CN116261802A - 电池单元及包括该电池单元的电池模块 - Google Patents

电池单元及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，在电池壳体中，电极组件安装在容置部分上，并且电池壳体包括密封部分，该密封部分具有其中外周被密封的结构；电极引线，其电连接到包括在电极组件中的电极接头，并且经由密封部分从电池壳体向外突出；以及引线膜，其位于与电极引线的上部和下部中的至少一个中的密封部分相对应的部分，其中引线膜包括第一粘合层和第二粘合层，除湿层位于第一粘合层与第二粘合层之间，并且除湿层包括吸气材料。

Description

电池单元及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21日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2021-0051923的优先权。
本公开一种涉及电池单元及包括该电池单元的电池模块，并且更具体地，涉及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出的电池单元及包括该电池单元的电池模块。
背景技术
随着技术发展和对移动装置的需求增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。具体而言，不仅作为诸如移动电话、数码相机、笔记本电脑、可穿戴装置之类的移动装置的能源，而且作为诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆之类的动力装置的能源，二次电池引起了极大的兴趣。
依据电池壳体的形状，这些二次电池分类为：其中电池组件包括于圆柱形或棱形金属罐中的圆柱形电池和棱形电池、以及其中电池组件包括于铝层压片的袋型壳体中的袋型电池。这里，包括于电池壳体中的电池组件是包括正极、负极和置于正极和负极之间的隔膜并且能够充电和放电的电力元件(power element)，并且被分类为其中涂有活性材料的长片型正极和负极在隔膜置于它们之间的情况下卷绕的卷芯型、以及其中多个正极和负极在隔膜置于它们之间的情况下顺序地层叠的层叠型。
具体而言，在这些电池当中，其中层叠型或层叠/折叠型电池组件包括于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、重量小、并且容易改变而越来越多地被使用。
然而，随着近年来电池单元能量密度的增加，存在的问题在于：电池单元内部产生的气体量也增加。具体而言，如果电池单元内部产生的气体不容易排放，则由于气体产生，在电池单元中可能出现排气。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入电池单元中，这可能导致电池性能劣化和由于由此产生的副反应而产生额外气体。因此，越来越需要开发能够防止外部湿气渗入电池单元中同时改善了电池单元内部产生的气体的外部排出的电池单元。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供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出的电池单元以及包括该电池单元的电池模块。
本公开所要解决的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员从本说明书和附图可以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，该电池单元包括：电池壳体，其具有安装电极组件的容纳部分和通过密封其外周而形成的密封部分；电极引线，其电连接到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，其位于与电极引线的上部和下部中的至少一个中的密封部分相对应的部分，其中引线膜包括第一粘合层和第二粘合层，并且除湿层位于第一粘合层与第二粘合层之间，并且除湿层包括吸气材料。
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框架(MOF)的结构。
除湿层还可以包括聚烯烃基树脂。
除湿层还可以包括聚丙烯。
除湿层可以具有60μm以上的厚度。
基于除湿层的总重量，除湿层可以包括0.01重量％至80重量％的吸气材料。
第一粘合层可以包括聚烯烃基树脂。
第一粘合层可以包括用马来酸酐(MAH)处理的聚丙烯。
第一粘合层可以在60℃具有20巴勒至60巴勒的气体渗透率。
第一粘合层可以具有60μm以上的厚度。
第二粘合层可以包括聚烯烃基树脂。
第二粘合层可以在60℃具有20巴勒至60巴勒的气体渗透率。
第二粘合层可以具有60μm以上的厚度。
第一粘合层可以粘附到电极引线的外表面，并且第二粘合层可以粘附至密封部分的内表面。
引线膜可以包括第一引线膜和第二引线膜，第一引线膜可以位于电极引线的上部，并且第二引线膜可以位于电极引线的下部。
第一粘合层的包括在第一引线膜中的端部可以与第一粘合层的包括在第二引线膜中的端部接触。
在本公开的另一方面，还提供了一种电池模块，其包括上述电池单元。
技术效果
根据实施方式，本公开提供了包括电极引线的电池单元以及包括该电极单元的电池模块，多层结构的引线膜附接到该电极引线，因此可以改善电池单元内部产生的气体的外部排放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，并且本领域技术人员将从本说明书和附图中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顶面图。
图2是示出被包括在图1的电池单元中的电极引线和引线膜的立体图。
图3是示出图2的电极引线和引线膜的分解立体图。
图4是示出被包括在图1的电池单元中的引线膜的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图，详细描述本公开的各种实施方式，以便于本领域的技术人员容易地实施。本公开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。
为了清楚地说明本公开，省略了与说明书无关的部分，并且相同或相似的部件贯穿说明书被赋予相同的附图标记。
另外，由于附图中所示的各个部件的尺寸和厚度是为了便于描述而任意表示的，因此本公开不必限于附图。为了清楚地表达附图中的各种层和区域，厚度被夸大了。此外，在附图中，为了便于说明，夸大了一些层和区域的厚度。
另外，在整个说明书中，当部分“包括”某个部件时，这意味着还可以包括其它部件，而不是排除其它部件，除非另有提及。
另外，在整个说明书中，当提及“顶面图”时，其表示从上方观察目标部分，而当提及“截面图”时，其表示从侧面观察目标部分的垂直切割截面。
在下文中，将描述根据本公开的实施方式的电池模块。然而，此处，将基于电池模块的前表面和后表面当中的前表面进行描述，但并不一定限于此，并且可以在后表面的情况下描述相同或相似的内容。
图1是示出根据本公开的实施方式的电池单元的顶面图。
参照图1，根据本实施方式的电池单元100包括电池壳体200、电极引线300和引线膜400。
电池壳体200包括其中安装电极组件110的容纳部分210和通过密封其外周而形成的密封部分250。密封部分250可以通过热、激光等进行密封。电池壳体200可以是包括树脂层和金属层的层压片。更具体而言，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、防止材料的渗透的阻挡金属层和用于密封的内树脂层。
此外，电极组件110可以具有卷芯型(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、负极和设置在它们之间的隔膜。
在下文中，将主要描述电极引线300和引线膜400。
图2是示出被包括在图1的电池单元中的电极引线和引线膜的立体图。图3是示出图2的电极引线和引线膜的分解立体图。
参照图1和图2，电极引线300电连接到包括在电极组件110中的电极接头115，并经由密封部分250突出到电池壳体200之外。另外，引线膜400位于与电极引线300的上部和下部中的至少一个中的密封部分250相对应的部分。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，同时防止在热熔融期间在电极引线300中发生短路。
另外，引线膜400可以具有比电极引线300更宽的宽度。引线膜400可以具有比密封部分250更长的长度，但可以具有比电极引线300更短的长度。因此，引线膜400可以在不影响电极引线300的电连接的情况下防止电极引线300的侧表面暴露在外。在本说明书中，引线膜400的宽度是指引线膜400的基于与电极引线300的突出方向垂直的方向一个端部与另一个端部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的基于与电极引线300的突出方向垂直的方向的一个端部与另一个端部之间的距离的最大值。引线膜400的长度是指引线膜400的基于电极引线300的突出方向的一个端部与另一个端部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的基于电极引线300的突出方向的一个端部和另一个端部之间的距离的最大值。电极引线300的长度是指电极引线300的基于电极引线300的突出方向的一个端部与另一个端部之间的距离的最大值。
参见图2和图3，引线膜400可以包括第一引线膜401和第二引线膜402，第一引线膜401可以位于电极引线300的上部，而第二引线膜402可以位于电极引线300的下部。此时，电极引线300可以在位于第一引线膜401和第二引线膜402之间的状态下与密封部分250熔融在一起。第一引线膜401和/或第二引线膜402可以通过热、激光等与密封部分250熔融在一起。这里，第一引线膜401的两端和第二引线膜402的两端可以分别彼此接触。换句话说，如图2所示，第一引线膜401的两端和第二引线膜402的两端可以分别彼此一体化。例如，第一引线膜401的两端和第二引线膜402的两端可以通过热、激光等熔融以彼此一体化。
因此，引线膜400可以防止电极引线300的侧表面暴露于外部，同时提高密封部分250和电极引线300的密封性能。
在下文中，将详细描述引线膜400。
图4是示出被包括在图1的电池单元中的引线膜的截面图。
参照图1和图4，引线膜400可以包括第一粘合层410、除湿层420和第二粘合层430。这里，除湿层420可以位于第一粘合层410和第二粘合层430之间。换言之，引线膜400可以具有其中按顺序层叠第一粘合层410、除湿层420和第二粘合层430的多层结构。
另外，参照图1和图4，第一粘合层410可以粘附到电极引线300的外表面，第二粘合层430可以粘附到密封部分250的内表面。也就是说，第一粘合层410可以包括容易地粘附到电极引线300的材料，并且第二粘合层430可以包括容易地粘附到密封部分250的材料。
例如，第一粘合层410和第二粘合层430可以各自包括聚烯烃基树脂。聚烯烃基树脂可以包括聚丙烯、聚乙烯、聚二氟乙烯(PVDF)或其混合物。更具体而言，第一粘合层410可以包括用马来酸酐(MAH)处理的聚丙烯。因此，第一粘合层410可以更容易地粘附到由金属材料制成的电极引线300，并且当电池单元100的内部压力增加时，可以更容易地防止第一粘合层410和电极引线300之间的界面剥离。
在60℃，第一粘合层410的气体渗透率可以为20巴勒至60巴勒，或30巴勒至40巴勒。例如，第一粘合层410的二氧化碳渗透性可以满足以上范围。另外，基于第一粘合层410的厚度为200μm，气体渗透率可以在60℃满足以上范围。如果第一粘合层410的气体渗透率满足以上范围，则电池单元内部产生的气体可以更有效地排放。
在60℃，第二粘合层430的气体渗透率可以为20巴勒至60巴勒，或30巴勒至40巴勒。例如，第二粘合层430的二氧化碳渗透性可以满足以上范围。此外，基于第二粘合层430的厚度为200μm，气体渗透率可以在60℃满足以上范围。如果第二粘合层430的气体渗透率满足以上范围，则电池单元内部产生的气体可以更有效地排放。
在本说明书中，可以通过ASTM F2476-20来测量气体渗透率。
另外，参照图3和图4，当引线膜400包括第一引线膜401和第二引线膜402时，包括在第一引线膜401中的第一粘合层410的端部可以与包括在第二引线膜402中的第一粘合层410的端部接触。换言之，如图2所示，将第一引线膜401的两端和第二引线膜402的两端分别彼此熔融，并且第一引线膜401的第一粘合层410的端部和第二引线膜402的第一粘合层40的端部可以彼此一体化。
因此，引线膜400可以防止电极引线300的侧表面暴露在外，同时提高密封部分250和电极引线300的密封性能。
第一粘合层410可以具有60μm以上的厚度。如果第一粘合层410的厚度满足上述范围，则可以更容易地防止膜在制造过程期间发生变形。
第二粘合层430可以具有60μm以上的厚度。如果第二粘合层430的厚度满足上述范围，则可以更容易地防止膜在制造过程期间发生变形。
另外，除湿层420可以包括吸气材料。这里，吸气材料可以是指能够利用通过化学活化的金属膜吸收气体的行为来排空气体的材料。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。作为另一示例，吸气材料可以具有金属有机框架(MOF)的结构。然而，吸气材料不限于此，并且可以包括通常分类为吸气材料的所有种类的材料。
因此，包括吸气材料的除湿层420可以使从电池单元100的外部引入电池单元100的湿气渗透最小化并且由于高的气体渗透率而允许气体容易地排放到外部。
除了吸气材料之外，除湿层420还可以包括聚烯烃基树脂。聚烯烃基树脂可以包括聚丙烯、聚乙烯、聚二氟乙烯(PVDF)或其混合物。
另外，基于除湿层420的总重量，除湿层420可以包括0.01重量％至80重量％，或30重量％至70重量％的吸气材料(getter material)。因此，通过在上述范围内调整吸气材料的含量，除湿层420可以根据引线膜400的使用更容易地调整从电池单元100的外部引入到电池单元100中的湿气的湿气渗透率和在电池单元100内部产生并排放到外部的气体的气体渗透率。另外，可以更容易地防止湿气从电池单元100的外部渗透到电池单元100中，并且可以更容易地防止以下问题：当电池单元100的内部压力增加时，除湿层420和第一粘合层410或第二粘合层430之间的界面由于与第一粘合层410和第二粘合层430的粘附力降低而剥离。还可以更容易地防止由于制造过程期间由于诸如膜变形之类损坏而导致的质量劣化。
除湿层420可以具有60μm以上的厚度。如果除湿层420的厚度满足上述范围，则可以更容易地防止膜在制造过程期间发生变形。
另外，根据本公开的另一实施方式的电池模块包括上述电池单元。此外，根据本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装置。这些装置可以是诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆等的交通工具，但本公开不限于此，并且本公开可以应用于可以使用电池模块和包括该电池模块的电池组的各种装置，这也在本公开的权利范围内。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施方式，但仅以例示方式给出，因为对于本领域技术人员而言根据该详细描述，在本公开范围内的各种变型和修改将是显而易见的。

Claims (18)

1.一种电池单元，该电池单元包括：
电池壳体，该电池壳体具有其中安装电极组件的容纳部分和通过密封其外周而形成的密封部分；
电极引线，该电极引线电连接到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，该引线膜位于与所述电极引线的上部和下部中的至少一个中的所述密封部分相对应的部分，
其中，所述引线膜包括第一粘合层和第二粘合层，并且除湿层位于所述第一粘合层与所述第二粘合层之间，并且
所述除湿层包括吸气材料。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述吸气材料具有金属有机框架(MOF)的结构。
4.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述除湿层还包括聚烯烃基树脂。
5.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述除湿层还包括聚丙烯。
6.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述除湿层具有60μm以上的厚度。
7.根据权利要求4所述的电池单元，
其中，基于所述除湿层的总重量，所述除湿层包括0.01重量％至80重量％的吸气材料。
8.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第一粘合层包括聚烯烃基树脂。
9.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第一粘合层包括用马来酸酐(MAH)处理的聚丙烯。
10.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第一粘合层在60℃具有20巴勒至60巴勒的气体渗透率。
11.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第一粘合层具有60μm以上的厚度。
12.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第二粘合层包括聚烯烃基树脂。
13.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第二粘合层在60℃具有20巴勒至60巴勒的气体渗透率。
14.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第二粘合层具有60μm以上的厚度。
15.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述第一粘合层粘附到所述电极引线的外表面，并且
所述第二粘合层粘附至所述密封部分的内表面。
16.根据权利要求1所述的电池单元，
其中，所述引线膜包括第一引线膜和第二引线膜，
所述第一引线膜位于所述电极引线的上部，并且
所述第二引线膜位于所述电极引线的下部。
17.根据权利要求16所述的电池单元，
其中，所述第一粘合层的包括在所述第一引线膜中的端部与所述第一粘合层的包括在所述第二引线膜中的端部接触。
18.一种电池模块，该电池模块包括根据权利要求1至17中的任一项所述的电池单元。
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