KR101370859B1 - Lithium Ion Hybrid Battery Pack - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1개 이상의 단위전지로 구성된 전지모듈을 2개 이상 포함함으로써 다수의 단위전지들이 전기적으로 연결되어 있고, 상기 단위전지들은 출력과 용량을 달리하는 두 종류 이상의 전지셀들로 구성되어 있는 전지팩을 제공한다.The present invention includes a plurality of unit cells are electrically connected by including two or more battery modules consisting of one or more unit cells, the unit cells are composed of two or more battery cells of different output and capacity Provide the pack.
Description
본 발명은 리튬이온 하이브리드 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 1개 이상의 단위전지로 구성된 전지모듈을 2개 이상 포함함으로써 다수의 단위전지들이 전기적으로 연결되어 있고, 상기 단위전지들은 출력과 용량을 달리하는 두 종류 이상의 전지셀들로 구성되어 있는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium-ion hybrid battery pack, and more specifically, a plurality of unit cells are electrically connected by including two or more battery modules consisting of one or more unit cells, the unit cells are output and capacity It relates to a battery pack consisting of two or more types of battery cells different.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV), 등의 동력원 및 전력 저장용 시스템의 저장 매체로서도 주목받고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been extensively used as an energy source or an auxiliary power device for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle that has been proposed as a solution for air pollution of existing gasoline and diesel vehicles using fossil fuel. (Plug-In HEV), etc., has attracted attention as a storage medium of the power source and the system for power storage.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 보조 전력장치 또는 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈이 사용된다.Small and mobile devices use one or two or four battery cells per device, whereas medium and large devices such as auxiliary power devices or automobiles use a battery module electrically connected to a plurality of battery cells due to the need for high output and large capacity. .
이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.Although nickel-metal hydride (Ni-MH) secondary batteries are mainly used as power sources of such electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), lithium secondary batteries of high energy density, high discharge voltage and output stability are used. Research is actively underway and is in some stages of commercialization.
특히, 전기자동차에 사용되는 리튬 이차전지는 높은 에너지 밀도와 단시간에 큰 출력을 발휘할 수 있는 특성과 더불어, 대전류에 의한 충방전이 단시간에 반복되는 가혹한 조건 하에서 10 년 이상 사용될 수 있어야 하므로, 기존의 소형 리튬 이차전지보다 월등히 우수한 안전성 및 장기 수명 특성이 필연적으로 요구된다.Particularly, a lithium secondary battery used in an electric automobile must have a high energy density and characteristics capable of exhibiting a large output in a short time, and can be used for more than 10 years under severe conditions in which charging and discharging by a large current are repeated in a short time. It is inevitably required to have safety and long-term life characteristics far superior to those of a small lithium secondary battery.
또한, EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되므로, 일반적으로는 다수의 소형 이차전지셀(단위전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 전지팩이 사용되고 있다.In addition, in order to be used as a power source of EV, HEV, etc., a high output large capacity is required, and in general, a battery pack having a structure in which a plurality of small secondary battery cells (unit cells) are connected in series and / or in parallel is used.
도 1은 출력 및 용량 특성이 동일한 단위모듈로 구성된 기존의 전지팩을 간략하게 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional battery pack composed of a unit module having the same output and capacity characteristics.
도 1을 참조하면, 종래의 전지팩(100)은, 출력 및 용량이 동일한 다수 개의 전지셀들(110)로 이루어진 단위모듈(200)로 구성되어 있고, 외부 입출력 단자(도시하지 않음)에 의해 전기적으로 디바이스(140)에 연결된다.Referring to FIG. 1, the
도 1에서와 같이, 종래의 전지팩(100)은 한 종류의 단위모듈(200: 동일한 종류의 단위전지들의 기계적 및 전기적 연결체)로 구성되어 있지만, 디바이스의 초기 구동조건과 이후의 구동조건은 일반적으로 다르므로, 이러한 구동 조건에 효율적으로 대응하지 못하는 한계를 지닌다. As shown in FIG. 1, the
현재 대부분의 전지팩들은 한 종류의 전지셀, 즉, 고용량 전지셀이나 고출력 전지셀을 단위전지로서 포함하고 있다. 이러한 전지팩들은 모터와 같이 초기 기동토크(starting torque)에서 고출력을 필요로 하고, 기동한 후에는 고용량을 요구하는 시스템에는 적합하지 않아 불편을 초래하고 있다. 즉, 한 종류의 단위모듈로 구성된 전지팩은 복합적인 성능을 요구하는 시스템에는 사용할 수 없다.Currently, most battery packs include one type of battery cell, that is, a high capacity battery cell or a high output battery cell as a unit cell. These battery packs require high power at an initial starting torque, such as a motor, and are not suitable for a system requiring high capacity after starting, causing inconvenience. That is, a battery pack composed of one type of unit module cannot be used in a system requiring complex performance.
따라서, 복합적인 구동상태를 요구하는 디바이스(또는 시스템)에는 다수의 전지팩을 필요로 하게 되는 바, 이와 같이 다수의 전지팩을 사용하는 경우에는 공간 및 시간적 효율성과 안전성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 모든 특성을 만족시키도록 전지셀 자체를 개발하기 위해서는 고도의 기술력과 많은 비용이 소요되는 등 한계가 있다.Therefore, a device (or system) requiring a complex driving state requires a plurality of battery packs. Thus, when using a plurality of battery packs, space and time efficiency and safety are inferior. In addition, in order to develop the battery cell itself to satisfy all the characteristics there is a limit, such as high technical power and high cost.
이러한 점을 고려할 때, 복합 특성이 요구되는 시스템에 적용 가능하며, 공간적 효율이 향상된 새로운 개념의 전지팩의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Considering this point, it is applicable to a system requiring complex characteristics, and the development of a new concept battery pack with improved spatial efficiency is urgently required.
이와 관련하여, 하이브리드 전원장치로서 연료전지를 사용하는 기술이 알려져 있는 바, 일본 특허공개공보 제1994-124720호에는 둘 이상의 축전지를 연료전지와 조합한 전지시스템이 개시되어 있다. 상기 전지시스템은 하나의 축전지에서는 외부로 전력을 공급하면서, 동시에 다른 하나의 축전지에서는 연료전지로부터 전력을 공급 받아 충전되는 방식으로, 안정적인 전력 공급을 목적으로 하고 있다. 또한, 이차전지와 캐패시터를 같이 사용하는 하이브리드 전원장치에 관해서도 많은 연구가 행해진 바 있다.In this regard, a technique of using a fuel cell as a hybrid power supply is known. Japanese Patent Laid-Open Publication No. 1994-124720 discloses a battery system combining two or more storage batteries with a fuel cell. The battery system is intended to provide a stable power supply by supplying power to the outside in one storage battery and at the same time receiving power from a fuel cell in another storage battery. In addition, much research has been conducted on hybrid power supplies using a secondary battery and a capacitor together.
그러나, 상기와 같은 하이브리드 전원장치는 다수의 전지로 구성된 전지팩이기는 하지만, 연료전지 또는 캐패시터를 기본 구성요소로 하고 있으므로 이차전지만을 사용하는 전원장치와 비교할 때 용량 손실이 높고 출력 특성이 떨어지며, 디바이스의 구동상태에 따라 효율적인 작동을 제공하지 못하는 문제점이 있다.However, the hybrid power supply as described above is a battery pack composed of a plurality of batteries, but since the fuel cell or capacitor as a basic component, compared to the power supply using only secondary batteries, the capacity loss is high and the output characteristics are poor, and the device There is a problem that does not provide an efficient operation depending on the driving state of the.
따라서, 디바이스의 구동상태에 따라 효율적으로 작동하면서, 용량 손실이 거의 없고 출력 특성 등이 양호한 전지팩에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a battery pack that operates efficiently according to the driving state of the device and has almost no capacity loss and has good output characteristics.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 이후 설명하는 바와 같이 출력과 용량을 달리하는 두 종류 이상의 전지셀들로 구성함으로써, 용량 및 출력 특성 모두 양호한 전지팩을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to provide a battery pack having both good capacity and output characteristics by configuring two or more types of battery cells having different output and capacity as described later.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 1개 이상의 단위전지로 구성된 전지모듈을 2개 이상 포함함으로써 다수의 단위전지들이 전기적으로 연결되어 있고, 상기 단위전지들은 출력과 용량을 달리하는 두 종류 이상의 전지셀들로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.The battery pack according to the present invention for achieving the above object, a plurality of unit cells are electrically connected by including at least two battery modules consisting of one or more unit cells, the unit cells are different in output and capacity It is characterized by consisting of two or more types of battery cells.
일반적으로 출력과 용량을 달리하는 두 종류 이상의 전지셀들로 전지팩을 구성하는 경우, 전체 용량은 전기적 연결 방법에 따른 각 용량의 합으로 나타나고, 전체 출력은 두 종류 이상의 전지셀들 각각의 출력 중 가장 출력이 작은 전지셀의 병목 작용에 의해 가장 출력이 작은 전지셀의 출력으로 평준화 되거나 또는 전지셀들 각각의 출력의 산술평균 정도의 출력이 나타나는 것으로 인식되어 있다.In general, when a battery pack is composed of two or more battery cells having different outputs and capacities, the total capacity is expressed as the sum of the respective capacities according to the electrical connection methods, and the total output is the output of each of the two or more battery cells. It is recognized that the bottleneck of the smallest output battery cell is leveled to the output of the smallest output battery cell, or the output of the arithmetic mean of the output of each of the battery cells appears.
이에 대해, 본 발명자들은 심도있는 연구와 실험을 거듭한 끝에, 상기와 같이 각각 출력과 용량을 달리하는 전지셀들을 조합하여 전지팩을 구성하는 경우, 전지팩의 출력이 각 전지셀들 출력의 산술평균보다 오히려 우수한 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.On the contrary, the inventors of the present invention have repeatedly conducted in-depth studies and experiments, and when the battery packs are configured by combining battery cells having different outputs and capacities as described above, the output of the battery packs is arithmetic of the outputs of the battery cells. It was confirmed that the superior rather than the average and completed the present invention.
상기 출력의 높고 낮음은 상대적인 개념이므로 특별히 제한되는 것은 아니다.The high and low of the output is a relative concept and is not particularly limited.
상기 전지모듈을 구성하는 각각의 전지셀(단위전지)들은 다양할 수 있으며, 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다. 리튬 이차전지는 양극 활물질의 구성, 음극 활물질의 구성, 전극조립체의 형태, 전지의 형태 등 다양한 요소에 의해 중량 대비 출력과 용량을 조절할 수 있으며, 그에 따라 고출력/저용량 전지모듈용 단위전지와 저출력/고용량 전지모듈용 단위전지를 필요에 따라 제작할 수 있다.Each battery cell (unit battery) constituting the battery module may be various, preferably a lithium secondary battery. Lithium secondary battery can control output and capacity to weight by various factors such as composition of positive electrode active material, composition of negative electrode active material, electrode assembly, shape of battery, and so on. The unit cell for a high capacity battery module can be manufactured as needed.
이러한 리튬 이차전지는 리튬 이온을 흡장/방출할 수 있는 양극 활물질을 포함하고 있는 양극, 리튬 이온을 흡장 방출할 수 있는 음극 활물질을 포함하고 있는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막, 및 리튬염 함유 전해액으로 구성되어 있다.The lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding / discharging lithium ions, a negative electrode including a negative electrode active material capable of occluding and discharging lithium ions, a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode, and lithium It consists of a salt containing electrolyte solution.
상기 전지모듈은 가능하면 작은 크기 및 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀(단위전지)로서 바람직하게 사용될 수 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 장점이 있다.Since the battery module is preferably manufactured in as small a size and weight as possible, a square battery, a pouch-type battery, etc., which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, is preferably used as a battery cell (unit cell) of a medium-large battery module. Can be used. In particular, a pouch type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has advantages of low weight, low manufacturing cost, and easy form deformation.
상기 라미네이트 시트는 열융착이 행해지는 내부 수지층, 차단성 금속층, 및 내구성을 발휘하는 외부 수지층을 포함하는 구조로 이루어져 있다.The laminate sheet has a structure including an inner resin layer subjected to heat fusion, a barrier metal layer, and an outer resin layer exhibiting durability.
상기 외부 수지층은 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성이 필요하다. 이러한 측면에서 외부 피복층의 고분자 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.The outer resin layer must have excellent resistance to the external environment, and therefore, a tensile strength and weather resistance higher than a predetermined level are required. In this respect, the polymer resin of the outer coating layer may include polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), or stretched nylon having excellent tensile strength and weatherability.
또한, 상기 외부 피복층은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.The outer coating layer may be made of polyethylene naphthalate (PEN) and / or a polyethylene terephthalate (PET) layer may be provided on the outer surface of the outer coating layer.
상기 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 비교하여 얇은 두께에서도 우수한 인장강도와 내후성을 가지므로 외부 피복층으로 사용하기에 바람직하다.The polyethylene naphthalate (PEN) has an excellent tensile strength and weatherability even at a thin thickness as compared with polyethylene terephthalate (PET), and thus is preferable for use as an outer coating layer.
상기 내부 수지층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.The polymer resin of the internal resin layer may be a polymer resin having heat-sealability (thermal adhesiveness), low hygroscopicity to the electrolyte to suppress penetration of the electrolyte, and not swellable or eroded by the electrolyte. More preferably, it may be made of an unoriented polypropylene film (CPP).
하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 라미네이트 시트는, 상기 외부 피복층의 두께가 5 내지 40 ㎛이고, 상기 베리어층의 두께가 20 내지 150 ㎛이며, 상기 내부 실란트층의 두께가 10 내지 50 ㎛인 구조로 이루어질 수 있다. 상기 라미네이트 시트의 각 층들의 두께가 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.In one preferred example, the laminate sheet according to the present invention is characterized in that the thickness of the outer coating layer is 5 to 40 占 퐉, the thickness of the barrier layer is 20 to 150 占 퐉, the thickness of the inner sealant layer is 10 to 50 占 퐉 Structure. When the thickness of each layer of the laminate sheet is too thin, it is difficult to expect a blocking function and strength improvement for the material. On the other hand, if it is too thick, the workability is deteriorated and the thickness of the sheet is increased.
본 발명에 있어서, 상기 전지모듈은 바람직하게는 2개 이상의 단위전지들이 외장부재에 의해 감싸인 구조로 이루어져 있을 수 있다. In the present invention, preferably, the battery module may have a structure in which two or more unit cells are surrounded by an exterior member.
라미네이트 시트를 사용하는 파우치형 전지의 경우, 전지셀 자체의 기계적 강성이 낮으므로, 상기 외장부재가 기계적 강성이 낮은 전지셀을 보호하면서 충방전시의 반복적인 팽창 및 수축의 변화를 억제하여 전지셀의 실링부위가 분리되는 것을 방지하는 작용을 하여 안전성을 향상시킨다. 더욱이, 상기와 같은 부피 변화를 억제함으로써, 활물질들 상호간, 활물질과 전류집전체 상호간 등의 계면에서 내부 저항이 증가하는 것을 방지하여 수명 특성에도 기여한다. In the case of a pouch type battery using a laminate sheet, since the mechanical rigidity of the battery cell itself is low, the exterior member protects the battery cell having low mechanical rigidity while suppressing repeated expansion and contraction during charging and discharging. It improves safety by acting to prevent the sealing part of. Furthermore, by suppressing the volume change as described above, the internal resistance is prevented from increasing at the interface between the active materials and between the active material and the current collector, thereby contributing to the life characteristics.
하나의 바람직한 예에서, 상기 외장부재는 전지셀 적층체의 외면 형상에 대응하는 내면 구조를 가지고 있으며, 별도의 체결 부재를 필요로 하지 않는 조립 체결방식으로 결합되는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 그러한 외장부재에서 단면 결합부의 대표적인 예로는, 외장부재들이 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 수직 단면상으로 대략 대칭적인 굴곡 구조, 일측 단부에 체결돌기가 형성되어 있고 대향측 단부에 상기 체결돌기에 대응하는 체결홈이 형성되어 있는 구조 등을 들 수 있다.In one preferred example, the outer member has an inner surface structure corresponding to the outer surface shape of the battery cell stack, it may be made of a structure coupled to the assembly fastening method does not require a separate fastening member. Representative examples of the cross-section coupling portion in such a sheathing member, a bent structure approximately symmetrical in the vertical cross-section, fastening protrusions formed at one end so that the sheathing members can be engaged by the elastic coupling when pressed in contact with each other facing each other And a fastening groove corresponding to the fastening protrusion is formed at an opposite end portion thereof.
이러한 전지모듈은 3개 이상의 단위전지들이 외장부재에 의해 감싸여 있고, 단위전지들 사이에는 스페이서가 장착되어 있는 형태일 수도 있다. The battery module may have a shape in which three or more unit cells are surrounded by an exterior member, and spacers are mounted between the unit cells.
상기와 같이 3개 이상의 단위전지들이 외장부재에 의해 감싸여 있는 경우, 양 말단의 단위전지를 제외한 단위전지들은 외장부재에 의해 직접 접촉하지 않아 안정적인 장착이 어려울 수 있으므로, 단위전지들이 전지모듈 내에서 효과적으로 고정될 수 있도록, 상기 스페이서는 바람직하게는 단위전지의 외주면에 대응하는 격자 형상의 프레임 구조로 이루어질 수 있다. 파우치형 전지셀의 경우, 그것의 외주면이 열융착에 의한 실링부로 이루어져 있으므로, 상기와 같은 스페이서의 격자 형상 프레임 구조는 실링부의 밀봉성 향상에도 기여한다.In the case where three or more unit cells are surrounded by the outer member as described above, the unit cells except for the unit cells at both ends may not be directly contacted by the outer member and thus it may be difficult to stably mount the unit cells. In order to effectively fix the spacer, the spacer may preferably have a lattice-shaped frame structure corresponding to the outer circumferential surface of the unit cell. In the case of a pouch-type battery cell, since its outer peripheral surface is made of a sealing portion by heat fusion, such a lattice-shaped frame structure of the spacer contributes to the improvement of the sealing property of the sealing portion.
하나의 바람직한 예에서, 상기 단위전지는 상대적으로 고출력/저용량의 전지셀(a)과 상대적으로 저출력/고용량의 전지셀(b)의 조합을 포함하는 구성일 수 있다.In one preferred example, the unit battery may be configured to include a combination of a relatively high output / low capacity battery cell (a) and a relatively low output / high capacity battery cell (b).
앞서 설명한 바와 같이, 상대적으로 고출력/저용량의 전지셀(a)과 상대적으로 저출력/고용량의 전지셀(b)의 조합하는 경우, 상기 전지팩은 전지셀(a) 및 전지셀(b)의 출력의 산술 평균 이상의 출력을 발휘하면서, 상기 고출력/저용량의 전지셀(a) 만으로 동일한 전지팩을 구성하였을 경우보다 높은 용량을 나타낸다.As described above, when a combination of a relatively high output / low capacity battery cell (a) and a relatively low output / high capacity battery cell (b), the battery pack is output of the battery cell (a) and the battery cell (b) It exhibits a higher capacity than when the same battery pack is constituted only by the high output / low capacity battery cell (a) while exhibiting an output above the arithmetic average of.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀(a)의 출력은 전지셀(b)의 출력보다 30 내지 200% 크고, 상기 전지셀(b)의 용량은 전지셀(a)의 용량보다 50 내지 300% 큰 것일 수 있다. 상기 셀들의 출력 및 용량의 차이가 너무 작은 경우, 상호 조합에 따른 효과를 기대하기 어려울 수 있고, 반대로 차이가 너무 큰 경우, 우수한 출력 특성의 전지셀 만으로 제조한 전지팩에 대비하여 전지팩의 출력 저하가 클 수 있다. 상기와 같은 이유로, 상기 전지셀(a)의 출력은 전지셀(b)의 출력보다 50 내지 100% 크고, 상기 전지셀(b)의 용량은 전지셀(a)의 용량보다 60 내지 200% 큰 것이 더욱 바람직하다.In one specific example, the output of the battery cell (a) is 30 to 200% greater than the output of the battery cell (b), the capacity of the battery cell (b) is 50 to 300% than the capacity of the battery cell (a) It can be big. If the difference between the output and capacity of the cells is too small, it may be difficult to expect the effect of the mutual combination, on the contrary, if the difference is too large, the output of the battery pack compared to the battery pack manufactured by only the battery cells of excellent output characteristics The degradation can be large. For the same reason, the output of the battery cell (a) is 50 to 100% greater than the output of the battery cell (b), the capacity of the battery cell (b) is 60 to 200% greater than the capacity of the battery cell (a) More preferred.
상기 고출력/저용량의 전지셀은 충방전시 결정구조가 안정적이고 방전 프로파일에서 방전 말기에 급격한 기울기를 보이는 양극 활물질을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. The high output / low capacity battery cell may include a positive electrode active material having a stable crystal structure during charge and discharge and a sharp slope at the end of discharge in a discharge profile.
이와 같은 특성을 나타내는 양극 활물질은 하기 화학식 1로 표현되는 올리빈 구조의 리튬 철인산화물을 포함하고 있을 수 있다.The positive electrode active material exhibiting such characteristics may include lithium iron phosphate having an olivine structure represented by the following Chemical Formula 1.
Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Xb (1)Li 1 + a Fe 1-x M x (PO 4-b ) X b (1)
상기 식에서, M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 중에서 선택된 1종 이상이고, X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이며, -0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다.Wherein M is at least one selected from Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn and Y, and X is selected from F, S and N 1 or more types, and -0.5 <== <= 0.5, 0 <= <= 0.5, and 0 <= b <= 0.1.
상기 화학식 1의 리튬 철인산화물은 고온 안정성이 우수하고, 저가의 Fe를 원료로 하기 때문에 특히 중대형 전지팩에 있어 그 효용성이 높을 수 있다.Lithium iron phosphate of the formula (1) is excellent in high temperature stability, inexpensive Fe as a raw material may be particularly useful in medium and large battery packs.
그러나, 상기 리튬 철인산화물은 전기전도도가 낮기 때문에, 양극 활물질로서 사용하는 경우 전지의 내부 저항이 증가되는 문제가 있다. 이로 인해 전지 회로 폐쇄시에 분극 전위가 증가됨으로써 전지 용량을 감소시킨다. 따라서, 이를 보완하기 위하여 도전성 물질을 첨가하는 것이 바람직하다.However, since the lithium iron phosphate has low electrical conductivity, there is a problem in that the internal resistance of the battery is increased when used as the positive electrode active material. This increases the polarization potential when the battery circuit is closed, thereby reducing the battery capacity. Therefore, it is desirable to add a conductive material to compensate for this.
상기 도전성 물질은 전기 전도성을 가지는 물질이면 어느 것이나 사용이 가능하다. 예를 들어, 탄소(C)계 물질이 사용될 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.The conductive material may be used as long as the material has electrical conductivity. For example, a carbon (C) -based material may be used, but is not limited thereto.
상기 저출력/고용량의 전지셀은 양극 활물질로서 하기 화학식 2로 표현되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 구성일 수 있다.The low power / high capacity battery cell may be a composition including a lithium transition metal oxide represented by Chemical Formula 2 as a cathode active material.
Li1+cMe1-yM’yOz (2)Li 1 + c Me 1-y M ' y O z (2)
상기 식에서, Me는 전이금속 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상이고, M’는 Al, Mg, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 중에서 선택된 1종 이상이며, -0.5≤c≤+0.5, 0≤y≤0.5, 2≤z≤4이다.Wherein Me is one or more selected from transition metals, M 'is one or more selected from Al, Mg, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn and Y,- 0.5 ≦ c ≦ + 0.5, 0 ≦ y ≦ 0.5, and 2 ≦ z ≦ 4.
하나의 바람직한 예에서, 상기 Me는 Co, Ni, Mn으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 전이금속 원소일 수 있다.In one preferred embodiment, Me may be one or more transition metal elements selected from the group consisting of Co, Ni, Mn.
상기 리튬 전이금속 산화물은 층상 구조일 수 있고, 스피넬 구조일 수도 있다. 스피넬 구조의 리튬 전이금속 산화물은, 예를 들어, LiMn2O4를 들 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium transition metal oxide may have a layered structure or a spinel structure. The spinel structure lithium transition metal oxide may, for example, be LiMn 2 O 4 , but is not limited thereto.
상기 전이금속의 종류와 조합에 따라, 제조되는 이차전지의 출력 및 용량 특성이 달라질 수 있으므로, 상기 저출력/고용량의 전지셀의 종류도 2개 이상일 수 있다.Depending on the type and combination of the transition metal, the output and capacity characteristics of the secondary battery to be manufactured may vary, so that the type of the low-power / high capacity battery cell may also be two or more.
본 발명에 있어서, 상기 전지모듈은 2개 이상의 전지셀들을 포함하고 있고, 하나의 전지모듈 내에 출력과 용량을 달리하는 두 종류 이상의 전지셀들을 동시에 포함하는 구조일 수 있다. In the present invention, the battery module may include two or more battery cells, and may include a structure including two or more battery cells having different output and capacity in one battery module at the same time.
이 경우, 예를 들어, 하나의 전지모듈이 상대적으로 고출력/저용량인 전지셀과 상대적으로 저출력/고용량인 전지셀을 모두 포함하는 구조를 고려할 수 있다. 이 때 고출력/저용량인 전지셀과 저출력/고용량인 전지셀의 수가 서로 다를 수 있다. In this case, for example, a structure in which one battery module includes both a relatively high output / low capacity battery cell and a relatively low output / high capacity battery cell may be considered. In this case, the number of high output / low capacity battery cells and the low output / high capacity battery cells may be different.
또한, 상기 전지모듈은 동일한 출력과 용량을 가진 1 종류 이상의 전지셀을 2개 이상 포함하고 있고, 상기 전지팩은 출력과 용량을 달리하는 둘 이상의 전지모듈들을 포함하는 구조일 수도 있다. The battery module may include two or more types of battery cells having the same output and capacity, and the battery pack may include two or more battery modules having different output and capacity.
이 경우, 예를 들어, 상기 전지모듈이 1 종류의 전지셀을 2개 이상 포함하고 있고, 상기 전지팩은 각각 다른 종류의 전지셀을 포함하고 있는 출력과 용량을 달리하는 둘 이상의 전지모듈을 포함하는 구조를 고려할 수 있다.In this case, for example, the battery module includes two or more battery cells of one type, and the battery pack includes two or more battery modules of different output and capacity, each containing a different type of battery cell. Can be considered.
다른 하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈이 출력과 용량을 달리하는 2종 이상의 전지셀을 2개 이상 포함하고 있고, 상기 전지팩은 전지셀의 조합이 달라서 각각 출력과 용량을 달리하는 둘 이상의 전지모듈을 포함하는 구조일 수 있다.In another preferred embodiment, the battery module includes two or more battery cells having different outputs and capacities, and the battery pack has two or more batteries having different output and capacities due to different combinations of battery cells. It may be a structure including a module.
구체적으로, 고출력/저용량의 전지셀들이 저출력/고용량의 전지셀들보다 상대적으로 많은 하나 이상의 전지모듈과 저출력/고용량의 전지셀들이 고출력/저용량의 전지셀들보다 상대적으로 많은 하나 이상의 전지모듈을 포함하는 구조일 수 있다.Specifically, the high output / low capacity battery cells include one or more battery modules relatively more than the low output / high capacity battery cells and the low output / high capacity battery cells include one or more battery modules relatively more than the high output / low capacity battery cells. It may be a structure.
이 경우, 전지모듈 내의 전지셀들은 직렬 또는 병렬로 연결되어 있을 수 있다. 또한, 전지모듈 내의 전지셀들의 전기적 연결뿐만 아니라, 각 전지모듈들도 직렬 또는 병렬로 연결되어 있을 수 있다. 상기 전기적 연결 방법은 소망하는 전지팩의 특성에 따라 각각 직렬, 병렬, 또는 직렬 및 병렬의 조합 중에서 선택이 가능하다.In this case, the battery cells in the battery module may be connected in series or in parallel. In addition, as well as the electrical connection of the battery cells in the battery module, each of the battery modules may be connected in series or in parallel. The electrical connection method may be selected from series, parallel, or a combination of series and parallel, respectively, according to the characteristics of the desired battery pack.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지모듈 내의 전지셀들은 병렬로 연결되어 있고, 전지모듈들이 직렬로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 또한, 상기 전지모듈 내의 전지셀들은 직렬로 연결되어 있고, 전지모듈들이 병렬로 연결되어 구조일 수도 있다.In one preferred example, the battery cells in the battery module are connected in parallel, it may be a structure in which the battery modules are connected in series. In addition, the battery cells in the battery module may be connected in series, the battery modules may be connected in parallel structure.
또한, 전지셀들이 병렬로 연결된 전지모듈과 전지셀들이 직렬로 연결된 전지모듈 모두를 사용하면서 각 전지모듈들도 직렬 및 병렬로 연결되는 전지팩 구조도 가능하다.In addition, a battery pack structure in which each battery module is also connected in series and in parallel while using both a battery module connected in parallel and a battery module connected in series is possible.
상기 전기적 연결 순서를 달리하는 방법은 직렬 또는 병렬 연결 순서 뿐만 아니라 상기 전지모듈의 배열 순서를 달리하는 배열도 가능하다.The method of changing the order of the electrical connection may be arranged in a different order of the battery module as well as the serial or parallel connection order.
하나의 바람직한 예에서, 출력과 용량을 달리하는 2 종류의 전지모듈들이 교번 배열된 상태에서 직렬 연결되어 있을 수 있다. 상기 교번 배열은 2 종류의 모듈들이 서로 번갈아가며 하나씩 위치하는 배열을 의미한다. 또한, 3 종류 이상의 전지모듈들이 순서를 가지면서 번갈아가며 하나씩 위치하도록 배열된 상태에서 직렬 연결되어 있는 구조도 고려할 수 있다.In one preferred example, two types of battery modules having different outputs and capacities may be connected in series in alternating arrangements. The alternating arrangement refers to an arrangement in which two types of modules are alternately positioned one by one. In addition, a structure in which three or more types of battery modules are connected in series in order to alternately position one by one may be considered.
다른 하나의 바람직한 예에서, 출력과 용량이 동일한 1 종류의 전지모듈들이 병렬 배열된 상태로 전지모듈 블록을 이루고, 출력과 용량을 달리하는 2 종류의 전지모듈 블록들이 교번 배열된 상태에서 직렬 연결되어 있는 구조일 수 있다. In another preferred example, the battery module blocks form one battery module having the same output and capacity in parallel, and the two battery module blocks having different output and capacity are connected in series in alternating arrangement. It can be a structure.
또한, 출력과 용량이 동일한 1 종류의 전지모듈들이 직렬 배열된 상태로 전지모듈 블록을 이루고, 출력과 용량을 달리하는 2 종류의 전지모듈 블록들이 교번 배열된 상태에서 병렬 연결되어 구조; 출력과 용량이 동일한 1 종류의 전지모듈들이 직렬 배열된 상태로 전지모듈 블록을 이루고, 출력과 용량을 달리하는 2 종류의 전지모듈 블록들이 교번 배열된 상태에서 직렬 연결되어 있는 구조; 각각 직렬 또는 병렬 배열된 3 종류 이상의 전지모듈 블록들이 교번 배열된 상태에서 직렬 및/또는 병렬 연결되어 있는 구조 등도 고려할 수 있다.In addition, the battery module block in a state in which one type of battery modules having the same output and capacity are arranged in series, and the two types of battery module blocks having different output and capacity are connected in parallel in an alternating arrangement; A structure in which a battery module block is formed in a state in which one type of battery modules having the same output and capacity are arranged in series, and two types of battery module blocks having different output and capacity are connected in series in an alternate arrangement; Three or more types of battery module blocks arranged in series or in parallel, respectively, may be considered in a structure in which serial and / or parallel connections are performed.
본 발명은 또한 상기에서 설명한 전지팩을 포함하는 에너지 저장 장치를 제공한다.The present invention also provides an energy storage device including the battery pack described above.
상기 에너지 저장 장치는 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.The energy storage device may be used as a power source for medium and large devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, high rate characteristics, and the like.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장용 시스템; 스마트 그리드 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferred examples of the above medium to large devices include a power tool that is powered by an electric motor and moves; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; Power storage systems; Smart grid, etc., but is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 출력과 용량을 달리하는 2 이상의 전지셀들로 구성함으로써, 출력과 용량이 모두 양호하여 복합적인 특성이 요구되는 다양한 시스템의 효율적인 작동을 위해 사용될 수 있는 전지팩을 제공할 수 있다.As described above, the present invention comprises a battery pack that can be used for the efficient operation of a variety of systems that require a combination of characteristics of both the output and the capacity is good by configuring two or more battery cells of different output and capacity Can provide.
도 1은 출력/용량 특성이 동일한 단위모듈로 구성된 기존 전지팩의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 투시도이다;
도 3 및 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 외장부재들의 단면도들과 부분 확대도들이다;
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈간 전기적 연결을 나타내는 모식도이다;
도 7은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈간 전기적 연결을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic view of a conventional battery pack consisting of a unit module having the same output / capacity characteristics;
2 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention;
3 and 4 are cross-sectional views and partially enlarged views of the battery module exterior members according to one embodiment of the present invention;
5 is a schematic view of a battery module according to another embodiment of the present invention;
6 is a schematic diagram showing the electrical connection between the battery module of the battery pack according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 is a schematic diagram showing the electrical connection between the battery module of the battery pack according to another embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 투시도가 개시되어 있다.2 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 전지팩(100)은 다수의 전지모듈들(200a, 200b, 200c, 200d)로 구성되어 있다. 전지모듈들(200a, 200b, 200c, 200d)은 1종의 단위전지를 포함하고 있는 서로 다른 출력/용량 특성을 가지는 전지모듈일 수 있고, 또는 2종 이상의 단위전지를 포함하고 있으면서 서로 동일하거나 다른 출력/용량 특성을 가지는 전지모듈일 수 있다.2, the
상기 단위전지는 리튬 이차전지이고, 이러한 리튬 이차전지는 리튬 이온을 흡장/방출할 수 있는 양극 활물질을 포함하는 양극, 리튬 이온을 흡장/방출할 수 있는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막, 및 리튬염 함유 비수계 전해질로 구성된다.The unit cell is a lithium secondary battery, and the lithium secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material capable of occluding / discharging lithium ions, a negative electrode capable of occluding / discharging lithium ions, and a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode. And a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying and pressing, and optionally adding a filler to the mixture.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
상기 양극 활물질은 상대적으로 고출력/저용량의 특성을 나타내는 올리빈 구조의 리튬 철인산화물계 활물질, 상대적으로 저출력/고용량의 특성을 나타내는 리튬 전이금속 산화물계 활물질을 사용할 수 있다.The positive electrode active material may be a lithium iron phosphate active material having an olivine structure exhibiting relatively high output / low capacity characteristics, and a lithium transition metal oxide based active material having relatively low output / high capacity characteristics.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
반면에, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.On the other hand, the negative electrode is manufactured by applying, drying and pressing an anode active material on an anode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, a filler, and the like as described above.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
상기 전지모듈(200)은 그 형태나 구성이 일괄적인 것이 아니라 경우에 따라 그 형태나 구성을 다르게 할 수 있다.The
도 3 및 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈 외장부재들의 단면도와 부분 확대도가 개시되어 있다.3 and 4 are a cross-sectional view and a partial enlarged view of the battery module exterior member according to an embodiment of the present invention.
우선, 도 3을 참조하면, 외장부재는 두 개의 서로 맞물리는 판상형 구조체(211, 212)가 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물릴 수 있도록, 수직 단면상으로 대략 대칭적인 굴곡 구조(221, 222)로 이루어져 있다.First, referring to FIG. 3, the exterior member is approximately symmetrical in a vertical cross-section so that the two interlocking plate-
다음으로, 도 4를 참조하면, 외장부재는 두 개의 서로 맞물리는 판상형 구조체(211, 212)가 서로 대면하도록 접촉시킨 상태로 가압하였을 때 탄력적인 결합에 의해 맞물리는 방식은 도 3과 동일하다. Next, referring to FIG. 4, when the exterior member is pressed in a state in which two mutually engaging plate-
다만, 판상형 구조체(212)의 단부에는 체결용 돌기(222a, 222b)가 형성되어 있고, 판상형 구조체(211)의 단부에는 체결용 돌기(222a, 222b)에 대응하는 체결용 홈(221a, 221b)이 천공되어 있다는 점에서 도 3의 구조와 차이가 있다. 체결용 돌기(222a, 222b)와 체결용 홈(221a, 221b)의 형상을 다양할 수 있으며, 예를 들어, 구조 (A)에서 같이, 평면상으로 사각형 형상일 수도 있고, 구조 (B)에서와 같이 평면상으로 원형일 수도 있다.However,
따라서, 이상을 종합하면 때, 전지셀들을 내장한 상태에서 판상형 구조체들이 서로 대면하도록 접촉시켜 가압함으로써, 별도의 결합 부재 내지 가공 공정을 거칠 필요 없이 강력한 기계적 결합에 의해 체결이 이루어지게 되며, 그러한 간편한 결합 방식은 양산 공정에의 적용에 특히 바람직하다.Therefore, when summarizing the above, by pressing the plate-like structures in contact with each other in a state in which the battery cells are built, the fastening is made by a strong mechanical coupling without having to go through a separate coupling member or processing process, such a convenient The binding mode is particularly preferred for application to mass production processes.
도 5에는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도가 개시되어 있다.5 is a schematic view of a battery module according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 전지모듈(200)은 3개 이상의 단위전지들(110)이 외장부재(213, 214)에 의해 감싸여 있고, 단위전지들(110) 사이에는 스페이서(231, 232)가 장착되어 있다.Referring to FIG. 5, the
단위전지(110)는 파우치형 리튬 이차전지로 이루어져 있고, 스페이서(231, 232)는 파우치형 전지의 외주면에 존재하는 실링부를 지지하는 프레임 구조로 이루어져 있다.The
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈간 전기적 연결을 나타내는 모식도가 개시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지팩의 전지모듈간 전기적 연결을 나타내는 모식도가 개시되어 있다.6 is a schematic diagram showing the electrical connection between the battery module of the battery pack according to an embodiment of the present invention, Figure 7 shows the electrical connection between the battery module of the battery pack according to another embodiment of the present invention The schematic diagram shown is disclosed.
도 6을 참조하면, 전지팩(100)은 상대적으로 고출력/저용량의 전지모듈(200a)과 상대적으로 저출력/고용량의 전지모듈(200b)이 하나씩 교번 배열된 상태에서 서로 직렬 연결되는 것으로 구성되어 있으며, 상기 전지팩(100)은 외부 연결단자(도시하지 않음)를 통하여 디바이스(140)에 연결된다.Referring to FIG. 6, the
도 7을 참조하면, 전지팩(100)은 복수개의 상대적으로 고출력/저용량의 전지모듈(200a)이 직렬 연결되면서 블록(240)을 형성하고, 상대적으로 저출력/고용량의 전지모듈(200b)이 직렬 연결되면서 블록(250)을 형성하면서, 상기 블록들(240, 250)이 서로 직렬 연결되는 것으로 구성되어 있다. 또한, 전지팩(100)은 외부 연결단자(도시하지 않음)를 통하여 디바이스(140)에 연결된다.Referring to FIG. 7, the
도 6 및 도 7에서, 고출력/저용량의 전지모듈(200a)는 고출력/저용량 전지셀들이 저출력/고용량 전지셀들보다 상대적으로 많은 전지모듈일 수 있고, 저출력/고용량 전지모듈(200b)는 저출력/고용량 전지셀들이 고출력/저용량 전지셀보다 상대적으로 많은 전지모듈일 수 있다.
In FIGS. 6 and 7, the high power / low
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
Claims (19)
상기 전지셀(a)의 출력은 전지셀(b)의 출력보다 30 내지 200% 크고, 상기 전지셀(b)의 용량은 전지셀(a)의 용량보다 50 내지 300% 크며,
상기 고출력/저용량의 전지셀(a)은 충방전시 결정구조가 안정적이고 방전 프로파일에서 방전 말기에 급격한 기울기를 보이는 양극 활물질로서, 하기 화학식 1로 표현되는 올리빈 구조의 리튬 철인산화물을 포함하고,
상기 저출력/고용량의 전지셀(b)은 양극 활물질로서 하기 화학식 2로 표현되는 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩:
Li1+aFe1-xMx(PO4-b)Xb (1)
상기 식에서,
M은 Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 중에서 선택된 1종 이상이고,
X는 F, S 및 N 중에서 선택된 1종 이상이며,
-0.5≤a≤+0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1이다,
Li1+cMe1-yMyOz (2)
상기 식에서,
Me는 전이금속 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상이고,
M는 Al, Mg, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn 및 Y 중에서 선택된 1종 이상이며,
-0.5≤c≤+0.5, 0≤y≤0.5, 2≤z≤4이다.A plurality of unit cells are electrically connected by including two or more battery modules including one or more unit cells, and the unit cells are two or more types of battery cells having different outputs and capacities, and are relatively high output / low capacity batteries. A combination of a cell (a) and a relatively low power / high capacity battery cell (b),
The output of the battery cell (a) is 30 to 200% greater than the output of the battery cell (b), the capacity of the battery cell (b) is 50 to 300% greater than the capacity of the battery cell (a),
The high output / low capacity battery cell (a) is a positive electrode active material having a stable crystal structure during charge and discharge and a sharp slope at the end of discharge in a discharge profile, and includes lithium iron phosphate having an olivine structure represented by the following Formula 1,
The low output / high capacity battery cell (b) is a battery pack, characterized in that it comprises a lithium transition metal oxide represented by the formula (2) as a positive electrode active material:
Li 1 + a Fe 1-x M x (PO 4-b ) X b (1)
In this formula,
M is at least one selected from Al, Mg, Ni, Co, Mn, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In,
X is at least one selected from F, S and N,
-0.5≤a≤ + 0.5, 0≤x≤0.5, 0≤b≤0.1,
Li 1 + c Me 1-y M y O z (2)
In this formula,
Me is one or more selected from transition metals,
M is at least one selected from Al, Mg, Ti, Ga, Cu, V, Nb, Zr, Ce, In, Zn and Y,
-0.5≤c≤ + 0.5, 0≤y≤0.5, and 2≤z≤4.
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| JP2004111242A (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Nissan Motor Co Ltd | Battery pack |
| KR20070083173A (en) * | 2006-02-20 | 2007-08-23 | 주식회사 엘지화학 | Hybrid-typed battery pack operated in high efficiency |
| KR20080027506A (en) * | 2006-09-25 | 2008-03-28 | 주식회사 엘지화학 | Mid-large battery module and battery module assembly |
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