WO2025075397A1 - 배터리 셀 그리고 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 전기 이륜차 - Google Patents

배터리 셀 그리고 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 전기 이륜차 Download PDF

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell, a battery pack including the battery cell, and an electric two-wheeled vehicle.
  • Secondary batteries which have high applicability according to product group and electrical characteristics such as high energy density, are widely used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by electric power sources. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving the environment and energy efficiency because they not only have the primary advantage of being able to drastically reduce the use of fossil fuels but also have the advantage of not generating any by-products from energy use.
  • a plurality of battery cells are connected in series/parallel to form a battery pack.
  • a battery module including at least one battery cell, and then form a battery pack or battery rack by adding other components using this at least one battery module.
  • battery packs in the form of cell-to-pack which do not modularize a plurality of battery cells but directly store them in a pack housing, etc., are also being manufactured.
  • conventional battery cells may include an outer material on the outside of the battery housing.
  • the outer material which is composed of a film or the like, may shrink due to its properties, exposing the upper part of the battery cell. In this case, there is a problem that the risk of a short circuit occurring in a battery pack including a large number of battery cells increases.
  • the present invention has been made to solve the problems described above, and provides a battery cell capable of ensuring safety and reliability by preventing the upper portion of the battery cell from being exposed even when the battery cell is repeatedly exposed to high/low temperature conditions.
  • Another problem that the present invention seeks to solve is to provide a battery pack including such a battery cell.
  • a battery cell comprises: an electrode assembly; a battery housing having an opening formed at one side thereof and accommodating the electrode assembly through the opening; a washer disposed on the open side of the battery housing; an outer covering configured to cover at least a portion of the battery housing and the washer; and an adhesive member formed on at least one side of the outer covering and configured to strengthen an adhesive force of the outer covering.
  • the above adhesive member may be provided between the washer and the outer material.
  • the above washer includes a first portion to which the outer material is adhered, and a second portion which is a remaining area excluding the first portion, and the adhesive member may be provided only in the first portion.
  • the above adhesive member may be provided on the outer surface of the outer material.
  • the above adhesive member may be composed of a tape having an adhesive surface formed on one surface.
  • the above adhesive member may be configured in a ring shape with a hole formed in the center.
  • the above battery housing may have a crimping portion having a shape that is bent inwardly along the radial direction of the electrode assembly from the upper periphery of the battery housing.
  • the above washer can be placed on the upper surface of the above crimping portion.
  • a battery pack according to one embodiment of the present invention includes a plurality of battery cells according to one embodiment of the present invention as described above.
  • an electric two-wheeled vehicle includes a battery pack according to one embodiment of the present invention as described above.
  • the present invention also provides a method for manufacturing such a battery cell.
  • a method for manufacturing a battery cell of the present invention comprises: a method for manufacturing a battery cell comprising: an electrode assembly; a battery housing having an opening formed on one side and accommodating the electrode assembly; and a washer disposed on the opening side of the battery housing, the method comprising: a step of mounting the washer on an upper surface of the battery housing; a step of positioning an adhesive member on at least a portion of an outer surface of the washer; and a step of wrapping the battery housing with an outer material so as to cover at least a portion of the battery housing and the washer.
  • the above adhesive material is composed of a liquid and can be applied to the outer surface of the washer.
  • a step of covering a portion of the washer may be further included before applying the adhesive material.
  • the adhesive member may be provided as an adhesive surface provided on one surface of the washer.
  • the adhesive member may be provided as an adhesive surface provided on one surface of the outer material.
  • Another method for manufacturing a battery cell of the present invention comprises: a method for manufacturing a battery cell comprising: an electrode assembly; a battery housing having an opening formed on one side for accommodating the electrode assembly; and a washer disposed on the open side of the battery housing, the method comprising: a step of mounting the washer on an upper surface of the battery housing; a step of wrapping the battery housing with an outer material so as to cover at least a portion of the battery housing and the washer; and a step of positioning an adhesive member on an outer edge of the outer material.
  • the adhesive member may be composed of a tape having an adhesive surface formed on one side.
  • the above adhesive member may be configured in a ring shape with a hole formed in the center.
  • the outer material can be prevented from shrinking and exposing the upper part of the battery cell through the adhesive member. Accordingly, according to this aspect of the present invention, the safety and reliability of the battery cell can be secured.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment, or an explanation of effects that can be easily inferred by a person skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a comparative example in which no adhesive member is provided, unlike a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a drawing showing a manufacturing process of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a drawing showing another manufacturing process of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a drawing showing another manufacturing process of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a drawing showing another manufacturing process of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a drawing showing a manufacturing process of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view of a battery pack including a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of an electric two-wheeled vehicle including a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • the present invention includes various embodiments. For each embodiment, redundant descriptions of substantially identical or similar configurations will be omitted, and descriptions will be made focusing on differences.
  • the direction along the longitudinal direction of the winding axis of the electrode assembly wound in the form of a jellyroll is referred to as the axial direction.
  • the direction surrounding the winding axis is referred to as the circumferential direction.
  • the direction approaching or moving away from the winding axis is referred to as the radial direction.
  • Fig. 1 is a perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a cross-sectional perspective view of a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a plan view of a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 4 is a plan view of a battery cell according to an embodiment of the present invention, which is a comparative example, in which an adhesive member is not provided, unlike the battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • a battery cell (1) includes an electrode assembly (10), a battery housing (20), a washer (30), an outer material (40), and an adhesive member (50).
  • the battery cell (1) may be a cylindrical battery cell as illustrated.
  • the electrode assembly (10) may be accommodated in the battery housing (20).
  • the electrode assembly (10) may include a first electrode having a first polarity, a second electrode having a second polarity, and a separator interposed between the first electrode and the second electrode.
  • the electrode assembly (10) may have a jelly-roll structure. That is, the electrode assembly (10) may be manufactured by winding a laminated body formed by stacking sheet-shaped first and second electrodes at least once with a separator interposed therebetween in one direction based on an axial direction penetrating the winding hole (H1). In this case, an additional separator may be provided on the outer peripheral surface of the electrode assembly (10) for insulation from the battery housing (20). Any jelly-roll structure known in the art may be applied to the present invention without limitation.
  • the first electrode is an anode or a cathode
  • the second electrode corresponds to an electrode having a polarity opposite to that of the first electrode.
  • the first electrode may include a first electrode current collector and a first electrode active material applied on one or both surfaces of the first electrode current collector.
  • the first electrode may have a non-coated portion (first non-coated portion) formed by not coating the electrode active material on the upper end thereof. That is, a non-coated portion (first non-coated portion) on which the first electrode active material is not applied may exist on one end of the first electrode current collector in the width direction (in the direction parallel to the Z-axis).
  • the non-coated portion may function as a first electrode tab (11) in and of itself.
  • the first electrode tab (11) may be provided on an upper portion in the height direction (in the direction parallel to the Z-axis) of an electrode assembly (10) accommodated in a battery housing (20).
  • the first electrode current collector includes a first non-coated portion on a long side of which an active material layer is not coated and a separator is exposed to the outside, and at least a portion of the first non-coated portion may be used as an electrode tab in and of itself.
  • the first electrode tab (11) may be, for example, an anode tab.
  • the second electrode may include a second electrode current collector and a second electrode active material applied on one or both surfaces of the second electrode current collector.
  • the second electrode may have a non-coated portion (second non-coated portion) formed by not coating the electrode active material on its lower portion. That is, a non-coated portion on which the second electrode active material is not applied may exist on the other end of the second electrode current collector in the width direction (in the direction parallel to the Z-axis).
  • the non-coated portion may function as a second electrode tab (12) in and of itself.
  • the second electrode tab (12) may be provided on the lower portion in the height direction (in the direction parallel to the Z-axis) of the electrode assembly (10) accommodated in the battery housing (20).
  • the second electrode current collector includes a second non-coated portion on its long side end in which an active material layer is not coated and a separator is exposed to the outside, and at least a portion of the second non-coated portion may be used as an electrode tab in and of itself.
  • the second electrode tab (12) may be, for example, a negative electrode tab.
  • the first electrode tab (11) and the second electrode tab (12) may extend in opposite directions along the height direction (parallel to the Z-axis) of the battery cell (1).
  • the first electrode tab (11) may extend toward an opening formed at the top of the battery housing (20)
  • the second electrode tab (12) may extend toward a closing portion formed at the bottom of the battery housing (20).
  • the battery housing (20) may be provided as a generally cylindrical receiver.
  • the battery housing (20) may be provided with an opening on one side.
  • the battery housing (20) may accommodate an electrode assembly (10) through the opening formed on one side, and may also accommodate an electrolyte.
  • the side wall portion of the battery housing (20) and the closed portion formed on the opposite side of the open portion may be formed integrally, or may be formed separately and joined to each other by welding or the like.
  • the battery housing (20) may be made of a conductive metal material.
  • the battery housing (20) may be electrically connected to the second electrode tab (12) of the electrode assembly (10). Therefore, the battery housing (20) may have the same second polarity as the second electrode tab (12).
  • the electrical connection between the electrode assembly (10) and the battery housing (20) may be made, for example, through the second current collector (90).
  • the battery cell (1) may further include a top cap (60).
  • the top cap (60) may cover an upper opening of the battery housing (20).
  • the top cap (60) may be made of a conductive metal material.
  • the top cap (60) may be electrically connected to the first electrode tab (11) of the electrode assembly (10) and configured to be electrically insulated from the battery housing (20). Accordingly, the top cap (60) has the same first polarity as the first electrode tab (11) of the electrode assembly (10) and may function as a first electrode terminal of the battery cell (1) of the present invention.
  • the electrical connection between the first electrode tab (11) and the top cap (60) may be made by, for example, the first current collector (80).
  • the top cap (60) may have a protrusion (61) formed to protrude upwardly from approximately its center.
  • the protrusion (61) may protrude upwardly higher than the upper surface of the washer (30) through the washer hole (H2) of the washer (30) so as to facilitate contact with electrical connection components such as bus bars.
  • the present invention is not limited thereto, and the top cap (60) may be formed flat overall.
  • the upper surface of the protrusion (61) may be positioned at approximately the same height as or lower than the upper surface of the washer (30).
  • the battery housing (20) may include a beading portion (21).
  • the beading portion (21) may be formed adjacent to the opening side of the battery housing (20).
  • the beading portion (21) may have a shape that is pressed in along the outer circumference of the battery housing (20). Accordingly, the beading portion (21) has a shape that is recessed to a predetermined depth in the radial direction from the outer circumference of the battery housing (20) and may extend along the circumferential direction of the battery housing (20).
  • the beading portion (21) prevents an electrode assembly (10) having a size corresponding to the width of the battery housing (20) from coming out through the upper opening of the battery housing (20) and may function as a support portion on which a top cap (60) is secured.
  • the battery housing (20) may include a crimping portion (22).
  • the crimping portion (22) may be formed on the open side of the battery housing (20).
  • the crimping portion (22) may have a shape that is bent inwardly along the radial direction of the electrode assembly (10) from the upper periphery of the battery housing (20).
  • the crimping portion (22) may be formed on the upper portion of the beading portion (21).
  • the crimping portion (22) may extend from the beading portion (21) and may have a shape that is extended and bent so as to surround an outer circumference of a top cap (60) disposed on the beading portion (21) and a part of an upper surface of the top cap (60).
  • the upper end of the crimping portion (22) may have a shape that is extended inwardly by a predetermined distance along the radial direction of the battery cell (1) and surrounds a part of an upper surface of the top cap (60).
  • the crimping member (22) can fix the edge perimeter of the upper surface of the top cap (60).
  • the crimping member (22) fixes the top cap (60), thereby preventing the top cap (60) from being detached upward.
  • a gasket (G) may be interposed between the top cap (60) and the crimping portion (22) of the battery housing (20) to seal the upper opening of the battery housing (20) and electrically insulate between the battery housing (20) and the top cap (60).
  • the gasket (G) may include a material having insulating properties and elasticity.
  • the gasket (G) may include, for example, a polymer resin.
  • the gasket (G) may be folded together along the folded shape of the crimping portion (22) of the battery housing (20). When the battery housing (20) has a beading portion (21), the gasket (G) may be interposed between the upper surface of the beading portion (21) and the upper end of the crimping portion (22).
  • the battery cell (1) may include a vent (70) for reducing internal pressure.
  • the vent (70) may be formed of a conductive thin plate.
  • a downward recessed portion may be formed in the central portion of the vent (70), and a plurality of notches having different depths may be formed in the upper and lower bend portions of the central portion.
  • the present invention is not limited to the structure of the battery cell (1).
  • the present invention is characterized by a battery cell including an adhesive member and a method for manufacturing the same.
  • the washer (30) may be placed on the opening side of the battery housing (20). Specifically, the washer (30) may be seated on the upper end of the battery housing (20). When the crimping portion (22) is formed on the upper end of the battery housing (20), the washer (30) may be seated on the upper surface of the crimping portion (22).
  • the washer (30) may have, for example, an approximately disc shape with a hole formed approximately at its center. That is, the washer (30) may be an approximately ring shape with a washer hole (H2) formed approximately at its center.
  • the washer (30) may protect the battery cell (1) from external impact and supplement the mechanical strength of members mounted on the upper end of the battery cell (1).
  • the washer (30) can be fixed to the upper surface of the battery housing (20) in various ways. For example, during the crimping process of the battery housing (20), the outer surface of the washer (30) can be fixed together, or when covering the outer surface of the battery housing (20) with an outer material (40), a heat-shrinkable tube can be used and the outer surface of the washer (30) can be fixed together by shrinking it.
  • the washer (30) may be configured to be electrically insulated from the top cap (60) and the battery housing (20).
  • the top cap (60) is exposed through a washer hole (H2) formed in the center of the washer (30), and the washer (30) and the top cap (60) may be spaced apart from each other.
  • the protrusion (61) may be exposed through the washer hole (H2).
  • the washer (30) can basically perform a role of supplementing the electrical insulation state. Specifically, the washer (30) can prevent an internal short circuit from occurring when the top cap (60) as the first electrode terminal comes into contact with the battery housing (20) as the second electrode terminal.
  • the outer covering (40) may be configured to surround the outer surface of the battery cell (1).
  • the outer covering (40) may be configured to cover at least a portion of the battery housing (20) and the washer (30).
  • the outer covering (40) may be configured to cover at least a portion of a side surface of the battery housing (20) and an upper surface of the washer (30).
  • the outer covering (40) may be provided as a substantially rectangular sheet member and configured to surround the outer surface of the battery housing (20) while sealing the upper portion of the washer (30).
  • the outer covering (40) may be configured to cover up to the lower surface of the battery housing (20).
  • the outer covering (40) may be configured as a substantially cylindrical heat-shrinkable tube, such that the battery housing (20) may be inserted into the outer covering (40) so that the outer covering (40) surrounds the battery housing (20). In this way, the outer surface of the battery housing (20) and the upper part of the washer (30) can be wrapped with the outer material (40) and sealed by applying a predetermined amount of heat.
  • the outer material (40) can protect the parts of the battery cell (1), such as the battery housing (20).
  • the battery cell (1) may include an adhesive member (50).
  • the adhesive member (50) may be provided on at least one side of the outer material (40).
  • the adhesive member (50) may be configured to strengthen the adhesive force between the outer material (40) and the washer (30). According to the above-described embodiment of the present invention, the adhesive member (50) may be adhered to the outer material (40) so that the position of the washer (30) is fixed.
  • the outer covering (40) may shrink, so that the area of the washer (30) covered by the outer covering (40) gradually decreases, and the area of the washer (30) exposed may gradually increase (see arrow direction). In this case, there is a risk that the washer (30) may move and cause a short circuit.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of a battery cell according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a drawing showing a manufacturing process of a battery cell according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a drawing showing another manufacturing process of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • the adhesive member (50) may be provided between the washer (30) and the outer covering (40). That is, the adhesive member (50) may be provided on the inner surface of the outer covering (40).
  • the adhesive member (50) may be provided on at least a portion of the washer (30).
  • the washer (30) includes a first portion (31) to which the outer covering (40) is adhered, and a second portion (32) which is a remaining area excluding the first portion (31), and the adhesive member (50) may be provided only on the first portion (31).
  • the first portion (31) may be provided along the outer perimeter of the washer (30).
  • the second portion (32) may include the protrusion (61) of the top cap (60). As a result, the protrusion (61) that functions as the first electrode may not be covered by the outer covering (40).
  • a washer (30) may be mounted on the opening side of the battery housing (20), for example, on the upper surface of the battery housing (20).
  • an adhesive member (50) may be applied to at least a portion of the outer surface of the washer (30).
  • the adhesive member (50) may include an adhesive configured in a gel or liquid form.
  • an outer material (40) may be wrapped around the battery housing (20) so as to cover the outer surface of the battery housing (20) and at least a portion of the washer (30). In this state, by applying a predetermined amount of heat to the outer material (40), the outer material (40) may be adhered to the battery housing (20) and the washer (30) by the adhesive member (50).
  • the outer covering (40) is prevented from being peeled off by the adhesive member (50), thereby preventing the washer (30) from being exposed to the outside. As a result, the risk of a short circuit occurring is prevented, so that the safety of the battery cell (1) can be secured.
  • the adhesive member (50) may be composed of a liquid and applied to the outer surface of the washer (30).
  • the washer (30) may be mounted on the opening side of the battery housing (20), for example, on the upper surface of the battery housing (20).
  • a portion of the washer (30) may be covered before applying the adhesive member (50).
  • the covered portion is hatched in the drawing. That is, the outer material (40) may cover the second portion (32) of the washer (30) to which it is not adhered.
  • an adhesive material (50) can be applied to the washer (30).
  • the adhesive material (50) can be applied to the washer (30) using a spray or the like. Even if the adhesive material (50) is evenly applied while covering the second portion (32), the adhesive material (50) can be applied only to the first portion (31), so the application work is easy, and the adhesive material (50) can be prevented from being applied to a part of the top cap (60) that functions as the first electrode terminal.
  • an outer material (40) can be wrapped around the battery housing (20) to cover at least a portion of the outer surface of the battery housing (20) and the washer (30).
  • the adhesive material (50) it is possible to fundamentally prevent the adhesive material (50) from being applied to a portion of the top cap (60) that functions as a first electrode terminal.
  • the adhesive material (50) composed of a liquid it can be applied quickly to a wide area, so that time and cost are saved in the manufacturing process, and productivity can be improved.
  • FIG. 8 is a drawing showing another manufacturing process of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • an adhesive surface (51) may be provided on one surface of the washer (30).
  • the adhesive surface (51) may be provided on the first portion (31).
  • the adhesive surface (51) may be one surface of a double-sided tape.
  • the washer (30) having the adhesive surface (51) provided on, for example, the upper surface thereof may be mounted on the opening side of the battery housing (20).
  • the outer material (40) may be wrapped around the battery housing (20) so as to cover the outer surface of the battery housing (20) and at least a portion of the washer (30).
  • the adhesive surface (51) and the outer material (40) may be adhered, and the outer material (40) may be adhered to the battery housing (20) and the washer (30).
  • the adhesive member (50) may be provided as an adhesive surface (51) provided on one surface of the washer (30).
  • the adhesive surface (51) of the washer (30) acts as the adhesive member (50), and in particular, in this case, the process of applying an adhesive member in a liquid form as described with reference to FIGS. 6 and 7 to the battery housing (20) and the washer (30) is omitted, so that time and cost can be saved in the manufacturing process, and productivity can be improved.
  • an adhesive surface (51) may be provided on one surface of the outer covering (40).
  • the adhesive surface (51) may be provided on the inner surface of the outer covering (40).
  • the adhesive surface (51) may be provided on a portion of the outer covering (40) that covers the upper surface of the washer (30).
  • the adhesive surface (51) may be one surface of a double-sided tape. Accordingly, as shown in FIG. 9(a), first, the washer (30) is mounted on the upper surface of the battery housing (20), and then, as shown in FIG. 9(b), the outer covering (40) provided with the adhesive surface (51) so as to cover at least a portion of the battery housing (20) and the washer (30) may be adhered to the battery housing (20).
  • the adhesive member (50) may be provided as an adhesive surface (51) provided on one surface of the outer material (40).
  • the adhesive surface (51) of the outer material (40) acts as the adhesive member (50), and in particular, in this case, the process of applying an adhesive member in a liquid form as described with reference to FIGS. 6 and 7 to the battery housing (20) and the washer (30) is omitted, so that time and cost are saved in the manufacturing process, and productivity can be improved.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of a battery cell according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a drawing showing a manufacturing process of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
  • the adhesive member (50) may be provided on the outer surface of the outer material (40). Referring to FIG. 10, the adhesive member (50) may be provided on the upper surface of the outer material (40) and the washer (30). The adhesive member (50) may be provided along the outer surface of the portion where the outer material (40) covers the washer (30).
  • the adhesive member (50) may be configured as a tape having an adhesive surface formed on one side.
  • the adhesive member (50) may be configured in a ring shape having a hole formed in the center.
  • the adhesive member (50) may be configured to cover the remaining portion except for the protrusion (61) of the top cap (60).
  • the inner diameter of the hole of the adhesive member (50) may be configured to correspond to the outer diameter of the protrusion (61).
  • a method for manufacturing such a battery cell (1) may be as follows.
  • a washer (30) can be mounted on the upper surface of the battery housing (20).
  • an outer material (40) can be wrapped around the battery housing (20) so as to cover the outer surface of the battery housing (20) and at least a portion of the washer (30).
  • an adhesive member (50) can be positioned on the outer edge of the outer material (40).
  • the adhesive member (50) is configured as a tape on which a one-sided adhesive surface is formed and can be adhered to the outer edge of the outer material (40) and a portion of the washer (30).
  • the force of the adhesive member (50) pulling the outer material (40) acts in the opposite direction to the force of the outer material (40) to shrink, thereby holding the outer material (40).
  • the outer material (40) can be prevented from shrinking due to its physical properties.
  • the adhesive member (50) can fix the washer (30), the washer (30) can be prevented from moving and causing a short circuit.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view of a battery pack including a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • a battery pack (3) may include a battery cell assembly in which a plurality of battery cells (1) according to one embodiment of the present invention are electrically connected, and a pack housing (2) that accommodates the battery cell assembly.
  • the plurality of battery cells (1) may be accommodated inside the pack housing (2) such that the opening of the battery housing (20) faces upward.
  • the battery pack (3) may further include components such as a bus bar for electrical connection, a cooling unit, and a power terminal, but these have been omitted for convenience of illustration in the drawing.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of an electric two-wheeled vehicle including a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • an electric two-wheeled vehicle (5) includes the battery pack (3) of the present invention as described above.
  • the electric two-wheeled vehicle (5) operates by receiving power from the battery pack (3) of the present invention.
  • the electric two-wheeled vehicle (5) may be a two-wheeled vehicle that operates solely by power supply from the battery pack (3), or may be a hybrid two-wheeled vehicle that operates by power supply and other energy sources such as fuel. Examples of the electric two-wheeled vehicle (5) include an electric scooter, an electric bicycle, and the like.

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Abstract

본 발명은, 전극 조립체; 일 측에 개방부가 구비되며, 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 하우징; 상기 전지 하우징의 개방부 측에 배치되는 와셔; 상기 전지 하우징 및 상기 와셔의 적어도 일부를 커버하도록 구성되는 외장재; 및 상기 외장재의 적어도 일측면에 구비되어 상기 외장재의 접착력을 강화시키도록 구성되는 접착 부재;를 포함하는 배터리 셀에 관한 것이다.

Description

배터리 셀 그리고 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 전기 이륜차
본 발명은 배터리 셀 그리고 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 전기 이륜차에 관한 것이다.
본 출원은, 2023년10월04일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0131972호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle)이 요구하는 배터리 팩의 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 직렬/병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 이때, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 또는, 최근에는, 복수 개의 배터리 셀을 모듈화하지 않고, 팩 하우징 등에 직접 수납하는 셀투팩(Cell To Pack) 형태의 배터리 팩도 제조되고 있다.
한편, 종래 배터리 셀은 전지 하우징의 외부에 외장재를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 셀은 온도 싸이클 테스트(Temperature Cycle Test) 시, 고온/저온 상황에 반복적으로 노출되는 경우, 필름 등으로 구성되는 외장재의 물성에 의해 외장재가 수축하여 배터리 셀의 상부가 노출될 수 있다. 이러한 경우, 많은 개수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에서 쇼트가 발생할 위험이 커지는 문제가 있다.
특히, 전지 하우징의 상부에 전기적 절연상태를 보완하는 와셔가 구비되는 경우, 외장재가 수축되면서 외장재가 커버하는 와셔의 면적이 점점 감소함에 따라, 와셔가 이동하며 배터리 팩에서 쇼트가 발생할 위험이 더욱 커진다.
따라서, 배터리 셀이 고온/저온 상황에 반복적으로 노출되더라도 외장재가 수축하여 배터리 셀의 상부가 노출되는 것을 방지할 수 있는 배터리 셀이 개발될 필요성이 있다.
특히, 와셔와 외장재 사이의 접착력 내지 마찰력을 증가시킴으로써 와셔가 이동하는 것을 방지하여 배터리 팩에서 쇼트가 발생하는 것을 억제할 수 있는 배터리 셀이 개발될 필요성이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점 등을 해결하기 위해 마련된 것으로서, 배터리 셀이 고온/저온 상황에 반복적으로 노출되더라도 배터리 셀의 상부가 노출되는 것을 방지하여 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있는 배터리 셀을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 이러한 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 전극 조립체; 일 측에 개방부가 구비되며, 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 하우징; 상기 전지 하우징의 개방부 측에 배치되는 와셔; 상기 전지 하우징 및 상기 와셔의 적어도 일부를 커버하도록 구성되는 외장재; 및 상기 외장재의 적어도 일측면에 구비되어 상기 외장재의 접착력을 강화시키도록 구성되는 접착 부재;를 포함한다.
상기 접착 부재는 상기 와셔와 상기 외장재 사이에 구비될 수 있다.
상기 와셔는 상기 외장재가 접착되는 제1 부분과, 상기 제1 부분을 제외한 나머지 영역인 제2 부분을 포함하고, 상기 접착 부재는 상기 제1 부분에만 구비될 수 있다.
상기 접착 부재는 상기 외장재의 외측면에 구비될 수 있다.
상기 접착 부재는 일면에 접착면이 형성되는 테이프로 구성될 수 있다.
상기 접착 부재는 중심부에 홀이 형성된 링 형상으로 구성될 수 있다.
상기 전지 하우징은 상기 전지 하우징의 상단 둘레로부터 상기 전극 조립체의 반경 방향을 따라 내측으로 절곡된 형태를 갖는 클림핑부를 구비할 수 있다.
상기 와셔는 상기 클림핑부의 상면에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀을 복수 개 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 이륜차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
한편, 본 발명에서는 이러한 배터리 셀의 제조 방법도 제공한다.
본 발명의 배터리 셀의 제조 방법은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하며 일 측에 개방부가 구비되는 전지 하우징, 상기 전지 하우징의 개방부 측에 배치되는 와셔를 포함하는 배터리 셀의 제조 방법에 있어서, 상기 전지 하우징의 상면에 상기 와셔를 장착하는 단계; 상기 와셔의 외측면의 적어도 일부에 접착 부재를 위치시키는 단계; 및 상기 전지 하우징 및 상기 와셔의 적어도 일부를 커버하도록 상기 전지 하우징을 외장재로 감싸는 단계를 포함한다.
상기 접착 부재는 액체로 구성되어 상기 와셔의 외측면에 도포될 수 있다.
여기서, 상기 접착 부재를 도포하기 전에 상기 와셔의 일부분을 커버하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 예로, 상기 접착 부재는 상기 와셔의 일면에 구비된 접착면으로 마련될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 접착 부재는 상기 외장재의 일면에 구비된 접착면으로 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 배터리 셀의 제조 방법은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하며 일 측에 개방부가 구비되는 전지 하우징, 상기 전지 하우징의 개방부 측에 배치되는 와셔를 포함하는 배터리 셀의 제조 방법에 있어서, 상기 전지 하우징의 상면에 상기 와셔를 장착하는 단계; 상기 전지 하우징 및 상기 와셔의 적어도 일부를 커버하도록 상기 전지 하우징을 외장재로 감싸는 단계; 및 상기 외장재의 외측 테두리에 접착 부재를 위치시키는 단계를 포함한다.
여기에서, 상기 접착 부재는 일면에 접착면이 형성되는 테이프로 구성될 수 있다.
상기 접착 부재는 중심부에 홀이 형성된 링 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 셀이 고온/저온 상황에 반복적으로 노출되더라도 외장재가 수축하여 배터리 셀의 상부가 노출되는 것을 접착 부재를 통해 방지할 수 있다. 이로써, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 셀의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 셀 제조에 있어서, 여러 부품들을 서로 접착시키는데 있어서 소정의 압력을 가하는 간단한 공정만으로 접착이 가능하므로 생산성이 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 여러 개의 배터리 셀들이 포함된 배터리 팩에서 쇼트가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 전체 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 평면도이다.
도 4는 비교예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀과 달리 접착 부재가 구비되지 않는 경우의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 일 부분의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 다른 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 또 다른 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 또 다른 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 일 부분의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀이 포함되는 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 전기 이륜차의 개략적인 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명에는 여러 다양한 실시예가 포함되어 있다. 각 실시예에 대해 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.
한편, 본 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
설명의 편의상 본 명세서에서 젤리롤 형태로 감기는 전극 조립체의 권취축의 길이 방향을 따르는 방향을 축 방향이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축을 둘러싸는 방향을 원주 방향이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축에 가까워지거나 권취축으로부터 멀어지는 방향을 반경 방향이라 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 전체 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 단면 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 평면도이다. 또한, 도 4는 비교예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀과 달리 접착 부재가 구비되지 않는 경우의 평면도이다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)은, 전극 조립체(10), 전지 하우징(20), 와셔(30), 외장재(40) 및 접착 부재(50)를 포함한다. 배터리 셀(1)은 도시한 바와 같이 원통형 배터리 셀일 수 있다.
도 2를 참조하면, 전극 조립체(10)는 전지 하우징(20)에 수용될 수 있다. 전극 조립체(10)는 제1 극성을 갖는 제1 전극, 제2 극성을 갖는 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)는 젤리-롤(jelly-roll) 구조를 가질 수 있다. 즉, 전극 조립체(10)는 쉬트 형상을 가진 제1 전극 및 제2 전극을 그 사이에 분리막을 개재시킨 상태로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 홀(H1)을 관통하는 축 방향을 기준으로 하여 일 방향으로 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 전극 조립체(10)의 외주면 상에는 전지 하우징(20)과의 절연을 위해 추가적인 분리막이 구비될 수 있다. 당업계에서 알려진 젤리롤 구조라면 본 발명에 제한 없이 적용 가능하다. 상기 제1 전극은 양극 또는 음극이고, 제2 전극은 제1 전극과 반대되는 극성을 갖는 전극에 해당한다.
상기 제1 전극은 제1 전극 집전체 및 제1 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1 전극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극은 그 상단에 전극 활물질이 코팅되지 않음으로써 형성되는 무지부(제1 무지부)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 제1 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부(제1 무지부) 가 존재할 수 있다. 상기 무지부는 그 자체로서 제1 전극 탭(11)으로서 기능할 수 있다. 제1 전극 탭(11)은 전지 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비될 수 있다. 즉, 제1 전극 집전체는 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 분리막이 외부로 노출된 제1 무지부를 포함하고, 제1 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용될 수 있다. 제1 전극 탭(11)은, 예를 들어 양극 탭일 수 있다.
상기 제2 전극은 제2 전극 집전체 및 제2 전극 집전체의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2 전극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극은 그 하단에 전극 활물질이 코팅되지 않음으로써 형성되는 무지부(제2 무지부)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 제2 전극 집전체의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재할 수 있다. 상기 무지부는 그 자체로서 제2 전극 탭(12)으로서 기능할 수 있다. 제2 전극 탭(12)은 전지 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비될 수 있다. 즉, 제2 전극 집전체는 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 분리막이 외부로 노출된 제2 무지부를 포함하고, 제2 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용될 수 있다. 제2 전극 탭(12)은, 예를 들어 음극 탭일 수 있다.
제1 전극 탭(11) 및 제2 전극 탭(12)은 배터리 셀(1)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 연장될 수 있다. 이를테면, 도 2에 도시된 실시예와 같이, 제1 전극 탭(11)은 전지 하우징(20)의 상단에 형성된 개구부를 향해 연장되며, 제2 전극 탭(12)은 전지 하우징(20)의 하단에 형성된 폐쇄부를 향해 연장될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 계속 참조하면, 전지 하우징(20)은 대략 원통형의 수용체로 구비될 수 있다. 전지 하우징(20)은 일 측에 개방부가 구비될 수 있다. 전지 하우징(20)은 일 측에 형성된 개구부를 통해 전극 조립체(10)를 수용할 수 있으며, 전해질도 함께 수용할 수 있다. 전지 하우징(20)의 측벽부와 개방부의 반대측에 형성되는 폐쇄부는 일체로 형성될 수도 있고, 서로 개별적으로 형성되어 용접 등에 의해 상호 결합될 수도 있다.
전지 하우징(20)은 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 전지 하우징(20)은 전극 조립체(10)의 제2 전극 탭(12)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 전지 하우징(20)은 제2 전극 탭(12)과 동일한 제2 극성을 가질 수 있다. 전극 조립체(10)와 전지 하우징(20) 간의 전기적 연결은, 예를 들어 제2 집전체(90)를 통해 이루어질 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)은 탑 캡(60)을 더 포함할 수 있다. 탑 캡(60)은 전지 하우징(20)의 상단 개구부를 커버할 수 있다. 탑 캡(60)은 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 탑 캡(60)은 전극 조립체(10)의 제1 전극 탭(11)과 전기적으로 연결되며, 전지 하우징(20)과는 전기적으로 절연되도록 구성될 수 있다. 따라서, 탑 캡(60)은 전극 조립체(10)의 제1 전극 탭(11)과 동일한 제1 극성을 가지며, 본 발명의 배터리 셀(1)의 제1 전극 단자로서 기능할 수 있다. 제1 전극 탭(11)과 탑 캡(60)의 전기적 연결은, 예를 들어 제1 집전체(80)에 의해 이루어질 수 있다.
탑 캡(60)은 대략 그 중심부로부터 상방으로 돌출 형성된 돌출부(61)를 구비할 수 있다. 돌출부(61)는 버스바 등의 전기적 연결 부품과의 접촉이 용이할 수 있도록 와셔(30)의 와셔 홀(H2)을 통해 와셔(30)의 상면보다 더 높게 상방으로 돌출될 수 있다. 다만, 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니며, 탑 캡(60)은 전체적으로 플랫하게 형성될 수도 있다. 또한, 탑 캡(60)이 돌출부(61)를 구비하는 경우에 있어서도, 돌출부(61)의 상면이 와셔(30)의 상면과 대략 동일한 높이 또는 더 낮은 높이에 위치할 수도 있다.
전지 하우징(20)은 비딩부(21)를 포함할 수 있다. 비딩부(21)는 전지 하우징(20)의 개구부 측에 인접 형성될 수 있다. 비딩부(21)는 전지 하우징(20)의 외주면 둘레를 따라 압입된 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 비딩부(21)는 전지 하우징(20)의 외주면으로부터 반경 방향을 따라 소정의 깊이로 만입된 형태를 가지며, 전지 하우징(20)의 원주 방향을 따라 연장될 수 있다. 비딩부(21)는 전지 하우징(20)의 폭과 대응되는 사이즈를 갖는 전극 조립체(10)가 전지 하우징(20)의 상단 개구부를 통해 빠져나오지 않도록 하며, 탑 캡(60)이 안착되는 지지부로서 기능할 수 있다.
전지 하우징(20)은 클림핑부(22)를 포함할 수 있다. 클림핑부(22)는 전지 하우징(20)의 개방부 측에 형성될 수 있다. 클림핑부(22)는 전지 하우징(20)의 상단 둘레로부터 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 내측으로 절곡된 형태를 가질 수 있다. 전지 하우징(20)에 비딩부(21)가 구비되는 경우, 클림핑부(22)는 비딩부(21)의 상부에 형성될 수 있다. 클림핑부(22)는 비딩부(21)로부터 연장되며, 비딩부(21) 상에 배치되는 탑 캡(60)의 외주면, 그리고 탑 캡(60)의 상면의 일부를 감싸도록 연장 및 절곡된 형태를 가질 수 있다. 클림핑부(22)의 상단은 배터리 셀(1)의 반경 방향을 따라 내측으로 소정 거리 연장되어 탑 캡(60)의 상면의 일부를 감싸는 형태를 가질 수 있다. 이로써, 클림핑부(22)는 탑 캡(60)의 상면의 가장자리 둘레를 고정시킬 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 클림핑부(22)가 탑 캡(60)을 고정함으로써 탑 캡(60)이 상방으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 탑 캡(60)과 전지 하우징(20)의 클림핑부(22) 사이에는 전지 하우징(20)의 상단 개구부를 밀폐하고, 전지 하우징(20)과 탑 캡(60) 사이를 전기적으로 절연시키기 위해 가스켓(G)이 개재될 수 있다. 가스켓(G)은 절연성 및 탄성을 갖는 재질을 포함할 수 있다. 가스켓(G)은 예를 들어 고분자 수지를 포함할 수 있다. 가스켓(G)은 전지 하우징(20)의 클림핑부(22)의 절곡된 형상을 따라 함께 절곡될 수 있다. 전지 하우징(20)이 비딩부(21)를 구비하는 경우, 가스켓(G)은 비딩부(21)의 상면과 클림핑부(22)의 상단 사이에 개재될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)은 내부 압력 저하를 위한 벤트(70)를 포함할 수 있다. 벤트(70)는 도전성의 얇은 판재로 구비될 수 있다. 벤트(70)의 중앙부는 하향 만입부가 형성될 수 있고, 중앙부의 상절곡 및 하절곡 부위에는 각각 깊이를 달리하는 복수 개의 노치들이 형성될 수 있다.
이상, 배터리 셀(1)의 구조에 대해 상세히 예를 들어 설명하였으나 본 발명이 이러한 배터리 셀(1)의 구조에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 접착 부재를 포함하는 배터리 셀 및 그 제조 방법이라는 데에 특징이 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 와셔(30)는 전지 하우징(20)의 개방부 측에 배치될 수 있다. 구체적으로, 와셔(30)는 전지 하우징(20)의 상단에 안착될 수 있다. 전지 하우징(20)의 상단에 클림핑부(22)가 형성되는 경우, 와셔(30)는 클림핑부(22)의 상면에 안착될 수 있다. 와셔(30)는, 예를 들어 대략 그 중심부에 홀이 형성된 대략 원반 형상을 가질 수 있다. 즉, 와셔(30)는 대략 그 중심부에 와셔 홀(H2)이 형성된 대략 링 형태일 수 있다. 와셔(30)는 배터리 셀(1)을 외부의 충격으로부터 보호하고, 배터리 셀(1) 상단에 장착되는 부재들에 대한 기계적 강도를 보완할 수 있다.
와셔(30)는 다양한 방식으로 전지 하우징(20)의 상면에 고정될 수 있다. 예를 들어, 전지 하우징(20)의 클림핑 과정에서 와셔(30)의 외주면을 함께 고정하거나 전지 하우징(20)의 외면에 외장재(40)를 커버할 때에 열수축성 튜브를 이용하면서 이를 수축시켜 와셔(30)의 외주면을 함께 고정할 수도 있다.
와셔(30)는 탑 캡(60) 및 전지 하우징(20)과 전기적으로 절연되도록 구성될 수 있다. 와셔(30)의 중심부에 형성된 와셔 홀(H2)을 통해 탑 캡(60)이 노출되며, 와셔(30)와 탑 캡(60)은 서로 이격될 수 있다. 탑 캡(60)이 돌출부(61)를 구비하는 경우, 돌출부(61)는 와셔 홀(H2)을 통해 노출될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 와셔(30)는 기본적으로 전기적 절연상태를 보완하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 와셔(30)는 제1 전극 단자로서의 탑 캡(60)이 제2 전극 단자로서의 전지 하우징(20)과 접촉되면서 내부 단락이 유발되는 것을 방지할 수 있다.
외장재(40)는 배터리 셀(1)의 외면을 감싸도록 구성될 수 있다. 외장재(40)는 전지 하우징(20) 및 와셔(30)의 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다. 이를테면, 외장재(40)는 전지 하우징(20)의 측면과 와셔(30)의 상면 중 적어도 일부를 커버하도록 구성될 수 있다. 외장재(40)는 대략 사각형의 시트 부재로 구비되어 전지 하우징(20)의 외측면을 감싸면서 와셔(30)의 상단부를 밀봉하도록 구성될 수 있다. 외장재(40)는 전지 하우징(20)의 하부면까지 커버하도록 구성될 수 있다. 외장재(40)는 대략 원통형의 열수축성 튜브로 구성되어, 외장재(40)에 전지 하우징(20)을 삽입하여 외장재(40)가 전지 하우징(20)을 감싸도록 할 수도 있다. 이로써, 외장재(40)를 전지 하우징(20)의 외측면과 와셔(30)의 상단부를 감싼 후 소정의 열을 가해 밀봉할 수 있다. 외장재(40)는 전지 하우징(20) 등 배터리 셀(1)의 부속품을 보호할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)은 접착 부재(50)를 포함할 수 있다. 접착 부재(50)는 외장재(40)의 적어도 일측면에 구비될 수 있다. 접착 부재(50)는 외장재(40)와 와셔(30) 사이의 접착력을 강화시키도록 구성될 수 있다. 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 외장재(40)에 접착 부재(50)가 접착되어 와셔(30)의 위치가 고정되도록 할 수 있다.
만약, 도 4에 도시된 비교예와 같이, 외장재(40)의 적어도 일면에 접착 부재가 구비되지 않는 경우, 배터리 셀(1')이 고온/저온 상황에 반복적으로 노출되면 외장재(40)가 수축하여 외장재(40)가 커버하는 와셔(30)의 면적이 점점 감소하고, 노출되는 와셔(30)의 면적은 점점 증가할 수 있다(화살표 방향 참조). 이러한 경우, 와셔(30)가 이동하며 쇼트가 발생할 위험이 발생할 수 있다.
반면, 도 3에 도시된 실시예와 같이, 외장재(40)의 적어도 일면에 접착 부재(50)가 구비되는 경우, 와셔(30)와 외장재(40) 사이의 접착력 내지 마찰력이 증가하여 외장재(40)가 와셔(30)를 안정적으로 커버함으로써 배터리 셀(1)의 안전성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 접착 부재(50)의 접착 성분으로 인해 와셔(30)와 외장재(40)를 서로 접착시키는데 있어서 소정의 압력을 가하는 간단한 공정만으로 접착이 가능하므로 공정 효율 측면에서 유리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 일 부분의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 제조 과정을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 다른 제조 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착 부재(50)는 와셔(30)와 외장재(40) 사이에 구비될 수 있다. 즉, 접착 부재(50)는 외장재(40)의 내측면에 구비될 수 있다. 접착 부재(50)는 와셔(30)의 적어도 일 부분에 구비될 수 있다. 구체적으로, 와셔(30)는 외장재(40)가 접착되는 제1 부분(31)과, 제1 부분(31)을 제외한 나머지 영역인 제2 부분(32)을 포함하고, 접착 부재(50)는 제1 부분(31)에만 구비될 수 있다. 제1 부분(31)은 와셔(30)의 외측 둘레를 따라 구비될 수 있다. 이때, 제2 부분(32)은 탑 캡(60)의 돌출부(61)를 포함할 수 있다. 이로써, 제1 전극 역할을 하는 돌출부(61)가 외장재(40)에 의해 커버되지 않도록 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 먼저 도 6(a)와 같이, 전지 하우징(20)의 개구부 측에, 예를 든 구조에서는 전지 하우징(20)의 상면에 와셔(30)를 장착할 수 있다. 다음으로, 도 6(b)와 같이, 와셔(30)의 외측면의 적어도 일부에 접착 부재(50)를 도포할 수 있다. 이때, 접착 부재(50)는 젤이나 액체 형태로 구성된 접착제를 포함할 수 있다. 그 다음, 도 6(c)와 같이, 전지 하우징(20)의 외측면 및 와셔(30)의 적어도 일부를 커버하도록 외장재(40)를 전지 하우징(20)에 감쌀 수 있다. 이러한 상태에서 외장재(40)에 소정의 열을 가함으로써 접착 부재(50)에 의해 외장재(40)가 전지 하우징(20) 및 와셔(30)에 접착될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 배터리 셀(1)이 고온/저온에 반복적으로 노출되어 외장재(40)가 수축되더라도 접착 부재(50)에 의해 외장재(40)가 벗겨지는 것이 방지되므로 와셔(30)가 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 쇼트가 발생할 위험이 방지되므로 배터리 셀(1)의 안전성이 확보될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 접착 부재(50)는 액체로 구성되어 와셔(30)의 외측면에 도포될 수 있다. 구체적으로, 도 7을 참조하면, 먼저 도 7(a)와 같이, 전지 하우징(20)의 개구부 측에, 예를 들면 전지 하우징(20)의 상면에 와셔(30)를 장착할 수 있다. 다음으로, 도 7(b)와 같이, 접착 부재(50)를 도포하기 전에 와셔(30)의 일부분을 커버할 수 있다. 커버되는 부분은 도면에서 해칭 처리하였다. 즉, 외장재(40)가 접착되지 않는 와셔(30)의 제2 부분(32)을 커버할 수 있다.
그 다음, 도 7(c)와 같이, 와셔(30)에 접착 부재(50)를 도포할 수 있다. 이때, 접착 부재(50)는 스프레이 등을 이용하여 와셔(30)에 도포될 수 있다. 제2 부분(32)을 커버한 상태에서 접착 부재(50)를 골고루 도포하여도, 제1 부분(31)에만 접착 부재(50)가 도포될 수 있으므로, 도포 작업은 편하면서도 제1 전극 단자로서 기능하는 탑 캡(60)의 일부분에 접착 부재(50)가 도포되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 7(d)와 같이, 전지 하우징(20)의 외측면 및 와셔(30)의 적어도 일부를 커버하도록 외장재(40)를 전지 하우징(20)에 감쌀 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 제1 전극 단자로서 기능하는 탑 캡(60)의 일부분에 접착 부재(50)가 도포되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다. 또한, 액체로 구성된 접착 부재(50)를 도포하는 경우, 넓은 면적에 신속하게 도포할 수 있으므로 제조 과정에서 시간이나 비용이 절약되어 생산성이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 또 다른 제조 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 와셔(30)의 일면에 접착면(51)이 구비될 수 있다. 접착면(51)은 제1 부분(31)에 구비될 수 있다. 접착면(51)은 양면 테이프의 일면일 수 있다. 이로써, 도 8(a)와 같이, 전지 하우징(20)의 개구부 측에, 예를 들면 상면에 접착면(51)이 구비된 와셔(30)를 장착할 수 있다. 그 후, 도 8(b)와 같이, 전지 하우징(20)의 외측면 및 와셔(30)의 적어도 일부를 커버하도록 외장재(40)를 전지 하우징(20)에 감쌀 수 있다. 이러한 상태에서 외장재(40)에 소정의 열을 가함으로써 접착면(51)과 외장재(40)가 접착되고 외장재(40)가 전지 하우징(20) 및 와셔(30)에 접착될 수 있다.
즉, 본 실시예의 경우 전지 하우징(20)의 상면에 와셔(30)를 장착하고, 와셔(30)의 외측면의 적어도 일부에 접착 부재(50)를 위치시키며, 전지 하우징(20) 및 와셔(30)의 적어도 일부를 커버하도록 전지 하우징(20)을 외장재(40)로 감싸는 순서로 배터리 셀(1)을 제조한다고 할 때에, 접착 부재(50)는 와셔(30)의 일면에 구비된 접착면(51)으로 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 와셔(30)의 접착면(51)이 접착 부재(50)로 작용하게 되고, 특히 이러한 경우, 전지 하우징(20)과 와셔(30)에 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은 액체 형태의 접착 부재를 도포하는 과정이 생략되어 제조 과정에서 시간이나 비용이 절약되어 생산성이 향상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 또 다른 제조 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 외장재(40)의 일면에 접착면(51)이 구비될 수 있다. 접착면(51)은 외장재(40)의 내측면에 구비될 수 있다. 접착면(51)은 외장재(40)가 와셔(30)의 상면을 커버하는 부분에 구비될 수 있다. 접착면(51)은 양면 테이프의 일면일 수 있다. 이로써, 도 9(a)와 같이, 먼저 전지 하우징(20)의 상면에 와셔(30)를 장착한 후, 도 9(b)와 같이, 전지 하우징(20) 및 와셔(30)의 적어도 일부를 커버하도록 접착면(51)이 구비된 외장재(40)를 전지 하우징(20)에 접착할 수 있다.
즉, 본 실시예의 경우 전지 하우징(20)의 상면에 와셔(30)를 장착하고, 와셔(30)의 외측면의 적어도 일부에 접착 부재(50)를 위치시키며, 전지 하우징(20) 및 와셔(30)의 적어도 일부를 커버하도록 전지 하우징(20)을 외장재(40)로 감싸는 순서로 배터리 셀(1)을 제조한다고 할 때에, 접착 부재(50)는 외장재(40)의 일면에 구비된 접착면(51)으로 마련될 수 있다. 본 실시예에서는 외장재(40)의 접착면(51)이 접착 부재(50)로 작용하게 되고, 특히 이러한 경우, 전지 하우징(20)과 와셔(30)에 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 바와 같은 액체 형태의 접착 부재를 도포하는 과정이 생략되어 제조 과정에서 시간이나 비용이 절약되어 생산성이 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 일 부분의 단면도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 접착 부재(50)는 외장재(40)의 외측면에 구비될 수 있다. 도 10을 참조하면, 접착 부재(50)는 외장재(40)와 와셔(30)의 상면에 구비될 수 있다. 접착 부재(50)는 외장재(40)가 와셔(30)를 커버하는 부분의 외주면을 따라 구비될 수 있다.
구체적으로, 접착 부재(50)는 일면에 접착면이 형성되는 테이프로 구성될 수 있다. 또한, 접착 부재(50)는 중심부에 홀이 형성된 링 형상으로 구성될 수 있다. 접착 부재(50)는 탑 캡(60)의 돌출부(61)를 제외한 나머지 부분을 커버하도록 구성될 수 있다. 접착 부재(50)의 홀의 내경은 돌출부(61)의 외경과 대응되도록 구성될 수 있다.
이러한 배터리 셀(1)을 제조하는 방법은 다음과 같을 수 있다.
구체적으로, 먼저 도 11(a)와 같이, 전지 하우징(20)의 상면에 와셔(30)를 장착할 수 있다. 다음으로, 도 11(b)와 같이, 전지 하우징(20)의 외측면 및 와셔(30)의 적어도 일부분을 커버하도록 외장재(40)를 전지 하우징(20)에 감쌀 수 있다. 그 다음, 도 11(c)와 같이, 외장재(40)의 외측 테두리에 접착 부재(50)를 위치시킬 수 있다. 이때, 상술한 실시예와 같이, 접착 부재(50)는 일면제 접착면이 형성되는 테이프로 구성되어 외장재(40)의 외측 테두리와 와셔(30)의 일부분에 접착될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 구성에 의하면, 접착 부재(50)가 외장재(40)를 끌어당기는 힘이 외장재(40)가 수축하려는 힘의 방향과 반대로 작용하여 외장재(40)를 잡아줄 수 있다. 이로써, 외장재(40)가 물성에 의해 수축하는 것이 방지될 수 있다. 또한, 접착 부재(50)가 와셔(30)를 고정시켜줄 수 있으므로 와셔(30)가 이동하며 쇼트가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀이 포함되는 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀(1)이 전기적으로 연결된 배터리 셀 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(2)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀(1)은 전지 하우징(20)의 개방부가 상부를 향하도록 팩 하우징(2) 내부에 수용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)은 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 전력 단자 등의 부품을 더 포함할 수 있으나, 도면 도시의 편의상 생략되었다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩이 포함되는 전기 이륜차의 개략적인 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 이륜차(5)는, 상술한 바와 같은 본 발명의 배터리 팩(3)을 포함한다. 상기 전기 이륜차(5)는, 본 발명의 배터리 팩(3)에 의해 전력을 공급받아 동작한다. 상기 전기 이륜차(5)는, 전적으로 배터리 팩(3)에 의한 전력 공급에 의해서만 동작하는 이륜차일 수도 있고, 연료 등의 다른 에너지원 및 전력 공급에 의해 동작하는 하이브리드 이륜차일 수도 있다. 상기 전기 이륜차(5)로는, 예를 들어 전기 스쿠터, 전기 자전거 등이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (18)

  1. 전극 조립체;
    일 측에 개방부가 구비되며, 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 하우징;
    상기 전지 하우징의 개방부 측에 배치되는 와셔;
    상기 전지 하우징 및 상기 와셔의 적어도 일부를 커버하도록 구성되는 외장재; 및
    상기 외장재의 적어도 일측면에 구비되어 상기 외장재의 접착력을 강화시키도록 구성되는 접착 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착 부재는
    상기 와셔와 상기 외장재 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 와셔는
    상기 외장재가 접착되는 제1 부분과,
    상기 제1 부분을 제외한 나머지 영역인 제2 부분을 포함하고,
    상기 접착 부재는 상기 제1 부분에만 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접착 부재는 상기 외장재의 외측면에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 접착 부재는 일면에 접착면이 형성되는 테이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 접착 부재는 중심부에 홀이 형성된 링 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전지 하우징은
    상기 전지 하우징의 상단 둘레로부터 상기 전극 조립체의 반경 방향을 따라 내측으로 절곡된 형태를 갖는 클림핑부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 와셔는 상기 클림핑부의 상면에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀을 복수 개 포함하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기 이륜차.
  11. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하며 일 측에 개방부가 구비되는 전지 하우징, 상기 전지 하우징의 개구부 측에 배치되는 와셔를 포함하는 배터리 셀의 제조 방법에 있어서,
    상기 전지 하우징의 상면에 상기 와셔를 장착하는 단계;
    상기 와셔의 외측면의 적어도 일부에 접착 부재를 위치시키는 단계; 및
    상기 전지 하우징 및 상기 와셔의 적어도 일부를 커버하도록 상기 전지 하우징을 외장재로 감싸는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착 부재는 액체로 구성되어 상기 와셔의 외측면에 도포되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 접착 부재를 도포하기 전에 상기 와셔의 일부분을 커버하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 접착 부재는 상기 와셔의 일면에 구비된 접착면으로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 접착 부재는 상기 외장재의 일면에 구비된 접착면으로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
  16. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하며 일 측에 개방부가 구비되는 전지 하우징, 상기 전지 하우징의 개방부 측에 배치되는 와셔를 포함하는 배터리 셀의 제조 방법에 있어서,
    상기 전지 하우징의 상면에 상기 와셔를 장착하는 단계;
    상기 전지 하우징 및 상기 와셔의 적어도 일부를 커버하도록 상기 전지 하우징을 외장재로 감싸는 단계; 및
    상기 외장재의 외측 테두리에 접착 부재를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 접착 부재는 일면에 접착면이 형성되는 테이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 접착 부재는 중심부에 홀이 형성된 링 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 제조 방법.
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