JP2018530897A - 多孔性構造の冷却兼用緩衝部材を含む電池モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に密封されている構造の複数の電池セルが、相互の側面が接する状態で配列されてなっている電池セル積層体と、前記電池セル積層体の荷重を支持できるように前記電池セル積層体の下部に装着されており、前記電池セル積層体から充放電の過程で発生する熱を電池セル積層体の下部に放出できるように多孔性構造からなっている冷却兼用緩衝部材とを含むことを特徴とする電池モジュールを提供する。

Description

本出願は、２０１６年６月９日付韓国特許出願第１０−２０１６−００７１４７５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、多孔性構造の冷却兼用緩衝部材を含む電池モジュールに関する。

最近、モバイル機器に対する技術開発及び需要の増加によりエネルギ源として充放電が可能な２次電池の需要が急激に増加しており、それにつれ、多様な要求に応えられる２次電池に対する研究が多く行われている。また、２次電池は、化石燃料を使用する従来のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＬＵＧ−ＩＮ ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。

したがって、バッテリーだけで運行できる電気自動車（ＥＶ）、バッテリーと既存エンジンを併用するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などが開発されており、一部は商品化されている。ＥＶ、ＨＥＶなどの動力源としての２次電池は、主にニッケル水素金属（Ｎｉ−ＭＨ）２次電池が用いられているが、最近は高いエネルギ密度、高い放電電圧及び出力安定性を有するリチウム２次電池を用いる研究が盛んに行われており、一部は商品化段階にある。

このような２次電池が、自動車の動力源または電力貯蔵装置のように大容量を必要とするデバイスないし装置に用いられる場合、前記２次電池は、多数の電池セルが配列された構造の電池セルアセンブリないし電池モジュールの形態で用いられる。

一般に、このような電池セルアセンブリまたは電池モジュールは、前記デバイスないし装置の多様な運用環境において、前記電池セルアセンブリまたは電池モジュールを構成する電池セルの物理的損傷による性能低下及び安全性低下を防止できるように、電池セルの外面を囲むフレームまたはカートリッジによって構造的安定性を向上させる構造で用いられる。

また、前記電池セルアセンブリまたは電池モジュールは、充放電の過程で電池セルから発生する熱を冷却させるために、一側に冷却部材を結合させて電池セルから発生した熱を冷却部材に伝導して放出する。

図１には従来の電池モジュールの構造を部分的に示す垂直断面図を模式的に示されている。

図１を参照すると、電池モジュール１０は、電池セル１１、カートリッジ１２、セルカバー１３及び冷却プレート１４からなる。

電池セル１１は、２単位で側面が接した状態で配列されており、構造的に安定性を有するため、カートリッジ１２によって結合されている。電池セル１１及びカートリッジ１２は、セルカバー１３によって内蔵される構造からなる。

冷却プレート１４は、セルカバー１３の下端部に装着されている。

充放電の過程で電池セル１１から発生した熱は、矢印方向に沿ってカートリッジ１２及びセルカバー１３を経て冷却プレート１４に伝導され、冷却プレート１４の表面に沿って冷媒が流動して放熱する構造からなっている。

しかし、このような構造下では、設計要求事項に応じて熱伝達経路を形成及び変更することが制限される。また、カートリッジ、セルカバー及び冷却プレートを電池セルに結合する過程における作業所要及び工程時間が増加する問題がある。

したがって、このような問題点を根本的に解決できる技術に対する必要性が高い実情である。

本発明は、前記従来技術の問題点と過去から求められてきた技術的課題を解決することを目的とする。

具体的には、本発明の目的は、充放電の過程で電池セルから発生する熱を放出するための熱伝達経路の形成及び変更を容易にすることができ、電池モジュールの構造的安定性及び冷却構造を形成するのに必要な部材及び作業所要を最小化して電池モジュールの構造をコンパクトにし、かつ製造費用を節減できる電池モジュールを提供することにある。

このような目的を達成するための本発明による電池モジュールは、電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に密封されている構造の複数の電池セルが、相互の側面が接する状態で配列されて、なっている電池セル積層体と、前記電池セル積層体の荷重を支持できるように前記電池セル積層体の下部に装着されており、前記電池セル積層体から充放電の過程で発生する熱を電池セル積層体の下部に放出できるように、多孔性構造からなっている冷却兼用緩衝部材とを含む構造らなっていてもよい。

したがって、本発明による電池モジュールは、電池セル積層体の荷重を支持し、電池セル積層体から充放電の過程で発生する熱を電池セル積層体の下部に放出できるように電池セル積層体の下部に多孔性構造の冷却兼用緩衝部材を装着することによって、熱伝達経路の形成及び変更を容易にすることができ、かつ電池モジュールの構造的安定性を担保することができ、従来の電池モジュール構造に比べて電池モジュールの構造をコンパクトにすることができ、かつ製造費用を節減することができる。

本発明の一実施形態において、前記冷却兼用緩衝部材の上面は、前記電池セル積層体の下面形状に対応する形状からなっていてもよい。つまり、前記冷却兼用緩衝部材は、前記電池セル積層体の下面の表面積全体から熱が伝導されるように、電池セル積層体の一面に対応する形状からなり、電池セル積層体に装着されていてもよい。

一つの具体的として、垂直断面上の前記電池セル積層体の下面と冷却兼用緩衝部材の上面は、互に噛み合うジグザグ（zigzag）形状からなっていてもよい。

具体的には、前記冷却兼用緩衝部材は、電池セル積層体の荷重を支持し、外部衝撃及び振動を減衰させ、内部に冷媒が流動する空間を形成できるようにトラス（truss）構造からなっていてもよい。

前記トラス構造の一例として、前記冷却兼用緩衝部材は、前記電池セル積層体の下面に対応する六面体構造からなり、前記六面体構造は、多数の四角柱構造が結合してなるか、多数の多面体構造が結合してなってもよい。

また一つの具体的な例としては、前記冷却兼用緩衝部材は、前記電池セル積層体の下面の形状に関係なく、複数のばね構造が配列されて電池セル積層体の下面に装着されている構造からなっていてもよい。

前記冷却兼用緩衝部材の形状は、前記電池セル積層体を支持し得、冷媒が満たされる多孔性構造を形成できれば、前記形状に制限されない。

前記冷却兼用緩衝部材の具体的な例として、前記冷却兼用緩衝部材は、電池セル積層体の高さの３〜３０％の大きさからなっていてもよい。前記冷却兼用緩衝部材が、前記電池セル積層体の高さの３％未満の大きさで形成されている場合は、外部衝撃及び振動から前記電池セル積層体に加えられる外力を十分に緩和することができず、前記冷却兼用緩衝部材が前記電池セル積層体の高さの３０％を超過する大きさで形成されている場合は、電池モジュールの体積に対して電池容量を低下させる結果をもたらすため、コンパクトな構造の電池モジュール構造を達成できない。

前記冷却兼用緩衝部材は、電池セル積層体の荷重を支持し、電池セル積層体に加えられる外部衝撃または振動を減衰できるように弾性素材からなっていてもよい。

具体的には、前記冷却兼用緩衝部材は、高分子樹脂からなっていてもよい。前記高分子樹脂は、ゴムまたはプラスチック素材であり得るが、これに限定されない。

本発明の一実施形態において、前記電池セル積層体と冷却兼用緩衝部材との間の結合力を強固にし、熱伝導性を増進させるため、前記電池セル積層体と冷却兼用緩衝部材との間には接着部材が介在して結合されていてもよい。

本発明の一実施形態において、前記冷却兼用緩衝部材の多孔性構造によって形成されている中空部位には液状または固状冷媒が満たされていてもよい。前記冷媒によって電池セルからの熱伝導率をより向上させることができる。
前記冷媒は、熱伝導性高分子からなり、具体的には、ポリカーボネート系樹脂またはポリ

オレフィン系樹脂であり得るが、これに限られない。

前記冷媒は、中空部位に満たされた状態で硬化されている。前記冷媒が硬化されている構造下では、前記冷媒を前記冷却兼用緩衝部材内に持続的に位置させるための別途の部材を電池モジュール構成から排除し得る。

本発明の一実施形態において、前記電池セルは、パウチ型電池であり得る。

具体的には、前記電池セルは、正極、分離膜、負極積層構造の電極組立体が電極組立体の収納部が形成されている電池ケースに電解液と共に内蔵されており、前記電極組立体の収納部の外周辺には熱融着によってシーリング余剰部が形成されている構造からなっていてもよい。

前記電極組立体は、折りたたみ型構造、またはスタック型構造、またはスタック／折りたたみ型構造、またはラミネーション／スタック型構造からなっていてもよい。

前記折りたたみ型、スタック型、スタック／折りたたみ型、及びラミネーション／スタック型の電極構造について詳細に説明すると、次のとおりである。

まず、折りたたみ型構造の単位セルは、それぞれの金属集電体に電極活物質を含む合剤をコートした後、乾燥及びプレスしたシート形態の正極と負極との間に分離膜シートを位置させ、巻き取ることによって製造し得る。

スタック型構造の単位セルは、それぞれの金属集電体に電極合剤をコートした後、乾燥及びプレスした後に所定の大きさで切り取った正極板と負極板との間に前記正極板と負極板に対応する所定の大きさで切り取った分離膜を介在した後に積層することによって製造し得る。

スタック／折りたたみ型構造の単位セルは、正極と負極とが対面する構造であり、二つ以上の極板が積層されているユニットセルを二つ以上含み、重ならない形態で一つ以上の分離フイルムでユニットセルを巻き取ったり、またはユニットセルの大きさで分離フィルムを折り曲げてユニットセルの間に介在することによって製造され得る。

場合によっては、正極と負極とが対面する構造で、任意のユニットセルの間及び／または最外側ユニセルの外面に一つ以上の単一極板がさらに含まれ得る。

前記ユニットセルは、両側最外郭の極板が同一の電極を有するＳ型ユニットセルと、両側最外郭の極板が反対電極を有するＤ型ユニットセルであり得る。

前記Ｓ型ユニットセルは、両側最外郭の極板が正極であるＳＣ型ユニットセルと、両側最外郭の極板が負極であるＳＡ型ユニットセルであり得る。

ラミネーション／スタック型構造の単位セルは、それぞれの金属集電体に電極合剤をコートした後、乾燥及びプレスして所定の大きさで切り取った後、下部から順に負極、負極の上部に分離膜、それから正極、それからその上部に分離膜を積層して製造し得る。

前記電池ケースの一つの具体的な例として、前記電池ケースは優れた耐久性の樹脂外層、遮断性の金属層、及び熱溶融性の樹脂シーラント層を含むラミネートシートからなり、前記樹脂シーラント層が相互熱融着されるものであり得る。

前記樹脂外層は、外部環境に対する優れた耐性を有さなければならないので、所定以上の引張強度及び耐候性を有することが必要である。このような側面から外側樹脂層の高分子樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と延伸ナイロンフィルムが好ましく用いられ得る。

前記遮断性の金属層は、ガス、湿気など異物の流入ないし漏出を防止する機能の他に電池ケースの強度を向上させる機能を発揮できるように、好ましくはアルミニウムが用いられ得る。

前記樹脂シーラント層は、熱融着性（熱接着性）を有し、電解液の侵入を抑制するために吸湿性が低く、電解液によって膨張または侵食されないポリオレフィン（ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）系樹脂が好ましく用いられ得、さらに好ましくは無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）が用いられ得る。

前記電池セルの種類は、特に限定されないが、具体的な例として、高いエネルギ密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム２次電池であり得る。

一般に、リチウム２次電池は、正極、負極、分離膜、及びリチウム塩含有非水電解液で構成されている。

前記正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電剤及びバインダーの混合物を塗布した後に乾燥して製造され、必要に応じて前記混合物に充填剤をさらに添加することもある。

前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）などの層状化合物や１またはその以上の遷移金属に置換された化合物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２−ｘＯ_４（ここで、ｘは０〜０．３３である）、ＬｉＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_３、ＬｉＭｎＯ_２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ_２ＣｕＯ_２）；ＬｉＶ_３Ｏ_８、ＬｉＦｅ_３Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ_１−ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である）で表されるＮｉサイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２−ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である）またはＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土金属イオンに置換されたＬｉＭｎ_２Ｏ_４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ_２（ＭｏＯ_４）_３などが挙げられるが、これらだけに限定されない。

前記導電剤は、通常、正極活物質を含む混合物全体の重量を基準に１〜３０重量％添加される。このような導電剤は、当該電池に化学的変化を誘発せず、かつ導電性を有するものであれば、特に制限されず、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウイスキー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが用いられ得る。

前記バインダーは、活物質と導電剤などの結合及び集電体に対する結合に助力する成分として、通常、正極活物質を含む混合物全体の重量を基準に１〜３０重量％添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンテルポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。
前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に用いられ、当該電池に化学的変化を誘発せず、かつ繊維状材料であれば、特に制限されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が用いられる。

前記負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して製作され、必要に応じて前述したような成分が選択的にさらに含まれ得る。

前記負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ_２Ｏ_３（０≦ｘ≦１、ＬｉｘＷＯ_２（０≦ｘ≦１、Ｓｎ_ｘＭｅ_１−ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４、及びＢｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセンチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料などを用い得る。

前記分離膜及び分離フィルムは、正極と負極との間に介在され、高いイオン透過度及び機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が用いられる。一般に、分離膜の気孔直径は０．０１〜１０μｍであり、厚さは５〜１３０μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが用いられる。電解質としてポリマーなどの固体電解質が用いられる場合は、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。

また、一つの具体的な例において、電池の安全性向上のために、前記分離膜及び／または分離フィルムは、有／無機複合多孔性のＳＲＳ（Safety-Reinforcing Separators）分離膜であり得る。

前記ＳＲＳ分離膜は、ポリオレフィン系分離膜基材上に無機物粒子とバインダー高分子を活性層成分として用いて製造され、この時、分離膜基材自体に含まれた気孔構造と共に活性層成分である無機物粒子間の空き空間（interstitial volume）によって形成された均一な気孔構造を有する。

このような有／無機複合多孔性分離膜を用いる場合、通常の分離膜を用いる場合に比べて化成工程（Formation）時のスウェリング（swelling）による電池の厚さの増加を抑制できるという長所があり、バインダー高分子成分として液体電解液の含浸時にゲル化可能な高分子を用いる場合は、電解質としても同時に用いられ得る。

また、前記有／無機複合多孔性分離膜は、分離膜内の活性層成分である無機物粒子とバインダー高分子の含有量の調節によって優れた接着力特性を示し得るので、電池組立工程を容易に行い得る特徴がある。

前記無機物粒子は、電気化学的に安定していれば、特に制限されない。つまり、本発明で用い得る無機物粒子は、適用される電池の作動電圧範囲（例えば、Ｌｉ／Ｌｉ＋を基準に０〜５Ｖ）で酸化及び／または還元反応が起こらないものであれば特に制限されない。特に、イオン伝達能力を有する無機物粒子を用いる場合、電気化学素子内のイオン伝導度を高めて性能向上を図ることができるので、可能な限りイオン伝導度が高いものが好ましい。また、前記無機物粒子が高い密度を有する場合、コートする時に分散させることが困難であるだけではなく、電池製造時の重量増加の問題点もあるので、可能な限り密度が低いことが好ましい。また、誘電率が高い無機物の場合、液体電解質内の電解質塩、例えばリチウム塩の解離度の増加に寄与して電解液のイオン伝導度を向上させることができる。

リチウム塩含有非水電解液は、極性有機電解液とリチウム塩からなっている。電解液としては非水系液状電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが用いられる。

前記非水系液状電解液としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ホルム酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒が用いられ得る。

前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリアジテーションリシン（agitation lysine）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などが用いられ得る。

前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などが用いられ得る。

前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解されやすい物質として、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどが用いられ得る。

また、非水系電解液には充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（glyme）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加され得る。場合によっては、不燃性を付与するために四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含み得、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含み得る。

本発明はまた前記電池モジュールを一つ以上含むデバイスを提供する。

前記デバイスは、携帯電話機、ウェアラブル電子機器、携帯用コンピュータ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Light Electronic Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車及び電力貯蔵装置から選ばれるものであり得る。

これらデバイスの構造及びその製作方法は、当業界に公知されているので、本明細書ではそれに関する詳しい説明は省略する。

従来の電池モジュールの構造を部分的に示す垂直断面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールの構造を部分的に示す垂直断面図である。 本発明の他の一実施形態による冷却兼用緩衝部材の斜視図である。 本発明の他の一実施形態による冷却兼用緩衝部材の斜視図である。 本発明の他の一実施形態による冷却兼用緩衝部材の斜視図である。 本発明のまた他の一実施形態による電池モジュールの構造を部分的に示す垂直断面図である。

以下、本発明の実施形態による図面を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範疇はそれによって限定されない。

図２には本発明の一実施形態による電池モジュールの構造を部分的に示す垂直断面図が模式的に示されている。

図２を参照すると、電池モジュール１００は、電池セル積層体１１０及び冷却兼用緩衝部材１２０からなっている。

電池セル積層体１１０は、複数のパウチ型電池セル１１１の側面が接する状態で配列されて、なっている。

電池セル積層体１１０の下部には、電池セル積層体１１０の荷重を支持して充放電の過程で電池セル１１１から発生する熱を矢印方向に放出できるように、多孔性構造からなる冷却兼用緩衝部材１２０が装着されている。

冷却兼用緩衝部材１２０の上面は、電池セル積層体１１０の下面形状に対応する形状からなっており、具体的に、電池セル積層体１１０の下面と冷却兼用緩衝部材１２０の上面は、互いに噛み合うジグザグ形状からなっている。冷却兼用緩衝部材１２０は、電池セル積層体１１０の荷重を支持し、外部衝撃及び振動を減衰させ、内部に冷媒が流動する空間を形成できるようにトラス構造からなっている。

冷却兼用緩衝部材１２０は、電池セル積層体１１０の高さＨ１の３０％の大きさＨ２で形成されている。

図３には本発明の他の一実施形態による冷却兼用緩衝部材の斜視図が示されている。

図３を図２と共に参照すると、冷却兼用緩衝部材２２０は、電池セル積層体１１０の下面に対応する六面体構造からなっており、六面体構造は多数の四角柱構造が結合してなっている。

冷却兼用緩衝部材２２０の形状を除いた他の構造は、図２で説明した実施形態と同様であるため、これに関する説明は省略する。
図４には本発明の他の一実施形態による冷却兼用緩衝部材の斜視図が示されている。

図４を図２と共に参照すると、冷却兼用緩衝部材３２０は、電池セル積層体１１０の下面に対応する六面体構造からなっており、六面体構造は多数の多面体が結合してなっている。

冷却兼用緩衝部材３２０の形状を除いた他の構造は、図２で説明した実施形態と同様であるため、これに関する説明は省略する。

図５には本発明の他の一実施形態による冷却兼用緩衝部材の斜視図が示されている。

図５を参照すると、冷却兼用緩衝部材４２０は、電池セル積層体１１０の下面の形状と関係なく、複数のばね４２１が配列されて電池セル積層体１１０の下面に装着されている構造からなっている。

冷却兼用緩衝部材４２０の形状を除いた他の構造は、図２で説明した実施形態と同様であるため、これに関する説明は省略する。

図６には本発明のまた他の一実施形態による電池モジュールの構造を部分的に示す垂直断面図が示されている。

図６を参照すると、電池セル積層体２１０の下面には冷却兼用緩衝部材５２０が接着部材２３０によって電池セル積層体２１０に結合されており、接着部材２３０によって電池セル積層体２１０と冷却兼用緩衝部材５２０との間の結合力を強固にし、熱伝導性を増進させることができる。

電池セル積層体２１０からの熱伝導率をより向上させるように、冷却兼用緩衝部材５２０の多孔性構造によって形成されている中空部位には熱伝導性高分子からなっている冷媒６００が満たされて硬化されている。

電池セル積層体２１０から発生した熱は矢印方向に沿って放熱される。

本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形を行うことが可能であろう。

以上説明したとおり、本発明による電池モジュールは、電池セル積層体の荷重を支持し、電池セル積層体から充放電の過程で発生する熱を電池セル積層体の下部に放出できるように電池セル積層体の下部に多孔性構造の冷却兼用緩衝部材を装着することによって、熱伝達経路の形成及び変更を容易にすることができ、かつ電池モジュールの構造的安定性を担保することができ、また従来の電池モジュール構造に比べて電池モジュール構造をコンパクトにすることができ、かつ製造費用を節減することができる。

１０ 電池モジュール
１１ 電池セル
１２ カートリッジ
１３ セルカバー
１４ 冷却プレート
１００ 電池モジュール
１１０ 電池セル積層体
１１１ 電池セル
１２０ 冷却兼用緩衝部材
２１０ 電池セル積層体
２２０ 冷却兼用緩衝部材
２３０ 接着部材
３２０ 冷却兼用緩衝部材
４２０ 冷却兼用緩衝部材
５２０ 冷却兼用緩衝部材
６００ 冷媒

Claims (5)

1. 電極組立体が電解液と共に電池ケースの内部に密封されている構造の複数の電池セルが、相互の側面が接する状態で配列されて、なっている電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体の荷重を支持できるように前記電池セル積層体の下部に装着されており、前記電池セル積層体から充放電の過程で発生する熱を電池セル積層体の下部に放出できるように多孔性構造からなっている冷却兼用緩衝部材と、
   を含むことを特徴とする電池モジュール。
2. 前記冷却兼用緩衝部材の上面は、前記電池セル積層体の下面形状に対応する形状からなっていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記冷却兼用緩衝部材は、トラス（truss）構造からなっていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記冷却兼用緩衝部材は、電池セル積層体の荷重を支持し、電池セル積層体に加えられる外部衝撃または振動を減衰できるように弾性素材からなっていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
5. 前記冷却兼用緩衝部材の多孔性構造によって形成されている中空部位には液状または固状冷媒が満たされていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。

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