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KR-20260061857-A - CAP ASSEMBLY INCLUDING A SEAL GASKET, BATTERY CELL INCLUDING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD OF THE BATTERY CELL

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Abstract

본 개시는 내부에 수용공간을 형성하는 측벽과, 관통 홀이 형성된 단부 플레이트를 포함하는 셀 케이스; 상기 셀 케이스의 상기 수용공간에 배치되는 전극 조립체; 및 상기 셀 케이스를 밀봉하는 캡 어셈블리; 를 포함하고, 상기 캡 어셈블리는, 상기 수용공간의 일측을 덮는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트와 상기 셀 케이스 사이에 배치되는 실 가스켓; 을 포함하며, 상기 캡 플레이트는 상기 수용공간을 향하는 제1 면, 상기 제1 면의 반대 방향 면인 제2 면 및 상기 제1 면과 상기 제2 면의 테두리에서 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하는 제3 면을 포함하고, 상기 제2 면은 테두리 영역과, 상기 테두리 영역에 의해 둘러싸인 중앙 영역을 포함하고, 상기 실 가스켓은 인서트 사출에 의해 상기 캡 플레이트와 일체로서 형성되어 적어도 일부가 상기 테두리 영역과 접촉하는 배터리 셀을 제공한다.

Inventors

  • 정회민

Assignees

  • 에스케이온 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (14)

  1. 내부에 수용공간을 형성하는 측벽과, 관통 홀이 형성된 단부 플레이트를 포함하는 셀 케이스; 상기 셀 케이스의 상기 수용공간에 배치되는 전극 조립체; 및 상기 셀 케이스를 밀봉하는 캡 어셈블리; 를 포함하고, 상기 캡 어셈블리는, 상기 수용공간의 일측을 덮는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트와 상기 셀 케이스 사이에 배치되는 실 가스켓; 을 포함하며, 상기 캡 플레이트는 상기 수용공간을 향하는 제1 면, 상기 제1 면의 반대 방향 면인 제2 면 및 상기 제1 면과 상기 제2 면의 테두리에서 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하는 제3 면을 포함하고, 상기 제2 면은 테두리 영역과, 상기 테두리 영역에 의해 둘러싸인 중앙 영역을 포함하고, 상기 실 가스켓은 인서트 사출에 의해 상기 캡 플레이트와 일체로서 형성되어 적어도 일부가 상기 테두리 영역과 접촉하는 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실 가스켓은 링 형상을 가지며, 상기 제1 면과 접촉하는 제1 부분, 상기 제1 부분으로부터 상측으로 연장되어 상기 제3 면과 접촉하는 제2 부분 및 상기 제2 부분으로부터 연장되며 상기 제2 면과 접촉하는 제3 부분을 포함하는 배터리 셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실 가스켓은 탄성계수(Young's modulus)가 1GPa 이하인 소재로 형성되는 배터리 셀.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실 가스켓은 실리콘, 고밀도 폴리에틸렌(High Density Poly Ethylene, HDPE) 및 퍼플루오로알콕시알케인(Perfluoroalkoxy Alkane, PFA) 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 셀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 벤트 노치를 더 포함하며, 상기 벤트 노치는 상기 실 가스켓에 의해 덮이지 않는 상기 중앙 영역에 형성되는 배터리 셀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캡 플레이트는 상기 전극 조립체의 전극 탭에 전기적으로 연결되는 배터리 셀.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전극 조립체의 전극 탭과 전기적으로 연결되는 집전 플레이트를 더 포함하며, 상기 집전 플레이트는 상기 캡 플레이트 또는 상기 셀 케이스의 측벽 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되는 배터리 셀.
  8. 내부에 수용공간을 형성하는 측벽과, 관통 홀이 형성된 단부 플레이트를 포함하는 셀 케이스에 전극 조립체를 삽입하는 삽입 단계; 상기 셀 케이스를 비딩하는 비딩 단계; 및 상기 셀 케이스에 캡 어셈블리를 설치하는 설치 단계; 를 포함하며, 상기 캡 어셈블리는, 상기 수용공간의 일측을 덮는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트와 상기 셀 케이스 사이에 배치되는 실 가스켓; 을 포함하며, 상기 캡 플레이트는 상기 수용공간을 향하는 제1 면, 상기 제1 면의 반대 방향 면인 제2 면 및 상기 제1 면과 상기 제2 면의 테두리에서 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하는 제3 면을 포함하고, 상기 제2 면은 테두리 영역과, 상기 테두리 영역에 의해 둘러싸인 중앙 영역을 포함하고, 상기 실 가스켓은 적어도 일부가 상기 테두리 영역과 접촉하며, 인서트 사출에 의해 상기 캡 플레이트와 일체로서 형성되는 배터리 셀의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 셀 케이스의 비딩부와 집전 플레이트를 용접하는 용접 단계; 를 더 포함하며, 상기 용접 단계는 상기 비딩 단계와 상기 설치 단계 사이에 수행되는 배터리 셀의 제조방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 설치 단계는, 상기 실 가스켓과 상기 캡 플레이트가 일체화된 상태의 상기 캡 어셈블리를 상기 셀 케이스에 삽입하는 삽입 공정; 및 상기 셀 케이스에 상기 캡 어셈블리를 결합하는 결합 공정; 을 포함하는 배터리 셀의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 결합 공정은 상기 캡 어셈블리와 상기 셀 케이스를 크림핑 결합하는 배터리 셀의 제조방법.
  12. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 실 가스켓은 실리콘, 고밀도 폴리에틸렌(High Density Poly Ethylene, HDPE) 및 퍼플루오로알콕시알케인(Perfluoroalkoxy Alkane, PFA) 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 셀의 제조방법.
  13. 셀 케이스 수용공간의 일측을 덮는 캡 플레이트; 및 상기 캡 플레이트와 상기 셀 케이스 사이에 배치되는 실 가스켓; 을 포함하며, 상기 캡 플레이트는 상기 수용공간을 향하는 제1 면, 상기 제1 면의 반대 방향 면인 제2 면 및 상기 제1 면과 상기 제2 면의 테두리에서 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하는 제3 면을 포함하고, 상기 제2 면은 테두리 영역과, 상기 테두리 영역에 의해 둘러싸인 중앙 영역을 포함하고, 상기 실 가스켓은 적어도 일부가 상기 테두리 영역과 접촉하며, 인서트 사출에 의해 상기 캡 플레이트와 일체로서 형성되는 캡 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 실 가스켓은 실리콘, 고밀도 폴리에틸렌(High Density Poly Ethylene, HDPE) 및 퍼플루오로알콕시알케인(Perfluoroalkoxy Alkane, PFA) 중 적어도 하나를 포함하는 캡 어셈블리.

Description

실 가스켓을 포함하는 캡 어셈블리, 이를 포함하는 배터리 셀 및 배터리 셀의 제조방법{CAP ASSEMBLY INCLUDING A SEAL GASKET, BATTERY CELL INCLUDING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD OF THE BATTERY CELL} 본 개시는 실 가스켓을 포함하는 캡 어셈블리, 이를 포함하는 배터리 셀 및 배터리 셀의 제조방법에 관한 것이다. 이차 배터리 셀은 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기, 전기 자동차, 에너지 저장 장치 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 이차 배터리 셀은 파우치형(pouch-type) 셀이나 캔형(can-type) 셀로 제조될 수 있다. 파우치형 셀은 유연성이 있는 셀 케이스(파우치)의 내부에 전극 조립체를 수용한 구조를 갖는다. 캔형 셀은 강성이 있는 셀 케이스(캔)의 내부에 전극 조립체를 수용한 구조로서 원통형 셀이나 각형 셀, 코인형 셀 등으로 구성될 수 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 배터리 셀의 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도이다. 도 3은 도 1의 "A" 부분을 확대한 확대도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 캡 어셈블리의 사시도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 캡 어셈블리의 분해 단면도이다. 도 6a 및 도 6b는 일 실시예에 따른 캡 어셈블리의 단면과 PBT 소재로 형성된 실 가스켓을 포함하는 캡 어셈블리의 단면을 비교한 사진이다. 도 7은 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 단면도이다. 도 8은 또 다른 실시예에 따른 배터리 셀의 단면도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 배터리 셀의 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 10은 일 실시예에 따른 배터리 셀의 제조방법 중 설치 단계를 도시한 순서도이다. 도 11a 내지 도 11d는 배터리 셀의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서, 서로 다른 실시예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명할 수 있다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 모두 하나의 실시예를 의미하는 것은 아니다. 이하의 설명에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이하의 설명에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀 둔다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 본 개시에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하고 본 개시가 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다. 도 1은 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)의 사시도이다. 도 2는 도 1의 I-I' 선에 따른 단면도이다. 도 3은 도 1의 "A" 부분을 확대한 확대도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 내부에 수용공간(104)을 형성하는 측벽(101)과 관통 홀(103)이 형성된 단부 플레이트(102)를 포함하는 셀 케이스(100), 셀 케이스(100)의 수용공간(104)에 배치되는 전극 조립체(200)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(200)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함할 수 있다. 분리막은 음극판과 양극판 사이에 개재되는 절연체로 구성될 수 있다. 전극 조립체(200)는 양극판, 음극판 및 분리막이 교대로 적층된 스택(Stack) 타입으로 구성될 수 있다. 또는 전극 조립체(200)는 양극판, 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막이 롤 형태로 권취된 와인딩(Winding) 타입으로 구성될 수 있다. 본 개시에서 전극 조립체(200)는 와인딩(Winding) 타입으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 양극판 및 음극판은 각각 포일(foil) 상에 양극 활물질 또는 음극 활물질이 코팅된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 음극판은 구리 또는 니켈 재질의 포일에 흑연 등이 코팅되어 형성되고, 양극판은 알루미늄 재질의 포일에 전이 금속산화물 활물질이 코팅되어 형성될 수 있다. 전극 조립체(200)는 전극 탭(210)을 포함할 수 있다. 전극 탭(210)은 음극 탭(210a) 및 양극 탭(210b)을 포함할 수 있다. 양극판 및 음극판의 적어도 일부는 활물질이 코팅되어 있지 않을 수 있다. 양극판 및 음극판 중 활물질이 코팅되지 않은 부분은 무지부를 의미할 수 있다. 무지부는 각각 상하로 돌출되어 있을 수 있다. 즉, 양극판 및 음극판의 돌출된 무지부는 각각 양극 탭(210b) 및 음극 탭(210a)의 역할을 할 수 있다. 전극 조립체(200)의 전극 탭(210)은 집전 플레이트(300)와 서로 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있고, 초음파 용접, 레이저 용접 등 용접에 의해 서로 결합될 수 있다. 다만, 전극 탭(210)과 집전 플레이트(300)의 결합방식은 이에 한정되는 것은 아니다 셀 케이스(100)는 전극 조립체(200)를 수용할 수 있다. 다시 말해, 전극 조립체(200)는 셀 케이스(100)에 수용될 수 있다. 셀 케이스(100)는 내부에 수용공간(104)을 형성하는 측벽(101)과, 관통 홀(through hole)(103)이 형성된 단부 플레이트(end plate)(102)를 포함할 수 있다. 수용공간(104)은 셀 케이스(100)의 측벽(101)과 단부 플레이트(102)에 의해 형성될 수 있다. 셀 케이스(100)는 일측이 개방된 원통 형상을 가질 수 있다. 셀 케이스(100)는 원형 단면을 포함하는 중공 원통 형상을 가질 수 있다. 측벽(101)은 튜브 형상을 가지며, 단부 플레이트(102)는 수용공간(104)의 하측(bottom side)을 덮는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 측벽(101)은 원형 튜브 형상을 가질 수 있다. 단부 플레이트(102)는 전체적으로 평평한 플레이트 형상을 가질 수 있다. 셀 케이스(100)에서 단부 플레이트(102)와 측벽(101)의 두께는 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 단부 플레이트(102)와 측벽(101)은 동일한 두께를 가질 수 있고, 단부 플레이트(102)의 두께가 측벽(101)의 두께보다 더 큰 값을 가질 수 있다. 셀 케이스(100)는 알루미늄, 알루미늄 합금 등 금속재질을 포함할 수 있으나, 셀 케이스(100)의 재질은 다양한 변경이 가능하다. 셀 케이스(100)의 측벽(101)과 단부 플레이트(102)는 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 셀 케이스(100)는 금속 시트를 딥 드로잉(deep drawing)하여 측벽(101)과 단부 플레이트(102)가 일체로 형성된 형상으로 제조될 수 있다. 셀 케이스(100)가 일체로 형성되는 경우 측벽(101)과 단부 플레이트(102)를 접합하는 공정이 필요하지 않으므로 셀 케이스(100) 및/또는 배터리 셀(10)의 제조가 용이하고 작업성이 개선될 수 있다. 다만, 본 개시의 셀 케이스(100)는 측벽(101)과 단부 플레이트(102)가 일체로 형성되는 구성으로 제한되는 것은 아니며, 측벽(101)과 단부 플레이트(102)가 별도로 제조된 후 용접 등에 의해 서로 결합되거나 접합되는 것도 가능하다. 셀 케이스(100)의 단부 플레이트(102)에는 관통 홀(103)이 형성될 수 있다. 관통 홀(103)은 전극단자(110)의 결합에 제공될 수 있다. 셀 케이스(100)는 원형 단면 형상을 가지며, 관통 홀(103)은 단부 플레이트(102)의 중앙에 형성될 수 있다. 이 경우, 관통 홀(103)에 결합되는 전극단자(110)는 단부 플레이트(102)의 중앙에 배치될 수 있다. 전극단자(110)는 관통 홀(103)에 결합될 수 있다. 전극단자(110)는 적어도 일부가 셀 케이스(100)의 외부로 노출될 수 있다. 또한, 전극단자(110)는 적어도 일부가 셀 케이스(100)의 수용공간(104)에 배치될 수 있고, 집전체(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 전극단자(110)는 관통 홀(103)을 통과하여 집전체(500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 집전체(500)가 양극 탭(210b)과 연결되는 경우 전극단자(110)는 양극단자에 대응할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 일 실시예에 따른 배터리 셀(10)은 셀 케이스(100)를 밀봉하는 캡 어셈블리(400)를 포함할 수 있다. 캡 어셈블리(400)는 셀 케이스(100) 수용공간(104)의 일측을 덮는 캡 플레이트(410)를 포함할 수 있다. 캡 플레이트(410)는 단부 플레이트(102)와 반대측에서 수용공간(104)을 덮을 수 있다. 즉, 캡 플레이트(410)는 셀 케이스(100)의 개구를 밀폐시킬 수 있다. 캡 플레이트(410)는 셀 케이스(100)의 측벽(101)과 크림핑(crimping), 용접 등에 의해 결합될 수 있다. 일 예로서, 셀 케이스(100)의 측벽(101)의 개방된 단부(101a)에 비딩(beading) 가공을 하여 비딩부(P1)를 형성한 후, 비딩부(P1)에 실 가스켓(420)이 결합된 캡 플레이트(410)를 올려 놓은 상태에서 측