to the spacer assembly during the battery manufacturing process can be prevented. Meanwhile, since abnormal deformation of the spacer assembly is prevented, it is possible to effectively prevent product defects due to force being applied to the current collector and/or the electrode assembly due to deformation of the spacer assembly.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing an exemplary form of a first current collector applied to the present invention.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a region to which the spacer assembly of the present invention is applied.
  • FIG 5 and 6 are views showing an exemplary form of a spacer assembly according to the present invention.
  • FIGS. 5 and 6 are partial cross-sectional views of the spacer assembly shown in FIGS. 5 and 6;
  • FIG. 8 is a photograph of the internal structure showing that in a cylindrical battery to which a spacer according to the present invention is applied, even if force is applied to the spacer assembly according to a crimping process, abnormal deformation of the spacer does not occur, and thus abnormal deformation of the current collector does not occur. It is a picture.
  • FIG. 9 is a view showing a spacer having no stress relaxation structure unlike the spacer of the present invention.
  • FIG. 10 is a photograph of the internal structure of a cylindrical battery to which a spacer having no stress relief structure is applied, showing that the spacer is deformed by the force transmitted according to the crimping process and the collector is also deformed as a result.
  • FIG. 11 is a plan view showing the bottom surface of the cylindrical battery of the present invention.
  • FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a region to which an insulator of the present invention is applied.
  • FIG. 13 is a view showing an electrode assembly on which segments are formed according to the present invention.
  • FIG. 14 is an upper plan view showing a state in which a plurality of cylindrical batteries are connected in series and parallel using bus bars according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a schematic diagram illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a conceptual diagram illustrating a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • references to the same of two comparables means 'substantially the same'. Therefore, 'substantially the same' may include a case having a deviation that is considered to be a low level in the art, for example, a deviation of 5% or less.
  • uniformity of a certain parameter in a predetermined region may mean uniformity in terms of average.
  • 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.
  • Arrangement of an arbitrary element on the "upper (or lower)" or “upper (or lower)” of a component means that an arbitrary element is disposed in contact with the upper (or lower) surface of the component, as well as , may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) 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 battery 1 may be, for example, a cylindrical battery.
  • the cylindrical battery 1 includes an electrode assembly 10, a housing 20, a first current collector 30, a cap 40, and a spacer assembly 50.
  • the cylindrical battery 1 may further include a terminal 60 .
  • the cylindrical battery 1 may further include an insulating gasket G and/or a second current collector 70 and/or an insulator 80 in addition to the components described above.
  • the present invention is not limited by the shape of the battery, and is applicable to batteries of other shapes, such as prismatic batteries.
  • the electrode assembly 10 includes a first uncoated portion 11 and a second uncoated portion 12 .
  • the electrode assembly 10 includes a first electrode having a first polarity, a second electrode having a second polarity, and a separator interposed between the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode is a cathode or an anode
  • the second electrode corresponds to an electrode having a polarity opposite to that of the first electrode.
  • the electrode assembly 10 may have, for example, a jelly-roll shape. That is, the electrode assembly 10 may be manufactured by winding a laminate formed by sequentially stacking the first electrode, the separator, and the second electrode at least once.
  • the jelly-roll type electrode assembly 10 may have a winding center hole C formed at its center and extending along a height direction (a direction parallel to the Z-axis). Meanwhile, an additional separator may be provided on the outer circumferential surface of the electrode assembly 10 for insulation from the housing 20 .
  • the first electrode includes a first conductive substrate and a first electrode active material layer formed by being coated on one or both surfaces of the first conductive substrate.
  • a first electrode uncoated portion to which the first electrode active material is not applied is present at one end of the first conductive substrate in the width direction (direction parallel to the Z-axis).
  • the first electrode uncoated portion has a shape extending from one end to the other end along the longitudinal direction of the first electrode when viewed from the unfolded state of the first electrode.
  • the first electrode uncoated portion 11 may function as a first electrode tab.
  • the first uncoated portion 11 is provided on one surface of the electrode assembly 10 . More specifically, the first uncoated portion 11 is provided below the electrode assembly 10 accommodated in the housing 20 in a height direction (direction parallel to the Z-axis).
  • the second electrode includes a second conductive substrate and a second electrode active material layer formed by being coated on one or both surfaces of the second conductive substrate.
  • An uncoated portion to which the second electrode active material is not coated exists at the end of the other side of the second conductive substrate in the width direction (direction parallel to the Z-axis).
  • the second electrode uncoated portion has a shape extending from one end to the other end along the longitudinal direction of the second electrode when viewed from the unfolded state of the second electrode.
  • the second electrode uncoated portion 12 may function as a second electrode tab.
  • the second uncoated portion 12 is provided on the other surface of the electrode assembly 10 . More specifically, the second uncoated portion 12 is provided above the electrode assembly 10 accommodated in the housing 20 in a height direction (direction parallel to the Z-axis).
  • first uncoated portion 11 and the second uncoated portion 12 are disposed in opposite directions along the height direction of the electrode assembly 10 (parallel to the Z-axis), that is, along the height direction of the cylindrical battery 1. It extends and protrudes and is exposed to the outside of the separator.
  • At least a portion of the first uncoated portion 11 and/or the second uncoated portion 12 is a plurality of segment segments F divided along the winding direction of the electrode assembly 10.
  • the plurality of segments may be bent along the radial direction of the electrode assembly 10 .
  • the plurality of segment segments that are bent may be overlapped in several layers.
  • the first current collector 30 and/or the second current collector 70 which will be described later, may be coupled to a region where a plurality of segments F overlap in several layers.
  • the electrode assembly 10 may include a welding target region, which is an area in which the number of overlapping layers of the segments F of the first uncoated portion 11 is maintained constant along the radial direction of the electrode assembly 10. there is.
  • a welding target region which is an area in which the number of overlapping layers of the segments F of the first uncoated portion 11 is maintained constant along the radial direction of the electrode assembly 10.
  • welding target region which is an area in which the number of overlapping layers of the segments F of the first uncoated portion 11 is maintained constant along the radial direction of the electrode assembly 10.
  • welding target region which is an area in which the number of overlapping layers of the segments F of the first uncoated portion 11 is maintained constant along the radial direction of the electrode assembly 10. there is.
  • welding target region which is an area in which the number of overlapping layers of the segments F of the first uncoated portion 11 is maintained constant along the radial direction of the electrode assembly 10.
  • the positive electrode active material coated on the positive electrode current collector and the negative electrode active material coated on the negative electrode current collector 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; x ⁇ 0, 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 remains electrically neutral).
  • 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). contains; M 2 contains 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 It may be a lithium metal phosphate represented by (PO 4
  • 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.
  • At least one surface of the separator may include a coating layer of inorganic particles. It is also possible that the separation membrane itself is made 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 include at least one or more materials selected from the group consisting of.
  • 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 O 8 - , (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 F 9 SO 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 2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), ⁇ -butyrolactone, or mixtures thereof may be used.
  • the housing 20 accommodates the electrode assembly 10 through an opening formed at a lower end thereof.
  • the housing 20 is a substantially cylindrical container in which an open part is formed at the lower end and a closed part is formed at the upper end.
  • the housing 20 may be made of a conductive material such as metal.
  • the material of the housing 20 may be aluminum, for example.
  • a side surface (outer circumferential surface) and an upper surface of the housing 20 may be integrally formed.
  • An upper surface (parallel to the X-Y plane) of the housing 20 may have a substantially flat shape.
  • the housing 20 also accommodates the electrolyte together with the electrode assembly 10 through an opening formed at the lower end.
  • the housing 20 is electrically connected to the electrode assembly 10 .
  • the housing 20 is connected to the first uncoated portion 11 of the electrode assembly 10 . Accordingly, the housing 20 has the same polarity as the first uncoated portion 11 electrically.
  • the housing 20 may include a beading portion 21 and a crimping portion 22 formed at a lower end thereof.
  • the beading part 21 is provided on the lower side of the electrode assembly 10 accommodated inside the housing 20 .
  • the beading part 21 is formed by press fitting around the outer circumferential surface of the housing 20 .
  • the beading part 21 partially reduces the inner diameter of the housing 20, so that the electrode assembly 10, which may have a size substantially corresponding to the width of the housing 20, is formed at the lower end of the housing 20. Don't let your wealth escape you.
  • the beading portion 21 may also function as a support portion on which the cap 40 is seated.
  • the crimping part 22 is formed below the beading part 21 .
  • the crimping portion 22 has an extended and bent shape so that the end defining the opening of the housing 20 surrounds the periphery of the cap 40 while the periphery of the spacer assembly 50 is interposed therebetween.
  • the first current collector 30 is coupled to the first uncoated portion 11 of the electrode assembly 10 and is located within the housing 20 .
  • the first current collector 30 covers at least a portion of one surface of the lower end of the electrode assembly 10 .
  • An assembly including the electrode assembly 10 and the first current collector 30 may be inserted into the housing 20 through an opening formed at a lower end of the housing 20 .
  • the first current collector 30 is electrically connected to the housing 20 . That is, the first current collector 30 may function as a medium for electrical connection between the electrode assembly 10 and the housing 20 .
  • the first current collector 30 may include, for example, a support part 31 , an uncoated part coupling part 32 , and a housing contact part 33 .
  • the support part 31 is located approximately at the center on one surface formed at the lower end of the electrode assembly 10 .
  • a first current collector hole H1 may be provided in the support part 31 .
  • the first collector hole H1 may be formed at a position corresponding to the winding center hole C of the electrode assembly 10 .
  • the first current collector hole H1 may function as a passage for insertion of a welding rod or laser irradiation for coupling between the terminal 60 and the second current collector 70 to be described later.
  • the first current collector hole H1 may also function as a passage through which electrolyte can be smoothly impregnated into the electrode assembly 10 when electrolyte is injected.
  • the uncoated portion coupling portion 32 extends from the support portion 31 and is coupled to the first uncoated portion 11 .
  • the uncoated part coupling part 32 may be provided with a plurality of, for example. In this case, each of the plurality of uncoated part coupling parts 32 may have a shape extending radially from the support part 31 .
  • the housing contact portion 33 may extend from the support portion 31 as shown in FIG. 3 or may extend from an end of the uncoated portion coupling portion 32 unlike that shown in FIG. 3 .
  • the end of the housing contact portion 33 may be interposed between the gasket portion 52 of the spacer assembly 50 and the housing 20 to be described later, and may come into contact with the housing 20, thereby contacting the housing 20 and the first house. An electrical connection between the whole 30 may be made.
  • An end of the housing contact portion 33 may contact, for example, one surface of the beading portion 21 facing the cap 40 .
  • the housing contact portion 33 may be provided in plural numbers, for example.
  • the plurality of housing contact portions 33 may have a shape extending radially from the support portion 31, and at least one intervening portion between adjacent uncoated portion coupling portions 32 may be formed.
  • a housing contact portion 33 may be located.
  • the plurality of housing contact portions 33 may have a shape extending from the respective ends of the plurality of uncoated portion coupling portions 32 .
  • the cap 40 covers an opening formed in the housing 20 .
  • the cap 40 may be made of, for example, a metal material to ensure rigidity.
  • the cap 40 forms the lower surface of the cylindrical battery 1 .
  • the cap 40 may not have a polarity even if it is made of a conductive metal material. Having no polarity may mean that the cap 40 is electrically insulated from the housing 20 and the terminal 60 . Therefore, the cap 40 does not function as a positive or negative terminal. Therefore, the cap 40 does not need to be electrically connected to the electrode assembly 10 and the housing 20, and the material does not necessarily have to be a conductive metal.
  • the cap 40 When the housing 20 of the present invention includes the beading part 21 , the cap 40 may be seated on the beading part 21 formed in the housing 20 . In addition, when the housing 20 of the present invention includes the crimping part 22, the cap 40 is fixed by the crimping part 22. Between the cap 40 and the crimping portion 22 of the housing 20, a peripheral portion of the spacer assembly 50 is interposed to ensure airtightness of the housing 20.
  • the cap 40 may further include a venting portion 41 to prevent internal pressure from increasing beyond a predetermined value due to gas generated inside the housing 20 .
  • the venting portion 41 corresponds to an area of the cap 40 having a smaller thickness than the surrounding area.
  • the venting part 41 is structurally weak compared to the surrounding area. Therefore, when an abnormality occurs in the cylindrical battery 1 and the internal pressure of the housing 20 increases to a certain level or more, the venting part 41 is broken and the gas generated inside the housing 20 can be discharged. there is.
  • the venting portion 41 may be formed by partially reducing the thickness of the housing 20 by, for example, notching on one side or both sides of the cap 40 .
  • the lower end of the cap 40 is preferably positioned higher than the lower end of the housing 20 .
  • the cap 40 does not come into contact with the ground or the bottom surface of the housing. Therefore, it is possible to prevent a phenomenon in which the pressure required for breaking the venting part 41 differs from a design value due to the weight of the cylindrical battery 1, and thus, the smoothness of breaking the venting part 41 can be secured.
  • the venting part 41 has a closed loop shape as shown in FIGS. 4 and 11 , the longer the distance from the center of the cap 40 to the venting part 41 is, the more advantageous it is in terms of ease of breakage. do. This is because, when the same venting pressure is applied, as the distance from the center of the cap 40 to the bent portion 41 increases, the force acting on the bent portion 41 increases, making it easy to break the cap 40 . In addition, in terms of smoothness of venting gas discharge, it is advantageous as the distance from the center of the cap 40 to the venting part 41 increases. From this point of view, the venting portion 41 is formed along the periphery of a substantially flat area protruding downward from the periphery of the cap 40 (in a downward direction with reference to FIG. 4 ). can be advantageous
  • venting part 41 is continuously formed in a substantially circular shape, but the present invention is not limited thereto.
  • the venting part 41 may be discontinuously formed on the cap 40 in a substantially circular shape, or may be formed in a substantially straight line shape or other shapes.
  • the spacer assembly 50 is configured to prevent the electrode assembly 10 from moving and to enhance the sealing force of the housing 20 . That is, the spacer assembly 50 is disposed between the cap 40 and the electrode assembly 10 to fix the electrode assembly 10 and seal the housing 20 .
  • the spacer assembly 50 may include a central portion supporting the bottom of the first current collector 30 and a peripheral portion contacting the housing 20 . In this case, the upper surface of the central portion may be located higher than the upper surface of the peripheral portion. The upper surface of the central portion may contact the lower surface of the first current collector 30 , and the lower surface of the central portion may contact the inner surface of the cap 40 .
  • the central portion may include a spacer hole H2 formed at a position corresponding to the winding center hole C of the electrode assembly 10 .
  • the peripheral portion may extend toward the inner surface of the housing 20 .
  • the spacer assembly 50 may further include a flange extending downward from an outer edge of the periphery. In this case, the flange may be bent along with the housing 20 during crimping of the housing 20 to cover the edge of the cap 40 .
  • the spacer assembly 50 may include, for example, a spacer part 51 , a gasket part 52 and a connection part 53 .
  • the spacer assembly 50 may further include an ejection preventing unit 54 in addition to the above-described components.
  • the spacer part 51 may be interposed between the first current collector 30 and the cap 40 to prevent the electrode assembly 10 from moving.
  • the spacer part 51 may have a height corresponding to a distance between the first current collector 30 and the cap 40 . In this case, the spacer part 51 can effectively prevent the electrode assembly 10 from moving within the housing 20 due to the gap formed between the first current collector 30 and the cap 40 . Therefore, the spacer part 51 prevents damage to the joint between the electrode assembly 10 and the first current collector 30 and/or the joint between the first current collector 30 and the housing 20. It can be prevented.
  • the spacer part 51 may be positioned approximately at the center on one surface of the lower end of the electrode assembly 10 .
  • the spacer part 51 may have a spacer hole H2 formed at a position corresponding to the winding center hole C of the electrode assembly 10 .
  • the spacer hole H2 may function as a passage for inserting a welding rod or a passage for laser irradiation, similarly to the first current collector hole H1 described above.
  • the spacer hole H2 can also function as a passage through which electrolyte can be smoothly impregnated into the electrode assembly 10 when electrolyte is injected.
  • the spacer part 51 may cover the support part 31 of the first current collector 30 so that the support part 31 is not exposed to the outside of the spacer part 51 . That is, the outer diameter of the upper end of the spacer part 51 may be substantially equal to or greater than the outer diameter of the support part 31 . In this case, the spacer part 51 can effectively press the first current collector 30 .
  • the spacer portion 51 may be configured to cover at least a portion of a welded portion formed by welding the uncoated portion coupling portion 32 of the first current collector 30 and the first uncoated portion 11. there is. That is, the radius of the upper end of the spacer part 51 may be formed larger than the distance from the welding part closest to the core of the electrode assembly 10 to the core of the electrode assembly 10 . In this case, the spacer part 51 effectively prevents damage to the welded portion between the first current collector 30 and the first uncoated part 11 during a crimping process or a sizing process, for example. can prevent
  • the spacer part 51 may be located more inward in the core direction than the bent part 41 so as not to cover the bent part 41 formed in the cap 40 . That is, the radius measured at the upper end of the spacer part 51 may be smaller than the distance from the center of the cap 40 to the bent part 41 . This is to prevent the breaking pressure of the venting part 41 from being different from the designed value because the bent part 41 is covered by the spacer assembly 50 .
  • the gasket part 52 is interposed between the housing 20 and the cap 40 .
  • the gasket part 52 may have a shape extending along the circumference of the inner circumferential surface of the housing 20 .
  • the gasket part 52 may be bent together along the bent shape of the crimping part 22 to cover the edge circumferential area of the cap 40 .
  • the gasket portion 52 may be bent along the crimping portion 22 to cover an edge of the cap 40 and fill a gap between the housing contact portion 33 and the cap 40 . As such, the gasket portion 52 may improve the fixing force of the cap 40 and the sealing force of the housing 20 .
  • the thickness between the housing contact portion 33 and the cap 40 may be smaller than the thickness between the beading portion 21 and the cap 40. This is because the gasket portion 52 can be compressed more in an area where the housing contact portion 33 is interposed between the housing 20 and the beading portion 21 than in other areas. Accordingly, in the gasket portion 52, the compression rate between the housing contact portion 33 and the cap 40 may be greater than that between the beading portion 21 and the cap 40.
  • the gasket portion 52 may be configured so that the compression rate between the housing contact portion 33 and the cap 40 is substantially the same as that between the beading portion 21 and the cap 40 . In this case, it is possible to prevent a phenomenon in which the sealing force is partially lowered as the compression rate of the gasket part 52 varies for each region.
  • connection part 53 connects the spacer part 51 and the gasket part 52.
  • the connecting portion 53 is configured to relieve stress applied to the connecting portion 53 when force is applied from the gasket portion 52 toward the spacer portion 51 by an external force.
  • the connection part 53 has a structure capable of relieving stress, so that the spacer assembly 50 is abnormally deformed by an external force, thereby undesirably affecting the first current collector 30 and the electrode assembly 10 can prevent
  • the connecting portion 53 may include a bent portion B whose extension direction is switched between the spacer portion 51 and the gasket portion 52 .
  • a groove having a predetermined depth may be formed on one side of the connecting portion 53, and a protrusion having a shape corresponding to the groove may be formed on the opposite side.
  • the bent portion B may be formed by changing the extension direction of the connecting portion 53, for example, twice. However, this does not limit the number of times of changing the extension direction of the connecting portion 53 for forming the bent portion B.
  • the connecting portion 53 may buffer a force acting from the gasket portion 52 toward the spacer portion 51 by an external force.
  • shape deformation of the connecting portion 53 may naturally occur in the region where the bending portion B is formed in a direction in which the bending angle of the bending portion B increases, so that the external force is not transmitted toward the spacer portion 51. and can be absorbed in the bent portion (B). That is, the bent portion (B) may act as a shock absorber, for example, like a bellows or a spring.
  • the bent part (B) may be provided with a plurality so as to effectively buffer even under the action of a large external force.
  • the bent portion B may further protrude in one direction in the process of absorbing the external force when it is applied. Accordingly, to prevent contact between the bent portion B and the first current collector 30 and/or the electrode assembly 10, the bent portion B is bent in a direction opposite to the direction toward the first current collector 30. It may have a convex shape.
  • the connecting portion 53 may further include a notch portion N in addition to the bent portion B described above.
  • the notch portion N may be configured to partially reduce the cross-sectional area of the connecting portion 53 .
  • the notch portion N may have a groove shape formed on at least one surface of the connection portion 53 .
  • the notch portion N may be formed to a predetermined depth, for example, on one surface of the connection portion 53 facing the first current collector 30 . In this way, when the notch portion N is formed on a surface facing the first current collector 30, shape deformation of the connection portion 53 due to external force occurs in a direction opposite to the direction toward the first current collector 30. This reduces the risk of interference between the spacer assembly 50 and the first current collector 30 and/or the electrode assembly 10 .
  • the notch portion N may be positioned between the bent portion B and the spacer portion 51 on the connection portion 53 . Like the bent portion (B), the notch portion (N) may also be provided with a plurality if necessary.
  • the connection part 53 may include, for example, a plurality of bridges 53a spaced apart from each other along the circumferential direction of the electrode assembly 10 .
  • the space formed between the adjacent bridges 53a may function as a passage for smooth electrolyte circulation.
  • the space formed between adjacent bridges 53a may function as a passage through which internal gas is smoothly discharged when venting occurs due to an increase in internal pressure.
  • the connecting portion 53 includes a plurality of bridges 53a
  • the bent portion B for forming the stress relieving structure of the present invention as described above may be provided on each of the bridges 53a.
  • the notch portion N may also be provided on each of the plurality of bridges 53a.
  • the blowout prevention part 54 may be configured to cross the spacer hole H2.
  • the blowout prevention unit 54 may be configured to reduce an open area of the spacer hole H2.
  • the blowout prevention part 54 may have, for example, an approximate cross shape. However, this is only an exemplary form of the ejection preventing part 54 and the shape of the ejection preventing part 54 is not limited thereto.
  • the blowout prevention part 54 may be provided at a position corresponding to the winding center hole of the electrode assembly 10 and the first current collector hole H1 of the first current collector 30 .
  • the ejection preventing part 54 may prevent the winding center of the electrode assembly 10 from ejecting to the outside of the housing 20 when venting occurs due to an increase in pressure inside the housing 20 .
  • the bridge 53a is connected to the housing contact portion 33 of the first current collector 30 except for the portion inserted into the crimping portion 22 and/or the cap 40. It can be configured not to touch.
  • the connection part 53 may be positioned so as not to overlap with the housing contact part 33 along the height direction (direction parallel to the Z-axis) of the cylindrical battery 1 .
  • the plurality of bridges 53a and the plurality of housing contact parts 33 are perpendicular to each other (in the Z axis). parallel directions) may be arranged staggered from each other so as not to overlap.
  • the housing contact portion 33 may be provided at a position corresponding to a space formed between adjacent bridges 53a. In this case, even if the shape of the parts is deformed due to the external force applied to the housing 20, the possibility of interference between the bridge 53a and the housing contact part 33 can be significantly lowered, thereby damaging the coupling part between the parts. can significantly reduce the possibility of problems.
  • the shape deformation of the spacer assembly 50 occurs due to a sizing process of compressing the cylindrical battery 1 along the height direction (direction parallel to the Z-axis), a crimping process, or other causes.
  • interference between the connection portion 53 of the spacer assembly 50 and the housing contact portion 33 of the first current collector 30 can be minimized.
  • the bridge 53a is configured not to contact the cap 40, even if the housing 20 is deformed due to a sizing process or an external impact, the possibility of deformation of the bridge 53a may occur. can reduce
  • each component constituting the spacer assembly 50 may be integrally formed.
  • the spacer assembly 50 in which the spacer portion 51 , the gasket portion 52 , and the connection portion 53 are integrally formed may be manufactured by injection molding. That is, the cylindrical battery 1 of the present invention, as one component, strengthens the sealing force for the opening of the housing 20 and the electrode assembly ( 10) can all be obtained. Therefore, according to the present invention, the complexity of the manufacturing process and the increase in manufacturing cost caused by the application of additional parts can be prevented.
  • connection portion 53 of the spacer assembly 50 is applied substantially along the radial direction
  • the force can be converted into a direction of rotating the spacer part 51 .
  • the spacer part 51 can be finely rotated clockwise or counterclockwise on a plane (X-Y plane) (for example, it can be rotated by about 1 degree), and thus the connection part 53 Interference with the current collector 30 due to deformation of the connecting portion 53 may be prevented by preventing stress from being accumulated.
  • the spacer assembly 50 is formed by a crimping process. It can be seen that no abnormal deformation occurs in the current collector even when force is applied.
  • the terminal 60 is electrically connected to the second uncoated portion 12 of the electrode assembly 10 .
  • the terminal 60 may pass through, for example, a substantially central portion of a closed portion formed at an upper end of the housing 20 .
  • a portion of the terminal 60 may be exposed to the upper portion of the housing 20 and the remaining portion may be positioned inside the housing 20 .
  • the terminal 60 may be fixed on the inner surface of the closed portion of the housing 20 by, for example, riveting.
  • the closed portion formed on the top of the housing 20 has a first polarity. It can function as one electrode terminal 20a.
  • the terminal 60 is electrically connected to the second uncoated portion 12 of the electrode assembly 10, the terminal 60 exposed to the outside of the housing 20 can function as a second electrode terminal.
  • the cylindrical battery 1 of the present invention has a structure in which a pair of electrode terminals 60 and 20a are located in the same direction. Therefore, in the case of electrically connecting a plurality of cylindrical batteries 1 , it is possible to dispose an electrical connection component such as a bus bar on only one side of the cylindrical battery 1 . This can lead to simplification of the battery pack structure and improvement of energy density.
  • the cylindrical battery 1 has a structure in which one surface of the housing 20 having a substantially flat shape can be used as the first electrode terminal 20a, so that an electrical connection part such as a bus bar is used as the first electrode. When bonding to the terminal 20a, a sufficient bonding area can be secured. Accordingly, in the cylindrical battery 1, sufficient bonding strength between the electrical connection component and the first electrode terminal 20a can be secured, and resistance at the bonding portion can be reduced to a desirable level.
  • the terminal 60 when the terminal 60 functions as the second electrode terminal, the terminal 60 is electrically insulated from the housing 20 having the first polarity. Electrical isolation between the housing 20 and the terminal 60 can be realized in various ways. For example, insulation may be realized by interposing an insulating gasket G between the terminal 60 and the housing 20 . Alternatively, insulation may be realized by forming an insulating coating layer on a portion of the terminal 60 . Alternatively, the terminals 60 and the housing 20 may be disposed in a spaced apart state so that contact is impossible, but the terminals 60 may be structurally firmly fixed. Alternatively, a plurality of methods among the methods described above may be applied together.
  • the insulating gasket (G) when the insulating gasket (G) is applied for electrical insulation and riveting is applied to fix the terminal 60, the insulating gasket (G) is deformed together during riveting of the terminal 60, and the housing 20 ) can be bent towards the inner surface of the top closure of
  • the insulating gasket (G) may be coupled to the housing 20 and the terminal 60 by thermal fusion. In this case, airtightness at the bonding interface between the insulating gasket G and the terminal 60 and at the bonding interface between the insulating gasket G and the housing 20 may be enhanced.
  • the second current collector 70 may be coupled to an upper portion of the electrode assembly 10 .
  • the second current collector 70 may be made of a conductive metal material and may be coupled to the second uncoated portion 12 .
  • the coupling between the second uncoated portion 12 and the second current collector 70 may be performed by, for example, laser welding.
  • the insulator 80 is interposed between the closed portion formed on the upper end of the housing 20 and the upper end of the electrode assembly 10 or between the closed portion and the second current collector 70. It can be.
  • the insulator 80 may be made of, for example, an insulating resin material. The insulator 80 may prevent contact between the electrode assembly 10 and the housing 20 and/or contact between the electrode assembly 10 and the second current collector 70 .
  • the insulator 80 may also be interposed between the upper end of the outer circumferential surface of the electrode assembly 10 and the inner surface of the housing 20 . In this case, it is possible to prevent a short circuit from occurring when the second uncoated portion 12 of the electrode assembly 10 contacts the inner surface of the sidewall portion of the housing 20 .
  • the insulator 80 may have a height corresponding to a distance between the closed portion formed on the top of the housing 20 and the electrode assembly 10 or a distance between the closed portion and the second current collector 70 . In this case, it is possible to prevent the electrode assembly 10 from moving inside the housing 20, thereby significantly reducing the risk of damage to a joint for electrical connection between parts. When the insulator 80 is applied together with the above-described spacer assembly 50, the flow prevention effect of the electrode assembly 10 can be maximized.
  • the insulator 80 may have an opening formed at a position corresponding to the winding center hole C of the electrode assembly 10 .
  • the terminal 60 may directly contact the second current collector 70 through the opening.
  • resistance is minimized through expansion of the welding area through the curved surface of the uncoated portion, multiplexing of current paths using the first current collector 30, and minimization of the length of the current path.
  • the AC resistance of the cylindrical battery 1 measured through a resistance meter between the positive electrode and the negative electrode and between the terminal 60 and the flat surface 20a around it is approximately 0.5 milliohm to 4 milliohm suitable for rapid charging. ohms, preferably approximately 1 milliohm to 4 milliohms.
  • the cylindrical battery may be, for example, a cylindrical battery having a form factor ratio (defined as the diameter of the cylindrical battery divided by the height, i.e., the ratio of the diameter ( ⁇ ) to the height (H)) of greater than about 0.4. .
  • a form factor ratio defined as the diameter of the cylindrical battery divided by the height, i.e., the ratio of the diameter ( ⁇ ) to the height (H)
  • the form factor means a value representing the diameter and height of a cylindrical battery.
  • the diameter of the cylindrical battery may be approximately 40 mm to 50 mm, and the height may be approximately 60 mm to 130 mm.
  • a cylindrical battery according to an embodiment of the present invention may be, for example, a 46110 battery, a 4875 battery, a 48110 battery, a 4880 battery, or a 4680 battery.
  • the first two numbers represent the diameter of the battery, and the remaining numbers represent the height of the battery.
  • the battery according to an embodiment of the present invention may be a cylindrical battery having a substantially cylindrical shape, a diameter of about 46 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of about 0.418.
  • a battery according to another embodiment may be a cylindrical battery having a diameter of about 48 mm, a height of about 75 mm, and a form factor ratio of about 0.640.
  • a battery according to another embodiment may be a cylindrical battery having a diameter of about 48 mm, a height of about 110 mm, and a form factor ratio of about 0.418.
  • a battery according to another embodiment may be a cylindrical battery having a diameter of about 48 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of about 0.600.
  • a battery according to another embodiment may be a cylindrical battery having a diameter of about 46 mm, a height of about 80 mm, and a form factor ratio of about 0.575.
  • batteries with a form factor ratio of approximately 0.4 or less have been used. That is, conventionally, for example, 1865 batteries and 2170 batteries have been used.
  • 1865 batteries and 2170 batteries have been used.
  • the diameter is approximately 18 mm
  • the height is approximately 65 mm
  • the form factor ratio is approximately 0.277.
  • the diameter is approximately 21 mm
  • the height is approximately 70 mm
  • the form factor ratio is approximately 0.300.
  • a plurality of cylindrical batteries 1 may be connected in series and parallel on top of the cylindrical battery 1 using a bus bar 150 .
  • the number of cylindrical batteries 1 can be increased or decreased in consideration of the capacity of the battery pack.
  • the terminal 60 may have a positive polarity and the outer surface 20a of the closed portion of the housing 20 may have a negative polarity.
  • the reverse is also possible.
  • a plurality of cylindrical batteries 1 may be arranged in a plurality of rows and columns. Columns are in the vertical direction with respect to the page, and rows are in the left and right direction with respect to the page. Also, to maximize space efficiency, the cylindrical batteries 1 may be arranged in a closest packing structure. The densely packed structure is formed when an equilateral triangle is formed when the centers of the terminals 60 exposed to the outside of the housing 20 are connected to each other.
  • the bus bar 150 may be disposed above the plurality of cylindrical batteries 1, more preferably between adjacent rows. Alternatively, busbars 150 may be placed between adjacent rows.
  • the bus bar 150 connects the batteries 1 disposed in the same row in parallel with each other, and connects the cylindrical batteries 1 disposed in two adjacent columns in series with each other.
  • the bus bar 150 may include a body portion 151, a plurality of first bus bar terminals 152, and a plurality of second bus bar terminals 153 for series and parallel connection.
  • the body portion 151 may extend between terminals 60 of adjacent cylindrical batteries 1, preferably between rows of cylindrical batteries 1. Alternatively, the body portion 151 may extend along the rows of the cylindrical batteries 1 and be regularly bent in a zigzag shape.
  • the plurality of first bus bar terminals 152 protrude from one side of the body 151 toward the terminal 60 of each cylindrical battery 1 and may be electrically coupled to the terminal 60 . Electrical coupling between the first bus bar terminal 152 and the terminal 60 may be performed by laser welding or ultrasonic welding.
  • the plurality of second bus bar terminals 153 may be electrically coupled to the outer surface 20a of each cylindrical battery 1 from the other side of the body portion 151 . Electrical coupling between the second bus bar terminal 153 and the outer surface 20a may be performed by laser welding or ultrasonic welding.
  • the body part 151, the plurality of first bus bar terminals 152 and the plurality of second bus bar terminals 153 may be formed of one conductive metal plate.
  • the metal plate may be, for example, an aluminum plate or a copper plate, but the present invention is not limited thereto.
  • the body portion 151, the plurality of first bus bar terminals 152, and the plurality of second bus bar terminals 153 may be manufactured as separate pieces and then coupled to each other by welding or the like.
  • the terminal 60 having a positive polarity and the outer surface 20a of the closed portion of the housing 20 having a negative polarity are located in the same direction, the bus bar 150 Electrical connection of the cylindrical batteries 1 can be easily implemented by using.
  • the terminal 60 of the cylindrical battery 1 and the outer surface 20a of the closed portion of the housing 20 have a large area, a sufficient coupling area of the bus bar 150 is secured to form a cylindrical battery 1 The resistance of the battery pack can be sufficiently lowered.
  • a battery pack 3 is a battery assembly in which a plurality of cylindrical batteries 1 according to an embodiment of the present invention are electrically connected, and a battery assembly accommodating the same. It includes a pack housing (2).
  • the electrical connection structure of the plurality of batteries 1 through the bus bar has been exemplarily described with reference to FIG. 14 above, and other parts such as a cooling unit and a power terminal are omitted for convenience in drawing.
  • a vehicle 5 may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle, and includes a battery pack 3 according to an embodiment of the present invention.
  • the automobile 5 includes a four-wheeled automobile and a two-wheeled automobile.
  • the vehicle 5 operates by receiving power from the battery pack 3 according to an embodiment of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 제1 무지부 및 제2 무지부를 포함하는 전극 조립체; 일 측에 형성된 개방부를 구비하며 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 하우징; 상기 제1 무지부와 결합되며 상기 하우징 내에 위치하는 제1 집전체; 상기 개방부를 커버하는 캡; 및 상기 제1 집전체와 상기 캡 사이에 개재되어 상기 전극 조립체의 유동을 방지하도록 구성되는 스페이서부, 상기 하우징과 상기 캡 사이에 개재되어 상기 캡과 상기 하우징 사이를 실링하도록 구성되는 가스켓부, 및 상기 스페이서부와 상기 가스켓부 사이를 연결하며 상기 스페이서부와 상기 가스켓부 사이에서 그 연장 방향이 전환되는 절곡부를 구비하는 연결부를 포함하는 스페이서 어셈블리; 를 포함한다.

Description

배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은, 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는, 본 발명은 내부 전극 조립체의 움직임을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은, 2022년02월04일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0014958호 및 2022년07월19일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2022-0088961호에 대한 우선권 주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
배터리에 있어서, 집전 효율의 극대화를 위해 하우징이 높이 방향을 따라 상하로 각각 양극 탭 및 음극 탭이 연장된 형태를 갖는 젤리롤을 적용할 수 있다. 이러한 구조를 갖는 젤리롤이 적용되는 배터리에 있어서, 양극 탭 및 음극 탭 각각을 단자 및 하우징과 각각 연결시키기 위한 중간 매개체로서 집전체가 이용될 수 있다.
이 경우, 예를 들어, 양극 집전체는 젤리롤의 일 면을 커버하면서 양극 탭과 결합되고, 음극 집전체는 젤리롤의 타 면을 커버하면서 음극 탭과 결합될 수 있다. 또한, 상기 양극 집전체는 단자와 전기적으로 연결되며, 음극 집전체는 하우징과 전기적으로 연결될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 배터리에서는, 특히 음극 집전체와 캡 사이에 비교적 큰 빈 공간이 형성될 수 있다. 또한, 상기 캡과 반대편에 위치하는 하우징의 바닥 면과 양극 집전체 사이에도 빈 공간이 형성될 수 있다.
이러한 빈 공간들은, 젤리롤이 하우징의 내부에서 특히 상하 방향, 즉 배터리의 높이 방향을 따라 움직이게 하는 원인이 될 수 있다. 상기 젤리롤이 이처럼 상하 방향으로 움직이는 경우, 집전체와 전극 탭 사이의 결합 부위에 손상이 발생될 수 있으며, 이에 더하여 집전체와 하우징 간의 결합 부위, 집전체와 단자 간의 결합 부위 등에도 손상이 발생될 수 있다.
따라서, 이러한 젤리롤의 유동 공간을 최대한 축소시킬 필요가 있다. 또한, 젤리롤의 유동 공간 축소를 위해 적용하는 부가적인 부품을 사용하는 경우 공정 상의 번잡성이 증가되고, 제조 단가 또한 상승할 수 있으므로 기존에 이미 적용되던 부품을 활용하여 이러한 문제를 해소할 필요성이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 하우징 내에서 젤리롤이 움직임으로써 전기적 결합 부위에 손상이 발생되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 배터리의 제조에 있어서, 기존에 적용되던 부품을 활용하여 젤리롤의 움직임을 방지함으로써, 추가 부품의 적용으로 인해 발생되는 제조 공정 복잡화 및 제조 비용 증가 등을 방지하는 것을 또 다른 목적으로 할 수도 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 배터리의 제조 과정에서 스페이서 어셈블리에 가해지는 힘에 의해 스페이서 어셈블리가 이상 변형을 일으키는 것을 방지하는 것을 목적으로 할 수 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 제1 무지부 및 제2 무지부를 포함하는 전극 조립체; 일 측에 형성된 개방부를 구비하며 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 하우징; 상기 제1 무지부와 결합되며 상기 하우징 내에 위치하는 제1 집전체; 상기 개방부를 커버하는 캡; 및 상기 제1 집전체와 상기 캡 사이에 개재되어 상기 전극 조립체의 유동을 방지하도록 구성되는 스페이서부, 상기 하우징과 상기 캡 사이에 개재되어 상기 캡과 상기 하우징 사이를 실링하도록 구성되는 가스켓부, 및 상기 스페이서부와 상기 가스켓부 사이를 연결하며 상기 스페이서부와 상기 가스켓부 사이에서 그 연장 방향이 전환되는 절곡부를 구비하는 연결부를 포함하는 스페이서 어셈블리; 를 포함한다.
상기 연결부는, 상기 전극 조립체의 원주 방향을 따라 상호 이격되어 배치되는 복수의 브릿지를 포함할 수 있다.
상기 절곡부는, 상기 제1 집전체를 향하는 방향과 반대 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 연결부는, 상기 연결부의 단면적을 부분적으로 감소시키도록 구성된 노치부를 구비할 수 있다.
상기 노치부는, 상기 제1 집전체와 대향하는 면에 소정의 깊이로 형성될 수 있다.
상기 노치부는, 상기 절곡부와 상기 스페이서부 사이에 위치할 수 있다.
상기 스페이서부는, 상기 제1 집전체와 상기 캡 사이의 거리와 대응되는 높이를 가질 수 있다.
상기 스페이서부는, 상기 전극 조립체의 일 면 상에서 중심부에 위치할 수 있다.
상기 스페이서부는, 상기 전극 조립체의 권취 중심 홀과 대응되는 위치에 형성되는 스페이서 홀을 구비할 수 있다.
상기 스페이서 어셈블리는, 상기 스페이서 홀을 가로지르도록 구성되는 분출 방지부를 구비할 수 있다.
상기 하우징은, 외주면 둘레가 압입되어 형성된 비딩부; 및 상기 비딩부의 하방에서 상기 개방부를 정의하는 끝단이 상기 캡의 가장자리를 감싸도록 연장 및 절곡된 클림핑부; 를 포함할 수 있다.
상기 가스켓부는, 상기 클림핑부를 따라 절곡되어 상기 캡의 가장자리를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 브릿지는, 상기 제1 집전체와 접촉하지 않도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 브릿지는, 상기 캡과 접촉하지 않도록 구성될 수 있다.
상기 제1 집전체는, 상기 전극 조립체의 일 면 상에서 중심부에 위치하는 지지부; 상기 지지부로부터 연장되며 상기 제1 무지부와 결합되는 무지부 결합부; 및 상기 지지부로부터 연장되거나 또는 상기 무지부 결합부의 단부로부터 연장되어 상기 하우징과 상기 가스켓부 사이에 개재되는 하우징 접촉부; 를 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 그 측벽의 일부가 내측을 향해 압입된 비딩부; 및 상기 비딩부의 하방에서 상기 개방부를 정의하는 끝단이 상기 캡의 가장자리를 감싸도록 연장 및 절곡된 클림핑부; 를 포함할 수 있으며,
상기 하우징 접촉부는, 상기 캡과 대면하는 상기 비딩부의 일 면 상에 접촉할 수 있다.
상기 캡은, 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 벤팅부를 구비할 수 있으며,
상기 스페이서부는, 상기 벤팅부를 덮지 않도록 상기 벤팅부보다 더 내측에 위치할 수 있다.
상기 연결부는, 상기 배터리의 높이 방향을 따라 상기 하우징 접촉부와 중첩되지 않도록 위치할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리를 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하우징 내에서 젤리롤의 움직임이 최소화 되어 전기적 결합 부위에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 젤리롤의 유동 방지를 위한 부품을 추가적으로 적용하는 대신 기존에 적용되던 부품을 활용함으로써 제조 공정의 복잡화 및 제조 비용의 증가를 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리의 제조 과정에서 스페이서 어셈블리에 가해지는 힘에 의해 스페이서 어셈블리가 이상 변형을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 한편, 이러한 스페이서 어셈블리의 이상 변형이 방지됨으로써 스페이서 어셈블리의 변형으로 인해 집전체 및/또는 전극 조립체에 힘이 가해져 제품 불량이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 제1 집전체의 예시적 형태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 스페이서 어셈블리가 적용된 영역을 나타내는 부분 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 스페이서 어셈블리의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시된 스페이서 어셈블리의 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 스페이서가 적용된 원통형 배터리에 있어서, 클림핑 공정에 따라 스페이서 어셈블리에 힘이 가해지더라도 스페이서의 이상 변형이 발생되지 않고 이로써 집전체의 이상 변형 또한 발생하지 않음을 보여주는 내부 구조 촬영 사진이다.
도 9는 본 발명의 스페이서와는 달리 응력 완화 구조를 갖지 않는 스페이서를 나타내는 도면이다.
도 10은 응력 완화 구조를 갖지 않는 스페이서가 적용된 원통형 배터리에 있어서 클림핑 공정에 따라 전달되는 힘에 의해 스페이서가 이상 변형을 일으키고 이로써 집전체 역시 이상 변형을 일으키는 것을 보여주는 내부 구조 촬용 사진이다.
도 11은 본 발명의 원통형 배터리의 바닥면을 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 인슐레이터가 적용된 영역을 나타내는 부분 단면도이다.
도 13은 본 발명의 분절편이 형성된 전극 조립체를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 원통형 배터리를 버스바를 이용하여 직렬 및 병렬로 연결한 모습을 나타낸 상부 평면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타내는 개념도이다.
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 동일'은 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.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1)는, 예를 들어 원통형 배터리일 수 있다. 상기 원통형 배터리(1)는, 전극 조립체(10), 하우징(20), 제1 집전체(30), 캡(40) 및 스페이서 어셈블리(50)를 포함한다. 상기 원통형 배터리(1)는 단자(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 원통형 배터리(1)는, 상술한 구성요소들 이 외에 절연 가스켓(G) 및/또는 제2 집전체(70) 및/또는 인슐레이터(80)를 더 포함할 수도 있다. 본 발명은, 전지의 형상에 의해 제한되지 않으며, 다른 형상의 전지, 예컨데 각형 전지에도 적용 가능하다.
도 2, 도 4, 도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 전극 조립체(10)는, 제1 무지부(11) 및 제2 무지부(12)를 구비한다. 상기 전극 조립체(10)는, 제1 극성을 갖는 제1 전극, 제2 극성을 갖는 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 상기 제1 전극은 음극 또는 양극이고, 제2 전극은 제1 전극과 반대되는 극성을 갖는 전극에 해당한다.
상기 전극 조립체(10)는, 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는, 제1 전극, 분리막, 제2 전극을 순차적으로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이러한 젤리-롤 타입의 전극 조립체(10)는, 그 중심부에 형성되어 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 연장되는 권취 중심 홀(C)을 구비할 수 있다. 한편, 상기 전극 조립체(10)의 외주면 상에는 하우징(20)과의 절연을 위해 추가적인 분리막이 구비될 수 있다.
상기 제1 전극은, 제1 도전성 기재 및 제1 도전성 기재의 일 면 또는 양 면 상에 도포되어 형성되는 제1 전극 활물질 층을 포함한다. 상기 제1 도전성 기재의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 제1 전극 무지부가 존재한다. 상기 제1 전극 무지부는, 제1 전극이 펼쳐진 상태를 기준으로 볼 때 제1 전극의 길이 방향을 따라 일 측 단부로부터 타 측 단부까지 연장된 형태를 갖는다. 상기 제1 전극 무지부(11)는, 제1 전극 탭으로서 기능할 수 있다. 상기 제1 무지부(11)는, 전극 조립체(10)의 일 면 상에 구비된다. 좀 더 구체적으로, 상기 제1 무지부(11)는, 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비된다.
상기 제2 전극은, 제2 도전성 기재 및 제2 도전성 기재의 일 면 또는 양 면 상에 도포되어 형성되는 제2 전극 활물질 층을 포함한다. 상기 제2 도전성 기재의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 상기 제2 전극 무지부는, 제2 전극이 펼쳐진 상태를 기준으로 볼 때 제2 전극의 길이 방향을 따라 일 측 단부로부터 타 측 단부까지 연장된 형태를 갖는다. 상기 제2 전극 무지부(12)는, 제2 전극 탭으로서 기능할 수 있다. 상기 제2 무지부(12)는, 전극 조립체(10)의 타 면 상에 구비된다. 좀 더 구체적으로, 상기 제2 무지부(12)는, 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비된다.
즉, 상기 제1 무지부(11)와 제2 무지부(12)는, 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향), 즉 원통형 배터리(1)의 높이 방향을 따라 서로 반대 방향으로 연장 돌출되며 분리막의 외부로 노출된다.
한편, 도 13를 참조하면, 상기 제1 무지부(11) 및/또는 제2 무지부(12)의 적어도 일부는, 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 분할된 복수의 분절편(F)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 분절편은, 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 밴딩될 수 있다. 밴딩된 상기 복수의 분절편은, 여러 겹으로 중첩될 수 있다. 이 경우, 후술할 제1 집전체(30) 및/또는 제2 집전체(70)는, 복수의 분절편(F)이 여러 겹으로 중첩되어 있는 영역에 결합될 수 있다. 한편, 상기 전극 조립체(10)는, 제1 무지부(11)의 분절편(F)의 중첩 레이어 수가 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 일정하게 유지되는 영역인 용접 타겟 영역을 구비할 수 있다. 이 영역에서는, 중첩 레이어 수가 대략 최대로 유지되므로, 후술할 제1 집전체(30)와 제1 무지부(11)의 용접 및/또는 제2 집전체(70)와 제2 무지부(12)의 용접이 이 영역 내에서 이루어지는 것이 유리할 수 있다. 이는, 예를 들어 레이저 용접을 적용하는 경우에 있어서, 용접 품질의 향상을 위해 레이저의 출력을 높이는 경우 레이저 빔이 제1 무지부(11) 및/또는 제2 무지부(12)를 관통하여 전극 조립체(10)를 손상시키는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 이는, 용접 스패터 등의 이물질이 전극 조립체(10)의 내부로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명에 있어서, 양극 집전체에 코팅되는 양극 활물질과 음극 집전체에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질은 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, -0.1 ≤ z ≤ 2; x, y, z 및 M에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨)로 표시되는 알칼리 금속 화합물을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 양극 활물질은 US6,677,082, US6,680,143 등에 개시된 알칼리 금속 화합물 xLiM1O2 -(1-x)Li2M2O3(M1은 평균 산화 상태 3을 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 평균 산화 상태 4를 갖는 적어도 하나 이상의 원소를 포함; 0≤x≤1)일 수 있다.
또 다른 예에서, 양극 활물질은, 일반 화학식 LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(M1은 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M2는 Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Nd, Al, Mg, Al, As, Sb, Si, Ge, V 및 S에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M3는 F를 선택적으로 포함하는 할로겐족 원소를 포함; 0 < a ≤ 2, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ z < 1; a, x, y, z, M1, M2, 및 M3에 포함된 성분의 화학량론적 계수는 화합물이 전기적 중성을 유지하도록 선택됨), 또는 Li3M2(PO4)3[M은 Ti, Si, Mn, Fe, Co, V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg 및 Al에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함]로 표시되는 리튬 금속 포스페이트일 수 있다.
바람직하게, 양극 활물질은 1차 입자 및/또는 1차 입자가 응집된 2차 입자를 포함할 수 있다.
일 예에서, 음극 활물질은 탄소재, 리튬금속 또는 리튬금속화합물, 규소 또는 규소화합물, 주석 또는 주석 화합물 등을 사용할 수 있다. 전위가 2V 미만인 TiO2, SnO2와 같은 금속 산화물도 음극 활물질로 사용 가능하다. 탄소재로는 저결정 탄소, 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다.
분리막은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체, 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 다른 예시로서, 분리막은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있다.
분리막의 적어도 한 쪽 표면에는 무기물 입자의 코팅층을 포함할 수 있다. 또한 분리막 자체가 무기물 입자의 코팅층으로 이루어지는 것도 가능하다. 코팅층을 구성하는 입자들은 인접하는 입자 사이 사이에 인터스티셜 볼륨(interstitial volume)이 존재하도록 바인더와 결합된 구조를 가질 수 있다.
무기물 입자는 유전율이 5이상인 무기물로 이루어질 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 무기물 입자는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3 -PbTiO3(PMN-PT), BaTiO3, hafnia(HfO2), SrTiO3, TiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2, CeO2, MgO, CaO, ZnO 및 Y2O3로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
전해질은 A+B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N- ,　CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -,SCN-　및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해질은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈 (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
도 1, 도 2, 도 4 및 도 12을 참조하면, 상기 하우징(20)은, 그 하단에 형성된 개방부를 통해 전극 조립체(10)를 수용한다. 상기 하우징(20)은, 그 하단에 개방부가 형성되고 상단에는 폐쇄부가 형성된 대략 원통형의 수용체이다. 상기 하우징(20)은, 금속과 같은 도전성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 상기 하우징(20)의 재질은, 예를 들어 알루미늄일 수 있다. 상기 하우징(20)의 측면(외주면)과 상면은 일체로 형성될 수 있다. 상기 하우징(20)의 상면(X-Y 평면에 나란한 면)은 대략 플랫(flat)한 형태를 가질 수 있다. 상기 하우징(20)은, 하단에 형성된 개방부를 통해 전극 조립체(10)와 함께 전해질도 수용한다.
상기 하우징(20)은, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결된다. 상기 하우징(20)은, 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 연결된다. 따라서, 상기 하우징(20)은, 전기적으로 제1 무지부(11)와 동일한 극성을 갖는다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 하우징(20)은, 그 하단에 형성되는 비딩부(21) 및 클림핑부(22)를 구비할 수 있다. 상기 비딩부(21)는, 하우징(20)의 내부에 수용된 전극 조립체(10)의 하측에 구비된다. 상기 비딩부(21)는, 하우징(20)의 외주면 둘레를 압입하여 형성된다. 상기 비딩부(21)는, 하우징(20)의 내경을 부분적으로 감소시킴으로써, 하우징(20)의 폭과 대략 대응되는 사이즈를 가질 수 있는 전극 조립체(10)가 하우징(20)의 하단에 형성된 개방부를 통해 빠져나오지 않도록 한다. 상기 비딩부(21)는, 캡(40)이 안착되는 지지부로서도 기능할 수 있다.
상기 클림핑부(22)는, 비딩부(21)의 하방에 형성된다. 상기 클림핑부(22)는, 스페이서 어셈블리(50)의 가장자리 둘레 부분이 개재된 상태로 하우징(20)의 개방부를 정의하는 끝단이 캡(40)의 가장자리 둘레 부분을 감싸도록 연장 및 절곡된 형태를 갖는다.
도 2 내지 도 4을 참조하면, 상기 제1 집전체(30)는, 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 결합되며 하우징(20) 내에 위치한다. 상기 제1 집전체(30)는, 전극 조립체(10)의 하단 일 면의 적어도 일부를 커버한다. 상기 전극 조립체(10)와 제1 집전체(30)를 포함하는 결합체는 하우징(20)의 하단에 형성되는 개방부를 통해 하우징(20) 내에 삽입될 수 있다. 상기 제1 집전체(30)는, 하우징(20)과 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 제1 집전체(30)는, 전극 조립체(10)와 하우징(20) 간의 전기적 연결을 위한 매개체로서 기능할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 집전체(30)는, 예를 들어 지지부(31), 무지부 결합부(32) 및 하우징 접촉부(33)를 포함할 수 있다. 상기 지지부(31)는, 전극 조립체(10)의 하단에 형성되는 일 면 상에서 대략 중심부에 위치한다. 상기 지지부(31)에는 제1 집전체 홀(H1)이 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 집전체 홀(H1)은, 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(C)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 제1 집전체 홀(H1)은, 후술할 단자(60)와 제2 집전체(70) 간의 결합을 위한 용접봉의 삽입이나 레이저 조사를 위한 통로로서 기능할 수 있다. 그 밖에도, 상기 제1 집전체 홀(H1)은 전해액의 주액 시에 전극 조립체(10) 내부로 원활한 전해액 함침이 이루어질 수 있도록 하는 통로로서도 기능할 수 있다.
상기 무지부 결합부(32)는, 지지부(31)로부터 연장되며 제1 무지부(11)와 결합한다. 상기 무지부 결합부(32)는, 예를 들어 복수개가 구비될 수 있다. 이 경우, 복수의 무지부 결합부(32)들 각각은, 지지부(31)로부터 방사상으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 하우징 접촉부(33)는, 도 3에 도시된 바와 같이 지지부(31)로부터 연장되거나 또는 도 3에 도시된 것과는 달리 무지부 결합부(32)의 단부로부터 연장될 수 있다. 상기 하우징 접촉부(33)의 단부는 후술할 스페이서 어셈블리(50)의 가스켓부(52)와 하우징(20) 사이에 개재되어 하우징(20)과 접촉할 수 있으며, 이로써 하우징(20)과 제1 집전체(30) 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 상기 하우징 접촉부(33)의 단부는, 예를 들어 캡(40)과 대면하는 비딩부(21)의 일 면 상에 접촉할 수 있다.
상기 하우징 접촉부(33)는, 예를 들어 복수개가 구비될 수 있다. 이 경우, 복수의 하우징 접촉부(33)들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 지지부(31)로부터 방사상으로 연장된 형태를 가질 수 있고, 서로 이웃하는 무지부 결합부(32) 사이에 적어도 하나의 하우징 접촉부(33)가 위치할 수 있다. 또는, 상기 복수의 하우징 접촉부(33)들은, 도 3에 도시된 것과는 달리, 복수의 무지부 결합부(32) 각각의 단부로부터 연장된 형태를 가질 수도 있다.
도 2, 도 4 및 도 11을 참조하면, 상기 캡(40)은, 하우징(20)에 형성된 개방부를 커버한다. 상기 캡(40)은, 강성 확보를 위해 예를 들어 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 캡(40)은, 원통형 배터리(1)의 하면을 이룬다. 본 발명의 원통형 배터리(1)에 있어서, 캡(40)은, 전도성을 갖는 금속 재질인 경우에도, 극성을 갖지 않을 수 있다. 극성을 갖지 않는다는 것은, 상기 캡(40)이 하우징(20) 및 단자(60)와 전기적으로 절연되어 있음을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 캡(40)은, 양극 단자 또는 음극 단자로서 기능하지 않는다. 따라서, 상기 캡(40)은, 전극 조립체(10) 및 하우징(20)과 전기적으로 연결될 필요가 없으며, 그 재질이 반드시 전도성 금속이어야 하는 것도 아니다.
본 발명의 하우징(20)이 비딩부(21)를 구비하는 경우, 상기 캡(40)은, 하우징(20)에 형성된 비딩부(21) 상에 안착될 수 있다. 또한, 본 발명의 하우징(20)이 클림핑부(22)를 구비하는 경우, 상기 캡(40)은, 클림핑부(22)에 의해 고정된다. 상기 캡(40)과 하우징(20)의 클림핑부(22) 사이에는 하우징(20)의 기밀성 확보를 위해 스페이서 어셈블리(50)의 가장자리 둘레 부분이 개재된다.
도 4 및 도 11을 참조하면, 상기 캡(40)은, 하우징(20)의 내부에 발생된 가스로 인해 내압이 기 설정된 수치를 넘어서 증가하는 것을 방지하기 위해 벤팅부(41)를 더 구비할 수 있다. 상기 벤팅부(41)는, 캡(40) 중 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 영역에 해당한다. 상기 벤팅부(41)는, 주변 영역과 비교하여 구조적으로 취약하다. 따라서, 상기 원통형 배터리(1)에 이상이 발생하여 하우징(20)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 되면 벤팅부(41)가 파단되어 하우징(20)의 내부에 생성된 가스가 배출될 수 있다. 상기 벤팅부(41)는, 예를 들어 캡(40)의 어느 일 면 상에 또는 양 면 상에 노칭(notching)을 하여 부분적으로 하우징(20)의 두께를 감소시킴으로써 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캡(40)의 하단부는 하우징(20)의 하단부보다 더 상방에 위치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 하우징(20)의 하단부가 지면에 닿거나 또는 모듈이나 팩 구성을 위한 하우징의 바닥면에 닿더라도, 캡(40)은 지면 또는 하우징의 바닥면에 닿지 않게 된다. 따라서, 원통형 배터리(1)의 무게로 인해 벤팅부(41)의 파단에 요구되는 압력이 설계치와 달라지는 현상을 방지할 수 있으며, 이에 따라 벤팅부(41)의 파단 원활성이 확보될 수 있다.
한편, 상기 벤팅부(41)가 도 4 및 도 11에 도시된 바와 같이 폐루프 형태를 갖는 경우, 파단의 용이성 측면에서는 캡(40)의 중심부로부터 벤팅부(41)에 이르는 거리가 멀수록 유리하다. 이는, 동일한 벤팅 압이 작용했을 때, 상기 캡(40)의 중심부로부터 벤팅부(41)에 이르는 거리가 멀어질수록 벤팅부(41)에 작용하는 힘이 커져 파단이 용이해지기 때문이다. 또한, 벤팅 가스 배출의 원활성 측면에서도 캡(40)의 중심부로부터 벤팅부(41)에 이르는 거리가 멀수록 유리하다. 이러한 관점에서 볼 때, 상기 벤팅부(41)는, 캡(40)의 가장자리 둘레 영역으로부터 하방(도 4를 기준으로 아래를 향하는 방향)으로 돌출된 대략 플랫한 영역의 가장자리 둘레를 따라 형성되는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 도 11에서는, 상기 벤팅부(41)가 대략 원을 그리며 연속적으로 형성된 경우를 도시하고 있으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 벤팅부(41)는, 캡(40) 상에 대략 원을 그리며 불연속적으로 형성될 수도 있고, 대략 직선 형태 또는 그 밖의 다른 형태로 형성될 수도 있다.
도 2 및 도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 스페이서 어셈블리(50)는, 전극 조립체(10)의 유동을 방지하고, 하우징(20)의 실링력을 강화하도록 구성된다. 즉, 상기 스페이서 어셈블리(50)는 전극 조립체(10)를 고정하고 하우징(20)을 밀봉하도록 캡(40)과 전극 조립체(10) 사이에 배치된다. 상기 스페이서 어셈블리(50)는, 제1 집전체(30)의 바닥을 지지하는 중앙부와 하우징(20)과 접촉하는 주변부를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 중앙부의 상면은, 주변부의 상면보다 더 높게 위치할 수 있다. 상기 중앙부의 상면은 제1 집전체(30)의 하면과 접촉할 수 있고, 중앙부의 하면은 캡(40)의 내측면과 접촉할 수 있다. 상기 중앙부는, 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(C)에 대응되는 위치에 형성되는 스페이서 홀(H2)을 구비할 수 있다. 상기 주변부는, 하우징(20)의 내측면을 향해 연장될 수 있다. 상기 스페이서 어셈블리(50)는, 주변부의 외측 가장자리로부터 하방으로 연장되는 플랜지를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 플랜지는, 하우징(20)의 클림핑 시에 하우징(20)과 함께 절곡되어 캡(40)의 가장자리를 감쌀 수 있다.
다른 측면에서, 상기 스페이서 어셈블리(50)는, 예를 들어 스페이서부(51), 가스켓부(52) 및 연결부(53)를 포함할 수 있다. 상기 스페이서 어셈블리(50)는, 상술한 구성요소들 외에도 분출 방지부(54)를 더 포함할 수도 있다. 상기 스페이서부(51)는, 제1 집전체(30)와 캡(40) 사이에 개재되어 전극 조립체(10)의 유동을 방지하도록 구성될 수 있다. 상기 스페이서부(51)는, 제1 집전체(30)와 캡(40) 사이의 거리와 대응되는 높이를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 스페이서부(51)는, 제1 집전체(30)와 캡(40) 사이에 형성되는 유격으로 인해 전극 조립체(10)가 하우징(20) 내에서 움직이는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 상기 스페이서부(51)는, 전극 조립체(10)와 제1 집전체(30) 간의 결합 부위 및/또는 제1 집전체(30)와 하우징(20) 간의 결합 부위에 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 스페이서부(51)는, 전극 조립체(10) 하단의 일 면 상에서 대략 중심부에 위치할 수 있다. 상기 스페이서부(51)는, 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(C)과 대응되는 위치에 형성되는 스페이서 홀(H2)을 구비할 수 있다. 상기 스페이서 홀(H2)은, 상술한 제1 집전체 홀(H1)과 마찬가지로 용접봉의 삽입 통로 또는 레이저 조사를 위한 통로로서 기능 할 수 있다. 상기 스페이서 홀(H2)은, 상술한 제1 집전체 홀(H1)과 마찬가지로, 전해액의 주액 시에 전극 조립체(10) 내부로 원활한 전해액 함침이 이루어질 수 있도록 하는 통로로서도 기능할 수 있다.
한편, 상기 스페이서부(51)는, 제1 집전체(30)의 지지부(31)가 스페이서부(51)의 외측으로 노출되지 않도록 상기 지지부(31)를 커버할 수 있다. 즉, 상기 스페이서부(51)의 상단부의 외경은 상기 지지부(31)의 외경과 대략 같거나 더 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 스페이서부(51)는, 제1 집전체(30)를 효과적으로 눌러줄 수 있다.
다른 측면에서, 상기 스페이서부(51)는, 제1 집전체(30)의 무지부 결합부(32)와 제1 무지부(11)가 용접되어 형성되는 용접부의 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 스페이서부(51)의 상단의 반경은 전극 조립체(10)의 코어로부터 가장 가깝게 위치하는 용접부로부터 전극 조립체(10)의 코어에 이르는 거리보다 더 크게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 스페이서부(51)는, 예를 들어 클림핑 공정이나 사이징 공정 등을 진행하는 과정에서 제1 집전체(30)와 제1 무지부(11)의 용접부위가 파손되는 현상을 효과적을 방지할 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 스페이서부(51)는, 캡(40)에 형성된 벤팅부(41)를 덮지 않도록 벤팅부(41)보다 더 코어 방향으로 내측에 위치할 수 있다. 즉, 상기 스페이서부(51)의 상단에서 측정되는 반경은, 캡(40)의 중심으로부터 벤팅부(41)에 이르는 거리보다 작게 형성될 수 있다. 이는, 상기 스페이서 어셈블리(50)에 의해 벤팅부(41)가 가려져 벤팅부(41)의 파단 압력이 설계치와 달라지는 것을 방지하기 위함이다.
상기 가스켓부(52)는, 하우징(20)과 캡(40)에 개재된다. 상기 가스켓부(52)는, 하우징(20)의 내주면 둘레를 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 하우징(20)이 클림핑부(22)를 구비하는 경우, 상기 가스켓부(52)는, 클림핑부(22)의 절곡 형상을 따라 함께 절곡되어 캡(40)의 가장자리 둘레 영역을 감쌀 수 있다. 다른 측면에서, 상기 가스켓부(52)는, 클림핑부(22)를 따라 절곡되어 캡(40)의 가장자리를 감싸면서 하우징 접촉부(33)와 캡(40) 사이를 채우도록 형성될 수 있다. 이처럼, 상기 가스켓부(52)는, 캡(40)의 고정력 향상 및 하우징(20)의 실링력 향상을 가져올 수 있다.
한편, 상기 가스켓부(52)는, 하우징 접촉부(33)와 캡(40) 사이에서의 두께가 비딩부(21)와 캡(40) 사이에서의 두께보다 더 얇게 형성될 수 있다. 이는, 하우징 접촉부(33)가 하우징(20)과 비딩부(21) 사이에 개재된 영역에서는 그 밖의 영역에서와 비교하여 가스켓부(52)가 더 많이 압축될 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 가스켓부(52)는, 하우징 접촉부(33)와 캡(40) 사이에서의 압축률이 비딩부(21)와 캡(40) 사이에서의 압축률보다 더 클 수 있다. 이와는 달리, 상기 가스켓부(52)는, 하우징 접촉부(33)와 캡(40) 사이에서의 압축률이 비딩부(21)와 캡(40) 사이에서의 압축률과 대략 동일하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 가스켓부(52)의 압축률이 영역별로 달라짐에 따라 부분적으로 밀폐력이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 연결부(53)는, 스페이서부(51)와 가스켓부(52) 사이를 연결한다. 상기 연결부(53)는, 외력에 의해 가스켓부(52)로부터 스페이서부(51)를 향하는 방향으로 힘이 가해질 때 연결부(53)에 가해지는 응력을 완화시키도록 구성된다. 상기 연결부(53)는 이처럼 응력을 완화시킬 수 있는 구조를 가짐으로써 외력에 의해 스페이서 어셈블리(50)가 이상 변형을 일으켜 제1 집전체(30) 및 전극 조립체(10)에 바람직하지 않은 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
이러한 기능의 실현을 위해, 상기 연결부(53)는 스페이서부(51)와 가스켓부(52) 사이에서 그 연장 방향이 전환되는 절곡부(B)를 구비할 수 있다. 상기 절곡부(B)가 형성된 영역에서 연결부(53)의 일 면에는 소정 깊이의 홈부가 형성될 수 있고, 반대측 면에서는 홈과 대응되는 형상의 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 절곡부(B)는, 연결부(53)의 연장 방향이 예를 들어 2회 전환됨으로써 형성될 수 있다. 다만, 이로써 절곡부(B)의 형성을 위한 연결부(53)의 연장 방향 전환의 횟수가 한정되는 것은 아니다. 상기 연결부(53)가 절곡부(B)를 구비하는 경우 연결부(53)는 외력에 의해 가스켓부(52)로부터 스페이서부(51)를 향해 작용하는 힘을 완충할 수 있다. 외력의 작용 시에 절곡부(B)가 형성된 영역에서 자연스럽게 절곡부(B)의 절곡 각도가 커지는 방향으로 연결부(53)의 형태 변형이 발생할 수 있으며, 이로써 외력이 스페이서부(51)쪽으로 전달되지 않고 절곡부(B)에서 흡수될 수 있다. 즉, 상기 절곡부(B)는 예를 들어 자바라나 스프링과처럼 완충 작용을 할 수 있다. 상기 절곡부(B)는 큰 외력의 작용에도 효과적으로 완충 작용을 할 수 있도록 복수개가 구비될 수도 있다.
상기 절곡부(B)는 외력의 작용 시에 이를 흡수하는 과정에서 일 방향으로 더 돌출될 수도 있다. 이로 인해 절곡부(B)와 제1 집전판(30) 및/또는 전극 조립체(10)의 접촉이 발생하지 않도록, 절곡부(B)는 제1 집전체(30)를 향하는 방향과 반대 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 연결부(53)는 앞서 설명한 절곡부(B)에 더하여 노치부(N)를 더 구비할 수도 있다. 상기 노치부(N)는, 연결부(53)의 단면적을 부분적으로 감소시키도록 구성될 수 있다. 상기 노치부(N)는, 연결부(53)의 적어도 일 면 상에 형성되는 홈 형태를 가질 수 있다. 상기 노치부(N)는, 예를 들어 제1 집전체(30)와 대향하는 연결부(53)의 일 면 상에 소정의 깊이로 형성될 수 있다. 이처럼 상기 노치부(N)가 제1 집전체(30)와 마주보는 면에 형성되는 경우, 외력에 의한 연결부(53)의 형태 변형은 제1 집전체(30)를 향하는 방향과 반대 방향으로 발생하게 되고 이로써 스페이서 어셈블리(50)가 제1 집전체(30) 및/또는 전극 조립체(10)와 간섭을 일으킬 위험이 감소하게 된다.
상기 노치부(N)는, 연결부(53) 상에서 절곡부(B)와 스페이서부(51) 사이에 위치할 수 있다. 상기 절곡부(B)와 마찬가지로 노치부(N) 역시 필요에 따라 복수개가 구비될 수도 있다.
상기 연결부(53)는, 예를 들어 전극 조립체(10)의 원주 방향을 따라 상호 이격되어 배치되는 복수의 브릿지(53a)를 포함할 수 있다. 이 경우, 서로 인접한 브릿지(53a) 사이에 형성되는 공간은 원활한 전해액의 순환을 위한 통로로서 기능할 수 있다. 다른 측면에서, 서로 인접한 브릿지(53a) 사이에 형성되는 공간은, 내압 증가에 따른 벤팅 발생 시에 내부 가스가 원활하게 배출되도록 하는 통로로서 기능할 수 있다. 이처럼, 상기 연결부(53)가 복수의 브릿지(53a)를 구비하는 경우, 상술한 바와 같은 본 발명의 응력 완화 구조의 형성을 위한 절곡부(B)는 각각의 브릿지(53a)에 구비될 수 있다. 또한, 상기 노치부(N) 역시 복수의 브릿지(53a) 각각에 구비될 수 있다.
상기 분출 방지부(54)는, 스페이서 홀(H2)을 가로지르도록 구성될 수 있다. 상기 분출 방지부(54)는, 스페이서 홀(H2)의 개방 면적을 감소시키도록 구성될 수 있다. 상기 분출 방지부(54)는 예를 들어 대략 십자가 형태를 가질 수 있다. 다만, 이는 분출 방지부(54)의 예시적인 형태일 뿐 분출 방지부(54)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분출 방지부(54)는, 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀과 제1 집전체(30)의 제1 집전체 홀(H1)과 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 상기 분출 방지부(54)는, 하우징(20) 내부의 압력 증가에 따라 벤팅이 발생되는 경우에 있어서 전극 조립체(10)의 권취 중심부가 하우징(20)의 외부로 분출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 브릿지(53a)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 집전체(30)의 하우징 접촉부(33) 중 클림핑부(22)에 삽입된 부분을 제외한 나머지 부분 및/또는 캡(40)과 접촉하지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 연결부(53)는, 원통형 배터리(1)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 하우징 접촉부(33)와 중첩되지 않도록 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 브릿지(53a)가 복수개 구비되고 상기 하우징 접촉부(33)가 복수개 구비되는 경우에 있어서, 복수의 브릿지(53a)들과 복수의 하우징 접촉부(33)들은 서로 연직 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 중첩되지 않도록 서로 엇갈린 위치에 배치될 수 있다. 즉, 상기 하우징 접촉부(33)는 서로 인접한 브릿지(53a) 사이에 형성되는 공간과 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 하우징(20)에 가해진 외력으로 인해 부품들의 형태 변형이 발생되더라도 브릿지(53a)와 하우징 접촉부(33) 간의 간섭 발생 가능성이 현저히 낮아질 수 있고, 이로써 부품들 간의 결합 부위가 파손되는 등의 문제가 발생할 가능성을 현저히 감소시킬 수 있다.
이 경우, 상기 원통형 배터리(1)를 높이 방향(Z축에 나라한 방향)을 따라 압축시키는 사이징(sizing) 공정이나 클림핑 공정 또는 그 밖의 다른 원인으로 인해 스페이서 어셈블리(50)의 형태 변형이 발생되더라도 스페이서 어셈블리(50)의 연결부(53)와 제1 집전체(30)의 하우징 접촉부(33) 간의 간섭이 최소화 될 수 있다. 특히, 상기 브릿지(53a)가 캡(40)과 접촉하지 않도록 구성되는 경우, 사이징 공정이나 외부 충격 등으로 인해 하우징(20)에 형태 변형이 발생하더라도 브릿지(53a)의 형태 변형이 발생될 가능성을 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 스페이서 어셈블리(50)를 구성하는 각각의 구성요소들은 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 사출에 의해 스페이서부(51), 가스켓부(52) 및 연결부(53)가 일체화된 스페이서 어셈블리(50)를 제조할 수 있다. 즉 본 발명의 원통형 배터리(1)는, 하우징(20)의 개방부를 실링하기 위해 이용되는 가스켓 부품의 변형 제작을 통해 하나의 부품으로서 하우징(20)의 개방부에 대한 실링력 강화 및 전극 조립체(10)의 유동 방지 효과를 모두 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 추가 부품의 적용으로 인해 발생되는 제조 공정의 복잡화 및 제조 비용 증가 등을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 스페이서 어셈블리(50)의 구조에 따르면, 예를 들어 클림핑 공정 등과 같은 외력이 작용하는 경우에 있어서, 스페이서 어셈블리(50)의 연결부(53)에 대략 반경 방향을 따라 가해지는 힘을 스페이서부(51)를 회전시키는 방향으로 전환시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 스페이서부(51)는 평면(X-Y 평면) 상에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 미세하게 회전할 수 있으며(예를 들어, 대략 1도 정도 회전할 수 있음), 이로써 연결부(53)에 응력이 축적되지 않도록 하여 연결부(53)의 변형으로 인한 집전체(30)와의 간섭을 방지할 수 있다.
도 5 내지 도 7과 함께 도 8을 참조하면, 상술한 바와 같은 응력 완화 구조를 갖는 본 발명의 스페이서 어셈블리(50)가 적용된 배터리(1)에 있어서는, 클림핑 공정에 의해 스페이서 어셈블리(50)에 힘이 가해지더라도 집전체에 이상 변형이 발생되지 않음을 알 수 있다.
반면, 도 9에 도시된 응력 완화 구조를 갖지 않는 스페이서 어셈블리가 적용된 배터리에 대해서 클림핑 공정을 통해 외력이 가해지는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 스페이서 어셈블리의 형태 변형이 크게 발생됨을 알 수 있다. 이러한 스페이서 어셈블리의 형태 변형은 집전체에 힘을 가하게 되고, 이로써 집전체와 전극 조립체 간의 용접 부위에 파손을 발생시킬 수 있으며, 또한 전극 조립체의 형태도 변형시킬 수 있다.
클림핑 공정을 진행한 후 스페이서 어셈블리(50)의 변형 정도를 확인해본 결과, 도 9에 도시된 바와 같이 응력 완화 구조를 갖지 않는 스페이서 어셈블리(50)의 경우 연결부(53)가 제1 집전체(30) 및 전극 조립체(10)를 향하는 방향으로 대략 2.1mm 이동하도록 변형이 되었고, 스페이서부(51) 역시 같은 방향으로 대략 1.69mm 이동하도록 변형이 되었다. 반면, 절곡부(B)를 구비한 스페이서 어셈블리(50)의 경우, 연결부(53)의 형태 변형에 따른 이동은 대략 0.2mm로 현저히 감소하였고, 스페이서부(51)의 이동 역시 대략 1.4mm로 감소하였다. 또한, 도 5 내지 도 7에 도시된 것처럼 절곡부(B) 및 노치부(N)를 모두 구비하는 스페이서 어셈블리(50)의 경우, 연결부(53)의 형태 변형에 따른 이동량은 대략 0.2mm로 나타나 절곡부(B)만 구비한 스페이서 어셈블리(50)와 유사한 수준의 개선을 보였으나, 스페이서부(51)의 이동량은 대략 0.1mm로 크게 개선됨을 알 수 있었다. 이러한 테스트 결과를 참조할 때, 스페이서 어셈블리(50)에 본 발명의 응력 완화 구조를 적용함으로써 배터리의 제조 과정 또는 그 밖의 요인으로 가해지는 외력에 의한 스페이서 어셈블리(50)의 이상 변형에 의해 문제가 발생될 위험을 크게 감소시키거나 완전히 방지할 수 있음을 알 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 12을 참조하면, 상기 단자(60)는 전극 조립체(10)의 제2 무지부(12)와 전기적으로 연결된다. 상기 단자(60)는, 예를 들어 하우징(20)의 상단에 형성된 폐쇄부의 대략 중심부를 관통할 수 있다. 상기 단자(60)의 일부는 하우징(20)의 상부로 노출되고 나머지 일부는 하우징(20)의 내부에 위치할 수 있다. 상기 단자(60)는, 예를 들어 리벳팅(riveting)에 의해 하우징(20)의 폐쇄부의 내측면 상에 고정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서 하우징(20)은 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 전기적으로 연결이 되므로, 하우징(20)의 상단에 형성된 폐쇄부는 제1 극성을 갖는 제1 전극 단자(20a)로서 기능할 수 있다. 반면, 상기 단자(60)는, 전극 조립체(10)의 제2 무지부(12)와 전기적으로 연결이 되므로, 하우징(20)의 외측으로 노출된 단자(60)는 제2 전극 단자로서 기능할 수 있다.
즉, 본 발명의 원통형 배터리(1)는, 한 쌍의 전극 단자(60, 20a)가 동일 방향에 위치하는 구조를 갖는다. 따라서, 복수의 원통형 배터리(1)를 전기적으로 연결시키는 경우에 있어서, 버스바 등의 전기적 연결 부품을 원통형 배터리(1)의 일 측에만 배치시키는 것이 가능하다. 이는, 배터리 팩 구조의 단순화 및 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 원통형 배터리(1)는, 대략 플랫한 형태를 갖는 하우징(20)의 일 면을 제1 전극 단자(20a)로 이용할 수 있는 구조를 가짐으로써 버스바 등의 전기적 연결 부품을 제1 전극 단자(20a)에 접합시키는데 있어서 충분한 접합 면적을 확보할 수 있다. 이에 따라, 상기 원통형 배터리(1)는, 전기적 연결 부품과 제1 전극 단자(20a) 간의 충분한 접합 강도를 확보할 수 있으며, 접합 부위에서의 저항을 바람직한 수준으로 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 단자(60)가 제2 전극 단자로서 기능하는 경우, 단자(60)는 제1 극성을 갖는 하우징(20)과는 전기적으로 절연된다. 상기 하우징(20)과 단자(60) 간의 전기적 절연은 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 상기 단자(60)와 하우징(20) 사이에 절연 가스켓(G)을 개재시킴으로써 절연을 실현할 수 있다. 이와는 달리, 상기 단자(60)의 일부에 절연성 코팅층을 형성시킴으로써 절연을 실현할 수도 있다. 또는, 상기 단자(60)와 하우징(20)의 접촉이 불가능하도록 상호 이격된 상태로 배치를 하되, 단자(60)를 구조적으로 단단히 고정시키는 방식을 적용할 수도 있다. 또는, 앞서 설명한 방식들 중 복수의 방식을 함께 적용할 수도 있다.
한편, 전기적 절연을 위해 절연 가스켓(G)을 적용하고 단자(60)의 고정을 위해 리벳팅이 적용되는 경우, 절연 가스켓(G)은 단자(60)의 리벳팅 시에 함께 변형되어 하우징(20)의 상단 폐쇄부의 내측면을 향해 절곡될 수 있다. 상기 절연 가스켓(G)이 수지 재질로 이루어지는 경우에 있어서, 절연 가스켓(G)은 열 융착에 의해 상기 하우징(20) 및 단자(60)와 결합될 수 있다. 이 경우, 절연 가스켓(G)과 단자(60)의 결합 계면 및 절연 가스켓(G)과 하우징(20)의 결합 계면에서의 기밀성이 강화될 수 있다.
도 2 및 도 12를 참조하면, 상기 제2 집전체(70)는, 전극 조립체(10)의 상부에 결합될 수 있다. 상기 제2 집전체(70)는, 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있으며 제2 무지부(12)와 결합될 수 있다. 상기 제2 무지부(12)와 제2 집전체(70) 간의 결합은 예를 들어 레이저 용접에 의해 이루어질 수 있다.
도 2 및 도 12를 참조하면, 상기 인슐레이터(80)는, 하우징(20)의 상단에 형성된 폐쇄부와 전극 조립체(10)의 상단 사이 또는 상기 폐쇄부와 제2 집전체(70) 사이에 개재될 수 있다. 상기 인슐레이터(80)는, 예를 들어 절연성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있다. 상기 인슐레이터(80)는, 전극 조립체(10) 하우징(20) 간의 접촉 및/또는 전극 조립체(10)와 제2 집전체(70) 간의 접촉을 방지할 수 있다.
상기 인슐레이터(80)는, 그 밖에도 전극 조립체(10)의 외주면의 상단과 하우징(20)의 내측면 사이에도 개재될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(10)의 제2 무지부(12)가 하우징(20)의 측벽부의 내측면과 접촉하여 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 인슐레이터(80)는, 하우징(20)의 상단에 형성된 폐쇄부와 전극 조립체(10) 사이의 거리 또는 상기 폐쇄부와 제2 집전체(70) 사이의 거리와 대응되는 높이를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(10)가 하우징(20) 내부에서 움직이는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 부품 간의 전기적 연결을 위한 결합부위가 파손될 위험성이 현저히 감소할 수 있다. 상기 인슐레이터(80)가, 전술한 스페이서 어셈블리(50)와 함께 적용되는 경우, 전극 조립체(10)의 유동 방지 효과가 극대화 될 수 있다.
상기 인슐레이터(80)는, 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(C)과 대응되는 위치에 형성되는 개구를 구비할 수 있다. 상기 개구를 통해 단자(60)는 제2 집전체(70)와 직접 접촉할 수 있다.
상술한 본 발명의 원통형 배터리(1)는, 무지부의 절곡면을 통한 용접 면적 확대, 제1 집전체(30)를 이용한 전류 패스(path)의 다중화, 전류 패스 길이의 최소화 등을 통해 저항이 최소화된 구조를 갖는다. 양극과 음극 사이, 단자(60)와 그 주변의 평평한 면(20a) 사이에서의 저항 측정기를 통해 측정되는 원통형 배터리(1)의 AC 저항은 급속 충전에 적합한 대략 0.5 밀리오옴(miliohm) 내지 4 밀리오옴(miliohm), 바람직하게는 대략 1 밀리오옴(miliohm) 내지 4밀리오옴(miliohm)일 수 있다.
바람직하게, 원통형 배터리는, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 배터리일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 바람직하게, 원통형 배터리의 직경은 대략 40mm 내지 50mm 일 수 있고, 높이는 대략 60mm 내지 130mm 일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리는, 예를 들어 46110 배터리, 4875 배터리, 48110 배터리, 4880 배터리, 4680 배터리일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 배터리의 직경을 나타내고, 나머지 숫자는 배터리의 높이를 나타낸다.
폼 팩터의 비가 0.4를 초과하는 원통형 배터리에 탭-리스 구조를 가진 전극 조립체를 적용할 경우, 무지부를 절곡할 때 반경 방향으로 가해지는 응력이 커서 무지부가 찢어지기 쉽다. 또한, 무지부의 절곡 표면영역에 집전체를 용접할 때 용접 강도를 충분히 확보하고 저항을 낮추기 위해서는 절곡 표면영역에서 무지부의 적층수를 충분히 증가시켜야 한다. 이러한 요구 조건은 본 발명의 실시예들(변형예들)에 따른 전극과 전극 조립체에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.418인 원통형 배터리일 수 있다.
다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.640인 원통형 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.418인 원통형 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.600인 원통형 배터리일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리는, 대략 원기둥 형태의 배터리로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.575인 원통형 배터리일 수 있다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 1865 배터리, 2170 배터리 등이 이용되었다. 1865 배터리의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.277이다. 2170 배터리의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 대략 0.300이다.
도 14를 참조하면, 복수의 원통형 배터리(1)들은 버스바(150)를 이용하여 원통형 배터리(1)의 상부에서 직렬 및 병렬로 연결될 수 있다. 원통형 배터리(1)들의 수는 배터리 팩의 용량을 고려하여 증감될 수 있다.
각 원통형 배터리(1)에 있어서, 단자(60)는 양의 극성을 가지고 하우징(20)의 폐쇄부의 외부면(20a)은 음의 극성을 가질 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다.
바람직하게, 복수의 원통형 배터리(1)들은 복수의 열과 행으로 배치될 수 있다. 열은 지면을 기준으로 상하 방향이고, 행은 지면을 기준으로 좌우 방향이다. 또한, 공간 효율성을 최대화 하기 위해, 원통형 배터리(1)들은 최밀 팩킹 구조(closest packing structure)로 배치될 수 있다. 최밀 팩킹 구조는, 하우징(20)의 외부로 노출된 단자(60)의 중심을 서로 연결했을 때 정삼각형이 만들어질 때 형성된다. 바람직하게, 버스바(150)는 복수의 원통형 배터리(1)의 상부, 보다 바람직하게는 인접하는 열들 사이에 배치될 수 있다. 대안적으로, 버스바(150)는 인접하는 행 사이에 배치될 수 있다.
바람직하게, 버스바(150)는, 동일 열에 배치된 배터리(1)들을 서로 병렬로 연결시키고, 인접하는 2개의 열에 배치된 원통형 배터리(1)들을 서로 직렬로 연결시킨다.
바람직하게, 버스바(150)는, 직렬 및 병렬 연결을 위해 바디부(151), 복수의 제1 버스바 단자(152) 및 복수의 제2 버스바 단자(153)를 포함할 수 있다.
상기 바디부(151)는, 인접하는 원통형 배터리(1)들의 단자(60)들 사이에서, 바람직하게는 원통형 배터리(1)들의 열들 사이에서 연장될 수 있다. 대안적으로, 상기 바디부(151)는, 원통형 배터리(1)들의 열을 따라 연장되되, 지그재그 형상과 같이 규칙적으로 절곡될 수 있다.
복수의 제1 버스바 단자(152)는, 바디부(151)의 일측으로부터 각 원통형 배터리(1)의 단자(60)를 향해 돌출 연장되고, 단자(60)에 전기적으로 결합될 수 있다. 제1 버스바 단자(152)와 단자(60) 간의 전기적 결합은 레이저 용접, 초음파 용접 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 복수의 제2 버스바 단자(153)는 바디부(151)의 타측으로부터 각 원통형 배터리(1)의 외부면(20a)에 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 제2 버스바 단자(153)와 외부면(20a) 간의 전기적 결합은 레이저 용접, 초음파 용접 등으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 바디부(151), 복수의 제1 버스바 단자(152) 및 복수의 제2 버스바 단자(153)는 하나의 도전성 금속판으로 이루어질 수 있다. 금속판은, 예를 들어 알루미늄 판 또는 구리 판일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 변형 예에서, 상기 바디부(151), 복수의 제1 버스바 단자(152) 및 제2 버스바 단자(153)는 별개의 피스 단위로 제작한 후 서로 용접 등을 통해 결합될 수도 있다.
본 발명에 따른 원통형 배터리(1)는, 양의 극성을 가진 단자(60)와 음의 극성을 가진 하우징(20)의 폐쇄부의 외부면(20a)이 동일한 방향에 위치하고 있으므로 버스바(150)를 이용하여 원통형 배터리(1)들의 전기적 연결을 용이하게 구현할 수 있다.
또한, 원통형 배터리(1)의 단자(60)와 하우징(20)의 폐쇄부의 외부면(20a)은 면적이 넓으므로 버스바(150)의 결합 면적을 충분히 확보하여 원통형 배터리(1)를 포함하는 배터리 팩의 저항을 충분히 낮출 수 있다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 원통형 배터리(1)가 전기적으로 연결된 배터리 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(2)을 포함한다. 버스바를 통한 복수의 배터리(1)의 전기적 연결 구조와 관련해서는 앞서 도 14를 참조하여 예시적으로 설명한 바 있으며, 그 밖에 냉각 유닛, 전력 단자 등의 부품은 도면 도시의 편의상 생략되었다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
5: 자동차
3: 배터리 팩
2: 팩 하우징
1: 배터리
10: 전극 조립체
11: 제1 무지부
12: 제2 무지부
C: 권취 중심 홀
20: 하우징
20a: 제1 전극 단자
21: 비딩부
22: 클림핑부
30: 제1 집전체
31: 지지부
32: 무지부 결합부
33: 하우징 접촉부
H1: 제1 집전체 홀
40: 캡
41: 벤팅부
50: 스페이서 어셈블리
51: 스페이서부
H2: 스페이서 홀
52: 가스켓부
53: 연결부
53a: 브릿지
B: 절곡부
N: 노치부
54: 분출 방지부
60: 단자(제2 전극 단자)
G: 절연 가스켓
70: 제2 집전체
80: 인슐레이터

Claims (20)

  1. 제1 무지부 및 제2 무지부를 포함하는 전극 조립체;
    일 측에 형성된 개방부를 구비하며 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 하우징;
    상기 제1 무지부와 결합되며 상기 하우징 내에 위치하는 제1 집전체;
    상기 개방부를 커버하는 캡; 및
    상기 제1 집전체와 상기 캡 사이에 개재되어 상기 전극 조립체의 유동을 방지하도록 구성되는 스페이서부, 상기 하우징과 상기 캡 사이에 개재되어 상기 캡과 상기 하우징 사이를 실링하도록 구성되는 가스켓부, 및 상기 스페이서부와 상기 가스켓부 사이를 연결하며 상기 스페이서부와 상기 가스켓부 사이에서 그 연장 방향이 전환되는 절곡부를 구비하는 연결부를 포함하는 스페이서 어셈블리;
    를 포함하는 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 전극 조립체의 원주 방향을 따라 상호 이격되어 배치되는 복수의 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는,
    상기 제1 집전체를 향하는 방향과 반대 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 연결부의 단면적을 부분적으로 감소시키도록 구성된 노치부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 제1 집전체와 대향하는 면에 소정의 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 노치부는,
    상기 절곡부와 상기 스페이서부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서부는,
    상기 제1 집전체와 상기 캡 사이의 거리와 대응되는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서부는,
    상기 전극 조립체의 일 면 상에서 중심부에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서부는,
    상기 전극 조립체의 권취 중심 홀과 대응되는 위치에 형성되는 스페이서 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서 어셈블리는,
    상기 스페이서 홀을 가로지르도록 구성되는 분출 방지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    외주면 둘레가 압입되어 형성된 비딩부; 및
    상기 비딩부의 하방에서 상기 개방부를 정의하는 끝단이 상기 캡의 가장자리를 감싸도록 연장 및 절곡된 클림핑부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스켓부는,
    상기 클림핑부를 따라 절곡되어 상기 캡의 가장자리를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 브릿지는,
    상기 제1 집전체와 접촉하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 브릿지는,
    상기 캡과 접촉하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제1 집전체는,
    상기 전극 조립체의 일 면 상에서 중심부에 위치하는 지지부;
    상기 지지부로부터 연장되며 상기 제1 무지부와 결합되는 무지부 결합부; 및
    상기 지지부로부터 연장되거나 또는 상기 무지부 결합부의 단부로부터 연장되어 상기 하우징과 상기 가스켓부 사이에 개재되는 하우징 접촉부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하우징은,
    그 측벽의 일부가 내측을 향해 압입된 비딩부; 및
    상기 비딩부의 하방에서 상기 개방부를 정의하는 끝단이 상기 캡의 가장자리를 감싸도록 연장 및 절곡된 클림핑부;
    를 포함하고,
    상기 하우징 접촉부는,
    상기 캡과 대면하는 상기 비딩부의 일 면 상에 접촉하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 캡은, 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 벤팅부를 구비하며,
    상기 스페이서부는, 상기 벤팅부를 덮지 않도록 상기 벤팅부보다 더 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 배터리의 높이 방향을 따라 상기 하우징 접촉부와 중첩되지 않도록 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 배터리를 포함하는 배터리 팩.
  20. 제19항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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