WO2024014939A1 - 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 Download PDF

Info

Publication number
WO2024014939A1
WO2024014939A1 PCT/KR2023/010220 KR2023010220W WO2024014939A1 WO 2024014939 A1 WO2024014939 A1 WO 2024014939A1 KR 2023010220 W KR2023010220 W KR 2023010220W WO 2024014939 A1 WO2024014939 A1 WO 2024014939A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
insulator
battery cell
electrode assembly
protrusion
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/010220
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
황중하
이준오
이길영
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of WO2024014939A1 publication Critical patent/WO2024014939A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/166—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/167—Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by crimping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/179—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/586—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries inside the batteries, e.g. incorrect connections of electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/584—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries
    • H01M50/59—Means for preventing undesired use or discharge for preventing incorrect connections inside or outside the batteries characterised by the protection means
    • H01M50/593—Spacers; Insulating plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly, a cylindrical battery cell, and a battery pack including the same.
  • Secondary batteries which are easy to apply depending on the product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EV, Electric Vehicle) and hybrid vehicles (HEV, Hybrid Electric Vehicle) that are driven by an electrical drive source. It is universally applied.
  • EV Electric Vehicle
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • These secondary batteries not only have the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also have the advantage of not generating any by-products due to energy use, so they are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and improving energy efficiency.
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • the operating voltage of these unit secondary battery cells is approximately 2.5V to 4.5V.
  • a battery pack is formed by connecting a plurality of battery cells in series. Additionally, a battery pack may be constructed by connecting multiple battery cells in parallel depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack and the type of electrical connection can be set in various ways depending on at least one of the required output voltage and charge/discharge capacity.
  • cylindrical, prismatic, and pouch-type battery cells are known as types of secondary battery cells.
  • an insulating separator is interposed between the anode and the cathode and wound to form a jelly roll-shaped electrode assembly, which is then inserted into a battery can along with the electrolyte to form a battery.
  • the battery can has polarity by being connected to the negative electrode or the positive electrode (usually the negative electrode), insulation is also required between the battery can and the jelly roll-type electrode assembly.
  • cylindrical battery cells are recently applied to electric vehicles, the form factor of cylindrical battery cells is increasing. That is, the diameter and height of cylindrical battery cells are increasing compared to conventional cylindrical battery cells with form factors such as 18650 and 21700. Increasing form factor results in increased energy density, increased safety against thermal runaway, and improved cooling efficiency. Additionally, in the case of cylindrical battery cells with increased form factors, insulation between the battery can and the jelly roll-shaped electrode assembly is becoming more important.
  • Insulators inserted into cylindrical battery cells for insulation are usually manufactured in the form of sheets. However, if the sheet-shaped insulator is placed on a jelly roll-shaped electrode assembly and inserted into a battery can, the insulator may move. As a result, the insulator is moved away from its correct position, which may result in poor insulation and occurrence of defects.
  • the present invention was created under the background of the above-described prior art, and since the insulator is fixed to the battery can and does not move, when the jelly roll type electrode assembly is inserted into the battery can, the insulator is attached to the jelly roll type electrode assembly at the correct position.
  • the purpose is to provide an electrode assembly that can be combined, thereby improving insulation and preventing defects, a cylindrical battery cell, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • the present invention allows the insulator to descend at an appropriate speed according to the natural deformation of the protrusion when the jelly roll-type electrode assembly is inserted into the interior of the battery can in a free fall manner, thereby preventing damage to the electrode assembly.
  • the purpose of doing something is work.
  • Another technical object of the present invention is to provide a battery pack manufactured using a cylindrical battery cell with an improved structure and a vehicle including the same.
  • a battery cell for achieving the above technical problem includes an electrode assembly having a structure in which a first electrode plate, a second electrode plate, and a separator interposed between them are wound in one direction; a battery can having an open portion provided on one side to accommodate the electrode assembly and a partial closed portion provided on the opposite side, and electrically connected to the second electrode plate; a current collector plate electrically connected to the first electrode plate; a cell terminal connected to the current collector plate through a through hole in the closure portion of the battery can; and an insulator that has a central hole configured to expose a lower portion of the cell terminal and is interposed between the battery can and the current collector plate.
  • the insulator may have a shape corresponding to the cross-sectional shape of the jelly roll type electrode assembly.
  • the insulator may include a protrusion provided on the outer peripheral surface of the insulator so that the insulator presses the inner surface of the battery can when the electrode assembly is stored in the battery can.
  • a plurality of protrusions may be provided, and the plurality of protrusions may be provided at predetermined intervals on the outer peripheral surface of the insulator.
  • the protrusions may be spaced apart at equal intervals along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the insulator.
  • an adhesive layer may be formed on the upper surface of the insulator in contact with the battery can so that the insulator is fixed to the battery can by adhesive.
  • the insulator may be provided with a through hole formed in an area between the outer peripheral surface and the central hole.
  • the distance from the center of the insulator to the end of the protrusion may be greater than the radius of the electrode assembly.
  • the distance from the center of the insulator to the area on the outer peripheral surface of the insulator where the protrusion is not formed may be equal to or greater than the radius of the electrode assembly.
  • the distance from the center of the insulator to the end of the protrusion may be larger than the inner diameter of the battery can.
  • the protrusion may be configured to be elastically pressed toward the inside of the insulator by the inner surface of the battery can.
  • the insulator may have a thickness corresponding to the distance between the inner surface of the closure part of the battery can and the current collector plate.
  • the insulator may include a protrusion receiving portion spaced apart from a position corresponding to the protrusion in a direction toward the center of the insulator.
  • the outer portion of the protrusion receiving portion may have a convex shape in a direction toward the protrusion.
  • the protrusion receiving portion may have a length corresponding to the distance from one end of the protrusion in the circumferential direction of the insulator to the other end of the protrusion.
  • the radius of curvature of the outer portion of the protrusion receiving portion may be smaller than the radius of curvature of the protrusion portion.
  • the battery can may be formed with a closed portion and an open portion positioned opposite to each other, and the battery cell may further include a cap plate configured to seal the open portion of the battery can.
  • the cap plate is insulated from the battery can and may not have polarity.
  • the technical object of the present invention can also be achieved by a battery pack including at least one of the above-described battery cells and a vehicle including at least one of the battery packs.
  • the insulator since the insulator is fixed to the battery can and does not move, the insulator can be coupled to the jelly roll type electrode assembly at the correct position when the jelly roll type electrode assembly is later inserted into the battery can, As a result, insulation can be improved and defects can be prevented.
  • the present invention when the jelly roll-type electrode assembly is inserted into the interior of the battery can in a free fall manner, the insulator descends at an appropriate speed according to the natural deformation of the protrusion, thereby preventing damage to the electrode assembly. can do.
  • the present invention not only makes it possible to apply manufacturing equipment configured to insert the electrode assembly in a free fall manner in the direction from the opening to the closed part of the battery can, but also applies equipment capable of insertion in such a free fall mode. This can reduce the risk of damage to the electrode assembly. In this way, when there are fewer restrictions in the configuration of manufacturing facilities, simpler and more diverse facility configurations can be possible, and effects such as reduction in facility size, simplification of facility configuration, and cost reduction can be expected. .
  • a battery pack with improved capacity manufactured using a cylindrical battery cell with an improved structure and a vehicle including the same can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing a cross section of the center of the cylindrical battery cell in FIG. 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view of an insulator in a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 5 to 7 show modified examples of the insulator of Figure 4.
  • Figure 8 is a diagram showing a battery can in a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is an enlarged view of a cell terminal in a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of another embodiment of the cylindrical battery cell of FIG. 3.
  • Figure 11 is a plan view showing the structure of an electrode plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing definitions of the width, height, and spacing pitch of the segment pieces according to FIG. 11.
  • Figure 13 is a plan view showing the structure of an electrode plate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing definitions of the width, height, and spacing pitch of the segment pieces according to FIG. 13.
  • Figure 15 is a cross-sectional view of the electrode assembly along the Y-axis direction (winding axis direction) according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 16 is a cross-sectional view taken along the Y-axis direction (winding axis direction) of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 17 is a diagram schematically showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a vehicle including the battery pack of FIG. 17.
  • 19 to 25 are diagrams showing the process of manufacturing a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing a cross section of the center of the cylindrical battery cell in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view of an insulator in a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention
  • Figures 5 to 7 are modified embodiments of the insulator of Figure 4
  • Figure 8 is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a cell terminal in a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is another embodiment of the cylindrical battery cell of FIG. 3. This is a cross-sectional view of an example.
  • a cylindrical battery cell 10 according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the cylindrical battery cell 10 has, for example, a form factor ratio (defined as the diameter of the cylindrical battery cell divided by the height, i.e. the ratio of the diameter ( ⁇ ) to the height (H)) greater than approximately 0.4. It may be a cylindrical battery cell 10.
  • the form factor refers to values representing the diameter and height of the cylindrical battery cell 10.
  • the cylindrical battery cell 10 may be, for example, a 4-segment piece 61 of 10 cells, 48750 cells, 48110 cells, 48800 cells, or 46800 cells.
  • the first two numbers indicate the diameter of the cell
  • the next two numbers indicate the height of the cell
  • the last number 0 indicates that the cross section of the cell is circular.
  • the height of the cell exceeds 100m, three digits are required to indicate the height, so the last digit can be omitted.
  • the battery cell according to an embodiment of the present invention may be a cylindrical battery cell 10 that is approximately cylindrical, has a diameter of approximately 46 mm, a height of approximately 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • a battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell 10 that is approximately cylindrical, has a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 75 mm, and a form factor ratio of 0.640.
  • a battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell 10 that is approximately cylindrical, has a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • a battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell 10 that is approximately cylindrical, has a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 80 mm, and a form factor ratio of 0.600.
  • a battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell 10 that is approximately cylindrical, has a diameter of approximately 46 mm, a height of approximately 80 mm, and a form factor ratio of 0.575.
  • battery cells with a form factor ratio of approximately 0.4 or less have been used. That is, conventionally, for example, 18650 cells, 21700 cells, etc. were used. For an 18650 cell, its diameter is approximately 18 mm, its height is approximately 65 mm, and the form factor ratio is 0.277. For a 21700 cell, its diameter is approximately 21 mm, its height is approximately 70 mm, and the form factor ratio is 0.300.
  • the cylindrical battery cell 10 includes an electrode assembly 100, a cylindrical battery can 200, a current collector 300, and a cell terminal. Includes (400) and insulator (600).
  • reference numeral 500 denotes an insulating tape 500 for insulating the side of the electrode assembly 100, as will be described later, and the insulating tape 500 prevents contact between the current collector plate 300 and the battery can 200. can do.
  • the insulating tape 500 may cover at least the upper outer peripheral surface of the electrode assembly 100.
  • the electrode assembly 100 is prepared so that the first electrode plate and the second electrode plate are wound in one direction with a separator interposed therebetween. That is, the electrode assembly 100 is a jelly roll type structure in which the first electrode plate, the second electrode plate, and the separator interposed between them are wound in one direction.
  • the first electrode plate and the second electrode plate may have a sheet shape, for example.
  • the first electrode plate may have a positive or negative polarity
  • the second electrode plate may have a polarity opposite to that of the first electrode plate. That is, the first electrode plate may be a positive electrode plate or a negative electrode plate
  • the second electrode plate may be a negative electrode plate or a positive electrode plate so as to be opposite to the polarity of the first electrode plate.
  • the following description will focus on the case where the first electrode plate is a positive electrode plate and the second electrode plate is a negative electrode plate. Meanwhile, the detailed description of the electrode assembly 100 will be replaced with the above description.
  • the electrode assembly 100 is composed of various jelly roll types and can be changed.
  • an uncoated portion may be formed in the electrode assembly 100 and the uncoated portion itself may be used as an electrode tab, or electrode tabs of various shapes may be connected to the uncoated portion in various ways.
  • the description will be centered on an embodiment in which the uncoated portion is used as the electrode tab itself, but the electrode assembly 100 may be implemented in more various modifications.
  • the first electrode plate may include a first uncoated portion 110 on a long side end that is not coated with an active material layer.
  • the second electrode plate may also include a second uncoated region 120 on a long side end that is not coated with an active material layer. That is, at least one of the first electrode plate and the second electrode plate may include an uncoated portion that is not coated with the active material along the winding direction at a long side end.
  • the uncoated portion provided in the first electrode plate and the uncoated portion provided in the second electrode plate may be located in opposite directions.
  • the uncoated portion provided on the first electrode plate has a shape extending upward of the electrode assembly 100
  • the uncoated portion provided on the second electrode plate has a shape extending downward of the electrode assembly 100. You can.
  • the first uncoated area 110 and the second uncoated area 120 are exposed to the outside of the separator while forming a plurality of winding turns based on the center of the electrode assembly 100, and can be used as electrode tabs themselves. .
  • the battery can 200 may have an open portion provided on one side to accommodate the electrode assembly 100 and a partially closed portion provided on the opposite side.
  • the battery can 200 may be electrically connected to the second electrode plate.
  • the above-described insulator 600 may be coupled to the electrode assembly 100.
  • the insulator 600 may have a central hole configured to expose the lower portion of the cell terminal 400.
  • the center hole may be formed at a position corresponding to the winding center of the electrode assembly 100.
  • the insulator 600 may be interposed between the battery can 200 and the current collector plate 300.
  • the insulator 600 is configured to cover the upper end of the first uncoated portion 110 for insulation.
  • the insulator 600 prevents contact between the first uncoated portion 110 and the battery can 200.
  • the current collector plate 300 is coupled to the upper side of the first uncoated portion 110, and the insulator 600 is coupled to the upper side of the current collector plate 300.
  • the insulator 600 is accommodated inside the battery can 200, covers at least a portion of the electrode assembly 100, and is configured to block the electrical connection between the first uncoated portion 110 and the battery can 200. do.
  • the insulator 600 when the current collector plate 300 is provided on the upper side of the first uncoated portion 110, the insulator 600 is coupled to the current collector plate 300 on the upper side of the current collector plate 300 to connect the battery can 200 and the current collector plate ( 300) cut off the electrical connection. Therefore, the insulator 600 may be made of a material with insulating properties.
  • the insulator 600 may include an insulating polymer material, but is not limited thereto.
  • the insulator 600 may be made of polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), or polypropylene (PP).
  • the insulator 600 is interposed between the battery can 200 and the current collector plate 300 to cover the upper end of the first uncoated portion 110.
  • the insulator 600 together with the insulating tape 500, can prevent contact between the first uncoated portion 110 and the battery can 200 and contact between the current collector plate 300 and the battery can 200. That is, the insulator 600 prevents contact between the upper side of the first uncoated portion 110 and the battery can 200 or between the current collector plate 300 and the battery can 200, and the insulating tape 500 serves as an electrode assembly. Contact between the side of 100 and the battery can 200 can be prevented. In particular, the insulating tape 500 can prevent contact between the side of the first uncoated portion 110 and the battery can 200.
  • the insulator 600 may be formed in a shape corresponding to the cross-sectional shape of the jelly roll-type electrode assembly 100. For example, if the jelly roll type electrode assembly 100 has a circular cross section, the insulator 600 may also have a circular shape.
  • the insulator 600 may be coupled to the battery can 200 in various ways. In one embodiment, before the electrode assembly 100 is stored in the battery can 200, the insulator 600 may be press-fitted to the battery can 200. For example, referring to FIG. 4 , at least one protrusion 610 may be formed on the outer peripheral surface of the insulator 600. The protrusion 610 may be configured to press the inner surface of the battery can 200 when the insulator 600 is accommodated in the inner surface of the battery can 200.
  • a plurality of protrusions 610 are provided, and the plurality of protrusions 610 may be formed on the outer peripheral surface of the insulator 600 at preset intervals.
  • four protrusions 610 are formed, but the present invention is not limited thereto.
  • the protrusions 610 may be provided in various numbers, such as 8 or 16. When four protrusions 610 are formed, the four protrusions 610 may be formed at approximately equal intervals along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the insulator 600.
  • the protrusions 610 are compressed and deformed, so that the insulator 600 can be coupled to the inner surface of the battery can 200 in an interference fit manner. there is.
  • the distance from the center of the insulator 600 to the end of the protrusion 610 may be greater than the radius of the electrode assembly 100.
  • the distance from the center of the insulator 600 to the area on the outer peripheral surface of the insulator 600 where the protrusion 610 is not formed may be equal to or greater than the radius of the electrode assembly 100.
  • the insulator 600 can completely cover one side of the electrode assembly 100 to prevent unnecessary contact between the battery can 200 and the electrode assembly 100.
  • the distance from the center of the insulator 600 to the end of the protrusion 610 may be larger than the inner diameter of the battery can 200.
  • the protrusion 610 when the insulator 600 is inserted into the battery can 200, the protrusion 610 is compressed and the insulator 600 can be coupled to the battery can 200 in an interference fit manner.
  • the protrusion 610 may be configured to be elastically pressed toward the inside of the insulator 600 by the inner surface of the battery can 200 when the insulator 600 is inserted into the battery can 200. there is.
  • the insulator 600 may be provided with a protrusion receiving portion 630 to allow the protrusion 610 to be naturally compressed in the inner direction of the insulator 600 when inserted into the battery can 200.
  • the protrusion receiving portion 630 may be provided in plural numbers.
  • the protrusion receiving portions 630 may be provided in the same number as the protruding portions 610, and in this case, a plurality of protrusion receiving portions 630 may be provided at positions adjacent to each protruding portion 610.
  • the protrusion receiving portion 630 may be an empty space partially formed in the insulator 600 by a slit.
  • the insulator 600 can naturally move from the open portion of the battery can 200 toward the closed portion without applying excessive force when inserted into the battery can 200. Therefore, when the electrode assembly 100 is inserted into the battery can 200, for example, in a free fall manner, the insulator 600 descends at an appropriate speed according to the natural deformation of the protrusion, and thus the electrode assembly 100 can prevent damage.
  • the present invention not only makes it possible to apply manufacturing equipment configured to insert the electrode assembly 100 in a free fall manner in the direction from the opening to the closed part of the battery can, but also enables equipment to insert in such a free fall manner. When applying, the risk of damage to the electrode assembly 100 can be reduced. In this way, when there are fewer restrictions in the configuration of manufacturing facilities, simpler and more diverse facility configurations can be possible, and effects such as reduction in facility size, simplification of facility configuration, and cost reduction can be expected. .
  • the protrusion receiving portion 630 when the protrusion receiving portion 630 is applied, when the protruding portion 610 is compressed by the inner surface of the battery can 200, the protrusion receiving portion 630 is connected to the insulator 600.
  • the protrusion 610 which causes shape deformation toward the inside, the phenomenon of force being transmitted in the direction of the center hole of the insulator 600 can be minimized.
  • the force resulting from the compression of the protrusion 610 is buffered by the protrusion receiving portion 630, it is possible to prevent the shape of the center hole of the insulator 600 from being deformed and/or changing the size of the center hole.
  • the protrusion receiving portion 630 may be positioned spaced apart from the protruding portion 610 in a direction toward the center of the insulator 600.
  • the outer portion of the protrusion receiving portion 630 may have a convex shape in the direction toward the protruding portion 610.
  • the protrusion receiving portion 630 may have a length corresponding to the distance from one end of the protrusion 610 in the circumferential direction of the insulator 600 to the other end. That is, the protrusion receiving portion 630 may be configured to cushion the compression of the protrusion 610 over the entire area where the protrusion 610 is formed.
  • the radius of curvature of the outer portion of the protrusion receiving portion 630 may be smaller than the radius of curvature of the protrusion 610 .
  • compression of the protrusion 610 can be easily performed at the end of the protrusion 610, that is, at the center of the protrusion 610 in the circumferential direction, and thus the process of inserting the insulator 600 into the battery can 200 is smooth. It can be done.
  • the distance from the protrusion 610 to the protrusion receiving slit 610 is the distance from the protrusion 610 to the through hole ( It can be formed closer than the distance of 620).
  • a heat-sealing layer may be formed on the insulator 600 so that the insulator 600 is fixed to the battery can 200 by heat-sealing. That is, before the electrode assembly 100 is stored in the battery can 200, the insulator 600 may be inserted into the battery can 200 and then fixed by thermal fusion using hot air spray or heating.
  • an adhesive layer may be formed on the upper surface of the insulator 600 in contact with the battery can 200 so that the insulator 600 is fixed to the battery can 200 by adhesive. That is, before the electrode assembly 100 is stored in the battery can 200, the insulator 600 may be coupled to the battery can 200 by an adhesive layer formed on the upper surface of the insulator 600.
  • the insulator 600 may be fixed to the battery can 200 with double-sided tape.
  • the insulator 600 is placed at the exact position of the jelly roll-type electrode assembly 100. Since they can be combined, the insulation of the cylindrical battery cell can be improved and defects can be prevented.
  • the insulator 600 may have a thickness of 0.8 mm or more and 1.6 mm or less. If the insulator 600 is too thin, insulation may be poor, and if the insulator 600 is too thick, it occupies a lot of space inside the battery can 200, reducing battery cell capacity and increasing cost. Accordingly, so that the capacity of the battery cell is not reduced while maintaining appropriate insulation, the insulator 600 may have a thickness of 0.8 mm or more and 1.6 mm or less, preferably 1.0 mm to 1.4 mm. However, the thickness of the insulator 600 is not limited to this.
  • the insulator 600 may include at least one through hole 620 formed in an area between the outer peripheral surface and the central hole.
  • the through hole 620 may function as a passage for electrolyte to move.
  • the through hole 620 seals the space between the insulator 600 and the closed part of the battery can 200 during the process of inserting the insulator 600 into the battery can 200 and moving it from the open side to the closed side. This can prevent the air from being compressed, and thus smooth insertion of the insulator 600 can be facilitated.
  • the electrolyte is injected into the battery can 200
  • the insulator 600 may be placed on the bottom. That is, the electrolyte may be injected into the battery can 200 while the cylindrical battery cell 10 of FIG. 3 is arranged upside down, that is, with the cell terminal 400 positioned at the lower side.
  • the electrolyte moves downward through the center of the insulator 600 in the direction of arrow a1 (the direction in which the electrolyte is injected) and then moves in the direction of arrow a2 through the bottom of the insulator 600.
  • the electrolyte solution is provided to the electrode assembly 100 by moving upward through the through hole 620 as shown in the direction of arrow a3. At this time, if the through hole 620 is formed in the insulator 600, the electrolyte solution can be smoothly and easily supplied to the electrode assembly 100.
  • a plurality of through holes 620 are formed, and the plurality of through holes 620 may be spaced apart at preset intervals. Referring to FIG. 4 , a plurality of through holes 620 may be disposed on a straight line from the center of the insulator 600 toward the outer peripheral surface of the insulator 600 . 4 and 7 , with respect to a plurality of straight lines arranged radially from the center of the insulator 600 toward the outer peripheral surface of the insulator 600, three through holes 620 are arranged for each straight line, but the through holes 620 The number, shape and/or arrangement are not limited thereto.
  • the diameter of the through hole 620 disposed in the radial direction of the insulator 600 may be the same or vary.
  • the through hole 620 may have its diameter the same, increase or decrease from the center to the edge. Since the electrolyte moves from the center of the insulator 600 to the edge, the amount of movement of the electrolyte in the direction of arrow a3 may increase as it approaches the center of the insulator 600. Therefore, by increasing the size of the through hole 620 toward the edge of the insulator 600, the overall movement amount of the electrolyte can be similarly adjusted. However, if necessary, the size of the through hole 620 may be reduced toward the edge of the insulator 600.
  • the spacing between the plurality of through holes 620 in the radial direction of the insulator 600 may be the same or vary.
  • the through hole 620 may have its spacing increased or decreased as it goes from the center to the edge.
  • the diameter of the through hole may be 1.0 mm to 3.0 mm, preferably 1.2 mm to 1.7 mm.
  • the edge of the insulator 600 may have a cross-sectional shape complementary to that of the corner of the closure portion 210 of the battery can 200. For example, when a rounded cross section of the corner of the closed portion 210 of the battery can 200 is formed, the edge of the insulator 600 is also rounded to correspond to the rounded cross section of the corner of the closed portion 210 of the battery can 200. can be formed.
  • the insulator 600 may have a thickness corresponding to the distance between the current collector plate 300 and the inner surface of the closing portion 210 of the battery can 200.
  • the upper part of the insulator 600 may contact the inner surface of the closing part 210 of the battery can 200, and the lower part of the insulator 600 may contact the upper surface of the current collector plate 300.
  • the insulator 600 may have a thickness of 0.8 mm or more and 1.6 mm or less.
  • the insulator 600 may include, for example, a material having elasticity. Therefore, when vibration or external shock is applied to the cylindrical battery cell 10, the insulator 600 can absorb the shock in the process of being compressed by elasticity and then returning to its original state. Accordingly, even if vibration or external shock is applied to the battery cell, damage to the internal components of the battery cell can be minimized.
  • the insulator 600 is provided with a central hole having a preset diameter at the center, and the central hole may expose the lower portion of the cell terminal 400.
  • the insulator 600 may be provided with a substantially circular center hole adjacent to the center of the winding. Due to the presence of the central hole, the cell terminal 400 may be in contact with the current collector plate 300 or the first uncoated region 110.
  • the central hole has a diameter capable of exposing the lower part of the cell terminal 400.
  • the insulating tape 500 may be attached to the outer peripheral surface of the electrode assembly 100 at least up to a point corresponding to the edge of the insulator 600.
  • the insulating tape 500 may be a double-sided tape or a single-sided tape. Additionally, the present invention is not limited to the insulating tape, and a heat shrink tube may be coupled to the outer peripheral surface of the electrode assembly 100.
  • a first electrode active material is applied on one or both sides of the first electrode plate. Also, a first uncoated region 110 in which the first electrode active material is not applied exists at the end of the first electrode plate.
  • the second electrode active material is applied on one or both sides of the second electrode plate. Additionally, a second uncoated region 120 in which the second electrode active material is not applied exists at the end of the second electrode plate.
  • first uncoated portion 110 of the first electrode plate and the second uncoated portion 120 of the second electrode plate are provided to face opposite directions when wound into an electrode assembly.
  • the first uncoated portion 110 extends toward the closed portion 210 of the battery can 200, and the second uncoated portion 120 extends toward the open portion 220 of the battery can 200.
  • the positive electrode active material coated on the positive electrode plate and the negative electrode active material coated on the negative electrode plate can be used without limitation as long as they are active materials known in the art.
  • the positive electrode active material has the general formula A[ A Contains 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 x, y and z are selected so that the compound remains electrically neutral.
  • the positive electrode active material is an alkali metal compound xLiM 1 O 2 -(1-x)Li 2 M 2 O 3 disclosed in US6,677,082, US6,680,143, etc.
  • M 1 is at least one element having an average oxidation state of 3
  • M 2 may include at least one element having an average oxidation state of 4; 0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the positive electrode active material has the general formula Li a M 1 x Fe 1-x M 2 y P 1-y M 3 z O 4z
  • M 1 is Ti, Si, Mn, Co, Fe, V, Cr, Contains at least one element selected from 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, V and S
  • M 3 includes a halogen element optionally including F; 0 ⁇ a ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 , 0 ⁇ z ⁇ 1; the stoichiometric coefficients a, x, y and z are chosen so that the compound remains electrically neutral), or Li 3 M 2 (PO 4 ) 3 [M is Ti, Si, Mn, Fe, Co , V, Cr, Mo, Ni, Al, Mg and Al. It may be a
  • the positive electrode active material may include primary particles and/or secondary particles in which primary particles are aggregated.
  • the negative electrode active material may be carbon material, lithium metal or lithium metal compound, silicon or silicon compound, tin or tin compound, etc.
  • Metal oxides such as TiO 2 and SnO 2 with a potential of less than 2V can also be used as negative electrode active materials.
  • carbon materials both low-crystalline carbon and high-crystalline carbon can be used.
  • the separator is a porous polymer film, for example, a porous polymer film made of polyolefin polymers such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, ethylene/methacrylate copolymer, etc. Alternatively, they can be used by stacking them.
  • the separator may be a conventional porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc.
  • At least one surface of the separator may include a coating layer of inorganic particles. It is also possible that the separator itself is made of a coating layer of inorganic particles. The particles constituting the coating layer may have a structure combined with a binder such that an interstitial volume exists between adjacent particles.
  • the inorganic particles may be made of an inorganic material with a dielectric constant of 5 or more.
  • the inorganic particles include Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT), Pb 1-x La x Zr 1-y Ti y O 3 (PLZT), PB(Mg 3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 (PMN-PT), BaTiO 3 , hafnia(HfO 2 ), SrTiO 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , CeO 2 , MgO, CaO, ZnO and Y 2 O 3 It may contain at least one substance selected from the group consisting of
  • the electrolyte may be a salt with a structure such as A + B - .
  • a + includes alkali metal cations such as Li + , Na + , K + or ions consisting of a combination 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
  • the electrolyte can also be used by dissolving it in an organic solvent.
  • Organic solvents include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and dipropyl carbonate (DPC). , dimethyl sulfoxide, acetonitrile, dimethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl- 2-pyrrolidone (NMP), ethyl methyl carbonate (EMC), gamma butyrolactone ( ⁇ -butyrolactone), or mixtures thereof may be used.
  • PC propylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • DPC dipropyl carbonate
  • dimethyl sulfoxide acetonitrile
  • dimethoxyethane dimethoxyethane
  • the battery can 200 is formed in a cylindrical shape, accommodates the electrode assembly 100, and is electrically connected to the second electrode plate of the electrode assembly 100. Accordingly, the battery can 200 may have the same polarity as the second electrode plate. That is, when the second electrode plate is a negative electrode, the battery can 200 also has a negative electrode.
  • the size of the battery can 200 is set according to the standard and the size of the electrode assembly 100 is increased, the total capacity of the battery cell increases, but the gap between the battery can 200 and the electrode assembly 100 increases. decreases.
  • the insulator 600 must be able to be interposed between the reduced gap, and for this purpose, the thickness of the insulator 600 is preferably as thin as possible.
  • a closed portion 210 and an open portion 220 may be formed in the battery can 200 to face each other.
  • an opening 220 may be formed in the lower portion of the battery can 200.
  • the battery can 200 receives the electrode assembly 100 through an opening 220 formed at the bottom, and electrolyte is also injected through the opening 220 formed at the bottom of the battery can 200.
  • electrolyte is injected, the battery can 200 may be turned upside down so that the opening portion 220 faces upward.
  • the battery can 200 is a substantially cylindrical container with an opening 220 formed at the bottom, and is made of a conductive material such as metal, for example.
  • the material of the battery can 200 may be a conductive metal, such as aluminum, steel, or stainless steel, but is not limited thereto.
  • a Ni coating layer may be selectively formed on the surface of the battery can 200.
  • a closure portion 210 may be formed at the top of the battery can 200.
  • a through hole 211 is formed in the closure 210, and the cell terminal 400 can be coupled to the through hole 211 as shown in FIG. 3.
  • the battery can 200 may have a beading portion 240 and a crimping portion 250 formed at the bottom.
  • the beading portion 240 is formed by pressing the outer peripheral surface of the battery can 200 inward in an area adjacent to the opening portion 220 of the battery can 200.
  • the beading portion 240 prevents the electrode assembly 100, which has a size approximately corresponding to the width of the battery can 200, from coming out through the opening 220 formed at the bottom of the battery can 200. It supports and may also function as a support portion on which the cap plate 230 is seated. Additionally, the beading portion 240 supports the outer peripheral surface of the sealing gasket 260.
  • the crimping portion 250 extends and bends inside the battery can 200 to surround and secure the edge of the cap plate 230 together with the sealing gasket 260.
  • the crimping part 250 is formed at the lower part of the battery can 200 based on the arrangement state of the battery can 200. For example, when the battery can 200 is arranged so that the cell terminal 400 is located at the top as shown in FIG. 3, the crimping portion 250 is formed at the lower part of the battery can 200 with respect to FIG. 3. And, as shown in FIG. 3, the crimping part 250 is formed at the lower part of the beading part 240.
  • the present invention does not exclude the case where the battery can 200 does not include at least one of the beading portion 240 and the crimping portion 250.
  • fixing the electrode assembly 100, fixing the cap plate 230, or fixing the battery can involves the additional application of a part that can function as a stopper for the electrode assembly 100, the additional application of a structure on which the cap plate 230 can be seated, and the battery can 200 and the cap plate. (230) It can be realized through at least one of welding.
  • the crimping part 250 is formed at the lower part of the beading part 240.
  • the crimping part 250 has a shape that is extended and bent to surround the edge of the cap plate 230 disposed below the beading part 240.
  • the cap plate 230 is fixed on the beading portion 21 by the shape of the folded crimping portion 250.
  • the applicant's published patent KR 10-2019-0030016 A discloses a cylindrical battery cell with the beading portion omitted, and such a structure may be adopted in the present invention.
  • the current collector plate 300 is electrically connected to the first electrode plate at the top of the electrode assembly 100.
  • the current collector plate 300 is made of a conductive metal material and is connected to the first uncoated portion 110 of the electrode assembly 100.
  • the current collector plate 300 may be coupled to the upper part of the coupling surface formed by bending the end of the first uncoated portion 110 in a direction parallel to the current collector plate 300.
  • the bending direction of the first uncoated portion 110 may be, for example, toward the winding center of the electrode assembly 100 .
  • the space occupied by the first uncoated area 110 is reduced, which can lead to an improvement in energy density. Additionally, an increase in the bonding area between the first uncoated region 110 and the current collector 300 can result in improved bonding force and reduced resistance.
  • the cell terminal 400 is made of a conductive metal material (e.g., aluminum) and is coupled to the through hole 211 formed in the closing portion 210 of the battery can 200 to be electrically connected to the current collector plate 300. do. Additionally, the cell terminal 400 is electrically connected to the first electrode plate of the electrode assembly 100 through the current collector plate 300 and thus has positive polarity. That is, the cell terminal 400 can function as a positive electrode terminal, which is the first electrode terminal. And, as described above, the battery can 200 is electrically connected to the second electrode plate of the electrode assembly 100, and thus has a negative polarity.
  • a conductive metal material e.g., aluminum
  • the cell terminal 400 may include a terminal insertion portion 410.
  • the terminal insertion portion 410 is inserted into the battery can 200 through the through hole 211 formed in the closing portion 210 of the battery can 200, so that the lower end may be electrically connected to the central portion of the current collector plate 300. .
  • Electrical connections can be made through welding. Welding may be laser welding, ultrasonic welding, resistance welding, etc.
  • the terminal insertion portion 410 may penetrate the battery can 200 and the insulator 600 at the same time and be coupled to the current collector plate 300. As the lower edge of the terminal insertion part 410 is pressed by a caulking jig, the cell terminal 400 is riveted toward the inner surface of the upper part of the battery can 200 and can be firmly fixed in the through hole.
  • the lower peripheral end of the terminal insertion portion 410 may have a shape curved toward the inner surface of the battery can 200 by applying a caulking jig.
  • the maximum width of the end of the terminal insertion part 410 may be larger than the maximum width of the hole of the battery can 200 formed by the penetration of the terminal insertion part 410.
  • the riveting structure of the cell terminal 400 is a cylindrical battery can 200 with one side open, and the riveting through a through hole 211 formed in the bottom 52 of the battery can 200. It may include a tagged cell terminal 400 and a rivet gasket 54 interposed between the cell terminal 400 and the through hole 211.
  • the rivet gasket 54 may be made of a polymer resin that has insulating and elastic properties.
  • the rivet gasket 54 may be made of polypropylene, polybutylene terephthalate, polyfluoroethylene, etc., but the present invention is not limited thereto.
  • the rivet gasket 54 includes an outer gasket 54a interposed between the outer flange portion 50b and the outer surface 52a of the bottom 52 of the battery can 200, the inner flange portion 50c, and the battery can ( 200) It may include an internal gasket 54b interposed between the internal surfaces 52b of the bottom 52.
  • the outer gasket 54a and the inner gasket 54b are divided based on the outer surface 52a of the bottom of the battery can 200.
  • the terminal insertion portion 410 may not have a shape curved toward the inner surface of the battery can 200.
  • the terminal insertion portion 410 may have an approximately cylindrical shape that penetrates a hole located approximately at the center of the upper surface of the battery can 200.
  • the terminal insertion portion 410 may have a circular planar shape, but is not limited thereto.
  • the terminal insertion portion 410 may optionally have a polygonal shape, a star shape, a shape having legs extending from the center, etc.
  • the terminal insertion portion 410 of the cell terminal 400 may penetrate the center hole of the insulator 600. Additionally, the diameter of the center hole of the insulator 600 may be greater than or equal to the diameter of the terminal insertion portion 410. Additionally, the terminal insertion portion 410 of the cell terminal 400 may pass through the center hole of the insulator 600 and be electrically coupled to the current collector plate 300.
  • the insulator 600 is interposed between the battery can 200 and the electrode assembly 100, and in FIG. 3, between the current collector plate 300 on the top of the electrode assembly 100 and the battery can 200.
  • the detailed description of the insulator 600 is replaced with the description of the insulator 600 of the electrode assembly 100 according to an embodiment of the present invention described above.
  • the cap plate 230 is configured to seal the open portion 220 of the battery can 200.
  • the cap plate 230 may be made of, for example, a metal material to ensure rigidity.
  • the cap plate 230 seals the opening 220 formed at the bottom of the battery can 200.
  • the cap plate 230 may be separated from the electrode assembly 100 and provided as non-polar. That is, the cap plate 230 may not have polarity even if it is made of a conductive metal material.
  • the fact that the cap plate 230 does not have polarity means that the cap plate 230 is electrically insulated from the battery can 200 and the cell terminal 400. As such, the cap plate 230 does not need to have polarity, and its material does not necessarily have to be a conductive metal.
  • the cap plate 230 may be seated and supported on the beading portion 240 formed on the battery can 200. Additionally, the cap plate 230 is fixed by the crimping portion 250.
  • a sealing gasket 260 may be interposed between the cap plate 230 and the crimping portion 250 of the battery can 200 to ensure airtightness of the battery can 200. That is, the sealing gasket 260 may be provided to be interposed between the edge of the cap plate 230 and the open portion 220 of the battery can 200.
  • the battery can 200 of the present invention may not be provided with at least one of the beading portion 240 and the crimping portion 250.
  • the sealing gasket 260 is used to ensure airtightness of the battery can 200. It may be interposed between the cap plate 230 and a structure for fixing provided on the open portion 220 side of the battery can 200.
  • the vent notch 231 may be formed in the cap plate 230 to burst when the pressure inside the battery can 200 exceeds a critical value.
  • vent notches 231 may be formed on both sides of the cap plate 230, and may be formed in at least one of a continuous circular pattern, a discontinuous circular pattern, and a straight pattern on the surface of the cap plate 230. You can. Additionally, the vent notch 231 may be formed in various other patterns.
  • the vent notch 231 is formed at the bottom of the battery can 200 based on the arrangement state of the battery can 200, and when the vent notch 231 is ruptured, the gas inside the battery can 200 flows into the battery can 200. ) can be arranged to be discharged through the lower part of the.
  • the vent notch 231 may be formed at the bottom of the battery can 200 with respect to FIG. 3. there is.
  • the vent notch 231 may be formed as a region of the cap plate 230 with a thinner thickness compared to the surrounding region.
  • vent notch 231 Since the vent notch 231 is thinner than the surrounding area, it can be broken more easily than the surrounding area, and when the internal pressure of the battery can 200 increases above a certain level, the vent notch 231 is broken and the battery can The gas generated inside 200 may be discharged.
  • vent notch 231 may be formed by partially reducing the thickness of the battery can 200 through notching on one side or both sides of the cap plate 230.
  • the cylindrical battery cell 10 may have a structure in which both a positive terminal and a negative terminal are present at the top, and because of this, the upper structure is more complicated than the lower structure.
  • a vent notch 231 may be formed in the cap plate 230 forming the lower surface of the cylindrical battery cell 10 to smoothly discharge the gas generated inside the battery can 200.
  • the gas generated inside the battery can 200 provided in the cylindrical battery cell 10 is discharged downward, it may be advantageous for user safety.
  • the cylindrical battery cell 10 is placed directly below the driver's seat in an electric vehicle, there may be a risk of a safety accident to the driver if gas is discharged to the top.
  • the lower end of the cap plate 230 is preferably disposed higher than the lower end of the battery can 200. In this case, even if the lower end of the battery can 200 touches the ground or the bottom of the housing for module or pack configuration, the cap plate 230 does not contact the ground or the bottom of the housing for module or pack configuration. It won't happen.
  • the lower current collector plate 700 is coupled to the lower part of the electrode assembly 100.
  • the lower current collector plate 700 is made of a conductive metal material such as aluminum, steel, copper, or nickel, and is electrically connected to the second uncoated portion 120 of the second electrode plate.
  • the lower current collector 700 is electrically connected to the battery can 200.
  • the lower current collector plate 700 may be fixed with at least a portion of its edge portion interposed between the inner surface of the battery can 200 and the sealing gasket 260.
  • At least a portion of the edge of the lower current collector plate 700 is supported on the bottom surface of the beading portion 240 formed at the bottom of the battery can 200 and is fixed to the beading portion 240 by welding. It can be. In a modified embodiment, at least a portion of the edge portion of the lower current collector 700 may be directly welded to the inner wall surface of the battery can 200.
  • At least a portion of the remaining portion of the lower current collector plate 700, excluding the beading portion coupling portion, may be joined to the curved surface of the second uncoated portion 120 through welding, for example, laser welding.
  • At least a portion of the edge of the lower current collector plate 700 may be electrically coupled to the upper and lower surfaces of the beading portion 240 adjacent to the crimping portion 250.
  • the electrode assembly 100 includes a first electrode plate and a second electrode plate, the first electrode plate includes a first uncoated portion 110, and the second electrode plate It may include a second uncoated region 120.
  • the first uncoated area 110 and/or the second uncoated area 120 may be divided into a plurality of segment pieces, and the structure of the segment pieces will be described in detail below.
  • Figure 11 is a plan view showing the structure of an electrode plate according to an embodiment of the present invention.
  • the height of the core uncoated area B1 and the outer uncoated area B3 is greater than 0, but is relatively smaller than the middle uncoated area B2. . Additionally, the heights of the core side uncoated area B1 and the outer peripheral side uncoated area B3 may be the same or different.
  • At least a portion of the middle uncoated region B2 may include a plurality of segment pieces 61.
  • the height of the plurality of segment pieces 61 may gradually increase from the core side to the outer circumference side.
  • the segment piece 61 may be notched with a laser.
  • the segment piece 61 can be formed by a known metal foil cutting process such as ultrasonic cutting or punching.
  • the bottom of the cutting line between the segment pieces 61 (C4 in FIG. 12) and the active material It is desirable to leave a certain gap between the layers 42. This is because stress is concentrated near the bottom of the cutting line when the uncoated portion 43 is bent.
  • the gap is preferably 0.2 to 4 mm. If the gap is adjusted to the corresponding numerical range, it is possible to prevent the active material layer 42 and/or the insulating coating layer 44 near the bottom of the cutting line from being damaged by stress generated during bending processing of the uncoated portion 43.
  • the gap can prevent damage to the active material layer 42 and/or the insulating coating layer 44 due to tolerance when notching or cutting the segment piece 61.
  • the electrode plate 60 when the electrode plate 60 is wound, at least a portion of the insulating coating layer 44 may be exposed to the outside of the separator. In this case, the insulating coating layer 44 can support the bending point when the segment piece 61 is bent.
  • the plurality of segment pieces 61 may form a plurality of segment groups going from the core side to the outer circumference side. At least one of the width, height, and spacing pitch of the segments belonging to the same segment group may be substantially the same.
  • Figure 12 is a diagram showing definitions of the width, height, and spacing pitch of the segment piece 61 according to an embodiment of the present invention.
  • the width (C1), height (C2), and separation pitch (C3) of the segment piece 61 prevent the uncoated region 43 from being torn during bending processing of the uncoated region 43 and increase the welding strength.
  • the number of overlapping layers of the uncoated area 43 is sufficiently increased while the uncoated area 43 is designed to prevent abnormal deformation.
  • Abnormal deformation refers to the non-coated portion below the bending point failing to maintain a straight state and deforming irregularly without hesitation.
  • the width C1 of the segment piece 61 can be adjusted in the range of 1 to 8 mm. If C1 is less than 1 mm, a non-overlapping area or an empty space (gap) occurs enough to ensure sufficient welding strength when the segment piece 61 is bent toward the core. On the other hand, if C1 exceeds 8 mm, there is a possibility that the uncoated portion 43 near the bending point may be torn due to stress when the segment piece 61 is bent.
  • the height of the segment piece 61 can be adjusted in the range of 2 to 10 mm. If C2 is less than 2 mm, a non-overlapping area or an empty space (gap) occurs enough to ensure sufficient welding strength when the segment piece 61 is bent toward the core. On the other hand, if C2 exceeds 10 mm, it is difficult to manufacture an electrode plate while maintaining the flatness of the uncoated area uniformly in the winding direction (X). In other words, the height of the uncoated area increases and a swell occurs. Additionally, the spacing pitch C3 of the segment pieces 61 can be adjusted in the range of 0.05 to 1 mm.
  • C3 is less than 0.05 mm, when the segment piece 61 is bent, the uncoated portion 43 near the bending point may be torn due to stress. On the other hand, if C3 exceeds 1 mm, an area or an empty space (gap) may occur where the segment pieces 61 do not overlap each other enough to ensure sufficient welding strength when the segment pieces 61 are bent.
  • a cut portion 62 is interposed between two adjacent segment pieces 61 in the winding direction (X).
  • the cut portion 62 corresponds to the space created when the uncoated portion 43 is removed.
  • the lower corner portion of the cut portion 62 may have a round shape (see partial enlargement). The round shape can relieve stress applied to the lower end of the cut portion 62 when winding the electrode plate 60 and/or bending the segment piece 61.
  • the width d B1 of the core-side uncoated area B1 applies the condition that the cavity of the electrode assembly core is not obscured when the segment 61 of the middle uncoated area B2 is bent toward the core. and design it.
  • the width d B1 of the core-side uncoated region B1 may increase in proportion to the bending length of the segment piece 61 of group 1.
  • the bending length corresponds to the height of the segment piece 61 based on the bending point (63 in FIG. 12).
  • C4 represents the lowest point at which bending is possible.
  • the bending point can be appropriately set at the position indicated by C4 or on top of C4.
  • the bending length is the length from the bending point to the top of the segment piece 61.
  • the bending point may be set at a predetermined point of the height C2 of the segment piece 61 based on C4.
  • the predetermined point prevents the stress generated when the segment 61 is bent from causing physical damage to the active material layer 42 or the insulating coating layer 44, and when the segment 61 is bent in the echo direction of the electrode assembly. By securing a sufficient number of overlapping layers in the radial direction, sufficient welding strength can be secured when the current collector plate is welded to the area where the segment piece 61 is bent.
  • the width d B1 of the core-side uncoated region B1 ranges from 180 to 180 depending on the diameter of the electrode assembly core. It can be set to 350mm.
  • the width of each segment group can be designed to constitute identical winding turns of the electrode assembly.
  • the winding turn can be counted based on the end of the core-side uncoated region B1 when the electrode plate 60 is in a wound state.
  • the width of each segment group may be designed to configure at least one or more winding turns of the electrode assembly.
  • the width and/or height and/or spacing pitch of the segments 61 belonging to the same segment group may increase or decrease gradually and/or stepwise and/or irregularly within the group. .
  • Groups 1 to 8 are just examples of segment groups.
  • the number of groups, the number of segment pieces 61 included in each group, and the width of the group are determined so that the stress is distributed as much as possible during the bending process of the uncoated region 43 and sufficient welding strength is ensured. It can be preferably adjusted to overlap in multiple layers.
  • the height of the outer peripheral uncoated region B3 may be gradually or stepwise reduced.
  • the segmental structure of the middle uncoated region B2 can be extended to the outer uncoated region B3 (see dotted line).
  • the outer uncoated area B3 may also include a plurality of segment pieces like the middle uncoated area B2.
  • the segment of the outer uncoated area B3 may have a width and/or height and/or a larger pitch than those of the middle uncoated area B2.
  • the segment structure of the outer peripheral uncoated area B3 may be substantially the same as the segment group on the outermost side of the middle uncoated area B2.
  • the width d B1 of the core-side uncoated portion B1 may be 180 to 350 mm.
  • the width of Group 1 may be 35 to 40% of the width of the core side uncoated area (B1).
  • the width of group 2 may be 130 to 150% of the width of group 1.
  • the width of Group 3 may be 120 to 135% of the width of Group 2.
  • the width of Group 4 may be 85-90% of the width of Group 3.
  • the width of Group 5 may be 120 to 130% of the width of Group 4.
  • the width of group 6 may be 100 to 120% of the width of group 5.
  • the width of Group 7 may be 90 to 120% of the width of Group 6.
  • the width of Group 8 may be 115 to 130% of the width of Group 7.
  • the width d B3 of the outer uncoated area B3 may be 180 to 350 mm, similar to the width of the core uncoated area B1.
  • the reason why the width of groups 1 to 8 does not show a constant increase or decrease pattern is because the width of the segment gradually increases from group 1 to group 8, but the number of segments included in the group is limited to an integer. Accordingly, the number of segments may be reduced in a specific segment group. Accordingly, the width of the group may show an irregular pattern of change as shown in the example above as it moves from the core side to the outer periphery.
  • groups 4 to 6 correspond to this.
  • the width ratio of group 5 to group 4 is 120 to 130%, and the width ratio of group 6 to group 5 is 100 to 120%, which is less than 120 to 130%.
  • FIG. 13 is a plan view showing the structure of an electrode plate according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a view showing definitions of the width, height, and separation pitch of the segment pieces according to FIG. 13.
  • the electrode plate 70 has substantially the same configuration compared to FIG. 11, except that the shape of the segment piece 61' is changed from a square to a trapezoid.
  • Figure 14 shows definitions of the width, height and spacing pitch of the trapezoidal segment piece 61'.
  • the width (D1), height (D2), and spacing pitch (D3) of the segment piece 61' are adjusted to prevent the uncoated portion 43 near the bending point from being torn during bending processing of the uncoated portion 43.
  • the number of overlapping layers of the uncoated area 43 is sufficiently increased and the uncoated area 43 is designed to prevent abnormal deformation.
  • the width D1 of the segment piece 61' can be adjusted in the range of 1 to 8 mm. If D1 is less than 1 mm, an area or an empty space (gap) may occur where the segment pieces 61' do not overlap enough to ensure sufficient welding strength when the segment pieces 61' are bent toward the core. On the other hand, if D1 exceeds 8 mm, there is a possibility that the uncoated portion 43 near the bending point may be torn due to stress when the segmented piece 61 is bent. Additionally, the height of the segment piece 61' can be adjusted in the range of 2 to 10 mm.
  • an area or empty space may occur where the segment pieces 61' do not overlap enough to ensure sufficient welding strength when the segment pieces 61' are bent toward the core.
  • D2 exceeds 10 mm it is difficult to manufacture an electrode plate while maintaining the flatness of the uncoated region 43 uniformly in the winding direction.
  • the spacing pitch D3 of the segment pieces 61' can be adjusted in the range of 0.05 to 1 mm. If D3 is less than 0.05 mm, the uncoated portion 43 near the bending point D4 may be torn due to stress when the segment piece 61' is bent. On the other hand, if D3 exceeds 1 mm, an area or an empty space (gap) may occur where the segment pieces 61' do not overlap each other enough to ensure sufficient welding strength when the segment pieces 61' are bent.
  • a cut portion 62 is interposed between two segment pieces 61' adjacent to each other in the winding direction (X).
  • the cut portion 62 corresponds to the space created when the uncoated portion 43 is removed.
  • the corner portion at the bottom of the cut portion 62 may have a round shape (see partial enlargement). The round shape can relieve stress when the segment piece 61' is bent.
  • the lower interior angle ⁇ of the trapezoid may increase as the plurality of segment pieces 61 ′ go from the core side to the outer circumference side.
  • the curvature increases.
  • the stress generated in the radial and circumferential directions when the segmental piece 61' is bent can be alleviated.
  • the area overlapping with the inner segment 61' and the number of overlapping layers also increase when the segment 61' is bent, thereby increasing the welding strength uniformly in the radial and circumferential directions. It can be securely secured and the bending surface can be formed flat.
  • the diameter of the core (cavity) is 4 mm and the radius of the electrode assembly 70 increases from 4 mm to 22 mm.
  • the internal angle of the segment piece 61' may gradually increase in the range of 60 degrees to 85 degrees.
  • the height of the outer uncoated region B3 may be gradually or stepwise decreased, similar to the first and second embodiments.
  • the segmental structure of the middle uncoated area (B2) can be extended to the outer uncoated area (B3) (see dotted line).
  • the outer uncoated area B3 may also include a plurality of segment pieces like the middle uncoated area B2.
  • the segment of the outer uncoated area B3 may have a width and/or height and/or a larger pitch than those of the middle uncoated area B2.
  • the segment structure of the outer peripheral uncoated area B3 may be substantially the same as the segment group on the outermost side of the middle uncoated area B2.
  • the width d B1 of the core-side uncoated portion B1 may be 180 to 350 mm.
  • the width of Group 1 may be 35 to 40% of the width of the core side uncoated area (B1).
  • the width of group 2 may be 130 to 150% of the width of group 1.
  • the width of Group 3 may be 120 to 135% of the width of Group 2.
  • the width of Group 4 may be 85-90% of the width of Group 3.
  • the width of Group 5 may be 120 to 130% of the width of Group 4.
  • the width of group 6 may be 100 to 120% of the width of group 5.
  • the width of Group 7 may be 90 to 120% of the width of Group 6.
  • the width of Group 8 may be 115 to 130% of the width of Group 7.
  • the width d B3 of the outer uncoated area B3 may be 180 to 350 mm, similar to the width of the core uncoated area B1.
  • the reason why the width of groups 1 to 8 does not show a constant increase or decrease pattern is because the width of the segment gradually increases from group 1 to group 8, but the number of segments included in the group is limited to an integer. Accordingly, the number of segments may be reduced in a specific segment group. Accordingly, the width of the group may show an irregular pattern of change as shown in the example above as it moves from the core side to the outer periphery.
  • groups 4 to 6 correspond to this.
  • the width ratio of group 5 to group 4 is 120 to 130%, and the width ratio of group 6 to group 5 is 100 to 120%, which is less than 120 to 130%.
  • Figure 15 is a cross-sectional view of the electrode assembly along the Y-axis direction (winding axis direction) according to an embodiment of the present invention.
  • the uncoated area 43a of the electrode plate includes a core-side uncoated area B1 adjacent to the core of the electrode assembly 100 and an outer uncoated area B3 adjacent to the outer surface of the electrode assembly 100. , and an intermediate uncoated area (B2) interposed between the core-side uncoated area (B1) and the outer peripheral-side uncoated area (B3).
  • the height of the core side uncoated area B1 is relatively smaller than the height of the middle uncoated area B2. Additionally, the bending length of the innermost uncoated area 43a in the middle uncoated area B2 is equal to or smaller than the radial length R of the core side uncoated area B1.
  • the bending length (H) corresponds to the height of the uncoated portion 43a based on the point at which the uncoated portion 43a is bent (h in FIGS. 12 and h in FIG. 14).
  • the bent portion does not block the cavity 102 of the core of the electrode assembly 100. If the cavity 102 is not blocked, there is no difficulty in the electrolyte injection process, and the electrolyte injection efficiency is improved. Additionally, a welding jig can be inserted through the cavity 102 to easily perform a welding process between the current collector plate on the negative electrode (or positive electrode) side and the battery can (or rivet terminal).
  • the height of the outer uncoated area B3 is relatively smaller than the height of the middle uncoated area B2. Therefore, while the beading portion of the battery can is pressed near the outer uncoated portion B3, the beading portion and the outer uncoated portion B3 can be prevented from contacting each other.
  • the height of the outer uncoated region B3 may be gradually or stepwise reduced, unlike that shown in FIG. 15 .
  • the height of the middle uncoated region B2 is the same on the outer peripheral side, the height of the middle uncoated region B2 varies from the boundary between the core side uncoated region B1 and the middle uncoated region B2 to the middle uncoated region. It may increase gradually or step by step to the border between (B2) and the outer uncoated area (B3).
  • the lower uncoated area 43b has the same structure as the upper uncoated area 43a.
  • the lower uncoated region 43b may have a conventional electrode plate structure or an electrode plate structure of other embodiments (modification examples).
  • the ends 101 of the upper uncoated area 43a and the lower uncoated area 43b may be bent from the outer peripheral side of the electrode assembly 100 to the core side. At this time, the core uncoated area B1 and the outer peripheral uncoated area B3 are not substantially bent.
  • the middle uncoated region B2 includes a plurality of segmented pieces
  • bending stress is alleviated and the uncoated region 43a near the bending point can be prevented from being torn or abnormally deformed.
  • the width and/or height and/or spacing pitch of the segment pieces are adjusted according to the numerical range of the above-described embodiment, the segment pieces are bent toward the core and overlap in multiple layers to sufficiently secure welding strength, forming a curved surface. Do not form empty holes (gaps) on the surface (viewed from the Y axis).
  • Figure 16 is a cross-sectional view taken along the Y-axis direction (winding axis direction) of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the height of the outer uncoated area B3 of the electrode assembly 110 is substantially the same as the outermost height of the middle uncoated area B2. Except for this, the rest of the configuration is substantially the same.
  • the outer uncoated region B3 may include a plurality of segment pieces.
  • the height of the core side uncoated area B1 is relatively smaller than the height of the middle uncoated area B2. Additionally, in the middle uncoated region B2, the bending length H of the innermost uncoated region is equal to or smaller than the radial length R of the core side uncoated region B1.
  • the bent portion does not block the cavity 112 of the core of the electrode assembly 110. If the cavity 112 is not blocked, there is no difficulty in the electrolyte injection process, and the electrolyte injection efficiency is improved. Additionally, a welding jig can be inserted through the cavity 112 to easily perform a welding process between the current collector plate on the negative electrode (or positive electrode) side and the battery can (or rivet terminal).
  • the structure in which the height of the middle uncoated area B2 gradually or stepwise increases from the core side toward the outer peripheral side may be extended to the outer uncoated area B3.
  • the height of the uncoated area 43a may gradually or stepwise increase from the boundary between the core uncoated area B1 and the middle uncoated area B2 to the outermost surface of the electrode assembly 110.
  • the lower uncoated area 43b has the same structure as the upper uncoated area 43a.
  • the lower uncoated region 43b may have a conventional electrode plate structure or an electrode plate structure of other embodiments (modification examples).
  • the end portions 111 of the upper uncoated region 43a and the lower uncoated region 43b may be bent from the outer peripheral side of the electrode assembly 110 to the core side. At this time, the core-side uncoated portion B1 is not substantially bent.
  • the middle uncoated region (B2) and the outer uncoated region (B3) include a plurality of segmented pieces
  • the bending stress is alleviated and the uncoated regions (43a, 43b) near the bending point can be prevented from being torn or abnormally deformed.
  • the width and/or height and/or spacing pitch of the segment pieces are adjusted according to the numerical range of the above-described embodiment, the segment pieces are bent toward the core and overlap in multiple layers to sufficiently secure welding strength, forming a curved surface. Do not form empty holes (gaps) on the surface (viewed from the Y axis).
  • Figure 17 is a diagram schematically showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack 800 includes an assembly of cylindrical battery cells 10 electrically connected and a pack housing 810 accommodating the same.
  • the cylindrical battery cell 10 is a battery cell according to the above-described embodiment.
  • parts such as a bus bar, cooling unit, and external terminals for electrical connection of the cylindrical battery cells 10 are omitted.
  • the battery pack 800 may be mounted in the vehicle 900.
  • the vehicle 900 may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle.
  • Vehicle 900 includes a four-wheeled vehicle or a two-wheeled vehicle.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining a vehicle including the battery pack of FIG. 17.
  • a vehicle 900 includes a battery pack 800 according to an embodiment of the present invention.
  • the automobile 900 operates by receiving power from the battery pack 800 according to an embodiment of the present invention.
  • 19 to 25 are diagrams showing the process of manufacturing a cylindrical battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 100 is prepared.
  • the electrode assembly 100 is a jelly roll type structure in which a first electrode plate 140 and a second electrode plate 160 having a sheet shape and a separator 150 interposed between them are wound in one direction.
  • the first electrode plate 140 includes a first uncoated portion 110 on a long side end that is not coated with an active material layer, and the first uncoated portion 110 and the second uncoated portion 120 are of the electrode assembly 100. While forming a plurality of winding turns around the center, it is exposed to the outside of the separator and is itself used as an electrode tab.
  • the current collector plate 300 is coupled to the first uncoated portion 110 of the electrode assembly 100.
  • a battery can 200 has an open portion 220 in which the electrode assembly 100 is accommodated and a partial closed portion 210 on the opposite side, and is electrically connected to the second electrode plate 160. ) is prepared.
  • the cell terminal 400 is coupled to the battery can 200 through a riveting process through the through hole 211 of the closing portion 210 of the battery can 200.
  • the insulator 600 is coupled to the inner surface of the closing portion 210 of the battery can 200 in a state in which the battery can 200 is positioned so that the cell terminal 400 is located at the bottom.
  • at least one protrusion 610 is formed on the outer peripheral surface of the insulator 600, and the insulator 600 can be coupled to the battery can 200 through interference fit.
  • a plurality of protrusions 610 are provided, and the plurality of protrusions 610 may be formed on the outer peripheral surface of the insulator 600 at preset intervals and may be pressed together through interference fit.
  • a heat-sealing layer is formed on the surface of the insulator 600 opposite to the inner surface of the closing portion 210 of the battery can 200, and the insulator 600 is fixed to the battery can 200 by heat-sealing. It can be.
  • an adhesive layer is formed on the upper surface of the insulator 600 in contact with the battery can 200, and the insulator 600 can be fixed to the battery can 200 by adhesive.
  • the insulator 600 may be fixed to the battery can 200 with double-sided tape.
  • the electrolyte solution can be injected with the battery can 200 standing upright with the cell terminal 400 facing in the direction of gravity.
  • At least one through hole 620 is provided on the upper surface of the insulator 600 connected to the outer peripheral surface of the insulator 600, and the electrolyte can move into the electrode assembly 100 through the through hole 620.
  • a plurality of through holes 620 are formed, and the plurality of through holes 620 may be spaced apart at preset intervals.
  • a plurality of through holes 620 may be arranged on a straight line from the center of the insulator 600 to the outer peripheral surface of the insulator 600.
  • a plurality of through holes 620 may be arranged for each straight line.
  • the electrode assembly 100 is inserted into the battery can 200, and the insulator 600 is interposed between the battery can 200 and the current collector plate 300.
  • the lower current collector plate 700 is joined to the second uncoated portion 120 of the second electrode plate 160 through welding.
  • welding of the lower current collector plate 700 may be performed before the electrode assembly 100 is inserted into the battery can 200.
  • the detailed description of the second electrode plate 160 and the lower current collector plate 700 is replaced with the above description.
  • a beading portion 240 is formed on the battery can 200.
  • the edge of the lower current collector 700 is welded while seated on a flat surface adjacent to the crimping portion 250 of the beading portion 240.
  • the detailed description of the beading unit 240 will be replaced with the above-described description.
  • a crimping portion 250 is formed in the battery can 200.
  • the edge of the cap plate 230 is supported on the beading portion 240 via the sealing gasket 260, and the top of the battery can 200 is bent inward to form the crimping portion ( 250 fixes the cap plate 230 by compressing the sealing gasket 260.
  • the detailed description of the crimping portion 250 will be replaced with the above-described description.
  • the insulator is fixed to the battery can and does not move, so that when the jelly roll-type electrode assembly is later inserted into the battery can, the insulator can be coupled to the jelly roll-type electrode assembly at the correct position. This improves insulation and prevents defects from occurring.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 개시한다. 원통형 배터리 셀은, 제1 전극판 및 제2 전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취된 구조를 가진 전극 조립체; 전극 조립체가 수납되는 개방부와 이와는 반대측에 부분적인 폐쇄부를 가지며 제2 전극판과 전기적으로 연결되는 전지 캔; 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 집전판; 전지 캔의 폐쇄부의 관통 홀을 통해 집전판과 연결되는 셀 단자; 및 상기 셀 단자의 하부를 노출시키도록 구성되는 중심 홀을 구비하며, 상기 전지 캔과 집전판 사이에 개재되는 인슐레이터를 포함한다.

Description

원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은, 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 07월 15일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2022-0087508호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다.
따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수 및 전기적 연결 형태는, 요구되는 출력 전압과 충방전 용량 중 적어도 하나에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리 셀이 알려져 있다. 원통형 배터리 셀의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전해질과 함께 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다.
여기서, 전지 캔이 음극 또는 양극(통상적으로 음극)에 연결되어 극성을 가지는 경우 전지 캔과 젤리롤 형태의 전극 조립체 사이에도 절연이 필요하다.
한편, 최근 원통형 배터리 셀이 전기 자동차에 적용됨에 따라 원통형 배터리 셀의 폼 팩터가 증가하고 있다. 즉, 원통형 배터리 셀의 직경과 높이가 종래의 18650, 21700 등의 폼 팩터를 가진 원통형 배터리 셀에 비해 증가하고 있다. 폼 팩터의 증가는 에너지 밀도의 증가, 열 폭주에 대한 안전성 증대, 그리고 냉각 효율의 향상을 가져온다. 그리고, 폼 팩터가 증가된 원통형 배터리 셀의 경우 전지 캔과 젤리롤 형태의 전극 조립체 사이에서의 절연이 더 중요해지고 있다.
절연을 위해 원통형 배터리 셀에 삽입되는 인슐레이터는 통상 쉬트 형태로 제작된다. 그러나, 쉬트 형태의 인슐레이터가 젤리롤 형태의 전극 조립체에 올려진 상태로 전지 캔에 삽입되면 인슐레이터가 움직일 수 있다. 이에 따라 인슐레이터가 정확한 위치로부터 이탈되므로 절연성이 떨어지고 불량이 발생될 수 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 배경 하에 창안된 것으로서 인슐레이터가 전지 캔에 고정되어 움직이지 않으므로, 이후 젤리롤 타입의 전극 조립체가 전지 캔에 삽입될 때 인슐레이터가 정확한 위치에서 젤리롤 타입의 전극 조립체에 결합될 수 있으며, 이에 의해 절연성이 향상되고 불량 발생이 방지될 수 있는 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차를 제공하는데 그 목적이 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 젤리롤 타입의 전극 조립체가 전지 캔의 내부로 자유낙하 방식으로 삽입될 때, 인슐레이터가 돌기부의 자연스러운 변형에 따라 적절한 속도로 하강하도록 하고 이로써 전극 조립체가 손상되는 것을 방지하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 개선된 구조를 가진 원통형 배터리 셀을 이용하여 제작된 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차를 제공하는데 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.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 셀은, 제1 전극판 및 제2 전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취된 구조를 가진 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되도록 일 측에 구비되는 개방부와 이와는 반대측에 구비되는 부분적인 폐쇄부를 가지며 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되는 전지 캔; 상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 집전판; 상기 전지 캔의 폐쇄부의 관통 홀을 통해 상기 집전판과 연결되는 셀 단자; 및 상기 셀 단자의 하부를 노출시키도록 구성되는 중심 홀을 구비하며, 상기 전지 캔과 상기 집전판 사이에 개재되는 인슐레이터를 포함한다.
바람직하게, 상기 인슐레이터는 상기 젤리롤 타입의 전극 조립체의 단면 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
일 측면에서, 상기 인슐레이터는, 상기 전극 조립체가 상기 전지 캔에 수납되는 경우 상기 인슐레이터가 상기 전지 캔의 내측면을 가압하도록 상기 인슐레이터의 외주면에 구비되는 돌기부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 돌기부는 복수개 구비되며, 상기 복수의 돌기부는 상기 인슐레이터의 외주면에 미리 설정된 간격으로 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 돌기부는 상기 인슐레이터의 외주면 상에서 원주 방향을 따라 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
또 다른 측면에서, 상기 전극 조립체가 전지 캔에 수납되는 경우 상기 인슐레이터는 상기 전지 캔에 접착에 의해 고정되도록 상기 전지 캔과 접촉하는 상기 인슐레이터의 상면에 접착층이 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 인슐레이터는, 외주면과 상기 중심 홀 사이의 영역에 형성되는 관통공을 구비할 수 있다.
일 측면에서, 상기 인슐레이터의 중심으로부터 상기 돌기부 단부까지의 거리는 상기 전극 조립체의 반경보다 클 수 있다.
상기 인슐레이터의 중심으로부터 상기 인슐레이터의 외주면 중 상기 돌기부가 형성되지 않은 영역에 이르는 거리는 상기 전극 조립체의 반경과 동일하거나 더 클 수 있다.
다른 측면에서, 상기 인슐레이터의 중심으로부터 상기 돌기부 단부까지의 거리는 상기 전지 캔의 내경보다 클 수 있다.
상기 돌기부는, 상기 전지 캔의 내측면에 의해 상기 인슐레이터의 내측을 향해 탄성 가압되도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 인슐레이터는, 상기 전지 캔의 폐쇄부의 내부면과 상기 집전판 사이의 거리와 대응되는 두께를 가질 수 있다.
상기 인슐레이터는, 상기 돌기부와 대응되는 위치에서 상기 인슐레이터의 중심을 향하는 방향으로 이격되어 위치하는 돌기 수용부를 구비할 수 있다.
상기 돌기 수용부의 외측부는, 상기 돌기부를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다.
상기 돌기 수용부는, 상기 돌기부의 상기 인슐레이터의 원주 방향 일 측 단부로부터 타 측 단부에 이르는 거리와 대응되는 길이를 가질 수 있다.
상기 돌기 수용부의 외측부의 곡률 반경은 상기 돌기부의 곡률 반경보다 더 작을 수 있다.
바람직하게, 상기 전지 캔에는 서로 대향되도록 위치하는 폐쇄부와 개방부가 각각 형성될 수 있으며, 상기 배터리 셀은 상기 전지 캔의 상기 개방부를 밀폐하도록 구성되는 캡 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 플레이트는, 상기 전지 캔과 절연되며 극성을 갖지 않을 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 전술한 배터리 셀을 적어도 하나 포함하는 배터리 팩과, 상기 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 인슐레이터가 전지 캔에 고정되어 움직이지 않으므로, 이후 젤리롤 타입의 전극 조립체가 전지 캔에 삽입될 때 인슐레이터가 정확한 위치에서 젤리롤 타입의 전극 조립체에 결합될 수 있으며, 이에 의해 절연성이 향상되고 불량 발생이 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 젤리롤 타입의 전극 조립체가 전지 캔의 내부로 자유낙하 방식으로 삽입될 때, 인슐레이터가 돌기부의 자연스러운 변형에 따라 적절한 속도로 하강하게 되고 이로써 전극 조립체가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 본 발명은, 전지 캔의 개구부로부터 폐쇄부를 향하는 방향으로 전극 조립체를 자유낙하 방식으로 삽입하도록 구성되는 제조 설비를 적용할 수 있게 될 뿐만 아니라, 이러한 자유낙하 방식의 삽입이 가능한 설비를 적용함에 있어서 전극 조립체 파손 등의 리스크를 감소시킬 수 있다. 이처럼, 제조 설비의 구성에 있어서 제약이 적어지는 경우, 보다 심플하고 다양한 방식의 설비 구성이 가능한 효과를 가져올 수 있으며, 설비의 사이즈 축소화, 설비 구성의 단순화, 비용 절감 등의 효과를 기대할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 개선된 구조를 가진 원통형 배터리 셀을 이용하여 제작된 용량이 향상된 배터리 팩과 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 원통형 배터리 셀의 중심부의 단면을 도시한 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀에서 인슐레이터의 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 인슐레이터의 변형 실시예이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀에서 전지 캔을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀에서 셀 단자의 확대도이다.
도 10은 도 3의 원통형 배터리 셀에 대한 다른 실시예의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 12는 도 11에 따른 분절편의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 14은 도 13에 따른 분절편의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 18은 도 17의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 내지 도 25는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리 셀 제조 방법 과정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 원통형 배터리 셀의 중심부의 단면을 도시한 단면 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀에서 인슐레이터의 사시도이며, 도 5 내지 도 7은 도 4의 인슐레이터의 변형 실시예이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀에서 전지 캔을 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀에서 셀 단자의 확대도이고, 도 10은 도 3의 원통형 배터리 셀에 대한 다른 실시예의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(10)에 대해 설명한다.
바람직하게, 원통형 배터리 셀(10)은, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리 셀의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 배터리 셀(10)일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리 셀(10)의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(10)은, 예를 들어 4분절편(61)10 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다. 셀의 높이가 100m를 초과할 때, 높이를 나타내기 위해 3자리의 숫자가 필요하므로 마지막 숫자는 생략 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀(10)일 수 있다.
다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 배터리 셀(10)일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀(10)일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 배터리 셀(10)일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 배터리 셀(10)일 수 있다.
종래에는, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리 셀들이 이용되었다. 즉, 종래에는, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등이 이용되었다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 0.300이다.
도 2 및 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(10)은, 전극 조립체(100)와, 원통형의 전지 캔(200)과, 집전판(300)과, 셀 단자(400)와, 인슐레이터(600)를 포함한다. 여기서, 도면 부호 500은 후술하는 바와 같이 전극 조립체(100)의 측면을 절연하기 위한 절연 테이프(500)로서, 절연 테이프(500)는 집전판(300)과 전지 캔(200) 사이의 접촉을 방지할 수 있다. 절연 테이프(500)는 적어도 전극 조립체(100)의 상단 외주면을 덮을 수 있다.
전극 조립체(100)는 제1 전극판과 제2 전극판이 분리막이 개재된 상태로 일 방향으로 권취되도록 마련된다. 즉, 전극 조립체(100)는 제1 전극판 및 제2 전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취된 구조를 가진 젤리롤 타입이다. 상기 제1 전극판 및 제2 전극판은 예를 들어 쉬트 형상을 가질 수 있다. 제1 전극판은 양의 극성 또는 음의 극성을 가질 수 있고, 제2 전극판은 제1 전극판의 극성과 반대되는 극성을 가진다. 즉, 제1 전극판은 양극판 또는 음극판일 수 있고, 제2 전극판은 제1 전극판의 극성과 반대되도록 음극판 또는 양극판일 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 전극판이 양극판이고, 제2 전극판이 음극판인 경우를 중심으로 설명한다. 한편, 전극 조립체(100)에 관한 상세한 설명은 전술한 설명으로 대체한다.
전극 조립체(100)는 다양한 젤리롤 타입으로 구성되어 변경 가능하다. 예를 들어, 전극 조립체(100)에 무지부가 형성되어 무지부 그 자체로 전극 탭으로 사용될 수도 있고, 또는 무지부에 다양한 형상의 전극 탭이 다양한 방식으로 연결될 수도 있다. 이하에선, 설명의 편의를 위해 무지부가 전극 탭 자체로 사용되는 실시예를 중심으로 설명하지만 전극 조립체(100)는 더 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 전극판은 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 제1 무지부(110)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 전극판 역시 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 제2 무지부(120)를 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극판 및 제2 전극판 중 적어도 하나는 장변 단부에 권취 방향을 따라 활물질이 코팅되지 않은 무지부를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극판에 구비되는 무지부와 제2 전극판에 구비되는 무지부는 서로 반대 방향에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극판에 구비되는 무지부는 전극 조립체(100)의 상방으로 연장된 형태를 갖고, 제2 전극판에 구비되는 무지부는 전극 조립체(100)의 하방으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
여기서, 제1 무지부(110) 및 제2 무지부(120)는 전극 조립체(100)의 중심을 기준으로 복수의 권회 턴을 형성하면서 분리막의 외부로 노출되어 그 자체로서 전극 탭으로서 사용될 수 있다.
상기 전지 캔(200)은, 전극 조립체(100)가 수납되도록 일 측에 구비되는 개방부와 이와는 반대측에 구비되는 부분적인 폐쇄부를 가질 수 있다. 상기 전지 캔(200)은 제2 전극판과 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 조립체(100)에는 전술한 인슐레이터(600)가 결합될 수 있다. 상기 인슐레이터(600)는, 셀 단자(400)의 하부를 노출시키도록 구성되는 중심 홀을 구비할 수 있다. 상기 중심 홀은, 전극 조립체(100)의 권취 중심부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 인슐레이터(600)는, 전지 캔(200)과 집전판(300) 사이에 개재될 수 있다. 바람직하게, 인슐레이터(600)는 절연을 위해 제1 무지부(110)의 상측 단부를 커버하도록 구성된다. 인슐레이터(600)는 제1 무지부(110)와 전지 캔(200) 사이의 접촉을 방지한다. 도 3의 경우 제1 무지부(110)의 상측에 집전판(300)이 결합되어 있으며, 인슐레이터(600)는 집전판(300)의 상측에 결합된다. 즉, 인슐레이터(600)는 전지 캔(200) 내부에 수용되고, 전극 조립체(100)의 적어도 일부를 커버하며, 제1 무지부(110)와 전지 캔(200) 사이의 전기적 연결을 차단하도록 구성된다. 여기서, 제1 무지부(110) 상측에 집전판(300)이 구비되는 경우 인슐레이터(600)는 집전판(300)의 상측에서 집전판(300)에 결합되어 전지 캔(200)과 집전판(300)의 전기적 연결을 차단한다. 따라서, 인슐레이터(600)는 절연 성능을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 인슐레이터(600)는 절연 폴리머 재질을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 인슐레이터(600)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT) 또는 폴리프로필렌(polypropylene, PP)으로 제작될 수 있다.
인슐레이터(600)는 제1 무지부(110)의 상측 단부를 커버하도록 전지 캔(200)과 집전판(300) 사이에 개재된다. 인슐레이터(600)는 절연 테이프(500)와 함께 제1 무지부(110)와 전지 캔(200) 사이의 접촉과, 집전판(300)과 전지 캔(200) 사이의 접촉을 방지할 수 있다. 즉, 인슐레이터(600)는 제1 무지부(110)의 상측과 전지 캔(200) 사이 또는 집전판(300)과 전지 캔(200) 사이의 접촉을 방지하고, 절연 테이프(500)는 전극 조립체(100)의 측면과 전지 캔(200) 사이의 접촉을 방지할 수 있다. 특히, 절연 테이프(500)는 제1 무지부(110)의 측면과 전지 캔(200) 사이의 접촉을 방지할 수 있다.
인슐레이터(600)는 젤리롤 타입의 전극 조립체(100)의 단면 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 젤리롤 타입의 전극 조립체(100)의 단면이 원형이면 인슐레이터(600)의 형상도 원형일 수 있다.
인슐레이터(600)는 다양한 방식으로 전지 캔(200)에 결합될 수 있다. 하나의 실시예로 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)에 수납되기 전, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 억지끼움으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 인슐레이터(600)의 외주면에 적어도 하나의 돌기부(610)가 형성될 수 있다. 상기 돌기부(610)는 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)의 내측 면에 수납될 때 전지 캔(200)의 내측 면을 가압하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 돌기부(610)는 복수개 구비되며 복수의 돌기부(610)는 인슐레이터(600)의 외주면에 미리 설정된 간격으로 형성될 수 있다. 도 4에서는 4개의 돌기부(610)가 형성되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 돌기부(610)는, 예를 들어 8개, 16개 등 다양한 개수로 구비될 수 있다. 4개의 돌기부(610)가 형성되는 경우 4개의 돌기부(610)는 인슐레이터(600)의 외주면 상에서 원주 방향을 따라 대략 동일한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 외주면에 돌기부(610)가 형성된 인슐레이터(600)를 전지 캔(200)에 결합시키면 돌기부(610)가 압착되어 변형되면서 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)의 내면에 억지끼움 방식으로 결합될 수 있다.
바람직하게, 인슐레이터(600)의 중심으로부터 돌기부(610) 단부까지의 거리는 전극 조립체(100)의 반경보다 클 수 있다. 상기 인슐레이터(600)의 중심으로부터 인슐레이터(600)의 외주면 중 돌기부(610)가 형성되지 않은 영역에 이르는 거리는 전극 조립체(100)의 반경과 동일하거나 더 클 수 있다. 이로써 상기 인슐레이터(600)는 전극 조립체(100)의 일 면을 전체적으로 커버하여 전지 캔(200)과 전극 조립체(100) 간의 불필요한 접촉을 방지할 수 있다. 한편, 인슐레이터(600)의 중심으로부터 돌기부(610) 단부까지의 거리는 전지 캔(200)의 내경보다 클 수 있다. 이에 의해, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 삽입되는 경우 돌기부(610)가 압착되면서 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 억지끼움 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 돌기부(610)는, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200) 내에 삽입되었을 때, 전지 캔(200)의 내측면에 의해 인슐레이터(600)의 내측을 향해 탄성 가압되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 인슐레이터(600)는, 전지 캔(200) 내에 삽입될 때 돌기부(610)가 인슐레이터(600)의 내측 방향으로 자연스럽게 압축될 수 있도록 하기 위한 돌기 수용부(630)를 구비할 수 있다. 상기 돌기 수용부(630)는 복수개가 구비될 수 있다. 상기 돌기 수용부(630)는, 돌기부(610)와 동일한 개수로 구비될 수 있으며, 이 경우 복수의 돌기 수용부(630)는 각각의 돌기부(610)와 인접한 위치에 구비될 수 있다. 상기 돌기 수용부(630)는 슬릿에 의해 인슐레이터(600)에 부분적으로 형성되는 빈 공간일 수 있다.
상기 돌기 수용부(630)를 구비함으로써 인슐레이터(600)는 전지 캔(200) 내에 삽입될 때 과도한 힘을 가하지 않더라도 전지 캔(200)의 개방부로부터 폐쇄부쪽을 향해 자연스럽게 이동이 가능하다. 따라서, 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)의 내부로 예를 들어 자유낙하 방식으로 삽입될 때, 인슐레이터(600)가 돌기부의 자연스러운 변형에 따라 적절한 속도로 하강하게 되고 이로써 전극 조립체(100)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 본 발명은, 전지 캔의 개구부로부터 폐쇄부를 향하는 방향으로 전극 조립체(100)를 자유낙하 방식으로 삽입하도록 구성되는 제조 설비를 적용할 수 있게 될 뿐만 아니라, 이러한 자유낙하 방식의 삽입이 가능한 설비를 적용함에 있어서 전극 조립체(100) 파손 등의 리스크를 감소시킬 수 있다. 이처럼, 제조 설비의 구성에 있어서 제약이 적어지는 경우, 보다 심플하고 다양한 방식의 설비 구성이 가능한 효과를 가져올 수 있으며, 설비의 사이즈 축소화, 설비 구성의 단순화, 비용 절감 등의 효과를 기대할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 돌기 수용부(630)가 적용되는 경우, 상기 돌기부(610)가 전지 캔(200)의 내측면에 의해 압축될 때, 돌기 수용부(630)가 인슐레이터(600)의 내측을 향해 형태 변형을 일으키는 돌기부(610)를 수용함으로써 인슐레이터(600)의 중심 홀 방향으로 힘이 전달되는 현상을 최소화 할 수 있다. 이처럼 돌기부(610)이 압축에 따른 힘이 돌기 수용부(630)에 의해 완충되는 경우 인슐레이터(600)의 중심 홀의 형태 변형 및/또는 중심 홀의 사이즈 변화가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 돌기 수용부(630)는, 돌기부(610)와 대응되는 위치에서 인슐레이터(600)이 중심을 향하는 방향으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 돌기 수용부(630)의 외측부는, 돌기부(610)를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있다. 상기 돌기 수용부(630)는, 돌기부(610)의 상기 인슐레이터(600)의 원주 방향 일 측 단부로부터 타 측 단부에 이르는 거리와 대응되는 길이를 가질 수 있다. 즉, 상기 돌기 수용부(630)는, 돌기부(610)가 형성된 영역 전체에 걸쳐 돌기부(610)의 압축을 완충할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 돌기 수용부(630)의 외측부의 곡률 반경은 돌기부(610)의 곡률 반경보다 더 작을 수 있다. 이 경우, 돌기부(610)의 단부, 즉 돌기부(610)의 원주 방향 중심부에서 돌기부(610)의 압축이 용이하게 이루어질 수 있으며, 이로써 인슐레이터(600)를 전지 캔(200) 내에 삽입하는 공정이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 상기 인슐레이터(600)가 관통공(620)과 돌기 수용 슬릿(610)을 모두 구비하는 경우에 있어서, 돌기부(610)로부터 돌기 수용 슬릿(610)에 이르는 거리는 돌기부(610)로부터 관통공(620)에 이르는 거리보다 더 가깝게 형성될 수 있다.
다른 실시예로, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 열융착에 의해 고정되도록 인슐레이터(600)에 열융착층이 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)에 수납되기 전, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 삽입된 후 열풍 분사 또는 히팅에 의한 열융착으로 고정될 수 있다.
또 다른 실시예로, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 접착에 의해 고정되도록 전지 캔(200)과 접촉하는 인슐레이터(600)의 상면에 접착층이 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)에 수납되기 전, 인슐레이터(600)의 상면에 형성된 접착층에 의해 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 결합될 수 있다.
또 다른 실시예로, 인슐레이터(600)가 양면 테이프에 의해 전지 캔(200)에 고정될 수 있다.
이와 같이, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 고정된 상태에서 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)에 삽입되면 젤리롤 타입의 전극 조립체(100)의 정확한 위치에 인슐레이터(600)가 결합될 수 있으므로, 따라서, 원통형 배터리 셀의 절연성이 향상되고 불량 발생이 방지될 수 있다.
인슐레이터(600)는 0.8 mm 이상 1.6 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 인슐레이터(600)가 너무 얇으면 절연성이 떨어질 수 있고, 인슐레이터(600)가 너무 두꺼우면 전지 캔(200) 내부의 공간을 많이 차지하여 배터리 셀의 용량이 감소하고 또한 비용이 증대된다. 따라서, 적절한 절연성이 유지되면서 배터리 셀의 용량이 감소되지 않도록 인슐레이터(600)는 0.8 mm 이상 1.6 mm 이하, 바람직하게는 1.0mm 내지 1.4 mm의 두께를 가질 수 있다. 다만, 인슐레이터(600)의 두께가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 인슐레이터(600)는, 외주면과 중심 홀 사이의 영역에 형성되는 적어도 하나의 관통공(620)을 구비할 수 있다. 상기 관통공(620)은 전해액의 이동 통로로서 기능할 수 있다. 또한, 상기 관통공(620)은 인슐레이터(600)를 전지 캔(200)에 삽입하여 개방부 측으로부터 폐쇄부 측으로 이동시키는 과정에서 인슐레이터(600)와 전지 캔(200) 폐쇄부 사이의 공간이 밀폐되어 공기가 압축되는 현상을 방지할 수 있으며, 이로써 인슐레이터(600)의 원활한 삽입이 용이해질 수 있다. 여기서, 전해액이 전지 캔(200)에 주입될 때는 인슐레이터(600)가 바닥부에 놓이도록 배치될 수 있다. 즉, 도 3의 원통형 배터리 셀(10)의 상하가 반전되도록, 즉 셀 단자(400)가 하측에 위치하도록 배치된 상태에서 전해액이 전지 캔(200)에 주입될 수 있다.
그리고, 도 7의 화살표를 참조하면, 전해액이 인슐레이터(600)의 중심부를 통해 화살표 a1 방향(전해액이 주입되는 방향)에서와 같이 하측으로 이동 후 인슐레이터(600)의 바닥을 통해 화살표 a2 방향으로 이동하며, 관통공(620)을 통해 화살표 a3 방향에서와 같이 상측으로 이동하여 전극 조립체(100)에 전해액이 제공된다. 이때, 인슐레이터(600)에 관통공(620)이 형성되어 있으면, 전해액을 원활하고 용이하게 전극 조립체(100)에 제공할 수 있다.
관통공(620)은 복수개가 형성되며, 복수개의 관통공(620)은 미리 설정된 간격으로 이격될 수 있다. 도 4를 참조하면, 인슐레이터(600)의 중심부로부터 인슐레이터(600)의 외주면을 향하는 어느 하나의 직선상에 복수개의 관통공(620)이 배치될 수 있다. 도 4 및 도 7에서는 인슐레이터(600)의 중심부로부터 인슐레이터(600)의 외주면을 향하여 방사상으로 배치되는 복수의 직선에 대해, 각각의 직선마다 3개의 관통공(620)이 배치되지만 관통공(620)의 개수, 형상 및/또는 배열이 이에 한정되는 것은 아니다.
하나의 변형 실시예로 도 5를 참조하면, 인슐레이터(600)의 반경 방향으로 배치된 관통공(620)의 직경이 동일하거나 가변될 수 있다. 일 예에서, 관통공(620)은 중심에서 가장자리로 가면서 그것의 직경이 동일하거나, 증가 또는 감소할 수 있다. 전해액은 인슐레이터(600)의 중심으로부터 가장자리로 이동하므로 인슐레이터(600)의 중심에 가까울수록 화살표 a3 방향으로 전해액의 이동량이 많을 수 있다. 따라서, 인슐레이터(600)의 가장자리로 갈수록 관통공(620)의 크기를 크게하여 전체적으로 전해액의 이동량을 유사하게 조절할 수 있다. 다만, 필요에 따라, 인슐레이터(600)의 가장자리로 갈수록 관통공(620)의 크기를 작게할 수도 있다.
또 다른 변형 실시예로 도 6을 참조하면, 복수개의 관통공(620)이 인슐레이터(600)의 반경 방향으로 배치되는 간격은 동일하거나 가변될 수 있다. 일 예에서, 관통공(620)은 중심에서 가장자리로 가면서 그것의 배치 간격이 증가 또는 감소할 수 있다.
여기서, 관통공의 직경은 1.0 mm 내지 3.0 mm일 수 있으며, 바람직하게는, 1.2mm 내지 1.7mm일 수 있다.
인슐레이터(600)의 가장자리는 전지 캔(200) 폐쇄부(210)의 코너의 단면 형상과 상보적인 단면 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 전지 캔(200) 폐쇄부(210)의 코너의 단면에 라운드가 형성되는 경우 전지 캔(200) 폐쇄부(210)의 코너의 라운드진 단면에 대응되도록 인슐레이터(600)의 가장자리에도 라운드가 형성될 수 있다.
바람직하게, 인슐레이터(600)는 전지 캔(200)의 폐쇄부(210)의 내부면과 집전판(300) 사이의 거리와 대응되는 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 인슐레이터(600)의 상부는 전지 캔(200) 폐쇄부(210)의 내부면을 접촉하고, 인슐레이터(600)의 하부는 집전판(300)의 상부면을 접촉할 수 있다. 바람직하게, 인슐레이터(600)는 0.8 mm 이상 1.6 mm 이하의 두께를 가질 수 있다.
인슐레이터(600)는, 예를 들어 탄성을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 따라서, 원통형 배터리 셀(10)에 진동 또는 외부 충격이 가해지는 경우, 인슐레이터(600)는 탄성에 의해 압축되었다가 다시 원상태로 복귀하는 과정에서 충격을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀에 진동 또는 외부 충격이 가해지더라도 배터리 셀의 내부 구성요소들의 손상이 최소화될 수 있다.
인슐레이터(600)는 중심부에 미리 설정된 직경을 갖는 중심 홀을 구비하고, 중심 홀은 셀 단자(400)의 하부를 노출시킬 수 있다. 예를 들어 인슐레이터(600)는, 권취 중심에 인접하도록 대략 원형의 중심 홀을 구비할 수 있다. 중심 홀의 존재로 인해 셀 단자(400)가 집전판(300) 또는 제1 무지부(110)와 접촉할 수 있는 상태가 될 수 있다. 바람직하게, 중심 홀은 셀 단자(400)의 하부를 노출시킬 수 있는 직경을 가진다.
절연 테이프(500)는 적어도 인슐레이터(600)의 가장자리에 대응되는 지점까지 전극 조립체(100)의 외주면에 부착될 수 있다. 절연 테이프(500)는 양면 테이프 또는 단면 테이프일 수 있다. 그리고, 본 발명이 절연 테이프에 한정되는 것은 아니며, 열수축튜브가 전극 조립체(100)의 외주면에 결합될 수 있다.
제1 전극판에는 일면 또는 양면 상에 제1 전극 활물질이 도포되어 있다. 그리고, 제1 전극판의 단부에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부(110)가 존재한다.
제2 전극판에는 일면 또는 양면 상에 제2 전극 활물질이 도포되어 있다. 그리고, 제2 전극판의 단부에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 제2 무지부(120)가 존재한다.
그리고, 제1 전극판의 제1 무지부(110)와, 제2 전극판의 제2 무지부(120)는 전극 조립체로 권취되었을 때 서로 반대 방향을 향하도록 마련된다. 제1 무지부(110)는 전지 캔(200)의 폐쇄부(210)를 향해 연장되며, 제2 무지부(120)는 전지 캔(200)의 개방부(220)를 향해 연장된다.
본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
일 예에서, 양극 활물질은 일반 화학식 A[AxMy]O2+z(A는 Li, Na 및 K 중 적어도 하나 이상의 원소를 포함; M은 Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Al, Ti, Si, Fe, Mo, V, Zr, Zn, Cu, Al, Mo, Sc, Zr, Ru, 및 Cr에서 선택된 적어도 하나 이상의 원소를 포함; x ≥ 0, 1 ≤ x+y ≤2, -0.1 ≤ z ≤ 2; 화학량론 계수 x, y 및 z는 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 zO4­z(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; 화학량론 계수 a, x, y 및 z는 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.
전지 캔(200)은 원통형으로 형성되어 전극 조립체(100)가 수납되며 전극 조립체(100)의 제2 전극판과 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 전지 캔(200)은 제2 전극판과 동일한 극성을 가질 수 있다. 즉, 제2 전극판이 음극인 경우 전지 캔(200)도 음극을 가진다.
만약, 전지 캔(200)의 크기가 규격에 따라 정해진 상태에서 전극 조립체(100)의 크기를 증가시키면 배터리 셀의 전체 용량은 증가하지만, 전지 캔(200)과 전극 조립체(100) 사이의 간격은 감소한다.
즉, 배터리 셀의 전체 용량을 증가시키기 위해 전극 조립체(100)의 크기를 증가시키면 전지 캔(200)과 전극 조립체(100) 사이의 간격이 감소하므로, 배터리 셀의 용량 증가를 위해서는 전지 캔(200)과 전극 조립체(100) 사이의 줄어든 간격사이에 인슐레이터(600)가 개재될 수 있어야 하며, 이를 위해 인슐레이터(600)의 두께는 최대한 얇은 것이 바람직하다.
도 8을 참조하면, 전지 캔(200)에는 서로 대향되도록 위치하는 폐쇄부(210)와 개방부(220)가 각각 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 8을 기준으로, 전지 캔(200)의 하부에는 개방부(220)가 형성될 수 있다. 전지 캔(200)은 하부에 형성된 개방부(220)를 통해 전극 조립체(100)가 수용되며, 또한, 전해질도 전지 캔(200)의 하부에 형성된 개방부(220)를 통해 주입된다. 전해액 주입 시 전지 캔(200)은 개방부(220)가 상부를 향하도록 상하가 반전될 수 있다.
즉, 전지 캔(200)은 하부에 개방부(220)가 형성된 대략 원통형의 수용체로서, 예를 들어 금속과 같은 도전성을 갖는 재질로 이루어진다. 전지 캔(200)의 재질은 도전성이 있는 금속, 예를 들어 알루미늄, 스틸, 스테인레스 스틸 등 일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 전지 캔(200)의 표면에는 선택적으로 Ni 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 도 8을 기준으로, 전지 캔(200)의 상부에는 폐쇄부(210)가 형성될 수 있다. 폐쇄부(210)에는 관통 홀(211)이 형성되며, 도 3에서와 같이 셀 단자(400)가 관통 홀(211)에 결합될 수 있다.
전지 캔(200)은 하부에 비딩부(240)와 클림핑부(250)가 형성될 수 있다. 비딩부(240)는 전지 캔(200)의 개방부(220)에 인접한 영역에서 전지 캔(200)의 외주면 둘레가 내측으로 압입되어 형성된다.
비딩부(240)는 전지 캔(200)의 폭과 대략 대응되는 사이즈를 가지는 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)의 하부에 형성된 개방부(220)를 통해 빠져나오지 않도록 전극 조립체(100)를 지지하며, 캡 플레이트(230)가 안착되는 지지부로서도 기능할 수 있다. 또한, 비딩부(240)는 밀봉 가스켓(260)의 외주 표면을 지지한다.
클림핑부(250)는 전지 캔(200)의 내측으로 연장 및 절곡되어 밀봉 가스켓(260)과 함께 캡 플레이트(230)의 가장자리를 감싸서 고정하도록 마련된다. 여기서, 클림핑부(250)는 전지 캔(200)의 배치 상태를 기준으로 전지 캔(200)의 하부에 형성된다. 예를 들어, 도 3에서와 같이 셀 단자(400)가 상부에 위치하도록 전지 캔(200)이 배치된 경우 클림핑부(250)는 도 3을 기준으로 전지 캔(200)의 하부에 형성된다. 그리고, 도 3에서와 같이 클림핑부(250)는 비딩부(240)의 하부에 형성된다.
다만, 본 발명은, 전지 캔(200)이 비딩부(240)와 클림핑부(250) 중 적어도 하나를 구비하지 않는 경우를 배제하지 않는다. 본 발명에 있어서 전지 캔(200)이 비딩부(240)와 클림핑부(250) 중 적어도 하나를 구비하지 않는 경우, 전극 조립체(100)의 고정 또는, 캡 플레이트(230)의 고정 또는, 전지 캔(200)의 밀봉은, 전극 조립체(100)에 대한 스토퍼로서 기능할 수 있는 부품의 추가 적용과, 캡 플레이트(230)가 안착될 수 있는 구조물의 추가 적용과, 전지 캔(200)과 캡 플레이트(230) 간의 용접 중 적어도 하나를 통해 실현될 수 있다.
도 3을 기준으로 클림핑부(250)는 비딩부(240)의 하부에 형성된다. 클림핑부(250)는 비딩부(240)의 하부에 배치되는 캡 플레이트(230)의 가장자리 둘레를 감싸도록 연장 및 밴딩(bending)된 형태를 갖는다. 이러한 접혀진 클림핑부(250)의 형상에 의해 캡 플레이트(230)는 비딩부(21) 상에 고정된다. 물론, 이러한 클림핑부(250)가 생략되고 다른 고정 구조를 통해 캡 플레이트(230)가 전지 캔(200)의 개방부를 커버하면서 고정되록 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 본 출원인의 공개 특허 KR 10-2019-0030016 A 에서는 비딩부가 생략된 원통형 전지셀을 개시하고 있으며, 이와 같은 구조가 본 발명에 채용될 수도 있다.
집전판(300)은 전극 조립체(100)의 상부에서 제1 전극판과 전기적으로 연결된다. 집전판(300)은 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며 전극 조립체(100)의 제1 무지부(110)와 연결된다.
집전판(300)은 제1 무지부(110)의 단부가 집전판(300)과 나란한 방향으로 절곡되어 형성된 결합면 상부에 결합될 수 있다. 제1 무지부(110)의 절곡 방향은, 예를 들어 전극 조립체(100)의 권취 중심부를 향하는 방향일 수 있다.
제1 무지부(110)가 이처럼 절곡된 형태를 갖는 경우, 제1 무지부(110)가 차지하는 공간이 축소되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 제1 무지부(110)와 집전판(300) 간의 결합 면적의 증가로 인해 결합력 향상 및 저항 감소 효과를 가져올 수 있다.
셀 단자(400)는 전도성을 갖는 금속 재질(예컨대, 알루미늄)로 이루어지며, 전지 캔(200)의 폐쇄부(210)에 형성된 관통 홀(211)에 결합되어 집전판(300)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 셀 단자(400)는 집전판(300)을 통해 전극 조립체(100)의 제1 전극판과 전기적으로 연결되며 이에 의해 양의 극성을 갖는다. 즉, 셀 단자(400)는 제1 전극 단자인 양극 단자로서 기능할 수 있다. 그리고, 전지 캔(200)은 전술한 바와 같이 전극 조립체(100)의 제2 전극판과 전기적으로 연결되며, 이에 의해 음의 극성을 갖는다.
셀 단자(400)는 단자 삽입부(410)를 구비할 수 있다. 단자 삽입부(410)는 전지 캔(200)의 폐쇄부(210)에 형성된 관통 홀(211)을 통해 전지 캔(200) 내로 삽입되어 하단부가 집전판(300)의 중앙부와 전기적으로 연결될 수 있다. 전기적 연결은 용접을 통해 이루어질 수 있다. 용접은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 등일 수 있다.
단자 삽입부(410)는 전지 캔(200) 및 인슐레이터(600)를 동시에 관통하여 집전판(300)과 결합할 수 있다. 단자 삽입부(410)의 하측 가장자리 부분이 콜킹(caulking) 지그에 의해 가압되면서 전지 캔(200) 상단부의 내측면을 향해 셀 단자(400)가 리벳팅되면서 관통 홀에 견고하게 고정될 수 있다.
즉, 단자 삽입부(410)의 하측 주변 단부는 콜킹 지그의 적용에 의해 전지 캔(200)의 내측면을 향해 휘어진 형태를 가질 수 있다. 이를 위해, 단자 삽입부(410)의 단부의 최대 폭은 단자 삽입부(410)의 관통에 의해 형성된 전지 캔(200)의 홀의 최대 폭보다 더 크게 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 셀 단자(400)의 리벳팅 구조는, 일측이 개방된 원통형의 전지 캔(200)과, 전지 캔(200)의 바닥(52)에 형성된 관통 홀(211)을 통해 리벳팅된 셀 단자(400)와, 셀 단자(400)와 관통 홀(211) 사이에 개재된 리벳 가스켓(54)을 포함할 수 있다.
리벳 가스켓(54)은 절연성 및 탄성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 일 예에서, 리벳 가스켓(54)은 폴리프로필렌, 폴리부틸렌테레프탈레이드, 폴리플루오르화에틸렌 등으로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
리벳 가스켓(54)은, 외부 플랜지부(50b)와 전지 캔(200) 바닥(52)의 외부면(52a) 사이에 개재된 외부 가스켓(54a)과, 내부 플랜지부(50c)와 전지 캔(200) 바닥(52)의 내부면(52b) 사이에 개재된 내부 가스켓(54b)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 외부 가스켓(54a)과 내부 가스켓(54b)은 전지 캔(200) 바닥의 외부면(52a)를 기준으로 나뉜다.
한편, 다른 실시 형태로서, 단자 삽입부(410)는 전지 캔(200)의 내측면을 향해 휘어진 형태를 갖지 않을 수도 있다. 예를 들어, 도 10을 참조하면, 단자 삽입부(410)는 전지 캔(200)의 상면의 대략 중심부에 위치한 홀을 관통하는 대략 원통 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서 단자 삽입부(410)는 그 평면 형상이 원형일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 단자 삽입부(410)는, 선택적으로 다각형, 별 형상, 중앙으로부터 연장되는 다리를 구비하는 형상 등을 가질 수 있다.
셀 단자(400)의 단자 삽입부(410)는 인슐레이터(600)의 중심 홀을 관통할 수 있다. 그리고, 인슐레이터(600)의 중심 홀의 직경은 단자 삽입부(410)의 직경보다 크거나 같도록 마련될 수 있다. 그리고, 셀 단자(400)의 단자 삽입부(410)는 인슐레이터(600)의 중심 홀을 관통하여 집전판(300)과 전기적으로 결합될 수 있다.
인슐레이터(600)는 전지 캔(200)과 전극 조립체(100) 사이, 도 3에서는 전극 조립체(100) 상부의 집전판(300)과 전지 캔(200) 사이에 개재된다. 인슐레이터(600)에 대한 구체적인 설명은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)의 인슐레이터(600)에 대한 설명으로 대체한다.
도 3을 참조하면, 캡 플레이트(230)는 전지 캔(200)의 개방부(220)를 밀폐하도록 구성된다. 캡 플레이트(230)는 강성 확보를 위해, 예를 들어 금속 재질로 이루어질 수 있다.
캡 플레이트(230)는 전지 캔(200)의 하단에 형성된 개방부(220)를 밀폐한다. 캡 플레이트(230)는 전극 조립체(100)로부터 분리되어 비극성으로 마련될 수 있다. 즉, 캡 플레이트(230)는 전도성을 금속 재질로 마련된 경우에도 극성을 갖지 않을 수 있다. 캡 플레이트(230)가 극성을 갖지 않는다는 것은 캡 플레이트(230)가 전지 캔(200) 및 셀 단자(400)와 전기적으로 절연되어 있음을 의미한다. 이처럼, 캡 플레이트(230)는 극성을 갖지 않아도 무방하며, 그 재질이 반드시 전도성 금속이어야 하는 것도 아니다.
캡 플레이트(230)는 전지 캔(200)에 형성된 비딩부(240) 상에 안착되어 지지될 수 있다. 또한, 캡 플레이트(230)는 클림핑부(250)에 의해 고정된다. 캡 플레이트(230)와 전지 캔(200)의 클림핑부(250) 사이에는 전지 캔(200)의 기밀성을 확보하기 위해 밀봉 가스켓(260)이 개재될 수 있다. 즉, 밀봉 가스켓(260)은 캡 플레이트(230)의 가장자리와 전지 캔(200)의 개방부(220) 사이에 개재되도록 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 전지 캔(200)은 비딩부(240)와 클림핑부(250) 중 적어도 하나를 구비하지 않을 수도 있으며, 이 경우 밀봉 가스켓(260)은 전지 캔(200)의 기밀성 확보를 위해 전지 캔(200)의 개방부(220) 측에 구비된 고정을 위한 구조물과 캡 플레이트(230) 사이에 개재될 수 있다.
벤트 노치(231)는 전지 캔(200) 내부의 압력이 임계치를 초과했을 때 파열되도록 캡 플레이트(230)에 형성될 수 있다.
예를 들어, 벤트 노치(231)는 캡 플레이트(230)의 양면에 형성될 수 있으며, 캡 플레이트(230)의 표면에서 연속적 원형 패턴, 불연속적인 원형 패턴 및 직선 패턴 중 적어도 하나의 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 벤트 노치(231)는 다양한 다른 패턴으로 형성될 수 있다.
벤트 노치(231)는 전지 캔(200)의 배치 상태를 기준으로 전지 캔(200)의 하부에 형성되며, 벤트 노치(231)가 파열되었을 때 전지 캔(200) 내부의 가스가 전지 캔(200)의 하부를 통해 배출되도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 도 3에서와 같이 셀 단자(400)가 상부에 위치하도록 전지 캔(200)이 배치된 경우 벤트 노치(231)는 도 3을 기준으로 전지 캔(200)의 하부에 형성될 수 있다.
벤트 노치(231)는 캡 플레이트(230) 중 주변 영역과 비교하여 더 얇은 두께를 갖는 영역으로 형성될 수 있다.
벤트 노치(231)는 주변 영역과 비교하여 더 얇으므로, 주변 영역보다 더 쉽게 파단될 수 있으며, 전지 캔(200)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하면 벤트 노치(231)가 파단되어 전지 캔(200)의 내부에 생성된 가스가 배출될 수 있다.
예를 들어, 벤트 노치(231)는 캡 플레이트(230)의 어느 일면 상에, 또는 양면 상에 노칭(notching)을 통해 부분적으로 전지 캔(200)의 두께를 감소시킴으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(10)은 상부에 양극 단자 및 음극 단자가 모두 존재하는 구조를 가질 수 있으며, 이로 인해 상부의 구조가 하부의 구조보다 더 복잡하다.
따라서, 전지 캔(200)의 내부에 발생된 가스의 원활한 배출을 위해 원통형 배터리 셀(10)의 하면을 이루는 캡 플레이트(230)에 벤트 노치(231)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 원통형 배터리 셀(10)에 구비된 전지 캔(200)의 내부에서 발생된 가스가 하부로 배출되면 사용자의 안전에도 유리할 수 있다. 예를 들어, 원통형 배터리 셀(10)이 전기 자동차에서 운전석 바로 아래에 배치된 경우, 가스가 상부로 배출되면 운전자에게 안전사고의 위험이 있을 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 배터리 셀(10)에서와 같이 가스가 전지 캔(200)의 하부로 배출된다면, 원통형 배터리 셀(10)이 전기 자동차에서 운전석 바로 아래에 배치되더라도 상기와 같은 문제가 발생하지 않는다.
도 3을 참조하면, 캡 플레이트(230)의 하단부는 전지 캔(200)의 하단부보다 더 상방에 배치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 전지 캔(200)의 하단부가 지면에 닿거나 또는 모듈이나 팩 구성을 위한 하우징의 바닥면에 닿더라도, 캡 플레이트(230)는 지면 또는 모듈이나 팩 구성을 위한 하우징의 바닥면에 닿지 않게 된다.
따라서, 원통형 배터리 셀(10)의 무게로 인해 벤트 노치(231)의 파단에 요구되는 압력이 설계치와 달라지는 현상을 방지할 수 있으며, 이에 따라 벤트 노치(231)의 파단 원활성이 확보되는 효과가 있다.
도 3을 참조하면, 하부 집전판(700)은 전극 조립체(100)의 하부에 결합된다. 하부 집전판(700)은 알루미늄, 스틸, 구리, 니켈 등의 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며 제2 전극판의 제2 무지부(120)와 전기적으로 연결된다.
바람직하게, 하부 집전판(700)은 전지 캔(200)과 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 하부 집전판(700)은 가장 자리 부분의 적어도 일부가 전지 캔(200)의 내측면과 밀봉 가스켓(260) 사이에 개재되어 고정될 수 있다.
하나의 실시예로 하부 집전판(700)의 가장 자리 부분의 적어도 일부는 전지 캔(200) 하단에 형성된 비딩부(240)의 하단면에 지지된 상태에서 용접에 의해 비딩부(240)에 고정될 수 있다. 변형 실시예에서, 하부 집전판(700)의 가장 자리 부분의 적어도 일부는 전지 캔(200)의 내벽 면에 직접적으로 용접될 수 있다.
바람직하게, 하부 집전판(700)의 비딩부 결합 부분을 제외한 나머지 부분의 적어도 일부는 제2 무지부(120)의 절곡면에 용접, 예컨대 레이저 용접을 통해 결합될 수 있다.
바람직하게, 하부 집전판(700)은 가장자리의 적어도 일부가 비딩부(240)의 상면 및 하면 중 클림핑부(250)에 인접한 면에 전기적으로 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 제1 전극판과 제2 전극판을 포함하며, 제1 전극판은 제1 무지부(110)를 포함하고, 제2 전극판은 제2 무지부(120)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 무지부(110) 및/또는 제2 무지부(120)의 적어도 일부 구간은 복수의 분절편으로 분할될 수 있는데, 이하에서는 분절편의 구조에 대해 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 11을 참조하면, 전극판(60)의 무지부(43)에 있어서 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)의 높이는 0 이상이되, 중간 무지부(B2) 보다 상대적으로 작다. 또한, 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)의 높이는 동일하거나 다를 수 있다.
바람직하게, 중간 무지부(B2)는 적어도 일부 구간이 복수의 분절편(61)을 포함할 수 있다. 복수의 분절편(61)은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 높이가 단계적으로 증가할 수 있다.
분절편(61)은 레이저로 노칭된 것일 수 있다. 분절편(61)은 초음파 커팅이나 타발 등 공지의 금속박 커팅 공정으로 형성할 수 있다.
도 11에서 무지부(43)의 절곡 가공시 활물질층(42) 및/또는 절연 코팅층(44)이 손상되는 것을 방지하기 위해 분절편(61) 사이의 절단 라인 하단(도 12의 C4)과 활물질층(42) 사이에 소정의 갭을 두는 것이 바람직하다. 무지부(43)가 절곡될 때 절단 라인 하단 근처에 응력이 집중되기 때문이다. 갭은 0.2 내지 4mm인 것이 바람직하다. 갭이 해당 수치범위로 조절되면, 무지부(43)의 절곡 가공시 생기는 응력에 의해 절단 라인 하단 근처의 활물질층(42) 및/또는 절연 코팅층(44)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 갭은 분절편(61)의 노칭 또는 커팅시 공차로 인한 활물질층(42) 및/또는 절연 코팅층(44)의 손상을 방지할 수 있다. 바람직하게, 전극판(60)이 권취될 때, 절연 코팅층(44)의 적어도 일부는 분리막의 외부로 노출될 수 있다. 이 경우, 절연 코팅층(44)은 분절편(61)이 절곡될 때 절곡 지점을 지지할 수 있다.
복수의 분절편(61)은 코어측에서 외주측으로 가면서 복수의 분절편 그룹을 이룰 수 있다. 동일한 분절편 그룹에 속한 분절편의 폭, 높이 및 이격 피치 중 적어도 하나 이상은 실질적으로 동일할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 분절편(61)의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 분절편(61)의 폭(C1), 높이(C2) 및 이격 피치(C3)는 무지부(43)의 절곡 가공 시 무지부(43)가 찢어지는 것을 방지하고 용접 강도 향상을 위해 무지부(43)의 중첩 레이어 수를 충분히 증가시키면서 무지부(43)의 비정상적 변형을 방지할 수 있도록 설계한다. 비정상적 변형은 절곡 지점 하부의 무지부가 직선 상태를 유지하지 못하고 주저 않으면서 불규칙하게 변형되는 것을 말한다.
바람직하게, 분절편(61)의 폭(C1)은 1 내지 8mm의 범위에서 조절할 수 있다. C1이 1mm 미만이면, 분절편(61)이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 중첩되지 않는 영역 또는 빈 공간(틈)이 발생한다. 반면, C1이 8mm를 초과하면, 분절편(61)이 절곡될 때 절곡 지점 근처의 무지부(43)가 응력에 의해 찢어질 가능성이 있다.
또한, 분절편(61)의 높이는 2 내지 10mm의 범위에서 조절할 수 있다. C2가 2mm 미만이면, 분절편(61)이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 중첩되지 않는 영역 또는 빈 공간(틈)이 발생한다. 반면, C2가 10mm를 넘으면 권취 방향(X)으로 무지부의 평탄도를 균일하게 유지하면서 전극판을 제조하기 어렵다. 즉, 무지부의 높이가 커져서 너울이 생긴다. 또한, 분절편(61)의 이격 피치(C3)는 0.05 내지 1mm의 범위에서 조절할 수 있다. C3이 0.05mm 미만이면, 분절편(61)이 절곡될 때 응력에 의해 절곡 지점 근처의 무지부(43)가 찢어질 수 있다. 반면, C3이 1mm를 초과하면 분절편(61)이 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61)들이 서로 중첩되지 않는 영역 또는 빈 공간(틈)이 발생할 수 있다.
도 12를 참조하면, 권취 방향(X) 방향으로 인접하는 2개의 분절편(61) 사이에는 절단부(62)가 개재된다. 절단부(62)는 무지부(43)가 제거되면서 생긴 공간에 해당한다. 바람직하게, 절단부(62)의 하단 코너 부분은 라운드 형상(부분 확대 참조)을 가질 수 있다. 라운드 형상은 전극판(60)의 권취 및/또는 분절편(61)의 절곡시 절단부(62) 하단에 인가되는 응력을 완화시킬 수 있다.
다시 도 11을 참조하면, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 중간 무지부(B2)의 분절편(61)을 코어측으로 절곡시켰을 때 전극 조립체 코어의 공동을 가리지 않는 조건을 적용하여 설계한다.
일 예에서, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 그룹1의 분절편(61)의 절곡 길이에 비례하여 증가할 수 있다. 절곡 길이는 절곡 지점(도 12의 63)을 기준으로 한 분절편(61)의 높이에 해당한다. 도 12를 참조하면, C4는 절곡이 가능한 위치의 최저점을 나타낸다. 절곡 지점은 C4로 지시된 위치 또는 C4의 상부에 적절하게 설정될 수 있다. 절곡 길이는 절곡 지점으로부터 분절편(61)의 상단까지의 길이이다. 구체적으로, 절곡 지점은 C4를 기준으로 분절편(61) 높이(C2)의 소정 지점에 설정될 수 있다. 소정 지점은, 분절편(61)의 절곡시 생기는 응력이 활물질층(42)이나 절연 코팅층(44)에 물리적 손상을 일으키는 것을 방지하고, 분절편(61)이 전극 조립체의 반향 방향으로 절곡될 때 반경 방향으로 중첩되는 레이어들의 수를 충분하게 확보함으로써 분절편(61)이 절곡된 영역에 집전 플레이트를 용접했을 때 충분한 용접 강도가 확보될 수 있도록 설정될 수 있다.
구체적인 예에서, 전극판(60)이 폼 팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 전극 조립체 코어의 직경에 따라 180 내지 350mm로 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 각 분절편 그룹의 폭은 전극 조립체의 동일한 권취 턴을 구성할 수 있도록 설계될 수 있다.
여기서, 권취 턴은 전극판(60)이 권취된 상태에 있을 때 코어측 무지부(B1)의 단부를 기준으로 계수할 수 있다.
다른 변형예에서, 각 분절편 그룹의 폭은 전극 조립체의 적어도 하나 이상의 권취 턴을 구성할 수 있도록 설계될 수 있다.
또 다른 변형예에서, 동일한 분절편 그룹에 속한 분절편(61)의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치는 그룹 내에서 점진적으로 및/또는 단계적으로 및/또는 불규칙적으로 증가 또는 감소할 수 있다.
그룹1 내지 그룹8은 분절편 그룹의 일 예시에 불과하다. 그룹들의 수, 각 그룹에 포함되는 분절편(61)의 수, 및 그룹의 폭은 무지부(43)의 절곡 과정에서 응력을 최대한 분산시키고 용접 강도를 충분히 확보할 수 있도록 분절편(61)이 여러 겹으로 중첩되도록 바람직하게 조절될 수 있다.
다른 변형예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이는 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다.
또 다른 변형예에서, 중간 무지부(B2)의 분절구조는 외주측 무지부(B3)까지 확장 가능하다(점선 참조). 이 경우, 외주측 무지부(B3)도 중간 무지부(B2)와 마찬가지로 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 이 경우, 외주측 무지부(B3)의 분절편은 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 중간 무지부(B2)보다 더 클 수 있다. 선택적으로, 외주측 무지부(B3)의 분절 구조는 중간 무지부(B2)의 최외측에 있는 분절편 그룹과 실질적으로 동일할 수 있다.
구체적인 구현예에서, 전극판(60)이 폼팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 180~350mm일 수 있다. 그룹1의 폭은 코어측 무지부(B1)의 폭 대비 35~40%일 수 있다. 그룹2의 폭은 그룹1의 폭 대비 130~150%일 수 있다. 그룹3의 폭은 그룹2의 폭 대비 120~135%일 수 있다. 그룹4의 폭은 그룹 3의 폭 대비 85~90%일 수 있다. 그룹5의 폭은 그룹4의 폭 대비 120~130%일 수 있다. 그룹6의 폭은 그룹5의 폭 대비 100~120%일 수 있다. 그룹7의 폭은 그룹6의 폭 대비 90~120%일 수 있다. 그룹8의 폭은 그룹7의 폭 대비 115~130%일 수 있다. 외주측 무지부(B3)의 폭(dB3)은 코어측 무지부(B1)의 폭과 마찬가지로 180~350mm일 수 있다.
그룹1 내지 8의 폭이 일정한 증가 또는 감소 패턴을 보이지 않는 이유는, 분절편의 폭은 그룹1에서 그룹8로 갈수록 점차 증가하지만 그룹 내에 포함되는 분절편의 수는 정수 개로 제한되기 때문이다. 따라서, 특정 분절편 그룹에서는 분절편의 수가 감소될 수 있다. 따라서, 그룹의 폭은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 상기의 예시처럼 불규칙한 변화 양상을 나타낼 수 있다.
즉, 전극 조립체의 원주 방향에서 연속해서 인접하는 3개의 분절편 그룹 각각에 대한 권취 방향의 폭을 각각 W1, W2 및 W3이라고 했을 때 W2/W1 보다 W3/W2가 작은 분절편 그룹의 조합을 포함할 수 있다.
상기 구체적인 예에서, 그룹4 내지 그룹6이 이에 해당한다. 그룹4에 대한 그룹5의 폭 비율은 120~130%이고, 그룹5에 대한 그룹6의 폭 비율은 100~120%로서 그 값이 120~130%보다 작다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극판의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 14은 도 13에 따른 분절편의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 전극판(70)은 도 11과 비교하여 분절편(61')의 형상이 사각형에서 사다리꼴로 변경된 점을 제외하면 나머지 구성은 실질적으로 동일하다.
도 14은 사다리꼴 분절편(61')의 폭, 높이 및 이격 피치의 정의를 나타낸다.
도 14을 참조하면, 분절편(61')의 폭(D1), 높이(D2) 및 이격 피치(D3)는 무지부(43)의 절곡 가공 시 절곡 지점 근처의 무지부(43)가 찢어지는 것을 방지하고 충분한 용접 강도 확보를 위해 무지부(43)의 중첩 레이어 수를 충분히 증가시키면서 무지부(43)의 비정상적 변형을 방지할 수 있도록 설계한다.
바람직하게, 분절편(61')의 폭(D1)은 1 내지 8mm의 범위에서 조절할 수 있다. D1이 1mm 미만이면, 분절편(61')이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61')이 중첩되지 않는 영역이나 빈 공간(빈틈)이 발생할 수 있다. 반면, D1이 8mm를 초과하면, 분절편(61)이 절곡될 때 절곡 지점 근처의 무지부(43)가 응력에 의해 찢어질 가능성이 있다. 또한, 분절편(61')의 높이는 2 내지 10mm의 범위에서 조절할 수 있다. D2가 2mm 미만이면, 분절편(61')이 코어측으로 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61')이 중첩되지 않는 영역이나 빈 공간(빈틈)이 발생할 수 있다. 반면, D2가 10mm를 넘으면 권취 방향으로 무지부(43)의 평탄도를 균일하게 유지하면서 전극판을 제조하기 어렵다. 또한, 분절편(61')의 이격 피치(D3)는 0.05 내지 1mm의 범위에서 조절할 수 있다. D3이 0.05mm 미만이면, 분절편(61')이 절곡될 때 응력에 의해 절곡 지점(D4) 근처의 무지부(43)가 찢어질 수 있다. 반면, D3이 1mm를 초과하면 분절편(61')이 절곡되었을 때 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 분절편(61')들이 서로 중첩되지 않는 영역이나 빈 공간(빈틈)이 발생할 수 있다.
권취 방향(X) 방향으로 인접하는 2개의 분절편(61') 사이에는 절단부(62)가 개재된다. 절단부(62)는 무지부(43)가 제거되면서 생긴 공간에 해당한다. 바람직하게, 절단부(62) 하단의 코너 부분은 라운드 형상(부분 확대 참조)을 가질 수 있다. 라운드 형상은 분절편(61')이 절곡될 때 응력을 완화시킬 수 있다.
도 13 및 도 14을 참조하면, 복수의 분절편(61')은 코어측으로부터 외주측으로 갈수록 사다리꼴의 하부 내각(θ)이 증가할 수 있다. 전극 조립체(70)의 반경이 증가하면 곡률이 증가한다. 만약, 분절편(61')의 하부 내각(θ)이 전극 조립체의 반경이 증가함에 따라 함께 증가하면 분절편(61')이 절곡될 때 반경 방향 및 원주 방향으로 생기는 응력을 완화시킬 수 있다. 또한, 하부 내각(θ)이 증가하면, 분절편(61')이 절곡되었을 때 안쪽의 분절편(61')과 중첩되는 면적 및 중첩 레이어 수도 함께 증가함으로써 반경 방향 및 원주 방향에서 용접 강도를 균일하게 확보할 수 있고 절곡면를 평탄하게 형성할 수 있다.
일 예에서, 전극판(70)이 폼 팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 코어(공동)의 직경이 4mm이고 전극 조립체(70)의 반경이 4mm부터 22mm까지 증가할 때 분절편(61')의 내각은 60도 내지 85도 구간에서 단계적으로 증가할 수 있다.
일 변형예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이는 제1실시예 및 제2실시예와 마찬가지로 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다. 또한, 중간 무지부(B2)의 분절구조는 외주측 무지부(B3)까지 확장 가능하다(점선 참조). 이 경우, 외주측 무지부(B3)도 중간 무지부(B2)와 마찬가지로 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 이 경우, 외주측 무지부(B3)의 분절편은 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 중간 무지부(B2)보다 더 클 수 있다. 선택적으로, 외주측 무지부(B3)의 분절 구조는 중간 무지부(B2)의 최외측에 있는 분절편 그룹과 실질적으로 동일할 수 있다.
구체적인 구현예에서, 전극판(70)이 폼팩터가 46800인 원통형 셀의 전극 조립체를 제조하는데 사용되는 경우, 코어측 무지부(B1)의 폭(dB1)은 180~350mm일 수 있다. 그룹1의 폭은 코어측 무지부(B1)의 폭 대비 35~40%일 수 있다. 그룹2의 폭은 그룹1의 폭 대비 130~150%일 수 있다. 그룹3의 폭은 그룹2의 폭 대비 120~135%일 수 있다. 그룹4의 폭은 그룹 3의 폭 대비 85~90%일 수 있다. 그룹5의 폭은 그룹4의 폭 대비 120~130%일 수 있다. 그룹6의 폭은 그룹5의 폭 대비 100~120%일 수 있다. 그룹7의 폭은 그룹6의 폭 대비 90~120%일 수 있다. 그룹8의 폭은 그룹7의 폭 대비 115~130%일 수 있다. 외주측 무지부(B3)의 폭(dB3)은 코어측 무지부(B1)의 폭과 마찬가지로 180~350mm일 수 있다.
그룹1 내지 8의 폭이 일정한 증가 또는 감소 패턴을 보이지 않는 이유는, 분절편의 폭은 그룹1에서 그룹8로 갈수록 점차 증가하지만 그룹 내에 포함되는 분절편의 수는 정수 개로 제한되기 때문이다. 따라서, 특정 분절편 그룹에서는 분절편의 수가 감소될 수 있다. 따라서, 그룹의 폭은 코어측으로부터 외주측으로 가면서 상기의 예시처럼 불규칙한 변화 양상을 나타낼 수 있다.
즉, 전극 조립체의 원주 방향에서 연속해서 인접하는 3개의 분절편 그룹 각각에 대한 권취 방향의 폭을 각각 W1, W2 및 W3이라고 했을 때 W2/W1 보다 W3/W2가 작은 분절편 그룹의 조합을 포함할 수 있다.
상기 구체적인 예에서, 그룹4 내지 그룹6이 이에 해당한다. 그룹4에 대한 그룹5의 폭 비율은 120~130%이고, 그룹5에 대한 그룹6의 폭 비율은 100~120%로서 그 값이 120~130%보다 작다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 15를 참조하면, 전극판의 무지부(43a)는, 전극 조립체(100)의 코어에 인접한 코어측 무지부(B1), 전극 조립체(100)의 외주 표면에 인접한 외주측 무지부(B3), 및 코어측 무지부(B1) 및 외주측 무지부(B3) 사이에 개재된 중간 무지부(B2)를 포함한다.
코어측 무지부(B1)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 또한, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부(43a)의 절곡 길이는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다. 절곡 길이(H)는 무지부(43a)가 절곡되는 지점(도 12의 h, 도 14의 h)을 기준으로 한 무지부(43a)의 높이에 해당한다.
따라서, 중간 무지부(B2)가 절곡되더라도 절곡 부위가 전극 조립체(100) 코어의 공동(102)을 폐색하지 않는다. 공동(102)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(102)을 통해 용접 지그를 삽입하여 음극(또는 양극)측의 집전판과 전지 캔(또는 리벳 단자) 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
외주측 무지부(B3)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 따라서, 전지 캔의 비딩부가 외주측 무지부(B3) 근처에서 가압되는 과정에서 비딩부와 외주측 무지부(B3)가 서로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
일 변형예에서, 외주측 무지부(B3)의 높이는 도 15에 도시된 것과 달리 점진적으로 또는 단계적으로 감소할 수 있다. 또한, 도 15에는, 중간 무지부(B2)의 높이가 외주측 일부분이 동일하지만, 중간 무지부(B2)의 높이는 코어측 무지부(B1)와 중간 무지부(B2)의 경계부터 중간 무지부(B2)와 외주측 무지부(B3)의 경계까지 점진적으로 또는 단계적으로 증가할 수 있다.
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 일 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(101)는 전극 조립체(100)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡 가공될 수 있다. 이 때 코어측 무지부(B1)와 외주측 무지부(B3)는 실질적으로 절곡되지 않는다.
중간 무지부(B2)가 복수의 분절편을 포함하는 경우 절곡 응력이 완화되어 절곡 지점 근처의 무지부(43a)가 찢어지거나 비정상적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분절편의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 상술한 실시예의 수치범위에 따라 조절될 경우, 분절편들이 코어측으로 절곡되면서 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면(Y축에서 바라본 표면)에 빈 구멍(빈틈)을 형성하지 않는다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 Y축 방향(권취 축 방향)을 따라 자른 단면도이다.
도 16을 참조하면, 전극 조립체(110)는 도 15의 전극 조립체(100)와 비교하여 외주측 무지부(B3)의 높이가 중간 무지부(B2)의 최외측 높이와 실질적으로 동일하다는 점을 제외하면 나머지 구성은 실질적으로 동일하다. 외주측 무지부(B3)는 복수의 분절편을 포함할 수 있다.
전극 조립체(110)에 있어서, 코어측 무지부(B1)의 높이는 중간 무지부(B2)의 높이보다 상대적으로 작다. 또한, 중간 무지부(B2)에 있어서 최내측에 위치한 무지부의 절곡 길이(H)는 코어측 무지부(B1)의 반경 방향 길이(R)와 같거나 작다.
따라서, 중간 무지부(B2)가 절곡되더라도 절곡 부위가 전극 조립체(110) 코어의 공동(112)을 폐색하지 않는다. 공동(112)이 폐색되지 않으면, 전해질 주액 공정에 어려움이 없고, 전해액 주액 효율이 향상된다. 또한, 공동(112)을 통해 용접 지그를 삽입하여 음극(또는 양극)측의 집전 플레이트와 전지 캔(또는 리벳 단자) 사이의 용접 공정을 용이하게 진행할 수 있다.
일 변형예에서, 중간 무지부(B2)의 높이가 코어측으로부터 외주측을 향해 점진적으로 또는 단계적으로 증가하는 구조는, 외주측 무지부(B3)까지 확장될 수 있다. 이 경우, 무지부(43a)의 높이는 코어측 무지부(B1)와 중간 무지부(B2)의 경계부터 전극 조립체(110)의 최외측 표면까지 점진적으로 또는 단계적으로 증가할 수 있다.
하부 무지부(43b)는 상부 무지부(43a)와 동일한 구조를 가진다. 일 변형예에서, 하부 무지부(43b)는 종래의 전극판 구조나 다른 실시예들(변형예들)의 전극판 구조를 가질 수 있다.
상부 무지부(43a)와 하부 무지부(43b)의 단부(111)는 전극 조립체(110)의 외주측으로부터 코어측으로 절곡 가공될 수 있다. 이 때 코어측 무지부(B1)는 실질적으로 절곡되지 않는다.
중간 무지부(B2) 및 외주측 무지부(B3)가 복수의 분절편을 포함하는 경우 절곡 응력이 완화되어 절곡 지점 근처의 무지부(43a, 43b)가 찢어지거나 비정상적으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 분절편의 폭 및/또는 높이 및/또는 이격 피치가 상술한 실시예의 수치범위에 따라 조절될 경우, 분절편들이 코어측으로 절곡되면서 용접 강도를 충분히 확보할 수 있을 정도로 여러 겹으로 중첩되며 절곡면(Y축에서 바라본 표면)에 빈 구멍(빈틈)을 형성하지 않는다.
도 17는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 17를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(800)은 원통형 배터리 셀(10)이 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(810)을 포함한다. 원통형 배터리 셀(10)은 상술한 실시예에 따른 배터리 셀이다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 원통형 배터리 셀(10)들의 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 외부 단자 등의 부품의 도시는 생략되었다.
배터리 팩(800)은 자동차(900)에 탑재될 수 있다. 자동차(900)는 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차(900)는 4륜 자동차 또는 2륜 자동차를 포함한다.
도 18는 도 17의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 18를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(900)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(800)을 포함한다. 자동차(900)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(800)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다.
도 19 내지 도 25는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리 셀 제조 방법 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리 셀 제조 방법에 관해 설명한다. 다만, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 원통형 배터리 셀과 공통되는 내용은 전술한 설명으로 대체한다.
우선, 도 19를 참조하면, 전극 조립체(100)가 준비된다. 전극 조립체(100)는 쉬트 형상을 가진 제1 전극판(140) 및 제2 전극판(160)과 이들 사이에 개재된 분리막(150)이 일 방향으로 권취된 구조를 가진 젤리롤 타입이다. 제1 전극판(140)은 장변 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 제1 무지부(110)를 포함하고, 제1 무지부(110) 및 제2 무지부(120)는 전극 조립체(100)의 중심을 기준으로 복수의 권회 턴을 형성하면서 분리막의 외부로 노출되어 그 자체로서 전극 탭으로서 사용된다.
다음, 전극 조립체(100)의 제1 무지부(110)에 집전판(300)이 결합된다.
다음, 도 20을 참조하면, 전극 조립체(100)가 수납되는 개방부(220)와 이와는 반대측에 부분적인 폐쇄부(210)를 가지며 제2 전극판(160)과 전기적으로 연결되는 전지 캔(200)이 준비된다.
다음, 전지 캔(200)의 폐쇄부(210)의 관통 홀(211)을 통해 셀 단자(400)가 리벳팅 공정을 통해 전지 캔(200)에 결합된다.
다음, 도 21을 참조하면, 셀 단자(400)가 하부에 위치하도록 전지 캔(200)이 배치된 상태에서 전지 캔(200)의 폐쇄부(210) 내측면에 인슐레이터(600)가 결합된다. 일 측면에서, 인슐레이터(600)의 외주면에는 적어도 하나의 돌기부(610)가 형성되며, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)에 억지끼움으로 결합될 수 있다. 바람직하게, 돌기부(610)는 복수개 구비되며, 복수의 돌기부(610)는 인슐레이터(600)의 외주면에 미리 설정된 간격으로 형성될 수 있고, 억지끼움을 통해 압착될 수 있다. 다른 측면에서, 인슐레이터(600)의 전지 캔(200)의 폐쇄부(210) 내측면과 대향하는 면에 열융착층이 형성되며, 인슐레이터(600)는 전지 캔(200)에 열융착에 의해 고정될 수 있다. 또 다른 측면에서, 전지 캔(200)과 접촉하는 인슐레이터(600)의 상면에 접착층이 형성되며, 인슐레이터(600)는 전지 캔(200)에 접착에 의해 고정될 수 있다. 또 다른 측면에서, 인슐레이터(600)는 양면 테이프에 의해 전지 캔(200)에 고정될 수 있다.
바람직하게, 셀 단자(400)가 중력 방향으로 향하도록 전지 캔(200)을 기립시킨 상태에서 전해액을 주입할 수 있다. 인슐레이터(600)의 외주면으로부터 연결되는 인슐레이터(600)의 상면에는 적어도 하나의 관통공(620)이 구비되며, 전해액이 관통공(620)을 통해 전극 조립체(100)내부로 이동할 수 있다. 바람직하게, 관통공(620)은 복수개가 형성되며, 복수개의 관통공(620)은 미리 설정된 간격으로 이격될 수 있다. 바람직하게, 인슐레이터(600)의 중심부로부터 인슐레이터(600)의 외주면을 향하는 하나의 직선상에 복수개의 관통공(620)이 배치될 수 있다. 바람직하게, 인슐레이터(600)의 중심부로부터 인슐레이터(600)의 외주면을 향하여 방사상으로 배치되는 복수의 직선에 대해, 각각의 직선마다 복수의 관통공(620)이 배치될 수 있다.
다음, 도 22를 참조하면, 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)에 삽입되며, 인슐레이터(600)가 전지 캔(200)과 집전판(300) 사이에 개재된다.
다음, 도 23을 참조하면, 제2 전극판(160)의 제2 무지부(120)에 하부 집전판(700)이 용접을 통해 결합된다. 공정의 설계에 따라, 하부 집전판(700)의 용접은 전극 조립체(100)가 전지 캔(200)에 삽입되기 전에 이루어질 수 있다. 제2 전극판(160)과 하부 집전판(700)에 대한 구체적인 설명은 전술한 설명으로 대체한다.
다음, 도 24를 참조하면, 전지 캔(200)에 비딩부(240)가 형성된다. 하부 집전판(700)의 가장자리는 비딩부(240)의 클림핑부(250)에 인접하는 평평한 면에 안착된 상태에서 용접된다. 비딩부(240)에 대한 구체적인 설명은 전술한 설명으로 대체한다.
다음, 도 25를 참조하면, 전지 캔(200)에 클림핑부(250)가 형성된다. 클램핑부(250)가 형성될 때 캡 플레이트(230)의 가장자리가 밀봉 가스켓(260)을 매개로 비딩부(240) 상에 지지되며, 전지 캔(200)의 상단이 내측으로 절곡되면서 클림핑부(250)가 밀봉 가스켓(260)을 압착하여 캡 플레이트(230)를 고정시킨다. 클림핑부(250)에 대한 구체적인 설명은 전술한 설명으로 대체한다.
상술한 제조 방법에 따르면, 인슐레이터가 전지 캔에 고정되어 움직이지 않으므로, 이후 젤리롤 타입의 전극 조립체가 전지 캔에 삽입될 때 인슐레이터가 정확한 위치에서 젤리롤 타입의 전극 조립체에 결합될 수 있으며, 이에 의해 절연성이 향상되고 불량 발생이 방지될 수 있다.
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.

Claims (20)

  1. 제1 전극판 및 제2 전극판과 이들 사이에 개재된 분리막이 일 방향으로 권취된 구조를 가진 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되도록 일 측에 구비되는 개방부와 이와는 반대측에 구비되는 부분적인 폐쇄부를 가지며 상기 제2 전극판과 전기적으로 연결되는 전지 캔;
    상기 제1 전극판과 전기적으로 연결되는 집전판;
    상기 전지 캔의 폐쇄부의 관통 홀을 통해 상기 집전판과 연결되는 셀 단자; 및
    상기 셀 단자의 하부를 노출시키도록 구성되는 중심 홀을 구비하며, 상기 전지 캔과 상기 집전판 사이에 개재되는 인슐레이터;
    를 포함하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인슐레이터는 상기 젤리롤 타입의 전극 조립체의 단면 형상에 대응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 전극 조립체가 상기 전지 캔에 수납되는 경우 상기 인슐레이터가 상기 전지 캔의 내측면을 가압하도록 상기 인슐레이터의 외주면에 구비되는 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌기부는 복수개 구비되며,
    상기 복수의 돌기부는 상기 인슐레이터의 외주면에 미리 설정된 간격으로 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 돌기부는 상기 인슐레이터의 외주면 상에서 원주 방향을 따라 동일한 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체가 전지 캔에 수납되는 경우 상기 인슐레이터는 상기 전지 캔에 접착에 의해 고정되도록 상기 전지 캔과 접촉하는 상기 인슐레이터의 상면에 접착층이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    외주면과 상기 중심 홀 사이의 영역에 형성되는 관통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 인슐레이터의 중심으로부터 상기 돌기부 단부까지의 거리는 상기 전극 조립체의 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 인슐레이터의 중심으로부터 상기 인슐레이터의 외주면 중 상기 돌기부가 형성되지 않은 영역에 이르는 거리는 상기 전극 조립체의 반경과 동일하거나 더 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 인슐레이터의 중심으로부터 상기 돌기부 단부까지의 거리는 상기 전지 캔의 내경보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌기부는, 상기 전지 캔의 내측면에 의해 상기 인슐레이터의 내측을 향해 탄성 가압되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 전지 캔의 폐쇄부의 내부면과 상기 집전판 사이의 거리와 대응되는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 돌기부와 대응되는 위치에서 상기 인슐레이터의 중심을 향하는 방향으로 이격되어 위치하는 돌기 수용부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 돌기 수용부의 외측부는,
    상기 돌기부를 향하는 방향으로 볼록한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 돌기 수용부는,
    상기 돌기부의 상기 인슐레이터의 원주 방향 일 측 단부로부터 타 측 단부에 이르는 거리와 대응되는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 돌기 수용부의 외측부의 곡률 반경은 상기 돌기부의 곡률 반경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전지 캔의 상기 개방부를 밀폐하도록 구성되는 캡 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 캡 플레이트는,
    상기 전지 캔과 절연되며 극성을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀을 적어도 하나 포함하는 배터리 팩.
  20. 제19항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차.
PCT/KR2023/010220 2022-07-15 2023-07-17 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 WO2024014939A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220087508 2022-07-15
KR10-2022-0087508 2022-07-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024014939A1 true WO2024014939A1 (ko) 2024-01-18

Family

ID=89537146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/010220 WO2024014939A1 (ko) 2022-07-15 2023-07-17 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20240010442A (ko)
WO (1) WO2024014939A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100068080A (ko) * 2008-12-12 2010-06-22 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20110088494A (ko) * 2009-05-25 2011-08-03 도요타지도샤가부시키가이샤 전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기
CN206412427U (zh) * 2016-12-08 2017-08-15 山西皇城相府中道能源有限公司 一种大圆柱锂离子电池封装结构
US20210280835A1 (en) * 2020-03-03 2021-09-09 Zhuhai Cosmx Battery Co., Ltd. Housing assembly of button cell, button cell and electronic product
CN215342666U (zh) * 2021-06-01 2021-12-28 宁波久鼎新能源科技有限公司 一种防焊穿锂电池端部封口结构

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100068080A (ko) * 2008-12-12 2010-06-22 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20110088494A (ko) * 2009-05-25 2011-08-03 도요타지도샤가부시키가이샤 전지 팩, 그 전지 팩을 탑재한 차량 및 기기
CN206412427U (zh) * 2016-12-08 2017-08-15 山西皇城相府中道能源有限公司 一种大圆柱锂离子电池封装结构
US20210280835A1 (en) * 2020-03-03 2021-09-09 Zhuhai Cosmx Battery Co., Ltd. Housing assembly of button cell, button cell and electronic product
CN215342666U (zh) * 2021-06-01 2021-12-28 宁波久鼎新能源科技有限公司 一种防焊穿锂电池端部封口结构

Also Published As

Publication number Publication date
KR20240010442A (ko) 2024-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022158858A2 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2013180541A1 (ko) 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스
WO2022177377A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177378A1 (ko) 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022216076A1 (ko) 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 가공장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량
WO2022139451A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2023075523A1 (ko) 원통형 배터리 셀, 이를 포함하는 배터리 및 자동차 및 집전판
WO2022177360A1 (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023063540A1 (ko) 배터리의 제조방법
WO2023096062A1 (ko) 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차
WO2023013933A1 (ko) 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177179A2 (ko) 전극 조립체 및 그 제조 방법, 전극 조립체를 포함하는 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2024014939A1 (ko) 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177362A1 (ko) 이차 전지, 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177356A1 (ko) 전극 단자의 리벳팅 구조 및 이를 포함하는 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
WO2022177355A1 (ko) 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023055091A1 (ko) 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 및 원통형 배터리 셀 제조 방법
WO2022216092A1 (ko) 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차
WO2023055088A1 (ko) 전극 조립체, 원통형 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2022177379A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023149688A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023149689A1 (ko) 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2023068494A1 (ko) 전극 조립체, 배터리 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
WO2024106976A1 (ko) 젤리롤, 이차 전지, 배터리 팩 및 자동차
WO2023096390A1 (ko) 전극 단자의 고정 구조 및 이를 포함하는 배터리, 배터리 팩 및 자동차

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23840030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1