JP7347941B2 - パウチ外装材、およびこれを用いた二次電池と二次電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、パウチ外装材、およびこれを用いた二次電池と二次電池パックに関し、より詳細には、パウチ外装材を用いた二次電池の一側面が完璧な冷却構造を有するようにすることで、二次電池の一側面が冷却プレートに密着して冷却効率を極大化するだけでなく、エネルギー密度を高めることができるパウチ外装材、およびこれを用いた二次電池と二次電池パックに関する。
一般的に、リチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に組み込まれている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに組み込まれているパウチ型二次電池とに分けられる。
リチウム二次電池は、小型モバイル装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも広く用いられている。かかる場合には、容量および出力を高めるために、積層が容易で、軽い重量のパウチ型二次電池が多数個連結されて使用される。
しかし、多数のパウチ型二次電池を積層してバッテリーモジュールを構成するときには、多数の二次電池から放出される熱が累積されてバッテリーモジュールの温度が短時間で上昇し得るため、多数のパウチ型二次電池を用いてバッテリーモジュールを構成する場合には、安定的且つ効果的な冷却性能を確保することが非常に重要である。
したがって、最近、効率的な冷却性能が確保され、且つ簡単な構造の冷却方法として、パウチ型二次電池の側面部を冷却プレートに直接表面接触触して冷却する方法が研究されているが、今のところはパウチ外装材の形状に限界があり、パウチ型二次電池の側面部を冷却プレートに効果的に密着させることが困難であった。
図1は従来技術に係るパウチ型二次電池の分解斜視図である。
図1を参照すると、電極組立体20を収納するために収納空間を提供するように構成された、従来技術のパウチ外装材10は、一対の収納部が互いに独立した空間として形成され、一対の収納部それぞれは、収納される電極組立体20の幅と長さに対応する幅と長さを有し、一対の収納部それぞれの深さの和の略電極組立体20の厚さに対応する。
しかし、従来技術に係るパウチ型二次電池は、パウチ外装材10がシールされた三つの側面以外の一側面部には、側面の長さ方向に凹状のラインが形成され得る。このように、二次電池の側面部に形成された凹状のラインは、二次電池の側面部を冷却プレートに効果的に接触させにくくし、冷却効率を低下させるという問題がある。
前記の問題点を解決するために、特許文献1には、パウチ外装材に一対の収納部を独立した空間として分離せずに一つの空間として形成したが、かかる形状のパウチ外装材を用いても電極組立体をパッケージングするときに外装材の折り畳みが容易でなく、冷却プレートと接触する二次電池の側面部を均一に形成することが困難である。
韓国公開特許公報第10-2007-0102768号
したがって、本発明は、従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、パウチ外装材を用いた二次電池の一側面が均一に形成されて完璧な冷却構造を有するようにすることで、二次電池の一側面が冷却プレートに密着して冷却効率を極大化するパウチ外装材、およびこれを用いた二次電池と二次電池パックを提供することを目的とする。
また、二次電池の側面部を突出することなく平坦に形成することで、同じ電池容量に対してより小さい空間を占めるようにして高いエネルギー密度を有することができるパウチ外装材、およびこれを用いた二次電池と二次電池パックを提供することを他の目的とする。
本発明が解決しようとする技術的な課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、以下の記載より明確に理解することができる。
前記のような目的を達成するために、本発明に係るパウチ外装材は、セパレータを挟んで積層された多数の電極体を含む電極組立体を収納しパッケージングするパウチ外装材であって、前記電極組立体を収納するために形成される第1および第2収納部と、前記第1および第2収納部を囲むように前記パウチ外装材の外側に沿って形成されるシール部と、前記第1および第2収納部と同じ深さで形成され、所定の間隔で前記第1および第2収納部を連結する連結部とを含み、前記連結部の両端には、前記シール部の方向に突出した突出部が形成されていることを特徴とする。
本発明に係るパウチ外装材は、前記突出部は、前記連結部の底面から所定の高さに形成されたトップ部と、前記トップ部の一端から前記連結部の底面に傾斜して形成された傾斜部とを含むことが好ましい。
本発明に係るパウチ外装材は、前記傾斜部は、前記トップ部および前記連結部の底面と所定の曲率半径で連結されることが好ましい。
本発明に係るパウチ外装材は、前記トップ部は、前記シール部と同じ高さで形成されることが好ましい。
発明に係るパウチ外装材は、前記第1収納部と前記連結部の一側は第1折り曲げ線に沿って連結され、前記第2収納部と前記連結部の他側は第2折り曲げ線に沿って連結され、前記パウチ外装材は、前記第1および第2折り曲げ線に沿って折り曲げられ前記電極組立体を収納することが好ましい。
本発明に係るパウチ外装材は、前記第1および第2折り曲げ線は、前記電極組立体の厚さに対応する距離だけ離隔していることが好ましい。
前記のような目的を達成するために、本発明に係る二次電池は、上述のパウチ外装材と、セパレータを挟んで積層された多数の電極体を含む電極組立体とを含み、前記パウチ外装材は、前記第1および第2収納部が対向するように前記シール部が折り曲げられて形成された収納空間に前記電極組立体を収納してパッケージングされることを特徴とする。
本発明に係る二次電池は、前記連結部は、パッケージングされた前記二次電池の側面を均一に形成し、前記シール部は、前記二次電池の側面の両端部と隣接する部分に前記二次電池の側面に対して垂直な方向に所定の長さだけ突出した延長部を含むことが好ましい。
前記のような目的を達成するために、本発明に係る二次電池パックは、上述の一つ以上の二次電池と、第1側面および前記第1側面に対向する第2側面と、前記一つ以上の二次電池の側面が面接触する上面とを備えた冷却プレートとを含むことを特徴とする。
本発明に係る二次電池パックは、前記二次電池の連結部は、パッケージングされた前記二次電池の側面を均一に形成し、前記二次電池のシール部は、前記二次電池の側面の両端部と隣接する部分に前記二次電池の側面に対して垂直な方向に所定の長さだけ突出した延長部を含むことが好ましい。
本発明に係る二次電池パックは、前記冷却プレートの第1側面と第2側面との幅は、前記二次電池の連結部の長さに対応することが好ましい。
本発明に係る二次電池パックは、前記冷却プレートの第1側面と第2側面との幅は、前記二次電池の連結部の長さより大きいことが好ましい。
本発明に係る二次電池パックは、前記冷却プレートの第1側面および第2側面それぞれには、前記二次電池の延長部の前記所定の長さより大きいか同じ高さで段差が形成されていることが好ましい。
本発明に係る二次電池パックは、前記冷却プレートの第1側面および第2側面それぞれには、前記二次電池の延長部を収容するように前記延長部の所定の長さより深いか同じ深さで一つ以上の溝が形成されていることが好ましい。
本発明に係るパウチ外装材、およびこれを用いた二次電池と二次電池パックは、二次電池の一側面が均一に形成されて完璧な冷却構造を有するようにすることで、二次電池の一側面が冷却プレートに密着して冷却効率を極大化する効果がある。
また、本発明に係るパウチ外装材、およびこれを用いた二次電池と二次電池パックは、二次電池の側面部を突出することなく平坦に形成することで、同じ電池容量に対してより小さい空間を占めるようにして、高いエネルギー密度を有するようにする効果がある。
従来技術に係る二次電池の分解斜視図である。 本発明に係る二次電池の分解斜視図である。 本発明に係るパウチ外装材の平面図である。 図3のA-A´線による断面図である。 図3のB-B´線による断面図である。 本発明に係る二次電池を図示した斜視図である。 本発明に係る二次電池と冷却プレートが結合し、二次電池パックを構成する第1例示図である。 (a)および(b)は、図7を拡大した詳細図である。 本発明に係る二次電池と冷却プレートが結合し、二次電池パックを構成する第2例示図である。 (a)および(b)は、図9を拡大した詳細図である。 本発明に係る二次電池と冷却プレートが結合し、二次電池パックを構成する第3例示図である。 (a)および(b)は、図11を拡大した詳細図である。
本発明の好ましい実施形態を添付の図面により詳細に説明すると、以下のとおりである。以下の詳細な説明は、例示的なものに過ぎず、本発明の好ましい実施形態を図示したものに過ぎない。
図2は本発明に係る二次電池300の分解斜視図である。
図2を参照すると、本発明に係る二次電池300は、パウチ外装材100およびセパレータを挟んで積層された多数の電極体を含む電極組立体200を含んで構成され得る。ここで、パウチ外装材100は、電極組立体200を収納して囲み、互いに当接するシール部150がシールされてパッケージングされる。
電極組立体200の両端には、第1および第2電極タブ220、230が形成され得、図2には電極タブが電極組立体200の両側面に形成されているが、本発明の二次電池300は、電極タブの構成をこれに限定せず、シール部150のいずれか一側面に第1および第2電極タブ220、230をともに配置することも可能である。
図2を参照すると、本発明に係るパウチ外装材100は、電極組立体200を収納するために形成される第1および第2収納部110、120と、第1および第2収納部110、120を囲むようにパウチ外装材100の外側に沿って形成されるシール部150と、第1および第2収納部110、120と同じ深さで形成され、所定の間隔dで第1および第2収納部110、120を連結する連結部140とを含んで構成され得、連結部140の両端には、シール部150の方向に突出した突出部130が形成されていることを特徴とする。
パウチ外装材100内には、電極組立体200を収納するための一対の第1および第2収納部110、120が形成され得る。第1および第2収納部110、120は、パウチ外装材100内に凹状に窪んだ形状にパウチ外装材100の内部をプレスするなどの方式で押圧して形成され得る。ここで、第1および第2収納部110、120それぞれは、電極組立体200の幅および長さに対応する大きさを有しており、第1および第2収納部110、120それぞれの深さの和は、電極組立体200の厚さtに対応するように形成され得る。
連結部140は、第1および第2収納部110、120と同じ深さで形成され、所定の間隔dで第1および第2収納部110、120を離隔して連結する構成要素であり、第1および第2収納部110、120の底面を延長して互いに連結する。ここで第1収納部と連結部140の一側は、第1折り曲げ線に沿って連結され、第2収納部と連結部140の他側は、第2折り曲げ線に沿って連結される。本発明のパウチ外装材100を用いて二次電池300を構成するときに、パウチ外装材100は、第1および第2折り曲げ線101、102に沿って折り曲げられて電極組立体200を収納することができる。
したがって、連結部140は、二次電池300が組み立てられた後に二次電池300の側面部310を構成することができるため、第1および第2折り曲げ線101、102は、電極組立体200の厚さtに対応する距離だけ所定の間隔dで離隔するように連結部140の幅を決定することができる。連結部140の幅は、第1および第2折り曲げ線101、102が離隔した所定の間隔dであり、所定の間隔dは、上述のように、電極組立体200の厚さtと実質的に同様に設定することが好ましいが、連結部140の幅をこれに限定するのではなく、必要に応じて、電極組立体200の厚さより小さくまたはより大きく形成することも可能である。
連結部140の両端には、シール部150の方向に突出した突出部130が形成され得る。
突出部130は、パウチ外装材100が電極組立体200を収納する収納空間を形成するように、第1および第2収納部110、120を対向するようにシール部150を折り曲げる時に、二次電池300の側面部310の両端が歪まず容易に折り曲げられるようにするための構成要素であって、連結部140の底面から所定の高さに形成されたトップ部131と、トップ部131の一端から連結部140の底面に傾斜して形成された傾斜部132とを含んで構成することができる。
突出部130の詳細な形状は、図3~図5を参照して把握することができる。
図3は本発明に係るパウチ外装材100の平面図であり、図4は図3のA-A´線による断面図であり、図5は図3のB-B´線による断面図である。
図4を参照すると、突出部130は、シール部150と同じ高さで延びるトップ部131と、トップ部131の一端から連結部140の底面に傾斜して形成された傾斜部132とを含んで形成され得る。また、図4に図示されているように、傾斜部132は、トップ部131および連結部140の底面と連結される時に、所定の曲率半径を有するように緩く連結されることが好ましい。このように、突出部130がシール部150および連結部140と不連続的な勾配を持たず緩く連結されるように形成することで、パウチ外装材100が折り曲げられるときに、二次電池300の側面部310に位置した突出部130が破損したり破れることを防止する効果を得ることができる。
図5を参照すると、突出部130は、第1および第2収納部110、120を離隔して連結する連結部140に形成され、突出部130の幅は、第1および第2収納部110、120が離隔した所定の間隔dより小さく形成することが好ましい。
ここで、突出部130のトップ部131がシール部150と同じ高さで延び、突出部130の幅は、所定の間隔dより小さく形成する場合を例として説明しているが、トップ部131の高さと突出部130の幅をこれに限定するのではなく、電極組立体200の厚さtおよび形状に応じて、またはパウチ外装材100の材質に応じて、突出部130の高さまたは幅などを調節することは可能である。
図6は本発明に係る二次電池300を図示した斜視図である。
本発明に係るパウチ外装材100を用いた二次電池300は、本発明のパウチ外装材100と、電極組立体200とを含んで構成することができ、パウチ外装材100は、第1および第2収納部110、120が対向するようにシール部150が折り曲げられて形成された収納空間に電極組立体200を収納した後、シール部150に沿ってシールされる。
図6を参照すると、パウチ外装材100の連結部140は、二次電池300の側面部310を均一に形成し、二次電池300の側面部310の両端には、突出部130が対応する位置に二次電池300の内部に窪んだディンプル320が形成され得る。
ディンプル320は、パウチ外装材100を折り畳む時に側面部310の両先端側のシール部150が容易に折り曲げられるようにガイドする機能をし、その大きさおよび形状は、電極組立体200の厚さtおよび形状に応じてまたはパウチ外装材100の材質に応じて適宜調節された突出部130の高さまたは幅などに応じて様々な形態を有することができる。
図6に図示されているように、本発明に係るパウチ外装材100を用いた二次電池300は、側面部310が全体的に凹状に窪むか突出することなく平坦で均一な形態を有することを特徴とする。
これにより、本発明に係る二次電池300は、側面部310を冷却プレート500に接触して冷却させる時に完全な密着が可能となり、低い熱抵抗で高い放熱効率を有することができる。
本発明に係るパウチ外装材100を用いた二次電池300は、側面部310が全体的に凹状に窪むか突出することなく平坦な形態を有することを特徴とすることから、本発明に係る二次電池300は、側面部310を冷却プレート500に接触して冷却させる時に完全な密着が可能となり、低い熱抵抗で高い放熱効率を有することができる。
これに加え、本発明に係る二次電池300は、側面部310が突出することなく均一に形成されることから、側面部310に、外方に折り曲げが形成されるか、別のシール部位を有することで突出する場合よりも、同じ電池容量に対してより小さな空間を占めるため、本発明の二次電池300は、高いエネルギー密度を有することができるという利点がある。
また、二次電池300の側面部310の両端部と隣接する部分に位置したシール部150は、パッケージングのために折り曲げられる過程で二次電池300の側面部310に対して垂直な方向に所定の長さだけ突出した延長部151を含むことができる。これにより、延長部151の突出する長さだけ延長部151と側面部310との間には空間が形成され得る。ここで、延長部151の長さは、数mmであってもよい。
上記のように形成された延長部151は、本発明の二次電池300と冷却プレート500を結合して二次電池パックを製造する時に、冷却プレート500の側面に延長部151を収容できる溝520または段差510を形成することで、冷却プレート500に対して二次電池300の配置を維持または固定する機能を果たすことができる。
図7~図12は本発明に係る二次電池300と冷却プレート500が結合し、二次電池パックを構成することができる第1~第3例示に関する図である。
図7および図8は本発明に係る二次電池パックの第1例示図およびこれを拡大した詳細図である。
図7を参照すると、本発明に係る二次電池300は、冷却プレート500上に複数個が配置されて二次電池パックを構成することができる。ここで、冷却プレート500は、第1側面および第1側面に対向する第2側面と、一つ以上の二次電池300の側面部310が面接触する上面とを備える。
図7に図示されている二次電池パックの第1例示によると、冷却プレート500の第1側面と第2側面との幅は、前記二次電池300の連結部140の長さに対応することができる。図8(a)および図8(b)を参照すると、この場合、冷却プレート500は、上面が二次電池300の側面部310と密着する時に、二次電池300の延長部151の間に挟まれる形態になり得る。
かかる構造により、二次電池300は、二次電池300の長さ方向に対して移動が制限され、冷却プレート500からその位置が離脱することを防止し、二次電池300と冷却プレート500との配置を維持できるという効果がある。
図9および図10は本発明に係る二次電池パックの第2例示図およびこれを拡大した詳細図である。
図9に図示されている二次電池パックの第2例示によると、冷却プレート500の第1側面と第2側面との幅は、二次電池300の連結部140の長さより大きく形成され得、冷却プレート500の第1側面および第2側面それぞれには、二次電池300の延長部151の突出した所定の長さより大きいか同じ高さで段差510が形成され得る。図10(a)および図10(b)を参照すると、冷却プレート500は、上面が二次電池300の側面部310と密着する時に、二次電池300の延長部151は、冷却プレート500に形成された段差部に載置される形態になり得る。
かかる構造により、二次電池300は、二次電池300の長さ方向に対して移動が制限され、冷却プレート500からその位置が離脱することを防止し、二次電池300と冷却プレート500との配置を維持できるという効果がある。これに加え、第2例示による二次電池パックは、冷却プレート500の幅が、第1例示による冷却プレート500の幅よりもさらに延びて、冷却効率がより増大するという効果がある。
図11および図12は本発明に係る二次電池パックの第3例示図およびこれを拡大した詳細図である。
図11に図示されている二次電池パックの第3例示によると、冷却プレート500の第1側面と第2側面との幅は、二次電池300の連結部140の長さより大きく形成され得、冷却プレート500の第1側面および第2側面それぞれには、二次電池300の延長部151を収容するように延長部151の所定の長さより深いか同じ深さで一つ以上の溝520が形成され得る。図12(a)および図12(b)を参照すると、冷却プレート500は、上面が二次電池300の側面部310と密着する時に、二次電池300の延長部151は、冷却プレート500に形成された溝520に収容される形態になり得る。
かかる構造により、二次電池300は、二次電池300の長さ方向だけでなく、これに対して垂直な方向にも移動が制限されて、冷却プレート500からその位置が離脱することを防止し、二次電池300と冷却プレート500との配置を維持できるという効果がある。これに加え、第3例示による二次電池パックは、冷却プレート500の幅が、第1例示による冷却プレート500の幅よりもさらに延びて、冷却効率がより増大するという効果がある。
図7~図12に図示されている事項をまとめると、本発明に係る二次電池パックは、冷却プレート500に配置された複数個の二次電池300それぞれは、その側面部310が冷却プレート500に密着するように配置することで、二次電池300の放熱を行うことができ、二次電池300の側面部310に対して所定長さだけ突出した延長部151により、二次電池300は、冷却プレート500に対して二次電池300の長さ方向への移動が制限されて、冷却プレート500からその位置が離脱することを防止し、二次電池300と冷却プレート500との配置を維持できるという効果がある。
以上、本発明の原理を例示するための好ましい実施形態に基づいて本発明を説明および図示しているが、本発明は、そのように図示され、説明されたとおりの構成および作用に限定されるものではない。本発明が属する技術分野において通常の技術者であれば、本発明の技術的思想や必須特徴を変更することなく本発明が他の具体的な形態に実施され得るということを理解することができる。そのため、以上で記述した実施形態は、すべての面において例示的なものであって限定的なものではないと理解すべきである。本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲により開示され、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等の概念から導き出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。
10、100 パウチ外装材
20、200 電極組立体
101 第1折り曲げ線
102 第2折り曲げ線
110、120 第1および第2収納部
130 突出部
131 トップ部
132 傾斜部
140 連結部
150 シール部
151 延長部
220、230 第1および第2電極タブ
300 二次電池
310 側面部
320 ディンプル
500 冷却プレート
510 段差
520 溝

Claims (14)

  1. セパレータを挟んで積層された多数の電極体を含む電極組立体を収納しパッケージングするパウチ外装材であって、
    前記電極組立体を収納するために形成される第1および第2収納部と、
    前記第1および第2収納部を囲むように前記パウチ外装材の外側に沿って形成されるシール部と、
    前記第1および第2収納部と同じ深さで形成され、所定の間隔で前記第1および第2収納部を連結する連結部とを含み、
    前記連結部の前記シール部に隣接する両端には、前記シール部の方向に突出した突出部が形成されていることを特徴とする、パウチ外装材。
  2. 前記突出部は、
    前記連結部の底面から所定の高さに形成されたトップ部と、
    前記トップ部の一端から前記連結部の底面に傾斜して形成された傾斜部とを含むことを特徴とする、請求項1に記載のパウチ外装材。
  3. 前記傾斜部は、前記トップ部および前記連結部の底面と所定の曲率半径で連結されることを特徴とする、請求項2に記載のパウチ外装材。
  4. 前記トップ部は、前記シール部と同じ高さで形成されることを特徴とする、請求項2に記載のパウチ外装材。
  5. 前記第1収納部と前記連結部の一側は第1折り曲げ線に沿って連結され、前記第2収納部と前記連結部の他側は第2折り曲げ線に沿って連結され、
    前記パウチ外装材は、前記第1および第2折り曲げ線に沿って折り曲げられ前記電極組立体を収納することを特徴とする、請求項1に記載のパウチ外装材。
  6. 前記第1および第2折り曲げ線は、前記電極組立体の厚さに対応する距離だけ離隔していることを特徴とする、請求項5に記載のパウチ外装材。
  7. 請求項1から6のいずれか1項に記載のパウチ外装材と、
    セパレータを挟んで積層された多数の電極体を含む電極組立体とを含み、
    前記パウチ外装材は、前記第1および第2収納部が対向するように前記シール部が折り曲げられて形成された収納空間に前記電極組立体を収納してパッケージングされることを特徴とする、二次電池。
  8. 前記連結部は、パッケージングされた前記二次電池の側面を均一に形成し、
    前記シール部は、前記二次電池の側面の両端部と隣接する部分に前記二次電池の側面に対して垂直な方向に所定の長さだけ突出した延長部を含むことを特徴とする、請求項7に記載の二次電池。
  9. 請求項7に記載の一つ以上の二次電池と、
    第1側面および前記第1側面に対向する第2側面と、前記一つ以上の二次電池の側面が面接触する上面とを備えた冷却プレートとを含むことを特徴とする、二次電池パック。
  10. 前記二次電池の連結部は、パッケージングされた前記二次電池の側面を均一に形成し、
    前記二次電池のシール部は、前記二次電池の側面の両端部と隣接する部分に前記二次電池の側面に対して垂直な方向に所定の長さだけ突出した延長部を含むことを特徴とする、請求項9に記載の二次電池パック。
  11. 前記冷却プレートの第1側面と第2側面との幅は、前記二次電池の連結部の長さに対応することを特徴とする、請求項10に記載の二次電池パック。
  12. 前記冷却プレートの第1側面と第2側面との幅は、前記二次電池の連結部の長さより大きいことを特徴とする、請求項10に記載の二次電池パック。
  13. 前記冷却プレートの第1側面および第2側面それぞれには、前記二次電池の延長部の前記所定の長さより大きいか同じ高さで段差が形成されていることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池パック。
  14. 前記冷却プレートの第1側面および第2側面それぞれには、前記二次電池の延長部を収容するように前記延長部の所定の長さより深いか同じ深さで一つ以上の溝が形成されていることを特徴とする、請求項12に記載の二次電池パック。
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