WO2026005178A1 - 집전체 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents

집전체 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차

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WO2026005178A1
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battery
battery cell
current collector
electrode
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황동성
고광훈
김도균
김건국
최현우
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell, a battery pack, and a vehicle including the battery cell.
  • the present invention relates to a battery cell, a battery pack including the same, and a vehicle.
  • secondary batteries include lithium-ion batteries, lithium polymer batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, and nickel-zinc batteries.
  • the operating voltage of these unit secondary battery cells i.e., unit battery cells, is approximately 2.5 V to 4.5 V. Therefore, when a higher output voltage is required, multiple battery cells are connected in series to form a battery pack. Furthermore, depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack, a number of battery cells are connected in parallel to form a battery pack. Therefore, the number of battery cells included in the battery pack can be set in various ways depending on the required output voltage and/or charge/discharge capacity.
  • the cathode collector structure included in conventional cylindrical batteries features a curved slit to form a current path.
  • structures utilizing curved slits struggle to achieve a certain level of curvature, limiting fluidity.
  • the present invention aims to provide a battery cell having a low resistance structure through a curved slit structure.
  • Another object of the present invention is to secure fluidity in the direction of the winding axis through a collector structure including a plurality of slits.
  • Another purpose of the present invention is to implement a fusing function by adjusting the slit spacing.
  • Another purpose of the present invention is to secure a welding area between the entire body and the non-conductive part to a certain level or more.
  • a battery cell comprises: an electrode assembly in which a first electrode, a second electrode, and a separator interposed therebetween are wound around a winding axis to define a core and an outer circumferential surface, wherein the first electrode has a first uncoated portion exposed to the outside of the separator and has no active material layer coated on a long side end thereof along the winding direction, and at least a portion of the first uncoated portion is used as an electrode tab in itself; a battery housing including an opening on one side thereof and configured to receive the electrode assembly through the opening; a cell terminal configured to pass through a surface of the battery housing located on an opposite side of the opening; And a current collector including a first non-coated portion coupling portion arranged on one side of the electrode assembly and configured to be welded to the first non-coated portion, a terminal coupling portion positioned spaced apart from the first non-coated portion coupling portion and configured to be welded to the cell terminal, and
  • the first non-woven bonding portion can form a ring-shaped region having a predetermined thickness.
  • the area of the first non-conductive bonding portion may be 60 to 80% of the total area of the entire collector.
  • the plurality of slits may be arranged point-symmetrically around the center of the entire body.
  • the slit has a predetermined radius of curvature, and the radius of curvature of the slit may be configured to be smaller than the radius of curvature of the current collector.
  • one end of the slit may pass through a virtual first concentric circle centered on the center of the entire body.
  • the other end of the slit may pass through a virtual second concentric circle centered on the center of the collector and having a larger radius than the first concentric circle.
  • the terminal joint portion may be configured to be smaller than or equal to the first concentric circle.
  • connection region may include a first slit and a second slit spaced apart from the first slit by a predetermined distance, and may include a bridge portion provided in a region between the first slit and the second slit.
  • the bridge portion may include at least one fuse portion.
  • the width of the fuse portion may be configured to have a length obtained by subtracting the radius of the first concentric circle from the radius of the second concentric circle.
  • the length of the fuse portion may correspond to the circumferential distance between one end of one slit and the other end of an adjacent slit.
  • the present invention provides a battery pack comprising: at least one battery cell according to the above-described embodiment; and a pack housing accommodating a plurality of the battery cells.
  • the present invention provides a vehicle including at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • the present invention provides a current collector applied to a battery cell including an electrode assembly having a first unlined portion and a second unlined portion, a battery housing accommodating the electrode assembly through an opening formed on one side thereof and electrically connected to the second unlined portion, and a cell terminal electrically connected to the first unlined portion, the current collector comprising: a first unlined portion joining portion disposed on one side of the electrode assembly and configured to be welded to the first unlined portion; a terminal joining portion positioned spaced apart from the first unlined portion joining portion and configured to be welded to the cell terminal; and a connecting region provided between the first unlined portion joining portion and the terminal joining portion, the connecting region having a plurality of slits spaced apart at a predetermined interval in the circumferential direction and having a convex shape toward the radially outward direction.
  • a battery cell having a low resistance structure can be provided.
  • the fluidity of the entire collector in the direction of the winding axis can be secured.
  • the fusing function of the entire collector can be secured.
  • a welding area between the current collector and the non-conductive portion can be secured to a certain level or higher. Accordingly, welding quality can be improved.
  • FIG. 1 is a drawing showing the appearance of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of a battery cell according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a drawing for explaining an electrode assembly, cell terminal, and current collector included in the battery cell of FIG. 1.
  • Figure 4 is a drawing for explaining a collector according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is a drawing for explaining the welding area in the entire body of Fig. 4.
  • FIG. 6 is a drawing for explaining a collector according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a drawing for explaining the shape of a current collector welded to an electrode assembly according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a drawing for explaining a battery pack including the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a drawing for explaining a vehicle including the battery pack of FIG. 8.
  • first and second are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are used merely to distinguish one component from another, and unless otherwise specified, a “first” component may also be a “second” component.
  • Any configuration being placed “on (or below)” a component or “on (or below)” a component may mean not only that any configuration is placed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, but also that other configurations may intervene between said component and any configuration placed on (or below) said component.
  • the direction along the longitudinal direction of the winding axis of the electrode assembly (10) wound in the form of a jelly roll is referred to as the axial direction.
  • the direction surrounding the winding axis is referred to as the circumferential direction or the peripheral direction.
  • the direction approaching or away from the winding axis is referred to as the radial direction.
  • the direction approaching the winding axis is particularly referred to as the centripetal direction
  • the direction away from the winding axis is referred to as the centrifugal direction.
  • FIG. 1 is a drawing showing the appearance of a battery cell (1) according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the internal structure of a battery cell (1) according to one embodiment of the present invention.
  • a battery cell (1) includes an electrode assembly (10), a battery housing (20), a cell terminal (30), and a current collector (40).
  • the battery cell (1) may further include an insulating gasket (G2) and/or an insulator (50).
  • the electrode assembly (10) includes a first electrode having a first polarity, a second electrode having a second polarity, and a separator interposed between the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode is an anode or a cathode
  • the second electrode corresponds to an electrode having a polarity opposite to that of the first electrode.
  • the electrode assembly (10) may have, for example, a jelly-roll structure. That is, the electrode assembly (10) may be manufactured by stacking a first electrode plate and a second electrode plate in a sheet shape at least once with a separator interposed therebetween, and winding the stack in one direction with the center of the winding (C) as the standard. In this case, an additional separator may be provided on the outer circumferential surface of the electrode assembly (10) for insulation from the battery housing (20). Any jelly-roll structure known in the art may be applied to the present invention without limitation.
  • the first electrode includes a first electrode plate and a first electrode active material applied on one or both surfaces of the first electrode plate. At one end of the first electrode plate in the width direction (in the direction parallel to the Z-axis), there is a first uncoated portion (11) on which the first electrode active material is not applied.
  • the first uncoated portion (11) functioning as a first electrode tab is hereinafter referred to as a first uncoated portion (11).
  • the first uncoated portion (11) is provided at an upper portion in the height direction (in the direction parallel to the Z-axis) of the electrode assembly (10) accommodated in the battery housing (20).
  • the first electrode plate includes a first uncoated portion (11) on which an active material layer is not coated at a long end and which is exposed to the outside of the separator, and a part of the first uncoated portion (11) is used as an electrode tab in and of itself.
  • the first uncoated portion (11) may be, for example, a positive electrode tab.
  • the first non-coated portion (11) may include a plurality of segments (11a) divided along the winding direction of the electrode assembly (10).
  • the plurality of segments (11a) may be bent along the radial direction of the electrode assembly (10).
  • the plurality of bent segments (11a) may be overlapped in multiple layers.
  • the first non-coated portion joining portion (41) described later may be joined to an area where the plurality of segments (11a) are overlapped in multiple layers.
  • the second electrode includes a second electrode plate and a second electrode active material applied on one or both surfaces of the second electrode plate.
  • the non-coated portion functioning as a second electrode tab is hereinafter referred to as a second non-coated portion (12).
  • the second non-coated portion (12) is provided at the lower portion in the height direction (in the direction parallel to the Z-axis) of the electrode assembly (10) accommodated in the battery housing (20).
  • the second electrode plate includes a second non-coated portion (12) on which an active material layer is not coated on a long end and which is exposed to the outside of the separator, and at least a portion of the second non-coated portion (12) is used as an electrode tab in its own right.
  • the second non-coated portion (12) may be, for example, a negative electrode tab.
  • the second non-coating portion (12) may include a plurality of segments (11a) divided along the winding direction of the electrode assembly (10).
  • the plurality of segments (11a) may be bent along the radial direction of the electrode assembly (10).
  • the plurality of bent segments (11a) may be overlapped in multiple layers.
  • the second current collector may be coupled to an area where the plurality of segments (11a) are overlapped in multiple layers.
  • the first non-conductive portion (11) and the second non-conductive portion (12) extend in opposite directions along the height direction (parallel to the Z-axis) of the battery cell (1).
  • the first non-conductive portion (11) extends toward the closed portion of the battery housing (20), and the second non-conductive portion (12) extends toward the open portion of the battery housing (20).
  • the positive electrode active material coated on the positive electrode plate and the negative electrode active material coated on the negative electrode plate can be used without limitation as long as they are active materials known in the art.
  • FIG. 3 is a drawing for explaining an electrode assembly (10), a cell terminal (30), and a current collector (40) included in a battery cell (1) of FIG. 1.
  • the structure of the electrode assembly (10) will be described in more detail.
  • the first electrode among the first and second electrodes described above will be described as an example, but the structure of the first electrode can be equally applied to the second electrode.
  • the first non-woven portion (11) may include a plurality of segments (11a) that have been notched.
  • the plurality of segments (11a) form a plurality of groups, and the segments (11a) belonging to each group may have substantially the same height (length in the Z direction) and/or width (length in the X direction) and/or spacing pitch.
  • the number of segments (11a) belonging to each group may increase or decrease compared to that shown.
  • the non-coated portions (11, 12) can be bent along the radial direction of the electrode assembly (10), for example, from the outer circumference side to the core side.
  • the radially adjacent segments (11a) overlap in multiple layers to form a bending surface at the upper and lower portions of the electrode assembly (10).
  • the above battery housing (20) may be configured to include an opening on one side and accommodate the electrode assembly (10) through the opening.
  • the battery housing (20) is a roughly cylindrical container having an opening formed at the bottom, and is made of a conductive material such as metal, for example.
  • the material of the battery housing (20) may be, for example, steel, stainless steel, or nickel-plated iron.
  • the upper surface located opposite the opening is referred to as a closed portion.
  • the side wall portion and the closed portion of the battery housing (20) may be formed integrally. Alternatively, the side wall portion and the closed portion of the battery housing (20) may be provided separately and joined to each other by welding, etc.
  • the upper surface of the battery housing (20) (the surface parallel to the X-Y plane), i.e., the outer surface (20a) of the closed portion, may have a roughly flat shape.
  • the battery housing (20) accommodates the electrode assembly (10) through the opening formed at the bottom, and also accommodates an electrolyte.
  • the above battery housing (20) is electrically connected to the electrode assembly (10).
  • the battery housing (20) is electrically connected, for example, to the second non-conductive portion (12) of the electrode assembly (10).
  • the battery housing (20) has the same polarity as the second non-conductive portion (12).
  • the cell terminal (30) is made of a conductive metal material.
  • aluminum (Al) may be used as the material for the cell terminal (30). If the material for the cell terminal (30) is aluminum, processing may be facilitated during rivet processing.
  • the cell terminal (30) may be made of 10-series aluminum, which has a relatively low electrical resistance.
  • the above cell terminal (30) passes through the upper surface of the battery housing (20), i.e., the surface (parallel to the X-Y plane) located on the opposite side of the opening of the battery housing (20).
  • the cell terminal (30) is electrically connected to, for example, the first non-polarized portion (11) of the electrode assembly (10).
  • the cell terminal (30) has the first polarity. Therefore, the cell terminal (30) can function as a first electrode terminal in the battery cell (1) of the present invention.
  • the cell terminal (30) When the cell terminal (30) has the first polarity as described above, the cell terminal (30) is electrically insulated from the battery housing (20) having the second polarity. Electrical insulation between the cell terminal (30) and the battery housing (20) can be achieved in various ways. For example, insulation can be achieved by interposing an insulating gasket (G2) between the cell terminal (30) and the battery housing (20). Alternatively, insulation can be achieved by forming an insulating coating layer on a portion of the cell terminal (30). Alternatively, a method of structurally firmly fixing the cell terminal (30) so that contact between the cell terminal (30) and the battery housing (20) is impossible can be applied. Alternatively, a plurality of methods among the methods described above can be applied together. The cell terminal (30) can be riveted onto the closing portion of the battery housing (20).
  • G2 insulating gasket
  • the bonding between the bottom surface of the central region of the cell terminal (30) and the current collector (40) can be achieved by, for example, laser welding, spot welding, or ultrasonic welding.
  • the above welding can be performed by irradiating a laser through a hole formed in the winding center (C) of the electrode assembly (10) or by inserting a tool for ultrasonic welding or spot welding to form a welding bead on one side of the current collector (40) (the side facing the hole formed in the winding center (C) of the electrode assembly (10).
  • the battery cell (1) can ensure smooth current flow at the joint portion of the current collector (40) and the cell terminal (30) when a large amount of current flows due to rapid charging, thereby bringing about effects such as shortening the charging time and reducing the amount of heat generated.
  • the insulating gasket (G2) may be interposed between the outer surface (20a) of the closed portion of the battery housing (20) and the cell terminal (30).
  • the insulating gasket (G2) may be made of, for example, a resin material having insulating and elastic properties. Accordingly, the insulating gasket (G2) may electrically insulate between the battery housing (20) and the cell terminal (30).
  • FIG. 4 is a drawing for explaining a current collector (40) according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a drawing for explaining a welding area in the current collector (40) of FIG. 4.
  • the current collector (40) is coupled to the upper portion of the electrode assembly (10).
  • the current collector (40) is made of a conductive metal material and is connected to the first non-conductive portion (11). More specifically, the current collector (40) can be welded to the upper portion of the electrode assembly (10).
  • the current collector (40) is made of a conductive metal material.
  • aluminum (Al) can be used as the material of the current collector (40).
  • the current collector (40) can include an Al1100-H14 material.
  • the current collector (40) electrically connects the first non-conductive portion (11) of the electrode assembly (10) and the cell terminal (30).
  • the current collector (40) may be welded to a bonding surface (bent surface) formed by bending an end of the first non-coated portion (11) in a direction parallel to the current collector (40).
  • the bending direction of the first non-coated portion (11) may be the radial direction of the electrode assembly (10).
  • the bending direction of the first non-coated portion (11) may be, for example, a direction toward the winding center (C) of the electrode assembly (10).
  • At least a portion of the first non-coated portion (11) and/or the second non-coated portion (12) may include a plurality of segments (11a) divided along the winding direction of the electrode assembly (10).
  • the plurality of segments (11a) may be bent along the radial direction of the electrode assembly (10).
  • the plurality of bent segments (11a) may be overlapped in multiple layers.
  • the first non-coated portion joining portion (41) of the current collector (40) described later may be joined to an area where the plurality of segments (11a) are overlapped in multiple layers.
  • the current collector (40) includes a first non-conductive coupling portion (41), a terminal coupling portion (42), and a connection area (43).
  • the first non-coated portion coupling part (41) may be positioned on one side of the electrode assembly (10).
  • the first non-coated portion coupling part (41) may be coupled on one of the two axial sides of the electrode assembly (10) on which the first non-coated portion (11) is positioned.
  • the first non-woven part joining portion (41) extends inward from the first non-woven part joining portion (41) and is welded to the first non-woven part (11). At this time, a welded portion may be provided between the first non-woven part joining portion (41) and the first non-woven part (11).
  • the first non-conductive bonding portion (41) may form a ring-shaped region having a predetermined thickness.
  • the first non-conductive bonding portion (41) may be configured in an approximately donut-shaped shape. In this case, welding may be continuously performed in the region having the donut shape.
  • the area of the first non-conductive bonding portion (41) may be configured to be about 60 to 80% of the total area of the current collector (40). More preferably, the area of the first non-conductive bonding portion (41) may be configured to be about 75% of the total area of the current collector (40).
  • the first non-conductive portion joining portion (41) is configured in a continuous ring shape, a welding area can be secured above a certain level. Accordingly, the welding quality between the first non-conductive portion (11) and the current collector (40) can be effectively improved. Accordingly, the internal resistance of the battery cell (1) can be effectively reduced. In other words, according to the above configuration of the present invention, a low-resistance battery cell (1) can be realized.
  • the terminal coupling portion (42) may be positioned spaced apart from the first non-conductive portion coupling portion (41). Preferably, the terminal coupling portion (42) may be positioned inside the first non-conductive portion coupling portion (41).
  • the terminal coupling portion (42) may be coupled to the cell terminal (30) by welding.
  • the terminal coupling portion (42) may have a diameter substantially equal to or larger than the diameter of the flat portion formed on the bottom surface of the cell terminal (30).
  • the terminal coupling portion (42) may form a circular area centered on the center of the current collector (40) and having a predetermined radius.
  • the current collector (40) may include a connection area (43) provided between the first non-conductive coupling portion (41) and the terminal coupling portion (42).
  • connection area (43) may form a ring-shaped area having a predetermined thickness.
  • the connection area (43) may be configured in a shape having a substantially donut shape.
  • the connection area (43) may be provided in a region radially inner than the first non-conductive portion connecting portion (41).
  • a terminal connecting portion (42) may be provided in the radially inner region of the connection area (43).
  • the first non-conductive portion coupling portion (41) and the terminal coupling portion (42) can be electrically connected by the connection area (43).
  • the first non-conductive portion coupling portion (41) and the terminal coupling portion (42) can be indirectly connected by the connection area (43). Accordingly, the first non-conductive portion (11) can be electrically connected to the cell terminal (30) through the current collector (40).
  • connection region (43) may include a plurality of slits (S) spaced at a predetermined interval in the circumferential direction.
  • the connection region (43) may include at least two, three, or more slits (S).
  • the plurality of slits (S) may be arranged point-symmetrically with respect to the center of the current collector (40).
  • the slits (S) may have a shape that extends by an angle of about 180 degrees to about 270 degrees based on the center of the radius of curvature of the slits (S).
  • the slit (S) may be configured to have a curved shape.
  • the slit (S) may be configured as at least one arc.
  • the slit (S) may be configured to have a convex shape toward the radially outward direction.
  • the slit (S) may be configured to have a predetermined radius of curvature.
  • the radius of curvature of the slit (S) may be configured to be smaller than the radius of curvature (R) of the current collector (40).
  • the current collector (40) is configured in a shape of an approximately circular plate and has a predetermined radius (R).
  • the slit (S) may have a curved shape and preferably have a curved shape having a predetermined radius of curvature.
  • the radius of curvature of the slit (S) may be configured to be smaller than the radius of curvature (R) of the current collector (40). That is, the degree of curvature of the slit (S) may be configured to be larger than the degree of curvature of the edge of the current collector (40).
  • connection area (43) is relatively narrow, multiple slits (S) can be effectively arranged. Accordingly, the degree of freedom in the design of the current collector (40) can be improved. At the same time, with the configuration described above, the overall direction fluidity of the current collector (40) can be effectively secured by the slits (S).
  • a virtual first concentric circle (C1) centered around the center of the current collector (40) can be defined.
  • a virtual second concentric circle (C2) centered around the center of the current collector (40) and having a larger radius (R2) than the first concentric circle (C1) can be defined.
  • the first concentric circle (C1) and the second concentric circle (C2) can be included within the connection area (43). Accordingly, the terminal coupling portion (42) can be configured to be smaller than or equal to the first concentric circle (C1).
  • one end of the slit (S) may be configured to pass through a virtual first concentric circle (C1) centered on the center of the current collector (40). Meanwhile, the other end of the slit (S) may be configured to pass through a virtual second concentric circle (C2) centered on the center of the current collector (40) and having a larger radius (R2) than the first concentric circle (C1).
  • the slit (S) may be configured to be continuously connected from one end to the other end, and may be configured as a curved shape convex in the radial outward direction.
  • a tangent line of the one end of the slit (S) and a tangent line of the first concentric circle (C1) may be configured to be parallel to each other.
  • a tangent line of the other end of the slit (S) and a tangent line of the second concentric circle (C2) may be configured to be parallel to each other.
  • connection area (43) is relatively narrow, multiple slits (S) can be effectively arranged. Accordingly, the degree of freedom in the design of the current collector (40) can be improved. At the same time, with the configuration described above, the overall direction fluidity of the current collector (40) can be effectively secured by the slits (S).
  • connection region (43) may include a first slit (S1) and a second slit (S2) spaced apart from the first slit (S1) by a predetermined distance.
  • connection region (43) may include a bridge portion (43B) provided in the region between the first slit (S1) and the second slit (S2).
  • connection region (43) may include a plurality of bridge portions (43B). At this time, the bridge portions (43B) may form a current path.
  • current can flow from the terminal coupling portion (42) to the first non-conductive coupling portion (41) along the bridge portion (43B). That is, the bridge portion (43B) can be configured to connect the first non-conductive coupling portion (41) and the terminal coupling portion (42).
  • the bridge portion (43B) may be provided in multiple numbers.
  • each of the multiple bridge portions (43B) may be positioned between the first slit (S1) and the second slit (S2) that are adjacent to each other.
  • the bridge portions (43B) may be positioned at intervals of approximately 180 degrees based on the center of the current collector (40).
  • the bridge portions (43B) may be provided in two numbers.
  • the bridge portions (43B) may be configured to face each other.
  • FIG. 6 is a drawing for explaining a collector (40) according to another embodiment of the present invention.
  • the current collector (40) may include a first slit (S1), a second slit (S2), and a third slit (S3).
  • the first slit (S1), the second slit (S2), and the third slit (S3) may be arranged at intervals of about 120 degrees along the circumferential direction based on the center of the current collector (40). That is, the first slit (S1), the second slit (S2), and the third slit (S3) may be arranged at equal intervals in the circumferential direction.
  • three bridge portions (43B) may be provided.
  • the bridge portion (43B) may include at least one fuse portion (43F).
  • the current collector (40) may include a plurality of fuse portions (43F).
  • the width (W) of the fuse portion (43F) may be configured to have a length obtained by subtracting the radius (R1) of the first concentric circle (C1) from the radius (R2) of the second concentric circle (C2). Meanwhile, the length (L) of the fuse portion (43F) may be configured to correspond to the circumferential distance between one end of one slit (S) and the other end of an adjacent slit (S).
  • the width (W) of the fuse portion (43F) may be configured to be a length obtained by subtracting R1, the radius of the first concentric circle (C1), from R2, the radius of the second concentric circle (C2).
  • the length (L) of the fuse portion (43F) may be configured to correspond to a circumferential distance between one end of the second slit (S2) and the other end of the first slit (S1).
  • the width (W) and length (L) of the fuse portion (43F) can be easily adjusted by adjusting the radius (R1, R2) of the concentric circles (C1, C2) and the arrangement angle between the slits (S). Accordingly, the fusing function of the current collector (40) can be secured.
  • FIG. 7 is a drawing for explaining the shape of a current collector (40) welded to an electrode assembly (10) according to one embodiment of the present invention.
  • a gap may occur between the current collector (40) and the cell terminal (30) due to an axial height deviation of the electrode assembly (10).
  • the current collector (40) is pressed, causing stress in the welded portion.
  • the present invention by dispersing the stress that may have occurred due to the pressing of the current collector in the past, the stress occurring in the weld between the current collector (40) and the cell terminal (30) can be reduced. In addition, the tensile force generated by the gap can be effectively reduced. Furthermore, with this structure, damage to the current collector (40) can be prevented during elongation without a separate structure. That is, the current collector (40) composed of a single plate can be effectively elongated without damage. Furthermore, with the present invention, the production cost can be reduced and the production process can be simplified during the production of the current collector (40).
  • the insulator (50) can block the electrical connection between the first non-conductive portion (11) and the battery housing (20).
  • the insulator (50) can be interposed between the inner surface of the battery housing (20) facing the current collector (40) and the current collector (40).
  • the insulator (50) can be provided between the current collector (40) coupled to one side of the electrode assembly (10) and the inner surface of the battery housing (20).
  • it can be provided between the current collector (40) coupled to one side of the electrode assembly (10) and the inner surface of the closing portion of the battery housing (20).
  • the insulator (50) prevents contact between the current collector (40) and the battery housing (20).
  • the insulator (50) is accommodated inside the battery housing (20), covers at least a portion of the electrode assembly (10), and is configured to block electrical connection between the first non-conductive portion (11) and the battery housing (20). Therefore, the insulator (50) may be made of a material having insulating performance.
  • the insulator (50) may include an insulating polymer material.
  • FIG. 8 is a drawing for explaining a battery pack including a battery cell (1) according to one embodiment of the present invention.
  • a battery pack (3) includes a battery assembly in which a plurality of battery cells (1) according to an embodiment of the present invention are electrically connected, and a pack housing (2) accommodating the battery cells.
  • components such as a bus bar, a cooling unit, and a power terminal for electrical connection are omitted for convenience of illustration.
  • the battery pack (3) may further include various components, such as components of a battery pack (3) known at the time of filing of the present invention, such as a BMS, a pack case, a relay, and a current sensor.
  • Fig. 9 is a drawing for explaining a vehicle including the battery pack (3) of Fig. 8.
  • a vehicle (5) according to an embodiment of the present invention may be, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle, and includes a battery pack (3) according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle (5) includes a four-wheeled vehicle and a two-wheeled vehicle.
  • the vehicle (5) operates by receiving power from the battery pack (3) according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle (5) according to the present invention may further include various other components included in the vehicle in addition to the battery cell (1) or the battery pack (3).
  • the vehicle (5) according to the present invention may further include a body, a motor, a control device such as an ECU (electronic control unit), etc. in addition to the battery cell (1) according to the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 셀은, 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취된 전극 조립체로서, 제1 전극은 권취 방향을 따라 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제1 무지부를 포함하고, 제1 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는 전극 조립체, 일 측에 개방부를 포함하고 개방부를 통해 전극 조립체를 수용하도록 구성되는 배터리 하우징, 배터리 하우징의 개방부의 반대 측에 위치하는 면을 통과하도록 구성된 셀 단자 및 전극 조립체의 일 측에 배치되며 제1 무지부와 용접 결합되도록 구성된 제1 무지부 결합부, 제1 무지부 결합부와 이격되어 위치하며 셀 단자와 용접 결합되도록 구성된 단자 결합부 및 제1 무지부 결합부와 단자 결합부 사이에 구비된 연결 영역으로서, 원주 방향으로 일정 간격 이격되며 반경 방향의 외측을 향해 볼록한 형태를 갖는 복수의 슬릿이 구비된 연결 영역을 포함하는 집전체를 포함한다.

Description

집전체 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차
본 발명은 집전체 및 이를 포함하는 배터리 셀, 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 발명은 배터리 셀 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2024년 06월 26일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2024-0083967 호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 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 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 종래의 원통형 배터리에 포함되는 양극 집전판 구조는 꺾인 구조의 슬릿을 구비하여 전류 통로를 형성하였다. 하지만 내측 설계 영역 공간이 좁아 꺽인 구조의 슬릿을 이용한 구조는, 일정 수준 이상의 곡률을 갖기 어려우며, 이로 인해 유동성 확보에 제한이 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 본 발명에서는 곡선 형태의 슬릿 구조를 통해 저저항 구조를 갖는 배터리 셀을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 복수의 슬릿을 포함하는 집전체 구조를 통해 권취 축 방향의 유동성을 확보하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 슬릿 간격 조절을 통해 퓨징 기능을 구현하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은, 집전체와 무지부 사이의 용접 면적을 일정 수준 이상 확보하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀은, 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1 전극은 권취 방향을 따라 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 상기 분리막의 외부로 노출된 제1 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는 전극 조립체; 일 측에 개방부를 포함하고 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하도록 구성되는 배터리 하우징; 상기 배터리 하우징의 상기 개방부의 반대 측에 위치하는 면을 통과하도록 구성된 셀 단자; 및 상기 전극 조립체의 일 측에 배치되며 상기 제1 무지부와 용접 결합되도록 구성된 제1 무지부 결합부, 상기 제1 무지부 결합부와 이격되어 위치하며 상기 셀 단자와 용접 결합되도록 구성된 단자 결합부 및 상기 제1 무지부 결합부와 상기 단자 결합부 사이에 구비된 연결 영역으로서, 원주 방향으로 일정 간격 이격되며 반경 방향의 외측을 향해 볼록한 형태를 갖는 복수의 슬릿이 구비된 연결 영역을 포함하는 집전체를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 제1 무지부 결합부는 소정 두께를 갖는 링 형태의 영역을 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 무지부 결합부의 면적은 상기 집전체의 전체 면적 대비 60~80% 일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 복수의 슬릿은, 상기 집전체의 중앙을 중심으로 점대칭으로 배치되는 것 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 슬릿은 소정의 곡률 반경을 갖고, 상기 슬릿의 곡률 반경은, 상기 집전체의 곡률 반경보다 더 작게 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 슬릿의 일 단부는, 상기 집전체의 중앙을 중심으로 하는 가상의 제1 동심원을 지날 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 슬릿의 타 단부는, 상기 집전체의 중앙을 중심으로 하며 상기 제1 동심원보다 큰 반경을 갖는 가상의 제2 동심원을 지날 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 단자 결합부는 상기 제1 동심원보다 더 작거나 같게 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 연결 영역은, 제1 슬릿 및 상기 제1 슬릿과 소정 간격 이격된 제2 슬릿을 포함하고, 상기 제1 슬릿과 상기 제2 슬릿 사이의 영역에 구비된 브릿지부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 브릿지부는 적어도 하나의 퓨즈부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 퓨즈부의 폭은, 상기 제2 동심원의 반경에서 상기 제1 동심원의 반경을 뺀 길이를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 퓨즈부의 길이는, 어느 하나의 슬릿의 일 단부로부터 인접한 슬릿의 타 단부 사이의 원주 방향 거리와 대응될 수 있다.
한편, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 셀; 및 복수의 상기 배터리 셀을 수용하는 팩 하우징을 포함하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공한다.
한편, 본 발명은, 제1 무지부 및 제2 무지부를 구비하는 전극 조립체, 일 측에 형성된 개구부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하며 상기 제2 무지부와 전기적으로 연결되는 배터리 하우징 및 상기 제1 무지부와 전기적으로 연결되는 셀 단자를 포함하는 배터리 셀에 적용되는 집전체로서, 상기 전극 조립체의 일 측에 배치되며 상기 제1 무지부와 용접 결합되도록 구성된 제1 무지부 결합부; 상기 제1 무지부 결합부와 이격되어 위치하며 상기 셀 단자와 용접 결합되도록 구성된 단자 결합부; 및 상기 제1 무지부 결합부와 상기 단자 결합부 사이에 구비된 연결 영역으로서, 원주 방향으로 일정 간격 이격되며 반경 방향의 외측을 향해 볼록한 형태를 갖는 복수의 슬릿이 구비된 연결 영역을 포함하는 집전체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 저저항 구조를 갖는 배터리 셀을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 집전체의 권취 축 방향 유동성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 집전체의 퓨징 기능을 확보할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의하면, 집전체와 무지부 사이의 용접 면적을 일정 수준 이상 확보할 수 있다. 이에 따라, 용접 품질을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 효과는 상술한 효과들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적인 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 배터리 셀에 포함된 전극 조립체, 셀 단자 및 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태를 따르는 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 집전체에서 용접 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태를 따르는 집전체를 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시 형태를 따르는 집전체가 전극 조립체에 용접되는 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은는 도 1의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8의 배터리 팩을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 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.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다.
2 개의 비교 대상이 동일하다는 언급은 '실질적으로 동일'한 것을 의미한다. 따라서 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
설명의 편의상 본 명세서에서 젤리롤 형태로 감기는 전극 조립체(10)의 권취축의 길이 방향을 따르는 방향을 축 방향이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축을 둘러싸는 방향을 원주방향 또는 둘레 방향이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축에 가까워지거나 권취축으로부터 멀어지는 방향을 반경 방향이라 지칭한다. 이들 중 특히 권취축에 가까워지는 방향을 구심 방향, 권취축으로부터 멀어지는 방향을 원심 방향이라 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)의 외관을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실싱에 따른 배터리 셀(1)은 전극 조립체(10), 배터리 하우징(20), 셀 단자(30) 및 집전체(40)를 포함한다. 상기 배터리 셀(1)은, 상술한 구성요소들 이 외에도 추가적으로 절연 가스켓(G2) 및/또는 인슐레이터(50)를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(10)는, 제1 극성을 갖는 제1 전극, 제2 극성을 갖는 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 상기 제1 전극은 양극 또는 음극이고, 제2 전극은 제1 전극과 반대되는 극성을 갖는 전극에 해당한다.
상기 전극 조립체(10)는, 예를 들어 젤리-롤(jelly-roll) 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는, 쉬트 형상을 가진 제1 전극판 및 제2 전극판을 그 사이에 분리막을 개재시킨 상태로 적어도 1회 적층하여 형성된 적층체를 권취 중심부(C)를 기준으로 하여 일 방향으로 권취시킴으로써 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 조립체(10)의 외주면 상에는 배터리 하우징(20)과의 절연을 위해 추가적인 분리막이 구비될 수 있다. 당업계에서 알려진 젤리롤 구조라면 본 발명에 제한 없이 적용 가능하다.
상기 제1 전극은, 제1 전극판 및 제1 전극판의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제1 전극 활물질을 포함한다. 상기 제1 전극판의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 일 측 단부에는 제1 전극 활물질이 도포되지 않은 제1 무지부(11)가 존재한다. 제1 전극 탭으로서 기능하는 상기 제1 무지부(11)를 이하 제1 무지부(11)로 칭하기로 한다. 상기 제1 무지부(11)는, 배터리 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 상부에 구비된다. 즉, 상기 제1 전극판은, 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제1 무지부(11)를 포함하고, 제1 무지부(11)의 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는 것이다. 상기 제1 무지부(11)는, 예를 들어 양극 탭일 수 있다.
한편, 상기 제1 무지부(11)의 적어도 일부는, 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 분할된 복수의 분절편(11a)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 분절편(11a)은, 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 절곡될 수 있다. 절곡된 상기 복수의 분절편(11a)은, 여러 겹으로 중첩될 수 있다. 이 경우, 후술할 제1 무지부 결합부(41)는, 복수의 분절편(11a)이 여러 겹으로 중첩되어 있는 영역에 결합될 수 있다.
상기 제2 전극은, 제2 전극판 및 제2 전극판의 일 면 또는 양 면 상에 도포된 제2 전극 활물질을 포함한다. 상기 제2 전극판의 폭 방향(Z축에 나란한 방향) 타 측 단부에는 제2 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 존재한다. 제2 전극 탭으로서 기능하는 상기 무지부를 이하 제2 무지부(12)로 칭하기로 한다. 상기 제2 무지부(12)는, 배터리 하우징(20) 내에 수용된 전극 조립체(10)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 하부에 구비된다. 즉, 상기 제2 전극판은, 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 분리막의 외부로 노출된 제2 무지부(12)를 포함하고, 제2 무지부(12)의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는 것이다. 상기 제2 무지부(12)는, 예를 들어 음극 탭일 수 있다.
한편, 상기 제2 무지부(12)의 적어도 일부는, 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 분할된 복수의 분절편(11a)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 분절편(11a)은, 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 절곡될 수 있다. 절곡된 상기 복수의 분절편(11a)은, 여러 겹으로 중첩될 수 있다. 이 경우, 제2 집전체는, 복수의 분절편(11a)이 여러 겹으로 중첩되어 있는 영역에 결합될 수 있다.
상기 제1 무지부(11) 및 제2 무지부(12)는, 배터리 셀(1)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 연장된다. 상기 제1 무지부(11)는, 배터리 하우징(20)의 폐쇄부를 향해 연장되며, 제2 무지부(12)는 배터리 하우징(20)의 개방부를 향해 연장된다.
본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
도 3은 도 1의 배터리 셀(1)에 포함된 전극 조립체(10), 셀 단자(30) 및 집전체(40)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여, 상기 전극 조립체(10)의 구조를 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는 앞서 설명한 바 있는 제1 전극 및 제2 전극 중 제1 전극을 예로 들어 설명을 하지만, 이러한 제1 전극의 구조는 제2 전극에도 동일하게 적용될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 무지부(11)는, 노칭 가공된 복수의 분절편(11a)을 포함할 수 있다. 복수의 분절편(11a)은 복수의 그룹을 이루며, 각 그룹에 속한 분절편(11a)들은 높이(Z방향 길이) 및/또는 폭(X 방향 길이) 및/또는 이격 피치가 실질적으로 동일할 수 있다. 각 그룹에 속한 분절편(11a)들의 수는 도시된 것보다 증가 또는 감소될 수 있다.
무지부(11, 12)는 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라, 예를 들어 외주측으로부터 코어측으로 절곡될 수 있다. 무지부(11, 12)가 절곡될 때, 반경 방향으로 인접하고 있는 분절편(11a)들이 여러 겹으로 중첩되면서 전극 조립체(10)의 상부와 하부에 절곡 면이 형성된다.
상기 배터리 하우징(20)은, 일 측에 개방부를 포함하고 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체(10)를 수용하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 하우징(20)은 하방에 개방부가 형성된 대략 원통형의 수용체로서, 예를 들어 금속과 같은 도전성을 갖는 재질로 이루어진다. 상기 배터리 하우징(20)의 재질로는, 예를 들어 철(steel) 또는 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 니켈이 도금된 철 등이 적용될 수 있다. 상기 개방부의 반대편에 위치하는 상면을 폐쇄부라고 칭하기로 한다. 상기 배터리 하우징(20)의 측벽부와 폐쇄부는 일체로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 배터리 하우징(20)의 측벽부와 폐쇄부는 서로 개별적으로 구비되어 용접 등에 의해 상호 결합될 수도 있다. 상기 배터리 하우징(20)의 상면(X-Y 평면에 나란한 면), 즉 폐쇄부의 외부면(20a)은 대략 플랫(flat)한 형태를 가질 수 있다. 상기 배터리 하우징(20)은, 하방에 형성된 개방부를 통해 전극 조립체(10)를 수용하며, 전해질도 함께 수용한다.
상기 배터리 하우징(20)은, 전극 조립체(10)와 전기적으로 연결된다. 상기 배터리 하우징(20)은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 제2 무지부(12)와 전기적으로 연결된다. 이 경우, 상기 배터리 하우징(20)은, 제2 무지부(12)와 동일한 극성을 갖는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 셀 단자(30)는, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 상기 셀 단자(30)의 재질로는, 예를 들어 알루미늄(Al)이 이용될 수 있다. 상기 셀 단자(30)의 재질이 알루미늄인 경우 리벳 가공 시에 가공이 용이해질 수 있다. 셀 단자(30)에는 전기 저항이 비교적 낮은 10계열의 알루미늄이 적용될 수 있다.
상기 셀 단자(30)는 배터리 하우징(20)의 상면, 즉 배터리 하우징(20)의 개방부의 반대 측에 위치하는 면(X-Y 평면에 나란한 면)을 통과한다. 상기 셀 단자(30)는, 예를 들어 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 전기적으로 연결된다. 이 경우, 상기 셀 단자(30)는 제1 극성을 갖는다. 따라서, 상기 셀 단자(30)는, 본 발명의 배터리 셀(1)에 있어서 제1 전극 단자로서 기능할 수 있다.
상기 셀 단자(30)가 이처럼 제1 극성을 갖는 경우, 셀 단자(30)는 제2 극성을 갖는 배터리 하우징(20)과는 전기적으로 절연된다. 상기 셀 단자(30)와 배터리 하우징(20) 간의 전기적 절연은, 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀 단자(30)와 배터리 하우징(20) 사이에 절연 가스켓(G2)을 개재시킴으로써 절연을 실현할 수 있다. 이와는 달리, 상기 셀 단자(30)의 일부에 절연성 코팅층을 형성시킴으로써 절연을 실현할 수 있다. 또는, 상기 셀 단자(30)와 배터리 하우징(20)의 접촉이 불가능하도록 셀 단자(30)를 구조적으로 단단히 고정시키는 방식을 적용할 수도 있다. 또는, 앞서 설명한 방식들 중 복수의 방식을 함께 적용할 수도 있다. 상기 셀 단자(30)는, 배터리 하우징(20)의 페쇄부 상에 리벳(rivet) 결합될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 셀 단자(30) 중심 영역의 바닥면과 집전체(40) 간의 결합은, 예를 들어 레이저 용접, 스폿 용접 또는 초음파 용접에 의해 이루어질 수 있다.
상기 용접은, 전극 조립체(10)의 권취 중심부(C)에 형성된 홀을 통해 레이저를 조사하거나 또는 초음파 용접이나 스폿 용접을 위한 도구를 삽입하여 집전체(40)의 일 면(전극 조립체(10)의 권취 중심부(C)에 형성된 홀을 향하는 면) 상에 용접 비드를 형성함으로써 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(1)은, 급속 충전에 따른 많은 양의 전류가 흐르는 경우에 있어서, 집전체(40)와 셀 단자(30)의 결합 부위에서 원활한 전류 흐름을 보장할 수 있으며, 이로써 충전 시간의 단축, 발열량의 감소 등의 효과를 가져올 수 있다.
한편, 상기 절연 가스켓(G2)은, 상기 배터리 하우징(20)의 폐쇄부의 외부면(20a)과 셀 단자(30) 사이에 개재될 수 있다. 상기 절연 가스켓(G2)은, 예를 들어 절연성 및 탄성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 절연 가스켓(G2)은, 배터리 하우징(20)과 셀 단자(30) 사이를 전기적으로 절연시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태를 따르는 집전체(40)를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 집전체(40)에서 용접 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 집전체(40)는, 전극 조립체(10)의 상부에 결합된다. 상기 집전체(40)는, 도전성을 갖는 금속 재질로 이루어지며, 제1 무지부(11)와 연결된다. 보다 구체적으로, 상기 집전체(40)는, 전극 조립체(10)의 상부에 용접 결합될 수 있다. 상기 집전체(40)는, 전도성을 갖는 금속 재질로 이루어진다. 상기 집전체(40)의 재질로는, 예를 들어 알루미늄(Al)이 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체(40)는 Al1100-H14 재질을 포함할 수 있다. 상기 집전체(40)는, 전극 조립체(10)의 제1 무지부(11)와 셀 단자(30)를 전기적으로 연결시킨다.
상기 집전체(40)는, 제1 무지부(11)의 단부가 집전체(40)와 나란한 방향으로 절곡되어 형성된 결합 면(절곡 면) 상에 용접 결합될 수 있다. 상기 제1 무지부(11)의 절곡 방향은, 전극 조립체(10)의 반경 방향일 수 있다. 상기 제1 무지부(11)의 절곡 방향은, 예를 들어 전극 조립체(10)의 권취 중심부(C)를 향하는 방향일 수 있다. 상기 제1 무지부(11)가 이처럼 절곡된 형태를 갖는 경우, 제1 무지부(11)가 차지하는 공간이 축소되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 상기 제1 무지부(11)와 집전체(40) 간의 결합 면적의 증가로 인해 결합력 향상 및 접촉 저항 감소 효과를 가져올 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 제1 무지부(11) 및/또는 제2 무지부(12)의 적어도 일부는, 전극 조립체(10)의 권취 방향을 따라 분할된 복수의 분절편(11a)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 분절편(11a)은, 전극 조립체(10)의 반경 방향을 따라 절곡될 수 있다. 절곡된 상기 복수의 분절편(11a)은, 여러 겹으로 중첩될 수 있다. 이 경우, 후술할 집전체(40)의 제1 무지부 결합부(41)는, 복수의 분절편(11a)이 여러 겹으로 중첩되어 있는 영역에 결합될 수 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 집전체(40)는, 제1 무지부 결합부(41), 단자 결합부(42) 및 연결 영역(43)을 포함한다.
상기 제1 무지부 결합부(41)는, 전극 조립체(10)의 일 측에 배치될 수 있다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 상기 제1 무지부 결합부(41)는, 상기 전극 조립체(10)의 축 방향 양 면 중, 제1 무지부(11)가 위치한 면 상에 결합될 수 있다.
상기 제1 무지부 결합부(41)는, 제1 무지부 결합부(41)로부터 내측으로 연장되며 제1 무지부(11)와 용접 결합된다. 이 때, 상기 제1 무지부 결합부(41)와 제1 무지부(11) 사이에는 용접부가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 제1 무지부 결합부(41)는 소정 두께를 갖는 링 형태의 영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체(40)가 대략 원판 형태로 구성되는 경우에 있어서, 상기 제1 무지부 결합부(41)는 대략 도넛 형상을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이 때, 용접은 도넛 형상을 갖는 영역에 연속적으로 수행될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 무지부 결합부(41)의 면적은 상기 집전체(40)의 전체 면적 대비 약 60~80% 이되도록 구성될 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 제1 무지부 결합부(41)의 면적은 상기 집전체(40)의 전체 면적 대비 약 75% 가 되도록 구성될 수 있다.
이처럼, 상기 제1 무지부 결합부(41)가 연속적인 링 형태로 구성됨에 따라 용접 면적이 일정 수준 이상으로 확보될 수 있다. 이에 따라, 제1 무지부(11)와 집전체(40) 사이의 용접 품질이 효과적으로 향상될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(1) 내부 저항이 효과적으로 감소될 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 구성에 의하면, 저저항 배터리 셀(1)을 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 단자 결합부(42)는, 제1 무지부 결합부(41)와 이격되어 위치할 수 있다. 바람직하게, 상기 단자 결합부(42)는 상기 제1 무지부 결합부(41)의 내측에 위치할 수 있다. 상기 단자 결합부(42)는, 상기 셀 단자(30)와 용접에 의해 결합될 수 있다. 상기 단자 결합부(42)는, 셀 단자(30)의 바닥면에 형성된 평탄부와의 결합을 위한 용접 면적의 확보를 위해, 셀 단자(30)의 바닥면에 형성되는 평탄부의 직경과 실질적으로 동일하거나 더 큰 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 단자 결합부(42)는 상기 집전체(40)의 중앙을 중심으로 하고 소정 반경을 갖는 원 형태의 영역을 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 집전체(40)는 상기 제1 무지부 결합부(41)와 상기 단자 결합부(42) 사이에 구비된 연결 영역(43)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 연결 영역(43)은 소정 두께를 갖는 링 형태의 영역을 형성할 수 있다. 상기 집전체(40)가 대략 원판 형태로 구성되는 경우에 있어서, 상기 연결 영역(43)은 대략 도넛 형상을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이 때, 상기 연결 영역(43)은 상기 제1 무지부 결합부(41)보다 반경 방향으로 내측 영역에 구비될 수 있다. 동시에, 상기 연결 영역(43)의 반경 방향으로 내측 영역에는 단자 결합부(42)가 구비될 수 있다.
상기 제1 무지부 결합부(41) 및 상기 단자 결합부(42)는, 상기 연결 영역(43)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 무지부 결합부(41) 및 상기 단자 결합부(42)는 상기 연결 영역(43)에 의해 간접적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 무지부(11)는 집전체(40)를 통해 셀 단자(30)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 연결 영역(43)은, 원주 방향으로 일정 간격 이격된 복수의 슬릿(S)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 영역(43)은 적어도 2개 또는 3개 또는 그 이상의 슬릿(S)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 슬릿(S)은, 상기 집전체(40)의 중앙을 중심으로 점대칭으로 배치될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서, 상기 슬릿(S)은 상기 슬릿(S)의 곡률 반경의 중심을 기준으로 약 180도 내지 약 270도의 사이각 만큼 연장된 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 슬릿(S)은 곡선 형태를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 슬릿(S)은 적어도 하나의 호(arc)로서 구성될 수 있다. 상기 슬릿(S)은 반경 방향의 외측을 향해 볼록한 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 슬릿(S)은 소정의 곡률 반경을 갖도록 구성될 수 있다. 이 때, 상기 슬릿(S)의 곡률 반경은, 상기 집전체(40)의 곡률 반경(R)보다 더 작도록 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 집전체(40)는 대략 원판의 형태로 구성되며 소정 반경(R)을 갖는다. 이 때, 상기 슬릿(S)은 곡선 형태를 갖고 바람직하게, 소정의 곡률 반경을 갖는 곡선 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 슬릿(S)의 곡률 반경이 집전체(40)의 곡률 반경(R)보다 더 작게 구성될 수 있다. 즉, 슬릿(S)의 굽어진 정도가 집전체(40)의 테두리의 굽어진 정도보다 더 크게 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 연결 영역(43)이 상대적으로 좁은 경우에 있어서도, 복수의 슬릿(S)을 효과적으로 배치할 수 있다. 이에 따라, 집전체(40)의 설계 자유도가 향상될 수 있다. 동시에, 상기와 같은 구성에 의하면 슬릿(S)에 의해 집전체(40)의 총고 방향 유동성이 효과적으로 확보될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 집전체(40)의 중앙을 중심으로 하는 가상의 제1 동심원(C1)을 정의할 수 있다. 또한, 상기 집전체(40)의 중앙을 중심으로 하며 상기 제1 동심원(C1)보다 큰 반경(R2)을 갖는 가상의 제2 동심원(C2)을 정의할 수 있다. 상기 제1 동심원(C1)과 제2 동심원(C2)은, 연결 영역(43) 내에 포함될 수 있다. 따라서, 상기 단자 결합부(42)는 상기 제1 동심원(C1)보다 더 작거나 같게 구성될 수 있다.
이 때, 상기 슬릿(S)의 일 단부는, 상기 집전체(40)의 중앙을 중심으로 하는 가상의 제1 동심원(C1)을 지나도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 슬릿(S)의 타 단부는, 상기 집전체(40)의 중앙을 중심으로 하며 상기 제1 동심원(C1)보다 큰 반경(R2)을 갖는 가상의 제2 동심원(C2)을 지나도록 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 상기 슬릿(S)은 일 단부에서부터 타 단부까지 연속적으로 이어지도록 구성되며, 반경 방향의 외측 방향으로 볼록한 형태의 곡선으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 슬릿(S)의 일 단부와 상기 제1 동심원(C1)이 접하는 지점에서, 상기 슬릿(S)의 일 단부의 접선과 제1 동심원(C1)의 접선은, 서로 평행하게 구성될 수 있다. 한편, 상기 슬릿(S)의 타 단부와 상기 제2 동심원(C2)이 접하는 지점에서, 상기 슬릿(S)의 타 단부의 접선과 제2 동심원(C2)의 접선은, 서로 평행하게 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 연결 영역(43)이 상대적으로 좁은 경우에 있어서도, 복수의 슬릿(S)을 효과적으로 배치할 수 있다. 이에 따라, 집전체(40)의 설계 자유도가 향상될 수 있다. 동시에, 상기와 같은 구성에 의하면 슬릿(S)에 의해 집전체(40)의 총고 방향 유동성이 효과적으로 확보될 수 있다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 연결 영역(43)은, 제1 슬릿(S1) 및 상기 제1 슬릿(S1)과 소정 간격 이격된 제2 슬릿(S2)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 연결 영역(43)은, 상기 제1 슬릿(S1)과 상기 제2 슬릿(S2) 사이의 영역에 구비된 브릿지부(43B)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 연결 영역(43)은 복수의 브릿지부(43B)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 브릿지부(43B)는 전류 패스(path)를 형성할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 전류는, 단자 결합부(42)로부터 상기 브릿지부(43B)를 따라 제1 무지부 결합부(41)로 흐를 수 있다. 즉, 상기 브릿지부(43B)는 상기 제1 무지부 결합부(41)와 상기 단자 결합부(42)를 연결하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 브릿지부(43B)는 복수 개로 구비될 수 있다. 예를 들어, 복수의 브릿지부(43B) 각각은, 서로 인접하는 제1 슬릿(S1)과 제2 슬릿(S2)의 사이에 배치될 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 브릿지부(43B)는 상기 집전체(40)의 중심을 기준으로 약 180도 간격으로 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 브릿지부(43B)는 2개로 구비될 수 있다. 이와 같은 실시 형태에서, 상기 브릿지부(43B)는 서로 마주보는 형태로 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태를 따르는 집전체(40)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 집전체(40)는 제1 슬릿(S1), 제2 슬릿(S2) 및 제3 슬릿(S3)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 슬릿(S1), 제2 슬릿(S2) 및 제3 슬릿(S3)은 상기 집전체(40)의 중심을 기준으로 원주 방향을 따라 약 120도 간격으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 슬릿(S1), 제2 슬릿(S2) 및 제3 슬릿(S3)은 원주 방향으로 동일 간격으로 이격 배치될 수 있다. 이와 같은 실시 형태에 있어서, 브릿지부(43B)는 3개로 구비될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 브릿지부(43B)는 적어도 하나의 퓨즈부(43F)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 집전체(40)는 복수의 퓨즈부(43F)를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 퓨즈부(43F)의 폭(W)은, 상기 제2 동심원(C2)의 반경(R2)에서 상기 제1 동심원(C1)의 반경(R1)을 뺀 길이를 갖도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 퓨즈부(43F)의 길이(L)는, 어느 하나의 슬릿(S)의 일 단부로부터 인접한 슬릿(S)의 타 단부 사이의 원주 방향 거리와 대응되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 퓨즈부(43F)의 폭(W)은, 제2 동심원(C2)의 반경인 R2에서 제1 동심원(C1)의 반경인 R1을 뺀 길이가 되도록 구성될 수 있다. 한편, 도 6을 참조하면, 상기 퓨즈부(43F)의 길이(L)는, 상기 제2 슬릿(S2)의 일 단부로부터 상기 제1 슬릿(S1)의 타 단부 사이의 원주 방향 거리와 대응되도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 동심원들(C1, C2)의 반경(R1, R2)과 슬릿(S) 사이의 배치 각도의 조절을 통해, 퓨즈부(43F)의 폭(W)과 길이(L)를 용이하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 집전체(40)의 퓨징 기능을 확보할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일 실시 형태를 따르는 집전체(40)가 전극 조립체(10)에 용접되는 형상을 설명하기 위한 도면이다.
이와 관련하여, 종래의 원통형 배터리의 경우, 전극 조립체(10)의 축 방향 높이 편차로 인해 집전체(40)와 셀 단자(30) 사이에 갭(gap)이 발생할 수 있다. 이와 같이 갭이 발생한 상태에서, 집전체(40)와 셀 단자(30)를 용접하게 되면 집전체(40)가 눌려지면서 용접부에 응력이 발생하게 된다. 결국, 이러한 응력으로 인한 용접부 손상 우려가 발생하게 된다.
그러나, 도 7에 나타난 본 발명의 집전체(40)에 복수의 슬릿(S)이 구비된 구성에 의하면, 상기 집전체(40)와 상기 셀 단자(30) 사이의 용접부 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 구성에 의하면, 전극 조립체(10)의 축 방향 높이 편차로 인해 집전체(40)와 셀 단자(30) 사이에 갭(gap)이 발생하더라도, 슬릿(S) 사이에 구비된 브릿지부(43B)가 권취 축 방향으로 연신될 수 있다. 이에 따라, 상기 집전체(40)와 상기 셀 단자(30) 사이의 갭을 보상할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 종래 집전체 눌림에 의해 발생할 수 있던 응력을 분산시킴으로써, 상기 집전체(40)와 상기 셀 단자(30) 사이의 용접부에 발생하는 응력을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 갭에 의해 발생한 인장력을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 구조에 의하면, 별도의 구조물 없이도, 집전체(40)의 연신 시 파손을 방지할 수 있다. 즉, 하나의 판재로 구성된 집전체(40)가 파손 없이 효과적으로 연신될 수 있다. 나아가, 본 발명에 의하면, 집전체(40) 생산 과정에서 생산 단가를 낮추고 생산 공정을 간소화할 수 있다.
한편, 다시 도 7을 참조하면, 상기 인슐레이터(50)는, 상기 제1 무지부(11)와 상기 배터리 하우징(20) 사이의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 상기 인슐레이터(50)는, 상기 집전체(40)가 대향하는 상기 배터리 하우징(20)의 내부 면과 상기 집전체(40) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 상기 인슐레이터(50)는, 전극 조립체(10)의 일 측에 결합된 집전체(40)와 배터리 하우징(20)의 내측 면 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 전극 조립체(10)의 일 측에 결합된 집전체(40)와 배터리 하우징(20)의 폐쇄부의 내측 면 사이에 구비될 수 있다. 상기 인슐레이터(50)는, 집전체(40)와 배터리 하우징(20) 사이의 접촉을 방지한다. 즉, 상기 인슐레이터(50)는, 상기 배터리 하우징(20) 내부에 수용되고, 상기 전극 조립체(10)의 적어도 일부를 커버하며, 상기 제1 무지부(11)와 상기 배터리 하우징(20) 사이의 전기적 연결을 차단하도록 구성된다. 따라서, 상기 인슐레이터(50)는 절연 성능을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 인슐레이터(50)는 절연 폴리머 재질을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예를 따르는 배터리 셀(1)을 포함하는 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 배터리 셀(1)이 전기적으로 연결된 전지 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(2)을 포함한다. 본 발명의 도면에서는, 도면 도시의 편의상 전기적 연결을 위한 버스바, 냉각 유닛, 전력 단자 등의 부품은 생략되었다. 또한, 상기 배터리 팩(3)은 다양한 구성요소, 이를테면, BMS, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩(3)의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
도 9는 도 8의 배터리 팩(3)을 포함하는 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(5)는, 예를 들어 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)을 포함한다. 상기 자동차(5)는, 4륜 자동차 및 2륜 자동차를 포함한다. 상기 자동차(5)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(3)으로부터 전력을 공급 받아 동작한다. 또한, 본 발명에 따른 자동차(5)는, 이러한 배터리 셀(1)이나 배터리 팩(3) 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차(5)는, 본 발명에 따른 배터리 셀(1) 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 통상의 기술자에게 자명하다.
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]
5: 자동차
3: 배터리 팩
2: 팩 하우징
1: 배터리 셀
10: 전극 조립체
11: 제1 무지부
11a: 분절편
12: 제2 무지부
C: 권취 중심부
20: 배터리 하우징
20a: 외부면
30: 셀 단자
G2: 절연 가스켓
40: 집전체
41: 제1 무지부 결합부
42: 단자 결합부
43: 연결 영역
43B: 브릿지부
43F: 퓨즈부
S: 슬릿
S1: 제1 슬릿
S2: 제2 슬릿
S3: 제3 슬릿
C1: 제1 동심원
C2: 제2 동심원

Claims (15)

  1. 제1 전극 및 제2 전극과 이들 사이에 개재된 분리막이 권취 축을 중심으로 권취되어 코어와 외주면을 정의한 전극 조립체로서, 상기 제1 전극은 권취 방향을 따라 장변 단부에 활물질 층이 코팅되어 있지 않으며 상기 분리막의 외부로 노출된 제1 무지부를 포함하고, 상기 제1 무지부의 적어도 일부는 그 자체로서 전극 탭으로서 사용되는 전극 조립체;
    일 측에 개방부를 포함하고 상기 개방부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하도록 구성되는 배터리 하우징;
    상기 배터리 하우징의 상기 개방부의 반대 측에 위치하는 면을 통과하도록 구성된 셀 단자; 및
    상기 전극 조립체의 일 측에 배치되며 상기 제1 무지부와 용접 결합되도록 구성된 제1 무지부 결합부, 상기 제1 무지부 결합부와 이격되어 위치하며 상기 셀 단자와 용접 결합되도록 구성된 단자 결합부 및 상기 제1 무지부 결합부와 상기 단자 결합부 사이에 구비된 연결 영역으로서, 원주 방향으로 일정 간격 이격되며 반경 방향의 외측을 향해 볼록한 형태를 갖는 복수의 슬릿이 구비된 연결 영역을 포함하는 집전체
    를 포함하는 배터리 셀.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 무지부 결합부는 소정 두께를 갖는 링 형태의 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 무지부 결합부의 면적은 상기 집전체의 전체 면적 대비 60~80% 인 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 슬릿은, 상기 집전체의 중앙을 중심으로 점대칭으로 배치되는 것 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 소정의 곡률 반경을 갖고,
    상기 슬릿의 곡률 반경은, 상기 집전체의 곡률 반경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬릿의 일 단부는,
    상기 집전체의 중앙을 중심으로 하는 가상의 제1 동심원을 지나는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 슬릿의 타 단부는,
    상기 집전체의 중앙을 중심으로 하며 상기 제1 동심원보다 큰 반경을 갖는 가상의 제2 동심원을 지나는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 단자 결합부는 상기 제1 동심원보다 더 작거나 같게 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 연결 영역은,
    제1 슬릿 및 상기 제1 슬릿과 소정 간격 이격된 제2 슬릿을 포함하고,
    상기 제1 슬릿과 상기 제2 슬릿 사이의 영역에 구비된 브릿지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 브릿지부는 적어도 하나의 퓨즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 퓨즈부의 폭은,
    상기 제2 동심원의 반경에서 상기 제1 동심원의 반경을 뺀 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 퓨즈부의 길이는,
    어느 하나의 슬릿의 일 단부로부터 인접한 슬릿의 타 단부 사이의 원주 방향 거리와 대응되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀; 및
    복수의 상기 배터리 셀을 수용하는 팩 하우징;
    을 포함하는 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  15. 제1 무지부 및 제2 무지부를 구비하는 전극 조립체, 일 측에 형성된 개구부를 통해 상기 전극 조립체를 수용하며 상기 제2 무지부와 전기적으로 연결되는 배터리 하우징 및 상기 제1 무지부와 전기적으로 연결되는 셀 단자를 포함하는 배터리 셀에 적용되는 집전체로서,
    상기 전극 조립체의 일 측에 배치되며 상기 제1 무지부와 용접 결합되도록 구성된 제1 무지부 결합부;
    상기 제1 무지부 결합부와 이격되어 위치하며 상기 셀 단자와 용접 결합되도록 구성된 단자 결합부; 및
    상기 제1 무지부 결합부와 상기 단자 결합부 사이에 구비된 연결 영역으로서, 원주 방향으로 일정 간격 이격되며 반경 방향의 외측을 향해 볼록한 형태를 갖는 복수의 슬릿이 구비된 연결 영역
    을 포함하는 집전체.
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