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KR20100033831A - 전지 셀 및 전지 셀을 구비한 전지 팩 - Google Patents

전지 셀 및 전지 셀을 구비한 전지 팩 Download PDF

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KR20100033831A
KR20100033831A KR1020080092878A KR20080092878A KR20100033831A KR 20100033831 A KR20100033831 A KR 20100033831A KR 1020080092878 A KR1020080092878 A KR 1020080092878A KR 20080092878 A KR20080092878 A KR 20080092878A KR 20100033831 A KR20100033831 A KR 20100033831A
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KR
South Korea
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battery
current collector
pole
junction
battery cell
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정윤이
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정윤이
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Publication date
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Abstract

본 발명은 전지 셀에 관한 것으로, 전지 셀은 제1 극 집전부, 상기 제1 극 집전부의 가장 자리 부분에 위치하는 주변부를 갖고, 내부가 비어 있는 접합부, 상기 접합부의 내부에 수용되고 상기 제1 극 집전부 위에 위치하는 제1 극 전지 물질, 상기 제1 극 전지 물질 위에 위치하는 전지 세퍼레이터, 상기 전지 세퍼레이터 위에 위치하는 제2 극 전지 물질, 그리고 상기 제2 전지 물질 위에 위치하는 제2극 집전부를 포함한다. 이때, 상기 제1 극과 상기 제2 극의 극성은 서로 반대이다. 이로 인해, 접합부를 통해 압력과 온도를 조절하여 제1 극 집전부와 제2 극 집전부를 밀봉하여 전지 셀을 조립하므로, 별도의 패키징 작업이나 패키징 기구 등을 이용하지 않고 간단하고 용이하게 다양한 모양의 전지 셀의 조립이 이루어진다.
전지셀, 전지팩

Description

전지 셀 및 전지 셀을 구비한 전지 팩 {BATTERY CELL AND BATTERY PACK HAVING THE SAME}
본 발명은 전지 셀 및 전지 셀을 구비한 전지 팩에 관한 것이다.
일반적으로, 전지는 충전이 불가능한 1차 전지와 충전이 가능한 2차 전지로 나눠진다.
하나의 전지 셀(cell)로 이루어진 저용량 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 복수개의 전지 셀이 팩 형태로 연결된 대용량 이차 전지는 하이브리드(hybrid) 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는 데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형을 들 수 있다.
또한 이러한 이차 전지는 대전력을 필요로 하는 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 직병렬로 연결되어 대용량의 이차 전지 모듈 또는 전지팩을 구성하게 된다.
일반적으로 대용량의 이차 전지는 전지 세퍼레이터(separator)와 전지 세퍼 레이터를 사이에 두고 각각 위치하는 음극부과 양극부를 구비한 전지 셀을 여러 개 조립하여 만든다.
따라서 전지 팩을 만들기 위해서는 먼저, 전지 셀을 조립해야 한다.
전지 셀을 조립하기 위해, 종래에는, 음극부와 세퍼레이터 그리고 양극부를 금속 물질의 케이스나 파우치 등을 이용하여 음극부와 세퍼레이터 그리고 양극부를 밀봉하였다. 따라서 금속 물질의 케이스(case)나 파우치(pouch)를 봉합하여 케이스나 파우치 내에 음극부와 세퍼레이터 그리고 양극부를 위치시키기 위해서 케이스나 파우치에 주름을 잡아 압착시켜 밀봉하거나 레이저 등을 이용하여 케이스를 봉합하였다.
이로 인해, 음극부와 세퍼레이터 그리고 양극부를 밀봉하여 전지 셀을 만들기 위한 별도의 공정이 필요하고, 별도의 케이스나 파우치가 추가로 필요하여 제조 비용과 전지 셀의 부피가 증가하였다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전지 셀을 간단하고 용이하게 제조하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 전지 셀의 동작 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 전지 셀은 제1 극 집전부, 상기 제1 극 집전부의 가장 자리 부분에 위치하는 주변부를 갖고, 내부가 비어 있는 접합부, 상기 접합부의 내부에 수용되고 상기 제1 극 집전부 위에 위치하는 제1 극 전지 물질, 상기 제1 극 전지 물질 위에 위치하는 전지 세퍼레이터, 상기 전지 세퍼레이터 위에 위치하는 제2 극 전지 물질, 그리고 상기 제2 전극 물질 위에 위치하는 제2극 집전부를 포함하고, 상기 제1 극과 상기 제2 극의 극성은 서로 반대이다.
상기 제1 극 집전부와 제2 극 집전부 중 적어도 하나의 가장 자리 부분에는 복수의 돌기가 형성되어 있는 것이 좋다.
상기 제1 극 집전부 또는 제2 극 집전부의 상기 가장 자리 부분은 상기 접합부의 주변부에 대응하는 것이 좋다.
상기 제1 극 전지 물질, 상기 전지 세퍼레이터 및 상기 제2 극 전지 물질은 상기 접합부 내부에 수용될 수 있다.
상기 접합부는 비전도성 수지로 이루어진 제1 층, 상기 제1 층의 양면에 놓여 지게 되고 금속 접착용 접착제로 이루어진 제2 층을 구비할 수 있다.
상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부는 동일한 평면 모양을 갖고, 상기 접합부는 상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부보다 큰 평면 모양을 갖는 것이 좋다.
상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부는 요철 형태를 가질 수 있다.
상기 제1 극 전지 물질 및 상기 제2 전지 물질과 접하는 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부의 표면은 다공성 표면인 것이 좋다.
상기 제1 극 전지 물질 및 상기 제2 전극 물질과 접하는 제1 극 집전부와 상 기 제2 극 집전부의 표면은 스터터링 공정이나 부식 공정으로 처리될 수 있다.
상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부와 접하는 상기 제1 극 전지 물질, 상기 제2 극 전지 물질 및 상기 접합부의 형태는 제1 극 집전부 및 상기 제2 극 집전부의 형태와 동일한 것이 좋다.
상기 제1 극 집전부와 제2 극 집전부 중 적어도 하나의 가장 자리 부분은 거친 요철 처리나 다공성 표면 처리가 이루어질 수 있다.
상기 특징에 따른 전지 셀은 상기 접합부를 관통하는 적어도 하나의 홀에 각각 삽입되고 외부에 연결되어 있는 적어도 하나의 관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 전지 팩은 전지 셀을 구비하는 전지 팩으로서, 상기 전지 팩은 적층 되어 있고, 가장 자리 부분에 적어도 하나의 관통 홀이 형성되어 있는 복수의 전지 셀, 상기 적어도 하나의 관통 홀에 삽입되어 있고, 나사홈이 형성되어 있는 적어도 하나의 볼트, 상기 관통 홀을 통하여, 상기 적어도 하나의 볼트에 삽입된 복수의 전지 셀 중 최상부와 최하부에 각각 배치된 전지 셀 부분에 배치되고 상기 적어도 하나의 볼트에 삽입되어 있고, 회전 동작을 통해 상기 나사홈을 따라 이동하여 상기 볼트를 따라 상하 방향으로 이동하는 너트, 그리고 상기 복수의 전지 셀 사이에 배치되며 상기 볼트에 삽입되어 있는 복수의 격리판을 포함하고, 상기 격리판의 두께만큼 상기 전지 셀 간에 공간이 형성되며, 상기 전지 셀은 위에 기술한 특징 중 어느 하나의 특징을 갖는다.
상기 관통 홀은 상기 전지 셀의 접합부 부분에 형성될 수 있다.
상기 전지 셀 각각은 접합부를 관통하는 적어도 하나의 홀에 각각 삽입되고 외부에 연결되어 있는 적어도 하나의 관을 더 포함할 수 있다.
상기 전지 팩이 탱크 내에 수용되어 있고, 상기 탱크는 유입관과 유출관을 구비할 수 있다.
이러한 본 발명의 특징에 따르면, 접합부를 통해 압력과 온도를 조절하여 음극 집전부와 양극 집전부를 밀봉하여 전지 셀을 조립하므로, 별도의 패키징 작업이나 패키징 기구 등을 이용하지 않고 간단하고 용이하게 전지 셀의 조립이 이루어진다.
더욱이, 음극 또는 양극 집전부에 형성된 복수의 돌기를 통해 양극 집전부와 음극 접전부의 밀착력이 향상될 뿐만 아니라 전지 접합부에 굴곡을 주어 전지의 누액 방지에 효과적이 된다.
또한 접합부를 관통하여 한 개 이상의 홀을 형성한 후, 이 홀들에 관을 삽입하여 전지 셀 내부에 형성된 기체를 외부로 배출하므로, 기체 발생으로 인한 압력 상승으로 전지 셀이 폭발하는 것이 방지된다. 또한 이 관들을 통하여 전지 셀 내부에 전해액 등 전지의 성능을 개선하는데 필요한 물질을 주입 하고 또한 전지 내부에서 발생한 필요 없는 물질을 전지 셀 외 부로 배출 할 수 있다.
이에 더하여, 복수의 전지 셀을 연결하여 대용량의 전지 팩을 형성할 경우, 복수의 전지 셀을 적층 한 후 의 접합부를 관통하는 볼트와 각 볼트에 삽입된 너트를 이용하여 용이하게 간단하게 전지 팩이 조립된다.
이때, 전지 셀 사이에 삽입된 격리판에 의해, 전지 셀 간의 공간이 형성되 고, 형성된 공간으로 공기의 흐름이 이루어지므로 전지 팩의 방열 효과가 향상된다.
상기 전지 팩을 탱크 내에 수용하고 상기 탱크에 유입관과 유출관을 구비하여 전지 팩 내부에서 발생 한 열을 전지 팩 외부로 발산 시켜 전지 팩의 온도 상승을 막아 전지의 효율을 높인다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 전지 셀 및 전지 셀을 구비한 전지 팩에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 전지 셀에 대 하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전지 셀의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 전지 셀을 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 셀(100)은 일차 전지 또는 이차 전지의 전지 셀일 수 있다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 하여, 전지 셀(100)의 구조를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 것처럼, 전지 셀(100)은 음극 집전부(negative current collector, 10)와 음극 전지 물질(30)을 구비한 음극부(200), 양극 전지 물질(50)과 양극 집전부(positive current collector, 60)를 구비한 양극부(300), 그리고 음극부(200)와 양극부(300) 사이에 형성되고 전해질(electrolyte)을 구비한 전지 세퍼레이터(separator, 40)로 나눠진다.
음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)는 서로 대향되게 배치되어 있다. 집전부(10, 60)의 평면 모양에 따라 전지 셀은 사각형 또는 타원형 등 필요한 대로 다양한 형태의 모양을 갖게 된다.
본 실시예에 따른 전지 셀(100)은 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 가장자리 부분에 위치하는 접합부(20)를 구비한다.
접합부(20)는, 도 1에 도시한 것처럼, 비전도성 수지로 이루어진 층(21)과 비전도성 수지로 이루어진 층(21) 양면에 금속 접착용 접착제가 도포되어 형성된 층(22)을 구비한다. 본 실시예에서, 접합부(20)는 차례로 적층된 음극 전지 물 질(30), 전지 세퍼레이터(40) 및 양극 전지 물질(50)을 수용할 수 있을 정도의 두께를 가진다. 예를 들어, 접합부(20)의 두께는 작게는 수십 마이크론미터(㎛)부터 수십 밀리미터(㎜) 이상 일 수 있다. 접합부(20)는 음극 집전부(10)의 가장 자리 부분에 대응하고, 가운데 부분이 비어 있으며, 집전부(10, 60)와 맞도록 소정 크기의 두께와 폭을 갖는 사각형 또는 타원형 등 다양한 형태의 주변부로 이루어진다.
이로 인해, 비전도성 수지의 층(21) 하부면에 도포된 금속 접착용 접착제의 층(22)은 음극 집전부(10)의 가장 자리 부분과 접촉하고, 비전도성 수지(21)의 상부면에 도포된 금속 접착용 접착제의 층(22)은 양극 집전부(60)의 가장 자리 부분과 접촉한다. 접합부의 한 예는 폴리프로필렌(polypropylene)일 수 있고, 금속 접착용 접착제의 한 예는 듀라콜(Duralco) 4700 일 수 있다.
전지 세퍼레이터(40)는 액체 또는 겔(gel)형태의 전해질을 구비한 시트이거나 또는 고체 전해질 시트 형태를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 음극 집전부(10)는 구리(Cu)로 형성되고, 전지 양극 집전부(60)는 알루미늄(Al)으로 형성된다. 하지만, 이와는 달리 다른 물질로 형성될 수 있다.
또한 본 실시예에서, 음극 전극 물질(30)은 카본 그라파이트(carbon graphite)를 구비하고, 양극 전극 물질(50)은 리듐 코발트 옥사이드(lithium cobalt oxide, LiCoO2)를 구비하며, 전지 세퍼레이터(40)는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 및 육불화인산리튬(LiPF6)를 구비한다. 하지만, 이와는 달리, 음극 전극 물질(30), 양극 전극 물질(50) 및 전지 세퍼레이터(40)는 다른 물질을 구비할 수 있다.
집전부(60)의 가장자리, 즉, 접합부(20)의 금속 접착용 접착제(22)와 접촉하는 부분은, 도 1에 도시한 것처럼, 톱니 모양으로 형성된 복수의 돌기(61)가 형성되어 있다.
본 실시예에서, 전지 세퍼레이터(40)는 음극 전지 물질(30) 및 양극 전지 물질(50)과 서로 동일한 평면 모양을 갖고, 음극 집전부(10)는 양극 집전부(60)와 동일한 평면 모양을 갖는다. 이때, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 평면 크기가 전지 세퍼레이터(40), 음극 및 양극 전지 물질(30, 40)의 평면 크기보다 크다. 즉, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)를 서로 포개 형성한 공간 내에 전지 세퍼레이터(40), 음극 전지 물질(30) 및 양극 전지 물질(50)이 수용된다.
따라서 접합부(20)를 통해 양극 집전부(60)와 음극 집전부(10)를 서로 접촉시켜 봉합하여 전지 셀(100)을 형성하기 위해 외부로부터 적당한 압력과 온도가 가해지면, 양극 집전부(60)와 음극 집전부(10)의 가장 자리 부분이 접합부(20)의 해당 면에 각각 접촉된다. 따라서 접합부(20)의 양면에 도포된 금속 접착용 접착제(22)에 의해, 전지 세퍼레이터(40), 음극 전지 물질(30) 및 양극 전지 물질(50)을 내부에 수용한 상태로 양극 집전부(60)와 음극 집전부(10)이 서로 봉합되어 도 2에 도시한 것처럼, 전지 셀 (100)이 만들어진다.
이때, 접합부(20)는 복수의 돌기(61)가 접합부(20)속으로 돌기(61)의 높이만큼 파고 들어갈 수 있을 정도의 연성을 가지고 있다. 이러한 돌기(61)의 역할에 의해 접합부(20)의 봉합 효과가 더욱 향상된다.
본 실시예에서, 접합부(20)는 음극 전지 물질(30), 전지 세퍼레이터(40) 및 양극 전지 물질(50)과 일정 거리로 이격 되어 있지만, 이와는 달리, 접합부(20)의 폭 등을 조정하여 일정 거리 없이 접합부(20)는 음극 전지 물질(30), 전지 세퍼레이터(40) 및 양극 전지 물질(50)과 접촉될 수 도 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 전지 모듈을 제조하기 위해, 본 실시예에서는 음극 집전부(10)를 형성하고, 음극 집전부(10) 위에 접합부(20)를 올려 놓는다. 다음, 접합부(20) 내부에 차례대로 음극 전지 물질(30), 전지 세퍼레이터(40) 및 양극 전지 물질(50)를 적층한 후, 양극 전지 물질(50) 위에 양극 집전부(60)를 적층한다.
그런 다음, 설정 온도 하에서 압력을 가해 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)을 밀착시켜 전지 셀(100)을 형성한다. 이미 설명한 것처럼, 양극 집전부(60)에 형성된 복수의 돌기(61)가 접합부(20) 속으로 파고 들어가 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 밀착력이 향상된다.
이와는 달리, 전지 셀(100)의 내부에 수용되는 음극 전지 물질(30), 전지 세퍼레이터(40) 및 양극 전지 물질(50)을 차례로 적층하여 별도의 모듈로 조립한다. 그 후, 음극 접전부(10)를 형성하고 그 위에 접합부(20)를 올려 놓은 후, 이미 조립된 별도의 모듈을 접합부(20) 내부에 놓고 그 위에 양극 집전부(60)를 올려 놓은 후 가압하여 전지 모듈(100)을 제조한다.
하지만, 이와는 달리, 음극 집전부(10), 접합부(20), 음극 전지 물질(30), 전지 세퍼레이터(40), 양극 전지 물질(50), 복수의 돌기(61)를 구비한 양극 집전 부(60)를 구비한 전지 셀(100)을 조립하는 방법은 이에 한정되지 않고, 다양하게 변경 가능하다.
다음, 도 3 및 도 4를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀(100a, 1000b)을 설명한다.
도 3 및 도 4은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀을 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3에 도시한 전지 셀(100a)은 도 1 및 도 2와 동일한 구성 요소 즉, 음극 집전부(10), 접합부(20a), 음극 전지 물질(30), 전지 세퍼레이터(40), 양극 전지 물질(50) 및 양극 집전부(60)를 구비하고 있다.
접합부(20a)를 제외한 다른 구성요소(10, 30, 60)는 도 1 및 도 2에 도시한 것과 동일하므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 접합부(20a)는, 도 1 및 도 2와는 달리, 음극 및 양극 집전부(10, 60)와 동일한 평면 모양을 가지고 있지 않고, 음극 및 양극 집전부(10, 60)보다 큰 평면 모양을 갖는다. 이로 인해, 도 3에 도시한 것과 같이, 접합부(20a)의 일부가 음극 및 양극 집전부(10, 60)의 외부로 돌출되어 있다. 하지만, 이러한 평면 모양의 크기를 제외하면, 본 실시예에 따른 접합부(20a)는 도 1 및 도 2에 도시한 접합부(20)와 동일한 구조를 갖고 있다. 이때 집전부 (10, 60)와 접촉되지 않는 전지 외부로 돌출된 접합부 (20)에 도포된 접착제 층(22a)은 생략 될 수 있다.
이러한, 접합부(20a)로 인해, 주변 온도의 변화로 인해 접합부(20a) 또는 집 전부(10, 60)가 수축 또는 팽창 될 경우, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)가 서로 접촉하여 단락되는 것이 방지되며 또한 이 부위에 있을 수 있는 금속 물질의 접촉에 의한 집전부 (10, 60) 간의 단락도 방지한다.
도 4에 도시한 실시예 또한, 도 1 및 도 2와 동일하게, 음극 집전부((10a), 접합부(20), 음극 전지 물질(30a), 전지 세퍼레이터(40), 양극 전지 물질(50a) 및 양극 집전부(60a)를 구비하고 있고, 도 1 및 도 2에 도시한 것과 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2와는 달리, 도 4에 도시한 전지 셀(100b)는 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 형상은 평평한 형상이 아니라 곡선 형태의 요철이 형성되어 있고, 이들의 요철 부분과 접하는 접합부(20), 음극 전지 물질(30) 및 양극 전지 물질(50)의 부분도 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 형상과 같은 형상, 즉 곡선 형태의 요철 형상을 가진다. 이와 같이, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)가 평탄한 평면을 가질 때보다 요철 형상을 가지면 음극 전지 물질(30) 및 양극 전지 물질(50)과의 접촉 면적이 늘어나며 집전부(10, 60)가 기구적으로 강화된다.
이때, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 내부면, 즉 음극 전지 물질(30)와 양극 전지 물질(50)에 접하는 면은 스퍼터링(sputtering) 공정이나 부식 공정 등을 실시 할 수 있다. 이로 인해, 이때, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 내부면은 평평하지 않고 거친 요철 상태로 되거나 다공성 표면이 된다. 따라서 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)가 음극 전지 물질(30) 및 양극 전지 물질(50)와 접촉하는 면적은 더욱더 늘어난다.
이와 같이, 본 실시예에서, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 형상이 평평한 형상이 아닌 곡선 형태의 요철 형상을 가지므로, 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 전극 물질(30, 50)과의 접촉 면적이 증가하고, 이로 인해, 전지 셀의 고율 충방전 특성이 좋아져 전지 셀의 성능이 크게 향상된다.
더욱이, 스터터링 공정이나 부식 공정을 통해 음극 집전부(10)와 양극 집전부(60)의 표면을 다공성 표면으로 만들 경우, 전지 셀의 성능을 더욱더 향상된다.
다음, 도 5 내지 도 7를 참고로 하여 본 발명의 또 다른 실시예에 전지 셀(100c)을 설명한다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀을 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀의 분해 시시도이고, 도 7은 도 6에 도시한 전지 셀을 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5에 도시한 것처럼, 도 1 및 도 2와 비교할 때, 본 실시예에 따른 전지 셀(100c)은 접합부(20)의 적어도 한 부분에 홀을 형성한 후 적어도 하나의 관(70)을 각각 삽입한다.
이 관(70)에는 전지 셀(100c) 내부와 외부 간의 압력 차이에 의해 개폐 될 수 있는 방폭 밸브(도시하지 않음)가 연결 되어 있다. 즉, 전지 셀(100c) 내부에 기체가 발생하지 않아 전지 셀(100c)의 압력이 외부의 압력보다 낮거나 같을 경우, 관(70)은 이 방폭 밸브를 통해 닫혀 있다. 그러나, 전지 셀(100c) 내부에 기체가 발생하여 전지 셀(100c)의 압력이 외부보다 높아지면 닫혀 있던 관(70)은 이 방폭 밸브를 통해 개방된다. 하지만 이와는 달리, 관(70)에 별도의 제어된 밸브를 연결 하여 이 관 (70)을 자동 또는 수동으로 개폐 할 수 있다. 이때, 삽입되는 관(70)의 개수는 전지 셀의 크기나 용량 등으로 정해진다.
이로 인해, 전지의 충전 또는 방전 동작 등으로 인해 발생한 기체는 접합부(20)에 삽입된 관(70)을 통해 외부로 배출된다.
따라서 전지 셀(100c) 내부에 차 있는 가스가 외부로 배출되므로, 전지 셀(100c) 내부의 압력 상승으로 인한 폭발의 위험을 해소된다. 또한 외부와 연결된 관(70)을 통해 전지 셀(100c) 내부로 전해액 등과 같이 필요한 물질을 주입 하고 전지 내부에서 발생한 필요 없는 물질을 배출함으로써 전지 셀(100c)의 수명이 연장되며 또한 전지 효율도 향상된다.
비록, 본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 전지 셀(100)의 구조에 관(70)을 삽입한 전지 셀(100c)에 대하여 설명하였지만, 이 외에도 도 3 및 도 4에 도시한 전지 셀(100a, 100b)의 경우에도 해당 접합부(20a, 20)에 관(70)을 삽입하여, 위에 설명한 것과 같은 효과를 가질 수 있음은 당연하다.
도 3 내지 도 5에 도시한 전지 셀(100a-100c)를 제조하는 방법은 도 1 및 도 2를 참고로 하여 이미 설명한 것과 동일하므로, 생략한다.
도 1 내지 도 5를 참고로 한 실시예에서는, 양극 집전부(60)의 해당 가장 자리 부분, 즉 네 가장자리 부분에만 복수의 돌기(61)가 형성되어 있지만, 이와는 달리, 음극 집전부(10)의 해당 가장 자리 부분에도 복수의 돌기가 형성 될 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7처럼, 양극 집전부(60)와 음극 집전부(10) 모두의 해당 가장 자리 부분에 복수의 돌기(61)가 형성될 수 있다. 이 경우, 양극 집전부(60)와 음극 집전부(10)에 형성되는 돌기(61)는 서로 어긋나 맞물릴 수 있는 위치에 형성되는 것이 좋다. 이때 집전부 (10, 60)의 두께가 얇을 경우 돌기 대신 거친 요철 처리나 다공성 표면처리로 대신 할 수도 있다. 다음, 도 8 내지 도 10을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 전지 팩의 구조에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 전지 팩의 평면도이고, 도 9는 도 8에 도시한 전지 팩이 조립되기 전 도 8의 IX-IX선을 따라 잘라 도시한 단면도이며, 도 10은 도 8에 도시한 전지 팩의 조립이 완성된 후의 단면도이다
본 실시예에서, 전지 팩(500)은 도 1 내지 도 7에 도시한 전지 셀 중 하나의 전지 셀을 복수 개 적층한 구조를 가진다.
하지만, 설명의 편의를 위하여, 본 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시한 전지 셀(100)을 구비한 전지 팩(500)에 대하여 설명하지만, 다른 전지 셀(100a-100c)의 경우도 동일하다.
도 8 및 도 10에 도시한 전지 팩(500)은 순차적으로 적층된 복수의 전지 셀(100), 복수 전지 셀(100)의 접합부(20) 부분을 관통하는 관통 홀을 형성한 후 그 관통 홀에 삽입된 복수의 볼트(bolt)(80), 복수의 볼트(80)에 삽입되어 조여지는 복수의 너트(81), 복수의 볼트(80)에 삽입되고 전지 셀(100) 사이에 배치되는 복수의 격리판(90)을 구비 할 수 있다.
도 8에 도시한 것처럼, 복수의 볼트(80)의 개수는 전지 셀(100)의 크기에 따라 정해지며, 볼트 (80)에는 비도전성 수지가 도포되어 있다.
복수의 너트(81)는 각 볼트(80)의 상하 부분, 즉, 맨 아래에 배치된 전지 셀(100)의 하부면과 맨 위에 배치된 전지 셀(100)의 상부면쪽에 해당 볼트(80)에 삽입되어 배치된다. 따라서 해당 볼트(80)에 형성된 나사홈(도시하지 않음)을 통해 너트(81)가 상하 방향으로 이동하여, 전지 셀(100)간의 간격이 조절된다.
복수의 격리판(90)은 전지 셀(100) 사이뿐만 아니라, 맨 아래에 배치된 전지 셀(100)의 하부면과 맨 위에 배치된 전지 셀(100)의 상부면의 해당 볼트(80) 아래 부분에도 각각 배치될 수 있다. 복수의 격리판(90)의 형태는 타원형 또는 사각형과 같은 다양한 형태를 가질 수 있다. 이때 이웃된 전지 셀 간의 전기적 연결을 원할 경우 격리판(90)은 구리 등과 같은 도전성 물질을 사용하고 이웃된 전지 셀 간의 전기적 연결을 원하지 않을 경우에는 비전도성 물질을 사용할 수 있다.
이때, 복수의 격리판(90)과 복수의 전지 셀(100)은 관통하는 복수의 볼트(80)를 따라 상하 방향으로 이동 가능하다.
복수의 볼트(80) 중 어느 하나를 이용하여 맨 위에 배치된 전지 셀(100)의 양극 집전부(60)와 연결된 양극 단자(110)를 형성하고, 복수의 볼트 중 어느 하나를 이용하여 맨 아래에 배치된 전지 셀(100)의 음극 집전부(10)와 연결된 음극 단자(120)를 형성한다. 이때, 양극 단자(110)의 음극 단자(120)가 형성되는 볼트(80)는 서로 동일할 수 있지만 서로 상이할 수도 있다.
이런 구조에서, 사용자가 전지 팩의 상하부에 배치된 복수의 너트(81)를 조이게 되면, 전지 셀(100) 간의 간격이 차차 좁아져, 결국에는 격리판(90)과 격리판(90)에 이웃한 전지 셀(100), 또는 격리판(90)과 격리판(90)에 이웃한 너트(81)간의 간격이 없어져 서로 밀착하게 된다. 이로 인해, 도 8에 도시한 것처럼, 하나 의 전지 팩(500)이 조립된다.
도 10에 도시한 것처럼, 전지 셀(100) 간의 전기적인 연결은 격리판(90)을 통해 이루어진다.
격리판(90)의 삽입으로 격리판(90)의 두께만큼 전지 셀(100) 간에 공간이 형성된다. 따라서, 전지 셀(100) 간에 형성된 공간을 통해 공기의 흐름이 이루어지므로, 전지 팩(500)의 방열 효과가 향상된다.
다음, 도 11을 참고로 하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩을 도 8의 IX-IX선을 따라 잘라 놓은 단면도이다.
도 8 내지 도 10과 비교할 때, 도 11에 도시한 본 실시예에 따른 전지 팩(500a)은 다음의 사항과 상이하고 나머지는 도 8 내지 도 10에 도시한 것과 동일하다.
즉, 도 11에 도시한 본 실시예에 따른 전지 팩(500a)이 탱크(tank)(400)에 내장되어 있고, 탱크(400)에는 한 개 이상의 유입관(410)과 유출관(420)이 삽입되어 있다. 적어도 하나의 관(70)이 형성되어 있는 전지 셀일 경우, 탱크(400)에는 관(70) 역시 탱크(400) 외부로 돌출하는 적어도 하나의 구멍이 형성된다. 또한, 탱크(400)에는 양극 단자(110)와 음극 단자(120)가 외부로 인출될 수 있는 구멍이 적절한 위치에 형성되어 있다.
본 실시예에서, 탱크(400)는 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등으로 형성될 수 있다.
이때, 탱크(400) 내에 내장되는 전지 팩(500a)은 탱크(400) 바닥 등을 이용하여 흔들리거나 움직이지 않게 고정된다.
유입관(410)과 유출관(420)을 전지 팩 외부에 있는 라디에이터 등 방열 장치에 연결 하고 탱크(400)에 전해 작용이 없는 액체나 기체를 채워 유입관(410)과 유출관(420)을 통해 순환 시켜 전지 팩 내부에서 발생한 열을 전지 팩 외부로 방출 한다. 이때, 유입관(410), 유출관(420), 양극 단자(110) 및 음극 단자(120), 그리고 관(70)을 외부로 도출하기 위해 형성된 구멍으로 인해 탱크(400)에 채워진 내용물이 외부로 유출되지 않도록, 탱크(400)가 설계된다.
도 11에서 전지 팩(500a)을 구성하는 전지 셀은 도 5에 도시한 것처럼, 적어도 하나의 관(70)을 구비한 전지 셀(100c)로 도시하였지만, 이미 설명한 것처럼, 도 3 내지 도 7에 도시한 전지 셀 중 하나의 전지 셀을 복수 개 적층한 구조를 가질 수 있다. 만약, 해당 전지 셀이 적어도 하나의 관(70)을 구비하고 있지 않을 경우, 관(70)을 외부로 도출하기 위해 탱크(400)에 형성되는 구멍은 필요하지 않다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전지 셀의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 전지 셀을 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 전지 셀을 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 셀의 분해 시시도이다.
도 7은 도 6에 도시한 전지 셀을 VII-VII선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 전지 팩의 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 전시 팩이 조립되기 전 도 8의 IX-IX선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 10은 도 8에 도시한 전지 팩의 조립이 완성된 후의 단면도이다
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 팩을 도 8의 IX-IX선을 따라 잘라 단면도이다.

Claims (16)

  1. 제1 극 집전부,
    상기 제1 극 집전부의 가장 자리 부분에 위치하는 주변부를 갖고, 내부가 비어 있는 접합부,
    상기 접합부의 내부에 수용되고 상기 제1 극 집전부 위에 위치하는 제1 극 전지 물질,
    상기 제1 극 전지 물질 위에 위치하는 전지 세퍼레이터,
    상기 전지 세퍼레이터 위에 위치하는 제2 극 전지 물질, 그리고
    상기 제2 전극 물질 위에 위치하는 제2극 집전부
    를 포함하고,
    상기 제1 극과 상기 제2 극의 극성은 서로 반대인
    전지 셀.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 극 집전부와 제2 극 집전부 중 적어도 하나의 가장 자리 부분에는 복수의 돌기가 형성되어 있는 전지 셀.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 극 집전부 또는 제2 극 집전부의 상기 가장 자리 부분은 상기 접합 부의 주변부에 대응하는 전지 셀.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 극 전지 물질, 상기 전지 세퍼레이터 및 상기 제2 극 전지 물질은 상기 접합부 내부에 수용되는 전지 셀.
  5. 제2항에서,
    상기 접합부는 비전도성 수지로 이루어진 제1 층, 상기 제1 층의 양면에 도포되고 금속 접착용 접착제로 이루어진 제2 층을 포함하는 전지 셀.
  6. 제2항에서,
    상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부는 동일한 평면 모양을 갖고, 상기 접합부는 상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부보다 큰 평면 모양을 갖는 전지 셀.
  7. 제2항에서,
    상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부는 요철 형태를 갖는 전지 셀.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 극 전지 물질 및 상기 제2 전극 물질과 접하는 제1 극 집전부와 상 기 제2 극 집전부의 표면이 다공성 표면인 전지 셀.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 극 전지 물질 및 상기 제2 전극 물질과 접하는 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부의 표면은 스터터링 공정이나 부식 공정으로 처리되는 전지 셀.
  10. 제7항에서,
    상기 제1 극 집전부와 상기 제2 극 집전부와 접하는 상기 제1 극 전지 물질, 상기 제2 극 전지 물질 및 상기 접합부의 형태는 제1 극 집전부 및 상기 제2 극 집전부의 형태와 동일한 전지 셀.
  11. 제2항에서,
    상기 제1 극 집전부와 제2 극 집전부 중 적어도 하나의 가장 자리 부분은 거친 요철 처리나 다공성 표면 처리가 이루어진 전지 셀.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에서,
    상기 접합부를 관통하는 적어도 하나의 홀에 각각 삽입되고 외부에 연결되어 있는 적어도 하나의 관을 더 포함하는 전지 셀.
  13. 전지 셀을 구비하는 전지 팩에서,
    적층되어 있고, 가장 자리 부분에 적어도 하나의 관통 홀이 형성되어 있는 복수의 전지 셀,
    상기 적어도 관통 홀에 삽입되어 있고, 나사홈이 형성되어 있는 적어도 하나의 볼트,
    상기 관통 홀을 통하여, 상기 적어도 하나의 볼트에 삽입된 복수의 전지 셀 중 최상부와 최하부에 각각 배치된 전지 셀 부분에 배치되고 상기 적어도 하나의 볼트에 삽입되어 있고, 회전 동작을 통해 상기 나사홈을 따라 이동하여 상기 볼트를 따라 상하 방향으로 이동하는 너트, 그리고
    상기 복수의 전지 셀 사이에 배치되며 상기 볼트에 삽입되어 있는 복수의 격리판
    을 포함하고,
    상기 격리판의 두께만큼 상기 전지 셀 간에 공간이 형성되며,
    상기 전지 셀은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 특징을 갖는
    전지 팩.
  14. 제13항에서,
    상기 관통 홀은 상기 전지 셀의 접합부 부분에 형성되는 전지 팩.
  15. 제14항에서,
    상기 전지 셀 각각은 접합부를 관통하는 적어도 하나의 홀에 각각 삽입되고 외부에 연결되어 있는 적어도 하나의 관을 더 포함하는 전지 팩.
  16. 제13항에서,
    상기 전지 팩이 탱크 내에 수용되어 있고, 상기 탱크는 유입관과 유출관을 구비하고 있는 전지 팩.
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