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KR102736954B1 - Seam welding Structure of battery can and cap and battery cell using the same - Google Patents

Seam welding Structure of battery can and cap and battery cell using the same Download PDF

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KR102736954B1
KR102736954B1 KR1020230071732A KR20230071732A KR102736954B1 KR 102736954 B1 KR102736954 B1 KR 102736954B1 KR 1020230071732 A KR1020230071732 A KR 1020230071732A KR 20230071732 A KR20230071732 A KR 20230071732A KR 102736954 B1 KR102736954 B1 KR 102736954B1
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battery cell
wall member
collector plate
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신항수
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홍태림
박정호
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 전지 캔과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀에 관한 것이다. 상기 배터리 셀은, 바닥부재 및 상기 바닥부재에 연결되고 축방향으로 연장되는 측벽부재를 포함하는 캔과, 상기 캔의 내부에 수용된 전극조립체와, 상기 측벽부재의 축방향 일측 단부에 마련된 개방 단부를 덮는 캡을 포함한다. 상기 전극조립체의 전극에 연결되고 상기 개방 단부 측에 배치된 집전판의 반경방향 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 연장되고 상기 측벽부재의 내주면에 접촉하여 전기적으로 연결되는 단자연결부가 마련된다. 축방향으로 상기 단자연결부의 적어도 일부 구간이 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면 사이에 개재된 상태에서 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면이 용접되어 용접부가 형성된다.The present invention relates to a welding structure of a battery can and a cap, and a battery cell using the same. The battery cell comprises a can including a bottom member and a side wall member connected to the bottom member and extending in the axial direction, an electrode assembly accommodated inside the can, and a cap covering an open end provided at one axial end of the side wall member. A terminal connection portion is provided on a radially outer edge of a current collector plate connected to an electrode of the electrode assembly and arranged on the open end side, which extends axially outward and contacts and is electrically connected to an inner surface of the side wall member. The inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap are welded in a state where at least a portion of the terminal connection portion is interposed between the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap in the axial direction, thereby forming a weld portion.

Figure 112023061373728-pat00013
Figure 112023061373728-pat00013

Description

전지 캔과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀{Seam welding Structure of battery can and cap and battery cell using the same}{Seam welding structure of battery can and cap and battery cell using the same}

본 발명은 전지 캔과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀에 관한 것이다.The present invention relates to a welding structure of a battery can and a cap and a battery cell using the same.

원통형 캔을 적용한 배터리 셀을 제작하는 과정은, 금속 시트를 딥 드로잉(deep drawing)하여 원형의 바닥부재 및 이에 연결된 원형 관 형상의 측벽부재를 성형하고, 그 내부에 전극조립체를 수용한 뒤, 상기 측벽부재의 개방 단부를 캡으로 덮어 마감하는 단계로 이루어진다. The process for manufacturing a battery cell using a cylindrical can includes the steps of deep drawing a metal sheet to form a circular bottom member and a circular tubular side wall member connected thereto, accommodating an electrode assembly therein, and then finishing by covering the open end of the side wall member with a cap.

한편, 상기 전극조립체의 축방향 양단부 중 상기 개방 단부를 바라보는 단부에는, 전극조립체의 전극탭과 접촉하여 이와 전기적으로 연결되는 집전판이 마련된다. 상기 집전판은 상기 캡 또는 상기 측벽부재와 접촉하여 전기적으로 연결되도록 상기 캡 또는 상기 측벽부재와 용접 등의 방식으로 연결된다.Meanwhile, at one of the axial ends of the electrode assembly facing the open end, a current collector plate is provided that contacts and is electrically connected to the electrode tab of the electrode assembly. The current collector plate is connected to the cap or the side wall member by welding or the like so that it contacts and is electrically connected to the cap or the side wall member.

도 15를 참조하면, 상기 집전판을 상기 캡이나 측벽부재에 용접하는 공정에서, 상기 집전판은 상기 캡이나 측벽부재에 밀착된 상태를 유지해야 하는데, 이를 위해서는 상기 집전판과 상기 캡 또는 상기 집전판과 상기 측벽부재를 밀착하기 위한 지그가 필요하고, 이와 더불어 용접 부위를 노출시키기 위한 마스크가 필요하다.Referring to FIG. 15, in a process of welding the current collector plate to the cap or side wall member, the current collector plate must be maintained in a state of close contact with the cap or side wall member. To this end, a jig for close contact between the current collector plate and the cap or the current collector plate and the side wall member is required, and in addition, a mask for exposing the welding area is required.

상기 마스크나 지그를 통해 상기 집전판을 상기 캡이나 측벽부재에 밀착시키기 위해서는, 상기 캔의 내부에 상기 마스크나 지그를 수용하기 위한 공간을 마련해야 한다. 그런데 이러한 공간은, 상기 마스크나 지그를 제거한 뒤 빈 공간으로 남게 되어, 결과적으로 캔의 내부 체적을 효율적으로 활용하지 못하는 문제점이 있었다. 이는 캔의 단위체적 당 에너지 밀도를 높이는 설계를 저해하는 요인이 된다.In order to adhere the collector plate to the cap or side wall member through the mask or jig, a space must be provided inside the can to accommodate the mask or jig. However, this space remains empty after the mask or jig is removed, resulting in a problem in that the internal volume of the can cannot be efficiently utilized. This becomes a factor that hinders the design to increase the energy density per unit volume of the can.

또한, 원통형 캔의 개방 단부를 마감함에 있어서는, 상기 집전판을 상기 캡 또는 상기 측벽부재와 연결하는 공정과, 상기 캡을 상기 측벽부재에 연결하는 공정이 각각 이루어졌다. 이러한 공수의 증가는, 원통형 배터리 셀의 생산 효율을 떨어뜨리고 생산 단가를 높이는 요인이 된다.In addition, when closing the open end of the cylindrical can, a process of connecting the current collector plate to the cap or the side wall member and a process of connecting the cap to the side wall member are each performed. This increase in labor is a factor that reduces the production efficiency of cylindrical battery cells and increases the production cost.

한편, 캔과 캡을 용접할 때 발생하는 용접 열이 캔 내부에 수용된 전극조립체에 전달되면, 분리막의 열화, 내부구조의 변형 내지 분해가 발생할 우려가 있다. 따라서 이러한 용접 열이 전극조립체에 전달되지 않도록 해야 한다.Meanwhile, if the welding heat generated when welding the can and cap is transferred to the electrode assembly contained inside the can, there is a risk of deterioration of the separator and deformation or disassembly of the internal structure. Therefore, it is necessary to prevent such welding heat from being transferred to the electrode assembly.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 캔의 개방 단부 쪽에 마련된 집전판을 캔에 용접함에 있어서 캔의 내부 공간을 낭비하지 않고 캔의 단위체적 당 에너지 밀도를 높이는 설계가 가능한 전지 캔과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a welding structure of a battery can and a cap capable of designing to increase the energy density per unit volume of the can without wasting the internal space of the can when welding a current collector provided on the open end of the can to the can, and a battery cell using the welding structure.

또한 본 발명은, 상기 집전판을 캔에 용접하는 공정과 상기 캡을 상기 측벽부재에 용접하는 공정을 한 번의 용접 공정으로 통합하여 원통형 배터리 셀의 생산 효율을 높이고 생산 단가를 낮출 수 있는 전지 캔과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.In addition, the present invention aims to provide a welding structure of a battery can and a cap, and a battery cell using the same, which can increase the production efficiency of a cylindrical battery cell and reduce the production cost by integrating the process of welding the current collector to the can and the process of welding the cap to the side wall member into a single welding process.

또한 본 발명은 캡이 집전판을 가압하는 지그의 기능을 함께 하도록 하여, 집전판의 용접을 위해 집전판을 가압하는 별도의 지그를 구비할 필요가 없는 캔과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.In addition, the present invention provides a welding structure of a can and a cap, and a battery cell using the same, in which the cap simultaneously functions as a jig for pressing a collector plate, thereby eliminating the need for a separate jig for pressing a collector plate for welding the collector plate.

또한 본 발명은, 캔과 캡을 용접할 때 발생하는 열이 집전판을 통해 배출되도록 하여 열에 의한 전극조립체의 손상을 최소화할 수 있는 캔과 캡의 용접 구조 및 이를 적용한 배터리 셀을 제공하고자 한다.In addition, the present invention aims to provide a welding structure of a can and a cap, which can minimize damage to an electrode assembly due to heat by allowing heat generated when welding the can and the cap to be discharged through a current collector, and a battery cell using the welding structure.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the above-mentioned purposes, and other purposes and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be easily understood that the purposes and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 바닥부재 및 상기 바닥부재에 연결되고 축방향으로 연장되는 측벽부재를 포함하는 캔과, 상기 캔의 내부에 수용된 전극조립체와, 상기 측벽부재의 축방향 일측 단부에 마련된 개방 단부를 덮는 캡을 포함한 배터리 셀에 적용될 수 있다.The present invention for solving the above-described problem can be applied to a battery cell including a can including a bottom member and a side wall member connected to the bottom member and extending in the axial direction, an electrode assembly accommodated inside the can, and a cap covering an open end provided at one axial end of the side wall member.

상기 바닥부재는 평판 원형의 형상이고, 상기 측벽부재는 원형 관 형상일 수 있다. 상기 캔은 철(steel)의 양 표면에 니켈(Ni)이 도금된 금속 시트를 딥 드로잉하여 형성될 수 있다.The above bottom member may have a flat circular shape, and the above side wall member may have a circular tube shape. The above can may be formed by deep drawing a metal sheet having nickel (Ni) plated on both surfaces of steel.

상기 전극조립체는, 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막을 순차적으로 적층하여 권심축 둘레로 권취한 젤리-롤 형태로 제작될 수 있다.The above electrode assembly can be manufactured in the form of a jelly-roll by sequentially stacking a first electrode, a separator, a second electrode, and a separator and winding them around a core shaft.

상기 전극조립체는 원통 형상일 수 있다.The above electrode assembly may have a cylindrical shape.

상기 캡은 금속 재질의 원형의 플레이트일 수 있다.The above cap may be a circular plate made of metal.

상기 전극조립체의 축방향 일측 단부에는, 상기 전극조립체의 제2전극에 연결되는 집전판이 설치될 수 있다.A current collector plate connected to a second electrode of the electrode assembly may be installed at one axial end of the electrode assembly.

상기 집전판은 상기 캔의 개방 단부 측에 배치된다.The above-mentioned collector plate is placed on the open end side of the can.

상기 집전판의 반경방향 외측 가장자리에는, 축방향 외측으로 연장되고 상기 측벽부재의 내주면에 접촉하여 전기적으로 연결되는 단자연결부가 마련된다.A terminal connection portion is provided on the radially outer edge of the above-mentioned collector plate, which extends axially outward and is electrically connected by contacting the inner surface of the side wall member.

상기 단자연결부가 축방향으로 연장되므로, 단자연결부와 측벽부재의 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있다.Since the terminal connection portion extends in the axial direction, a sufficient contact area between the terminal connection portion and the side wall member can be secured.

상기 배터리 셀은, 축방향으로 상기 단자연결부의 적어도 일부 구간이 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면 사이에 개재된 상태에서 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면이 용접되어 형성된 용접부를 구비한다.The above battery cell has a weld formed by welding the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap in a state where at least a portion of the terminal connection portion in the axial direction is interposed between the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap.

상기 집전판은, 상기 전극조립체의 제2전극에 연결되고 반경방향으로 연장되는 전극연결부를 구비할 수 있다.The above-mentioned collector plate may have an electrode connecting portion that is connected to the second electrode of the electrode assembly and extends in a radial direction.

상기 단자연결부는 상기 전극연결부보다 반경방향으로 더 외측에 배치될 수 있다.The above terminal connection portion may be positioned radially further outward than the electrode connection portion.

상기 단자연결부와 상기 전극연결부는, 상기 단자연결부의 하단부에 마련되고 상기 집전판의 연장 방향을 전환시키는 절곡부롤 통해 연결될 수 있다.The above terminal connection portion and the electrode connection portion can be connected through a bending portion provided at the lower end of the terminal connection portion and changing the extension direction of the current collector plate.

상기 단자연결부는 상기 집전판이 상기 절곡부로부터 축방향 외측으로 연장된 부분에 제공될 수 있다.The above terminal connection portion may be provided at a portion of the current collector plate that extends axially outward from the bend portion.

상기 측벽부재는 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장될 수 있다. The above side wall member may extend axially further outward than the terminal connection portion of the above current collector plate.

축방향으로 더 외측까지 연장된 측벽부재 부위는 용접 시 용접부에 용입되어 용접부의 강도와 체적을 증가시킬 수 있다.The side wall member portion extending further outward in the axial direction can be welded into the weld during welding, thereby increasing the strength and volume of the weld.

상기 측벽부재에서 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장된 구간의 내주면의 내경은, 상기 단자연결부의 내주면의 내경보다 클 수 있다.The inner diameter of the inner surface of the section extending axially further outward than the terminal connection portion of the current collector plate in the above side wall member may be larger than the inner diameter of the inner surface of the terminal connection portion.

이에 따라 상기 측벽부재는, 상기 집전판의 단자연결부의 축방향 외측 단부에 마련된 선단면보다 축방향 외측에서 축방향으로 상기 선단면을 가리지 않는다.Accordingly, the side wall member does not cover the terminal end face provided at the axial outer end of the terminal connection portion of the current collector plate from the axial outer side to the axial direction.

이는 축방향으로 조사되는 레이저가 단자연결부에 직접 도달할 수 있는 경로를 제공하여 캡과 캔과 집전판의 용접을 보다 원활하게 해준다. 또한, 이는 캔의 측벽부재의 내주면이 먼저 캡의 삽입을 안내하고, 이어서 집전판의 단자연결부의 내주면이 캡의 삽입을 안내하여, 캡의 중심 정렬과 삽입이 원활하게 이루어질 수 있다.This provides a path for the laser beam irradiated in the axial direction to directly reach the terminal connection, thereby facilitating smooth welding of the cap, can, and collector plate. In addition, the inner surface of the side wall member of the can first guides the insertion of the cap, and then the inner surface of the terminal connection portion of the collector plate guides the insertion of the cap, so that the center alignment and insertion of the cap can be smoothly achieved.

상기 캡의 외주면은 상기 단자연결부의 내주면과 접할 수 있다. 이에 따라 캔에 대한 캡의 중심이 정렬될 수 있고, 단자연결부가 캡과도 전기적으로 연결될 수 있다.The outer surface of the above cap can be in contact with the inner surface of the terminal connection portion. Accordingly, the center of the cap with respect to the can can be aligned, and the terminal connection portion can be electrically connected to the cap.

상기 캡의 가장자리에는, 그 외주면이 상기 측벽부재의 내주면과 반경방향으로 서로 마주하도록 축방향으로 연장되는 맞댐부가 마련될 수 있다.At the edge of the above cap, an abutment portion may be provided that extends axially so that its outer surface faces the inner surface of the side wall member in the radial direction.

상기 맞댐부가 축방향으로 연장되므로, 단자연결부와 맞댐부의 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있다.Since the above-mentioned mating portion extends in the axial direction, a sufficient contact area between the terminal connection portion and the mating portion can be secured.

상기 맞댐부는, 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장될 수 있다.The above-mentioned mating portion may extend axially further outward than the terminal connection portion of the above-mentioned current collector plate.

축방향으로 더 외측까지 연장된 맞댐부 부위는 용접 시 용접부에 용입되어 용접부의 강도와 체적을 증가시킬 수 있다.The butt joint portion extending further outward in the axial direction can penetrate the weld during welding, thereby increasing the strength and volume of the weld.

상기 맞댐부에서 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장된 구간의 외주면의 외경은, 상기 단자연결부의 외주면의 외경보다 작을 수 있다.The outer diameter of the outer surface of the section extending axially further outward than the terminal connection portion of the collector plate in the above-mentioned abutment portion may be smaller than the outer diameter of the outer surface of the terminal connection portion.

이에 따라 상기 맞댐부는, 상기 집전판의 단자연결부의 축방향 외측 단부에 마련된 선단면보다 축방향 외측에서 축방향으로 상기 선단면을 가리지 않는다.Accordingly, the above-mentioned mating portion does not cover the terminal end face provided at the axial outer end of the terminal connection part of the above-mentioned current collector plate from the axial outer side to the axial direction.

이는 축방향으로 조사되는 레이저가 단자연결부에 직접 도달할 수 있는 경로를 제공하여 캡과 캔과 집전판의 용접을 보다 원활하게 해준다.This provides a path for the axially directed laser to reach the terminal connections, facilitating smoother welding of the cap, can and collector plate.

상기 단자연결부의 축방향 외측 가장자리는 상기 측벽부재의 축방향 외측 가장자리와 상기 맞댐부의 축방향 외측 가장자리보다 축방향으로 더 내측에 배치될 수 있다.The axial outer edge of the terminal connection portion may be positioned axially further inward than the axial outer edge of the side wall member and the axial outer edge of the abutment portion.

이에 따라 상기 단자연결부의 선단면보다 축방향 외측에서, 상기 측벽부재의 내주면과 맞댐부의 외주면은 약간의 간극을 두고 반경방향으로 서로 마주할 수 있다.Accordingly, the inner surface of the side wall member and the outer surface of the mating portion can face each other radially with a slight gap at an axial outer side than the terminal connection section.

상기 용접부는, 적어도, 상기 측벽부재의 내주면의 축방향 외측 가장자리와, 상기 맞댐부의 외주면의 축방향 외측 가장자리와, 상기 단자연결부의 축방향 외측 가장자리가 용접되어 형성될 수 있다.The above welding portion can be formed by welding at least the axial outer edge of the inner surface of the side wall member, the axial outer edge of the outer surface of the abutment portion, and the axial outer edge of the terminal connection portion.

상기 맞댐부의 축방향 내측 단부에는 축방향 내측으로 볼록한 곡면 형상의 곡면부가 연결될 수 있다. A curved portion having a convex shape in the axial direction can be connected to the axial inner end of the above-mentioned mating portion.

이러한 곡면부는, 맞댐부가 반경방향으로 탄성 변형할 수 있는 탄성력을 부여한다. 이에 따라 캡의 곡면부가 집전판의 단자연결부를 측벽부재에 탄성적으로 압착할 수 있다.These curved portions provide elasticity to the mating portion to allow elastic deformation in the radial direction. Accordingly, the curved portion of the cap can elastically press the terminal connection portion of the current collector plate to the side wall member.

상기 캡은 상기 곡면부의 축방향 내측 단부가 상기 집전판과 축방향으로 간섭될 때까지 상기 캔에 삽입될 수 있다. 이에 따라 상기 개방 단부에 대한 상기 캡의 삽입 깊이가 규제될 수 있다. The cap can be inserted into the can until an axially inner end of the curved portion axially interferes with the collector plate. Accordingly, the insertion depth of the cap with respect to the open end can be regulated.

아울러 상기 캡은 집전판의 단자연결부보다 반경방향 내측에서 억지 끼움 형태로 압입되므로, 상기 곡면부가 상기 집전판을 축방향으로도 강하게 가압할 수 있다.In addition, since the cap is pressed in radially inwardly relative to the terminal connection portion of the collector plate, the curved portion can strongly press the collector plate in the axial direction as well.

즉 상기 캡은, 용접 전 상기 집전판을 축방향과 반경방향으로 모두 가압하여 고정하는 지그의 역할을 할 수 있다.That is, the above cap can serve as a jig that fixes the collector plate by applying pressure in both the axial and radial directions before welding.

상기 캡에서 상기 곡면부보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 평평하게 연장되는 받침부가 마련될 수 있다.In the above cap, a support portion that extends flatly in the radial direction may be provided radially inward from the above curved portion.

상기 곡면부와 상기 받침부는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 외측으로 연장되는 제1경사부를 통해 연결될 수 있다.The above-mentioned curved portion and the above-mentioned support portion can be connected through a first inclined portion that extends axially outward as it becomes radially inward.

상기 제1경사부는 맞댐부에 대한 탄성력을 추가적으로 부여한다.The above first slope provides additional elasticity to the mating portion.

상기 받침부의 축방향 외측 표면은 상기 측벽부재와 맞댐부보다 축방향 외측으로 더 돌출될 수 있다. 이에 따라 상기 받침부가 용접부를 보호하며 상기 배터리 셀의 받침면의 기능을 할 수 있다.The axial outer surface of the support member may protrude further axially outward than the abutting portion of the side wall member. Accordingly, the support member may protect the welding portion and function as a support surface for the battery cell.

상기 캡에서 상기 받침부보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 연장되는 구심부가 마련되고, 상기 받침부과 구심부는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 내측으로 연장되는 제2경사부롤 통해 연결될 수 있다.In the above cap, a radially extending centrifugal portion is provided radially inwardly of the support portion, and the support portion and the centrifugal portion can be connected via a second inclined portion that extends axially inward as it goes radially inward.

이에 따라 상기 캡의 전체적인 강성을 더 높일 수 있다.Accordingly, the overall rigidity of the cap can be further increased.

상기 제2경사부가 상기 제1경사부보다 완만한 기울기를 가질 수 있다.The above second slope may have a gentler slope than the above first slope.

제1경사부의 가파른 기울기는 반경방향의 탄성력을 제공하는 반면, 제2경사부의 완만한 기울기는 캡의 강성 확보에 유리하다.The steep slope of the first slope provides radial elasticity, while the gentle slope of the second slope is advantageous in securing the rigidity of the cap.

본 발명은, 상술한 배터리 셀의 제조 방법을 더 제공한다.The present invention further provides a method for manufacturing the battery cell described above.

이는, 상기 집전판의 단자연결부의 외주면이 상기 측벽부재의 내주면에 접촉하도록 상기 집전판을 상기 캔에 삽입하는 단계, 상기 캡의 외주면이 상기 캔에 삽입된 집전판의 단자연결부의 내주면에 접촉하도록 상기 캡을 상기 캔에 삽입하는 단계, 및 상기 측벽부재의 외주면과 상기 캔의 내주면이 마주하는 영역에 축방향으로 레이저를 조사하여 용접부를 형성하는 단계를 포함한다.This includes a step of inserting the collector plate into the can so that the outer surface of the terminal connection portion of the collector plate contacts the inner surface of the side wall member, a step of inserting the cap into the can so that the outer surface of the cap contacts the inner surface of the terminal connection portion of the collector plate inserted into the can, and a step of forming a weld by radiating a laser in the axial direction to an area where the outer surface of the side wall member and the inner surface of the can face each other.

본 발명은, 상기 전극조립체의 축방향 양단부 중 상기 개방 단부를 바라보는 단부에 마련된 전극탭에 집전판이 연결된다.In the present invention, a current collector is connected to an electrode tab provided at one of the axial ends of the electrode assembly facing the open end.

상기 집전판은: 반경방향으로 연장되고, 상기 전극탭에 접촉하여 전기적으로 연결되는 전극연결부; 및 상기 제2전극연결부의 반경방향 외측 가장자리에서 축방향 외측으로 연장되고, 상기 측벽부재의 내주면에 접촉하여 전기적으로 연결되는 단자연결부;를 구비한다.The above current collector plate has: an electrode connection portion extending radially and electrically connected by contacting the electrode tab; and a terminal connection portion extending axially outward from a radially outer edge of the second electrode connection portion and electrically connected by contacting an inner surface of the side wall member.

그리고, 축방향으로 상기 제2단자연결부의 적어도 일부 구간을 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면 사이에 개재한 상태에서, 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면을 용접한다.Then, at least a portion of the second terminal connection portion in the axial direction is interposed between the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap, and the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap are welded.

그러면, 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면을 용접하는 하나의 공정으로, 캔과 캡을 심 용접함은 물론, 상기 집전판의 단자연결부를 상기 측벽부재 및/또는 상기 캡에 접촉시켜 이들을 전기적으로 연결할 수 있다.Then, in one process of welding the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap, the can and the cap can be seam-welded, and the terminal connection portion of the current collector plate can be brought into contact with the side wall member and/or the cap to electrically connect them.

상기 캡은, 그 외주면이 상기 측벽부재의 내주면과 반경방향으로 서로 마주하도록 축방향으로 연장되는 맞댐부를 구비할 수 있다.The above cap may have an abutment portion extending axially so that its outer surface faces the inner surface of the side wall member in the radial direction.

상기 집전판의 단자연결부는 상기 측벽부재의 내주면과 상기 맞댐부의 외주면 사이에 개재될 수 있다.The terminal connection portion of the above-mentioned collector plate may be interposed between the inner surface of the side wall member and the outer surface of the abutment portion.

측벽부재의 내주면의 축방향 외측 가장자리와 상기 맞댐부(4)의 외주면의 축방향 외측 가장자리는, 상기 제2단자연결부가 개재된 상태에서 레이저 용접될 수 있다.The axial outer edge of the inner surface of the side wall member and the axial outer edge of the outer surface of the abutment portion (4) can be laser welded while the second terminal connection portion is interposed.

이때, 측벽부재의 내주면의 축방향 외측 가장자리와, 상기 맞댐부의 외주면의 축방향 외측 가장자리와, 상기 제2단자연결부의 축방향 외측 가장자리가 함께 레이저 용접될 수 있다.At this time, the axial outer edge of the inner surface of the side wall member, the axial outer edge of the outer surface of the abutment portion, and the axial outer edge of the second terminal connection portion can be laser welded together.

상기 맞댐부의 축방향 내측 단부에는 축방향 내측으로 갈수록 반경방향 내측으로 연장되되 그 외주면의 접선의 기울기가 점차 작아지는 곡면부가 연결될 수 있다.The axial inner end of the above-mentioned mating portion may be connected to a curved portion that extends radially inward as it goes axially inward, but the slope of the tangent line of its outer surface gradually decreases.

상기 개방 단부에 대한 상기 캡의 삽입 깊이는, 상기 곡면부의 축방향 내측 단부가 상기 집전판의 전극연결부와 간섭됨으로써 규제될 수 있다.The insertion depth of the cap into the open end can be regulated by the interference of the axial inner end of the curved portion with the electrode connection portion of the collector plate.

상기 캡에서 상기 곡면부보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 평평하게 연장되는 받침부가 마련되고, 상기 곡면부과 상기 받침부 사이에는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 외측으로 연장되는 제1경사부가 마련될 수 있다.In the above cap, a support portion that extends radially flatly is provided radially inwardly from the curved portion, and a first inclined portion that extends axially outward as it goes radially inwardly may be provided between the curved portion and the support portion.

이에 따라, 상기 곡면부와 상기 제1경사부는 반경방향으로 탄성 변형이 용이하게 이루어지되 탄성 복원력이 우수한 거위 목(goose neck) 형상을 이룰 수 있다. 그러면 상기 캡을 개방 단부에 압입할 때, 상기 곡면부가 탄성 변형되며 반경방향 내측으로 상기 맞댐부의 변위를 허용하고, 상기 맞댐부가 상기 집전판의 단자연결부를 반경방향 외측으로 강하게 압착하도록 할 수 있다. 즉 상기 맞댐부는 상기 단자연결부를 상기 측벽부재에 밀착시키는 지그의 역할을 할 수 있다.Accordingly, the curved portion and the first inclined portion can form a goose neck shape that is easily elastically deformed in the radial direction but has excellent elastic restoring force. Then, when the cap is press-fitted to the open end, the curved portion is elastically deformed and allows displacement of the abutment portion radially inward, and the abutment portion can strongly press the terminal connection portion of the current collector plate radially outward. In other words, the abutment portion can play the role of a jig that closely contacts the terminal connection portion with the side wall member.

상기 캡에서 상기 받침부보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 평평하게 연장되는 구심부가 마련되고, 상기 받침부와 구심부 사이에는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 내측으로 연장되는 제2경사부가 마련될 수 있다. In the above cap, a radially flat centrifugal portion may be provided radially inwardly of the support portion, and a second inclined portion may be provided between the support portion and the centrifugal portion, which extends axially inwardly as it goes radially inward.

상기 제1경사부의 기울기는 상기 제2경사부의 기울기보다 더 클 수 있다. 이에 따라 캡이 반경방향 내측으로 하중을 받을 때 제2경사부 쪽보다 제1경사부 쪽에 변형이 더 집중되어, 상기 맞댐부가 상기 단자연결부를 상기 측벽부재 쪽으로 압착되도록 하는 지그의 기능을 더욱 확실히 발휘할 수 있다.The slope of the first inclined portion may be greater than the slope of the second inclined portion. Accordingly, when the cap receives a load radially inward, the deformation is more concentrated on the first inclined portion than on the second inclined portion, so that the function of the jig that causes the abutment portion to press the terminal connection portion toward the side wall member can be more reliably exerted.

상기 단자연결부의 축방향 외측 가장자리는 상기 측벽부재의 축방향 외측 가장자리와 상기 맞댐부의 축방향 외측 가장자리보다 축방향으로 더 내측에 배치될 수 있다.The axial outer edge of the terminal connection portion may be positioned axially further inward than the axial outer edge of the side wall member and the axial outer edge of the abutment portion.

상기 측벽부재와 캡은 동종의 금속재질, 가령 알루미늄이나 스틸 재질로 이루어질 수 있다.The above side wall member and cap may be made of a similar metal material, such as aluminum or steel.

상기 집전판은 상기 측벽부재 및 캡과 동종의 금속재질일 수 있다.The above-mentioned collector plate may be made of the same metal material as the above-mentioned side wall member and cap.

이와 달리, 상기 집전판은 상기 측벽부재 및 캡과 이종의 금속재질, 가령 구리 재질로 이루어질 수도 있다.Alternatively, the collector plate may be made of a different metal material from the side wall member and the cap, such as copper.

그러면 이종 재질이라 하더라도, 상기 측벽부재와 캡의 축방향 단부가 상호 용접되고, 상기 집전판이 이들 사이에 개재된 상태를 유지할 수 있다.Then, even if they are made of different materials, the axial ends of the side wall member and the cap can be welded to each other, and the current collector plate can be maintained in a state of being interposed between them.

본 발명에 따르면, 캔의 개방 단부 쪽에 마련된 집전판을 캔에 용접함에 있어서 캡이 지그의 역할을 함께 하도록 하여 지그를 수용하기 위한 별도의 공간을 마련하지 않을 수 있어, 캔의 내부 공간을 낭비하지 않고, 이에 따라 배터리 셀의 체적 대비 에너지 밀도를 높일 수 있다.According to the present invention, when welding a current collector plate provided at the open end of the can to the can, the cap also functions as a jig, so that a separate space for accommodating the jig can be omitted, thereby preventing waste of internal space in the can and thereby increasing the energy density per volume of the battery cell.

또한 본 발명에 따르면, 집전판이 측벽부재와 캡 사이에 개재된 상태에서 상기 측벽부재와 캡의 축방향 단부를 용접하여, 상기 집전판을 캔에 용접하는 공정과 상기 캡을 상기 측벽부재에 용접하는 공정을 한 번의 용접 공정으로 해결하여, 원통형 배터리 셀의 생산 효율을 높이고 생산 단가를 낮출 수 있다.In addition, according to the present invention, by welding the axial ends of the side wall member and the cap while the collector plate is interposed between the side wall member and the cap, the process of welding the collector plate to the can and the process of welding the cap to the side wall member are accomplished in a single welding process, thereby increasing the production efficiency of the cylindrical battery cell and reducing the production cost.

또한 본 발명에 따르면, 집전판이 캔과 캡의 용접부 부위에 강하게 밀착되어 있으므로, 캔과 캡을 용접할 때 발생하는 열이 집전판을 통해 배출되도록 하여 용접 열이 측벽부재를 통해 전도되어 전극조립체의 분리막을 열 손상시키는 현상을 방지하거나 최소화할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the collector plate is in close contact with the welding portion of the can and the cap, the heat generated when welding the can and the cap is discharged through the collector plate, thereby preventing or minimizing the phenomenon in which the welding heat is conducted through the side wall member and causes thermal damage to the separator of the electrode assembly.

또한 본 발명에 따르면, 집전판이 캔과 캡 사이에 강하게 압착 개재된 상태로 용접이 진행되므로, 집전판이 용접 레이저가 캡 내부로 입사되는 것을 막아주는 배리어의 기능을 한다.In addition, according to the present invention, since welding is performed while the collector plate is strongly pressed between the can and the cap, the collector plate functions as a barrier that prevents the welding laser from entering the inside of the cap.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, specific effects of the present invention are described below together with specific matters for carrying out the invention.

도 1은 실시예의 원통형 배터리 셀의 사시도이다.
도 2는 도 1의 캔 내부에 수용되는 전극조립체의 권취 전 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 전극조립체의 권취 전 적층 상태의 사시도이다.
도 4는 도 3의 적층체를 권취하여 원통형 젤리-롤 형태의 전극조립체를 조립한 상태의 사시도이다.
도 5는 전극조립체의 제1전극의 전극탭에 제1집전판이 접합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 전극조립체의 제2전극의 전극탭에 제2집전판이 접합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 7은 집전판이 접합된 전극조립체를 캔 내부에 수용하는 과정을 나타낸 측면 단면도이다.
도 8은 캔에 수용된 전극조립체의 제1집전판과 제1전극단자의 접합 과정을 나타낸 측면 단면도이다.
도 9는 전극조립체가 수용된 캔의 개방 단부를 캡으로 덮는 과정을 나타낸 측면 단면도이다.
도 10은 캔의 개방 단부를 캡으로 덮은 배터리 셀의 개방 단부 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 11은 캡의 가장자리의 확대 단면도이다.
도 12는 캔에 캡이 삽입되는 상태를 나타낸 확대 단면도이다.
도 13은 도 10의 배터리 셀에서 용접이 이루어질 측벽부재와 집전판과 캡 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에서 측벽부재와 집전판과 캡 부분을 용접하여 용접부를 형성한 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 비교예의 배터리 셀의 캔과 집전판의 결합 구조를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 배터리 셀 제조 공정의 순서도이다.
도 17과 도 18은 실시예의 배터리 셀이 적용된 배터리 팩과, 이러한 배터리 팩을 탑재한 자동차를 도시한다.
Figure 1 is a perspective view of a cylindrical battery cell of an embodiment.
Figure 2 is an exploded perspective view of the electrode assembly accommodated inside the can of Figure 1 before winding.
Figure 3 is a perspective view of the electrode assembly of Figure 2 in a laminated state before winding.
Figure 4 is a perspective view of an assembled cylindrical jelly-roll-shaped electrode assembly by winding up the laminate of Figure 3.
Figure 5 is a perspective view showing a state in which a first collector plate is joined to an electrode tab of a first electrode of an electrode assembly.
Figure 6 is a perspective view showing a state in which a second collector plate is joined to an electrode tab of a second electrode of an electrode assembly.
Figure 7 is a side cross-sectional view showing the process of accommodating an electrode assembly with a current collector plate joined inside a can.
Figure 8 is a side cross-sectional view showing the bonding process of the first current collector plate and the first electrode terminal of the electrode assembly accommodated in the can.
Figure 9 is a side cross-sectional view showing the process of covering the open end of the can containing the electrode assembly with a cap.
Figure 10 is an enlarged cross-sectional view of the open end of a battery cell with the open end of the can covered by a cap.
Figure 11 is an enlarged cross-sectional view of the edge of the cap.
Figure 12 is an enlarged cross-sectional view showing a state in which a cap is inserted into a can.
Figure 13 is an enlarged drawing showing the side wall member, current collector plate, and cap portion where welding is to be performed in the battery cell of Figure 10.
Figure 14 is a drawing showing a state in which a weld is formed by welding the side wall member, the collector plate, and the cap portion in Figure 13.
Figure 15 is a drawing showing the joint structure of the can and the collector plate of the battery cell of the comparative example.
Figure 16 is a flow chart of a battery cell manufacturing process according to the present invention.
Figures 17 and 18 illustrate a battery pack to which the battery cell of the embodiment is applied and a vehicle equipped with such a battery pack.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-mentioned objects, features and advantages will be described in detail below with reference to the attached drawings, so that those with ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is judged that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.

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.Although the terms first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another, and unless otherwise specifically stated, a first component may also be a second component.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.Throughout the specification, unless otherwise specifically stated, each element may be singular or plural.

이하에서 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.Hereinafter, the phrase “any configuration is disposed on (or below)” a component or “on (or below)” a component may mean not only that any configuration is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, but also that another configuration may be interposed between said component and any configuration disposed on (or below) said component.

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.Additionally, when a component is described as being "connected," "coupled," or "connected" to another component, it should be understood that the components may be directly connected or connected to one another, but that other components may also be "interposed" between the components, or that each component may be "connected," "coupled," or "connected" through other components.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.As used herein, the singular expressions include the plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, and should be construed as not including some of the components or some of the steps, or may include additional components or steps.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.In addition, the singular expressions used in this specification include the plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "consisting of" or "comprising" should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, and should be construed as not including some of the components or some of the steps, or may include additional components or steps.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.Throughout the specification, when reference is made to "A and/or B", this means A, B, or A and B, unless otherwise stated, and when reference is made to "C through D", this means C or more and D or less, unless otherwise stated.

실시예를 설명함에 있어서 축방향이라 함은 젤리-롤 형태의 전극조립체의 권취 중심을 이루는 축이 연장되는 방향을 지칭하고, 반경방향이라 함은 상기 축에서 가까워지거나(구심) 멀어지는(원심) 방향을 지칭하고, 둘레(원주)방향이라 함은 상기 축을 둘러싸는 방향을 지칭한다.In explaining the embodiments, the axial direction refers to the direction in which the axis forming the winding center of the jelly-roll type electrode assembly extends, the radial direction refers to the direction approaching (centripetal) or moving away (centrifugal) from the axis, and the circumferential direction refers to the direction surrounding the axis.

이하 도 1 내지 도13을 참조하여 본 발명의 용접 구조가 적용된 배터리 셀의 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 13, an embodiment of a battery cell to which the welding structure of the present invention is applied will be described in detail.

실시예의 배터리 셀은, 예를 들어 폼 팩터의 비(원통형 배터리 셀의 직경을 높이로 나눈 값, 즉 높이(H) 대비 직경(Φ)의 비로 정의됨)가 대략 0.4 보다 큰 원통형 배터리 셀일 수 있다.The battery cell of the embodiment may be, for example, a cylindrical battery cell having a form factor ratio (defined as the ratio of the diameter (Φ) to the height (H) of a cylindrical battery cell) of greater than about 0.4.

여기서, 폼 팩터란, 원통형 배터리 셀의 직경 및 높이를 나타내는 값을 의미한다. 상기 원통형 배터리 셀은, 예를 들어 46110 셀, 48750 셀, 48110 셀, 48800 셀, 46800 셀일 수 있다. 폼 팩터를 나타내는 수치에서, 앞의 숫자 2개는 셀의 직경을 나타내고, 그 다음 숫자 2개는 셀의 높이를 나타내고, 마지막 숫자 0은 셀의 단면이 원형임을 나타낸다.Here, the form factor means a value indicating the diameter and height of a cylindrical battery cell. The cylindrical battery cell may be, for example, a 46110 cell, a 48750 cell, a 48110 cell, a 48800 cell, or a 46800 cell. In the numerical value indicating the form factor, the first two numbers indicate the diameter of the cell, the next two numbers indicate the height of the cell, and the last number 0 indicates that the cross-section of the cell is circular.

상기 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.The above battery cell may be a cylindrical battery cell having a roughly cylindrical shape, a diameter of approximately 46 mm, a height of approximately 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.

다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 75mm이고, 폼 팩터의 비는 0.640인 원통형 배터리 셀 일 수 있다.A battery cell according to another embodiment may be a cylindrical battery cell having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 75 mm, and a form factor ratio of 0.640.

또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 110mm이고, 폼 팩터의 비는 0.418인 원통형 배터리 셀일 수 있다.According to another embodiment, a battery cell may be a cylindrical battery cell having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 110 mm, and a form factor ratio of 0.418.

또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 48mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.600인 원통형 배터리 셀일 수 있다.According to another embodiment, a battery cell may be a cylindrical battery cell having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 48 mm, a height of approximately 80 mm, and a form factor ratio of 0.600.

또 다른 실시예에 따른 배터리 셀은, 대략 원기둥 형태의 셀로서, 그 직경이 대략 46mm이고, 그 높이는 대략 80mm이고, 폼 팩터의 비는 0.575인 원통형 배터리 셀일 수 있다.According to another embodiment, a battery cell may be a cylindrical battery cell having a generally cylindrical shape, a diameter of approximately 46 mm, a height of approximately 80 mm, and a form factor ratio of 0.575.

본 발명은, 폼 팩터의 비가 대략 0.4 이하인 배터리 셀들, 예를 들어 18650 셀, 21700 셀 등에 적용될 수도 있음은 물론이다. 18650셀의 경우, 그 직경이 대략 18mm이고, 그 높이는 대략 65mm이고, 폼 팩터의 비는 0.277이다. 21700 셀의 경우, 그 직경이 대략 21mm이고, 그 높이는 대략 70mm이고, 폼 팩터의 비는 0.300이다.It goes without saying that the present invention can also be applied to battery cells having a form factor ratio of about 0.4 or less, such as an 18650 cell, a 21700 cell, etc. For the 18650 cell, the diameter is about 18 mm, the height is about 65 mm, and the form factor ratio is 0.277. For the 21700 cell, the diameter is about 21 mm, the height is about 70 mm, and the form factor ratio is 0.300.

실시예의 배터리 셀은, 전극조립체(20)와, 상기 전극조립체(20)에 전기적으로 연결된 집전판(31, 32)과, 상기 전극조립체(20)와 집전판(31, 32)을 수용하는 캔(10)을 포함한다.The battery cell of the embodiment includes an electrode assembly (20), a current collector plate (31, 32) electrically connected to the electrode assembly (20), and a can (10) that accommodates the electrode assembly (20) and the current collector plate (31, 32).

상기 캔(10)은, 바닥부재(12)와, 상기 바닥부재(12)에 연결되고 축방향으로 연장되는 측벽부재(11)를 포함한다.The above can (10) includes a bottom member (12) and a side wall member (11) connected to the bottom member (12) and extending in the axial direction.

상기 측벽부재(11)의 축방향 일측 단부에 마련된 개방 단부는 상기 캔(10)에 전극조립체(20)를 수용한 후 캡(16)으로 덮어 밀봉한다.An open end provided at one axial end of the above side wall member (11) is sealed by covering it with a cap (16) after accommodating the electrode assembly (20) in the can (10).

상기 바닥부재(12)는 중앙부에 홀이 형성된 원반 형태를 이루고, 상기 측벽부재(11)는 원형의 관 형상일 수 있다.The above floor member (12) has a disc shape with a hole formed in the center, and the side wall member (11) may have a circular tube shape.

상기 바닥부재(12)와 측벽부재(11)는 스틸의 표면에 니켈이 도금된 금속 시트를 딥 드로잉 공정으로 성형 가공하고, 측벽부재(11)의 선단부를 블랭크 홀더로 파지한 상태에서 펀치로 트리밍 가공하여 제작될 수 있다. 물론 캔(10)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.The above-mentioned bottom member (12) and side wall member (11) can be manufactured by forming a metal sheet with nickel plated on the surface of steel using a deep drawing process, and trimming the front end of the side wall member (11) with a punch while holding it with a blank holder. Of course, the material of the can (10) is not limited to this.

상기 홀에는 제1전극단자(13)가 끼움 결합될 수 있다. 상기 제1전극단자(13)는, 가스켓(14)을 개재한 상태에서 상기 바닥부재(12)에 리벳팅되어 고정될 수 있다. 상기 가스켓(14)은 상기 제1전극단자(13)와 상기 바닥부재(12) 사이에 개재되어, 캔(10)의 내부와 외부를 밀봉하여 전해액의 누액을 방지하고, 제1전극단자(13)와 바닥부재(12)를 전기적으로 절연할 수 있다.The first electrode terminal (13) can be fitted into the hole. The first electrode terminal (13) can be fixed by riveting to the bottom member (12) with a gasket (14) interposed therebetween. The gasket (14) is interposed between the first electrode terminal (13) and the bottom member (12), sealing the inside and outside of the can (10) to prevent leakage of the electrolyte, and electrically insulating the first electrode terminal (13) and the bottom member (12).

다만, 상기 제1전극단자(13)와 바닥부재(12)의 연결 방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 가령 제1전극단자(13)와 바닥부재(12) 사이를 밀봉하고, 제1전극단자(13)와 바닥부재(12)를 전기적으로 절연할 수 있는 구조라면, 이 외에도 다양한 고정 방법, 가령 볼트-너트 결합 방식, 글라스 씰(glass seal) 방식, 또는 크롬코팅 & PP-MAH 열접합 방식과 같은 다양한 다른 방식 역시 적용 가능하다.However, the method of connecting the first electrode terminal (13) and the bottom member (12) is not limited to this. For example, if the structure can seal between the first electrode terminal (13) and the bottom member (12) and electrically insulate the first electrode terminal (13) and the bottom member (12), various other fixing methods, such as a bolt-nut joint method, a glass seal method, or a chrome coating & PP-MAH thermal bonding method, can also be applied.

상기 제1전극단자(13)는 제1극성을 띄고, 상기 캔(10)은 제2극성을 띌 수 있다. 즉, 상기 캔(10)의 바닥부재(12), 이와 연결되는 측벽부재(11), 및 상기 측벽부재(11)와 연결되는 후술할 캡(16)은 모두 제2극성을 띌 수 있다.The above first electrode terminal (13) may have a first polarity, and the can (10) may have a second polarity. That is, the bottom member (12) of the can (10), the side wall member (11) connected thereto, and the cap (16) connected to the side wall member (11), which will be described later, may all have a second polarity.

이에 따라, 상기 배터리 셀은, 바닥부재(12)가 구비된 축방향 단부, 즉 폐쇄 단부에 제1전극단자(13)와 제2전극단자(15)가 모두 배치될 수 있다. 그러면, 상기 배터리 셀은 제1전극단자(13)에 연결되는 버스바와 제2전극단자(15)에 연결되는 버스바가 모두 배터리 셀의 상부에 위치할 수 있다.Accordingly, the battery cell may have both the first electrode terminal (13) and the second electrode terminal (15) arranged at the axial end, i.e., the closed end, provided with the bottom member (12). Then, the battery cell may have both the bus bar connected to the first electrode terminal (13) and the bus bar connected to the second electrode terminal (15) positioned at the upper portion of the battery cell.

일 예에서, 상기 제1전극단자(13)는 양극단자이고, 상기 제2전극단자(15)는 음극단자일 수 있다. 물론 그 반대일 수도 있다.In one example, the first electrode terminal (13) may be a positive terminal and the second electrode terminal (15) may be a negative terminal. Of course, the opposite may also be true.

상기 캔(10) 내에는 전극조립체(20)가 수용된다. 상기 전극조립체(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 폭을 가지고 길이방향으로 연장된 제1전극(21), 제2전극(22) 및 분리막(28)을 준비하고, 도 3에 도시된 바와 같이 제1전극(21), 분리막(28), 제2전극(22), 분리막(28)의 순으로 적층한 적층체를 형성한 뒤, 이를 도 4에 도시된 바와 같이 권심축 둘레로 권취한 젤리-롤 형태로 제작된다.An electrode assembly (20) is accommodated within the can (10). As shown in FIG. 2, the electrode assembly (20) is prepared by preparing a first electrode (21), a second electrode (22), and a separator (28) that are extended in the longitudinal direction with a predetermined width, and as shown in FIG. 3, a laminate is formed by sequentially stacking the first electrode (21), the separator (28), the second electrode (22), and the separator (28), and then, as shown in FIG. 4, this is wound around a coil shaft to produce a jelly-roll shape.

상기 제1전극(21)은 양극일 수 있고, 상기 제2전극(22)은 음극일 수 있다. 물론 그 반대일 수도 있다.The above first electrode (21) may be an anode, and the above second electrode (22) may be a cathode. Of course, the opposite may also be the case.

상기 제1전극(21)과 제2전극(22)은 시트 형태로 제작된다. 상기 전극시트는, 금속포일(23)의 표면에 활물질층(24)이 도포된 형태로 제작된다. 상기 전극시트는, 활물질층(24)이 도포된 유지부(25) 영역과, 활물질층(24)을 도포하지 않은 무지부(26) 영역을 구비한다. 양극시트는 폭방향 일측에 무지부(26) 영역이 구비되고, 음극시트는 폭방향 타측에 무지부(26) 영역이 구비된다.The above first electrode (21) and second electrode (22) are manufactured in the form of sheets. The above electrode sheets are manufactured in the form of an active material layer (24) being applied to the surface of a metal foil (23). The above electrode sheets have a support portion (25) region where the active material layer (24) is applied, and a non-conductive portion (26) region where the active material layer (24) is not applied. The positive electrode sheet has a non-conductive portion (26) region on one side in the width direction, and the negative electrode sheet has a non-conductive portion (26) region on the other side in the width direction.

무지부(26) 영역은 적층체에서 폭방향으로 노출 또는 돌출된다. 상기 무지부(26)는 그 자체가 전극탭(27)으로서 기능한다.The non-woven portion (26) is exposed or protrudes in the width direction in the laminate. The non-woven portion (26) itself functions as an electrode tab (27).

상기 무지부(26)에는 소정의 간격을 두고 노치를 형성하여 플래그(flag) 형태의 노칭탭(27)들을 형성할 수 있다.In the above-mentioned blank portion (26), notches can be formed at a predetermined interval to form flag-shaped notching tabs (27).

실시예에서는 상기 노칭탭(27)들이 등변 사다리꼴 형태임이 예시된다. 그러나 이들의 형태는 반원형, 반타원형, 삼각형, 직사각형, 평행사변형 등 다양한 형태일 수 있다. In the embodiment, the notching tabs (27) are exemplified as being in the shape of an equilateral trapezoid. However, their shapes may be various shapes such as a semicircle, a semi-ellipse, a triangle, a rectangle, a parallelogram, etc.

또한 실시예에서는 길이방향을 따라 배열되는 상기 노칭탭(27)들이 동일한 너비를 가지는 형태가 예시된다. 그러나 노칭탭들의 너비는, 권심 측에서 외주 측으로 갈수록 점진적으로 또는 단계적으로 넓어지는 형태일 수도 있다.In addition, in the embodiment, a form in which the notching tabs (27) arranged along the longitudinal direction have the same width is exemplified. However, the width of the notching tabs may be gradually or stepwise widened from the core side to the outer periphery side.

또한 실시예에서는 권심 측에서 외주 측으로 갈수록 상기 노칭탭(27)들의 높이가 단계적으로 높아지는 형태가 예시된다. 그러나 이러한 노칭탭들의 높이는 일정하거나 점차 낮아지는 형태로 구현될 수도 있다.In addition, in the embodiment, a form in which the height of the notching tabs (27) gradually increases from the core side to the outer circumference side is exemplified. However, the height of these notching tabs may be implemented in a constant or gradually decreasing form.

또한 실시예에서는 상기 무지부(26)의 구심측 단부의 소정 구간과 원심측 단부의 소정 구간에 노칭탭(27)이 삭제된 구조가 예시된다. 그러나 무지부의 구심측 단부에서 노칭탭이 삭제되지 않을 수도 있고, 무지부의 원심측 단부에서 노칭탭이 삭제되지 않을 수도 있음은 물론이다.In addition, in the embodiment, a structure is exemplified in which a notching tab (27) is deleted in a predetermined section of the centripetal end of the plain portion (26) and a predetermined section of the centrifugal end. However, it is obvious that the notching tab may not be deleted in the centripetal end of the plain portion, and the notching tab may not be deleted in the centrifugal end of the plain portion.

젤리롤 형태의 전극조립체(20)에서, 상기 노칭탭(27)은 도 4에 도시된 바와 같이 반경방향으로 절곡되어 평탄화될 수 있다. 상기 노칭탭(27)은 반경방향 내측으로 절곡되거나 외측으로 절곡될 수 있다. 실시예에서는 노칭탭(27)이 반경방향 내측으로 절곡된 구조가 예시된다.In the jelly roll-shaped electrode assembly (20), the notched tab (27) can be bent radially and flattened as shown in Fig. 4. The notched tab (27) can be bent radially inward or outward. In the embodiment, a structure in which the notched tab (27) is bent radially inward is exemplified.

상기 노칭탭(27)은, 적층체를 권취하여 젤리롤 형태의 전극조립체(20)를 형성하는 과정에서 하나씩 절곡 가공될 수 있다. 이와 달리 상기 노칭탭(27)은, 적층체를 권취하여 젤리롤 형태의 전극조립체를 형성한 뒤, 한꺼번에 절곡 가공될 수도 있다.The above-mentioned notched tabs (27) can be folded one by one during the process of forming a jelly roll-shaped electrode assembly (20) by winding the laminate. Alternatively, the above-mentioned notched tabs (27) can be folded all at once after the jelly roll-shaped electrode assembly is formed by winding the laminate.

이렇게 반경방향으로 절곡되며 포개어진 제1전극(21)의 노칭탭(27)들과 제2전극(22)의 노칭탭(27)들은, 각각 전극조립체(20)의 축방향 양측 단부에서 축방향에 대해 실직적으로 수직한 평면을 제공할 수 있다.The notched tabs (27) of the first electrode (21) and the notched tabs (27) of the second electrode (22), which are folded and covered in the radial direction in this way, can provide a plane that is substantially perpendicular to the axial direction at each of the axial ends of the electrode assembly (20).

상기 전극조립체(20)의 축방향 양단부로 노출된 노칭탭(27)이 절곡되어 제공되는 실질적으로 평평한 표면에는 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 제1집전판(31)과 제2집전판(32)이 각각 접합될 수 있다.As shown in FIGS. 5 and 6, a first collector plate (31) and a second collector plate (32) can be joined to a substantially flat surface provided by bending the notched tabs (27) exposed at both axial ends of the electrode assembly (20).

실시예에서, 상기 제1집전판(31)은 양극 집전판이고, 상기 제2집전판(32)은 음극 집전판임이 예시된다. 상기 제1집전판(31)은 알루미늄 재질일 수 있고, 상기 제2집전판(32)은 구리 재질일 수 있다.In the embodiment, it is exemplified that the first collector plate (31) is a positive collector plate and the second collector plate (32) is a negative collector plate. The first collector plate (31) may be made of aluminum and the second collector plate (32) may be made of copper.

상기 집전판(31, 32)은, 금속 시트를 펀칭하고 트리밍하고 피어싱하고 절곡하여 제작될 수 있다.The above-mentioned collector plate (31, 32) can be manufactured by punching, trimming, piercing, and bending a metal sheet.

도 5를 참조하면 상기 제1집전판(31)은, 중심부로부터 방사상으로 연장되는 제1단자연결부(312)와, 상기 제1단자연결부(312)의 원심측 가장자리를 원주방향으로 연결하는 링부(313)와, 상기 링부(313)로부터 구심측으로 연장되되 상기 제1단자연결부(312)와는 연결되지 않는 제1전극연결부(314)를 구비한다. 상기 제1단자연결부(312)의 중심부는 전극조립체(20)의 권심 중공부의 적어도 일부를 덮는다.Referring to FIG. 5, the first current collector plate (31) has a first terminal connection portion (312) extending radially from the center, a ring portion (313) connecting the centrifugal edge of the first terminal connection portion (312) in a circumferential direction, and a first electrode connection portion (314) extending from the ring portion (313) toward the center but not connected to the first terminal connection portion (312). The center of the first terminal connection portion (312) covers at least a portion of the core hollow portion of the electrode assembly (20).

상기 제1전극연결부(314)는, 상기 전극조립체(20)를 캔(10)에 넣기 전에, 전극조립체(20)의 제1전극(21)의 노칭탭(27)에 레이저 용접 등의 방식으로 접합된다. 상기 레이저의 용접 라인은 방사상으로 연장될 수 있다.The above first electrode connection part (314) is joined to the notched tab (27) of the first electrode (21) of the electrode assembly (20) by laser welding or the like before the electrode assembly (20) is placed in the can (10). The welding line of the laser may extend radially.

도 6을 참조하면, 상기 제2집전판(32)은, 전극조립체(20)의 권심 중공부와 대응하는 홀(322)을 규정하고 상기 권심 중공부를 둘러싸는 형태로 제공되는 이너링부(321), 상기 이너링부(321)로부터 방사상으로 연장된 제2전극연결부(323), 상기 제2전극연결부(323)보다 원심 측에 배치되고 상기 이너링부(321)에 연결되는 제2단자연결부(324)를 포함한다. 제2단자연결부(324)는 상기 제2집전판(32)의 가장자리를 둘러싸는 아우터 링 형태를 구비한다.Referring to FIG. 6, the second collector plate (32) includes an inner ring (321) that defines a hole (322) corresponding to the core hollow portion of the electrode assembly (20) and is provided in a form surrounding the core hollow portion, a second electrode connection portion (323) that extends radially from the inner ring portion (321), and a second terminal connection portion (324) that is positioned on a more distal side than the second electrode connection portion (323) and is connected to the inner ring portion (321). The second terminal connection portion (324) has an outer ring form that surrounds the edge of the second collector plate (32).

상기 제2전극연결부(323)는, 상기 전극조립체(20)를 캔(10)에 넣기 전에, 전극조립체(20)의 제2전극(22)의 노칭탭(27)에 레이저 용접 등의 방식으로 접합될 수 있다. 상기 레이저의 용접 라인은 방사상으로 연장될 수 있다.The second electrode connection part (323) may be joined to the notched tab (27) of the second electrode (22) of the electrode assembly (20) by laser welding or the like before placing the electrode assembly (20) into the can (10). The welding line of the laser may extend radially.

도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 전극조립체(20)는, 상기 제1집전판(31)이 캔(10)의 바닥부재(12)를 향하도록 정렬된 상태에서 상기 캔(10)에 수용된다. 이 때, 제1집전판(31)과 캔(10)의 바닥부재(12) 사이에 인슐레이터(19)를 개재하여 상기 제1집전판(31)과 상기 바닥부재(12)를 전기적으로 절연되도록 한다. As shown in FIGS. 7 and 8, the electrode assembly (20) is accommodated in the can (10) in a state where the first collector plate (31) is aligned toward the bottom member (12) of the can (10). At this time, an insulator (19) is interposed between the first collector plate (31) and the bottom member (12) of the can (10) so as to electrically insulate the first collector plate (31) and the bottom member (12).

그리고, 상기 제1집전판(31)의 제1단자연결부(312)는 상기 캔(10)에 고정된 제1전극단자(13)와 저항 용접, 초음파 용접 또는 레이저 용접 등의 방식으로 접합된다. 상기 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)의 용접을 위한 용접장치는 캔(10)의 개방 단부로부터 상기 전극조립체(20)의 권심 중공부를 통해 상기 제1집전판(31)의 제1단자연결부(312) 중심의 이면에 접근하여 용접을 진행할 수 있다. 물론 이 외에도 브레이징이나 솔더링 방식 등에 의해 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)가 접합될 수도 있음은 물론이다. 즉 상기 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)는 이들을 전기적으로 연결하며 상호 고정할 수 있는 결합 방식이라면 다양한 방식이 적용 가능하다.And, the first terminal connection part (312) of the first collector plate (31) is joined to the first electrode terminal (13) fixed to the can (10) by resistance welding, ultrasonic welding, laser welding, or the like. The welding device for welding the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) can approach the back surface of the center of the first terminal connection part (312) of the first collector plate (31) through the core hollow part of the electrode assembly (20) from the open end of the can (10) to perform welding. Of course, in addition to this, the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) can also be joined by brazing or soldering. In other words, various methods can be applied as long as the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) can be electrically connected and fixed to each other.

다만 본 발명은 양극집전판을 생략한 상태에서 양극탭이 직접 양극단자에 전기적으로 연결되는 구조를 배제하지 않는다.However, the present invention does not exclude a structure in which the positive electrode tab is directly electrically connected to the positive electrode terminal while omitting the positive electrode collector plate.

상기 전극조립체(20)가 상기 캔(10)의 내부에 수용된 상태에서, 상기 제2전극(22)의 전극탭(27)과 상기 제2집전판(32)은 상기 측벽부재(11)의 개방 단부를 바라보도록 배치된다.With the electrode assembly (20) accommodated inside the can (10), the electrode tab (27) of the second electrode (22) and the second current collector (32) are positioned to face the open end of the side wall member (11).

상기 제1집전판(31)과 제1전극단자(13)의 접합이 이루어진 후, 상기 캔(10) 내부에 전해액을 주입할 수 있다. 전해액을 주입한 뒤, 상기 측벽부재(11)의 개방단부는, 도 9에 도시된 바와 같이 캡(16)에 의해 덮이며 마감된다.After the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) are joined, an electrolyte can be injected into the can (10). After the electrolyte is injected, the open end of the side wall member (11) is covered and finished with a cap (16) as shown in Fig. 9.

물론 본 발명의 용접 구조는, 캡(16)을 먼저 덮은 뒤, 전해액을 주입하고 캡(16)의 주액구를 마감하는 방식에도 적용 가능하다.Of course, the welding structure of the present invention can also be applied to a method of first covering the cap (16), then injecting the electrolyte, and then closing the injection port of the cap (16).

상기 캡(16)의 가장자리는 도 10에 도시된 바와 같이 측벽부재(11)의 가장자리와 레이저로 심 용접되며 접합되고, 이에 따라 상기 캔(10)은 밀봉될 수 있다.The edge of the cap (16) is joined by laser welding to the edge of the side wall member (11) as shown in Fig. 10, and thus the can (10) can be sealed.

이하 도 10 내지 도 14를 참조하여, 본 발명에 따른 캔과 캡의 용접 구조를 상세히 설명한다.Referring to FIGS. 10 to 14 below, the welding structure of a can and a cap according to the present invention will be described in detail.

상기 제2집전판(32)은, 상기 전극조립체(20)의 제2전극(22)의 전극탭(27)에 접촉하여 전기적으로 연결되는 제2전극연결부(323)와, 상기 측벽부재(11)의 내주면에 접촉하여 전기적으로 연결되는 제2단자연결부(324)를 구비한다.The above second collector plate (32) has a second electrode connection portion (323) that is electrically connected by contacting the electrode tab (27) of the second electrode (22) of the electrode assembly (20), and a second terminal connection portion (324) that is electrically connected by contacting the inner surface of the side wall member (11).

상기 제2전극연결부(323)는 반경방향으로 연장되는 원형의 평판 구조일 수 있다. 상기 제2전극연결부(323)의 저면은 상기 제2전극탭(27)의 표면에 레이저 용접 등의 방식으로 용접될 수 있다.The second electrode connecting portion (323) may be a circular flat plate structure extending in the radial direction. The bottom surface of the second electrode connecting portion (323) may be welded to the surface of the second electrode tab (27) by a method such as laser welding.

상기 제2단자연결부(324)는, 상기 제2전극연결부(323)의 반경방향 외측 가장자리에 마련된 절곡부(328)로부터 축방향 외측으로 연장된다.The second terminal connection portion (324) extends axially outward from a bend portion (328) provided on the radially outer edge of the second electrode connection portion (323).

상기 제2집전판(32)의 재질은 상기 측벽부재(11)의 재질보다 무를 수 있다.The material of the above second collector plate (32) may be softer than the material of the side wall member (11).

상기 제2단자연결부(324)의 외경을 상기 측벽부재(11)의 내주면의 내경보다 아주 약간 크도록 설정하면, 상기 제2집전판(32)을 삽입하는 과정에서 상기 절곡부(328)가 탄성 변형되며 상기 제2단자연결부(324)가 상기 측벽부재(11)의 내주면에 압입되어, 상기 제2단자연결부(324)와 측벽부재(11)가 반경방향으로 밀착된다. 이에 따라, 제2집전판(32)을 삽입한 상태에서, 상기 제2단자연결부(324)의 외경은 상기 측벽부재(11)의 내경과 대응할 수 있다.When the outer diameter of the second terminal connection portion (324) is set to be slightly larger than the inner diameter of the inner surface of the side wall member (11), the bending portion (328) is elastically deformed during the process of inserting the second current collector plate (32) and the second terminal connection portion (324) is pressed into the inner surface of the side wall member (11), so that the second terminal connection portion (324) and the side wall member (11) are in close contact in the radial direction. Accordingly, in a state where the second current collector plate (32) is inserted, the outer diameter of the second terminal connection portion (324) can correspond to the inner diameter of the side wall member (11).

상기 전극조립체(20)가 상기 캔(10)의 내부에 수용된 상태에서, 상기 제2전극탭(27)과 상기 제2집전판(32)은 상기 측벽부재(11)의 개방단부를 바라보도록 배치된다.With the electrode assembly (20) accommodated inside the can (10), the second electrode tab (27) and the second current collector plate (32) are positioned to face the open end of the side wall member (11).

상기 측벽부재(11)는 상기 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)보다 축방향으로 더 외측까지 연장된다. 그러면 도 12에 도시된 바와 같이, 캔(10)의 측벽부재(11)의 내주면이 먼저 캡(40)의 삽입을 안내하고, 이어서 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)의 내주면이 캡(40)의 삽입을 안내할 수 있다. 즉 위와 같은 구조는 후술할 용접에도 유리할 뿐만 아니라, 캡(40)을 삽입할 때 캡의 삽입을 안내하고 캡의 중심 정렬도 용이하게 해준다.The above side wall member (11) extends axially further outward than the second terminal connection portion (324) of the second current collector plate (32). Then, as shown in FIG. 12, the inner surface of the side wall member (11) of the can (10) can first guide the insertion of the cap (40), and then the inner surface of the second terminal connection portion (324) of the second current collector plate (32) can guide the insertion of the cap (40). In other words, the above structure is not only advantageous for welding, which will be described later, but also guides the insertion of the cap (40) and facilitates the center alignment of the cap when inserting it.

상기 측벽부재(11)의 개방단부는, 캡(40)에 의해 덮이며 마감된다. 상기 캡(40)은, 실질적으로 원반 형상을 가지는 개방단부의 덮개이다. 도 11을 참조하면, 상기 캡(40)은, 반경방향 외측으로부터 내측으로, 맞댐부(49), 곡면부(48), 제1경사부(47), 받침부(45), 제2경사부(43), 및 구심부(41)를 순서대로 포함한다.The open end of the side wall member (11) is covered and finished by a cap (40). The cap (40) is a cover of the open end having a substantially disc shape. Referring to Fig. 11, the cap (40) includes, in order from the radially outer side to the inner side, a butting portion (49), a curved portion (48), a first inclined portion (47), a support portion (45), a second inclined portion (43), and a center portion (41).

상기 캡(40)의 반경방향 외측 가장자리에는, 그 외주면이 상기 캔(10)의 측벽부재(11)의 내주면과 반경방향으로 마주하도록 축방향으로 연장되는 맞댐부(49)가 마련된다.On the radially outer edge of the cap (40), an abutment portion (49) is provided that extends axially so that its outer surface radially faces the inner surface of the side wall member (11) of the can (10).

캔(10)에 캡(40)이 삽입된 상태에서, 상기 측벽부재(11)의 내주면의 축방향 외측 가장자리와, 상기 맞댐부(49)의 외주면의 축방향 외측 가장자리는 그 높이가 서로 상응하도록 배치될 수 있다.With the cap (40) inserted into the can (10), the axial outer edge of the inner surface of the side wall member (11) and the axial outer edge of the outer surface of the abutment portion (49) can be arranged so that their heights correspond to each other.

축방향으로 상기 제2단자연결부(324)의 적어도 일부 구간은, 반경방향으로 상기 측벽부재(11)와 맞댐부(49) 사이에서 이들에 의해 반경방향으로 압착 개재된다.At least a portion of the second terminal connection portion (324) in the axial direction is radially pressed and interposed between the side wall member (11) and the abutment portion (49) in the radial direction.

일실시예에서, 상기 제2단자연결부(324)의 축방향 외측 가장자리는 상기 측벽부재(11)의 축방향 외측 가장자리와 상기 맞댐부(49)의 축방향 외측 가장자리보다 축방향으로 더 내측에 배치된다.In one embodiment, the axial outer edge of the second terminal connection portion (324) is positioned axially further inward than the axial outer edge of the side wall member (11) and the axial outer edge of the abutment portion (49).

그러나, 본 발명이 반드시 이러한 높이 관계에 한정되는 것은 아니다. 가령 상기 제2단자연결부(324)의 축방향 외측 가장자리의 높이는, 상기 측벽부재(11)의 축방향 외측 가장자리 및/또는 상기 맞댐부(49)의 축방향 외측 가장자리의 높이와 대응할 수 있고, 필요에 따라 그보다 더 높게 돌출될 수도 있음은 물론이다.However, the present invention is not necessarily limited to this height relationship. For example, the height of the axial outer edge of the second terminal connecting portion (324) may correspond to the height of the axial outer edge of the side wall member (11) and/or the axial outer edge of the abutting portion (49), and of course, may protrude higher than that as needed.

다만 상기 제2단자연결부(324)의 축방향 외측 가장자리의 높이가 상기 측벽부재(11)의 축방향 외측 가장자리 및 상기 맞댐부(49)의 축방향 외측 가장자리의 높이보다 약간 낮으면, 측벽부재(11)의 축방향 외측 가장자리 및 상기 맞댐부(49)의 축방향 외측 가장자리 사이에 일종의 그루브가 제공되고, 측벽부재(11)의 축방향 외측 가장자리 및 상기 맞댐부(49)의 축방향 외측 가장자리의 용융 금속이 이러한 그루브에 용입되고 용착되어, 용접 후 상기 제2단자연결부(324)의 축방향 외측 가장자리가 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다.However, if the height of the axial outer edge of the second terminal connection portion (324) is slightly lower than the height of the axial outer edge of the side wall member (11) and the axial outer edge of the abutment portion (49), a type of groove is provided between the axial outer edge of the side wall member (11) and the axial outer edge of the abutment portion (49), and the molten metal of the axial outer edge of the side wall member (11) and the axial outer edge of the abutment portion (49) penetrates and is deposited in this groove, so that the axial outer edge of the second terminal connection portion (324) is not exposed to the outside after welding.

상기 맞댐부(49)의 축방향 내측 단부에는 축방향 내측으로 갈수록 반경방향 내측으로 연장되는 곡면부(48)가 연결된다.A curved portion (48) that extends radially inwardly as it goes axially inward is connected to the axial inner end of the above-mentioned mating portion (49).

상기 곡면부(48)는 아래로 볼록한 형태, 즉 상기 맞댐부(49)로부터 멀어질수록 점점 그 외주면의 접선의 기울기가 점차 작아지는 형태일 수 있다. 상기 맞댐부(49)는 축방향으로 수직으로 연장되므로, 상기 맞댐부(49)으로부터 멀어질수록 상기 곡면부(48)의 외주면의 접선의 기울기는 90도로부터 점차 줄어들 수 있다.The above-mentioned curved portion (48) may have a downwardly convex shape, that is, a shape in which the slope of the tangent line of the outer surface thereof gradually decreases as it gets further away from the abutment portion (49). Since the abutment portion (49) extends vertically in the axial direction, the slope of the tangent line of the outer surface of the above-mentioned curved portion (48) may gradually decrease from 90 degrees as it gets further away from the abutment portion (49).

상기 곡면부(48)는 상기 접선의 기울기가 0도가 되는 지점까지 연장될 수 있다. 보다 바람직하게 상기 곡면부(48)는, 0도를 더 지나, 접선의 기울기가 후술할 상기 제1경사부(47)의 제1기울기와 대응하는 각도까지 더 연장될 수 있다.The above-mentioned curved portion (48) can be extended to a point where the slope of the tangent line becomes 0 degrees. More preferably, the above-mentioned curved portion (48) can be extended further past 0 degrees to an angle where the slope of the tangent line corresponds to the first slope of the first inclined portion (47) described later.

상기 곡면부(48)에서 상기 접선의 기울기가 0도가 되는 지점은, 곡면부(48)에서 축방향으로 가장 내측까지 연장되는 부위일 수 있다.The point where the slope of the tangent line in the above curved portion (48) becomes 0 degrees may be the portion that extends most inwardly in the axial direction from the curved portion (48).

상기 개방 단부에 대한 상기 캡(40)의 삽입 깊이는, 상기 곡면부(48)의 축방향 내측 단부, 즉 접선의 기울기가 0도가 되는 상기 지점이 상기 집전판(32)의 제2전극연결부(323)의 표면과 간섭됨으로써 규제될 수 있다.The insertion depth of the cap (40) into the open end can be regulated by the point where the axial inner end of the curved portion (48), i.e., the point where the inclination of the tangent line becomes 0 degrees, interferes with the surface of the second electrode connecting portion (323) of the current collector plate (32).

상기 캡(40)은 상기 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)를 원심방향으로 가압하고, 또한 상기 제2집전판(32)의 제2전극연결부(323)의 원심측 가장자리 부근을 축방향 내측으로 가압한다. 이에 따라, 상기 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)는 상기 측벽부재(11)와 캡(40) 사이에 강하게 밀착 고정된다. The cap (40) presses the second terminal connection portion (324) of the second collector plate (32) in a centrifugal direction, and also presses the radial edge of the second electrode connection portion (323) of the second collector plate (32) in an axial direction inward. Accordingly, the second terminal connection portion (324) of the second collector plate (32) is firmly fixed between the side wall member (11) and the cap (40).

상기 제2집전판(32) 자체는, 상기 캡(40)과 달리, 스스로 자신의 제2단자연결부(324)를 상기 측벽부재(11)에 강하게 압착되도록 하는 탄성력을 발휘할 만한 강성을 갖지 않을 수 있다. The second collector plate (32) itself, unlike the cap (40), may not have the rigidity to exert elastic force to strongly press its own second terminal connection part (324) to the side wall member (11).

이에, 상기 제2집전판(32)보다 높은 강성을 가지는 캡(40)의 형상이 탄성력을 가지도록 설계하면, 상기 캡(40)이 상기 측벽부재(11)에 강하게 압착되도록 함은 물론, 상기 측벽부재(11)에 용접하기 위해 강하게 압착되어야 하는 제2집전판(32)이 상기 캡(40)에 의해 상기 측벽부재(11)에 강하게 압착되도록 함으로써, 상기 캡(40)을 상기 제2집전판(32)을 상기 측벽부재(11)에 용접하기 위한 지그의 기능도 함께 하도록 할 수 있다.Accordingly, if the shape of the cap (40) having higher rigidity than the second collector plate (32) is designed to have elasticity, the cap (40) can be strongly pressed against the side wall member (11), and the second collector plate (32), which must be strongly pressed for welding to the side wall member (11), can be strongly pressed against the side wall member (11) by the cap (40), thereby allowing the cap (40) to also function as a jig for welding the second collector plate (32) to the side wall member (11).

상기 캡(40)에서 상기 곡면부(48)보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 수평하게 연장되는 받침부(45)가 마련된다. 상기 받침부(45)의 표면은 평평한 링 형상을 가지므로, 도 1에 도시된 배터리 셀을 뒤집었을 때 상기 배터리 셀의 발 역할을 하게 된다. In the cap (40), a support portion (45) is provided that extends horizontally in the radial direction radially inward from the curved portion (48). Since the surface of the support portion (45) has a flat ring shape, it functions as a foot of the battery cell when the battery cell illustrated in Fig. 1 is turned over.

상기 받침부(45)의 축방향 외측면은, 도시된 바와 같이 상기 맞댐부(49)의 축방향 외측 단부와 같은 높이에 배치되거나, 그보다 축방향으로 더 외측에 배치된다. 따라서 도 1에 도시된 배터리 셀을 뒤집어, 상기 캡(40)이 바닥에 닿으며 상기 배터리 셀이 놓이도록 하더라도, 캡(40)과 캔(10)의 용접부위가 배터리 셀의 하중을 직접적으로 지지하지 않도록 하여, 용접 부위를 보호할 수 있다.The axial outer surface of the support member (45) is positioned at the same height as the axial outer end of the abutment member (49) as illustrated, or is positioned axially further outward than that. Accordingly, even if the battery cell illustrated in Fig. 1 is turned over so that the cap (40) touches the floor and the battery cell is placed, the welding area of the cap (40) and the can (10) does not directly support the load of the battery cell, thereby protecting the welding area.

상기 곡면부(48)와 상기 받침부(45) 사이에는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 외측으로 연장되되 그 기울기가 실질적으로 제1기울기로 일정한 제1경사부(47)가 마련된다. 실시예에서 상기 제1기울기는 약 45도 내외임이 예시된다. 그러면 상기 제1경사부(47)과 상기 맞댐부(49)의 사이각은 약 45도 내외가 될 수 있다.Between the above-mentioned curved portion (48) and the above-mentioned support portion (45), a first inclined portion (47) is provided that extends radially inwardly and axially outwardly, but whose inclination is substantially constant as the first inclination. In the embodiment, the first inclination is exemplified as being approximately 45 degrees. Then, the angle between the first inclined portion (47) and the abutting portion (49) can be approximately 45 degrees.

상기 캡(40)에서 상기 받침부(45)보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 수평하게 연장되는 구심부(41)가 마련된다. 상기 구심부(41)의 축방향 내측면은 상기 곡면부(48)의 축방향 내측 단부보다 축방향으로 더 외측에 배치된다.In the cap (40), a centrifugal portion (41) is provided that extends radially and horizontally radially inwardly from the support portion (45). The axial inner surface of the centrifugal portion (41) is positioned axially further outward than the axial inner end of the curved portion (48).

이에 따라, 상기 캡(40)을 압입하면, 상기 구심부(41)의 축방향 내측면이 상기 제2집전판(32)에 닿기 전에 상기 곡면부(48)가 상기 제2집전판(32)에 닿을 수 있다. 즉, 실시예에 따르면, 상기 캡(40)의 압입 깊이는 상기 곡면부(48)와 상기 제2집전판(32)의 제2전극연결부(323) 간의 간섭에 의해 규제될 수 있다.Accordingly, when the cap (40) is pressed in, the curved portion (48) can contact the second collector plate (32) before the axial inner surface of the centrifugal portion (41) contacts the second collector plate (32). That is, according to the embodiment, the pressing depth of the cap (40) can be regulated by the interference between the curved portion (48) and the second electrode connecting portion (323) of the second collector plate (32).

상기 받침부(45)과 구심부(41) 사이에는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 내측으로 연장되되 그 기울기가 실질적으로 제2기울기로 일정한 제2경사부(43)가 마련된다. 실시예에서 상기 제2기울기는 약 22.5도 내외임이 예시된다.Between the support member (45) and the center member (41), a second inclined member (43) is provided that extends axially inwardly as it goes radially inward, but has a substantially constant second inclination. In the embodiment, the second inclination is exemplified as being approximately 22.5 degrees.

상기 제2기울기는 상기 제1기울기보다 작을 수 있다. 이에 따라 캡(40)이 반경방향으로 하중을 받을 때, 상기 제2경사부(43)의 반경방향 양단부보다 상기 제1경사부(47)의 반경방향 양단부가 더 잘 변형될 수 있다. 이러한 기울기의 차이는, 상기 캡(40)의 맞댐부(49)가 상기 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)를 가압하는 지그의 기능을 더욱 확실히 하도록 해준다.The second slope may be smaller than the first slope. Accordingly, when the cap (40) receives a load in the radial direction, the radial ends of the first slope (47) may be deformed more effectively than the radial ends of the second slope (43). This difference in slope allows the abutment portion (49) of the cap (40) to more reliably function as a jig that presses the second terminal connection portion (324) of the second collector plate (32).

상기 받침부(45)의 반경방향 길이는, 상기 맞댐부(49), 상기 곡면부(48) 및 상기 제1경사부(47)가 반경방향으로 차지하는 구간의 길이보다 2배 이상 길 수 있다. 그러면, 상기 받침부(45)가 반경방향으로 상대적으로 더욱 높은 강성을 가지게 되므로, 상기 캡(40)의 외주면에서 상기 캡(40)에 가해지는 반경방향 하중은 상기 받침부(45)보다 반경방향 외측 구간에 집중적으로 작용할 수 있다. 이러한 길이의 차이 역시 상기 캡(40)의 맞댐부(49)가 상기 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)를 가압하는 지그의 기능을 더욱 확실히 하도록 해준다.The radial length of the support portion (45) may be at least twice as long as the length of the section occupied in the radial direction by the abutment portion (49), the curved portion (48), and the first inclined portion (47). Then, since the support portion (45) has relatively higher rigidity in the radial direction, the radial load applied to the cap (40) from the outer peripheral surface of the cap (40) may be concentrated on the radially outer section rather than the support portion (45). This difference in length also allows the abutment portion (49) of the cap (40) to more reliably function as a jig that presses the second terminal connection portion (324) of the second collector plate (32).

도 12를 참조하면, 반경방향 내측으로 맞댐부(49)에 하중이 가해질 때, 상기 곡면부(48)가 주로 탄성 변형되고, 제1경사부(47)와 상기 받침부(45)의 연결 부위가 주로 탄성 변형될 수 있다. 또한 이러한 거위 목 구조에 따르면, 탄성 변형 구간이 크기 때문에, 맞댐부(49)가 다시 반경방향 외측으로 복원되는 방향으로 가해지는 탄성력 역시 크게 작용한다.Referring to Fig. 12, when a load is applied to the abutment portion (49) radially inwardly, the curved portion (48) is mainly elastically deformed, and the connection portion between the first inclined portion (47) and the support portion (45) can be mainly elastically deformed. In addition, according to this goose neck structure, since the elastic deformation section is large, the elastic force applied in the direction in which the abutment portion (49) is restored radially outward again also acts significantly.

이에 따라, 상기 캡(40)을 캔(10)의 개방부위로 압입하면, 상기 캡(40)의 탄성력이 상기 맞댐부(49)를 반경방향 외측으로 복원시키는 방향으로 작용하고, 상기 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 측벽부재(11)와 맞댐부(49)에 개재된 상태에서 강하게 압착된다.Accordingly, when the cap (40) is pressed into the open portion of the can (10), the elastic force of the cap (40) acts in a direction to restore the abutment portion (49) radially outward, and the second terminal connection portion (324) of the second collector plate (32) is strongly pressed while being interposed between the side wall member (11) and the abutment portion (49), as illustrated in FIG. 13.

이러한 상태에서, 상기 측벽부재(11)의 축방향 단부와 맞댐부(49)의 축방향 단부는, 도 13에 도시된 바와 같이 축방향으로 조사되는 레이저(L)에 의해 용접된다. 상기 레이저의 조사 방향은 축방향과 나란할 수 있다.In this state, the axial end of the side wall member (11) and the axial end of the abutting portion (49) are welded by a laser (L) irradiated in the axial direction as shown in Fig. 13. The irradiation direction of the laser may be parallel to the axial direction.

이에 따라 축방향으로 상기 제2단자연결부(324)의 적어도 일부 구간이 상기 측벽부재(11)의 내주면과 상기 캡(40)의 외주면 사이에 개재된 상태에서 상기 측벽부재(11)의 내주면과 상기 캡(40)의 외주면이 용접되어 용접부(W)가 형성된다. 이러한 용접부(W)에는 제2단자연결부(324)의 일부 구간도 함께 용입될 수 있다.Accordingly, at least a portion of the second terminal connection portion (324) in the axial direction is interposed between the inner surface of the side wall member (11) and the outer surface of the cap (40), and the inner surface of the side wall member (11) and the outer surface of the cap (40) are welded to form a weld (W). A portion of the second terminal connection portion (324) may also be welded into this weld (W).

축방향으로 더 외측까지 연장된 측벽부재(11) 부위와 맞댐부(49) 부위는 약간의 간극을 두고 반경방향으로 서로 마주하여, 축방향으로 조사되는 레이저가 제2단자연결부(324)에 직접 도달할 수 있는 경로를 제공하여, 과도한 열이 발생하기 전에 제2집전판(32)도 가열할 수 있어, 캡(40)과 캔(10)과 제2집전판(32)의 3중용접을 보다 원활하게 해준다. The side wall member (11) portion that extends further outward in the axial direction and the mating portion (49) portion face each other radially with a slight gap, thereby providing a path for the laser irradiated in the axial direction to directly reach the second terminal connection portion (324), thereby allowing the second collector plate (32) to be heated before excessive heat is generated, thereby facilitating the triple welding of the cap (40), the can (10), and the second collector plate (32).

또한, 축방향으로 더 외측까지 연장된 측벽부재(11) 부위와 맞댐부(49) 부위는 용접 시 용접부(W)에 용입되어 용접부(W)의 강도와 체적을 증가시킨다.In addition, the portion of the side wall member (11) that extends further outward in the axial direction and the portion of the abutment portion (49) are welded into the weld (W) during welding, thereby increasing the strength and volume of the weld (W).

상기 측벽부재(11)와 캡(40)은 동종의 금속재질, 가령 알루미늄이나 스틸 재질로 이루어질 수 있다.The above side wall member (11) and cap (40) may be made of a similar metal material, such as aluminum or steel.

상기 제2집전판(32)은 상기 측벽부재(11) 및 캡(40)과 동종의 금속재질일 수 있다. 그러면, 상기 제2집전판(32)은 상기 측벽부재(11)와 캡(40)을 용접하는 공정에서 함께 용접될 수 있다.The second collector plate (32) may be made of the same metal material as the side wall member (11) and the cap (40). Then, the second collector plate (32) may be welded together in the process of welding the side wall member (11) and the cap (40).

이와 달리 상기 제2집전판(32)은 상기 측벽부재(11) 및 캡(40)과 이종의 금속재질, 가령 구리 재질로 이루어질 수 있다.In contrast, the second collector plate (32) may be made of a different metal material from the side wall member (11) and the cap (40), such as copper.

그러면 이종 재질이라 하더라도, 상기 제2집전판(32)은 상기 측벽부재(11)와 캡(40)을 용접하는 공정에서 함께 용접될 수 있고, 가사 이종 재질이라는 점에 기인하여 상기 제2집전판(32)의 용접이 다소 미진하다 하더라도, 상기 측벽부재(11)와 캡(40)의 축방향 단부가 상호 용접되고, 상기 집전판이 이들 사이에 개재된 상태를 유지할 수 있게 되므로, 집전판과 캔 간의 전기적 연결에 아무런 지장이 없다.Then, even if they are made of different materials, the second collector plate (32) can be welded together in the process of welding the side wall member (11) and the cap (40), and even if the welding of the second collector plate (32) is somewhat insufficient due to the fact that they are made of different materials, the axial ends of the side wall member (11) and the cap (40) can be welded to each other, and the collector plate can be maintained in a state of being interposed between them, so there is no problem with the electrical connection between the collector plate and the can.

이하 도 16을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 셀의 제조 방법의 실시예를 설명한다.Referring to FIG. 16 below, an embodiment of a method for manufacturing a battery cell according to the present invention will be described.

먼저 캔(10)의 바닥부재(12)에 마련된 홀에 제1전극단자(13)를 고정한다. 이때, 바닥부재(12)와 전극단자(13) 사이에 가스켓(14)을 개재하여 이들 간의 전기적 절연 및 밀봉이 이루어지도록 한다. 실시예에서는 가스켓(14)을 개재하며 리벳팅으로 제1전극단자(13)를 고정한 형태를 예시하나, 절연 밀봉을 하며 바닥부재(12)에 제1전극단자(13)를 고정할 수 있는 다양한 다른 공지의 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.First, the first electrode terminal (13) is fixed to the hole provided in the bottom member (12) of the can (10). At this time, a gasket (14) is interposed between the bottom member (12) and the electrode terminal (13) to ensure electrical insulation and sealing therebetween. In the embodiment, the form in which the first electrode terminal (13) is fixed by riveting while interposing the gasket (14) is exemplified, but it is obvious that various other known methods that can fix the first electrode terminal (13) to the bottom member (12) while performing insulation sealing may be applied.

다음으로 캔 내부에, 양단부에 집전판(31, 32)이 용접된 전극조립체(20)를 삽입한다. 그러면, 제1집전판(31)은 제1전극단자(13)와 마주하며 접하게 되고, 제2집전판(32)의 제2전극연결부(323)는 개방 단부를 바라보게 되며, 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)는 상기 캔(10)의 측벽부재(11)의 내주면에 접하게 된다. 이 상태에서, 상기 제1집전판(31)과 상기 제1전극단자(13)를 용접한다.Next, an electrode assembly (20) having collector plates (31, 32) welded to both ends is inserted into the can. Then, the first collector plate (31) faces and comes into contact with the first electrode terminal (13), the second electrode connection portion (323) of the second collector plate (32) faces the open end, and the second terminal connection portion (324) of the second collector plate (32) comes into contact with the inner surface of the side wall member (11) of the can (10). In this state, the first collector plate (31) and the first electrode terminal (13) are welded.

다음으로, 캔(10)의 개방단부에 캡(40)을 압입한다. 캡(40)의 외주면은 축방향 내측으로 갈수록 외경이 점차 줄어드는 형태의 곡면부(48)가 마련되어 있으므로, 상기 제2집전판(32)의 제2단자연결부(324)의 축방향 외측 단부의 내측 가장자리가 상기 곡면부(48)에 의해 자연스럽게 눌리기 시작하면서, 상기 제2단자연결부(324)는 상기 캡(40)의 맞댐부(49)과 접하며 반경방향 외측으로 가압된다. 상기 캡(40)의 삽입은 상기 캡(40)의 곡면부(48)가 축방향으로 상기 제2전극연결부(323)에 닿아 간섭될 때까지 이루어질 수 있다.Next, a cap (40) is pressed into the open end of the can (10). Since the outer surface of the cap (40) is provided with a curved portion (48) whose outer diameter gradually decreases as it goes axially inward, the inner edge of the axially outer end of the second terminal connection portion (324) of the second current collector (32) begins to be naturally pressed by the curved portion (48), and the second terminal connection portion (324) comes into contact with the abutment portion (49) of the cap (40) and is pressed radially outward. The insertion of the cap (40) can be performed until the curved portion (48) of the cap (40) axially contacts and interferes with the second electrode connection portion (323).

다음으로, 캔(10)의 측벽부재(11)의 축방향 단부와 캡(40)의 맞댐부(49)의 축방향 단부를 용접한다.Next, the axial end of the side wall member (11) of the can (10) and the axial end of the mating portion (49) of the cap (40) are welded.

이와 같은 실시예의 배터리 셀은, 도 15에 도시된 비교예의 배터리 셀과 달리, 제2집전판(32)을 캔(10)에 용접함에 있어서 캡(40)이 지그의 역할을 함께 하므로, 캔 내부에 지그를 수용하기 위한 별도의 공간을 마련할 필요가 없다. 따라서 캔(10)의 내부 공간을 낭비하지 않고 배터리 셀의 체적 대비 에너지 밀도를 높일 수 있다.In the battery cell of this embodiment, unlike the battery cell of the comparative example illustrated in FIG. 15, since the cap (40) also functions as a jig when welding the second collector plate (32) to the can (10), there is no need to provide a separate space for accommodating the jig inside the can. Accordingly, the energy density per volume of the battery cell can be increased without wasting the internal space of the can (10).

또한 실시예의 배터리 셀은, 도 15에 도시된 비교예의 배터리 셀과 달리, 제2집전판(32)이 측벽부재(11)와 캡(40) 사이에 개재된 상태에서 측벽부재와 캡의 축방향 단부를 용접하여, 제2집전판(32)을 캔(10)에 용접하는 공정과 상기 캡(40)을 상기 측벽부재(11)에 용접하는 공정을 한 번의 용접 공정으로 해결한다. 따라서, 원통형 배터리 셀의 생산 효율을 높이고 생산 단가를 낮출 수 있다.In addition, unlike the battery cell of the comparative example illustrated in FIG. 15, the battery cell of the embodiment welds the axial ends of the side wall member (11) and the cap (40) while the second collector plate (32) is interposed between the side wall member (11), thereby resolving the process of welding the second collector plate (32) to the can (10) and the process of welding the cap (40) to the side wall member (11) in a single welding process. Accordingly, the production efficiency of the cylindrical battery cell can be increased and the production cost can be reduced.

앞서 설명한 용접 구조와 용접 공정을 통해 제작된 배터리 셀(72)은, 도 17에 도시된 바와 같이 배터리 팩(70)의 하우징(71)에 수용될 수 있다. 상기 배터리 팩(70)은 조립의 중간 형태인 배터리 모듈을 사용하여 구성될 수도 있고, 도시된 바와 같이 배터리 모듈 없이 직접 배터리 팩(70)을 구성할 수도 있다.The battery cell (72) manufactured through the welding structure and welding process described above can be accommodated in the housing (71) of the battery pack (70) as illustrated in Fig. 17. The battery pack (70) may be configured using a battery module, which is an intermediate form of assembly, or the battery pack (70) may be configured directly without a battery module as illustrated.

상술한 배터리 셀(72)은 그 자체적으로 체적이 크기 때문에, 배터리 모듈이라는 중간 구조물을 사용하지 않더라도 배터리 팩(70)을 구현함에 별다른 어려움이 없다. 그리고 상기 배터리 셀(72)은, 내부 저항도 적고 에너지 밀도도 더욱 높다. 이에 따라, 상기 배터리 셀(72)을 구비한 배터리 팩(70)의 에너지 밀도는 더욱 높게 구현될 수 있다.Since the battery cell (72) described above has a large volume in itself, there is no particular difficulty in implementing the battery pack (70) even without using an intermediate structure called a battery module. In addition, the battery cell (72) has a low internal resistance and a higher energy density. Accordingly, the energy density of the battery pack (70) equipped with the battery cell (72) can be implemented even higher.

이렇게 에너지 밀도를 높인 배터리 팩(70)은 동일한 에너지를 저장할 수 있으면서도, 그 체적과 하중을 줄일 수 있다. 따라서 이러한 배터리 셀(72)이 적용된 배터리 팩(70)을, 도 18에 도시된 바와 같이 전기를 에너지원으로 하는 자동차(80)와 같은 차량에 탑재하면, 에너지 대비 차량의 마일리지를 더욱 확대할 수 있다.The battery pack (70) with such an increased energy density can store the same amount of energy while reducing its volume and load. Therefore, if the battery pack (70) to which such battery cells (72) are applied is mounted on a vehicle such as an automobile (80) that uses electricity as an energy source as shown in Fig. 18, the mileage of the vehicle can be further increased in proportion to the energy consumed.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive, and the scope of the present invention will be indicated by the claims that follow rather than by the detailed description set forth above. And the meaning and scope of the claims that follow, as well as all changes and modifications that can be derived from the equivalent concept thereof, should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.Although the present invention has been described with reference to the drawings as examples, it is obvious that the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed in this specification, and that various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, even if the effects according to the configuration of the present invention were not explicitly described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects that can be predicted by the corresponding configuration should also be recognized.

10: 캔
11: 측벽부재
12: 바닥부재
13: 제1전극단자
14: 가스켓
15: 제2전극단자
19: 인슐레이터
20: 전극조립체
21: 제1전극
22: 제2전극
23: 금속포일
24: 활물질층
25: 유지부
26: 무지부
27: 전극탭(노칭탭)
28: 분리막
31: 제1집전판(양극집전판)
312: 제1단자연결부
313: 링부
314: 제1전극연결부
32: 제2집전판
321: 이너링부
322: 홀
323: 제2전극연결부
324: 제2단자연결부
328: 절곡부
40: 캡
41: 구심부
43: 제2경사부
45: 받침부
47: 제1경사부
48: 곡면부
49: 맞댐부
70: 배터리 팩
71: 하우징
72: 배터리 셀
80: 차량
W: 용접부
10: Can
11: Side wall member
12: Flooring
13: First electrode terminal
14: Gasket
15: Second electrode terminal
19: Insulator
20: Electrode assembly
21: 1st electrode
22: Second electrode
23: Metal foil
24: Active material layer
25: Maintenance Department
26: No-nonsense
27: Electrode tab (notching tab)
28: Membrane
31: First collector plate (bipolar collector plate)
312: 1st terminal connection
313: Ringbu
314: First electrode connection
32: Second Collection Plate
321: Inner ring
322: Hall
323: Second electrode connection
324: Second terminal connection
328: bend
40: Cap
41: Centripetal
43: 2nd Slope Division
45: Support
47: 1st Slope Division
48: Curved surface
49: The buttocks
70: Battery Pack
71: Housing
72: Battery Cell
80: Vehicle
W: Welding

Claims (16)

바닥부재 및 상기 바닥부재에 연결되고 축방향으로 연장되는 측벽부재를 포함하는 캔;
상기 캔의 내부에 수용된 전극조립체;
상기 측벽부재의 축방향 일측 단부에 마련된 개방 단부를 덮는 캡; 및
상기 전극조립체의 전극에 연결되고 상기 개방 단부 측에 배치된 집전판을 포함한 배터리 셀로서,
상기 집전판은, 상기 집전판의 반경방향 외측 가장자리에, 축방향 외측으로 연장되고 상기 측벽부재의 내주면에 접촉하여 전기적으로 연결되는 단자연결부가 마련되고,
축방향으로 상기 단자연결부의 적어도 일부 구간이 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면 사이에 개재된 상태에서 상기 측벽부재의 내주면과 상기 캡의 외주면이 용접되어 형성된 용접부를 포함하는, 배터리 셀.
A can comprising a floor member and side wall members connected to the floor member and extending axially;
An electrode assembly accommodated inside the can;
A cap covering an open end provided at one axial end of the above side wall member; and
A battery cell including a current collector plate connected to the electrode of the electrode assembly and arranged on the open end side,
The above current collector plate is provided with a terminal connection portion that extends axially outwardly on the radially outer edge of the above current collector plate and is electrically connected by contacting the inner surface of the side wall member.
A battery cell including a weld formed by welding the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap in a state where at least a portion of the terminal connection portion in the axial direction is interposed between the inner surface of the side wall member and the outer surface of the cap.
청구항 1에 있어서,
상기 집전판은, 상기 전극조립체의 전극에 연결되고 반경방향으로 연장되는 전극연결부를 구비하고,
상기 단자연결부는 상기 전극연결부보다 반경방향으로 더 외측에 배치되고,
상기 단자연결부와 상기 전극연결부는, 상기 단자연결부의 하단부에 마련되고 상기 집전판의 연장 방향을 전환시키는 절곡부를 통해 연결된, 배터리 셀.
In claim 1,
The above current collector plate has an electrode connection portion that is connected to the electrode of the electrode assembly and extends radially,
The above terminal connection portion is positioned radially further outside than the above electrode connection portion,
A battery cell, wherein the terminal connection portion and the electrode connection portion are connected through a bending portion provided at the lower end of the terminal connection portion and changing the extension direction of the current collector plate.
청구항 1에 있어서,
상기 측벽부재는 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장된, 배터리 셀.
In claim 1,
A battery cell wherein the side wall member extends axially further outward than the terminal connection portion of the current collector plate.
청구항3에 있어서,
상기 측벽부재에서 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장된 구간의 내주면의 내경은, 상기 단자연결부의 내주면의 내경보다 큰, 배터리 셀.
In claim 3,
A battery cell, wherein the inner diameter of the inner surface of the section extending axially further outward than the terminal connection portion of the current collector plate in the side wall member is larger than the inner diameter of the inner surface of the terminal connection portion.
청구항 1에 있어서,
상기 캡의 외주면은 상기 단자연결부의 내주면과 접하는, 배터리 셀.
In claim 1,
A battery cell in which the outer surface of the above cap is in contact with the inner surface of the terminal connection part.
청구항 5에 있어서,
상기 캡의 가장자리에는, 그 외주면이 상기 측벽부재의 내주면과 반경방향으로 서로 마주하도록 축방향으로 연장되는 맞댐부가 마련된, 배터리 셀.
In claim 5,
A battery cell, wherein an abutment portion is provided on the edge of the cap so that the outer surface thereof radially faces the inner surface of the side wall member and extends axially.
청구항 6에 있어서,
상기 맞댐부는, 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장된, 배터리 셀.
In claim 6,
A battery cell in which the above-mentioned mating portion extends further outward in the axial direction than the terminal connection portion of the above-mentioned current collecting plate.
청구항 6에 있어서,
상기 맞댐부에서 상기 집전판의 단자연결부보다 축방향으로 더 외측까지 연장된 구간의 외주면의 외경은, 상기 단자연결부의 외주면의 외경보다 작은, 배터리 셀.
In claim 6,
A battery cell, wherein the outer diameter of the outer surface of the section extending axially further outward than the terminal connection portion of the current collector plate in the above-mentioned mating portion is smaller than the outer diameter of the outer surface of the terminal connection portion.
청구항 6에 있어서,
상기 용접부는, 적어도, 상기 측벽부재의 내주면의 축방향 외측 가장자리와, 상기 맞댐부의 외주면의 축방향 외측 가장자리와, 상기 단자연결부의 축방향 외측 가장자리가 용접되어 형성된, 배터리 셀.
In claim 6,
The above welding portion is a battery cell formed by welding at least the axial outer edge of the inner surface of the side wall member, the axial outer edge of the outer surface of the abutment portion, and the axial outer edge of the terminal connection portion.
청구항 6에 있어서,
상기 맞댐부의 축방향 내측 단부에는 축방향 내측으로 볼록한 곡면 형상의 곡면부가 연결되고,
상기 곡면부의 축방향 내측 단부가 상기 집전판과 축방향으로 간섭되어 상기 개방 단부에 대한 상기 캡의 삽입 깊이가 규제되는, 배터리 셀.
In claim 6,
A curved portion having a convex shape in the axial direction is connected to the axial inner end of the above-mentioned mating portion,
A battery cell, wherein the axial inner end of the above-mentioned curved portion axially interferes with the above-mentioned current collector plate, thereby regulating the insertion depth of the cap with respect to the above-mentioned open end.
청구항 10에 있어서,
상기 캡에서 상기 곡면부보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 평평하게 연장되는 받침부가 마련되고,
상기 곡면부와 상기 받침부는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 외측으로 연장되는 제1경사부를 통해 연결되는, 배터리 셀.
In claim 10,
In the above cap, a support portion is provided that extends radially flatly radially inward from the above curved portion,
A battery cell, wherein the above-mentioned curved portion and the above-mentioned support portion are connected through a first inclined portion that extends axially outward as it becomes radially inward.
청구항 11에 있어서,
상기 받침부의 축방향 외측 표면은 상기 측벽부재와 맞댐부보다 축방향 외측으로 더 돌출된, 배터리 셀.
In claim 11,
A battery cell, wherein the axial outer surface of the support member protrudes further outward in the axial direction than the portion that abuts against the side wall member.
청구항 11에 있어서,
상기 캡에서 상기 받침부보다 반경방향 내측에는 반경방향으로 연장되는 구심부가 마련되고,
상기 받침부과 구심부는, 반경방향 내측으로 갈수록 축방향 내측으로 연장되는 제2경사부롤 통해 연결된, 배터리 셀.
In claim 11,
In the above cap, a radially extending centrifugal portion is provided radially inward from the support portion,
A battery cell, wherein the above-mentioned support member and the center member are connected through a second inclined member that extends axially inward as it becomes radially inward.
청구항 13에 있어서,
상기 제2경사부가 상기 제1경사부보다 완만한 기울기를 가지는, 배터리 셀.
In claim 13,
A battery cell, wherein the second slope has a gentler slope than the first slope.
청구항 6에 있어서,
상기 단자연결부의 축방향 외측 가장자리는 상기 측벽부재의 축방향 외측 가장자리와 상기 맞댐부의 축방향 외측 가장자리보다 축방향으로 더 내측에 배치된, 배터리 셀.
In claim 6,
A battery cell, wherein the axial outer edge of the terminal connection portion is positioned axially further inward than the axial outer edge of the side wall member and the axial outer edge of the mating portion.
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항의 배터리 셀의 제조 방법으로서,
상기 집전판의 단자연결부의 외주면이 상기 측벽부재의 내주면에 접촉하도록 상기 집전판을 상기 캔에 삽입하는 단계;
상기 캡의 외주면이 상기 캔에 삽입된 집전판의 단자연결부의 내주면에 접촉하도록 상기 캡을 상기 캔에 삽입하는 단계; 및
상기 측벽부재의 외주면과 상기 캔의 내주면이 마주하는 영역에 축방향으로 레이저를 조사하여 용접부를 형성하는 단계;를 포함하는, 배터리 셀의 제조 방법.
A method for manufacturing a battery cell according to any one of claims 1 to 15,
A step of inserting the current collector plate into the can so that the outer surface of the terminal connection part of the current collector plate contacts the inner surface of the side wall member;
A step of inserting the cap into the can so that the outer surface of the cap contacts the inner surface of the terminal connection part of the current collector plate inserted into the can; and
A method for manufacturing a battery cell, comprising: a step of forming a weld by radiating a laser in an axial direction to an area where the outer surface of the side wall member and the inner surface of the can face each other.
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PA0109 Patent application

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