WO2024253322A1 - 배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법 - Google Patents

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a battery cell and a method for manufacturing a battery cell.
  • battery cells unlike primary cells, can be charged and discharged, so they can be applied to various fields such as digital cameras, mobile phones, laptops, hybrid cars, and electric cars.
  • These battery cells are divided into lithium-ion batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, etc. depending on the material used for the positive or negative electrode or electrolyte, and can be classified into can-type and pouch-type battery cells in terms of shape.
  • Can-type battery cells can include square battery cells and cylindrical battery cells.
  • a can-type battery cell can be manufactured through a process of injecting electrolyte into an electrode assembly receiving space located inside through an electrolyte injection passage formed in a battery cell case and finally sealing the electrolyte injection passage.
  • the electrolyte may splash out of the battery cell.
  • the electrolyte injection passage may remain open after the electrolyte injection, which may cause the electrolyte to evaporate. In this case, the electrolyte contained within the case may become insufficient.
  • the phenomenon of electrolyte splashing can be prevented when electrolyte is injected into a battery cell.
  • the amount of electrolyte evaporation of a battery cell can be reduced.
  • the amount of electrolyte injected into a battery cell can be increased.
  • an electrolyte can be easily additionally replenished into a battery cell.
  • the battery cell and the method for manufacturing the battery cell of the present disclosure can be widely applied in green technology fields such as electric vehicles, battery charging stations, and solar power generation and wind power generation using batteries.
  • the battery cell and the method for manufacturing the battery cell of the present disclosure can be used in eco-friendly electric vehicles, hybrid vehicles, etc. to prevent climate change by suppressing air pollution and greenhouse gas emissions.
  • a battery cell may include a case including a receiving space in which an electrode assembly is received; an injection passage formed in the case and through which an electrolyte is injected into the receiving space; a first stopper detachably coupled to the injection passage; and a second stopper detachably coupled to the first stopper.
  • the first plug may include a first portion arranged perpendicular to the longitudinal direction of the injection passage and a second portion arranged parallel to the longitudinal direction of the injection passage, and the first portion may include an electrolyte injection hole connected to the receiving space.
  • the injection passage may include a protrusion extending outwardly from the case.
  • the first portion can be positioned inside the injection passage.
  • the diameter of the electrolyte injection hole may be smaller than the diameter of the injection passage.
  • the device may further include a first plate that seals the electrolyte injection hole.
  • the case further comprises an insulating cover removably coupled to an outer surface of the case, the insulating cover including an opening in which the protrusion is disposed.
  • the second portion may be formed to extend into the interior of the receiving space, and the first portion may be formed to be positioned within the interior of the second portion.
  • the second portion can be engageably coupled to the case.
  • the first portion may be formed in a concave shape toward the inside of the receiving space.
  • a method for manufacturing a battery cell according to the present disclosure may include a preparatory step of preparing a case including a receiving space for receiving an electrode assembly and an injection passage for injecting an electrolyte into the receiving space; an electrode assembly receiving step of receiving the electrode assembly in the receiving space; a first stopper joining step of joining a first stopper to the injection passage; an electrolyte injection step of injecting an electrolyte into an electrolyte injection hole formed in the first stopper; and a second stopper joining step of joining a second stopper to the first stopper.
  • the method may further include a second stopper removing step of removing the second stopper from the first stopper; and an electrolyte replenishing step of additionally injecting electrolyte through the electrolyte injection hole.
  • the method may further include a second stopper removing step of removing the second stopper from the first stopper; and a degassing step of degassing through the electrolyte injection hole.
  • the method may further include a stopper removal step of removing the first stopper and the second stopper; and an injection passage sealing step of sealing the injection passage.
  • the injection passage may include a protrusion extending outwardly of the case
  • the stopper removing step may include a process of removing the protrusion
  • the injection passage sealing step may include a process of sealing the injection passage from which the protrusion has been removed.
  • the step of sealing the injection passage may be a step of sealing the injection passage by welding.
  • the step of sealing the injection passage may be a step of sealing the injection passage by covering it with a second plate.
  • the phenomenon of electrolyte splashing can be prevented when electrolyte is injected into a battery cell.
  • the amount of electrolyte evaporation of a battery cell can be reduced.
  • the amount of electrolyte injected into a battery cell can be increased.
  • an electrolyte can be easily supplemented to a battery cell.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the battery cell illustrated in FIG. 1 with the first plug and the second plug separated.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing injecting electrolyte into a battery cell using an electrolyte injection device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of the first plug and second plug portions along line I-I' of FIG. 2.
  • Figure 5 is a cross-sectional view of the first plug and the second plug in Figure 4, joined to the injection passage.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing an example of the final product form of a battery cell.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing a first plug with a first plate coupled thereto.
  • Figure 8 is a cross-sectional view of a battery cell with an insulating cover attached.
  • Fig. 9 is a cross-sectional view showing a modified example of the first plug.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view showing another modified example of the first plug.
  • FIGS. 11 to 13 are flow charts illustrating a method for manufacturing a battery cell according to an embodiment of the present disclosure.
  • One embodiment of the present disclosure relates to a battery cell and a method for manufacturing a battery cell, in which a first stopper is detachably coupled to an electrolyte injection passage and a second stopper is detachably coupled to the first stopper to minimize the area of contact between the injection passage and the outside, thereby reducing electrolyte splashing and evaporation and facilitating additional electrolyte replenishment.
  • the battery cell referred to in the present disclosure is a term that includes both the final product of the battery cell and the intermediate assembly of the battery cell which is an intermediate step therebetween.
  • the battery cell and the battery cell manufacturing method according to the present disclosure will be specifically described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery cell (100) according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a first plug (130) and a second plug (140) are separated from the battery cell shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an electrolyte being injected into a battery cell using an electrolyte injection device (200).
  • a battery cell (100) may be configured as a secondary battery.
  • the battery cell (100) is described as an example of a square battery cell (100), but the shape of the battery cell (100) is not limited to a hexahedral structure.
  • the battery cell (100) may include a case (110), an injection passage (120), a first plug (130), and a second plug (140).
  • the case (110) can form the exterior of the battery cell (100) and can be formed of aluminum or a material including aluminum.
  • the material of the case (110) is not limited thereto.
  • the case (110) can have a flat and angular hexahedral shape.
  • the case (110) may include a receiving space (111), an electrode terminal (112), and a venting portion (113).
  • the case (110) may include a receiving space (111) in which an electrode assembly is received.
  • the receiving space (111) is a space in which an electrode assembly and an electrolyte are received so that charging and discharging of a battery cell (100) can be possible, and may be included in the internal space of the case (110).
  • the case (110) may include a case body (110a) forming the receiving space (111), and a cap plate (110b) covering the receiving space (111) of the case body (110a).
  • the electrode assembly may include a plurality of electrode plates and a plurality of separators.
  • the electrode plates may include a positive electrode plate and a negative electrode plate.
  • the separator may be composed of an insulator interposed between the negative electrode plate and the positive electrode plate.
  • the electrode assembly may be composed of a stack type in which negative electrode plates, positive electrode plates, and separators are alternately laminated, or a jelly roll type in which laminated negative electrode plates, positive electrode plates, and separators are rolled together.
  • the negative electrode plate and the positive electrode plate may each have a structure in which a negative electrode active material or a positive electrode active material is coated on a foil.
  • the negative electrode plate may be formed by coating graphite or the like on a foil made of copper or nickel
  • the positive electrode plate may be formed by coating a transition metal oxide active material on a foil made of aluminum.
  • An electrode terminal (112) may be included in the case (110).
  • the electrode terminal (112) may be arranged on a cap plate (110b) of the case (110).
  • the electrode terminal (112) may include a positive terminal connected to a positive plate, and a negative terminal connected to a negative plate.
  • the positive terminal may be connected to the positive plate through a positive tab extended from the positive plate, and the negative terminal may be connected to the negative plate through a negative tab extended from the negative plate.
  • the venting part (113) may be installed in the case (110).
  • the venting part (113) may be installed in the cap plate (110b).
  • the venting part (113) may be fixed to the case (110) by welding, such as laser welding.
  • the venting part (113) may be configured to discharge gas, etc. generated inside the case (110).
  • the venting part (113) may be configured to be broken when the internal pressure of the case (110) increases due to gas, etc.
  • the installation position and number of the venting parts (113) may be variously changed.
  • the venting part (113) may also be installed in the case body (110a).
  • the injection passage (120) is formed in the case (110) and may be a passage through which the electrolyte is injected into the receiving space (111).
  • the injection passage (120) may be formed in the case (110) in the form of a hole connecting the outside and the receiving space (111).
  • the injection passage (120) may be arranged in the cap plate (110b) of the case (110) and the installation position may be changed in various ways. As illustrated in FIG. 3, when injecting the electrolyte into the battery cell, the electrolyte injection needle (210) of the electrolyte injection device (200) may be inserted into the injection passage (120) to inject the electrolyte into the receiving space (111) of the case (110).
  • the cross-section of the injection passage (120) may be formed in a circular shape as illustrated in FIG. 2.
  • the injection passage (120) may include a protrusion (121) extending outwardly from the case (110) as illustrated in FIG. 2. Accordingly, an additional amount of electrolyte may be injected into the battery cell (100) by the space in which the injection passage (120) extends outwardly by the protrusion (121).
  • the cross-section of the injection passage (120) and the shape of the protrusion (121) illustrated in the present disclosure are examples, and the cross-section and shape may be formed in various ways.
  • the cross-section of the injection passage (120) may be a square, and the shape of the protrusion (121) may also be a square pillar.
  • the first plug (130) can be coupled to the injection passage (120) of the case (110).
  • the first plug (130) can be coupled so that its central axis is aligned with the injection passage (120).
  • the first plug (130) can be detachably coupled to the injection passage (120). Accordingly, the process of coupling the first plug (130) to the injection passage (120) or detaching it from the injection passage (120) can be repeatedly performed.
  • the second stopper (140) can be coupled to the first stopper (130).
  • the second stopper (140) can be coupled so that its central axis is aligned with the first stopper (130).
  • the second stopper (140) can be detachably coupled to the first stopper (130). Accordingly, the process of coupling the second stopper (140) to the first stopper (130) or detaching it from the first stopper (130) can be repeatedly performed.
  • the method of joining the first plug (130) and the second plug (140) may be a fitting method. Therefore, the first plug (130) and the second plug (140) can stably maintain the sealing state of the case (110) after joining, and prevent unintended leakage or evaporation of the electrolyte. At the same time, the first plug (130) and the second plug (140) can be removed when necessary.
  • the method of joining the first plug (130) and the second plug (140) is not limited to a fitting method. Any method of joining that stably maintains the sealing state of the case (110), prevents unintended leakage or evaporation of the electrolyte, and allows removal when necessary is possible.
  • the method of joining may also be a screw method.
  • the materials of the first stopper (130) and the second stopper (140) may be made of various materials such as metal, rubber, and plastic.
  • a friction material such as rubber or silicone may be additionally attached to the surfaces of the first stopper (130) and the second stopper (140) to stably maintain the bonding state.
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of the first plug (130) and the second plug (140) along the line I-I' of FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the first plug (130) and the second plug (140) in FIG. 4, coupled to the injection passage.
  • the first plug (130) may include a first portion (131), a second portion (132), an electrolyte injection hole (133), a protrusion receiving portion (134), and a plug head (135).
  • the first part (131) can be arranged perpendicular to the longitudinal direction (electrolyte injection direction) of the injection passage (120).
  • the first part (131) can be arranged inside the injection passage (120).
  • the depth at which the first part (131) enters the injection passage (120) can be formed in various ways as needed, considering the length of the electrolyte injection needle (210 of FIG. 3), the length of the protrusion (121), the amount of electrolyte to be injected, etc.
  • the first part (131) can be circular, like the injection passage (120).
  • the diameter of the first part (131) can be equal to or larger than the diameter of the injection passage (120) so that the first plug (130) and the injection passage (120) can be fitted together.
  • the second part (132) is connected to the edge of the first part (131) and can be arranged parallel to the longitudinal direction of the injection passage (120). At least a part of the second part (132) can be arranged inside the injection passage (120). The first part (131) can be arranged at one end of the second part (132). The length of the second part (132) can be formed differently as needed in consideration of the length of the electrolyte injection needle (210), the length of the protrusion (121), the amount of electrolyte to be injected, etc.
  • the electrolyte injection hole (133) can be used when injecting the electrolyte while the first plug (130) is connected to the injection passage (120).
  • the electrolyte injection needle (210) of the electrolyte injection device (200) can penetrate the injection hole of the first plug (130) connected to the injection passage (120) and inject the electrolyte into the receiving space (111) of the case (110).
  • the first part (131) can include an electrolyte injection hole (133) connected to the receiving space (111).
  • the electrolyte injection hole (133) can be arranged in the first part (131).
  • the diameter of the electrolyte injection hole (133) can be smaller than the diameter of the injection passage (120).
  • the diameter of the electrolyte injection hole (133) can be smaller than the diameter of the first part (131). Accordingly, when the first plug (130) is connected to the injection passage (120), the area of the injection passage (120) exposed to the outside is reduced, thereby minimizing evaporation of the electrolyte. In addition, when the first plug (130) is connected, electrolyte injection is possible, and when the electrolyte is injected, the phenomenon of electrolyte splashing out by colliding with a part of the battery cell (100) and splashing out can be reduced.
  • the protrusion receiving portion (134) may be a groove formed in the first plug (130) to receive the protrusion (121) of the injection passage (120).
  • the protrusion receiving portion (134) may be formed on the outside of the second portion (132).
  • the protrusion receiving portion (134) may receive part or all of the protrusion (121).
  • the illustrated protrusion receiving portion (134) of FIG. 5 illustrates a case where the entire protrusion (121) is received.
  • the first plug (130) may include a plug head (135) coupled with the second plug (140).
  • the plug head (135) may be connected to the second portion (132) at the top of the first plug (130).
  • a protrusion receiving portion (134) may be formed between the plug head (135) and the second portion (132). When the protrusion receiving portion (134) receives the entire protrusion (121), one end surface of the plug head (135) may be brought into contact with one surface of the case (110).
  • the second plug (140) may include a plug head receiving portion (141) to receive the plug head (135) of the first plug (130).
  • the cross-section of the plug head (135) and the cross-section of the plug head receiving portion (141) may be circular.
  • the diameter of the plug head (135) may be greater than or equal to the diameter of the plug head receiving portion (141) so that the first plug (130) and the second plug (140) can be fitted together.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view showing an example of the final product form of a battery cell (100a).
  • the battery cell (100a) of the final product may be formed by removing the first plug (130), the second plug (140), and the protrusion (121) configuration, and then covering the removed location with a second plate (122) or welding the removed location to seal the injection passage (120).
  • the material forming the second plate (122) may be any material that can seal the receiving space (111) so as to block it from the outside, such as metal, rubber, or plastic.
  • the method of sealing the injection passage (120) with the second plate (122) may be a welding or adhesive method.
  • Figure 7 is a cross-sectional view showing a first plug (130a) to which a first plate (136) is coupled.
  • the battery cell (100) may further include a first plate (136) that seals the electrolyte injection hole (133).
  • the first plug (130a) may further include a first plate (136).
  • the first plate (136) is a member for further improving sealing properties when the first plug (130a) is coupled to the injection passage (120).
  • the first plate (136) may be coupled to the first part (131) to block the electrolyte injection hole (133).
  • the first plate (136) may be adhered to the first part (131), but the coupling method of the first plate (136) is not limited thereto.
  • the material of the first plate (136) may include rubber, silicone, or the like. Accordingly, when injecting the electrolyte, the electrolyte injection needle (210 in FIG. 3) can easily penetrate the first plate (136) and be inserted into the injection passage, and after the injection needle (210) is discharged, the first plate (136) can be deformed so that the hole through which the injection needle (210) penetrated can become narrower again.
  • Figure 8 is a cross-sectional view of a battery cell (100b) to which an insulating cover (150) is attached.
  • the battery cell (100b) further includes an insulating cover (150) detachably coupled to the outer surface of the case (110), and the insulating cover (150) may include an opening in which a protrusion (121) is arranged.
  • the insulating cover (150) may be a member for electrically insulating the upper portion of the battery cell (100) from the outside.
  • the insulating cover (150) may have a shape that covers the cap plate (110b).
  • the material of the insulating cover (150) may include an insulating material.
  • the insulating cover (150) may use a synthetic resin such as polyvinyl chloride, synthetic rubber, polyethylene, or polypropylene, but is not limited thereto.
  • the opening may be a hole formed so that the protrusion penetrates.
  • the insulating cover (150) may include a hole so that the electrode terminal (112), the venting portion (113), and the first and second plugs (130, 140) are exposed to the outside.
  • Figure 9 is a cross-sectional view showing a modified example of the first plug (130b).
  • the first part (131) of the first plug (130b) may be formed in a concave shape toward the inside of the receiving space (111).
  • the concave first part (131) may serve as a guide to guide the electrolyte injection needle (210) to easily pass through the electrolyte injection hole (133), and may allow the electrolyte remaining inside the first plug (130b) to flow into the receiving space (111).
  • the shape of the first part (131) presented in the present disclosure is merely an example, and various shapes are possible.
  • the first part (131) may have a cone shape that becomes narrower toward the receiving space (111).
  • Figure 10 is a cross-sectional view showing another modified example of the first plug (130c).
  • the second part (132) of the first plug (130c) may extend into the receiving space (111).
  • the second part (132) may be fitted into the case (110).
  • the first plug (130c) may have a catch (137) formed at one end of the second part (132) so that it may be fitted into the injection passage (120).
  • the first part (131) may be formed so as to be arranged inside the second part (132).
  • the injection passage (120) may not have the protrusion (121).
  • FIGS. 11 to 13 are flow charts illustrating a method for manufacturing a battery cell according to an embodiment of the present disclosure.
  • a battery cell manufacturing method may include a case preparation step (S110), an electrode assembly receiving step (S120), a first plug bonding step (S130), an electrolyte injection step (S140), and a second plug bonding step (S150).
  • the case preparation step (S110) may be a step of preparing a case (110) in which an electrode assembly is accommodated.
  • the case (110) may include a receiving space (111) in which an electrode assembly is accommodated, and an injection passage (120) through which an electrolyte is injected into the receiving space (111).
  • the electrode assembly receiving step (S120) can receive an electrode assembly prepared in the receiving space (111).
  • the first plug coupling step (S130) can couple the first plug (130) to the injection passage (120) formed in the case (110).
  • the method of coupling the first plug (130) to the injection passage (120) is a detachable coupling method, and the coupling method can be various. According to one embodiment of the present disclosure, the coupling can be done by a fitting coupling or a screw coupling method.
  • the coupling method can be a manual type by a worker or can be done by a battery cell (100) manufacturing device.
  • the electrolyte injection step (S140) may be a step of injecting an electrolyte into the formed electrolyte injection hole (133) of the first plug (130) using an electrolyte injection device (200), as illustrated in FIG. 3.
  • An electrolyte injection needle (210) which is a component of the electrolyte injection device (200), is inserted into the electrolyte injection hole (133), and the electrolyte is injected through the electrolyte injection needle (210). At this time, the electrolyte injection needle (210) may be prevented from touching the electrode assembly inside the receiving space (111).
  • the second plug coupling step (S150) may be a step of coupling the second plug (140) to the first plug (130). At this time, the first plug (130) is coupled to the injection passage (120).
  • the coupling method of the second plug (140) is a detachable coupling method, and may be the same as or different from the coupling method of the first plug (130).
  • the coupling method of the second plug (140) may be a fitting coupling or a screw coupling.
  • the battery cell manufacturing method (S100a) may further include a plug removal step (S200) and an injection passage sealing step (S300), as illustrated in FIG. 12.
  • the stopper removal step (S200) may be a step of removing the first stopper (130) and the second stopper (140).
  • the method of removing the first and second stoppers (130, 140) may be a cutting method, but this is only an example, and the removal method may vary.
  • the stopper removal step (S200) may include a process of removing the protrusion (121).
  • the protrusion (121) is formed so that the injection passage (120) extends to the outside of the case (110). Therefore, after the stopper removal step (S200), the protrusion (121) may or may not remain in the case (110).
  • the injection passage sealing step (S300) may include a process of sealing the injection passage from which the protrusion (121) has been removed. It may be a step of sealing the remaining injection passage (120) after the first and second plugs (130, 140) have been removed. If the protrusion (121) has been removed, it may be a step of sealing the remaining injection passage (120) after the protrusion (121) has been removed. At this time, the injection passage sealing step (S300) may be a step of sealing the injection passage (120) by welding or covering the injection passage (120) with a second plate (122). As illustrated in FIG. 6, the second plate (122) is configured to cover the upper portion of the injection passage from the outer surface of the case.
  • the material of the second plate (122) may be any material that can seal the receiving space (111) so as to block it from the outside, such as metal, rubber, or plastic.
  • the sealing method of the second plate (122) may be a welding or adhesive method. However, this is only an example, and the sealing method of the second plate (122) may vary.
  • the battery cell manufacturing method (S100b) may further include a second plug removing step (S160), a degassing step (S170), and an electrolyte replenishing step (S180), as illustrated in FIG. 13.
  • the second plug removal step (S160) may be a step of removing the second plug (140) from the first plug (130). With the second plug (140) removed, the first plug (130) may be connected to the injection passage (120).
  • a degassing step (S170) or an electrolyte replenishment step (S180) can be performed as needed.
  • the degassing step (S170) may be a step of degassing gas generated within the receiving space (111) through the electrolyte injection hole (133). During the manufacturing process of the battery cell (100), a process of charging and discharging and stabilizing the battery cell (100) is performed, and at this time, gas may be generated within the receiving space within the battery cell (100) and may need to be removed. After the degassing step (S170), an electrolyte replenishment step (S180) may be additionally performed.
  • the electrolyte replenishment step (S180) may be a step of additionally injecting electrolyte through the electrolyte injection hole (133).
  • the injection needle (210) of the electrolyte injection device (200) may be inserted into the injection hole (133) of the first plug (130) exposed to the outside to inject electrolyte.
  • the amount of electrolyte to be replenished may vary depending on the amount of electrolyte evaporated or insufficient.
  • a plug removal step (S200) and an injection passage sealing step (S300) can be further performed.
  • the above-described embodiments may be implemented by deleting some of the components, and the embodiments may be implemented in combination with each other.

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Abstract

본 개시에 따르면, 전극조립체가 수용되는 수용공간을 포함하는 케이스; 상기 케이스에 형성되며, 상기 수용공간으로 전해액이 주입되는 주입통로; 상기 주입통로에 탈착 가능하게 결합되는 제1 마개; 및 상기 제1 마개에 탈착 가능하게 결합되는 제2 마개;를 포함하는 배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법
본 개시는 배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 셀은 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다.
이러한 배터리 셀은 양극이나 음극 또는 전해질을 어떤 물질로 사용하는 지에 따라 리튬이온 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지 등으로 나뉘며, 형태적으로는 캔형 및 파우치형 배터리 셀 등으로 구분될 수 있다 캔형 배터리 셀은 각형 배터리 셀과 원통형 배터리 셀을 포함할 수 있다.
캔형 배터리 셀은 배터리 셀 케이스에 형성된 전해액 주입통로를 통해 내부에 위치하는 전극조립체 수용공간에 전해액을 주입하고 최종적으로 전해액 주입통로를 밀봉하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
전해액 주입통로를 통해 전해액을 주입하는 과정에서 전해액이 배터리 셀의 외부로 튀는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 전해액 주입 이후에 전해액 주입통로가 개방된 상태를 갖고 있어 전해액이 증발하는 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 케이스 내부에 수용된 전해액이 부족해지는 현상이 발생할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 배터리 셀에 전해액 주입 시 전해액 튐 현상을 방지할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 배터리 셀의 전해액 증발량을 줄일 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 배터리 셀에 주입되는 전해액의 양을 증가시킬 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 배터리 셀에 전해액을 용이하게 추가 보충할 수 있다.
본 개시의 배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법은 전기 자동차, 배터리 충전소, 그 외 배터리를 이용하는 태양광 발전, 풍력 발전 등 녹색 기술 분야에서 널리 적용될 수 있다. 또한, 본 개시의 배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법은 대기 오염 및 온실 가스 방출을 억제하여 기후 변화를 방지하기 위한 친환경(eco-friendly) 전기 자동차(Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(hybrid vehicle) 등에 사용될 수 있다.
본 개시에 따른 배터리 셀은 전극조립체가 수용되는 수용공간을 포함하는 케이스; 상기 케이스에 형성되며, 상기 수용공간으로 전해액이 주입되는 주입통로; 상기 주입통로에 탈착 가능하게 결합되는 제1 마개; 및 상기 제1 마개에 탈착 가능하게 결합되는 제2 마개;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 마개는, 상기 주입통로의 길이방향에 수직으로 배치되는 제1 부분과, 상기 주입통로 길이방향과 나란히 배치되는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 수용공간과 연결되는 전해액 주입구멍을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 주입통로는 상기 케이스의 외측으로 연장되는 돌출부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 부분은 상기 주입통로의 내부로 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전해액 주입구멍의 직경은 상기 주입통로의 직경 보다 작을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전해액 주입구멍을 밀봉하는 제1 플레이트를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 케이스의 외면에 탈착 가능하게 결합되는 절연 덮개를 더 포함하며, 상기 절연 덮개는 상기 돌출부가 배치되는 개구를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 부분은 상기 수용공간의 내부로 연장되며, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분의 내부에 배치되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 부분은 상기 케이스에 끼움결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 부분은 상기 수용공간의 내부 방향으로 오목하게 들어간 형태로 형성될 수 있다.
본 개시에 따름 배터리 셀 제조방법은 전극조립체가 수용되는 수용공간과, 상기 수용공간으로 전해액이 주입되는 주입통로를 포함하는 케이스를 준비하는 준비 단계; 상기 수용공간에 상기 전극조립체를 수용하는 전극조립체 수용 단계; 상기 주입통로에 제1 마개를 결합하는 제1 마개 결합 단계; 상기 제1 마개에 형성된 전해액 주입구멍으로 전해액을 주입하는 전해액 주입 단계; 및 상기 제1 마개에 제2 마개를 결합하는 제2 마개 결합 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 마개로부터 상기 제2 마개를 탈거하는 제2 마개 탈거 단계; 및 상기 전해액 주입구멍을 통해 전해액을 추가 주입하는 전해액 보충 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 마개로부터 상기 제2 마개를 탈거하는 제2 마개 탈거 단계; 및 상기 전해액 주입구멍을 통해 디개싱하는 디개싱 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 마개와 상기 제2 마개를 제거하는 마개 제거 단계; 및 상기 주입통로를 밀봉하는 주입통로 밀봉 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 주입통로는 상기 케이스의 외측으로 연장되는 돌출부를 포함하며, 상기 마개 제거 단계는 상기 돌출부를 제거하는 공정을 포함하고, 상기 주입통로 밀봉 단계는 상기 돌출부가 제거된 상기 주입통로를 밀봉하는 공정을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 주입통로 밀봉 단계는 상기 주입통로를 용접으로 밀봉하는 단계일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 주입통로 밀봉 단계는 상기 주입통로를 제2 플레이트로 덮어 밀봉하는 단계일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀에 전해액 주입 시 전해액 튐 현상을 방지할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀의 전해액 증발량을 줄일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀에 주입되는 전해액의 양을 증가시킬 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 배터리 셀에 전해액을 용이하게 추가보충 할 수 있다.
도 1은 본 개시의 실시예에 의한 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀에서 제1 마개 및 제2 마개가 분리된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 전해액 주입장치로 배터리 셀에 전해액을 주입하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 2의 I-I'선에 따른 제1 마개, 제2 마개 부분의 단면 사시도이다.
도 5는 도 4에서 제1 마개 및 제2 마개가 주입통로에 결합된 상태의 단면도이다.
도 6은 배터리 셀의 최종제품 형태 중 일 예를 도시한 단면도이다.
도 7은 제1 플레이트가 결합된 제1 마개를 나타낸 단면도이다.
도 8은 절연덮개가 결합된 배터리 셀의 단면도이다.
도 9는 제1 마개의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 10은 제1 마개의 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
도 11 내지 도 13은 본 개시의 실시예에 의한 배터리 셀의 제조방법을 도시한 플로우 차트이다.
본 개시의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석될 수 있다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 개시의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 개시의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 개시의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
본 개시의 일 실시형태는 전해액 주입통로에 제1 마개를 탈착 가능하게 결합하고 제1 마개에 제2 마개를 탈착 가능하게 결합하여 주입통로와 외부가 접촉하는 면적을 최소화하여 전해액 튐 현상 및 전해액의 증발을 줄이고 전해액 추가보충이 용이하도록 하는 배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법에 관한 것이다.
본 개시에서 말하는 제1, 제2 등의 표현은 서수적 관점이 아닌 기수적 관점에서 기술된 것이다.
본 개시에서 말하는 배터리 셀이란 배터리 셀의 최종 완성품 또는 그 중간단계인 배터리 셀의 중간 조립체를 모두 포함하는 용어이다. 이하에서는 본 개시에 따른 배터리 셀 및 배터리 셀 제조방법을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 개시의 실시예에 의한 배터리 셀(100)의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀에서 제1 마개(130) 및 제2 마개(140)가 분리된 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 전해액 주입장치(200)로 배터리 셀에 전해액을 주입하는 것을 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 배터리 셀(100)은 이차전지로 구성될 수 있다. 본 명세서에서 배터리 셀(100)은 각형 배터리 셀(100)을 예로 들어 설명하지만, 배터리 셀(100)의 형상은 육면체 구조로 한정되는 것은 아니다.
배터리 셀(100)은 케이스(110), 주입통로(120), 제1 마개(130) 및 제2 마개(140)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 배터리 셀(100)의 외관을 형성할 수 있으며, 알루미늄 또는 알루미늄을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 다만, 케이스(110)의 재질은 이에 한정되지 않는다. 또한, 케이스(110)는 납작하고 각진 육면체의 형상을 가질 수 있다.
케이스(110)는 수용공간(111), 전극단자(112), 벤팅부(113)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는 전극조립체가 수용되는 수용공간(111)을 포함할 수 있다. 수용공간(111)은 배터리 셀(100)의 충방전이 가능하도록 전극조립체 및 전해액이 수용되는 공간이며 케이스(110)의 내부공간에 포함될 수 있다. 케이스(110)는 수용공간(111)을 형성하는 케이스 몸체(110a)와, 케이스 몸체(110a)의 수용공간(111)을 덮는 캡 플레이트(110b)를 포함할 수 있다.
전극조립체는 복수의 전극판과 복수의 분리막을 포함할 수 있다. 전극판은 양극판과 음극판을 포함할 수 있다. 분리막은 음극판과 양극판 사이에 개재되는 절연체로 구성될 수 있다. 전극조립체는 음극판, 양극판 및 분리막이 교대로 적층된 스택(stack) 타입 또는 적층된 음극판, 양극판 및 분리막이 함께 권취된 젤리롤(jelly roll) 타입으로 구성될 수 있다. 음극판 및 양극판은 각각 포일(foil) 상에 음극 활물질 또는 양극 활물질이 코팅된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 음극판은 구리 또는 니켈 재질의 포일에 흑연 등이 코팅되어 형성되고, 양극판은 알루미늄 재질의 포일에 전이 금속산화물 활물질이 코팅되어 형성될 수 있다.
전극단자(112)는 케이스(110)에 포함될 수 있다. 전극단자(112)는 케이스(110)의 캡 플레이트(110b)에 배치될 수 있다. 전극단자(112)는 양극판과 연결되는 양극단자와, 음극판과 연결되는 음극단자를 포함할 수 있다. 양극단자는 양극판에서 연장된 양극탭을 통하여 양극판과 연결되며, 음극단자는 음극판에서 연장된 음극탭을 통하여 음극판과 연결될 수 있다.
벤팅부(113)는 케이스(110)에 설치될 수 있다. 일 예로서, 벤팅부(113)는 캡 플레이트(110b)에 설치될 수 있다. 벤팅부(113)는 레이저 용접 등 용접에 의하여 케이스(110)에 고정될 수 있다. 벤팅부(113)는 케이스(110) 내부에서 발생한 가스 등을 배출시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 벤팅부(113)는 가스 등에 의해 케이스(110)의 내부 압력이 상승하였을 때, 파단되도록 구성될 수 있다. 벤팅부(113)의 설치위치 및 개수는 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 벤팅부(113)는 케이스 몸체(110a)에 설치되는 것도 가능하다.
주입통로(120)는 케이스(110)에 형성되며, 수용공간(111)으로 전해액이 주입되는 통로일 수 있다. 주입통로(120)는 외부와 수용공간(111)을 연결하는 구멍의 형태로 케이스(110)에 형성될 수 있다. 주입통로(120)는 케이스(110)의 캡 플레이트(110b)에 배치될 수 있으며 설치위치는 다양하게 변경이 가능하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀에 전해액을 주입할 경우, 전해액 주입장치(200)의 전해액 주입바늘(210)을 주입통로(120)에 삽입하여 전해액을 케이스(110)의 수용공간(111)에 주입할 수 있다. 또한, 주입통로(120)의 단면은 도 2에 도시된 바와 같이 원형으로 형성될 수 있다. 주입통로(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 케이스(110)의 외측으로 연장되는 돌출부(121)를 포함할 수 있다. 따라서, 돌출부(121)에 의해 주입통로(120)가 외부로 연장된 공간만큼 배터리 셀(100)에 전해액을 추가로 더 주입할 수 있다. 본 개시에서 도시하는 주입통로(120)의 단면과 돌출부(121)의 형태는 예시에 해당하며 그 단면과 형태는 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 주입통로(120)의 단면은 사각형이 될 수 있으며, 돌출부(121)의 형태는 사각기둥이 되는 것도 가능하다.
제1 마개(130)는 케이스(110)의 주입통로(120)에 결합될 수 있다. 제1 마개(130)는 주입통로(120)와 중심축이 일치하도록 결합될 수 있다. 제1 마개(130)는 주입통로(120)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 이에 따라 제1 마개(130)를 주입통로(120)와 결합하거나 주입통로(120)로부터 탈거하는 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
제2 마개(140)는 제1 마개(130)에 결합될 수 있다. 제2 마개(140)는 제1 마개(130)와 중심축이 일치하도록 결합될 수 있다. 제2 마개(140)는 제1 마개(130)와 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 이에 따라, 제2 마개(140)를 제1 마개(130)와 결합하거나 제1 마개(130)로부터 탈거하는 과정을 반복적으로 수행할 수 있다.
제1 마개(130) 및 제2 마개(140)의 결합방식은 끼움결합 방식이 될 수 있다. 따라서, 제1 마개(130) 및 제2 마개(140)는 결합 이후 케이스(110)의 밀봉상태가 안정적으로 유지되도록 하며, 의도하지 않은 전해액의 누출이나 증발을 방지할 수 있다. 동시에 제1 마개(130) 및 제2 마개(140)는 필요시 탈거가 가능하다. 다만, 제1 마개(130) 및 제2 마개(140)의 결합방식은 끼움결합에 한정되지 않는다. 케이스(110)의 밀봉상태가 안정적으로 유지되고 의도하지 않은 전해액의 누출이나 증발을 방지할 수 있도록 하며, 필요시 탈거가 가능하도록 하는 결합방식은 모두 가능하다. 예를 들어, 결합방식은 나사결합 방식이 이용되는 것도 가능하다.
제1 마개(130) 및 제2 마개(140)의 재료는 금속, 고무, 플라스틱 등의 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 결합상태를 안정적으로 유지하기 위해 제1 마개(130) 및 제2 마개(140)의 표면에 고무나 실리콘 등의 마찰부재를 추가적으로 부착할 수 있다.
도 4는 도 2의 I-I'선에 따른 제1 마개(130), 제2 마개(140) 부분의 단면사시도이며, 도 5는 도 4에서 제1 마개(130) 및 제2 마개(140)가 주입통로에 결합된 상태의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 마개(130)는 제1 부분(131), 제2 부분(132), 전해액 주입구멍(133), 돌출부 수용부(134), 마개 머리(135)를 포함할 수 있다.
제1 부분(131)은 주입통로(120)의 길이방향(전해액 주입방향)과 수직하게 배치될 수 있다. 제1 부분(131)은 주입통로(120)의 내부로 배치될 수 있다. 제1 부분(131)이 주입통로(120) 내부로 들어간 깊이는 전해액 주입바늘(도 3의 210)의 길이, 돌출부(121)의 길이, 전해액의 주입량 등을 고려하여 필요에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 제1 부분(131)은 주입통로(120)와 같은 원형일 수 있다. 제1 부분(131)의 직경은 제1 마개(130)와 주입통로(120)가 끼움결합이 가능하도록 주입통로(120)의 직경과 같거나 클 수 있다.
제2 부분(132)은 제1 부분(131)의 테두리에 연결되며 주입통로(120)의 길이방향과 나란하게 배치될 수 있다. 제2 부분(132) 중 적어도 일부는 주입통로(120) 내부에 배치될 수 있다. 제2 부분(132)의 일단에는 제1 부분(131)이 배치될 수 있다. 제2 부분(132)의 길이는 전해액 주입바늘(210)의 길이, 돌출부(121)의 길이, 전해액의 주입량 등을 고려하여 필요에 따라 다르게 형성될 수 있다.
전해액 주입구멍(133)은 제1 마개(130)가 주입통로(120)에 결합된 상태로 전해액을 주입할 때 이용될 수 있다. 배터리 셀(100)에 전해액을 주입하는 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 전해액 주입장치(200)의 전해액 주입바늘(210)은 주입통로(120)에 결합된 제1 마개(130)의 주입구멍을 관통하여 케이스(110)의 수용공간(111)에 전해액을 주입할 수 있다. 제1 부분(131)은 수용공간(111)과 연결되는 전해액 주입구멍(133)을 포함할 수 있다. 전해액 주입구멍(133)은 제1 부분(131)에 배치될 수 있다. 전해액 주입구멍(133)의 직경은 주입통로(120)의 직경 보다 작을 수 있다. 구체적으로 전해액 주입구멍(133)의 직경은 제1 부분(131)의 직경보다 작을 수 있다. 따라서, 제1 마개(130)가 주입통로(120)에 결합된 상태에서는 외부로 드러난 주입통로(120)의 면적이 줄어들게 되어 전해액 증발을 최소화할 수 있다. 또한, 제1 마개(130)가 결합된 상태에서 전해액 주입이 가능하며, 전해액 주입시 전해액이 배터리 셀(100)의 구성 일부와 부딪혀 외부로 튀는 전해액 튐 현상을 줄일 수 있다.
돌출부 수용부(134)는 주입통로(120)의 돌출부(121)를 수용하도록 제1 마개(130)에 형성된 홈일 수 있다. 돌출부 수용부(134)는 제2 부분(132)의 외측으로 형성될 수 있다. 돌출부 수용부(134)는 돌출부(121)의 일부 또는 전부를 수용할 수 있다. 도 5의 도시된 돌출부 수용부(134)는 돌출부(121)의 전부를 수용하는 경우를 나타낸 것이다.
제1 마개(130)는 제2 마개(140)와 결합되는 마개 머리(135)를 포함할 수 있다. 마개 머리(135)는 제1 마개(130) 상부에서 제2 부분(132)에 연결될 수. 마개 머리(135)와 제2 부분(132) 사이에는 돌출부 수용부(134)가 형성될 수 있다. 돌출부 수용부(134)가 돌출부(121)의 전부를 수용할 경우, 마개 머리(135)의 일단면은 케이스(110)의 일 표면과 일치하도록 접할 수 있다.
제2 마개(140)는 제1 마개(130)의 마개 머리(135)를 수용하도록 마개 머리 수용부(141)를 포함할 수 있다. 마개 머리(135)의 단면과 마개 머리 수용부(141)의 단면은 원형일 수 있다. 마개 머리(135)의 직경은 제1 마개(130)와 제2 마개(140)가 끼움결합이 가능하도록 마개 머리 수용부(141)의 직경보다 크거나 같을 수 있다. 제2 마개(140)가 제1 마개(130)와 결합하게 되면 주입통로(120)는 외부와 차단되어 밀봉성을 유지할 수 있다.
도 6은 배터리 셀(100a)의 최종제품 형태 중 일 예를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 배터리 셀(100a)의 최종제품에는 전해액 추가 주입이 필요 없는 경우 더 이상 제1 마개(130), 제2 마개(140) 및 돌출부(121) 구성이 필요 없을 수 있다. 이 경우, 최종 제품의 배터리 셀(100a)은 제1 마개(130), 제2 마개(140) 및 돌출부(121) 구성을 제거한 후, 제거된 자리에 제2 플레이트(122)를 덮거나 제거된 자리를 용접하여 주입통로(120)를 밀봉하는 형태가 될 수 있다. 제2 플레이트(122)를 구성하는 재료는 금속, 고무, 플라스틱 등 수용공간(111)을 외부와 차단할 수 있도록 밀봉할 수 있는 모든 재료가 가능하다. 제2 플레이트(122)로 주입통로(120)를 밀봉하는 방식은 용접 또는 접착방식이 될 수 있다.
도 7은 제1 플레이트(136)가 결합된 제1 마개(130a)를 나타낸 단면도이다.
배터리 셀(100)은 전해액 주입구멍(133)을 밀봉하는 제1 플레이트(136)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 마개(130a)는 제1 플레이트(136)를 더 포함할 수 있다. 제1 플레이트(136)는 제1 마개(130a)가 주입통로(120)에 결합된 상태에서 밀봉성을 더 향상시키기 위한 부재이다. 제1 플레이트(136)는 전해액 주입구멍(133)을 막도록 제1 부분(131)에 결합될 수 있다. 제1 플레이트(136)는 제1 부분(131)에 접착될 수 있으나, 제1 플레이트(136)의 결합방식은 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 플레이트(136)의 재질은 고무나 실리콘 등을 포함할 수 있다. 따라서, 전해액 주입 시 전해액 주입바늘(도 3의 210)이 제1 플레이트(136)를 용이하게 관통하여 주입통로에 삽입될 수 있으며, 주입바늘(210)이 배출된 이후 제1 플레이트(136)가 변형되어 주입바늘(210)이 관통된 구멍이 다시 좁혀질 수 있다.
도 8은 절연덮개(150)가 결합된 배터리 셀(100b)의 단면도이다.
배터리 셀(100b)은 케이스(110)의 외면에 탈착 가능하게 결합되는 절연 덮개(150)를 더 포함하며, 절연 덮개(150)는 돌출부(121)가 배치되는 개구를 포함할 수 있다. 절연덮개(150)는 배터리 셀(100)의 상부를 외부로부터 전기적으로 차단하기 위한 부재일 수 있다. 절연덮개(150)는 캡 플레이트(110b)를 덮는 형상을 가질 수 있다. 절연덮개(150)의 소재는 절연성 재질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연덮개(150)는 폴리염화비닐, 합성고무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 합성수지계가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 개구는 돌출부가 관통되도록 형성된 구멍일 수 있다. 절연덮개(150)는 전극단자(112), 벤팅부(113) 및 제1,2 마개(130,140)가 외부로 노출되도록 구멍을 포함할 수 있다.
도 9는 제1 마개(130b)의 변형예를 도시한 단면도이다.
제1 마개(130b)의 제1 부분(131)은 수용공간(111) 내부방향으로 오목하게 들어간 형태로 형성될 수 있다. 오목한 형태의 제1 부분(131)은 전해액 주입바늘(210)이 전해액 주입구멍(133)을 용이하게 관통하도록 안내하는 가이드 역할을 수행할 수 있고, 제1 마개(130b) 내부에 남아있는 전해액이 수용공간(111) 흘러 들어가게 할 수 있다. 본 개시에서 제시한 제1 부분(131)의 형상은 예시에 불과하며 다양한 형상이 가능하다. 예를 들어, 제1 부분(131)은 수용공간(111) 방향으로 갈수록 좁아지는 원뿔(Cone) 형상일 수 있다.
도 10은 제1 마개(130c)의 다른 변형예를 도시한 단면도이다.
제1 마개(130c)의 제2 부분(132)은 수용공간(111) 내부로 연장될 수 있다. 제2 부분은(132)은 케이스(110)에 끼움결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 마개(130c)는 제2 부분(132)의 일단에는 걸림부(137)가 형성되어 주입통로(120)에 끼움결합 될 수 있다. 제1 부분(131)은 제2 부분(132)의 내부에 배치되도록 형성될 수 있다. 도 10에 도시된 제1 마개(130c)를의 다른 변형예에 의하면, 제2 부분(132)이 돌출부(121)의 역할을 대신하므로 주입통로(120)는 돌출부(121)를 구비하지 않을 수 있다.
도 11 내지 도 13은 본 개시의 실시예에 의한 배터리 셀의 제조방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 11을 도 1 내지 도 3과 함께 참조하면, 배터리 셀 제조방법(S100)은 케이스 준비 단계(S110), 전극조립체 수용 단계(S120), 제1 마개 결합 단계(S130), 전해액 주입 단계(S140), 제2 마개 결합 단계(S150)를 포함할 수 있다.
케이스 준비 단계(S110)는 전극조립체가 수용되는 케이스(110)를 준비하는 단계일 수 있다. 케이스(110)는 전극조립체가 수용되는 수용공간(111)과, 수용공간(111)으로 전해액이 주입되는 주입통로(120)를 포함할 수 있다.
전극조립체 수용 단계(S120)는 수용공간(111)에 준비된 전극조립체를 수용할 수 있다.
제1 마개 결합 단계(S130)는 케이스(110)에 형성된 주입통로(120)에 제1 마개(130)를 결합할 수 있다. 제1 마개(130)를 주입통로(120)에 결합하는 방식은 탈착 가능한 결합 방식이며, 결합 방식은 다양할 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따르면 끼움결합이나 나사결합 방식으로 결합시킬 수 있다. 결합하는 방식은 작업자에 의한 수동형식이 될 수도 있고, 배터리 셀(100) 제조장치에 의할 수도 있다.
전해액 주입 단계(S140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전해액 주입장치(200)를 이용하여 제1 마개(130)의 형성된 전해액 주입구멍(133)으로 전해액을 주입하는 단계일 수 있다. 전해액 주입장치(200)의 일 구성인 전해액 주입바늘(210)을 전해액 주입구멍(133) 내부로 삽입시키고, 전해액 주입바늘(210)을 통해 전해액을 주입하게 된다. 이때, 전해액 주입바늘(210)이 수용공간(111) 내부에 전극조립체를 건드리지 않도록 할 수 있다.
제2 마개 결합 단계(S150)는 제1 마개(130)에 제2 마개(140)를 결합하는 단계일 수 있다. 이때, 제1 마개(130)는 주입통로(120)에 결합된 상태이다. 제2 마개(140)의 결합방식은 탈착 가능한 결합 방식이며, 제1 마개(130)의 결합방식과 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 마개(140)의 결합방식은 끼움결합이 될 수 있고, 나사결합도 될 수 있다.
배터리 셀 제조방법(S100a)에는 도 12에 도시된 바와 같이, 마개 제거 단계(S200) 및 주입통로 밀봉 단계(S300)를 더 포함할 수 있다.
마개 제거 단계(S200)는 제1 마개(130)와 제2 마개(140)를 제거하는 단계일 수 있다. 제1,2 마개(130, 140)를 제거하는 방법은 커팅 방식이 될 수 있으며, 이는 예시일 뿐 그 제거방식은 다양할 수 있다. 마개 제거 단계(S200)는 돌출부(121)를 제거하는 공정을 포함할 수 있다. 돌출부(121)는 주입통로(120)를 케이스(110)의 외측으로 연장되도록 형성된 것이다. 따라서, 마개 제거 단계(S200) 이후 케이스(110)에는 돌출부(121)가 남아 있거나 안 남아 있을 수 있다.
주입통로 밀봉 단계(S300)는 돌출부(121)가 제거된 주입통로를 밀봉하는 공정을 포함할 수 있다. 제1,2 마개(130, 140)가 제거된 후 남아있는 주입통로(120)를 밀봉하는 단계일 수 있다. 돌출부(121)가 제거된 경우에는 돌출부(121)가 제거된 후 남아있는 주입통로(120)를 밀봉하는 단계일 수 있다. 이때, 주입통로 밀봉 단계(S300)는 주입통로(120)를 용접으로 밀봉하거나 또는 주입통로(120)를 제2 플레이트(122)로 덮어 밀봉하는 단계일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 플레이트(122)는 케이스의 외면에서 주입통로 상부를 덮는 구성이다. 제2 플레이트(122)의 재료는 금속, 고무, 플라스틱 등 수용공간(111)을 외부와 차단할 수 있도록 밀봉할 수 있는 모든 재료가 가능하다. 제2 플레이트(122)의 밀봉 방식은 용접 또는 접착 방식이 될 수 있다. 그러나, 이는 예시일 뿐 제2 플레이트(122)의 밀봉 방식은 다양할 수 있다.
배터리 셀 제조방법(S100b)에는 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 마개 탈거 단계(S160), 디개싱 단계(S170) 및 전해액 보충 단계(S180)를 더 포함할 수 있다.
제2 마개 탈거 단계(S160)는 제2 마개(140)를 제1 마개(130)로부터 탈거하는 단계일 수 있다. 제2 마개(140)가 탈거된 상태에서 제1 마개(130)는 주입통로(120)에 결합되어 있는 상태일 수 있다.
제2 마개 탈거 단계(S160) 이후에는 필요에 따라 디개싱 단계(S170) 또는 전해액 보충 단계(S180)를 수행할 수 있다.
디개싱 단계(S170)는 전해액 주입구멍(133)을 통해 수용공간(111) 내에 발생한 가스를 디개싱하는 단계일 수 있다. 배터리 셀(100)의 제조과정에서 배터리 셀(100)을 충방전하고 안정화하는 공정을 거치며, 이 때 배터리 셀(100) 내부 수용공간에는 가스가 발생하여 이를 제거할 필요성이 있을 수 있다. 디개싱 단계(S170) 이후에는 추가적으로 전해액 보충 단계(S180)를 수행할 수 있다.
전해액 보충 단계(S180)는 전해액 주입구멍(133)을 통해 전해액을 추가 주입하는 단계일 수 있다. 전해액 주입장치(200)의 주입바늘(210)이 외부로 드러난 제1 마개(130)의 주입구멍(133)에 삽입되어 전해액을 주입할 수 있다. 전해액의 보충량은 전해액이 증발된량 또는 부족량에 따라 달라질 수 있다.
디개싱 단계(S170) 또는 전해액 보충 단계(S180) 이후에는 마개 제거 단계(S200) 및 주입통로 밀봉 단계(S300)를 더 수행할 수 있다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
[부호의 설명]
100: 배터리 셀
110: 케이스
110a: 케이스 몸체
110b: 캡 플레이트
111: 수용공간
112: 전극단자
113: 벤팅부
120: 주입통로
121: 돌출부
122: 제2 플레이트
130: 제1 마개
131: 제1 부분
132: 제2 부분
133: 전해액 주입구멍
134: 돌출부 수용
135: 마개 머리
136: 제1 플레이트
137: 걸림부
140: 제2 마개
141: 마개 머리 수용부
150: 절연덮개
200: 전해액 주입장치
210: 전해액 주입바늘

Claims (17)

  1. 전극조립체가 수용되는 수용공간을 포함하는 케이스;
    상기 케이스에 형성되며, 상기 수용공간으로 전해액이 주입되는 주입통로;
    상기 주입통로에 탈착 가능하게 결합되는 제1 마개; 및
    상기 제1 마개에 탈착 가능하게 결합되는 제2 마개;
    를 포함하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마개는, 상기 주입통로의 길이방향에 수직으로 배치되는 제1 부분과, 상기 주입통로의 길이방향과 나란히 배치되는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분은 상기 수용공간과 연결되는 전해액 주입구멍을 포함하는 배터리 셀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주입통로는 상기 케이스의 외측으로 연장되는 돌출부를 포함하는 배터리 셀.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 주입통로의 내부로 배치되는 배터리 셀.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전해액 주입구멍의 직경은 상기 주입통로의 직경 보다 작은 배터리 셀.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전해액 주입구멍을 밀봉하는 제1 플레이트를 더 포함하는 배터리 셀.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 케이스의 외면에 탈착 가능하게 결합되는 절연 덮개를 더 포함하며,
    상기 절연 덮개는 상기 돌출부가 배치되는 개구를 포함하는 배터리 셀.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 수용공간의 내부로 연장되며, 상기 제1 부분은 상기 제2 부분의 내부에 배치되도록 형성되는 배터리 셀.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 케이스에 끼움결합되는 배터리 셀.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 수용공간의 내부 방향으로 오목하게 들어간 형태로 형성된 배터리 셀.
  11. 전극조립체가 수용되는 수용공간과, 상기 수용공간으로 전해액이 주입되는 주입통로를 포함하는 케이스를 준비하는 케이스 준비 단계;
    상기 수용공간에 상기 전극조립체를 수용하는 전극조립체 수용 단계;
    상기 주입통로에 제1 마개를 결합하는 제1 마개 결합 단계;
    상기 제1 마개에 형성된 전해액 주입구멍으로 전해액을 주입하는 전해액 주입 단계; 및
    상기 제1 마개에 제2 마개를 결합하는 제2 마개 결합 단계;
    를 포함하는 배터리 셀 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 마개로부터 상기 제2 마개를 탈거하는 제2 마개 탈거 단계; 및
    상기 전해액 주입구멍을 통해 전해액을 추가 주입하는 전해액 보충 단계;
    를 더 포함하는 배터리 셀 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 마개를 탈거하는 제2 마개 탈거 단계; 및
    상기 전해액 주입구멍을 통해 디개싱하는 디개싱 단계;
    를 더 포함하는 배터리 셀 제조방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 마개와 상기 제2 마개를 제거하는 마개 제거 단계; 및
    상기 주입통로를 밀봉하는 주입통로 밀봉 단계;
    를 더 포함하는 배터리 셀 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 주입통로는 상기 케이스의 외측으로 연장되는 돌출부를 포함하며,
    상기 마개 제거 단계는 상기 돌출부를 제거하는 공정을 포함하고,
    상기 주입통로 밀봉 단계는 상기 돌출부가 제거된 상기 주입통로를 밀봉하는 공정을 포함하는 배터리 셀 제조방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 주입통로 밀봉 단계는 상기 주입통로를 용접으로 밀봉하는 배터리 셀 제조방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 주입통로 밀봉 단계는 상기 주입통로를 제2 플레이트로 덮어 밀봉하는 배터리 셀 제조방법.
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