CN116745975A - 具有改进的安全性的软包型电池单体及包括其的电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有改进的安全性的软包型电池单体和包括该软包型电池单体的电池模块，并且更具体地涉及一种软包型电池单体，包括：第一电池单体壳体和第二电池单体壳体，第一电池单体壳体和第二电池单体壳体中的每一个由包括内涂层、金属层和外涂层的层叠片制成，第一电池单体壳体和第二电池单体壳体中的每一者的边缘通过热熔合密封；电极组件，被收容在第一电池单体壳体和第二电池单体壳体中；正极引线和负极引线，正极引线和负极引线至中的每一者的一侧连接到电极组件，另一侧设置为从第一电池单体壳体和第二电池单体壳体向外突出；以及按压构件，被配置为包围通过热熔合形成的密封部。

Description

具有改进的安全性的软包型电池单体及包括其的电池模块

技术领域

本申请要求于2022年1月11日提交的韩国专利申请第2022-0004314号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文中。

本发明涉及一种具有改进的安全性和充电和放电输出性能的软包型电池单体以及包括该软包型电池单体的电池模块，并且更具体地涉及一种如下的具有改进的安全性的软包型电池单体以及包括该软包型电池单体的电池模块，该软包型电池单体被配置为在电池单体的密封部处设置按压构件并且在电池模块壳体处设置传热垫，由此电池单体具有能够防止或延迟排气和快速散热的结构。

背景技术

随着诸如智能手机、笔记本电脑和数码相机的移动设备的技术发展及其需求的增加，已经积极进行了能够充电和放电的二次电池的研究。此外，作为替代引起空气污染的化石燃料的能源的二次电池已应用于电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(P-HEV)和能量储存系统(ESS)。

作为目前广泛使用的二次电池，具有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢化物电池和镍锌电池。通常，根据所需的输出电压或充电和放电容量，多个单元二次电池可以彼此串联连接或并联连接以构成电池模块。

特别是，因为低制造成本和高能量密度的优点，具有堆叠型或堆叠/折叠型电极组件被安装在由铝层叠片制成的软包型电池单体壳体中的结构的软包型锂离子电池的使用逐渐增加。

图1是常规的软包型电池的概念图。在常规的软包型电池中，电极组件被收容在由第一电池单体壳体11和第二电池单体壳体12形成的收容空间中。从电极组件延伸的电极接线片被设置成在分别与正极引线14和负极引线15电连接的状态下从电池单体壳体向外暴露。

此时，彼此重叠的第一电池单体壳体11和第二电池单体壳体12的边缘通过热熔合被密封，因此阻止电极组件与外部接触。

当电池单体的温度在重复充电和放电期间或由于事件的发生而升高时，由热熔合形成的密封部处的粘附性能劣化。特别地，与电极接线片连接的电极引线附近的温度升高到最高，因此电极引线所在的密封部的部分最薄弱。考虑到电动车辆的最近的发展趋势，需要开发一种即使在诸如快速充电的大电流下也能稳定使用的电池单体。

(现有技术文件)

(专利文献1)韩国专利申请公开第2016-0106932号

发明内容

技术问题

本发明是鉴于上述问题而做出的，并且本发明的目的在于提供一种能够提高密封部的粘合强度的具有改进的安全性的软包型电池单体以及包括该软包型电池单体的电池模块。

本发明的另一个目的是提供一种具有改善的充电和放电输出性能的软包型电池单体以及包括该软包型电池单体的电池模块，该软包型电池单体由于从电池单体产生的热量的快速散热而能够使用更高的充电和放电电流，从而能够缩短车辆充电时间并且进一步使用更高的输出。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一种软包型电池单体包括：第一电池单体壳体(210)和第二电池单体壳体(220)，各自由包括内涂层、金属层和外涂层的层叠板制成，第一电池单体壳体和第二电池单体壳体中的每一者的边缘通过热熔合密封；电极组件，所述电极组件收容在第一电池单体壳体(210)和第二电池单体壳体(220)中；正极引线(240)和负极引线(250)，所述正极引线(240)和所述负极引线(250)中的每一者的一侧连接到电极组件，另一侧设置为从第一电池单体壳体(210)和第二电池单体壳体(220)向外突出；以及按压构件(260)，所述按压构件(260)被配置为包围通过热熔合形成的密封部。

此外，在根据本发明的软包型电池单体中，按压构件(260)可以设置为包围正极引线(240)或负极引线(250)所位于的密封部。

此外，在根据本发明的软包型电池单体中，按压构件(260)可以形成为具有预定厚度和宽度的六面体形状的杆被折叠的形状。

此外，在根据本发明的软包型电池单体中，按压构件(260)可以包括设置为与密封部的外表面紧密接触的内层(261)以及位于内层(261)外侧的外层(262)。

此外，在根据本发明的软包型电池单体中，内层(261)可以由能够传递热量的树脂制成，外层(262)可以由金属材料制成。

此外，本发明提供一种电池模块，包括：模块壳体(100)，所述模块壳体(100)包括底板(110)、一对侧板(120)和顶板(130)；多个电池单体(200)，所述多个电池单体(200)收容在模块壳体(100)中；多个汇流条(300)，所述多个汇流条(300)被配置为将多个电池单体(200)彼此串联连接或并联连接，其中每个电池单体(200)是软包型电池单体。

此外，在根据本发明的电池模块中，可以在底板(110)的内表面进一步设置有传热垫(140)。

此外，在根据本发明的电池模块中，每个电池单体(200)的按压构件(260)的一端可以设置为与传热垫(140)紧密接触。

此外，在根据本发明的电池模块中，底板(110)可以由金属材料制成。

此外，本发明提供一种包括电池模块的电池组。

有益效果

根据本发明的具有改进的安全性的软包型电池单体的优点在于，提供被配置为包围电极引线所位于的密封部的按压构件，由此可以防止或延迟排气，因此可以提高电池单体的安全性并且同时可以增加电池单体的寿命。

此外，根据本发明的具有改进的安全性的电池模块的优点在于，具有由导热材料制成的按压构件的电池单体被设置为与设置在由金属材料制成的模块壳体中的传热垫接触，从而可以快速散热。

附图说明

图1是常规的软包型电池的概念图。

图2是根据本发明的优选实施例的电池模块的透视图。

图3是图2所示的电池模块的主视图。

图4是图2所示的电池模块的垂直剖面透视图。

图5是图2所示的电池模块的水平剖面透视图。

图6是图2所示的电池模块的内部透视图。

图7是根据本发明的优选实施例的电池单体的透视图。

图8是图7所示的电池单体的分解透视图。

图9是安装到电池单体的按压构件的放大透视图。

具体实施方式

在本申请中，应当理解，术语“包括”、“具有”、“包含”等指定了所陈述的特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在，但不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或添加。

此外，相同的附图标记将在整个附图中用于指代执行类似功能或操作的部件。在说明书中一个部件被称为连接到另一部件的情况下，不仅该一个部件可以直接连接到另一部件，而且该一个部件还可以通过又一部件间接连接到另一部件。此外，包含某个元件并不意味着排除其他元件，而是意味着可以进一步包含这些元件，除非另有说明。

在下文中，将描述根据本发明的具有改进的安全性的软包型电池单体和包括该软包型电池单体的电池模块。

图2是根据本发明的优选实施例的电池模块的透视图。图3是图2所示的电池模块的主视图。图4是图2所示的电池模块的垂直剖面透视图。此外，图5是图2所示的电池模块的水平剖面透视图，图6是图2所示的电池模块的内部透视图。

参照图2至图6，根据本发明的电池模块包括模块壳体100、多个电池单体200、多个汇流条300以及汇流条框架400。

首先，被配置为收容电池单体200、汇流条300和汇流条框架400并保护电池单体、汇流条和汇流条框架免受外部冲击的模块壳体100可以具有近似六面体的形状。

具体地，由诸如铝的金属材料制成的模块壳体100可以由被配置为分别支撑并且保护电池单体200的下部和上部的底板110和顶板130、被配置为支撑电池单体的侧表面的一对侧板120以及传热垫140构成。

底板110、一对侧板120和顶板130可以一体制造，或者可以分别制造然后使用诸如螺栓的已知方法彼此固定。尽管图中未示出前板和后板，但可以根据需要进一步设置前板和后板。

传热垫140设置在底板110的内表面，更具体地，设置在在每个电池单体200的正极引线240和负极引线250所位于的方向上，并且每个电池单体200的按压构件260的下端设置在与其紧密接触的传热垫140的上表面上。

因此，从电池单体200产生的热量传递到按压构件260，然后依次通过传热垫140和由金属材料制成的底板110，从而可以提高电池模块的散热效果。此外，传热垫140可以支撑按压构件260的负载，同时可以有助于减小在组装时可能出现的公差。

这里，尽管传热垫140的材料没有特别限制，只要可以执行上述功能即可，但是传热垫例如可以由已知的热界面材料(TIM：thermal interface material)制成。

在图中传热垫被示出为位于底板110的前端和后端中的每一个。然而，当每个电池单体是正极引线和负极引线在相同方向上暴露的单向电池单体时，传热垫可以仅设置在设置有引线的位置处。

收容在模块壳体100中的电池单体200，更具体地软包型电池单体，垂直竖立并且并排堆叠。

图7是根据本发明的优选实施例的电池单体的透视图，图8是图7所示的电池单体的分解透视图，图9是安装到电池单体的按压构件的放大透视图。

如图7至图9所示，根据本发明的电池单体200包括电池单体壳体、收容在电池单体壳体中的电极组件(未示出)、形成在电池单体壳体边缘处的密封部230、一对电极接线片(未示出)、一对电极引线、绝缘膜(未示出)以及按压构件260，其中一对电极引线中的每个电极引线的一侧电连接到电极接线片中的相应的一个电极接线片，另一侧从电池单体壳体向外突出。

具体地，电池单体壳体由第一电池单体壳体210和第二电池单体壳体220构成，第一电池单体壳体210和第二电池单体壳体220中的每一个包括由通过外涂层、金属层和内涂层构成的层叠片制成并且具有被配置为接收电极组件的软包型空间部。

内涂层设置为与电极组件直接接触，因此内涂层必须表现出高绝缘性和对电解液的高耐受性。此外，内涂层必须表现出高密封性以便从外部气密地密封电池单体壳体，即，内层之间的热粘合密封部必须表现出优异的热粘合强度。

内涂层可以由选自聚烯烃类树脂的材料制成，例如聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯或聚丁烯、聚氨酯树脂和聚酰亚胺树脂，这些材料表现出优异的耐化学性和高密封性；然而，本发明不限于此，可以最优选使用表现出优异的机械性能(例如拉伸强度、刚度、表面硬度和耐冲击性)以及优异的耐化学性的聚丙烯。

设置为邻接内涂层的金属层对应于被配置为防止水分或各种气体从外部渗透到电池中的阻挡层。重量轻并且可容易成型的铝薄膜可以用作金属层的优选材料。

外涂层设置在金属层的另一表面上。外涂层可以由表现出优异的拉伸强度、抗水分渗透性和抗空气传输性的耐热聚合物制成，使得外涂层在保护电极组件的同时表现出高耐热性和耐化学性。作为示例，外涂层可以由尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，然而，本发明不限于此。

同时，收容在第一电池单体壳体210和第二电池单体壳体220中的电极组件可以分类为：被配置为具有多个电极被堆叠的结构的堆叠型电极组件；凝胶卷型电极组件，被配置为具有正极和负极在隔膜插置于其间的状态下被卷绕的结构；层压/堆叠型电极组件，被配置为具有多个单元电池被堆叠的结构；或堆叠/折叠型电极组件，被配置为具有单元电池在位于隔膜片上的状态下被卷绕的结构。

为了制造层叠/堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件而制造单元电池。单元电池可以是：单电池，所述单电池被配置为具有隔膜插置于正极和负极之间的结构；或双电池，所述双电池被配置为具有正极、负极和正极被层叠或者负极、正极和负极被层叠并且在隔膜插置在正极与负极之间的结构。

根据本发明的电极组件可以被配置为具有负极、隔膜、正极、隔膜和负极被层叠的结构，并且可以自由设定构成电极组件的正极和负极的数量。此外，可以使用多个单元电池被层叠的层叠/堆叠型电极组件，并且电极组件的结构可以应用于本说明书中描述的所有电极组件。

电极组件的正极和负极分别设置有正极接线片和负极接线片，并且该对接线片可以形成为在通过点焊分别连接到正极引线240和负极引线250的状态下从电池单体壳体向外突出预定长度。

绝缘膜位于一对电极引线中的每一者的上表面和下表面，更具体地，在第一电池单体壳体210和第二电池单体壳体220彼此被热熔合的密封部230。

因此，可以防止从电极组件产生的电经由电极引线流到电池单体壳体并且可以保持每条电极引线与电池单体壳体之间的密封状态。这里，优选地，绝缘膜由几乎不导电的材料(即，非导电材料)制成。通常，可以主要采用容易附接到电极引线并且厚度较小的绝缘带，然而，本发明不限于此。

尽管在图中电池单体被示出为电极引线240和负极引线250设置为彼此面对的双向电池单体，但也可以使用一对电极引线设置在同一方向的单向型电池单体。

接下来，将描述按压构件260。按压构件260设置为包围通过热熔合形成的密封部230，更优选地正极引线240和负极引线250所位于的密封部230，密封部230对应于所谓的平台部(terrace portion)。

按压构件260形成为具有预定厚度和宽度的长六面体形状的杆被折叠的形状，并且具有由内层261和位于内层261外侧的外层262构成的多层结构。

这里，内层261可以设置为与密封部的外表面紧密接触，并且可以由能够传递热量的树脂，例如，与传热垫140相同的材料制成。优选的是外层262由例如铝或铜的金属材料制成。

当使用具有上述构造的按压构件260时，由于由硬质金属材料制成的外层262，密封部可以保持被按压，因此即使在高温环境下也可以抑制内涂层的粘附性能的降低。

此外，按压构件260的内层261由具有预定弹性的树脂制成。因此，即使按压构件设置为与密封部230的外表面紧密接触，也可以防止对电池单体壳体的损害并且可以吸收厚度公差。

此外，由于按压构件260的内层261能够传递热并且按压构件260的下端设置为与位于底板110的传热垫140紧密接触，因此可以改进电池单体200的散热效果。

同时，如图7至图9所示，按压构件260的弯曲部(图9中的下端)位于下方是有利的。这样做的原因是可以尽可能多地增加按压构件260与传热垫140的接触面积。

将再参考图2至图6描述汇流条和汇流条框架。汇流条300被配置为将收容在模块壳体100中的多个电池单体200彼此串联连接或并联连接。

也就是说，汇流条300是具有低阻抗和高电流容量的导体，并且多个汇流条300在多个电池单体200被层叠的方向上并排设置以将电池单体200彼此串联连接或并联连接。

在本发明中，汇流条300被示出为具有厚度均等的平坦结构，然而，本发明不限于此，汇流条可以改变成可以进行电连接的各种结构。

汇流条框架400在支撑汇流条300的状态下固定到模块壳体100。具体地，延伸穿过汇流条300的狭缝的电池单体200的引线弯曲，并且通过已知的固定方式(例如，激光焊接或电阻焊接)固定到汇流条300。为了稳定地支撑电池单体200和汇流条300，汇流条框架400位于电池单体200与汇流条300之间。

电池模块可以构成电池组并且可以应用于各种设备。

尽管已经详细描述了本发明的具体细节，但是本领域的技术人员应当理解，其详细描述仅公开了本发明的优选实施例，因此并不限制本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范畴和技术构思的情况下，可以进行各种改变和修改，并且显然这样的改变和修改落入所附权利要求的范围内。

(附图标记的说明)

100：模块壳体

110：底板

120：侧板

130：顶板

140：传热垫

200：电池单体

210：第一电池单体壳体

220：第二电池单体壳体

230：密封部

240：正极引线

250：负极引线

260：按压构件

261：外层 262：内层

300：汇流条

400：汇流条框架

Claims (10)

1.一种软包型电池，包括：

第一电池单体壳体和第二电池单体壳体，所述第一电池单体壳体和所述第二电池单体壳体中的每一个由包括内涂层、金属层和外涂层的层叠片制成，所述第一电池单体壳体和所述第二电池单体壳体中的每一者的边缘通过热熔合被密封；

电极组件，所述电极组件收容在所述第一电池单体壳体和所述第二电池单体壳体中；

正极引线和负极引线，所述正极引线和所述负极引线中的每一者的一侧连接到所述电极组件，所述正极引线和所述负极引线中的每一者的另一侧设置为从所述第一电池单体壳体和所述第二电池单体壳体向外突出；以及

按压构件，所述按压构件被配置为包围通过热熔合形成的密封部。

2.根据权利要求1所述的软包型电池单体，其中，所述按压构件设置为包围所述正极引线或所述负极引线所位于的所述密封部。

3.根据权利要求2所述的软包型电池单体，其中，所述按压构件形成为具有预定厚度和宽度的六面体形状的杆被折叠的形状。

4.根据权利要求3所述的软包型电池单体，其中，所述按压构件包括设置为与所述密封部的外表面紧密接触的内层以及位于所述内层外侧的外层。

5.根据权利要求4所述的软包型电池单体，

其中，所述内层由能够传递热量的树脂制成，并且

所述外层由金属材料制成。

6.一种电池模块，包括：

模块壳体，所述模块壳体包括底板、一对侧板和顶板；

多个电池单体，所述多个电池单体收容在所述模块壳体中；以及

多个汇流条，所述多个汇流条被配置为将所述多个电池单体彼此串联连接或彼此并联连接，

其中，每个所述电池单体为根据权利要求1至5中任一项所述的软包型电池单体。

7.根据权利要求6所述的电池模块，其中，在所述底板的内表面进一步设置有传热垫。

8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，每个所述电池单体的按压构件的一端设置为与所述传热垫紧密接触。

9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述底板由金属材料制成。

10.一种电池组，包括根据权利要求6所述的电池模块。