JP7325887B2 - 電池セルおよび電池モジュール - Google Patents
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Description
関連出願（ら）との相互引用
本出願は、２０１９年７月９日付韓国特許出願第１０－２０１９－００８２６５８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組み含まれる。
本出願は、２０１９年７月９日付韓国特許出願第１０－２０１９－００８２６５８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組み含まれる。
本発明は、電池セルおよび電池モジュールに関し、より具体的に電池モジュールの大きさを縮小することができる電池セルおよびこれを含む電池モジュールに関する。
製品群に応じた適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有している二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源により駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点から、環境にやさしく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
小型モバイル機器にはデバイス１台当たり１個または２～４個の電池セルが使用されることに対し、自動車などのように中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが使用される。
この時、電池モジュールに収納される電池セルは、複数個の電池セルが積層体の形態で収納されるが、電池セル一つの大きさが増加することによって積層体の大きさが増加し、そのために電池モジュール全体の大きさが増加するようになる。このように電池モジュールの大きさが増加する場合、エネルギー密度が低下するという問題がある。また、電池セルに不要な部分の大きさが増加することによって、電池セル積層体とこれを収納する電池モジュールのフレームとの間の空間が増加して、不要に増加された空間を管理するための追加の費用などが発生した。したがって、電池セルの不要な部分をできるだけ縮小して、電池モジュールに収納される電池セル積層体の大きさを減少させる必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、簡単な構造だけでも電池セルの不要な部分を除去して大きさを減少させた電池セルおよび、このような電池セルの積層体を含んで空間活用率を向上させた電池モジュールを提供することにある。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張され得る。
本発明の一実施形態による電池セルは、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に分離膜が介在されている構造を有し、平面形状が四つの辺を有する電極組立体、および前記電極組立体が収容されるパウチケースを含み、前記パウチケースは、前記電極組立体の一部が内蔵される第１収納部、前記電極組立体の残りの部分が収納される第２収納部、および前記第１収納部と前記第２収納部とが互いに向き合うように折り畳むことができるフォルディング部を含み、前記フォルディング部は、前記四つの辺のうちの一つの辺で前記電極組立体の側面に沿って密着して形成され、前記第１収納部と前記第２収納部とは、前記電極組立体の外周辺に沿って前記フォルディング部を除いた三つの辺に対応する部分で互いに接触してシーリング部を形成し、前記パウチケースは、前記フォルディング部と前記シーリング部とが交差する部分で前記フォルディング部の延長面に前記シーリング部の延長部が接着して形成された縫い代部を含む。
前記電極組立体の厚さ方向に垂直な断面において前記シーリング部と前記縫い代部とはＴ字形状をなすことができる。
前記フォルディング部の前記延長面は、前記シーリング部の外側方向に突出しない。
前記フォルディング部の前記延長面は、前記電極組立体の前記側面と同一面上に位置することができる。
前記縫い代部は、前記シーリング部を中心に対称である形状を有することができる。
前記電極組立体は、前記正極または前記負極と連結された電極リードを含み、前記電極リードは、前記フォルディング部が形成された前記電極組立体の一辺と垂直なある一辺で前記シーリング部の外側に引き出され得る。
前記パウチケースは、前記第１収納部、前記第２収納部、前記フォルディング部および前記縫い代部が一体に形成されたシート型母材からなることができる。
前記電極組立体の厚さ方向に垂直な断面において前記シーリング部と前記縫い代部とは矢印形状をなすことができる。
本発明の他の一実施形態による電池モジュールは、前記複数個の電池セルを積層して形成された電池セル積層体、および前記電池セル積層体を収容するフレームを含むことができる。
本発明の他の一実施形態による電池パックは、前記少なくとも一つの電池モジュール、および前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケースを含むことができる。
本発明の他の一実施形態によるデバイスは、前記少なくとも一つの電池パックを含むことができる。
実施形態によれば、複雑な工程の追加なしでも電池セルの不要な体積増加を発生させないため、大きさを減少させた電池セルおよびこのような電池セルの積層体を含んで空間活用率を向上させた電池モジュールを実現することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施形態について本発明が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することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、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の参照符号を付した。
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ため、本発明が必ず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、複数の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、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「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。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には、中間にまた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」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ず重力反対方向に向かって「上」に位置することを意味するのではない。
また、明細書全体において、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、他の構成要素を除外せず、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
また、明細書全体において、「平面状」という時、これは対象部分を上方から見た時を意味し、「断面状」という時、これは対象部分を垂直に切断した断面を側方から見た時を意味する。
以下、図１乃至４を参照して本発明の一実施形態による電池モジュールについて説明する。
図１は本発明の一実施形態による電池セルを示した図面であり、図２は図１の電池セルの組立段階の分解された状態を示した図面であり、図３は図１のＡ部分を拡大した図面およびその断面図であり、図４は図１のＡ部分を他の方向で示した図面である。
図１および図２を参照すれば、本実施形態による電池セル１００は、二次電池であって、パウチ型二次電池で構成され得る。このような電池セル１００は、電極組立体２００、パウチケース３００、および電極組立体２００から突出した電極リード２１０を含むことができる。
電極組立体２００は、一定の大きさの単位で切り取った複数の正極と負極とをセパレータを介在した状態で順次に積層した積層型電極組立体であり得るが、これに限定されず、正極と負極とがセパレータを介在した状態で積層された構造を巻き取った巻取型組立体であり得る。
電極リード２１０は、電極組立体２００と電気的に連結され得る。このような電極リード２１０は、一対で備えられ得る。一対の電極リード２１０の一部は、それぞれ、パウチケース３００の前方および後方（電極組立体の長さ方向での両端部）でパウチケース３００外側に突出され得る。前述した電池セル１００の構成は一例であり、電池セル１００の形態は多様に変形され得る。
パウチケース３００は、第１収納部３００ａおよび第２収納部３００ｂ、および第１収納部３００ａと第２収納部３００ｂとの間に位置するフォルディング部３２０を含むシート型母材からなる。第１収納部３００ａ及び第２収納部３００ｂのそれぞれには電極組立体２００の一部が内蔵され、第１収納部３００ａと第２収納部３００ｂとがフォルディング部３２０を間に置いて互いに向き合うように折り畳まれることによって電極組立体２００を囲むように収納することができる。
この時、電極組立体２００は、平面形状が四つの辺を有する形状を有するが、四つの辺のうちの一辺に対応する部分にフォルディング部３２０が位置し、フォルディング部３２０は、電極組立体２００の側面２３０に密着してフォルディング部３２０の両周縁でシート型母材が折り畳まれることによって第１収納部３００ａと第２収納部３００ｂが互いに向き合うように折り畳まれ得る。したがって、フォルディング部３２０の幅Ｐは、電極組立体２００の厚さｔと同一であり得る。
フォルディング部３２０に対応する辺を除いた三つの辺では第１収納部３００ａ及び第２収納部３００ｂの周縁が互いに接触してシーリング部３１０を形成する。シーリング部３１０は、熱融着などの方法によりシーリングされる。
より詳細に説明すると、パウチケース３００のシート型母材は、金属層と樹脂層とを含むラミネートシートからなることができる。特に、ラミネートシートは、アルミニウムラミネートシートであり得る。前記シート型母材は、その材質が金属層からなる芯部と、前記芯部の一面上に形成された熱融着層と、前記芯部の他面上に形成された絶縁膜とからなる。前記熱融着層は、ポリマー樹脂である変性ポリプロピレン、例えばＣＰＰ（Ｃａｓｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）を使用して接着層として作用し、前記絶縁膜は、ナイロンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような樹脂材が形成され得るが、ここで前記パウチ外装材の構造および材質を限定するのではない。前記シーリング部３１０では第１収納部３００ａ及び第２収納部３００ｂの熱融着層が互いに接触するようになり、これらが接触した状態で熱融着工程を行うことによってパウチケース３００がシーリングされる。シーリング後、図１に示されているように電極リード２１０と接する部分の余剰部を斜線に切断することができるが、これに限定されるのではない。
このようにシート型母材を利用してシーリングを行う過程で、フォルディング部３２０とシーリング部３１０が交差する部分（図１のＡ部分）では、シート型母材が押されながらフォルディング部３２０が形成された電極組立体２００の一辺の外側に突出する部分が発生することを防止するために、本発明の一実施形態ではシーリング部３１０を側方に広げてシーリング部３１０の延長部がフォルディング部３２０の延長面３２０’に接着して縫い代部３２１を形成する。
つまり、従来は図５に示されているように、シーリング過程でパウチケースがシーリング部が圧搾される方向に押されながら、電極組立体の側面の外側に向かう方向にコウモリ耳（Ｂａｔ ｅａｒ）と呼ばれるバー形態の突出部が発生するようになる。このような突出部によりセルのコンパクト化が不可能となり、不要な空間が発生してセル容量を制限するようになり、電池モジュール／パックでエネルギー密度を低め、冷却構造でも不利な面があった。
しかし、本発明の一実施形態によれば、シーリング部３１０を側方に広げて、フォルディング部３２０の延長面３２０’に接着させた縫い代部３２１の構造を含んでいるため、電極組立体２００の側面２３０外側にパウチケース３００が突出することを防止することができる。
この時、シーリング部３１０の延長部が付着されるフォルディング部３２０の延長面３２０’は、図４に示されているように、シーリング部３１０の外側方向に突出しない。つまり、電極組立体２００の側面２３０と同一平面上でフォルディング部３２０が延長されて延長面３２０’が形成されて、電極組立体２００の側面２３０に対応する一辺の外側方向に突出しないように形成される。このように形成された延長面３２０’上にシーリング部３１０の延長部が側方に広がりながら接着されるため、図３の断面図に示されているように断面上でシーリング部３１０と縫い代部３２１とがＴ字形状をなすようになる。またシーリング部３１０を中心に縫い代部３２１が対称をなす形状で形成される。
このような構成によれば、単にシーリング過程でシーリング部３１０が折り畳まれる方向だけを変更する簡単な工程でも、電極組立体２００の側面２３０の外側に突出するコウモリ耳のような突出形状が発生することを防止することができるところ、電池セル１００の側面で段差が発生することを防止することができる。これによって、電池セル１００の大きさを縮小させることができ、したがって電池セル１００を立てて積層することによって得られる電池セル積層体の高さを縮小させることができ、これによって、電池セル積層体をフレームに収納して形成される電池モジュールの高さも縮小させることができるところ、電池モジュールのエネルギー密度を上昇させることができる。また、電池セル１００とフレームとの間の空間が縮小されることによって当該空間に注入される放熱用樹脂の注液量も減少させることができるところ、これによる費用節減効果も得ることができる。
図６を参照して本発明の他の実施形態による構成について説明する。
図６は図１のＡ部分の他の実施形態による拡大図および断面図である。
図６に示されているように、本発明の他の実施形態による縫い代部３２１’は、フォルディング部３２０の延長面から内側にさらに折り畳まれることによって、縫い代部３２１’とシーリング部３１０の断面が矢印形状を有するように形成され得る。このように構成されても、縫い代部３２１’は、電極組立体２００の側面の外側方向に突出しないため、本発明の技術的な思想を達成することができる。つまり、縫い代部３２１’が外側に突出しない限り、フォルディング部３２０の延長面３２０’方向に突出したり、またはフォルディング部３２０の上部に折り畳まれても電池セル１００およびこれらの積層により形成された電池セル積層体の体積を増加させないため、このような範囲内で縫い代部３２１’の構成は多様に変形可能である。
一方、本発明の実施形態による電池セルは、複数個が立てられた状態で積層して形成された電池セル積層体を形成することができ、このような電池セル積層体がフレームに収容されて電池モジュールを形成することができる。
また、 本発明の実施形態による電池モジュールは、一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することができる。
前述した電池セル、電池モジュールおよびこれを含む電池パックは、多様なデバイスに適用され得る。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用され得るが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびこれを含む電池パック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り、これも本発明の権利範囲に属する。
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、本発明の権利範囲はこれに限定されず、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多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１００：電池セル
２００：電極組立体
２１０：電極リード
３００：パウチケース
３１０：シーリング部
３２０：フォルディング部
３２１：縫い代部
２００：電極組立体
２１０：電極リード
３００：パウチケース
３１０：シーリング部
３２０：フォルディング部
３２１：縫い代部
Claims (10)
- 正極、負極、および前記正極と前記負極との間に分離膜が介在されている構造を有し、平面形状が四つの辺を有する電極組立体、および
前記電極組立体が収容されるパウチケース
を含み、
前記パウチケースは、前記電極組立体の一部が内蔵される第１収納部、前記電極組立体の残りの部分が収納される第２収納部、および前記第１収納部と前記第２収納部とが互いに向き合うように折り畳むことができるフォルディング部を含み、
前記フォルディング部は、前記四つの辺のうちの一つの辺で前記電極組立体の側面に沿って密着して形成され、
前記第１収納部と前記第２収納部とは、前記電極組立体の外周辺に沿って前記フォルディング部を除いた三つの辺に対応する部分で互いに接触してシーリング部を形成し、
前記パウチケースは、前記フォルディング部と前記シーリング部とが交差する部分で前記フォルディング部の延長面に前記シーリング部の延長部が接着して形成された縫い代部を含み、
前記電極組立体の厚さ方向に垂直な断面において前記シーリング部と前記縫い代部とはＴ字形状をなす、電池セル。 - 前記フォルディング部の前記延長面は、前記シーリング部の外側方向に突出しない、請求項１に記載の電池セル。
- 前記フォルディング部の前記延長面は、前記電極組立体の前記側面と同一面上に位置する、請求項１又は２に記載の電池セル。
- 前記縫い代部は、前記シーリング部を中心に対称である形状を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池セル。
- 前記電極組立体は、前記正極または前記負極と連結された電極リードを含み、
前記電極リードは、前記フォルディング部が形成された前記電極組立体の一辺と垂直なある一辺において前記シーリング部の外側に引き出される、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池セル。 - 前記パウチケースは、前記第１収納部、前記第２収納部、前記フォルディング部および前記縫い代部が一体に形成されたシート型母材からなる、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池セル。
- 正極、負極、および前記正極と前記負極との間に分離膜が介在されている構造を有し、平面形状が四つの辺を有する電極組立体、および
前記電極組立体が収容されるパウチケース
を含み、
前記パウチケースは、前記電極組立体の一部が内蔵される第１収納部、前記電極組立体の残りの部分が収納される第２収納部、および前記第１収納部と前記第２収納部とが互いに向き合うように折り畳むことができるフォルディング部を含み、
前記フォルディング部は、前記四つの辺のうちの一つの辺で前記電極組立体の側面に沿って密着して形成され、
前記第１収納部と前記第２収納部とは、前記電極組立体の外周辺に沿って前記フォルディング部を除いた三つの辺に対応する部分で互いに接触してシーリング部を形成し、
前記パウチケースは、前記フォルディング部と前記シーリング部とが交差する部分で前記フォルディング部の延長面に前記シーリング部の延長部が接着して形成された縫い代部を含み、
前記電極組立体の厚さ方向に垂直な断面において前記シーリング部と前記縫い代部とは矢印形状をなす、電池セル。 - 請求項１～７のいずれか一項に記載の電池セルの複数個を積層して形成された電池セル積層体、および
前記電池セル積層体を収容するフレーム
を含む電池モジュール。 - 請求項８に記載の少なくとも一つの電池モジュール、および
前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケース
を含む電池パック。 - 請求項９に記載の少なくとも一つの電池パックを含むデバイス。
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