KR101741123B1 - Battery Cell Having Through Hole - Google Patents
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Abstract
충방전이 가능한 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 판상형의 전지셀로서, 양극/분리막/음극 적층 구조로 이루어져 있고, 적층 방향에서 중앙에 관통홈이 천공되어 있는 전극조립체; 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체의 상기 관통홈과 연통되는 중앙 개구가 양면에 천공되어 있으며, 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면과 중앙 개구의 내면을 따라 각각 열융착 실링부가 형성되어 있는 전지케이스; 및 상기 중앙 개구의 내면에 밀착된 상태로 장착되어 있는 열전도성 링 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.An electrode assembly comprising a positive electrode / separator / negative electrode laminated structure and a through hole formed at the center in the stacking direction, the battery assembly comprising: A central opening communicating with the through hole of the electrode assembly is formed on both sides of the electrode assembly, and the electrode assembly is thermally fused along the outer peripheral surface of the receiving portion on which the electrode assembly is mounted and the inner surface of the central opening, A battery case having a sealing portion formed therein; And a thermally conductive ring member mounted in close contact with the inner surface of the central opening.
Description
본 발명은 관통홈을 포함하는 전지셀에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell including a through-hole.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, many studies have been made on lithium secondary batteries having high energy density and discharge voltage, Widely used.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다. 이러한 구성의 이차전지로는 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지가 있다.Generally, a secondary battery includes an electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, which is laminated or wrapped in a battery case of a metal can or a laminate sheet and then injected or impregnated with an electrolyte solution have. The secondary battery having such a configuration includes a cylindrical battery, a prismatic battery, and a pouch-type battery.
최근에는, 상기 전지들 중 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.Recently, a pouch-shaped battery having a structure in which a stacked or stacked / folded electrode assembly of the above batteries is embedded in a pouch-shaped battery case of an aluminum laminate sheet has been widely used because of its low manufacturing cost, small weight, It is attracting interest and its usage is gradually increasing.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.1 is a perspective view schematically showing a typical structure of a typical conventional pouch type secondary battery.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)로 구성되어 있다.1, the pouch type
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.The
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 스택형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.The
한편, 이러한 전지셀은 외력의 인가시 전극조립체의 밀림 현상, 뒤틀림 등에 의한 내부 단락이 발생할 수 있다. 또한, 전지셀의 충방전 과정에서 다량의 열이 발생하고, 이 같이 발생한 열이 효율적으로 제거되지 못하면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지셀의 열화를 초래할 수 있다. 이는 전지셀의 안전성 측면에서 발화 및 폭발 등의 심각한 위험을 유발할 수 있다.On the other hand, when an external force is applied to such a battery cell, an internal short circuit may occur due to warping, twisting, or the like of the electrode assembly. Also, when a large amount of heat is generated in the charging and discharging process of the battery cell and the generated heat can not be efficiently removed, heat accumulation may occur, resulting in deterioration of the battery cell. This may cause serious risks such as ignition and explosion in terms of the safety of the battery cell.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하고자 전지셀 내부에서 발생한 다량의 열을 효과적으로 배출할 수 있는 기술에 대한 필요성이 절실한 실정이다.Therefore, there is a need for a technique capable of effectively discharging a large amount of heat generated inside the battery cell to solve these problems.
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-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 충방전 과정에서 전지셀 내부에 발생한 다량의 열을 효과적으로 배출하여 전지의 안전성 및 수명을 확보하고, 전지셀에 외력이 인가되는 경우에도, 전극조립체의 밀림 또는 뒤틀림 현상 등에 의한 내부 단락을 방지하여 안전성을 담보할 수 있는 전지셀을 제공하는 것이다.More specifically, it is an object of the present invention to provide a battery pack that effectively discharges a large amount of heat generated in a battery cell during a charging and discharging process to ensure safety and life of the battery, and even when an external force is applied to the battery cell, And to provide a battery cell capable of preventing an internal short circuit due to development or the like, thereby ensuring safety.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising:
충방전이 가능한 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 판상형의 전지셀로서, 양극/분리막/음극 적층 구조로 이루어져 있고, 적층 방향에서 중앙에 관통홈이 천공되어 있는 전극조립체; 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체의 상기 관통홈과 연통되는 중앙 개구가 양면에 천공되어 있으며, 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면과 중앙 개구의 내면을 따라 각각 열융착 실링부가 형성되어 있는 전지케이스; 및 상기 중앙 개구의 내면에 밀착된 상태로 장착되어 있는 열전도성 링 부재;를 포함 할 수 있다.An electrode assembly comprising a positive electrode / separator / negative electrode laminated structure and a through hole formed at the center in the stacking direction, the battery assembly comprising: A central opening communicating with the through hole of the electrode assembly is formed on both sides of the electrode assembly, and the electrode assembly is thermally fused along the outer peripheral surface of the receiving portion on which the electrode assembly is mounted and the inner surface of the central opening, A battery case having a sealing portion formed therein; And a thermally conductive ring member mounted in close contact with an inner surface of the central opening.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지셀의 중앙에 관통홈 및 중앙 개구를 천공하고, 이의 내면에 열전도성 링 부재를 장착함으로써, 충방전 과정에서 전지셀 내부에 발생한 다량의 열을 효과적으로 배출하여 전지의 안전성 및 수명을 확보할 수 있다. 또한, 전지셀에 외력이 인가되는 경우에도, 전극조립체의 밀림 또는 뒤틀림 현상 등에 의한 내부 단락을 방지하여 안전성을 담보할 수 있다.Therefore, in the battery cell according to the present invention, by inserting the through-hole and the center opening in the center of the battery cell and mounting the thermally conductive ring member on the inner surface of the battery cell, a large amount of heat generated inside the battery cell during the charge- Thereby securing the safety and life of the battery. In addition, even when an external force is applied to the battery cell, internal short-circuiting due to a warping or twisting phenomenon of the electrode assembly can be prevented and safety can be ensured.
본 발명의 라미네이트 시트의 하나의 예로서, 상기 라미네이트 시트는 금속 차단층의 양면에 수지층이 도포되어 있는 구조로서, 금속 차단층의 일면(외면)에는 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있을 수 있고, 타면(내면)에는 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있을 수 있다.As one example of the laminate sheet of the present invention, the laminate sheet has a structure in which a resin layer is coated on both surfaces of the metal barrier layer, and a resin outer layer having excellent durability may be added to one surface (outer surface) And a heat-meltable resin sealant layer may be added to the other surface (inner surface).
구체적으로, 상기 금속 차단층의 소재로는 가스 등에 대한 차단 특성과 박막 형태의 가공을 가능하게 하는 연성을 가지는 알루미늄이 사용될 수 있다. 상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 그것의 소재로는 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 고분자 수지로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 수지 실란트층의 소재로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)계 수지 등이 사용될 수 있다.Specifically, as the material of the metal barrier layer, aluminum having a blocking property against gas and the like and a softness capable of processing in the form of a thin film can be used. Since the resin outer layer has excellent resistance to external environment, polyethylene terephthalate (PET) and stretched nylon film can be used as a polymer resin having a tensile strength and a weather resistance higher than a predetermined level. Further, as a material of the resin sealant layer, a non-oriented polypropylene film (CPP) film having a low heat absorbing property (heat adhesion property) and low hygroscopicity for suppressing the penetration of an electrolyte solution and not being expanded or eroded by an electrolyte Resin or the like can be used.
이러한 라미네이트 시트의 전지케이스 수납부에 장착되는 상기 전극조립체는 양극과 음극 및 그 사이에 개재되어 있는 분리막으로 이루어진 구조라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조의 전극조립체일 수 있다.The electrode assembly mounted on the battery case housing portion of such a laminate sheet is not particularly limited as long as it is a structure composed of an anode, a cathode, and a separator interposed therebetween. For example, Of the electrode assembly.
상기 전극조립체의 하나의 구체적인 예로서, 상기 전극조립체는 상부에 바라본 형상이 정사각형 또는 직사각형으로 이루어져 있을 수 있다. 또한, 상기 관통홈의 중심은 전극의 적층 방향에서 전극조립체의 평면 중심에 대해 상기 정사각형의 일변 길이 또는 직사각형의 단변 길이를 기준으로 30% 오차 범위 내에 위치할 수 있다. 즉, 상기 관통홈이 대략 상기 전극조립체의 중심 부위에 형성되는 구조로 이루어질 수 있다. 상기 관통홈이 전극조립체의 중심에서 크게 벗어나는 경우에는, 앞서 설명한 바와 같은, 전지셀에 외력이 인가되는 경우에 전극조립체의 밀림 또는 비틀림 현상 등을 방지할 수 있는 효과를 달성하기 어려울 수 있다.As one specific example of the electrode assembly, the electrode assembly may have a square shape or a rectangular shape as viewed from above. In addition, the center of the through-hole may be located within a 30% error range with respect to the plane center of the electrode assembly in the stacking direction of the electrodes based on the length of one side of the square or the length of the short side of the rectangle. That is, the through-hole may be formed in the center of the electrode assembly. When the through-hole deviates greatly from the center of the electrode assembly, it may be difficult to achieve the effect of preventing the electrode assembly from being pushed or twisted when an external force is applied to the battery cell as described above.
따라서, 이와 같은 효과를 달성하기 위한 최선의 구조로서, 상기 관통홈의 중심은 전극의 적층 방향에서 전극조립체의 평면 중심과 일치하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.Therefore, as the best structure for achieving such an effect, the center of the through-hole may have a structure that coincides with the plane center of the electrode assembly in the electrode stacking direction.
상기 관통홈의 개수는 제한되지 않으며, 2개 이상으로 형성되어 있을 수도 있다. 또한, 관통홈의 형상은 특별히 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어 원형, 타원형, 다각형, 모서리가 라운딩 처리된 도형 등으로 이루어질 수 있고, 직선 또는 곡선 형태로 닫혀진 모든 형상을 포함할 수 있다.The number of the through grooves is not limited and may be two or more. The shape of the through-hole is not particularly limited, and may be formed in various shapes. For example, a circle, an ellipse, a polygon, a rounded-edge shape, or the like, and may include all shapes closed in a straight line or a curved line.
상기 관통홈의 개수가 많아질수록, 전지셀에 외력이 인가되는 경우에, 전극조립체의 밀림 또는 뒤틀림 현상 등을 보다 확실히 방지할 수 있다.As the number of the through grooves increases, it is possible to more reliably prevent the electrode assembly from being pushed or twisted when an external force is applied to the battery cell.
상기 전지케이스의 형태 역시 다양할 수 있는 바, 하나의 예에서, 일 단위의 부재로서 전극조립체 수납부가 일측 부위에 형성되어 있고. 절곡한 상태에서 타측 부위가 수납부를 덮는 구조로 밀봉을 위해 열융착되는 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 전지케이스는 소정 부위에 전극조립체 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부를 덮는 커버가 접이식으로 형성되어 있는 구조로서, 접히는 측을 제외한 다른 측 외주면은 실링부가 형성되어 있어서 열융착으로 실링되어 전지케이스가 밀봉되는 구조를 이룰 수 있다.The shape of the battery case may also be varied. In one example, the electrode assembly housing part is formed at one side of the unit case. And the other side portion covers the receiving portion in a bent state, and is thermally fused for sealing. Specifically, the battery case has a structure in which an electrode assembly accommodating portion is formed at a predetermined position, and a cover for covering the accommodating portion is formed in a foldable manner. The outer circumferential surface of the other side excluding the folded side is sealed by heat sealing The battery case may be sealed.
또 다른 예에서, 상기 전지케이스는 상호 독립된 두 단위의 부재들로 이루어져 있고, 전극조립체 수납부가 일측 또는 양측 부재에 형성되어 있고. 상기 부재들의 외주면이 밀봉을 위해 열융착되는 구조로 이루어질 수 있다.In another example, the battery case is formed of two independent members, and the electrode assembly receiving portion is formed on one side or both side members. And the outer circumferential surfaces of the members are thermally fused to each other for sealing.
한편, 전극조립체는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 제조과정에서 양극 및 음극보다 다소 넓은 크기로 분리막을 제조한다. 따라서, 양극/분리막/음극의 적층되는 방향의 측면으로 분리막이 돌출되게 된다.Meanwhile, the electrode assembly is a power generation device in which an anode and a cathode are sequentially stacked with a separation membrane interposed therebetween. In the manufacturing process, a separation membrane is manufactured to a size somewhat larger than that of an anode and a cathode. Therefore, the separator protrudes to the side of the direction in which the positive electrode / separator / negative electrode are stacked.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전극조립체의 중앙에 형성된 관통홈 부위에서도 분리막이 관통홈의 중심 방향으로 연장되어 있으며, 상기 전지케이스의 중앙 개구의 내면 열융착 실링부는 상기 전극조립체의 분리막의 관통홈의 중심 방향으로 연장된 부위와 함께 열융착될 수 있다. In one preferred embodiment, the separator extends in the center of the through-hole in the through-hole formed at the center of the electrode assembly, and the inner surface of the battery case has a heat- And can be thermally fused together with the portion extending in the center direction.
따라서, 상기 전지케이스는 외주면이 열융착되어 밀봉될 뿐만 아니라, 상기 중앙 개구의 내면 열융착 실링부에 상기 전극조립체의 분리막의 일부가 함께 실링되므로, 전지케이스 내의 전극조립체를 더욱 고정하여, 외력의 인가에 의한 밀림 현상을 방지할 수 있다.Therefore, not only the outer circumferential surface of the battery case is thermally fused, but also a part of the separation membrane of the electrode assembly is sealed together with the inner surface heat sealing seal portion of the central opening, so that the electrode assembly in the battery case is further fixed, It is possible to prevent a jamming phenomenon caused by application.
열전도성 링 부재의 하나의 예로서, 상기 열전도성 링 부재는 전지셀에서 발생한 열을 효과적으로 배출할 수 있도록 열전도성이 높은 금속으로 이루어져 있으며, 상기 전지셀의 중앙 개구의 열융착 실링부 상에 탑재된 상태로 고정되어 있을 수 있다.As one example of the thermally conductive ring member, the thermally conductive ring member is made of a metal having high thermal conductivity so as to effectively discharge the heat generated in the battery cell, and is mounted on the heat- And may be fixed.
구체적으로, 상기 열전도성 링 부재는 상기 관통홈과 대응하여 2개이상으로 형성되어 있을 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 열전도성 링 부재는 중앙 개구의 열융착 실링부의 일측에 탑재되는 제 1 링과 대향측에 탑재되는 제 2 링으로 구성되어 있을 수 있다.Specifically, the thermally conductive ring member may be formed in two or more corresponding to the through-holes. More specifically, the thermally conductive ring member may be constituted by a first ring mounted on one side of the thermally fused sealing portion of the central opening and a second ring mounted on the opposite side.
상기 제 1 링에는 체결구가 돌출되어 있을 수 있고, 제 2 링에는 상기 체결구에 대응하는 체결홈이 형성되어 있을 수 있어서, 상기 체결구와 체결홈의 결합에 의해 제 1 링과 제 2 링이 중앙 개구에 장착될 수 있다.The first ring may have a fastening protrusion and the second ring may have a fastening groove corresponding to the fastening hole so that the first ring and the second ring are engaged by the fastening hole and the fastening groove, And can be mounted in the central opening.
상기 제 1 링은 전지셀의 중앙 개구의 열융착 실링부의 일면에 장착되고, 상기 제 2 링은 전지셀의 중앙 개구의 열융착 실링부의 타측면에서 장착되어 중앙 개구의 열융착 실링부를 안정적으로 고정할 수 있다.The first ring is mounted on one side of the heat sealing portion of the center opening of the battery cell and the second ring is mounted on the other side of the heat sealing portion of the center opening of the battery cell to stably fix the heat sealing portion of the center opening can do.
체결구조 뿐만아니라, 상기 제 1 링과 제 2 링은 접착제에 의해 상호 결합되면서 중앙 개구에 장착되는 구조로 이루어져 있을 수도 있다.In addition to the fastening structure, the first ring and the second ring may be structured to be attached to the central opening while being coupled to each other by an adhesive.
본 발명에서, 상기 열전도성 링 부재의 내경은 중앙 개구의 폭을 기준으로 30 내지 90%의 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.In the present invention, the inner diameter of the thermally conductive ring member may be a size of 30 to 90% based on the width of the central opening.
상기 열전도성 링 부재의 내경이 상기 중앙 개구의 폭을 기준으로 30%보다 작을 경우, 열전도성 링 부재가 중앙 개구에 용이하게 장착되기가 어렵고, 90%보다 클 경우, 열전도성 링 부재가 중앙 개구에서 소망하는 밀봉력을 발휘할 수 없다.When the inner diameter of the thermally conductive ring member is less than 30% based on the width of the central opening, it is difficult for the thermally conductive ring member to easily be mounted on the central opening, and when the thermally conductive ring member is larger than 90% The desired sealing force can not be exhibited.
또한, 상기 열전도성 링 부재의 두께는 전지셀의 두께를 기준으로 50 내지 150%의 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.The thickness of the thermally conductive ring member may be 50 to 150% based on the thickness of the battery cell.
상기 열전도성 링 부재의 두께는 상기 전지셀의 두께를 기준으로 50%보다 얇을 경우, 전지셀에서 발생한 열을 효과적으로 배출하기 어렵고, 150%보다 두꺼울 경우, 전지셀을 적층하는데 어려움이 있으며, 열전도성 링 부재에 많은 재료를 사용하여야 하므로, 비용 상승의 문제점이 있다.When the thickness of the thermally conductive ring member is less than 50% of the thickness of the battery cell, it is difficult to efficiently discharge the heat generated in the battery cell. When the thickness of the thermally conductive ring member is thicker than 150% Since a large amount of material must be used for the ring member, there is a problem of an increase in cost.
또한, 상기 열전도성 링 부재는 중앙 개구의 외주에서 전지케이스의 외면으로 연장된 플랜지부(flange part)를 가지고 있는 구조일 수 있다.In addition, the thermally conductive ring member may have a flange part extending from the outer periphery of the central opening to the outer surface of the battery case.
열전도성 링 부재가 중앙 개구의 열융착 실링부에 탑재되어 있고, 외력이 링 부재에 작용할 때, 링 부재의 강도가 열융착 실링부의 강도 보다 높기 때문에, 링 부재의 밀림현상에 의해 열융착 실링부가 손상될 수 있다. 따라서, 상기 열전도성 링 부재는 중앙 개구의 외주에서 전지케이스의 외면으로 연장된 플랜지부가 형성되어 있어 외력으로부터 밀림현상을 방지하고 안정적으로 전지케이스에 탑재될 수 있다.Since the strength of the ring member is higher than the strength of the heat sealable portion when the external force acts on the ring member, the heat sealable sealing member It can be damaged. Therefore, the thermally conductive ring member is formed with the flange portion extending from the outer periphery of the central opening to the outer surface of the battery case, thereby preventing the pushing from the external force and being stably mounted on the battery case.
또한, 본 발명은 상기 전지셀이 팩 케이스에 장착되어 있는 전지팩을 제공한다.Further, the present invention provides a battery pack in which the battery cell is mounted in a pack case.
상기 팩 케이스의 하나의 예로서, 상기 팩 케이스에는 전지셀 중 전극조립체의 관통홈 및 전지케이스의 중앙 개구가 천공되어 있으며, 상기 전지셀의 관통홈을 통해 냉매가 유동하는 유로가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.In one example of the pack case, a through-hole of an electrode assembly of a battery cell and a central opening of a battery case are perforated in the pack case, and a flow path through which the coolant flows through the through- Lt; / RTI >
상기 냉매가 유동하는 유로는 전지셀에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여, 전지의 안전성 및 수명을 담보할 수 있다.The flow path through which the refrigerant flows effectively dissipates heat generated in the battery cells, thereby securing the safety and life of the battery.
또한, 상기 냉매의 종류는 물과 같은 액체이거나 공기와 같은 기체일 수 있으며, 전지셀에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다면 그 종류에는 제약이 없다.The type of the refrigerant may be a liquid such as water or a gas such as air, and the kind of the refrigerant is not limited as long as it can effectively dissipate heat generated in the battery cell.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 또는 상기 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공한다. The present invention also provides a device comprising the battery cell or the battery pack.
상기 디바이스의 구체적인 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차, 전력저장 장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specific examples of the device include an electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) Apparatus, and the like, but is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지셀의 중앙에 관통홈 및 중앙 개구를 천공하고, 이의 내면에 열전도성 링 부재를 장착함으로써, 충방전 과정에서 전지셀 내부에 발생한 다량의 열을 효과적으로 배출하여 전지의 안전성 및 수명을 확보할 수 있다. 또한, 전지셀에 외력이 인가되는 경우에도, 전극조립체의 밀림 또는 뒤틀림 현상 등에 의한 내부 단락을 방지하여 안전성을 담보할 수 있다.As described above, according to the battery cell of the present invention, by inserting the through-hole and the center opening in the center of the battery cell and mounting the thermally conductive ring member on the inner surface of the battery cell, It is possible to effectively discharge the heat and secure the safety and life of the battery. In addition, even when an external force is applied to the battery cell, internal short-circuiting due to a warping or twisting phenomenon of the electrode assembly can be prevented and safety can be ensured.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 관한 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 3 및 도 4는 각각 도 2의 평면도 및 측면 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 6는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열융착 실링부 상에 열전도성 링 부재가 탑재되기 전 상태의 전지셀의 사시도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열융착 실링부 상에 플랜지부가 형성된 열전도성 링 부재가 탑재되기 전 상태의 전지셀의 측면도이다;
도 9 내지 도 11은 도 1의 전지셀의 제조 공정에 관한 모식도들이다;
도 12는 도 1의 전지셀이 내부에 장착되어 있는 전지팩의 사시도이다.1 is a perspective view of a typical structure of a typical pouch type secondary battery of the related art;
2 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention;
Figs. 3 and 4 are respectively a plan view and a side schematic view of Fig. 2; Fig.
5 is a perspective view of a battery cell according to another embodiment of the present invention;
6 is a perspective view of a battery cell according to another embodiment of the present invention;
7 is a perspective view of a battery cell in a state before a thermally conductive ring member is mounted on a heat-sealable sealing part according to an embodiment of the present invention;
8 is a side view of a battery cell in a state before a thermally conductive ring member having a flange portion formed on a heat-sealed sealing portion according to another embodiment of the present invention is mounted;
FIGS. 9 to 11 are schematic diagrams illustrating a manufacturing process of the battery cell of FIG. 1;
12 is a perspective view of a battery pack in which the battery cell of FIG. 1 is mounted.
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 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 각각 도 2의 평면도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.2 is a perspective view of a battery cell according to one embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 schematically show a plan view and a side view of FIG. 2, respectively.
이들 도면을 참조하면, 전지셀(100)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스(110)에 중앙 개구(112)가 천공되어 있고, 이러한 전지케이스(110)의 내부에 수납된 전극조립체(도시하지 않음)도 전지케이스(110)의 형상에 대응하여 중앙에 관통홈이 천공되어 있다. 전극조립체의 상세한 구조에 대해서는 하기 도 8 내지 도 10에서 다시 설명하도록 한다.Referring to these drawings, the
전극조립체가 장착되는 전지케이스(110)의 수납부(114)의 외주면에는 외주면 열융착 실링부(116)가 형성되어 있고, 전지케이스(110)의 중앙 개구(112)의 내면을 따라서는 내주면 열융착 실링부(118)가 형성되어 있어서 전극조립체가 외부로부터 밀봉되는 구조로 이루어져 있다.An outer circumferential surface thermally fused sealing
이러한 중앙 개구(112)가 형성된 전지케이스(110)에 수납된 전극조립체는 중앙 개구(112)에 의해 고정되어 외부충격에 따른 밀림 현상을 억제하여 내부 단락을 방지한다. 또한, 전지셀(100)에 관통홈 및 중앙 개구(112)가 형성된 구조에 의하여 비틀림 등에도 유연한 구조로 이루어진다. The electrode assembly housed in the
중앙 개구(112)의 중심(C)는 전극의 적층 방향에서 전극조립체의 평면 중심에 대해 직사각형의 단변 길이(L)를 기준으로 30% 오차 범위 내에 위치한다. 도면에서는 중앙 개구(112)의 중심(C)와 전극조립체의 평면 중심이 실질적으로 일치하는 구조이다.The center C of the
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.5 is a perspective view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 전지케이스(210)의 중앙 개구(211), 및 전극조립체의 관통홈으로 형성된 홀의 형상이 모서리가 완만한 대략 직사각형의 구조로 이루어져 있다. 이러한 홀의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 타원형, 다각형, 또는 도 2에서와 같은 원형 등 디바이스의 전지셀 수납 공간의 구조에 따라서 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 직선 또는 곡선으로 닫혀진 형상을 포함한다.Referring to FIG. 5, the center opening 211 of the battery case 210 and the shape of the hole formed by the through-hole of the electrode assembly have a rough rectangular shape with a gentle corner. The shape of the hole is not particularly limited, and may be formed in various shapes depending on the structure of the battery cell accommodation space of the device such as an ellipse, polygon, or circle as in Fig. 2, and includes a straight or curved closed shape.
도 5의 전지셀은 전지케이스의 중앙 개구 및 전극조립체의 관통홈의 구조가 다른 점을 제외하고는 도 2의 전지셀의 구조와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.5 is the same as the structure of the battery cell of FIG. 2 except that the center opening of the battery case and the structure of the through-hole of the electrode assembly are different from each other, and thus a duplicate description will be omitted.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.6 is a perspective view of a battery cell according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 전지케이스(310)의 개구들(311, 312, 313) 및 전극조립체의 관통홈들은 2개 이상으로 형성되어 있는 구조일 수도 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 도 6의 전지셀은 전지케이스의 중앙 개구 및 전극조립체의 관통홈의 개수의 차이점을 제외하고는 도2의 전지셀의 구조와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.Referring to FIG. 6, the
도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열융착 실링부 상에 열전도성 링 부재가 탑재되기 전 상태의 전지셀의 사시도가 도시되어 있다.FIG. 7 is a perspective view of a battery cell in a state before a thermally conductive ring member is mounted on a heat-sealable portion according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 열전도성 링 부재(421, 422)는 전지셀의 중앙 개구(411)의 열융착 실링부 상에 탑재된 상태로 고정되어 있고, 열전도성 링 부재(421, 422)는 중앙 개구(411)의 열융착 실링부의 일측에 탑재되는 제 1 링(421)과 대향측에 탑재되는 제 2 링(422)으로 구성되어 있다.7, the thermally
제 1 링(421)에는 체결구(도시하지 않음)가 돌출되어 있고 제 2 링(422)에는 체결구(도시하지 않음)에 대응하는 체결홈(도시하지 않음)이 형성되어 있어서, 체결구와 체결홈의 결합에 의해 제 1 링(421)과 제 2 링(422)이 중앙 개구(411)에 장착되는 구조이다.(Not shown) protrudes from the
또한, 제 1 링(421)과 제 2 링(422)은 체결구와 체결홈의 결합 이외에도 접착제에 의해 상호 결합되면서 중앙 개구(211)에 장착되는 구조일 수 있다.In addition, the
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열융착 실링부 상에 플랜지부가 형성된 열전도성 링 부재가 탑재되기 전 상태의 전지셀의 측면도가 도시되어 있다.8 is a side view of a battery cell in a state before a thermally conductive ring member having a flange portion is mounted on a heat-sealable sealing portion according to another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 열전도성 링 부재(521, 522)는 중앙 개구(511)의 외주에서 전지케이스의 외면으로 연장된 플랜지부(flange part)(531)를 가지고 있는 구조일 수 있다.8, the thermally
열전도성 링 부재(521, 522)가 중앙 개구(511)의 열융착 실링부에 탑재되어 있고, 외력이 링 부재(521, 522)에 작용할 때, 링 부재(521, 522)는 중앙 개구(511)의 외주에서 전지케이스(501)의 외면으로 연장된 플랜지부(531)가 형성되어 있어 외력으로부터 밀림현상을 방지하고 안정적으로 전지케이스(501)에 탑재될 수 있다.When the external force acts on the
따라서, 제 1 링(521) 및 제 2 링(522)은 충방전 과정에서 전지셀(500) 내부에 발생한 다량의 열을 효과적으로 배출하여 전지의 안정성 및 수명을 담보할 수 있다.Accordingly, the
도 9 내지 도 11에는 도 1의 전지셀의 제조 공정에 관한 모식도들이 도시되어 있다. FIGS. 9 to 11 are schematic views of the manufacturing process of the battery cell of FIG. 1. FIG.
이들 도면을 참조하면, 양극 또는 음극의 전극들(622)의 중심 부위에 원 형상의 관통홈들(624)을 천공하고, 이러한 전극들(622)을 분리막(626)이 개재된 상태로 적층하여 전극조립체(620)를 제작한다. 그리고, 관통홈(624) 부위의 실링을 위한 분리막의 일부 부위를 확보하기 위하여 전극(622)에 형성된 관통홈보다 작은 넓이로 분리막에 원 형상의 관통홈(624’)을 형성시킨다.Referring to these figures, circular through
이러한 전극조립체(620)는 상부에서 바라본 형상이 직사각형이고, 관통홈(624’)의 중심이 전극(622)의 적층방향에서 전극조립체(620’)의 평면 중심과 일치한다. 그러나, 전극조립체의 구조는 도면과 같은 구조로 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 관통홈의 중심이 전극의 적층 방향에서 전극조립체의 평면 중심에 대해 전극조립체의 한 변의 길이를 기준으로 30%의 오차 범위 내에서 위치하는 구조로도 이루어질 수 있다.The shape of the
또한, 전지케이스는 도 2 내지 도 4의 형태로서, 전극조립체의 관통홈과 연통되는 중앙 개구가 형성되어 있는 구조로 제작된다.2 to 4, the battery case is formed in such a structure that a central opening communicating with the through-hole of the electrode assembly is formed.
전지케이스(630)는 일 단위의 부재로서 전극조립체 수납부(634)가 일측 부위에 형성되어 있고, 절곡한 상태에서는 타측 부위가 전극조립체 수납부(634)를 덮는 구조로 이루어져 있다. 그리고, 일측 및 타측에는 전극조립체(620’)의 관통홈과 연통되는 중앙 개구(632)가 형성되어 있다.The
이러한 전지케이스(630)의 전극조립체 수납부(634)에 전극조립체(620’)를 장착한 후, 전지케이스(630)의 일측 또는 타측을 접고, 전지케이스(630)의 외주면 열융착 실링부(636)를 열융착하여 밀봉한다. 또한, 전지케이스(630)의 중앙 개구(632)의 내주면 열융착 실링부(638)도 열융착하여 밀봉한다. 이 때, 전극조립체(620’)의 관통홈 부위에 위치하는 분리막을 중앙 개구의 내주면 열융착 실링부(638)와 함께 열융착하여, 전극조립체(620’)가 중앙 개구(632) 부위에서 고정되도록 한다. 따라서, 외력의 인가 시 전지케이스(630) 내에서 전극조립체(620’)의 밀림 현상을 억제하는 구조로 이루어진다.After the electrode assembly 620 'is mounted on the electrode
도 12에는 도 1의 전지셀이 내부에 장착되어 있는 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 전지팩(700)의 팩 케이스(710)에는 전지셀의 전극조립체 및 전지케이스의 중앙 개구와 연통하는 관통홈(711)이 천공되어 있다.12 is a perspective view of a battery pack in which the battery cell of FIG. 1 is mounted. Referring to FIG. 12, the
한편, 이러한 관통홈(711)이 형성된 전지팩(700)을 적층하여 전지모듈을 구성하였을 때, 적층된 전지팩(700)들의 관통홈(711)들을 통과하는 고정부재를 사용하여 전지팩(700)들의 적층구조를 간단하게 고정시킬 수 있으며, 전지셀의 관통홈을 통해 냉매가 유동하는 유로가 형성되어 있어, 충방전 과정 중 발생한 다량의 열을 용이하게 배출할 수 있다.When the
또한, 상기 냉매의 종류는 물과 같은 액체이거나 공기와 같은 기체일 수 있으며, 전지셀에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있다면 그 종류에는 제약이 없다.The type of the refrigerant may be a liquid such as water or a gas such as air, and the kind of the refrigerant is not limited as long as it can effectively dissipate heat generated in the battery cell.
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 (22)
양극/분리막/음극 적층 구조로 이루어져 있고, 적층 방향에서 중앙에 관통홈이 천공되어 있는 전극조립체;
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체의 상기 관통홈과 연통되는 중앙 개구가 양면에 천공되어 있으며, 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면과 중앙 개구의 내면을 따라 각각 열융착 실링부가 형성되어 있는 전지케이스; 및
상기 중앙 개구의 내면에 밀착된 상태로 장착되어 있는 열전도성 링 부재;
를 포함하며,
상기 열전도성 링 부재는 상기 관통홈과 대응하여 2개 이상으로 형성되어 있고, 중앙 개구의 열융착 실링부의 일측에 탑재되는 제 1 링과 대향측에 탑재되는 제 2 링으로 구성되어 있으며,
상기 제 1 링에는 체결구가 돌출되어 있고 제 2 링에는 상기 체결구에 대응하는 체결홈이 형성되어 있어서, 상기 체결구와 체결홈의 결합에 의해 제 1 링과 제 2 링이 중앙 개구에 장착되어 있고,
상기 열전도성 링 부재는 중앙 개구의 외주에서 전지케이스의 외면으로 연장된 플랜지부(flange part)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.A battery cell having a plate-like shape in which an electrode assembly capable of charging and discharging is embedded in a battery case,
An electrode assembly having a positive electrode / separator / negative electrode laminated structure and a through hole formed at the center in the stacking direction;
A central opening communicating with the through hole of the electrode assembly is formed on both sides of the electrode assembly, and the electrode assembly is thermally fused along the outer peripheral surface of the receiving portion on which the electrode assembly is mounted and the inner surface of the central opening, A battery case having a sealing portion formed therein; And
A thermally conductive ring member mounted in close contact with an inner surface of the central opening;
/ RTI >
Wherein the thermally conductive ring member is formed of two or more corresponding to the through grooves and comprises a first ring mounted on one side of the thermally fused sealing portion of the center opening and a second ring mounted on the opposite side,
Wherein the first ring is provided with a fastening hole and the second ring is provided with a fastening groove corresponding to the fastening hole so that the first ring and the second ring are fitted to the center opening by the engagement of the fastening hole and the fastening groove However,
Wherein the thermally conductive ring member has a flange part extending from an outer periphery of the central opening to an outer surface of the battery case.
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