WO2023243973A1 - 배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈 - Google Patents

배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈 Download PDF

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battery cell
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sacrificial metal
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최범
금종윤
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell, a method of manufacturing the same, and a battery module for direct water cooling including the same, and specifically, to improve the corrosion resistance of the battery cell by using a sacrificial metal whose metal ionization tendency is greater than that of the battery cell case. It relates to a battery cell that can be used, a method of manufacturing the same, and a battery module for direct water cooling including the same.
  • Batteries used in eco-friendly vehicles require high output and therefore generate a large amount of heat. In order to improve battery performance and lifespan, it is very important to prevent the battery from overheating by efficiently discharging heat generated from the battery.
  • a direct air cooling method As a cooling system for discharging heat from a battery, a direct air cooling method, an indirect water cooling method, or a direct water cooling method are known.
  • Direct water cooling is a method in which battery cells are directly impregnated with coolant, and the heat from the battery cells is discharged directly into the coolant.
  • Figure 1 is a schematic configuration diagram of a conventional battery module 10.
  • a direct water-cooled battery module 10 is composed of a self-frame 11 and a plurality of battery cells 12.
  • a plurality of battery cells 12 are arranged to be spaced apart from each other in the self-frame 11.
  • the self-frame 11 is provided so that coolant can flow.
  • the battery cell 12 has an external case containing the internal electrodes made of nickel-plated iron. Accordingly, when the battery cell 12 is directly impregnated with coolant, it is vulnerable to corrosion due to the characteristics of the material of the external case. Additionally, there is a problem in that the external case is polarized and has poor electrical insulation.
  • insulating oil or special coolant (eg, NOVEC from 3M) is used to prevent corrosion of the battery cell 12.
  • insulating oil has the problem of being vulnerable to fire, and special coolants such as 3M's NOVEC are excellent as coolants for battery cells in that they are non-polar and corrosion-resistant, but they are expensive and have the problem of increasing the manufacturing cost of battery modules. .
  • the battery cell 12 is protected by using a non-woven fabric, etc. to maintain the rust preventive liquid. A post-processing process to cover the external case is required.
  • the purpose of the present invention is to provide a battery cell that can improve the corrosion resistance of a battery cell by using a sacrificial metal whose metal ionization tendency is greater than that of the battery cell case, a method of manufacturing the same, and a battery module for direct water cooling including the same. Do it as
  • a battery cell manufacturing method includes forming a scratch area on a unit plate having a plating layer by scratching a partial area of the plating layer, and forming a scratch area on the unit plate to cover the scratch area. It includes the step of combining a sacrificial metal sheet on one surface and processing the unit plate into a cylindrical shape so that the sacrificial metal sheet is exposed to the outside.
  • the scratch area may include a plurality of non-plated portions from which a portion of the plating layer has been removed from the unit plate and a plated portion where a plating layer remains between two adjacent non-plated portions.
  • the sacrificial metal sheet may be coupled to the unit plate by being pressure-welded to the plating portion within the scratch area and the plating layer outside the scratch area.
  • the sacrificial metal sheet may be pressure-welded to the unit plate in surface contact.
  • the sacrificial metal sheet may be pressure-welded to the unit plate using a hot pressure welding method.
  • the sacrificial metal sheet may be pressure-welded to the unit plate using a gas pressure-welding method.
  • the sacrificial metal sheet may be pressure-welded to the unit plate using a cold pressure welding method.
  • the scratch area may be prepared by scratching the plating layer with a laser.
  • the scratch area may be prepared as the plating layer is etched.
  • the sacrificial metal sheet may be made of a metal material that has a greater metal ionization tendency than the unit plate.
  • the sacrificial metal sheet may be formed of one or more selected from the group consisting of aluminum, magnesium, zinc, aluminum alloy, magnesium alloy, and zinc alloy.
  • the battery cell according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly, a case for accommodating the electrode assembly, a plating layer formed on the outer surface of the case, a scratch area formed by removing a partial area of the plating layer, and a scratch area surrounding the scratch area, , a sacrificial metal sheet formed of a material with a greater tendency to ionize metal than the plating layer, wherein the scratch area is a plating layer in which a plating layer remains between a plurality of unplated portions from which a portion of the plating layer has been removed and two adjacent non-plated portions.
  • the sacrificial metal sheet may be coupled to the outer surface of the case by being pressure-welded to the plating portion within the scratch area and the plating layer outside the scratch area.
  • the plating layer is a nickel plating layer
  • the sacrificial metal sheet may be formed of one or more selected from the group consisting of aluminum, magnesium, zinc, aluminum alloy, magnesium alloy, and zinc alloy.
  • the battery module related to an embodiment of the present invention has a plurality of battery cells, the plurality of battery cells are arranged to be spaced apart, and coolant is supplied to the self-frame and the interior of the self-frame provided to allow coolant to flow between the plurality of battery cells. and a cooling water supply unit for supplying cooling water, wherein the cooling water supply unit is provided to supply non-insulated cooling water.
  • the battery cell related to at least one embodiment of the present invention has the following effects.
  • a case-shaped plate can be manufactured by pressure-welding a sacrificial metal sheet to a plate with a scratch area, and then a battery cell can be manufactured by processing the case-shaped plate into a cylindrical shape and housing an electrode assembly therein. Accordingly, the manufacturing process of the battery cell case can be simplified, and the product defect rate can be reduced through simplification of the manufacturing process.
  • the scratch area provided in the plating layer on the case can facilitate the movement of electrons between the case and the sacrificial metal sheet, thereby improving the stability of the electrical connection between the sacrificial metal sheet and the case.
  • the sacrificial metal sheet is bonded to the plate by pressure welding, thereby improving the bonding force between the sacrificial metal sheet and the plate.
  • Figure 1 is a schematic configuration diagram of a conventional battery module.
  • Figure 2 schematically shows the configuration of a battery module for direct water cooling according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 schematically shows a cross-sectional view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 6 are diagrams for explaining a method of manufacturing a battery cell according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 10 are diagrams for explaining the case manufacturing process of the battery cell manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
  • a direct water-cooling battery cell (hereinafter, also referred to as 'battery cell') according to an embodiment of the present invention, a manufacturing method thereof, and a direct water-cooling battery module (hereinafter, also referred to as 'battery module') including the same are shown. Please refer to and explain in detail.
  • Figure 2 schematically shows the configuration of a battery module for direct water cooling according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 schematically shows a cross-sectional view of a battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module 200 includes a plurality of battery cells 100, a cell frame 210 accommodating the plurality of battery cells 100, and a coolant supply unit 160. Includes.
  • the battery module 200 includes a plurality of battery cells 100, a self-frame in which the plurality of battery cells 100 are arranged to be spaced apart, and coolant (W) is provided to flow between the plurality of battery cells 100. (210) and a coolant supply unit 160 for supplying coolant (W) into the self-frame 210.
  • the self-frame 210 has a predetermined space 211 therein, and is provided in a structure that allows coolant (W) to flow within the space 211.
  • the coolant (W) may be supplied to the internal space 211 of the cell frame 210 and then discharged to the outside of the self-frame 210.
  • the battery module 200 may include a coolant discharge unit for discharging the coolant W to the outside of the cell frame 210.
  • the cooling water supply unit 160 may include a cooling water reservoir and a pump. Additionally, the coolant supply unit 160 may be provided to supply coolant W that is not insulated.
  • the general coolant (W) may be a coolant commonly used in vehicles.
  • the battery cell 100 includes an electrode assembly 101, a case 110, a plating layer 111a, a scratch area S provided on the plating layer 111a, and a scratch It includes a sacrificial metal sheet 113 surrounding the area S.
  • the battery cell 100 includes a polymer film and may include a cell sheet provided to surround the sacrificial metal sheet 113.
  • the battery cell 100 includes an electrode assembly 101, a case 110 accommodating the electrode assembly 101, a plating layer 111a formed on the outer surface of the case 110, and a partial area of the plating layer 111a. It includes a scratch area S formed by removing a sacrificial metal sheet 113 that is provided to surround the scratch area S and is made of a material that has a greater ionization tendency of metal than the plating layer 111a.
  • the battery module 200 uses general coolant (W) to cool the battery cell 100, moisture (H) is released through the corroded portion on the surface of the battery cell 100. If it penetrates, the power of the battery cell 100 may be connected to the general coolant (W), which may cause damage to the battery module 200.
  • W general coolant
  • the battery cell 100 for direct water cooling when the battery cell 100 for direct water cooling is impregnated with coolant (W), the battery cell 100 for direct water cooling undergoes an ionization reaction of metal between the case 110 and the sacrificial metal sheet 113. Due to the difference, moisture (H) in the coolant (W) undergoes an ionization reaction with the sacrificial metal sheet 113, and as a result, the metal ionization reaction of the case 110 is suppressed to prevent corrosion of the case 110. there is.
  • the electrode assembly 101 is stored in the case 110 and includes an anode, a cathode, and a separator disposed between the anode and the cathode.
  • the electrode and the separator may form an integrated electrode assembly 101.
  • the electrode assembly 101 is a jelly-roll type electrode assembly in which a sheet-shaped anode and a cathode are wound with a separator interposed therebetween, and a plurality of anodes and cathodes are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • It may be a stacked electrode assembly or a stacked/folded electrode assembly in which unit cells, in which a predetermined unit of anode and cathode are stacked with a separator interposed, are sequentially wound while positioned on a separator film.
  • the case 110 accommodates the electrode assembly 101 and serves to protect the battery cell 100 from external shock.
  • the case 110 may be cylindrical, pouch-shaped, or prismatic.
  • the case 110 may be cylindrical.
  • the electrode assembly 101 may be a rolled jelly-roll type electrode assembly
  • the case 110 may be a cylindrical case
  • the battery cell 100 for direct water cooling may be a cylindrical battery cell.
  • the case 110 may be made of a metal material, and the case 110 may be made of one or more materials selected from the group consisting of steel or stainless steel.
  • the surface of the case 110 may be nickel (Ni) plated. That is, the plating layer 111a may include a nickel plating layer.
  • the nickel plating layer has less discoloration, excellent rust prevention, and excellent corrosion resistance and wear resistance.
  • the nickel plating layer may corrode when immersed in coolant, and as corrosion progresses, polarity develops and insulation properties deteriorate.
  • the plating layer 111a may become a factor that hinders the movement of electrons between the sacrificial metal sheet 113 and the case 110.
  • the scratch portion (S) may be formed by removing a partial area of the plating layer (111a) along the thickness direction of the plating layer (111a), and the scratch portion (S) may be formed by removing a portion of the plating layer (111a) along the thickness direction of the plating layer (111a). A partial area of (111a) and the outer surface of the case facing the partial area may be formed.
  • the scratch area S includes a plurality of non-plated portions 111c (see FIG. 6) from which a portion of the plating layer 111a has been removed and a plating portion in which a plating layer remains between two adjacent non-plated portions 111c (see FIG. 6). 111d).
  • the scratch area S may be prepared by scratching the plating layer 111a with a laser.
  • the scratch area S may be prepared as the plating layer 111a is etched.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be coupled to the outer surface of the case 110 by being pressure-welded to the plating portion 111d within the scratch area S and the plating layer 111a outside the scratch area S.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be pressure-welded to the case 110 in surface contact.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be pressure-welded to the case using a hot pressure welding method.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be pressure-welded to the unit plate using a gas pressure-welding method.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be pressure-welded to the case 110 using a cold pressure welding method.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be formed of one or more materials selected from the group consisting of aluminum, magnesium, zinc, aluminum alloy, magnesium alloy, and zinc alloy.
  • the battery module 200 is provided inside the self-frame 210 and may include a waterproof layer 150 provided to cover the upper and lower portions of the case 110 of the battery cell 100, respectively. there is.
  • the waterproof layer 150 prevents moisture from permeating into the case 110 and performs the function of fixing the battery cell 100 to the cell frame 210.
  • An upper waterproof layer may be provided at the upper end of the case 110, and a lower waterproof layer may be provided at the lower end of the case 110. Additionally, the battery cell 100 may be fixed to the inner surface of the cell frame 210 through the waterproof layer 150 on the upper and lower sides, respectively.
  • the waterproof layer 150 may include a waterproof adhesive or potting resin, and the potting resin may be any one of silicone-based resin, urethane-based resin, or epoxy-based resin.
  • Case 110 according to this embodiment may be manufactured according to any one of the first to second embodiments, which will be described later.
  • FIGS. 4 to 6 are diagrams for explaining a method of manufacturing a battery cell according to the first embodiment of the present invention. In particular, these are drawings to explain the manufacturing method of the battery cell case.
  • the battery cell manufacturing method includes forming a scratch area on a unit plate having a plating layer by scratching a partial area of the plating layer, and forming a scratch area on one surface of the unit plate to cover the scratch area. It includes combining sacrificial metal sheets and processing the unit plate into a cylindrical shape so that the sacrificial metal sheets are exposed to the outside.
  • the method of manufacturing the battery cell may include embedding an electrode assembly in a unit plate processed into a cylindrical shape.
  • a unit plate P1 having a plating layer 111a is prepared.
  • the unit plate P1 refers to a metal plate having a size that can be manufactured into the case 110.
  • the unit plate P1 includes a metal plate 111b and a plating layer 111a provided on the metal plate.
  • the plating layer 111a is provided by nickel plating on one surface of the metal plate 111b.
  • Nickel plating has minimal discoloration, excellent rust prevention, and excellent corrosion and wear resistance.
  • the plating layer 111a may be an element that hinders the movement of electrons between the sacrificial metal sheet 113 and the unit plate P1.
  • a partial area of the plating layer 111a is scratched. Accordingly, a scratch area S is provided on one surface of the unit plate P1. Referring to FIG. 6(b), the scratch area S is an area where the plating layer 111a is damaged on one side of the unit plate P1.
  • the scratch area S is provided to be surrounded by the border area E of the unit plate P1.
  • the scratch area S may be formed by scratching the plating layer 111a of the unit plate P with a laser.
  • the scratch area S may be formed by etching the plating layer 111a of the plate P.
  • the etching treatment method is a chemical corrosion method.
  • the border area E is an area where the plating layer 111a is not damaged.
  • the scratch area S may be formed to have a predetermined scratch pattern line.
  • the scratch pattern line may be a regular grid pattern line (Figure 5(a)), a diagonal grid pattern line ( Figure 5(b)), a wave pattern line (Figure 5(c)), or a horizontal straight line. It may be either a pattern line ( Figure 5(e)) or a vertical straight pattern line ( Figure 5(c)).
  • the scratch area (S) is a plurality of non-plated portions (111c) from which a portion of the plating layer (111a) has been removed and a plating portion where the plating layer remains between two adjacent non-plated portions (111c). (111d) may be included.
  • the scratch area (S) is provided to be surrounded by the border area (E) of the unit plate.
  • the border area (E) is an area where the plating layer 111a has not been removed from one side of the unit plate.
  • the sacrificial metal sheet 113 is laminated on one side of the unit plate P1 to cover the scratch area S.
  • the sacrificial metal sheet 113 is coupled face-to-face to the unit plate P1 by being pressure-welded to the plating portion 111d in the border area E and the scratch area S.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be a metal sheet with an area larger than the scratch area S. Additionally, the sacrificial metal sheet 113 may be a metal sheet with a thickness thinner than the thickness of the unit plate P1.
  • the sacrificial metal sheet 113 is made of a metal material with a greater metal ionization tendency than the unit plate P1.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be formed of one or more selected from the group consisting of aluminum, magnesium, zinc, aluminum alloy, magnesium alloy, and zinc alloy.
  • the sacrificial metal sheet 113 is coupled to the unit plate P1 by pressure welding.
  • a pressure welding method any one of a hot pressure welding method, a cold pressure welding method, or a gas pressure welding method may be used.
  • the hot pressure welding method is a method in which the welding member applies pressure and heat to the sacrificial metal sheet 113, and the sacrificial metal sheet 113 is pressure welded to the unit plate P1.
  • the cold press welding method is a method in which a welding member presses the sacrificial metal sheet 113 at room temperature, and the sacrificial metal sheet 113 is plastically deformed and press-welded to the unit plate P1.
  • the gas pressure welding method is a method of heating the welded member with a gas flame, raising it above the recrystallization temperature, and applying pressure in the axial direction to pressure weld it.
  • the sacrificial metal sheet 113 is press-contacted to the unit plate (P1) at the portion in contact with the plating layer, and the joining point of the unit plate (P1) is evenly distributed over the entire area of the sacrificial metal sheet. It is distributed, and the bonding force of the sacrificial metal sheet 113 to the unit plate P1 can be improved.
  • a case plate (FIG. 3(c), 110a) can be manufactured by combining the sacrificial metal sheet 113 on one side of the unit plate P1.
  • the case plate 110a is processed into a cylindrical shape so that the sacrificial metal sheet 113 is exposed to the outside. Accordingly, the case 110 of the battery cell 100 with the sacrificial metal sheet 113 provided on the outer surface is manufactured.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be provided on the outer surface of the case 110 in a strip shape along the circumference of the case 110.
  • the sacrificial metal sheet 113 is coupled face-to-face to the unit plate P1 by pressure welding, thereby improving the bonding force between the sacrificial metal sheet 113 and the unit plate P1.
  • the present invention can solve the problem of electromagnetic movement caused by the plating layer 111a, which was pointed out as a problem above, through the scratch area S.
  • the movement of electrons between the sacrificial metal sheet 113 and the unit plate P1 can be facilitated, and thus the sacrificial metal sheet 113 can be stably electrically connected to the unit plate P1. .
  • FIGS. 7 to 10 are drawings for explaining a method of manufacturing a battery cell according to a second embodiment of the present invention, and in particular, are drawings for explaining a method of manufacturing a battery cell case.
  • Figure 8 is a cross-sectional view taken along line a-a of Figure 7
  • Figure 9 is a cross-sectional view taken along line b-b of Figure 7
  • Figure 10 is a cross-sectional view taken along line c-c of Figure 7. .
  • the plating layer 111a of the plate P is scratched in each unit area A1 to A4 of the plate P having a plurality of unit areas on the same plane, thereby forming a plurality of unit areas.
  • a first step in which the scratch area (S) of A third step in which a plurality of case-shaped plates 110a are manufactured by cutting them (A1 to A4), and a fourth step in which the case plate 110a is processed into a cylindrical shape so that the sacrificial metal sheet 113 is exposed to the outside.
  • a plate P that can be divided into a plurality of unit areas on the same plane is prepared.
  • the plate P is provided with a plating layer 111a on one side.
  • Each unit area has a size that can be manufactured into the case 110.
  • the plurality of unit areas will be referred to as first unit areas A1 to fourth unit areas A4.
  • the plate P is divided into four unit areas for convenience of explanation, but this is only an example, and the number of unit areas may change depending on the size of the plate P.
  • the scratch area S is an area prepared by scratching the plating layer 111a of the plate P.
  • the scratch method for the plating layer 111a may be a laser method or a chemical method as in the first embodiment described above.
  • a scratch area S is provided in each unit area A1 to A4.
  • the scratch area S of each unit area A1 to A4 will be referred to as a first scratch area S1 to a fourth scratch area S4.
  • the first scratch area (S1) is an area in the first unit area (A1) where the plating layer (111a) is damaged
  • the second scratch area (S2) is an area in the second unit area (A2) where the plating layer (111a) is damaged. This is a damaged area.
  • the third scratch area S3 is an area in the third unit area A3 where the plating layer 111a is damaged
  • the fourth scratch area S4 is an area in the fourth unit area A4 where the plating layer 111a is damaged. This is a damaged area.
  • the first scratch area S1 to the fourth scratch area S4 are provided on the same plane of the plate P and are spaced apart from each other.
  • each sacrificial metal sheet 113 is press-welded in each unit area (A1 to A4), so that the sacrificial metal sheet 113 is attached to one surface of the plate P. are combined.
  • a sacrificial metal sheet 113 is laminated on one side of the plate (P) to cover the scratch area (S).
  • the sacrificial metal sheet 113 is made of a metal material with a greater metal ionization tendency than the plate material P.
  • the sacrificial metal sheet 113 may be formed of one or more materials selected from the group consisting of aluminum, magnesium, zinc, aluminum alloy, magnesium alloy, and zinc alloy.
  • the sacrificial metal sheet 113 is coupled to the plate (P) by pressure welding.
  • a pressure welding method any one of a hot pressure welding method, a cold pressure welding method, or a gas pressure welding method may be used.
  • the hot pressure welding method is a method in which the welding member applies pressure and heat to the sacrificial metal sheet 113, and the sacrificial metal sheet 113 is pressure welded to the plate (P).
  • the cold press welding method is a method in which the welding member presses the sacrificial metal sheet 113 at room temperature, and the sacrificial metal sheet 113 is plastically deformed and press welded to the plate P.
  • the gas pressure welding method is a method of heating the welded member with a gas flame, raising it above the recrystallization temperature, and applying pressure in the axial direction to pressure weld it.
  • the plate P is cut for each unit area along the cutting line (symbol L in FIG. 7).
  • the plate P cut for each unit area (A1 to A4) is referred to as the case plate 110a.
  • the case plate 110a is processed into a cylindrical shape so that the sacrificial metal sheet 113 is exposed to the outside. Accordingly, a case 110 with a sacrificial metal sheet 113 provided on the outer surface is manufactured.
  • the corrosion resistance of the battery cell is improved by using a sacrificial metal whose metal ionization tendency is greater than that of the battery cell case. You can do it.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 제조방법은, 도금층을 갖는 단위 판재에서 상기 도금층의 일부 영역을 스크래치 처리함으로써 상기 단위 판재에 스크래치 영역을 형성하는 단계, 상기 스크래치 영역을 덮도록 상기 단위 판재의 일면에 희생금속시트를 결합시키는 단계 및 상기 희생금속시트가 외부로 노출되도록 단위 판재를 원통형으로 가공하는 단계를 포함한다.

Description

배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈
본 발명은 배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈에 관한 것이며, 상세하게는 배터리셀의 케이스보다 금속의 이온화 경향이 큰 희생금속을 이용하여, 배터리셀의 내부식성을 향상시킬 수 있는 배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 6월 14일자 한국 특허 출원 제10-2022-0072013호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
친환경 차량에 사용되는 배터리는 고출력이 요구되므로 많은 양의 열을 발생시키며, 배터리 성능 및 수명을 향상시키기 위해서는 배터리에서 발생하는 열을 효율적으로 배출시켜 배터리가 과열되는 것을 예방하는 것이 매우 중요하다.
종래에는 배터리의 열을 방출하기 위한 냉각 시스템으로서, 직접 공랭 방식, 간접 수냉 방식, 또는 직접 수냉 방식 등이 알려져 있다.
직접 수냉 방식은 배터리셀을 냉각수에 직접 함침시켜, 배터리셀의 열이 냉각수로 직접 배출되는 방식이다.
도 1은 종래 배터리모듈(10)의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 직접 수냉 방식의 배터리모듈(10)은 셀프레임(11)과 복수의 배터리셀(12)로 구성된다. 복수의 배터리셀(12)은 셀프레임(11)에 이격 배치된다. 셀프레임(11)은 냉각수가 유동가능하게 마련된다.
일반적으로 배터리셀(12)은 내부 전극을 담는 외장 케이스가 니켈 도금된 철로 제작된다. 이에 따라, 배터리셀(12)이 냉각수에 직접 함침되는 경우에, 외장 케이스의 재료의 특성으로 인해, 부식에 취약하다. 또한, 외장 케이스가 극성을 띄고 있고, 전기적 절연성도 취약한 문제점이 있다.
종래의 직접 수냉 방식의 배터리모듈(10)에는 배터리셀(12)의 부식을 방지하기 위하여, 절연유 또는 특수 냉각수(M)(예컨대, 3M사의 NOVEC)가 사용되고 있다.
다만, 절연유는 화재에 취약한 문제점이 있고, 3M사의 NOVEC과 같은 특수 냉각수는 무극성이고 내부식성을 가진 점에서 배터리셀의 냉각수로서 우수하지만, 고가인 바, 배터리모듈의 제조단가를 상승시키는 문제가 있다.
또한, 종래와 같이 배터리셀(12)의 부식을 방지하기 위해, 배터리셀(12)의 외장 케이스에 방청액을 도포할 경우, 방청액을 유지하기 위해 부직포 등을 이용하여 배터리셀(12)의 외장 케이스를 감싸는 후처리 공정이 요구된다.
또한, 배터리셀(12)의 외장 케이스에 방청액을 도포하더라도, 표면 장력에 의해 방청제가 배터리셀의 외장 케이스에서 흘러내려, 방청제가 외장 케이스에 고르게 도포되지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 배터리셀의 케이스보다 금속의 이온화 경향이 큰 희생금속을 이용하여, 배터리셀의 내부식성을 향상시킬 수 있는 배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 제조방법은, 도금층을 갖는 단위 판재에서 상기 도금층의 일부 영역을 스크래치 처리함으로써 상기 단위 판재에 스크래치 영역을 형성하는 단계, 상기 스크래치 영역을 덮도록 상기 단위 판재의 일면에 희생금속시트를 결합시키는 단계 및 상기 희생금속시트가 외부로 노출되도록 단위 판재를 원통형으로 가공하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 스크래치 영역은 상기 단위 판재에서 상기 도금층의 일부 영역이 제거된 복수 개의 비도금부 및 인접하는 2개의 비도금부 사이에 도금층이 잔존하는 도금부를 포함할 수 있다.
또한, 희생금속시트는 상기 스크래치 영역 내의 상기 도금부 및 상기 스크래치 영역 밖의 도금층에 압접됨으로써 단위 판재에 결합될 수 있다.
또한, 상기 희생금속시트는 상기 단위판재에 면접촉된 상태로 압접될 수 있다.
또한, 상기 희생금속시트는 열간 압접 방식으로 상기 단위 판재에 압접될 수 있다.
또한, 상기 희생금속시트는 가스 압접 방식으로 상기 단위 판재에 압접될 수 있다.
또한, 상기 희생금속시트는 냉간 압접 방식으로, 상기 단위 판재에 압접될 수 있다.
또한, 상기 스크래치 영역은 레이저에 의해 상기 도금층이 스크래치 처리됨에 따라 마련될 수 있다.
또한, 상기 스크래치 영역은 상기 도금층이 에칭 처리됨에 따라 마련될 수 있다.
또한, 상기 희생금속시트는 상기 단위 판재보다 금속 이온화 경향이 큰 금속 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 희생금속시트는 알루미늄, 마그네슘, 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 및 아연 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀은 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 상기 케이스의 외면에 형성된 도금층, 도금층의 일부영역이 제거되어 형성된 스크래치 영역 및 상기 스크래치 영역을 둘러싸도록 마련되며, 상기 도금층보다 금속의 이온화 경향이 큰 재질로 형성된 희생 금속 시트를 포함하며, 상기 스크래치 영역은 상기 도금층의 일부 영역이 제거된 복수 개의 비도금부 및 인접하는 2개의 비도금부 사이에 도금층이 잔존하는 도금부를 포함한다.
또한, 희생금속시트는 상기 스크래치 영역 내의 상기 도금부 및 상기 스크래치 영역 밖의 도금층에 압접됨으로써 케이스의 외면에 결합될 수 있다.
또한, 상기 도금층은 니켈 도금층이고, 상기 희생금속시트는 알루미늄, 마그네슘, 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 및 아연 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리 모듈은 상기 복수 개의 배터리셀, 복수 개의 배터리셀이 이격되어 배치되며, 복수 개의 배터리셀 사이로 냉각수로 유동 가능하게 마련된 셀프레임 및 셀프레임 내부로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급부를 포함하며, 상기 냉각수 공급부는 절연 처리되지 않은 냉각수를 공급하도록 마련된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈은 다음과 같은 효과를 갖는다.
스크래치 영역이 마련된 판재에 희생금속시트를 압접시킴으로써, 케이스형 판재를 제작할 수 있고, 이후 케이스형 판재를 원통형으로 가공 후 내부에 전극 조립체를 수용시킴으로써 배터리셀을 제조할 수 있다. 이에 따라 배터리셀의 케이스의 제조 공정을 단순화시킬 수 있고, 제조 공정의 단순화를 통해 제품 불량율을 감소시킬 수 있다.
또한, 케이스 상의 도금층에 마련된 스크래치 영역을 통해 케이스와 희생금속시트 간의 전자의 이동을 원활하게 할 수 있고, 이에 따라, 희생금속시트와 케이스 간의 전기적 연결의 안정성을 도모할 수 있다.
또한, 배터리셀의 케이스를 제조함에 있어서, 희생금속시트가 판재에 압접 방식으로 면 결합되고, 이에 따라 희생금속시트와 판재 간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 배터리셀의 케이스의 외면에 희생금속시트가 마련됨에 따라, 배터리셀이 일반 냉각수에 장시간 함침되더라도, 배터리셀의 부식을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 배터리모듈의 개략적인 구성도이다..
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리모듈의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀의 제조방법을 을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리셀의 제조방법을 케이스의 제작 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리 셀(이하, '배터리셀'이라고도 함), 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리 모듈(이하, '배터리 모듈'이라고도 함)을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 수냉용 배터리모듈의 구성도를 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리모듈(200)은, 복수 개의 배터리셀(100), 복수 개의 배터리셀(100)을 수용하는 셀 프레임(210) 및 냉각수 공급부(160)를 포함한다.
구체적으로, 상기 배터리모듈(200)은 복수 개의 배터리셀(100), 복수 개의 배터리셀(100)이 이격되어 배치되며, 복수 개의 배터리셀(100) 사이로 냉각수(W)가 유동 가능하게 마련된 셀프레임(210) 및 셀프레임(210) 내부로 냉각수(W)를 공급하기 위한 냉각수 공급부(160)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 셀프레임(210)은 내부에 소정 공간부(211)를 가지며, 상기 공간부(211) 내에서 냉각수(W)가 유동 가능한 구조로 마련된다. 상기 냉각수(W)는 셀 프레임(210) 내부 공간부(211)로 공급된 후, 셀프레임(210) 외부로 배출될 수 있다. 이를 위하여, 배터리 모듈(200)은 셀 프레임(210) 외부로 냉각수(W)를 배출시키기 위한 냉각수 배출부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 냉각수 공급부(160)는 냉각수 저장조 및 펌프를 포함할 수 있다. 또한, 상기 냉각수 공급부(160)는 절연 처리되지 않은 냉각수(W)를 공급하도록 마련될 수 있다. 상기 일반 냉각수(W)는 차량에서 일반적으로 사용되는 냉각수일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀(100)은 전극 조립체(101), 케이스(110), 도금층(111a), 도금층(111a) 상에 마련된 스크래치 영역(S) 및 스크래치 영역(S)을 둘러싸는 희생금속시트(113)를 포함한다.
또한, 상기 배터리셀(100)은 고분자 필름을 포함하며, 상기 희생금속시트(113)를 둘러싸도록 마련된 셀 시트를 포함할 수 있다.
상기 배터리셀(100)은 전극 조립체(101), 상기 전극 조립체(101)를 수용하는 케이스(110), 상기 케이스(110)의 외면에 형성된 도금층(111a), 상기 도금층(111a)의 일부영역이 제거되어 형성된 스크래치 영역(S) 및 상기 스크래치 영역(S)를 둘러싸도록 마련되며, 상기 도금층(111a)보다 금속의 이온화 경향이 큰 재질로 형성된 희생 금속 시트(113)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 직접 수냉용 배터리셀(100)이 냉각수(W)에 함침 시, 수분(H)은 희생 금속 시트(113)로 전달될 수 있다. 이때 희생 금속 시트(113)의 수분(H)에 대한 금속의 이온화 반응이, 케이스(110)의 수분에 대한 금속 이온화 반응보다 크기 때문에, 케이스(110)의 내부식성을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 모듈(200)이 배터리셀(100)의 냉각을 위하여 일반 냉각수(W)를 사용하는 경우에, 배터리셀(100)의 표면에 부식된 부분을 통해 수분(H)이 침투하게 되면, 배터리셀(100)의 전원이 일반 냉각수(W)와 통전되어, 배터리 모듈(200)이 손상되는 문제가 생길 수 있다.
도 2를 참조하면, 직접 수냉용 배터리셀(100)이 냉각수(W)에 함침될 때, 직접 수냉용 배터리셀(100)은 케이스(110)와 희생 금속 시트(113) 간의 금속의 이온화 반응의 차이로 인해, 냉각수(W)의 수분(H)이 희생 금속 시트(113)와 이온화 반응하게 되고, 그 결과, 케이스(110)의 금속 이온화 반응이 억제되어 케이스(110)의 부식을 방지할 수 있다.
전극 조립체(101)는 케이스(110) 내에 수납되며, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 배치된 분리막을 포함한다. 상기 전극과 분리막은 일체화된 전극 조립체(101)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(101)는 시트형의 양극과 음극을 그 사이에 분리막이 개재된 상태에서 권취한 젤리-롤형 전극 조립체, 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 또는 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있다.
또한, 상기 케이스(110)는 상기 전극 조립체(101)를 수용하고, 외부의 충격으로부터 배터리 셀(100)을 보호하는 역할을 한다. 상기 케이스(110)는 원통형, 파우치형 또는 각형일 수 있으며, 예를 들어, 상기 케이스(110)는 원통형일 수 있다. 특히, 상기 전극 조립체(101)는 권취된 젤리-롤형 전극 조립체이고, 케이스(110)는 원통형 케이스일 수 있으며, 상기 직접 수냉용 배터리셀(100)은 원통형 배터리셀일 수 있다.
또한, 케이스(110)는 금속 재질로 형성될 수 있고, 상기 케이스(110)는 스틸(steel) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 케이스(110)의 표면은 니켈(Ni) 도금 처리될 수 있다. 즉, 상기 도금층(111a)은 니켈 도금층을 포함할 수 있다.
한편, 니켈 도금층은 변색이 적고 방청력이 뛰어나며, 내식성 및 내마모성이 우수하다. 그러나 니켈 도금층은 재료적 특성으로 인해, 냉각수에 함침시 부식될 수 있고, 부식이 진행됨에 따라 극성이 생기면서 절연성이 떨어지게 된다.
한편, 도금층(111a) 상에 희생금속시트(113)가 구비되면, 도금층(111a)은 희생금속시트(113)와 케이스(110) 간 전자의 이동을 방해하는 요인이 될 수 있다.
도금층(111a)에 스크래치 영역(S)를 형성한 후, 스크래치 영역(S)에 희생금속시트(113)를 결합시킴으로써, 희생금속시트(113)와 케이스(110) 간의 전자 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 스크래치부(S)는 도금층(111a)의 두께방향을 따라 도금층(111a)의 일부영역이 제거되어 형성될 수도 있고, 상기 스크래치부(S)는 도금층(111a)의 두께방향을 따라 도금층(111a)의 일부영역 및 상기 일부영역과 마주하는 케이스의 외면까지 형성될 수 있다.
또한, 상기 스크래치 영역(S)은 상기 도금층(111a)의 일부 영역이 제거된 복수 개의 비도금부(111c, 도 6 참조) 및 인접하는 2개의 비도금부(111c) 사이에 도금층이 잔존하는 도금부(111d)를 포함한다.
또한, 상기 스크래치 영역(S)은 레이저에 의해 상기 도금층(111a)이 스크래치 처리됨에 따라 마련될 수 있다.
또한, 상기 스크래치 영역(S)은 상기 도금층(111a)이 에칭 처리됨에 따라 마련될 수 있다.
또한, 희생금속시트(113)는 상기 스크래치 영역(S) 내의 상기 도금부(111d) 및 상기 스크래치 영역(S) 밖의 도금층(111a)에 압접됨으로써 케이스(110)의 외면에 결합될 수 있다.
또한, 상기 희생금속시트(113)는 상기 케이스(110)에 면접촉된 상태로 압접될 수 있다.
일 예로, 상기 희생금속시트(113)는 열간 압접 방식으로 상기 케이스에 압접될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 희생금속시트(113)는 가스 압접 방식으로 상기 단위 판재에 압접될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 희생금속시트(113)는 냉간 압접 방식으로, 상기 케이스(110)에 압접될 수 있다.
상기 희생금속시트(113)는 알루미늄, 마그네슘, 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 및 아연 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리모듈(200)은 셀프레임(210) 내부에 마련되며, 상기 배터리셀(100)의 케이스(110)의 상단부 및 하단부를 각각 덮도록 마련된 방수층(150)을 포함할 수 있다.
방수층(150)은 케이스(110)로 수분이 투습되는 것을 방지하고, 배터리셀(100)을 셀 프레임(210)에 고정시키는 기능을 수행한다.
상기 케이스(110)의 상단부에 상부 방수층이 마련될 수 있고, 상기 케이스(110)의 하단부에 하부 방수층이 마련될 수 있다. 또한 배터리셀(100)은 상단부 측과 하단부 측이 각각 방수층(150)을 통해 셀 프레임(210) 내면에 고정될 수 있다.
또한, 방수층(150)은 방수 접착제 또는 포팅 레진(porring resin)을 포함할 수 있고, 상기 포팅 레진은 실리콘계 레진, 우레탄계 레진 또는 에폭시계 레진 중 어느 하나일 수 있다.
본 실시예에 따른 케이스(110)는 후술할 제1 실시예 내지 제2 실시예 중 어느 하나에 따라 제조될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀의 제조방법을 을 설명하기 위한 도면들이다. 특히 배터리셀의 케이스의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
제1 실시예에 따른 배터리셀 제조방법은, 도금층을 갖는 단위 판재에서 상기 도금층의 일부 영역을 스크래치 처리함으로써 상기 단위 판재에 스크래치 영역을 형성하는 단계, 상기 스크래치 영역을 덮도록 상기 단위 판재의 일면에 희생금속시트를 결합시키는 단계 및 상기 희생금속시트가 외부로 노출되도록 단위 판재를 원통형으로 가공하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 배터리셀의 제조방법은 원통형으로 가공된 단위 판재 내에 전극 조립체를 내장시키는 단계를 포함할 수 있다.
우선, 도 4(a) 및 도 6(a)를 참조하면, 도금층(111a)을 갖는 단위 판재(P1)가 준비된다. 여기서, 단위 판재(P1)는 케이스(110)로 제작 가능한 크기를 가진 금속 판재를 지칭한다. 단위 판재(P1)는 금속 판재(111b) 및 금속 판재 상에 마련된 도금층(111a)을 포함한다. 도금층(111a)은 금속 판재(111b)의 일면에 니켈 도금처림되어 마련된다.
니켈 도금은 변색이 적고 방청력이 뛰어나며, 내식성 및 내마모성이 우수하다. 다만, 도금층(111a)은 희생금속시트(113)와 단위 판재(P1) 간의 전자의 이동을 방해하는 요소가 될 수 있다.
이를 해결하기 위해, 도금층(111a)을 갖는 단위 판재(P1)에서, 도금층(111a)의 일부 영역이 스크래치 처리된다. 이에 따라, 단위 판재(P1)의 일면에는 스크래치 영역(S)이 마련된다. 도 6(b)를 참조하면, 스크래치 영역(S)은 단위 판재(P1)의 일면에서 도금층(111a)이 손상된 영역이다.
도 4(b)를 참조하면, 스크래치 영역(S)은 단위 판재(P1)의 테두리 영역(E)에 의해 둘러 싸여지게 마련된다. 스크래치 영역(S)은 단위 판재(P)의 도금층(111a)이 레이저에 의해 스크래치 처리됨으로써 형성될 수 있다. 또는, 스크래치 영역(S)은 판재(P)의 도금층(111a)이 에칭 처리됨으로써 형성될 수 있다. 에칭 처리 방법은 화학적 부식 방법에 의한다. 상기 테두리 영역(E)은 도금층(111a)이 손상되지 않은 영역이다.
도 5를 참조하면, 스크래치 영역(S)은 소정의 스크래치 패턴 라인을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 스크래치 패턴 라인은 정격자 패턴 라인(도 5의 (a)), 사선 격자 패턴 라인(도 5의 (b)), 물결무늬 패턴 라인(도 5의 (c)), 가로 일자형 패턴 라인(도 5의 (e)), 또는 세로 일자형 패턴 라인(도 5의 (c)) 중 어느 하나일 수 있다.
이와 같은 스크래치 패턴에 따라, 상기 스크래치 영역(S)은 상기 도금층(111a)의 일부 영역이 제거된 복수 개의 비도금부(111c) 및 인접하는 2개의 비도금부(111c) 사이에 도금층이 잔존하는 도금부(111d)를 포함할 수 있다.
스크래치 영역(S)은 단위 판재의 테두리 영역(E)에 의해 둘러 싸여지게 마련된다. 테두리 영역(E)은 단위 판재의 일면에서 도금층(111a)이 제거되지 않은 영역이다.
도 4(c) 및 도 6(c)을 참조하면, 희생금속시트(113)는 스크래치 영역(S)을 덮도록, 단위 판재(P1)의 일면에 적층된다. 희생금속시트(113)는 테투리 영역(E)과 스크래치 영역(S) 중 도금부(111d)에 압접됨으로써 단위 판재(P1)에 면대면으로 결합된다.
희생금속시트(113)는 스크래치 영역(S) 보다 큰 면적을 가진 금속시트일 수 있다. 또한, 희생금속시트(113)는 단위 판재(P1)의 두께보다 얇은 두께를 가진 금속시트일 수 있다.
희생금속시트(113)는 단위 판재(P1)보다 금속 이온화 경향이 큰 금속 재질을 가진다. 예를 들어, 희생금속시트(113)는 알루미늄, 마그네슘, 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 및 아연 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다.
희생금속시트(113)는 압접 방식으로 단위 판재(P1)에 결합된다. 압접 방식으로는 열간 압접 방식, 냉각 압접 방식 또는 가스 압접 방식 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
일 예로, 열간 압접 방식은, 용접부재가 희생금속시트(113)로 압력 및 열을 가하여, 희생금속시트(113)가 단위 판재(P1)에 압접되는 방식이다.
다른 예로, 냉각 압접 방식은 용접 부재가 상온 상태에서 희생금속시트(113)를 가압하여, 희생금속시트(113)가 소성 변형되면서 단위 판재(P1)에 압접되는 방식이다.
또 다른 예로, 가스 압접 방식은 용접부재를 가스 불꽃으로 가열하여, 재결정 온도 이상으로 상승시켜, 축방향에서 압력을 가해 압접시키는 방식이다.
스크래치 영역(S)과 테두리 영역(E)에서 희생금속시트(113)는 도금층에 맞닿는 부분에서 단위 판재(P1)에 압접되고, 단위 판재(P1)의 결합 지점이 희생금속시트의 전면적에 걸쳐 고르게 분포되며, 단위 판재(P1)에 대한 희생금속시트(113)의 결합력을 향상시킬 수 있다.
단위 판재(P1)의 일면에 희생금속시트(113)를 결합시킴으로써 케이스용 판재(도 3(c), 110a)를 제조할 수 있다. 도 4(d)를 참조하면, 희생금속시트(113)가 외부로 노출되게, 케이스용 판재(110a)가 원통형으로 가공된다. 이에 따라, 외면에 희생금속시트(113)가 마련된 배터리셀(100)의 케이스(110)가 제조된다. 일예로, 희생금속시트(113)는 케이스(110)의 둘레를 따라, 띠 형태로 케이스(110)의 외면에 마련될 수 있다.
본 실시예에서 희생금속시트(113)가 단위 판재(P1)에 압접 방식으로 면대면으로 결합됨으로써, 희생금속시트(113)와 단위 판재(P1) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 스크래치 영역(S)을 통해, 상기에서 문제점으로 지적되었던 도금층(111a)으로 인한 전자이동의 장애를 해소할 수 있다. 또한, 희생금속시트(113)와 단위 판재(P1) 간의 전자의 이동을 원할하게 도모할 수 있고, 이에 따라 희생금속시트(113)가 단위 판재(P1)에 전기적으로 안정적으로 연결되게 할 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리셀의 제조방법을 설명하기 위한 도면들로서, 특히 배터리셀의 케이스의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 8은 도 7의 선 a-a를 따라 절취한 상태의 단면도이고, 도 9는 도 7의 선 b-b를 따라 절취한 상태의 단면도이고, 도 10은 도 7의 선 c-c를 따라 절취한 상태의 단면도이다.
제2 실시예에 따른 배터리셀 제조방법은 동일 평면 상에서 복수의 단위 영역을 가진 판재(P)의 각 단위 영역(A1 내지 A4)에서, 판재(P)의 도금층(111a)이 스크래치 처리되어, 복수의 스크래치 영역(S)이 마련되는 제1 단계, 판재(P)의 일면에 희생금속시트(113)가 스크래치 영역(S)을 덮도록 적층 결합되는 제2 단계, 판재(P)가 단위 영역 별(A1 내지 A4)로 절단됨에 따라 복수 개의 케이스형 판재(110a)로 제작되는 제3 단계 및 희생금속시트(113)가 외부로 노출되게, 케이스용 판재(110a)가 원통형으로 가공되는 제4 단계를 포함한다.
도 7(a)를 참조하면, 동일 평면 상에서 복수의 단위 영역으로 구획 가능한 판재(P)가 준비된다. 판재(P)는 일면에 도금층(111a)이 마련된다.
각각의 단위 영역은 케이스(110)로 제작 가능한 크기를 가진다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해, 복수의 단위 영역에 대해 제1 단위 영역(A1) 내지 제4 단위 영역(A4)으로 구분지어 지칭하기로 한다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 판재(P)를 4개의 단위 영역으로 구획했으나, 이는 예시 사항에 불과하며, 판재(P)의 크기에 따라 단위 영역의 개수는 변경될 수 있다.
도 7(b) 및 도 8을 참조하면, 판재(P)의 일면에는 복수의 스크래치 영역(S)이 마련된다. 스크래치 영역(S)은 판재(P)의 도금층(111a)이 스크래치 처리되어 마련된 영역이다. 도금층(111a)의 스크래치 방식은 상술한 제1 실시예와 같이 레이저 방식 또는 화학적 방식이 사용될 수 있다.
제2 실시예에서, 스크래치 영역(S)은 각 단위 영역(A1 내지 A4)마다 마련된다. 각 단위 영역(A1 내지 A4)의 스크래치 영역(S)은 제1 스크래치 영역(S1) 내지 제4 스크래치 영역(S4)으로 구분하여 지칭하기로 한다.
여기서, 제1 스크래치 영역(S1)은 제1 단위 영역(A1)에서, 도금층(111a)이 손상된 영역이고, 제2 스크래치 영역(S2)은 제2 단위 영역(A2)에서, 도금층(111a)이 손상된 영역이다.
또한, 제3 스크래치 영역(S3)은 제3 단위 영역(A3)에서, 도금층(111a)이 손상된 영역이고, 제4 스크래치 영역(S4)은 제4 단위 영역(A4)에서, 도금층(111a)이 손상된 영역이다.
제1 스크래치 영역(S1) 내지 제4 스크래치 영역(S4)은 판재(P)의 동일 평면 상에 마련되며, 서로 이격 배치된다.
도 7(c) 및 도 7(d)를 참조하면, 각 단위 영역(A1 내지 A4)마다 각각의 희생금속시트(113)가 압접되어, 판재(P)의 일면에 희생금속시트(113)가 결합된다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 희생금속시트(113)가 스크래치 영역(S)을 덮도록, 판재(P)의 일면에 적층된다.
전술한 바와 같이, 희생금속시트(113)는 판재(P)보다 금속 이온화 경향이 큰 금속 재질을 가진다. 예로, 희생금속시트(113)는 알루미늄, 마그네슘, 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 아연 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다.
희생금속시트(113)는 압접 방식으로 판재(P)에 결합된다. 압접 방식으로는 열간 압접 방식, 냉각 압접 방식 또는 가스 압접 방식 중 어느 하나가 사용될 수 있다.
일 예로, 열간 압접 방식은, 용접부재가 희생금속시트(113)로 압력 및 열을 가하여, 희생금속시트(113)가 판재(P)에 압접되는 방식이다. 다른 예로, 냉각 압접 방식은 용접 부재가 상온 상태에서 희생금속시트(113)를 가압하여, 희생금속시트(113)가 소성 변형되면서 판재(P)에 압접되는 방식이다. 또 다른 예로, 가스 압접 방식은 용접부재를 가스 불꽃으로 가열하여, 재결정 온도 이상으로 상승시켜, 축방향에서 압력을 가해 압접시키는 방식이다.
상술한 과정을 거쳐, 판재(P)의 일면에 희생금속시트(113)가 결합되면, 판재(P)가 절단 라인(도 7의 부호 L)을 따라 단위 영역별로 절단된다. 본 실시예서는 단위 영역 별(A1 내지 A4)로 절단된 판재(P)를 케이스용 판재(110a)로 지칭한다.
도 7(f)를 참조하면, 희생금속시트(113)가 외부로 노출되게, 케이스용 판재(110a)가 원통형으로 가공된다. 이에 따라, 외면에 희생금속시트(113)가 마련된 케이스(110)가 제작된다.
위에서 설명된 본 발명의 일 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 직접 수냉용 배터리모듈에 따르면, 배터리셀의 케이스보다 금속의 이온화 경향이 큰 희생금속을 이용하여, 배터리셀의 내부식성을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 도금층을 갖는 단위 판재에서 상기 도금층의 일부 영역을 스크래치 처리함으로써 상기 단위 판재에 스크래치 영역을 형성하는 단계;
    상기 스크래치 영역을 덮도록 상기 단위 판재의 일면에 희생금속시트를 결합시키는 단계; 및
    상기 희생금속시트가 외부로 노출되도록 단위 판재를 원통형으로 가공하는 단계를 포함하는 배터리셀 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크래치 영역은 상기 단위 판재에서 상기 도금층의 일부 영역이 제거된 복수 개의 비도금부 및 인접하는 2개의 비도금부 사이에 도금층이 잔존하는 도금부를 포함하는 배터리셀 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    희생금속시트는 상기 스크래치 영역 내의 상기 도금부 및 상기 스크래치 영역 밖의 도금층에 압접됨으로써 단위 판재에 결합되는 배터리셀 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 희생금속시트는 상기 단위판재에 면접촉된 상태로 압접되는 배터리셀 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 희생금속시트는 열간 압접 방식으로 상기 단위 판재에 압접되는 배터리셀 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 희생금속시트는 가스 압접 방식으로 상기 단위 판재에 압접되는 배터리셀 제조방법.
  7. 제 11 항에 있어서,
    상기 희생금속시트는 냉간 압접 방식으로, 상기 단위 판재에 압접되는 배터리셀 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크래치 영역은 레이저에 의해 상기 도금층이 스크래치 처리됨에 따라 마련된 배터리셀 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크래치 영역은 상기 도금층이 에칭 처리됨에 따라 마련된 배터리셀 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생금속시트는 상기 단위 판재보다 금속 이온화 경향이 큰 금속 재질로 형성된 배터리셀 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 희생금속시트는 알루미늄, 마그네슘, 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 및 아연 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 배터리셀 제조방법.
  12. 전극 조립체;
    전극 조립체를 수용하는 케이스;
    상기 케이스의 외면에 형성된 도금층;
    도금층의 일부영역이 제거되어 형성된 스크래치 영역; 및
    상기 스크래치 영역을 둘러싸도록 마련되며, 상기 도금층보다 금속의 이온화 경향이 큰 재질로 형성된 희생 금속 시트를 포함하며,
    상기 스크래치 영역은 상기 도금층의 일부 영역이 제거된 복수 개의 비도금부 및 인접하는 2개의 비도금부 사이에 도금층이 잔존하는 도금부를 포함하는 배터리셀.
  13. 제 12 항에 있어서,
    희생금속시트는 상기 스크래치 영역 내의 상기 도금부 및 상기 스크래치 영역 밖의 도금층에 압접됨으로써 케이스의 외면에 결합되는 배터리셀.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 도금층은 니켈 도금층이고,
    상기 희생금속시트는 알루미늄, 마그네슘, 아연, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 및 아연 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 형성된 배터리셀.
  15. 제 12 항에 따른 복수 개의 배터리셀;
    복수 개의 배터리셀이 이격되어 배치되며, 복수 개의 배터리셀 사이로 냉각수로 유동 가능하게 마련된 셀프레임; 및
    셀프레임 내부로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급부를 포함하며,
    상기 냉각수 공급부는 절연 처리되지 않은 냉각수를 공급하도록 마련된 배터리 모듈.
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