KR20140125862A - 리튬 이온 배터리 - Google Patents

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KR20140125862A
KR20140125862A KR1020147025743A KR20147025743A KR20140125862A KR 20140125862 A KR20140125862 A KR 20140125862A KR 1020147025743 A KR1020147025743 A KR 1020147025743A KR 20147025743 A KR20147025743 A KR 20147025743A KR 20140125862 A KR20140125862 A KR 20140125862A
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모하드 알리 술라이만
아즈룰니잠 매트
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시림 버해드
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Abstract

케이싱(11) 내에 결합되는 리튬 이온 배터리(1)가 개시되는 바, 이 배터리는 적어도 하나의 베어 셀(bare cell)(12)을 포함하고, 이 베어 셀(12) 각각은 세퍼레이터(23) 사이에서 서로 번갈아 배치되는 적어도 애노드 플레이트(21) 및 캐소드 플레이트(22)를 포함하며, 커넥터(13)가 애노드 플레이트(21)와 캐소드 플레이트(22) 각각을 그들 각각의 극성에 따라 함께 연결하여 한쌍의 버스바 플레이트(14)를 형성한다. 버스바 플레이트(14)는 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 배치되고 버스바 플레이트(14)에는 복수의 슬릿(15)이 제공되어 있다. 애노드 플레이트(21)와 캐소드 플레이트(22) 각각에는 탭(25; tab)이 제공되어 있다. 유사한 극성을 갖는 이 탭(25)은 함께 배치되어, 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 유사한 극성의 탭의 적층체를 형성하게 된다. 리튬 이온 배터리(1)의 제조 방법이 또한 개시되며, 이 방법은 베어 셀(12)을 준비하는 단계, 적어도 하나의 베어 셀(12)을 배치하여 베어 셀의 하나 또는 다수의 적층체(81)를 형성하는 단계; 및 커넥터 수단(13)을 배치하여, 상기 애노드 플레이트(21)와 캐소드 플레이트(22) 각각을 그들 각각의 극성에 따라 함께 연결하는 단계를 포함한다.

Description

리튬 이온 배터리{LITHIUM-ION BATTERY}
본 발명은 일반적으로 리튬 이온 배터리에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다적층 베어 셀(bare cell)이 병렬로 적층되고 또한 베어 셀의 플레이트들이 함께 연결되어 고용량의 리튬 이온 배터리를 형성하도록 해주는 탭(tab)이 제공되는 구성을 갖는 리튬 이온 배터리에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리는 많은 구성, 형상 및 크기로 찾아 볼 수 있는 에너지원으로 사용되는 이차 셀 배터리로도 알려져 있는 재충전식 배터리이다. 리튬 이온 배터리는 소비자 전자 제품에 공통적으로 사용된다. 그 배터리는 휴대폰, 카메라, 캠코드 및 노트북과 같은 휴대용 전자 제품을 위한 재충전식 배터리의 가장 인기 있는 종류 중의 하나이며, 가장 좋은 에너지 밀도, 비 메모리 효과 및 비 사용시의 느린 전하 손실 중의 하나를 갖는다. 최근의 개발에 따라, 이 배터리는 통신 타워 스테이션을 위한 비차단형 전력 공급부(UPS), 재생가능한 에너지 및 다양한 크기의 전기 차량(용량과 비에너지 밀도를 개선하기 위해 새로운 개념의 배터리와 새로운 전극 특성을 요구함)를 위한 에너지 저장부와 같은 새로운 크기의 고 전력용으로 전환되었다.
1990년대에 개발된 리튬 이온 배터리는 수용액 전해질을 사용하는 Ni-MH, Ni-Cd 및 황산 납 배터리와 비교하여 더 높은 작동 전압 및 에너지 밀도를 가지고 있어 점차 인기를 얻고 있다. 리튬 이온 배터리의 주 단점은, 그 배터리의 원통형 및 프리즘형 형상으로 인해 배터리의 성능 및 배터리의 안전 문제에 대한 주의가 요구된다는 것이다. 원통형 리튬 이온 배터티의 인기 있는 사용에도 불구하고, 이들 배터리의 예측 불가능한 폭발의 사례가 많이 보고되어 있다. 이들 폭발은 배터리 내부 압력의 일시적인 증가로 인한 것이다. 또한, 이 구조에서는 나선의 중심부의 곡률 반경이 작은데, 이 결과 전극의 굽힘 표면에서 과도한 응력이 종종 발생되어 그 전극이 종종 벗겨지게 된다. 이 외에도, 고용량의 배터리를 제작하기 위해서는, 매우 긴 전극 플레이트가 필요한데, 이 결과, 더 긴 전자 경로로 인해 내부 임피던스가 증가하게 된다. 그 외에도, 프리즘형 리튬 이온 배터리는 원통형 리튬 이온 배터리와 비교하여 더 낮은 용량 밀도 및 비 에너지를 갖는 것으로 보고되어 있다. 배터리의 용량은 일반적으로 전극 활성 재료의 양에 비례한다.
최근의 개발에서는 또한 리튬 이온 배터리의 제조 비용이 일반적으로 높다. 전통적인 리튬 이온 배터리 기술에서, 이 배터리는 요구되는 보충 시스템에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되어 배치되는 많은 셀을 사용한다. 이리하여, 최종 셀에 사용되는 추가적인 재료 및 추가적인 공정 단계로 인해 제조 비용이 더 높게 될 것이다. 또한, 특히 시일링 공정에서 많은 주의와 조심을 요하는 가장 중요한 공정의 몇몇 단점이 있다. 배터리의 통상적인 시일링은, 배터리 내부의 가스 발생, 시일링된 영역의 벗겨짐을 포함한 많은 문제에 직면하게 되는데, 이는 배터리 자체의 신뢰성과 안전성에 영향을 주게 된다. 용접의 관점에서, 탭(tab) 용접의 가장 중요한 인자는 탭과 단자의 두께 및 재료이다. 배터리 제조시, 탭-단자 연결 및 외부 전기적 연결과 같은, 배터리의 재료의 종류, 크기 및 용량에 따른 재료 접합이 필요하다. 용접 문제는 고전력 리튬 이온 배터리를 형성하기 위해 용접될 수 있는 제한된 전극 두께로 인해 발생 된다.
그러므로, 본 발명의 일 목적은, 비용 감소에 비례하는, 리튬 이온 배터리의 제조 동안에 관련되는 감소된 공정으로 인해 시간이 감소되고 또한 더욱 편리한 셀 구조 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. 다음, 작은 크기의 최종 셀과 관련된 고용량에 대해서도 용접법과 함께 다적층 셀을 사용하여 고전력 리튬 이온 배터리를 제조할 수 있다. 또한, 용접 기술은, 추가적인 지지 또는 연결 장치 없이 베어 셀의 층상 구조가 안정적으로 서로 연결될 수 있게 해준다. 그 외에도, 그것은 강하고 견고한 구조를 갖는 가요적이고 강성적인 완전한 셀을 형성한다. 또한, 본 발명은 리튬 폴리머 배터리에서의 층 용접시 높은 내부 임피던스와 제한을 주는, 전통적인 리튬 이온 배터리에서의 긴 권취 플레이드 젤리롤(jellyroll) 시스템의 문제를 극복한다.
본 발명의 일 목적은, 병렬로 연결된 둘 이상의 베어 셀을 포함하는 다적층 베어 셀 구조를 갖는 고전력 리튬 이온 배터리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 일반적으로 비용 감소에 비례하는, 고전력 리튬 이온 배터리의 제조 동안에 관련되는 더 적은 공정으로 인해 처리 시간이 감소되고 또한 제조가 편리한 리튬 이온 배터리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 엔빌롭드 세퍼레이터법, 지그재그법, 권취법 또는 평탄 젤리롤법에 의해 다양한 방법을 통해 리튬 이온 배터리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 안정적이고 신뢰할 수 있는 셀 구조를 갖는 리튬 이온 배터리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 인력, 기계류, 재료 처리 시간 요건을 감소시키고 또한 불량률을 저하시키는, 몇개의 저리 단계를 제거하여 단축된 제조 공정으로 리튬 이온 배터리를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 다음과 같은 리튬 이온 배터리 및 리튬 이온 배터리의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다:
케이싱(11) 내에 결합되는 리튬 이온 배터리(1)로서,
세퍼레이터 사이에서 서로 번갈아 배치되는 적어도 애노드 플레이트 및 캐소드 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 베어 셀(bare cell)(12); 및
상기 애노드와 캐소드 플레이트 각각을 그들 각각의 극성에 따라 함께 연결하는 커넥터 수단(13)을 포함하며,
상기 커넥터 수단(13)은 한쌍의 버스바 플레이트(14)로 형성되며, 이 버스바 플레이트(14)는 상기 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 버스바 플레이트에는 복수의 슬릿(15)이 제공되어 있으며, 그리고
리튬 이온 배터리의 제조 방법으로서,
a) 세퍼레이터(23) 사이에서 서로 번갈아 배치되는 적어도 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트를 포함하는 베어 셀(12)을 준비하는 단계; 및
b) 적어도 하나의 상기 베어 셀(12)을 배치하여 베어 셀의 하나 또는 다수의 적층체(81)를 형성하는 단계; 및
c) 커넥터 수단(13)을 배치하여, 상기 애노드와 캐소드 플레이트 각각을 그들 각각의 극성에 따라 함께 연결하는 단계를 포함하고,
상기 커넥터 수단(13)은 한쌍의 버스바 플레이트(14)로 형성되며, 이 버스바 플레이트(14) 각각은 상기 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 버스바 플레이트(14)에는 복수의 슬릿(15)이 제공되어 있고, 상기 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트 각각에는 그 플레이트의 가장자리에 배치되는 탭(25; tab)이 제공되어 있고, 유사한 극성을 갖는 탭들은 함께 배치되어, 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 유사한 극성의 탭(25)의 다른 적층체를 형성하며, 다른 유사한 극성을 갖는 탭들은함께 배치되어, 상기 베어 셀의 가장자리를 따라 유사한 극성의 탭(25)의 다른 적층체를 형성하며,
상기 리튬 이온 배터리의 제조 방법은, 상기 탭(25)을 상기 버스바 플레이트(14)의 각각의 슬릿(15) 안으로 삽입하여 탭(25)을 상기 버스바 플레이트(14) 상에 용접하는 단계를 또한 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시로서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따라 구성되는 리튬 이온 배터리의 사시도를 도시하고;
도 2는 본 발명의 엔빌롭드 세퍼레이터(enveloped separator)를 이용하는 베어 셀을 제조하는 방법의 사시도를 도시하고;
도 3은 본 발명의 지그재그 방법을 이용하는 베어 셀을 제조하는 방법의 사시도를 도시하고;
도 4는 본 발명의 권취 방법을 이용하여 베어 셀을 제조하는 방법의 사시도를 도시하고;
도 5는 본 발명의 평탄 젤리-롤 방법을 이용하여 베어 셀을 제조하는 방법의 사시도를 도시하고;
도 6은 본 발명의 양단자 및 음단자용 버스바 플레이트를 도시하고;
도 7은 본 발명의 플레이트를 연결하는 단계 및 초음파 점용접 공정을 수행하는 단계의 설명도를 도시하고;
도 8은 본 발명의 베어 셀의 집적체의 사시도를 도시하고; 그리고
도 9는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 리튬 이온 배터리의 제조 공정 흐름을 도시한다.
도면, 특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 리튬 이온 배터리의 사시도가 도시되어 있다. 리튬 이온 배터리(1)는 특히 적어도 하나의 베어 셀(12), 애노드 플레이트(21), 세퍼레이터(23) 사이에 교대로 배치되는 캐소드 플레이트(22), 복수의 슬릿(15)을 구비하는 버스바 플레이트(14) 및 용접 플레이트(63)를 포함한다. 전기화학적 셀은 엔빌롭드 세퍼레이터, 지그재그, 및 권취 또는 평탄 젤리 롤과 같은 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다. 평탄 젤리 롤 방법을 제외한 이들 구조는 애노드 및 캐소드 전극 층이 요구되는 크기와 형상으로 절단된 다음 요구되는 용량에 비례하여 교대로 적층되어야 하는 다중 적층식 전극 구조를 이용한다. 세퍼레이터(23)는 베어 셀(12)을 형성하는 애노드 전극(21)과 캐소드 전극(22) 사이에 개재되고, 그 결과 양전극, 세퍼레이터(23) 및 음전극을 반복적으로 적층한다. 게다가, 셀의 하나의 층의 용량을 계산함으로써, 베어 셀(12)을 구축하기 위해 적층시켜야 할 층의 수가 쉽게 결정될 수 있다. 실용적 용량을 갖는 배터리를 제조하기 위해 이러한 복수의 베어 셀(12)이 적층될 수 있다. 적층되어야 할 베어 셀(12)의 수는 요구되는 용량에 비례한다. 예를 들면, 적층된 셀의 수가 증가하면, 중첩 전극의 수도 증가한다. 이러한 관점에서, 애노드 및 캐소드의 양자 모두를 위해 양면 코팅 전극을 사용함으로써, 코팅 및 전류 콜렉터의 단일면만을 사용하는 것에 비해 적층된 전극의 두께가 감소한다.
본 발명의 이러한 실시형태에서, 다수의 베어 셀(12)은 각각의 애노드(21) 및 캐소드(22) 층이 상호 중첩되도록 배치된다. 중첩된 베어 셀(12)의 정렬도 또한 제어된다. 버스바 플레이트(14)는 탭(25)의 우측 및 좌측의 양자 모두에 배치되고, 니켈 플레이트(62)는 점용접을 위해 비교적 경량이므로 이 버스바 플레이트(14)는 애노드 단자의 경우에 니켈(62) 버스바로 제조된다. 반면에, 알루미늄(61) 버스바는 캐소드 단자용으로 사용된다. 버스바 플레이트(14)의 중간에 동일한 정렬 및 배열의 슬릿(15)이 제공된다. 각각의 슬릿(14)은 상방으로 굴곡되어 평평한 표면을 형성할 수 있는 용접 플레이트(63)를 갖는다. 탭(25)은 초음파 점용접 방법을 이용하여 용접된다. 완성된 용접된 셀은 적절한 테플론(Teflon) 케이싱(11) 내에 설치된다.
다시 도 2를 참조하면, 본 도는 본 발명의 엔빌롭드 세퍼레이터 방법을 이용하여 베어 셀을 제조하는 방법을 도시한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(21) 및 캐소드 전극(22)은 요구되는 치수로 절단된다. 다음에, 절단된 전극은 전자 접속을 위한 코팅되지 않은 단자를 갖는다. 다음에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극 애노드(21)은 엔빌롭드 세퍼레이터(23)에 의해 캡슐화(24)되고, 전극 캐소드(22)은 캡슐화되지 않은 상태로 유지된다. 마지막으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(21) 및 캐소드 전극(22)의 개방된 탭 단자(25)의 배열이 각각의 측면에 위치한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 지그재그 방법 및 권취 방법을 이용하여 베어 셀(12)을 제조하는 방법의 사시도를 도시한다. 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이 지그재그 방법 및 권취 방법의 경우, 이들 방법의 양자 모두는 동일한 애노드 전극(21), 세퍼레이터(23) 및 캐소드 전극(22)을 사용하고, 이것은 순차적으로, 그러나 세퍼레이터(23)를 절첩(folding)하는 상이한 방법으로 배치된다. 그것 대신, 애노드 전극(21) 및 캐소드 전극(22)의 개방된 탭(25) 단자의 배열체는 도 3b 및 도 4b에 도시된 바와 같이 양측면 상에 위치한다. 다음에, 애노드 전극(21)와 캐소드 전극(22) 사이의 샌드위치 구조는 도 3c 및 도 4c에 도시된 바와 같이 베어 셀(12)을 제조하기 위해 지그재그 방법(31) 및 권취 방법(41)을 사용하여 함께 결합된다.
도 5는 본 발명의 플랫 젤리-롤 방법을 이용하여 베어 셀(12)을 제조하는 방법의 사시도를 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이 이러한 방법의 경우, 애노드 전극(21) 및 캐소드 전극(22)은 요구되는 셀 용량에 따라 긴 부재로 절단된다. 절단된 전극은 애노드 전극(21), 세퍼레이터(23) 및 캐소드 전극(22) 사이에 개재되고, 원통형(52)으로 권취되고, 도 5b에 도시된 바와 같이 평탄화된다. 마지막으로, 애노드 전극(21) 및 캐소드 전극(22)의 개방된 탭(25) 단자의 배열체는 도 5c에 도시된 바와 같이 각각의 대향측에 위치된다. 그것 대신, 도 5d는 애노드 전극(21) 및 캐소드 전극(22)의 개방된 탭 단자의 배열체가 상호 병치될 수 있는 것을 도시한다.
도 6 및 도 7은 양단자 및 음단자를 위한 버스바 플레이트를 도시하고, 여기서 이 플레이트의 연결은 본 발명의 초음파 점용접 방법을 수행함으로써 달성된다. 도 6a는 버스바 플레이트(14)를 도시한 것으로서, 이것은 알루미늄(61) 및 니켈(62)로 제조되는 것이 바람직하고, 완성된 리튬 이온 셀 구조조의 양단자 및 음단자에 연결되기 위한 용접 플레이트(63) 및 슬릿(15)을 갖는다. 버스바 플레이트(14)의 중간에 동일한 정렬로 배치되는 슬릿(15)이 또한 있다. 각각의 슬릿(15)은 평평한 표면을 형성하도록 상방으로 굴곡될 수 있는 용접 플레이트(63)를 갖는다. 슬릿(15)의 면적은 탭(6)의 두께 및 크기에 따라 조절되거나 변화될 수 있고, 이것은 베어 셀(12)의 전극 단자의 기능을 하고, 대체로 배터리의 용량 필요량에 비례한다. 각각의 베어 셀(12)의 애노드 탭(21) 또는 캐소드 탭(22)의 두께가 증가하면, 슬릿(15)의 면적도 증가되어야 한다. 버스바(14)의 크기는 일정하지 않고, 배터리의 제조 요건에 따라 다양한 크기로 변화될 수 있다. 게다가, 이러한 버스바(14)는 적층된 셀(81) 상에 양호하게 장착되어야 한다. 도 7a를 참조하면, 탭(25)은 하나씩 하나씩 단자에 전극 구조를 연결하기 위해 초음파 점용접기를 이용하여 용접 플레이트(63) 상에 용접된다. 바람직하게, 용접 공정은 저부로부터 출발하여 최종 베어 셀(12)까지 실행된다. 용접 공정을 위한 모든 파라미터는 어떤 실수로 방지하도록 적절히 제어되어야 한다. 먼저, 버스바 플레이트(14)는 베어 셀(12)의 애노드 탭(21) 상에 설치된다. 다음에, 용접 플레이트(63) 상에 설치된 연장된 애노드 탭(21)은 초음파 점용접기를 이용하거나 다른 적절한 용접 기법을 이용하여 용접된다. 용접 공정이 완료된 후, 용접된 단자는 상방으로 굴곡되어 평평한 표면을 형성한다. 다음에, 공정은 최종 베어 셀(12)에 이르기까지 다른 베어 셀(12)에 대해 계속된다. 이들 베어 셀(12)은 용량 필요량이 만족될 때까지 하나씩 하나씩 상호 중첩 및 용접된다. 유사하게, 버스바 플레이트(14)도 캐소드 단자(22) 상에 설치되고, 동일한 초음파 점용접기 등을 사용하여 함께 용접된다. 용접 공정이 완료된 후, 용접된 단자는 상방으로 굴곡되어 평평한 표면을 형성한다. 이러한 관점에서, 초음파 점용접은 전형적으로 강력한 구조적 용접부를 형성하는 기법이고, 복잡한 기하학적 형상 및 접근하기 곤란한 접합 표면의 경우에 중요한 역할을 한다. 초음파 점용접기는 용접 플레이트의 상측 헤드 및 하측 헤드에 적용된다. 다른 선택으로서, 초음파 점용접기는 또한 용접 플레이트(63)를 상방으로 굴곡시키도록 용접 플레이트(63)의 상측 헤드에 적용될 수 있다. 이하 도 6b를 참조하면, 용접 플레이트(63)를 가지지 않는 버스바 플레이트(14)가 도시되어 있다. 이러한 공정 중에, 베어 셀(12)의 탭(25)은 절첩되고, 그리고 전극 구조를 단자에 접속하기 위해 초음파 점용접기 등을 사용하여 버스바 플레이트(14) 상에 용접된다. 그 다음의 공정은 용접 플레이트(63)를 구비하는 버스바(14)의 것과 유사하다.
도 8은 본 발명의 기 조립된 베어 셀의 사시도를 도시한다. 적절한 정렬 상태의 다수의 베어 셀(12)의 배열체가 중첩되고, 탭(25)은 본 발명의 리튬 이온 배터리(1)의 제조를 위한 연결을 형성하도록 각각의 극성에 따라 각각의 용접 플레이트(63)(도 6a) 상에 용접된다. 셀의 조립 중에, 임의의 습기가 오염되면 셀의 동작/성능에 악영향을 줄 수 있다. 그러므로, 셀 조립 공정 중에 엄격한 제어가 필요하다. 따라서, 완성된 셀 또는 완전한 셀은 임의의 습기를 제거하기 위해 오븐 내에서 건조된 후, 전해질 충전을 위해 건조실 또는 글러브 박스 내에 진입시킨다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 리튬 배터리의 제조 공정 흐름을 도시한다. 리튬 이온 배터리를 제조하기 위해, 다수의 단계를 수행해야 한다. 재료의 준비로부터 셀의 적층에 이르기까지, 본 발명의 공정은 공지된 것과 동일하다. 본 발명은 패키징 백(bag) 절단 공정, 백 성형 공정, 양면 실링 공정, 진공 실링 공정, 탈기 공정, 셀 분류 및 셀 용접 공정과 같은 제거된 이전의 공정과 대비되는 일부의 공정을 갖는다. 공통의 공정 후에 셀 적층이 완료된 경우, 모든 탭은 각각의 클러리티(clarity)에 따라 각각의 버스바 플레이트(14)에 용접된다. 다음에, 완성된 용접된 셀은 전해질 주입 전에 적절한 테플론 케이싱(11) 내에 설치된다. 이러한 관점에서, 테플론 케이싱(11)은 강성 케이싱을 필요로 하는 전해질 용액의 사용에 기인되어 누설 방지를 위한 최상의 선택이다. 테플론은 열가소성 합성 재료로서, 그 조성의 특성에 기인되어 독특한 특성을 유지한다. 다음은 전해질 분주 공정이다. 전형적으로 전해질은 에틸렌 탄산염 또는 리튬 이온의 착물을 함유하는 디에틸 탄산염과 같은 유기 탄산염의 혼합물이다. 이러한 비수성 전해질은 일반적으로 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6)와 같은 비배위성 음이온 염을 사용한다. 이 액체 전해질은 패킹(packing) 중에 주입된다. 리튬 이온 배터리 제조의 최종 단계는 셀을 활성화하는 것이다. 라인의 말기에서, 셀 사이클러를 사용하여 셀 컨티셔닝 단계가 실행된다. 셀 사이클러(도시되지 않음)는 특정 회수의 사이클 내에 충전 및 방전한다. 배터리 모듈의 사양에 따라, 직렬화 또는 병렬화를 통해 용량 및 전력을 자유롭게 조절할 수 있게 된다. 또한 배터리 관리 시스템(BMS)이 모듈 컨티셔닝 공정을 위해 모듈 사이클러에 연결될 수 있다. 게다가, 배터리 관리 시스템(BMS)은 충전식 배터리(셀 또는 배터리 팩)을 관리하는 전자 시스템으로서, 예를 들면, 배터리의 상태를 모니터링하고, 2차 데이터를 계산하고, 데이터를 보고하고, 배터리를 보호하고, 배터리의 환경을 제어하고, 및/또는 배터리를 평형화한다.
여전히 도 9를 참조하면, 본 발명은 다음의 장점을 갖는다.
1. 전력이 공급될 기기에 효과적으로 장착되는 다양한 형상 및 크기를 제공한다.
2. 다른 동등한 에너지의 2차 배터리에 비해 훨씬 경량이다.
3. 수성 배터리(예를 들면, 납축전지, 니켈-금속 하이브리드 및 니켈-카드뮴)에 비해 고도로 개방된 회로 전압. 이것은 저전압에서 전달될 수 있는 전력의 양을 증가시키므로 유익하다.
4. 메모리 효과가 없다.
5. 통상적인 니켈 금속 하이브리드 배터리의 30%/월, 낮은 자체 방전 NiMH 배터리의 약 1.25%/월, 및 니켈-카드뮴 배터리의 10%/월에 비교되는 약 5-10%/월의 자체 방전율.
6. 성분은 자유 리튬 금속이 존재하지 않으므로 환경적으로 안전하다.
본 발명의 특징은 기존의 리튬 이온 배터리를 대체하도록 구현될 수 있고, 또는 새로운 리튬 이온 배터리의 제조에서 사용될 수도 있다는 것을 예상할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 설명되었으나, 이것에 대해 다양한 변화, 적응 및 변경이 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그러므로, 본 발명은 도면에 도시된 발명의 세부에 제한되지 않고, 이와 같은 세부의 변경이 본 기술분야의 당업자에게는 명백하다는 것을 이해해야 한다.

Claims (14)

  1. 케이싱(11) 내에 결합되는 리튬 이온 배터리(1)로서,
    세퍼레이터 사이에서 서로 번갈아 배치되는 적어도 애노드 플레이트 및 캐소드 플레이트를 포함하는 적어도 하나의 베어 셀(bare cell)(12); 및
    상기 애노드와 캐소드 플레이트 각각을 그들 각각의 극성에 따라 함께 연결하는 커넥터 수단(13)을 포함하며,
    상기 커넥터 수단(13)은 한쌍의 버스바 플레이트(14)로 형성되며, 이 버스바 플레이트(14)는 상기 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 버스바 플레이트에는 복수의 슬릿(15)이 제공되어 있는 리튬 이온 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    용접 플레이트(63)가 상기 각각의 슬릿(15)으로부터 연장되도록 배치되어 있는 리튬 이온 배터리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트 각각에는, 그 플레이트의 가장자리에 배치되어 상기 버스바 플레이트(14)와 연결될 수 있도록 해주는 탭(25; tab)이 제공되어 있고, 유사한 극성을 갖는 탭(25)들은, 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 상기 유사한 극성의 탭(25)의 적층체를 형성하면서 함께 배치되며, 다른 유사한 극성을 갖는 탭(25)들은, 상기 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 상기 유사한 극성의 탭(25)의 다른 적층체를 형성하면서 함께 배치되어 있는 리튬 이온 배터리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탭(25) 각각은 상기 각각의 슬릿(15) 안으로 삽입되어 함께 용접되는 리튬 이온 배터리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 탭(25) 각각은 상기 각각의 슬릿(15) 안으로 삽입되어 상기 용접 플레이트(22) 상에서 함께 용접되는 리튬 이온 배터리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 용접 플레이트(63)는 위쪽으로 굽혀져 평평한 표면을 형성하여 상기 탭(25)을 에워싸는 리튬 이온 배터리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트(14)는 알루미늄(61) 및 니켈(62)로 만들어지며, 알루미늄 버스바 플레이트(61)는 캐소드 플레이트에 연결되고 니켈 버스바 플레이트(62)는 애노드 플레이트에 연결되는 리튬 이온 배터리.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트(14)는 리튬 이온 배터리의 요망되는 용량에 따라 다양한 크기로 형성되는 리튬 이온 배터리.
  9. 리튬 이온 배터리의 제조 방법으로서,
    a) 세퍼레이터(23) 사이에서 서로 번갈아 배치되는 적어도 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트를 포함하는 베어 셀(12)을 준비하는 단계; 및
    b) 적어도 하나의 상기 베어 셀(12)을 배치하여 베어 셀의 하나 또는 다수의 적층체(81)를 형성하는 단계; 및
    c) 커넥터 수단(13)을 배치하여, 상기 애노드와 캐소드 플레이트 각각을 그들 각각의 극성에 따라 함께 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 커넥터 수단(13)은 한쌍의 버스바 플레이트(14)로 형성되며, 이 버스바 플레이트(14) 각각은 상기 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 배치되며, 상기 버스바 플레이트(14)에는 복수의 슬릿(15)이 제공되어 있고, 상기 애노드 플레이트와 캐소드 플레이트 각각에는 그 플레이트의 가장자리에 배치되는 탭(25; tab)이 제공되어 있고, 유사한 극성을 갖는 탭들은 함께 배치되어, 베어 셀(12)의 가장자리를 따라 유사한 극성의 탭(25)의 다른 적층체를 형성하며, 다른 유사한 극성을 갖는 탭들은함께 배치되어, 상기 베어 셀의 가장자리를 따라 유사한 극성의 탭(25)의 다른 적층체를 형성하며,
    상기 탭(25)을 상기 버스바 플레이트(14)의 각각의 슬릿(15) 안으로 삽입하여 탭(25)을 상기 버스바 플레이트(14) 상에 용접하는 단계를 또한 포함하는, 리튬 이온 배터리의 제조 방법.
  10. 초음파 점 용접, 레이저 용접 등을 수행하여 상기 탭(25)을 상기 용접 플레이트(22)에 용접하는 리튬 이온 배터리의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    연결된 버스바 플레이트(14)들을 포함하는 상기 조립된 리튬 이온 배터리를 최종 포장을 위해 케이싱(11) 안에 넣는 리튬 이온 배터리의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 결합된 케이싱(11) 안에 전해질이 분배되는 리튬 이온 배터리의 제조 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버스바 플레이트(14)는 요망되는 배터리의 용량에 따라 구성되는 베어 셀(12)의 수에 따라 구성되는 리튬 이온 배터리의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    베어 셀의 상기 다적층체(81)는 베어 셀 제조 방법 중 엔빌롭드(enveloped) 세퍼레이터법, 지그재그법, 권취법 또는 평탄 젤리롤(Jellyroll)법에 따라 만들어지는 리튬 이온 배터리의 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170044472A (ko) * 2015-10-15 2017-04-25 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
CN114696047A (zh) * 2022-04-28 2022-07-01 维沃移动通信有限公司 电池结构和电子设备
DE102023127179A1 (de) * 2023-06-27 2025-01-02 GM Global Technology Operations LLC LASERGESCHWEIßTE INNENPOLE FÜR BATTERIEZELLEN

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2947765A1 (en) 2014-05-21 2015-11-26 Thermal Ceramics, Inc. Passive insulation materials
JP2018538655A (ja) 2015-10-02 2018-12-27 アーコニック インコーポレイテッドＡｒｃｏｎｉｃ Ｉｎｃ． エネルギー貯蔵装置および関連方法
US10115997B2 (en) 2016-05-12 2018-10-30 Bosch Battery Systems Llc Prismatic electrochemical cell
CN107170943A (zh) * 2017-07-05 2017-09-15 江西优特汽车技术有限公司 隔板及具有其的软包动力电池
US20220021046A1 (en) 2018-07-30 2022-01-20 Cadenza Innovation, Inc. Housing for Rechargeable Batteries
EP4087003A3 (en) * 2021-05-05 2022-12-14 DarmokTech Cell, lithium based battery and method for dissembling the battery

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4149349B2 (ja) * 2003-10-15 2008-09-10 Ｎｅｃトーキン株式会社 二次電池及びその製造方法
KR100754918B1 (ko) * 2006-04-20 2007-09-03 현대에너셀 주식회사 사이드 단자식 전지
KR100814780B1 (ko) * 2006-05-17 2008-03-19 현대에너셀 주식회사 사이드 집전판을 가지는 전지
KR101361193B1 (ko) * 2007-04-25 2014-02-11 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
US8815437B2 (en) * 2009-09-10 2014-08-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170044472A (ko) * 2015-10-15 2017-04-25 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
CN114696047A (zh) * 2022-04-28 2022-07-01 维沃移动通信有限公司 电池结构和电子设备
DE102023127179A1 (de) * 2023-06-27 2025-01-02 GM Global Technology Operations LLC LASERGESCHWEIßTE INNENPOLE FÜR BATTERIEZELLEN

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