KR101606461B1 - 이차전지 모듈 및 이에 적용되는 파우치형 이차전지 - Google Patents

이차전지 모듈 및 이에 적용되는 파우치형 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이차전지 모듈은 양극판, 음극판 및 분리막이 적층되어 있는 전극조립체; 상기 전극조립체로부터 연장되는 전극탭; 및 상기 전극조립체를 수용하도록 내부에 빈 공간이 형성되는 본체부와, 상기 본체부의 주변으로 연장 형성되어 적어도 일부가 실링되는 날개부를 포함하는 파우치 외장재를 포함하는 파우치형 이차전지; 및 상기 파우치형 이차전지의 상기 날개부와 결합하는 쿨링유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈은 이차전지에서 발생한 열을 방출할 수 있도록 함으로써, 열전도 효율이 향상될 수 있다.

Description

이차전지 모듈 및 이에 적용되는 파우치형 이차전지{SECONDARY BATTERY MODULE AND POUCH TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지 모듈 및 이에 적용되는 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 열전도 효율을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지는 외장재의 종류에 따라 캔형 이차전지와 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지를 나타내는 상면도이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는 파우치 외장재(11), 전극조립체(12) 및 전극탭(13)을 포함한다.
파우치 외장재(11)는 후술할 전극조립체(12), 전극탭(13) 및 전극리드(14)를 수용할 수 있는 크기로 형성될 수 있다.
전극조립체(12)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함한다. 이때, 도 1의 전극조립체(12)는 파우치 외장재(11)를 지칭하였으나, 이는 도면에 간략하게 도시하기 위한 것일 뿐, 전극조립체(12)는 파우치 외장재(11)의 내부에 수납되는 것이 바람직하다.
전극조립체(12)는 대표적으로, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
전극탭(13)은 전극조립체(12)로부터 연장된다. 이때, 전극탭(13)은 파우치 외장재(11)의 외부로 직접 노출되지 않고, 전극리드(미도시)와 같은 다른 구성요소에 연결될 수 있다.
이와 같은 파우치형 이차전지(10)는 단독으로 이용될 수도 있으나, 용량이나 출력 등을 증가시키기 위해 다수가 전기적으로 연결된 형태로 이용되는 경우가 많다. 여기서, 다수의 파우치형 이차전지(10)가 하나의 이차전지 모듈을 이루도록 구성될 수 있으며, 이차전지 모듈 내에서 각각의 파우치형 이차전지(10)를 고정하기 위하여 고정 프레임이 구비될 수 있다.
이차전지 모듈은 여러 개의 파우치형 이차전지(10)로 형성되기 때문에, 각각의 파우치형 이차전지(10)에서 발생하는 열이 합산되고 상호 밀집 구조로 인해 더욱 더 많은 열이 발생될 수 있다. 따라서, 파우치형 이차전지(10)의 사이에는 열을 방출하기 위하여, 방열핀등의 구조물을 추가적으로 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 결합 구조로 인하여, 방열핀 등의 구조물을 추가로 포함하는 경우 이들로 인하여, 이차전지 모듈의 구성이 복잡해 질 수 있으며, 배터리 팩의 전체 크기가 커질 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 파우치형 이차전지에서 발생한 열을 방출할 수 있도록 함으로써, 열전도 효율이 향상된 이차전지 모듈 및 이에 적용되는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지 모듈은 양극판, 음극판 및 분리막이 적층되어 있는 전극조립체; 상기 전극조립체로부터 연장되는 전극탭; 및 상기 전극조립체를 수용하도록 내부에 빈 공간이 형성되는 본체부와, 상기 본체부의 주변으로 연장 형성되어 적어도 일부가 실링되는 날개부를 포함하는 파우치 외장재를 포함하는 파우치형 이차전지; 및 상기 파우치형 이차전지의 상기 날개부와 결합하는 쿨링유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 쿨링유닛은 열전도성 재질로 형성되어 상기 날개부의 적어도 일부와 접촉하는 방열부재; 및 상기 방열부재의 표면에서 돌출된 형태로 형성되어 상기 날개부의 단부를 커버하는 리브를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 방열부재는 상기 날개부와 열융착할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 방열부재는 파이프 형태일 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 방열부재는 일단에서 타단까지 유로가 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 쿨링유닛은 2개의 이차전지와 결합할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 쿨링유닛은 하나의 파우치형 이차전지에 둘 이상 결합할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 쿨링유닛은 둘 이상 포함될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 날개부는 적어도 일부가 휘어진 형태로 상기 쿨링 유닛에 결합할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 쿨링 유닛은 상기 파우치 외장재의 상기 전극탭이 돌출되지 않은 날개부에 결합될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지는 양극판, 음극판 및 분리막이 적층되어 있는 전극조립체; 상기 전극조립체로부터 연장되는 전극탭; 및 상기 전극조립체를 수용하도록 내부에 빈 공간이 형성되는 본체부와, 상기 본체부의 주변으로 연장 형성되어 적어도 일부가 실링되는 날개부를 포함하는 파우치 외장재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 날개부는 상기 파우치 외장재의 상기 전극탭이 형성된 면과 직각방향인 상기 파우치 외장재의 외주면을 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지 모듈은 파우치형 이차전지의 날개부에 쿨링유닛을 결합함으로써, 공간효율을 최적화할 뿐만 아니라, 열전도 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 파우치형 이차전지는 날개부를 휘어지게 형성함으로써, 쿨링유닛과 직접 결합할 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지를 나타내는 상면도이다.
도 2는 본 발명의 파우치형 이차전지에 쿨링유닛이 결합된 것을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 쿨링유닛을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 A의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이차전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지 모듈 및 이에 적용되는 파우치형 이차전지를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 파우치형 이차전지에 쿨링유닛이 결합된 것을 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지 모듈(100)은 파우치형 이차전지(110) 및 쿨링유닛(120)을 포함한다.
이차전지 모듈(100)은 파우치형 이차전지(110)에 쿨링유닛(120)이 결합하여, 열전도 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 공간 효율을 극대화 할 수 있다.
이차전지 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차전지(110)의 날개부(111b)에 쿨링유닛(120)이 결합할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 특히, 이차전지 모듈(100)에는 복수의 파우치형 이차전지(110)가 포함될 수 있는데, 각각의 파우치형 이차전지(110)에는 쿨링유닛(120)이 하나 이상 결합될 수 있다. 즉, 복수의 파우치형 이차전지(110) 각각에 하나 이상의 쿨링유닛(120)이 결함함으로써, 열전도 효율이 보다 향상될 수 있다. 한편, 도 2의 구성에서는 파우치형 이차전지(110)의 양측에 쿨링유닛(120)이 결합되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 쿨링유닛(120)은 파우치형 이차전지(110)의 일측에만 결합될 수도 있다. 여기서, 파우치형 이차전지(110) 및 쿨링유닛(120)에 대하여 자세한 설명은 후술하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 파우치형 이차전지(110)는 파우치 외장재(111), 전극조립체(112) 및 전극탭(113)을 포함한다.
파우치 외장재(111)는 본체부(111a)와 날개부(111b)를 포함한다.
본체부(111a)는 내부에 빈 공간이 형성되고, 이러한 내부 공간에 전극조립체(112)를 수납하도록 형성될 수 있다.
날개부(111b)는 본체부(111a)의 주변으로 연장 형성되어, 적어도 일부가 실링될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 날개부(111b)는 본체부(111a)에 전극조립체(112), 전극탭(113) 및 전해액(미도시) 등을 수납한 후, 상부 파우치와 하부 파우치가 실링되는 부분이다.
또한, 날개부(111b)는 본체부(111a)로부터 일부가 휘어지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 날개부(111b)는 파우치 외장재(111)의 본체부(111a)가 돌출되지 않은 방향, 즉, 파우치 외장재(111)의 평평한 방향으로 휘어질 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 날개부(111b)는 후술할 쿨링유닛(도 2의 120)과 결합할 때, 전극조립체(112) 등이 수납된 부분과 겹치지 않도록 구성됨으로써, 날개부(111b)와 쿨링유닛(도 2의 120)과의 결합 구조를 간단하게 할 수 있으며, 결합력을 향상시킬 수 있다.
전극조립체(112)는 양극판과 음극판이 분리막을 사이에 두고 적층되어 서로 절연된 상태로 구성될 수 있다. 이때, 도 2 및 도 3에서 전극조립체(112)는 본체부(111a)를 지칭하였으나, 이는 도면에 간략하게 도시하기 위한 것일 뿐, 전극조립체(112)는 본체부(111a)의 내부에 수납되는 것이 바람직하다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성된다. 양극판은 양 면에 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성될 수 있다. 그리고, 양극판은 양극 무지부의 일측단에 금속 재질 이를 테면 알루미늄(Al) 재질로 형성되는 양극탭이 접합될 수 있다.
음극판은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극판은 양 측부에 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 그리고, 음극판은 일측단에 금속 재질, 이를테면 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭이 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 위치하여, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과할 수 있도록 다공성막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다.
전극탭(113), 즉 양극탭이나 음극탭은 전극조립체(112)로부터 연장될 수 있다. 이러한 전극탭(113)은 외부 단자 또는 장치와의 전기적 연결 등을 위하여, 전극탭(113)의 일부는 후술할 파우치 외장재(111)의 외부로 노출된 형태로 결합되거나, 전극리드(미도시)와 같은 다른 구성요소에 연결될 수 있다. 이때, 전극탭(113)은 파우치 외장재(111)와의 접착을 용이하게 하기 위하여 접착필름(미도시)이 추가적으로 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지(110)는 열전도 효율을 향상시키며, 공간 효율을 최적화 하기 위하여 쿨링유닛(120)과 결합할 수 있다. 이에 대해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 4는 도 2에 도시된 쿨링유닛을 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 A의 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 쿨링유닛(120)은 리브(121) 및 방열부재(122)를 포함한다.
방열부재(122)는 열전도성 재질로 형성되어, 날개부(111b)의 적어도 일부와 접촉할 수 있다. 따라서, 파우치형 이차전지(110)는 방열부재(122)와 날개부(111b)와의 접촉을 통하여, 보다 효율적으로 열전도 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 방열부재(122)는 날개부(111b)와 열융착하여 결합할 수 있다. 이때, 열융착은 작업성을 향상시킬 뿐만 아니라, 날개부(111b)와의 결합력을 향상시킬 수 있다.
여기서, 방열부재(122)는 파이프 형태로 형성될 수 있다. 방열부재(122)는 도 4에 도시된 바와 같이, 대략 원통형으로 형성되어, 파우치형 이차전지(100)의 날개부(111b)가 방열부재(122)를 감싸도록 결합하여, 결합력을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 방열부재(122)는 일단에서 타단까지 유로가 형성될 수 있다. 이러한 실시예의 경우, 도 4 및 도 5를 참조하면, 방열부재(122)는 일단으로 냉매 등이 유입되고, 타단으로는 유입된 냉매 등이 배출될 수 있다. 따라서, 파우치형 이차전지(110)와 쿨링유닛(120)이 결합한 후에, 방열부재(122)를 통하여 냉매가 유입 및 배출되어, 파우치형 이차전지(110)의 열전도 효율을 향상시킬 수 있다.
리브(121)는 방열부재(122)의 표면에서 돌출된 형태로 형성되어, 날개부(111b)의 단부를 커버할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 리브(121)는 날개부(111b)의 단부인, 금속층에서 내부 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 즉, 날개부(111b)의 단부는 금속층을 포함하며, 이러한 금속층이 외부로 노출되고 파우치 외장재(111)의 내부에 크랙과 같은 결함이 있는 경우, 금속층의 노출 부분을 통해 단락과 같은 문제가 발생할 위험이 있는데, 이러한 리브(121)는 날개부(111b)의 단부에서 금속층의 노출을 막아 단락 등의 위험을 방지할 수 있다. 특히, 후술하는 바와 같이, 쿨링유닛(120)에 복수의 날개부(111b)가 결합될 경우, 날개부(111b)의 단부가 서로 접촉되어 단락될 수 있다. 하지만, 본 발명에서 리브(121)는 방열부재(122)의 표면으로부터 돌출되도록 형성됨으로써, 두 개의 날개부(111b)가 방열부재(122)와 결합된 후에도 서로 접촉하지 않기 때문에, 날개부(111b)에서 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
쿨링유닛(120)은 파우치 외장재(111)의 전극탭(113)이 돌출되지 않은 날개부(111b)에 결합될 수 있다. 따라서, 공간 효율을 최적화 할뿐만 아니라, 열전도 효율을 향상시킬 수 있다.
쿨링유닛(120)은 2개의 파우치형 이차전지(110)와 결합할 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 이차전지 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 이차전지 모듈(100)은 쿨링부(120)가 결합된 복수의 파우치형 이차전지(110)를 적층하여 형성될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 이차전지 모듈(100)은 도 6에서 파우치형 이차전지(110)가 2개가 결합된 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 파우치형 이차전지(110)는 이차전지 모듈(100)에 요구되는 용량, 전압 등에 따라 2개 이상의 개수로 포함될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 쿨링유닛(120)은 2개의 파우치형 이차전지(110)가 쿨링유닛(120)의 양측에서 감싸도록 형성될 수 있다. 따라서, 하나의 쿨링유닛(120)은 2개의 파우치형 이차전지(110)의 열전도 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 쿨링유닛(120)은 하나의 파우치형 이차전지(110)에 둘 이상 결합할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차전지(110)의 양측에 형성된 날개부(111b)에 쿨링유닛(120)이 모두 결합될 수 있다. 따라서, 쿨링유닛(120)이 파우치형 이차전지(110)의 양측으로 형성됨으로써, 파우치형 이차전지(110)에서 발생한 열을 양측으로 방출할 수 있기 때문에, 열전도 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 이차전지 모듈(100)은 쿨링유닛(120)이 둘 이상 포함될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 이차전지 모듈(100)은 복수개의 파우치형 이차전지(110)에 모두 쿨링유닛(120)이 결합되지 않아도 가능하며, 둘 이상 포함될 수 있다. 즉, 쿨링유닛(120)이 결합되지 않은 파우치형 이차전지와 쿨링유닛(120)이 결합된 파우치형 이차전지(110)가 교대로 적층될 수 있으며, 이는 이차전지 모듈(100)의 열 발생 등에 따라 다양한 개수로 결합될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 이차전지 모듈 110: 파우치형 이차전지
111: 파우치 외장재 111a: 본체부
111b: 날개부 112: 전극조립체
113: 전극탭 120: 쿨링유닛
121: 리브 122: 방열부재

Claims (13)

  1. 양극판, 음극판 및 분리막이 적층되어 있는 전극조립체;
    상기 전극조립체로부터 연장되는 전극탭; 및
    상기 전극조립체를 수용하도록 내부에 빈 공간이 형성되는 본체부와, 상기 본체부의 주변으로 연장 형성되어 적어도 일부가 실링되는 날개부를 포함하는 파우치 외장재를 포함하는 파우치형 이차전지; 및
    상기 파우치형 이차전지의 상기 날개부와 결합하는 쿨링유닛을 포함하며,
    상기 쿨링유닛은,
    열전도성 재질로 형성되어 상기 날개부의 적어도 일부와 접촉하는 방열부재; 및
    상기 방열부재의 표면에서 돌출된 형태로 형성되며, 상기 날개부의 단부에서의 단락을 방지할 수 있게 상기 날개부의 단부를 커버하는 리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는
    상기 날개부와 열융착하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는
    파이프 형태인 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열부재는
    일단에서 타단까지 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링유닛은
    2개의 파우치형 이차전지와 결합하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링유닛은
    하나의 파우치형 이차전지에 둘 이상 결합하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링유닛은
    둘 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 날개부는
    적어도 일부가 휘어진 형태로 상기 쿨링유닛에 결합하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 유닛은
    상기 파우치 외장재의 상기 전극탭이 돌출되지 않은 날개부에 결합되는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 이차전지 모듈을 하나 이상 포함하는 배터리 팩.
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