WO2024253383A1 - 전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀 - Google Patents

전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a welding structure of a battery can, a current collector plate, and a cap, and a battery cell using the same.
  • the process for manufacturing a battery cell using a cylindrical can includes the steps of deep drawing a metal sheet to form a circular bottom portion and a circular tubular side wall member connected thereto, accommodating an electrode assembly therein, and then covering the open end of the side wall member with a cap to finish it.
  • a current collector plate is provided that contacts and is electrically connected to the electrode tab of the electrode assembly.
  • the current collector plate is connected to the cap or the side wall member by welding or the like so that it contacts and is electrically connected to the cap or the side wall member.
  • a method of welding the sidewall members, cap, and collector plate together can be considered. And this welding can be done by a laser.
  • a gap may occur due to the tolerance of each of the sidewall member, the cap, and the collector plate, and the assembly error thereof.
  • the laser may directly penetrate the inside of the can, causing damage to the electrode assembly required inside the can. Therefore, improvement in the assembly of cylindrical battery cells is desirable.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to provide a welding structure of a battery can, a collector plate, and a cap, and a battery cell using the same, which can increase the production efficiency of a cylindrical battery cell and reduce the production cost by integrating the process of welding a collector plate to a can and the process of welding the cap to the side wall member into a single welding process.
  • the present invention aims to provide a welding structure of a battery can, a current collector plate, and a cap, and a battery cell using the same, which can prevent a laser from directly penetrating into the can during a laser welding process even if there is a component tolerance and assembly error among the side wall member, the cap, and the current collector plate.
  • the present invention provides a welding structure of a battery can, a collector plate, and a cap, which enables easy assembly of the can, a collector plate, and a cap, and enables correct positioning and close contact through a mutually abutting structure during the assembly process, thereby facilitating triple welding, and a battery cell using the welding structure.
  • the present invention aims to provide a welding structure of a battery can, a collector plate, and a cap, and a battery cell applying the same, which has shapes of the can, a collector plate, and a cap and an interlocking relationship thereof that can secure weldability, increase process stability, and ensure durability of welding.
  • the present invention for solving the above-described problem can be applied to a battery cell including an electrode assembly, a current collector electrically connected to the electrode assembly, and a can accommodating the electrode assembly and the current collector.
  • the can includes a side wall member extending in an axial direction, and an open end provided at one (first) end in the axial direction of the side wall member.
  • the above battery cell includes a cap covering the open end.
  • a floor member is connected to the other axial end (the second end opposite the first end) of the side wall member, and thus the other axial end of the side wall member can form a closed end.
  • the above electrode assembly may be in the form of a jelly-roll wound around a predetermined axis.
  • An electrode tab is provided at one of the axial ends of the electrode assembly, which corresponds to the open end, and the current collector plate can be electrically connected to the electrode tab.
  • the above-mentioned current collector plate may include an electrode tab connecting portion that is electrically connected to the electrode tab by contacting it.
  • the above electrode tab connection portion can be joined to the electrode tab.
  • the joining can be accomplished by welding, brazing, or soldering.
  • the above-described current collector plate includes a can connector that is electrically connected to the can by contacting it.
  • the above can connection portion and the above electrode tab connection portion can be electrically connected.
  • the above can connection portion may be positioned radially outer than the electrode tab connection portion.
  • connection portion can be extended axially.
  • the above can connection part can be connected to the electrode tab connection part through a bending part.
  • the above-mentioned bending portion can bend a collector plate extending radially outwardly axially outwardly.
  • the above can connecting portion can extend axially outward from the above bending portion.
  • the above can connection portion has a mating outer surface defined by the outer periphery of the can connection portion.
  • the above-mentioned outer surface faces the inner surface of the side wall member in the radial direction.
  • At least a portion of the outer surface of the abutting member in the axial direction defines a first section that contacts the inner surface of the side wall member in the radial direction.
  • the above can connection portion has a cap mating surface defined by an axial outer end surface.
  • the above cap mating surface faces and contacts the inner surface of the cap in the axial direction.
  • the above cap includes a joint outer surface facing the inner surface of the side wall member in the radial direction.
  • the above-mentioned outer surface of the joint can be in contact with the inner surface of the side wall member in the radial direction.
  • the above cap has a collector plate mating surface defined by an axial inner surface.
  • the abutting surface of the above collector plate faces and contacts the cap abutting surface of the can connection of the above collector plate in the axial direction.
  • the outer surface of the joint of the above cap can be positioned axially further outside the abutting surface of the collector plate.
  • the outer surface of the joint of the above cap can be positioned radially outside the contact surface of the collector plate.
  • At least a portion of the inner surface of the side wall member and at least a portion of the mating outer surface of the collector plate can be joined.
  • At least a portion of the inner surface of the side wall member and at least a portion of the outer surface of the cap can be joined.
  • At least a portion of the cap mating surface of the above collector plate and at least a portion of the collector plate mating surface of the cap can be joined.
  • the above joint can be made by welding.
  • the above side wall member, the cap and the collector plate can be triple welded together.
  • the above welding can be performed by a laser irradiating the abutting portion of the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap in the axial direction.
  • At least a portion of the inner surface of the side wall member, at least a portion of the joint outer surface of the cap, and at least a portion of the can connection portion of the collector plate can be welded together and joined.
  • the outer diameter of at least a portion of the above-mentioned outer surface in the axial direction may be larger than the inner diameter of the inner surface of the side wall member facing the above-mentioned section in the radial direction.
  • the outer diameter of the first section of the abutting outer surface may be larger than the inner diameter of the inner surface of the side wall member facing it in the radial direction. Accordingly, when the collector plate is inserted into the can, the first section of the abutting outer surface of the collector plate may be forcibly pressed into the side wall member.
  • the above battery cell may include a welded portion in which the inner surface of the side wall member, the outer surface of the cap, and the can connection portion of the current collector plate are welded together.
  • the outer surface of the joint of the above cap and the outer surface of the mating of the can connection portion may each face the inner surface of the side wall member in the radial direction.
  • the outer surface of the joint of the above cap and the outer surface of the mating of the can connection portion can each be in radial contact with the inner surface of the side wall member.
  • the axial ends of the joint outer surface of the cap and the inner surface of the side wall member, which face or butt each other radially, can be exposed axially outward.
  • the above welded portion can be formed by a laser radiating axially from the axial outer side of the battery cell toward the axial ends of the bonded outer surface of the cap and the inner surface of the side wall member.
  • the laser can be prevented from being directly irradiated into the internal space of the can.
  • the above-mentioned collector plate may have a higher thermal conductivity than the side wall member. Accordingly, the welding heat is quickly distributed to the electrode assembly through the collector plate, thereby preventing the phenomenon in which the welding heat is transmitted to the outer surface of the electrode assembly through the side wall member and damages the separator provided on the outer surface of the electrode assembly.
  • An inner diameter expansion portion may be provided at one axial end of the above side wall member.
  • the first inner surface of the side wall member provided axially inwardly relative to the inner diameter expansion portion may have an inner diameter smaller than the second inner surface of the side wall member provided axially outwardly relative to the inner diameter expansion portion.
  • the above inner diameter expansion portion may have a shape that expands the inner diameter of the side wall member as it goes outward in the axial direction.
  • the above inner diameter expansion portion may include an inclined surface shape provided on the inner surface of the side wall member and extending radially outward as it goes axially outward.
  • the above inner diameter expansion portion can prevent internal penetration of a laser that may enter through a gap between the side wall member and the cap or collector plate.
  • At least a portion of the first section of the above-described outer surface in the axial direction can be in contact with the first inner surface.
  • At least a portion of the first section of the outer circumferential surface facing in the axial direction may also be in contact with the inner diameter expansion portion.
  • At least a portion of the first section of the above-mentioned outer surface in the axial direction can also be in contact with the above-mentioned second outer surface.
  • the outer diameter of the first section of the above-mentioned outer surface may be larger than the inner diameter of the above-mentioned first inner surface.
  • the outer diameter of the mating outer surface of the can connection portion of the above-mentioned collector plate may be larger than the inner diameter of the above-mentioned first inner surface.
  • the material of the above collector plate may be softer than the material of the side wall member.
  • the abutting outer surface When the outer diameter of the above-mentioned abutting outer surface is set to be slightly larger than the inner diameter of the above-mentioned first inner surface, the abutting outer surface can be pressed into the above-mentioned first inner surface during the process of inserting the collector plate, so that the abutting outer surface and the above-mentioned first inner surface can be in close contact in the radial direction.
  • the outer diameter of the first section of the abutting outer surface in contact with the first inner surface can correspond to the inner diameter of the first inner surface.
  • a curved surface whose outer diameter gradually decreases as it goes axially inward can be provided axially inwardly relative to the cap connecting portion.
  • the minimum outer diameter of the above-mentioned curved surface may be smaller than the inner diameter of the first inner surface.
  • the forced pressing of the cap connection part to the first inner surface can be guided during the process of inserting the collector plate.
  • the first inner surface of the side wall member into which the first section of the outer surface of the abutment is forcibly pressed may be arranged closer to the bend portion in the axial direction than the second inner surface of the side wall member.
  • the outer surface of the above cap may face the second inner surface in the radial direction.
  • the mating outer surface of the above can connection portion can radially face the second inner surface from an axial direction further inward than the above joining outer surface.
  • the outer surface of the joint of the above cap and the outer surface of the can connection of the above collector plate can each be in contact with the second inner surface.
  • the outer diameter of the above-mentioned outer surface may correspond to the inner diameter of the above-mentioned second inner surface or may be smaller than it.
  • the above cap may be provided with a cap body, a thickness reduction portion, and a joint portion in that order from the radial center outward.
  • the thickness reduction portion may be provided on the radially outer side of the cap body, and the joint portion may be provided on the radially outer side of the thickness reduction portion.
  • the outer surface of the joint of the above cap can be provided at the joint portion.
  • the above first thickness may be a thickness of the joint measured in the axial direction.
  • the above first thickness may be smaller than the second thickness of the cap body measured in the axial direction.
  • the second thickness of the cap body which occupies the overall shape of the cap
  • the deformation of the cap due to the internal pressure of the can is minimized, while the axial dimension of the welding portion for the side wall member, i.e. the outer peripheral surface of the joint, is suppressed so that the weld is formed over the entire axial direction of the outer peripheral surface of the joint, thereby increasing both the strength of the cap itself and the bonding strength of the cap to the side wall member.
  • the above thickness reduction portion may be provided on the axial inner surface of the cap.
  • the thickness reduction portion By appropriately selecting the position where the thickness reduction portion is provided so that at least a portion of the thickness reduction portion can contact the current collector plate, the effect of the thickness reduction portion of the cap being in contact with the current collector plate and the center of the cap being aligned can be enjoyed during the process of inserting the cap. That is, by providing the thickness reduction portion of the cap, the alignment and center alignment of the cap are effectively achieved when inserting the cap into the can.
  • the thickness reduction portion may include a sloped surface shape that extends axially outward as it goes radially outward.
  • the above thickness reduction portion and joint portion can be formed by forging.
  • the radial inner edge of the axial outer end of the cap connection portion of the collector plate can come into contact with the inclined surface of the thickness reduction portion.
  • the center of the cap and the center of the collector plate can be aligned, and also, the axial outer end of the cap connection portion of the collector plate can be pressed radially outward to come closer to or adhere closely to the second inner surface of the side wall member.
  • the present invention provides a method for manufacturing the battery cell described above.
  • the battery cell includes a can including a bottom member, a side wall member connected to the bottom member and extending in an axial direction, and an open end provided at one axial end of the side wall member, a cap covering the open end, and an electrode assembly accommodated inside the can.
  • the method for manufacturing such a battery cell includes a first step of bonding a current collector to an electrode tab provided at an end corresponding to the open end among the axial ends of the electrode assembly.
  • the above manufacturing method includes a second step of inserting the current collector plate into the can and contacting a first section, which is at least a portion of the axial direction of the outer surface of the abutting can connection portion provided on the radial outer edge of the current collector plate, with the inner surface of the side wall member.
  • the can connection part of the collector plate is forcibly pressed into the first inner surface which is positioned axially further inward than the inner diameter expansion part of the side wall member, thereby increasing the adhesion between the first inner surface and the joint outer surface of the collector plate.
  • the above manufacturing method includes a third step of covering the open end of the side wall member with a cap and bringing the outer surface of the joint provided on the edge of the cap and the abutting surface of the collector plate into contact with the inner surface of the side wall member and the cap abutting surface of the collector plate, respectively.
  • the thickness reduction portion in the form of an inclined surface provided on the axial inner surface of the cap may be brought into contact with the collector plate to align the center of the cap (or), and the axial outer end of the cap-fitting surface of the collector plate may be pressed radially outward to bring it closer to the second inner surface of the side wall member or to make close contact therewith.
  • the above manufacturing method may include a fourth step of irradiating a laser from an axial outer side to an abutting portion of an inner surface of the side wall member and an outer surface of the joint of the cap in the axial direction, thereby welding together the inner surface of the side wall member, the outer surface of the joint of the cap, and the can connection portion of the current collector.
  • a battery cell may include a can, a cap, an electrode assembly, and a collector plate.
  • the can may include an axially extending side wall member and an open end provided at a first axial end of the side wall member.
  • the first axial end of the side wall member may include a first tapered portion that is radially inclined.
  • the cap may cover the open end of the can.
  • the electrode assembly may be positioned within the can.
  • the collector plate may electrically connect the electrode assembly and the can.
  • a radially outer portion of the collector plate may include a first surface, which is an outer contact surface defined by an outer periphery of the radially outer portion, the outer contact surface facing an inner surface of the side wall member.
  • the radially outer portion of the collector plate may further include a second surface defined by an axially outer end of the radially outer portion of the collector plate, the second surface facing and contacting an axially inward surface of the cap.
  • the cap can include a first cap surface facing the inner surface of the sidewall member.
  • the cap can further include a second cap surface facing axially inward, wherein the second cap surface faces and contacts a second surface of the radially outer portion of the collector plate.
  • the first cap surface can be arranged radially and axially outer side of the second cap surface. At least a portion of the inner surface of the side wall member and at least a portion of the outer contact surface of the collector plate can be joined by welding. At least a portion of the inner surface of the side wall member and at least a portion of the first cap surface can be joined by welding. At least a portion of the second surface of the radially outer portion of the collector plate and at least a portion of the second cap surface can be joined by welding. At least a portion of the inner surface of the side wall member, at least a portion of the first cap surface, and at least a portion of the radially outer portion of the collector plate can be welded together.
  • the outer diameter of the collector plate is larger than the inner diameter of the inner surface of the side wall member before being inserted into the can, so that a portion where the contact surfaces of the inner surface of the side wall member and the outer surface of the collector plate do not fit each other may occur.
  • the radially outer portion of the collector plate is press-fitted into the side wall member and comes into contact with it.
  • the first tapered portion on the inner surface of the side wall member can be tapered radially outward as the inclined surface extends axially outward.
  • the radially outer portion of the collector plate can include a folded portion when the collector plate is positioned in the can, and the radially outer portion can extend axially outward from the folded portion.
  • the folded portion defines a curved surface that is curved from the radial direction toward the axial direction, and an outer diameter of the collector plate can gradually decrease as the radially outer portion of the collector plate extends axially inward.
  • a minimum outer diameter of the curved surface can be smaller than an inner diameter of the inner surface of the side wall member.
  • the cap may include a cap body, an inclined surface provided on a radially outer side of the cap body, and a joint portion provided on a radially outer side of the cap body and having a first cap surface and a second cap surface.
  • a first thickness measured along an axial direction of the joint portion may be smaller than a second thickness measured along the axial direction of the cap body.
  • the inclined surface of the cap body may be provided on an axially inner surface of the cap, and may extend axially outward as the inclined surface extends radially outward. At least a portion of the inclined surface of the cap body may come into contact with a collector plate.
  • the side wall member may include a first inner surface adjacent to the first tapered portion defining a first inner diameter of the can, and a second inner surface adjacent to the first tapered portion defining a second inner diameter of the can larger than the first inner diameter.
  • a method for manufacturing a battery cell comprising the following steps.
  • the method comprises the steps of providing a can having an axially extending side wall member and an open end at a first axial end of the side wall member, a cap covering the open end, and an electrode assembly disposed within the can.
  • the method comprises the step of joining a current collector to the electrode assembly. This comprises the step of inserting the current collector into the can, wherein the radially outer portion of the current collector is deformed from a first shape to a second shape.
  • the method comprises the step of contacting an outer first cap surface and an axially inward second cap surface with an inner surface of the side wall member.
  • the method comprises the step of covering the open end of the side wall member with the cap, while contacting the second cap surface with a second surface of the radially outer portion of the current collector plate.
  • the method includes a step of welding the inner surface of the side wall member, the first cap surface, and the radially outer portion of the collector plate by irradiating a laser from an axial outer side to a contact portion of the inner surface of the side wall member and the first cap surface.
  • the radially outer portion of the collector plate can come into contact with the inner surface of the side wall member in the insertion step.
  • the inclined surface of the axial inner surface of the cap can come into contact with the collector plate.
  • a battery cell may include a can, a cap, an electrode assembly, and a collector plate.
  • the can may include an axially extending side wall member and an open end provided at a first axial end of the side wall member.
  • the cap may be configured to cover the open end.
  • the electrode assembly may be configured to be received within the can.
  • the collector plate may be configured to electrically connect the electrode assembly and the can.
  • the collector plate may define a first shape before the collector plate is positioned within the can, and may define a second shape different from the first shape when the collector plate is positioned within the can.
  • a radially outer portion of the collector plate may include a first surface, which is an outer contact surface defined by an outer periphery of the radially outer portion when the collector plate is in the second shape.
  • the outer contact surface may face an inner surface of the side wall member.
  • the second surface can be defined by an axially outer end of a radially outer portion of the current collector plate when the current collector plate is in the second shape.
  • the second surface can face and contact an axially inner surface of the cap (e.g., a first cap surface) when the battery cell is assembled.
  • the cap can include a radially outer first surface (e.g., a first cap surface) that faces an inner surface of the sidewall member when the battery cell is assembled.
  • the cap can further include a second surface (e.g., a second cap surface) that faces the axially inner side.
  • the second cap surface can face and contact a second surface of the radially outer portion of the current collector plate when the battery cell is assembled.
  • the radially outer portion of the collector plate may extend radially in a first shape, and the radially outer portion of the collector plate may extend axially in a second shape.
  • the collector plate may be configured to elastically deform from the first shape to the second shape while being inserted into the can.
  • the alignment of the side wall member and the collector plate and the close contact force of the welding portion between the side wall member and the collector plate are secured, and the laser irradiated in the axial direction for welding is prevented from being irradiated into the inside of the can by the close contact portion.
  • the cap connection portion of the current collector plate is formed long in the axial direction, so that even if a portion of the laser irradiated in the axial direction for welding penetrates into the gap between the cap connection portion and the side wall member, the laser can be prevented from being directly irradiated to the internal space of the can.
  • an inner diameter extension portion on the inner surface of a side wall member to provide a first inner diameter portion and a second inner diameter portion having different inner diameters, and forcibly pressing a cap connection portion of a collector plate into a section of the first inner diameter portion that is positioned further inward in the axial direction and has a smaller inner diameter, the pressing force required during assembly can be lowered while the pressing force between the collector plate and the side wall member can be concentrated on the corresponding section, thereby ensuring close contact therebetween.
  • the inner diameter expansion portion of the side wall member functions as a barrier that blocks penetration of a laser irradiated in the axial direction for welding, thereby reliably preventing the laser from being directly irradiated into the inside of the can.
  • a section of the axial section of the cap connection part close to the bend section is forcibly pressed into the first inner diameter section, thereby further securing radial support force of the bend section and the electrode tab connection part for the forced pressing portion.
  • the curved surface provided by the bending portion of the collector plate can guide the forced pressing of the collector plate during the insertion process of the collector plate into the side wall member, thereby increasing the convenience of assembly.
  • the insertion depth of the cap can be regulated through the axial extension length of the cap connection portion, thereby increasing the assembly accuracy.
  • the inclined surface provided in the thickness reduction portion of the cap comes into contact with the cap connecting portion of the current collector plate, and the center of the cap can be aligned with respect to the center of the current collector plate, thereby increasing the convenience of assembly.
  • the axial outer end of the cap connection portion of the current collector plate when the cap is inserted, the axial outer end of the cap connection portion of the current collector plate can be pressed radially outward by the inclined surface of the thickness reduction portion of the cap, and thus the axial outer end of the cap connection portion can be brought closer to, in contact with, or in close contact with the second inner surface of the side wall member. Accordingly, the adhesion of the welding portion can be enhanced.
  • weldability can be secured so that the side wall member, the cap, and the collector plate can be welded together.
  • process stability can be secured by welding the side wall member, the cap, and the collector plate together.
  • the assembly work of a battery cell can be significantly reduced by welding the side wall member, the cap, and the collector plate together.
  • Figure 1 is a perspective view of a cylindrical battery cell of an embodiment.
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the electrode assembly accommodated inside the can of Figure 1 before winding.
  • Figure 3 is a perspective view of the electrode assembly of Figure 2 in a laminated state before winding.
  • Figure 4 is a perspective view of an assembled cylindrical jelly-roll-shaped electrode assembly by winding up the laminate of Figure 3.
  • Figure 5 is a perspective view showing a state in which a first collector plate is joined to an electrode tab of a first electrode of an electrode assembly.
  • Figure 6 is a perspective view showing a state in which a second collector plate is joined to an electrode tab of a second electrode of an electrode assembly.
  • Figure 7 is a side cross-sectional view showing the process of accommodating an electrode assembly with a current collector plate joined inside a can.
  • Figure 8 is a side cross-sectional view showing the bonding process of the first current collector plate and the first electrode terminal of the electrode assembly accommodated in the can.
  • Figure 9 is a side cross-sectional view showing the process of covering the open end of the can containing the electrode assembly with a cap.
  • Figures 10 and 11 are side cross-sectional views showing the process of closing the filling port of a cap that is joined to a side wall member of a can and has its open end closed with a stopper.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing an enlarged area of a region where a dashed line is indicated in the open end portion of the battery cell of FIG. 11, and is a drawing expressing a state of a process of inserting a cap while the electrode assembly is accommodated inside the can and a collector plate is inserted.
  • Figure 13 is a drawing showing the state in which the cap is inserted in Figure 12.
  • Figure 14 is an enlarged drawing showing the abutment portion of the side wall member, the collector plate, and the cap in Figure 13.
  • Figure 15 is a drawing showing a state in which a weld is formed by welding the side wall member, the collector plate, and the cap portion in Figure 13.
  • FIG. 16 and FIG. 17 are flowcharts of a battery cell manufacturing process according to the present invention.
  • FIG. 16 is a flowchart of a battery cell manufacturing process using a cap provided with a liquid filler port
  • FIG. 17 is a flowchart of a battery cell manufacturing process using a cap without a liquid filler port.
  • Fig. 18 illustrates a battery pack to which the battery cell of the embodiment is applied.
  • Fig. 19 illustrates a vehicle equipped with the battery pack of Fig. 18.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another, and unless otherwise specifically stated, a first component may also be a second component.
  • any configuration is disposed on (or below)” a component or “on (or below)” a component may mean not only that any configuration is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, but also that another configuration may be interposed between said component and any configuration disposed on (or below) said component.
  • the axial direction refers to the direction in which the axis forming the winding center of the jelly-roll type electrode assembly extends
  • the radial direction refers to the direction approaching (centripetal) or moving away (centrifugal) from the axis
  • the circumferential direction refers to the direction surrounding the axis.
  • FIGS. 1 to 13 an embodiment of a battery cell to which the welding structure of the present invention is applied will be described in detail.
  • the battery cell of the embodiment may be, for example, a cylindrical battery cell having a form factor ratio (defined as the ratio of the diameter ( ⁇ ) to the height (H) of a cylindrical battery cell) of greater than about 0.4.
  • the form factor means a value indicating the diameter and height of a cylindrical battery cell.
  • the cylindrical battery cell may be, for example, a 46110 cell, a 48750 cell, a 48110 cell, a 48800 cell, or a 46800 cell.
  • 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 above battery cell may be a cylindrical battery cell having a roughly cylindrical shape, 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 having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 75 mm, and a form factor ratio of 0.640.
  • a battery cell may be a cylindrical battery cell having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.
  • a battery cell may be a cylindrical battery cell having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 80 mm, and a form factor ratio of 0.600.
  • a battery cell may be a cylindrical battery cell having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 46 mm, a height of approximately 80 mm, and a form factor ratio of 0.575.
  • the present invention can also be applied to battery cells having a form factor ratio of about 0.4 or less, such as an 18650 cell, a 21700 cell, etc.
  • the 18650 cell the diameter is about 18 mm
  • the height is about 65 mm
  • the form factor ratio is 0.277.
  • the diameter is about 21 mm
  • the height is about 70 mm
  • the form factor ratio is 0.300.
  • the battery cell of the embodiment includes an electrode assembly (20), a current collector plate (31, 32) electrically connected to the electrode assembly (20), and a can (10) that accommodates the electrode assembly (20) and first and second current collector plates (31, 32).
  • the above can (10) includes a bottom member (12), a side wall member (11) connected to the bottom member (12) and extending in the axial direction, and an open end provided at one axial end of the side wall member (11).
  • the above can (10) includes a cap (16) covering the open end.
  • the above-mentioned bottom member (12) has a disc shape with a hole formed in the center, and the above-mentioned side wall member (11) may have a circular tube shape surrounding the internal volume of the can (10).
  • the above-mentioned bottom member (12) and side wall member (11) can be manufactured by forming a metal sheet with nickel plated on the surface of steel using a deep drawing process, and trimming the front end of the side wall member (11) with a punch while holding it with a blank holder.
  • the material of the can (10) is not limited to this.
  • the first electrode terminal (13) can be fitted into the hole.
  • the first electrode terminal (13) can be fixed by riveting to the bottom member (12) with a gasket (14) interposed therebetween.
  • the gasket (14) is interposed between the first electrode terminal (13) and the bottom member (12), sealing the inside and outside of the can (10) to prevent leakage of the electrolyte, and electrically insulating the first electrode terminal (13) and the bottom member (12).
  • the method of connecting the first electrode terminal (13) and the bottom member (12) is not limited to this.
  • various other fixing methods such as a bolt-nut joint method, a glass seal method, or a chrome coating & PP-MAH thermal bonding method, can also be applied.
  • the above first electrode terminal (13) may have a first polarity
  • the can (10) may have a second polarity. That is, the bottom member (12) of the can (10), the side wall member (11) connected thereto, and the cap (16) connected to the side wall member (11), which will be described later, may all have a second polarity.
  • the battery cell may have both the first electrode terminal (13) and the second electrode terminal (15) arranged at the axial end, i.e., the closed end, provided with the bottom member (12). Then, the battery cell may have both the bus bar connected to the first electrode terminal (13) and the bus bar connected to the second electrode terminal (15) positioned at the upper portion of the battery cell.
  • the first electrode terminal (13) may be a positive terminal and the second electrode terminal (15) may be a negative terminal. In another example, the first electrode terminal (13) may be a negative terminal and the second electrode terminal (15) may be a positive terminal.
  • An electrode assembly (20) is accommodated within the can (10).
  • the electrode assembly (20) is prepared by preparing a first electrode (21), a second electrode (22), and a separator (28) that are extended in the longitudinal direction with a predetermined width, and as shown in FIG. 3, a laminate is formed by sequentially stacking the first electrode (21), the separator (28), the second electrode (22), and the separator (28), and then, as shown in FIG. 4, this is wound around a coil shaft to produce a jelly-roll shape.
  • the first electrode (21) may be an anode and the second electrode (22) may be a cathode. In another example, the first electrode (21) may be a cathode and the second electrode (22) may be an anode.
  • the above first electrode (21) and second electrode (22) are manufactured in the form of sheets.
  • the above electrode sheets are manufactured in the form of an active material layer (24) being applied to the surface of a metal foil (23).
  • the above electrode sheets have a support portion (25) region where the active material layer (24) is applied, and a non-conductive portion (26) region where the active material layer (24) is not applied.
  • the positive electrode sheet has a non-conductive portion (26) region on one side in the width direction
  • the negative electrode sheet has a non-conductive portion (26) region on the other side in the width direction.
  • the first electrode (21) and the second electrode (22) are arranged such that the uncoated portion (26) of the first electrode (21) protrudes from one axial end of the jelly-roll, and the uncoated portion (26) of the second electrode (22) protrudes from the other axial end of the jelly-roll, such that their uncoated portion (26) areas are exposed or protruded in the width direction from the laminate.
  • the uncoated portion (26) itself functions as at least one electrode tab (27).
  • notches can be formed at a predetermined interval to form flag-shaped notching tabs (27).
  • the electrode tabs (27) can also be referred to as notching tabs (27).
  • the notching tabs (27) are exemplified as being in the shape of an equilateral trapezoid.
  • their shapes may be various shapes such as a semicircle, a semi-ellipse, a triangle, a rectangle, a parallelogram, etc.
  • the width of the notching tabs may be gradually or stepwise widened from the core side to the outer periphery side.
  • the height of the notching tabs (27) gradually increases from the core side to the outer circumference side is exemplified.
  • the height of these notching tabs may be implemented in a constant or gradually decreasing form.
  • a structure is exemplified in which a notching tab (27) is deleted in a predetermined section of the centripetal end of the plain portion (26) and a predetermined section of the centrifugal end.
  • the notching tab may not be deleted in the centripetal end of the plain portion, and the notching tab may not be deleted in the centrifugal end of the plain portion.
  • the notched tab (27) can be bent radially and flattened as shown in Fig. 4.
  • the notched tab (27) can be bent radially inward or outward.
  • a structure in which the notched tab (27) is bent radially inward is exemplified.
  • the above-mentioned notched tabs (27) can be folded one by one during the process of forming a jelly roll-shaped electrode assembly (20) by winding the laminate. Alternatively, the above-mentioned notched tabs (27) can be folded all at once after the jelly roll-shaped electrode assembly is formed by winding the laminate.
  • the notched tabs (27) of the first electrode (21) and the notched tabs (27) of the second electrode (22), which are folded and covered in the radial direction in this way, can provide a plane that is substantially perpendicular to the axial direction at each of the axial ends of the electrode assembly (20).
  • a first collector plate (31) and a second collector plate (32) can be joined to a substantially flat surface provided by bending the notched tabs (27) exposed at both axial ends of the electrode assembly (20).
  • the first collector plate (31) is a positive collector plate and the second collector plate (32) is a negative collector plate.
  • the first collector plate (31) may be made of aluminum and the second collector plate (32) may be made of copper.
  • the above-mentioned collector plate (31, 32) can be manufactured by punching, trimming, piercing, and bending a metal sheet.
  • the first collector plate (31) has a terminal connection portion (312) extending radially from the center, a ring portion (313) connecting the centrifugal edge of the terminal connection portion (312) in a circumferential direction, and an electrode connection portion (314) extending centripetally from the ring portion (313) but not connected to the terminal connection portion (312).
  • the center of the terminal connection portion (312) covers at least a portion of the core hollow portion of the electrode assembly (20).
  • the terminal connection portion (312) may be formed in an approximately X shape connected to the ring portion (313) at four connection points arranged at approximately equal intervals along the inner circumference of the ring portion (313).
  • the terminal connection portion (312) may be formed in other shapes and may extend along the first collector plate (31) in other ways.
  • the above electrode connection part (314) is joined to the notched tab (27) of the first electrode (21) of the electrode assembly (20) by laser welding or the like before the electrode assembly (20) is placed in the can (10).
  • the welding line of the laser may extend radially.
  • the second collector plate (32) includes an inner ring (321) that defines a hole (322) corresponding to the core hollow portion of the electrode assembly (20) and is provided in a form surrounding the core hollow portion, an electrode tab connection portion (323) that extends radially from the inner ring (321), and a can connection portion (324) that is positioned on a more radial side than the electrode tab connection portion (323) and is connected to the inner ring (321).
  • the electrode tab connection portion (323) may be in the form of a plurality of spokes that extend radially outward from the inner ring.
  • At least one of the spokes may have a radially outer end that is connected to the periphery of the second collector plate (32), referred to as the can connection portion (324). Additionally, at least one of the spokes of the electrode tab connection portion (323) may have a radially outer end that does not reach the can connection portion (324).
  • the can connection portion (324) has an outer ring shape surrounding the electrode tab connection portion (323), and the can connection portion (324) may include a step that extends away from the electrode assembly (20) in the axial direction.
  • At least the outermost periphery of the can connection portion (324) may be arranged to be spaced farther away from the electrode assembly (20) than the electrode tab connection portion (323), the inner ring portion (321), and other portions of the can connection portion (324).
  • the above electrode tab connection part (323) can be joined to the notched tab (27) of the second electrode (22) of the electrode assembly (20) by laser welding or the like before placing the electrode assembly (20) into the can (10).
  • the welding line of the laser can extend radially.
  • the electrode assembly (20) is accommodated in the can (10) in a state where the first collector plate (31) is aligned toward the bottom member (12) of the can (10).
  • an insulator (19) is interposed between the first collector plate (31) and the bottom member (12) of the can (10) so as to electrically insulate the first collector plate (31) and the bottom member (12).
  • the terminal connection part (312) of the first collector plate (31) is joined to the first electrode terminal (13) fixed to the can (10) by a method such as resistance welding, ultrasonic welding or laser welding.
  • the welding device for welding the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) can approach the back surface of the center of the terminal connection part (312) of the first collector plate (31) (the surface facing the electrode assembly (20) from the terminal connection part (312)) and perform welding. Specifically, the welding device can approach the position of the first collector plate (31) through the core hollow portion of the electrode assembly (20) from the open end of the can (10), as shown in FIG. 8.
  • the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) can also be joined by a method such as brazing or soldering. That is, various methods can be applied to the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) as long as they can be electrically connected and fixed to each other.
  • the electrode tab (27) of the second electrode (22) and the second current collector (32) are positioned to face the open end of the side wall member (11).
  • the open end of the side wall member (11) is covered and finished with a cap (16) as shown in FIGS. 9 and 10. Then, an electrolyte can be injected into the can (10) through the injection port (18) provided in the center of the cap (16).
  • the injection port (18) can be closed by a stopper (40).
  • the welding structure of the present invention can also be applied to a cap without a liquid injection port.
  • the electrolyte before covering the open end of the side wall member (11) with the cap (16), the electrolyte can be injected first, and after the injection of the electrolyte is completed, the open end can be covered with the cap (16) to finish.
  • the edge of the cap (16) is joined by laser welding with the edge of the side wall member (11) as shown in Fig. 14, and thus the can (10) can be sealed.
  • the can (10) may be in a form in which the side wall member (11), the second collector plate (32), and the cap (16) are welded together as shown in Fig. 15.
  • the side wall member (11) has an inner diameter expansion portion (113) on the open end side.
  • the inner diameter expansion portion (113) has an inclined surface shape provided on the inner surface of the side wall member (11) so as to expand the inner diameter of the side wall member (11) as it goes outward in the axial direction. That is, the inner diameter expansion portion (113) includes an inclined surface shape provided on the inner surface of the side wall member (11) and extending radially outward as it goes outward in the axial direction.
  • the side wall member (11) has a first thickness at the second inner surface (115), and as the side wall member (11) extends axially outward from the second inner surface (115), the thickness becomes thinner along the inner diameter expansion portion (113), and as illustrated in FIGS. 12 to 15, the side wall member has a second thickness at the first inner surface (111) that is smaller than the first thickness of the second inner surface (115).
  • the first inner surface (111) is adjacent to the inner diameter expansion portion (113) such that an axially outer end of the inner diameter expansion portion (113) is connected to an axially inner end of the first inner surface (111).
  • the second inner surface (115) is adjacent to the inner diameter expansion portion (113) (on the inner diameter expansion portion side facing the first inner surface (111)) so that the axial inner end of the inner diameter expansion portion (113) is connected to the axial outer end of the second inner surface (115).
  • the inner surface of the side wall member (11) sequentially transitions from the first inner surface (111) to the inner diameter expansion portion (113) and the second inner surface (115) as the side wall member (11) extends axially inward.
  • the inner surface of the side wall member (11) may include a first inner surface (111) provided axially inwardly (e.g., below or relatively farther from the open end of the side wall member (11)) than the inner diameter expansion portion (113), and a second inner surface (115) provided axially outwardly (e.g., above or relatively closer to the open end of the side wall member (11)) than the inner diameter expansion portion (113).
  • the outer circumferential surface of the side wall member (11) may have a uniform diameter along the axial direction, while the second inner circumferential surface (115) may have a larger inner diameter than the first inner circumferential surface (111). Accordingly, the side wall member (11) may have a thickness measured in the radial direction at a portion where the second inner circumferential surface (115) is provided that is smaller than the thickness measured in the radial direction at a portion where the first inner circumferential surface (111) is provided.
  • the can connection portion (324) provided at the edge of the second collector plate (32) and electrically connected to the can (10) includes a first portion that faces or comes into contact with the inner surface (111, 113, 115) of the side wall member (11).
  • the first portion located at the radially outer portion of the collector plate (32)) is provided with an abutting outer surface (325) that faces or comes into contact with the inner surface (111, 113, 115) of the side wall member (11) in the radial direction.
  • the can connection portion (324) which may be referred to as the radially outer portion of the collector plate (32), includes a second portion that comes into contact with the cap (16).
  • the second portion is provided with a cap mating surface (326) that faces and comes into contact with the inner surface (bottom surface) of the cap (16) in the axial direction.
  • the second collector plate (32) includes a folded portion (327).
  • the folded portion (327) provides a shape for folding the second collector plate (32) extending radially outwardly axially.
  • the can connecting portion (324) is connected to the axial outer side of the folded portion (327) and has a shape that extends axially outward from the folded portion (327). Accordingly, the area and axial length of the abutting outer surface (325) of the second collector plate (32) that comes into contact with the can (10) can be further secured. It should be noted that the can connecting portion (324) has been described as being positioned axially outward with respect to the folded portion (327) as illustrated in FIGS. 12 and 13.
  • FIGS. 12 and 13 are drawings illustrating the configuration of the collector plate (32) after being inserted into the can (10). However, since the collector plate (32) is capable of elastic deformation, the folded portion (327) may also be formed after the collector plate (32) is inserted.
  • the collector plate (32) can be elastically deformed up to about a 90 degree angle with respect to a horizontal plane along which the radially inner portion of the collector plate extends.
  • the bend (327) can form an angle of between about 70 degrees and 85 degrees with respect to the horizontal plane due to contact with the inclined inner surface of the side wall member (11).
  • the collector plate (32) can also extend along a single plane, a horizontal plane, over its entire diameter prior to being inserted into the can (10).
  • the bend (327) may still be present prior to insertion of the collector plate (32) into the can (10), but may be present at a smaller angle than that illustrated in FIGS. 12 and 13 .
  • the cap contact surface (326) may be generally radially outwardly facing prior to insertion of the collector plate into the can (10), and thus may be referred to as the radially outer surface of the collector plate (32).
  • the mating outer surface (325) of the collector plate (32) may face axially inward rather than radially inward as shown in FIGS. 12 and 13.
  • the material of the above second collector plate (32) may be softer than the material of the side wall member (11).
  • the thermal conductivity of the above second collector plate (32) may be higher than the thermal conductivity of the side wall member (11).
  • the material of the second collector plate (32) may include copper, and the material of the side wall member (11) may include iron.
  • the outer diameter of the mating outer surface (325) of the above can connection portion (324) is set to be larger than the inner diameter of the first inner surface (111).
  • the outer diameter of the mating outer surface (325) can correspond to (approximately equal to or smaller than) the inner diameter of the second inner surface (115).
  • the bending portion (327) is elastically deformed and the abutting outer peripheral surface (325) is forcibly pressed into the first inner peripheral surface (111), so that the abutting outer peripheral surface (325) and the first inner peripheral surface (111) are in close contact in the radial direction. Accordingly, as a result, the outer diameter of the first section (a) of the abutting outer peripheral surface (325) pressed into the first inner peripheral surface (111) in the axial direction corresponds to the inner diameter of the first inner peripheral surface (111).
  • the above-mentioned bending portion (327) provides a curved surface whose outer diameter gradually decreases as it goes axially inward compared to the outer diameter of the can connection portion (324).
  • the minimum outer diameter (d) of the curved surface measured from the lower end of the second collector plate (32) may be smaller than the inner diameter of the first inner peripheral surface (111).
  • This shape guides the can connection portion (324) to be forcibly pressed into the first inner peripheral surface (111) during the process of inserting the second collector plate (32) into the inner space of the side wall member (11). Therefore, the process of forcibly pressing the second collector plate (32) can be performed more easily.
  • the first section (a) of the abutting outer surface (325) is reliably brought into close contact with the first inner surface (111) of the side wall member (11).
  • the present invention can reliably prevent the phenomenon in which the laser (L) is directly irradiated into the inside of the can (10) by the forced fit portion (P) through forced pressing between the can connection portion (324) of the second collector plate (32) that is extended in the axial direction, the first inner surface (111) of the side wall member (11) and the first section (a) of the abutting outer surface (325) of the second collector plate (32), and the inner diameter expansion portion (113) of the side wall member (11), even if a part of the laser (L) penetrates into the inside during the welding process described later, as shown in FIG.
  • the cap (16) is provided with a cap body (160), a thickness reduction portion (161), and a joint portion (17) in that order from the radial center to the outside. That is, the cap body (160) is aligned to the center of the cap (16), the thickness reduction portion (161) is provided on the radial outside of the cap body (160), and the joint portion (17) is provided on the radial outside of the thickness reduction portion (161). Accordingly, an annular region of the cap (16) having a relatively reduced thickness with respect to the cap body (160) is defined. Accordingly, the first thickness (t1) of the joint portion (17) measured in the axial direction is smaller than the second thickness (t2) of the cap body (160) measured in the axial direction.
  • a joining outer surface (171) that faces or comes into contact very closely with the second inner surface (115) of the side wall member (11) in the radial direction is provided along the radial outer surface of the cap (16), specifically, along the radial outer surface of the joining portion (17).
  • the joining outer surface (171) may also be referred to as the first outer surface of the cap (16).
  • a collector plate abutment surface (173) that axially faces and comes into contact with the cap abutment surface (326) of the can connection portion (324) of the second collector plate (32) is provided on the axial inner surface of the joining portion (17) of the cap (16).
  • the collector plate abutment surface (173) may be referred to as the second axially inward surface of the cap (16).
  • the cap abutment surface (326) may be referred to as the second surface of the radial outer portion of the collector plate (32).
  • the above thickness reduction portion (161) is a thickness change portion provided in the cap (16).
  • the thickness reduction portion (161) By appropriately selecting the position where the thickness reduction portion (161) is provided so that at least a part of the thickness reduction portion (161) can contact the second collector plate (32), the effect of the thickness reduction portion (161) of the cap (16) coming into contact with the second collector plate (32) and the center of the cap (16) being aligned can be enjoyed during the process of inserting the cap (16).
  • the embodiment implements the thickness reduction portion (161) in the form of an inclined surface that extends axially outwardly as it goes radially outward. That is, the thickness reduction portion (161) is defined as an inclined surface on which the axial thickness of the cap (16) decreases. In this way, the axial inward surface of the cap body (160) extends along the first plane.
  • the collector plate abutment surface (173) of the cap (16) (also known as the second axial inward surface of the cap (16)) can be substantially parallel to the first plane and extends along a second plane located axially outward with respect to the first plane due to the inclined surface between the axial inner surface of the cap body (160) and the collector plate abutment surface (173) of the cap (16).
  • the thickness reduction portion (161) in the form of an inclined surface can come into contact with the radially inner edge of the cap-fitting surface (326). Accordingly, the axial outer end of the can connection portion (324) of the second collector plate (32) provided with the cap-fitting surface (326) can be pressed radially outward by the thickness reduction portion (161) to be arranged closer to or in closer contact with the second inner peripheral surface (115) of the side wall member (11).
  • the thickness reduction portion (161) in the form of the inclined surface comes into contact with the can connection portion (324) of the second collector plate (32) during the process of inserting the cap (16) into the open end of the side wall member (11), and can not only guide the center alignment of the cap (16) with respect to the center of the second collector plate (32), but also pressurize the axial outer end of the can connection portion (324) of the second collector plate (32) radially outward to bring the axial outer end of the can connection portion (324) of the second collector plate (32) into close contact with the second inner surface (115) of the side wall member (11).
  • the combination of these forces generated by the shape of each component forms a close interference fit, thereby creating a safe enclosure of the elements included in the battery.
  • the joint outer circumference (171) of the cap (16) and the mating outer circumference (325) of the second collector plate (32) face or contact very closely to the second inner circumference (115) of the side wall member (11) in the radial direction.
  • the joint outer circumference (171) of the cap (16) can face or contact the second inner circumference (115) in the radial direction
  • the mating outer circumference (325) of the can connection portion (324) can face or contact the second inner circumference (115) in the radial direction further inward than the joint outer circumference (171).
  • the cap mating surface (326) provided on the axial outer end surface of the can connection portion (324) of the second collector plate (32) is in contact with the collector plate mating surface (173) provided on the inner surface of the joint portion (17) of the cap (16).
  • the insertion depth of the cap (16) can be precisely regulated by the height (H) of the second collector plate (32), which can be determined by the axial extension length of the can connecting portion (324).
  • a welding portion (W) is formed by welding together the second inner surface (115) portion of the side wall member (11), the joint outer surface (171) portion of the cap (16), and the can connection portion (324) portion of the second collector plate (32).
  • the axial end of the joint outer surface (171) of the cap (16) and the inner surface of the side wall member (11), which are radially opposed to each other, are exposed axially outward.
  • the above welding part (W) is formed by a laser irradiating the axial end of the second inner surface (115) of the side wall member (11) and the joint outer surface (171) of the cap (16) from the axial outer side of the battery cell.
  • the outer surface (325) of the second collector plate (32) positioned axially inner than the cap (16) faces and comes into contact with the inner surface of the side wall member (11), so that the laser is prevented from being irradiated into the internal space of the can through the gap between the side wall member (11) and the cap (16).
  • the inner diameter expansion portion (113) of the side wall member (11) also prevents internal penetration of laser that may enter through the gap between the side wall member (11) and the cap (16) or the second collector plate (32).
  • the above welding portion (W) includes a portion where at least a part of the inner surface of the side wall member (11) and at least a part of the mating outer surface (325) of the collector plate (32) are joined, a portion where at least a part of the inner surface of the side wall member (11) and at least a part of the joining outer surface (171) of the cap (16) are joined, and a portion where at least a part of the cap mating surface (326) of the collector plate (32) and at least a part of the collector plate mating surface (173) of the cap (16) are joined.
  • the above welded portion (W) can be formed by triple welding.
  • the abutting portion of the side wall member (11) and the cap (16) is heated to a high temperature by a laser (L) that is irradiated to form the above welding portion (W).
  • the heat generated in the side wall member (11) by the laser can be quickly dispersed and conducted through the second collector plate (32) having a wider contact area, and the heat generated in the cap (16) by the laser can be somewhat more slowly dispersed and conducted through the second collector plate (32) having a narrower contact area. Accordingly, the melting point of the side wall member (11), which is relatively thinner than the joint (17) of the cap (16), can be further delayed.
  • the first thickness (t1) of the joint (17) is smaller than the second thickness (t2) of the cap body (160) measured in the axial direction. Accordingly, the depth at which the cap (16) must be welded to the side wall member (11) is determined by the first thickness (t1), and the resistance to the bulging phenomenon of the cap (16) caused by an increase in the internal pressure of the can (10) due to thermal runaway of the battery cell, etc., is determined by the second thickness (t2).
  • the cap body (160) is formed of a second thickness (t2) that is thicker than the first thickness (t1) of the radially outer portion of the cap (16), so that it can have greater bulging resistance.
  • the thickness reduction portion (161) of the cap (16) for interaction with the can connection portion (324) during the assembly process is positioned radially inward from the joint outer surface (171) only to an extent corresponding to the radial thickness of the can connection portion (324), the area of the cap body (160) with the second thickness (t2) can be secured more widely, thereby further increasing the bulging resistance.
  • a current collector plate such as the second current collector plate (32) is usually manufactured by a molding process that presses a thin metal sheet, it will be understood that the thickness reduction portion (161) can be positioned very close to the radial outer edge of the cap (16).
  • the weldability can be improved by securing sealing force without perforation or leakage, and the process stability can be improved by preventing thermal damage to cell components or separators due to welding heat, and the durability can also be improved by securing dimensional stability or bulging resistance by suppressing dimensional deformation due to internal pressure.
  • a can (10) with a first electrode terminal (13) fixed to a bottom member (12) is prepared, and an electrode assembly (20) with a first collector plate (31) and a second collector plate (32) joined to each of the axial ends is prepared.
  • the electrode assembly (20) is inserted and accommodated in the can (10) with the first collector plate (31) facing the bottom member (12). Then, the second collector plate (32) is positioned toward the open end of the can (10). In the process of accommodating the electrode assembly (20) in the can (10), the abutting outer surface (325) of the can connecting portion (324) provided at the radial outer edge of the second collector plate (32) is brought into contact with the first inner surface (111) of the side wall member (11).
  • the open end of the side wall member (11) is covered with a cap (16), and the outer surface of the joint (171) and the collector plate mating surface (173) provided at the edge of the cap (16) are brought into contact with the second inner surface (115) of the side wall member (11) and the cap mating surface (326) of the second collector plate (32), respectively.
  • the thickness reduction portion (161) in the form of an inclined surface provided on the axial inner surface of the cap (16) may be brought into contact with the second collector plate (32), thereby aligning the center of the cap (16) and pressing the axial outer end of the can connection portion (324) radially outward to bring it into contact with the second inner surface (115). That is, after the collector plate (32) is inserted into the can (10), the radially outer portion of the collector plate (32) ⁇ for example, the can connection portion (324) ⁇ is elastically deformed to bend in the axial direction.
  • the outer portion of the can connection portion (324) may extend at an angle slightly less than 90 degrees with respect to the horizontal plane to which the inner portion of the collector plate extends.
  • the angle of the can connection portion (324) may be slightly less than 90 degrees due to the inclined surface of the radially inner surface of the side wall member (11).
  • a laser is irradiated to the abutting portion of the second inner surface (115) of the side wall member (11) and the joint outer surface (171) of the cap (16) from the axial outer side in the axial direction, thereby triple-welding the inner surface of the side wall member (11), the joint portion (17) of the cap (16), and the can connection portion (324) of the second collector plate (32) together.
  • the weld portion (W) thus formed joins the side wall member (11), the cap (16), and the second collector plate (32) together.
  • the electrolyte is injected into the can (10) through the injection port (18) of the cap (16).
  • the injection port (18) is sealed with a stopper (40).
  • the sealing of the injection port (18) can be accomplished by, for example, welding. However, such sealing can be accomplished by applying various known techniques that enable sealing joints.
  • a second embodiment of a method for manufacturing a battery cell is described.
  • the manufacturing method of the second embodiment is applicable when a cap without a liquid filler port is used.
  • the electrode assembly (20) is inserted and accommodated in the can (10) with the first collector plate (31) facing the bottom member (12). Then, the second collector plate (32) is positioned toward the open end of the can (10). In the process of accommodating the electrode assembly (20) in the can (10), the abutting outer surface (325) of the can connecting portion (324) provided at the radial outer edge of the second collector plate (32) is brought into contact with the first inner surface (111) of the side wall member (11).
  • an electrolyte is injected into the interior of the can (10).
  • the open end of the side wall member (11) is covered with a cap (16), and the outer surface of the joint (171) and the collector plate mating surface (173) provided at the edge of the cap (16) are brought into contact with the second inner surface (115) of the side wall member (11) and the cap mating surface (326) of the second collector plate (32), respectively.
  • a laser is irradiated to the abutting portion of the second inner surface (115) of the side wall member (11) and the joint outer surface (171) of the cap (16) from the axial outer side in the axial direction, thereby triple-welding the inner surface of the side wall member (11), the joint portion (17) of the cap (16), and the can connection portion (324) of the second collector plate (32) together.
  • the weld portion (W) thus formed joins the side wall member (11), the cap (16), and the second collector plate (32) together.
  • the battery cell (72) manufactured through the welding structure and welding process described above can be accommodated in the housing (71) of the battery pack (70) as illustrated in Fig. 18.
  • the battery pack (70) may be configured using a battery module, which is an intermediate form of assembly, or the battery pack (70) may be configured directly without a battery module as illustrated.
  • the battery cell (72) described above has a large volume in itself, there is no particular difficulty in implementing the battery pack (70) even without using an intermediate structure called a battery module.
  • the battery cell (72) has a lower internal resistance and a higher energy density. Accordingly, the energy density of the battery pack (70) equipped with the battery cell (72) can be implemented even higher.
  • the battery pack (70) with such an increased energy density can store the same amount of energy while reducing its volume and load. Therefore, if the battery pack (70) to which such battery cells (72) are applied is mounted on a vehicle such as an automobile (80) that uses electricity as an energy source as shown in Fig. 19, the mileage of the vehicle can be further increased in proportion to the energy consumed.
  • the battery cells need not have a circular cross-sectional profile orthogonal to a central longitudinal axis, but rather other cross-sectional shapes may be used, including oval, square, rectangular, part-circular, etc.
  • the longitudinal axis need not be oriented perpendicular to the bottom member and/or the caps at each end.
  • the sidewall members of the can (together with the internal components of the can) may form a tube extending along an axis oriented obliquely with respect to a plane defined by the bottom member and/or the cap.
  • the welding techniques disclosed herein may be utilized outside the context of cylindrical battery cans, and may be applied to batteries having prismatic and pouch-shaped form factors, for example.
  • the components described throughout the present disclosure to form a battery cell may be provided separately, for example as a kit, or may be individually formed or manufactured and then assembled to form a battery cell.
  • the individually manufactured components may include a can, a cap, an electrode assembly, a collector plate, etc.
  • the collector plate may be provided in a first shape extending substantially along a single plane, and the collector plate may be elastically deformable from the first shape to the second shape during insertion of the collector plate into the can.

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Abstract

배터리 셀은, 서로 다른 내경을 가지는 다단의 내주면을 구비하는 측벽부재 내에 압입되도록 축방향으로 연장되는 캔 연결부를 구비하는 집전판을 포함한다. 배터리 셀은, 캡의 가장자리의 축방향 내면이 상기 캔 연결부의 축방향 외측 단부면과 접하고 캡의 가장자리의 외주면이 상기 측벽부재의 내주면에 접하도록 캔의 개방 단부에 캡을 삽입하여 제조된다. 그리고, 상기 측벽부재의 내주면과 캡의 외주면의 맞댐 부위에 축방향으로 레이저를 조사하여 3중 용접부를 형성한다.

Description

전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀
본 출원은 2023년 6월 7일자 대한민국 특허출원 제10-2023-0073032호, 2023년 10월 11일자 대한민국 특허출원 제10-2023-0135318호, 및 2024년 5월 28일자 대한민국 특허출원 제10-2024-0069605호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 특허출원의 문헌에 기재된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀에 관한 것이다.
원통형 캔을 적용한 배터리 셀을 제작하는 과정은, 금속 시트를 딥 드로잉(deep drawing)하여 원형의 바닥부 및 이에 연결된 원형 관 형상의 측벽부재를 성형하고, 그 내부에 전극조립체를 수용한 뒤, 상기 측벽부재의 개방 단부를 캡으로 덮어 마감하는 단계로 이루어진다.
한편, 상기 전극조립체의 축방향 양단부 중 상기 개방 단부를 바라보는 단부에는, 전극조립체의 전극탭과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되는 집전판이 마련된다. 상기 집전판은 상기 캡 또는 상기 측벽부재와 접촉하여 전기적으로 연결되도록 상기 캡 또는 상기 측벽부재와 용접 등의 방식으로 연결된다.
원통형 캔의 개방 단부를 마감함에 있어서는, 상기 집전판을 상기 캡 또는 상기 측벽부재와 연결하는 공정과, 상기 캡을 상기 측벽부재에 연결하는 공정이 각각 이루어졌다. 이러한 공수의 증가는, 원통형 배터리 셀의 생산 효율을 떨어뜨리고 생산 단가를 높이는 요인이 된다.
이처럼 개별적인 용접 공정을 줄이기 위해, 측벽부재와 캡과 집전판을 한꺼번에 용접하는 방안이 고려될 수 있다. 그리고 이러한 용접은 레이저에 의해 이루어질 수 있다.
그러나, 서로 고정되지 않은 3개의 부품(측벽부재, 캡, 집전판)을 용접이 가능할 정도로 견고하게 조립하는 것은 쉽지 않다.
또한, 측벽부재와 캡과 집전판이 단순히 조립만 된 상태에서 레이저를 조사할 경우, 측벽부재와 캡과 집전판 각각의 부품의 공차와, 이들의 조립 오차로 인해 틈새가 발생할 수 있다. 이처럼 틈새가 존재하는 상태에서 이들의 조립을 위해 레이저를 조사할 경우, 레이저가 캔 내부에 직접 침투하여, 캔 내부에 수요되어 있는 전극조립체의 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 원통형 배터리 셀의 조립의 개선이 바람직하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 집전판을 캔에 용접하는 공정과 상기 캡을 상기 측벽부재에 용접하는 공정을 한 번의 용접 공정으로 통합하여 원통형 배터리 셀의 생산 효율을 높이고 생산 단가를 낮출 수 있는, 전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은, 측벽부재와 캡과 집전판의 부품 공차와 조립 오차가 발생하더라도, 레이저 용접 과정에서 레이저가 캔 내부로 직접 침투하지 않도록 할 수 있는, 전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은, 캔과 집전판과 캡의 조립이 용이하고, 조립 과정에서 상호 간의 맞댐 구조를 통해 정 위치 정렬과 밀착이 이루어질 수 있고, 이에 따라 3중 용접이 용이한, 전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은, 용접 가능성을 확보하고 공정의 안정성을 높이며 용접의 내구성을 담보할 수 있는 캔과 집전판과 캡의 형상 및 이들의 맞물림 관계를 구비하는, 전지 캔과 집전판과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 본 명세서에서는 원통형 배터리 셀에 대해 설명하고 있으나, 본 발명은 원통형이 아닌 다른 유사한 배터리 형태(예: 뿔대 형태 또는 타원 원통형)뿐만 아니라 파우치 셀 배터리 또는 각형 셀 배터리와 같은 다른 배터리 폼 팩터에도 적용될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 전극조립체와, 상기 전극조립체에 전기적으로 연결된 집전판과, 상기 전극조립체와 집전판을 수용하는 캔을 포함하는 배터리 셀에 적용될 수 있다.
상기 캔은, 축방향으로 연장되는 측벽부재, 및 상기 측벽부재의 축방향 일측(제1) 단부에 마련된 개방 단부를 포함한다.
상기 배터리 셀은, 상기 개방 단부를 덮는 캡을 포함한다.
상기 측벽부재의 축방향 타측(제1 단부에 대향하는 제2 단부) 단부에는 바닥부재가 연결되고, 이에 따라 상기 측벽부재의 축방향 타측 단부는 폐쇄 단부를 구성할 수 있다.
상기 전극조립체는 소정의 축 둘레로 권취된 젤리-롤 형태일 수 있다.
상기 전극조립체의 축방향 양단부 중 상기 개방 단부와 대응하는 쪽 단부에는 전극탭이 마련되고, 상기 집전판은 상기 전극탭에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 집전판은, 상기 전극탭에 접하여 전기적으로 연결되는 전극탭 연결부를 포함할 수 있다.
상기 전극탭 연결부는 상기 전극탭에 접합될 수 있다. 상기 접합은 용접, 브레이징, 또는 솔더링에 의해 이루어질 수 있다.
상기 집전판은, 상기 캔에 접하여 전기적으로 연결되는 캔 연결부를 포함한다.
상기 캔 연결부와 상기 전극탭 연결부는 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 캔 연결부는 상기 전극탭 연결부보다 반경방향 외측에 배치될 수 있다.
상기 캔 연결부는 축방향으로 연장될 수 있다.
상기 캔 연결부는 절곡부를 통해 상기 전극탭 연결부에 연결될 수 있다.
상기 절곡부는 반경방향 외측으로 연장되는 집전판을 축방향 외측으로 절곡할 수 있다.
상기 캔 연결부는, 상기 절곡부로부터 축방향 외측으로 연장될 수 있다.
상기 캔 연결부는, 상기 캔 연결부의 외주에 의해 규정되는 맞댐외주면을 구비한다.
상기 맞댐외주면은 반경방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 마주한다.
축방향으로 상기 맞댐외주면의 적어도 일부 구간은 반경방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 접하는 제1구간을 규정한다.
상기 캔 연결부는 축방향 외측 단부면에 의해 규정되는 캡맞댐면을 구비한다.
상기 캡맞댐면은 축방향으로 상기 캡의 내면과 마주하며 접한다.
상기 캡은, 반경방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 마주하는 접합외주면을 포함한다.
상기 접합외주면은 반경방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 접할 수 있다.
상기 캡은 축방향 내면에 의해 규정되는 집전판 맞댐면을 구비한다.
상기 집전판 맞댐면은 축방향으로 상기 집전판의 캔 연결부의 캡맞댐면과 마주하며 접한다.
상기 캡의 접합외주면은, 집전판 맞댐면보다 축방향으로 외측에 배치될 수 있다.
상기 캡의 접합외주면은, 집전판 맞댐면보다 반경방향으로 외측에 배치될 수 있다.
상기 측벽부재의 내주면의 적어도 일부와 상기 집전판의 맞댐외주면의 적어도 일부는 접합될 수 있다.
상기 측벽부재의 내주면의 적어도 일부와 상기 캡의 접합외주면의 적어도 일부는 접합될 수 있다.
상기 집전판의 캡맞댐면의 적어도 일부와 상기 캡의 집전판 맞댐면의 적어도 일부는 접합될 수 있다.
상기 접합은 용접에 의해 이루어질 수 있다.
상기 측벽부재와 상기 캡과 상기 집전판은 함께 3중 용접될 수 있다.
상기 용접은 축방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 접합외주면의 맞댐부위에 조사되는 레이저에 의해 이루어질 수 있다.
상기 측벽부재의 내주면의 적어도 일부와 상기 캡의 접합외주면의 적어도 일부와 상기 집전판의 캔 연결부의 적어도 일부는 함께 용접되어 접합될 수 있다.
축방향으로 상기 맞댐외주면의 적어도 일부 구간의 외경은, 반경방향으로 상기 구간과 마주하는 측벽부재의 내주면의 내경보다 더 클 수 있다.
상기 맞댐외주면의 제1구간의 외경은, 반경방향으로 이와 마주하는 측벽부재의 내주면의 내경보다 더 클 수 있다. 이에 따라 상기 집전판이 상기 캔에 삽입될 때, 상기 집전판의 맞댐외주면의 상기 제1구간은 상기 측벽부재에 강제 압입될 수 있다.
상기 배터리 셀은, 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 접합외주면과 상기 집전판의 캔 연결부가 함께 용접된 용접부를 포함할 수 있다.
상기 캡의 접합외주면과 상기 캔 연결부의 맞댐외주면은 각각 반경방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 마주할 수 있다.
상기 캡의 접합외주면과 상기 캔 연결부의 맞댐외주면은 각각 반경방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 접할 수 있다.
반경방향으로 상호 마주하거나 맞대어져 있는 상기 캡의 접합외주면과 상기 측벽부재의 내주면의 축방향 단부들은, 축방향 외측으로 노출될 수 있다.
상기 용접부는 배터리 셀의 축방향 외측에서 상기 캡의 접합외주면 및 상기 측벽부재의 내주면의 축방향 단부들을 향해 축방향으로 조사되는 레이저에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 캡보다 축방향 내측에 배치된 집전판의 맞댐외주면의 제1구간이 측벽부재의 내주면과 마주하며 접하므로, 상기 레이저가 캔 내부 공간으로 직접 조사되는 것을 방지할 수 있다.
상기 집전판은 측벽부재보다 열 전도율이 높을 수 있다. 이에 따라 용접 열이 집전판을 통해 전극조립체로 빠르게 분산되어, 용접 열이 측벽부재를 통해 전극조립체의 외주면에 전달되어 전극조립체의 외주면에 마련된 분리막을 손상시키는 현상을 방지할 수 있다.
상기 측벽부재의 축방향 일측 단부에는 내경확장부가 마련될 수 있다.
상기 내경확장부보다 축방향 내측에 마련된 상기 측벽부재의 제1내주면은 상기 내경확장부보다 축방향 외측에 마련된 상기 측벽부재의 제2내주면보다 더 작은 내경을 가질 수 있다.
상기 내경확장부는 축방향 외측으로 갈수록 측벽부재의 내경을 확장시키는 형상일 수 있다.
상기 내경확장부는, 상기 측벽부재의 내면에 마련되고 축방향 외측으로 갈수록 반경방향 외측으로 연장되는 경사면 형태를 포함할 수 있다.
상기 내경확장부는 측벽부재와 캡 또는 집전판의 틈새로 조사되어 들어올 수 있는 레이저의 내부 침투를 저지할 수 있다.
축방향으로 상기 맞댐외주면의 제1구간의 적어도 일부는 상기 제1내주면과 접할 수 있다.
축방향으로 상기 맞댐외주면의 제1구간의 적어도 일부는 상기 내경확장부에도 접할 수 있다.
축방향으로 상기 맞댐외주면의 제1구간의 적어도 일부는 상기 제2외주면에도 접할 수 있다.
상기 맞댐외주면의 제1구간의 외경은 상기 제1내주면의 내경보다 더 클 수 있다.
상기 집전판의 캔 연결부의 맞댐외주면의 외경은 상기 제1내주면의 내경보다 더 클 수 있다.
상기 집전판의 재질은 상기 측벽부재의 재질보다 무를 수 있다.
상기 맞댐외주면의 외경이 상기 제1내주면의 내경보다 약간 크게 설정되면, 상기 집전판을 삽입하는 과정에서 상기 맞댐외주면이 상기 제1내주면에 압입되어, 상기 맞댐외주면과 제1내주면이 반경방향으로 밀착될 수 있다.
결과적으로, 집전판을 삽입한 상태에서, 상기 제1내주면과 접하는 상기 맞댐외주면의 제1구간의 외경은 상기 제1내주면의 내경과 대응할 수 있다.
상기 절곡부에 의해 상기 캡 연결부보다 축방향 내측에는 축방향 내측으로 갈수록 외경이 점차 줄어드는 곡면이 제공될 수 있다.
상기 곡면의 최소 외경은 상기 제1내주면의 내경보다 작을 수 있다.
이에 따라, 상기 집전판을 삽입하는 과정에서 상기 제1내주면에 대한 상기 캡 연결부의 강제 압입이 안내될 수 있다.
맞댐외주면의 제1구간이 강제 압입되는 상기 측벽부재의 제1내주면은, 상기 측벽부재의 제2내주면보다, 축방향으로 상기 절곡부에 더 가까이 배치될 수 있다.
상기 캡의 접합외주면은 반경방향으로 상기 제2내주면과 마주할 수 있다.
상기 캔 연결부의 맞댐외주면은 상기 접합외주면보다 축방향으로 더 내측에서 상기 제2내주면과 반경방향으로 마주할 수 있다.
상기 캡의 접합외주면과 상기 집전판의 캔 연결부의 맞댐외주면은 각각 상기 제2내주면에 접할 수 있다.
상기 맞댐외주면의 외경은 상기 제2내주면의 내경과 대응하거나 그보다 작을 수 있다.
상기 캡은, 반경방향 중심에서 외측으로, 캡바디, 두께축소부, 및 접합부를 순서대로 구비할 수 있다.
다시 말해, 상기 두께축소부는 상기 캡바디의 반경방향 외측에 마련될 수 있고, 상기 접합부는 상기 두께축소부의 반경방향 외측에 마련될 수 있다.
상기 캡의 접합외주면은 상기 접합부에 마련될 수 있다.
상기 제1두께는 축방향으로 측정되는 상기 접합부의 두께일 수 있다.
상기 제1두께는, 축방향으로 측정되는 상기 캡바디의 제2두께보다 작을 수 있다.
이로서 캡의 전체적인 형상을 차지하는 캡바디의 제2두께를 크게 하여 캡이 캔의 내부 압력에 의해 변형되는 것을 최소화하면서도, 측벽부재에 대한 용접부위 즉 접합외주면의 축방향 치수를 억제하여 용접부가 접합외주면의 축방향 전체에 걸쳐 형성되도록 함으로써, 캡 자체의 강도와 캡의 측벽부재에 대한 결합 강도를 모두 높일 수 있다.
상기 두께축소부는 상기 캡의 축방향 내면에 마련될 수 있다.
상기 두께축소부가 마련된 위치를 적절히 선정하여, 상기 두께축소부의 적어도 일부가 상기 집전판에 접촉할 수 있도록 하면, 캡을 삽입하는 과정에서 캡의 두께축소부가 집전판과 맞닿으며 상기 캡의 중심이 정렬되는 효과를 누릴 수 있다. 즉, 캡의 두께축소부가 제공됨으로써 캡을 캔에 삽입할 때 캡의 정렬과 중심 정렬이 효과적으로 이루어진다.
이러한 정렬 효과를 높이기 위해, 상기 두께축소부는 반경방향 외측으로 갈수록 축방향 외측으로 연장되는 경사면 형태를 포함할 수 있다.
상기 두께축소부와 접합부는 단조에 의해 형성될 수 있다.
상기 캡을 삽입함에 따라 상기 집전판의 캡 연결부의 축방향 외측 단부의 반경방향 내측 가장자리는 상기 두께축소부의 경사면과 접할 수 있다.
이에 따라, 상기 캡의 중심과 상기 집전판의 중심이 정렬될 수 있고, 또한 상기 집전판의 캡 연결부의 축방향 외측 단부가 반경방향 외측으로 가압되어 상기 측벽부재의 제2내주면에 더 가까워지거나 밀착될 수 있다.
본 발명은, 상술한 배터리 셀의 제조 방법을 제공한다.
상기 배터리 셀은, 바닥부재, 상기 바닥부재에 연결되고 축방향으로 연장되는 측벽부재, 및 상기 측벽부재의 축방향 일측 단부에 마련된 개방 단부를 포함하는 캔과, 상기 개방 단부를 덮는 캡과, 상기 캔의 내부에 수용된 전극조립체를 포함한다.
이러한 배터리 셀의 제조 방법은, 상기 전극조립체의 축방향 양단부 중 상기 개방 단부와 대응하는 단부에 마련된 전극탭에 집전판을 접합하는 제1단계를 포함한다.
상기 제조 방법은, 상기 집전판을 상기 캔에 삽입하며 상기 집전판의 반경방향 외측 가장자리에 마련된 캔 연결부의 맞댐외주면의 적어도 축방향 일부 구간인 제1구간을 상기 측벽부재의 내주면에 접촉시키는 제2단계를 포함한다.
이때, 상기 집전판의 캔 연결부를 상기 측벽부재의 내경확장부보다 축방향으로 더 내측에 배치된 제1내주면에 강제 압입시키어, 제1내주면과 집전판의 접합외주면 간의 밀착력을 높일 수 있다.
상기 제조 방법은, 상기 측벽부재의 개방 단부를 캡으로 덮으며 상기 캡의 가장자리에 마련된 접합외주면과 집전판 맞댐면을 각각 상기 측벽부재의 내주면과 상기 집전판의 캡맞댐면에 접촉시키는 제3단계를 포함한다.
이때, 상기 캡의 축방향 내면에 마련된 경사면 형태의 두께축소부를 상기 집전판에 접촉시키어, 캡의 중심을 정렬하고(하거나), 상기 집전판의 캡맞댐면의 축방향 외측 단부를 반경방향 외측으로 가압하여 측벽부재의 제2내주면에 더 접근하게 하거나 밀착 접촉시킬 수 있다.
상기 제조 방법은, 축방향 외측에서 축방향으로 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 접합외주면의 맞댐 부위에 레이저를 조사하여, 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 접합외주면과 상기 집전판의 캔 연결부를 함께 용접하는 제4단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 셀은 캔, 캡, 전극 조립체 및 집전판을 포함할 수 있다. 상기 캔은 축방향으로 연장되는 측벽부재와 측벽부재의 제1 축방향 단부에 제공되는 개방 단부를 포함할 수 있다. 상기 측벽부재의 제1 축방향 단부는 반경방향으로 경사지는 제1 테이퍼부를 포함할 수 있다. 상기 캡은 캔의 개방 단부를 덮을 수 있다. 상기 전극 조립체는 상기 캔 내에 위치할 수 있다. 상기 집전판은 전극 조립체와 캔을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 집전판의 반경방향 외측 부분은 반경방향 외측 부분의 외주에 의해 정의되는 외측 접촉 표면인 제1 표면을 포함할 수 있으며, 상기 외측 접촉 표면은 측벽부재의 내면과 마주한다. 집전판의 반경방향 외측 부분은 집전판의 반경방향 외측 부분의 축방향 외측을 향하는 단부에 의해 정의되는 제2 표면을 더 포함할 수 있으며, 제2 표면은 캡의 축방향 내측을 향하는 표면과 대면하고 접촉한다. 캡은 측벽부재의 내면을 향하는 외측의 제1 캡 표면을 포함할 수 있다. 캡은 축방향 내측을 향하는 제2 캡 표면을 더 포함할 수 있으며, 여기서 제2 캡 표면은 집전판의 반경방향 외측 부분의 제2 표면과 대면하고 접촉한다.
또한, 본 발명의 전술한 측면에서, 상기 제1 캡 표면은 제2 캡 표면의 반경방향 및 축방향 외측에 배치될 수 있다. 측벽부재의 내면의 적어도 일부와 집전판의 외측 접촉 표면의 적어도 일부는 용접에 의해 접합될 수 있다. 상기 측벽부재의 내면 중 적어도 일부와 상기 제1 캡 표면의 적어도 일부는 용접에 의해 접합될 수 있다. 집전판의 반경방향 외측 부분의 제2 표면의 적어도 일부와 제2 캡 표면의 적어도 일부는 용접에 의해 접합될 수 있다. 상기 측벽부재의 내면의 적어도 일부, 제1 캡 표면의 적어도 일부, 및 집전판의 반경방향 외측 부분의 적어도 일부는 함께 용접될 수 있다. 집전판의 외경은 캔에 삽입되기 전의 측벽부재 내면의 내경보다 커서 측벽부재의 내면과 집전판의 외면의 접촉 표면이 서로 맞지 않는 부분이 발생할 수 있다. 집전판의 반경방향 외측 부분은 측벽부재에 압입되어 접촉된다.
또한, 본 발명의 전술한 측면에서, 측벽부재의 내면의 제1 테이퍼부는 경사면이 축방향 외측으로 연장됨에 따라 반경방향 외측으로 테이퍼질 수 있다. 집전판의 반경방향 외측 부분은 집전판이 캔에 위치할 때 절곡부를 포함할 수 있고, 반경방향 외측 부분은 상기 절곡부로부터 축방향 외측으로 연장될 수 있다. 상기 절곡부는 반경방향으로부터 축방향을 향해 만곡되는 곡면을 정의하며, 집전판의 반경방향 외측 부분이 축방향 내측으로 연장됨에 따라 집전판의 외경이 점차 작아질 수 있다. 상기 곡면의 최소 외경은 상기 측벽부재 내면의 내경보다 작을 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 측면에서, 상기 캡은 캡 본체, 캡 본체의 반경방향 외측에 제공되는 경사면, 및 캡 본체의 반경방향 외측에 제공되고 제1 캡 표면과 제2 캡 표면을 구비하는 접합부를 포함할 수 있다. 상기 접합부의 축방향을 따라 측정한 제1 두께는 상기 캡 본체의 축방향을 따라 측정한 제2 두께보다 작을 수 있다. 상기 캡 본체의 경사면은 캡의 축방향 내측 표면에 제공될 수 있고, 경사면이 반경방향 바깥쪽으로 연장됨에 따라 축방향 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 캡 본체의 경사면의 적어도 일부는 집전판과 접할 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 측면에서, 상기 측벽부재는 상기 제1 테이퍼부에 인접하여 상기 캔의 제1 내경을 규정하는 제1 내주면과, 상기 제1 테이퍼부에 인접하여 위치하고 상기 제1 내경보다 큰 상기 캔의 제2 내경을 규정하는 제2 내주면을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 이하의 단계들을 포함하는 배터리 셀 제조방법이 제공된다. 상기 방법은, 축방향으로 연장된 측벽부재와 상기 측벽부재의 제1 축방향 단부에 개방 단부가 구비된 캔과, 상기 개방 단부를 덮는 캡과, 상기 캔 내에 배치되는 전극조립체를 제공하는 단계;를 포함한다. 상기 방법은, 전극 조립체에 집전판을 접합하는 단계;를 포함한다. 이는, 집전판을 캔에 삽입하는 단계로서, 집전판의 반경방향 외측 부분을 제1 형상으로부터 제2 형상으로 변형시키는 단계;를 포함한다. 상기 방법은, 외측의 제1 캡 표면 및 축방향 내측을 향하는 제2 캡 표면을 측벽부재의 내면과 접촉시키는 단계;를 포함한다. 상기 방법은, 측벽부재의 개방 단부를 캡으로 덮으면서, 제2 캡 표면을 집전판의 반경방향 외측 부분의 제2 표면과 접촉시키는 단계;를 포함한다. 상기 방법은, 상기 측벽부재의 내면과 제1 캡 표면의 접촉 부위에 축방향 외측으로부터 레이저를 조사하여 측벽부재의 내면, 제1 캡 표면 및 집전판의 반경방향 외측 부분을 용접하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 전술한 측면에서, 집전판의 반경방향 외측 부분은 삽입을 하는 단계에서 측벽부재의 내면과 접촉할 수 있다. 제1 및 제2 캡 표면과 측벽부재의 내면을 접촉시키는 단계에서 캡의 축방향 내측 표면의 경사면이 집전판과 접촉할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 셀은 캔, 캡, 전극 조립체 및 집전판을 포함할 수 있다. 상기 캔은 축방향으로 연장되는 측벽부재와 측벽부재의 제1 축방향 단부에 제공되는 개방 단부를 포함할 수 있다. 상기 캡은 상기 개방 단부를 덮도록 구성될 수 있다. 상기 전극 조립체는 상기 캔 내에 수용되도록 구성될 수 있다. 상기 집전판은 전극 조립체와 캔을 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 상기 집전판은, 상기 집전판이 캔 내에 위치되기 전에 제1 형상을 규정할 수 있고, 집전판이 캔 내에 위치할 때 제1 형상과 다른 제2 형상을 규정할 수 있다. 집전판의 반경방향 외측 부분은 집전판이 제2 형상일 때 반경방향 외측 부분의 외주에 의해 정의되는 외측 접촉 표면인 제1 표면을 포함할 수 있다. 외측 접촉 표면은 측벽부재의 내면과 마주할 수 있다. 제2 표면은 집전판이 제2 형상일 때 집전판의 반경방향 외측 부분의 축방향 외측 단부에 의해 정의될 수 있다. 제2 표면은 배터리 셀이 조립될 때 캡의 축방향 내측 표면(예를 들어, 제1 캡 표면)을 향하며 이에 접할 수 있다. 캡은 배터리 셀이 조립될 때 측벽부재의 내면과 마주하는 반경방향 외측의 제1 표면(예를 들어, 제1 캡 표면)을 포함할 수 있다. 캡은 축방향 내측을 향한 제2 표면(예를 들어, 제2 캡 표면)을 추가로 포함할 수 있다. 제2 캡 표면은 전지 셀 조립시 집전판의 반경방향 외측 부분의 제2 표면과 대면하여 접할 수 있다.
또한, 본 발명의 전술한 측면에서, 집전판의 반경방향 외측 부분은 제1 형상으로 반경방향으로 연장될 수 있고, 집전체의 반경방향 외측 부분은 제2 형상으로 축방향으로 연장될 수 있다. 집전판은 캔에 삽입되는 동안 제1 형상에서 제2 형상으로 탄성 변형되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 측벽부재의 내주면에 대한 집전판의 맞댐외주면의 강제 압입 구조를 통해, 측벽부재와 집전판의 정렬 및 측벽부재와 집전판 간의 용접 예정 부위의 밀착력을 확보하고, 상기 밀착부위에 의해, 용접을 위해 축방향으로 조사되는 레이저가 캔 내부로 조사되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 집전판의 캡 연결부가 축방향으로 길게 형성되어, 용접을 위해 축방향으로 조사되는 레이저의 일부가 캡 연결부와 측벽부재 사이의 갭으로 침투하더라도, 레이저가 캔의 내부 공간까지 직접적으로 조사되지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 측벽부재의 내주면에 내경확장부를 형성하여 내경이 서로 다른 제1내경부와 제2내경부를 제공하고, 축방향으로 더 내측에 배치되고 내경이 더 작은 제1내경부 구간에서 집전판의 캡 연결부가 강제 압입되도록 함으로써, 조립할 때 요구되는 압입력을 낮추면서도 집전판과 측벽부재 간의 압입력이 해당 부위에 집중되도록 하여 이들 간의 밀착성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 측벽부재의 내경확장부가 용접을 위해 축방향으로 조사되는 레이저 침투를 저지하는 배리어의 기능을 하여, 레이저가 캔 내부로 직접 조사되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 캡 연결부의 축방향 구간 중 절곡부에 가까운 구간이 상기 제1내경부에 강제 압입되도록 하여, 상기 강제 압입 부위에 대한 상기 절곡부와 전극탭 연결부의 반경방향 지지력을 더욱 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면 집전판의 절곡부에 의해 제공되는 곡면이, 상기 측벽부재에 대한 상기 집전판의 삽입 과정에서 상기 집전판의 강제 압입을 안내하여, 조립 편의성을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 캡의 축방향 내면이 집전판의 캡 연결부의 축방향 외측 단부와 접하는 위치까지 캡을 삽입하게 되므로, 캡 연결부의 축방향 연장길이를 통해 상기 캡의 삽입 깊이를 규제하여, 조립 정확도를 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 캡을 삽입하는 과정에서 캡의 두께축소부에 마련된 경사면이 상기 집전판의 캡 연결부와 닿으며 집전판 중심에 대한 캡의 중심 정렬이 이루어질 수 있어, 조립 편의성을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 캡을 삽입함에 따라 집전판의 캡 연결부의 축방향 외측 단부가 캡의 두께축소부의 경사면에 의해 반경방향 외측으로 가압될 수 있고, 이에 따라 캡 연결부의 축방향 외측 단부가 측벽부재의 제2내주면에 더욱 가까워지거나 접촉하거나 밀착되도록 할 수 있다. 이에 따라 용접 부위의 밀착성을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 측벽부재와 캡과 집전판을 함께 용접할 수 있는 용접성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 측벽부재와 캡과 집전판을 함께 용접할 수 있는 공정 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 측벽부재와 캡과 집전판을 함께 용접하여 배터리 셀의 조립 공수를 크게 줄일 수 있다.
도 1은 실시예의 원통형 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 도 1의 캔 내부에 수용되는 전극조립체의 권취 전 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 전극조립체의 권취 전 적층 상태의 사시도이다.
도 4는 도 3의 적층체를 권취하여 원통형 젤리-롤 형태의 전극조립체를 조립한 상태의 사시도이다.
도 5는 전극조립체의 제1전극의 전극탭에 제1집전판이 접합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 전극조립체의 제2전극의 전극탭에 제2집전판이 접합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 집전판이 접합된 전극조립체를 캔 내부에 수용하는 과정을 나타낸 측면 단면도이다.
도 8은 캔에 수용된 전극조립체의 제1집전판과 제1전극단자의 접합 과정을 나타낸 측면 단면도이다.
도 9는 전극조립체가 수용된 캔의 개방 단부를 캡으로 덮는 과정을 나타낸 측면 단면도이다.
도 10과 도 11은 캔의 측벽부재에 접합되어 개방 단부를 폐쇄한 캡의 주액구를 스토퍼로 마감하는 과정을 나타낸 측면 단면도이다.
도 12는 도 11의 배터리 셀의 개방 단부 부분에서 이점쇄선을 표시한 영역을 확대하여 나타낸 단면도로서, 캔 내부에 전극조립체가 수용되고 집전판이 삽입된 상태에서 캡을 삽입하는 과정의 상태를 표현한 도면이다.
도 13은 도 12에서 캡을 삽입한 상태를 표현한 도면이다.
도 14는 도 13에서 측벽부재와 집전판과 캡의 맞댐 부위를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 15는 도 13에서 측벽부재와 집전판과 캡 부분을 용접하여 용접부를 형성한 상태를 나타낸 도면이다.
도 16과 도 17은 본 발명에 따른 배터리 셀 제조 공정의 순서도로서, 도 16은 주액구가 마련된 캡을 적용한 배터리 셀의 제조 공정의 순서도이고, 도 17은 주액구가 마련되지 않은 캡을 적용한 배터리 셀의 제조 공정의 순서도이다.
도 18은 실시예의 배터리 셀이 적용된 배터리 팩을 도시한다.
도 19는 도 18의 배터리 팩을 탑재한 자동차를 도시한다.
[부호의 설명]
10: 캔 11: 측벽부재 111: 제1내주면 113: 내경확장부 115: 제2내주면(접합내주면) 12: 바닥부재 13: 제1전극단자(양극단자) 14: 가스캣 15: 제2전극단자 16: 캡 160: 캡바디 t1: 제2두께 161: 두께축소부 17: 접합부 t2: 제1두께 171: 접합외주면 173: 집전판 맞댐면 18: 주액구 19: 인슐레이터 20: 전극조립체 21: 제1전극 22: 제2전극 23: 금속포일 24: 활물질층 25: 유지부 26: 무지부 27: 전극탭(노칭탭) 28: 분리막 31: 제1집전판(양극집전판) 312: 단자연결부 313: 링부 314: 전극연결부 32: 제2집전판(음극집전판) 321: 이너링부 322: 홀 323: 전극탭 연결부 324: 캔 연결부 a: 제1구간 325: 맞댐외주면 326: 캡맞댐면 327: 절곡부 d: 직경 40: 스토퍼 H: 제2집전판 높이 P: 억지끼워맞춤부 W: 용접부 70: 배터리 팩 71: 하우징 72: 배터리 셀 80: 차량
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접"한다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접할 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접"할 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
실시예를 설명함에 있어서 축방향이라 함은 젤리-롤 형태의 전극조립체의 권취 중심을 이루는 축이 연장되는 방향을 지칭하고, 반경방향이라 함은 상기 축에서 가까워지거나(구심) 멀어지는(원심) 방향을 지칭하고, 둘레(원주)방향이라 함은 상기 축을 둘러싸는 방향을 지칭한다.
이하 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 용접 구조가 적용된 배터리 셀의 실시예를 상세하게 설명한다.
실시예의 배터리 셀은, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리 셀의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 배터리 셀일 수 있다.
여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리 셀의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 상기 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 46110 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.
상기 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 배터리 셀 일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 배터리 셀일 수 있다.
본 발명은, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리 셀들, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등에 적용될 수도 있음은 물론이다. 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.
실시예의 배터리 셀은, 전극조립체(20)와, 상기 전극조립체(20)에 전기적으로 연결된 집전판(31, 32)과, 상기 전극조립체(20)와 제1 및 제2 집전판(31, 32)을 수용하는 캔(10)을 포함한다.
상기 캔(10)은, 바닥부재(12), 상기 바닥부재(12)에 연결되고 축방향으로 연장되는 측벽부재(11), 및 상기 측벽부재(11)의 축방향 일측 단부에 마련된 개방 단부를 포함한다.
상기 캔(10)은 상기 개방 단부를 덮는 캡(16)을 포함한다.
상기 바닥부재(12)는 중앙부에 홀이 형성된 원반 형태를 이루고, 상기 측벽부재(11)는 캔(10)의 내부 체적을 둘러싸는 원형의 관 형상일 수 있다.
상기 바닥부재(12)와 측벽부재(11)는 스틸의 표면에 니켈이 도금된 금속 시트를 딥 드로잉 공정으로 성형 가공하고, 측벽부재(11)의 선단부를 블랭크 홀더로 파지한 상태에서 펀치로 트리밍 가공하여 제작될 수 있다. 물론 캔(10)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 홀에는 제1전극단자(13)가 끼움 결합될 수 있다. 상기 제1전극단자(13)는, 가스켓(14)을 개재한 상태에서 상기 바닥부재(12)에 리벳팅되어 고정될 수 있다. 상기 가스켓(14)은 상기 제1전극단자(13)와 상기 바닥부재(12) 사이에 개재되어, 캔(10)의 내부와 외부를 밀봉하여 전해액의 누액을 방지하고, 제1전극단자(13)와 바닥부재(12)를 전기적으로 절연할 수 있다.
다만, 상기 제1전극단자(13)와 바닥부재(12)의 연결 방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 제1전극단자(13)와 바닥부재(12) 사이를 밀봉하고, 제1전극단자(13)와 바닥부재(12)를 전기적으로 절연할 수 있는 구조라면, 이 외에도 다양한 고정 방법, 가령 볼트-너트 결합 방식, 글라스 씰(glass seal) 방식, 또는 크롬코팅 & PP-MAH 열접합 방식과 같은 다양한 다른 방식 역시 적용 가능하다.
상기 제1전극단자(13)는 제1극성을 띄고, 상기 캔(10)은 제2극성을 띌 수 있다. 즉, 상기 캔(10)의 바닥부재(12), 이와 연결되는 측벽부재(11), 및 상기 측벽부재(11)와 연결되는 후술할 캡(16)은 모두 제2극성을 띌 수 있다.
이에 따라, 상기 배터리 셀은, 바닥부재(12)가 구비된 축방향 단부, 즉 폐쇄 단부에 제1전극단자(13)와 제2전극단자(15)가 모두 배치될 수 있다. 그러면, 상기 배터리 셀은 제1전극단자(13)에 연결되는 버스바와 제2전극단자(15)에 연결되는 버스바가 모두 배터리 셀의 상부에 위치할 수 있다.
일 예에서, 상기 제1전극단자(13)는 양극단자이고, 상기 제2전극단자(15)는 음극단자일 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1전극단자(13)는 음극단자이고, 상기 제2전극단자(15)는 양극단자일 수 있다.
상기 캔(10) 내에는 전극조립체(20)가 수용된다. 상기 전극조립체(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 폭을 가지고 길이방향으로 연장된 제1전극(21), 제2전극(22) 및 분리막(28)을 준비하고, 도 3에 도시된 바와 같이 제1전극(21), 분리막(28), 제2전극(22), 분리막(28)의 순으로 적층한 적층체를 형성한 뒤, 이를 도 4에 도시된 바와 같이 권심축 둘레로 권취한 젤리-롤 형태로 제작된다.
일 예에서, 상기 제1전극(21)은 양극일 수 있고, 상기 제2전극(22)은 음극일 수 있다. 다른 예에서, 상기 제1전극(21)은 음극일 수 있고, 상기 제2전극(22)은 양극일 수 있다.
상기 제1전극(21)과 제2전극(22)은 시트 형태로 제작된다. 상기 전극시트는, 금속포일(23)의 표면에 활물질층(24)이 도포된 형태로 제작된다. 상기 전극시트는, 활물질층(24)이 도포된 유지부(25) 영역과, 활물질층(24)을 도포하지 않은 무지부(26) 영역을 구비한다. 양극시트는 폭방향 일측에 무지부(26) 영역이 구비되고, 음극시트는 폭방향 타측에 무지부(26) 영역이 구비된다.
상기 제1전극(21)과 제2전극(22)은, 제1전극(21)의 무지부(26)는 젤리-롤의 축방향 일측 단부로부터 돌출되고, 제2전극(22)의 무지부(26)는 젤리-롤의 축방향 타측 단부로부터 돌출되도록, 그들의 무지부(26) 영역이 적층체로부터 폭방향으로 노출 또는 돌출되도록 배열된다. 상기 무지부(26)는 그 자체가 적어도 하나의 전극탭(27)으로서 기능한다.
상기 무지부(26)에는 소정의 간격을 두고 노치를 형성하여 플래그(flag) 형태의 노칭탭(27)들을 형성할 수 있다. 전극탭(27)은 또한 노칭탭(27)으로 지칭될 수 있다.
실시예에서는 상기 노칭탭(27)들이 등변 사다리꼴 형태임이 예시된다. 그러나 이들의 형태는 반원형, 반타원형, 삼각형, 직사각형, 평행사변형 등 다양한 형태일 수 있다.
또한 실시예에서는 길이방향을 따라 배열되는 상기 노칭탭(27)들이 동일한 너비를 가지는 형태가 예시된다. 그러나 노칭탭들의 너비는, 권심 측에서 외주 측으로 갈수록 점진적으로 또는 단계적으로 넓어지는 형태일 수도 있다.
또한 실시예에서는 권심 측에서 외주 측으로 갈수록 상기 노칭탭(27)들의 높이가 단계적으로 높아지는 형태가 예시된다. 그러나 이러한 노칭탭들의 높이는 일정하거나 점차 낮아지는 형태로 구현될 수도 있다.
또한 실시예에서는 상기 무지부(26)의 구심측 단부의 소정 구간과 원심측 단부의 소정 구간에 노칭탭(27)이 삭제된 구조가 예시된다. 그러나 무지부의 구심측 단부에서 노칭탭이 삭제되지 않을 수도 있고, 무지부의 원심측 단부에서 노칭탭이 삭제되지 않을 수도 있음은 물론이다.
젤리롤 형태의 전극조립체(20)에서, 상기 노칭탭(27)은 도 4에 도시된 바와 같이 반경방향으로 절곡되어 평탄화될 수 있다. 상기 노칭탭(27)은 반경방향 내측으로 절곡되거나 외측으로 절곡될 수 있다. 실시예에서는 노칭탭(27)이 반경방향 내측으로 절곡된 구조가 예시된다.
상기 노칭탭(27)은, 적층체를 권취하여 젤리롤 형태의 전극조립체(20)를 형성하는 과정에서 하나씩 절곡 가공될 수 있다. 이와 달리 상기 노칭탭(27)은, 적층체를 권취하여 젤리롤 형태의 전극조립체를 형성한 뒤, 한꺼번에 절곡 가공될 수도 있다.
이렇게 반경방향으로 절곡되며 포개어진 제1전극(21)의 노칭탭(27)들과 제2전극(22)의 노칭탭(27)들은, 각각 전극조립체(20)의 축방향 양측 단부에서 축방향에 대해 실직적으로 수직한 평면을 제공할 수 있다.
상기 전극조립체(20)의 축방향 양단부로 노출된 노칭탭(27)이 절곡되어 제공되는 실질적으로 평평한 표면에는 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 제1집전판(31)과 제2집전판(32)이 각각 접합될 수 있다.
실시예에서, 상기 제1집전판(31)은 양극 집전판이고, 상기 제2집전판(32)은 음극 집전판임이 예시된다. 상기 제1집전판(31)은 알루미늄 재질일 수 있고, 상기 제2집전판(32)은 구리 재질일 수 있다.
상기 집전판(31, 32)은, 금속 시트를 펀칭하고 트리밍하고 피어싱하고 절곡하여 제작될 수 있다.
도 5를 참조하면 상기 제1집전판(31)은, 중심부로부터 방사상으로 연장되는 단자연결부(312)와, 상기 단자연결부(312)의 원심측 가장자리를 원주방향으로 연결하는 링부(313)와, 상기 링부(313)로부터 구심측으로 연장되되 상기 단자연결부(312)와는 연결되지 않는 전극연결부(314)를 구비한다. 상기 단자연결부(312)의 중심부는 전극조립체(20)의 권심 중공부의 적어도 일부를 덮는다. 단자연결부(312)는, 링부(313)의 내측 둘레를 따라 상호 간에 대략 등간격으로 배치된 네 연결 지점에서, 링부(313)와 연결되는 대략 X자 형태로 형성될 수 있다. 상기 단자연결부(312)는 다른 형태로 형성되고 제1집전판(31)을 따라 다른 규칙으로 연장될 수도 있다.
상기 전극연결부(314)는, 상기 전극조립체(20)를 캔(10)에 넣기 전에, 전극조립체(20)의 제1전극(21)의 노칭탭(27)에 레이저 용접 등의 방식으로 접합된다. 상기 레이저의 용접 라인은 방사상으로 연장될 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제2집전판(32)은, 전극조립체(20)의 권심 중공부와 대응하는 홀(322)을 규정하고 상기 권심 중공부를 둘러싸는 형태로 제공되는 이너링부(321), 상기 이너링부(321)로부터 방사상으로 연장된 전극탭 연결부(323), 상기 전극탭 연결부(323)보다 원심 측에 배치되고 상기 이너링부(321)에 연결되는 캔 연결부(324)를 포함한다. 전극탭 연결부(323)는 상기 이너링부로부터 반경방향 외측으로 연장되는 복수 개의 스포크 형태일 수 있다. 여기서 스포크 중 하나 이상은, 캔 연결부(324)로 지칭되는 제2집전판(32)의 둘레부와 연결되는 반경방향 외측 단부를 구비할 수 있다. 또한, 전극탭 연결부(323)의 스포크 중 하나 이상은 상기 캔 연결부(324)에 다다르지 않는 반경방향 외측 단부를 구비할 수 있다. 상기 캔 연결부(324)는 전극탭 연결부(323)를 둘러싸는 아우터 링 형상을 구비하고, 상기 캔 연결부(324)는 축방향으로 상기 전극조립체(20)로부터 멀어지는 단차를 포함할 수 있다. 이에 따라, 캔 연결부(324)의 적어도 최외각 둘레부는, 전극탭 연결부(323)와 이너링부(321), 그리고 상기 캔 연결부(324)의 다른 부위보다, 상기 전극조립체(20)로부터 더 멀리 이격 배치될 수 있다.
상기 전극탭 연결부(323)는, 상기 전극조립체(20)를 캔(10)에 넣기 전에, 전극조립체(20)의 제2전극(22)의 노칭탭(27)에 레이저 용접 등의 방식으로 접합될 수 있다. 상기 레이저의 용접 라인은 방사상으로 연장될 수 있다.
도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전극조립체(20)는, 상기 제1집전판(31)이 캔(10)의 바닥부재(12)를 향하도록 정렬된 상태에서 상기 캔(10)에 수용된다. 이 때, 제1집전판(31)과 캔(10)의 바닥부재(12) 사이에 인슐레이터(19)를 개재하여 상기 제1집전판(31)과 상기 바닥부재(12)를 전기적으로 절연되도록 한다.
그리고, 상기 제1집전판(31)의 단자연결부(312)는 상기 캔(10)에 고정된 제1전극단자(13)와 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접 등의 방식으로 접합된다. 상기 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)의 용접을 위한 용접장치는 상기 제1집전판(31)의 단자연결부(312) 중심의 이면{단자연결부(312)에서 전극조립체(20)를 바라보는 면}에 접근하여 용접을 진행할 수 있다. 구체적으로, 상기 용접 장치는, 제1집전판(31)의 상기 위치에, 도 8에 도시된 바와 같이 캔(10)의 개방 단부로부터 상기 전극조립체(20)의 권심 중공부를 통해 접근할 수 있다. 물론 이 외에도 브레이징이나 솔더링 방식 등에 의해 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)가 접합될 수도 있음은 물론이다. 즉 상기 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)는 이들을 전기적으로 연결하며 상호 고정할 수 있는 결합 방식이라면 다양한 방식이 적용 가능하다.
상기 전극조립체(20)가 상기 캔(10)의 내부에 수용된 상태에서, 상기 제2전극(22)의 전극탭(27)과 상기 제2집전판(32)은 상기 측벽부재(11)의 개방 단부를 바라보도록 배치된다.
상기 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)의 접합이 이루어진 후, 상기 측벽부재(11)의 개방 단부는, 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 캡(16)에 의해 덮이며 마감된다. 그리고, 캡(16)의 중앙부에 마련된 주액구(18)를 통해 상기 캔(10) 내부에 전해액을 주입할 수 있다.
전해액을 주입한 뒤, 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 주액구(18)는 스토퍼(40)에 의해 마감될 수 있다.
물론 본 발명의 용접 구조는, 주액구가 마련되지 않은 캡에도 적용할 수 있다. 이에 따르면, 캡(16)으로 측벽부재(11)의 개방 단부를 덮기 전에 먼저 전해액을 주입하고, 전해액의 주입이 완료된 후 캡(16)으로 개방 단부를 덮어 마감할 수 있다.
상기 캡(16)의 가장자리는 도 14에 도시된 바와 같이 측벽부재(11)의 가장자리와 레이저로 심 용접되며 접합되고, 이에 따라 상기 캔(10)은 밀봉될 수 있다. 상기 캔(10)은 도 15에 도시된 바와 같이 측벽부재(11), 제2집전판(32), 및 캡(16)이 함께 용접된 형태일 수 있다.
도 12와 도 13을 참조하면, 측벽부재(11)는 개방 단부 쪽에 내경확장부(113)를 구비한다. 상기 내경확장부(113)는, 축방향 외측으로 갈수록 측벽부재(11)의 내경을 확장시키도록 상기 측벽부재(11)의 내주면에 마련된 경사면 형상을 가진다. 즉 상기 내경확장부(113)는 상기 측벽부재(11)의 내주면에 마련되고 축방향 외측으로 갈수록 반경방향 외측으로 연장되는 경사면 형태를 포함한다. 다르게 말하면, 측벽부재(11)는 제2내주면(115)에서 제1 두께를 갖고, 측벽부재(11)가 제2내주면(115)으로부터 축방향 외측으로 연장됨에 따라 내경 확장부(113)를 따라 두께가 가늘어지며, 측벽부재는 도 12 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 제1내주면(111)에서, 상기 제2 내주면(115)의 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가진다. 제1내주면(111)은 내경확장부(113)의 축방향 외측 단부가 제1내주면(111)의 축방향 내측 단부와 연결되도록 내경확장부(113)와 인접한다. 또한, 제2내주면(115)은 내경확장부(113)의 축방향 내측 단부가 제2내주면(115)의 축방향 외측 단부와 연결되도록 {제1내주면(111)과 대향하는 내경확장부 측에서) 내경확장부(113)와 인접한다. 이와 같이 측벽부재(11)의 내면은 측벽부재(11)가 축방향 내측으로 연장됨에 따라 제1내주면(111)에서 내경확장부(113), 제2내주면(115)으로 순차적으로 천이된다.
이에 따라 상기 측벽부재(11)의 내주면은, 상기 내경확장부(113)보다 축방향 내측에 (가령 밑이거나, 상대적으로 상기 측벽부재(11)의 개방 단부에서 개방 단부로부터 더 멀도록) 마련된 제1내주면(111)과, 상기 내경확장부(113)보다 축방향 외측에 (가령 위거나, 상대적으로 상기 측벽부재(11)의 개방 단부에서 개방 단부에 가까워지도록) 마련된 제2내주면(115)을 포함할 수 있다.
측벽부재(11)의 외주면의 직경은 축방향을 따라 균일한 반면, 상기 제2내주면(115)은 상기 제1내주면(111)보다 큰 내경을 가질 수 있다. 이에 따라 상기 측벽부재(11)는, 상기 제1내주면(111)이 마련된 부분에서 반경방향으로 측정되는 두께보다 상기 제2내주면(115)이 마련된 부분에서 반경방향으로 측정되는 두께가 더 작을 수 있다.
상기 제2집전판(32)의 가장자리에 마련되고 상기 캔(10)에 접하여 전기적으로 연결되는 캔 연결부(324)는, 측벽부재(11)의 내주면(111, 113, 115)과 마주하거나 접하는 제1부위를 포함한다. {집전판(32)의 반경방향 외측 부분에 있는} 상기 제1부위에는, 반경방향으로 상기 측벽부재(11)의 내주면(111, 113, 115)과 마주하거나 접하는 맞댐외주면(325)이 마련된다.
집전판(32)의 반경방향 외측 부분이라 지칭할 수 있는 상기 캔 연결부(324)는, 상기 캡(16)과 접하는 제2부위를 포함한다. 상기 제2부위에는, 축방향으로 상기 캡(16)의 내면(저면)과 마주하며 접하는 캡맞댐면(326)이 마련된다.
제2집전판(32)은 절곡부(327)를 포함한다. 상기 절곡부(327)는, 반경방향 외측으로 연장되는 제2집전판(32)을 축방향 외측으로 절곡하는 형상을 제공한다. 상기 제2집전판(32)의 반경방향 외측 부분인 캔 연결부(324)는 상기 절곡부(327)를 통해, 그리고 앞서 설명한 이너링부(321)를 통해 상기 전극탭 연결부(323)에 연결된다.
상기 캔 연결부(324)는 상기 절곡부(327)의 축방향 외측에 연결되고, 상기 절곡부(327)로부터 축방향 외측으로 연장되는 형상을 가진다. 이에 따르면, 캔(10)과 접촉되는 제2집전판(32)의 맞댐외주면(325)의 면적과 축방향 길이를 더욱 확보할 수 있다. 캔 연결부(324)는 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 절곡부(327)에 대해 축방향 외측에 위치하는 것으로 설명되었음에 유의하여야 한다. 도 12 및 도 13은 캔(10)에 삽입된 후의 집전판(32)의 구성을 도시한 도면이다. 그러나, 집전판(32)은 탄성 변형이 가능하므로, 집전판(32)이 삽입된 후에 절곡부(327)가 형성될 수도 있다. 예를 들어, 집전판(32)은 집전판의 반경 방향 내측 부분이 연장되는 수평면에 대해 약 90도 각도까지 탄성 변형될 수 있다. 일부 예에서, 절곡부(327)는 측벽 부재(11)의 경사진 내면과의 접촉으로 인해 수평면에 대해 약 70도 내지 85도 사이의 각도를 형성할 수 있다. 집전판(32)은 캔(10)에 삽입되기 전에 전체 직경에 걸쳐 단일 평면인 수평면을 따라 연장될 수도 있다. 집전판(32)을 캔(10)에 삽입하기 전에 구부러진 부분(327)이 여전히 존재할 수 있지만, 도 12및 도 13에 도시된 것보다 더 작은 각도로 존재할 수 있다. 따라서, 캡 접촉면(326)은 집전판이 캔(10)에 삽입되기 전에 일반적으로 반경 방향 외측을 향할 수 있으므로 집전판(32)의 반경 방향 외측면이라고 할 수 있을 것이다. 집전판이 캔(10)에 삽입되기 전에는, 집전판(32)의 맞댐외주면(325)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 반경방향 내측을 향하기보다, 축방향 내측을 향할 수도 있다.
상기 제2집전판(32)의 재질은 상기 측벽부재(11)의 재질보다 무를 수 있다.
상기 제2집전판(32)의 열전도율은, 상기 측벽부재(11)의 열전도율보다 높을 수 있다.
가령, 상기 제2집전판(32)의 재질은 구리를 포함하고, 상기 측벽부재(11)의 재질은 철을 포함할 수 있다.
상기 캔 연결부(324)의 맞댐외주면(325)의 외경은 상기 제1내주면(111)의 내경보다 더 크게 설정된다. 상기 맞댐외주면(325)의 외경은, 상기 제2내주면(115)의 내경과 대응(대략적으로 같거나 그보다 작음)할 수 있다.
그러면, 상기 제2집전판(32)을 측벽부재(11)의 개방 단부 내로 삽입하는 과정에서 상기 절곡부(327)가 탄성 변형되며 상기 맞댐외주면(325)이 상기 제1내주면(111)에 강제 압입되어, 상기 맞댐외주면(325)과 제1내주면(111)이 반경방향으로 밀착된다. 이에 따라, 결과적으로, 축방향으로 상기 제1내주면(111)에 압입된 상기 맞댐외주면(325)의 제1구간(a)의 외경은 상기 제1내주면(111)의 내경과 대응하게 된다.
이처럼, 상기 측벽부재(11)의 다단 내주면 구조, 그리고 상기 집전판(32)의 캔 연결부(324) 구조에 의해, 상기 맞댐외주면(325)의 적어도 축방향 일부 구간은 상기 측벽부재(11)의 내주면에 확실히 밀착된다.
상기 절곡부(327)는 축방향 내측으로 갈수록 상기 캔 연결부(324)의 외경보다 그 외경이 점차 줄어드는 곡면을 제공한다. 그리고 제2집전판(32)의 하단부에서 측정되는 상기 곡면의 최소 외경(d)은 상기 제1내주면(111)의 내경보다 작을 수 있다. 이러한 형상은, 상기 제2집전판(32)을 상기 측벽부재(11)의 내부 공간으로 삽입하는 과정에서 상기 캔 연결부(324)가 상기 제1내주면(111)으로 강제 압입되는 것을 안내한다. 따라서 제2집전판(32)의 강제 압입 과정이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
결국, 본 발명에 따르면, 부품의 치수 공차에도 불구하고, 절곡부(327)의 최소 외경(d)이 상기 측벽부재(11)의 제1내주면(111)의 내경보다 작고, 상기 제2집전판(32)의 접합외주면(171)의 외경이 상기 제1내주면(111)의 내경보다 크도록 한 치수의 대소 관계만 유지될 수 있다면, 상기 맞댐외주면(325)의 제1구간(a)이 상기 측벽부재(11)의 제1내주면(111)에 확실히 밀착되는 효과를 가져온다.
이에 따라, 본 발명은, 후술할 용접 과정에서 도 14에 도시된 바와 같이 레이저(L)의 일부가 내부로 침투하더라도, 축방향으로 길게 연장된 제2집전판(32)의 캔 연결부(324), 측벽부재(11)의 제1내주면(111)과 제2집전판(32)의 맞댐외주면(325)의 제1구간(a) 간의 강제압입을 통한 억지끼워맞춤부(P), 그리고 측벽부재(11)의 내경확장부(113)에 의해, 상기 레이저(L)가 캔(10) 내부로 직접 조사되는 현상을 확실히 방지할 수 있다.
상기 캡(16)은, 반경방향 중심으로부터 외측으로, 캡바디(160), 두께축소부(161), 및 접합부(17)를 순서대로 구비한다. 즉, 캡바디(160)는 캡(16)의 중앙부에 정렬되고 상기 두께축소부(161)는 상기 캡바디(160)의 반경방향 외측에 마련되고, 상기 접합부(17)는 상기 두께축소부(161)의 반경방향 외측에 마련된다. 이에, 캡바디(160)에 대해 상대적으로 감소된 두께를 가지는 캡(16)의 환형 영역이 규정된다. 이에 따라 축방향으로 측정되는 상기 접합부(17)의 제1두께(t1)는, 축방향으로 측정되는 상기 캡바디(160)의 제2두께(t2)보다 작다.
반경방향으로 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)과 매우 가깝게 마주하거나 접하는 접합외주면(171)이, 캡(16)의 반경방향 외측 표면을 따라, 구체적으로 상기 접합부(17)의 반경방향 외측 표면을 따라 마련된다. 상기 접합외주면(171)은 또한 캡(16)의 제1 외주면으로 지칭할 수 있다. 또한 상기 캡(16)의 접합부(17)의 축방향 내면에는, 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)의 캡맞댐면(326)과 축방향으로 마주하며 접하는 집전판 맞댐면(173)이 마련된다. 상기 집전판 맞댐면(173)은 캡(16)의 제2 축방향 내향면이라 지칭할 수 있다. 상기 캡맞댐면(326)은 집전판(32)의 반경방향 외측 부분의 제2 표면이라 지칭할 수 있다.
상기 두께축소부(161)는 상기 캡(16)에 마련된 두께 변화 부위이다.
상기 두께축소부(161)가 마련된 위치를 적절히 선정하여, 상기 두께축소부(161)의 적어도 일부가 상기 제2집전판(32)에 접촉할 수 있도록 하면, 캡(16)을 삽입하는 과정에서 캡(16)의 두께축소부(161)가 제2집전판(32)과 맞닿으며 상기 캡(16)의 중심이 정렬되는 효과를 누릴 수 있다.
실시예는 상기 정렬 효과를 높이기 위해, 반경방향 외측으로 갈수록 축방향 외측으로 연장되는 경사면 형태로 상기 두께축소부(161)를 구현하였다. 즉, 두께축소부(161)는 캡(16)의 축방향 두께가 감소되는 경사면으로 정의된다. 이와 같이, 캡바디(160)의 축방향 내향면은 제1 평면을 따라 연장된다. 캡(16)의 집전판 맞댐면(173){캡(16)의 제2 축방향 내향면으로도 알려져 있음}은, 제1 평면과 실질적으로 평행할 수 있고 캡바디(160)의 축방향 내부 표면과 캡(16)의 집전판 맞댐면(173) 사이의 경사면으로 인해 제1 평면에 대해 축방향 외측에 위치하는 제2 평면을 따라 연장된다.
상기 캡(16)을 상기 측벽부재(11)에 삽입하는 과정에서, 상기 경사면 형태의 두께축소부(161)는 상기 캡맞댐면(326)의 반경방향 내측 가장자리와 접할 수 있다. 이에 따라, 상기 캡맞댐면(326)이 마련된 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)의 축방향 외측 단부는, 상기 두께축소부(161)에 의해 반경방향 외측으로 가압되어, 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)에 더욱 가깝게 배치되거나 더욱 밀착 접촉될 수 있다.
즉 상기 경사면 형태의 두께축소부(161)는, 상기 캡(16)을 상기 측벽부재(11)의 개방 단부로 삽입하는 과정에서 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)와 접촉되며, 상기 제2집전판(32)의 중심에 대한 상기 캡(16)의 중심 정렬을 안내할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)의 축방향 외측 단부를 반경방향 외측으로 가압하여 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)의 축방향 외측단부를 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)에 밀착시키는 기능을 함께 할 수 있다. 각 구성 요소의 모양에 의해 생성된 이러한 힘의 조합은 밀착 억지 끼워 맞춤을 형성하여 배터리 내에 포함된 요소의 안전한 둘러쌈을 생성한다.
상기 캡(16)을 상기 측벽부재(11)의 개방 단부로 삽입한 상태에서, 반경방향으로, 상기 캡(16)의 접합외주면(171)과 상기 제2집전판(32)의 맞댐외주면(325)은 각각 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)에 매우 가까이 마주하거나 접한다. 다시 말해, 상기 캡(16)의 접합외주면(171)은 상기 제2내주면(115)과 반경방향으로 마주하거나 접할 수 있고, 상기 캔 연결부(324)의 맞댐외주면(325)은 상기 접합외주면(171)보다 축방향으로 더 내측에서 상기 제2내주면(115)과 반경방향으로 마주하거나 접할 수 있다.
그리고 축방향으로, 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)의 축방향 외측 단부면에 마련된 캡맞댐면(326)은 상기 캡(16)의 접합부(17)의 내면에 마련된 집전판 맞댐면(173)과 접한다.
이러한 조립 구조에 따르면, 상기 캡(16)의 삽입 깊이는, 상기 캔 연결부(324)의 축방향 연장 길이에 의해 좌우될 수 있는 상기 제2집전판(32)의 높이(H)에 의해 정확하게 규제될 수 있다.
한편, 상기 캡(16)의 접합외주면(171)의 외경 치수와 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)의 내경 치수와 상기 제2집전판(32)의 맞댐외주면(325)의 외경 치수에 다소 오차가 발생하여, 캡(16)의 접합외주면(171)과 제2집전판(32)의 맞댐외주면(325)이 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)에 밀착 접촉하지 못한다 하더라도, 도 14에 도시된 바와 같이 억지끼워맞춤부(P)와 내경확장부(113) 구조로 인해, 용접을 위해 조사되는 레이저(L)가 캔(10) 내부로 침투할 우려는 전혀 없다.
상기 배터리 셀에서, 상기 측벽부재(11)와 캡(16)과 제2집전판(32) 서로 간의 맞댐 부위에는, 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115) 부위와 상기 캡(16)의 접합외주면(171) 부위와 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324) 부위가 함께 용접된 용접부(W)가 형성된다.
도시된 바와 같이, 반경방향으로 상호 맞대어져 있는 상기 캡(16)의 접합외주면(171)과 상기 측벽부재(11)의 내주면의 축방향 단부는, 축방향 외측으로 노출된다.
상기 용접부(W)는 배터리 셀의 축방향 외측에서 상기 캡(16)의 접합외주면(171)과 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)의 축방향 단부로 조사되는 레이저에 의해 형성된다.
이때, 상기 캡(16)보다 축방향 내측에 배치된 제2집전판(32)의 맞댐외주면(325)이 측벽부재(11)의 내주면과 마주하며 접하므로, 측벽부재(11)와 캡(16) 사이의 틈을 통해 상기 레이저가 캔 내부 공간으로 조사되어 들어가는 것이 방지된다.
또한 상기 측벽부재(11)의 상기 내경확장부(113) 역시, 측벽부재(11)와 캡(16) 또는 제2집전판(32)의 틈새로 조사되어 들어올 수 있는 레이저의 내부 침투를 저지한다.
상기 용접부(W)는, 상기 측벽부재(11)의 내주면의 적어도 일부와 상기 집전판(32)의 맞댐외주면(325)의 적어도 일부가 접합된 부분과, 기 측벽부재(11)의 내주면의 적어도 일부와 상기 캡(16)의 접합외주면(171)의 적어도 일부가 접합된 부분과, 상기 집전판(32)의 캡맞댐면(326)의 적어도 일부와 상기 캡(16)의 집전판 맞댐면(173)의 적어도 일부가 접합된 부분을 포함한다.
즉 상기 용접부(W)는 3중 용접에 의해 형성될 수 있다.
상기 용접부(W)를 형성하기 위해 조사되는 레이저(L)에 의해 상기 측벽부재(11)와 캡(16)의 맞댐부위가 고온으로 가열된다.
그러면, 레이저에 의해 측벽부재(11)에 발생하는 열은 보다 넓은 접촉 면적을 가지는 제2집전판(32)을 통해 빠르게 분산 전도되고, 레이저에 의해 캡(16)에 발생하는 열은 보다 좁은 접촉 면적을 가지는 제2집전판(32)을 통해 다소 느리게 분산 전도될 수 있다. 이에 따라 캡(16)의 접합부(17)보다 상대적으로 얇은 측벽부재(11)의 용융 시점을 더욱 늦출 수 있다.
또한 측벽부재(11)를 통해 전달되는 용접열의 대부분이 제2집전판(32)을 통해 분산되므로, 측벽부재(11)의 제1내주면(111)과 접하고 있는 전극조립체(20)의 분리막(28) 쪽으로 열이 전달되는 현상을 더욱 줄일 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 상기 캡(16)에서, 상기 접합부(17)의 제1두께(t1)는, 축방향으로 측정되는 상기 캡바디(160)의 제2두께(t2)보다 작다. 이에 따라 상기 캡(16)이 상기 측벽부재(11)와 용접되어야 하는 깊이는 제1두께(t1)에 의해 결정되고, 배터리 셀의 열 폭주 등에 의한 캔(10) 내압 상승에 의해 발생하는 캡(16)의 벌징 현상에 대한 저항력은 상기 제2두께(t2)에 의해 결정된다.
본 발명에 따르면, 상기 캡(16)과 상기 측벽부재(11) 간에 제1두께(t1)의 깊이만큼 용접을 하더라도 상기 캡(16)이 측벽부재(11)와 접하는 캡(16)과 측벽부재(11)의 맞댐 부위가 완전히 접합 연결되어, 벌징 발생 시 응력이 집중되는 부위가 발생하지 않으면서도, 캡바디(160)는 캡(16)의 반경방향 외측 부분의 제1두께(t1)보다 두꺼운 제2두께(t2)로 이루어져 있어 보다 큰 벌징 저항력을 가질 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 조립과정에서 캔 연결부(324)와의 상호작용을 위한 캡(16)의 두께축소부(161)가, 캔 연결부(324)의 반경방향 두께 정도에 대응하는 정도만큼만 상기 접합외주면(171)으로부터 반경방향 내측에 위치하게 되므로, 제2두께(t2)의 캡바디(160)의 면적을 더욱 넓게 확보할 수 있어, 벌징 저항력을 더 높일 수 있다. 통상 제2집전판(32)과 같은 집전판은, 얇은 금속 시트를 프레스로 가압하는 성형 가공에 의해 제작되는 점에서, 두께축소부(161)가 캡(16)의 반경방향 외측 가장자리에 매우 가깝게 배치될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
앞서 설명한 실시예에 따르면, 용접 공정의 범위가 넓음에도 불구하고 천공이나 누액 없이 밀봉력을 확보하여 용접성을 높일 수 있고, 용접 열에 의해 셀의 구성요소나 분리막의 열 손상 등을 방지할 수 있어 공정 안정성을 높일 수 있으며, 내압에 따른 치수 변형을 억제하여 치수 안정성이나 벌징 저항성을 확보하여 내구성 역시 높일 수 있다.
이하 도 7 내지 도 11 및 도 16을 참조하여, 상술한 배터리 셀의 제조 방법의 제1실시예를 설명한다.
상기 배터리 셀의 제조 방법에 따르면, 먼저 바닥부재(12)에 제1전극단자(13)를 고정한 캔(10)을 준비하고, 축방향 양단부에 각각 제1집전판(31)과 제2집전판(32)을 접합한 전극조립체(20)를 준비한다.
그리고, 제1집전판(31)이 바닥부재(12)를 향하도록 하며 상기 캔(10)에 전극조립체(20)를 삽입 수용한다. 그러면 상기 제2집전판(32)이 캔(10)의 개방 단부 쪽에 위치하게 된다. 이렇게 상기 전극조립체(20)를 캔(10)에 수용하는 과정에서, 상기 제2집전판(32)의 반경방향 외측 가장자리에 마련된 캔 연결부(324)의 맞댐외주면(325)을 상기 측벽부재(11)의 제1내주면(111)에 접촉시킨다.
다음으로, 상기 제1집전판(31)과 상기 제1전극단자(13)를 접합한다.
그리고, 상기 측벽부재(11)의 개방 단부를 캡(16)으로 덮으며 상기 캡(16)의 가장자리에 마련된 접합외주면(171)과 집전판 맞댐면(173)을 각각 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)과 상기 제2집전판(32)의 캡맞댐면(326)에 접촉시킨다.
이때, 상기 캡(16)의 축방향 내면에 마련된 경사면 형태의 두께축소부(161)를 상기 제2집전판(32)에 접촉시키어, 캡(16)의 중심을 정렬하고 캔 연결부(324)의 축방향 외측 단부를 반경방향 외측으로 가압하여 상기 제2내주면(115)에 접촉시킬 수 있다. 즉, 집전판(32)이 캔(10)에 삽입된 후, 집전판(32)의 반경방향 외측 부분{예를 들어, 캔 연결부(324)}은 축방향으로 휘어지도록 탄성 변형된다. 캔 연결부(324)의 외측 부분은 집전판의 안쪽 부분이 연장되는 수평면에 대해 90도보다 약간 작은 각도로 연장될 수 있다. 캔 연결부(324)의 각도는 측벽부재(11)의 반경방향 내측면의 경사면으로 인해 90도보다 약간 작을 수 있다.
다음으로, 축방향 외측에서 축방향으로 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)과 상기 캡(16)의 접합외주면(171)의 맞댐 부위에 레이저를 조사하여, 상기 측벽부재(11)의 내주면과 상기 캡(16)의 접합부(17)와 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)를 함께 3중 용접한다. 이에 따라 형성된 용접부(W)는 측벽부재(11)와 캡(16)과 제2집전판(32)을 모두 접합한다.
이어서, 캡(16)의 주액구(18)를 통해 상기 캔(10) 내부에 전해액을 주입한다. 전해액 주입을 완료한 뒤, 상기 주액구(18)를 스토퍼(40)로 밀봉 마감한다. 상기 주액구(18)의 밀봉 마감은, 가령, 용접에 의해 이루어질 수 있다. 그러나 이러한 밀봉 마감은, 밀봉 접합이 가능한 다양한 공지의 기술을 적용하여 이루어질 수 있을 것이다.
도 17을 참조하여, 배터리 셀의 제조 방법의 제2실시예를 설명한다. 제2실시예의 제조 방법은, 주액구가 마련되지 않은 캡을 사용할 때 적용 가능하다.
먼저, 바닥부재(12)에 제1전극단자(13)를 고정한 캔(10)을 준비하고, 축방향 양단부에 각각 제1집전판(31)과 제2집전판(32)을 접합한 전극조립체(20)를 준비한다.
그리고, 제1집전판(31)이 바닥부재(12)를 향하도록 하며 상기 캔(10)에 전극조립체(20)를 삽입 수용한다. 그러면 상기 제2집전판(32)이 캔(10)의 개방 단부 쪽에 위치하게 된다. 이렇게 상기 전극조립체(20)를 캔(10)에 수용하는 과정에서, 상기 제2집전판(32)의 반경방향 외측 가장자리에 마련된 캔 연결부(324)의 맞댐외주면(325)을 상기 측벽부재(11)의 제1내주면(111)에 접촉시킨다.
다음으로, 상기 제1집전판(31)과 상기 제1전극단자(13)를 접합한다.
그리고, 캡(16)으로 측벽부재(11)의 개방 단부를 덮기 전, 상기 캔(10)의 내부에 전해액을 주입한다.
전해액 주입이 완료된 후, 상기 측벽부재(11)의 개방 단부를 캡(16)으로 덮으며 상기 캡(16)의 가장자리에 마련된 접합외주면(171)과 집전판 맞댐면(173)을 각각 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)과 상기 제2집전판(32)의 캡맞댐면(326)에 접촉시킨다.
다음으로, 축방향 외측에서 축방향으로 상기 측벽부재(11)의 제2내주면(115)과 상기 캡(16)의 접합외주면(171)의 맞댐 부위에 레이저를 조사하여, 상기 측벽부재(11)의 내주면과 상기 캡(16)의 접합부(17)와 상기 제2집전판(32)의 캔 연결부(324)를 함께 3중 용접한다. 이에 따라 형성된 용접부(W)는 측벽부재(11)와 캡(16)과 제2집전판(32)을 모두 접합한다.
앞서 설명한 용접 구조와 용접 공정을 통해 제작된 배터리 셀(72)은, 도 18에 도시된 바와 같이 배터리 팩(70)의 하우징(71)에 수용될 수 있다. 상기 배터리 팩(70)은 조립의 중간 형태인 배터리 모듈을 사용하여 구성될 수도 있고, 도시된 바와 같이 배터리 모듈 없이 직접 배터리 팩(70)을 구성할 수도 있다.
상술한 배터리 셀(72)은 그 자체적으로 체적이 크기 때문에, 배터리 모듈이라는 중간 구조물을 사용하지 않더라도 배터리 팩(70)을 구현함에 별다른 어려움이 없다. 그리고 상기 배터리 셀(72)은, 내부 저항도 적고 에너지 밀도도 더욱 높다. 이에 따라, 상기 배터리 셀(72)을 구비한 배터리 팩(70)의 에너지 밀도는 더욱 높게 구현될 수 있다.
이렇게 에너지 밀도를 높인 배터리 팩(70)은 동일한 에너지를 저장할 수 있으면서도, 그 체적과 하중을 줄일 수 있다. 따라서 이러한 배터리 셀(72)이 적용된 배터리 팩(70)을, 도 19에 도시된 바와 같이 전기를 에너지원으로 하는 자동차(80)와 같은 차량에 탑재하면, 에너지 대비 차량의 마일리지를 더욱 확대할 수 있다.
위의 심 용접 구조 및 방법은 원통형 배터리 캔과 관련하여 개시되었지만, 본 개시의 범위 내에서 이러한 기술은 다른 배터리 폼 팩터에도 유사하게 적용될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 해당 배터리 셀은 중심 세로축에 직교하는 원형 단면 프로파일을 가질 필요는 없으며 오히려 타원형, 정사각형, 직사각형, 부분 원형 등을 포함한 다른 단면 형상이 사용될 수 있다. 세로축은 바닥부재 및/또는 각 단부의 캡에 직각으로 배향될 필요도 없다. 예로서, 캔의 측벽부재는 (캔의 내부 구성요소와 함께) 바닥부재 및/또는 캡에 의해 정의된 평면에 대해 비스듬하게 배향된 축을 따라 연장되는 튜브를 형성할 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 용접 기술은 원통형 배터리 캔의 맥락 외에서도 활용될 수 있으며, 예를 들어 각형 및 파우치형 폼 팩터를 갖는 배터리에도 적용될 수 있다.
배터리 셀을 형성하기 위해 본 개시내용 전반에 걸쳐 설명된 구성요소는 별도로, 예를 들어 키트로 제공될 수 있거나, 개별적으로 형성 또는 제조된 후 조립되어 배터리 셀을 형성할 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 개별 제작된 부품은 캔, 캡, 전극조립체, 집전판 등을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 집전판은 실질적으로 단일 평면을 따라 연장되는 제1 형상으로 제공될 수 있고, 집전판은 캔에 집전판을 삽입하는 동안 제1 형상에서 제2 형상으로 탄성 변형될 수 있다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (20)

  1. 축방향으로 연장되는 측벽부재 및 상기 측벽부재의 축방향 제1 단부에 마련된 개방 단부를 포함하는 캔으로서, 상기 측벽부재의 상기 축방향 제1 단부가 방사상으로 경사진 제1 테이퍼부를 포함하는 캔;
    상기 개방 단부를 덮는 캡;
    상기 캔의 내부에 배치된 전극조립체; 및
    상기 전극조립체와 캔을 전기적으로 연결하는 집전판;을 포함한 배터리 셀로서,
    상기 집전판의 반경방향 외측 부분은:
    상기 반경방향 외측 부분의 외주에 의해 규정되는 맞댐외주면을 형성하고, 상기 측벽부재의 내면과 마주하는 제1 표면; 및
    상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 축방향 외측 단부에 의해 규정되며, 캡의 축방향 내면과 마주하며 접하는 제2 표면;을 포함하고,
    상기 캡은:
    상기 측벽부재의 내면과 마주하는 제1 캡 표면; 및
    축방향 내측을 향하고 상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 제2 표면과 접하는 제2 캡 표면;을 포함하는, 배터리 셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡에서, 상기 제1 캡 표면은 상기 제2 캡 표면의 반경방향 및 축방향 외측에 배치되는, 배터리 셀.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측벽부재의 내면의 적어도 일부와 상기 집전판의 제1 표면의 적어도 일부는 용접에 의해 접합된, 배터리 셀.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 측벽부재의 내면의 적어도 일부와 상기 제1 캡 표면의 적어도 일부는 용접에 의해 접합된, 배터리 셀.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 제2 표면의 적어도 일부와 상기 제2 캡 표면의 적어도 일부는 용접에 의해 접합된, 배터리 셀.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 측벽부재의 내면의 적어도 일부, 상기 제1 캡 표면의 적어도 일부, 및 상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 적어도 일부가 함께 용접된, 배터리 셀.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판이 상기 캔에 삽입되기 전에, 상기 집전판의 외경은 상기 측벽부재의 내면의 내경보다 커서, 상기 측벽부재의 내면에 대해 상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 제1 표면의 강제 압입이 이루어지는, 배터리 셀.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 측벽부재가 축방향 외측으로 연장됨에 따라 상기 측벽부재의 제1 테이퍼부는 반경방향 외측으로 테이퍼 지는, 배터리 셀.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 집전판이 캔에 배치된 상태에서 상기 집전판의 반경방향 외측 부분은 절곡부를 포함하고, 상기 반경방향 외측 부분은 상기 절곡부로부터 축방향 외측으로 연장되는, 배터리 셀.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 절곡부는 반경방향으로부터 축방향으로 만곡하는 만곡면을 규정하고, 상기 집전판의 반경방향 외측 부분이 축방향 내측으로 연장됨에 따라 상기 집전판의 외경이 점진적으로 감소하며,
    상기 만곡면의 최소 외경은 상기 측벽부재의 내면의 내경보다 작은, 배터리 셀.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 캡은:
    캡바디;
    상기 캡바디의 반경방향 외측 부분에 마련된 경사면; 및
    상기 캡바디의 반경방향 외측에 마련되고, 상기 제1 캡 표면 및 상기 제2 캡 표면을 구비하는 접합부;를 포함하고,
    축방향으로 측정되는 상기 접합부의 제1두께는, 축방향으로 측정되는 상기 캡바디의 제2두께보다 작은, 배터리 셀.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 캡바디의 경사면은, 상기 캡의 축방향 내면에 마련되고, 반경방향 외측으로 연장될수록 축방향 외측으로 연장되는, 배터리 셀.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 캡바디의 경사면의 적어도 일부가 상기 집전판에 접촉하는, 배터리 셀.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 측벽부재의 내면은:
    상기 제1 테이퍼부에 인접하여 배치되고 상기 캔의 제1 내경을 규정하는 제1 내면; 및
    상기 제1 테이퍼부에 인접하여 배치되고 상기 제1 내경보다 큰 상기 캔의 제2 내경을 규정하는 제2 내면;을 포함하는, 배터리 셀.
  15. 축방향으로 연장되는 측벽부재와 상기 측벽부재의 축방향 제1단부에 마련된 개방 단부를 구비하는 캔, 상기 개방 단부를 덮기 위한 캡, 및 상기 캔의 내부에 배치되는 전극조립체를 제공하고,
    상기 전극조립체에 집전판을 접합하고,
    상기 집전판의 반경방향 외측 부분을 제1 형상으로부터 제2 형상으로 변형하며 상기 집전판을 상기 캔에 삽입하고,
    상기 측벽부재의 내면과 제1 캡 표면을 접촉시키고,
    상기 측벽부재의 개방 단부를 캡으로 덮으며, 축방향 내측으로 상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 표면과 마주하도록 제2 캡 표면을 접촉시키고,
    축방향 외측으로부터 상기 측벽부재의 내면과 상기 제1 캡 표면 사이에 레이저를 조사하여, 상기 측벽부재의 내면, 상기 제1 캡 표면, 및 상기 집전판의 반경방향 외측 부분을 함께 용접하는, 배터리 셀의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 삽입 과정에서 상기 집전판의 반경방향 외측 부분이 상기 측벽부재의 내면에 접하도록 하는, 배터리 셀의 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 측벽부재의 내면과 상기 제1 캡 표면을 접촉시키는 과정에서 상기 캡의 경사면이 상기 집전판에 접촉하도록 하는, 배터리 셀의 제조 방법.
  18. 축방향으로 연장되는 측벽부재 및 상기 측벽부재의 축방향 제1 단부에 마련된 개방 단부를 포함하는 캔;
    상기 개방 단부를 덮는 캡;
    상기 캔의 내부에 수용되는 전극조립체; 및
    상기 전극조립체와 캔을 전기적으로 연결하는 집전판으로서, 상기 캔에 배치되기 전에 제1 형상을 규정하고, 상기 캔 내에 배치된 상태에서 상기 제1 형상과 다른 제2 형상을 규정하는 집전판;을 포함하는 배터리 셀의 조립 키트로서,
    상기 집전판의 반경방향 외측 부분은:
    상기 집전판이 제2 형상인 상태에서 반경방향 외측 부분의 외주에 의해 규정되는 제1 표면으로서, 상기 측벽부재의 내면과 마주하는 제1 표면; 및
    상기 집전판이 제2 형상인 상태에서 상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 축방향 외측 단부에 의해 규정되는 제2 표면으로서, 상기 배터리 셀이 조립된 상태에서 상기 캡의 축방향 내측 면과 접하는 제2 표면;을 포함하고,
    상기 캡은:
    상기 배터리 셀이 조립된 상태에서 상기 측벽부재의 내면과 마주하는 제1 캡 표면; 및
    상기 배터리 셀이 조립된 상태에서 상기 집전판의 반경방향 외측 부분의 상기 제2 표면과 마주하고 접하는 제2 캡 표면;을 포함하는, 조립 키트.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 집전판의 반경방향 외측 부분은 제1 형상에서 반경방향으로 연장되고, 상기 집전판의 반경방향 외측 부분은 제2 형상에서 축방향으로 연장되는, 조립 키트.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 집전판은 상기 캔 내에 상기 집전판을 삽입하는 과정에서 상기 제1 형상으로부터 상기 제2 형상으로 탄성적으로 변형되는, 조립 키트.
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