KR20210009184A

KR20210009184A - 전지 모듈 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20210009184A
Application number: KR1020190085897A
Authority: KR
Inventors: 정기택; 성준엽; 정지훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: KR102792207B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체에 연결된 버스바 프레임, 상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀 중에서 서로 이웃하는 전지셀들로부터 각각 돌출된 셀 테라스들, 및 상기 셀 테라스들로부터 각각 돌출되는 전극 리드들을 포함하고, 상기 셀 테라스는 상기 셀 테라스의 단부가 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부를 포함하는 포함한다.

Description

전지 모듈 및 그 제조 방법{BATTERY MODULE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 의도하지 않은 전기적 연결에 의한 안정성 문제를 방지하는 전지 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.

상기 전기 자동차 등에 적용되는 전지팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 단위셀을 포함하는 다수의 셀 어셈블리를 직렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 단위셀은 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.

한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차 전지가 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.

한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.

종래 전지 모듈은, 상호 적층되는 복수개의 전지셀들 및 복수개의 전지셀들의 전극 리드들을 전기적으로 연결하는 버스바 어셈블리를 포함하여 구성된다. 여기서, 버스바 어셈블리는, 각각의 전지셀의 전극 리드들을 개별적으로 통과시키는 리드 슬롯들을 구비하는 버스바 프레임 및 버스바 프레임에 장착되고, 리드 슬롯들 개수에 대응되도록 구비되는 버스바 슬롯들을 구비하며, 버스바 슬롯들을 통과한 전극 리드들과 용접 등으로 연결되는 버스바를 포함하여 구성된다.

그러나, 종래 전지 모듈에서는, 셀 테라스와 전지셀들의 개수가 늘어나게 되면 그만큼 전극 리드들 개수도 증가하고, 전극 리드와 셀 테라스 형상이 컴팩트하게 되는 경우가 발생하므로, 이웃하는 전극 리드와 셀 테라스 가장자리가 접촉할 수 있다. 그런데 셀 테라스는 파우치형 전지셀의 파우치 케이스로부터 연장되는 구성인데, 파우치 케이스는 일반적으로 내부에 알루미늄 등의 금속층을 포함하고 있어서, 이러한 금속층이 드러난 셀 테라스 선단과 전극 리드가 접촉하게 되면 쇼트되어 발화 가능성이 매우 높아진다.

따라서 여러 개의 파우치형 전지셀을 명렬연결시 전극 리드가 파우치 케이스의 셀 테라스 선단부와 닿지 않도록 하는 수단이 요구된다. 이를 위해, 종래에는 인접한 파우치형 전지셀과 셀 사이에 추가적인 절연 시트 내지 절연 테이프를 적용하거나, 사출 부품을 추가로 조립하는 등의 수단을 적용하고 있으나, 그로 인해 부품 비용 및 조립 공정이 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 간단한 구조만으로도 병렬 연결된 파우치형 전지셀 중 인접한 셀에서 전극 리드와 파우치 케이스의 셀 테라스 선단부 간의 전기적 접촉을 방지할 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체에 연결된 버스바 프레임, 상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀 중에서 서로 이웃하는 전지셀들로부터 각각 돌출된 셀 테라스들, 및 상기 셀 테라스들로부터 각각 돌출되는 전극 리드들을 포함하고, 상기 셀 테라스는 상기 셀 테라스의 단부가 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부를 포함한다.

상기 절곡부에 의해 접힌 상기 셀 테라스의 단부를 상기 셀 테라스의 본체에 고정하는 고정 수단을 포함할 수 있다.

상기 고정 수단은 양면 테이프일 수 있다.

상기 고정 수단은 접착체일 수 있다.

상기 전지셀은 전극 조립체 및 이를 수용하는 파우치 케이스를 포함하고, 상기 셀 테라스는 상기 파우치 케이스의 일부분일 수 있다.

상기 셀 테라스와 상기 전극 리드 사이에 위치하는 리드 필름을 더욱 포함할 수 있다.

상기 절곡부에 의해 접힌 상기 셀 테라스의 단부를 덮는 절연 부재를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈 제조 방법은 전극 리드가 결합된 전극 조립체를 준비하는 단계, 상기 전극 리드의 단부가 파우치 케이스 밖으로 인출되도록 상기 전극 조립체를 상기 파우치 케이스에 수용하는 단계, 상기 파우치 케이스 상이 위치한 상기 전극 리드의 상면 및 하면에 리드 필름을 배치하되, 상기 파우치 케이스의 단부가 상기 리드 필름의 단부보다 연장되어 상기 전극 리드를 덮도록 배치하는 단계, 상기 파우치 케이스를 열융착하여 실링하는 단계, 상기 리드 필름의 단부보다 연장된 상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하여 절곡부를 형성하는 단계를 포함하여 전지셀을 형성하는 단계, 상기 전지셀을 복수개 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계, 및 상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀 중에서 서로 이웃하는 전지셀들로부터 각각 돌출된 상기 전극 리드를 2개 이상 집합하여 버스바와 결합하는 단계를 포함한다.

상기 파우치 케이스를 열융착하여 실링하는 것에 의해, 상기 전극 리드와상기 전극 조립체 사이에 위치하는 셀 테라스가 형성될 수 있다.

상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하는 것에 의해 상기 리드 필름의 단부가 노출될 수 있다.

상기 절곡부를 형성하는 단계는, 상기 파우치 케이스를 고정 수단에 의해 상기 셀 테라스에 고정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 고정 수단은 양면 테이프이고, 상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하기 전에, 상기 셀 테라스에 상기 양면 테이프를 부착하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

상기 고정 수단은 접착체이고, 상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하기 전에, 상기 셀 테라스에 상기 접착제를 도포하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 팩은, 상기한 적어도 하나의 전지 모듈, 및 상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 디바이스는 상기한 적어도 하나의 전지 팩을 포함할 수 있다.

실시예들에 따르면, 간단한 구조만으로도 병렬 연결된 파우치형 전지셀 중 인접한 셀에서 전극 리드와 파우치 케이스의 셀 테라스 선단부 간의 전기적 접촉을 방지할 수 있는 전지 모듈 및 그 제조 방법을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 분해하여 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 A부분을 확대하여 그 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 전지셀들을 병렬 연결한 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위해 전극 리드 부분의 단면을 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위해 전극 리드 부분의 정면을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위해 전극 리드 부분의 단면을도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

이하 도 1 내지 3를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 분해하여 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 전지 모듈에 포함된 전지셀을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 A부분을 확대하여 그 단면을 도시한 도면이다.

도 1를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈(1000)은, 복수의 전지셀(100)이 적층되어 형성된 전지셀 적층체(120) 및 버스바 프레임(500)를 포함한다. 전지 모듈(1000)은 전지셀 적층체(120)를 덮는 탑커버(400)를 포함하고, 탑커버(400) 양단에 버스바 프레임(500)이 장착되어 있다. 복수의 전지셀(100)들이 적층되어 형성된 전지셀 적층체(120) 외측에는 압축 패드(미도시)가 위치할 수 있다. 복수의 전지셀(100) 각각으로부터 돌출된 전극 탭(미도시)은 연장되어 전극 리드(160)와 연결되고, 전극 리드(160)는 버스바 프레임(500)에 형성된 리드 슬롯(510)에 삽입될 수 있다. 버스바 프레임(500)은 서로 다른 일측에 배치되는 2개의 버스바 프레임을 포함한다.

이하 도 2를 참고하여 하나의 전지셀(100)의 구성에 대해 살펴보기로 한다.

전지셀(100)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(100)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수개의 전지셀(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(120)를 형성할 수 있다. 이하 설명하는 전지셀(100)의 구성은 한 예이고, 전지셀 적층체(120)를 구성하기 위한 전지셀(100) 형태는 다양하게 변형될 수 있다.

이러한 복수개의 전지셀(100)은 각각, 전극 조립체(110), 파우치 케이스(130), 및 전극 조립체(110)로부터 돌출된 전극 리드(160)를 포함할 수 있다.

전극 조립체(110)는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 전극 조립체(110)는 일정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 순차적으로 적층한 적층형 전극 조립체일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 양극과 음극이 세퍼레이터를 개재한 상태로 적층된 구조를 권취한 권취형 조립체일 수도 있다.

파우치 케이스(130)는 전극 조립체(110)를 패키징하기 위한 것으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 보다 상세히 설명하자면, 파우치 케이스(130)는 그 재질이 금속층으로 이루어진 심부와, 상기 심부의 일면 상에 형성된 열융착층과, 상기 심부의 타면 상에 형성된 절연막으로 이루어질 수 있다. 상기 열융착층은 폴리머 수지인 변성 폴리프로필렌, 예컨대 CPP(Casted Polypropylene)를 사용하여 접착층으로 작용하며, 상기 절연막은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성되어 있을 수 있으나, 여기서 파우치 케이스(130)의 구조 및 재질을 한정하는 것은 아니다.

또한 파우치 케이스(130)는, 케이스 본체(132) 및 셀 테라스(135)를 포함할 수 있다. 케이스 본체(132)는 전극 조립체(110)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 케이스 본체(132)에는 전극 조립체(110)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련되어 있다. 셀 테라스(135)는 케이스 본체(132)로부터 연장되며, 전극 조립체(110)를 밀봉할 수 있도록 실링될 수 있다. 이러한 셀 테라스(135)의 일측, 구체적으로 셀 테라스(135)의 전방(+X축 방향)에는 전극 리드(160)가 일부로 돌출될 수 있다.

전극 리드(160)는 전극 조립체(110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전극 리드(160)는 음의 전극 리드와 양의 전극 리드를 포함하는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 전극 리드들(160)의 일부는 각각, 파우치 케이스(130)의 전방(+X축 방향) 및 후방(-X축 방향)에서 셀 테라스(135) 밖으로 돌출될 수 있다.

전극 리드(160)와 셀 테라스(135) 사이에는 리드 필름(140)이 위치할 수 있다. 리드 필름(140)은 전극 리드(160)와 파우치 케이스(130) 사이의 실링성을 높이기 위해 포함되는 구성으로, 전극 리드(160)와 파우치 케이스(130)가 중첩하는 부분에서 전극 리드(160)의 양면에 각각 배치된다. 즉, 전극 리드(160)는 파우치 케이스(130)와 일부분이 함께 열융착되는데, 상술한 바와 같이 파우치 케이스(130)의 열융착층은 수지로 이루어지고, 전극 리드(160)는 금속이기 때문에, 전극 리드(160)와 파우치 케이스(130)간의 융착이 미흡할 수 있다. 리드 필름(140)은 이를 보완하기 위한 것으로, 전극 리드(160)의 양면에 리드 필름(140)을 배치하는 것에 의해, 전극 리드(160)와 파우치 케이스(130) 간의 열융착이 충분히 이루어질 수 있다. 리드 필름(140)은 접착 테이프 형태로 전극 리드(160) 표면에 부착될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 2에서는, 리드 필름(140)의 일부가 셀 테라스(135)의 외부로 약간 노출되어 있는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 셀 테라스(135), 즉 파우치 케이스(130)의 단부에 의해 완전히 덮일 수도 있고, 특별히 한정되지는 않는다.

셀 테라스(135)는, 케이스 본체(132)측에 위치하는 셀 테라스의 본체(134) 및 셀 테라스(135)의 단부가 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부(133)를 포함한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치 케이스(130)의 단부가 전극 리드(160)와는 반대측을 향하도록 접히는 것에 의해 절곡부(133)가 형성된다. 이러한 구성에 의해, 파우치 케이스(130)의 단부, 즉 셀 테라스(135)의 단부에서 노출된 금속층이 이웃하는 전극 리드(160)와 접촉하거나 간섭이 일어나는 것을 회피할 수 있다.

이와 관련하여, 종래 기술에 따른 전지셀들을 병렬 연결한 구성을 개략적으로 도시한 도면인 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하자면, 통상적으로 중대형 장치의 전지 모듈은 파우치형 이차 전지들을 적층하고 전극 리드들의 직렬 및/또는 병렬연결을 통해 구현되고 있는데, 이 과정에서 파우치 케이스(130)의 선단부와 전극 리드가 접촉하여 쇼트가 발생하는 문제가 있었다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 파우치형 전지셀(1,2,3)들을 병렬 연결할 때 동일 극성의 전극 리드들(1a, 2a, 3a)을 겹친 다음, 그 끝단부를 벤딩하여 버스바(4)의 상단면 위에 접촉시킨 상태에서 이를 용접하여 접합시킨다. 그런데 이와 같이 파우치형 전지셀들을 병렬 연결할 때, 도 4의 우측에 도시한 단면도와 같이, 어느 하나의 파우치형 전지셀(1)의 양극 리드(1a)와 인접한 다른 하나의 파우치형 전지셀(2)의 파우치 외장재의 테라스 선단부(2b)가 간섭 내지 접촉되는 경우가 빈번하게 일어난다. 파우치 외장재는 외부 절연층(7), 알루미늄층(6) 및 내부 접착층(5) 순으로 층상 구조를 가지고 있어, 통상 전극 리드가 파우치 외장재의 외부절연층(7)에 접촉되더라도 무방하지만, 알루미늄층(6)이 드러날 수 있는 테라스 선단부(2b)에 접촉될 경우 쇼트 가능성이 있다. 즉, 만약 파우치 외장재의 절연이 깨진 상태에서 양극 리드(1a)가 파우치 외장재의 알루미늄층(6)에 접촉하게 되면 쇼트되어 발화 가능성이 매우 높아진다.

부연하면, 파우치형 이차전지는 그 형태적 특성에 기초하여 외부에서 가해지는 물리적 충격에 다소 약성을 가질 수 있는데, 실링 공정에서 정밀하게 열융착 공정이 진행되지 않으면 그 약성이 심화되어 작은 물리적 충격만으로도 내부 접착층(5)에 크랙이나 손상이 발생하여 알루미늄층(6)이 전극화될 수 있다. 즉, 내부 접착층(5)이 손상되면 알루미늄층(6)이 전극 조립체와 바로 접촉되기 때문에 극성을 띄게 될 수 있다. 통상적으로 전극 조립체의 최외곽에는 음극판이 배치된다는 점에서 알루미늄층(6)은 음극화된다. 이와 같이 알루미늄층(6)이 음극화된 상태에서 양극 리드(1a)가 도 4와 같이 파우치 외장재의 테라스 선단부(2b)에 접촉하면 쇼트가 일어나 파우치형 이차전지가 발화될 수 있다. 따라서 특히 여러 개의 파우치형 이차전지를 병렬연결시 전극 리드가 파우치 외장재의 테라스 선단부에 닿지 않도록 하는 절연 부재가 필요한 실정이다. 이를 위해 기존 전지 모듈 공정에서 인접한 파우치형 전지셀과 셀 사이에 추가적인 절연시트 내지 절연 테이프를 적용하거나 사출 부품을 추가로 조립하는 등의 해결 방안이 제공되고 있으나 그로 인해 부품 비용 및 조립 공정이 복잡해지는 문제가 새롭게 발생한다는 단점이 있다.

그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복잡한 공정 내지 부품의 추가 없이, 단지 파우치 케이스(130)의 단부를 전극 리드(160)에서 멀어지는 방향으로 접는 구성만으로 이와 같은 전극 리드(160)와 파우치 케이스(130)의 선단부, 즉 셀 테라스(135)의 단부와의 사이에서 접촉에 의한 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 셀 테라스(135)의 단부를 접는 공정을 전지셀(100)을 제조하는 과정에서 행하기 때문에 이후 이어지는 전지셀 적층체(120) 및 전지 모듈(1000)의 제조 공정은 종래 과정을 그대로 적용할 수 있고, 따라서 전지셀 적층체(120) 또는 전지 모듈(1000)과 같이 전극 리드(160)가 밀집되어 있는 상태에서 추가 공정을 진행하지 않고도 전극 리드(160)와 셀 테라스(135) 간의 접촉을 방지할 수 있다. 즉, 전극 리드(160)가 밀집되어 있는 상태에서 추가 공정을 진행하지 않아도 되기 때문에, 공정 진행 과정에서의 전극 리드(160)의 손상 등을 방지할 수 있다.

셀 테라스(135)의 단부를 전극 리드(160)와 멀어지는 방향으로 절곡하여 형성된 절곡부(133)는 셀 테라스(135)의 본체(134)에 고정 수단(150)에 의해 고정될 수 있다. 고정 수단(150)은 양면 테이프 또는 접착제 일 수 있으며, 특별히 한정되지는 않는다. 고정 수단(150)에 의해 절곡부(133)를 본체(134)에 고정시키는 것에 의해, 셀 테라스(135)의 단부를 보다 안정적으로 지지할 수 있으며, 절곡된 이후 절곡 부위가 다시 펴지는 것에 의해 발생할 수 있는 셀 테라스(135) 단부와 전극 리드(160) 간의 접촉을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위해 전극 리드 부분의 단면을 도시한 도면이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법을 설명하기 위해 전극 리드 부분의 정면을 도시한 도면이다

본 실시예에 따른 전지 모듈의 제조 방법은, 우선 전지셀을 형성하는 단계를 포함하는바, 상세하게는 아래와 같다.

도 5a 및 도 6a를 참조하면, 전극 리드(160)가 결합된 전극 조립체(110)를 준비하는 단계, 전극 리드(160)의 상면 및 하면에 리드 필름(140)을 배치하는 단계, 전극 리드(160)의 단부가 파우치 케이스(130) 밖으로 인출되도록 전극 조립체(110)를 파우치 케이스(130)에 수용하는 단계, 및 파우치 케이스(130)의 단부가 리드 필름(140)의 단부보다 연장되어 전극 리드(160)를 덮도록 배치하는 단계를 포함한다. 이 때, 리드 필름(140)은 후술의 열융착이 일어나는 부분에 대응하여 배치될 수 있다.

다음으로, 도 5b 및 도 6b를 참조하면, 파우치 케이스(130)를 열융착하여 실링하는 단계, 셀 테라스(135)에 고정 수단(150)을 형성하는 단계를 포함한다.

즉, 파우치 케이스(130)에 포함된 열융착층이 서로 마주볼 수 있도록, 상부 및 하부의 파우치 케이스(130)를 접촉시킨 상태에서 열융착 공정을 행하여 파우치 케이스(130)를 실링한다. 이에 의해, 전극 조립체(110)에 대응하는 부분이 파우치 케이스(130)의 케이스 본체(132)로 형성되고, 이로부터 돌출된 부분이 셀 테라스(135)로 형성되게 된다.

이어서, 절곡부(133)를 형성하기 위하여 고정 수단(150)을 셀 테라스(135) 상에 형성한다. 이 때, 고정 수단(150)은 절곡되는 부분에 근접하여 형성될 수 있다. 절곡되는 부분은 실링된 부분보다 외측일 수 있고, 이를 위하여, 셀 테라스(135)의 가장자리는 종래의 공정에서 형성되는 위치보다 좀더 외측으로 돌출되어 있을 수 있다. 이를 위해, 실링하기 전, 또는 후에 파우치 케이스(130)의 가장자리를 적절한 형상으로 절단할 수 있고, 절단되는 부분을 조절하는 것에 의해, 셀 테라스(135)의 가장자리를 적절한 부분에 위치시킬 수 있다.

또한, 이 과정에서, 열융착이 충분히 이루어지도록 포함된 구성인 리드 필름(140)은 절단하지 않고, 그대로 남겨두는 것에 의해, 파우치 케이스(130)의 절단, 및 그 단부의 절곡 공정 중에도 열융착의 신뢰성은 안정적으로 유지할 수 있다.

상기 고정 수단(150)은 양면 테이프 또는 접착제 일 수 있다. 양면 테이프인 경우 접히는 선(B)에 근접하여 양면 테이프를 부착할 수 있다. 접착제인 경우, 접히는 선(B)에 근접하여 절곡부(133)의 폭을 초과하지 않는 범위에서 접착제를 도포할 수 있다.

다음으로, 도 5c 및 도 6c를 참조하면, 파우치 케이스(130)의 단부를 전극 리드(160)로부터 멀어지는 방향으로 절곡하여 절곡부(133)를 형성하는 단계를 포함한다.

이 때, 절곡부(133)를 형성하기 위한 파우치 케이스(130)의 단부는, 리드 필름(140)의 단부보다 연장되어 위치하고, 따라서 열융착되지 않은 상태로 남겨져 있다. 해당 부분을 전극 리드(160)로부터 멀어지는 방향으로 접고, 이를 상술한 고정 수단(150)으로 고정하는 것에 의해 절곡부(133)를 형성하여 전지셀(100)을 완성할 수 있다. 이 과정에서, 절곡부(133)를 형성하기 위해 파우치 케이스(130)를 접는 것에 의해, 리드 필름(140)의 단부가 파우치 케이스(130)에 의해 덮이지 않고 노출된다.

이와 같이 얻어진 전지셀(100)을 복수개 적층하여 전지셀 적층체(120)를 형성하고, 전지셀 적층체(120)에 포함된 전지셀(100) 중에서 서로 이웃하는 전지셀(100)들로부터 각각 돌출된 전극 리드(160)를 2개 이상 집합하여 버스바와 용접 하여 결합하는 것에 의해, 전지 모듈을 완성할 수 있다.

이와 같이 본 실시예의 제조 방법에 의하면, 단지 파우치 케이스(130)의 단부를 접어서 고정하는 단순한 공정만으로도, 셀 테라스(135) 단부와 전극 리드(160) 간의 접촉 및 쇼트를 방지하여, 비용 내지 부품의 증가 및 공정상 부담 없이 전지 모듈의 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 구성에 대해 설명한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위해 전극 리드 부분의 단면을도시한 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에서는, 절곡부(133)가 고정된 상태에서 절곡부(133)의 단부에 형성된 절연 부재(155)를 더욱 포함한다. 절연 부재(155)를 포함하는 것에 의해, 절곡부(133)를 더욱 안정적으로 고정할 수 있으며, 설령 고정 수단(150)에 의한 고정이 해제되더라도, 파우치 케이스(130)의 단부, 즉 금속층이 노출된 부분에 절연 부재(155)가 부착되어 있는 상태기 때문에, 전극 리드(160)와의 접촉을 방지할 수 있게 된다. 절연 부재(155)는 절연 접착층으로 이루어질 수 있으며, 특별히 한정되지는 않는다. 절연 부재(155)는 전지셀(100)을 완성한 후 접착제를 도포하여 형성할 수도 있고, 전지셀 적층체(120)를 형성한 후에 필요한 부분에만 선택적으로 접착제를 도포하여 형성할 수도 있다. 절연 부재(155)의 구성은 특별히 한정되지 않고 파우치 케이스(130)의 단부에서 금속층을 노출시키지 않는 형태라면 다양하게 변형 가능하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.

앞에서 설명한 전지셀, 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 전지셀
110: 전극 조립체
160: 전극 리드
130: 파우치 케이스
135: 셀 테라스
134: 절곡부
140: 리드 필름
150: 고정 수단

Claims

복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체,
상기 전지셀 적층체에 연결된 버스바 프레임,
상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀 중에서 서로 이웃하는 전지셀들로부터 각각 돌출된 셀 테라스들, 및
상기 셀 테라스들로부터 각각 돌출되는 전극 리드들을 포함하고,
상기 셀 테라스는 상기 셀 테라스의 단부가 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡되어 형성된 절곡부를 포함하는 전지 모듈.
제1항에서,
상기 절곡부에 의해 접힌 상기 셀 테라스의 단부를 상기 셀 테라스의 본체에 고정하는 고정 수단을 포함하는 전지 모듈.
제2항에서,
상기 고정 수단은 양면 테이프인 전지 모듈.
제2항에서,
상기 고정 수단은 접착체인 전지 모듈.
제1항에서,
상기 전지셀은 전극 조립체 및 이를 수용하는 파우치 케이스를 포함하고, 상기 셀 테라스는 상기 파우치 케이스의 일부분인 전지 모듈.
제1항에서,
상기 셀 테라스와 상기 전극 리드 사이에 위치하는 리드 필름을 더욱 포함하는 전지 모듈.
제2항에서,
상기 절곡부에 의해 접힌 상기 셀 테라스의 단부를 덮는 절연 부재를 더욱 포함하는 전지 모듈.
전극 리드가 결합된 전극 조립체를 준비하는 단계;
상기 전극 리드의 상면 및 하면에 리드 필름을 배치하는 단계;
상기 전극 리드의 단부가 파우치 케이스 밖으로 인출되도록 상기 전극 조립체를 상기 파우치 케이스에 수용하는 단계;
상기 파우치 케이스의 단부가 상기 리드 필름의 단부보다 연장되어 상기 전극 리드를 덮도록 배치하는 단계;
상기 파우치 케이스를 열융착하여 실링하는 단계; 및
상기 리드 필름의 단부보다 연장된 상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하여 절곡부를 형성하는 단계
를 포함하여 전지셀을 형성하는 단계;
상기 전지셀을 복수개 적층하여 전지셀 적층체를 형성하는 단계; 및
상기 전지셀 적층체에 포함된 전지셀 중에서 서로 이웃하는 전지셀들로부터 각각 돌출된 상기 전극 리드를 2개 이상 집합하여 버스바와 결합하는 단계를 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
제8항에서,
상기 파우치 케이스를 열융착하여 실링하는 것에 의해, 상기 전극 리드와 상기 전극 조립체 사이에 위치하는 셀 테라스가 형성되는 전지 모듈의 제조 방법.
제8항에서,
상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하는 것에 의해 상기 리드 필름의 단부가 노출되는 전지 모듈의 제조 방법.
제9항에서,
상기 절곡부를 형성하는 단계는, 상기 파우치 케이스를 고정 수단에 의해 상기 셀 테라스에 고정하는 단계를 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
제11항에서,
상기 고정 수단은 양면 테이프이고,
상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하기 전에, 상기 셀 테라스에 상기 양면 테이프를 부착하는 단계를 더욱 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
제11항에서,
상기 고정 수단은 접착제이고,
상기 파우치 케이스의 단부를 상기 전극 리드로부터 멀어지는 방향으로 절곡하기 전에, 상기 셀 테라스에 상기 접착제를 도포하는 단계를 더욱 포함하는 전지 모듈의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전지 모듈, 및
상기 적어도 하나의 전지 모듈을 패키징하는 팩 케이스
를 포함하는 전지 팩.
제14항에 따른 적어도 하나의 전지 팩을 포함하는 디바이스.