JP2021174765A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの温度偏差を最小化することができる電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の実施例による電池モジュールは、複数個の電池セルが積層される電池セル積層体と、上記電池セル積層体の一面に配置される熱伝導部材と、を含み、上記熱伝導部材は、多孔質絶縁層と、上記多孔質絶縁層の表面に配置される伝導層と、を含むことができる。【選択図】図６ｄ

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

二次電池は、一次電池とは異なり、充電及び放電が可能であるため、デジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、ハイブリッド自動車などのような様々な分野に適用されることができる。二次電池としては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−メタルハイドライド電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池などを挙げることができる。

かかる二次電池の中でも、高エネルギー密度及び放電電圧を有するリチウム二次電池に対する多くの研究が進行しつつある。最近、リチウム二次電池は、柔軟性を有するポーチ型（ｐｏｕｃｈｅｄ ｔｙｐｅ）の電池セルで製造され、複数個を連結して、モジュールの形で構成して使用されている。

電池モジュールは、複数個が結合し、電池パックとして製造される。ところが、従来の場合には、電池モジュールのエネルギー密度を高めるために、電池セルの下部でのみ冷却が行われていた。そのため、従来の電池モジュールには、急速充電時に電池セル内部の温度偏差が非常に大きくなるという問題がある。

かかる温度偏差は、電池セルの寿命を短くさせる要因として作用している。

本発明の目的は、電池セルの温度偏差を最小化することができる電池モジュールを提供することである。

本発明の実施例による電池モジュールは、複数個の電池セルが積層される電池セル積層体と、上記電池セル積層体の一面に配置される熱伝導部材と、を含み、上記熱伝導部材は、多孔質絶縁層と、上記多孔質絶縁層の表面に配置される伝導層と、を含むことができる。

本実施例において、上記多孔質絶縁層は、水素結合が可能な第１高分子セグメントと、ポリオール構造の第２高分子セグメントと、を含む共重合体高分子で形成されることができる。

本実施例において、上記第１高分子セグメントは、芳香族ウレタン又は芳香族尿素の結合を含むことができる。

本実施例において、上記第２高分子セグメントは、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリプロピレングリコール、ポリカーボネートジオール、ポリカプロラクトンジオール、及びエチレン−プロピレングリコール共重合体からなる群より選択された１種以上の脂肪族ポリオールを含むことができる。

本実施例において、上記伝導層は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＦｅからなる群より選択されたいずれか１つ以上の材料、又はこれらの合金で形成されることができる。

本実施例において、上記伝導層は、炭素棒、球状炭素、カーボンナノチューブ、及びグラフェンからなる群より選択されたいずれか１つ以上の材料で形成されることができる。

本実施例において、上記電池セルは、電極組立体と、上記電極組立体を収容し、且つ上記電池セルの外形を形成するポーチと、を含み、上記ポーチは、上記電極組立体を収容する収容部と、上記収容部の外側に形成されるシール部と、を含み、上記熱伝導部材は、その厚さが上記シール部の厚さよりも厚く形成されることができる。

本実施例において、上記多孔質絶縁層は、内部に複数個の空隙を含むか、又は上記多孔質絶縁層を厚さ方向に貫通する貫通孔を含むことができる。

本実施例において、上記伝導層は、上記貫通孔の外部に配置される上記多孔質絶縁層の表面に沿って配置される第１伝導層と、上記貫通孔の内部表面に沿って配置され、上記第１伝導層と連結される第２伝導層と、を含むことができる。

本実施例において、上記電池セル積層体の一面と対面するように配置される第１プレートと、上記電池セル積層体の他の一面と対面するように配置される第２プレートと、をさらに含み、上記熱伝導部材は、上記電池セル積層体と上記第２プレートの間に配置されることができる。

本実施例において、上記電池セルは、電極組立体と、上記電極組立体を収容し、且つ上記電池セルの外形を形成するポーチと、を含み、上記ポーチは、上記電極組立体を収容する収容部と、上記収容部の外側に形成されるシール部と、を含み、上記熱伝導部材は、上記収容部及び上記シール部が形成される表面に沿って複数個の上記電池セルに付着することができる。

本実施例において、上記シール部は、一面が上記収容部の一面と向かい合うように配置され、他面が上記第２プレートと向かい合うように配置され、上記熱伝導部材は、上記シール部の他面に配置される第１熱伝導部材と、上記シール部の一面に配置される第２熱伝導部材と、上記シール部の一面と向かい合う上記収容部の一面に配置される第３熱伝導部材と、を含み、上記第１〜第３熱伝導部材は、厚さ方向に圧縮されて上記第２プレートと上記電池セル積層体の間に配置されることができる。

本実施例において、上記熱伝導部材は厚さ方向の収縮率が９０％以下であることができる。

本実施例において、上記熱伝導部材の厚さは１００μｍ〜５００μｍであることができる。

本実施例において、上記第２プレートに結合する冷却装置をさらに含むことができる。

本実施例において、上記熱伝導部材は厚さ方向の伸び率が１０％以下であることができる。

本発明の実施例による電池モジュールは、電池セルの上部に集中する熱が熱伝導部材を介して迅速に放熱部材に放出されることができる。これにより、電池セルの速い冷却が可能となり、電池セルの温度偏差を最小化することができる。

本発明の実施例による電池モジュールを概略的に示す斜視図である。 図１に示された電池モジュールの分解斜視図である。 図２の電池セルを拡大して示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図である。 本発明の実施例による熱伝導部材を模式的に示す断面図である。 第２プレートが第１プレートと結合する過程を示す図である。 第２プレートが第１プレートと結合する過程を示す図である。 第２プレートが第１プレートと結合する過程を示す図である。 第２プレートが第１プレートと結合する過程を示す図である。 本発明の他の実施例による電池セル積層体の断面図である。

本発明の詳細な説明に先立ち、以下で説明される本明細書及び特許請求の範囲で用いられる用語や単語は、通常的又は辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するための用語の概念に適切に定義することができる原則に立脚して、本発明の技術的思想に符合する意味及び概念に解釈されるべきである。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替することができる様々な均等物及び変形例があり得ることを理解しなければならない。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。このとき、添付された図面において、同一の構成要素は、可能な限り同一の符号で示している点に注意しなければならない。また、本発明の要旨を不明にする可能性がある公知の機能及び構成についての詳細な説明は省略する。同様の理由から、添付図面において、いくつかの構成要素は誇張又は省略されたり、又は概略的に示されており、各構成要素のサイズが実際のサイズを完全に反映するものではない。

例えば、本明細書において、上側、上部、下側、下部、側面などの表現は、図面の図示を基準に説明したものであり、該当対象の方向が変更されると異なって表現されることができる点を予め明らかにしておく。

図１は本発明の実施例による電池モジュールを概略的に示す斜視図であり、図２は図１に示された電池モジュールの分解斜視図であり、図３は図２の電池セルを拡大して示す斜視図であり、図４は図１のＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面図であり、図５は本発明の実施例による熱伝導部材を模式的に示す断面図である。

図１〜図５を参照すると、本実施例の電池モジュール１００は、電池セル積層体１、ケース３０、絶縁カバー７０、側面カバー６０、熱伝達層９０、及び熱伝導部材８０を含むことができる。

電池セル積層体１は、図３に示された電池セル１０を複数個積層して形成する。本実施例において、電池セル１０は、左右方向（又は水平方向）に積層される。しかし、必要に応じて、上下方向に積層するように構成することも可能である。

電池セル１０はそれぞれ、ポーチ型（ｐｏｕｃｈｅｄ ｔｙｐｅ）二次電池であってもよく、電極リード１５が外部に突出した構造を有することができる。

電池セル１０は、ポーチ１１内に電極組立体（不図示）が収容された形で構成されることができる。

電極組立体は、複数個の電極板及び電極タブを備え、ポーチ１１内に収納される。ここで、電極板は、陽極板及び陰極板で構成され、電極組立体は、かかる陽極板及び陰極板がセパレータを間に挟んで広い面が向かい合う形になるように積層された形で構成されることができる。

陽極板及び陰極板は、集電体に活物質スラリーが塗布された構造として形成される。一般に、スラリーは、溶媒が添加された状態で粒状の活物質、補助導体、バインダー、及び可塑剤などが撹拌されて形成されることができる。

また、電極組立体には、複数個の陽極板と複数個の陰極板が上下方向に積層される。このとき、複数個の陽極板及び複数個の陰極板にはそれぞれ、電極タブが備えられ、互いに同一の極性同士が接触し、同一の電極リード１５に連結されることができる。

本実施例において、電極リード１５は、２つが互いに反対方向を向くように配置されることができる。

ポーチ１１は、容器状に形成されて電池セル１０の外形を形成し、電極組立体及び電解液（不図示）が収容される内部スペースを提供することができる。このとき、電極組立体の電極リード１５は、一部がポーチ１１の外部に露出することができる。

ポーチ１１は、シール部２０２と収容部２０４に区分されることができる。

収容部２０４は、容器状に形成されて四角状の内部スペースを提供することができる。また、収容部２０４の内部スペースには、電極組立体及び電解液が収容されることができる。

シール部２０２は、ポーチ１１の一部が接合されて収容部２０４の周囲を密封する部分である。これにより、シール部２０２は、容器状に形成される収容部２０４から外部に拡張されるフランジ状に形成される。結果として、シール部２０２は、収容部２０４の外側に沿って配置されることができる。

ポーチ１１との接合には、熱融着方法が用いられることができるが、これに限定されない。

また、本実施例において、シール部２０２は、電極リード１５が配置される第１シール部２０２１と、電極リード１５が配置されない第２シール部２０２２とに区分されることができる。

本実施例において、ポーチ１１は、一枚の外装材を成形（ｆｏｒｍｉｎｇ）して形成することができる。より具体的には、一枚の外装材に１つ又は２つの収納部を成形して形成した後、収納部が１つのスペース（すなわち、収容部）を形成するように外装材を折り畳むことでポーチ１１を完成することができる。

本実施例において、収容部２０４は、正方状に形成されることができる。そして、収容部２０４の外側には、外装材が接合されて形成されるシール部２０２が備えられる。これにより、本実施例の電池セル１０は、外装材が折り畳まれる面にシール部２０２を形成する必要がない。したがって、本実施例において、シール部２０２は、収容部２０４の外側を形成する４面のうち３面にのみ備えられ、収容部の外側のうちいずれか一面（図３に示される下部面）にはシール部が配置されない。

本実施例において、電極リード１５は、互いに反対方向を向くように配置されることから、２つの電極リード１５は、互いに異なる辺に形成されるシール部２０２に配置されることができる。したがって、本実施例のシール部２０２は、電極リード１５が配置される２つの第１シール部２０２１、及び電極リード１５が配置されない１つの第２シール部２０２２で構成されることができる。

また、本実施例において、電池セル１０は、シール部２０２の接合信頼性を向上させるとともに、シール部２０２のモジュールにおいてシール部が占める体積を最小化するために、少なくとも一度折り畳まれた形にシール部２０２を構成することができる。

より具体的には、本実施例による電池セル１０は、シール部２０２のうち電極リード１５が配置されない第２シール部２０２２だけ２回折り畳まれるように構成することができる。

第２シール部２０２２は、電池セルの面積を減らす方向に折り畳まれることができる。例えば、本実施例において、第２シール部２０２２が折り畳まれる線である折曲線Ｃ１、Ｃ２は、収容部２０４の外側と並んで配置され、第２シール部２０２２は、折曲線Ｃ１、Ｃ２に沿って第２シール部２０２２の少なくとも一部が重なる形に折り畳まれることができる。これにより、少なくとも一度折り畳まれた第２シール部２０２２は全体的に同一の幅を有することができる。

第２シール部２０２２は、図３に示された第２折曲線Ｃ２に沿って１８０°折り畳まれた後、再び第１折曲線Ｃ１に沿って９０°に折り畳まれることができる。

このとき、第２シール部２０２２の内部には接着部材１７が充填されることができる。これにより、第２シール部２０２２は、接着部材１７によって２回折り畳まれた形状が維持されることができる。接着部材１７は、熱伝導率が高い接着剤で形成されることができる。例えば、接着部材１７は、エポキシやシリコンで形成されることができるが、これに限定されるものではない。

本実施例において、接着部材１７は、後述する熱伝達層９０と同一又は異なる材料で形成されることができる。

このように構成される電池セル１０は、充電及び放電が可能な電池であってもよく、具体的には、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池又はニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池であることができる。

電池セル１０は、後述するケース３０内に垂直に立てられて左右方向に積層配置される。そして、積層配置される電池セル１０の間、及び電池セル積層体１とケース３０の間には、少なくとも一つの緩衝パッド（不図示）が配置されることができる。

緩衝パッドは、１つ又は複数個が電池セル１０の収容部２０４の間に配置されることができる。

緩衝パッドは、特定の電池セル１０が膨張した場合には圧縮されて弾性変形する。これにより、電池セル積層体１の全体積が膨張することを抑制することができる。このために、緩衝パッドは、ポリウレタン製のフォーム（ｆｏａｍ）で構成されることができるが、これに限定されるものではない。また、緩衝パッドは、電池セルのエネルギー密度を高めるために省略されることができる。

ケース３０は、電池モジュール１００の外形を規定し、複数個の電池セル１０の外部に配置されて外部環境から電池セル１０を保護することができる。同時に、本実施例のケース３０は、電池モジュールの放熱部材としても用いられることができる。

本実施例のケース３０は、電池セル積層体１の一側に配置される第１プレート５０と、電池セル１０の他側に配置される第２プレート４０と、電池セル１０の電極リード１５が配置される側面に配置される側面カバー６０と、を含むことができる。

第１プレート５０は、電池セル積層体１の下部に配置されて電池セル積層体１の下部面を支持する下部プレート５２と、電池セル積層体１において電池セル１０の収容部２０４が露出する側面を支持する側面プレート５８と、を含むことができる。しかし、必要に応じて、側面プレート５８及び下部プレート５２を独立した構成要素で構成することも可能である。

側面プレート５８は、下部プレート５２の両側から延長されて形成され、左右方向に積層配置された電池セル積層体１の両側面に配置される電池セル１０を支持することができる。

電池セル１０を堅固に支持するために、側面プレート５８は、電池セル１０の収容部２０４に直接接触するように構成されることができる。しかし、これに限定されず、側面プレート５８と収容部２０４の間に放熱パッドや緩衝パッドなどを介在させるなど、必要に応じて、様々な変形が可能である。

このように構成される第１プレート５０は、金属のような熱伝導性が高い材料で構成されることができる。例えば、第１プレート５０は、アルミニウムで構成されることができる。しかし、これに限定されるものではなく、金属ではなくても、金属と同様の熱伝導性を有する材料であれば様々な材料が用いられることができる。

第２プレート４０は、電池セル積層体１の上部に配置されて電池セル積層体１の上面と対面するように配置される。また、第２プレート４０は、平らな板状で設けられ、第１プレート５０の側面プレート５８の上端に締結されることができる。これにより、第２プレート４０が第１プレート５０に締結されると、第２プレート４０及び第１プレート５０は、内部が空いた管状部材の形状を有することができる。

第２プレート４０は、第１プレート５０と同様に、熱伝導性が高い材料で構成されることができる。具体的には、第２プレート４０は、金属などの材料で構成されることができ、より具体的には、アルミニウムで構成されることができる。しかし、これに限定されるものではなく、より高い熱伝導性を有する材料であれば、本発明の目的の範囲内で様々な材料を用いることができる。

第１プレート５０及び第２プレート４０は溶接などの方法で結合することができる。しかし、これに限定されるものではなく、スライド法で結合するか、又はボルトやネジなどの固定部材を用いて結合するなど様々な変形が可能である。

側面カバー６０は、電池セル１０の電極リード１５が配置される両側面にそれぞれ結合することができる。

図２に示すように、側面カバー６０は、第１プレート５０及び第２プレート４０に結合され、第１プレート５０及び第２プレート４０とともに電池モジュール１００の外面を構成することができる。

側面カバー６０は、樹脂のような絶縁性材料で形成されることができ、後述する絶縁カバー７０の接続端子７２を外部に露出させるための貫通孔６２を備えることができる。

側面カバー６０は、ネジやボルトのような固定部材を介して第１プレート５０及び第２プレート４０に結合することができる。しかし、これに限定されるものではない。

側面カバー６０と電池セル積層体１の間には、絶縁カバー７０が介在することができる。

絶縁カバー７０は、電池セル１０の電極リード１５が配置される一面に結合することができる。したがって、電極リード線１５は、絶縁カバー７０を貫通して絶縁カバー７０の外側において相互連結されることができる。このために、絶縁カバー７０には、電極リード１５が挿入配置される複数個の貫通孔７３が備えられることができる。

また、絶縁カバー７０には、電池セル１０を外部と電気的に連結するための接続端子７２が備えられることができる。接続端子７２は、側面カバー６０に形成される貫通孔６２を介して外部に露出することができる。これにより、側面カバー６０の貫通孔６２は、接続端子７２のサイズ及び形状に対応する形状に形成されることができる。

本実施例において、接続端子７２は、導電性部材で構成され、少なくとも一つのバスバー８６に電気的に連結されるか、又は少なくとも一つのバスバー８６に接合することができる。

また、絶縁カバー７０は、回路基板（例えば、ＰＣＢ）と、回路基板に実装される複数個の電子素子と、を含むことができる。これにより、電池セル１０の電圧をセンシングする機能を行うことができる。

バスバー８６は、金属板の形で形成されて絶縁カバー７０の外部面に結合することができる。電池セル１０は、バスバー８６を介して相互間に電気的に連結され、バスバー８６及び接続端子７２を介して電池モジュールの外部要素と電気的に連結されることができる。

このために、バスバー８６には、電極リード１５が挿入配置される複数個の貫通孔８７が備えられ、電極リード１５は、バスバー８６の貫通孔８７に挿入された後、溶接などの方法を介してバスバー８６に接合することができる。これにより、電極リード１５の先端は、少なくとも一部がバスバー８６を完全に貫通してバスバー８６の外部に露出することができる。

本実施例において、接続端子７２がバスバー８６とは別に製造される部材で構成されるが、これに限定されず、接続端子７２をバスバー８６と一体に構成することも可能である。例えば、バスバー８６の一側を部分的に突出形成した後、これを折り曲げて接続端子７２として用いるなど様々な変形が可能である。

電池セル積層体１の下面と第１プレート５０の間には熱伝達層９０が配置されることができる。

熱伝達層９０は、電池セル１０で発生する熱を迅速にケース３０に伝達することができる。このために、熱伝達層９０は、高い熱伝導率を有する物質で構成されることができる。例えば、熱伝達層９０は、サーマルグリース（Ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒｅａｓｅ）、熱伝導性接着剤（Ｔｈｅｒｍａｌ ａｄｈｅｓｉｖｅ）、エポキシ樹脂、及び放熱パッドのうちいずれか１つで形成されることができるが、これに限定されるものではない。

熱伝達層９０は、パッドの形でケース３０の内部面に配置したり、液状又はゲル（ｇｅｌ）状でケース３０の内部面に塗布して形成することができる。

本実施例において、熱伝達層９０は、高い絶縁性を有し、例えば、絶縁耐力（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が１０〜３０ＫＶ／ｍｍの範囲である物質が用いられることができる。

これにより、本実施例による電池モジュール１００は、電池セル１０において部分的に絶縁が破壊されても、電池セル１０の周辺に配置される熱伝達層９０によって電池セル１０とケース３０の間の絶縁が維持されることができる。

また、熱伝達層９０は、電池セル１０とケース３０の間のスペースを充填する形で配置されるため、電池モジュール１００の全体的な剛性も補強することができる。

一方、本実施例では、電池セル１０の下部にのみ熱伝達層９０を配置する場合を例に挙げて説明する。しかし、本発明の構成がこれに限定されるものではなく、必要に応じて、電池セル積層体１と側面プレート５８の間に熱伝達層９０をさらに配置するなど様々な変形が可能である。

本実施例の電池モジュール１００は、下部プレート５２及び第２プレート４０を介して外部に熱を放出することができる。したがって、下部プレート５２及び第２プレート４０は、熱を外部に放出する放熱部材として機能することができる。

このために、本実施例による電池モジュール１００は、電池セル積層体１と第２プレート４０の間に熱伝導部材８０が配置されることができる。

熱伝導部材８０は、多孔質絶縁層８２及び伝導層８５を含むことができる。

多孔質絶縁層８２の内部には、複数個の空隙８３が形成されることができる。また、上記空隙８３は、複数個が連結されて、多孔質絶縁層８２を厚さ方向に貫通する貫通孔８４を形成することができる。かかる貫通孔８４は、多孔質絶縁層８２の全体において均等に配置されることができる。

ここで、厚さ方向とは、シートの形で設けられる熱伝導部材又は多孔質絶縁層８２の広い両面を貫通する方向を意味することができる。したがって、上記した両面に直交する方向だけでなく、上記した両面を斜めに貫通する方向も含むことができる。

一実施例によると、伝導層８５は、熱伝導率が高い物質で形成され、多孔質絶縁層８２の表面全体に配置されることができる。より具体的には、伝導層８５は、多孔質絶縁層８２の広い両面、すなわち、貫通孔８４の外側表面に配置される第１伝導層８５ｂと、貫通孔８４の内部表面に配置される第２伝導層８５ａと、を含むことができる。貫通孔８４の内部表面に配置される第２伝導層８５ａは、多孔質絶縁層８２の両面に配置される第１伝導層８５ｂを相互連結することができる。

かかる伝導層８５を介して、本実施例の熱伝導部材８０は、高い熱伝導率を提供することができる。これにより、電池セル１０で発生した熱は、伝導層８５を介して第２プレート４０に迅速に伝達することができる。

一実施例によると、多孔質絶縁層８２は、伸縮可能なポリマー材料で構成されることができる。これにより、熱伝導部材８０は、高い圧縮率及び伸縮性を提供することができる。

したがって、電池セル積層体１と第２プレート４０の間に熱伝導部材８０が配置される場合、熱伝導部材８０は、電池セル積層体１と第２プレート４０の間のスペース全体を充填することができる。

多孔質絶縁層８２としては、水素結合が可能な第１高分子セグメントと、ポリオール構造の第２高分子セグメントと、を含む共重合体高分子が用いられることができる。

ここで、第１高分子セグメントは、芳香族ウレタン又は芳香族尿素の結合を含み、第２高分子セグメントは、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリプロピレングリコール、ポリカーボネートジオール、ポリカプロラクトンジオール、及びエチレン−プロピレングリコール共重合体からなる群より選択された１種以上の脂肪族ポリオールを含むことができる。

伝導層８５は、金属又は導電性炭素で形成されたものであってもよい。

伝導層８５の形成に用いられる金属としては、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＦｅからなる群より選択されたいずれか１つ以上又はこれらの合金が用いられることができる。また、導電性炭素の場合には、炭素棒（ｃａｒｂｏｎ ｒｏｄ）、球状炭素、カーボンナノチューブ、グラフェンなどからなる群より選択されたいずれか１つ以上の材料が用いられることができる。

熱伝導部材８０は、電池セル１０の第２シール部２０２２側に配置されることができる。より具体的には、図５に示すように、第２シール部２０２２が配置される電池セル１０の一側面全体に配置されることができ、収容部２０４及び第２シール部２０２２が形成される表面に沿って第２シール部２０２２を包み込む形で電池セル１０に付着することができる。これにより、電池セル１０で発生した熱は、第２シール部２０２２が配置された電池セル１０の一面全体を介して熱伝導部材８０及び第２プレート４０に伝達されることができる。

一方、後述する電池モジュール１００の製造過程のうち第２プレート４０を第１プレート５０と結合する過程において、熱伝導部材８０は、第２プレート４０によって加圧されることができる。上述のように、本実施例の熱伝導部材８０は、伸縮可能な多孔質絶縁層８２を含むため、第２プレート４０が熱伝導部材８０を加圧するようになると、熱伝導部材８０が圧縮されて弾性変形することができる。

このように構成される本実施例の電池モジュールは、上述した熱伝導部材８０を含むことにより、熱伝導性だけでなく、高い伸縮性を確保することができる。これにより、電池セル積層体１と第２プレート４０の間のスペースに熱伝導部材８０が隙間なく充填されることができ、熱伝導効果を最大化することができる。

また、上記伝導層８５は、多孔質絶縁層８２の外部表面だけでなく、多孔質絶縁層８２の貫通孔の内部表面にも第２伝導層８５ａが配置されて多孔質絶縁層８２の外部表面に配置される第１伝導層８５ｂを相互連結するため、高い熱伝導性を提供することができる。これにより、熱伝導部材８０の一面に付着する電池セル１０で発生した熱は、伝導層８５を介して第２プレート４０に迅速に伝達されることができる。

図６ａ〜図６ｄは、第２プレートが第１プレートと結合する過程を示す図であって、熱伝導部材８０が弾性変形する過程を順に示す図である。

先ず、図６ａに示すように、電池セル積層体１の一面に熱伝導部材８０を付着する。熱伝導部材８０は、第２シール部２０２２及び収容部２０４の一面が形成する表面に沿って付着されることができる。

一実施例において、熱伝導部材８０は、シート（Ｓｈｅｅｔ）の形で設けられ、電池セル積層体１に付着することができる。また、図５に示すように、熱伝導部材８０は、多孔質絶縁層８２に全体的に配置される複数個の貫通孔８４と、各貫通孔８４の内壁及び多孔質絶縁層８２の両面に配置される伝導層８５と、を含む。

次に、図６ｂに示すように、第２シール部２０２２を収容部２０４の一面と並列するように折り畳むことができる。このとき、熱伝導部材８０は、一定の厚さで圧縮されることができる。

説明の便宜のために、熱伝導部材８０は、第２シール部２０２２の表面に配置される第１及び第２熱伝導部材８０ａ、８０ｂと、収容部２０４の表面に配置される第３及び第４熱伝導部材８０ｃ、８０ｄとに区分して説明する。第１熱伝導部材８０ａ及び第２熱伝導部材８０ｂは、第２シール部２０２２の互いに異なる面にそれぞれ配置され、第３熱伝導部材８０ｃ及び第４熱伝導部材８０ｄは、第２シール部２０２２を境界に区分されることができる。

次に、第２プレート４０を第１プレートに結合する。

図６ｃに示すように、第２プレート４０は、第２シール部２０２２の他面に配置される第１熱伝導部材８０ａに先に接触した後、第１熱伝導部材８０ａを加圧することができる。

このとき、第２シール部２０２２の一面は収容部２０４の一面と向かい合うように配置され、第２シール部２０２２の他面は第２プレート４０と向かい合うように配置される。また、第２シール部２０２２の他面に配置される第１熱伝導部材８０ａは、第２プレート４０と接触するようになり、第２シール部２０２２の一面に配置される第２熱伝導部材８０ｂは、第３熱伝導部材８０ｃと重なる形に配置される。

これにより、第２プレート４０で第１熱伝導部材８０ａを加圧すると、第１熱伝導部材８０ａとともに第２シール部２０２２の一面に配置される第２熱伝導部材８０ｂ及び第３熱伝導部材８０ｃも厚さ方向に圧縮されることができる。

次に、第２プレート４０が第１プレート５０と完全に結合すると、図６ｄに示すように、第２プレート４０は、収容部２０４の一面に配置される第４熱伝導部材８０ｄとも接触するようになる。これにより、第２プレート４０は、第１熱伝導部材８０ａ及び第４熱伝導部材８０ｄにともに接触し、第１〜第３熱伝導部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃは加圧されて弾性変形された状態を維持するようになる。

一実施例によると、熱伝導部材８０は、厚さ方向の収縮率が９０％以下で構成される。すなわち、圧縮される前の厚さに対して１／１０の厚さまで圧縮されることができる。したがって、第１〜第３熱伝導部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃが重なった状態で圧縮されても、第４熱伝導部材８０ｄの厚さよりも小さい厚さを維持することができる。

また、熱伝導部材８０の伸び率が１０％を超えると、伝導層８５にクラック（ｃｒａｃｋ）が発生し、熱伝導効率が低下する可能性がある。したがって、一実施例によると、熱伝導部材８０は、１０％以下の伸び率を有することができる。

また、熱伝導部材８０の厚さは１００μｍ〜５００μｍであることができる。一実施例において、第２シール部２０２２の厚さは、約７０μｍ以上に形成されることができる。この場合、熱伝導部材８０は、第２シール部２０２２よりも厚くする必要があり、第２シール部２０２２と重なった状態で加圧される第１〜第３熱伝導部材８０ａ、８０ｂ、８０ｃの厚さも考慮しなければならない。したがって、本実施例において、熱伝導部材８０の厚さは１００μｍ以上で構成されることができる。

また、実施例において、熱伝導部材８０の厚さが５００μｍを超えると、電池セル積層体１と第２プレート４０の間の距離が過度に離隔される可能性がある。この場合、熱伝達効率が低下し、電池モジュール１００の体積も増加するおそれがある。さらに、図６ａを基準に説明すると、熱伝導部材８０が第２シール部２０２２の上部に過度に突出する可能性があるため、第２シール部２０２２を加圧したとき、上記した突出した部分と隣接する他の電池セルの第２シール部間に干渉が発生するおそれがある。

したがって、本実施例において、熱伝導部材８０の厚さは５００μｍ以下で構成されることができる。

熱伝導部材８０は、接着剤などを介して電池セル１０に接着されることができる。しかし、これに限定されるものではなく、熱融着やＵＶ接合など公知の様々な方法が用いられることができる。

このように構成される熱伝導部材８０を備える場合には、電池セル１０の上部に集中する熱が熱伝導部材８０を介して迅速に第２プレート４０に放出されることができる。これにより、電池セル１０の速い冷却が可能となり、電池セル１０の温度偏差を最小化することができる。

また、熱伝導部材８０が弾性変形することによって、第２プレート４０と電池セル１０の間に熱伝導部材８０が介在しても、第２プレート４０と電池セル１０の間の距離を最小化することができる。これにより、電池モジュール１００のサイズを最小化することができる。

一方、本発明は、上述した実施例に限定されず、様々な変形が可能である。

図７は、本発明の他の実施例による電池セル積層体の断面図であって、図１のＩ−Ｉ’線に沿って切断した断面を示す図である。

図７を参照すると、本実施例による電池モジュールは、少なくとも一つの冷却装置２０を備えることができる。

本実施例による電池モジュールは、第１プレート５０の下部面及び第２プレート４０の上部面にそれぞれ冷却装置２０が結合することができる。

図７に示された電池モジュールは、効果的な熱放出のために、第１プレート５０の下部面及び第２プレート４０の上部面にともに冷却装置２０が結合することができる。しかし、これに限定されるものではなく、電池モジュールの構造、及び電池モジュールが装着される装置の構造に応じて、いずれか１ヶ所にだけ冷却装置を配置するか、又は他の様々な位置に付加的に配置するなど様々な変形が可能である。

一実施例によると、上記冷却装置２０は、内部に冷却流路２２を備えることができる。具体的には、上記冷却流路２２は、水冷式冷却流路又は空冷式冷却流路であってもよいが、必ずしもこれに制限されるものではない。

冷却装置２０は、ケース３０に一体に結合して電池モジュールに含まれることができる。例えば、冷却装置２０は、電池セル１０の上部に配置される第２プレート４０及び下部に配置される下部プレート５２にそれぞれ結合することができる。しかし、これに限定されず、電池モジュールとは別に、電池モジュールが装着される装置や構造物に冷却装置を配置することも可能である。

また、図面に示されていないが、効果的な熱伝達のために、第１プレート５０又は第２プレート４０と冷却装置２０の間には、放熱パッド（ｔｈｅｒｍａｌ ｐａｄ）が配置されることができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは、当技術分野における通常の知識を有する者には自明である。

１ 電池セル積層体
１０ 電池セル
３０ ケース
４０ 第２プレート
５０ 第１プレート
６０ 側面カバー
７０ 絶縁カバー
８０ 熱伝導部材
９０ 熱伝達層
１００ 電池モジュール

Claims (16)

1. 複数個の電池セルが積層される電池セル積層体と、
   前記電池セル積層体の一面に配置される熱伝導部材と、を含み、
   前記熱伝導部材は、多孔質絶縁層と、前記多孔質絶縁層の表面に配置される伝導層と、を含む、電池モジュール。
2. 前記多孔質絶縁層は、水素結合が可能な第１高分子セグメントと、ポリオール構造の第２高分子セグメントと、を含む共重合体高分子で形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第１高分子セグメントは芳香族ウレタン又は芳香族尿素の結合を含む、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記第２高分子セグメントは、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリプロピレングリコール、ポリカーボネートジオール、ポリカプロラクトンジオール、及びエチレン−プロピレングリコール共重合体からなる群より選択された１種以上の脂肪族ポリオールを含む、請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記伝導層は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及びＦｅからなる群より選択されたいずれか１つ以上の材料、又はこれらの合金で形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記伝導層は、炭素棒、球状炭素、カーボンナノチューブ、及びグラフェンからなる群より選択されたいずれか１つ以上の材料で形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
7. 前記電池セルは、電極組立体と、前記電極組立体を収容し、且つ前記電池セルの外形を形成するポーチと、を含み、
   前記ポーチは、前記電極組立体を収容する収容部と、前記収容部の外側に形成されるシール部と、含み、
   前記熱伝導部材は、その厚さが前記シール部の厚さよりも厚く形成される、請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記多孔質絶縁層は、内部に複数個の空隙を含むか、又は前記多孔質絶縁層を厚さ方向に貫通する貫通孔を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記伝導層は、前記貫通孔の外部に配置される前記多孔質絶縁層の表面に沿って配置される第１伝導層と、前記貫通孔の内部表面に沿って配置され、前記第１伝導層と連結される第２伝導層と、を含む、請求項８に記載の電池モジュール。
10. 前記電池セル積層体の一面と対面するように配置される第１プレートと、前記電池セル積層体の他の一面と対面するように配置される第２プレートと、をさらに含み、
    前記熱伝導部材は、前記電池セル積層体と前記第２プレートの間に配置される、請求項１に記載の電池モジュール。
11. 前記電池セルは、電極組立体と、前記電極組立体を収容し、且つ前記電池セルの外形を形成するポーチと、を含み、
    前記ポーチは、前記電極組立体を収容する収容部と、前記収容部の外側に形成されるシール部と、を含み、
    前記熱伝導部材は、前記収容部及び前記シール部が形成される表面に沿って複数個の前記電池セルに付着する、請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記シール部は、一面が前記収容部の一面と向かい合うように配置され、他面が前記第２プレートと向かい合うように配置され、
    前記熱伝導部材は、前記シール部の他面に配置される第１熱伝導部材と、前記シール部の一面に配置される第２熱伝導部材と、前記シール部の一面と向かい合う前記収容部の一面に配置される第３熱伝導部材と、を含み、
    前記第１〜第３熱伝導部材は、厚さ方向に圧縮されて前記第２プレートと前記電池セル積層体の間に配置される、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記熱伝導部材は厚さ方向の収縮率が９０％以下である、請求項１２に記載の電池モジュール。
14. 前記熱伝導部材の厚さは１００μｍ〜５００μｍである、請求項１０に記載の電池モジュール。
15. 前記第２プレートに結合する冷却装置をさらに含む、請求項１０に記載の電池モジュール。
16. 前記熱伝導部材は厚さ方向の伸び率が１０％以下である、請求項１に記載の電池モジュール。

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