CN117837005A - 电池组和包括电池组的车辆 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个实施方式的电池组包括：至少一个电池单元，所述至少一个电池单元具有正极、隔膜和负极，所述负极包括具有至少一部分硅氧化物的负极活性材料；模块外壳，所述模块外壳被配置为在其中容纳所述至少一个电池单元；以及按压单元，所述按压单元在所述电池单元的充电和放电期间被配置为弹性地按压所述电池单元以防止体积变化并且具有根据所述硅氧化物相对于所述负极活性材料的总重量的含量设置的用于按压所述电池单元的压力。

Description

电池组和包括电池组的车辆
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年10月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0146721的权益，其公开内容通过引用整体并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种电池组和包括该电池组的车辆，并且更具体地说，涉及这样一种电池组和包括该电池组的车辆，其中，该电池组有效地抑制在电池组中提供的电池单元的肿胀现象从而改善电池单元的循环寿命性能。
背景技术
目前，市售二次电池组括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。与镍基二次电池相比，锂二次电池几乎没有记忆效应，并且因此可以自由充电和放电。此外，锂二次电池由于其具有非常低的自放电速率和高能量密度的优点而备受关注。
锂二次电池通常分别使用锂基氧化物和碳材料作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括：电极组件，在所述电极组件中，分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板被设置为在其间插入隔膜；以及外部材料，所述外部材料用于将电极组件与电解质一起密封和容纳。
通常，根据外部材料的类型，锂二次电池可以被分类为罐型二次电池和袋型二次电池。罐型二次电池具有嵌入金属罐中的电极组件。袋型二次电池具有嵌入铝层压片的袋中的电极组件。
近来，二次电池不仅广泛用于诸如便携式电子装置的小型装置中，而且广泛用于诸如车辆和电力存储装置的中大型装置中。至少一个电池组可以被安装在中大型装置上。为了增大电池组的容量和输出，大量的电池单元可以被容纳在电池组壳体内。在中大型装置中，例如，经常使用易于层叠的袋型二次电池单元。这里，袋型电池单元是指电极组件被容纳在由具有不规则形状的软聚合物材料制成的袋中的二次电池。
同时，在电池组的电池单元的情况下，由于电池单元在重复充电和放电期间肿胀而导致的肿胀现象发生。当考虑到在充电和放电期间发生的肿胀现象而将电池单元层叠设置在典型电池组内部的容纳空间中时，电池单元以规则的间隔彼此间隔开设置。此外，在现有技术中，通过按压电池单元来抑制气体产生的方法已经用于抑制电池单元的肿胀现象。
然而，当电池单元的肿胀现象变得严重时，可能存在这样的事故：随着电池单元的内部压力增大，电池单元的单元壳体破裂，电池单元的内部部件向外部排出，或者电池单元爆炸。因此，在提高电池组的寿命和稳定性方面抑制在电池组中提供的电池单元的肿胀现象是非常重要的。
然而，现有技术的用于控制电池单元的肿胀现象的方法都是在不考虑电池单元的这种特性的情况下通过使用按压构件的均匀按压力来按压电池单元。因此，现有技术的电池组在根据电池单元的特性控制肿胀现象方面具有很大的局限性。
[现有技术文献]
(专利文献1)韩国专利公开No.10-2020-0040975
(专利文献2)日本专利特开No.2019-091630
(专利文献3)韩国专利公开No.10-2018-0026210
(专利文献4)韩国专利公开No.10-2020-0058248
发明内容
技术问题
本公开提供了一种电池组和包括该电池组的车辆，其中，抑制了电池组中提供的电池单元的肿胀现象，使得提高电池单元的循环寿命性能。
技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种电池组，所述电池组包括：至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括正极、隔膜和负极，所述负极包括具有至少一部分硅氧化物的负极活性材料；模块外壳，所述模块外壳被配置为在其中容纳至少一个电池单元；以及按压部，所述按压部被配置为弹性地按压电池单元以防止在对电池单元进行充电和放电时电池单元的体积变化，并且具有根据硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量设置的用于按压电池单元的按压力。
在一个实施方式中，按压部可以包括弹性构件，所述弹性构件被配置为沿与电池单元体积膨胀的方向相反的方向上按压电池单元。
在另一个实施方式中，电池单元可以包括两个或更多个电池单元，并且电池组还可以包括缓冲垫，所述缓冲垫被插入在两个或更多个电池单元之间并且被配置为缓冲电池单元的体积膨胀。
根据本公开的另一方面，提供了一种电池组，所述电池组包括：至少一个电池单元，所述至少一个电池单元包括正极、隔膜和负极，所述负极包括具有至少一部分硅氧化物的负极活性材料；模块外壳，所述模块外壳被配置为将所述至少一个电池单元容纳在其中；按压部，所述按压部被配置为弹性地按压所述电池单元以防止在对所述电池单元进行充电和放电时所述电池单元的体积变化；传感器单元，所述传感器单元被配置为获取关于所述电池单元的信息；以及电池管理系统，所述电池管理系统被配置为基于由所述传感器单元获取的关于所述电池单元的信息来控制所述按压部以增大或减小所述按压部的按压力。
在另一实施方式中，由传感器单元获取的关于电池单元的信息可以包括电池单元的健康状态(SoH)、充电/放电循环和体积膨胀系数中的至少一个的状态信息。
在另一个实施方式中，所获取的电池单元的状态信息可以是充电/放电循环，并且电池管理系统可以被配置为随着充电/放电循环增加而增大按压部的按压力。
在另一个实施方式中，按压部还可以包括具有气缸轴的电动气缸和弹性构件，其中，气缸轴可以被电池管理系统配置为朝向电池单元前进以按压弹性构件，或者沿与朝向电池单元的方向相反的方向后退以释放对弹性构件的压力。
在另一个实施方式中，电池组还可以包括压力传感器，所述压力传感器被配置为感测由弹性构件施加到电池单元的按压力，其中，电池管理系统可以被配置为根据由压力传感器测量的按压力来增大按压部的按压力或减小按压部的按压力。
在另一个实施方式中，模块外壳可以包括可移动外壁，所述可移动外壁被配置为支撑按压部，并且被配置为可沿朝向电池单元的方向或沿与朝向电池单元的方向相反的方向移动，其中，按压部还可以包括：电动气缸，该电动气缸具有连接到可移动外壁的气缸轴；以及插入在电池单元与可移动外壁之间的弹性构件，其中，电动气缸可以位于模块外壳外部，并且电动气缸的气缸轴可以被配置为按压可移动外壁，使得可移动外壁朝向电池单元移动或可移动外壁沿与朝向电池单元的方向相反的方向移动。
同时，根据本公开的另一方面，车辆包括至少一个上述电池组。
有益效果
本公开的电池组包括按压部，所述按压部被配置为弹性地按压电池单元，以防止在对电池单元进行充电和放电时电池单元的体积变化，并且所述按压部具有根据硅氧化物相对于负极的负极活性材料的总重量的含量设置的用于按压电池单元的按压力，使得可以根据电池单元的肿胀特性控制肿胀现象。也就是说，本公开的发明人发现，根据作为电池单元的负极活性材料提供的硅氧化物的含量，体积变化根据电池单元的充电和放电而变化。因此，为了控制安装在模块外壳上的电池单元的肿胀现象，本公开的发明人发明了具有按压部的电池组，该按压部具有考虑到作为电池单元的负极活性材料提供的硅氧化物的含量设置的用于按压电池单元的按压力。因此，本公开的电池组可以有效地控制所提供的电池单元的肿胀现象，使得可以增加电池组的寿命和稳定性。
也就是说，本公开的电池组具有根据负极的负极活性材料的含量考虑电池单元的肿胀现象而设置的按压力的按压部，使得电池单元不会被不必要地过大的力按压，并且相反，当肿胀现象严重时，通过使用设置为较大的按压力的按压部可以有效地减少电池单元内部产生的气体量。
附图说明
图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的透视图。
图2是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的电池单元的侧视图。
图3是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的电池单元的部件的分解透视图。
图4是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的电池单元的正极、隔膜和负极的分解透视图。
图5是示意性地示出图1的电池组沿线A-A’截取的状态的垂直剖视图。
图6是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的垂直剖视图。
图7是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组的概念图。
图8是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的垂直剖视图。
图9是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组的垂直剖视图。
图10是根据本公开的实施方式的车辆的示意图。
图11是示出根据本公开的示例1的电池单元的容量保持率和厚度根据充电/放电循环的变化的曲线图。
图12是示出根据本公开的示例1的电池单元的容量保持率和膨胀力根据充电/放电循环的曲线图。
图13是示出根据本公开的示例2的电池单元的容量保持率和厚度根据充电/放电循环的变化的曲线图。
图14是示出根据本公开的示例2的电池单元的容量保持率和膨胀力根据充电/放电循环的曲线图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本公开。在描述本公开时，如果确定相关已知功能或配置的详细描述可能不必要地模糊本公开的要点，则将省略其详细描述。此外，以下示例可以以许多不同的形式进行修改，并且本公开的技术构思的范围不限于以下示例。相反，提供这些示例是为了使本公开更透彻和完整，并且将本公开的技术构思完全传达给本领域技术人员。
然而，应当理解，本公开不旨在将本公开中公开的技术限制于特定实施方式，而是包括本公开的实施方式的各种修改、等同物和/或替代。
关于附图的描述，相同的附图标记可以用于相同的元件。
在本公开中，诸如“具有”、“可以具有”、“包括”或“可以包括”的短语是指对应特征(例如，诸如附图、功能、操作或部分的元件)的存在，并且不排除附加特征的存在。
在本公开中，诸如“A或B”、“A和/或B中的至少一个”或“A和/或B中的一个或更多个”的短语可以包括一起列出的项目的所有可能组合。例如，“A或B”、“A和B中的至少一个”或“A或B中的至少一个”可以指包括(1)至少一个A、(2)至少一个B或(3)至少一个A和至少一个B的所有情况。
图1是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组100的透视图。图2是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组100的电池单元110的透视图。图3是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组100的电池单元110的部件的分解透视图。图4是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组100的电池单元110的正极114、隔膜115和负极116的分解透视图。此外，图5是示意性地示出图1的电池组100沿线A-A’切割的状态的垂直剖视图。
参照图1至图5，根据本公开的实施方式的电池组100包括至少一个电池单元110、模块外壳120和按压部130。
具体地，电池单元110包括单元壳体111、具有电极接头113的电极组件112、电极引线117、绝缘膜118和电解质(未示出)。
此外，单元壳体111可以是由软材料制成的袋型单元壳体。然而，本公开的锂二次电池的外部形状没有特别限制，而是可以是使用罐的圆柱形、正方形、袋形、硬币形等。例如，单元壳体111可以具有覆盖电极组件112的上部的第一单元片材111a以及联接到第一单元片材111a的下表面的一部分并且覆盖电极组件112的下部的第二单元片材111b。第一片材111a和第二片材111b中的每一个可以是层压片。具体地，层压片材可以具有将薄金属膜(例如，Al膜)层压在具有耐水性的聚合物膜(尼龙)和热粘合聚合物膜(例如，浇铸聚丙烯)之间的结构。层压片的结构和构成各层的材料在本公开所属领域中是公知的，并且因此将省略其详细描述。
第一单元片材111a和第二单元片材111b中的每一个的外周部分可以彼此热熔融以密封单元壳体111。用于执行热熔融的方法可以包括在第一单元片材111a和第二单元片材111b层叠的状态下用高温工具(例如，热压机)按压面向彼此的外周部分中的每一个的至少一部分的过程。这里，实现热熔融的温度可以是110摄氏度至150摄氏度。例如，单元壳体111可以具有通过使第一单元片材111a和第二单元片材111b中的每一个的外周部分热熔融而形成的密封部分。
单元壳体111可以包括用于容纳电极组件112、电极引线117和电解质的容纳空间S。例如，容纳空间S可以是通过用高温热压机按压两个单元片材111a和111b中的至少一个的一部分而变形为杯状的部分。容纳空间S可以是单元片材111a和111b中的每一个的一部分向外中凸地突出的部分P。单元壳体111的容纳空间S可以大于或等于可以容纳所有多个电极114和116、隔膜115和电解质的尺寸。例如，如图3所示，单元壳体111的容纳空间A可以通过联接沿第一单元片材111a的向上方向中凸地突出的部分P和沿第二单元片材111b的向下方向凹入地形成的部分R而形成。
根据极性，电极114和116可以是至少一个正极114和至少一个负极116。例如，正极114可以通过在由铝合金材料制成的集流器上形成正极混合物层M1来制造，在所述正极混合物层M1中混合了正极活性材料、导电材料和粘合剂。负极116可以通过在由铜合金材料制成的集流器上形成负极混合物层M2来制造，在所述负极混合物层M2中混合了负极活性材料、导电材料和粘合剂。然后，隔膜115可以被插入在正极114与负极116之间。隔膜115可以用于阻挡正极114与负极116之间的内部短路，并浸渍电解质。本公开的隔膜115可以在没有任何特定限制的情况下使用，只要它是通常在二次电池中使用的隔膜材料即可。例如，隔膜115可以包括聚乙烯和聚丙烯中的至少一种材料。然后，正极114、隔膜115和负极116可以顺序地层叠以形成电极组件112。
正极114可以通过在正极集流器上形成正极混合物层M1来制造。正极混合物层M1可以通过用包括正极活性材料、粘合剂、导电材料、溶剂等的正极浆料涂覆正极集流器、然后干燥和辊压来形成。
正极集流器不受特别限制，只要其具有导电性而不引起电池中的化学变化即可。例如，可以使用不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或用碳、镍、钛、银等中的一种进行表面处理的不锈钢或铝。
正极活性材料可以包括锂复合过渡金属氧化物，所述锂复合过渡金属氧化物在过渡金属中具有50atm％或更大、优选70atm％或更大的镍含量，因为电池的容量特性和稳定性可增加。
作为代表性示例，正极活性材料可以包括锂-镍-钴-锰基氧化物，诸如，LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2等。另选地，正极活性材料可以包括锂-镍-钴-锰-铝基氧化物。
此外，正极活性材料是能够可逆嵌入和脱嵌锂的化合物，并且可以使用锂-锰基氧化物(例如，LiMnO2、LiMn2O4等)、锂-钴基氧化物(例如，LiCoO2等)、锂-镍基氧化物(例如，LiNiO2等)、锂-镍-锰基氧化物(例如，LiNi1-YMnYO2(其中，0<Y<1)、LiMn2-ONiOO4(其中，0<o<2)等、锂-镍-钴基氧化物(例如，LiNi1-Y1CoY1O2(其中，0<Y1<1)等)、锂-锰-钴基氧化物(例如，LiCo1-Y2MnY2O2(其中，0<Y2<1)、LiMn2-z1Coz1O4(其中，0<Z1<2)等)、锂-镍-钴-过渡金属M氧化物(例如，Li(Nip2Coq2Mnr3MS2)O2(其中，M选自包括Al、Fe、V、Cr、Ti、Ta、Mg和Mo的组，并且p2、q2、r3和s2各自是独立元素的原子分数，其中，0<p2<1、0<q2<1、0<r3<1、0<s2<1并且p2+q2+r3+s2＝1)或包含可以通过相变转变充电和放电的硫材料的化合物。
基于正极浆料中固体的总重量，可以以80wt％至99.5wt％的量包括，具体地以85wt％至95wt％的量包括正极活性材料。此时，当正极活性材料的含量为80wt％或更少时，能量密度降低，从而可以降低容量。
粘合剂是用于辅助活性材料、导电材料等的粘合以及粘合至集流器的组分，并且通常以基于正极浆料中固体的总重量的1wt％至30wt％的量添加。粘合剂的示例可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、其各种共聚物等。
导电材料不受特别限制，只要其具有导电性而不引起电池中的化学变化即可，并且例如，可以使用诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或热黑的碳粉，诸如天然石墨、人造石墨或石墨的具有非常发达的晶体结构的石墨粉，诸如碳纤维、金属纤维的导电纤维；诸如氟碳粉、铝粉、镍粉的金属粉末，诸如氧化锌、钛酸钾的导电晶须，诸如氧化钛的导电金属氧化物，以及诸如聚亚苯基衍生物的导电材料中的至少一者。
基于正极浆料中固体的总重量，导电材料通常以1wt％至30wt％的量添加。溶剂可以包括有机溶剂，诸如，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，并且可以按照使得当包括正极活性材料和选择性地粘合剂和导电材料等时实现优选粘度的量使用。例如，溶剂可以按照使得包含正极活性材料和选择性地粘合剂和导电材料的浆料中固体的浓度为10wt％至70wt％(优选为20wt％至60wt％)的量包括。
负极116可以通过在负极集流器上形成负极混合物层M2来制造。负极混合物层M2可以通过用包括负极活性材料、粘合剂、导电材料、溶剂等的浆料涂覆负极集流器、然后干燥和辊压来形成。
负极集流器通常具有3μm至500μm的厚度。负极集流器不受特别限制，只要其具有高导电性而不引起电池中的化学变化即可，并且例如，可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳、用碳、镍、钛、银等中的一种进行表面处理的铜或不锈钢、铝镉合金等。此外，如在正极集流器的情况下，可以在负极集流器的表面上形成微观不规则以改善负极活性材料的联接力，并且负极集流器可以以诸如，膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布的各种形式使用。
负极活性材料还可以包括选自由能够掺杂和不掺杂锂的材料、锂金属、镍金属、铜金属、SUS金属、能够可逆地嵌入/脱嵌锂离子的碳材料、金属或金属与锂的合金、金属复合氧化物和过渡金属氧化物组成的组中的至少一者。
作为能够掺杂和不掺杂锂的材料，可以使用Si、SiOx(0<x≤2)、Si-Y合金(其中，Y是选自由碱金属、碱土金属、第十三族元素、第十四族元素、过渡金属、稀土元素及其组合的元素组成的组的元素，但不是Si)、Sn、SnO2、Sn-Y(其中，Y是选自由碱金属、碱土金属、第十三族元素、第十四族元素、过渡金属、稀土元素及其组合的元素组成的组的元素，但不是Sn)等，并且还可以将其至少一种与SiO2混合并使用。元素Y可以选自由Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Ti、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po及其组合组成的组。在一个实施方式中，负极活性材料可以包括硅氧化物(SiOx(0<x≤2))的至少一部分。
作为能够可逆地嵌入/脱嵌锂离子的碳材料，可以无特别限制地使用锂离子二次电池中常用的碳基负极活性材料，并且其代表性示例可以包括结晶碳、无定形碳或其组合。结晶碳的示例可以包括石墨，诸如，平面、片状、球形或纤维状天然石墨或人造石墨，并且无定形碳的示例可以包括软碳(低温烧结碳)或硬碳、氮相沥青碳化物、烧结焦炭等。
作为金属或金属与锂的合金，可以使用选自由Cu、Ni、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al和Sn的金属或金属与锂的合金组成的组。
作为金属复合氧化物，可以使用选自由PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5、LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)和SnxMe1-xMe’yOz(Me:Mn、Fe、Pb、Ge；Me’:Al、B、P、Si、元素循环表的第一族、第二族和第三族中的元素、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)组成的组中的一者。
过渡金属氧化物可以是含锂钛复合氧化物(LTO)、钒氧化物、锂钒氧化物等。
基于负极浆料中固体的总重量，可以以80wt％至99wt％的量包括负极活性材料。
粘合剂是用于辅助导电材料、活性材料和集流器的接合的组分，并且通常以基于负极116的浆料中固体的总重量的1wt％至30wt％的量添加。粘合剂的示例可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、其各种共聚物等。
导电材料是用于进一步改善负极活性材料的导电性的组分，并且可以基于负极浆料中固体的总重量以1wt％至20wt％的量添加。导电材料不受特别限制，只要其具有导电性而不引起电池中的化学变化即可。例如，可以使用诸如天然石墨或人造石墨的石墨；诸如乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑和热黑的炭黑；诸如碳纤维和金属纤维的导电纤维；诸如氟碳粉末、铝粉和镍粉的金属粉末；诸如氧化锌和钛酸钾的导电晶须；诸如氧化钛的导电金属氧化物；或诸如聚亚苯基衍生物等的导电材料。
溶剂可以包括水、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和有机溶剂(例如醇)中的至少一者，并且可以按照使得当包括负极活性材料和选择性地粘合剂和导电材料等时实现优选粘度的量使用。例如，溶剂可以按照使得包含负极活性材料和选择性地粘合剂和导电材料作为固体的浆料中固体的浓度为50wt％至75wt％(优选为50wt％至65wt％)的量包括。
隔膜115可以用于阻挡两个电极中的内部短路并浸渍电解质。作为隔膜115，可以单独使用通常用作隔膜的多孔聚合物膜，例如，由利用诸如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物的基于聚烯烃的聚合物制备的多孔聚合物膜，或以其层压形式使用，或者可以使用典型的多孔无纺布，例如，由高熔点的玻璃纤维或聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维形成的无纺布，但本发明不限于此。
此时，多孔隔膜的孔径通常为0.01μm至50μm，并且孔隙率可以为5％至95％。
此外，多孔隔膜的厚度通常可以在5μm至300μm的范围内。
在电极接头113中，可以不应用电极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物。电极接头113可以是电子可以移动通过的路径。电极接头113可以通过切割未涂覆有正极活性材料的未涂覆部分来形成，或者可以通过超声焊接等将单独的导电构件连接到电极的未涂覆部分来单独形成。例如，如图3所示，可以提供从正极114和负极116中的每一个的一侧突出的电极接头113。例如，正极114具有沿X轴的负方向突出的正极接头113a。负极116具有沿X轴的正方向突出的负极接头113b。然而，本发明不一定限于此。例如，电极接头113可以在电极的前侧、后侧、左侧和右侧的每个方向上形成在第一侧、第二侧、第三侧和第四侧中的至少一者上。
根据本公开的实施方式的电池单元110还可以包括联接到电极接头113的一部分的电极引线117。电极引线117可以是导电金属。如图3所示，电极引线117可以包括连接到正极接头113a的正极引线和连接到负极接头113b的负极引线。电极引线117可以以各种方式(诸如，焊接)连接到电极接头113中的一个或更多个。电极引线117的一部分可以被设置成暴露于单元壳体111的外部。也就是说，电极引线117用作电池单元110的电极端子。例如，当电连接到正极114时，电极引线117可以用作电池单元110的正极端子。当电连接到负极116时，电极引线117可以用作电池单元110的负极端子。电池单元110可以包括被配置为围绕电极引线117的外表面的一部分的绝缘膜118。绝缘膜118可以被配置为在单元壳体111和电极引线117之间电绝缘，并且与单元壳体111热熔融。
在一个实施方式中，电解质是指固态或液态的电解质。根据本公开的实施方式的电池单元110可以通过正极114与负极116之间的离子通过电解质交换来进行充电和放电。电解质可以位于正极114与负极116之间，以允许离子在正极114与负极116之间移动。此外，电解质可以位于隔膜115的表面和孔隙上。例如，当电池单元110是锂二次电池时，通常可以使用非水电解质。
同时，模块外壳120可以被配置为在其中容纳至少一个电池单元110。模块外壳120可以具有内部中空的长方体的外观。模块外壳120的一部分(面向电池单元110的部分)可以覆盖或涂覆有不导电的非导电材料。模块外壳120可以具有例如金属或塑料。模块外壳120可以具有例如具有优异热导率的铝合金或不锈钢。例如，模块外壳120可以具有前壁、后壁、左壁、右壁、上壁和下壁。电池组100可以包括两个或更多个电池单元110。例如，如图5所示，可以在模块外壳120的下壁上安装沿前后方向(Y轴方向)层叠的15个电池单元110。
此外，按压部130可以被配置为弹性地按压电池单元110，以防止在对电池单元110进行充电和放电时电池单元110的体积变化。例如，当电池组100具有沿前后方向(Y轴方向)层叠的多个电池单元110时，多个按压部130中的每一个可以弹性地按压多个电池单元110的前侧和后侧中的每一个。这里，“弹性地”按压是指通过利用按压部130的弹力来按压电池单元110。例如，按压部130可以具有随着电池单元110的体积增加而弹性地增大用于按压电池单元110的按压力。相反，按压部130可以具有随着电池单元110的体积减小而弹性地减小用于按压电池单元110的按压力。
按压部130可以根据硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量被设置(配置)为具有用于按压电池单元110的适当量的按压力。例如，当硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量相对大于预定含量时，电池组100可以包括用于按压电池单元110的压力被设置为大的按压部130。相反，当硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量相对小于预定含量时，电池组100可以包括其中用于按压电池单元110的按压力被设置为小的按压部130。
例如，当硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量为5wt％时，按压部130在电池单元110收缩和膨胀时的按压力可以为250kgf至350kgf。当硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量为20wt％时，按压部130在电池单元110收缩和膨胀时的按压力可以为900kgf至1000kgf。也就是说，随着硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量增加，按压部130可以被设置为较大的按压力，并且相反，随着硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量减小，按压部130可以被设置为较小的按压力。这是因为当电池单元110的负极活性材料的硅氧化物含量相对高时，电池单元110在充电期间膨胀的体积变化较大。
此外，在实施方式中，随着充电/放电循环的数量增加，由按压部130施加的按压力可以增大。例如，当硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量为5wt％时，可以在充电/放电循环为0至15次(SoH为高)时将按压部130用于按压电池单元110的按压力设置为0kgf至250kgf，在充电/放电循环为70至110次时可以将按压部130的按压力设置为100kgf至400kgf，并且在充电/放电循环为170至200次时可以将按压部130的按压力设置为200kgf至500kgf。
根据本公开的上述配置，本公开的电池组100包括按压部130，所述按压部130被配置为弹性地按压电池单元110以防止在对电池单元110进行充电和放电时电池单元110的体积变化，并且按压部130具有根据硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量设置的用于按压电池单元110的按压力，从而可以根据电池单元110的肿胀特性来控制肿胀现象。也就是说，在本公开的电池组100中，按压力的设置考虑到体积的变化程度根据电池单元110的负极活性材料的类型和/或含量按照电池单元110的充电和放电而变化。
因此，为了有效地控制安装在模块外壳120上的电池单元110的肿胀现象，本公开的电池组100包括按压部130，所述按压部130具有考虑作为电池单元110的负极活性材料提供的硅氧化物的含量设置的用于按压电池单元110的压力。也就是说，在本公开的电池组100中，电池单元110可以不用不必要地过大的力按压，并且相反，当肿胀现象严重时，通过使用设置为较大的按压力的压部130可以有效地减少电池单元110内部产生的气体量。
同时，返回参照图1至图3，在实施方式中，电池组100包括电池单元110，所述电池单元110包括正极114、负极116以及设置在正极114与负极116之间的隔膜115。负极116可以被配置为包括硅氧化物。例如，负极被配置为包括含有硅氧化物的负极活性材料。电池组100还包括用于容纳电池单元110的模块外壳120和按压部130。按压部130被配置为防止电池单元110的肿胀现象。电池单元110的肿胀现象可以根据硅氧化物的含量而不同。例如，第一电池单元(未示出)可以包括负极，所述负极包括具有第一含量的硅氧化物的第一负极活性材料。在这种情况下，在包括第一电池单元的第一电池组(未示出)中，可能发生具有第一膨胀率的第一肿胀现象。此外，第二电池单元(未示出)可以包括负极，所述负极包括具有第二含量的硅氧化物的第二负极活性材料。在这种情况下，在包括第二电池单元的第二电池组(未示出)中，可能发生具有第二膨胀率的第二肿胀现象。这里，第一含量和第二含量彼此不同，并且第一膨胀率和第二膨胀率彼此不同。由于第一电池组和第二电池组中发生不同的肿胀现象，因此第一电池组和第二电池组可以包括不同的按压部(未示出)。也就是说，第一电池组和第二电池组可以分别包括第一按压部和第二按压部。第一按压部被配置为以第一压力按压第一电池单元。第二按压部被配置为以第二按压力按压第二电池单元。
因此，考虑到硅氧化物的含量，本公开的电池组100可以有效地控制所提供的电池单元110的肿胀现象，从而可以增加电池组100的寿命和稳定性。
相对于负极活性材料的总重量，硅氧化物的含量可以为5wt％至20wt％。当硅氧化物的含量小于5wt％时，硅氧化物的含量过度低于剩余的负极活性材料的含量，使得存在每单位量的负极活性材料混合物的电荷容量可能降低的风险。此外，当硅氧化物的含量大于20wt％时，硅氧化物的含量过度高于剩余的负极活性材料的含量，使得负极的膨胀和收缩随着由于充电和放电导致的大体积变化的硅氧化物的含量增大而增加，并且因此，存在硅氧化物基负极活性材料与石墨基负极活性材料之间的电接触不足，从而导致循环特性劣化的风险。
因此，由于硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量为5wt％至20wt％，因此根据本公开的实施方式的电池组100可以具有安装在电池组100上的电池单元110的适当水平的能量密度，并且电池组100以电池单元110可控制的适当水平膨胀和收缩，使得可以容易地控制电池单元110的肿胀现象。
同时，返回参照图5，根据本公开的实施方式的电池组100的按压部130还可以具有弹性构件131。弹性构件131可以被配置为沿与电池单元110的体积膨胀的方向B相反的方向F按压电池单元110。例如，弹性构件131可以是具有预定弹性的弹簧。弹性构件131在施加弹力的方向上的一端可以被配置为支撑模块外壳120的内表面。弹性构件131在施加弹力的方向上的另一端可以被配置为支撑电池单元110的一侧。例如，如图5所示，电池组100可以在模块外壳120内具有多个弹性构件131。多个弹性构件131可以相对于电池单元110设置在左侧和右侧中的每一个处。多个弹性构件131中的每一个可以被配置为使得其长度根据电池单元110由于充电和放电而引起的膨胀和收缩而收缩和膨胀。例如，弹性构件131可以被配置为使得当电池单元110膨胀时用于按压电池单元110的按压力增大。相反，弹性构件131可以被配置为使得当电池单元110收缩时用于按压电池单元110的按压力减小。
图6是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组100的垂直剖视图。
参照图6，当与图5的电池组100相比时，根据本公开的另一实施方式的图6的电池组100还可以包括缓冲垫140。缓冲垫140可以是例如硅垫或海绵。然而，缓冲垫140不必限于上述形式，并且可以应用，只要其设置有能够根据电池单元110由于充电和放电而引起的膨胀和收缩而收缩和膨胀的材料即可。
缓冲垫140可以被插入在两个或更多个电池单元110之间。例如，如图6所示，缓冲垫140可以被插入在15个电池单元110之间。
因此，根据本公开的上述配置，本公开的电池组100还包括缓冲垫140，所述缓冲垫140被插入在两个或更多个电池单元110之间并且被配置为缓冲电池单元110的体积膨胀，并且因此，考虑到在两个或更多个电池单元110中的每个电池单元110的充电和放电期间发生的体积膨胀，需要将两个或更多个电池单元110彼此间隔开地设置，使得两个或更多个电池单元110可以容易地以预定间隔彼此间隔开地设置在模块外壳120中，防止两个或更多个电池单元110的布置在处于彼此间隔开的上述状态下在使用电池组100期间无序，并且缓冲垫140可以分配电池单元110的膨胀力以用于防止压力集中在电池单元110的一部分上。
图7是示意性地示出根据本公开的实施方式的电池组100的概念图。此外，图8是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组100的垂直剖视图。
返回参照图7和图8以及图1和图5，根据本公开的实施方式的电池组100还可以包括电池管理系统(BMS)150。电池管理系统150可以控制增大或减小按压部130的用于按压电池单元110的按压力。例如，电池管理系统150可以具有被配置为感测电池单元110的状态的传感器单元151。此时，传感器单元151可以包括电压传感器151v、电流传感器151a和温度传感器151t中的至少一个。电压传感器151v和电流传感器151a可以电连接到电池单元110。温度传感器151t可以被定位在模块外壳120内部。例如，电压传感器151v和电流传感器151a可以被嵌入在电池管理系统150中。例如，电池管理系统150可以使用电流传感器151a、电压传感器151v和温度传感器151t来测量电池单元110的温度、电压和电流。
电池管理系统150可以被配置为获取关于电池单元110的信息。例如，电池管理系统150可以被配置为获取电池单元110的健康状态(SoH)、充电/放电循环和体积膨胀系数中的至少一个的状态信息。然而，关于电池单元110的信息不限于此。这里，术语‘SoH’可以是表示劣化状态的电池单元110的健康水平。换句话说，SOH可以被称为电池容量保持。这里，术语‘充电/放电循环’意味着电池单元110被充电到预定容量，并且然后被放电到预定容量。这里，术语‘体积膨胀系数’是指电池单元110在充电状态和放电状态下的体积变化率。
例如，电池管理系统150可以通过使用已知技术利用电池单元110的所测量的温度、电压和电流来计算充电状态(SoC)。在实施方式中，电池管理系统150可以使用以下等式来计算SoH。
等式：实际容量＝实际累积电流/SoC变化量
当解释通过使用该等式计算实际容量并且使用所计算的实际容量作为示例计算SoH值的过程时，例如，当电池的初始容量为50Ah、充电前处于待机的SoC为20％、充电后处于待机的SoC为70％并且预定时间段的所测量的累积电流为20Ah时，可以通过将测量累积电流除以SoC的变化量来计算实际容量。也就是说，实际容量被计算为20Ah×100÷(70％-20％)＝40Ah，并且实际SoH被计算为(40Ah÷50Ah)×100＝80％。因此，在这种情况下，SoH值被计算为80％。
此外，电池管理系统150可以被配置为基于所获取的电池单元110的SOH来增大按压部130的按压力或减小按压部130的按压力。例如，电池管理系统150可以随着所获取的SOH减小而增大按压部件130的按压力。相反，电池管理系统150可以随着所获取的SOH增大而减小按压部130的按压力。
然而，电池管理系统150不将改变按压部130的按压力所考虑的因素仅限制为SoH。例如，电池管理系统150还可以考虑电池单元110的充电/放电循环的数量和电池单元110的体积膨胀系数中的至少一者。
例如，当硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量为5wt％时，电池管理系统150可以在充电/放电循环为0次至15次(SoH为高)时将用于按压电池单元110的按压部130的按压力设置为0kgf至250kgf，在充电/放电循环为70次至110次时可以将按压部130的按压力设置为100kgf至400kgf，并且在充电/放电循环为170次至200次时可以将按压部130的按压力设置为200kgf至500kgf。例如，当硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量为20wt％时，电池管理系统150可以考虑SoH或充电/放电循环的数量将用于按压电池单元110的按压部130的按压力设置为在0kgf至1000kgf的范围内。
因此，本公开的电池组100被配置为考虑到电池管理系统150获取的电池单元110的SoH、充电/放电循环和体积膨胀系数中的至少一个的状态信息增大按压部130的按压力或减小其按压力，使得可以有效地控制电池单元110根据电池单元110的SoH的肿胀现象。也就是说，本公开的电池组100具有电池单元110的体积膨胀随着电池单元110的SOH的减小而增大的趋势，并且因此电池管理系统150可以根据电池单元110的体积膨胀程度来增大按压部130的按压力，使得可以有效地抑制电池单元110的肿胀现象。因此，本公开的电池组100可以有效地延长电池单元110的寿命。
同时，返回参照图7和图8，与图5的电池组100相比，根据本公开的另一实施方式的电池组100的按压部130还可以包括具有气缸轴132a的电动气缸132。这里，弹性构件131可以连接到气缸轴132a的端部。另外，弹性构件131可以是例如弹簧。这里，电动气缸132可以具有电动马达(未示出)。
气缸轴132a可以通过电池管理系统150朝向电池单元110前进，以便按压弹性构件131。相反，气缸轴132a可以由电池管理系统150配置为在与朝向电池单元110的方向相反的方向上后退，以便释放对弹性构件131的压力。也就是说，当气缸轴132a通过电池管理系统150的控制朝向电池单元110前进时，用于按压电池单元110的弹性构件131的按压力可以增大。相反，当气缸轴132a通过电池管理系统150的控制而沿与朝向电池单元110的方向相反(远离电池单元)的方向后退时，用于按压电池单元110的弹性构件131的按压力可以减小。
因此，根据本公开的另一实施方式的电池组100包括由电池管理系统150控制的电动气缸132和连接到电动气缸132的气缸轴132a的端部的弹性构件131，使得电池管理系统150可以控制弹性构件131的按压力。因此，考虑到电池单元110的肿胀(膨胀)程度或电池单元110的SOH，本公开的电池组100可以适当地控制按压部130的按压力。
同时，参照图7和图8，在另一个实施方式中，传感器单元151还可以包括例如压力传感器151p。例如，如图8所示，电池管理系统150可以通过安装在模块外壳120内部的压力传感器151p来感测电池单元110的膨胀程度。例如，如图8所示，当两个或更多个电池单元110的体积膨胀时，压力传感器151p可以被定位在模块外壳120内部，以便与设置在多个电池单元110的层叠方向上的最外侧处的电池单元110接触。此时，压力传感器151p可以经由有线通信或无线通信向电池管理系统150发送通知电池单元110是否接触的信号。
同时，返回参照图8，当与图5的电池组100相比时，根据本公开的另一实施方式的电池组100还可以包括薄膜型的压力传感器151p。除了温度传感器151t、压力传感器151p和电动气缸132之外，图8的电池组100可以具有与图5的电池组100相同的部件。
例如，压力传感器151p可以是薄膜的形式。薄膜型的压力传感器151p可以被插入在电池单元110与弹性构件131之间。压力传感器151p可以被配置为感测由弹性构件131施加到电池单元110的按压力。例如，压力传感器151p可以具有根据施加到传感器的压力产生电力的压电元件。压力传感器151p可以经由导线电连接到电池管理系统150，以便将用于感测压力的电信号发送到电池管理系统150。
电池管理系统150可以被配置为根据由压力传感器151p测量的按压力来增大按压部130的按压力或减小按压部130的按压力。例如，基于由压力传感器151p测量的压力值，电池管理系统150可以调整按压部130按压电池单元110的适当的按压力。例如，当电动气缸132通过压力传感器151p测量电动气缸132按压电池单元110的按压力并且所测量的按压力低于可以抑制电池单元110的肿胀现象的预定按压力时，电池管理系统150可以使电动气缸132的气缸轴132a朝向电池单元110前进。相反，当所测量的按压力高于可以抑制电池单元110的肿胀现象的预定按压力时，电池管理系统150可以使电动气缸132的气缸轴132a沿远离电池单元110的方向后退。
因此，根据本公开的上述配置，本公开的电池组100还包括压力传感器151p，所述压力传感器151p被配置为感测由弹性构件131施加到电池单元110的按压力，使得通过电池管理系统150的控制，弹性构件131可以在适当的范围内施加按压力，这可以有效地抑制电池单元110的肿胀现象。因此，本公开的电池组100可以提前防止由于电池单元110的肿胀现象而导致的故障或事故，并且可以有效地增加电池组100的使用寿命。
图9是示意性地示出根据本公开的另一实施方式的电池组100的垂直剖视图。
参照图9，根据本公开的另一实施方式的电池组100与图9的电池组100的不同之处在于，包括被配置为在模块外壳120中可移动的可移动外壁W，并且弹性构件131的位置不同。图9中的电池组100的其他部件可以与图8中的电池组100的其他部件相同。
可移动外壁W可以被配置为支撑按压部130的弹性构件131。例如，参照图9，可移动外壁W可以被配置为支撑按压单元130的弹性构件131的一侧(右侧)。可移动外壁W可以被配置为沿朝向电池单元110的方向(电池单元所处的方向)或沿与朝向电池单元110的方向相反的方向可移动。例如，如图9所示，可移动外壁W可以是模块外壳120的部分侧壁(右壁)。可移动外壁W可以被配置为可在模块外壳120的内部空间中移动以容纳电池单元110。例如，如图9所示，可移动外壁W可以被配置为可在模块外壳120的内部空间中朝向电池单元110移动。可移动外壁W可以被配置为在模块外壳120的内部空间中沿远离电池单元110的方向可移动。
按压部130还可以包括被配置为移动可移动外壁W的电动气缸132A。电动气缸132A的气缸轴132a可以连接到可移动外壁W。电动气缸132A可以通过电池管理系统150的控制使气缸轴132a前进或后退。
电动气缸132A可以被定位在模块外壳120外部。例如，电动气缸132A可以被定位在模块外壳120的左侧或右侧上。例如，如图9所示，电动气缸132A的与气缸轴132a相反的一侧可以被固定到壁上。此时，电动气缸132A的气缸轴132a可以连接到模块外壳120的可移动外壁W。
电动气缸132A的气缸轴132a可以被配置为按压可移动外壁W，使得可移动外壁W朝向电池单元110移动。另选地，电动气缸132A的气缸轴132a可以被配置为后退，使得可移动外壁W沿与朝向电池单元110的方向相反的方向移动。
按压部130还可以包括插入在电池单元110与可移动外壁W之间的弹性构件131。弹性构件131可以被可移动外壁W按压。例如，当电动气缸132A的气缸轴132a通过电池管理系统150的控制朝向电池单元110前进时，可移动外壁W朝向电池单元110移动，并且弹性构件131可以通过可移动外壁W的移动而被压缩。因此，用于按压电池单元110的弹性构件131的按压力可以增大。
相反，当电动气缸132A的气缸轴132a通过电池管理系统150的控制沿远离电池单元110的方向后退时，可移动外壁W沿远离电池单元110的方向移动，并且可移动外壁W对弹性构件131的压缩量可以减小。因此，弹性构件131用于按压电池单元110的按压力可以减小。
因此，根据本公开的上述配置，由于按压部130的电动气缸132A被定位在模块外壳120的外部，所以当与电动气缸132被定位在模块外壳120内部(如图8的电池组100中)的情况相比时，本公开的电池组100可以确保用于容纳电池组100的电池单元110的更多内部空间。因此，本公开的电池组100可以有效地增加能量密度。
图10示意性示出了根据本公开实施方式的车辆300的示意图。
参照图10，根据本公开的实施方式的车辆300包括至少一个电池组100。本公开的车辆300可以包括被配置为将电池组100安装在其上部分中的车身。车辆300可以是例如混合动力车辆或电动车辆。在图10中，示出了车辆300作为示例，但是应当理解，使用电池组100的所有装置都包括在本公开的实施方式中。
同时，返回参照图1至图5，根据本公开的实施方式的用于制造电池组的方法是用于制造电池组100的方法，该方法包括制备具有正极114、隔膜115和负极116的至少一个电池单元110的步骤，该负极116包括具有至少一部分硅氧化物的负极活性材料。
本公开的用于制造电池组的方法包括将至少一个电池单元110容纳在形成于模块外壳120内部的内部空间中的步骤。
此外，本公开的用于制造电池组的方法包括以下步骤：安装按压部130，所述按压部130被配置为弹性地按压电池单元110以在对电池单元110进行充电和放电时防止电池单元110的体积变化，并且具有考虑到硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量的用于按压电池单元110的按压力。
因此，根据本公开的上述配置，由于包括具有根据硅氧化物相对于负极活性材料的总重量的含量设置的用于按压电池单元110的按压力的按压部130，因此可以抑制根据在对电池单元110进行充电和放电时发生的肿胀的特性的体积膨胀，使得与不考虑硅氧化物的含量的电池组相比，本公开的用于制造电池组的方法可以更有效地增加电池组100的寿命和稳定性。
在下文中，将通过测试示例描述根据负极活性材料中的硅氧化物的含量的电池单元的厚度和膨胀力的变化。
[示例1：电池单元的制造](SiOX的含量为负极活性材料总重量的5wt％)
将正极活性材料(Li[Ni，Co，Mn，Al]O2)(NCMA)、导电材料(炭黑)和粘合剂(聚偏二氟乙烯：PVDF)添加到作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，以制备正极活性材料浆料。将正极活性材料浆料施加到具有15μm厚度的正极集流器(铝薄膜)上并干燥、然后辊压以制造正极。
含量为负极活性材料、导电材料(炭黑)和粘结剂(聚偏二氟乙烯：PVDF)总重量的5wt％的石墨、无定形SiOX(0<x≤2)被添加到作为溶剂的NMP中，并且被混合以制备负极活性材料浆料。将负极活性材料浆料施加到厚度为10μm的负极集流器(铜薄膜)上并干燥、然后辊压以制造负极。
将正极、由三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)构成的隔膜和负极层压以制造电极组件。将所制备的电极组件容纳在袋中，向其中注入电解质以将电极组件浸渍在袋的容纳空间中，然后密封袋以制造电池单元。此时，通过将1.15M浓度的六氟磷酸锂(LiPF6)溶解在由碳酸亚乙酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯(EC/EMC/DEC的混合体积比为3/4/3)组成的有机溶剂中来制备电解质。
[实施方式2：电池单元的制造](SiOX的含量为负极活性材料总重量的10wt％)
正极活性材料(Li[Ni，Co，Mn，Al]O2)(NCMA)、导电材料(炭黑)和粘合剂(聚偏二氟乙烯:PVDF)被添加到作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，以制备正极活性材料浆料。正极活性材料浆料被施加到具有15μm厚度的正极集流器(铝薄膜)上并被干燥、然后辊压以制造正极。
含量为负极活性材料、导电材料(炭黑)和粘结剂(聚偏二氟乙烯：PVDF)总重量的10wt％的石墨、无定形SiOX(0<x≤2)被添加到作为溶剂的NMP中，并且被混合以制备负极活性材料浆料。负极活性材料浆料被施加到厚度为10μm的负极集流器(铜薄膜)上并被干燥、然后辊压以制造负极。
将所制造的正极、由厚度为14μm的多孔聚乙烯制成的隔膜和所制造的负极层叠以制造电极组件。将所制备的电极组件容纳在袋中，向其中注入电解质以将电极组件浸渍在袋的容纳空间中，并且然后密封袋以制造电池单元。此时，通过将1.15M浓度的六氟磷酸锂(LiPF6)溶解在由碳酸亚乙酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯(EC/EMC/DEC的混合体积比为3/4/3)组成的有机溶剂中来制备电解质。
[测试示例]
通过使用固定夹具将示例1和示例2的锂二次电池中的每一个固定到4nm扭矩，并且在45℃的温度下在气氛中在2.8V至4.2V的驱动电压范围内以充电电流(0.33C)和放电电流(0.33C)执行充电/放电循环200次。负载单元被安装作为压力测量单元，以测量由于二次电池在充电和放电期间的肿胀现象而引起的膨胀力。
然后，测量循环容量保持率(对应于SoH)、由于肿胀现象引起的电池单元的厚度变化量以及膨胀力，该循环容量保持率是在锂二次电池的200次充电/放电循环期间放电容量与初始容量的比率，并且测量结果在图11至图14中示出。
作为测试的结果，在示例1的第200次循环中，充电/放电循环的厚度位移从0.31mm变为0.15mm，容量保持率为91.2％，并且膨胀力的范围从498kgf变为233kgf。在示例2的第200次循环中，充电/放电循环的厚度位移从0.36mm变为0.15mm，容量保持率为91.3％，膨胀力的范围从530kgf变为210kgf。
当与硅氧化物的含量为5wt％的示例1相比时，可以看出，基于第200次循环的充电状态，硅氧化物的含量为10wt％的示例2的电池单元的厚度变化大了约16％并且膨胀力大了约6.42％。也就是说，通过测试结果，已经证实，当负极活性材料中的硅氧化物含量增加时，在充电期间电池单元的厚度变化和膨胀力较大。
此外，在本公开的电池组中，如测试示例的结果所示，可以根据负极活性材料的硅氧化物的含量考虑电池单元的膨胀力的变化方面来设置与膨胀力相对应的按压部的按压力。
尽管已经参照如上所述的有限附图描述了实施方式，但是本领域技术人员可以基于上述应用各种技术修改和变型。例如，即使所描述的技术以与所描述的方法的顺序不同的顺序执行，和/或诸如所描述的系统、结构、装置、电路等部件以与所描述的方法的形式不同的形式联接或组合，或者甚至被其他部件或等同物替换或代替，也可以实现适当的结果。
因此，权利要求的其他实现方式、其他实施方式和等同物也在所附权利要求的范围内。
[附图标记的描述]
100：电池组110：电池单元
111：单元壳体112：电极组件
113、113a、113b：电极接头、正极接头、负极接头
114、115、116：正极、隔膜、负极
117：电极引线118：绝缘膜
120：模块外壳130：按压部
131：弹性构件
132：电动气缸132a：气缸轴
140：缓冲垫
150：电池管理系统
151：传感器
151p 151t、151a、151v：压力传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器W：可移动外壁
300：车辆

Claims (10)

1.一种电池组，所述电池组包括：
至少一个电池单元，所述电池单元包括正极、隔膜和负极，所述负极包括具有至少一部分硅氧化物的负极活性材料；
模块外壳，所述模块外壳被配置为在其中容纳所述至少一个电池单元；以及
按压部，所述按压部被配置为弹性地按压所述电池单元以防止在对所述电池单元进行充电和放电时所述电池单元的体积变化，并且具有根据所述硅氧化物相对于所述负极活性材料的总重量的含量设置的用于按压所述电池单元的按压力。
2.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述按压部包括弹性构件，所述弹性构件被配置为沿与所述电池单元的体积膨胀的方向相反的方向按压所述电池单元。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述电池单元包括两个或更多个电池单元，并且所述电池组还包括缓冲垫，所述缓冲垫被插入在所述两个或更多个电池单元之间并且被配置为缓冲所述电池单元的体积膨胀。
4.一种电池组，所述电池组包括：
至少一个电池单元，所述电池单元包括正极、隔膜和负极，所述负极包括具有至少一部分硅氧化物的负极活性材料；
模块外壳，所述模块外壳被配置为在其中容纳所述至少一个电池单元；
按压部，所述按压部被配置为弹性地按压所述电池单元以防止在对所述电池单元进行充电和放电时所述电池单元的体积变化；
传感器单元，所述传感器单元被配置为获取关于所述电池单元的信息；以及
电池管理系统，所述电池管理系统被配置为基于由所述传感器单元获取的关于所述电池单元的信息来控制所述按压部以增大或减小所述按压部的按压力。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中，由所述传感器单元获取的关于所述电池单元的信息包括所述电池单元的健康状态(SoH)、充电/放电循环和体积膨胀系数中的至少一个的状态信息。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中，所获取的所述电池单元的状态信息是充电/放电循环，并且所述电池管理系统被配置为随着所述充电/放电循环的增加而增大所述按压部的按压力。
7.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述按压部还包括具有气缸轴的电动气缸和弹性构件，其中，所述气缸轴由所述电池管理系统配置为朝向所述电池单元前进以按压所述弹性构件，或者沿与朝向所述电池单元的方向相反的方向后退以释放对所述弹性构件的压力。
8.根据权利要求7所述的电池组，所述电池组还包括压力传感器，所述压力传感器被配置为感测由所述弹性构件施加到所述电池单元的按压力，其中，所述电池管理系统被配置为根据由所述压力传感器测量到的所述按压力来增大所述按压部的按压力或减小所述按压部的按压力。
9.根据权利要求5所述的电池组，其中，所述模块外壳包括可移动外壁，所述可移动外壁被配置为支撑所述按压部并且被配置为能够在朝向所述电池单元的方向上或在与朝向所述电池单元的方向相反的方向上移动，其中，所述按压部还包括：
电动气缸，所述电动气缸具有连接到所述可移动外壁的气缸轴；以及
弹性构件，所述弹性构件被插入在所述电池单元与所述可移动外壁之间，其中，所述电动气缸位于所述模块外壳外部，并且所述电动气缸的所述气缸轴被配置为按压所述可移动外壁，使得所述可移动外壁朝向所述电池单元移动或所述可移动外壁沿与朝向所述电池单元的方向相反的方向移动。
10.一种车辆，所述车辆包括至少一个根据权利要求1至9中的任一项所述的电池组。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6255970B2 (ja) * 2013-12-16 2018-01-10 日産自動車株式会社 電池システム
KR101741193B1 (ko) * 2014-11-28 2017-05-29 주식회사 엘지화학 배터리 팩
KR102079780B1 (ko) 2016-09-02 2020-02-20 주식회사 엘지화학 배터리 모듈용 스트랩, 이를 포함하는 배터리 모듈 및 스트랩 압착용 지그
JP6870586B2 (ja) 2017-11-15 2021-05-12 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池
JP2019114411A (ja) * 2017-12-22 2019-07-11 Tdk株式会社 電池パック及び組電池
KR20190091630A (ko) 2018-01-29 2019-08-07 두산공작기계 주식회사 로킹 너트 및 이를 포함하는 스위스 턴 타입 공작 기계의 스핀들 유닛
KR102639713B1 (ko) 2018-10-10 2024-02-22 현대자동차주식회사 배터리 팩
KR102217341B1 (ko) 2018-11-19 2021-02-18 주식회사 코캄 수냉식 냉각장치를 구비한 배터리 시스템 및 이를 위한 유량조절기구 어셈블리
JP2020145063A (ja) * 2019-03-06 2020-09-10 三菱自動車工業株式会社 バッテリーシステム
KR20210073898A (ko) * 2019-12-11 2021-06-21 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 모듈

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