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KR20130046999A - 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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KR20130046999A KR20110111732A KR20110111732A KR20130046999A KR 20130046999 A KR20130046999 A KR 20130046999A KR 20110111732 A KR20110111732 A KR 20110111732A KR 20110111732 A KR20110111732 A KR 20110111732A KR 20130046999 A KR20130046999 A KR 20130046999A
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Abstract

본 발명은 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 케이스 내부에 단열 및 전해액 함침 특성을 갖는 삽입부재가 형성되어 온도 변화에 따른 내구성 저하 및 전해액 고갈에 따른 배터리 성능 저하를 방지할 수 있는 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.

Description

배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈{BATTERY CELL AND BATTERY MODULE USING THE SAME}
본 발명은 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.
한편, 하이브리드 자동차 등 고출력의 리튬 전지가 요구되는 경우에 배터리셀을 수십에서 수백 개 적층하고, 이를 직렬 또는 병렬 연결하여 고전압 또는 고전류를 얻게 된다.
상기 배터리셀은 전지부와, 전지부가 수용되는 케이스를 포함하며, 상기 전지부는 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층되거나 일방향으로 와인딩된 구성으로서, 상기 전지부의 양극판과 음극판은 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 상기 배터리셀이 복수개 적층된 배터리 모듈의 경우에, 특정한 배터리셀의 온도가 올라갈 경우, 근방에 위치한 다른 배터리셀의 온도도 함께 상승되어 전체 작동에 악영향을 줄 수 있는 단점이 있다.
이를 위하여 일반적으로 배터리셀 들 간의 간격을 적절하게 이격시킬 수 있도록 여러 구조물이 구비되게 되는데, 이는 배터리의 부품 수를 늘릴 뿐 아니라 조립 공정을 난해하게 하는 요인이 된다. 뿐만 아니라 여러 부품들이 조립되어 이루어지는 구조물의 경우 외부 진동이나 충격에 영향을 크게 받을 수 있는 취약점들이 여러 군데 발생할 수 있어, 배터리의 진동성이나 나아가 내구성 등에 문제가 발생할 소지가 있다.
위와 같은 내구성의 문제점을 해결하기 위하여 일본공개특허 2003-109557호(공개일 : 2003.04.11)가 제안된 바 있다.
일본공개특허 2003-109557호는 전극조립체와 전극단자 및 전지케이스사이의 주머니 모양 공간에 열가소성 수지를 삽입하고 고화시켜, 외부의 충격이나 변형 압력으로부터 전극단자의 손상을 방지하기 위한 기술이다.
그런데, 일본공개특허 2003-109557은 전극단자가 위치한 전지케이스의 수납부에 유동성이 있는 수지 용융물을 주입하여 충전하기 때문에, 해당 부위에서만 고화된 충진물을 얻기 어렵고, 용융물이 전극조립체 쪽으로 이동되어 전지의 작동을 저해하는 등의 단점을 가지고 있다.
이에 따라, 절연성을 확보하여 내구성을 향상하고, 전해액 고갈에 따른 성능 저하를 방지할 수 있는 배터리셀이 요구되고 있다.
일본공개특허 2003-109557호(공개일 : 2003.04.11)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배터리셀의 케이스 내부에 단열특성을 갖는 삽입부재가 구비됨으로써 온도 변화에 의해 배터리 성능 및 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 삽입부재가 전해액 함침을 용이하게 하는 스폰지형 부재가 이용됨으로써 전해액 고갈에 따른 성능 저하를 방지할 수 있는 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 배터리셀(100)은 케이스(140); 상기 케이스(140) 내부에 구비되며 제1전극부(111) 및 제2전극부(112)를 포함하는 전지부(110); 상기 제1전극부(111) 및 제2전극부(112)에 각각 형성되어 상기 케이스(140) 외측으로 돌출되는 제1전극탭(120) 및 제2전극탭(130); 상기 전지부(110) 일부 또는 전체에 대응되는 크기로, 상기 케이스(140) 내면과 전지부(110) 사이에 구비되는 삽입부재(150); 를 포함한다.
또한, 상기 삽입부재(150)는 열전도를 차단하는 단열특성을 가질 수 있다.
아울러, 상기 삽입부재(150)는 전해액을 흡수 가능한 스폰지형 부재로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 모듈(1000)은 상술한 바에 의한 배터리셀(100)을 포함한다.
이에 따라, 본 발명의 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈은 배터리셀의 케이스 내부에 단열특성을 갖는 삽입부재가 구비됨으로써 온도 변화에 의해 배터리 성능 및 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 배터리셀 및 이를 포함하는 배터리 모듈은 삽입부재가 전해액 함침을 용이하게 하는 스폰지형 부재가 이용됨으로써 전해액 고갈에 따른 성능 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리셀을 나타낸 사시도 및 분해사시도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리셀의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리셀의 분해사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타낸 분해사시도.
도 6은 상기 도 5에 도시한 배터리 모듈의 부분 분해사시도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 배터리셀(100) 및 이를 포함하는 배터리 모듈(1000)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리셀(100)은 케이스(140), 전지부(110) 및 삽입부재(150)를 포함하여 형성된다.
케이스(140)는 배터리셀(100)의 외측을 형성하는 기본 몸체로서, 내부에 전지부(110) 및 삽입부재(150)가 구비된다.
도 1 내지 도 4에서, 케이스(140)는 파우치 형태의 예를 나타내었으나, 본 발명의 배터리셀(100)은 이에 한정되지 않는다.
파우치 형태의 케이스(140)는 나머지 구성(전지부(110) 및 삽입부재(150))이 내부에 포함된 상태에서 가장자리를 열 융착하여 밀봉될 수 있다.
이 때, 파우치 형태의 케이스(140)는 알루미늄 라미네이트 포장재로 이루어질 수 있으며, 알루미늄 라미네이트 포장재는 얇은 알루미늄(Al) 판에 폴리에틸렌(PE)과 같은 플라스틱 박막을 증착하여 얇고 유연한 형태로 만든 것이다.
전지부(110)는 케이스(140) 내부에 구비되는 구성으로서, 전기를 충전 또는 방전할 수 있는 부분이다.
전지부(110)는 제1전극부(111) 및 제2전극부(112)를 포함하여 형성되며, 제1전극부(111)에 제1전극탭(120)이, 제2전극부(112)에 제2전극탭(130)이 연결된다.
도 1 및 도 2에서 제1전극부(111) 및 제2전극부(112)가 케이스(140) 외측으로 일정 영역 돌출되게 형성되고, 돌출된 영역에 각각 제1전극탭(120) 및 제2전극탭(130)이 연결된 예를 도시하였으나, 제1전극탭(120) 및 제2전극탭(130)만이 케이스(140) 외부로 돌출 형성될 수도 있다.
삽입부재(150)는 전지부(110)의 구성과 함께 케이스(140) 내부에 삽입되는 구성으로서, 케이스(140) 내면과 전지부(110) 사이에 구비된다.
삽입부재(150)는 열전도를 차단하는 단열특성이 있는 재질로 형성되어 배터리셀(100) 내부의 온도 변화 또는 외부의 온도 변화를 차단 가능하여 급격한 온도 변화에 따른 내구성 저하의 문제점을 낮출 수 있는 장점이 있다.
이 때, 삽입 부재는(150)는 고분자 수지 및 고분자 복합체가 사용될 수 있다.
또한, 삽입부재(150)는 전해액을 흡수 가능한 스폰지형 부재가 이용되어, 전해액 함침을 도와 전해액 고갈에 따른 배터리 성능 저하를 방지할 수 있다.
삽입부재(150)는 단열특성을 갖는 스폰지형 부재가 이용되어 위에서 설명한 2가지 장점을 모두 적용할 수도 있다.
삽입부재(150)는 파우치형 케이스(140)의 열융착 단계에서 함께 열융착하여 고정할 수 있다.
이 때, 상기 케이스(140)는 전지부(110) 최외곽에 접착재를 이용하여 고정 할 수도 있고, 파우치형 케이스(140)의 내부가 진공이 잡히면 전지부(110) 및 삽입부재(150)가 고정이 되기 때문에 따로 접착재를 이용하는 등의 고정 조건을 설정하지 않을 수도 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리셀(100)로서, 삽입부재(150)가 전지부(110)에 대응되는 크기로 형성되며, 케이스(140) 내부에서 전지부(110)의 양측에 각각 2개 구비된 예를 나타내었다.
또한, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리셀(100)로서, 삽입부재(150)가 전지부(110)에 대응되는 크기로 형성되며, 케이스(140) 내부에서 전지부(110)의 일측에 1개 구비된 예를 나타내었다.
도 3에 도시한 형태의 배터리셀(100)이 적층되어 배터리 모듈(1000)을 형성할 경우에, 일측 방향에 삽입부재(150)가 삽입된 배터리셀(100)이 순차적으로 적층되어 이웃하는 배터리셀(100) 중 하나에는 삽입부재(150)가 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 배터리셀(100)로서, 삽입부재(150)가 전지부(110)의 일정 영역에 대응되는 크기로 형성되되, 중앙 영역을 지지하도록 위치되는 예를 나타내었다.
본 발명의 배터리셀(100)은 도 1 내지 도 4에 도시한 형태 외에도 다양한 크기, 개수, 및 형태를 갖는 삽입부재(150)가 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 모듈(1000)을 나타낸 것으로서, 하우징(200)이 상ㆍ하측으로 나누어지며, 하측 구성이 2개로 이루어지는 예를 나타내었다.
또한, 도 6은 도 5에 나타낸 배터리 모듈(1000)의 서브 배터리 모듈(1000)을 나타낸 도면으로서, 서브 배터리 모듈(1000)은 2개의 배터리셀(100), 배터리셀(100) 사이에 구비되는 파티션(400), 배터리셀(100) 및 파티션(400)을 고정하는 한 쌍의 커버(300)를 포함하는 예를 나타내었다.
도 5 및 도 6에 도시한 예는 본 발명에 따른 배터리 모듈(1000)의 일 실시예로서, 이 외에도 상술한 바와 같은 배터리셀(100)을 이용한 형태라면 다양하게 적용가능하다.
특히, 본 발명의 배터리 모듈(1000)은 복수개의 배터리셀(100)이 이용됨에 따라 발생될 수 있는 온도 변화에 따른 내구성 저하 문제를 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 배터리 모듈
100 : 배터리셀
110 : 전지부 111 : 제1전극부
112 : 제2전극부
120 : 제1전극탭 130 : 제2전극탭
140 : 케이스
150 : 삽입부재
200 : 하우징
300 : 커버 400 : 파티션

Claims (4)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내부에 구비되며 제1전극부 및 제2전극부를 포함하는 전지부;
    상기 제1전극부 및 제2전극부에 각각 형성되어 상기 케이스 외측으로 돌출되는 제1전극탭 및 제2전극탭;
    상기 전지부 일부 또는 전체에 대응되는 크기로, 상기 케이스 내면과 전지부 사이에 구비되는 삽입부재; 를 포함하는 배터리셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부재는 열전도를 차단하는 단열특성을 갖는 배터리셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 삽입부재는 전해액을 흡수 가능한 스폰지형 부재인 배터리셀.
  4. 제3항의 배터리셀을 포함하는 배터리 모듈.
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