JP2021513187A - 電極組立体およびこれを含む二次電池 - Google Patents

電極組立体およびこれを含む二次電池 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施形態による電極組立体は、負極シート、正極シート、および前記負極シートと前記正極シートの間に介された分離膜が共に巻き取られたゼリーロール型電極組立体であって、前記負極シートまたは前記正極シートに付着され、少なくとも一部分が外部に延長された一つ以上の電極タブ;および前記電極タブに接着される放熱テープを含み、前記放熱テープが接着された前記電極タブは巻き取られた前記電極組立体の中心部と外周面の間、または外周面上に位置し、前記放熱テープは熱拡散層を含み、前記熱拡散層はグラファイト(Graphite)および金属箔(Metal Foil)のうちの少なくとも一つを含む。

Description

関連出願との相互引用
本出願は2018年11月30日付韓国特許出願第10−2018−0152916号に基づいた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全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電極組立体およびこれを含む二次電池に関するものであって、より詳しくは電極タブを含む電極組立体およびこれを含む二次電池に関するものである。
近来にノートパソコン、ビデオカメラ、携帯用電話機などのような携帯用電子製品の需要が急激に増大し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化することによって、その駆動電源として使用される二次電池に対して多くの研究が行われている。
このような二次電池には、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがある。これらのうちのリチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらなくて充放電が自由であり、自己放電率が非常に低く作動電圧が高く単位重量当りのエネルギー密度が高いという長所のため、先端電子機器分野で広く使用されている。
一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、および前記正極と負極の間に介される分離膜から構成された電極組立体が積層または巻き取られた構造で金属カンまたはラミネートシートのケースに内蔵され、その内部に電解液が注入または含浸されることによって構成される。
二次電池を構成する正極/分離膜/負極構造の電極組立体は、その構造によって大きくゼリーロール型(巻取り型)とスタック型(積層型)に区分される。ゼリーロール型は活物質が塗布された長いシート型の正極と負極の間に分離膜を介して巻き取った構造であり、スタック型は所定の大きさの多数の正極と負極を分離膜が介された状態で順次に積層した構造である。そのうち、ゼリーロール型電極組立体は、製造が容易であり重量当りのエネルギー密度が高いという長所を有している。
このような電極組立体を備えた二次電池で、高率放電、過充電、外部短絡などによって短時間内に大きな電流が流れるようになれば、電極タブ、特に負極タブの発熱によって分離膜が収縮するようになり、電極活物質と分離膜が半溶融状態になりながら互いにくっつくようになるなどの損傷が起こることがある。また、分離膜の損傷によって内部短絡が発生して電池の発熱や爆発がもたらされることがある。
特に、最近、高出力および高容量モデルの実現のために、使用される部品が薄膜化されていく傾向であり、これによって低抵抗および高容量の二次電池が増加している。但し、抵抗が低くなり容量が高まりながら、より高い電流がさらに長い時間印加されることによって外部短絡などによる電極タブの発熱に対する問題がさらに重要な課題として台頭している。
このような問題を克服するために、電極タブの発熱を効果的に制御することができる二次電池に対する研究が要求されているというのが実情である。
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前記のような問題点を解決するためのものであって、外部短絡や高率放電などの状況で電極タブの発熱を効果的に制御することができる二次電池用電極組立体を提供するためのものである。
負極シート、正極シート、および前記負極シートと前記正極シートの間に介された分離膜が共に巻き取られたゼリーロール型電極組立体において、本発明の一実施形態による電極組立体は、前記負極シートまたは前記正極シートに付着され、少なくとも一部分が外部に延長された一つ以上の電極タブ;および前記電極タブに接着される放熱テープを含み、前記放熱テープが接着された前記電極タブは巻き取られた前記電極組立体の中心部と外周面の間、または外周面上に位置し、前記放熱テープは熱拡散層を含み、前記熱拡散層はグラファイト(Graphite)および金属箔(Metal Foil)のうちの少なくとも一つを含む。
前記グラファイト(Graphite)は、天然グラファイトおよび人造グラファイトのうちの少なくとも一つを含むことができる。
前記金属箔は、CuおよびAlのうちの少なくとも一つを含むことができる。
前記放熱テープの接着面積は、前記電極タブの付着面積より大きくてもよい。
前記放熱テープの接着面積に該当する領域は、前記電極タブの付着面積に該当する領域を含むことができる。
前記放熱テープは接着層をさらに含み、前記接着層は前記電極タブと前記熱拡散層の間および前記負極シートまたは正極シートと前記熱拡散層の間に配置されてもよい。
前記放熱テープは接着層をさらに含み、前記接着層は前記負極シートまたは正極シートと前記熱拡散層の間に位置し、前記電極タブの少なくとも一部は前記熱拡散層と接触してもよい。
前記熱拡散層の厚さは、17μm〜1mmであってもよい。
前記放熱テープは接着層および基材層をさらに含み、前記熱拡散層は前記接着層と前記基材層の間に配置されてもよい。
前記基材層は、ポリイミド(Polyimide)およびポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate)のうちの少なくとも一つを含むことができる。
前記接着層の厚さは5μm〜25μmであり、前記基材層の厚さは5μm〜25μmであってもよい。
本発明の実施形態によれば、電極タブに付着される放熱テープを通じて外部短絡などによって電極タブに発生した熱を速かに周辺に拡散放出して分離膜の損傷や内部短絡などを防止することができる。
本発明の一実施形態による電極組立体の斜視図である。 図1の電極組立体が巻き取られる前の分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電極タブのうちの負極タブに対する拡大平面図である。 本発明の一実施形態による電極タブのうちの負極タブに対する拡大平面図である。 図4のC方向から眺めた正面図である。 本発明の一実施形態による電極タブのうちの負極タブに対する拡大平面図である。 図6のD方向から眺めた正面図である。 本発明の一実施形態によって熱拡散層を含む放熱テープが接着された電極タブと熱拡散層が含まれていないテープが接着された電極タブ間の温度勾配を比較した実験結果である。
以下、添付した図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一な参照符号を付けることにする。
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示されたところに限定されるのではない。図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして図面において、説明の便宜のために、一部層および領域の厚さを誇張されるように示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分"の上に"または"上に"あるという時、これは他の部分の"直上"にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の"直上"にあるという時は、中間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分"の上に"または"上に"あるというのは基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力反対方向に向かって"の上に"または"上に"位置することを意味するのではない。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を"含む"という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。
また、明細書全体で、"平面上"という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、"断面上"という時、これは対象部分を垂直に切断した断面をそばから見た時を意味する。
図1は本発明の一実施形態による電極組立体の斜視図であり、図2は説明の便宜のために図1の電極組立体が巻き取られる前の状態を示す分解斜視図である。
図1および図2を参照すれば、本発明の一実施形態による電極組立体100は、負極シート110、正極シート120、および負極シート110と正極シート120の間に介された分離膜130が共に巻き取られており、負極シート110または正極シート120に付着され、少なくとも一部分が外部に延長された一つ以上の電極タブ140、160および電極タブ140、160に接着される放熱テープ170を含み、放熱テープ170が接着された電極タブ140、160は巻き取られた電極組立体100の中心部と外周面の間に位置し、放熱テープ170は熱拡散層を含む。前記熱拡散層は、グラファイト(Graphite)および金属箔(Metal Foil)のうちの少なくとも一つを含む。前記熱拡散層については後述することにする。一方、図示されていないが、電極タブは巻き取られた電極組立体の外周面上に配置されてもよい。
このような電極組立体100は、ケース(図示せず)内に電解液と共に密封収納されて二次電池として製造される。
電極タブ140、160は、負極シート110に付着された負極タブ140および正極シート120に付着された正極タブ160を含む。負極シート110は表面上に負極活物質が形成され、負極タブ140は負極シート110の表面中の負極活物質が形成されていない負極無地部115に付着することができる。正極シート120は表面上に正極活物質が形成され、正極タブ160は正極シート120の表面中の正極活物質が形成されていない正極無地部125に付着することができる。
正極シート120に対する構成と負極シート110に対する構成は相互同一乃至類似に適用されるので、以下、図3〜図7では電極のうちの負極シート110を基準にして説明する。
図3は、本発明の一実施形態による電極タブのうちの負極タブに対する拡大平面図である。電極タブのうちの負極タブ140は負極シート110に付着され、少なくとも一部分が外部に延長される。負極タブ140と負極シート110間の付着は相互間の電気的連結が可能であれば付着の方法は制限されないが、超音波溶接または抵抗溶接を行うことができる。
負極タブ140に放熱テープ170が接着され、前記放熱テープは熱拡散層を含む。
高出力および高容量モデルの二次電池で、高率放電、過充電、外部短絡などによって短時間内に大きな電流が流れるようになれば、電流集中によって電極タブ、特に負極タブ140に多くの熱が発生する。二次電池は内部の電気化学的反応によって充電または放電が絶え間なく反復的に起こるので、このように二次電池が高容量化される場合、充電および放電による発熱が飛躍的に増加するようになる。このような負極タブ140の発熱によって分離膜130が収縮することがあり、負極シート110および正極シート120の電極活物質と分離膜130が半溶融状態になって互いにくっつく損傷が発生することがある。また、分離膜130の損傷によって内部短絡が発生して二次電池の発熱がもたらされることがある。
放熱テープ170は、このような電流集中による電極タブでの発熱を効果的に解消するためのものであって、熱伝導特性に優れた熱拡散層を含み、前記電極タブに付着されて、電極タブ内で局部的に発生した熱を周辺に速かに拡散放出することができる。これによって、分離膜130などが損傷して内部短絡がもたらされるのを防止することができる。
二次電池の内部構成要素のうち、抵抗が特に高い部分である負極タブ140の場合にその発熱が最も大きく発生するようになる。したがって、このような電極タブの発熱問題は負極タブ140でさらに重要に制御される必要があるが、必ずしも負極タブ140にのみ限定されるのではなく、正極タブ160の場合にも発熱現象が依然として問題になることがある。したがって、前記放熱テープは、負極シート110に付着された負極タブ140および正極シート120に付着された正極タブ160のうちの少なくとも一つに接着することができる。
図3を再び参照すれば、放熱テープ170の接着面積(A)は、負極タブ140の付着面積(B)より大きい。具体的に、負極タブ140が負極シート110に付着された付着面積(B)より放熱テープ170が接着された接着面積(A)がさらに大きいので、放熱テープ170は負極タブ140だけでなく、負極シート110、特に負極無地部115とも接着する。放熱テープ170の接着面積(A)は電池の大きさによって変わることがあるが、接着面積(A)の高さ方向の長さはそれと平行な負極シートの高さ方向の長さの0.5倍以上であるのが好ましく、接着面積(A)の幅方向の長さは5mm〜50mmであるのが好ましい。接着面積(A)の幅方向の長さが5mm未満であれば、負極タブ140で局部的に発生した熱を効果的に拡散放出させることができない。反面、接着面積(A)の幅方向の長さが50mm超過であれば、二次電池内で限定された空間で必要以上の放熱テープ170によって巻き取られた電極組立体100の外径が増加し活物質などの量が制限されて二次電池の容量減少の原因になることがあり、電極組立体100の巻取りに妨害になることがある。
一方、正極タブ160での放熱テープ170の接着面積の幅方向の長さは、5mm〜30mmであるのが好ましい。5mm未満であれば、正極タブ160で局部的に発生した熱を効果的に拡散放出させることができない。一方、正極タブ160での放熱テープ170は、正極タブ160の安定した付着のために正極無地部125を全て覆うのが好ましいが、二次電池の容量減少を招くことがあるため、正極無地部125の面積を考慮して接着面積の幅方向の長さは30mm以下であるのが好ましい。
また、放熱テープ170の接着面積(A)に該当する領域は、負極タブ140の付着面積(B)に該当する領域を含むことができる。即ち、負極タブ140の少なくとも一部分は外部に延長され、他の部分は負極シート110に付着されると共に放熱テープ170によって覆われる。負極タブ140が付着された付着面積に該当する領域が放熱テープ170の接着面積に該当する領域に含まれるため、負極タブ140で発生した熱を効果的に拡散させて発熱部位の温度を低めることができるだけでなく、負極タブ140の縁によって分離膜が破れるか貫通されるなどの損傷を防止することができる。
前記放熱テープの接着面積に関する特徴は、放熱テープが正極タブに接着した場合にも相互同一乃至類似に適用することができるのはもちろんである。
図4は本発明の一実施形態による電極タブのうちの負極タブに対する拡大平面図であり、図5は図4のC方向から眺めた正面図である。図4および図5を参照すれば、放熱テープ170は接着層172をさらに含み、前記接着層172は負極タブ140と熱拡散層171の間および負極シート110と熱拡散層171の間に配置されてもよい。熱拡散層171は、接着層172を通じて負極タブ140および負極シート110上に固定して配置されてもよい。
図6は本発明の他の一実施形態による電極タブのうちの負極タブに対する拡大平面図であり、図7は図6のD方向から眺めた正面図である。図6および図7を参照すれば、放熱テープ270は接着層272をさらに含み、接着層272は負極シート210と熱拡散層271の間に配置されてもよく、負極タブ240の少なくとも一部は熱拡散層271と接することが可能である。即ち、負極シート210と熱拡散層271の間に位置した接着層272を通じて熱拡散層271が負極タブ240および負極シート210上に固定されて配置されるだけでなく、負極タブ240の少なくとも一部の直上に熱拡散層271が直接接触されて、高率放電などによって負極タブ240に局部的に発生した熱がより速かに拡散できる。
前記接着層を含む放熱テープに関する特徴は、放熱テープが正極タブに接着した場合にも相互同一乃至類似に適用することができるのはもちろんである。
図5および図7を再び参照すれば、本発明の実施形態による放熱テープ170、270は熱拡散層171、271だけでなく、接着層172、272および基材層173、273をさらに含み、熱拡散層171、271は接着層172、272と基材層173、273の間に配置されてもよい。
熱拡散層171、271は前記で言及した通り、正極タブまたは負極タブの電極タブで発生した熱を拡散放出するためのものであって、熱伝導性に優れた物質であれば特に制限されないが、グラファイト(Graphite)および金属箔(Metal Foil)のうちの少なくとも一つを含むことが好ましく、グラファイト(Graphite)は天然グラファイトおよび人造グラファイトのうちの少なくとも一つを含むことができる。熱拡散層171、271はシート形状であるため、熱拡散原理によって、熱伝達は熱拡散層171、271と平行な水平方向に行われる。
熱拡散層171、271の厚さは、17μm〜1mmであるのが好ましい。各素材による具体的な厚さについては以下で記述する。
天然グラファイトは多様な厚さおよび幅での形成が容易で生産性が良い物質であって、0.07mm〜1mmの厚さで形成されるのが好ましい。厚さが0.07mm未満であれば熱拡散層が過度に薄くて熱伝達の制限があることがあり、厚さが1mm超過であれば、必要以上の厚さによって熱伝達効果が低下し、二次電池の容量が減少する副作用があることがある。
人造グラファイトは人工的に製造したグラファイトであって、放熱特性に優れて薄膜として製造することができるので、17μm〜40μmの厚さで形成されるのが好ましい。厚さが17μm未満であれば、熱拡散層が過度に薄くて熱伝達の制限があることがあり、厚さが40μm超過であれば、必要以上の厚さによって熱伝達効果が低下し、二次電池の容量が減少する副作用があることがある。
金属箔は比較的低廉に熱拡散層を形成することができる素材であって、熱伝導度の高いCuおよびAlのうちの少なくとも一つを含むことができ、25μm〜90μmの厚さで形成されるのが好ましい。
接着層172、272は前記で言及した通り、熱拡散層171、271を含む放熱テープ170、270を電極タブ上に固定して位置させるためのものであって、アクリル系接着剤を含むことができる。
接着層172、272の厚さは、5μm〜25μmであってもよい。厚さが最小5μm以上になってこそ放熱テープ170、270の接着が維持されるが、厚さが25μm超過であれば必要以上の厚さによって熱が効果的に拡散しない問題点が発生することがある。
基材層173、273は放熱テープ170、270の土台になる層であって、絶縁および耐熱機能を遂行することができれば特に制限されないが、ポリイミド(Polyimide)およびポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate)のうちの少なくとも一つを含むのが好ましい。
基材層173、273の厚さは、5μm〜25μmであってもよい。5μmの厚さは基材層173、273が絶縁性能を示すことができる最小厚さであり、厚さが25μm超過であれば必要以上の厚さによって熱が効果的に拡散しない問題点が発生することがある。
図1および図2を再び参照すれば、本発明の一実施形態による電極組立体100は、負極シート110と正極シート120の間に分離膜130を介して巻き取ったゼリーロール形態の電極組立体100である。ゼリーロール形態の電極組立体100であるので、電極タブと直接、間接的に接している負極シート110、正極シート120および分離膜130の曲がりごとに電極タブで発生した熱による損傷が発生することがある。しかし、本発明の一実施形態による電極組立体100は、電極タブに接着された放熱テープ170の熱拡散効果によって前記のような損傷を最少化することができる。即ち、本発明の放熱テープは、ゼリーロール形態の電極組立体100に適用される時、熱による損傷をより最少化することができる。
前述した電極組立体は二次電池に含まれて、多様なデバイスに適用することができる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッドなどの運送手段に適用することができるが、これに制限されず、二次電池を使用することができる多様なデバイスに適用可能である。
実験例1
人造グラファイトの熱拡散層を含む放熱テープが接着された電極タブと熱拡散層が含まれていないテープが付着された電極タブ間の温度勾配を比較した実験結果を図8に示した。人造グラファイトの熱拡散層を含む放熱テープの厚さは40μmであり、人造グラファイトの熱拡散層の厚さは25μmである。
熱拡散層を含む放熱テープは74W/mKの水平熱伝導度を示し、熱拡散層が含まれていないテープは0.22W/mKの水平熱伝導度を示す。したがって、熱拡散層を含む放熱テープが接着された電極タブが熱拡散層が含まれていないテープが付着された電極タブより熱拡散がよく起こって電極タブの温度がさらに低くなったのを確認することができる。前記水平熱伝導度は、放熱テープと平行な方向への熱伝導度を意味する。
実験例2
本発明の実施形態によって熱拡散層を含む放熱テープに対して、人造グラファイト、天然グラファイト、および金属箔を含むそれぞれの場合と、熱拡散層を含まない放熱テープに対する水平熱伝導度を測定して表1に示した。
Figure 2021513187
表1を参照すれば、熱拡散層を含まない場合に比べて、本発明の実施形態による熱拡散層を含む放熱テープが高い水平熱伝導度を示す。したがって、二次電池内部で発生した熱をより効果的に分散させることができ、特に、人造グラファイトや天然グラファイトを含む放熱テープが金属箔を含む場合に3倍〜8倍高い水平熱伝導度を示すことにより、グラファイト、特に人造グラファイトを含むことが特に好ましい。
以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の範囲に属するものである。
100:電極組立体
140:負極タブ
160:正極タブ
170、270:放熱テープ
171、271:熱拡散層

Claims (12)

  1. 負極シート、正極シート、および前記負極シートと前記正極シートの間に介された分離膜が共に巻き取られたゼリーロール型電極組立体において、
    前記負極シートまたは前記正極シートに付着され、少なくとも一部分が外部に延長された一つ以上の電極タブ;および
    前記電極タブに接着される放熱テープを含み、
    前記放熱テープが接着された前記電極タブは、巻き取られた前記電極組立体の中心部と外周面の間、または外周面上に位置し、
    前記放熱テープは、熱拡散層を含み、
    前記熱拡散層は、グラファイト(Graphite)および金属箔(Metal Foil)のうちの少なくとも一つを含む、電極組立体。
  2. 前記グラファイト(Graphite)は、天然グラファイトおよび人造グラファイトのうちの少なくとも一つを含む、請求項1に記載の電極組立体。
  3. 前記金属箔は、CuおよびAlのうちの少なくとも一つを含む、請求項1または2に記載の電極組立体。
  4. 前記放熱テープの接着面積は、前記電極タブの付着面積より大きい、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極組立体。
  5. 前記放熱テープの接着面積に該当する領域は、前記電極タブの付着面積に該当する領域を含む、請求項4に記載の電極組立体。
  6. 前記放熱テープは、接着層をさらに含み、
    前記接着層は、前記電極タブと前記熱拡散層の間および前記負極シートまたは正極シートと前記熱拡散層の間に位置する、請求項5に記載の電極組立体。
  7. 前記放熱テープは、接着層をさらに含み、
    前記接着層は、前記負極シートまたは正極シートと前記熱拡散層の間に位置し、
    前記電極タブの少なくとも一部は前記熱拡散層と接触する、請求項5に記載の電極組立体。
  8. 前記熱拡散層の厚さは、17μm〜1mmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電極組立体。
  9. 前記放熱テープは、接着層および基材層をさらに含み、
    前記熱拡散層は、前記接着層と前記基材層の間に位置する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電極組立体。
  10. 前記基材層は、ポリイミド(Polyimide)およびポリエチレンテレフタレート(Polyethylene terephthalate)のうちの少なくとも一つを含む、請求項9に記載の電極組立体。
  11. 前記接着層の厚さは5μm〜25μmであり、
    前記基材層の厚さは5μm〜25μmである、請求項9または10に記載の電極組立体。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の電極組立体を含む二次電池。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022231198A1 (ko) * 2021-04-28 2022-11-03 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그의 제조방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277088A (ja) * 1999-03-29 2000-10-06 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2011040387A (ja) * 2009-08-12 2011-02-24 Samsung Sdi Co Ltd バッテリーパック
JP2011249015A (ja) * 2010-05-21 2011-12-08 Hitachi Maxell Energy Ltd 非水電解質電池モジュール
WO2017073028A1 (ja) * 2015-10-29 2017-05-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池モジュール
JP2017082331A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 長春石油化學股▲分▼有限公司 放熱銅箔およびグラフェン複合材
JP2017168225A (ja) * 2016-03-14 2017-09-21 藤森工業株式会社 加熱放熱シート及び加熱放熱システム
JP2018530896A (ja) * 2016-05-31 2018-10-18 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック、自動車

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49534B1 (ja) * 1969-05-16 1974-01-08
JP4590869B2 (ja) * 2004-01-14 2010-12-01 トヨタ自動車株式会社 ラミネート型二次電池
US20050196667A1 (en) 2004-03-03 2005-09-08 Eaglepicher Technologies, Llc Anode design for a prismatically wound LiMnO2 cell
KR100601548B1 (ko) * 2004-05-25 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
KR100601562B1 (ko) * 2004-07-29 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 이용한 리튬 이차 전지
US20060093922A1 (en) * 2004-09-22 2006-05-04 Kim Cheon S Composite material tape for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
KR100719725B1 (ko) * 2005-12-29 2007-05-17 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지
JP5228360B2 (ja) 2007-04-12 2013-07-03 ソニー株式会社 電池パック
JP5163026B2 (ja) * 2007-09-20 2013-03-13 Necエナジーデバイス株式会社 非水電解質二次電池
US8318347B2 (en) * 2007-10-10 2012-11-27 Panasonic Corporation Lithium ion secondary battery
US8153290B2 (en) 2008-10-28 2012-04-10 Tesla Motors, Inc. Heat dissipation for large battery packs
JP5271879B2 (ja) 2008-11-28 2013-08-21 富士高分子工業株式会社 熱拡散シート及びその実装方法
JP4900534B2 (ja) 2009-02-24 2012-03-21 パナソニック株式会社 電池モジュールとそれを用いた電池モジュール集合体
KR101093890B1 (ko) * 2010-01-12 2011-12-13 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
US8962179B2 (en) * 2010-08-30 2015-02-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery
JP5422524B2 (ja) * 2010-09-03 2014-02-19 三菱重工業株式会社 電池
JP6007907B2 (ja) * 2011-07-04 2016-10-19 日本電気株式会社 二次電池
KR101386079B1 (ko) 2012-01-19 2014-04-16 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 이차 전지
KR101658517B1 (ko) 2013-09-30 2016-09-21 주식회사 엘지화학 냉각 부재를 활용한 전지모듈
JP2017123212A (ja) * 2014-05-14 2017-07-13 三洋電機株式会社 電池パックおよび電子機器
KR102221804B1 (ko) * 2014-07-02 2021-03-02 삼성에스디아이 주식회사 가요성 이차 전지
KR20160105124A (ko) * 2015-02-27 2016-09-06 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지
KR101883536B1 (ko) * 2015-04-29 2018-07-30 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지 및 그 제조방법
JP2016219368A (ja) * 2015-05-26 2016-12-22 トヨタ自動車株式会社 積層型二次電池
KR102046000B1 (ko) 2015-08-24 2019-11-18 주식회사 엘지화학 온도 센싱 기능이 향상된 전지팩
KR102256297B1 (ko) 2016-09-07 2021-05-26 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102278442B1 (ko) * 2016-09-21 2021-07-16 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR102263457B1 (ko) * 2017-01-06 2021-06-11 주식회사 엘지에너지솔루션 냉각 효율성이 향상된 전지셀
JP2018137141A (ja) 2017-02-22 2018-08-30 パナソニック株式会社 電池の試験方法
CN106847767A (zh) * 2017-02-22 2017-06-13 东莞市鸿亿导热材料有限公司 一种石墨铜箔复合散热片
KR101838738B1 (ko) * 2017-07-13 2018-03-14 주식회사 씨앤와이테크 금속 박막층을 포함하는 방열 시트
CN107994202B (zh) * 2017-10-31 2020-07-17 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种改善圆柱电池极片导热散热性能的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277088A (ja) * 1999-03-29 2000-10-06 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
JP2011040387A (ja) * 2009-08-12 2011-02-24 Samsung Sdi Co Ltd バッテリーパック
JP2011249015A (ja) * 2010-05-21 2011-12-08 Hitachi Maxell Energy Ltd 非水電解質電池モジュール
JP2017082331A (ja) * 2015-10-27 2017-05-18 長春石油化學股▲分▼有限公司 放熱銅箔およびグラフェン複合材
WO2017073028A1 (ja) * 2015-10-29 2017-05-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 電池モジュール
JP2017168225A (ja) * 2016-03-14 2017-09-21 藤森工業株式会社 加熱放熱シート及び加熱放熱システム
JP2018530896A (ja) * 2016-05-31 2018-10-18 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーモジュール及びそれを含むバッテリーパック、自動車

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