KR20250133933A

KR20250133933A - 배터리셀, 배터리 및 전기기기

Info

Publication number: KR20250133933A
Application number: KR1020257026395A
Authority: KR
Inventors: 후 쉬; 하이쭈 진; 펑강 자오; 샤오준 니우; 뢰이 양
Original assignee: 컨템포러리 엠퍼렉스 테크놀로지 씨오., 리미티드
Priority date: 2023-09-15
Filing date: 2023-09-15
Publication date: 2025-09-09
Also published as: WO2025054970A1; CN120019507A

Abstract

배터리셀, 배터리 및 전기기기로서, 배터리셀(71)은 양극판(11) 및 음극판(12)을 포함하는 전극조립체(10)를 포함하며, 상기 양극판(11)은 양극 집전체(111) 및 상기 양극 집전체(111)에 설치된 양극 활물질(112)을 포함하고, 상기 양극 활물질(112)은 나트륨이온의 가역적인 탈리-삽입이 가능한 활성재료를 포함하고, 상기 음극판(12)은 음극 집전체(121)를 포함하고, 상기 음극 집전체(121)는 금속기지(121b)를 포함하며; 상기 금속기지(121b)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

Description

배터리셀, 배터리 및 전기기기

본 개시는 배터리 기술분야에 관한 것으로, 특히 배터리셀, 배터리 및 전기기기에 관한 것이다.

환경 오염이 나날이 심화됨에 따라, 신에너지 산업은 갈수록 사람들의 관심을 받고 있다. 배터리 기술은 신에너지 산업의 발전에 있어서 중요한 요인 중 하나이다. 나트륨염 원재료는 매장량이 풍부하고 가격이 저렴하며, 또한 리튬이온 배터리에 비해 전기화학적 성능이 더 안정적이기 때문에 나트륨계 배터리에 대한 연구가 점차 중요시되고 있다.

본 개시의 일 양상에서는 배터리셀을 제공함에 있어서,

양극판 및 음극판을 포함하는 전극조립체를 포함하며, 상기 양극판은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체에 설치된 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 나트륨이온의 가역적인 탈리-삽입이 가능한 활성재료를 포함하고, 상기 음극판은 음극 집전체를 포함하고, 상기 음극 집전체는 금속기지를 포함하며;

여기서, 상기 금속기지의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

관련 기술에서 리튬계 배터리는 도전성이 양호하고 저전위에서 쉽게 산화되지 않고, 리튬과 합금화 반응을 쉽게 일으키지 않는 구리포일을 음극 집전체로 사용하는데, 나트륨계에서는 나트륨과 알루미늄이 저전위에서 합금화 반응을 일으키지 않는다는 점을 고려하고, 또한 알루미늄의 가격이 저렴하여 구리포일을 대체하여 음극 집전체의 기지를 형성할 수 있기 때문에, 알루미늄 원소의 질량백분율이 다른 원소의 질량백분율보다 큰 알루미늄 합금 또는 금속 알루미늄을 음극 집전체의 금속기지로 사용하여 원가를 낮추고 중량을 경감시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 배터리셀은,

상기 전극조립체를 수용하기 위한 수용실이 마련된 케이스;

상기 케이스에 설치된 음극인출부 - 상기 음극인출부는 상기 금속기지와 상기 배터리셀 외부의 도체를 전기적으로 연결하는 데 사용됨 - 를 더 포함한다.

음극인출부를 설치함으로써 음극판의 금속기지와 배터리셀 외부의 도체의 전기적 연결을 구현하고, 배터리 내외 부품의 도통을 구현하여 배터리 충방전 기능을 충족시킨다.

일부 실시예에서, 상기 음극인출부는 일체성형구조이고, 상기 음극인출부의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

일체성형구조의 음극인출부의 경우, 그 전체의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다. 배터리셀은 이러한 음극인출부를 통해 음극 집전체 및 외부의 도체와의 전기적 연결을 구현한다. 관련 기술에서 구리포일을 음극 집전체로 사용함으로 인해 배터리셀의 내외측에서 구리포일 및 알루미늄 재질의 버스바부재와 각각 용접 연결하기 위해 비교적 복잡한 구리-알루미늄 복합 폴을 설계해야 하는 것에 비해, 이러한 주요 원소가 알루미늄 원소인 음극인출부는 알루미늄 재질의 음극 집전체 및 알루미늄 버스바 등과 같은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 버스바부재와의 전기적 연결을 구현할 수 있으므로, 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킴과 동시에 음극인출부의 구조를 가일층 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 금속기지의 구성재료와 상기 음극인출부의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

음극 집전체의 금속기지의 구성재료와 음극인출부의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용하여 더 우수한 도전성을 구현하고 중량을 낮추며, 또한 둘의 구성재료가 모두 비교적 높은 함량의 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 음극인출부는 분리구조이고, 상기 음극인출부는 고정연결된 음극내부연결부와 음극외부연결부를 포함하고, 상기 음극내부연결부는 상기 금속기지와 전기적으로 연결되고, 상기 음극외부연결부는 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용되고, 상기 음극내부연결부의 구성재료와 음극외부연결부의 구성재료는 모두 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

음극인출부는 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함하는 구성재료, 고정연결된 음극내부연결부와 음극외부연결부를 사용하여 음극 집전체와의 전기적 연결을 구현하고, 외부의 도체와의 연결에 사용된다. 관련 기술에서 구리포일을 음극 집전체로 사용함으로 인해 배터리셀의 내외측에서 구리포일 및 알루미늄 재질의 버스바부재와 각각 용접 연결하기 위해 비교적 복잡한 구리-알루미늄 복합 폴을 설계해야 하는 것에 비해, 이러한 음극인출부는 주요 원소가 알루미늄 원소인 음극내부연결부 및 음극외부연결부를 통해 알루미늄 재질의 음극 집전체 및 알루미늄 버스바 등과 같은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 버스바부재와의 전기적 연결을 각각 구현할 수 있으므로, 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킴과 동시에 음극인출부의 구조를 가일층 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 금속기지의 구성재료, 상기 음극내부연결부의 구성재료와 상기 음극외부연결부의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

일부 실시예에서, 상기 배터리셀은,

상기 금속기지와 상기 음극인출부를 전기적으로 연결하는 음극 어댑터를 더 포함하며;

여기서, 상기 음극 어댑터의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

음극 어댑터를 설치하여 음극 집전체의 금속기지와 음극인출부의 연결을 구현하며, 또한 금속기지의 구성재료와 상기 음극인출부의 구성재료 모두가 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 음극 어댑터는 금속기지 및 음극인출부와의 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 모두 향상시킬 수 있고, 또한 음극 어댑터부의 구조를 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 음극 어댑터의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

음극 집전체의 금속기지의 구성재료, 음극 어댑터의 구성재료와 음극인출부의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용하여 더 우수한 도전성을 구현하고 중량을 낮출 수 있으며, 또한 셋의 구성재료가 모두 비교적 높은 함량의 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 음극 집전체는 상기 금속기지로 구성되고, 상기 금속기지의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

전체적으로 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 재료로 구성된 음극 집전체를 사용하면 순수 알루미늄포일 또는 순수 알루미늄포일에 가까운 형태의 음극 집전체와 상당하여 양호한 도전성 및 더 강한 가소성, 연전성을 얻을 수 있으므로, 권취 등과 같은 방식의 성형이 용이하고 충전 시 전극조립체의 팽창에 적응할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 음극 집전체는 제1 절연재료층을 더 포함하고, 상기 제1 절연재료층의 두께방향을 따른 양측에는 상기 금속기지가 각각 설치되고, 상기 금속기지의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

음극 집전체에 계층화된 복합 구조를 사용하고, 제1 절연재료층의 양측 표면에 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 재료로 구성된 금속기지를 설치함으로써, 양호한 도전성 및 더 강한 가소성을 구현함과 동시에 중량을 가일층 경감하고 음극 집전체의 연전성 및 강도를 향상시킬 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 배터리셀은,

상기 전극조립체를 수용하기 위한 수용실이 마련된 케이스;

상기 케이스에 설치되어 상기 양극 집전체와 상기 배터리셀 외부의 도체를 전기적으로 연결하기 위한 양극인출부를 더 포함하며;

여기서, 상기 양극인출부의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

구성재료에 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소가 포함되는 양극인출부를 사용함으로써 양극 집전체와의 전기적 연결을 구현하고, 외부의 도체와의 연결에 사용될 수 있다. 양극인출부는 주요 원소가 알루미늄 원소인 양극인출부를 통해 알루미늄 재질의 양극 집전체 및 알루미늄 버스바 등과 같은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 버스바부재와의 전기적 연결을 각각 구현함으로써, 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킴과 동시에 양극인출부의 구조를 가일층 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 양극인출부의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

양극인출부의 구성재료로 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용함으로써, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있고, 또한 이러한 양극인출부는 더 우수한 도전성을 갖고 중량이 더 낮다.

일부 실시예에서, 상기 배터리셀은,

상기 양극인출부 및 상기 양극 집전체와 각각 전기적으로 연결되는 양극 어댑터를 더 포함하며;

여기서, 상기 양극 어댑터의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

양극 어댑터를 설치하여 양극 어댑터와 양극 집전체 및 양극인출부의 연결을 각각 구현하며, 또한 양극 어댑터의 구성재료 및 상기 양극인출부의 구성재료 모두에 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소가 포함되기 때문에, 양극 어댑터는 양극인출부와의 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 또한 양극 어댑터부의 구조를 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 양극 어댑터의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

양극 어댑터의 구성재료와 양극인출부의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용하여 더 우수한 도전성을 구현하고 중량을 낮출 수 있으며, 또한 양극 어댑터와 양극인출부의 구성재료가 모두 비교적 높은 함량의 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 양극 집전체는 금속 집전체이고, 상기 금속 집전체의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

전체적으로 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 재료로 구성된 양극 집전체를 사용하면 순수 알루미늄포일 또는 순수 알루미늄포일에 가까운 형태의 금속 집전체와 상당하여 양호한 도전성 및 더 강한 가소성을 얻을 수 있으므로, 권취 등과 같은 방식의 성형이 용이하고 충전 시 전극조립체의 팽창에 적응할 수 있다. 또한, 이러한 금속 집전체는 양극인출부와 더 쉽게 연결될 수 있고 이종 금속 복합 구조를 사용할 필요가 없으므로, 배터리 구조가 단순화된다.

일부 실시예에서, 상기 양극 집전체는 제2 절연재료층 및 상기 제2 절연재료층의 두께방향에서 상기 제2 절연재료층 양측에 위치한 도전층을 포함하며, 상기 도전층의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

양극 집전체에 계층화된 복합 구조를 사용하고, 제2 절연재료층의 양측 표면에 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 재료로 구성된 도전층을 설치함으로써, 양호한 도전성 및 더 강한 가소성을 구현함과 동시에 중량을 가일층 경감하고 양극 집전체의 연전성 및 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 도전층은 양극인출부와 더 쉽게 연결될 수 있고 이종 금속 복합 구조를 사용할 필요가 없으므로, 배터리 구조가 단순화된다.

일부 실시예에서, 상기 케이스는 하우징 및 상부커버를 포함하고, 상기 하우징의 일단에는 단부 개구가 마련되고, 상기 상부커버는 상기 단부 개구에 덮이고 고정되며;

여기서, 상기 상부커버는 상기 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 하우징의 하우징벽은 양극인출부로 사용되어 상기 양극 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 또는,

상기 상부커버는 상기 양극인출부로 사용되어 상기 양극 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 하우징의 하우징벽은 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용된다.

일체성형구조의 음극인출부의 경우, 상부커버가 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지 및 외부의 도체와 전기적으로 연결됨으로써, 음극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 갖도록 하여 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 구조가 더 간단하고 공간을 적게 차지하므로 배터리 전하량을 향상시키는 데 유리하다. 하우징의 하우징벽을 양극인출부로 사용하여 양극 집전체와 외부 도체를 연결하면 양극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 얻을 수 있으므로 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 외부의 도체와의 연결에 편리하다.

마찬가지로, 일체성형구조의 음극인출부의 경우, 하우징의 하우징벽이 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지 및 외부의 도체와 전기적으로 연결됨으로써, 음극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 갖도록 하여 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 구조가 더 간단하고 공간을 적게 차지하므로 배터리 전하량을 향상시키는 데 유리하다. 상부커버를 양극인출부로 사용하여 양극 집전체와 외부 도체를 연결하면 양극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 얻을 수 있으므로 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 외부의 도체와의 연결에 편리하다.

일부 실시예에서, 상기 케이스는 하우징, 제1 상부커버 및 제2 상부커버를 포함하고, 상기 하우징의 대향하는 양단에는 모두 단부 개구가 마련되고, 상기 제1 상부커버 및 상기 제2 상부커버는 상기 하우징의 대향하는 양단의 상기 단부 개구에 각각 덮이고 고정되며;

여기서, 상기 제1 상부커버는 상기 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 제2 상부커버는 양극인출부로 사용되어 상기 양극 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 또는,

상기 제2 상부커버는 상기 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 제1 상부커버는 양극인출부로 사용되어 상기 양극 집전체와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀 외부의 도체와의 연결에 사용된다.

일체성형구조의 음극인출부의 경우, 제1 상부커버가 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지 및 외부의 도체와 전기적으로 연결됨으로써, 음극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 갖도록 하여 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 구조가 더 간단하고 공간을 적게 차지하므로 배터리 전하량을 향상시키는 데 유리하다. 제2 상부커버를 양극인출부로 사용하여 양극 집전체와 외부 도체를 연결하면 양극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 얻을 수 있으므로 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 외부의 도체와의 연결에 편리하다.

마찬가지로, 일체성형구조의 음극인출부의 경우, 제2 상부커버가 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지 및 외부의 도체와 전기적으로 연결됨으로써, 음극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 갖도록 하여 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 구조가 더 간단하고 공간을 적게 차지하므로 배터리 전하량을 향상시키는 데 유리하다. 제1 상부커버를 양극인출부로 사용하여 양극 집전체와 외부 도체를 연결하면 양극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 얻을 수 있으므로 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 외부의 도체와의 연결에 편리하다.

일부 실시예에서, 상기 양극 활물질은 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물, 나트륨 함유 인산염, 프러시안 블루 유사체 중 적어도 하나를 포함한다.

나트륨 함유 층상 전이금속 산화물, 나트륨 함유 인산염, 프러시안 블루 유사체 중 적어도 하나를 포함하는 양극 활물질을 사용하면 나트륨이온의 가역적인 탈리-삽입을 구현할 수 있다.

본 개시의 일 양상에서는 전술한 배터리셀을 포함하는 배터리를 제공한다.

전술한 배터리셀을 사용하는 배터리는 중량을 경감하고 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 배터리는 다수의 상기 배터리셀을 포함하고, 또한 다수의 상기 배터리셀을 전기적으로 연결하기 위한 버스바부재를 더 포함하고, 상기 버스바부재의 구성재료는 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함한다.

구성재료에 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소가 포함되는 버스바부재를 사용하여 다수의 전술한 배터리셀의 전기적 연결을 구현함으로써, 버스바부재가 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함하는 구성재료로 구성된 음극인출부와 더 쉽게 비교적 안정적으로 용접될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 버스바부재의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

버스바부재의 구성재료로 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용함으로써, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

본 개시의 일 양상에서는 전술한 배터리를 포함하는 전기기기를 제공한다.

전술한 배터리를 사용하는 전기기기는 중량을 경감하고 원가를 낮출 수 있다.

아래에서는 본 개시의 실시예의 기술적 솔루션을 보다 명확하게 설명하기 위해, 본 개시의 실시예를 설명함에 있어서 필요한 도면에 대해 간단히 소개하도록 한다. 아래에서 소개하는 도면은 본 개시의 일부 실시예만 나타내며, 당업자라면 창의적인 노력 없이 이러한 도면을 기반으로 다른 도면을 획득할 수 있음이 분명하다.
도면을 참조하면 아래의 상세한 설명에 따라 본 개시를 더 분명하게 이해할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 전기기기의 일부 실시예의 구조 개략도이다.
도 2는 본 개시에 따른 배터리의 일부 실시예의 분해 개략도이다.
도 3은 본 개시에 따른 배터리의 일부 실시예 중 다수의 배터리셀의 연결 개략도이다.
도 4는 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예의 구조 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 실시예의 분해 개략도이다.
도 6은 도 4에 도시된 실시예의 단면 개략도이다.
도 7은 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예 중 전극조립체에 포함된 양극판, 음극판 및 분리부재의 설치 개략도이다.
도 8은 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예 중 음극 집전체의 단면 개략도이다.
도 9는 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예 중 음극 집전체의 단면 개략도이다.
도 10은 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예 중 양극 집전체의 단면 개략도이다.
도 11은 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예 중 양극 집전체의 단면 개략도이다.
도 12는 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예의 단면 개략도이다.
도 13은 본 개시에 따른 배터리의 다른 일부 실시예의 분해 개략도이다.
도 14는 본 개시에 따른 배터리의 다른 일부 실시예 중 다수의 배터리셀의 연결 개략도이다.
도 15는 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예의 구조 개략도이다.
도 16은 도 15에 도시된 실시예의 분해 개략도이다.
도 17은 도 15에 도시된 실시예의 단면 개략도이다.
도 18은 본 개시에 따른 배터리셀의 또 다른 일부 실시예의 구조 개략도이다.
도 19는 도 18에 도시된 실시예의 분해 개략도이다.
도 20은 도 18에 도시된 실시예의 단면 개략도이다.
도 21은 도 19를 참조하는 다른 일 실시예의 분해 개략도이다.
도 22는 본 개시에 따른 배터리셀의 또 다른 일부 실시예의 구조 개략도이다.
도 23은 도 22에 도시된 실시예의 분해 개략도이다.
도 24는 도 22에 도시된 실시예의 단면 개략도이다.
도 25는 도 23을 참조하는 다른 일 실시예의 분해 개략도이다.
도면에 도시된 각 부분의 치수는 실제 비례에 따라 그려진 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 동일하거나 유사한 참조 부호로 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.

아래에서는 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 개시의 실시형태에 대해 자세히 설명하도록 한다. 아래의 실시예에 대한 자세한 설명과 도면은 본 개시의 원리를 예시적으로 설명하기 위해 사용되나 본 개시의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 즉 본 개시는 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

본 개시에 대한 설명에서, 별도로 설명되지 않은 한, ‘다수’는 둘 이상을 의미하고, 용어 ‘위’, ‘아래’, ‘왼쪽’, ‘오른쪽’, ‘안’, ‘밖’ 등에 의해 지시되는 방위 또는 위치관계는 장치나 부품이 반드시 특정 방위를 갖고 특정 방위에 따라 구성되고 조작된다는 것을 지시하거나 암시하는 것이 아니라, 본 개시에 대한 설명을 돕고 설명을 단순화하기 위함에 불과하며, 따라서 본 개시에 대한 제한으로 이해되어서는 안 된다. ‘제1’, ‘제2’, ‘제3’ 등 용어는 설명의 목적으로만 사용되며, 상대적인 중요성을 지시하거나 암시하는 것으로 이해되어서는 안된다. ‘수직’은 엄밀한 의미의 수직이 아니라 오차 허용 범위 내에 있다. ‘평행’은 엄밀한 의미의 평행이 아니라 오차 허용 범위 내에 있다.

아래 설명에서 등장하는 방위사는 모두 도면에 도시된 방향으로, 본 개시의 구체적인 구조를 한정하는 것은 아니다. 본 개시에 대한 설명에서, ‘장착’, ‘서로 연결’, ‘연결’ 등과 같은 기술적 용어들은 별도로 명확하게 규정 및 한정되지 않은 한 넓은 의미로 이해되어야 한다. 예컨대 고정 연결이거나 착탈식 연결, 또는 일체형 연결일 수 있다. 또한, 직접 연결이거나 중간 매체를 통한 간접 연결일 수 있으며, 두 구성요소 내부의 연통일 수 있다. 당업자라면 본 개시에서 상기 용어들의 구체적인 의미를 특정 상황에 따라 이해할 수 있다.

아래에서는 도면을 결합하여 본 개시의 일부 실시형태에 대해 상세하게 설명한다. 충돌하지 않는 한, 하기 실시예의 특징은 상호 조합될 수 있다.

본 개시에서 ‘다수’라는 용어는 2개 이상(2개를 포함함)을 의미한다.

본 개시의 실시예에서, 배터리셀은 이차전지일 수 있으며, 이차전지란 배터리셀 방전 후 충전의 방식으로 활성재료를 활성화시켜 계속 사용할 수 있는 배터리셀을 의미한다.

관련 기술에서, 리튬계 배터리는 도전성이 양호하고 저전위에서 쉽게 산화되지 않고 Li와 합금화 반응을 쉽게 일으키지 않는 구리포일을 음극 집전체로 사용한다. 나트륨계 배터리에 구리포일을 계속하여 사용하는 경우 재료 원가를 가일층 낮춰야 한다.

이를 고려하여, 본 개시의 실시예는 배터리셀의 재료 원가를 낮추는 데 유리한 배터리셀, 배터리 및 전기기기를 제공한다.

본 개시의 일 양상에서는 전극조립체를 포함하는 배터리셀을 제공하며, 상기 전극조립체는 양극판 및 음극판을 포함하고, 상기 양극판은 양극 집전체 및 상기 양극 집전체에 설치된 양극 활물질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 나트륨이온의 가역적인 탈리-삽입이 가능한 활성재료를 포함하고, 상기 음극판은 음극 집전체를 포함하고, 상기 음극 집전체는 금속기지를 포함하며; 여기서, 상기 금속기지의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

관련 기술에서 리튬계 배터리는 도전성이 양호하고 저전위에서 쉽게 산화되지 않고, Li와 합금화 반응을 쉽게 일으키지 않는 구리포일을 음극 집전체로 사용하며, 이에 비해, 나트륨계에서는, 나트륨과 알루미늄이 저전위에서 합금화 반응을 일으키지 않고, 또한 알루미늄의 가격이 저렴하기 때문에, 알루미늄 원소의 질량백분율이 다른 원소의 질량백분율보다 큰 알루미늄 합금 또는 금속 알루미늄을 음극 집전체의 금속기지로 사용하여 구리포일을 대체함으로써, 원가를 낮추고 중량을 경감할 수 있다.

도 1은 본 개시에 따른 전기기기의 일부 실시예의 구조 개략도이다. 설명의 편의를 위해, 아래에서는 전기기기가 차량인 것으로 예를 들어 설명한다. 차량(80)은 내연기관 자동차, 천연가스 자동차 또는 신에너지 자동차일 수 있으며, 신에너지 자동차는 순수 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차 등일 수 있다. 차량(80)의 바닥부 또는 전두부 또는 후미부에 배터리(70)가 설치될 수 있다.

배터리(70)는 차량(80)의 전력공급에 사용될 수 있다. 예컨대, 배터리(70)는 차량(80)의 조작 전원으로서 차량(80)의 회로 시스템에 사용될 수 있다. 예컨대 차량(80)의 시동, 네비게이션 및 운행 시의 작동 전력 수요에 사용된다. 배터리(70)는 차량(80)의 조작 전원으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 차량(80)의 구동 전원으로서 연료 또는 천연가스를 완전히 대체하거나 부분적으로 대체하여 차량(80)에 구동력을 제공할 수도 있다.

차량(80)의 내부에는 액슬, 휠, 모터(82) 및 컨트롤러(81)가 더 설치될 수 있고, 컨트롤러(81)는 배터리(70)를 제어하여 모터(82)에 전력을 공급하는 데 사용되며, 예컨대 차량(80)이 배터리(70)를 구동 전원으로 사용할 때, 컨트롤러(81)는 모터(82)를 위해 등속, 가속에 필요한 동력을 제공할 수 있다. 모터(82)는 액슬의 회전을 구동하여 휠을 회전시키는 데 사용된다.

도 2는 본 개시에 따른 배터리의 일부 실시예의 분해 개략도이다. 도 3은 본 개시에 따른 배터리의 일부 실시예 중 다수의 배터리셀의 연결 개략도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 일부 실시예에서, 배터리(70)는 배터리 박스 및 배터리 박스 내에 설치된 다수의 배터리셀(71)을 포함한다. 배터리 박스는 배터리셀(71)에 수용, 지지, 냉각, 밀봉 및 충돌방지 등과 같은 기능을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 배터리셀의 충방전 또는 안전에 대한 외부의 액체 또는 기타 이물질의 불리한 영향을 방지할 수도 있다. 배터리 박스는 박스(73) 및 박스(73)와 스냅 결합되는 박스커버(74)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 각 배터리셀(71) 사이는 버스바부재(72)를 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 예컨대 직렬연결, 병렬연결 또는 혼합연결로 구성되어 필요한 배터리(70)의 전기적 성능 매개변수를 구현한다. 다수의 배터리셀(71)은 줄지어 설치되며, 수요에 따라 박스 내에 일렬 또는 다열의 배터리셀(71)을 설치할 수 있다.

일부 실시예에서, 배터리(70)의 각 배터리셀(71)은 배터리 박스의 길이방향 및 폭방향 중 적어도 하나를 따라 배열될 수 있다. 실제 수요에 따라 적어도 하나의 가로 또는 세로로 배열된 배터리셀(71) 열을 설치할 수 있다. 수요에 따라, 배터리(70)의 높이방향에서 한 층 또는 여러 층의 배터리셀(71)을 설치할 수도 있다.

일부 실시예에서, 다수의 배터리셀(71)은 먼저 직렬연결 또는 병렬연결 또는 혼합연결로 배터리모듈을 구성한 다음, 다수의 배터리모듈이 직렬연결 또는 병렬연결 또는 혼합연결로 하나의 전체를 형성하고 배터리 박스 내에 수용된다. 다른 일부 실시예에서, 모든 배터리셀(71)은 직렬연결 또는 병렬연결 또는 혼합연결로 구성되고, 그 다음 모든 배터리셀(71)로 구성된 전체가 배터리 박스 내에 수용된다.

도 4는 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예의 구조 개략도이다. 도 5는 도 4에 도시된 실시예의 분해 개략도이다. 도 6은 도 4에 도시된 실시예의 단면 개략도이다. 도 7은 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예 중 전극조립체에 포함된 양극판, 음극판 및 분리부재의 설치 개략도이다.

도 4~도 6을 참조하면, 본 개시의 실시예는 전극조립체(10)를 포함하는 배터리셀(71)을 제공한다. 도 7을 참조하면, 전극조립체(10)는 양극판(11) 및 음극판(12)을 포함하며, 상기 양극판(11)은 양극 집전체(111) 및 상기 양극 집전체(111)에 설치된 양극 활물질(112)을 포함하고, 상기 양극 활물질(112)은 나트륨이온의 가역적인 탈리-삽입이 가능한 활성재료를 포함하고, 상기 음극판(12)은 음극 집전체(121)를 포함하고, 상기 음극 집전체(121)는 금속기지(121b)를 포함한다. 상기 금속기지(121b)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

본 실시예에서, 금속기지의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

나트륨계에서는, 나트륨과 알루미늄이 저전위에서 합금화 반응을 일으키지 않고, 또한 알루미늄의 가격이 저렴하기 때문에, 알루미늄 원소의 질량백분율이 다른 원소의 질량백분율보다 큰 알루미늄 합금 또는 금속 알루미늄을 음극 집전체(121)의 금속기지(121b)로 사용하여 구리포일을 대체하여 음극 집전체(121)의 기지를 형성함으로써, 배터리셀의 재료 원가를 낮추고 중량을 경감할 수 있다.

알루미늄 원소의 질량백분율은 분광계를 통해 측정할 수 있으며, 예컨대 직접 판독 분광계(direct-reading spectrometer)를 통해 샘플 내 알루미늄 원소의 질량백분율을 측정한다. 일 측정 예에서, 샘플을 광전 직접 판독 분광계의 스파크 테이블에 놓고 샘플의 테스트할 표면을 그라인딩한다. 기기를 켠 후 샘플을 한 번 또는 여러 번 자극하고, 샘플이 스파크 테이블에서 자극 광원에 의해 자극된 후 집광렌즈 및 리니어 모터를 통해 각 원소의 특성 스펙트럼을 생성하고, 각 원소의 스펙트럼선은 격자 분광을 통해 자동으로 각 원소 스펙트럼선으로 배열되고, 그 다음 출구 슬릿을 통해 광전자 증배관에 조사되고, 광전자 증배관을 통해 광전 전류로 변환되며, 마지막에 광전류, 원소 스펙트럼 강도 및 원소 함량의 관계를 이용하여 데이터 처리를 거쳐 측정된 원소 함량을 얻을 수 있다.

양극 집전체(111)에는 자체의 두께방향에서 대향하는 2개 표면이 마련되고, 양극 활물질(112)은 양극 집전체(111)의 대향하는 2개 표면 중 하나 또는 둘에 설치된다. 일부 실시예에서, 양극 집전체는 금속 포일 또는 복합 집전체의 형태를 사용할 수 있다.

본 실시예에서, 양극 활성재료로는 본 분야에서 공지된 나트륨계 배터리에 사용되어 나트륨이온의 가역적인 탈리-삽입을 가능케 하는 활성재료를 사용할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 양극 활물질(112)은 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물, 나트륨 함유 인산염, 프러시안 블루 유사체 중 적어도 하나를 포함한다.

선택적으로, 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물은 일반식이 NafMgFehO2인 물질을 포함하며, M은 전이금속 원소 중 적어도 하나를 포함하고, 0.67<f<1.1, 0.5<g<1, 0<h<0.5이다. 예컨대, 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물은 Na0.88Cu0.24Fe0.29Mn0.47O2일 수 있다.

선택적으로, 나트륨 함유 인산염은 일반식이 NaeMec(PO4)dO2X인 물질을 포함하며, Me는 전이금속 원소 중 적어도 하나를 포함하고, X는 할로겐 원소 중 적어도 하나를 포함하며, 0＜e≤4, 0<c≤2, 1≤d≤3이다. 일부 실시예에서, 나트륨 함유 인산염은 Na3V2(PO4)2O2F일 수 있다.

선택적으로, 프러시안 블루 유사체는 일반식이 NaxP[R(CN)6]δ·zH2O인 물질을 포함하며, P, R은 각자 독립적으로 전이금속 원소 중 적어도 하나를 포함하며, 0<x≤2, 0<δ≤1, 0≤z≤10이다. 일부 실시예에서, 프러시안 블루 유사체는 Na2Ni0.17Co0.83Fe(CN)6일 수 있다.

선택적으로, 전이금속 원소는 Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, V, Cu, Zn 중 적어도 하나를 포함한다.

선택적으로, 할로겐 원소는 F, Cl, Br 중 적어도 하나를 포함한다.

일부 실시예에서, 양극 활성재료는 도전제, 바인더 및 임의의 다른 성분과 함께 용매에 분산되어 양극 집전체의 표면에 코팅하기 위한 양극 슬러리를 형성할 수 있다. 여기서, 예시로서, 바인더는 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-프로필렌 삼원공중합체, 비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌-테트라플루오로에틸렌 삼원공중합체, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 및 불소 함유 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시로서, 도전제는 초전도성 카본, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 케첸 블랙, 카본 양자점, 카본 나노튜브, 그래핀 및 카본 나노섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 음극판(12)은 음극 집전체(121) 및 음극 집전체(121)의 적어도 하나의 표면에 설치된 음극 활성재료를 포함한다. 예시로서, 음극 집전체에는 자체의 두께방향에서 대향하는 2개 표면이 마련되고, 음극 활성재료는 음극 집전체의 대향하는 2개 표면 중 하나 또는 둘에 설치된다. 다른 일부 실시예에서, 음극 집전체에는 음극 활성재료가 설치되지 않는다.

일부 실시예에서, 음극 집전체로는 금속 포일 또는 복합 집전체를 사용할 수 있다.

일부 실시예에서, 음극 활성재료로는 본 분야에서 공지된 배터리용 음극 활성재료를 사용할 수 있다. 예시로서, 음극 활성재료는 인조흑연, 천연흑연, 소프트카본, 하드카본, 규소계 재료, 주석계 재료, 티탄산리튬 등 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 규소계 재료는 규소 단체, 규소 산화물, 규소-탄소 복합물, 규소-질소 복합물 및 규소 합금 중 적어도 하나에서 선택될 수 있다. 주석계 재료는 주석 단체, 주석 산화물 및 주석 합금 중 적어도 하나에서 선택될 수 있다. 본 출원은 이러한 재료들에 한정되지 않고, 배터리용 음극 활성재료로 사용될 수 있는 기타 종래의 재료를 사용할 수 있다. 이러한 음극 활성재료는 단독으로 하나만 사용되거나, 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 일부 실시예에서, 배터리셀(71)은 케이스(20) 및 음극인출부(30)를 더 포함한다. 케이스(20)에는 상기 전극조립체(10)를 수용하기 위한 수용실이 마련된다. 음극인출부(30)는 상기 케이스(20)에 설치된다. 상기 음극인출부(30)는 상기 금속기지(121b)와 상기 배터리셀(71) 외부의 도체를 전기적으로 연결하는 데 사용된다.

배터리셀(71) 외부의 도체는 전기기기의 도전부 또는 충전장치의 도전부일 수 있다. 선택적으로, 외부의 도체는 다수의 배터리셀을 전기적으로 연결하는 버스바부재일 수 있다. 음극인출부를 설치함으로써 음극판의 금속기지와 배터리셀 외부의 도체의 전기적 연결을 구현하고, 배터리 내외 부품의 도통을 구현하여 배터리 충방전 기능을 충족시킨다.

일부 관련 기술의 리튬이온 배터리에서, 양/음극 집전체로는 각각 알루미늄 및 구리를 사용하는데, 이러한 리튬이온 배터리셀은 버스바부재(예: 알루미늄 버스바)를 통해 폴에 연결될 때, 구리와 알루미늄의 용접이 비교적 어렵다는 점을 고려하여(주요 원인은 둘의 융점이 크게 차이 나기 때문이며, 구리는 1083.4℃이고, 알루미늄은 660°C임), 일반적으로 구리-알루미늄 복합 폴의 구조를 사용하며, 즉 구리-알루미늄 복합 폴의 구리 폴 부분을 구리 재질의 음극 집전체와 연결시키고, 알루미늄 폴 부분을 알루미늄 버스바와 용접하여 전기적 연결의 신뢰성을 확보한다. 그러나, 이러한 구리-알루미늄 복합 구조는 가공이 비교적 복잡하고 원가가 높다. 또한, 구리-알루미늄의 연결 부위에 전기화학적 반응이 발생하여 접촉 위치의 저항이 증가할 수 있다.

도 6을 참조하면, 일부 실시예에서, 상기 음극인출부(30)는 분리구조이고, 상기 음극인출부(30)는 고정연결된 음극내부연결부(31)와 음극외부연결부(32)를 포함하고, 상기 음극내부연결부(31)는 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고, 상기 음극외부연결부(32)는 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되고, 상기 음극내부연결부(31)의 구성재료와 음극외부연결부(32)의 구성재료는 모두 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

본 실시예에서, 음극내부연결부의 구성재료 및 음극외부연결부의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

음극인출부(30)는 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함하는 구성재료, 고정연결된 음극내부연결부(31)와 음극외부연결부(32)를 사용하여 음극 집전체(121)와의 전기적 연결을 구현하고, 외부의 도체와의 연결에 사용된다. 관련 기술에서 구리포일을 음극 집전체(121)로 사용함으로 인해 배터리셀(71)의 내외측에서 구리포일 및 알루미늄 재질의 버스바부재(72)와 각각 용접 연결하기 위해 비교적 복잡한 구리-알루미늄 복합 폴을 설계해야 하는 것에 비해, 이러한 음극인출부(30)는 주요 원소가 알루미늄 원소인 음극내부연결부(31) 및 음극외부연결부(32)를 통해 알루미늄 재질의 음극 집전체(121) 및 알루미늄 버스바 등과 같은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 버스바부재(72)와의 전기적 연결을 각각 구현할 수 있으므로, 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킴과 동시에 음극인출부(30)의 구조를 가일층 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

상기 음극내부연결부와 상기 음극외부연결부가 일체성형된 실시예의 경우, 일체성형된 음극인출부는 양호한 도전성능을 갖고, 또한 음극내부연결부와 음극외부연결부에 대한 연결 작업이 생략되어 공정 단계를 줄이는 데 유리하다.

일부 실시예에서, 상기 금속기지(121b)의 구성재료, 상기 음극내부연결부(31)의 구성재료와 상기 음극외부연결부(32)의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

음극 집전체(121)의 금속기지(121b)의 구성재료와 음극인출부(30)의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용하여 더 우수한 도전성을 구현하고 중량을 낮추며, 또한 둘의 구성재료가 모두 비교적 높은 함량의 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 일부 실시예에서, 배터리셀(71)은 음극 어댑터(40)를 더 포함한다. 음극 어댑터(40)는 상기 금속기지(121b)와 상기 음극인출부(30)를 전기적으로 연결한다. 상기 음극 어댑터(40)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

본 실시예에서, 음극 어댑터의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

음극 어댑터(40)를 설치하여 음극 집전체(121)의 금속기지(121b)와 음극인출부(30)의 연결을 구현하며, 또한 금속기지(121b)의 구성재료와 상기 음극인출부(30)의 구성재료 모두가 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 음극 어댑터(40)는 금속기지(121b) 및 음극인출부(30)와의 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 모두 향상시킬 수 있고, 또한 음극 어댑터부의 구조를 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

도 5 및 도 6에서, 음극 어댑터(40)는 전극조립체의 상이한 방향에 위치한 음극 집전체(121) 및 음극인출부(30)의 음극내부연결부(31)와 각각 편리하게 용접될 수 있도록 절곡 구조로 설정될 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 배터리셀(71)은 음극 어댑터(40)를 포함하지 않을 수도 있으며, 음극 집전체(121)와 음극인출부(30)의 음극내부연결부(31)는 용접된다.

일부 실시예에서, 상기 음극 어댑터(40)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

음극 집전체(121)의 금속기지(121b)의 구성재료, 음극 어댑터(40)의 구성재료와 음극인출부(30)의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용하여 더 우수한 도전성을 구현하고 중량을 낮출 수 있으며, 또한 셋의 구성재료가 모두 비교적 높은 함량의 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

도 8은 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예 중 음극 집전체의 단면 개략도이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 음극 집전체(121)는 상기 금속기지(121b)로 구성되고, 상기 금속기지(121b)의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

전체적으로 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 재료로 구성된 음극 집전체(121)를 사용하면 순수 알루미늄포일 또는 순수 알루미늄포일에 가까운 형태의 음극 집전체(121)와 상당하여 양호한 도전성 및 더 강한 가소성, 연전성을 얻을 수 있으므로, 권취 등과 같은 방식의 성형이 용이하고 충전 시 전극조립체(10)의 팽창에 적응할 수 있다.

도 9는 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예 중 음극 집전체의 단면 개략도이다. 도 9를 참조하면, 상기 음극 집전체(121)는 제1 절연재료층(121i)을 더 포함하고, 상기 제1 절연재료층(121i)의 두께방향을 따른 양측에는 상기 금속기지(121b)가 각각 설치되고, 상기 금속기지(121b)의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

제1 절연재료층(121i)의 구성재료는 고분자 재료 기재일 수 있으며, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 등 기재이다. 음극 집전체(121)에 계층화된 복합 구조를 사용하고, 제1 절연재료층(121i)의 양측 표면에 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 재료로 구성된 금속기지(121b)를 설치함으로써, 양호한 도전성 및 더 강한 가소성을 구현함과 동시에 중량을 가일층 경감하고 음극 집전체(121)의 연전성 및 강도를 향상시킬 수 있다.

도 4~도 6을 참조하면, 일부 실시예에서, 배터리셀(71)은 케이스(20) 및 양극인출부(50)를 더 포함한다. 케이스(20)에는 상기 전극조립체(10)를 수용하기 위한 수용실이 마련된다. 양극인출부(50)는 상기 케이스(20)에 설치되어 상기 양극 집전체(111)와 상기 배터리셀(71) 외부의 도체를 전기적으로 연결하는 데 사용된다. 상기 양극인출부(50)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

본 실시예에서, 양극인출부의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

도 6을 참조하면, 일부 실시예에서, 양극인출부(50)는 분리구조이고 양극내부연결부(51) 및 양극외부연결부(52)를 포함하고, 상기 양극내부연결부(51)는 상기 양극 집전체(111)와 전기적 연결되고, 상기 양극외부연결부(52)는 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되고, 상기 양극외부연결부(52)와 상기 양극내부연결부(51)는 일체성형되거나 접촉하여 전기적 연결으로 연결되며, 상기 양극내부연결부(51)의 구성재료 및 양극외부연결부(52)의 구성재료는 모두 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

본 실시예에서, 양극내부연결부(51)의 구성재료 및 양극외부연결부(52)의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

양극인출부(50)는 구성재료에 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소가 포함되는 양극내부연결부(51)와 양극외부연결부(52)를 사용하여 양극 집전체(111)와의 전기적 연결을 구현하고, 외부의 도체와의 연결에 사용될 수 있다. 양극인출부(50)는 주요 원소가 알루미늄 원소인 양극내부연결부(51) 및 양극외부연결부(52)를 통해 알루미늄 재질의 양극 집전체(111) 및 알루미늄 버스바 등과 같은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 버스바부재(72)와의 전기적 연결을 각각 구현함으로써, 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킴과 동시에 양극인출부(50)의 구조를 가일층 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 양극인출부(50)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

양극인출부(50)의 구성재료로 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용함으로써, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있고, 또한 이러한 양극인출부(50)는 더 우수한 도전성을 갖고 중량이 더 낮다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 일부 실시예에서, 배터리셀(71)은 양극 어댑터(60)를 더 포함한다. 양극 어댑터(60)는 상기 양극인출부(50) 및 상기 양극 집전체(111)와 각각 전기적으로 연결된다. 상기 양극 어댑터(60)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

본 실시예에서, 양극 어댑터의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

양극 어댑터(60)를 설치하여 양극 어댑터(60)와 양극 집전체(111) 및 양극인출부(50)의 연결을 각각 구현하며, 또한 양극 어댑터(60)의 구성재료 및 상기 양극인출부(50)의 구성재료 모두에 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소가 포함되기 때문에, 양극 어댑터(60)는 양극인출부(50)와의 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 또한 양극 어댑터부의 구조를 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 양극 어댑터(60)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

양극 어댑터(60)의 구성재료와 양극인출부(50)의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용하여 더 우수한 도전성을 구현하고 중량을 낮출 수 있으며, 또한 양극 어댑터(60)와 양극인출부(50)의 구성재료가 모두 비교적 높은 함량의 알루미늄 원소를 포함하기 때문에, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

도 10은 본 개시에 따른 배터리셀의 일부 실시예 중 양극 집전체의 단면 개략도이다. 도 7 및 도 10을 참조하면, 일부 실시예에서, 상기 양극 집전체(111)는 금속 집전체이고, 상기 금속 집전체의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

전체적으로 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한 재료로 구성된 양극 집전체(111)를 사용하면 순수 알루미늄포일 또는 순수 알루미늄포일에 가까운 형태의 금속 집전체와 상당하여 양호한 도전성 및 더 강한 가소성을 얻을 수 있으므로, 권취 등과 같은 방식의 성형이 용이하고 충전 시 전극조립체(10)의 팽창에 적응할 수 있다. 또한, 이러한 금속 집전체는 양극인출부(50)와 더 쉽게 연결될 수 있고 이종 금속 복합 구조를 사용할 필요가 없으므로, 배터리 구조가 단순화된다.

도 11은 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예 중 양극 집전체의 단면 개략도이다. 도 7 및 도 11을 참조하면, 일부 실시예에서, 상기 양극 집전체(111)는 제2 절연재료층(111i) 및 상기 제2 절연재료층(111i)의 두께방향에서 상기 제2 절연재료층(111i) 양측에 위치한 도전층(111c)을 포함하며, 상기 도전층(111c)의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

제2 절연재료층(111i)의 구성재료는 고분자 재료 기재일 수 있으며, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 등 기재이다. 양극 집전체(111)에 계층화된 복합 구조를 사용하고, 제2 절연재료층(111i)의 양측 표면에 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 재료로 구성된 도전층(111c)을 설치함으로써, 양호한 도전성 및 더 강한 가소성을 구현함과 동시에 중량을 가일층 경감하고 양극 집전체(111)의 연전성 및 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 도전층(111c)은 양극인출부(50)와 더 쉽게 연결될 수 있고 이종 금속 복합 구조를 사용할 필요가 없으므로, 배터리 구조가 단순화된다.

도 3~도 6에는 각형 배터리셀(71)의 일부 실시예가 도시되었으며, 전극조립체(10)의 제1 방향(dr1)의 양단에는 음극 집전체(121)의 음극 활물질(122)에 의해 덮이지 않은 부분(즉 음극 탭) 및 양극 집전체(111)의 양극 활물질(112)에 의해 덮이지 않은 부분(즉 양극 탭)이 각각 돌출된다. 음극인출부(30)와 양극인출부(50)는 전극조립체(10)의 제3 방향(dr3)의 동일측에 위치한다.

도 5에서, 제1 방향(dr1)과 제2 방향(dr2)은 서로 수직되고 모두 제3 방향(dr3)에 수직된다. 케이스(20)의 하우징(21)의 제3 방향(dr3)의 일측에는 단부 개구가 마련된다. 제2 방향(dr2)은 전극조립체(10)의 두께방향에 평행한다. 음극 탭과 양극 탭은 전극조립체(10)의 제1 방향(dr1)을 따른 양단에 위치한다.

음극인출부(30)는 절곡된 음극 어댑터(40)를 통해 음극 탭 및 음극인출부(30)의 음극내부연결부(31)와 각각 용접되고, 음극인출부(30)의 음극외부연결부(32)는 음극내부연결부(31)의 전극조립체(10)로부터 멀리 떨어진 일측에 위치하여 외부의 도체와의 전기적 연결에 사용된다. 양극인출부(50)는 절곡된 양극 어댑터(60)를 통해 양극 탭 및 양극인출부(50)의 양극내부연결부(51)와 각각 용접되고, 양극인출부(50)의 양극외부연결부(52)는 양극내부연결부(51)의 전극조립체(10)로부터 멀리 떨어진 일측에 위치하여 외부의 도체와의 전기적 연결에 사용된다.

도 12는 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예의 단면 개략도이다. 도 12에는 각형 배터리셀의 다른 일부 실시예의 단면 구조가 도시되었다. 전극조립체(10)의 제3 방향(dr3)의 동일단에는 음극 집전체(121)의 음극 활물질(122)에 의해 덮이지 않은 부분(즉 음극 탭) 및 양극 집전체(111)의 양극 활물질(112)에 의해 덮이지 않은 부분(즉 양극 탭)이 돌출된다. 음극인출부(30) 및 양극인출부(50)도 모두 전극조립체(10)의 제3 방향(dr3)의 동일측에 위치하고, 음극 탭 및 양극 탭에 근접한다. 음극 어댑터(40)는 음극 탭 및 음극인출부(30)에 각각 용접된다. 양극 어댑터(60)는 양극 탭 및 양극인출부(50)에 각각 용접된다.

도 12를 참조하면, 일부 실시예에서, 상기 음극인출부(30)는 일체성형구조이고, 상기 음극인출부(30)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다.

본 실시예에서, 일체성형구조의 음극인출부의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

일체성형구조의 음극인출부(30)의 경우, 그 전체의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크다. 배터리셀은 이러한 음극인출부(30)를 통해 음극 집전체 및 외부의 도체와의 전기적 연결을 구현한다. 관련 기술에서 구리포일을 음극 집전체로 사용함으로 인해 배터리셀의 내외측에서 구리포일 및 알루미늄 재질의 버스바부재와 각각 용접 연결하기 위해 비교적 복잡한 구리-알루미늄 복합 폴을 설계해야 하는 것에 비해, 이러한 주요 원소가 알루미늄 원소인 음극인출부(30)는 알루미늄 재질의 음극 집전체 및 알루미늄 버스바 등과 같은 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질의 버스바부재와의 전기적 연결을 구현할 수 있으므로, 용접 등과 같은 고정연결 방식의 연결 신뢰성을 향상시킴과 동시에 음극인출부(30)의 구조를 가일층 단순화하여 가공 복잡도 및 원가를 낮출 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 금속기지(121b)의 구성재료와 상기 음극인출부(30)의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

음극인출부(30)의 편리한 장착을 위해, 케이스(20)의 상부커버(22)의 전극조립체(10)로부터 멀리 떨어진 일측에 음극인출부(30)를 고정하고, 음극 어댑터(40)가 음극인출부(30)와의 용접을 위해 상부커버(22) 상의 관통공을 통과하는 돌기를 형성하도록 한다.

도 12를 참조하면, 일부 실시예에서, 양극인출부(50)는 일체성형구조이며, 이러한 일체성형구조의 양극인출부는 양호한 도전성능을 갖고, 또한 양극내부연결부와 양극외부연결부에 대한 연결 작업이 생략되어 공정 단계를 줄이는 데 유리하다. 이에 대응하여, 양극인출부(50)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 크며, 선택적으로, 양극인출부(50)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

양극인출부(50)의 편리한 장착을 위해, 케이스(20)의 상부커버(22)의 전극조립체(10)로부터 멀리 떨어진 일측에 양극인출부(50)를 고정하고, 양극 어댑터(60)가 양극인출부(50)와의 용접을 위해 상부커버(22) 상의 관통공을 통과하는 돌기를 형성하도록 한다.

도 13은 본 개시에 따른 배터리의 다른 일부 실시예의 분해 개략도이다. 도 14는 본 개시에 따른 배터리의 다른 일부 실시예 중 다수의 배터리셀의 연결 개략도이다. 도 15는 본 개시에 따른 배터리셀의 다른 일부 실시예의 구조 개략도이다. 도 13~도 15를 참조하면, 일부 실시예에서, 전술한 배터리셀 실시예는 원통형 배터리셀(71)에도 적용된다.

도 13에서, 배터리(70)는 배터리 박스 및 배터리 박스 내에 설치된 다수의 배터리셀(71)을 포함한다. 배터리 박스는 배터리셀(71)에 수용, 지지, 냉각, 밀봉 및 충돌방지 등과 같은 기능을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 배터리셀의 충방전 또는 안전에 대한 외부의 액체 또는 기타 이물질의 불리한 영향을 방지할 수도 있다. 배터리 박스는 박스(73) 및 박스(73)와 스냅 결합되는 박스커버(74)를 포함한다.

도 14에서, 각 배터리셀(71) 사이는 버스바부재(72)를 통해 전기적으로 연결될 수 있으며, 예컨대 직렬연결, 병렬연결 또는 혼합연결로 구성되어 필요한 배터리(70)의 전기적 성능 매개변수를 구현한다. 다수의 배터리셀(71)은 줄지어 설치되며, 수요에 따라 박스 내에 일렬 또는 다열의 배터리셀(71)을 설치할 수 있다. 수요에 따라, 배터리(70)의 높이방향에서 한 층 또는 여러 층의 배터리셀(71)을 설치할 수도 있다.

도 16은 도 15에 도시된 실시예의 분해 개략도이다. 도 17은 도 15에 도시된 실시예의 단면 개략도이다. 전술한 도 15~도 17을 참조하면, 케이스(20)는 원통형 하우징(21) 및 하우징(21) 일단의 단부 개구에 위치하는 상부커버(22)를 포함한다. 양극인출부(50)는 상부커버(22)에 설치된다. 양극인출부(50)는 하우징(21) 내에 위치하고 일부가 상부커버(22) 상의 관통공으로부터 돌출된 양극내부연결부(51) 및 하우징(21) 밖에 위치하고 양극내부연결부(51)와 고정연결된 양극외부연결부(52)를 포함하는 분리구조일 수 있다. 양극내부연결부(51)는 양극 어댑터(60)를 통해 전극조립체(10)의 양극 집전체(111)와 용접될 수 있다.

음극인출부(30)는 일체성형구조 또는 분리구조일 수 있다. 예컨대, 하우징(21)은 일체성형구조의 음극인출부(30)로 사용되어 음극 어댑터(40)를 통해 전극조립체(10)의 음극 집전체(121)와 용접될 수 있다. 또 예컨대, 음극인출부(30)는 함께 조립된 하우징(21) 및 이와 전기적으로 연결된 상부커버(22)를 포함할 수 있다. 이에 대응하여, 하우징(21)은 음극인출부(30)의 음극내부연결부로 사용되고, 상부커버(22)는 음극인출부(30)의 음극외부연결부로 사용되고 양극인출부(50)와 절연적으로 격리된다.

다른 일부 실시예에서, 음극인출부(30)는 상부커버(22)에 설치되고, 하우징(21)은 일체성형구조의 양극인출부(50)로 사용되고, 또는 하우징(21) 및 이와 전기적 연결된 상부커버(22)가 각각 분리구조의 양극인출부(50)의 양극내부연결부 및 양극외부연결부로 사용될 수도 있다. 또 다른 일부 실시예에서, 양극인출부(50)와 음극인출부(30)는 모두 상부커버(22)에 설치될 수 있다.

도 18은 본 개시에 따른 배터리셀의 또 다른 일부 실시예의 구조 개략도이다. 도 19는 도 18에 도시된 실시예의 분해 개략도이다. 도 20은 도 18에 도시된 실시예의 단면 개략도이다. 도 18~도 20에는 다른 형태의 원통형 배터리셀의 실시예를 도시하였다.

도 18~도 20을 참조하면, 일부 실시예에서, 상기 케이스(20)는 하우징(21) 및 상부커버(22)를 포함하고, 상기 하우징(21)의 일단에는 단부 개구가 마련되고, 상기 상부커버(22)는 상기 단부 개구에 덮이고 고정되며; 여기서, 상기 상부커버(22)는 상기 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 하우징(21)의 하우징벽은 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용된다.

일체성형구조의 음극인출부의 경우, 하우징의 하우징벽이 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지 및 외부의 도체와 전기적으로 연결됨으로써, 음극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 갖도록 하여 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 구조가 더 간단하고 공간을 적게 차지하므로 배터리 전하량을 향상시키는 데 유리하다. 상부커버를 양극인출부로 사용하여 양극 집전체와 외부 도체를 연결하면 양극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 얻을 수 있으므로 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 외부의 도체와의 연결에 편리하다.

도 21은 도 19를 참조하는 다른 일 실시예의 분해 개략도이다. 도 21을 참조하고, 도 19에 도시된 실시예와 비교하면, 상기 케이스(20)는 하우징(21) 및 상부커버(22)를 포함하고, 상기 하우징(21)의 일단에는 단부 개구가 마련되고, 상기 상부커버(22)는 상기 단부 개구에 덮이고 고정된다. 상기 상부커버(22)는 상기 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 하우징(21)의 하우징벽은 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용된다.

도 22는 본 개시에 따른 배터리셀의 또 다른 일부 실시예의 구조 개략도이다. 도 23은 도 22에 도시된 실시예의 분해 개략도이다. 도 24는 도 22에 도시된 실시예의 단면 개략도이다. 도 22~도 24에는 또 다른 형태의 원통형 배터리셀의 실시예를 도시하였다.

도 22~도 24를 참조하면, 일부 실시예에서, 상기 케이스(20)는 하우징(21), 제1 상부커버(22a) 및 제2 상부커버(22b)를 포함하고, 상기 하우징(21)의 대향하는 양단에는 모두 단부 개구가 마련되고, 상기 제1 상부커버(22a) 및 상기 제2 상부커버(22b)는 상기 하우징(21)의 대향하는 양단의 상기 단부 개구에 각각 덮이고 고정된다. 상기 제2 상부커버(22b)는 상기 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 제1 상부커버(22a)는 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용된다.

일체성형구조의 음극인출부의 경우, 제2 상부커버가 음극인출부로 사용되어 상기 금속기지 및 외부의 도체와 전기적으로 연결됨으로써, 음극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 갖도록 하여 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 구조가 더 간단하고 공간을 적게 차지하므로 배터리 전하량을 향상시키는 데 유리하다. 제1 상부커버를 양극인출부로 사용하여 양극 집전체와 외부 도체를 연결하면 양극인출부가 더 큰 전기적 연결 면적을 얻을 수 있으므로 내부저항을 감소시킬 수 있고, 또한 외부의 도체와의 연결에 편리하다.

도 25는 도 23을 참조하는 다른 일 실시예의 분해 개략도이다. 도 25를 참조하고, 도 23에 도시된 실시예와 비교하면, 상기 케이스(20)는 하우징(21), 제1 상부커버(22a) 및 제2 상부커버(22b)를 포함하고, 상기 하우징(21)의 대향하는 양단에는 모두 단부 개구가 마련되고, 상기 제1 상부커버(22a) 및 상기 제2 상부커버(22b)는 상기 하우징(21)의 대향하는 양단의 상기 단부 개구에 각각 덮이고 고정된다. 상기 제1 상부커버(22a)는 상기 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 제2 상부커버(22b)는 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용된다.

본 개시의 일 양상에서는 전술한 임의의 실시예에 따른 배터리셀(71)을 포함하는 배터리(70)를 제공한다.

도 2, 도 3, 도 13 및 도 14를 참조하면, 일부 실시예에서, 상기 배터리(70)는 다수의 상기 배터리셀(71)을 포함하고, 또한 다수의 상기 배터리셀(71)을 전기적으로 연결하기 위한 버스바부재(72)를 더 포함하고, 상기 버스바부재(72)의 구성재료는 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함한다.

본 실시예에서, 버스바부재(72)의 구성재료에서 알루미늄 원소를 제외한 다른 원소는 구리, 망간, 규소, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 코발트 및 희토 원소 중 하나 또는 다수를 포함할 수 있고, 불순물로 되는 원소도 포함할 수 있다.

구성재료에 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소가 포함되는 버스바부재(72)를 사용하여 다수의 전술한 배터리셀(71)의 전기적 연결을 구현함으로써, 버스바부재(72)가 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함하는 구성재료로 구성된 음극인출부(30)와 더 쉽게 비교적 안정적으로 용접될 수 있다. 버스바부재(72)는 배터리셀(71) 외부의 도체로 사용되어 배터리셀(71)의 음극인출부 및 양극인출부 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 버스바부재(72)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함한다.

버스바부재(72)의 구성재료로 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용함으로써, 용접 등과 같은 연결 공정을 통해 안정적인 연결 효과를 더 쉽게 구현할 수 있다.

본 개시의 일 양상에서는 전술한 임의의 실시예에 따른 배터리(70)를 포함하는 전기기기를 제공한다.

일부 구체적인 실시예에서, 도 4~도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 배터리셀(71)은 전극조립체(10), 각형 케이스(20), 음극인출부(30), 음극 어댑터(40), 양극인출부(50) 및 양극 어댑터(60)를 포함한다. 전극조립체(10)는 양극판(11) 및 음극판(12)을 포함하고, 상기 양극판(11)은 양극 집전체(111) 및 상기 양극 집전체(111)에 설치된 양극 활물질(112)을 포함하고, 음극판(12)은 음극 집전체(121) 및 상기 음극 집전체(121)에 설치된 음극 활물질(122)을 포함한다. 양극 활물질(112)은 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물, 나트륨 함유 인산염, 프러시안 블루 유사체 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 음극 집전체(121)는 상기 금속기지(121b)로 구성되고, 양극 집전체(111)는 금속 집전체이다.

케이스(20)는 하우징(21) 및 하우징(21)의 단부 개구에 설치된 상부커버(22)를 포함한다. 음극인출부(30)와 양극인출부(50)는 모두 상부커버(22)에 설치된다. 음극 어댑터(40)의 일단은 음극인출부(30)와 용접되고, 타단은 음극 집전체(121)와 용접된다. 양극 어댑터(60)의 일단은 양극인출부(50)와 용접되고, 타단은 양극 집전체(111)와 용접된다.

음극인출부(30)는 상부커버(22) 내측에 위치한 음극내부연결부(31) 및 음극내부연결부(31)와 연결되고 상부커버(22) 외측에 위치한 음극외부연결부(32)를 포함하는 분리구조이다. 양극인출부(50)는 상부커버(22) 내측에 위치한 양극내부연결부(51) 및 양극내부연결부(51)와 연결되고 상부커버(22) 외측에 위치한 양극외부연결부(52)를 포함하는 분리구조이다.

음극내부연결부(31), 음극외부연결부(32), 음극 어댑터(40), 양극내부연결부(51), 양극외부연결부(52) 및 양극 어댑터(60)의 경우, 이들의 구성재료는 모두 알루미늄 원소의 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용한다. 음극 집전체(121)의 금속기지(121b)와 양극 집전체(111)의 구성재료는 모두 알루미늄 원소의 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 순수 알루미늄 재료를 사용한다. 이 배터리셀(71) 사이에 연결된 버스바부재(72)의 구성재료도 알루미늄 원소의 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용한다.

일부 구체적인 실시예에서, 도 8, 도 10, 도 18~도 20에 도시된 바와 같이, 배터리셀(71)은 전극조립체(10), 원통형 케이스(20), 음극인출부(30), 음극 어댑터(40), 양극인출부(50) 및 양극 어댑터(60)를 포함한다. 전극조립체(10)는 양극판(11) 및 음극판(12)을 포함하고, 상기 양극판(11)은 양극 집전체(111) 및 상기 양극 집전체(111)에 설치된 양극 활물질(112)을 포함하고, 음극판(12)은 음극 집전체(121) 및 상기 음극 집전체(121)에 설치된 음극 활물질(122)을 포함한다. 양극 활물질(112)은 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물, 나트륨 함유 인산염, 프러시안 블루 유사체 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 음극 집전체(121)는 상기 금속기지(121b)로 구성되고, 양극 집전체(111)는 금속 집전체이다.

케이스(20)는 음극인출부(30)로 사용되는 하우징(21) 및 하우징(21)의 단부 개구에 설치되고 양극인출부(50)로 사용되는 상부커버(22)를 포함하며, 상부커버(22)와 하우징(21) 사이는 절연부재를 통해 절연적으로 격리된다. 음극 어댑터(40)의 일단은 음극 집전체(121)와 용접되고, 타단은 하우징(21)의 하우징벽 저부와 용접된다. 양극 어댑터(60)의 일단은 상부커버(22)와 용접되고, 타단은 양극 집전체(111)와 용접된다.

하우징(21), 음극 어댑터(40), 상부커버(22) 및 양극 어댑터(60)의 경우, 이들의 구성재료는 모두 알루미늄 원소의 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용한다. 음극 집전체(121)의 금속기지(121b)와 양극 집전체(111)의 구성재료는 모두 알루미늄 원소의 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 순수 알루미늄 재료를 사용한다. 이 배터리셀(71) 사이에 연결된 버스바부재(72)의 구성재료도 알루미늄 원소의 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용한다.

일부 구체적인 실시예에서, 도 9, 도 11, 도 22~도 24에 도시된 바와 같이, 배터리셀(71)은 전극조립체(10), 원통형 케이스(20), 음극인출부(30), 음극 어댑터(40), 양극인출부(50) 및 양극 어댑터(60)를 포함한다. 전극조립체(10)는 양극판(11) 및 음극판(12)을 포함하고, 상기 양극판(11)은 양극 집전체(111) 및 상기 양극 집전체(111)에 설치된 양극 활물질(112)을 포함하고, 음극판(12)은 음극 집전체(121) 및 상기 음극 집전체(121)에 설치된 음극 활물질(122)을 포함한다. 양극 활물질(112)은 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물, 나트륨 함유 인산염, 프러시안 블루 유사체 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 음극 집전체(121)는 금속기지(121b) 및 제1 절연재료층(121i)을 포함하고, 상기 제1 절연재료층(121i)의 두께방향을 따른 양측에는 상기 금속기지(121b)가 각각 설치된다. 양극 집전체(111)는 제2 절연재료층(111i) 및 상기 제2 절연재료층(111i)의 두께방향에서 상기 제2 절연재료층(111i)의 양측에 위치한 도전층(111c)을 포함한다.

케이스(20)는 하우징(21) 및 하우징(21) 양단의 단부 개구에 설치되고 각각 양극인출부(50) 및 음극인출부(30)로 사용되는 제1 상부커버(22a) 및 제2 상부커버(22b)를 포함한다. 제1 상부커버(22a) 및 제2 상부커버(22b)와 하우징(21) 사이는 모두 절연부재를 통해 절연적으로 격리된다. 음극 어댑터(40)의 일단은 음극 집전체(121)와 용접되고, 타단은 제2 상부커버(22b)와 용접된다. 양극 어댑터(60)의 일단은 제1 상부커버(22a)와 용접되고, 타단은 양극 집전체(111)와 용접된다.

제2 상부커버(22b), 음극 어댑터(40), 제1 상부커버(22a) 및 양극 어댑터(60)의 경우, 이들의 구성재료는 모두 알루미늄 원소의 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용한다. 음극 집전체(121)의 금속기지(121b)와 양극 집전체(111)의 도전층(111c)의 구성재료는 모두 알루미늄 원소의 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 순수 알루미늄 재료를 사용한다. 이 배터리셀(71) 사이에 연결된 버스바부재(72)의 구성재료도 알루미늄 원소의 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 합금재료 또는 순수 알루미늄 재료를 사용한다.

본 개시는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 상황에서 다양한 수정이 이루어질 수 있고 일부 구성요소는 균등물로 대체될 수 있다. 특히, 구조적인 충돌이 없는 한, 각 실시예에서 언급된 각 기술적 특징들은 모두 임의의 방식으로 조합될 수 있다. 본 개시는 여기에서 개시된 특정 실시예로 국한되지 않고, 청구항의 범위 내에 속하는 모든 기술적 솔루션을 포함한다.

10: 전극조립체; 11: 양극판;
111: 양극 집전체; 111i: 제2 절연재료층;
111c: 도전층; 112: 양극 활물질;
12: 음극판; 121: 음극 집전체;
121b: 금속기지; 121i: 제1 절연재료층;
13: 분리부재; 20: 케이스;
21: 하우징; 22: 상부커버;
22a: 제1 상부커버; 22b: 제2 상부커버;
30: 음극인출부; 31: 음극내부연결부;
32: 음극외부연결부; 40: 음극 어댑터;
50: 양극인출부; 51: 양극내부연결부;
52: 양극외부연결부; 60: 양극 어댑터;
70: 배터리; 71: 배터리셀;
72: 버스바부재; 73: 박스;
74: 박스커버; 80: 차량;
81: 컨트롤러; 82: 모터

Claims

배터리셀(71)에 있어서,
양극판(11) 및 음극판(12)을 포함하는 전극조립체(10)를 포함하며, 상기 양극판(11)은 양극 집전체(111) 및 상기 양극 집전체(111)에 설치된 양극 활물질(112)을 포함하고, 상기 양극 활물질(112)은 나트륨이온의 가역적인 탈리-삽입이 가능한 활성재료를 포함하고, 상기 음극판(12)은 음극 집전체(121)를 포함하고, 상기 음극 집전체(121)는 금속기지(121b)를 포함하며;
상기 금속기지(121b)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 큰, 배터리셀(71).
제1항에 있어서,
상기 전극조립체(10)를 수용하기 위한 수용실이 마련된 케이스(20); 및
상기 케이스(20)에 설치된 음극인출부(30) - 상기 음극인출부(30)는 상기 금속기지(121b)와 상기 배터리셀(71) 외부의 도체를 전기적으로 연결하는 데 사용됨 - 를 더 포함하는, 배터리셀(71).
제2항에 있어서,
상기 음극인출부(30)는 일체성형구조이고, 상기 음극인출부(30)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 큰, 배터리셀(71).
제3항에 있어서,
상기 금속기지(121b)의 구성재료와 상기 음극인출부(30)의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제2항에 있어서,
상기 음극인출부(30)는 분리구조이고, 상기 음극인출부(30)는 고정연결된 음극내부연결부(31)와 음극외부연결부(32)를 포함하고, 상기 음극내부연결부(31)는 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고, 상기 음극외부연결부(32)는 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되고, 상기 음극내부연결부(31)의 구성재료와 음극외부연결부(32)의 구성재료는 모두 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 큰, 배터리셀(71).
제5항에 있어서,
상기 금속기지(121b)의 구성재료, 상기 음극내부연결부(31)의 구성재료 및 상기 음극외부연결부(32)의 구성재료는 모두 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속기지(121b)와 상기 음극인출부를 전기적으로 연결하는 음극 어댑터(40)를 더 포함하며;
상기 음극 어댑터(40)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 큰, 배터리셀(71).
제7항에 있어서,
상기 음극 어댑터(40)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 음극 집전체(121)는 상기 금속기지(121b)로 구성되고, 상기 금속기지(121b)의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 음극 집전체(121)는 제1 절연재료층(121i)을 더 포함하고, 상기 제1 절연재료층(121i)의 두께방향을 따른 양측에는 상기 금속기지(121b)가 각각 설치되고, 상기 금속기지(121b)의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극조립체(10)를 수용하기 위한 수용실이 마련된 케이스(20); 및
상기 케이스(20)에 설치되어 상기 양극 집전체(111)와 상기 배터리셀(71) 외부의 도체를 전기적으로 연결하는 데 사용되는 양극인출부(50)를 더 포함하며;
상기 양극인출부(50)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 큰, 배터리셀(71).
제11항에 있어서,
상기 양극인출부(50)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제11항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극인출부(50) 및 상기 양극 집전체(111)와 각각 전기적으로 연결되는 양극 어댑터(60)를 더 포함하며;
상기 양극 어댑터(60)의 구성재료는 알루미늄 원소를 포함하고, 상기 알루미늄 원소의 질량백분율은 다른 각 원소의 질량백분율보다 큰, 배터리셀(71).
제13항에 있어서,
상기 양극 어댑터(60)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극 집전체(111)는 금속 집전체이고, 상기 금속 집전체의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극 집전체(111)는 제2 절연재료층(111i) 및 상기 제2 절연재료층(111i)의 두께방향에서 상기 제2 절연재료층(111i) 양측에 위치한 도전층(111c)을 포함하며, 상기 도전층(111c)의 구성재료는 질량백분율이 99%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리셀(71).
제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이스(20)는 하우징(21) 및 상부커버(22)를 포함하고, 상기 하우징(21)의 일단에는 단부 개구가 마련되고, 상기 상부커버(22)는 상기 단부 개구에 덮이고 고정되며;
상기 상부커버(22)는 상기 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되고; 상기 하우징(21)의 하우징벽은 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 또는,
상기 상부커버(22)는 상기 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 상기 하우징(21)의 하우징벽은 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되는, 배터리셀(71).
제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이스(20)는 하우징(21), 제1 상부커버(22a) 및 제2 상부커버(22b)를 포함하고, 상기 하우징(21)의 대향하는 양단에는 모두 단부 개구가 마련되고, 상기 제1 상부커버(22a) 및 상기 제2 상부커버(22b)는 상기 하우징(21)의 대향하는 양단의 상기 단부 개구에 각각 덮이고 고정되며;
상기 제1 상부커버(22a)는 상기 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되고; 상기 제2 상부커버(22b)는 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되며; 또는,
상기 제2 상부커버(22b)는 상기 음극인출부(30)로 사용되어 상기 금속기지(121b)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되고; 상기 제1 상부커버(22a)는 양극인출부(50)로 사용되어 상기 양극 집전체(111)와 전기적으로 연결되고 상기 배터리셀(71) 외부의 도체와의 연결에 사용되는, 배터리셀(71).
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극 활물질(112)은 나트륨 함유 층상 전이금속 산화물, 나트륨 함유 인산염, 프러시안 블루 유사체 중 적어도 하나를 포함하는, 배터리셀(71).
배터리(70)에 있어서,
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 의한 배터리셀(71)을 포함하는, 배터리(70).
제20항에 있어서,
상기 배터리(70)는 다수의 상기 배터리셀(71)을 포함하고, 또한 다수의 상기 배터리셀(71)을 전기적으로 연결하기 위한 버스바부재(72)를 더 포함하고, 상기 버스바부재(72)의 구성재료는 질량백분율이 다른 원소보다 큰 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리(70).
제21항에 있어서,
상기 버스바부재(72)의 구성재료는 질량백분율이 90%보다 크거나 같은 알루미늄 원소를 포함하는, 배터리(70).
전기기기에 있어서,
제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 의한 배터리(70)를 포함하는, 전기기기.