CN116250144A - 电池单元和包括该电池单元的电池模块 - Google Patents

电池单元和包括该电池单元的电池模块 Download PDF

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Abstract

根据本发明的实施方式的电池单元包括：电池壳体，该电池壳体具有安装有电极组件的存储部分并且包括具有密封外周侧的结构的密封部分；以及气体排出部分，该气体排出部分插入到所述密封部分中并且与所述密封部分熔合在一起，其中，所述气体排出部分包括第一层和第二层，并且具有参照第一边界线的折叠结构，所述气体排出部分朝向所述电池壳体的内部开口，并且所述第一层作为所述气体排出部分的外表面，使得所述第一层和所述密封部分彼此接触。

Description

电池单元和包括该电池单元的电池模块
技术领域
本申请要求于2021年4月26日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2021-0053775的优先权。
本公开涉及一种电池单元和包括该电池单元的电池模块，并且更具体地，涉及这样一种电池单元和包括该电池单元的电池模块，其能够抑制湿气渗透到电池单元中同时改善电池单元内部产生的气体的外部排放。
背景技术
随着技术的发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。特别是，二次电池不仅作为诸如手机、数码相机、笔记本电脑和可穿戴设备之类的移动设备的能源，而且还作为诸如电动自行车、电动车辆和混合动力车辆之类的动力设备的能源而备受关注。
根据电池壳体的形状，这些二次电池分类为电池组件被包括在圆柱形或棱柱形的金属罐中的圆柱形电池和棱柱形电池，以及电池组件被包括在铝层压片的袋型壳体中的袋型电池。这里，被包括在电池壳体中的电池组件是包括正极、负极和介于正极和负极之间的隔膜并且能够充电和放电的功率元件，并且被分类为卷芯型和层叠型，在卷芯型中，涂覆有活性物质的长片状的正极和负极在隔膜介于它们之间的情况下卷绕，在层叠型中，多个正极和负极在隔膜介于它们之间的情况下依次层叠。
其中，特别是，层叠型或层叠/折叠型电池组件被包括在由铝层压片制成的袋型电池壳体中的袋型电池，由于制造成本低、重量轻且改装方便而越来越多地被使用。
然而，随着近年来电池单元的能量密度增加，存在电池单元内部产生的气体量也增加的问题。特别是，如果电池单元内部产生的气体不容易排出，则由于气体产生，电池单元中可能发生排气。此外，即使在电池单元中包括单独的排气部分，湿气也可能通过排气部分渗透到电池单元中，这可能导致电池性能劣化和由于由此产生的副反应而导致的额外气体产生。因此，越来越需要开发一种能够防止外部湿气渗透到电池单元中同时改善电池单元内部产生的气体的外部排放的电池单元。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供一种电池单元以及包括该电池单元的电池模块，该电池单元能够抑制外部湿气渗透到电池单元中同时改善电池单元内部产生的气体的外部排放。
本发明所要解决的目的不限于上述目的，本领域技术人员可以根据本说明书和附图清楚地理解此处未提及的目的。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种电池单元，所述电池单元包括：电池壳体，该电池壳体具有容纳部分和密封部分，在所述容纳部分中安装有电极组件，所述密封部分通过密封所述电池壳体的外周而形成；以及气体排出单元，该气体排出单元插入到所述密封部分中并且与所述密封部分熔合在一起，其中，所述气体排出单元包括第一层和第二层并且具有基于第一边界线的折叠结构，所述气体排出单元朝向所述电池壳体的内部开口，并且所述第一层成为所述气体排出单元的外表面，使得所述第一层和所述密封部分彼此接触。
第一边界线可以沿气体排出单元的宽度方向延伸。
在气体排出单元中，基于第一边界线位于两端的第一端部和第二端部可以基于第二边界线分别朝向气体排出单元的内部折叠。
第二边界线可以在与第一边界线相交的对角线方向上。
第一端部和第二端部可以定位为与密封部分的内侧相邻。
形成在气体排出单元的中心部分中的第三端部可被配置为突出到密封部分之外。
作为气体排出单元的通过第二边界线折叠的外端部的第四端部可以位于密封部分上。
电池单元还可以包括：电极引线，该电极引线电连接到被包括在电极组件中的电极接头并且经由密封部分突出到电池壳体之外；以及引线膜，该引线膜位于电极引线的上部和下部中的至少一个中与密封部分相对应的部分处，其中，气体排出单元可以位于密封部分的所述电极引线的边缘处。
第一层可以包含聚烯烃基材料、环氧树脂和聚氯乙烯(PVC)中的至少一种。
第二层可以包含氟基材料。
气体排出单元还可以包括位于第一层和第二层之间的吸湿层。
吸湿层可以包括吸气材料。
吸气材料可以包括氧化钙(CaO)、氯化锂(LiCl)、二氧化硅(SiO2)、氧化钡(BaO)、钡(Ba)和钙(Ca)中的至少一种。
吸气材料可以具有金属有机骨架(MOF)结构。
在本发明的另一个方面中，还提供了一种电池模块，该电池模块包括上述电池单元。
有益效果
根据实施方式，本公开提供了一种包括具有多层结构并基于预定边界线折叠的气体排出单元的电池单元以及包括该电池单元的电池模块，因此可以改善电池单元内部产生的气体的外部排出并抑制湿气渗透到电池单元中。
本公开的效果不限于上述效果，本领域技术人员根据本说明书和附图将清楚地理解此处未提及的效果。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方式的电池单元的图。
图2是示出图1的一部分的放大图。
图3是示出图1的气体排出单元的配置的图。
图4是示出图1的气体排出单元的折叠结构的图。
图5是沿图2的a-a'轴线截取的局部截面图。
图6是沿图2的b-b'轴线截取的局部截面图。
图7是示出根据本公开的另一实施方式的气体排出单元的配置的图。
具体实施方式
下面，将参照对本公开的各种实施方式进行详细描述，以便于本领域的技术人员容易地实施。本发明可以以各种不同的形式实施，并不局限于这里所描述的实施方式。
为了清楚地说明本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中相同或相似的部件被赋予相同的附图标记。
此外，由于附图中所示的每个部件的尺寸和厚度是为了便于描述而任意表示的，因此本公开不限于附图。为了清楚地表达附图中的各个层和区域，厚度被放大了。此外，在附图中，为了便于说明，夸大了一些层和区域的厚度。
此外，在整个说明书中，当一个部分“包括”某个部件时，意味着还可以包括其他部件，而不是排除其他部件，除非另有说明。
另外，在整个说明书中，当提及“顶视图”时，意味着从上方观察目标部分，而当提及“截面图”时，意味着从侧面观察目标部分的垂直切割截面。
图1是示出根据本公开的实施方式的电池单元的图。
参照图1，根据本公开的实施方式的电池单元100包括：电池壳体200，该电池壳体200具有其中安装电极组件110的容纳部分210和通过密封其外周而形成的密封部分250；以及气体排出单元500，该气体排出单元500插入到密封部分250中并与密封部分250熔合在一起。密封部分250可以通过热、激光等密封。此外，密封部分250和气体排出单元500可以通过热、激光等熔合。
电池壳体200可以是包括树脂层和金属层的层压片。更具体地，电池壳体200可以由层压片制成，并且可以包括形成最外层的外树脂层、防止材料渗透的阻挡金属层和用于密封的内树脂层。
电极组件110可具有卷芯型(卷绕型)、层叠型(层压型)或复合型(层叠/折叠型)的结构。更具体地，电极组件110可以包括正极、负极和介于正极和负极之间的隔膜。
电极引线300电连接到包括在电极组件110中的电极接头(未示出)，并经由密封部分250突出到电池壳体200之外。另外，引线膜400位于电极引线300的上部和下部的至少一个中对应于密封部分250的部分。因此，引线膜400可以提高密封部分250和电极引线300的密封性能，同时防止在熔合期间在电极引线300中发生短路。
引线膜400可具有比电极引线300更宽的宽度。引线膜400可具有比密封部分250更长的长度，但可具有比电极引线300更小的长度。因此，引线膜400可防止电极引线300的侧表面暴露于外部而不干扰电极引线300的电连接。在本说明书中，引线膜400的宽度是指引线膜400基于垂直于电极引线300的突出方向的方向的一端与另一端之间的距离的最大值，并且电极引线300的宽度是指电极引线300基于垂直于电极引线300的突出方向的方向的一端与另一端之间的距离的最大值。引线膜400的长度是指引线膜400基于电极引线300的突出方向的一端和另一端之间的距离的最大值，并且密封部分250的长度是指密封部分250基于电极引线300的突出方向的一端和另一端之间的距离的最大值。电极引线300的长度是指电极引线300基于电极引线300的突出方向的一端与另一端之间的距离的最大值。
气体排出单元500可插入到密封部分250的至少一部分中。更具体地，如图1所示，气体排出单元500可以位于密封部分250的没有电极引线300的外周中。换句话说，气体排出单元500可以插入到与电极组件110的一侧相邻的密封部分250中。因此，气体排出单元500可以充分确保气体排出单元500的气体排出路径而不干扰电极引线300的电连接。
作为另一示例，虽然未在附图中具体示出，但是气体排出单元500可以位于电极引线300所在的密封部分250的外周中。换句话说，气体排出单元500可以位于与电极引线300相同的外周中，但与电极引线300间隔开。因此，由于气体排出单元500在与电极引线300相同的方向上突出，因此优点在于可以进一步提高电池单元100的空间效率。
在下文中，将更详细地描述气体排出单元500。
图2是示出图1的一部分的放大图。图3是示出图1的气体排出单元的配置的图。图4是示出图1的气体排出单元的折叠结构的图。
参照图2和图3，气体排出单元500可包括第一层510和第二层550。更具体地，气体排出单元500可由层压第一层510和第二层550的薄膜制成。
这里，第一层510可以是可以通过熔合粘附的粘附层。更具体地，第一层510可以包括聚烯烃基材料、环氧树脂和聚氯乙烯(PVC)中的至少一种。例如，聚烯烃基材料可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等。
此外，第二层550可以是不能通过熔合粘附的非粘附层。更具体地，第二层550可以包括氟基材料。例如，氟基材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲基戊烯(TPX)等。
因此，如图2和图4所示，气体排出单元500具有这样的结构，其中第一层510被折叠成气体排出单元500的外表面，因此第一层510与密封部分250熔合在一起以粘附到密封部分250。另选地，第二层550被折叠成为气体排出单元500的内表面，但是彼此面对的第二层550没有彼此熔合，使得气体排出单元500的内部可以成为气体排出通道。
第二层550可以在第一层510和第二层550之间具有粘附材料，或者可以与第一层510一起被挤出。粘附材料可以包括丙烯酸基材料。
随着电池内部产生气体并且电池内部的压力增加，气体可以被引入到彼此面对的第二层550之间的界面以在第二层550之间形成空间。由于引入的气体，气体排出单元500内部和电池的外部的空间之间可能会出现压力差。这种压力差可作为气体的驱动力，从而可以将气体排出单元500内部的气体排出到外部。
在本说明书中，透气率可以由ASTM F2476-20测量。
第二层550的透气率在60℃下可为1.6e5巴勒至1.6e7巴勒。例如，二氧化碳透过率只要满足上述范围即可。此外，基于200μm的第二层550的厚度，透气率可以在60℃下满足上述范围。如果第二层550的透气率满足上述范围，则可以更有效地排出电池单元内部产生的气体。
参照图4，图4(a)是示出基于其上层压有第一层510和第二层550的膜的上表面折叠气体排出单元500所沿的边界线的图。图4(b)是示出沿图4(a)的边界线折叠气体排出单元500的结构的图。然而，在图4中，第一层510示出为中心，位于图4(a)的下表面上的第二层550未描绘，并且位于图4(b)的气体排出单元500的内表面上的气体排出单元500未描绘。
参照图2和图4(a)，气体排出单元500可以具有基于第一边界线A-A'的折叠结构。第一边界线A-A'可沿气体排出单元500的宽度方向延伸。在本说明书中，气体排出单元500的宽度方向是指密封部分250的纵向。更具体地，如图4(a)所示，第一边界线A-A'可以是其上层压第一层510和第二层550的膜基于水平方向的中心线。
因此，气体排出单元500可以基于第一边界线A-A'折叠，使得第一层510可以形成气体排出单元500的上表面和下表面。也就是说，气体排出单元500和密封部分250之间的密封程度可以由于位于气体排出单元500的上表面和下表面上的第一层510而改善。
此外，参照图4，位于基于第一边界线A-A'的两端的气体排出单元500的第一端部500a和第二端部500b可以基于第二边界线B1-B1’、B2-B2’分别向气体排出单元500的内部折叠。更具体地说，如图4(a)所示，第二边界线B1-B1'、B2-B2'可以在与第一边界线A-A'相交的对角线方向上。
此外，气体排出单元500的第一端部500a和第二端部500b可位于密封部分250内部。例如，如图2所示，气体排出单元500的第一端部500a和第二端部500b可定位为与密封部分250的内侧相邻。密封部分250的内侧是指密封部分250的端部当中靠近电极组件的端部。
此外，气体排出单元500可调整第二边界线B1-B1'、B2-B2'的夹角，以改变第一端部500a与第二端部500b的位置。例如，第二边界线B1-B1'、B2-B2'的夹角可以小于45°。当第二边界线B1-B1'、B2-B2'的夹角满足上述范围时，可以更容易地确保气体移动通道。
此外，气体排出单元500可以根据插入到密封部分250中的位置来调整第一端部500a和第二端部500b的位置。参照图2，作为由第二边界线折叠的气体排出单元的外端部的第四端部500d可位于密封部分250上。也就是说，第四端部500d可位于密封部分250的外侧和内侧之间。这里，密封部分250的外侧是指密封部分250在电池的外侧方向上的端部。当第四端部500d位于密封部分250上时，可以更容易地将气体排出单元500固定在密封部分250上。
因此，气体排出单元500基于第二边界线B1-B1'、B2-B2'折叠，使得第一层510可以形成气体排出单元500的侧表面。也就是说，由于第一层位于气体排出单元500的两侧上，气体排出单元500和密封部分250之间的密封程度可以进一步改善。
此外，由于第二层550可以不暴露于外部，所以可以防止电池单元100外部的湿气渗透到内部。此外，由于本公开中的气体排出单元500具有基于预定的边界线折叠的结构，所以制造过程也可以相对容易。
第一层510的透湿量在25℃，50％RH的条件下，在10年内可以是0.02g至0.2g、或0.02g至0.04g、或0.06g、或0.15g。当第一层510的透湿量满足上述范围时，可以更有效地防止从气体排出单元500引入的湿气的渗透。
在本说明书中，透湿量可以采用ASTM F 1249方法测量。此时，透湿量可以使用MCOON官方认证的设备进行测量。
然而，除了如图4所示的折叠结构之外，如果本公开的气体排出单元500以第二层550可不暴露于外部的方式折叠，则其可以包括在该实施方式中。
图5是沿图2的a-a'轴线截取的局部截面图。图6是沿图2的b-b'轴线截取的局部截面图。
参照图2和图5，在该实施方式中，气体排出单元500朝向电池壳体200的内部开口，并且第一层510成为气体排出单元500的外表面，使得第一层510和密封部分250可相互接触。此外，第二层550成为气体排出单元500的内表面，并且气体排出通道570可以形成在第二层550之间。
因此，在该实施方式中，电池单元100内部的气体可被引入到气体排出单元500的形成在第二层550之间的气体排出通道570中，并且被引入到气体排出通道570中的气体可根据与外部的压力差被排出到外部。
形成在气体排出单元500的中心部分中的第三端部500c可以突出到密封部分250之外。而且，在该实施方式中，根据第三端部500c的位置，可以调整被引入到气体排出通道570的气体的排出程度。例如，当第三端部500c被定位为与密封部分250的外侧相邻时，被引入到气体排出通道570中的气体可以排出到外部的面积相对较小，使得引入到气体排出通道570中的气体的排出程度可以降低。作为另一示例，当第三端部500c与密封部分250的外侧间隔开时，引入到气体排出通道570中的气体能够排出到外部的面积相对较大，使得引入到气体排出通道570中的气体的排出程度可以增加。
气体排出单元500的厚度可以根据引入到气体排出通道570中的气体能够排出到外部的面积而变化。可以同时考虑气体渗透效率和密封特性来确定气体排出单元500的厚度。例如，当引入到气体排出通道570中的气体能够通过其排出到外部的面积很小时，对于气体排出来说，气体排出单元500的厚度很薄同时具有足以与密封部分250熔合的厚度可能更有利。
在本公开的一个实施方式中，第一层510的厚度可以是10μm至50μm。当第一层510的厚度满足上述范围时，第一层510可以更容易地与密封部分250熔合，并且电池单元内部产生的气体可以更容易地排出。
在本发明的一个实施方式中，第二层550的厚度可为100μm至300μm。当第二层550的厚度满足上述范围时，可以更容易地排出电池单元内部产生的气体。
参照图2和图6，在该实施方式中，气体排出单元500的第一端部500a和第二端部500b可以如图6所示向气体排出单元500的内部折叠。然而，虽然气体排出单元500的结构在图6中被夸大了，但是气体排出单元500的上部和下部被熔合，使得位于气体排出单元500的外表面上的第一层510可以彼此接触，或者密封部分250可以被部分地引入第一层510之间。
因此，气体排出单元500的两侧可以使用第一层510作为外表面，由此提高密封部分250和气体排出单元500之间的密封程度。此外，由于第二层550可以不暴露于外部，因此可以防止电池单元100之外的湿气渗透到内部。此外，形成在气体排出单元500的内表面上的第二层550的面积可以相对较大，从而可以增加引入到气体排出通道570中的气体的排出量。
图7是示出根据本公开的另一实施方式的气体排出单元的配置的图。
根据本公开的另一个实施方式，气体排出单元600可以包括第一层610、第二层650和吸湿层690。这里，吸湿层690可以位于第一层610和第二层650之间。更具体地，气体排出单元600可以由层压有第一层610、吸湿层690和第二层650的膜制成。
这里，第一层610和第二层650可以以与先前在图1至图6中描述的方式相同的方式来描述，因此下面将仅详细描述吸湿层690。
吸湿层690可以是具有吸湿功能的层。更具体地，吸湿层690可以包括吸气材料。这里，吸气材料可以是指能够利用气体被化学激活的金属膜吸收的作用来抽空气体的材料。例如，吸气材料可以包括氧化钙(CaO)、氯化锂(LiCl)、二氧化硅(SiO2)、氧化钡(BaO)、钡(Ba)和钙(Ca)中的至少一种。作为另一个示例，吸气材料可以具有金属有机骨架(MOF)结构。然而，吸气材料不限于此，并且可以包括通常被分类为吸气材料的所有种类的材料。
因此，参照图4和图7，吸湿层690位于第一层610和第二层650之间，并且气体排出单元500可以进一步最小化从电池单元100的外部引入到电池单元100中的湿气的渗透，并且由于透气率高使气体更容易排出到外部。
此外，根据本公开的另一个实施方式的电池模块包括上述电池单元。同时，根据该实施方式的一个或更多个电池模块可以封装在电池组壳体中以形成电池组。
上述电池模块和包括该电池模块的电池组可以应用于各种设备。这些设备可以是诸如电动自行车、电动汽车、混合动力电动车辆等的交通工具，但是本公开不限于此，并且本公开可以应用于能够使用电池模块和包括该电池模块的电池组的各种设备，这也在本公开的权利范围内。
已经详细描述了本公开。然而，应该理解的是，详细描述和具体示例虽然表明了本公开的优选实施方式，但只是以例示的方式给出，因为对于本领域的技术人员来说，根据该详细描述，本公开的范围内的各种变化和修将变得显而易见。

Claims (15)

1.一种电池单元，所述电池单元包括：
电池壳体，该电池壳体具有容纳部分和密封部分，在所述容纳部分中安装有电极组件，所述密封部分通过密封所述电池壳体的外周而形成；以及
气体排出单元，该气体排出单元插入到所述密封部分中并且与所述密封部分熔合在一起，
其中，所述气体排出单元包括第一层和第二层并且具有基于第一边界线的折叠结构，
所述气体排出单元朝向所述电池壳体的内部开口，并且
所述第一层成为所述气体排出单元的外表面，使得所述第一层和所述密封部分彼此接触。
2.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第一边界线沿所述气体排出单元的宽度方向延伸。
3.根据权利要求2所述的电池单元，
其中，在所述气体排出单元中，基于所述第一边界线位于两端的第一端部和第二端部基于第二边界线分别朝向所述气体排出单元的内部折叠。
4.根据权利要求3所述的电池单元，
其中，所述第二边界线在与所述第一边界线相交的对角线方向上。
5.根据权利要求3所述的电池单元，
其中，所述第一端部与所述第二端部定位为与所述密封部分的内侧相邻。
6.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，形成在所述气体排出单元的中心部分中的第三端部被配置为突出到所述密封部分之外。
7.根据权利要求4所述的电池单元，
其中，作为所述气体排出单元的通过所述第二边界线折叠的外端部的第四端部位于所述密封部分上。
8.根据权利要求1所述的电池单元，所述电池单元还包括：
电极引线，该电极引线电连接到被包括在所述电极组件中的电极接头并且经由所述密封部分突出到所述电池壳体之外；以及
引线膜，该引线膜位于所述电极引线的上部和下部中的至少一个中与所述密封部分相对应的部分处，
其中，所述气体排出单元位于所述密封部分的没有所述电极引线的边缘处。
9.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第一层包含聚烯烃基材料、环氧树脂和聚氯乙烯(PVC)中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第二层包含氟基材料。
11.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述气体排出单元还包括位于所述第一层和所述第二层之间的吸湿层。
12.根据权利要求11所述的电池单元，
其中，所述吸湿层包括吸气材料。
13.根据权利要求12所述的电池单元，
其中，所述吸气材料包括氧化钙(CaO)、氯化锂(LiCl)、二氧化硅(SiO2)、氧化钡(BaO)、钡(Ba)和钙(Ca)中的至少一种。
14.根据权利要求12所述的电池单元，
其中，所述吸气材料具有金属有机骨架(MOF)的结构。
15.一种电池模块，该电池模块包括根据权利要求1所述的电池单元。
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