WO2024101903A1 - 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

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오정섭
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Definitions

  • the present invention relates to batteries, battery packs containing the same, and automobiles.
  • Secondary batteries which are easy to apply depending on the product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EV, Electric Vehicle) and hybrid vehicles (HEV, Hybrid Electric Vehicle) that are driven by an electrical drive source. It is universally applied.
  • EV Electric Vehicle
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • These secondary batteries not only have the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also have the advantage of not generating any by-products due to energy use, so they are attracting attention as a new energy source for eco-friendliness and improving energy efficiency.
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • the operating voltage of these unit secondary battery cells is approximately 2.5V to 4.5V.
  • a battery pack is formed by connecting a plurality of battery cells in series. Additionally, a battery pack may be constructed by connecting multiple battery cells in parallel depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack and the type of electrical connection can be set in various ways depending on at least one of the required output voltage and charge/discharge capacity.
  • cylindrical, prismatic, and pouch-type battery cells are known as types of secondary battery cells.
  • an insulating separator is interposed between the anode and the cathode, and this is wound to form a jelly roll-shaped electrode assembly, which is inserted into the housing together with the electrolyte to form a battery.
  • the housing has polarity by being connected to the cathode or anode (usually the cathode), insulation is also required between the housing and the jelly roll-shaped electrode assembly.
  • cylindrical battery cells are recently applied to electric vehicles, the form factor of cylindrical battery cells is increasing. That is, the diameter and height of cylindrical battery cells are increasing compared to conventional cylindrical battery cells with form factors such as 18650 and 21700. Increasing form factor results in increased energy density, increased safety against thermal runaway, and improved cooling efficiency. And, in the case of cylindrical battery cells with increased form factors, insulation between the housing and the jelly roll-shaped electrode assembly is becoming more important.
  • an insulator configured to prevent unnecessary electrical contact between the electrode assembly and the housing.
  • the maximum size of the insulator can be configured to correspond to the inner diameter of the housing.
  • the process of inserting the insulator into the housing may not be smooth.
  • the insulator when the insulator is inserted into the housing, its shape may be deformed, and damaged insulator parts may cause problems in which the insulating function cannot be properly performed.
  • the present invention was created in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a battery with a structure that can reliably prevent unnecessary electrical contact between the electrode assembly and the housing.
  • one object of the present invention is to enable the insulator to be easily inserted into the housing in the process of inserting the insulator into the housing.
  • the purpose of the present invention is to prevent the insulator from being damaged and unnecessary electrical contact between the electrode assembly and the housing occurring through the damaged portion during the process of inserting the insulator into the housing.
  • a battery according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problems includes an electrode assembly; a housing having an open portion formed on one side and a closure portion formed on an opposite side of the open portion, and configured to receive the electrode assembly through the open portion; and a cover portion interposed between the closing portion and the electrode assembly and a side portion interposed between the outer peripheral surface of the electrode assembly and the side wall of the housing, wherein the side portion includes a stress relief portion formed at a predetermined depth from the end.
  • insulator Includes.
  • the stress relief portion may be provided in plural numbers along the circumference of the side portion.
  • the stress relief portion may have a structure notched to a predetermined depth from an end of the side portion.
  • the end perimeter of the side portion may be discontinuous.
  • the stress relief portion may have a structure that is cut to a predetermined depth from an end of the side portion.
  • the end circumference of the side portion may be continuous.
  • the insulator may have a maximum diameter larger than the inner diameter of the housing when not accommodated in the housing.
  • the insulator may have a maximum diameter at the end of the side portion.
  • the insulator may be formed to have a larger diameter at an end of the side portion than a diameter at a connection portion of the cover portion and the side portion.
  • the insulator may be configured to have a larger diameter as it moves from the connection portion between the side portion and the cover portion to the end of the side portion.
  • the electrode assembly may include a first uncoated portion extending in a direction toward the closed portion.
  • the insulator may be configured so that the first uncoated portion is not exposed through the stress relief portion formed on the side portion.
  • the battery is electrically coupled to the electrode assembly and may include a first current collector interposed between the electrode assembly and the closure portion.
  • the cover part may be interposed between the current collector and the closure part.
  • the battery may include a battery terminal that penetrates the closure and is coupled to the first current collector.
  • the cover part may have an insulator hole formed at a position corresponding to the battery terminal and the winding center hole of the electrode assembly.
  • unnecessary electrical contact between the electrode assembly and the housing can be reliably prevented.
  • the insulator in the process of inserting the insulator into the housing, the insulator can be easily inserted into the housing.
  • the insulator in the process of inserting the insulator into the housing, it is possible to prevent the insulator from being damaged and unnecessary electrical contact between the electrode assembly and the housing occurring through the damaged portion.
  • FIG. 1 is an overall perspective view showing an exemplary form of a battery according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the internal structure of the upper portion of the battery shown in FIG. 1.
  • Figure 3 is a partial enlarged view of Figure 2.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams showing an insulator according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram for explaining problems when applying an insulator without a stress relief part, unlike the insulator of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an insulator according to an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating an insulator having a structure in which the shape of the stress relief portion is different compared to the insulator shown in FIGS. 4 and 5.
  • Figures 8 and 9 are diagrams showing a cross section of the insulator of the present invention, and are diagrams for explaining changes in the diameter of the insulator.
  • Figure 10 is a diagram for explaining the positional relationship between the stress relief portion formed in the insulator of the present invention and the uncoated portion of the electrode assembly.
  • FIG. 11 is a diagram showing an exemplary form of a current collector (first current collector) applied to the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the internal structure of the lower portion of the battery shown in FIG. 1.
  • Figure 13 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 14 is a diagram showing a car according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an overall perspective view showing an exemplary form of a battery according to the present invention
  • FIG. 2 is a view showing the internal structure of the upper portion of the battery shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a partial enlarged view of FIG. 2.
  • 4 and 5 are diagrams showing an insulator according to an embodiment of the present invention.
  • the battery 1 may include an electrode assembly 10, a housing 20, and an insulator 30.
  • the battery 1 of the present invention may be, for example, a cylindrical battery.
  • the electrode assembly 10 may include a first electrode having a first polarity, a second electrode having a second polarity opposite to the first polarity, and a separator interposed between the first electrode and the second electrode.
  • the electrode assembly 10 may have a form in which a laminate including a first electrode, a second electrode, and a separator is wound in one direction. That is, the electrode assembly 10 may be, for example, a jelly roll type electrode assembly.
  • a winding center hole 10a may be formed in the area that is the center of the winding.
  • the first electrode may include a first uncoated region 11, which is an area where the electrode active material is not applied.
  • the first uncoated portion 11 may extend from one end of the first electrode along the winding direction of the electrode assembly 10. As a result, the first uncoated portion 11 can be provided on the first surface substantially perpendicular to the outer peripheral surface of the electrode assembly 10.
  • the second electrode may include a second uncoated region 12, which is an area where the electrode active material is not applied (see FIG. 12).
  • the second uncoated portion 12 may extend from one end of the second electrode along the winding direction of the electrode assembly 10.
  • the second uncoated portion 12 can be provided on a second surface (a surface located on the opposite side from the first surface) that is approximately perpendicular to the outer peripheral surface of the electrode assembly 10.
  • a separator may be located on the outermost side of the electrode assembly 10.
  • a separator may be located on the inner wall of the winding center hole 10a.
  • the first uncoated region 11 and/or the second uncoated region 12 may include a plurality of segmented pieces formed by dividing them along the winding direction of the electrode assembly 10. there is. These segment pieces can be formed by notching the first uncoated area 11 and/or the second uncoated area 12 to a predetermined depth. The plurality of segment pieces may be bent along approximately the radial direction of the electrode assembly 10. In this case, some of the segments adjacent to each other along the radial direction may overlap each other.
  • the battery housing 20 may have an open portion formed on one side and a closed portion formed on an opposite side of the open portion.
  • the battery housing 20 may be configured to receive the electrode assembly 10 through an opening.
  • the battery housing 20 may include conductive metal.
  • the battery housing 20 may have a substantially hollow cylindrical shape.
  • the battery housing 20 may be electrically connected to, for example, a second electrode of the electrode assembly 10 .
  • the insulator 30 may include a cover part 31 and a side part 32.
  • the insulator 30 can prevent unnecessary electrical connection between the electrode assembly 10 and the battery housing 20.
  • the insulator 30 may include a material having insulating properties.
  • the cover part 31 may be interposed between the closing part of the battery housing 20 and the electrode assembly 10.
  • the cover portion 31 may be interposed between the closed portion of the battery housing 20 and the first uncoated portion 11 of the electrode assembly 10.
  • the cover portion 31 may have an insulator hole 31a formed at approximately the center.
  • the insulator hole 31a may be provided at a position corresponding to the winding center hole 10a of the electrode assembly 10.
  • the insulator hole 31a is provided with the battery terminal 50 and the current collector (first current collector) 40, which will be described later, in the battery 1 of the present invention. ) can function as a passage for binding between
  • the cover part 31 may be provided with an electrolyte hole 31b.
  • the electrolyte hole 31b may function as a circulation passage to ensure smooth circulation of the electrolyte contained within the battery housing 20.
  • the side portion 32 may be interposed between the outer peripheral surface of the electrode assembly 10 and the side wall of the battery housing 20.
  • the side portion 32 may extend from around the edge of the cover portion 31.
  • the side portion 32 may extend in a direction toward the opening of the battery housing 20.
  • the cover part 31 may have a substantially flat shape, and the side part 32 may extend along a direction approximately perpendicular to the plane forming the cover part 31.
  • the side portion 32 may include a stress relief portion 32a formed at a predetermined depth from its end.
  • a stress relief portion 32a formed at a predetermined depth from its end.
  • a plurality of stress relieving parts 32a may be provided along the circumference of the side part 32.
  • a plurality of stress relief portions 32a may be positioned along the circumference of the side portion 32 and spaced apart from each other.
  • the stress relief portion 32a may have a structure notched to a predetermined depth from the end of the side portion 32. That is, the stress relieving part 32a may have a groove shape indented to a predetermined depth from the end of the side part 32.
  • the circumference of the end of the side portion 32 may be discontinuous in the area where the stress relieving portion 32a is formed.
  • the shape of the area removed by the notching may be approximately trapezoidal as shown in the drawings of the present invention.
  • the shape of the area removed by notching is not limited to this, and notching may be performed in various shapes that can make the circumference of the end of the side portion 32 discontinuous. .
  • Figure 6 is a diagram for explaining problems when applying an insulator without a stress relief part, unlike the insulator of the present invention.
  • the insulator 30 without the stress relief portion 32a such as the insulator 30 of the present invention
  • the insulator 30 accumulates in the side portion 32.
  • a region D in which the side portion 32 is crumpled may be generated due to the stress. If the insulator 30 is deformed and/or damaged in this way, the quality of the manufactured battery 1 may deteriorate and/or safety problems may occur as described above.
  • FIG. 7 an insulator 30 having a different form from the insulator 30 of the present invention shown in FIGS. 4 and 5 will be described.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an insulator according to an embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating an insulator having a structure in which the shape of the stress relief portion is different compared to the insulator shown in FIGS. 4 and 5.
  • the stress relief portion 32a formed in the insulator 30 of the present invention may have a structure that is cut to a predetermined depth from the end of the side portion 32.
  • the stress relief portion 32a shown in FIG. 7 is not provided in the form of removing a portion of the side portion 32 like the stress relief portion 32a shown in FIGS. 4 and 5, but is provided as a side portion ( 32) can be formed by cutting a portion of the area.
  • the stress relief portion 32a is formed by forming a cut line at a predetermined depth from the end of the side portion 32, stress is applied to the side portion 32 during the process of inserting the insulator 30 into the battery housing 20.
  • the stress can be relieved through natural shape deformation in the incised area.
  • the circumference of the end of the side portion 32 may be continuous in the area where the stress relieving portion 32a is formed.
  • continuous does not mean that the side portion 32 has a smooth shape without cracks along its edge, but rather means that the side portion 32 exists continuously without any removed areas along its edge. It means.
  • Figures 8 and 9 are diagrams showing a cross section of the insulator of the present invention, and are diagrams for explaining changes in the diameter of the insulator.
  • the maximum diameter (R2) of the insulator 30 when not accommodated in the battery housing 20 is formed to be larger than the inner diameter of the battery housing 20. You can. In this case, when the maximum diameter (R2) of the insulator 30 is configured to be larger than the inner diameter of the battery housing 20, the insulator 30 is inserted into the battery housing 20 when the insulator 30 is inserted into the battery housing 20. It can be well fixed without moving within it.
  • the maximum diameter (R2) of the insulator 30 when the maximum diameter (R2) of the insulator 30 is formed to be larger than the inner diameter of the battery housing 20, stress may be applied to the insulator 30 when inserting the insulator 30 into the battery housing 20. This stress can be relieved through the stress relief portion 32a as described above.
  • the insulator 30 of the present invention may be configured to have a maximum diameter (R2) at the end of the side portion 32.
  • the insulator 30 may be configured to have a maximum diameter at the end of the side portion 32.
  • the insulator 30 may have a larger diameter at the end of the side portion R2 than the diameter R1 at the connection portion between the cover portion 31 and the side portion 32.
  • the side portion 32 may be configured to have a diameter (R1) that is approximately the same as the cover portion 31 in an area adjacent to the cover portion 31.
  • the side portion 32 may be configured to have a larger diameter starting from a point that is a certain distance away from the cover portion 31 toward the end.
  • the insulator 30 may be configured to have a larger diameter as it moves from the connection portion between the side portion 32 and the cover portion 31 to the end of the side portion 32.
  • Figure 10 is a diagram for explaining the positional relationship between the stress relief portion formed in the insulator of the present invention and the uncoated portion of the electrode assembly.
  • the electrode assembly 10 of the present invention may be provided with a first uncoated portion 11, and this first uncoated portion 11 is oriented in a direction toward the closed portion of the housing 20. can be extended to At this time, the insulator 30 may be configured so that the first uncoated portion 11 is not exposed through the stress relief portion 32a formed on the side portion 32.
  • the first uncoated portion 11 is not exposed due to the stress relief portion 32a of the insulator 30. It may not be possible. That is, the depth of notching and/or cutting for forming the stress relief portion 32a may be determined at a level where the first uncoated portion 11 is not exposed through the stress relief portion 32a.
  • Figure 11 is a diagram showing an exemplary form of a current collector applied to the present invention.
  • the battery 1 may include a current collector 40 and/or a battery terminal 50 and/or a first gasket G1.
  • the current collector 40 may be configured to electrically connect the battery terminal 50 and the electrode assembly 10.
  • the current collector 40 may be electrically coupled to the electrode assembly 10.
  • the current collector 40 may be electrically connected to the first electrode of the electrode assembly 10.
  • the current collector 40 may be combined with the first uncoated portion 11 of the electrode assembly 10.
  • the insulator 30 of the present invention may be interposed between the closed portion of the housing 20 and the current collector 40.
  • the cover part 31 of the insulator 30 may be interposed between the closed part of the housing 20 and the current collector 40.
  • the current collector 40 may be disposed on the first side of the electrode assembly 10.
  • the current collector 40 may include a first coupling part 41 and a second coupling part 42.
  • the first coupling portion 41 may be configured to be electrically coupled to the electrode assembly 10.
  • the first coupling portion 41 may be coupled to the first uncoated portion 11 of the electrode assembly 10.
  • the first coupling portion 41 may be coupled to a coupling surface formed by bending the first uncoated portion 11. At least a portion of the first coupling portion 41 may be coupled to the first uncoated portion 11 in an area where the number of overlapping layers of segment pieces of the first uncoated portion 11 is maximized.
  • the second coupling portion 42 may be electrically coupled to the battery terminal 50.
  • the second coupling portion 42 may be electrically coupled to the first portion 51 of the battery terminal 50.
  • the second coupling portion 42 is connected to the first coupling portion of the battery terminal 50 by a welding tool inserted through the winding center hole 10a of the electrode assembly 10 or a laser irradiated through the former center hole 10a. It can be welded with part 51.
  • the current collector 40 of the present invention may have a structure in which the first coupling portion 41 and the second coupling portion 42 are spaced apart from each other along the radial direction.
  • the current collector 40 may include a rim portion 43 located on the outer periphery of the first coupling portion 41 and the second coupling portion 42.
  • the current collector 40 may include a connecting portion 44 configured to connect the rim portion 43 and the second coupling portion 42. In this way, when the first coupling portion 41 and the second coupling portion 42 are not directly connected to each other but indirectly connected through the rim portion 43, the impact applied to the battery 1 can be distributed.
  • the battery terminal 50 may be configured to be electrically connected to the electrode assembly 10 through a closed portion provided on the opposite side of the open portion of the battery housing 20.
  • the battery terminal 50 may be electrically connected to the first electrode of the electrode assembly 10.
  • the battery terminal 50 may function as the first terminal of the battery 1.
  • the battery terminal 50 and the battery housing 20 may have opposite polarities. In this case, in order to prevent contact between these parts and ensure the airtightness of the battery housing 20, the battery housing 20 and the battery terminal 50 A first gasket (G1) may be provided between them.
  • the battery terminal 50 may include a first part 51 and a second part 52.
  • the first part 51 may be provided at a position corresponding to the winding center hole 10a of the electrode assembly 10.
  • the second part 52 may be exposed to the outside of the battery housing 20 .
  • the second portion 52 may be located approximately at the center of the closed portion of the battery housing 20.
  • the battery terminal 50 may include a third part 53 provided outside the first part 51.
  • the third portion 53 may be riveted toward the closed portion of the battery housing 20 to secure the battery terminal 50 to the battery housing 20.
  • the battery terminal 50 penetrates the closed portion of the battery housing 20 and the current collector 40 ) can be combined with.
  • the cover portion 31 of the insulator 30 may include an insulator hole 31a formed at a position corresponding to the battery terminal 50 and the winding center hole 10a of the electrode assembly 10.
  • FIG. 12 is a diagram showing the internal structure of the lower portion of the battery shown in FIG. 1.
  • the battery 1 may include a current collector (second current collector) 60.
  • the current collector 60 may be configured to electrically connect the electrode assembly 10 and the battery housing 20.
  • the current collector 60 may be electrically connected to the second electrode of the electrode assembly 10.
  • the current collector 60 may be electrically coupled to the second uncoated portion 12 provided on the second surface of the electrode assembly 10.
  • the current collector 60 may be electrically coupled to the inner surface of the battery housing 20.
  • the current collector 60 may be electrically coupled to the beading portion 21 formed by press-fitting the outer peripheral surface of the battery housing 20.
  • the battery 1 may include a cap 70.
  • the cap 70 may be configured to close the opening of the battery housing 20.
  • the cap 70 may be fixed by a crimping portion 22 that extends and bends from the beading portion 21 of the battery housing 20 and wraps around the edge of the cap 70.
  • a second gasket G2 may be interposed between the cap 70 and the inner surface of the battery housing 20.
  • the cap 70 may include a venting portion 71 that is weak compared to the remaining area.
  • the venting portion 71 may be configured to partially reduce the thickness of the cap 70.
  • the venting portion 71 may be configured to break when the internal pressure of the battery 1 increases and exceeds a predetermined pressure.
  • Figure 13 is a diagram showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 3 includes a battery 1 according to an embodiment of the present invention and a pack housing 2 that accommodates the battery 1. It can be included. There may be a plurality of batteries 1, and the plurality of batteries 1 may be electrically connected to each other.
  • the battery 1 of the present invention may be configured so that the battery terminal 50 and the closed portion of the battery housing 20 can function as a first electrode terminal and a second electrode terminal, respectively. Therefore, when arranging a plurality of batteries 1 in the pack housing 2, the battery terminals 50 of all batteries 1 are arranged to face upward, so that electrical connection can be made at the top of the battery 1. .
  • Figure 14 is a diagram showing a car according to an embodiment of the present invention.
  • a vehicle 5 may include a battery pack 3 according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 5 may be configured to operate by receiving power from the battery pack 3.
  • the vehicle 5 may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 전극 조립체; 일 측에 형성된 개방부 및 상기 개방부의 반대편에 형성되는 폐쇄부를 구비하며, 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하도록 구성되는 하우징; 및 상기 폐쇄부와 상기 전극 조립체 사이에 개재되는 커버부 및 상기 전극 조립체의 외주면과 상기 하우징의 측벽 사이에 개재되는 사이드부를 포함하며, 상기 사이드부는 그 단부로부터 소정 깊이로 형성되는 응력 완화부를 구비하는 인슐레이터; 를 포함한다.

Description

배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 배터리, 그리고 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 11월 08일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2022-0148247호에 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 전기 자동차(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 자동차(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 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다.
따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수 및 전기적 연결 형태는, 요구되는 출력 전압과 충방전 용량 중 적어도 하나에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리 셀이 알려져 있다. 원통형 배터리 셀의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전해질과 함께 하우징 내부에 삽입하여 전지를 구성한다.
여기서, 하우징이 음극 또는 양극(통상적으로 음극)에 연결되어 극성을 가지는 경우 하우징과 젤리롤 형태의 전극 조립체 사이에도 절연이 필요하다.
한편, 최근 원통형 배터리 셀이 전기 자동차에 적용됨에 따라 원통형 배터리 셀의 폼 팩터가 증가하고 있다. 즉, 원통형 배터리 셀의 직경과 높이가 종래의 18650, 21700 등의 폼 팩터를 가진 원통형 배터리 셀에 비해 증가하고 있다. 폼 팩터의 증가는 에너지 밀도의 증가, 열 폭주에 대한 안전성 증대, 그리고 냉각 효율의 향상을 가져온다. 그리고, 폼 팩터가 증가된 원통형 배터리 셀의 경우 하우징과 젤리롤 형태의 전극 조립체 사이에서의 절연이 더 중요해지고 있다.
절연을 위해 전극 조립체와 하우징 간의 불필요한 전기적 접촉을 방지하도록 구성되는 인슐레이터를 적용하는 것을 고려할 수 있다. 인슐레이터를 적용하여 전극 조립체와 하우징 간의 불필요한 접촉을 방지하기 위해서고 인슐레이터가 하우징 내에서 움직이는 것을 방지하기 위해서 인슐레이터의 최대 사이즈를 하우징의 내경과 대응되도록 구성할 수 있다.
그러나, 이 경우 인슐레이터를 하우징에 삽입하는 공정이 원활하지 않을 수 있다. 다른 측면에서는, 인슐레이터가 하우징에 삽입될 때 형태 변형을 일으킬 ㅅ 있고 손상된 인슐레이터 부위로 인해 절연 기능을 정상적으로 수행하지 못하는 문제가 발생될 수도 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 전극 조립체와 하우징 간의 불필요한 전기적 접촉이 확실하게 방지될 수 있도록 하는 구조를 갖는 배터리를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명은 인슐레이터를 하우징 내에 삽입하는 공정에 있어서, 인슐레이터가 하우징 내에 용이하게 삽입될 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 인슐레이터를 하우징 내에 삽입하는 공정에 있어서, 인슐레이터가 손상되어 손상 부위를 통해 전극 조립체와 하우징 간의 불필요한 전기적 접촉이 발생되는 것을 방지하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는, 전극 조립체; 일 측에 형성된 개방부 및 상기 개방부의 반대편에 형성되는 폐쇄부를 구비하며, 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하도록 구성되는 하우징; 및 상기 폐쇄부와 상기 전극 조립체 사이에 개재되는 커버부 및 상기 전극 조립체의 외주면과 상기 하우징의 측벽 사이에 개재되는 사이드부를 포함하며, 상기 사이드부는 그 단부로부터 소정 깊이로 형성되는 응력 완화부를 구비하는 인슐레이터; 를 포함한다.
상기 응력 완화부는, 상기 사이드부의 둘레를 따라 복수개 구비될 수 있다.
상기 응력 완화부는, 상기 사이드부의 단부로부터 소정 깊이 노칭된 구조를 가질 수 있다.
상기 사이드부의 단부 둘레는 불연속적일 수 있다.
상기 응력 완화부는, 상기 사이드부의 단부로부터 소정 깊이 절개된 구조를 가질 수 있다.
상기 사이드부의 단부 둘레는 연속적일 수 있다.
상기 인슐레이터는, 상기 하우징 내에 수용되지 않은 상태에서의 그 최대 직경이 상기 하우징의 내경보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 인슐레이터는, 상기 사이드부의 단부에서 최대 직경을 가질 수 있다.
상기 인슐레이터는, 상기 커버부와 상기 사이드부의 연결 부위에서의 직경보다 상기 사이드부의 단부에서의 직경이 더 크게 형성될 수 있다.
상기 인슐레이터는, 상기 사이드부와 상기 커버부와의 연결부위로부터 상기 사이드부의 단부로 갈수록 더 큰 직경을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 전극 조립체는 상기 폐쇄부를 향하는 방향으로 연장되는 제1 무지부를 구비할 수 있다.
상기 인슐레이터는 상기 제1 무지부가 상기 사이드부에 형성되는 상기 응력 완화부를 통해 노출되지 않도록 구성될 수 있다.
상기 배터리는 전극 조립체와 전기적으로 결합되며 상기 전극 조립체와 상기 폐쇄부 사이에 개재되는 제1 집전체를 포함할 수 있다.
상기 커버부는 집전체와 상기 폐쇄부 사이에 개재될 수 있다.
상기 배터리는 상기 폐쇄부를 관통하여 상기 제1 집전체와 결합되는 배터리 단자를 포함할 수 있다.
상기 커버부는 상기 배터리 단자 및 상기 전극 조립체의 권취 중심 홀과 대응되는 위치에 형성되는 인슐레이터 홀을 구비할 수 있다.
본 발명의 상술한 기술적 과제는, 본 발명에 따른 배터리를 포함하는 배터리 팩에 의해서도 해결될 수 있다.
본 발명의 상술한 기술적 과제는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차에 의해서도 해결될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체와 하우징 간의 불필요한 전기적 접촉이 확실하게 방지될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 인슐레이터를 하우징 내에 삽입하는 공정에 있어서, 인슐레이터가 하우징 내에 용이하게 삽입되도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 인슐레이터를 하우징 내에 삽입하는 공정에 있어서, 인슐레이터가 손상되어 손상 부위를 통해 전극 조립체와 하우징 간의 불필요한 전기적 접촉이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 유리한 효과는, 상술한 효과에 제한되지 않으며, 본 발명의 배터리, 배터리 팩 및 자동차에 따라 얻어질 수 있는 효과들 중 위에서 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 발명에 따른 배터리의 예시적인 형태를 나타내는 전체 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리의 상부(Upper portion)의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인슐레이터를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 인슐레이터와 달리 응력 완화부가 없는 인슐레이터를 적용한 경우의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인슐레이터를 나타내는 도면으로서, 도 4 및 도 5에 도시된 인슐레이터와 비교하여 응력 완화부의 형태가 상이한 구조를 갖는 인슐레이터를 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는은 본 발명의 인슐레이터의 단면을 나타내는 도면으로서, 인슐레이터의 직경 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 인슐레이터에 형성되는 응력 완화부와 전극 조립체의 무지부 간의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명에 적용되는 집전체(제1 집전체)의 예시적인 형태를 나타나내는 도면이다.
도 12는 도 1에 도시된 배터리의 하부(Lower portion)의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
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 아니 되며, 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 일부 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.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1)를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 예시적인 형태를 나타내는 전체 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리의 상부(Upper portion)의 내부 구조를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 부분 확대도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인슐레이터를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1)는 전극 조립체(10), 하우징(20) 및 인슐레이터(30)를 포함할 수 있다. 본 발명의 배터리(1)는 예를 들어 원통형 배터리일 수 있다.
상기 전극 조립체(10)는 제1 극성을 갖는 제1 전극, 제1 극성과 반대의 제2 극성을 갖는 제2 전극, 그리고 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다. 상기 전극 조립체(10)는 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 포함하는 적층체를 일 방향으로 권취한 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는 예를 들어 젤리롤 타입의 전극 조립체일 수 있다. 상기 전극 조립체(10)가 이처럼 권취된 형태를 갖는 경우, 권취 중심이 되는 영역에는 권취 중심 홀(10a)이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극은 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제1 무지부(11)를 포함할 수 있다. 상기 제1 무지부(11)는 제1 전극의 일 단부에서 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 연장될 수 있다. 이로써, 상기 제1 무지부(11)는 전극 조립체(10)의 외주면과 대략 수직한 제1 면 상에 구비될 수 있다.
상기 제2 전극은 전극 활물질이 도포되지 않은 영역인 제2 무지부(12)를 포함할 수 있다(도 12 참조). 상기 제2 무지부(12)는 제2 전극의 일 단부에서 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 연장될 수 있다. 이로써, 상기 제2 무지부(12)는 전극 조립체(10)의 외주면과 대략 수직한 제2 면(상기 제1 면과 반대 측에 위치하는 면) 상에 구비될 수 있다.
상기 전극 조립체(10)의 최 외각에는 분리막이 위치할 수 있다. 상기 권취 중심 홀(10a)의 내벽면 상에는 분리막이 위치할 수 있다.
도면에 구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 제1 무지부(11) 및/또는 제2 무지부(12)는 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 분할되어 형성되는 복수의 분절편을 포함할 수 있다. 이러한 분절편은, 제1 무지부(11) 및/또는 제2 무지부(12)를 소정 깊이로 노칭함으로써 형성될 수 있다. 복수의 분절편들은 전극 조립체(10)의 대략 반경 방향을 따라 밴딩될 수 있다. 이 경우, 반경 방향을 따라 서로 이웃하는 분절편들 중 일부는 서로 중첩될 수 있다.
상기 배터리 하우징(20)은, 일 측에 형성되는 개방부 및 상기 개방부의 반대편에 형성되는 폐쇄부를 구비할 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)은 개방부를 통해 전극 조립체(10)를 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)은 전도성 금속을 포함할 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)은 속이 빈 대략 원통형상을 가질 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 인슐레이터(30)는 커버부(31) 및 사이드부(32)를 포함할 수 있다. 상기 인슐레이터(30)는 전극 조립체(10)와 배터리 하우징(20) 간의 불필요한 전기적 연결이 발생되지 않도록 할 수 있다. 이러한 기능을 고려하여, 상기 인슐레이터(30)는 절연성을 갖는 재료를 포함할 수 있다.
상기 커버부(31)는 배터리 하우징(20)의 폐쇄부와 전극 조립체(10) 사이에 개재될 수 있다. 상기 커버부(31)는 배터리 하우징(20)의 폐쇄부와 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11) 사이에 개재될 수 있다. 상기 커버부(31)는 대략 중심부에 형성되는 인슐레이터 홀(31a)을 구비할 수 있다. 상기 인슐레이터 홀(31a)은 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(10a)과 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 상기 인슐레이터 홀(31a)은 본 발명의 배터리(1)에 후술할 배터리 단자(50) 및 집전체(제1 집전체)(40)가 구비되는 경우에 있어서 배터리 단자(50)와 집전체(40) 간의 결합을 위한 통로서 기능할 수 있다. 상기 커버부(31)는 전해액 홀(31b)을 구비할 수 있다. 상기 전해액 홀(31b)은 복수개 구비될 수 있다. 상기 전해액 홀(31b)은 배터리 하우징(20) 내부에 수용되는 전해액의 순환이 원활하게 이루어지도록 하는 순환 통로로서 기능할 수 있다.
상기 사이드부(32)는 전극 조립체(10)의 외주면과 배터리 하우징(20)의 측벽 사이에 개재될 수 있다. 상기 사이드부(32)는 커버부(31)의 가장자리 둘레로부터 연장될 수 있다. 상기 사이드부(32)는 배터리 하우징(20)의 개방부를 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 상기 커버부(31)는 대략 플랫한 형태를 가질 수 있으며, 사이드부(32)는 커버부(31)를 이루는 평면과 대략 수직한 방향을 따라 연장될 수 있다.
상기 사이드부(32)는 그 단부로부터 소정 깊이로 형성되는 응력 완화부(32a)를 구비할 수 있다. 본 발명의 인슐레이터(30)가 이와 같은 응력 완화부(32a)를 구비하는 경우, 배터리 하우징(20) 내에 인슐레이터(30)를 삽입하는 공정에 있어서 인슐레이터(30)의 가장자리 둘레에 가해지는 응력에 의해 인슐레이터(30)가 형태 변형을 일으키는 것을 방지 또는 최소화 할 수 있다. 만약, 상기 인슐레이터(30)를 배터리 하우징(20) 내에 삽입하는 과정에서 인슐레이터(30)에 가해지는 응력으로 인해 인슐레이터(30)에 손상이 발생하거나 형태 변형이 발생되는 경우, 인슐레이터(30)가 절연체로서의 기능을 적절히 수행할 수 없게 될 수 있으며, 이로써 제조된 배터리(1)의 품질 저하 및/또는 안정상의 문제가 발생할 수 있다.
상기 응력 완화부(32a)는 사이드부(32)의 둘레를 따라 복수개 구비될 수 있다. 복수의 응력 완화부(32a)는 사이드부(32)의 둘레를 따라 서로간에 이격되어 위치할 수 있다. 상기 응력 완화부(32a)는 사이드부(32)의 단부로부터 소정 깊이 노칭된 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 응력 완화부(32a)는 사이드부(32)의 단부로부터 소정 깊이로 내입된 홈 형태를 가질 수 있다. 상기 사이드부(32)의 단부 둘레는 응력 완화부(32a)가 형성된 영역에서 불연속적일 수 있다.
상기 노칭에 의해 제거되는 영역의 형태는 본 발명의 도면에 도시된 바와 같은 대략 사다리꼴 형태일 수 있다. 그러나, 상기 사이드부(32)에 있어서, 노칭에 의해 제거되는 영역의 형태는 이로써 제한되지 않으며, 사이드부(32)의 단부 둘레가 불연속적으로 구성되도록 할 수 있는 다양한 형태로 노칭이 이루어질 수 있다.
도 6을 통해 인슐레이터(30)에 본 발명의 응력 완화부가 형성되지 않은 경우에 있어서의 문제점을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 인슐레이터와 달리 응력 완화부가 없는 인슐레이터를 적용한 경우의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 인슐레이터(30)와 같이 응력 완화부(32a)가 형성되지 않은 인슐레이터(30)를 배터리 하우징(20)의 개방부를 통해 삽입하는 경우, 사이드부(32)에 축적되는 응력에 의해 사이드부(32)가 구겨지는 영역(D)이 발생될 수 있다. 이처럼 인슐레이터(30)에 형태 변형 및/또는 손상이 발생되는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 제조된 배터리(1)의 품질 저하 및/또는 안전상의 문제가 발생될 수 있다.
다음은, 도 7을 참조하여, 도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 인슐레이터(30)와 다른 형태를 갖는 인슐레이터(30)를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인슐레이터를 나타내는 도면으로서, 도 4 및 도 5에 도시된 인슐레이터와 비교하여 응력 완화부의 형태가 상이한 구조를 갖는 인슐레이터를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 인슐레이터(30)에 형성되는 응력 완화부(32a)는 사이드부(32)의 단부로부터 소정 깊이 절개된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 도 7에 도시된 응력 완화부(32a)는 도 4 및 도 5에 도시된 응력 완화부(32a)처럼 사이드부(32)의 일부 영역을 제거한 형태로 구비되는 것이 아니라, 사이드부(32)의 일부 영역을 절개함으로써 형성될 수 있다.
이처럼 상기 사이드부(32)의 단부로부터 소정 깊이 절개 라인을 형성함으로써 응력 완화부(32a)를 형성하는 경우에도 인슐레이터(30)를 배터리 하우징(20) 내에 삽입하는 과정에서 사이드부(32)에 가해지는 응력이 절개된 영역에서의 자연스러운 형태 변형을 통해 해소될 수 있다. 상기 사이드부(32)의 단부 둘레는 응력 완화부(32a)가 형성된 영역에서 연속적일 수 있다. 여기서, “연속적”이라는 표현은, 사이드부(32)가 그 단부 둘레를 따라 균열 없이 매끈한 형태를 갖는다는 의미가 아니라, 사이드부(32)가 그 단부 둘레를 따라 제거된 영역 없이 연속적으로 존재한다는 의미이다.
다음은, 도 2와 함께 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인슐레이터(30)이 직경에 대해서 설명하기로 한다.
도 8 및 도 9는은 본 발명의 인슐레이터의 단면을 나타내는 도면으로서, 인슐레이터의 직경 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 2와 함께 도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 인슐레이터(30)는 배터리 하우징(20) 내에 수용되지 않은 상태에서의 그 최대 직경(R2)이 배터리 하우징(20)의 내경보다 더 크게 형성될 수 있다. 이처럼 인슐레이터(30)의 최대 직경(R2)이 배터리 하우징(20)의 내경보다 크게 구성되는 경우에는, 인슐레이터(30)를 배터리 하우징(20)에 삽입하였을 때 인슐레이터(30)가 배터리 하우징(20) 내에서 움직이지 않고 잘 고정될 수 있다.
이처럼, 인슐레이터(30)의 최대 직경(R2)이 배터리 하우징(20)의 내경보다 더 크게 형성되는 경우, 인슐레이터(30)를 배터리 하우징(20)에 삽입함에 있어서 인슐레이터(30)에 응력이 가해질 수 있는데, 앞서 설명한 바와 같은 응력 완화부(32a)를 통해 이러한 응력을 해소할 수 있다.
한편, 본 발명의 인슐레이터(30)는 사이드부(32)의 단부에서 최대 직경(R2)을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 인슐레이터(30)는 사이드부(32)의 단부에서 최대 직경을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 인슐레이터(30)는 커버부(31)와 사이드부(32)의 연결 부위에서의 직경(R1)보다 사이드부(R2)의 단부에서의 직경이 더 크게 형성될 수 있다. 상기 사이드부(32)는 커버부(31)와 인접한 영역에서는 커버부(31)와 대략 동일한 직경(R1)을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 사이드부(32)는 커버부(31)로부터 일정 거리 이상 떨어진 지점부터 단부로 갈수록 더 큰 직경을 갖도록 구성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 인슐레이터(30)는 사이드부(32)와 커버부(31)의 연결부위로부터 사이드부(32)의 단부로 갈수록 더 큰 직경을 갖도록 구성될 수 있다.
다음은, 도 2와 함께 도 10을 참조하여, 본 발명의 응력 완화부(32a)와 제1 무지부(11) 간의 예시적인 위치 관계를 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 인슐레이터에 형성되는 응력 완화부와 전극 조립체의 무지부 간의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2와 함께 도 10을 참조하면, 본 발명의 전극 조립체(10)는 제1 무지부(11)를 구비할 수 있으며, 이러한 제1 무지부(11)는 하우징(20)의 폐쇄부를 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 이 때, 상기 인슐레이터(30)는 제1 무지부(11)가 사이드부(32)에 형성되는 응력 완화부(32a)를 통해 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 상기 전극 조립체(10)에 인슐레이터(30)를 결합한 상태에서 전극 조립체(10)의 외주면을 바라보았을 때, 인슐레이터(30)이 응력 완화부(32a)로 인해 제1 무지부(11)는 노출되지 않을 수 있다. 즉, 상기 응력 완화부(32a)의 형성을 위한 노칭 및/또는 절개의 깊이는 제1 무지부(11)가 응력 완화부(32a)를 통해 노출되지 않는 수준에서 결정될 수 있다.
이처럼, 상기 응력 완화부(32a)의 형성 깊이가 제1 무지부(11)가 노출되지 않는 수준으로 결정되는 경우, 응력 완화부(32a)의 형성에 따른 절연 기능의 감소 우려를 해소할 수 있다.
다음은, 도 2 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 배터리(1)에 집전체(40) 및/또는 배터리 단자(50) 및/또는 제1 가스켓(G1)이 적용되는 경우에 대해서 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명에 적용되는 집전체의 예시적인 형태를 나타나내는 도면이다.
도 2 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1)는 집전체(40) 및/또는 배터리 단자(50) 및/또는 제1 가스켓(G1)을 포함할 수 있다.
상기 집전체(40)는 배터리 단자(50)와 전극 조립체(10)를 전기적으로 연결시키도록 구성될 수 있다. 상기 집전체(40)는 전극 조립체(10)와 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 집전체(40)는 전극 조립체(10)의 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 집전체(40)는 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 결합될 수 있다. 이처럼 본 발명의 배터리(1)가 집전체(40)를 구비하는 경우, 본 발명의 인슐레이터(30)는 하우징(20)의 폐쇄부와 집전체(40) 사이에 개재될 수 있다. 상기 인슐레이터(30)의 커버부(31)는 하우징(20)의 폐쇄부와 집전체(40) 사이에 개재될 수 있다.
상기 집전체(40)는 전극 조립체(10)의 제1 면 상에 배치될 수 있다. 상기 상기 집전체(40)는 제1 결합부(41) 및 제2 결합부(42)를 포함할 수 있다. 상기 제1 결합부(41)는 전극 조립체(10)와 전기적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 결합부(41)는 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 결합될 수 있다. 상기 제1 결합부(41)는 제1 무지부(11)가 밴딩되어 형성되는 결합 면 상에 결합될 수 있다. 상기 제1 결합부(41)의 적어도 일부는 제1 무지부(11)의 분절편들의 중첩 레이어수가 최대가 되는 영역에서 제1 무지부(11)와 결합될 수 있다.
상기 제2 결합부(42)는 배터리 단자(50)와 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 제2 결합부(42)는 배터리 단자(50)의 제1 부분(51)과 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 제2 결합부(42)는 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(10a)을 통해 삽입되는 용접 도구 또는 구너취 중심 홀(10a)을 통해 조사되는 레이저에 의해 배터리 단자(50)의 제1 부분(51)과 용접될 수 있다.
본 발명의 집전체(40)는 제1 결합부(41)와 제2 결합부(42)가 반경 방향을 따라 상호 이격된 구조를 가질 수 있다. 상기 집전체(40)는 제1 결합부(41) 및 제2 결합부(42)의 외측 둘레에 위치하는 림부(43)를 포함할 수 있다. 상기 집전체(40)는 림부(43)와 제2 결합부(42)를 연결하도록 구성되는 연결부(44)를 포함할 수 있다. 이처럼, 제1 결합부(41)와 제2 결합부(42)가 서로 직접 연결되지 않고 림부(43)를 통해 간접적으로 연결되는 경우, 배터리(1)에 가해지는 충격을 분산시킬 수 있다. 즉, 제1 결합부(41)의 용접부에 가해지는 충격이 제2 결합부(42)의 용접부에 전달되는 것을 최소화 할 수 있으며, 제2 결합부(42)의 용접부에 가해지는 충격이 제1 결합부(41)에 전달되는 것 역시 최소화 할 수 있다.
상기 배터리 단자(50)는 배터리 하우징(20)의 개방부의 반대 편에 구비되는 폐쇄부를 통해 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 배터리 단자(50)는 예를 들어 전극 조립체(10)의 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 배터리 단자(50)는 배터리(1)의 제1 단자로서 기능할 수 있다. 상기 배터리 단자(50)와 배터리 하우징(20)은 서로 반대 극성을 가질 수 있으며, 이 경우 이들 부품 간의 접촉 방지 및 배터리 하우징(20)의 밀폐성 확보를 위해 배터리 하우징(20)와 배터리 단자(50) 사이에는 제1 가스켓(G1)이 구비될 수 있다.
상기 배터리 단자(50)는 제1 부분(51) 및 제2 부분(52)을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분(51)은 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(10a)과 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 상기 제2 부분(52)은 배터리 하우징(20)의 외측으로 노출될 수 있다. 상기 제2 부분(52)은 배터리 하우징(20)의 폐쇄부의 대략 중심부에 위치할 수 있다. 상기 배터리 단자(50)는 제1 부분(51)의 외측에 구비되는 제3 부분(53)을 포함할 수 있다. 상기 제3 부분(53)은 배터리 하우징(20)의 폐쇄부를 향해 리벳팅(riveting) 되어 배터리 단자(50)를 배터리 하우징(20)에 고정시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 본 발명의 배터리(1)가 집전체(40) 및 배터리 단자(50)를 포함하는 경우, 배터리 단자(50)는 배터리 하우징(20)의 폐쇄부를 관통하여 집전체(40)와 결합될 수 있다. 또한, 상기 인슐레이터(30)의 커버부(31)는 배터리 단자(50) 및 전극 조립체(10)의 권취 중심 홀(10a)과 대응되는 위치에 형성되는 인슐레이터 홀(31a)을 구비할 수 있다.
다음은, 도 12를 참조하여 본 발명의 배터리(1)의 하부(lower portion)의 구조를 설명하기로 한다.
도 12는 도 1에 도시된 배터리의 하부(Lower portion)의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1)는 집전체(제2 집전체)(60)를 포함할 수 있다. 상기 집전체(60)는 전극 조립체(10)와 배터리 하우징(20)을 전기적으로 연결시키도록 구성될 수 있다. 상기 집전체(60)는 전극 조립체(10)의 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 집전체(60)는 전극 조립체(10)의 제2 면 상에 구비되는 제2 무지부(12)와 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 집전체(60)는 배터리 하우징(20)의 내측 면 상에 전기적으로 결합될 수 있다. 상기 집전체(60)는 배터리 하우징(20)의 외주면 둘레가 압입되어 형성되는 비딩부(21) 상에 전기적으로 결합될 수 있다.
상기 배터리(1)는 캡(70)을 포함할 수 있다. 상기 캡(70)은 배터리 하우징(20)의 개방부를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 상기 캡(70)은 배터리 하우징(20)의 비딩부(21)로부터 연장 및 절곡되어 캡(70)의 가장자리 둘레를 감싸도록 구성되는 크림핑부(22)에 의해 고정될 수 있다. 상기 캡(70)과 배터리 하우징(20)의 내측 면 사이에는 제2 가스켓(G2)이 개재될 수 있다. 상기 캡(70)은 나머지 영역과 비교하여 취약하게 구성되는 벤팅부(71)를 포함할 수 있다. 상기 벤팅부(71)는 캡(70)의 두께를 부분적으로 감소시키도록 구성될 수 있다. 상기 벤팅부(71)는 배터리(1)의 내압이 증가하여 소정의 압력 이상이 되면 파단되도록 구성될 수 있다.
다음은, 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)을 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 1과 함께 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1) 및 배터리(1)를 수용하는 팩 하우징(2)을 포함할 수 있다. 상기 배터리(1)는 복수개가 구비될 수 있으며, 복수의 배터리(1)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 배터리(1)는 배터리 단자(50)와 배터리 하우징(20)의 폐쇄부가 각각 제1 전극 단자와 제2 전극 단자로서 기능할 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 팩 하우징(2) 내에 복수의 배터리(1)들을 배치함에 있어서, 모든 배터리(1)의 배터리 단자(50)가 상방을 향하도록 배치함으로써 배터리(1)의 상부에서 전기적 연결을 이룰 수 있다.
다음은, 도 14을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)를 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)을 포함할 수 있다. 상기 자동차(5)는 배터리 팩(3)에 의해 전력을 공급 받아 동작하도록 구성될 수 있다. 상기 자동차(5)는, 예를 들어 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차일 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
1: 배터리
2: 팩 하우징
3: 배터리 팩
5: 자동차
10: 전극 조립체
10a: 권취 중심 홀
11: 제1 무지부
12: 제2 무지부
20: 배터리 하우징
21: 비딩부
22: 크림핑부(crimping portion)
30: 인슐레이터
31: 커버부
31a: 인슐레이터 홀
31b: 전해액 홀
32a: 전해액 홀
32: 사이드부
32a: 응력 완화부
40: 집전체(제1 집전체)
41 제1 결합부
42: 제2 결합부
43: 림부
44: 연결부
50: 배터리 단자
51: 제1 부분
52: 제2 부분
53: 제3 부분
G1: 제1 가스켓
60: 집전체(제2 집전체)
70: 캡
G2: 제2 가스켓

Claims (15)

  1. 전극 조립체;
    일 측에 형성된 개방부 및 상기 개방부의 반대편에 형성되는 폐쇄부를 구비하며, 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하도록 구성되는 배터리 하우징; 및
    상기 폐쇄부와 상기 전극 조립체 사이에 개재되는 커버부 및 상기 전극 조립체의 외주면과 상기 배터리 하우징의 측벽 사이에 개재되는 사이드부를 포함하며, 상기 사이드부는 그 단부로부터 소정 깊이로 형성되는 응력 완화부를 구비하는 인슐레이터;
    를 포함하는 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응력 완화부는,
    상기 사이드부의 둘레를 따라 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 응력 완화부는,
    상기 사이드부의 단부로부터 소정 깊이 노칭된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 사이드부의 단부 둘레는 불연속적인 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 응력 완화부는,
    상기 사이드부의 단부로부터 소정 깊이 절개된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 사이드부의 단부 둘레는 연속적인 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 배터리 하우징 내에 수용되지 않은 상태에서의 그 최대 직경이 상기 배터리 하우징의 내경보다 더 큰 것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 사이드부의 단부에서 최대 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 커버부와 상기 사이드부의 연결 부위에서의 직경보다 상기 사이드부의 단부에서의 직경이 더 큰 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 인슐레이터는,
    상기 사이드부와 상기 커버부와의 연결부위로부터 상기 사이드부의 단부로 갈수록 더 큰 직경을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 상기 폐쇄부를 향하는 방향으로 연장되는 제1 무지부를 구비하며,
    상기 인슐레이터는 상기 제1 무지부가 상기 사이드부에 형성되는 상기 응력 완화부를 통해 노출되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배터리는 전극 조립체와 전기적으로 결합되며 상기 전극 조립체와 상기 폐쇄부 사이에 개재되는 제1 집전체를 포함하며,
    상기 커버부는 집전체와 상기 폐쇄부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리는 상기 폐쇄부를 관통하여 상기 제1 집전체와 결합되는 배터리 단자를 포함하며,
    상기 커버부는 상기 배터리 단자 및 상기 전극 조립체의 권취 중심 홀과 대응되는 위치에 형성되는 인슐레이터 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리를 포함하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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