KR20230160868A - 원통형 2차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이 개시는 단자부(4) 및 전도성 시트(3a)를 포함하는 전극 롤(3)을 포함하는 원통형 2차 전지(1)를 위한 전극 리드 플레이트(6)를 제시한다. 전극 리드 플레이트(6)는 단자부(4)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 내부 접촉 영역(6c), 전도성 시트(3a)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 외부 접촉 영역(6e), 및 퓨즈 영역(6d)을 포함한다. 또한, 단자부(4) 및 원통형 2차 전지(1), 용도 및 제조 방법이 제시된다.
Description
본 개시는 일반적으로 원통형 2차 전지(cylindrical secondary cells) 및 원통형 2차 전지와 이의 구성요소의 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 개시는 원통형 2차 전지용 전극 리드 플레이트(electrode lead plate) 및 단자부(terminal part)에 관한 것이다.
기후 변화에 대응하도록, 예를 들어 교통의 전기화를 가능하게 하고 재생 에너지를 보충하기 위해 충전식 배터리(rechargeable batteries)에 대한 수요가 증가하고 있다. 현재, 리튬 이온 배터리의 인기가 높아지고 있다. 이는 방전 중에 리튬 이온이 음극으로부터 양극으로 이동하고 충전 시 다시 되돌아오는 충전식 배터리의 한 유형을 나타낸다.
충전식 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라, 생산 속도에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있다. 충전식 배터리의 효과적인 생산을 달성하기 위해, 배터리의 설계와 그들의 제조 공정이 최적화될 수 있다.
흔히 2차 배터리라고 불리는 충전식 배터리는 일반적으로 서로 전기적으로 연결된 하나 이상의 2차 전지를 포함한다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
본 발명의 실시예는 상기 고려사항 및 기타 사항을 고려하여 이루어졌다. 본 개시는 제조가 효율적인 신뢰성이 높은 2차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 구성요소의 수가 줄여지고 조립이 단순화되야 한다.
본 개시의 제1 양태에 따르면, 원통형 2차 전지를 위한 전극 리드 플레이트가 제공된다. 전극 리드 플레이트는 단자부 및 전도성 시트(conductive sheet)를 포함하는 전극 롤(electrode roll)을 포함한다. 전극 리드 플레이트는 단자부 및 전도성 시트 모두와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된다. 전극 리드 플레이트는 단자부와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 내부 접촉 영역(inner contact region) 및 전도성 시트와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 외부 접촉 영역(outer contact region)을 포함한다. 외부 접촉 영역은 내부 접촉 영역을 방사상으로 둘러싼다.
전극 리드 플레이트가 단자부와 전도성 시트에 직접 전기적으로 접촉되므로, 단자부와 전도성 시트가 서로 효율적이고 확실하게 접촉된다. 직접적인 전기적 접촉은 직접적인 전기적 및 물리적 접촉을 의미한다. 전극 리드 플레이트는 전도성 시트와 단자부 사이에 전기적으로 결합되는 하나의 단일 구성요소일 수 있다. 즉, 전극 리드 플레이트는 전도성 시트와 단자부 사이를 전기적으로 결합하는 유일한 구성요소일 수 있다. 따라서, 원통형 2차 전지의 구성요소의 수가 낮게 유지되며, 제조 단계도 거의 필요하지 않다.
전극 리드 플레이트는 일반적인 원형 디스크(disc)의 형상을 가질 수 있다. 외부 접촉 영역은 환형(annular)일 수 있다. 내부 접촉 영역은 원형(circular)일 수 있다.
전극 리드 플레이트는 내부 접촉 영역과 외부 접촉 영역 사이에 배열된 퓨즈 영역(fuse region)을 포함할 수 있다. 즉, 전극 롤의 전도성 시트로부터 단자부까지 통과하는 전류가 퓨즈 영역을 통해 통과하게 된다. 퓨즈 영역은 미리 정해진 전류가 퓨즈 영역을 통과할 때 예를 들어 소진(burn out)해서 파손(break)되도록 조정(adapt)될 수 있다. 이러한 방식으로, 전극 리드 플레이트는 전도성 시트와 단자부 사이에 전류 경로를 제공할 뿐만 아니라, 퓨즈 기능도 제공한다.
퓨즈 영역은 환형일 수 있다. 외부 접촉 영역은 내부 접촉 영역을 에워쌀(encircle) 수 있는 퓨즈 영역을 에워쌀 수 있다. 외부 접촉 영역, 퓨즈 영역 및 내부 접촉 영역은 동심원일 수 있다.
퓨즈 영역은 전극 리드 플레이트 내에 형성된 홈(indentation)에 의해 선택적으로 감소되는 전류 전도성 영역(current conducting area)을 포함할 수 있다. 이러한 홈은 전극 리드 플레이트의 한쪽 또는 양쪽 단부 표면 상에 형성될 수 있다. 홈은 간단하고 공간 효율적인 방식으로 퓨즈 영역을 제공할 수 있다. 홈은 내부 접촉 영역을 에워쌀 수 있다.
퓨즈 영역은 전극 리드 플레이트 내에 적어도 하나의 퓨즈 소자(fuse element)가 형성되도록, 전극 리드 플레이트를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 관통 홀(through-hole)을 포함할 수 있다. 퓨즈 소자는 전류 전도성 영역을 형성한다. 이러한 적어도 하나의 관통 홀은 특정 전류에서 차단되도록 정밀하게 조정될 수 있는, 잘 정의된(well-defined) 퓨즈 영역을 제공할 수 있다.
퓨즈 영역은 홈과 관통 홀을 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 영역과 외부 영역 사이에 3개의 다리(bridges)를 형성하는 3개의 긴 관통 홀이 있을 수 있다. 따라서 다리는 퓨즈 요소를 형성한다. 다리는 홈을 포함할 수 있다. 관통 홀은 원형일 수 있다. 대안적으로, 개별적으로, 2개 또는 4개의 다리를 형성하는, 2개 또는 4개의 관통 홀이 있을 수 있다.
내부 접촉 영역은 예를 들어 핀(pin) 형태의 단자부가 용접(welding) 또는 납땜(soldering)에 의해 부착될 수 있도록 구성될 수 있다. 내부 접촉 영역은 예를 들어 평평하고 단자부의 단부에 맞게 조정된 치수를 가질 수 있다.
내부 접촉 영역은 외부 접촉 영역에 비해 오목할 수 있다. 즉, 내부 및 외부 접촉 영역은 서로 이격된 평행한 평면으로 연장될 수 있다. 평면은 전극 리드 플레이트의 일반적인 연장과 평행할 수 있으며, 두 평면에 수직인 축을 따라 이격될 수 있다.
내부 접촉 영역이 오목한 경우, 단자부는 외부 접촉 영역을 통해 연장되고 단자부의 변형에 의해 원통형 2차 전지에 부착될 수 있다. 단자부는 리벳(rivet)일 수 있다. 리벳은 외부 단자를 제공하기 위해 원통형 2차 전지의 외부 상에 배열된 팩토리 리벳 헤드(factory rivet head)를 포함할 수 있다. 리벳은 원통형 2차 전지의 내부 상에 배열된 샵 리벳 헤드(shop rivet head)를 더 포함할 수 있다. 샵 리벳 헤드는 오목한 내부 접촉 영역에 의해 수용될 수 있다.
내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e)은 방사상으로 서로 분리될 수 있다. 방사상 분리는 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e) 사이에 퓨즈 영역의 배열을 가능하게 한다. 또한, 이러한 방사상 분리는 내부 접촉 영역(6c)이 외부 접촉 영역(6e)에 비해 오목해지는 것을 가능하게 한다.
전극 리드 플레이트는 다수의 전해질 유동 홀(electrolyte flow holes)을 포함할 수 있다. 전해질 유동 홀은 전극 리드 플레이트를 통해 전해질이 유동될 수 있도록 한다. 전해질 유동 홀은 전극 리드 플레이트 상에 패턴으로 배열될 수 있으며, 이 패턴은 전극 리드 플레이트를 가로질러 연장되는 복수 개의 교차하지 않는 직선 용접 라인(weld lines)에 의해 전극 리드 플레이트를 전도성 시트에 용접할 수 있게 한다. 용접 라인은 예를 들어 레이저 용접 라인(laser weld lines)일 수 있다.
전극 리드 플레이트를 가로질러, 즉 일 측면으로부터 다른 측면으로 연장되는 용접 라인은 전극 리드 플레이트를 전극 롤의 전도성 시트에 견고하게 부착하는 데 유리할 수 있다. 또한, 예를 들어, 전극 리드 플레이트의 외측 가장자리와 전극 리드 플레이트의 중심 점 사이로 연장되는 방사상 용접 라인에 비해, 전극 리드 플레이트를 가로질러 연장되는 용접 라인은 제조 시 비용 효율적일 수 있다.
패턴은 본질적으로 평행한 다수의 용접 라인이 전극 리드 플레이트를 가로질러 서로 옆에 위치될 수 있도록 구성될 수 있다. 용접 라인은 본질적으로 균등하게, 즉 본질적으로 일정한 상호 거리를 두고 서로 옆에 위치될 수 있다. 이러한 용접 라인은 전극 리드 플레이트와 전도성 시트 사이의 경계면(interface)에서 균일한 힘 분포를 가져올 수 있다.
본질적으로 평행한 용접 라인의 상기 언급된 개수는 용접 라인의 제1 세트로 지칭될 수 있다. 패턴은 용접 라인의 제2 세트가 전극 리드 플레이트 상에 배열될 수 있도록 구성될 수 있으며, 제2 세트는 제1 세트에 대응하지만 제1 세트에 대해 일정 각도를 이루고(at an angle with) 연장된다. 또한, 패턴은 용접 라인의 제3 세트가 전극 리드 플레이트 상에 배열될 수 있도록 구성될 수 있으며, 제2 세트는 제1 및 제2 세트에 대응하되 제1 및 제2 세트에 대해 일정 각도를 이루고 연장된다. 각도상 인접한 세트 사이의 각도는 대략 60도일 수 있다.
패턴은 다수의 전해질 유동 홀 그룹(electrolyte flow hole groups)을 포함할 수 있으며, 각각의 유동 홀 그룹은 적어도 하나의 유동 홀을 포함한다. 전해질 유동 홀 그룹은 인접한 두 전해질 유동 홀 그룹 사이에 직선의 용접 라인이 위치되도록 배열될 수 있으며 적어도 4개의 용접 라인이 전극 리드 플레이트를 가로질러 연장되고 각 용접 라인 사이에 하나의 전해질 유동 홀 그룹이 배열될 수 있다. 예를 들어, 이러한 용접 라인이 5개 또는 6개 있을 수 있다.
패턴은 외부 접촉 영역 상에 배열될 수 있다. 패턴은 외부 접촉 영역 상에서 서로 본질적으로 등거리에 위치하는 전해질 유동 홀을 포함할 수 있다. 전해질 유동 홀은 서로로부터 그리고 외부 접촉 영역의 한계로부터 본질적으로 등거리에 위치될 수 있다.
패턴은 여섯 점의 별(six-pointed star)의 형태를 가질 수 있다. 이러한 형태는 위에서 설명된 바와 같이 복수 개의 용접 라인을 허용할 수 있으며 본질적으로 등거리의 전해질 유동 홀을 허용할 수 있다. 12개의 전해질 유동 홀이 있을 수 있다. 여섯 점의 별 패턴은 내부에 육각형의 전해질 유동 홀 패턴과 외부에 육각형의 전해질 유동 홀이 포함되는 패턴으로 지칭될 수도 있으며, 내부와 외부 패턴이 서로에 대해 약 30도 회전된다.
전해질 유동 홀은 전극 리드 플레이트 상에 교대로 배열될 수 있으며, 패턴은 전극 리드 플레이트를 가로질러 연장되는 복수 개의 교차하지 않는(non-intersecting) 직선 용접 라인에 의해 전극 리드 플레이트를 전도성 시트에 용접할 수 있게 한다.
대안적인 패턴은 내부 정사각형 패턴 및 외부 정사각형 패턴 내에 배열되는 전해질 유동 홀을 포함할 수 있다. 내부 및 외부 정사각형 패턴은 서로에 대해 약 45도 회전된다. 다른 예에서 전해질 유동 홀은 내부 오각형(pentagonal) 패턴과 외부 오각형 패턴 내에 배열된다. 따라서, 8개 또는 10개의 전해질 유동 홀이 있을 수 있다.
본 개시의 제2 양태에 따르면, 원통형 2차 전지의 제조 방법이 제공된다. 이러한 원통형 2차 전지는 전극 리드 플레이트, 단자부 및 전도성 시트를 포함하는 전극 롤을 포함할 수 있다. 방법은 전극 리드 플레이트를 단자부 및 전도성 시트와 직접 전기적 및 물리적으로 접촉시키도록 배열하는 단계를 포함한다.
이러한 방법의 이점 및 추가 단계는 원통형 2차 전지용 전극 리드 플레이트에 관한 본 개시의 상기 제1 양태를 연구하는 당업자에게 명백해질 것이다. 예를 들어, 방법은 리벳을 리벳팅하는 단계 및 전극 리드 플레이트를 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 양태의 방법은 제1 양태에 따른 전극 리드 플레이트를 포함할 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 방법은 제1 양태와 관련하여 설명된 것처럼, 내부 및 외부 접촉 영역을 포함하는 전극 리드 플레이트를 포함할 필요가 없다.
본 개시의 제3 양태에 따르면, 원통형 2차 전지의 전극 롤의 전도성 시트를 원통형 2차 전지의 단자부에 연결하기 위한 전극 리드 플레이트의 용도가 제공된다. 용도는 전극 리드 플레이트를 전도성 시트 및 단자부와 직접 전기적 및 물리적으로 접촉하도록 배열하는 단계를 포함한다.
이러한 용도의 이점 및 추가 단계는 원통형 2차 전지용 전극 리드 플레이트에 관한 본 개시의 상기 제1 양태를 연구하는 당업자에게 명백해질 것이다. 제3 양태의 용도는 제1 양태의 전극 리드 플레이트를 포함할 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 용도는 제1 양태와 관련하여 설명된 것처럼, 내부 및 외부 접촉 영역을 포함하는 전극 리드 플레이트를 포함할 필요가 없다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 원통형 2차 전지용 단자부가 제공된다. 원통형 2차 전지는 전극 리드 플레이트를 포함한다. 단자부는 원통형 2차 전지의 외부 단자를 형성하는 제1 단자부 단부(end) 및 전극 리드 플레이트와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 제2 단자부 단부를 포함한다. 단자부 단부는 단자부의 반대쪽 단부에 위치될 수 있다.
단자부는 전극 리드 플레이트에 부착될 수 있다. 단자부는 원통형 2차 전지의 외부 단자 역할을 하며 원통형 2차 전지를 밀봉(seal)할 수 있다.
단자부는 단자부의 적어도 부분을 둘러싸는 전기적 절연 수단(electrically isolating means)을 포함할 수 있다.
단자부는 헤드 부분(head portion) 및 축 부분(shaft portion)을 포함할 수 있고 전기적 절연 수단은 축 부분을 둘러쌀 수 있다. 단자부는 팩토리 리벳 헤드를 갖는 리벳, 원통형 2차 전지의 벽을 통해 연장되고 리벳팅 후 샵 리벳 헤드를 형성하도록 조정된 리벳 축(rivet shaft)일 수 있다. 리벳은 원통형 2차 전지를 단단하고 비용 효율적으로 밀봉하는 데 유리할 수 있다. 전기적 절연 수단은 원통형 2차 전지의 벽으로부터 리벳을 공동으로 전기적으로 절연하는 별도의 부품으로 비용 효율적으로 제공될 수 있다.
전기적 절연 수단은 헤드 부분과 원통형 2차 전지 사이, 보다 정확하게는 헤드 부분과 원통형 2차 전지의 벽 사이에서 연장되는 제1 부분을 포함할 수 있다. 전기적 절연 수단은 축 부분을 둘러싸는 제2 부분을 더 포함할 수 있다.
또한, 전기적 절연 수단은 전극 리드 플레이트를 따라 연장되는 제3 부분을 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 제3 부분은 전극 리드 플레이트와 원통형 2차 전지의 벽 사이의 원통형 2차 전지 내부로 연장될 수 있다.
전기적 절연 수단의 제1 부분은 단자부를 위한 중앙 관통 홀을 갖는 디스크, 예를 들어 원형 디스크의 형태를 가질 수 있다. 따라서 전기 절연 수단의 제1 부분은 환형일 수 있다. 전기적 절연 수단의 제2 부분은 원통형일 수 있다. 전기적 절연 수단의 제3 부분은 환형일 수 있다. 전기적 절연 수단의 이러한 부분은 생산 및 조립에 있어서 비용 효율적일 수 있다.
전기적 절연 수단의 제1 부분 및 제2 부분은 별개의 부(separate parts)일 수 있다. 이러한 부는 생산 및 조립 시 특히 비용 효율적일 수 있다. 또한 전기적 절연 수단의 제3 부분은 별개의 부일 수 있다. 제1, 제2 및 제3 부분은 원통형 2차 전지의 원통형 인클로저로부터 단자부를 전기적으로 절연할 뿐만 아니라 전해질의 누출을 방지하는 밀봉을 제공하기 위해 제공될 수 있다.
본 개시의 제5 양태에 따르면, 원통형 2차 전지용 단자 배열(terminal arrangement)이 제공된다. 원통형 2차 전지는 전극 리드 플레이트 및 전극 롤로 구성된다. 단자 배열은 전극 리드 플레이트 및 전술한 단자부를 포함한다. 따라서 단자 배열은 전술한 전기적 절연 수단을 포함할 수 있다.
본 개시의 제6 양태에 따르면, 원통형 2차 전지의 제조 방법이 제공된다. 원통형 2차 전지는 단자부와 전극 리드 플레이트를 포함한다. 방법은 단자부를 전극 리드 플레이트와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열하는 단계를 포함한다. 단자부 및 전극 리드 플레이트는 전술한 유형일 수 있다. 따라서, 단자부는 핀 또는 리벳일 수 있다. 방법은 전극 리드 플레이트를 핀 또는 리벳의 내부 단부 표면, 즉 리벳 샵 헤드에 용접하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 제7양태에 따르면, 원통형 2차 전지의 외부 단자를 형성하기 위한 단자부의 용도가 제공된다. 단자부는 원통형 2차 전지의 전극 리드 플레이트와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열된다. 단자부, 전극 리드 플레이트 및 원통형 2차 전지는 전술한 유형일 수 있다. 따라서, 단자부는 핀 또는 리벳일 수 있다.
본 개시의 제8 양태에 따르면, 원통형 2차 전지가 제공된다. 원통형 2차 전지는 전도성 시트를 포함하는 전극 롤, 전도성 시트와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 전극 리드 플레이트, 및 원통형 2차 전지의 외부 단자를 형성하며 전극 리드 플레이트와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 단자부를 포함한다. 전극 롤은 원통형 2차 전지의 다른 외부 단자와 전기적으로 접촉하는 다른 전도성 시트를 포함할 수 있다. 전극 리드 플레이트 및 단자부는 전술한 유형일 수 있다.
본 개시의 제9 양태에 따르면, 이전 단락의 원통형 2차 전지의 제조 방법이 제공된다. 방법은 전극 리드 플레이트를 단자부 및 전도성 시트와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열하는 단계를 포함한다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
본 명세서에 개시된 실시예는 첨부 도면의 도면에 제한이 아닌 예로서 예시되어 있다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 참조 번호는 해당부를 지칭한다.
도 1은 원통형 2차 전지의 제1 단부의 단면을 도시하고,
도 2는 도 1의 확대 절개도이고,
도 3은 전극 리드 플레이트를 도시하고,
도 4는 전극 리드 플레이트의 제2실시예를 도시하고,
도 5는 전극 리드 플레이트의 제3 실시예와 전극 롤을 분해도로 도시하고,
도 6은 전극 리드 플레이트의 제4실시예를 도시하고,
도 7은 용접 라인의 제1 세트가 있는 도 4의 전극 리드 플레이트를 도시하고,
도 8은 용접 라인의 제1 및 제2 세트를 갖는 도 4의 전극 리드 플레이트를 도시하고, 및
도 9는 전극 리드 플레이트의 제5 실시예를 도시한다.
도 1은 원통형 2차 전지의 제1 단부의 단면을 도시하고,
도 2는 도 1의 확대 절개도이고,
도 3은 전극 리드 플레이트를 도시하고,
도 4는 전극 리드 플레이트의 제2실시예를 도시하고,
도 5는 전극 리드 플레이트의 제3 실시예와 전극 롤을 분해도로 도시하고,
도 6은 전극 리드 플레이트의 제4실시예를 도시하고,
도 7은 용접 라인의 제1 세트가 있는 도 4의 전극 리드 플레이트를 도시하고,
도 8은 용접 라인의 제1 및 제2 세트를 갖는 도 4의 전극 리드 플레이트를 도시하고, 및
도 9는 전극 리드 플레이트의 제5 실시예를 도시한다.
이제 본 개시의 실시예가 이하에서 더 완전하게 설명될 것이다. 하지만, 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않고; 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전해지고 당업자에게 본 발명의 범위를 완전하게 전달할 수 있도록 예로서 제공된다.
도 1은 제1 인클로저(enclosure) 단부(2a)(도 1의 상단 단부) 및 반대편의 제2 인클로저 단부(2b)(미도시)를 갖는 원통형 인클로저(2)를 포함하는 원통형 2차 전지(1)(이하, 전지로 지칭됨)의 제1 실시예를 도시한다. 원통형 인클로저(2)는 캔으로도 지칭될 수 있다. 원통형 인클로저(2) 내부에는, 전극 롤(3)이 함유되어 있다. 제1 인클로저 단부(2a)는 원통형 인클로저(2)와 일체형으로 형성될 수 있고(도 1에 도시됨) 제2 인클로저 단부(2b)는 별도의 제2 인클로저 단부 리드(미도시)에 의해 형성될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 양쪽 인클로저 단부(2a, 2b)는 대안적으로 개별적인 리드에 의해 형성될 수 있다.
전지(1)의 제1 및 (간략하게 설명된) 제2 실시예는 원통형 2차 전지(1)의 한쪽 동일한 단부(도 1의 상단 단부)에 양극 단자(4)와 음극 단자(5)를 모두 갖는 유형의 전지(1)에 관한 것이다. 제1 인클로저 단부(2a)는 양극 단자(4)를 위한 중앙 단자 관통 홀(2c)을 포함한다. 음극 단자(5)는 원통형 인클로저(2)에 전기적으로 연결된다. 보다 정확하게는, 음극 단자(5)는 단자 관통 홀(2c)을 둘러싸는 원통형 인클로저(2)의 상부 표면에 의해 형성된다. 따라서, 전체 원통형 인클로저(2)(상부 단부에 있는 양극 단자(4)를 제외하고)는 음극 단자일 수 있다.
한쪽 단부에 두 단자(4, 5)를 갖는 원통형 2차 전지는 전지를 부하에 전기적으로 연결하는 것과 관련하여 이점을 가져올 수 있다. 단자를 부하에 전기적으로 연결하는 도체(conductor)는 전지의 동일한 단부, 즉 단자 단부 상에 위치될 수 있다. 전지의 반대쪽 단부, 즉 전해질 충전 단부는 전해질 충전 및 가스 배출 전용(dedicate)일 수 있다. 본 개시에서는, 전해질 충전 단부가 구체적으로 설명되지 않는다. 작동 중, 특히 전지 또는 전지에 연결된 부하의 오작동 시 전지 내에서 과압이 발생될 수 있다. 이러한 오작동은 가스 및/또는 전해질을 전지의 외부로 방출해야 할 수 있으며, 방출된 가스 및/또는 전해질을 도체로부터 멀리 보내는 것이 유리할 수 있다.
예를 들어, 전기 자동차 내에서 다수의 전지가 낮은 위치에 위치할 수 있다. 전지는 단자 단부가 위쪽을 향하고 전해질 충전 단부가 아래쪽을 향하도록 배열될 수 있다. 예를 들어 결함이 있는 전기 자동차 충전기 또는 결함이 있는 셀로 인해 오작동이 발생하는 경우, 전해질 충전 단부(들)로부터 가스 및/또는 전해질의 방출이 유리하게는 차량 아래의(beneath) 지면을 향해 아래쪽으로 향하게 될 것이다.
전극 롤(3)은 제1 및 제2 전도성 시트(3a, 3b) 및 분리 수단(도시되지 않음, separating means)을 포함한다. 분리 수단은 분리기라고도 불릴 수 있다. 전도성 시트(3a, 3b) 및 분리 수단은 롤링되어 중앙 채널(3c)을 정의하는 원형의 원통형 롤을 형성한다. 시트(3a, 3b)는 전극 코팅으로 코팅되고 전지(1) 조립 시 원통형 인클로저(2)는 전해질로 채워진다. 전해질은 중앙 채널(3c) 또는 도관을 통해 유동할 수 있다. 전도성 시트(3a, 3b) 상의 코팅은 개별적으로 캐소드(cathode) 및 애노드(anode)로 작용한다. 캐소드, 애노드 및 전해질은 전기화학적 에너지 저장을 제공한다. 이 원리는 그 자체로 알려져 있으며, 전극 롤(3)은 일반적으로 젤리롤(jellyroll)이라 불린다.
전극 롤(3)의 시트(3a, 3b)는 서로에 대해 축방향으로 오프셋(offset)되어 있고, 각각은 전극 코팅으로 코팅되지 않은 단부 섹션(end section)을 포함한다. 도 1에서, 전극 롤(3)의 일 단부만이 도시되어 있고, 이 단부에서 제1 전도성 시트(3a)가 전극 롤(3)로부터 축방향으로 돌출된다. 전극 롤(3)의 반대쪽 단부(미도시)에서 제2 전도성 시트(3b)가 축 방향으로 돌출된다. 제2 전극 롤(3b)은 도 1에서 점선 화살표로 개략적으로 표시된다.
도 1에서, 제1 전도성 시트(3a)의 상단부는 전극 코팅으로 코팅되어 있지 않다. 유사하게, 도시되지 않았지만, 제2 전도성 시트(3b)의 하단부는 전극 코팅으로 코팅되어 있지 않다. 이러한 방식으로, 전극 롤(3)의 개별적인 단부는 전지(1)의 개별적인 할당된 단자(4, 5)에 효율적으로 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 설계는 그 자체로 알려져 있으며 일반적으로 태브리스 전지(tabless cell)로 지칭된다.
본 개시에서, 전도성 시트(3a, 3b) 중 하나와 단자(4, 5) 중 하나 사이의 연결에 대해서만 자세히 설명될 것이다. 전도성 시트(3a, 3b) 중 다른 하나는 본 명세서에서 자세히 설명되지 않은 방식으로 단자(4, 5) 중 다른 하나에 전기적으로 연결된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전지(1)는 전극 롤(3)의 상단부에 배열된 전극 리드 플레이트(6)를 포함한다. 전극 리드 플레이트(6)는 제1 전도성 시트(3a), 보다 정확하게는 제1 전도성 시트(3a)의 코팅되지 않은 단부 섹션과 직접 전기적으로 접촉한다. 전극 리드 플레이트(6)는 제1 전도성 시트(3a)와 직접적인 전기적인 및 직접 물리적인 접촉을 한다. 전극 리드 플레이트(6)는 제1 전도성 시트(3a)에 부착, 예를 들어 용접, 예를 들어 레이저 용접될 수 있다.
전지(1)는 단자부(4)를 더 포함한다. 본 개시의 실시예에서, 단자부는 종방향 중심축(미도시)을 중심으로 회전 대칭이다. 단자부(4)는 제1 인클로저 단부(2a)를 통해 연장되고 외부 또는 제1 단부(4a) 및 내부 또는 제2 단부(4b)를 갖는다. 단자부(4)의 외부 단부(4a)는 전지(1)의 제1 단자를 형성할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단자부(4)는 전극 리드 플레이트(6)와 직접 전기적으로 접촉한다. 단자부(4)는 전극 리드 플레이트(6)와 직접 전기적 및 물리적으로 접촉한다. 보다 정확하게는, 단자부(4)의 내부 단부(4b)가 전극 리드 플레이트(6)와 직접 전기적으로 접촉된다. 내부 단부(4b)는 전극 리드 플레이트(6)에 부착, 예를 들어 용접, 예를 들어 레이저 용접될 수 있다.
도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 단자부(4)는 단자부(4)의 적어도 부분을 둘러싸는 전기적 절연 수단(7)을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2의 실시예에서, 단자부(4)는 헤드 부분(4c), 또는 소위 팩토리 리벳 헤드, 및 축 부분(4d), 또는 리벳 축을 갖는 리벳의 형상을 가진다. 도 1 및 도 2의 실시예에서, 전기적 절연 수단은 회전 대칭이다. 도시된 바와 같이, 전기적 절연 수단(7)은 리벳 축(4d)을 둘러싼다. 전기적 절연 수단은 리벳 개스킷(rivet gasket)으로 지칭될 수 있다.
보다 상세하게는, 전기적 절연 수단(7)은 팩토리 리벳 헤드(4c)와 제1 인클로저 단부(2a) 사이에 배열되는 제1 부분(7a) 및 리벳 축(4d)을 둘러싸는 제2 부분(7b)을 포함하거나 구성될 수 있다. 제1 부분(7a)은 팩토리 리벳 헤드(4c)보다 큰 외경을 갖는, 환형 디스크일 수 있다. 제1 부분(7a)의 내경은 리벳 축(4d)의 직경에 대응할 수 있다. 따라서, 제1 부분(7a)은 제1 인클로저 단부(2a)로부터, 팩토리 리벳 헤드(4c), 더욱 정확하게는 팩토리 리벳 헤드(4c)의 내부(즉, 전지(1)를 향한) 표면을 전기적으로 절연할 수 있다.
리벳 축(4d)은 제1 인클로저 단부(2a) 내의 관통 홀(단자 관통 홀(2c))을 통해 연장되고 전기적 절연 수단(7)의 제2 부분(7b)에 의해 관통 홀로부터 전기적으로 절연된다. 도 1 및 도 2의 실시예에서 제2 부분(7b)은 원형의 원통형이다.
전지(1)의 제조 동안, 리벳(4)은 리벳팅되고, 따라서 소성 변형(plastically deformed)되어, 리벳 축(4d)의 부분이 방사상으로 확장된다(특히 도 2 참조). 리벳 축(4d)은 변형되어 소위 샵 리벳 헤드(4e)를 형성한다. 샵 리벳 헤드(4e)는 리벳(4)(단자 리벳(terminal rivet)으로 지칭될 수 있음)이 제1 인클로저 단부(2a) 내의 관통 홀로부터 당겨지는 것을 방해한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기적 절연 수단(7)은 샵 리벳 헤드(4e)와 제1 인클로저 단부(2a) 사이에 배열되는 제3 부분(7c)을 포함할 수 있다. 또한, 제3 부분(7c)은 제1인클로저 단부(2a) 내부 및 전극 롤(3)의 상부 표면을 따라 연장되어 전극 리드 플레이트(6)를 제1인클로저 단부(2a)로부터 전기적으로 분리할 수 있다. 제3 부분(7c)은 전극 리드 플레이트(6)의 외경에 대응하는 외경 및 리벳 축(4d)의 직경에 대응하는 내경을 갖는, 환형 디스크일 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 전극 리드 플레이트(6)를 더욱 상세하게 도시한다. 도 3(및 도 4 내지 도 6)의 전극 리드 플레이트(6)는 원통형 2차 전지 내에서 및 본 명세서에 기술된 것과 다른 설계의 단자부와 함께 사용될 수 있다. 제1 실시예의 전극 리드 플레이트(6)는 전극 롤(3)의 전도성 시트(3a)와 직접 전기적으로 접촉되도록 및 단자부(4)와 직접 전기적으로 접촉되도록 배열되게 구성된다. 전극 롤은 태브리스 전극 롤(tabless electrode roll)일 수 있다. 단자부(4)는 전지(1)의 외부 단자를 형성할 수 있다.
도 3의 전극 리드 플레이트(6)는 제1 단부 표면(6a) 및 반대편의 제2 단부 표면(6b)을 포함한다. 조립 시, 제1 단부 표면(6a)은 전극 롤(3)로부터 멀리 향하고 제2 단부 표면(6b)은 전극 롤(3)을 향한다. 도 3(및 전극 리드 플레이트(6)가 이러한 전지(1) 내에 장착되는 경우 도 1 및 도 2)에서, 제1 단부 표면(6a)은 상부 표면이고 제2 단부 표면(6b)은 하부 표면이다.
도 3의 전극 리드 플레이트(6)는 내부 접촉 영역(6c) 및 외부 접촉 영역(6e)을 포함한다. 외부 접촉 영역은 후술되는 다수의 전해질 유동 홀(6g)을 포함한다. 본 예에서, 전지(1)는 원형의 원통형이고 전극 리드 플레이트(6)는 원형 디스크의 일반적인 형상을 갖는다. 내부 접촉 영역(6c)은 단자부(4)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성되고 외부 접촉 영역(6e)은 제1 전도성 시트(3a)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된다(도 2 참조). 내부 접촉 영역(6c)은 원형이고 외부 접촉 영역(6e)은 원형의 환형이다.
퓨즈 영역(6d)은 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e) 사이에 배열된다. 제1 실시예에서, 퓨즈 영역(6d)은 다리 형태의 3개의 퓨즈 소자(6f)를 형성하는 3개의 긴 관통 홀을 포함한다. 다리(6f)는 외부 접촉 영역(6e)과 내부 접촉 영역(6c) 사이에 전류를 전도(conduct)시킨다. 따라서, 다리(6f)는 외부 접촉 영역(6e)과 내부 접촉 영역(6c) 사이에 전류를 전도하는 전류 전도 영역을 공동으로 정의한다. 전류 전도 영역은 퓨즈 영역(6d)이 미리 결정된 값에서 전류를 차단하도록 치수화될 수 있다. 따라서, 전류가 미리 결정된 값을 초과하는 경우, 다리(6f)는 용융(melt), 즉 소진(burn out)된다. 각각의 다리(6f)에는 전류 전도 영역을 감소시키기 위한 홈이 제공될 수 있다. 이러한 홈 또는 노치는 도 3의 긴 관통 홀을 연결하는 상대적으로 두꺼운 선으로 도시되어 있으며, 따라서 홈은 다리(6f)를 가로질러 연장된다.
즉, 다리(6f)의 (상부 또는 하부 표면(6a, 6b)의 평면도에서 볼 때의) 폭은 긴 관통 홀의 크기에 의해 조정될 수 있고 다리의 두께는 홈에 의해 감소될 수 있다.
도 1 내지 도 3으로부터 분명한 바와 같이, 전지(1) 및 전극 리드 플레이트(6)의 제1 실시예에서, 내부 접촉 영역(6c)은 외부 접촉 영역(6e)과 비교하여 오목하다. 환형의 외부 접촉 영역(6a)은 제1 평면 내에 배열되고, 원형의 내부 접촉 영역(6c)은 제1 평면에 평행한 제2 평면 내에 배열된다. 따라서 다리(6f)는 반경 방향과 축 방향 모두로 연장되어, 2개의 평면, 즉 내부 접촉 영역(6c)과 외부 접촉 영역(6e)을 연결한다. 따라서, 다리(6f)는 모두 퓨즈 기능을 제공하고 외부 접촉 영역(6e)으로부터 축방향 거리에 내부 접촉 영역(6c)을 위치시키는 역할을 한다. 또한, 다리를 형성하는 관통홀은 전해질 유동 홀로서 기능할 수 있다.
도 2로 돌아와서, 오목한 리드 플레이트(6)는 단자 요소(4)로서 리벳의 사용을 용이하게 한다. 샵 헤드(4e)는 전지(1) 내의 일부 공간을 차지할 것이며, 이 공간은 오목하게 된 내부 접촉 영역(6c)에 의해 전극 리드 플레이트(6)에 의해 제공된다. 리벳 샵 헤드(4e) 및 내부 접촉 영역(6c)은 전극 롤(3)의 중앙 채널(3c) 내에 위치될 수 있다.
도 4는 제2 실시예에 따른 전극 리드 플레이트(6)를 도시한다. 제2 실시예의 전극 리드 플레이트(6)는 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e)이 동일 평면 내에 위치한다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 따라서, 전극 리드 플레이트는 원형의 평평한 디스크 형태를 갖는다.
여기에 도시되지 않은 전지(1)의 제2 실시예는 도 4의 전극 리드 플레이트(6)를 포함한다. 이러한 전지에서, 단자 요소(4)는 핀, 즉 헤드 부분(4c)(핀 헤드)과 축 부분(4d)(핀 축)을 포함하는 구조일 수 있다. 제2 실시예에 따른 단자 요소(4)의 축 부분(4d)은 제1 실시예의 리벳 축보다 축방향으로 더 짧을 수 있다. 도 2 및 도 4의 연구로부터 명확해지는 바와 같이, 축 부분(4d)은 전기적 절연 수단(7)을 통해 헤드 부분(4c)으로부터 연장될 수 있고 전극 리드 플레이트(6)의 상부 표면(6a)에서 끝날 수 있다. 제조 동안, 축 부분(4d)의 단부 표면은 전극 리드 플레이트(6), 보다 정확하게는 내부 접촉 영역(6c)에 용접될 수 있다. 전기적 절연 수단은 핀 개스킷(pin gasket)으로 지칭될 수 있다.
제2 실시예(도 4)에 따른 전극 리드 플레이트(6)는 제1 실시예(도 3)의 퓨즈 영역에 본질적으로 대응하는 퓨즈 영역(6d)을 포함한다. 하지만, 제2 실시예의 다리(6f)는 축 방향 모두로 연장되지 않고 단지 반경 방향으로만, 즉 디스크와 평면 내로 연장된다. 또한, 제2 실시예의 다리에는 홈이 제공되지 않는다. 추가 실시예(미도시)에서, 도 4에 대응하는 전극 리드 플레이트(6)의 다리(6f)에는 전류 전도 영역을 감소시키기 위한 홈이 제공될 수 있다.
도 5는 전극 리드 플레이트(6) 및 전극 리드 플레이트(6)가 부착될 수 있는 전극 롤(3)의 제3 실시예를 도시한다. 도 5의 사시도에 도시된 전극 롤(3)은 도 1 및 도 2에 도시된 전극 롤(3)에 대응한다.
제3 실시예의 전극 리드 플레이트(6)는 다리(6f)를 형성하는 관통 홀이 긴 형상이 아닌 원형이라는 점을 제외하면 제1 실시예(도 3)에 대응한다. 제3 실시예의 전극 리드 플레이트(6)는 홈을 포함하지만, 대안적인 실시예에서는 홈이 없을 수도 있다.
도 6은 전극 리드 플레이트(6)의 제4 실시예를 도시한다. 도 6의 전극 리드 플레이트는 도 3의 전극 리드 플레이트에 대응하지만 퓨즈 영역(6d) 내에 관통 홀이 없고 전해질 유동 홀(6g)이 없다. 따라서, 퓨즈 영역(6d)의 전류 전도 영역은 홈에 의해서만 감소된다. 도 6에서, 홈은 퓨즈 영역(6d) 내에 배열된 원으로서 도시된다.
도 7은 도 4의 전극 리드 플레이트(6)를 도시하고 용접 라인(6h)의 제1 세트를 도시하며 또한 전해질 유동 홀(6g)이 여섯 점의 별의 형태를 갖는 패턴으로 배열될 수 있음을 나타낸다.
전해질 유동 홀(6g)은 교차하지 않는 복수 개의 직선 용접 라인(6h)에 의해 전극 리드 플레이트(6)가 전극 롤의 전도성 시트(3a)에 용접될 수 있도록 전극 리드 플레이트(6) 상에 패턴으로 배열될 수 있다. 6개의 용접 라인으로 구성된 제1 용접 라인 세트가 도 7에 도시되어 있다.
도 7에서, 전해질 유동 홀(6g)은 5개의 별도의 전해질 유동 홀 그룹에 할당된 것으로 볼 수 있다. 하나의 직선 용접 라인(6h)은 각 전해질 유동 홀 그룹 사이의 전극 리드 플레이트(6)를 가로질러 연장된다. 상세하게는, 도 7의 방향을 참조하면, 상부 전해질 유동 홀(6g)은 제1 전해질 유동 홀 그룹에 속한다. 전극 리드 플레이트(6)의 동일한 높이 상에 본질적으로 배열된 4개의 전해질 유동 홀(6g)은 제2 전해질 유동 홀 그룹에 속한다. 내부 접촉 영역(6c)의 좌우에 배열된 2개의 전해질 유동 홀(6g)은 제3 전해액 유동 홀 그룹에 속한다. 제4 전극 유동 홀 그룹은 제2 전해질 유동 홀 그룹에 대응하고 마지막으로 바닥(bottom) 전해질 유동 홀(6g)은 제5 전해질 유동 홀 그룹에 속한다.
퓨즈 영역(6d)의 관통 홀은, 존재하는 경우, 제3 전해질 유동 홀 그룹의 일부로 볼 수 있다.
도 8은 용접 라인의 제1 세트(6h)와 동일하지만 용접 라인의 제1 세트(6h)에 대해 대략 60도의 각도(α)로 배열된 용접 라인의 제2 세트(6i)를 도시한다. 도 8로부터 알 수 있듯이, 용접 라인의 제2 세트(6i)에 대해 대략 60도 각도로 배열된 용접 라인의 제3 세트(미도시)를 적용하는 것도 가능하다.
전해질 유동 홀(6g)을 포함하는 전극 리드 플레이트(6)의 실시예에서, 전해질 유동 홀(6g)은 육각형 또는 여섯 점의 별의 형태의 패턴으로 배열될 수 있다. 즉, 12개의 전해질 유동 홀(6g)이 전극 리드 플레이트(6)의 원주를 따라 각각의 인접한 전해질 유동 홀(6g)로부터 다음으로 이어지는 가상의 직선 라인에 의해 연결되는 경우, 여섯 점의 별이 형성된다. 이러한 패턴은 전해질 분포에 유리한 균일하게 위치된 전해질 유동 홀(6g)을 제공할 수 있으며, 또한 직선으로 그려지고 전극 리드 플레이트를 가로질러 균일하게 이격된 연속된(uninterrupted) 용접 라인을 위한 공간을 남겨둘 수 있다.
도 9는 대안적인 패턴으로 배열된 전해질 유동 홀(6g)을 갖는 전극 리드 플레이트(6)의 제5 실시예를 도시한다. 도 9의 패턴은 본 명세서에 도시된 전극 리드 플레이트의 다른 실시예에도 적용 가능하다는 것이 이해되어야 한다(도 3, 4, 5, 6).
도 9의 대안적인 또는 제2 패턴은 전해질 유동 홀(6g)이 내부 정사각형 패턴 및 외부 정사각형 패턴으로 배열되는 것으로 설명될 수 있다. 내부 및 외부 정사각형 패턴은 서로에 대해 약 45도 회전된다. 다시, 교차하지 않는 직선 용접 라인의 제1 세트(6h)가 도시되어 있다. 교차하지 않는 직선 용접 라인의 제2 세트도 적용될 수 있음을 이해해야 한다(도 8 비교). 도 9의 실시예에서, 두 세트 사이의 각도는 약 90도일 수 있다.
동일한 원리에 따라, 또 다른 대안적인 패턴이 전해질 유동 홀(6g)의 내부 오각형 패턴 및 외부 오각형 패턴을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
이제 원통형 2차 전지를 제조하는 방법으로 돌아와서, 그러한 방법은 전극 리드 플레이트(6)를 전극 롤(3)에 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 레이저 용접이 이용(employ)될 수 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 용접 라인의 제1 세트(6i)가 적용될 수 있다. 용접 라인의 제2(6h) 및 제3 세트를 적용하는 것도 가능하다.
별도로, 전기적 절연 수단(7)(리벳/핀 개스킷) 및 단자부(4)(리벳/핀)가 원통형 인클로저(2)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 단자부(4)는 축 부분(4d)이 테이블 상에서 위쪽을 향하도록 배치될 수 있다. 다음, 전기적 절연 수단(7)의 제1 부분(7a) 및 제2 부분(7b)은 축 부분(4d) 위에 나사산이 형성(thread)될 수 있다. 이들 부분(7a, 7b)은 하나의 조인트 부품으로 또는 저가의 별도 부품으로 제공될 수도 있다. 원통형 인클로저(2)는 테이블을 향하는 제1 인클로저 단부(2a)와 정렬될 수 있고 축 부분(4d)이 단자 관통 홀(2c)을 통과하도록 축 부분(4d) 위에 나사산이 형성될 수 있다. 다음, 전기적 절연 수단(7)의 제3 부분(7c)은 제3 부분(7c)이 제1 인클로저 단부(2a)의 내부 표면에 대해 놓이도록 축 부분(4d) 위에 나사산이 형성된다.
단자부(4)가 리벳인 실시예에서 이는 이제 리벳팅되어 샵 리벳 헤드(4e)를 형성한다.
전극 리드 플레이트(6)가 있는 전극 롤(3)은 제2 인클로저 단부(2a)를 통해 원통형 인클로저(2) 내로 다음 도입되고, 전극 롤(3)은 테이블(table)을 향하는 전극 리드 플레이트(6)와 정렬된다. 그 다음 전극 리드 플레이트(6)의 내부 접촉 영역(6c)은 단자부(4)(샵 리벳 헤드(4e)의 내부 단부면 또는 핀 축(4d)의 내부 단부면)에 부착된다. 예를 들어, 전극 리드 플레이트(6)의 내부 접촉 영역(6c)은 단자부(4)에 용접될 수 있고, 용접은 중앙 채널(3c)을 통해 이루어질 수 있다.
방법은 여기에서 설명되지 않은 방식으로 제2 전도성 시트(3b)를 원통형 인클로저(2)에 전기적으로 연결하는 단계 및 제2 인클로저 단부(2b)를 폐쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전극 롤(3)의 제1 전도성 시트(3a) 상의 코팅은 캐소드 물질(cathode material)을 형성할 수 있고, 제2 전도성 시트(3b) 상의 코팅은 애노드 물질(anode material)을 형성할 수 있다. 일반적으로, 2차 전지의 캐소드의 전도성 시트는 알루미늄(미국식으로는 aluminum)을 포함하고 따라서 제1 전도성 시트(3a)는 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 일반적으로, 2차 전지의 애노드 측면의 전도성 시트는 구리 또는 강철을 포함하고 따라서 제2 전도성 시트(3b)는 구리 또는 강철로 이루어질 수 있다. 여기에 나열된 금속에는 그들의 합금(alloy)도 포함된다. 예를 들어, 구리는 구리 합금, 즉 주로 구리를 포함하는 합금을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 마찬가지로, 강철은 니켈 도금 강철(nickel-plated steel)을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
전류 경로 전체에 걸쳐, 특히 전해질을 함유하는 배터리 내에서 동일한 금속을 사용하는 것이 유리할 수 있으므로, 원통형 인클로저(2)는 바람직하게는 제2 전도성 시트(3b)와 동일한 금속으로 이루어진다. 따라서 원통형 인클로저(2)는 구리 또는 강철로 만들어질 수 있다. 이는 구리와 강철이 알루미늄보다 더 높은 인장 강도(tensile strengths)를 갖기 때문에 알루미늄의 원통형 인클로저에 비해, 원통형 인클로저(2)가 얇은 벽으로 설계될 수 있다는 이점을 가져온다. 또 다른 이점은 구리와 강철 모두 알루미늄보다 녹는점(melting points)이 더 높아, 전지(1)의 안전성을 증가시킬 수 있다는 점이다.
상기 및 첨부 도면의 도면으로부터 명확한 바와 같이, 전극 리드 플레이트(6)의 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e)은 별도의 영역일 수 있다. 본 실시예에서, 내부 접촉 영역(6c)은 외부 접촉 영역(6e)으로부터 방사상으로 분리되어 있다(특히 도 3 및 4 참조). 전극 리드 플레이트(6)의 평면도에서 볼 수 있듯이, 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e)은 중첩되지 않는다. 따라서, 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e)은 방사상으로 중첩되지 않는다. 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e)의 방사상 분리는 퓨즈 영역의 배열을 가능하게 한다. 내부 및 외부 접촉 영역(6c, 6e)의 방사상 분리는 내부 접촉 영역(6c)이 외부 접촉 영역(6e)에 비해 오목해지는 것을 가능하게 한다.
상기 및 특히 도 1 및 도 2로부터 더욱 명확한 바와 같이, 본 실시예에서 내부 접촉 영역(6c)은 단자부(4)와 직접 전기적으로 배열되고 전도성 시트(3a)와 직접 전기적인 접촉으로 배열되지 않는다. 외부 접촉 영역(6e)은 전도성 시트(3a)와 직접 전기적인 접촉으로 배열되고, 단자부(4)와 직접 전기적인 접촉으로 배열되지 않는다. 기술된 실시예의 수정 및 다른 변형은 당업자에게 전술한 설명 및 관련 도면에 제시된 교시의 내용의 이익을 갖는 것으로 생각될 것이다. 따라서, 실시예는 본 개시에 설명된 특정 예시의 실시예로 제한되지 않으며 수정 및 다른 변형이 본 개시의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
예를 들어, 원통형 2차 전지는 원형의 원통형으로 도시되어 있다. 하지만, 둥근 정사각형 또는 둥근 직사각형 단면과 같은 다른 단면도 고려 가능하다. 또한, 애노드와 캐소드는 위치를 바꿀 수 있다.
또한, 여기에서 특정한 용어가 사용될 수 있지만, 이는 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용되며 제한의 목적으로 사용되지는 않는다. 그러므로, 당업자는 첨부된 청구범위의 범위 내에 여전히 속할 설명된 실시예에 대한 다양한 변형을 인식할 것이다. 본 명세서에 사용된 용어 "포함하다/포함하다"는 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 개별적인 특징이 다른 청구항(또는 실시예)에 포함될 수 있지만, 이들은 유리하게 결합될 수 있으며, 다른 청구항(또는 실시예)의 포함이 특정 특징의 조합이 실현 가능하지 않거나 유리하지 않다는 것을 의미하지는 않는다. 또한, 단수 인용은 복수 인용을 배제하지 않는다. 마지막으로, 청구범위의 참조 번호는 단지 명확한 예로서 제공되며 어떠한 방식으로든 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Claims (16)
- 단자부(4) 및 전도성 시트(3a)를 포함하는 전극 롤(3)을 포함하는 원통형 2차 전지(1)를 위한 전극 리드 플레이트(6)에 있어서,
상기 단자부(4)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 내부 접촉 영역(6c),
상기 전도성 시트(3a)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 외부 접촉 영역(6e), 상기 외부 접촉 영역(6e)은 상기 내부 접촉 영역(6c)을 방사상으로 둘러쌈, 및
상기 내부 접촉 영역(6c)과 상기 외부 접촉 영역(6e) 사이에 배열된 퓨즈 영역(6d), 상기 퓨즈 영역(6d)은 미리 정해진 전류가 상기 퓨즈 영역(6d)을 통과할 때 파손되도록 조정됨,
을 포함하는, 전극 리드 플레이트(6).
- 제1항에 있어서,
상기 퓨즈 영역(6d)은 상기 전극 리드 플레이트(6) 내에 형성된 홈에 의해 감소되는 전류 전도성 영역을 포함하는, 전극 리드 플레이트(6).
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 퓨즈 영역(6d)은 상기 전극 리드 플레이트(6) 내에 적어도 하나의 퓨즈 소자(6f)가 형성되도록, 상기 전극 리드 플레이트(6)를 관통하여 형성되는 적어도 하나의 관통 홀을 포함하고, 상기 퓨즈 소자(6f)는 전류 전도성 영역을 형성하는, 전극 리드 플레이트(6).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 접촉 영역(6c)은 상기 외부 접촉 영역(6e)에 비해 오목한, 전극 리드 플레이트(6).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
다수의 전해질 유동 홀(6g)을 포함하는, 전극 리드 플레이트(6).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전극 리드 플레이트(6), 단자부(4) 및 전도성 시트(3a)를 포함하는 전극 롤(3)을 포함하는 원통형 2차 전지(1)의 제조 방법에 있어서,
상기 전극 리드 플레이트(6)를 상기 단자부(4) 및 상기 전도성 시트(3a)와 직접 전기적으로 접촉되도록 배열하는 단계,
를 포함하는, 제조 방법.
- 원통형 2차 전지(1)의 전극 롤(3)의 전도성 시트(3a)를 상기 원통형 2차 전지의 단자부(4)에 연결하기 위한 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전극 리드 플레이트(6)의 용도로서, 상기 전극 리드 플레이트(6)는 상기 전도성 시트(3a) 및 상기 단자부(4)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되는, 전극 리드 플레이트(6)의 용도.
- 전극 리드 플레이트(6)를 포함하는 원통형 2차 전지(1)를 위한 단자부(4)에 있어서,
상기 원통형 2차 전지(1)의 외부 단자를 형성하는 제1 단자부 단부(4a),
상기 전극 리드 플레이트(6)와 직접 전기적으로 접촉하도록 배열되게 구성된 제2 단자부 단부(4b),
헤드 부분(4c),
축 부분(4d), 및
적어도 상기 축 부분(4d)을 둘러싸는 전기적 절연 수단(7),
을 포함하는, 단자부(4).
- 제8항에 있어서,
상기 전기적 절연 수단(7)은 상기 헤드 부분(4c)과 상기 원통형 2차 전지(1) 사이에서 연장되는 제1 부분(7a) 및 상기 축 부분(4d)을 둘러싸는 제2 부분(7b)을 포함하는, 단자부(4).
- 제9항에 있어서,
상기 제1 부분(7a) 및 상기 제2 부분(7b)은 2개의 별개 부인, 단자부(4).
- 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 부분(4d)은 상기 원통형 2차 전지(1)의 인클로저(2) 내에 있는 단자 관통 홀(2c)을 통해 연장되도록 조정되는, 단자부(4).
- 전극 리드 플레이트(6) 및 전극 롤(3)을 포함하는 원통형 2차 전지(1)를 위한 단자 배열(10)로서, 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 단자부(4) 및 상기 전극 리드 플레이트(6)를 포함하는, 단자 배열(10).
- 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 단자부(4) 및 전극 리드 플레이트(6)를 포함하는 원통형 2차 전지(1)의 제조 방법에 있어서,
상기 전극 리드 플레이트(6)와 직접 전기적으로 접촉하도록 상기 단자부(4)를 배열하는 단계, 및 선택적으로
상기 단자부(4)를 상기 전극 리드 플레이트(6)에 용접하는 단계,
를 포함하는, 제조 방법.
- 원통형 2차 전지(1)의 외부 단자(4a)를 형성하기 위한 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 단자부(4)의 용도로서, 상기 단자부(4)는 상기 원통형 2차 전지(1)의 전극 리드 플레이트(6)와 직접 전기적으로 접촉되도록 배열되는, 단자부(4)의 용도.
- 전도성 시트(3a)를 포함하는 전극 롤(3),
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 전극 리드 플레이트(6), 및
원통형 2차 전지(1)의 외부 단자를 형성하고 상기 전극 리드 플레이트(6)와 직접 전기적으로 접촉되도록 배열되게 구성된 단자부(4),
를 포함하는, 원통형 2차 전지(1).
- 전도성 시트(3a)를 포함하는 전극 롤(3),
상기 전도성 시트(3a)와 직접 전기적으로 접촉되도록 배열되게 구성된 전극 리드 플레이트(6), 및
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 단자부(4),
를 포함하는, 원통형 2차 전지(1).
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