KR20180063454A - 모듈 압축 방지 구조를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 전지셀들이 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 전지셀 어셈블리; 및 상기 전지셀 어셈블리의 최외곽 전지셀들을 각각 감싸도록 고정되어 있는 한 쌍의 엔드 플레이트들;을 포함하고 있으며, 상기 전지셀 어셈블리 및 엔드 플레이트들은 전지셀들의 배열 방향으로 복수의 체결 부재에 의해 결합 및 고정되어 있고, 상기 체결 부재는 외부 충격에 의해 엔드 플레이트가 전지셀 어셈블리를 가압하여 전지셀 어셈블리가 압축되는 것을 방지할 수 있도록, 양측 단부 부위들이 전지셀들의 배열 방향으로 엔드 플레이트들을 지지하는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

모듈 압축 방지 구조를 포함하는 전지모듈 {Battery Module Having Module Compression Limiting Structure}

본 발명은 모듈 압축 방지 구조를 포함하는 전지모듈에 관한 것이다.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

한편, 소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다

이러한 전지모듈의 경우, 전기자전거, 전기자동차 등과 같이 다양한 작동 환경에 노출되는 디바이스들은 전지팩을 구성하는 요소들이 외부 환경에 대해 안정적으로 보호되어야 하며, 다수의 전지를 사용하여 고출력 및 대용량을 구현하여야 하기 때문에 안전성 측면도 중요시 되고 있다.

이러한 전지모듈은 복수의 전지셀들을 각각 카트리지에 고정된 구조로 측면 배열되도록 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 그에 따라, 전지모듈 외부로부터 전지셀들의 측면 배열 방향으로 외부 충격이 가해지면 간격 및 적층 공차에 의해 카트리지들 및 전지셀들이 압축되어 냉매 유로 손상, 셀 내부 단락, 전기적 연결 손상 및 모듈 고정 구조의 파손 등의 다양한 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지모듈에 외부 충격이 가해지더라도 전지셀들 간의 간격 및 적층 공차에 의해 카트리지들 및 전지셀들이 압축되어 전지모듈이 손상되는 것을 방지할 수 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,

복수의 전지셀들이 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 전지셀 어셈블리; 및

상기 전지셀 어셈블리의 최외곽 전지셀들을 각각 감싸도록 고정되어 있는 한 쌍의 엔드 플레이트들;

를 포함하고 있을 수 있으며,

상기 전지셀 어셈블리 및 엔드 플레이트들은 전지셀들의 배열 방향으로 복수의 체결 부재에 의해 결합 및 고정되어 있고, 상기 체결 부재는 외부 충격에 의해 엔드 플레이트가 전지셀 어셈블리를 가압하여 전지셀 어셈블리가 압축되는 것을 방지할 수 있도록, 양측 단부 부위들이 전지셀들의 배열 방향으로 엔드 플레이트들을 지지하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀 어셈블리 및 엔드 플레이트들은 전지셀들의 배열 방향으로 복수의 체결 부재에 의해 결합 및 고정되어 있고, 체결 부재는 외부 충격에 의해 엔드 플레이트가 전지셀 어셈블리를 가압하여 전지셀 어셈블리가 압축되는 것을 방지할 수 있도록, 양측 단부 부위들이 전지셀들의 배열 방향으로 엔드 플레이트들을 지지하는 구조로 이루어져 있음으로써, 전지모듈에 외부 충격이 가해지더라도 전지셀들 간의 간격 및 적층 공차에 의해 카트리지들 및 전지셀들이 압축되어 전지모듈이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있다.

상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 또는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어져 있을 수 있다.

상기 폴딩형, 스택형, 스택/폴딩형, 및 라미네이션/스택형의 전극 구조에 대해 상술하면 다음과 같다.

우선, 폴딩형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극활물질을 포함하는 합제를 코팅한 후 건조 및 프레싱한 시트 형태의 양극과 음극 사이에 분리막 시트를 위치시키고, 권취함으로써 제조할 수 있다.

스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱한 후 소정의 크기로 절취한 양극판과 음극판 사이에 상기 양극판과 음극판에 대응하는 소정의 크기로 절취한 분리막을 개재시킨 후 적층함으로써 제조할 수 있다.

스택/폴딩형 구조의 단위셀은, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 둘 이상의 극판들이 적층되어 있는 유닛셀들을 둘 이상 포함하고, 중첩되지 않은 형태로 하나 이상의 분리필름으로 유닛셀들을 권취하거나, 또는 유닛셀의 크기로 분리필름을 절곡하여 유닛셀들 사이에 개재함으로써 제조될 수 있다.

경우에 따라서는, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 임의의 유닛셀들 사이 및/또는 최외측 유니셀의 외면에 하나 이상의 단일 극판이 추가로 포함될 수도 있다.

상기 유닛셀은 양측 최외곽의 극판들이 동일한 전극을 가진 S형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 반대 전극을 가진 D형 유닛셀일 수 있다.

상기 S형 유닛셀은, 양측 최외곽의 극판들이 양극인 SC형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 음극인 SA형 유닛셀일 수 있다.

라미네이션/스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱하고 소정의 크기로 절취한 후, 하부로부터 순차적으로 음극, 음극의 상부에 분리막, 그리고 양극, 그리고 그 상부에 분리막을 적층하여 제조할 수 있다.

상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 구조의 파우치형 케이스로 이루어져 있을 수 있다.

상기 전지케이스의 하나의 구체적인 예로서, 상기 전지케이스는 우수한 내구성의 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 수지 실란트층이 상호 열융착되는 것일 수 있다.

상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.

상기 수지 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.

상기 전지셀 어셈블리의 하나의 구체적인 실시예에서, 상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들이 각각 카트리지에 고정된 구조로 측면 배열되도록 적층되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.

구체적으로, 상기 카트리지는 양측에 위치하는 전지셀들의 외주변 실링부들을 고정하는 프레임으로 구성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 카트리지 및 엔드 플레이트 각각에는 전지셀 어셈블리를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구들이 천공되어 있을 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 체결구들은 카트리지 및 엔드 플레이트 각각의 상단부 양측 및 하단부 양측에 외향 연장되어 있는 체결용 돌출부들에 형성되어 있을 수 있다.

상기 체결 부재의 하나의 구체적인 실시예로서,

상기 체결 부재는 바(bar) 형상으로 이루어져 있고, 상기 카트리지의 체결구를 관통하여 체결되는 본체부(body portion) 및 상기 본체부의 양단에 각각 형성되어 있고 엔드 플레이트의 체결구에 삽입되는 지지부를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.

구체적으로, 상기 지지부의 외경은 본체부의 외경보다 상대적으로 작은 크기로 이루어져 있을 수 있고, 상기 본체부와 지지부는 수직 단면상으로 단차 구조를 형성하고 있을 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 지지부의 외경은 엔드 플레이트의 체결구의 내경보다 상대적으로 작고, 상기 본체부의 외경은 엔드 플레이트의 체결구의 내경보다 상대적으로 크게 형성되어 있을 수 있다.

그에 따라, 외력에 의해 상기 엔드 플레이트가 전지셀 어셈블리 방향으로 가압되더라도 체결 부재의 본체부에 의해 엔드 플레이트가 지지되어 전지모듈을 구조적 안전성을 담보할 수 있다.

상기 지지부의 외경은 본체부의 외경의 50% 내지 80%의 크기로 이루어져 있을 수 있다.

상기 지지부의 외경이 본체부의 외경의 50% 미만일 경우에는, 상기 지지부와 엔드 플레이트 간의 체결력이 약화될 수 있다. 반면에, 상기 지지부의 외경이 본체부의 외경의 80% 를 초과하는 경우에는, 상기 본체부와 엔드 플레이트가 접하는 면적이 감소하여 외부 충격시 엔드 플레이트를 충분히 지지하지 못할 수 있다.

상기 지지부의 하나의 구체적인 예로서, 상기 지지부의 외면에는 나사선이 형성되어 있을 수 있고, 상기 지지부는 엔드 플레이트의 체결구에 삽입된 상태에서 너트와 결합하여 체결되는 구조로 이루어져 있을 수 있다.

구체적으로, 상기 지지부는 스텝 볼트(step bolt) 구조로 이루어져 있을 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 본체부의 중심에는 길이 방향을 따라 소정 깊이의 만입 홈이 형성되어 있을 수 있다. 상기 만입 홈은 작업자가 체결 부재를 조립하는 과정에서 체결 부재에 대한 파지를 용이하게 하여 조립 공정을 용이하게 하고 조립 시간을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전지모듈을 구성하는 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.

일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn₂O₄; 디설파이드 화합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe'_yO_z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO₂, PbO, PbO₂, Pb₂O₃, Pb₃O₄, Sb₂O₃, Sb₂O₄, Sb₂O₅, GeO, GeO₂, Bi₂O₃, Bi₂O₄, and Bi₂O₅ 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.

상기 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 130 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.

상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.

이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.

또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.

상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.

리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li₅NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

상기 디바이스들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 전지셀 어셈블리 및 엔드 플레이트들은 전지셀들의 배열 방향으로 복수의 체결 부재에 의해 결합 및 고정되어 있고, 체결 부재는 외부 충격에 의해 엔드 플레이트가 전지셀 어셈블리를 가압하여 전지셀 어셈블리가 압축되는 것을 방지할 수 있도록, 양측 단부 부위들이 전지셀들의 배열 방향으로 엔드 플레이트들을 지지하는 구조로 이루어져 있음으로써, 전지모듈에 외부 충격이 가해지더라도 전지셀들 간의 간격 및 적층 공차에 의해 카트리지들 및 전지셀들이 압축되어 전지모듈이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 측면도이다;
도 2는 도 1의 전지모듈의 분해 사시도이다;
도 3은 도 1의 전지모듈의 분해 측면도이다;
도 4는 도 1의 전지모듈의 'A'부위의 수직 단면도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 측면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1 의 전지모듈의 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1의 전지모듈의 분해 측면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 1의 전지모듈의 'A' 부위의 수직 단면도가 도시되어 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 전지모듈(100)은 전지셀 어셈블리(110), 엔드 플레이트(130)들을 포함하고 있다.

전지셀 어셈블리(110) 및 엔드 플레이트(130)들은 전지셀(도시하지 않음)들의 배열 방향으로 4개의 체결 부재(200)에 의해 결합 및 고정되어 있다.

체결 부재(200)는 외부 충격에 의해 엔드 플레이트(130)가 전지셀 어셈블리(110)를 가압하여 전지셀 어셈블리(110)가 압축되는 것을 방지할 수 있도록, 양측 단부 부위들이 전지셀들의 배열 방향으로 엔드 플레이트(130)들을 지지하는 구조로 이루어져 있다.

구체적으로, 전지셀 어셈블리(110)는 전지셀들이 각각 카트리지(111)에 고정된 구조로 측면 배열되도록 적층되어 있는 구조로 이루어져 있고, 카트리지(111)는 양측에 위치하는 전지셀들의 외주변 실링부들을 고정하는 프레임으로 구성되어 있다.

카트리지(111) 및 엔드 플레이트(130) 각각에는 전지셀 어셈블리(110)를 고정하기 위한 체결 부재(200)가 삽입되는 체결구들(112, 132)이 천공되어 있다. 체결구들(112, 132)은 카트리지(111) 및 엔드 플레이트(130) 각각의 상단부 양측 및 하단부 양측에 외향 연장되어 있는 체결용 돌출부들(113, 133)에 형성되어 있다.

체결 부재(200)는 바 형상으로 이루어져 있고, 카트리지(111)의 체결구(112)를 관통하여 체결되는 본체부(210) 및 본체부(210)의 양단에 각각 형성되어 있고 엔드 플레이트(130)의 체결구(132)에 삽입되는 지지부(220)로 이루어져 있다.

지지부(220)의 외경(P2)은 본체부(210)의 외경보(P1)다 상대적으로 작은 크기로 이루어져 있고, 본체부(210)와 지지부(220)는 수직 단면상으로 단차 구조를 형성하고 있다.

지지부(220)의 외경은 본체부(210)의 외경의 70%의 크기로 이루어져 있다.

지지부(220)의 외면에는 나사선이 형성되어 있고, 지지부(220)는 엔드 플레이트(130)의 체결구(132)에 삽입된 상태에서 너트(300)와 결합하여 체결된다.

본체부(210)의 중심에는 길이 방향을 따라 소정 깊이의 만입 홈(211)이 형성되어 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

1. 복수의 전지셀들이 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 전지셀 어셈블리; 및
   상기 전지셀 어셈블리의 최외곽 전지셀들을 각각 감싸도록 고정되어 있는 한 쌍의 엔드 플레이트들;
   을 포함하고 있으며,
   상기 전지셀 어셈블리 및 엔드 플레이트들은 전지셀들의 배열 방향으로 복수의 체결 부재에 의해 결합 및 고정되어 있고, 상기 체결 부재는 외부 충격에 의해 엔드 플레이트가 전지셀 어셈블리를 가압하여 전지셀 어셈블리가 압축되는 것을 방지할 수 있도록, 양측 단부 부위들이 전지셀들의 배열 방향으로 엔드 플레이트들을 지지하는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 어셈블리는 전지셀들이 각각 카트리지에 고정된 구조로 측면 배열되도록 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 카트리지는 양측에 위치하는 전지셀들의 외주변 실링부들을 고정하는 프레임으로 구성된 것을 특징으로 하는 전지모듈.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 카트리지 및 엔드 플레이트 각각에는 전지셀 어셈블리를 고정하기 위한 체결부재가 삽입되는 체결구들이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 체결구들은 카트리지 및 엔드 플레이트 각각의 상단부 양측 및 하단부 양측에 외향 연장되어 있는 체결용 돌출부들에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 체결 부재는 바(bar) 형상으로 이루어져 있고,
   상기 카트리지의 체결구를 관통하여 체결되는 본체부(body portion); 및
   상기 본체부의 양단에 각각 형성되어 있고 엔드 플레이트의 체결구에 삽입되는 지지부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 지지부의 외경은 본체부의 외경보다 상대적으로 작은 크기로 이루어져 있고, 상기 본체부와 지지부는 수직 단면상으로 단차 구조를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 지지부의 외경은 엔드 플레이트의 체결구의 내경보다 상대적으로 작고, 상기 본체부의 외경은 엔드 플레이트의 체결구의 내경보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 전지모듈.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 지지부의 외경은 본체부의 외경의 50% 내지 80%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지모듈.
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지부의 외면에는 나사선이 형성되어 있고;
    상기 지지부는 엔드 플레이트의 체결구에 삽입된 상태에서 너트와 결합하여 체결되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 지지부는 스텝 볼트(step bolt) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지모듈.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 본체부의 중심에는 길이 방향을 따라 소정 깊이의 만입 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
15. 제 14 항에 따른 전지팩의 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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